JPH01249994A - 高温ガス用ブロワ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高温ガス例えば５００℃以上の高温で有毒ガ
スを取扱う溶融炭酸塩型燃料電池発電システム等に用い
られる高温ガス用ブロワに関するものである。

〔従来の技術〕

一般に、ブロワを駆動するモータはブロワの連続運転に
当たり、モータのコアが発熱するので、これを冷却する
必要があるため、従来はモータのケーシングの外側にジ
ャケットを設け、冷却水を通したり、モータ内部に冷却
用ガスを送り込んでモータ冷却を行っていた。

殊に、モータ端にブロワケーシングを直接取付けたブロ
ワでは、取扱いガスが高温ガス例えば５００℃以上とな
るとインペラを経て熱がインペラの裏面に達し裏側のケ
ーシング壁を介してモータ内に熱が伝達され、モータ内
部が高温となり冷却不十分となって磁気特性が低下する
傾向があり、効率が悪く実用的ではなく保守も煩雑とな
ることが知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

このような従来のブロワにおいては、モータ内部の冷却
を行なってもステータは内外から冷却することはできる
が、ロータは外側のみから冷却されるのみなので、冷却
が不十分となって、しかもモータのコアは発熱するが、
特に高温ガスを扱うブロワにおいてはインペラからの伝
熱による加熱により二次導体やコアが高温となり、４０
０℃以下にすることが困難で効率低下となるため実用的
には扱いガスの温度にも制約を受けて使用できないなど
の問題点を有するものであった。

本発明は、従来のもののこれら欠点を排除し、高温ガス
でもその取扱いガスに制約を受けることなく用いられ、
保守容易で高効率で安全に運転できるブロワを提供する
ことを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、回転子と固定子とからなるモータを内装する
モータケーシングの一端にブロワケーシングを直接取付
け、このモータケーシング及びブロワケーシングの中心
を貫いて設けられた固定軸にスパイラル溝ラジアル動圧
軸受を介して回転可能に支承された回転子とインペラと
を設け、この回転子とインペラとの接合面に互に嵌合し
うる凹部と凸部とを対設して主として回転トルクのみを
伝達できる接手構成で連結すると共に、モータ回転子の
後面をモータケーシングに、またインペラ前面を前記ブ
ロワケーシング内の支承体に、それぞれスパイラル溝ス
ラルト動圧軸受で支承したことを特徴とする高温ガス用
ブロワである。

〔作　用〕

本発明の高温ガス用ブロワは、モータ４に通電すればモ
ータ回転子２は回転を開始し、インペラ１０により取り
扱い気体の高温ガスの吸込み及び吐出を行いながら定常
運転状態に至る。そのとき、インペラＩＯをモータ４側
に押し付けるようなスラストが作用しているときには、
インペラ１０及びモータ回転子２の後面のスパイラル溝
スラスト動圧軸受部１５でそのスラストを受け、逆向き
のスラストが作用するときには、インペラ１０の前面の
スパイラル溝スラスト動圧軸受部１４で受けると共に、
ラジアル力はラジアル軸受部１２とインペラ１０の内面
、及びラジアル軸受部１３とモータ回転子の内面とより
成る二つのスパイラル溝ラジアル動圧軸受により受ける
。またブロワケーシング内に流過する高温ガスの熱はイ
ンペラを経てインペラ裏側のケーシング壁に伝達されよ
うとしてもインペラと回転子との間に介在される凹部２
１とこれに嵌合する凸部２１．との間隙で直接伝達され
る熱を遮断し、モータ回転子の昇温を抑制し、さらに異
材質の連結構造体での熱膨張変化にも破壊されることな
く対応できる構成となっている。

このブロワの連続運転により、モータ４は発熱するが、
中心固定軸１の中にある冷却用バイブロで熱の排出を行
なってモータ回転子２を効率よく冷却してモータの磁気
特性を損なわずに能率よく連続駆動運転することができ
、インペラ１０の裏側から伝達される伝熱の遮断も有効
に行ってモータ回転子が過熱されることもなく、その熱
コントロールも容易でインペラの伝熱によってロータ巻
線及びコアが高温となるのを防止し、しかもラジアル動
圧軸受が回転体の内側に収容されていることによってイ
ンペラの軸寸法をも小さくでき熱変形又は熱膨張に対す
る保証も容易に可能となって…失の僅少で円滑な回転を
行うことができ高温ガスを支障なく扱うことができるも
のである。

〔実施例〕 本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図に示すブロワは、固定軸ｌに設けたモータ回転子
２と、該モータ回転子２に対設されたモータ固定子３と
からなるモータ４で前記固定軸ｌに配備した回転子２に
連結してインペラ１０をブロワケーシング５内に回転自
在に配備したブロワにおいて、前記固定軸ｌの外周に設
けたスパイラル溝のあるラジアル動圧軸受部１２．１３
を介して回転可能に支承された前記回転子２及びインペ
ラ１０とをモータ回転子２の後面及びインペラ１０の前
面それぞれにスラスト軸受部１４．１５で支承すると共
に、前記固定軸１中に熱交換器１６のある冷却用の冷却
用バイブロ例えばヒートパイプを配備して高温ガス用ブ
ロワとしである。

そして前記モータ４を内装するモータケーシング８の一
端にブロワケーシング５を直接取付け、このモータケー
シング８及びブロワケーシング５の中心を貫いて設けら
れた固定軸１にスパイラル溝ラジアル動圧軸受１２．１
３を介して回転可能に支承されたモータ回転子２とイン
ペラＩＯとを設け、この回転子とインペラとを凹凸部で
軸方向には逃げうる接合状態で主として回転トルクを伝
達できる接手構成で連結しである。

前記インペラとしては、セラミックス焼結体製のインペ
ラを用い、セラミックス焼結体製のスリーブ端面に接続
されるものであって両接合面に互に嵌合する凹２１部又
は凸部２１＋を形成したもので、必要に応じ凹部２１と
これに対応して回転子側に形成した凸部２１＋　との間
に耐熱性合成樹脂、炭化系素材若しくは繊維系部材の熱
膨張を吸収しうるフレキシブル材料を介在させてもよい
。

この凹部２１と凸部２１．とは相対関係にあるのでどち
らの面に選んで設けてもよいが、対設させ、インペラｌ
Ｏと回転子２のフランジ部２．とを嵌合接続されるもの
であればよく、また両接合面に互に嵌合する凹凸は複数
形成するのが好ましいが、凹部２１と凸部２１．とが回
転子２とインペラｌＯとに放射条に外周端縁から軸心に
向って形成されているのもよいし、必要に応じテーパー
状又はその他の斜面若しくは曲面を含む凹凸面を持った
接合部とすることができる。

第１図例では前記モータ回転子２が、一端にフランジ部
２１を形成した回転子スリーブ１９で前記インペラ１０
と連結され、このインペラ側の一端はインペラ１０及び
モータ回転子２の内面と固定軸外周面とでスパイラル溝
ラジアル動圧軸受部１２．１３を形成し、かつ他端は回
転子スリーブ１９の内周面と前記固定軸外周面とでスパ
イラル溝ラジアル動圧軸受部１３を形成して支承しであ
るが、前記モータ回転子２の一端にフランジ部２１を形
成し、回転子スリーブ１９にロータ巻線２０を嵌装して
他端にボス１１で固着したものであって、前記フランジ
部２１とボス１１との外周面の両端とモータケーシング
内周面８□８．とでそれぞれスパイラル溝ラジアル動圧
軸受部を形成して支承してもよく、いずれにしても前記
モータ回転子スリーブ１９と固定軸ｌとの嵌合隙間が、
動圧発生ガス連通路として形成されているものであって
、ブロワケーシング５とモータケーシング８との内部を
強制循環する流路の一部として、前記モータ回転子２と
固定子３とのキャン間隙を介してインペラｌＯの内外周
にある流出入部に接続して構成しである。

前記モータ４を内装するモータケーシング８は、断熱材
からなる後ケーシング７のあるブロワケーシング５に直
接取付けられていて、このモータ４のモータケーシング
８の後端に取付けられたエンドプラケット９と、前ケー
シングとなるブロワケーシング５の吸込口１７に設けら
れた支承体１８との間にはブロワケーシング５及びモー
タケーシング８の中心を貫いて１本の固定軸１が配備さ
れている。

また前記インペラ１０はセラミックス焼結体製の回転子
スリーブ９を介して、セラミックス焼結体又は硬質金属
製の支持リングのボス１１でモータ回転子２とともに一
体化されインペラ１０及びモータ回転子２の何れも内面
は滑らかな円筒状面に仕上げられて固定軸１に嵌合され
ている。インペラ１０及び回転子２が嵌合する固定軸ｌ
の部分にはへリングポーン状スパイラル溝が設けられて
ラジアル軸受部１２．１３が形成され、それぞれインペ
ラ１０の内面、モータ回転子２の内面とでスパイラル溝
ラジアル動圧軸受を形成している。

さらにこのインペラ１０とボス１１との間には、ロータ
巻線２０をモータ回転子スリーブ１９に固定したモータ
回転子２が取り付けられ、インペラ１０とモータ回転子
２とボス１１は一体となってラジアル軸受部１２．１３
上の２組のスパイラル溝ラジアル動圧軸受を介して回転
可能に支承されている。

前記インペラ１０の前面とモータ回転子２の後面には平
滑に仕上げられた軸直角面の回転側スラスト受面１４１
，１５１が設けられ、それに対向して支承体１８とモー
タケーシング８とにそれぞれセラミックス焼結体製の軸
受部１４．１５が設けられている。

軸受部１４．１５の、回転側スラスト受面１４１゜１５
＋に対向する固定側スラスト受面にはスパイラル溝が設
けられ、回転側スラスト受面１４ｗ１５＋が正転向きの
向きに回転したときに動圧発生用の気体が溝に沿って流
れ、動圧を発生するようになっており、軸受部１４．１
５と回転側スラスト受面１４１，１５．とてスパイラル
溝動圧スラスト軸受を形成している。

ラジアル軸受の軸受部１２．１３及びスラスト軸受の軸
受部１４．１５の固定側スラスト受面に設けられている
スパイラル溝は、全体のうねりが３μｍ以下であり、平
均面粗さＲａが０．１μｍ以下に形成された平滑な平面
に深さ５〜３０μ踊程度の深さに設けられている。スパ
イラル溝の加工はランドに相当する表面を樹脂マスクで
覆い、ショツトブラストするなどの方法により行えばよ
い。

また、ラジアル動圧軸受としては、図に示した設置位置
の他にモータ回転子２のインペラ材料側の端部に同様の
ラジアル動圧軸受を設け、インペラｌＯを１つのラジア
ル動圧軸受で支え、モータ回転子２を他の２つのラジア
ル動圧軸受によって支えることもできる。

なお前記モータ回転子２とインペラ１０とは、セラミッ
クス焼結体製であって、それぞれセラミックス焼結体製
のラジアル動圧軸受とスラスト動圧軸受とで支承されて
、高い負荷であっても好適に動圧を発生して少ない損失
で荷重を支えることができるようになし、特にモータ回
転子２側についてはモータの発熱を除去する目的から熱
伝導が優れた耐熱材料、例えばＳｉＣ焼結体が望ましく
、他方インペラ１０側は高温ガスによる熱伝達を抑制す
るための耐熱材料のうちでもＳｉ、Ｎ、焼結体。

Ａ１．Ｏ，焼結体のように熱伝導率の小さな材料で熱伝
導を遮断できるようにするのがよ（、さらに前記ブロワ
ケーシング５もモータケーシング８に断熱材を介在して
取付けてモータケーシング内の昇温を防止する形態した
ものであって、ブロワケーシング５内に設けた支軸支承
体１８をもセラミックス焼結体で構成するのもよいし、
前記ブロワケーシング５が、モータケーシング８に直接
取付けられているので該モータケーシング８に熱交換器
１６Ｉのある冷却用のヒートバイブロ１を適宜配備する
ことも考慮される。また、モータの冷却を促進するため
にはヒートパイプよりも放熱効果が優れている強制循環
式の冷却手段を用いればよい。

前記モータ回転子２は密閉するロータキャンを、また、
モータ固定子３も密閉するステークキャンを持ち、前記
インペラ１０の前面及びモータ回転子２の後面それぞれ
に、設けられたセラミックス焼結体製のスパイラル溝ス
ラスト動圧軸受と、前記モータ回転子２の軸方向の両端
部に備えられたスパイラル講ラジアル動圧軸受１２．１
３とは夫々プロワが取扱う気体によって潤滑されている
ので、回転時の発熱が極めて少なく、かつ外部からの格
別な潤滑流体を補給を必要とせず、ガス洩れのない安全
なりローズドタイプとしてあり、さらにスパイラル溝ラ
ジアル動圧軸受は基本的には回転軸の振幅は極めて小さ
いものであるから、冷却のための固定軸ｌの外周面とそ
の外周側で回転していう回転子スリーブ１９の内周面と
のすきまを極めで近接したものとすることができ、固定
軸ｌによる回転部分の冷却をより効果的なものとしてい
る。

図中、２２はシール部材、２３は吐出口である。

以上の説明におけるセラミックス焼結体としては、硬質
で化学的に安定なものが望ましく、ＳｉＣ焼結体、Ｓｉ
Ｊ、焼結体、Ａ　１　ｇｏｓ焼結体、Ｚｎ０ｚ焼結体な
どが用いられる。また、他のインペラ材料としては、Ｔ
ｉ−Ａ　Ｉ！合金、Ｔｉ−Ｔｉ合金、ステンレス鋼など
高温に耐える金属材料や耐熱性樹脂などであってもよい
。この場合、モータ回転子スリーブを構成する耐熱材料
としては、ＳｉＣ，５ｉｚＮｎ、　Ａ　１　ｔｏｓ等の
セラミックス焼結体の他にステンレス鋼、ニッケル基合
金などの耐熱材料がある。そしてモータ回転子の冷却効
果を高めるためＳｉＣ焼結体や耐熱合金などの熱伝導性
の良い材料を選択することが望ましい。

またスパイラル溝のラジアル、スラスト動圧軸受の固定
側の軸受面にスパイラル溝を設けたものを示したが、回
転側にスパイラル溝を設けてもよい。

前記インペラ１０がセラミックス焼結体製である場合は
、扱いガスが高温であっても伝熱を遮断してモータ、特
にモータ回転子２が高温になるのを防ぎ、高温ガスの扱
いを可能とする。また、インペラの材料としてはセラミ
ックス焼結体ばかりでなく、耐熱合金、耐熱樹脂など使
用条件に適した他の材料を用いることができる。

なお、回転軸方向は、水平軸とした横型とじであるが、
インペラｌＯを上方にした竪型としてもよいしインペラ
１０を下方とした垂直軸、としても差支えない。

〔発明の効果〕

本発明は、回転子と固定子とからなるモータを内装する
モータケーシングの一端にブロワケーシングを直接取付
け、このモータケーシング及びブロワケーシングの中心
を貫いて設けられた固定軸にスパイラル溝ラジアル動圧
軸受を介して回転可能に支承された回転子とインペラと
を設け、この回転子とインペラとを主として回転トルク
を伝達できる凹凸接手構成で連結すると共に、モータ回
転子の後面をモータケーシングに、またインペラ前面を
前記ブロワケーシング内の支承体に、それぞれスパイラ
ル溝スラルト動圧軸受で支承したことによりインペラと
モータ回転子との連結状態は回転トルクのみを伝達でき
軸方向に逃げられる連結状態となっているので、温度歪
の影響を防ぎ安全性と耐久性を大幅に高められ、また、
インペラとモータ回転子とは夫々側のラジアル動圧軸受
によって支えられているので安定性が良く、モータは吸
込側の高温の扱い気体の熱やモータの摩擦発熱があって
もモータ回転子内側で排熱して冷却作用を増大して、モ
ータ内、特にモータ回転子部の温度上昇を防ぐことがで
き、またブロワケーシング内に流過する高温ガスの熱は
インペラを経てインペラ裏側のケーシング壁に伝達され
ようとしてもインペラと回転子との間にある凹凸接合面
の隙間で直接伝達される熱を遮断し、モータ回転子の昇
温を抑制し、さらに異材質の連結構造体での熱膨張変化
にも破壊されることなく対応できる構成となっているの
で、モータの磁気特性が低下することもなく安定した運
転が可能で高温のガスを支障なく扱うことができるし、
その効率も著しく向上でき、かつ熱コントロールも容易
で保守保安上に優位であってブロワの軸寸法も大巾に短
縮化できコンパクトで安全なブロワとすることが可能な
実用上極めて大なる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の実施例の縦断面図、第２図は分ｙｉ１
１状態の一部の拡大断面図、第３図は第２図１−１線の
正面図、第４図は第２図１１−１線の正面図である。 ｌ・・・固定軸、２・・・モータ回転子、２．・・・フ
ランジ部、３・・・モータ固定子、４・・・モータ、５
・・・ブロワケーシング、６・・・冷却用パイプ、６．
・・化−トパイプ、７・・・後ケーシング、８・・・モ
ータケーシング、９・・・エンドプラゲット、ｌＯ・・
・インペラ、１１・・・ボス、ｌ・２，１３・・・ラジ
アル軸受部、１４．１５・・・スラスト軸受部、１６・
・・熱交換器、１７・・・吸込口、１８・・・支承体、
１９・・・回転子スリーブ、２０・・・ロータＳ線、２
１・・・凹部、２１．・・・凸部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転子と固定子とからなるモータを内装するモー
   タケーシングの一端にブロワケーシングを直接取付け、
   このモータケーシング及びブロワケーシングの中心を貫
   いて設けられた固定軸にスパイラル溝ラジアル動圧軸受
   を介して回転可能に支承された回転子とインペラとを設
   け、この回転子とインペラとの接合面に互に嵌合しうる
   凹部と凸部とを対設して主として回転トルクのみを伝達
   できる接手構成で連結すると共に、モータ回転子の後面
   をモータケーシングに、またインペラ前面を前記ブロワ
   ケーシング内の支承体に、それぞれスパイラル溝スラル
   ト動圧軸受で支承したことを特徴とする高温ガス用ブロ
   ワ。
2. （２）前記インペラが、セラミックス焼結体製であって
   、そのボス部端面をセラミックス焼結体製スリーブ端面
   に嵌合接続されるものであって両接合面に互に嵌合する
   凹凸を複数形成したものである請求項１記載の高温ガス
   用ブロワ。
3. （３）前記凹部と凸部とが回転子とインペラとに放射条
   に外周端縁から軸心に向って形成されているものである
   請求項１又は２記載の高温ガス用ブロワ。