JPH01249995A - 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〕

−ｇ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、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、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、これら従来の欠点を排除し、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又はこれとブロワケーシング
内に延びる中心固定軸を固着し、該固定軸に装備した回
転子に連結してインペラをブロワケーシング内で回転自
在に備えたブロワであって、前記インペラをセラミック
ス焼結体、耐熱合金などの耐熱材料製として前記回転子
に連結して、該モータ回転子の両端部においてスパイラ
ル溝ラジアル動圧軸受部で支承すると共に、該スパイラ
ル溝ラジアル動圧軸受部に対応したモータケーシングの
内周側にセラミックス焼結体製の軸受スリーブを設け、
さらに前記モータ回転子の後面をモータケーシングに、
またインペラ前面に前記ブロワケーシング内の支承体に
、それぞれスラスト動圧軸受で支承し、かつ前記固定軸
を冷却用パイプとしたことを特徴とする高温ガス用ブロ
ワある。

〔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１０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ＩＯ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の前面の広
い受圧面積のスパイラル溝スラスト動圧軸受部１４で受
けると共に、ラジアル力はモータ回転子２の両端部即ち
ラジアル軸受部１２とモータケーシング８の内面にある
軸受スリーブ８．及びラジアル軸受部１３とモータケー
シング８の内面にある軸受スリーブ８．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て支えられ
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、
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、しかも固定
軸が貫通して支承体に嵌装されていないのでインペラ前
面の又ラスト動圧軸受の受圧面積が増大して安定した運
転が可能であり、インペラでのガス循環がなくすことも
可能で冷却しやすい形態とでき、さらにモータ回転子と
軸受スリーブとで形成されるラジアル動圧軸受によって
受圧面積も大きくして安定した回転ができモータ回転子
にラジアル軸受が一体に構成されているので、回転部分
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損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１の先端をモ
ータ回転子２又はインペラｌＯ内に終らせてブロワケー
シング５の中心を貫通させないようにして中心固定軸と
し、該インペラ１０はセラミックス焼結体製として前記
回転子２に連結して、モータ回転子の両端部においてス
パイラル溝ラジアル動圧軸受部１２゜１３で支承すると
共に、前記回転子２及びインペラｌＯとをモータ回転子
２の後面及びインペラｌＯの前面それぞれにスラスト軸
受部１４．１５で支承し、前記固定軸ｌ中に熱交換器１
６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。

第１図例では前記モータ回転子２が、一端にフランジ部
２．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１）で固着したもいのであって、
前記フランジ部２゜とボス１）との外周面の両端とモー
タケーシング内周面にあるセラミックス焼結体製の軸受
スリーブ８　＋−８１の内周面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であるが、必要
に応じインペラ側の一端はフランジ部外周面とモータケ
ーシング内面の軸受スリーブ８１とでスパイラル溝ラジ
アル動圧軸受部１２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
るものである。また前記モータケーシング８に嵌装され
る前記軸受スリーブ８１＋　８　＋の近傍には温度調節
用の冷却用パイプ又は冷却用流路２４を備えて冷却効果
をあげるのがよく、前記冷却用バイブロ又はヒートパイ
プでの排熱機能を総合的に自動制御して熱コントロ゛−
ルをすることも選んででき前記モータ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
ドブラケット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の中心を貫通
しない形Ｂ（第１図）とするか、或いは貫いてもインペ
ラ内で終っている形態（第２図）とした１本の固定軸ｌ
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モータ
回転子２に連結し、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１）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ｌに嵌合されて
いる。前記モータケーシング８に嵌合する回転子２及び
回転子スリーブ１９が嵌合する固定軸ｌ又はボス１）の
部分にはへリングボ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、それぞれモータケ
ーシング８の内周面にある軸受スリーブ８１又は、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１）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１）は一体となって軸受部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１４．。

１ｓｔ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１４−１ｔ５
．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１４１．１５゜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．
１５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３μ−以下であり、平
均面粗さＲａが０．１μ−以下に形成された平滑な平面
に深さ５〜３０μ鍋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。

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
、他方インペラ材料側は高温ガスによる熱伝達を抑制す
るために耐熱材料のうちでも５ＩｘＮａ焼結体。

ＡＩｒＯｚ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く、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め昇温を防止す
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・７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
内に熱交換器１６＋のある冷却用のヒートバイブロ、を
適宜配備することも考慮される０図においては、冷却用
バイブロはいづれもヒートバイブを用いて冷却するよう
になしているが、モータ回転子側の冷却手段として強制
循環式の冷却手段を設けることも可能である。

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も密閉するステータキャンを持ち、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、前記固定軸と前記インペラ１０及び
モータ回転子２との間の前記スパイラル溝ラジアル動圧
軸受に導く導通路をブロワケーシング内に連通して形成
してガス洩れのない安全なりローズタイプとしてあり、
前記モータ回転子２の内側から冷却するばかりでなく、
軸受部１２．１３及び軸受部１４．１５に導かれ、スパ
イラル溝ラジアル動圧軸受、スパイラル溝スラスト動圧
軸受において動圧発生作用を行うようになっている。

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　ｊ　ｇｏｓ焼結体、ＺｎＯ１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−＾１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＋　５ｉｓＮａｔ＾ｌよＯ３等のセラミッ
クス焼結体の他にステンレス矧、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、第１図及び第２図
のモータ回転子２の両端部の外周に形成したスパイラル
溝ラジアル軸受部１２．１３に対向するモータケーシン
グ８の内周面にはモータケーシング８の部材とは別のセ
ラミック軸受スリーブ８．を固定してセラミックス材料
同士でスパイラル溝ラジアル軸受部を形成すれば耐久性
は飛躍的に向上する。モータ回転子スリーブを構成する
材料としては、ＳｉＣ＋　５ｉｚＮｔ＋　Ａ　１　＊＊
＊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。

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
にモータ回転子が高温になるのを防ぎ、高温ガスの扱い
を可能とする。

なお、回転軸方向は、水平軸とした横型としであるが、
インペラ１０を上方にした竪型としてもよいしインペラ
ｌＯ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又はこれとブロワケーシング
内に延びる中心固定軸を固着し、該固定軸に装備した回
転子に連結してインペラをブロワケーシング内で回転自
在に備えたブロワであって、前記インペラをセラミック
ス焼結体、耐熱合金などの耐熱材製として前記回転子に
連結して、該モータ回転子の両端部においてスパイラル
溝ラジアル動圧軸受部で支承すると共に、該スパイラル
溝ラジアル動圧軸受部に対応したモータケーシングの内
周側にセラミックス焼結体製の軸受スリーブを設け、さ
らに前記モータ回転子の後面をモータケーシングに、ま
たインペラ前面に前記ブロワケーシング内の支承体に、
それぞれスラスト動圧軸受で支承し、かつ前記固定軸を
冷却パイプとしたことにより、モータは吸込側の高温の
扱い気体の熱やモータの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たので、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、モータ回転
子にあるラジアル勤王軸受で受圧面積を大きくして安定
した駆動ができ、その効率も著しく向上でき、しかもセ
ラミックス焼結体製の軸受スリーブで動圧軸受部が形成
されるために耐久性を大幅に高められ冷却手段を付属さ
せれば温度調節も容易に可能となってモータ内部の冷却
効果も充分発揮でき、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図は他の実施
例の縦断面図である。 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、６１
・・・ヒートパイプ、７・・・後ケーシング、８・・・
モータケーシング、８１・・・軸受スリーブ、９・・・
エンドブラケット、ｌＯ・・・インペラ、！ｌ・・・ボ
ス、１２．１３・・・ラジアル軸受部、１４．１５・・
・スラスト軸受部、１Ｇ・・・熱交換器、１７・・・吸
込口、１８・・・支承体、１９・・・回転子スリーブ、
２０・・・ロータ巻線。

Claims (2)

【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又はこれとブロワケーシング内に
   延びる中心固定軸を固着し、該固定軸に装備した回転子
   に連結してインペラをブロワケーシング内で回転自在に
   備えたブロワであって、前記インペラをセラミックス焼
   結体、耐熱合金などの耐熱材料製として前記回転子に連
   結して、該モータ回転子の両端部においてスパイラル溝
   ラジアル動圧軸受部で支承すると共に、該スパイラル溝
   ラジアル動圧軸受部に対応したモータケーシングの内周
   側にセラミックス焼結体製の軸受スリーブを設け、さら
   に前記モータ回転子の後面をモータケーシングに、また
   インペラ前面に前記ブロワケーシング内の支承体に、そ
   れぞれスラスト動圧軸受で支承し、かつ前記固定軸を冷
   却用パイプとしたことを特徴とする高温ガス用ブロワ。
2. （２）前記モータ回転子が、回転子スリーブの一端にフ
   ランジ部を形成し、ロータ巻線を嵌装して他端にボスで
   固着したものであって、前記フランジ部及びボスの外周
   面と前記軸受スリーブの内周面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、該軸受スリー
   ブの近傍に温度調節用の冷却用パイプ又は冷却用流路を
   備えた請求項１又は２記載の高温ガス用ブロワ。