(57)【要約】  空気と燃料との気体混合気を圧縮する圧縮機（１０）のシール装置は、圧縮機の圧縮機ホイール（３０）とハウジング（１２）との間に画定される漏出経路に加圧空気を供給する加圧空気供給導管（４６）を含み、この漏出経路は、主ガス流路から圧縮機の軸受領域に通じ、加圧空気は、空気及び気体燃料が主ガス流路から漏出経路を通って軸受領域に流れ込むことができないことを確実にするのに十分な圧力で供給される。加圧空気の一部が軸受領域に流れ込む一方で、空気の残りは外方に流れ、主ガス流路に送り戻されるか、又は外側シールを通過して漏れる空気及び気体燃料と組み合わせられて、圧縮機入口に戻るように再循環させられる。
2007533888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気及び気体燃料を圧縮する圧縮機であって、
回転可能なシャフトと、
前記シャフトに取り付けられ、複数の羽根が着設される圧縮機ホイールと、
内部空間を画定する軸受筐体と、
前記軸受筐体内に取り付けられ、前記シャフトを回転可能に支持する軸受と、
前記圧縮機ホイールを囲み、主ガス流路を画定し、該圧縮機ホイールの表面の直近に該表面から離間して固定壁を有する、圧縮機ハウジングであって、該表面は、該主ガス流路に隣接した場所から前記軸受筐体に向かってほぼ半径方向内方に延びる、圧縮機ハウジングと、を備え、
前記圧縮機ハウジング及び前記軸受筐体は、前記圧縮機の前記主ガス流路から該軸受筐体の内部まで漏出経路を画定し、該漏出経路の少なくとも一部は、前記圧縮機ホイールの前記表面と該圧縮機ハウジングの前記固定壁との間に画定され、
前記圧縮機は、
前記漏出経路内に位置するシール装置であって、前記圧縮機ホイールの前記表面と前記圧縮機ハウジングの前記固定壁との間に配置される耐液圧要素と、該耐液圧要素から前記軸受筐体に延びる該漏出経路の部分であって、それ以上いかなる耐液圧要素もない該漏出経路の部分と、該圧縮機ハウジングを通って該漏出経路の部分に通じる加圧空気供給導管とを有するシール装置を備える、
空気及び気体燃料を圧縮する圧縮機。
【請求項２】
前記耐液圧要素はラビリンスシールである、請求項１に記載の空気及び気体燃料を圧縮する圧縮機。
【請求項３】
前記軸受筐体を通って該軸受筐体の内部に通じ、潤滑油を前記軸受に供給する油供給導管と、
前記軸受筐体の内部から出て、該軸受筐体から空気及び油を排出する油ドレンと、
をさらに備える、請求項１に記載の空気及び気体燃料を圧縮する圧縮機。
【請求項４】
前記圧縮機ハウジングは、空気を前記圧縮機に導く入口導管を画定し、
前記圧縮機は、
前記入口導管に通じ、燃料を前記圧縮機に供給する燃料供給導管をさらに備える、請求項１に記載の空気及び気体燃料を圧縮する圧縮機。
【請求項５】
空気及び気体燃料を圧縮する圧縮機であって、
回転可能なシャフトと、
前記シャフトに取り付けられ、複数の羽根が着設される圧縮機ホイールと、
内部空間を画定する軸受筐体と、
前記軸受筐体内に取り付けられ、前記シャフトを回転可能に支持する軸受と、
前記圧縮機ホイールを囲み、主ガス流路を画定し、該圧縮機ホイールの表面の直近に該表面から離間して固定壁を有する、圧縮機ハウジングであって、該表面は、該主ガス流路に隣接した場所から前記軸受筐体に向かってほぼ半径方向内方に延びる、圧縮機ハウジングと、を備え、
前記圧縮機ハウジング及び前記軸受筐体は、前記圧縮機の前記主ガス流路から該軸受筐体の内部まで漏出経路を画定し、該漏出経路の一部は、前記圧縮機ホイールの前記表面と前記圧縮機ハウジングの前記固定壁との間に画定され、
前記圧縮機は、
前記漏出経路の前記一部内に位置するシール装置であって、前記圧縮機ホイールの前記表面と前記圧縮機ハウジングの前記固定壁との間に配置される耐液圧要素と、空洞が該耐
液圧要素との間に画定されるように、該圧縮機ホイールの該表面上に該耐液圧要素から半径方向外方に離間して取り付けられる複数の補助羽根と、該圧縮機ハウジングを通って該空洞に通じる加圧空気供給導管と、を有する、シール装置を備える、
空気及び気体燃料を圧縮する圧縮機。
【請求項６】
前記耐液圧要素はラビリンスシールである、請求項５に記載の空気及び気体燃料を圧縮する圧縮機。
【請求項７】
前記軸受筐体を通って該軸受筐体の内部に通じ、潤滑油を前記軸受に供給する油供給導管と、
前記軸受筐体の内部から出て、該軸受筐体から空気及び油を排出する油ドレンと、
をさらに備える、請求項５に記載の空気及び気体燃料を圧縮する圧縮機。
【請求項８】
前記圧縮機ハウジングは、空気を前記圧縮機に導く入口導管を画定し、
前記圧縮機は、
前記入口導管に通じ、燃料を前記圧縮機に供給する燃料供給導管をさらに備える、請求項５に記載の空気及び気体燃料を圧縮する圧縮機。
【請求項９】
空気及び気体燃料を圧縮する圧縮機であって、
回転可能なシャフトと、
前記シャフトに取り付けられ、複数の羽根が着設される圧縮機ホイールと、
内部空間を画定する軸受筐体と、
前記軸受筐体内に取り付けられ、前記シャフトを回転可能に支持する軸受と、
前記圧縮機ホイールを囲み、主ガス流路を画定し、該圧縮機ホイールの表面の直近に該表面から離間して固定壁を有する、圧縮機ハウジングであって、該表面は、該主ガス流路に隣接した場所から前記軸受筐体に向かってほぼ半径方向内方に延びる、圧縮機ハウジングと、を備え、
前記圧縮機ハウジング及び前記軸受筐体は、前記圧縮機の前記主ガス流路から該軸受筐体の内部まで漏出経路を画定し、該漏出経路の一部は、前記圧縮機ホイールの前記表面と該圧縮機ハウジングの前記固定壁との間に画定され、
前記圧縮機は、
前記漏出経路の前記一部内に位置するシール装置であって、前記圧縮機ホイールの前記表面と前記圧縮機ハウジングの前記固定壁との間に配置される第１の耐液圧要素、第２の耐液圧要素、第３の耐液圧要素であって、該第１の耐液圧要素と、第１の空洞が該第１の耐液圧要素との間に画定されるように該第１の耐液圧要素の半径方向外方に離間した第２の耐液圧要素と、第２の空洞が該第２の耐液圧要素との間に画定されるように該第２の耐液圧要素の半径方向外方に離間した第３の耐液圧要素と、該圧縮機ハウジングを通って該第１の空洞に通じる加圧空気供給導管と、該第２の空洞から圧縮機入口に戻るように通じ、該第３の耐液圧要素を通過して該第２の空洞に漏れ込む空気及び気体燃料を該圧縮機入口に戻るように再循環させる再循環導管と、を有する、シール装置を備える、
空気及び気体燃料を圧縮する圧縮機。
【請求項１０】
前記耐液圧要素はラビリンスシールである、請求項９に記載の空気及び気体燃料を圧縮する圧縮機。
【請求項１１】
前記軸受筐体を通って該軸受筐体の内部に通じ、潤滑油を前記軸受に供給する油供給導管と、
前記軸受筐体の内部から出て、該軸受筐体から空気及び油を排出する油ドレンと、
をさらに備える、請求項９に記載の空気及び気体燃料を圧縮する圧縮機。
【請求項１２】
前記圧縮機入口に通じ、燃料を前記圧縮機に供給する燃料供給導管をさらに備える、請求項９に記載の空気及び気体燃料を圧縮する圧縮機。
【請求項１３】
空気及び気体燃料を圧縮する圧縮機であって、
回転可能なシャフトと、
前記シャフトに取り付けられ、複数の羽根が着設される圧縮機ホイールと、
内部空間を画定する軸受筐体と、
前記軸受筐体内に取り付けられ、前記シャフトを回転可能に支持する軸受と、
前記圧縮機ホイールを囲み、主ガス流路を画定し、該圧縮機ホイールの表面の直近に該表面から離間して固定壁を有する、圧縮機ハウジングであって、該表面は、該主ガス流路に隣接した場所から前記軸受筐体に向かってほぼ半径方向内方に延びる、圧縮機ハウジングと、を備え、
前記圧縮機ハウジング及び前記軸受筐体は、前記圧縮機の前記主ガス流路から該軸受筐体の内部まで漏出経路を画定し、該漏出経路の少なくとも一部は、前記圧縮機ホイールの前記表面と前記圧縮機ハウジングの前記固定壁との間に画定され、
前記圧縮機は、
前記漏出経路内に位置するシール装置であって、前記圧縮機ホイールの前記表面上に前記圧縮機ハウジングの前記固定壁に近接して取り付けられる複数の補助羽根を有し、該補助羽根は、該補助羽根を通して半径方向外方に空気を引き出して、該空気の圧力を上昇させ、且つ該圧縮機の前記主ガス流路に該空気を噴射するように構成され且つ仕組まれ、該漏出経路は、該補助羽根から前記軸受筐体まで半径方向内方に延びる部分を画定する、シール装置を備える、
空気及び気体燃料を圧縮する圧縮機。
【請求項１４】
前記シール装置は、前記圧縮機ハウジングを通って前記漏出経路の前記部分に通じる加圧空気供給導管をさらに備える、請求項１３に記載の空気及び気体燃料を圧縮する圧縮機。
【請求項１５】
空気及び気体燃料を圧縮する圧縮機であって、
回転可能なシャフトと、
前記シャフトに取り付けられ、複数の羽根が着設される圧縮機ホイールと、
内部空間を画定する軸受筐体と、
前記軸受筐体内に取り付けられ、前記シャフトを回転可能に支持する軸受と、
前記圧縮機ホイールを囲み、主ガス流路を画定し、該圧縮機ホイールの表面の直近に該表面から離間して固定壁を有する、圧縮機ハウジングであって、該表面は、該主ガス流路に隣接した場所から前記軸受筐体に向かってほぼ半径方向内方に延びる、圧縮機ハウジングと、を備え、
前記圧縮機ハウジング及び前記軸受筐体は、前記圧縮機の前記主ガス流路から該軸受筐体の内部まで漏出経路を画定し、該漏出経路の少なくとも一部は、前記圧縮機ホイールの前記表面と該圧縮機ハウジングの前記固定壁との間に画定され、
前記圧縮機は、
前記漏出経路内に位置するシール装置であって、前記圧縮機ホイールの前記表面と前記圧縮機ハウジングの前記固定壁との間に配置される第１の耐液圧要素と第２の耐液圧要素であって、該第１の耐液圧要素と、空洞が該第１の耐液圧要素との間に画定されるように該第１の耐液圧要素の半径方向外方に離間した第２の耐液圧要素とを有し、該漏出経路は、該第１の耐液圧要素から前記軸受筐体まで半径方向内方に延びる部分を有し、該シール装置はさらに、該圧縮機ハウジングを通って該漏出経路の該部分に通じる加圧空気供給導管と、該空洞から圧縮機入口に戻るように通じる、該第２の耐液圧要素を通過して該空洞に漏れ込む空気及び気体燃料を該圧縮機入口に戻るように再循環させる再循環導管と、を有する、シール装置を備える、
空気及び気体燃料を圧縮する圧縮機。
【請求項１６】
空気及び気体燃料を圧縮するのに用いられる圧縮機から燃料が実質的に全く逃げないように、該圧縮機をシールする方法であって、該圧縮機は、該圧縮機の主ガス流路から該圧縮機の軸受筐体にほぼ半径方向内方に通じる漏出経路を画定し、該漏出経路の少なくとも一部は、圧縮機ホイールの表面と該圧縮機のハウジングの壁との間に画定され、
前記方法は、
前記圧縮機ホイールの前記表面と前記圧縮機ハウジングの前記壁との間に配置される少なくとも１つの耐液圧要素を設けるステップであって、該漏出経路は、該少なくとも１つの耐液圧要素から前記軸受筐体まで半径方向内方に延びる部分を画定する、設けるステップと、
燃料を含まない加圧空気の第１の部分が内方に前記軸受筐体に流れ込む一方で、該加圧空気の第２の部分が前記少なくとも１つの耐液圧要素を外方に通過して前記主ガス流路に流れ込むことにより、空気及び気体燃料が該軸受筐体に漏れ込むのを防止するように、該主ガス流路内の圧力よりも高い圧力で、該加圧空気を該漏出経路の前記部分に供給するステップと、
を含む、圧縮機をシールする方法。
【請求項１７】
空気及び気体燃料を圧縮するのに用いられる圧縮機から燃料が実質的に全く逃げないように、該圧縮機をシールする方法であって、該圧縮機は、該圧縮機の主ガス流路から該圧縮機の軸受筐体までほぼ半径方向内方に通じる漏出経路を画定し、該漏出経路の一部は、圧縮機ホイールの表面と該圧縮機のハウジングの壁との間に画定され、
前記方法は、
前記圧縮機ホイールの前記表面と前記圧縮機ハウジングの前記壁との間に配置される耐液圧要素と、空洞が該耐液圧要素との間に画定されるように、該耐液圧要素の半径方向外方で該圧縮機ホイールの該表面上にある複数の補助羽根と、を設けるステップと、
燃料を含まない加圧空気の第１の部分が前記第１の耐液圧要素を内方に通過して前記軸受筐体に流れ込むように、該軸受筐体内の圧力よりも高いが前記主ガス流路内の圧力よりも低い圧力で、該加圧空気を前記空洞に供給するステップと、
前記補助羽根が前記空気をさらに加圧して該空気を前記主ガス流路に送ることにより、空気及び気体燃料が前記軸受筐体に漏れ込むのを防止するように、該加圧空気の第２の部分を該補助羽根を通して引き出すステップと、
を含む、圧縮機をシールする方法。
【請求項１８】
空気及び気体燃料を圧縮するのに用いられる圧縮機から燃料が実質的に全く逃げないように、該圧縮機をシールする方法であって、該圧縮機は、該圧縮機の主ガス流路から該圧縮機の軸受筐体にほぼ半径方向内方に通じる漏出経路を画定し、該漏出経路の一部は、圧縮機ホイールの表面と該圧縮機のハウジングの壁との間に画定され、
前記方法は、
前記圧縮機ホイールの前記表面と前記圧縮機ハウジングの前記壁との間に配置される第１の耐液圧要素、第２の耐液圧要素、第３の耐液圧要素であって、該第１の耐液圧要素と、第１の空洞が該第１の耐液圧要素との間に画定されるように該第１の耐液圧要素の半径方向外方に離間した第２の耐液圧要素と、第２の空洞が該第２の耐液圧要素との間に画定されるように該第２の耐液圧要素の半径方向外方に離間した第３の耐液圧要素と、を設けるステップと、
燃料を含まない加圧空気の第１の部分が前記第１の耐液圧要素を内方に通過して前記軸受筐体に流れ込む一方で、該加圧空気の第２の部分が前記第２の耐液圧要素を外方に通過して前記第２の空洞に流れ込み、空気及び気体燃料の一部もまた、前記主ガス流路から前記第３の耐液圧要素を通過して該第２の空洞に漏れ込むように、該軸受筐体内の圧力よりも高いが該主ガス流路内の圧力よりも低い圧力で、該加圧空気を前記第１の空洞に供給す
るステップと、
前記空気及び燃料を前記第２の空洞から前記圧縮機の入口に戻るように再循環させるステップであって、それにより、該空気及び気体燃料が前記軸受筐体に漏れ込むのを防止する、再循環させるステップと、
を含む、圧縮機をシールする方法。
【請求項１９】
空気及び気体燃料を圧縮する方法であって、
圧縮機の主ガス流路内で回転する圧縮機ホイールを有する該圧縮機に空気及び燃料を送るステップであって、該圧縮機ホイールは、前記空気及び燃料を圧縮する複数の羽根を支持する、送るステップと、
前記圧縮機ホイールと前記圧縮機のハウジングとの間に画定される漏出経路に加圧空気を供給するステップであって、前記漏出経路は、前記主ガス流路から該圧縮機の軸受領域に通じ、該加圧空気は、前記空気及び燃料が該主ガス流路から該漏出経路を通って該軸受領域に流れ込むことができないことを確実にするのに十分な圧力で供給される、供給するステップと、
を含む空気及び気体燃料を圧縮する方法。
【請求項２０】
前記圧縮機は、加圧空気を用いる空気軸受を含み、該空気軸受用の該加圧空気の一部は、燃料が前記軸受領域に流れ込むのを防止するように前記漏出経路に流れ出す、請求項１９に記載の空気及び気体燃料を圧縮する方法。
【請求項２１】
前記圧縮機は、加圧空気を用いる静圧空気軸受を含み、外部の供給源からの加圧空気が、前記漏出経路に供給され、該加圧空気の一部は、該空気軸受に流れ込むことにより、空気軸受用の別個の空気供給の必要性を減らすか又はなくす、請求項１９に記載の空気及び気体燃料を圧縮する方法。
【請求項２２】
前記圧縮機は磁気軸受を含み、圧縮機の始動中に、前記漏出経路に供給される前記加圧空気の一部は、該磁気軸受に流れ込んで該磁気軸受を保護する、請求項１９に記載の空気及び気体燃料を圧縮する方法。
【請求項２３】
前記圧縮機は磁気軸受を含み、圧縮機の停止中に、前記漏出経路に供給される前記加圧空気の一部は、該磁気軸受に流れ込んで該磁気軸受を保護する、請求項１９に記載の空気及び気体燃料を圧縮する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［発明の分野］
本発明は、空気圧縮機に関し、詳細には、このような圧縮機用のシール装置に関する。
【０００２】
［発明の背景］
触媒燃焼器が、復熱式マイクロタービン発電システムで用いられ始めている。マイクロタービン発電システムは、マイクロタービンとして一般的に知られている小型ガスタービンエンジンから、発電機を駆動する機械的動力を得る。エンジンは概して、燃焼器から高温の燃焼ガスを受け取って高温ガスを膨張させることでタービンを回転させる少なくとも１つのタービンを含む。タービンは少なくとも１つの圧縮機ホイールを駆動し、圧縮機ホイールは圧縮機ハウジング内で回転し、通過する作動流体を圧縮する羽根を支持している。燃焼器が触媒燃焼器である復熱式ガスタービンエンジンでは、通常は空気と燃料との気体混合気が作動流体として圧縮機に供給されるか、又は空気及び燃料が別々に圧縮機に送られた後で、圧縮後にそれらが混合される。したがって、圧縮機は、空気及び気体燃料を圧縮し、その後でこれが空気−燃料混合気として触媒燃焼器に送られ、触媒燃焼器において混合気が燃焼される。この仕組みにより、別個の気体燃料圧縮機をなくすことができる。
【０００３】
残念ながら、エンジンの圧縮機内で燃料を圧縮すると、周囲環境に燃料が漏れる可能性も生じる。いかなる圧縮機においても、作動流体は、高圧に上昇させられると、通れそうな経路があればそこから低圧領域に向かって流れようとする。このような経路には、最後にはエンジンを囲む周囲空気に至る漏出経路が含まれる。このような漏出経路は概して、例えば、圧縮機の固定部品と回転部品との間の境界に存在する。例えば、マイクロタービンで一般的に用いられるラジアル圧縮機では、漏出経路は圧縮機ホイールと固定圧縮機ハウジングとの間にあり、この経路は圧縮機の軸受筐体に通じる。軸受筐体に漏れ込む量を減らすために、回転圧縮機ホイールと固定ハウジングとの間に１つ又は複数のシールを含むことが一般的である。シールは、耐液圧性が高いため、流体がそこを通過して軸受筐体に流れ込むのを妨げる。通常、シールはラビリンスシールである。
【０００４】
圧縮機からの漏れの量は、通常は比較的少なく、例えば圧縮機内の総質量流量の１パーセント未満であるため、実質的に効率を悪くすることはない。さらに、漏れの効果は否定的なものばかりではない。例えば、漏れの１つの肯定的な効果は、油が軸受筐体から圧縮機の主ガス流路に移動するのを防止することである。
【０００５】
しかしながら、圧縮機の作動流体が空気及び気体燃料である場合、ごく少量の漏れでさえも周囲環境への未燃炭化水素の放出につながる。天然ガスを燃やす触媒燃焼器を有する通常の再生マイクロタービン（例えば、米国特許出願第４，７５４，６０７号及び第６，１４１，９５３号）では、空気／燃料比が１００：１に近く、これは、圧縮機の作動流体中の燃料濃度が１４，０００容積比百万分率（ｐｐｍｖｄ）に近くなることを意味する。圧縮機のシールを通して０．５％の漏れしか生じなくても、この漏出源からの未燃炭化水素排出量だけで７０ｐｐｍｖｄになり、これは多くの地域の許容規制限度を超える。米国の南海岸大気保全管理区や日本の東京及び横浜の大気保全管理区等、地域によっては、最大許容限度は１０ｐｐｍｖｄもの低さであり得る。
【０００６】
したがって、燃料が周囲環境に事実上全く逃げないことを確実にすることができる、圧縮機シール装置が必要である。
【０００７】
［発明の概要］
本発明は、適当な供給源からの「清浄な」（すなわち、燃料を含まない）加圧空気の供給を利用して、燃料が主ガス流路から圧縮機の軸受領域に流れ込むのを防止する、圧縮機シール装置及び方法を提供することによって、上記のニーズに対処するとともに他の利点を得る。
【０００８】
本発明の一態様では、空気及び気体燃料を圧縮する方法であって、
圧縮機の主ガス流路内で回転する圧縮機ホイールを有する圧縮機に空気及び気体燃料を送るステップであって、圧縮機ホイールは、空気及び燃料を圧縮する複数の羽根を支持し、圧縮された空気と気体燃料が、主ガス流路から吐出導管へと吐出される、送るステップと、
回転圧縮機ホイールと圧縮機の固定部材との間に画定される漏出経路に圧縮空気を供給するステップであって、漏出経路は、主ガス流路から圧縮機の軸受領域に通じ、加圧空気は、空気及び気体燃料が主ガス流路から漏出経路を通って軸受領域に流れ込むことができないことを確実にするのに十分な圧力で供給される、供給するステップと
を含む空気及び気体燃料を圧縮する方法が提供される。
【０００９】
本発明の一実施形態では、圧縮機は、回転圧縮機ホイールの表面と圧縮機ハウジングの固定壁との間に画定される漏出経路の一部に位置する、シール装置を含む。シール装置は、圧縮機ホイールの表面と圧縮機ハウジングの固定壁との間の漏出経路に配置される耐液圧要素と、耐液圧要素と圧縮機の軸受筐体との間の場所に圧縮機ハウジングを通って漏出経路に通じる加圧空気供給導管とを備える。この実施形態の漏出経路には、空気供給導管と軸受領域との間にいかなる耐液圧要素もない。清浄な加圧空気は、主ガス流路内の圧力よりも高い圧力で、供給導管を通して漏出経路に供給される。したがって、加圧空気の一部は軸受筐体に流れ込む。空気の残りは、耐液圧要素を通過して主ガス流路に流れ込むことにより、空気及び気体燃料が漏出経路を通って軸受筐体に流れ込むのを防止する。このように、軸受領域への空気漏れの肯定的な効果が保たれつつ、燃料が軸受領域に漏れ込むのが防止される。油潤滑軸受が用いられるような場合、従来技術のシール装置でのように高温の圧縮機吐出空気ではなく、清浄な冷たい空気が軸受領域に流れ込む。この空気は、油が圧縮機ホイールの後ろの漏出経路に流れ込むのを防止するという同じ機能を果たすが、油を酸化させることがないため、エージング及び劣化の主な原因の１つがなくなる。これにより、油の消費が減り、油の有効寿命が長くなる。外部の供給源から加圧支持空気を供給される空気軸受を用いるシステムの場合、空気が軸受から漏出経路に流れ込むことで、清浄な空気を別個に供給する必要性を最小にするか又はなくすことができる。磁気軸受の場合、軸受は、軸受から流れる冷却用空気が冷却後に漏出経路に流れ込むことにより、別個の空気供給の必要性を減らすか又はなくすように設計され得る。代替的に、漏出経路に供給される別個の空気を用いて、磁気軸受を冷却することができる。
【００１０】
本発明の別の実施形態では、シール装置は、圧縮機ホイールの表面とハウジングの固定壁との間に配置される耐液圧要素と、空洞が耐液圧要素との間に画定されるように、圧縮機ホイールの表面上に耐液圧要素から半径方向外方に離間して取り付けられる複数の補助羽根と、圧縮機ハウジングを通って空洞に通じる加圧空気供給導管とを備える。この実施形態では、清浄な加圧空気が、主ガス流路内の圧力よりも低い圧力で、シール装置の空洞に送られる。この空気の一部は、前述の実施形態のように、耐液圧要素を通過して軸受筐体に流れ込む。加圧空気の残りは、補助羽根によってさらに圧縮されて、主ガス流路に圧送される。補助羽根は、逆方向への流れを防止することで、空気及び気体燃料が軸受筐体に漏れ込むのを防止する。この実施形態は、油潤滑軸受、空気軸受、又は磁気軸受に適用することができる。
【００１１】
さらに別の実施形態では、シール装置は、圧縮機ホイールの表面と圧縮機ハウジングの
固定壁との間に配置される第１の耐液圧要素、第２の耐液圧要素、第３の耐液圧要素であって、該第１の耐液圧要素と、第１の空洞が第１の耐液圧要素との間に画定されるように第１の耐液圧要素の半径方向外方に離間した第２の耐液圧要素と、第２の空洞が第２の耐液圧要素との間に画定されるように第２の耐液圧要素の半径方向外方に離間した第３の耐液圧要素と、圧縮機ハウジングを通って第１の空洞に通じる加圧空気供給導管と、第２の空洞から圧縮機入口に戻るように通じ、第３の耐液圧要素を通過して漏れる空気及び気体燃料があればそれを圧縮機入口に戻るように再循環させる再循環導管と、を有する。この実施形態では、清浄な加圧空気は、主ガス流路内の圧力よりも低い圧力で供給され得る。先行の実施形態のように、一部は軸受筐体に流れ込む。空気の残りは第２の空洞に流れ込む。第２の空洞内の圧力が主ガス流路内の圧力よりも低いため、空気及び気体燃料は、第３の耐液圧要素を通過して第２の空洞に漏れ込む。第２の空洞内の空気及び燃料は、再循環導管から排出され、圧縮機入口に送り戻される。
【００１２】
種々の実施形態において、耐液圧要素は、ラビリンスシールであることが好ましいが、本発明は、漏れを妨げる高い耐液圧性を得るためのいかなる特定の構造にも限定されない。
【００１３】
このように、本発明を一般的な用語で説明し、次に図面を参照するが、図面は必ずしも一定の縮尺で描かれているわけではない。
【００１４】
［発明の詳細な説明］
次に、添付図面を参照して本発明を本明細書の以下でより詳細に説明するが、添付図面には、本発明の実施形態のいくつかが示されているのであって、全ての実施形態が示されているのではない。実際には、これらの発明は、多くの異なる形態で具現することができ、本明細書に記載の実施形態に限定されると解釈すべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が適用法の要件を満たすように提供される。図面を通して同じ符号は同じ要素を指す。
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施形態による圧縮機１０を示す。圧縮機１０は、ほぼ軸方向に延びるほぼ管状の入口導管１４を画定する圧縮機ハウジング１２を含む。ハウジング１２は、入口導管１４の下流端につながり且つ延びる向きが軸方向からほぼ半径方向に遷移する、外壁１６も画定する。外壁１６の下流端は、圧縮機を囲むほぼ環状の吐出導管１８とつながる。圧縮機ハウジングの後端は、吐出導管から半径方向内方に延びるとともに壁１６の反対側にある固定壁２０を含む。固定壁２０の半径方向内端は、圧縮機の軸受筐体２２とつながる。
【００１６】
ほぼ管状の軸受筐体２２は、軸受筐体内に軸方向に延びる回転シャフト２６を支持する少なくとも１つの回転軸受２４を収容する。潤滑油が、軸受筐体に通じる少なくとも１つの油供給導管２８を通して軸受に供給される。
【００１７】
圧縮機は、一般的にディスクとして形成される圧縮機ホイール３０を含む。ホイールはシャフト２６の前端に取り付けられる。複数の周方向に離間した羽根３２がホイールに着設される。ホイールが回転すると、羽根が入口導管１４を通して空気を引き込む（矢印３４で示す）。圧縮機は、入口導管１４内に延び、燃料（矢印３８で示す）を空気流に供給する燃料供給導管３６も含む。したがって、空気−燃料混合気が圧縮機の羽根３２の列に入り（又は空気及び燃料の流れが別々に入り）、羽根によって圧縮されて、吐出導管１８内に吐出される。燃料と空気との混合は、圧縮機の羽根と通じる通路を通って流れが進むにつれても行なわれる。代替的に、燃料及び空気が圧縮機の羽根の列に入る前に実質的に混合されるように、圧縮機ホイールの上流にあるミキサ（図示せず）に燃料及び空気を導入することが可能である。
【００１８】
圧縮機は、圧縮機ホイール３０の後方に面した表面と、圧縮機ハウジングの固定壁２０との間にシール装置を含む。ホイールと固定壁との間の空間は、高圧の空気及び気体燃料が軸受筐体に漏れ込む可能性がある漏出経路を表す。前述のように、軸受筐体内への燃料の漏れは防止せねばならない。シール装置は、軸受筐体の半径方向外方に離間した耐液圧要素又はシール４２を含む。したがって、漏出経路の部分４４が、耐液圧要素４２と軸受筐体との間に画定される。部分４４にはいかなる耐液圧要素もない。耐液圧要素４２は、ラビリンスシールとして示されているが、高い耐液圧性を提供する他のタイプのシール（例えば、ブラシシール）を代わりに用いてもよい。少なくとも１つの加圧空気供給導管４６が、圧縮機ハウジングを通って漏出経路の部分４４まで延びる。
【００１９】
動作の際には、加圧空気（矢印４８で示す）が、供給導管４６を介して漏出経路の部分４４に供給される。空気は「清浄」である、すなわち、燃料を含まない。加圧空気は、圧縮機の主ガス流路内の圧力（すなわち、外側のシール４２の半径方向外側における圧力）よりも高い圧力で供給される。したがって、加圧空気の部分５０は、漏出経路の部分４４に沿って内方に軸受筐体に流れ込む。この空気は、軸受をすでに潤滑させた油とともに、軸受筐体からドレン導管５２を通して排出される。続いて、空気及び油を空気−油分離機等において処理することができるため、油蒸気を除去された空気を大気に放出することができ、油は回収することができる。漏出経路の部分４４に供給された加圧空気の残り５４は、シール４２を外方に通過して圧縮機の主ガス流路に、そして最終的には吐出導管１８に流れ込む。したがって、シール装置は、燃料が軸受筐体に漏れ込む可能性を事実上全て効果的になくす。軸受領域内への空気流量と主ガス流路に出る空気流量との相対的な比率は、当業者の通常の能力の範囲内にある設計手順によって制御することができる。
【００２０】
シール装置に必要な加圧空気は、種々の供給源（図示せず）から供給することができる。例えば、加圧空気を供給する別個の空気圧縮機を、タービンエンジン自体と連結される動力取出装置によって機械的に駆動してもよく、又は電動機によって駆動してもよい。代替的に、動圧縮機が、圧縮機作動流体のエネルギーを利用してもよい。シール装置用の加圧空気の特定の供給源は、本発明には重要でなく、本発明はいかなる特定のタイプの供給源にも限定されない。
【００２１】
本発明の第２の実施形態を図２に示す。図２の圧縮機１１０は、下記を除いて図１の圧縮機１０とほぼ同様である。圧縮機１１０のシール装置は、圧縮機ホイール３０の後面上に取り付けられる一組の補助羽根６０を含み、図示のように耐液圧要素又はシール４０も含むことができる。補助羽根は、漏出経路の空洞又は部分４４が羽根とシールとの間に画定されるように、シール４０の半径方向外方に離間している。加圧空気供給導管４６が、漏出経路の部分４４に通じる。補助羽根は、羽根を通して半径方向外方に空気を引き出して、空気を高圧に圧縮するように構成される。したがって、この実施形態では、供給導管４６を通して供給される加圧空気４８は、圧縮機の主ガス流路内の圧力よりも低いが軸受筐体内の圧力よりも高い圧力で供給することができる。
【００２２】
動作の際には、漏出経路の部分４４に供給される加圧空気の部分５０が、シール４０がある場合はそこを半径方向内方に通過して軸受筐体に流れ込む。空気の残りは、補助羽根６０を通して引き出され、主ガス流路内の圧力よりも高い圧力に上昇させられるため、空気が主ガス流路に入って主流と合流する。これにより、補助羽根は、主ガス流路内の空気及び気体燃料が羽根を通過して軸受筐体内に移動するのを防止する。シール４０は有用ではあるが必須ではなく、軸受領域及び漏出経路内の流路の適切な設計によって省くことができる。
【００２３】
本発明の第３の実施形態を図３に示す。図３の圧縮機２１０は、下記を除いて前述の圧
縮機１０とほぼ同様である。この実施形態では、圧縮機のシール装置は、３つの離間したシールを用いることが好ましい。第１の又は内側シール４０及び第２のシール４２は、互いの間に漏出経路の部分又は空洞４４を有するように配列される。加圧空気供給導管４６が、清浄な加圧空気４８を空洞に供給するようにこの空洞４４に通じる。シール４２との間に空洞７２が画定されるように、第３の又は外側シール７０がシール４２の半径方向外方に離間している。再循環導管７４が、空洞７２から圧縮機入口導管１４に戻るように延びる。第１の又は内側シール４０は、用いてもよいが、前述のように必須ではない。
【００２４】
動作の際には、清浄な加圧空気４８が、軸受筐体２２内の圧力よりも高いが圧縮機の主ガス流路内の圧力よりも低い圧力で、空洞４４に送られる。空気の一部分５０は、内側シール４０（ある場合）を内方に通過して軸受筐体に流れ込む。空気の残り７６は、中間シール４２を外方に通過して空洞７２に流れ込む。空洞７２内の圧力は主ガス流路内の圧力よりも低いため、矢印７８で示すように、一部の空気及び気体燃料は、主ガス流路から外側シール７０を内方に通過して空洞７２に流れ込む。しかしながら、空洞７２内の空気及び燃料は、入口導管１４内の圧力よりも依然として高い圧力であるため、この空気及び燃料は、再循環導管７４を通って入口導管１４に流れ戻る。このようにして、燃料が軸受筐体に漏れ込むのが防止される。
【００２５】
種々の実施形態では、軸受筐体に流れ込む加圧空気は、大気に逃がされる前に（例えば、当業者に既知のような空気−油分離機において）いかなる油蒸気も除去されることが好ましい。
【００２６】
上述のように、本発明は、空気軸受又は磁気軸受を有する圧縮機にも適用することができる。図４及び図５は、２つのこのような実施形態を示す。図４は、図２の圧縮機とほぼ同様であるが、油潤滑軸受の代わりに空気又は磁気（又は空気／磁気の組み合わせ）軸受２４’を有する圧縮機１１０’を示す。さらに、この実施形態では耐液圧要素が省かれているが、所望であれば含んでもよい。シール装置は、圧縮機ホイール３０の後面に取り付けられる一組の補助羽根６０を備える。漏出経路の部分４４が、羽根から軸受筐体２２内まで半径方向内方に延びる。この漏出経路の部分４４には、いかなる耐液圧要素もない。加圧空気供給導管４６が、漏出経路の部分４４に通じる。補助羽根は、羽根を通して半径方向外方に空気を引き出して、空気を高圧に圧縮するように構成される。したがって、この実施形態では、供給導管４６を通して供給される加圧空気４８は、圧縮機の主ガス流路内の圧力よりも低いが軸受筐体内の圧力よりも高い圧力で供給することができる。動作の際には、漏出経路の部分４４に供給される加圧空気の部分５０が、半径方向内方に軸受筐体に流れ込む。空気の残りは、補助羽根６０を通して引き出され、主ガス流路内の圧力よりも高い圧力に上昇させられるため、空気が主ガス流路に入って主流と合流する。これにより、補助羽根は、主ガス流路内の空気及び気体燃料が羽根を通過して軸受筐体内に移動するのを防止する。
【００２７】
図５は、図３の圧縮機とほぼ同様であるが、油潤滑軸受の代わりに空気又は磁気（又は空気／磁気の組み合わせ）軸受２４’を有する圧縮機２１０’を示す。この実施形態では最も内側の耐液圧要素は省かれているが、所望であれば含んでもよい。したがって、シール装置は、互いの間に空洞７２を画定するように半径方向に離間した耐液圧要素又はシール４２及び７０を備える。内側シール４２から軸受筐体まで半径方向内方に通る漏出経路の部分４４には、それ以上いかなる耐液圧要素もない。加圧空気供給導管４６は、この漏出経路の部分４４に通じる。再循環導管７４が、空洞７２から圧縮機入口導管１４に戻るように延びる。動作の際には、清浄な加圧空気４８が、軸受筐体２２内の圧力よりも高いが圧縮機の主ガス流路内の圧力よりも低い圧力で、漏出経路の部分４４に送られる。空気の一部分５０は、漏出経路の部分４４に沿って内方に軸受筐体に流れ込む。空気の残り７６は、シール４２を外方に通過して空洞７２に流れ込む。空洞７２内の圧力は主ガス流路
内の圧力よりも低いため、矢印７８で示すように、一部の空気及び気体燃料は、主ガス流路から外側シール７０を内方に通過して空洞７２に流れ込む。しかしながら、空洞７２内の空気及び燃料は、入口導管１４内の圧力よりも依然として高い圧力であるため、この空気及び燃料は、再循環導管７４を通って入口導管１４に流れ戻る。このようにして、燃料が軸受筐体に漏れ込むのが防止される。
【００２８】
空気軸受の場合、２つの基本的なタイプ、すなわち、自己加圧式である、動圧軸受又は能動軸受としても知られている動圧空気軸受（フォイル軸受を含む）と、外圧式である、静圧軸受としても知られている静圧空気軸受とがある。本発明によれば、動圧空気軸受又は静圧空気軸受からの空気は、圧縮機の漏出経路に流れ込むことにより、シールを目的とした別個の空気供給の必要性を減らすか又はなくすことができる。代替的に、静圧軸受の場合、シールを目的として漏出経路に供給される空気は、空気軸受に流れ込むことにより、軸受空気供給の必要性を減らすか又はなくすことができる。
【００２９】
動圧空気軸受の場合、従来のエンジンでは、エンジンの始動時に、シャフトの回転による動圧が荷重よりも大きくなるまでフォイルによって荷重が吸収される。これにより、フォイルが変形及び磨耗し、軸受の寿命が著しく制限される可能性がある。本発明によれば、停止中又は始動中の低い回転速度では、漏出経路に供給されるシール空気の一部を、フォイルの磨耗を低減又は防止するのに十分な圧力及び量で軸受に送ることができる。始動中に軸受の動圧が上昇するにつれて、漏出経路から軸受への流れが徐々に減り、高速では、漏出経路内の正味の流れは、軸受に入るか又は軸受から出るかのいずれかになり得る。計画的な停止中又は緊急停止中は、漏出経路からの空気流が空気軸受を加圧するであろう。
【００３０】
本発明は、油潤滑軸受の場合にもいくつかの利点を得る。軸受筐体への清浄な空気の漏れは、油が主ガス流路に移動するのを防止する。清浄な加圧空気の残りは、空気及び気体燃料が軸受領域に漏れ込むのを防止するように、外方に流れる。全ての軸受タイプについて、本発明は、燃料が軸受領域に漏れ込む可能性及びこの経路を介して環境中に逃げる可能性を事実上なくす。これにより、本発明は、未燃炭化水素の放出を実質的に減らすことができるため、空気−燃料圧縮機を用いるマイクロタービンシステムを、最も厳しい大気保全管理区でも用いることができる可能性がある。
【００３１】
本発明が関連する当業者であれば、上記の説明及び関連の図面に示される教示によって、本明細書に記載の本発明の多くの変更及び他の実施形態を思い付くであろう。したがって、本発明が開示された特定の実施形態に限定されず、変更及び他の実施形態が添付の特許請求の範囲内に含まれることが意図されることを理解されたい。特定の用語が本明細書で用いられているが、これらは一般的且つ説明的な意味で用いられているだけであり、限定を目的としてはいない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施形態による圧縮機の概略断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態による圧縮機の概略断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態による圧縮機の概略断面図である。
【図４】本発明の第４の実施形態による圧縮機の概略断面図である。
【図５】本発明の第５の実施形態による圧縮機の概略断面図である。
【図１】
2007533888.tif 000003
【図２】
2007533888.tif 000004
【図３】
2007533888.tif 000005
【図４】
2007533888.tif 000006
【図５】
2007533888.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成17年7月12日(2005.7.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を圧縮する圧縮機（１０）であって、
回転可能なシャフト（２６）と、
前記シャフト（２６）に取り付けられ、複数の羽根（３２）が着設される圧縮機ホイール（３０）と、
内部空間を画定する軸受筐体（２２）と、
前記軸受筐体（２２）内に取り付けられ、前記シャフト（２６）を回転可能に支持する軸受（２４）と、
前記圧縮機ホイール（３０）を囲み、主ガス流路を画定し、該圧縮機ホイール（３０）の表面の直近に該表面から離間して固定壁を有する、圧縮機ハウジング（１２）であって、該表面は、該主ガス流路に隣接した場所から前記軸受筐体（２２）に向かってほぼ半径方向内方に延びる、圧縮機ハウジング（１２）と、を備え、
前記圧縮機ハウジング（１２）及び前記軸受筐体（２２）は、前記圧縮機の前記主ガス流路から前記軸受筐体の内部まで漏出経路を画定し、該漏出経路の少なくとも一部は、前記圧縮機ホイールの前記表面と該圧縮機ハウジングの前記固定壁との間に画定され、
前記圧縮機は、
前記漏出経路内に位置するシール装置であって、前記圧縮機ホイールの前記表面と前記圧縮機ハウジングの前記固定壁との間に配置される耐液圧要素（４２）と、該圧縮機ハウジング（１２）を通って該漏出経路のうち前記軸受筐体（２２）と該耐液圧要素（４２）との間の場所に通じる加圧空気供給導管（４６）と、を有し、該漏出経路は、該耐液圧要素（４２）から該軸受筐体（２２）まで延びるとともにそれ以上いかなる耐液圧要素もない部分（４４）を含む、シール装置を備え、
前記圧縮機（１０）は、該圧縮機に送られる空気と燃料との混合気を圧縮するように構成され且つ仕組まれ、
前記シール装置は、燃料を含まず前記主ガス流路内の圧力よりも高い圧力を有する加圧空気（４８）の供給源を含むことにより、燃料が前記漏出経路を介して前記軸受筐体（２２）に漏れ込むことにより大気中に逃げるのを防止するように構成され且つ仕組まれ、該供給源は、燃料が該主ガス流路から前記耐液圧要素（４２）を通過して該軸受筐体（２２）に流れ込むのを、該燃料を含まない加圧空気が防止するように、該燃料を含まない加圧空気を前記加圧空気供給導管（４６）を通して該漏出経路に送るように仕組まれることを
特徴とする、空気を圧縮する圧縮機。
【請求項２】
前記耐液圧要素（４２）はラビリンスシールである、請求項１に記載の空気及び気体燃料を圧縮する圧縮機。
【請求項３】
前記軸受筐体（２２）を通って該軸受筐体の内部に通じ、潤滑油を前記軸受（２４）に供給する油供給導管（２８）と、
前記軸受筐体の内部から出て、該軸受筐体から空気及び油を排出する油ドレン（５２）と、
をさらに備える、請求項１に記載の空気及び気体燃料を圧縮する圧縮機。
【請求項４】
前記圧縮機ハウジング（１２）は、空気を前記圧縮機に導く入口導管（１４）を画定し、
前記圧縮機は、前記入口導管に通じ、燃料を該圧縮機に供給する燃料供給導管（３６）をさらに備える、請求項１に記載の空気及び気体燃料を圧縮する圧縮機。
【請求項５】
空気を圧縮する圧縮機（１０）であって、
回転可能なシャフト（２６）と、
前記シャフト（２６）に取り付けられ、複数の羽根（３２）が着設される圧縮機ホイール（３０）と、
内部空間を画定する軸受筐体（２２）と、
前記軸受筐体（２２）内に取り付けられ、前記シャフト（２６）を回転可能に支持する軸受（２４）と、
前記圧縮機ホイール（３０）を囲み、主ガス流路を画定し、該圧縮機ホイール（３０）の表面の直近に該表面から離間して固定壁を有する、圧縮機ハウジング（１２）であって、該表面は、該主ガス流路に隣接した場所から前記軸受筐体（２２）に向かってほぼ半径方向内方に延びる、圧縮機ハウジング（１２）と、を備え、
前記圧縮機ハウジング（１２）及び前記軸受筐体（２２）は、前記圧縮機の前記主ガス流路から該軸受筐体の内部まで漏出経路を画定し、該漏出経路の少なくとも一部は、前記圧縮機ホイールの前記表面と該圧縮機ハウジングの前記固定壁との間に画定され、
前記圧縮機は、
前記漏出経路内に位置するシール装置であって、前記圧縮機ホイールの前記表面と前記圧縮機ハウジングの前記固定壁との間に配置される耐液圧要素（４０）を有する、シール装置を備え、
前記シール装置はさらに、空洞（４４）が前記耐液圧要素（４０）との間に画定されるように、前記圧縮機ホイールの前記表面上に且つ該耐液圧要素（４０）から半径方向外方に離間して取り付けられる複数の補助羽根（６０）と、前記圧縮機ハウジングを通って該空洞（４４）に通じる加圧空気供給導管（４６）と、を有することを特徴とする、空気を圧縮する圧縮機。
【請求項６】
前記耐液圧要素（４０）はラビリンスシールである、請求項５に記載の空気及び気体燃料を圧縮する圧縮機。
【請求項７】
前記軸受筐体（２２）を通って該軸受筐体の内部に通じ、潤滑油を前記軸受に供給する油供給導管（２８）と、
前記軸受筐体の内部から出て、該軸受筐体から空気及び油を排出する油ドレン（５２）と、
をさらに備える、請求項５に記載の空気及び気体燃料を圧縮する圧縮機。
【請求項８】
前記圧縮機ハウジング（１２）は、空気を前記圧縮機に導く入口導管（１４）を画定し
、
前記圧縮機は、
前記入口導管に通じる、燃料を前記圧縮機に供給する燃料供給導管（３６）をさらに備える、請求項５に記載の空気及び気体燃料を圧縮する圧縮機。
【請求項９】
空気を圧縮する圧縮機（１０）であって、
回転可能なシャフト（２６）と、
前記シャフトに取り付けられ、複数の羽根（３２）が着設される圧縮機ホイール（３０）と、
内部空間を画定する軸受筐体（２２）と、
前記軸受筐体内に取り付けられ、前記シャフトを回転可能に支持する軸受（２４）と、
前記圧縮機ホイールを囲み、空気を前記圧縮機に導く入口（１４）を画定し、主ガス流路を画定し、該圧縮機ホイール（３０）の表面の直近に該表面から離間して固定壁を有する、圧縮機ハウジング（１２）であって、該表面は、該主ガス流路に隣接した場所から前記軸受筐体（２２）に向かってほぼ半径方向内方に延びる、圧縮機ハウジング（１２）と、を備え、
前記圧縮機ハウジング（１２）及び前記軸受筐体（２２）は、前記圧縮機の前記主ガス流路から前記軸受筐体の内部まで漏出経路を画定し、該漏出経路の一部は、前記圧縮機ホイール（３０）の前記表面と該圧縮機ハウジングの前記固定壁との間に画定され、
前記圧縮機は、
前記漏出経路内に位置するシール装置であって、前記圧縮機ホイールの前記表面と前記圧縮機ハウジングの前記固定壁との間に配置される耐液圧要素（４２）と、該圧縮機ハウジング（１２）を通って前記漏出経路のうち前記軸受筐体（２２）と該耐液圧要素（４２）との間の場所に通じる加圧空気供給導管（４６）と、を有する、シール装置を備え、
前記圧縮機（１０）は、該圧縮機に送られる空気と燃料との混合気を圧縮するように構成され且つ仕組まれ、
前記シール装置は、前記圧縮機ホイールの前記表面と前記圧縮機ハウジングの前記固定壁との間に配置される第１の耐液圧要素、第２の耐液圧要素、第３の耐液圧要素であって、該第１の耐液圧要素（４０）、第１の空洞（４４）が該第１の耐液圧要素（４０）との間に画定されるように該第１の耐液圧要素（４０）の半径方向外方に離間した第２の耐液圧要素（４２）と、第２の空洞（７２）が該第２の耐液圧要素（４２）との間に画定されるように該第２の耐液圧要素（４２）の半径方向外方に離間した第３の耐液圧要素（７０）と、該圧縮機ハウジング（１２）を通って該第１の空洞（４４）に通じる前記加圧空気供給導管（４６）と、該第２の空洞（７２）から圧縮機入口（１４）に戻るように通じ、該第３の耐液圧要素（７０）を通過して該第２の空洞（７２）に漏れ込む空気及び気体燃料を前記圧縮機入口に戻るように再循環させる再循環導管（７４）と、を有することを特徴とする、空気を圧縮する圧縮機。
【請求項１０】
前記耐液圧要素（４０、４２、７０）はラビリンスシールである、請求項９に記載の空気及び気体燃料を圧縮する圧縮機。
【請求項１１】
前記軸受筐体（２２）を通って該軸受筐体の内部に通じ、潤滑油を前記軸受（２４）に供給する油供給導管（２８）と、
前記軸受筐体の内部から出て、前記軸受筐体から空気及び油を排出する油ドレン（５２）と、
をさらに備える、請求項９に記載の空気及び気体燃料を圧縮する圧縮機。
【請求項１２】
前記圧縮機入口（１４）に通じ、燃料を前記圧縮機に供給する燃料供給導管（３６）をさらに備える、請求項９に記載の空気及び気体燃料を圧縮する圧縮機。
【請求項１３】
空気を圧縮する圧縮機（１０）であって、
回転可能なシャフト（２６）と、
前記シャフトに取り付けられ、複数の羽根（３２）が着設される圧縮機ホイール（３０）と、
内部空間を画定する軸受筐体（２２）と、
前記軸受筐体内に取り付けられ、前記シャフトを回転可能に支持する軸受（２４）と、
前記圧縮機ホイールを囲み、空気を前記圧縮機に導く入口（１４）を画定し、主ガス流路を画定し、該圧縮機ホイール（３０）の表面の直近に該表面から離間して固定壁を有する、圧縮機ハウジング（１２）であって、該表面は、該主ガス流路に隣接した場所から前記軸受筐体（２２）に向かってほぼ半径方向内方に延びる、圧縮機ハウジング（１２）と、を備え、
前記圧縮機ハウジング（１２）及び前記軸受筐体（２２）は、前記圧縮機の前記主ガス流路から該軸受筐体の内部まで漏出経路を画定し、該漏出経路の一部は、前記圧縮機ホイール（３０）の前記表面と該圧縮機ハウジングの前記固定壁との間に画定され、
前記圧縮機は、前記漏出経路内に位置するシール装置を備え、
前記圧縮機（１０）は、該圧縮機に送られる空気と燃料との混合気を圧縮するように構成され且つ仕組まれ、
加圧空気供給導管（４６）が、加圧空気を前記圧縮機ハウジング（１２）を通して前記漏出経路に供給するように仕組まれ、
前記シール装置は、前記圧縮機ホイール（３０）の前記表面上に且つ前記圧縮機ハウジング（１２）の前記固定壁に近接して取り付けられる複数の補助羽根（６０）を有し、該補助羽根（６０）は、該補助羽根を通して半径方向外方に前記加圧空気の一部を引き出して、該空気の圧力を上昇させ、且つ該圧縮機の前記主ガス流路に該空気を噴射するように構成され且つ仕組まれ、前記漏出経路は、該補助羽根（６０）から前記軸受筐体（２２）まで半径方向内方に延びる部分を画定することを特徴とする、空気を圧縮する圧縮機。
【請求項１４】
空気を圧縮する圧縮機（１０）であって、
回転可能なシャフト（２６）と、
前記シャフトに取り付けられ、複数の羽根（３２）が着設される圧縮機ホイール（３０）と、
内部空間を画定する軸受筐体（２２）と、
前記軸受筐体内に取り付けられ、前記シャフトを回転可能に支持する軸受（２４）と、
前記圧縮機ホイールを囲み、空気を前記圧縮機に導く入口（１４）を画定し、主ガス流路を画定し、該圧縮機ホイール（３０）の表面の直近に該表面から離間して固定壁を有する、圧縮機ハウジング（１２）であって、該表面は、該主ガス流路に隣接した場所から前記軸受筐体（２２）に向かってほぼ半径方向内方に延びる、圧縮機ハウジング（１２）と、を備え、
前記圧縮機ハウジング（１２）及び前記軸受筐体（２２）は、前記圧縮機の前記主ガス流路から前記軸受筐体の内部まで漏出経路を画定し、該漏出経路の一部は、前記圧縮機ホイール（３０）の前記表面と該圧縮機ハウジングの前記固定壁との間に画定され、
前記圧縮機は、前記漏出経路内に位置するシール装置を備え、
前記圧縮機（１０）は、該圧縮機に送られる空気と燃料との混合気を圧縮するように構成され且つ仕組まれ、
前記シール装置は、前記圧縮機ホイール（３０）の前記表面と前記圧縮機ハウジング（１２）の前記固定壁との間に配置される第１の耐液圧要素と第２の耐液圧要素であって、該第１の耐液圧要素（４２）と、空洞（７２）が該第１の耐液圧要素（４２）との間に画定されるように該第１の耐液圧要素（４２）の半径方向外方に離間した第２の耐液圧要素（７０）と、を有し、
前記漏出経路は、前記第１の耐液圧要素（４２）から前記軸受筐体（２２）まで半径方向内方に延びる部分を有し、
前記シール装置はさらに、前記圧縮機ハウジングを通って前記漏出経路の前記部分に通じる加圧空気供給導管（４６）と、前記空洞（７２）から圧縮機入口（１４）に戻るように通じ、前記第２の耐液圧要素（７０）を通過して該空洞（７２）に漏れ込む空気及び気体燃料を前記圧縮機入口に戻るように再循環させる再循環導管（７４）と、を有することを特徴とする、空気を圧縮する圧縮機。
【請求項１５】
空気を圧縮するのに用いられる圧縮機（１０）をシールする方法であって、
前記圧縮機は、該圧縮機の主ガス流路から該圧縮機の軸受筐体（２２）にほぼ半径方向内方に通じる漏出経路を画定し、該漏出経路の少なくとも一部は、圧縮機ホイール（３０）の表面と該圧縮機のハウジング（１２）の壁との間に画定され、
少なくとも１つの耐液圧要素（４２）が、前記圧縮機ホイール（３０）の前記表面と前記圧縮機ハウジング（１２）の前記壁との間に配置され、前記漏出経路は、該少なくとも１つの耐液圧要素（４２）から前記軸受筐体（２２）まで半径方向内方に延びる部分を画定し、空気が該漏出経路の該部分に送られ、
前記圧縮機（１０）は、該圧縮機に送られる空気と燃料との混合気を圧縮するように構成され且つ仕組まれ、
前記漏出経路の前記部分に送られる前記空気は、燃料を含まず、加圧空気の第１の部分が内方に前記軸受筐体（２２）に流れ込む一方で、該加圧空気の第２の部分が前記少なくとも１つの耐液圧要素（４２）を外方に通過して前記主ガス流路に流れ込むことにより、空気及び気体燃料が該軸受筐体に漏れ込むのを防止するように、前記主ガス流路内の圧力よりも高い圧力であり、
前記漏出経路の前記部分には、それ以上いかなる耐液圧要素もないことを特徴とする、空気を圧縮するのに用いられる圧縮機をシールする方法。
【請求項１６】
空気を圧縮するのに用いられる圧縮機（１０）をシールする方法であって、
前記圧縮機は、該圧縮機の主ガス流路から該圧縮機の軸受筐体（２２）にほぼ半径方向内方に通じる漏出経路を画定し、該漏出経路の一部は、圧縮機ホイール（３０）の表面と圧縮機のハウジング（１２）の壁との間に画定され、耐液圧要素（４０）が、該圧縮機ホイール（３０）の該表面と該圧縮機ハウジング（１２）の該壁との間に配置され、
空洞（４４）が前記耐液圧要素（４０）との間に画定されるように、複数の補助羽根（６０）が前記圧縮機ホイール（３０）の前記表面上に且つ該耐液圧要素（４０）の半径方向外方に設けられ、
燃料を含まない加圧空気の第１の部分が前記第１の耐液圧要素（４０）を内方に通過して前記軸受筐体（２２）に流れ込み、該加圧空気の第２の部分が前記補助羽根（６０）を通して引き出されることで、該補助羽根が該空気をさらに加圧して該空気を前記主ガス流路に送ることにより、空気及び気体燃料が前記軸受筐体（２２）に漏れ込むのを防止するように、該軸受筐体（２２）内の圧力よりも高いが該主ガス流路内の圧力よりも低い圧力で、該加圧空気が前記空洞（４４）に供給されることを特徴とする、空気を圧縮するのに用いられる圧縮機をシールする方法。
【請求項１７】
空気を圧縮するのに用いられる圧縮機（１０）をシールする方法であって、
前記圧縮機は、該圧縮機の主ガス流路から該圧縮機の軸受筐体（２２）にほぼ半径方向内方に通じる漏出経路を画定し、該漏出経路の一部は、圧縮機ホイール（３０）の表面と圧縮機のハウジング（１２）の壁との間に画定され、
耐液圧要素（４０）が、該圧縮機ホイール（３０）の該表面と該圧縮機ハウジング（１２）の該壁との間に配置され、
第１の耐液圧要素（４０）、第２の耐液圧要素（４２）及び第３の耐液圧要素（７０）が、前記圧縮機ホイール（３０）の前記表面と前記圧縮機ハウジング（１２）の前記壁との間に配置され、該第２の耐液圧要素（４２）は、第１の空洞（４４）が該第１の耐液圧要素（４０）との間に画定されるように該第１の耐液圧要素（４０）の半径方向外方に離
間し、該第３の耐液圧要素（７０）は、第２の空洞（７２）が該第２の耐液圧要素（４２）との間に画定されるよう該第２の耐液圧要素（４２）の半径方向外方に離間しており、
燃料を含まない加圧空気の第１の部分が前記第１の耐液圧要素（４０）を内方に通過して前記軸受筐体（２２）に流れ込む一方で、該加圧空気の第２の部分が前記第２の耐液圧要素（４２）を外方に通過して前記第２の空洞（７２）に流れ込み、空気及び気体燃料の一部もまた、前記主ガス流路から前記第３の耐液圧要素（７０）を通過して該第２の空洞（７２）に漏れ込むように、該軸受筐体（２２）内の圧力よりも高いが該主ガス流路内の圧力よりも低い圧力で、該加圧空気が前記第１の空洞（４４）に供給され、
前記第２の空洞（７２）内の前記空気及び燃料は、前記圧縮機の入口（１４）に戻るように再循環させられることにより、該空気及び気体燃料が前記軸受筐体（２２）に漏れ込むのを防止することを特徴とする、空気を圧縮するのに用いられる圧縮機をシールする方法。
【請求項１８】
空気を圧縮する方法であって、
圧縮機（１０）の主ガス流路内で回転する圧縮機ホイール（３０）を有する前記圧縮機に空気を送るステップであって、該圧縮機ホイールは、該空気を圧縮する複数の羽根（３２）を支持する、送るステップと、
前記圧縮機ホイール（３０）と前記圧縮機のハウジング（１２）との間に画定される漏出経路に空気を供給するステップであって、該漏出経路は、前記主ガス流路から前記圧縮機の軸受領域（２２）に通じる、供給するステップと、
を含み、
前記圧縮機（１０）は、該圧縮機に送られる空気及び燃料の混合気を圧縮するように構成され且つ仕組まれ、
前記漏出経路に供給される前記空気は、前記空気及び燃料が前記主ガス流路から該漏出経路を通って前記軸受領域（２２）に流れ込むことができないことを確実にするのに十分な圧力で供給され、
前記圧縮機は、加圧空気を用いる空気軸受（２４’）を含み、該空気軸受用の該加圧空気の一部は、燃料が前記軸受領域（２２）に流れ込むのを防止するように前記漏出経路に流れ出すことを特徴とする、空気を圧縮する方法。
【請求項１９】
前記圧縮機は、加圧空気を用いる静圧空気軸受（２４’）を含み、
外部の供給源からの加圧空気が、前記漏出経路に供給され、該加圧空気の一部は、前記空気軸受に流れ込むことにより、空気軸受用の別個の空気供給の必要性を減らすか又はなくす、請求項１８に記載の空気及び気体燃料を圧縮する方法。
【請求項２０】
前記圧縮機は磁気軸受（２４’）を含み、該圧縮機の始動中に、前記漏出経路に供給される前記加圧空気の一部は、該磁気軸受に流れ込んで該磁気軸受を保護する、請求項１８に記載の空気及び気体燃料を圧縮する方法。
【請求項２１】
前記圧縮機は磁気軸受（２４’）を含み、該圧縮機の停止中に、前記漏出経路に供給される前記加圧空気の一部は、該磁気軸受に流れ込んで該磁気軸受を保護する、請求項１８に記載の空気及び気体燃料を圧縮する方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
したがって、燃料が周囲環境に事実上全く逃げないことを確実にすることができる、圧
縮機シール装置が必要である。
ＳＵ８４８  ９１４  Ａは、主ガス流路と軸受筐体との間に延びる経路にラビリンスシール１２が配置される、空気圧縮機を開示している。圧縮機入口には、吸気を捕えるためにピトー管２１が配置され、空気は導管２２から、ラビリンスシール１２と軸受筐体との間に位置する空洞８に供給される。この目的は、圧縮機ホイールに対する軸力を減らすことである。
ＥＰ０  ５１８  ０２７  Ａは、一対のラビリンスシールがインペラの裏側に配列され、インペラ出口の圧力よりも高い圧力の冷気が導管９を通して２つのシール間にある空洞６に供給される、遠心圧縮機を開示している。この目的は、インペラの裏側を冷却することである。
ＳＵ１  ００８  ４９１  Ａは、空洞５がシール間に画定されるように一対のシールがインペラの裏側に配列されている、遠心圧縮機を開示している。導管９が一部の圧縮機吐出流体を徐々に抜き取り、それを空洞５に供給する。流体の一部は、シールのうち内側のシールを通って軸受に隣接する空間１１に流れ込む。
ＵＳ６  １９０  １２３  Ｂ１は、インペラの裏側と圧縮機筐体との間の隙間２０にシール要素がない、遠心圧縮機を開示している。冷却用空気が、導管２４を通して隙間に供給され、隙間に沿って半径方向内方に除去導管２６まで流れ、除去導管２６を通して冷却用空気の大部分が隙間から除去される。
ＵＳ４  ４７２  １０７  Ａは、ラビリンスシール４９がインペラの裏側に配置され、半径方向外側の隙間４５を、圧縮機の軸受領域に通じる半径方向内側の隙間又は平衡室５２から隔てる、圧縮機を開示している。室５２は、導管５３及び弁５５並びに導管５８によって圧縮機吐出ディフューザ３９に接続される。空間４５では半径方向外方への流体の流れは生じない。
ＪＰ８  ０１４０５６  Ａは、半径方向外側のラビリンスシール２８及び半径方向内側のラビリンスシール２９を有し、隙間３８がシール間にある、遠心圧縮機を開示している。導管２３が隙間３８に通じる。
ＵＳ６  ２３８  １７９  Ｂ１は、インペラを冷却する冷却機を有する遠心圧縮機を開示している。ラビリンスシール２３がインペラの裏側の隙間領域２０に配列され、半径方向外側の隙間２２を半径方向内側の隙間２４から隔てる。冷却用媒体３１（例えば、エンジン中間冷却器の出口からの空気）が、送り装置２７を介して隙間領域２０に導入される。冷却用媒体３１は、隙間領域２０を通して半径方向内方にのみ流れる。したがって、シール２３を通して圧縮機吐出口から漏れる冷却用媒体３１及びガスは、半径方向内側の隙間２４に流れ込み、そこから除去装置３２を通って圧縮機の軸受領域に流れ込むことができる。
ＵＳ３  ６５０  ６３４  Ａは、環状空間３６がインペラの裏面で一対の離間したラビリンスシール３４と３５との間に形成される、遠心冷凍圧縮機を開示している。油が軸受領域からシール３５を通って空間３６に進むのを防止するために、空間３６は回転シャフト１７に形成されるポンプ手段７５、７７によって加圧される。
【国際調査報告】
2007533888.tif 000008
2007533888.tif 000009
2007533888.tif 000010