(57)【要約】  本発明は、回転可能に配置される軸（１４）のための少なくとも１つの軸受装置（３６；３６ａ；３６ｂ）を備えた流体機械（１０）、特にコンプレッサ装置であって、前記少なくとも１つの軸受装置（３６；３６ａ；３６ｂ）が、前記軸（１４）を半径方向および／または軸線方向に支持するための少なくとも１つの軸受要素（４０，４２；４８）を有し、前記少なくとも１つの軸受要素（４０，４２；４８）が、前記軸（１４）を支持するために、加圧状態にあるガス状媒体で付勢可能であり、前記軸（１４）が、駆動可能または駆動される流動要素（１６）と、特にコンプレッサホイール（１８）と結合され、前記流動要素（１６）が、前記流動要素（１６）を少なくとも部分的に取り囲むハウジング（２０）内に配置され、前記加圧状態にある媒体が、少なくとも間接的に前記流体機械（１０）から前記少なくとも１つの軸受要素（４０，４２；４８）に供給可能である前記流体機械（１０）、特に前記コンプレッサ装置に関する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能に配置される軸（１４）のための少なくとも１つの軸受装置（３６；３６ａ；３６ｂ）を備えた流体機械（１０）、特にコンプレッサ装置であって、前記少なくとも１つの軸受装置（３６；３６ａ；３６ｂ）が、前記軸（１４）を半径方向および／または軸線方向に支持するための少なくとも１つの軸受要素（４０，４２；４８）を有し、前記少なくとも１つの軸受要素（４０，４２；４８）が、前記軸（１４）を支持するために、加圧状態にあるガス状媒体で付勢可能であり、前記軸（１４）が、駆動可能または駆動される流動要素（１６）と、特にコンプレッサホイール（１８）と結合され、前記流動要素（１６）が、前記流動要素（１６）を少なくとも部分的に取り囲むハウジング（２０）内に配置され、前記加圧状態にある媒体が、少なくとも間接的に前記流体機械（１０）から前記少なくとも１つの軸受要素（４０，４２；４８）に供給可能である前記流体機械（１０）、特に前記コンプレッサ装置において、
前記少なくとも１つの流動要素（１６）と前記ハウジング（２０）との間に漏れ隙間（３０）が形成され、前記媒体を前記漏れ隙間（３０）から少なくとも間接的に前記少なくとも１つの軸受装置（３６；３６ａ）に供給可能であること、および／または、前記流動要素（１６）が前記媒体のための少なくとも１つの圧力排出孔（５６）を有し、前記少なくとも１つの圧力排出孔を介して前記媒体を少なくとも間接的に前記少なくとも１つの軸受装置（３６；３６ａ；３６ｂ）に供給可能であることを特徴とする流体機械（１０）、特にコンプレッサ装置。
【請求項２】
前記漏れ隙間（３０）が、前記媒体のための少なくとも１つの圧力管（３４）を介して、前記少なくとも１つの軸受装置（３６；３６ａ；３６ｂ）と結合されていることを特徴とする、請求項１に記載の流体機械。
【請求項３】
前記少なくとも１つの圧力排出孔（５６）が、少なくとも間接的に前記媒体のための少なくとも１つの圧力管（６６）を介して、前記少なくとも１つの軸受装置（３６；３６ａ；３６ｂ）と結合されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の流体機械。
【請求項４】
前記少なくとも１つの圧力管（３４；６６）の流動経路内に、別個の構成部品として形成される前記媒体のための蓄圧器（７０）が配置されていることを特徴とする、請求項２または３に記載の流体機械。
【請求項５】
前記少なくとも１つの軸受装置（３６；３６ａ；３６ｂ）の上流側に、前記媒体の圧力を調整する圧力調整装置（７２）が接続されていることを特徴とする、請求項２〜４のいずれか一項に記載の流体機械。
【請求項６】
前記漏れ隙間（３０）の領域がパッキン要素なしで形成されていることを特徴とする、請求項２〜５のいずれか一項に記載の流体機械。
【請求項７】
前記流動要素（１６）が、放射状構成で形成されたコンプレッサホイール（１８）として形成されていること、前記少なくとも１つの圧力排出孔（５６）が、前記軸（１４）の回転軸線（１２）を中心とするピッチ円直径上に配置されて、別個の構成部材（６２）に配置される環状溝（６４）と協働し、前記環状溝の、前記少なくとも１つの圧力排出孔（５６）とは逆の側が、前記少なくとも１つの軸受装置（３６；３６ａ）と結合されていることを特徴とする、請求項２〜６のいずれか一項に記載の流体機械。
【請求項８】
前記構成部材（６２）が、リング状に形成され、前記流動要素（１６）に関し位置固定して配置されていること、前記少なくとも１つの圧力排出孔（５６）が、前記流動要素（１６）の対向しあっている２つの軸線方向の端面の間に延在する貫通孔（５８）として形成されていること、前記環状溝（６４）が、半径方向において前記回転軸線（１２）のまわりに周回するように延在している、円形に形成された環状溝（６４）として形成されていることを特徴とする、請求項７に記載の流体機械。
【請求項９】
前記軸受装置（３６ｂ）が、前記軸（１４）と結合されている軌道輪（３８）の対向しあっている端面に作用するスラスト軸受であること、前記媒体が、前記軌道輪（３８）の前記流動要素（１６）側の端面にだけ作用することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の流体機械。
【請求項１０】
前記流体機械がコンプレッサ装置（１０）として形成されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部の構成を備えた流体機械、特にコンプレッサ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
たとえばターボ機械の一部であるようなコンプレッサ装置を備えたこの種の流体機械は、支持されるべき軸を有し、支持領域で軸は典型的には１秒当たり１００メートル以上の周速および／または１０００００／分以上の回転数を有することがある。軸の周速または回転数がこのように高い場合、オイル／グリース潤滑を有する通常のころ軸受は要求される寿命を保証できないことが多いので、軸のための軸受装置を加圧空気支援型軸受として次のように形成すること、すなわち加圧状態にある空気を圧力源の形態の外部の供給装置から軸受装置の軸受穴内へ供給するように形成することが知られている。軸受装置に加圧空気を供給するためのこの種の圧力源は、たとえば別個のコンプレッサ、または、付加的な装置から圧力の作用を受ける別個の蓄圧器から成っており、これにより技術水準から知られているコンプレッサ装置は比較的コスト高に形成され、または、高い装置技術コストを有する。
【０００３】
後で公開された本出願人の特許文献１から、軸受装置に対しガス状媒体を供給するための付加的な別個の供給装置または圧力源を必要としないこの種の流体機械が知られている。必要としないのは、そのコンプレッサ段が、コンプレッサ段によって上昇した媒体または空気の圧力が印加される圧力排出部の領域で、蓄圧器の形態の供給装置と連結されており、蓄圧器も軸受装置の支持個所に対し空気を提供し、または、軸受装置に加圧状態にある空気を供給するからである。
【０００４】
さらに、コンプレッサ装置の場合、コンプレッサ段を、特にコンプレッサホイールの形態でハウジング内に回転可能に支持させるのが通常であり、または、公知である。ハウジングとコンプレッサ段との間には構造上必然的に隙間が形成され、この隙間を介して、加圧状態にある媒体またはガスが流出することがある。漏れ損はコンプレッサ装置の効率低減と同義であるので、この漏れ隙間を特に別個のパッキン要素を用いて密封することが試みられる。しかしながら、この種のパッキン要素は付加的な構成空間を必要とし、コンプレッサ装置の構造コストまたは製造コストを上昇させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２０１７２１１０３３Ａ１号明細書
【発明の概要】
【０００６】
請求項１の構成を備えた本発明による流体機械、特にコンプレッサ装置には、（ガス状の）媒体を少ない装置技術コストで少なくとも１つの軸受装置に供給可能であるという利点がある。このため、本発明によれば、少なくとも１つの流動要素とハウジングとの間にして媒体が増圧を有している領域に漏れ隙間が形成され、その際媒体を漏れ隙間から少なくとも間接的に少なくとも１つの軸受装置に供給可能であること、および／または、少なくとも１つの流動要素が媒体のための少なくとも１つの圧力排出孔を有し、圧力排出孔を介して媒体を少なくとも間接的に少なくとも１つの軸受装置に供給可能であることが見込まれている。
【０００７】
したがって、２つの択一的な構造的構成（場合によっては組み合わせて適用できる）が提案され、すなわち一方でこの種の流体機械に設けられている漏れ隙間を、加圧状態にある媒体のための供給源として利用することが提案され、或いは、他方で少なくとも１つの圧力排出孔による流動要素（コンプレッサ段またはタービンホイール）の特殊な構造的構成が提案され、この場合圧力排出孔を介して、圧力の点で元の状態に比べて増強された媒体を少なくとも１つの軸受装置に供給可能である。
【０００８】
流体機械またはコンプレッサ装置のこのような構造的構成には、加圧状態にある媒体を漏れ隙間の領域から提供する事例に対し、もしそうでなければ漏れ損回避のために設けられるパッキン装置を特に簡潔に構成でき、或いは、しかも完全に省略できるという利点があり、他方流動要素の領域に少なくとも１つの圧力排出孔が設けられている解決手段においては、圧力排出孔の適当な位置決めおよび数量または横断面積によって、軸を支持するために必要な媒体の量も圧力も特に簡単に制御または調整することが特に簡単に可能である。
【０００９】
本発明による流体機械、特にコンプレッサ装置の有利な更なる構成は、従属請求項に取り上げられている。
【００１０】
流体機械の有利な更なる構成では、漏れ隙間は、媒体のための少なくとも１つの圧力管を介して、少なくとも１つの軸受装置と直接結合されているように構成されている。これが意味するのは、漏れ隙間と軸受装置との間の結合はもっぱら適当な（圧力）管を介して行われ、冒頭で述べた技術水準とは異なり、たとえば別個の構成部品として形成される蓄圧器を必要としないということである。
【００１１】
同様に、少なくとも１つの圧力排出孔を設ける場合、有利な構成では、少なくとも１つの圧力排出孔が、媒体のための少なくとも１つの圧力管を介して、少なくとも１つの軸受装置と直接結合されているように構成されている。
【００１２】
特に、少なくとも１つの軸受装置のために流体機械またはコンプレッサ装置によって提供される媒体の圧力または量が変化する事例に対しては、択一的に、少なくとも１つの圧力管の流動経路内に、別個の構成部品として形成される蓄圧器が配置されているように構成されていてよい。蓄圧器は、一時的に媒体の量が少ない場合、または、圧力が小さい場合、十分に（ガス状の）媒体が軸の支持のために提供されるよう保証する。
【００１３】
特に、別個の蓄圧器を用いた最後に取り上げた解決手段の場合、媒体が圧力管を介して直接漏れ隙間の領域から、または、少なくとも１つの圧力排出孔の領域から軸受装置に供給可能である事例に対しても、少なくとも１つの軸受装置の上流側に、軸受装置に供給可能な媒体の圧力または量を調整する圧力調整装置が接続されているように構成されていてよい。これにより、特に、場合によっては、軸の支持に負の影響を及ぼす、媒体の高すぎる圧力が回避される。
【００１４】
流体機械、特にコンプレッサ装置の構造的コストまたは構成サイズを低減するため、特に媒体が漏れ隙間の領域から得られる実施態様の場合には、漏れ隙間の領域がパッキン要素なしで形成されているように構成されていてよい。
【００１５】
流体機械、特にコンプレッサ装置の構造的変形実施態様では、その流動要素は、放射状構成で形成されたコンプレッサホイールを有し、その際少なくとも１つの圧力排出孔は、軸の回転軸線を中心とするピッチ円直径上に配置されて、別個の構成部材に配置される環状溝と協働し、該環状溝の、少なくとも１つの圧力排出孔とは逆の側は、少なくとも１つの軸受装置と結合されている。この種の構成には、コンプレッサホイールの回転の際に圧力排出孔が少なくとも一時的に環状溝と作用結合して、よって軸受装置と作用結合して配置されているという利点がある。
【００１６】
最後に行った提案の特に有利な更なる構成では、前記別個の構成部材が、リング状または円板状に形成され、流動要素に関し位置固定して配置されているように構成され、且つ少なくとも１つの圧力排出孔が、流動要素の対向しあっている２つの軸線方向の端面の間に延在する貫通孔として形成されているように構成され、且つ環状溝が、半径方向において回転軸線のまわりに周回するように延在している、円形に形成された環状溝として形成されているように構成されている。特に環状溝のこのような構成には、流動要素がその回転軸線のまわりに回転している間ずっと、少なくとも１つの圧力排出孔と軸受装置との間に環状溝を介して常に空気圧的結合を形成可能であるという利点がある。
【００１７】
軸受装置のコストを低減させる更なる構造的構成によれば、軸受装置は、軸と結合されている軌道輪の対向しあっている端面に作用するスラスト軸受であり、且つ媒体は、軌道輪の流動要素側の端面にだけ作用する。この種の構成は、軌道輪の、流動要素とは逆の側の端面で、軸受装置が、他の媒体源を介して供給を受けるか、或いは、別様に構成された軸受要素、たとえばフォイル軸受、ねじれ溝を介した支持部などを有しているかのいずれかで行われる。
【００１８】
本発明の更なる利点、構成、詳細は、以下の有利な実施形態の説明から、および、図面を手掛かりにして明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１ａ】スラスト軸受またはラジアル軸受として形成された軸受装置に漏れ隙間の領域からガス状媒体を供給するようにしたコンプレッサ装置の領域での簡略縦断面図である。
【図１ｂ】スラスト軸受またはラジアル軸受として形成された軸受装置に漏れ隙間の領域からガス状媒体を供給するようにしたコンプレッサ装置の領域での簡略縦断面図である。
【図２】軸受装置用の媒体が圧力排出孔の領域においてコンプレッサホイールに提供されるようにしたコンプレッサ装置の変形実施形態の縦断面図である。
【図３】中間接続される蓄圧器を使用した、図１および図２に比べて変形させたコンプレッサ装置の詳細図である。
【図４】軸受装置が１つの端面でのみコンプレッサ装置から媒体の供給を受けるようにした、図１および図２に比べて修正したコンプレッサ装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図において、同一の要素または同一機能の要素には同一の参照符号が付してある。
【００２１】
図１ａおよび図１ｂにかなり簡略化して図示した流体機械は、たとえば燃料電池システム、空調装置、ヒートポンプ、ターボチャージャー、燃料電池システム用タービン、または熱回収タービンの構成要素である。図１ａおよび図１ｂの図示では、流体機械はコンプレッサ装置１０の形態で形成されている。
【００２２】
コンプレッサ装置１０は回転軸線１２で支持されている軸１４を含み、その端面側端部で、放射状構成で形成されたコンプレッサホイール１８の形態のコンプレッサ段１６が軸１４と相対回転不能に結合されている。コンプレッサ段１６またはコンプレッサホイール１８はハウジング２０によって取り囲まれ、ハウジングは、ガス状媒体を、特に空気をコンプレッサ装置１０内へ吸い込む取り込み領域２２を有し、ガス状媒体は軸１４が回転軸線１２のまわりに回転する際にコンプレッサ段１６によって圧縮され、または圧力に関し上昇し、その結果ハウジング２０の排出領域２４の領域で増圧状態で出て、図示していない消費装置に供給可能である。
【００２３】
コンプレッサホイール１８の、半径方向において回転軸線１２のまわりに周回するように延在している縁領域２６と、コンプレッサホイール１８のためにハウジング２０内に設けた受容穴２８との間には、半径方向において周回するように延在する漏れ隙間３０が形成され、漏れ隙間を介して、圧力の点で取り込み領域２２に比べて上昇している媒体が漏れることができる。たとえば、漏れ隙間３０の領域は、ハウジング２０とは逆の側において、漏れ隙間３０のほうに開口しているリング状の集積要素３２によって取り囲まれ、集積要素を介して、漏れ隙間３０から出る媒体を少なくとも１つの圧力管３４を経て軸１４のための軸受装置３６に直接供給可能である。
【００２４】
軸受装置３６は、図１ａではスラスト軸受として形成されており、軸１４と相対回転不能に結合されている軌道輪３８の対向しあっている２つの端面に配置されているリング状の軸受要素４０，４２を有している。両軸受要素４０，４２はそれぞれ供給孔４４，４６を有し、これら供給孔を介して、加圧状態にある媒体が圧力管３４から軸受リング３８の端面に作用して適当な圧力クッションの用を成すことで、ハウジング２０に対する軸１４の軸線方向支持を可能にしている。
【００２５】
これに対し、図１ｂでは、軸受装置３６ａはラジアル軸受として形成され、軸１４を半径方向において取り囲んでいる軸受要素４８を含み、軸受要素には、供給孔５０，５２と少なくとも１つの圧力管３４とを介して、加圧状態にある媒体を直接漏れ隙間３０から供給可能である。
【００２６】
図２には変形させたコンプレッサ装置１０が図示されており、このコンプレッサ装置では、コンプレッサホイール５５は、少なくとも１つの、しかし好ましくは複数の、回転軸線１２を中心とするピッチ円直径上に等角度間隔で配置される、軸１４に対し平行に延在する貫通孔５８の形態の圧力排出孔５６を有している。圧力排出孔５６は、コンプレッサホイール５５の、加圧状態にある媒体が入ってくるハウジング２０側端面を、コンプレッサホイール５５の背面側端面６０と結合させている。
【００２７】
圧力排出孔５６の数量と直径とは軸受装置３６ａのために使用する媒体の量を決定するのに対し、圧力排出孔５６と回転軸線１２との半径方向の間隔は軸受装置３６ａのための媒体の圧力の大きさを決定する。
【００２８】
コンプレッサホイール５５は、ハウジング２０とは逆の側において、少なくとも圧力排出孔５６の領域で、位置固定して配置されているリング状要素６２と重なり合うように位置決めされている。要素６２は、圧力排出孔５６と同じピッチ円直径上に、半径方向に周回するように延在する環状溝６４を有し、環状溝は同様に少なくとも１つの圧力管６６を介して軸受装置３６ａと作用結合して配置されている。
【００２９】
図３には、少なくとも１つの圧力管３４，６６が蓄圧器７０および圧力調整装置７２の中間接続のもとに軸受装置３６，３６ａと結合されている事例が図示されている。
【００３０】
最後に、図４には、軸受装置３６ｂの軸受リング３８が、コンプレッサ段１６側の端面に、コンプレッサ装置１０から加圧状態にある媒体の供給を受ける軸受要素４０を有し、他方軸受要素７６を備えた軸受リング３８の他の端面が他の（圧力）源７４を介してハウジング２０の方向に力の作用を受けている事例が図示されている。択一的に、軸受要素７６は、ガス圧の作用を受ける軸受要素７６として形成されていない軸受要素７６であってもよい。
【００３１】
以上説明したコンプレッサ装置１０は、発明の思想を逸脱しなければ、多面的に変形または修正してよい。すなわち、コンプレッサ段１６はたとえばスラスト構成で形成されるコンプレッサホイールを有していてよい。また、作用原理はタービンまたは作業機械にも適用できる。この事例では、コンプレッサ段１６またはコンプレッサホイール１８の代わりに、これに類似した作業段またはタービンホイールが使用される。
【符号の説明】
【００３２】
１０  流体機械
１２  回転軸線
１４  軸
１６  流動要素
１８  コンプレッサホイール
２０  ハウジング
３０  漏れ隙間
３４  圧力管
３６  軸受装置
３６ａ  軸受装置
３６ｂ  軸受装置
３８  軌道輪
４０  軸受要素
４２  軸受要素
４８  軸受要素
５６  圧力排出孔
５８  貫通孔
６２  リング状要素（別個の構成部材）
６４  環状溝
６６  圧力管
７０  蓄圧器
７２  圧力調整装置
【図１ａ】
2021516311.tif 000003
【図１ｂ】
2021516311.tif 000004
【図２】
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【図３】
2021516311.tif 000006
【図４】
2021516311.tif 000007
【国際調査報告】
2021516311.tif 000008
2021516311.tif 000009
2021516311.tif 000010
2021516311.tif 000011
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