JP7162122B2 - ターボ機械 - Google Patents

Description

本発明は、例えば内燃機関の排熱を利用するための排熱回収システム内で使用され得る、または燃料電池システムのための圧縮機として使用され得るターボ機械に関する。

特許文献１によれば、例えば内燃機関の排熱回収システムのためのターボ機械について記載されている。ターボ機械はハウジングを有しており、このハウジング内に、駆動軸上に配置された羽根車が配置されている。さらに、ターボ機械は流入領域と流出領域とを有しており、この場合、ターボ機械は運転中に作業媒体によって貫流される。作業媒体は、羽根車の前側に沿って流出領域に向かう方向でターボ機械の流入領域内に流入する。この場合、流入領域と流出領域との間に圧力勾配が存在する。さらに、ターボ機械内で羽根車の後ろ側の近傍に圧力分配器が配置されている。従って、羽根車の後ろ側に作用する圧力を流入領域の圧力と比較して低下させ、それによって、羽根車に作用する、発生した液圧を調整することができる。

このようなターボ機械のために、一般的に羽根車を支承するために、両側の気体軸受、例えば空気軸受が使用される。しかしながら両側の軸受は、羽根車における熱的な摩擦損失を高め、それによってターボ機械の効率は損なわれる。

独国特許出願公開第１０２０１４２２６９５１号明細書 独国特許出願公開第１０２０１２２２４０５２号明細書

本発明の課題は、ターボ機械内への回転子の取り付けを簡略化してターボ機械の確実な機能形式および効率の改善が得られるような軸受を備えたターボ機械を提供することである。

請求項１の特徴を有する本発明によるターボ機械は、羽根車のための片側の軸受を使用することによって、摩擦損失が最小化され、ターボ機械の効率が高められる、という利点を有している。

このために、本発明によるターボ機械は、ターボハウジングと、回転軸線を中心にして可動に支承された羽根車とを有しており、羽根車が前側で作業媒体の流入領域と流出領域とを規定している。さらに、羽根車は軸と作用接続している。この場合、羽根車若しくは軸はターボハウジングと共に、気体軸受として構成された軸方向軸受を形成しており、この場合、羽根車若しくは軸がプレストレス手段によって軸方向軸受に向かう方向にプレストレスを与えられている。

これによって、発生した液圧は、軸方向軸受に向かう方向で羽根車に作用し、それによって羽根車若しくは軸は片側だけが機械的に負荷されるので、羽根車若しくは軸のより高い機械的な負荷可能性およびひいてはより高い耐用年数が得られる。さらに、これによってターボ機械の機能形式および作用効率が改善される。

本発明の第１の好適な発展形態では、プレストレス手段が、第１の磁石および第２の磁石、好適には永久磁石または電磁石を有することが意図されている。好適な形式で、第１の磁石が軸内に配置されていて、ターボハウジング内に配置された第２の磁石と磁気的に相互作用する。これにより、磁石は、好適には相互に反発し合うように互いに配置されていて、それによって羽根車若しくは軸が軸方向軸受に向かう方向にプレストレスを与えられている。

本発明の別の実施形態では、好適には、プレストレス手段が圧力分配器を有しており、この圧力分配器がターボハウジングの段部として構成されていて、この段部が羽根車の後ろ側と共にシールギャップを形成することが意図されている。従って、羽根車の後ろ側に作用する圧力が段部によって、流入領域内の羽根車の前側と比較して低下されることによって、羽根車に作用する軸方向力は低下され得る。

本発明の好適な発展形態によれば、プレストレス手段が圧力分配器を有しており、この圧力分配器が少なくとも１つの滑り部材として構成されていて、羽根車の後ろ側とターボハウジングとの間に配置されている。好適な形式で、少なくとも１つの滑り部材がばねによって、軸方向ギャップに向かう方向の力で付勢されていている。従って、羽根車の後ろ側に作用する圧力が流入領域の羽根車の前側と比較して低下されることによって、羽根車に作用する軸方向力は低下され、これにより羽根車の摩耗低下および耐用年数の延長が得られる。

本発明の別の実施形態では、流出領域内で、軸のハブがターボハウジングの段部と共に軸方向ギャップを形成していて、それによって羽根車のための軸方向軸受を形成することが意図されている。軸のハブは、高い機械的な力で負荷され得るので、軸の摩耗なしに片側の軸方向軸受が形成され、それによってターボ機械の改善された機能形式が得られる。

本発明の好適な発展形態では、羽根車の後ろ側がターボハウジングと共に軸方向ギャップを形成していて、それによって軸方向軸受を形成していることが意図されている。従って、ターボ機械内での羽根車の支承が保証され、それによってターボ機械の効果的な機能形式が得られる。

本発明の別の実施形態では、軸方向軸受が、羽根車のための片側の気体軸受、例えば空気軸受として構成されていることが意図されている。

従って、ターボ機械内での羽根車の確実な支承およびターボ機械の効果的な機能形式が得られる。

好適な発展形態によれば、軸若しくは羽根車およびターボハウジングが、軸方向ギャップに接続された漏れ室を画成している。このような漏れ室によって、軸方向ギャップ内での気体軸受の最適な構成が得られ、それによって羽根車の機能形式が改善される。

好適な使用法では、ターボ機械は燃料電池システム内に配置されている。このために、ターボ機械はターボ圧縮機として構成されているか若しくは羽根車が圧縮機として構成されている。燃料電池システムは、燃料電池と、酸化剤としての作業媒体を燃料電池に供給するための吸気管路と、酸化剤を燃料電池から導出するための排ガス管路とを有している。圧縮機は吸気管路内に配置されている。この場合、吸気管路は、作業液若しくは酸化剤を燃料電池内に流入させるために用いられ、排ガス管路は、酸化剤若しくは反応した酸化剤若しくはこれらの混合物を燃料電池から導出するために用いられる。ターボ圧縮機は、前記実施例のうちのいずれか１つに従って構成されている。

ターボ機械の前記構成は、好適な形式で排熱回収システムに使用されている。排熱回収システムは、作業媒体をガイドする循環路を有しており、この循環路は、作業媒体の流れ方向で流体ポンプと、エバポレータと、ターボ機械ユニットと、コンデンサとを有している。さらにターボ機械ユニットは、ジェネレータと、本発明によるターボ機械とを有している。本発明によるターボ機械を使用することによって、排熱回収システムの効率は高められる。

公知の排熱回収システムの概略図である。 図１に示した排熱回収システムのターボ機械ユニットの断面の斜視図である。 図２の領域Ａ内のターボ機械ユニットの本発明によるターボ機械の第１実施例の縦断面図である。 図２の領域Ａ内のターボ機械ユニットの本発明によるターボ機械の第２実施例の縦断面図である。 図２の領域Ａ内のターボ機械ユニットの本発明によるターボ機械の第３実施例の縦断面図である。 公知の燃料電池システムの概略図である。

以下では、重要な領域だけ示されている。

図１は、内燃機関４０の公知の排熱回収システム４４を概略的に示し、この場合、重要な領域だけが示されている。

排熱回収システム４４は、作業媒体をガイドする循環路３２を有しており、この循環路３２は、作業媒体の流れ方向で、流体ポンプ３３、エバポレータ３４、ターボ機械１００およびコンデンサ３５を有している。この場合、コンデンサ３５は、例えば内燃機関４０の冷却システムに連結されていてよい。

ターボ機械１００に対して並列にバイパス管路３６が接続されている。バイパス弁３７によって、作業媒体の質量流量は必要に応じてターボ機械１００および／またはバイパス管路３６に分割され得る。

ターボ機械１００はここではターボ機械ユニット１０００の一部である。ターボ機械ユニット１０００は、追加的にジェネレータ４２を有しており、さらにオプション的にバイパス弁３７およびバイパス管路３６も有している。ジェネレータ４２は、ターボ機械１００で発生された機械的なエネルギを電気的なエネルギに変換し、それにより図示していない消費器若しくは記憶媒体に供給する。

オプション的に、排熱回収システム４４はさらに、図１に示されているように、タンク４１を有していてよく、このタンク４１から調量弁３８によって作業媒体が循環路３２内に導入されるか若しくは循環路３２から余剰の作業媒体内に戻され得る。この場合、選択的にタンク４１は循環路３２内に配置されていてもよい。

排熱回収システムの機能形式
液状の作業媒体は、流体ポンプ３３から圧力下でエバポレータ３４に圧送され、さらにターボ機械１００に圧送される。エバポレータ３４は内燃機関４０の排ガス管路に接続されていて、つまり、内燃機関４０の排ガスの熱エネルギ利用することによって循環路３２の作業媒体を気化する。次いでガス状の作業媒体は、ターボ機械１００内で機械的なエネルギを放出して応力除去される。コンデンサ３５内で作業媒体は完全に液化されて再び流体ポンプ３３に達する。

好適な形式で、ターボ機械１００およびジェネレータ４２は１つの共通の軸１２を有しているので、ジェネレータ４２内で簡単な形式で軸１２上に配置された回転子６１および固定子５９によって電気的なエネルギが発生され得る（図２参照）。

バイパス管路３６は、ターボ機械１００に対して並列に配置されている。内燃機関４０および排熱回収システム４４の運転状態およびそれによって得られた値、例えば作業媒体の温度に応じて、作業媒体はターボ機械１００に供給されるかまたはバイパス管路３６を通ってターボ機械１００の傍らを通過して案内される。

図２は、図１のターボ機械ユニット１０００の断面の斜視図を示し、この場合、重要な領域だけが示されている。ターボ機械ユニット１０００は、ターボ機械１００とジェネレータ４２とを有している。ターボ機械１００はラジアルタービンとして構成されており、この場合、ここではラジアルタービンからの流れ出口はジェネレータ４２から延びている。

ターボ機械ユニット１０００はハウジング５５を有している。図２の構成では、ハウジング５５は複数の部分に分割して構成されていて、ターボハウジング５６、ジェネレータハウジング５７および固定子プレート５８を有している。ターボハウジング５６は、概ねターボ機械１００を取り囲んでいる。ジェネレータハウジング５７は、固定子５９を取り囲んでいる。固定子プレート５８は、ターボハウジング５６とジェネレータハウジング５７との間で緊締されていて、ジェネレータハウジング５７と一緒に固定子５９をハウジング５５内で固定する。

軸１２を支承するための軸受６０は、半径方向でジェネレータハウジング５７によって位置決めされていて、ジェネレータハウジング５７と固定子プレート５８の間で軸方向に位置決めされていて、つまりターボ機械１００とジェネレータ４２との間に配置されている。別の軸受６００は、ジェネレータ４２の他方の側に配置されている。

ジェネレータハウジング５７は２分割して構成されていて、内側体５７０および外周壁５７１を有している。

図２の構成における作業媒体の流れ経路は次の通りである。エバポレータ３４から流れてくるガス状の作業媒体は、流入領域８を通って半径方向でターボ機械１００内に流入し、ターボ機械１００から軸方向で流出領域９を通って図２で見て右方向に再び流出する。これによって、ターボ機械１００内で羽根車１が駆動される。次いで作業媒体はターボ機械１００から出てからコンデンサ３５内で完全に液化される。

好適な構成では、図２の羽根車１は左右逆に配置されているので、ジェネレータ４２に向かう方向に流出が行われる。ターボ機械ユニット１０００から出る作業媒体の流れは、好適にはターボハウジング５６とジェネレータハウジング５７との間の半径方向で行われる。このために、流出領域９は、ターボハウジング５６および／またはジェネレータハウジング５７によって画成されていてよい。この構成では軸受６０は、好適な形式でターボ機械ユニット１０００の右縁部に配置されている。

好適な発展形態では、ターボ機械ユニット１０００は、ターボ機械１００とジェネレータ４２との間で絶縁部を有している。これは、例えば低い熱伝導率を有するハウジング５５の材料によって得られるか、またはハウジング５５の追加的なコーティングによってまたはハウジング５５の別の構成部分によって得られる。この場合、絶縁部は、ハウジング５５内の気泡を有していてもよい。絶縁部は、流出領域９を通ってターボ機械１００から流出する比較的熱い作業媒体をジェネレータ４２から熱的に分離するという課題を有しており、従ってジェネレータ４２の効率は低下されることはない。

図３は、図２に示したターボ機械１００の拡大図Ａを示す。図３は、本発明によるターボ機械１００の第１実施例の縦断面図を示す。ターボ機械１００はターボハウジング５６を有している。

羽根車１は、ターボハウジング５６内で回転軸線３０を中心にして回転可能に軸受けされて配置されていて、軸１２に堅固に結合されており、この場合、軸１２はターボハウジング５６を貫いている。図面は簡略化して示されていて、回転軸線３０上の縦断面で区切られており、縦断面を完全なものにするために回転軸線３０を中心にして鏡像対称にされてよい。

羽根車１は、前側２０および後ろ側２１を有している。前側２０はアーチ状に形成されていて、それにより、図３の図面では上から右方向へ流れる作業媒体のための流入領域８および流出領域９を規定する。後ろ側２１は段部２９を有していて、この段部２９は、平らな区分１９へ移行する。羽根車１の後ろ側２１に面した、ターボハウジング５６の側は段状に構成されている。ターボハウジング５６の段部２２は、羽根車１の平らな区分１９と共にシールギャップ６３を形成している。

羽根車１の後ろ側２１とターボハウジング５６とは、シールギャップ６３によって分割される漏れ室２３を画成している。漏れ室２３は、コンデンサ３５に通じる流体接続部を有している。

羽根車１は、流出領域９にハブ１１を有しており、このハブ１１は、ターボハウジング５６の段部１０と共に軸方向ギャップ５およびひいては軸方向軸受２７を形成している。羽根車１のハブ１１とターボハウジング５６とは、別の漏れ室１４を画成しており、この漏れ室１４は、ターボハウジング５６内に形成された通路２および軸方向ギャップ５によって流出領域９に接続されている。通路２は流出領域９によって中断され、別の漏れ室１４とは反対側でターボ機械１００から外へ通じている。軸方向軸受２７は好適な形式で、羽根車１のハブ１１における閉じた軸受ディスクとして構成されており、それによって高い支持力が得られる。さらにこの場合、例えば様々なタイプの空気軸受、例えば渦巻き溝、フォイル軸受、Ｖ字形軸受または外部の圧力負荷された軸受、いわゆるＥＰ（ｅｘｔｅｒｎａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ「外部加圧式」）軸受が構成されてよい。ここではＥＰ軸受が構成されている。

作業媒体の流路は次の通りである。ガス状の作業媒体はエバポレータ３４から到来してターボ機械１００の流入領域８内に流入する。流入領域８内のターボハウジング２の縁部１８において羽根車１とターボハウジング２との間で、ガス状の作業媒体は２つの流路に分割され、一方の流路は前側２０に沿って通じ、他方の流路は羽根車１の後ろ側２１に沿って通じている。

ガス状の作業媒体は後ろ側２１で漏れ室２３内に流入し、高圧下でシールギャップ６３の方向に達する。シールギャップ６３を通って作業媒体は応力除去され、次いでさらにコンデンサ３５に向かう方向に流れる。

前側２０でガス状の作業媒体は羽根車１に沿ってアーチ状に流出領域９に向かう方向に流れ、それによって羽根車１若しくは軸１２を駆動する。それによってガス状の作業媒体は放圧される。次いでガス状の作業媒体はターボ機械１００からコンデンサ３５に向かう方向にガイドされ、ここで完全に液化される。ガス状の作業媒体の一部は軸方向ギャップ５内を通って別の漏れ室１４に向かう方向に流れ、この場合、この別の漏れ室１４はコンデンサ３５に流体接続もされている。例えばガスがさらに別の漏れ室１４内にガイドされ、それによって軸方向ギャップ５内の圧力が低下することによって、通路２を通って外部圧力が印加される。通路２を介してのガスの外部からの供給は、ＥＰ軸受においてのみ、支持作用を有する空気膜を得るために必要である。別のタイプの軸受のためには、通路２を介しての外部からの供給が冷却のために用いられてよい。

通路２および別の漏れ室１４によって、軸方向ギャップ５内に羽根車１のための軸方向軸受２７が形成される。ここでは軸方向軸受２７は、気体軸受、例えば空気軸受として形成されていて、羽根車１のための片側の気体軸受を形成する。ターボハウジング５６の段部２２の幾何学的な構成に応じて、生ぜしめられた力が軸方向ギャップ５に向かう方向で羽根車１に加えられ得る。

この構成において、プレストレス手段７、ここでは段部２２として構成された圧力分配器が設けられており、このプレストレス手段は、軸方向軸受２７に向かう方向の力で羽根車１若しくは軸１２にプレストレスを与える（図３の矢印Ｐ参照）。

選択的に、軸１２に、プレストレス手段７として第１の磁石４、例えば永久磁石または電磁石が追加的に配置されていてよく、この第１の磁石４は、ターボハウジング５６内の第２の磁石４００、例えば永久磁石または電磁石と磁気的に相互作用する。これらの磁石は互いに反発し合い、それによって羽根車１若しくは軸１２が、軸方向軸受２７に向かう方向でプレストレスを与えられるように、互いに配置されていてよい。従って、生ぜしめられた力は、軸方向軸受２７に向かう方向で羽根車１若しくは軸１２に確実に作用する。電磁石４，４００を使用すれば、羽根車１若しくは軸１２に作用する力は可変に調節され得る。

選択的な実施例では、羽根車１若しくは軸１２に作用する生ぜしめられた力を変えられるようにするために、電磁石４，４００のうちの一方が永久磁石として構成されていて可動に配置されていてもよい。

図４は同様に、図２に示したターボ機械１００の拡大図Ａを示す。図４は、本発明によるターボ機械１００の第２実施例の縦断面図を示し、この場合、縦断面図を簡略化するために、回転軸線３０の上側だけが示されていて、縦断面図を完全なものにするために回転軸線３０を中心にして鏡像対称で示されてよい。第２実施例の構造および機能形式は、図３に示した第１実施例に十分に相当する。

第１実施例とは異なり、ここでは羽根車１の後ろ側２１には、ターボハウジング５６の段部２２およびシールギャップ６３の代わりに滑り部材１３が配置されている。滑り部材１３はここではグラファイトから製造されたシールリングとして形成されていて、ターボハウジング５６と羽根車１の後ろ側２１との間で支えられている。ターボハウジング５６の切欠２６内に別の滑り部材１５例えばシールリングが配置されており、この場合、第２の滑り部材１５は第１の滑り部材１３で支えられている。

さらに、切欠２６内にばね１７が配置されており、このばね１７は、第１の滑り部材１３を羽根車１の後ろ側２１に向かう方向の力で押圧する。羽根車１の後ろ側２１に切欠３１が形成されており、この切欠３１は、少なくとも部分的に第１の滑り部材１３によってカバーされている。ここでは第１の滑り部材１３、第２の滑り部材１５およびばね１７が、プレストレス手段７として構成されていて、このプレストレス手段は羽根車１若しくは軸１２を、軸方向軸受２７に向かう方向の力で付勢する（図４の矢印Ｐ参照）。

選択的にかつ追加的に、第１の実施例と同じように、プレストレス手段７として、例えば永久磁石または電磁石として構成された第１の磁石４と第２の磁石４００とが相互作用するようになっていて、それによって羽根車１若しくは軸１２が軸方向軸受２７の方向にプレストレスを与えられるようになっていてもよい。

作業媒体の流路は、基本的に、羽根車１の後ろ側２１の流路以外は、第１実施例と同じである。ここではガス状の作業媒体は、ターボ機械１００からコンデンサ３５に向かう方向に流れるために、第２の滑り部材１５およびばね１７を取り囲む第１の滑り部材１３を巡って流れる。この実施例でも、ガス状の作業媒体は滑り部材１３，１５によって放圧される。

選択的な構成では、第１および第２実施例において磁石４，４００を使用する場合、羽根車１のために両面気体軸受が使用されてもよい。従って、気体軸受は磁力に応じてさまざまに負荷されてよい。

図５は同様に、図２に示したターボ機械１００の拡大図Ａを示す。図５は、本発明によるターボ機械１００の第３実施例の縦断面図を示し、この場合、縦断面図を簡略化するために回転軸線３０の上側だけが示されていて、縦断面図を完全にするために回転軸線３０を中心にして鏡像対称で示されてよい。

羽根車１はターボハウジング５６内で回転軸線３０を中心にして回転可能に支承され配置されていて、ここでは軸１２と一体的に構成されており、この場合、軸１２はターボハウジング５６を貫通している。さらに、羽根車１は前記実施例と同様に、前側２０と後ろ側２１とを有している。前側２０はアーチ状に構成されていて、それによって、作業媒体のための、図５の図面では上方から左方向への流入領域８および流出領域９を規定する。後ろ側２１は平らであって、段部２８を備えて構成されている。さらに羽根車１の後ろ側２１およびターボハウジング５６は軸方向ギャップ５を形成しており、この軸方向ギャップ５は羽根車１のための軸方向軸受２７を形成する。

さらに、羽根車１の後ろ側２１およびターボハウジング５６は漏れ室１４を画成しており、この漏れ室１４は段部２４によって、第１の漏れ部分室１４０と第２の漏れ部分室１４１とに分割されている。第２の漏れ部分室１４１は、ターボハウジング５６内に形成された通路１６に接続されていて、この通路１６を介して漏れ部分室１４内に収集されたターボ機械１００からの漏れは、コンデンサ３５に向かう方向にガイドされ得る。段部１０はここではハウジング部分２に環状の稜線として構成されていて、羽根車１の後ろ側２１と共にシールギャップ２５を形成する。

作業媒体の流路は次の通りである。エバポレータ３４から流れてくるガス状の作業媒体はターボ機械１００の流入領域８内に流入する。羽根車１とターボハウジング２との間の流入領域８内のターボハウジング２の縁部１８で、ガス状の作業媒体は２つの流路に分割され、一方の流路は前側２０に沿って通じ、他方の流路は羽根車１の後ろ側２１に沿って通じている。

前側２０で、ガス状の作業媒体はアーチ状に羽根車１に沿って流出領域９に向かう方向に流れて、羽根車１若しくは軸１２の駆動によって応力除去される。次いでガス状の作業媒体はターボ機械１００からコンデンサ３５に向かう方向にガイドされ、ここで完全に液化される。

後ろ側２１で、ガス状の作業媒体は第１の漏れ部分室１４０内に流入し、高圧下で段部２４に達する。シールギャップ２５を通って、作業媒体は放圧されて第２の漏れ部分室１４１内に流入する。ここで作業媒体は一方では羽根車１とターボハウジング５６との間の軸方向ギャップ５内に流入し、それによって軸方向軸受２７は気体軸受として構成されている。他方では、作業媒体は通路１６を介してターボ機械１００からコンデンサ３５の方向に向かって流れる。軸方向軸受２７がＥＰ軸受として構成されている場合、ターボハウジング５６内に追加的な通路６２が形成されよう。

この構成では、プレストレス手段７が第１の磁石４および第２の磁石４００、例えば永久磁石または電磁石として構成されている。第１の磁石４は軸１２内に配置されていて、第２の磁石４００はターボハウジング５６内に配置され、互いに磁気的な相互作用を有している。２つの磁石４，４００は、互いに反発し合い、それによって羽根車１若しくは軸１２が軸方向軸受２７に向かう方向にプレストレスを与えられるように（図５の矢印Ｐ参照）、互いに配置されていてよい。従って発生した力は、軸方向軸受２７に向かう方向で羽根車１若しくは軸１２に確実に作用する。電磁石４，４００を使用すれば、羽根車１若しくは軸１２に作用する力を可変に調節することができる。

選択的な構成では、羽根車１若しくは軸１２に作用する、発生した力を変えるために、永久磁石として構成された磁石４，４００の１つも可動に配置されていてよい。

本発明によるターボ機械１００は、図６に示されているように、燃料電池システム４６内の圧縮機５１として構成されていてもよい。

図６は、特許文献２により公知の燃料電池システム４６を示す。燃料電池システム４６は、燃料電池４７、吸気管路４８、排ガス管路４９、圧縮機５１として構成されたターボ機械１００、排気タービン５２、圧力を低下させるためのバイパス弁５０、および詳しく図示されていない、燃料電池４７への燃料のための供給管路を有している。バイパス弁５０は、例えば制御フラップであってよい。バイパス弁５０として例えばウェストゲート弁が使用されてよい。

燃料電池４７は、図示していない燃料電池供給管路を介して供給された燃料と、燃料電池４７の吸気管路４８を介して供給される、ここに図示された実施例では吸気である酸化剤との化学的な反応エネルギを電気エネルギに変換するガルヴァーニ電池である。燃料は好適な形式で水素またはメタンまたはメタノールであってよい。相応に排ガスとして、水蒸気または水蒸気と二酸化炭素が発生する。燃料電池４７は、例えば、自動車の駆動装置を駆動するために設計されている。この場合、例えば燃料電池４７によって生ぜしめられた電気エネルギは、自動車の電動機を駆動する。

圧縮機５１は吸気管路４８内に配置されている。排気タービン５２は排ガス管路４９内に配置されている。圧縮機５１および排気タービン５２は、軸１２を介して機械的に結合されている。軸１２は、駆動装置５４によって電気的に駆動可能である。排気タービン５２は、軸１２若しくは圧縮機５１を駆動するための駆動装置５４を支援するために用いられる。圧縮機５１、軸１２および排気タービン５２は共に、１つのターボ圧縮機１０００を形成する。

選択的な構成では、排気タービン５２は、燃料電池システム４６内では省略されてもよく、その代わり圧縮機５１が多段式に構成されていてよい。

１ 羽根車
２ 通路
４ 第１の磁石、電磁石
５ 軸方向ギャップ
７ プレストレス手段
８ 流入領域
９ 流出領域
１０ 段部
１１ ハブ
１２ 軸
１３ 第１の滑り部材
１４ 別の漏れ室
１５ 第２の滑り部材
１６ 通路
１７ ばね
１８ 縁部
１９ 平らな区分
２０ 前側
２１ 後ろ側
２２ 段部
２３ 漏れ室
２４ 段部
２５ シールギャップ
２６ 切欠
２７ 軸方向軸受
２９ 段部
３０ 回転軸線
３２ 循環路
３３ 流体ポンプ
３４ エバポレータ
３５ コンデンサ
３６ バイパス管路
３７ バイパス弁
４０ 内燃機関
４１ タンク
４２ ジェネレータ
４４ 排熱回収システム
４６ 燃料電池システム
４７ 燃料電池
４８ 吸気管路
４９ 排ガス管路
５０ バイパス弁
５１ 圧縮機
５２ 排気タービン
５５ ハウジング
５６ ターボハウジング
５７ ジェネレータハウジング
５８ 固定子プレート
５９ 固定子
６０ 軸受
６１ 回転子
６２ 追加的な通路
６３ シールギャップ
１００ ターボ機械
１４０ 第１の漏れ部分室
１４１ 第２の漏れ部分室
４００ 第２の磁石、電磁石
５７０ 内側体
５７１ 外周壁
６００ 別の軸受
１０００ ターボ機械ユニット
Ａ 領域
Ｐ 矢印

Claims (15)

1. ターボ機械（１００）であって、ターボハウジング（５６）と、回転軸線（３０）を中心にして可動に支承された羽根車（１）とを有しており、前記羽根車（１）が前側（２０）で作業媒体の流入領域（８）と流出領域（９）とを規定していて、前記羽根車（１）が 軸（１２）と作用接続している形式のものにおいて、
   前記羽根車（１）若しくは前記軸（１２）が前記ターボハウジング（５６）と共に、気体軸受として構成された軸方向軸受（２７）を形成しており、この場合、前記羽根車（１）若しくは前記軸（１２）がプレストレス手段（７）によって前記軸方向軸受（２７）に向かう方向にプレストレスを与えられていることを特徴とする、ターボ機械（１００）。
2. 前記プレストレス手段（７）が、第１の磁石（４）および第２の磁石（４００）を有していることを特徴とする、請求項１記載のターボ機械（１００）。
3. 前記第１の磁石（４）および前記第２の磁石（４００）が、永久磁石または電磁石であ ることを特徴とする、請求項２記載のターボ機械（１００）。
4. 前記第１の磁石（４）が前記軸（１２）内に配置されていて、前記ターボハウジング（５６）内に配置された前記第２の磁石（４００）と磁気的に相互作用することを特徴とする、請求項２または３記載のターボ機械（１００）。
5. 前記磁石（４，４００）が相互に反発し合うように互いに配置されていて、それによって前記羽根車（１）若しくは前記軸（１２）が前記軸方向軸受（２７）に向かう方向にプレストレスを与えられていることを特徴とする、請求項２から４のいずれか１項記載のターボ機械（１００）。
6. 前記プレストレス手段が圧力分配器を有しており、該圧力分配器が前記ターボハウジング（５６）の段部（２２，２４）として構成されていて、前記段部（２２，２４）が前記羽根車（１）の後ろ側（２１）と共にシールギャップ（９，２５）を形成していることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載のターボ機械（１００）。
7. 前記プレストレス手段が圧力分配器を有しており、該圧力分配器が少なくとも１つの滑り部材（１３）として構成されていて、前記羽根車（１）の後ろ側（２１）と前記ターボハウジング（５６）との間に配置されていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載のターボ機械（１００）。
8. 少なくとも１つの前記滑り部材（１３）がばね（１７）によって、前記軸方向軸受（２７）に向かう方向の力で付勢されていることを特徴とする、請求項７記載のターボ機械（１００）。
9. 前記流出領域（９）内で、前記軸（１２）のハブ（１１）が前記ターボハウジング（５６）の段部（１０）と共に軸方向ギャップ（５）を形成していて、それによって前記羽根車（１）のための軸方向軸受（２７）を形成していることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項記載のターボ機械（１００）。
10. 前記羽根車（１）の後ろ側（２１）が前記ターボハウジング（５６）と共に軸方向ギャップ（５）を形成していて、それによって前記軸方向軸受（２７）を形成していることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載のターボ機械（１００）。
11. 前記軸方向軸受（２７）が、前記羽根車（１）のための片側の気体軸受として構成されていることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか１項記載のターボ機械（１００）。
12. 前記軸方向軸受（２７）が、前記羽根車（１）のための片側の空気軸受として構成され ていることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか１項記載のターボ機械（１０ ０）。
13. 前記軸（１２）若しくは前記羽根車（１）と前記ターボハウジング（５６）とが、前記軸方向ギャップ（５）に接続された漏れ室（１４）を画成していることを特徴とする、請求項１から１２までのいずれか１項記載のターボ機械（１００）。
14. 燃料電池システム（４６）であって、燃料電池（４７）と、酸化剤としての作業媒体を前記燃料電池（４７）に供給するための吸気管路（４８）と、前記酸化剤を前記燃料電池（４７）から導出するための排ガス管路（４９）とを有している形式のものにおいて、
    前記燃料電池システム（４６）が、圧縮機（５１）として構成された、請求項１から１ ３までのいずれか１項記載のターボ機械（１００）を前記吸気管路（４８）内に有していて、排気タービン（５２）が前記排ガス管路（４９）内に配置されていて、前記ターボ機械（１００）と前記排気タービン（５２）とが１つのターボ機械ユニット（１０００）を形成していることを特徴とする、燃料電池システム（４６）。
15. 排熱回収システム（４４）であって、作業媒体をガイドする循環路（３２）を有しており、前記循環路（３２）が前記作業媒体の流れ方向で流体ポンプ（３３）と、エバポレータ（３４）と、ターボ機械ユニット（１０００）と、コンデンサ（３５）とを有しており、この場合、前記ターボ機械ユニット（１０００）がジェネレータ（４２）を有している形式のものにおいて、
    前記ターボ機械ユニット（１０００）が、請求項１から１３までのいずれか１項記載のターボ機械（１００）を有していることを特徴とする、排熱回収システム（４４）。

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