JP2005113813A - スクリュ式圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】 吸込みポートを２本のスクリュロータ軸間に配置できない場合においても吸気抵抗の増大を抑制する。
【解決手段】 吸気側端面から吐出側端面にかけて形成された歯溝を複数備えた雌雄一対のスクリュロータ８を噛合わせながら回転させて、吸気側ケース７に開口させた吸込み口２０から吸気側端面の歯溝により形成されるポンプ空間に流体を吸気し、吐出側端面付近の吐出口１３から流体を吐出するスクリュ式圧縮機１であって、前記圧縮機１の吸気側ケース７に開口する吸込み口２０を、両スクリュロータ８間の中間位置から歯溝容積が大きいスクリュロータ８Ａ側へずらせて配置した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、スクリュ式圧縮機に関し、特に、吸気抵抗を低減可能なスクリュ式圧縮機に関するものである。

従来からスクリュ式圧縮機の吸込みポートは内部に収容されるスクリュロータの２本の回転軸同士の中間位置に配置されている（特許文献１参照）。

これは、スクリュ式圧縮機がロータに設けた歯溝空間を回転することにより、歯溝の噛合い部分より外側に向かって容積を拡大しつつ空気を吸込むものであるため、両ロータ軸の中間位置に吸込みポートを設けることで、通気抵抗を最小限に抑えて高い吸込み効率を得ることができる。
特開平１１−３１５７８４号公報

ところで、上記従来例のようなスクリュ式圧縮機を車両に搭載された燃料電池の酸化剤ガスとしての空気圧縮機に用いる場合には、従来のエンジンルームもしくは乗員室の床下に配置されるものであるが、車両レイアウト上から吸込みポートを必ずしも２本のスクリュロータ軸の中間に配置できない場合がある。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、吸込みポートを２本のスクリュロータ軸間に配置できない場合においても吸気抵抗の増大を抑制可能なスクリュ式圧縮機を提供することを目的とする。

本発明は、圧縮機の吸気側ケースに開口する吸込み口を、両スクリュロータ間の中間位置から歯溝容積が大きいスクリュロータ側へずらせて配置するようにした。

したがって、本発明では、圧縮機の吸気側ケースに開口する吸込み口を、両スクリュロータ間の中間位置から歯溝容積が大きいスクリュロータ側へずらせて配置したため、吸込み口から吸込まれた流体は、歯溝空間容積が大きな方のスクリュロータの方へ流入する流速が、歯溝空間容積が小さなスクリュロータへ流入する流速よりも高くかつ吸込流量が大きくなるため、吸込み口を歯溝空間容積が小さなスクリュロータ側へずらすよりも吸込時における通気抵抗を小さくできる。したがって、レイアウト上の制約により吸込み口を両スクリュロータの中間位置からずらさなくてはならない場合に、吸込み口を両スクリュロータの中間に置く場合に比較して、圧縮機効率の劣化を最小限に抑制することができる。

以下、本発明のスクリュ式圧縮機を一実施形態に基づいて説明する。図１は、本発明を適用したスクリュ式圧縮機の第１実施形態の第１実施例を示す断面図である。

図１において、第１実施形態の第１実施例のスクリュ式圧縮機１は、スクリュロータ８およびロータケース５からなるコンプレッサ部２と、スクリュロータ８の回転同期をとるタイミングギヤ部３と、吸込み部４とから構成し、ロータケース５を挟んでその両側にタイミングギヤ部３を収容するギヤケース６と吸込み部４を形成するエンドケース７とが配置されて互いにボルト等で連結している。

前記コンプレッサ部２は、前記ギヤケース６とエンドケース７とに軸受支持されて回転可能な一対のロータ軸９を備え、ロータ軸９は夫々スクリュロータ８を固定して備える。前記軸受支持は、ギヤケース６側では潤滑油により潤滑されるボールベアリング１１で構成し、エンドケース７側では封入されたグリースにより潤滑されるニードルベアリング１２で構成している。前記一対のスクリュロータ８の一方はロータケース５に摺接する外周部に複数の突条による歯をスクリュ状に形成して備える（即ち、突条の歯同士の間が歯溝に構成される）雄ロータ８Ａであり、スクリュロータ８の他方はロータケース５に摺接する外周部に複数の歯溝をスクリュ状に備える（即ち、歯溝同士の間が歯に構成される）雌ロータ８Ｂであり、この一対のスクリュロータ８の複数の歯と歯溝とは複数箇所で互いに噛合うよう構成している。ギヤケース６の側面には、吐出口１３が配置されている。

前記タイミングギヤ部３は、前記ロータ軸９に固定され、前記一対のスクリュロータ８の回転同期をとる互いに噛合ったタイミングギヤ１４Ａ、１４Ｂを備える。タイミングギヤ１４は互いに噛合うことで、前記一方のスクリュロータ８Ａに設ける突条による歯の数と他方のスクリュロータ８Ｂに設ける歯溝の数とが、同一数である場合には両ロータ８は同一回転数で回転させ、異なる数である場合には数に逆比例させて少ない側のロータ８を速く回転させるよう機能する。従って、タイミングギヤ１４のギヤ比は、スクリュロータ８に設ける突条による歯の数と歯溝の数との比率により決定する。

タイミングギヤ１４は前記ボールベアリング１１と共に潤滑油で潤滑される。前記一対のタイミングギヤ１４の一方（図示例では、雌ロータ８Ｂ側のタイミングギヤ１４Ｂ）は、駆動モータ１５の出力軸１５Ａの軸端に固定された駆動フランジ１５Ｂに駆動ピン１６を介して連結され、駆動モータ１５により回転駆動されるようにしている。タイミングギヤ１４に入力された駆動力は、各ロータ軸９に伝達され、一対のスクリュロータ８を歯と歯溝との噛合い位置を吸込み部側（図中右側）から吐出口１３側に向かってずらしながら逆方向に回転させる。

前記吸込み部４は、前記ロータ軸９を支持するニードルベアリング１２を収容する軸受ボス１８を放射状に配置した格子１９によりエンドケース７へ支持し、これら軸受ボス１８、格子１９はエンドケース７と一体に構成している。以下では、雄ロータ８Ａの歯溝容積（ポンプ空間）が雌ロータ８Ｂの歯溝容積（ポンプ空間）より大きいものとして構成していることを前提に説明を進める。エンドケース７は、前記格子１９および軸受ボス１８を、空間２１を介在させて覆うカバー形状に形成され、雄ロータであるスクリュロータ８Ａの軸方向延長上のカバー形状部に吸込み口２０を開口させている。

前記吸込み口２０の中心２０Ａと前記スクリュロータ８Ａの中心９Ａとは一致させても一致させなくともよい。前記吸込み口２０は、図示の例では、ロータ軸９に対して直交するよう開口され、その中心２０Ａは歯溝容積の小さい雌ロータ８Ｂの中心軸９Ｂより歯溝容積の大きい雄ロータ８Ａの中心軸９Ａの方に近くなるように配置されている。吸込み口２０から吸込まれた流体は、空間２１、格子１９間を経由して前記一対のスクリュロータ８の歯溝とロータケース５で構成されるポンプ空間に夫々導入されるようにしている。

以上の構成のスクリュ式圧縮機においては、駆動モータ１５によりタイミングギヤ１４を駆動すると、一対のロータ軸９を介して雄ロータ８Ａと雌ロータ８Ｂとが互いの歯と歯溝とを複数箇所で係合させつつ回転する。この回転により一対のスクリュロータ８の歯溝とロータケース５で構成されるポンプ空間が吸込み（吸込み部４）側から吐出（吐出口１３）側へ移動して吐出口１３から吐出し、吸込み口２０からは新たに流体を吸込み、吸込まれた流体は、空間２１、格子１９間を経由して新たに開口する前記一対のスクリュロータ８の歯溝とロータケース５で構成されるポンプ空間に導入される。したがって、このスクリュ式圧縮機は、流体を吸込み口２０から吸込み、コンプレッサ部２で圧縮しつつ、吐出口１３から吐出する。

吸込み口２０から吸込まれた流体は、歯溝空間容積が大きな方のスクリュロータ８Ａの方へ流入する流速が、歯溝空間容積が小さなスクリュロータ８Ｂへ流入する流速よりも高くかつ吸込流量が大きくなるため、本実施例のように、吸込み口２０を歯溝空間容積が大きな方のスクリュロータ８Ａ側へずらす方が、吸込み口２０を歯溝空間容積が小さなスクリュロータ８Ｂ側へずらすよりも吸込時における通気抵抗を小さくできる。したがって、レイアウト上の制約により吸込み口２０を両スクリュロータ８の中間位置からずらさなくてはならない場合に、吸込み口２０を両スクリュロータ８の中間に置く場合に比較して、圧縮機効率の劣化を最小限に抑制することができる。

また、同様の理由により、吸込み流量の大きな側のスクリュロータ８Ａのポンプ空間への吸込み圧損を少なくすることにより、吸込み部４での負圧レベルが小さくでき、車両に搭載した燃料電池の酸化剤ガスとしての空気圧縮機に用いる場合には、吸込み側に設けた軸受であるニードルベアリング１２から潤滑用として封入したグリースが上記負圧によりニードルベアリング１２から吸出されにくくなり、燃料電池の性能劣化を招きにくくなる。

図２は、第１実施形態の第２実施例を示す側面図であり、吸込み口の中心位置２０Ａを両ロータ軸９を含む面内に配置したものである。このように、吸込み口２０の中心２０Ａ位置を両ロータ軸９を含む面内に配置すると、歯溝空間容積が小さな方のスクリュロータ８Ｂの吸込み側へ流入する流体流量も含めて、歯溝空間容積が大きな方のスクリュロータ８Ａの吸込み側へ流入する流体流量を均一にでき、吸込時の通気抵抗が小さくなり圧縮機効率を向上できる。

図３および図４は、第１実施形態の第３実施例を示す側面図および断面図であり、吸込み口２０から流入する流体が、直接歯溝空間容積が小さな方のスクリュロータ８Ｂの吸込み側へ流入するよう、吸込み口２０をロータ軸９に対して傾斜させたものである。このように吸込み口２０を傾斜させると、歯溝空間容積が小さな方のスクリュロータ８Ｂの吸込み側へ吸込まれる流体の流れ方向を急激に曲げるようなことがなく、歯溝空間容積が大きな方のスクリュロータ８Ａの吸込み側も含めて、通気抵抗が小さくでき、圧縮機効率を向上できる。

本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。

（ア）圧縮機１の吸気側ケース７に開口する吸込み口２０を、両スクリュロータ８間の中間位置から歯溝容積が大きいスクリュロータ８Ａ側へずらせて配置したため、吸込み口２０から吸込まれた流体は、歯溝空間容積が大きな方のスクリュロータ８Ａの方へ流入する流速が、歯溝空間容積が小さなスクリュロータ８Ｂへ流入する流速よりも高くかつ吸込流量が大きくなるため、吸込み口２０を歯溝空間容積が小さなスクリュロータ８Ｂ側へずらすよりも吸込時における通気抵抗を小さくできる。したがって、レイアウト上の制約により吸込み口２０を両スクリュロータ８の中間位置からずらさなくてはならない場合に、吸込み口２０を両スクリュロータ８の中間に置く場合に比較して、圧縮機効率の劣化を最小限に抑制することができる。

（イ）加えて、吸込み口２０の中心を、図２に示すように、両スクリュロータ８の両中心線を含む面内に配置すると、歯溝空間容積が小さな方のスクリュロータ８Ｂの吸込み側へ流入する流体流量も含めて、歯溝空間容積が大きな方のスクリュロータ８Ａの吸込み側へ流入する流体流量を均一にでき、吸込時の通気抵抗が小さくなり圧縮機効率を向上できる。

（ウ）さらに、吸込み口２０の中心を、図３、４に示すように、吸気側ケース７内において歯溝容積の小さいスクリュロータ８Ｂの吸気側端面に直接向かう流体流も生じるようスクリュロータ８中心軸９と直交する面に対して傾けて配置すると、歯溝空間容積が小さな方のスクリュロータ８Ｂの吸込み側へ吸込まれる流体の流れ方向を急激に曲げるようなことがなく、歯溝空間容積が大きな方のスクリュロータ８Ａの吸込み側も含めて、通気抵抗が小さくでき、圧縮機効率を向上できる。

本発明の一実施形態の第１実施例を示すスクリュ式圧縮機の断面図。 スクリュ式圧縮機の第２実施例を示す側面図。 スクリュ式圧縮機の第３実施例を示す側面図。 スクリュ式圧縮機の第３実施例を示す断面図。

符号の説明

１ スクリュ式圧縮機
２ コンプレッサ部
３ タイミングギヤ部
４ 吸込み部
５ ロータケース
６ ギヤケース
７ エンドケース、吸気側ケース
８ スクリュロータ
８Ａ 雄ロータ
８Ｂ 雌ロータ
９ ロータ軸
９Ａ、９Ｂ スクリュロータの中心軸
１４ タイミングギヤ
２０ 吸込み口
２０Ａ 吸込み口の中心軸

Claims (3)

1. 吸気側端面から吐出側端面にかけて形成された歯溝を複数備えた雌雄一対のスクリュロータを噛合わせながら回転させて、吸気側ケースに開口させた吸込み口から吸気側端面の歯溝により形成されるポンプ空間に流体を吸気し、吐出側端面付近の吐出口から流体を吐出するスクリュ式圧縮機であって、
   前記圧縮機の吸気側ケースに開口する吸込み口を、両スクリュロータ間の中間位置から歯溝容積が大きいスクリュロータ側へずらせて配置したことを特徴とするスクリュ式圧縮機。
2. 前記吸込み口の中心は、両スクリュロータの両中心線を含む面内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のスクリュ式圧縮機。
3. 前記吸込み口の中心は、吸気側ケース内において歯溝容積の小さいスクリュロータの吸気側端面に直接向かう流体流も生じるようスクリュロータ中心軸と直交する面に対して傾けて配置したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスクリュ式圧縮機。

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