JP2006029111A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】流体を圧縮する圧縮機において、圧縮された流体を外部に吐出する吐出ポートを設ける位置が、吐出チャンバーが設けられている位置に制約されない圧縮機を提供する。
【解決手段】圧縮機１０は、シェル１６とフロントハウジング１０６との間にプレート１０４を備え、このプレート１０４およびフロントハウジング１０６それぞれに形成された溝を並行に向かい合わせることにより形成される吐出溝１２４を備える。
圧縮された流体は、吐出溝１２４に沿って流れるため、シェル１６を基準として吐出チャンバー１２０が設けられている位置に限らず、吐出溝１２４の形状によって所望の位置に流体を導くことができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、圧縮機に関し、特に圧縮機の吐出部の構造に関する。

水素その他の流体を圧縮する圧縮機には、流体を吐出する部分に吐出チャンバーを備え、この吐出チャンバーに、外部と連通する吐出ポートを形成したものがある。たとえば特許文献１の図１に示される圧縮機は、圧縮された流体が吐出される吐出口１９に弁２３が設置され、これを収容する吐出室１４が設けられ、この吐出室１４が外部と連通している。
このような圧縮機には、吐出チャンバーの周囲において、圧縮室および吐出チャンバーを冷却するための冷却水路が設けられているものがある。

特開２００１―１２３９５７号公報

このような従来の圧縮機の、流体を吐出する部分を構成する部材の構造を図５および図６に示す。図５はシェル２１６の構造を、図６はフロントハウジング２０６の構造を示す。これらの部材は、圧縮機の内側から外側に向けて、シェル２１６、フロントハウジング２０６の順で積層されている。

圧縮された流体は、図５の紙面奥側に設けられた圧縮室（図示せず）から、吐出弁２０２ａとリテーナ２０２ｂとかならる逆止弁機構２０２を経由して吐出チャンバー２２０へと送られ、さらに紙面手前側すなわち図６に示されるフロントハウジング２０６の吐出ポート２２６へと送られる。
冷却水は、図６に２つ示される冷却水出入口２０８と、冷却水路２２８とを経由して流れ、紙面奥側の圧縮室（図示せず）および吐出チャンバー２２０を冷却する。

しかしながら、従来の圧縮機においては、圧縮された流体を外部に送出する吐出ポートを設ける位置が、圧縮機の駆動軸方向に吐出チャンバーを投影した部分、すなわちシェルを基準として吐出チャンバーが設けられている位置に制約されるという問題があった。
すなわち、たとえば図５および図６に示される構造を持つ圧縮機においては、吐出ポート２２６は、吐出チャンバー２２０の紙面垂直方向投影部分である略長方形の部分内に設けられている。また、特許文献１の図１では、外部と連通する吐出ポート（参照番号なし）は、吐出室１４の外部側に直結して、駆動シャフト３４の駆動軸方向に吐出室１４を投影した部分内に設けられている。
この吐出ポートを、シェルを基準として吐出チャンバーが設けられている位置以外に設けようとすると、吐出ポートと吐出チャンバーとを直結して形成できないので、これらを連結するための配管が必要となる。こうした構造の複雑化を回避するため、従来の圧縮機においては、吐出ポートは通常、吐出チャンバーが設けられている位置に設けられる。このため、たとえばこうした圧縮機を車両に搭載する際、配管の配策にも制約が発生する。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、圧縮された流体を外部に吐出する吐出ポートを設ける位置が、シェルを基準として吐出チャンバーが設けられている位置に制約されない圧縮機を提供することを目的とする。

上述の問題点を解決するため、この発明に係る圧縮機は、流体を圧縮して吐出する圧縮機であって、流体を圧縮する圧縮室の外壁の一部をなし、圧縮室内で圧縮された流体を外部へ吐出する吐出通路穴を備えるシェルと、シェルにおける、圧縮室とは反対側の面上であって、吐出通路穴に対応する位置に設けられた、吐出通路穴から圧縮室へ流体が逆流しないようにするための逆止弁機構と、シェルを基準として圧縮室とは反対側に設けられたプレートであって、少なくとも逆止弁機構を収容する吐出チャンバーを、シェルを基準として圧縮室とは反対側にシェルとともに構成し、吐出チャンバーに流入した流体を吐出する吐出通路穴を設けたプレートと、プレートを基準として吐出チャンバーとは反対側に設けられたハウジングであって、吐出通路穴を介して吐出チャンバーから送られる流体を、圧縮機の外部に吐出する吐出ポートを有するハウジングとを備え、プレートおよびハウジングの少なくとも一方に、吐出通路穴および吐出ポートを連通する吐出溝を備えることを特徴とするものである。

また、この発明に係る圧縮機は、吐出ポートは、シェルを基準として吐出チャンバーが設けられていない位置に対応する位置に設けられていてもよい。

この発明によれば、圧縮機において、圧縮された流体を外部に吐出する吐出ポートを設ける位置は、シェルを基準として吐出チャンバーが設けられている位置に制約されない。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１〜図４に、この発明の実施の形態１に係る圧縮機１０の構成を示す。
この圧縮機１０は、燃料電池用スクロール型圧縮機であり、主に圧縮機構部、駆動機構部、駆動モータ部、吐出部からなり、燃料電池の水素極に水素ガスを圧送するものである。

図１〜図３に、圧縮機１０の吐出部を構成するシェル１６、プレート１０４、ハウジングであるフロントハウジング１０６それぞれの構造を示す。これらの部材は、圧縮機１０の内側から外側に向けて、シェル１６、プレート１０４、フロントハウジング１０６の順に積層されている。

上述のシェル１６、プレート１０４、フロントハウジング１０６を含む圧縮機１０の断面図を図４に示す。この断面図において、圧縮機１０は、吐出部、圧縮機構部、駆動機構部、および駆動モータ部からなるが、このうちシェル１６およびそれより圧縮機構部側の部分、すなわちシェル１６、圧縮機構部、駆動機構部、および駆動モータ部についての断面図は、図１のＸ−Ｘにおける断面を示し、またシェル１６より吐出部側の部分、すなわちプレート１０４およびフロントハウジング１０６についての断面図は、それぞれ図２のＹ−Ｙおよび図３のＺ−Ｚにおける断面を変位して示す。

圧縮機１０における圧縮機構部は、固定スクロール１１と、旋回スクロール１２と、固定スクロール１１と旋回スクロール１２とにより形成された圧縮室１３とからなる。固定スクロール１１は、円盤状の固定基盤１１ａと固定ラップ最外壁１１ｃとからなるシェル１６と、この固定基盤１１ａから立設される渦巻状の固定ラップ１１ｂとからなる。
このシェル１６の側面には圧縮室１３内に水素を吸入するための吸入通路１４が設けられており、シェル１６の中央には、圧縮機構部と吐出部とを連結する開口が設けられている。

旋回スクロール１２は、円盤状の旋回基盤１２ａと、この旋回基盤１２ａから立設される渦巻状の旋回ラップ１２ｂとからなり、旋回基盤１２ａの背面側中央には、ころ軸受１７を保持する有底円筒状の主保持部１２ｃが設けられ、その外周側に３箇所（図１においては１箇所のみ示す）に均等に配設され、ラジアルボールベアリング１８を支承する有底円筒状の従保持部１２ｄが設けられている。

圧縮機１０における駆動機構部は、旋回スクロール１２に旋回運動（公転運動）を行わせる駆動クランク機構１９と、旋回スクロール１２の自転を防止する従動クランク機構２０と、それらを収納するクランク室２１とからなる。
このクランク室２１は吸入通路１４と連通されており、クランク室２１内には吸入ガスが充満される。
駆動クランク機構１９は、主保持部１２ｃと、駆動軸２２のクランクピン２２ａと、このクランクピン２２ａを支承するころ軸受１７とにより構成される。従動クランク機構２０は、従保持部１２ｄと、従動軸２３のクランクピン２３ａを支承するラジアルボールベアリング１８とにより構成され、従動軸２３のリヤ側は、複列のボールベアリング２３ｃにより支承されている。

また、旋回スクロール１２の旋回時に生じる慣性モーメントを打ち消すために、駆動軸２２にはバランスウエイト２２ｂ、２２ｃ、２２ｄが、従動軸２３にはバランスウエイト２３ｂが設けられており、振動の低減化が図られている。

駆動モータ部は、センターハウジング２４と、このセンターハウジング２４にボルト固定されたリヤハウジング２５と、両者２４、２５の間で駆動モータ２６を収容するモータ室２７とにより構成されている。

まず、駆動モータ２６は、この駆動モータ２６の中央を貫通する駆動軸２２と、この駆動軸２２に嵌入されたロータ２８と、さらにその外周側に設けられ、コイル２９が巻回されたステータ３０とからなる同期モータである。
従って、駆動モータ２６は、図示しないインバータにより回転数等が制御され得る。駆動軸２２は、ボールベアリング２２ｅによりフロント側が支承されており、リヤハウジング２５の中央にて、ボールベアリング２２ｆにより支承されるとともに、シール２２ｇにより密閉されている。

さらに、この駆動モータ２６を覆うセンターハウジング２４には、ステータ３０の位置に合わせてウォータジャケット３１が設けられており、駆動モータ２６が冷却水により冷却されるようになっている。
このセンターハウジング２４と、センターハウジング２４に接続されるリヤハウジング２５は、フロントハウジング１０６と共に圧縮機１０の外殻を構成するハウジングであるが、この実施形態では圧縮機１０の軽量化を図るため、アルミ系金属材料により形成されている。

この駆動モータ部は前記駆動機構部とともにセンターハウジング２４内に収容され、前記駆動機構部と前記駆動モータ部とはセンターハウジング２４の略中央に一体成形されて配設された支持フレーム３２により仕切られている。
なお、前記ボールベアリング２２ｅとボールベアリング２３ｃとは、前記支持フレーム３２に嵌入されている。
また、前記支持フレーム３２は、駆動軸２２の周面とボールベアリング２２ｅとの間隙、及び従動軸２３の周面とボールベアリング２３ｃとの間隙を除いて、前記駆動機構部と前記駆動モータ部とを互いに隔絶している。

圧縮機１０における吐出部は、シェル１６と、プレート１０４と、フロントハウジング１０６とからなる。また吐出部は、圧縮された流体が流通する、吐出チャンバー１２０、吐出通路穴１２２、吐出溝１２４、吐出ポート１２６と、冷却水が循環する冷却水出入口（冷媒出入口）１０８、冷却水路（冷媒路）１２８とを備える。この吐出チャンバー１２０、吐出通路穴１２２、吐出溝１２４、吐出ポート１２６、冷却水出入口１０８、冷却水路１２８はすべて、シェル１６、プレート１０４、フロントハウジング１０６の少なくともひとつに形成された溝または開口部およびその組み合わせからなる。
また、吐出ポート１２６には、燃料電池の水素極に連通する配管等（図示せず）が連結される。

シェル１６は、圧縮室１３の外壁の一部をなしており、圧縮室１３内で圧縮された流体を外部へ吐出する吐出通路穴１２２を備える。またシェル１６の、圧縮室１３とは反対側の面上の、吐出通路穴１２２に対応する位置には、吐出通路穴１２２から圧縮室１３へ流体が逆流しないようにするための逆止弁機構１０２が設けられている。この逆止弁機構１０２は、吐出弁１０２ａとリテーナ１０２ｂとからなる。

プレート１０４は、シェル１６を基準として圧縮室とは反対側に設けられている。このプレート１０４は、逆止弁機構１０２を収容する吐出チャンバー１２０を、シェル１６を基準として圧縮室１３とは反対側に、シェル１６とともに構成する。また、プレート１０４には、吐出チャンバー１２０に流入した流体を吐出する吐出通路穴１２２が設けられている。

フロントハウジング１０６は、プレート１０４を基準として吐出チャンバー１２０とは反対側に設けられている。このフロントハウジング１０６は、吐出通路穴１２２を介して吐出チャンバー１２０から送られる流体を、圧縮機１０の外部に吐出する吐出ポート１２６を有する。

また、シェル１６とプレート１０４との合わせ部には、シール溝１１１が設けられ、このシール溝１１１内にＯリング１１０が挿入される。このシール溝１１１とＯリング１１０とにより、吐出チャンバー１２０と、冷却水路１２８と、外部とを互いにシールするシール構造が形成される。
同様に、プレート１０４とフロントハウジング１０６との合わせ部には、シール溝１１３が設けられ、このシール溝１１３内にＯリング１１２が挿入される。このシール溝１１３とＯリング１１２とにより、吐出通路穴１２２、吐出溝１２４および吐出ポート１２６からなる流体の通路と、冷却水路１２８と、外部とを互いにシールするシール構造が形成される。
さらに同様に、フロントハウジング１０６の吐出ポート１２６と燃料電池の水素極に連通する配管等（図示せず）との合わせ部には、シール溝１１５が設けられ、このシール溝１１５内にＯリング１１４が挿入される。このシール溝１１５とＯリング１１４とにより、吐出ポート１２６と外部とを互いにシールするシール構造が形成される。

吐出溝１２４は、図２および図３にも示されるとおり、プレート１０４およびフロントハウジング１０６それぞれに形成された溝を並行に向かい合わせることにより形成される。この吐出溝１２４の一端は、プレート１０４に設けられた吐出通路穴１２２であり、他端は、フロントハウジング１０６に設けられた吐出ポート１２６である。

冷却水は、図３に２つ示される冷却水出入口１０８と、冷却水路１２８とを経由して流れる。冷却水の循環方向に従って、２つの冷却水出入口１０８のうち、片方が冷却水入口となり、他方が冷却水出口となるが、この循環方向は圧縮機外部の冷却系の構成によって決定される。

上記図１〜図４に示される圧縮機１０の吐出部について、その作用を説明する。
圧縮機構部において圧縮された流体は、逆止弁機構１０２を経由して吐出チャンバー１２０へと送られ、さらに吐出通路穴１２２を通じて吐出溝１２４に達する。流体はこの吐出溝１２４に沿って流れるため、シェル１６を基準として吐出チャンバー１２０が設けられている位置に限らず、吐出溝１２４の形状によって所望の位置に流体を導くことができる。本実施形態の場合は、図２および図３に示すように、プレート１０４の中央に設けられた吐出通路穴１２２から、直線状の吐出溝１２４を経由し、フロントハウジング１０６の周辺部にある吐出ポート１２６へと送られる。

冷却水路１２８は、圧縮室１３、吐出チャンバー１２０、および吐出溝１２４の周囲に形成されており、この冷却水路１２８を流れる冷媒すなわち冷却水は、圧縮室１３、吐出チャンバー１２０、および吐出溝１２４を冷却する。この冷却効果が及ぶ範囲は、冷却水路１２８の全周囲であるが、とくに、図１における吐出チャンバー１２０と図３における冷却水路１２８とがプレート１０４を隔てて重なる部分と、図２における吐出溝１２４と図１における冷却水路１２８とがプレート１０４を隔てて重なる部分とにおいても、冷却効果を得ることができる。

以上説明した実施の形態１によれば、圧縮機１０は、プレート１０４を備え、さらに、プレート１０４およびフロントハウジング１０６それぞれの溝を並行に向かい合わせることにより形成される吐出溝１２４を備えるので、吐出ポート１２６は、駆動軸２２方向への吐出チャンバー１２０の投影部分に限らず、これ以外の部分を含む任意の位置に設けることもできる。
ここで、駆動軸２２方向というのは、シェル１６、プレート１０４、フロントハウジング１０６が積層される方向と実質的に一致しており、駆動軸を持たない種類の圧縮機においてはこの積層方向を基準とすることができる。

またこのため、圧縮機１０を車両等に搭載する際、吐出ポート１２６に連通される配管およびその他の配管の配策に関する自由度を高め得る。

また、実施の形態１によれば、圧縮機１０は、圧縮された流体が、吐出チャンバー１２０の周囲および吐出溝１２４の周囲において冷媒によって冷却されるので、プレート１０４および吐出溝１２４を持たない圧縮機に比べて高い冷却効果を得ることができる。

また、実施の形態１においては、吐出溝１２４はプレート１０４およびフロントハウジング１０６の溝部分として一体成形できるので、吐出チャンバー１２０と吐出ポート１２６とを連結する独立の部材等は不要である。また、冷却水路１２８もプレート１０４およびフロントハウジング１０６の溝部分として一体成形できるので、冷却のみを目的とした独立の部材等は不要である。

なお、上述した実施の形態１においては、吐出溝１２４は直線状で一定の幅を持つが、これは直線状でなくともよく、また一定の幅を持たない形状であってもよい。

また、上述した実施の形態１においては、プレート１０４およびフロントハウジング１０６の両方に吐出溝１２４をなす部分である溝が形成されているが、これはどちらか一方のみに形成されていてもよい。すなわち、プレート１０４のみに実施の形態１に示す溝が形成されており、フロントハウジング１０６には溝がなく吐出ポート１２６のみが形成されていてもよいし、また逆に、プレート１０４には溝がなく吐出通路穴１２２のみが形成されており、フロントハウジング１０６のみに実施の形態１に示す溝が形成されていてもよい。
このように、溝の形成をプレート１０４およびフロントハウジング１０６のどちらか一方とすることにより、他方における溝の形成に必要な工程を削減することができる。

また、実施の形態１では、吐出経路、すなわち吐出通路穴１２２、吐出溝１２４、吐出ポート１２６からなる経路は１本しかないが、これは複数であってもよく、すなわち複数の吐出通路穴１２２、吐出溝１２４、吐出ポート１２６を備えていてもよい。また、この吐出経路は分岐していてもよく、すなわち、１つの吐出通路穴１２２に対して、複数もしくは分岐した吐出溝１２４を介して複数の吐出ポート１２６が連通していてもよく、また逆に複数の吐出通路穴１２２に対して、複数もしくは分岐した吐出溝１２４を介して１つの吐出ポート１２６が連通していてもよい。
吐出ポート１２６が複数ある構成の場合は、複数の部材に流体を供給することが可能になる。
また、吐出通路穴１２２が複数ある構成の場合は、それぞれに対応して複数の吐出チャンバー１２０が設けられていてもよい。たとえばピストン式圧縮機において、各ピストンに対応して吐出チャンバー１２０を設け、各吐出チャンバー１２０に流入した流体を１つの吐出ポート１２２から吐出するようになっていてもよい。
さらに、複数の吐出溝１２４が１つの吐出ポート１２２と連通する構成においては、ある吐出溝１２４から吐出された流体が別の吐出溝１２４へと逆流しないように、それぞれの吐出溝１２４の出口に逆止弁を設けてもよい。

また、上述した実施の形態１においては、圧縮機１０は冷却水路１２８を備えており、これによって冷却効率を高くできるので、圧縮流体が高温となる圧縮機、たとえば水素供給圧縮機において有効である。ただし、圧縮機１０は冷却水路１２８を備えなくともよく、その場合は構成が簡素なものとなる。

また、冷却水路１２８が設けられる場所については、実施の形態１のものに限らず、吐出経路、すなわち吐出通路穴１２２、吐出溝１２４、吐出ポート１２６が設けられていない場所であればよい。またその形状についても、実施の形態１のものに限らず、たとえば吐出経路の形状に合わせ、これに沿う形状とすれば冷却効率が高くなる。

また、実施の形態１においては、冷却水出入口１０８は、入口１つと出口１つの合計２つだけであるが、入口または出口は複数あってもよい。また、入口・出口ともに複数ある構成の場合は、それぞれの入口・出口に独立した冷却水路１２８が複数あってもよい。こうすることにより、圧縮機１０の部分ごとに個別に冷却水路１２８を形成し、部分ごとに異なる最適な冷却効率で冷却を行うことができる。

本発明の実施の形態１に係る圧縮機のシェルの構造を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る圧縮機のプレートの構造を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る圧縮機のフロントハウジングの構造を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る圧縮機の断面図である。 従来技術に係る圧縮機のシェルの構造を示す図である。 従来技術に係る圧縮機のフロントハウジングの構造を示す図である。

符号の説明

１０ 圧縮機、１３ 圧縮室、１６ シェル、１０２ 逆止弁機構、１０２ａ 吐出弁、１０２ｂ リテーナ、１０４ プレート、１０６ ハウジング（フロントハウジング）、１２０ 吐出チャンバー、１２２ 吐出通路穴、１２４ 吐出溝、１２６ 吐出ポート。

Claims (2)

1. 流体を圧縮して吐出する圧縮機であって、
   前記流体を圧縮する圧縮室の外壁の一部をなし、前記圧縮室内で圧縮された前記流体を外部へ吐出する吐出通路穴を備えるシェルと、
   前記シェルにおける、前記圧縮室とは反対側の面上であって、前記吐出通路穴に対応する位置に設けられた、前記吐出通路穴から前記圧縮室へ前記流体が逆流しないようにするための逆止弁機構と、
   前記シェルを基準として前記圧縮室とは反対側に設けられたプレートであって、少なくとも前記逆止弁機構を収容する吐出チャンバーを、前記シェルを基準として前記圧縮室とは反対側に前記シェルとともに構成し、前記吐出チャンバーに流入した前記流体を吐出する吐出通路穴を設けたプレートと、
   前記プレートを基準として前記吐出チャンバーとは反対側に設けられたハウジングであって、前記吐出通路穴を介して前記吐出チャンバーから送られる前記流体を、前記圧縮機の外部に吐出する吐出ポートを有するハウジングとを備え、
   前記プレートおよび前記ハウジングの少なくとも一方に、前記吐出通路穴および前記吐出ポートを連通する吐出溝を備える
   ことを特徴とする圧縮機。
2. 前記吐出ポートは、前記シェルを基準として前記吐出チャンバーが設けられていない位置に対応する位置に設けられたことを特徴とする、請求項１に記載の圧縮機。

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