JP2007023848A - 二段スクリュー圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】二段スクリュー圧縮機において、簡単な構造で圧縮機性能の向上を図ること。
【解決手段】二段スクリュー圧縮機は、低段ケーシング１に横方向に延び周方向で交差する円筒状の低段ボア１ａを形成し、それぞれの軸が平行で互いに噛合う雄雌一対の低段スクリューロータ２を低段ボア１ａ内に収納した低段圧縮機部２５と、高段ケーシング４に横方向に延び周方向で交差する円筒状の高段ボア４ａを形成し、それぞれの軸が平行で互いに噛合う雄雌一対の高段スクリューロータ３を高段ボア４ａ内に収納した高段圧縮機部２７とを備える。低段圧縮機部２５の吐出ポート２９と高段圧縮機部２７の吸入ポート３０との間には空間４０を有している。低段スクリューロータ２Ａの軸部４２と高段スクリューロータ３Ａの軸部４３とは、低段圧縮機部２５の吐出ポート２９が空間４０に開口した後で高段圧縮機部２７の吸入工程が完了する状態となる位置でのみ連結可能な構造で連結されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、二段スクリュー圧縮機に係り、特に低段、高段のスクリューロータの回転軸を連結した二段スクリュー圧縮機に好適なものである。

従来の二段スクリュー圧縮機としては、特開平８−２１０２８１号公報（特許文献１）に示されたものがある。この二段スクリュー圧縮機は、低段ケーシング内に横方向に延び周方向で交差する円筒状の低段ボアを形成し、それぞれの軸が平行で互いに噛合う雄雌一対の低段スクリューロータを低段ボア内に収納した低段圧縮機部と、高段ケーシング内に横方向に延び周方向で交差する円筒状の高段ボアを形成し、それぞれの軸が平行で互いに噛合う雄雌一対の高段スクリューロータを高段ボア内に収納した高段圧縮機部と、を備えている。そして、この二段スクリュー圧縮機は、低段圧縮機部の吐出ポートと高段圧縮機部の吸入ポートとの間に空間を有すると共に、低段スクリューロータの軸部と高段スクリューロータの軸部とをカップリングを介して連結したものである。

特開平８−２１０２８１号公報

しかし、特許文献１の二段スクリュー圧縮機では、低段スクリューロータの軸部と高段スクリューロータの軸部とをカップリングを介して連結することが開示されているものの、低段圧縮機部の吐出タイミングと高段圧縮機部の吸入タイミングとの関係までは考慮されていない。

一般的な二段スクリュー圧縮機では、低段圧縮機部の吐出タイミングと高段圧縮機部の吸入タイミングとを考慮しないで低段スクリューロータの軸部と高段スクリューロータの軸部とを結合している為、低段圧縮機部から圧縮された冷媒ガスが吐出されるタイミングと高段圧縮機部の吸入タイミングが合っていない場合があり、低段圧縮機部の吐出ポートが開口しても高段圧縮機部の吸入ポートが開口していないなど、高段圧縮機部の効率的な吸入工程がなされていない、という問題があることが分かった。

本発明の目的は、簡単な構造で圧縮機性能の向上を図ることができる二段スクリュー圧縮機を得ることにある。

前述の目的を達成する為に、本発明は、低段ケーシングに横方向に延び周方向で交差する円筒状の低段ボアを形成し、それぞれの軸が平行で互いに噛合う雄雌一対の低段スクリューロータを前記低段ボア内に収納した低段圧縮機部と、高段ケーシングに横方向に延び周方向で交差する円筒状の高段ボアを形成し、それぞれの軸が平行で互いに噛合う雄雌一対の高段スクリューロータを前記高段ボア内に収納した高段圧縮機部と、を備え、低段圧縮機部の吐出ポートと高段圧縮機部の吸入ポートとの間に空間を有すると共に、前記低段スクリューロータの軸部と前記高段スクリューロータの軸部とを連結した二段スクリュー圧縮機であって、前記低段スクリューロータの軸部と前記高段スクリューロータの軸部とを、前記低段圧縮機部の吐出ポートが前記空間に開口した後で前記高段圧縮機部の吸入工程が完了する状態となる位置でのみ連結可能な構造で連結したものである。

係る本発明のより好ましい具体的な構成例は次の通りである。
（１）前記低段スクリューロータの軸部に設けた低段キー溝と前記高段スクリューロータの軸部に設けた高段キー溝と前記低段キー溝及び前記高段キー溝に結合するカップリングとにより前記低段スクリューロータの軸部と前記高段スクリューロータの軸部との連結を行うようにしたこと。
（２）前記低段スクリューロータの反カップリング側の軸部に前記低段キー溝と一致する位置合わせ用キー溝を形成すると共に、前記高段スクリューロータの反カップリング側の軸部に前記高段キー溝と一致する位置合わせ用キー溝を形成したこと。
（３）前記低段スクリューロータの軸部と前記高段スクリューロータの軸部とは、前記低段圧縮機部の吐出工程の開始と前記高段圧縮機部の吸入ガスの体積減少に転じることを実質的に同期させて連結されていること。

本発明の二段スクリュー圧縮機によれば、簡単な構造で圧縮機性能の向上を図ることができる。

以下、本発明の一実施形態の二段スクリュー圧縮機について図１から図５を用いて説明する。

図１に本発明の一実施形態を示す二段スクリュー圧縮機の断面構造図を示す。図１に示す二段スクリュー圧縮機は、低段圧縮機部２５、モータ部２６、高段圧縮機部２７を備えて構成されている。圧縮される冷媒ガスは、低段圧縮機部２５からモータ部２６を経て高段圧縮機部２７へ流れ、圧縮機外に吐出されるので、以下の説明では低段側を上流側、高段側を下流側として方向を示す。

低段圧縮機部２５は、低段ケーシング１、低段スクリューロータ２、スライド弁１７、ロッド１８、ピストン１９、コイルばね２０、吐出ケーシング２２、ころ軸受８，９及び玉軸受１０などから構成されている。

低段ケーシング１は、横方向に延び周方向で交差する一対の円筒状ボア１ａ、この円筒状ボア１ａに沿って延びる凹部１ｂ、横方向に延びるピストン室２１、吸入口１５、吸入室３２、吸入ポート３３、及び吐出ポート２９などを形成している。吸入口１５、吸入室３２、及び吸入ポート３３は、低段スクリューロータ２への吸込み流路形成するものである。吐出ポート２９は低段スクリューロータ２からの吐出通路を形成するものである。

低段スクリューロータ２は、互いに噛合わされた一対の雄ロータ２Ａ及び雌ロータ２Ｂ（図２参照）から構成され、一対の円筒状の低段ボア１ａに収納されている。雄ロータ２Ａの両側に設けられた軸部は、低段ケーシング１に設置されたころ軸受８と吐出ケーシング２２に設置されたころ軸受９及び玉軸受１０とにより支持されている。雌ロータ２Ｂも雄ロータ２Ａと同様に、両側に設けられた軸部がころ軸受と玉軸受とにより支持されている。

スライド弁１７は、低段スクリューロータ２の噛合い部に吸込まれた吸入冷媒ガスの一部を吸入側へバイパスして容量制御するためのものであり、横方向に延びる凹部１ｂに移動可能に収納されている。油圧ピストン１９は、ロッド１８を介してスライド弁１７を左右に駆動するものであり、横方向に延びるピストン室２１の中に摺動可能に収納されている。コイルばね２０は、ピストン室２１の反スライド弁室側に配置され、ピストン１９を常にスライド弁側に押圧する力を付与している。スライド弁１７、ロッド１８、ピストン１９、及びコイルばね２０により容量制御機構を構成している。

モータ部２６は、モータケーシング２４、モータステータ５、モータロータ６、ころ軸受１２、モータカバ２３、玉軸受１１、及びカップリング７などから構成されている。モータ部２６は、低段圧縮機部２５と高段圧縮機部２７との間に挟持され、その駆動力を低段圧縮機部２５の雄ロータ２Ａ及び高段圧縮機部２７の雄ロータ３Ａに伝達するように構成されている。

モータステータ５及びモータロータ６により駆動用電動機２８が構成されている。モータステータ５はモータケーシング２４に装着され、モータロータ６は、モータステータ５内で、雄ロータ３Ａの一側に形成された軸部に固着されている。雄ロータ３Ａの軸部は、モータロータ６の両側で、玉軸受１１及びころ軸受１２によりモータケーシング２４に支持されている。雄ロータ３Ａの軸部の先端部はカップリング７を介して雄ロータ２Ａの軸部に連結されている。係る構成によって、駆動用電動機２８の駆動力は、雄ロータ２Ａ及び雄ロータ３Ａに伝達される。なお、低段及び高段の雌ロータ２Ｂ、３Ｂ（図３参照）は雄ロータ２Ａ、３Ａにより駆動される。

高段圧縮機部２７は、高段ケーシング４、高段スクリューロータ３、ころ軸受１２、玉軸受１４、モータケーシング２４などから構成されている。ここで、ころ軸受１２及びモータケーシング２４は、モータ部２６の構成要素と共通である。

高段ケーシング４は、横方向に延び周方向で交差する一対の円筒状の高段ボア４ａ、吸入ポート３０、吐出ポート３１、吐出口１６を形成している。

高段スクリューロータ３は、互いに噛合わされた一対の雄ロータ３Ａ及び雌ロータ３Ｂから構成され、一対の円筒状ボア４ａに収納されている。雄ロータ３Ａの両側に設けられた軸部は、モータケーシング２４に設置されたころ軸受１２と、高段ケーシング４に設置されたころ軸受１３及び玉軸受１４とで支持されている、雌ロータ３Ｂも、雄ロータ３Ａと同様に、両側に設けられた軸部がころ軸受と玉軸受とで支持されている。

吐出ケーシング２２及びモータケーシング２４は、低段ケーシング１と高段ケーシング４との間に介在され、低段圧縮機部２５の吐出ポート２９と高段圧縮機部２７の吸入ポート３０との間に空間４０を形成している。

次に、二段スクリュー圧縮機における低段圧縮機部２５及び高段圧縮機部２７の吸入及び吐出行程に関して図２から図３を参照しながら説明する。

図２は低段スクリューロータ２を吐出ケーシング２２側から見た図である。雄ロータ２Ａの歯数は５枚、雌ロータ２Ｂの歯数は６枚であり、雄ロータ２Ａの回転方向は反時計回りである。雌ロータ２Ｂは雄ロータ２Ａの左に設置してあり、雄ロータ２Ａにより駆動される。説明の為、それぞれの歯をＡ〜Ｅ歯とし、Ｂ歯がＸ軸上にある時のＡ歯の位置を仮に雄ロータ回転角０°の位置と定める。

まず、Ａ歯による吸入、圧縮工程について説明する。低段スクリューロータ２は、図２（ａ）に示す雄ロータ回転角０°で、Ａ歯によって形成される空間への冷媒ガスの吸入工程が完了され、その空間が密閉されて吐出工程が開始される。低段スクリューロータ２の回転が進むとともにＡ歯によって形成される密閉空間で冷媒ガスが圧縮されて行き、圧縮された冷媒ガスはスライド弁１７に形成された吐出ポート２９から空間４０に吐出される。吐出ポート２９は図２（ｂ）に示す雄ロータ回転角２１６°で開口されるので、雄ロータ回転角２１６°がＡ歯における圧縮工程の終了であり、吐出工程の開始となる。

Ｂ歯による吸入、圧縮工程について説明する。図２（ａ）に示す状態から雄ロータ回転角が７２°に回転した状態で、その空間への冷媒ガスの吸入工程が完了され、Ｂ歯によって形成される空間が密閉されて圧縮工程が開始される。低段スクリューロータ２の回転が進むとともにＢ歯によって形成される密閉空間で冷媒ガスが圧縮されて行き、圧縮された冷媒ガスはスライド弁１７に形成された吐出ポート２９から空間４０に吐出される。吐出ポート２９は雄ロータ回転角２８８°（２１６°＋７２°）で開口されるので、雄ロータ回転角２８８°がＢ歯における圧縮工程の終了であり、吐出工程の開始となる。

以後、Ｃ〜Ｅ歯も同様に動作される。従って、吐出ポート２９が断続的に開閉してＡ〜Ｅ歯によって各々形成される密閉空間より圧縮された冷媒ガスが空間４０に断続的に吐出されることとなる。

図３は高段スクリューロータ３を吐出口１６側から見た図である。雄ロータ３Ａ及び雌ロータ３Ｂの歯数は、低段と同様に５枚及び６枚であり、雄ロータ３Ａの回転方向は反時計回りである。雌ロータ３Ｂは雄ロータ３Ａの右に設置してあり、雄ロータ３Ａにより駆動する。説明の為、それぞれの歯をＦ〜Ｊ歯とし、Ｊ歯がＸ軸上にある時のＦ歯の位置を仮に雄ロータ回転角０°の位置と定める。

高段スクリューロータ３は、例えば図３（ａ）に示す雄ロータ回転角０°でＦ歯によって形成される空間への吸入ガスの体積が減少に転じ、図３（ｂ）に示す雄ロータ回転角３６°でＦ歯によって形成される空間への冷媒ガスの吸入工程が完了され、その空間が密閉されて吐出工程が開始される。高段スクリューロータ３の回転が進むとともに冷媒ガスが圧縮されて行き、圧縮された冷媒ガスは高段ケーシング４に形成された吐出ポート３１より吐出口１６に吐出される。吐出ポート３１は、図３（ｃ）に示す雄ロータ回転角が１８１°で開口されるので、雄ロータ回転角１８１°がＦ歯における圧縮工程の終了であり、吐出工程の開始となる。

Ｇ歯による吸入、圧縮工程について説明する。図３（ａ）に示す状態から雄ロータ回転角が７２°回転した状態でＧ歯によって形成される空間への吸入ガスの体積が減少に転じ、雄ロータ回転角が１０８°（７２°＋３６°）でＧ歯によって形成される空間への冷媒ガスの吸入工程が完了され、その空間が密閉されて吐出工程が開始される。高段スクリューロータ３の回転が進むとともにＧ歯によって形成される密閉空間で冷媒ガスが圧縮されて行き、圧縮された冷媒ガスは吐出ポート２９から吐出口１６に吐出される。吐出ポート２９はＧ歯について雄ロータ回転角２５３°（１８１°＋７２°）で開口されるので、雄ロータ回転角２５３°がＧ歯における圧縮工程の終了であり、吐出工程の開始となる。

以後、Ｈ〜Ｊ歯も同様に動作されるので、吸入ポート３０の吸入工程の完了が断続的に行われると共に、Ｆ〜Ｊ歯によって各々形成される密閉空間より圧縮された冷媒ガスが吐出口１６に断続的に吐出されることとなる。

図４は低段圧縮機部２５の吐出タイミングと高段圧縮機部の吸入タイミングとが合致するように低段スクリューロータ２Ａの軸部４２と高段スクリューロータ３Ａの軸部４３とを位置合わせをして連結した状態を示す図である。具体的には、低段圧縮機部２５が図２（ａ）の状態で高段圧縮機部２７が図３（ａ）の状態と成るように低段スクリューロータ２Ａの軸部４２と高段スクリューロータ３Ａの軸部４３とを位置合わせをして連結した状態である。つまり、低段スクリューロータ２ＡのＡ歯が雄ロータ回転角０°の位置にある時に、Ｃ歯によって形成された密閉空間が吐出ポート２９に開口して冷媒ガスが吐出される。この時、雄ロータ３ＡのＦ歯が雄ロータ回転角０°の位置であり、Ｆ歯によって形成された空間への吸入ガスの体積が減少に転じる。吐出ポート２２の開口と吸入ガスの体積減少に転じることが実質的に同期されている。なお、回転が進み回転角３６°の位置でＦ歯によって形成された空間が吸入ポート３０と閉じるタイミングとしている。

次に、低段スクリューロータ２の軸部４２と高段スクリューロータ３の軸部４３との具体的な連結構造について、図５を参照しながら説明する。

連結部は、低段雄ロータ２Ａの軸部４２に設けた低段キー溝３５と、高段雄ロータ３Ａの軸部４３に設けた高段キー溝３６と、低段キー溝３５及び高段キー溝３６に結合するカップリング７とを備えて構成されている。これにより、極めて簡単な連結構造で、低段雄ロータ２Ａの軸部４２と高段雄ロータ３Ａの軸部４３との連結を行うことができる。

さらには、低段雄ロータ２Ａの反カップリング側の軸部４１に低段キー溝３５と一致する位置合わせ用キー溝３４が形成されると共に、高段雄ロータ３Ａの反カップリング側の軸部４４に高段キー溝３６と一致する位置合わせ用キー溝３７が形成されている。かかる構成によって、カップリング７と軸部４２、４３のキー溝３５、３６との結合の際に、位置合わせ用キー溝３４、３７を基準にして組み合わせることができるので、低段雄ロータ２Ａと高段雄ロータ３Ａとの連結時の位置合わせを容易に実施できる。

本実施形態によれば、低段スクリューロータ２Ａの軸部４２と高段スクリューロータ３Ａの軸部４３とは、低段圧縮機部２５の吐出ポート２９が空間４０に開口した後で高段圧縮機部２７の吸入工程が完了する状態となる位置でのみ連結可能な構造で連結されているので、簡単な構造で確実に圧縮機性能の向上を図ることができる。すなわち、低段圧縮機部２５の吐出ポート２９から空間４０に冷媒ガスが吐出される際に、空間４０の冷媒ガスが高段圧縮機部２７の吸入ポート３０から高段スクリューロータ３に形成された空間に吸込まれることとなり、その吐出動作及び吸入動作をスムースに行うことができるため、圧縮機性能の向上を図ることができる。さらには、吐出ポート２２の開口と吸入ガスの体積減少に転じることが実質的に同期されているので、より一層の圧縮機性能の向上を図ることができる。

本発明の一実施形態を示す二段スクリュー圧縮機の断面図である。 図１の二段スクリュー圧縮機の低段スクリューロータを吐出ケーシング側から見た図である。 図１の二段スクリュー圧縮機の高段スクリューロータを吐出口側から見た図である。 図１の二段スクリュー圧縮機の低段及び高段スクリューロータを吐出口側から見た図である。 図１の二段スクリュー圧縮機の低段及び高段スクリューロータの平面図である。

符号の説明

１…低段ケーシング、１ａ…円筒状ボア、１ｂ…凹部、２…低段スクリューロータ、２Ａ…低段雄ロータ、２Ｂ…低段雌ロータ、３…高段スクリューロータ、３Ａ…高段雄ロータ、３Ｂ…高段雄ロータ、４…高段ケーシング、４ａ…円筒状ボア、５…モータステータ、６…モータロータ、７…カップリング、８、９…ころ軸受、１０、１１…玉軸受、１２、１３…ころ軸受、１４…玉軸受、１５…吸入口、１６…吐出口、１７…スライド弁、１８…ロッド、１９…ピストン、２０…コイルばね、２１…シリンダ、２２…吐出ケーシング、２３…モータカバ、２４…モータケーシング、２５…低段圧縮機部、２６…モータ部、２７…高段圧縮機部、２８…モータ、２９…吐出ポート、３０…吸入ポート、３１…吐出ポート、３２…吸入室、３３…吸入ポート、３４〜３７…キー溝、４０…空間、４１、４２…低段スクリューロータの軸部、４３、４４…高段スクリューロータの軸部。

Claims (4)

1. 低段ケーシングに横方向に延び周方向で交差する円筒状の低段ボアを形成し、それぞれの軸が平行で互いに噛合う雄雌一対の低段スクリューロータを前記低段ボア内に収納した低段圧縮機部と、
   高段ケーシングに横方向に延び周方向で交差する円筒状の高段ボアを形成し、それぞれの軸が平行で互いに噛合う雄雌一対の高段スクリューロータを前記高段ボア内に収納した高段圧縮機部と、を備え、
   低段圧縮機部の吐出ポートと高段圧縮機部の吸入ポートとの間に空間を有すると共に、前記低段スクリューロータの軸部と前記高段スクリューロータの軸部とを連結した二段スクリュー圧縮機であって、
   前記低段スクリューロータの軸部と前記高段スクリューロータの軸部とを、前記低段圧縮機部の吐出ポートが前記空間に開口した後で前記高段圧縮機部の吸入工程が完了する状態となる位置でのみ連結可能な構造で連結した
   ことを特徴とする二段スクリュー圧縮機。
2. 請求項１に記載の二段スクリュー圧縮機において、前記低段スクリューロータの軸部に設けた低段キー溝と前記高段スクリューロータの軸部に設けた高段キー溝と前記低段キー溝及び前記高段キー溝に結合するカップリングとにより前記低段スクリューロータの軸部と前記高段スクリューロータの軸部との連結を行うようにしたことを特徴とする二段スクリュー圧縮機。
3. 請求項２に記載の二段スクリュー圧縮機において、前記低段スクリューロータの反カップリング側の軸部に前記低段キー溝と一致する位置合わせ用キー溝を形成すると共に、前記高段スクリューロータの反カップリング側の軸部に前記高段キー溝と一致する位置合わせ用キー溝を形成したことを特徴とする二段スクリュー圧縮機。
4. 請求項１に記載の二段スクリュー圧縮機において、前記低段スクリューロータの軸部と前記高段スクリューロータの軸部とは、前記低段圧縮機部の吐出工程の開始と前記高段圧縮機部の吸入ガスの体積減少に転じることを実質的に同期させて連結されていることを特徴とする二段スクリュー圧縮機。

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