JP2013019373A - ターボ圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】デミスタへ到達する潤滑油量を減少させることができるターボ圧縮機を提供する。
【解決手段】潤滑油が収容されたハウジング３と、このハウジング３内に収容され回転によって潤滑油が供給されるギヤ部材５と、ハウジング３内でギヤ部材５の上方に配置されハウジング３の外部と連通する吸気口７が設けられギヤ部材５の回転によって掻き上げられた潤滑油を捕捉しハウジング３の下方に戻すデミスタ９とを備えたターボ圧縮機１において、ギヤ部材５の周囲に、ギヤ部材５の回転によって掻き上げられる潤滑油をハウジング３の下方に収束させるギヤカバー１１を設け、デミスタ９の吸気口近傍に、ハウジング３の内壁面との間に微小隙間１３を形成しデミスタ９が捕捉した潤滑油をハウジング３の下方に戻すデミスタカバー１５を設けた。
【選択図】図３

Description

本発明は、流体を複数のインペラで圧縮可能なターボ圧縮機に関する。

従来、ターボ冷凍機などに適用されるターボ圧縮機としては、潤滑油が収容されたハウジングと、このハウジング内に収容され回転によって潤滑油が供給されるギヤ部材としての大径歯車と、ハウジング内で大径歯車の上方に配置されハウジングの外部と連通する吸気口が設けられ大径歯車の回転によって掻き上げられた潤滑油を捕捉しハウジングの下方に戻すデミスタとを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

このようなターボ圧縮機では、デミスタの吸気口が均圧管などを介してハウジングの内部よりも圧力の低い空間に接続されており、ハウジング内部の圧力の上昇が抑制されている。また、ハウジング内では、ギヤ部材の回転によって掻き上げられる潤滑油によって、油煙が発生している。このため、デミスタは、ハウジング内の空気を吸気口から吸入する際に、空気中に混入した潤滑油を捕捉しハウジングの下方に戻すことで、ハウジングの外部に潤滑油が排出されることを防止している。

特開２０１１−２６９６０号公報

しかしながら、上記のようなターボ圧縮機では、デミスタに到達する潤滑油量が多く、デミスタで完全に潤滑油を捕捉することができず、ハウジングの外部に潤滑油が排出されてしまう可能性があった。

そこで、この発明は、デミスタへ到達する潤滑油量を減少させることができるターボ圧縮機の提供を目的としている。

請求項１記載の発明は、潤滑油が収容されたハウジングと、このハウジング内に収容され回転によって前記潤滑油が供給されるギヤ部材と、前記ハウジング内で前記ギヤ部材の上方に配置され前記ハウジングの外部と連通する吸気口が設けられ前記ギヤ部材の回転によって掻き上げられた潤滑油を捕捉し前記ハウジングの下方に戻すデミスタとを備えたターボ圧縮機であって、前記ギヤ部材の周囲には、前記ギヤ部材の回転によって掻き上げられる前記潤滑油を前記ハウジングの下方に収束させるギヤカバーが設けられ、前記デミスタの吸気口近傍には、前記ハウジングの内壁面との間に微小隙間を形成し前記デミスタが捕捉した潤滑油を前記ハウジングの下方に戻すデミスタカバーが設けられていることを特徴とする。

このターボ圧縮機では、ギヤ部材の周囲にギヤ部材の回転によって掻き上げられる潤滑油をハウジングの下方に収束させるギヤカバーが設けられているので、収束された潤滑油とデミスタとの間の距離を長く設定することができ、潤滑油がデミスタ側に到達することを抑制できる。

また、デミスタの吸気口近傍には、ハウジングの内壁面との間に微小隙間を形成しデミスタが捕捉した潤滑油をハウジングの下方に戻すデミスタカバーが設けられているので、ギヤカバーでハウジングの下方に収束仕切れなかった潤滑油がデミスタカバーとハウジングの内壁面との間の微小隙間によってデミスタの吸入口に到達することを抑制することができる。

従って、このようなターボ圧縮機では、ギヤカバーとデミスタカバーとによって、デミスタへ到達する潤滑油量を減少させることができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のターボ圧縮機であって、前記ギヤカバーは、前記ギヤ部材の回転方向における上流端側が下流端側より前記ハウジングの下方に向けて長く形成されていることを特徴とする。

このターボ圧縮機では、ギヤカバーのギヤ部材の回転方向における上流端側が下流端側よりハウジングの下方に向けて長く形成されているので、ギヤ部材の回転によって掻き上げられる潤滑油量が多い回転方向の上流端側の潤滑油の飛散を抑制することができる。加えて、回転方向の上流端側を長くしてギヤカバーの機能を保持しつつ、下流端側を短くすることでギヤカバーを軽量化することができる。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のターボ圧縮機であって、前記デミスタカバーと前記ハウジングの内壁面との間に形成された微小隙間の合計面積は、前記デミスタの吸気口の断面積より大きく設定されている。

このターボ圧縮機では、デミスタカバーとハウジングの内壁面との間に形成された微小隙間の合計面積がデミスタの吸気口の断面積より大きく設定されているので、デミスタの吸気機能を低下させることなく、デミスタへ到達する潤滑油量を減少させることができる。

本発明によれば、デミスタへ到達する潤滑油量を減少させることができるターボ圧縮機を提供することができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態に係るターボ圧縮機が搭載されたターボ冷凍機の概略図である。 本発明の実施の形態に係るターボ圧縮機の断面図である。 本発明の実施の形態に係るターボ圧縮機の要部拡大図である。 （ａ）は本発明の実施の形態に係るターボ圧縮機のデミスタ及びデミスタカバーの斜視図である。（ｂ）は本発明の実施の形態に係るターボ圧縮機のギヤカバーの斜視図である。

まず、図１を用いて本発明の実施の形態に係るターボ圧縮機が適用されたターボ冷凍機について説明する。

図１に示すように、ターボ冷凍機１０１は、例えば、空調用の冷却水を生成するための装置であり、凝縮器１０３と、エコノマイザ１０５と、蒸発器１０７と、ターボ圧縮機１とを備えている。

凝縮器１０３は、流路Ｆ１を介してターボ圧縮機１と接続されると共に、減圧させるための膨張弁１０９が配置された流路Ｆ２を介してエコノマイザ１０５と接続されている。この凝縮器１０３は、ターボ圧縮機１から流路Ｆ１を介して気体状態で圧縮された圧縮冷媒ガスＣ１が供給され、この圧縮冷媒ガスＣ１を冷却液化して冷媒液Ｃ２とする機構である。この凝縮器１０３で冷却液化された冷媒液Ｃ２は、流路Ｆ２を介して膨張弁１０９によって減圧されエコノマイザ１０５に供給される。

エコノマイザ１０５は、流路Ｆ３を介してターボ圧縮機１と接続されると共に、減圧させるための膨張弁１１１が配置された流路Ｆ４を介して蒸発器１０７と接続されている。このエコノマイザ１０５は、凝縮器１０３から流路Ｆ２を介して減圧された冷媒液Ｃ２を一時的に貯留する機構である。このエコノマイザ１０５に貯留された冷媒液Ｃ２の気相成分Ｃ３は、流路Ｆ３を介してターボ圧縮機１の第２圧縮段２３に供給される。また、エコノマイザ１０５に貯留された冷媒液Ｃ２は、流路Ｆ４を介して膨張弁１１１によって減圧され蒸発器１０７に供給される。

蒸発器１０７は、流路Ｆ５を介してターボ圧縮機１の第１圧縮段２１と接続されている。この蒸発器１０７は、エコノマイザ１０５から流路Ｆ４を介して減圧された冷媒液Ｃ２を蒸発させて冷媒ガスＣ４とする機構である。この蒸発器１０７で蒸発された冷媒ガスＣ４は、流路Ｆ５を介してターボ圧縮機１の第１圧縮段２１に供給される。

ターボ圧縮機１は、流路Ｆ１を介して凝縮器１０３に接続され、第１圧縮段２１と第２圧縮段２３とを有する。このターボ圧縮機１は、流路Ｆ５を介して第１圧縮段２１に供給された冷媒ガスＣ４を圧縮して第２圧縮段２３に排出すると共に、流路Ｆ３を介して供給された気相成分Ｃ３及び第１圧縮段２１から排出された冷媒ガスＣ４を第２圧縮段２３で圧縮して圧縮冷媒ガスＣ１とする機構である。このターボ圧縮機１で圧縮された圧縮冷媒ガスＣ１は、流路Ｆ１を介して凝縮器１０３に供給される。

以下、図２〜図４を用いて本発明の実施の形態に係るターボ圧縮機について説明する。

本実施の形態に係るターボ圧縮機１は、潤滑油が収容されたハウジングとしてのギヤハウジング３と、このギヤハウジング３内に収容され回転によって潤滑油が供給されるギヤ部材５と、ギヤハウジング３内でギヤ部材５の上方に配置されギヤハウジング３の外部と連通する吸気口７が設けられギヤ部材５の回転によって掻き上げられた潤滑油を捕捉しギヤハウジング３の下方に戻すデミスタ９とを備えている。

そして、ギヤ部材５の周囲には、ギヤ部材５の回転によって掻き上げられる潤滑油をギヤハウジング３の下方に収束させるギヤカバー１１が設けられ、デミスタ９の吸気口近傍には、ギヤハウジング３の内壁面との間に微小隙間１３を形成しデミスタ９が捕捉した潤滑油をギヤハウジング３の下方に戻すデミスタカバー１５が設けられている。

また、ギヤカバー１１は、ギヤ部材５の回転方向における上流端側が下流端側よりギヤハウジング３の下方に向けて長く形成されている。

さらに、デミスタカバー１５とギヤハウジング３の内壁面との間に形成された微小隙間１３の合計面積は、デミスタ９の吸気口７の断面積より大きく設定されている。

図２に示すように、ターボ圧縮機１は、ハウジング１７と、ギヤユニット１９と、第１圧縮段２１と、第２圧縮段２３などから構成されている。

ハウジング１７は、モータハウジング２５と、ギヤハウジング３と、圧縮機ハウジング２７との分割ハウジングからなり、各ハウジングがボルトなどの固定手段によって一体に固定されている。このハウジング１７には、ギヤユニット１９と第１圧縮段２１と第２圧縮段２３とが収容されている。

ギヤユニット１９は、モータ軸２９と、変速ギヤ組３１と、回転軸３３とから構成されている。モータ軸２９は、駆動源となるモータ（不図示）の出力軸となっており、ベアリング３５を介してモータハウジング２５に回転可能に支持されている。このモータ軸２９の回転は、変速ギヤ組３１に伝達される。

変速ギヤ組３１は、ギヤハウジング３内に収容され、大径ギヤであるギヤ部材５と、小径ギヤであるピニオンギヤ３７とからなる。ギヤ部材５は、モータ軸２９の端部にモータ軸２９と一体回転可能に固定されている。ピニオンギヤ３７は、ギヤ部材５と噛み合い、モータ軸２９の回転を増速させる。このピニオンギヤ３７は、回転軸３３の端部に回転軸３３と一体回転可能に固定されている。

回転軸３３は、軸方向の両側をベアリング３９，４１を介してギヤハウジング３と圧縮機ハウジング２７に回転可能に支持されている。この回転軸３３の回転によって、第１圧縮段２１と第２圧縮段２３とが作動される。

第１圧縮段２１は、吸入口４３と、第１インペラ４５と、第１スクロール室４７とから構成されている。吸入口４３は、圧縮機ハウジング２７に設けられ、流路Ｆ５（図１参照）に連通されている。この吸入口４３には、流体としての冷媒ガスＣ４の吸入される流量を調整するインレットガイドベーン４９が複数配置されている。この複数のインレットガイドベーン４９は、駆動機構５１によって回転駆動されることにより、冷媒ガスＣ４の流れ方向からの見かけ上の面積を変更し、第１圧縮段２１に吸入される冷媒ガスＣ４の流量を調整する。このような吸入口４３は、蒸発器１０７（図１参照）で蒸発された冷媒ガスＣ４を吸入して第１インペラ４５に供給する。

第１インペラ４５は、回転軸３３の外周に回転軸３３と一体回転可能に固定されている。この第１インペラ４５は、回転軸３３の回転により、軸方向の吸入口４３側から供給される冷媒ガスＣ４を径方向に排出させ、冷媒ガスＣ４を圧縮する。この圧縮された冷媒ガスＣ４は、第１スクロール室４７に供給される。

第１スクロール室４７は、圧縮機ハウジング２７に設けられ、ハウジング１７の外部に設けられた外部配管（不図示）と接続されている。この第１スクロール室４７は、第１インペラ４５によって圧縮された冷媒ガスＣ４を外部配管を介して第２圧縮段２３に供給する。

第２圧縮段２３は、導入スクロール室５３と、第２インペラ５５と、第２スクロール室５７とから構成されている。導入スクロール室５３は、ギヤハウジング３に設けられ、外部配管を介して第１スクロール室４７と接続されている。この導入スクロール室５３は、第１圧縮段２１によって圧縮された冷媒ガスＣ４を第２インペラ５５に供給する。

第２インペラ５５は、回転軸３３の外周にベアリング４１を軸方向に挟んで第１インペラ４５と背面を合わせて配置され、回転軸３３と一体回転可能に固定されている。この第２インペラ５５は、回転軸３３の回転により、軸方向の導入スクロール室５３から供給される圧縮された冷媒ガスＣ４及び流路Ｆ３（図１参照）を介して供給される気相成分Ｃ３を径方向に排出させ、圧縮された冷媒ガスＣ４及び気相成分Ｃ３をさらに圧縮して圧縮冷媒ガスＣ１とする。この圧縮冷媒ガスＣ１は、第２スクロール室５７に供給される。

第２スクロール室５７は、ギヤハウジング３に設けられ、流路Ｆ１（図１参照）と接続されている。この第２スクロール室５７は、第２インペラ５５によって圧縮された圧縮冷媒ガスＣ１を流路Ｆ１を介して凝縮器１０３に供給する。

このように構成されたターボ圧縮機１は、モータ軸２９の回転駆動によって変速ギヤ組３１を介して回転軸３３が回転駆動される。この回転軸３３の回転駆動により、第１圧縮段２１と第２圧縮段２３とが作動される。

この第１圧縮段２１の作動により、流路Ｆ５を流通する冷媒ガスＣ４が吸入口４３から第１インペラ４５に供給される。この第１インペラ４５に供給された冷媒ガスＣ４は、第１インペラ４５の回転によって圧縮されて第１スクロール室４７を介して第２圧縮段２３に供給される。なお、第２圧縮段２３には、流路Ｆ３を介してエコノマイザ１０５（図１参照）から気相成分Ｃ３も供給される。

この第２圧縮段２３に供給された第１圧縮段２１からの冷媒ガスＣ４及び気相成分Ｃ３は、第２インペラ５５に供給される。この第２インペラ５５に供給された冷媒ガスＣ４及び気相成分Ｃ３は、第２インペラ５５の回転によって圧縮されて圧縮冷媒ガスＣ１となり、第２スクロール室５７から流路Ｆ１を介して凝縮器１０３に供給される。

このようなターボ圧縮機１のギヤハウジング３の下方には、潤滑油が貯留されたオイルタンク５９が設けられている。このオイルタンク５９に貯留された潤滑油は、ギヤハウジング３に設けられたオイル冷却器（不図示）や内部配管（不図示）を介して、モータ軸２９を支持するベアリング３５、回転軸３３を支持するベアリング３９，４１、変速ギヤ組３１などの各摺動部やギヤの噛み合い部を潤滑・冷却する。これらの各摺動部やギヤの噛み合い部は、重力方向に位置するオイルタンク５９に連通されており、各部位を潤滑・冷却した潤滑油は、重力によってオイルタンク５９に回収される。

ここで、変速ギヤ組３１などが収容されたギヤハウジング３は、ターボ圧縮機１において比較的高圧となっている。そこで、ギヤハウジング３内の圧力を低下させるために、ギヤハウジング３内よりも低圧である圧縮機ハウジング２７の吸入口４３近傍とギヤハウジング３とが均圧管６１を介して連通されている。このため、均圧管６１内では、圧力差によって高圧側であるギヤハウジング３から低圧側である圧縮機ハウジング２７の吸入口４３近傍に向けて気流が生じている。

また、ギヤハウジング３内では、変速ギヤ組３１の上方に位置するギヤ部材５の回転によって潤滑油が掻き上げられ、油煙が発生している。この油煙は、均圧管６１内の気流によってギヤハウジング３の外部に排出されてしまう。そこで、ギヤハウジング３内には、潤滑油を捕捉するデミスタ９が配置されている。

図３，図４に示すように、デミスタ９は、ギヤ部材５の上方に配置され、ギヤハウジング３にボルトなどの固定手段によって固定されている。また、デミスタ９のギヤハウジング３内部側には２つの吸気口７，７が設けられ、ギヤハウジング３への固定部側は均圧管６１側（図２参照）に連通されている。このデミスタ９は、吸気口７から内部に向けて所定の長さで潤滑油を捕捉する格子状の捕捉部材（不図示）が内蔵されており、吸気口７から吸入される気体内に混入された潤滑油を捕捉する。このデミスタ９に捕捉された潤滑油は、ギヤハウジング３の下方に向けて下り傾斜となる傾斜面に沿って、潤滑油の自重によりギヤハウジング３の下方に戻され、オイルタンク５９（図２参照）に回収される。

このようなデミスタ９によってギヤ部材５の回転によって掻き上げられた潤滑油が捕捉され、ギヤハウジング３の外部に潤滑油が排出されることが防止される。しかしながら、ギヤハウジング３内の気体に混入される潤滑油の量が多いと、デミスタ９によって十分に潤滑油を捕捉できない可能性があった。そこで、ギヤハウジング３内には、ギヤカバー１１と、デミスタカバー１５とが配置されている。

ギヤカバー１１は、ギヤ部材５の周囲を覆うように形成され、ギヤハウジング３にボルトなどの固定手段によって固定されている。このギヤカバー１１は、ギヤ部材５の回転によって掻き上げられる潤滑油の飛散を防止し、デミスタ９からギヤ部材５を挟んでギヤハウジング３の下方、すなわちデミスタ９から最も遠い位置に潤滑油を収束させる。

また、ギヤカバー１１は、ギヤ部材５の図３の矢印で示す回転方向における上流端側が下流端側よりギヤハウジング３の下方に向けて長く形成されている。このため、最も潤滑油の飛散が多いギヤ部材５の回転による潤滑油の掻き上げ開始時の潤滑油をギヤカバー１１によって効率的に受けることができる。加えて、ギヤカバー１１の回転方向の下流端側を必要最低限の長さとすることができ、ギヤカバー１１を軽量化することができる。このようなギヤカバー１１の上方には、デミスタカバー１５が配置されている。

デミスタカバー１５は、デミスタ９の吸気口７，７の下面からギヤハウジング３の下方に向けて下り傾斜となるようにデミスタ９と一体に形成されている。このデミスタカバー１５の傾斜は、吸気口７から吸入される気体の流量と潤滑油の粘性とを考慮し、吸気口７に向かって流れる気体に抗して潤滑油がギヤハウジング３の下方に流れることができるように設定されている。

また、デミスタカバー１５は、ギヤハウジング３の内壁面との間に微小隙間１３（デミスタカバー１５の側面側の微小隙間１３に関しては図２参照）を形成している。この微小隙間１３の合計面積は、デミスタ９の吸気口７の断面積より大きく設定されている。このため、吸気口７から吸入される気体の吸気に影響を与えることがない。このようなデミスタカバー１５は、デミスタ９によって捕捉された潤滑油をギヤハウジング３の下方に戻すと共に、デミスタ９の吸気口７近傍を油煙から保護し、ギヤカバー１１によって捕捉仕切れなかった潤滑油が吸気口７に到達することを抑制している。

このようなターボ圧縮機１では、ギヤ部材５の周囲にギヤ部材５の回転によって掻き上げられる潤滑油をギヤハウジング３の下方に収束させるギヤカバー１１が設けられているので、収束された潤滑油とデミスタ９との間の距離を長く設定することができ、潤滑油がデミスタ９側に到達することを抑制できる。

また、デミスタ９の吸気口７近傍には、ギヤハウジング３の内壁面との間に微小隙間１３を形成しデミスタ９が捕捉した潤滑油をギヤハウジング３の下方に戻すデミスタカバー１５が設けられているので、ギヤカバー１１でギヤハウジング３の下方に収束仕切れなかった潤滑油がデミスタカバー１５とギヤハウジング３の内壁面との間の微小隙間１３によってデミスタ９の吸気口７に到達することを抑制することができる。

従って、このようなターボ圧縮機１では、ギヤカバー１１とデミスタカバー１５とによって、デミスタ９へ到達する潤滑油量を減少させることができる。

また、ギヤカバー１１は、ギヤ部材５の回転方向における上流端側が下流端側よりギヤハウジング３の下方に向けて長く形成されているので、ギヤ部材５の回転によって掻き上げられる潤滑油量が多い回転方向の上流端側の潤滑油の飛散を抑制することができる。加えて、回転方向の上流端側を長くしてギヤカバー１１の機能を保持しつつ、下流端側を短くすることでギヤカバー１１を軽量化することができる。

さらに、デミスタカバー１５とギヤハウジング３の内壁面との間に形成された微小隙間１３の合計面積は、デミスタ９の吸気口７の断面積より大きく設定されているので、デミスタ９の吸気機能を低下させることなく、デミスタ９へ到達する潤滑油量を減少させることができる。

なお、本発明の実施の形態に係るターボ圧縮機では、デミスタの吸気口がハウジングとの固定部に対して両側に２つ設けられた構成となっているが、例えば、固定部から突出する先端面側に吸気口を設けるなど、デミスタの機能を有するものであれば、デミスタの構造はどのような形態であっでもよい。

また、ギヤカバーは、ギヤ部材の周囲を覆うように形成されているが、ギヤ部材とピニオンギヤとの噛み合いが可能であれば、例えば、ピニオンギヤの周囲までを覆う形状とするなど、ギヤ部材などの回転による油煙の発生を抑制できるものであれば、ギヤカバーの形状はどのようなものであってもよい。

１…ターボ圧縮機
３…ギヤハウジング（ハウジング）
５…ギヤ部材
７…吸気口
９…デミスタ
１１…ギヤカバー
１３…微小隙間
１５…デミスタカバー

Claims (3)

1. 潤滑油が収容されたハウジングと、このハウジング内に収容され回転によって前記潤滑油が供給されるギヤ部材と、前記ハウジング内で前記ギヤ部材の上方に配置され前記ハウジングの外部と連通する吸気口が設けられ前記ギヤ部材の回転によって掻き上げられた潤滑油を捕捉し前記ハウジングの下方に戻すデミスタとを備えたターボ圧縮機であって、
   前記ギヤ部材の周囲には、前記ギヤ部材の回転によって掻き上げられる前記潤滑油を前記ハウジングの下方に収束させるギヤカバーが設けられ、前記デミスタの吸気口近傍には、前記ハウジングの内壁面との間に微小隙間を形成し前記デミスタが捕捉した潤滑油を前記ハウジングの下方に戻すデミスタカバーが設けられていることを特徴とするターボ圧縮機。
2. 請求項１記載のターボ圧縮機であって、
   前記ギヤカバーは、前記ギヤ部材の回転方向における上流端側が下流端側より前記ハウジングの下方に向けて長く形成されていることを特徴とするターボ圧縮機。
3. 請求項１又は２記載のターボ圧縮機であって、
   前記デミスタカバーと前記ハウジングの内壁面との間に形成された微小隙間の合計面積は、前記デミスタの吸気口の断面積より大きく設定されていることを特徴するターボ圧縮機。

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