JP2015151919A - 密閉形スクリュー圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルエンド上部空間での吸入冷媒ガスの滞留を防止し、簡易な構造で信頼性の高い密閉形スクリュー圧縮機を提供する。【解決手段】スクリュー圧縮機は、互いに噛み合う雄・雌一対のスクリューロータと、スクリューロータを収納するスクリューロータ収納部２６と、スクリューロータの低圧側軸に直結された駆動用モータ４と、スクリューロータを低圧側で支持する低圧側軸受と、スクリューロータを高圧側で支持する高圧側軸受と、スクリューロータ、スクリューロータ収納部２６、駆動用モータ４、低圧側軸受、及び、高圧側軸受を収納するケーシングと、を備え、駆動用モータ４の吐出側コイルエンド２４の端面とスクリューロータ収納部２６の端面との間に整流板２７を配置した。【選択図】図１

Description

本発明は、空調調和機、チラーユニット又は冷凍機等に使用される密閉形スクリュー圧縮機に関する。

密閉形スクリュー圧縮機は、スクリューロータ、スクリューロータを支持する低圧側軸受及び高圧側軸受、スクリューロータを駆動する電動機、並びに、これらを収納するケーシングにより構成される。電動機は低圧側と高圧側のいずれにも配置可能であるが、低圧側に配置すると低温、低圧の冷媒ガスで発熱した電動機を冷却できるため、低圧側に配置されるケースが多い。スクリューロータを駆動する電動機が低圧側に配置された一例として特許文献１を示す。

低圧側に配置された電動機を効果的に冷却するための構成が特許文献２に開示されている。ここではケーシング内周面と電動機固定子外周面との間で構成されるガス通路断面積（以下「電動機外周通路断面積」という。）と、電動機固定子内周面と電動機回転子外周面との間で構成されるガス通路断面積（以下「エアギャップ断面積」という。）との割合を、空調用途では０．８〜１．２、冷凍用途では０〜０．７とすることで電動機の冷却効果が良好になることを開示する。

また、電動機の冷却効果を高める別の構成として、電動機を収納するケーシング内へ凝縮器出口から液冷媒を直接バイパスし、その蒸発潜熱で電動機を冷却する方法もある（以下「液バイパス方式」という。）。例えば、特許文献３では、液冷媒をケーシング内へ導入する噴射口を複数備えることで、液冷媒を拡散させて温度の偏りを抑制して電動機全体を効果的に冷却する方法を開示する。

特開２００７−３０３３１９号公報 特開平１−２３７３８９号公報 特開２０００−３２０９０７号公報

液バイパス方式は電動機の冷却効果を高めることが可能であるが、液バイパス用の配管回路を追加しなければならない。また、冷凍能力や成績係数が低下してしまう。そのため、基本的には液バイパス方式を用いずに、蒸発器を通過した低温、低圧の冷媒ガス（以下「吸入冷媒ガス」という。）のみで電動機を冷却することが望ましい。

吸入冷媒ガスのみで電動機を効果的に冷却するには、電動機外周通路断面積とエアギャップ断面積との割合を最適化する必要があるが、実際には電動機コイルエンド周囲のガス通路形状も電動機を冷却する上で重要な役割を果たすことが分かってきた。しかしながら、ガス通路形状によっては、吸入冷媒ガスの滞留が生じて電動機の冷却が不十分となる。

以下に冷媒の滞留が生じる原因について説明する。スクリューロータを駆動する電動機を低圧側に配置した場合、電動機とスクリューロータの間に低圧側軸受が必然的に配置される。ケーシングにはこの低圧側軸受の収納部が設けられるので、電動機の吐出側コイルエンド上部にはこの低圧側軸受収納部の分だけ不必要な空間（以下「コイルエンド上部空間」という。）が形成される。吸入冷媒ガスは圧縮機吸入口から導入され、電動機外周通路とエアギャップを通過後に、ケーシングに形成された吸入ポートからスクリューロータに吸い込まれる。コイルエンド上部空間は電動機外周通路と共にガス通路を形成しており、このコイルエンド上部空間に吸入冷媒ガスが滞留することで電動機の冷却が不十分になる。

本発明は、コイルエンド上部空間での吸入冷媒ガスの滞留を防止し、簡易な構造で信頼性の高い密閉形スクリュー圧縮機を提供することを課題とする。

本発明のスクリュー圧縮機は、互いに噛み合う雄・雌一対のスクリューロータと、スクリューロータを収納するスクリューロータ収納部と、スクリューロータの低圧側軸に直結された電動機と、スクリューロータを低圧側で支持する低圧側軸受と、スクリューロータを高圧側で支持する高圧側軸受と、スクリューロータ、スクリューロータ収納部、電動機、低圧側軸受、及び、高圧側軸受を収納するケーシングと、を備え、電動機の吐出側コイルエンドの端面とスクリューロータ収納部の端面との間に整流板を配置した。

本発明によれば、電動機のコイルエンド端面とメインケーシングのスクリューロータ収納部端面の間に整流板を配置することで、コイルエンド上部空間に吸入冷媒ガスが滞留することを防止できるので、電動機を効果的に冷却することが可能となり、信頼性の高い密閉形スクリュー圧縮機を提供することができる。

密閉形スクリュー圧縮機の縦断面図 密閉形スクリュー圧縮機の部分縦断面図 密閉形スクリュー圧縮機の部分縦断面図 密閉形スクリュー圧縮機の部分縦断面図 密閉形スクリュー圧縮機の部分横断面図 密閉形スクリュー圧縮機の部分横断面図

本発明のスクリュー圧縮機は、互いに噛み合う雄・雌一対のスクリューロータと、スクリューロータを収納するスクリューロータ収納部と、スクリューロータの低圧側軸に直結された電動機と、スクリューロータを低圧側で支持する低圧側軸受と、スクリューロータを高圧側で支持する高圧側軸受と、スクリューロータ、スクリューロータ収納部、電動機、低圧側軸受、及び、高圧側軸受を収納するケーシングと、を備え、電動機の吐出側コイルエンドの端面とスクリューロータ収納部の端面との間に整流板を配置した。本発明のスクリュー圧縮機によれば、電動機のコイルエンド端面とメインケーシングのスクリューロータ収納部端面の間に整流板を配置することで、コイルエンド上部空間に吸入冷媒ガスが滞留することを防止できるので、電動機を効果的に冷却することが可能となり、信頼性の高い密閉形スクリュー圧縮機を提供することができる。

以下、本発明の実施例を、図面に基づいて説明する。図１は本実施例の密閉形スクリュー圧縮機の縦断面図を示す。スクリュー圧縮機は、互いに密封関係に接続されたモータケーシング１、メインケーシング２、及び、吐出ケーシング３（以下、これらのケーシングを纏めて単に「ケーシング」という。）を有する。モータケーシング１には圧縮機構部を駆動させるための駆動用モータ４が収納される。メインケーシング２には、円筒状ボア５及び冷媒ガスを円筒状ボア５に導入する吸入ポート６が形成される。円筒状ボア５には、ころ軸受７、８、９及び玉軸受１０で回転可能に支えられた雄ロータ１１及び雌ロータ（図示せず）が互いに噛み合わせて収納される。雄ロータ１１の軸は低圧側で駆動用モータ４に直結される。メインケーシング２には、油分離器１２と潤滑油を溜める油溜め１４が一体に形成される。

ころ軸受９及び玉軸受１０を収納する吐出ケーシング３には、メインケーシング２と一体で構成される油分離器１２に連通する冷媒ガスの吐出通路１５が形成される。吐出ケーシング３はボルト等の手段によりメインケーシング２に固定される。また、吐出ケーシング３にはシリンダ室１３が形成されており、シリンダ室１３にはロッド３１を介して容量制御弁３０と連結された油圧ピストン３２が収納される。吐出ケーシング３の一端には、軸受室１６とシリンダ室１３を閉止する遮蔽板１７が取り付けられる。メインケーシング２及び吐出ケーシング３内には給油通路が形成されており、メインケーシング２に構成される油溜め１４と各軸受部を連通するように構成される。

次に、冷媒ガス及び油の流れを説明する。モータケーシング１に設けられた吸入口１８から吸入された低温、低圧の冷媒ガスは、ストレーナ１９で異物が捕集された後、駆動用モータ４とモータケーシング１の間に設けられたモータ外周通路３４、及び、ステータ２０とモータロータ２１間のエアギャップを通過し、駆動用モータ４を冷却する。冷却後の冷媒ガスは、メインケーシング２に形成された吸入ポート６から雄・雌のスクリューロータの噛み合い歯面とメインケーシング２により形成される圧縮室に吸入される。冷媒ガスは、駆動用モータ４に連結する雄ロータ１１の回転と共に、雄・雌のスクリューロータの噛み合い歯面とメインケーシング２により形成される圧縮室に密閉され、圧縮室の縮小により徐々に圧縮される。その後、高温、高圧の冷媒ガスとなって、吐出ケーシング３に構成される吐出通路１５を通り、メインケーシング２と一体で構成された油分離器１２内へ吐出される。

圧縮時に雄・雌のスクリューロータに作用する圧縮反力のうち、ラジアル荷重をころ軸受７、８、９により支持し、スラスト荷重を玉軸受１０により支持する。これらの軸受の潤滑及び冷却用の油は、メインケーシング２内の高圧部に設けた油溜め１４から、各軸受部に連通する油通路を通り、差圧により給油され、圧縮冷媒ガスと共に油分離器入口から油分離器１２内へ吐出される。油を含んだ圧縮冷媒ガスは油分離器１２内で旋回流を形成し、油は遠心力により分離され、メインケーシング２と一体に構成した油溜め１４に溜められる。油分離後、圧縮冷媒ガスは、メインケーシング２に設けられた吐出口２２より吐出される。

駆動用モータ４を低圧側に配置した場合、駆動用モータ４とスクリューロータとの間には低圧側軸受（ころ軸受７、８）が必然的に配置される。メインケーシング２にはこの低圧側軸受の収納部２３が設けられているので、駆動用モータ４の吐出側コイルエンド２４の上部には低圧側軸受収納部２３の分だけ不必要な空間２５が形成される。吸入口１８から吸入された低温、低圧の冷媒ガスは、モータ外周通路３４とエアギャップを通過して、吸入ポート６から圧縮室に吸入される。コイルエンド上部空間２５はモータ外周通路３４と共にガス通路を形成しており、コイルエンド上部空間２５に冷媒ガスが滞留すると駆動用モータ４の冷却が不十分になる。

そこで、本実施例のスクリュー圧縮機においては、吐出側コイルエンド２４の端面とメインケーシング２に形成されるスクリューロータを収納するスクリューロータ収納部２６の端面との間に整流板２７を配置する。整流板２７により、冷媒ガスはコイルエンド上部空間２５に滞留することなく、吐出側コイルエンド２４の周囲を流れるので、吸入口１８から吸入された低温、低圧の冷媒ガスは、モータ外周通路３４とエアギャップを通過して、吸入ポート６から圧縮室に吸入される。従って、駆動用モータ４が効果的に冷却されるので、信頼性の高い密閉形スクリュー圧縮機を得ることができる。また、この整流板の角部（エッジ部）は面取りをするか、Ｒ部を形成するのが良い。なぜならば、整流板の周囲は冷媒ガスが流れるため、整流板に角部が存在するとカルマン渦が発生し流体騒音が増加するからである。

一方で、吐出側コイルエンド２４の端面から整流板２７までの距離が短すぎると、吐出側コイルエンド２４の端面と整流板２７との間に形成されるガス通路断面積（以下「コイルエンド通路断面積」という。）が小さくなるので、圧力損失が増加して圧縮機の性能が低下する。ここで、吐出側コイルエンド２４の端面から整流板２７までの距離をＬ、コイルエンド外径をＤとすると、コイルエンド通路断面積ＡはＡ＝πＤＬで定義される。コイルエンド通路断面積Ａがモータ外周通路断面積とエアギャップ断面積の合計に略等しくなるように（つまり、吐出側コイルエンドの端面と前記整流板との間に形成されるガス通路断面積が、電動機とケーシングとの間で形成されるモータ外周通路及び電動機の固定子の内周面と電動機の回転子の外周面との間で構成されるガス通路断面積と等しくなるように）、吐出側コイルエンド２４の端面から整流板２７までの距離Ｌを決定すれば、圧縮機の性能が低下することなく駆動用モータ４を効果的に冷却できる。

図２に本発明の他の実施例を示す。本実施例では、整流板２７をメインケーシング２のスクリューロータ収納部２６の端面にボルト２８で固定した。吐出側コイルエンド２４の端面から整流板２７までの距離は、スペーサ２９の長さを変更することで自由に調整が可能となる。また、ボルト２８の首下部に段を付ければ、ボルト２８のみで整流板２７の位置決めをすることが可能となり、スペーサ２９を廃止することもできる。以上より、簡便な構造で信頼性の高い密閉形スクリュー圧縮機を得ることができる。

図３に本発明の他の実施例を示す。本実施例では、整流板２７をメインケーシング２の低圧側軸受収納部２３に一体で形成した。整流板２７をメインケーシング２に一体で形成することで、ボルト２８やスペーサ２９が不要となるため部品点数の削減が可能となる。従って、簡便な構造で信頼性の高い密閉形スクリュー圧縮機を得ることができる。

図４に本発明の他の実施例を示す。本実施例では、整流板２７が吐出コイルエンド側２４に向かって傾斜する傾斜部を有する。整流板２７が吐出コイルエンド側２４に向かって傾斜する傾斜部を有するので、モータ外周通路３４を通過した冷媒ガスが吐出側コイルエンド２４にスムーズに流れ込み、駆動用モータ４をより効果的に冷却することができる。従って、信頼性の高い密閉形スクリュー圧縮機を得ることができる。

図５に本発明の他の実施例を示す。密閉形スクリュー圧縮機では、圧縮機の長手方向の寸法を抑えるため、低圧側軸受収納部２３の一部が吐出側コイルエンド２４の内側に入り込むことがある。この場合、整流板２７の内周面３５を低圧側軸受の収納部２３より大きく形成すれば、ケーシング内部の複雑な空間に整流板２７をコンパクトに収納することができる。

また、冷媒ガスを滞留させることなく吐出側コイルエンド２４の周囲に流すには、整流板２７の外周面３６を吐出側コイルエンド２４より大きく形成する（整流板の外周が吐出側コイルエンドの外周よりも突出するように形成する）のが良い。なぜならば、整流板２７の外周面３６を吐出側コイルエンド２４より小さくすると、整流板２７が存在しない部分で冷媒ガスの滞留が生じて、駆動用モータ４の冷却効果が低下するからである。本実施例では、整流板２７のスクリューロータ軸部に直角な方向の断面形状を、低圧側軸受の収納部２３より大きな内周面３５と吐出側コイルエンド２４より大きな外周面３６で形成しており、簡便な構造で信頼性の高い密閉形スクリュー圧縮機を得ることができる。

一方で、図５に示す実施例では、メインケーシングの吸入ポート６へつながるガス通路３８が部分的に整流板２７で塞がれるので、圧力損失が増加して圧縮機の性能が低下する。そこで、図６に示す実施例では整流板２７のスクリューロータ軸部に直角な方向の断面形状を、低圧側軸受の収納部２３より大きな外周面３７と吐出側コイルエンド２４より大きな外周面３６をつなぐように形成している。このように整流板２７を形成すれば、メインケーシング２の吸入ポート６へつながるガス通路３８が整流板無しの場合と同様に確保されるので、圧縮機の性能が低下することなく駆動用モータ４を効果的に冷却できる。

１：モータケーシング
２：メインケーシング
３：吐出ケーシング
４：駆動用モータ
５：円筒状ボア
６：吸入ポート
７：ころ軸受
８：ころ軸受
９：ころ軸受
１０：玉軸受
１１：雄ロータ
１２：油分離器
１３：シリンダ室
１４：油溜め
１５：吐出通路
１６：軸受室
１７：遮蔽板
１８：吸入口
１９：ストレーナ
２０：ステータ
２１：モータロータ
２２：吐出口
２３：低圧側軸受収納部
２４：吐出側コイルエンド
２５：空間
２６：スクリューロータ収納部
２７：整流板
２８：ボルト
２９：スペーサ
３０：容量制御弁
３１：ロッド
３２：油圧ピストン
３３：コイルエンド外径部
３４：モータ外周通路
３５：整流板内周面
３６：整流板外周面
３７：整流板外周面
３８：ガス通路

Claims (4)

1. 互いに噛み合う雄・雌一対のスクリューロータと、
   前記スクリューロータを収納するスクリューロータ収納部と、
   前記スクリューロータの低圧側軸に直結された電動機と、
   前記スクリューロータを低圧側で支持する低圧側軸受と、
   前記スクリューロータを高圧側で支持する高圧側軸受と、
   前記スクリューロータ、前記スクリューロータ収納部、前記電動機、前記低圧側軸受、及び、前記高圧側軸受を収納するケーシングと、
   を備え、
   前記電動機の吐出側コイルエンドの端面と前記スクリューロータ収納部の端面との間に整流板を配置した密閉形スクリュー圧縮機。
2. 請求項１において、
   前記整流板の外周が吐出側コイルエンドの外周よりも突出するように形成された密閉形スクリュー圧縮機。
3. 請求項１又は２において、
   前記吐出側コイルエンドの端面と前記整流板との間に形成されるガス通路断面積が、前記電動機と前記ケーシングとの間で形成されるモータ外周通路及び前記電動機の固定子の内周面と前記電動機の回転子の外周面との間で構成されるガス通路断面積と等しくなるように、前記整流板を配置した密閉形スクリュー圧縮機。
4. 請求項１乃至３の何れかにおいて、
   前記整流板は前記吐出側コイルエンドに向かって傾斜する傾斜部を有する密閉形スクリュー圧縮機。