JP2018173050A - スクロール流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で良好な圧縮効率を実現可能なスクロール流体機械を提供する。【解決手段】スクロール流体機械１は、圧縮室３６を形成する第１のスクロール１８及び第２のスクロール２０を有する圧縮機本体４と、圧縮機本体の少なくとも一部を覆うことにより、導風空間５７を形成するカバー６３と、第１のスクロール及び第２のスクロールの少なくとも一方を冷却する冷却風を供給する送風ファン５２と、を備える。冷却風の一部は、導風空間を介して圧縮室の吸気口に過給され、簡易な構成で良好な圧縮効率が実現される。【選択図】図１９

Description

本開示は、スクロール流体機械に関する。

空気等の気体を圧縮する圧縮機を含む流体機械は、産業界の様々な分野で利用されており、その一方式としてスクロール圧縮機が知られている。スクロール圧縮機では、典型的には、互いに対向配置される固定スクロール及び旋回スクロール間に圧縮室が形成され、この圧縮室が旋回スクロールの回転に伴って中心側に移動しながら縮小することにより、加圧気体が生成される。

このように、スクロール圧縮機の圧縮工程では、圧縮室が中心側に近づくに従って加圧気体の圧力が上昇するため、その温度もまた上昇する。スクロール圧縮機では、固定スクロール及び旋回スクロールが精度よく組み合わされることで、密閉された圧縮室を形成する必要があるが、このような温度上昇は固定スクロール及び旋回スクロールに機械的歪み（熱変形）を招く要因となる。

スクロール圧縮機では、このような固定スクロール及び旋回スクロールの温度上昇を抑制するために、冷却手段を備える。例えば特許文献１では、旋回スクロールを回転駆動するための駆動軸に連結された送風ファンによって冷却風を発生させ、当該冷却風をダクトを介して、固定スクロール及び旋回スクロールの背面側に形成された放熱フィンに供給することで、固定スクロール及び旋回スクロールを冷却する構造が開示されている。

特開２０１０−１９６６７７号公報

ところで、例えばこの種のスクロール圧縮機を含むスクロール流体機械では、圧縮対象となる気体として大気圧の外気を取り込む場合が多いが、より優れた圧縮効率を実現するために、過給手段を導入することが有効である。このような過給手段として、例えば外気を圧縮機本体の吸気口に圧送するための送風ファンを更に追加することが考えられる。しかしながらスクロール圧縮機では、特許文献１のように、固定スクロール及び旋回スクロールの温度上昇を抑制するための冷却手段が必要であり、このような冷却手段とともに、過給装置を更に導入することは、装置の大型化や複雑化を招き、製造コストや設置スペースが不利になってしまう。

本発明の少なくとも一実施形態は上述の事情に鑑みなされたものであり、簡易な構成で良好な圧縮効率を実現可能なスクロール流体機械を提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るスクロール流体機械は上記課題を解決するために、第１のスクロールと第２のスクロールの間に形成される圧縮室で、吸気口から導入された流体を圧縮可能な圧縮機本体と、前記圧縮機本体の少なくとも一部を覆うことにより、導風空間を形成するカバーと、前記第１のスクロール及び前記第２のスクロールの少なくとも一方に冷却風を供給する送風ファンと、を備え、前記冷却風の一部が、前記導風空間を介して前記吸気口に過給されるように構成される。

上記（１）の構成によれば、圧縮室を形成する第１のスクロール及び第２のスクロールを冷却するために送風ファンから供給される冷却風の一部が、圧縮機本体の吸気口に供給されるように構成される。これにより、第１のスクロール及び第２のスクロールの冷却用として用いられる冷却風の一部を利用して過給できるので、簡易な構成ながらも、第１のスクロール及び第２のスクロールの温度上昇を抑制しつつ、良好な圧縮効率が得られるスクロール流体機械を実現できる。

さらに、上記（１）の構成によれば、第１のスクロール及び第２のスクロールを冷却するための冷却風の一部は、カバーによって形成される導風空間を介して、吸気口に過給される。このように導風空間を経由することにより、冷却風が有する動圧が静圧に変換されて吸気口に対して過給される。そのため、仮に送風ファンからの送風量に少なからずバラツキがある場合であっても、吸気口に対して安定的に過給できる。

（２）幾つかの実施形態では上記（１）の構成において、前記導風空間は、前記送風ファンから前記圧縮機本体に外気を導入するためのダクトより大きな流路面積を有する。

上記（２）の構成によれば、導風空間はダクトより大きな流路面積を有するため、ダクトで送られる冷却風の動圧から静圧を良好に生成することができ、吸気口への安定的な過給を実現できる。

（３）幾つかの実施形態では上記（１）又は（２）の構成において、前記カバーは、前記導風空間に導入される前記外気を前記吸気口に向けて整流するように曲面状の内壁を有する。

上記（３）の構成によれば、導風空間の内壁を構成するカバーが曲面状に形成されることで、導風空間に導入される冷却風が吸気口に向けて整流される。これにより、導風空間に供給される冷却風が吸気口に対して効率的に導かれ、良好な過給効率が得られる。

（４）幾つかの実施形態では上記（１）から（３）のいずれか一構成において、前記吸気口に過給される外気に含まれる異物を除去するためのフィルタを更に備える。

上記（４）の構成によれば、第１のスクロール及び第２のスクロールに供給される冷却風の一部を過給するため、過給される冷却風に含まれる異物をフィルタで除去することで、圧縮室に異物が侵入することを防止できる。

（５）幾つかの実施形態では上記（１）の構成において、前記圧縮室から吐出された前記加圧気体が流れる吐出管を更に備え、前記吐出管は、前記吐出管内を流れる前記加圧気体が前記導風空間に導入された前記冷却風によって冷却されるように、前記導風空間を貫通するように設けられる。

上記（５）の構成によれば、上述のように吸気口への過給を導風空間を経由して行ったが、この場合、導風空間を利用して、圧縮室から吐出される加圧気体の冷却も兼用することができる。圧縮機本体で生成された加圧気体は、導風空間を貫通するように設けられた吐出管を介して吐出される。そのため、吐出管を流れる加圧気体は、導風空間に導入される冷却風によって冷却される。このように吸気口への過給用に設けられた導風空間によって吐出管を流れる加圧気体を冷却することで、例えばアフタークーラ等の外部装置が不要となり、システム規模を抑え、設置スペースや製造コストを効果的に節約できる。

（６）幾つかの実施形態では上記（５）の構成において、前記吐出管内に逆止弁が内蔵される。

スクロール流体機械では、運転途中に停止した場合に、圧縮室より下流側の加圧気体が一時的（瞬間的）に逆流し、旋回スクロールが逆方向に回転することで異音が発生してしまうことがある。このような異音発生を防止するために、圧縮室より下流側に加圧気体の逆流を防止するための逆止弁を配置することがある。このような用途に用いられる逆止弁は、構造上、使用温度範囲が限られているため、圧縮室から吐出された直後の高温な吐出気体には耐えることができないが、上記（６）の構成によれば、上述のように吐出管を流れる加圧気体の温度が抑制できるため、吐出管内に逆流防止用の逆止弁を内蔵することができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、簡易な構成で良好な圧縮効率を実現可能なスクロール流体機械を提供できる。

本発明の少なくとも一実施形態に係るスクロール圧縮機の外観を示す斜視図である。 図１のスクロール圧縮機の駆動軸を通る鉛直断面図である。 図１のスクロール圧縮機の駆動軸を通る水平断面図である。 図１の圧縮機本体が備える旋回スクロールを第１面側から示す平面図である。 図４の旋回スクロールを第２面側から示す平面図である。 図５の比較例である。 図５の他の変形例である。 図１の圧縮機本体が備える固定スクロールを第２面側から示す平面図である。 図６の旋回スクロールの中心軸を通る断面図である。 図４の旋回スクロールの中心軸を通る断面図である。 図４の旋回スクロールの第２面上における等高線分布である。 図４の変形例である。 図２の一変形例である。 図２の他の変形例である。 図１４において吐出管の外表面に設けられた冷却フィンをカバーの内側から示す模式図である。 単巻き２段式のスクロール圧縮機における固定スクロール及び旋回スクロールを示す平面図である。 本実施形態に係るスクロール圧縮機においてカバーを取り外した状態を示す斜視図である。 図１７のスクロール圧縮機にカバーを取り付けた状態における駆動軸を通る鉛直断面図である。 過給式のスクロール圧縮機の鉛直断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

＜１．全体構成＞
図１は本発明に係るスクロール流体機械の少なくとも一実施形態に係るスクロール圧縮機１の外観を示す斜視図であり、図２は図１のスクロール圧縮機１の駆動軸２２を通る鉛直断面図であり、図３は図１のスクロール圧縮機１の駆動軸２２を通る水平断面図である。以下の説明では、図２及び図３において左側を前方、右側を後方と称して述べる。

スクロール圧縮機１は、空気等の気体を圧縮するための圧縮機であり、圧縮対象となる気体を吸い込んで浄化するためのフィルタユニット２と、フィルタユニット２で浄化された気体を圧縮するための圧縮機本体４と、動力源（不図示）からの動力をスクロール圧縮機１の各部に伝達するための動力伝達ユニット６と、スクロール圧縮機１の冷却風を送風するための送風ユニット８と、を備える。フィルタユニット２はスクロール圧縮機１の前方上部に配置されており、その後方に、圧縮機本体４、動力伝達ユニット６及び送風ユニット８が前方から順に配置されている。

フィルタユニット２は、筐体として中空状のフィルタケーシング１０を有する。図２に示されるように、フィルタケーシング１０は、略円筒形状を有する円筒部１０ａと、円筒部１０ａの後方において、圧縮機本体４の外表面に向けて傾斜する傾斜部１０ｂとを含んで構成されている。本実施形態では、フィルタケーシング１０のうち傾斜部１０ｂの上面には、圧縮対象となる気体を外部から吸い込むための吸気口１２が設けられている。吸気口１２は、左右方向に沿って互いに平行に延在する複数のスリット状に形成されている。なお、必ずしも吸気口１２を設ける必要はない。その場合、圧縮対象となる気体は、送風ファン５２から供給される（後述を参照）。

フィルタケーシング１０内には、吸気口１２から吸い込まれた気体に含まれる埃や塵等の異物を除去するためのフィルタエレメント１４が配置されている。吸気口１２から導入された気体は、フィルタエレメント１４を通過して浄化され、下流側に位置する圧縮機本体４に供給される。

圧縮機本体４は、圧縮機ハウジング１６を備える。圧縮機ハウジング１６は、例えばアルミ合金等で成形される。圧縮機ハウジング１６の前方上部は、上述のフィルタユニット２に接続されており、フィルタエレメント１４を通過した気体が導入路１５を介して、圧縮機本体４の内部に導入されるように構成されている。また圧縮機ハウジング１６の後方は、複数のボルト（不図示）により、動力伝達ユニット６を構成するベアリングケース４２に接続されている。

圧縮機ハウジング１６内には、第１のスクロールの一例である固定スクロール１８、及び第２のスクロールの一例である旋回スクロール２０、が収容されている。固定スクロール１８は圧縮機ハウジング１６に固定されており、旋回スクロール２０は圧縮機ハウジング１６内に、固定スクロール１８に対向するように配置されている。旋回スクロール２０は、駆動軸２２の先端に設けられた偏心軸部２３に枢支されており、動力伝達ユニット６から伝達される動力によって回転駆動される。

固定スクロール１８は、略円板形状の固定端板１９を備える。固定端板１９のうち旋回スクロール２０に対向する第１面には、渦巻き状の固定ラップ２１が立設されている。固定端板１９のうち第１面とは反対側の第２面には、放熱用の放熱フィン２４が設けられている。放熱フィン２４には、後述するように、送風ユニット８から送られる冷却風が供給され、固定スクロール１８の冷却が行われる。

旋回スクロール２０は、略円板形状の旋回端板２６を備える。旋回端板２６のうち固定スクロール１８に対向する第１面には、渦巻き状の旋回ラップ２８が立設されている。旋回端板２６のうち第１面とは反対側の第２面には、放熱用の放熱フィン３０が設けられている。放熱フィン３０には、後述するように、送風ユニット８から供給される冷却風が導入され、固定スクロール１８の冷却が行われる。

なお、本実施形態を含む各実施形態において、固定スクロール１８の固定ラップ２１の長さと、旋回スクロール２０の旋回ラップ２８の長さと、は異なっている。すなわち、各実施形態に係るスクロール圧縮機１は、いわゆる非対称ラップ形スクロール圧縮機である。しかし、本願発明は、非対称ラップ形スクロール圧縮機には限定されず、固定ラップ２１の長さと旋回ラップ２８の長さとが同一の、いわゆる対称ラップ形スクロール圧縮機であってもよい。

旋回スクロール２０の後方側には、略円板形状を有する旋回プレート３２が、駆動軸２２の偏心軸部２３に直結された状態で固定される。旋回プレート３２には軸受部３７が一体的に形成されている。軸受部３７には、駆動軸２２の先端に設けられた偏心軸部２３を回転可能に支持するための回転軸受３３が配置されている。旋回プレート３２と圧縮機ハウジング１６との間には、旋回スクロール２０の自転運動を阻止しつつ公転運動させるための複数の自転防止機構３４が旋回プレート３２、すなわち旋回スクロール２０の周方向に沿って略等間隔で設けられる。

動力伝達ユニット６からの動力によって駆動軸２２が回転駆動されると、旋回スクロール２０は公転運動を行い、これに伴って、固定スクロール１８及び旋回スクロール２０間に形成される圧縮室３６の容積が外周側から内周側に向かって漸次減少し、吸入、圧縮が行われる。このような圧縮室３６は、より詳しくは、固定ラップ２１と旋回ラップ２８とにより仕切られることにより、略三日月状に形成される。これにより、導入路１５から圧縮機本体４に導入された気体は、内周側に向かって漸次圧縮される。圧縮室３６で生成された加圧気体は、固定スクロール１８の中心部に設けられた吐出口３８から吐出される。

ここで圧縮機ハウジング１６の前方には、平板状の蓋部５３が固定されている。蓋部５３は更に前方からカバー６３によって覆われており、蓋部５３とカバー６３との間に、送風ユニット８からの冷却風の一部が導入可能な導風空間５７が形成されている。

カバー６３の外表面には、外部にある加圧気体の供給先に接続される吐出プラグ６７が設けられている。吐出プラグ６７は、カバー６３の内側にて、導風空間５７を貫通するように配設された吐出管５９を介して、固定スクロール１８の中心部に設けられた吐出口３８に接続されている。これにより、圧縮室３６で生成された加圧気体は、吐出口３８から吐出管５９を介して外部に吐出される。

動力伝達ユニット６は、外部の動力源（不図示）から供給される動力を、スクロール圧縮機１の各部に伝達する機能を有するユニットである。本実施形態では、動力伝達ユニット６は、送風ユニット８の後方に突出する駆動軸２２の後端部に、外部の動力源からの動力が入力可能な従動プーリ４０を有する。従動プーリ４０には、例えば、スクロール圧縮機１の下方に設置される電動機やエンジン等の動力源の出力軸に止着された主動プーリ（図示略）に下部が掛け回された無端状の伝動ベルト（不図示）の上部が掛け回されることにより、動力源の回転が駆動軸２２に伝達される。従動プーリ４０に入力された動力は駆動軸２２を回転させ、圧縮機本体４及び送風ユニット８などのスクロール圧縮機１の各部にそれぞれ伝達される。

尚、動力伝達ユニット６の筐体を構成するベアリングケース４２は、圧縮機ハウジング１６に比べて高強度の例えば鋳物等によって成形される。ベアリングケース４２内には、前後方向へ互いに所定量離間して設けられるボールベアリング４４、４６が配置されており、駆動軸２２が回転可能に支持されている。

尚、駆動軸２２の前端側には、前述の偏心軸部２３が設けられる。また、偏心軸部２３の前部外周には、図２に示されるように、旋回スクロール２０側のバランスを調整するためのバランスウエイト４８が設けられている。

送風ユニット８は、ファンケーシング５０内に送風ファン５２を収容してなる。送風ファン５２は、駆動軸２２に接続されており、動力伝達ユニット６から伝達される動力によって回転駆動可能に構成されている。送風ファン５２は例えばシロッコファンである。

送風ファン５２が駆動すると、送風ユニット８はファンケーシング５０の前方に設けられた開口部５５から外気（空気）を吸い込み、送風ファン５２の下流側に設けられたダクト５４に向けて外気が圧送される。ダクト５４は、略円筒形状を有する管状部材であり、図３に示されるように、ファンケーシング５０の側方から、動力伝達ユニット６の側方を迂回し、圧縮機本体４に対して側方から接続されるように構成されている。これにより、送風ユニット８からダクト５４に送られた外気は、圧縮機本体４に対して冷却風として供給される。

ダクト５４から圧縮機本体４に導入された冷却風は、図３に示されるように、圧縮機ハウジング１６の内部にて、第１の送風通路５６、第２の送風通路５８及び第３の送風通路６０にそれぞれ分岐される。第１の送風通路５６は、旋回端板２６の第２面側に設けられた放熱フィン３０に冷却風を供給するための通路であり、主に旋回スクロール２０を冷却する。第２の送風通路５８は、固定端板１９の第２面側に設けられた放熱フィン２４に冷却風を供給するための通路であり、主に固定スクロール１８を冷却する。第３の送風通路６０は、圧縮機ハウジング１６の前方に設けられた導風空間５７に冷却風を供給するための通路である。

＜２．固定スクロール及び旋回スクロールにおける放熱フィンの構成＞
続いて、本実施形態に係るスクロール圧縮機１における、固定スクロール１８及び旋回スクロール２０にそれぞれ設けられた放熱フィン２４及び３０の構成について詳しく説明する。ここでは主に、旋回スクロール２０に形成された放熱フィン３０について説明するが、特段の記載がない限りにおいて、固定スクロール１８に形成された放熱フィン２４についても同様である。

図４は図１の圧縮機本体４が備える旋回スクロール２０を第１面側から示す平面図であり、図５は図４の旋回スクロール２０を第２面側から示す平面図である。図４に示されるように、旋回スクロール２０の第１面側には、旋回端板２６上に渦巻状の旋回ラップ２８が立設されている。旋回ラップ２８の先端には、旋回ラップ２８の長さ方向に沿って、固定スクロール１８との間の隙間を封止するためのチップシール（不図示）が篏合可能な溝部６１が形成されている。

また図５に示されるように、旋回スクロール２０の第２面側には、旋回端板２６上に複数の放熱フィン３０が立設されている。複数の放熱フィン３０には、第１の送風通路５６（図３を参照）を介して、ダクト５４から冷却風が導入される。旋回端板２６上に設けられた複数の放熱フィン３０は、略ストレート形状を有しており、第１の送風通路５６から導入される冷却風の流れ方向に沿って略平行に延在している。

ここで図６は、図５の比較例である。従来のスクロール圧縮機では、図６に示されるように、旋回端板２６’上に設けられる複数の放熱フィン３０’は、波型に湾曲した非ストレート形状（波型形状）を有していた。このような非ストレート形状を有する放熱フィン３０’では、波型に湾曲したラインに沿って乱流が発生したり、通気抵抗が増加してしまう。これに対して本実施形態では、図５のように略ストレート形状を有する放熱フィン３０を用いることで、第１の送風通路５６からの冷却風の流れが妨げられず、放熱フィン３０との熱交換率を向上できるため、良好な冷却性能が得られる。

また放熱フィン３０に導入される冷却風は、所定長さを有するダクト５４を介して離れた位置にある送風ファン５２から供給されるため、圧損によって風力が少なからず弱められた状態で放熱フィン３０に導入される。しかしながら、本実施形態では上述のように放熱フィン３０が略ストレート形状を有するため、このように風力が弱められた冷却風であっても良好な熱交換が可能であり、優れた冷却作用が得られる。例えば、この種のスクロール圧縮機１では、動力源として電動モータを動力伝達ユニット６と一体的に組み込む場合があるが、この場合、動力伝達ユニット６が大型化することに伴いダクト５４も長くなってしまう。このようにダクト５４が長くなると、ダクト５４を通過する冷却風が圧損の影響を受けやすくなるが、上記作用によって良好な冷却効果を確保できる。

また図６に示されるように、従来の放熱フィン３０’は、典型的には、冷却風の送風方向に沿って略均等間隔で複数設けられている。そのため、第１の送風通路５６から導入される冷却風は、放熱フィン３０’の上流側では比較的良好な冷却作用が得られるが、下流側では冷却風の温度が次第に上昇し、冷却作用が低下してしまう。その結果、このような冷却作用の偏りによって、旋回スクロール２０上に温度差が生じ、歪みをもたらす要因となってしまう。

これに対して本実施形態では、図５に示されるように、複数の放熱フィン３０は、冷却風の下流側において上流側より密になるように配置される。図５の例では特に、複数の放熱フィン３０は、隣り合う放熱フィン３０間のピッチ距離が、冷却風の上流側が下流側より大きくなるように構成されている。具体的に説明すると、上流側のピッチ距離Ｌ１が下流側のピッチ距離Ｌ２より大きくなるように構成されている。そのため、第１の送風通路５６から導入される冷却風は、下流側になるに従って風速が増加し（すなわち、上流側の流速Ｖ１に比べて下流側の流速Ｖ２が大きくなる）、上流側と下流側との間の冷却作用の偏りを緩和することができる。その結果、旋回スクロール２０の均一な冷却が可能となり、旋回スクロール２０に歪みが生じることを効果的に抑制できる。

尚、複数の放熱フィン３０は、冷却風の上流側より下流側が厚くなることによって、冷却風の下流側において上流側より密になるように構成されてもよい。この場合もまた図５と同様に、下流側になるほど放熱フィン３０間の隙間が狭くなるため、下流側ほど冷却風の流速が増加し、上記と同様の効果を得ることができる。

図７は図５の他の変形例である。図７に示されるように、複数の放熱フィン３０は、旋回スクロール２０の外周側より中心側で疎になるように配置されていてもよい。上述したように、圧縮室３６の加圧気体の温度は、圧縮室３６が中心部に近づくに従って高温になるため、このように、内側ほど放熱フィン３０を疎に配置することにより、内側（すなわち中心側）により多くの冷却風を取り入れることができるため、温度が上昇しやすい内側ほど高い冷却効果が得られる。これにより、旋回スクロール２０の熱負荷分布に応じた冷却を行うことができ、旋回スクロール２０における歪み発生をより効果的に抑制できる。

このように上記では旋回スクロール２０における放熱フィン３０について詳述したが、固定スクロール１８における放熱フィン２４についても同様の思想が適用可能である。例えば図８を参照して、固定スクロール１８における放熱フィン２４の一例を代表的に説明すると、固定スクロール１８における放熱フィン２４には、第２の送風通路５８を介して冷却風が導入されるため、固定スクロール１８の第２面上には、当該冷却風に沿って互いに略平行に延在する略ストレート形状の放熱フィン２４が配置されている。これら放熱フィン２４は第２の送風通路５８から供給される冷却風の下流側において上流側より密、かつ中心側において外周側より疎になるように配置されており、上述の旋回スクロール２０の放熱フィン３０と同様の各変形例を適用可能である。

＜３．旋回スクロールの補強構造＞
続いて、本実施形態に係るスクロール圧縮機１における、旋回スクロール２０の補強構造について詳しく説明する。この種のスクロール圧縮機１では、旋回スクロール２０は駆動軸２２のトルクによって回転駆動されるため、圧縮機ハウジング１６に対して固定される固定スクロール１８に比べて歪みが生じやすい。そこで、本実施形態では、旋回スクロール２０に後述の補強構造を採用することで機械的強度を向上させ、旋回スクロール２０の歪みを抑制できる。

ここで本実施形態に係る補強構造の前提として、比較例に係る補強構造について説明する。図９は図６（比較例）の旋回スクロール２０’の中心軸を通る断面図である。比較例の旋回スクロール２０’では、均一な厚さを有する旋回端板２６上に補強リブ７０が設けられている。この補強リブ７０は、放熱フィン３０が設けられる第２面上において旋回端板２６の中心部を通り、且つ、放熱フィン３０に略垂直な方向に沿って延在するように形成されている。

しかしながら、このような直線的な補強リブ７０は、補強リブ７０の近傍では比較的有効な補強効果を奏するが、補強リブ７０から離れた領域では十分な補強効果が得られにくく、旋回スクロール２０を全体的に十分に補強できるに至っていない。また図９に示されるように、補強リブ７０は第２面上で凸状に突出した形状を有するため、第１の送風通路５６からの冷却風が補強リブ７０の側面側から衝突し、冷却風の流れを妨げてしまい、旋回スクロール２０の冷却性能を低下させてしまうおそれがある。

本実施形態では、旋回端板２６は第２面が連続的に盛り上がる凸形状８０を有する。図１０は図４の旋回スクロール２０の中心軸を通る断面図であり、図１１は旋回スクロール２０の第２面上における旋回端板２６の等高線分布である。旋回端板２６は頂部８１を中心に高さが増加するように不均一な厚さを有しており、緩やかな山型の断面形状を有する。これにより、従来（図９を参照）のような均一な厚さを有する旋回端板２６に比べて、旋回スクロール２０の厚さが増加し、強度が向上する。また、このような凸形状８０は連続的に（滑らかに）盛り上がるように形成されるため、第１の送風通路５６からの冷却風の流れを妨げず、放熱フィン３０と良好な熱交換を実現できる。このように、冷却性能を確保しつつ、コンパクトな構成で旋回スクロール２０の補強が可能となっている。

旋回端板２６上の凸形状８０は、図１１に示されるように、旋回スクロール２０の重心８２が、旋回端板２６の中心Ｏから偏心した旋回中心に一致するように形成される。具体的に説明すると、図１１の例では、凸形状８０の頂部８１は旋回端板２６の中心Ｏより左上に偏心しており、その結果、重心８２もまた中心Ｏより偏心するように形成されている。一般的に、旋回スクロール２０は偏心して回転駆動されるため、従来、旋回スクロール２０の微細なバランス調整を行うために旋回スクロール２０に対してバランス（駄肉）を付加する処理が行われていたが、これは装置構成が複雑したり、作業負担が増える要因となっていた。その点、本構成では、第２面上の凸形状８０を形成することで旋回スクロール２０の重心８２の位置を任意に調整できるため、このような問題点を簡易な構成で解消することができる。

また旋回端板２６の第２面上の凸形状８０は中心Ｏを含む領域にわたって形成されてもよい。このように広い領域にわたって凸形状８０を形成することで、凸形状８０の傾斜が緩やかとなる。その結果、冷却風がより通過しやすくなり、良好な冷却性能を発揮できる。

このような凸形状８０を有する第２面上には、前述したように、冷却風の送風方向に沿って延在する複数の放熱フィン３０が形成されている。旋回スクロール２０では、上述したように、旋回端板２６の第２面上に凸形状８０が設けられることで厚みが増加するため、熱容量もまた増加するが、このような放熱フィン３０を設けることで熱容量が大きな旋回スクロール２０を効果的に冷却できる。また放熱フィン３０を設けることで、旋回スクロール２０の強度も更に向上できる。

尚、第２面上における複数の放熱フィン３０の配置に関しては、図５、図６及び図７を参照して上述した通りであるが、その他の態様として、複数の放熱フィン３０は、第２面上において旋回端板２６の厚さが大きくなるに従って密になるように配置されていてもよい。つまり、凸形状８０を有する旋回端板２６において、厚さが大きな領域ほど放熱フィン３０の配置密度が大きくなる。これにより、単位面積当たりの熱容量に応じて冷却量を配分することができ、旋回スクロール２０の広い領域にわたって均一な冷却が可能となり、旋回スクロール２０の歪みをより効果的に抑制できる。

また旋回スクロール２０の第１面は、固定スクロール１８と接触しない非接触領域９０の少なくとも一部に凹状の減肉部９２を有してもよい。図１２は図４の変形例である。旋回スクロール２０の第１面側は固定スクロール１８と対向配置され、固定スクロール１８とともに圧縮室３６を形成する。ここで旋回スクロール２０が駆動軸２２によって旋回駆動された際に、図１２に示されるように、固定スクロール１８側と接触しない非接触領域９０が存在する。この非接触領域９０は、旋回スクロール２０の旋回端板２６の第１面のうち、少なくとも最外周の旋回ラップ２８（旋回ラップ２８のうち、最外端から一巻分に対応する部分）より外周側の領域である。
尚、図１２では非接触領域９０の全体を凹状の減肉部９２として形成した場合を例示しているが、非接触領域９０の一部を部分的に凹状の減肉部９２として形成してもよい。

上述の各実施形態では旋回スクロール２０のうち第２面に凸形状８０を設けることで、旋回端板２６の重量を増やす方向でバランス調整が行われるが、本構成では、減肉部９２を設けることによって逆に重量を減らす方向で旋回スクロール２０のバランス調整を行うことができる。これにより、より微細な旋回スクロール２０のバランス調整が可能となる。また減肉部９２を第１面側に設けることによって圧縮室３６の容量を少なからず拡大することもできる。

尚、上記では旋回スクロール２０の第１面に減肉部９２を設けてもよいことを述べたが、減肉部９２は固定スクロール１８の第１面に形成してもよい。この場合、固定スクロール１８は圧縮機ハウジング１６に対して固定されているためバランス調整という効果は得られないが、減肉部９２を形成することで固定スクロール１８の重量を低減でき、また圧縮室３６の容量増加に少なからず貢献できるというメリットがある。

＜４．加圧気体の冷却構造＞
続いて圧縮機本体４から吐出される加圧気体の冷却構造について説明する。図２に示されるように、圧縮機本体４の固定スクロール１９（蓋部５３）とカバー６３との間には、第３の送風通路６０を介して冷却風が導入可能な導風空間５７が設けられている。この導風空間５７には、圧縮機本体４の吐出口３８から吐出される加圧気体が流れる吐出管５９が外部に向けて貫通するように配置されている。

吐出管５９は、導風空間５７を流れる冷却風に外部から接触するように構成されており、吐出管５９を流れる高温の加圧気体は導風空間５７に導入される冷却風と熱交換することによって冷却される。従来、圧縮機本体４から吐出される高温の加圧気体は、外部に用意されたアフタークーラで冷却された後、需要先に供給されていたが、本実施形態では、このように導風空間５７にて加圧気体を冷却できるので、アフタークーラのような外部装置が不要であり、システム全体のコンパクト化に有利である。

ここで吐出管５９のうち導風空間５７に露出する熱交換部５９ａは、その周囲に比べて熱伝導率が高くなるように構成されていてもよい。例えば熱交換部５９ａは、部分的に熱電率の高い材料（例えばアルミニウム等）で形成されていてもよいし、部分的に管厚が小さく形成されていてもよい。このように、圧縮機本体４からの高温の加圧気体が流れる吐出管５９は、導風空間５７に露出する熱交換部５９ａが高い熱伝導率を有することで、導風空間５７に導入される冷却風との熱交換を促進し、より効果的に吐出気体を冷却できる。

図１３は図２の一変形例である。この変形例では、吐出管５９の一部が拡径された拡径部９７を有しており、当該拡径部９７内に、吐出気体の逆流を防止するための逆止弁９８が内蔵されている。この種のスクロール圧縮機１では、圧縮運転を停止した場合に、一時的に吐出管５９に残存する加圧気体が圧縮機本体４に向けて逆流する現象が生じる。このような逆流現象の発生を抑制するために、従来から吐出口３８の下流側に逆止弁を設ける構成が用いられていたが、この種の逆止弁は使用温度域が限定されており、吐出口３８から吐出される高温の加圧気体に耐えることができなかった。そのため、上述したように下流側に設置されたアフタークーラによって冷却し、その下流側に逆止弁を配置する必要があり、システムが大型化する傾向にあった。その点、本実施形態では、吐出管５９の加圧気体は導風空間５７によって冷却されるため、吐出管５９に設けられた拡径部９７内に逆止弁９８を内蔵することができる。これにより、システム全体を効果的にコンパクト化することができる。

図１４は図２の他の変形例であり、図１５は図１４において吐出管５９の外表面に設けられた冷却フィン９５をカバー６３の内側から示す模式図である。この変形例では、吐出管５９の外表面に冷却フィン９５が設けられている。このような冷却フィン９５を設けることで、導風空間５７に導入される冷却風との熱交換面積を増やすことができ、より効果的に吐出気体の温度を抑制できる。またこのような冷却フィン９５は、高圧の加圧気体が流れる吐出管５９の機械的強度を補強する点においても有効である。特に上述のように吐出管５９の管厚を部分的に薄く形成した場合には、吐出管５９自体の強度が低下するが、このような冷却フィン９５を設けることで、強度を賄うことができる。

また、この変形例では、冷却フィン９５は、第３の送風通路６０を介して導風空間５７に導入される冷却風の流れ方向（左右方向）に沿って延在しており、冷却風の流れを妨げないように構成されている。その結果、吐出気体と冷却風との熱交換が促進され、より効果的に吐出気体の温度を抑制できる。

＜５．中間冷却器＞
上記実施形態では、単段で気体圧縮を行うスクロール圧縮機１について説明したが、スクロール圧縮機１は複数段にわたって気体圧縮を行う多段式圧縮機として構成されていてもよい。以下の実施形態では、スクロール圧縮機１が単巻き２段式のスクロール圧縮機として構成された場合について説明する。

図１６は、単巻き２段式のスクロール圧縮機１における固定スクロール１８及び旋回スクロール２０を示す平面図である。このスクロール圧縮機１では、固定スクロール１８の固定端板１９上に立設された固定ラップ２１によって形成される渦巻状溝に、低圧側圧縮室３６ａ及び高圧側圧縮室３６ｂを区画するための隔壁１０２が設けられる。すなわち、隔壁１０２は固定ラップ２１により形成される渦巻状溝が、途中で閉塞するように、固定端板１９上にボス状に形成されている。このような隔壁１０２によって圧縮室３６の加圧気体の流路を遮断することで、圧縮室３６は低圧側圧縮室３６ａ及び高圧側圧縮室３６ｂに区画される。
尚、隔壁１０２は、固定端板１９と一体的に形成されていてもよいし、別部材として形成されていてもよい。

渦巻状溝１００のうち隔壁１０２の両側（すなわち、低圧側圧縮室３６ａの内側、及び、高圧側圧縮室３６ｂの外側）には、それぞれ、低圧側吐出口１０４及び高圧側吸込口１０６が設けられている。低圧側吐出口１０４及び高圧側吸込口１０６は、固定スクロール１８の中心軸線に対して略平行に、固定端板１９を貫通するように形成されている。低圧側圧縮室３６ａは、高圧側圧縮室３６ｂに比べて外側に位置しており、導入路１５から圧縮対象となる気体（外気）が導入される。低圧側圧縮室３６ａで加圧された加圧気体は低圧側吐出口１０４から吐出され、後述する中間冷却器１１０で冷却された後、高圧側圧縮室３６ｂの高圧側吸込口１０６に導入される。高圧側圧縮室３６ｂでは、中間冷却器１１０で冷却された加圧気体が更に圧縮され、加圧気体は最終的に固定端板１９の中心側に設けられた吐出口３８から吐出される。

ここで図１７は本実施形態に係るスクロール圧縮機１においてカバー６３を取り外した状態を示す斜視図であり、図１８は図１７のスクロール圧縮機１にカバー６３を取り付けた状態における駆動軸２２を通る鉛直断面図である。
スクロール圧縮機１は、低圧側圧縮室３６ａから吐出された加圧気体を冷却し、冷却後の加圧気体を高圧側圧縮室３６ｂに戻すように構成された中間冷却器１１０を備える。中間冷却器１１０は空冷式であり、冷却風が導入される導風空間５７と、導風空間５７の内部に配置され、低圧側圧縮室３６ａから吐出された加圧気体が流れる放熱管１１２と、を備える。

導風空間５７は上述したように固定スクロールに対して固定された蓋部５３と、蓋部５３を覆うカバー６３によって形成されており、当該導風空間５７には第３の送風通路６０を介して冷却風が導入される。また導風空間５７の内壁のうち蓋部５３上には、低圧側圧縮室３６ａの低圧側吐出口１０４と、高圧側圧縮室３６ｂの高圧側吸込口１０６とを接続する放熱管１１２が配置されている。放熱管１１２は、導風空間５７において蓋部５３の縁部近傍に形成された開口１００を介して、第３の送風通路６０から導入される冷却風にさらされることにより、放熱管１１２を流れる高温の加圧気体が冷却される。このように、導風空間５７に導入される冷却風を利用して加圧気体を冷却するための中間冷却器１１０を圧縮機本体４と一体的に構成できる。このような構成は、従来に比べて簡易であり、設備全体の設置スペース及び製造コストを効果的に低減できる。

放熱管１１２は、例えばアルミニウムのような熱伝導性に優れた金属材料から形成される。また放熱管１１２は、蓋部５３上に凸状に設けられており、導風空間５７に導入される冷却風との接触面積が大きくなるように構成されている。

また放熱管１１２は、図１７に示されるように、蓋部５３上において所定パターンで折り返すように配設される。放熱管１１２は、このような折り返し形状を有することで、導風空間５７に導入された冷却風との接触面積を広く確保でき、良好な冷却作用が得られるようになっている。

放熱管１１２の構成について更に具体的に説明すると、放熱管１１２は、第３の送風通路６０から導入される冷却風に沿って延在する複数の放熱部１１３が、複数の放熱部１１３より低く形成された複数の折返部１１４を介して連結された形状を有する。放熱管１１２は、このような折り返し形状を有することで、蓋部５３上の限られたスペースに長い放熱管１１２をコンパクトに配置することができる。また複数の放熱部１１３は送風方向に沿って延在するため、冷却風の流れを妨げず、また折返部１１４が放熱部１１３より低く形成されることにより、隣り合う放熱部１１３間に外気がスムーズに導入されるようになっている。このようにして放熱管１１２では、良好な冷却作用が得られる。

尚、本実施形態では、導風空間５７の内壁を構成する蓋部５３上において、低圧側吐出口１０４は、高圧側吸込口１０６に比べて冷却風の下流側に配置されている。そして図１７にて放熱管１１２中の加圧気体の流路を破線で示したように、放熱管１１２は低圧側吐出口１０４から蓋部５３の中心部より下流側を通り、中心部を囲むように上流側を迂回して高圧側吸込口１０６に接続されるように構成されている。これにより、放熱管１１２を流れる加圧気体は図１７に矢印で示されるように、下流側から上流側に向けて流れる。その結果、冷却風の上流側では、下流側に比べて放熱管１１２を流れる加圧気体の温度が低下する。そのため、上流側では冷却風は比較的低温な加圧気体と熱交換することとなり、比較的高温な加圧気体が流れる下流側の放熱管１１２にまで温度が低い冷却風を供給できる。これにより、放熱管１１２全体にわたって良好な冷却作用が得られる。

尚、中間冷却器１１０を構成する導風空間５７は、前述の実施形態のように、吐出管５９を通過する加圧気体を冷却するためにも使用されてもよい。この場合、中間冷却器１１０を構成する導風空間５７を利用して、吐出管５９から吐出される加圧気体の冷却も兼用することで、例えばアフタークーラ等の外部装置が不要となり、システム規模を抑え、設置スペースや製造コストを効果的に節約できる。

また図１４及び図１５に示されるように、吐出管５９の外表面に放熱フィン９７が設けられる場合には、放熱フィン９７の配置パターンと、中間冷却器１１０の放熱管１１２の配置パターンとを対応させることで、第３の送風通路６０から導入される冷却風の通気性を向上させてもよい。

尚、放熱管１１２は、図５を参照して上述した放熱フィン３０に倣って、第３の送風通路６０を介して導入される冷却風に対して下流側が上流側より密に配置されていてもよい。これにより、放熱管１１２に導入される冷却風は、上流側から下流側に向けて流路面積が減少するため、冷却風の温度が高くなる下流側ほど流速が早くなる。その結果、放熱管１１２全体において均一な冷却効果が得られる。

＜６．冷却風の過給構造＞
上述の実施形態では、圧縮機本体４で圧縮される気体を、フィルタユニット２の給気口から直接導入する自然吸気式を採用していたが、以下に説明する実施形態のように、過給式を採用してもよい。図１９は過給式のスクロール圧縮機１の鉛直断面図である。
尚、図１９は図２の変形例であり、対応する構成には共通の符号を付すこととし、重複する説明は適宜省略する。

図１９の実施形態では、圧縮対象となる気体は、送風ユニット８の開口部５５から吸い込まれる。すなわち本実施形態では、送風ユニット８から吸い込まれた外気の一部が圧縮対象の気体となるとともに、残りが圧縮機本体４の冷却風として使用される。尚、図２に示されるフィルタユニット２の吸気口１２は、本実施形態では封止されている。

このスクロール圧縮機１では、駆動軸２２によって送風ファン５２が駆動されると、送風ユニット８の開口部５５から外気が吸い込まれる。開口部５５から取り込まれた外気は、送風ユニット８の側方に接続されたダクト５４を介して圧縮機本体４に送られる。ダクト５４は、圧縮機本体４の側方に接続されており、上述の実施形態と同様に、第１の送風通路５６、第２の送風通路５８及び第３の送風通路６０に分岐する。このうち第１の送風通路５６及び第２の送風通路５８に導入された外気は、それぞれ固定スクロール１８及び旋回スクロール２０の背面側に設けられた放熱フィン２４及び３０に供給されることで、固定スクロール１８及び旋回スクロール２０を冷却する。

一方、第３の送風通路６０に導入された外気は、圧縮機本体４の導入路１５に対して過給される。ここで蓋部５３及びカバー６３により形成される導風空間５７は、その上方に配置されたフィルタユニット２のフィルタケーシング１０に連通している（つまりフィルタケーシング１０の下方には、導風空間５７に連通するように開口部１２０が設けられている）。そのため、第３の送風通路６０から供給される外気は、導風空間５７を経由してフィルタユニット２に送られる。フィルタユニット２では、導風空間５７から送られた外気がフィルタエレメント１４を通過することにより異物が除去された後、圧縮機本体４に対して過給される。

このように固定スクロール１８及び旋回スクロール２０を冷却するために送風ファン５２から供給される冷却風の一部が、圧縮機本体４に過給されるように構成される。つまり、固定スクロール１８及び旋回スクロール２０の冷却用として用いられる冷却風の一部を利用して過給できるので、簡易な構成ながらも、固定スクロール１８及び旋回スクロール２０の温度上昇を抑制しつつ、良好な圧縮効率が得られるスクロール圧縮機１を実現できる。

ここで圧縮機本体４に過給される冷却風は、導風空間５７を介して過給される。このように導風空間５７を経由することで、ダクト５４からの冷却風が有する動圧が静圧に変換されて圧縮機本体４に過給される。そのため、ダクト５４からの供給気体に脈動のようなバラツキがある場合であっても、安定的な過給を実現できる。特に導風空間５７は、ダクト５４より大きな流路面積を有するように形成されているため、ダクト５４から送られる冷却風の動圧を静圧に良好に変換でき、安定的な過給が可能となっている。

また導風空間５７を構成するカバー６３は、導風空間５７に導入される冷却風を圧縮機本体４の導入路１５に向けて整流するように曲面状の内壁を有する。これにより、第３の送風通路６０を介して導風空間５７に導入される冷却風が、圧縮機本体４の導入路１５に効率的に導かれ、良好な過給が可能となる。

尚、本実施形態では、導風空間５７は圧縮機本体４に対して第３の送風通路６０からの外気を過給するために用いられているが、上述の実施形態と同様に、吐出管５９を通過する加圧気体を冷却するために兼用されてもよい。このように導風空間５７が複数の機能を実現するように構成することで、システム規模を抑え、設置スペースや製造コストを効果的に節約できる。

以上に、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で様々に変形可能である。

例えば、上記各実施形態は、電動機やエンジン等の動力源によって回転する伝動ベルトを介して駆動軸２２が回転する、いわゆるベルト駆動タイプのスクロール流体機械である。しかし、本発明は、ベルト駆動タイプのスクロール流体機械に限定されない。本願発明は、例えば、動力源の駆動軸の一端に旋回プレート３２が直結され、駆動軸の他端に送風ファン５２が固定された、いわゆる動力源直結タイプのスクロール流体機械に対しても適用可能である。

また、上記各実施形態に係るスクロール圧縮機は、固定スクロール１８および旋回スクロール２０を有する圧縮機であった。しかし、本発明は、このようなスクロール圧縮機に限定されない。例えば本発明は、第１のスクロールとしての駆動スクロール、および第２のスクロールとしての従動スクロールによって構成されるスクロール流体機械に対しても適用可能である。

本発明の少なくとも一実施形態は、スクロール流体機械に利用可能である。

１ スクロール圧縮機
２ フィルタユニット
４ 圧縮機本体
６ 動力伝達ユニット
８ 送風ユニット
１０ フィルタケーシング
１２ 吸気口
１４ フィルタエレメント
１５ 導入路
１６ 圧縮機ハウジング
１８ 固定スクロール
１９ 固定端板
２０ 旋回スクロール
２１ 固定ラップ
２２ 駆動軸
２３ 偏心軸部
２４ 放熱フィン
２６ 旋回端板
２８ 旋回ラップ
３０ 放熱フィン
３２ 旋回プレート
３３ 回転軸受
３４ 自転防止機構
３６ 圧縮室
３７ 軸受部
３８ 吐出口
４０ 従動プーリ
４２ ベアリングケース
４４ ボールベアリング
４８ バランスウエイト
５０ ファンケーシング
５２ 送風ファン
５３ 蓋部
５４ ダクト
５５ 開口部
５６ 第１の送風通路
５７ 導風空間
５８ 第２の送風通路
５９ 吐出管
６０ 第３の送風通路
６１ 溝部
６３ カバー
７０ 補強リブ
８０ 凸形状
９０ 非接触領域
９２ 減肉部
９５ 冷却フィン
９７ 拡径部
９８ 逆止弁
１０２ 隔壁
１０４ 低圧側吐出口
１０６ 高圧側吸込口
１１０ 中間冷却器
１１２ 放熱管

Claims (6)

1. 第１のスクロールと第２のスクロールの間に形成される圧縮室で、吸気口から導入された流体を圧縮可能な圧縮機本体と、
   前記圧縮機本体の少なくとも一部を覆うことにより、導風空間を形成するカバーと、
   前記第１のスクロール及び前記第２のスクロールの少なくとも一方に冷却風を供給する送風ファンと、
   を備え、
   前記冷却風の一部が、前記導風空間を介して前記吸気口に過給されるように構成された、スクロール流体機械。
2. 前記導風空間は、前記送風ファンから前記圧縮機本体に外気を導入するためのダクトより大きな流路面積を有する、請求項１に記載のスクロール流体機械。
3. 前記カバーは、前記導風空間に導入される前記外気を前記吸気口に向けて整流するように曲面状の内壁を有する、請求項１又は２に記載のスクロール流体機械。
4. 前記吸気口に過給される外気に含まれる異物を除去するためのフィルタを更に備える、請求項１から３のいずれか一項に記載のスクロール流体機械。
5. 前記圧縮室から吐出された前記加圧気体が流れる吐出管を更に備え、
   前記吐出管は、前記吐出管内を流れる前記加圧気体が前記導風空間に導入された前記冷却風によって冷却されるように、前記導風空間を貫通するように設けられる、請求項１に記載のスクロール流体機械。
6. 前記吐出管内に逆止弁が内蔵される、請求項５に記載のスクロール流体機械。
   

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