JP2019078184A

JP2019078184A - 圧縮機用冷却スクロール

Info

Publication number: JP2019078184A
Application number: JP2017203515A
Authority: JP
Inventors: 松尾栄人; Eito Matsuo
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-10-20
Filing date: 2017-10-20
Publication date: 2019-05-23

Abstract

【課題】圧縮機で流体を圧縮するとその入力相当の温度上昇によるCOPの低下が生じる。この対策として、入口管、シュラウド、スクロールなどの温度の上昇を抑える必要がある。また、圧縮機のシュラウド等の冷却を行うと圧縮過程の流体の温度上昇による圧縮機入力の増加を抑える必要がある。【解決手段】スクロールの外周部に水などで冷却する冷却ケーシングを設け、スクロール内面の面積を増加するために舌状の突起を設ける。また、製造を容易にするためにスクロールを分割し、部品の構成面を円錐面等の規則的な面で構成する。【選択図】図１

Description

空気、冷媒などの気体を圧縮する圧縮機のスクロールの冷却に関する技術

冷凍機や空調装置用の圧縮機の場合、吸い込みの媒体の温度が低いことが多く、吸い込み口周辺の配管、スクロール、シュラウド等が圧縮された空気や冷媒で加熱されて、効率低下の原因となる。効率が同じでも入口温度の上昇による駆動動力の増加は、吸い込み温度の絶対値に比例するので、サイクル効率が低下する。冷凍空調装置のCOPが低下する。

圧縮機入口温度の上昇によるCOPの低下を防止するためには、入口管、シュラウド、スクロールなど、圧縮機の入口温度の上昇を抑える必要がある。また、圧縮機のシュラウド等の冷却を行うと圧縮過程の流体の温度上昇が抑えられるために、等温圧縮に近づき、効率が改善される。

特願2010-69875 電動遠心圧縮機実願平4-53285 遠心圧縮機

なし

圧縮機の入口温度が上昇しないように、入口管、シュラウド、スクロールなどを冷却する。このために、圧縮機スクロールの周りに冷却ケースを設けて水などで冷却する。

水等の冷却材に接するスクロール外面の面積は、空気や冷媒など冷却される流体が接するスクロール内面の面積より広く、冷却水の温度は、比較的自由に調整でき、温度差も大きく取れる場合が多い。反面、冷媒の温度は、圧縮機の圧力比などで決まることが多く、大きな温度差が取れないことが多い。このため、熱交換をよくするためには、冷媒が接する面積を大きくする必要がある。

スクロールは、完全な3次元形状であり、通常は鋳物で製造される。本考案の冷却スクロールには冷却ケースが付加されており、鋳物の金型製作が非常に困難なものとなっている。

スクロール内部に突起部を設けて、スクロール内面の面積を拡大する。

スクロール内面の面積を拡大するために、内面に小さな突起部などを設けると流体の流れに対する抵抗が大きくなり、面積拡大率ほど熱交換は良くならない。

このため、スクロール内部にスクロール断面積をほぼ2分する舌状の突起を設ける。

前述の突起を設けることにより、スクロールの外壁から舌状突起には、熱伝導で十分な熱量が伝わるために、舌状突起の温度低下は小さく、面約1.6倍の表面積拡大ができ、大幅な熱交換率の増加ができる。

スクロールと冷却ケースの総組立図スクロールと冷却ケースの総組立図(始点変更分) スクロール外観図スクロール入口部組立図スクロール出口部外観図スクロール中間部外観図スクロール中間部部分断面図スクロール入口部外観図スクロール出口管路外観図

スクロールは、完全な3次元形状であり、通常は鋳物で製造されることが多い。本考案の冷却スクロールには冷却ケースが付加されており、鋳物の金型製作が更にに困難なものとなっている。

製作個数が少ない場合に、鋳物で製作すると、金型などの費用が加わるために、高価なものとなる。このため、製作個数が少ない場合は、機械加工等でいくつかに分割して製作し、それぞれの部品を接着や溶接などで製作する。更に、これらの個別の部品製作方法を使うと、金型の製作も容易に、低コストで製作可能である。

この金型製作を容易にするとともに、機械加工と溶接でも製作可能な構造を考案した。圧縮機の回転軸をZ軸、水平軸をX軸、垂直軸をY軸とする。舌状突起部の中心面がXY平面からθ度傾き、その両側にθ面からα度とβ度傾いた面をスクロールの内面とする2分割され、扇状の二つの流路断面を有する流路で作られるスクロールが形成される。

前述のスクロールは、θ面とα/2とβ/2の角度をなす平面となっており、この二つの面でスクロールの出口管部を除いた部分は、分割される。圧縮機の入口を含む分割部品を入口部、舌状突起を含む分割部品を中間部、残りを背面部と呼ぶ。また、圧縮機の出口部の分割部品を出口管路と呼ぶ。

前記のスクロールを4つに分割した部品は、全て5軸又は4軸のNC機械で加工することができる。

同様に冷却ケースも3つ以上に分割して機械加工で製作できる。

実施例の全体構成図を図1及び図2に示す。図1は、圧縮機側から見た立体組立図であり、中心部に圧縮機の羽根車と接するシュラウド部220を備えたスクロール組立部(図4)を配置しており、その周辺に冷却ケース下部500、冷却ケース上部600、冷却ケース蓋７００は配置されている。冷却ケース600には、冷却水入口孔620、冷却水出口孔610が設けられている。

冷却ケース上部600と冷却ケース下部500には、スクロール出口管路円筒部410が貫通する冷却ケース下部貫通部550と冷却ケース上部貫通孔650が設けられている。

図3にスクロールの組立図を示す。スクロールは、スクロール中間部100、スクロール入口部200、スクロール出口部300、スクロール出口管路部400で構成され、この4つが接着や溶接などで接合されて作られている。

図4は、スクロールの3つの部品の接合部を判り易く説明したものである。中心部に位置するスクロール中間部100の上部にスクロール入口部200が、下部にスクロール出口部300が配置され、スクロールが形成されている。それぞれの側面、スクロール出口部側面310とスクロール中間部左側面111、スクロール出口部側面250とスクロール中間部右側面115、及びその外周部の円弧部で作動流体側の流路が構成されている。

図5にスクロール出口部300の詳細図を示す。接合部300は、前述のように円錐面を形成するものであり、スクロール中間部100の接合面と接する面となっており、容易に接着や溶接などの接合が可能である。また、接合部320、スクロール出口部側面310は、両方とも円錐面で形成されており、加工も容易な面である。

図6にスクロール中間部100の詳細図を示す。舌状突起部110、舌状突起部先端部140が中心部に形成されている。この舌状突起部110を中心とした断面図を図8に示す。スクロール中間部100は、スクロール外周壁160、接合部120と130、舌状突起部110の舌状突起部左側面111、舌状突起部右側面115、で構成されており、舌状突起部110の舌状突起部中心線180は、円錐面の一部でを構成されている。

図8にスクロール入口部200の詳細図を示す。スクロール入口部接合部２３０は、円錐面の一部で構成され、舌状突起部接合部120と接する面となっている。

図9に出口管路部400の詳細図を示す。出口管路部400は、出口管路部円筒部410、スクロール出口420、スクロール出口フランジ430で構成されている。

圧縮機入口の流体温度が低い冷凍機のスクロールに採用される。この場合、本考案を採用することにより、圧縮機入口温度の上昇によるCOPの低下を防止することができる。また、圧縮機のシュラウド等の冷却を行うと圧縮過程の流体の温度上昇が抑えられるために、等温圧縮に近づき、効率が改善される。

100 スクロール中間部
110 舌状突起部
111 舌状突起部左側面
115 舌状突起部右側面
120 舌状突起部接合部
130 舌状突起部接合部
140 舌状突起部先端
160 スクロール中間部外壁
180 舌状突起部中心線
200 スクロール入口部
210 スクロール入口
220 シュラウド部
230 スクロール入口部接合部
250 スクロール入口部右側面
300 スクロール出口部
310 スクロール出口部左側壁
320 スクロール出口部接合部
400 出口管路部
４１０出口管路部円筒部
420 スクロール出口
430 スクロール出口フランジ
500 冷却ケース下部
550 冷却ケース下部貫通孔
600 冷却ケース上部
610 冷却ケース冷却水出口孔
620 冷却ケース冷却水入口孔
650 冷却ケース上部貫通孔
700 冷却ケース蓋
710 冷却ケースフランジ

Claims

複数に分割された部品を接合して形成されたスクロールとその外周部に冷却媒体の流路が構成されたことを特徴とする冷却スクロール。
請求項1においてスクロールを複数の部品に分割し、その流路を形成する側面と接合面を円錐面で構成したことを特徴とするスクロール。
請求項1及び2において、スクロールの流路内に舌状突起部を設け、中心部、側面の何れかが円錐面で構成されていることを特徴とするスクロール。