JP4031222B2 - スクロール式流体機械 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば窒素濃縮器や医療用の酸素濃縮器等で使用される圧縮機や真空ポンプに好適なスクロール式流体機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空気中に含まれる、窒素、酸素等の気体を常温で濃縮するには、膜分離方式や吸着剤を利用するＰＳＡ方式、並びに酸素吸着剤（ＣＭＳ）を利用する方式が、一般的に採用されている。
【０００３】
膜分離方式は、大気から取り入れた空気を圧縮機で加圧して中空糸膜に送り込むと同時に、中空糸膜の出口側あるいは途中に設けた真空ポンプによって、中空糸膜を減圧するようになっている。
【０００４】
吸着剤を利用するＰＳＡ方式により、窒素吸着剤（例えばゼオライト）を利用して酸素濃縮を行うには、大気から取り入れた空気を、圧縮機で加圧して吸着塔に送り込み、吸着塔内を通過中の空気に窒素を吸着させ、吸着塔の出口から、酸素富化空気を吐出させる。吸着塔内で窒素を吸着しなくなってきたら、吸着塔の上流と圧縮との間の通路を閉じて、下流を真空ポンプに連通させ、真空ポンプにより吸着塔内を減圧して、吸着されている窒素を脱着させ、排ガスとして空気中に還元させる。
【０００５】
さらに、酸素吸着剤（ＣＭＳ）を利用して酸素濃縮を行うには、大気から取り入れた空気を、圧縮機で加圧して吸着塔内に送り込み、吸着塔内を通過中の空気に酸素を吸着させる。吸着塔の出口からは、酸素が取り除かれた空気を吐出させ、排ガスとして空気中に還元させる。
【０００６】
次に、吸着塔内で酸素を吸着しなくなってきたら、吸着塔の上流と圧縮機間の通路を閉じ、下流を真空ポンプに連通させ、真空ポンプにより吸着塔内を減圧して、吸着されている酸素を脱着させ、酸素富化空気を吐出させる。
【０００７】
上記したいずれの方式においても、圧縮機と真空ポンプとが必要である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来技術によると、別体である圧縮機と真空ポンプとが設けられているため、それらを設置するために広いスペースを必要とし、狭い場所での実施が困難であるとともに、搬送に不便であり、搬送コストの上昇を招く等の問題がある。
【０００９】
本発明は、従来の技術が有する上記のような問題点に鑑み、圧縮機と真空ポンプとの両機能を兼ね備え、狭いスペースでの使用を可能にするとともに、搬送を容易にしたスクロール式流体機械を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、上記課題は、次のようにして解決される。
一側面に渦巻き状の固定ラップが立設された固定スクロールと、駆動軸に旋回可能に設けられるとともに、前記固定スクロールに対向する一側面に、前記固定ラップとの間で密閉室を形成する渦巻き状の旋回ラップが立設された旋回スクロールとを備えるスクロール式流体機械において、前記密閉室を、前記固定スクロールの一側面または旋回スクロールの一側面に設けた環状隔壁をもって、その外側に形成される外周側密閉室と同じく内側に形成される内周側密閉室とに画成し、該外周側密閉室における外周側に外周側吸込口を、同じく内周側に、前記外周側吸込口から吸入された気体を圧縮して吐出する外周側吐出口をそれぞれ設け、さらに前記内周側密閉室における外周側に内周側吸込口を、同じく中心側に、該内周側吸込口から吸入された気体を圧縮して吐出する内周側吐出口を、それぞれ設けるとともに、前記外周側吐出口を、圧縮気体を必要とする外部機器に、また前記内周側吸込口を、真空を必要とする外部機器に、それぞれ接続することによって、前記外周側密閉室を圧縮機、また前記内周側密閉室を真空ポンプとしてそれぞれ機能させる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を、図面に基づいて説明する。図１は、スクロール式流体機械の縦断側面図、図２は、図１におけるII−II線縦断面図である。
【００１２】
(１)は、固定スクロールで、ハウジング(２)と一体をなす固定端板(３)の前面（図１における右方）に、固定スクロール(１)のほぼ半分の直径を有する環状隔壁(４)と、環状隔壁(４)の内側において、中心側から外周側に向かう渦巻状の内周側固定ラップ(５)と、環状隔壁(４)の外側の所定の位置から外周側に向かう外周側固定ラップ(６)とが立設されている。(７)は、各固定ラップ(５)(６)及び隔壁(４)の先端面に設けられ、後述の旋回端板(10)の前面に摺接するチップシールである。
【００１３】
(８)は、固定スクロール(１)の前面に対向して配置された旋回スクロールで、ハウジング(９)内に設けた円形の旋回端板(10)の前面、すなわち固定スクロール(１)と対向する面に、中心側から外周側に向けて、半径方向のほぼ中央付近までに至る渦巻状の内周側旋回ラップ(11)と、内周側旋回ラップ(11)から離間して、半径方向のほぼ中央付近から最外周までに至る渦巻き状の外周側旋回ラップ(12)とが立設されている。
【００１４】
(13)は、各旋回ラップ(11)(12)の先端面に設けられ、固定端板(３)の前面に摺接するチップシールである。
【００１５】
旋回スクロール(８)の後側に固定されたベアリングプレート(14)の後面、すなわち各旋回ラップ(11)(12)と反対側の面の中心部には、駆動軸(15)の偏心軸部(16)をベアリング(17)を介して枢支する筒状ボス(18)が突設され、同じく外周部適所には、例えば公知のクランクピン型式の自転防止機構(19)を３個組み込んで、旋回スクロール(８)は、ハウジング(９)に対して、偏心旋回しうるようにしてある。
【００１６】
固定スクロール(１)と旋回スクロール(８)は、旋回スクロール(８)の中心を、固定スクロール(１)及び駆動軸(15)の中心に対して、偏心軸部(16)の偏心量に相当する距離だけ偏心させた状態で、旋回スクロール(８)の内周側旋回ラップ(11)が固定スクロール(１)の内周側固定ラップ(５)に、また外周側旋回ラップ(12)が外周側固定ラップ(６)に、それぞれ噛み合うように配設されている。
【００１７】
これにより、固定スクロール(１)と旋回スクロール(８)間に形成される密閉室は、環状隔壁(４)をもって、その外側に形成される外周側密閉室(Ａ)と、同じく内側に形成される内周側密閉室(Ｂ)とに、気体の流路が遮断されるように画成されている。
【００１８】
固定スクロール(１)の後面に押圧板(20)を当接して、適宜の締付けねじ(21)で締付け、かつ旋回スクロール(８)の後面にベアリングプレート(14)の前面を当接させて、両者を締付けねじ(22)等で締付けて一体化させることにより、スクロール式流体機械は組立てられる。
【００１９】
駆動軸(15)は、ハウジング(９)の外部に設けたモータ(図示略)にプーリ及びＶベルト等を介して連結されるか、あるいはハウジング(９)内に設けたモータ(図示略)の回転軸に直結され、モータによって所定の方向へ回転させられる。
【００２０】
外周側固定ラップ(６)の最外周には、外周側密閉室(Ａ)に大気を取り入れるための外周側吸込口(23)が形成されている。
【００２１】
固定スクロール(１)には、環状隔壁(４)の外周側近傍において固定端板(３)を軸線方向に貫通するとともに、外周側密閉室(Ａ)に通じる外周側吐出口(24)と、環状隔壁(４)の内周側近傍において内周側密閉室(Ｂ)に通じる内周側吸込口(25)と、固定スクロール(１)のほぼ中心において内周側密閉室(Ｂ)に通じる内周側吐出口(26)とが設けられている。
【００２２】
外周側吐出口(24)は、導管(27)を介して、圧縮気体を必要とする外部機器(28)に接続されている。内周側吸込口(25)は、導管(29)を介して、真空を必要とする外部機器(30)に接続されている。導管(29)を経て外部機器(30)から吸引されて、内周側密閉室(Ｂ)へ流入した空気は、内周側吐出口(26)を経て、外部に排出される。
【００２３】
モータにより旋回スクロール(８)が旋回させられると、外周側密閉室(Ａ)においては、外周側吸入口(23)から入り込んだ空気を、外周側固定ラップ(６)と外周側旋回ラップ(12)間に形成される圧縮室により順次圧縮しつつ、内周側へ向けて移動させ、最終的に、外周側吐出口(24)から圧縮空気を、圧縮気体を必要とする外部機器(28)に送出する。すなわち、外周側密閉室(Ａ)は、圧縮機として機能する。
【００２４】
これと同時に、内周側密閉室(Ｂ)においては、内周側吸込口(25)から吸引された真空を必要とする外部機器(30)内の空気を、内周側固定ラップ(５)と内周側旋回ラップ(11)間に形成される圧縮室により順次圧縮しつつ、中心側へ向けて移動させ、内周側吐出口(26)から外部へ排出させることによって、真空を必要とする外部機器 (30)内を減圧して真空状態とする。すなわち、内周側密閉室(Ｂ)は、真空ポンプとして働く。
【００２５】
なお、上述の実施形態においては、環状隔壁(４)を固定スクロール(１)側に設けてあるが、これに代えて、環状隔壁(４)を旋回スクロール(８)側に設けても良い。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように本発明によると、固定スクロールと旋回スクロール間に形成される密閉室を、環状隔壁によって外周側密閉室と内周側密閉室とに画成するだけの簡単な構成によって、単一のスクロール式流体機械を圧縮機と真空ポンプとしての両機能を付与させることができるので、コストの低減を図りうるとともに、狭いスペースでの使用が可能になり、また搬送を容易なものとすることができる。
【００２７】
また、従来は、例えば、圧縮機及び真空ポンプを医療用の酸素濃縮器として使用する場合、機器が大型化して持ち運びが困難であったが、本発明のようにすることによって、小型軽量化が可能になり、持ち運びを容易とすることができる。
【００２８】
また、本発明のスクロール式流体機械の外周側吐出口を吸着塔の入口側に、内周側吸込口を吸着塔の出口側に接続することにより、圧縮機と真空ポンプをそれぞれ設けることなく、同一駆動源の１台のスクロール式流体機械をもって、酸素富化空気を得ることができる。
【００２９】
さらに、内周側密閉室を真空ポンプとして、機能させることにより、スクロール式流体機械の中心部の温度上昇を抑えることができ、中心部に配置される旋回軸受部のグリースや軸受の寿命向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態におけるスクロール式流体機械の縦断側面図である。
【図２】 図１におけるII−II線縦断面図である。
【符号の説明】
(１)固定スクロール
(２)ハウジング
(３)固定端板
(４)環状隔壁
(５)内周側固定ラップ
(６)外周側固定ラップ
(７)チップシール
(８)旋回スクロール
(９)ハウジング
(10)旋回端板
(11)内周側旋回ラップ
(12)外周側旋回ラップ
(13)チップシール
(14)ベアリングプレート
(15)駆動軸
(16)偏心軸部
(17)ベアリング
(18)筒状ボス
(19)自転防止機構
(20)押圧板
(21)(22)締付けねじ
(23)外周側吸込口
(24)外周側吐出口
(25)内周側吸込口
(26)内周側吐出口
(27)導管
(28)圧縮気体を必要とする外部機器
(29)導管
(30)真空を必要とする外部機器
(Ａ)外周側密閉室
(Ｂ)内周側密閉室

Claims (1)

  1. 一側面に渦巻き状の固定ラップが立設された固定スクロールと、駆動軸に旋回可能に設けられるとともに、前記固定スクロールに対向する一側面に、前記固定ラップとの間で密閉室を形成する渦巻き状の旋回ラップが立設された旋回スクロールとを備えるスクロール式流体機械において、
    前記密閉室を、前記固定スクロールの一側面または旋回スクロールの一側面に設けた環状隔壁をもって、その外側に形成される外周側密閉室と同じく内側に形成される内周側密閉室とに画成し、該外周側密閉室における外周側に外周側吸込口を、同じく内周側に、前記外周側吸込口から吸入された気体を圧縮して吐出する外周側吐出口をそれぞれ設け、さらに前記内周側密閉室における外周側に内周側吸込口を、同じく中心側に、該内周側吸込口から吸入された気体を圧縮して吐出する内周側吐出口を、それぞれ設けるとともに、前記外周側吐出口を、圧縮気体を必要とする外部機器に、また前記内周側吸込口を、真空を必要とする外部機器に、それぞれ接続することによって、前記外周側密閉室を圧縮機、また前記内周側密閉室を真空ポンプとしてそれぞれ機能させるようにしたことを特徴とするスクロール式流体機械。
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