JP4473819B2 - スクリュー圧縮機 - Google Patents

Description

この発明は、冷媒ガスを圧縮するスクリュー圧縮機に関するもので、圧縮室の隙間シールや軸受潤滑を目的として圧縮室や軸受部に注入される油を冷却して、断熱効率および体積効率の高いスクリュー圧縮機に関する。また、スクリューロータとケーシング本体のスクリューボア部との温度差による熱膨張差を抑制し、スクリューロータとスクリューボア部との間の隙間が無くなることによるスクリューロータとケーシング本体のスクリューボア部との接触が発生しないスクリュー圧縮機に関する。更にまた、万一の液バック運転時でも、液冷媒との熱交換を行うことで液圧縮の発生を抑制し、液バック耐力の向上を図ったスクリュー圧縮機に関する。

従来のスクリュー圧縮機においては、圧縮室の隙間シールや軸受潤滑を目的とする油を高圧側から吐出ガス温度相当の状態で圧縮室や軸受部に注入する構造を採用していた。この従来のスクリュー圧縮機では、圧縮室の隙間シールや軸受潤滑を目的とする油が高圧側から吐出ガス温度相当の状態で圧縮室や軸受部に注入されていたことにより、圧縮室の温度が必要以上に上昇し、その結果、吐出ガス温度が上昇して油温も更に上昇するという悪循環があった。これを抑制するための液冷媒の注入や、高温での油粘度の低下などにより圧縮機の断熱効率や体積効率を低下させるという問題があった。また、吐出ガス温度相当となる高温の油が圧縮室に注入されることにより、ケーシングのスクリューボア部に比べて熱容量の小さいスクリューロータはケーシングのスクリューボア部よりも早く熱膨張し、その結果、スクリューロータとケーシングのスクリューボア部との隙間が減少し、初期設定隙間が過小の場合にはスクリューロータとケーシングのスクリューボア部とが接触して圧縮機運転不能になるという問題があった。
さらに、従来のスクリュー圧縮機においては、ケーシングのスクリューボア部の熱膨張差を低減するために、ケーシングのスクリューボア部を温める構造としては吐出ガスによるものがあった。例えば、日本特開平６−４２４７４号公報には、スクリューロータの外周部を覆うケーシング内筒が、低圧室からの温度影響を強く受けるのを回避し、これらスクリューロータとケーシング内筒との間のシール隙間を殊更大きくすることなく高い性能を維持しながら、スクリューロータとケーシング内筒との間で焼き付きが生じるのを防止できる構造として、吐出ガス通路をスクリューロータの軸方向吸入側の端面部近傍まで引き廻すことにより、吐出ガスで温めるようにしたスクリュー圧縮機が示されている。
この従来方法では運転条件によっては高差圧となり、吐出ガス風量が小さくなってしまう場合があり、この場合にはケーシングのスクリューボア部の熱応答改善効果が小さくなり、スクリューロータとケーシングのスクリューボア部で熱膨張差が生じてしまい、接触に至ってしまうという問題があった。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、圧縮室の隙間シールや軸受潤滑を目的として圧縮室や軸受部に注入される油を冷却して、断熱効率および体積効率の高いスクリュー圧縮機を提供することを目的としている。
また、この発明は、スクリューロータとケーシング本体のスクリューボア部との温度差による熱膨張差を抑制し、スクリューロータとスクリューボア部との間の隙間が無くなることによるスクリューロータとケーシング本体のスクリューボア部との接触が発生しないスクリュー圧縮機を提供することを目的としている。
また、この発明は、万一の液バック運転時でも、液冷媒との熱交換を行うことで液圧縮の発生を抑制し、液バック耐力の向上を図ったスクリュー圧縮機を提供することを目的としている。
さらにまた、この発明は、ケーシング本体に内蔵されているモータの電源取出し端子部への結露発生を抑制するスクリュー圧縮機を提供することを目的としている。

この発明に係わるスクリュー圧縮機においては、圧縮室の隙間シールや軸受潤滑を目的とする油を低圧側近傍まで循環させる油通路をケーシング本体内に設けたものである。
また、この発明は、上述した油通路をケーシング本体内のスクリューボア外周部に設けたものである。
また、この発明は、モータ室を通過した冷媒ガス、または液状態の冷媒との熱交換用の伝熱面積を大きくするために放熱座を設けたものである。

第１図は、この発明の実施の形態１を示すスクリュー圧縮機の断面図である。第２図は、この発明の実施の形態２を示すスクリュー圧縮機の断面図である。第３図は、この発明の実施の形態３を示すスクリュー圧縮機の断面図である。第４図は、この発明の実施の形態３を示すスクリュー圧縮機の一部構造図である。第５図は、この発明の実施の形態４を示すスクリュー圧縮機の断面図である。第６図は、この発明の実施の形態５を示すスクリュー圧縮機の断面図である。

この発明をより詳細に説明するために、添付の図面に従ってこれを説明する。
実施の形態１
第１図は、この発明を実施するための実施の形態１におけるスクリュー圧縮機を示す断面図である。第１図に示すように、スクリュー圧縮機の本体を構成する筒状のケーシング本体１内にモータ２が内接して固定されている。このモータ２はケーシング本体１に内接固定されたステータ３と、このステータの内側に配置されたロータ４とから構成されている。またケーシング本体１内には、スクリューロータ５が配置されており、このスクリューロータ５とモータロータ４は互いに同一軸線上に配置されるようにスクリュー軸６に取り付けられている。スクリューロータ５は複数の螺旋状の圧縮溝が形成され、スクリュー軸６によりモータ２に連結されて回転駆動される。またケーシング本体１の両端部にはモータカバー７と、油分離器８が固定されている。
上記のように構成されたスクリュー圧縮機において、ケーシング本体１内周面とスクリューロータ５外周面との間に形成される圧縮室９の隙間シールや軸受潤滑等を目的として、圧縮室９内に注入している油を、圧縮機低圧室１０などの低圧側近傍へ循環させる構造とする。すなわち、ケーシング本体１のうち、スクリューロータ５が内側に配置されたスクリューケーシング部１ａのスクリューボア外周部１ｂに圧縮室９から圧縮機低圧室１０へ向かう油通路１１を形成する。これにより、圧縮室９に注入される油が低圧側近傍の低温の冷媒で冷却され、温度が低下した油が注入されることによって、圧縮熱の除去が可能となる。さらに、圧縮熱除去の目的で別途注入している液冷媒による断熱効率および体積効率の低下を防ぎ、油温の低下に伴い油の粘度が上昇することによって油による隙間のシール性が向上し、高効率のスクリュー圧縮機を得ることができる。
また、熱容量がケーシング本体１に比べて小さいスクリューロータ５は、吐出ガス温度相当の高温の油が注入されることによってケーシング本体１より早く膨張し、ケーシング本体１とスクリューロータ５との隙間が縮小してしまうという現象が生じるが、上述するように油を低圧側近傍で冷却することにより、ケーシング本体１とスクリューロータ５との熱容量の違いによる熱膨張差を軽減することができ、初期隙間を小さくした場合においてもスクリューロータ５とケーシング本体１の接触を防ぎ、信頼性の高いスクリュー圧縮機を得ることができる。
また、低圧側近傍へ油を循環させる際の油通路１１をスクリューケーシング部１ａ内のスクリューボア外周部１ｂに設ける構造とすることにより、油はスクリューケーシング部１ａの低圧側近傍すなわち低温部分に到達するまでの間スクリューボア外周部１ｂを吐出ガス相当の温度で温めることとなり、スクリューケーシング部１ａの吐出ガス温度に対する熱応答性が向上し、スクリューロータ５とスクリューケーシング部１ａとの熱膨張差を軽減することが可能となる。
また、上記構造のように油通路１１をスクリューケーシング部１ａのスクリューボア外周部１ｂに設けて、油でスクリューケーシング部１ａを温めることにより、吐出ガス風量が減少する高差圧運転条件においても油は減少することなく供給されるため、スクリューケーシング部１ａを温める効果が減少することなくスクリューロータ５とスクリューケーシング部１ａの熱膨張差を低減し、信頼性の高いスクリュー圧縮機を得ることが可能となる。
さらに、例えば油の循環経路１１を油分離器８からスクリューケーシング部１ａのスクリューボア外周部１ｂを通過してスクリューボア部４ｂを加温し、その後、圧縮機低圧室１０やモータ室などの低圧側に循環し、油を冷却した後に圧縮室９に油を注入する構造とすることにより、上記した油によるスクリューケーシング部１ａの加温や、油の冷却による断熱効率および体積効率の向上という両方の効果を得ることができ、高効率で信頼性の高いスクリュー圧縮機を提供することが可能となる。
実施の形態２
第２図は、この発明の実施の形態２を示すスクリュー圧縮機の断面図である。第２図に示すように、油通路１１に、ケーシング本体１の外側に突出する油外出し通路１１ａを別に設け、この油外出し通路１１ａに電磁弁１２を取り付けることにより油通路１１に油を流す場合と流さない場合を設定することができる構造とする。このような構造とすることにより、例えば通常運転時などスクリューロータ５の膨張が小さく、スクリューケーシング部１ａの加温効果を必要としない場合はスクリューロータ５とスクリューケーシング部１ａのスクリューボア部との隙間を拡大させないために電磁弁１４を閉成して油を流さず、吐出ガス温度の上昇などにより、スクリューロータ５が膨張し、スクリューロータ５とスクリューケーシング部１ａのスクリューボア部との隙間が縮小する場合にのみ油通路１１に油を流すことにより、通常運転時の隙間の拡大による体積効率の低下を防ぎながら、スクリュー圧縮機の信頼性を確保することができる。
実施の形態３
第３図は、この発明の実施の形態３を示すスクリュー圧縮機の断面図である。実施の形態１においては油分離器８に溜まった油を油通路１１へ導く構造としたが、この実施の形態３では、油を油通路１１へ導く前に、油通路１１の前段側に油の温度を制御する油温制御装置１３を設けたものである。第３図では油温制御装置１３を圧縮機外部の油タンク１４内に設けた例を示したが、圧縮機内部の油分離器８下部の油溜まり部に設けるようにしても良い。油温制御装置１３にて油温を調節することで、高圧縮比運転時や吐出ガス上昇時にスクリューケーシング部１ａを加熱してスクリューボア部を膨張させることが可能となり、スクリューケーシング部１ａとスクリューロータ５の熱膨張差を最小限に抑えてスクリューケーシング部１ａとスクリューロータ５の接触を防ぐことで、信頼性の高いスクリュー圧縮機を得ることが可能となる。また、油がスクリューケーシング部１ａのスクリューボア部を通過し、スクリューケーシング１ａを温めた後に上記油温制御を行い、油を冷却してその冷却された油を圧縮室９に注入することにより、スクリューロータ５の膨張が原因で起こる焼き付き等を防止することができ信頼性が高く、さらに油粘度の上昇によってシール性が向上し、高効率のスクリュー圧縮機を提供することができる。
さらに、上記油温制御装置１３をスクリューケーシング部１ａのスクリューボア外周部１ｂ通過前後に二つに分割して設けることにより、スクリューボア外周部１ｂ通過前は高温の油となるように設定し、スクリューボア外周部１ｂ通過後は低温の油となるように設定することで、油冷却による断熱効率および体積効率向上、並びにケーシングの加温による信頼性向上を効果的に行うことができる。
また、上記油温制御を行う際に、吐出ガス温度を検出し、吐出ガス温度あるいは吐出ガス過熱度に対応して油の温度を制御し、例えば吐出ガス温度が１００℃を超えるような高い場合にはスクリューケーシング部１ａをより膨張させるために油温を高く設定することにより、スクリューロータ５とスクリューケーシング部１ａのスクリューボア部との接触を防ぐことができる。
また、さらに上記油温制御を行う際に、第４図に示すように、スクリューケーシング部１ａとスクリューロータ５の隙間を検出する非接触・渦電流式等の隙間検出装置１５を取り付け、その隙間を検出しながら油温を制御することで、スクリューロータ５とスクリューケーシング部１ａ間の隙間を最小限の隙間に保つことが可能となる。これにより、隙間からの内部漏れの少ない高性能な圧縮機を得つつ、信頼性の高いスクリュー圧縮機を得ることが可能となる。
また、実施の形態１においては油通路１１をスクリューボア外周部１ｂに設けること、この実施の形態３では循環させる油の温度制御を行うことを示したが、その際、油通路１１の上部と下部を分割した構造としたものである。スクリュー圧縮機において湿り状態あるいは液バック状態で冷媒を吸込む場合、冷媒が自重によって圧縮機下部に集まり易いため、圧縮機上部に比べて圧縮機下部のスクリューケーシング部温度が低下しやすい傾向がある。油通路１１の上部と下部を分割し、実施の形態１で示した油通路１１の下部伝熱面積を上部伝熱面積に比べて広くすることや下部に供給する油温度を上部より高くするかあるいは下部にのみ油を流すことなどにより積極的に圧縮機下部を温めることで、圧縮機上部下部の温度差を縮小し液バック耐力を有する信頼性の高いスクリュー圧縮機を得ることが可能となる。
また、吸入ガスの湿り度が大きい場合には油の流量を多くするなどの調整を行い、油の流量を変化させることで、より最適な制御を行い、液バック耐力を向上させる。
実施の形態４
第５図は、この発明の実施の形態４を示すスクリュー圧縮機の断面図である。実施の形態１では高温の油を低圧側近傍まで循環させる油通路１１を設けたが、第５図では油通路１１の一部または全部を延長させて、圧縮機のケーシング本体１内に設置されているモータ２の電源端子部１６および端子台１７の付近まで循環させる油通路１１ｂを付加する構造としたものである。スクリュー圧縮機において、低温運転条件すなわち吸込みガス温度が低い場合には、外気の温度湿度条件によっては端子台１７および電源端子部１６に結露が生じ電源が短絡する恐れがあるが、油を循環させることで結露防止の加温を行うことが可能となり、信頼性の高いスクリュー圧縮機を得ることが可能となる。
実施の形態５
第６図は、この発明の実施の形態５を示すスクリュー圧縮機の断面図である。上記実施の形態１では、スクリュー圧縮機において油を低圧側近傍まで循環させる油通路１１を設けた構造としたが、第６図に示すように、例えば低圧側となるモータ２室と圧縮機低圧室１０との境界を成すケーシング本体１の境界壁１ｃ近傍まで油を循環させる構造とし、その境界壁１ｃにモータ２室と圧縮機低圧室１０との間に跨る放熱座１８を取り付けることにより、境界壁１ｃまで循環して冷却される油の伝熱面積を大きくすることができる。また、低圧側近傍まで油を循環させることにより冷媒が液状態で吸入された場合においても高温の油によって冷媒が加熱されるが、上述した放熱座１８を取り付けることにより、冷媒と油との熱交換伝熱面積を大きくすることが可能となり、液バック耐力が向上した信頼性の高いスクリュー圧縮機を得ることが可能となる。
ケーシング本体１の境界壁１ｃにモータ２室と圧縮機低圧室１０との間に跨って取り付けられる放熱座１８は、例えばその表面に放熱フィンを付加することで熱交換をさらに向上させることができる。

以上のように、この発明によれば、圧縮室に注入する油を低圧側近傍まで循環させることにより油が冷却され、その冷却された油を圧縮室に注入することによって圧縮熱の除去が可能となり、断熱効率および体積効率の低下を防ぐことが可能となる。さらに、油温の低下に伴い油の粘度が上昇することによって油による隙間のシール性が向上し、高効率のスクリュー圧縮機を得ることができる。
また、低圧となるモータ室と圧縮機低圧室の境界位置近傍に放熱座を取り付けることにより、油冷却のための伝熱面積を拡大でき、さらに油を低圧近傍まで循環させることや放熱座を設けることにより、万一の液バック運転時でも液冷媒との熱交換を行うことで液圧縮の発生を抑制し、液バック耐力の向上したスクリュー圧縮機を提供することが可能となる。

Claims (9)

1. ケーシング本体と、このケーシング本体内に設けられたモータと、このモータのロータとともに前記ケーシング本体内で回転するように配置されたスクリューロータと、このスクリューロータと前記ケーシング本体との間に形成された圧縮室とを備えたスクリュー圧縮機において、前記ケーシング本体内に、前記圧縮室の隙間シール又は軸受潤滑のために圧縮室内に注入する油を圧縮機の低圧側近傍まで循環させる油通路を設けたことを特徴とするスクリュー圧縮機。
2. 油通路をケーシング本体内のスクリューボア外周部に設けたことを特徴とする請求の範囲第１項記載のスクリュー圧縮機。
3. 油通路の一部をケーシング本体の外側に突出させるとともに、この外側に突出された油外出し通路に電磁弁を設けたことを特徴とする請求の範囲第１項記載のスクリュー圧縮機。
4. 油通路の前段側に、油通路へ導く前の油の温度を調節制御する油温制御装置を設けたことを特徴とする請求の範囲第１項記載のスクリュー圧縮機。
5. 油温制御装置を、油通路のスクリューボア外周部通過前後に分割して設け、スクリューボア外周部通過前は高温の油となるように設定し、スクリューボア外周部通過後は低温の油となるように設定することを特徴とする請求の範囲第４項記載のスクリュー圧縮機。
6. ケーシング本体内周部とスクリューロータとの間の隙間を検出する隙間検出装置を設け、この隙間検出装置の検出結果により油の温度を制御することを特徴とする請求の範囲第４項記載のスクリュー圧縮機。
7. 油通路をケーシング本体内に設置されているモータの電源端子部および端子台付近まで延長させたことを特徴とする請求の範囲第１項記載のスクリュー圧縮機。
8. 油通路を、モータ室と圧縮機低圧室との境界を成すケーシング本体の境界壁近傍まで延長し、この境界壁に前記モータ室と前記圧縮機低圧室に跨る放熱座を設けたことを特徴とする請求の範囲第１項記載のスクリュー圧縮機。
9. ケーシング本体と、このケーシング本体内に設けられたモータと、このモータのロータとともに前記ケーシング本体内で回転するように配置されたスクリューロータと、このスクリューロータと前記モータロータが同一軸線上に配置されるように取り付けられたスクリュー軸と、このスクリュー軸を支持する軸受と、前記スクリューロータと前記ケーシング本体との間に形成された圧縮室とを備えたスクリュー圧縮機において、前記ケーシング本体内に、前記圧縮室の隙間シール又は軸受潤滑のために圧縮室内に注入する油を圧縮機の低圧側近傍まで循環させる油通路を設けたことを特徴とするスクリュー圧縮機。

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