JP4625193B2

JP4625193B2 - スクロール式流体機械

Info

Publication number: JP4625193B2
Application number: JP2001078744A
Authority: JP
Inventors: 宏之三原; 哲夫城戸
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-03-19
Filing date: 2001-03-19
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2021-03-19
Also published as: JP2002276573A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気圧縮機、真空ポンプ等に用いて好適なスクロール式流体機械にに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、スクロール式流体機械は、ケーシングと、該ケーシングに設けられた固定スクロールと、前記ケーシングに回転可能に設けられた駆動軸と、前記ケーシング内で該駆動軸の先端側に旋回可能に設けられ前記固定スクロールとの間に複数の圧縮室を画成する旋回スクロールとを備えている。
【０００３】
この種の従来技術によるスクロール式流体機械は、外部から駆動軸を回転駆動し、旋回スクロールを固定スクロールに対して一定の偏心寸法をもって旋回運動させることにより、吸込口から吸込んだ空気等の流体を固定スクロールと旋回スクロールとの間に画成される圧縮室内で順次圧縮し、吐出口からこの圧縮流体を外部に向けて吐出する。
【０００４】
また、従来技術によるスクロール式流体機械には、例えば回転軸に冷却ファンを設け、この冷却ファンを回転軸と一体に回転させることにより、冷却風を固定スクロールの背面側に向けて送風し、固定スクロール等を冷却する構成としたものも知られている(例えば、特開平９−５３５８９号公報等）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術によるスクロール式流体機械は、冷却ファンからの冷却風を固定スクロールの背面側に送風し、固定スクロールを背面側から冷却する構成としている。
【０００６】
しかし、このように冷却風を固定スクロールの背面側に送風しただけでは、固定スクロールの背面のうち最も温度が高くなる部分、即ち固定スクロールの背面中央部分を必ずしも十分に冷却することがきず、固定スクロールの冷却効率を高めることが難しいという問題がある。
【０００７】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、固定スクロールの背面側に冷却風を効率よく導くことができ、固定スクロールの冷却効率を高められるようにしたスクロール式流体機械を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明によるスクロール式流体機械は、ケーシングと、該ケーシングに設けられた固定スクロールと、前記ケーシングに回転可能に設けられた駆動軸と、前記ケーシング内で該駆動軸の先端側に旋回可能に設けられ前記固定スクロールとの間に複数の圧縮室を画成する旋回スクロールとを備えている。
【０００９】
そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記固定スクロールの背面側には、当該背面側との間で冷却風通路を形成するダクトカバーと、前記ダクトカバー内を冷却風の流れに沿って延びる複数の放熱フィンとを設け、該ダクトカバーには、前記冷却風通路内を流れる冷却風を固定スクロールの背面側に向けて導くガイド部材を前記各放熱フィン間に設け、前記ガイド部材の先端は、前記放熱フィンの先端よりも前記固定スクロールの背面から近い位置に配置される構成としたことにある。
【００１０】
このように構成したことにより、運転時に冷却風がダクトカバー内の冷却風通路を流れるときには、冷却風が冷却風通路の途中でガイド部材と当たることにより、この冷却風を固定スクロールの背面側に向けて円滑に導くことができる。
【００１１】
また、請求項１の発明では、固定スクロールの背面側にはダクトカバー内を冷却風の流れに沿って延びる複数の放熱フィンを設け、ガイド部材は各放熱フィン間に配置する構成としている。
【００１２】
このように構成したことにより、ダクトカバー内の冷却風を各放熱フィン間に沿って流通させ、この状態で冷却風をガイド部材により固定スクロールの背面側に導くことができ、これにより固定スクロールの背面側をより効率的に冷却することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態によるスクロール式流体機械としてスクロール式空気圧縮機を例に挙げ、添付図面に従って詳細に説明する。
【００１４】
まず、図１ないし図５は本発明の実施の形態を示し、１はスクロール式空気圧縮機の外枠を形成するケーシングで、該ケーシング１は、軸線が水平状態となるように横置きに配置されている。そして、ケーシング１は、モータケース２、後述の油槽３およびスラスト受４によって構成されている。
【００１５】
ここで、モータケース２は、前，後方向に沿って延びた筒部２Ａと、該筒部２Ａの前端側に設けられた蓋部２Ｂと、筒部２Ａの後端側に設けられた後述するスラスト受４の蓋部４Ａとによって構成されている。また、油槽３はモータケース２の下部側に一体形成され、スラスト受４との間で冷却、潤滑用の油液を溜める油液収容空間として形成されている。
【００１６】
４はモータケース２の後端側に設けられたスラスト受で、該スラスト受４の前側にはモータケース２の後端側を施蓋する蓋部４Ａが一体形成されている。また、スラスト受４の後側には環状凹部４Ｂが設けられ、該環状凹部４Ｂ内には後述する旋回スクロール１３の鏡板１３Ａが摺接して配置されている。そして、スラスト受４の環状凹部４Ｂは、旋回スクロール１３に作用するスラスト荷重を鏡板１３Ａとの間で受承している。
【００１７】
５はケーシング１のスラスト受４に設けられた固定スクロールで、該固定スクロール５は、円板状に形成され中心が後述する駆動軸９の軸線と一致するように配設された鏡板５Ａと、該鏡板５Ａの表面に立設された渦巻状のラップ部５Ｂと、前記鏡板５Ａの外周側からラップ部５Ｂを取囲むように軸方向に突出した筒部５Ｃと、該筒部５Ｃの開口端外周から径方向外側に突出してスラスト受４に固定して取付けられたフランジ部５Ｄとにより構成されている。
【００１８】
また、固定スクロール５の鏡板５Ａ背面５Ａ1側には、図２、図３に示すように、上，下方向に延びる複数の放熱フィン５Ｅ，５Ｅ，…が立設されると共に、後述する吐出口１７の下側に位置して該各放熱フィン５Ｅと交差して左，右方向（水平方向）に延びる１個の他の放熱フィン５Ｆが立設されている。そして、これら放熱フィン５Ｅ，５Ｆは、後述の圧縮室１６から固定スクロール５に伝わる圧縮熱等を、上側冷却風通路２８、下側冷却風通路３０内の冷却風中に放熱し、固定スクロール５を背面５Ａ1側から冷却するものである。
【００１９】
６はケーシング１のモータケース２内に設けられた電動モータで、該電動モータ６は、モータケース２の筒部２Ａ内周側に固定して設けられた固定子７と、該固定子７の内周側に回転可能に配置された回転子８と、後述の駆動軸９とによって構成されている。そして、電動モータ６は、回転子８が駆動軸９の外周側に固定され、外部からの給電によって回転子８が固定子７に対して回転することにより駆動軸９を駆動するものである。
【００２０】
９は電動モータ６の駆動軸で、該駆動軸９は、基端側（前端側）がモータケース２の蓋部２Ｂに玉軸受１０を介して支持され、先端側（後端側）はスラスト受４の蓋部４Ａに玉軸受１１を介して支持されている。そして、この駆動軸９の先端側は、スラスト受４の蓋部４Ａから突出してクランク９Ａとなり、該クランク９Ａは、その軸線が駆動軸９の軸線に対して一定寸法だけ偏心している。
【００２１】
また、駆動軸９のクランク９Ａ外周側にはバランスウエイト１２が設けられ、該バランスウエイト１２は、クランク９Ａに取付けられた後述の旋回スクロール１３に対して駆動軸９の回転バランスをとるものである。
【００２２】
１３はケーシング１内で駆動軸９に旋回可能に設けられた旋回スクロールで、該旋回スクロール１３は、円板状に形成された鏡板１３Ａと、該鏡板１３Ａの表面に立設された渦巻状のラップ部１３Ｂとによって大略構成されている。また、旋回スクロール１３の鏡板１３Ａには、図２に示すようにその背面中央に位置してボス部１３Ｃが突設され、該ボス部１３Ｃは旋回軸受１４を介して駆動軸９のクランク９Ａに回転可能に取付けられている。さらに、旋回スクロール１３の鏡板１３Ａ外周側には固定スクロール５との間を液密にシールするリップシール１５が装着されている。
【００２３】
そして、旋回スクロール１３は、固定スクロール５のラップ部５Ｂに対し例えば１８０度だけずらして重なり合うように配設され、両者のラップ部５Ｂ，１３Ｂ間には複数の圧縮室１６，１６…が画成される。そして、スクロール式空気圧縮機の運転時には、固定スクロール５の外周側に設けた吸込口（図示せず）から外周側の圧縮室１６内に空気を吸込みつつ、この空気を旋回スクロール１３が駆動軸９によって旋回運動する間に各圧縮室１６内で順次圧縮し、最後に中心側の圧縮室１６から固定スクロール５の中心に設けた吐出口１７を介して外部に圧縮空気を吐出する。
【００２４】
１８はスラスト受４と旋回スクロール１３との摺接面間に設けられた給油ポンプで、該給油ポンプ１８は、例えば本出願人が先に出願した特開２０００−２４９０８７号公報に記載された給油ポンプとほぼ同様に構成されている。そして、この給油ポンプ１８は、旋回スクロール１３と一体に動くことにより油槽３内の油液を吸込通路１９を通じて吸込みつつ、この油液を吐出通路２０を通じて冷却、潤滑を必要とする部位、例えばスラスト受４と旋回スクロールとの摺接面間、旋回軸受１４等に供給するものである。
【００２５】
２１はケーシング１の外側に位置して駆動軸９の基端側（前端側）に設けられた冷却ファンで、該冷却ファン２１は、駆動軸９と一体に回転することにより冷却風を発生させ、この冷却風を後述のケーシング側ダクト２２，２３から固定スクロール側ダクト２５，２６に向けて送風するものである。
【００２６】
２２，２３はケーシング１、冷却ファン２１等を外側から覆うように設けられた上，下のケーシング側ダクトで、上側のケーシング側ダクト２２は、前面部２２Ａと、該前面部２２Ａの上端から後方に延びた上面部２２Ｂとを有している。また、下側のケーシング側ダクト２３は、前面部２３Ａと、該前面部２３Ａの下端から後方に延びた下面部２３Ｂとを有している。そして、ケーシング側ダクト２２，２３の前面部２２Ａ，２３Ｂ間には冷却風流入口２４が開口して設けられ、冷却ファン２１からの冷却風を図１中に示す矢示Ａ，Ｂ方向へとケーシング側ダクト２２，２３内に向けてそれぞれ流通させる構成となっている。
【００２７】
２５，２６は固定スクロール５の背面５Ａ1側等を外側から覆うように設けられたダクトカバーとなる上，下の固定スクロール側ダクトで、該上側の固定スクロール側ダクト２５は、上面部２５Ａと、該上面部２５Ａの後端から下向きに延びた後面部２５Ｂとを有している。また、下側の固定スクロール側ダクト２６は、下面部２６Ａと、該下面部２６Ａの後端から上向きに延びた後面部２６Ｂとを有している。そして、固定スクロール側ダクト２５，２６の後面部２５Ｂ，２６Ｂ間には冷却風流出口２７が開口して設けられている。
【００２８】
２８，２８，…は固定スクロール５の放熱フィン５Ｆ上側に位置して、固定スクロール側ダクト２５内に設けられた複数の上側冷却風通路で、該上側冷却風通路２８は、固定スクロール５の放熱フィン５Ｅと固定スクロール側ダクト２５の後面部２５Ｂとの間に形成され、冷却風を図３中に示す矢示Ｃ方向へと下向きに流通させるものである。
【００２９】
２９，２９，…は上側冷却風通路２８の途中に位置して固定スクロール側ダクト２５の後面部２５Ｂに設けられたガイド部材としての複数の上側のガイド突起で、該ガイド突起２９は、略台形状の平板材を用いて形成され、固定スクロール側ダクト２５の後面部２５Ｂに左，右に間隔をおいて固着されている。
【００３０】
また、ガイド突起２９は、図５に示すように固定スクロール５の各放熱フィン５Ｅ間に例えば約１ｍｍ程度の微小隙間Ｓをもって配設されている。そして、ガイド突起２９は、上側冷却風通路２８内を固定スクロール側ダクト２５の後面部２５Ｂから固定スクロール５の鏡板５Ａ背面５Ａ1側に向けて突出した板状突起として構成されている。即ち、ガイド突起２９の先端は、放熱フィン５Ｅの先端よりも固定スクロール５の背面５Ａ1から近い位置に配置されている。
【００３１】
このため、図２に示すように固定スクロール側ダクト２５内を矢示Ａ方向へと流れた冷却風は、上側冷却風通路２８内でガイド突起２９と当たることにより、矢示Ｃ方向へと固定スクロール５の鏡板５Ａ背面５Ａ1に向けて導かれるようになる。そして、矢示Ｃ方向に流れた冷却風は冷却風流出口２７から外部に流出される。
【００３２】
３０，３０，…は固定スクロール５の放熱フィン５Ｆ下側に位置して、固定スクロール側ダクト２６内に設けられた複数の下側冷却風通路で、該下側冷却風通路３０は、固定スクロール５の放熱フィン５Ｅと固定スクロール側ダクト２６の後面部２６Ｂとの間に形成され、冷却風を図３中に示す矢示Ｄ方向へと上向きに流通させるものである。
【００３３】
３１，３１，…は下側冷却風通路３０の途中に位置して固定スクロール側ダクト２６の後面部２６Ｂに設けられたガイド部材としての複数の下側のガイド突起で、該ガイド突起３１についても、ガイド突起２９とほぼ同様に略台形状の平板材を用いて形成され、固定スクロール側ダクト２６の後面部２６Ｂに左，右に間隔をおいて固着されている。そして、ガイド突起３１は、下側冷却風通路３０内を固定スクロール側ダクト２６の後面部２６Ｂから固定スクロール５の鏡板５Ａ背面５Ａ1側に向けて突出した板状突起として構成されている。
【００３４】
このため、図２に示すように固定スクロール側ダクト２６内を矢示Ｂ方向へと流れた冷却風は、下側冷却風通路３０内でガイド突起３１と当たることにより、矢示Ｄ方向へと固定スクロール５の鏡板５Ａ背面５Ａ1に向けて導かれるようになる。そして、矢示Ｄ方向に流れた冷却風は冷却風流出口２７から外部に流出される。
【００３５】
なお、３２，３３は駆動軸９のクランク９Ａ，バランスウエイト１２にそれぞれ設けられた戻し通路で、該戻し通路３２，３３は、給油ポンプ１８から旋回スクロール１３のボス部１３Ｃ内に吐出された油液の一部をケーシング１内に吐出し、油槽３内に戻すものである。
【００３６】
本実施の形態によるスクロール式空気圧縮機は上述の如き構成を有するもので、次に、その作動について説明する。
【００３７】
まず、電動モータ６により駆動軸９を回転させ、旋回スクロール１３を旋回させると、固定スクロール５のラップ部５Ｂと旋回スクロール１３のラップ部１３Ｂとの間に画成された圧縮室１６，１６，…が連続的に縮小する。これにより、固定スクロール５の吸込口から吸込んだ外気を各圧縮室１６で順次圧縮しつつ、この圧縮空気を吐出口１７から外部の空気タンク(図示せず)等に貯留させる。
【００３８】
また、運転時には給油ポンプ１８が駆動されことにより、油槽３内の油液は、吸込通路１９を通じて給油ポンプ１８内に吸込まれつつ、吐出通路２０からスラスト受４と旋回スクロール１３との摺接面間、旋回軸受１４等の各給油部位に供給される。そして、これらの給油部位を潤滑、冷却した油液は戻し通路３２，３３を通じて油槽３内に戻される。
【００３９】
次に、運転時における当該スクロール式空気圧縮機の冷却作用について説明するに、まず、冷却ファン２１が駆動軸９と一体に回転することにより、図１に示すように、冷却風は冷却風流入口２４からケーシング側ダクト２２内を矢示Ａ方向へと流れ、この間に電動モータ６等を外側から冷却する。また、冷却ファン２１からの冷却風は、図１に示すようにケーシング側ダクト２３内を矢示Ｂ方向にも流れ、この間に油槽３等を外側から冷却する。そして、ケーシング側ダクト２２，２３内の冷却風は、それぞれ固定スクロール側ダクト２５内の上側冷却風通路２８，固定スクロール側ダクト２６内の下側冷却風通路３０を流れ、固定スクロール５等を背面５Ａ1側から冷却する。
【００４０】
ところで、固定スクロール５は、圧縮空気が吐出される吐出口１７の近傍となる中央側が外周側に比べて特に高温となるため、固定スクロール５の中央側を効率よく冷却する必要がある。
【００４１】
そこで、本実施の形態では、固定スクロール側ダクト２５には上側冷却風通路２８の途中に位置してガイド突起２９を設けると共に、固定スクロール側ダクト２６にも下側冷却風通路３０の途中に位置してガイド突起３１を設ける構成としている。
【００４２】
このため、図２に示すように固定スクロール側ダクト２５内を矢示Ａ方向へと流れる冷却風は、上側冷却風通路２８の途中でガイド突起２９と当たることにより乱流状態となり、これにより冷却風を矢示Ｃ方向へと固定スクロール５の背面５Ａ1中央側に向けて円滑に導いて、冷却風流出口２７から外部に流出させることができる。
【００４３】
また、固定スクロール側ダクト２６内を矢示Ｂ方向へと流れる冷却風についても、下側冷却風通路３０の途中でガイド突起３１と当たることにより、矢示Ｄ方向へと固定スクロール５の背面５Ａ1中央に向けて円滑に導いて、冷却風流出口２７から外部に流出させることができる。
【００４４】
かくして、本実施の形態では、固定スクロール側ダクト２５，２６内の冷却風を、ガイド突起２９，３１により固定スクロール５の背面５Ａ1中央部分に向けて直接送風することができ、固定スクロール５の鏡板５Ａを背面５Ａ1側から効率的に冷却してその温度低減化を図ることができる。
【００４５】
また、ガイド突起２９，３１は固定スクロール５の各放熱フィン５Ｅ間に微小隙間Ｓをもって配置し、これらガイド突起２９，３１を放熱フィン５Ｅと非接触の状態に配置する構成としたので、運転時に生じる固定スクロール５側の振動がガイド突起２９，３１を介して固定スクロール側ダクト２５，２６に直接伝わるのを防止でき、当該スクロール式空気圧縮機の低騒音化を図ることができる。
【００４６】
なお、実施の形態では、スクロール式流体機械としてスクロール式空気圧縮機を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば冷媒圧縮機等にも広く適用できるものである。
【００４７】
【発明の効果】
以上詳述した如く、請求項１に記載の発明によれば、固定スクロールの背面側にはダクトカバーを設け、このダクトカバーには冷却風通路内を流れる冷却風を固定スクロールの背面側に向けて導くガイド部材を設ける構成としたので、運転時にはガイド部材により冷却風通路を流れる冷却風を固定スクロールの背面のうち最も温度の高くなる中央部分に向けて円滑に導くことができ、固定スクロールを背面側から効率的に冷却して、その温度低減化を図ることができる。
【００４８】
また、請求項１の発明は、固定スクロールの背面側にはダクトカバー内を冷却風の流れに沿って延びる複数の放熱フィンを設け、ガイド部材を各放熱フィン間に配置する構成としたので、ダクトカバー内の冷却風を各放熱フィン間に沿って流通できると共に、この冷却風をガイド部材により固定スクロールの背面側に導くことができ、これにより固定スクロールの背面側をより効率的に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるスクロール式空気圧縮機を示す縦断面図である。
【図２】図１中の固定スクロール、固定スクロール側ダクトおよびガイド突起等を拡大して示す部分拡大断面図である。
【図３】固定スクロールを固定スクロール側ダクトを取外した状態で図２中の矢示III−III方向からみた断面図である。
【図４】固定スクロールを固定スクロール側ダクトを取付けた状態で図３中の矢示IV−IV方向からみた拡大断面図である。
【図５】図４中の放熱フィン、ガイド突起等を拡大して示す要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１ケーシング
５固定スクロール
５Ａ，１３Ａ鏡板
５Ａ1 背面
５Ｅ，５Ｆ放熱フィン
９駆動軸
１３旋回スクロール
１６圧縮室
２５，２６固定スクロール側ダクト（ダクトカバー）
２８上側冷却風通路
２９，３１ガイド突起
３０下側冷却風通路

Claims

ケーシングと、該ケーシングに設けられた固定スクロールと、前記ケーシングに回転可能に設けられた駆動軸と、前記ケーシング内で該駆動軸の先端側に旋回可能に設けられ前記固定スクロールとの間に複数の圧縮室を画成する旋回スクロールとを備えてなるスクロール式流体機械において、
前記固定スクロールの背面側には、当該背面側との間で冷却風通路を形成するダクトカバーと、前記ダクトカバー内を冷却風の流れに沿って延びる複数の放熱フィンとを設け、
該ダクトカバーには、前記冷却風通路内を流れる冷却風を固定スクロールの背面側に向けて導くガイド部材を前記各放熱フィン間に設け、
前記ガイド部材の先端は、前記放熱フィンの先端よりも前記固定スクロールの背面から近い位置に配置される構成としたことを特徴とするスクロール式流体機械。