JP4804927B2

JP4804927B2 - スクリュ圧縮機

Info

Publication number: JP4804927B2
Application number: JP2006008685A
Authority: JP
Inventors: 孝平藤田; 昌義松村
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2006-01-17
Filing date: 2006-01-17
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2026-01-17
Also published as: JP2007192046A

Description

本発明は、スクリュ圧縮機、特にオイルフリースクリュ圧縮機のスクリュロータの冷却構造に関する。

従来、特許文献１〜４に示すような、互いに噛合する雌雄一対のスクリュロータのうちの一方のスクリュロータのロータ軸（通常は雄ロータ軸）と、該ロータ軸を駆動するモータ軸とを一体に形成したスクリュ圧縮機が公知である。このスクリュ圧縮機では、ロータ軸とモータ軸が一体であるため、モータロータの発熱で発生した熱がモータ軸及びロータ軸を介してスクリュロータに伝わり、スクリュロータが発熱する。また圧縮仕事によるスクリュロータ自身の発熱も生じる。これにより、スクリュロータが熱変形し、雌雄一対のスクリュロータ同士、スクリュロータとケーシングが接触し、最も深刻な場合には圧縮機が故障する。また、圧縮スクリュロータの発熱により、圧縮すべき空気が加熱され、性能が低下する。さらに、モータロータの発熱により永久磁石の磁力が弱くなる（減磁）現象が生じる。

そこで、特許文献２では、モータケーシングの外周を包囲する冷却ジャケットを設けてモータを液冷するものが提案されているが、この冷却ジャケットでは、モータロータの冷却には有効でない。

また、スクリュロータ軸とモータ軸が直結していないスクリュ圧縮機では、スクリュロータ軸を中空にし、その中空部分に油を供給してスクリュロータを冷却することも実施されている。しかし、この方法は、スクリュロータ軸とモータ軸が直結した高速スクリュ圧縮機では、軸が長くて中空軸とする加工が困難であるため、採用することができない。また、スクリュロータ軸とモータ軸が一体になった軸は、熱が逃げにくいという問題があった。
特開２００２−１２２０８４号公報特開２００４−３４３８５７号公報特開２００２−２３５６８５号公報特許第３６６８６１６号公報

本発明は、スクリュロータやモータの発熱を抑え、スクリュロータの熱変形によるスクリュロータ同士、スクリュロータとケーシングの接触を防止することができるとともに、モータの減磁現象を防止することができるスクリュ圧縮機を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明は、互いに噛合する雌雄一対のスクリュロータのロータ軸と前記スクリュロータを駆動するモータのロータ軸を一体にしてなるスクリュ圧縮機において、前記ロータ軸の軸端に軸中心上に穴を穿設し、該穴にヒートパイプを挿入し、該ヒートパイプの凝縮部を前記ロータ軸の軸受に近接させ、該軸受に供給する冷却油で冷却するようにした。

このスクリュ圧縮機では、スクリュロータやモータで発生した熱は、ロータ軸を介してヒートパイプの蒸発部に入熱され、ヒートパイプ内に封入された作動液体を蒸発させる。蒸発した作動液体はロータ軸の軸端に位置するヒートパイプに凝縮部に移動し、ここで凝縮部の周囲の油に放熱し、凝縮する。凝縮した作動液体は蒸発部に環流し、この動作を繰り返す。このように、スクリュロータやモータで発生した熱は、ヒートパイプを介してロータの軸端に移動し、油を介して放熱される。
また、前記ヒートパイプの凝縮部を前記ロータ軸の軸受に近接させ、該軸受に供給する冷却油で冷却するので、ヒートパイプの凝縮部の冷却に軸受け用の冷却油を利用することができ、別個のヒートパイプ凝縮部冷却用の油を供給する必要がなく、構造が簡単となる。

前記ヒートパイプの蒸発部を前記スクリュロータ内に位置させると、スクリュロータで発生する熱をヒートパイプに入熱することができる。

前記ヒートパイプの蒸発部を前記モータロータ内に位置させると、モータロータで発生する熱をヒートパイプに入熱することができる。

前記ヒートパイプの凝縮部側端部にフランジを設け、該フランジをスクリュロータの軸端に固定することが好ましい。このようにすると、ヒートパイプの作動流体から受ける熱がフランジを介して油に効率よく放熱される。

本発明によれば、スクリュロータやモータで発生した熱がヒートパイプを介してロータの軸端に移動し、油を介して放熱されるので、スクリュロータやモータの発熱を抑えることができ、スクリュロータの熱変形によるスクリュロータ同士、スクリュロータとケーシングの接触を防止することができるとともに、モータの減磁現象を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。

図１は本発明の第１実施形態にかかるスクリュ圧縮機１を示す。このスクリュ圧縮機１はオイルフリー圧縮機で、互いに噛合する１対の雄ロータ２ａと雌ロータ２ｂからなるスクリュロータ２がロータケーシング３に収容されている。ロータケーシング３の一端はカバー４で閉塞され、ロータケーシング３の他端には、ロータ（回転子）５とステータ（固定子）６からなるモータ７を収容するモータケーシング８が取り付けられている。モータケーシング８の端部もカバー９で閉塞されている。スクリュロータ２の雄ロータ２ａとモータ７のロータ５は、一体に形成されたロータ軸１０を有し、軸を共有している。ロータ軸１０のスクリュロータ側端部は、ロータ側ころがり軸受１１によりロータケーシング３に支持され、ロータ軸１０のスクリュロータ２とモータ７の中間部は中間ころがり軸受け１２によりロータケーシング３に支持され、さらにロータ軸１０のモータ側端部はモータ側ころがり軸受け１３によりモータケーシング８に支持されている。雌ロータ２ｂのロータ軸１４の両端はころがり軸受け１５，１６によりロータケーシング３に支持されている。雄ロータ２ａの軸端と雌ロータ２ｂの軸端にはそれぞれタイミングギヤ１７，１８が固着され、該タイミングギヤ１７，１８は互いに噛合している。ロータケーシング３には、図示しないガスの吸込口と吐出口が形成されている。また、ロータケーシング３とモータケーシング８には、各ころがり軸受１１，１２，１３、１５，１６を冷却する油を供給する油供給口２１，２２，２３が形成されている。

雄ロータ２ａのロータ軸１０の両端には、軸中心上に穴２４ａ，２４ｂが形成され、雌ロータ２ｂのロータ軸１４の両端にも軸中心上に穴２５ａ，２５ｂが形成されている。雄ロータ２ａの反モータ側の穴２４ａは、雄ロータ２ａの吐出部近辺まで延び、モータ側の穴２４ｂは、モータ７のロータ５を突き抜けた近辺にまで延びている。雌ロータ２ｂの反モータ側の穴２５ａは、雌ロータ２ｂの吐出部近辺まで延び、モータ側の穴２５ｂは、雌ロータ２ａの近傍まで延びている。各ロータ軸１０，１４の穴２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂには、それぞれヒートパイプ２６が挿入されている。ヒートパイプ２６は、例えば管体の内壁にワイヤやメッシュからなるウィックを設けて内部に作動液体を封入したものを使用することができる。各ヒートパイプ２６は、一端の凝縮部２６ｂがロータ軸１０，１４の軸端に位置している。ヒートパイプ２６の端部にはフランジ２７が取り付けられ、該フランジ２７はロータ軸１０，１４の軸端に固定することで、ヒートパイプ２６は、ロータ軸１０，１４に一体に回転するように取り付けられている。

なお、ヒートパイプ２６は、フランジ２７による取り付けに限るものではなく、接着やねじによって取り付けたり、穴２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂをカバーで閉じてヒートパイプ２６が脱落しないようにする等、種々の方法で取り付けることができる。

以上の構成からなるスクリュ圧縮機１では、モータ７の駆動によりロータ軸１０を介して雄ロータ２ａが回転し、さらにタイミングギヤ１７，１８を介して雌ロータ２ｂが回転する。雌雄のロータ２ａ，２ｂの回転により、図示しない吸込口から雌雄ロータ２ａ，２ｂの閉込空間に吸い込まれたガスが圧縮され、図示しない吐出口から吐出される。

雌雄のロータ２ａ，２ｂの圧縮仕事により特に吐出部（スクリュロータ２のモータ７から遠い側の部分）で生じる熱は、図２に示すように、ヒートパイプ２６の蒸発部２６ａに入熱され、ヒートパイプ２６内に封入された作動液体を蒸発させる。蒸発した作動液体はロータ軸１０の軸端に位置するヒートパイプ２６の凝縮部２６ｂに移動し、ここで凝縮部２６ｂの周囲の軸受け冷却用の油に放熱し、凝縮する。凝縮した作動液体は蒸発部２６ａに戻り、この動作を繰り返す。同様に、モータ７のロータ５で発生する熱は、ヒートパイプ２６の蒸発部２６ａに入熱され、ヒートパイプ２６内に封入された作動液体を蒸発させる。蒸発した作動液体はロータ軸１０の軸端に位置するヒートパイプ２６の凝縮部２６ｂに移動し、ここで凝縮部２６ｂの周囲の軸受け冷却用の油に放熱し、凝縮する。凝縮した作動液体は蒸発部２６ａに戻り、この動作を繰り返す。雌ロータ２ｂのロータ軸１４のモータ側の穴２５ｂに設けたヒートパイプ２６は、軸受１６で発生する熱を放熱することができる。

このように、スクリュロータ２で発生した熱、及びモータ７で発生した熱は、ヒートパイプ２６を介してロータ軸１０の軸端に移動し、油を介して放熱されるので、スクリュロータ２の発熱を抑えることができ、モータ７のロータ５発熱がスクリュロータ２に伝わるのを有効に防止することができる。

これにより、オイルフリー圧縮機において圧縮行程に冷却剤を使用することなくスクリュロータ２の冷却をすることができる。そして、スクリュロータ２の変形による雌雄ロータ２ａ，２ｂの接触を防止することができ、スクリュロータ同士、スクリュロータとケーシングの接触を防止することができる。また、モータ７のロータ５の発熱を抑えることができ、減磁現象を防止することができる。また、圧縮ガス自体の温度上昇も抑えることができ、圧縮機としての性能低下を防止することができる。

図３は、本発明の第２実施形態にかかるスクリュ圧縮機１’を示す。このスクリュ圧縮機１’は、雄ロータ２ａのロータ軸１０に前記第１実施形態と同様にヒートパイプ２６を設け、雌ロータ２ｂのロータ軸１４’は長さが短いので、ヒートパイプ２６を設けないかわりに、貫通穴２８を有する中空軸とし、カバー４からチューブ２９を介して内部に雌ロータ２ｂの冷却用油を流通させるようにしたものであり、その他の構造は第１実施例と同様であるため、同一符号を附して説明を省略する。

この第２実施形態においても、モータ７のロータ５で発生した熱、及び雄ロータ２ａで発生した熱は、ヒートパイプ２６を介してロータ軸１０の軸端に移動し、油を介して放熱される。また、雌ロータ２ｂで発生した熱は、ロータ軸１４’の貫通穴２８内の油を介して直接放熱される。このため、第２実施形態においても、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。

本発明の第１実施形態にかかるスクリュ圧縮機の断面図。スクリュロータからの熱の移動を示す図。本発明の第２実施形態にかかるスクリュ圧縮機の断面図。

符号の説明

１，１’ スクリュ圧縮機
２スクリュロータ
２ａ雄ロータ
２ｂ雌ロータ
５ロータ
７モータ
１０，１４ロータ軸
２４ａ，２４ｂ穴
２５ａ，２５ｂ穴
２６ヒートパイプ
２７フランジ

Claims

互いに噛合する雌雄一対のスクリュロータのロータ軸と前記スクリュロータを駆動するモータのロータ軸を一体にしてなるスクリュ圧縮機において、前記ロータ軸の軸端に軸中心上に穴を穿設し、該穴にヒートパイプを挿入し、該ヒートパイプの凝縮部を前記ロータ軸の軸受に近接させ、該軸受に供給する冷却油で冷却することを特徴とするスクリュ圧縮機。
前記ヒートパイプの蒸発部を前記スクリュロータ内に位置させたことを特徴とする請求項１に記載のスクリュ圧縮機。
前記ヒートパイプの蒸発部を前記モータロータ内に位置させたことを特徴とする請求項１に記載のスクリュ圧縮機。
前記ヒートパイプの凝縮部側端部にフランジを設け、該フランジをスクリュロータの軸端に固定したことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のスクリュ圧縮機。