JP5197141B2 - ２段スクリュ圧縮機および冷凍装置 - Google Patents

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Description

本発明は、２段スクリュ圧縮機および冷凍装置に関する。
特許文献１には、１段目の圧縮機の吐出と２段目の圧縮機の吸込とを接続する流路を形成する箱体を有し、箱体の中に、１段目および２段目の圧縮機のロータ軸を駆動する歯車を収容した２段スクリュ圧縮機が記載されている。このスクリュ圧縮機では、１段目および２段目の圧縮機のロータ軸を駆動する歯車を駆動する駆動軸が箱体を貫通しており、この駆動軸の貫通部にメカニカルシールを配設することで、圧縮流体を封止している。
しかしながら、回転軸の完全な軸封は容易ではなく、例えば、アンモニアなどの毒性のある冷媒を圧縮する場合、上記メカニカルシールだけでは、冷媒を完全に封止することができず、冷媒の漏れが発生するという問題があった。
特開２００７−４０２９４号公報
前記問題点に鑑みて、本発明は、圧縮する流体の漏出を完全に防止できる２段スクリュ圧縮機、および、冷媒が漏出しない冷凍装置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、本発明による２段スクリュ圧縮機は、流体を圧縮する第１段圧縮機と、前記第１段圧縮機で圧縮された流体をさらに圧縮する第２段圧縮機と、前記第１段圧縮機および前記第２段圧縮機を駆動するモータと、前記第１段圧縮機の吐出口と前記第２段圧縮機の吸込口とを結ぶ流路となり、且つ、前記モータから前記第１段圧縮機および前記第２圧縮機に回転力を伝達する伝動機構を収容する接続空間を形成する箱体とを有し、接続空間を前記モータのケーシングで封止し、前記モータは、前記ケーシングの外側に、ジャケットを有し、前記ジャケットは、外部から前記流体を導入可能なモータ流路を備え、前記接続空間と連通するものとする。
この構成によれば、第１段圧縮機のロータ軸、第２段圧縮機のロータ軸、および、モータの軸を、第１段圧縮機のケーシング、第２段圧縮機のケーシング、箱体、および、モータのケーシングの内部に密閉することができ、外部に対して回転軸を軸封する必要がない。このため、圧縮する流体が外部に漏出しない。また、ジャケットを有するので、圧縮する流体以外の冷却媒体を使用してモータを冷却することもでき、モータを冷却する流体が固定子や回転子に直接接することがないので、モータを冷やしすぎず、流体の噴射に伴う回転子の振動を誘発することもない。
また、本発明の２段スクリュ圧縮機において、前記接続空間と前記モータの内部空間とを連通させてもよい。
この構成によれば、モータの内部空間と接続空間との圧力差をなくすことができ、モータの軸受を流体が吹き抜けてグリスを流出させることがない。また、圧縮する流体でモータの内部を冷却することもできる。
また、本発明による冷凍装置の第１の態様は、上記２段スクリュ圧縮機のいずれか、凝縮器、膨張弁および蒸発器を介設した循環流路を有するものとする。
この構成によれば、冷凍装置において、外部に回転軸が突出しないので、外部に対して軸封が不要である。このため、冷媒が外部に漏出しない。
また、本発明による冷凍装置の第２の態様は、上記モータ流路を備える２段スクリュ圧縮機のいずれか、凝縮器、膨張弁および蒸発器を介設した循環流路と、前記凝縮器の下流側の前記流体の一部を前記モータ流路に導入する冷却流路とを有するものとする。
この構成によれば、冷媒を外部に漏出させず、モータを冷却して、適切な運転状態を維持できる。
また、本発明による冷凍装置の第３の態様は、２段スクリュ圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器を介設した循環流路を有する冷凍装置であって、前記２段スクリュ圧縮機は、流体を圧縮する第１段圧縮機と、前記第１段圧縮機で圧縮された流体をさらに圧縮する第２段圧縮機と、前記第１段圧縮機および前記第２段圧縮機を駆動するモータと、前記第１段圧縮機の吐出口と前記第２段圧縮機の吸込口とを結ぶ流路となり、且つ、前記モータから前記第１段圧縮機および前記第２圧縮機に回転力を伝達する伝動機構を収容する接続空間を形成する箱体とを有し、接続空間は前記モータのケーシングで封止され、前記接続空間と前記モータの内部空間とが連通し、前記モータの内部空間に前記流体を導入するモータ流路を備え、当該冷凍装置は、前記凝縮器の下流側の前記流体の一部を前記モータ流路に導入する冷却流路を有するものとする。
この構成によっても、冷媒を外部に漏出させず、モータを冷却して、適切な運転状態を維持できる。
本発明によれば、２段スクリュ圧縮機において、第１段圧縮機の吐出口と第２段圧縮機の吸込口とを結ぶ流路と、第１段圧縮機および第２段圧縮機の軸とモータの軸とを接続する伝動機構を収容する空間とを兼ね接続空間を設けたことで、第１段圧縮機、第２段圧縮機およびモータのすべての軸が外部に露出しない密閉構造とすることができた。これにより、完全な軸封が困難であることに起因する圧縮する流体の漏出がない２段スクリュ圧縮機を提供できる。
これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１に、本発明の第１実施形態の２段スクリュ圧縮機１の断面を示す。２段スクリュ圧縮機１は、流体を圧縮する第１段圧縮機２と、第２段圧縮機２が圧縮した流体をさらに圧縮する第２段圧縮機３と、第１段圧縮機２および第２段圧縮機３を駆動するモータ４とを有する。
第１段圧縮機２は、第２段圧縮機３と共有する共通ケーシング５に形成されたロータ室６に、ロータ軸７を有するスクリュロータ８を回転可能に収容している。共通ケーシング５には、ロータ室６に流体を吸い込むために管路とフランジ接続可能な吸込流路９が形成されている。一方、ロータ室６から流体を吐出する吐出流路１０は大きく開放されている。また、ロータ軸７の吐出側の端部には、ロータ軸７を回転駆動するためのピニオンギア１１が設けられている。
第２段圧縮機３は、共通ケーシング５に形成されたロータ室１２に、ロータ軸１３を有するスクリュロータ１４を収容するが、そのスクリュロータ１４は、第１段圧縮機２のスクリュロータ８とは、流体を圧縮する向きが逆である。そして、第２段圧縮機３は、共通ケーシング５に、ロータ室１２から圧縮された流体を吐出するためにフランジ接続可能な吐出流路１５が形成され、ロータ室１２に流体を吸い込む吸込流路１６は、第１段圧縮機２の吐出流路１０と同じ側に開放されている。また、ロータ軸１３の吸込側の端部には、第１段圧縮機２のロータ軸７の吐出側の端部と同様に、ロータ軸１３を回転駆動するためのピニオンギア１７が設けられている。
共通ケーシング５は、第１段圧縮機２の吸込側の端部および第２段圧縮機３の吐出側の端部が、キャップ１８および１９によって、それぞれ封止されている。また、共通ケーシング５は、第１段圧縮機２の吐出側の端部と第２段圧縮機３の吸込側とが一体となっており、大きく開放されている。
モータ４は、ケーシング２０の中に固定子２１および回転子２２を収容し、端面板２３で封止されている。また、モータ４は、回転子２２の軸２４が端面板２３を貫通して突出し、端面板２３に保持された軸受２５に回転可能に支持されている。さらに、モータ４の軸２４には、第１圧縮機２のピニオンギア１１および第２圧縮機３のピニオンギア１７と咬合し、ロータ軸７および１３を回転駆動するためのブルギア２６が取り付けられている。
２段スクリュ圧縮機１は、さらに、共通ケーシング５の開放端に接続され、共通ケーシング５とともに、第１段圧縮機２の吐出流路１０と第２段圧出機３の吸込流路１６とを接続する流路となる接続空間２７を形成する箱体２８を有する。接続空間２７は、第１圧縮機２のピニオンギア１１、第２圧縮機３のピニオンギア１７、および、モータ３のブルギア２６、つまり、モータ４から第１圧縮機２および第２圧縮機に回転力を伝達する伝動機構を収容している。
箱体２８には、ブルギア２６を挿入可能な開口２９が設けられているが、この開口２９は、モータ４のケーシング２０によって封止されている。また、モータ４の端面板２３には、モータ４の内部空間を接続空間２７に連通させる接続孔３０が設けられている。さらに、モータ４のケーシング２０には、その内部空間に２段スクリュ圧縮機１で圧縮されるものと同じ流体を導入可能とするために、ノズル状のモータ流路３１が設けられている。
２段スクリュ圧縮機１では、回転する軸が一切外部に露出しない。このため、圧縮する流体を内部に封止するために、動的なシールが必要なく、パッキンやガスケットのような静的なシールのみによって流体の漏出を確実に防止できる。
また、接続孔３０を設けたことよって、２段スクリュ圧縮機１の運転状態により接続空間２７とモータ４の内部空間との間に圧力差が生じることがなく、流体が軸受２５の内部を吹き抜けて、軸受２５のグリスや潤滑油を流出させ、軸受２５の損耗を早めることがない。さらに、モータ４の内部で発生した熱を内部空間に流入した流体によって奪い、第２圧縮機３から外部に放出することで、モータ４の過熱を防止できる。また、必要であれば、モータ流路３１から低温の流体を導入することで、モータ４の過熱をより効率的に防止できる。
図２に、前記第１実施形態の２段スクリュ圧縮機１を使用する冷凍装置４１を示す。冷凍装置４１は、２段スクリュ圧縮機１と、油分離器４２と、凝縮器４３と、膨張弁４４と、蒸発器４５とを介設し、冷媒を循環させる循環流路４６を有し、さらに、循環流路４６の凝縮器４３の下流側から冷媒の一部を、膨張弁４７を介して、２段スクリュ圧縮機１のモータ流路３１に導入する冷却流路４８を有する。
本実施形態では、冷媒の漏れがなく、２段スクリュ圧縮機１のモータを冷却して効率よく運転することができる。また、モータ流路３１から導入された冷媒は、モータ４を冷却した後、接続孔３０を通過し、第２圧縮機３の吸込流路１６に吸い込まれる。このため、第１圧縮機２の吸込流路９から吸い込まれる流体（冷媒）の重量流量を低下させることがないので、蒸発器４５を通過する冷媒の量を十分な量とすることができ、冷凍装置４１の冷凍能力を十分に発揮することができる。
図３に、本発明の第２実施形態の２段スクリュ圧縮機１ａを示す。以降の説明において、先に説明したものと同じ構成要素には、同じ符号を付して重複する説明を省略する。本実施形態では、モータ４は、ジャケット５１を有し、このジャケット５１に圧縮する流体を導入するモータ流路５２が設けられ、ケーシング２０にジャケット５１と接続空間２７とを連通させる連通孔５３が設けられている。また、モータ４の端面板は、箱体２８と一体であり、モータ４は、ケーシング２０を箱体２８に接続することで、初めて、回転力を発生させるようになる。
本実施形態では、モータ４の固定子２１および回転子２２を間接的に冷却するので、モータ４を冷やしすぎない。また、本実施形態の２段スクリュ圧縮機１ａも、冷媒などの圧縮する流体が外部に漏出しない。また、モータ４の回転子２２などに、直接、流体が噴射されることがないため、流体の噴射に伴うモータ４の振動を誘発しない。
さらに、図４に、本発明の第３実施形態の２段スクリュ圧縮機１ｂを示す。本実施形態では、連通孔５３が設けられておらず、ジャケット５１が接続空間２７と隔離されている。そして、ジャケット５１は、モータ流路５２から導入された流体の流出口となる流出流路５４を有する。
本実施形態では、２段スクリュ圧縮機１ｂで圧縮する流体と異なる流体をジャケット５１に導入し、モータ４を冷却することができる。もちろん、２段スクリュ圧縮機１ｂで圧縮する流体をジャケット５１に導入し、流出流路５４から流出した流体を２段スクリュ圧縮機１ｂの吸込流路９に供給してもよい。
また、本発明において、接続空間２７を形成するための箱体２８は、第１段圧縮機２および／または第２段圧縮機３のケーシング５と一体に形成されてもよい。
本発明の第１実施形態の２段スクリュ圧縮機の断面図。 図１の２段スクリュ圧縮機を有する冷凍装置の概略図。 本発明の第２実施形態の２段スクリュ圧縮機の断面図。 本発明の第３実施形態の２段スクリュ圧縮機の断面図。
符号の説明
１…２段スクリュ圧縮機
２…第１段圧縮機
３…第２段圧縮機
４…モータ
５…共通ケーシング
１０…（第１段圧縮機）吐出口
１１…ピニオンギア
１６…（第２段圧縮機）吸込口
１７…ピニオンギア
２０…（モータ）ケーシング
２５…（モータ）軸
２６…ブルギア
２７…接続空間
２８…箱体
２９…（箱体）開口
３０…接続孔
３１…モータ流路
４３…凝縮器
４４…膨張弁
４５…蒸発器
４６…循環流路
４７…膨張弁
４８…冷却流路
５１…ジャケット
５２…モータ流路
５３…連通孔

Claims (5)

  1. 流体を圧縮する第１段圧縮機と、
    前記第１段圧縮機で圧縮された流体をさらに圧縮する第２段圧縮機と、
    前記第１段圧縮機および前記第２段圧縮機を駆動するモータと、
    前記第１段圧縮機の吐出口と前記第２段圧縮機の吸込口とを結ぶ流路となり、且つ、前記モータから前記第１段圧縮機および前記第２圧縮機に回転力を伝達する伝動機構を収容する接続空間を形成する箱体とを有し、
    接続空間を前記モータのケーシングで封止し、
    前記モータは、前記ケーシングの外側に、ジャケットを有し、
    前記ジャケットは、外部から前記流体を導入可能なモータ流路を備え、前記接続空間と連通することを特徴とする２段スクリュ圧縮機。
  2. 前記接続空間と前記モータの内部空間とを連通させたことを特徴とする請求項１に記載の２段スクリュ圧縮機。
  3. 請求項１または２に記載の２段スクリュ圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器を介設した循環流路を有することを特徴とする冷凍装置。
  4. 請求項１または２に記載の２段スクリュ圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器を介設した循環流路と、前記凝縮器の下流側の前記流体の一部を前記モータ流路に導入する冷却流路とを有することを特徴とする冷凍装置。
  5. ２段スクリュ圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器を介設した循環流路を有する冷凍装置であって、
    前記２段スクリュ圧縮機は、
    流体を圧縮する第１段圧縮機と、
    前記第１段圧縮機で圧縮された流体をさらに圧縮する第２段圧縮機と、
    前記第１段圧縮機および前記第２段圧縮機を駆動するモータと、
    前記第１段圧縮機の吐出口と前記第２段圧縮機の吸込口とを結ぶ流路となり、且つ、前記モータから前記第１段圧縮機および前記第２圧縮機に回転力を伝達する伝動機構を収容する接続空間を形成する箱体とを有し、
    接続空間は前記モータのケーシングで封止され、
    前記接続空間と前記モータの内部空間とが連通し、
    前記モータの内部空間に前記流体を導入するモータ流路を備え、
    当該冷凍装置は、前記凝縮器の下流側の前記流体の一部を前記モータ流路に導入する冷却流路を有することを特徴とする冷凍装置。
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