JP5998028B2

JP5998028B2 - スクロール式流体機械

Info

Publication number: JP5998028B2
Application number: JP2012261858A
Authority: JP
Inventors: 康輔貞方; 公宣岩野; 小林　義雄; 義雄小林
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2016-09-28
Anticipated expiration: 2032-11-30
Also published as: CN103850942A; CN103850942B; EP2738390B1; US9115719B2; JP2014105693A; EP2738390A2; EP2738390A3; US20140154122A1; KR20140070339A; KR101521022B1

Description

本発明は、スクロール式流体機械に関する。

特許文献１には、冷却ファンによる冷却気体を導入通路（冷却風通路）に流してスクロール本体を冷却するスクロール流体機械が記載されている。

特許文献２には、冷却ファンからの冷却風により、電動モータを外側から冷却する上側ダクトと、上側ダクトに接続され、固定スクロールを冷却するスクロールダクトとを備えたスクロール式流体機械が記載されている。

特開２０００−１２０５６８号公報特開２００１−３３６４８８号公報

特許文献１に記載されたスクロール式流体機械は、導入通路（冷却風通路）を左、スクロール本体を右に配置して見た場合に、導入通路の左右方向寸法が一定である。そのため、冷却風が冷却ファンから導入通路へ流入するときに、遠心力によって冷却風が外側に偏るため、固定スクロール側に冷却風が偏り、旋回スクロール側に冷却風が流れにくかった。そのため、駆動部が設けられ、冷却が重要となる旋回スクロールの冷却効率が不十分であった。

特許文献２に記載されたスクロール式流体機械は、上側ダクトにより電動モータを冷却した後の冷却風を固定スクロールに供給しているため、固定スクロールの冷却効率が不十分であった。

上記問題点に鑑み、本発明は、冷却ファンの冷却風を圧縮機本体に流入させる冷却風通路を形成し、上流側と下流側の寸法を変えることにより、圧縮機本体の冷却効率を向上させたスクロール式流体機械を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、固定スクロールと前記固定スクロールに対向して設けられ、旋回運動する旋回スクロールとを有する圧縮機本体と、前記旋回スクロールに接続された駆動軸と、前記駆動軸の前記旋回スクロールと反対側に設けられ、冷却風を発生させる冷却ファンと、四方が壁によって囲まれ、前記冷却ファンの冷却風を前記圧縮機本体に送風する冷却風通路とを備え、前記駆動軸が延びる方向から見て、前記冷却風通路を左側、前記駆動軸を右側に配置したとき、前記冷却風通路の右側の壁を下流側が上流側よりも前記駆動軸に近づくようにし、前記冷却風通路の左右方向の寸法は、前記冷却風通路の上流側が下流側よりも小さくなるようにしたことを特徴とするスクロール式流体機械を提供する。

本発明によれば、圧縮機本体の冷却効率を向上させたスクロール式流体機械を提供することができる。

本発明の実施例１に係るスクロール式圧縮機の全体構造を示す図である。本発明の実施例１に係るスクロール式圧縮機の冷却風通路を示す図である。本発明の実施例２に係るスクロール式圧縮機の冷却風通路を示す図である。

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て、添付図面に従って説明する。

図１を用いて本発明の実施例１に係るスクロール式圧縮機の全体構造を説明する。

圧縮機本体１は旋回スクロール１７と固定スクロール１８が対向して設けられており、旋回スクロール１７と固定スクロール１８が向き合う面にそれぞれ立設された渦巻状のラップ部１９、２０により圧縮室２１を形成する。また、駆動軸４の圧縮機本体１側には偏心部（図示せず）が設けられており、旋回スクロール１７と接続され、旋回スクロール１７を回転駆動する。旋回スクロール１７には自転防止機構（図示せず）が設けられ、駆動軸４により固定スクロール１８に対して旋回スクロール１７が旋回（偏心）運動して空気を圧縮する。

圧縮機本体１を駆動するモータは、モータケーシング３と、これに収められたローター２aとステータ２bで構成され、ローター２aに貫通して取り付けられた駆動軸４と連結している。また、駆動軸４の旋回スクロール１７と反対側には冷却風を発生させる冷却ファン５が取り付けられる。

冷却ファン５はモータケーシング３に取り付けられたファンケーシング６の中に収められ、モータ２が駆動されることにより冷却ファン５が回転し、冷却風入口７から冷却気体を吸込むことで冷却風を発生させる。冷却ファン５によって発生した冷却風はファンケーシング６の屈曲部８で流れの方向を変え、接続部９に設けられた四方の壁（外側壁１０、内側壁１１、上側壁２７、下側壁２８）に囲まれて構成される冷却風通路（送風ダクト）１２に流入する。冷却風通路１２は、発熱するモータ２（モータケーシング３）と内側壁１１によって分離されているため、モータ２の発熱の影響を受けずに温度の低い冷却風を圧縮機本体１へ供給することができる。冷却風通路１２に流入した冷却風は図１の矢印２の上流側から下流側に向けて流れ、図１の矢印２の下流側に冷却風通路１２と接続された導入ガイド１４に流入する。導入ガイド１４に流入した冷却風は、導風壁１４a、１４bによって向きを変え、圧縮機本体１の冷却風入口１５、１６に向けて流入する。これにより、旋回スクロール１７、固定スクロール１８背面の冷却フィン２２側に冷却風が流れ、圧縮機本体１を冷却する。圧縮機本体１を冷却して温まった冷却風は冷却風出口２４、２５から排出される。

ここで、本実施例における冷却風の流れについて図２を用いて詳細に説明する。図２は、駆動軸４が延びる方向（長手方向）から見て冷却風通路１２を左側、駆動軸４を右側に配置したときに冷却風通路１２を上側から見た図である。なお、冷却風通路１２について駆動軸４に近い側を内側、遠い側を外側とする。また、冷却風通路１２において、冷却ファン５からの冷却風が供給される側を上流側、圧縮機本体１に向けて冷却風が排出される側を下流側とする。

冷却ファン５が回転することで、冷却風入口７から吸入された冷却気体は、冷却ファン５の回転方向（図２の３０の白抜き矢印方向）に向かって押し出される。冷却ファン５から出た冷却風は、屈曲部８で冷却風通路１２側に向かって流れの向きを変え、冷却風通路１２に流入し、矢印２の下流側へ向けて流れる。

このとき、屈曲部８を流れる冷却風は、遠心力により外側（矢印３左側）に主流が出来るため、接続部９を通過した冷却風は外側壁１０に偏った流れとなりやすい。

そこで、本実施例における冷却風通路１２は、上流側から下流側に向けて左右方向（図２の矢印３方向）の寸法が大きくなるように形成した。即ち、ケーシング接続部９の内側壁１１を外側壁１０側に寄せ、接続部１３に向かって広がるように傾斜させ、冷却風通路の入口（接続部９）の内側壁１１と外側壁１０との間隔を冷却風通路の出口（接続部１３）の内側壁１１と外側壁１０との間隔よりも狭くした。なお、外側壁１０は駆動軸４に対して平行にした。

冷却風通路１２の上流側にある接続部９で内側壁１１を外側壁１０に近付けることで、外側と内側で流速差を小さくすることができる。これにより、流速差によって発生する渦を抑制し損失を低減することができる。また、冷却風通路１２の下流側に向かって内側壁１１を左側に傾斜させ、冷却風通路１２の出口（接続部１３）の内側を入口（接続部９）の内側よりも駆動軸４に近づけることで、矢印３右側に向かう流れができるため、固定スクロール１８側に冷却風が偏らず、旋回スクロール１７側の冷却効率が低下するのを抑制できる。

さらに、冷却風通路１２の下流側に向かって内側壁１１を左側に傾斜させることで、内側壁１１を圧縮機本体１の旋回スクロール１７側の冷却風入口１５となだらかに接続させることができる。これにより、流路接続部１３から旋回スクロール側冷却風入口１５につながる曲げ部３１の曲率を小さくすることで、遠心力の影響を低減でき、導入ダクト１４に接続される曲げ部３１での渦の発生を抑制し、流路の損失を低減できる。

ここで、特許文献１の構成では、本実施例とは異なり、外側壁と内側壁を駆動軸に対して平行に配置しているため、遠心力の影響で冷却風通路の外側に偏った流れが生じる。さらに、突起部があることで渦が発生し、損失が大きくなる。

本実施例では通路接続部１３まで到達した冷却風は、導入ダクト１４を介して圧縮機本体１に供給される。導入ダクト１４の導入壁１４ａを固定スクロール側冷却風入口１６に向かって傾斜した直線状とすることで、冷却風通路１２と固定スクロール側冷却風入口１６とをなだらかに接続できるため、渦の発生による流路損失を低減できる。また、接続部１３で流速を均一化しているため、旋回スクロール１７・固定スクロール１８にバランスよく冷却風を流すことができる。また、導入壁１４ｂ部を設けることで、導入壁１４ｂに冷却風が衝突し、冷却を行いたい固定スクロール１８の冷却フィン底部２３へ向かう流れを発生させることができる。これにより、効率よく旋回スクロール１７・固定スクロール１８の冷却を行うことができる。なお、導入壁１４ｂは冷却フィン底部２３に向かって傾けても同様の効果が得られる。

以上より、本実施例によれば、冷却風通路１２の上流側の左右方向の寸法が下流側の左右方向の寸法よりも小さくなるように形成したため冷却風通路１２の外側と内側の流路差を小さくでき、渦の発生による流路損失を低減し、圧縮機本体１の冷却効率を向上させることができる。また、冷却風通路１２の下流側に向かって内側壁１１を左側に傾斜させることで、導入ダクト１４中での、渦の発生による流路損失を低減し、圧縮機本体１の冷却効率を向上させることができる。また、導入ダクト１４の導入壁１４ａを固定スクロール側冷却風入口１６に向かって傾斜させることで、導入ダクト１４中での、渦の発生による流路損失を低減し、圧縮機本体１の冷却効率を向上させることができる。

本発明の実施例２について図３を用いて説明する。実施例１と同一の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。図３は、駆動軸４が延びる方向（長手方向）から見て冷却風通路１２を左側、駆動軸４を右側に配置したときに左側（図２の矢印３の左側）から冷却ファン５および冷却風通路を見た図である。本実施例は、冷却風通路１２の上流側の上下方向の寸法が下流側の上下方向の寸法よりも大きくなるようにした点に特徴がある。

そこで、本実施例では、冷却風通路１２の上流側における（図３の矢印４の）上下方向の寸法を下流側における上下方向の寸法よりも大きくし、上側壁２８と下側壁２９との間隔を矢印２の下流側に向かって縮小するようした。これにより、冷却風通路１２の上流側にあるケーシング側流路接続部９の断面積を大きくすることができ、ケーシング側流路接続部９での流路損失を低減し、冷却風通路１２側に流入する冷却風の風量を確保することができる。

ここで、本実施例の冷却風の流れについて説明する。冷却ファン５の回転方向に向かって押し出される冷却風は、屈曲部８に衝突することで、図３に示した冷却風流れ２９a、２９ｂのように上側壁２７と下側壁２８方向へ向かう流れに分流される。上下に分流された流れを傾斜させた流路壁２７、２８により接続部１３に向かって寄せていくことで、接続部１３に向かって流れ寄せて整流し、流速分布を均一化させることができる。

また、本実施例では、図３の下側壁２８を駆動軸３に対して平行にし、上側壁２７を下流側に向かって下側に傾斜するようにしたが、下側壁２８を下流側に向かって上側に傾斜するようにし、上側壁２７を駆動軸３に対して平行にしてもよい。また、下側壁２８を下流側に向かって上側に傾斜させ、上側壁２７を下流側に向かって下側に傾斜するようにしてもよい。

以上より、本実施例によれば、冷却風通路１２の上流側の上下方向の寸法を上下方向の寸法よりも大きくなるようにしたことにより、冷却風通路１２の上流側における流路損失を低減し、圧縮機本体１の冷却効率を向上させることができる。

実施例１、２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てきたが、本発明はモータによって駆動され、冷却効率の向上を課題とする流体機械（流体圧縮機）であれば、スクロール式流体機械に限らず、例えば、往復動圧縮機、スクリュー圧縮機にも適用することができる。一方、固定スクロールと旋回スクロールの冷却のバランスが重要となるスクロール式流体機械に適用することで冷却効率をより大きく向上させることができる。

これまで説明してきた実施例は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されない。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１圧縮機本体
２a ローター
２b ステータ
３モータケーシング
４駆動軸
５冷却ファン
６ファンケーシング
７冷却風入口
８屈曲部
９ケーシング側流路接続部
１０通路外側壁
１１通路内側壁
１２冷却風流路
１３流路接続部
１４導入ダクト
１４a 導入壁１
１４b 導入壁２
１５旋回スクロール側冷却風入口
１６固定スクロール側冷却風入口
１７旋回スクロール
１８固定スクロール
１９旋回スクロールラップ
２０固定スクロールラップ
２１圧縮室
２２冷却フィン
２３冷却フィン底部
２４旋回スクロール側冷却風出口
２５固定スクロール側冷却風出口
２６a 外側壁近傍流れ
２６b 内側壁近傍流れ
２７流路上側壁
２８流路下側壁
２９a 流路上側壁近傍流れ
２９b 流路下側壁近傍流れ
３０ファン回転方向
３１曲げ部

Claims

固定スクロールと前記固定スクロールに対向して設けられ、旋回運動する旋回スクロールとを有する圧縮機本体と、
前記旋回スクロールに接続された駆動軸と、
前記駆動軸の前記旋回スクロールと反対側に設けられ、冷却風を発生させる冷却ファンと、
四方が壁によって囲まれ、前記冷却ファンの冷却風を前記圧縮機本体に送風する冷却風通路とを備え、
前記駆動軸が延びる方向から見て、前記冷却風通路を左側、前記駆動軸を右側に配置したとき、前記冷却風通路の右側の壁を下流側が上流側よりも前記駆動軸に近づくようにし、前記冷却風通路の左右方向の寸法は、前記冷却風通路の上流側が下流側よりも小さくなるようにしたことを特徴とするスクロール式流体機械。
前記冷却風通路の上下方向の寸法は上流側が下流側よりも大きくなるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のスクロール式流体機械。
前記冷却ファンが配置されるファンケーシングと前記冷却風通路を屈曲部により接続することを特徴とする請求項１に記載のスクロール式流体機械。
前記冷却風通路は、前記圧縮機本体に冷却風を供給する導入ダクトに接続されることを特徴とする請求項１に記載のスクロール式流体機械。
前記冷却風通路の外側は前記導入ダクトの導入壁に接続され、前記導入壁は上流側から下流側に向けて内側に傾斜していることを特徴とする請求項４に記載のスクロール式流体機械。
空気を圧縮する圧縮機本体と、
前記圧縮機本体を駆動する駆動軸と、
前記駆動軸の前記圧縮機本体と反対側に設けられ、冷却風を発生させる冷却ファンと、
前記冷却ファンの冷却風を前記圧縮機本体に送風する冷却風通路とを備え、
前記冷却風通路は、前記駆動軸に近い側にある内側壁と前記駆動軸から遠い側にある外側壁とを有し、前記内側壁を上流側から下流側に向けて前記駆動軸に近づくように傾斜させ、上流側における前記内側壁と前記外側壁との間隔を下流側における前記内側壁と外側壁との間隔よりも狭くすることを特徴とするスクロール式流体機械。
前記冷却風通路は、前記外側壁を左側、前記内側壁を右側に配置したとき、上側にある上側壁と下側にある下側壁とを有し、上流側における前記上側壁と前記下側壁との間隔を下流側における前記上側壁と下側壁との間隔よりも広くすることを特徴とする請求項６に記載のスクロール式流体機械。
前記冷却ファンが配置されるファンケーシングと前記冷却風通路を屈曲部により接続することを特徴とする請求項６に記載のスクロール式流体機械。
前記冷却風通路に流入した冷却風は導入ダクトを介して前記圧縮機本体に供給されることを特徴とする請求項６に記載のスクロール式流体機械。
前記外側壁は前記導入ダクトの導入壁に接続され、前記導入壁は上流側から下流側に向けて内側に傾斜していることを特徴とする請求項９に記載のスクロール式流体機械。