JPH10502719A - 渦巻圧縮機用空気冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 装置が固定スクロールと軌道周回スクロールを有する渦巻圧縮機に冷却空気を与える。複数のフィンが固定スクロールの背面部分に固定して取付けられている。カバー組立体が固定スクロールのフィンの上に配置されている。固定スクロールのカバー組立体とフィンは、複数のフィンの間に空気通路を形成している。複数の円弧形に形成されたフィンが軌道周回スクロールの背面部分の上に配置されている。軌道周回スクロールのカバー組立体とフィンは、複数のフィンの間に空気通路を形成している。側板組立体が固定スクロールと軌道周回スクロールを取り囲んでいる。側板組立体は、固定スクロールと軌道周回スクロールの周りの内部、取入口及び複数の排気口を形成している。側板組立体は、複数のインボリュートを表面に形成されている外面部分を備えている。インボリュートは側板組立体内部と通じる複数の空気通路を形成している。ファンが取入口を通じて連続量の冷却空気を引込み、インボリュートによって形成された通路を通じて連続量の冷却空気を加速する。

Description

【発明の詳細な説明】 渦巻圧縮機用空気冷却装置 発明の背景 本発明は、一般的にいえば、渦巻圧縮機に関し、さらに詳しくいえば、渦巻空 気圧縮機及び関連の回転機械のための空気冷却装置に関する。 渦巻空気圧縮機設計において、圧縮機からの熱の消散を最大にすることが重要 なことである。渦巻圧縮機が消散する熱が多くなるにつれて、軸受やチップシー ルなどの組立体に関する動作寿命が延びる。また、熱消散を最大にすれば、渦巻 空気圧縮機をさらに高い圧力で効率的に作動させることができる。 一般的にいえば、向流式熱交換器が並流式熱交換機より効率が高い。しかし、 よくある渦巻空気圧縮機冷却装置には向流式熱交換器を採用されていない。従来 の渦巻空気圧縮機の設計は、軌道周回又は固定スクロール組立体の背面部を完全 に横切って冷却空気が流れることを必要とする冷却空気流を組込んでいる。これ は、旋回及び固定スクロールの両方の背面部分に幾つも列をなして配列された複 数のリブ又はフィンを用いることによって達成されている。 このような渦巻圧縮機の動作において空気流は、固定スクロール及び旋回スク ロールの両方又はどちらか一方の周辺における位置からスクロールの中心の方へ 流れる。当該技術において周知のように、温度は、スクロールのこの中心部にお いて最大である。スクロールの中心部分から、この時点で十分に加熱されている 冷却空気は、スクロール本体の残部を外向きに横切って流れる。当業者には分る ように、この種の冷却流の場合、加熱された冷却空気が熱を消散する能力は限ら れている。また、加熱された流体は、それがスクロールの残部を横切って流れる とき、熱を渦巻圧縮機に戻すことがある。 前述のことは、渦巻空気圧縮機用の現在の冷却装置にあると知られている限界 を示している。従って、上述の限界の一つ以上を解消することを目的とした代替 品を提供することは有益であることは明らかである。それ故、あとでさらに完全 に開示する特徴を備える適当な代替品を提供する。 発明の概要 本発明の一つの面において、これは、渦巻空気圧縮機を冷却する方法を提供す ることによって達成される。渦巻空気圧縮機には、固定スクロール及びそれにか み合う関係に配置された軌道周回スクロール並びに固定スクロールと軌道周回ス クロールとを囲む側板組立体を備えている。この方法は、連続量の冷却空気を側 板組立体の中央内部に引込む段階と、連続量の冷却空気を側板組立体の中央内部 内で加速する段階と、連続量の冷却空気を固定スクロールと軌道周回スクロール の周辺位置の方へ向ける段階と、連続量の冷却空気を固定スクロールと軌道周回 スクロールの周辺位置において分割する段階と、連続量の冷却空気の予め定めた 割合を固定スクロールの背面部分を半径方向に内向きに横切って固定スクロール の中央位置の方へ向ける段階と、連続量の冷却空気の予め定めた割合を軌道周回 スクロールの背面部分を半径方向に内向きに横切って軌道回動スクロールの中心 位置の方へ向ける段階と、固定スクロールの背面部分を横切って流れた連続量の 冷却空気の予め定めた割合を中央位置において軸方向に外向きに排出する段階と 、軌道回動スクロールの背面部分を横切って流れた連続量の冷却空気の予め定め た割合を軌道周回スクロールの中央位置において側板組立体の内部から排出する 段階とを含んでいる。 本発明のもう一つの面において、固定スクロールと軌道周回スクロールを有す る渦巻圧縮機を空気冷却する装置が提供される。軌道周回スクロールは、固定ス クロールとかみ合う関係に配置されて、原動機によって駆動される。複数のフィ ンが固定スクロールの背面部分に固定して取付けられている。各フィンは、半径 方向に配列されて、固定スクロールの背面部分の中央位置から周辺位置まで伸び ている。各フィンは、一定長さと一定高さによって規定され、フィンの高さは、 フィンの長さに沿って周辺における最小の高さからフィンの長さに沿って予め定 めた位置の最大の高さまで可変である。カバー組立体が固定スクロールのフィン に配設されている。固定スクロールのカバー組立体とフィンは、複数のフィンの 間に空気通路を形成する。空気通路は、固定スクロールの周辺からそれらの中央 位置まで伸びている。複数の円弧状の形にしたフィンが軌道周回スクロールの背 面部分に固定して取付けられている。各フィンは、軌道周回スクロールの背面部 分上の中央位置から周辺位置まで伸びている。各フィンは、一定長さと一定高さ によって規定され、フィンの高さは、フィンの長さに沿って周辺における最小高 さからフィンの長さに沿って予め定めた位置における最大高さまで可変である。 カバー組立体が軌道周回スクロール上に配設されている。軌道周回スクロールの カバー組立体とフィンは、複数のフィンの間に空気通路を形成している空気通路 は、軌道周回スクロールの周辺からそれの中心まで伸びている。側板組立体が固 定スクロールと軌道周回スクロールを囲んでいる。側板組立体は、固定スクロー ル及び軌道周回スクロール周りの内部、取入れ口及び複数の排気口を形成してい る。側板組立体は、表面に複数のインボリュートを有する外面部分を備えている 。インボリュートは、側板組立体の内部と連絡した複数の空気通路を形成してい る。ファンが取入れ口を通して連続量の冷却空気を引き込み、インボリュートに よって形成された通路を通して連続量の冷却空気を加速する。 前述及びその他の面は、添付図面とともに考慮するとき、本発明の以下の詳細 な説明から明らかになる。 図面の簡単な説明 図１は、従来のスクロール組立体の後部裏当て部分の前立面図である。 図２は、本発明の教示に従う冷却空気流パターンを例示する渦巻空気圧縮機の 断面図である。 図３は、本発明の教示に従う冷却空気流パターンを例示する図２の渦巻空気圧 縮機の後面図である。 図４は、固定スクロール組立体用のラジアル冷却フィンの配置の図である。 図５は、軌道周回スクロール組立体用のラジアル冷却フィンの配置の図である 。 詳細な説明 次に、同様な参照文字がいくつかの図にわたって対応する部品を表している図 面を参照すると、従来のスクロール組立体が図１の１０に総括的に示されている 。この従来のスクロール組立体は、複数のリブ又はフィン１４が表面に形成され た背面部分１２を備えている。フィン１４は、背面部分１２を横切って平行列を 形成するように配列されている。方向矢印１５によって示されているように、フ ィン１４は、冷却空気を並流の形で第１の周辺部分からスクロール組立体の中央 部 分に向け、次にスクロール組立体の第２の周辺部へ導く。 図２は、本発明の教示に従った冷却空気流パターンを有する渦巻空気圧縮機を １６に全体的に例示している。渦巻空気圧縮機１６は、駆動軸１８、ハウジング ２０、側板組立体２２、軌道周回スクロール組立体２４、固定スクロール組立体 ２６、つり合い重り組立体２８及び冷却ファン３０を含む主構成要素を備えてい る。 駆動軸１８は、例えば、電動機などの原動機（図示なし）に作動可能に接続さ れている。駆動軸１８は、ハウジング２０内で動作するために、例えば、１対の ラジアル玉軸受などの１対の軸受３２によって回軸自在に支持されている。駆動 軸１８には原動機に作動可能に接続された第１の端３４及び第２の端３６がある 。第２の端は、軌道周回スクロールを駆動する関係に、例えば、ラジアル玉軸受 組立体などの軸受組立体３８を介して取付けられている。つり合い重り組立体２ ８は、駆動軸１８に所定の位置で取付けられている。当該技術において周知のよ うに、つり合い重り組立体は、渦巻空気圧縮機１６の動作中の振動を調整する。 圧縮機ハウジング２０は、軌道周回スクロール２４をおおい、複数のねじ付固 定具（図示なし）によって固定スクロール２６に固定して取付けられている。ハ ウジング２０の予め定めた位置に側板組立体２２の内部がハウジングの内部と連 絡できるようにする穴３９が形成されている。ハウジング２０は、固定スクロー ル組立体２６を支持する枠構造から構成されている。 側板組立体２２は、複数のねじ付固定具（図示なし）によってハウジング２０ に固定して取付けられている。側板組立体２２の目的はあとでさらに詳しく述ベ るように、本発明の教示に従って、ファン３０によって供給される冷却空気流を 導くことである。 軌道周回スクロール組立体２４には、固定スクロール組立体２６と、軌道周回 、かみ合い関係に配置されるとき多量の空気を圧縮するように作動できる通常の インボリュートがある。軌道周回スクロール組立体２４には、複数のリブ又はフ ィン４２を表面に形成された背面部分４０がある。図２を参照すると最もよく見 られるように、各フィン４２は、リブの長さに沿って可変な高さの寸法を持って いる。各フィンは、軌道周回スクロール組立体の背部部分上の所定の位置に最小 に 最小高さ寸法を背面部分４０上の中央位置に最大高さ寸法を定めている。側板、 カバー又は裏当て組立体４３が個々のフィン４２の間に冷却空気の流れのための 空気通路を作るようにしてフィンの頂部に係合する。 固定スクロール組立２６は、軌道周回スクロール組立体２４のインボリュート とかみ合うに適当な寸法に作られた通常のインボリュートを備えている。固定ス クロール組立体は、それを通して渦巻圧縮機排出口２７を形成されている。固定 スクロール２６は、その表面に複数のリブ又はフィン４６を形成された背面部分 ４４を備えている。図２を参照して最もよく見られるように、各フィン４６は、 リブの長さに沿って可変な高さ寸法を有する。各フィン４６は、固定スクロール 組立体の背面部分上の周辺位置に最小高さ寸法を背面部分４４上の中央位置に最 大高さ寸法を定めている。フィン４２及び４６の背面部分４０及び４４上の配列 は、あとでさらに詳細に説明する。 好ましい実施例において、冷却ファン３０は、複数の羽根又は翼４８を備える かご形ファンである。図３に示されているように、冷却ファン３０は、駆動軸３ ０によって駆動される。 図３は、側板組立体２２と組合せて冷却ファン３０の動作によって作られる冷 却空気流のパターンを例示している。図２の渦巻空気圧縮機の後面図である。図 ３によって最もよく見られるように、側板組立体２２は、各々が冷却空気の方向 矢印によって表わされているように、冷却ファン３０から排出される冷却空気を 冷却ファンに対してほぼ接線方向に向けるように設計された複数の個別インボリ ュート５０をそれと一体に形成されている。好ましい実施例において、側板組立 体２２は、三つのインボリュート５０を備えている。また、あとでさらに詳細に 説明する複数の排気通気口５２が側板組立体２２と一体に形成されている。イン ボリュート５０は側板組立体の内部と通ずる複数の空気通路を形成している。 図４は、固定スクロール組立体２６のための複数のラジアル冷却フィン４６の 配列の平面図である。図４に見られるように、ラジアル冷却フィン４６は、固定 スクロール組立体のハブ部分から放射状に広がっている。カバー組立体５４が個 々の冷却フィン４６の上に、置かれている。好ましい実施例において、カバー組 立体５４は、側板組立体２２と一体になっている。図４に示されているように、 カバー組立体は、総括的に５５に示された排気口を形成している。組合せて、冷 却フィンとカバー組立体５４は、５６に総括的に表わされている等体積の冷却空 気径路を形成している。 図５は、軌道周回スクロール組立体２４のための複数のラジアル冷却フィン４ ２の配列の平面図である。図５に見られるように、ラジアル冷却フィン４２は、 円弧形に作られ、軌道周回スクロール組立体のハブ部分６４から放射状に広がっ ている。カバー組立体５８が個々の冷却フィン４２の上に置かれている。カバー 組立体は、分離した副組立体であってもよいし、又はカバー組立体は、側板組立 体２２と一体に作られてもよい。なお、カバー組立体は総括的に６０に表された 空気通路の排出口を形成している。組合せて、冷却フィン４２とカバー組立体５ ８は、総括的に６２で表された等体積の冷却空気径路を形成している。図５に見 られるように、軌道周回スクロール組立体２４は、当該技術において周知のよう に、方向矢印６６によって概括的に示されている予め定めた径路の行程にわたっ て軌道周回する。冷却フィン４２は、軌道周回スクロール組立体２４の軌道周回 運動を利用するように寸法を決められている。さらに具体的にいえば、個々の冷 却フィン４２は、それらの長さに沿って曲げられ、ハブ部６４から放射状に広が っている。軌道周回スクロール組立体２４が予め定めた径路の行程にわたって移 動するとき、冷却フィン４２は、空気を流路６２と穴６０を通して引込むように 動作する。 図１に関して最もよく見られるように、従来の冷却フィン配列が一定断面積の 冷却空気流路を規定した。しかし、図４及び５に例示されたようなラジアルフィ ン配列が、本明細書で詳細に記載され例示されたようにそのようなラジアル冷却 ファンの寸法を決めなければ、そのような均一な流れ面積を与えることができな い。さらに具体的にいえば、軌道周回スクロールフィン４２と固定スクロールフ ィン４６は、個々のフィンの高さが個々の軌道周回スクロール２４及び固定スク ロール２６それぞれと中央部分近くで最大高さまで増加するように寸法を決めら れている。従って、軌道周回スクロール及び固定スクロール両方の個々の流路の 体積は、一定のままである。 図２及び３を参照することによって最もよく見られるように、動作においては 、 ファン３０は、連続体積の冷却空気を側板組立体４３の中央内部に位置「Ａ」に おいて引込む。連続量の冷却空気が側板組立体の中央内部内でファン３０によっ て加速される。位置「Ｂ」において、冷却空気は、インボリュート５０によって 等分されて、位置「Ｃ」において側板組立体の内部を通って導かれる。冷却空気 は、固定スクロールと、軌道周回スクロールの周辺位置の方へ流れ続ける。この 周辺位置は、位置「Ｄ」で表わされている。位置「Ｄ」では、冷却空気は、冷却 空気の一部分がハウジングに入る穴３９を通してハウジング２０に入り、冷却空 気は、軌道周回スクロール２４の背面部分４０を横切って半径方向に内方に穴６ ０に向って導かれる。位置「Ｅ」において、冷却空気は、軌道周回スクロール２ ４からハウジング２０の内部と側板組立体の内部４３の両方から排気通気口５２ を通して外へ導かれる。また、位置「Ｄ」において、冷却空気の一部が固定スク ロール２６の背面部分４４を半径方向に内方に横切って穴５５の方へ導きかれる 。位置「Ｆ」において、冷却空気は、固定スクロールから軸方向に外方へ排出さ れる。 本発明を好ましい実施例に従って例示して説明したが変化態様及び変更態様を 以下の請求の範囲に記載された発明からそれることなく作ることのできることが 認められる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．固定スクロール及びそれにかみ合う関係に配置された軌道周回スクロー ルを有し、側板組立体が固体スクロールと軌道周回スクロールとを囲んでいる渦 巻空気圧縮機において、 連続量の冷却空気を側板組立体の中央内部に引き込む段階と、 連続量の冷却空気を側板組立体の中央内部内で加速する段階と、 連続量の冷却空気を固定スクロールと軌道周回スクロールの周辺位置の 方へ向ける段階と、 連続量の冷却空気を固定スクロールと軌道周回スクロールの周辺位置に おいて分割する段階と、 連続量の冷却空気の予め定めた割合を固定スクロールの背面部分を半径 方向に内向きに横切って固定スクロールの中央位置の方へ向ける段階と、 連続量の冷却空気の予め定めた割合を軌道周回スクロールの背面部分を 半径方向に内向きに横切って軌道周回スクロールの中央位置の方へ向ける段階と 、 固定スクロールの背面部分に横切って流れた連続量の冷却空気の予め定 めた割合を中央位置において横方向に外向きに排出する段階と、 軌道周回スクロールの背面部分を横切って流れた連続量の冷却空気の予 め定めた割合を軌道周回スクロールの中央位置において側板組立体の内部から排 出する段階と、 含んでいる渦巻圧縮機を空気冷却する方法。 ２．固定スクロール及び前記固定スクロールにかみ合う関係に配置されて原 動機によって駆動される軌道周回スクロールを有する渦巻空気圧縮機と、 固定スクロールの背面部分に固定して取りつけられ、各々が半径方向に 配列されて、固定スクロールの背面部分の中央位置から周辺位置まで伸びており 、各々は一定の長さと一定の高さによって規定され、前記高さは前記長さに沿っ て周辺における最小高さから前記長さに沿って予め定めた位置の最大の高さまで 可変である複数のフィンと、 固定スクロールのフィンに配設され、フィンと共同して複数のフィンの 間に固定スクロールの周辺から固定スロールの中心まで伸びる空気通路を形成す るカバー組立体と、 軌道周回スクロールの背面部分に固定して取りつけられて、軌道周回ス クロールの背面部分上の中央位置から周辺位置まで伸びて、各々が一定の長さと 一定の高さによって規定され、前記高さは前記長さに沿って周辺における最小高 さから前記長さに沿って予め定めた位置の最大の高さまで可変である複数のフィ ンと、 軌道周回スクロールのフィンに配設され、フィンと共同して複数のフィ ンの間に軌道周回スクロールの周辺から軌道周回スクロールの中心まで伸びる空 気通路を形成するカバー組立体と、 固定スクロールと軌道周回スクロールを囲み、固定スクロールと軌道周 回スクロールの周りの内部、取入れ口及び複数の排気口を形成し、表面に内部と 連絡した複数の空気通路を形成している複数のインボリュートを有する外表面部 分を備える側板組立体と、 取入れ口を通して連続量の冷却空気を引込み、インボリュートによって 定めれた通路を通して連続量の冷却空気を加速するフィンと を備える装置。 ３．固定スクロールと、 固定スクロールにかみ合う関係に配置された軌道周回スクロールと、 固定スクロールを駆動する原動機と、 固定スクロールの背面部分に固定して取りつけられ、各々が半径方向に 配列されて、固定スクロールの背面部分の中央位置から周辺位置まで伸びており 、各々は一定の長さと一定の高さによって規定され、前記高さは前記長さに沿っ て周辺における最小高さから前記長さに沿って予め定めた位置の最大の高さまで 可変である複数のフィンと、 固定スクロールのフィンに配設されたカバー組立体と、 軌道周回スクロールの背面部分に固定して取りつけられて、軌道周回ス クロールの背面部分上の中央位置から周辺位置まで伸びて、各々が一定の長さと 一定の高さによって規定され、前記高さは前記長さに沿って周辺における最小高 さから前記長さに沿って予め定めた位置の最大の高さまで可変である複数のフィ ンと、 軌道周回スクロールのフィンに配設されたカバー組立体と、 固定スクロールと軌道周回スクロールを囲み、固定スクロールと軌道周 回スクロールの周りの内部、取入れ口及び複数の排気口を形成し、表面に内部と 連絡した複数の空気通路を形成している複数のインボリュートを有する外表面部 分を備える側板組立体と、 取入れ口を通して連続量の冷却空気を引込み、インボリュートによって 形成された通路を通して連続量の冷却空気を加速するフィンと を備える渦巻圧縮機。 ４．固定スクロールと、 固定スクロールにかみ合う関係に配置された軌道周回スクロールと、 固定スクロールを駆動する原動機と、 固定スクロールの背面部分に固定して取りつけられ、各々が半径方向に 配列されて、固定スクロールの背面部分の中央位置から周辺位置まで伸びている 複数のフィンと、 固定スクロールのフィンに配設されたカバー組立体と、 軌道周回スクロールの背面部分に固定して取りつけられて、軌道周回ス クロールの背面部分上の中央位置から周辺位置まで伸びている複数のフィンと、 軌道周回スクロールのフィンに配設されたカバー組立体と、 固定スクロールと軌道周回スクロールを囲み、固定スクロールと軌道周 回スクロールの周りの内部、取入れ口及び複数の排気口を形成し、表面に内部と 連絡した複数の空気通路を形成している複数のインボリュートを有する外表面部 分を備える側板組立体と、 取入れ口を通して連続量の冷却空気を引込み、インボリュートによって 形成された通路を通して連続量の冷却空気を加速するファンと を備える渦巻圧縮機。 ５．固定スクロールの各ピンが一定の長さと一定の高さによって規定され、 フィンの高さはフィンの長さに沿って周辺における最小位置からフィンの長さに 沿って予め定めた位置における最大高さまで可変である請求項４に記載の渦巻圧 縮機。 ６．軌道周回スクロールの各ピンが一定の長さと一定の高さによって規定さ れ、フィンの高さはフィンの長さに沿って周辺における最小位置からフィンの長 さに沿った予めた位置における最大高さまで可変である請求項４に記載の渦巻圧 縮機。 ７．前記側板組立体が予め定めた数のインボリュートを備え、前記側板組立 体の内部に空気を等しく分割させる請求項４に記載の渦巻圧縮機。 ８．前記側板組立体が三つのインボリュートを備えている請求項７に記載の 渦巻圧縮機。 ９．前記フィンがかご形フィンである請求項４に記載の渦巻圧縮機。 １０．前記軌道周回スクロールの前記ファンが円弧状に形成されている請求項 ４に記載の渦巻圧縮機。