JPWO2015114851A1 - スクリュー圧縮機 - Google Patents

Abstract

ケーシング１に収納された、複数の螺旋状のスクリュー溝５が形成されたスクリューロータ２と、スクリューロータ２のスクリュー溝５と噛み合い係合し、圧縮室を形成するゲートロータ３と、スクリュー軸７を介して連結されたスクリューロータ２を回転駆動するモータ２０と、スクリューロータ２の吐出側に配置された軸受６を介してスクリュー軸７を支持する軸受サポート４と、を備え、ケーシング１内および軸受サポート４内に形成された流路からスクリューロータ２に向けて油および冷媒液のうち少なくとも一方が噴射されるものである。

Description

本発明は、例えば冷凍機の冷媒圧縮に用いられるスクリュー圧縮機に関するものである。

一般にスクリュー圧縮機には、１つのスクリューロータと２つのゲートロータとを備えたシングルスクリュー圧縮機がある。
図５は、従来のシングルスクリュー圧縮機の概略構成図である。
図５に示すように、従来のシングルスクリュー圧縮機は、１つのスクリューロータ２と２つのゲートロータ３がケーシング１内に収容されている。スクリューロータ２には複数の螺旋状のスクリュー溝５が形成されており、このスクリュー溝５はスクリューロータ２の径方向に配置された一対のゲートロータ３と噛み合い係合することにより、圧縮室が形成される。

ケーシング１内には、低圧空間と高圧空間とが形成される。また、スクリューロータ２はスクリュー軸７に固定されており、スクリュー軸７の一端側はスクリューロータ２の吐出側（図５の左側）に配置されている軸受６を介して軸受サポート４に支持されているとともに、吸込側（図５の右側）はモータロータ１０に連結されている。そして、スクリューロータ１０が回転駆動されると、低圧空間内の流体が圧縮室へ吸入されて圧縮され、圧縮室内で圧縮された流体が高圧空間の吐出室１５へ吐出される。

上記従来のシングルスクリュー圧縮機では、スクリューロータ２において、運転時にスクリュー溝５が吐出室１５と連通する吐出側が高圧空間であり、スクリューロータ２の吐出側と軸受６との間に形成された軸受室２１は低圧空間となっている。この軸受室２１は、軸受サポート４の端面のシール部によりスクリューロータ２の高圧空間から区画されるとともに、スクリュー軸７内に形成された均圧穴２２により低圧側へ連通させられている。
そして、この高圧空間（スクリューロータ２のスクリュー溝５が開口される吐出側）と低圧空間（軸受室２１）とが近傍にあり、それらの間に差圧が発生するため、スクリューロータ２と軸受サポート４との隙間から軸受６側へ高圧流体の漏れが生じる。

また、スクリューロータ２外周面とケーシング１との間にはスクリューロータ２が回転駆動するための隙間が必要であり、この隙間からも高圧流体の漏れが生じる。上記のような高圧流体の漏れが生じると、シングルスクリュー圧縮機の運転効率は低下する。そのシングルスクリュー圧縮機の運転効率の低下を抑制するためには、スクリューロータ２と軸受サポート４との隙間、およびスクリューロータ２とケーシング１との隙間をそれぞれ小さくし、高圧流体の漏れを少なくすることが有効である。

しかし、シングルスクリュー圧縮機の性能低下を抑制するためにこれらの隙間を過度に小さくすると、例えば流体が冷媒である場合は、高差圧での運転条件やインバータによるモータ回転数増速時などに、圧縮室内で圧縮されたガス冷媒の温度がより高くなる。その結果、スクリューロータ２が熱膨張し、スクリューロータ２が軸受サポート４およびケーシング１のうち少なくとも一方と接触して焼付いてしまう可能性が高くなるため、シングルスクリュー圧縮機の信頼性は低下してしまうという課題があった。

そこで、上記の課題を解決するため、冷却された油や液冷媒を圧縮室となるスクリュー溝へ注入して圧縮室内で圧縮されたガス冷媒の温度上昇を抑制し、スクリューロータの熱膨張を抑制したスクリュー圧縮機が提案されている（例えば特許文献１参照）。

実開昭６３−１３０６８６号公報

しかし、特許文献１に記載のスクリュー圧縮機では、運転効率を向上させるためにスクリューロータと軸受サポートとの隙間、およびスクリューロータとケーシングとの隙間をそれぞれ小さくした場合、運転条件の急変時にスクリューロータの熱膨張を抑えきれず、スクリューロータが軸受サポートおよびケーシングのうち少なくとも一方と接触して焼付いてしまうという課題があった。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、運転効率を向上させるためにスクリューロータと軸受サポートとの隙間、およびスクリューロータとケーシングとの隙間をそれぞれ小さくした場合でも、それらの接触および焼付きを抑制し、信頼性の高いスクリュー圧縮機を提供することを目的としている。

本発明に係るスクリュー圧縮機は、ケーシングに収納された、複数の螺旋状のスクリュー溝が形成されたスクリューロータと、前記スクリューロータのスクリュー溝と噛み合い係合し、圧縮室を形成するゲートロータと、スクリュー軸を介して連結された前記スクリューロータを回転駆動するモータと、前記スクリューロータの吐出側に配置された軸受を介して前記スクリュー軸を支持する軸受サポートと、を備え、前記ケーシング内および前記軸受サポート内に形成された流路から前記スクリューロータに向けて油および冷媒液のうち少なくとも一方が噴射されるものである。

本発明に係るスクリュー圧縮機によれば、軸受サポートに設けた第２流路から油や液冷媒をスクリューロータへ噴射して冷却することで、スクリューロータの熱膨張を抑制し、運転効率を向上させるためにスクリューロータと軸受サポートとの隙間、およびスクリューロータとケーシングとの隙間をそれぞれ小さくした場合でも、それらの接触および焼付きを抑制できるため、高い信頼性を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機の概略構成図である。 本発明の実施の形態２に係るスクリュー圧縮機の概略構成図である。 本発明の実施の形態３に係るスクリュー圧縮機の概略構成図である。 本発明の実施の形態４に係るスクリュー圧縮機の概略構成図である。 従来のシングルスクリュー圧縮機の概略構成図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機の概略構成図である。
以下、本実施の形態１に係るスクリュー圧縮機の構成について説明する。
本実施の形態１に係るスクリュー圧縮機は、シングルスクリュー圧縮機であり、図１に示すように、筒状のケーシング１と、このケーシング１内に収容されたスクリューロータ２と、ゲートロータ３と、モータ２０と、軸受サポート４と、を備えている。

スクリューロータ２は、その外周部に複数の螺旋状のスクリュー溝５が形成されており、ケーシング１の吐出側（図１の左側）に設けられている。

モータ２０は、ケーシング１に内接して固定されたステータ９と、ステータ９の内側に配置されたモータロータ１０とから構成され、スクリュー軸７を介して連結されたスクリューロータ２を回転駆動し、インバータ方式の場合はこのモータ２０の回転数が制御されるようになっている。また、このモータ２０はケーシング１の吸入側（図１の右側）に設けられている。

ゲートロータ３は、２つ設けられ、スクリューロータ２の径方向にそれを挟むようにそれぞれ配置されている。また、ゲートロータ３の外周部には複数の歯部が形成されており、これらの歯部はスクリューロータ２のスクリュー溝５と噛み合い係合し、圧縮室を形成する。また、その圧縮室で圧縮された冷媒が吐出される吐出室１５がケーシング１内に形成されている。

スクリューロータ２とモータロータ１０とは互いに同一軸線上に配置されており、いずれもスクリュー軸７に固定されている。また、このスクリュー軸７の一方の端部８は、スクリューロータ２の吐出側（図１の左側）に配置されている軸受６を介して軸受サポート４に支持されている。

ケーシング１内には、低圧空間と高圧空間とが形成され、スクリューロータ２において、運転時にスクリュー溝５が吐出室１５と連通する吐出側が高圧空間であり、スクリューロータ２の吐出側と軸受６との間に形成された軸受室２１は低圧空間となっている。この軸受室２１は、軸受サポート４の端面のシール部によりスクリューロータ２の高圧空間から区画されるとともに、スクリュー軸７内に形成された均圧穴２２により低圧側へ連通させられている。

また、ケーシング１内には、圧縮室へ油や液冷媒が注入可能な第１流路１１が形成されている。ここで、圧縮室へ油や液冷媒を注入するのは、モータ回転数増速時などによって温度上昇した圧縮室内で圧縮されたガス冷媒を冷却し、そのガス冷媒の温度上昇を抑制するためである。

さらに、ケーシング１内および軸受サポート４内にはそれぞれ流路が形成され、それらを連通してスクリューロータ２に向けて油や液冷媒を常時噴射可能な第２流路１２が形成されている。ここで、スクリューロータ２に向けて油や液冷媒を噴射するのは、スクリューロータ２を冷却し、スクリューロータ２の熱膨張を抑制するためである。

次に、本実施の形態１に係るシングルスクリュー圧縮機の動作について説明する。
電力供給源（図示せず）からステータ９へ電力供給されることにより、モータロータ１０、スクリュー軸７およびスクリューロータ２が回転する。また、スクリューロータ２に係合されたゲートロータ３も回転する。これにより、ガス冷媒は、吸込口（図示せず）を通り、シングルスクリュー圧縮機へ吸入される。このガス冷媒は、ステータ９とモータロータ１０とのエアギャップと呼ばれる隙間やステータ９の外周部とケーシング１との間に形成された通路（図示せず）を通り、圧縮室に吸入される。

また、凝縮器（図示せず）出口の高圧の液冷媒や油分離器（図示せず）によってガス冷媒中から分離された高圧の油は、ケーシング１内に形成された第１流路１１から圧縮室へ注入され、圧縮室内で圧縮されたガス冷媒を冷却する。
また、凝縮器（図示せず）出口の高圧の液冷媒や油分離器（図示せず）によってガス冷媒と分離された高圧の油は、ケーシング１内および軸受サポート４内に形成された第２流路１２からスクリューロータ２に向けて噴射され、スクリューロータ２を直接冷却する。

圧縮室に吸入されたガス冷媒および油は、スクリューロータ２の回転に伴って圧縮され、吐出室１５へ吐出される。このとき、圧縮室に吸入された油によって圧縮室のシール性が向上する。そして、吐出室１５へ吐出された冷媒および油は、その後油分離器（図示せず）へ流入し、そこで分離される。

本実施の形態１に係るスクリュー圧縮機では、油や液冷媒を第１流路１１から圧縮室へ注入して圧縮室を冷却するのに加え、油や液冷媒を軸受サポート４内に形成された第２流路１２からスクリューロータ２に向けて噴射して直接冷却することで、スクリューロータ２の冷却効果が高まり、スクリューロータ２の熱膨張をよりいっそう抑制できる。

そのため、運転効率を向上させるためにスクリューロータ２と軸受サポート４との隙間、およびスクリューロータ２とケーシング１との隙間をそれぞれ小さくした場合でも、スクリューロータ２が軸受サポート４およびケーシング１と接触しにくくなり、焼付きにくくなる。

以上より、接触および焼付きを抑制し、信頼性の高いシングルスクリュー圧縮機を得ることができる。
なお、第２流路１２を流れる油や液冷媒を、例えば油冷却器（図示せず）を用いて水または冷媒と熱交換させることにより冷却することで、スクリューロータ２の熱膨張をさらに抑制できるため、接触および焼付きの抑制効果も高くできる。

実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２に係るスクリュー圧縮機の概略構成図である。
以下、本実施の形態２について説明するが、実施の形態１と重複するものについては省略し、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
本実施の形態２に係るシングルスクリュー圧縮機は、スクリューロータ２において、軸受サポート４内に形成された第２流路１２から油や液冷媒の噴射を受ける部分に溝１３が形成されている。

溝１３を形成することにより、スクリューロータ２の熱容量を小さくし、かつ軸受サポート４に形成された第２流路１２から油や液冷媒の噴射を受けるスクリューロータ２の表面積が大きくなる。そのため、スクリューロータ２の熱膨張を実施の形態１よりも抑えることができる。そして、この溝１３は上記表面積が大きくなるように形成すると、スクリューロータ２の熱膨張をよりいっそう抑制することができる。

そのため、運転効率を向上させるためにスクリューロータ２と軸受サポート４との隙間、およびスクリューロータ２とケーシング１との隙間をそれぞれ小さくした場合でも、実施の形態１よりもスクリューロータ２が軸受サポート４およびケーシング１と接触しにくくなり、焼付きにくくなる。

以上より、実施の形態１よりも信頼性の高いシングルスクリュー圧縮機を得ることができる。

実施の形態３．
図３は、本発明の実施の形態３に係るスクリュー圧縮機の概略構成図である。
以下、本実施の形態３について説明するが、実施の形態１と重複するものについては省略し、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
本実施の形態３に係るシングルスクリュー圧縮機は、第２流路１２の入口側（ケーシング１側）に開閉制御可能な弁１４が設けられている。

弁１４を設けることにより、例えば圧縮室内で圧縮されたガス冷媒の温度上昇時（例えば、ある指定温度よりも圧縮室内で圧縮されたガス冷媒の温度が上昇した時）のみに弁１４を開いて油や液冷媒を第２流路１２へ流し、スクリューロータ２へ噴射する。そして、油や液冷媒の噴射を受けるスクリューロータ２は冷却されて熱膨張は抑えられる。そのため、運転効率を向上させるためにスクリューロータ２と軸受サポート４およびケーシング１との隙間を小さくした場合でも、スクリューロータ２が軸受サポート４およびケーシング１と接触しにくくなり、焼付きにくくなる。

以上より、実施の形態１および２よりも運転効率の高いシングルスクリュー圧縮機を得ることができる。
なお、第２流路１２を流れる油や液冷媒を、例えば油冷却器（図示せず）を用いて水または冷媒と熱交換させることにより冷却することで、スクリューロータ２の熱膨張をよりいっそう抑制できるため、接触および焼付きの抑制効果も高くできる。

実施の形態４．
図４は、本発明の実施の形態４に係るスクリュー圧縮機の概略構成図である。
以下、本実施の形態４について説明するが、実施の形態１と重複するものについては省略し、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
本実施の形態４のシングルスクリュー圧縮機は、スクリューロータ２において、軸受サポート４に形成された第２流路１２から油や液冷媒の噴射を受ける部分に溝１３が形成され、さらに第２流路１２の入口側に開閉制御可能な弁１４が設けられている。

溝１３を形成することにより、実施の形態２と同様の効果を得ることができる。また、弁１４を設けることにより、実施の形態３と同様の効果を得ることができる。

以上より、実施の形態１および３よりも信頼性が高く、実施の形態１および２よりも運転効率の高いシングルスクリュー圧縮機を得ることができる。

なお、本実施の形態１〜４ではスクリュー圧縮機をシングルスクリュー圧縮機としたが、その他の例えばツインスクリュー圧縮機にも本発明は適用できる。

１ ケーシング、２ スクリューロータ、３ ゲートロータ、４ 軸受サポート、５ スクリュー溝、６ 軸受、７ スクリュー軸、８ （スクリュー軸の一方の）端部、９ ステータ、１０ モータロータ、１１ 第１流路、１２ 第２流路、１３ 溝、１４ 弁、１５ 吐出室、２０ モータ、２１ 軸受室、２２ 均圧穴。

本発明に係るスクリュー圧縮機は、ケーシングに収納された、複数の螺旋状のスクリュー溝が形成されたスクリューロータと、前記スクリューロータのスクリュー溝と噛み合い係合し、圧縮室を形成するゲートロータと、スクリュー軸を介して連結された前記スクリューロータを回転駆動するモータと、前記スクリューロータの吐出側に配置された軸受を介して前記スクリュー軸を支持する軸受サポートと、を備え、前記ケーシング内および前記軸受サポート内に形成され、それらが連通した流路から前記スクリューロータに向けて冷媒液が噴射されるものである。

Claims (5)

1. ケーシングに収納された、複数の螺旋状のスクリュー溝が形成されたスクリューロータと、前記スクリューロータのスクリュー溝と噛み合い係合し、圧縮室を形成するゲートロータと、スクリュー軸を介して連結された前記スクリューロータを回転駆動するモータと、前記スクリューロータの吐出側に配置された軸受を介して前記スクリュー軸を支持する軸受サポートと、を備え、
   前記ケーシング内および前記軸受サポート内に形成された流路から前記スクリューロータに向けて油および冷媒液のうち少なくとも一方が噴射される
   スクリュー圧縮機。
2. 前記スクリューロータの、油および液冷媒のうち少なくとも一方の噴射を受ける部分に溝を形成した
   請求項１に記載のスクリュー圧縮機。
3. 前記流路を開閉制御する弁を設けた
   請求項１または２に記載のスクリュー圧縮機。
4. 前記ケーシング内に油および冷媒液のうち少なくとも一方を前記圧縮室に注入するための流路を形成した
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のスクリュー圧縮機。
5. シングルスクリュー圧縮機である
   請求項１〜４のいずれか一項に記載のスクリュー圧縮機。

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