JP2000291579A

JP2000291579A - 水冷式ガス供給装置

Info

Publication number: JP2000291579A
Application number: JP11272838A
Authority: JP
Inventors: Hidefumi Mori; 英文森; Ryuta Kawaguchi; 竜太川口; Takashi Ban; 孝志伴; Tatsuyuki Hoshino; 辰幸星野; Tatsuya Hirose; 達也廣瀬; Toshiro Fujii; 俊郎藤井; Hirohisa Kato; 裕久加藤
Original assignee: Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 1998-10-16
Filing date: 1999-09-27
Publication date: 2000-10-17
Also published as: DE19949730B4; DE19949730A1

Abstract

(57)【要約】【課題】作動室から漏洩した冷却水の排出機構によっ
て、発錆による水冷式ガス供給装置の寿命低下を防止す
る。【解決手段】中空域を有する固定要素（2、103、20
1）と、駆動力に従って同固定要素中で所定の運動を行
い、かつ固定要素との間に複数の作動室（39、113、20
2）を形成し、所定運動に応じ作動室（39、113、202）
の容積を変化させる可動要素（4、110、203、204）と、
固定要素、可動要素を包囲する外殻要素（30、22101、1
04、105、201）と、作動室に冷却水を供給する水供給路
（71、72、11、111、117、118、119a、133、211）とを
有し、冷却水で作動室の圧縮熱、膨張熱を冷却しつつ作
動室からの漏洩水を外部に誘導、排出するドレン通路
（80、80a、134、135、227、228、231、232）を配した
水冷式ガス供給装置を構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮または膨張さ
せた例えば空気、水素等のガス体を所望とする機器類に
供給するガス供給装置に係り、特に、ガス体の圧縮又は
膨張時の発生熱を水冷によって冷却し、かつ冷却水の機
外への排出を確実に行う冷却水排出機構を備えた水冷式
ガス供給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にガス供給装置としては、潤滑油に
より冷却や潤滑作用を行う給油式と、潤滑油を使用しな
い無給油式とが知られており、それぞれ用途に応じて用
いられている。たとえば、圧縮又は膨張処理されたガス
体を必要とする需要機器が、特に油分等を混入しない清
浄な空気を必要とするような場合にはガス供給装置の型
式を問わず無給油式が用いられる。

【０００３】具体的には、燃料電池に空気或いは水素を
供給するために用いられるガス供給装置の場合、油冷式
を採用することはできないため、空気や水素ガスの加圧
過程における冷却手段としては水冷方式の冷却手段が提
案されている。水冷式ガス供給装置として、例えば、特
開平８−６８３８６号公報には、固定スクロールと可動
スクロールにより形成される作動室に開口する注水路を
設け、注水路と冷却水圧送手段と接続して冷却水が有効
に供給されるよう構成されたスクロール型圧縮機が開示
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このスクロール型圧縮
機からなるガス供給装置において、ガス圧縮熱や可動、
固定スクロール間の摩擦熱を冷却した冷却水が作動室か
らケーシングへ漏れるのを防止するために、固定スクロ
ールと可動スクロールの間にシールが配設されている。
しかしながら、長時間にわたって装置を使用した場合の
シールの劣化等により、冷却水がシールから漏洩してケ
ーシング内に溜まり、鉄系材料より構成されるベアリン
グ等の運動部分等に錆が発生することがある。この結
果、ガス供給装置の耐用寿命が低下してしまうという問
題があった。

【０００５】本発明の目的は、上記実情に鑑みてなされ
たものであり、水冷式のガス供給装置を用いつつ、冷却
水の適切な排出構造により、ガス供給装置内の発錆の防
止を図るものである。本発明の他の目的は、ベアリング
を含む嫌水要素の近くに漏洩した冷却水を停滞なく排出
させるドレン通路を具備した水冷式ガス供給装置を提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明は、内部に中空域を有する固定要素と、１つの駆
動軸を介して導入される駆動力に従って前記固定要素の
中空域で所定の運動を行うように設けられるとともに前
記固定要素との間に複数の作動室を形成し、前記所定の
運動に応じて該作動室の容積変化を生起させる可動要素
と、前記固定要素及び前記可動要素を囲繞、内包する外
殻要素と、前記作動室に冷却水を供給する水供給路とを
有し、前記作動室に取り込まれたガス媒体に圧縮及び膨
張のいずれか１つの作用を付与して送出路手段からガス
媒体を送出する水冷式ガス供給装置において、前記作動
室から漏洩した冷却水を前記外殻要素の外部に誘導して
排出せしめるドレン通路を具備する水冷式ガス供給装置
を提供するものである。

【０００７】このように、水冷式ガス供給装置の作動室
から漏洩した水は、ドレン通路を経て外殻要素の外部に
誘導、排出されることにより装置内部における冷却水の
停滞がなく、従って嫌水性の素材、例えば鉄系材料によ
って形成される軸受、あるいは前記固定要素を鉄系材料
で形成した場合の前記可動要素との摺動部分等に錆を発
生させることはない。

【０００８】なお、本発明の一実施形態においては、前
記水冷式ガス供給装置は、スクロール型水冷式ガス圧縮
機から成り、該スクロール型水冷式ガス圧縮機は、前記
固定要素として形成され、固定渦巻体を形成した固定ス
クロールと、前記可動要素として形成され、前記固定ス
クロールの渦巻体と互いに位相をずらして噛合する可動
渦巻体を形成した可動スクロールと、該可動スクロール
の公転運動により前記両渦巻体間に形成される前記作動
室に冷却水を供給する前記水供給路と、前記固定、可動
スクロールを包囲する囲繞部材から成る前記外殻要素と
を具備し、前記駆動軸の駆動力に従って前記可動スクロ
ールが公転運動をすることにより、前記複数の作動室の
各々の容積を縮小させながら順次前記両渦巻体の中心方
向へ該各作動室を移動させ、これにより前記ガス媒体を
圧縮して中心部で吐出するように構成される。

【０００９】また、本発明の他の実施形態では、前記水
冷式ガス供給装置は、スクロール型水冷式ガス膨張機か
ら成り、該スクロール型水冷式ガス膨張機は、前記固定
要素として形成され、固定渦巻体を形成した固定スクロ
ールと、前記可動要素として形成され、前記固定スクロ
ールの渦巻体と互いに位相をずらして噛合する可動渦巻
体を形成した可動スクロールと、該可動スクロールの公
転運動により前記両渦巻体間に形成される前記作動室に
冷却水を供給する前記水供給路と、前記固定、可動スク
ロールを包囲する囲繞部材から成る前記外殻要素とを具
備してなり、前記駆動軸の駆動力に従って前記可動スク
ロールが公転運動をすることにより、前記複数の作動室
の各々の容積を拡大させながら順次前記両渦巻体の中心
領域から外周領域に向けて該各作動室を移動させ、これ
により前記ガス媒体を膨張して外周部で吐出するように
構成される。

【００１０】更に、本発明の他の実施形態によれば、前
記水冷式ガス供給装置は、べーン型水冷式ガス圧縮機か
らなり、該べーン型水冷式ガス圧縮機は、前記固定要素
として設けられ、所定形状のシリンダ室を内部に形成し
たシリンダと、前記可動要素として設けられ、前記所定
形状のシリンダ室内で回動するとともに複数のベーンを
前記シリンダ室の内壁面に対して突出、退動可能に収納
したベーン溝を外周面に穿設して成るロータと、前記外
殻要素の形成部材として設けられ、前記シリンダの前後
端面に当接、配置され、前記シリンダ室を閉鎖空間に形
成する前後のサイドプレートと、前記外殻要素の他の形
成部材として設けられ、前記シリンダおよび前記前後の
サイドプレートを包囲するように設けられたケーシング
と、前記ロータの回動に従って前記ロータの外周面、前
記シリンダ室の内壁面、前記べーンおよび前記前後のサ
イドプレートによって前記シリンダ室内に形成される複
数の前記作動室に冷却水を供給する前記水供給路とを具
備してなり、前記駆動軸の駆動力に従って前記ロータが
回動することにより、前記複数の作動室の各々の容積を
縮小させながら前記ガス媒体を圧縮して吐出するように
構成される。

【００１１】また、本発明の更に他の実施形態によれ
ば、前記水冷式ガス供給装置は、ルーツ型水冷式ガス圧
縮機から成り、該ルーツ型水冷式圧縮機は、前記固定要
素として設けられ、所定形状のロータ室を内部に形成し
たロータハウジングと、前記可動要素として設けられ、
前記所定形状のロータ室内で常時、係合状態を維持する
一組の係合要素として形成され、前記駆動軸の駆動力に
従って互いに逆方向に回動するように配設された一対の
ロータ要素と、前記一対のロータ要素の相互逆回動によ
り前記所定形状のロータ室の内壁と該ロータ要素の外周
面との間に形成される複数の移動性の作動室に冷却水を
供給する前記水供給路と、前記ロータハウジングに結合
され、前記一対のロータ要素の一方を装架した前記駆動
軸と他方のロータ要素を装架した副軸とを軸受を介して
軸承すると共にガス媒体の吸入口と吐出口とを供するケ
ーシング要素によって形成された前記外殻要素とを具備
して成り、前記駆動軸の駆動力に従って前記一対のロー
タ要素が回動することにより、前記複数の作動室の各々
の容積を縮小させながら順次前記吸入口から前記吐出口
へ移動させ、これにより前記ガス媒体を圧縮して前記吐
出口から吐出させるように構成される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明をスクロール型ガス
圧縮機構に具体化した実施例を図面を参照しつつ説明す
る。図１および図２に示すように、固定側板２１と、こ
の固定側板２１と一体形成され外郭を形成するシェル部
２２と、固定側板２１の内側にインボリュート曲線等に
より形成された固定渦巻体２３とから固定スクロール２
が構成されている。また、可動側板４１と、この可動側
板４１の内側にインボリュート曲線等により形成された
可動渦巻体４２とから可動スクロール４が構成されてい
る。そして前記固定渦巻体２３と可動渦巻体４２とが一
定の位相をもって噛合することによって、両渦巻体２
３，４２間に作動室３９が形成されている。固定渦巻体
２３及び可動渦巻体４２の先端には、それぞれ可動側板
４１又は固定側板２１と気密を維持しつつ好適に摺動す
べくＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）製のチッ
プシール２３ａ，４２ａが装着され、一方、可動側板４
１とシェル部２２との摺動面にも作動室３９を囲封する
同様のチップシール４１ａが装着されている。このシェ
ル部２２には、可動スクロール４を駆動するための機構
を内蔵するケーシング３０が、図示しない締結手段によ
り結合されている。そしてこれらシェル部２２やケーシ
ング３０等よりなる囲繞部材の内側において、前記作動
室３９の形成とそれによる本来の機能が果たされるよう
になっている。

【００１３】固定側板２１の外周側には低圧の作動室３
９を含む領域（吸入室）２４と連通する吸入管１１が接
続されており、固定側板２１の中央には高圧の作動室３
９と連通する吐出管１２が接続されている。なお、吸入
管１１は図示しないエアクリーナを介して大気に連通さ
れ、吐出管１２は適宜需要機器に連通されている。ま
た、可動側板４１の背面に形成された凹陥部にはラジア
ル軸受３６及びゴムリップ３７を介して偏心穴３８ａを
有する駆動ブッシュ３８が回転可能に嵌合されている。

【００１４】前記ケーシング３０内には駆動ブッシュ３
８の回動間隙が形成され、このケーシング３０と可動側
板４１との間には放射方向等間隔に３組の自転防止機構
Ｒが装備されている。各自転防止機構Ｒをさらに詳しく
説明すれば、ケーシング３０は軸方向に延在する規制ピ
ン６０が固着され、可動側板４１の背面には同様に軸方
向に延在する円筒状の規制リング６１が埋設されてい
る。この規制リング６１の内径Ｄは規制ピン６０の直径
ｄと可動スクロール４の公転半径ｒとの間にＤ＝２ｒ＋
ｄの関係を有しており、規制リング６１の内面が規制ピ
ン６０の周面と摺接することにより、可動スクロール４
は公転のみが許容されている。また、ケーシング３０に
は規制ピン６０と同心的に円板状のスラストプレート６
２が埋設され、これが可動側板４１の背面上に規制リン
グ６１を囲包すべく介装された円環状のスラストレース
６３と衝接することにより、可動スクロール４に作用す
るスラスト荷重を受承すべく構成されている。なお、６
４はこれら自転防止機構Ｒに供与される潤滑油剤を囲封
するバックアップリング付のシール要素である。

【００１５】ケーシング３０にはスペーサ３１を介して
両側方及び底部が開放された図示しない収納容器が固着
されており、同収納容器内に交流電動モータ５０が収納
されている。このモータ５０には前端部５０ａの端面か
らやや後方で軸直角方向に突出するフランジ５０ｂが形
成されており、ケーシング３０にフランジ５０ｂと共締
めされるスペーサ３１にはモータ５０の前端部５０ａを
嵌合させる位置決め凹部３１ａが形成されている。そし
てモータ５０の回転軸５０ｃは駆動ブッシュ３８の偏心
穴３８ａに嵌入され、該駆動ブッシュ３８に装着された
カウンタウェイト３２ともどもキー３３により結合され
ている。

【００１６】前記吸入管１１には、該吸入管に対して斜
め方向に穿設され、吸入室２４内に開口するように設け
られた水供給通路７２を備えた管路７１が接続され、こ
の吸入管１１は、水源Ｗに連なる冷却水圧送手段（ポン
プ）Ｐと管路７１を介して接続されている。この場合、
吸入室２４への直接給水を促進するため、吸入室２４近
くの吸入管１１の位置において前記管路７１を接続する
ことが望ましい。

【００１７】さて、本発明の最も特徴的な構成である圧
縮機構における排水機構について説明する。すなわち、
ケーシング３０の下方には冷却水を排出するためのドレ
ン通路８０が設けられている。このような圧縮機構の運
転時には、水源Ｗから導入されポンプＰによって圧送さ
れる冷却水が、管路７１及び吸入管１１等から成る水供
給路を介して、図２のように空気とともに吸入室２４内
に噴射される。噴射された冷却水は、両スクロールの公
転運動により中心方向へ移送されつつ、圧縮熱を冷却す
る。長時間の運転中に、微量の冷却水が、作動室３９を
囲封する両スクロール２，４間のチップシール４１ａ部
分から漏洩し、ケーシング内の下部に流下する。しかし
この冷却水は永く停滞することなく、早期にドレン通路
８０から機外に排出されるため、鉄系材料より構成され
るラジアル軸受３６、その他の摺動部に錆を発生させる
ことはない。

【００１８】図１ではドレン通路を１箇所にのみ設けた
形態を示しているが、数箇所設けた場合、圧縮機構が搭
載される時どの取付角度にあっても、圧縮機構搭載時の
下側の近傍に位置するドレン通路より冷却水が排出され
るので、さらに速やかに、両スクロール間から漏れた冷
却水を排出することができる。なお、ケーシングでな
く、シェル部に破線表示のようにドレン通路８０ａを配
置しても同様の効果が得られる。

【００１９】また、本発明のドレン通路を、圧縮機構で
なく、膨張機構において実施してもよい。膨張機構の構
成は図１の圧縮機構とほぼ同じなので、簡明のため、図
面は省略する。ただし、膨張機構の駆動時には、圧縮機
構とは逆に、作動室３９の容積を拡大させながら両スク
ロール２，４の中心部から外周方向へ作動室３９を移動
させ、これにより作動室３９内のガスを膨張させて外周
部で吐出する。このため、圧縮機構の吸入管１１は膨張
機構の吐出管１１として、圧縮機構の吐出管１２は膨張
機構の吸入管１２として機能する。圧縮機構と同様に、
膨張機構のケーシング又はシェル部にドレン通路を配置
すれば、上記の場合と同様に漏れ冷却水の排出により軸
受等の可動要素の防錆を図り、ガス供給装置の機器寿命
の延命効果が得られる。

【００２０】次に、本発明をベーン式圧縮機構を備えた
ガス供給装置に適用した実施形態に就いて説明する。図
３及び図４に図示のように、ベーン式ガス供給装置は、
互いに接合されたフロントハウジング１０１及びリヤハ
ウジング１０２を有し、これら両ハウジング１０１、１
０２内には楕円状の貫通孔が軸方向に延設されたシリン
ダ１０３が収容、固定され、このシリンダ１０３の両端
開口をフロントサイドプレート１０４とリヤサイドプレ
ート１０５とで挟み込むことにより上記貫通孔が閉塞さ
れて横断面が楕円状のロータ室１０６が形成されてい
る。両サイドプレート１０４、１０５に形成された軸孔
１０７、１０８中にはシャフト１０９が遊嵌、延設さ
れ、両端又は片側がシールされてグリースを内部に充填
し、回転時の潤滑をする構造のアンギュラ軸受１３１、
１３２を介して回転自在に支持され、該シャフト１０９
には円形断面のアルミニウム製ロータ１１０が前記ロー
タ室１０６内に収容されるように固定されている。

【００２１】上記ロータ１１０には略ラジアル方向の複
数のベーン溝１１１がロータ周囲に離隔して形成され、
それぞれのべーン溝１１１には複数枚のベーン１１２が
ロータ１１０の外周面から出入り可能に保持されてお
り、後述する水の圧力によってベーン１１２の先端がシ
リンダ１０３の上記貫通孔の内周の壁面に押し付けられ
るようになっている。その結果、隣り合う２枚のベーン
１１２、ロータ１１０の外周面、シリンダ１０３の内壁
面及び両サイドプレート１０４、１０５の内側端面によ
って囲まれる複数の圧縮室（作動室）１１３がロータ室
１０６に区画形成され、エンジン等の回転駆動によりシ
ャフト１０９がロータ１１０を回転させることによって
圧縮室１１３が容積変化を起こして圧縮仕事を行うよう
になっている。

【００２２】上記圧縮室１１３にはフロントサイドプレ
ート１０４のシリンダ１０３の所定位置に形成された吸
入通路１２２および吸入口１２３からガス体が吸入され
る。この吸入口は更にフロントハウジング１０１に形成
された吸入路１２０を介して外部のガス体供給源（空気
の場合には大気中）に連通し、ロータ１１０の回転作動
に応じて同吸入口から圧縮用ガス体を圧縮室１１３へ吸
入し得るようになっている。

【００２３】同じく圧縮室１１３は、所定の回転角位置
に設けられた吐出口１１５を介して吐出室１１６と連通
され、圧縮されたガス体は、この吐出口１１５を経て吐
出室１１６に吐出され、この吐出室１１６から更にリヤ
ハウジング１０２に形成された大きな容積の水分離室１
１４へ連通孔１２４を経て吐出され、水を分離された後
に、リヤハウジング１０２の送出口１２１を経て外部に
圧縮後の高圧ガス体として送出される構成となってい
る。

【００２４】この間に、分離された冷却水は水分離室１
１４の下底部に達し、同水分離室１１４に冷却水供給管
路１３３から供給される冷却水と合流して蓄えられる。
水分離室１１４に供給される冷却水は、ガス体の圧縮作
用に伴って発生する熱を吸熱、冷却するとともにベーン
１１２をラジアル方向外向きに押圧してシリンダ１０３
の内壁面に押しつける作用にも使用される。すなわち、
水分離室１１４の下底部は、リヤサイドプレート１０５
に形成されたラジアル水通路１１７、傾斜水通路１１８
を経て同じくリヤサイドプレート１０５におけるロータ
１１０の端面と対面する内側端面に形成された環状溝１
１９ａに連通し、水の流路を形成している。

【００２５】また、フロントサイドプレート１０４にお
けるロータ１１０の端面と対面する内側端面にも環状溝
１１９ｂが形成され、上記環状溝１１９ａとともにベー
ン溝１１１に連通している。このため、装置の稼働時に
はロータ１１０の回転に伴ってガス体の吸入、圧縮、吐
出が行われる過程で、水分離室１１４内の冷却水に掛か
る吐出時の背圧を利用して上記水通路１１７、１１８と
環状溝１１９ａを介してベーン溝１１１に冷却水が供給
され、ベーン１１２に押圧力を付与する構成となってい
る。そして、この際に、ロータ１１０やベーン１１２を
冷却し、またリヤサイドプレート１０５の軸孔１０８の
間隙を介してリヤ側の軸受１３２の水冷を遂行する。

【００２６】更に、ベーン溝１１１に達した冷却水は、
一部が作動室である圧縮室１１３に流入してガス体に混
入することにより圧縮熱を吸収、冷却し、かつシリンダ
１０３の内壁面を冷却しながら、吐出室１１６を経て水
分離室１１４に帰還して水分離作用を受け、またフロン
トサイドプレート１０４に形成された環状溝１１９ｂへ
流出した漏れ冷却水はフロントサイドプレート１０４の
軸孔１０７に流入してフロント側の軸受１３１に冷却効
果を付与しつつ、同フロントサイドプレート１０４に形
成されたドレン通路１３４およびフロントハウジング１
０１に形成した上記ドレン通路１３４と連通したドレン
孔通路１３５を経て外部に排出される。この場合に外部
に排出された冷却水は単純に適宜の排水路へ投棄しても
良く、あるいは所望に応じて水供給源へ帰還させる配管
路を経由し、又は直接、冷却水供給管路１３３に流入
し、次いで水分離室１１４に帰還させる構成としても良
い。特に、後者の場合には圧縮室１１３から漏出したガ
ス体も同時に水分離室１１４に帰還させ、水に混入した
状態で圧縮室１１３へ吸入させる構成とし、圧縮効率の
向上に寄与させることもできる。また、吸入管１２０に
接続して吸入されるガス体とともに圧縮室１１３に流入
させる構成としてもよい。なお、本実施例では、冷却水
と接するロータ１１０、ベーン１１２等の可動部材やシ
リンダ１０３の内周面等には周知のニッケルメッキ処
理、ポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroeth
ylene)による皮膜処理等による表面処理を用いた防錆処
理が予め施される。

【００２７】上述の説明からも明らかなように、本実施
形態においても、水冷式ガス供給装置において装置内部
の冷却およびベーン押圧用に使用された冷却水の漏れ流
を排出するドレン通路が設けられることにより、ガス供
給装置内部における水の停滞を阻止する積極的は水排出
手段が設けられるので、装置内部の防錆を図り、水冷作
用と相まって長寿命を保証することが可能となる。

【００２８】なお、所要に応じてリヤハウジング１０２
の下底部には図示してない水抜き栓を装着し、ガス供給
装置が長期にわたって不使用とされるときや、装置の出
荷時等には水抜きを行い得るようにしておくことが好ま
しい。次に、図５、図６は、他の実施形態としてガス供
給装置をルーツ式ガス圧縮機で構成した場合に本発明を
適用した例を示している。

【００２９】このルーツ式ガス圧縮機は、ロータハウジ
ング２０１を有し、このロータハウジング２０１内にロ
ータ室２０２が形成され、このロータ室２０２内で一対
のサイクロイド形等のロータ２０３、２０４が回転可能
に軸支されている。ロータハウジング２０１の一端側に
形成された吸入口２１０と吐出口２２０とが対向して設
けられ、吸入口２１０には水供給通路２１１が形成され
ている。

【００３０】上記ロータ室２０２は、これらの吸入口２
１０と吐出口２２０に連通し、吸入口２１０側からガス
体を吸入し、ロータ２０３、２０４の回転に応じて圧縮
されたガス体を吐出口２２０から吐出するように形成さ
れている。さて、上記ロータ室２０２には、上記ロータ
ハウジング２０１の片側の側壁２０１ａに回動自在に支
承されたロータシャフト２０５、２０６が駆動軸および
副軸として設けられ、上記吸入口２１０と吐出口２２０
とを結ぶ線に対して直角方向に貫通して配置されてい
る。これらのロータシャフト２０５、２０６にはそれぞ
れ上記のロータ２０３、２０４が相互に位相を例えば９
０°ずらした位置関係を維持して取着されている。上記
ロータシャフト２０５、２０６の一端は、上記ロータ室
２０２に隣接し、かつ上記側壁２０１ａと軸方向に離間
して設けられている隔壁２０７を隔てて配設されたギヤ
室２０８へ上記隔壁２０７を貫通して挿入され、このギ
ヤ室２０８に挿入された部位に、互いに噛合するギヤ２
２１、２２２が軸支されている。

【００３１】そして、駆動軸を成すロータシャフト２０
５が外部駆動源からの駆動力をプーリ２２３を介して伝
達されることにより回転、駆動されると、相互に噛合し
たギヤ２２１、２２２を介して他方の副軸を成すロータ
シャフト２０６が等速度で逆回転され、これらのロータ
シャフト２０５、２０６の回転に伴って上記ロータ２０
３、２０４が相互に曲線係合を維持しつつロータ室２０
２内を相互に逆方向へ回転される。これにより、例えば
空気等のガス体が上記吸入口２１０より吸引されて圧縮
され、上記吐出口２２０より吐出される。このとき、ル
ーツ式圧縮機を例えば、燃料電池の圧縮機に利用する場
合には、供給ガスが例えば空気や水素で、油の混入を許
容しないため、水冷方式の採用によって圧縮機の機体の
冷却を遂行しなければならない。

【００３２】従って、本発明によると、ロータ室２０２
における各ロータ２０３、２０４と協動するそれぞれの
圧縮分室２０２ａ、２０２ｂに対してロータハウジング
２０１の所定の位置に上下向きに設けた上記水供給通路
２１１から上記吸入口２１０を経由して冷却水が導入さ
れ、それぞれの圧縮分室２０２ａ、２０２ｂに冷却水を
吸入、供給するようにしている。

【００３３】他方、ロータハウジング２０１の側壁２０
１ａと隔壁２０７にはそれぞれの圧縮分室２０２ａ、２
０２ｂからロータ２０３、２０４の軸方向における両端
面における間隙を経て漏出する冷却水を受承するドレン
通路が設けられている。すなわち、側壁２０１ａに対し
てはロータシャフト２０５、２０６を囲繞する環状の水
通路２２５、２２６が設けられ、また両環状水通路２２
５、２２６を連通する水通路２２７と一方の環状水通路
２２５からロータハウジング２０１の外部に向けて開口
する排出水通路２２８とが設けられている。また、隔壁
２０７に対してはロータシャフト２０５、２０６を囲繞
した環状の水通路２２９、２３０が設けられ、かつ両環
状水通路２２９、２３０を連通する水通路２３１と一方
の環状通路２２９からロータハウジング２０１の外部に
向けて開口する排出水通路２３２とが設けられている。

【００３４】上述したロータハウジング２０１の側壁２
０１ａと隔壁２０７とに設けられたそれぞれの水通路２
２５〜２２８および２２９〜２３２は冷却水に対するド
レン通路を成すものであり、ロータ２０３、２０４の両
端面から漏出する冷却水をそれぞれロータハウジング２
０１の外部に導き、排出可能にするものである。上述の
場合に、ロータシャフト２０５を回転可能に支承する１
対の軸受２３５ａ、２３５ｂ及びロータシャフト２０６
を回転可能に支承する他の１対の軸受２３６ａ、２３６
ｂは何れも環状水通路２２５、２２９及び環状水通路２
２６、２３０に隣接した位置に配設されてシャフト端を
支持するように設けられている。従って、これらの軸受
２３５ａ、２３５ｂおよび２３６ａ、２３６ｂは、少な
くとも環状水通路２２５、２２９、２２６、２３０に隣
接した側にはシール構造を備え（両側シール構造として
も良い）、かつグリース潤滑による潤滑構造を採ること
により軸受内部への冷却水の侵入を阻止するように予め
構成することが必要とされる。また、このようなグリー
ス潤滑軸受を用いることにより、漏出した冷却水を利用
して軸受２３５ａ、２３５ｂおよび２３６ａ、２３６ｂ
の冷却を果たすことも可能となる。

【００３５】上述した構成を有するルーツ型ガス圧縮機
においても、冷却水は圧縮分室２０２ａ、２０２ｂ内で
圧縮されるガス体に導入されるので、圧縮熱を冷却す
る。そして、圧縮機の運転中にそれぞれの圧縮分室２０
２ａ、２０２ｂからロータ２０３、２０４の両端面の隙
間から漏出する冷却水は巧みにドレン通路を経由して機
外に排出されるので、圧縮機内部に停滞することがな
く、故に、錆の原因が解消されるのである。

【００３６】以上、本発明をスクロール型ガス圧縮機ま
たは膨張機、ベーン型ガス圧縮機、ルーツ型ガス圧縮機
等の種々のガス供給装置の実施形態に基づいて説明した
が、これらの諸実施形態として適用される本願発明の効
果は以下の通りである。

【００３７】

【発明の効果】すなわち、本発明によれば、ケーシング
やシェル部、ハウジング等のガス供給装置の外被体の内
部に漏出した冷却水が適切に機外へ排出されるため、ガ
ス供給装置の特に鉄系材料による可動要素やベアリング
等の部材に錆が発生することがなく、ガス供給装置の寿
命の低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るスクロール型圧縮機
構を示す断面図である。

【図２】同スクロール型圧縮機構の両渦巻体で吸入空気
を取り込んだ瞬間を示した説明図である。

【図３】本発明の他の一実施形態に係るベーン型ガス圧
縮機の縦断面図である。

【図４】同ベーン型ガス圧縮機の長軸線と交差した方向
の一断面を示し、特にロータに保持されたベーンおよび
ガス体の吸入、吐出機構を明示した断面図である。

【図５】本発明の更に他の一実施形態に係るルーツ型ガ
ス圧縮機の縦断面図である。

【図６】同ルーツ型ガス圧縮機のロータシャフトの軸心
と交差した方向の一断面を示すとともに水供給管路とド
レン通路の構成を詳示した断面図である。

【符号の説明】

２…固定スクロール４…可動スクロール２３…固定渦巻体３９…作動室４２…可動渦巻体７２…水供給通路８０…ドレン通路８０ａ…ドレン通路１０１…フロントハウジング１０２…リヤハウジング１０３…シリンダ１０４…フロントサイドプレート１０５…リヤサイドプレート１０６…ロータ室１０７…軸孔１０８…軸孔１１０…ロータ１１１…ベーン溝１１２…ベーン１１３…圧縮室１１４…水分離室１１７…ラジアル水通路１１８…傾斜水通路１１９ａ…環状溝１１９ｂ…環状溝１３４…ドレン通路１３５…ドレン孔通路２０１…ロータハウジング２０２…ロータ室２０２ａ…圧縮分室２０２ｂ…圧縮分室２０３…ロータ２０４…ロータ２０５…ロータシャフト２０６…ロータシャフト２０７…隔壁２１０…吸入口２１１…水供給通路２２５…環状水通路２２６…環状水通路２２７…水通路２２８…排出水通路２２９…環状水通路２３０…環状水通路２３１…水通路２３２…排出水通路２３６ａ…軸受２３６ｂ…軸受

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伴孝志愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機製作所内 (72)発明者星野辰幸愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機製作所内 (72)発明者廣瀬達也愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機製作所内 (72)発明者藤井俊郎愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機製作所内 (72)発明者加藤裕久愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機製作所内Ｆターム(参考） 3H003 AA01 AB07 AC02 AC04 AD01 AD03 BE06 BG04 CD01 CD05 3H029 AA02 AA05 AA06 AA18 AA22 AB00 AB02 AB05 BB12 BB37 BB44 BB45 CC02 CC04 CC05 CC09 CC22 CC34 CC48

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に中空域を有する固定要素と、１つ
の駆動軸を介して導入される駆動力に従って前記固定要
素の中空域で所定の運動を行うように設けられるととも
に前記固定要素との間に複数の作動室を形成し、前記所
定の運動に応じて該作動室の容積変化を生起させる可動
要素と、前記固定要素及び前記可動要素を包囲する外殻
要素と、前記作動室に冷却水を供給する水供給路とを有
し、前記作動室に取り込まれたガス媒体に圧縮及び膨張
のいずれか１つの作用を付与して送出路手段からガス媒
体を送出する水冷式ガス供給装置において、前記作動室から漏洩した冷却水を前記外殻要素の外側に
誘導し、排出せしめるドレン通路を具備していることを
特徴とする水冷式ガス供給装置。
【請求項２】前記水冷式ガス供給装置は、スクロール
型水冷式ガス圧縮機から成り、該スクロール型水冷式ガ
ス圧縮機は、前記固定要素として形成され、固定渦巻体
を形成した固定スクロールと、前記可動要素として形成
され、前記固定スクロールの渦巻体と互いに位相をずら
して噛合する可動渦巻体を形成した可動スクロールと、
該可動スクロールの公転運動により前記両渦巻体間に形
成される前記作動室に冷却水を供給する前記水供給路
と、前記固定、可動スクロールを包囲する囲繞部材から
成る前記外殻要素とを具備してなり、前記駆動軸の駆動
力に従って前記可動スクロールが公転運動をすることに
より、前記複数の作動室の各々の容積を縮小させながら
順次前記両渦巻体の中心方向へ該各作動室を移動させ、
これにより前記ガス媒体を圧縮して中心部で吐出するよ
うに構成されている請求項１に記載の水冷式ガス供給装
置。
【請求項３】前記水冷式ガス供給装置は、スクロール
型水冷式ガス膨張機から成り、該スクロール型水冷式ガ
ス膨張機は、前記固定要素として形成され、固定渦巻体
を形成した固定スクロールと、前記可動要素として形成
され、前記固定スクロールの渦巻体と互いに位相をずら
して噛合する可動渦巻体を形成した可動スクロールと、
該可動スクロールの公転運動により前記両渦巻体間に形
成される前記作動室に冷却水を供給する前記水供給路
と、前記固定、可動スクロールを包囲する囲繞部材から
成る前記外殻要素とを具備してなり、前記駆動軸の駆動
力に従って前記可動スクロールが公転運動をすることに
より、前記複数の作動室の各々の容積を拡大させながら
順次前記両渦巻体の中心領域から外周領域に向けて該各
作動室を移動させ、これにより前記ガス媒体を膨張して
外周部で吐出するように構成されている請求項１に記載
の水冷式ガス供給装置。
【請求項４】前記囲繞部材は、前記可動スクロールを
包囲するように配設されるケーシングと、該ケーシング
に結合されるとともに前記固定スクロールを包囲するよ
うに設けられるシェル形成部とを具備してなり、前記ケ
ーシングに少なくとも一つの前記ドレン通路が開通され
ている請求項２または３に記載の水冷式ガス供給装置。
【請求項５】前記ドレン通路は、前記可動スクロール
と前記固定スクロールとの噛合部に近く、かつ該噛合部
より下位部に開通されている請求項４に記載の水冷式ガ
ス供給装置。
【請求項６】前記囲繞部材は、前記可動スクロールを
包囲するように配設されるケーシングと、該ケーシング
に結合されるとともに前記固定スクロールを包囲するよ
うに設けられるシェル形成部とを具備してなり、前記シ
ェル形成部に少なくとも一つの前記ドレン通路が開通さ
れている請求項２または３に記載の水冷式ガス供給装
置。
【請求項７】前記ドレン通路は、前記可動スクロール
と前記固定スクロールとの噛合部に近く、かつ該噛合部
より下位部に開通されている請求項６に記載の水冷式ガ
ス供給装置。
【請求項８】前記水冷式ガス供給装置は、べーン型水
冷式ガス圧縮機からなり、該べーン型水冷式ガス圧縮機
は、前記固定要素として設けられ、所定形状のシリンダ
室を内部に形成したシリンダと、前記可動要素として設
けられ、前記所定形状のシリンダ室内で回動するととも
に複数のベーンを前記シリンダ室の内壁面に対して突
出、退動可能に収納したベーン溝を外周面に穿設して成
るロータと、前記外殻要素の形成部材として設けられ、
前記シリンダの前後端面に当接、配置され、前記シリン
ダ室を閉鎖空間に形成する前後のサイドプレートと、前
記外殻要素の他の形成部材として設けられ、前記シリン
ダおよび前記前後のサイドプレートを包囲するように設
けられたケーシングと、前記ロータの回動に従って前記
ロータの外周面、前記シリンダ室の内壁面、前記べーン
および前記前後のサイドプレートによって前記シリンダ
室内に形成される複数の前記作動室に冷却水を供給する
前記水供給路とを具備してなり、前記駆動軸の駆動力に
従って前記ロータが回動することにより、前記複数の作
動室の各々の容積を縮小させながら前記ガス媒体を圧縮
して吐出するように構成されている請求項１に記載の水
冷式ガス供給装置。
【請求項９】前記水供給路は前記前後のサイドプレー
トの一方と前記ケーシングとに形成された水通路を前記
ベーン溝に連通させてなり、前記ドレン通路は前記前後
のサイドプレートの他方と前記ケーシングとに開通され
てなる請求項８に記載の水冷式ガス供給装置。
【請求項１０】前記水冷式ガス供給装置は、ルーツ型
水冷式ガス圧縮機から成り、該ルーツ型水冷式圧縮機
は、前記固定要素として設けられ、所定形状のロータ室
を内部に形成したロータハウジングと、前記可動要素と
して設けられ、前記所定形状のロータ室内で常時、係合
状態を維持する一組の係合要素として形成され、前記駆
動軸の駆動力に従って互いに逆方向に回動するように配
設された一対のロータ要素と、前記一対のロータ要素の
相互逆回動により前記所定形状のロータ室の内壁と該ロ
ータ要素の外周面との間に形成される複数の移動性の作
動室に冷却水を供給する前記水供給路と、前記ロータハ
ウジングに結合され、前記一対のロータ要素の一方を装
架した前記駆動軸と他方のロータ要素を装架した副軸と
を軸受を介して軸承すると共にガス媒体の吸入口と吐出
口とを供するケーシング要素によって形成された前記外
殻要素とを具備して成り、前記駆動軸の駆動力に従って
前記一対のロータ要素が回動することにより、前記複数
の作動室の各々の容積を縮小させながら順次前記吸入口
から前記吐出口へ移動させ、これにより前記ガス媒体を
圧縮して前記吐出口から吐出させるように構成されてい
る請求項１に記載の水冷式ガス供給装置。
【請求項１１】前記水供給路は前記ケーシング要素に
穿設され、前記吸入口に向けて開口させた通路からな
り、前記ドレン通路は、前記一対のロータ要素が装架さ
れた前記駆動軸および前記副軸を囲繞して前記ロータハ
ウジングに形成された少なくとも１対の環状通路と、前
記ロータハウジングに開通され前記１対の環状通路から
該ロータハウジングの外側に向けて開口した直進通路と
からなる請求項１０に記載の水冷式ガス供給装置。