JP2000345977A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】空気圧縮や冷凍、空調用に用いられるスクロー
ル圧縮機を効果的に冷却する。 【解決手段】両歯式スクロール圧縮機本体１を形成する
旋回スクロール４１の鏡板に複数の冷却通路を形成す
る。この冷却通路に水噴霧手段５０により水を噴霧し、
スクロール圧縮機本体を冷却する冷却ファン４により吸
引された冷却空気とともに旋回スクロールを冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気圧縮や冷凍・
空調用に使用されるスクロール圧縮機に係り、特にオイ
ルフリーで使用されるスクロール圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】空気圧縮や冷凍・空調に使用される圧縮
機として、作動ガスの流通する流路に潤滑油等の油を使
用しないオイルフリースクロール圧縮機が良く知られて
いる。このオイルフリースクロール圧縮機では、鏡板に
直立した渦巻き状のラップを備えた旋回スクロール及び
固定スクロールをラップの内側を互いに組合わせ、旋回
スクロールラップ外壁面側と固定スクロールラップ外壁
面との間に、各ラップと鏡板で２つの密閉空間を形成し
ている。この密閉空間は、両スクロールの相対運動によ
り中心方向に移動するが、それとともにその容積を減少
する。この運動において、両スクロールの外周側から吸
入したガスは圧縮され、固定スクロールの中央部に設け
た吐出口から吐出される。旋回スクロールと固定スクロ
ールの旋回運動により作動ガスが圧縮されると、スクロ
ール圧縮機は発熱し、吐出ガス温度で１９０度から２４
０度程度まで上昇する。

【０００３】ところで、圧縮機容量を大容量化するため
に、旋回スクロールの鏡板の両側にラップを形成した、
いわゆる両歯型またはダブルスクロールと呼ばれるスク
ロール圧縮機が提案されている。このダブルスクロール
圧縮機では、片歯型スクロール圧縮機では使用できた旋
回スクロールの鏡板裏面側を冷却に使用できない。その
ため、旋回スクロールの鏡板に冷却孔を設けて、旋回ス
クロールを冷却している。この例が、特開平８-２１９
０６７号公報や特開平８-２６１１８０号公報に記載さ
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術に記載
のものは、冷却しにくい旋回スクロールを冷却するのに
適しており、かなりの程度の冷却効果が得られている。
しかしながら、ダブルスクロール圧縮機本体を採用した
スクロール圧縮機では、スクロール圧縮機本体の中心部
で発生する熱がこれまでのものに比べて飛躍的に増大し
ている。そのため、更なる冷却能力の向上が望まれてい
る。とくに、吐出ポート近傍でスクロール圧縮機本体に
作用する面圧が大きい場合や、小型化のために圧縮機の
回転速度を増加させた場合等には、密閉空間からの作動
ガスの漏れを防止するチップシールのｐＶ値が増加する
ので、このチップシール部での温度上昇を防止する必要
がある。これまでは、圧縮機本体に強制的に送付する風
量を増大させることで対処してきたが、上述したように
ダブルスクロール圧縮機本体を用いると、冷却に使用で
きる部分が著しく制限されるため、単に冷却風量を増大
したのみでは冷却効果を向上できない。

【０００５】また、冷却風量を増して冷却効果を増大さ
せようとすると、冷却風により騒音が増大するととも
に、パッケージの筐体外に排気される冷却後の暖められ
た空気によりパッケージ型圧縮機周囲への悪影響が増大
する。そのため、防音処置に多大の費用を要したり、排
気をパッケージから遠く離れた場所まで導く等の費用を
必要としている。

【０００６】本発明の目的は、上記従来技術の不具合を
解消し、スクロール圧縮機の冷却性能を向上させること
にある。本発明の他の目的は、スクロール圧縮機を大容
量化することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の特徴は、鏡板の両面に旋回スクロールラップ
が形成された旋回スクロール及びこの旋回スクロールの
各ラップとともに圧縮室を形成するラップが形成された
２個の固定スクロールとを有する両歯式スクロール圧縮
機本体と、この圧縮機本体を駆動する電動機と、圧縮機
本体で圧縮された作動ガスを冷却するクーラと、このク
ーラで作動ガスと熱交換する冷却空気を送風し電動機の
一端側に取付けられた冷却ファンと、クーラで冷却され
た作動ガスを除湿するドライヤとを備え、旋回スクロー
ルの鏡板に複数の貫通冷却穴を形成し、さらにこの冷却
穴に水を噴霧する噴霧手段を設けたものである。

【０００８】そして好ましくは、噴霧手段から噴霧され
る水は、ドライヤで除湿した水である；噴霧手段の水を
噴霧する部分は、スクロール圧縮機本体の回転軸心を結
ぶ線より上方に設けられている；圧縮機本体の下部にド
レンパンを配置するものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１〜
図６を用いて説明する。図１は本発明に係るオイルフリ
ースクロール圧縮機の一実施例における冷却空気の流れ
を説明する図である。図１において、１は圧縮機本体、
１ａは圧縮機本体１の冷却空気出口、２は片側の軸に冷
却ファン４を、他方の軸に圧縮機本体駆動用のＭシーブ
７を装着した両軸モータである。両軸モータ２と圧縮機
本体１は２段に形成されたモータベース１２の各段上に
設置されている。モータベース１２は、コモンベース１
４との振動を絶縁するために、防振ゴム１３を介してコ
モンベース上に設置されている。

【００１０】圧縮機本体１にはＶプーリ８が取り付けら
れており、両軸モータ２の回転力はＶベルト９を介して
圧縮機本体ブロック１の回転軸に動力伝達される。冷却
ファン４の吐出側には排気ダクト１１がほぼ垂直状に形
成されており、この排気ダクト１１内であって冷却ファ
ン４の上方に、フィンチューブ式のクーラ３が設置され
ている。 冷却ファン４は２方向４ａ，４ｂから吸込み
が可能であり、一方の吸込側には圧縮機本体１と両軸モ
ータ２とを冷却するためのダクト１０が両軸モータ軸に
ほぼ平行に形成されている。ダクト１０の一端側と排気
ダクト１１との間には、冷却ファン４の一方の吸込側４
ａに流入する空気と冷却ファン４から吐出された空気が
混じり合わないように、仕切壁１１ａを備えたダクトが
設けられている。一方、ダクト１０の他端側は、圧縮機
本体１を流通した冷却空気が冷却ファン４に導かれるよ
うに、フィン２１の両側に設けたフィンカバーにつなが
っている。筐体２０内部を冷却した冷却空気は、ベルマ
ウス状に形成された冷却ファン４の他の吸込口４ｂから
吸込まれ、冷却ファン４を通過した後、クーラ３を冷却
する。

【００１１】圧縮機本体１及びモータ２を冷却した冷却
空気と吸込口４bから吸込まれた外部空気とが混じり合
わないように、冷却ファン４に近接してクーラ３まで延
びる区画手段２４ａが設けられている。これにより、筐
体内部で外気に対し僅かに温度上昇した冷却空気がクー
ラ３を冷却できるので、クーラ３内部を流れる作動ガス
との温度差を大にすることができ、クーラ３における熱
交換効率を高めることができる。

【００１２】圧縮機本体１は配管５によりクーラ３に接
続され、クーラ３と圧縮機本体１の上方に配置されたド
ライヤ１５とが配管６により接続されている。つまり、
オイルフリースクロール圧縮機で圧縮された高圧高温の
空気は、クーラ３で外部空気と熱交換して５５℃以下の
空気となる。ドライヤ１５は、圧縮機１５ａ、凝縮器１
５ｄ、キャピラリ１５ｃ、蒸発器１５ｂと凝縮器１５ｄ
に送風するファン１５ｅとを備えたヒートポンプ式の冷
凍サイクルである。このドライヤ１５に流入する空気の
温度は、５５℃以下に制限されている。そのため、クー
ラ３で圧縮機の吐出ガスを予冷却し、ドライヤ１５を適
正温度で運転できるようにしている。

【００１３】２０は圧縮機ユニット全体を収納する筐体
で、筐体２０の右側面上部にはドライヤ吸込口１７が、
右側面中間部の圧縮機本体１とほぼ同じ高さのところに
は吸込口１６がそれぞれ設けられ、上部にはドライヤ排
気口１８と排気口１９が設けられている。また、筐体２
０の左側面下部には、クーラ３を冷却する外気を取り入
れるために、冷却ファン４とほぼ同じ高さに吸込口１１
ｃが形成されている。

【００１４】このように構成した本発明に係るスクロー
ル圧縮機における、圧縮機本体１とクーラ３を冷却する
空気の流れについて説明する。両軸モータ２に電源を投
入すると冷却ファン４が両軸モータ２と同時に回転し、
筐体２０の右側面に設けられた吸気口１６から筐体２０
内へ冷却空気が吸込まれる。筐体内に吸い込まれた外部
空気は、吸気口１６近傍に配置された圧縮機本体１、次
いで両軸モータ２を冷却する。

【００１５】ここで、圧縮機本体１の両側面には後述す
るフィン２１が形成されており、吸気口１６から流入し
た冷却空気の一部は、このフィン２１をガイドにして圧
縮機本体１の側部を流通する。冷却空気の他の一部は、
これも後述する旋回スクロールの鏡板間に形成された冷
却穴およびこれら冷却穴に連通するフィルター間の流路
を経て、スクロール圧縮機において最も高温である圧縮
機本体１の中心部を冷却する。その際、以下に述べる水
噴霧手段５０により、旋回スクロールの鏡板内壁面に水
が噴霧される。その後圧縮機本体１の下部に形成された
冷却空気出口１ａを経て、両軸モータ２の周囲部を軸方
向に流通し、ダクト１０へと流入する。ダクト１０へ流
入した冷却空気は、仕切壁１１ａおよび冷却ファン４の
一方の吸込口４ａを経て、冷却ファン４に吸引される。

【００１６】水噴霧手段５０は、水噴霧器本体５３と、
ドライヤの蒸発器１５ｃで冷却された作動ガスの一部を
水噴霧器本体５３に導く圧縮ガス導管５４と、蒸発器１
５ｃで発生したドレン水の一部を水噴霧器本体に導くド
レン水導管５２と、噴霧水を旋回スクロールの鏡板に形
成した冷却通路に導く導水管５１と、冷却通路の内壁面
に噴霧水を噴霧するノズル部５５と、蒸発しきれずに液
のままで流下した噴霧水を受ける圧縮機本体１下部に配
置したドレンパン５６とを備えている。ここで、ノズル
部５５は旋回スクロールを駆動するクランク軸心間を結
ぶ直線より上方に配置している。

【００１７】この水噴霧手段により、ドレン水の一部は
作動ガスを駆動力として冷却通路の内面に噴霧される。
このとき、冷却空気も流路内を流れているので、噴霧水
は旋回スクロールの鏡板で温められて蒸発して冷却空気
に混じり合って筐体外部へ排出される。水の噴霧量が微
少であっても、熱交換は冷却空気だけの場合より促進さ
れる。したがって、噴霧量を微少にすれば、ドレンパン
に受け止められる水の量を皆無に近くすることが可能に
なる。なお、冷却量を増やすために、噴霧水の量を増や
し流下液膜式の冷却方を採用することも可能である。こ
の場合は、ドレンパンに受け止められる水の量が増加す
るので、ドレンパンに排出手段を設ける必要がある。

【００１８】なお、吸気口１６から吸い込まれた外部空
気のさらに他の一部は、圧縮機本体１に取付けたプーリ
ー近傍を経て、両軸モータ２の吸込口２ａからダクト１
０内に流入し、圧縮機本体１を冷却した空気と混じり合
い冷却ファン４に吸引される。したがって、筐体２０内
へ吸込まれた冷却空気の一部は圧縮機本体１を冷却した
後ダクト１０を通過して冷却ファン４内へ流れ込み、他
の一部の冷却空気は両軸モータ２を冷却した後冷却ファ
ン４に流れ込む。冷却ファン４を通過した冷却空気は、
そのまま排気口１９へと導かれる。

【００１９】吸込口１６から吸込まれた冷却空気の残り
の大部分は、筐体２０内部の各部を冷却する。その後、
ダクト１０及び第１の冷却通路を形成する区画手段２４
ａの回りを経て、筐体２０と吸込み区画手段１１bとに
より形成された吸込み空間２６へ吸込口１１cから流入
する。そして、冷却ファン４に吸込まれ、第２の冷却通
路２５を流通してクーラ３を冷却した後、第１の冷却通
路を経た冷却空気と混じり合って排気口１９から外部へ
排気される。

【００２０】ここで、冷却ファン４の前面位置には、ス
クロール圧縮機を制御する図示しない制御装置が取付け
られている。この制御装置の裏面から第２の冷却通路へ
送風される前の冷却空気を取り入れ、高発熱の半導体素
子等を含む制御装置を冷却しているので、制御装置を安
定して運転できる。なお、この制御装置を冷却しても、
冷却空気の温度上昇は僅かであるので、クーラ３を冷却
するのに悪影響はない。

【００２１】ここで、両歯式スクロール圧縮機本体１の
詳細を図２および図３を用いて説明する。図２および図
３は、スクロール圧縮機本体の主要部の縦断面図と固定
スクロールの側面図である。旋回スクロール４１の鏡板
３０の表裏両面には渦巻状にラップ３１が形成されてい
る。この旋回スクロール４１を渦巻状のラップ３８ａ，
３８ｂが形成された２つの固定スクロール４２ａ，４２
ｂで挟み込んでいる。両軸モータ２からプーリ８を介し
て主クランクシャフト３４に動力が伝達され、補助クラ
ンクシャフト３５へはタイミングプーリ３２、３６及び
それら間を動力伝達するタイミングベルト３３により両
軸モータ２の動力が伝達される。この２つのクランクシ
ャフトは、ラップが設けられていない鏡板周辺部で軸受
支持されるとともに、固定スクロール４２ａ，４２ｂの
所定位置に回転自在に支持されている。固定スクロール
及び旋回スクロールの外周部のラップに対応して、固定
スクロールに流体吸入口が設けられると共に、固定スク
ロールの中央部に吐出口が設けられている。両軸モータ
からプーリに動力伝達されることにより、クランクシャ
フト３４が回転し、同期用のタイミングプーリ３２、タ
イミングベルト３３によって補助クランクシャフト３５
も主クランクシャフト３４と同期回転を行い、この回転
にともない旋回スクロールは自転することなく所定の半
径で旋回運動する。これにより、流体は旋回スクロール
と２つの固定スクロールとのラップで形成される圧縮室
に吸入口から吸い込まれ、旋回スクロールの回転が進
み、圧縮室が鏡板周辺部から中心部に向かうにつれ、流
体は所定の圧力まで上昇した後、吐出口より吐出され
る。

【００２２】この圧縮の過程において作動ガスの温度は
上昇し、特にその中心部において温度上昇が著しい。従
って、この中心部を冷却する必要がある。図２及び図３
に示したように、圧縮機本体の両端部近傍にはタイミン
グプーリーをクランク軸に取り付けるため、スペースは
ほとんど無いが、中央部は圧縮機の吐出口部を除き十分
なスペースを確保できるので、この部分に冷却用のフィ
ン２１を形成する。そして、動力伝達の便利さから、両
軸モータの回転軸とクランクシャフト軸は平行軸となっ
ているので、両軸モータの回転軸とクランクシャフト中
心間を結ぶ直線の双方に直交する方向にフィン２１の長
手方向を定める。また、フィン２１の圧縮機本体１のケ
ーシング外壁からの高さは、流体抵抗及び放熱能力の双
方を勘案して所定高さに定められる。フィン２１間のピ
ッチも同様にして定められる。

【００２３】上述したように、パッケージ型圧縮機で最
も高温となるのは、圧縮機本体１の中央部の吐出口部で
ある。そこで、できるだけ、吐出口部に近接して、冷却
通路を形成する。図２において、旋回スクロール４１の
鏡板３０には、回転軸３４、３５及び回転軸３４、３５
中心を結ぶ線の双方に直角な方向に複数の貫通冷却穴３
９が形成されている。この冷却穴３９は中間部にフィン
を形成した矩形状の通路である。

【００２４】旋回スクロール４１は、旋回運動により図
の左右方向にも移動するので、冷却通路の左右方向の幅
はこの旋回運動による位置変動分をも考慮して定められ
る。なお図６において、固定スクロール４２ａ，４２ｂ
の上部及び下部には、この旋回スクロール４１に形成さ
れた冷却穴３９に連通する圧縮機冷却路３７ａ，３７ｂ
が形成されている。さらに、図示しないが固定スクロー
ル４２ａ，４２ｂの上方にはフィルター手段が取付けら
れる。

【００２５】つまり、図２または図３において、冷却空
気は冷却穴３９または冷却フィン２１に導かれて上方か
ら下方に流れる。そして、旋回スクロール４２ａ，４２
ｂが有する旋回スクロール取付け用のフランジ４３ａ，
４３ｂ間に形成された穴及びフィン２１間に形成される
冷却路から、図１に示したように冷却空気出口１ａを通
って、モータ２を冷却する。これにより、圧縮機本体１
を効果的に冷却でき、吐出口での旋回スクロール温度を
１２０°Ｃ程度まで低下させることができる。

【００２６】なお、上記実施例においては、水噴霧手段
から噴霧される水をドレン水としたが、工業用水等で良
いことは言うまでもない。この場合、よりきれいな水を
噴霧可能なので、冷却通路へのゴミの堆積を防止でき
る。また、水噴霧の駆動源を圧縮空気としたが、ポンプ
やコンプレッサを使用してもよい。この場合、間欠噴霧
と連続噴霧とを選択可能になる。さらに、ノズル部をク
ランク軸の軸心を結ぶ直線より上方に配置したが、軸心
高さ付近やその下方に配置してもよい。この場合、ノズ
ルから上向きに水を噴射すれば、旋回スクロール全体を
冷却でき、上方に配置したときと同様の効果が得られ
る。また、ノズル部を各冷却通路に設けたが、中央部の
特に高温になる部分にだけ設けても良い。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、旋回スクロールに設け
た冷却通路に供給される冷却空気とともに水のミストを
用いて旋回スクロールを冷却するので、旋回スクロール
の冷却性能が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るスクロール圧縮機の一実施例の冷
却空気の流れを説明する図である。

【図２】スクロール圧縮機本体の主要部の縦断面図であ
る。

【図３】スクロール圧縮機本体に用いられる固定スクロ
ールの側面図である。

【符号の説明】

１…圧縮機本体、１ａ…冷却空気出口、２…両軸モー
タ、３…クーラ、４…冷却ファン、１０…ダクト、１１
…ダクト、１１ａ…仕切壁、１１ｂ…吸込み区画手段、
１１ｃ…吸込口、１５…ドライヤ、１６…吸込口、１７
…ドライヤ吸込口、１８…ドライヤ排気口、１９…排気
口、２０…筐体、２１…放熱フィン、２４…第１の通
路、２４ａ…仕切板（区画手段）、２５…第２の通路、
２６…吸込み空間、３０…鏡板、３７ａ，３７ｂ…圧縮
機冷却路、３９…冷却穴、４１…旋回スクロール、４２
ａ，４２ｂ…固定スクロール５０…水噴霧手段、５１…
導水管、５２…ドレン水導管、５３…水噴霧器本体、５
４…圧縮ガス導管、５５…ノズル部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川端 夏樹 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 製作所産業機器グループ内 Ｆターム(参考） 3H039 AA13 BB13 CC02 CC08 CC49 CC50

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鏡板の両面に旋回スクロールラップが形成
   された旋回スクロール及びこの旋回スクロールの各ラッ
   プとともに圧縮室を形成するラップが形成された２個の
   固定スクロールとを有する両歯式スクロール圧縮機本体
   と、この圧縮機本体を駆動する電動機と、前記圧縮機本
   体で圧縮された作動ガスを冷却するクーラと、このクー
   ラで作動ガスと熱交換する冷却空気を送風し前記電動機
   の一端側に取付けられた冷却ファンと、前記クーラで冷
   却された作動ガスを除湿するドライヤとを備え、前記旋
   回スクロールの鏡板に複数の貫通冷却穴を形成し、さら
   にこの冷却穴に水を噴霧する噴霧手段を設けたことを特
   徴とするスクロール圧縮機。
2. 【請求項２】前記噴霧手段から噴霧される水は、前記ド
   ライヤで除湿した水であることを特徴とする請求項１に
   記載のスクロール圧縮機。
3. 【請求項３】前記噴霧手段の水を噴霧する部分は、前記
   スクロール圧縮機本体の回転軸心を結ぶ線より上方に設
   けられていることを特徴とする請求項１または２に記載
   のスクロール圧縮機。
4. 【請求項４】前記圧縮機本体の下部にドレンパンを配置
   したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項
   に記載のスクロール圧縮機。