JP4074075B2

JP4074075B2 - スクロール流体機械

Info

Publication number: JP4074075B2
Application number: JP2001284329A
Authority: JP
Inventors: 徹佐藤; 完藤岡
Original assignee: Anest Iwata Corp
Current assignee: Anest Iwata Corp
Priority date: 2001-09-19
Filing date: 2001-09-19
Publication date: 2008-04-09
Anticipated expiration: 2021-09-19
Also published as: US20050058563A1; US20040042920A1; US6905320B2; BE1015288A3; US20030053922A1; JP2003090291A; US20050058564A1; US7004735B2; US7074024B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクロール型圧縮機やスクロール型真空ポンプ等のスクロール流体機械に係り、特に、スクロール型圧縮機より吐出する空気の冷却性を向上させたスクロール流体機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スクロール型圧縮機を空気圧縮機として用いると、圧縮運転時に圧縮熱が発生し、この熱が、シール部材や軸受等の各構成部材に伝達されて、機械寿命を低下させることがある。
【０００３】
このような問題の生じるのを防止するために、従来のスクロール型圧縮機においては、例えば特開平９−５３５８９号公報に開示されているように、固定スクロールの外面とケーシング（スクロールダクト）との間、旋回スクロールの外面、及び電動モータとこれを覆うケーシングとの間に、外気と連通する冷却通路を形成し、圧縮機本体の一端に設けた冷却ファンをもって空気を送ることにより、固定スクロール、旋回スクロール、電動モータ等を冷却するようにしたものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来のスクロール型圧縮機においては、圧縮室内の空気は、固定及び旋回スクロールにより間接的に冷却されるが、圧縮室より吐出される圧縮空気は、直接吐出口より外部に排出されるため、その冷却効果は小さい。
【０００５】
そのため、圧縮室より排出される高温の空気をエアタンクに蓄圧したり、その空気を直接エア工具等に使用したりすると、エアタンクの蓄圧効率が低下し、またエア工具等の寿命が低下するおそれがある。
【０００６】
この問題に対処するためには、圧縮機に別体の冷却機を接続するなどして、それらをユニット化し、圧縮室より排出された空気を冷却することが考えられる。しかし、このような冷却機を付加すると、当然、圧縮機ユニットが大型となり、設置場所が制約されたり、コストが増大したりする。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、別体としての冷却機等を付加したりすることなく、圧縮室より吐出された高温の空気を、圧縮機本体によって効果的に冷却させることにより、小型化とコスト低減が図れるようにしたスクロール流体機械を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、上記課題は、次にようにして解決される。
(１) 固定スクロールにおける固定端板の内側面に突設された軸線方向を向く固定ラップの間に、前記固定スクロールと対向する内方に設けた旋回スクロールにおける旋回ラップを嵌合し、前記旋回スクロールを軸線回りに旋回させることにより、前記固定ラップと旋回ラップとの外周側に形成された低圧加圧段部により加圧された空気を、固定ラップと旋回ラップとの内周側に形成された高圧加圧段部によりさらに加圧し、前記固定端板の中心部に設けた高圧側吐出口より吐出するようにした多段式のスクロール流体機械において、
前記低圧加圧段部に設けた低圧側吐出口と連通する低圧吐出孔、及び前記高圧加圧段部に設けた高圧側吸気口と連通する高圧吸気孔を有する、冷却通路よりなる中間冷却部と、この中間冷却部と独立して形成され、前記高圧加圧段部の高圧側吐出口と連通する高圧吐出孔、及び冷却した空気を排出する出口孔を有する、冷却通路よりなる後部冷却部とを備える冷却器を、前記固定端板側に、外気と接触するようにして、固定スクロールと一体的に設ける。
【０００９】
(２) 上記(１) 項において、冷却器は、熱伝導性の高い材料よりなる板状の本体を備え、この本体内に冷却通路を形成する。
【００１０】
(３) 上記(１)または ( ２ ) 項において、冷却器を、固定端板の外側面に突設した複数の冷却フィンの先端と当接又は近接させて設ける。
【００１１】
(４) 上記(１)〜(３)項のいずれかにおいて、冷却器の外側面に、多数の冷却フィンを間隔をあけて設ける。
【００１２】
(５) 上記(４)項において、冷却器に設けた冷却フィンを、長手方向に沿って一定方向に湾曲させる。
【００１３】
(６) 上記(４)または(５)項において、冷却器に設けた冷却フィンを、冷却ファンにより強制的に冷却する。
【００１４】
(７) 上記(１) 項において、固定端板の内部に冷却通路を形成することにより、固定スクロール自体を冷却器とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明を、スクロール流体機械である単巻き２段式のスクロール型空気圧縮機、すなわち、固定ラップと旋回ラップとの外周側に低圧加圧段部が、同じく内周側に高圧加圧段部が形成され、低圧加圧段部により加圧されて吐出された空気を、高圧加圧段部においてさらに加圧するようにしたスクロール型圧縮機に適用した第１の実施形態の要部の縦断側面図、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う拡大縦断正面図、図３は、図１のIII−III線の一部切欠矢視図である。
【００１６】
図１において、スクロール本体(１)は、固定スクロール(２)と、図示しないモータにより駆動される旋回スクロール(３)とを備え、固定スクロール(２)は、円板状の固定端板(４)の外側面である前面（以下、図１の左方を前として説明する）に、冷却風を通過させるための冷却フィン(５)を適宜の間隔をもって突設するとともに、内側面である後面に、インボリュート状の固定ラップ(６)を軸方向に突設して形成されている。
【００１７】
旋回スクロール(３)は、円板状の旋回端板(７)の前面（外側面）に、上記固定ラップ(６)とかみ合わされる、インボリュート状の旋回ラップ(８)を前向きに突設するとともに、旋回端板(７)の後面に、冷却風を通過させるための複数の冷却フィン(９)を適宜の間隔おきに突設して形成されている。
【００１８】
旋回スクロール(３)の後端面には、軸受板(10)がボルト止めされ、その後面の中心部には、モータの回転軸（図示略）に連係された駆動軸(11)における偏心軸部(12)に、ベアリング(13)を介して嵌合された筒状ボス(14)が突設されている。
【００１９】
旋回スクロール(３)と、それが収容された筒状ハウジング(15)との間には、旋回スクロール(３)の自転を防止するための、３組の公知のクランクピン式の自転防止機構(16)が組込まれており、旋回スクロール(３)は、固定スクロール(２)に対し、所定の偏心量をもって旋回しうるようになっている。
【００２０】
これにより、旋回スクロール(３)と固定スクロール(２)との間、すなわち、それらの旋回ラップ(８)と固定ラップ(６)間に形成される容積が、中心方向に向かって漸次小となる圧縮室(17)が形成される。
【００２１】
固定スクロール(２)の外周部には、空気の吸入孔(18)が設けられ、図示しないフィルタを通った外気が、圧縮室(17)に吸入されるようになっている。
【００２２】
固定スクロール(２)における固定端板(４)の中心部には、圧縮室(17)と連通する高圧吐出孔(19)が、ほぼ軸線方向を向いて形成されている。
【００２３】
固定スクロール(２)は、その外周部のフランジの複数個所を、締付けねじ(20)をもってハウジング(15)の前端開口部に固定することにより、旋回スクロール(３)側に一体的に組付けられている。
【００２４】
固定スクロール(２)の前面には、上記吐出孔(19)より吐出する高温の圧縮空気を冷却するための冷却器(21)が、固定端板(４)に突設した冷却フィン(５)の前端と当接又は近接するようにして、複数のボルト(22)により固定されている。
【００２５】
冷却器(21)は、図２及び図３に示すように、正面視が概ね方形板状をなす若干厚目の冷却器本体(23)と、その前面に上下方向に所定の間隔をもって突設された左右方向を向く複数の冷却フィン(24)とを備え、各冷却フィン(24)間の前端開口面は、冷却器本体(23)にボルト(25)止めされたカバー(26)により閉塞またはほぼ閉塞されている。
【００２６】
図３に示すように、各冷却フィン(24)は、正面視連続波形をなすように湾曲され、外気との接触面積が増大するようにしてある。
【００２７】
また、各冷却フィン(24)間に形成される隙間は、左右両端のみが開放され、外気は左右方向に流通するようになっている。
【００２８】
冷却器(21)は、熱伝導性の高い材料、例えばアルミニウム合金や銅合金等により形成されている。
【００２９】
固定スクロール(２)の固定端板(４)の前面に取付けられた冷却器(21)の内部には、互いに連通する複数の冷却通路(27)を有する中間冷却部(28)と、その下方に、同じく互いに連通する、上記冷却通路(27)とは別の複数の冷却通路(27)を有する後部冷却部(29)とが、互いに独立して形成されている。
【００３０】
中間冷却部(28)における中央の冷却通路(27)には、固定スクロール(２)における低圧側吐出口(図示略)と連通する低圧吐出孔(30)と、同じく高圧側吸気口(図示略)と連通する高圧吸気孔(31)とが形成されている。
【００３１】
後部冷却部(29)における最上部の短寸とした冷却通路(27)の右端には、上述した、固定スクロールの高圧側吐出口と連通する高圧吐出孔(19)が、また右方の連通路(32)の上端には、冷却出口孔(33)がそれぞれ形成されている。
(34)は、各冷却通路(27)及び連通路(28)をドリルにより穿孔した際において、その開口部を塞ぐねじプラグである。
【００３２】
単巻き２段式のスクロール型空気圧縮機における低圧加圧段部により加圧された空気は、低圧吐出孔(30)よりまず中間冷却部(28)の冷却通路(27)に流入し、矢印のように流動する過程で冷却される。冷却された空気は、高圧吸気孔(31)より流入し、圧縮機における高圧加圧段部に流入する。
【００３３】
高圧加圧段部において加圧された空気は、高圧吐出孔(19)より後部冷却部(29)における冷却通路(27)に流入し、矢印のように流動する過程で冷却される。
後部冷却部(29)において冷却された空気は、冷却出口孔(33)に接続された吐出パイプ(35)(図１参照)よりエアタンクやエア工具等に供給される。
【００３４】
この際、冷却器本体(23)には、波形の多数の冷却フィン(24)を突設してあるため、外気による冷却器本体(23)の冷却性や放熱性もよく、冷却通路(27)を通過する空気は効果的に冷却される。
【００３５】
なお、図３の２点鎖線で示すように、冷却器(21)における冷却フィン(24)の周囲を、左右両側面が開口する通風ダクト(36)により覆い、一方の開口部に設けた、冷却ファンとしての吸引ファン(37)により、ダクト(36)内の空気を排出することにより、他方の開口部より流入する外気により冷却フィン(24)を強制的に冷却するようにしてもよい。
【００３６】
このようにすると、冷却器本体(23)の冷却効果が大となるので、冷却通路(27)を流通する空気は、より効果的に冷却される。
【００３７】
この第１の実施形態のように、単巻き２段式のスクロール型空気圧縮機に取付けた冷却器(21)の内部に、中間冷却部(28)と後部冷却部(29)を設けると、従来、低圧加圧段部より吐出した空気を別体の中間冷却器を用いて冷却していたのを、１個の冷却器(21)を用いて冷却することが可能となり、圧縮機ユニットが小型化するとともに、大幅なコスト低減が図れる。
【００３８】
図４は、本発明の第２の実施形態を示すもので、上記第１の実施形態と同様の部材には、同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００３９】
この実施形態においては、固定スクロール(２)自体を、冷却器(38)として機能するようにしてある。
【００４０】
すなわち、固定スクロール(２)の固定端板(４)を若干厚肉として、その内部に、上記実施形態と同形状の冷却通路(27)を形成し、中央の冷却通路(27)を固定スクロール(２)の中心部の高圧吐出孔(19)と連通させてある。また、固定端板(４)の前面には、上記実施形態と同様の冷却フィン(24)が多数突設され、固定端板(４)の冷却性を高めるようにしてある。
【００４１】
このような構成としても、圧縮室(17)より吐出される高温の空気は、直接吐出パイプ(35)より排出されることなく、冷却通路(27)を流通する間に固定端板(４)に放熱されるので、効果的に冷却される。ただし、固定端板(４)は、圧縮熱により温度が上昇するので、上記第１の実施形態に比して若干冷却効果は劣る。
【００４２】
なお、この実施形態においても、冷却フィン(24)を上記と同様の通風ダクトにより覆い、吸引ファンの作動により強制的に冷却するようにしてもよい。
【００４３】
以上説明したように、上記各実施形態のスクロール型空気圧縮機においては、いずれも、スクロール本体(１)の圧縮室(17)より吐出される高温の空気が、固定スクロール(２)の前方に設けた冷却器(21)(38)により冷却されてから排出されるので、エアタンクの蓄圧効率を低下させたり、エア工具等が加熱されて寿命を短かくしたりするのを防止することができる。
【００４４】
また、冷却器は小型で、構造も簡単であり、圧縮機と容易に一体構造化しうるため、別体の冷却器を接続する必要はなく、圧縮機が小型化するとともに、コスト低減が図れる。
【００４５】
本発明は、上述のような単巻き２段式のスクロール型空気圧縮機の外、空気の圧力を所要の圧力まで加圧する１つ以上の低圧加圧段部と、この低圧加圧段部において加圧された空気をさらに加圧する１つ以上の高圧加圧段部を備え、低圧加圧段部において加圧された空気を外部の冷却器により冷却したのち、高圧加圧段部に導入させるようになっている多段式のスクロール型空気圧縮機にも適用しうる。
【００４６】
また、本発明は、固定スクロールと旋回スクロールとの組合せであれば、旋回スクロールの端板の両面に旋回ラップを有するダブルラップスクロール（１段、多段）式の圧縮機にも適用可能であり、その固定スクロール端板に上記のような冷却器を取付けることにより、後部冷却器又は中間冷却器としての機能を持たせることができる。
【００４７】
この際には、上述した冷却器(21)(38)への空気の流入口を、高圧加圧段部の中心部の空気の吐出孔に接続すればよい。
【００４８】
【発明の効果】
本発明は、次のような効果を奏することができる。
(ａ) 請求項１記載の発明によれば、低圧加圧段部により加圧された空気は、中間冷却部の冷却通路に流入して冷却された後、高圧加圧段部に送り込まれて加圧され、加圧された空気は、後部冷却部の冷却通路に流入して冷却される。
従って、例えば単巻き２段式のスクロール型空気圧縮機に冷却器を設けた際において、その低圧加圧段部により加圧された空気を中間冷却部に流入させて冷却しうるので、別体としての中間冷却器は不要となり、コスト低減が図れる。
【００４９】
また、圧縮されて吐出する高温の空気は、冷却通路を通過する際に、外気に触れて低温となっている冷却器により冷却されるので、エアタンク等に蓄圧する際の蓄圧効率が向上するとともに、エア工具等に供給した際の工具の寿命を向上させうる。
【００５０】
さらに、冷却器は小型であり、固定スクロールに容易に一体的に取付けることができるので、別体の冷却器を設ける際に比して、圧縮機全体を小型化することができ、かつ通常の圧縮機の構造を若干変更するのみで実施しうるので、コスト低減が図れる。
【００５１】
( ｂ ) 請求項２記載の発明によれば、冷却通路を流通する空気の放熱性が良好となるので、空気の冷却効果が大となる。
【００５２】
( ｃ ) 請求項３記載の発明によれば、冷却器は、固定端板より離間し、固定端板の熱が伝わりにくくなるため、冷却通路を流通する空気の冷却効果がより高まる。
【００５３】
( ｄ )請求項４〜６記載の発明によれば、冷却器の外気への放熱性が良好となるので、冷却通路を流通する空気の冷却効果はさらに高まる。
【００５４】
( ｅ ) 請求項７記載の発明によれば、部品点数が削減されるので、コストの低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す要部の中央縦断側面図である。
【図２】同じく、図１のＩＩ−ＩＩ線の拡大縦断正面図である。
【図３】同じく、図１のIII−III線の拡大矢視図である。
【図４】同じく、第２の実施形態を示す要部の中央縦断側面図である。
【符号の説明】
(１)スクロール本体
(２)固定スクロール
(３)旋回スクロール
(４)固定端板
(５)冷却フィン
(６)固定ラップ
(７)旋回端板
(８)旋回ラップ
(９)冷却フィン
(10)軸受板
(11)駆動軸
(12)偏心軸部
(13)ベアリング
(14)筒状ボス
(15)筒状ハウジング
(16)自転防止機構
(17)圧縮室
(18)吸入孔
(19)高圧吐出孔
(20)締付けねじ
(21)冷却器
(22)ボルト
(23)冷却器本体
(24)冷却フィン
(25)ボルト
(26)カバー
(27)冷却通路
(28)中間冷却部
(29)後部冷却部
(30)低圧突出孔
(31)高圧吸気口
(32)連通路
(33)冷却出口孔
(34)ねじプラグ
(35)吐出パイプ
(36)通風ダクト
(37)吸引ファン ( 冷却ファン )
(38)冷却器

Claims

固定スクロールにおける固定端板の内側面に突設された軸線方向を向く固定ラップの間に、前記固定スクロールと対向する内方に設けた旋回スクロールにおける旋回ラップを嵌合し、前記旋回スクロールを軸線回りに旋回させることにより、前記固定ラップと旋回ラップとの外周側に形成された低圧加圧段部により加圧された空気を、固定ラップと旋回ラップとの内周側に形成された高圧加圧段部によりさらに加圧し、前記固定端板の中心部に設けた高圧側吐出口より吐出するようにした多段式のスクロール流体機械において、
前記低圧加圧段部に設けた低圧側吐出口と連通する低圧吐出孔、及び前記高圧加圧段部に設けた高圧側吸気口と連通する高圧吸気孔を有する、冷却通路よりなる中間冷却部と、この中間冷却部と独立して形成され、前記高圧加圧段部の高圧側吐出口と連通する高圧吐出孔、及び冷却した空気を排出する出口孔を有する、冷却通路よりなる後部冷却部とを備える冷却器を、前記固定端板側に、外気と接触するようにして、固定スクロールと一体的に設けたことを特徴とするスクロール流体機械。
冷却器は、熱伝導性の高い材料よりなる板状の本体を備え、この本体内に冷却通路を形成したものである請求項１記載のスクロール流体機械。
冷却器を、固定端板の外側面に突設した複数の冷却フィンの先端と当接又は近接させて設けてなる請求項１または２記載のスクロール流体機械。
冷却器の外側面に、多数の冷却フィンを間隔をあけて設けた請求項１〜３のいずれかに記載のスクロール流体機械。
冷却器に設けた冷却フィンを、長手方向に沿って一定方向に湾曲させてなる請求項４記載のスクロール流体機械。
冷却器に設けた冷却フィンを、冷却ファンにより強制的に冷却するようにしてなる請求項４または５記載のスクロール流体機械。
固定端板の内部に冷却通路を形成することにより、固定スクロール自体を冷却器とした請求項１記載のスクロール流体機械。