JP6125375B2 - スクリュー圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、空調機や冷凍機などの冷凍装置に用いられるスクリュー圧縮機に関する。

従来のスクリュー圧縮機として、空調機や冷凍機などの冷凍装置にスクリュー圧縮機を用いる場合に、冷凍サイクル内を循環する液冷媒をバイパスし、液冷媒と圧縮機内を循環する油とを熱交換し、油を冷却するものがある（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の冷凍装置は、スクリュー圧縮機、油分離器、凝縮器、減圧装置及び蒸発器が冷媒配管を介して接続された冷媒の循環サイクルと、油分離器から油冷却器を経て、圧縮機内の軸受部、スクリューロータに至る油供給流路と、減圧装置出口の冷媒配管から液冷媒を一部バイパスし、膨張弁、冷却菅を経てスクリューロータに至る冷媒の分岐流路を備える。油冷却器にて、油分離器からの高温の油と分岐流路からバイパスした冷たい冷媒とを熱交換させて高温の油を冷却し、冷却された油をスクリューロータと軸受部に導く。

特開平３−７９９５９号公報

特許文献１のスクリュー圧縮機では、油分離器からの高温の油と減圧装置出口の冷媒配管からバイパスした液冷媒とを別途設けた油冷却器に導き熱交換させる。しかしながら、高温の油を冷却するために液冷媒をバイパスするように構成すると、液冷媒を減圧する膨張弁、冷却管を収納する熱交換器が必要となりサイクルの構成が複雑になる。更に、低温となる冷媒と熱交換させるため、油の過冷却による性能低下の可能性もある。

本発明は、簡易な構造で軸受や圧縮作動室に供給される油を冷却し、高効率、高信頼性のスクリュー圧縮機を提供すことを課題とする。

本発明のスクリュー圧縮機の特徴は、冷媒を圧縮するスクリューロータと、スクリューロータを駆動するモータと、スクリューロータを支持する軸受と、スクリューロータ、モータ、及び、軸受を収納するケーシングと、スクリューロータから吐出した冷媒を冷媒ガスと油に分離する油分離器と、ケーシングに一体で形成された熱交換器と、を備え、油分離器で分離された油は熱交換器内の油流路を経由して軸受に供給され、前記ケーシングにより前記モータが支持されるとともに、前記ケーシングと前記モータとの間に前記ケーシング内に吸入された冷媒を前記スクリューロータに導く冷媒流路が形成され、前記ケーシングが前記モータを支持する位置の径方向外側に前記熱交換器が形成されることにある。
本発明のスクリュー圧縮機の他の特徴は、冷媒を圧縮するスクリューロータと、スクリューロータを駆動するモータと、スクリューロータを支持する軸受と、スクリューロータ、モータ、及び、軸受を収納するケーシングと、スクリューロータから吐出した冷媒を冷媒ガスと油に分離する油分離器と、ケーシングに一体で形成された熱交換器と、を備え、油分離器で分離された油は熱交換器内の油流路を経由して軸受に供給され、前記ケーシングにより前記モータが支持されるとともに、前記ケーシングと前記モータとの間に前記ケーシング内に吸入された冷媒を前記スクリューロータに導く冷媒流路が形成され、前記冷媒流路の径方向外側に前記熱交換器が形成され、前記冷媒流路と前記油流路との間に断熱材が配置されることにある。

本発明によれば、簡易な構造で軸受や圧縮作動室に供給される油を冷却し、高効率、高信頼性のスクリュー圧縮機を提供すことができる。

スクリュー圧縮機の外観を表す図 図１中の縦断面図 図１中の横断面図 図３中のIII-III矢視断面図 油の流れを表す油系統図 変形例の図３に相当する図 図５中のIV-IV矢視断面図

本実施例のスクリュー圧縮機は、冷媒を圧縮するスクリューロータと、スクリューロータを駆動するモータと、スクリューロータを支持する軸受と、スクリューロータ、モータ、及び、軸受を収納するケーシングと、スクリューロータから吐出した冷媒を冷媒ガスと油に分離する油分離器と、ケーシングに一体で形成された熱交換器と、を備え、油分離器で分離された油は熱交換器内の油流路を経由して軸受に供給される。油分離器で分離された油はケーシングに形成された熱交換器内の油流路を経由して軸受に供給されるので、簡易な構造で軸受や圧縮作動室に供給される油を冷却でき、高効率、高信頼性のスクリュー圧縮機を提供すことができる。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１はスクリュー圧縮機の外観を表す図である。図２は図１中の縦断面図である。図３は図１中の横断面図である。図４は図３中のIII-III矢視断面図である。図５は油の流れを表す油系統図である。図６は本実施例の変形例であり、図３に相当する図である。図７は図５中のIV-IV矢視断面図である。

これら図１〜図５において、スクリュー圧縮機は、圧縮機本体７０と、圧縮機本体７０を駆動するモータ（電動機）７，８と、モータ７，８を収納するモータケーシング１とを備える。モータケーシング１は、モータ７，８の外側に冷媒流路１１を形成しており、吸込口５からストレーナ３０を経て吸込室（低圧室）１０を介して冷媒流路１１内にガスが流入する。

圧縮機本体７０で圧縮された冷媒ガスは、吐出ポート１４を介して吐出ケーシング３に形成された吐出室（高圧室）１３内に流出する。吐出室１３は、圧縮機本体７０に一体で形成された油分離器４に接続される。吐出室１３から油分離機４に流入した冷媒ガスは、圧縮機本体７０で圧縮された冷媒ガスと油とを分離する。分離されたガスは圧縮機本体７０の吐出口６から外部（例えば冷凍サイクルを構成する凝縮器）へ供給される。一方、分離された油は、油分離器下部に設けられた油溜め１０に溜められ、メインケーシング２に配設された軸受２０、２１及び吐出ケーシング３に配設された軸受２２、２３、２４、２５へ供給される。メインケーシング２に配設された軸受２０、２１へ供給された油は、軸受２０、２１を潤滑しメインケーシングに形成された吸込ポート１２に排出される。吐出ケーシング３に配設された軸受２２、２３、２４、２５へ供給された油は、雄ロータ９Ａ及び雌ロータ９Ｂで形成される圧縮作動室に排出される。

モータ７、８は、雄ロータ９Ａの吸込側軸部に取り付けられた回転子８と、回転子８の外周側に配設された固定子７と、これら回転子８及び固定子７を収納するモータケーシング１とを備える。

圧縮機本体７０は、回転軸が平行で互いに噛み合いながら回転する雄ロータ９Ａ及び雌ロータ９Ｂと、これら雄ロータ９Ａ及び雌ロータ９Ｂの歯部を収納するメインケーシング２と、メインケーシング２のロータ軸方向吐出側（図２中右側）に接続された吐出ケーシング３とを備える。

メインケーシング２のロータ軸方向吸込側（図２中左側）にはモータケーシング１が接続されており、モータケーシング１の内部には、吸込室１０からメインケーシング２への冷媒流路１１が形成される。

雄ロータ９Ａの吸込側軸部はメインケーシング２に配設されたころ軸受２０で支持され、吐出側軸部は吐出ケーシング３に配設されたころ軸受２２及び玉軸受２４で支持される。同様に、雌ロータ９Ｂの吸込側軸部はメインケーシング２に配設されたころ軸受２１で支持され、吐出側軸部は吐出ケーシング３に配設されたころ軸受２３及び玉軸受２５で支持される。また、雄ロータ９Ａの吸込側軸部はモータ７、８の回転軸と直結する。モータ７、８の駆動によって雄ロータ９Ａが回転し、これに伴い、雌ロータ９Ｂが雄ロータ９Ａと噛み合いながら回転する。

メインケーシング２は、雄ロータ９Ａ及び雌ロータ９Ｂの歯部を収納する円筒状のボア１５、１６を有する。雄ロータ９Ａ及び雌ロータ９Ｂの歯溝には圧縮作動室が形成される。メインケーシング２には、モータケーシング１の内部と吸気行程の圧縮作動室とを連通する吸込ポート１２が形成される。メインケーシング２には、吐気行程の圧縮作動室に対してロータ径方向外側（図２中上側）に位置する雄ロータ９Ａ側の吐出ポート１４及び雌ロータ９Ｂ側の吐出ポートが形成される。

吐出ケーシング３は、メインケーシング２の端面に当接してボア１５、１６の開口を覆う吐出側端面と、吐出側端面に形成された雄ロータ９Ａ側の吐出ポート及び雌ロータ９Ｂ側の吐出ポートと、圧縮作動室からの圧縮ガスが吐出ポート１４を介して吐出される吐出室１３とを有する。

このようなスクリュー圧縮機においては、冷媒ガスが吸込口５から吸込室１０に流入し、モータケーシング１の冷媒流路１１を経由して（回転子８及び固定子７を冷却しつつ）メインケーシング２の吸込ポート１２に流入する。雄ロータ９Ａ及び雌ロータ９Ｂの回転に伴い、圧縮作動室がロータ軸方向に移動しつつ容積が縮小されて、冷媒ガスを圧縮する。圧縮機作動室で圧縮された冷媒ガスは、吐出ポート１４、吐出室１３を介して油分離機４に流入し、油分離機４で油と分離された後、吐出口６から外部へ供給される。

ここで、本実施例のスクリュー圧縮機のモータケーシング１には熱交換器４１が一体で形成される。熱交換器４１は、モータケーシング１とモータステータ７との接触位置（モータケーシング１がモータステータ７を支持する位置）の径方向外側のモータケーシング１に配置される（つまり、モータケーシング１とモータステータ７との間には冷媒流路１１が位置しない。）。また、熱交換器４１の外面には、複数のフィン４０が形成される。

熱交換器４１の内部には油の流路５２が形成され、油流路５２には油配管５０、５１が接続される。油配管５０は、カバー３１を介して油溜め１０に接続されており、油溜め１０から熱交換器４１に油を供給する。油配管５１は、メインケーシング２に形成された油流路７０に接続されており、熱交換器４１で冷却された油は、軸受２１、２０を潤滑後、吸入ポート１２に排出される。また、油配管５１は、吐出ケーシング３に形成された油流路７１にも接続されており、軸受２２、２３、２４、２５を潤滑後、雄ロータ９Ａ及び雌ロータ９Ｂの歯溝とボア１５、１６とで形成される圧縮作動室内に排出される。

このように構成されたスクリュー圧縮機は、以下のように作用する。つまり、油溜め１０内の高温の油は、モータケーシング１に一体で設けた熱交換器４１に流入する。熱交換器４１に流入した油は、熱交換器４１内に油流路５２内を流れる。この過程で、モータケーシング１内に形成された熱交換器４１の油流路５２と外部の空気とが熱交換する（つまり、モータケーシング１が油流路５２内を流れる油と外部の空気との熱交換する熱交換器としても機能する。）。特に、本実施例においては、熱交換器４１の外表面に複数の放熱フィンがモータケーシングと一体に形成されており、この放熱フィンを介して放熱が促進される。外気と接触する表面積を増すことができるから、油を効率的に冷やすことができる。このように、空気の温度に対して油温が高い場合には、熱交換により油温が低下して、冷却された油と冷媒ガスとが熱交換することにより吸入ガス温度が低下し、ガス密度が増えるため冷媒循環量が増加し性能向上する。

更に、冷却された油を圧縮作動室に供給することで動力が軽減する。また、スクリューロータ９Ａ、９Ｂの熱変形が軽減されることで、雄ロータ９Ａと雌ロータ９Ｂの噛み合わせ部の隙間からの漏れが軽減する。かつ、油の粘度が増加するため圧縮作動室の隙間からの漏れを低減できる。これらの作用により、スクリュー圧縮機の性能が向上する。

また、空気の温度に対して油温が低い場合には、空気との熱交換により油温が上昇するため、油の粘度が低減し、軸受内部の油の攪拌損失が低減するので、性能が向上する。

ここで、熱交換器４１の位置は、モータケーシング１とモータステータ７が接触する位置の径方向外側のモータケーシング１に形成されるので（モータケーシング１とモータステータ７との間には冷媒流路１１が位置しないので）、熱交換器４１内の油流路５２と冷媒流路１１との距離を離すことができる。従って、油流路５２を流れる油の熱による冷媒流路１１を流れる冷媒ガスの過熱を抑制することができる。

ここで、熱交換器４１内部に設けられた油流路５２を複数に分岐する（多パスにする）ことで、熱交換器４１内の流路５２表面積を拡大でき、かつ、流路５２内を流動する油が流路５２表面に接触しやすくなるため、熱交換器４１を小型化することができる。

尚、本実施例においては、熱交換器４１をモータケーシング１とモータステータ７との接触位置の径方向外側のモータケーシング１に配置したが、これに限られない。すなわち、例えば図６及び図７で示すように、モータケーシング１に設けた冷媒流路１１とモータケーシング１内部の油流路５２との間に断熱材６０を配置してもよい。冷媒流路１１とモータケーシング１内部の油流路５２との間に断熱材６０を配置することにより、油流路５２の熱は、断熱材６０に阻まれ、冷媒流路１１を流れるガスに熱伝達し難くなる。

１：モータケーシング
２：メインケーシング
３：吐出ケーシング
４：油分離器
５：吸入口
６：吐出口
３１：カバー
４０：フィン
４１：熱交換器
５０：油配管
５１：油配管
７０：圧縮機本体

Claims (4)

1. 冷媒を圧縮するスクリューロータと、
   前記スクリューロータを駆動するモータと、
   前記スクリューロータを支持する軸受と、
   前記スクリューロータ、前記モータ、及び、前記軸受を収納するケーシングと、
   前記スクリューロータから吐出した冷媒を冷媒ガスと油に分離する油分離器と、
   前記ケーシングに一体で形成された熱交換器と、を備え、
   前記油分離器で分離された油は前記熱交換器内の油流路を経由して前記軸受に供給され、
   前記ケーシングにより前記モータが支持されるとともに、前記ケーシングと前記モータとの間に前記ケーシング内に吸入された冷媒を前記スクリューロータに導く冷媒流路が形成され、
   前記ケーシングが前記モータを支持する位置の径方向外側に前記熱交換器が形成されるスクリュー圧縮機。
2. 冷媒を圧縮するスクリューロータと、
   前記スクリューロータを駆動するモータと、
   前記スクリューロータを支持する軸受と、
   前記スクリューロータ、前記モータ、及び、前記軸受を収納するケーシングと、
   前記スクリューロータから吐出した冷媒を冷媒ガスと油に分離する油分離器と、
   前記ケーシングに一体で形成された熱交換器と、を備え、
   前記油分離器で分離された油は前記熱交換器内の油流路を経由して前記軸受に供給され、
   前記ケーシングにより前記モータが支持されるとともに、前記ケーシングと前記モータとの間に前記ケーシング内に吸入された冷媒を前記スクリューロータに導く冷媒流路が形成され、
   前記冷媒流路の径方向外側に前記熱交換器が形成され、
   前記冷媒流路と前記油流路との間に断熱材が配置されるスクリュー圧縮機。
3. 請求項１または２において、前記油流路を複数に分岐して形成したスクリュー圧縮機。
4. 請求項１乃至３の何れか一項において、前記熱交換器の表面に一体で形成された放熱フィンを備えるスクリュー圧縮機。