JP3909591B2 - スクロール流体機械 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定スクロールと旋回スクロールとにより流体を圧縮して外部に吐出するスクロール流体機械、更に詳しくは、固定スクロール端板に中央部から外周に向かって植設した渦巻きラップと嵌合する渦巻ラップが植設された端板の中央部で、駆動源と連絡した回転軸と連結して旋回駆動する旋回スクロールを備えたスクロール流体機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スクロール流体機械は周辺から取り込んだ流体を、固定スクロール及び旋回スクロールによって形成される密閉空間により順次圧縮して中央部に送り、その圧縮流体を中央部分から吐出する。その流体圧縮により、ラップ間の密閉空間は高温となるために、駆動部分に設けられたベアリング、シール部材等の劣化を早めるという問題があり、従来より、スクロールを冷却して所定値以上の温度上昇を抑えるべく冷却が行われている。
【０００３】
この冷却方式は、固定スクロールを冷却する非駆動部冷却方式と、旋回スクロールを冷却する駆動部冷却方式とが知られている。
図１６に示す方式は、非駆動部冷却方式に係る技術であり、密閉容器１０５内に枠体１０９を設け、該枠体上に旋回スクロール１１６を配置し、該旋回スクロールの端板１１４の下方に軸１１３を垂下させ、枠体１０９の中央部に設けられた開口部から、前記軸１１３を図示しない駆動源に連結した回転軸１０４に偏心して連結するとともに、旋回スクロール１１６のラップ１１５と嵌合するラップ１１１を植設した固定スクロール１１２が配置されている。
【０００４】
固定スクロール１１２には、外周部に気体吸入口１１８が開設され、回転軸１０４の回転により旋回スクロール１１６が固定スクロール１１２に対して公転揺動して、吸入された気体はラップ１１１及び１１５によって形成される密閉空間が徐々に小さい容積を形成することにより圧縮され、圧縮気体は固定スクロール１１２の中央部に開設された吐出口１２１から吐出管１２０を介して外部に吐出されるように構成されている。
そして、固定スクロール１１２の端板１１０内には、前記圧縮行程で発生した熱を冷却する複数のヒートパイプ１２２が、中央部から外周に向かって放射状に配設されている。
【０００５】
また、図１７に開示されるような旋回スクロールを冷却する駆動部冷却方式も知られている。
図中、ケーシング２１１はケーシング本体２１２と前側ケーシング２１３とから構成され、駆動軸２１４は軸受２１５を介して前記ケーシング本体２１２の軸受部に回転自在に軸支され、駆動軸２１４の一端側は軸受部外に突出して図示しないモータと連結され、駆動軸２１４の軸線Ｏ１−Ｏ１に対してクランク軸２１４Ｂの軸線Ｏ２−Ｏ２は距離δだけ偏心している。
【０００６】
旋回スクロール２１６は鏡板２１６ａと、該鏡板２１６ａの前面側に形成された渦巻状のラップ部２１６ｂと、鏡板２１６ａの背面側に位置して軸線Ｏ２−Ｏ２を中心として形成され、延伸部２１３ｂの内周側端面より小径となったボス部２１６ｃと、鏡板２１６ａの背面側でその周縁側に形成された環状突起２１６ｄと、該環状突起２１６ｄに対して径方向に形成された複数の通気孔２１６ｅとから構成されている。
【０００７】
固定スクロール２２１は鏡板２２１ａと、該鏡板２２１ａに形成された渦巻状ラップ部２２１ｂと、該ラップ部２２１ｂの周辺に位置して形成された円筒部２２１ｃとから構成されている。
前記ラップ部２２１ｂが旋回スクロール２１６のラップ部２１６ｂと所定角度ずらして重なり合うように配置することにより、旋回スクロールが旋回するとき各ラップは複数の圧縮室を形成する。
ハウジング２１２内の回転軸２１４にはカウンタウエイト２２５が取付られ、該カウンタウエイト２２５には駆動軸２１４の回転により、冷却風を発生する遠心ファン２２６が取付られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述する従来技術によると、図１６に示す非駆動部冷却方式は、固定スクロールの端板にヒートパイプ１２２が設けられているために、ヒートパイプ１２２の熱吸収部は、固定スクロールより駆動する旋回スクロールにとっては遠方に位置し、熱伝導路は旋回スクロールのラップ１１５の先端と固定スクロールの端板１１０及び前記端板１１０とラップが形成する気体が圧縮される密閉空間で形成され、旋回スクロール１１６と接触して駆動するベアリングやシール部材等の周辺の冷却は固定スクロールの冷却と比べて能率が落ちるとともに、温度分布が一定しないという問題がある。
【０００９】
また、ヒートパイプ１２２の熱放出部分の冷却は、吸入管１１９によって吸入される気体により満たされる密閉容器内空間１０５ａに熱放出することにより行われる。
そして、固定スクロールと旋回スクロールが形成する圧縮空間が気体を吸入する吸入口１１８は前記空間１０５ａに導通しているので、ヒートパイプ１２２の熱放出により温度が上昇した気体が再度吸入口１１８から前記圧縮空間に吸入することとなり、冷却効率が低下する。
この冷却効率を低下させないためには、吸入管１１９が接続する外部において、特別の冷却手段を設ける必要がある。これは構成を複雑にするとともに装置が大型化するという問題がある。
【００１０】
また、図１７に示す駆動部冷却方式は、駆動軸２１４の回転により、遠心ファン２２６により吸気通路２２７から外気を強制吸入し、環状空間部Ｂ、冷却風通路２２０を経て排気通路２２８から排出される。
この方式は、旋回スクロール２１６の中央部分を冷却した後の気体は旋回スクロール２１６の背面にそって排気通路２２８から排気するために、この排気通路を必要とし、また、さらに冷却効率を上げるためには別途固定スクロール２２１の背面を冷却するファンを設ける必要があり、装置が大型化するという問題があった。
【００１１】
上述の事情に鑑み、本発明は、冷却効率のよいスクロール流体機械を提供する事を目的とする。
また、本発明の他の目的は、耐久性のよいスクロール流体機械を提供することである。
また、本発明の他の目的は、小型のスクロール流体機械を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴は、端板の中央部から外周に向かって渦巻きラップを植設した固定スクロールと、前記渦巻ラップと嵌合する渦巻ラップが植設された端板の中央部で駆動源と連絡した回転軸と連結して旋回駆動する旋回スクロールとを備えたスクロール流体機械において、
中空の冷却通路を前記回転軸内に形成し、該回転軸の一端から冷却用気体を導入して他端から排気するように、前記回転軸の端部にファンを配設するとともに、前記冷却通路の他端に前記回転軸外周に向かって導通する連通孔を開設し、前記ファンによって冷却に寄与した気体を前記連通孔から強制排気することにより前記旋回スクロールの中央部分を冷却するとともに、前記連通孔を通らない気体により前記中央部分以外を冷却するように構成し、好ましくは前記ファンが回転軸の他端若しくは両端に配設されていることを特徴とする。
【００１３】
このように構成したので、回転軸を直接冷却することができ、旋回スクロールは端板の中央部で駆動源と連絡した回転軸により旋回駆動され、スクロールの周辺部から取り込んだ流体を中央部に順次圧縮移送される過程において発生する熱を、最も高い中央部において冷却することができ、旋回スクロールの中央部周辺に設けられたベアリングやシール部材、また、回転軸周囲のベアリングやシール部材を効率よく冷却することができる。
そして、固定スクロールと旋回スクロールとの熱膨張による差をなくし、温度分布を一定にし、ラップのかじりを防止し、グリスメンテナンス期間を延長することができ、よって、耐久性が向上することができる。
また、発熱を低減することにより各スクロールのクリアランスを小さくでき、また、高速運転を行うことができることにより、到達圧力が向上できる。
【００１４】
また、この冷却通路内に、導入した冷却用気体を撹拌する乱流形成手段を設けて構成すると、さらに好ましい。
このように構成すると、簡単な構成で気体による冷却手段を形成することができ、また、乱流形成手段を設けることにより、冷却通路の内壁面近辺と中心部分との気体の温度差が迅速に縮まり、効率のよい冷却を行うことができる。
【００１５】
また、本発明によれば、冷却通路１１Ａｄ（図１）、１１Ｂｄ（図２）内を冷却気体３２が通過することにより、旋回スクロール３の中央部を冷却し、この冷却に寄与した気体は連通孔１１Ａｃ（図１）、１１Ｂｃ（図２）から他端に配したファン１３により強制排気される。
そして、他端に配したファン１３はさらに、ラップ７が植設された固定スクロールであるハウジング４の背面を冷却した気体を矢印４０（図８）のごとく排気する。
よって、旋回スクロールの中央部のみでなく、それ以外の部分も冷却され、効率のよい冷却を行うことができる。
【００１６】
また、参考例として端板の中央部から外周に向かって渦巻きラップを植設した固定スクロールと、前記渦巻ラップと嵌合する渦巻ラップが植設された端板の中央部で駆動源と連絡した回転軸と連結して旋回駆動する旋回スクロールとを備えたスクロール流体機械において、
中空の冷却通路を前記回転軸内に形成し、該中空冷却通路内に１端に蒸発部、他端に凝縮部を有する一対の熱移動手段を挿設し、前記回転軸の中央側に前記夫々の熱移動手段の蒸発部を位置させ、旋回スクロールの中央部分を冷却するように構成し、好ましくは前記夫々の熱移動手段の凝縮部を回転軸両端部に位置させ、該両端部に設けたファンにより前記熱移動手段の凝縮部とともに、旋回スクロールもしくは固定スクロールの反ラップ部を冷却するように構成すると好ましい。
図３に示すように、回転軸１１Ｃの軸心方向に開設した中空路１１Ｃｄ内に一対のヒートパイプ２４Ａ、２４Ｂが配置されている。
図４に示すように、ヒートパイプ２４は、銅、ステンレス鋼、ニッケル、タングステン、モリブデン等により密閉容器２５内に設けられたウイック構造体２８と、このウイック構造体２８に囲繞された内部空間２５ｄと、前記ウイック構造体と前記内部空間２５ｄ間を加熱及び冷却により状態を変化して気化及び液化して循環する動作液とで構成され、蒸発部２５ａにより旋回スクロールの中央部から熱を受け、動作液が気化し、矢印３７に示すように凝縮部２５ｃに移動し、該凝縮部２５ｃにおいて、放熱して液化してウイック構造体２８内に動作液として戻る。
前記ヒートパイプ２４の熱輸送量は、熱伝導性のよい銅、アルミニウム等の金属に比較して数百倍も多量の熱輸送が行えるために、効率のよい旋回スクロールの中央部の冷却を行うことができる。
【００１７】
このように構成することにより、例えば前記回転軸の両端部に配したファン１２、１３によって図３に示すように矢印３５、３６方向に冷却風が流れ、一対のヒートパイプ２４Ａ、２４Ｂの放熱部（凝縮部）を冷却する。
また、端板の両方の面に旋回ラップを植設したダブルラップ旋回スクロールと固定スクロールとの組み合わせの場合は、前記回転軸の両端部に配したファン１２、１３の回転により、矢印方向３９、４０（図８）に冷却風が移動し、前記ファンによるヒートパイプの冷却とともにハウジング４、５によって形成される固定スクロールの反ラップ部を冷却した気体を排気することができる。
【００１８】
また、端板の一方の面に旋回ラップを植設したシングルラップ旋回スクロールと固定スクロールとの組み合わせの場合にも適用されるものであり、この場合は、前記ファンの近傍には固定スクロールが位置する方式と、旋回スクロールが位置する方式とがあり、前記ファンにより一対のヒートパイプ２４Ａ、２４Ｂの凝縮部の冷却とともに固定スクロールもしくは旋回スクロールの反ラップ部を冷却した気体を排気することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００２０】
図１は、本発明の実施例に係るスクロール流体機械の回転軸とファンの組立構造を示す第１実施例図、図２は、本発明の実施例に係るスクロール流体機械の回転軸とファンの組立構造を示す第２実施例図、図５は、本発明の実施例に係るスクロール流体機械の組立構造図、図６は、図５のＣ−Ｃ方向から見た図、図７は、図５のＤ−Ｄ方向から見た図、図８は、図１の部分拡大図、図９〜図１２は回転軸がそれぞれ９０゜ずつ回転変位した状態におけるスクロールの作用を示す図であって、図９は、ガスバラスト用の気体の導入を開始したスクロールの状態を示す概略図、図１０は、ガスバラスト用の気体の導入をしているスクロールの状態を示す概略図、図１１は、ガスバラスト用の気体の導入終了直前のスクロールの状態を示す概略図、図１２は、ガスバラスト用の気体の導入孔を閉鎖したスクロールの状態を示す概略図、図１３は、本発明の実施例に係るスクロール流体機械の回転軸とファンの組立構造を示す第１実施例の改良実施例を示す図、図１４は、本発明の実施例に係るスクロール流体機械の回転軸とファンの組立構造を示す第２実施例の改良実施例を示す図である。
【００２１】
まず、本発明の実施例に係る回転軸冷却構造を適用するスクロール流体機械の基本構造を説明する。
図５において、ポンプ本体１の回転軸１１は右端をモータ２の駆動軸に連結され、モータ２の回転力により回転可能に設けられている。
この回転軸１１の中央部分は、その外周が回転中心軸線よりは幾分膨らんだ偏芯部１１ａを有し、その偏芯部１１ａの両端部はハウジング４及び５の軸受け及びパッキング部に支持され、回転可能に設けられている。
【００２２】
固定スクロールを構成するハウジング４及び５は、それぞれ円蓋状をなし、ケーシングとして機能するその周壁をシール部材を介して当接させてその内部に密閉空間を形成している。
ハウジング４には、ラップ摺動面４ｂが軸方向垂直に設けられ、その摺動面４ｂには、その中央部分に、前述の回転軸１１の偏芯部１１ａを外れた、偏芯しない部分が回転可能に嵌合する開口部４ｉ（図８）が設けられ、その開口部近傍を先端７ａ（図９）として矢印３０方向から見て時計方向回転に渦巻状のラップ７が植設され、該ラップ７の上縁には溝が設けられ、該溝には相手側摺動面と接触して密閉状態を完全にするフッソ系樹脂等の自己潤滑性のあるチップシール１４が嵌入（図８）されている。
【００２３】
前記ラップ７の先端７ａの近傍の摺動面４ｂに開口部を有する吐出孔４ｃ（図８、図９）が開設され、該吐出孔４ｃから吐出通路４ｄを通ってハウジング４の外周面４ａに設けた吐出口部９から外部に圧縮気体が排出されるように構成されている。
また、ハウジング４のラップと反対側面にある基部４ｆにはガスバラスト用の気体を導入する導入管１０が設けられ、気体はこの導入管１０から通路４ｇを通って導入孔４ｅから密閉空間Ｒに導入される。
【００２４】
また、ハウジング４の周壁部分には、１２０゜ずつ円周方向３箇所に３対の公転機構１７が設けられている。
この公転機構１７は、後述する旋回スクロールと連結している。
また、ハウジング４の外周部４ａには、吸入口部８が設けられ、該吸入口部８は図示しない、真空にしようとする容器と連結され、その容器から開口部８ａを介して、前記容器内の気体が吸引される。
【００２５】
一方、ハウジング５には、ラップ摺動面５ｂが軸方向垂直に設けられ、その摺動面５ｂには、その中央部分に、前述の回転軸１１の偏芯部１１ａを外れた、偏芯しない部分が回転可能に嵌合する開口部が設けられ、その開口部近傍を周端として矢印３１方向から見て反時計方向回転に渦巻状のラップ６が植設され、該ラップ６の上縁には溝が設けられ、該溝には相手側摺動面と接触して密閉状態を完全にするチップシール１４が嵌入（図８）されている。
【００２６】
ハウジング４及び５が形成する内部空間には、旋回スクロール３が公転可能に嵌挿される。
旋回スクロール３は、円盤状に形成されたプレートの摺動面３ｄ及び３ｆに前記固定スクロールに設けられたラップと嵌合可能なラップ２６及び２７が植設されている。
【００２７】
前記ラップ２６は矢印３０方向から見て、時計方向回転に設けられ、前記ラップ２７は矢印３１方向から見て、反時計方向回転に設けられている。
旋回スクロール３の中央部分には、前述した回転軸１１の偏芯部分１１ａが回転可能に嵌合する開口部３ａが開設され、該開口部３ａの周囲は、前記回転軸１１の偏芯部分１１ａの全長に亙ってラップ２６ａ及び２７ａ（図９）によって囲繞するように構成されている。
【００２８】
ガスバラスト用の気体を導入する前述した固定スクロールのラップ７と旋回スクロール３のラップ２７とで形成される密閉空間Ｒに対応する、固定スクロールのラップ６と旋回スクロール３のラップ２６とで形成される密閉空間Ｌとの間には連通孔３ｅが開設され、導入管１０から侵入する気体は、密閉空間Ｒから該連通孔３ｅを通って密閉空間Ｌに充満されるように構成されている。
【００２９】
また、ハウジング５の外側と、ハウジング４の外側の回転軸１１の両端部には、この真空ポンプを冷却するファン１２、１３が設けられ、これらのファンを保護するために、中央部に開口孔１８ａを有したカバー１８、及び１９がハウジング５及び４に取付られている。
そして、カバー１８とハウジング５との間には多数の開口孔２９Ｂａ、２９Ｂｂ（図７）を開設した遮蔽板２９Ｂが、カバー１９とハウジング４との間には多数の開口孔２９Ａａ、２９Ａｂ（図６）を開設した遮蔽板２９Ａが取付られている。
また、旋回スクロールの外周部には、前述したようにハウジング４に一端が支持され、１２０゜ずつ円周方向３箇所に３対の公転機構１７の他端が支持され、該公転機構１７を介して前記固定スクロールとは偏心した回転中心を有して公転するように配置される。
【００３０】
次に、上述のごとく構成された本実施例の動作を、図９〜図１２を用いて説明する。図９〜図１２中（ａ）は図８におけるＡ−Ａ方向から見た図であり、（ｂ）はＢ−Ｂ方向から見た図である。
図５において、回転軸１１が回転すると、旋回スクロール３が公転し、図示しない容器から気体を吸入し、固定スクロールのラップ６、７の外周から気体を旋回スクロールのラップ２６及び２７によって、それらの固定スクロール及び旋回スクロールのラップによって形成する密閉空間に取り込み、この密閉空間によって圧縮され、３個以上の密閉空間により圧縮された後に、図１２（ａ）に示すＲ０密閉空間から図９（ａ）に示す空間Ｒ１に到ると、導入管１０からの導入孔４ｅが開成する。
【００３１】
このとき、真空にしようとする容器内の圧力が外部気圧に近いときは、前記導入孔から気体が導入される密閉空間Ｒ１の内圧はすでに外部大気より高く、また、ガスバラスト用の導入管１０から導入される気体の圧力が前記内圧より低いと導入孔４ｅを通って気体は導入されない。
旋回スクロールの公転駆動により、密閉空間Ｒ及びＬはＲ１、Ｌ１（図９）、Ｒ２、Ｌ２（図１０）、Ｒ３、Ｌ３（図１１）、Ｒ４、Ｌ４（図１２）と変化して圧縮気体は吐出孔４ｃから排出される。
【００３２】
よって、前記空間Ｒ１、Ｌ１の時点で、すでに容器内の気体が水蒸気を含んでいると最終密閉空間Ｒ４、Ｌ４においては飽和蒸気圧以上となり、蒸気が凝縮して液化し、最終密閉空間を形成するラップの内壁に付着して水分が蓄積される。
【００３３】
もし、すでに空間Ｒ１、Ｌ１に到るまでに水蒸気が液化した場合は、若干の水分が固定スクロールの導入孔４ｅから導入管１０に逆流するが、導入孔４ｅは狭く、且つ、ガスバラスト用気体が存在するので、導入管１０に侵入する水分は極めて少ない。
【００３４】
真空にしようとする容器内の圧力が低下すると、容器内の水分は気化が進むがガスバラスト用の前記導入孔から気体が導入される密閉空間Ｒ１、Ｌ１の内圧は、該密閉空間に到るまでに取り込んだ流体が圧縮されたとしても、前記導入孔から導入される気体の圧力より低くなり、前記導入孔から気体が導入される。
【００３５】
この時点で導入された気体中の水蒸気の比率が低下する。そして、Ｒ２、Ｌ２（図１０）、Ｒ３、Ｌ３（図１１）まで前記水蒸気を含んだ流体が圧縮される。
この時、この空間の圧縮流体の圧力はガスバラスト用の気体の圧力より大きくなるが、導入孔４ｅが小径であり、旋回スクロールの駆動速度が早くかつ、ガスバラスト用の気体が存在するので、導入孔４ｅから逆流する圧縮流体は少なく、また、Ｒ４、Ｌ４（図１２）において密閉空間が吐出孔４ｃと導通する直前に固定スクロールの導入孔４ｅは旋回スクロールのラップ２７ａによって閉鎖される。
【００３６】
そして、前記空間が圧縮され、吐出孔と導通するとき（図１２）の水蒸気分圧を低下させ、スクロールポンプの飽和蒸気圧以下とし、液化させずに、かつ、前記凝縮して液化してラップ壁に付着した水分を気化させるとともに、吐出孔から排出する。
【００３７】
一方、図１２に示す空間Ｓ０（ａ）、Ｔ０（ｂ）は、回転軸１１が９０゜回転すると、図９に示すようにＳ１（ａ）、Ｔ１（ｂ）と圧縮されるが、この圧縮空間にはガスバラスト用の導入孔は存在しない。そして、図１０のＳ２、Ｔ２を経て図１１のＳ３、Ｔ３空間が吐出孔４ｃと連通して圧縮流体は外部に吐出される。よって、この行程においては、飽和蒸気圧以上となり、蒸気が凝縮して液化し、最終密閉空間を形成するラップの内壁に付着して水分が蓄積される場合がある。
【００３８】
この場合においても、ガスバラスト用の導入管と連通する空間Ｒ４、Ｌ４（図１２）が、空間Ｓ３、Ｔ３の圧縮流体を吐出孔４ｃから吐出後に続いて吐出孔４ｃと導通するので、水蒸気分圧が低い、スクロールポンプの飽和蒸気圧以下の圧縮気体が、前記空間Ｓ３、Ｔ３において凝縮して液化した水分を気化させつつ、吐出孔から排出する。
【００３９】
上述のように動作するスクロール流体機械は、周辺から取り込んだ流体を中央部に向けて連続的に圧縮するものであり、中央部が最高に圧縮されるために、中央部が最も高温になる。
次に、この中央部を冷却する冷却手段の構成を説明する。
図１は、本発明の実施例に係るスクロール流体機械の回転軸とファンの組立構造を示す第１実施例図である。同図において、回転軸１１Ａの回転軸中心にそって外部の気体を左端の開口１１Ａｇから導入する冷却通路１１Ａｄが削設され、該冷却通路１１Ａｄの右端には遮蔽板２３により遮蔽されている。
【００４０】
回転軸１１Ａの右端部１１Ａｂには、冷却通路１１Ａｄから右端部１１Ａｂの外周面に向かって放射状に複数の開口孔１１Ａｃが開設され、該開口孔１１Ａｃは、前記右端部１１Ａｂに嵌合固着するファン１３の嵌合部２０Ａに設けられた開口孔１３ａに連通して、ファン１３の回転により、冷却通路１１Ａｄ内を冷却した冷却気体を前記開口孔１３ａから外部に矢印３４のごとく排気可能に構成されている。
【００４１】
回転軸１１Ａの左端部１１Ａｅには、該左端部１１Ａｅに嵌合するファン１２の嵌合部２０Ｂが、先端のネジ部１１Ａｆにナット２２によって固着され、ファン１２の回転により、遮蔽板２９Ｂ（図７）に開設された開口孔２９Ｂａからハウジング５の反ラップ面（図５）を冷却した冷却気体を外部に矢印３９のごとく排気可能に構成されている。
【００４２】
このように構成されているので、冷却通路１１Ａｄ内を冷却気体３２が通過することにより、旋回スクロール３の中央部を冷却し、この冷却に寄与した気体は連通孔１１Ａｃから遮蔽板２９Ａの開口孔２９Ａｂ（図６）を通ってファン１３により強制排気される。
【００４３】
図２は、本発明の実施例に係るスクロール流体機械の回転軸とファンの組立構造を示す第２実施例図である。
同図において、回転軸１１Ｂの回転軸中心にそって外部の気体を左端の開口１１Ｂｇから導入する冷却通路１１Ｂｄと、該通路１１Ｂｄ内周面に溝１１Ｂｈがスパイラル状に削設され、該冷却通路１１Ｂｄの右端には遮蔽板２３により遮蔽されている。
【００４４】
回転軸１１Ｂの右端部１１Ｂｂには、冷却通路１１Ｂｄから右端部１１Ｂｂの外周面に向かって放射状に複数の開口孔１１Ｂｃが開設され、該開口孔１１Ｂｃは、前記右端部１１Ｂｂに嵌合固着するファン１３の嵌合部２０Ａに設けられた開口孔１３ａに連通して、ファン１３の回転により、冷却通路１１Ｂｄ内を冷却した冷却気体を前記開口孔１３ａから外部に矢印３４のごとく排気可能に構成されている。
【００４５】
回転軸１１Ｂの左端部１１Ｂｅには、該左端部１１Ｂｅに嵌合するファン１２の嵌合部２０Ｂが、先端のネジ部１１Ｂｆにナット２２によって固着され、ファン１２の回転により、遮蔽板２９Ｂ（図７）に開設された開口孔２９Ｂａからハウジング５の反ラップ面（図５）を冷却した冷却気体を外部に矢印３９のごとく排気可能に構成されている。
【００４６】
このように構成されているので、冷却通路１１Ｂｄ内を冷却気体３２が通過することにより、旋回スクロール３の中央部を冷却される、この際に、スパイラル状に形成された溝１１Ｂｈにより導入した冷却用気体を撹拌する乱流形成手段を設けているので、冷却通路の内壁面近辺と中心部分との気体の温度差が迅速にちじまり、効率のよい冷却を行うことができる。
尚、前記乱流形成手段は、前記冷却通路１１Ｂｄ内にスパイラル状のコイルスプリングを挿入してよい。
また、前記冷却通路１１Ｂｄの内径を外径とする、２液を混合するようなミキシングパイプを前記冷却通路１１Ｂｄ内に挿入してもよい。
【００４７】
図３は、本発明の参考例に係るスクロール流体機械の回転軸とファンの組立構造を示す参考例図、図４は、該参考例に用いるヒートパイプの構造図である。
より具体的には図３は、本発明の参考例に係るスクロール流体機械の回転軸とファンの組立構造を示す参考例図である。同図において、回転軸１１Ｃの回転軸中心にそって中空路１１Ｃｄが削設され、該中空路１１Ｃｄ内にはヒートパイプ２４Ａ、２４Ｂが配置されている。
【００４８】
回転軸１１Ｃの右端部１１Ｃｂには、ファン１３の嵌合部２１Ａが嵌合固着し、ファン１３の回転により、ヒートパイプ２４Ａの放熱部２５ｃを冷却した冷却気体を外部に矢印３６のごとく排気可能に構成されている。
回転軸１１Ｃの左端部１１Ｃｅには、該左端部１１Ｃｅに嵌合するファン１２の嵌合部２１Ｂが、先端のネジ部１１Ｃｆにナット２２によって固着され、ファン１２の回転により、ヒートパイプ２４Ｂの放熱部２５ｃを冷却した冷却気体を外部に矢印３６のごとく排気可能に構成されている。
【００４９】
前記一対のヒートパイプ２４Ａ、２４Ｂは、図４に示すように、銅、ステンレス鋼、ニッケル、タングステン、モリブデン等により形成された密閉容器２５内に設けられたウイック構造体２８と、このウイック構造体２８に囲繞された内部空間２５ｄと、前記ウイック構造体２８と前記内部空間２５ｄ間を加熱及び冷却により状態を変化して気化及び液化して循環する動作液とで構成され、蒸発部２５ａにより旋回スクロール３の中央部から熱を受け、動作液が気化し、矢印３７に示すように凝縮部（放熱部）２５ｃに移動し、該凝縮部２５ｃにおいて、放熱して液化してウイック構造体２８内に動作液として戻る。
【００５０】
このように構成された一対のヒートパイプ２４Ａ、２４Ｂを中空冷却通路１１Ｃｄ内に配置した参考例に係る回転軸１１Ｃは、図３において、回転軸１１Ｃ中央側に位置する一対のヒートパイプ２４Ａ、２４Ｂを形成する容器２５の夫々の一端側加熱部（蒸発部）２５ａにおいて旋回スクロール３により発生した熱を吸収し、ヒートパイプ内の動作液を蒸発気化させ、この気化した気体は回転軸１１Ｃ両端側に位置する夫々の凝縮部２５ｃにおいてファン１２、１３において矢印３５、３５として吸引する外部気体により冷却され液化される。
【００５１】
冷却に寄与した外部気体は遮蔽板２９Ａ、２９Ｂ（図６、図７）の開口孔２９Ａｂ、２９Ｂｂを通って矢印３６、３６として外部に排出される。
また、固定スクロールのラップを植設したハウジング４、５の反ラップ面を冷却した気体は遮蔽板２９Ａ、２９Ｂ（図６、図７）の開口孔２９Ａａ、２９Ｂａを通って矢印３９、４０（図８）として、前記旋回スクロール３の中央部を冷却した気体とともに外部に排出される。
【００５２】
前記ヒートパイプ２４の熱輸送量は、熱伝導性のよい銅、アルミニウム等の金属に比較して数百倍も多量の熱輸送が行えるために、効率のよい旋回スクロールの中央部の冷却を行うことができる。
また、ヒートパイプは内部を中空に形成し、該中空の周面にウイック構造体と動作液を配置しているだけであるので、軽量であり、熱源から離れた場所に、しかも少ない温度差で、かつ極めて迅速に熱を移動することができ、効率のよい中央部の冷却を行うことができる。
また、断熱部２５ｂを適宜設計することにより、また、蒸発部２５ａおよび凝縮部２５ｃの大きさ形状を設計することにより、熱移動量を簡単に設定することができる。
【００５３】
次に、本発明の実施例に係るスクロール流体機械の回転軸とファンの組立構造を示す第１実施例の改良実施例を説明する。図１３は、第１実施例である図１の改良に係るものであり、中心に冷却気体が導通する冷却通路１１Ｄｄを有した円筒で形成された小径部１１Ｄｋと、同じ径の冷却通路１１Ｄｄを有した円筒で形成された中径部１１Ｄｂとの間に、前記冷却通路１１Ｄｄより大径の内部空間１１Ｄｊを有した大径の円筒で形成された偏芯部１１Ｄａを挟んで、お互いの冷却通路１１Ｄｄの内周面及び空間１１Ｄｊの内周面をラインＭ−Ｍを合わせて、お互いの円筒の接続端を４０Ａ〜４０ｄのごとくロー付けして、回転軸１１Ｄを構成したものである。
【００５４】
このように構成しているので、回転軸１１Ｄが回転すると偏芯部１１Ｄａの内部空間１１Ｄｊが回転し、冷却通路１１Ｄｄから導入された冷却気体は、空間１１Ｄｊ部で気体は偏芯部分に広がるとともに、該部分の気体は空間の偏芯部内周面で押され、乱流が発生し、熱交換を効率よく行うことができる。
【００５５】
次に、本発明の実施例に係るスクロール流体機械の回転軸とファンの組立構造を示す第２実施例の改良実施例を説明する。図１４は、第２実施例である図２の改良に係るものであり、中心に冷却気体が導通する冷却通路１１Ｅｄを有した円筒で形成された小径部１１Ｅｋと、同じ径の冷却通路１１Ｅｄを有した円筒で形成された中径部１１Ｅｂとの間に、前記冷却通路１１Ｅｄより大径の内部空間１１Ｅｊを有した大径の円筒で形成された偏芯部１１Ｅａを挟んで、お互いの冷却通路１１Ｅｄの内周面及び空間１１Ｅｊの内周面をラインＮ−Ｎを合わせて、お互いの円筒の接続端を４０Ａ〜４０ｄのごとくロー付けするとともに、螺旋溝１１Ｅｈを削設して回転軸１１Ｅを構成したものである。
【００５６】
このように構成しているので、回転軸１１Ｅが回転すると螺旋溝１１Ｅｈにより冷却通路１１Ｅｄから導入された冷却気体は、乱流を発生し、さらに、偏芯部１１Ｅａの内部空間１１Ｅｊが回転し、冷却気体は、空間１１Ｅｊ部で偏芯部分に広がるとともに、該部分の気体は空間の偏芯部内周面で押され、乱流が増長され、熱交換を効率よく行うことができる。
尚、第２実施例において説明したように、前記乱流形成手段としては、前記冷却通路１１Ｅｄ内にスパイラル状のコイルスプリングを挿入してよく、また、前記冷却通路１１Ｅｄの内径を外径とする、２液を混合するようなミキシングパイプを前記冷却通路１１Ｅｄ内に挿入してもよいことは勿論のことである。
【００５７】
次に、本発明の実施例に係るスクロール流体機械の回転軸とファンの組立構造を示す第３実施例の改良実施例を説明する。図１５は、参考例である図３の改良に係るものであり、同図において、回転軸１１Ｆの両端部から偏芯部１１Ｆａに向かって回転軸中心線Ｐより角度αだけ傾斜した線Ｑを中心として中空路１１Ｆｒ、１１Ｆｌが削設され、該中空路１１Ｆｒ、１１Ｆｌ内にはヒートパイプ２４Ａ、２４Ｂが配置されている。
【００５８】
回転軸１１Ｆの右端部１１Ｆｂには、ファン１３の嵌合部２１Ａが嵌合固着し、ファン１３の回転により、ヒートパイプ２４Ａの放熱部２５ｃを冷却した冷却気体を外部に矢印３６のごとく排気可能に構成されている。
回転軸１１Ｆの左端部１１Ｆｅには、該左端部１１Ｆｅに嵌合するファン１２の嵌合部２１Ｂが、先端のネジ部１１Ｆｆにナット２２によって固着され、ファン１２の回転により、ヒートパイプ２４Ｂの放熱部２５ｃを冷却した冷却気体を外部に矢印３６のごとく排気可能に構成されている。
【００５９】
このように構成された本実施例は、前記参考例において説明したような動作により、熱交換が行われる。
すなわち、ヒートパイプ２４Ａ、２４Ｂの夫々の一端側加熱部（蒸発部）２５ａにおいて旋回スクロール３により発生した熱を吸収し、ヒートパイプ内の動作液を蒸発気化させ、この気化した気体は凝縮部２５ｃにおいてファン１２、１３において矢印３５、３５として吸引する外部気体により冷却され液化される。
【００６０】
冷却に寄与した外部気体は遮蔽板２９Ａ、２９Ｂ（図６、図７）の開口孔２９Ａｂ、２９Ｂｂを通って矢印３６、３６として外部に排出される。
また、固定スクロールのラップを植設したハウジング４、５の反ラップ面を冷却した気体は遮蔽板２９Ａ、２９Ｂ（図６、図７）の開口孔２９Ａａ、２９Ｂａを通って矢印３９、４０（図８）として、前記旋回スクロール３の中央部を冷却した気体とともに外部に排出される。
【００６１】
上述の熱交換過程において、本実施例は中空路１１Ｆｒ、１１Ｆｌが中心線Ｐより傾斜しているので、加熱部２５ａは中心線Ｐを中心として偏芯して回転することとなり、遠心力を発生し、回転軸１１Ｃ両端側の凝縮部２５ｃにおいて液化された動作液を加熱部に引き上げる作用をなし、動作液の循環を助長させ、冷却効果が向上する。
よって、本実施例においては毛細管作用の動作液還流方法を有するヒートパイプのみでなく、遠心力を利用した回転式ヒートパイプにおいても使用可能であって、その利用範囲は広い。
【００６２】
尚、上述の実施例においては、図５に示すように、端板の両方の面に旋回ラップを植設したダブルラップ旋回スクロールと固定スクロールとの組み合わせで説明したが、これに限定されるものではなく、端板の一方の面に旋回ラップを植設したシングルラップ旋回スクロールと固定スクロールとの組み合わせの場合にも適用されるものであり、この場合は、前記ファンの近傍には固定スクロールが位置する方式と、旋回スクロールが位置する方式とがあり、前記ファンによりヒートパイプの冷却とともに固定スクロールもしくは旋回スクロールの反ラップ部を冷却した気体を排気することができることは勿論のことである。
【００６３】
また、本実施例は前記回転軸の端部にファンを配設するとともに、前記冷却通路の他端に前記回転軸外周に向かって導通する連通孔を開設し、前記ファンによって冷却に寄与した気体を前記連通孔から強制排気することにより前記旋回スクロールの中央部分を冷却するとともに、前記連通孔を通らない気体により前記中央部分以外を冷却するように構成している。
すなわち、冷却通路１１Ａｄ（図１）、１１Ｂｄ（図２）内を冷却気体３２が通過することにより、旋回スクロール３の中央部を冷却し、この冷却に寄与した気体は連通孔１１Ａｃ（図１）、１１Ｂｃ（図２）からファン１３により強制排気される。
そして、ファン１３はさらに、ラップ７が植設された固定スクロールであるハウジング４の背面を冷却した気体を矢印４０のごとく排気する。
よって、旋回スクロールの中央部のみでなく、それ以外の部分も冷却され、効率のよい冷却を行うことができる。
【００６４】
上述したように、本実施例は、回転軸を直接冷却することができので、旋回スクロールは端板の中央部で駆動源と連絡した回転軸により旋回駆動され、スクロールの周辺部から取り込んだ流体を中央部に順次圧縮移送される過程において発生する熱を、最も高い中央部において冷却することができ、旋回スクロールの中央部周辺に設けられたベアリングやシール部材、また、回転軸周囲のベアリングやシール部材を効率よく冷却することができる。
そして、固定スクロールと旋回スクロールとの熱膨張による差をなくし、温度分布を一定にし、ラップのかじりを防止し、グリスメンテナンス期間を延長することができ、よって、耐久性が向上することができる。
また、発熱を低減することにより各スクロールのクリアランスを小さくでき、また、高速運転を行うことができることにより、到達圧力が向上できる。
【００６５】
また、上述した実施例の、ガスバラスト用の前記導入孔の開口部を前記旋回スクロールのラップ摺動面に設けるとともに、前記開口部の開口孔径を前記ラップ幅より小に形成し、前記旋回スクロールのラップ駆動により前記導入孔の開口を開閉可能に構成し、前記固定スクロール及び旋回スクロールが形成する最終密閉空間が外部への吐出通路と導通する時期に同期して前記導入孔の開口部を閉鎖するように構成しているので、最終密閉空間が吐出通路と導通しているときにガスバラスト用の前記導入孔とは遮断され、前記導入孔へ圧縮流体が逆流することが防止され、圧縮流体は吐出通路から外部に排出される。
したがって、導入孔開口部をラップ幅より小さい径に設定するという簡単な構成で前記圧縮流体の逆流が防止でき、前記気体導入孔の部分に特別な逆止め弁を設ける必要がない。
【００６６】
また、前記旋回スクロールのプレートの表裏面にそれぞれラップを形成し、これらのラップとお互いに嵌合するラップを有する第１固定スクロール及び第２固定スクロールとにより前記旋回スクロールを旋回駆動可能に設け、前記第１固定スクロール及び第２固定スクロールのうちの一方の固定スクロールにガスバラスト用導入孔を設けるとともに、前記旋回スクロールのプレートには他方の固定スクロールとで形成する密閉空間に前記気体を送る連通孔を開設し、前記一方の固定スクロールに吐出孔を設け、前記密閉空間内の圧縮流体を前記気体とともに圧縮して外部に吐出するように構成しているので、一方の固定スクロールに前記導入孔を設けるとともに、圧縮流体の吐出孔を設けているので、前記導入孔及び吐出孔が片方の固定スクロール側のラップの反対側の部分に集中配置され、それらを一方及び他方の固定スクロールに分散させて配置するより、構成が簡単になり製造が容易になる。
【００６７】
また、ガスバラスト用の前記導入孔から旋回スクロールの一方のラップと一方の固定スクロールのラップとで形成される密閉空間に導入された気体は旋回スクロールのプレートに設けられた前記連通孔を介して旋回スクロールの他方のラップと他方の固定スクロールのラップとで形成されるもう一方の密閉空間に導入しているので、両方の固定スクロールにガスバラスト用の気体を導入する導入孔を設けなくても、一方の固定スクロールに導入孔を設ければよいために、構成が簡単で製造が容易になる。
【００６８】
尚、本実施例は種々変形することができる。
上述したように、Ｒ空間、Ｌ空間にガスバラスト用の導入孔からの気体を導入しているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、Ｓ空間、Ｔ空間にガスバラスト用の気体を導入するように構成してもよい。
また、ガスバラスト用の導入管１０及び吐出通路４ｃ、４ｄはハウジング４側に取付られているが、これはハウジング５側に設けてもよい。
また、ガスバラスト用の気体はハウジング４及び５の両方に導入管を設け、旋回及び固定スクロールのラップで形成される空間Ｒ及びＬに両方から導入してもよい。その場合は、前記空間ＲとＬを連通する導入孔３ｅは不用となるとともに、両方から迅速にガスバラスト用の気体が導入されるので効率がアップする。
また、吐出通路はハウジング４側の４ｃ、４ｄとともに、ハウジング５側にも設けてもよいことは勿論のことである。
【００６９】
また、ガスバラスト用の気体は導入管１０から外部大気を導入してもよいが、空気また Ｎ₂ 等乾燥ガスに熱を加えて導入するのが望ましい。この場合は、スクロールラップ内の蒸気または液体の乾燥が早められ、劣化防止が促進される。
また、本実施例は、容器から有害なガスなどを吸引した場合は、導入管から Ｎ₂ 等の希釈用ガスを導入して有害ガスを安全基準まで希釈することができる。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は冷却効率のよい構造であるので、ラップのかじりを防止し、グリスメンテナンス期間を延長することができ、よって、耐久性を向上することができる。
また、発熱を低減することにより各スクロールのクリアランスを小さくでき、また、高速運転を行うことができることにより、到達圧力が向上できる。等の著効を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例に係るスクロール流体機械の回転軸とファンの組立構造を示す第１実施例図である。
【図２】 本発明の実施例に係るスクロール流体機械の回転軸とファンの組立構造を示す第２実施例図である。
【図３】 本発明の参考例に係るスクロール流体機械の回転軸とファンの組立構造を示す図である。
【図４】 図３に用いるヒートパイプの構造図である。
【図５】 本発明の実施例に係るスクロール流体機械の組立構造図である。
【図６】 図５のＣ−Ｃ方向から見た図である。
【図７】 図５のＤ−Ｄ方向から見た図である。
【図８】 図１の部分拡大図である。
【図９】 ガスバラスト用の気体の導入を開始したスクロールの状態を示す概略図である。
【図１０】 ガスバラスト用の気体の導入をしているスクロールの状態を示す概略図である。
【図１１】 ガスバラスト用の気体の導入終了直前のスクロールの状態を示す概略図である。
【図１２】 ガスバラスト用の気体の導入孔を閉鎖したスクロールの状態を示す概略図である。
【図１３】 本発明の実施例に係るスクロール流体機械の回転軸とファンの組立構造を示す第１実施例の改良実施例を示す図である。
【図１４】 本発明の実施例に係るスクロール流体機械の回転軸とファンの組立構造を示す第２実施例の改良実施例を示す図である。
【図１５】 本発明の参考例に係るスクロール流体機械の回転軸とファンの組立構造を示す第３図の改良実施例を示す図である。
【図１６】 非駆動部冷却方式を示す従来例図である。
【図１７】 駆動部冷却方式を示す従来例図である。
【符号の説明】
１ ポンプ本体
３ 旋回スクロール
４、５ ハウジング
６、７、２６、２７ ラップ
８ 吸入口部
９ 吐出口部
１０ 導入管
１１ 回転軸（１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ）
１２、１３ ファン
１４ チップシール
１５、１６ パッキング
１８、１９ カバー
２０ 軸受（２０Ａ、２０Ｂ）
２１ 軸受（２１Ａ、２１Ｂ）
２４ ヒートパイプ（２４Ａ、２４Ｂ）
２５ 容器
２８ ウイック構造体
２９ 遮蔽板（２９Ａ、２９Ｂ）

Claims (3)

1. 端板の中央部から外周に向かって渦巻きラップを植設した固定スクロールと、前記渦巻ラップと嵌合する渦巻ラップが植設された端板の中央部で駆動源と連絡した回転軸と連結して旋回駆動する旋回スクロールとを備えたスクロール流体機械において、
   中空の冷却通路を前記回転軸内に形成し、該回転軸の一端から冷却用気体を導入して他端から排気するように、前記回転軸の端部にファンを配設するとともに、前記冷却通路の他端に前記回転軸外周に向かって導通する連通孔を開設し、前記ファンによって冷却に寄与した気体を前記連通孔から強制排気することにより前記旋回スクロールの中央部分を冷却するとともに、前記連通孔を通らない気体により前記中央部分以外を冷却するように構成したことを特徴とするスクロール流体機械。
2. 前記ファンが回転軸の他端若しくは両端に配設されていることを特徴とする請求項１記載のスクロール流体機械。
3. 前記冷却通路内に、導入した冷却用気体を撹拌する乱流形成手段を設けたことを特徴とする請求項１記載のスクロール流体機械。

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