JP6977144B2 - スクロール式流体機械 - Google Patents

Description

本発明は、スクロール式流体機械に関する。

特許文献１には、屈曲部を有する冷却風通路を通じて冷却ファンから吐き出された冷却風を流体機械に導入することで冷却を行うスクロール式流体機械が記載されている。

特許文献２には、冷却風通路の屈曲部の半径を大きくすることで冷却風を効率的に流すスクロール式流体機械が記載されている。

特開２０１３−１８５４７２号公報 特表２０１６−５１４７９２号公報

スクロール式流体機械においては、流体の圧縮熱や軸受の発熱により、各部の温度上昇が起こる。圧縮室の温度上昇は圧縮効率の低下により性能を低下させ、軸受の温度上昇は部品の劣化により信頼性を低下させるため、流体機械の効率的な冷却が重要となる。

特許文献１のスクロール式流体機械は、圧縮室を構成する部品や軸受付近へ冷却ファンから吐き出された冷却風を流通させる冷却風通路において、冷却風の流れ方向を冷却ファンの径方向から軸方向へと変化させる屈曲部を有するが、冷却風は遠心力により屈曲部の外周側を流れるため、内周側に渦が発生して冷却風の効率的な流れの妨げとなる。

特許文献２のスクロール式流体機械は、冷却風通路の屈曲部の半径を大きくすることで冷却風を効率的に流す構造としている。この冷却風通路は、構成する部品の分割平面が複数の互いに斜めに配置された平面となっているため、各部品を製作するための型が1つの平面ではないので高さ方向に大きくなり、コストや生産性に問題がある。

そこで、本発明は、簡易な冷却風通路の形状で冷却風を効率的に流すことにより、生産性を損なうことなく信頼性を向上させたスクロール式流体機械を提供することを目的とする。

本発明は、上記背景技術及び課題に鑑み、その一例を挙げるならば、スクロール式流体機械であって、渦巻状のラップ部が設けられた固定スクロールと、固定スクロールのラップ部との間に圧縮室を構成する渦巻状のラップ部が設けられた旋回スクロールと、旋回スクロールに接続され回転運動することにより旋回スクロールを旋回運動させる駆動軸と、駆動軸の旋回スクロールと反対側に設けられ冷却風を発生させる冷却ファンと、冷却ファンにより発生した冷却風を固定スクロールおよび旋回スクロールに流通させる冷却風ダクトとを備え、冷却風ダクトが駆動軸に垂直な方向から駆動軸の方向へと変化する屈曲部において、駆動軸から遠い外周壁の一部が駆動軸に垂直な平面に対して鈍角をもって交わる平面で構成される。

本発明によれば、冷却風通路内の冷却風を効率的に流すことにより、生産性を損なうことなく流体機械の冷却を行い、信頼性を向上させたスクロール式流体機械を提供することができる。

実施例１におけるスクロール式流体機械の断面図である。 実施例１におけるスクロール式流体機械の冷却風通路を構成するダクトの概略斜視図である。 実施例１におけるスクロール式流体機械の冷却風通路を構成するダクトを図２とは反対方向から見た概略斜視図である。 実施例１におけるスクロール式流体機械の冷却風の流れ図である。 実施例２におけるスクロール式流体機械の断面図である。 実施例３におけるスクロール式流体機械の断面図である。 従来のスクロール式流体機械の冷却風の流れ図である

以下、本発明の実施例によるスクロール式流体機械として、スクロール式圧縮機を例に挙げて、添付図面に従って説明する。なお、実施例を説明するための各図において、同一の構成要素には同一の名称、符号を付して、その繰り返しの説明を省略する。

図１は、本実施例におけるスクロール式圧縮機の断面図を示している。図１において、符号１はスクロール式圧縮機の外殻を構成するケーシングであり、軸受１ａおよび軸受１ｂによってその内部に回転可能に支持される駆動軸２を覆っている。符号３はケーシング１の開口側に設けられ、渦巻状の固定スクロールラップ部３ａが立設された固定スクロール、符号４は渦巻状の旋回スクロールラップ部４ａが立設された旋回スクロールであり、旋回スクロールラップ部４ａが固定スクロールラップ部３ａに対向して配置されることで圧縮室５を形成する。

駆動軸２の端部には偏心部（図示せず）が設けられており、旋回スクロールと軸受等を介して回転可能に接続される。駆動軸２の旋回スクロールと反対側の端面には、プーリ６等の動力伝達機構が設けられ、駆動源としての電動モータ等（図示せず）と接続されることで駆動軸２が回転駆動し、旋回スクロール４を駆動する。旋回スクロール４には自転防止機構（図示せず）が設けられ、駆動軸２により固定スクロール３に対して旋回運動を行い、圧縮室５を中心に向かうに従い縮小させることで外部から取り込んだ気体の圧縮を行う。なお、プーリ６は例えばカップリングなどの動力伝達機構とすることも可能であるし、駆動軸に直接ロータを取り付けて回転することも可能である。

また、駆動軸２の旋回スクロール４と反対側には、冷却ファン７が取り付けられており、駆動軸２の回転運動に伴い回転することで冷却ファンの径方向であって駆動軸２と垂直な方向に冷却風を発生する。冷却ファン７は冷却風ダクト８の中に収められ、冷却風ダクト８の駆動軸２の方向（以降、単に軸方向と称す）に設けられた吸込み口９から吸い込まれた冷却風は、冷却ファン７によって冷却風ダクト８内に押し出される。

図２は本実施例におけるスクロール式流体機械の冷却風通路を構成する冷却風ダクトの概略斜視図である。また、図３は、図２とは反対方向から見た冷却風ダクトの概略斜視図である。

図１から図３に示すように、冷却風ダクト８は、冷却ファン７を覆い駆動軸２に垂直な方向の第１の冷却風通路と、駆動軸２の方向に伸びる第２の冷却風通路１１と、第１の冷却風通路と第２の冷却風通路を繋ぐ屈曲部１０と、第２の冷却風通路１１に接続され固定スクロール３および旋回スクロール４に冷却風を供給する導入ダクト１２で構成されている。吸込み口９から吸い込まれた冷却風は、冷却風ダクト８に設けられた、屈曲部１０を通ることで軸方向に伸びる冷却風通路１１に向かって流れの向きを変え、さらに導入ダクト１２を介して固定スクロール３と旋回スクロール４の周辺に供給され、前述の圧縮動作に伴って発生した熱により温度上昇した各部品の冷却を行う。

ここで、屈曲部１０の駆動軸２に近い側を屈曲部内周壁１０ａ、遠い側を屈曲部外周壁１０ｂとすると、冷却風は屈曲部１０において流れの方向が変化する際、遠心力により屈曲部外周壁１０ｂに沿った主流ができる。そこで、本実施例における屈曲部外周壁１０ｂは駆動軸２に垂直な平面と交わる角度θを鈍角（９０°〜１８０°）とする平面で構成することで、前述の冷却風の主流が屈曲部内周壁１０ａから離間することを防止する。

以下、本実施例における冷却風流れの特徴を、図７に示す従来構造と比較して説明する。

図７に示すように、従来構造では屈曲部外周壁１０ｂは冷却風ダクト８の軸方向厚みＷよりも小さい半径Ｒの曲面で構成され、冷却風の主流は屈曲部内周壁１０ａから離間する。そのため、冷却風通路１１の屈曲部外周壁１０ｂ付近の流速が速くなり、屈曲部内周壁１０ａとの接続部付近に冷却風流れの渦が発生することで、騒音や冷却風の損失の原因となる。

また、特許文献２においては、屈曲部外周壁を冷却風ダクトの軸方向厚みよりも大きな半径の曲面とすることで屈曲部と冷却風通路内の流れを改善する構成が開示されている。しかしながらこの構成では冷却風ダクトを構成する部品の分割平面が複数の互いに斜めに配置された平面となっているため、各部品を製作するための型が高さ方向に大きくなり、型代が高価となり、コストや生産性に問題がある。一方で、本実施例においては、屈曲部外周壁１０ｂは駆動軸２に垂直な平面と鈍角（９０°〜１８０°）をもって交わる平面で構成することで、前述の冷却風の主流が屈曲部内周壁１０ａから離間することを防止する。

図４は本実施例におけるスクロール式流体機械の冷却風の流れ図である。図４に示すように、屈曲部外周壁１０ｂを駆動軸２に垂直な平面、すなわち、冷却風ダクト８の冷却ファン７を覆い駆動軸２に垂直な方向の冷却風通路の外周壁に平行な平面、と鈍角をもって交わる平面で構成することで、冷却風は冷却風通路１１の屈曲部内周壁１０ａ付近に渦を発生することなく流れることが可能であり、渦による騒音や冷却風の損失を防止することができる。なお、屈曲部外周壁１０ｂの平面は複数の平面で構成してもよい。

また、図１に示すように、屈曲部外周壁１０ｂの軸方向に平行な平面に投影した長さＬ１と冷却風ダクト８の軸方向厚みＷの関係を
Ｌ１＜Ｗ
とすることで、冷却風ダクト８を構成する部品を、駆動軸２に垂直な分割平面１３で分割して構成することが可能であり、生産性を向上することができる。なお、冷却風ダクト８は、軸方向厚みＷ内で分割できれば生産性を向上できるので、分割は1つの平面ではなく復数の平面で分割してもよい。

図５は、本実施例におけるスクロール式流体機械の断面図である。図５において、実施例１と同一の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施例は、図５において、屈曲部外周壁１０ｂの軸方向に垂直な平面に投影した長さＬ２と、冷却風通路１１を軸方向に垂直な平面に投影した長さＬ３との関係を
Ｌ２＞Ｌ３
としたことが特徴である。これにより、本実施例においては、実施例１と比較して、冷却風の流れが冷却風通路１１の方向へと変化する位置を軸方向に近づけることが可能となり、冷却風の主流が屈曲部内周壁１０ａから離間することを防止する効果を高めることができる。そのため冷却風は冷却風通路１１の屈曲部内周壁１０ａ付近に渦を発生することなく流れることが可能であり、渦による騒音や冷却風の損失を防止することができる。

図６は、本実施例におけるスクロール式流体機械の断面図である。図６において、実施例１、２と同一の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施例は、図６において、屈曲部外周壁１０ｂを構成する部品を、屈曲部外周壁１０ｂの厚み方向で複数としたことが特徴である。すなわち、冷却風ダクト８を構成する部品とは別に、屈曲部の冷却風が通過する内部を、実質、実施例１、２で示した屈曲部外周壁１０ｂの構成となる平面の別部材で構成した。これにより、本実施例においては従来の冷却風ダクトに対しても異なる部品を追加することで実施例１、２と同様の効果を得ることができる。

以上の実施例においては、スクロール式流体機械としてスクロール式圧縮機を例に挙げて説明してきたが、本発明はこれに限らず、冷却効率の向上を課題とする流体機械であれば、スクロール式圧縮機に限らず、例えばスクロール式膨張機にも適用することができる。

以上説明した実施例は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されない。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１：ケーシング、１ａ、１ｂ：軸受、２：駆動軸：３：固定スクロール、３ａ：固定スクロールラップ部、４：旋回スクロール、４ａ：旋回スクロールラップ部、５：圧縮室、６：プーリ、７：冷却ファン、８：冷却風ダクト、９：吸込み口、１０：屈曲部、１０ａ：屈曲部内周壁、１０ｂ：屈曲部外周壁、１１：冷却風通路、１２：導入ダクト、１３：分割平面

Claims (7)

1. 渦巻状のラップ部が設けられた固定スクロールと、
   前記固定スクロールのラップ部との間に圧縮室を構成する渦巻状のラップ部が設けられた旋回スクロールと、
   前記旋回スクロールに接続され回転運動することにより前記旋回スクロールを旋回運動させる駆動軸と、
   前記駆動軸の前記旋回スクロールと反対側に設けられ冷却風を発生させる冷却ファンと、
   前記冷却ファンの全体を覆い前記駆動軸に垂直な方向の第１の冷却風通路と、前記駆動軸の方向に伸びる第２の冷却風通路と、前記第１の冷却風通路と前記第２の冷却風通路を繋ぐ屈曲部と、前記第２の冷却風通路に接続され前記固定スクロールおよび前記旋回スクロールに冷却風を供給する導入ダクトで構成される冷却風ダクトとを備え、
   前記冷却ファンの全体を覆い前記駆動軸に垂直な方向の前記第１の冷却風通路と前記駆動軸の方向に伸びる前記第２の冷却風通路を繋ぐ前記屈曲部は、前記駆動軸から遠い外周壁の一部が前記駆動軸に垂直な平面に対して鈍角をもって交わる平面で構成されていることを特徴とするスクロール式流体機械。
2. 固定スクロールと旋回スクロールを有し、駆動軸の一端に前記旋回スクロールを設け、該駆動軸の他端に冷却ファンを設け、前記冷却ファンにより発生した冷却風を前記固定スクロールおよび前記旋回スクロールに流通させる冷却風ダクトとを備えたスクロール式流体機械であって、
   前記冷却風ダクトは、前記冷却ファンの全体を覆い前記駆動軸に垂直な方向の第１の冷却風通路と、前記駆動軸の方向に伸びる第２の冷却風通路と、前記第１の冷却風通路と前記第２の冷却風通路を繋ぐ屈曲部を有しており、
   前記冷却ファンの全体を覆い前記駆動軸に垂直な方向の前記第１の冷却風通路と前記駆動軸の方向に伸びる前記第２の冷却風通路を繋ぐ前記屈曲部は、前記駆動軸から遠い外周壁の一部が前記第１の冷却風通路の外周壁に平行な平面に対して鈍角をもって交わる平面で構成されていることを特徴とするスクロール式流体機械。
3. 請求項１または２に記載のスクロール式流体機械であって、
   前記屈曲部の外周壁を構成する平面を前記駆動軸に平行な平面に投影した長さＬ１は、前記第１の冷却風通路の前記駆動軸の方向の厚みＷよりも短いことを特徴とするスクロール式流体機械。
4. 請求項３に記載のスクロール式流体機械であって、
   前記冷却風ダクトは前記駆動軸の方向の厚みＷ内で分割可能としたことを特徴とするスクロール式流体機械。
5. 請求項４に記載のスクロール式流体機械であって、
   前記冷却風ダクトは前記駆動軸に垂直な平面で分割可能としたことを特徴とするスクロール式流体機械。
6. 請求項１から５の何れか１項に記載のスクロール式流体機械であって、
   前記屈曲部の外周壁を構成する平面の前記駆動軸に垂直な平面に投影した長さＬ２は、前記第２の冷却風通路を前記駆動軸の方向に垂直な平面に投影した長さＬ３よりも長いことを特徴とするスクロール式流体機械。
7. 請求項１から６の何れか1項に記載のスクロール式流体機械であって、
   前記屈曲部の外周壁を構成する平面は、前記冷却風ダクトを構成する部品とは別の部品で構成されたことを特徴とするスクロール式流体機械。

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