(57)【要約】      （修正有）【課題】ターボ圧縮機を駆動する電動機の回転軸にラビリンスシールを取り付けおよび取り外しする際に、ラビリンスシールの歯列の破損や折損を防止してシール機構の健全性を確保することができるとともに、ラビリンスシール部の組立作業の簡素化を図り、組立時間を短縮できるターボ冷凍機の圧縮機用電動機を提供する。【解決手段】ターボ圧縮機を駆動する電動機であって、電動機の回転軸１２の外周面と対向して軸シールを行うための歯列からなるラビリンスシールＬＳを有したラビリンスシール部材２０を設け、ラビリンスシール部材２０にラビリンスシールＬＳの内径と同径の複数のガイド部Ｇ１，Ｇ２を互いに離間させて設け、複数のガイド部はラビリンスシーＬＳルより回転軸１２の軸方向の中央部寄りに位置し、回転軸１２には、複数のガイド部Ｇ１，Ｇ２に対向する位置に複数の円周溝ｇ１，ｇ２を形成した。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷水から熱を奪って冷媒が蒸発し冷凍効果を発揮する蒸発器と、冷媒を羽根車によって圧縮するターボ圧縮機と、圧縮された冷媒ガスを冷却水で冷却して凝縮させる凝縮器とを備えたターボ冷凍機において前記ターボ圧縮機を駆動する電動機であって、
前記電動機の回転軸の外周面と対向して軸シールを行うための歯列からなるラビリンスシールを有したラビリンスシール部材を設け、
前記ラビリンスシール部材に前記ラビリンスシールの内径と同径の複数のガイド部を互いに離間させて設け、前記複数のガイド部は前記ラビリンスシールより前記回転軸の軸方向の中央部寄りに位置し、
前記回転軸には、前記複数のガイド部に対向する位置に複数の円周溝を形成したことを特徴とするターボ冷凍機の圧縮機用電動機。
【請求項２】
前記複数のガイド部は、互いに３０ｍｍ〜５０ｍｍ離間して設けられていることを特徴とする請求項１に記載のターボ冷凍機の圧縮機用電動機。
【請求項３】
前記ラビリンスシールは、２群の歯列からなり、これら２群の歯列の間に空間が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のターボ冷凍機の圧縮機用電動機。
【請求項４】
前記ラビリンスシールは、１群の歯列からなることを特徴とする請求項１または２に記載のターボ冷凍機の圧縮機用電動機。
【請求項５】
前記各ガイド部の回転軸の軸方向における厚さは、５ｍｍ〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のターボ冷凍機の圧縮機用電動機。
【請求項６】
前記ラビリンスシール部材を前記回転軸に取り付けおよび取り外しする際に、前記複数のガイド部材が前記回転軸の外周面に接触して前記ラビリンスシール部材をガイドすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のターボ冷凍機の圧縮機用電動機。
【請求項７】
冷水から熱を奪って冷媒が蒸発し冷凍効果を発揮する蒸発器と、冷媒を羽根車によって圧縮するターボ圧縮機と、圧縮された冷媒ガスを冷却水で冷却して凝縮させる凝縮器とを備えたターボ冷凍機において、
前記ターボ圧縮機を駆動する電動機は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の圧縮機用電動機であることを特徴とするターボ冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ冷凍機における圧縮機用電動機に係り、特にターボ冷凍機においてターボ圧縮機を駆動する電動機に冷凍サイクルから冷媒の一部を導いて電動機を冷却する方式の圧縮機用電動機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷凍空調装置などに利用されるターボ冷凍機は、冷媒を封入したクローズドシステムで構成され、冷水（被冷却流体）から熱を奪って冷媒が蒸発して冷凍効果を発揮する蒸発器と、前記蒸発器で蒸発した冷媒ガスを圧縮して高圧の冷媒ガスにする圧縮機と、高圧の冷媒ガスを冷却水（冷却流体）で冷却して凝縮させる凝縮器と、前記凝縮した冷媒を減圧して膨張させる膨張弁（膨張機構）とを、冷媒配管によって連結して構成されている。
【０００３】
図１は、従来のターボ冷凍機の一例を示す模式図である。図１に示すように、ターボ冷凍機は、冷媒を圧縮するターボ圧縮機１と、圧縮された冷媒ガスを冷却水（冷却流体）で冷却して凝縮させる凝縮器２と、冷水（被冷却流体）から熱を奪って冷媒が蒸発し冷凍効果を発揮する蒸発器３と、凝縮器２と蒸発器３との間に配置される中間冷却器であるエコノマイザ４とを備え、これら各機器を冷媒が循環する冷媒配管５によって連結して構成されている。
【０００４】
図１に示すターボ冷凍機においては、ターボ圧縮機１は多段ターボ圧縮機から構成されており、電動機１１によって駆動されるようになっている。ターボ圧縮機１は、冷媒配管８によってエコノマイザ４と接続されており、エコノマイザ４で分離された冷媒ガスはターボ圧縮機１の多段の圧縮段（この例では２段）の中間部分（この例では一段目と二段目の間の部分）に導入されるようになっている。
【０００５】
ターボ圧縮機の電動機の多くは、分割型のケーシングに密閉状態で収容されている半密閉型の電動機である。図１に示す電動機１１も半密閉型の電動機が例示されている。図１に示すように、電動機１１の回転軸１２は軸受によって回転支持され、回転軸１２の軸端には増速機１４が設けられており、圧縮機の羽根車１５を支持する羽根車軸１６を増速回転させて、圧縮機の所定の圧力ヘッドおよび風量を確保している。
【０００６】
図１に示すように、凝縮器２とエコノマイザ４とを接続する冷媒配管５から分岐して、冷媒を凝縮器側から電動機１１に導く冷媒供給配管５ＢＰが設置されている。冷媒供給配管５ＢＰは電動機１１のモータケーシング１７に接続されており、凝縮器２で凝縮した冷媒が電動機１１のケーシング１７内に導入されるようになっている。すなわち、電動機発熱の冷却には、冷凍サイクルの液冷媒を電動機１１のモータケーシング１７内のステータ，回転軸，コイル等に噴霧して液冷媒の蒸発潜熱を利用している。
【０００７】
一方、増速機１４を収容するギアケーシング１８の下部には油タンク１９が設けられており、ポンプＰによって油タンク１９から軸受や増速機１４に冷媒と相溶性の有る油を給油することにより、軸受や増速機１４の潤滑や冷却を行っている。油タンク１９のあるギアケーシング１８とモータケーシング１７とは、回転軸１２が貫通する貫通孔で連通しているため、油が冷媒系統に漏洩し、油タンク１９の油面が低下して給油機能が損なわれる、あるいは冷媒が油系統に漏洩して油の温度が低下し所定の油粘度が確保できない、冷凍能力に寄与しない冷媒ガスが冷凍サイクルの高圧部から低圧部にバイパスすることで冷凍機の効率低下を引き起こすという問題がある。そのため、油タンク１９を有したギアケーシング１８とモータケーシング１７の連通孔には、内面に歯型加工をしたラビリンスシールＬＳを設け、軸シール機能を確保している。また、回転軸１２の他端側にも同様のラビリンスシールＬＳが設けられている。
【０００８】
図２は、図１に示す電動機１１のモータケーシング１７およびギアケーシング１８を回転軸１２が貫通する部分に設けられたラビリンスシールＬＳを示す要部拡大図である。図２に示すように、電動機の回転軸１２は、モータケーシング１７の端部に設けられたラビリンスシール部材２０を貫通しており、ラビリンスシール部材２０の内周面にラビリンスシールＬＳが設けられている。
【０００９】
ラビリンスシール部材２０は、略円筒状の本体部２１と本体部２１から外周側に延びるフランジ部２２とから構成されている。略円筒状の本体部２１は、中間部に空間２１ｓを有し、空間２１ｓを挟んで、両側部の内周面に２群の歯列からなるラビリンスシールＬＳを有している。フランジ部２２は、外周部に複数のボルト孔２２ｈを有し、ボルトによってモータケーシング１７に固定されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−２９１５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図２に示すような軸シール機構であるラビリンスシールＬＳを持ったラビリンスシール部材２０にあっては、ラビリンスシール部材２０を回転軸１２に取り付けおよび取り外しを行う際、シール機構である歯列が回転軸１２に接触することにより歯列の一部が破損したり折損したりすることがある。ラビリンスシールＬＳのシール機能を十分確保するために、ラビリンスシールＬＳと回転軸１２とのクリアランスは直径方向で０．１ｍｍ程度と非常に狭い構造となっている。そのため、歯列の一部の破損や折損はシール機能の低下だけでなく、破損した欠片の回転体巻込みによる装置の故障等の原因になりうる。
【００１２】
本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、ターボ圧縮機を駆動する電動機の回転軸にラビリンスシールを取り付けおよび取り外しする際に、ラビリンスシールの歯列の破損や折損を防止してシール機構の健全性を確保することができるとともに、ラビリンスシール部の組立作業の簡素化を図り、組立時間を短縮できるターボ冷凍機の圧縮機用電動機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述の目的を達成するため、本発明の第一の態様は、冷水から熱を奪って冷媒が蒸発し冷凍効果を発揮する蒸発器と、冷媒を羽根車によって圧縮するターボ圧縮機と、圧縮された冷媒ガスを冷却水で冷却して凝縮させる凝縮器とを備えたターボ冷凍機において前記ターボ圧縮機を駆動する電動機であって、前記電動機の回転軸の外周面と対向して軸シールを行うための歯列からなるラビリンスシールを有したラビリンスシール部材を設け、前記ラビリンスシール部材に前記ラビリンスシールの内径と同径の複数のガイド部を互いに離間させて設け、前記複数のガイド部は前記ラビリンスシールより前記回転軸の軸方向の中央部寄りに位置し、前記回転軸には、前記複数のガイド部に対向する位置に複数の円周溝を形成したことを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、ラビリンスシール部材を回転軸に取り付ける際、ラビリンスシールの内径と同径のガイド部が回転軸の外周面に接触してラビリンスシール部材をガイドする。ガイド部と回転軸とのクリアランスは０．１ｍｍ程度と非常に狭い構造になっているため、ラビリンスシール部材が回転軸の軸心に対し同芯を維持することができる。すなわち、ラビリンスシール部材のブレを抑制することができる。したがって、ラビリンスシール部材の装着中にラビリンスシールの歯列が回転軸の外周面に接触して力を受けるようなことはなく、ラビリンスシールの歯列の一部の破損や折損が起こることはない。また、ラビリンスシール部材を回転軸から取り外す際も同様にラビリンスシール部材を回転軸に対してガイドする。
【００１５】
本発明の好ましい態様によれば、前記複数のガイド部は、互いに３０ｍｍ〜５０ｍｍ離間して設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、複数のガイド部が互いに３０ｍｍ〜５０ｍｍ離間しているため、ラビリンスシール部材を回転軸に装着又は脱着する際にラビリンスシール部材のブレを抑制することができる。
【００１６】
本発明の好ましい態様によれば、前記ラビリンスシールは、２群の歯列からなり、これら２群の歯列の間に空間が形成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記ラビリンスシールは、１群の歯列からなることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記各ガイド部の回転軸の軸方向における厚さは、５ｍｍ〜１０ｍｍであることを特徴とする。
本発明によれば、各ガイド部の軸方向の厚みが５ｍｍ〜１０ｍｍであるため、各ガイド部の内周面が所定の面積を有し、ラビリンスシール部材を回転軸に装着又は脱着する際にラビリンスシール部材のブレを抑制することができる。
【００１７】
本発明の好ましい態様によれば、前記ラビリンスシール部材を前記回転軸に取り付けおよび取り外しする際に、前記複数のガイド部材が前記回転軸の外周面に接触して前記ラビリンスシール部材をガイドすることを特徴とする。
【００１８】
本発明の第二の態様は、冷水から熱を奪って冷媒が蒸発し冷凍効果を発揮する蒸発器と、冷媒を羽根車によって圧縮するターボ圧縮機と、圧縮された冷媒ガスを冷却水で冷却して凝縮させる凝縮器とを備えたターボ冷凍機において、前記ターボ圧縮機を駆動する電動機は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の圧縮機用電動機であることを特徴とする。
本発明によれば、ラビリンスシールが破損や折損することなく、充分な軸シール機能を果たすため、冷凍サイクルの高圧部から低圧部にバイパスする冷媒ガスの量を最小限とすることができる。したがって、冷凍機の効率低下を防止することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、以下に列挙する効果を奏する。
（１）電動機の回転軸にラビリンスシールを取り付けおよび取り外しする際にラビリンスシールの歯列の破損や折損を防止してシール機構の健全性を確保することができる。
（２）ラビリンスシール部材を回転軸に取り付ける際に、ラビリンスシールの破損や折損を恐れる必要がないため、ラビリンスシール部の組立作業の簡素化を図ることができ、組立時間を短縮できる。
（３）ラビリンスシール部材を回転軸から取り外す際に、ラビリンスシールの破損や折損を恐れる必要がないため、ラビリンスシール部のメンテナンス作業の簡素化を図ることができ、メンテナンス時間を短縮できる。
（４）ラビリンスシールが破損や折損することなく、充分な軸シール機能を果たすため、冷凍サイクルの高圧部から低圧部にバイパスする冷媒ガスの量を最小限とすることができる。したがって、冷凍機の効率低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、従来のターボ冷凍機の一例を示す模式図である。
【図２】図２は、図１に示すターボ冷凍機における電動機のモータケーシングおよびギアケーシングを回転軸が貫通する部分に設けられたラビリンスシールを示す要部拡大図である。
【図３】図３は、本発明のターボ冷凍機の圧縮機用電動機におけるラビリンスシール部材と回転軸の構成を示す断面図である。
【図４】図４（ａ），（ｂ），（ｃ）はラビリンスシール部材を回転軸に取り付ける際の手順を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係るターボ冷凍機の圧縮機用電動機の実施形態を図３および図４を参照して説明する。
本発明に係るターボ冷凍機の圧縮機用電動機は、図１に示すターボ圧縮機１に設けられた電動機１１と基本的な構成は同一であり、ラビリンスシール部材２０および回転軸１２のみが異なっている。したがって、以下の説明おいては、本発明の電動機におけるラビリンスシール部材２０と回転軸１２の構成を説明する。
【００２２】
図３は、本発明のターボ冷凍機の圧縮機用電動機におけるラビリンスシール部材２０と回転軸１２の構成を示す断面図である。図３に示すように、電動機の回転軸１２は、モータケーシング１７（図１参照）の端部に設けられたラビリンスシール部材２０を貫通しており、ラビリンスシール部材２０の内周面にラビリンスシールＬＳが設けられている。ラビリンスシールＬＳのシールの機能を十分確保するために、ラビリンスシールＬＳと回転軸１２とのクリアランスは直径方向で０．１ｍｍ程度と非常に狭い構造となっている。ラビリンスシール部材２０は、略円筒状の本体部２１と本体部２１から外周側に延びるフランジ部２２とから構成されている。フランジ部２２は、外周部に複数のボルト孔２２ｈを有し、ボルトによってモータケーシング１７に固定されるようになっている。
【００２３】
本発明のラビリンスシール部材２０における略円筒状の本体部２１は、図２に示すラビリンスシール部材２０における本体部２１より長尺になっており、ラビリンスシールＬＳの端部から更に回転軸１２の中央部側に向かって延びている。すなわち、本発明のラビリンスシール部材２０における略円筒状の本体部２１は、空間２１ｓを挟んで両側部の内周面に２群の歯列からなるラビリンスシールＬＳを有することに加えて、ラビリンスシールＬＳの２群の歯列のうち内側の歯列の部分から更に回転軸１２の中央部側に向かって延びる延長部２１ｅを有している。そして、延長部２１ｅの内周面にラビリンスシールＬＳの内径ｄと同径の２つのガイド部Ｇ１，Ｇ２が形成されている。各ガイド部Ｇ１，Ｇ２は、軸方向の厚さｔが５ｍｍ〜１０ｍｍに設定されている。２つのガイド部Ｇ１，Ｇ２のうち、一方のガイド部Ｇ１はラビリンスシールＬＳに隣接して設けられ、他方のガイド部Ｇ２はガイド部Ｇ１から回転軸１２の軸方向に距離Ｌだけ離間して設けられている。ラビリンスシール部材２０を回転軸１２に取り付けおよび取り外しを行う際に、２つのガイド部Ｇ１，Ｇ２が回転軸１２の外周面と接触することによりラビリンスシール部材２０が回転軸１２の軸心に対し同芯を維持できるようにしている。なお、図示例では、ガイド部Ｇ１，Ｇ２を２個としたが、３個以上あってもよい。
【００２４】
一方、回転軸１２には、ラビリンスシール部材２０のガイド部Ｇ１，Ｇ２に対向する位置に２つの円周溝ｇ１，ｇ２が形成されている。円周溝ｇ１，ｇ２の軸方向の幅は、１０ｍｍ〜１５ｍｍに設定されていてガイド部Ｇ１，Ｇ２の厚さｔより幅広になっている。また、円周溝ｇ１，ｇ２の深さはガイド部Ｇ１，Ｇ２と円周溝ｇ１，ｇ２との間に０．３ｍｍ〜０．６ｍｍのクリアランスが形成されるような寸法に設定されている。ガイド部Ｇ１，Ｇ２と円周溝ｇ１，ｇ２との寸法関係を上述のように設定することにより、ラビリンスシールＬＳへの流体の流れを阻害しないようになっている。
【００２５】
図４（ａ），（ｂ），（ｃ）はラビリンスシール部材２０を回転軸１２に取り付ける際の手順を示す模式的断面図である。
図４（ａ）は、ラビリンスシール部材２０を回転軸１２に装着する前の状態を示す。図４（ａ）に示すように、回転軸１２の軸心とラビリンスシール部材２０の軸心とを概略芯合せしてラビリンスシール部材２０の延長部２１ｅを回転軸１２の軸端側に装着していく。
図４（ｂ）は、ラビリンスシール部材２０を回転軸１２に装着中の状態を示す。図４（ｂ）に示すように、ラビリンスシール部材２０を回転軸１２の中央部側に向かって押し込んでいく時に、ラビリンスシールＬＳの内径ｄと同径のガイド部Ｇ１，Ｇ２が回転軸１２の外周面に接触してラビリンスシール部材２０をガイドする。ガイド部Ｇ１，Ｇ２と回転軸１２とのクリアランスは０．１ｍｍ程度と非常に狭い構造になっているため、ラビリンスシール部材２０が回転軸１２の軸心に対し同芯を維持することができる。すなわち、ラビリンスシール部材２０のブレを抑制することができる。したがって、ラビリンスシール部材２０の装着中にラビリンスシールＬＳの歯列が回転軸１２の外周面に接触して力を受けるようなことはなく、ラビリンスシールＬＳの歯列の一部の破損や折損が起こることはない。
【００２６】
図４（ｃ）は、ラビリンスシール部材２０を回転軸１２に装着した後の状態を示す。図４（ｃ）に示すように、ラビリンスシール部材２０のガイド部Ｇ１，Ｇ２と回転軸１２の円周溝ｇ１，ｇ２とは、互いに対向し、ガイド部Ｇ１と円周溝ｇ１およびガイド部Ｇ２と円周溝ｇ２との間には、所定のクリアランスが形成され、ラビリンスシールＬＳへの流体の流れを阻害しないようになっている。
【００２７】
図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、ラビリンスシール部材２０を回転軸１２に取り付ける際に、ラビリンスシールＬＳの破損や折損を恐れる必要がないため、ラビリンスシール部の組立作業の簡素化を図ることができ、組立時間を短縮できる。また、ラビリンスシール部材２０を回転軸１２から取り外す際には、図４（ａ）〜（ｃ）の逆の手順で行えばよい。そして、ラビリンスシール部材２０を回転軸１２から取り外す際に、ラビリンスシールＬＳの破損や折損を恐れる必要がないため、ラビリンスシール部のメンテナンス作業の簡素化を図ることができ、メンテナンス時間を短縮できる。
【００２８】
図３および図４においては、２群の歯列からなるラビリンスシールＬＳを例示したが、２群の歯列の間の空間２１ｓをなくして１群の歯列にしてもよい。
また、図３および図４においては、ギアケーシング１８側のラビリンスシールＬＳを例示したが、ギアケーシング１８と反対側にあって回転軸１２の軸端部にあるラビリンスシールＬＳ（図１参照）も同様の構成である。
【００２９】
これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。
【符号の説明】
【００３０】
１    ターボ圧縮機
２    凝縮器
３    蒸発器
４    エコノマイザ
５    冷媒配管
５ＢＰ  冷媒供給配管
８    冷媒配管
１１  電動機
１２  回転軸
１４  増速機
１５  羽根車
１６  羽根車軸
１７  モータケーシング
１８  ギアケーシング
１９  油タンク
２０  ラビリンスシール部材
２１  本体部
２１ｅ  延長部
２１ｓ  空間
２２  フランジ部
２２ｈ  ボルト孔
Ｇ１，Ｇ２  ガイド
ｇ１，ｇ２  円周溝
ＬＳ  ラビリンスシール
【図１】
2014190615.tif 000003
【図２】
2014190615.tif 000004
【図３】
2014190615.tif 000005
【図４】
2014190615.tif 000006