(57)【要約】【課題】旋回スクロールの旋回によって生じる共振を防止できるスクロール流体機器を提供すること。【解決手段】スクロール流体機器１０は、台部６０と、台部６０の上面６１に固定され、出力軸としての膨張機側クランク軸１７０Ａが横向きのスクロール膨張機１００と、台部６０の上面６１のスクロール膨張機１００に対面する位置で固定されるスクロール圧縮機２００と、台部６０よりも上方でスクロール膨張機１００とスクロール圧縮機２００を連結する防振ステー３００と、を備え、膨張機側クランク軸１７０Ａから伝達されるスクロール膨張機１００の駆動力によりスクロール圧縮機２００が作動する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
台部と、
前記台部の上面に固定され、出力軸が横向きの原動機と、
前記台部の上面の前記原動機に対面する位置で固定される被動機と、
前記台部よりも上方で前記原動機と前記被動機を連結する防振部材と、
を備え、
前記原動機及び前記被動機のうち少なくとも何れか１つが固定スクロール及び旋回スクロールを有するスクロール流体機械であり、前記出力軸から伝達される前記原動機の駆動力により前記被動機が作動するスクロール流体機器。
【請求項２】
前記防振部材は、前記出力軸の軸方向と平行な方向に延びる棒状に形成されるとともに、前記原動機の上部と前記被動機の上部を連結する請求項１に記載のスクロール流体機器。
【請求項３】
前記原動機は、前記固定スクロール及び前記旋回スクロールを有するスクロール膨張機であり、
前記被動機は、前記固定スクロール及び前記旋回スクロールを有するスクロール圧縮機であり、
前記原動機と前記被動機の旋回中心が同一軸線上に位置している請求項１又は２に記載のスクロール流体機器。
【請求項４】
前記原動機は、周方向に等間隔で配置される複数の原動機側クランク軸によって前記旋回スクロールが前記固定スクロールに対して旋回し、
前記被動機は、前記原動機側クランク軸の同一軸線上に配置される複数の被動機側クランク軸によって前記旋回スクロールが前記固定スクロールに対して旋回する請求項３に記載のスクロール流体機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、台部の上面に原動機及び被動機が固定されるスクロール流体機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スクロール膨張機やスクロール圧縮機等のスクロール流体機械を原動機や原動機によって駆動される被動機として用いるスクロール流体機器が知られている。この種のスクロール流体機器を開示するものとして例えば特許文献１がある。特許文献１には、主として膨張機として用いられるスクロール流体機械において、複数のクランク軸によって固定スクロールに対して旋回スクロールを旋回させるスクロール流体機械について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１２４７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
原動機及び被動機のうち少なくとも何れか１つがスクロール流体機械の場合において、原動機と被動機を台部に対面配置して原動機の出力軸を被動機に横向き（水平方向）で連結し、固定スクロールに対して旋回スクロールを旋回させると、旋回によって台部が共振して原動機や被動機が軸方向に揺れることがある。スクロール流体機器を安定的に稼動させる観点から共振に起因するような振動や揺れを効果的に低減できる方法が望まれていた。
【０００５】
本発明は、旋回スクロールの旋回によって生じる共振を防止できるスクロール流体機器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】
【０００６】
本発明は、台部と、前記台部の上面に固定され、出力軸が横向きの原動機と、前記台部の上面の前記原動機に対面する位置で固定される被動機と、前記台部よりも上方で前記原動機と前記被動機を連結する防振部材と、を備え、前記原動機及び前記被動機のうち少なくとも何れか１つが固定スクロール及び旋回スクロールを有するスクロール流体機械であり、前記出力軸から伝達される前記原動機の駆動力により前記被動機が作動するスクロール流体機器に関する。
【０００７】
前記防振部材は、前記出力軸の軸方向と平行な方向に延びる棒状に形成されるとともに、前記原動機の上部と前記被動機の上部を連結することが好ましい。
【０００８】
前記原動機は、前記固定スクロール及び前記旋回スクロールを有するスクロール膨張機であり、前記被動機は、前記固定スクロール及び前記旋回スクロールを有するスクロール圧縮機であり、前記原動機と前記被動機の旋回中心が同一軸線上に位置していることが好ましい。
【０００９】
前記原動機は、周方向に等間隔で配置される複数の原動機側クランク軸によって前記旋回スクロールが前記固定スクロールに対して旋回し、前記被動機は、前記原動機側クランク軸の同一軸線上に配置される複数の被動機側クランク軸によって前記旋回スクロールが前記固定スクロールに対して旋回することが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のスクロール流体機器によれば、旋回スクロールの旋回によって生じる共振を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係るスクロール流体機器が用いられる空気圧縮システムの概略図である。
【図２】本実施形態のスクロール流体機器の斜視図である。
【図３】本実施形態のスクロール膨張機とスクロール圧縮機が連結されている様子を模式的に示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
＜システム構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係るスクロール流体機器１０が用いられる空気圧縮システム１の概略図である。本実施形態の空気圧縮システム１は、蒸気から駆動力を取り出し、その駆動力を利用して空気圧縮を行う蒸気利用システムでもある。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態の空気圧縮システム１は、蒸気を供給する蒸気発生装置２と、蒸気発生装置から供給された蒸気により作動して圧縮空気を吐出するスクロール流体機器１０と、を主要な構成として備える。
【００１５】
蒸気発生装置２は、蒸気ボイラ１１及び蒸気ボイラ１１から蒸気が送られるスチームヘッダ１２を備える。蒸気ボイラ１１は、水道管や地下水源等から供給される水を加熱し、蒸気を生成する。スチームヘッダ１２では、蒸気の凝縮水に起因する配管（蒸気・復水配管）の腐食を防止するために、復水処理剤添加装置１３から復水処理剤が添加される。なお、本実施形態では、スチームヘッダ１２に復水処理剤を添加する構成であるが、ボイラ給水に添加し、ボイラ缶体と蒸気・復水配管の両方を復水処理剤で保護する構成としてもよい。
【００１６】
スクロール流体機器１０は、原動機としてのスクロール膨張機１００と、被動機としてのスクロール圧縮機２００と、を備える。
【００１７】
スクロール膨張機１００は、スチームヘッダ１２から給蒸気ラインＬ１を通じて供給される蒸気を膨張して駆動力を取り出す原動機である。給蒸気ラインＬ１には蒸気の経路を開閉する開閉弁１４等が配置される。スクロール膨張機１００で駆動力を取り出された蒸気は、回収用のスチームヘッダ（図示省略）に排蒸気ラインＬ２を通じて送られる。スクロール膨張機１００は、減圧弁としても機能するので、前述の回収用のスチームヘッダに送られた減圧後（膨張後）の蒸気は、低圧蒸気として各種の蒸気使用装置でそのまま利用することもできる。
【００１８】
スクロール圧縮機２００は、スクロール膨張機１００から伝達機構６を通じて伝達された駆動力によって駆動する被動機である。本実施形態のスクロール圧縮機２００は、空気を取り込む給気ラインＬ３に添加水ラインＬ５を通じて水が添加される水添加式の圧縮機である。スクロール圧縮機２００から吐出された圧縮空気は送気ラインＬ４を通じて圧縮空気使用機器（図示省略）に送られる。なお、圧縮空気は、送気ラインＬ４の途中でセパレータ（図示省略）によって気水分離され、アフタークーラ（図示省略）で冷却された後、圧縮空気使用機器に送られる。また、セパレータで分離された水は、水クーラ（図示省略）で冷却された後、添加水ラインＬ５に戻される。
【００１９】
＜スクロール流体機器の構成＞
次に、本実施形態のスクロール流体機器１０の詳細な構成について説明する。図２は、本実施形態のスクロール流体機器１０の斜視図である。図２では給蒸気ラインＬ１や給気ラインＬ３等の配管系統の図示を省略している。図３は、本実施形態のスクロール膨張機１００とスクロール圧縮機２００が台部６０上で連結されている様子を模式的に示す正面図である。図３では流体の漏れを防ぐシール構造等についてはその図示を省略している。
【００２０】
図２及び図３に示すように、本実施形態のスクロール流体機器１０は、共通の台部６０にスクロール膨張機１００とスクロール圧縮機２００が対面配置される。
【００２１】
台部６０は、ブロック（直方体）状に構成されており、その上面６１にスクロール膨張機１００とスクロール圧縮機２００が固定される。なお、台部６０の構成は、スクロール膨張機１００とスクロール圧縮機２００を固定できる構成であればよく、事情に応じてその形状を適宜変更できる。
【００２２】
本実施形態のスクロール流体機器１０が備えるスクロール膨張機１００及びスクロール圧縮機２００は、略同様の構造を有するスクロール流体機械である。次に、スクロール膨張機１００及びスクロール圧縮機２００の構成について説明する。
【００２３】
＜スクロール膨張機＞
まず、原動機としてのスクロール膨張機１００について説明する。本実施形態のスクロール膨張機１００は、ハウジング１２０と、このハウジング１２０に旋回可能に保持される旋回スクロール１３０と、旋回スクロール１３０を挟むようにハウジング１２０に固定される一対の固定スクロール１５０と、旋回スクロール１３０を旋回させる複数の膨張機側クランク軸１７０と、を主要な構成として備える。
【００２４】
旋回スクロール１３０は、その軸方向が横向き（水平方向）であって、その旋回中心Ｏが中央に位置するようにそれぞれのハウジング１２０に固定される。旋回スクロール１３０は、膨張機側クランク軸１７０が連結される旋回側基板部１３１と、この旋回側基板部１３１の両面にそれぞれ設けられる旋回ラップ１３２と、を備える。
【００２５】
旋回ラップ１３２は、旋回側基板部１３１の板面から垂直（軸方向）に延出するとともに、旋回側基板部１３１の中央部から外周部へ向けてインボリュート曲線の渦巻き状に湾曲する板状に構成される。両側の旋回ラップ１３２は、互いに対応した形状となっている。
【００２６】
旋回スクロール１３０の両側に配置される各固定スクロール１５０は、円板状の固定側基板部１５１と、固定側基板部１５１における旋回側基板部１３１に対向する板面（片面）に設けられる１又は複数の固定ラップ１５２と、固定ラップ１５２を取り囲む環状の外周ラップ１５５と、を備える。
【００２７】
固定ラップ１５２は、旋回ラップ１３２と対応した個数、形状及び大きさで設けられ、固定側基板部１５１の板面から垂直（軸方向）に延出するとともに、固定側基板部１５１の中央部から外周部へ向けて、インボリュート曲線の渦巻き状に湾曲して構成される。
【００２８】
外周ラップ１５５は、固定ラップ１５２を取り囲む円筒状に形成される。外周ラップ１５５の高さは、固定ラップ１５２の高さに略対応している。
【００２９】
スクロール膨張機１００において、旋回側基板部１３１、固定側基板部１５１及び外周ラップ１５５に囲まれた空間が蒸気を膨張して駆動力を取り出す膨張室９０として機能する。
【００３０】
図２に示すように、膨張機側クランク軸１７０は、周方向で等間隔に合計３本配置されており、正面視で下向きの三角形の頂点に相当する位置に配置される。３本の膨張機側クランク軸１７０は、同一の構造となっており、偏芯軸部１７１の位置を揃えた状態で、タイミングベルト又は歯車等によって構成される回転同期機構９５により同期回転する。３本の膨張機側クランク軸１７０のうち、最も下側に位置する下側の膨張機側クランク軸１７０Ａが蒸気から取り出した駆動力が出力される出力軸となっている。残り２本の上側の膨張機側クランク軸１７０Ｂは、駆動力を出力しない従動軸である。
【００３１】
＜スクロール圧縮機＞
次に、被動機としてのスクロール圧縮機２００について説明する。スクロール圧縮機２００は、ハウジング２２０と、このハウジング２２０に旋回可能に保持される旋回スクロール２３０と、旋回スクロール２３０を挟むようにハウジング２２０に固定される一対の固定スクロール２５０と、旋回スクロール２３０を旋回させる複数の圧縮機側クランク軸２７０と、を主要な構成として備える。
【００３２】
旋回スクロール２３０は、旋回側基板部２３１及び旋回ラップ２３２を備え、固定スクロール２５０は、固定側基板部２５１、固定ラップ２５２及び外周ラップ２５５を備える。旋回スクロール２３０は、スクロール膨張機１００の旋回スクロール１３０と略同様の構成である。固定スクロール２５０についてもスクロール膨張機１００の旋回スクロール１３０と略同様の構成になっている。
【００３３】
スクロール圧縮機２００の旋回中心がスクロール膨張機１００の旋回中心と同一軸線上に位置する（図２及び図３の一点鎖線Ｏ参照）。また、スクロール圧縮機２００においては、旋回側基板部２３１、固定側基板部２５１及び外周ラップ２５５に囲まれた空間が水添加された空気を圧縮して送り出す圧縮室９１として機能する。
【００３４】
図２に示すように、圧縮機側クランク軸２７０についても、周方向で等間隔に合計３本配置されており、正面視で下向きの三角形の頂点に相当する位置に配置される。３本の圧縮機側クランク軸２７０は、同一の構造となっており、偏芯軸部２７１の位置を揃えた状態で、タイミングベルト又は歯車等によって構成される回転同期機構（図示省略）により同期回転する。３本の圧縮機側クランク軸２７０のうち、最も下側に位置する下側の圧縮機側クランク軸２７０Ａがスクロール膨張機１００の駆動力が伝達される駆動軸となっている。残り２本の上側の圧縮機側クランク軸２７０Ｂは、駆動力が直接には伝達されない従動軸である。
【００３５】
また、図２に示すように、本実施形態のハウジング１２０，２２０の両側表面及び各固定スクロール１５０，２５０の表面には、軽量化のための肉盗み（符号省略）が施されている。
【００３６】
＜クランク軸の連結構造＞
本実施形態では、３本の膨張機側クランク軸１７０と３本の圧縮機側クランク軸２７０が対応する位置でそれぞれ同一軸線上に位置している（図２及び図３の二点鎖線Ｃ参照）。また、スクロール膨張機１００の膨張機側クランク軸１７０Ｂは、伝達機構６を介してスクロール圧縮機２００の圧縮機側クランク軸２７０Ｂに連結されている。本実施形態では、カップリング７を介してスクロール膨張機１００の駆動力がスクロール圧縮機２００に伝達される
【００３７】
＜旋回時のスクロール膨張機＞
スクロール膨張機１００では、蒸気発生装置２から膨張室９０に供給される蒸気（流体）により旋回スクロール１３０を旋回させ、回転同期機構９５を介して膨張機側クランク軸１７０を回転させて、下側の膨張機側クランク軸１７０Ａに回収動力が与えられる。膨張機側クランク軸１７０Ａの回転力が伝達機構６のカップリング７を介してスクロール圧縮機２００に伝達される。
【００３８】
＜旋回時のスクロール圧縮機＞
スクロール圧縮機２００では、膨張機側クランク軸１７０Ａから伝達された駆動力により、圧縮機側クランク軸２７０Ａが回転すると、回転同期機構（図示省略）を介して圧縮機側クランク軸２７０Ｂも同期回転し、旋回スクロール２３０が固定スクロール２５０に対して旋回する。圧縮室９１に導入された水が添加された空気（流体）が旋回ラップ２３２と固定ラップ２５２との間で圧縮されながら、その渦巻きの外端側から内端側へ移動し、圧縮されて吐出される。
【００３９】
＜防振ステー＞
本実施形態のスクロール流体機器１０は、原動機及び被動機が何れもスクロール流体機械であり、膨張機側クランク軸１７０及び圧縮機側クランク軸２７０の軸線が一致するとともに旋回中心Ｏが一致する構造となっている。従って、スクロール膨張機１００及びスクロール圧縮機２００のそれぞれの旋回スクロール１３０，２３０の旋回によって台部６０が共振し、スクロール膨張機１００及びスクロール圧縮機２００が振動したり、軸方向に揺れたりするおそれがある。本本実施形態のスクロール流体機器１０には、この振動や揺れを防止するための防振ステー３００が設けられる。
【００４０】
防振ステー３００は、スクロール膨張機１００のハウジング１２０上部とスクロール圧縮機２００のハウジング２２０上部を連結している。本実施形態の防振ステー３００は、細長の平板であり、棒状に形成されている。防振ステー３００によって上部が軸方向で連結されることにより、同時に旋回する旋回スクロール１３０，２３０の共振に起因するスクロール膨張機１００及びスクロール圧縮機２００の振動や揺れが抑制される。
【００４１】
以上説明した本実施形態によれば、以下のような効果を奏する。
本実施形態のスクロール流体機器１０は、台部６０と、台部６０の上面６１に固定され、出力軸としての膨張機側クランク軸１７０Ａが横向きのスクロール膨張機１００と、台部６０の上面６１のスクロール膨張機１００に対面する位置で固定されるスクロール圧縮機２００と、台部６０よりも上方でスクロール膨張機１００とスクロール圧縮機２００を連結する防振ステー３００と、を備え、膨張機側クランク軸１７０Ａから伝達されるスクロール膨張機１００の駆動力によりスクロール圧縮機２００が作動する。
【００４２】
これにより、スクロール膨張機（原動機）１００とスクロール圧縮機（被動機）２００が、下方では台部６０に連結され、上方では防振ステー３００に連結されるので、旋回スクロール１３０，２３０の旋回によって生じる共振を効果的に防止できる。また、連結箇所が上下２箇所となるので、ハウジング１２０，２２０や台部６０の補強を行うことなく低コストでスクロール流体機器１０の剛性を向上させることができる。
【００４３】
また、本実施形態の防振ステー３００は、膨張機側クランク軸１７０Ａの軸方向と平行な方向に延びる棒状に形成されるとともに、スクロール膨張機１００の上部とスクロール圧縮機２００の上部を連結する。
【００４４】
これにより、スクロール膨張機１００とスクロール圧縮機２００の上部が軸方向に延びる防振ステー３００によって連結されるので、スクロール膨張機１００とスクロール圧縮機２００が台部６０と防振ステー３００に上下で挟まれる形となり、台部６０の共振に起因する軸方向の揺れを効果的に低減できる。
【００４５】
また、本実施形態では、原動機として固定スクロール１５０及び旋回スクロール１３０を有するスクロール膨張機１００が用いられており、被動機として固定スクロール２５０及び旋回スクロール２３０を有するスクロール圧縮機２００が用いられている。スクロール膨張機１００とスクロール圧縮機２００の旋回中心０が同一軸線上に位置している。
【００４６】
これにより、旋回中心Ｏが一致して共振し易くなるおそれのあるスクロール膨張機１００とスクロール圧縮機２００の組み合せにおいても、共振の発生を効果的に防止してスクロール流体機器１０の安定的な稼動を実現できる。
【００４７】
また、本実施形態のスクロール膨張機１００は、周方向に等間隔で配置される複数の膨張機側クランク軸１７０によって旋回スクロール１３０が固定スクロール１５０に対して旋回する。また、スクロール圧縮機２００は、複数の膨張機側クランク軸１７０の位置に対応して複数配置され、膨張機側クランク軸１７０の同一軸線上に位置する圧縮機側クランク軸２７０によって旋回スクロール２３０が固定スクロール２５０に対して旋回する。
【００４８】
これにより、複数軸（３軸）旋回構造で高回転時に生じる共振現象を防止できるので、複数軸で高速かつ安定的に旋回スクロール１３０，２３０を旋回できる。
【００４９】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
【００５０】
上記実施形態では、防振ステー３００がスクロール膨張機１００のハウジング１２０上部とスクロール圧縮機２００のハウジング２２０上部を連結しているが、この構成に限定されない。例えば、台部６０の上方であれば、スクロール膨張機１００のハウジング１２０側面とスクロール圧縮機２００のハウジング２２０側面を連結する構成としてもよい。
【００５１】
上記実施形態では、防振部材としての防振ステー３００の形状が細長の平板状に形成されているが、この構成に限定されない。例えば、角柱状、丸棒状、ブロック状等、その形状は適宜変更することができる。
【００５２】
上記実施形態では、原動機と被動機の構造が略同様の場合を説明したが、原動機と被動機の形状が異なる場合にも本発明を適用できる。例えば、原動機と被動機で高さが異なる場合には、防振部材を階段（段違い）状に構成したり、軸方向に傾斜した状態で原動機と被動機を接続したりする構成にすることもできる。防振部材において、原動機の接続位置と被動機の接続位置の高さが異なる場合でも台部の上方で原動機と被動機が連結されることにより、旋回スクロールの旋回によって生じる振動や揺れを効果的に防止できる。
【００５３】
また、原動機及び被動機の両方がスクロール流体機械である例を説明したが、この組み合わせに限定されるわけではない。例えば、原動機が電気モータであり、被動機がスクロール圧縮機であるスクロール流体機器であってもよい。電気モータの出力軸の駆動力がスクロール圧縮機のクランク軸を介して伝達される構成においても、電気モータのケーシングとスクロール圧縮機のハウジングを防振ステーで連結することにより、旋回スクロールの回転に起因する共振を防止することができる。また、原動機がスクロール膨張機であり、被動機がスクリュー式圧縮機であってもよい。このように、本発明は、原動機及び被動機の少なくとも何れか１つがスクロール流体機械であれば適用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１０  スクロール流体機器
６０  台部
６１  上面
１００  スクロール膨張機（原動機）
１３０，２３０  旋回スクロール
１５０，２５０  固定スクロール
１７０  膨張機側クランク軸（原動機側クランク軸）
１７０Ａ  膨張機側クランク軸（出力軸）
２００  スクロール圧縮機（被動機）
２７０  圧縮機側クランク軸（被動機側クランク軸）
３００  防止ステー（防振部材）
【図１】
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【図２】
2018062879.tif 000004
【図３】
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