(57)【要約】【課題】毒性のある気体を漏出させないスクリュ圧縮機を提供する。【解決手段】スクリュロータ２，３のいずれか一方の軸９がモータ室７内に延伸してモータ回転子５によって回転駆動されるスクリュ圧縮機１において、ロータ室４とモータ室７とを隔離するメカニカルシール１７は、ロータ室４側の軸９に気密に固定した回転環１８と、回転環１８のモータ室７側に摺接するようにハウジング８に固定した固定環２０とを備えるものとし、軸９に、モータ室７側の端面に開口し、軸方向に延伸する導油流路２１と、一端が導油流路２１に開口し、他端がメカニカルシール１７の内側に開口する遠心流路２２とを形成し、モータ室７内に、遠心流路２２の導油流路２１側の端部よりも液面が高くなるように、冷却油２３を充填する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ室内にそれぞれ回転可能に収容され、雌雄咬合して回転することで気体を圧縮する一対のスクリュロータと、
前記ロータ室に、前記スクリュロータの吸込側に隣接するモータ室に収容されたモータ回転子およびモータ固定子とを有し、
前記スクリュロータのいずれか一方の軸が前記モータ室内に延伸して前記モータ回転子によって回転駆動され、
前記モータ室内に延伸する軸に、前記ロータ室と前記モータ室とを隔離するメカニカルシールが設けられ、
前記メカニカルシールは、前記軸に気密に固定した回転環と、前記回転環の前記モータ室側に摺接するようにハウジングに固定した固定環とを備え、
前記軸は、前記モータ室側の端面に開口し、軸方向に延伸する導油流路と、一端が前記導油流路に開口し、他端が前記メカニカルシールの内側に開口する遠心流路とを備え、
前記モータ室内に、前記遠心流路の前記導油流路側の端部よりも液面が高くなるように、冷却油を充填したことを特徴とするスクリュ圧縮機。
【請求項２】
前記導油流路の内壁に螺旋溝を形成したことを特徴とする請求項１に記載のスクリュ圧縮機。
【請求項３】
前記導油流路の開口部を連続的に拡径したことを特徴とする請求項１または２に記載のスクリュ圧縮機。
【請求項４】
前記冷却油は、アンモニアを溶解しない油であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のスクリュ圧縮機。
【請求項５】
前記冷却油を前記モータ室の外部に導出し、冷却してから前記モータ室に環流させる冷却流路を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のスクリュ圧縮機。
【請求項６】
前記メカニカルシールの前記ロータ室側に軸封油を供給するための給油路を有することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のスクリュ圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスクリュ圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロータ室に収容した雌雄咬合するスクリュロータで気体を圧縮するスクリュ圧縮機において、アンモニアなどの毒性のある気体を圧縮する場合、スクリュロータの駆動軸の貫通部を通してロータ室から毒性のある気体が漏出しないように軸封する必要がある。
【０００３】
特許文献１には、ロータ室から突出するロータ軸と、ロータ室の貫通口との間を封止するメカニカルシールを設け、メカニカルシールのロータ室側に油を充填して、アンモニアがロータ軸の貫通口から外部に漏出しないように封止する圧縮機が開示されている。
【０００４】
しかしながら、特許文献１の圧縮機では、メカニカルシールのロータ室外側を冷却できないために、回転環と固定環との摺動面の温度が上昇し、面荒れが生じて軸封能力が低下する結果、アンモニアが漏出する畏れがあった。また、メカニカルシールのロータ室内側の圧力が陰圧になると、メカニカルシールから外気を吸い込み、摺動面の高温の油と反応して炭化物を生成し、摺動面に隙間を形成してアンモニアを漏出させる畏れがあった。
【０００５】
そこで、特許文献２には、メカニカルシールを用いずにアンモニアを封止するために、モータの上部にスクリュロータを配し、モータ室内に油を満たした縦軸の油冷式スクリュ圧縮機が開示されている。この構成では、吐出側に設けた油分離器で油をアンモニアから分離回収してスクリュ圧縮機に再供給する必要があるが、アンモニアと相溶性のない油は、油分離器で十分に分離できず、蒸発器などに油が滞留し、モータ室内の油が減少して、モータの巻線がアンモニアによって腐蝕される畏れがあった。
【特許文献１】特許第３４９９１７８号公報
【特許文献２】特開２００６−１１８４１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記問題点に鑑みて、本発明は、毒性のある気体を漏出させないスクリュ圧縮機を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明によるスクリュ圧縮機は、ロータ室内にそれぞれ回転可能に収容され、雌雄咬合して回転することで気体を圧縮する一対のスクリュロータと、前記ロータ室に、前記スクリュロータの吸込側に隣接するモータ室に収容されたモータ回転子およびモータ固定子とを有し、前記スクリュロータのいずれか一方の軸が前記モータ室内に延伸して前記モータ回転子によって回転駆動され、前記モータ室内に延伸する軸に、前記ロータ室と前記モータ室とを隔離するメカニカルシールが設けられ、前記メカニカルシールは、前記軸に気密に固定した回転環と、前記回転環の前記モータ室側に摺接するようにハウジングに固定した固定環とを備え、前記軸は、前記モータ室側の端面に開口し、軸方向に延伸する導油流路と、一端が前記導油流路に開口し、他端が前記メカニカルシールの内側に開口する遠心流路とを備え、前記モータ室内に、前記遠心流路の前記導油流路側の端部よりも液面が高くなるように、冷却油を充填したものとする。
【０００８】
この構成によれば、遠心流路内の潤滑油に作用する遠心力によって、導油流路からモータ室側のスクリュロータの軸とメカニカルシールとの間の隙間に冷却油を供給し、メカニカルシールの冷却、潤滑および軸封の機能を果たす。これにより、メカニカルシールのトラブルを防止して圧縮する気体がモータ室側に漏出しないようにできる。
【０００９】
また、本発明のスクリュ圧縮機において、前記導油流路の内壁に螺旋溝を形成すれば、スクリュ軸の回転により、潤滑油をメカニカルシール側に移動させることができる。
【００１０】
また、本発明のスクリュ圧縮機において、前記導油流路の開口部を連続的に拡径すれば、モータ室から導油流路に潤滑油を容易に取り込むことができる。
【００１１】
また、本発明のスクリュ圧縮機において、前記冷却油を、アンモニアを溶解しない油にすれば、毒性の強い冷媒であるアンモニアを漏出させずに圧縮でき、万一、モータ室内にアンモニアが漏出しても、モータの巻線が腐蝕しない。
【００１２】
また、本発明のスクリュ圧縮機に、前記冷却油を前記モータ室の外部に導出し、冷却してから前記モータ室に環流させる冷却流路を設ければ、メカニカルシールの摺動面の温度を低く保ち、メカニカルシールのトラブルを確実に防止できる。
【００１３】
また、本発明のスクリュ圧縮機に、前記メカニカルシールの前記ロータ室側に軸封油を供給するための給油路を設ければ、メカニカルシールをモータ室側からも冷却でき、軸封がより確実になる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、モータ室に充填した冷却油により、スクリュロータを軸封するメカニカルシールをモータ室側から冷却し、メカニカルシールの油切れ、加熱、炭化物の生成などによりシール不良が生じるトラブルを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態のスクリュ圧縮機１の構成を示す。スクリュ圧縮機１は、雌雄一対のスクリュロータ（オスロータ２およびメスロータ３）を収容するロータ室４と、モータ回転子５およびモータ固定子６を収容するモータ室７とを形成するハウジング８を有する。
【００１６】
スクリュロータ２，３は、互いに咬合し、それぞれ水平な軸９，１０を有し、軸９，１０が、ロータ室４の両側で、それぞれ、軸受１１，１２および軸受１３，１４で支持されている。オスロータ２の軸９は、モータ室７の内部にまで延伸し、モータ回転子５の軸と一体になっている。
【００１７】
オスロータ２は、モータ回転子５の回転によって回転させられ、咬合するメスロータ３を回転させる。スクリュロータ２，３は、このように回転することでモータ室７側に設けた吸込流路１５からロータ室４内にアンモニアを吸い込んで圧縮し、モータ室７と反対側に設けた吐出流路１６から吐出する。
【００１８】
また、オスロータ２の軸９には、ロータ室４とモータ室７とを連通する開口部を封止してロータ室４とモータ室７とを隔離するメカニカルシール１７が設けられている。メカニカルシール１７は、軸９に気密に嵌装されて軸９と共に回転する回転環１８と、回転環１８に摺接し、ハウジング８に気密に固定されたシールキャップ１９に気密に保持された固定環２０とを有する。
【００１９】
さらに、軸９には、モータ室７側の端面に開口し、軸方向に延伸する導油流路２１と、一端が導油流路２１に開口し、他端がメカニカルシール１７の内側に開口するように径方向に延伸する遠心流路２２とが形成されている。
【００２０】
モータ室７の内部には、アンモニアガスを溶解しない冷却油２３が、導油流路２１よりも液面が高くなるように封入されている。また、シールキャップ１９には、ハウジング８と軸９との隙間によりロータ室４と連通するメカニカルシール１７の外周の空間に軸封油を供給する給油流路２４が形成されている。
【００２１】
給油流路２４からメカニカルシール１７の固定環２０の上部に供給される軸封油は、固定環２０および回転環１８を冷却するとともに、固定環２０と回転環１８との摺動面の隙間を封止し、さらに、摺動面の潤滑油となって固定環２０および回転環１８の摩耗を防止する。
【００２２】
また、図２に詳細に示すように、本実施形態のスクリュ圧縮機１では、モータ室７に充填した冷却油２３は、導油流路２１を通してメカニカルシール１７の直下の軸９の内部に導かれ、遠心流路２２の少なくとも導油流路２１の近傍部分に導入される。スクリュ圧縮機１を運転すると、軸９が回転するので、遠心流路２２内の冷却油２３に遠心力が作用し、軸９とメカニカルシール１７との隙間に流出する。
【００２３】
こうしてメカニカルシール１７の内側の空間に浸入した冷却油２３は、固定環２０と回転環１８との摺動により発生する熱を吸収するとともに、固定環２０と回転環１８との摺動面の隙間を封止し、さらに、摺動面の潤滑油となって固定環２０および回転環１８の摩耗を防止する。
【００２４】
軸９とメカニカルシール１７との隙間には、導油流路２１および遠心流路２２から連続的に冷却油２３が供給されるの。このため、余剰な冷却油２３は、軸９と固定環１８との間の隙間から、モータ室７に環流される。
【００２５】
つまり、メカニカルシール１７は、ロータ室４側（外周側）およびモータ室７側（内周側）の両方から冷却および潤滑され、ロータ室４とモータ室７とを確実に、長期に亘って隔離できる。このため、メカニカルシール１７の外側（ロータ室４側）の空間の圧力が、モータ室７に対して陰圧になったとしても、固定環２０と回転環１８との間からロータ室４側にモータ室７内の気体が吸い込まれることがなく、軸封油と反応して炭化物を生成し、メカニカルシール１７の固定環２０および回転環１８の摺動面を損傷することがない。
【００２６】
遠心流路２２は、固定環２０と回転環１８との摺動面に冷却油を供給するために、固定環２０と回転環１８との摺動面に向かって開口するように形成するとよい。また、遠心流路２２は、軸９の回転により冷却油に遠心力が作用するものであれば、径方向に対して傾斜してもよく、湾曲してもよい。
【００２７】
スクリュ圧縮機１において、仮に、メカニカルシール１７が劣化しても、アンモニアガスは、モータ室７内に漏出するだけであり、スクリュ圧縮機１の外部には漏出しない。また、このとき、モータ回転子５およびモータ固定子６は、表面がモータ回転子５の回転によって飛散したアンモニアガスを溶解しない冷却油２３で覆われているので、モータ回転子５およびモータ固定子６の巻線などがアンモニアにより腐蝕されにくい。
【００２８】
また、本実施形態のスクリュ圧縮機１では、冷却油２３に低粘度の油を採用し、モータ回転子５の回転抵抗を低減し、給油流路２４から供給する軸封油を高粘度とすることで、軸封および潤滑を確実にすることもできる。
【００２９】
さらに、図３に、本発明の第２実施形態のスクリュ圧縮機１を部分的に示す。以下の説明において、先に説明した構成要素と同じ構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。本実施形態では、導油流路２１の内面に、螺旋溝２５が形成されている。
【００３０】
この螺旋溝２５は、軸９の回転に対して逆ねじになっており、軸９が回転すると、導油流路２１内の冷却油２３をロータ室４に向かって移動させる圧力角を有している。これにより、冷却油２３の遠心流路２２への供給、ひいては、軸９とメカニカルシール１７との隙間への供給が促進され、メカニカルシール１７のシール、潤滑および冷却が確実になる。
【００３１】
螺旋溝２５は、導油流路２１の全長に亘って形成してもよいし、部分的に形成してもよい。好ましくは、モータ室７側の開口部から形成することで、導油流路２１内の冷却油２３に、遠心流路２２の遠心力による吸引のために生じる負圧を、螺旋溝２５による押し込み圧力で相殺して、冷却液２３の減圧を抑制できる。
【００３２】
さらに、図４に示す本発明の第３実施形態のように、導油流路２１の開口部を、軸９の端面に向かって連続的に拡径すれば、モータ室７内の冷却油２３を容易に導油流路２１内に取り込むことができる。
【００３３】
また、図５に、本発明の第４実施形態のスクリュ圧縮機１を示す。本実施形態のスクリュ圧縮機１は、軸９が垂直に配置される縦型の圧縮機である。本実施形態では、モータ室７内に、冷却油２３が、その液面が、遠心流路２２よりも高くなるように充填されている。
【００３４】
本発明は、遠心流路２２内の冷却油２３に作用する遠心力によって、冷却油２３を軸９の外側に送り出すものであるから、スクリュ圧縮機１が制止した状態で、遠心流路２２内の少なくとも導油流路２１に開口する部分の近傍に冷却油２３が導入されるようにする必要がある。つまり、冷却油２３の液面が、遠心流路２２の導油流路２１側の端部よりも高くなっている必要がある。
【００３５】
さらに、図６に、本発明の第５実施形態のスクリュ圧縮機１を示す。本実施形態のスクリュ圧縮機１は、モータ室７に充填した冷却油２３を循環ポンプ２７でモータ室７の外部に導出し、冷却器（熱交換器）２８で冷媒と熱交換することで冷却して、モータ室７内に環流させる冷却流路２９を有する。
【００３６】
本実施形態では、冷却油２３を循環して冷却器２８で冷却するので、メカニカルシール１７の固定環２０と回転環１８との摺動により発生する熱や、モータ回転子５およびモータ固定子６の銅損により発生した熱を系外に放出することができる。これにより、メカニカルシール１７の温度を低く保ち、メカニカルシール１７を長寿命化することができる。
【００３７】
また、上記第１乃至第５実施形態では、スクリュロータ２とモータ回転子５とが軸９を共有しているが、スクリュロータ２の軸９に、モータ室７内で、カップリングやギアなどを介して、スクリュロータ２の軸９とは独立した回転子５の軸を結合してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施形態のスクリュ圧縮機の断面図。
【図２】図１のスクリュ圧縮機の部分詳細断面図。
【図３】本発明の第２実施形態のスクリュ圧縮機の部分詳細断面図。
【図４】本発明の第３実施形態のスクリュ圧縮機の軸の部分詳細断面図。
【図５】本発明の第４実施形態のスクリュ圧縮機の断面図。
【図６】本発明の第５実施形態のスクリュ圧縮機の断面図。
【符号の説明】
【００３９】
１  スクリュ圧縮機
２  オスロータ（スクリュロータ）
３  メスロータ（スクリュロータ）
４  ロータ室
５  モータ回転子
６  モータ固定子
７  モータ室
９  軸
１５  吸込流路
１７  メカニカルシール
１８  回転環
１９  シールキャップ
２０  固定環
２１  導油流路
２２  遠心流路
２３  冷却油
２４  給油流路
２５  螺旋溝
２６  拡径部
２８  冷却器
２９  冷却流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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