(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリューロータと該スクリューロータを回転自在に軸支する軸支手段とそれらを収納するケーシングと該ケーシングに形成される吐出ポートと、前記吐出ポートの下流に設けられた油分離手段と、該油分離手段によって分離回収された油を前記軸支手段に供給する油供給流路を備えたスクリュー圧縮機において、
前記吐出ポートの下流に設けられた空間である吐出室と、
サイクロン外壁と内筒とを有しサイクロン分離器とされた前記油分離手段と、
前記吐出室から前記サイクロン分離器へ至る範囲に形成され、前記サイクロン外壁に対して接線方向に接続された導入流路と、
前記サイクロン分離器の下部に形成された油溜めと、
前記油供給流路であり前記油溜め下部から前記軸支手段へ至る給油路と、
を備え、前記吐出室、前記サイクロン外壁、前記導入流路、前記油溜め、前記給油路が鋳鉄製とされた前記ケーシングに一体化されていることを特徴とするスクリュー圧縮機。
【請求項２】
請求項１に記載のものにおいて、前記導入流路は前記吐出室から前記サイクロン分離器に至る範囲で断面積を同一とし、直線あるいは緩い右曲がりに形成されたことを特徴とするスクリュー圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスクリュー圧縮機に関し、特に冷凍空調に用いる冷媒用スクリュー圧縮機において、小型、高性能で油の持ち出しが少ないものに好適である。
【０００２】
【従来の技術】
冷凍空調用に使われる冷媒用スクリュー圧縮機において、吐出ポート下流に油分離チャンバを設け、油分離チャンバで冷媒ガスから油を分離し、分離した油を油分離チャンバ内下部の油溜りに重力で落下させ、連通したメインケーシング内下部の油溜りに戻し、再度軸受に供給することが知られ、例えば特開平１０―１５９７６３号公報に記載されている。
【０００３】
また、高い分離効率とするため、サイクロンと濾過式（あるいは捕集フィルタ式）による２段階にすることが、特開平７−２４３３９１号公報に記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術のものでは、圧損を小さく抑制するには油分離エレメントとして粗いメッシュのものを使用しなければならず、吐出チャンバを大きくしなければ十分な分離効率を得られなかった。
【０００５】
また、２段階の油分離手段を用いるものでは、全体として大型化し、吐出圧の脈動により加振される振動部分が増え、発生する騒音も大きくなる恐れがあった。  さらに、メインケーシング内の下部に設けた油溜りには、圧縮機運転中は常に吐出直後に分離された高温の油が流れ込み、この高温の油は吸入過程にある冷媒ガスと１つの壁面で隔てられているだけなので、壁面を介して熱伝達され、冷媒ガスは加熱され、性能低下の一要因となっている。
【０００６】
本発明の目的は上記従来技術の課題を解決し、油分離機構を高効率化し、かつ小型なスクリュー圧縮機を実現することにある。また本発明の目的は圧縮機性能（エネルギ効率）を向上するとともに、騒音の発生を抑制することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、スクリューロータと該スクリューロータを回転自在に軸支する軸支手段とそれらを収納するケーシングと該ケーシングに形成される吐出ポートと、前記吐出ポートの下流に設けられた油分離手段と、該油分離手段によって分離回収された油を前記軸支手段に供給する油供給流路を備えたスクリュー圧縮機において、前記吐出ポートの下流に設けられた空間である吐出室と、サイクロン外壁と内筒とを有しサイクロン分離器とされた前記油分離手段と、前記吐出室から前記サイクロン分離器へ至る範囲に形成され、前記サイクロン外壁に対して接線方向に接続された導入流路と、前記サイクロン分離器の下部に形成された油溜めと、前記油供給流路であり前記油溜め下部から前記軸支手段へ至る給油路と、を備え、前記吐出室、前記サイクロン外壁、前記導入流路、前記油溜め、前記給油路が鋳鉄製とされた前記ケーシングに一体化されているものである。
【０００８】
さらに、上記のものにおいて、前記導入流路は前記吐出室から前記サイクロン分離器に至る範囲で断面積を同一とし、直線あるいは緩い右曲がりに形成されたことことが望ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を図１ないし３を参照して説明する。
冷媒サイクルは圧縮機１、凝縮器２、膨張弁３、蒸発器４の順に構成され、循環路（サイクル）を形成する。圧縮機１はその中で冷媒ガスを圧縮し送り出す役割を担うので、入力するエネルギに対するガス圧縮仕事であるエネルギ効率（性能）が高いことが望まれる。
【００１６】
圧縮機内部の潤滑などで利用する油は冷媒サイクル中では無用なばかりか、冷媒ガスに多量に混入すると凝縮器２や蒸発器４において、熱交換を阻害する。また、冷媒サイクルに多量の油が出てしまうと圧縮機内部の油保有量が減少し、圧縮機自身の潤滑が困難となる。そこで、圧縮機から出る前に冷媒ガスから油を分離する必要がある。
【００１７】
図１において、圧縮機１は全体をケーシングで覆い、分解組立てを容易にするため、ケーシングは主ケーシング１１、吐出ケーシング１２、吸入ケーシング１３のように３分割とする。吸入ケーシング１３には、外部から圧縮機本体へ冷媒ガスを導くためのガス導入口２９を設ける。
【００１８】
主ケーシング１１にはモータ１４と、一対のスクリューロータ（雄ロータ１５、雌ロータ１６）を内蔵し、ロータ１５、１６の歯溝は互いの噛み合いと、主ケーシング１１に形成したボア壁と吸入側端面、吐出ケーシング１２に形成した吐出側端面によって囲まれ、圧縮室を形成する。モータ１４のロータは雄ロータ１５の軸を延長した部分に固定する。両ロータ１５、１６は主ケーシング１１に保持された吸入側軸受１７と、吐出ケーシング１２に保持された吐出側軸受１８によって軸支する。
【００１９】
主ケーシング１１内の両ロータ１５、１６上部にはスライド弁１９を備え、スライド弁１９は吐出ケーシング１２内のピストン２０に作用する油圧で動かされ、冷媒ガス流量が制御される。スライド弁１９には径方向吐出ポート２１を、吐出ケーシング１２には軸方向吐出ポート２２を形成し、圧縮完了した圧縮室の吐出流路への連通路とする。これら吐出ポートの下流にスライド弁１９の動く領域を確保し、複雑な形状の両吐出ポートと単純な形状の流路をつなぐため、吐出室２３という空間を設ける。
【００２０】
吐出ケーシング１２には、サイクロン分離器２５を鋳造で一体化する。サイクロン分離器２５はサイクロン外壁２６と内筒２７、底板と上蓋２８から成り、吐出室２３からサイクロン分離器２５への導入流路２４も同じ吐出ケーシング１２内部に形成する。導入流路２４は吐出室２３からサイクロン分離器２５に至る範囲で断面積を同一とし、直線あるいは緩い右曲がりに形成する。内筒２７と上蓋２８は一体部材で、サイクロン外壁２６上部に締結し一体化する。内筒２７の上部は圧縮機としての出口であるガス導出口３０を形成する。
【００２１】
サイクロン分離器２５の下部に油溜め３１を形成し、油面３２がある程度の高さ範囲にあるように油保有量が規定される。油溜め３１下部から油供給流路である給油路３３を、吐出ケーシング１２壁面内部に開けた穴で形成する。給油路３３は両ロータ１５、１６の回転中心以上の高さで二手に分岐させる。一方は吸入側給油路３４として、主ケーシング１１と吐出ケーシング１２の結合面を貫通し、吸入側軸受１７近くに至る。他方は吐出ケーシング１２内部に開けた穴である吐出側給油路３５として吐出側軸受１８近くに至る。
【００２２】
以上説明した実施の形態によれば、以下のように作用する。
まず、外部から供給される電力によりモータ１４は回転動力を生み出し、軸を共通する雄ロータ１５を回転駆動すると噛み合った雌ロータ１６は雄ロータ１５に回転伝達され、両ロータとボアで形成した圧縮室を軸方向に送りながら、圧縮室容積を拡大縮小し、中に閉じ込めた冷媒ガスを吸入、圧縮、吐出する。
【００２３】
さらに、冷媒ガスは外部からガス導入口２９を通過してスクリュー圧縮機１内部に入り、モータ１４のすきまや外周を通過した後に、両ロータ１５、１６の下部を中心に形成した吸入ポートから圧縮室に吸い込まれる。冷媒ガスの流れに対して吸い込み前に吸入側軸受１７の排出油が混入し、圧縮過程において吐出側軸受１８の排出油が混入する。
【００２４】
圧縮完了後に冷媒ガスとそれに混入した油は吐出ポートから出て、吐出室２３を経由し導入流路２４を流れ、サイクロン分離器２５に入る。導入流路２４は直線あるいは右曲がり形状なので、油に右向きの遠心力は作用せず、流路内部の右側面に積極的に付着することはない。導入流路２４はサイクロン外壁２６に対して接線方向に接続しているので、サイクロン分離器２５に侵入したガスはサイクロン外壁２６に沿って右回り旋回しながら下降し、内筒２７の下端から内筒２７に入り、ガス導出口３０から外部に送り出される。
【００２５】
ガスがサイクロン分離器２５内部で旋回する過程で、ガスに混入した油はその密度の差から遠心力の作用で、ガスよりも直線運動しやすく、次第に外周に近付きついにはサイクロン外壁２６内面に付着し、分離されたことになる。外壁２６内面に付着した油は重力で下降し、油溜り３１に流入して貯えられる。
【００２６】
油溜り３１に貯えられた油には圧縮機の吐出圧力が作用しており、一方、軸受１７、１８付近はほぼ吸入圧力下にある。したがって、両位置を繋ぐ給油路３３、３４、３５を通じて、油は圧力差により軸受１７、１８に供給される。油は軸受の潤滑冷却に使用された後に圧縮室に入り、スクリューロータ１５、１６相互間の潤滑や圧縮室相互間のシール、圧縮熱に対する冷却材として作用する。この後、再び油はガスと一緒に吐出されるので、油は圧縮機内部で循環することになる。
【００２７】
本実施の形態においては、サイクロン分離器２５が有効に活用され、油分離効率が良く、吐出ガスはサイクロン分離器２５内部で旋回する流路となるので、軸方向長さを縮小してコンパクトなものとすることができる。
【００２８】
サイクロン分離器２５に進入するガスに混入している油のうち、サイクロン外壁２６に近いものは遠心力の作用で外壁内面に早く付着し分離しやすい。しかし、導入流路２４の右端から進入する油は付着までに時間を要するため、流速の低下やガス流れの澱みなどにより遠心力の作用が低下し分離効率が悪くなる。本実施の形態においては、導入流路２４を流れる過程で右側面への油の積極的付着を防止しているので、サイクロン分離器２５の分離性能を十分に活用できる。
【００２９】
本実施の形態では、吐出ポート２２から吐出室２３、導入流路２４、サイクロン分離器２５までを一体化した鋳鉄製吐出ケーシング１２に内蔵しているため、吐出脈動による振動騒音を低減することもできる。吐出ポートを発信源とする吐出脈動はガスの流れに沿って下流に伝播するが、上記流路構成部材のいずれもが、厚くて振動の減衰係数の大きい鋳鉄性壁面で囲まれており、内部圧力が変化しても表面への伝播が抑制される。また従来の吐出チャンバに比較して吐出ケーシング１２の表面積が小さくできるので表面から発する騒音の総量も抑制される。
【００３０】
さらに、吐出側の各要素を吐出ケーシング１２に一体化したことにより、製造や分解組立ても簡素化され、各流路をケーシング壁面内に開けた穴で構成したことにより、外回りの配管類を省略することができる。
【００３１】
さらに、本実施の形態においては、比較的高温となる吐出ガスや油溜りがすべて吐出ケーシング１２に内蔵されることから、吸入過程にあるガスへの熱伝達が小さく、吸気加熱による性能低下を防止できる。吸入側に至る高温の油も吸入側給油路３４をボアの圧縮側側面の外側に形成したことにより、吸入過程の圧縮室への熱伝達を小さくできる。
【００３２】
以上説明した実施の形態では、雄ロータ１５の一端に設けたモータ１４によって駆動し、雄ロータ１５から雌ロータ１６に回転伝達する構造としたが、逆にしても良い。
【００３３】
次に本発明の他の実施の形態を図４、５を参照して説明する。
サイクロン分離器２５を１次分離機構とする２段階分離方式であり、サイクロン下部の油溜りは副油溜り５６とする。また、内筒２７の上に延長する形で濾過式分離手段である円筒状のグラスウール製フィルタ５１を設け、上端面は別部材で塞ぐ。サイクロン外壁２６も上に延長し、フィルタ５１を取り囲む出口室５２を構成し、その上部はガス導出口３０を除いて塞ぐ。主油溜り５５は副油溜り５６とほぼ同じ高さに設け、出口室５２の底から連なる油回収路５３で連通させる。主油溜り５５と副油溜り５６は隔壁５４で区切るが、両者の底近くを油連通路５７で繋げる。主油溜り５５の油面５８と副油溜り５６の油面５９は両方とも油連通路５７より上になるように設定する。主油溜り５５の位置は吐出側軸受１８の下部にすると、空間を有効に活用することができる点から望ましい。
【００３４】
サイクロン分離器は微少な油粒子はガス流れに乗りやすく分離効率が悪い。そこで、サイクロン分離を経たガスをフィルタ５１に通過させることにより、油の微粒子まで分離することができる。分離された油はフィルタ５１の繊維を伝って、ガス流れすなわち円筒の外周方向へ移動しながら重力で下方向にも移動する。その過程で多くの油粒子が表面張力で結合して、フィルタ５１の下端から出口室５２の床面に落ちる。床面に一時的に溜まった油は回収路５３を通って流れ落ちて主油溜り５８に流入する。
【００３５】
軸受等への給油路３３は主油溜り５５の下部につなげており、副油溜り５６の油も連通路５７を通って主油溜りに流れ込み合流する。主油溜り油面５８における内圧は副油溜り油面５９における内圧よりも低い。なぜなら、内圧を決定する主因であるガス流れにおいて、副油溜り油面５９はフィルタ５１の上流側であり、主油溜り油面５８はフィルタ５１の下流側に連通しているため、フィルタ５１の通過圧損の分だけ、油面間の内圧の差が生じる。
【００３６】
分離回収する油量で比較すると、２段階の油分離機構のうち、１次側のサイクロン分離器２５により分離される油が大部分であり、２次側のフィルタ５１による分離量は少量である。したがって、連通路５７を副油溜り５６から主油溜り５５へ向かって流れる油量は回収路５３を流れる油量よりもはるかに多く、連通路５７を通る油の通過圧損は回収路５３の両端圧力差に比較し大きい。この連通路５７の通過圧損を先の両油溜りの油面５８、５９における内圧の差にほぼ等しくなるように、連通路５７断面積あるいは長さ、形状を設定しておくことが良い。
【００３７】
それによって、フィルタ５１におけるガスの通過圧損と、連通路５７における油の通過圧損がほぼ等しくなり、油面５８、５９をほぼ等しい高さに維持することができる。
【００３８】
本実施の形態によれば、微細な油粒子まで回収できるので、非常に高い油分離効率を実現することができる。同時に２つの油溜りを有効に利用し、圧縮機の保有油量を多くすることができる。
【００３９】
運転状態や圧力状態、容量制御などの影響で、油面５８、５９の差が大きくなることもあるが、油面５８が出口室５２まで、あるいは油面５９が内筒２７の下端近くまで上昇しない限りは問題無く、油面変位の許容幅を比較的大きくできる。よって、特に油面差が広がる用途に用いる場合には連通路５７に定流量弁を備えることが望ましい。
【００４０】
本実施の形態において主油溜り５５や連通路５７を設けず、給油路３３は副油溜り５６からつなげ、回収路５３の下流端は吸い込みあるいは圧縮過程にある圧縮室に連通する構造としてもよい。その場合構造を簡素化することができる。
【００４１】
次に、本発明のさらに他の実施の形態を図６を用いて説明する。
スクリューロータの吐出端面から吸入側方向はすべて、従来機種と同一とし、吐出ケーシング６８に油分離チャンバを一体化する。油分離チャンバとしての内部空間６９に備える油分離エレメントには従来例に比較し目の細かいグラスウール製フィルタ６１を使用し、下部の隔壁６２と合わせて油分離チャンバの断面全部を覆う。隔壁６２の下部には連通路６３を設けておく。油分離チャンバ下部は油溜りとして機能し、隔壁６２を境にロータ側を上流側油溜り６４、ガス導出口３０側を下流側油溜り６５とする。また、従来の油溜り６６はそのまま機能する。下流側油溜り６５と従来の油溜り６６は連通路６３よりも太い径の油流路６７で連通させる。
【００４２】
本実施の形態によれば、吐出ガスは吐出室２３から図面奥方向に連なる流路を抜けて壁面に衝突する方向に吹き出し、内部空間６９に至る。この時、ガスに混入した油の一部は慣性で壁面に付着し、分離される。フィルタ６１の目が細かいため、従来の油分離エレメントに比較して圧損が大きく、フィルタ６１の前後に広い助走区間を必要とせずとも、流速分布は比較的一様になる。フィルタ６１を通過し、比較的小さい粒径の油粒子を分離した後、ガスは導出口３０から送り出される。
【００４３】
１次分離である衝突により分離された油は上流側油溜り６４に、２次分離であるフィルタ６１通過により分離された油は下流側油溜り６５に、それぞれ重力で流入する。内部空間の内圧はフィルタ３１の圧損分だけ、フィルタの前後で差があるため、その差圧で上流側油溜り６４の油は下流側油溜り６５へ連通路６３を通って流れる。また、下流側油溜り６５から従来の油溜り６６へ油流路６７を通って流れ、各軸受に送られる。
【００４４】
本実施の形態によれば、隔壁６２があるので、ガスの流れによる油面の吹き上げ現象は発生せず、フィルタ６１の目の細かさの効果もあり、油分離効率は格段に向上する。同時に下流側油溜り６５を基準に保有油量を決めるので、油面の異常上昇による油の持ち出しも発生しにくい。さらに、従来の機種の吐出ケーシングと油分離チャンバを交換するのみで、スクリュー圧縮機の全長を短縮しつつ、油分離効率を向上することができる。そのため、設計変更点が少なく、改良が容易であるほか、稼働中の機械の本仕様への改造も可能となる。圧縮機停止時においても油溜り６４と６５の油面が一致するのみで、異常な油面上昇を発生する心配もない。
【００４５】
次に、本発明のさらに他の実施の形態を図７を用いて説明する。
吐出室２３からの流路は図で奥方向で吐出管７４に連なり、吐出管７４はフィルタ７１を貫通させる。油分離チャンバ７７の断面をフィルタ７３と隔壁７２を合わせてふさぎ、隔壁７２下部には連通路７３を開ける。隔壁７２を境に図中右側が上流側油溜り７５、左側が下流側油溜り７６となる。
【００４６】
本実施の形態において、ガス導出口７８が上方にあるため、この先の配管を圧縮機の長手方向に伸ばす必要が無く、圧縮機搭載場所の長さに限りがある場合に有利である。また、油流路６７が不用となり、下部構造を簡素化することができる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、油分離機構の分離効率を向上でき、さらに、冷媒ガスに混入した圧縮機からの油の持ち出し量を低減することにより、冷媒サイクルを構成する熱交換器の性能を高くするとともに、圧縮機内部の油保有量を確保し圧縮機の信頼性を高めることができる。また、分離効率向上により油分離機構を小型化できるので、スクリュー圧縮機全体を小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による一実施の形態におけるスクリュー圧縮機の縦断面図。
【図２】  冷媒サイクルの系統図。
【図３】  図１の実施の形態によるスクリュー圧縮機の横断面図。
【図４】
本発明による他の実施の形態におけるスクリュー圧縮機の縦断面図。
【図５】  図４の実施の形態によるスクリュー圧縮機の横断面図。
【図６】  本発明によるさらに他の実施の形態におけるスクリュー圧縮機の吐出部付近の縦断面図。
【図７】  本発明によるさらに他の実施の形態におけるスクリュー圧縮機の吐出部付近の横断面図である。
【符号の説明】
１１…主ケーシング 、１２…吐出ケーシング、１３…吸入ケーシング、１４…モータ、１５…雄ロータ（スクリューロータ）、１６…雌ロータ（スクリューロータ）、１７…吸入側軸受、１８…吐出側軸受、２１…径方向吐出ポート、２２…軸方向吐出ポート 、２３…吐出室、２４…導入流路、２５…サイクロン（サイクロン分離器）、２６…サイクロン外壁、２７…内筒、２８…上蓋、２９…ガス導入口、３０…ガス導出口、３１……油溜め、３２…油面、３３…給油路、３４…吸入側給油路、 ３５…吐出側給油路、５１…フィルタ、５３…油回収路、５４…隔壁、５５…主油溜り、５６…副油溜り、５７…油連通路。
【図１】
0003994220.tif 000002
【図２】
0003994220.tif 000003
【図３】
0003994220.tif 000004
【図４】
0003994220.tif 000005
【図５】
0003994220.tif 000006
【図６】
0003994220.tif 000007
【図７】
0003994220.tif 000008