(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに噛み合う２つのロータを吐出端側および吸込端側で回転可能に支持する軸受が設けられる軸受ハウジング部と、前記２つのロータが収納されるロータケーシング部とを備えるスクリュー過給機であって、
吐出端側の軸受ケーシング部のロータ軸を支持する軸受およびシールの周囲を囲むように冷却流路をロータ軸方向の一部分に形成し、この冷却流路の下方の端部に連通してロータケーシング部の吐出口の外側を囲むように冷却流路をロータ軸方向の一部分に形成する一方、前記軸受ケーシング部の冷却流路の端部に冷却流体入口を形成し、前記ロータケーシング部の冷却流路の端部に冷却流体出口を形成したことを特徴とするスクリュー過給機の冷却構造。
【請求項２】
前記吐出端側の前記軸受ケーシング部と前記ロータケーシング部とを一体構造で構成したことを特徴とする請求項１記載のスクリュー過給機の冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はスクリュー過給機の冷却構造に関し、特に低回転、高圧力比の領域など吐出温度が高まった場合のロータケーシングへの熱影響を抑えて運転できるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
地球環境問題や省資源の問題が世界的にクローズアップされているなか、次世代のエネルギ源として燃料電池が注目されており、自動車用の動力源としても開発が進められている。
【０００３】
自動車用動力源として開発が進められている固定高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）などの燃料電池では、出力密度を向上させるため、発電部であるスタックに、より多くの空気（酸素）を送り込む空気供給装置が必要となる場合が多く、いわゆるスーパーチャージャ（過給機）が用いられ、内部圧縮作用のあるスクリュー型過給機が適している。
【０００４】
このようなスクリュー過給機は、例えば互いに噛み合う雄ロータと雌ロータとがロータケーシング内に収納されて吐出端側および吸込端側がそれぞれ軸受ケーシングに設けられた軸受で回転可能に支持されるとともに、吐出端部のタイミングギヤによって１対のロータ間で駆動力が伝達されて回転駆動され、吸込口から吸込んだ空気を雌雄１対のロータ間で内部圧縮作用などで圧縮して吐出口から吐き出すようになっている。
【０００５】
このようなスクリュー過給機では、圧力比などによって異なるが、吐出口から吐き出される圧縮空気の温度が２５０℃以上の高温になることから、冷却することが行われている。
【０００６】
例えば特開平１−３１３６８６号公報に開示されたスクリュー圧縮機では、図３に示すように、互いに噛み合う雄ロータ１と雌ロータ２とが収納されるロータケーシング３全体に冷却ジャケット４を設けるとともに、これら雌雄ロータ１，２の吐出端部および吸込端部を支持する軸受５，６が設けられる軸受ケーシング７，８のうち、吐出端側の軸受ケーシング７に冷却ジャケット９を設けることで冷却するようにしている。
【０００７】
また、特開２００１−２４８５８１号公報に開示された容積式流体機械では、図示省略したが、吐出端側の軸受ケーシングに冷却流路を設けて軸受とシールを冷却するようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、スクリュー過給機で、ロータケーシングを水冷しない場合には、吐出温度が高まったときにロータケーシングの温度も上昇し、熱膨張によりクリアランスが増加し、性能低下を招いてしまうのに対し、ロータケーシング３全体を冷却するようにした前者の場合、ロータケーシング３の温度上昇による熱膨張を抑えることができるものの、特に低回転、高圧力比の領域など吐出温度が高まった場合、ロータ１，２の温度上昇により水冷されているロータケーシング３との温度差が大きくなり、ロータ１，２とロータケーシング３との接触が生じる恐れがあるという問題がある。
【０００９】
一方、ロータケーシングの冷却をやめ、吐出端側の軸受ケーシングにのみ冷却流路を設けた後者の容積式流体機械では、軸受やシールの温度上昇を抑えることができるものの、ロータケーシングを水冷しない場合と同様に、吐出温度が高まったときにロータケーシングが熱膨張し、ロータとのクリアランスが増加し、性能低下を招くという問題がある。
【００１０】
この発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたもので、吐出温度が高まった場合でもケーシングの温度上昇を抑え、クリアランス増加による性能低下を防止することができ、しかもロータの温度上昇によるケーシングとの接触の恐れもないスクリュー過給機の冷却構造を提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術が有する課題を解決するため、スクリュー過給機の熱影響について、鋭意検討を重ねた結果、これまでの熱影響については、雌雄１対のロータの軸心間距離の変化を問題として軸受ハウジングの冷却を行うことが有効であるとして対策を講じていたが、この軸心間距離の変化の原因となる半径方向の温度分布は比較的小さいのに対し、吐出温度が高い状態での運転が続くと、ロータ軸方向の温度分布が大きくなってしまい、これによる影響が大きいことを見出だし、この発明を完成したもので、その具体的な構成は以下の通りである。
【００１２】
すなわち、この発明の請求項１記載のスクリュー過給機の冷却構造は、互いに噛み合う２つのロータを吐出端側および吸込端側で回転可能に支持する軸受が設けられる軸受ハウジング部と、前記２つのロータが収納されるロータケーシング部とを備えるスクリュー過給機であって、
吐出端側の軸受ケーシング部のロータ軸を支持する軸受およびシールの周囲を囲むように冷却流路をロータ軸方向の一部分に形成し、この冷却流路の下方の端部に連通してロータケーシング部の吐出口の外側を囲むように冷却流路をロータ軸方向の一部分に形成する一方、前記軸受ケーシング部の冷却流路の端部に冷却流体入口を形成し、前記ロータケーシング部の冷却流路の端部に冷却流体出口を形成したことを特徴とするものである。
【００１３】
このスクリュー過給機の冷却構造によれば、互いに噛み合う２つのロータを吐出端側および吸込端側で回転可能に支持する軸受が設けられる軸受ハウジング部と、前記２つのロータが収納されるロータケーシング部とを備えるスクリュー過給機であって、吐出端側の軸受ケーシング部のロータ軸を支持する軸受およびシールの周囲を囲むように冷却流路をロータ軸方向の一部分に形成し、この冷却流路の下方の端部に連通してロータケーシング部の吐出口の外側を囲むように冷却流路をロータ軸方向の一部分に形成する一方、前記軸受ケーシング部の冷却流路の端部に冷却流体入口を形成し、前記ロータケーシング部の冷却流路の端部に冷却流体出口を形成するようにしており、吐出端側の軸受ケーシング部およびロータケーシング部の吐出口部を冷却することで、吐出温度が高まったときでもロータケーシングの温度上昇が抑えられ、クリアランス増加による性能低下を防止でき、しかもロータの温度上昇に対してもロータケーシングの全体を冷却せずに同程度の熱膨張を生じさせてロータとの接触を防止するようにしている。また、前記軸受ケーシング部の冷却流路の出口と前記ロータケーシング部の冷却流路の入口とを連通させて構成しており、必要な冷却温度を確保しながら簡単な構造にできるようになる。
【００１４】
さらに、ロータケーシング部の吐出口の周囲を冷却することで、アルミニウムやアルミニウム合金等の素材の熱処理温度以下に保って耐久性、信頼性の向上も図るようにしている。
【００１７】
さらに、この発明の請求項２記載のスクリュー過給機の冷却構造は、請求項１記載の構成に加え、前記吐出端側の前記軸受ケーシング部と前記ロータケーシング部とを一体構造で構成したことを特徴とするものである。
【００１８】
このスクリュー過給機の冷却構造によれば、前記吐出端側の前記軸受ケーシング部と前記ロータケーシング部とを一体構造で構成するようにしており、一層の構造の簡素化と製造の容易化を図ることができるようになる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態について図面に基づき詳細に説明する。図１および図２はこの発明のスクリュー過給機の冷却構造の一実施の形態にかかり、図１は冷却流路を立体的に示す概念図、図２は一部分を切欠いて示す縦断面図および側面図である。
【００２０】
このスクリュー過給機の冷却構造２０が適用されるスクリュー過給機１０は、図２に示すように、吐出端側の軸受ケーシング部１１とロータケーシング部１２とが一体構造とされ、ロータケーシング部１２内に互いに噛み合う雄ロータ１３と雌ロータ１４とでなる１対のロータが内蔵され、それぞれのロータ軸１３ａ，１４ａが吐出端側および吸込端側の軸受ケーシング部１１，１５に取り付けた軸受１６で回転可能に支持されるとともに、それぞれのロータ軸１３ａ，１４ａの吐出端部に増速歯車機構を構成するタイミングギヤ１７，１８が取り付けられ、これら１対のロータ１３，１４間で駆動力が伝達されて回転駆動されるようになっている。そして、ロータケーシング部１２の側面に過給流体（通常は、空気）の吐出口１９が設けられるとともに、図示しない過給流体の吸込口がロータケーシング部１２および吸込端側の軸受ケーシング部１５の吸込側に設けてある。
【００２１】
このようなスクリュー過給機１０の冷却構造２０では、吐出端側の軸受ケーシング部１１のロータ軸１３ａ，１４ａを支持する軸受１６およびシールの周囲を囲むように冷却流路２１が形成され、例えば数字の「３」字状に形成されて上下２つの軸受１６およびシールの周囲を囲むようにしてある。
【００２２】
そして、この冷却流路２１の下方の端部に連通してロータケーシング部１２に吐出口１９の外側（吸込口側）を囲むように冷却流路２２が形成してあり、冷却流路２１の上端部に冷却流体入口２３が形成され、冷却流路２２の上端部に冷却流体出口２４が形成してある。
【００２３】
このように構成したスクリュー過給機の冷却構造２０では、例えば冷却流体として冷却水が用いられ、冷却流体入口２３から冷却水を供給すると、吐出端側の軸受ケーシング部１１に形成した冷却流路２１内を流れる冷却水によって軸受１６およびシールが冷却されるとともに、軸受ケーシング部１１も間接的に冷却され、この冷却流路２１を出た冷却水が吐出口１９の下側および外側の冷却流路２２を流れることで、吐出口１９の周囲のロータケーシング部１２を冷却し、上端部の冷却流体出口２４から排出される。
【００２４】
このような冷却流路２１，２２によって吐出端部の軸受ケーシング部１１とロータケーシング部１２の吐出口１９の周囲が冷却されるので、低回転、高圧縮比の運転状態が連続するなど、吐出温度が高温になるとき、最も温度の高くなるロータケーシング部１２の吐出口１９の周囲が冷却され、ロータ１３，１４とロータケーシング部１２とのクリアランスの増加による性能低下を防止すること出来る。
【００２５】
また、ロータ１３，１４の温度が上昇して熱膨張してもロータケーシング部１２全体を冷却していないので、ロータケーシング部１２自体もロータ１３，１４と同程度の熱膨張があり、ロータ１３，１４とロータケーシング部１２との接触が生じることも防止することができる。
【００２６】
さらに、ロータケーシング部１２の最も温度が高くなるロータケーシング部１２の吐出口１９の周囲が冷却されるので、例えば素材としてアルミニウムやアルミニウム合金等を用いる場合でもその熱処理温度を越えることを防止して耐久性、信頼性を向上することができる。
【００２７】
なお、上記実施の形態では、軸受ケーシング部とロータケーシング部を一体にしたが、これらを別体にして連結する構造としても良く、この場合には、冷却流路の連結部にシール材等を介装するようにすれば良い。
【００２８】
また、軸受ケーシング部の冷却流路とロータケーシング部の冷却流路とを連結するようにしたが、これらを独立して設けるようにしても良く、冷却流体も連続して流す場合に限らず、独立して供給、排出するようにすることもできる。
【００２９】
さらに、冷却流体としても冷却水を用いる場合に限らず、他の流体を用いるようにすることもできる。
【００３０】
【発明の効果】
以上、一実施の形態とともに具体的に説明したようにこの発明の請求項１記載のスクリュー過給機の冷却構造によれば、互いに噛み合う２つのロータを吐出端側および吸込端側で回転可能に支持する軸受が設けられる軸受ハウジング部と、前記２つのロータが収納されるロータケーシング部とを備えるスクリュー過給機であって、吐出端側の軸受ケーシング部のロータ軸を支持する軸受およびシールの周囲を囲むように冷却流路をロータ軸方向の一部分に形成し、この冷却流路の下方の端部に連通してロータケーシング部の吐出口の外側を囲むように冷却流路をロータ軸方向の一部分に形成する一方、前記軸受ケーシング部の冷却流路の端部に冷却流体入口を形成し、前記ロータケーシング部の冷却流路の端部に冷却流体出口を形成したので、吐出端側の軸受ケーシング部およびロータケーシング部の吐出口部を冷却することで、吐出温度が高まったときでもロータケーシングの温度上昇を抑えることができ、クリアランス増加による性能低下を防止でき、しかもロータの温度上昇に対してもロータケーシングの全体を冷却せずに同程度の熱膨張を生じさせてロータとの接触を防止することができる。
また、前記軸受ケーシング部の冷却流路の出口と前記ロータケーシング部の冷却流路の入口とを連通させて構成したので、必要な冷却温度を確保しながら簡単な構造にすることができる。
【００３１】
さらに、ロータケーシング部の吐出口の周囲を冷却することで、アルミニウムやアルミニウム合金等の素材の熱処理温度以下に保って耐久性、信頼性の向上も図ることができる。
【００３３】
さらに、この発明の請求項２記載のスクリュー過給機の冷却構造によれば、前記吐出端側の前記軸受ケーシング部と前記ロータケーシング部とを一体構造で構成するようにしたので、一層の構造の簡素化と製造の容易化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のスクリュー過給機の冷却構造の一実施の形態にかかる冷却流路を立体的に示す概念図である。
【図２】この発明のスクリュー過給機の冷却構造の一実施の形態にかかり、（ａ）は一部分を切欠いて示す縦断面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】従来のスクリュー過給機の冷却構造の概略断面図である。
【符号の説明】
１０ スクリュー過給機
１１ 吐出端部の軸受ケーシング部
１２ ロータケーシング部
１３ 雄ロータ
１３ａ ロータ軸
１４ 雌ロータ
１４ａ ロータ軸
１５ 吸込端部の軸受ケーシング部
１６ 軸受
１７ タイミングギヤ
１８ タイミングギヤ
１９ 吐出口
２０ スクリュー過給機の冷却構造
２１ 冷却流路
２２ 冷却流路
２３ 冷却流体入口
２４ 冷却流体出口
【図１】
0004075433.tif 000002
【図２】
0004075433.tif 000003
【図３】
0004075433.tif 000004