(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機構を固定スクロールと旋回スクロールとで構成し、前記旋回スクロールの表面の放熱部を被圧縮ガスが通過した後の該ガスを取り込んで圧縮する圧縮機において、
前記圧縮機構内に、前記被圧縮ガスを流入する流入口と、旋回スクロールを設けるとともに、
旋回スクロールラップ側とは反対側の面に該旋回スクロールラップを旋回駆動する旋回駆動軸軸受部と、前記被圧縮ガス吸込口を設け、前記流入口と前記吸込口とは旋回駆動軸に対してそれぞれ反対側に配置され、前記流入口から前記吸込口間に吸込通路を外部とは気密に形成し、
水冷、液冷構造を持たずに該吸込通路間に設けた前記放熱部を介して前記圧縮機構を冷却するように構成し、
さらに、前記吸込通路間には、前記旋回駆動軸軸受とともに前記旋回スクロールの揺動量を制限するクランク軸を保持する軸受が配設され、前記旋回駆動軸を保持する駆動軸ハウジングの前記吸込通路側の面には前記流入口から前記吸込口に向かうように多数の冷却フィンが植設され、前記流入口から前記吸込口に向かう被圧縮ガスによって前記軸受の部分を冷却するように構成し、さらに、前記圧縮機構の外側の前記回転駆動軸に冷却ファンを配設し、前記吸込通路を外側から強制冷却することを特徴とする圧縮機。
【請求項２】
前記固定スクロールのラップ面とは反対側の面に多数の冷却フィンを配設し、前記固定スクロールを外側から冷却することを特徴とする請求項１記載の圧縮機。
【請求項３】
圧縮機構を固定スクロールと旋回スクロールとで構成し、前記旋回スクロールの表面の放熱部を被圧縮ガスが通過した後の該ガスを取り込んで圧縮してガスタービンに供給するガスタービン用気体圧縮システムにおいて、
前記圧縮機構内に、前記被圧縮ガスを流入する流入口と、旋回スクロールを設けるとともに、
旋回スクロールラップ側とは反対側の面に該旋回スクロールラップを旋回駆動する旋回駆動軸軸受部と、前記被圧縮ガス吸込口を設け、前記流入口と前記吸込口とは旋回駆動軸に対してそれぞれ反対側に配置され、前記流入口から前記吸込口間に吸込通路を外部とは気密に形成し、
水冷、液冷構造を持たずに該吸込通路間に設けた前記放熱部を介して前記圧縮機構を冷却するように構成し、
さらに、前記吸込通路間には、前記旋回駆動軸軸受とともに前記旋回スクロールの揺動量を制限するクランク軸を保持する軸受が配設され、前記旋回駆動軸を保持する駆動軸ハウジングの前記吸込通路側の面には前記流入口から前記吸込口に向かうように多数の冷却フィンが植設され、前記流入口から前記吸込口に向かう被圧縮ガスによって前記軸受の部分を冷却するように構成し、さらに、前記圧縮機構の外側の前記回転駆動軸に冷却ファンを配設し、前記吸込通路を外側から強制冷却する圧縮機を用いて、該圧縮機で圧縮した圧縮気体を燃焼室へ供給するように構成したことを特徴とするガスタービン用気体圧縮システム。
【請求項４】
前記圧縮機構の回転駆動軸は前記ガスタービンの駆動源とは別の駆動源により回転することを特徴とする請求項３記載のガスタービン用気体圧縮システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機構を冷却した後の被圧縮ガスを取り込んで圧縮する圧縮機、及び圧縮前の被圧縮ガスにより圧縮機構を冷却して後に該被圧縮ガスを圧縮してガスタービンに供給するガスタービン用気体圧縮システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、スクロール流体機械では、圧縮比を通常より大きくするにはスクロールラップの巻数を増大することによって可能である。しかしながら、圧縮比を通常より大きくすると単に構造が大きくなるだけではなく、流体の圧縮により発生する通常より高い熱によって、軸受やシール部材の寿命の低下が問題となる。
【０００３】
そして、スクロール流体機構は旋回スクロール端板の外周側から流体を取り込み、中心側へ向かって流体を取り込んだ圧縮空間を縮小させて流体圧縮を行い、中心側の吐出口から吐出するので、その中心部分を効率良く冷却する必要がある。
【０００４】
そのために、種々の冷却装置が提案されている。特開平１−１９３０９１号公報に記載する技術もその一つである。かかる従来技術によると、固定スクロールのラップ面を内側にして、圧縮機本体で囲繞し、該圧縮機本体の外部から延設された回転軸を圧縮機本体内に設けた回転軸軸受で回転可能に保持し、固定スクロールのラップと噛合するラップを有する旋回スクロールを、回転軸の先端の旋回軸によって旋回軸軸受を介して公転可能に配設され、前記回転軸軸受は冷却水を循環して冷却し、固定スクロールは内部に流通通路を設け冷却水で冷却した後に圧縮室にて圧縮して圧縮流体とともに吐出し、旋回軸軸受は圧縮機本体内に空気を導入して冷却し、該冷却に用いた空気は圧縮室に取り込んで圧縮室にて圧縮して吐出するように構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
かかる従来技術は、固定スクロールを冷却するために固定スクロール端板内に冷却水を流通可能な通路を削設しなければならず加工が困難である。また、回転軸軸受を冷却するために水冷経路を設けなければならず構成が複雑になるとともに大型化する。また、旋回スクロール上面と仕切板で区画された上側に外部から空気を導入しているので、旋回スクロール端板上面を直接冷却することができず、前記仕切板から上方に起立する旋回スクロールの旋回軸軸受を冷却することによって旋回スクロールを冷却するので、旋回軸軸受を保持する周囲の旋回スクロール部位を大きくして冷却効率を上げる必要があり大型化して重量が増加する。そして旋回軸軸受を冷却するには、圧縮室へ取り込む空気を用い、回転軸軸受及び固定スクロールの冷却を水冷で行っているので、構成が複雑化した。
【０００６】
また、圧縮機構を有した流体機械は種々の分野で用いられているが、タービンの空気圧縮機、燃料圧縮機などに用いる場合は、これらの圧縮機の駆動源をどこから得るかが問題である。従来から知られているようにタービン回転軸と圧縮機回転軸とを同一回転軸で一体化すると、タービンを始動するには、スタータにより始動した後にタービンの定格回転数に達したときはその定格回転数に対応した空気量、燃料量を供給するように各圧縮機を設定する必要があり、設計の自由度が制限されるとともに、他の圧縮機を流用できず、専用圧縮機しか用いることができなかった。
【０００７】
上述の事情に鑑み、本発明は、水冷、液冷構造を持たずに気体により冷却する構成が簡単で冷却効率が優れた冷却構造を有する圧縮機を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、水冷、液冷構造を持たずに気体により冷却する構成が簡単で冷却効率が優れた圧縮機を用いたガスタービン用気体圧縮システムを提供することである。
また、本発明の他の目的は、構成が簡単で冷却効率が優れるとともに、タービンと圧縮機とを一体で設計しなくてもよいガスタービン用気体圧縮システムを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本第１発明は、圧縮機構を固定スクロールと旋回スクロールとで構成し、前記旋回スクロールの表面の放熱部を被圧縮ガスが通過した後の該ガスを取り込んで圧縮する圧縮機において、
前記圧縮機構内に、前記被圧縮ガスを流入する流入口と、旋回スクロールを設けるとともに、
旋回スクロールラップ側とは反対側の面に該旋回スクロールラップを旋回駆動する旋回駆動軸軸受部と、前記被圧縮ガス吸込口を設け、前記流入口と前記吸込口とは旋回駆動軸に対してそれぞれ反対側に配置され、前記流入口から前記吸込口間に吸込通路を外部とは気密に形成し、
水冷、液冷構造を持たずに該吸込通路間に設けた前記放熱部を介して前記圧縮機構を冷却するように構成し、
さらに、前記吸込通路間には、前記旋回駆動軸軸受とともに前記旋回スクロールの揺動量を制限するクランク軸を保持する軸受が配設され、前記旋回駆動軸を保持する駆動軸ハウジングの前記吸込通路側の面には前記流入口から前記吸込口に向かうように多数の冷却フィンが植設され、前記流入口から前記吸込口に向かう被圧縮ガスによって前記軸受の部分を冷却するように構成し、さらに、前記圧縮機構の外側の前記回転駆動軸に冷却ファンを配設し、前記吸込通路を外側から強制冷却することを特徴とする。
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
本第１発明の第１の特徴は、前記圧縮機構内に、被圧縮ガスを流入する流入口と旋回スクロールとを設け、旋回スクロールラップ側とは反対側に、旋回スクロールラップを旋回駆動する旋回駆動軸軸受と前記被圧縮ガス吸込口を設け、前記流入口から前記吸込口間に吸込通路を外部と気密に形成した点である。該吸込通路には冷却気体の流入は可能であるが、この空間内の気体は外部に漏洩することはない。そして、前記流入口から人体に有害な気体または、有害物質を含んだ気体もしくは可燃性ガス等が流入しても、その空間から圧縮機外部へ漏洩することはない。
【００１５】
また、本発明の第２の特徴は、前記吸込通路間に設けた前記放熱部を介して前記圧縮機構を冷却する点である。水冷、液冷構造を持たずに簡単な構成で前記圧縮機構内部を冷却することができる。すなわち、前記流入口から導入された気体は放熱部を冷却することによって、熱せられた前記旋回スクロール及び、前記旋回駆動軸軸受を冷却することができ、この際に放熱部は旋回スクロールに設けられているので、該旋回スクロールの圧縮作用時に冷却気体に衝突することとなり、冷却効果が向上する。そして、この冷却気体は外部に漏洩することもなく、前記吸込口から前記圧縮室に吸込まれる。
また、本発明の第３の特徴は、前記吸込通路間には、前記旋回駆動軸軸受とともに前記旋回スクロールの揺動量を制限するクランク軸を保持する軸受が配設され、前記旋回駆動軸を保持する駆動軸ハウジングの前記吸込通路側の面には前記流入口から前記吸込口に向かうように多数の冷却フィンが植設され、前記流入口から前記吸込口に向かう被圧縮ガスによって前記軸受け部分を冷却するように構成されているので、クランク軸受の発熱を冷却することができる。さらに、前記回転駆動軸を保持する軸受をさらに冷却することができるとともに、前記吸込通路内の冷却空間をさらに冷却することができる。
【００１６】
【００１７】
【００１８】
また、本発明の第４の特徴は、前記圧縮機構の外側の前記回転駆動軸に冷却ファンを配設し、前記冷却空間を外側から強制冷却するように構成されている。かかる技術手段によると、前記圧縮機構をさらに冷却することができるとともに、前記吸込通路内をさらに冷却することができる。
【００１９】
また、前記固定スクロールのラップ面とは反対側の面に多数の冷却フィンを配設し、前記固定スクロールを外側から冷却することも本発明の有効な手段である。かかる技術手段によると、圧縮することによって発生する発熱をさらに冷却することができる。
【００２０】
これらの冷却手段、すなわち、前記圧縮機構内の多数の冷却フィン、前記圧縮機構の外側の前記回転駆動軸に設けた冷却ファン、前記固定スクロールのラップ面とは反対側の面に多数の冷却フィン等を適宜組み合わせて用いることにより、圧縮することによって発生する発熱をさらに冷却することができ、圧縮機の耐久性を向上することができる。
【００２１】
また、本第２発明は、圧縮機構を固定スクロールと旋回スクロールとで構成し、前記旋回スクロールの表面の放熱部を被圧縮ガスが通過した後の該ガスを取り込んで圧縮してガスタービンに供給するガスタービン用気体圧縮システムにおいて、
旋回スクロールラップ側とは反対側の面に該旋回スクロールラップを旋回駆動する旋回駆動軸軸受部と、前記被圧縮ガス吸込口を設け、前記流入口と前記吸込口とは旋回駆動軸に対してそれぞれ反対側に配置され、前記流入口から前記吸込口間に吸込通路を外部とは気密に形成し、
水冷、液冷構造を持たずに該吸込通路間に設けた前記放熱部を介して前記圧縮機構を冷却するように構成し、
さらに、前記吸込通路間には、前記旋回駆動軸軸受とともに前記旋回スクロールの揺動量を制限するクランク軸を保持する軸受が配設され、前記旋回駆動軸を保持する駆動軸ハウジングの前記吸込通路側の面には前記流入口から前記吸込口に向かうように多数の冷却フィンが植設され、前記流入口から前記吸込口に向かう被圧縮ガスによって前記軸受の部分を冷却するように構成し、さらに、前記圧縮機構の外側の前記回転駆動軸に冷却ファンを配設し、前記吸込通路を外側から強制冷却する圧縮機を用いて、該圧縮機で圧縮した圧縮気体を燃焼室へ供給するように構成したことを特徴とする。
【００２２】
かかる発明によると、前記圧縮機構内に、被圧縮ガスを流入する流入口と旋回スクロールとを設け、旋回スクロールラップ側とは反対側に、旋回スクロールラップを旋回駆動する旋回駆動軸軸受と前記被圧縮ガス吸込口を設け、前記流入口と前記吸込口とは旋回駆動軸に対してそれぞれ反対側に配置され、前記流入口から前記吸込口間に吸込通路を外部と気密に形成したので、該吸込通路には冷却気体の流入は可能であるが、この空間内の気体は外部に漏洩することはない。そして、前記流入口から人体に有害な気体または、有害物質を含んだ気体もしくは可燃性ガス等が流入しても、その空間から圧縮機外部へ漏洩することはない。
【００２３】
そして、本発明は、前記吸込通路間に設けた前記放熱部を介して前記圧縮機構を冷却するので、水冷、液冷構造を持たずに簡単な構成で前記圧縮機構内部を冷却することができる。すなわち、前記流入口から導入された気体は放熱部を冷却することによって、熱せられた前記旋回スクロール及び、前記旋回駆動軸軸受を冷却することができ、この際に放熱部は旋回スクロールに設けられているので、該旋回スクロールの圧縮作用時に冷却気体に衝突することとなり、冷却効果が向上する。そして、この冷却気体は外部に漏洩することもなく、前記吸込口から前記圧縮室に吸込まれる。
【００２４】
このように本第２発明に用いられる圧縮機構は、外部と気密に形成された吸込通路に気体を流し、該吸込通路内を旋回スクロールに設けた放熱部が揺動するので、さらに、旋回駆動軸を保持する駆動軸ハウジングの前記吸込通路側の面には前記流入口から前記吸込口に向かうように多数の冷却フィンが植設され、前記流入口から前記吸込口に向かう被圧縮ガスによって前記軸受部分を冷却するように構成されているので、冷却効果が高く、この冷却後に気体は圧縮室により圧縮されて圧縮機構から燃料室に供給されるので、この圧縮機構の耐久性は高く、冷却後の気体が圧縮前に圧縮機構の外部に漏洩することがなく、タービン用気体圧縮システムとして空気圧縮機としても、また燃料圧縮機としても用いることができ、耐久性と安全性に優れたタービン用気体圧縮システムを提供することができる。
また、前記圧縮機構の外側の前記回転駆動軸に冷却ファンを配設し、前記冷却空間を外側から強制冷却するので、前記圧縮機構をさらに冷却することができるとともに、前記吸込通路内をさらに冷却することができる。
【００２５】
また、前記圧縮機構の回転駆動軸は前記ガスタービンの駆動源とは別の駆動源により回転するように構成することも本第２発明の有効な手段である。
かかる技術手段によると、タービンと該タービン専用圧縮機をセットで全体の設計をしなくても、他の圧縮機を用いてタービンの所定定格回転数に対応した空気量、燃料量を供給するように該圧縮機を運転することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施の形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施の形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００２７】
図１は、本発明の実施の形態に係るスクロール圧縮機本体の断面図、図２は、図１のＡ−Ａ断面図、図３は、図１のＣ−Ｃ断面図、図４は、図１の要部詳細図、図５は、固定スクロールハウジングの斜視図、図６は、旋回スクロールの斜視図、図７は、旋回スクロールラップの一方側壁面から気体を取り込んだ場合の気体圧縮状況を説明する説明図、図８は、旋回スクロールラップの他方側壁面から気体を取り込んだ場合の気体圧縮状況を説明する説明図、図９は、ガスタービンの概略構成図である。
【００２８】
図１において、スクロール圧縮機本体１は、ハウジングカバー４を取り付けた固定スクロールハウジング２と、該固定スクロールハウジング２が取り付けられる駆動軸ハウジング３と、図示しない回転駆動源に連結した回転駆動軸１６に固着されたファン２５のファンカバー５とで構成される。
そして、後述する固定スクロールハウジング２の前段圧縮部の吐出口に取り付けられた吐出配管６と、後段圧縮部の吸込口に取り付けられた吸い込み配管７との間に冷却室２４が配設され、該冷却室２４、吐出配管６、及び吸い込み配管７を配管によって接続して中間経路を構成している。
【００２９】
尚、この中間経路は、図５に示す前段吐出口２ｅ、後段吸込口２ｆと、これらの間に介在する冷却室２４内を通る配管の総合容積を有し、その総合容積は前段圧縮部の最終圧縮室容積のＮ（２以上の整数）倍に設定する。そして、Ｎ回の前段圧縮部の最終圧縮室からの吐出があって後に、後段圧縮部の初段取り込みは前段圧縮部の最終圧縮室容積と等しい容積分取り込まれるように構成される。
【００３０】
駆動軸ハウジング３は円形トレイ状に形成された上部囲繞体３０ａと、該囲繞体の底部分中央部から延在する円筒状の下部囲繞体３０ｂとで構成され、上部囲繞体３０ａ上部には気体供給器３６が配設されている。該気体供給器３６には気体吸気口３６ｂと気体供給口３６ａを備えるとともに、内部に吸気した気体を濾過するフィルタを有し、気体供給口３６ａと連通する駆動軸ハウジング３内の通路３ｂを介して、気体を駆動軸ハウジング３内へ供給可能に構成されている。尚、この気体供給器３６は、冷却された気体を吸気口３６ｂから吸気してもよく、また冷却器が内蔵されていてもよい。
【００３１】
そして、下部囲繞体３０ｂ内部を回転可能に配置保持されている回転駆動軸１６の図示しない先端は回転駆動軸１６の軸中心線１６ｂと距離ｎ偏芯した偏芯軸部１６ａ（図４）を有し、該偏芯軸部１６ａが軸中心線１６ｂを中心として回転することによって図１上を上下動する旋回スクロール１１は揺動し、取り込んだ気体を圧縮して吐出管８から外部に排気可能に構成されている。
【００３２】
一方、固定スクロールハウジング２は図５に示すように、円形トレイ状に形成され、その外周面の周方向３カ所に前述した駆動軸ハウジング３とで結合する取付部２ｉ、２ｊ、２ｋが設けられ、前段圧縮部のラップ溝２７が形成する凹部には、鏡面２ｃが設けられ、結合面２ｍには、駆動軸ハウジング３と結合する部分を外れた、それより内側には溝が設けられ該溝にはフッソ系樹脂等の自己潤滑性を有するダストシール１４が配設されている。そして、ラップ溝２７の左端部の上面１２に配設されたダストシール１４とチップシール１３との間は、上面１２より傾斜した溝４７が設けられている。
【００３３】
固定スクロールハウジング２のランド部９ａには、図１に示す吐出配管６に連結する前段吐出口２ｅ、及び吸い込み配管７に連結する後段吸込口２ｆが設けられ、これらの孔が形成されたランド部９ａから反時計方向に前段圧縮部を形成する固定スクロールラップ９ｂが、また、時計方向に後段圧縮部を形成する固定スクロールラップ９ｃが螺旋状に植設されている。そして、これらのラップ上方先端のラップ頂部には溝が設けられ、該溝にはフッソ系樹脂等の自己潤滑性を有するチップシール１３が嵌入されている。
【００３４】
固定スクロールハウジング２の鏡面２ｃの裏側には、図１に示すように冷却フィン２ｂが植設され、該冷却フィン２ｂの頂部にはハウジングカバー４が取付られ、冷却通路２ｎを形成している。よって、図示しない送風手段により送風される、図１の紙面を貫く方向に流れる冷却風によって、固定スクロールを冷却可能に構成されている。
【００３５】
図６に示すように、旋回スクロール１１は鏡面１１ｃを有し、該鏡面１１ｃが図１に示すように固定スクロールハウジング２の結合面に設けられたダストシール１４と接触して対面配置され、鏡面１１ｃには外側に植設された前段圧縮部を構成する旋回スクロールラップ１０ａと、中心側に植設された後段圧縮部を構成する旋回スクロールラップ１０ｂを有している。旋回スクロールラップ１０ａの外側先端１０ｃに近接して図５の溝４７と対面する位置に、吸込口１１ｂが開設されている。
これらのラップ頂部には溝が設けられ、該溝にはフッソ系樹脂等の自己潤滑性を有するチップシール１３が嵌入されている。
そして、これらの旋回スクロールラップ１０ａ、１０ｂは固定スクロールラップ９ｂ、９ｃと壁面が互いに対面配置される。
【００３６】
また、鏡面１１ｃの裏側には、図１に示すように波形壁面を有する冷却フィン３４が植設され、該冷却フィン３４の頂部には補助カバー１５が取付られ、冷却通路１１ｎ（図３）を形成している。よって、図１の気体供給器３６から矢印４８に示すように下方に流れる気体によって、旋回スクロール裏面側が冷却され、冷却した気体は吸込口１１ｂによってスクロールラップによる密閉室に供給されるように構成されている。
【００３７】
図４に示すように、補助カバー１５は、旋回スクロールの冷却フィン３４のランド部１１ｄ（複数）に取付部１５ｄ（複数）が取り付けられている。補助カバー１５の中心側に回転駆動軸１６の先端に偏芯した偏芯軸部１６ａが回転可能に嵌合する軸受１８が配置され、回転シール９によって軸受１８のグリース漏洩を防止している。また、外周側には周方向に３等分した箇所に、旋回スクロールの自転防止用のクランク部材を受ける軸受１９が配置され、回転シール２６によって軸受１９のグリース漏洩を防止している。
このクランク部材は、板部材２１の一方の面に前記軸受１９と嵌合する軸２２と他方の面に、軸２２とは偏芯した軸位置を有する軸２３とで構成され、該軸２３は駆動軸ハウジング３に設けた軸受２０と嵌合して位置決めされ、回転シール２６によって軸受１９のグリース漏洩を防止するように構成されている。よって、回転駆動軸１６の偏芯軸部１６ａの偏芯回転によって、旋回スクロール１１は固定スクロールに対して公転運動可能に構成される。
【００３８】
駆動軸ハウジング３の下部囲繞部３０ｂ内には、軸受１７、及び３８が配置され、回転駆動軸１６を回転可能に保持している。そして、回転シール２９によって、軸受１７の旋回スクロール１１側へのグリース漏洩を防止するように構成されている。
【００３９】
また、駆動軸ハウジング３は図２に示すように、上部囲繞部３０ａ内に上方から下方に向かって多数の冷却フィン３５が植設され、矢印４８に示すように流れる気体により軸受１７、３８、２０等による発熱を冷却可能に構成している。
【００４０】
また、回転駆動軸１６には図１に示すように、冷却ファン２５が配設され、回転駆動軸１６の回転によって冷却ファン２５が回転し、冷却風がファンカバー５の開口孔５ａから流入し、下部囲繞部３０ｂの外面及び上部囲繞部３０ａ裏面側を冷却して、首部３ｄの周囲を流れカバー開口４６ａから外部に流出するように構成されている。
【００４１】
このように構成されたスクロール本体１は、図示しない駆動源により回転駆動軸１６を回転することによって、駆動を開始するが、初期運転時には、スクロール圧縮機は停止状態にあり、固定スクロールラップと旋回スクロールラップとにより形成される気体圧縮空間の後段圧縮部の最終圧縮室には、後段圧縮部の吐出口２ｄ（図１）の外部圧力と同等かそれより低い圧力で流体が存在し、また、後段圧縮部の初期取り込み空間にあった気体は前記中間経路と連通しているので、前段圧縮部の取り込み圧力まで低下する場合がある。
【００４２】
この状態で、初期運転を開始すると、後段圧縮部の残留気体が外部圧力より高くなるまで圧縮される。すなわち、後段圧縮部の最終圧縮室の圧力がそれより手前の圧縮室の圧縮気体と合体して外部圧力より高くなると外部に吐出されるが、それでもまだ外部圧力より低いと、前記中間経路からの流体を取り込み、それと吐出口側の気体と合体して圧縮される。
そして、初期運転の終了頃には、Ｎ回の前段圧縮部の最終圧縮室からの吐出があって後に、後段圧縮部の初段取り込みは前段圧縮部の最終圧縮室容積と等しい容積分取り込まれるような運転状態となる。
【００４３】
このように構成されたスクロール本体１は、図１に示すように、回転駆動軸１６の回転により、偏芯軸部１６ａが軸中心線１６ｂを中心に回転することにより旋回スクロール１１が公転し、旋回スクロール１１の吸入口１１ｂから吸入した圧縮気体は、旋回スクロールのラップ１０ａにより取り込まれ、このラップと固定スクロールのラップ９ｂとによって形成される密閉空間Ｓ１（図７）及びＴ１（図８）により取り込まれる。
これらの取り組み空間は１８０゜ずれて略等しい容積分取り込まれる。
【００４４】
この密閉空間は図７及び図８に示すように、順次Ｓ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ５と圧縮し、Ｓ５から前段吐出口２ｅ→中間経路→後段吸入口２ｆ→Ｓ６→Ｓ７→Ｓ８→Ｓ９と圧縮し、また、図８でＴ１として取り込まれた密閉空間は順次Ｔ１→Ｔ２→Ｔ３→Ｔ４と圧縮し、Ｔ４から前段吐出口２ｅ→中間経路→後段吸入口２ｆ→Ｔ５→Ｔ６→Ｔ７→Ｔ８→Ｔ９と圧縮されて中央部に送られ、Ｓ９とＴ９は合流して吐出口２ｄを出て配管８から排出される。
尚、図７に示すように、密閉空間Ｓ８とＴ９は等しい容積を有する。
【００４５】
次に、このように構成された多段式スクロール圧縮機本体１の冷却作用を説明する。図１において、回転駆動軸１６の回転に同期して気体供給器３６が動作して、流体は通路３ｂから駆動軸ハウジング３内に供給される。供給された気体は図２に示すように駆動軸ハウジング３内の多数の冷却フィン３５に接触して軸受などによって加熱された駆動軸ハウジング３を冷却することによって、軸受を冷却して、ベアリングに用いられているグリースの早期劣化を防止する。
【００４６】
また、供給された気体は図３に示すように旋回スクロール１１の背面に植設された多数の壁面波形の冷却フィン３４に接触して、スクロールラップによって形成される気体を圧縮する密閉空間が順次縮小することによって発生する高熱によって熱せられた旋回スクロール１１及び補助カバー１５を冷却する。この際に、旋回スクロール１１の公転により冷却フィン３４が揺動し、気体はその壁面に衝突して一層冷却効果が得られる。よって、スクロール圧縮機に用いられているチップシール及び軸受等の早期劣化を防止することができる。
【００４７】
駆動軸ハウジング３内を冷却した流体は、旋回スクロールラップ周辺がラップによる気体の取込によって駆動軸ハウジング３内よりも負圧になるために、旋回スクロール１１の吸込口１１ｂに流入する。旋回スクロールラップ１０によって取り込まれた気体は固定スクロールラップとで形成される密閉空間によって順次圧縮され、前段圧縮部の前段吐出口２ｅから吐出配管６を通って冷却室２４によって冷却され、この冷却された気体は吸込配管７を通って後段吸込口２ｆから後段圧縮部に流入し、再度圧縮されて吐出口２ｄから排出される。
【００４８】
以上説明したように、本実施の形態にかかる圧縮機は、圧縮機構を冷却する気体を圧縮機構の密閉室内に取り込んでいるので、この取り込みによって負圧となり自然と流体が引かれるので、ファンなど、特別に送風装置を用いることなく一方向に気体を流動させることができる。
また、固定スクロールハウジングの裏面を多数のフィンにより形成された気体通路により冷却し、駆動軸ハウジング内に前記した冷却気体を導入するとともに、旋回スクロール裏面側に多数のフィンを設けることにより旋回スクロールと各種軸受部分を冷却し、駆動軸ハウジングの外側面を旋回スクロールを駆動する駆動軸に設けたファンによって冷却するので、効率よく圧縮機構を冷却することができる。
【００４９】
また、圧縮される気体が密閉した圧縮機構内に導入して圧縮機構を冷却した後に該気体を圧縮して圧縮機構外に吐出するので、吐出された気体を吐出配管を介して隔離室に搬送することによって、圧縮機構外に漏洩することがない。よって、機内へ導入する気体をガスタービンの燃料室への空気として用いても、燃料気体として用いても、また、本実施の形態の圧縮機構を半導体製造工程に用いる真空引きに用いても人体への有害ガスを機外に漏洩することがない。
【００５０】
次に、図９を用いて本実施の形態にかかる圧縮機をガスタービンに適用した場合を説明する。同図において、ガスタービン動力供給システム６０は、燃料圧縮機３０Ａと該燃料圧縮機３０Ａの駆動力を制御する駆動力制御装置５０Ａとで構成される燃料圧縮システム５９と、空気圧縮機３０Ｂと該空気圧縮機３０Ｂの駆動力を制御する駆動力制御装置５０Ｂとで構成される空気圧縮システム５８と、燃料を燃焼する燃焼室３１と、ガスタービン３２とで構成される。
【００５１】
燃料圧縮機３０Ａ、及び空気圧縮機３０Ｂは前述のスクロール圧縮機本体１が用いられる。これらの圧縮機を駆動制御する駆動制御装置５０Ａ、５０Ｂはこれらの圧縮機を駆動するモータと該モータを制御するインバータとで構成されるとともに、両者間は同期運転可能に信号ラインで接続されている。
【００５２】
このように構成された動力供給システム６０は、所定のプログラムで駆動制御装置５０Ａ、５０Ｂによって燃料圧縮機３０Ａ及び空気圧縮機３０Ｂを駆動する。燃料圧縮機３０Ａによって圧縮された燃料は空気圧縮機３０Ｂにより圧縮された空気と燃焼室３１で混合された後に燃焼される。この燃焼によって混合ガスが膨張し、この膨張力がガスタービン室内で羽根車を回転させることによって回転軸３２ａが回転し、その回転力によって仕事がなされる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、圧縮機構を冷却する冷却空間を外部と気密形成しているので、流入口から人体に有害な気体または、有害物質を含んだ気体もしくは可燃性ガス等が流入しても、その空間から圧縮機外部へ漏洩することはない。また、前記流入口から導入された気体が圧縮作用を行う旋回スクロールに設けた多数の冷却フィンを冷却する際に、前記揺動部材の揺動によって冷却フィンが冷却気体に衝突することとなり、冷却効果が向上する。
また、旋回駆動軸を保持する駆動軸ハウジングの前記吸込通路側の面には前記流入口から前記吸込口に向かうように多数の冷却フィンが植設され、前記流入口から前記吸込口に向かう被圧縮ガスによって前記軸受の部分を冷却するように構成されているので、軸受部分の冷却効果が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態に係るスクロール圧縮機の断面図である。
【図２】  図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】  図１のＣ−Ｃ断面図である。
【図４】  図１の要部詳細図である。
【図５】  固定スクロールハウジングの斜視図である。
【図６】  旋回スクロールの斜視図である。
【図７】  旋回スクロールラップの一方側壁面から気体を取り込んだ場合の気体圧縮状況を説明する説明図である。
【図８】  旋回スクロールラップの他方側壁面から気体を取り込んだ場合の気体圧縮状況を説明する説明図である。
【図９】  ガスタービンの概略構成図である。
【符号の説明】
１      スクロール圧縮機本体
２      固定スクロールハウジング（圧縮室ハウジング）
３      駆動軸ハウジング
１１    旋回スクロール（揺動部材）
１６    回転駆動軸（旋回スクロール駆動軸）
２４    冷却機
２７、２８    固定スクロールラップ溝
３４    冷却フィン
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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