(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれの鏡板部の片面に渦巻き状のラップを直立させてなる二つの固定スクロール部材を組合わせて一つのケーシング体を構成し、該ケーシング体内に鏡板部の両面に渦巻き状のラップを直立させてなる一つの旋回スクロール部材を内包させ、該旋回スクロール部材の表裏両面に両スクロール部材のラップを互いに噛合わせることにより形成される圧縮作動室をもったスクロール部を設け、前記旋回スクロール部材の自転防止機構として、前記スクロール部の外周部で軸受される複数のクランク軸を使用し、前記旋回スクロール部材を旋回運動させることにより、スクロール部外周から吸入した圧縮用気体を前記圧縮作動室により圧縮し、これを高圧気体としてスクロール部中心の吐出口から吐出するようにしたダブルスクロール流体機械であって、前記両固定スクロール部材鏡板部の各外面には、それぞれ放熱フィンを設けると共に、同じく各内面には、それぞれ鏡板面に対して直立させた環状のダストラップを設けることで前記両スクロール部のそれぞれを前記ケーシング体の内部空間に対して密閉状に包囲し、このように包囲された前記各スクロール部の外周部に対して後記冷却用空気からは分離された圧縮用気体を供給するための吸入口を開口させ、前記両固定スクロール部材で構成される前記ケーシング体には、その上部と下部に該ケーシング体の内外を連通する冷却空気用通口を設け、前記旋回スクロール部材の鏡板部は、これを所要の厚さを有するものとし、該鏡板部には、前記固定スクロール部材の冷却空気用通口に対面してこれに略対応する大きさの流路断面積をもった冷却空気用通路を貫通して設け、前記固定スクロール部材は、前記ケーシング体の内外側を通して流れる冷却用空気によって空気冷却し、前記旋回スクロール部材は、それの前記冷却空気用通路を通して流れる冷却用空気によって空気冷却するようにしてなるダブルスクロール流体機械を備えたパッケージ型ユニット装置において、
前記パッケージ型ユニット装置は、前記ダブルスクロール流体機械一台と、それを駆動するための電動機一台とを単一のパッケージ内に収納設置し、前記ダブルスクロール流体機械には、それの空冷用通風ダクトを前記ケーシング体の少なくとも上部もしくは下部に接続して設け、前記電動機には、それの空冷用通風ダクト及び直結型の空冷用ファンを設け、前記ケーシング体下部の空冷用通風ダクトと前記電動機の空冷用通風ダクトとを合流させて前記空冷用ファンの吸気側に接続すると共に、前記パッケージ内に設けた排気ダクトを前記空冷用ファンの排気側に接続したことを特徴とするダブルスクロール流体機械を備えたパッケージ型ユニット装置。
【請求項２】
前記ケーシング体に設けられた冷却空気用通口は、その長軸方向の長さが前記旋回スクロール部材鏡板部に設けられた冷却空気用通路の長軸方向の長さに前記クランク軸の偏心量の２倍を加えた長さに略等しくもしくはそれ以上で、同じくその短軸方向の長さが前記旋回スクロール部材鏡板部の厚さに略等しいかもしくはそれ以下の長さに設定されていることを特徴とする請求項１に記載のダブルスクロール流体機械を備えたパッケージ型ユニット装置。
【請求項３】
前記旋回スクロール部材鏡板部に設けられた冷却空気用通路は、鏡板面に対して直交し、かつ冷却空気の流れ方向に沿って延びる複数の仕切り壁によって複数箇に分割されていることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のダブルスクロール流体機械を備えたパッケージ型ユニット装置。
【請求項４】
前記旋回スクロール部材鏡板部に設けられた各冷却空気用通路は、鏡板面に平行で、かつ冷却空気の流れ方向に沿って延びる少なくとも一つの仕切り板によってさらに分割されていることを特徴とする請求項２又は３のいずれかに記載のダブルスクロール流体機械を備えたパッケージ型ユニット装置。
【請求項５】
前記旋回スクロール部材鏡板部に設けられた複数箇に分割された各冷却空気用通路の内面には、冷却空気の流れ方向に沿って延びる放熱フィンが設けられていることを特徴とする請求項３又は４のいずれかに記載のダブルスクロール流体機械を備えたパッケージ型ユニット装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、それぞれの鏡板部の片面に渦巻き状のラップを直立させてなる二つの固定スクロール部材を組合わせて一つのケーシング体を構成し、該ケーシング体内に鏡板部の両面に渦巻き状のラップを直立させてなる一つの旋回スクロール部材を内包させ、該旋回スクロール部材の表裏両面に両スクロール部材のラップを互いに噛合わせることにより形成される圧縮作動室をもったスクロール部を設け、前記旋回スクロール部材の自転防止機構として、前記スクロール部の外周部で軸受される複数のクランク軸を使用し、前記旋回スクロール部材を旋回運動させることにより、スクロール部外周から吸入した圧縮用気体を前記圧縮作動室により圧縮し、これを高圧気体としてスクロール部中心の吐出口から吐出するようにしたダブルスクロール流体機械及びそのパッケージ型ユニット装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スクロール圧縮機は、従来から知られているように、鏡板にインボリュート曲線などの連続した曲線で渦巻き状に形成されたラップを直立して設けた旋回、固定両スクロール部材を互いに噛み合わせて、旋回スクロール部材を固定スクロール部に対して自転しないように拘束しながら相対的に旋回運動させ、スクロール部の外周部から中央部に向かって気体を圧縮させるものである。この種のスクロール圧縮機の一例として、特開平８−２１９０６７号公報には、オイルフリー式のダブルスクロール空気圧縮機が開示されている。
【０００３】
ダブルスクロール圧縮機は、二つの固定スクロール部材間に挾持して一つの旋回スクロール部材を配置し、それらの外周部に配置した自転防止機構としての複数のクランク軸を同時に回転することによって旋回スクロール部材を旋回運動させて空気を圧縮するものである。開示された上記の技術は、圧縮室内をオイルフリー状態で運転させるものであり、高温となった吐出空気を冷却させる方法が示されている。前記公知技術における一般的な冷却方法は、固定スクロール部材をその外表面に放熱フィンを設けて空気冷却すると共に、旋回スクロール部材をその鏡板部内に設けた鏡板冷却孔に吸入空気の一部を流すことによって冷却するものである。後者の冷却用空気は、吸入室内圧と大気圧との圧力差を利用して所定の風量を得るものであり、このため、鏡板冷却孔と圧縮機の吸入室を連通状態にしており、吸入室から吸入されて圧縮されることになる吸入空気の一部が冷却用空気として利用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般に旋回スクロール鏡板の片面にのみラップを有するシングル機と旋回スクロール鏡板の両面にラップを有するダブル機とを問わず、オイルフリー式の容積形圧縮機で吐出圧力が0.9Mpa以上になるような高圧仕様のものや、圧縮機容量が呼称で7.5kW 以上になるような大形のものでは、気体の圧縮に伴う発熱量が大きいため、吐出空気温度が非常に高くなる傾向にある。前記した公知例の目的は、オイルフリー式のダブルスクロール圧縮機を対象に圧縮機全体を好適に冷却させて、旋回、固定両スクロールラップ間の隙間例えばラジアル隙間を適正化して接触を防止することでもって、高い圧縮機性能を得ることに有る。そのために固定スクロール部材の外面部に対し、また旋回スクロール部材の鏡板冷却孔に対して、冷却用空気を強制的に流すようにして両スクロール部材を冷却するものである。
【０００５】
しかしながら、従来の技術では、旋回スクロール部材の鏡板冷却孔を流す冷却用空気は、圧縮機の吸入空気の一部であり、これを圧縮用空気として利用するものであるため、冷却に供した空気はスクロール本体を冷却する一方で、自分自身は温度上昇するため、圧縮用空気としてみると、圧縮開始温度が上昇してしまうという問題が発生する。
【０００６】
また、圧縮終了時点の空気温度は、一般に断熱圧縮変化によってほぼ定められるので、圧縮終了時点の空気温度は、圧縮開始温度の上昇分以上に上昇するため、格段に高い温度レベルになることが問題であった。さらに、流路抵抗によって圧縮開始時の圧力が低下するので、終了時との圧力差が大きくなり、断熱ヘッドが上昇し、吐出温度が上昇する。
【０００７】
さらに、冷却用空気を冷却に供した後に圧縮用空気として利用することは、圧縮作動室に微小な異物混入の恐れが発生するという問題もある。すなわち、スクロールラップ同士は非接触でしかも微小隙間を保ちながら運転されているため、その隙間に異物が混入するとラップ同士の"焼き付き"現象を引き起こす
恐れがあった。
【０００８】
そこで、これを防止するために上流側にフィルタを取り付けることもできるが、この場合には吸入圧力損失が増大することになる。この結果、上記のように圧縮開始圧力が低下する一方で一定の吐出圧力を保つ必要から圧縮開始圧力との比が大きくなり、断熱圧縮温度が上昇する。したがって、圧縮開始前の温度上昇と相俟って、さらに圧縮終了時の温度を引き上げることになる。それゆえ、公知例のような構成で、上流側に上記のようなフィルタを設けるなどの異物対策を行うことは、あまり得策でないことがわかる。
【０００９】
さらには、吐出圧力をさらに高めたり、圧縮機容量をさらに大きくしたりする場合においては、圧縮終了温度が従来以上に上昇する。一方、公知技術においては、旋回スクロール部材の鏡板に設けた冷却孔は、より大きな出力の圧縮機を提供することについての配慮が十分でなかったために、十分な冷却効果を得ようとするには、その構成が必ずしも適切であるといえなかった。すなわち、従来の冷却技術だけでは、圧縮機の大容量化及び高圧化は、かなり困難なものとならざるを得なかった。
【００１０】
特に、アルミニウム合金で構成したスクロール部材では、圧縮終了温度が高いと、スクロール部材そのものも高温になるが、スクロールラップの渦巻きに沿って中央部へと圧縮が進行する関係上スクロール部の中央部が最も高い圧力になり、この結果スクロール部材の中心部分が最も高温になる。このように圧力分布にほぼ対応した温度分布を示すようになっているので、スクロール部材の熱変形量も各場所で一定では無い。このため、スクロールラップの高さ方向の熱膨張も一様ではなく、スクロールラップ先端面とラップ鏡板面との隙間も一様ではなくなる。そこで、公知技術にも示されているが、圧縮気体の漏れを防止し高い圧縮効率を維持するために、ラップ先端にシール部品、いわゆる"チップシール&#34;を装着することが行われている。したがって、チップシールはラップ鏡板面との間で相対滑りが発生し摩耗の問題が引き起こされる。このチップシール材には、主に四フッ化エチレン樹脂が採用されているが、これの摩耗は滑り面での相対速度や押し付け力、そして雰囲気温度によって大きく左右される。
【００１１】
チップシールの摩耗量は、さらに滑り面の状態などによっても変わるが、圧縮機内での摩耗量は特に雰囲気温度によって大きく変わるのが特徴である。すなわち、圧縮開始付近の温度は室温からさほど高くない温度に保たれているので摩耗量に対する温度の影響度は小さい。しかしながら、温度分布は上記したように圧縮機運転中はスクロール中心部分で非常に高い温度になるため、チップシールの摩耗量は中心部分で大きくなり、圧縮機性能に影響するほどにもなる。このように、チップシールの摩耗は渦巻きに沿った方向で見ると、圧力差と温度の関係でその積の値が部分的に大きい所が激しいが、なかでも温度の影響が最も高いことになる。
【００１２】
また、チップシールが摺動するのは相手スクロールのラップ鏡板面であり、この鏡板面の温度も摩耗量を左右する大きな因子である。鏡板面の温度は、圧縮空気の温度より低いのが一般的であるが、直接的な摺動面となるのでチップシールの摩耗量との相関が非常に強いのが特徴である。
【００１３】
ところで、固定スクロール部材側では外表面に設けた放熱フィンによって好適に冷却されるので、摺動面の温度は設計的に管理することができる。しかしながら、旋回スクロール部材については、固定スクロール部材にサンドウィッチ状に配置されていることや、旋回運動しているため公知例のような、鏡板部に小さな貫通孔を設けただけでは冷却用空気が流入しにくいために冷却効果が小さく、部材の温度がさ程低くならない。このため、固定スクロール部材の先端に設けたチップシールは高温になった旋回スクロール部材ラップ鏡板面と摺動することになる。したがって、旋回スクロール部材に設けたチップシールより固定スクロール部材に設けたチップシールのほうが摩耗量が大きくなるという問題があった。
【００１４】
本発明の目的は、上記した諸種の問題点を解決することにあり、スクロール流体機械のなかでも、特にオイルフリー式のダブルスクロール空気圧縮機に対して、圧縮機本体全体を好適に冷却すると共に、固定スクロール部材と変わらぬ程に旋回スクロール部材を積極的に冷却して、圧縮機本体の低温度化と共に、旋回スクロール部材の低温度化を達成し、スクロールラップ間隙間の適正化とチップシールの摩耗に対する長期信頼性を確保し得たダブルスクロール流体機械を備えたパッケージ型ユニット装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前掲特許請求の範囲の各請求項に記載されたところをもって構成上の特徴とするものであるが、前記目的を達成するため、本発明によるダブルスクロール流体機械を備えたパッケージ型ユニット装置は、それぞれの鏡板部の片面に渦巻き状のラップを直立させてなる二つの固定スクロール部材を組合わせて一つのケーシング体を構成し、該ケーシング体内に鏡板部の両面に渦巻き状のラップを直立させてなる一つの旋回スクロール部材を内包させ、該旋回スクロール部材の表裏両面に両スクロール部材のラップを互いに噛合わせることにより形成される圧縮作動室をもったスクロール部を設け、前記旋回スクロール部材の自転防止機構として、前記スクロール部の外周部で軸受される複数のクランク軸を使用し、前記旋回スクロール部材を旋回運動させることにより、スクロール部外周から吸入した圧縮用気体を前記圧縮作動室により圧縮し、これを高圧気体としてスクロール部中心の吐出口から吐出するようにしたダブルスクロール流体機械であって、前記両固定スクロール部材鏡板部の各外面には、それぞれ放熱フィンを設けると共に、同じく各内面には、それぞれ鏡板面に対して直立させた環状のダストラップを設けることで前記両スクロール部のそれぞれを前記ケーシング体の内部空間に対して密閉状に包囲し、このように包囲された前記各スクロール部の外周部に対して後記冷却用空気からは分離された圧縮用気体を供給するための吸入口を開口させ、前記両固定スクロール部材で構成される前記ケーシング体には、その上部と下部に該ケーシング体の内外を連通する矩形状の冷却空気用通口を設け、前記旋回スクロール部材の鏡板部は、これを所要の厚さを有するものとし、該鏡板部には、前記固定スクロール部材の冷却空気用通口に対面してこれに略対応する大きさの流路断面積をもった矩形状の冷却空気用通路を貫通して設け、前記固定スクロール部材は、前記ケーシング体の内外側を通して流れる冷却用空気によって空気冷却し、前記旋回スクロール部材は、それの前記冷却空気用通路を通して流れる冷却用空気によって空気冷却するようにしてなるダブルスクロール流体機械を備えたパッケージ型ユニット装置において、前記パッケージ型ユニット装置は、前記ダブルスクロール流体機械一台と、それを駆動するための電動機一台とを単一のパッケージ内に収納設置し、前記ダブルスクロール流体機械には、それの空冷用通風ダクトを前記ケーシング体の少なくとも上部もしくは下部に接続して設け、前記電動機には、それの空冷用通風ダクト及び直結型の空冷用ファンを設け、前記ケーシング体下部の空冷用通風ダクトと前記電動機の空冷用通風ダクトとを合流させて前記空冷用ファンの吸気側に接続すると共に、前記パッケージ内に設けた排気ダクトを前記空冷用ファンの排気側に接続したことを特徴とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明によるダブルスクロール流体機械は、これを圧縮機として利用する場合について以下説明する。本発明の一実施例における圧縮機の基本構成を図１ないし図４に基づいて説明をする。図１は、自転防止機構として旋回スクロール部材３の鏡板部外周部に配設した複数のクランク軸を使用して、旋回スクロール部材３に旋回運動をもたらす形式のダブルスクロール圧縮機の全体構造を表す水平断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ矢視断面図で、固定スクロール部材１，２及び旋回スクロール部材３の各ラップ同士のかみ合い状態を示しており、固定スクロール部材１，２及び旋回スクロール部材３の各ラップによって圧縮作動室が形成される様子等を表したものである。説明の都合上、図１に示したクランク軸４，５、バランスウエイト１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ及び旋回スクロール部材３に配設した軸受１１ａ，１１ｂ等は、すべて図２からは取り除かれている。図３は、図１の圧縮機の正面を示す外観図である。図４は、圧縮機の外観斜視図であり、クランク軸４，５ならびにそれらに付随して設けられている部品は省略している。
【００１８】
図１に示すダブルスクロール圧縮機は、鏡板部１ａ上に渦巻き状に形成されたスクロールラップ１ｂを有する固定スクロール部材１と、これに同じように鏡板部２ａ上に形成されたスクロールラップ２ｂを有する固定スクロール部材２とが面対称で平行に配置組合わされて一つのケーシング体４８を構成しており、該ケーシング体４８内に鏡板部３ａの両面に同じく渦巻き状に形成されたスクロールラップ３ｂ及び３ｃをそれぞれ有する旋回スクロール部材３が内包されている。
【００１９】
両スクロール部材１，２及び３のスクロールラップ１ｂ及び３ｂとスクロールラップ２ｂ及び３ｃとは、それぞれ互いに噛み合って旋回スクロール部材鏡板部３ａの表裏各面に圧縮作動室を形成している。なお、旋回スクロール部材３のスクロールラップ３ｂ及び３ｃは、所定の厚さを有しており、旋回スクロール部材３が一定半径εで旋回運動するときに構成される包絡線が固定スクロール部材のスクロールラップの基本線を構成している。
【００２０】
前記スクロール部において、旋回及び固定両スクロール部材のスクロールラップは、実質的に非接触状態を保って噛み合うように構成され、旋回スクロール部材３の鏡板部３ａの両面にそれぞれ圧縮作動室１４及び１５を形成している。これらの圧縮作動室１４及び１５は、図２に一方の圧縮作動室１４を示したように両スクロールラップによって三日月状に形成される。スクロール圧縮機ではこのような三日月状の圧縮作動室１４が中心軸に対して対称に一対のもの（圧縮作動室１４’）としてほぼ同じ容積で構成される。この圧縮作動室１４は、旋回スクロール部材３の旋回運動に伴って連続的に中心部に移動するようになっている。そして、この圧縮作動室１４は外周部から中心に向かって順次その体積が小さくなるように構成されている。
【００２１】
また、図１に示すように、固定スクロール部材１及び２、そして旋回スクロール部材３のそれぞれのラップ先端部には、四フッ化エチレン樹脂もしくはポリイミド樹脂を主成分とする複合樹脂材料で形成されたチップシール１ｃ，２ｃ，３ｄ，３ｅがそれぞれ渦巻きに沿って設けられており、図２に示すように平面図で示した場合、前記チップシール１ｃはラップ先端面に配置されているわけであるが、この状態では渦巻きに沿った長さ方向では複数個に分割して設けられている。このチップシールは、機能・性能上に特に問題が無ければ分割しなくてもよいが、分割することにより、チップシールの成形性、組立性さらには、圧縮機運転時の熱膨張量の逃げを好適に設定することができるのでシール性能や信頼性の向上を図ることができる。
【００２２】
旋回スクロール部材３の鏡板部３ａには、作動の最終段階で表裏各面の圧縮作動室１４及び１５が該鏡板部３ａのほぼ中央部で連通するように連通孔８が設けられている。一方、図２及び図３に示したように、固定スクロール部材１のスクロール部の外周部に連通するように複数個の吸入口２２及び２３が設けられている。この吸入口２２及び２３は、例えば図３に示したように、固定スクロール部材１及び２の外側でそれぞれ吸入配管（図示せず）が接続されるようにフランジ構造２２′及び２３′を備えている。
【００２３】
図２に戻り、各吸入口２２及び２３からの吸入気体は、外気からは分離された状態で吸入室２２ａ及び２３ａ内に流入する。固定スクロール部材１のスクロールラップ１ｂの外周部には、ケーシング体４８の内部空間１９に存在する外気と吸入室２２ａ及び２３ａとが連通状態になることを防止するためにダストラップ１ｆが設けてある。このダストラップ１ｆは環状に形成されており、図１に示すように、ダストラップ１ｆにはラップ先端部のチップシールと同様な構成のダストシール１ｅが先端面の凹部溝内に嵌合して設けられていて、旋回スクロール部材３の鏡板面と接触しながらシール機能を果している。反対側に配置している固定スクロール部材２にも同様にダストラップ２ｆとダストシール２ｅが設けられていて、ケーシング体４８の内部空間１９に存在する外気中のダストが吸入室に流入することを防止している。
【００２４】
図１に示すように、旋回スクロール部材３の鏡板外周部には偏心量εの偏心部を有するクランク軸４と、同じ偏心量εの偏心部を有する補助クランク軸５とが配置されており、旋回スクロール部材３はそれらのクランク軸の偏心部分で軸受１１ａ及び１１ｂを介して旋回運動可能に軸受されている。この軸受部では旋回スクロール部材３と固定スクロール部材１あるいは２との熱膨張差を吸収して補助クランク軸５等に過大な負荷が作用するのを防止するため、補助クランク軸５に弾性支持部材１３が設けられている。
【００２５】
この弾性支持部材１３は軸受１１ｂの外周部に配設されるもので、環状の樹脂やゴム、さらにはエンジニアリングプラスチックそして金属製ばねなどのいずれかもしくは組み合わせ材で構成することができる。いずれにしても、旋回スクロール部材３は、複数のクランク軸で旋回運動可能に支持されており、クランク軸４及び５が同期駆動手段例えばタイミングベルト７で同期して回転することによって、旋回スクロール部材３は自転を阻止された状態で、偏心軸の偏心量εを半径とする旋回運動がもたらされる。
【００２６】
固定スクロール部材１及び２は、一対のものとして配置されており、図１及び図３により説明する。図１で固定スクロール部材１は、そのほぼ中央部に吐出口９ａが設けられ, 固定スクロール部材１の吐出口９ａ付近の外表面には放熱フィン１ｄが設けられている。放熱フィン１ｄでの熱交換量を大きく取るために、その放熱フィン１ｄ回りはカバー６ａによって冷却風の流路を形成している。図３によりこの流路について説明する。カバー６ｂ（図１参照）は、固定スクロール部材２に設けたカバー取付け部２ｇに取付けられるものであり、このようにカバー６ｂを取付けることによって冷却風は放熱フィン２ｄの周りを強制的に流れるようになっている。この流路は、紙面に沿った方向に形成されており、冷却風はその流路を上から下へと流れるようになっている。
【００２７】
また、図３にも示したように、放熱フィン２ｄは直線状に形成されている（放熱フィン１ｄも同様に構成されている）が、必要とされる放熱量に対応した熱交換量を得るために複数個に分断したり、波形形状もしくは略「く」の字型にしたりすることもできる。固定スクロール部材１の外側に設けた放熱フィン１ｄの構成も固定スクロール部材２の外側に設けたものと同じ構成にすることができる。また、固定スクロール部材外表面で放熱フィンを設定していない部分には、固定スクロール部材２の強度を適度に維持するために複数のリブ２ｈを設けてある。固定スクロール部材１についても同様である。
【００２８】
固定スクロール部材１と固定スクロール部材２は、図１に示したように、外周のフランジ面で互いの平行度を保った状態で固定されるが、両者のフランジ高さは大きく異なっている。固定スクロール部材１のほうは、ラップ高さより低い位置に構成されていて、固定スクロール部材２はラップ高さより十分に高く構成され、両固定スクロール部材１及び２を組合せることで、旋回スクロール部材３全体を内包するような一つのケーシング体４８を構成している。このため、固定スクロール部材１及び２で構成されるケーシング体４８内側には内部空間１９が存在している。図４に示すように、ケーシング体４８上面には、矩形状の冷却空気用通口２８が形成されており、該通口２８は仕切り壁２ｍによって複数個の冷却空気取入れ口２ｊに分割されている。また、下面にも同様の仕切り壁２ｎによって複数個の冷却空気吐出し口２ｋに分割された矩形状の冷却空気用通口２９が設けられている。
【００２９】
また一方では、図１に示したように旋回スクロール部材３の鏡板面３ａには旋回スクロール部材３を空気冷却する仕切り壁３１で複数個に分割された冷却空気用通路２６が設けられている。旋回スクロール部材３に設けた矩形状の冷却空気用通路２６は、固定スクロール部材１及び２に設けた矩形状の冷却空気用通口２８に対面してこれに略対応する流路断面積をもっており、固定スクロール部材２の冷却空気用通口２８，２９の長軸方向の長さは、旋回スクロール部材３の冷却空気用通路２６の長軸方向の長さにクランク軸の偏心量εの２倍を加えた長さに略等しいかもしくはそれ以上で、同じくその短軸方向の長さは、旋回スクロール部材３の鏡板部の厚さに略等しいかもしくはそれ以下の長さに設定されている。これによって、前記通路２６の全流路断面積は、旋回スクロール部材３の旋回運動に拘わりなく常に前記通口２８の流路断面積内に包含され、冷却用空気の流れが阻害されることはない。さらに、図２の中の矢印２７で流れの方向を示したように、固定スクロール部材１及び２で構成されるケーシング体４８の内部空間１９にも冷却用空気が流れるようになっている。
【００３０】
すなわち、冷却空気２７は、固定スクロール部材２のケーシング体４８の上部に設けた冷却空気の取入れ口２ｊ（図４に示す）から流入し固定スクロール部材２のケーシング体４８内部を流れるが、固定スクロール部材１及び２のそれぞれに設けられたダストラップ１ｆ及び２ｆによって、固定スクロール部材１及び２で構成されるケーシング体４８の内部空間１９は、旋回スクロール部材３の表裏両面のスクロール部における圧縮作動室１４，１５や吸入室２２ａ及び２３ａから隔離されている。したがって、この冷却空気２７は、圧縮のための吸入気体から隔離されて、クランク軸４，５の周りや軸受部、旋回スクロール部材３の外周部、固定スクロール部材１及び２の内壁面や固定スクロール部材のダストラップ１ｆ及び２ｆを好適に冷却することができる。ケーシング体４８内部を冷却した空気と旋回スクロール部材鏡板部３ａの冷却空気用通路２６を流れた空気は、圧縮機下部で合流して、図４に示す吐出し口２ｋから外部へ流出するようになっている。
【００３１】
前記したように固定スクロール部材２の外周部にはフランジ部２４があり、固定スクロール部材１の外周部にもフランジ部２５（不図示）が配置されている。そして、固定スクロール部材１及び２が互いにこのフランジ部２４，２５においてボルト等によって結合されている。結合の際、両固定スクロール部材のＸ−Ｙ方向ならびに回転方向等の相対位置を合わせる位置決め手段１６によって、両固定スクロール部材１及び２同士ならびに旋回スクロール部材３との相対位置関係が適正に保たれて組み立てられ、圧縮動作に好適な圧縮作動室１４及び１５が形成されると同時に、旋回スクロール部材３がスムーズに旋回運動できるようになっている。
【００３２】
図１において、主クランク軸４は、その一部分を固定スクロール部材２に固定された軸受１０ａと固定スクロール部材１に固定された軸受１２ａによって軸方向に固定されると共に回転可能な状態で軸支されている。さらに、主クランク軸４には、旋回スクロール部材３の旋回運動に伴う不釣り合いを相殺するためにバランスウエイト１７ａ及び１７ｂが固定配置されている。他方、主クランク軸４とは対称の反対側に位置している補助クランク軸５も同様に固定スクロール部材２に固定された軸受１０ｂと、他方の固定スクロール部材１に固定された軸受１２ｂによって軸方向に固定されると共に回転可能な状態で軸支されている。また、補助クランク軸５にも、旋回スクロール部材３の旋回運動に伴う不釣り合いを相殺するためにバランスウエイト１８ａ及び１８ｂが固定配置されている。
【００３３】
主クランク軸４には、プーリ２１が相対滑りを防止するためのキー手段等を介して固定されており、他に設置した動力源、例えば電動機３８から回転動力が供給されるようになっている。さらに、主クランク軸４と補助クランク軸５とは、タイミングベルト７によって回転の同期性を保つように、それぞれの軸に設けた歯付きプーリ２０ａ及び２０ｂなどを介して駆動連結されている。
【００３４】
前記したように固定スクロール部材１及び２、並びに旋回スクロール部材３は、それぞれアルミニウム合金等に代表されるように軽くて、熱伝導性の良い材料で構成されている。さらに、オイルフリー式の圧縮機を提供するためには、特にシリコンを含有したアルミニウム合金を適用することが望ましい。さらには、ラップ接触時の潤滑性を向上、あるいは接触時の焼き付きなどに対して信頼性の高いオイルフリー式圧縮機を提供するため、スクロールラップの側面や鏡板面など、ほぼ全面的にアルミニウム合金に適合する陽極酸化皮膜処理等の表面処理を施すこともできる。さらに、図４に示したように、圧縮機の下部には支持足部１ｉ及び２ｉが配設されていて、圧縮機の姿勢が安定した状態に固定できるようになっている。
【００３５】
図５は、以上に説明したダブルスクロール圧縮機４７一台とそれを駆動するための電動機３８一台とを単一のパッケージ５０内に収納設置し、ダブルスクロール圧縮機４７には、それのケーシング体４８の上部及び下部にそれぞれ接続して空冷用通風ダクト４９及び４２を設けると共に、電動機３８には、それの空冷用通風ダクト４３及び直結型の空冷用ファン４４を設け、空冷用通風ダクト４２と空冷用通風ダクト４３とを合流させて空冷用ファン４４の吸気側に接続する。また、パッケージ５０内に設けた排気ダクト４５を空冷用ファン４４の排気側に接続して構成したパッケージ型ユニット装置６０を示すものである。このユニット装置６０には、高圧配管系、この配管系に設けられる冷却ユニット、そして電源系統、等多種類の要素が配設される訳であるが、図５ではこれらの要素は全て省略してある。
【００３６】
図５に示されるパッケージ型ユニット装置６０において、圧縮機を強制空冷するときの空気の流れとその動作について説明する。全体を支持するユニット装置ベース４０の上に防振ゴム４１を介して電動機ベース３９が配設され、これに電動機３８と圧縮機ベース４６が固定支持されている。電動機３８の回転軸３７の一方の軸端にはプーリー３６が他方の軸端には空冷用ファン４４が設けられている。
【００３７】
圧縮機ベース４６の上には、図１に示したようなダブルスクロール圧縮機４７が固定して設けられている。ダブルスクロール圧縮機４７の軸に取り付けたプーリー２１と電動機３８の回転軸３７に設けたプーリー３６とは動力伝達手段すなわちベルト３５によって動力伝達が行われるようになっている。一方の空冷用ファン４６は、電動機３８の回転とともに回転するので、圧縮機が圧縮動作を開始すると同時に回転するようになっている。
【００３８】
圧縮機ベース４６の内側と電動機３８上部の間には、ダブルスクロール圧縮機４７下部の空冷用通風ダクト４２が配設されている。この空冷用通風ダクト４２は、電動機３８を包囲する空冷用通風ダクト４３と平行した流路を構成しており、これらの両ダクト４２，４３は合流して空冷用ファン４４の吸込側に接続されている。空冷用通風ダクト４２にはダブルスクロール圧縮機４７を冷却し終えた空気が流れ込むようになっている。すなわち、固定スクロール部材１とカバー６ａの間を流れる空気Ｑ１、固定スクロール部材２とカバー６ｂの間を流れる空気Ｑ３そして、ダブルスクロール圧縮機４７のケーシング体４８内部を冷却する空気Ｑ２の全てが空冷用通風ダクト４２に入る。ここで、Ｑ２は、図２で示した空気の流れ２７と同じものであり図４にも示したように空気取入れ口２ｊから入って、冷却空気吐出し口２ｋから空冷用通風ダクト４２に入る。そして図５に示した矢印に示すような流れが引き起こされる。
【００３９】
また、空冷用ファン４４が回転を開始すると同時に、電動機３８も好適に冷却されるように、その空冷用通風ダクト４３内を冷却用空気Ｑ４が流れるようになっている。このように、空冷用ファン４４は、ダブルスクロール圧縮機４７と同時に電動機３８も冷却するように流路が形成されていて、常にダブルスクロール圧縮機４７と電動機３８を同時に冷却することができる。空冷用ファン４４の排気側には、空気冷却後の温度上昇した空気を排気するための排気ダクト４５が接続されている。空冷用ファン４４の吐き出し流量Ｑｔはダブルスクロール圧縮機４７と電動機３８を冷却するのに要した全風量であり、ほぼＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４の和に等しくなる。しかし、それぞれを流れる流量Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４の配分は、主に各流路の圧力損失によって決定されるので、流路の開口面積や各部の抵抗を適宜設定することによって、効率的な冷却効果を得ることができる。
【００４０】
つぎに、第１の実施例の動作について簡単に説明する。図５の電動機３８に電力が供給されるとベルト３５によって圧縮機プーリー２１に動力が伝達される。この結果、図１に示した主クランク軸４が回転し、同時にタイミングベルト７によって連結された補助クランク軸５が回転する。二つのクランク軸４及び５のクランク部に軸受支持されている旋回スクロール部材３には、それの自転を阻止された状態でクランク軸４及び５の偏心量εに等しい半径の旋回運動がもたらされる。図２に示されるように、旋回スクロール部材３の運動に伴って吸入口２２及び２３等から空気が吸入室２２ａ及び２３ａ内等に流入する。
【００４１】
流入した空気は、圧縮作動室１４及び１５によって容積を減じながら所定の圧力まで圧縮される。高圧になった空気は、旋回スクロール部材の鏡板部に設けた連通孔８によってほぼ等しい圧力で両方の固定スクロール部材に設けた吐出口９ａ及び９ｂから圧縮機外の必要箇所へ供給される。圧縮動作中、圧縮作動室１４及び１５は鏡板表裏各面における圧縮作動室１４と１５内の気体圧力の均衡が保たれるため、圧縮気体のスラスト力の総和がほぼ等しくなる。このため、旋回スクロール部材３はいずれの固定スクロール部材１及び２に対しても強く押しつけられることはなく、ラップの先端面には大きなスラスト荷重は作用しない。したがって、ラップ先端部での摺動損失を最小に維持することができるし、チップシールの摩耗量も少ない状態で維持できる。なお、両方の固定スクロール部材における各中心部では圧力がほぼ等しくなるので、場合によっては旋回スクロール部材の鏡板部中心における連通孔８は設けなくてもよい。また、他の実施例として、吐出口を９ａか９ｂいずれか1ヶにし、連通孔８を大きめに設定して構成することもできる。
【００４２】
一方、圧縮機の冷却風は、図５に示した空冷用ファン４４の回転により所定の流量が確保され、固定スクロール部材１及び２や旋回スクロール部材３の内外面が同時に冷却され、圧縮に伴って発生する熱量を適度に取り除くことができる。この結果、両スクロール部材は適度な温度に保たれるので熱膨張量を管理することができ、圧縮機運転中は両スクロールラップの隙間を非接触でしかも微小な量に保つことが可能となり、高性能な圧縮機を提供できる。また、スクロール部材をアルミニウム合金で構成しても適当な温度に維持できることから疲労強度を高い状態で設定でき、信頼性の高い圧縮機を提供することができる。
【００４３】
さらには、スクロールラップ先端に適用したシール部材すなわち、チップシールの摩耗量は、摺動面温度にも影響され、温度が高いほど摩耗量が大きくなる傾向を有している。本実施例により旋回スクロール部材３や固定スクロール部材１及び２のラップ先端に設けたチップシールの摺動面温度が適度な温度に保たれるので、摩耗量を微小に保つことができるため、長期に渡って摩耗を抑えられることとなり、圧縮機として長期に渡って高い性能を維持することができると共に、チップシール交換時間を長く設定でき、一定期間中の交換回数を削減できるのでチップシール交換のための作業費も安価にすることができる。
【００４４】
次に、第２の実施例について図６、ならびに図７によって説明する。圧縮機を運転すると旋回スクロール部材３は鏡板部３ａの両側で圧縮動作が行われるので、何も冷却対策を実施しなければ旋回スクロール部材３の鏡板部３ａは固定スクロール部材１及び２よりも高温に維持される。図６はこれを積極的に冷却するための一実施例を示したものであり、旋回スクロール部材３の鏡板部３ａ内に貫通して設けた矩形状の冷却空気用通路２６内に鏡板面に対して平行な仕切り板３０を設けたものである。
【００４５】
その他の構成については、図１で説明したようになっているので、ここでは第１の実施例と異なる部分について説明する。仕切り壁３１及び仕切り板３０によって新たに分割形成された通路２６ａ及び２６ｂは、旋回スクロール部材３の旋回運動に拘わりなく固定スクロール部材２に形成される空気取入れ口２ｊ及び空気吐出し口２ｋの流路断面積内に包含され、冷却用空気の流れが阻害されることはない。
【００４６】
図７は、仕切り板３０の平面図であり板部分３０ｃと穴部分３０ｄが設けられている。これによって、流路も２６ａと２６ｂに別れている。仕切り板３０の効果により冷却空気用通路２６内のいわゆる濡れぶち長さ（面積）を大きく採れると共に、旋回運動しても冷却空気用通路２６にデッドスペースの発生が少ないために、冷却風が流れる時の抵抗増大分が小さくて済むことから、冷却空気用通路２６内での熱交換量の増大が図れ旋回スクロール部材３の低温度化を図ることができる。また、この冷却空気用通路２６の加工は、鋳造技術を用いることによって達成することが可能であり、製造コストの高騰を招くこと無く実施することができる。
【００４７】
次に、第３の実施例を図８によって説明する。この実施例も第１の実施例と異なる点について説明する。図８は、旋回スクロール部材３の鏡板に設けた冷却空気用通路２６内を３分割するように仕切り板を３０ａ及び３０ｂと２枚設けたものである。この仕切り板３０ａ及び３０ｂの構造は、図７に示した構造と同様にすることができる。これによって、冷却空気用通路２６内の濡れぶち長さ（面積）を格段に大きく採れ、冷却風の通風抵抗も大きくならないので、貫通孔内での熱交換量を飛躍的に大きくできる。この結果、場合によっては固定スクロール部材１及び２側の熱交換量よりも大きくできるので、圧縮機の信頼性向上はもとよりチップシールの長期信頼性も確保することができる。さらに、２枚の仕切り板３０ａ及び３０ｂは、旋回スクロール部材３の鏡板部３ａが圧力などによる変形を受けたときには、強度部材として補強効果をもたらすことができるので圧力による変形量をより小さく維持することができる。
【００４８】
したがって、本実施例を適用した場合、圧縮機の信頼性や、チップシールの信頼性を前記実施例と同じように設定すれば、逆にさらに高い吐出圧力が得られる圧縮機を提供することができる。
【００４９】
次に、第４の実施例を図９にしたがって説明する。この実施例も第１の実施例と異なる点について説明する。この実施例も旋回スクロール部材３の鏡板内部の冷却空気用通路２６内の構成を変更したものである。冷却空気用通路２６内部には鏡板面に対し直交する方向、すなわちラップの高さ方向に放熱フィン３２を設けてある。これによって冷却空気用通路２６内の濡れ面積を大幅に大きくすることが可能になると共に、放熱フィン３２は、旋回スクロール部材３の鏡板部３ａの補強リブとして機能することができる。さらに、旋回スクロール部材３が旋回運動することによって放熱フィン３２も紙面に対し並行運動するが、それによって冷却空気用通路２６内部の冷却風の流れを攪拌することができるので放熱フィン３２の周りの温度境界層が剥がれたり、乱れたりして熱伝達率が向上して、静的なフィンによりも熱交換量が増大する効果がある。
【００５０】
図１０は、第４の実施例において冷却空気用通路２６内の放熱フィン３２を鏡板面に対して平行な方向に向くように変形した放熱フィン３３を示すものであり、冷却空気用通路２６の一部分を拡大してわかり易く示したものである。この変形例の構成によって、前記実施例と比べてよりフィンの根元まで冷却風が流れやすくなるので、前述したいくつかの実施例に比べ相対的にはさらに熱交換量を大きくすることができる。
【００５１】
次に、第５の実施例を図１１によって説明する。図１１は縦横複数の仕切り壁３４によって旋回スクロール部材３の鏡板部３ａの冷却空気用通路２６を多数の貫通路２６ａ，２６ｂ，２６ｃに分割した態様を示したものである。したがって、他の構成は第１の実施例とほとんど同じ構成になっている。ただし、本実施例では第１の実施例で示したスクロールラップ中央部の連通孔８を設けない構成になっている。したがって、その分、図１及び図８の構成からさらに流路断面積を大きくした冷却空気用通路２６となっているので、流路抵抗が小さく、且つ大流量を確保することができるため、熱交換量を飛躍的に大きくとれる効果がある。連通孔８が無なくても基本的には、鏡板の両側に作用するガス圧縮に伴うガス力はほとんど等しい大きさになるので、スラスト力に関しては大きな弊害は発生しない。本実施例では、もし弊害が発生しても低温度化できる効果の方が格段に大きいので圧縮機全体としては良策になる。
【００５２】
図１２は、圧縮機をユニット内に納めた様子を示すもので、図５に対して圧縮機を２台にして側面から見た図に相当する。また、ダクトもモータの背後から左側のダクトに連結するようになっている。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、圧縮機本体全体を好適に冷却すると共に、特に旋回スクロール部材を積極的に冷却して、圧縮機本体の低温度化と共に旋回スクロール部材の低温度化を達成できる。また、スクロールラップ間隙間の適正化及びチップシールの摩耗に対する長期信頼性の確保を可能としたダブルスクロール流体機械を備えたパッケージ型ユニット装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示すダブルスクロール圧縮機の全体構造水平断面図。
【図２】本発明の第１の実施例で旋回スクロール部材に固定スクロール、部材のラップ部を噛みあわせた様子を示す図１のＡ−Ａ矢視断面図。
【図３】本発明の第１の実施例を示す圧縮機の正面外観図。
【図４】本発明の第１の実施例でクランク軸を省略した圧縮機の外観斜視図。
【図５】本発明によるパッケージ型ユニット装置における冷却風の流路の説明図。
【図６】本発明の第２の実施例を示すダブルスクロール圧縮機の全体構造の水面断面図。
【図７】本発明の第２の実施例における旋回スクロール部材鏡板部内に設けた仕切り板の平面図。
【図８】本発明の第３の実施例を示すスクロール圧縮機の全体構造の水平断面図。
【図９】本発明の第４の実施例を示すスクロール圧縮機の全体構造の水平断面図。
【図１０】本発明の第４実施例の変形例を示す旋回スクロール部材鏡板部内に設けた冷却空気用通路の部分断面図。
【図１１】本発明の第５の実施例を示す旋回スクロール部材鏡板部内に設けた冷却空気用通路の部分断面図。
【図１２】スクロール流体機械２台と電動機1台を１ユニット内に収納した概略構成図。
【符号の説明】
１，２……固定スクロール部材、
１ａ，２ａ……鏡板部、
１ｂ，２ｂ……スクロールラップ、
１ｃ，２ｃ……チップシール、
１ｄ，２ｄ……放熱フィン、
１ｅ，２ｅ……ダストシール、
１ｆ，２ｆ……ダストラップ、
１ｇ，２ｇ……カバー取付け部、
１ｈ，２ｈ……リブ、
１ｉ，２ｉ……支持足部、
２ｊ……冷却空気取入れ口、
２ｋ……冷却空気吐出し口、
２ｍ，２ｎ……仕切り壁、
３……旋回スクロール部材、
３ａ……鏡板部、
３ｂ，３ｃ……スクロールラップ、
３ｄ，３ｅ……チップシール、
４……主クランク軸、
５……補助クランク軸、
６ａ，６ｂ……カバー、
７……タイミングベルト、
８……連通孔、
９ａ，９ｂ……吐出口、
１０ａ，１０ｂ……軸受、
１１ａ，１１ｂ……軸受、
１２ａ，１２ｂ……軸受、
１３……弾性支持部材、
１４，１５……圧縮作動室、
１６……位置決め手段、
１７ａ，１７ｂ……バランスウエイト、
１８ａ，１８ｂ……バランスウエイト、
１９……内部空間、
２０ａ，２０ｂ……歯付プーリ、
２１……プーリ、
２２，２３……吸入口、
２２ａ，２３ａ……吸入室、
２４，２５……フランジ部、
２６……（矩形状の）冷却空気用通路、
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ……貫通路、
２７……冷却空気、
２８，２９……（矩形状の）冷却空気用通口、
３０，３０ａ，３０ｂ……仕切り板、
３０ｃ……板部分、
３０ｄ……穴部分、
３１……仕切り壁、
３２，３３……放熱フィン、
３４……仕切り壁、
３５……ベルト、
３６……電動機プーリ、
３７……電動機回転軸、
３８……電動機、
３９……電動機ベース、
４０……ユニット装置ベース、
４１……防振ゴム、
４２……（ケーシング体下部）空冷用通風ダクト、
４３……（電動機）空冷用通風ダクト、
４４……空冷用ファン、
４５……排気ダクト、
４６……圧縮機ベース、
４７……ダブルスクロール圧縮機、
４８……ケーシング体、
４９……（ケーシング体上部）空冷用通風ダクト、
５０……パッケージ、
６０……パッケージ型ユニット装置、
ε……偏心量、
【図１】
0003781564.tif 000002
【図２】
0003781564.tif 000003
【図３】
0003781564.tif 000004
【図４】
0003781564.tif 000005
【図５】
0003781564.tif 000006
【図６】
0003781564.tif 000007
【図７】
0003781564.tif 000008
【図８】
0003781564.tif 000009
【図９】
0003781564.tif 000010
【図１０】
0003781564.tif 000011
【図１１】
0003781564.tif 000012
【図１２】
0003781564.tif 000013