| 【発明の名称】 |
油冷式スクリュ圧縮機 |
| 【発明者】 |
【氏名】壷井 昇
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| 【要約】 |
【課題】メカニカルシールの密封端面における油切れの発生をなくし、油温の上昇を抑制するとともに、この密封端面への空気の侵入の防止を可能としたスクリュ圧縮機を提供する。
【解決手段】ロータ軸６と一体回転可能に設けたフランジ部１１とケーシング１に固定した固定シール部材２５との摺接部をメカニカルシール１３の密封端面に比してロータ軸６の軸心よりも離し、フランジ部１１のスクリュロータ側空間とは固定シール部材２５の最上部に設けた排油口２９を介して連通するメカニカルシール１３を取巻く油溜り空間２６を形成し、油溜り空間２６への注油口２８を密封端面２４の近くに設けるとともに、油溜り空間２６内の油を正圧に保つように形成してある。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 互いに噛合う雌雄一対のスクリュロータを回転可能に収容したケーシングを貫いて延びる駆動側のロータ軸の上記ケーシングを貫く部分に設けられた固定環と、この固定環の端面に押圧され、上記ロータ軸とともに回転する環状の摺接体を有する回転環とからなるメカニカルシールを備えた油冷式スクリュ圧縮機において、上記固定環と協働して上記回転環を挟み込むとともに、上記ロータ軸と一体回転可能に設けられたフランジ部と、上記ロータ軸の外周部に装着され、上記フランジ部の上記スクリュロータ側空間と上記ケーシングの外側に通じる上記ロータ軸の周囲の空隙部とを遮断する環状シール部材と、上記フランジ部の周囲を取巻く上記ケーシングの内周部に固定され、上記固定環と上記摺接体との間に形成される密封端面に比してより上記ロータ軸の軸心から離れた上記フランジ部の外周面に摺接する環状固定シール部材と、このフランジ部および固定シール部材より上記固定環側にて、上記メカニカルシールの外周部を包囲し、上記環状固定シール部材に比して上記固定環により近い位置にて注油口に連通するとともに、上記環状固定シール部材の最上部に設けられた排油口を介して上記フランジ部の上記スクリュロータ側の空間部に連通するとともに、大気圧よりも高い圧力の油で満たされる環状の油溜り空間とを設けたことを特徴とする油冷式スクリュ圧縮機。
【請求項２】 上記メカニカルシールと上記ロータ軸との間にこのロータ軸と一体回転するスリーブが設けられたことを特徴とする請求項１に記載の油冷式スクリュ圧縮機。
【請求項３】 上記ロータの外周部を機外に連通させる排出流路を設けたことを特徴とする請求項１に記載の油冷式スクリュ圧縮機。
【請求項４】 上記スリーブの外周部を機外に連通させる排出流路を設けたことを特徴とする請求項２に記載の油冷式スクリュ圧縮機。
【請求項５】 上記排出流路に、機外に流体を導く吸引手段を設けたことを特徴とする請求項３又は４に記載の油冷式スクリュ圧縮機。
【請求項６】 上記排出流路に、特定の流体成分の漏洩量を検知し、この検知した漏洩量が許容範囲を超えた場合には、この漏洩量の増大を回避する処置のための信号を出力する制御手段を設けたことを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載の油冷式スクリュ圧縮機。
【請求項７】 上記排出流路の機内側の開口部から上記ケーシングに向かう側における、上記ケーシングの内周部又は該ケーシングの内周部に対向する部材の外周部のいずれかにラビリンスを設けたことを特徴とする請求項３から６のいずれかに記載の油冷式スクリュ圧縮機。
【請求項８】 上記排出流路の機内側の開口部から上記ケーシングに向かう側における、上記ケーシングの内周部又は該ケーシングの内周部に対向する部材の外周部のいずれかにシールリングを嵌挿したことを特徴とする請求項３から６のいずれかに記載の油冷式スクリュ圧縮機。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば冷凍機に好適な油冷式スクリュ圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、スクリュロータとそれを駆動するモータとを一体的に形成したケーシング内に収容した油冷式スクリュ圧縮機を用いた半密閉スクリュ冷凍機は公知である。このスクリュ冷凍機がＮＨ3を含む冷媒を用いている場合、冷媒ガスが軸受部を経てモータ側に漏れるとモータの巻き線の腐食を招く。したがって、この種のスクリュ冷凍機では、モータとこのモータにより直接駆動されるスクリュロータとの間に、スクリュロータ側から冷媒ガスが漏れるのを阻止するための軸封部が必要となる。
【０００３】この軸封部にメカニカルシールを用い、このメカニカルシールから圧縮機本体とモータとの間に介在する筒状カバー内に漏れ出たＮＨ3ガスを排気管により吸引、除去するようにした圧縮機は特許第2816522号に開示されている。また、スクリュロータ側からロータ軸の外周部に沿ってガスが漏れ出るのを防止するための軸封装置を備えた油冷式スクリュ圧縮機は、例えば特開平4-334788号公報および特公平1-47637号公報に開示されている。この特開平4-334788号公報に記載の軸封装置は、固定環であるフローティングシートとこの端面に押圧され、ロータ軸とともに回転し、上記端面に摺接するシールリングとを設けるとともに、両リング間に油溜まりを設けて形成されている。また、特公平1-47637号公報に記載の軸封装置は、上記同様、ケーシング側に固定された固定環と上記同様にこの固定環の端面に摺接する回転側のシールリングとを備えたメカニカルシールをヘッドタンクから給油される空間部内に配設して形成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記特許第2816522号に記載の圧縮機の場合、ＮＨ3ガスが排気管より吸引されてセンサにより検知されるようになっており、筒状カバー内にある程度以上ＮＨ3ガスが充満しないとガス漏れが検知されない。このため、センサによりガス漏れが検知されたときには、既にモータ内にもＮＨ3ガスが進入してしまっており、モータの巻き線が腐食するという問題が生じる。また、上記特開平4-334788号公報に記載の軸封装置の場合、圧縮機の停止時に徐々に油溜まり中の油が減少してゆくことは避けられない。このため、圧縮機の起動時に油溜まりに油が必ずしも充満しているとは限らず、この油が充満していない場合には、フローティングシートとシールリングとの間の密封端面でドライ接触を招き、摩耗が進行するという問題がある。
【０００５】さらに、上記特公平1-47637号公報に記載の軸封装置の場合、メカニカルシールが配設されている空間部のスクリュロータ側におけるケーシングの壁部とここを貫くロータ軸との間、即ちこのロータ軸の周囲には必ず隙間が存在する。そして、圧縮機の稼動中はたとえ上記空間部内に油を充満させていても、圧縮機の停止時には上記隙間から油が漏れ出て、上記隙間の最も低い位置よりも高く上記空間部内の油面を維持することはできない。このため、圧縮機の起動時に上記固定環と回転側の上記シールリングとの間の密封端面で油切れが生じ、上記同様ドライ接触による摩耗が進行するという問題が生じる。
【０００６】この他、上記密封端面に隙間が生じ、ここに空気が侵入して来た場合、高温の油と空気とが反応し、この結果油が劣化したり炭化し、摺動面を損傷させて油漏れを引き起こすという問題もある。本発明は、斯る従来の問題点をなくすことを課題としてなされたもので、メカニカルシールの密封端面における油切れの発生をなくし、油温の上昇を抑制するとともに、この密封端面への空気の侵入の防止を可能としたスクリュ圧縮機を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために、第１発明は、互いに噛合う雌雄一対のスクリュロータを回転可能に収容したケーシングを貫いて延びる駆動側のロータ軸の上記ケーシングを貫く部分に設けられた固定環と、この固定環の端面に押圧され、上記ロータ軸とともに回転する環状の摺接体を有する回転環とからなるメカニカルシールを備えた油冷式スクリュ圧縮機において、上記固定環と協働して上記回転環を挟み込むとともに、上記ロータ軸と一体回転可能に設けられたフランジ部と、上記ロータ軸の外周部に装着され、上記フランジ部の上記スクリュロータ側空間と上記ケーシングの外側に通じる上記ロータ軸の周囲の空隙部とを遮断する環状シール部材と、上記フランジ部の周囲を取巻く上記ケーシングの内周部に固定され、上記固定環と上記摺接体との間に形成される密封端面に比してより上記ロータ軸の軸心から離れた上記フランジ部の外周面に摺接する環状固定シール部材と、このフランジ部および固定シール部材より上記固定環側にて、上記メカニカルシールの外周部を包囲し、上記環状固定シール部材に比して上記固定環により近い位置にて注油口に連通するとともに、上記環状固定シール部材の最上部に設けられた排油口を介して上記フランジ部の上記スクリュロータ側の空間部に連通するとともに、大気圧よりも高い圧力の油で満たされる環状の油溜り空間とを設けた構成とした。
【０００８】また、第２発明は、第１発明の構成に加えて、上記メカニカルシールと上記ロータ軸との間にこのロータ軸と一体回転するスリーブを設けた構成とした。
【０００９】さらに、第３発明は、第１発明の構成に加えて、上記ロータの外周部を機外に連通させる排出流路を設けた構成とした。
【００１０】さらに、第４発明は、第２発明の構成に加えて、上記スリーブの外周部を機外に連通させる排出流路を設けた構成とした。
【００１１】さらに、第５発明は、第３又は第４発明の構成に加えて、上記排出流路に、機外に流体を導く吸引手段を設けた構成とした。
【００１２】さらに、第６発明は、第３から第５発明のいずれかの構成に加えて、上記排出流路に、特定の流体成分の漏洩量を検知し、この検知した漏洩量が許容範囲を超えた場合には、この漏洩量の増大を回避する処置のための信号を出力する制御手段を設けた構成とした。
【００１３】さらに、第７発明は、第３から第６発明のいずれかの構成に加えて、上記排出流路の機内側の開口部から上記ケーシングに向う側における、上記ケーシングの内周部又は該ケーシングの内周部に対向する部材の外周部のいずれかにラビリンスを設けた構成とした。
【００１４】さらに、第８発明は、第３から第６発明のいずれかの構成に加えて、上記排出流路の機内側の開口部から上記ケーシングに向う側における、上記ケーシングの内周部又は該ケーシングの内周部に対向する部材の外周部のいずれかにシールリングを嵌挿した構成とした。
【００１５】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。図１〜３は、第１乃至第４発明の第１実施形態に係る油冷式スクリュ圧縮機を示し、ケーシング１内に互いに噛合う雌雄一対のスクリュロータ２，３が回転可能に収容されている。このスクリュロータ２，３のそれぞれの一方の側は吸込口４、他方の側は吐出口５となっており、駆動側のスクリュロータ２のロータ軸６は吸込側のケーシング１を貫き、カップリング７を介してモータの出力軸８に連結されている。ケーシング１を貫通するロータ軸６の部分とロータ軸６の軸受９との間には、軸受９側にフランジ部１１を有するスリーブ１２を介して、メカニカルシール１３が外嵌させてある。
【００１６】スリーブ１２とロータ軸６との間には、環状シール部材１４、例えばＯリングが装着してあり、ロータ軸６の周囲におけるシール部材１４の両側の空隙部は遮断されている。そして、シール部材１４を含め、スリーブ１２とロータ軸６とは一体的に回転する。メカニカルシール１３自体は周知のもので、ここでは一例としてベロータイプのものが使用されている。このメカニカルシール１３は、ロータ軸６のケーシング１を貫く部分の周囲に設けられた固定環２１とこの固定環２１の端面に押圧されて、ロータ軸６とともに回転する環状の摺接体２２を有するとともに固定環２１とフランジ部１１とにより挟まれた回転環２３とからなっている。さらに詳説すれば、回転環２３はスリーブ１２の外周面上に固定された固定部とこれと摺接体２２との間に介在して摺接体２２を固定環２１の端面に押圧させるベローを有し、この固定部の内周側には環状のシール部材、例えばＯリングが装着されている。そして、固定環２１と摺接体２２との間に密封端面２４が形成される。
【００１７】フランジ部１１の周囲を取巻くケーシング１の内周部には、このフランジ部１１の外周面に摺接する環状の固定シール部材２５が固定され、フランジ部１１および固定シール部材２５よりも固定環２１にて、メカニカルシール１３の外周部を包囲する環状の油溜り空間２６が形成されている。この油溜り空間２６は密封端面２４の上方にて給油流路２７の注油口２８に連通しており、注油口２８からの油により油溜り空間２６は満たされるようになっている。一方、固定シール部材２４の最上部にフランジ部１１の両側の空間部を連通させる排油口２９が設けられており、油溜り空間２６内の油はこの排油口２９からのみフランジ部１１のスクリュロータ２側の空間部に流入できるようになっている。そして、図示する場合、即ち吸込み側のロータ軸が上記モータにより駆動される場合には排油口２９からの油は、さらに吸込口４へと流入してゆく。
【００１８】ところで、フランジ部１１の外周面は、上記密封端面２４に比してよりロータ軸６の軸心から離れており、この外周面と固定シール部材２５との間のシール面の最上部は上記密封端面２４の最上部よりも高い位置にある。さらに、固定シール部材２５の最上部に排油口２９が設けられており、油溜り空間２６内に満たされた油は、この排油口２９の最下部より油面が低くなる程に減少することは起こり得ず、シール部である密封端面２４は勿論のこと、フランジ部１１の外周面と固定シール部材２５との間のシール部も常に油に濡れた状態に保たれ、これらがドライ接触状態になることは防止される。したがって、上記シール部での部材の摩耗量を減らし、その寿命を延ばすことが可能となる。
【００１９】また、密封端面２４に近い位置に注油することにより、密封端面２４の近くの油の温度を低く保ち、密封端面２４で発生する熱を除去し易くなっている。さらに、環状空間部２６内の油は大気圧よりも高く、即ち正圧に保たれるようになっている。この正圧に保つ方法は限定するものではないが、例えば、注油口２８の開口面積が図２においてＡで示す部分におけるロータ軸６の周囲を取巻く空隙部の環状断面面積よりも大きくなるようにすればよい。油溜り空間２６内の油圧を正圧に保つことにより、常に摺接体２２を固定環２１に密着させた状態に保つことができ、密封端面２４に大気が侵入するのを防止するようになっている。そして、上述した油温を低く保つことによるのに加えて、この大気の侵入を防止することにより、密封端面２４での油の高熱による劣化、炭化およびこれに起因する油切れを防ぐようになっている。なお、図中３１は、ロータ軸６と固定環２１との間の微小な隙間から漏れ出たガスおよび油を回収するための排出流路を示している。これにより、たとえガスにＮＨ3ガスが含まれていてもこれがケーシング１からカップリング７側に漏れ出ないようにし、上記モータの巻き線が腐食するのを防止するようになっている。
【００２０】図４は、第１乃至第４発明の第２実施形態に係る油冷式スクリュ圧縮機の駆動側部分のみを示したもので、図示する部分以外の構造については、実質的に上述した第１実施形態と同様である。このスクリュ圧縮機は、上述したスリーブ１２の本体部分をなくしてフランジ部１１のみを残し、メカニカルシール１３を直接ロータ軸６に外嵌させるようにしたもので、機能および作用において第１実施形態と実質的に変わるところはない。なお、上述した各実施形態では、吸込み側のロータ軸６が駆動側であるタイプを示したが、本発明はこれに限定するものではなく、吐出側のロータ軸を駆動側としたスクリュ圧縮機をも含むものである。
【００２１】図５は、第１乃至第５および第７発明に係る油冷式スクリュ圧縮機を示し、上述した第１乃至第４発明の第１実施形態と共通する部分については、互いに同一番号を付して説明を省略する。このスクリュ圧縮機では、排出流路３１に吸引手段３２が設けられ、スクリュロータ２，３側から排出流路３１のスリーブ１２に面した開口部３３にまで漏れ出たガスおよび油を強制的に機外に排出するようになっている。また、開口部３３からスクリュロータ２，３とは遠のく側におけるケーシング１の内周部にラビリンス３４が設けられおり、この内側のガス或は油を含む流体を油溜り空間２６に向かう方向に流動させるようにしてある。そして、これにより上記ガスがたとえＮＨ3ガスを含む場合であっても、これが上記モータの巻き線を腐食させるのをより確実に防止するようにしてある。なお、ラビリンス３４はケーシング１側ではなくスリーブ１２側に設けてもよい。
【００２２】図６は、第１乃至第４、第６および第７発明に係る油冷式スクリュ圧縮機を示し、上述した各実施形態と共通する部分については、互いに同一番号を付して説明を省略する。このスクリュ圧縮機では、排出流路３１に特定の流体成分、例えばＮＨ3ガスの漏洩量を検知し、この検知した漏洩量が許容範囲を超えた場合には、この漏洩量の増大を回避する処置のための信号を出力する制御手段３５が設けられている。例えば、この制御手段３５は吸引手段を内蔵するのがよく、上述したＮＨ3の漏洩量が第１上限値（例：10PPM）に達すると警報を発し、さらにこの漏洩量が増大して第２上限値（例：50PPM）に達すると圧縮機を停止させるようにしたものである。このようにして、スクリュロータ２，３側からのＮＨ3ガスのような漏洩ガスの量を実際に検出して、漏洩を確認することにより確実に上記モータ側に漏洩ガスが流れるのを回避し、上記巻き線の腐食を防止するようにしてある。
【００２３】図７は、第８発明に係る油冷式スクリュ圧縮機を示し、上述した各実施形態と共通する部分については、互いに同一番号を付して説明を省略する。このスクリュ圧縮機では、図５および６に示すラビリンス３４に代えてシールリング３６がスリーブ１２の外周部とこれと対向するケーシング１の内周部との間に嵌挿されており、この内周部を超えてガスおよび油が漏洩するのを防止するようになっている。
【００２４】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、第１発明によれば、互いに噛合う雌雄一対のスクリュロータを回転可能に収容したケーシングを貫いて延びる駆動側のロータ軸の上記ケーシングを貫く部分に設けられた固定環と協働して上記回転環を挟み込むとともに、上記ロータ軸と一体回転可能に設けられたフランジ部と、上記ロータ軸の外周部に装着され、上記フランジ部の上記スクリュロータ側空間と上記ケーシングの外側に通じる上記ロータ軸の周囲の空隙部とを遮断する環状シール部材と、上記フランジ部の周囲を取巻く上記ケーシングの内周部に固定され、上記固定環と上記摺接体との間に形成される密封端面に比してより上記ロータ軸の軸心から離れた上記フランジ部の外周面に摺接する環状固定シール部材と、このフランジ部および固定シール部材より上記固定環側にて、上記メカニカルシールの外周部を包囲し、上記環状固定シール部材に比して上記固定環により近い位置にて注油口に連通するとともに、上記環状固定シール部材の最上部に設けられた排油口を介して上記フランジ部の上記スクリュロータ側の空間部に連通するとともに、大気圧よりも高い圧力の油で満たされる環状の油溜り空間とを設けた構成としてある。
【００２５】このため、メカニカルシールの外周部には常に油が満たされた状態に保たれ、メカニカルシールの密封端面における油切れの発生をなくし、密封端面の近くに温度の低い油が注入されることによりこの近くでの油温の上昇を抑制するとともに、この密封端面への空気の侵入の防止を可能とし、メカニカルシールの寿命を延ばすことが可能になるという効果を奏する。
【００２６】また、第２発明によれば、第１発明の構成に加えて、上記メカニカルシールと上記ロータ軸との間にこのロータ軸と一体回転するスリーブを設けた構成としてある。
【００２７】このため、スリーブにメカニカルシールを組み込んだ形で、他のスクリュロータに関連する一体的な各部材より前にケーシング内に設置することができ、製作上、組み立てが容易になるという効果を奏する。
【００２８】さらに、第３発明によれば、第１発明の構成に加えて、上記ロータの外周部を機外に連通させる排出流路を設けた構成としてある。また、第４発明によれば、第２発明の構成に加えて、上記スリーブの外周部を機外に連通させる排出流路を設けた構成としてある。
【００２９】このように排出流路を設けることにより、たとえガスにＮＨ3ガスが含まれていてもこれがケーシングからカップリング側に漏れ出ないようにし、圧縮機を駆動するモータの巻き線が腐食するのを防止することができるという効果を奏する。
【００３０】さらに、第５発明によれば、第３又は第４発明の構成に加えて、上記排出流路に、機外に流体を導く吸引手段を設けた構成としてある。このため、スクリュロータ側から排出流路のスリーブに面した開口部にまで漏れ出たガスおよび油を強制的に機外に排出するようになり、上記ガスがＮＨ3ガスを含む場合であっても、これが上記圧縮機を駆動するモータの巻き線が腐食させるのをより確実に防止することができるようになるという効果を奏する。
【００３１】さらに、第６発明によれば、第３から第５発明のいずれかの構成に加えて、上記排出流路に、特定の流体成分の漏洩量を検知し、この検知した漏洩量が許容範囲を超えた場合には、この漏洩量の増大を回避する処置のための信号を出力する制御手段を設けた構成としてある。このため、スクリュロータ側からのＮＨ3ガスのような漏洩ガスの量を実際に検出して、漏洩を確認することにより確実に上記モータ側に漏洩ガスが流れるのを回避し、上記巻き線の腐食を防止することができるという効果を奏する。
【００３２】さらに、第７発明によれば、第３から第６発明のいずれかの構成に加えて、上記排出流路の機内側の開口部から上記ケーシングに向かう側における、上記ケーシングの内周部又は該ケーシングの内周部に対向する部材の外周部のいずれかにラビリンスを設けた構成としてある。
【００３３】さらに、第８発明によれば、第３から第６発明のいずれかの構成に加えて、上記排出流路の機内側の開口部から上記ケーシングに向かう側における、上記ケーシングの内周部又は該ケーシングの内周部に対向する部材の外周部のいずれかにシールリングを嵌挿した構成としてある。このため、上記開口部を超えて上記ケーシング外へのガスおよび油の漏洩をより確実に防ぐことが可能となり、上述した効果を一層顕著なものにすることができるという効果を奏する。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１１９９
【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所
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| 【出願日】 |
平成１１年１１月１８日（１９９９．１１．１８） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６２１４４
【弁理士】
【氏名又は名称】青山 葆 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−７３９７８（Ｐ２００１−７３９７８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年３月２１日（２００１．３．２１） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３２８１１７ |
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