JP2023087275A - スクリュー圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】液体の撹拌に要する軸動力を低減して省エネを図ることができる給液式スクリュー圧縮機を提供する。【解決手段】給液式スクリュー圧縮機は、雄ロータ１１Ａの歯部１３Ａを収納する雄ロータ側ボア２２Ａと、雌ロータ１１Ｂの歯部１３Ｂを収納する雌ロータ側ボア２２Ｂと、雄ロータ側ボア２２Ａの壁面と雌ロータ側ボア２２Ｂの壁面との境界線である低圧側カスプ２３及び高圧側カスプ２４と、ロータ軸方向にて低圧側カスプ２３と隣接するように位置し、雄ロータ側ボア２２Ａの壁面及び雌ロータ側ボア２２Ｂの壁面よりロータ径方向の外側に窪むように形成されたポケット２９とを有する。ポケット２９は、傾斜面３０Ａ，３０Ｂで形成されている。傾斜面３０Ａは、雄ロータ側ボア２２Ａの壁面より、低圧側カスプ２３及び高圧側カスプ２４を含む仮想平面Ｃ１を超えるように延在する。【選択図】図４

Description

本発明は、作動室に液体を供給しつつ気体を圧縮する給液式スクリュー圧縮機に関する。

給液式スクリュー圧縮機は、作動室に液体（例えば油）を供給しつつ、気体（例えば空気）を圧縮する。液体供給の目的は、圧縮行程における気体の冷却、作動室の隙間の封止、及びロータの潤滑などである。

給液式スクリュー圧縮機は、例えば、互いに噛み合いながら回転する雄ロータ及び雌ロータと、雄ロータの歯部を収納する雄ロータ側ボアと、雌ロータの歯部を収納する雌ロータ側ボアと、雄ロータ側ボアの壁面と雌ロータ側ボアの壁面との境界線である低圧側カスプ及び高圧側カスプと、雄ロータの歯溝に形成され、気体を圧縮する雄ロータ側作動室と、雌ロータの歯溝に形成され、気体を圧縮する雌ロータ側作動室とを有する。

雄ロータ側作動室及び雌ロータ側作動室は、雄ロータ及び雌ロータの回転に伴い、ロータ軸方向の一方側から他方側に移動しつつ、容積が変化する。これにより、吸入流路を介して気体を吸入する吸入行程と、気体を圧縮する圧縮行程と、吐出流路を介して圧縮気体を吐出する吐出行程を順次行うようになっている。

上述した給液式スクリュー圧縮機においては、雄ロータと雌ロータとの噛合い部（言い換えれば、雄ロータと雌ロータとの隙間）を介して高圧側作動室から低圧側作動室に向かう噴き出し流れが生じる。そして、圧縮機の構造によっては、圧縮気体中に含まれる液体が高温のミストとなって吸入流路に噴き出す可能性がある。

そのため、特許文献１の給液式のスクリュー圧縮機は、吸入流路内に配置されたリブと、リブによって形成されたポケットとを有する。ポケットは、ロータ軸方向にて低圧側カスプと隣り合うように位置し、雄ロータ側ボアの壁面及び雌ロータ側ボアの壁面よりロータ径方向外側に窪むように形成されている。リブ及びポケットにより、圧縮気体に含まれる液体が吸入流路へ噴き出すのを抑制する。

特開２０１０－１７４８３０号公報

しかしながら、従来技術には、下記のような改善の余地があった。

特許文献１のリブは、低圧側カスプ及び高圧側カスプを含む第１の仮想平面を中心として線対称な構造である。そのため、特許文献１のポケットは、雄ロータ側ボアの壁面より、第１の仮想平面を超えないように延在し、雄ロータ側ボアの壁面より大きく離れるほど、雄ロータの軸中心及び雌ロータの軸中心を含む第２の仮想平面に対して大きく離れるように傾斜した第１の傾斜面と、雌ロータ側ボアの壁面より、第１の仮想平面を超えないように延在し、雌ロータ側ボアの壁面より大きく離れるほど、第２の仮想平面に対して大きく離れるように傾斜した第２の傾斜面とで形成されている。

雄ロータ側作動室及び雌ロータ側作動室から噴き出された液体は、ポケットを経て、雄ロータ側作動室及び雌ロータ側作動室に再び流入する。上述したポケットの構造によれば、ポケットから雄ロータ側作動室に流入する液体の分配比と、ポケットから雌ロータ側作動室に流入する液体の分配比は、ほぼ同じである。

ところが、一般的に、雄ロータは、雌ロータより外径が大きいから、雌ロータより回転速度が大きい。そのため、雄ロータ側作動室に流入した液体は、雌ロータ側作動室に流入した液体より、高速で撹拌される。したがって、ポケットから雌ロータ側作動室に流入する液体の分配比を多くして、ポケットから雄ロータ側作動室に流入する液体の分配比を少なくすれば、液体の撹拌に要する軸動力の低減に繋がり、省エネを図ることが可能である。

本発明は、上記事柄に鑑みてなされたものであり、液体の撹拌に要する軸動力を低減して省エネを図ることを課題の一つとするものである。

上記課題を解決するために、特許請求の範囲に記載の構成を適用する。本発明は、上記課題を解決するための手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、互いに噛み合いながら回転する雄ロータ及び雌ロータと、前記雄ロータの歯部を収納する雄ロータ側ボアと、前記雌ロータの歯部を収納する雌ロータ側ボアと、前記雄ロータ側ボアの壁面と前記雌ロータ側ボアの壁面との境界線である低圧側カスプ及び高圧側カスプと、前記雄ロータの歯溝に形成され、気体を圧縮する雄ロータ側作動室と、前記雌ロータの歯溝に形成され、気体を圧縮する雌ロータ側作動室と、前記雄ロータ側作動室及び前記雌ロータ側作動室に液体を供給する給液ノズルとを有する給液式スクリュー圧縮機において、ロータ軸方向にて前記低圧側カスプと隣接するように位置し、前記雄ロータ側ボアの壁面及び前記雌ロータ側ボアの壁面よりロータ径方向の外側に窪むように形成されたポケットを更に有し、前記ポケットは、前記雄ロータ側ボアの壁面より、前記低圧側カスプ及び前記高圧側カスプを含む第１の仮想平面を超えるように延在し、前記雄ロータ側ボアの壁面より大きく離れるほど、前記雄ロータの軸中心及び前記雌ロータの軸中心を含む第２の仮想平面に対して大きく離れるように傾斜した第１の傾斜面と、前記雌ロータ側ボアの壁面より、前記第１の仮想平面を超えないように延在し、前記雌ロータ側ボアの壁面より大きく離れるほど、前記第２の仮想平面に対して大きく離れるように傾斜した第２の傾斜面とで形成される。

本発明によれば、液体の撹拌に要する軸動力を低減して省エネを図ることができる。

なお、上記以外の課題、構成及び効果は、以下の説明により明らかにされる。

本発明の第１の実施形態における給液式スクリュー圧縮機の構成を表す概略図である。 本発明の第１の実施形態における圧縮機本体の構造を表す軸方向断面図である。 本発明の第１の実施形態における圧縮機本体の構造を表す軸方向断面図である。 本発明の第１の実施形態における圧縮機本体の構造を表す径方向断面図である。 本発明の第２の実施形態における圧縮機本体の構造を表す軸方向断面図である。 本発明の第２の実施形態における圧縮機本体の構造を表す径方向断面図である。 本発明の一変形例における圧縮機本体の構造を表す軸方向断面図である。

本発明の第１の実施形態を、図１～図４を用いて説明する。図１は、本実施形態における給液式スクリュー圧縮機の構成を表す概略図である。図２及び図３は、本実施形態における圧縮機本体の構造を表す軸方向断面図である。図４は、本実施形態における圧縮機本体の構造を表す径方向断面図である。なお、図２は、図４の断面II－IIによる断面図に相当し、図３は、図４の断面III－IIIによる断面図に相当する。図４は、図２又は図３の断面IV－IVによる断面図に相当する。

本実施形態のスクリュー圧縮機は、モータ１と、モータ１によって駆動され、気体（例えば空気）を圧縮する圧縮機本体２と、圧縮機本体２から吐出された圧縮気体とこれに含まれる液体（例えば油）を分離する気液分離器３と、気液分離器３で分離された液体を圧縮機本体２の作動室に供給する液体配管４とを備える。液体配管４には、液体を冷却するクーラ５や、液体中の不純物を除去するフィルタ６等が設けられている。

圧縮機本体２は、雄ロータ１１Ａ及び雌ロータ１１Ｂと、雄ロータ１１Ａ及び雌ロータ１１Ｂを収納するケーシング１２とを備える。

雄ロータ１１Ａは、螺旋状に延在する複数（本実施形態では４つ）の歯を有する歯部１３Ａと、歯部１３Ａの軸方向一方側（図２の左側）に接続された吸入側軸部１４と、歯部１３Ａの軸方向他方側（図２の右側）に接続された吐出側軸部１５とを有する。雄ロータ１１Ａの吸入側軸部１４は吸入側軸受１６で回転可能に支持され、雄ロータ１１Ａの吐出側軸部１５は吐出側軸受１７で回転可能に支持されている。

同様に、雌ロータ１１Ｂは、螺旋状に延在する複数（本実施形態では６つ）の歯を有する歯部１３Ｂと、歯部１３Ｂの軸方向一方側に接続された吸入側軸部（図示せず）と、歯部１３Ｂの軸方向他方側に接続された吐出側軸部（図示せず）とを有する。雌ロータ１１Ｂの吸入側軸部は吸入側軸受（図示せず）で回転可能に支持され、雌ロータ１１Ｂの吐出側軸部は吐出側軸受（図示せず）で回転可能に支持されている。

雄ロータ１１Ａの吸入側軸部１４は、ケーシング１２を貫通して、モータ１の回転軸に連結されている。そして、モータ１の駆動によって雄ロータ１１Ａが回転し、雄ロータ１１Ａの歯部１３Ａと雌ロータ１１Ｂの歯部１３Ｂの噛み合いによって雌ロータ１１Ｂも回転するようになっている。

ケーシング１２は、メインケーシング１８と、メインケーシング１８の軸方向一方側（図２の左側）に連結された吸入側ケーシング１９と、メインケーシング１８の軸方向他方側（図２の右側）に連結された吐出側ケーシング２０とで構成されている。

メインケーシング１８は、雄ロータ１１Ａの歯部１３Ａを収納してその歯溝に雄ロータ側作動室２１Ａを形成する雄ロータ側ボア２２Ａと、雌ロータ１１Ｂの歯部１３Ｂを収納してその歯溝に雌ロータ側作動室２１Ｂを形成する雌ロータ側ボア２２Ｂとを有する。ボア２２Ａ，２２Ｂは、互いに部分的に重なっており、それらの壁面の境界線として低圧側カスプ２３及び高圧側カスプ２４を有する。

雄ロータ側作動室２１Ａ及び雌ロータ側作動室２１Ｂは、雄ロータ１１Ａ及び雌ロータ１１Ｂの回転に伴い、ロータ軸方向の一方側から他方側に移動しつつ、容積が変化する。これにより、吸入流路２５を介して気体を吸入する吸入行程と、気体を圧縮する圧縮行程と、吐出流路２６を介して圧縮気体を吐出する吐出行程を順次行うようになっている。なお、本実施形態の吸入流路２５は、ロータ径方向から見て雄ロータ１１Ａの歯部１３Ａ及び雌ロータ１１Ｂの歯部１３Ｂと重なるように配置され、ロータ径方向に延在している。

メインケーシング１８は、雄ロータ側作動室２１Ａ及び雌ロータ側作動室２１Ｂに液体を供給する給液ノズル２７を有する。液体供給の目的は、圧縮行程における気体の冷却、作動室の隙間の封止、及びロータの潤滑などである。

上述した圧縮機本体２においては、雄ロータ１１Ａと雌ロータ１１Ｂとの噛合い部（言い換えれば、雄ロータ１１Ａと雌ロータ１１Ｂとの隙間）を介して高圧側作動室から低圧側作動室に向かう噴き出し流れが生じる。そして、圧縮機本体２の構造によっては、圧縮気体中に含まれる液体が高温のミストとなって吸入流路２５に噴き出す可能性がある。

そのため、本実施形態の圧縮機本体２は、吸入流路２５内に配置されてロータ軸方向に延在するリブ２８と、リブ２８によって形成された（言い換えれば、吸入流路２５と直接連通しないように形成された）ポケット２９とを有する。ポケット２９は、ロータ軸方向にて低圧側カスプ２３と隣接するように位置し、雄ロータ側ボア２２Ａの壁面及び雌ロータ側ボア２２Ｂの壁面よりロータ径方向の外側（図４の上側）に窪むように形成されている。また、ポケット２９は、雄ロータ１１Ａと雌ロータ１１Ｂの噛み合い部の幅Ｈ１（詳細には、雄ロータ１１Ａの軸中心Ｏ１及び雌ロータ１１Ｂの軸中心Ｏ２に直交する直線上、雄ロータ１１Ａの歯先が通過する位置と雌ロータ１１Ｂの歯先が通過する位置との間隔）より大きく、かつ、雄ロータ１１Ａの軸中心Ｏ１と雌ロータ１１Ｂの軸中心Ｏ２の間の幅Ｈ２より小さくなるように形成されている。リブ２８及びポケット２９により、圧縮気体に含まれる液体が吸入流路２５へ噴き出すのを抑制する。

ここで、本実施形態の最も大きな特徴として、リブ２８は、低圧側カスプ２３及び高圧側カスプ２４を含む仮想平面Ｃ１を中心として線対称にならない構造である。ポケット２９は、リブ２８の傾斜面３０Ａ，３０Ｂで形成されている。リブ２８の傾斜面３０Ａは、雄ロータ側ボア２２Ａの壁面より、仮想平面Ｃ１を超えるように延在し、雄ロータ側ボア２２Ａの壁面より大きく離れるほど、雄ロータ１１Ａの軸中心Ｏ１及び雌ロータ１１Ｂの軸中心Ｏ２を含む仮想平面Ｃ２に対して大きく離れるように傾斜している。リブ２８の傾斜面３０Ｂは、雌ロータ側ボア２２Ｂの壁面より、仮想平面Ｃ２を超えないように延在し、雌ロータ側ボア２２Ｂの壁面より大きく離れるほど、仮想平面Ｃ２に対して大きく離れるように傾斜している。そのため、リブ２８の傾斜面３０Ａと傾斜面３０Ｂの境界（言い換えれば、ポケット２９の底部）は、仮想平面Ｃ１より雌ロータ１１Ｂの軸中心Ｏ２側に位置する。

上述したポケット２９の構造により、次のような効果を得ることができる。雄ロータ側作動室２１Ａ及び雌ロータ側作動室２１Ｂから噴き出されてポケット２９に流入した潤滑油の大部分は、慣性力により、リブ２８の傾斜面３０Ａ又は３０Ｂに衝突し、傾斜面３０Ａ又は３０Ｂに沿って移動し、傾斜面３０Ａと傾斜面３０Ｂの境界近傍に集まる。その後、リブ２８の傾斜面３０Ａと傾斜面３０Ｂの境界近傍に集まった潤滑油の大部分は、自重により、雌ロータ側作動室２１Ｂに流入する。そのため、ポケット２９から雌ロータ側作動室２１Ｂに流入する液体の分配比を多くして、ポケット２９から雄ロータ側作動室２１Ａに流入する液体の分配比を少なくすることができる。ここで、雄ロータ側作動室２１Ａに流入した液体は、雌ロータ側作動室２１Ｂに流入した液体より、高速で撹拌される。したがって、液体の撹拌に要する軸動力を低減して省エネを図ることができる。

本発明の第２の実施形態を、図５及び図６を用いて説明する。図５は、本実施形態における圧縮機本体の構造を表す軸方向断面図である。図６は、本実施形態における圧縮機本体の構造を表す径方向断面図である。なお、図５は、図６の断面Ｖ－Ｖによる断面図に相当し、図６は、図５の断面VI－VIによる断面図に相当する。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。

本実施形態の吸入流路２５Ａは、ロータ径方向から見て雄ロータ１１Ａの歯部１３Ａ及び雌ロータ１１Ｂの歯部１３Ｂと重ならないように配置され、ロータ径方向に延在する。本実施形態のポケット２９Ａは、第１の実施形態のポケット２９と異なり、吸入流路２５Ａと直接連通するように形成されている。

本実施形態のポケット２９Ａは、第１の実施形態のポケット２９と同様、ロータ軸方向にて低圧側カスプ２３と隣接するように位置し、雄ロータ側ボア２２Ａの壁面及び雌ロータ側ボア２２Ｂの壁面よりロータ径方向の外側（図６の上側）に窪むように形成されている。また、雄ロータ１１Ａと雌ロータ１１Ｂの噛み合い部の幅Ｈ１より大きく、かつ、雄ロータ１１Ａの軸中心Ｏ１と雌ロータ１１Ｂの軸中心Ｏ２の間の幅Ｈ２より小さくなるように形成されている。

本実施形態のポケット２９Ａは、傾斜面３０Ａ，３０Ｂで形成されている。傾斜面３０Ａは、雄ロータ側ボア２２Ａの壁面より仮想平面Ｃ１を超えるように延在し、雄ロータ側ボア２２Ａの壁面より大きく離れるほど、仮想平面Ｃ２に対して大きく離れるように傾斜している。傾斜面３０Ｂは、雌ロータ側ボア２２Ｂの壁面より仮想平面Ｃ２を超えないように延在し、雌ロータ側ボア２２Ｂの壁面より大きく離れるほど、仮想平面Ｃ２に対して大きく離れるように傾斜している。そのため、傾斜面３０Ａと傾斜面３０Ｂの境界（言い換えれば、ポケット２９Ａの底部）は、仮想平面Ｃ１より雌ロータ１１Ｂの軸中心Ｏ２側に位置する。

以上のように構成された本実施形態においても、第１の実施形態と同様、液体の撹拌に要する軸動力を低減して省エネを図ることができる。

なお、第２の実施形態において、ポケット２９Ａは、吸入流路２５Ａと直接連通するように形成された場合（すなわち、雄ロータ側作動室２１Ａ及び雌ロータ側作動室２１Ｂは、吸入流路２５Ａ及びポケット２９Ａを介し気体を吸入する場合）を例にとって説明したが、これに限られない。例えば図７で示す変形例のように、ポケット２９Ａは、ロータ径方向に延在する隔壁３１により、吸入流路２５Ａと直接連通しないように形成されてもよい。これにより、圧縮気体に含まれる液体が吸入流路２５Ａへ噴き出すのを抑制してもよい。

また、第１及び第２の実施形態において、特に説明しなかったが、傾斜面３０Ａは、少なくとも１つの平面で構成されるか、少なくとも１つの曲面で構成されるか、若しくはそれらの組み合わせで構成されていればよい。また、傾斜面３０Ｂは、少なくとも１つの平面で構成されるか、少なくとも１つの曲面で構成されるか、若しくはそれらの組み合わせで構成されていればよい。

１１Ａ…雄ロータ、１１Ｂ…雌ロータ、１３Ａ，１３Ｂ…歯部、２１Ａ…雄ロータ側作動室、２１Ｂ…雌ロータ側作動室、２２Ａ…雄ロータ側ボア、２２Ｂ…雌ロータ側ボア、２３…低圧側カスプ、２４…高圧側カスプ、２５，２５Ａ…吸入流路、２７…給液ノズル、２９，２９Ａ…ポケット、３０Ａ，３０Ｂ…傾斜面

Claims (3)

1. 互いに噛み合いながら回転する雄ロータ及び雌ロータと、
   前記雄ロータの歯部を収納する雄ロータ側ボアと、
   前記雌ロータの歯部を収納する雌ロータ側ボアと、
   前記雄ロータ側ボアの壁面と前記雌ロータ側ボアの壁面との境界線である低圧側カスプ及び高圧側カスプと、
   前記雄ロータの歯溝に形成され、気体を圧縮する雄ロータ側作動室と、
   前記雌ロータの歯溝に形成され、気体を圧縮する雌ロータ側作動室と、
   前記雄ロータ側作動室及び前記雌ロータ側作動室に液体を供給する給液ノズルとを有する給液式スクリュー圧縮機において、
   ロータ軸方向にて前記低圧側カスプと隣接するように位置し、前記雄ロータ側ボアの壁面及び前記雌ロータ側ボアの壁面よりロータ径方向の外側に窪むように形成されたポケットを更に有し、
   前記ポケットは、
   前記雄ロータ側ボアの壁面より、前記低圧側カスプ及び前記高圧側カスプを含む第１の仮想平面を超えるように延在し、前記雄ロータ側ボアの壁面より大きく離れるほど、前記雄ロータの軸中心及び前記雌ロータの軸中心を含む第２の仮想平面に対して大きく離れるように傾斜した第１の傾斜面と、
   前記雌ロータ側ボアの壁面より、前記第１の仮想平面を超えないように延在し、前記雌ロータ側ボアの壁面より大きく離れるほど、前記第２の仮想平面に対して大きく離れるように傾斜した第２の傾斜面とで形成されたことを特徴とする給液式スクリュー圧縮機。
2. 請求項１に記載の給液式スクリュー圧縮機において、
   前記ポケットは、前記雄ロータと前記雌ロータの噛み合い部の幅より大きく、かつ、前記雄ロータの軸中心と前記雌ロータの軸中心の間の幅より小さくなるように形成されたことを特徴とする給液式スクリュー圧縮機。
3. 請求項１に記載の給液式スクリュー圧縮機において、
   前記ポケットは、前記雄ロータ側作動室及び前記雌ロータ側作動室に連通する吸入流路と直接連通しないように形成されたことを特徴とする給液式スクリュー圧縮機。

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