JPH0428918B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、空気、冷媒及びその他のガスを圧縮
するスクリユー圧縮機に関する。

〔発明の背景〕

従来のスクリユー圧縮機の構造は例えば特公昭
56−17559に示されている。雌雄一対のロータに
はねじれた山が刻まれ、山と山との間に形成され
る溝が圧縮空間となる。ロータの外周部及び端部
は、ガスの吸込口と吐出口を除いて、せまいすき
まを介してケーシングと接し、ロータは実質的に
ケーシングに包み込まれた形となつている。この
ため、ロータに刻まれた溝は吸込行程及び吐出行
程以外は閉じた空間を形成し、この空間容積がロ
ータの回転に伴つて変化（縮少）することにより
ガスの吸込み、圧縮及び吐出が行われる。

この圧縮機では、ロータ間及びロータケーシン
グ間にはすきまが設けられるが、このすきまを介
して、高圧側の溝から低圧側の溝へ高温のガスが
漏れる。この高温ガスは吸込行程中の溝にも漏
れ、溝の一部を占拠して圧縮機の吸込効率を低下
させる。

吐出圧力が７Kg／cm²ｇの単段空気圧縮機を例に
とると、その吐出ガス温度は300℃以上にもなり、
また、すきまを漏れるときは、すきまの前後でほ
とんど温度は変らないので、吸込行程中の溝に漏
れた空気の容積は、吸込温度に換算した同じ量の
空気容積と比べて約２倍にもなる。したがつて、
吸込終了時の溝に占める空気量は漏れのない場合
と比べて少なくなり、一方、吸込状態から空気を
吐出圧力まで圧縮する仕事は、空気の容積が同じ
とき空気温度にはほとんど無関係であるが、吸込
終了時の温度が高いほど、同じ容積であつても重
量流量が小さくなるので単位空気重量当りの仕事
量が増え、圧縮機の効率が悪くなる。

以上には空気圧縮機を例にとつて説明したが、
空気に限らず、他のガスを圧縮する場合も同じよ
うな問題が起きる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、圧縮行程側および吐出口から
両ロータの噛合い部を経て吸込側の圧縮空間に漏
れる高温ガスによる悪影響を最小限にし、効率を
向上させることにある。

〔発明の概要〕 本発明は、スクリユー圧縮機のケーシングボア
の吐出端面上またはその近くに、吐出ポートとは
独立しかつ吸込行程終了近くの圧縮空間と連通す
る掃気ポートを設け、圧縮空間に吸込まれた吸込
ガスの慣性を利用して、圧縮空間内に高圧側から
漏れた高温ガスを圧縮機の外部へ排除するもので
ある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図〜第１０図に
より説明する。第１図において、１は雄ロータ、
３はケーシング、４はロータの吸込側と接するＳ
ケーシング、５はロータ軸の吐出側端部を覆うＤ
カバーである。ロータには吸込側及び吐出側にそ
れぞれ軸６及び軸７が形成され、吸込側の軸６は
円筒コロ軸受８で、また吐出側の軸７は円筒コロ
軸受９及び組合せアンギユラ玉軸受１０でそれぞ
れ支持されている。また、圧縮室の気密を保つた
めに、吸込側の軸６及び吐出側の軸７にはそれぞ
れ軸封１１及び１２が設けられ、さらに、軸受の
潤滑油が軸封部から漏れて圧縮空間に入るのを防
ぐために、油切り１３及び１４がそれぞれ取付け
られている。

軸封１１と油切り１３との間、及び軸封１２と
油切り１４との間には、万一油切りから油が漏れ
ても軸封部に油が侵入しないようにそれぞれガス
抜き穴１５及び１６が設けられている。

第２図に示すように、雄ロータ１は雌ロータ２
とかみ合つて、めがね形に交差したボア１７及び
１８の中でそれぞれ回転する。雄ロータ１の軸端
には第１図のようにタイミングギヤ１９が設けら
れ、図示されていない雌ロータ２側のタイミング
ギヤとかみ合つている。このタイミングギヤによ
つて両ロータ１２の回転角は互いに同期しせまい
隙間を介して、互いに接触しない状態で回転す
る。

雄ロータ１は軸端に取付けられたピニオン２０
により外部の電動機等の駆動源から駆動される。

吸込側の軸受８、吐出側の軸受９，１０及びタ
イミングギヤ１９には、それぞれ給油穴２１，２
２及び２３から潤滑油が供給される。これらの潤
滑油は、軸受あるいはギヤを潤滑した後、排油穴
２４及び２５から排出される。

ガスは吸込室３０から、吸込ポート３１を経て
両ロータ１，２の溝にすなわち圧縮空間に取入れ
られ、圧縮された後、吐出ポート３２から、吐出
室３３に吐出される。本実施例ではロータの吐出
端面４２と接するケーシング部分３９に掃気ポー
ト３５が設けられている。

第３図はケーシングボアの端面附近を拡大した
断面図で、各要素に付した番号は他の図の要素の
番号と共通である。掃気ポート３５はケーシング
ボアの吐出端面に例えば同図符号３４で示すよう
な輪部のものである。図において、p₁，p₂間及び
p₇，p₁間はそれぞれ雄ロータ１及び雌ロータ２の
外周円に、またp₃，p₄間及びp₅，p₆間はそれぞれ
雄ロータ及び雌ロータ２の溝の谷底円にそれぞれ
合わせて作られる。また、p₂，p₃間は、雄ロータ
の溝が掃気ポート３５から閉じられる時期に期当
する雄ロータ前進面形状にほぼ合わせて作られ
る。同様にp₆，p₇間は、雌ロータ２の溝が掃気ポ
ート３５から閉じられる時期の雌ロータ２の後進
面形状にほぼ合わせて作られる。前記p₂，p₃間及
びp₆，p₇間はロータ歯形に合わせるとはいえ必ず
しも忠実に合わせる必要はなく、ロータ歯形を円
弧、放物線などの２次曲線や折線等で近似するこ
ともできる。また、雄ロータ１の前進面がp₂，p₃
間の縁にさしかかる時期と雌ロータ２の後進面が
p₆，p₇間の縁にさしかかる時期とは必ずしも一致
する必要はなく、状況に応じて変えられる。

破線で示した閉曲線４０は雌雄ロータ１，２の
接触点軌跡の投影線を示し、一般にシールライン
と呼ばれる。掃気ポート３５の輪郭はこの閉曲線
を横切つてはいけない。本実施例ではポート３５
の縁のp₄，p₅間は、このシールラインに外側から
ほぼ近接した曲線で作られる。

以下、本実施例の動作及び効果を述べる。

第４ａ図において、１は雄ロータ、４１は吸込
端面、４２は吐出端面を示す。ハツチングを施し
た図形４３はあるロータ回転角における作動室を
雄ロータ軸に平行な平面に第影した図形を示す。
Q₁からQ₂を経てQ₃に至る曲線は雄雌ロータ間の
シールラインである。

ロータ上の溝は吸込端面から吐出端面まで一つ
ながりに刻まれているが、相手ロータとのかみ合
いにより、上記シールラインで別々の圧縮空間に
分割される。

ねじの性質により、ロータのかみ合い部はロー
タの回転に伴つて、吸込端面側から吐出端面側に
向つて軸方向に平行移動するが、かみ合い部のみ
でなくロータの溝全体が軸方向に平行移動し、例
えばロータがある角度だけ回転した後に溝は第４
ｂのような位置に来る。第４ａ図及び第４ｂ図に
おいて破線で示した部分は、ロータが十分長い場
合を想定して延長した作動室の仮想部分を示す。
本図のロータでは破線部分は実在しないが、ロー
タが回転すると、あたかもこの部分がロータの外
側から軸方向に平行移動して来たかのように実在
の圧縮空間となる。

点Q₂が吸込端面４１の外側にあるときは圧縮
空間４３はまだ存在しない。圧縮空間はQ₂が吸
込端面に達したときからロータ上に現れ、その
後、容積が次第に増加する。Q₂が吐出端面４２
を通過すると吐出端面から飛出した部分の圧縮空
間は消滅するのでその分だけ容積は減少するが、
しばらくの間は吸込端面４１側でそれ以上に容積
が増えるので差し引きして圧縮空間の容積は増加
を続ける。しかし、やがてピークを過ぎて減少
し、Q₄が吐出端面４２に達したとき容積は０と
なる。

スクリユー圧縮機の吸込行程は、点Q₂が吸込
端面４１を通過した直後から始まり、圧縮空間が
吸込ポートから締切られるまで吸込みが続けられ
る。普通は容積が最大になる附近で圧縮空間が締
切られ圧縮室（吸込ポート、吐出ポートにも連通
していない閉じられた圧縮空間）となるように吸
込ポートの位置が定められている。

上に述べたように、スクリユー圧縮機の圧縮空
間はロータの回転に伴つて平行移動をし、リード
が一定で、ロータの回転速度も一定の場合は圧縮
空間は軸方向に等速運動をする。第４ａ図におい
て、圧縮空間４３は吸込端面４１に設けた吸込ポ
ート４からガスを吸込みながら吐出端面４２側に
平行移動していくが、点Q₂が吐出端面に達した
とき、もし、従来のように吐出端面側で圧縮空間
がケーシング３，４の壁で閉じていれば、この附
近の圧縮空間内ガスはせきとめられ、圧力が上昇
する。しかし、本実施例では吐出端面と接するケ
ーシングに第１図のような掃気ポート３５が設け
られているので、ガスは慣性によつて掃気ポート
３５を通り掃気室３８に流出する。このとき圧縮
空間の吐出端面近くには高圧側から漏れた熱いガ
スが多いので、この掃気ポート３５から流出する
のは主としてこの熱いガスである。一方、この時
期には、吸込端側の吸込ポート３１はまた開いて
いるので、圧縮空間内には吸込室３０の新鮮なガ
スが入り込み、掃気ポート３５から流出したガス
と入れ換わる。

さらにロータの回転が進むと、圧縮空間が掃気
ポート３５から外れ掃気が終了する。これは第３
図で、雄ロータ側では前進面３６が掃気ポート線
p₂，p₃を通過する時期、雌ロータ側では後進面３
７が掃気ポートの線p₆，p₇を通過する時期に相当
する。

掃気ポートから締切られる時期は、遅くともそ
の圧縮空間が吸込ポート３１から締切られると同
時かあるいはそれ以前でなければならない。も
し、吸込ポート３１の締切りが掃気ポート３５の
締切りより早いと、圧縮空間内のガスが希薄にな
り、圧縮機の効率が落ち、さらには掃気したガス
が圧縮空間内に逆流して掃気の効果が落ちる。

なお、掃気ポート３５はシールラインを投影し
た閉曲線４０の内側部分を含まないので、高圧側
の圧縮空間と掃気ポート３５が連通することはな
い。

本実施例ではガスは、ロータ１，２の吸込端か
ら軸方向に吸込まれ、さらに掃気ポート３５から
軸方向に掃気される構造となつており、吸込まれ
たガスの運動量がそのまま掃気に活用されるので
余分な動力消費がなく、効率的である。

第５図は本発明の他の実施例を示すものであ
る。図にはロータ形状は省略してある。図の掃気
ポート３５を形成する輪郭のうち、p₁，p₂間及び
p₇，p₁間は第３図の実施例と同じであるが、第３
図のp₃，p₄に相当する部分は第４図ではp₃′，
p₄′となり、雄ロータの谷底円４４から離れてい
る。同様にp₅′，p₆′間は雄ロータの谷底円４５か
ら離れている。さらにp₄′，p₅′もシールライン４
０から離れている。

スクリユー圧縮機の吐出側面における漏れは主
としてロータ端面とこれに面したケーシング内壁
との間のせまい平行すきまの間で起きる。このす
きまが大きいときは、高圧の溝から低圧の溝へ漏
れるガス量が多くなる。この漏れの中には雄側の
軸穴５１または雌側の軸穴５２を経る漏れもあ
る。本実施例のように掃気ポートを軸穴から離す
ことにより、上記の漏れを減らすことができる。
このことは、シールライン４０に対しても同様で
ある。掃気ポート３５が、シールライン４０から
離れることにより、ロータ端面からの漏れが少な
くなる。これを第６図において説明する。すなわ
ち、図のように雌雄ロータがかみ合つていると
き、５３の圧縮空間は高圧の圧縮室であり、ロー
タ端面とケーシングとの間のすきまから矢印５４
のような漏れを生じるが、掃気ポート３５がシー
ルライン４０に非常に近い場合と比べて、本実施
例の場合には漏れの通路が長くなるので漏れ量が
減少する。

第７図は本発明の、さらに別の実施例である。
本実施例では掃気ポート５７がロータの外周面に
接して開口する。これをラジアル掃気ポートと呼
ぶことにする。ラジアル掃気ポート５７の形状の
一例を第８ａ図に示す。図はケーシングボアを展
開した図で４１はロータの吸込端、４２は吐出端
である。A₁とA₂を結ぶ線分はケーシングボアの
吸込側交線で第２図の点５５に、また、B₁とB₂
を結ぶ線分はケーシングボアの吐出側交線で第２
図の点５６に、それぞれ対応する。５８，５９の
線はロータの山の頂上部のつるまき線に該当す
る。ラジアル掃気ポート５７の縁のうち、C₁，
C₂及びC₅，C₆はそれぞれロータ軸に平行な直線、
C₂，C₃及びC₄，C₅はそれぞれ５８及び５９に平
行な直線、C₃，C₄は線分A₁，A₂の一部、C₁，C₆
はロータの吐出端面を含む平面とケーシングボア
との交線の一部である。

ラジアル掃気ポートの縁は、必要に応じて第８
ｂ図のように３角形で簡略化することもできる。
あるいは円形、その他加工の容易な形状にするこ
とができる。

ラジアル掃気ポート５７の場合は、ロータの吐
出端面は吐出ポート３２を除いて全面的にケーシ
ング３，４の壁でさえぎられるので、第５図の実
施例に述べたような端面の漏れはさらに減少す
る。作動室内のガスには遠心力が働くこと、吐出
端面が行き止まりになつていてガスがせき止めら
れ圧力が上がつていることなどにより、外周面か
らでもガスはロータ外に流出する。

以上、掃気ポートの構造、動作及び効果を述べ
たが、実際の圧縮機では掃気されたガスの処理方
法が問題になることがある。

第９図は空気圧縮機の場合の、掃気ガスの処理
法の一実施例を示し空気は大気から、吸込フイル
タ６１、吸込サイレンサ６２、吸込絞り弁６３を
経て圧縮機６０に吸込まれる。圧縮された高圧の
空気は吐出室３３からプレクーラ６４、逆止弁６
５、アフタクーラ６６、吐出サイレンサ６７を経
てラインに圧送される。掃気された空気は冷却器
６８、弁６９、及びサイレンサ７０を経て大気に
放出される。掃気ガスの温度があまり高くない場
合は冷却器６８を省略しても良く、また、掃気ガ
スをモータフアンの排気やその他空冷放熱器類の
排気と混ぜて温度を下げてから外部に放出するこ
とも出来る。

空気圧縮機の場合、アンロード運転するときは
吸込側の弁６３を絞つて、あるいは全閉して、空
気量を調整し、運転することが多いが、このと
き、吸込圧力が下がるので、掃気ポート３５を大
気に開放しておくと、大気が、サイレンサ７０側
から掃気室３８に逆流し、アンロード運転ができ
なくなる。そこで、アンロード運転をするきは弁
６９を全閉にして使用する。

第１０図は排気ガス処理法の他の実施例を示
す。図のように、本実施例では掃気ポート３５か
らの掃気ガスを冷却器６８で冷却した後、圧縮機
の吸込室３０に戻す。これは、冷媒圧縮機やヘリ
ウム圧縮機のように、掃気ガスを大気に放出でき
ない場合に有効であることは言うまでもないが、
空気圧縮機でも本実施例によれば、大気への放出
音がないので、放出用のサイレンが不要となる。

第１０図の実施例はさらに、油冷式圧縮機にも
適用できる。

このように本発明の実施例によれば、圧縮行程
側の溝や吐出ポートなどの高圧側から吸込行程中
の作動室に漏れた高温のガスを、余分な動作を消
費することなく掃気できるので圧縮機の効率が上
がり、圧縮動力の損失を低減することができる。

さらに、圧縮開始時のガスの温度が下がるので
圧縮機の吐出温度も下がり、ロータやケーシング
の熱変形量が少なくなり、信頼性も向上する。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、高圧側から吸込
行程中のロータ溝内に漏れた高温ガスの大部分を
掃気ポートから、ロータ溝外に排出するので、漏
れた高温ガスの膨張による吸引ガス流量（重量）
の低下はほとんどなくなり、この分だけ従来に比
べて効率を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す横断面図、第
２図は第１図の切断線Ｉ−Ｉにおける断面図、第
３図は第２図の部分拡大図、第４ａ図及び第４ｂ
図は本発明の動作の説明図、第５図は本発明の他
の実施例を示す部分拡大図、第６図は第５図の実
施例の動作の説明図、第７図は本発明のさらに他
の実施例を示す横断面図、第８ａ図及び第８ｂ図
は第７図の圧縮機のケーシングボア展開図、第９
図及び第１０図はそれぞれ本発明のさらに別の実
施例の系統図である。 １……雄ロータ、２……雌ロータ、３……ケー
シング、１７……雄側ボア、１８……雌側ボア、
３０……吸込室、３１……吸込ポート、３２……
吐出ポート、３３……吐出室、３５……掃気ポー
ト、３８……掃気室、４０……シールライン、４
３……作動室の投影図、５７……ラジアル掃気ポ
ート、６０……圧縮機、６８……冷却器、６９…
…弁、７０……サイレンサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 交差する２つのボアで形成された作用空間、
   この作用空間の一方の側に連通して形成された吸
   込ポートおよび他方の側に連通して形成つれた吐
   出ポートを有するケーシングと、複数の山および
   これら山と山との間に存在する複数の溝がらせん
   状に形成された雌雄一対のロータとを備え、これ
   ら両ロータが作用空間内に噛合つた状態に収めら
   れ、両ロータとケーシングとの間に複数の圧縮空
   間が形成され、両ロータが噛合いながら回転した
   際、前記圧縮空間が吸込ポートと連通している間
   は吸込ポートから該圧縮空間にガスを吸込み、回
   転にともなつて該圧縮室間が吸込ポートから遮断
   されて吸込行程が終了した後吐出ポートに連通す
   るまでの間に、該圧縮空間内のガスを圧縮し、吐
   出ポートと連通している間は、該圧縮空間内のガ
   スを吐出ポートへ吐出するものにおいて、前記ケ
   ーシングには、前記吸込ポートとは独立して掃気
   ポートを設け、この掃気ポートは、吸込行程にあ
   る前記圧縮空間とつながり、吸込行程中の少なく
   とも一部の期間、前記圧縮空間内のガスの一部を
   前記作用空間外に排出させるように形成されてい
   ることを特徴とするスクリユー圧縮機。 ２ 前記掃気ポートは、前記圧縮空間のうちの吸
   込行程が終了する直前の圧縮空間と連通されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   スクリユー圧縮機。 ３ 前記掃気ポートは、ケーシングの作用空間の
   吐出口側端面に形成されていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のスクリユー圧縮機。 ４ 前記掃気ポートの輪郭は、ケーシングの作用
   空間の吐出口側端面に投影した両ロータのシール
   ラインの一部に沿う曲線、雌ロータの回転中心を
   中心とし雌ロータの溝の底を通る円弧、雄ロータ
   の回転中心を中心とし雄ロータの溝の底を通る円
   弧、雌ロータの溝の後進面に沿う曲線、雄ロータ
   の山の前進面に沿う曲線及びボアの交差部分の内
   壁面に沿う曲線を含んでいることを特徴とする特
   許請求の範囲第３項記載のスクリユー圧縮機。 ５ 前記掃気ポートは、吸込側のボア交線の一部
   を含むボア壁面に形成されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のスクリユー圧縮
   機。