(57)【要約】【課題】圧縮気体の冷却性と、圧縮機本体ケーシングの冷却性との両立を図る。【解決手段】  気体を圧縮するスクリューロータ及びスクリューロータを格納して圧縮作動室を含む内部空間を形成する本体ケーシングを有して圧縮気体を吐き出す給液式スクリュー圧縮機本体を備えるスクリュー圧縮機であって、本体ケーシングが、スクリューロータの径方向の外周と対向する内部空間のボア壁面に沿って所定間隔で環状に配置して、内部空間に向かって液体を供給するための複数の給液孔と、給液孔の入口よりも外径側に配置して、給油孔に給液式スクリュー圧縮機本体の外部供給液体が流通するケーシング内流路とを有し、ケーシング内流路が、給液孔よりも更に外径側で周方向に渡って延在する内空間形状を有し、給油孔の夫々の入口と連通する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯溝の噛み合いによって吸込み気体を供給された液体とともに圧縮する少なくとも１のスクリューロータを含む複数のロータ及び前記スクリューロータを格納して圧縮作動室を含む内部空間を形成する本体ケーシングとを有して気液混合の圧縮気体を吐き出す容積型の給液式スクリュー圧縮機本体を備えるスクリュー圧縮機であって、
前記本体ケーシングが、
前記スクリューロータの径方向の外周と対向する前記内部空間のボア壁面に沿って所定間隔で環状に配置し、前記内部空間に向かって前記液体を供給するための複数の給液孔と、
前記給液孔の入口よりも外径側に配置して、該給油孔に前記給液式スクリュー圧縮機本体の外部から供給される前記液体を供給するケーシング内流路とを有するものであり、
前記ケーシング内流路が、前記給液孔よりも更に外径側で周方向に渡って延在する内空間形状を有し、前記給油孔の夫々の入口と連通するものであるスクリュー圧縮機。
【請求項２】
請求項１に記載のスクリュー圧縮機であって、
前記給油孔の全部又は少なくとも一部が、前記スクリューロータの軸心側に向かって延伸するものであるスクリュー圧縮機。
【請求項３】
請求項１に記載のスクリュー圧縮機であって、
前記給油孔の全部又は少なくとも一部が、前記スクリューロータの軸心側への向きから位相した角度で前記内部空間に向かって延伸するものであるスクリュー圧縮機。
【請求項４】
請求項３に記載のスクリュー圧縮機であって、前記給油孔が前記内部空間に向かって延伸する方向の延長線がボア壁面近傍で交差する前記給油孔の組を有するものであるスクリュー圧縮機。
【請求項５】
請求項１に記載のスクリュー圧縮機であって、
前記本体ケーシングが、前記ボア壁面、前記ケーシング内流路及び前記給油孔とともに一体構成物として構成するものであるスクリュー圧縮機。
【請求項６】
請求項５に記載のスクリュー圧縮機であって、
前記本体ケーシングが、三次元造形によって一体構成物として構成するものであるスクリュー圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクリュー圧縮機に関し、圧縮機本体に冷却等を行う液体を供給して気液混合の圧縮気体を吐き出す給液式スクリュー圧縮機本体を有するスクリュー圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、スクリューロータを格納するケーシング内の圧縮作動室等に油や水といった液体を供給し、吸込み気体とともに気液混合の圧縮気体を吐き出すスクリュー圧縮機本体が知られている。このようなスクリュー圧縮機本体として、例えば、給油式の圧縮機本体にでは、圧縮気体の冷却、ロータ隙間のシール、ロータ潤滑等を目的として、ケーシングのボア内壁に給油ノズルを配置し、圧縮作動室内等に油を噴射している。特に、圧縮気体の冷却は、圧縮過程で等温変化を実現するために不可欠といえる。例えば、圧縮気体の冷却が不十分な場合、圧縮熱がケーシングに伝播することで、吸込み気体を加熱し、圧縮室内に取り込まれる見かけの体積質量は同等であっても正味の吸込気体量が減少してしまい、性能低下の一因となる。
【０００３】
特許文献１は、スクリュー圧縮機本体に給油をする給油式のスクリュー圧縮機であって、スクリュー圧縮機本体内部の高圧側のみならず低圧側の空間にも油を供給する給油ノズルを配置し、圧縮空気の冷却性向上を図った技術を開示する。
【０００４】
近年、３次元造形機（３Ｄプリンタ）の技術が進んでおりこれまで機械加工では実現できなかった形状政策が可能になりつつある。特に、数十μｍオーダーの連通穴を製作するには、機械加工機ではドリル径が細いため芯が振れてしまい、加工できない問題点がある。３次元造形機で使用する素材の粒径は、現在最小約 ６０ μｍ程のサイズであり、将来的に数十〜数百μｍオーダーの連通穴を製作実現しうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１５９７６２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、スクリュー圧縮機本体の冷却は圧縮作動室等の圧縮気体の冷却のみならず、ケーシングの熱変形等を防止する点でも重要な課題となる。例えば、ケーシングが高温になることで熱変形が生じ、スクリューロータとボア内壁の内部ギャップの増減が発生すれば、圧縮過程での気体漏れなどを招来する虞もある。気体漏れは圧縮効率の低下だけでなく、圧縮作動室での気体再圧縮等にも起因する。圧縮気体の再圧縮は、発熱を増加し、ケーシング等の熱変形に係る課題をさらに増大する要因になりえる。
【０００７】
圧縮気体の冷却性と、圧縮機本体ケーシングの冷却性との両立を実現しえる技術が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、例えば、特許請求の範囲に記載の構成を適用する。即ち歯溝の噛み合いによって吸込み気体を供給された液体とともに圧縮する少なくとも１のスクリューロータを含む複数のロータ及び前記スクリューロータを格納して圧縮作動室を含む内部空間を形成する本体ケーシングとを有して気液混合の圧縮気体を吐き出す容積型の給液式スクリュー圧縮機本体を備えるスクリュー圧縮機であって、前記本体ケーシングが、前記スクリューロータの径方向の外周と対向する前記内部空間のボア壁面に沿って所定間隔で環状に配置して、前記内部空間に向かって前記液体を供給するための複数の給液孔と、前記給液孔の入口よりも外径側に配置して、該給油孔に前記スクリュー圧縮機本体の外部から供給される前記液体を供給するケーシング内流路とを有するものであり、前記ケーシング内流路が、前記給液孔よりも更に外径側で周方向に渡って延在する内空間形状を有し、前記給油孔の夫々の入口と連通するものであるスクリュー圧縮機である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、周方向に所定間隔で配置した給液孔から液体が供給されることで高温状態の圧縮気体の冷却性が向上し、等温圧縮に近づけることができる。また、周方向に所定間隔で配置した給液孔に液体を供給するケーシング内流路が複数の給液孔よりも更に外径側で周方向に渡って延在することで、本体ケーシング等の冷却性が向上し、熱変形の抑制や気体の冷却性も向上できる。
【００１０】
本発明の他の課題・構成・効果は以下の記載から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明を適用した実施例１によりの油冷式のスクリュー圧縮機の系統構成を示す模式図である。
【図２】実施例１による圧縮機本体の軸方向縦断面を示す模式図である。
【図３】実施例１による圧縮機本体の径方向断面を部分的に示す模式図である。
【図４】実施例１による圧縮機本体の内部空間径方向断面を部分的に拡大した模式図である。
【図５】本発明を適用した実施例２による圧縮機本体の内部空間径方向断面を部分的に拡大した模式図である。作動室内への給油構造の詳細断片図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態について、種々の例を挙げて説明する。
油冷式ガス圧縮機のケーシング構造についての実施例を、図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１に、本発明を適用した実施例１である油冷式のスクリュー空気圧縮機（以下、「圧縮機１００」と称する場合がある。）の系統図を模式的に示す。（の実施例１を説明する系統図である。また、図２に、圧縮機本体１の軸方向縦断面（図１のＡ−Ａ線）を構成を模式的に示す。
【００１４】
圧縮機１００は、圧縮機本体１、駆動源１５、気液分離器２２、オイルクーラ２４、エアクーラ２７、油還流配管２３・２５・２９及び吐出配管２１、２６を主に備える。駆動源１５は、例えば電動機や内燃機関であり、圧縮機本体１のロータと軸同或いはベルト、ギヤ、チェーン等を介して接続し、回転動力を供給する。気液分離器２２は、遠心分離型或いは衝突分離型の気液分離器であり、圧縮機本体１から吐出配管２１を介して吐き出された気液混合の圧縮空気から空気と油を分離する。オイルクーラ２４は、油還流配管２３を介して流入した、気液分離器２２で分離された油を冷却する空冷乃至液冷の熱交換器である。オイルクーラ２４で所定温度まで冷却された油は、油還流配管２３を介して、圧縮機本体１に還流されるようになっている。エアクーラ２７は、吐出配管２６を介して流入した、気液分離器２２で油と分離された圧縮空気を冷却する空冷乃至液冷の熱交換器である。エアクーラ２７で所定温度に冷却された圧縮空気は、その後、圧縮吸気のユーザ側に吐き出されるようになっている。
【００１５】
圧縮機本体１は、スクリューロータ２・３と、各種本体ケーシング８、９、１０及び１１とを主に備えた、容積型の圧縮機本体である。スクリューロータは、例えば、シングル、ツイン或いはマルチのスクリューロータ構成からなる。本実施例では、雄ロータ２と雌ロータ３から構成されるツインスクリュー型を例として説明する。
【００１６】
本体ケーシング８、９、１０及び１１は、本体ケーシングを構成する分割ピースである。
本体ケーシング９は、メインケーシングであり、噛み合ったスクリューロータ２・３の外周形状に沿った内空間形成する通常のボア内壁を有し、スクリューロータとボア内壁によって圧縮作動室を形成する。また、気体を吸込む吸込み流路１３を有する。
【００１７】
本体ケーシング１０は、吐出側ケーシングであり、スクリューロータ２・３の吐出側シャフト及びこれらを軸支する軸受５ａ、５ｂ、７ａ、７ｂ気を格納する軸受室と、圧縮作動室から吐き出される気液混合気体を吐き出す吐出流路１４とを備える。本体ケーシング１１は、吐出側ブラケットである。
本体ケーシング８は、吸込側ケーシングであり、スクリューロータの吸込側シャフト及びこれを軸支する軸受４・５を格納する軸受室を備える。本体ケーシング１１は、吐出側ブラケットである。
本実施例において、本体ケーシング８、９及び１０は、油還流配管２５から分岐配管を介して油の供給を受けるようになっている。
【００１８】
次に、本実施例の特徴の一つである。圧縮機本体１内への給油経路について説明する。
図３に、圧縮機本体１の圧縮作動空間が形成される部分について、径方向の断面を示す（図１のＢ−Ｂ線矢視図）。
【００１９】
本体ケーシング９のボア内壁は、噛み合うスクリューロータの外径形状に沿った雄ロータ側ボア内壁３２と、雌ロータ側ボア内壁３３を備え、これらが数字の「８」のような筒形状を有する。そして、本体ケーシング９は、雄ロータ側ボア内壁３２と雌ロータ側ボア内壁３３よりも径方向外側の位置に、このボア内壁の形状に沿ったケーシング内流路３２（図３のハッチング部分）を備える。ケーシング内流路３４は、中空の内空間を有し、その一部が油還流配管２５と連通して油の供給を受けるようになっている。本実施例において、吸込側の各ボア内壁３２・３３は、軸方向で、図２の線Ｘで示す部分から吐出側端部、まで乃至その直前まで延伸するようになっている。したがって、吸込側のケーシング内流路３４は、当該範囲内に延在する。なお、ケーシング内流路３４の圧縮側も吸込側と径方向に対して対応する部分まで延在するようになっているが、これに限定することなく、吸込側については、吸込口１３と対向する領域まで延在するようにしてもよい。
【００２０】
また、ケーシング内流路３４は、ボア内壁３２及び３３に開口する複数の給油孔３５其々と連通する。給油孔３５は、ボア内壁３２・３３の径方向の全周に渡って所定間隔で配置するようになっている。
【００２１】
図４に、ケーシング内流路３４等の拡大図を模式的に示す（図３の点線Ｐの拡大図）。各給油孔３５は、各スクリューロータの軸心側に向かってラジアル方向に延伸配置する。本実施例で、給油孔３５の口径は数ｍｍ〜数μｍとするが、これよりも更に小径とすることも可能であり、設定は仕様に応じて任意である。
【００２２】
また、各給油孔３５の入口側は、これらの更に外径側の全周に渡って延在するケーシング内流路３４と連通する。即ちスクリューロータを格納する内部空間に対して、給油孔３５から全周方向から油が供給されるようになっている。
【００２３】
これによって、圧縮作動室を含む本体ケーシング９の内部空間にある空気の冷却性が向上する。また、周方向に渡ってケーシング内流路３４が延在することから、この中を流通する油によって、本体ケーシング９の冷却性も向上し、熱変形の抑制も向上させることができる。
【００２４】
次いで、本体ケーシング９の成形について述べる。本実施例において、ケーシング内流路３２は、一体成型された本体ケーシング９の内部に中空となる空間として形成することから鋳物によって一体成型することはできない。また、ボア内壁３２・３３の周方向の略全面に渡って微細な給油孔３５を設け且つこれらとケーシング内流路３２を連通する構成とすることは、例えば、本体ケーシング９の成型後にドリルで穴開けするのは著しく困難であるといえる。
【００２５】
そこで、実施例では、３次元造形機を用いた造形により、本体ケーシング９を一体成型することとしている。当該積層造形としては、光造形方式、粉末焼結積層造形方式、インクジェット方式、原料溶解積層方式、石膏パウダー方式、シート成形方式、フィルム転写イメージ積層方式及び金属光造形複合加工方式等が適用できる。これにより、鋳物で成型するのが一般的である本体ケーシング９に、内部中空のケーシング内流路３４及び給油孔３５を一体構造物として造形することができる。特に、圧縮作動室は高圧となることから、本体ケーシング９を径方向や軸方向に分割して構成することは圧縮空気や油漏れの点から好ましくないが、このようなリスクを回避しつつ複雑な構成を実現することが可能となる。本実施例では単一の部材（例えば、金属や樹脂）によって本体ケーシング９を三次元造形するものとするが、部分的に他の部材を混在する三次元造形であってもよい。
【００２６】
なお、上記積層造形用の３次元電子データは、ＣＡＤやＣＧソフトウェア又は３次元スキャナで生成した３次元データをＣＡＭによってＮＣデータに加工することで生成できる。該データを３次元造形機に入力することで３次元造形を可能とする。或いはＣＡＤ／ＣＡＭソフトウェアによって、３次元データから直接ＮＣデータを生成してもよい。
【００２７】
このように実施例１によれば、圧縮作動室を含む内部空間に、全周方向から油を供給でき、空気の圧縮熱に対する冷却性が向上する。また、微細な給油孔３５を微細な径寸とすることで、内部空間に供給された油粒子も微細とすることができ、空気との熱交換性を向上させることができる。
【００２８】
また、ケーシング内流路３２が、各給油孔３５から更に外径側に配置し、周方向から各給油孔３５及び内部空間を囲むように延在することから、本体ケーシング９を周方向から冷却でき、熱変形等に対するケーシングの冷却性も向上する。
【００２９】
また、本体ケーシング９を３次元造形を用いた一体構成物として成型することで、中空のケーシング内流路３２及びボア内壁の周方向に渡って複数の微細な給油孔３５といった複雑な構成を実現し又これらを部品としての一体成型とすることで、空気や油の漏れを防止し、圧縮性能を確保したまま冷却の信頼性を向上させることもできる。
【００３０】
以上、実施例１について説明したが、本発明は上記種々の構成に限定されるものではない。例えば、本実施例では、３次元造形機を用いた一体構造物の単位として、本体ケーシング９を例としたが、ケーシングの分割構成は上記例に限定されるものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で任意である。
【００３１】
また、上記例では各給油孔３５をロータ軸心に向かってラジカル方向で放射状且つ直線的に延伸する構成としたが、本発明はこれに限定するものではなく、各給油孔３５の径方向傾きや軸方向の傾きが異なる方向であってもよいし、直線的に延伸せずに曲線的に延伸又はこれらが混在する構成としてもよい。
【実施例２】
【００３２】
次いで、実施例２について説明する。なお、実施例１と同趣旨の構成については同一符号等を用いるものとし、詳細な説明を省略する場合がある。
実施例１では、給油孔３５は、雄雌ロータの軸中心からラジアル方向に向かって直線的な経路を構成していたが、実施例２では、図５のように、２つの給油孔３５が延伸する向きが、内部空間側で合流（衝突）する向きとなる構成であることを特徴の一つとする。
【００３３】
図５に、実施例２におけるケーシング内流路３４等の拡大図を模式的に示す（図３の点線Ｐに相当する部分の拡大図。）。給油孔３５は、内部空間に向かって、スクリューロータの回転方向側と半回転側に傾倒するものが混在し、異なる傾倒となる２つの給油孔３５の吐出側開口方向を延長すると合流（衝突）する構成となっている（延長線が交差する。）。また、給油孔３５の吐出側開口は、直接ボア内壁３１・３２の軌跡面に直接開口せずに、円錐状或いは三角柱状等の空間を有する合流部４０を介して開口するようになっている。即ち組となる各給油孔３５から吐き出された油は、合流部４０で合流（衝突）し、油の衝突噴射が発生する。これにより内部空間に吐き出される油の粒径が更に小径化し、空気との熱交換性が向上する。
【００３４】
なお、１つの合流部４０に接続する給油孔３５の数は２つより多くてもよい。また、合流部４０を設けることなく、組となる給孔３５の開口が、ボア内壁３２・３３の軌跡面に直接開口する構成であってもよい。
【００３５】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は上記例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の構成をとることができる。例えば実施例１と２の給油孔３５を混載する構成とすることもできる。
また、上記例の圧縮機１００は空気を圧縮する例であるが、他の気体を圧縮する圧縮機であってもよい。更に、圧縮機１００は、油を給液する給液式の圧縮機を例としたが、水といった他の液体を給液する圧縮機であってもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１：圧縮機本体、２：雄ロータ、３：雌ロータ、４・５ａ・５ｂ・６・７ａ・７ｂ：軸受、８・９・１０・１１：本体ケーシング、１２：シール、１３：吸込口、１４：吐出口、１５：駆動源、２１：吐出配管、２２：気液分離器、２３・２５：油還流配管、２４：オイルクーラ、２６：空気配管、２７：エアクーラ、３１：圧縮作動室
３２・３３：ボア内壁、３４：ケーシング内流路、３５：給油孔、４０：合流部
【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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