(57)【要約】【課題】吐出通路における流体と作動気体との間の摩擦抵抗を抑制し、作動気体の圧力損失を低減すること。【解決手段】ねじれたローブを持つ雌雄一対のロータが互いに噛み合って回転し、両ロータとケーシングとによって形成される作動室内に液体を注入しながら圧縮するスクリュー圧縮機の吐出通路５において、曲部またはその下流側の壁面上の、通路内側を向く法線方向ベクトルが鉛直上向き方向の成分を持つ部分に、その頂点で形成される直線が通路中心軸に平行となる角部８を設けることにより、壁面上を層状に流れる液体が作動気体と混合することなく、その旋回速度成分の低減を図る。作動気体の前記吐出通路５における圧力損失の低減が可能となり、スクリュー圧縮機の省エネルギ化が可能となる。また，吐出通路における振動および騒音の低減に対しても，効果的なスクリュー圧縮機の実現が可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動室内に液体を注入し、その液体が混入された状態で作動流体を圧縮して吐出通路に吐出する圧縮機おいて、
前記吐出通路の中心軸より下側の内壁面に、通路中心軸にほぼ平行な角部を設けたことを特徴とする圧縮機。
【請求項２】
請求項１に記載の圧縮機において、前記角部は前記吐出通路の曲部を過ぎた直線部分の内壁面に設けられたことを特徴とする圧縮機。
【請求項３】
請求項１または２に記載の圧縮機において、前記角部は前記吐出通路内を旋回する作動流体に対向するように、内壁面に対して直角又は鋭角をなして設けられたことを特徴とする圧縮機。
【請求項４】
請求項１または２に記載の圧縮機において、前記角部は前記吐出通路内壁面上に凸部を設けることにより形成されたことを特徴とする圧縮機。
【請求項５】
請求項４に記載の圧縮機において、前記凸部はその先端が前記吐出通路内を旋回する作動流体に対向するように、略鋭角に形成されていることを特徴とする圧縮機。
【請求項６】
請求項１または２に記載の圧縮機において、前記角部は前記吐出通路内壁面に堀られた溝からなることを特徴とする圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作動室内に液体を注入し、その液体が混入された状態で作動気体（作動流体）を圧縮する方式の圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
図２は、圧縮機の一形式である一般的なスクリュー圧縮機の雌雄両ロータ間における断面図を示したものである。スクリュー圧縮機は、円筒状の空間を持つケーシング１、およびその中に互いに噛み合うように収納される一対の雄ロータ２および雌ロータ（図に示さず）によって構成される。今後の説明においては、スクリュー圧縮機の設置姿勢に関わらず、雌雄両ロータに対して吸込口３のある方を上側、吐出ポート４のある方を下側と定義する。また、重力の働く方向を意味する場合には鉛直下向きと、またその反対方向を鉛直上向きと記述する。
【０００３】
吸込口３からケーシング１の内部に流入した作動気体は、雌雄両ロータの回転に伴い作動室として作用する歯溝内で、作動気体の冷却および作動室間の隙間の密閉を目的として少しの液体を注入されながら圧縮され、その液体とともに吐出ポート４を経て吐出通路５に吐出される。吐出通路５は、吐出ポート４から作動気体が吐出する方向に対して向きを変え、気液分離機（図示せず）に向かって設けられている。
【０００４】
一般的なスクリュー圧縮機の場合、吐出過程の最初においては作動室と吐出通路５は吐出ポート４の下方から連通し、その後連通部は雌雄両ロータの回転角の増加に伴い吐出ポート４の上方に移動する。即ち、作動気体に較べて比重の大きい液体は、そのほとんどが作動気体より後に吐出され、その慣性により吐出方向に直進して吐出ポート４の上部から吐出される。
【０００５】
図２に示されるように、吐出通路５が液体の吐出方向から曲がって伸びていると、圧縮された作動気体とともに吐出ポート４の上部から吐出通路５に吐出された液体は、その慣性力によってさらに吐出通路５の壁面上を旋回運動（通路の中心方向に移動しながら周方向にも移動する運動）しながら低速で流れるようになる。この吐出通路５内を旋回運動する低速の液体は、吐出通路５内を共に流れる高速の作動気体と接触し、摩擦を起こして圧力損失を増大させ、振動および騒音を増大させる原因ともなる。
【０００６】
スクリュー圧縮機の吐出通路においての液体の旋回流抑制ではないが、類似例として、特許文献１（再公表ＷＯ２００２／０８４１２５号公報）では、シュラウドを有する羽根車とこの羽根車の低圧側に吸込管、あるいは吸出管であるドラフト管を備えたターボ機械において、ドラフト管の内面に羽根車回転軸方向の溝を円周方向に多数設けることにより、流体の旋回成分の抑制を図っている。また、特許文献２（特開平５−１４１５８１号公報）では、略水平に配設された排水横引管の曲部に設けられる曲継ぎ手であって、継ぎ手胴部の長さ方向に沿った内側に排水等の旋回流動を阻止するための仕切突条が設けられ、この仕切突条により、排水通過時に仕切突条上方の継ぎ手胴部との間に通気空所が形成されるように構成することにより、排水横引き管の曲がり継ぎ手内部で発生する排水などの旋回流動を抑制し、曲継ぎ手内部の通気障害による排水等の閉塞の解消を図っている。
【０００７】
【特許文献１】再公表ＷＯ２００２／０８４１２５号公報
【特許文献２】特開平５−１４１５８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１では、流路内を流れる流体は液体単一のものであり、その旋回運動の抑制を流路壁面の全周に溝を設けることにより図っている。また特許文献２では、排水管内の流体は液体と気体であるが、気体は排水を円滑に行うための空気抜きであり、排水管内の仕切り突条の上下を気体と液体を分けて流すことにより、排水管内の排水集中による詰まりを防止している。
【０００９】
しかしながら、スクリュー圧縮機の吐出通路内を流れる流体は、高速の作動気体およびその圧縮過程において作動室内に注入された低速の液体の２種類である。この２種類の流体のうち、旋回運動しているものは液体であり、この液体と作動気体との間の摩擦抵抗が、高速の作動気体の圧力損失を増大させる原因となる。従って、吐出通路における作動気体の圧力損失を低減するためには、吐出通路壁面を層状に旋回運動する液体のみに対して、作動気体と混合させることなく旋回速度成分を低減する必要がある。
【００１０】
前記特許文献１の構成では、例えばドラフト管の内面の上方の溝と旋回する液体が衝突してその飛沫の落下物が高速気体と干渉し摩擦損失が生じ、また特許文献２の構成では、排水管内の仕切り突条に旋回する液体が衝突してその飛沫が飛び上って落下（滴下）し、高速気体と干渉して摩擦抵抗が生じる。
【００１１】
本発明の目的は、吐出通路壁面上を層状に旋回運動する液体を、作動気体と混合させることなく、その速度の旋回成分を抑制し、作動気体との間の摩擦抵抗を低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するため、本発明は作動室内に液体を注入し、その液体が混入された状態で作動流体を圧縮して吐出通路に吐出する圧縮機おいて、前記吐出通路の中心軸より下側の内壁面に、通路中心軸にほぼ平行な角部を設けたことを特徴とする。
【００１３】
また、前記角部は前記吐出通路の曲部を過ぎた直線部分の内壁面に設けられたことを特徴とする。また、前記角部は前記吐出通路内を旋回する作動流体に対向するように、内壁面に対して直角又は鋭角をなして設けられたことを特徴とする。また、前記角部は前記吐出通路内壁面上に凸部を設けることにより形成されたことを特徴とする。また、前記凸部はその先端が前記吐出通路内を旋回する作動流体に対向するように、略鋭角に形成されていることを特徴とする。また、前記角部は前記吐出通路内壁面に彫られた溝で形成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、液体との摩擦抵抗による作動気体の圧力損失を低減することによってスクリュー圧縮機の省エネルギ化が可能となるだけでなく、振動および騒音の低減に効果的なスクリュー圧縮機が実現可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施例について詳細に説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１、図２、および図３により説明する。なお、本実施例は作動室内に注入する液体として油を使用した給油式空気圧縮機に関するものである。
【００１７】
本実施例におけるスクリュー圧縮機自体の主な構成は、前述した図２と同様であるので、構成の説明を省略する。図３は、本実施例における図２中のＡ−Ａ断面を示したものである。図において、雌雄両ロータの回転に伴い圧縮された空気は、その圧縮過程において外部から吸込んだ空気の冷却と、作動室間における空気の漏洩の防止を目的として注入された油とともに、吐出ポート４から吐出される。本実施例に示されるスクリュー圧縮機では、吐出通路５が流れに対して左（図２においては紙面奥行き方向）に方向を変える曲部６を持っている。
【００１８】
従って、吐出ポート４の上部から吐出された油は、その慣性力により曲部６において吐出通路５の壁面上を、本実施例では時計回り（図２において矢印で示される方向）に旋回運動し始める。この油が曲部６を過ぎても旋回運動を続けると、吐出通路５内を流れる圧縮空気との摩擦抵抗により、圧縮空気の圧力損失を増大させるだけでなく、振動および騒音を増大させる原因ともなる。
【００１９】
そこで、本実施例では図３に示すように、吐出通路５の曲部６を過ぎた直線部分の内壁面に、油の旋回運動を抑制するための凸部７を設ける。図１は、図３中のＢ−Ｂ断面を示す断面図である。凸部７は、吐出通路5が例え鋳物であっても鋳造によって吐出通路５と一体的にその内壁面５ａに設けることができる。この凸部７の根元には通路内壁面５ａとで角部８が形成される。凸部７と角部８とは、通路中心軸５ｂ方向に並行（ほぼ平行）に形成されるので、壁面上を周方向に移動しながら直進するらせん状に流れる油を凸部７に衝突させて角部８へ導いて抱え込み、その旋回運動に起因する断面内周方向の速度成分のみを減少させる。
【００２０】
また、本実施例における凸部７は、その油の衝突面７ａと通路内壁面５ａとによって形成される角部８の角度を鋭角にして、通路壁面５ａに沿って図１で矢印方向に旋回する油に受け止めるように配置されるため、その速度成分の抑制が効果的になされる。なお、凸部７の先端７ｂを略鋭角にすることにより、矢印方向の油の旋回流に効果的に食い込んで、角部８に導いてその速度成分の抑制が効果的になされる。先端７ｂは、鋭角に先を尖らせてもよく、また丸みを持たせて全体的に略鋭角であれば良い。
【００２１】
さらに、通路内側接線に垂直な法線方向ベクトルが鉛直上向き方向の成分を持つ部分、即ち、通路内側面５ａの下半分（吐出通路の中心軸５ｂより下側の内壁面５ａ）にのみ、凸部７と角部８を複数個設けている。これは、通路内壁面５ａの上半分に凸部７と角部８を設けた場合、前記上半分の凸部７に衝突した油が下方に飛散、又は重力によって落下するので、吐出通路５内を流れる圧縮空気とクロス混合し、圧縮空気の圧力損失を増大させるのを避けるためである。従って、本実施例では、凸部７と角部８を通路内壁面５ａの下半分にのみ設け、上半分に設けないことが必須である。
【００２２】
上記のようにして、凸部７と角部８によって旋回方向の速度成分が抑制されて角部８に溜まった油は、下流側の通路５の底部を流れる。このように角部８に溜まった油のその後の流れは、圧縮気体とクロス混合することがなく、また、吐出通路５の底部を流れる油の流速は圧縮気体と異なるが、吐出通路５の中央から上方を流れる圧縮気体と混合することなく、圧縮空気の圧力損失を増大させることがない。
【００２３】
以上により、吐出通路５の壁面５ａに設けられた凸部７によって、壁面５ａ上を旋回運動する油の旋回速度成分のみが低減され、通路内を直進して流れる圧縮空気の流速の方向と油の流速の方向が同一となって干渉がなくなり、油と圧縮空気との間の摩擦抵抗が小さくなる。従って、吐出通路５における圧縮空気の圧力損失が小さくなるため、より消費電力の小さなスクリュー圧縮機の実現が可能となる。また、吐出通路５における油の旋回運動の抑制は、吐出通路５における振動および騒音の低減にも効果的である。本実施例によれば、凸部７を設けない構造に対して１割以上の効率改善がみられた。
【実施例２】
【００２４】
以下、本発明の第２の実施例を図３および図４により説明する。図４は、実施例１の図１に相当する実施例２の断面図である。本実施例の実施例１と相違する点は、吐出通路５の壁面上に設けられた角部８は、実施例１の凸部７の代わりに通路壁面５ａに掘られた溝９によって形成されることにある。そして、溝９によって突状になる壁面５ａは、溝９の底部からほぼ直角に立ち上がるように形成され、ほぼ直角に角部８が形成される。溝９と角部８は、実施例１と同様に通路５の中心軸５ｂより下側の内壁面５ａにのみ形成され、中心軸５ｂより上側の内壁面５ａには形成されない。
【００２５】
この構成において、矢印に示す油の旋回に対して、溝９の底部から直角に立ち上がるように形成された壁面５ａの側面５ｃが衝突面として作用し、角部８と共に油の旋回流の速度成分の抑制を効果的に行う。
【００２６】
以上により、鋳物や別部品の取り付けによる角部８の形成が困難な場合においても、内壁面に溝９を掘ることによって形成することが出来るようになる。これによって、壁面上を流れる油の旋回速度成分を減少することにより、吐出通路５における圧力損失が低減され、より消費電力の小さなスクリュー圧縮機の実現が可能となる。
【実施例３】
【００２７】
以下、本発明の第３の実施例を図２および図５により説明する。図５は、実施例１の図１に相当する実施例３の断面図である。実施例１と相違する点は、吐出通路５の壁面に設けられた角部８を、凸部７や溝９の代わりに通路５の断面自体を角部を下方に持つ形状にしたことである。その他の構成は実施例１と同一であることから、同一の符号を付して説明を省略する。
【００２８】
本実施例に示した構成により、実施例１および実施例２に較べて単純な形状の下方に設けた角部８によって、壁面上を旋回運動する油の旋回速度成分を低減することが可能となる。また、旋回速度成分を低減された油が吐出通路５の底部を流れるため、吐出通路５における圧縮空気の圧力損失が低減され、より消費電力の小さなスクリュー圧縮機の実現が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施例１の圧縮機の吐出通路の断面図である。
【図２】同じくスクリュー圧縮機のロータ軸に平行な断面図である。
【図３】同じく図２におけるＡ−Ａ断面図である。
【図４】本発明の実施例２の圧縮機の吐出通路の断面図である。
【図５】本発明の実施例３の圧縮機の吐出通路の断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…ケーシング、２…雄ロータ、３…吸込口、４…吐出ポート、５…吐出通路、６…吐出通路の曲部、７…凸部、８…角部、９…溝。
【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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