(57)【要約】【課題】圧縮機の効率を高めながら、停止前の乾燥運転時間を短くすることができる注水式スクロール空気圧縮機を提供する。【解決手段】圧縮機本体１の吸入系統２の水混入部２３に水を供給する給水系統２４を設け、この給水系統２４に水の流量を調節可能な制御弁２７を設ける。制御器２８は、注入水量比（詳細には、吸入系統２の水混入部２３における吸入空気流量と注入水流量との体積比）が５×１０−５〜４０×１０−５の範囲内で且つ注入水量比の増加幅１×１０−５当たりの圧縮機の全断熱効率の増加幅が２％未満となる特性を有する注入水量比の範囲内となるように、制御弁２７を駆動制御する。【選択図】図１
2011112022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略渦巻き状のラップが形成された旋回スクロール部材を、この旋回スクロール部材のラップに対応した略渦巻き状のラップが形成された固定スクロール部材に対し揺動させて、空気を圧縮する圧縮機本体と、
前記圧縮機本体の吸入側又は圧縮室に水を注入する給水系統とを備えた注水式スクロール空気圧縮機において、
前記給水系統は、吸入空気流量に対する注入水流量の体積比である注入水量比が５×１０−５〜４０×１０−５の範囲内で、且つ注入水量比の増加幅１×１０−５当たりの圧縮機の全断熱効率の増加幅が２％未満となる特性を有する注入水量比の範囲内で、水を前記圧縮機本体の吸入側又は圧縮室に注入するように構成したことを特徴とする注水式スクロール空気圧縮機。
【請求項２】
略渦巻き状のラップが両面に形成された旋回スクロール部材を、この旋回スクロール部材のラップに対応した略渦巻き状のラップがそれぞれ形成された一対の固定スクロール部材に対し揺動させて、空気を圧縮する圧縮機本体と、
前記圧縮機本体の吸入側又は圧縮室に水を注入する給水系統とを備えた注水式スクロール空気圧縮機において、
前記給水系統は、吸入空気流量に対する注入水流量の体積比である注入水量比が５×１０−５〜４０×１０−５の範囲内で、且つ注入水量比の増加幅１×１０−５当たりの圧縮機の全断熱効率の増加幅が２％未満となる特性を有する注入水量比の範囲内で、水を前記圧縮機本体の吸入側又は圧縮室に注入するように構成したことを特徴とする注水式スクロール空気圧縮機。
【請求項３】
請求項１又は２記載の注水式スクロール空気圧縮機において、
前記給水系統に設けられ、前記圧縮機本体の吸入側又は圧縮室に注入する水の流量を調節可能な制御弁と、
前記圧縮機本体の吐出温度を検出する温度センサと、
注入水量比が５×１０−５〜４０×１０−５の範囲内で且つ注入水量比の増加幅１×１０−５当たりの圧縮機の全断熱効率の増加幅が２％未満となる特性を有する注入水量比の範囲内となるように吐出温度の目標範囲が予め設定され、この吐出温度の目標範囲を記憶する記憶手段と、
前記温度センサで検出された吐出温度が前記記憶手段で記憶された目標範囲となるように、前記制御弁を駆動制御する制御手段とを有することを特徴とする注水式スクロール空気圧縮機。
【請求項４】
請求項３記載の注水式スクロール空気圧縮機において、
前記制御手段は、前記温度センサで検出された吐出温度が前記記憶手段で記憶された吐出温度の目標範囲の上限値を越える場合に、前記制御弁の開度を増加させ、前記温度センサで検出された吐出温度が前記記憶手段で記憶された吐出温度の目標範囲の下限値未満である場合に、前記制御弁の開度を減少させることを特徴とする注水式スクロール空気圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気を圧縮するスクロール空気圧縮機に係わり、特に、空気に水を混入させる注水式スクロール空気圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
スクロール空気圧縮機においては、略渦巻き状のラップが形成された旋回スクロール部材を、この旋回スクロール部材のラップに対応した略渦巻き状のラップが形成された固定スクロール部材に対し揺動させて、空気を圧縮するようになっている。このスクロール空気圧縮機は、空気に油を混入させる油冷式のものや、例えば特許文献１に記載のように、空気に水を混入させる水注入式のものが知られている。空気に混入された油や水は、複数の圧縮室を形成する旋回スクロール部材のラップと固定スクロール部材のラップとの間のわずかな隙間をシールする作用や、圧縮熱を吸収して各部材の熱変形を防止して前述した隙間の拡大を抑制する作用をもたらす。その結果、圧縮室からの空気の漏洩を低減して、効率を高めるという効果が得られる。
【０００３】
油冷式のスクロール空気圧縮機は、その実績が長いことから信頼性に長けている。しかし、圧縮機本体から吐出された圧縮空気に含まれる油を油分離器などで分離しても、圧縮空気にごくわずかながら油が残留する可能性があるため、微少な油の存在が許されないような用途、例えば食品や半導体等の対象には使用できない。一方、水注入式のスクロール空気圧縮機では、圧縮空気に油が混入しないものの、錆や腐食、潤滑不良等への対策が必要なため、油冷式のものに比べて普及が遅れていた。しかし、近年、油を含まないクリーンエアに対する市場要求から、水注入式のスクロール空気圧縮機の開発が盛んとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０８−１２８３９５号公報（図１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
水注入式スクロール空気圧縮機は、効率を向上させるために、圧縮機本体の吸入側又は圧縮室に水を注入するように構成される。ところが、従来、その注入水量について適切な数値範囲が言及されておらず、設定基準が示されていなかった。すなわち、注入水量は、効率だけに着目すれば多い方がよいが、他にも考慮すべき事項がある。
【０００６】
一般に、圧縮機を停止する際は、圧縮機本体の内部に水を残留させたくないため、停止前に乾燥運転（詳細には、注水を止めての運転）をしばらく行う。この停止前の乾燥運転によって圧縮機本体の内部に残留する水を排出するとともに、圧縮熱を利用して内部を乾燥させる。その目的は、停止期間における内部腐食や水の腐れを抑制し、かつ次回の起動を容易にするためである。詳しく説明すると、複数材からなる金属表面に付着した流れの無い水は電食(ガルバニック腐食)を促進しやすく、圧縮機の運転時よりも停止時に内部腐食が進行しやすいからである。また、圧縮機を起動する際に圧縮機本体の内部に水が残留していると、水が空気と比較して数千倍の密度を有するため、起動トルクが増大するからである。また、寒冷地においては、残留水が凍結して起動不能となるか若しくは圧縮機本体が破損する可能性があるからである。このような理由から停止前に乾燥運転を行うのだが、この乾燥運転による内部乾燥は、通常運転時の注入水量が少ない方が迅速に完遂できる。したがって、効率の向上と乾燥運転時間の短縮とはトレードオフの関係にあり、その両立を考慮して注入水量を設定する必要があった。
【０００７】
本発明の目的は、効率を高めながら、停止前の乾燥運転時間を短くすることができる注水式スクロール空気圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、略渦巻き状のラップが形成された旋回スクロール部材を、この旋回スクロール部材のラップに対応した略渦巻き状のラップが形成された固定スクロール部材に対し揺動させて、空気を圧縮する圧縮機本体と、前記圧縮機本体の吸入側又は圧縮室に水を注入する給水系統とを備えた注水式スクロール空気圧縮機において、前記給水系統は、吸入空気流量に対する注入水流量の体積比である注入水量比が５×１０−５〜４０×１０−５の範囲内で、且つ注入水量比の増加幅１×１０−５当たりの圧縮機の全断熱効率の増加幅が２％未満となる特性を有する注入水量比の範囲内で、水を前記圧縮機本体の吸入側又は圧縮室に注入するように構成する。
【０００９】
本願発明者らが行った実験の結果（図５（ａ）参照）により、春期や秋期などの常温期では（言い換えれば、気温が常温であるときは）、注入水量比が７×１０−５程度未満である場合、注入水量比の増加に従って圧縮機の全断熱効率が大きく増加し、このときの注入水量比の増加幅１×１０−５当たりの圧縮機の全断熱効率の増加幅が２％以上となり、注入水量比が７×１０−５程度である場合、圧縮機の全断熱効率が６８％程度となり、注入水量比が７×１０−５程度以上である場合、注入水量比の増加に従って圧縮機の全断熱効率が小さく増加し、このときの注入水量比の増加幅１×１０−５当たりの圧縮機の全断熱効率の増加幅が２％未満となることが判明した。このような注入水量比と圧縮機の全断熱効率との関係（特性）に基づき、例えば、常温期における注入水量比の制御範囲の最小値として（７〜１２）×１０−５程度、最大値として（１８〜３８）×１０−５程度を設定する。これにより、注入水量比が比較的少ないものの圧縮機の全断熱効率を６８％程度以上と高めることができるとともに、注入水量比が比較的少ないので停止前の乾燥運転時間を短くすることができる。
【００１０】
また、夏期などの高温期では（言い換えれば、気温が高温であるときは）、前述した特性における注入水量比が正の方向に（１〜２）×１０−５程度シフトすることが想定される。すなわち、例えば、注入水量比が９×１０−５程度未満である場合、注入水量比の増加幅１×１０−５当たりの圧縮機の全断熱効率の増加幅が２％以上となり、注入水量比が９×１０−５程度である場合、圧縮機の全断熱効率が６８％程度となり、注入水量比が９×１０−５程度以上である場合、注入水量比の増加幅１×１０−５当たりの圧縮機の全断熱効率の増加幅が２％未満となる。そのため、例えば、高温期では、注入水量比の制御範囲の最小値として（９〜１４）×１０−５程度、最大値として（２０〜４０）×１０−５程度を設定する。これにより、注入水量比が比較的少ないものの圧縮機の全断熱効率を６８％程度以上と高めることができるとともに、注入水量比が比較的少ないので停止前の乾燥運転時間を短くすることができる。
【００１１】
また、冬期などの低温期では（言い換えれば、気温が低温であるときは）、前述した特性における注入水量比が負の方向に（１〜２）×１０−５程度シフトすることが想定される。すなわち、例えば、注入水量比が５×１０−５程度未満である場合、注入水量比の増加幅１×１０−５当たりの圧縮機の全断熱効率の増加幅が２％以上となり、注入水量比が５×１０−５程度である場合、圧縮機の全断熱効率が６８％程度となり、注入水量比が５×１０−５程度以上である場合、注入水量比の増加幅１×１０−５当たりの圧縮機の全断熱効率の増加幅が２％未満となる。そのため、例えば、低温期では、注入水量比の制御範囲の最小値として（５〜１０）×１０−５程度、最大値として（１６〜３６）×１０−５程度を設定する。これにより、注入水量比が比較的少ないものの圧縮機の全断熱効率を６８％程度以上と高めることができるとともに、注入水量比が比較的少ないので停止前の乾燥運転時間を短くすることができる。
【００１２】
なお、上述したように常温期、高温期、及び低温期に応じて注入水量比の制御範囲を可変とするのではなく、常温期、高温期、及び低温期にかかわらず注入水量比の制御範囲を固定してもよい。具体例の一つとしては、注入水量比の制御範囲の最小値として１０×１０−５程度、最大値として２０×１０−５程度を設定してもよい。このような場合も、上記同様、圧縮機の全断熱効率を高めながら、停止前の乾燥運転時間を短くすることができる。
【００１３】
（２）上記目的を達成するために、本発明は、略渦巻き状のラップが両面に形成された旋回スクロール部材を、この旋回スクロール部材のラップに対応した略渦巻き状のラップがそれぞれ形成された一対の固定スクロール部材に対し揺動させて、空気を圧縮する圧縮機本体と、前記圧縮機本体の吸入側又は圧縮室に水を注入する給水系統とを備えた注水式スクロール空気圧縮機において、前記給水系統は、吸入空気流量に対する注入水流量の体積比である注入水量比が５×１０−５〜４０×１０−５の範囲内で、且つ注入水量比の増加幅１×１０−５当たりの圧縮機の全断熱効率の増加幅が２％未満となる特性を有する注入水量比の範囲内で、水を前記圧縮機本体の吸入側又は圧縮室に注入するように構成する。
【００１４】
（３）上記（１）又は（２）において、好ましくは、前記給水系統に設けられ、前記圧縮機本体の吸入側又は圧縮室に注入する水の流量を調節可能な制御弁と、前記圧縮機本体の吐出温度を検出する温度センサと、注入水量比が５×１０−５〜４０×１０−５の範囲内で且つ注入水量比の増加幅１×１０−５当たりの圧縮機の全断熱効率の増加幅が２％未満となる特性を有する注入水量比の範囲内となるように吐出温度の目標範囲が予め設定され、この吐出温度の目標範囲を記憶する記憶手段と、前記温度センサで検出された吐出温度が前記記憶手段で記憶された目標範囲となるように、前記制御弁を駆動制御する制御手段とを有する。
【００１５】
本発明においては、温度センサで検出された吐出温度が予め設定された目標範囲となるように制御弁を駆動制御することにより、常温期、高温期、及び低温期にかかわらず（詳細には、気温、湿度、及び大気圧などの影響にかかわらず）、注入水量比の制御範囲を自動的に可変することができる。
【００１６】
詳しく説明すると、本願発明者らが行った実験の結果（図５（ｂ）参照）により、上記（１）で説明した注入水量比と圧縮機の全断熱効率との対応関係と同様、注入水量比と吐出温度との対応関係も成立する。すなわち、常温期では、注入水量比が７×１０−５程度未満である場合、注入水量比の増加に従って吐出温度が大きく減少し、注入水量比が７×１０−５程度である場合、吐出温度が８８℃程度となり、注入水量比が７×１０−５程度以上である場合、注入水量比の増加に従って吐出温度が小さく減少することが判明した。そして、常温期では、注入水量比が１０×１０−５程度である場合、圧縮機の全断熱効率が６８．５％程度となって吐出温度が８７℃程度となり、注入水量比が２０×１０−５程度である場合、圧縮機の全断熱効率が７０％程度となって吐出温度が８４．５℃程度となる。また、高温期では、前述した特性における注入水量比が正の方向に（１〜２）×１０−５程度シフトするので、例えば、注入水量比が１２×１０−５程度である場合、圧縮機の全断熱効率が６８．５％程度なって吐出温度が８７℃程度となり、注入水量比が２２×１０−５程度である場合、圧縮機の全断熱効率が７０％程度となって吐出温度が８４．５℃程度となる。また、低温期では、前述した特性における注入水量比が負の方向に（１〜２）×１０−５程度シフトするので、例えば、注入水量比が８×１０−５程度である場合、圧縮機の全断熱効率が６８．５％程度なって吐出温度が８７℃程度となり、注入水量比が１８×１０−５程度である場合、圧縮機の全断熱効率が７０％程度となって吐出温度が８４．５℃程度となる。そこで、例えば、吐出温度の目標範囲の上限値として８７℃程度、下限値として８４．５℃程度を設定すれば、常温期、高温期、及び低温期にかかわらず、圧縮機の全断熱効率が６８．５％程度〜７０％程度の範囲となるように、注入水量比の制御範囲を自動的に可変することができる（詳細には、常温期では、注入水量比の制御範囲の最小値が１０×１０−５程度、最大値が２０×１０−５程度となり、高温期では、注入水量比の制御範囲の最小値が１２×１０−５程度、最大値が２２×１０−５程度となり、高温期では、注入水量比の制御範囲の最小値が８×１０−５程度、最大値が１８×１０−５程度となる）。
【００１７】
（４）上記（３）において、好ましくは、前記制御手段は、前記温度センサで検出された吐出温度が前記記憶手段で記憶された吐出温度の目標範囲の上限値を越える場合に、前記制御弁の開度を増加させ、前記温度センサで検出された吐出温度が前記記憶手段で記憶された吐出温度の目標範囲の下限値未満である場合に、前記制御弁の開度を減少させる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、圧縮機の効率を高めながら、停止前の乾燥運転時間を短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態における水注入式スクロール空気圧縮機の構成を表す図である。
【図２】本発明の一実施形態における圧縮機本体の詳細構造を表す平面断面図である。
【図３】本発明の一実施形態における圧縮機本体の詳細構造を表す側面断面図である。
【図４】図３で示された圧縮機本体内の圧縮室を表す部分拡大図である。
【図５】本発明の一実施形態における注入水量比と全断熱効率との関係、及び注入水量比と吐出温度との関係をそれぞれ表す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００２１】
図１は、本実施形態における水注入式スクロール空気圧縮機の構成を表す図であって、圧縮機本体を斜視図で示すとともに空気系統及び水系統を模式的に示している。図２は、圧縮機本体の詳細構造を表す平面断面図であり、図３は、圧縮機本体の詳細構造を表す側面断面図である。図４は、図３で示された圧縮機本体内の圧縮室を表す部分拡大図である。
【００２２】
これら図１〜図４において、水注入式スクロール空気圧縮機は、空気を圧縮する圧縮機本体１と、この圧縮機本体１の吸入側（吸気側）に設けられた吸入配管系統２と、圧縮機本体１の吐出側（吐気側）に設けられた吐出配管系統３とを備えている。
【００２３】
圧縮機本体１は、略渦巻き状のラップ４ａ，４ｂが鏡板部４ｃの両側（図２中左側及び右側）側面に形成された旋回スクロール部材４と、この旋回スクロール部材４のラップ４ａに対応した（略噛合うような）略渦巻き状のラップ５ａが鏡板部５ｂの内部側（図２中右側）側面に形成された固定スクロール部材５と、旋回スクロール部材４のラップ４ｂに対応した（略噛合うような）略渦巻き状のラップ６ａが鏡板部６ｂの内部側（図２中左側）側面に形成された固定スクロール部材６と、固定スクロール部材５，６に対して旋回スクロール部材４を旋回運動させる主クランク軸７及び副クランク軸８を備えている。
【００２４】
主クランク軸７は、固定スクロール部材５，６にそれぞれ設けた軸受９Ａ，９Ｂにより回動可能に支持され、副クランク軸８は、固定スクロール部材５，６にそれぞれ設けた軸受１０Ａ，１０Ｂにより回動可能に支持されている。主クランク軸７及び副クランク軸８は、固定スクロール部材５の外部側（図２中左側）に突出した端部をそれぞれ有し、これら端部に歯付きプーリ１１Ａ，１１Ｂが設けられている。そして、プーリ１１Ａ，１１Ｂにタイミングベルト１２が装架されて、主クランク軸７と副クランク軸８が同期回転するようになっている。また、主クランク軸７の端部にはＶプーリ１３が設けられており、このプーリ１３と図示しないモータの回転軸に設けられたＶプーリとの間でＶベルト１４（図１参照）が装架されて、モータの回転動力が主クランク軸７に伝達されるようになっている。
【００２５】
主クランク軸７は、旋回スクロール部材４の一方側（図２中下側）の軸支部に軸受１５Ａを介して接続されたクランク部７ａを有し、副クランク軸８は、旋回スクロール部材４の反対側（図２中上側）の軸支部に軸受１５Ｂを介して接続されたクランク部８ａを有している。主クランク軸７のクランク部７ａ及び副クランク軸８のクランク部８ａは、軸線より同じ偏心量で偏心しており、平行４つ棒リンク機構を形成している。これにより、旋回スクロール部材４は、旋回可能に軸支されている。なお、旋回スクロール部材４の旋回運動に伴う不釣り合いを相殺するために、主クランク軸７にはバランスウエイト１６Ａ、１６Ｂが固定配置され、副クランク軸８にはバランスウエイト１７Ａ、１７Ｂが固定配置されている。
【００２６】
旋回スクロール部材４は、上記ラップ４ａ，４ｂと、上記鏡板部４ｃと、鏡板部４ｃにおけるラップ４ａ，４ｂの径方向中心部に形成され両側の吐出行程の圧縮室（詳細は後述）を互いに連通させる連通孔４ｄと、鏡板部１４ｃを上下方向（図２中紙面に対し垂直方向）に貫通するように形成された複数の冷却空気用通路４ｅとを有している。
【００２７】
固定スクロール部材５は、上記ラップ５ａと、上記鏡板部５ｂと、鏡板部５ｂにおけるラップ５ａの外周側に設けられ外部からのダスト侵入を防止する略円形状のダストラップ５ｃと、鏡板部５ｂにおけるダストラップ５ｃの径方向外側に位置し、鏡板部５ｂの外部側側面に開口するように形成された吸入口５ｄ，５ｅ（図１及び図３参照）と、鏡板部５ｂに形成され吸入口５ｄ，５ｅのそれぞれとダストラップ５ｃの径方向内側とを連通させる吸入流路５ｆ，５ｇ（図３参照）と、鏡板部５ｂにおけるラップ５ｂの径方向中心部に形成された吐出口５ｈと、鏡板部５ｂの外部側側面に設けられた放熱フィン５ｉとを有している。
【００２８】
同様に、固定スクロール部材６は、上記ラップ６ａと、上記鏡板部６ｂと、鏡板部６ｂにおけるラップ６ａの外周側に設けられ外部からのダスト侵入を防止する略円形状のダストラップ６ｃと、鏡板部６ｂにおけるダストラップ６ｃの径方向外側に位置し、鏡板部６ｂの外部側側面に開口するように形成された吸入口６ｄ，６ｅ（図４参照）と、鏡板部６ｂに形成され吸入口６ｄ，６ｅのそれぞれとダストラップ６ｃの径方向内側とを連通させる吸入流路６ｆ，６ｇ（図４参照）と、鏡板部６ｂにおけるラップ６ｂの径方向中心部に形成された吐出口６ｈと、鏡板部６ｂの外部側側面に設けられた放熱フィン６ｉとを有している。
【００２９】
上述した固定スクロール部材５，６が平行に組み合わされボルト（図示せず）等で互いに締結されて、旋回スクロール部材４を内包するハウジングを構成している。なお、ハウジング（詳細には、固定スクロール部材５）の上下面には冷却空気用通気口５ｍ（図１参照）が形成されており、この通気口５ｍから冷却空気がハウジング内（詳細には、固定スクロール部材５内のダストラップ５ｃの外周側、固定スクロール部材６内のダストラップ６ｃの外周側、及び旋回スクロール部材４の冷却空気用通路４ｅ等）に流入・流出して、ハウジング内及び旋回スクロール部材４を冷却するようになっている。
【００３０】
そして、旋回スクロール部材４と固定スクロール部材５との間には、主に吸入口５ｄ及び吸入流路５ｆから空気を吸入して圧縮し吐出口５ｈから吐出する圧縮経路１８Ａ（詳細には、旋回スクロール部材４のラップ４ａと固定スクロール部材５のラップ５ａとの噛合いによってラップ４ａの内周面側に形成されて、旋回スクロール部材４の旋回運動に伴い、吐出口５ｈに向かって内容積を減少させつつ移動する複数の圧縮室）が形成されるとともに、主に吸入口５ｅ及び吸入流路５ｇから空気を吸入して圧縮し吐出口５ｈから吐出する圧縮経路１８Ｂ（詳細には、旋回スクロール部材４のラップ４ａと固定スクロール部材５のラップとの噛合いによってラップ４ａの外周面側に形成されて、旋回スクロール部材４の旋回運動に伴い、吐出口５ｈに向かって内容積を減少させつつ移動する複数の圧縮室）が形成される。
【００３１】
また、旋回スクロール部材４と固定スクロール部材６との間には、主に吸入口６ｄ及び吸入流路６ｆから空気を吸入して圧縮し吐出口６ｈから吐出する圧縮経路１９Ａ（詳細には、例えば図４で示すように、旋回スクロール部材４のラップ４ｂと固定スクロール部材６のラップ６ａとの噛合いによってラップ４ｂの内周面側に形成されて、旋回スクロール部材４の旋回運動に伴い、吐出口６ｈに向かって内容積を減少させつつ移動する複数の圧縮室１９Ａ１，１９Ａ２，１９Ａ３）が形成されるとともに、主に吸入口６ｅ及び吸入流路６ｇから空気を吸入して圧縮し吐出口６ｈから吐出する圧縮経路１９Ｂ（詳細には、例えば図４で示すように、旋回スクロール部材４のラップ４ｂと固定スクロール部材６のラップ６ａとの噛合いによってラップ４ｂの外周面側に形成されて、旋回スクロール部材４の旋回運動に伴い、吐出口６ｈに向かって内容積を減少させつつ移動する複数の圧縮室１９Ｂ１，１９Ｂ２，１９Ｂ３）が形成される。
【００３２】
なお、旋回スクロール部材４のラップ４ａと固定スクロール部材５のラップ５ａ、並びに旋回スクロール部材４のラップ４ｂと固定スクロール部材６のラップ６ａは、製造誤差（加工誤差及び組立誤差）や熱変形及びガス圧変形などを考慮して、運転時にも停止時にも接触しないように構成されている。そのため、複数の圧縮室１８Ａ，１８Ｂを形成するラップ４ａ，５ｂ同士にはわずかな隙間となる複数の最狭部（図示せず）が形成される。同様に、例えば図４で示すように、複数の圧縮室１９Ａ１，１９Ａ２，１９Ａ３を形成するラップ４ａ，５ｂ同士にはわずかな隙間となる狭隙部２０Ａ１，２０Ａ２，２０Ａ３が形成され、圧縮室１９Ｂ１，１９Ｂ２，１９Ｂ３を形成するラップ４ａ，５ｂ同士にはわずかな隙間となる狭隙部２０Ｂ１，２０Ｂ２，２０Ｂ３が形成される。
【００３３】
吐出配管系統３は、吐出口５ｈ，６ｈにそれぞれ接続された配管を有し、それら配管には吐出温度を検出する温度センサ２１Ａ，２１Ｂ（但し、図１中２１Ａのみ示す）がそれぞれ設けられている。また、吐出口５ｈ，６ｈにそれぞれ接続された配管は合流接続されて、水分離器２２に接続されている。水分離器２２は、圧縮機本体１から吐出された圧縮空気に含まれる水を分離し、分離した空気を下流側の乾燥器など（図示せず）を介して供給先に供給するようになっている。また、水分離器２２は、分離した水をその下部に一旦貯留するようになっている。
【００３４】
吸入配管系統２は、固定スクロール部材５の吸入口５ｄ，５ｅ側と固定スクロール部材６の吸入口６ｄ，６ｅ側に分岐し、さらに、吸入口５ｄと吸入口５ｅに、吸入口６ｄと吸入口６ｅにそれぞれ分岐するように配管接続されて構成されており、固定スクロール部材５の吸入口５ｄ，５ｅ側と固定スクロール部材６の吸入口６ｄ，６ｅ側に分岐する分岐点の上流側に水混入部２３を設けている。そして、水分離器２２の下部と水混入部２３との間に給水系統２４が接続されている。
【００３５】
給水系統２４には、水中の混入物を除去する水清浄器２５と、水を所定の温度以下となるように冷却する水冷却器２６と、制御弁２７とが設けられている。制御弁２７は、その開度が連続的に増減可能な弁であり、制御器２８からの駆動信号に応じてその開度が可変制御されるようになっている。そして、例えば制御弁２７が開き状態となれば、給水系統２４を介して水分離器２２から水混入部２３に水が供給され、水混入部２３にて吸入空気に水が注入されるようになっている。したがって、制御弁２７の開度に応じて注入水の流量が制御されるようになっており、本実施形態の大きな特徴はこの注入水流量の制御範囲にある。以降、その詳細を説明する。
【００３６】
まず、本願発明者らが上記構成のスクロール空気圧縮機で行った実験の結果を、図５（ａ）及び図５（ｂ）により説明する。図５（ａ）は、注入水量比と全断熱効率との関係を表す特性図であり、図５（ｂ）は、注入水量比と吐出温度との関係を表す特性図である。ここで、注入水量比とは、吸入系統２の水混入部２３における吸入空気流量と注入水流量との体積比を意味する。なお、本実験では、圧縮比は８（言い換えれば、吐出圧力は８００ｋＰａ）、圧縮機の回転数は２０００〜３０００ｒｐｍとし、ラップ４ａ，５ａ間の狭隙部及びラップ４ｂ，６ａ間の狭隙部の寸法は数十μｍとしている。また、本実験は、春期や秋期などの常温期（言い換えれば、気温が常温であるとき）に行っている。
【００３７】
常温期では、図５（ａ）で示すように、注入水量比が７×１０−５程度未満である場合、注入水量比の増加に従って圧縮機の全断熱効率が大きく増加し、このときの注入水量比の増加幅１×１０−５当たりの圧縮機の全断熱効率の増加幅が２％以上となり、注入水量比が７×１０−５程度である場合、圧縮機の全断熱効率が６８％程度となり、注入水量比が７×１０−５程度以上である場合、注入水量比の増加に従って圧縮機の全断熱効率が小さく増加し、このときの注入水量比の増加幅１×１０−５当たりの圧縮機の全断熱効率の増加幅が２％未満となる。また、図５（ｂ）で示すように、注入水量比が７×１０−５程度未満である場合、注入水量比の増加に従って吐出温度が大きく減少し、注入水量比が７×１０−５程度である場合、吐出温度が８８℃程度となり、注入水量比が７×１０−５程度以上である場合、注入水量比の増加に従って吐出温度が小さく減少する。また、図５（ａ）及び図５（ｂ）で示すように、注入水量比が１０×１０−５程度である場合、圧縮機の全断熱効率が６８．５％程度となって吐出温度が８７℃程度となり、注入水量比が２０×１０−５程度である場合、圧縮機の全断熱効率が７０％程度となって吐出温度が８４．５℃程度となる。
【００３８】
また、夏期などの高温期では（言い換えれば、気温が高温であるときは）、図５（ａ）及び図５（ｂ）で示した特性における注入水量比が正の方向に（１〜２）×１０−５程度シフトすることが想定される。すなわち、例えば、注入水量比が９×１０−５程度未満である場合、注入水量比の増加に従って圧縮機の全断熱効率が大きく増加し、このときの注入水量比の増加幅１×１０−５当たりの圧縮機の全断熱効率の増加幅が２％以上となり、注入水量比が９×１０−５程度である場合、圧縮機の全断熱効率が６８％程度となり、注入水量比が９×１０−５程度以上である場合、注入水量比の増加に従って圧縮機の全断熱効率が小さく増加し、このときの注入水量比の増加幅１×１０−５当たりの圧縮機の全断熱効率の増加幅が２％未満となる。また、例えば、注入水量比が９×１０−５程度未満である場合、注入水量比の増加に従って吐出温度が大きく減少し、注入水量比が９×１０−５程度である場合、吐出温度が８８℃程度となり、注入水量比が９×１０−５程度以上である場合、注入水量比の増加に従って吐出温度が小さく減少する。また、例えば、注入水量比が１２×１０−５程度である場合、圧縮機の全断熱効率が６８．５％程度なって吐出温度が８７℃程度となり、注入水量比が２２×１０−５程度である場合、圧縮機の全断熱効率が７０％程度となって吐出温度が８４．５℃程度となる。
【００３９】
また、冬期などの低温期では（言い換えれば、気温が低温であるときは）、図５（ａ）及び図５（ｂ）で示した特性における注入水量比が負の方向に（１〜２）×１０−５程度シフトすることが想定される。すなわち、例えば、注入水量比が５×１０−５程度未満である場合、注入水量比の増加に従って圧縮機の全断熱効率が大きく増加し、このときの注入水量比の増加幅１×１０−５当たりの圧縮機の全断熱効率の増加幅が２％以上となり、注入水量比が５×１０−５程度である場合、圧縮機の全断熱効率が６８％程度となり、注入水量比が５×１０−５程度以上である場合、注入水量比の増加に従って圧縮機の全断熱効率が小さく増加し、このときの注入水量比の増加幅１×１０−５当たりの圧縮機の全断熱効率の増加幅が２％未満となる。また、例えば、注入水量比が５×１０−５程度未満である場合、注入水量比の増加に従って吐出温度が大きく減少し、注入水量比が５×１０−５程度である場合、吐出温度が８８℃程度となり、注入水量比が５×１０−５程度以上である場合、注入水量比の増加に従って吐出温度が小さく減少する。また、例えば、注入水量比が８×１０−５程度である場合、圧縮機の全断熱効率が６８．５％程度なって吐出温度が８７℃程度となり、注入水量比が１８×１０−５程度である場合、圧縮機の全断熱効率が７０％程度となって吐出温度が８４．５℃程度となる。
【００４０】
このように高温期や低温期では（言い換えれば、気温、湿度、及び大気圧などの影響を受けて）、図５（ａ）及び図５（ｂ）で示した特性は若干シフトする。また、圧縮比、圧縮機の回転数、及び狭隙部の寸法などの影響を受けても若干シフトする。そのため、このような変動も考慮しつつ、図５（ａ）で示したような特性に基づき、注入水量比が５×１０−５〜４０×１０−５の範囲内で、且つ注入水量比の増加幅１×１０−５当たりの圧縮機の全断熱効率の増加幅が２％未満となる特性を有する注入水量比の範囲内となるように、注入水流量の制御範囲を設定することが好ましいと言える。このようにして注入水流量の制御範囲を予め設定し、これに基づいて制御弁２７の開度を可変制御すれば、注入水流量が比較的少ないものの圧縮機の全断熱効率を６８％程度以上と高めることができ、注入水流量が比較的少ないので停止前の乾燥運転時間を短くすることができる。
【００４１】
そして、本実施形態では、吐出温度の目標範囲を予め設定することで、注入水流量の制御範囲を間接的に設定するようになっている。制御器２８の内部メモリ（記憶手段）には、例えば、吐出温度の目標範囲の上限値として８７℃程度、下限値として８４．５℃程度が予め設定されて記憶されており、温度センサ２１Ａで検出された吐出温度（若しくは温度センサ２１Ｂで検出された吐出温度、若しくは温度センサ２１Ａ，２１Ｂで検出された吐出温度の平均値）が目標範囲８４．５℃〜８７℃となるように制御弁２７の開度を可変制御する。すなわち、検出された吐出温度が８７℃程度を越える場合に、制御弁２７の開度を増加させ、検出された吐出温度が８４．５℃未満である場合に、制御弁２７の開度を減少させる。
【００４２】
これにより、常温期、高温期、及び低温期にかかわらず、圧縮機の全断熱効率が６８．５％程度〜７０％程度の範囲となるように、注入水量比の制御範囲を自動的に可変することができる。すなわち、常温期では、注入水量比の制御範囲の最小値が１０×１０−５程度、最大値が２０×１０−５程度となり、高温期では、注入水量比の制御範囲の最小値が１２×１０−５程度、最大値が２２×１０−５程度となり、高温期では、注入水量比の制御範囲の最小値が８×１０−５程度、最大値が１８×１０−５程度となる。
【００４３】
なお、上記一実施形態においては、開度が連続的に増減可能な制御弁２７を給水系統２４に設け、この制御弁２７の開度を制御器２８によって可変制御する場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば、制御弁２７に代えて、全開状態又は全閉状態に切り換えられる複数の制御弁（好ましくは、全開状態の開度が互いに異なるもの）を設け、これら制御弁の開閉数を制御器によって制御してもよい。詳しく説明すると、この制御器は、例えば、検出された吐出温度が吐出温度の目標範囲の上限値を越える場合に、複数の制御弁のうちの開き状態のものの数を増加させて閉じ状態のものの数を減少させ、検出された吐出温度が吐出温度の目標範囲の下限値未満である場合に、複数の制御弁のうちの開き状態のものの数を減少させて閉じ状態のものの数を増加させる。このような変形例においても、上記一実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４４】
また、上記一実施形態においては、吸入系統２は、固定スクロール部材５の吸入口５ｄ，５ｅ側と固定スクロール部材６の吸入口６ｄ，６ｅ側に分岐する分岐点の上流側に水混入部２３を設け、この水混入部２３に水を供給する給水系統２４を設けた構成（言い換えれば、注水箇所を１つとする場合）を例にとって説明したが、これに限られず、注水箇所を複数としてもよい。すなわち、例えば、固定スクロール部材５の吸入口５ｄ，５ｅ側と固定スクロール部材６の吸入口６ｄ，６ｅ側に分岐する分岐点の下流側の複数箇所に（詳細には、吸入口５ｄと吸入口５ｅに分岐する分岐点の上流側及び吸入口６ｄと吸入口６ｅに分岐する分岐点の上流側である２箇所に、あるいは、吸入口５ｄと吸入口５ｅに分岐する分岐点の下流側及び吸入口６ｄと吸入口６ｅに分岐する分岐点の下流側である４箇所に）水混入部を設け、これら水混入部に水を供給する給水系統を設けてもよい。また、例えば、圧縮機本体内の圧縮経路１８Ａ，１８Ｂ，１９Ａ，１９Ｂのそれぞれに水を直接注入する給水系統を設けてもよい。これらの変形例においては、例えば複数の注水箇所における総合の注入水流量を制御弁によって制御してもよいし、例えば複数の注水箇所のそれぞれにおける注入水流量を、対応する温度センサで検出された吐出温度（詳細には、圧縮経路１８Ａ，１８Ｂに対しては温度センサ２１Ａで検出された吐出温度、圧縮経路１９Ａ，１９Ｂに対しては温度センサ２１Ｂで検出された吐出温度）に応じて複数の制御弁のそれぞれによって個別制御してもよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。
【００４５】
また、上記一実施形態においては、制御器２８は、検出された吐出温度が予め設定記憶された目標範囲となるように制御弁２７を駆動制御する場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば、注入水量比が予め設定記憶された制御範囲となるように制御弁２７を駆動制御してもよい。この場合、注入水量比は、５×１０−５〜４０×１０−５の範囲内で、且つ注入水量比の増加幅１×１０−５当たりの圧縮機の全断熱効率の増加幅が２％未満となる特性を有する範囲内となるように設定すればよい。具体例の一つとしては、常温期、高温期、及び低温期に応じて注入水量比の制御範囲を可変してもよく、例えば、常温期における注入水量比の制御範囲の最小値として（７〜１２）×１０−５程度、最大値として（１８〜３８）×１０−５程度を設定し、高温期における注入水量比の制御範囲の最小値として（９〜１４）×１０−５程度、最大値として（２０〜４０）×１０−５程度を設定し、低温期における注入水量比の制御範囲の最小値として（５〜１０）×１０−５程度、最大値として（１６〜３６）×１０−５程度を設定してもよい。また、他の具体例として、常温期、高温期、及び低温期にかかわらず注入水量比の制御範囲を固定してもよく、例えば、注入水量比の制御範囲の最小値として１０×１０−５程度、最大値として２０×１０−５程度を設定してもよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。
【００４６】
なお、以上においては、本発明の適用対象として、略渦巻き状のラップが両面に形成された旋回スクロール部材を、この旋回スクロール部材のラップに対応した略渦巻き状のラップがそれぞれ形成された一対の固定スクロール部材に対して揺動させるような水注入式スクロール空気圧縮機を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、略渦巻き状のラップが片面のみに形成された旋回スクロール部材を、この旋回スクロール部材のラップに対応した略渦巻き状のラップが形成された固定スクロール部材に対して揺動させるような水注入式スクロール空気圧縮機に適用してもよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４７】
１    圧縮機本体
４    旋回スクロール部材
４ａ，４ｂ  ラップ
５    固定スクロール部材
５ａ  ラップ
６    固定スクロール部材
６ａ  ラップ
２１Ａ，２１Ｂ  温度センサ
２３  水混入部
２４  給水系統
２７  制御弁
２８  制御器（記憶手段、制御手段）
【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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