(57)【要約】【課題】スクリュー圧縮機において、吐出通路における圧縮気体の圧力損失を低減することにより、圧縮機の消費電力の低減を図ること。【解決手段】スクリュー圧縮機は、ねじれたローブを持つ雌雄一対のロータ１、２が互いに噛み合って回転し、両ロータ１、２及びケーシング８によって形成される作動空間４内に閉じ込めた気体に液体を注入しながら圧縮し、ロータ吐出側端面に対向するケーシング８の壁面に設けられた吐出ポート６を通して圧縮気体を作動空間４から吐出通路７へ吐出する。スクリュー圧縮機は、さらに、吐出通路７における吐出ポート６の上部の近傍に位置する部分と、吐出圧力以下の圧力にある作動空間１０とを連通する油流出通路を設けている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記両ロータ及びケーシングによって形成される作動空間内に閉じ込めた気体に液体を注入しながら圧縮し、
ロータ吐出側端面に対向する前記ケーシングの壁面に設けられた吐出ポートを通して前記圧縮気体を前記作動空間から吐出通路へ吐出するスクリュー圧縮機において、
前記吐出通路における前記吐出ポートの上部の近傍に位置する部分と、吐出圧力以下の圧力にある前記作動空間とを連通する油流出通路を設けた
ことを特徴とす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において、
前記油流出通路は、前記吐出ポートの最上部の近傍に位置する前記吐出通路の部分から、これに隣接する前記吐出圧力以下の圧力にある作動空間へ、前記ケーシング内を延びて形成されている
ことを特徴とす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において、
前記吐出通路は、前記吐出ポートから全体として斜め下方に延びるように形成されると共に、前記吐出ポートの上部から前記圧縮気体が軸方向に流出されるポケット部を有しており、
前記油流出通路は前記ポケット部の上部から延びている
ことを特徴とするスクリュー圧縮機。
【請求項４】
請求項１から３の何れかに記載のスクリュー圧縮機において、
前記油流出通路はロータ吐出側端面に対向する前記ケーシングの壁面に設けられた溝で構成されている
ことを特徴とす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において、
前記油流出通路の前記吐出通路への開口部は、前記吐出通路の壁面上の通路外側を向く法線が前記両ロータの中心軸を含む面を向く部分に設けられている
ことを特徴とするスクリュー圧縮機。
【請求項６】
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、
前記両ロータとケーシングとによって形成される作動空間内に閉じ込めた気体に液体を注入しながら圧縮し、
ロータ吐出側端面に対向する前記ケーシングの壁面に設けられた吐出ポートを通して前記圧縮気体を前記作動空間から吐出通路へ吐出するスクリュー圧縮機において、
前記吐出通路における前記吐出ポートの上部の近傍に位置する部分と、吐出圧力以下の圧力にある前記雌ロータまたは前記雄ロータの少なくとも何れか一つの軸受室とを連通する油流出通路を設けた
ことを特徴とするスクリュー圧縮機。
【請求項７】
請求項６に記載のスクリュー圧縮機において、
前記油流出通路は、前記吐出ポートの最上部の近傍に位置する前記吐出通路の最上部から、前記吐出圧力以下の圧力にある軸受室へ、前記ケーシング内を延びて形成されている
ことを特徴とするスクリュー圧縮機。
【請求項８】
請求項６に記載のスクリュー圧縮機において、
前記油流出通路の前記吐出通路への開口部は、前記吐出通路の壁面上の通路外側を向く法線が前記両ロータの中心軸を含む面を向く部分に設けられている
ことを特徴とするスクリュー圧縮機。
【請求項９】
請求項６に記載のスクリュー圧縮機において、
前記吐出通路は、前記吐出ポートから全体として斜め下方に延びるように形成されると共に、前記吐出ポートの上部から前記圧縮気体が軸方向に流出されるポケット部を有しており、
前記油流出通路は前記ポケット部の上部から延びている
ことを特徴とするスクリュー圧縮機。
【請求項１０】
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、
前記両ロータとケーシングとによって形成される作動空間内に閉じ込めた気体に液体を注入しながら圧縮し、
ロータ吐出側端面に対向する前記ケーシングの壁面に設けられた吐出ポートを通して前記圧縮気体を前記作動空間から吐出通路へ吐出するスクリュー圧縮機において、
前記吐出通路における前記吐出ポートの上部の近傍に位置する部分と、吐出圧力以下の圧力にある前記ケーシングの外部とを連通する油流出通路を設けた
ことを特徴とするスクリュー圧縮機。
【請求項１１】
請求項１０に記載のスクリュー圧縮機において、
前記油流出通路は、前記吐出ポートの最上部の近傍に位置する前記吐出通路の最上部から、前記吐出圧力以下の圧力にある前記ケーシングの外部へ、前記ケーシング内を延びて形成されている
ことを特徴とするスクリュー圧縮機。
【請求項１２】
請求項１０に記載のスクリュー圧縮機において、
前記油流出通路の前記吐出通路への開口部は、前記吐出通路の壁面上の通路外側を向く法線が前記両ロータの中心軸を含む面を向く部分に設けられている
ことを特徴とするスクリュー圧縮機。
【請求項１３】
請求項１０に記載のスクリュー圧縮機において、
前記吐出通路は、前記吐出ポートから全体として斜め下方に延びるように形成されると共に、前記吐出ポートの上部から前記圧縮気体が軸方向に流出されるポケット部を有しており、
前記油流出通路は前記ポケット部の上部から延びている
ことを特徴とす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係り、特に、作動空間内に液体を注入してその液体が混入された状態で気体を圧縮するスクリュー圧縮機に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
図３は従来のスクリュー圧縮機の軸方向に沿った縦断面図である。このスクリュー圧縮機は、ケーシング８の円筒状の空間３内に、互いに噛み合う一対の雌ロータ１及び雄ロータがそれぞれ収納されており、雌ロータ１及び雄ロータの回転に伴い作動空間として作用する溝内の気体は圧縮され、吐出ポート６を経て吐出通路７に吐出される。
【０００３】
圧縮過程の作動空間には、気体の冷却及び内部漏洩の原因となる作動空間の隙間を密閉する目的で液体が注入される。この液体が気体に混入したまま吐出通路７内を流れると、液体と気体との間の粘性摩擦により吐出通路７における気体の圧力損失が著しく増大する。従って、所定圧力の圧縮気体を供給するためにはより大きな圧縮動力が必要とされ、これにより消費電力の増大を招く。一般的には、圧縮気体に混入した液体は、圧縮機の外部に設置された気液分離器に配管を通じて圧縮気体を流入させることにより分離しているが、実際には圧縮機内部の吐出ポート６から気液分離器に至るまでの間においても、液体の混入により圧縮気体に大きな圧力損失が生じている。従って、圧縮機の消費電力低減のためには、吐出後の圧縮気体から混入した液体をできるだけ早く分離することが必要である。
【０００４】
そこで、特開平０２−１４９７８９号公報（特許文献１）の第１の例では、吐出ケーシングの流出側に、吐出ガスの流通方向に対向して通路の下壁が延長する方向の傾斜面を形成し、この傾斜面の上縁に圧縮空気の吐出口、下縁に油の滴下口をそれぞれ形成することにより、吐出ケーシングに吐出された油を含む圧縮空気を傾斜面に衝突させ、比重の大きい油を下方に、比重の小さい圧縮空気を上方に分離することを提案している。また、この特許文献１の第２の例では、別に、吐出ケーシングをベンド管形状にし、その流出側の内部を二重にすることにより、ベンド部の遠心力で、比重の大きい油を外側の流路に、比重の小さい圧縮空気を内側の流路に分離することを提案している。
【０００５】
【特許文献１】特開平０２−１４９７８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献１の第１の例では、油を含んだ圧縮空気を吐出ケーシングの流出側で傾斜壁に衝突させ、傾斜壁に衝突後の圧縮空気の流れ方向を９０度以上変える必要があるため、吐出通路における通路抵抗が大きくなり圧縮空気の圧力損失が増大する懸念がある。また、上記特許文献１の第２の例では、油を含んだ圧縮空気をエンド部で３６０度変える必要があるため、吐出通路における通路抵抗が大きくなり圧縮空気の圧力損失が増大する懸念がある。
【０００７】
本発明の目的は、吐出通路における圧縮気体の圧力損失を低減することにより、圧縮機の消費電力の低減を図ることができるスクリュー圧縮機を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述の目的を達成するための本発明の第１の態様は、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、前記両ロータ及びケーシングによって形成される作動空間内に閉じ込めた気体に液体を注入しながら圧縮し、ロータ吐出側端面に対向する前記ケーシングの壁面に設けられた吐出ポートを通して前記圧縮気体を前記作動空間から吐出通路へ吐出するスクリュー圧縮機において、前記吐出通路における前記吐出ポートの上部の近傍に位置する部分と、吐出圧力以下の圧力にある前記作動空間とを連通する油流出通路を設けたことにある。
【０００９】
係る本発明の第１の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）前記油流出通路は、前記吐出ポートの最上部の近傍に位置する前記吐出通路の部分から、これに隣接する前記吐出圧力以下の圧力にある作動空間へ、前記ケーシング内を延びて形成されていること。
（２）前記吐出通路は、前記吐出ポートから全体として斜め下方に延びるように形成されると共に、前記吐出ポートの上部から前記圧縮気体が軸方向に流出されるポケット部を有しており、前記油流出通路は前記ポケット部の上部から延びていること。
（３）前記油流出通路はロータ吐出側端面に対向する前記ケーシングの壁面に設けられた溝で構成されていること。
（４）前記油流出通路の前記吐出通路への開口部は、前記吐出通路の壁面上の通路外側を向く法線が前記両ロータの中心軸を含む面を向く部分に設けられていること。
【００１０】
また、本発明の第２の態様は、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、前記両ロータとケーシングとによって形成される作動空間内に閉じ込めた気体に液体を注入しながら圧縮し、ロータ吐出側端面に対向する前記ケーシングの壁面に設けられた吐出ポートを通して前記圧縮気体を前記作動空間から吐出通路へ吐出するスクリュー圧縮機において、前記吐出通路における前記吐出ポートの上部の近傍に位置する部分と、吐出圧力以下の圧力にある前記雌ロータまたは前記雄ロータの少なくとも何れか一つの軸受室とを連通する油流出通路を設けたことにある。
【００１１】
係る本発明の第２の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）前記油流出通路は、前記吐出ポートの最上部の近傍に位置する前記吐出通路の最上部から、前記吐出圧力以下の圧力にある軸受室へ、前記ケーシング内を延びて形成されていること。
（２）前記油流出通路の前記吐出通路への開口部は、前記吐出通路の壁面上の通路外側を向く法線が前記両ロータの中心軸を含む面を向く部分に設けられていること。
（３）前記吐出通路は、前記吐出ポートから全体として斜め下方に延びるように形成されると共に、前記吐出ポートの上部から前記圧縮気体が軸方向に流出されるポケット部を有しており、前記油流出通路は前記ポケット部の上部から延びていること。
【００１２】
また、本発明の第３の態様は、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、前記両ロータとケーシングとによって形成される作動空間内に閉じ込めた気体に液体を注入しながら圧縮し、ロータ吐出側端面に対向する前記ケーシングの壁面に設けられた吐出ポートを通して前記圧縮気体を前記作動空間から吐出通路へ吐出するスクリュー圧縮機において、前記吐出通路における前記吐出ポートの上部の近傍に位置する部分と、吐出圧力以下の圧力にある前記ケーシングの外部とを連通する油流出通路を設けたことにある。
【００１３】
係る本発明の第３の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）前記油流出通路は、前記吐出ポートの最上部の近傍に位置する前記吐出通路の最上部から、前記吐出圧力以下の圧力にある前記ケーシングの外部へ、前記ケーシング内を延びて形成されていること。
（２）前記油流出通路の前記吐出通路への開口部は、前記吐出通路の壁面上の通路外側を向く法線が前記両ロータの中心軸を含む面を向く部分に設けられていること。
（３）前記吐出通路は、前記吐出ポートから全体として斜め下方に延びるように形成されると共に、前記吐出ポートの上部から前記圧縮気体が軸方向に流出されるポケット部を有しており、前記油流出通路は前記ポケット部の上部から延びていること。
【発明の効果】
【００１４】
係る本発明のスクリュー圧縮機によれば、吐出通路における圧縮気体の圧力損失を低減することにより、圧縮機の消費電力の低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の複数の実施例について図を用いて説明する。各実施例の図における同一符号は同一物または相当物を示す。本発明の各実施例は、圧縮する気体として空気を使用し、作動空間内に注入する液体として油を使用した給油式スクリュー圧縮機に関するものである。また、本発明のスクリュー圧縮機における方向は、両ロータの中心を結ぶ線１９（図１及び図４参照）から見て、吐出ポートを向いた方向（吐出側）を下方、それと反対側を向いた方向（吸入側）を上方と定義する。
（第１実施例）
本発明の第１実施例のスクリュー圧縮機を図１及び図２を用いて説明する。図１は本実施例に係る空気圧縮用の給油式スクリュー圧縮機のロータ吐出側端面における断面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。
【００１６】
図１及び図２において、ねじれたローブを持つ一対の互いに噛み合う雌ロータ１及び雄ロータ２は、ケーシング８の円筒空間３内に回転可能に配置されている。この円筒空間３は、一側が吸込み通路１８に連通され、他側が吐出通路７に連通されている。また、円筒空間３は、互いに連通されて左右に並置された２つの円筒空間部で構成され、それぞれの円筒空間部に両ロータ１、２が配置されている。
【００１７】
ケーシング８は、円筒空間３を形成するケーシング本体８ａと、吐出通路７を形成する吐出ケーシング８ｂとから成っている。ケーシング本体８ａは、円筒空間３の一側が連通する吸込み通路１８を有する共に、円筒空間３の他側が開口する側端面を有している。吸込み通路１８は、両ロータ１、２の中心を結ぶ線１９より上側に設けられている。吐出ケーシング８ｂは、ケーシング本体８ａの側端面に円筒空間３の開口を覆うように設置され、吐出ポート６を有する吐出通路７が形成されている。吐出通路７は両ロータ１、２の中心を結ぶ線１９より下側に位置して形成されている。この吐出通路７は、全体が斜め下方に延びるように形成されていると共に、吐出ポート６の上部から圧縮気体が軸方向に流出されるポケット部１２を有している。ここで、吐出ポート６の上部とは、吐出通路壁面上の通路外側を向く法線が両ロータ１、２の中心軸を含む面を向く部分である。
【００１８】
両ロータ１、２及びケーシング８によって円筒空間３内に作動空間４、１０が形成される。空気を閉じ込めた作動空間４は、空気の冷却及び内部漏洩の原因となる作動空間の隙間を密閉する目的で油が注入されながら、両ロータ１、２の回転に伴い徐々にその容積が縮小される。これによって、作動空間４内の空気は圧縮されて油を含んだ圧縮空気となる。なお、ケーシング本体８の下部の左右には２つの給油孔１７が設けられており、２つの給油孔１７を通して円筒空間３の内部に油が供給される。
【００１９】
作動空間４の縮小に伴って設定圧力まで圧縮された圧縮空気は、吐出ポート６から吐出通路７に吐出され、さらには、図示しない吐出配管を通して気液分離器へ吐出される。ここで、吐出通路７は、圧縮工程の作動空間４に連通される吐出ポート６を有し、ケーシング８内に形成された圧縮空気の通路のことである。
【００２０】
スクリュー圧縮機の場合、作動空間４と吐出通路７とは、吐出過程の最初に吐出ポート６の下部から連通し、その後に両ロータ１、２の回転に伴って吐出ポート６の上部で連通するように移動する。また、空気に較べて比重の大きい油はそのほとんどが空気より後に吐出ポート６から吐出される。従って、吐出ポート６上の上部ほど吐出される圧縮気体に占める油の割合が大きくなる。また、ロータ軸上には両ロータ１、２の軸受室９が設けられているため、吐出通路７は、軸受室９を避ける方向、つまりロータ軸から離れる方向である斜め下方に延びるように設けられている。以上により吐出された油のほとんどは吐出ポート６の上部から吐出される。
【００２１】
ここで、圧縮空気と油のそれぞれの体積流量比から、吐出通路７内の圧縮空気の流速は油のそれに較べて非常に大きく、吐出通路７内を圧縮空気と油が混じったまま流れると、圧縮空気と油との間の速度差や界面の形状変化から生じる摩擦損失により、圧縮空気の吐出通路７内における圧力損失が、圧縮空気が単相で流れた場合に較べて著しく増加する。
【００２２】
そこで、本実施例では、吐出通路７における吐出ポート６の上部の近傍に位置する部分と、吐出圧力以下の圧力にある作動空間１０とを連通する油流出通路１１をケーシング８内を延びるように設けている。具体的には、この作動空間１０は吸入圧力状態であり、油流出通路１１はポケット部１２の上部に開口されている。これにより、吐出ポート６を通して吐出通路７へ吐出される油のほとんどは、圧力差により吐出通路７から吸入圧力にある作動空間１０に流入する。従って、圧縮空気中に混入した油が吐出通路７内から除去されるため、圧縮空気と油の混合による圧力損失を減少させることが可能となり、圧縮機の消費電力の低減を図ることができる。また、吐出後の油を再び圧縮機内部に戻すことから、圧縮機内部で油が循環することになるため、外部からの給油量を減らすことも可能となる。油流出通路１１をケーシング８内を延びるように設けたことにより、別の配管を用意することがなくなり、大型化に繋がらないという効果がある。
【００２３】
なお、本実施例では、吐出ポート６の上部から油を多く含む圧縮気体が軸方向に流出されるポケット部１２を有しており、油流出通路１１がポケット部１２の上部から延びているので、吐出ポート６の上部から吐出された油がポケット部１２の壁面に衝突して油のよどみが生じ、このポケット部１２内の油を油流出通路１１から効果的に流出させることができる。
（第２実施例）
次に、本発明の第２実施例のスクリュー圧縮機について図４及び図５を用いて説明する。図４は本発明の第２実施例の空気圧縮用の給油式スクリュー圧縮機のロータ吐出側端面における断面図、図５は図４のＢ−Ｂ断面図である。この第２実施例は、次に述べる点で第１実施例と相違するものであり、その他の点については第１実施例と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。
【００２４】
この第２実施例では、ケーシング８内に設けられた吐出通路７と吸入圧力にある作動空間１０とを繋ぐ油流出通路１１の代わりに、ロータ吐出側端面に対向する吐出ケーシング８ｂの壁面に設けられた溝１３で油流出通路を構成したことにある。
【００２５】
係る第２実施例の構成によれば、第１実施例の油流出流路１１に比べてより簡易的な加工作業により溝１３を形成することができると共に、油流出流路１１と同等の油流出機能を有する。即ち、吐出ポート６の上部より吐出された油は、吐出通路７と吸入圧力にある作動空間１０との間の圧力差により、溝１３及び両ロータ１及び２の吐出側端面とによって形成される通路を通り、吐出通路７から除去される。これにより、吐出通路７における圧縮空気と油との間の摩擦損失の低減が可能となるため、圧縮機の消費電力の低減を図ることができる。
（第３実施例）
次に、本発明の第３実施例のスクリュー圧縮機について図６を用いて説明する。図６は本発明の第３実施例の空気圧縮用の給油式スクリュー圧縮機の軸方向に沿った縦断面図である。この第３実施例は、次に述べる点で第１実施例と相違するものであり、その他の点については第１実施例と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。
【００２６】
この第３実施例では、ケーシング８内に設けられた吐出通路７と吸入圧力にある作動空間１０とを繋ぐ油流出通路１１の代わりに、吐出通路７における吐出ポート６の上部の近傍に位置する部分と、吐出圧力以下の圧力にある雌ロータ１または雄ロータ２の少なくとも何れか一つの軸受室９とを連通する油流出通路１５を設けたものである。この油流出通路１５は雌ロータ１及び雄ロータ２の軸受室９のそれぞれに連通されていてもよい。
【００２７】
係る第３実施例の構成によれば、軸受室９内の軸受に対する給油が可能となる。即ち、吐出ポート６の上部より吐出された油は、吐出通路７と吸入圧力にある軸受室９との間の圧力差により、油流出通路１５を通り、吐出通路７から除去される。これにより、吐出通路７における圧縮空気と油との間の摩擦損失の低減が可能となるため、圧縮機の消費電力の低減を図ることができる。
（第４実施例）
次に、本発明の第４実施例のスクリュー圧縮機について図７を用いて説明する。図７は本発明の第４実施例の空気圧縮用の給油式スクリュー圧縮機の軸方向に沿った縦断面図である。この第４実施例は、次に述べる点で第１実施例と相違するものであり、その他の点については第１実施例と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。
【００２８】
この第４実施例では、ケーシング８内に設けられた吐出通路７と吸入圧力にある作動空間１０とを繋ぐ油流出通路１１の代わりに、ケーシング８の外部と吐出通路７とを繋ぐ油流出通路１６を設けたこと、また油流出通路１６を配管を通じて気液分離器（図に示さず）に連通させたことにある。
【００２９】
係る第４実施例の構成によれば、吐出ポート６の上部より吐出された油は油流出通路１６とケーシング外部に設置された配管を通り、吐出通路７と気液分離器との間の圧力差により吐出通路７から除去される。これにより、吐出通路７における圧縮空気と油との間の摩擦損失の低減が可能となるため、圧縮機の消費電力の低減を図ることができる。また、吐出通路における油が圧縮機内部を循環することがなくなるため、給油温度を低く保つことが可能となることによる圧縮空気の冷却効果の維持、及び油の酸化による劣化を防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施例に係る空気圧縮用の給油式スクリュー圧縮機のロータ吐出側端面における断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】従来のスクリュー圧縮機の軸方向に沿った縦断面図である。
【図４】本発明の第２実施例の空気圧縮用の給油式スクリュー圧縮機のロータ吐出側端面における断面図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】本発明の第３実施例の空気圧縮用の給油式スクリュー圧縮機の軸方向に沿った縦断面図でである。
【図７】本発明の第４実施例の空気圧縮用の給油式スクリュー圧縮機の軸方向に沿った縦断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１…雌ロータ、２…雄ロータ、３…円筒空間、４…作動気体の圧縮過程にある作動空間、６…吐出ポート、７…吐出通路、８…ケーシング、８ａ…ケーシング本体、８ｂ…吐出ケーシング、９…軸受室、１０…吐出圧力以下の圧力にある作動空間、１１…油流出通路、１２…ポケット部、１３……油流出通路（油流出通溝）、１５…油流出通路、１６…油流出通路、１７…給油孔、１８…吸込み通路、１９…両ロータの中心を結ぶ線。
【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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【図６】
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【図７】
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