(57)【要約】【課題】スクリュロータを収納するロータ室への冷却液注入後の動力ロスを低減し得る液冷式スクリュ圧縮機を提供する。【解決手段】互いに噛み合う雌雄一対のスクリュロータ２ａ，２ｂを有する液冷式スクリュ圧縮機において、前記スクリュロータ２ａ，２ｂを収納するロータ室４のスクリュ吸込端面１６に注液孔１５を設け、この注液孔１５からスクリュ吐出方向に向かって冷却液を注入可能に構成する。また、前記注液孔１５を、スクリュロータ２ａ，２ｂの吸込側端面に近接する前記ロータ室４のスクリュ吸込端面に設けたり、前記ロータ室４の雌ロータ２ｂ側のスクリュ吸込端面１６に設けて、この注液孔１５からスクリュ吐出方向に向かって冷却液を注入可能に構成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに噛み合う雌雄一対のスクリュロータを有する液冷式スクリュ圧縮機において、前記スクリュロータを収納するロータ室のスクリュ吸込端面に注液孔を設け、この注液孔からスクリュ吐出方向に向かって冷却液を注入可能に構成することを特徴とする液冷式スクリュ圧縮機。
【請求項２】
前記注液孔を、スクリュロータの吸込側端面に近接する前記ロータ室のスクリュ吸込端面に設けることを特徴とする請求項１に記載の液冷式スクリュ圧縮機。
【請求項３】
前記注液孔を、前記ロータ室の雌ロータ側のスクリュ吸込端面に設けることを特徴とする請求項１または２に記載の液冷式スクリュ圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに噛み合う雌雄一対のスクリュロータを有する液冷式スクリュ圧縮機において、前記スクリュロータを収納するロータ室への冷却液の注入機構の改善に関する。
【背景技術】
【０００２】
スクリュ圧縮機のスクリュロータ（以下、ロータとも言う）の温度は流体が圧縮されるのに伴って上昇する。従って、スクリュロータを冷却する冷却機構が必須である。このような冷却機構として、一般的に外部の冷却装置による冷却空気や冷却液の供給等が従来より用いられてきた。
【０００３】
そこで先ず、上記冷却液として冷却油を用いた従来例に係る油冷式スクリュ圧縮機の一般的な冷却機構につき、以下図７を参照しながら説明する。図７は従来例に係る油冷式スクリュ圧縮機の断面図である。
【０００４】
この油冷式スクリュ圧縮機２１は、ロータケーシング２０内に互いに噛み合う雌雄一対のスクリュロータ２２を備えている。このスクリュロータ２２は、吸込側の軸受部２３及び吐出側の軸受部２４によって回転可能に支持されており、これらの軸受部２３，２４とスクリュロータ２２との間に、軸封部２５，２６が夫々設けてある。また、軸受部２３，２４、軸封部２５，２６及びスクリュ圧縮機２１内のガス圧縮空間部であるロータ室２７等の注油箇所に注油するための注油孔２８，２９及び３０が設けられている。更に、注入した油を排出して吸込口３２に戻す排油戻し流路３３，３４が設けられている。
【０００５】
そして、吸込流路３５より、スクリュ圧縮機２１に吸い込まれた気体は注油孔３０から油注入を受けつつ圧縮され、油と共に圧縮ガスとして吐出口３６より吐出されている。ここで、前記ロータ室２７に注入された油は、気体圧縮部の冷却、スクリュロータ２２同士の間、及びスクリュロータ２２とロータケーシング２０の内壁部との間のシール及び潤滑の働きをしている。
【０００６】
また、前記軸受部２３，２４及び軸封部２５，２６に注入された油は、排油戻し流路３３，３４により吸込口３２に戻され、気体と共に吸い込まれ、吐出口３６より吐出される。吐出された圧縮気体及び油は図示しない油分離回収器において互いに分離され、圧縮ガスは吐出流路３７に送り出される。
【０００７】
更に他の従来例に係るスクリュ圧縮機につき、以下図８，９を参照しながら説明する。図８は従来例に係るスクリュ圧縮機のロータケーシングを、スクリュロータを省略した状態で示した正断面図で、図９の矢視Ｊ−Ｊを示す断面図、図９は図８の矢視Ｋ−Ｋを示す断面図である。
【０００８】
この従来例に係るスクリュ圧縮機は、互いに噛み合う雌雄一対のスクリュロータを収納したケーシング４１のロータ室３９の吸込側開口部を形成する吸込ポート４０の縁部に、ロータ室３９への冷却用液体を注入する注液用開口部４２と、この吸込ポート４０の壁部４６の表層部に沿って延在し、上記注液用開口部４２に至る冷却部４３と、この冷却部４３に上記冷却用液体を導く導入部４４とからなる冷却液注入孔４５を設けている。
【０００９】
この様に構成することによって、吸込ポート４０の壁部４６が冷却液により冷却され、吸込ポート部４０のガスが冷却されると共に、前記注液用開口部４２から注入される冷却液によりスクリュロータに吸い込まれたガスが冷却される（特許文献１参照）。
【００１０】
しかしながら、従来例に係るスクリュ圧縮機の冷却液注入機構は、前図７及び９に示す様に、前記スクリュロータを収納するロータケーシングのロータ室側壁や吸込ポートの縁部に、前記スクリュロータの軸心に対して直角方向に注液孔を設け、この注液孔から冷却液を注入する様に構成されている。この様な冷却液注入機構による問題点につき、以下図１０，１１を参照しながら説明する。図１０は従来例に係る液冷式スクリュ圧縮機のロータ室を示す正断面図で、図１１の矢視Ｕ−Ｕを示す断面図、図１１は図１０の矢視Ｖ−Ｖを示す断面図である。
【００１１】
今、ロータケーシング５０に設けられたロータ室５１内において、雌雄一対のロータ５２ａ，５２ｂが図の矢印Ｒの方向に夫々回転しているとすれば、注液孔５３からロータ５２ａ，５２ｂの軸心に直角方向（矢印Ａの方向）に注入された冷却液は、雌ロータ５２ｂの歯に衝突してこのロータ５２ｂの回転方向、即ち、矢印Ｂの方向に向きを変える。その反作用として、雌ロータ５２ｂの歯に矢印Ｄの方向の反力が働く。次いで、ロータ５２ａ，５２ｂの噛み合い部分で、矢印Ｃの方向に運動方向が変わる。
【００１２】
前記注液孔からロータ５２ａ，５２ｂの軸心に直角方向、即ち矢印Ａの方向に注入された冷却液は、矢印Ｂ，Ｃ方向への運動量を持っていないため、前記方向転換に伴う反力は雌ロータ５２ｂに作用し、圧縮機を駆動する図示しない駆動モータにロス動力として加算される。このロス量は前記モータ軸動力の２〜３％程度にもなるが、この様な動力ロスを低減することを目的とした冷却液の注入機構の改善に関する従来例は見当たらない。
【特許文献１】実開平６−３４１８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従って、本発明の目的は、スクリュロータを収納するロータ室への冷却液注入後の動力ロスを低減し得る液冷式スクリュ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】
【００１４】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る液冷式スクリュ圧縮機が採用した手段は、互いに噛み合う雌雄一対のスクリュロータを有するスクリュ圧縮機において、前記スクリュロータを収納するロータ室のスクリュ吸込端面に注液孔を設け、この注液孔からスクリュ吐出方向に向かって冷却液を注入可能に構成することを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の請求項２に係る液冷式スクリュ圧縮機が採用した手段は、請求項１に記載の液冷式スクリュ圧縮機において、前記注液孔を、スクリュロータの吸込側端面に近接する前記ロータ室のスクリュ吸込端面に設けることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の請求項３に係る液冷式スクリュ圧縮機が採用した手段は、請求項１または２に記載の液冷式スクリュ圧縮機において、前記注液孔を、前記ロータ室の雌ロータ側のスクリュ吸込端面に設けることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の請求項１に係る液冷式スクリュ圧縮機によれば、前記スクリュロータを収納するロータ室のスクリュ吸込端面に注液孔を設け、この注液孔からスクリュ吐出方向に向かって冷却液を注入するので、前記冷却液は、注入時からスクリュ吐出方向に向かう運動量を保有しており、冷却液注入後の運動方向転換による動力ロスが解消される。
【００１８】
また、本発明の請求項２に係る液冷式スクリュ圧縮機によれば、前記注液孔を、前記ロータ室のスクリュ吸込端面がスクリュロータの吸込側端面に接する壁面に設け、この注液孔からスクリュ吐出方向に向かって冷却液を注入するので、前記スクリュロータの歯溝が閉じ込んだ状態の注液となり、冷却液が逆流する恐れがない。
【００１９】
更に、本発明の請求項３に係る液冷式スクリュ圧縮機によれば、前記注液孔を、前記ロータ室の歯厚の薄い雌ロータ側のスクリュ吸込端面に設けるので、前記スクリュの歯によって注液孔の開孔が塞がれる時間が短くなり、小径の注液孔で十分注液可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
先ず、本発明の実施の形態１に係る液冷式スクリュ圧縮機について、以下図１〜４を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る液冷式スクリュ圧縮機の冷却系統を示す模式的説明図である。図２は図１のスクリュ圧縮機の矢視Ｘ−Ｘを示す断面図で、図３の矢視Ｚ−Ｚを示す断面図である。図３は図２の矢視Ｙ−Ｙを示す断面図である。
【００２１】
本発明の実施の形態１に係る液冷式スクリュ圧縮機は、雌雄一対のスクリュロータ２ａ，２ｂが噛み合って、ロータケーシング３の内部に形成されたロータ室４に回転可能に収容されてなる圧縮機本体1を備えている。圧縮機本体１の吸込口１ａには、吸込流路５が接続され、その吐出口１ｂには吐出流路６の一端側が接続されている。そして、圧縮機本体１を構成する前記雌雄一対のスクリュロータ２ａ，２ｂのうちの一方、雄ロータ２ａのみが、駆動モータＭの駆動軸７に接続されている。
【００２２】
この駆動モータＭにより、スクリュロータ２ａ，２ｂを、図２の矢印Ｒに示す方向に回転させることによって、吸込流路５から供給される気体を、圧縮機本体１のスクリュロータ２ａ，２ｂの吸込側（図２のロータ左側）から吸い込み、圧縮して前記スクリュロータ２ａ，２ｂの吐出側（図２のロータ右側）から高圧流体として吐出流路６に吐出する。
【００２３】
上記駆動モータＭは、モータケーシング８内部のモータハウジングに収納され、このモータケーシング８は、ロータケーシング３と一体的に結合されている。前記駆動モータＭは、前記モータケーシング８内面に固定された図示しない固定子と、駆動軸７を中心に回転する図示しない回転子からなり、制御器により回転制御されている。そして、この駆動モータＭは、吸込側軸受９ａと吐出側軸受９ｂとによって軸支された前記駆動軸７の回転力を、圧縮機本体１のスクリュロータ２ａ，２ｂへ伝達している。
【００２４】
一方、前記吸込流路５には、その吸込流路５を通過する気体の流量を調整する吸込調整弁５ａが備えられており、制御器によりその弁開度が制御される。また、吐出流路６には油分離回収器１０が介装され、油分離回収器１０内部には油分離エレメント１０ａが備えられている。この油分離回収器１０に流入した高圧気体には僅かに油が混入しているので、この油を油分離回収器１０の内部に備えられた油分離エレメント１０ａにて捕捉する。油分離エレメント１０ａにて捕捉された油は自重により滴下し、油分離回収器１０内部の下方に油溜り１０ｂが形成される。
【００２５】
このようにして油溜り１０ｂに回収された油は、前記油分離回収器１０から前記圧縮機本体１に連通する油循環流路１１を通して、図示しないオイルポンプによって循環される。この油循環流路１１にはオイルクーラ１２が介装され、図示しない制御器によって温度制御することによって通過する油が冷却される。そして、オイルクーラ１２によって冷却された油は、油の供給の必要な部位にロータケーシング３に設けられた注油流路を介して供給される。このような注油流路は、吸込側軸受（及び軸封部）９ａへの注油流路１３，吐出側軸受（及び軸封部）９ｂへの注油流路１４及びスクリュロータ２ａ，２ｂとロータケーシング３が形成する圧縮空間への注油流路１５から構成される。
【００２６】
そして、前記スクリュロータ２ａ，２ｂとロータケーシング３が形成する圧縮空間への注油流路１５は、図２及び３に示す如く、前記スクリュロータ２ａ，２ｂを収納するロータケーシング３に、ロータ軸心と略直角方向に設けられた油導入孔１５ａと、この油導入孔１５ａと連通してロータ室４のスクリュ吸込端面１６に至るまで吐出側に向かって穿設された注油孔１５ｂ（注油孔）を含む。即ち、注油孔１５ｂは、ロータ軸心と略同方向に穿設されている。この注油流路１５、特に注油流路１５のうちの注油孔１５ｂによって、吐出方向に向かう矢印Ｑで示す注入方向に冷却油を注入することができる。
【００２７】
ここで、図３におけるハッチング部は、スクリュロータ２ａ，２ｂの吸込側端面に近接するロータ室４のスクリュ吸込端面１６に該当する壁面１６ａを示す。また、２つの円の部分を除く他のハッチングしていない部分は、ロータ室４の吸込部通路１６ｂを示している。この様に、本発明に係る冷却油注入機構は、冷却油の注油孔１５ｂを、スクリュロータ２ａ，２ｂの吸込側端面に近接する前記ロータ室４のスクリュ吸込端面１６に該当する壁面１６ａに設けて、この注油孔１５ｂから吐出方向に向かって冷却油を注入するのが好ましい。
【００２８】
尚、壁面１６ａとスクリュロータ２ａ，２ｂの吸込側端面とは上述の通り近接しており、両者の間には、例えば０．２ｍｍ程度の微小な間隙が形成されている。この様な冷却油の注入によって、スクリュロータ２ａ，２ｂの歯溝が閉じ込んだ状態で注油するため、冷却油が逆流する恐れがない。
【００２９】
更に、前記注油孔１５ｂは、前記ロータ室４の雌ロータ２ｂ側のスクリュ吸込端面１６に設けられることが好ましい。雌ロータ２ｂの歯厚は、雄ロータ２ａの歯厚に比べて薄い。このため、雌ロータ２ｂ側のスクリュ吸込端面１６に注油孔１５ｂを設けて注油する方が、雄ロータ２ａ側のスクリュ吸込端面１６に注油孔１５ｂを設けて注油するよりも、注油孔１５ｂの開孔を前記ロータの歯によって閉塞する確率が低いためである。
【００３０】
前記注油孔１５ｂから注油された冷却油の注入速度が、ロータ２ａ，２ｂの周速×ｔａｎ（リード角）より大きい場合、図２の点Ｐで雌ロータ２ｂの歯に衝突する。この衝突により、雌ロータ２ｂは回転方向成分を有する力を受けるために、従来例に示した図９の矢印Ｄと逆に、駆動モータＭの軸動力が軽減される方向に作用する。
【００３１】
この様にロータ室４内に注入された冷却油は、注入された時点から図２の矢印Ｑに示した運動量を保有しているため、従来であれば生じていたロータ室４に注入後の方向転換による動力ロスが低減される。尚、前記注油孔１５ｂから注油された冷却油の注入速度が、ロータ２ａ，２ｂの周速×ｔａｎ（リード角）以下の場合でも、その効果の程度は縮小されるものの、冷却油の注入速度がロータ２ａ，２ｂの周速×ｔａｎ（リード角）より大の場合と同様に動力ロスが低減される。
【００３２】
次に、本発明の実施の形態２に係る液冷式スクリュ圧縮機を、図４を用いて以下に説明する。図４は本発明の実施の形態２に係り、図３と同じ方向の断面図である。尚、本発明の実施の形態２が上記実施の形態１と相違するところは、注油孔１５ｂ及び油導入孔１５ａの配置に相違があり、その他は全く同構成であるから、注油孔１５ｂの構成についての説明に止めるものとする。
【００３３】
本発明の形態１においては、前記注油孔１５ｂは、図３に示した通り、スクリュロータ２ａ，２ｂの吸込側端面に近接するロータ室４のスクリュ吸込端面１６に該当する壁面１６ａ（ハッチング部）に設けられ、この注油孔１５から吐出方向に向かって冷却油を注入する構成とした。これに対し、本発明の形態２においては、前記注油孔１５ｂは、図４に示す様に、前記ロータ室４の吸込部通路１６ｂ（非ハッチング部）に設けられ、この注油孔１５から吐出方向に向かって冷却油を注入する構成とした。この様な構成とすることにより、ロータ室４内に注入された冷却油のロータ室４に注入後の方向転換による動力ロスが従来より低減され、前記実施の形態１と同様な効果を得ることが出来るのである。
【００３４】
尚、本発明に係る液冷式スクリュ圧縮機は、前記実施の形態１及び実施の形態２の何れでも構わない。但し、実施の形態２では、雌スクリュロータ２ｂの歯溝が閉じ込んだ状態にない吸込部通路１６ｂに注油するため、冷却油が逆流する恐れがあり、実施の形態１の方が望ましい。
【００３５】
以上の様に、本発明に係る液冷式スクリュ圧縮機は、スクリュロータを収納するロータケーシングのロータ室を形成するスクリュ吸込端面に注液孔を設け、この注液孔からスクリュ吐出方向に向かって冷却液を注入可能に構成するので、前記冷却液は、注入時からスクリュ吐出方向に向かう運動量を保有しており、冷却液注入後の運動方向転換による動力ロスが解消される。そしてまた、前記注液孔を、歯厚の薄い雌ロータ側のスクリュ吸込端面に設けるので、前記スクリュの歯によって注液孔の孔が塞がれる時間が短くなり、小径の注液孔で冷却することが可能となる。
【００３６】
尚、本発明の実施の形態においては、冷却液としては冷却油を用いた油冷式スクリュ圧縮機の例を述べた。しかしながら、本発明に係る液冷式スクリュ圧縮機の冷却液の注入機構に用いる冷却液は、冷却油に限定されない。本発明は、冷媒（ヒートポンプ、冷凍機の場合）や冷却水を用いるスクリュ圧縮機にも適用可能である。
【００３７】
また、上述の本発明の実施の形態１，２では、注油孔１５ｂはロータ軸心と略同方向に穿設されたものを示したが、本発明はこれに限らない。例えば、図５及び６は本発明の実施の形態３に係り、図５は図２と同じ方向の断面図、図６は図３及び４と同じ方向の断面図である。図５及び６に示される様に、注油孔１５ｂは吐出側に延びるにつれて雄ロータ２ａの軸と雌ロータ２ｂの軸との間に位置する線分Ｓに近づく様に傾斜して構成されても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、例えばヒートポンプや冷凍機にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る液冷式スクリュ圧縮機の冷却系統を示す模式的説明図である。
【図２】図１のスクリュ圧縮機の矢視Ｘ−Ｘを示す断面図で、図３の矢視Ｚ−Ｚを示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係り、図２の矢視Ｙ−Ｙを示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係り、図３と同じ方向の断面図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係り、図２と同じ方向の断面図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係り、図３，４と同じ方向の断面図である。
【図７】従来例に係る液冷式スクリュ圧縮機の断面図である。
【図８】従来例に係るスクリュ圧縮機のロータケーシングを、スクリュロータを省略した状態で示した正断面図で、図９の矢視Ｊ−Ｊを示す断面図である。
【図９】図８の矢視Ｋ−Ｋを示す断面図ある。
【図１０】従来例に係る液冷式スクリュ圧縮機のロータ室を示す平断面図で、図１１の矢視Ｕ−Ｕを示す断面図である。
【図１１】図１０の矢視Ｖ−Ｖを示す断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
Ｍ：駆動モータ，    Ｐ：注入された冷却液が雌ロータの歯に衝突する点，
Ｑ：注油方向，      Ｒ：ロータ回転方向，
１：圧縮機本体，    １ａ：吸込口，    １ｂ：吐出口，
２ａ：雄ロータ，    ２ｂ：雌ロータ，
３：ロータハウジング，    ４：ロータ室，    ５：吸込流路，    ６：吐出流路，
７：駆動軸，          ８：モータケーシング，
９ａ：吸込側軸受，  ９ｂ：吐出側軸受，
１０：油分離回収器，  １０ａ：油分離エレメント，  １０ｂ：油溜り，
１１：油循環流路，    １２：オイルクーラ，
１３：吸込側軸受（及び軸封部）への注油流路，
１４：吐出側軸受（及び軸封部）への注油流路，
１５：スクリュロータとロータケーシングが形成する圧縮空間への注油流路，
１５ａ：油導入孔，    １５ｂ：注油孔，
１６：ロータ室のスクリュ吸込端面，
１６ａ：ロータ室のスクリュ吸込端面がスクリュロータの吸込側端面に接触する壁面，
１６ｂ：吸込部通路
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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