(57)【要約】      （修正有）【課題】油冷式スクリュ圧縮機における油によるシール効果の向上。【解決手段】油冷式スクリュ圧縮機は、複数の歯を有する雄型ロータ１６ａと、雄型ロータ１６ａと噛合する雌型ロータと、雄型ロータ１６ａ及び雌型ロータに対して給油するロータ給油口２４と、ロータ給油口２４に流体的に接続された給油配管１４と、給油配管１４に配置され、ロータ給油口２４からの給油流速を増加する増圧コンバータ１０とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の歯を有する雄型ロータと、
前記雄型ロータと噛合する雌型ロータと、
前記雄型ロータ及び前記雌型ロータに対して給油するロータ給油口と、
前記ロータ給油口に流体的に接続された給油配管と、
前記給油配管に配置され、前記ロータ給油口からの給油流速を増加する増圧コンバータと
を備える、油冷式スクリュ圧縮機。
【請求項２】
前記増圧コンバータは、
油を導入するインレットポートと、
増圧された油を導出するアウトレットポートと、
前記アウトレットポートから導出される油を増圧するためにエネルギーを使用された油を排出するリターンポートと
を備える、請求項１に記載の油冷式スクリュ圧縮機。
【請求項３】
前記雄型ロータ及び前記雌型ロータは、軸受に対して回転可能に支持された回転軸を有し、
前記軸受に対して給油する軸受給油口をさらに備え、
前記リターンポートは前記軸受給油口と流体的に接続され、前記増圧コンバータから排出する油を前記軸受に給油する、請求項２に記載の油冷式スクリュ圧縮機。
【請求項４】
油冷式スクリュ圧縮機のケーシングに設けられたロータ給油口から油を当該ケーシング内のロータに射出して圧縮気体を冷却するとともに前記ロータに油膜を形成するに際し、インレットポートから導入される油圧を利用してアウトレットポートから導出する油を増圧する機能を有する増圧コンバータから増圧した油を前記ロータ給油口に供給する油冷式スクリュ圧縮機の給油方法。
【請求項５】
前記増圧コンバータにおいて前記アウトレットポートから導出される油を増圧するためにエネルギーが使用されてリターンポートから排出された油を前記ロータの回転軸を回転可能に支持する軸受に対して給油する、請求項４に記載の油冷式スクリュ圧縮機の給油方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油冷式圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機の効率向上のために、スクリュ圧縮機本体内部のロータに給油して圧縮空気を冷却する方式はよく知られている。また、油は、ロータの軸受の潤滑や、ロータ対間やロータとケーシングの隙間のシールにも使用されている。
【０００３】
特許文献１には、給油による圧縮空気の冷却効果を高めるために、給油ノズルの位置を工夫した圧縮機が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１５３０７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
給油により圧縮機の効率を向上させるためには、冷却や潤滑だけでなく、油によりロータ対間の隙間が十分にシールされる必要がある。シールが十分になされていないと、吐出風量を十分に上げられない場合がある。この傾向は、特に大型のスクリュ圧縮機で顕著である。
【０００６】
この点、特許文献１では、給油によってシール性を向上させることについて考慮されていない。
【０００７】
本発明は、油冷式スクリュ圧縮機における油によるシール効果の向上を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様は、複数の歯を有する雄型ロータと、前記雄型ロータと噛合する雌型ロータと、前記雄型ロータ及び前記雌型ロータに対して給油するロータ給油口と、前記ロータ給油口に流体的に接続された給油配管と、前記給油配管に配置され、前記ロータ給油口からの給油流速を増加する増圧コンバータとを備える、油冷式スクリュ圧縮機を提供する。
【０００９】
この構成によれば、給油配管に増圧コンバータを接続することで、雄型ロータ及び雌型ロータへの給油圧力を増圧し、給油流速を増大させ、油膜形成領域（シール領域）を拡大できる。従って、簡易な構成で圧縮機の効率を向上できる。
【００１０】
前記増圧コンバータは、油を導入するインレットポートと、増圧された油を導出するアウトレットポートと、前記アウトレットポートから導出される油を増圧するためにエネルギーを使用された油を排出するリターンポートとを備える。
【００１１】
この構成によれば、接続する増圧コンバータは導入される油圧によって増圧を行うので、増圧のための追加電力を必要としない。従って、消費電力を増加することなく吐出空気量を増大させることができる。
【００１２】
前記雄型ロータ及び前記雌型ロータは、軸受に対して回転可能に支持された回転軸を有し、前記軸受に対して給油する軸受給油口をさらに備え、前記リターンポートは前記軸受給油口と流体的に接続され、前記増圧コンバータから排出する油を前記軸受に給油することが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、リターンポートから排出される油を軸受の潤滑に有効利用して圧縮機の効率を向上できる。リターンポートから排出される油は、アウトレットポートから導出される油を増圧するためにエネルギーを使用されて排出される油であるため増圧されておらず、給油流速が増加していないためシール性の向上には適さない。従って、これをシール用途ではなく、潤滑用途として軸受に給油することで圧縮機全体として効率を向上できる。
【００１４】
本発明の第２の態様は、油冷式スクリュ圧縮機のケーシングに設けられたロータ給油口から油を当該ケーシング内のロータに射出して圧縮気体を冷却するとともに前記ロータに油膜を形成するに際し、インレットポートから導入される油圧を利用してアウトレットポートから導出する油を増圧する機能を有する増圧コンバータから増圧した油を前記ロータ給油口に供給する油冷式スクリュ圧縮機の給油方法を提供する。
【００１５】
前記増圧コンバータにおいて前記アウトレットポートから導出される油を増圧するためにエネルギーが使用されてリターンポートから排出された油を前記ロータの回転軸を回転可能に支持する軸受に対して給油することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、増圧コンバータを使用して給油流速を増大させているため、シール効果を向上させることができる。従って、簡易な構成で圧縮機の効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】圧縮機の概略を示す模式図。
【図２】図１の圧縮機本体と増圧コンバータを示す模式図。
【図３】圧縮機本体の雄型ロータの側面図。
【図４】給油軌跡固定時のシール線と給油軌跡の関係を示す図。
【図５】シール線固定時のシール線と給油軌跡の関係と、このときのシールされない領域を示す図。
【図６】給油流速増加時の図４を示す図。
【図７】シール線固定時の給油流速の違いによる給油軌跡の差を示す図。
【図８】給油流速増加時の図５を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１９】
図１に示すように、圧縮機２は、圧縮機本体４と、油分離器６と、油冷却器８と、増圧コンバータ１０とを備える。圧縮機本体４の吐出口４ｂが第１配管（空気配管）１２によって油分離器６に流体的に接続されている。また、油分離器６は、第２配管（給油配管）１４によって増圧コンバータ１０に流体的に接続されている。第２配管１４には油冷却器８が設けられている。
【００２０】
圧縮機本体４は、油冷式のスクリュ型である。図２に示すように、圧縮機本体４は、雄型ロータ１６ａ及び雌型ロータ（図示せず）をケーシング１８内に備える。以下、雄型ロータ１６ａ及び雌型ロータ（図示せず）を合わせてロータ１６と総称する場合がある。ロータ１６は、軸受２０に対して回転可能に支持された回転軸２２を有し、雄型ロータ１６ａと雌型ロータ（図示せず）が互いに噛合した状態で配置されている。具体的には、雄型ロータ１６ａの複数の歯１６ｂ（図３参照）は図示しない雌型ロータの歯溝と噛合し、雄型ロータ１６ａの複数の歯溝１６ｃ（図３参照）は図示しない雌型ロータの歯溝と噛合している。圧縮機本体４は図示しない電動機を備え、この電動機により内部のロータ１６が駆動される。吸込口４ａ（図１参照）から気体（例えば空気）を吸引すると、吸引された空気は、内部でロータ１６により圧縮されて吐出口４ｂから圧縮空気として吐出される。吐出された圧縮空気は、第１配管１２を通じて油分離器６に供給される。
【００２１】
油分離器６に供給される圧縮空気には、多量の油が含まれており、油分離器６により油と圧縮空気を分離する。油分離器６は、上部に配置された油分離エレメント６ａと、下部に配置された油タンク６ｂとを備える。油分離エレメント６ａは気体と液体（圧縮空気と油）を分離する。油分離エレメント６ａを通過して油を分離された圧縮空気は、第３配管１５を通じて使用用途に応じた供給先へ供給される。油分離エレメント６ａで分離された油は重力により下部に配置された油タンク６ｂに一旦溜まり、溜められた油は第２配管１４を通じて油冷却器８へと供給される。
【００２２】
油冷却器８は、油分離器６から供給された油を冷却する。油冷却器８の種類は特に限定されず、例えば熱交換器を使用してもよい。好ましくは、電力を消費しないものを使用することで圧縮機２の効率を向上できる。ここで冷却された油は、第２配管１４を通じて増圧コンバータ１０へと供給される。
【００２３】
増圧コンバータ１０は、供給された油の圧力を電力を使用せずに増加し、増圧された油を圧縮機本体４に供給する。増圧コンバータ１０は、油圧ブースタや油圧式コンバータ等とも呼ばれ、市販のものを入手することもできる。
【００２４】
増圧コンバータ１０は、インレットポート１０ａと、アウトレットポート１０ｂと、リターンポート１０ｃとを備える。インレットポート１０ａは、油冷却器８から供給された油を増圧コンバータ１０に導入する。アウトレットポート１０ｂは、増圧された油を増圧コンバータ１０から導出する。リターンポート１０ｃは、アウトレットポート１０ｂから導出される油を増圧するためにエネルギーが使用された油を排出する。このように増圧コンバータ１０は、インレットポート１０ａから導入される油圧を利用してアウトレットポート１０ｂから導出する油の増圧する機能を有する。従って、増圧のための電力を必要としない。使用する増圧コンバータ１０については特に種類を限定せず、上記機能を有する公知のものを使用すればよい。
【００２５】
増圧コンバータ１０のアウトレットポート１０ｂから導出された油は、第２配管１４を通じて、ケーシング１８を貫通するノズルとして設けられているロータ給油口２４からロータ１６に射出され、圧縮空気を冷却するとともに、ロータ１６に油膜を形成してロータ１６の隙間のシールに使用される。ロータ１６の隙間には、雄型ロータ１６ａと図示しない雌型ロータとの間の隙間と、ロータ１６とケーシング１８との間の隙間の両方が含まれる。ロータ給油口２４の位置については、特に限定されず、その数も１つであってもよいし、複数であってもよい。
【００２６】
増圧コンバータ１０のリターンポート１０ｃから排出された油は、第２配管１４を通じて、ケーシング１８を貫通して設けられている軸受給油口２６から軸受２０に供給され、潤滑に使用される。
【００２７】
圧縮機本体４で冷却や潤滑に使用された油は、圧縮機本体４の吐出口４ｂから圧縮空気と共に吐出され、第１配管１２を通じて油冷却器８に供給される。このようにして、油は循環使用に供される。
【００２８】
ロータ給油口２４からの給油流速とシール性能との関係を説明する。
【００２９】
図３は、雄型ロータ１６ａの側面図である。図示していないが、図において手前には雌型ロータが存在し、互いに噛合した状態である。具体的には、雄型ロータ１６ａの複数の歯１６ｂは図示しない雌型ロータの歯溝と噛合し、雄型ロータ１６ａの複数の歯溝１６ｃは図示しない雌型ロータの歯溝と噛合している。雄型ロータ１６ａ上には、シール線２８と呼ばれる概念的な線が示されている。給油によるシールの場合、シール線２８の概念によりシール性能を評価できる。シール線２８は、雄型ロータ１６ａと雌型ロータ（図示せず）の隙間に形成されており、圧縮過程にある作用空間と吸い込み過程にある作用空間の仕切り線となっている。給油した油がこのシール線２８まで到達したとき、油膜が形成されて給油によるシールがなされる。
【００３０】
図４は、図３のシール線２８の一部をグラフ上に示したものである。横軸はロータ１６の回転軸２２方向の距離を示し、縦軸はロータ１６の径方向の距離を示している。図４に示すように、ロータ給油口２４から射出された油はシール線２８をなすロータ１６の表面へ向かう（図において上方向の矢印３０）。この矢印３０の長さが給油流速を表している。シール線２８は、ロータ１６が回転していることから、ロータ表面上のある特定位置のシール線２８について見ればロータ給油口２４に対して移動している（図において左方向の矢印３２）。
【００３１】
図５は、ロータ表面上のある特定位置のシール線２８から見た場合の図４と同様のグラフ、即ちシール線２８を固定していると仮定して描いた図４と同様のグラフを示す。この図５のグラフでは、ロータ給油口２４から射出された油は、シール線２８に対して相対的にグラフ右側へ移動しながらシール線２８に到達する（矢印３０参照）。図５の破線矢印３０は、ロータ給油口２４がシール線２８に対して相対的に移動することを示している。ロータ給油口２４から油がある速度（給油流速）で射出されているため、微視的に見れば、射出された油はある時間でシール線２８をなすロータ表面に到達している。従って、この給油軌跡を示す矢印３０が存在しない部分がシールされない領域３４であり、シールされない領域３４が小さければ小さいほどシール性能が高いことを示している。
【００３２】
図６は、図４に対して給油流速を増加させた場合を示している。図において上方向の矢印３１の長さが図４と同様に給油流速を表しており、図４と比べて長さが延長され、給油流速が増加されている。従って、ロータ給油口２４から射出された油は図４の場合よりも速くシール線２８に到達する。ロータ１６の回転速度は図４と同じであり、即ちシール線２８の移動速度（図において左方向の矢印３２）は図４と同じである。
【００３３】
図７は、給油流速の違いによる図４と図６の場合の給油軌跡の差を示している。図７の実線の給油軌跡３１は、破線の給油軌跡３０から給油流速が増加した場合を示している。従って、給油軌跡は給油流速が速いほど角度が立ち、図において鉛直上方に向かう。
【００３４】
図８は、給油流速が増加した場合の図５と同様の図を示している。図５と図８を比べると、給油流速が増加した場合の図８の方がシールされない領域３５が減少している。従って、給油流速を増加させることで、シール性能が向上する。
【００３５】
以上より、第２配管１４に増圧コンバータ１０を接続することで、圧縮機本体４への給油圧力を増圧し、ロータ給油口２４から射出される油の給油流速を増大させ、油膜形成領域（シール領域）を拡大できる。従って、簡易な構成で圧縮機の効率を向上できる。
【００３６】
また、増圧コンバータ１０は導入される油圧によって増圧を行うので、ロータ給油口２４に油を供給する際に増圧のための電力を必要としない。従って、消費電力を増加することなく吐出空気量を増大させることができる。
【００３７】
また、本実施形態では、増圧コンバータ１０のリターンポート１０ｃから排出される油を軸受２０の潤滑に有効利用して圧縮機の効率を向上している。リターンポート１０ｃから排出される油は、アウトレットポート１０ｂから導出される油を増圧するためにエネルギーを使用されて排出される油であるため、それ自体は増圧されておらず、シール性の向上には適さない。従って、これをシール用途ではなく、潤滑用途として軸受２０に給油することで圧縮機全体として効率を向上している。
【００３８】
以上、上述の実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されない。
【００３９】
例えば、上述した実施形態の場合、図１に示すように、リターンポート１０ｃから出た油は全量が軸受給油口２６に供給されているが、これに限らない。例えば、リターンポート１０ｃから出た油の一部を軸受給油口２６に供給すると共に、一部をロータ室の吸込み側へ戻すようにしてもよい。また、リターンポート１０ｃから出た油の全量をロータ室の吸込み側へ戻すようにしてもよい。
【００４０】
また、上述の実施形態の場合、ロータ１６に向けて増圧した油を射出するように１つの増圧コンバータ１０をロータ給油口２４に接続しているが、これに限らない。例えば、雄型ロータ１６ａに向けて油を射出するロータ給油口２４と、雌型ロータに向けて油を射出するロータ給油口２４とに対して、増圧コンバータ１０を１つずつ接続してもよい。
【符号の説明】
【００４１】
２  圧縮機
４  圧縮機本体
４ａ  吸込口
４ｂ  吐出口
６  油分離器
６ａ  油分離エレメント
６ｂ  油タンク
８  油冷却器
１０  増圧コンバータ
１０ａ  インレットポート
１０ｂ  アウトレットポート
１０ｃ  リターンポート
１２  第１配管（空気配管）
１４  第２配管（給油配管）
１５  第３配管
１６  ロータ
１６ａ  雄型ロータ
１６ｂ  歯
１６ｃ  歯溝
１８  ケーシング
２０  軸受
２２  回転軸
２４  ロータ給油口
２６  軸受給油口
２８  シール線
３０，３１  給油流速を示す矢印（給油軌跡）
３２  シール線の移動速度を示す矢印
３４，３５  シールされない領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2016164408.tif 000006
【図５】
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【図６】
2016164408.tif 000008
【図７】
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【図８】
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