JP2023525041A - 改良されたオイルインジェクタを備える圧縮機要素 - Google Patents

Abstract

少なくとも１つの圧縮部材（２）と、ハウジング（３）と、少なくとも１つの圧縮部材（２）をハウジング（３）に回転可能に連結する回転軸（４）とを備える圧縮機要素（１）であって、少なくとも１つの中間要素（５）が、回転軸（４）の回転を助長するため、回転軸（４）とハウジング（３）との間に設けられ、圧縮機要素（１）は、入口ポート（７）からオイル流路（９）を介して少なくとも１つのノズル（８ａ、８ｂ、８ｃ）に延びる少なくとも１つのオイルインジェクタ（６）をさらに備え、オイル流路（９）は、少なくとも１つの中間要素（５）の冷却のためにオイル流路（９）を通るオイルの実質的に一次的な流れを可能にするように形作られている。
【選択図】 図１

Description

本発明の分野は、少なくとも１つの圧縮部材と、ハウジングと、少なくとも１つの圧縮部材をハウジングに回転可能に連結する回転軸とを備える圧縮機要素に関し、少なくとも１つの中間要素が、ハウジング内での回転軸の回転を助長するために回転軸とハウジングとの間に設けられている。

圧縮機システムは、ガス状流体の体積を減少させることによってガス状流体の圧力を増加させるように構成された機械的又は電気機械的に駆動されるシステムである。換言すると、圧縮機システムは、圧縮工程を実行する。圧縮工程は、圧縮機システムとその環境との間でガス状流体の熱又は質量の移動が実質的に起こらない場合、断熱過程として近似することができる。圧縮機システムがガス状流体を断熱的に圧縮する場合、それは廃熱を発生する。さらに、圧縮機システム、詳細にはその駆動手段は、摩擦によって熱を発生する。駆動手段、ひいては圧縮機システムを最適に機能させるためには、冷却が必要である。

米国特許第４，７８０，０６１号には、圧縮機駆動モータを有するモータハウジングセクションと、圧縮機要素を有する圧縮機セクションと、圧縮機要素の吐出ポートの下流にあるオイルセパレータとを有するスクリュー圧縮機システムが開示されている。圧縮機駆動モータは、圧縮機要素の作動室に進む吸入ガスによって冷却される。冷却システムとして、冷却オイルは、圧縮機要素の作動室に直接注入されるか、又は内部流路を経由して軸受表面に供給される。オイルを冷却するために使用される一体型熱交換構造は、結果として作動室に進む吸引ガスによっても冷却される。

この公知の冷却システムでは、軸受表面は効率的に冷却されないので、圧縮機システムの性能は最適ではない。

米国特許第４，７８０，０６１号

本発明の目的は、上記及び／又は他の欠点のいずれかに対する解決策を提供することである。

本発明の実施形態のより具体的な目的は、圧縮機システムの性能を向上させることである。

本発明の一態様によれば、少なくとも１つの圧縮部材と、ハウジングと、少なくとも１つの圧縮部材をハウジングに回転可能に連結する回転軸とを備える圧縮機要素が提供され、少なくとも１つの中間要素が、回転軸の回転を助長するために、回転軸とハウジングとの間に設けられ、圧縮機要素は、入口ポートからオイル流路を介して少なくとも１つのノズルまで延びる少なくとも１つのオイルインジェクタをさらに備え、オイル流路は、少なくとも１つの中間要素の冷却のために、オイル流路を通るオイルの実質的に一次的な流れを可能とするように形作られている。

オイルインジェクタを設けることにより、発熱する各中間要素に対して特定の比率のオイルを適用することができるので、少なくとも１つの中間要素を最適に冷却することができる。さらに、このようなオイルインジェクタの設置は簡単である。加えて、オイルの一次的な流れが形成されるようにオイル流路を形作ることにより、オイル流における渦の形成が低減され、結果的に少なくとも１つのノズルから放出されるオイル噴流が均一かつ連続的となる。その結果、オイルをより効率的に中間要素に向けることができ、圧縮機要素の効率を向上させることができる。従って、オイルインジェクタの冷却性能が向上し、圧縮機要素の性能も向上する。作動時に中間要素としての軸受の潤滑及び冷却には、オイルが必要である。外側／内側の軸受レースに冷却流路を作るのは複雑なので、オイルを注入する必要がある。これにより、軸受の潤滑並びに冷却を直接行うことができる。ローラーが通過する際にオイルが移動し、摩擦及びオイル損失をもたらすので、冷却のためのオイル量は、少なくすることが有利である。本発明では、公知のオイルインジェクタと比較して、軸受へのオイルの質量流量が少なくても、同じ冷却効果を得ることができる。

好ましくは、実質的に一次的な流れは、二次的な流れを実質的に含まない。本出願との関連において、一次的な流れは、オイル流の流体運動の主方向に平行な流れとして定義される。主方向は、オイル流路の中心線によって決定される方向である。本出願との関連において、二次的な流れは、一次的な流れ上に重なる横方向の動きを有する流れとして定義される。二次的な流れは、オイル流の流体運動の主方向に対して垂直である。二次的な流れは遠心力不安定性に起因し、主方向に垂直な面内に見られる渦を形成する。一次的な流れには二次的な流れが実質的に含まれないので、一次的な流れは実質的に一方向である。換言すると、オイル流は、オイル流路の方向と一致する。二次的な流れを含まない流れは、層流とみなすこともできる。このように、結果として得られるオイル噴流は、より均一で連続的なものとなる。

好ましくは、一次的な流れは、７５より小さい、好ましくは６５より小さい、好ましくは６０より小さいディーン数を含む。ディーン数が小さいことにより、二次的な流れの原因となる遠心力不安定性の発生が抑制されるか又は発生さえしない。これにより、オイル噴流の均一性及び連続性がさらに向上する。

好ましくは、ディーン数は、式

で特定され、こで、Ｒｅはオイルの流れのレイノルズ数を表し、Ｄｎはオイル流路９の内径を表し、ｒはオイル流路又はその一部の曲率半径を表す。

この利点は、このようにして、例えば、オイルをオイル流路に通過させるための実質的に同じポンプ動力に対して、実質的に同じ又はより高い一次的な流れの質量流量を達成できることである。従って、圧縮機要素の性能が向上する。さらに、ディーン数の安定性は、より高い及び／又はより低い質量流量及び／又はより鋭角な曲率半径に対しても維持することができる。このように、オイルノズルは、実質的に高いレベルの柔軟性のある利便性を有する。加えて、結果として得られるオイル噴流はコンパクトである。

好ましくは、少なくとも１つの中間要素は、ローラー軸受及び歯車のうちの少なくとも１つを含む。より好ましくは、少なくとも１つの中間要素は、少なくとも１つのローラー軸受を含む。ローラー軸受は、通常、軸受ボールと軸受軌道面との間の摩擦により熱を発生する。この摩擦は、本質的に存在する。ローラー軸受では、圧縮機要素の作動中に発生する周期的な応力によって、摩擦が悪化する場合がある。ローラー軸受は、内部に組み込まれたオイル通路を使用して冷却することができる。この場合、特に圧縮機システムのような高負荷及び高速の用途では、ローラー軸受が十分に冷却されないという欠点がある。さらに、組み込まれた通路は、圧縮機システム全体に望ましくない漏れ経路をもたらし、そこからオイルが漏れる可能性がある。もしくは、流体軸受が使用される場合がある。しかしながら、流体軸受は、砂又は埃などの汚染物質によってすぐに故障する傾向がある。さらに、流体軸受は、ローラー軸受に比べて高価であり、製造が複雑で、作動に多くのエネルギーを必要とする。ローラー軸受を用い、本発明によるオイルインジェクタを用いてローラー軸受を冷却することで、圧縮機システムをより容易に製作することができる。

好ましくは、オイル流路は、少なくとも２つのノズルを備える。このようにして、少なくとも１つの中間要素又は複数の中間要素の複数の冷却領域は、２つのノズルを用いて同時に冷却することができる。好ましくは、オイル流路は分岐する。オイル流路を分岐させることにより、分岐したオイル流路を用いて、少なくとも１つの中間要素又は複数の中間要素の複数の領域を冷却することができる。本出願との関連において、単一のオイルインジェクタは、１つの入口ポートを有するオイルインジェクタとして定義される。単一オイルインジェクタは、１又は２以上のオイル流路を含むことができ、各オイル流路は、１又は２以上のノズルを含むことができる。このように、単一のオイルインジェクタは、互いに近接して配置された複数の中間要素を冷却するために使用すること又は中間要素の複数の領域を冷却することができる。当業者には、１つのオイル分岐を用いて、複数の中間要素の複数の領域を冷却できることが明らかであろう。さらなる利点は、各分岐が異なる中間要素に延びるようにカスタマイズ可能であることである。

好ましくは、オイル流路の曲率半径は、少なくとも５ｍｍより大きく、好ましくは、少なくとも１０ｍｍより大きく、好ましくは、２０ｍｍより大きい。本発明との関連において、曲率半径は、オイル流路の中心線上の箇所でオイル流路の曲線に接し、この箇所でオイル流路と同じ接線及び曲率を有する円の半径と定義される。換言すると、その箇所でのオイル流路がどの程度曲がるかの指標となる。オイルインジェクタは、金属から鋳造することができる。オイルインジェクタは、さらに、ＣＮＣ技術などの微細加工技術で加工される。ＣＮＣ加工されたオイル流路は、本質的に、互いに交差するときに鋭角、鈍角又は直角を形成する。その結果、オイルインジェクタ内に渦が発生し、最終的に望ましくない油滴の分散をもたらす。このオイルの分散は、中間要素に衝突するオイルの効率を低下させ、結果的にオイルインジェクタの冷却性能を低下させる。加えて、オイルインジェクタは、圧縮機システムの非常に限られた空間に配置される。従って、オイルインジェクタは、コンパクトであり、サイズ及び形状が実質的に制限される。

好ましい実施形態では、少なくとも１つのオイルインジェクタは、少なくとも１つの中間要素から距離を置いてハウジング上に配置され、少なくとも１つのオイルノズルは、少なくとも１つの中間要素の方に偏位し、少なくとも１つのオイルノズルからオイルを放出するように構成され、放出されたオイルは、注入位置に衝突するようになっており、注入位置の面積は１０ｍｍ²より小さく、好ましくは５ｍｍ²よりも小さい。オイルインジェクタを少なくとも１つの中間要素から距離を置いて配置し、オイルの実質的に一次的な流れを放出場所に放出することによって、従来の手段では到達することが困難な領域を、簡単な方法で冷却することができる。限られた面積に放出することにより、オイルと少なくとも１つの中間要素との間の熱伝達が改善される。従って、圧縮機要素の冷却が改善される。さらに、特に放出場所に衝突することで、発熱領域を最小限の流体で冷却することができる。換言すると、中間要素は、比較的高い精度で冷却することができる。従って、発熱しない領域の冷却が回避されることにより、圧縮機要素の冷却に必要なオイルの総量が低減される。

好ましくは、オイルシールが、回転軸上の圧縮部材と少なくとも１つの中間要素との間に配置される。このようにして、冷却オイルは、圧縮部材に侵入しない。従って、オイルで圧縮機要素を冷却しても、圧縮流体は汚染されない。その結果、圧縮機要素の下流に位置するバルブ又はピストンなどの機器は、汚染された圧縮流体を受け取ることはない。さらに、圧縮空気に曝される食品及び非食品は、オイルで汚染されない。従って、圧縮機要素の下流に位置し、圧縮機要素に結合された機器、並びに消費者製品の安全性、衛生性及び長寿命が改善される。

好ましくは、圧縮機要素は、分離壁によって分離された少なくとも１つの圧縮室及び少なくとも１つの駆動セクションをさらに備え、少なくとも１つの圧縮室は、少なくとも１つの圧縮部材を備え、少なくとも１つの駆動セクションは分離壁に配置された少なくとも１つの中間要素を備え、回転軸は分離壁を貫通して延びる。このようにして、オイル流路から中間要素に放出されたオイルが圧縮室に入ることが防止される。好ましくは、オイルシールは、分離壁に配置することができ、オイルが圧縮室に入るのを防止することが改善される。

さらに、本発明は、少なくとも１つの圧縮部材と、ハウジングと、少なくとも１つの圧縮部材をハウジングに回転可能に連結する回転軸とを備える圧縮機要素を製造する方法に関し、本方法は、回転軸とハウジングとの間に、回転軸の回転を助長するための少なくとも１つの中間要素を提供するステップを含み、本方法は、さらに、圧縮機要素に、入口ポートからオイル流路を介して少なくとも１つのノズルに延びる少なくとも１つのオイルインジェクタを提供するステップを含み、本方法は、さらに、少なくとも１つの中間要素の冷却のために、オイル流路を通るオイルの実質的に一次的な流れを可能にするために、オイル流路を形作るステップを含む。好ましくは、オイル流路は、実質的に二次的な流れを含まず、好ましくは７５より小さい、より好ましくは６５より小さい、最も好ましくは６０より小さいディーン数の流れを可能にするように形作られる。

添付図面は、本発明の装置の現在好ましい非限定的で例示的な実施形態を説明するために使用される。本発明の特徴及び目的の上記及び他の利点は、添付図面と併せて読む場合に以下の詳細な説明からより明らかになり、それによって本発明はより良く理解することができる。

オイルインジェクタを含む圧縮機要素の例示的な実施形態の概略図である。 オイルインジェクタとオイルシールとを備える圧縮機要素の例示的な実施形態の概略図である。 オイルインジェクタの例示的な実施形態の概略的な断面図である。 オイルインジェクタの例示的な実施形態の概略的な斜視図である。 圧縮機要素の一部に配置されたオイルインジェクタの例示的な実施形態の概略的な透視図である。 例示的な実施形態による、注入場所でオイルノズルから放出されるオイルの概略図である。 圧縮機要素の一部に配置されたオイルインジェクタの別の例示的な実施形態の概略的な斜視図である。 オイルインジェクタの例示的な実施形態の概略的な断面図である。

図１は、圧縮機要素１の例示的な実施形態を示す。圧縮機要素１は、流体を圧縮するために構成されている。本出願との関連において、流体は、ガス又はガスと液体との組み合わせを含むと考えることができる。例えば、圧縮機要素１は、低圧を基準として、空気を低圧から高圧に圧縮するように構成することができる。このため、圧縮機要素１には、圧縮部材２が設けられている。

さらに、圧縮機要素１は、ハウジング３と、少なくとも１つの圧縮部材２をハウジング３に回転可能に連結する回転軸４とを備える。ハウジング３は、少なくとも部分的に圧縮部材２の圧縮室１４のハウジングを形成することができ、及び／又は、補助圧縮機手段、例えば制御可能な入口弁（図示せず）又は熱交換器（図示せず）を支持する構造骨組を形成することができる。

圧縮部材２は、回転圧縮部材、往復圧縮部材、遠心圧縮部材、又は軸方向圧縮部材のうちのいずれか１つ又はそれらの組み合わせとすることができる。例えば、圧縮部材２は、２つの噛み合うヘリカルスクリューを有する回転式スクリュー圧縮要素とすることができ、代替的に、圧縮部材２は、往復式圧縮要素とすることができる。さらに、多段式圧縮機要素が形成されるように、複数の圧縮部材２を用いることができる。圧縮部材２は、圧縮室１４の中に入口圧力で流体を受け入れるか又は吸い込むように構成された圧縮機入口１２を備える。圧縮ハウジングは、圧縮部材２が配置される圧縮室１４（図２に示す）の境界を定める。圧縮部材２は、例えば、２つの噛み合うヘリカルスクリュー２ａ、２ｂとすることができる。あるいは、例えば遠心式圧縮部材の場合、圧縮部材２は、遠心インペラとすることができる。圧縮部材２は、流体が入口圧力に対して高い出口圧力で放出される圧縮機出口１３をさらに備える。圧縮部材２は、オイルフリー圧縮部材とすることができる。本出願との関連において、オイルフリー圧縮部材は、クランクケース又はギアボックスなどの中間要素５が圧縮室１４から隔離されている圧縮部材２として定義される。中間要素は、以下でさらに説明する。オイルフリー圧縮部材を実現するために、回転軸４とハウジング３との間にオイルシール１１を設けることができる（例えば図２を参照されたい）。オイルシール１１は、オイルが圧縮室１４の中に漏れるのを防止するように構成されている。さらに、圧縮部材２は、オイルレス圧縮部材とすることができ、これは、オイルを使用しない圧縮部材２として定義される。当業者には、オイルと実質的に同じように、他の別の冷却流体を使用できることは明らかであろう。例えば、水を使用することができる。圧縮機要素１の好ましい実施形態は、空気圧縮機要素である。

回転軸４は、その回転運動が少なくとも圧縮部材２を駆動するように、圧縮機要素１内に配置されている。換言すると、回転軸４は、少なくとも１つの圧縮部材２をハウジング３に対して回転可能に連結し、その長手方向軸の周りを回転する。このため、回転軸４は、少なくとも１つの中間要素５によって回転可能に支持することができる。回転軸４は、少なくとも１つの中間要素５、又は代替的に、駆動手段１６（図２に示す）を用いて、典型的には所定の速度で回転駆動することができる。図示の実施形態では、圧縮部材２は、回転軸４上に直接配置されている。あるいは、回転軸４は、例えば往復圧縮部材の場合、圧縮部材２に関してある距離を置いて配置することができる。また、図２、図４、図６、図７に示すように、複数の回転軸４ａ、４ｂを設けることができる。図２に示すように、回転軸４ａ、４ｂは、駆動セクション１５から圧縮室１４まで延びることができる。駆動セクション１５の主な機能は、圧縮部材２ａ、２ｂを駆動することである。駆動セクション１５に関連するさらなる詳細は、以下に説明される。

圧縮機要素１は、少なくとも１つの中間要素５をさらに備える。中間要素５は、回転軸４の回転を助長するために、回転軸４とハウジング３との間に設けられる。中間要素５は、ハウジング３に対して回転軸４を回転可能に支持するように構成することができる。中間要素５は、軸受又は歯車のいずれか１つとすることができる。図示の実施形態では、ラジアル軸受、アキシャル軸受、及び歯車が示されている。アキシャル軸受は、オイルフリー圧縮機要素の場合、実質的に軸方向荷重がアキシャル軸受によって支持されるように配置されることが好ましい。

圧縮機要素１は、少なくとも１つのオイルインジェクタ６をさらに備える。オイルインジェクタ６は、少なくとも１つの中間要素５及び／又は回転軸４を冷却するように構成されている。オイルインジェクタ６は、入口ポート７と、入口ポート７から少なくとも１つのノズル８まで延びるオイル流路９とを備える。オイルインジェクタ６は、好ましくは中間要素５から距離を置いてハウジング３上に配置され、少なくとも１つのノズル８は、中間要素５又は中間要素５の少なくとも一部、例えば２つの歯車の接触領域又は軸受の軌道面の間の領域に偏位する。オイルノズル８は、中間要素５にオイルの流れを向けるように構成されている。好ましい実施形態では、オイルインジェクタ６は、付加製造技術を利用して製造される。オイルインジェクタ６は、好ましくは、金属を用いて製造される。換言すると、オイルインジェクタ６は一体的に形成されており、オイルインジェクタ６には漏れ経路がない。

入口ポート７は、ハウジング３又はその少なくとも一部に配置され、オイル冷却システム（図示せず）と流体連通している。入口ポート７は、供給流路を介してオイル冷却システムからオイルを受け取るように構成されている。オイル冷却システムは、流体循環手段、熱交換手段、及び濾過手段を備えることができる。流体循環手段は、供給流路（図示せず）を介して入口ポート７にオイルを供給するように構成されている。熱交換手段は、最適な冷却性能のために、供給されたオイルを所望の温度に冷却するように構成され、濾過手段は、中間要素５及び／又は回転軸４を損傷する可能性のある望ましくない沈殿物及び粒子を濾過するように構成されている。入口ポート７は、ボルト結合又はクランプ手段を介してハウジング３に取り付け可能であるか、もしくはハウジング３又はハウジング３の少なくとも一部と一体的に形成することができる。

オイル流路９は、そこを通るオイルの実質的に一次的な流れを可能にするように形作られている。オイル流路９は、入口ポート７に位置する近位端を備え、オイル流路９の遠位端に位置するノズル８まで延在する。オイル流路９は、三次元空間のいずれかの方向に延びることができる。オイル流路９は、オイル流路９の中空中心部の境界を定めるオイル流路壁を備える。オイル流路９は、真っ直ぐとすること又は湾曲することができる。さらに、オイル流路９は、図５に示す輸送セクション１８及びノズルセクション９を備えることもできる。輸送セクション１８及びノズルセクション１９は、部分的に真っ直ぐとすること及び／又は部分的に湾曲すること、あるいはそれらの組み合わせとすることができ、このことは以下にさらに説明される。

好ましい実施形態では、オイル流路９は分岐しており、複数のオイル流路９ａ、９ｂ、９ｃが形成されるようになっている。複数のオイル流路９ａ、９ｂ、９ｃの各々は、少なくとも１つのノズル８ａ、８ｂ、８ｃを備えることができる。複数のオイル流路９ａ、９ｂ、９ｃを有することによって、１つのオイルインジェクタ６は、複数の中間要素５又は中間要素５の複数の部分又はそれらの組み合わせを冷却するために使用することができる。図１の例示的な実施形態では、オイルインジェクタ６は、ラジアル軸受、アキシャル軸受、及び歯車を冷却及び潤滑するために使用されている。

図２は、圧縮機要素１の例示的な実施形態を示す。類似又は同一の部品には、図１と同じ参照数字が付されており、図１について上述した説明は、図２の構成要素についても適用される。

図２に示す圧縮機要素１は、少なくとも１つの圧縮機セクション１４及び少なくとも１つの駆動セクション１５を備える。少なくとも１つの圧縮室１４と少なくとも１つの駆動セクション１５は、分離壁２３によって互いに分離されている。分離壁２３は、ハウジング３又はその少なくとも一部によって形成することができる。圧縮室１４は、圧縮機入口１２、圧縮機出口１３、及び圧縮部材２を備える。圧縮部材２は、例えば図示の場合、ロータリースクリュー圧縮機要素の複数の圧縮部材２ａ、２ｂからなることができる。圧縮部材２ａ、２ｂの各々は、それぞれの回転軸４ａ、４ｂを介してハウジング３に連結される。

２つの圧縮部材２ａ、２ｂをハウジング３に回転可能に連結する複数の回転軸４ａ、４ｂは、駆動セクション１５から圧縮室１４に向かって延びるように示されている。駆動セクション１５は、複数の中間要素５ａ－５ｆを備える。回転軸４ａは、圧縮機要素１の外部に配置された駆動手段１６に結合される。従って、回転軸４ａは、ハウジング３を貫通して延びる。駆動手段１６は、回転軸４ａを駆動し、ひいては圧縮部材２ａ、２ｂを駆動するように構成されている。このため、圧縮機要素１は、回転軸４ａに配置された中間要素５ｅを備えることができ、中間要素５ｅを介して、中間要素５ｆ、例えばギアボックスを用いて、回転軸４ａの回転運動を回転軸４ｂに伝達するようになっている。典型的にタイミングギア又は同期ギアを具現化する追加の駆動セクション（図示せず）は、駆動セクション１５とは反対側の圧縮室１４の他方の側に位置することができる。回転軸４ａ、４ｂは、追加の駆動セクション内に延びることができ、回転軸４ａ、４ｂの端部が、回転軸４ａ、４ｂとハウジング３との間に中間要素５を備えるようになっており、例えば、回転軸４ａ、４ｂの間の中間要素５は、タイミングギアのセットとして具現化することができる。換言すると、回転軸４ａ、４ｂは、少なくともその両端でハウジング３に回転可能に連結している。例示的な実施形態において、追加の駆動セクションは、軸受ケースに対応することができる。

中間要素５ａ－５ｄの各々は、回転軸４ａ、４ｂの回転を助長するために、回転軸４ａ、４ｂとハウジング３との間にそれぞれ直接又は間接的に設けられる。図２の例示的な実施形態では、複数のオイルインジェクタ６ａ、６ｂが、圧縮機要素１内に配置されている。オイルインジェクタ６ａ、６ｂの各々は、少なくとも１つの中間要素５ａ－５ｄを冷却するよう構成されている。オイルインジェクタ６ａ、６ｂは、駆動セクション１５の同じ側に配置すること、又は図２に示すように反対側に配置することができる。

随意的に、オイルシール１１ａ、１１ｂは、回転軸４ａ、４ｂ上の圧縮部材２ａ、２ｂと中間要素５ａ、５ｃとの間に配置することができる。図２に示すように、複数の中間要素５ａ－ｆを備える駆動セクション１５は、圧縮室１４から離間している。複数のオイルインジェクタ６ａ、６ｂから放出されるオイルが圧縮室１４に入らないように、それぞれの回転軸４ａ、４ｂにはオイルシール１１ａ、１１ｂを配置することができる。また、駆動セクション１５とは反対側の圧縮室１４の他方の側に追加の駆動セクションが配置される場合（図示せず）、追加の駆動セクションに配置されたさらに別の追加のオイルインジェクタを用いて注入されるオイルが圧縮室１４に入らないように、追加のオイルシールを設けることができる。

図３Ａは、オイルインジェクタ６の別の例示的な実施形態を示す概略的な断面図である。図３Ａの実施形態では、オイル流路９は、第１のオイル流路９ａ及び第２のオイル流路９ｂに分岐することが示されている。第１及び第２のオイル流路９ａ、９ｂの各々は、それぞれ少なくとも１つのノズル８ａ、８ｂを備える。随意的に、第１及び第２のオイル流路９ａ、９ｂは、入口ポート７から延びる共用オイル流路９を共有することができる。

図３Ａは、さらに、オイル流路９の内径が、その各セクションで実質的に一定であることを示している。オイルの実質的に一次的な流れを可能にするために、オイル流路９、特にその曲がりは、５ｍｍより大きく、好ましくは１０ｍｍより大きく、より好ましくは２０ｍｍより大きい、オイル流路９の中心線ＣＬでの図３Ａに示す曲率半径２０を有する。このような曲率半径２０は、オイル流路９の全長に適用されることは明らかであろう。このようにして、オイル流路９によって鋭角、鈍角又は直角が形成されない。当業者は、例えばオイル流路９が複数の曲がりを有する場合、オイル流路９が複数の曲率半径２０を有することができることを理解できる。この例示的なケースでは、複数の曲がりの各々は、互いに異なることができる曲率半径２０を有することができる。このように、オイル流路９が延びる方向は、到達し難い領域がオイルインジェクタ６を用いて依然として冷却されるが、オイルの実質的に一次的な流れを維持できるようにカスタマイズ可能である。

さらに、図３Ａは、オイル流路９ａ、９ｂ及び／又はノズル８ａ、８ｂの各々が、注入位置に応じて異なる形状を有し得ることを示しており、注入位置に関するさらなる詳細については、図５を参照されたい。オイル流路９ａ、９ｂ及び／又はオイルノズル８ａ、８ｂの形状は、オイルの流れが実質的に一次的な流れであるような形状であることが好ましい。本出願との関連において、一次的な流れは、オイル流の流体運動の主方向、すなわちオイル流路９の中心線ＣＬに平行な流れとして定義される。従って、一次的な流れは、実質的に一方向の流れとして解釈することができる。換言すると、オイルの流れは、オイル流路９の方向と一致している。

一次的な流れは、好ましくは、ディーン数が７５より小さい、好ましくは６５より小さい、好ましくは６０より小さい流れである。ディーン数は、式

で特定され、こで、Ｒｅはオイルの流れのレイノルズ数を表し、Ｄｎはオイル流路９の内径を表し、ｒはオイル流路９又はその一部の曲率半径２０を表す。

あるいは、ディーン数は、式

によって特定される。

ここで、μはオイルの動的粘度を表し、Ｄｎはオイル流路９の内径を表し、

は質量流量を表す。

あるいは、ディーン数は、式

によって特定され、

ここで、ρはオイルの密度を表し、μはオイルの動的粘度を表し、ｒはオイル流路９又はその一部の曲率半径２０を表し、Ｐはオイルの流れを供給するポンプのポンプ出力を表し、Ｄｎはオイル流路９の内径を表し、Ｋは補正係数を表す。当業者は、異なるオイル流路９が、上記式又はそれらの組み合わせ

に基づく一次的な流れを維持しながら、異なる形状、質量流量及びサイズを有し得ることを理解するであろう。

実験によれば、同じ質量流量を維持しながら、例えばポンプ動力を低下させることができることが分かっている。このようにして、圧縮機要素１の効率は、オイルの一次的な流れによる中間要素５の冷却の改善に加えてさらに改善される。

図３Ｂは、オイルインジェクタ６のさらに別の例示的な実施形態の斜視図を示す。図３Ｂの実施形態では、オイルインジェクタ６が、３つのオイル流路９ａ、９ｂ、９ｃを備えることが示されている。３つのオイル流路９ａ、９ｂ、９ｃの各々は、単一の入口ポート７上に配置された近位端を備え、それぞれの近位端から遠位端まで延在する。遠位端には、ノズル８ａ－ｈを配置することができる。オイル流路９ａ、９ｂ、９ｃの各々は、それぞれ複数のノズル８ａ－８ｈを備えることができる。例示的なケースでは、ノズル８ａは、オイル流路９ａの遠位端に配置される。随意的に、ノズル、例えばノズル８ｂは、オイル流路９ａの中間部分に配置することができる。随意的に、複数のノズル８ｃ－ｄ、８ｆ－ｈは、オイル流路９ｂ、９ｃの遠位端にそれぞれ配置することができる。随意的に、複数のノズル８ｃ－ｄは、オイル流路９ｂの遠位端に配置することができ、ノズル８ｅは、オイル流路９ｂの中間部分に配置することができる。当業者は、複数のノズル（図示せず）を中間部分に配置できることを理解するであろう。このようにして、中間要素（図示せず）の第１の側及び第２の側の両方を冷却することができる。これについては、図５及び６でさらに説明する。両方の実施形態の組み合わせは、オイル流路９ｂに示されており、遠位端が２つのノズル８ｃ、８ｄによって形成され、オイル流路９ｂの側面がノズル８ｅを備えている。さらに、オイル流路９ａ、９ｂ、９ｃに４つ以上のノズルを配置することができ、例えば、オイル流路９ａ、９ｂ、９ｃに５つのオイルノズルを配置することができることも明らかであろう。

図４は、圧縮機要素１のハウジング３の側面の斜視図である。図４の実施形態では、２つの回転軸４ａ、４ｂは、例えば圧縮室１４の側面を貫通して、追加の駆動セクション、例えば軸受ケースに延びている。中間要素５ａ、５ｂは、ハウジング３と回転軸４ａ、４ｂの各々との間に設けられている。中間要素５ａ、５ｂは、ボール又は円筒ローラーのような転動体を備える滑り軸受として示されている。図４の実施形態は、詳細には、単一の入口ポート７が、複数の中間要素５ａ、５ｂを冷却するために使用できることを示している。例示的な実施形態では、第１のオイル流路９ａは、入口ポート７からノズル８ａ、８ｂまで延びている。ノズル８ａ－ｂは、回転軸４ａの方向に偏位している。第２のオイル流路９ｂは、入口ポート７からノズル８ｃまで延びており、ノズル８ｃは、例示的なケースでは回転軸４ｂに偏位している。回転軸４ａ、４ｂが突出する領域は、圧縮機要素１の構造的制約及び重量最適化のために典型的に制限され、従って、オイルインジェクタ６の配置のための空間が制限されることに留意されたい。図４に示されるように、オイルインジェクタ６は、少なくとも１つの中間要素５ａ、５ｂから距離を置いてハウジング３の側面上に配置されている。オイルノズル８ａ－ｃは、中間要素５ａ、５ｂの方向にオイルを放出するように構成されている。ノズル８ａ－ｃから放出される場合、放出されたオイルは、少なくとも最初は実質的に一次的な流れを形成する。換言すると、図４の例示的な実施形態では、３つのオイル流が、２つの中間要素５ａ－ｂの方向に放出される。

図５は、回転軸４の概略的な断面図を示し、中間要素５が回転軸４とハウジング３との間に設けられている。詳細には、図５は、オイル流路９が、所定の範囲（ｓｐａｎ）にわたってオイルを放出するように構成された少なくとも１つのノズル８を備えることを示している。ノズル８から放出されたオイル流２１は、放出場所１０（図４に示す）に衝突するようになっている。所定の範囲は、ノズル８と中間要素５との間の距離として定義される。ノズル８から放出されるオイル流２１は、矢印で表されている。オイル流２１は、中間要素５上の放出場所１０に衝突するようになっている。放出場所１０の面積は、好ましくは１０ｍｍ²より小さく、より好ましくは５ｍｍ²より小さい。換言すると、コンパクトなオイル流が、液滴を形成することなく維持されることが好ましい。さらに、実質的に全範囲にわたってコンパクトなオイル流が維持されることが好ましい。放出位置１０は、例えば、軸受の２つの軌道面の間の軸受セクションとすることができる。このようにして、オイル流２１は、中間要素５の冷却と潤滑を同時に行うために使用することができる。当業者には、オイル流２１が放出場所１０に衝突すると、オイル流２１が分散する可能性があることが明らかであろう。少なくとも１つのノズル８は、放出場所１０の実質的に近傍に配置されることが好ましい。実質的に近傍とは、範囲が２０ｍｍより小さく、好ましくは１５ｍｍより小さく、より好ましくは１０ｍｍより小さい領域として定義することができる。このようにして、放出されたオイル流２１が意図された放出場所１０に衝突することが保証される。これにより、中間要素５の冷却効率が向上する。オイル流路９は、入口ポート７からノズル８まで延びているため、オイル流路９の長さは相当なものになる可能性がある。らに、例えば中間要素５との接触を避けるために、複数の曲がり部を組み込むことが必要となる場合がある。これは、オイルノズル８のコスト及び複雑さを増加させる。そのような複雑さが望まれないか、又は不可能である実施形態では、オイル流路９及びノズル８は、少なくとも２０ｍｍ、好ましくは少なくとも３０ｍｍ、より好ましくは少なくとも４０ｍｍの長い範囲にわたってオイル流２１を放出するように構成することができる。このようにして、オイルノズル８は、よりコンパクトで、より単純になる。これにより、オイルノズル８の製造コストを低減することができる。

さらに、図５は、オイル流路９が、輸送セクション１８及びノズルセクション１９を備えることができることを示している。輸送セクション１８は、オイル流路９の近位端とノズルセクション１９との間のセクションとして定義される。輸送セクション１８は、任意の方向に延びることができる。オイル流路９は、輸送セクション１８の全長にわたって湾曲することができることは明らかであろう。

ノズルセクション１９は、オイルノズル８を備えるオイル流路９の遠位端として定義される。ノズルセクション１９は、少なくとも２ｍｍ、より好ましくは少なくとも５ｍｍ、最も好ましくは１０ｍｍの長さを有する。ノズルセクション１９は、ノズル８から放出されるオイルが実質的に一次的な流れを形成するように、実質的に真っ直ぐであることが好ましい。

図６及び７は、それぞれがオイルインジェクタ６を含む圧縮機要素１のさらなる実施形態を示す。図６では、圧縮部材２のギアボックスが、２つの回転軸４ａ、４ｂと、駆動及び従動ギアとして示される２つの中間要素５ａ、５ｂとを備えることが示されている。中間要素５ａ、５ｂは、回転軸４ａ、４ｂにそれぞれ互いの中心距離で取り付けられ、歯車の噛み合わせ位置で協働する。オイルインジェクタ６は、ハウジング３の側面に配置されることが示されており、ハウジング３から離れる方向に延び、駆動ギア５ａを越えるオイル流路９ａを備える。オイルノズル８ａは、ノズルから放出されたオイル流が回転軸４ａ上に位置する放出位置１０に衝突するように回転軸４ａの方向に偏位して配置されている。オイルインジェクタ６は、ハウジング３と中間要素５ａとの間の領域で延びる第２のオイル流路９ｂをさらに備える。このようにして、単一のオイルインジェクタ６を使用して、駆動歯車の第１の側と、第１の側とは反対側の第２の側とを冷却することができる。

図７は、ギアボックスを備える圧縮部材２のさらなる実施形態を示し、単一の入口ポート７が複数の中間要素５ａ－ｆを冷却するために使用される。詳細には、図７は、利用可能な空間が限られていることを示している。図７は、３つのオイル流路９ａ、９ｂ、９ｃを示す。複数のオイル流路９ａ、９ｂ、９ｃの各々は、複数のオイルノズル８ａ－ｆをそれぞれ備える。第１のオイル流路９ａは、その遠位端に２つのオイルノズル８ａ、８ｂを備え、これは中間要素５ｈ、５ｇに偏位されている。随意的に、第３のノズル（図示せず）は、第１のオイル流路９ａ上に位置することができ、これは中間要素５ｂと回転軸４ｂとの交差部に偏位することができる。このようにして、中間要素５ｂを冷却することができる。さらに、図７は、協働する中間要素５ｂ及び５ａの上に延びる第２のオイル流路９ｂを示している。第１のオイルノズル８ｄは、オイル流路９ｂの遠位端に配置することができ、中間要素５ｃの冷却及び潤滑のために、中間要素５ｃに偏位することができる。第２のオイルノズル８ｃは、第２のオイル流路９ｂの側部に配置することができ、２つの中間要素５ｂ、５ａの噛み合いセクションに偏位することができる。随意的に及び／又は追加的に、第３のオイルノズル（図示せず）は、オイル流路９ｂの遠位端に配置することができ、中間要素５ｆ（図示せず）に偏位することができる。第３のオイル流路９ｃは、第１のオイル流路と同様であり、第２の回転軸４ａ及びその回転を助長する中間要素５ｄ、５ｅを冷却及び潤滑することができるように、第１のオイル流路９ａとは反対方向に延びる点で相違する。

図面及び説明に基づいて、当業者は、本発明の作動と利点、並びにその様々な実施形態を理解することができるであろう。しかしながら、説明及び図面は、単に本発明を理解するためのものであり、本発明は、特定の実施形態又は実施例に限定されることが意図されていないことに留意されたい。従って、本発明の範囲は、特許請求の範囲においてのみ定義されることに留意されたい。

１ 圧縮機要素
２ 圧縮部材
３ ハウジング
４ 回転軸
５ 中間要素
７ 入口ポート
８ａ、８ｂ、８ｃ ノズル
９ オイル流路

Claims (15)

1. 少なくとも１つの圧縮部材（２）と、ハウジング（３）と、前記少なくとも１つの圧縮部材（２）を前記ハウジング（３）に対して回転可能に連結する回転軸（４）とを備える圧縮機要素（１）であって、
   少なくとも１つの中間要素（５）が、前記回転軸（４）の回転を助長するために、前記回転軸（４）と前記ハウジング（３）との間に設けられ、
   前記圧縮機要素（１）は、入口ポート（７）からオイル流路（９）を介して少なくとも１つのノズル（８ａ、８ｂ、８ｃ）に延びる少なくとも１つのオイルインジェクタ（６）をさらに備え、
   前記オイル流路（９）は、前記少なくとも１つの中間要素（５）の冷却のために、前記オイル流路（９）を通るオイルの実質的に一次的な流れを可能にするように形作られている、圧縮機要素。
2. 前記実質的に一次的な流れは、二次的な流れを実質的に含まない、請求項１に記載の圧縮機要素。
3. 前記一次的な流れは、ディーン数が７５より小さい、好ましくは６５より小さい、好ましくは６０より小さい流れである、請求項１又は２に記載の圧縮機要素。
4. 前記ディーン数は、式
   

   

   で特定され、こで、Ｒｅはオイルの流れのレイノルズ数を表し、Ｄｎはオイル流路（９）の内径を表し、ｒはオイル流路（９）又はその一部の曲率半径（２０）を表す、請求項３に記載の圧縮機要素。
5. 前記少なくとも１つの中間要素（５）は、ローラー軸受及び歯車のうちの少なくとも１つを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の圧縮機要素。
6. 前記少なくとも１つの中間要素（５）は、ローラー軸受を含む、請求項５に記載の圧縮機要素。
7. 前記オイル流路（９）は、少なくとも２つのノズル（８ａ、８ｂ）を備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の圧縮機要素。
8. 前記オイル流路（９）は、分岐している（９ａ、９ｂ、９ｃ）、請求項１から７のいずれか一項に記載の圧縮機要素。
9. 前記オイル流路（９）の曲率半径（２０）は、５ｍｍより大きく、好ましくは１０ｍｍより大きく、好ましくは２０ｍｍより大きい、請求項１から８のいずれか一項に記載の圧縮機要素。
10. 前記少なくとも１つのオイルインジェクタ（６）は、前記少なくとも１つの中間要素（５）から距離を置いて前記ハウジング（３）上に配置されており、前記少なくとも１つのオイルノズル（８ａ、８ｂ、８ｃ）は、前記少なくとも１つの中間要素（５）の方に偏位すると共に前記少なくとも１つのオイルノズル（８ａ、８ｂ、８ｃ）からオイルを放出するように構成されており、放出されたオイルは、放出場所（１０）に衝突するようになっており、前記放出場所（１０）の面積は、１０ｍｍ²より小さく、好ましくは５ｍｍ²より小さい、請求項１から９のいずれか一項に記載の圧縮機要素。
11. オイルシール（１１）が、前記圧縮部材（２）と前記少なくとも１つの中間要素（５）との間に配置されている、請求項１から１０のいずれか一項に記載の圧縮機要素。
12. 前記ハウジング（３）は、分離壁（２３）によって分離された圧縮室（１４）及び駆動セクション（１５）を備え、前記圧縮室（１４）は、前記少なくとも１つの圧縮部材（２）を備え、前記駆動セクション（１５）は、前記少なくとも１つの中間要素（５）を備え、前記回転軸（４）は、前記分離壁（２３）を貫通して延びる、請求項１から１１のいずれか一項に記載の圧縮機要素。
13. 前記オイルシール（１１）は、前記分離壁（２３）内に配置されている、請求項１１及び１２に記載の圧縮機要素。
14. 少なくとも１つの圧縮部材（２）と、ハウジング（３）と、少なくとも１つの圧縮部材（２）を前記ハウジング（３）に回転可能に連結する回転軸（４）とを備える圧縮機要素（１）を製造する方法であって、
    前記方法は、前記回転軸（４）と前記ハウジング（３）との間に、前記回転軸（４）の回転を助長するための少なくとも１つの中間要素（５）を提供するステップを含み、
    前記方法は、さらに、前記圧縮機要素（１）に、入口ポート（７）からオイル流路（９）を介して少なくとも１つのノズル（８ａ、８ｂ、８ｃ）に延びる少なくとも１つのオイルインジェクタ（６）を提供するステップを含み、
    前記方法は、さらに、前記少なくとも１つの中間要素（５）の冷却のために、前記オイル流路（９）を通るオイルの実質的に一次的な流れを可能にするために、前記オイル流路（９）を形作るステップを含む、方法。
15. 前記オイル流路（９）は、実質的に二次的な流れを含まず、好ましくは７５より小さい、より好ましくは６５より小さい、最も好ましくは６０より小さいディーン数の流れを可能にするように形作られる、請求項１４に記載の方法。

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