JP7072350B2 - 油冷式圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、油冷式圧縮機に関する。

特許文献１の油冷式圧縮機の給油機構は、潤滑油を霧化状噴射する超音波霧化機構を備えている。潤滑油を霧状に微細化することで、圧縮空気と接触する油滴の全表面積を増加させ、圧縮空気の冷却効率の向上を図ることができる。

特開平１１－３３６６８３号公報

しかし、特許文献１のような超音波霧化機構は、ノズル噴射式の油供給機構と比較して、霧状に微細化できる油の量が少ない。このため、圧縮空気が十分に冷却されず、駆動に必要な動力が却って増加することがある。

本発明は、駆動に必要な動力を低減できる油冷式圧縮機を提供することを課題とする。

本発明は、雄雌一対のスクリュロータが収容されたロータ室と、それぞれ前記ロータ室と連通する吸込口と吐出口とを有するケーシングを備えた圧縮機本体と、前記圧縮機本体の前記ロータ室に油を供給する給油装置とを備え、前記給油装置は、気体が供給される気体供給口と、前記油が供給される油供給口と、前記気体供給口に供給された前記気体と前記油供給口に供給された前記油とが混合されて噴射される噴射口とを有する二流体ノズルを備え、前記圧縮機本体の前記吐出口に流体的に接続され、前記吐出口から吐出された圧縮空気から油を分離する油分離装置を含む吐出流路と、前記油分離装置と前記給油装置とを流体的に接続する給油流路と、をさらに備え、前記油供給口は、前記給油流路に流体的に接続されており、前記油分離装置よりも下流の前記吐出流路には、前記吐出流路を流れる圧縮空気を冷却するアフタークーラが設けられ、前記アフタークーラよりも下流の前記吐出流路と前記二流体ノズルの前記気体供給口とを流体的に接続する戻り流路をさらに備える、油冷式圧縮機を提供する。

二流体ノズルを使用すると、一流体ノズルのような他のノズル噴射式の油供給機構を使用する場合と比較して、より微細な油滴を生成できるため、噴射される油滴の表面積及び油滴数を増加できる。油滴の表面積が増加することで、油滴と圧縮空気との熱交換が促進され、圧縮空気の冷却が促進される。このため、圧縮過程が、断熱過程から等温過程に近づき、圧縮機の駆動に必要な動力を低減できる。また、油滴数が増加することで、油滴が広範囲に拡散され、スクリュロータ間及びスクリュロータとケーシングの間のシール性が向上する。このため、スクリュロータ間での圧縮空気の漏れによる風量の低下を防止でき、スクリュロータとケーシングの間から内部漏れしたガスの再圧縮による動力の増加を防止できる。さらに、二流体ノズルは、超音波霧化機構と比較すると、圧電振動子のような駆動要素を必要としないため、構造を単純化できる。

前記油分離装置は、前記圧縮機本体の前記吐出口から吐出された圧縮空気から油を一次分離し、一次分離された油を溜める一次貯留部と、前記一次貯留部を通過した圧縮空気から油を二次分離するための油分離エレメントとを備えてもよく、前記油分離エレメントと前記二流体ノズルの前記気体供給口とを流体的に接続する戻り流路をさらに備えてもよい。

この構成によれば、戻り流路を流れる圧縮空気を二流体ノズルで油の微粒化に使用する圧縮空気として使用できる。このため、圧縮空気供給源を別途用意する必要がなく、圧縮機の駆動に必要な動力を低減できる。

前記給油装置の前記噴射口は、前記圧縮機本体の圧縮開始位置と圧縮終了位置との間の前記ロータ室に連通していてもよい。

前記噴射口は、細長いスリット状であってもよく、前記スクリュロータの長軸に対して、前記スクリュロータのねじれ角度と実質的に同一の角度で傾斜するように配置されていてもよい。

この構成によれば、二流体ノズルの噴射口を細長いスリット状とすることで、油滴を広範囲にわたって均一に油を噴射できる。このため、スクリュロータ間及びスクリュロータとケーシングの間のシール性を向上でき、圧縮機本体の駆動に必要な動力を低減できる。また、二流体ノズルの噴射口をスクリュロータの歯と平行に並べることで、噴射口が圧力の異なる複数の歯溝を連通しない。このため、給油装置を介して、圧縮途中の空気が漏れることを防止できる。

前記噴射口は、一列に並んで配置された複数の穴部を有してもよく、前記スクリュロータの長軸に対して、前記スクリュロータのねじれ角度と実質的に同一の角度で傾斜するように配置されていてもよい。

前記給油装置は、一流体ノズルをさらに備えてもよい。

一流体ノズルは、二流体ノズルと比較して噴射可能な油滴の量が多いため、二流体ノズルに加えて一流体ノズルを備えることで、圧縮空気の冷却を促進できる。このため、圧縮機の駆動に必要な動力を低減できる。

本発明の油冷式圧縮機では、駆動に必要な動力を低減できる。

本発明の第１実施形態に係る油冷式圧縮機に係る系統図。 スクリュロータと二流体ノズルの配置を示す圧縮機本体の模式的な側方断面図。 図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図。 圧縮過程のＰ－Ｖ線図。 第１実施形態の変形例を示す図１と同様の系統図。 第１実施形態の他の変形例を示す図１と同様の系統図。 本発明の第２実施形態に係る図３と同様の断面図。 本発明の第３実施形態に係る図３と同様の断面図。 本発明の第４実施形態に係る図２と同様の断面図。 図９のＸ－Ｘ線断面図。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る油冷式圧縮機１を図１から図３を参照して説明する。

図１を参照すると、本発明の油冷式圧縮機１は、圧縮機本体１０と、圧縮機本体１０に流体的に接続されている吐出流路２０とを備える。吐出流路２０には、油分離装置３０と、アフタークーラ２１が設けられている。吐出流路２０の内部には、主に圧縮空気が流れている。また、油冷式圧縮機１は、給油装置４０と、油分離装置３０と給油装置４０とを流体的に接続する給油流路５０とを備える。給油流路５０には、油フィルタ５１と、油冷却器５２とが設けられている。油冷式圧縮機１は、吐出流路２０と給油装置４０とを流体的に接続する戻り流路６０を備える。具体的には、戻り流路６０は、後述するように、油分離装置３０に設けられた二次貯留部３３と給油装置４０とを流体的に接続している。

（吐出流路）
吸い込まれた空気は、圧縮機本体１０で圧縮され、吐出流路２０を通り、図示しない供給先へと供給される。吐出流路２０では、圧縮空気は、油分離装置３０で油を除去され、アフタークーラ２１で冷却される。

圧縮機本体１０は、図２及び図３を併せて参照すると、螺旋状の歯を有して互いに噛み合う雄雌一対のスクリュロータ１１Ａ，１１Ｂと、雄雌一対のスクリュロータ１１Ａ，１１Ｂを収容するケーシング１２と、雄側のスクリュロータ１１Ａを駆動させるためのモータ１３とを備える。

雄雌一対のスクリュロータ１１Ａ，１１Ｂの両端は、ケーシング１２に設けられた軸受１４で回転可能に支持されている。雄雌一対のスクリュロータ１１Ａ，１１Ｂは、雄雌一対のスクリュロータ１１Ａ，１１Ｂの軸方向Ｃと直交する方向に並んで配置されている。

ケーシング１２は、圧縮機本体１０の吸い込み側に設けられた吸込口１５と、雄雌一対のスクリュロータ１１Ａ，１１Ｂを収容するためのロータ室１６と、圧縮機本体１０の吐き出し側に設けられた吐出口１７とを備えている。ロータ室１６と、雄雌一対のスクリュロータ１１Ａ，１１Ｂとによって、圧縮室が画定されている。

図１を参照すると、モータ１３は、雄側のスクリュロータ１１Ａに連結されており、雄側のスクリュロータ１１Ａを回転駆動させる。雄側のスクリュロータ１１Ａが回転すると、雌側のスクリュロータ１１Ｂの歯が雄側のスクリュロータ１１Ａの歯に押されることで、雌側のスクリュロータ１１Ｂは、雄側のスクリュロータ１１Ａと共に回転する。圧縮機本体１０は、モータ１３により駆動されると、吸込口１５より空気を吸引し、圧縮して吐出口１７より吐出流路２０に吐出する。

油分離装置３０は、圧縮機本体１０から吐出された圧縮空気に含まれている油を除去する。油分離装置３０は、圧縮空気から油を一次分離し、一次分離された油を溜める一次貯留部３１と、一次貯留部３１を通過した圧縮空気から油を二次分離する油分離エレメント３２と、二次分離された油を溜める二次貯留部３３とを備える。一次分離は、圧縮空気を旋回流とすることで、圧縮空気に含まれる油を遠心分離することで行われる。一次分離された油は、油分離装置３０の下部の一次貯留部３１に溜められる。二次分離は、一次分離により油が除去された圧縮空気が、濾過フィルタのような油分離エレメント３２を通過し、油が濾過分離されることで行われる。二次分離された油は、二次貯留部３３に溜められる。

アフタークーラ２１は、吐出流路２０に設けられており、圧縮機本体１０で発生した圧縮熱を回収する。油分離装置３０を通過した圧縮空気は、アフタークーラ２１によって冷却され、図示しない供給先へと輸送される。

（給油流路）
図１を参照すると、圧縮機本体１０の潤滑、冷却、及び封止に使用された油は、圧縮機本体１０の吐出口１７から圧縮空気と共に吐出され、吐出流路２０を通り油分離装置３０に供給される。その後、油分離装置３０によって一次分離され、一次貯留部３１に溜められた油は、給油流路５０を通り、給油装置４０へ回収される。そして、給油装置４０により再び圧縮機本体１０へと供給される。すなわち、油は、油冷式圧縮機１の内部で循環して使用されている。

図２及び図３を参照すると、本実施形態の給油装置４０は、内部混合型の二流体ノズル４１を備える。二流体ノズル４１は、油供給口４１ａと、気体供給口４１ｂと、混合室４１ｃと、噴射口４１ｄとを備える。油供給口４１ａ、気体供給口４１ｂ、混合室４１ｃ、及び噴射口４１ｄは、連通している。二流体ノズル４１は、油供給口４１ａから供給された油と、気体供給口４１ｂから供給された圧縮空気とを、混合室４１ｃで混合し、噴射口４１ｄより噴射する。油供給口４１ａから供給された油は、気体供給口４１ｂから供給された圧縮空気と衝突することで微細化される。図２に示すように、二流体ノズル４１の噴射口４１ｄは、圧縮機本体１０のロータ室１６に連通している。図３に示すように、本実施形態の二流体ノズル４１の噴射口４１ｄの形状は、円形である。二流体ノズル４１は、噴射口４１ｄが圧縮機本体１０の圧縮開始位置Ｘ１と圧縮終了位置Ｘ２との間に配置され、油滴の噴射方向がスクリュロータ１１Ａ，１１Ｂの軸方向Ｃと垂直になるように配置されている。

図１を参照すると、給油流路５０は、油分離装置３０の一次貯留部３１と、二流体ノズル４１の油供給口４１ａとを連通している。給油流路５０は、油フィルタ５１と、油冷却器５２とを備える。油フィルタ５１は、油以外の不純物を除去し、油冷却器５２は、油を冷却する。

（戻り流路）
戻り流路６０は、給油装置４０の二流体ノズル４１の気体供給口４１ｂに圧縮空気を輸送する。さらに、油分離装置３０の油分離エレメント３２で二次分離された油は、二次貯留部３３に溜められ、本実施形態の戻り流路６０は、当該油を給油装置４０へ輸送する。（この戻り流路６０内を流れる流体は、大部分が圧縮空気であり、油分離エレメント３２で二次分離された油も少量流れる。）つまり、戻り流路６０は、油分離エレメント３２と、二流体ノズルの気体供給口４１ｂとを流体的に接続する。給油装置４０は、油分離装置３０と比較して低圧であるため、油分離装置３０を通る圧縮空気は、戻り流路６０の内部に流れ込み、二流体ノズル４１の気体供給口４１ｂへと供給される。

前述したように、二流体ノズル４１では、気体供給口４１ｂから供給された圧縮空気を油に衝突させることで、油を微細化する。このため、二流体ノズル４１を使用すると、一流体ノズルのような他のノズル噴射式の油供給機構を使用する場合と比較して、より微細な油滴を生成でき、噴射される油滴の表面積及び油滴数を増加できる。油滴の表面積が増加することで、油滴と圧縮空気との熱交換が促進され、圧縮空気の冷却が促進される。このため、図４に示すように圧縮過程が、断熱過程から等温過程に近づき、圧縮機の駆動に必要な動力を低減できる。また、油滴数が増加することで、油滴が広範囲に拡散され、雄雌一対のスクリュロータ１１Ａ，１１Ｂ間及びスクリュロータ１１Ａ，１１Ｂとケーシング１２の間のシール性が向上する。このため、雄雌一対のスクリュロータ１１Ａ，１１Ｂ間での圧縮空気の漏れによる風量の低下を防止でき、スクリュロータ１１Ａ，１１Ｂとケーシング１２の間から内部漏れしたガスの再圧縮による動力の増加を防止できる。さらに、二流体ノズル４１は、超音波霧化機構と比較すると、圧電振動子のような駆動要素を必要としないため、構造を単純化できる。

二流体ノズル４１の気体供給口４１ｂは、戻り流路６０によって油分離エレメント３２と流体的に接続されており、戻り流路６０を流れる圧縮空気を二流体ノズル４１で油の微細化に使用する圧縮空気として使用できる。このため、圧縮空気供給源を別途用意する必要がなく、油冷式圧縮機１の駆動に必要な動力を低減できる。

以下、図５及び図６を参照して、本実施形態の変形例を説明する。

図５に示す変形例では、戻り流路６０は、油分離装置３０とアフタークーラ２１の間の吐出流路２０と、二流体ノズル４１の気体供給口４１ｂとを流体的に接続している。本変形例の戻り流路６０の内部には、油分離装置３０によって油が除去された圧縮空気が流れている。この場合、二次貯留部３３と圧縮機本体１０は、戻り流路６１によって流体的に接続されている。二次貯留部３３に溜められた油は、戻り流路６１を経由して圧縮機本体１０の圧縮開始前の吸込歯溝、又は給油側より低圧の圧縮途中の歯溝等に戻される。

図６に示す変形例では、戻り流路６０は、アフタークーラ２１の下流の吐出流路２０と、二流体ノズル４１の気体供給口４１ｂとを流体的に接続している。本変形例の戻り流路６０の内部には、油分離装置３０によって油が除去され、アフタークーラ２１で冷却された圧縮空気が流れている。この場合、二次貯留部３３と圧縮機本体１０は、戻り流路６１によって流体的に接続されている。二次貯留部３３に溜められた油は、戻り流路６１を経由して圧縮機本体１０の圧縮開始前の吸込歯溝、又は給油側より低圧の圧縮途中の歯溝等に戻される。

以下に説明する第２実施形態及び第３実施形態では、第１実施形態と同一ないし同様の要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。さらに、これらの実施形態では、特に言及する点を除いて、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。

（第２実施形態）
図７を参照すると、本実施形態の二流体ノズル４１の噴射口４１ｄは、細長いスリット状である。本実施形態の二流体ノズル４１の噴射口４１ｄは、スクリュロータ１１Ａ，１１Ｂの軸方向Ｃに対して傾斜して配置されている。具体的には、スクリュロータ１１Ａ，１１Ｂの軸方向Ｃと噴射口４１ｄの長軸方向Ｄ１のなす角度（傾斜角度）Ａ１は、スクリュロータ１１Ａ，１１Ｂの軸方向Ｃとスクリュロータ１１Ａ，１１Ｂの歯のなす角度（ねじれ角度）Ａ２と実質的に等しい。すなわち、二流体ノズル４１は、噴射口４１ｄとスクリュロータ１１Ａ，１１Ｂの歯が平行になるように配置されている。

二流体ノズル４１の噴射口４１ｄを細長い形状とすることで、油滴を広範囲にわたって均一に油を噴射できる。このため、スクリュロータ１１Ａ，１１Ｂ間のシール性を向上でき、圧縮機本体１０の駆動に必要な動力を低減できる。

また、二流体ノズル４１の噴射口４１ｄをスクリュロータ１１Ａ，１１Ｂの歯と平行に並べることで、噴射口４１ｄは、圧力の異なる複数の歯溝を連通しない。このため、給油装置４０を介して、圧縮途中の空気が漏れることを防止できる。

（第３実施形態）
図８を参照すると本実施形態の二流体ノズル４１の噴射口４１ｄは、一列に並んだ複数の穴部を有している。スクリュロータ１１Ａ，１１Ｂの軸方向Ｃと複数の穴部が並ぶ方向Ｄ２（整列方向）のなす角度（傾斜角度）Ａ３は、スクリュロータ１１Ａ，１１Ｂのねじれ角度Ａ２と実質的に等しい。すなわち、噴射口４１ｄの複数の穴部は、スクリュロータ１１Ａ，１１Ｂの歯と平行に並んでいる。

二流体ノズル４１の噴射口４１ｄが一列に並んだ複数の穴部を有することで、油滴を広範囲にわたって均一に油を噴射できる。このため、スクリュロータ１１Ａ，１１Ｂ間のシール性を向上でき、圧縮機本体１０の駆動に必要な動力を低減できる。

また、二流体ノズル４１の噴射口４１ｄの複数の穴部をスクリュロータ１１Ａ，１１Ｂの歯と平行に並べることで、噴射口４１ｄは、圧力の異なる複数の歯溝を連通しない。このため、給油装置４０を介して、圧縮途中の空気が漏れることを防止できる。

（第４実施形態）
図９及び図１０を参照すると、本実施形態の給油装置４０は、二流体ノズル４１と、一流体ノズルと４２を備える。本実施形態の二流体ノズル４１の噴射口４１ｄは、細長いスリット状である。二流体ノズル４１は、噴射口４１ｄとスクリュロータ１１Ａ，１１Ｂの歯が平行になるように配置されている。一流体ノズル４２は、油供給口４２ａと噴射口４２ｂとを備えており、油供給口４２ａは、給油流路５０と流体的に接続されている。一流体ノズル４２の噴射口４２ｂの形状は、円形である。一流体ノズル４２は、噴射方向がスクリュロータ１１Ａ，１１Ｂの軸方向Ｃと垂直であるように配置されている。給油装置４０は、一流体ノズル４２の噴射口４２ｂ及び二流体ノズル４１の噴射口４１ｄが圧縮機本体１０の圧縮開始位置Ｘ１と圧縮終了位置Ｘ２との間に配置されるように配置されている。

液体のみを噴射する一流体ノズル４２は、油と圧縮空気とを噴射する二流体ノズル４１と比較して、噴射口の単位断面積当たりの油の供給量が多い。このため、供給可能な油量を増加でき、圧縮空気の冷却を促進できるため、圧縮機の駆動に必要な動力を低減できる。

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、本発明は特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲において、種々の変更が可能である。

例えば、二流体ノズル４１は、外部混合型であってもよく、衝突型であってもよい。

給油装置４０の噴射方向は、スクリュロータ１１Ａ，１１Ｂの軸方向Ｃに対して垂直な方向（軸垂直方向）に限定されず、軸垂直方向に対して傾斜していてもよい。

一流体ノズル４２の噴射口４２ｂ及び二流体ノズル４１の噴射口４１ｄの形状は、円形又は矩形に限定されず、楕円形、円環形、又は多角形のような、他の形状であってもよい。

１ 油冷式圧縮機
１０ 圧縮機本体
１１Ａ スクリュロータ
１１Ｂ スクリュロータ
１２ ケーシング
１３ モータ
１４ 軸受
１５ 吸込口
１６ ロータ室
１７ 吐出口
２０ 吐出流路
２１ アフタークーラ
３０ 油分離装置
３１ 一次貯留部
３２ 油分離エレメント
３３ 二次貯留部
４０ 給油装置
４１ 二流体ノズル
４１ａ 油供給口
４１ｂ 気体供給口
４１ｃ 混合室
４１ｄ 噴射口
４２ 一流体ノズル
４２ａ 油供給口
４２ｂ 噴射口
５０ 給油流路
５１ 油フィルタ
５２ 油冷却器
６０ 戻り流路
６１ 戻り流路

Claims (6)

1. 雄雌一対のスクリュロータが収容されたロータ室と、それぞれ前記ロータ室と連通する吸込口と吐出口とを有するケーシングを備えた圧縮機本体と、
   前記圧縮機本体の前記ロータ室に油を供給する給油装置と
   を備え、
   前記給油装置は、
   空気が供給される気体供給口と、前記油が供給される油供給口と、前記気体供給口に供給された前記空気と前記油供給口に供給された前記油とが混合されて噴射される噴射口とを有する二流体ノズルを備え、
   前記圧縮機本体の前記吐出口に流体的に接続され、前記吐出口から吐出された圧縮空気から油を分離する油分離装置を含む吐出流路と、
   前記油分離装置と前記給油装置とを流体的に接続する給油流路と、
   をさらに備え、
   前記油供給口は、前記給油流路に流体的に接続されており、
   前記油分離装置よりも下流の前記吐出流路には、前記吐出流路を流れる圧縮空気を冷却するアフタークーラが設けられ、
   前記アフタークーラよりも下流の前記吐出流路と前記二流体ノズルの前記気体供給口とを流体的に接続する戻り流路をさらに備える、油冷式圧縮機。
2. 前記油分離装置は、
   前記圧縮機本体の前記吐出口から吐出された圧縮空気から油を一次分離し、一次分離された油を溜める一次貯留部と、
   前記一次貯留部を通過した圧縮空気から油を二次分離するための油分離エレメントと
   を備え、
   前記油分離エレメントと前記二流体ノズルの前記気体供給口とを流体的に接続する戻り流路をさらに備える、請求項１に記載の油冷式圧縮機。
3. 前記給油装置の前記噴射口は、前記圧縮機本体の圧縮開始位置と圧縮終了位置との間の前記ロータ室に連通している、請求項１又は２のいずれか１項に記載の油冷式圧縮機。
4. 前記噴射口は、細長いスリット状であり、前記スクリュロータの長軸に対して、前記スクリュロータのねじれ角度と実質的に同一の角度で傾斜するように配置されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の油冷式圧縮機。
5. 前記噴射口は、一列に並んで配置された複数の穴部を有し、前記スクリュロータの長軸に対して、前記スクリュロータのねじれ角度と実質的に同一の角度で傾斜するように配置されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の油冷式圧縮機。
6. 前記給油装置は、一流体ノズルをさらに備える、請求項１から５のいずれか１項に記載の油冷式圧縮機。

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