JP7218281B2 - 給液式スクリュー圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、給液式スクリュー圧縮機に関する。

スクリュー圧縮機は、螺旋状の歯（歯溝）を複数有するスクリューロータと、スクリューロータを格納するケーシングとを備えており、スクリューロータの歯溝とケーシングの内壁面とで形成された作動室の容積がスクリューロータの回転に伴い増減することで気体を圧縮するものである。スクリュー圧縮機には、外部からの液体を作動室へ供給する給液式のものがある。液体を作動室へ供給する目的は、スクリューロータとケーシングとの間に生じる内部隙間の封止、作動室内の気体の冷却、スクリューロータの潤滑などである。給液式スクリュー圧縮機では、高性能化を図るために、給液のタイミング、給液の温度、給液の注入量などの変更が繰り返し試みられてきた。しかし、このような方策による性能の向上は、限界に近づきつつある。

そこで、給液式スクリュー圧縮機における別の観点の性能向上策として、作動室へ注入する液体を微粒化することが提案されている（例えば、特許文献１の図４を参照）。特許文献１に記載の水噴射式スクリュー圧縮機では、作動室に水を注入するための第１の給水部がケーシングの壁面部に形成されている。第１の給水部は、先止まり穴が形成された給水部材の底部に、ケーシング内部と先止まり穴とを連通させる複数の小孔を角度θだけ傾斜するように設けると共に、給水部材におけるケーシング内部側の底面中央部に窪み部を設けたものである。この水噴射式スクリュー圧縮機の給液機構は、第１の給水部の複数の小孔から噴射した水を衝突させることで、微粒化した液滴を生成して作動室内に拡散させるものである。

特開２００３－１８４７６８号公報

特許文献１に記載の衝突式の給液機構においては、互いに傾斜する小孔をケーシングに設ける場合、ケーシングの内壁面に円錐状の窪み部を形成する。なぜなら、ケーシングの内壁面に窪み部を設けずに小孔をケーシングに設ける場合、ケーシングの内壁面が小孔に対して傾斜する曲面であるので、小孔を形成する工具の先端がケーシングの内壁面上を滑ることがある。この場合、小孔の形成位置の精度が低下するので、小孔から噴射された水の衝突位置がずれてしまい、意図したような給液の微粒化を得ることができない虞がある。そこで、ケーシングの内壁面に予め円錐状の窪み部を形成して小孔に対して略直交するような面を設けることで、小孔の形成位置の精度を保っている。

このように、上述した衝突式の給液機構では、ケーシングに対して窪み部を形成すると共に互いに傾斜した小孔を形成する必要があるので、加工が困難であった。また、作動室内の気体を確実に冷却するためには、上述した給液機構をケーシングに複数設けることが有効である。そのため、上述した給液機構を実製品に採用することは難しかった。

また、上述した衝突式の給液機構では、小孔から噴射された液体の衝突位置によっては、ケーシングの内壁面に形成された円錐状の窪み部が微粒化した液滴の拡散の障壁となることが懸念される。互いに傾斜した小孔から噴射された液体は、衝突することで微粒化して指向性もって拡散する。具体的には、衝突により微粒化した液滴は、２つの小孔を含む平面に対して直交する方向に扇状に拡散しやすい。微粒化した液滴の拡散方向に円錐状の窪み部の壁面が存在すると、液体の作動室内への拡散範囲が制限される。その結果、作動室内の圧縮気体の冷却効果が低減するので、圧縮機性能の向上効果が低減してしまう。

本発明は、上記の問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、給液機構の加工が容易で、且つ、微粒化した液体の作動室内への拡散を阻害しない給液式スクリュー圧縮機を提供することである。

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、螺旋状の歯を複数有するスクリューロータと、前記スクリューロータを回転可能に格納して前記スクリューロータと共に作動室を形成し、外部から供給される液体を前記作動室へ導く給液路を有するケーシングと、前記給液路に着脱可能に取り付けられ、前記給液路を流通する液体を前記作動室へ噴射する給液ノズルとを備え、前記給液ノズルは、噴射する液体を衝突させて面状に拡散するように構成された一対の噴射孔と、互いが底側に向かって徐々に接近する第１傾斜面及び第２傾斜面を側壁面とする溝部とを有し、前記一対の噴射孔の一方が前記第１傾斜面に開口すると共に、前記一対の噴射孔の他方が前記第２傾斜面に開口し、前記溝部は、前記一対の噴射孔から噴射される液体の衝突による拡散方向と同じ方向へ延在し、前記給液路は、その下流端が前記作動室に開口するように形成されていると共に、前記給液路の下流側端部を形成する内周面に設けられた雌ねじ部を有し、前記雌ねじ部は、その下流端が前記給液路の前記下流端よりも上流側に位置するように形成され、前記給液ノズルは、前記給液路の前記雌ねじ部にねじ込みが可能な雄ねじ部を有し、前記雄ねじ部の前記給液路の前記雌ねじ部に対するねじ込み量に応じて前記一対の噴射孔の位置調整が可能に構成され、前記給液路における前記雌ねじ部よりも下流側の部分を形成する内周面は、前記給液路の前記下流端への前記給液ノズルの移動を規制する移動規制部として構成されている。

本発明によれば、一対の噴射孔及び所定方向に延在する溝部を設けた給液ノズルをケーシングの給液路に取り付けることで衝突式の給液機構を構成しているので、一対の噴射孔及び溝部を直接ケーシングに形成する必要がなく給液機構の加工が容易であり、且つ、給液ノズルから噴射された液体の衝突によって生じた微粒化した液滴の拡散が給液ノズルの溝部の側壁面によって阻害されることがない。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の第１の実施の形態に係る給液式スクリュー圧縮機に対する給液の外部経路を示す系統図である。 本発明の第１の実施の形態に係る給液式スクリュー圧縮機を示す断面図である。 図２に示す本発明の第１の実施の形態に係る給液式スクリュー圧縮機をIII－III矢視から見た断面図である。 図３の符号Ｘで示す本発明の第１の実施の形態に係る給液式スクリュー圧縮機の給液機構を拡大した状態で示す断面図である。 図４に示す本発明の第１の実施の形態に係る給液式スクリュー圧縮機の給液機構をV－V矢視から見た断面図である。 図４及び図５に示す本発明の第１の実施の形態に係る給液式スクリュー圧縮機の給液機構をボア内から見た図である。 本発明の第１の実施の形態に係る給液式スクリュー圧縮機における給液ノズルの配置の一例を示す説明図である。 本発明の第１の実施の形態に係る給液式スクリュー圧縮機に対する比較例としての従来の給液式スクリュー圧縮機の給液機構を拡大した状態で示す断面図である。 図８に示す比較例の給液式スクリュー圧縮機の給液機構をIX－IX矢視から見た断面図である。 図８及び図９に示す比較例の給液式スクリュー圧縮機の給液機構をボア内から見た図である。 本発明の第１の実施の形態の変形例に係る給液式スクリュー圧縮機を示す断面図である。 図１１に示す本発明の第１の実施の形態の変形例に係る給液式スクリュー圧縮機の給液機構をXII－XII矢視から見た断面図である。 図１１に示す本発明の第１の実施の形態の変形例に係る給液式スクリュー圧縮機における給液機構と、吸込み吐出し機構との位置関係を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る給液式スクリュー圧縮機における給液機構を拡大した状態で示す断面図である。 図１４に示す本発明の第２の実施の形態に係る給液式スクリュー圧縮機の給液機構をXV－XV矢視から見た断面図である。 図１４及び図１５に示す本発明の第２の実施の形態に係る給液式スクリュー圧縮機の給液機構をボア内から見た図である。

以下、本発明による給液式スクリュー圧縮機の実施の形態について図面を用いて例示説明する。
［第１の実施の形態］
第１の実施の形態に係る給液式スクリュー圧縮機に対する給液の外部経路について図１を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る給液式スクリュー圧縮機に対する給液の外部経路を示す系統図である。

図１に示すように、給液式スクリュー圧縮機１（以下、スクリュー圧縮機という）では、外部から圧縮機内部へ液体が供給される。スクリュー圧縮機１に対して供給される液体の外部経路８１は、気液分離器８２、液体冷却器８３、フィルタや逆止弁などの補機８４、及びそれらを接続する配管８５で構成されている。スクリュー圧縮機１から吐出された圧縮気体中には、圧縮機内部に供給された液体が混入している。この圧縮気体中に含まれる液体は、気液分離器８２によって圧縮気体から分離され、液体冷却器８３によって冷却された後、補機８４を介して再びスクリュー圧縮機１の内部へ供給される。スクリュー圧縮機１への液体供給は、ポンプ等の動力源を用いることなく、気液分離器８２内に流入する圧縮気体の圧力を駆動源として行うことが可能である。

次に、第１の実施の形態に係る給液式スクリュー圧縮機の構成を図２及び図３を用いて説明する。図２は、本発明の第１の実施の形態に係る給液式スクリュー圧縮機を示す断面図である。図３は、図２に示す本発明の第１の実施の形態に係る給液式スクリュー圧縮機をIII－III矢視から見た断面図である。図２中、左側の紙面表側がスクリュー圧縮機の吸込側であり、右側の紙面裏側が吐出側である。

図２及び図３において、スクリュー圧縮機１は、互いに噛み合って回転する一対のスクリューロータとしての雄ロータ２及び雌ロータ３と、雄ロータ２及び雌ロータ３を回転可能に内部に格納するケーシング４とを備えている。雄ロータ２は、その軸方向（図２中、左右方向）の両側がそれぞれ吸込側軸受（以下、ＭＳ軸受という）６と吐出側軸受（以下、ＭＤ軸受という）７、８とにより回転自在に支持されている。雌ロータ３は、その軸方向の両側がそれぞれ吸込側軸受（以下、ＦＳ軸受という）１０と吐出側軸受（以下、ＦＤ軸受という）１１、１２とにより回転自在に支持されている。

雄ロータ２は、螺旋状の雄歯２１ａが複数（図３中、４つ）形成されたロータ歯部２１と、ロータ歯部２１の軸方向の両側端部にそれぞれ設けられた吸込側のシャフト部２２及び吐出側のシャフト部２３とで構成されている。ロータ歯部２１は、軸方向一方端（図２中、左端）及び他方端（図２中、右端）にそれぞれ、軸方向に対して直交する吸込側端面２１ｂ及び吐出側端面２１ｃを有している。ロータ歯部２１の複数の雄歯２１ａ間には歯溝が形成されている。吸込側のシャフト部２２は、ケーシング４の外側に延出しており、電動機等の原動機９０（図１参照）に接続される。

雌ロータ３は、螺旋状の雌歯３１ａが複数（図３中、６つ）形成されたロータ歯部３１と、ロータ歯部３１の軸方向の両側端部にそれぞれ設けられた吸込側のシャフト部３２及び吐出側のシャフト部３３とで構成されている。ロータ歯部３１は、軸方向一端（図２中、左端）及び他方端（図２中、右端）にそれぞれ、軸方向に対して直交する吸込側端面３１ｂ及び吐出側端面３１ｃを有している。ロータ歯部３１の複数の雌歯３１ａ間には歯溝が形成されている。

ケーシング４は、メインケーシング４１と、メインケーシング４１の吐出側（図２中、右側）に取り付けられた吐出側ケーシング４２とを備えている。ケーシング４の内部には、雄ロータ２のロータ歯部２１と雌ロータ３のロータ歯部３１とを互いが噛み合った状態で格納する格納室としてのボア４５が形成されている。ボア４５は、メインケーシング４１に形成された一部重複する２つの円筒状空間の軸方向一方側（図２中、右側）の開口を吐出側ケーシング４２で閉塞することによって構成されている。ボア４５は、雄ロータ２のロータ歯部２１の大部分が配置される第１格納部としての雄側ボア４５ａと、雌ロータ３のロータ歯部３１の大部分が配置される第２格納部としての雌側ボア４５ｂとから成る。ボア４５を形成する壁面は、雄ロータ２のロータ歯部２１の径方向外側を覆う略円筒状の第１内周面４６と、雌ロータ３のロータ歯部３１の径方向外側を覆う略円筒状の第２内周面４７と、雌雄両ロータ２、３のロータ歯部２１、３１の吸込側端面２１ｂ、３１ｂに対向する軸方向一方側（図２中、左側）の吸込側端面４８と、雌雄両ロータ２、３のロータ歯部２１、３１の吐出側端面２１ｃ、３１ｃに対向する軸方向他方側（図２中、右側）の吐出側端面４９とで構成されている。雌雄両ロータ２、３のロータ歯部２１、３１の複数の歯溝とそれを取り囲むケーシング４の内壁面（ボア４５の第１内周面４６、第２内周面４７、吸込側端面４８、吐出側端面４９）とによって複数の作動室Ｃが形成される。

メインケーシング４１の軸方向一方側端部（図２中、左側端部）には、ＭＳ軸受６を保持する吸込側軸受室５１及びＦＳ軸受１０を保持する吸込側軸受室５２が設けられており、両吸込側軸受室５１、５２の一方側（図２中、左側）が開口している。メインケーシング４１には、両吸込側軸受室５１、５２の開口を閉塞する吸込側カバー（図示せず）が取り付けられている。

吐出側ケーシング４２におけるボア４５側とは反対側の部分（図２中、右側端部）には、ＭＤ軸受７、８を保持する吐出側軸受室５３及びＦＤ軸受１１、１２を保持する吐出側軸受室５４が設けられており、両吐出側軸受室５３、５４の一方側（図２中、右側）が開口している。吐出側ケーシング４２には、両吐出側軸受室５３、５４の開口を閉塞する吐出側カバー４４が取り付けられている。

ケーシング４には、作動室Ｃへ気体を吸い込むための吸込流路５６（図１及び図３参照）が設けられており、図２において紙面表側に配置されている。吸込流路５６は、ケーシング４の外部とボア４５（作動室Ｃ）とを連通させるものである。ケーシング４には、作動室Ｃからケーシング４外へ圧縮気体を吐出するための吐出流路５７（図１参照）が設けられており、図２において紙面裏側に配置されている。吐出流路５７は、ボア４５（作動室Ｃ）とケーシング４の外部とを連通させるものであり、外部経路８１の配管８５（図１参照）に接続されている。

給液式スクリュー圧縮機１は、雄ロータ２及び雌ロータ３の潤滑、作動室Ｃ内の気体の冷却、雌雄両ロータ２、３とボア４５の壁面（ケーシング４の内壁面）との隙間や雄ロータ２と雌ロータ３の噛合い部の隙間等のシールを目的として、作動室Ｃに液体（例えば、油や水）を注入するものである。ケーシング４には、スクリュー圧縮機１の外部から供給される液体を作動室Ｃへ導くための給液路６０が設けられている。給液路６０は、例えば、雄ロータ２及び雌ロータ３の双方の軸心を含む平面に対して一方側（図３中、下側）に位置するケーシング４の壁面部に設けられている。給液路６０は、例えば、ケーシング４の外部からの液体が導入される主流路６１と、主流路６１から分岐してボア４５に開口する複数（図３中、２つ）の分岐流路６２とで構成されている。

分岐流路６２は、例えば、雄側ボア４５ａ（ボア４５の第１内周面４６）及び雌側ボア４５ｂ（ボア４５の第２内周面４７）における作動室Ｃが圧縮過程となる領域に複数（図３中、雄側ボア４５ａ及び雌側ボア４５ｂに１つずつ）開口しており、給液路６０の下流側部分を構成するものである。各分岐流路６２にはそれぞれ、分岐流路６２を流通する液体を作動室Ｃへ噴射する給液ノズル７０が取り付けられている。本実施の形態のスクリュー圧縮機１における給液ノズル７０を含む給液機構は、噴射した液体を衝突により微粒化して作動室Ｃへ拡散させるものである。

次に、第１の実施の形態に係る給液式スクリュー圧縮機における給液機構の詳細な構造を図４～図６を用いて説明する。図４は、図３の符号Ｘで示す本発明の第１の実施の形態に係る給液式スクリュー圧縮機の給液機構を拡大した状態で示す断面図である。図５は、図４に示す本発明の第１の実施の形態に係る給液式スクリュー圧縮機の給液機構をV－V矢視から見た断面図である。図６は、図４及び図５に示す本発明の第１の実施の形態に係る給液式スクリュー圧縮機の給液機構をボア内から見た図である。図７は、本発明の第１の実施の形態に係る給液式スクリュー圧縮機における給液ノズルの配置の一例を示す説明図である。図７中、二点鎖線Ｌは、雄ロータ又は雌ロータの歯先線を示している。

図４及び図５において、給液路６０の分岐流路６２は、一方側がケーシング４の内壁面（ボア４５の第１内周面４６又は第２内周面４７）に開口すると共に、他方側が主流路６１に開口している。分岐流路６２は、例えば、丸穴として形成されている。分岐流路６２を形成する内周面には、雌ねじ部６３が設けられている。雌ねじ部６３は、分岐流路６２の主流路６１側の開口からボア４５側の開口よりも上流側の位置まで延在している。つまり、雌ねじ部６３の下流端は、分岐流路６２の下流端よりも上流側に位置している。分岐流路６２における雌ねじ部６３よりも下流側の端部（雌ねじ部６３が形成されていない部分）は、給液ノズル７０の分岐流路６２の下流側への移動を規制する移動規制部として機能している。

給液ノズル７０は、図４～図６に示すように、例えば略円柱状の部材であり、軸方向一方側（図４及び図５中、上側）に開口する一対の噴射孔７１と、軸方向他方側（図４及び図５中、下側）に開口して一対の噴射孔７１に連通する１つの穴部であるヘッダ部７２と、一対の噴射孔７１の開口側（軸方向一方側）に設けられた溝部７３とを有している。給液ノズル７０は、一対の噴射孔７１が開口する軸方向一方側がケーシング４のボア４５側を向きヘッダ部７２が開口する軸方向他方側が給液路６０の主流路６１側を向くように、分岐流路６２に取り付けられている。

一対の噴射孔７１は、噴射する液体を衝突させて面状に拡散するように構成されている。具体的には、各噴射孔７１は、その孔径が分岐流路６２の孔径よりも小さくなるように形成されている。また、一対の噴射孔７１は、両中心軸線７１ｃが同一の平面Ｐ上に位置して一対の噴射孔７１の軸方向一方側の外部で交差するように形成されている。すなわち、一対の噴射孔７１は、図４に示すように、互いが下流側に向かって徐々に接近するように形成され、給液ノズル７０の軸方向又は分岐流路６２の延在方向に対してそれぞれ角度θで傾斜している。一対の噴射孔７１の両中心軸線７１ｃにより形成される角度２θ、すなわち、噴射する流体の衝突角２θは、衝突した液体が面状に拡散して広範囲で微粒化するような範囲に設定される。

ヘッダ部７２は、図４及び図５に示すように、給液ノズル７０の軸方向（分岐流路６２の延在方向）と同じ方向に延在する貫通しない穴部であり、その穴径が噴射孔７１の孔径よりも大きく分岐流路６２の孔径よりも小さくなるように形成されている。ヘッダ部７２を形成する底部には、一対の噴射孔７１の上流側が開口している。ヘッダ部７２は、分岐流路６２を流通する液体を給液ノズル７０内に導入して一対の噴射孔７１に分配するものである。

溝部７３は、図４～図６に示すように、例えば横断面がＶ状であり、互いが底側に向かって徐々に接近する第１傾斜面７４及び第２傾斜面７５を側壁面としている。第１傾斜面７４には一対の噴射孔７１の一方が開口すると共に、第２傾斜面７５には一対の噴射孔７１の他方が開口している。第１傾斜面７４及び第２傾斜面７５の傾斜角は、噴射孔７１の傾斜角θや分岐流路６２の孔径に応じて設定されている。溝部７３は、一対の噴射孔７１から噴射される液体の衝突による面状の拡散方向と同じ方向に延在している。具体的には、溝部７３は、一対の噴射孔７１の両中心軸線７１ｃを含む平面Ｐに対して直交する方向に給液ノズル７０の外周縁まで延在している。溝部７３の幅は、一対の噴射孔７１から噴射される液体の衝突により生じる面状の幅よりも大きくなるように設定されている。

溝部７３は、第１に、互いに傾斜する一対の噴射孔７１の加工の際に、噴射孔７１に対して略直交するような平坦面を確保するためのものである。傾斜面に穴を加工する場合、工具の先端が傾斜面上を滑って加工位置の精度が低下することがある。そのため、穴の軸方向に対して略直交するような面を傾斜面に設ける必要がある。

溝部７３は、第２に、一対の噴射孔７１の成す角２θを維持しつつ、分岐流路６２の孔径及び給液ノズル７０の外径の大きさを抑制するために、一対の噴射孔７１を接近させるためのものである。分岐流路６２に給液ノズル７０を取り付ける構造の場合、分岐流路６２が開口するボア４５の第１内周面４６又は第２内周面４７と給液ノズル７０との間に位置する分岐流路６２の空間分、作動室Ｃの容積が増加してしまう。この分岐流路６２の余分な空間が大きくなればなるほど圧縮機性能が低下するので、分岐流路６２の孔径及び給液ノズル７０の外径の大きさを抑制する必要がある。

給液ノズル７０の外周面には、例えば、分岐流路６２の雌ねじ部６３にねじ込みが可能な雄ねじ部７６が設けられている。給液ノズル７０は、雄ねじ部７６が分岐流路６２の雌ねじ部６３にねじ込まれることで、ケーシング４に着脱可能に取り付けられている。給液ノズル７０は、図４及び図５の両矢印Ｄで示すように、雄ねじ部７６の分岐流路６２の雌ねじ部６３に対するねじ込み量に応じて分岐流路６２の延在方向に対する位置調整が可能である。給液ノズル７０は、図７に示すように、溝部７３の延在する方向が雄ロータ２の雄歯２１ａ又は雌ロータ３の雌歯３１ａが延在する方向（図７中、二点鎖線で示す歯先線Ｌ）と平行になるように、ケーシング４に取り付けることが可能である。なお、給液ノズル７０の分岐流路６２の下流側への移動は、図４及び図５に示すように、分岐流路６２における雌ねじ部６３の形成されていない下流側端部の内周面によって規制されてしている。

給液路６０の主流路６１および分岐流路６２をメインケーシング４１に形成する方法としてはメインケーシング４１を鋳造する際に、鋳型に給液路６０の主流路６１および分岐流路６２を形成することも可能であるが、鋳型の形状が複雑となる。より簡便には給液路６０を形成していないメインケーシング４１の鋳物を外部から穿孔する方法がある。図２および図３の構成は後者の穿孔によって給液路６０の主流路６１および分岐流路６２を構成した例である。穿孔の順番については特に指定はないが、例えば図３の左側の下方から上方に向けてメインケーシング４１を貫通しないように給液路６０の主流路６１の一部を形成し、図３の左方から右方に向けて雌ロータ３の分岐流路６２を形成する位置よりも右側まで、かつメインケーシング４１を貫通しないように主流路６１の残りの部分を形成し、図３の下方から上方に向けてメインケーシング４１を貫通するように雄ロータ２および雌ロータ３の分岐流路６２を形成する。主流路６１の残りの部分を形成する図３の左右方向に延在する孔は、図３の左側の開口がプラグ６１ａにより閉塞されている。雄ロータ２および雌ロータ３の分岐流路６２を形成する孔はそれぞれ、図３の下方の開口がプラグ６２ａにより閉塞されている。

また、分岐流路６２については、図４に示すように分岐流路６２の内径の穿孔をした後に、雌ねじ部６３を分岐流路６２の下端から上端よりもやや下の部分まで設けている。これは、給液ノズル７０の外周面に雄ねじ部７６を設けることで、給液ノズル７０を分岐流路６２に着脱可能に取り付けることができるようにし、雌ねじ部６３が分岐流路６２の中途までしか設けられていないことで給液ノズル７０が雌ねじ部６３内を回りすぎてボア内に突出することを防止するためである。すなわち本実施例の分岐流路６２および給液ノズル７０は、雌ねじ部６３の上端からボアの第１内周面４６又は第２内周面４７までの高さｈ１が、給液ノズル７０の雄ねじ部７６の上端から給液ノズル７０の最上部までの高さｈ２よりも大きくなるように構成されている。

次に、第１の実施の形態に係る給液式スクリュー圧縮機の動作及び効果を従来の給液式スクリュー圧縮機と比較しつつ説明する。まず、比較例としての従来の給液式スクリュー圧縮機の給液機構の構造を図８～図１０を用いて説明する。図８は、本発明の第１の実施の形態に係る給液式スクリュー圧縮機に対する比較例としての従来の給液式スクリュー圧縮機における給液機構を拡大した状態で示す断面図である。図９は、図８に示す比較例の給液式スクリュー圧縮機の給液機構をIX－IX矢視から見た断面図である。図１０は、図８及び図９に示す比較例の給液式スクリュー圧縮機の給液機構をボア内から見た図である。なお、図８～図１０において、図１～図７に示す符号と同符号のものは同様な部分であるので、その詳細な説明は省略する。

比較例としてのスクリュー圧縮機１０１のケーシング４には、図８及び図９に示すように、スクリュー圧縮機１０１の外部から供給される液体を作動室Ｃへ導くための給液路１６０が設けられている。給液路１６０は、ケーシング４の外部からの液体が導入される主流路１６１と、主流路１６１から分岐してボア４５に開口し、ボア４５内の作動室Ｃへ液体を噴射する噴射部１６２とで構成されている。

噴射部１６２は、例えば、ボア４５における作動室Ｃが圧縮過程となる領域に開口している。噴射部１６２は、図８～図１０に示すにように、一方側（図８及び図９中、下側）が主流路１６１に接続される一方、他方側（図８及び図９中、上側）がボア４５に接続されずに先止まりの大径穴１６４と、大径穴１６４に接続された一対の噴射孔１６５と、ボア４５の第１内周面４６又は第２内周面４７に設けられ、一対の噴射孔１６５が開口する窪み部１６６とで構成されている。大径穴１６４は、主流路１６１を流通する液体を噴射部１６２内に導入して一対の噴射孔１６５に分配するものである。

一対の噴射孔１６５は、噴射する液体を衝突させて面状に拡散するように構成されている。具体的には、各噴射孔１６５は、その孔径が大径穴１６４の孔径よりも小さくなるように形成されている。また、一対の噴射孔１６５は、両中心軸線１６５ｃが同一の平面Ｐ上に位置して一対の噴射孔１６５の軸方向一方側の外部で交差するように形成されている。すなわち、一対の噴射孔１６５は、図８に示すように、互いが下流側に向かって徐々に接近するように形成され、大径穴１６４の延在方向に対してそれぞれ角度θで傾斜している。一対の噴射孔１６５の両中心軸線１６５ｃにより形成される角度２θ、すなわち、噴射する流体の衝突角２θは、衝突した液体が面状に拡散して広範囲で微粒化するような範囲に設定される。

窪み部１６６は、互いに傾斜する一対の噴射孔１６５の加工の際に、噴射孔１６５に対して略直交するような面を確保するためのものである。窪み部１６６は、図８～図１０に示すにように、円錐状であり、その傾斜角は噴射孔１６５の傾斜角θなどに応じて設定されている。

なお、従来の給液式スクリュー圧縮機１０１における上述した給液機構以外の構成は、第１の実施の形態に係る給液式スクリュー圧縮機１と同様なものである。

次に、第１の実施の形態に係る給液式スクリュー圧縮機の動作及び効果を従来の給液式スクリュー圧縮機と比較しつつ図１～図６、図８～図１０を用いて説明する。

図２は、本実施の形態における圧縮機を圧縮する空気の吸込流路５６とケーシング４との接続口側から見た図の一例である。雄ロータ２が原動機９０（図１参照）により駆動されて雌ロータ３を回転駆動すると、作動室Ｃが雌雄両ロータ２、３の回転の進行に伴って吐出側（図２中、右側）に向かって軸方向に移動する。このとき、作動室Ｃは、その容積を増加させることで外部から吸込流路５６（図１参照）を介して気体を吸い込み、その容積を縮小させることで気体を所定の圧力まで圧縮する。作動室Ｃ内の圧縮気体は、最終的に、吐出流路５７（図１参照）を介して圧縮機外部へ吐出される。

図３に示すスクリュー圧縮機１の駆動中、外部経路８１（図１参照）からスクリュー圧縮機１の給液路６０（図１参照）へ液体が供給される。スクリュー圧縮機１に供給された液体は、給液路６０の主流路６１及び分岐流路６２を介して給液ノズル７０からボア４５内の作動室Ｃへ噴射される。この場合、図４に示す給液ノズル７０の一対の噴射孔７１から噴出された液体は、互いに一対の噴射孔７１の中心軸線７１ｃの交点Ｉのあたりで衝突することで、微粒化して指向性もって作動室Ｃ内を拡散する。具体的には、衝突により微粒化した液体は、一対の噴射孔７１を含む平面Ｐ（図５及び図６を参照）に直交する方向に幅Ｗ１をもって扇状（面状）に拡散する。給液の微粒化によって熱交換面積が大きくなるので、作動室Ｃ内の圧縮気体の冷却が促進され、圧縮機性能の向上を図ることができる。

一方、比較例のスクリュー圧縮機１０１においては、図８に示す給液路１６０に供給された液体は、主流路１６１を介して噴射部１６２からボア４５内の作動室Ｃへ噴射される。この場合、噴射部１６２の一対の噴射孔１６５から噴出された液体は、互いに一対の噴射孔１６５の中心軸線１６５ｃの交点Ｉのあたりで衝突することで、微粒化して指向性もって作動室Ｃ内を拡散する。具体的には、衝突により微粒化した液体は、一対の噴射孔１６５を含む平面Ｐ（図９及び図１０を参照）に直交する方向に幅Ｗ０をもって扇状（面状）に拡散する。比較例のスクリュー圧縮機１０１においても、本実施の形態と同様に、給液の微粒化によって作動室Ｃ内の圧縮気体の冷却が促進されるので、圧縮機性能の向上を図ることができる。

ただし、比較例のスクリュー圧縮機１０１の噴射部１６２は、一対の噴射孔１６５から噴出された液体が窪み部１６６内で衝突するように構成される場合がある。この構成は、一対の噴射孔１６５の成す角２θを所定の範囲に維持しつつ、窪み部１６６の外径の大きさを抑制することを意図したものである。衝突した液体が微粒化して広範囲に拡散するためには、一対の噴射孔１６５の成す角２θを所定の範囲に維持する必要がある。また、ボア４５の壁面（第１内周面４６又は第２内周面４７）に窪み部１６６を設けることで、その分、作動室Ｃの容積が増加して圧縮機性能が低下するので、作動室Ｃの容積増加を抑制する必要がある。しかし、一対の噴射孔１６５から噴出された液体を窪み部１６６内で衝突させる構成の場合、図９に示すように、窪み部１６６を形成する円錐状の壁面が拡散する液滴の障壁となり、微粒化した液滴の拡散範囲が窪み部１６６の開口縁までの角度α０に制限される虞がある。この場合、作動室Ｃへ注入される液体が微粒化してもその拡散範囲が制限されることで、液体の微粒化による圧縮気体の冷却効果が低減する懸念があった。

それに対して、本実施の形態においては、図４～図６に示すように、一対の噴射孔７１から噴射される液体の衝突による扇状の拡散方向（一対の噴射孔７１を含む平面Ｐに直交する方向）と同じ方向に溝部７３を延在させている。これにより、一対の噴射孔７１から噴出された液体が溝部７３内で衝突するように給液ノズル７０を構成しても、図５に示すように、溝部７３の第１傾斜面７４及び第２傾斜面７５が拡散する液滴の障壁とならないので、微粒化した液滴の拡散範囲を角度α１（分岐流路６２のボア４５側の開口縁）まで確保することができる。微粒化した液滴がボア４５内の作動室Ｃで従来よりも広範囲に拡散することで、圧縮気体との伝熱領域が大きくなるので、その分、作動室Ｃ内の圧縮気体の冷却が促進される。

また、比較例のスクリュー圧縮機１０１の噴射部１６２を製作するためには、図８～図１０に示すように、互いに傾斜する一対の噴射孔１６５をケーシング４に直接加工する必要がある。また、ボア４５の第１内周面４６又第２内周面４７を直接加工して窪み部１６６を設ける必要がある。このように、噴射部１６２はケーシング４に対して直接加工することで製作するものであり、その加工が困難である。そのため、噴射部１６２の構造を実製品に採用しづらかった。

それに対して、本実施の形態においては、ケーシング４とは別部材の給液ノズル７０をケーシング４の給液路６０に取り付ける構成なので、噴射孔などの液体を噴射するための構造を直接ケーシング４に形成する必要がない。換言すると、ケーシング４と比較すると取り扱いやすい小型の部材である給液ノズル７０に対して一対の噴射孔７１や溝部７３などの液体を噴射するための構造を加工すればよい。ケーシング４の内壁面に噴射孔等の構造を直接加工する場合、特殊な装置や工具が必要となるが、給液ノズル７０に噴射孔７１や溝部７３などの構造を加工する場合、一般的な装置や工具を用いることができる。したがって、スクリュー圧縮機１の給液機構の加工が従来のスクリュー圧縮機１０１の給液機構よりも容易である。

上述したように、第１の実施の形態によれば、一対の噴射孔７１及び所定方向に延在する溝部７３を設けた給液ノズル７０をケーシング４の給液路６０に取り付けることで衝突式の給液機構を構成しているので、一対の噴射孔７１及び溝部７３を直接ケーシング４に形成する必要がなく衝突式の給液機構の加工が容易であり、且つ、給液ノズル７０から噴射された液体の衝突によって生じた微粒化した液滴の拡散が給液ノズル７０の溝部７３の側壁面（第１傾斜面７４及び第２傾斜面７５）によって阻害されることがない。

また、本実施の形態によれば、溝部７３の延在する方向が雄ロータ２の雄歯２１ａ又は雌ロータ３の雌歯３１ａが延在する方向と平行になるように、給液ノズル７０をケーシング４に取り付けることで、微粒化した液体を作動室Ｃへ更に広範囲に拡散させることができる。その結果、給液による冷却効果が更に向上する。

図２に示す第１の実施の形態に係る給液式スクリュー圧縮機は、雄ロータ２および雌ロータ３それぞれに１つずつ給液ノズル７０を設けているが、１つの給液ノズル７０から供給される液体の流量は噴射口７１の径によって制限されるため、冷却能力が足りない場合がある。この場合、それぞれのロータ２、３に対して複数の給液ノズル７０を設けることが有効である。雄側ボア４５ａと雌側ボア４５ｂにそれぞれ複数個の給液機構を設ける第１の実施の形態の変形例に係る給液式スクリュー圧縮機の例として、図１１に示す給液式スクリュー圧縮機１Ａの断面図のようにメインケーシング４１の軸方向に連通路６４を設け、給液機構を延在させる方法がある。すなわち、給液路６０Ａのうち雌雄ロータ２、３の軸方向と平行な連通路６４の部分に、複数の給液ノズル７０を設けるものである。なお、液体を潤滑剤として用いる場合は図１１に示すように、連通路６４を更に延長し、ＭＳ軸受６やＦＳ軸受１０に対して液体を供給する軸受給液路６５を設けても良い。ロータ２、３付近のケーシング４を通過した液体は圧縮機の圧縮熱により加熱されて熱交換器８３（図１参照）で冷却された液体よりも粘度が低くなっている。このため、軸受における撹拌抵抗が低くなり、圧縮機の効率の向上を図ることができる。軸受給液路６５はＭＳ軸受６、ＦＳ軸受１０の両方に設けても一方に設けても良い。ノズル７０に加わる圧力を逃げにくくするため、軸受給液路６５の径は連通路６４の径よりも小さい方が望ましい。図１２は、図１１に示す本発明の第１の実施の形態の変形例に係る給液式スクリュー圧縮機をXII－XII矢視から見た断面図である。

作動室Ｃの圧力は吐出口に近いほど高くなるため、吐出口に近い給液ノズル７０の噴射口７１から噴射される液体を押し戻そうとする力も吐出口に近いほど強くなる。従って、複数の給液ノズル７０を雄ロータ２及び雌ロータ３それぞれに設ける場合、吐出口に近い給液ノズル７０は吸込口に近い給液ノズル７０よりも高い圧力で液体を供給する必要がある。図１１および図１２に示す構造はそれぞれの給液ノズル７０が上記の関係を満たすように給液路６０Ａの主流路６１、分岐流路６２および連通路６４を配置した構造の一例である。すなわち、本構成では図１２に示すように、給液路６０Ａの上流部は吸込側より吐出側に近い位置に形成され、吐出口に近い給液ノズル７０ａは吸込口に近い給液ノズル７０ｃよりも主流路６１からの距離が近くなるように配置されている。すなわち、給液ノズル７０から液体が噴射されることにより次の給液ノズル７０に供給される液体の圧力は減少するため、各給液ノズルに供給される液体の圧力は７０ａ＞７０ｂ＞７０ｃとなる。

なお、吐出側から吸込側に向かって給液路の上流部から下流側に液体を流せることができれば連通路６４に液体を供給する経路は吐出側に近い位置の主流路６１でなくてもよく、外部経路８１から雄側ボア４５ａ寄りの連通路６４と雌側ボア４５ｂ寄りの連通路６４にそれぞれ連通していてもよい。また雄側ボア４５ａ側と雌側ボア４５ｂ側に別々の連通路６４を設けずに、一つの連通路からそれぞれの分岐流路６２に連通する構造としてもよい。

図１３は、図１１に示す本発明の第１の実施の形態の変形例に係る給液式スクリュー圧縮機における給液機構と、吸込み吐出し機構との位置関係を示す模式図である。同図では説明のために気体の吸込側を下面、吐出側を上面に配して表している。吸込流路５６を通った気体はスクリューロータ２、３により圧縮され、吐出流路５７を介してユーザに供給される。また、給液路６０Ａの主流路６１、連通路６４、分岐流路６２を順に通り給液ノズル７０から作動室C内に噴射される。スクリュー圧縮機には一方の面（図１３の下面）から気体を吸込み、もう一方の面（図１３の上面）に吐き出すという構造上の制約があるため、図１３のように液体を作動室C内に供給する給液路６０Ａ（６１、６２、６４）は上面に配置したほうが、吸込流路５６との干渉が少なく、無理のないレイアウトとなる。加えて、図１３のように液体が右から給液路６０Ａに入り、圧縮気体および液体が吐出流路５７を通って左から出されるように、給液路６０Ａと吐出流路５７の接続先が左右異なるように配置したほうが接続先の干渉が少なく、無理のないレイアウトとなる。

［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態に係る給液式スクリュー圧縮機について図１４～図１６を用いて例示説明する。図１４は、本発明の第２の実施の形態に係る給液式スクリュー圧縮機における給液機構を拡大した状態で示す断面図である。図１５は図１４に示す本発明の第２の実施の形態に係る給液式スクリュー圧縮機の給液機構をXV－XV矢視から見た断面図である。図１６は図１４及び図１５に示す本発明の第２の実施の形態に係る給液式スクリュー圧縮機の給液機構をボア内から見た図である。なお、図１４～図１６において、図１～図１３に示す符号と同符号のものは、同様な部分であるので、その詳細な説明は省略する。

図１４～図１６に示す第２の実施の形態に係るスクリュー圧縮機１Ｂが第１の実施の形態のスクリュー圧縮機１（図４～図６を参照）と異なる点は、ケーシング４のボア４５の第１内周面４６又は第２内周面４７における分岐流路６２の開口縁に、給液ノズル７０の溝部７３の両側にそれぞれ連続する切欠き部４６ａ又は切欠き部４７ａを設けたことである。切欠き部４６ａ、４７ａは、例えば、溝部７３の延在する方向と同じ方向に延在する三角形状である。切欠き部４６ａ又は切欠き部４７ａの形成方向は、例えば、溝部７３の延在する方向が雄ロータ２の雄歯２１ａ又は雌ロータ３の雌歯３１ａが延在する方向と平行になるように、給液ノズル７０をケーシング４に取り付ける場合には、雄ロータ２の雄歯２１ａ又は雌ロータ３の雌歯３１ａが延在する方向と平行である。なお、切欠き部は、溝部７３の延在方向と同じ方向に延在する構成であれば、その形状は任意である。ただし、切欠き部はその容積の大きさを抑制することが望ましく、三角形状の切欠き部４６ａ、４７ａは作動室Ｃの容積増加分を抑制することができる。

第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、一対の噴射孔７１及び所定方向に延在する溝部７３を設けた給液ノズル７０をケーシング４の給液路６０に取り付けることで衝突式の給液機構を構成しているので、給液機構の加工が容易であり、且つ、給液ノズル７０から噴射された液体の衝突によって生じた微粒化した液滴の拡散が給液ノズル７０の溝部７３の側壁面（第１傾斜面７４及び第２傾斜面７５）によって阻害されることがない。

また、本実施の形態によれば、給液ノズル７０の溝部７３に連続するように、ケーシング４の分岐流路６２のボア４５側の開口縁に切欠き部４６ａ又は切欠き部４７ａを設けたので、微粒化した液滴の拡散が分岐流路６２のボア４５側の下流側端部を形成する内周面や開口縁によって阻害されることがない。そのため、微粒化した液滴の作動室Ｃ内への拡散範囲を角度α２（切欠き部４６ａ又は切欠き部４７ａの開口縁）まで拡張することができ、その分、作動室Ｃ内の圧縮気体の冷却を更に促進することができる。

［その他の実施の形態］
なお、本発明は、上述した実施の形態に限られるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施形態は本発明をわかり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。すなわち、ある実施形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。

例えば、上述した実施の形態においては、ツインロータ型の給液式スクリュー圧縮機１、１Ａ、１Ｂを例に説明したが、作動室Ｃへ液体を供給するシングルロータ型やトリプルロータ型等のツインロータ型以外のスクリュー圧縮機に本発明を適用することができる。

また、上述した実施の形態においては、給液路６０、６０Ａの分岐流路６２を形成する内周面に雌ねじ部６３を設けると共に、給液ノズル７０の外周面に雄ねじ部７６を設けることで、給液ノズル７０を分岐流路６２に着脱可能に取り付ける構成の例を示した。それに対して、分岐流路６２及び給液ノズル７０にねじ部を設けずに、給液ノズル７０を溶接等により分岐流路６２に固定する構成も可能である。この場合、ねじ部の緩みによる給液ノズル７０の脱落の懸念がなくなる。

１、１Ａ、１Ｂ…給液式スクリュー圧縮機、 ２…雄ロータ（スクリューロータ）、 ３…雌ロータ（スクリューロータ）、 ４…ケーシング、 ２１ａ…雄歯（歯）、 ３１ａ…雌歯（歯）、 ４６ａ、４７ａ…切欠き部、 ６０、６０Ａ…給液路、 ６２…分岐流路（給液路の下流側端部）、 ６３…雌ねじ部、 ６４…連通路、 ７０…給液ノズル、 ７１…噴射孔、 ７１ｃ…中心軸線、 ７３…溝部、 ７４…第１傾斜面、 ７５…第２傾斜面、 ７６…雄ねじ部、 Ｃ…作動室、 Ｐ…平面

Claims (6)

1. 螺旋状の歯を複数有するスクリューロータと、
   前記スクリューロータを回転可能に格納して前記スクリューロータと共に作動室を形成し、外部から供給される液体を前記作動室へ導く給液路を有するケーシングと、
   前記給液路に着脱可能に取り付けられ、前記給液路を流通する液体を前記作動室へ噴射する給液ノズルとを備え、
   前記給液ノズルは、
   噴射する液体を衝突させて面状に拡散するように構成された一対の噴射孔と、
   互いが底側に向かって徐々に接近する第１傾斜面及び第２傾斜面を側壁面とする溝部とを有し、
   前記一対の噴射孔の一方が前記第１傾斜面に開口すると共に、
   前記一対の噴射孔の他方が前記第２傾斜面に開口し、
   前記溝部は、前記一対の噴射孔から噴射される液体の衝突による拡散方向と同じ方向へ延在し、
   前記給液路は、その下流端が前記作動室に開口するように形成されていると共に、前記給液路の下流側端部を形成する内周面に設けられた雌ねじ部を有し、
   前記雌ねじ部は、その下流端が前記給液路の前記下流端よりも上流側に位置するように形成され、
   前記給液ノズルは、前記給液路の前記雌ねじ部にねじ込みが可能な雄ねじ部を有し、前記雄ねじ部の前記給液路の前記雌ねじ部に対するねじ込み量に応じて前記一対の噴射孔の位置調整が可能に構成され、
   前記給液路における前記雌ねじ部よりも下流側の部分を形成する内周面は、前記給液路の前記下流端への前記給液ノズルの移動を規制する移動規制部として構成されている
   給液式スクリュー圧縮機。
2. 螺旋状の歯を複数有するスクリューロータと、
   前記スクリューロータを回転可能に格納して前記スクリューロータと共に作動室を形成し、外部から供給される液体を前記作動室へ導く給液路を有するケーシングと、
   前記給液路に設けられ、前記給液路を流通する液体を前記作動室へ噴射する給液ノズルとを備え、
   前記給液ノズルは、
   噴射する液体を衝突させて面状に拡散するように構成された一対の噴射孔と、
   互いが底側に向かって徐々に接近する第１傾斜面及び第２傾斜面を側壁面とする溝部とを有し、
   前記一対の噴射孔の一方が前記第１傾斜面に開口すると共に、
   前記一対の噴射孔の他方が前記第２傾斜面に開口し、
   前記溝部は、前記一対の噴射孔から噴射される液体の衝突による拡散方向と同じ方向へ延在し、
   前記給液路は、その下流端が前記作動室に開口するように形成され、
   前記ケーシングは、前記給液路の前記下流端の開口縁に設けられ、前記給液ノズルの前記溝部に連続する切欠き部を更に有し、
   前記切欠き部は、前記給液路の前記開口縁から延在する先細りの三角形状に形成されている
   給液式スクリュー圧縮機。
3. 前記一対の噴射孔は、両中心軸線が同一平面上に位置して前記一対の噴射孔の外部で交差するように形成され、
   前記溝部は、前記同一平面に対して直交する方向に延在している
   請求項１又は２に記載の給液式スクリュー圧縮機。
4. 前記給液路の上流部は吸込側より吐出側に近い位置に形成され、
   前記ケーシングの吐出側から吸込側に沿って前記給液路の上流部から下流側に液体が流通するよう構成されている
   請求項１又は２に記載の給液式スクリュー圧縮機。
5. 前記給液路のうち前記スクリューロータの軸と平行な部分に、前記給液ノズルを複数有する請求項１又は２に記載の給液式スクリュー圧縮機。
6. 前記給液ノズルは、前記溝部の延在する方向が前記スクリューロータの前記歯の延在する方向と平行になるように配置されている
   請求項１又は２に記載の給液式スクリュー圧縮機。

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