JPS6345488A - オイルフリ−スクリユ圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、吐出流路中に吐出ガス冷却手段を備えたオイ
ルフリースクリュ圧縮機に関するらのである。

（従来の技術） 従来、単段オイルフリースクリュ圧縮機は、ロータ歯形
の改良、加工精度の改心によって吐出圧力が７　、０　
ｋｇ／ｃｍ’Ｇ程度のものまで商品化されており、この
吐出圧力の場合には、吐出ガスの温度は３３０〜３４０
℃まで上昇する。

ところが、ユーザはさらに高い吐出圧力を求める傾向に
あるが、例えば吐出圧力を８．５〜８．８ｋｇ／Ｃｍ″
Ｇまで上げるために、内部王力比だけを大きくしたので
は吐出ガス温度が３８０〜４００°Ｃ程度まで上昇する
ことになり、ロータ歯形の改良等だけで熱膨張によるロ
ータ接触を防ぐことは非常に難しくなる。

また、ケーシングを空冷にするか、あるいは空冷ラジエ
タにより冷却された水でケーシングを冷却するようにし
た空冷圧縮機についての吐出ガス温度の上昇が激しいた
め商品化できない状況にある。

そこで、特に上述した高い吐出圧力の実現を図るものと
して、特開昭６０−１６６７８５号公報に記載のオイル
フリ一式の圧縮機が提案されている。

この圧縮機は、吐出温度を上昇させずに、吐出圧力を上
げるようにしたものであり、そのために、吐出ガスの一
部を圧縮機本体の吸込側へ戻して、実質的に吸込圧力を
上昇させることによって、内部圧力比は変えずに吐出圧
力を上昇させている。

そして、具体的にはこの圧縮機では吐出ガスを戻す位置
は吸込口から隔離されたロータ室のガス閉込み状態にあ
る部分のうちでも、より吸込口に近い、すなわち吸込直
後の位置として説明されており、十分冷却されたガスを
戻すことにより吐出温度」二元の抑制が図られている。

（発明が解決しようとする問題点） 上記公報に記載の圧縮機では吸込側に冷却された吐出ガ
スの一部を戻しているので、吐出圧力を上げ、かつ吐出
温度を低く押さえることはできるが、吐出ガスを吸込側
に戻しているため、その戻したガスら再び圧縮すること
になり、その分だけ圧縮機の動力が増大するという問題
がある。

次に、内部圧力比πｉ＝５．０の単段オイルフリースク
リュ圧縮機についての計算例を示す。

スクリュ圧縮機の理論」二の吐出ポート開口直前ガス温
度Ｔｄ’（”Ｋ）、吐出温度’ｒｄ（”Ｋ）、動力Ｎｔ
ｈ（ｋｖ）は次式で表される。

’ｒｄ’　−Ｔｓ　・（１／ｖｉ）’−ｎＴｄ＝Ｔｓ・
（Ｐｄ／Ｐｓ）（ｎ−”ｎｖｉ：設計容積比（＝π１ｌ
ｖ） Ｔｓ：吸込温度　（°Ｋ） ＰＳ：吸込圧力　（ｋｇ／Ｃｍ”　Ａ　）Ｐｄ；吐出圧
力　（ｋｇ／ｃｍ２Ａ） Ｖｔｈ：行程体積　（ｍ３／ｈｒ） ｎ　：ポリトロープ指数（＝１．４とする。）一般的な
値として、Ｖｔｈ＝　５００ｍ３／ｈｒ　、　Ｐｄ＝　
８．０３３ｋｇ／ｃｍ２Ａ　、Ｐｓ＝　１．０３３ｋｇ
／ｃｍ’Ａ。

ｖｉ＝３．１７　　、　Ｔｓ＝３１３°にの場合につい
て考えると、 Ｔｄ’＝４９６．６°Ｋ Ｔｄ＝５６２．４°Ｋ Ｎｔｈ＝４１．ｌｋｗ となる。

以上は吐出ガスの一部を吸込側に戻さない場合であり、
第５図に示すＴ−Ｖ線図（横軸：ガス体積比Ｖ−（三線
時の吸込ガス体積／圧縮面の吸込ガス体積）Ｘ　Ｉ　Ｏ
Ｏ１縦軸、ガス、゛ユ度Ｔ）における点ａ、ｂ。

Ｃ，ｄを通る曲線で表され、第６図に示すＰ−Ｖ線図（
横軸・ガス体積比■、縦軸：カス圧力Ｐ）におけるａｓ
、ｔ、ｕ、ｖ、ｗを通る曲線で表される。

次に、吐出ガスの一部を吸込完了直後のロータ室内の空
間に戻しポート開口直前圧力Ｐｄ’か８゜０３３　ｋｇ
／ｃｍ”Ａになるようにする場合を考える。

この場合の吸込完了時の圧力Ｐｓ’は Ｐｓ’＝Ｐｄ−ｖｉ−”＝　１．６０ｋｇ／ｃＩ１１２
Ａとなり、戻すガスか十分冷却されたガスであり、ガス
を戻したあとの吸込部温度Ｔｓ’がＴｓと同じであれば
、 Ｔｄ’＝、１９６．６°Ｋ（２２３，６℃ンとなる。

また、動力Ｎｔｈｌ で表され、 ＮｔｈＴ＝５２．４ｋｗ となる。

この場合のガスの状態変化は第５図のＴ−Ｖ線図では点
ａ、ｂ、ｅを通る曲線で、第６図のＰ−Ｖ線図では点Ｓ
、Ｘ、ＬＩ、Ｖを通る曲線で表される。

すなわち、吐出温度は６６℃下がるが、動ツノば１１．
３１ｖ増加する（図中ハツチング部分Ａが増加部分であ
る。）。

この動力増加分は吐出ガスを戻さない場合の２７％にも
達する。

また、Ｔｓ’−Ｔｓとするためには、十分冷却された戻
すガスの温度Ｔａ（’Ｋ）は理論的には１゛ａ−（＋／
ｎ）・Ｔｓまで冷却する必要があり、実現が困難である
（例えば、Ｔｓ＝３１３°にのとき、Ｎ−１，４とする
とＴａ＝２２３．６°に＝−４９，４°Ｃとなる。）。

さらに、吸込完了直後すなわち閉込み直後の部分に吐出
ガスを戻すことは、吸込口とはロータの歯一つ隔てただ
けの閉込み直後の歯溝部分の圧力を上げることになり、
この部分から吸込口側へのガス漏れを増大し、圧縮機の
体積効率の低下を招くという問題もある。

本発明は、斯る従来の問題点に鑑みてなされたもので、
動力増加が少なく、吐出温度を下げ、かつ体積効率の低
下を招くことなく吐出圧力の上昇を可能としたオイルフ
リースクリュ圧縮機を提供しようとするものである。

（問題点を解決しようとする手段） 上記の問題点を解決するために、本発明は、スクリュロ
ータの歯溝部を通じて吐出ポートに連通し得るロータ室
壁部の位置より吐出ポート側で、吐出ポート近傍のロー
タ室内の空間部あるいは吐出開始直後の吐出口部分に、
吐出流路中の吐出ガス冷却手段の出側にて分岐させたバ
イパス流路を合流させて形成した。

（実施例） 次に、本発明の一実、施例を図面にしたがって説明する
。

第１図、第２図において、ｌは本発明に係るオイルフリ
ースクリュ圧縮機の圧縮機本体（以下、本体という。）
を示し、吸込口２より吸込んだガスを互いに噛み合う雌
雄一対のスクリュロータ３゜４の歯溝部に閉込み、圧縮
した後、吐出ポート５から吐出口６を経て、吐出流路７
へ吐出するようにしたものである。また、吐出流路７中
には、吐出ガス冷却手段の１っであるアフタークーラ８
を設けるとともに、アフタークーラ８の出側にて吐出流
路７から分岐させたバイパス流路９が設けである。そし
て、このバイパス流路９を本体１側では、スクリュロー
タ３．４の歯溝部１０を通じて吐出ポート５に連通し得
るロータ室壁部の位置より吐出ポート５側で、吐出ポー
ト近傍のロータ室内の空間部あるいは吐出開始直後の吐
出口６部分に合流させである。

ここで、この歯溝部１０を通じて吐出ポート５に連通し
得る位置とは第２図により示すと、ｉ約１ｆＩｖ部ＩＯ
のうちで図中左側シール線が吐出ポート５に達した瞬間
のハツチング部分Ｉで示す歯）１り部の右側のシールラ
インより吐出ポート５側という色味であり、これに対し
てこのシールラインより吸込口側の部分では、ロータ問
およびロータとケーシングの間の隙間を無視すれば吐出
ポート５と連通ずることはない。

そして、バイパス流路９の両端部の圧力差あるいはガス
の慣性力を利用して冷却された吐出ガスの一部を吐出ポ
ート近傍のロータ室内に戻すようにしである。

バイパス流路９の本体Ｉ側の端部、すなわち合流点での
圧力は、これが連通ずる歯ｉＸ４部１０が吐出ポート５
に開口するまでは吐出置市ｊ圧力まで上昇してゆき、こ
の歯溝部ｌＯか吐出ポート５に開口すると吐出圧力まで
上昇し、その後この吐出ポート５への開口前後の２つの
状態を繰り返す。

一方、アフタークーラ８の出側の圧力は吐出流路７．ア
フタークーラ８での圧Ｉａもあるので吐出圧力より低く
なっている。

したがって、バイパス流路９の合流点での圧力は、吐出
流路７側の圧力の上下にわたって変動を繰返し、ガスの
流れが圧力差ノどけて決まる。七ずれば、本体ｌ側の圧
力がより低い吐出直前の間だけしかバイパス流路９から
吐出ガスが戻らず、その他の間では、逆にバイパス流路
９から吐出流路７ヘガスが逆流することになる。

しかし、本発明者らが実験により確認したところでは、
実際にはバイパス流路９の本体１側の圧力がより低い吐
出直前の間に生じた本体Ｉのロータ室に向かうバイパス
流路９内のガスの流れには慣性があり、本体ｌ側の圧力
が吐出流路７側より高くなってもガスの流れは直ぐには
逆流Ｕ−ずにしばらくはロータ室に向かう状態を維持す
るという現象が生じる。

本圧縮機は、この現象を利用して、上迎した吐出ポート
５の近傍に冷却された吐出ガスの一部を戻すことにより
、最も冷却を必要とする圧力の高い上記近傍のみを冷却
するとともに、吐出直前に吐出ガスを戻すことにより圧
縮機に殆ど戻りガスを圧縮する動力を消費させないで吐
出圧力を上げるように形成しである。

したがって、このバイパス流路９の合流点の位置は圧縮
機の動力と吐出ガス温度とを考慮して決めである。すな
わち、圧縮機の動力に関しては、合流点はできるだけ吐
出ポート５に近いのが好ましい。しかし、合流点が吐出
ポート５に近づくほどロータ室内のより圧力の高い部分
に吐出ガスを戻すことになり、このことは圧縮により、
より高温状聾の部分に吐出ガスを戻すことになり、この
戻りガスにより圧縮ガスは冷却されるが、吐出ポート５
からより遠い位置に戻す場合に比べて吐出ガス温度は高
くなる。

したがって、合流点の位置は用途から決まる吐出温度の
上限を超えない範囲で吐出ポート５に近いのか好ましい
。

理論的には、容積■、圧力Ｐ１．温度Ｔ１１重量Ｇ。

なる状態のカス中に温度Ｔａ、重］Ｇａのガスを供給し
て、容積Ｖは変えずに、圧力Ｐｄ、温度Ｔｄ、重爪Ｇ　
ｄとした場合、 となる。

そして、この理論式によれば内部圧力比πｉ＝５．０の
位置（吐出直前位置）に５５℃の吐出ガスを吸込ガスの
５０％（重量％）だけバイパスさせると、吐出温度は８
０．４°Ｃ下がり、しかも吐出置市部分にバイパスさせ
ているため動力の増大は生じない。

次に、実験結果について説明する。

実験は、内部圧力比πｉ＝５の圧縮機の圧力比が３．８
に相当する位置にバイパス流路を合流させて、アフター
クーラを出た空気の一部を戻すようにして行った。

ロータの回転速度Ｎ＝２１２００ｒｐｍ　、アフターク
ーラに通す水の温度Ｔｗ＝３２℃の下でバイパス流路の
開、閉２状態について以下のデータを得ることができた
。

バイパス流路　　　　閉　　　　　　開（’Ｃ） 動力（ｋｗ）　　　５５．０　　５５．９計算値　　　
　　　　　　　　（Ｑの２１％）この実験結果によれば
、バイパス流路の閉状態に対して閉状態では動力Ｎが１
．６％だけ増大したのに対して、吐出温度Ｔｄは３５°
Ｃ（閉状態におけるガス温度上昇分の約１０％減）も低
くなっている。すなわち、動力Ｎは殆ど増大していない
が、吐出温度Ｔｄはかなり低下していることか確認でき
た。

第６図中の一点鎖線による曲線Ｂは本圧縮機におけるガ
スの状態変化を示し、バイパスされることによる動力の
増大が小さいことを示している。

なお、上記実施例では吐出直前の歯溝部ｌＯに合流させ
たバイパス流路９を設けたものを示したが、本発明はこ
れに限るものでなく、第３図、第４図に示すように、圧
縮機側の合流部ＩＩが吐出ポート５より吐出口６側に位
置するバイパス流路９ａを設けたものであってもよい。

この圧縮機では、吐出ポート５の吐出口６側をロータ室
１２側より絞って、開口断面積を狭くして、上記合流部
１１ととらにエゼクタ１３を形成しである。そして、第
５図に示すように合流部１１よりロータ室１２内の圧力
が低いときはバイパス流路９ａからロータ室１２内にガ
スが流入しく矢印■参照）、逆に、ロータ室１２内の圧
力が高くなり、ロータ室１２よりガスが吐出されるよう
になると吐出ポート５の吐出口側の絞り部分よりガス流
速が速くなる結果、合流部Ｉｔの圧力か下がり、バイパ
ス流路９ａから吐出口６側にガスか流れ（矢印■参照）
、バイパス流路９ａ内へのガスの逆流が生じないように
なっている。

この圧縮機の場合には、バイパス流路９ａからのガスは
スクリュロータ３．４により圧縮されることはないので
このガスを戻すことによる動力の増大を伴うことはなく
、吐出ポート５の近傍の冷却を行うことができる。

（発明の効果） 以上の説明より明らかなように、本発明によれば、スク
リュロータの歯面部を通じて吐出ポートに連通し得るロ
ータ室壁部の位置より吐出ポート側で、吐出ポート近傍
のロータ室内の空［ｒ！１部あるいは吐出開始直後の吐
出口部分に、吐出流路中の吐出ガス冷却手段の出側にて
分岐させたバイパス流路を合流さＵｏて形成しである。

このため、体積効率の低下、動力の増大を殆ど伴うこと
なく、吐出温度を効率よく下げ、吐出圧力を高めること
が可能になるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例に係るオイルフリースク
リュ圧縮機のガス系統図、第２図は第１図中の本体のロ
ータおよび吐出ポート部分を示す平面図、第３図、第４
図は本発明の第２実施例のバイパス流路の合流部分のみ
を示す部分断面図、第５図、第６図はスクリュ圧縮機の
］゛−Ｖ線図、Ｐ−■線図である。 ■・・本体（圧縮機本体）、３．・１・・スクリュロー
タ、５・・・吐出ポート、６・・・吐出口、７・・・吐
出流路、８・・アフタークーラ、９．９ａ・・・バイパ
ス流路、１１・・・合流部、１２・・・ロータ室。 特　許　出　願　人　　株式会社神戸製ｊ！４所代　理
　人　弁理士　　前出　葆　ほか２８第　１Ｕ−１ ′ｅｊｃ３７　　　　　　　　　　　　第。図−−→−
ｖ　　（〃］

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）スクリュロータの歯溝部を通じて吐出ポートに連
   通し得るロータ室壁部の位置より吐出ポート側で、吐出
   ポート近傍のロータ室内の空間部あるいは吐出開始直後
   の吐出口部分に、吐出流路中の吐出ガス冷却手段の出側
   にて分岐させたバイパス流路を合流させたことを特徴と
   するオイルフリースクリュ圧縮機。