JP6238872B2 - 液冷式スクリュー圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、互いに噛み合いながら回転する雌雄のロータがケーシング内に配設された液冷式スクリュー圧縮機に関する。

互いに噛み合いながら回転する雌雄のロータがケーシング内に配設された液冷式スクリュー圧縮機においては、例えば冷却や潤滑等のために油等の液体が供給されることがある。この油の一部がロータの回転によって飛散し、吸込空間内で高温のオイルミストとなると、流体がオイルミストによって温められて膨張する。その結果、流体の密度が低下し、流体の吸込効率が低下するおそれがあった。

そこで、例えば特許文献１、２に記載の圧縮機においては、ロータから吸込空間への油の飛散を抑制するための部材が設けられている。特許文献１のいわゆるラジアル型圧縮機では、ロータの径方向外側に吸込空間が設けられるため、雄雌のロータの噛合部を覆うリブを設けることで、油がロータから吸込空間に飛散することを抑制している。また、特許文献２に記載のいわゆるアキシャル型圧縮機では、ロータの軸方向外側に吸込空間が設けられるため、油がロータから軸方向に飛散することを抑制する吸気加熱防止用壁が設けられている。

特開２０１０−１７４８３０号公報 特開平１１−１３６６１号公報

ここで、ラジアル型圧縮機とアキシャル型圧縮機とを比較した場合、一般的にアキシャル型圧縮機のほうが、流体の吸込効率の観点において優れている。これは、ロータに供給された油は径方向へ飛散しやすく、径方向から取り込まれる流体のほうが、飛散した油の影響を受けやすく、温度上昇しやすいためであると考えられる。そこで、径方向からの吸い込みに加えて、軸方向からも流体を吸い込めるようにすることで、流体の吸込効率の向上を図った圧縮機が知られている。

しかしながら、実際のところ、単に流体を径方向および軸方向の両方向から吸い込めるようにするだけでは、吸込効率を向上させることは困難であった。これは、回転軸を支持する軸受に供給された油が、回転軸を伝ってロータの端面に至り、当該端面から飛散すると、軸方向からロータに取り込まれる流体の温度を上昇させてしまうことが一因であると考えられる。その結果、本来吸込効率の優れている軸方向からの吸い込みの効果が低減し、両方向から流体を吸い込むことの意義を大きく低下させてしまうことがあった。

そこで、本発明は、互いに噛み合いながら回転する雌雄のロータがケーシング内に配設された液冷式スクリュー圧縮機において、流体の吸込効率を確実に向上させることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、互いに噛み合いながら回転する雌雄のロータと、前記ロータの径方向から流体を吸い込む吸込口、前記吸込口に接続される吸込空間、および前記吸込空間と連通し、前記ロータが収容されるロータ室が形成されたケーシングと、を備えた液冷式スクリュー圧縮機において、前記吸込空間と前記ロータ室とが、前記ロータの径方向および軸方向において連通しており、前記ロータの端面のうち、前記吸込空間と前記ロータ室とが前記軸方向において連通している側の吸込側端面の前記吸込口側を覆う遮蔽部材が設けられていることを特徴とする。

本発明では、吸込口に接続される吸込空間とロータを収容するロータ室とが、径方向および軸方向において連通しているため、ロータにより径方向および軸方向の両方向から流体を吸い込むことが可能となり、吸込効率を向上させることができる。しかも、ロータの吸込側端面の吸込口側が遮蔽部材によって覆われているため、吸込側端面から吸込空間への油の飛散が抑制され、流体の吸込効率を確実に向上させることができる。

本実施形態の油冷式スクリュー圧縮機の上面図である。 図１のＩＩ−ＩＩにおける断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図である。 図２のＩＶ−ＩＶにおける断面図である。

本発明にかかる液冷式スクリュー圧縮機の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態の油冷式スクリュー圧縮機の上面図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩにおける断面図であり、図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図であり、図４は、図２のＩＶ−ＩＶにおける断面図である。なお、各図においては、各部材間の配置関係の理解を容易とするため、実際には図面に現れない部材を、一部破線で図示している。また、本実施形態においては、液冷式スクリュー圧縮機の一例として油冷式スクリュー圧縮機の場合について説明するが、他の液体により冷却を行うスクリュー圧縮機に本発明を適用してもよい。また、本実施形態では、スクリュー圧縮機により空気を圧縮するものとして説明するが、圧縮する流体は空気に限定されない。

油冷式スクリュー圧縮機１は、ケーシング１０に、互いに噛み合いながら回転する雄ロータ２１および雌ロータ２２が配設されて構成されている。なお、以降の説明において、雄ロータ２１と雌ロータ２２とを特に区別しない場合は、まとめてロータ２０と表記する。雄ロータ２１および雌ロータ２２のそれぞれには回転軸２３が連結されており、雄ロータ２１に連結された回転軸２３にモータ２４（図１参照）が接続されている。モータ２４により雄ロータ２１が回転駆動されると、これに従動して雌ロータ２２が回転する。すると、ケーシング１０とロータ２０との間に形成される複数の作動室２５（図３参照）が、ロータ２０の軸方向において吸込側から吐出側へ移動するとともに、作動室２５にて空気が圧縮される。

図２に示すように、ロータ２０の回転軸２３は、軸方向においてロータ２０の端面２０ａ、２０ｂと対向配置された軸受部３０によって回転自在に支持されている。軸受部３０は、ケーシング１０の側面に形成された凹部空間３１に、軸受３２が嵌め込まれて構成されている。凹部空間３１はカバー部材３３によって閉塞され、軸受３２に供給される潤滑油が外部に漏れないようになっている。

図２、図３に示すように、ケーシング１０の上面には、空気をケーシング１０内に吸い込むための吸込口１１が形成されている。この吸込口１１は、ロータ２０の直上領域に形成されており（図１参照）、ロータ２０に空気を供給する吸込空間１２と接続されている。なお、吸込口１１の全体がロータ２０の直上領域に位置することは必須ではなく、吸込口１１の一部がロータ２０の直上領域からはみ出しても構わない。

図２に示すように、吸込空間１２は、ロータ２０の径方向（以下、単に「径方向」と称する）のみだけではなく、ロータ２０の軸方向（以下、単に「軸方向」と称する）においても、ロータ２０を収容するロータ室１３に連通している。吸込空間１２の下部は、軸方向においてロータ２０の吸込側端面２０ａよりも外側まで広がるとともに、ロータ２０の上端よりも下方まで延びている。その結果、上述のように、吸込空間１２とロータ室１３とが、径方向だけでなく軸方向においても連通し、空気が径方向からロータ室１３に至る流路Ｐｒと、軸方向からロータ室１３に至る流路Ｐａとが形成される。

図３に示すように、ロータ室１３は、ロータ２０の形状に合わせて、２つの円筒を組み合わせた形状を有する。また、図２に示すように、ロータ室１３は、吸込空間１２と軸方向において連通している側と反対側の端部において、吐出空間１４と連通している。吐出空間１４は、ケーシング１０の下部に形成された吐出口１５に接続されている。吐出空間１４および吐出口１５は、雄ロータ２１と雌ロータ２２との噛合部２０ｃ（図３参照）の下方に形成されており、作動室２５にて圧縮された空気は最終的に吐出空間１４および吐出口１５を経て、装置外部へ供給される。

ここで、圧縮空気の冷却や各部位の潤滑等のために、ロータ２０や軸受部３０には油が供給される。油を各部位に供給するための油路については、図示を省略している。ここで、ロータ２０に供給された油は、主に雄ロータ２１と雌ロータ２２との噛合部２０ｃ（図３参照）から、ロータ２０の回転による遠心力で径方向外側に飛散し、吸込空間１２で高温のオイルミストとなり浮遊する。また、吸込側の軸受部３０に供給された油も、回転軸２３を伝ってロータ２０の吸込側端面２０ａ（吸込空間１２とロータ室１３とが軸方向において連通している側の端面）に至り、ロータ２０の回転による遠心力で吸込側端面２０ａから径方向外側に飛散し、吸込空間１２で高温のオイルミストとなり浮遊する。その結果、吸込口１１から取り込まれた空気が、オイルミストとの熱交換により膨張することで、空気の密度が低下し、空気の吸込効率が低下してしまう。

油冷式スクリュー圧縮機１においては、上述のように、吸込空間１２とロータ室１３とを径方向および軸方向において連通させることで、径方向に形成された吸込口１１から取り込んだ空気を、ロータ２０により径方向から吸い込むだけではなく、軸方向からも吸い込むことができるように構成されている。かかる構成によれば、ロータ２０による空気の吸込効率を大きく向上させることができる。特に、軸方向から吸い込まれる空気は、径方向に飛散する油の影響が比較的小さいため、径方向から吸い込まれる空気よりも密度が大きくなり、吸込効率の観点で優れている。にもかかわらず、ロータ２０から飛散した油、特に吸込側端面２０ａから径方向に飛散した油が吸込口１１側に至ると、図２の流路Ｐａを流れる空気の温度を上昇させてしまう。その結果、軸方向から吸い込まれる空気の密度が低下し、軸方向からも空気を吸い込めるようにした意味が大きく低減する。

そこで、油冷式スクリュー圧縮機１では、図２に示すように、吸込側端面２０ａから吸込口１１側への油の飛散を抑制するための遮蔽部材４１を設けている。遮蔽部材４１は、吸込側端面２０ａを径方向に延長させた仮想面上に位置するとともに、吸込側端面２０ａを軸方向にまたぐように吸込空間１２に配置されており、吸込側端面２０ａの吸込口１１側を覆っている。遮蔽部材４１のうち、軸方向において吸込側端面２０ａよりも外側の領域には、径方向内側に突出する突出部４１ａが設けられている。このような遮蔽部材４１を設けることで、吸込側端面２０ａから吸込空間１２への油の飛散、特に流路Ｐａへの油の飛散を抑制することができるため、軸方向からの吸い込みを有効に活かすことができ、全体としての吸込効率を向上させることができる。

また、図２において、遮蔽部材４１の左端は、吸込空間１２の左側の内壁から離間し、かつ、吸込側端面２０ａと軸受部３０との間の間隙Ｇよりも左側に位置する。このため、遮蔽部材４１の左側に流路Ｐａを確保できるとともに、遮蔽部材４１により間隙Ｇを覆うことができる。また、遮蔽部材４１の右端は、吸込空間１２の右側の内壁から離間し、かつ、吸込口１１の左端よりも右側に位置する。このため、遮蔽部材４１の右側に流路Ｐｒを確保できるとともに、遮蔽部材４１と吸込口１１とを軸方向において領域Ｒで重複させることができる。

一方、遮蔽部材４１を軸方向から見ると、図３に示すように、遮蔽部材４１は、雄ロータ２１の最外部の回転軌跡に沿った円弧形状を有する部分と、雌ロータ２２の最外部の回転軌跡に沿った円弧形状を有する部分とを組み合わせて構成されている。そして、雄ロータ２１および雌ロータ２２が並べられた配列方向において、遮蔽部材４１の両端部はケーシング１０の内壁に接続されている。

さらに、本実施形態では、図３に示すように、ロータ２０の噛合部２０ｃから吸込口１１側への油の飛散を抑制するための第２遮蔽部材４２も設けている。第２遮蔽部材４２は、噛合部２０ｃの鉛直上方に配置されており、噛合部２０ｃに沿って、すなわち軸方向に沿って延びている。図４に示すように、第２遮蔽部材４２の軸方向における一端は、遮蔽部材４１に接続されており、他端は、ケーシング１０の内壁に接続されている。

本実施形態では、遮蔽部材４１および第２遮蔽部材４２を、ケーシング１０と同じ金属製とし、鋳造により、ケーシング１０、遮蔽部材４１および第２遮蔽部材４２を一体的に形成している。こうすることで、遮蔽部材４１および第２遮蔽部材４２をケーシング１０に取り付ける工程が不要となるとともに、遮蔽部材４１および第２遮蔽部材４２がケーシング１０の補強材としても機能するので好適である。しかしながら、油の飛散を抑制するという機能を発揮できれば、遮蔽部材４１および第２遮蔽部材４２の形成方法、材料、形状等は適宜変更することが可能である。

図３の領域Ａａ（太線内の領域）は、吸込空間１２とロータ室１３とが軸方向で連通している領域、すなわちロータ２０が軸方向から空気を吸い込むことのできる領域を示している。なお、便宜的に領域Ａａを図３にて図示したが、領域Ａａは断面ＩＩＩ−ＩＩＩ上ではなく、実際は吸込空間１２とロータ室１３との境界面上に位置する。一方、図４の領域Ａｒ（太線内の領域）は、吸込空間１２とロータ室１３とが径方向で連通している領域、すなわちロータ２０が径方向から空気を吸い込むことのできる領域を示している。厳密には、遮蔽部材４１や第２遮蔽部材４２の下方においても、吸込空間１２とロータ室１３とは径方向にて連通しているとも言えるが、この部分を介してロータ２０により径方向から空気が吸い込まれることは意図していない。このため、平面視において、遮蔽部材４１および第２遮蔽部材４２が存在する部分は、領域Ａｒから除く。本実施形態では、領域Ａａの面積が、領域Ａｒの面積（２つの領域Ａｒを足した面積）よりも大きくなるようにしている。

（効果）
本実施形態の油冷式スクリュー圧縮機１によれば、吸込空間１２とロータ室１３とが、径方向および軸方向において連通しているため、ロータ２０により径方向および軸方向の両方向から空気が吸い込むことが可能となり、吸込効率を向上させることができる。しかも、吸込側端面２０ａの吸込口１１側が遮蔽部材４１によって覆われているため、吸込側端面２０ａから吸込空間１２への油の飛散、特に流路Ｐａへの油の飛散が有効に抑制され、軸方向からの吸い込みを有効に活かすことができるため、流体の吸込効率を確実に向上させることができる。また、吸込口１１が径方向から空気を取り込むように形成されているため、軸方向に大きな吸込空間を形成する必要がなく、軸方向においてロータ２０の吸込側端面２０ａよりも若干外側まで広がる吸込空間１２を設けるだけでよいので、ケーシング１０の小型化を図ることができるという付随的な効果も生ずる。

また、本実施形態では、遮蔽部材４１は、吸込側端面２０ａと軸受部３０との間の間隙Ｇを覆っているため、吸込側端面２０ａからだけでなく、間隙Ｇから吸込空間１２へ飛散する油を抑制することができる。このため、空気の吸込効率をさらに向上させることができる。

また、本実施形態では、吸込口１１と遮蔽部材４１とが、軸方向において少なくとも一部重複しているため、吸込側端面２０ａから吸込口１１側へ飛散する油をより効果的に抑制することができる。このため、空気の吸込効率をさらに向上させることができる。

また、本実施形態では、遮蔽部材４１が、ロータ２０の最外部の回転軌跡に沿った円弧形状を有しているため、遮蔽部材４１をロータ２０に近づけて配置することができる。このため、吸込側端面２０ａから径方向外側へ飛散する油をより効果的に抑制することができ、空気の吸込効率をさらに向上させることができる。

また、本実施形態では、遮蔽部材４１のうち、軸方向において吸込側端面２０ａよりも外側の領域に、径方向内側に突出する突出部４１ａが設けられているため、吸込側端面２０ａから流路Ｐａへ飛散する油をより効果的に抑制することができる。このため、軸方向から吸い込まれる空気の吸込効率をさらに向上させることができる。

また、本実施形態では、雄ロータ２１と雌ロータ２２とが並べられた配列方向において、遮蔽部材４１の両端部はケーシング１０の内壁に接続されている。このため、遮蔽部材４１によってケーシング１０の強度を向上させることができる。

また、本実施形態では、雄ロータ２１と雌ロータ２２との噛合部２０ｃの吸込口１１側を覆う第２遮蔽部材４２がさらに設けられているため、噛合部２０ｃから径方向外側に飛散する油も抑制することができる。このため、空気の吸込効率、特に径方向から吸い込まれる空気の吸込効率をさらに向上させることができる。

また、本実施形態では、吸込空間１２とロータ室１３とが軸方向において連通している領域Ａａの面積が、吸込空間１２とロータ室１３とが径方向において連通している領域Ａｒの面積よりも大きい。このため、吸込効率のより優れた軸方向からの吸込量を多くすることができ、空気の吸込効率をさらに向上させることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上記実施形態の要素を適宜組み合わせまたは種々の変更を加えることが可能である。例えば、ケーシング１０や、ケーシング１０に形成される吸込口１１、吸込空間１２、ロータ室１３、吐出空間１４、吐出口１５等の具体的な形状や位置は、上記実施形態で示したものに限定されないことは言うまでもない。

１：油冷式スクリュー圧縮機（液冷式スクリュー圧縮機）
１０：ケーシング
１１：吸込口
１２：吸込空間
１３：ロータ室
２０：ロータ
２０ａ：吸込側端面
２０ｃ：噛合部
２１：雄ロータ
２２：雌ロータ
２３：回転軸
３０：軸受部
４１：遮蔽部材
４１ａ：突出部
４２：第２遮蔽部材
Ｇ：間隙

Claims (7)

1. 互いに噛み合いながら回転する雌雄のロータと、
   前記ロータの径方向から流体を吸い込む吸込口、前記吸込口に接続される吸込空間、および前記吸込空間と連通し、前記ロータが収容されるロータ室が形成されたケーシングと、
   を備えた液冷式スクリュー圧縮機において、
   前記吸込空間と前記ロータ室とが、前記ロータの径方向および軸方向において連通しており、
   前記ロータの端面のうち、前記吸込空間と前記ロータ室とが前記軸方向において連通している側の吸込側端面の前記吸込口側を覆う遮蔽部材が設けられており、
   前記遮蔽部材のうち、前記軸方向において前記吸込側端面よりも外側の領域に、前記径方向の内側に突出する突出部が設けられていることを特徴とする液冷式スクリュー圧縮機。
2. 前記吸込側端面に対向して、前記ロータの回転軸を回転自在に支持する軸受部が前記ケーシングに設けられており、
   前記遮蔽部材は、前記吸込側端面と前記軸受部との間の間隙をさらに覆う請求項１に記載の液冷式スクリュー圧縮機。
3. 前記吸込口と前記遮蔽部材とが、前記軸方向において少なくとも一部重複している請求項１または２に記載の液冷式スクリュー圧縮機。
4. 前記遮蔽部材が、前記ロータの最外部の回転軌跡に沿った円弧形状を有する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液冷式スクリュー圧縮機。
5. 前記雌雄のロータが並べられた配列方向において、前記遮蔽部材の両端部は前記ケーシングの内壁に接続されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液冷式スクリュー圧縮機。
6. 前記雌雄のロータの噛合部の前記吸込口側を覆う第２遮蔽部材がさらに設けられている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の液冷式スクリュー圧縮機。
7. 前記吸込空間と前記ロータ室とが前記軸方向において連通している領域の面積が、前記吸込空間と前記ロータ室とが前記径方向において連通している領域の面積よりも大きい請求項１ないし６のいずれか１項に記載の液冷式スクリュー圧縮機。

Images