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公開番号2021134672
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210913
出願番号2020029262
出願日20200225
発明の名称給液式スクリュー圧縮機
出願人株式会社日立産機システム
代理人特許業務法人開知国際特許事務所
主分類F04C 18/16 20060101AFI20210816BHJP(液体用容積形機械;液体または圧縮性流体用ポンプ)
要約【課題】液体の撹拌仕事を抑えつつ、液体の温度上昇を抑えることができる給液式スクリュー圧縮機を提供する。
【解決手段】給液式スクリュー圧縮機は、雄ロータ11A及び雌ロータ11Bと、雄ロータ11Aの歯溝に形成された雄ロータ側作動室と、雌ロータ11Bの歯溝に形成された雌ロータ側作動室とを有する。また、給液式スクリュー圧縮機は、吐出開始直後の雌ロータ側作動室V5を区画する雌ロータ11Bの後続側歯先の稜線Lと高圧側カスプ23が交わる交点Pに対し、低圧側であるロータ軸方向の一方側に配置され、雄ロータ側作動室に液体を供給する給液ノズル28と、交点Pに対し、高圧側であるロータ軸方向の他方側に配置され、雄ロータ側作動室に液体を供給する給液ノズル29とを有し、給液ノズル28の給液量より給液ノズル29の給液量が多くなるように構成される。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項1】
互いに噛み合いながら回転する雄ロータ及び雌ロータと、
前記雄ロータの歯部を収納する雄ロータ側ボアと、
前記雌ロータの歯部を収納する雌ロータ側ボアと、
前記雄ロータ側ボアの壁面と前記雌ロータ側ボアの壁面との境界線である低圧側カスプ及び高圧側カスプと、
前記雄ロータの歯溝に形成され、気体を圧縮する雄ロータ側作動室と、
前記雌ロータの歯溝に形成され、気体を圧縮する雌ロータ側作動室とを有する給液式スクリュー圧縮機において、
吐出開始直後の雌ロータ側作動室を区画する前記雌ロータの後続側歯先の稜線と前記高圧側カスプが交わる交点に対し、低圧側であるロータ軸方向の一方側に配置され、前記雄ロータ側作動室及び前記雌ロータ側作動室のうちのいずれかに液体を供給する第1の給液ノズルと、
前記交点に対し、高圧側であるロータ軸方向の他方側に配置され、前記雄ロータ側作動室及び前記雌ロータ側作動室のうちのいずれかに液体を供給する第2の給液ノズルとを有し、
前記第1の給液ノズルの給液量より前記第2の給液ノズルの給液量が多くなるように構成されたことを特徴とする給液式スクリュー圧縮機。
続きを表示(約 560 文字)【請求項2】
請求項1に記載の給液式スクリュー圧縮機において、
前記雄ロータ側作動室及び前記雌ロータ側作動室に対してロータ径方向に開口するラジアル吐出ポートを有し、
前記第2の給液ノズルは、前記ラジアル吐出ポートに対し、ロータ軸方向の位置が重なるように配置されたことを特徴とする給液式スクリュー圧縮機。
【請求項3】
請求項1に記載の給液式スクリュー圧縮機において、
前記第1の給液ノズルの開口面積より前記第2の給液ノズルの開口面積が大きいことを特徴とする給液式スクリュー圧縮機。
【請求項4】
請求項1に記載の給液式スクリュー圧縮機において、
前記第1の給液ノズルは、前記作動室への噴流を互いに衝突させる一対の給液孔で構成され、前記第2の給液ノズルは、単一の給液孔で構成されており、
前記第1の給液ノズルを構成する一対の給液孔の開口総面積より前記第2の給液ノズルを構成する単一の給液孔の開口面積が大きいことを特徴とする給液式スクリュー圧縮機。
【請求項5】
請求項1に記載の給液式スクリュー圧縮機において、
前記第1の給液ノズルより前記第2の給液ノズルが作動室の低圧側に配置されたことを特徴とする給液式スクリュー圧縮機。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、作動室に液体を供給しつつ気体を圧縮する給液式スクリュー圧縮機に関する。
続きを表示(約 6,900 文字)【背景技術】
【0002】
給液式スクリュー圧縮機は、ロータの歯溝に形成された作動室に液体(詳細には、例えば油)を供給しつつ、気体(詳細には、例えば空気)を圧縮する。液体供給の目的は、圧縮行程における気体の冷却、作動室の隙間の封止、及びロータの潤滑などである。
【0003】
特許文献1の給液式スクリュー圧縮機は、互いに噛み合いながら回転する雄ロータ及び雌ロータと、雄ロータの歯部を収納する雄ロータ側ボアと、雌ロータの歯部を収納する雌ロータ側ボアと、雄ロータ側ボアの壁面と雌ロータ側ボアの壁面との境界線である低圧側カスプ及び高圧側カスプと、雄ロータの歯溝に形成され、気体を圧縮する雄ロータ側作動室と、雌ロータの歯溝に形成され、気体を圧縮する雌ロータ側作動室とを有する。雄ロータ側作動室及び雌ロータ側作動室は、雄ロータ及び雌ロータの回転に伴い、ロータ軸方向の一方側から他方側に移動しつつ、容積が変化する。これにより、吸入ポート(開口)を介し吸入流路から気体を吸入する吸入行程と、気体を圧縮する圧縮行程と、吐出ポート(開口)を介し吐出流路へ圧縮気体を吐出する吐出行程を順次行うようになっている。
【0004】
また、特許文献1の給液式スクリュー圧縮機は、雄ロータ側作動室に液体を供給する給液ノズルと、雌ロータ側作動室に液体を供給する給液ノズルとを有する。各給液ノズルは、圧縮行程の作動室に液体を供給するようになっている。別の言い方をすれば、各給液ノズルは、吐出開始直後の雌ロータ側作動室を区画する雌ロータの後続側歯先の稜線と高圧側カスプが交わる交点に対し、低圧側であるロータ軸方向の一方側に配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
特開2001−153073号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献1の給液ノズルは、圧縮行程の作動室に液体を供給しており、その給液量を低減すれば、液体の撹拌仕事(動力損失)を低減することが可能である。液体の撹拌仕事とは、給液ノズルから供給された液体が、ロータに付着する等の理由により、ロータ回転方向に移動し、その後、雄ロータと雌ロータが噛み合う部分に引き込まれて圧縮されて生じる仕事である。しかし、給液ノズルの給液量を低減すれば、液体の温度上昇量が増加する。そのため、液体の劣化を促進させる。
【0007】
本発明は、上記事柄に鑑みてなされたものであり、液体の撹拌仕事を抑えつつ、液体の温度上昇を抑えることを課題の一つとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するために、特許請求の範囲に記載の構成を適用する。本発明は、上記課題を解決するための手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、互いに噛み合いながら回転する雄ロータ及び雌ロータと、前記雄ロータの歯部を収納する雄ロータ側ボアと、前記雌ロータの歯部を収納する雌ロータ側ボアと、前記雄ロータ側ボアの壁面と前記雌ロータ側ボアの壁面との境界線である低圧側カスプ及び高圧側カスプと、前記雄ロータの歯溝に形成され、気体を圧縮する雄ロータ側作動室と、前記雌ロータの歯溝に形成され、気体を圧縮する雌ロータ側作動室とを有する給液式スクリュー圧縮機において、吐出開始直後の雌ロータ側作動室を区画する前記雌ロータの後続側歯先の稜線と前記高圧側カスプが交わる交点に対し、低圧側であるロータ軸方向の一方側に配置され、前記雄ロータ側作動室及び前記雌ロータ側作動室のうちのいずれかに液体を供給する第1の給液ノズルと、前記交点に対し、高圧側であるロータ軸方向の他方側に配置され、前記雄ロータ側作動室及び前記雌ロータ側作動室のうちのいずれかに液体を供給する第2の給液ノズルとを有し、前記第1の給液ノズルの給液量より前記第2の給液ノズルの給液量が多くなるように構成される。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、液体の撹拌仕事を抑えつつ、液体の温度上昇を抑えることができる。
【0010】
なお、上記以外の課題、構成及び効果は、以下の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
本発明の第1の実施形態におけるスクリュー圧縮機の構成を表す概略図である。
本発明の第1の実施形態における圧縮機本体の構造を表す鉛直断面図である。
図2の断面III−IIIによる鉛直断面図である。
図2の断面IV−IVによる鉛直断面図である。
本発明の第1の実施形態におけるボア壁面の展開図であって、給液ノズルの位置及び開口面積を示す。
本発明の第2の実施形態における圧縮機本体の構造を表す鉛直断面図である。
本発明の第2の実施形態におけるボア壁面の展開図であって、給液ノズルの位置及び開口面積を示す。
本発明の第3の実施形態における圧縮機本体の構造を表す鉛直断面図である。
本発明の第3の実施形態におけるボア壁面の展開図であって、給液ノズルの位置及び開口面積を示す。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本発明の第1の実施形態を、図1〜図5を用いて説明する。図1は、本実施形態におけるスクリュー圧縮機の構成を表す概略図である。図2は、本実施形態における圧縮機本体の構造を表す鉛直断面図である。図3は、図2の断面III−IIIによる鉛直断面図である。図4は、図2の断面IV−IVによる鉛直断面図である。図5は、本実施形態におけるボア壁面の展開図であって、給液ノズルの位置及び開口面積を示す。なお、図5の一点鎖線m1〜m3,f1〜f3は、図3及び図4の位置m1〜m3,f1〜f3にそれぞれ対応する。また、図5の斜線は、雄ロータ及び雌ロータの歯先の稜線を示す。
【0013】
本実施形態のスクリュー圧縮機は、モータ1と、モータ1によって駆動され、気体(詳細には、例えば空気)を圧縮する圧縮機本体2と、圧縮機本体2から吐出された圧縮気体とこれに含まれる液体(詳細には、例えば油)を分離する気液分離器3と、気液分離器3で分離された液体を圧縮機本体2の作動室に供給する液体配管4とを備える。液体配管4には、液体を冷却するクーラ5や、液体中の不純物を除去するフィルタ6等が設けられている。
【0014】
圧縮機本体2は、雄ロータ11A及び雌ロータ11Bと、雄ロータ11A及び雌ロータ11Bを収納するケーシング12とを備える。
【0015】
雄ロータ11Aは、螺旋状に延在する複数(本実施形態では4つ)の歯を有する歯部13Aと、歯部13Aの軸方向一方側(図2の左側)に接続された吸入側軸部14と、歯部13Aの軸方向他方側(図2の右側)に接続された吐出側軸部15とを有する。雄ロータ11Aの吸入側軸部14は吸入側軸受16で回転可能に支持され、雄ロータ11Aの吐出側軸部15は吐出側軸受17で回転可能に支持されている。
【0016】
同様に、雌ロータ11Bは、螺旋状に延在する複数(本実施形態では6つ)の歯を有する歯部13Bと、歯部13Bの軸方向一方側に接続された吸入側軸部(図示せず)と、歯部13Bの軸方向他方側に接続された吐出側軸部(図示せず)とを有する。雌ロータ11Bの吸入側軸部は吸入側軸受(図示せず)で回転可能に支持され、雌ロータ11Bの吐出側軸部は吐出側軸受(図示せず)で回転可能に支持されている。
【0017】
雄ロータ11Aの吸入側軸部14は、ケーシング12を貫通して、モータ1の回転軸に連結されている。そして、モータ1の駆動によって雄ロータ11Aが矢印Aの方向に回転し、雄ロータ11Aの歯部13Aと雌ロータ11Bの歯部13Bの噛み合いによって雌ロータ11Bが矢印Bの方向に回転するようになっている。
【0018】
ケーシング12は、メインケーシング18と、メインケーシング18の軸方向一方側(図2の左側)に連結された吸入側ケーシング19と、メインケーシング18の軸方向他方側(図2の右側)に連結された吐出側ケーシング20とで構成されている。
【0019】
メインケーシング18は、雄ロータ11Aの歯部13Aを収納してその歯溝に雄ロータ側作動室を形成する雄ロータ側ボア21Aと、雌ロータ11Bの歯部13Bを収納してその歯溝に雌ロータ側作動室を形成する雌ロータ側ボア21Bとを有する。ボア21A,21Bは、互いに部分的に重なっており、それらの壁面の境界線として低圧側カスプ22及び高圧側カスプ23を有する。
【0020】
雄ロータ側作動室及び雌ロータ側作動室は、雄ロータ11A及び雌ロータ11Bの回転に伴い、ロータ軸方向の一方側から他方側に移動しつつ、容積が変化する。これにより、吸入ポート24(開口)を介し吸入流路25から気体を吸入する吸入行程と、気体を圧縮する圧縮行程と、アキシャル吐出ポート26(開口)を介し吐出流路27へ圧縮気体を吐出する吐出行程を順次行うようになっている。アキシャル吐出ポート26は、雄ロータ側作動室及び雌ロータ側作動室に対してロータ軸方向に開口する吐出ポートである。図5で示す雄ロータ側作動室S1,S2及び雌ロータ側作動室V1,V2,V3は、吸入行程を行うもの、雄ロータ側作動室S3,S4及び雌ロータ側作動室V4,V5は、圧縮行程を行うものである。図4及び図5で示す雄ロータ側作動室S5及び雌ロータ側作動室V6は、吐出開始直後のものである。
【0021】
ここで、吐出開始直後の雌ロータ側作動室V6を区画する雌ロータ11Bの後続側歯先の稜線Lと高圧側カスプ23が交わる交点Pを定義する。本実施形態の特徴として、メインケーシング18は、交点Pに対し、低圧側であるロータ軸方向の一方側(図5の下側)に配置され、雄ロータ側作動室に液体を供給する給液ノズル28(詳細には、単体の給液孔で構成されたもの)と、交点Pに対し、高圧側であるロータ軸方向の他方側(図5の上側)に配置され、雄ロータ側作動室に液体を供給する給液ノズル29(詳細には、単体の給液孔で構成されたもの)とを有する。そして、給液ノズル28の開口面積より給液ノズル29の開口面積が大きく、かつ、給液ノズル28より給液ノズル29が作動室の低圧側(詳細には、ロータの歯先の稜線に対して直交する方向において低圧側)に配置されている。これにより、給液ノズル28の給液量より給液ノズル29の給液量が多くなるように構成されている。したがって、本実施形態では、液体の撹拌仕事を抑えつつ、液体の温度上昇を抑えることができる。
【0022】
詳しく説明すると、給液ノズル28から供給された液体は、雄ロータ11Aに付着する等の理由により、雄ロータ11Aの回転方向に移動し、雄ロータ11Aと雌ロータ11Bが噛み合う部分30に引き込まれる可能性が高い。一方、給液ノズル29から供給された液体は、雄ロータ11Aの回転方向に移動しても、雄ロータ11Aと雌ロータ11Bが噛み合う部分30に引き込まれる前に圧縮気体と共に吐出されるので、雄ロータ11Aと雌ロータ11Bが噛み合う部分30に引き込まれる可能性が低い。そして、給液ノズル28の給液量が給液ノズル29の給液量より少ないので、液体の撹拌仕事を抑えることができる。その結果、省エネ性能を向上させることができる。また、給液ノズル29の給液量が給液ノズル28の給液量より多いので、液体の温度上昇量を抑えることができる。その結果、液体の寿命を向上させることができる。
【0023】
また、本実施形態の特徴として、メインケーシング18は、交点Pに対し、低圧側であるロータ軸方向の一方側に配置され、雌ロータ側作動室に液体を供給する給液ノズル31(詳細には、単体の給液孔で構成されたもの)と、交点Pに対し、高圧側であるロータ軸方向の他方側に配置され、雌ロータ側作動室に液体を供給する給液ノズル32(詳細には、単体の給液孔で構成されたもの)とを有する。そして、給液ノズル31の開口面積より給液ノズル32の開口面積が大きく、かつ、給液ノズル31より給液ノズル32が作動室の低圧側に配置されている。これにより、給液ノズル31の給液量より給液ノズル32の給液量が多くなるように構成されている。したがって、本実施形態では、液体の撹拌仕事を抑えつつ、液体の温度上昇を抑えることができる。
【0024】
詳しく説明すると、給液ノズル31から供給された液体は、雌ロータ11Bに付着する等の理由により、雌ロータ11Bの回転方向に移動し、雄ロータ11Aと雌ロータ11Bが噛み合う部分30に引き込まれる可能性が高い。一方、給液ノズル32から供給された液体は、雌ロータ11Bの回転方向に移動しても、雄ロータ11Aと雌ロータ11Bが噛み合う部分30に引き込まれる前に圧縮気体と共に吐出されるので、雄ロータ11Aと雌ロータ11Bが噛み合う部分30に引き込まれる可能性が低い。そして、給液ノズル31の給液量が給液ノズル32の給液量より少ないので、液体の撹拌仕事を抑えることができる。その結果、省エネ性能を向上させることができる。また、給液ノズル32の給液量が給液ノズル31の給液量より多いので、液体の温度上昇量を抑えることができる。その結果、液体の寿命を向上させることができる。
【0025】
本発明の第2の実施形態を、図6及び図7を用いて説明する。図6は、本実施形態における圧縮機本体の構造を表す鉛直断面図である。図7は、本実施形態におけるボア壁面の展開図であって、給液ノズルの位置及び開口面積を示す。なお、本実施形態において、第1の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。
【0026】
本実施形態では、雄ロータ側作動室及び雌ロータ側作動室は、アキシャル吐出ポート26及びラジアル吐出ポート33(開口)を介し吐出流路27へ圧縮気体を吐出するようになっている。ラジアル吐出ポート33は、雄ロータ側作動室及び雌ロータ側作動室に対してロータ径方向に開口する吐出ポートである。
【0027】
本実施形態の給液ノズル29,32は、ラジアル吐出ポート33に対し、ロータ軸方向の位置が重なるように配置されている。これにより、第1の実施形態と比べ、給液ノズル29,32から供給された液体は、圧縮気体と共に吐出されやすくなり、雄ロータ11Aと雌ロータ11Bが噛み合う部分30に引き込まれる可能性が更に低くなる。したがって、液体の撹拌仕事を更に抑えることができる。
【0028】
なお、第1及び第2の実施形態は、給液ノズル28の開口面積より給液ノズル29の開口面積が大きく、かつ、給液ノズル28より給液ノズル29が作動室の低圧側に配置されることにより、給液ノズル28の給液量より給液ノズル29の給液量が多くなるように構成された場合を例にとって説明したが、これに限られない。例えば、給液ノズル28の開口面積より給液ノズル29の開口面積が大きいことにより、給液ノズル28の給液量より給液ノズル29の給液量が多くなるように構成されてもよい。すなわち、給液ノズル28より給液ノズル29が作動室の高圧側に配置されてもよい。
【0029】
また、第1及び第2の実施形態は、給液ノズル31の開口面積より給液ノズル32の開口面積が大きく、かつ、給液ノズル31より給液ノズル32が作動室の低圧側に配置されることにより、給液ノズル31の給液量より給液ノズル32の給液量が多くなるように構成された場合を例にとって説明したが、これに限られない。例えば、給液ノズル31の開口面積より給液ノズル32の開口面積が大きいことにより、給液ノズル31の給液量より給液ノズル32の給液量が多くなるように構成されてもよい。すなわち、給液ノズル31より給液ノズル32が作動室の高圧側に配置されてもよい。
【0030】
本発明の第3の実施形態を、図8及び図9を用いて説明する。図8は、本実施形態における圧縮機本体の構造を表す鉛直断面図である。図9は、本実施形態におけるボア壁面の展開図であって、給液ノズルの配置及び開口面積を示す。なお、本実施形態において、第1の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。
(【0031】以降は省略されています)

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