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公開番号2021152335
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210930
出願番号2018113289
出願日20180614
発明の名称液冷式ガス圧縮機
出願人株式会社日立産機システム
代理人個人
主分類F04C 18/16 20060101AFI20210903BHJP(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】
通常の衝突式微粒給油機構の場合、2つの小径給油穴を加工する前に、その穴加工の直角面を確保する目的で、窪み部の加工を施すが、その窪み部が油冷式空気圧縮機においては圧縮途中の膨張容積になるので性能低下の要因となってしまう。また、この窪み部の角部に噴出した油が接触してしまうことにより油の飛散範囲拡大が阻害されて冷却効果が低減してしまう。
【解決手段】
上記課題を解決するため、ロータと、ロータを格納するメインケースと、を有し、メインケースの内壁には、メインケースの内部に液体を供給する少なくとも一組の給液穴があり、中心軸から給液穴の内壁側出口までの距離は、ロータの中心軸から内壁までの距離と等しく、一組の給液穴は、それぞれの給液穴の延伸方向がメインケースの内部で交差する圧縮機を提供する。
【選択図】 図1
特許請求の範囲【請求項1】
ロータと、
前記ロータを格納するメインケースと、を有し、
前記メインケースの内壁には、前記メインケースの内部に液体を供給する少なくとも一組の給液穴があり、
前記中心軸から前記給液穴の内壁側出口までの距離は、前記ロータの中心軸から前記内壁までの距離と等しい圧縮機。
続きを表示(約 220 文字)【請求項2】
前記一組の給液穴は、それぞれの給液穴の延伸方向が前記メインケースの内部で交差する請求項1に記載の圧縮機。
【請求項3】
前記一組の給油穴出口を結ぶ直線が前記ロータの歯先と略垂直となるように前記一組の給油穴が配置されている請求項1に記載の圧縮機。
【請求項4】
前記給液穴に液体を供給する給液経路を有し、
前記給液経路には、複数組の前記給液穴が連通する請求項1に記載の圧縮機。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は液冷式ガス圧縮機に関する。
続きを表示(約 5,000 文字)【背景技術】
【0002】
液冷式ガス圧縮機は、(1)ロータと圧縮器本体およびロータが複数の場合にはロータ同士の潤滑という目的、(2)ロータの回転にともなって容積が減少する作動室から圧縮対象のガスが漏れないようにシールする目的、そして(3)ガスの圧縮熱によって加熱されたロータやガスを冷却する目的などのために液体が圧縮機本体に導入される。
【0003】
液冷式ガス圧縮機の高性能化への取組みとして、給液のタイミング、給液温度、給液量などの変更が検討されてきた。その検討の中で、微粒給液という技術が考案されている。微粒給油では圧縮室内に微粒子化した液体を給液することによって液体の比表面積が大きくし、熱を効果的に液体に移動させることができため、液冷式ガス圧縮機の性能を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2003-184768
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1は、1対の雄スクリューロータと雌スクリューロータと、これらロータを収容するケーシングとを有し、ケーシングに1対のロータとケーシングにより形成される圧縮作動室に水を注入する第1の給水部を形成し、圧縮作動室に連通し作動ガスを外部から吸入する吸入部に水を注入する第2の給水部を形成し、この第2の給水部に注入される水を微粒化させる微粒化手段を設け、微粒化手段で微粒化した水を第2の給水部から吸入空気に噴霧させるものであって、第2の給水部から注入される水の平均粒径を、第1の給水部から噴霧される水の平均粒径よりも小にした技術を開示している。
特許文献1で開示される構造は水潤滑圧縮機において微粒給液機構を採用して高性能化を実現する手法であるが、微粒給液化させる構造において、圧縮途中での膨張容積(文献1の窪み部)が存在し、膨張による性能低下と、膨張容積によって水の飛散範囲が狭くなる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するため、ロータと、ロータを格納するメインケースと、を有し、メインケースの内壁には、メインケースの内部に液体を供給する少なくとも一組の給液穴があり、中心軸から給液穴の内壁側出口までの距離は、ロータの中心軸から内壁までの距離と等しく、一組の給液穴は、それぞれの給液穴の延伸方向がメインケースの内部で交差する圧縮機を提供する。
【発明の効果】
【0007】
本発明の衝突式微粒給液構造を採用することにより、圧縮途中の膨張によるロスを低減し、更には、液の飛散範囲を拡大できるので、より高性能な衝突式微粒給液構造にすることが出来る。また、膨張容積部の加工をする必要がないので、加工の負担も軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
実施例1の液冷式ガス圧縮機の衝突式微粒給油構造を示す図の一例
小径給油穴組の配置例を示す図の一例
液冷式ガス圧縮機の従来構造を示す図の一例
衝突式微粒給液の説明図
従来の微粒給液機構を示す図の一例
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の液冷式ガス圧縮機の一形態であるツインスクリュー式の油冷式空気圧縮機の実施例を、図面を用いて説明する。
【実施例】
【0010】
本発明の実施例を説明する前に、ツインスクリュー式油冷式空気圧縮機の従来の構造を図3を用いて説明する。
【0011】
ツインスクリュー式油冷式空気圧縮機は、メインケース3とDケース4の中に雄ロータ1と雌ロータ2を収納し、雄ロータ1は、MS軸受5とMD軸受6により支持され、雌ロータ2は、FS軸受7とFD軸受8により支持されて回転している。
【0012】
雄ロータ1とメインケース3およびDケース4により閉じられた空間がM側作動室10であり、雌ロータ2とメインケース3およびDケース4により閉じられた空間がF側作動室11である。各作動室は、雄ロータ1と雌ロータ2が回転することにより徐々に容積が小さくなるので、作動室内に閉じ込められた空気が圧縮されることにより圧力が上昇し、温度が上昇する。
【0013】
油冷式空気圧縮機において給油する主な目的は、作動室を構成するロータとメインケース3およびDケース4の隙間を埋めて漏れ出す空気を減らすシール、雄ロータ1の軸に接続されたモータから雄ロータ1に伝えられた動力をロータを介して雌ロータ2に伝える際にロータの摩耗とかじりを防ぐ潤滑、以下で説明する冷却の3つである。
【0014】
従来の油冷式空気圧縮機の場合、図3のB詳細で示す単純丸穴で構成された給油通路12から、M側作動室10およびF側作動室11に潤滑油を給油する構造となっている。作動室に供給された油はロータの回転を動力としてロータやケースの表面に広がり、ロータやケースの表面で圧縮された空気と熱交換していた。圧縮空気の温度が最も高くなる吐出しの部分で圧縮空気の温度と油の温度が同一であると油との熱交換が最大限まで行われたといえるが、従来構造では圧縮空気と油との接触がロータやケース表面などの限られた部分でしか行われておらず、熱交換が不十分であった。
【0015】
そこで、圧縮空気と油との接触面積を増やす方法として、油を微粒子化して比表面積(単位体積あたりの表面積)を増加させることで熱交換を十分に行わせることが考案されている。油を微粒子化することにより油の液滴の質量(1滴当たりの質量)が減少するため、作動室内に長時間油が滞留し、より熱交換しやすくなるという効果も期待できる。液体を微粒子化する方法は、単一噴孔式や渦巻き噴射式など様々な方法が考案されているが、作動室内に供給する油の圧力や構造の簡易さを考慮すると衝突式が有力である。
【0016】
衝突式微粒給油に関して図4を用いて説明する。図4は、給油通路9から供給された油が2つの小径給油穴14から噴出し、衝突点15を中心とした所定範囲で衝突するモデルをシミュレートした図の例である。
【0017】
衝突した油は図4の側面図から見て横方向の運動量が相殺されて下方向の運動量が残り、液膜17のように扇型となる。油の表面張力によって液膜は小径給油穴14から離れるに伴なって線状になり、その後に液滴18となる。この際、側面図から見た油の厚さが薄くなればなるほど、その先により粒径の小さい油として飛散させることができる。そして油の粒径が小さくなると、上述の通り単位体積あたりの表面積が大きくなるため、圧縮空気との熱交換面積を増やすことができ、冷却性が向上して圧縮機の高性能化が図れることになる。
【0018】
衝突式微粒給油の油冷式空気圧縮機の給液ノズルの従来の構造を図5を用いて説明する。図5(a)(b)はそれぞれ衝突式微粒給油ノズルの構造を示す図の一例である。図5(a)(b)のいずれも油冷式空気圧縮機の構造は図3で示したものと同様の構造となっており、図3のBの部分の構造が異なっている。
【0019】
図5(a)は、給油通路9に給油ノズル13が嵌めこまれた構造となっており、給油ノズル13の先端は、ロータ1、2が格納されるメインケース3の内壁より突出しないように配置されている。給油ノズル13の構造は、小径給油穴14が2箇所に穴あけ加工された構造となっており、小径給油穴14から噴出した油は、衝突点15にて衝突するように加工されたものである。
【0020】
図5(b)は、メインケース3の外壁から内壁方向に貫通しないように吸油経路9を設けた後に、メインケース3の内壁に略直角のV字型の溝を設け、V字型の溝に小径給油穴14が2箇所に穴あけ加工された構造となっており、小径給油穴14から噴出した油は、衝突点15にて衝突するように加工されたものである。
【0021】
図5(a)(b)共に、微粒給油化により単純丸穴に比べて熱交換効率の向上が図れる一方で、メインケース3の内壁に膨張容積16が形成されてしまう点で圧縮効率の低下が懸念される。膨張容積16が形成される理由として、図5(a)の構造では給油ノズル13をメインケース3に嵌め込む際に隙間が生じてしまうこと、図5(a)(b)の構造共に2つの小径給油穴を加工する前に、その穴加工の直角面を確保する目的で、窪み部の加工が施されることが挙げられる。
【0022】
また、図5(a)(b)の構造は、衝突点15が給油ノズル13やメインケース3の内壁などの構造物に近いことにより油の飛散形状が狭くなる場合がある。これは、飛散中の油が給油ノズル13やメインケース3の内壁の縁部分(紙面表及び裏方向)などの構造物に接触してしまうことにより、飛散範囲が狭くなるという要因のほか、油の飛散する周りの空気の流れ通路が狭くなることにより飛散範囲が狭くなるという要因があると考えられる。
【0023】
さらに、特に図5(a)の構造では給油ノズル13の取付け角度が締付け度合いなどにより変化するため、油の飛散角度を制御できないという問題がある。
【0024】
本実施例による、衝突式微粒給油の油冷式ガス圧縮機の給液ノズルの構造は、上記図5(a)(b)における懸念点を解消する目的で開発された構造である。
【0025】
図1は、本実施例における油冷式ガス圧縮機の衝突式微粒給油構造の一例を示す図である。油冷式ガス圧縮機の構造については図3を用いて説明したものと同様であるため、説明を省略する。
【0026】
なお、図1では雄ロータ1と雌ロータ2のそれぞれに一組ずつ小径給油穴14が設けられている例を示しているが、本実施例において小径給油穴14の組は一組に限るものではなく、また、小径給油穴14が配置される場所も図1で例示する位置に限るものではない。すなわち、1つの給油経路9Bから枝分かれするように複数の給油経路9Aが設けられ、各給油経路9Aに連通する複数組の小径給油穴14が設けられるように構成してよい。
【0027】
給油経路9Bは図示しない油溜まりに連通しており、油溜まりには油冷式ガス圧縮機から吐出された圧縮空気から分離された油やMS軸受5、MD軸受6、FS軸受7、FD軸受8等に供給された油が溜められている。油溜まりに溜められた油は圧縮空気の圧力により輸送され、オイルクーラーなどを経由して給油経路9Bに供給される。
【0028】
本実施例における衝突式微粒給油構造は、メインケース3の外側から作動室10、11方向に貫通しないように吸油経路9A、9Bを設けた後に、メインケース3に直接加工を施して小径給油穴14を形成した点で図5(a)(b)の構成と異なる。
【0029】
本実施例の衝突式微粒給油構造を別の言葉で表すと、ロータ1、2の中心軸からメインケース3の内壁までの距離と、ロータ1、2の中心軸から小径給油穴14の出口19までの距離が等しい構造である。小径給油穴14の出口19は、図1中の始め括弧で示されるメインケース3の内壁に設けられた穴の縁を結んだ面を指す。図5(a)(b)における小径給油穴14の出口19とは、メインケース3の内壁よりも中心軸からの距離が長くなっている点で本実施例の小径給油穴14の出口19と異なる。
【0030】
膨張容積16は小径給油穴14の出口19がメインケース3の内壁よりも中心軸から遠い位置にあることによって生成される空間であるため、この構造により、本実施例の衝突式微粒給油構造には膨張容積16が形成されず、圧縮空気の膨張再圧縮による圧縮効率の低下を防止することができる。
(【0031】以降は省略されています)

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