特開 2024-16418 液冷式スクリュー圧縮機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024016418

(43)【公開日】2024-02-07

(54)【発明の名称】液冷式スクリュー圧縮機

(51)【国際特許分類】

   F04C 18/16 20060101AFI20240131BHJP

   F04C 29/04 20060101ALI20240131BHJP

【ＦＩ】

F04C18/16 Q

F04C29/04 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022118523

(22)【出願日】2022-07-26

(71)【出願人】

【識別番号】502129933

【氏名又は名称】株式会社日立産機システム

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】弁理士法人開知

(72)【発明者】

【氏名】森田 謙次

(72)【発明者】

【氏名】頼金 茂幸

(72)【発明者】

【氏名】梶江 雄太

【テーマコード（参考）】

3H129

【Ｆターム（参考）】

3H129AA03

3H129AB02

3H129BB12

3H129BB31

3H129CC03

3H129CC06

3H129CC09

3H129CC23

3H129CC37

(57)【要約】

【課題】加工性及びメンテナンス性に優れ、作動空間内の気体に対する冷却性能の向上が可能な液冷式スクリュー圧縮機を提供する。
【解決手段】気体を吸い込んで圧縮気体を生成する液冷式スクリュー圧縮機１００は、スクリューロータ２，３と、スクリューロータ２，３を格納してスクリューロータ２，３とともに作動空間Ｃを形成するケーシング１と、ケーシング１とは別部材であるカートリッジ６と、を備え、ケーシング１とカートリッジ６の外表面とによって、作動空間Ｃに液体を供給する給液経路７が形成されている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

気体を吸い込んで圧縮気体を生成する液冷式スクリュー圧縮機であって、
スクリューロータと、
前記スクリューロータを格納して前記スクリューロータとともに作動空間を形成するケーシングと、
前記ケーシングとは別部材であるカートリッジと、を備え、
前記ケーシングと前記カートリッジの外表面とによって、前記作動空間に液体を供給する給液経路が形成されている
液冷式スクリュー圧縮機。

【請求項2】

請求項１に記載の液冷式スクリュー圧縮機において、
前記ケーシングは、前記スクリューロータを格納する格納室と、前記ケーシングの外部から液体が導入される導入路と、前記格納室と前記導入路とを連通する連通路と、を有し、
前記カートリッジが前記連通路に配置されることにより、前記カートリッジの先端部と前記連通路の内面とによって少なくとも１対の噴射流路が形成され、
前記少なくとも１対の噴射流路から噴射された液体同士が、前記作動空間内で衝突する
液冷式スクリュー圧縮機。

【請求項3】

請求項２に記載の液冷式スクリュー圧縮機において、
前記カートリッジは、互いに対向する１対の幅広面部を有し、
前記カートリッジの先端部は、１対のテーパ面部を有する先細り形状に形成され、
前記ケーシングの前記連通路は、前記カートリッジの前記１対のテーパ面部に対向する１対の傾斜面部を有し、
前記１対の給液経路は、
前記カートリッジの前記１対の幅広面部と前記連通路の内面とによって形成され、前記導入路から供給される液体を貯留する１対の給液貯留空間と、
前記カートリッジの前記１対のテーパ面部と前記連通路の前記１対の傾斜面部とによって形成され、前記給液貯留空間内の液体を前記作動空間内に噴射する１対以上の前記噴射流路と、を有し、
前記１対の給液貯留空間の流路断面積は、前記１対以上の噴射流路の流路断面積よりも大きい
液冷式スクリュー圧縮機。

【請求項4】

請求項３に記載の液冷式スクリュー圧縮機において、
前記カートリッジが前記連通路に配置されることにより、前記１対のテーパ面部と前記１対の傾斜面部とによって、前記噴射流路が１対のみ形成され、
前記噴射流路は、液膜を噴射する液膜噴射流路であり、
前記１対の液膜噴射流路から噴射された液膜同士が、前記作動空間内で衝突する
液冷式スクリュー圧縮機。

【請求項5】

請求項３に記載の液冷式スクリュー圧縮機において、
前記カートリッジが前記連通路に配置されることにより、前記１対のテーパ面部と前記１対の傾斜面部とによって、複数対の前記噴射流路が形成され、
前記噴射流路は、噴流を噴射する噴流噴射流路であり、
前記複数対の噴流噴射流路から噴射された噴流同士が、前記作動空間内で衝突する
液冷式スクリュー圧縮機。

【請求項6】

請求項５に記載の液冷式スクリュー圧縮機において、
前記１対のテーパ面部のそれぞれに、前記幅広面部から前記先端部の先端に亘って直線状に延在する複数の溝が形成され、
前記複数の溝と前記傾斜面部とによって前記複数対の噴流噴射流路が形成されている
液冷式スクリュー圧縮機。

【請求項7】

請求項２に記載の液冷式スクリュー圧縮機において、
前記連通路と前記格納室とは、前記スクリューロータの軸方向に沿う長孔によって繋がれ、
１対以上の前記噴射流路のそれぞれには、前記カートリッジの先端部と前記長孔とによって、前記作動空間に臨む噴射開口部が形成されている
液冷式スクリュー圧縮機。

【請求項8】

請求項２に記載の液冷式スクリュー圧縮機において、
前記噴射流路は、互いに対になる前記噴射流路のそれぞれから噴射される液体の噴射方向同士のなす角度が３０度以上となるように形成されている
液冷式スクリュー圧縮機。

【請求項9】

請求項６に記載の液冷式スクリュー圧縮機において、
前記複数の溝は、前記スクリューロータの軸方向に直交する方向に沿って形成されている
液冷式スクリュー圧縮機。

【請求項10】

請求項６に記載の液冷式スクリュー圧縮機において、
前記複数の溝は、前記スクリューロータの軸方向及び前記軸方向に直交する方向のそれぞれに対して傾斜する方向に沿って形成されている
液冷式スクリュー圧縮機。

【請求項11】

請求項６に記載の液冷式スクリュー圧縮機において、
前記カートリッジの前記先端部の先端には、前記スクリューロータの軸方向に延在する溝が形成されている
液冷式スクリュー圧縮機。

【請求項12】

請求項３に記載の液冷式スクリュー圧縮機において、
前記１対の給液経路は、前記カートリッジを挟んで対称形状に形成されている
液冷式スクリュー圧縮機。

【請求項13】

請求項３に記載の液冷式スクリュー圧縮機において、
前記導入路の流路断面形状は円形状であり、
前記カートリッジには、前記導入路に配置される円形状の貫通孔が形成され、
前記貫通孔の開口面積は、前記導入路の流路断面積以上である
液冷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、液冷式スクリュー圧縮機に関する。

【背景技術】

【0002】

スクリューロータと、スクリューロータを格納してスクリューロータとともに作動空間を形成するケーシングと、を備え、作動空間内に液体を供給することにより、作動空間内の気体を冷却する液冷式スクリュー圧縮機が知られている。なお、作動空間内に供給される液体は、冷却の他、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、及び摺動部の潤滑にも利用される。

【0003】

特許文献１では、圧縮機の性能向上を目的として、作動空間へ供給する液体同士を衝突させることで、液体を微粒化する技術が提案されている。

【0004】

特許文献１に記載の圧縮機では、ケーシングに給油ノズル挿入孔が設けられ、内部に複数の衝突噴流用の給油経路を有する給油ノズルが給油ノズル挿入孔に挿入されている。給油経路は、主給油経路と、主給油経路から分岐しハの字に配列された小径の副給油経路から構成されている。特許文献１に記載の圧縮機では、給油ノズルの脱着が可能であるため、衝突噴流用の給油経路をケーシングに直接加工する場合に比べて、メンテナンス性がよい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１８－３５７８２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には、より多くの液体を作動空間内に供給して冷却効率を向上するために、複数の給油経路が形成された給油ノズルが開示されている（特許文献１の図９参照）。しかしながら、この給油ノズルでは、主給油経路とハの字に配列された副給油経路から構成される給油経路を、給油ノズルの内部に複数形成する必要があるため、加工に手間がかかり、加工費のコストアップの懸念が生じる。

【0007】

本発明は、加工性及びメンテナンス性に優れ、作動空間内の気体に対する冷却性能の向上が可能な液冷式スクリュー圧縮機を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様による液冷式スクリュー圧縮機は、気体を吸い込んで圧縮気体を生成する液冷式スクリュー圧縮機であって、スクリューロータと、前記スクリューロータを格納して前記スクリューロータとともに作動空間を形成するケーシングと、前記ケーシングとは別部材であるカートリッジと、を備え、前記ケーシングと前記カートリッジの外表面とによって、前記作動空間に液体を供給する給液経路が形成されている。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、加工性及びメンテナンス性に優れ、作動空間内の気体に対する冷却性能の向上が可能な液冷式スクリュー圧縮機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、第１実施形態に係る液冷式スクリュー圧縮機の平面断面図である。

【図2】図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線断面図である。

【図3】図３は、図２のＩＩＩ部の拡大断面図である。

【図4】図４は、第１実施形態に係るカートリッジの斜視図である。

【図5】図５は、第１実施形態に係るカートリッジにより形成された噴射流路から噴射される液体の数値解析結果を示す図である。

【図6】図６は、本実施形態の比較例に係る液冷式スクリュー圧縮機の平面断面図である。

【図7】図７は、図６のＶＩＩ－ＶＩＩ線断面図である。

【図8】図８は、第２実施形態に係るカートリッジの斜視図である。

【図9】図９は、第２実施形態に係るカートリッジにより形成された噴射流路から噴射される液体の数値解析結果を示す図である。

【図10】図１０は、第３実施形態に係るカートリッジの斜視図である。

【図11】図１１は、図１０のカートリッジをＸＩ方向から見た平面図である。

【図12】図１２は、第３実施形態に係るカートリッジにより形成された噴射流路から噴射される液体の数値解析結果を示す図である。

【図13】図１３は、第４実施形態に係るカートリッジの斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

【0012】

＜第１実施形態＞
図１～図５を参照して、本発明の第１実施形態に係る液冷式スクリュー圧縮機（以下、圧縮機とも記す）１００について説明する。図１は、圧縮機１００の平面断面図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線断面図である。図１及び図２に示すように、圧縮機１００は、互いに噛み合って回転する１対のスクリューロータとしての駆動ロータ２及び従動ロータ３と、駆動ロータ２及び従動ロータ３を回転可能に内部に格納するケーシング１と、を備えている。圧縮機１００は、スクリューロータ２，３を回転させることにより、空気（気体）を吸い込んで圧縮空気（圧縮気体）を生成する。

【0013】

駆動ロータ（雄ロータ）２には、螺旋状の雄歯が複数形成されている。従動ロータ（雌ロータ）３には、螺旋状の雌歯が複数形成されている。ケーシング１には、互いに噛み合った状態の駆動ロータ２及び従動ロータ３を格納する格納室としてのボア８と、空気を吸い込む吸込口と、圧縮空気を吐出する吐出口と、が形成されている。１対のスクリューロータ２，３とボア８の内壁面とによって、空気を圧縮するための複数の作動空間（作動室）Ｃが形成される。

【0014】

駆動ロータ２には電動機等の原動機が接続される。原動機によって駆動ロータ２が回転運動を始めると、駆動ロータ２に噛み合っている従動ロータ３も回転運動を始める。これにより、吸込口から作動空間Ｃ内へ空気が吸い込まれる。作動空間Ｃは、スクリューロータ２，３の回転とともに、吸込口側から吐出口側に移動し、移動とともにその容積が縮小する。作動空間Ｃの容積の縮小により、空気は圧縮されながら吐出口側に移動し、吐出口から圧縮機１００の外部に吐出される。

【0015】

液冷式スクリュー圧縮機１００では、圧縮空気の生成により発生する熱による空気の温度上昇を抑えるために、作動空間Ｃに冷却用の液体（例えば、油あるいは水）が注入される。作動空間Ｃに注入される冷却用の液体は、作動空間Ｃ内の空気の冷却だけでなく、スクリューロータ２，３とボア８の内壁面との隙間及び駆動ロータ２と従動ロータ３の噛み合い部の隙間等の封止、並びにスクリューロータ２，３の摺動部の潤滑にも利用される。

【0016】

図２に示すように、圧縮機１００には、作動空間Ｃに液体を供給する給液経路７が形成されている。なお、給液経路７は、駆動ロータ２側及び従動ロータ３側のそれぞれに設けられるが、その構成は、双方で同じであるため、以下では、一方を代表して説明する。

【0017】

ケーシング１は、ケーシング１の外部から液体が導入される導入路９と、格納室８と導入路９とを連通する連通路１０と、連通路１０と格納室８とを繋ぐ長孔５と、を有する。図１及び図２に示すように、長孔５は、スクリューロータ２，３の回転軸方向（以下、単に軸方向とも記す）に沿って延在する開口部である。別の言い方をすれば、長孔５は、連通路１０と格納室８との境界に位置する開口面であり、スクリューロータ２，３の軸方向を長手方向、軸方向に直交する方向（水平方向）を短手方向とする長方形状に形成されている。本実施形態に係る長孔５は、互いに対向する１対の長辺と、１対の長辺同士を両端部で接続する１対の半円弧と、を有する。長孔５は、ボア８のうち駆動ロータ２を格納する雄側ボアと、ボア８のうち従動ロータ３を格納する雌側ボアのそれぞれに形成されている。

【0018】

連通路１０は扁平直方体形状の空間を形成し、連通路１０に扁平直方体形状のカートリッジ６が配置されることにより、ケーシング１の内壁面とカートリッジ６の外表面とによって、１対の給液経路７が形成されている。カートリッジ６は、ケーシング１に着脱自在である。

【0019】

図３及び図４を参照して、給液経路７の構成について詳しく説明する。図３は図２のＩＩＩ部の拡大断面図であり、図４はカートリッジ６の斜視図である。図３及び図４に示すように、カートリッジ６は、矩形平板状であり、互いに対向する１対の幅広面部６２と、互いに対向する１対の幅狭面部６４と、を有する。幅広面部６２及び幅狭面部６４は平面であり、互いに直交している。１対の幅広面部６２は互いに平行であり、１対の幅狭面部６４は互いに平行である。カートリッジ６は、連通路１０に配置されたときに、基端部６９（図４参照）が導入路９側に位置し、先端部６１がボア８側に位置する。つまり、カートリッジ６は、連通路１０内において、導入路９側からボア８側に向かって上下方向に延在している。幅広面部６２の面積は、カートリッジ６の基端面（下端面）及び幅狭面部６４のそれぞれの面積よりも広い。カートリッジ６の基端面は、幅広面部６２及び幅狭面部６４のそれぞれに直交する平面である。

【0020】

カートリッジ６には、一方の幅広面部６２から他方の幅広面部６２に貫通する貫通孔６６が形成されている。貫通孔６６及び水平方向に延在する導入路９（図２参照）の断面形状は円形状である。貫通孔６６の開口面積は、導入路９の流路断面積以上とすることが好ましい。つまり、貫通孔６６の直径は、導入路９の直径と同じか、導入路９の直径よりも大きくすることが好ましい。カートリッジ６は、貫通孔６６の中心軸と導入路９の中心軸とが一致するように、連通路１０内に配置される。これにより、カートリッジ６の厚み方向から見たときに、導入路９の内周面の全体が貫通孔６６の内側に収まるように配置される。

【0021】

カートリッジ６の先端部６１は、１対のテーパ面部６３を有する先細り形状に形成されている。つまり、先端部６１は、その先端（頂部６ｔ）に向かうにしたがって、厚み（１対のテーパ面部６３間の距離）が小さくなっている。テーパ面部６３には、幅広面部６２の上端からカートリッジ６の頂部６ｔに向かって、溝（凹部）６５が形成されている。頂部６ｔは、カートリッジ６の基端面と平行な平面である。溝６５は、テーパ面部６３における軸方向両端の軸方向端部６３ａ間に形成される。溝６５の底面（以下、テーパ面とも記す）６５ａは、平面であり、幅広面部６２から頂部６ｔに近づくにしたがって１対のテーパ面６５ａ同士の距離が短くなるように、幅広面部６２に対して傾斜している。１対のテーパ面６５ａ同士は、カートリッジ６の頂部６ｔによって接続されている。

【0022】

図３に示すように、連通路１０は、カートリッジ６の１対のテーパ面部６３に対向する１対の傾斜面部１０ａと、１対の幅広面部６２に対向する１対の第１流路壁１０ｂと、１対の幅狭面部６４に対向する１対の第２流路壁（不図示）と、が形成されている。なお、本実施形態では、テーパ面部６３と第１流路壁１０ｂとの間に段差部１０ｃが形成されているが、段差部１０ｃは省略してもよい。つまり、テーパ面部６３と第１流路壁１０ｂとは直接繋がっていてもよい。

【0023】

連通路１０は、例えば、先端部が先細りのＶ形形状のエンドミルをボア（格納室）８内に突き出し、さらにスクリューロータ２，３の軸方向にエンドミルを移動させることによって形成される。エンドミルの突き出し量で、長孔５の短手方向の長さの調整が可能である。また、スクリューロータ２，３の軸方向のエンドミルの移動量で、長孔５の長手方向の長さの調整が可能である。つまり、エンドミルの突き出し量及び移動量によって、長孔５の開口面積が定まる。

【0024】

先端部が先細りのＶ形形状のエンドミル等で加工が行われると、長孔５の上流側に１対の傾斜面部１０ａを有するＶ溝が形成される。このＶ溝に沿ってカートリッジ６の先端部６１が配置されることにより、ケーシング１のＶ溝とカートリッジ６の先端部６１との間に１対の噴射流路１３が形成される。

【0025】

図３に示すように、カートリッジ６及び連通路１０は、図示左右方向で対称形状に形成されている。カートリッジ６が連通路１０の図示左右方向の中心に配置されることにより、カートリッジ６によって連通路１０内の空間が図示左右方向に均等に分割される。つまり、１対の給液経路７は、カートリッジ６を挟んで対称形状に形成されている。カートリッジ６は、その頂部（先端）６ｔがボア（格納室）８の内周面と面一となるように配置される。なお、カートリッジ６の先端部６１がスクリューロータ２，３に接触することを確実に防止するために、カートリッジ６の先端部６１の頂部６ｔをボア８の下端面よりも下側に位置させてもよい。

【0026】

１対の給液経路７は、導入路９から供給される液体を貯留する１対の給液貯留空間１２と、１対の給液貯留空間１２内の液体を作動空間Ｃ内に噴射する１対の噴射流路１３と、を有している。

【0027】

１対の給液貯留空間１２は、カートリッジ６が連通路１０に配置されることにより、カートリッジ６の１対の幅広面部６２と、連通路１０の内面を構成する１対の第１流路壁１０ｂ及び１対の第２流路壁（不図示）と、によって形成される。

【0028】

１対の噴射流路１３は、カートリッジ６が連通路１０に配置されることにより、カートリッジ６の１対のテーパ面部６３と、連通路１０の内面を構成する１対の傾斜面部１０ａと、によって形成される。より具体的には、カートリッジ６の軸方向端部６３ａのテーパ面が傾斜面部１０ａに当接されることにより、テーパ面部６３の溝６５と傾斜面部１０ａとによって流路断面が矩形状の噴射流路１３が形成される。

【0029】

給液貯留空間１２の流路断面積は、その給液貯留空間１２から液体が供給される噴射流路１３の流路断面積よりも大きい。給液貯留空間１２には水平方向に設けられた導入路９から液体が導かれ、給液貯留空間１２に導かれた液体は噴射流路１３に向かって（すなわち図示上方に）流れる。給液貯留空間１２の流路断面積は噴射流路１３の流路断面積よりも大きいため、給液貯留空間１２を流れる液体の速度は噴射流路１３を流れる液体の速度よりも小さい。このように、液体が噴射流路１３に至るまで、広い空間内を液体が流れる構成とすることで、圧力損失を極力小さくすることができる。これにより、噴射流路１３内の液体の圧力を高い状態で保持することができ、噴射流路１３から勢いよく液体を噴射させることができる。

【0030】

１対の噴射流路１３のそれぞれには、カートリッジ６の先端部６１の頂部６ｔとケーシング１の長孔５とによって、作動空間Ｃに臨む噴射開口部１１が形成されている。噴射開口部１１は、噴射流路１３から作動空間Ｃ内に液体を噴出する矩形状の出口、すなわち噴射流路１３の開口端面であり、ボア（格納室）８内に露出している。

【0031】

噴射開口部１１におけるスクリューロータ２，３の軸方向の長さ（開口長さ）は、軸方向に直交する方向の長さ（開口幅）よりも長い。噴射開口部１１は、噴射開口部１１から液体が液膜状で噴射されるように、その開口幅及び開口長さが定められる。つまり、第１実施形態に係る噴射流路１３は、液膜を噴射する液膜噴射流路である。１対の噴射流路１３の噴射開口部１１から噴射された液膜同士は、作動空間Ｃ内で衝突する。

【0032】

１対のテーパ面６５ａは、互いのなす角度が３０度以上となるように形成される。また、１対の傾斜面部１０ａは、互いのなす角度が３０度以上となるように形成される。テーパ面６５ａと傾斜面部１０ａとは平行に配置される。液体は、テーパ面６５ａ及び傾斜面部１０ａに沿って作動空間Ｃ内に噴射される。つまり、噴射流路１３は、互いに対になる噴射流路１３のそれぞれから噴射される液体の噴射方向同士のなす角度（衝突角度）θが３０度以上となるように形成されている。

【0033】

カートリッジ６の基端部６９は、図２に示すように、水平方向に延在する導入路９よりも下側に位置する。図示しないが、連通路１０はケーシング１の下端面まで延在し、ケーシング１の下端面にカートリッジ６を連通路１０に挿入するための挿入口が形成されている。なお、挿入口には閉止部材（不図示）が装着され、挿入口は閉止部材によって塞がれる。

【0034】

図５は、カートリッジ６により形成された噴射流路１３から噴射される液体（液膜）の数値解析結果を示す図である。図中の黒塗りの矩形平面は、液膜の圧力状態を示す仮想的な平面であり、製品に実際に設けられるものではない。

【0035】

ケーシング１の傾斜面部１０ａとカートリッジ６の溝６５とで形成される１対の噴射流路１３の流路形状は、薄い隙間形状となっている。このため、１対の噴射流路１３からは、油が液膜状態で噴射される。１対の噴射流路１３のうちの一方から噴射される薄い液膜と、１対の噴射流路１３のうちの他方から噴射される薄い液膜とは、作動空間Ｃ内で衝突する。数値解析結果により、液膜状態で噴射された液体同士が衝突することにより、薄膜化が促され、液体の表面積が拡大することが確認された。衝突した液膜同士は、面状に拡散し、微粒化することにより、作動空間Ｃ内の圧縮空気の冷却が促進される。

【0036】

このように、本実施形態では、ケーシング１の長孔５の上流側は、流路形成用のカートリッジ６を収めることが可能な空間（連通路１０）とされ、ケーシング１の連通路１０に扁平形状のカートリッジ６を配置することにより、１対の給液経路７が形成される。液体は、カートリッジ６の外表面とケーシング１とで形成された給液経路７を経由して、作動空間Ｃ内に噴出される。なお、本実施形態では、スクリューロータ２，３の軸方向に沿って延在する噴射開口部１１が形成され、噴射開口部１１から薄い液膜が噴射される構成である。

【0037】

ここで、図６及び図７を参照して、本実施形態の比較例に係る圧縮機９００について説明する。図６及び図７に示すように、本実施形態の比較例に係る圧縮機９００では、ケーシング１にキリ孔加工が施されることにより噴射流路９１３が形成されている。噴射流路９１３は、導入路からボア８内に貫通する小径の円形開口である。この噴射流路９１３からは、液体が円筒状に噴射される。しかしながら、このような噴射流路（キリ孔）９１３では、液体が拡散しないため、冷却が促進し難い。

【0038】

これに対して、図１～図５に示す本実施形態に係る圧縮機１００では、カートリッジ６及び長孔５におけるスクリューロータ２，３の軸方向の長さを長くすることにより、液体の供給量を確保しつつ薄い液膜状の油を噴射させ、液膜同士を衝突させることにより効果的に液体を拡散させることができる。これにより、作動空間Ｃ内の圧縮空気の冷却が効果的に促進される。

【0039】

また、本実施形態では、カートリッジ６の外表面に溝６５が形成され、カートリッジ６がケーシング１に形成された連通路１０に配置されることにより、ケーシング１と、ケーシング１とは別部材であるカートリッジ６の外表面とによって噴射流路１３が形成される。したがって、特許文献１に記載の技術（以下、従来技術とも記す）のように、液体の流量を増加させるためにカートリッジ６の内部に複数の流路を形成する構成に比べて、加工性に優れている。

【0040】

なお、カートリッジ６は、ケーシング１から着脱自在である。このため、噴射流路１３の清掃等のメンテナンスは、カートリッジ６をケーシング１から取り外すことで、容易に行うことができる。また、圧縮機１００の運転条件が変更となった場合、ケーシング１に取り付けるカートリッジ６を変更することにより、変更後の運転条件に合った給液経路７を形成することができる。

【0041】

上述した実施形態によれば、次の作用効果を奏する。

【0042】

（１）圧縮機１００は、空気（気体）を吸い込んで圧縮空気（圧縮気体）を生成する液冷式スクリュー圧縮機である。圧縮機１００は、スクリューロータ２，３と、スクリューロータ２，３を格納してスクリューロータ２，３とともに作動空間Ｃを形成するケーシング１と、ケーシング１とは別部材であるカートリッジ６と、を備える。ケーシング１とカートリッジ６の外表面とによって、作動空間Ｃに液体を供給する給液経路７が形成されている。

【0043】

この構成では、カートリッジ６の外形状に対する加工により、作動空間Ｃ内に供給する液体（冷媒）の量を調整し、液体の不足を防止することができる。したがって、本実施形態によれば、給液経路７の加工性及びメンテナンス性に優れ、作動空間Ｃ内の空気（気体）に対する冷却性能の向上を容易に図ることが可能な圧縮機１００を提供することができる。なお、上述したように、カートリッジ６の外形状に対する加工によって、給液経路７の形状を決定することができるため、カートリッジ６の内部に給液経路７を形成する場合に比べて、加工コストを抑えることができる。その結果、圧縮機１００の製造コストを抑えることができる。

【0044】

（２）ケーシング１は、スクリューロータ２，３を格納するボア（格納室）８と、ケーシング１の外部から液体が導入される導入路９と、ボア８と導入路９とを連通する連通路１０と、を有する。カートリッジ６が連通路１０に配置されることにより、カートリッジ６の先端部６１と連通路１０の内面とによって１対の噴射流路１３が形成される。１対の噴射流路１３から噴射された液体同士は、作動空間Ｃ内で衝突する。

【0045】

この構成によれば、１対の噴射流路１３から噴射された液体同士を衝突させることにより、作動空間Ｃ内に微粒化した液体を広範囲に拡散させることができる。これにより、噴射された液体同士を衝突させない場合（図６、図７参照）に比べて、作動空間Ｃ内の空気に対する冷却性能を向上することができる。

【0046】

（３）本実施形態に係る噴射流路１３は、カートリッジ６が連通路１０に配置されることにより、１対のテーパ面部６３と１対の傾斜面部１０ａとによって、１対のみ形成されている。テーパ面部６３には、液体（冷媒）を液膜状で噴射可能な溝６５が形成されている。つまり、本実施形態に係る噴射流路１３は、液膜を噴射する液膜噴射流路である。１対の噴射流路（液膜噴射流路）１３から噴射された液膜同士は、作動空間Ｃ内で衝突する。

【0047】

この構成によれば、液膜同士が互いに衝突することにより薄膜化が促されるとともに、微粒化した液体を広範囲に拡散させることができる。液体の薄膜化及び微粒化によって、液体の表面積（すなわち熱交換面積）が大きくなるため、作動空間Ｃ内の圧縮空気を効果的に冷却することができ、圧縮機性能を向上することができる。

【0048】

（４）１対の給液経路７は、導入路９から供給される液体を貯留する１対の給液貯留空間１２と、給液貯留空間１２内の液体を作動空間Ｃ内に噴射する１対の噴射流路１３と、を有している。１対の給液貯留空間１２は、カートリッジ６の１対の幅広面部６２と連通路１０の内面とによって形成され、１対の噴射流路１３は、カートリッジ６の１対のテーパ面部６３と連通路１０の１対の傾斜面部１０ａとによって形成される。１対の噴射流路１３の上流側に形成された１対の給液貯留空間１２の流路断面積は、１対の噴射流路１３の流路断面積よりも大きい。

【0049】

この構成では、導入路９から噴射流路１３に亘って、噴射流路１３よりも大きい流路断面積を有する給液貯留空間１２が形成されているため、給液経路７を流れる液体の圧力損失を小さくすることができる。これにより、高い圧力状態の液体を噴射開口部１１から勢いよく噴射させ、液体をより広範囲に拡散させることができる。

【0050】

（５）１対の給液経路７は、カートリッジ６を挟んで対称形状に形成されている。これにより、１対の給液経路７のうち上流側の給液経路７内の液体の圧力と、１対の給液経路７のうち下流側の給液経路７内の液体の圧力の差を小さくすることができる。これにより、１対の噴射流路１３のそれぞれから噴射される液体の速度がほぼ同一の速度となるため、液体同士の衝突部位の制御がし易い。本実施形態では、１対の噴射流路１３のそれぞれから均等に液膜が噴射されるため、衝突後の液膜は上方に沿って真っすぐに伸びる。

【0051】

（６）また、導入路９の流路断面形状は円形状であり、カートリッジ６には、導入路９に配置される円形状の貫通孔６６が形成されている。貫通孔６６の開口面積は、導入路９の流路断面積以上である。仮に、貫通孔６６の開口面積が導入路９の流路断面積よりも小さい場合、貫通孔６６を通過する液体の圧力損失が大きくなる。その結果、上流側の給液経路７内の液体の圧力と、下流側の給液経路７内の液体の圧力の差が大きくなる。この場合、１対の噴射流路１３の一方から噴射される液体の速度と、１対の噴射流路１３の他方から噴射される液体の速度との間に差が生じるため、液体同士の衝突部位の制御が難しくなる。これに対して、本実施形態では、導入路９に配置される貫通孔６６の開口面積が、導入路９の流路断面積以上であるため、貫通孔６６を通過する液体の圧力損失を抑えることができる。これにより、１対の噴射開口部１１のそれぞれから噴射される液体の圧力差及び速度差を小さくすることができるため、液体同士の衝突部位の制御がし易い。

【0052】

（７）噴射流路１３は、互いに対になる噴射流路１３のそれぞれから噴射される液体の噴射方向同士のなす角度（衝突角度）θが３０度以上となるように形成されている。本実施形態では、１対の噴射流路１３の延長線同士のなす角度が、３０度以上である。この構成では、液体同士を３０度未満の衝突角度θで衝突させる場合に比べて、液体を効果的に微粒化し、液体の表面積を拡大させることができる。

【0053】

（８）連通路１０とボア８とは、スクリューロータ２，３の軸方向に沿う長孔５によって繋がれ、１対の噴射流路１３のそれぞれには、カートリッジ６の先端部６１と長孔５とによって、作動空間Ｃに臨む噴射開口部１１が形成されている。この構成によれば、長孔５の形状及びカートリッジ６の先端部６１の形状を調整することにより、噴射開口部１１の形状及び開口面積を調整することができる。

【0054】

＜第２実施形態＞
図８及び図９を参照して、本発明の第２実施形態に係るカートリッジ６Ｂについて説明する。なお、第１実施形態で説明した構成と同一もしくは相当する構成には同一の参照記号を付し、相違点を主に説明する。図８は、第２実施形態に係るカートリッジ６Ｂの斜視図である。図９は、図５と同様の図であり、第２実施形態に係るカートリッジ６Ｂにより形成された噴射流路１３Ｂから噴射される液体の数値解析結果を示す図である。

【0055】

第２実施形態に係るケーシング１は、第１実施形態と同様であるが、第２実施形態に係るカートリッジ６Ｂは、第１実施形態で説明したカートリッジ６と異なる。第１実施形態では、１対のテーパ面部６３のそれぞれに、一の溝６５が形成されていた（図３、図４参照）。これに対して、第２実施形態では、図８に示すように、１対のテーパ面部６３Ｂのそれぞれに、幅広面部６２から先端部６１の頂部（先端）６Ｂｔに亘って直線状に延在する複数の溝６７Ｂが形成されている。複数の溝６７Ｂは、スクリューロータ２，３の軸方向に沿って配列されている。複数の溝６７Ｂは、それぞれスクリューロータ２，３の軸方向に直交する方向に沿って形成されている。

【0056】

また、第１実施形態では、カートリッジ６が連通路１０に配置されることにより、１対のテーパ面部６３と１対の傾斜面部１０ａとによって、１つのカートリッジ６に対して噴射流路１３が１対のみ形成される例について説明した（図３、図４参照）。これに対して、第２実施形態では、カートリッジ６Ｂが連通路１０に配置されることにより、１対のテーパ面部６３Ｂの複数の溝６７Ｂと１対の傾斜面部１０ａとによって、１つのカートリッジ６Ｂに対して複数対（図示する例では６対）の噴射流路１３Ｂが形成される。

【0057】

また、第１実施形態に係る噴射流路１３は液膜を噴射する液膜噴射流路であった。これに対して、本第２実施形態に係る噴射流路１３Ｂは噴流を噴射する噴流噴射流路である。複数対の噴射流路１３Ｂのそれぞれには、カートリッジ６Ｂの先端部６１の頂部６Ｂｔと長孔５とによって、作動空間Ｃに臨む噴射開口部１１Ｂが形成されている。

【0058】

複数対の噴流噴射流路１３Ｂから噴射された噴流同士は、作動空間Ｃ内で衝突する。

【0059】

また、第１実施形態と同様、１対の給液貯留空間１２の流路断面積の総和は、複数対の噴射流路１３の流路断面積の総和よりも大きい。

【0060】

本第２実施形態では、ケーシング１とカートリッジ６Ｂの外表面とよって、複数対の噴射流路（噴流噴射流路）１３Ｂが形成されている。互いに対になる噴射流路１３Ｂのそれぞれから噴射された噴流同士は、作動空間Ｃ内で衝突する。本第２実施形態によれば、図９に示すように、噴流同士が衝突することにより、液体がスクリューロータ２，３の軸方向に扇形に拡がり、液体の表面積が拡大する。したがって、本第２実施形態によれば、第１実施形態と同様、給液経路７の加工性及びメンテナンス性に優れ、作動空間Ｃ内の空気（気体）に対する冷却性能の向上を容易に図ることが可能な圧縮機１００を提供することができる。

【0061】

＜第３実施形態＞
図１０～図１２を参照して、本発明の第３実施形態に係るカートリッジ６Ｃについて説明する。なお、第２実施形態で説明した構成と同一もしくは相当する構成には同一の参照記号を付し、相違点を主に説明する。図１０は、第３実施形態に係るカートリッジ６Ｃの斜視図である。図１１は、図１０のカートリッジ６ＣをＸＩ方向から見た平面図である。図１２は、図５及び図９と同様の図であり、第３実施形態に係るカートリッジ６Ｃにより形成された噴射流路１３Ｃから噴射される液体の数値解析結果を示す図である。

【0062】

第２実施形態では、テーパ面部６３Ｂの複数の溝６７Ｂがスクリューロータ２，３の軸方向に直交する方向に沿って形成されていた（図８参照）。これに対して、第３実施形態では、図１０及び図１１に示すように、テーパ面部６３Ｃの複数の溝６７Ｃは、スクリューロータ２，３の軸方向、及び軸方向に直交する方向のそれぞれに対して傾斜する方向に沿って形成されている。

【0063】

図１１に示すように、第３実施形態では、平面視で溝６７Ｃの延在方向Ｄ１が、スクリューロータ２，３の軸方向Ｄ０及び軸方向Ｄ０に直交する方向（軸方向Ｄ０に直交する面）のそれぞれに対して交差している。

【0064】

第３実施形態では、第２実施形態と同様、ケーシング１とカートリッジ６Ｃの外表面とよって、複数対の噴射流路（噴流噴射流路）１３Ｃが形成されているため、第２実施形態と同様の作用効果を奏する。さらに、本第３実施形態では、噴射流路１３Ｃが平面視で軸方向Ｄ０及び軸方向Ｄ０に直交する方向に対して、斜めに形成されている。したがって、図１１及び図１２に示すように、噴流同士が衝突することにより、液体が溝６７Ｃの延在方向Ｄ１に直交する方向に扇形に拡がり、液体の表面積が拡大する。このような第３実施形態によれば、複数の溝６７の角度（平面視において、軸方向Ｄ０と溝６７Ｃの延在方向Ｄ１とのなす角度）φを調整することで、互いに対になる噴射流路１３Ｃから噴射され、衝突した液体をスクリューロータ２，３の歯溝に沿った方向に拡散させたり、歯溝断面に向けて拡散させたりすることができる。

【0065】

＜第４実施形態＞
図１３を参照して、本発明の第４実施形態に係るカートリッジ６Ｄについて説明する。なお、第３実施形態で説明した構成と同一もしくは相当する構成には同一の参照記号を付し、相違点を主に説明する。図１３は、第４実施形態に係るカートリッジ６Ｄの斜視図である。

【0066】

本第４実施形態では、カートリッジ６Ｄの先端部６１の頂部（先端）に、スクリューロータ２，３の軸方向に延在する溝６８が形成されている点が、第３実施形態と異なる。溝６８は、作動空間Ｃ内に対する給液範囲を拡大するために形成される。本実施形態において、溝６８は、先端部６１の先端側から基端側に向かって窪む、断面Ｖ字状に形成される。

【0067】

第３実施形態では、図１０に示すように、噴射開口部１１Ｃが上面に開口される構成であり、１対の噴射流路１３Ｃが隔壁によって分離されていた。これに対して、本第４実施形態では、図１３に示すように、噴射開口部１１ＤがＶ字状の溝６８に形成され、互いに対になる噴射開口部１１Ｄ同士の間が空間となっている。第３実施形態では、噴流衝突後の拡散条件によっては、噴射直前の溝６７Ｃ内の隔壁によって拡散が阻害される可能性がある。これに対して、本第４実施形態に係るカートリッジ６Ｄでは、先端部６１の先端にＶ字状の溝６８が形成されることにより、噴射直前の溝６７Ｄ内の隔壁が無くなり、噴流同士の衝突後の拡散の阻害が抑制される。つまり、本第４実施形態によれば、第３実施形態に比べて、より広範囲に液体を拡散させることができる。

【0068】

以上、第１～第４実施形態に係る圧縮機では、ケーシングとカートリッジの外表面とを組み合わせることで、噴射する液体同士を衝突させることが可能な１対以上の噴射流路が形成される。このため、一つのスクリューロータに対して設けられる一つのカートリッジの加工内容や長手方向（スクリューロータ２，３の軸方向）の長さを変化させるだけで、作動空間Ｃ内の冷却性を高め、圧縮空気の冷却に用いる液体の流量を容易に変化させることができる。

【0069】

＜その他の実施形態＞
なお、本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、様々な変形例が含まれる。上述した実施形態は本発明を分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。

【0070】

なお、上述した実施形態においては、ツインロータ型の液冷式スクリュー圧縮機を例に説明したが、本発明は、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適用することもできる。また、圧縮機により圧縮する気体は、空気に限定されることもない。

【符号の説明】

【0071】

１…ケーシング、２…駆動ロータ（スクリューロータ）、３…従動ロータ（スクリューロータ）、５…長孔、６，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ…カートリッジ、６ｔ，６Ｂｔ，６Ｄｔ…頂部（先端）、７…給液経路、８…ボア（格納室）、９…導入路、１０…連通路、１０ａ…傾斜面部、１０ｂ…第１流路壁、１０ｃ…段差部、１１，１１Ｃ，１１Ｄ…噴射開口部、１２…給液貯留空間、１３…噴射流路（液膜噴射流路）、１３Ｂ…噴射流路（噴流噴射流路）、１３Ｃ…噴射流路（噴流噴射流路）、６１…先端部、６２…幅広面部、６３，６３Ｂ，６３Ｃ…テーパ面部、６３ａ…軸方向端部、６４…幅狭面部、６５…溝（凹部）、６５ａ…底面（テーパ面）、６６…貫通孔、６７，６７Ｂ，６７Ｃ，６７Ｄ…溝、６８…溝、６９…基端部、１００…圧縮機（液冷式スクリュー圧縮機）、Ｃ…作動空間（作動室）、θ…衝突角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】