JP2002155879A

JP2002155879A - オイルフリースクリュー圧縮機

Info

Publication number: JP2002155879A
Application number: JP2000360701A
Authority: JP
Inventors: Kenji Dosono; 健次堂薗; Hitoshi Nishimura; 仁西村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-11-22
Filing date: 2000-11-22
Publication date: 2002-05-31
Also published as: US6551082B2; US20030059326A1

Abstract

(57)【要約】【課題】オイルフリースクリュー圧縮機において、異物
混入等による信頼性の低下を防止する。【解決手段】オイルフリースクリュー圧縮機は、低圧段
圧縮機本体１と高圧段圧縮機本体２を有している。電動
機１７の動力は、歯車８ａ、８ｂを介してオイルポンプ
８に伝達される。オイルポンプが始動すると、歯車ケー
シング３１の下部に設けた油溜り部９に溜まった潤滑油
は、オイルストレーナ１０からオイルポンプを経て一部
がオイルクーラ６へ、残りはオイルクーラをバイパスし
て合流部１１へ導かれる。オイルクーラに導かれた潤滑
油の一部はオイルクーラから合流部に導かれる。合流部
で潤滑油の油温を適正にした後、オイルフリー圧縮機の
潤滑部に潤滑油を導く。オイルクーラの能力一杯まで冷
却された潤滑油は、異なる配管２１経路から圧縮機本体
のオイルジャケット１ｂ、２ｂに導かれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、オイルフリースク
リュー圧縮機に関し、特に低圧段圧縮機本体と高圧段圧
縮機圧縮機本体を備えたパッケージ型オイルフリースク
リュー圧縮機に好適である。

【０００２】

【従来の技術】オイルフリースクリュー圧縮機は、作動
ガスが圧縮されて発生する熱を作動ガスの流路内で冷却
する手段を有しておらず、雌雄ロータが収容されたケー
シングが発熱する。そのため、ケーシングの外周に空冷
フィンを設けたり、冷却ジャケットを設けたりしてケー
シングが異常に高温になるのを防止している。ケーシン
グの外周に冷却ジャケットを設け、この冷却ジャケット
に工業用水やクーラントを導くことが、特開平１１−２
２６８８号公報や特開平１１−３３６６８４号公報に記
載されている。また、特開平１−１１６２９７号公報に
は冷却水を不要とするために、冷却ジャケットに歯車や
軸受を潤滑する潤滑油を導いて、ケーシングを冷却する
ことが記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のオイルフリ
ー圧縮機においては、例えば空冷フィンを設けるもので
は十分な放熱面積を確保するためにフィンの数が多くな
ったり、ケーシングの表面積を増大させることが必要と
なり、ケーシングが大型化する不具合がある。また、特
開平１１−２２６８８号公報に記載のように水冷ジャケ
ットを設ける場合には、工業用水等が容易に得られる場
所では比較的簡単な手段で効率よくケーシングを冷却で
きるという利点は有するが、必ずしも工業用水が容易に
得られないときには不適である。このような工業用水が
得られない場所には、特開平１１−３３６６８４号公報
に記載のようにクーラントを用いて冷却するが、クーラ
ントという特殊な溶液を用意しなければならないことや
ケーシングを冷却して温度上昇したクーラントを冷却す
るための冷却手段を必要とするので、装置が複雑化する
という不具合を生じる。

【０００４】これに対して、特開平１−１１６２９７号
公報に記載の潤滑油でケーシングを冷却するものにおい
ては、圧縮機が必ず必要とする潤滑油を冷却にも用いる
だけであり、装置の複雑化を招かず、また工業用水の使
えないところでも容易に圧縮機本体を冷却できるという
利点を有している。しかしながら、潤滑油を圧縮機本体
の冷却ジャケットに導く場合には、圧縮機本体を冷却す
る潤滑油の油温が低ければ低いほど冷却効率が向上する
のに対し、潤滑油として軸受やギヤを潤滑するときに
は、その温度は適切な給油温度である約５５℃に保持す
るのが好ましい。この２つの温度を同一のオイルクーラ
で実現することは困難であるから、オイルクーラを２つ
設けるか、または低温側である冷却ジャケットに供給す
る温度まで冷却するかしている。

【０００５】後者の場合、軸受およびギヤに給油する油
は必要以上に冷却されて潤滑の損失が増す上に、オイル
クーラが大きくなるのは避けられない。その結果、パッ
ケージ型オイルフリー圧縮機を小型化する上の隘路にな
っていた。また、圧縮機本体内やギヤケーシング内に、
これらのケーシングを製造する過程で混入した鋳砂等が
残存すると、潤滑油が循環して軸受やギヤへこの鋳砂が
導かれて軸受やギヤを損傷する恐れもある。

【０００６】本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなさ
れたものであり、その目的は、信頼性の高いオイルフリ
ースクリュー圧縮機を実現することにある。本発明の他
の目的は、簡単な構造で、オイルフリースクリュー圧縮
機の圧縮機本体を冷却することにある。また、小型で低
コストのパッケージ型オイルフリースクリュー圧縮機を
実現することも目的とする。そして、本発明はこれらの
目的の少なくともいずれかを達成するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の第１の特徴は、低圧段圧縮機本体と高圧段圧縮機本
体とを備えたオイルフリースクリュー圧縮機において、
低圧段圧縮機本体と高圧段圧縮機本体とにこれら両圧縮
機本体を油冷する冷却ジャケットを設け、この冷却ジャ
ケットに潤滑油を導く第１の経路と、両圧縮機本体が有
する軸受またはタイミングギアの少なくとも何れかに潤
滑油を導く第２の経路と、これら第１の経路及び第２の
経路を流通した潤滑油を収容する油溜り部とを形成し、
第１の経路を流通した潤滑油は第２の経路を経ることな
く油溜り部に導かれるようにしたものである。

【０００８】そしてこの特徴において、好ましくは、第
２の経路を流通した潤滑油は、第１の経路を経ることな
く油溜り部に導かれるようにした；潤滑油を冷却するオ
イルクーラを設け、このオイルクーラで潤滑油を異なる
２種類の温度まで冷却し、低温側の潤滑油を第１の経路
に導き、高温側の潤滑油を第２の経路に導くようにし
た；オイルクーラ内の潤滑油の流通路の途中に分岐部を
設け、この分岐部から潤滑油を取り出すことにより高温
側の潤滑油を発生させるものである。

【０００９】上記目的を達成する本発明の第２の特徴
は、オイルフリースクリュー圧縮機が、外周部に冷却ジ
ャケットが形成された圧縮機本体と、この圧縮機本体を
駆動する電動機と、この電動機の回転速度を変速して圧
縮機本体に伝える歯車を収容し下部に油溜り部が形成さ
れた歯車ケーシングと、この油溜り部に溜まった潤滑油
を冷却ジャケットに送るためのオイルポンプと、オイル
ポンプから吐出された潤滑油を冷却するオイルクーラと
を備え、オイルクーラを流通する潤滑油の流路の途中か
ら分岐して圧縮機本体が備えるタイミングギヤまたは軸
受の少なくともいずれかを潤滑するための潤滑用配管を
設けたものである。

【００１０】そしてこの特徴において、歯車ケーシング
内の歯車を潤滑するための配管を前記潤滑用配管から分
岐して設ける；オイルクーラが温度の異なる２種の潤滑
油を発生可能である；オイルクーラで発生したより低温
の潤滑油を冷却ジャケットに供給する；冷却ジャケット
を冷却した潤滑油を直接油溜り部に戻す配管を設けた；
オイルクーラを空冷する空冷ファンを備えた；オイルポ
ンプをオイルクーラの上流側に設けた；潤滑用配管の途
中に濾過装置を設けた；オイルポンプから吐出された潤
滑油の一部をオイルクーラを経ないで歯車ケーシングに
導く戻し配管を設け、この戻し配管内を流通する潤滑油
とオイルクーラの途中から分岐した分岐路を流通する潤
滑油とを合流させる合流部を設けるようにするのが望ま
しい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１に
基づいて説明する。この図１に示したのは、低圧段圧縮
機本体と高圧段圧縮機本体とを有する２段のパッケージ
型オイルフリー圧縮機１００の系統図である。低圧段圧
縮機本体１は、一対の雄ロータと雌ロータとを冷却ジャ
ケット１ｂが外周部に設けられたケーシング１ｃに保持
されている。雌雄各ロータの回転軸の一端部には、タイ
ミングギアが取り付けられている。一方のロータのタイ
ミングギアが取り付けられた軸端とは反対側の軸端に
は、ピニオン３１ａが取り付けられている。この低圧段
圧縮機本体１の吸い込み側には、パッケージ型オイルフ
リー圧縮機１００の筐体１０１に設けた吸込み口１０２
から吸込まれた周囲空気を低圧段圧縮機本体１に導く入
口流路１ｄと、低圧段圧縮機本体１に吸込まれる周囲空
気量を制御する吸込み絞り弁３とが配置されている。

【００１２】低圧段圧縮機本体１の吐出側は配管１ｆの
一端に接続されており、この配管１ｆの他端はインター
クーラ４に接続されている。インタークーラ４は配管１
ｇに接続されており、この配管１ｇの一方端は高圧段圧
縮機２の吸込み側に接続されている。なお、配管１ｇの
途中にはデミスタ１ｈが設けられている。高圧段圧縮機
２も低圧段圧縮機１同様に、雌雄一対のロータが冷却ジ
ャケット２ｂが外周部に形成されたケーシング２ｃに保
持されている。雌雄各ロータの一方の軸端部にはそれぞ
れタイミングギアが取り付けられており、一方のロータ
のタイミングギアが取り付けられた側とは反対の軸端に
は、ピニオン３１ｃが取り付けられている。

【００１３】高圧段圧縮機本体２のロータに取り付けら
れたピニオン３１ｃと、低圧段圧縮機本体１のロータに
取り付けられたピニオン３１ａとは、電動機１７の回転
軸にカップリング接続された回転軸３１ｄに取り付けた
ブルギア３１ｂに噛み合っている。回転軸３１ｄの電動
機１７との接続側とは反対端には、歯車８ａが取り付け
られており、この歯車８ａはオイルポンプ８の軸端に取
り付けた歯車８ｂと噛み合っている。ピニオン３１ａ、
３１ｃ及びブルギア３１ｂは、歯車ケーシング３１内に
収容されている。

【００１４】高圧段圧縮機本体２の吐出側は配管２ｆに
接続されており、この配管２ｆの途中には逆止弁２ｇが
設けられている。配管２ｆの一端はアフタークーラ５に
接続されており、アフタークーラ５で冷却された圧縮空
気は、配管２ｈを経て利用側へ供給される。このように
空気配管系を構成した本実施例によるパッケージ型オイ
ルフリー圧縮機１００の動作を以下に説明する。

【００１５】電動機１７が起動されると、周囲空気が吸
込み口１０２から入口流路１ｄに導かれ、吸込み絞り弁
３で流量調整された後、低圧段圧縮機本体１で約０．１
８ＭＰａまで昇圧されるとともに、約１６０℃まで温度
上昇する。この圧力と温度が上昇した圧縮空気は、配管
１ｆを経てインタークーラ４に導かれ、インタークーラ
４の前面（図では下側）に配置された冷却ファン１ｆか
ら送風された冷却空気と熱交換して周囲温度より１８℃
高い温度程度まで低下する。

【００１６】インタークーラ４で冷却された圧縮空気
は、配管１ｇの途中に設けたデミスタ１ｈで水分を分離
された後、高圧段圧縮機本体２に導かれる。そして高圧
段圧縮機本体２において０．６９ＭＰａまで圧力上昇す
るとともに、２００℃程度の高温になる。この高温高圧
の圧縮空気は、配管２ｆを経てアフタークーラ５、イン
タークーラ４及び後述するオイルクーラの背面側（図で
は上側）に導かれて予冷された後、アフタークーラ５で
このアフタークーラ５の前面側に設けられた冷却ファン
４ｆから送風された冷却空気と熱交換して温度低下す
る。アフタークーラ５で周囲温度より１５℃程度高い温
度まで冷却された高圧空気は、配管２ｈから利用側へ供
給される。なお、高圧段圧縮機本体２から吐出される圧
縮空気の圧力が設定圧力を超えたときには、アフターク
ーラ５で冷却された圧縮空気の一部が安全弁５ｂから放
風される。この空気の流れを図１に、白抜きの大矢印で
示す。

【００１７】吸込み絞り弁３の背面側には、配管２ｆの
途中から分岐した配管２ｋを介して圧縮空気が導かれ
る。高圧段圧縮機本体２の無負荷運転時や部分負荷運転
時には、放風サイレンサ３bから放風される。なお、吸
込み絞り弁３の作動用に図示しない配管から圧縮空気が
吸込み絞り弁３に導かれ、無負荷運転時や負荷運転時に
吸込み絞り弁３の空気流路を絞る。

【００１８】次に、このように構成した２段のオイルフ
リースクリュー圧縮機の潤滑系統を詳述する。電動機１
７が起動されるとオイルポンプ８が始動し、歯車ケーシ
ング３１の下部に形成された油溜り部９に貯溜された潤
滑油はオイルストレーナ１０でごみ等を除去された後、
配管９ｂからオイルポンプ８に送られる。オイルポンプ
８で約０．１５MPaまで昇圧された潤滑油の一部は、配
管９cから分岐した配管１５からオイルクーラ６に導か
れる。そして、オイルクーラ６で、オイルクーラ６の前
面側（図では下側）に配置された冷却ファン６ｂから送
風された冷却空気と熱交換する。配管９cを流通した潤
滑油の残りは、オイルクーラ６をバイパスする配管９ｅ
に導かれる。オイルクーラ６に導かれた潤滑油は、使用
目的に応じて２種の温度レベルに冷却される。

【００１９】第１の温度レベルは、軸受や歯車部を潤滑
する潤滑油温度である。低圧段圧縮機本体１や高圧段圧
縮機本体２が備える雌雄各ロータを支持する軸受やタイ
ミングギア、及びピニオン３１ａ、３１ｂやブルギア３
１ｃを潤滑するときには、潤滑に適した温度に潤滑油恩
を設定するのは上述したとおりである。そこで、オイル
クーラ６の途中から配管１６を用いて取り出した潤滑油
と、オイルクーラ６をバイパスして配管１４に導いた潤
滑油とを合流部１１で合流させ、それぞれの流量を調整
することにより、適温、例えば５５℃に調整する。つま
り、合流部１１に流入する潤滑油の中で、オイルポンプ
８から流入する潤滑油温度が所定温度より高いときには
その流路を絞り、オイルクーラ６へ流れる油量を増す。
一方、オイルポンプ８から流入する潤滑油温度が所定温
度より低いときにはその流路を拡大し、オイルクーラ６
へ流れる流量を低減する。この結果、軸受部およびギヤ
部へ給油する潤滑油は潤滑に適する温度に調整される。
この潤滑油はオイルフィルタ１２で不純物等が取り除か
れ清浄になってから、配管２３から分岐した配管１２ｂ
により歯車ケーシング３１内のピニオン３１ａ、３１ｃ
およびブルギア３１ｂに導かれる。また、配管１２ｂか
ら分岐した配管１２ｃが更に分岐しており、分岐した一
方の配管１２ｅから低圧段圧縮機本体１のタイミングギ
アと軸受に、分岐した他方の配管１２ｄから高圧段圧縮
機本体２のタイミングギアと軸受に温度調節された清浄
な潤滑油が導かれる。低圧段圧縮機本体１及び高圧段圧
縮機本体２を潤滑した潤滑油は、図示しない戻り配管に
より歯車ケーシング３１内の油溜り部９に戻される。図
１では、この潤滑油の系統を小さい矢印で示す。

【００２０】一方、オイルクーラ６でオイルクーラ６の
能力一杯冷却された潤滑油は、配管２１の途中に設けた
制御弁２１ｂにより流量調整された後、高圧段圧縮機本
体２の冷却ジャケット２ｂに導く配管２１ｃと、低圧段
圧縮機本体１の冷却ジャケット１ｂに導く配管２１ｄと
を別れて流れる。低圧段圧縮機本体１を冷却した潤滑油
は配管２２ｃ内を、高圧段圧縮機本体２を冷却した潤滑
油は配管２２ｂ内をそれぞれ流通し、戻り配管２２に合
流して、これも歯車ケーシング３１の下部に設けた油溜
り部９に戻される。この冷却用の潤滑油の系統を図１で
は、白抜きの小矢印で示す。

【００２１】このように構成した本実施例によれば、圧
縮機本体１、２の冷却にも潤滑油を用いているので、ク
ーラントや冷却水が不要となり、冷却のための構造が簡
単になる。そして、圧縮機本体１、２の冷却と、オイル
フリー圧縮機１００の潤滑部品の潤滑とに異なる温度の
潤滑油を供給できるようにしたので、潤滑部に供給され
る潤滑油の油温を必要以上に低下させることがなく、ま
た、圧縮機本体の冷却不足が生じることがないので、適
正な大きさのオイルクーラを用いることが出来、オイル
クーラや伝熱面積の小型化や減少が可能になる。その結
果、オイルフリースクリュー圧縮機を低コストで実現で
きる。さらに、圧縮機本体のジャケット１ｂ、２ｂに流
通させる冷却用の潤滑油と軸受およびギヤに給油する潤
滑油を異なる温度とし、この異なる２つの温度の潤滑油
を合流させて歯車ケーシング下部に設けた油溜り部に導
いているので、潤滑油温度が低下し歯車ケーシングの表
面からの放熱を低減できる。また、圧縮機本体１、２の
冷却と、オイルフリー圧縮機１００の潤滑部品の潤滑と
を別系統にしたので、鋳物で制作する圧縮機本体のケー
シングや歯車ケーシングを制作する途中で混入した鋳物
砂等の混入物が精密部品である歯車や軸受等の潤滑部に
流れ込むことを防止できるので、潤滑部の異物による損
傷を防止でき、信頼性を向上できる。

【００２２】なお、本実施例では二段オイルフリースク
リュー圧縮機を例に取り説明したが、本発明はこれに限
るものではなく、同様の効果が期待される範囲で他の空
冷式オイルフリースクリュー圧縮機にも適用できる。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたように、圧縮機本体の冷却と
オイルフリー圧縮機の潤滑とにともに潤滑油を用い、こ
れらを系統及び温度の異なる２つの循環系統内を循環す
るように構成したので、信頼性の高いオイルフリー圧縮
機を実現できる。また、クーラントや冷却水を不要とし
たので、簡単な構造で、オイルフリースクリュー圧縮機
の圧縮機本体を冷却できる。さらにまた、オイルクーラ
を小型化したり、クーラントクーラを不要としたので、
小型で低コストのパッケージ型オイルフリースクリュー
圧縮機を実現できる。なお、本発明では、以上述べた効
果の少なくともいずれかを達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る空冷式二段オイルフリースクリュ
ー圧縮機の一実施例の系統図。

【符号の説明】

１・・・低圧段圧縮機本体、１ｂ・・・冷却ジャケット、１ｃ
・・・ケーシング、１ｆ、１ｇ・・・配管、２・・・高圧段圧縮
機本体、２ｂ・・・冷却ジャケット、２ｃ・・・ケーシング、
２ｆ、２ｈ、２ｋ・・・配管、３・・・吸込み絞り弁、４・・・
インタークーラ、４ｆ・・・冷却ファン、５・・・アフターク
ーラ、６・・・オイルクーラ、６ｂ・・・冷却ファン、８・・・
オイルポンプ、９・・・油溜り部、９ｂ、９ｃ・・・配管、１
０・・・オイルストレーナ、１１・・・合流部、１２・・・オイ
ルフィルタ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ・・・配管、１４・・・
配管、１５・・・配管、１６・・・配管、１７・・・電動機、２
１、２１ｃ、２１ｄ・・・配管、２２、２２ｂ、２２ｃ・・・
配管、２３・・・配管、３１・・・歯車ケーシング、３１ａ、
３１ｃ・・・ピニオン、３１ｂ・・・ブルギア、１００・・・オ
イルフリー圧縮機、１０１・・・筐体。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】低圧段圧縮機本体と高圧段圧縮機本体とを
備えたオイルフリースクリュー圧縮機において、前記低
圧段圧縮機本体と高圧段圧縮機本体とにこれら両圧縮機
本体を油冷する冷却ジャケットを設け、この冷却ジャケ
ットに潤滑油を導く第１の経路と、前記両圧縮機本体が
有する軸受またはタイミングギアの少なくとも何れかに
潤滑油を導く第２の経路と、これら第１の経路及び第２
の経路を流通した潤滑油を収容する油溜り部とを形成
し、前記第１の経路を流通した潤滑油は前記第２の経路
を経ることなく前記油溜り部に導かれるようにしたこと
を特徴とするオイルフリースクリュー圧縮機。
【請求項２】前記第２の経路を流通した潤滑油は、前記
第１の経路を経ることなく前記油溜り部に導かれるよう
にしたことを特徴とする請求項１に記載のオイルフリー
スクリュー圧縮機。
【請求項３】潤滑油を冷却するオイルクーラを設け、こ
のオイルクーラで潤滑油を異なる２種類の温度まで冷却
し、低温側の潤滑油を前記第１の経路に導き、高温側の
潤滑油を前記第２の経路に導くようにしたことを特徴と
する請求項１または２に記載のオイルフリースクリュー
圧縮機。
【請求項４】前記オイルクーラ内の潤滑油の流通路の途
中に分岐部を設け、この分岐部から潤滑油を取り出すこ
とにより高温側の潤滑油を発生させることを特徴とする
請求項３に記載のオイルフリースクリュー圧縮機。
【請求項５】外周部に冷却ジャケットが形成された圧縮
機本体と、この圧縮機本体を駆動する電動機と、この電
動機の回転速度を変速して前記圧縮機本体に伝える歯車
を収容し下部油溜り部が形成された歯車ケーシングと、
この油溜り部に溜まった潤滑油を前記冷却ジャケットに
送るためのオイルポンプと、オイルポンプから吐出され
た潤滑油を冷却するオイルクーラとを備え、前記オイル
クーラを流通する潤滑油の流路の途中から分岐して前記
圧縮機本体が備えるタイミングギヤまたは軸受の少なく
ともいずれかを潤滑するための潤滑用配管を設けたこと
を特徴とするオイルフリースクリュー圧縮機。
【請求項６】前記歯車ケーシング内の歯車を潤滑するた
めの配管を前記潤滑用配管から分岐して設けたことを特
徴とする請求項５に記載のオイルフリースクリュー圧縮
機。
【請求項７】前記オイルクーラが温度の異なる２種の潤
滑油を発生可能であることを特徴とする請求項５または
６に記載のオイルフリースクリュー圧縮機。
【請求項８】前記オイルクーラで発生したより低温の潤
滑油を前記冷却ジャケットに供給することを特徴とする
請求項７に記載のオイルフリースクリュー圧縮機。
【請求項９】前記冷却ジャケットを冷却した潤滑油を直
接油溜り部に戻す配管を設けたことを特徴とする請求項
５ないし８のいずれか１項に記載のオイルフリースクリ
ュー圧縮機。
【請求項１０】前記オイルクーラを空冷する空冷ファン
を備えたことを特徴とする請求項５ないし８のいずれか
１項に記載のオイルフリースクリュー圧縮機。
【請求項１１】前記オイルポンプを前記オイルクーラの
上流側に設けたことを特徴とする請求項５に記載のオイ
ルフリースクリュー圧縮機。
【請求項１２】前記潤滑用配管の途中に濾過装置を設け
たことを特徴とする請求項５に記載のオイルフリースク
リュー圧縮機
【請求項１３】前記オイルポンプから吐出された潤滑油
の一部をオイルクーラを経ないで前記歯車ケーシングに
導く戻し配管を設け、この戻し配管内を流通する潤滑油
と前記オイルクーラの途中から分岐した分岐路を流通す
る潤滑油とを合流させる合流部を設けたことを特徴とす
る請求項５に記載のオイルフリースクリュー圧縮機。