JP4038646B2 - 回転速度可変形オイルフリースクリュー圧縮機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回転速度可変形オイルフリースクリュー圧縮機に係り、特に、低圧段圧縮機本体と高圧段圧縮機本体を有する回転速度可変形オイルフリースクリュー圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の回転速度可変形オイルフリースクリュー圧縮機は、例えば特開平10-82391号公報に記載のように、低圧段スクリュー圧縮部（以下、低圧段圧縮機本体という）と高圧段スクリュー圧縮部（以下、高圧段圧縮機本体という）とを直列に連結し、この2つの圧縮機本体にクーラを接続していた。そして、低圧段圧縮機本体と高圧段圧縮機本体にそれぞれモータを連結し、このモータをインバータで可変速駆動していた。このように構成した回転速度可変形スクリュー圧縮機では、低流量になると低圧段圧縮機本体と高圧段圧縮機本体とも低回転になり、内部漏れ量を無視できなくなるので、出口配管に放風弁を接続し、低圧段圧縮機本体と高圧段圧縮機本体を最低回転で運転しながら、放風制御していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
低圧段と高圧段の２段の圧縮機本体を直列に結合して構成された回転速度可変形のオイルフリースクリュー圧縮機では、低圧段圧縮機本体出側と高圧段圧縮機本体入り側とをインタークーラを介して接続し、高圧段側圧縮機本体出側とアフタークーラとを逆止弁を介して接続している。そして低圧段圧縮機本体出側とインタークーラを接続する配管の途中から大気へ圧縮空気を放気する低圧段放気手段と、高圧段側圧縮機本体と逆止弁を接続する配管から大気へ圧縮空気を放気する高圧段放気手段が設けられている。
【０００４】
ここで、無負荷運転時の圧縮機回転速度と低圧段および高圧段圧縮機本体１、２において直接放気した場合の吐出圧力の変化の一例を図３に示す。オイルフリースクリュー圧縮機の消費動力を考えた場合、回転速度を低下させた方が消費動力が小さくなり、無負荷運転時、つまり放気運転時は、消費動力の面からは可能な限り回転速度は下げたほうがよい。しかし、図３に示すように、無負荷運転時すなわち放気運転時は、低圧段圧縮機本体１および高圧段圧縮機本体２の吐出空気をそのまま放気すると、回転速度の低下とともに低圧段および高圧段圧縮機本体１、２の放気圧力は低下し、高圧段圧縮機本体２における吸込圧力と吐出圧力の差圧が低下する。ある回転数で差圧は０になるが、さらに回転数を低下させると、低圧段圧縮機本体１の吐出圧力すなわち高圧段圧縮機本体２の吸込み圧力よりも高圧段圧縮機本体２の吐出圧力が低くなるという現象が生ずる。このため、高圧段圧縮機本体２内において発生するアキシャル方向（吐出側から吸込み側へ向かう方向）の荷重が、回転数の低下とともに小さくなり、ついには逆転する。
【０００５】
つまり、無負荷運転における回転速度は低ければ低いほど圧縮空気量を減少させ、かつ放気時の圧力を低下させることができ、消費動力はその回転速度の低下分小さくすることができるが、回転速度を低下させていくことによる放気圧力の低下は、高圧段圧縮機本体における吸込圧力と吐出圧力の差圧の低下または逆転を招き、圧縮機本体内においてロータを吸込み側に押す方向の荷重が小さくなるかまたは逆転することになる。
【０００６】
圧縮機本体においては、図４に示すように、ロータ吐出側端面４０とケーシング吐出側端面４１の間には、圧縮空気の内部漏れを極力抑えるため、微少なギャップを設定してあり、負荷運転および無負荷運転時に発生するアキシャル方向の荷重は、そのギャップが設定値よりも大きくなる方向、すなわちロータを吸込み側に押す方向に加わっている。しかし、上記アキシャル方向の荷重が小さくなるかまたは逆転すると、吐出端面側のギャップが設定値よりも小さくなり、ロータ端面とケーシング吐出端面の固渋（摺動あるいは断続的な接触）により圧縮機の故障に至る恐れがある。これは低圧段圧縮機本体にも言え、ある程度の吐出圧力は低圧段および高圧段圧縮機本体において確保する必要がある。
【０００７】
また、圧縮機本体は各々圧力比（圧縮比）が設定されているが、低圧段放気手段から大気へ圧縮空気を放気する時期が高圧段放気手段から大気へ圧縮空気を放気する時期よりも早くなると、前者の圧力が先に低下することになり、高圧段圧縮機本体の圧力比が、設定されている圧力比を超える場合が生ずる。このような場合、圧縮された空気の温度が上昇し、熱膨張によりロータ同志またはロータとケーシングが固渋に至る恐れがある。
【０００８】
一方、上記無負荷運転を行う場合、低圧段放気手段と高圧段放気手段それぞれから大気へ圧縮空気を放気するため、それぞれにサイレンサを設けなければならず、部品点数の増加は避けられない。
【０００９】
本発明の目的は、前記固渋の惧れのない回転速度可変形のオイルフリースクリュー圧縮機を実現することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
固渋の惧れをなくするには、放気の段階において、高圧段圧縮機本体の圧力比が、高圧段圧縮機本体に設定している圧力比を超えることがないようにするか、もしくは高圧段圧縮機本体の圧力比が高圧段圧縮機本体に設定している圧力比を超えている時間がロータの計画以上の熱膨張を来すことのない短時間となるようにする必要がある。また、無負荷運転時、すなわち放気運転時に、圧縮機本体の吐出側の圧力が、吸込み側の圧力を下回ることのないようにする必要がある。
【００１１】
その手段として、発明者等は、低圧段放気手段から大気へ圧縮空気の放気を開始するタイミングと高圧段放気手段から大気へ圧縮空気の放気を開始するタイミングを制御する方法、低圧段放気手段から大気へ圧縮空気を放気するときの圧力降下と、高圧段放気手段から大気へ圧縮空気を放気するときの圧力降下量を制御する方法を検討して本発明に至った。
【００１２】
すなわち、上記目的を達成するための本発明の第１の手段は、空気を圧縮する低圧段圧縮機本体と、この低圧段圧縮機本体で圧縮された空気を更に圧縮する高圧段圧縮機本体とを備えてなり、前記低圧段圧縮機本体と高圧段圧縮機本体の回転速度を変化させて容量制御を行なう回転速度可変形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で圧縮された空気を前記高圧段圧縮機本体に導く管路の途中に設けられて該管路の空気を大気に放気する低圧段放気手段と、前記高圧段圧縮機本体で圧縮された空気を逆止弁に導く管路の途中に設けられて該管路の空気を大気に放気する高圧段放気手段と、放気運転時の高圧段放気圧力を低圧段放気圧力よりも高く設定する放気圧力設定手段と、を設けたことを特徴とする。
【００１３】
放気圧力設定手段としては、前記高圧段放気手段もしくは前記高圧段放気手段と低圧段放気手段に接続されて放気される空気の流路を制限する絞り手段を設けることができる。絞り手段としては、オリフィスまたは配管径を小さくしオリフィスの効果を得られる配管を設け、前記高圧段放気手段の放気圧力が低圧段放気手段の放気圧力よりも高くなるようにする。
【００１４】
この構成により、放気運転時にもロータ吐出側端面をケーシング吐出側端面から引き離す方向の力が維持され、ロータ吐出側端面とケーシング吐出側端面の固渋が回避される。また、これにより消費動力の調節をすることもできる。
【００１５】
上記目的を達成するための本発明の第２の手段は、雌雄一対のロータで空気を圧縮する低圧段圧縮機本体と、同じく雌雄一対のロータで前記低圧段圧縮機本体で圧縮された空気を更に圧縮する高圧段圧縮機本体とを備えてなり、前記低圧段圧縮機本体と高圧段圧縮機本体の回転速度を変化させて容量制御を行なう回転速度可変形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で圧縮された空気を前記高圧段圧縮機本体に導く管路の途中に設けられて該管路の空気を大気に放気する低圧段放気手段と、前記高圧段圧縮機本体で圧縮された空気を逆止弁に導く管路の途中に設けられて該管路の空気を大気に放気する高圧段放気手段と、前記高圧段放気手段と低圧段放気手段の放気のタイミングを制御する制御手段と、を設けたことを特徴とする。
【００１６】
前記制御手段は、前記高圧段放気手段からの放気を、低圧段放気手段からの放気と同時もしくは低圧段放気手段からの放気よりも早く開始するものとしてもよいし、低圧段放気手段からの放気を開始してから高圧段放気手段からの放気を開始するまでの時間を所定時間以下となるように放気のタイミングを制御するよう構成され、前記所定時間は、前記低圧段放気手段からの放気が前記高圧段放気手段からの放気に先行することによる前記高圧段圧縮機本体の圧力比の上昇に伴なう前記ロータの熱膨張量が、通常運転時のロータの熱膨張量を超えることのない時間に設定されているものとしてもよい。
【００１７】
このように構成することにより、放気時に、高圧段圧縮機本体の圧力比が計画された圧力比以上に上昇して圧縮空気の温度上昇を招き、ロータの異常な熱膨張が生ずるのを防ぐことが可能になる。
【００１８】
上記目的を達成するための本発明の第３の手段は、前記高圧段放気手段の出側と前記低圧段放気手段の出側が合流された後、一系統にて放気されるよう各放気手段下流側の配管系が構成されていることを特徴とする。このように構成することにより、必要な放気サイレンサの数が少なくなり、放気系統の部品数を減少させる効果がある。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る回転速度可変形オイルフリースクリュー圧縮機の構成を示す図であり、図２は図１に示された回転速度可変形オイルフリースクリュー圧縮機の吐出空気量と回転周波数の関係を説明するグラフである。吐出空気量と回転周波数は、いずれも定格値を１００％とした比率で示してある。
【００２０】
図１に示す回転速度可変形オイルフリースクリュー圧縮機１００は、筐体４０と、この筐体４０に内装された低圧段圧縮機本体１と高圧段圧縮機本体２とを有している。低圧段圧縮機本体１は、雌雄一対のロータを、外周部に冷却ジャケットが形成されたケーシング内に保持している。そして、前記雌雄一対のロータは、各ロータの軸端部に取付けられたタイミングギヤが噛合うことにより同期回転するように構成されている。一方のロータのタイミングギヤ取付け端とは反対側の回転軸１Ａ端部には、ピニオンギヤ６が取付けられている。同様に、高圧段圧縮機本体２は、雌雄一対のロータを、外周部に冷却ジャケットが形成されたケーシング内に保持している。そして、この雌雄一対のロータは、各ロータの軸端部に取付けられたタイミングギヤが噛合うことにより同期回転するように構成されている。一方のロータのタイミングギヤ取付け端とは反対側の回転軸２Ａ端部には、ピニオンギヤ７が取付けられている。
【００２１】
２個のピニオンギア６、７は、同じく筐体４０に内装されたモータ４の回転軸４Ａにカップリング接続されたブル軸に取付けたブルギヤ５と噛合っている。モータ４は、インバータ８により駆動される可変速形のモータである。なお、ピニオンギヤ６、７及びブルギヤ５はギヤケーシング３に収容されている。ギヤケーシングの下部は各圧縮機本体１、２の軸受やブルギヤ５、ピニオン６、７を潤滑する潤滑油の油溜りになっている。
【００２２】
筐体４０内部には外気を取り入れるための空気取り入れ口４０Ａが角筒状に形成され、この空気取り入れ口４０Ａ内部に、周囲空気を濾過して低圧段圧縮機本体１に供給するためのフィルタ１４が取付けられている。このフィルタ１４の下流側には、吸込み口１４Ａが形成され、この吸込み口１４Ａが低圧段圧縮機本体１の吸込み流路に接続されている。
【００２３】
低圧段圧縮機本体１の吐出側は空気配管９でインタークーラ１０の空気入り側と接続され、インタークーラ１０の空気出側は、高圧段圧縮機本体２の吸込み側に、空気配管９Ａで接続されている。高圧段圧縮機本体２の吐出側は空気配管１１で逆止弁１２を介してアフタークーラ１３の空気入口に接続されている。アフタークーラ１３の空気出口には、アフタークーラ１３で冷却された圧縮空気を利用側に供給する吐出空気配管２３が接続されている。
【００２４】
低圧段圧縮機本体１とインタークーラ１０を接続する空気配管９の途中からは、低圧段放気配管２０が分岐している。そして、この低圧段放気配管２０には、放気圧力設定手段を構成するオリフィス３０および低圧段放気手段である低圧段放気二方弁２１が順に接続され、低圧段放気二方弁２１の出側は放気サイレンサ５０を介して筐体４０内で大気開放されている。同様に、高圧段圧縮機本体２の吐出側と逆止弁１２を接続する空気配管１１の途中から、高圧段放気配管１５が分岐している。この高圧段放気配管１５には、放気圧力設定手段を構成するオリフィス３１および高圧段放気手段である高圧段放気二方弁１６が設けられ、高圧段放気二方弁１６の出側は放気サイレンサ５０を介して筐体４０内で大気開放されてている。低圧段放気二方弁２１及び高圧段放気二方弁１６は、いずれも、電磁弁である。なお、オリフィスに代えて、オリフィスの効果を得られる内径の小さい配管３０、３１をそれぞれ装着してもよい。
【００２５】
前記インタークーラ１０、低圧段圧縮機本体１の冷却ジャケット、高圧段圧縮機本体2の冷却ジャケット及びアフタークーラ１３を順に冷却する冷却水配管が設けられている。
【００２６】
前記吐出空気配管２３の途中には、吐出空気配管２３内の圧縮空気の圧力を計測して電気信号として出力する圧力検出器１７が取付けられ、圧力検出器１７の出力側には、同じく筐体４０に内装された制御手段である制御装置１８が接続されている。制御装置１８の出力側は、電磁弁である低圧段放気二方弁２１、高圧段放気二方弁１６及びインバータ８に接続されている。制御装置１８は、圧力検出器１７の信号を入力として、低圧段放気二方弁２１及び高圧段放気二方弁１６を開閉制御するとともに、圧力検出器１７の信号を入力として、インバータ８に回転数を指示する信号を出力する。
【００２７】
上述のように、図示の回転速度可変形オイルフリースクリュー圧縮機１００は、筐体４０に圧縮機本体やインタークーラ１０、アフタークーラ１３、モータ４、制御装置１８、放気サイレンサ５０などを内装してなるパッケージ型となっている。
【００２８】
このように構成した本実施の形態の動作を以下に説明する。モータ４が運転されると、モータ４の回転力がブルギヤ５およびピニオンギヤ６、７を介して低圧段圧縮機本体１および高圧段圧縮機本体２に伝達される。これにより、低圧段圧縮機本体１および高圧段圧縮機本体２が備える各々一対のロータが同期回転し、まず、低圧段圧縮機本体１が作動気体である空気、つまりフィルタ１４を経て吸込み口１４Ａから吸込まれた周囲空気を圧縮する。
【００２９】
低圧段圧縮機本体１で圧縮された空気は、圧力が上昇するとともに温度上昇する。この高温の圧縮空気は空気配管９を経てインタークーラ１０に導かれ、インタークーラ１０で冷却される。インタークーラ１０で冷却された圧縮空気は、空気配管９Ａを経て高圧段圧縮機本体２に導かれ、さらに圧縮されて所定の吐出圧力まで昇圧されるとともに温度上昇する。温度上昇した圧縮空気は、空気配管１１、逆止弁１２を経てアフタークーラ１３に導かれ、アフタークーラ１３で冷却された後、吐出空気配管２３から利用側に供給される。
【００３０】
利用側の消費空気量が減少すると、圧力検出器１７で検出される吐出圧力が上昇する。圧力検出器１７で検出された吐出圧力は、制御装置１８に入力される。入力される吐出圧力が上昇すると、制御装置１８はモータ４の回転速度を低下させる指令信号を、インバータ８に出力する。モータ４の回転速度が低下すると、低圧段圧縮機本体１および高圧段圧縮機本体２が備えるロータの回転速度が低下し、オイルフリースクリュー圧縮機１００の吐出空気量が低下する。
【００３１】
つまり、消費空気量が減少して、オイルフリースクリュー圧縮機から吐出される空気量が仕様吐出空気量の１００％〜約５０％でよいときには、制御装置１８は吐出圧力を一定にするため、モータ４の回転数を図２の運転範囲Ｄに示すように吐出空気量比に比例して制御する。本実施の形態においては、圧縮機の容量制御における最低回転周波数比は５０％である。これに対して、吐出空気量が仕様吐出空気量の約５０％以下でよいときには、制御装置１８は放気減圧運転を指令する。具体的には、圧縮機回転数が設定下限回転数の状態で、圧力検出器１７が検出した吐出圧力が制御装置１８に予め設定された設定上限圧力を超えていれば、制御装置１８は設定下限回転数を維持するようにインバータ８に指令するとともに、低圧段放気二方弁２１と高圧段放気二方弁１６に開指令信号を出力する。低圧段放気二方弁２１と高圧段放気二方弁１６が開くと、低圧段圧縮機本体１と高圧段圧縮機本体２で圧縮された圧縮空気は、インタークーラ１０およびアフタークーラ１３に導かれることなく大気開放される。
【００３２】
本実施の形態では、前記低圧段放気配管２０の下流端をオリフィス３０を介して低圧段放気二方弁２１に接続し、さらに、前記高圧段放気配管１５の下流端をオリフィス３１を介して高圧段放気二方弁１６に接続してある。それは以下の理由による。
【００３３】
利用側の圧縮空気消費量が減少し、利用側へ圧縮空気を供給する必要がなくなった無負荷運転時には、制御装置１８は、低圧段圧縮機本体１および高圧段圧縮機本体２の回転速度が設定下限値になるようにインバータ８に指令するとともに低圧段放気二方弁２１および高圧段放気二方弁１６に開指令を出力し、低圧段圧縮機本体１で圧縮された圧縮空気の一部と、高圧段圧縮機本体２で圧縮された圧縮空気を筐体４０内で大気に開放する。先に述べたように、無負荷運転時の圧縮機回転速度は圧縮機の消費動力を考えた場合、低下させた方が消費動力が小さくなり、消費動力の面からは可能な限り回転速度は下げたほうがよい。しかし、図３に示すように、低圧段圧縮機本体１および高圧段圧縮機本体２の吐出空気をそのまま放気すると、回転速度の低下とともに低圧段および高圧段圧縮機本体１、２の放気圧力は低下し、高圧段圧縮機本体２における吸込圧力と吐出圧力の差圧が低下または逆転することになり、低圧段および高圧段圧縮機本体１、２内において発生するアキシャル方向の荷重が小さくまたは逆転する。
【００３４】
図４に示すように、ロータ端面４０とケーシング吐出端面４１の間は、圧縮空気の内部漏れを極力抑えるため、微少なギャップを設定してある。そして負荷運転および無負荷運転時には、ロータ吸込み側の圧力と吐出側の圧力の差圧により発生するアキシャル方向の荷重により、ロータが前記ギャップは設定値よりも大きくなる方向に動くようにしている。しかし、上記差圧が低下または逆転すると吐出端面側のギャップが設定値よりも小さくなり、ロータ端面４０とケーシング吐出端面４１の固渋により圧縮機の故障に至る恐れがある。本実施の形態では、オリフィス３１を高圧段放気二方弁１６の上流側に設けて、放気時の高圧段圧縮機本体２の吐出側の空気配管１１の圧力を低圧段圧縮機本体１の吐出側の空気配管９、９Ａの圧力よりも大きくし、ロータに加わる荷重のアキシャル方向を前記ギャップが設定値より大きくなる方向に維持している。この結果、無負荷運転時のロータ端面とケーシング端面の固渋を回避することが可能になった。なお、負荷運転および無負荷運転時の圧縮空気の消費量は、吐出空気配管２３中に設けた圧力検出器１７が検出した圧力に基づいて求めている。
【００３５】
また、低圧段放気二方弁２１の上流側に設けられたオリフィス３０は、低圧段圧縮機本体１のロータについて、吐出圧力と吸込み圧力の差圧を調整するために設けたものであり、十分な差圧が得られる場合には、省略してもよい。
【００３６】
また、本実施の形態では、高圧段圧縮機本体２の吐出側にこの高圧段圧縮機本体２から吐出される高圧空気の圧力を検出する圧力検出器１７と、この圧力検出器１７が検出した吐出圧力信号を入力として、高圧段放気二方弁１６および低圧段放気二方弁２１の開閉タイミングを制御する制御信号を出力する制御装置１８を設けている。それは以下の理由による。
【００３７】
消費空気量がほぼゼロの無負荷運転に切り換わるときに、低圧段放気二方弁２１の開タイミングを、高圧段放気二方弁１６の開タイミングと同時または遅らせるように制御するためである。圧縮機本体には各々圧力比（吐出圧力／吸込み圧力）が設定されている。しかし、低圧段圧縮機本体１と高圧段圧縮機本体２とを接続する配管の途中であってインタークーラ１０の上流側から大気へ圧縮空気を放気する低圧段放気二方弁２１の開タイミングが、高圧段側圧縮機本体２とアフタークーラ１３とを接続する空気配管の途中であって逆止弁の上流側から大気へ圧縮空気を放気する高圧段放気二方弁１６の開タイミングよりも早くなると、低圧段圧縮機本体１と高圧段圧縮機本体２とを接続する空気配管９、９Ａの圧力が、高圧段側圧縮機本体２とアフタークーラ１３とを接続する空気配管１１の圧力よりも先に低下することになる。
【００３８】
この場合、実際に高圧段圧縮機本体２に生ずる圧力比が設定されている圧力比を超えることになり、吐出空気温度が上昇し、ロータ同志またはロータとケーシングが固渋に至る恐れがある。このような状態を避けるために、制御装置１８は、低圧段放気二方弁２１の開タイミングを、高圧段放気二方弁１６の開タイミングと同時または遅らせるように制御する。低圧段放気二方弁２１が、高圧段放気二方弁１６の開タイミングと同時または遅れて開くことにより、高圧段圧縮機本体２に生ずる圧力比が、設定された圧力比を超えることはなくなり、したがって高圧段圧縮機本体２から吐出される圧縮空気の温度が計画された温度を超えて上昇することもなくなる。すなわち、ロータの熱膨張が大きくなってロータ端面とケーシング端面の固渋が生ずることもなくなる。
【００３９】
なお、低圧段放気二方弁２１が、高圧段放気二方弁１６よりも先に開いても、高圧段放気二方弁１６が開けば、一旦上昇した吐出空気の温度はまた低下する。したがって、低圧段放気二方弁２１が開いてから高圧段放気二方弁１６が開くまでの時間が、圧力比の増加による吐出空気の温度上昇に起因するロータの熱膨張が無視できる程度の時間であれば、低圧段放気二方弁２１を、高圧段放気二方弁１６よりも先に開いても、ロータ端面とケーシング端面の固渋が生ずる惧れはなく、制御装置１８でそのように制御してもかまわない。
【００４０】
本発明の他の実施の形態を、図５を用いて説明する。図５は、本実施の形態に係る回転速度可変形オイルフリースクリュー圧縮機の全体構成図である。本実施の形態が図１に示した実施の形態と異なる点は、低圧段放気二方弁２１の出側配管（放気サイレンサ５０の上流側）に、高圧段放気二方弁１６の出側を接続し、放気サイレンサ５０を１個とした点である。つまり、本実施の形態では、高圧段放気二方弁１６から放気される空気と低圧段放気二方弁２１から放気される空気を一つに合流させ、１個の放気サイレンサから大気へ放出する構成になっている。
【００４１】
このように構成した本実施の形態では、利用側へ圧縮空気を供給しない無負荷運転時には、制御装置１８は、モータ４の回転速度が設定下限回転速度となるようにインバータ８に指令する。さらに、制御装置１８は、低圧段放気二方弁２１と高圧段放気二方弁１６に同時もしくは高圧段放気二方弁１６が早く開くように開指示する。この無負荷運転時の圧縮空気は、低圧段圧縮機本体１とインタークーラ１０を接続する空気配管９、低圧段放気配管２０、オリフィス３０、低圧段放気二方弁２１を通る系統と、高圧段圧縮機本体２とアフタークーラ１３とを接続する空気配管１１の途中であって逆止弁１２の上流側から分岐した空気配管１５、オリフィス３１、高圧段放気二方弁１６を通る系統と、が合流したのち、放気サイレンサ５０を経て放気される。これにより放気サイレンサ５０を１個とすることができ、放気配管系統の簡素化が図れるとともに、騒音減少の面でも有利となる。
【００４２】
本実施の形態によれば、前記図１に示す実施の形態の効果に加え、部品数を減少させ、騒音減少の面でも有利となる効果が得られる。
【００４３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、回転速度可変形オイルフリースクリュー圧縮機において、ロータとケーシング吐出端側面の固渋の惧れを低減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る回転速度可変形オイルフリースクリュー圧縮機の構成を示す断面図である。
【図２】図１に示した回転速度可変形オイルフリースクリュー圧縮機の回転周波数比と吐出空気量比の関係を説明するグラフである。
【図３】低圧段圧縮機本体および高圧段圧縮機本体を備えた回転速度可変形オイルフリースクリュー圧縮機の無負荷時に、低圧段圧縮機本体の吐出空気の一部および高圧段圧縮機本体の吐出空気を直接放気した場合の吐出圧力特性の一例を説明する概念図である。
【図４】オイルフリースクリュー圧縮機における高圧段圧縮機本体の吐出端面側拡大図である。
【図５】本発明の他の実施の形態に係る回転速度可変形オイルフリースクリュー圧縮機の構成を示す断面図である
【符号の説明】
１ 低圧段圧縮機本体
２ 高圧段圧縮機本体
４ モータ
８ インバータ
９、９Ａ 空気配管
１０ インタークーラ
１１ 空気配管
１２ 逆止弁
１３ アフタークーラ
１５ 高圧段放気配管
１６ 高圧段放気二方弁
１７ 圧力検出器
１８ 制御装置
２０ 低圧段放気配管
２１ 低圧段放気二方弁
３０、３１ オリフィス
４０ 筐体
１００ 回転速度可変形オイルフリースクリュー圧縮機
【発明の属する技術分野】
本発明は回転速度可変形オイルフリースクリュー圧縮機に係り、特に、低圧段圧縮機本体と高圧段圧縮機本体を有する回転速度可変形オイルフリースクリュー圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の回転速度可変形オイルフリースクリュー圧縮機は、例えば特開平10-82391号公報に記載のように、低圧段スクリュー圧縮部（以下、低圧段圧縮機本体という）と高圧段スクリュー圧縮部（以下、高圧段圧縮機本体という）とを直列に連結し、この2つの圧縮機本体にクーラを接続していた。そして、低圧段圧縮機本体と高圧段圧縮機本体にそれぞれモータを連結し、このモータをインバータで可変速駆動していた。このように構成した回転速度可変形スクリュー圧縮機では、低流量になると低圧段圧縮機本体と高圧段圧縮機本体とも低回転になり、内部漏れ量を無視できなくなるので、出口配管に放風弁を接続し、低圧段圧縮機本体と高圧段圧縮機本体を最低回転で運転しながら、放風制御していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
低圧段と高圧段の２段の圧縮機本体を直列に結合して構成された回転速度可変形のオイルフリースクリュー圧縮機では、低圧段圧縮機本体出側と高圧段圧縮機本体入り側とをインタークーラを介して接続し、高圧段側圧縮機本体出側とアフタークーラとを逆止弁を介して接続している。そして低圧段圧縮機本体出側とインタークーラを接続する配管の途中から大気へ圧縮空気を放気する低圧段放気手段と、高圧段側圧縮機本体と逆止弁を接続する配管から大気へ圧縮空気を放気する高圧段放気手段が設けられている。
【０００４】
ここで、無負荷運転時の圧縮機回転速度と低圧段および高圧段圧縮機本体１、２において直接放気した場合の吐出圧力の変化の一例を図３に示す。オイルフリースクリュー圧縮機の消費動力を考えた場合、回転速度を低下させた方が消費動力が小さくなり、無負荷運転時、つまり放気運転時は、消費動力の面からは可能な限り回転速度は下げたほうがよい。しかし、図３に示すように、無負荷運転時すなわち放気運転時は、低圧段圧縮機本体１および高圧段圧縮機本体２の吐出空気をそのまま放気すると、回転速度の低下とともに低圧段および高圧段圧縮機本体１、２の放気圧力は低下し、高圧段圧縮機本体２における吸込圧力と吐出圧力の差圧が低下する。ある回転数で差圧は０になるが、さらに回転数を低下させると、低圧段圧縮機本体１の吐出圧力すなわち高圧段圧縮機本体２の吸込み圧力よりも高圧段圧縮機本体２の吐出圧力が低くなるという現象が生ずる。このため、高圧段圧縮機本体２内において発生するアキシャル方向（吐出側から吸込み側へ向かう方向）の荷重が、回転数の低下とともに小さくなり、ついには逆転する。
【０００５】
つまり、無負荷運転における回転速度は低ければ低いほど圧縮空気量を減少させ、かつ放気時の圧力を低下させることができ、消費動力はその回転速度の低下分小さくすることができるが、回転速度を低下させていくことによる放気圧力の低下は、高圧段圧縮機本体における吸込圧力と吐出圧力の差圧の低下または逆転を招き、圧縮機本体内においてロータを吸込み側に押す方向の荷重が小さくなるかまたは逆転することになる。
【０００６】
圧縮機本体においては、図４に示すように、ロータ吐出側端面４０とケーシング吐出側端面４１の間には、圧縮空気の内部漏れを極力抑えるため、微少なギャップを設定してあり、負荷運転および無負荷運転時に発生するアキシャル方向の荷重は、そのギャップが設定値よりも大きくなる方向、すなわちロータを吸込み側に押す方向に加わっている。しかし、上記アキシャル方向の荷重が小さくなるかまたは逆転すると、吐出端面側のギャップが設定値よりも小さくなり、ロータ端面とケーシング吐出端面の固渋（摺動あるいは断続的な接触）により圧縮機の故障に至る恐れがある。これは低圧段圧縮機本体にも言え、ある程度の吐出圧力は低圧段および高圧段圧縮機本体において確保する必要がある。
【０００７】
また、圧縮機本体は各々圧力比（圧縮比）が設定されているが、低圧段放気手段から大気へ圧縮空気を放気する時期が高圧段放気手段から大気へ圧縮空気を放気する時期よりも早くなると、前者の圧力が先に低下することになり、高圧段圧縮機本体の圧力比が、設定されている圧力比を超える場合が生ずる。このような場合、圧縮された空気の温度が上昇し、熱膨張によりロータ同志またはロータとケーシングが固渋に至る恐れがある。
【０００８】
一方、上記無負荷運転を行う場合、低圧段放気手段と高圧段放気手段それぞれから大気へ圧縮空気を放気するため、それぞれにサイレンサを設けなければならず、部品点数の増加は避けられない。
【０００９】
本発明の目的は、前記固渋の惧れのない回転速度可変形のオイルフリースクリュー圧縮機を実現することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
固渋の惧れをなくするには、放気の段階において、高圧段圧縮機本体の圧力比が、高圧段圧縮機本体に設定している圧力比を超えることがないようにするか、もしくは高圧段圧縮機本体の圧力比が高圧段圧縮機本体に設定している圧力比を超えている時間がロータの計画以上の熱膨張を来すことのない短時間となるようにする必要がある。また、無負荷運転時、すなわち放気運転時に、圧縮機本体の吐出側の圧力が、吸込み側の圧力を下回ることのないようにする必要がある。
【００１１】
その手段として、発明者等は、低圧段放気手段から大気へ圧縮空気の放気を開始するタイミングと高圧段放気手段から大気へ圧縮空気の放気を開始するタイミングを制御する方法、低圧段放気手段から大気へ圧縮空気を放気するときの圧力降下と、高圧段放気手段から大気へ圧縮空気を放気するときの圧力降下量を制御する方法を検討して本発明に至った。
【００１２】
すなわち、上記目的を達成するための本発明の第１の手段は、空気を圧縮する低圧段圧縮機本体と、この低圧段圧縮機本体で圧縮された空気を更に圧縮する高圧段圧縮機本体とを備えてなり、前記低圧段圧縮機本体と高圧段圧縮機本体の回転速度を変化させて容量制御を行なう回転速度可変形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で圧縮された空気を前記高圧段圧縮機本体に導く管路の途中に設けられて該管路の空気を大気に放気する低圧段放気手段と、前記高圧段圧縮機本体で圧縮された空気を逆止弁に導く管路の途中に設けられて該管路の空気を大気に放気する高圧段放気手段と、放気運転時の高圧段放気圧力を低圧段放気圧力よりも高く設定する放気圧力設定手段と、を設けたことを特徴とする。
【００１３】
放気圧力設定手段としては、前記高圧段放気手段もしくは前記高圧段放気手段と低圧段放気手段に接続されて放気される空気の流路を制限する絞り手段を設けることができる。絞り手段としては、オリフィスまたは配管径を小さくしオリフィスの効果を得られる配管を設け、前記高圧段放気手段の放気圧力が低圧段放気手段の放気圧力よりも高くなるようにする。
【００１４】
この構成により、放気運転時にもロータ吐出側端面をケーシング吐出側端面から引き離す方向の力が維持され、ロータ吐出側端面とケーシング吐出側端面の固渋が回避される。また、これにより消費動力の調節をすることもできる。
【００１５】
上記目的を達成するための本発明の第２の手段は、雌雄一対のロータで空気を圧縮する低圧段圧縮機本体と、同じく雌雄一対のロータで前記低圧段圧縮機本体で圧縮された空気を更に圧縮する高圧段圧縮機本体とを備えてなり、前記低圧段圧縮機本体と高圧段圧縮機本体の回転速度を変化させて容量制御を行なう回転速度可変形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で圧縮された空気を前記高圧段圧縮機本体に導く管路の途中に設けられて該管路の空気を大気に放気する低圧段放気手段と、前記高圧段圧縮機本体で圧縮された空気を逆止弁に導く管路の途中に設けられて該管路の空気を大気に放気する高圧段放気手段と、前記高圧段放気手段と低圧段放気手段の放気のタイミングを制御する制御手段と、を設けたことを特徴とする。
【００１６】
前記制御手段は、前記高圧段放気手段からの放気を、低圧段放気手段からの放気と同時もしくは低圧段放気手段からの放気よりも早く開始するものとしてもよいし、低圧段放気手段からの放気を開始してから高圧段放気手段からの放気を開始するまでの時間を所定時間以下となるように放気のタイミングを制御するよう構成され、前記所定時間は、前記低圧段放気手段からの放気が前記高圧段放気手段からの放気に先行することによる前記高圧段圧縮機本体の圧力比の上昇に伴なう前記ロータの熱膨張量が、通常運転時のロータの熱膨張量を超えることのない時間に設定されているものとしてもよい。
【００１７】
このように構成することにより、放気時に、高圧段圧縮機本体の圧力比が計画された圧力比以上に上昇して圧縮空気の温度上昇を招き、ロータの異常な熱膨張が生ずるのを防ぐことが可能になる。
【００１８】
上記目的を達成するための本発明の第３の手段は、前記高圧段放気手段の出側と前記低圧段放気手段の出側が合流された後、一系統にて放気されるよう各放気手段下流側の配管系が構成されていることを特徴とする。このように構成することにより、必要な放気サイレンサの数が少なくなり、放気系統の部品数を減少させる効果がある。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る回転速度可変形オイルフリースクリュー圧縮機の構成を示す図であり、図２は図１に示された回転速度可変形オイルフリースクリュー圧縮機の吐出空気量と回転周波数の関係を説明するグラフである。吐出空気量と回転周波数は、いずれも定格値を１００％とした比率で示してある。
【００２０】
図１に示す回転速度可変形オイルフリースクリュー圧縮機１００は、筐体４０と、この筐体４０に内装された低圧段圧縮機本体１と高圧段圧縮機本体２とを有している。低圧段圧縮機本体１は、雌雄一対のロータを、外周部に冷却ジャケットが形成されたケーシング内に保持している。そして、前記雌雄一対のロータは、各ロータの軸端部に取付けられたタイミングギヤが噛合うことにより同期回転するように構成されている。一方のロータのタイミングギヤ取付け端とは反対側の回転軸１Ａ端部には、ピニオンギヤ６が取付けられている。同様に、高圧段圧縮機本体２は、雌雄一対のロータを、外周部に冷却ジャケットが形成されたケーシング内に保持している。そして、この雌雄一対のロータは、各ロータの軸端部に取付けられたタイミングギヤが噛合うことにより同期回転するように構成されている。一方のロータのタイミングギヤ取付け端とは反対側の回転軸２Ａ端部には、ピニオンギヤ７が取付けられている。
【００２１】
２個のピニオンギア６、７は、同じく筐体４０に内装されたモータ４の回転軸４Ａにカップリング接続されたブル軸に取付けたブルギヤ５と噛合っている。モータ４は、インバータ８により駆動される可変速形のモータである。なお、ピニオンギヤ６、７及びブルギヤ５はギヤケーシング３に収容されている。ギヤケーシングの下部は各圧縮機本体１、２の軸受やブルギヤ５、ピニオン６、７を潤滑する潤滑油の油溜りになっている。
【００２２】
筐体４０内部には外気を取り入れるための空気取り入れ口４０Ａが角筒状に形成され、この空気取り入れ口４０Ａ内部に、周囲空気を濾過して低圧段圧縮機本体１に供給するためのフィルタ１４が取付けられている。このフィルタ１４の下流側には、吸込み口１４Ａが形成され、この吸込み口１４Ａが低圧段圧縮機本体１の吸込み流路に接続されている。
【００２３】
低圧段圧縮機本体１の吐出側は空気配管９でインタークーラ１０の空気入り側と接続され、インタークーラ１０の空気出側は、高圧段圧縮機本体２の吸込み側に、空気配管９Ａで接続されている。高圧段圧縮機本体２の吐出側は空気配管１１で逆止弁１２を介してアフタークーラ１３の空気入口に接続されている。アフタークーラ１３の空気出口には、アフタークーラ１３で冷却された圧縮空気を利用側に供給する吐出空気配管２３が接続されている。
【００２４】
低圧段圧縮機本体１とインタークーラ１０を接続する空気配管９の途中からは、低圧段放気配管２０が分岐している。そして、この低圧段放気配管２０には、放気圧力設定手段を構成するオリフィス３０および低圧段放気手段である低圧段放気二方弁２１が順に接続され、低圧段放気二方弁２１の出側は放気サイレンサ５０を介して筐体４０内で大気開放されている。同様に、高圧段圧縮機本体２の吐出側と逆止弁１２を接続する空気配管１１の途中から、高圧段放気配管１５が分岐している。この高圧段放気配管１５には、放気圧力設定手段を構成するオリフィス３１および高圧段放気手段である高圧段放気二方弁１６が設けられ、高圧段放気二方弁１６の出側は放気サイレンサ５０を介して筐体４０内で大気開放されてている。低圧段放気二方弁２１及び高圧段放気二方弁１６は、いずれも、電磁弁である。なお、オリフィスに代えて、オリフィスの効果を得られる内径の小さい配管３０、３１をそれぞれ装着してもよい。
【００２５】
前記インタークーラ１０、低圧段圧縮機本体１の冷却ジャケット、高圧段圧縮機本体2の冷却ジャケット及びアフタークーラ１３を順に冷却する冷却水配管が設けられている。
【００２６】
前記吐出空気配管２３の途中には、吐出空気配管２３内の圧縮空気の圧力を計測して電気信号として出力する圧力検出器１７が取付けられ、圧力検出器１７の出力側には、同じく筐体４０に内装された制御手段である制御装置１８が接続されている。制御装置１８の出力側は、電磁弁である低圧段放気二方弁２１、高圧段放気二方弁１６及びインバータ８に接続されている。制御装置１８は、圧力検出器１７の信号を入力として、低圧段放気二方弁２１及び高圧段放気二方弁１６を開閉制御するとともに、圧力検出器１７の信号を入力として、インバータ８に回転数を指示する信号を出力する。
【００２７】
上述のように、図示の回転速度可変形オイルフリースクリュー圧縮機１００は、筐体４０に圧縮機本体やインタークーラ１０、アフタークーラ１３、モータ４、制御装置１８、放気サイレンサ５０などを内装してなるパッケージ型となっている。
【００２８】
このように構成した本実施の形態の動作を以下に説明する。モータ４が運転されると、モータ４の回転力がブルギヤ５およびピニオンギヤ６、７を介して低圧段圧縮機本体１および高圧段圧縮機本体２に伝達される。これにより、低圧段圧縮機本体１および高圧段圧縮機本体２が備える各々一対のロータが同期回転し、まず、低圧段圧縮機本体１が作動気体である空気、つまりフィルタ１４を経て吸込み口１４Ａから吸込まれた周囲空気を圧縮する。
【００２９】
低圧段圧縮機本体１で圧縮された空気は、圧力が上昇するとともに温度上昇する。この高温の圧縮空気は空気配管９を経てインタークーラ１０に導かれ、インタークーラ１０で冷却される。インタークーラ１０で冷却された圧縮空気は、空気配管９Ａを経て高圧段圧縮機本体２に導かれ、さらに圧縮されて所定の吐出圧力まで昇圧されるとともに温度上昇する。温度上昇した圧縮空気は、空気配管１１、逆止弁１２を経てアフタークーラ１３に導かれ、アフタークーラ１３で冷却された後、吐出空気配管２３から利用側に供給される。
【００３０】
利用側の消費空気量が減少すると、圧力検出器１７で検出される吐出圧力が上昇する。圧力検出器１７で検出された吐出圧力は、制御装置１８に入力される。入力される吐出圧力が上昇すると、制御装置１８はモータ４の回転速度を低下させる指令信号を、インバータ８に出力する。モータ４の回転速度が低下すると、低圧段圧縮機本体１および高圧段圧縮機本体２が備えるロータの回転速度が低下し、オイルフリースクリュー圧縮機１００の吐出空気量が低下する。
【００３１】
つまり、消費空気量が減少して、オイルフリースクリュー圧縮機から吐出される空気量が仕様吐出空気量の１００％〜約５０％でよいときには、制御装置１８は吐出圧力を一定にするため、モータ４の回転数を図２の運転範囲Ｄに示すように吐出空気量比に比例して制御する。本実施の形態においては、圧縮機の容量制御における最低回転周波数比は５０％である。これに対して、吐出空気量が仕様吐出空気量の約５０％以下でよいときには、制御装置１８は放気減圧運転を指令する。具体的には、圧縮機回転数が設定下限回転数の状態で、圧力検出器１７が検出した吐出圧力が制御装置１８に予め設定された設定上限圧力を超えていれば、制御装置１８は設定下限回転数を維持するようにインバータ８に指令するとともに、低圧段放気二方弁２１と高圧段放気二方弁１６に開指令信号を出力する。低圧段放気二方弁２１と高圧段放気二方弁１６が開くと、低圧段圧縮機本体１と高圧段圧縮機本体２で圧縮された圧縮空気は、インタークーラ１０およびアフタークーラ１３に導かれることなく大気開放される。
【００３２】
本実施の形態では、前記低圧段放気配管２０の下流端をオリフィス３０を介して低圧段放気二方弁２１に接続し、さらに、前記高圧段放気配管１５の下流端をオリフィス３１を介して高圧段放気二方弁１６に接続してある。それは以下の理由による。
【００３３】
利用側の圧縮空気消費量が減少し、利用側へ圧縮空気を供給する必要がなくなった無負荷運転時には、制御装置１８は、低圧段圧縮機本体１および高圧段圧縮機本体２の回転速度が設定下限値になるようにインバータ８に指令するとともに低圧段放気二方弁２１および高圧段放気二方弁１６に開指令を出力し、低圧段圧縮機本体１で圧縮された圧縮空気の一部と、高圧段圧縮機本体２で圧縮された圧縮空気を筐体４０内で大気に開放する。先に述べたように、無負荷運転時の圧縮機回転速度は圧縮機の消費動力を考えた場合、低下させた方が消費動力が小さくなり、消費動力の面からは可能な限り回転速度は下げたほうがよい。しかし、図３に示すように、低圧段圧縮機本体１および高圧段圧縮機本体２の吐出空気をそのまま放気すると、回転速度の低下とともに低圧段および高圧段圧縮機本体１、２の放気圧力は低下し、高圧段圧縮機本体２における吸込圧力と吐出圧力の差圧が低下または逆転することになり、低圧段および高圧段圧縮機本体１、２内において発生するアキシャル方向の荷重が小さくまたは逆転する。
【００３４】
図４に示すように、ロータ端面４０とケーシング吐出端面４１の間は、圧縮空気の内部漏れを極力抑えるため、微少なギャップを設定してある。そして負荷運転および無負荷運転時には、ロータ吸込み側の圧力と吐出側の圧力の差圧により発生するアキシャル方向の荷重により、ロータが前記ギャップは設定値よりも大きくなる方向に動くようにしている。しかし、上記差圧が低下または逆転すると吐出端面側のギャップが設定値よりも小さくなり、ロータ端面４０とケーシング吐出端面４１の固渋により圧縮機の故障に至る恐れがある。本実施の形態では、オリフィス３１を高圧段放気二方弁１６の上流側に設けて、放気時の高圧段圧縮機本体２の吐出側の空気配管１１の圧力を低圧段圧縮機本体１の吐出側の空気配管９、９Ａの圧力よりも大きくし、ロータに加わる荷重のアキシャル方向を前記ギャップが設定値より大きくなる方向に維持している。この結果、無負荷運転時のロータ端面とケーシング端面の固渋を回避することが可能になった。なお、負荷運転および無負荷運転時の圧縮空気の消費量は、吐出空気配管２３中に設けた圧力検出器１７が検出した圧力に基づいて求めている。
【００３５】
また、低圧段放気二方弁２１の上流側に設けられたオリフィス３０は、低圧段圧縮機本体１のロータについて、吐出圧力と吸込み圧力の差圧を調整するために設けたものであり、十分な差圧が得られる場合には、省略してもよい。
【００３６】
また、本実施の形態では、高圧段圧縮機本体２の吐出側にこの高圧段圧縮機本体２から吐出される高圧空気の圧力を検出する圧力検出器１７と、この圧力検出器１７が検出した吐出圧力信号を入力として、高圧段放気二方弁１６および低圧段放気二方弁２１の開閉タイミングを制御する制御信号を出力する制御装置１８を設けている。それは以下の理由による。
【００３７】
消費空気量がほぼゼロの無負荷運転に切り換わるときに、低圧段放気二方弁２１の開タイミングを、高圧段放気二方弁１６の開タイミングと同時または遅らせるように制御するためである。圧縮機本体には各々圧力比（吐出圧力／吸込み圧力）が設定されている。しかし、低圧段圧縮機本体１と高圧段圧縮機本体２とを接続する配管の途中であってインタークーラ１０の上流側から大気へ圧縮空気を放気する低圧段放気二方弁２１の開タイミングが、高圧段側圧縮機本体２とアフタークーラ１３とを接続する空気配管の途中であって逆止弁の上流側から大気へ圧縮空気を放気する高圧段放気二方弁１６の開タイミングよりも早くなると、低圧段圧縮機本体１と高圧段圧縮機本体２とを接続する空気配管９、９Ａの圧力が、高圧段側圧縮機本体２とアフタークーラ１３とを接続する空気配管１１の圧力よりも先に低下することになる。
【００３８】
この場合、実際に高圧段圧縮機本体２に生ずる圧力比が設定されている圧力比を超えることになり、吐出空気温度が上昇し、ロータ同志またはロータとケーシングが固渋に至る恐れがある。このような状態を避けるために、制御装置１８は、低圧段放気二方弁２１の開タイミングを、高圧段放気二方弁１６の開タイミングと同時または遅らせるように制御する。低圧段放気二方弁２１が、高圧段放気二方弁１６の開タイミングと同時または遅れて開くことにより、高圧段圧縮機本体２に生ずる圧力比が、設定された圧力比を超えることはなくなり、したがって高圧段圧縮機本体２から吐出される圧縮空気の温度が計画された温度を超えて上昇することもなくなる。すなわち、ロータの熱膨張が大きくなってロータ端面とケーシング端面の固渋が生ずることもなくなる。
【００３９】
なお、低圧段放気二方弁２１が、高圧段放気二方弁１６よりも先に開いても、高圧段放気二方弁１６が開けば、一旦上昇した吐出空気の温度はまた低下する。したがって、低圧段放気二方弁２１が開いてから高圧段放気二方弁１６が開くまでの時間が、圧力比の増加による吐出空気の温度上昇に起因するロータの熱膨張が無視できる程度の時間であれば、低圧段放気二方弁２１を、高圧段放気二方弁１６よりも先に開いても、ロータ端面とケーシング端面の固渋が生ずる惧れはなく、制御装置１８でそのように制御してもかまわない。
【００４０】
本発明の他の実施の形態を、図５を用いて説明する。図５は、本実施の形態に係る回転速度可変形オイルフリースクリュー圧縮機の全体構成図である。本実施の形態が図１に示した実施の形態と異なる点は、低圧段放気二方弁２１の出側配管（放気サイレンサ５０の上流側）に、高圧段放気二方弁１６の出側を接続し、放気サイレンサ５０を１個とした点である。つまり、本実施の形態では、高圧段放気二方弁１６から放気される空気と低圧段放気二方弁２１から放気される空気を一つに合流させ、１個の放気サイレンサから大気へ放出する構成になっている。
【００４１】
このように構成した本実施の形態では、利用側へ圧縮空気を供給しない無負荷運転時には、制御装置１８は、モータ４の回転速度が設定下限回転速度となるようにインバータ８に指令する。さらに、制御装置１８は、低圧段放気二方弁２１と高圧段放気二方弁１６に同時もしくは高圧段放気二方弁１６が早く開くように開指示する。この無負荷運転時の圧縮空気は、低圧段圧縮機本体１とインタークーラ１０を接続する空気配管９、低圧段放気配管２０、オリフィス３０、低圧段放気二方弁２１を通る系統と、高圧段圧縮機本体２とアフタークーラ１３とを接続する空気配管１１の途中であって逆止弁１２の上流側から分岐した空気配管１５、オリフィス３１、高圧段放気二方弁１６を通る系統と、が合流したのち、放気サイレンサ５０を経て放気される。これにより放気サイレンサ５０を１個とすることができ、放気配管系統の簡素化が図れるとともに、騒音減少の面でも有利となる。
【００４２】
本実施の形態によれば、前記図１に示す実施の形態の効果に加え、部品数を減少させ、騒音減少の面でも有利となる効果が得られる。
【００４３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、回転速度可変形オイルフリースクリュー圧縮機において、ロータとケーシング吐出端側面の固渋の惧れを低減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る回転速度可変形オイルフリースクリュー圧縮機の構成を示す断面図である。
【図２】図１に示した回転速度可変形オイルフリースクリュー圧縮機の回転周波数比と吐出空気量比の関係を説明するグラフである。
【図３】低圧段圧縮機本体および高圧段圧縮機本体を備えた回転速度可変形オイルフリースクリュー圧縮機の無負荷時に、低圧段圧縮機本体の吐出空気の一部および高圧段圧縮機本体の吐出空気を直接放気した場合の吐出圧力特性の一例を説明する概念図である。
【図４】オイルフリースクリュー圧縮機における高圧段圧縮機本体の吐出端面側拡大図である。
【図５】本発明の他の実施の形態に係る回転速度可変形オイルフリースクリュー圧縮機の構成を示す断面図である
【符号の説明】
１ 低圧段圧縮機本体
２ 高圧段圧縮機本体
４ モータ
８ インバータ
９、９Ａ 空気配管
１０ インタークーラ
１１ 空気配管
１２ 逆止弁
１３ アフタークーラ
１５ 高圧段放気配管
１６ 高圧段放気二方弁
１７ 圧力検出器
１８ 制御装置
２０ 低圧段放気配管
２１ 低圧段放気二方弁
３０、３１ オリフィス
４０ 筐体
１００ 回転速度可変形オイルフリースクリュー圧縮機
Claims (5)
- 空気を圧縮する低圧段圧縮機本体と、この低圧段圧縮機本体で圧縮された空気を更に圧縮する高圧段圧縮機本体とを備えてなり、前記低圧段圧縮機本体と高圧段圧縮機本体の回転速度を変化させて容量制御を行なう回転速度可変形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で圧縮された空気を前記高圧段圧縮機本体に導く管路の途中に設けられて該管路の空気を大気に放気する低圧段放気手段と、前記高圧段圧縮機本体で圧縮された空気を逆止弁に導く管路の途中に設けられて該管路の空気を大気に放気する高圧段放気手段と、放気運転時の高圧段圧縮機の吐出側の配管内の圧力を低圧段圧縮機の吐出側の配管内の圧力よりも高く設定する配管圧力設定手段とを設けたことを特徴とする回転速度可変形オイルフリースクリュー圧縮機。 - 請求項１記載の回転速度可変形オイルフリースクリュー圧縮機において、
前記配管圧力設定手段は、前記高圧段放気手段もしくは前記高圧段放気手段と低圧段放気手段に接続されて放気される空気の流路を制限する絞り手段からなることを特徴とする回転速度可変形オイルフリースクリュー圧縮機。 - 雌雄一対のロータで空気を圧縮する低圧段圧縮機本体と、同じく雌雄一対のロータで前記低圧段圧縮機本体で圧縮された空気を更に圧縮する高圧段圧縮機本体とを備えてなり、前記低圧段圧縮機本体と高圧段圧縮機本体の回転速度を変化させて容量制御を行なう回転速度可変形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で圧縮された空気を前記高圧段圧縮機本体に導く管路の途中に設けられて該管路の空気を大気に放気する低圧段放気手段と、前記高圧段圧縮機本体で圧縮された空気を逆止弁に導く管路の途中に設けられて該管路の空気を大気に放気する高圧段放気手段と、前記高圧段放気手段からの放気を低圧段放気手段からの放気よりも早く開始する制御手段とを設けたことを特徴とする回転速度可変形オイルフリースクリュー圧縮機。 - 雌雄一対のロータで空気を圧縮する低圧段圧縮機本体と、同じく雌雄一対のロータで前記低圧段圧縮機本体で圧縮された空気を更に圧縮する高圧段圧縮機本体とを備えてなり、前記低圧段圧縮機本体と高圧段圧縮機本体の回転速度を変化させて容量制御を行なう回転速度可変形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で圧縮された空気を前記高圧段圧縮機本体に導く管路の途中に設けられて該管路の空気を大気に放気する低圧段放気手段と、前記高圧段圧縮機本体で圧縮された空気を逆止弁に導く管路の途中に設けられて該管路の空気を大気に放気する高圧段放気手段と、前記高圧段放気手段と低圧段放気手段の放気のタイミングを制御する制御手段とを設け、
前記制御手段は、前記低圧段放気手段からの放気を開始してから前記高圧段放気手段からの放気を開始するまでの時間を所定時間以下となるように放気のタイミングを制御するよう構成され、前記所定時間は、前記低圧段放気手段からの放気が前記高圧段放気手段からの放気に先行することによる前記高圧段圧縮機本体の圧力比の上昇に伴なう前記ロータの熱膨張量が、通常運転時のロータの熱膨張量を超えることのない時間に設定されていることを特徴とする回転速度可変形オイルフリースクリュー圧縮機。 - 請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の回転速度可変形オイルフリースクリュー圧縮機において、
前記高圧段放気手段の出側と前記低圧段放気手段の出側が合流された後、一系統にて放気されるよう各放気手段下流側の配管系が構成されていることを特徴とする回転速度可変形オイルフリースクリュー圧縮機。
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