JP5464447B2

JP5464447B2 - 液冷式圧縮機

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Publication number: JP5464447B2
Application number: JP2011014547A
Authority: JP
Inventors: 紘太郎千葉; 正彦高野; 裕治紙屋
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2011-01-26
Filing date: 2011-01-26
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2031-01-26
Also published as: JP2012154261A

Description

本発明は、圧縮機本体の作動室内又は吸入側に液体を供給する液冷式圧縮機に関する。

従来、圧縮機本体の作動室内又は吸入側に液体（詳細には、例えば油又は水等）を供給する液冷式圧縮機（詳細には、例えば油冷式圧縮機又は水冷式圧縮機等）が知られている（例えば特許文献１等参照）。特許文献１に記載の油冷式圧縮機は、空気を圧縮する圧縮機本体と、この圧縮機本体の吐出側に設けられ、圧縮空気に含まれる油を圧縮空気から分離して貯留する分離器と、この分離器で貯留された油を圧縮機本体の作動室内に供給する油供給系統とを備えている。油供給系統には空冷式の冷却器（オイルクーラ）が設けられており、この空冷式の冷却器は、冷却ファンで生起された冷却風により油を冷却するようになっている。

また、特許文献１に記載の油冷式圧縮機においては、冷却器の冷却能力を可変制御するようになっている。詳しく説明すると、圧縮機本体の吐出側に設けられ、圧縮空気の温度（但し、油の温度もほぼ同じ）を検出する温度検出器と、この温度検出器で検出された圧縮空気の温度が予め設定された所定の目標値（詳細には、例えば温度３０℃、相対湿度８０％ＲＨの空気を圧縮する場合を考慮して、露点温度より高くなるように予め設定された目標値）となるように、冷却ファンの回転数（言い換えれば、冷却器の冷却能力）を可変制御する制御装置とを備えている。そして、圧縮空気の温度が所定の目標値となるように制御されることにより、圧縮空気の温度が低下して圧縮空気中の水分が凝縮するのを防止するとともに、圧縮空気の温度が上昇して圧縮機効率が低下するのを抑えるようになっている。また、例えば冷却器の冷却能力を可変制御しない場合と比べて、省エネ効果が得られるようになっている。

特開２００９−８５０４５号公報

しかしながら、上記従来技術には以下のような課題が存在する。

圧縮機本体の吐気温度を所定の目標値とするために必要な冷却量は、圧縮機本体の吸気温度に応じて変動する。具体的に説明すると、例えば、春期や秋期などの常温期であって吸気温度が２０℃前後である場合に必要な冷却量は比較的小さく、夏期などの高温期であって吸気温度が３０℃程度である場合に必要な冷却量は比較的大きくなる。そのため、一般的に、例えば吸気温度が３０℃若しくは４０℃である場合に必要な冷却量を確保するように、冷却器の最大冷却能力が設定されている。そして、常温期であって吸気温度が２０℃前後である場合は、上述した制御装置によって冷却器の冷却能力を低下させることになる。ここで、上記特許文献１に記載の従来技術では、冷却器の冷却能力の変化にかかわらず、圧縮機本体へ供給する油の流量はほぼ一定である。そのため、冷却器の冷却能力を低下させると、圧縮機本体へ供給する油の温度が上昇する。

ところで、同じ冷却量（ここで、冷却量＝（圧縮空気の目標温度−油の供給温度）×油の供給流量）を必要とする場合に、高温・高流量の油を圧縮機本体に供給するよりも、低温・低流量の油を圧縮機本体に供給するほうが好ましい。その理由は、油の温度の低下に伴う粘度の増加によって作動室のシール性を高めつつ、油の流量の減少によって動力損失を抑えるので、圧縮機効率を高めることができるからである。しかし、上記特許文献１に記載の従来技術では、そのような点が考慮されていなかった。

本発明の目的は、簡素かつ安価な構成で圧縮機効率を高めることができる液冷式圧縮機を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、気体を圧縮する圧縮機本体と、前記圧縮機本体の吐出側に設けられ、圧縮気体に含まれる液体を圧縮気体から分離して貯留する分離器と、前記分離器で貯留された液体を前記圧縮機本体の作動室内若しくは吸入側に供給する液体供給系統と、前記液体供給系統に設けられ、液体を冷却する冷却器と、前記圧縮機本体の吐出側に設けられ、圧縮気体の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段で検出された圧縮気体の温度が予め設定された所定の目標値となるように、前記冷却器の冷却能力を可変制御する冷却制御手段とを備えた液冷式圧縮機において、前記液体供給系統における前記冷却器の下流側に設けられたワックス式流量調整弁を備え、前記ワックス式流量調整弁は、前記冷却器の冷却能力が比較的大きくなって前記冷却器から導入した液体の温度が予め設定された第１の設定値以下となる場合に、全開状態となり、前記冷却器の冷却能力が比較的小さくなって前記冷却器から導入した液体の温度が前記第１の設定値を上回ると、その液体温度と前記第１の設定値との差分に応じて開度が小さくなる。

本発明の作用効果を、一つの具体例を用いて説明する。

冷却器は、例えば圧縮機本体の吸気温度が４０℃である場合に吐気温度を所定の目標値（例えば７８℃）とするために必要な冷却量を確保するように、最大冷却能力が設定されているものとする。そのため、吸気温度が４０℃である場合、冷却制御手段は冷却器の冷却能力が最大となるように制御し、冷却器出口側の液体温度が例えば５０℃となる。このとき、ワックス式流量調整弁は、冷却器から導入した液体の温度が第１の設定値（例えば５０℃若しくはこれより若干高い温度）以下であるから、全開状態となる。

そして、圧縮機本体の吸気温度が４０℃未満である場合、冷却制御手段は、吸気温度が４０℃から低下するのに応じて必要な冷却量が減少するので、冷却器の冷却能力を低下させることになる。そのため、冷却器出口側の液体温度が上昇する。このとき、ワックス式流量調整弁は、冷却器から導入した液体温度が第１の設定値から上昇するのに応じて、開度が小さくなる。これにより、冷却器を通過する液体の流量を減少させ、冷却器出口側の液体温度の上昇を抑制することができる。言い換えれば、圧縮機本体へ供給する液体の流量を減少させ、圧縮機本体へ供給する液体の温度を低下させることができる。したがって、上述したワックス式流量調整弁を設けない場合と比べて、低温・低流量の液体を圧縮機本体へ供給することができ、圧縮機効率を高めることができる。

また、本発明においては、ワックス式流量調整弁を設けるので、例えば電磁式流量調整弁等（詳細には、電磁式流量調整弁以外に、冷却器出口側の液体温度を検出する温度検出器や、この温度検出器で検出された液体温度に応じて電磁式流量調整弁の開度を制御する制御装置等）を設ける場合と比べて、簡素かつ安価な構成で実現することができる。したがって、本発明においては、簡素かつ安価な構成で圧縮機効率を高めることができる。

（２）上記目的を達成するために、本発明は、気体を圧縮する圧縮機本体と、前記圧縮機本体の吐出側に設けられ、圧縮気体に含まれる液体を圧縮気体から分離して貯留する分離器と、前記分離器で貯留された液体を前記圧縮機本体の作動室内若しくは吸入側に供給する液体供給系統と、前記液体供給系統に設けられ、液体を冷却する冷却器と、前記圧縮機本体の吐出側に設けられ、圧縮気体の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段で検出された圧縮気体の温度が予め設定された所定の目標値となるように、前記冷却器の冷却能力を可変制御する冷却制御手段とを備えた液冷式圧縮機において、前記液体供給系統における前記冷却器の下流側に設けられ、互いに並列となるように接続された第１のワックス式流量調整弁及び第２のワックス式流量調整弁を備え、前記冷却器は、前記圧縮機本体の吸気温度が比較的高い第１温度となる場合に必要な冷却量に対応して最大冷却能力が設定されており、前記第１のワックス式流量調整弁は、前記冷却器の冷却能力が最大となって前記冷却器から導入した液体の温度が予め設定された第１の設定値以下となる場合に、全開状態となり、前記冷却器の冷却能力が低下して前記冷却器から導入した液体の温度が前記第１の設定値を上回ると、その液体温度と前記第１の設定値との差分に応じて開度が小さくなり、前記第２のワックス式流量調整弁は、前記冷却器から導入した液体の温度が、前記第１の設定値より高くなるように予め設定された第２の設定値以下となる場合に、全閉状態となり、前記圧縮機本体の吸気温度が前記第１の温度よりさらに高い第２温度を超えて前記冷却器から導入した液体の温度が前記第２の設定値を上回ると、その液体温度と前記第２の設定値との差分に応じて開度が大きくなる。

本発明の作用効果を、一つの具体例を用いて説明する。

冷却器は、例えば圧縮機本体の吸気温度が３０℃（第１温度）である場合に吐気温度を所定の目標値（例えば７８℃）とするために必要な冷却量を確保するように、最大冷却能力が設定されているものとする。そのため、吸気温度が３０℃である場合、冷却制御手段は冷却器の冷却能力が最大となるように制御し、冷却器出口側の液体温度が例えば５０℃となる。このとき、第１のワックス式流量調整弁は、冷却器から導入した液体の温度が第１の設定値（５０℃）以下であるから、全開状態となる。

一方、圧縮機本体の吸気温度が３０℃未満である場合、冷却制御手段は、吸気温度が３０℃から低下するのに応じて必要な冷却量が減少するので、冷却器の冷却能力を低下させることになる。そのため、冷却器出口側の液体温度が上昇する。このとき、第１のワックス式流量調整弁は、冷却器から導入した液体温度が第１の設定値から上昇するのに応じて、開度が小さくなる。これにより、冷却器を通過する液体の流量を減少させ、冷却器出口側の液体温度の上昇を抑制することができる。言い換えれば、圧縮機本体へ供給する液体の流量を減少させ、圧縮機本体へ供給する液体の温度を低下させることができる。したがって、上述した第１のワックス式流量調整弁を設けない場合と比べて、低温・低流量の液体を圧縮機本体へ供給することができ、圧縮機効率を高めることができる。したがって、本発明においては、簡素かつ安価な構成で圧縮機効率を高めることができる。

また、上述した通り、冷却器は、圧縮機本体の吸気温度が３０℃（第１温度）である場合に必要な冷却量に対応して最大冷却能力が設定されていることから、例えば圧縮機本体の吸気温度が４０℃である場合に必要な冷却量に対応して最大冷却能力が設定されているものと比べて、小型化やコスト低減を図ることができる。

しかし、圧縮機本体の吸気温度が３０℃を超えた場合は、冷却器の冷却能力が不足することになる。そのため、吸気温度が３０℃から上昇するのに応じて、吐気温度が７８℃（所定の目標値）から上昇する。また、冷却器出口側の液体温度も５０℃から上昇する。このとき、第１のワックス式流量調整弁は、冷却器から導入した液体温度が第１の設定値（５０℃）から上昇するのに応じて開度が小さくなるため、圧縮機本体に供給する液体の流量を減少させる。そのため、第２のワックス式流量調整弁を設けない場合には、冷却量を低下させてしまい、吐気温度の上昇を促すことになる。

そのため、本発明においては、第２のワックス式流量調整弁を設けている。この第２のワックス式流量調整弁は、例えば圧縮機本体の吸気温度が１０℃〜３２℃の範囲内にある場合、冷却器出口側の液体温度が第２の設定値（詳細には、第１の設定値より高くなるように設定されており、例えば５２℃）以下になることから、全閉状態となる。また、圧縮機本体の吸気温度が３２℃（第２温度）から上昇して液体温度が５２℃（第２の設定値）から上昇するのに応じて、開度が大きくなり、例えば吸気温度が３５℃以上になって液体温度が６３℃以上となれば、全開状態となる。すなわち、圧縮機本体の吸気温度が３２℃以上である場合、液体温度が５２℃から上昇するのに応じて第１のワックス式流量調整弁の開度は小さくなるものの、これを補うように第２のワックス式流量調整弁の開度は大きくなる。これにより、圧縮機本体に供給する液体の流量が減少するのを抑制することができ、冷却量が低下するのを抑制することができる。その結果、圧縮機本体の吐気温度の上昇幅を抑えることができる。

（３）上記（１）又は（２）において、好ましくは、前記液体供給系統は、前記冷却器及び前記ワックス式流量調整弁を経由する冷却用流路と、前記冷却器及び前記ワックス式流量調整弁をバイパスするバイパス流路と、前記冷却用流路と前記バイパス流路の上流側分岐点に設けられたワックス式三方弁と有し、前記ワックス式三方弁は、前記分離器から導入した液体の温度が、前記圧縮気体の温度に対する前記所定の目標値より低くなるように予め設定された第３の設定値以上となる場合に、前記冷却用流路側の出口が全開状態、前記バイパス流路側の出口が全閉状態となり、前記分離器から導入した液体の温度が前記第３の設定値より下回ると、その液体温度と前記第３の設定値との差分に応じて前記冷却用流路側の出口の開度が減少しつつ前記バイパス流路側の出口の開度が増加する。

例えば圧縮機本体の吸気温度が１０℃未満まで低下した場合に、冷却制御手段によって冷却器の冷却能力を最小としても過冷却となり、圧縮機本体の吐気温度が所定の目標値より低下することがある。そのため、本発明では、液体供給系統にワックス式三方弁等を設けている。その作用効果を、一つの具体例を用いて説明する。

ワックス式三方弁は、分離器から導入した液体の温度が、例えば圧縮機本体の吐気温度の目標値（例えば７８℃）より低くなるように予め設定された第３の設定値（例えば７１℃）以上である場合に、冷却用流路側の出口が全開状態、バイパス流路側の出口が全閉状態となる。そして、分離器から導入した液体の温度が第３の設定値を下回ると、その液体温度と第３の設定値との差分に応じて冷却用流路側の出口の開度が減少しつつバイパス流路側の出口の開度が増加する。そして、分離器から導入した液体の温度が例えば６５℃（圧縮空気の露点温度より高くなるように設定された温度）以下である場合に、冷却用流路側の出口が全閉状態、バイパス流路側の出口が全開状態となる。

このような構成により、圧縮機本体の吸気温度が１０℃未満まで低下して吐気温度が目標値より低下した場合に、冷却器を経由する油の流量割合を減少させて、過冷却を防止することができる。したがって、圧縮空気の温度が低下して圧縮気体中の水分が凝縮するのを防止することができる。

本発明によれば、簡素かつ安価な構成で圧縮機効率を高めることができる。

本発明の第１の実施形態における液冷式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ワックス式流量調整弁の概略構造を表す図である。本発明の第１の実施形態におけるワックス式流量調整弁の特性を一例として表す図である。本発明の第１の実施形態の作用効果を説明するための図である。比較例における各状態量の変化を表すデータである。本発明の第１の実施形態における各状態量の変化を表すデータである。本発明の第２の実施形態における液冷式圧縮機の構成を表す概略図である。本発明の第２の実施形態における第１のワックス式流量調整弁の特性を一例として表す図である。本発明の第２の実施形態における第２のワックス式流量調整弁の特性を一例として表す図である。本発明の第２の実施形態の作用効果を説明するための図である。本発明の第２の実施形態における各状態量の変化を表すデータである。本発明の第１の変形例における液冷式圧縮機の構成を表す概略図である。本発明の第２の変形例における液冷式圧縮機の構成を表す概略図である。

本発明の第１の実施形態を、図１〜図６により説明する。

図１は、本実施形態における油冷式圧縮機の構成を表す概略図である。

この図１において、油冷式圧縮機は、空気を圧縮する圧縮機本体１と、この圧縮機本体１の吐出側に設けられ、圧縮空気に含まれる油を圧縮空気から分離して貯留する分離器２と、この分離器２で貯留された油を圧縮機本体１の作動室内に供給する油供給系統３とを備えている。なお、分離器２内の圧力は油供給系統３の供給先の圧力よりも高く、それらの圧力差によって油が供給されるようになっている。

圧縮機本体１は、詳細を図示しないが、例えばスクリュー型であり、互いに噛み合うように回転する雌雄一対のスクリューロータと、これらスクリューロータを収納するケーシングとを有している。そして、スクリューロータの歯溝とケーシングの内壁との間で形成された作動室は、スクリューロータの回転に伴ってロータ軸方向に移動しつつ、その容積が変化する。これにより、吸入口から吸い込んだ空気を圧縮し、吐出口から圧縮空気を吐出するようになっている。また、作動室内には油供給系統３から油が供給されており、シール効果や冷却効果が得られるようになっている。

分離器２は、圧縮機本体１から吐出された油を含む圧縮空気を、油と圧縮空気に分離するようになっている。分離器２で分離された圧縮空気は、分離器２の上部から圧縮空気供給系統４を介し外部の圧縮空気消費機器（図示せず）に供給されるようになっている。圧縮空気供給系統４は、図示しないが、圧縮空気を冷却する冷却器（エアクーラ）等の補器を備えている。

一方、分離器２で分離された油は、分離器２の下部に一旦貯留された後、油供給系統３を介し圧縮機本体１の作動室内に供給されるようになっている。油供給系統３は、油を冷却する空冷式の冷却器（オイルクーラ）５と、この冷却器５の下流側に設けられたワックス式流量調整弁６と、このワックス式流量調整弁６の下流側に設けられ、油中の不純物を除去するオイルフィルタ７とを備えている。空冷式の冷却器５は、冷却ファン８で生起された冷却風により油を冷却するようになっている。

圧縮機本体１の吐出側（言い換えれば、分離器２の上流側）には、圧縮空気の温度（なお、油の温度もほぼ同じ）を検出する温度検出器９が設けられている。制御装置（コントローラ）１０は、温度検出器９で検出された圧縮空気の温度を入力し、この圧縮空気の温度が予め設定された所定の目標値（詳細には、例えば温度３０℃、相対湿度８０％ＲＨの空気を圧縮する場合を考慮して、露点温度より高くなるように予め設定された目標値）となるように冷却ファン８の回転数（すなわち、冷却器４の冷却能力）を可変制御するようになっている。

なお、本実施形態においては、冷却器５は、圧縮機本体１の吸気温度が４０℃である場合に吐気温度を所定の目標値とするために必要な冷却量を確保するように、最大冷却能力が設定されている。

次に、本実施形態の要部であるワックス式流量調整弁６を、図２及び図３により説明する。図２は、ワックス式流量調整弁６の概略構造を表す図である。図３は、ワックス式流量調整弁６の特性を一例として表す図である。この図３において、横軸は、ワックス式流量調整弁６内に導入された油の温度Ｔoilを、縦軸は、ワックス式流量調整弁６の開度Ａvをとっている。なお、開度Ａv＝１００％は全開状態を意味し、開度Ａv＝０％は全閉状態を意味するものとする。

ワックス式流量調整弁６は、図２で示すように、ワックス（熱膨張体）１１が内蔵された弁部１２と、この弁部１２を軸方向（図中左右方向）に移動可能に収納したケーシング１３とを有している。そして、ケーシング１３内に導入した油の温度Ｔoilに応じてワックス１１の体積が変化し、これによって弁部１２が軸方向に移動して出口１４の開口率（開度）Ａvが変動するようになっている。具体的には、例えば図３で示すように、冷却器５から導入した油の温度Ｔoilが予め設定された第１の設定値（５０℃）以下である場合に、全開状態となり、冷却器５から導入した油の温度Ｔoilが第１の設定値（５０℃）を上回ると、その油温度Ｔoilと第１の設定値との差分に応じて開度Ａvが小さくなるようになっている。なお、本実施形態では、前述した第１の設定値（５０℃）は、冷却器５の冷却能力が最大となるときの冷却器５の出口側の油温度となるように設定されている。

以上のように構成された本実施形態の作用効果を、図４〜図６を用いて説明する。

図４は、本実施形態及び比較例（すなわち、ワックス式流量調整弁６を設けない場合）における圧縮機本体１の吸気温度Ｔsと油供給系統３から圧縮機本体１への給油温度Ｔoilとの関係を一例として表す図である。図５は、図４で示された比較例における圧縮機本体１の吸気温度Ｔs及び油供給系統３から圧縮機本体１への給油温度Ｔoilの変化とともに、圧縮機本体１の吐気温度Ｔd、油供給系統３から圧縮機本体１への給油流量ｑoil、及び冷却器５の冷却能力ηcの変化を表すデータである。図６は、図４で示された本実施形態における圧縮機本体１の吸気温度Ｔs及び油供給系統３から圧縮機本体１への給油温度Ｔoilの変化とともに、圧縮機本体１の吐気温度Ｔd、油供給系統３から圧縮機本体１への給油流量ｑoil、ワックス式流量調整弁６の開度Ａv、及び冷却器５の冷却能力ηcの変化を表すデータである。なお、冷却器５の冷却能力ηcは、最大冷却能力（１００％）を基準として表している。

本実施形態及び比較例のいずれにおいても、冷却器５は、圧縮機本体１の吸気温度Ｔsが４０℃である場合に吐気温度Ｔdを所定の目標値（７８℃）とするために必要な冷却量を確保するように、最大冷却能力が設定されている。そのため、吸気温度Ｔsが４０℃である場合、制御装置１０は冷却器５の冷却能力ηcが最大（１００％）となるように制御し、冷却器５の出口側の油温度（言い換えれば、圧縮機本体１への給油温度）Ｔoilが５０℃となる。そして、吸気温度Ｔsが４０℃未満である場合、制御装置１０は、吸気温度Ｔsが４０℃から低下するのに応じて必要な冷却量が減少するので、冷却器５の冷却能力ηcを低下させることになる。具体的には、吸気温度Ｔsが４０℃から１０℃まで低下するのに応じて、冷却器５の冷却能力ηcを１００％から７６％まで低下させる。

比較例では、ワックス式流量調整弁６を設けていないため、油供給系統３から圧縮機本体１への給油流量ｑoilが６０Ｌ／minに固定されている。そのため、圧縮機本体１の吸気温度Ｔsが４０℃から１０℃まで低下するのに応じて、冷却器５の出口側の油温度（言い換えれば、圧縮機本体１への給油温度）Ｔoilが５０℃から５９℃まで上昇する。

一方、本実施形態では、ワックス式流量調整弁６を設けている。そして、圧縮機本体１の吸気温度Ｔsが４０℃である場合は、冷却器５の出口側の油温度（言い換えれば、ワックス式流量調整弁６に導入された油の温度）Ｔoilが５０℃（第１の設定値）であるから、ワックス式流量調整弁６が全開状態となる。そして、吸気温度Ｔsが４０℃から低下して冷却器５の出口側の油温度Ｔoilが５０℃（第１の設定値）から上昇すると、その油温度Ｔoilの上昇に応じてワックス式流量調整弁６の開度Ａvが小さくなる。これにより、冷却器５を通過する油の流量ｑoilを減少させ、冷却器５の出口側の油温度Ｔoilの上昇を抑制することができる。言い換えれば、圧縮機本体１への給油流量ｑoilを減少させ、圧縮機本体１への給油温度Ｔoilを低下させることができる。

具体的に説明すると、圧縮機本体１の吸気温度Ｔsが３０℃である場合、比較例では、圧縮機本体１への給油流量ｑoilが６０Ｌ／min、給油温度Ｔoilが５３℃であるのに対し、本実施形態では、ワックス式流量調整弁６の開度Ａvが８７％となって圧縮機本体１への給油流量ｑoilが５６Ｌ/minに低減し、給油温度Ｔoilが５２℃となる。また、吸気温度Ｔsが２０℃である場合、比較例では、給油流量ｑoilが６０Ｌ／min、給油温度Ｔoilが５６℃であるのに対し、本実施形態では、ワックス式流量調整弁６の開度Ａvが７８％となって圧縮機本体１への給油流量ｑoilが５３Ｌ/minに低減し、給油温度Ｔoilが５４℃となる。また、吸気温度Ｔsが１０℃である場合、比較例では、給油流量ｑoilが６０Ｌ／min、給油温度Ｔoilが５９℃であるのに対し、本実施形態では、ワックス式流量調整弁６の開度Ａvが６９％となって圧縮機本体１への給油流量ｑoilが５０Ｌ/minに低減し、給油温度Ｔoilが５６℃となる。したがって、本実施形態においては、ワックス式流量調整弁６を設けない場合と比べて、低温・低流量の油を圧縮機本体１へ供給することができ、圧縮機効率を高めることができる。

また、本実施形態においては、ワックス式流量調整弁６を設けるので、例えば電磁式流量調整弁等（詳細には、電磁式流量調整弁以外に、冷却器５の出口側の油温度Ｔoilを検出する温度検出器や、この温度検出器で検出された油温度Ｔoilに応じて電磁式流量調整弁の開度を制御する制御装置等）を設ける場合と比べて、簡素かつ安価な構成で実現することができる。

したがって、本実施形態においては、簡素かつ安価な構成で圧縮機効率を高めることができる。

なお、上記第１の実施形態においては、前述の図３、図４、及び図６で示すように、ワックス式流量調整弁６を全開状態から絞り状態に移行させる油温度の第１の設定値を、冷却器５の冷却能力ηcが最大（１００％）となるときの冷却器５の出口側の油温度Ｔoil（５０℃）に設定した場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば、冷却器５の冷却能力ηcが比較的大きくなるときの冷却器５の出口側の油温度Ｔoilに設定してもよい。具体的には、例えば冷却器５の冷却能力ηcが９２％になるときの冷却器５の出口側の油温度Ｔoil（５３℃。図５参照）に設定してもよい。このような変形例においては、冷却器５の冷却能力ηcが９２％未満であるときに（言い換えれば、圧縮機本体１の吸気温度Ｔsが１０℃〜３０℃であるときに）、ワックス式流量調整弁６を設けない場合と比べて、低温・低流量の油を圧縮機本体１へ供給することができ、圧縮機効率を高めることができる。

また、上記第１の実施形態においては、冷却器５は、圧縮機本体１の吸気温度Ｔsが４０℃である場合に必要な冷却量に対応して最大冷却能力が設定された場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば圧縮機本体１の吸気温度Ｔsが３０℃以下となるように制限するのであれば、冷却器５は、圧縮機本体の吸気温度Ｔsが３０℃である場合に必要な冷却量に対応して最大冷却能力が設定されてもよい。この場合には、小型化及びコスト低減を図ることができる。

次に、本発明の第２の実施形態を、図７〜図１１により説明する。本実施形態は、２つのワックス式流量調整弁を設けた実施形態である。なお、本実施形態において、上記第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。

図７は、本実施形態における油冷式圧縮機の構成を表す概略図である。図８は、第１のワックス式流量調整弁６Ａの特性を一例として表す図であり、図９は、第２のワックス式流量調整弁１５の特性を一例として表す図である。図８において、横軸は、第１のワックス式流量調整弁６Ａに導入された油の温度Ｔoilを、縦軸は、第１のワックス式流量調整弁６Ａの開度Ａv１をとっている。図９において、横軸は、第２のワックス式流量調整弁１５に導入された油の温度Ｔoilを、縦軸は、第２のワックス式流量調整弁１５の開度Ａv2をとっている。

本実施形態では、油供給系統３Ａは、冷却器５の下流側に設けられ互いに並列となるように接続された第１のワックス式流量調整弁６Ａ及び第２のワックス式流量調整弁１５を備えている。

第１のワックス式流量調整弁６Ａは、上述したバイパス式流量調整弁６と同様の構造である。すなわち、図示しないが、ワックス（熱膨張体）が内蔵された弁部と、この弁部を軸方向（図中左右方向）に移動可能に収納したケーシングとを有している。そして、ケーシング内に導入した油の温度Ｔoilに応じてワックスの体積が変化し、これによって弁部が軸方向（図中左右方向）に移動して出口の開口率（開度）Ａv1が変動するようになっている。具体的には、例えば図８で示すように、冷却器５から導入した油の温度Ｔoilが予め設定された第１の設定値（５０℃）以下である場合に、全開状態となり、冷却器５から導入した油の温度Ｔoilが第１の設定値（５０℃）を上回ると、その油温度Ｔoilと第１の設定値との差分に応じて開度Ａv１が小さくなる。そして、冷却器５から導入した油の温度Ｔoilが７１℃以上である場合に、全閉状態となる。なお、前述した第１の設定値（５０℃）は、冷却器５の冷却能力が最大となるときの冷却器５の出口側の油温度となるように設定されている。

第２のワックス式流量調整弁１５は、上述したバイパス式流量調整弁６と同様の構造である。すなわち、図示しないが、ワックス（熱膨張体）が内蔵された弁部と、この弁部を軸方向（図中左右方向）に移動可能に収納したケーシングとを有している。そして、ケーシング内に導入した油の温度Ｔoilに応じてワックスの体積が変化し、これによって弁部が軸方向（図中左右方向）に移動して出口の開口率（開度）Ａv2が変動するようになっている。具体的には、例えば図９で示すように、冷却器５から導入した油の温度Ｔoilが、第１のワックス流量調整弁６Ａの第１の設定値（５０℃）より高くなるように予め設定された第２の設定値（５２℃）以下である場合に、全閉状態となり、冷却器５から導入した油の温度Ｔoilが第２の設定値（５２℃）を上回ると、その油温度Ｔoilと第２の設定値との差分に応じて開度Ａv2が大きくなる。そして、冷却器５から導入した油の温度Ｔoilが６３℃以上である場合に、全開状態となる。なお、本実施形態では、第１のワックス式流調整弁６Ａの全開状態における開口面積と第２のワックス式流調整弁１５の全開状態における開口面積は同じである。

以上のように構成された本実施形態の作用効果を、図１０及び図１１を用いて説明する。

図１０は、本実施形態における圧縮機本体１の吸気温度Ｔsと油供給系統３から圧縮機本体１への給油温度Ｔoilとの関係を一例として表す図である。図１１は、図１０で示された本実施形態における圧縮機本体１の吸気温度Ｔs及び油供給系統３から圧縮機本体１への給油温度Ｔoilの変化とともに、圧縮機本体１の吐気温度Ｔd、油供給系統３から圧縮機本体１への給油流量ｑoil、第１のワックス式流量調整弁６Ａの開度Ａv1、第２のワックス式流量調整弁１５の開度Ａv2、及び冷却器５の冷却能力ηcの変化を表すデータである。

本実施形態においては、冷却器５は、圧縮機本体１の吸気温度Ｔsが３０℃である場合に吐気温度Ｔdを所定の目標値（７８℃）とするために必要な冷却量を確保するように、最大冷却能力が設定されている。そのため、吸気温度Ｔsが３０℃である場合、制御装置１０は冷却器５の冷却能力ηcが最大（１００％）となるように制御し、冷却器５の出口側の油温度（言い換えれば、圧縮機本体１への給油温度）Ｔoilが５０℃となる。そして、吸気温度Ｔsが３０℃未満である場合、制御装置１０は、吸気温度Ｔsが３０℃から低下するのに応じて必要な冷却量が減少するので、冷却器５の冷却能力ηcを低下させることになる。具体的には、吸気温度Ｔsが３０℃から１０℃まで低下するのに応じて、冷却器５の冷却能力ηcを１００％から８２％まで低下させる。

そして、吸気温度Ｔｓが３０℃である場合、冷却器５の出口側の油温度（言い換えれば、冷却器５からワックス式流量調整弁６Ａ及び１５に導入される油の温度）Ｔoilが５０℃であるから、第１のワックス式流量調整弁６Ａが全開状態となり、第２のワックス式流量調整弁１５が全閉状態となる。そして、吸気温度Ｔsが３０℃から低下して冷却器５の出口側の油温度Ｔoilが５０℃（第１の設定値）から５２℃までの範囲内で上昇すると、その油温度Ｔoilの上昇に応じて第１のワックス式流量調整弁６Ａの開度Ａv1が小さくなる。このとき、第２のワックス式流量調整弁１５は全閉状態のままである。これにより、冷却器５を通過する油の流量ｑoilを減少させ、冷却器５の出口側の油温度Ｔoilの上昇を抑制することができる。言い換えれば、圧縮機本体１への給油流量ｑoilを減少させ、圧縮機本体１への給油温度Ｔoilを低下させることができる。

具体的に説明すると、圧縮機本体１の吸気温度Ｔsが２０℃である場合、第１のワックス式流量調整弁６Ａの開度Ａv1が８６％、第２のワックス式流量調整弁１５の開度Ａv2が０％となって圧縮機本体１への給油流量ｑoilが５６Ｌ/minに低減し、給油温度Ｔoilが５１℃となる。また、吸気温度Ｔsが１０℃である場合、第１のワックス式流量調整弁６Ａの開度Ａv1が７８％、第２のワックス式流量調整弁１５の開度Ａv2が０％となって圧縮機本体１への給油流量ｑoilが５２Ｌ/minに低減し、給油温度Ｔoilが５２℃となる。したがって、本実施形態においては、圧縮機本体１の吸気温度Ｔsが１０℃〜３０℃であるときに、ワックス式流量調整弁６Ａ等を設けない場合と比べて、低温・低流量の油を圧縮機本体１へ供給することができ、圧縮機効率を高めることができる。

また、本実施形態においては、ワックス式流量調整弁６Ａ等を設けるので、例えば電磁式流量調整弁等（詳細には、電磁式流量調整弁以外に、冷却器出口側の液体温度を検出する温度検出器や、液体温度に応じて電磁式流量調整弁を駆動制御するコントローラ等）を設ける場合と比べ、簡素かつ安価な構成で実現することができる。

また、本実施形態においては、冷却器５は、圧縮機本体１の吸気温度Ｔsが３０℃（第１温度）である場合に必要な冷却量に対応して最大冷却能力が設定されていることから、例えば圧縮機本体１の吸気温度Ｔsが４０℃である場合に必要な冷却量に対応して最大冷却能力が設定されているものと比べ、小型化やコスト低減を図ることができる。

しかし、圧縮機本体１の吸気温度Ｔsが３０℃を超えた場合は、冷却器５の冷却能力が不足することになる。そのため、吸気温度Ｔsが３０℃から上昇するのに応じて、吐気温度Ｔdが７８℃（所定の目標値）から上昇する。また、冷却器５の出口側の液体温度も５０℃から上昇する。このとき、第１のワックス式流量調整弁６Ａは、冷却器５から導入した油温度が第１の設定値（５０℃）から上昇するのに応じて開度Ａv1が小さくなるため、給油流量ｑoilを減少させる。そのため、第２のワックス式流量調整弁１５を設けなければ、冷却量が低下し、吐気温度Ｔdの上昇を促すことになる。

そのため、本実施形態においては、第２のワックス式流量調整弁１５を設けている。この第２のワックス式流量調整弁１５は、圧縮機本体１の吸気温度Ｔsが３２℃（第２温度）から上昇して油温度Ｔoilが５２℃（第２の設定値）から上昇するのに応じて、開度Ａv2が大きくなり、吸気温度Ｔsが３５℃以上になって油温度Ｔoilが６３℃以上となれば、全開状態となる。すなわち、圧縮機本体１の吸気温度Ｔsが３２℃以上である場合、油温度Ｔoilが５２℃から上昇するのに応じて第１のワックス式流量調整弁６Ａの開度Ａv1は小さくなるものの、これを補うように第２のワックス式流量調整弁１５の開度Ａv１は大きくなる。これにより、給油流量ｑoilが減少するのを抑制することができ、冷却量が低下するのを抑制することができる。その結果、圧縮機本体１の吐気温度Ｔdの上昇幅を抑えることができる。

具体的に説明すると、圧縮機本体１の吸気温度Ｔsが３５℃である場合、第１のワックス式流量調整弁６Ａの開度Ａv1が１０％と小さくなるものの、第２のワックス式流量調整弁１５の開度Ａv2が１００％となって圧縮機本体１への給油流量ｑoilが６３Ｌ/minとなり、吐気温度Ｔdが８７℃となる。また、吸気温度Ｔsが４０℃である場合、第１のワックス式流量調整弁６Ａの開度Ａv1が０％と小さくなるものの、第２のワックス式流量調整弁１５の開度Ａv2が１００％となって圧縮機本体１への給油流量ｑoilが６０Ｌ/minとなり、吐気温度Ｔdが９６℃となる。したがって、第２のワックス式流量調整弁１５を設けない場合と比べて、吐気温度Ｔdの上昇幅を抑えることができる。

なお、上記第１の実施形態においては、特に説明しなかったが、制御装置１０によって制御される冷却器５の冷却能力の最小値は、最大値を基準として例えば７６％程度に設定されている。また、上記第２の実施形態においては、特に説明しなかったが、制御装置１０によって制御される冷却器５の冷却能力の最小値は、最大値を基準として例えば８２％程度に設定されている。そのため、例えば圧縮機本体１の吸気温度Ｔsが１０℃未満まで低下した場合に、制御装置１０によって冷却器５の冷却能力を最小としても過冷却となり、圧縮機本体１０の吐気温度Ｔdが目標値（７８℃）より低下することがある。そこで、これに対応するため、例えば図１２又は図１３で示す変形例のように、油供給系統３’又は３Ａ’は、冷却器４及びワックス式流量調整弁６又は６Ａ，１５を経由する冷却用流路１６と、冷却器４及びワックス式流量調整弁６又は６Ａ，１５をバイパスするバイパス流路１７と、冷却用流路１６とバイパス流路１７の上流側分岐点に設けられたワックス式三方弁１８と有してもよい。

ワックス式三方弁１８は、上述したバイパス式流量調整弁６等と同様の構造である。すなわち、図示しないが、ワックス（熱膨張体）が内蔵された弁部と、この弁部を軸方向（図中左右方向）に移動可能に収納したケーシングとを有している。そして、ケーシング内に導入した油の温度に応じてワックスの体積が変化し、これによって弁部が軸方向（図中左右方向）に移動して冷却用流路側の出口及びバイパス流路側の出口の開口率（開度）が変動するようになっている。具体的には、分離器２から導入した油の温度が、例えば圧縮機本体１の吐気温度の目標値（７８℃）より低くなるように予め設定された第３の設定値（例えば７１℃）以上である場合に、冷却用流路１６側の出口が全開状態、バイパス流路１７側の出口が全閉状態となる。そして、分離器２から導入した油の温度が第３の設定値から減少するのに応じて、その油温度と第３の設定値との差分に応じて冷却用流路１６側の出口の開度が減少しつつバイパス流路１７側の出口の開度が増加する。そして、分離器２から導入した油の温度が例えば６５℃以下である場合に、冷却用流路１６側の出口が全閉状態、バイパス流路１７側の出口が全開状態となる。

このような変形例においては、圧縮機本体１の吸気温度が１０℃未満まで低下した場合に、過冷却となって吐気温度が低下するのを抑えることができ、圧縮気体中の水分が凝縮するのを抑えることができる。

また、上記第１及び第２の実施形態においては、冷却ファン８で生起された冷却風により油を冷却する空冷式の冷却器５と、圧縮機本体１の吐気温度が所定の目標値となるように、冷却ファン８の回転数を可変制御して冷却器５の冷却能力を可変制御する制御装置１０（冷却制御手段）とを備えた場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば、ポンプから供給された冷却液により油を冷却する水冷式の冷却器と、圧縮機本体１の吐気温度が所定の目標値となるように、ポンプの回転数を可変制御して冷却器の冷却能力を可変制御する制御装置（冷却制御手段）とを備えてもよい。また、上記第１及び第２の実施形態においては、圧縮機本体１はスクリュー型である場合を例にとって説明したが、これに限られず、例えばスクロール型であってもよい。また、上記第１及び第２の実施形態においては、圧縮機本体１の作動室内に油を供給する油供給系統３を備えた場合を例にとって説明したが、これに限られず、圧縮機本体１の吸入側に油を供給する油供給系統を備えてもよい。これらの場合も、上記同様の効果を得ることができる。

なお、以上においては、本発明の適用対象の一つとして、圧縮機本体１の作動室内（又は吸入側）に油を供給する油冷式圧縮機を例にとって説明したが、これに限られず、圧縮機本体１の作動室内（又は吸入側）に水（液体）を供給する水冷式圧縮機に適用してもよいことは言うまでもない。

１圧縮機本体
２分離器
３油供給系統（液体供給系統）
５冷却器
６ワックス式流量調整弁
６Ａ第１のワックス式流量調整弁
９温度検出器（温度検出手段）
１０制御装置（冷却制御手段）
１５第２のワックス式流量調整弁
１６冷却用流路
１７バイパス流路
１８ワックス式三方弁

Claims

気体を圧縮する圧縮機本体と、
前記圧縮機本体の吐出側に設けられ、圧縮気体に含まれる液体を圧縮気体から分離して貯留する分離器と、
前記分離器で貯留された液体を前記圧縮機本体の作動室内若しくは吸入側に供給する液体供給系統と、
前記液体供給系統に設けられ、液体を冷却する冷却器と、
前記圧縮機本体の吐出側に設けられ、圧縮気体の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段で検出された圧縮気体の温度が予め設定された所定の目標値となるように、前記冷却器の冷却能力を可変制御する冷却制御手段とを備えた液冷式圧縮機において、
前記液体供給系統における前記冷却器の下流側に設けられたワックス式流量調整弁を備え、
前記ワックス式流量調整弁は、前記冷却器の冷却能力が比較的大きくなって前記冷却器から導入した液体の温度が予め設定された第１の設定値以下となる場合に、全開状態となり、前記冷却器の冷却能力が比較的小さくなって前記冷却器から導入した液体の温度が前記第１の設定値を上回ると、その液体温度と前記第１の設定値との差分に応じて開度が小さくなることを特徴とする液冷式圧縮機。
気体を圧縮する圧縮機本体と、
前記圧縮機本体の吐出側に設けられ、圧縮気体に含まれる液体を圧縮気体から分離して貯留する分離器と、
前記分離器で貯留された液体を前記圧縮機本体の作動室内若しくは吸入側に供給する液体供給系統と、
前記液体供給系統に設けられ、液体を冷却する冷却器と、
前記圧縮機本体の吐出側に設けられ、圧縮気体の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段で検出された圧縮気体の温度が予め設定された所定の目標値となるように、前記冷却器の冷却能力を可変制御する冷却制御手段とを備えた液冷式圧縮機において、
前記液体供給系統における前記冷却器の下流側に設けられ、互いに並列となるように接続された第１のワックス式流量調整弁及び第２のワックス式流量調整弁を備え、
前記冷却器は、前記圧縮機本体の吸気温度が比較的高い第１温度となる場合に必要な冷却量に対応して最大冷却能力が設定されており、
前記第１のワックス式流量調整弁は、前記冷却器の冷却能力が最大となって前記冷却器から導入した液体の温度が予め設定された第１の設定値以下となる場合に、全開状態となり、前記冷却器の冷却能力が低下して前記冷却器から導入した液体の温度が前記第１の設定値を上回ると、その液体温度と前記第１の設定値との差分に応じて開度が小さくなり、
前記第２のワックス式流量調整弁は、前記冷却器から導入した液体の温度が、前記第１の設定値より高くなるように予め設定された第２の設定値以下となる場合に、全閉状態となり、前記圧縮機本体の吸気温度が前記第１の温度よりさらに高い第２温度を超えて前記冷却器から導入した液体の温度が前記第２の設定値を上回ると、その液体温度と前記第２の設定値との差分に応じて開度が大きくなることを特徴とする液冷式圧縮機。
請求項１又は２記載の液冷式圧縮機において、
前記液体供給系統は、
前記冷却器及び前記ワックス式流量調整弁を経由する冷却用流路と、
前記冷却器及び前記ワックス式流量調整弁をバイパスするバイパス流路と、
前記冷却用流路と前記バイパス流路の上流側分岐点に設けられたワックス式三方弁と有し、
前記ワックス式三方弁は、前記分離器から導入した液体の温度が、前記圧縮気体の温度に対する前記所定の目標値より低くなるように予め設定された第３の設定値以上となる場合に、前記冷却用流路側の出口が全開状態、前記バイパス流路側の出口が全閉状態となり、前記分離器から導入した液体の温度が前記第３の設定値より下回ると、その液体温度と前記第３の設定値との差分に応じて前記冷却用流路側の出口の開度が減少しつつ前記バイパス流路側の出口の開度が増加することを特徴とする液冷式圧縮機。