(57)【要約】  【課題】  駆動用モータの始動トルクを増大させることなく安定した始動を実現するスクリュー圧縮機を提供する。  【解決手段】  気体を圧縮する圧縮機本体１と、この圧縮機本体１内に供給される液体を循環させる循環経路とを有するスクリュー圧縮機において、圧縮機本体１で圧縮された気体の吐出経路に設けられ、圧縮空気と圧縮機本体１内に供給された液体とを分離・貯留する分離装置４と、吐出経路と圧縮機本体１の吸込み側とを連通する連通路５と、連通路５を開閉する開閉装置７とを備え、停止時に圧縮機本体１内に溜まる液体を分離容器４へと排出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体を圧縮する圧縮機本体と、この圧縮機本体内に供給される液体を循環させる循環経路とを有するスクリュー圧縮機において、
前記圧縮機本体で圧縮された気体の吐出経路に設けられ、圧縮空気と前記圧縮機本体内に供給された液体とを分離する分離器と、
前記分離器で気体と分離された液体を貯留する貯留容器と、
前記吐出経路、前記分離器又は前記貯留容器と、前記圧縮機本体の潤滑油が貯留する部位とを連通する連通路と、
前記連通路を開閉する開閉装置と、を備えたスクリュー圧縮機。
【請求項２】
前記連通路は、前記吐出経路、前記分離器又は前記貯留容器側の出口側開口と、前記圧縮機本体の潤滑油が貯留する部位の入口側開口と、を連通し、前記入口側開口よりも前記出口側開口は下方に位置し、
前記開閉装置は、前記入口側開口と前記出口側開口との圧力差で開閉制御されることを特徴とする請求項１記載のスクリュー圧縮機。
【請求項３】
前記開閉装置は、電気式開閉弁であることを特徴とする請求項１に記載のスクリュー圧縮機。
【請求項４】
圧縮機の油面レベル情報を検出するセンサを備え、このセンサの検出値に基づいて前記電気式開閉弁が制御されることを特徴とする請求項３記載のスクリュー圧縮機。
【請求項５】
非通電状態からの始動時に前記センサの検出値により始動可否の判断を行い、始動可との判断時には前記圧縮機本体を駆動し、始動不能との判断時には前記電気式開閉弁を制御した後に前記圧縮機本体を駆動する制御装置を備えた請求項４記載のスクリュー圧縮機。
【請求項６】
気体を圧縮する圧縮機本体と、この圧縮機本体内に供給される液体を循環させる循環経路とを有するスクリュー圧縮機において、
前記圧縮機本体で圧縮された気体の吐出経路に設けられ、圧縮空気と前記圧縮機本体内に供給された液体とを分離する分離器と、
前記分離器で気体と分離された液体を貯留する貯留容器と、
前記圧縮機本体の潤滑油が貯留する部位の下方に位置し前記圧縮機本体内部からの液体を貯える空間と、
前記圧縮機本体と前記空間とを連通する連通路と、を備えたスクリュー圧縮機。
【請求項７】
前記空間の容積を可変する弁体を備え、
前記弁体は、前記圧縮機本体の潤滑油が貯留する部位と前記吐出経路との圧力差で開閉制御されることを特徴とする請求項６記載のスクリュー圧縮機。
【請求項８】
前記空間の容積を可変する弁体を備え、
前記弁体は、電気式で容積可変制御されることを特徴とする請求項６記載のスクリュー圧縮機。
【請求項９】
前記空間に貯えられる液体は、前記圧縮機本体の運転時に、前記圧縮機本体へ供給されることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載のスクリュー圧縮機。
【請求項１０】
前記圧縮機の油面レベル情報を検出するセンサを備え、このセンサの検出値に基づいて前記弁体が制御されることを特徴とする請求項８記載のスクリュー圧縮機。
【請求項１１】
非通電状態からの始動時に前記センサの検出値により始動可否の判断を行い、始動可との判断時には前記圧縮機本体を駆動し、始動不能との判断時には前記弁体を制御した後に前記圧縮機本体を駆動する制御装置を備えた請求項１０記載のスクリュー圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスクリュー圧縮機に関し、特に圧縮機の始動負荷低減を目的とするものに関する。
【背景技術】
【０００２】
始動時の負荷低減が可能な構成として、特許文献１のスクリュー圧縮機が知られている。特許文献１には油噴射式スクリュー圧縮機が開示され、この例では、圧縮機本体の下流側に排気弁（逆止弁）、潤滑油の循環経路に油弁を設ける構成としている。
【０００３】
また、特許文献２に示されるように、同期モータと同期モータを制御するコントローラを有する可変速式の圧縮機において、始動直後にロータに所定の回転量を与えることにより、圧縮機本体内部の潤滑油を排出し、負荷トルクを低減したのちに所定回転数まで加速させる制御を搭載した例がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４０６７４９４号
【特許文献２】特開２００９−７９７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
圧縮対象たる空気に潤滑材料（油・水等）が噴射されるスクリュー圧縮機が知られている。このようなスクリュー圧縮機（例えば、給油式のスクリュー圧縮機）において、当該圧縮機の運転を停止した場合、圧縮機本体の下流側にある油分離装置は直ちに圧力を放気しないため、圧縮機本体の吸込み側との圧力差により、潤滑油とともに圧縮空気が吸込み側に逆流するほか、潤滑油は給油経路から圧縮機本体へと流入する。そのため、ロータの歯溝空間など圧縮機本体の内部空間に潤滑油が貯まり、再始動時における負荷トルクの増加の要因となる。停止直後であれば潤滑油の温度がまだ高く、潤滑油の粘度が低いため問題なく再始動が可能であるが、長期停止後や外気温が低い場合には潤滑油の温度が低くなって潤滑油の粘度が高くなり、始動時の負荷トルクが増大する。
【０００６】
このような状況でも問題なく始動を完了させるために、駆動用モータの始動トルクを大きくするのだが、駆動側の軸強度を確保する必要があるため過大な軸径となり、不経済であった。
【０００７】
特許文献１では排気弁と油弁を配置し停止時に潤滑油が圧縮機本体へ流入することを防止する装置を提案しているが、排気弁は圧縮機本体の下流側に設けられており、圧縮空気の抵抗となるため圧縮機の性能に悪影響を与える。また、油弁は圧縮機本体への循環経路に設けられており、潤滑油の抵抗となるほか、弁体の固渋などで潤滑油の流量が減少した場合には軸受やロータが焼き付くなど重大な故障となることが考えられる。
【０００８】
次に、特許文献２では始動時の制御を提案しているが、同期モータと同駆動用の専用コントローラが必要となるため、可変速式以外の圧縮機には適用することができないという問題があった。
【０００９】
本発明で解決しようとする問題点は、上記のような始動の負荷トルクの増大に起因しており、駆動用モータの始動トルクを増大させることなく、安定した始動を実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明では、圧縮機の停止中にロータの歯溝空間など圧縮機の内部に貯まった潤滑油を排出し、再始動時の負荷トルクを低減する構成を採用する。これにより、始動条件にかかわらず始動不能となることの防止を図る。
【００１１】
本発明の具体的態様は次の通りである。
【００１２】
本発明の第１の態様として、気体を圧縮する圧縮機本体と、この圧縮機本体内に供給される液体を循環させる循環経路とを有するスクリュー圧縮機において、下記（ａ）〜（ｄ）の構成を備えるものとした。
（ａ）圧縮機本体で圧縮された気体の吐出経路に設けられ、圧縮空気と圧縮機本体内に供給された液体とを分離する分離器
（ｂ）分離器で気体と分離された液体を貯留する貯留容器
（ｃ）吐出経路、分離器又は貯留容器と、圧縮機本体の潤滑油が貯留する部位とを連通する連通路
（ｄ）連通路を開閉する開閉装置
上記の本発明の第１の態様として、より好ましい具体的態様は下記の通りである。
（１）連通路は、吐出経路、分離器又は貯留容器側の出口側開口と、圧縮機本体の潤滑油が貯留する部位の入口側開口と、を連通し、入口側開口よりも出口側開口は下方に位置し、開閉装置は、入口側開口と出口側開口との圧力差で開閉制御される機械式開閉弁であること。
【００１３】
また、上記の本発明の第２の態様として、より好ましい具体的態様は下記の通りである。
（１）開閉装置は、電気式開閉弁であること。
（２）停止中の圧縮機本体内部に貯まった油面レベル情報を検出するセンサを備え、このセンサの検出値に基づいて電気式開閉弁が制御されること。
（３）非通電状態からの始動時に前記センサの検出値により始動可否の判断を行い、始動可との判断時には前記圧縮機本体を駆動し、始動不能との判断時には前記電気式開閉弁を制御した後に前記圧縮機本体を駆動する制御装置を備えたこと。
【００１４】
また、本発明の第３の態様として、気体を圧縮する圧縮機本体と、この圧縮機本体内に供給される液体を循環させる循環経路とを有するスクリュー圧縮機において、上記（ａ）（ｂ）のほか、下記の（ｅ）（ｆ）を備えるものとした。
（ｅ）圧縮機本体の吸込み側の下方に位置し圧縮機本体内部からの液体を貯える空間
（ｆ）圧縮機本体と前記空間とを連通する連通路
上記の本発明の第３の態様として、より好ましい具体的態様は下記の通りである。
（１）空間内に弁体を備え、この弁体は、圧縮機本体の吸込み側と吐出経路との圧力差で開閉制御されること。
（２）前記空間内に弁体を備え、この弁体は、電気式で開閉制御されること。
（３）前記空間に貯えられる液体は、圧縮機本体の運転時に、圧縮機本体へ供給されること。
（４）記圧縮機の油面レベル情報を検出するセンサを備え、このセンサの検出値に基づいて弁体が制御されること。
（５）非通電状態からの始動時に前記センサの検出値により始動可否の判断を行い、始動可との判断時には圧縮機本体を駆動し、始動不能との判断時には弁体を制御した後に圧縮機本体を駆動する制御装置を備えたこと。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、駆動用モータの始動トルクを増大させることなく、安定した始動を実現する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】
【００１６】
【図１】第１実施例の構造図
【図２】第１実施例の開閉装置の詳細図
【図３】始動時の制御フローチャート
【図４】第３実施例の可動装置の詳細図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明の第１の実施例を示した構造図、図２は本発明の第１実施例に係る実用的な排出装置の詳細図である。
【００１８】
本実施形態の第１実施例のスクリュー圧縮機は、圧縮機本体１、圧縮機本体１の下側あって圧縮空気と潤滑油を分離するための油分離装置４、圧縮機本体１と油分離装置４とを連通する経路（連通路５）、連通路５を開閉するための装置（開閉弁７）を有し、開閉弁７の開閉により停止中に圧縮機本体１に貯まった潤滑油を圧縮機本体から油分離装置４へ排出可能な構成とする。以下の記述では、圧縮機本体１に供給される液体として潤滑油を例に説明するが、これに限られず、水を用いるスクリュー圧縮機にも適用可能である。
【００１９】
雄ロータ２または雌ロータ３のいずれかに接続された電動機（図示しない）は運転指令により駆動される。電動機が回転することによって、空気は圧縮機本体１に吸込まれ、各ロータと圧縮機ケーシングで形成される空間が減少することで圧縮される。圧縮工程において潤滑とシール、冷却を目的として潤滑油が噴射され、潤滑油が混合した圧縮空気は油分離装置４の内部で旋回分離が行なわれ、圧縮空気と潤滑油に分離される。
【００２０】
本実施例の油分離装置４は、油の分離及び貯留が可能な構成となっているが、それぞれ別々の分離器及び貯留容器を備えても差し支えない。
【００２１】
分離された圧縮空気はエアクーラ（図示しない）で冷却され、圧縮機外へ供される。一方、潤滑油はオイルクーラ（図示しない）で冷却され、圧縮機本体１へ再度供給される。圧縮機本体１の下部には、停止時に流入した潤滑油を排出するための連通通路５、通路の開閉を制御する開閉弁７を設けており、開閉弁７は圧縮機本体１とバネ６により連結され、弁座８にて支持されている。
【００２２】
本実施例による圧縮機は以下のように作動する。圧縮機の停止中は、開閉弁７はバネ６の力により下方へ押されて開の状態にある。始動後、圧縮機本体で空気が圧縮され油分離装置４の内部圧力が上昇し、弁座８の下部に設けられた制御導管８ｃを通じて開閉弁７を押し上げる力が働き、バネ６が圧縮され、開閉弁７は圧縮機本体１と油分離装置４との連通路５を遮断する。
【００２３】
停止後、油分離装置４の内部圧力は直ちにゼロにはならず、数分間かけて徐々に徐々に低下しくため、停止直後は閉状態であった開閉弁も圧力低下につれて弁を押し上げる力が弱まり、バネ６の力が上回ると開閉弁７が開きはじめる。さらに油分離装置４の内部圧力が大気圧力まで低下すると、開閉弁７はバネ６により弁座８の位置まで押し戻され、ロータ歯溝空間などの圧縮機内部空間に逆流した潤滑油は排出導管８ａ、８ｂを通り油分離装置４へ流れ込む。
【００２４】
本実施例によれば、圧縮機の停止中に圧縮機本体内部に逆流した潤滑油を排出するため、再始動時の負荷トルクを低減し駆動用モータの始動トルクを過大とせず、低外気温時や長期停止後といった始動条件にかかわらず始動不能を防止することが可能となる。
【００２５】
上記実施例では圧縮機本体の下方に油分離装置を配置し、圧縮機本体と油分離装置を一体化した形態を図示しているが、圧縮機本体および油分離装置は別部品で構成されていても構わない。その際、停止時に圧縮機本体内部に貯まる油面位置が油分離装置に貯まる油面位置よりも高い場合には接続導管にて排出できるが、低い場合には潤滑油は排出されないため、ポンプ等を使用して強制排出しても構わない。
【００２６】
本実施例では、連通路５の上方側の開口（圧縮機本体１の吸込み側開口）と下方側の開口（吐出経路側の開口）とが、図２に示すように、上下に配置されているため、重力による油の排出が簡易に行える。また、圧力差を利用した開閉が可能であるため、動力を用いずに始動時の負荷低減が可能となっている。
【００２７】
上記実施例では、雄ロータ側の吸込みポート１ａ下方に開閉弁を配置した形態を図示しているが、例えば雌ロータ側の吸込みポート１ｂ下方の潤滑油を排出する位置に配置しても構わない。
【００２８】
上記実施例では雄ロータと雌ロータとを水平に並べて配置している形態を図示しているが、例えば雄ロータを上側、雌ロータを下側に配置する構造であっても構わない。
【００２９】
上記実施例では、開閉弁の制御圧力として油分離装置の内部圧力を利用した形態を図示しているが、圧縮機本体と油分離装置間にある圧縮空気の吐出経路の圧力を制御圧力として使用しても構わない。
【００３０】
上記実施例では、圧縮段階において潤滑とシール、冷却を目的として潤滑油を使用した形態を図示しているが、上記目的を果たす例えば水のような液体であっても構わない。
【００３１】
上記実施例では、油排出構造としてバネ６と開閉弁７を組合せて使用する形態を図示しているが、スイング弁を使用しても構わない。
【００３２】
上記実施例では、油排出構造として機械式開閉弁を使用する形態を図示しているが、例えばモータバルブのような電気式開閉弁を使用しても構わない。また液面レベルセンサー等の検出装置と電気式開閉弁を組合せて使用しても構わない。排出装置として電気式開閉弁を使用した場合、長期非通電状態からの再始動に関しては圧縮機本体内部の潤滑油が排出されていない状態で再始動する可能性が考えられるため、図３の制御フローチャートを圧縮機制御装置に組み込んでおくとよい。この例（第２の実施例）を図３を用いて説明する。
【００３３】
図３の制御フローチャートを用いて、圧縮機始動時の動作を簡単に説明する。この前提として、開閉弁は電気式開閉弁であり、また、起動トルクが推定できるための情報を検出するセンサ（例えば、圧縮機本体１内に貯留する油の液面検出センサ）を備えている。液体として油を用いる場合には、温度による粘性の変化が大きいため、温度センサの情報を、代わりに、あるいは、併せて用いても良い。水の場合も、氷点下の温度で凍結することが考えられるため、温度センサ情報を用いることが好適である。
【００３４】
圧縮機が長期間停止した状態から、始動を開始する場合（再始動と称す。ステップＳ１）、圧縮機本体１の適所に備えられたセンサの情報を取得する（ステップＳ２）。このセンサ検出値が、基準となる一定値（以下、基準値という。）を超えた場合は、貯留する油の液面が高いと判断する。このとき、貯留する油の抵抗により、圧縮機本体１の起動に必要なトルクが大きいことが想定されるため、直ちに圧縮機の駆動を行わずに待機し（ステップ５）、電気式開閉弁７を作動するよう制御し（ステップ６）、油の排出を行う。
【００３５】
電気式開閉弁７が閉じられるタイミングは、開閉弁７の開時間が一定時間を経過したとき、あるいは、センサ検出値が基準値よりも低下したとき、等、始動できる条件が満たされたときとすればよい。
【００３６】
その後、圧縮機が運転を開始する（ステップ４）。ステップ３において、センサ検出値が基準値よりも低い場合も同様に圧縮機の運転を行う（ステップ４）。
【００３７】
図４を用いて本発明の第３の実施例を説明する。なお第１の実施例と共通する部分については説明を省略する。図３は本発明の第３実施例に係る実用的な排出装置の詳細図である。
【００３８】
圧縮機本体１の下部に停止後の油を貯める貯留空間９を配置し、貯留空間内部に弁体（可動弁１０）を備え、可動弁１０は圧縮機本体１とバネ６で締結されており、弁座１１にて支持されている。
【００３９】
圧縮機の停止中は、可動弁１０はバネ６の力により下方へ押されて貯留空間９は最大容積の状態にある。始動後、弁座１１に設けられた制御導管１１ａからの制御圧力により可動弁１１を押し上げる力が働き、バネ６が圧縮され、貯留空間９の容積が最小となり、貯留空間９に貯められた潤滑油は再び圧縮機本体１へと供給される。停止後、制御圧力が大気圧まで低下すると、可動弁１０はバネ６により弁座１１の位置まで押し戻され、ロータ歯溝空間などの圧縮機内部空間に逆流した潤滑油は貯留空間９に貯まる。
【００４０】
貯留空間９に貯えられた潤滑油は、第１実施例と同様に、吐出経路側（例えば、油分離装置４）に排出しても良いが、圧縮機の再始動完了後に圧縮機本体１内部へ液体を供給してもよい。
【００４１】
本実施例によれば、停止時の油分離装置の油面位置に関係なく圧縮機本体内部に貯まる潤滑油を排出することができ、始動条件にかかわらず始動不能を防止することが可能となる。
【００４２】
なお、可動弁１０の開閉は、実施例１と同様、電気式制御としてもよい。このとき、起動トルクが推定できるための情報を検出するセンサを備え、図３の制御フローチャートを圧縮機制御装置に組み込んでおくことで、同様の制御が可能となる。
【符号の説明】
【００４３】
１・・・圧縮機本体、１ａ・・・雄ロータ側吸込みポート、１ｂ・・・雌ロータ側吸込みポート、２・・・雄ロータ、３・・・雌ロータ、４・・・油分離装置、５・・・連通通路、６・・・バネ、７・・・開閉弁、８・・・弁座、８ａ・・・排出導管、８ｂ・・・排出導管、８ｃ・・・制御導管、９・・・貯留空間、１０・・・可動弁、１１・・・弁座、１１ａ・・・制御導管。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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