(57)【要約】【課題】コストの上昇および装置全体の大型化を抑えるとともに、エネルギーを有効利用することができるようにする。【解決手段】圧縮室５と軸受空間６との間に設けられた軸封部材９を介して、圧縮室５内の流体の一部が軸受空間６に漏洩する。圧縮室５から軸受空間６に漏洩した流体は、ケーシング４に設けられた流路１０を通ってケーシング４内を通過する。このとき、流路１０を流れる流体とケーシング４との間で熱交換が行われる。【選択図】図１
2011220251.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに噛合する一対のスクリュロータと、
前記一対のスクリュロータを収容するケーシングと、
前記ケーシングに形成され、前記一対のスクリュロータの回転により流体が圧縮される圧縮室と、
前記圧縮室に隣接するように前記ケーシングに形成され、前記スクリュロータのロータ軸を軸支する軸受が設けられた軸受空間と、
前記圧縮室と前記軸受空間との間に設けられた軸封部材と、
前記圧縮室から前記軸受空間に漏洩した前記流体が前記ケーシング内を通過するように前記ケーシングに形成され、前記軸受空間に漏洩した前記流体と前記ケーシングとの間で熱交換を行わせる流路と、
を有することを特徴とするスクリュ圧縮機。
【請求項２】
前記軸受空間および前記軸封部材は、前記圧縮室の高圧側および低圧側にそれぞれ設けられており、
前記流路は、
前記圧縮室から高圧側の前記軸受空間に漏洩した前記流体が前記圧縮室の低圧側に向かって前記ケーシング内を通過するように前記ケーシングに設けられた第１流路と、
前記圧縮室から低圧側の前記軸受空間に漏洩した前記流体が前記圧縮室の高圧側に向かって前記ケーシング内を通過するように前記ケーシングに設けられた第２流路と、
を有していることを特徴とする請求項１に記載のスクリュ圧縮機。
【請求項３】
前記流路の流量を調節する弁と、
前記ケーシング内の複数箇所の温度を計測する温度センサと、
前記温度センサの計測結果に基づいて、前記ケーシングの温度分布が一様となるように、前記弁の開度を制御する制御部と、
を更に有することを特徴とする請求項１又は２に記載のスクリュ圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに噛合する一対のスクリュロータを有するスクリュ圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
作動ガスが一対のスクリュロータにより圧縮される圧縮室において、ケーシングとスクリュロータとの間には、両者の接触を避けるために、数十〜数百μｍのクリアランスが設けられている。スクリュ圧縮機の運転時には、高温の作動ガスによりスクリュロータおよびケーシングは加熱されて熱膨張を起こす。このとき、スクリュロータの膨張量よりもケーシングの膨張量の方が大きいために、圧縮室において、スクリュロータとケーシングとの間のクリアランスが増大する。すると、このクリアランスを通じて、高圧側から低圧側への作動ガスの漏れ返りが生じ、体積効率が低下する。また、圧縮室から吐出される作動ガスの温度が高い場合には、スクリュロータやケーシングを形成する材料の温度が耐熱温度を超えてしまうことも考えられる。
【０００３】
そこで、これら２つの課題を解決するために、特許文献１には、各スクリュロータの内部に形成されたジャケットと、ケーシングの内部に形成されたジャケットの双方に冷却媒体を供給することで、スクリュロータとケーシングとの間のクリアランスを小さくし、断熱効率および体積効率を向上させるスクリュ圧縮機が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３２４４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のスクリュ圧縮機においては、冷却媒体は作動ガスとは別物であるので、冷却媒体をスクリュ圧縮機の外部から供給するための付帯設備が別途必要となり、コストの上昇と、装置全体のサイズの大型化を招く。さらに、冷却媒体がケーシングおよびスクリュロータから受け取った熱はそのまま排熱となるので、エネルギーが有効利用されていない。
【０００６】
本発明の目的は、コストの上昇および装置全体の大型化を抑えるとともに、エネルギーを有効利用することが可能なスクリュ圧縮機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明におけるスクリュ圧縮機は、互いに噛合する一対のスクリュロータと、前記一対のスクリュロータを収容するケーシングと、前記ケーシングに形成され、前記一対のスクリュロータの回転により流体が圧縮される圧縮室と、前記圧縮室に隣接するように前記ケーシングに形成され、前記スクリュロータのロータ軸を軸支する軸受が設けられた軸受空間と、前記圧縮室と前記軸受空間との間に設けられた軸封部材と、前記圧縮室から前記軸受空間に漏洩した前記流体が前記ケーシング内を通過するように前記ケーシングに形成され、前記軸受空間に漏洩した前記流体と前記ケーシングとの間で熱交換を行わせる流路と、を有することを特徴とする。
【０００８】
上記の構成によれば、圧縮室から軸受空間に漏洩した流体の圧力は、圧縮室内の流体の圧力に比べて減圧されており、温度も圧縮室内の流体の温度よりも低くなっている。よって、軸受空間に漏洩した流体が流路を流れると、この流体と、圧縮室内の流体によって高温に熱せられたケーシングとの間で熱交換が行われ、ケーシングは流路を流れる流体によって冷却される。一方、流路を流れる流体はケーシングから熱を回収して加熱される。このように、圧縮室から軸受空間に漏洩した流体を用いてケーシングを冷却することで、流体とは別物の冷却媒体を別途用いる必要がない。また、スクリュ圧縮機で圧縮する流体と同じ流体をプロセス側で使用する環境では、流路を流れてケーシングから熱を回収した流体をプロセス側に供給することで、ケーシングから回収した熱を無駄なく利用することができる。よって、コストの上昇および装置全体の大型化を抑えることができるとともに、エネルギーを有効利用することができる。
【０００９】
また、本発明におけるスクリュ圧縮機において、前記軸受空間および前記軸封部材は、前記圧縮室の高圧側および低圧側にそれぞれ設けられており、前記流路は、前記圧縮室から高圧側の前記軸受空間に漏洩した前記流体が前記圧縮室の低圧側に向かって前記ケーシング内を通過するように前記ケーシングに設けられた第１流路と、前記圧縮室から低圧側の前記軸受空間に漏洩した前記流体が前記圧縮室の高圧側に向かって前記ケーシング内を通過するように前記ケーシングに設けられた第２流路と、を有していてよい。上記の構成によれば、スクリュ圧縮機の運転中において、圧縮室内の温度は高圧側で高く、低圧側で低いので、ケーシングの温度も高圧側で高く、低圧側で低い。また、高圧側の軸受空間に漏洩した流体の温度は、低圧側の軸受空間に漏洩した流体の温度よりも高い。よって、高圧側の軸受空間に漏洩した流体を圧縮室の低圧側に向かって流すとともに、低圧側の軸受空間に漏洩した流体を圧縮室の高圧側に向かって流して、それぞれ熱交換を行わせることで、ケーシングの温度分布を一様に近づけることができる。
【００１０】
また、本発明におけるスクリュ圧縮機においては、前記流路の流量を調節する弁と、前記ケーシング内の複数箇所の温度を計測する温度センサと、前記温度センサの計測結果に基づいて、前記ケーシングの温度分布が一様となるように、前記弁の開度を制御する制御部と、を更に有していてよい。上記の構成によれば、温度センサの計測結果に基づいて弁の開度を制御することで、ケーシングの温度分布を精度良く一様にすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のスクリュ圧縮機によると、圧縮室から軸受空間に漏洩した流体を用いてケーシングを冷却することで、流体とは別物の冷却媒体を別途用いる必要がない。また、流路を流れてケーシングから熱を回収した流体をプロセス側に供給することで、ケーシングから回収した熱を無駄なく利用することができる。よって、コストの上昇および装置全体の大型化を抑えることができるとともに、エネルギーを有効利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】スクリュ圧縮機を上から見た概略断面図である。
【図２】スクリュ圧縮機を横から見た概略断面図である。
【図３】スクリュ圧縮機を上から見た概略断面図である。
【図４】スクリュ圧縮機を横から見た概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１４】
［第１実施形態］
（スクリュ圧縮機の構成）
本実施形態によるスクリュ圧縮機１は、スクリュ圧縮機１を上から見た断面図である図１、および、スクリュ圧縮機１を横から見た断面図である図２に示すように、互いに噛合する雌雄一対のスクリュロータ２，３と、これらスクリュロータ２，３を収容するケーシング４と、を有している。一対のスクリュロータ２，３のうち、一方のスクリュロータ２は、図示しないモータにより回転され、他方のスクリュロータ３は、一方のスクリュロータ２の回転に付随して回転される。また、ケーシング４には、一対のスクリュロータ２，３の回転によって、図示しない吸込流路から吸い込んだ流体を圧縮して、図示しない吐出流路から高圧流体として吐出する圧縮室５が形成されている。なお、吸込流路は、スクリュロータ２，３の図１における左側の端部に、吐出流路は、スクリュロータ２，３の図１における右側の端部に、それぞれ接続して設けられている。即ち、図１において、圧縮室５の左側が低圧側であり、圧縮室５の右側が高圧側である。
【００１５】
また、ケーシング４には、各スクリュロータ２，３のロータ軸２ａ，３ａを軸支する軸受７が設けられた軸受空間６が、圧縮室５に隣接するように形成されている。この軸受空間６には、軸受７よりも圧縮室５側に、軸受７を潤滑するオイルが圧縮室５に漏れるのを防止するオイルシール８が設けられている。
【００１６】
また、圧縮室５と軸受空間６との間には、軸封部材９が設けられている。この軸封部材９は、圧縮室５内の流体が軸受空間６に流入するのを抑制するものであるが、本実施形態の軸封部材９では、圧縮室５内の流体の一部が軸受空間６に漏洩する。軸封部材９は、例えば、ラビリンスシール等の非接触シール材である。
【００１７】
また、ケーシング４には、圧縮室５から軸受空間６に漏洩した流体がケーシング４内を通過する流路１０が形成されている。流路１０の入口１０ａは、軸封部材９とオイルシール８との間に設けられており、流路１０の出口１０ｂは、ケーシング４の側面に設けられている。図２に示すように、ケーシング４の側面には４つの出口１０ｂが設けられており、右側の２つの流路１０、および、左側の２つの流路１０は、それぞれ入口１０ａが同じである。流路１０の出口１０ｂは、流体を使用するプロセス側にそれぞれ接続されている。即ち、スクリュ圧縮機１で圧縮する流体と同じ流体をプロセス側で使用する環境となっている。
【００１８】
図１、図２に示すように、軸受空間６、軸封部材９、および、流路１０は、圧縮室５の高圧側（右側）および低圧側（左側）にそれぞれ設けられている。
【００１９】
（スクリュ圧縮機の動作）
上記の構成において、スクリュ圧縮機１が作動されると、図示しないモータによりスクリュロータ２が回転され、スクリュロータ３は、この回転に付随して回転する。図示しない吸込流路から吸い込まれた流体は、圧縮室５内で圧縮されて、吐出流路から吐出される。また、圧縮室５内の流体の一部は、軸封部材９を介して軸受空間６に漏洩し、流路１０を流れる。
【００２０】
圧縮室５から軸受空間６に漏洩した流体の圧力は、圧縮室５内の流体の圧力に比べて減圧されており、温度も圧縮室５内の流体の温度よりも低くなっている。よって、圧縮室５から軸受空間６に漏洩した流体が流路１０を流れると、この流体と、圧縮室５内の流体によって高温に熱せられたケーシング４との間で熱交換が行われ、ケーシング４は流路１０を流れる流体によって冷却される。一方、流路１０を流れる流体はケーシング４から熱を回収して加熱される。
【００２１】
このように、圧縮室５から軸受空間６に漏洩した流体を用いてケーシング４を冷却することで、流体とは別物の冷却媒体を別途用いる必要がない。また、スクリュ圧縮機１で圧縮する流体と同じ流体をプロセス側で使用する環境では、流路１０を流れてケーシング４から熱を回収した流体をプロセス側に供給することで、ケーシング４から回収した熱を無駄なく利用することができる。よって、コストの上昇および装置全体の大型化を抑えることができるとともに、エネルギーを有効利用することができる。
【００２２】
［第２実施形態］
（スクリュ圧縮機の構成）
次に、本発明の第２実施形態について、図３を用いて説明する。本実施形態のスクリュ圧縮機２１を上から見た断面図である図３に示すように、本実施形態のスクリュ圧縮機２１は、圧縮室５からみて高圧側（右側）の軸封部材９ａを介して高圧側の軸受空間６ａに漏洩した流体が圧縮室５の低圧側（左側）に向かってケーシング４内を通過するようにケーシング４に形成された第１流路２２と、圧縮室５からみて低圧側の軸封部材９ｂを介して低圧側の軸受空間６ｂに漏洩した流体が圧縮室５の高圧側に向かってケーシング４内を通過するようにケーシング４に形成された第２流路２３と、を有している点で、第１実施形態のスクリュ圧縮機１と異なっている。
【００２３】
第１流路２２は、軸封部材９ａとオイルシール８との間に設けられた入口２２ａからケーシング４の外方に延びた後に、圧縮室５の低圧側（左側）に向かって延び、その後１８０度反転して、ケーシング４の右側に設けられた出口２２ｂに接続している。第２流路２３は、軸封部材９ｂとオイルシール８との間に設けられた入口２３ａからケーシング４の外方に延びた後に、圧縮室５の高圧側（右側）に向かって延び、その後１８０度反転して、ケーシング４の左側に設けられた出口２３ｂに接続している。第１流路２２の出口２２ｂおよび第２流路２３の出口２３ｂは、流体を使用するプロセス側にそれぞれ接続されている。
【００２４】
（スクリュ圧縮機の動作）
上記の構成において、スクリュ圧縮機２１が作動されると、圧縮室５の高圧側において、圧縮室５内の流体の一部は、高圧側の軸封部材９ａを介して高圧側の軸受空間６ａに漏洩し、第１流路２２を流れる。また、圧縮室５の低圧側において、圧縮室５内の流体の一部は、低圧側の軸封部材９ｂを介して低圧側の軸受空間６ｂに漏洩し、第２流路２３を流れる。
【００２５】
スクリュ圧縮機２１の運転中において、圧縮室５内の温度は高圧側で高く、低圧側で低いので、ケーシング４の温度も高圧側で高く、低圧側で低い。また、高圧側の軸受空間６ａに漏洩した流体の温度は、低圧側の軸受空間６ｂに漏洩した流体の温度よりも高い。
【００２６】
また、スクリュロータ２，３とケーシング４とでは、熱膨張による膨張量が異なるので、圧縮室５におけるスクリュロータ２，３とケーシング４との間のクリアランスは、高圧側と低圧側とで異なる。ケーシング４の熱膨張を考慮して、ケーシング４の加工寸法を設定すれば、高圧側から低圧側への流体の漏れ返りを防止することができる。しかし、複雑な形状であるケーシング４の温度分布を事前に推定し、各部の膨張量を把握して設計に詳細に反映することは、現状の技術では困難である。よって、圧縮室５におけるスクリュロータ２，３とケーシング４との間のクリアランスを一定に管理するには、膨張量の推定が容易となるように、ケーシング４の温度分布を一様にすることが望ましい。
【００２７】
そこで、高圧側の軸受空間６ａに漏洩した流体を、第１流路２２によって、圧縮室５の低圧側に向かって流すとともに、低圧側の軸受空間６ｂに漏洩した流体を、第２流路２３によって、圧縮室５の高圧側に向かって流して、それぞれ熱交換を行わせる。これにより、ケーシング４の温度分布を一様に近づけることができる。
【００２８】
その他の構成は、第１実施形態と同じであるので、その説明を省略する。
【００２９】
［第３実施形態］
（スクリュ圧縮機の構成）
次に、本発明の第３実施形態について、図４を用いて説明する。本実施形態のスクリュ圧縮機３１を横から見た断面図である図４に示すように、本実施形態のスクリュ圧縮機３１は、第１流路３２の流量を調節する弁３４と、第２流路３３の流量を調節する弁３５と、ケーシング４内の複数箇所の温度を計測する温度センサ３６と、弁３４，３５の開度をそれぞれ制御する制御部３７と、を有している点で、第２実施形態のスクリュ圧縮機２１と異なっている。
【００３０】
第１流路３２は、高圧側（右側）の軸封部材９ａとオイルシール８との間に設けられた入口３２ａからケーシング４の下方に延びた後に、圧縮室５の低圧側（左側）に向かって延び、その後、３つの流路に分岐して、ケーシング４の低圧側を下から上に向かってそれぞれ貫通した後、合流してケーシング４の上方に設けられた出口３２ｂに接続している。第２流路３３は、低圧側の軸封部材９ｂとオイルシール８との間に設けられた入口３３ａからケーシング４の上方に延びた後に、圧縮室５の高圧側に向かって延び、その後、３つの流路に分岐して、ケーシング４の高圧側を上から下に向かってそれぞれ貫通した後、合流してケーシング４の下方に設けられた出口３３ｂに接続している。第１流路３２の出口３２ｂおよび第２流路３３の出口３３ｂは、流体を使用するプロセス側にそれぞれ接続されている。
【００３１】
弁３４は、第１流路３２が分岐した３つの流路の各々の上流に設けられ、ケーシング４内を通過する流体の流量を調節することが可能である。弁３５は、第２流路３３が分岐した３つの流路の各々の上流に設けられ、ケーシング４内を通過する流体の流量を調節することが可能である。温度センサ３６は、ケーシング４内において、３つに分岐した第１流路３２、および、３つに分岐した第２流路３３の各々の間にそれぞれ配置されて、ケーシング４内の６箇所の温度をそれぞれ計測している。制御部３７は、温度センサ３６の計測結果に基づいて、ケーシング４の温度分布が一様となるように、３つの弁３４および３つの弁３５の開度をそれぞれ制御する。
【００３２】
（スクリュ圧縮機の動作）
上記の構成において、スクリュ圧縮機２１が作動されると、圧縮室５の高圧側において、圧縮室５内の流体の一部は、高圧側の軸封部材９ａを介して高圧側の軸受空間６ａに漏洩し、第１流路３２を流れる。また、圧縮室５の低圧側において、圧縮室５内の流体の一部は、低圧側の軸封部材９ｂを介して低圧側の軸受空間６ｂに漏洩し、第２流路３３を流れる。
【００３３】
高圧側の軸受空間６ａに漏洩した流体は、第１流路３２を通って、圧縮室５の低圧側に向かって流れるとともに、低圧側の軸受空間６ｂに漏洩した流体は、第２流路３３を通って、圧縮室５の高圧側に向かって流れる。制御部３７は、温度センサ３６の計測結果に基づいて、ケーシング４の温度分布が一様となるように、３つの弁３４および３つの弁３５の開度をそれぞれ制御する。第１流路３２および第２流路３３を通過する流体と、ケーシング４とは、それぞれ熱交換する。これにより、ケーシング４の温度分布を精度良く一様にすることができる。
【００３４】
その他の構成は、第１実施形態および第２実施形態と同じであるので、その説明を省略する。
【００３５】
（本実施形態の変形例）
以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
【００３６】
例えば、第２実施形態の第１流路２２および第２流路２３や、第３実施形態の第１流路３２および第２流路３３の構成は、上記したものに限定されない。第１流路が、高圧側の軸受空間６ａに漏洩した流体を圧縮室５の低圧側に向かって流すものであり、第２流路が、低圧側の軸受空間６ｂに漏洩した流体を圧縮室５の高圧側に向かって流すものであれば、流路の構成は適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１，２１，３１  スクリュ圧縮機
２，３  スクリュロータ
２ａ，３ａ         ロータ軸
４  ケーシング
５  圧縮室
６，６ａ，６ｂ  軸受空間
７  軸受
８  オイルシール
９，９ａ，９ｂ  軸封部材
１０  流路
２２，３２  第１流路
２３，３３  第２流路
３４，３５  弁
３６  温度センサ
３７  制御部
【図１】
2011220251.tif 000003
【図２】
2011220251.tif 000004
【図３】
2011220251.tif 000005
【図４】
2011220251.tif 000006