(57)【要約】【課題】低温ガスの圧縮用途においてもスクリューロータの回転動力のロスを低減することが可能なスクリュー圧縮機を提供する。【解決手段】スクリュー圧縮機は、吸込ガスを圧縮する低段スクリューロータと、前記低段スクリューロータが収容される低段ロータ室への油の供給及びその停止を切り替える油供給ユニットと、を備えている。前記油供給ユニットは、前記吸込ガスの温度が予め定められた基準温度以下であることに基づいて前記低段ロータ室への前記油の供給を停止すると共に、前記吸込ガスの温度が前記基準温度を超えることに基づいて前記低段ロータ室に前記油を供給するように構成されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸込ガスを圧縮する低段スクリューロータと、
前記低段スクリューロータが収容される低段ロータ室への油の供給及びその停止を切り替える油供給ユニットと、を備え、
前記油供給ユニットは、前記吸込ガスの温度が予め定められた基準温度以下であることに基づいて前記低段ロータ室への前記油の供給を停止すると共に、前記吸込ガスの温度が前記基準温度を超えることに基づいて前記低段ロータ室に前記油を供給するように構成されていることを特徴とする、スクリュー圧縮機。
【請求項２】
前記低段ロータ室が設けられたケーシングと、
前記ケーシングから前記油を回収すると共に、回収した前記油を前記ケーシングにおける前記低段ロータ室以外の部分に戻す油回収ユニットをさらに備え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３】
前記低段スクリューロータにより圧縮された前記吸込ガスを圧縮する高段スクリューロータをさらに備え、
前記油供給ユニットは、前記高段スクリューロータが収容される高段ロータ室への前記油の供給及びその停止を切り替えるように構成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のスクリュー圧縮機。
【請求項４】
前記低段スクリューロータにより圧縮された前記吸込ガスを圧縮する高段スクリューロータと、
前記低段ロータ室が内部に設けられた低段ケースと、前記低段ケースと一体であり且つ前記高段スクリューロータが収容される高段ロータ室が内部に設けられた高段ケースと、を含むケーシングと、をさらに備え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５】
前記低段スクリューロータを軸周りに回転させる駆動部であって、前記低段スクリューロータの回転数を変えるための可変駆動力を発生する前記駆動部をさらに備えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のスクリュー圧縮機。
【請求項６】
前記低段スクリューロータの軸に沿ってスライド移動することにより、前記低段スクリューロータの圧縮容量を調整する低段スライド弁と、
前記低段ロータ室への前記油の供給が停止される間は、回転数制御による前記低段スクリューロータの圧縮容量の調整を行うと共に、前記低段ロータ室に前記油が供給される間は、回転数制御による前記低段スクリューロータの圧縮容量の調整及び前記低段スライド弁による前記低段スクリューロータの圧縮容量の調整の少なくとも一方を行うように、前記駆動部及び前記低段スライド弁の動作を制御する制御部と、をさらに備えることを特徴とする、請求項５に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する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に開示されるように、雄雌一対のスクリューロータを備えたスクリュー圧縮機について知られている。このスクリュー圧縮機は、雄ロータ及び雌ロータがケーシング内において互いに噛み合うように配置されたものであって、両ロータを軸周りに回転させることによって吸込ガスを所定の圧力になるまで昇圧する。
【０００３】
特許文献１に開示されたスクリュー圧縮機は、雄ロータ及び雌ロータの各シャフトの端部にタイミングギヤが取り付けられた構造となっている。またこのようなスクリュー圧縮機においては、ガスの圧縮時に生じる熱の除去を目的として、スクリューロータが収容されるロータ室に油を供給する油冷方式が多く採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−２３３８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のスクリュー圧縮機に油冷方式が採用された場合において、液化天然ガスのボイルオフガスといった極低温のガスがスクリューロータに吸い込まれると、油がガスによって冷却されることにより油の粘度が上がり、またケーシング内で油が固着することがある。これにより、スクリューロータが回転しにくくなり、スクリューロータを回転させるための動力のロスが大きくなるという課題がある。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、低温ガスの圧縮用途においてもスクリューロータの回転動力のロスを低減することが可能なスクリュー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】
本発明の一局面に係るスクリュー圧縮機は、吸込ガスを圧縮する低段スクリューロータと、前記低段スクリューロータが収容される低段ロータ室への油の供給及びその停止を切り替える油供給ユニットと、を備えている。前記油供給ユニットは、前記吸込ガスの温度が予め定められた基準温度以下であることに基づいて前記低段ロータ室への前記油の供給を停止すると共に、前記吸込ガスの温度が前記基準温度を超えることに基づいて前記低段ロータ室に前記油を供給するように構成されている。
【０００８】
このスクリュー圧縮機では、吸込ガスの温度が低い場合（基準温度以下である場合）には、油供給ユニットから低段ロータ室への油の供給が停止されるオイルフリー式に切り替えることができる。これにより、低温ガスが低段スクリューロータに吸い込まれても、油の粘度上昇によってロータが回転しにくくなるという事態を避けることができる。一方、吸込ガスの温度が高い場合（基準温度を超える場合）には、油供給ユニットから低段ロータ室に油が供給される油冷式に切り替えることにより、低段ロータ室内で生じる圧縮熱の除去を行うことができる。このスクリュー圧縮機によれば、オイルフリー式と油冷式とに適宜切り替えることにより、低温ガスの圧縮用途においてもスクリューロータの回転動力のロスを低減することができる。
【０００９】
上記スクリュー圧縮機は、前記低段ロータ室が設けられたケーシングと、前記ケーシングから前記油を回収すると共に、回収した前記油を前記ケーシングにおける前記低段ロータ室以外の部分に戻す油回収ユニットをさらに備えていてもよい。
【００１０】
この構成によれば、回収した油を再びケーシングに戻すことによって油の有効利用を図ることができる。この時、ケーシングにおける低段ロータ室以外の部分に油を戻すことにより、低段スクリューロータに低温ガスが吸い込まれる時でも、油の粘度上昇や固着の問題を回避することができる。
【００１１】
上記スクリュー圧縮機は、前記低段スクリューロータにより圧縮された前記吸込ガスを圧縮する高段スクリューロータをさらに備えていてもよい。前記油供給ユニットは、前記高段スクリューロータが収容される高段ロータ室への前記油の供給及びその停止を切り替えるように構成されていてもよい。
【００１２】
この構成によれば、高段スクリューロータもオイルフリー式と油冷式とに切り替えることができる。このため、低段スクリューロータによる圧縮後のガスの温度が低い場合には、高段スクリューロータをオイルフリー式に切り替えることにより、高段スクリューロータにおいても油の粘度上昇に起因する回転動力のロスを減らすことができる。
【００１３】
上記スクリュー圧縮機は、前記低段スクリューロータにより圧縮された前記吸込ガスを圧縮する高段スクリューロータと、前記低段ロータ室が内部に設けられた低段ケースと、前記低段ケースと一体であり且つ前記高段スクリューロータが収容される高段ロータ室が内部に設けられた高段ケースと、を含むケーシングと、をさらに備えていてもよい。
【００１４】
この構成によれば、低段及び高段スクリューロータがそれぞれ別のケーシングに収容される場合に比べて、スクリュー圧縮機をコンパクト化することができる。これは、例えば船舶内などの設置スペースが限られた状況においてスクリュー圧縮機を設置する際に特に好ましい。
【００１５】
上記スクリュー圧縮機は、前記低段スクリューロータを軸周りに回転させる駆動部であって、前記低段スクリューロータの回転数を変えるための可変駆動力を発生する前記駆動部をさらに備えていてもよい。
【００１６】
スクリュー圧縮機の代表的な圧縮容量の調整方法として、ロータの回転数制御の他、スライド弁制御がある。しかし、低段スクリューロータがオイルフリーの状態ではスライド弁の潤滑ができないため、回転数制御による容量調整を行う必要がある。上記構成によれば、駆動部が発生する可変駆動力によって低段スクリューロータの回転数を変えることができるため、低段スクリューロータがオイルフリーの状態でも圧縮容量の調整を行うことができる。
【００１７】
上記スクリュー圧縮機は、前記低段スクリューロータの軸に沿ってスライド移動することにより、前記低段スクリューロータの圧縮容量を調整する低段スライド弁と、前記低段ロータ室への前記油の供給が停止される間は、回転数制御による前記低段スクリューロータの圧縮容量の調整を行うと共に、前記低段ロータ室に前記油が供給される間は、回転数制御による前記低段スクリューロータの圧縮容量の調整及び前記低段スライド弁による前記低段スクリューロータの圧縮容量の調整の少なくとも一方を行うように、前記駆動部及び前記低段スライド弁の動作を制御する制御部と、をさらに備えていてもよい。
【００１８】
この構成によれば、低段スクリューロータがオイルフリーの場合は回転数制御のみによる圧縮容量の調整を行い、一方で、低段スクリューロータが油冷式の場合は回転数制御及びスライド弁制御のうち少なくとも一方を用いた圧縮容量の調整を行うことができる。したがって、ロータの回転数制御を常時行う場合に比べて、圧縮容量の調整方法の自由度が高い。
【発明の効果】
【００１９】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、低温ガスの圧縮用途においてもスクリューロータの回転動力のロスを低減することが可能な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】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態１に係るスクリュー圧縮機が適用されるガス圧縮システムの系統を模式的に示す図である。
【図２】本発明の実施形態１に係るスクリュー圧縮機の構成を模式的に示す図である。
【図３】上記スクリュー圧縮機における雄ロータ及び雌ロータの構成を模式的に示す図である。
【図４】上記スクリュー圧縮機のケーシングに対するオイル供給管の接続態様を模式的に示す図である。
【図５】本発明の実施形態２に係るスクリュー圧縮機の構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２２】
（実施形態１）
まず、本発明の実施形態１に係るスクリュー圧縮機１及び当該スクリュー圧縮機１が適用されるガス圧縮システム１００の構成について、図１及び図２を主に参照して説明する。図１は、本実施形態におけるガス圧縮システム１００の系統を模式的に示している。図２は、スクリュー圧縮機１の構成を模式的に示している。なお、図１及び図２は、ガス圧縮システム１００及びスクリュー圧縮機１における主要な構成要素のみを示しており、ガス圧縮システム１００及びスクリュー圧縮機１は、図１及び図２に示されていない他の任意の構成要素を備え得る。
【００２３】
ガス圧縮システム１００は、例えば、液化天然ガス（ＬＮＧ；Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ  Ｎａｔｕｒａｌ  Ｇａｓ）などの低温液化ガスを運搬する船舶内に設置して使用されるものである。ＬＮＧ運搬船においては、約−１６０℃の極低温のＬＮＧが図略のタンク内に貯蔵されているが、外部から当該タンク内への熱の侵入によってＬＮＧの一部が蒸発することにより、ボイルオフガス（ＢＯＧ；Ｂｏｉｌ  Ｏｆｆ  Ｇａｓ）が発生する。本実施形態におけるガス圧縮システム１００では、このボイルオフガスをスクリュー圧縮機１によって圧縮することにより所定の供給圧力まで昇圧し、その圧縮ガスを、例えば船舶のエンジンなどの所定の需要先に供給する。まず、ガス圧縮システム１００の全体構成について説明する。
【００２４】
図１に示すように、ガス圧縮システム１００は、ボイルオフガスを所定の圧力まで圧縮するスクリュー圧縮機１と、このスクリュー圧縮機１にボイルオフガスを導くための吸込経路７と、スクリュー圧縮機１から吐出されたボイルオフガスが流れる吐出経路４と、この吐出経路４に配置された油回収器２及び油分離器３と、を主に備えている。吐出経路４は、スクリュー圧縮機１の吐出口３８Ｂと油回収器２の入口とを接続する第１吐出経路５と、油回収器２の出口と油分離器３の入口とを接続する第２吐出経路６と、油分離器３の出口から流出したボイルオフガスを需要先に導くための第３吐出経路９と、を有する。
【００２５】
スクリュー圧縮機１は、ケーシング３０内において互いに噛み合うように配置された雄雌一対のスクリューロータを軸周りに回転させることにより、吸込ガス（ボイルオフガス）を所定の圧力まで昇圧する。図１に示すように、本実施形態におけるスクリュー圧縮機１は、多段式（２段式）に構成されており、吸込口３１からケーシング３０内に吸い込まれた吸込ガスを圧縮する低段スクリューロータ１０と、低段スクリューロータ１０により圧縮されたガスをさらに圧縮する高段スクリューロータ２０と、両スクリューロータを軸周りに回転させる駆動力を発生するモータ４０（駆動部）と、を有する。
【００２６】
吸込経路７は、上流端が図略のタンクに接続されると共に、下流端がスクリュー圧縮機１の吸込口３１に接続されている。これにより、当該タンク内で発生したボイルオフガスを吸込経路７を通じてケーシング３０内に導くことができる。図１に示すように、吸込経路７には、当該経路内を流れるボイルオフガスの温度を検知する温度センサ８が設けられている。吸込経路７内を流れるボイルオフガスの温度は、船舶の運航状況などによって変動するが、温度センサ８によってその温度を監視することができる。
【００２７】
スクリュー圧縮機１は、低段及び高段スクリューロータ１０，２０が収容される低段及び高段ロータ室１０Ａ，２０Ａのそれぞれへの油の供給及びその停止を切り替える油供給ユニット８０を備えている。この油は、低段及び高段ロータ室１０Ａ，２０Ａには主に圧縮熱の除去を目的として供給され、また軸受の潤滑を目的として軸受室内に供給されてもよい。本実施形態のスクリュー圧縮機１は、温度センサ８により検知した吸込ガスの温度に基づいて、油供給ユニット８０による低段ロータ室１０Ａへの油の供給及びその停止を切り替える点に特徴を有しており、これについては後に詳述する。
【００２８】
油回収器２は、スクリュー圧縮機１から吐出されるガスに含まれる油（つまり、スクリュー圧縮機１から圧縮ガスと共に後段に持ち出された油）を分離して回収するものであって、スクリュー圧縮機１の後段に配置されている。スクリュー圧縮機１の後段に持ち出される油は、主に低段及び高段ロータ室１０Ａ，２０Ａ内の油である。油回収器２は、容器２Ｂと、容器２Ｂ内に配置されると共に微細繊維などからなるフィルターである低次分離エレメント２Ａと、を有する。
【００２９】
スクリュー圧縮機１から吐出された圧縮ガスは、第１吐出経路５を通じて容器２Ｂ内に流入し、低次分離エレメント２Ａを通過する。これにより、圧縮ガス中に含まれる油が分離される（一次分離）。低次分離エレメント２Ａを通過したガスは、容器２Ｂの外に流出した後、第２吐出経路６を通じて油分離器３に向かって流れる。一方、低次分離エレメント２Ａにより捕捉された油は、容器２Ｂの底に溜まる。このようにして分離された油は、油供給ユニット８０によってケーシング３０内に再び給油される。
【００３０】
油分離器３は、油回収器２を通過後の圧縮ガスになお含まれる油を分離するものであって（二次分離）、油回収器２の後段に配置されている。油分離器３は、容器３Ｂと、容器３Ｂ内に配置されると共に微細繊維などからなるフィルターである高次分離エレメント３Ａと、を有する。高次分離エレメント３Ａは、低次分離エレメント２Ａよりもフィルター性能（油の分離精度）が高い。このように、油回収器２及び油分離器３による２段階の油分離に供された圧縮ガスを、第３吐出経路９を通じて需要先に供給することができる。
【００３１】
次に、スクリュー圧縮機１の構成について、図２〜図４を参照してより詳細に説明する。図２に示すように、スクリュー圧縮機１は、低段スクリューロータ１０と、低段スクリューロータ１０の後段に配置された高段スクリューロータ２０と、低段及び高段スクリューロータ１０，２０をそれぞれ軸周りに回転自在に収容するケーシング３０と、を主に備えている。低段及び高段スクリューロータ１０，２０は、各ロータ軸が水平状態となる姿勢でそれぞれ配置されている。
【００３２】
図３は、低段及び高段スクリューロータ１０，２０の構成を詳細に示している。図３に示すように、低段及び高段スクリューロータ１０，２０は、雄ロータ１４と、雌ロータ１６と、をそれぞれ含む。雄ロータ１４は、一方向に延びる形状のロータ本体１４ａと、ロータ本体１４ａの外周部に螺旋状の凸部として形成された複数の歯部１４ｂと、を有する。
【００３３】
雌ロータ１６は、一方向に延びる形状のロータ本体１６ａと、雄ロータ１４の歯部１４ｂが噛み合う凹部１６ｃが形成された螺旋状の歯部１６ｂと、を有する。雄ロータ１４の歯部１４ｂと雌ロータ１６の歯部１６ｂとが噛み合う部分において、両歯部１４ｂ，１６ｂとケーシング３０との間に閉空間が形成される。この閉空間は、スクリューロータの回転に伴って吸込ガスを圧縮する圧縮空間Ｓｃとして機能する。なお、図２では、雄雌一対のロータのうち雄ロータ１４のみが示されている。
【００３４】
図２に示すように、低段スクリューロータ１０の雄ロータ１４の軸方向一端部（吸込側端部）には第１低段シャフト１２が当該雄ロータ１４と同軸上に接続され、軸方向他端部（吐出側端部）には第２低段シャフト１３が当該雄ロータ１４と同軸上に接続されている。第１低段シャフト１２には、当該シャフトを軸周りに回転可能に支持する第１低段軸受５１と、タイミングギヤ５５と、がそれぞれ外嵌されている。また第１低段シャフト１２は、ケーシング３０の一端面３０Ａよりも外側に突出し、その突出端にモータ４０が取り付けられている。第２低段シャフト１３には、当該シャフトを軸周りに回転可能に支持する第２低段軸受５２が外嵌されている。
【００３５】
高段スクリューロータ２０の雄ロータ１４の軸方向一端部（吸込側端部）には第１高段シャフト２２が接続され、軸方向他端部（吐出側端部）には第２高段シャフト２３が接続されている。第１高段シャフト２２には、当該シャフトを軸周りに回転可能に支持する第１高段軸受５３が外嵌されている。また第１高段シャフト２２の端部は、カップリング５６を介して第２低段シャフト１３の端部に接続されている。このカップリング５６を介して、第２低段シャフト１３の回転を第１高段シャフト２２に伝達することができる。また第２高段シャフト２３には、当該シャフトを軸周りに回転可能に支持する第２高段軸受５４が外嵌されている。
【００３６】
ケーシング３０は、分割された複数のケースが、例えばボルト及びナットなどの締結部材により互いに結合された構成を有する。即ち、ケーシング３０は、第１低段軸受５１を収容する吸込側低段ケース３２と、低段スクリューロータ１０を収容する低段ロータケース３３と、第２低段軸受５２を収容する吐出側低段ケース３４と、カップリング５６を収容する中間ケース３５と、第１高段軸受５３を収容する吸込側高段ケース３６と、高段スクリューロータ２０を収容する高段ロータケース３７と、第２高段軸受５４を収容する吐出側高段ケース３８と、を有する。図２に示すように、低段ロータ室１０Ａは低段ロータケース３３の内部に設けられており、高段ロータ室２０Ａは高段ロータケース３７の内部に設けられている。本実施形態では、吸込側低段ケース３２、低段ロータケース３３及び吐出側低段ケース３４により低段ケースが構成される。また吸込側高段ケース３６、高段ロータケース３７及び吐出側高段ケース３８により高段ケースが構成される。
【００３７】
図２に示すように、吸込側低段ケース３２は、上部に吸込口３１が形成されると共に、低段スクリューロータ１０により圧縮される前のガスが流れる低段吸込流路３２Ａが内部に形成されている。このケースは、低段ロータケース３３の軸方向一端面（吸込側端面）に結合される。吐出側低段ケース３４は、低段スクリューロータ１０により圧縮されたガスが流れる低段吐出流路３４Ａが内部に形成されている。このケースは、低段ロータケース３３の軸方向他端面（吐出側端面）に結合される。
【００３８】
吸込側高段ケース３６は、低段スクリューロータ１０により圧縮された後であって高段スクリューロータ２０により圧縮される前のガスが流れる高段吸込流路３６Ａが内部に形成されている。このケースは、高段ロータケース３７の軸方向一端面（吸込側端面）に結合される。吐出側高段ケース３８は、高段スクリューロータ２０により圧縮された後のガスが流れる高段吐出流路３８Ａが内部に形成されている。このケースは、高段ロータケース３７の軸方向他端面（吐出側端面）に結合される。
【００３９】
中間ケース３５は、吐出側低段ケース３４と吸込側高段ケース３６とを結合しており、且つガスの中間流路３５Ａが内部に形成されている。中間流路３５Ａは、低段吐出流路３４Ａ及び高段吸込流路３６Ａのそれぞれと連通する。本実施形態では、中間ケース３５が両ケース３４，３６を結合することによって、低段及び高段スクリューロータ１０，２０がそれぞれ収容される一つのケーシング３０が構成されている。このケーシング３０には、吸込口３１から吐出口３８Ｂに至る一つのガス流路（低段吸込流路３２Ａ、低段吐出流路３４Ａ、中間流路３５Ａ、高段吸込流路３６Ａ、高段吐出流路３８Ａの順にガスが流れる流路）が形成されている。
【００４０】
モータ４０は、低段及び高段スクリューロータ１０，２０をそれぞれ軸周りに回転させる駆動力を発生するものである。モータ４０を駆動させることにより、低段スクリューロータ１０の雄ロータ１４及び低段シャフト１２，１３が軸周りに回転する。ここで、雌ロータ１６（図３）の低段シャフトには、雄ロータ１４側のタイミングギヤ５５と噛み合う別のタイミングギヤが外嵌されている。このため、雄ロータ１４の回転と連動して雌ロータ１６も軸周りに回転させることができる。
【００４１】
また第２低段シャフト１３の回転は、カップリング５６を介して第１高段シャフト２２に伝達される。これにより、高段スクリューロータ２０を低段スクリューロータ１０と同じ回転数で回転させることができる。
【００４２】
スクリュー圧縮機１は、低段スクリューロータ１０の圧縮容量を調整する低段スライド弁７１と、高段スクリューロータ２０の圧縮容量を調整する高段スライド弁７５と、を備えている。図２に示すように、低段スライド弁７１には、低段ピストン７３のピストンロッド７４の先端が接続されている。低段ピストン７３は、低段油圧シリンダ７２内に作動油を供給することによって水平移動し、これに伴って低段スライド弁７１は低段スクリューロータ１０のロータ軸に沿ってスライド移動する。これにより、低段スクリューロータ１０から吐出される時のガスの圧力を調整することができる。
【００４３】
高段スライド弁７５は、低段スライド弁７１と同様の機構によって高段スクリューロータ２０の圧縮容量を調整する。即ち、高段油圧シリンダ７７内に作動油を供給することにより高段ピストン７９を水平移動させ、これに伴って高段スライド弁７５を高段スクリューロータ２０のロータ軸に沿ってスライド移動させることができる。
【００４４】
スクリュー圧縮機１によれば、以下のようにして吸込ガスが圧縮される。まず、吸込口３１からケーシング３０内に流入した吸込ガスは、低段吸込流路３２Ａを通過した後低段スクリューロータ１０に吸い込まれ、当該低段スクリューロータ１０の回転によって圧縮される。そして、低段スクリューロータ１０により圧縮されたガスは、低段吐出流路３４Ａ、中間流路３５Ａ及び高段吸込流路３６Ａを順に通過した後、高段スクリューロータ２０に吸い込まれる。そして、高段スクリューロータ２０の回転によってさらに圧縮されたガスは、高段吐出流路３８Ａを通過した後、吐出口３８Ｂからケーシング３０の外に吐出される。
【００４５】
ここで、低段スクリューロータ１０が油冷式の状態（つまり、低段ロータ室１０Ａに油が供給された状態）で低温ガスが当該低段スクリューロータ１０に吸い込まれると、低温ガスによって油が冷却されることにより油の粘度が上がり（又は油がケーシング３０内で固着し）、その結果低段スクリューロータ１０の軸周りの回転が阻害されることがある。これに対し、本実施形態に係るスクリュー圧縮機１においては、吸込ガスの温度に応じて、低段ロータ室１０Ａへの油の供給及びその停止のタイミングを調整することにより、このような問題を解消することができる。
【００４６】
図１に示すように、油供給ユニット８０は、オイル供給管８１と、オイル供給管８１に配置されたオイルクーラ８２、オイルポンプ８３及びオイルフィルタ８４と、を有する。オイル供給管８１は、油回収器２で回収した油をケーシング３０に戻すための配管である。オイル供給管８１は、容器２Ｂに溜まった油を取り込むことができるように、一端が容器２Ｂの底に位置している。
【００４７】
オイルクーラ８２は、オイル供給管８１に取り込まれた油を冷却する。オイルポンプ８３は、容器２Ｂに溜まった油をオイル供給管８１に汲み上げるためのものであって、オイルクーラ８２の後段に配置される。オイルフィルタ８４は、油に含まれる異物などを除去するものであって、オイルポンプ８３の後段において並列に配置されている。
【００４８】
図４は、図２に示したケーシング３０の各ケース部分３２〜３８を破線四角により模式的に示すと共に、各ケース部分３２〜３８に対するオイル供給管８１の接続態様を示している。図４に示すように、オイル供給管８１の他端（油回収器２内に位置する一端と反対側の端部）は、低段供給管８５、高段供給管８６及び中段供給管８７の３本に分岐している。
【００４９】
低段供給管８５は、吸込側低段ケース３２に接続された第１低段供給管８５Ａ、低段ロータケース３３に接続された第２低段供給管８５Ｂ、及び吐出側低段ケース３４に接続された第３低段供給管８５Ｃの３本に分岐している。第１〜第３低段供給管８５Ａ〜８５Ｃには、バルブ８５ＡＡ，８５ＢＢ，８５ＣＣがそれぞれ設けられている。
【００５０】
高段供給管８６は、吸込側高段ケース３６に接続された第１高段供給管８６Ａ、高段ロータケース３７に接続された第２高段供給管８６Ｂ、及び吐出側高段ケース３８に接続された第３高段供給管８６Ｃの３本に分岐している。第１〜第３高段供給管８６Ａ〜８６Ｃには、バルブ８６ＡＡ、８６ＢＢ，８６ＣＣがそれぞれ設けられている。中段供給管８７は、中間ケース３５に接続されており、且つバルブ８７Ａが設けられている。また油供給ユニット８０は、各バルブの開閉をそれぞれ個別に制御する開閉制御部８８を有する。
【００５１】
油供給ユニット８０は、吸込ガスの温度が予め定められた基準温度以下であることに基づいて低段ロータ室１０Ａへの油の供給を停止すると共に、吸込ガスの温度が基準温度を超えることに基づいて低段ロータ室１０Ａに油を供給するように構成されている。本実施形態における基準温度は、油の凝固点である。しかし、基準温度はこれに限定されるものではなく、任意の温度に設定することが可能である。例えば、油の凝固点よりも高い温度であって、油の粘度が大きく変化する温度に設定することもできる。
【００５２】
温度センサ８（図１）により検知された吸込ガスの温度が基準温度以下である場合は、開閉制御部８８はバルブ８５ＡＡ，８５ＣＣを開くと共にバルブ８５ＢＢを閉じる。この場合、吸込側及び吐出側低段ケース３２，３４内の軸受室（軸受５１，５２が収容される空間）に油が供給される一方で、低段ロータ室１０Ａには油が供給されない（オイルフリー）。このため、油の凝固点以下の低温ガスが低段スクリューロータ１０に吸い込まれても、油の粘度上昇や油の固着に起因するロータの回転動力のロスを防ぐことができる。
【００５３】
一方、吸込ガスの温度が基準温度を超える場合には、開閉制御部８８はバルブ８５ＡＡ，８５ＢＢ，８５ＣＣを全て開く。この場合は、吸込側及び吐出側低段ケース３２，３４内の軸受室だけでなく、低段ロータ室１０Ａ内にも油が供給される。これにより、低段ロータ室１０Ａ内で生じるガスの圧縮熱を除去することができる（油冷式）。この場合は、吸込ガスの温度が油の凝固点を超えているため、低段ロータ室１０Ａ内に油を供給しても、油の粘度上昇や固着の問題が起こらない。このように、本実施形態に係るスクリュー圧縮機１においては、吸込ガスの温度に応じて、低段スクリューロータ１０をオイルフリー式と油冷式とに適宜切り替えることができる。
【００５４】
また本実施形態では、高段スクリューロータ２０も油供給ユニット８０によってオイルフリー式と油冷式とに切り替えることができる。具体的には以下の通りである。
【００５５】
低段スクリューロータ１０による圧縮後のガスの温度が基準温度（例えば、油の凝固点）以下である場合には、開閉制御部８８はバルブ８６ＡＡ，８６ＣＣを開くと共にバルブ８６ＢＢを閉じる。この場合、吸込側及び吐出側高段ケース３６，３８内の軸受室（軸受５３，５４が収容される空間）に油が供給される一方で、高段ロータ室２０Ａ内には油が供給されない（オイルフリー）。このため、油の凝固点以下の低温ガスが高段スクリューロータ２０に吸い込まれても、油の粘度上昇や油の固着に起因するロータの回転動力のロスを防ぐことができる。
【００５６】
一方、低段スクリューロータ１０による圧縮後のガスの温度が基準温度を超える場合には、開閉制御部８８はバルブ８６ＡＡ，８６ＢＢ，８６ＣＣを全て開く。この場合は、吸込側及び吐出側高段ケース３６，３８内の軸受室だけでなく、高段ロータ室２０Ａ内にも油が供給される。これにより、高段ロータ室２０Ａ内で生じるガスの圧縮熱を除去することができる（油冷式）。この場合は、ガス温度が油の凝固点を超えているため、高段ロータ室２０Ａ内に油を供給しても、油の粘度上昇や固着の問題が起こらない。なお、中段供給管８７に設けられたバルブ８７Ａは、ガス温度に依らず、開閉いずれの状態であってもよい。
【００５７】
また低段スクリューロータ１０による圧縮後のガス温度は、その圧縮前のガス温度に基づいて算出されてもよい。即ち、低段スクリューロータ１０による圧縮前後のガス温度の相関関係を予め調査し、温度センサ８により検知されたガス温度（低段スクリューロータ１０による圧縮前のガス温度）と当該相関関係とを用いて、低段スクリューロータ１０による圧縮後のガス温度が算出されてもよい。
【００５８】
スクリュー圧縮機１は、ケーシング３０から油を回収する油回収ユニット９０を備えている。図１に示すように、油回収ユニット９０は、ケーシング３０に接続された排油管９１と、回収された油を溜めるタンク９２と、タンク９２からケーシング３０に油を戻すための注油管９４と、注油管９４に設けられると共にタンク９２から注油管９４内に油を汲み上げるポンプ９３と、を有する。ポンプ９３は、タンク９２の後段において並列に配置されている。
【００５９】
図４に示すように、排油管９１の一端は、吸込側低段ケース３２に接続されている。この吸込側低段ケース３２内の軸受室には軸受５１〜５４を潤滑する油が集まり、この集まった油を排油管９１を通じてタンク９２に回収することができる。
【００６０】
注油管９４は、一端がタンク９２に接続されると共に、他端が第１〜第６注油管１０１〜１０６の６本に分岐している（図４）。第１注油管１０１は吸込側低段ケース３２に接続され、第２注油管１０２は吐出側低段ケース３４に接続され、第３注油管１０３は中間ケース３５に接続され、第４注油管１０４は吸込側高段ケース３６に接続され、第５注油管１０５は高段ロータケース３７に接続され、第６注油管１０６は吐出側高段ケース３８に接続されている。第１〜第６注油管１０１〜１０６には、バルブ１０１Ａ〜１０６Ａがそれぞれ設けられている。つまり、注油管９４は、ケーシング３０における低段ロータケース３３以外のケース部分に接続されている。
【００６１】
油回収ユニット９０によれば、ポンプ９３を作動させることにより、タンク９２に回収した油を、ケーシング３０における低段ロータ室１０Ａ以外の部分に戻すことができる。また図１に示すように、注油管９４は、第１吐出経路５にも接続され、タンク９２に回収した油を圧縮ガス中に供給する構成となっていてもよい。この油は、油回収器２において回収された後、油供給ユニット８０によってケーシング３０に供給される。
【００６２】
ここで、上記の通り説明した実施形態１に係るスクリュー圧縮機１の特徴及び作用効果について列記する。
【００６３】
スクリュー圧縮機１は、吸込ガスを圧縮する低段スクリューロータ１０と、低段ロータ室１０Ａへの油の供給及びその停止を切り替える油供給ユニット８０と、を備えている。油供給ユニット８０は、吸込ガスの温度が予め定められた基準温度以下であることに基づいて低段ロータ室１０Ａへの油の供給を停止すると共に、吸込ガスの温度が基準温度を超えることに基づいて低段ロータ室１０Ａに油を供給するように構成されている。
【００６４】
このスクリュー圧縮機１では、吸込ガスの温度が基準温度以下である場合には、油供給ユニット８０から低段ロータ室１０Ａへの油の供給が停止されるオイルフリー式に切り替えることができる。これにより、低温ガスが低段スクリューロータ１０に吸い込まれても、油の粘度上昇によってロータが回転しにくくなるという事態を避けることができる。一方、吸込ガスの温度が基準温度を超える場合には、油供給ユニット８０から低段ロータ室１０Ａに油が供給される油冷式に切り替えることにより、低段ロータ室１０Ａ内で生じる圧縮熱の除去を行うことができる。このスクリュー圧縮機１によれば、低段スクリューロータ１０をオイルフリー式と油冷式とに適宜切り替えることにより、低温ガスの圧縮用途においても低段スクリューロータ１０の回転動力のロスを低減することができる。
【００６５】
上記スクリュー圧縮機１は、低段スクリューロータ１０を収容するケーシング３０と、ケーシング３０から油を回収すると共に、回収した油をケーシング３０における低段ロータ室１０Ａ以外の部分に戻す油回収ユニット９０を備えている。これにより、回収した油を再びケーシング３０に戻すことによって油の有効利用を図ることができる。この時、低段ロータ室１０Ａ以外の部分に油を戻すことにより、低段スクリューロータ１０に低温ガスが吸い込まれる時でも、油の粘度上昇や固着の問題を回避することができる。
【００６６】
上記スクリュー圧縮機１は、低段スクリューロータ１０により圧縮された吸込ガスを圧縮する高段スクリューロータ２０を備えている。油供給ユニット８０は、高段ロータ室２０Ａへの油の供給及びその停止を切り替えるように構成されている。これにより、高段スクリューロータ２０もオイルフリー式と油冷式とに切り替えることができる。このため、低段スクリューロータ１０による圧縮後のガスの温度が低い場合には、高段スクリューロータ２０をオイルフリー式に切り替えることにより、高段スクリューロータ２０においても油の粘度上昇に起因する回転動力のロスを減らすことができる。
【００６７】
上記スクリュー圧縮機１は、低段スクリューロータ１０により圧縮された吸込ガスを圧縮する高段スクリューロータ２０と、低段スクリューロータ１０が収容された低段ケース３２〜３４と低段ケース３２〜３４と一体であり且つ高段スクリューロータ２０が収容された高段ケース３５〜３８とを含むケーシング３０と、を備えている。これにより、低段及び高段スクリューロータ１０，２０がそれぞれ別のケーシングに収容される場合に比べて、スクリュー圧縮機１をコンパクト化することができる。
【００６８】
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２に係るスクリュー圧縮機１Ａについて、図５を参照して説明する。実施形態２に係るスクリュー圧縮機１Ａは、基本的に上記実施形態１に係るスクリュー圧縮機１と同様の構成を備え、且つ同様の作用効果を奏するが、スクリューロータの圧縮容量の調整において異なっている。以下、上記実施形態１と異なる点についてのみ説明する。
【００６９】
モータ４０は、可変速モータであって、低段及び高段スクリューロータ１０，２０の回転数を変えるための可変駆動力を発生する。このため、低段及び高段スクリューロータ１０，２０の回転数制御によって、各スクリューロータの圧縮容量を調整することができる。
【００７０】
図５に示すように、低段油圧シリンダ７２には、低段ピストン７３により仕切られた２つのシリンダ室のそれぞれに作動油を供給する２本の配管７２Ａが接続され、各配管７２Ａにバルブ７２ＡＡが設けられている。同様に、高段油圧シリンダ７７には、高段ピストン７９により仕切られた２つのシリンダ室のそれぞれに作動油を供給する配管７７Ａが接続され、各配管７７Ａにバルブ７７ＡＡが設けられている。これらのバルブ７２ＡＡ，７７ＡＡの開度によって油圧シリンダ内への作動油の供給量を調整し、それによりピストン７３，７９の水平移動が制御される。これに伴って、低段及び高段スライド弁７１，７５のロータ軸に沿ったスライド移動が制御される。これにより、各スクリューロータにおいてスライド弁制御による圧縮容量の調整を行うことができる。
【００７１】
スクリュー圧縮機１Ａは、モータ４０、低段スライド弁７１及び高段スライド弁７５の各動作を制御する制御部１３０を備えている。この制御部１３０によって、以下のようにしてスクリューロータの圧縮容量の調整が行われる。
【００７２】
まず、油供給ユニット８０から低段ロータ室１０Ａへの油の供給が停止される間は（オイルフリー）、低段スライド弁７１を潤滑することができないため、スライド弁制御は行わず、回転数制御のみにより低段スクリューロータ１０の圧縮容量が調整される。即ち、制御部１３０は、バルブ７２ＡＡの開度制御を行わず、モータ４０の回転数制御のみを行う。この場合、高段スクリューロータ２０においても同様の回転数制御が行われることになる。
【００７３】
一方、油供給ユニット８０から低段ロータ室１０Ａに油が供給される間は（油冷式）、低段スライド弁７１を潤滑することができるため、回転数制御だけでなくスライド弁制御も行うことができる。このため、回転数制御による低段スクリューロータ１０の圧縮容量の調整及び低段スライド弁７１による低段スクリューロータ１０の圧縮容量の調整の少なくとも一方が行われる。即ち、回転数制御のみによる圧縮容量の調整が行われてもよいし、スライド弁制御のみによる圧縮容量の調整が行われてもよいし、回転数制御及びスライド弁制御の組み合わせによる圧縮容量の調整が行われてもよい。
【００７４】
スライド弁制御の際は、制御部１３０は、バルブ７２ＡＡの開度を調整して低段油圧シリンダ７２への作動油の供給量を調整することにより、低段ピストン７３の水平移動を制御する。これに伴って低段スライド弁７１のロータ軸に沿ったスライド移動が制御され、低段スクリューロータ１０から吐出されるガスの圧力を調整することができる。
【００７５】
また高段スクリューロータ２０においても、同様に圧縮容量の調整方法を切り替えることができる。即ち、高段スクリューロータ２０がオイルフリーであれば、回転数制御のみによる圧縮容量の調整を行うため、制御部１３０はバルブ７７ＡＡの開度制御を行わず、モータ４０の回転数のみを制御する。一方、高段スクリューロータ２０が油冷式であれば、回転数制御のみによる圧縮容量の調整が行われてもよいし、高段スライド弁７５の制御のみによる圧縮容量の調整が行われてもよいし、回転数制御及びスライド弁制御の組み合わせによる圧縮容量の調整が行われてもよい。
【００７６】
スライド弁制御の際は、制御部１３０は、バルブ７７ＡＡの開度を調整して高段油圧シリンダ７７内への作動油の供給量を調整することにより、高段ピストン７９の水平方向の移動を制御する。これに伴って高段スライド弁７５のロータ軸に沿った移動が制御され、高段スクリューロータ２０に吸い込まれたガスのうち圧縮されずに吸込側に戻されるガスの量を調整することができる。
【００７７】
以上の通り、実施形態２に係るスクリュー圧縮機１Ａでは、モータ４０が発生する可変駆動力によって低段及び高段スクリューロータ１０，２０の回転数を変えることができるため、低段及び高段スクリューロータ１０，２０がオイルフリーの状態でも、回転数制御による圧縮容量の調整を行うことができる。またスクリューロータがオイルフリーの状態では回転数制御のみを行う一方、スクリューロータが油冷式の状態では回転数制御及びスライド弁制御のうち少なくとも一方を用いた圧縮容量の調整を行うことができる。したがって、圧縮容量の調整方法の自由度が高くなる。例えば、回転数制御のみ行う場合には、低段及び高段スクリューロータ１０，２０の圧縮容量をそれぞれ独立して調整することはできないが、スライド弁制御を組み合わせることによってそれぞれ独立した圧縮容量の調整が可能となる。
【００７８】
（その他実施形態）
最後に、本発明のその他実施形態について説明する。
【００７９】
上記実施形態１，２では、２段式のスクリュー圧縮機１，１Ａについて説明したが、本発明のスクリュー圧縮機は３つ以上のスクリューロータが直列に配置された多段式のスクリュー圧縮機に適用されてもよい。また高段スクリューロータ２０が省略された単段式のスクリュー圧縮機に適用されてもよい。
【００８０】
上記実施形態１では、スクリュー圧縮機１がＬＮＧタンク内で発生したボイルオフガスを圧縮するガス圧縮システム１００に適用される場合について説明したが、スクリュー圧縮機の用途はこれに限定されるものではない。例えば、水素、空気又はエチレンガスなどの他の種類のガスの圧縮システムにおいても同様に適用することが可能である。
【００８１】
上記実施形態１では、吸込経路７に設けられた温度センサ８によって吸込ガスの温度を検知する場合について説明したがこれに限定されず、吸込口３１（図２）近傍を流れるガスの温度を検知してもよいし、低段吸込流路３２Ａを流れる吸込ガスの温度を検知してもよい。
【００８２】
上記実施形態１では、高段スクリューロータ２０もオイルフリーと油冷式とに切替可能である場合について説明したが、高段スクリューロータ２０は常時油冷式であってもよい。つまり、ガス温度に関わらず、バルブ８６ＡＡ，８６ＢＢ，８６ＣＣ（図４）が常時開いた状態であってもよい。
【００８３】
上記実施形態１において、油回収ユニット９０が省略されてもよい。
【００８４】
上記実施形態１では、低段及び高段スクリューロータ１０，２０が一つのケーシング３０内に収容される場合について説明したがこれに限定されず、各スクリューロータが別々のケーシング内に収容されてもよい。
【００８５】
今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと解されるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８６】
１，１Ａ  スクリュー圧縮機
１０  低段スクリューロータ
１０Ａ  低段ロータ室
２０  高段スクリューロータ
２０Ａ  高段ロータ室
３０  ケーシング
３２  吸込側低段ケース（低段ケース）
３３  低段ロータケース（低段ケース）
３４  吐出側低段ケース（低段ケース）
３５  中間ケース
３６  吸込側高段ケース（高段ケース）
３７  高段ロータケース（高段ケース）
３８  吐出側高段ケース（高段ケース）
４０  モータ（駆動部）
７１  低段スライド弁
８０  油供給ユニット
９０  油回収ユニット
１３０  制御部
【図１】
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【図２】
2019218930.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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