(57)【要約】【課題】圧縮機へのガスの導入経路における設備の複雑化を防ぎつつ、低温ガスの圧縮用途においてもケーシング内での油の凍結を防止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、軸周りに回転することによりガスを圧縮するスクリューロータと、前記スクリューロータを回転自在に収容すると共にガスの吸込口が設けられたケーシングであって、前記吸込口から前記ケーシング内に流入すると共に前記スクリューロータに吸い込まれる前のガスが流れる吸込側空間が設けられた前記ケーシングと、を備える。前記ケーシングには、前記吸込側空間に滞留した油を加温するように前記吸込側空間に加温流体を導入するための加温流体用通路が設けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸周りに回転することによりガスを圧縮するスクリューロータと、
前記スクリューロータを回転自在に収容すると共にガスの吸込口が設けられたケーシングであって、前記吸込口から前記ケーシング内に流入すると共に前記スクリューロータに吸い込まれる前のガスが流れる吸込側空間が設けられた前記ケーシングと、を備え、
前記ケーシングには、前記吸込側空間に滞留した油を加温するように前記吸込側空間に加温流体を導入するための加温流体用通路が設けられている、スクリュー圧縮機。
【請求項２】
前記加温流体用通路は、前記スクリューロータの下部よりも下側において前記吸込側空間に開口す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】
前記スクリュー圧縮機から吐出された圧縮ガスを前記加温流体として前記加温流体用通路に導入するガス導入経路をさらに備え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】
前記ガス導入経路に設けられ、前記ガス導入経路から前記加温流体用通路への前記加温流体の導入を制御する弁をさらに備えることを特徴とする、請求項３に記載のスクリュー圧縮機。
【請求項５】
前記スクリューロータが収容される前記ケーシング内の空間に油を供給するユニットであって、前記油の一部を前記加温流体として前記加温流体用通路に導入する油導入経路を有する油供給ユニット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】
前記吸込口から前記ケーシング内に流入するガスの温度が予め定められた基準温度より低いことに基づいて、前記加温流体用通路に前記加温流体を導入する制御を行う制御部をさらに備えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のスクリュー圧縮機。
【請求項７】
前記スクリューロータの軸方向にスライドすることにより、前記スクリューロータの圧縮容量を調整するスライド弁と、
前記軸方向における前記スライド弁の位置を検出する位置検出部と、
前記位置検出部により検知された前記スライド弁の位置と前記スライド弁の指示位置との差が予め定められた基準値を超えることに基づいて、前記加温流体用通路に前記加温流体を導入する制御を行う制御部をさらに備えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のスクリュー圧縮機。
【請求項８】
前記ケーシングとの間で油を循環させる容器内における前記油の液面高さが予め定められた基準高さよりも低いことに基づいて、前記加温流体用通路に前記加温流体を導入する制御を行う制御部をさらに備えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のスクリュー圧縮機。
【請求項９】
前記ケーシングの振動数を検知する振動検知部と、
前記振動検知部により検知された前記振動数と前記ケーシングの固有振動数との差が予め定められた基準値以上であることに基づいて、前記加温流体用通路に前記加温流体を導入する制御を行う制御部をさらに備えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項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り、両ロータを軸周りに回転させることによってガスを所定の圧力になるまで昇圧する。
【０００３】
特許文献１には、液化天然ガス（ＬＮＧ；Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ  Ｎａｔｕｒａｌ  Ｇａｓ）のタンク内で発生したボイルオフガスを所定の供給圧力まで昇圧して需要先に供給するボイルオフガス処理装置において、当該ボイルオフガスの昇圧にスクリュー圧縮機を用いることについて記載されている。この公報では、スクリュー圧縮機にボイルオフガスを導くための経路の途中に熱交換器が設置されており、圧縮機へ導入される前のボイルオフガスを当該熱交換器において加温することが可能とされている。また同公報が開示するスクリュー圧縮機は、主に圧縮熱の除去を目的として油を供給する油冷式のものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−６５７９５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に開示された油冷式スクリュー圧縮機において、ＬＮＧタンク内で発生するボイルオフガスといった極低温（約−１６０℃）のガスが導入されると、ケーシング内の油が極度に冷やされて凍結することがある。これにより、ケーシング内におけるスクリューロータの回転が阻害され、圧縮機の正常な運転動作が妨げられることがある。これに対し、特許文献１では、圧縮機へ導入される前のボイルオフガスが熱交換器において予め加温される構成となっているが、この場合、熱交換器の設置に伴う設備の複雑化が避けられない。
【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、圧縮機へのガスの導入経路における設備の複雑化を防ぎつつ、低温ガスの圧縮用途においてもケーシング内での油の凍結を防止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、軸周りに回転することによりガスを圧縮するスクリューロータと、前記スクリューロータを回転自在に収容すると共にガスの吸込口が設けられたケーシングであって、前記吸込口から前記ケーシング内に流入すると共に前記スクリューロータに吸い込まれる前のガスが流れる吸込側空間が設けられた前記ケーシングと、を備えている。前記ケーシングには、前記吸込側空間に滞留した油を加温するように前記吸込側空間に加温流体を導入するための加温流体用通路が設けられている。
【０００８】
このスクリュー圧縮機によれば、加温流体用通路を通じてケーシングの吸込側空間に加温流体を導入することにより、当該空間に滞留した油を加温することができる。これにより、油の凝固点よりも温度が低いガスが吸込口を通じて当該吸込側空間に導入された場合でも、加温流体によって加温することにより油の凍結を防止することができる。このスクリュー圧縮機によれば、ケーシング内での油の凍結を防止するに際して、従来のように圧縮機へのガスの導入経路に加温設備などを設ける必要がないため、設備の複雑化を防ぐこともできる。したがって、本発明によれば、圧縮機へのガスの導入経路における設備の複雑化を防ぎつつ、低温ガスの圧縮用途においてもケーシング内での油の凍結を防止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。
【０００９】
上記スクリュー圧縮機において、前記加温流体用通路は、前記スクリューロータの下部よりも下側において前記吸込側空間に開口していてもよい。
【００１０】
この構成によれば、吸込側空間におけるスクリューロータの下部よりも下側の領域に加温流体を導入することができる。一方、吸込側空間にある油は、スクリューロータの下部よりも下側にあるものが、スクリューロータに吸い込まれずに滞留する。したがって、上記構成によれば、吸込側空間に滞留した油に対して加温流体を直接供給することができるため、油の凍結をより確実に防止することができる。
【００１１】
上記スクリュー圧縮機は、前記スクリュー圧縮機から吐出された圧縮ガスを前記加温流体として前記加温流体用通路に導入するガス導入経路をさらに備えていてもよい。
【００１２】
この構成によれば、スクリュー圧縮機による圧縮後のガスを加温流体として利用することにより、ガスの圧縮熱によってケーシング内の油を効果的に加温することができる。
【００１３】
上記スクリュー圧縮機は、前記ガス導入経路に設けられ、前記ガス導入経路から前記加温流体用通路への前記加温流体の導入を制御する弁をさらに備えていてもよい。
【００１４】
この構成によれば、弁の開閉の切り替えや弁開度の調整により、加温流体用通路への加温流体（圧縮ガス）の導入を容易に制御することができる。
【００１５】
上記スクリュー圧縮機は、前記スクリューロータが収容される前記ケーシング内の空間に油を供給するユニットであって、前記油の一部を前記加温流体として前記加温流体用通路に導入する油導入経路を有する油供給ユニットをさらに備えていてもよい。
【００１６】
この構成によれば、スクリューロータの潤滑などに利用される油の一部を加温流体として利用することができるため、油供給ユニット以外の加温流体の供給機構を別途設ける必要がなく、装置を簡素化することができる。
【００１７】
上記スクリュー圧縮機は、前記吸込口から前記ケーシング内に流入するガスの温度が予め定められた基準温度より低いことに基づいて、前記加温流体用通路に前記加温流体を導入する制御を行う制御部をさらに備えていてもよい。
【００１８】
この構成によれば、吸込ガスの温度が低く、油の凍結が起こり易い適切なタイミングで加温流体を導入して油を加温することができるため、油の凍結をより確実に防止することができる。
【００１９】
上記スクリュー圧縮機は、前記スクリューロータの軸方向にスライドすることにより、前記スクリューロータの圧縮容量を調整するスライド弁と、前記軸方向における前記スライド弁の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部により検知された前記スライド弁の位置と前記スライド弁の指示位置との差が予め定められた基準値を超えることに基づいて、前記加温流体用通路に前記加温流体を導入する制御を行う制御部をさらに備えていてもよい。
【００２０】
スライド弁の実際の位置（位置検出部による検出位置）とスライド弁の指示位置（設定位置）との差が大きい場合は、ケーシング内での油の凍結によってスライド弁の正常の動作が阻害されていると考えることができる。上記構成によれば、両位置の差が大きく、ケーシング内で油が凍結していると考えられる適切なタイミングで加温流体を導入して油を加温することができる。
【００２１】
上記スクリュー圧縮機は、前記ケーシングとの間で油を循環させる容器内における前記油の液面高さが予め定められた基準高さよりも低いことに基づいて、前記加温流体用通路に前記加温流体を導入する制御を行う制御部をさらに備えていてもよい。
【００２２】
上記容器内における油の液面高さが低い場合には、ケーシング内で油が凍結することにより、ケーシングから容器への油の流れが阻害されていると考えることができる。上記構成によれば、容器内の油の液面高さが低く、ケーシング内での油の凍結が予測される適切なタイミングで加温流体を導入して油を加温することができる。
【００２３】
上記スクリュー圧縮機は、前記ケーシングの振動数を検知する振動検知部と、前記振動検知部により検知された前記振動数と前記ケーシングの固有振動数との差が予め定められた基準値以上であることに基づいて、前記加温流体用通路に前記加温流体を導入する制御を行う制御部をさらに備えていてもよい。
【００２４】
ケーシングの振動数がその固有振動数から大きく外れる場合には、ケーシング内における油の凍結をその原因として考えることができる。上記構成によれば、ケーシングの振動数の固有振動数からのずれが大きく、ケーシング内で油が凍結している可能性が高い適切なタイミングで加温流体を導入して油を加温することができる。
【発明の効果】
【００２５】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、圧縮機へのガスの導入経路における設備の複雑化を防ぎつつ、低温ガスの圧縮用途においてもケーシング内での油の凍結を防止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】
【００２６】
【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断面図である。
【図３】本発明の実施形態２に係るスクリュー圧縮機の構成を説明するための模式図である。
【図４】本発明の実施形態３に係るスクリュー圧縮機の構成を説明するための模式図である。
【図５】本発明の実施形態３に係るスクリュー圧縮機における加温流体の導入タイミングを説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態４に係るスクリュー圧縮機の構成を説明するための模式図である。
【図７】本発明の実施形態４に係るスクリュー圧縮機における加温流体の導入タイミングを説明するためのフローチャートである。
【図８】本発明の実施形態５に係るスクリュー圧縮機の構成を説明するための模式図である。
【図９】本発明の実施形態５に係るスクリュー圧縮機における加温流体の導入タイミングを説明するためのフローチャートである。
【図１０】本発明の実施形態６に係るスクリュー圧縮機の構成を説明するための模式図である。
【図１１】本発明の実施形態６に係るスクリュー圧縮機における加温流体の導入タイミングを説明するためのフローチャートである。
【図１２】本発明の実施形態７に係るスクリュー圧縮機の構成を説明するための模式図である。
【図１３】本発明のその他実施形態に係るスクリュー圧縮機を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
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。
【００２８】
（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１００Ａの構成について、図１及び図２を参照してそれぞれ説明する。図１は、本実施形態におけるガス圧縮システム１００Ａ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の部分断面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１００Ａ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１００Ａ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。
【００２９】
ガス圧縮システム１００Ａは、例えば、タンク内に貯蔵されたＬＮＧの一部が蒸発することにより発生したボイルオフガスを、所定の供給圧力まで昇圧した後、需要先に供給するためのシステムである。図１に示すように、ガス圧縮システム１００Ａは、ボイルオフガスを所定の供給圧力まで昇圧するスクリュー圧縮機１と、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２と、スクリュー圧縮機１から吐出された圧縮後のボイルオフガスが流れる吐出経路３と、圧縮ガス中の油を分離する油回収器４と、油分離後の圧縮ガスを需要先に導くための供給経路５と、を主に備えている。
【００３０】
スクリュー圧縮機１は、軸周りに回転することによりボイルオフガスを圧縮するスクリューロータ１０と、スクリューロータ１０を軸周りに回転自在に収容するケーシング３０と、スクリューロータ１０を軸周りに回転させるための駆動力を発生する駆動部であるモータ２０と、を有する。図１に示すように、ケーシング３０には、圧縮前のガスの吸込口３１Ａ及び圧縮後のガスの吐出口３２Ａが軸方向両側にそれぞれ設けられている。スクリュー圧縮機１の詳細な構成については後述する。
【００３１】
吸込経路２は、上流端が図略のＬＮＧタンクに接続されると共に、下流端がケーシング３０の吸込口３１Ａに接続されている。これにより、ＬＮＧタンク内で発生したボイルオフガスを、吸込経路２を通じてケーシング３０内に導くことができる。ここで、吸込経路２には、圧縮前のガスを加温するための設備（例えば、熱交換器など）が設置されていない。このため、ＬＮＧタンクから流出したボイルオフガスは、低温状態を維持したままケーシング３０内に導入される。
【００３２】
吐出経路３は、上流端がケーシング３０の吐出口３２Ａに接続されると共に、下流端が油回収器４の入口に接続されている。これにより、スクリュー圧縮機１から吐出された圧縮ガスを、吐出経路３を通じて油回収器４に導くことができる。なお、吐出経路３には、圧縮ガスの逆流を防ぐ逆止弁３Ａが設けられていてもよいが、これに限定されない。
【００３３】
油回収器４は、スクリュー圧縮機１から吐出された圧縮ガス中の油を分離して回収するためのものである。油回収器４は、圧縮ガスから分離した油を溜める容器４Ｂと、容器４Ｂ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分離エレメント４Ａと、を有する。
【００３４】
スクリュー圧縮機１から吐出された圧縮ガスは、吐出経路３を通じて容器４Ｂ内に流入し、分離エレメント４Ａを通過する。これにより、圧縮ガス中の油が分離される。分離エレメント４Ａを通過したガスは、容器４Ｂの外に流出する。一方、分離エレメント４Ａにより捕捉された油は、容器４Ｂの底に溜まる。
【００３５】
供給経路５は、上流端が油回収器４の出口に接続されると共に、下流端が需要先に接続されている。これにより、油回収器４から流出した圧縮ガス（油分離後の圧縮ガス）を、供給経路５を通じて需要先に供給することができる。
【００３６】
次に、スクリュー圧縮機１の構成について、図２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、軸方向に延びる形状のスクリューロータ１０と、スクリューロータ１０の軸方向一端面（吸込側端面）に接続された吸込側軸部１１と、スクリューロータ１０の軸方向他端面（吐出側端面）に接続された吐出側軸部１２と、吸込側軸部１１に外嵌された吸込側軸受４１と、吐出側軸部１２に外嵌された吐出側軸受４９と、これらを収容するケーシング３０と、を主に備えている。
【００３７】
スクリューロータ１０は、雄雌一対のロータを有している。雄ロータ及び雌ロータは、それぞれ軸方向に延びる形状を有し、且つ外周面に螺旋状の歯部が形成されている。雄ロータ及び雌ロータは、歯部同士が互いに噛み合うようにケーシング３０内に収容されており、軸方向一端側（図２中の左端側）から吸い込んだガスを、軸周りの回転によって圧縮し、圧縮されたガスを軸方向他端側（図２中の右端側）から吐出する。
【００３８】
吸込側軸部１１は、スクリューロータ１０と同軸回転可能に接続されており、一端がケーシング３０の外側面３０Ａよりも外側に突出している。この突出端にモータ２０が取り付けられており、モータ２０を駆動させることによりスクリューロータ１０を軸周りに回転させることができる。なお、吸込側軸部１１がケーシング３０の外側に突出する場合に限定されず、モータ２０がケーシング３０内に収められていてもよい。
【００３９】
吸込側軸受４１は、ラジアル軸受（例えば、ころ軸受）であり、吸込側軸部１１の外周面とケーシング３０の内面３０Ｂとの間に装着されている。この吸込側軸受４１により、吸込側軸部１１は軸周りにおいて回転可能に支持される。
【００４０】
吐出側軸部１２は、吸込側軸部１１と同様に、スクリューロータ１０と同軸回転可能に接続されている。本実施形態において、吐出側軸受４９は、第１〜第３軸受要素４２，４３，４４を含む。第１〜第３軸受要素４２〜４４は、吐出側軸部１２に外嵌されたラジアル軸受（例えば、ころ軸受や玉軸受）であって、吐出側軸部１２の外周面とケーシング３０の内面３０Ｂとの間に装着されている。これにより、吐出側軸部１２は、軸周りにおいて回転可能に支持される。なお、吐出側軸受４９を構成する軸受要素の数は特に限定されない。
【００４１】
ケーシング３０には、上面３１側に開口する吸込口３１Ａと、下面３２側に開口する吐出口３２Ａと、がそれぞれ設けられている。なお、吸込口３１Ａ及び吐出口３２Ａの位置は、図２に示す位置に限定されない。
【００４２】
ケーシング３０の内部空間は、内面３０Ｂによって規定される。この内部空間は、スクリューロータ１０が収容されるロータ収容空間Ｓ１と、吸込口３１Ａからケーシング３０内に流入すると共にスクリューロータ１０に吸い込まれる前のガスが流れる吸込側空間Ｓ２と、スクリューロータ１０から吐出された圧縮ガスが流れる吐出側空間Ｓ３と、を含む。
【００４３】
吸込側空間Ｓ２は、スクリューロータ１０よりも軸方向一方側に設けられており、吸込口３１Ａから流入したガスをスクリューロータ１０に導く。吐出側空間Ｓ３は、スクリューロータ１０よりも下側に設けられており、スクリューロータ１０から吐出された圧縮ガスを吐出口３２Ａに導く。なお、吐出側空間Ｓ３の位置は、スクリューロータ１０の下側に限定されない。図２に示すように、ケーシング３０の内面３０Ｂは、スクリューロータ１０の下部１０Ａよりも下側（下面３２側）に位置する底面３４を含む。この底面３４は、吸込側空間Ｓ２に臨む面である。
【００４４】
スクリュー圧縮機１は、スクリューロータ１０の圧縮容量を調整するスライド弁４５を備えている。図２に示すように、スライド弁４５には、ピストンロッド４６の先端が接続されている。ピストン４８は、油圧シリンダ４７内に作動油を供給することにより水平移動し、それに伴ってスライド弁４５をスクリューロータ１０の軸方向にスライドさせることができる。これにより、スクリューロータ１０から吐出側空間Ｓ３に吐出されるガスの圧力を調整することができる。なお、スライド弁４５は、本発明のスクリュー圧縮機における必須の構成要素ではなく、省略されてもよい。
【００４５】
スクリュー圧縮機１は、ケーシング３０内で生じる圧縮熱を油によって除去する油冷式のものであり、油回収器４で回収した油をケーシング３０に戻す油供給ユニット５０を備えている。
【００４６】
図１に示すように、油供給ユニット５０は、オイル供給管５１と、オイル供給管５１に配置されたオイルクーラ５２、オイルポンプ５３及びオイルフィルタ５４と、を有する。オイル供給管５１は、油回収器４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５１の一端は、容器４Ｂに溜まった油を配管内に取り込むため、容器４Ｂの底部近傍に位置している。一方、オイル供給管５１の他端５１Ａは、スクリューロータ１０、軸受４１，４９或いはスライド弁４５が収容される空間内に油を供給可能なようにケーシング３０に接続されている。
【００４７】
オイルクーラ５２は、オイル供給管５１内を流れる油を冷却する。オイルポンプ５３は、容器４Ｂに溜まった油をオイル供給管５１に汲み上げるためのものであり、オイルクーラ５２の後段に配置されている。オイルフィルタ５４は、油に含まれる異物などを除去するためのものであり、オイルポンプ５３の後段において並列に配置されている。本実施形態においては、ケーシング３０の後段に持ち出された油を油回収器４で回収し、その回収した油を油供給ユニット５０によってケーシング３０に戻すことができる。つまり、ケーシング３０と油回収器４の容器４Ｂとの間で油を循環させることができる。なお、油供給ユニット５０は省略されてもよい。
【００４８】
ここで、図２に示すように、ケーシング３０の吸込側空間Ｓ２には、油Ｏ１が滞留することがある。具体的には、スクリューロータ１０の下部１０Ａよりも下側に位置する底面３４上にある油Ｏ１は、スクリューロータ１０に吸い込まれないため、吸込側空間Ｓ２で滞留する。
【００４９】
そして、極低温のボイルオフガスが吸込口３１Ａから吸込側空間Ｓ２内に流入すると、底面３４上に滞留した油Ｏ１が凍結してしまう。このような問題に対し、本実施形態に係るスクリュー圧縮機１は、ケーシング３０の吸込側空間Ｓ２に加温流体を導入可能な構成となっており、この加温流体によって油を加温することで凍結を防止することができる。
【００５０】
ケーシング３０には、吸込側空間Ｓ２に滞留した油Ｏ１を加温するように当該吸込側空間Ｓ２に加温流体を導入するための加温流体用通路３３（以下、単に「通路３３」とも称する）が設けられている。この通路３３は、吸込側空間Ｓ２の下側に位置するケーシングの下壁部を厚さ方向に貫通する孔により構成されている。
【００５１】
図２に示すように、加温流体用通路３３は、ケーシング３０の外側に開口する入口３３Ａと、吸込側空間Ｓ２に開口する出口３３Ｂと、を有する。入口３３Ａはケーシング３０の下面３２に設けられ、出口３３Ｂはケーシング３０の底面３４に設けられている。したがって、この通路３３は、底面３４において、すなわちスクリューロータ１０の下部１０Ａよりも下側において吸込側空間Ｓ２に開口している。
【００５２】
図１及び図２に示すように、スクリュー圧縮機１は、当該スクリュー圧縮機１から吐出された圧縮ガスを加温流体として通路３３に導入するガス導入経路６（加温流体導入経路）と、ガス導入経路６に設けられた弁７と、を備えている。ガス導入経路６は、一端が供給経路５に接続されると共に（図１）、他端が通路３３の入口３３Ａに接続されている（図２）。弁７は、図略の制御部により開閉制御されるものであり、ガス導入経路６内におけるガスの流通及び遮断を切り替えることにより、ガス導入経路６から通路３３への加温流体の導入を制御する。なお、弁７は、手動で開閉状態を切り替えるものでもよい。また弁７は、ＯＮ／ＯＦＦ弁であってもよいがこれに限定されず、例えば流量調整弁であってもよい。
【００５３】
上記構成によれば、弁７を開くことにより、供給経路５内を流れる油分離後の圧縮ガスを、ガス導入経路６を通じて加温流体として加温流体用通路３３に導入し、当該通路３３から吸込側空間Ｓ２に圧縮ガスを導入することができる。これにより、吸込側空間Ｓ２の底面３４上に滞留した油Ｏ１を加温して凍結を防止し、また凍結した油Ｏ１を融解させることができる。なお、弁７が省略され、供給経路５から一定量の圧縮ガスが通路３３に常時導入される構成でもよい。
【００５４】
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。
【００５５】
スクリュー圧縮機１は、軸周りに回転することによりガスを圧縮するスクリューロータ１０と、スクリューロータ１０を回転自在に収容すると共にガスの吸込口３１Ａが設けられたケーシング３０であって、吸込口３１Ａからケーシング３０内に流入すると共にスクリューロータ１０に吸い込まれる前のガスが流れる吸込側空間Ｓ２が設けられたケーシング３０と、を備えている。ケーシング３０には、吸込側空間Ｓ２に滞留した油Ｏ１を加温するように吸込側空間Ｓ２に加温流体を導入するための加温流体用通路３３が設けられている。
【００５６】
上記スクリュー圧縮機１によれば、加温流体用通路３３を通じてケーシング３０の吸込側空間Ｓ２に加温流体を導入することにより、吸込側空間Ｓ２に滞留した油Ｏ１を加温することができる。これにより、油Ｏ１の凝固点よりも低温のガスが吸込口３１Ａから吸込側空間Ｓ２に導入された時でも、加温流体によって油Ｏ１を加温することにより凍結を防止することができる。また既に油Ｏ１が凍結している場合には、それを融解させることができる。このスクリュー圧縮機１によれば、ケーシング３０内での油Ｏ１の凍結を防止するに際して、吸込経路２にガスの加温設備などを設ける必要がないため、設備の複雑化を防ぐこともできる。したがって、このスクリュー圧縮機１によれば、圧縮機へのガスの導入経路における設備の複雑化を防ぎつつ、低温ガスの圧縮用途においてもケーシング３０内での油Ｏ１の凍結を防止することができる。
【００５７】
上記スクリュー圧縮機１において、加温流体用通路３３は、スクリューロータ１０の下部１０Ａよりも下側において吸込側空間Ｓ２に開口する。これにより、吸込側空間Ｓ２におけるスクリューロータ１０の下部１０Ａよりも下側の領域に加温流体を導入することができる。一方、吸込側空間Ｓ２にある油Ｏ１は、スクリューロータ１０の下部１０Ａよりも下側にある場合に、スクリューロータ１０に吸い込まれずに滞留する。したがって、上記構成によれば、吸込側空間Ｓ２に滞留した油Ｏ１に対して加温流体を直接供給することができるため、油Ｏ１の凍結をより確実に防止することができる。
【００５８】
上記スクリュー圧縮機１は、当該スクリュー圧縮機１から吐出された圧縮ガスを加温流体として加温流体用通路３３に導入するガス導入経路６と、ガス導入経路６に設けられると共にガス導入経路６から加温流体用通路３３への加温流体の導入を制御する弁７と、を備えている。このように、スクリュー圧縮機１による圧縮後のガスを加温流体として利用することにより、ガスの圧縮熱によってケーシング３０内の油Ｏ１を効果的に加温することができる。また弁７の開閉の切り替えや弁７の開度調整によって、加温流体用通路３３への加温流体の導入を容易に制御することができる。
【００５９】
（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３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、且つ同様の効果を奏するが、加温流体として油が用いられる点で実施形態１と異なっている。以下、実施形態１と異なる点についてのみ説明する。
【００６０】
図３に示すように、実施形態２における油供給ユニット５０では、オイル供給管５１の他端（油回収器４内に位置する一端と反対側の端部）は、主経路５６と油導入経路５５（加温流体導入経路）とに分かれている。
【００６１】
主経路５６は、油回収器４で回収した油をスクリューロータ１０、軸受或いはスライド弁などが収容される空間内に供給可能なようにケーシング３０に接続されている。一方、油導入経路５５は、実施形態１のガス導入経路６と同様に、加温流体用通路３３の入口３３Ａ（図２）に接続されている。油導入経路５５には、当該経路内における油の流通及び遮断を切り替える弁５５Ａが設けられている。
【００６２】
実施形態２に係るスクリュー圧縮機１Ａでは、弁５５Ａを開くことにより、油回収器４の容器４Ｂからスクリューロータ１０が収容される空間に供給される油の一部を、油導入経路５５を通じて加温流体として加温流体用通路３３（図２）に導入することができる。このように、スクリューロータ１０の潤滑などに利用される油の一部を加温流体として利用することができるため、油供給ユニット５０以外の加温流体の供給機構を別途設ける必要がなく、装置を簡素化することができる。しかし、実施形態１のガス導入経路６と実施形態２の油導入経路５５とが併用される態様でもよい。
【００６３】
（実施形態３）
次に、本発明の実施形態３に係るスクリュー圧縮機１Ｂについて、図４及び図５を参照して説明する。実施形態３に係るスクリュー圧縮機１Ｂは、基本的に実施形態１に係るスクリュー圧縮機１と同様の構成を備え、且つ同様の効果を奏するが、吸込ガスの温度に基づいて加温流体の導入タイミングを制御する点で実施形態１と異なっている。以下、実施形態１と異なる点についてのみ説明する。
【００６４】
図４に示すように、吸込経路２には、当該経路内を流れるガスの温度を検知する温度センサ２Ａが設けられている。この温度センサ２Ａにより、吸込口３１Ａからケーシング３０内に流入するガスの温度（吸込ガスの温度）を検知することができる。
【００６５】
スクリュー圧縮機１Ｂは、温度センサ２Ａによる検知結果を受信し、それに基づいて弁７の開閉を制御する制御部１００を備えている。実施形態３では、吸込側空間Ｓ２への加温流体の導入タイミングが、吸込ガスの温度に基づいて以下の通り制御される。
【００６６】
図５のフローチャートに示すように、まず、スクリュー圧縮機１Ｂを起動する（ステップＳ５１）。この起動時には、弁７は閉じた状態となっている。そして、圧縮機の起動後、温度センサ２Ａによる吸込ガスの温度測定を開始し、その実測値Ｔｓが吸込ガスについて予め定められた基準温度Ｔｓ０よりも低いか否かについて、制御部１００が判定する（ステップＳ５２）。この基準温度Ｔｓ０としては、例えば油の凝固点を用いることができるが、特に限定されない。
【００６７】
吸込ガスの温度の実測値Ｔｓが基準温度Ｔｓ０よりも低い場合には（ステップＳ５２のＹＥＳ）、制御部１００からの指令によって弁７が開かれる（ステップＳ５３）。これにより、ガス導入経路６から加温流体用通路３３に圧縮ガスが加温流体として導入され、当該加温流体がケーシング３０の吸込側空間Ｓ２に導入される。
【００６８】
一方、吸込ガスの温度の実測値Ｔｓが基準温度Ｔｓ０以上である場合には（ステップＳ５２のＮＯ）、制御部１００は弁７を開かず、ケーシング３０の吸込側空間Ｓ２に加温流体が導入されない。この場合、Ｓ５２の判定ステップが繰り返される。
【００６９】
実施形態２に係るスクリュー圧縮機１Ｂでは、吸込ガスの温度が低く、油の凍結が起こり易い適切なタイミングで加温流体を導入して油を加温することができる。このため、ケーシング３０の吸込側空間Ｓ２における油の凍結をより確実に防止することができる。なお、本実施形態では、加温流体が圧縮ガスである場合について説明したが、加温流体が油である場合（実施形態２）でも、本実施形態で説明した加温流体の導入タイミングの制御を同様に適用することができる。
【００７０】
（実施形態４）
次に、本発明の実施形態４に係るスクリュー圧縮機１Ｃについて、図６及び図７を参照して説明する。実施形態４に係るスクリュー圧縮機１Ｃは、基本的に実施形態１に係るスクリュー圧縮機１と同様の構成を備え、且つ同様の効果を奏するが、スライド弁４５の位置に基づいて加温流体の導入タイミングを制御する点で実施形態１と異なっている。以下、実施形態１と異なる点についてのみ説明する。
【００７１】
図６に示すように、実施形態４に係るスクリュー圧縮機１Ｃは、スクリューロータ１０の軸方向（スライド弁４５のスライド方向）におけるスライド弁４５の位置を検知するセンサである位置検出部４９Ａを備えている。この位置検出部４９Ａによる検知結果は、制御部１００に送信される。実施形態４では、スライド弁４５の位置に基づいて、以下のように加温流体の導入タイミングが制御される。
【００７２】
図７のフローチャートに示すように、まず、スクリュー圧縮機１Ｃを起動する（ステップＳ７１）。この起動時において、弁７（図６）は閉じた状態となっている。そして、圧縮機の起動後、温度センサ２Ａにより吸込ガスの温度測定を開始し、その実測値Ｔｓが基準温度Ｔｓ０よりも低いか否かについて、制御部１００が判定する（ステップＳ７２）。吸込ガスの温度の実測値Ｔｓが基準温度Ｔｓ０よりも低い場合には（ステップＳ７２のＹＥＳ）、次のステップＳ７３に移行する。一方、実測値Ｔｓが基準温度Ｔｓ０以上である場合には（ステップＳ７２のＮＯ）、ステップＳ７２の判定が繰り返される。
【００７３】
ステップＳ７３では、スライド弁４５をスクリューロータ１０の軸方向にスライドさせることにより、スライド弁４５の開度を変更する。スクリュー圧縮機１Ｃでは、スライド弁４５のロータ軸方向の位置を変更することによって、スクリューロータ１０からのガスの吐出圧が調整される。次のステップＳ７４では、ステップＳ７３で入力したスライド後のスライド弁４５の指示位置Ｐｏｓｉと、位置検出部４９Ａにより検知されたスライド後のスライド弁４５の実際の位置Ｐｏｓａとを比較する。そして、両者の差（絶対値）が、予め定められた基準値Ａ０を超えるか否かについて制御部１００が判定する。
【００７４】
両者の差が基準値Ａ０を超える場合には（ステップＳ７４のＹＥＳ）、制御部１００が弁７を開く（ステップＳ７５）。これにより、ガス導入経路６から加温流体用通路３３に圧縮ガスが加温流体として導入され、当該加温流体がケーシング３０の吸込側空間Ｓ２に導入される。一方、両者の差が予め定められた基準値Ａ０以下である場合には（ステップＳ７４のＮＯ）、制御部１００は弁７を開かず、ケーシング３０の吸込側空間Ｓ２に加温流体が導入されない。この場合、Ｓ７２の判定ステップに戻る。
【００７５】
スライド弁４５の開度を変更した場合において、変更後のスライド弁４５の実際の位置（位置検出部４９Ａによる検出位置）とスライド弁４５の指示位置（設定位置）との差が大きい場合は、ケーシング３０内での油の凍結によってスライド弁４５の正常の動作が阻害されていると考えられる。実施形態３に係るスクリュー圧縮機１Ｃによれば、両位置の差が大きく、ケーシング３０内で油が凍結していると考えられる適切なタイミングで加温流体を導入することができる。また吸込ガスを基準温度と比較するステップＳ７２は省略されてもよい。
【００７６】
なお、本実施形態では、加温流体が圧縮ガスである場合について説明したが、加温流体が油である場合（実施形態２）でも、本実施形態で説明した加温流体の導入タイミングの制御を同様に適用することができる。また本実施形態で説明したスライド弁４５の位置に基づく制御は、実施形態３で説明した吸込ガス温度に基づく制御と組み合わされてもよい。
【００７７】
（実施形態５）
次に、本発明の実施形態５に係るスクリュー圧縮機１Ｄについて、図８及び図９を参照して説明する。実施形態５に係るスクリュー圧縮機１Ｄは、基本的に実施形態１に係るスクリュー圧縮機１と同様の構成を備え、且つ同様の効果を奏するが、油回収器４内における油の液面高さに基づいて加温流体の導入タイミングを制御する点で異なっている。以下、実施形態１と異なる点についてのみ説明する。
【００７８】
図８に示すように、油回収器４の容器４Ｂには、レベルセンサー４Ｃが設けられている。このレベルセンサー４Ｃは、容器４Ｂ内における油の液面高さが予め定められた基準高さよりも低いか否かを検知するものであり、その検知結果をスクリュー圧縮機１Ｄの制御部１００に送信する。実施形態５では、容器４Ｂ内における油の液面高さに基づいて、以下のように加温流体の導入タイミングが制御される。
【００７９】
図９のフローチャートに示すように、まず、スクリュー圧縮機１Ｄを起動する（ステップＳ９１）。この起動時において、弁７は閉じた状態となっている。そして、圧縮機の起動後、温度センサ２Ａにより吸込ガスの温度測定を開始し、その実測値Ｔｓが基準温度Ｔｓ０よりも低いか否かについて制御部１００が判定する（ステップＳ９２）。吸込ガスの温度の実測値Ｔｓが基準温度Ｔｓ０よりも低い場合には（ステップＳ９２のＹＥＳ）、次のステップＳ９３に移行する。一方、実測値Ｔｓが基準温度Ｔｓ０以上である場合には（ステップＳ９２のＮＯ）、Ｓ９２の判定ステップが繰り返される。なお、この判定ステップＳ９２は省略されてもよい。
【００８０】
ステップＳ９３では、容器４Ｂ内における油の液面高さＬが予め定められた基準高さＬ０よりも低いか否かについて制御部１００が判定する。そして、液面高さＬが基準高さＬ０より低い場合には（ステップＳ９３のＹＥＳ）、制御部１００が弁７を開く（ステップＳ９４）。これにより、ガス導入経路６から加温流体用通路３３に圧縮ガスが加温流体として導入され、当該加温流体がケーシング３０の吸込側空間Ｓ２に導入される。一方、液面高さＬが基準高さＬ０以上である場合には（ステップＳ９３のＮＯ）、制御部１００は弁７を開かず、ケーシング３０の吸込側空間Ｓ２に加温流体が導入されない。この場合、Ｓ９２の判定ステップに戻る。
【００８１】
油回収器４の容器４Ｂ内における油の液面高さが低い場合には、ケーシング３０内で油が凍結することにより、ケーシング３０から容器４Ｂへの油の流れが阻害されていると考えられる。実施形態５に係るスクリュー圧縮機１Ｄによれば、容器４Ｂ内の油の液面高さが低く、ケーシング３０内での油の凍結が予測される適切なタイミングで加温流体を導入して油を加温することができる。
【００８２】
なお、本実施形態では、加温流体が圧縮ガスである場合について説明したが、加温流体が油である場合（実施形態２）でも、本実施形態で説明した加温流体の導入タイミングの制御を同様に適用することができる。また本実施形態で説明した油の液面高さに基づく制御は、実施形態３の吸込ガス温度に基づく制御や実施形態４のスライド弁４５の位置に基づく制御と組み合わされてもよい。
【００８３】
（実施形態６）
次に、本発明の実施形態６に係るスクリュー圧縮機１Ｅについて、図１０及び図１１を参照して説明する。実施形態６に係るスクリュー圧縮機１Ｅは、基本的に実施形態１に係るスクリュー圧縮機１と同様の構成を備え、且つ同様の効果を奏するが、ケーシング３０の振動数に基づいて加温流体の導入タイミングを制御する点で異なっている。以下、実施形態１と異なる点についてのみ説明する。
【００８４】
図１０に示すように、スクリュー圧縮機１Ｅは、ケーシング３０の振動数を検知するセンサである振動検知部３４Ａを備えている。この振動検知部３４Ａは、ケーシング３０における一方の外側面３０Ａ（吸込側空間Ｓ２に近い方の外側面）に取り付けられているが、取付位置は特に限定されない。例えば、ケーシング３０の上面３１、下面３２又は他方の外側面に取り付けられていてもよい。実施形態６では、ケーシング３０の振動数に基づいて、以下のように加温流体の導入タイミングが制御される。
【００８５】
図１１のフローチャートに示すように、まず、スクリュー圧縮機１Ｅを起動する（ステップＳ１１０）。この起動時において、弁７は閉じた状態となっている。そして、圧縮機の起動後、温度センサ２Ａにより吸込ガスの温度測定を開始し、その実測値Ｔｓが基準温度Ｔｓ０よりも低いか否かについて制御部１００が判定する（ステップＳ１１１）。吸込ガスの温度の実測値Ｔｓが基準温度Ｔｓ０よりも低い場合には（ステップＳ１１１のＹＥＳ）、次のステップＳ１１２に移行する。一方、実測値Ｔｓが基準温度Ｔｓ０以上である場合には（ステップＳ１１１のＮＯ）、Ｓ１１１の判定ステップが繰り返される。なお、この判定ステップＳ１１１は省略されてもよい。
【００８６】
ステップＳ１１２では、振動検知部３４Ａにより検知されたケーシング３０の振動数とケーシング３０の固有振動数とを比較し、両者の差が予め定められた基準値以上であるか否かについて制御部１００が判定する。そして、両者の差が基準値以上である場合（ステップＳ１１２のＮＧ）、制御部１００が弁７を開く（ステップＳ１１３）。これにより、ガス導入経路６から加温流体用通路３３に圧縮ガスが加温流体として導入され、当該加温流体がケーシング３０の吸込側空間Ｓ２に導入される。一方、両者の差が基準値未満である場合には（ステップＳ１１２のＯＫ）、制御部１００は弁７を開かず、ケーシング３０の吸込側空間Ｓ２に加温流体が導入されない。この場合、Ｓ１１１の判定ステップに戻る。
【００８７】
ケーシング３０の振動数がその固有振動数から大きく外れる場合には、ケーシング３０内における油の凍結が影響していることが考えられる。実施形態６に係るスクリュー圧縮機１Ｅによれば、ケーシング３０の振動数の固有振動数からのずれが大きく、ケーシング３０内で油が凍結している可能性が高い適切なタイミングで加温流体を導入して油を加温することができる。
【００８８】
なお、本実施形態では、加温流体が圧縮ガスである場合について説明したが、加温流体が油である場合（実施形態２）でも、本実施形態で説明した加温流体の導入タイミングの制御を同様に適用することができる。また本実施形態で説明したケーシング３０の振動数に基づく制御は、実施形態３の吸込ガス温度に基づく制御、実施形態４のスライド弁４５の位置に基づく制御或いは実施形態５の油の液面高さに基づく制御と組み合わされてもよい。
【００８９】
（実施形態７）
次に、本発明の実施形態７に係るスクリュー圧縮機１Ｆについて、図１２を参照して説明する。実施形態７に係るスクリュー圧縮機１Ｆは、基本的に実施形態１に係るスクリュー圧縮機１と同様の構成を備え、且つ同様の効果を奏するが、ケーシング３０の温度に基づいて加温流体の導入タイミングを調整する点で異なっている。
【００９０】
図１２に示すように、ケーシング３０の外面には、当該ケーシング３０の温度（外面温度）を測定する温度センサ１１０が設けられている。温度センサ１１０の取付位置は特に限定されないが、吸込側空間Ｓ２の近くに取り付けられることが好ましく、例えば吸込側空間Ｓ２を規定するケーシング壁の外面に取り付けることができる。
【００９１】
実施形態７に係るスクリュー圧縮機１Ｆでは、温度センサ１１０により検知されたケーシング温度に基づいて、加温流体の導入タイミングが制御される。即ち、実施形態３における吸込ガス温度に代えてケーシング温度を採用し、上述した実施形態３の制御フロー（図５）と同じ流れで加温流体の導入タイミングが制御される。これにより、ケーシング温度が低く、油の凍結が起こり易い適切なタイミングで加温流体を導入して油を加温することができる。なお、実施形態７のタイミング制御は、実施形態３〜６で説明したタイミング制御と組み合わされてもよい。
【００９２】
（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。
【００９３】
上記実施形態１では、加温流体用通路３３がケーシング３０の下壁を貫通する孔により構成される場合について説明したが、これに限定されない。例えば、ケーシング３０の側壁を貫通する孔により構成されていてもよい。また加温流体用通路３３は、スクリューロータ１０の下部１０Ａよりも下側において吸込側空間Ｓ２に開口する場合に限定されず、スクリューロータ１０の下部１０Ａよりも上側において吸込側空間Ｓ２に開口していてもよい。
【００９４】
上記実施形態１，２では、圧縮ガス又は油を加温流体として用いる場合についてのみ説明したがこれに限定されず、これら以外の加温流体の供給設備を別途設けてもよい。
【００９５】
上記実施形態１では、一つのスクリューロータ１０のみを備える単段式のスクリュー圧縮機１について説明したがこれに限定されず、２段以上のスクリューロータを備える多段式のスクリュー圧縮機にも本発明を適用することができる。
【００９６】
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ために使用される場合について説明したが、圧縮用途はこれに限定されない。例えば、水素や空気などの他種類のガスの圧縮用途においても、本発明を適用することができる。
【００９７】
上記実施形態１では、ガス導入経路６が供給経路５に接続される場合について説明したが、これに限定されない。図１３に示すように、ガス導入経路６が吐出経路３に接続され、油分離前の圧縮ガスが加温流体としてケーシング３０の吸込側空間Ｓ２に導入されてもよい。しかし、このように油を含む圧縮ガスを加温流体としてケーシング３０に戻す場合、弁７を気液混合流体に適した設計にするのが難しいこともある。このため、実施形態１で説明した通り、油分離後の圧縮ガスを加温流体としてケーシング３０に戻すことが好ましい。
【００９８】
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】
【００９９】
１，１Ａ〜１Ｆ  スクリュー圧縮機
６  ガス導入経路
７  弁
１０  スクリューロータ
１０Ａ  下部
３０  ケーシング
３１Ａ  吸込口
３３  加温流体用通路
３４Ａ  振動検知部
４５  スライド弁
４９Ａ  位置検出部
５０  油供給ユニット
Ｏ１  油
Ｓ２  吸込側空間
【図１】
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【図２】
2019218931.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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