(57)【要約】【課題】ロータとケーシングとのクリアランスを、部分負荷運転時においても最低限に留め、部分負荷運転時における全断熱効率、体積効率を改善する。【解決手段】回転中心軸が互いに平行な一対のロータ１，３を備え、この各ロータ１，３を、冷却媒体が流れるジャケット２７を持つケーシング１７に収容する。ケーシング１７は、流体の吸込口および吐出口をそれぞれ備える。各ロータ１，３のロータ軸５，７内には、冷却媒体が流れるロータジャケット２９，３１を設ける。吐出圧力が設定圧力以上の運転時に、ケーシング１７のジャケット２７への冷却媒体の供給を停止し、ロータジャケット２９，３１に冷却媒体を供給する。また、吐出圧力が設定圧力未満の部分負荷運転時に、ケーシング１７のジャケット２７とロータジャケット２９，３１の双方に冷却媒体を供給する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転中心軸が互いに平行な一対のロータを備え、この各ロータを、冷却媒体が流れるジャケットを有するケーシングに収容し、このケーシングに、前記一対のロータの回転によって流体を吸い込む吸込口および流体を吐出する吐出口をそれぞれ設けたスクリュ式圧縮機において、前記各ロータ内部に前記冷却媒体が流れるロータジャケットを設け、前記流体の吐出圧力が設定圧力以上の運転時に、前記ケーシングのジャケットへの冷却媒体の供給を停止するとともに、前記ロータジャケットに冷却媒体を供給し、前記流体の吐出圧力が前記設定圧力未満の運転時に、前記ケーシングのジャケットおよび前記ロータジャケットの双方に冷却媒体を供給することを特徴とするスクリュ圧縮機。
【請求項２】
前記設定圧力より低い冷媒供給開始設定圧力を設定し、前記流体の吐出圧力が冷媒供給開始設定圧力未満の運転時に、前記ケーシングのジャケットおよび前記ロータジャケットの双方に冷却媒体を供給することを特徴とする請求項１記載のスクリュ圧縮機。
【請求項３】
前記吐出口から吐出する吐出流体の温度を検出する吐出流体温度センサと、前記ケーシングのジャケットに流入する前の冷却媒体の温度を検出する冷却媒体温度センサとをそれぞれ設け、前記吐出流体温度センサが検出する吐出流体温度が、前記冷却媒体温度センサが検出する冷却媒体温度より低いときに、前記ケーシングのジャケットおよび前記ロータジャケットの双方への冷却媒体の供給を停止することを特徴とする請求項１または２記載のスクリュ圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転中心軸が互いに平行な一対のロータを備え、この各ロータを、冷却媒体が流れるジャケットを有するケーシングに収容し、このケーシングに流体の吸込口および吐出口をそれぞれ設けたスクリュ式圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスクリュ圧縮機としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−２３１３６２号公報
【０００４】
これは、スクリュ圧縮機のケーシングに設けた冷却用のジャケットに、冷却媒体を流し、高圧力比時の全断熱効率、体積効率を改善しようというものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来のスクリュ圧縮機は、ケーシングのみを冷却用のジャケットにより常に冷却する構造であるために、ロータ外縁とケーシング内壁とのクリアランスを定格運転条件を基準として設定すると、部分負荷運転時には、ロータとケーシングとのクリアランスが定格運転時に対して大きくなり、全断熱効率、体積効率が定格運転に対して大幅に低くなるという問題がある。
【０００６】
そこで、この発明は、ロータとケーシングとのクリアランスを、部分負荷運転時においても最低限に留め、部分負荷運転時における全断熱効率、体積効率を改善することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、この発明は、回転中心軸が互いに平行な一対のロータを備え、この各ロータを、冷却媒体が流れるジャケットを有するケーシングに収容し、このケーシングに、前記一対のロータの回転によって流体を吸い込む吸込口および流体を吐出する吐出口をそれぞれ設けたスクリュ式圧縮機において、前記各ロータ内部に前記冷却媒体が流れるロータジャケットを設け、前記流体の吐出圧力が設定圧力以上の運転時に、前記ケーシングのジャケットへの冷却媒体の供給を停止するとともに、前記ロータジャケットに冷却媒体を供給し、前記流体の吐出圧力が前記設定圧力未満の運転時に、前記ケーシングのジャケットおよび前記ロータジャケットの双方に冷却媒体を供給する構成としてある。
【０００８】
【発明の効果】
この発明によれば、一対のロータ内部に冷却媒体が流れるロータジャケットを設け、流体の吐出圧力が設定圧力以上の運転時に、ケーシングのジャケットへの冷却媒体の供給を停止するとともに、ロータジャケットに冷却媒体を供給し、流体の吐出圧力が設定圧力未満の運転時に、ケーシングのジャケットおよびロータジャケットの双方に冷却媒体を供給するようにしたため、ロータとケーシングとのクリアランスを定格運転時を基準として設定した場合に、部分負荷運転状態となっても、ケーシングとロータとの双方を冷却するので、定格運転時に冷却していないケーシングが収縮し、このケーシングを冷却しない定格運転状態に比較してケーシングとロータとのクリアランスが小さくなり、部分負荷運転時での全断熱効率、体積効率を向上させることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１０】
図１は、この発明の第１の実施形態を示すスクリュ圧縮機の平面断面図、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う側面断面図である。この実施形態は、一対のロータ１，３を、互いに平行な回転中心軸としてのロータ軸５，７にそれぞれ固定し、各ロータ軸５および７を、軸受９，１１および１３，１５を介してケーシング１７に回転可能に支持する。
【００１１】
上記した各軸受１１，１５より軸方向外側部分のロータ軸５，７には、互いに噛み合う歯車１９，２１を固定する。ロータ軸５，７のうち一方を図示しないモータなどの駆動源に連結して駆動側とし、他方を従動側として、前記各歯車１９，２１を介して両者を回転させることで、一対のロータ１，３を互いに噛み合わせつつ回転させる。
【００１２】
軸受９，１３相互間に対応する位置のケーシング１７に、一対のロータ１，３の回転によって流体を吸い込む吸込口１７ａを設け、軸受１１，１５より軸方向内側部分のロータ１，３の外周側に対応する位置のケーシング１７に、一対のロータ１，３の回転によって流体を吐出する吐出口１７ｂを設ける。吸込口１７ａには吸込管２３を、吐出口１７ｂには吐出管２５をそれぞれ接続する。
【００１３】
すなわち、上記した一対のロータ１，３の回転により、流体を吸込管２３から吸込口１７ａを経てケーシング１７内に吸い込み、この吸い込んだ流体を、吐出口１７ｂを経て吐出管２５に吐出する。
【００１４】
また、ケーシング１７には、冷却媒体を流すジャケット２７を設ける一方、各ロータ軸５，７内にも、冷却媒体を流すロータジャケット２９，３１をそれぞれ設ける。
【００１５】
図２に示すように、ケーシング１７のジャケット２７には、入口２７ａおよび出口２７ｂをそれぞれ設け、この入口２７ａおよび出口２７ｂには、入口配管３３および出口配管３５をそれぞれ接続する。そして、入口配管３３には、バルブ３７を設置し、このバルブ３７は、コントローラ３９によって開閉制御される。
【００１６】
また、前記した吐出口１７ｂ近傍の吐出管２５には、流体の吐出圧力を検出する圧力センサ４１を設け、この圧力センサ４１の検出値を、上記したコントローラ３９が取り込む。
【００１７】
一方、ロータ軸５および７のジャケット２９および３１にも、入口２９ａ，出口２９ｂおよび入口３１ａ，出口３１ｂをそれぞれ設ける。そしてこの各入口２９ａ，出口２９ｂおよび入口３１ａ，出口３１ｂに、入口配管４３，出口配管４５および入口配管４７，出口配管４９をそれぞれ接続する。
【００１８】
次に、上記した構成のスクリュ圧縮機の動作を、コントローラ３９の制御動作を示す図３のフローチャートに基づき説明する。まず、圧力センサ４１が検出する流体の吐出圧力を読込み（ステップ３０１）、こ読込んだ吐出圧力が、コントローラ３９にあらかじめ設定してある設定圧力以上か否かを判断する（ステップ３０３）。
【００１９】
ここで、吐出圧力が設定圧力以上の場合には、バルブ３７を閉じる（ステップ３０５）。すなわち、流体の吐出圧力が設定圧力以上の運転時に、ケーシング１７のジャケット２７への冷却媒体の供給を停止するとともに、ロータ軸５，７のロータジャケット２９，３１に冷却媒体を供給する。
【００２０】
一方、前記ステップ３０３で、流体の吐出圧力が設定圧力未満の場合には、バルブ３７を開く（ステップ３０７）。すなわち、流体の吐出圧力が設定圧力未満の部分負荷運転時に、ケーシング１７のジャケット２７およびロータジャケット２９，３１の双方に冷却媒体を供給する。
【００２１】
流体の吐出圧力が設定圧力以上の場合に、バルブ３７を閉じてケーシング１７のジャケット２７に冷却媒体を流さないようにすることで、ケーシング１７は、そのジャケット２７に冷却冷媒を流す場合よりも高い温度となる。このため、このときケーシング１７は、ジャケット２７に冷却媒体を流す場合に対して膨張し、ロータ１，３を収納するケーシング１７のボアが大きくなるとともに、ロータ１，３は、ロータジャケット２９，３１に冷却媒体が流れて冷却されるために収縮する。
【００２２】
この状態で定格運転を行ったときに、ロータ１，３の外縁と、ケーシング１７のボア内壁１７ｃとのクリアランス５１が最適となるように、ロータ１，３およびケーシング１７の形状寸法を設定しておく。
【００２３】
この定格運転時での冷却は、ロータジャケット２９，３１により行っているために、設定圧力以上の吐出圧力における全断熱効率、体積効率は、ハウジングのみを冷却している従来例とほとんど同等である。
【００２４】
一方、吐出圧力が設定圧力未満の部分負荷運転時に、バルブ３７を開くことにより、ジャケット２７に冷却媒体を流してケーシング１７を冷却し収縮させるので、ケーシング１７を冷却しない上記定格運転時に比較してクリアランス５１が小さくなり、部分負荷運転時での全断熱効率および体積効率が大きく向上する。
【００２５】
次に、この発明の第２の実施形態について、図４に示すフローチャートに基づき説明する。この実施形態におけるスクリュ圧縮機の構成は、前記図１および図２に示した第１の実施形態と同様である。
【００２６】
この実施形態は、前記第１の実施形態の設定圧力より低い冷媒供給開始設定圧力を新たに設定し、吐出圧力が冷媒供給開始設定圧力未満となった運転時に、バルブ３７を開いてケーシング１７のジャケット２７に冷却媒体を供給する。
【００２７】
すなわち、第１の実施形態と同様に、吐出圧力が設定圧力以上となったときに（ステップ３０３）、ステップ３０５にてバルブ３７を閉じ、その後、吐出圧力が冷媒供給開始設定圧力以上か否かを判断する（ステップ４０１）。ここで、吐出圧力が冷媒供給開始設定圧力以上の場合には、バルブ３７を閉じたままとして（ステップ３０５）、ケーシング１７のジャケット２７への冷却媒体供給を停止したままとする。一方、吐出圧力が冷媒供給開始設定圧力未満まで低下したら、バルブ３７を開き（ステップ３０７）、ケーシング１７のジャケット２７に冷却媒体を供給してケーシング１７の冷却を行う。
【００２８】
このように、第２の実施形態では、バルブ３７が閉じる設定圧力より低い冷媒供給開始設定圧力を新たに設定し、吐出圧力が冷媒供給開始設定圧力未満まで低下した運転時に、バルブ３７を開くようにすることで、バルブ３７が閉じる圧力（設定圧力）と開く圧力（冷媒供給開始設定圧力）とに差を付け、バルブ３７の開閉動作にヒステリシスを持たせている。これにより、運転圧力の変動により、バルブ３７の切り替わり時での騒音が頻繁に発生することを防止し、耐久性が向上する。
【００２９】
図５は、この発明の第３の実施形態を示すスクリュ圧縮機の前記図２に相当する断面図である。この実施形態は、第１の実施形態におけるロータジャケット３１（２９）に連通する入口配管４７（４３）にバルブ５３を、ハウジング１７のジャケット２７に連通する入口配管３３に冷却媒体の温度を検出する冷却媒体温度センサ５５を、さらに吐出口１７ｂ近傍の吐出管２５に吐出流体温度センサ５７を、それぞれ設置する。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。
【００３０】
この実施形態では、図６のフローチャートに示すように、冷却媒体温度センサ５５および吐出流体温度センサ５７が検出する冷却媒体温度および吐出流体温度をそれぞれ読込み（ステップ６０１）、この読込んだ吐出流体温度が冷却媒体温度より低いか否かを判断する（ステップ６０３）。
【００３１】
ここで、吐出流体温度が冷却媒体温度より低い場合には、バルブ３７，５３の双方を閉じ（ステップ６０７）、ケーシング１７のジャケット２７およびロータジャケット２９，３１への冷却媒体の供給を停止する。
【００３２】
これにより、吐出流体温度以上の高い温度の冷却媒体が、ジャケット２７およびロータジャケット２９，３１へ流入することを防止し、冷却冷媒からの熱によってスクリュ圧縮機の全断熱効率、体積効率が悪化することを防止する。これは、例えば冷却冷媒温度が大きく変動する燃料電池車に使用するスクリュの圧縮機のような場合に特に有効である。
【００３３】
なお、この第３の実施形態においても、前記図３に示した第１の実施形態あるいは図４に示した第２の実施形態と同様に、圧力センサ４１により吐出圧力を読込んで、これを設定圧力あるいは冷媒供給開始設定圧力と比較し、バルブ３７の開閉制御を行う。ただし、この場合には、入口配管４７（４３）にもバルブ５３を設けてあるので、このバルブ５３については、図３，図４の制御動作中には、開放状態とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態を示すスクリュ圧縮機の平面断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う側面断面図である。
【図３】第１の実施形態におけるコントローラの制御動作を示すフローチャートである。
【図４】第２の実施形態におけるコントローラの制御動作を示すフローチャートである。
【図５】この発明の第３の実施形態を示すスクリュ圧縮機の図２に相当する断面図である。
【図６】第３の実施形態におけるコントローラの制御動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１，３  ロータ
１７  ケーシング
１７ａ  流体の吸込口
１７ｂ  流体の吐出口
２７  ケーシングのジャケット
２９，３１  ロータジャケット
５５  冷却媒体温度センサ
５７  吐出流体温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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