(57)【要約】【課題】本発明の目的は、インバータ制御機能により回転数制御する無給油式スクリュー圧縮機の全負荷領域で省電力効果を図るものである。【解決手段】非接触のビスコシールで構成された軸封装置を有する無給油式スクリュー圧縮機で、電動機をインバータによって回転速度を変化させ吐出圧力を設定圧力に対し一定に保つ容量制御を行う可変速型無給油式スクリュー圧縮機において、軸封装置の軸受側を負圧とし、軸封装置の能力で決まる最低回転数より低い回転数で運転する。【効果】インバータ制御を用いた無給油式スクリュー圧縮機で、圧縮機本体、機種、仕様に係らず回転数制御領域を充分確保でき、圧縮機本体の軸封構造で決定していた最低回転数をさらに低いものにできる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイミングギヤにより非接触で回転する雄雌一対のスクリューロータの両端を支持する軸受と圧縮室との間に軸受に給油された油が圧縮室へ浸入するのを防止する非接触のビスコシールで構成された軸封装置を有する無給油式スクリュー圧縮機で、電動機をインバータによって回転速度を変化させ吐出圧力を設定圧力に対し一定に保つ容量制御を行う可変速型無給油式スクリュー圧縮機において、軸封装置の軸受側を負圧とし、軸封装置で発生するシール圧力で決まる最低回転数より低い回転数で運転することを特徴とする可変速型無給油式スクリュー圧縮装置。
【請求項２】
請求項１に記載の可変速制御型無給油式スクリュー圧縮機において、０〜全速までの全回転数範囲で、全速時に発生する軸封装置内のシール圧力と軸受室側を大気圧力とした場合の差圧以上となるように、０〜全速までの全回転数範囲で、軸受室側の負圧の圧力を設定して、運転することを特徴とする可変速型無給油式スクリュー圧縮装置。
【請求項３】
請求項１に記載の可変速制御型無給油式スクリュー圧縮機において、０〜全速までの全回転数範囲で、軸封装置内の許容シール圧力と同一圧力分軸受室側を負圧として運転することを特徴とする可変速型無給油式スクリュー圧縮装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータを用いて駆動電動機の回転数を変化させ圧縮機の容量制御を行う無給油式スクリュー圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術として、特開２００１−３４２９８２号公報では無給油式スクリュー圧縮機の回転数制御に関するものが記載されている。これによると、可変速制御型無給油式スクリュー圧縮機は圧縮機の吐出圧力を仕様圧力に保ちながら回転数制御を行った場合、低回転領域では押し退け空気量に対する内部空気漏れ量の比が増大し、圧縮室内で上流側に漏れた空気を圧縮機によって再圧縮し吐出温度が上昇するため、ある回転数以下では困難になる。これにより決定される最低回転数がある。その他に無給油式スクリュー圧縮機の圧縮機本体の構造として、軸受に給油された油が、圧縮室内に侵入しないように軸封装置が設けられており、この軸封装置の内側には溝がねじ状に加工されており、ロータの回転により、内部に圧力を発生させて油を押し戻す構造となっているため、回転数制御を行った場合、低回転領域ではこの発生圧力が小さくなることにより決定される最低回転数がある。以上のことより、従来の無給油式スクリュー圧縮機の回転数制御は前者もしくは後者で決定された最低回転数までで行っていた。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３４２９８２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術においては、無給油式スクリュー圧縮機の回転数制御の最低回転数は、吐出温度もしくは軸封装置から制約があった。特に後者の方は無給油式としては無視できないものである。一般的に一定速の無給油式スクリュー圧縮機の場合、圧縮機本体は同一のものを使用し、増速ギヤの種類（言いかえれば回転数の違い）で、例えば出力３７ｋＷ、４５ｋＷ、５５ｋＷのように機種を変えている。従って、可変速制御化する場合、圧縮機本体で最低回転数が決定しているため、圧縮機本体の一番回転数の高い５５ｋＷとし、回転数領域を広くとる必要がある。この場合でも、圧縮機の最低回転数は約半分（全速時の電動機回転数を６０Ｈｚとすると約３０Ｈｚ付近）となる。例えば３７ｋＷを回転数制御させようとすると、最低回転数の制約から、回転数制御領域が非常に狭くなってしまい、一定速の圧縮機とほとんどかわらなくなってしまう。一方油冷式スクリュー圧縮機の可変速制御機の場合は、これらの制約がないため、同一圧縮機本体を使用している場合でも、出力クラスに係らず、回転数で約７５％を回転数領域とでき、無給油式スクリュー圧縮機より最低回転数は低くできる。以上のことより、無給油式スクリュー圧縮機で可変速制御を行う場合、機種の制約や、回転数領域が狭いという課題があった。
【０００５】
本発明の目的は、無給油式スクリュー圧縮機においても、油冷式スクリュー圧縮機と同様に機種の制約無くし、回転数制御領域のを広くとることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記技術課題を解決するため、本発明ではタイミングギヤにより非接触で回転する雄雌一対のスクリューロータの両端を支持する軸受と圧縮室との間に軸受に給油された油が圧縮室へ浸入するのを防止する非接触のビスコシールで構成された軸封装置を有する無給油式スクリュー圧縮機で、電動機をインバータによって回転速度を変化させ吐出圧力を設定圧力に対し一定に保つ容量制御を行う可変速型無給油式スクリュー圧縮機において、軸封装置の軸受側を真空エゼクター等により負圧とし、軸封装置のシール圧力で決まる限界最低回転数より低い回転数まで運転制御を行う。
【０００７】
またこの時、０〜全速までの全回転数範囲で、全速時に発生する軸封装置内のシール圧力と軸受室側を大気圧力とした場合の差圧以上となるように、０〜全速までの全回転数範囲で、軸受室側の負圧の圧力を設定して運転制御を行う。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の実施例のインバータ搭載型無給油式スクリュー圧縮装置の機器の構成とフロー、図２にインバータ搭載型無給油式スクリュー圧縮装置に使用している圧縮機本体構造を示す。
【０００９】
インバータ搭載型無給油式スクリュー圧縮機の構成としては、吸込みフィルタ２、圧縮機本体３、プレプーラ４、逆止弁５、アフタークーラ６から構成されている。空気は大気より吸込みダクト１、吸込みフィルター２を通ってスクリュー圧縮機本体３内の雄ロータ７、雌ロータ８により所定の圧力（通常０．６９ＭＰａ）まで圧縮され、単段機の場合、高温（３５０℃程度）となり吐出口９から吐出される。この時圧縮機本体３内の雄ロータ７、雌ロータ８はタイミングギヤ１０により非接触で高速回転（雄ロータ回転数で約２００００ｍｉｎ−１、雌ロータで約１７０００ｍｉｎ−１）する。圧縮機本体３より吐出された圧縮空気はプレクーラ４により一次冷却され、吐出空気配管１１から逆止弁５を通り、アフタークーラ６で吸込み温度程度まで二次冷却された後、図示しない外部機器に吐出される。
【００１０】
電動機１２と圧縮機本体３の雄ロータ７は、ギヤケース１３内の増ソ速ギヤ１４から構成される増速機器で連結される。電動機１２を可変速運転するためにインバータ制御装置１５を用いる。逆止弁６の下流側の吐出空気配管１６には圧力センサー１７が配置され、吐出空気配管１６内の圧力を検知し出力信号が制御装置１５に送られる。インバータ制御装置１５はＰＩＤ制御機能を有し、吐出空気配管１６内の圧力が設定圧力となる様にインバータ制御装置１５へ電圧出力し、電動機１２の回転数を変化させる。
【００１１】
一方、プレクーラ４下流側で逆止弁５上流側の吐出空気配管１１に、分岐して設けられた放気電磁弁１８及び放気サイレンサー１９が配置されている。放気電磁弁１８はインバータ制御装置１５に設定されている設定圧力と圧力センサー１７の出力信号により開閉する。
【００１２】
油の流れとしては、ギヤケース１３下部に溜められた油は、オイルポンプ２０により吸引され、圧縮機本体３内軸受２１やタイミングギヤ１０、ギヤケース１３内軸受２２増速ギヤ１４のそれぞれに噴射され、ギヤケース１３内に戻るようになっている。圧縮機本体３内軸受２１やタイミングギヤ１０部はケーシングに収納されており、給油された油の排油口は配管もしくはケーシング２３内に加工された通路でギヤケースと連結されている。
【００１３】
圧縮機本体３の構造としては、雄雌スクリューロータ７，８が軸受２１により両端で支持されている構造となっている。圧縮室２４と軸受２１との間の圧縮室２４側には、圧縮室２４から圧縮空気の漏れをおさえるため、フローティングタイプのカーボンシール２５が設けられている。圧縮室２４と軸受２１との間の軸受２１側には、軸受２１に給油された油が圧縮室２４に入り込むのを阻止するためビスコシール２６が設けられている。ビスコシール２６はケーシング２３側に固定されており、内部には溝がねじ状に加工されており、ロータ７，８の回転により、内部に圧力を発生させて油を軸受２１側に押し戻す構造となっている。ビスコシール２６とカーボンシール２５の間には大気開放穴２７が設けられている。
【００１４】
ギヤケース１３には、呼吸配管２８が設けられており、通常のインバータ搭載型無給油式圧縮装置（図１中Ａ）は、大気開放となっており、ビスコシール２６で発生した圧力を大気に逃がし、ギヤケース１３内をほぼ大気圧とする構造となっている。
【００１５】
このときの圧縮機の回転数比と軸封部の圧力変化を示す図を図３に示す。例として、電動機出力５５ｋＷ機の場合を示す。このとき、横軸は雄ロータの回転数は１００％で２００００ｍｉｎ−１とし、その比で示す。縦軸はには、この圧縮機が回転数１００％の時に発生するビスコシールのシール圧力を１００％とする。ビスコシール２６で発生するシール圧力はａ１で表され、回転数が低下すると回転数に比例して低下する。ｂ１はギヤケース１３内圧力を示し、軸受室と同一と考えてよい。ギヤケース１３内は大気開放となっているため、回転数に関係なく、一定で大気圧となる。このシール圧力と軸受室内圧力の圧力差ｃ１で軸受に給油した油が押し戻されることになる。ｄ１はビスコシール２６内に油が入り込まない許容値値である。無給油式スクリュー圧縮機の最低回転数はｃ１とｄ１の交点で決定される。５５ｋＷ機の場合、この交点での回転数比は約５０％であり、このときの吐出し空気量比は約４０％になる。従って、本圧縮機の回転数制御範囲は、回転数比で５０％、吐出空気量比で６０％となる。通常５５ｋＷ機に使用している圧縮機本体は３７ｋＷ機まで共用しているため、３７ｋＷ機最高回転数が１４０００ｍｉｎ−１で５５ｋＷ機の７０％の回転数が最高回転数となる。従って３７ｋＷ機で可変速制御を行うと最低回転数が決まっているため、回転数制御領域は、回転数比で５０％〜７０％となり、非常に狭いものとなってしまうことになる。
【００１６】
図１Ｂは、本発明のインバータ搭載型無給油式スクリュー圧縮装置の機器の構成とフローである。圧縮空気の一部を利用し、真空エゼクター２９により、ギヤケース１３内を吸引して負圧に保つ構造である。圧縮空気の一部をフィルタ付減圧弁３０により、供給圧を圧力計３１の読み値で調整し、電磁弁３２を介し真空エゼクターに供給する。呼吸配管２８にはフィルター３３を収納した装置を取り付け、フィルター３３の２次側を真空エゼクター２９により吸引することにより、ギヤケース１３内を負圧に保つ一方、吸引されたギヤケース１３内で発生した油煙をフィルターで濾過し、油滴となってフロート３４収納部に溜まる。溜まった油は一定量に到達するとフロート３４が浮き回収配管からオイルポンプ２０の一次側へ回収される。
【００１７】
このときの圧縮機の回転数比と軸封部の圧力変化を示す図を図４に示す。ａ１はビスコシール２６のシール圧力で図３と同一である。ｂ２はギヤケース内圧でマイナス圧力で、回転数に関係しない。ｃ２はａ１とｂ２の差圧であり、ｄ１はビスコシール２６の許容シール圧力である。ギヤケース内を許容シール圧分負圧にすれば、全回転数範囲内でｃ２とｄ１の交点がなくなり、軸封装置で発生するシール圧力に左右されずに最低回転数を決定できる。
【００１８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によると、インバータ制御を用いた無給油式スクリュー圧縮機で、圧縮機本体、機種、仕様に係らず回転数制御領域を充分確保でき、圧縮機本体の軸封構造で決定していた最低回転数をさらに低いものにできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインバータ搭載型無給油式スクリュー圧縮装置の機器の構成とフローを示す図。
【図２】インバータ搭載型無給油式スクリュー圧縮装置に使用している圧縮機本体構造を示す図。
【図３】従来のインバータ搭載型無給油式スクリュー圧縮装置の回転数と軸封部の圧力変化を示す図。
【図４】本発明のインバータ搭載型無給油式スクリュー圧縮装置の回転数と軸封部の圧力変化を示す図。
【符号の説明】
１…吸込みダクト、２…吸込みフィルタ、３…圧縮機本体、４…プレクーラ、５…逆止弁、６…アフタークーラ、７…雄ロータ、８…雌ロータ、９…吐出口、１０…タイミングギヤ、１１…吐出配管、１２…電動機、１３…ギヤケース、１４…増速ギヤ、１５…インバータ制御装置、１６…吐出配管、１７…圧力センサー、１８…放気電磁弁、１９…放気サイレンサー、２０…オイルポンプ、２１…圧縮機本体軸受、２２…ギヤケース内軸受、２３…ケーシング、２４…圧縮室、２５…カーボンシール、２６…ビスコシール、２７…軸封大気開放穴、２８…呼吸配管、２９…真空エゼクター、３０…フィルタ付減圧弁、３１…圧力計、３２…電磁弁、３３…フィルター、３４…フロート、３５…油回収配管。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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