(57)【要約】【課題】ケーシングの強度を向上できて機器の高圧化を容易に図ることができる高圧スクリュー圧縮機を提供すること。【解決手段】ケーシング１０に設けたロータ室１３，１４，１５内にロータ４０，５０，６０を内蔵してなる高圧スクリュー圧縮機１である。ケーシング１０は、ロータ室１３，１４，１５を形成する内胴１１と、耐圧ケーシングとなる外胴２１とを有して構成される。構造の複雑な内胴１１は鋳造品によって形成され、構造のシンプルな外胴２１は鍛造によって形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング内に設けたロータ室内にロータを内蔵してなる高圧スクリュー圧縮機において、
前記ケーシングは、前記ロータ室を形成する内胴と、耐圧ケーシングとなる外胴とを有して構成されていることを特徴とする高圧スクリュー圧縮機。
【請求項２】
前記外胴が鍛造によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の高圧スクリュー圧縮機。
【請求項３】
前記ロータ室を形成する内胴が、水平二つ割り形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の高圧スクリュー圧縮機。
【請求項４】
前記高圧スクリュー圧縮機は、複数のロータ室内にそれぞれロータを内蔵することでガスを多段に昇圧していく多段の高圧スクリュー圧縮機であり、且つ前記複数のロータの配列及びガスの昇圧方向を対向形に構成したことを特徴とする請求項１又は２又は３に記載の高圧スクリュー圧縮機。
【請求項５】
請求項１又は２又は３又は４に記載の高圧スクリュー圧縮機を使用して構成されることを特徴とするガス供給設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧スクリュー圧縮機及びそれを用いたガス供給設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、高圧スクリュー圧縮機は、例えば特許文献１に示すように、ケーシング内に設けた複数のロータ室内にそれぞれロータを収納し、前記各ロータを同時に回転駆動することでケーシングの吸込口から吸い込んだガスを前記複数のロータによって多段階に昇圧していくように構成されている。
【０００３】
そして従来の高圧スクリュー圧縮機においては、ケーシング内に複雑なロータ室形状を形成しなければならないので、耐圧要素を成すケーシング材質として、鋳造品を使用する必要があった。
【０００４】
しかしながらケーシング材質として鋳造品を用いると、高圧スクリュー圧縮機の使用圧力を更に上げたいような場合、鋳造欠陥といった強度上の問題を生じる恐れがあった。
【０００５】
一方、水素供給ステーション等の比較的小容量高圧力の用途では、従来レシプロ式やダイヤフラム式の圧縮機が使用されていた。しかしながらこれら圧縮機は、摩耗等のため、摺動部品や弁，ダイヤフラム等の定期的交換が必要であり、そのメンテナンスが煩雑であった。
【特許文献１】特開平４−３６０９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、ケーシングの強度を容易に向上できて機器の高圧化を容易に図ることができる高圧スクリュー圧縮機及びそれを用いたガス供給設備を提供することにある。
【０００７】
また小容量高圧力の用途に用いられる圧縮機として、部品の定期的交換が不要で、長寿命化が図れる高圧スクリュー圧縮機及びそれを用いたガス供給設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願請求項１に記載の発明は、ケーシング内に設けたロータ室内にロータを内蔵してなる高圧スクリュー圧縮機において、前記ケーシングは、前記ロータ室を形成する内胴と、耐圧ケーシングとなる外胴とを有して構成されていることを特徴とする高圧スクリュー圧縮機にある。
【０００９】
本願請求項２に記載の発明は、前記外胴が鍛造によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の高圧スクリュー圧縮機にある。
【００１０】
本願請求項３に記載の発明は、前記ロータ室を形成する内胴が、水平二つ割り形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の高圧スクリュー圧縮機にある。
【００１１】
本願請求項４に記載の発明は、前記高圧スクリュー圧縮機は、複数のロータ室内にそれぞれロータを内蔵することでガスを多段に昇圧していく多段の高圧スクリュー圧縮機であり、且つ前記複数のロータの配列及びガスの昇圧方向を対向形に構成したことを特徴とする請求項１又は２又は３に記載の高圧スクリュー圧縮機にある。
【００１２】
本願請求項５に記載の発明は、請求項１又は２又は３又は４に記載の高圧スクリュー圧縮機を使用して構成されることを特徴とするガス供給設備にある。
【発明の効果】
【００１３】
本願請求項１に記載の発明によれば、複雑な内部形状を有するロータ室を構成するために鋳造品を使用せざるを得ない内胴と、耐圧要素である外胴とを、別個の部品に分割したので、耐圧要素である外胴の材質を、必要に応じて鍛造品等の強度が安定していて且つ高いものを使用することができ、従って機器の高圧化を容易に図ることができる。
【００１４】
またスクリュー圧縮機のロータはオス／メスロータであって、両ロータは転がり接触するものであり、従って摩耗を生じず長寿命なため、前述のように高圧化が可能になれば、小容量高圧力の用途に用いる圧縮機の長寿命化を図ることが可能となる。そしてこれを使用するガス供給設備（請求項５），ガス加圧設備，冷凍設備，化学プラント設備等のメンテナンスも容易になる。
【００１５】
本願請求項２に記載の発明によれば、形状が複雑でない外胴を鍛造によって形成したので、強度が安定し且つ強度を高くすることができ、容易に高圧化に対応できる。
【００１６】
本願請求項３に記載の発明によれば、ロータ室を形成する内胴を水平二つ割り形状に構成したので、その組み立て分解が容易になり、メンテナンス性が向上する。
【００１７】
本願請求項４に記載の発明によれば、複数のロータの配列及びガスの昇圧方向を対向形に構成したので、各段のロータの吸込側端面と吐出側端面に生じる差圧による軸方向推力が相殺しあい、全体の軸方向推力を減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる高圧スクリュー圧縮機１を示す概略断面図である。同図に示すようにこの高圧スクリュー圧縮機１は、内胴１１と外胴２１とからなるケーシング１０と、内胴１１の内部に設けた三つのロータ室１３，１４，１５にそれぞれ収納される三段のロータ４０，５０，６０と、前記三段のロータ４０，５０，６０を一体回転するように取り付ける一対の軸７０，７５と、前記軸７０の一端に取り付けられてこの軸７０を回転駆動する駆動モータ８０と、ケーシング１０の駆動モータ８０とは反対側の端面に取り付けられるケーシングカバー１００とを具備して構成されている。以下各構成部分について説明する。
【００１９】
内胴１１はその上下の部分が水平二つ割り構造に構成されていて、これら二つの部材を接合・一体化することで、全体として略円筒状になるように構成されている。そしてこの内胴１１には、前記三つのロータ室１３，１４，１５の他に、形状の複雑な流路（図示せず）や、各ロータ室１３，１４，１５へのガス供給容量を制御するスライド弁の収納スペース（図示せず）等が設けられている。そしてこのように内部構造の複雑な内胴１１は、鋳造品によって構成されている。なお内胴１１は前述のように水平二分割構造とすることにより、その組み立て・分解を容易にし、メンテナンス性を向上している。
【００２０】
外胴２１は高圧スクリュー圧縮機１の耐圧を向上させる耐圧部品（耐圧ケーシング）であり、鍛造品によって構成されている。即ちこの外胴２１は前記内胴１１の外周側面を囲むだけの略円筒状のシンプルな形状に形成されているので、鍛造品によって構成することが可能なのである。
【００２１】
そして内胴１１は前記耐圧部品である外胴２１に内装されている。また各ロータ４０，５０，６０による昇圧が内胴１１／外胴２１間に差圧として発生するので、内胴１１／外胴２１間にガスケット２５を設け、これを密封している。
【００２２】
またケーシング１０の、ロータ室１３の吐出側には一段目吐出口２７と二段目吸込口２９（図では重なって一本に見える）が接続され、ロータ室１４の吐出側には二段目吐出口３１が接続され、ロータ室１５の吸込側には三段目吸込口３３が接続され、ロータ室１５の吐出側には吐出口３５が接続されている。そして一段目吐出口２７と二段目吸込口２９はそれぞれ配管２００，２１０によって中間冷却器３７に接続され、二段目吐出口３１と三段目吸込口３３はそれぞれ配管２２０，２３０によって中間冷却器３９に接続されている。配管２１０と配管２３０とには、それぞれその途中に冷却油注入装置２４０，２５０が接続されている。
【００２３】
ロータ４０，５０，６０は何れも一対のオス／メスロータによって構成され、オス／メスロータの内の何れか一方を一方の軸７０に取り付け、他方を他方の軸７５に取り付け、これによってオス／メスロータが転がり接触しながら噛み合って、各段のロータ４０，５０，６０の吸込側端面と吐出側端面間に差圧を生じさせて昇圧するように構成されている。さらにこれらロータ４０，５０，６０は、軸７０，７５によって同一方向に回転された場合、ロータ４０，５０，６０によるガスの昇圧方向が、図１に矢印で示すように、ロータ４０とロータ５０にあっては駆動モータ８０から離れる方向、ロータ６０にあっては駆動モータ８０側を向くようにしている。即ちロータ４０，５０の配列とガスの昇圧方向と、ロータ６０の配列とガスの昇圧方向とが対向するように構成している。
【００２４】
軸７０は、その一端が駆動モータ８０の駆動軸となっており、またその他端が軸受７１によって軸支されている。また軸７０のロータ５０とロータ６０の間の位置には、段間シール７３が設置され、高圧の三段目吐出ガスが、圧力が低い二段目吐出部に漏れ出ないようにしている。
【００２５】
また軸７５はその両端が軸受７７，７９によって軸支されており、軸７０と同様に、そのロータ５０とロータ６０の間の位置に段間シール７６を設置している。この軸７５は従動軸であり、前記軸７０が回転駆動されることによって回転する。
【００２６】
駆動モータ８０は、前記軸７０の一端に取り付けられるロータ８１と、ロータ８１の外周に設置されるステータ８３と、ステータ８３を固定してこれを囲むように設置されるモータケーシング９０とを具備して構成されている。モータケーシング９０の一端面（ケーシング１０とは反対側の面）中央には、吸込口９１が設けられている。
【００２７】
そして駆動モータ８０を駆動すれば、各ロータ４０，５０，６０が同時に回動し、これによって吸込口９１から吸い込まれたガスは、駆動モータ８０の内部を通ってまずロータ室１３内に導入されてロータ４０によって一段目の昇圧が行われ、次にロータ室１３から吐出された昇圧ガスは中間冷却器３７によって冷却された後にロータ室１４内に導入されてロータ５０によって二段目の昇圧が行われ、さらにロータ室１４から吐出された昇圧ガスは中間冷却器３９によって冷却された後にロータ室１５に導入されてロータ６０によって三段目の昇圧が行われた後、吐出口３５から吐出される。なお二つの冷却油注入装置２４０，２５０からは配管２１０，２３０内に霧状の冷却油を適宜注入することでもガスの冷却が行われる。
【００２８】
そしてこの実施形態にかかる高圧スクリュー圧縮機１の場合、前記三段階の昇圧によって機器の内部圧力を高くしても、外胴２１が鍛造品によって構成されていてその強度と信頼性が向上されているので、何ら問題ない。
【００２９】
なお上記高圧スクリュー圧縮機１の駆動は、各段のロータ４０，５０，６０の吸込側端面と吐出側端面に差圧が生じ、これにより大きな軸方向推力が生じるが、この実施形態にかかる高圧スクリュー圧縮機１の場合、ロータ４０，５０の配列とガスの昇圧方向、及びロータ６０の配列とガスの昇圧方向とを対向形としているので、各段に発生する軸推力が相殺しあい、トータルの軸推力を減少することができる。
【００３０】
なお上記実施形態ではロータ４０，５０，６０の各段間に中間冷却器３７，３９を設置したが、これら中間冷却器は必要に応じて増設又は減少しても良い。またこれら中間冷却器３７，３９は省略しても良く、その場合は内胴１１内に設けた流路によって直接各段のロータ室１３，１４，１５間を接続してもよい。また冷却油注入装置２４０，２５０の設置位置も種々の変更が可能であり、また必ずしも冷却油注入装置２４０，２５０は設置しなくても良い。
【００３１】
図２は上記構造の高圧スクリュー圧縮機１を用いて構成されるガス供給設備の全体概略構成図である。同図に示すガス供給設備は、自動車３１０に水素ガスを供給するガス供給設備であり、自動車３１０へのガス供給ホース３２１を有する水素ディスペンサーユニット３２０と、水素ディスペンサーユニット３２０に供給する水素ガスを備蓄しておく蓄圧器ユニット３３０と、蓄圧器ユニット３３０又は水素ディスペンサーユニット３２０に水素ガスを加圧して供給する本発明にかかる高圧スクリュー圧縮機１を有する圧縮機ユニット３４０とを具備して構成されている。各ユニット間を連結する配管３５０中の所定位置には、開閉バルブ３５１，３５３，３５５が取り付けられている。そして水素トレーラー３６０内の水素ガスを蓄圧器ユニット３３０に蓄圧するには、前記配管３５０の一端に水素トレーラー３６０のホース３６１を接続し、開閉バルブ３５１，３５３を閉じて圧縮機ユニット３４０を駆動し、これによって昇圧した水素ガスを蓄圧器ユニット３３０に蓄圧する。一方水素ディスペンサーユニット３２０において自動車３１０に水素ガスを供給する場合は、開閉バルブ３５１を閉じて開閉バルブ３５３，３５５を開き、蓄圧器ユニット３３０から水素ディスペンサーユニット３２０に水素ガスを供給する。
【００３２】
なお本発明にかかる高圧スクリュー圧縮機１は、上記ガス供給設備以外の各種ガスを高圧に昇圧する設備に利用できることはいうまでもなく、例えば各種ガスを高圧に加圧するガス加圧設備、冷媒ガスを高圧に加圧する冷凍設備、化学プラント用の各種ガスを高圧に加圧する化学プラント設備等、他の各種設備にも同様に利用することができる。
【００３３】
以上本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載がない何れの形状や構造や材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。例えば、上記実施形態では高圧スクリュー圧縮機１内に収納するロータ室１３，１４，１５を三つとして三段階で昇圧したが、一段階又は二段階又は四段階以上で昇圧するように構成しても良い。また吸込口９１や吐出口３５の位置や、内胴１１，外胴２１等の各部品の形状・構造に種々の変形が可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態にかかる高圧スクリュー圧縮機１を示す概略断面図である。
【図２】高圧スクリュー圧縮機１を用いて構成されるガス供給設備の全体概略構成図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  高圧スクリュー圧縮機
１０  ケーシング
１１  内胴
１３，１４，１５  ロータ室
２１  外胴（耐圧ケーシング）
２５  ガスケット
３５  吐出口
３７  中間冷却器
３９  中間冷却器
４０，５０，６０  ロータ
７０  軸
７１  軸受
７３  段間シール
７５  軸
７６  段間シール
７７  軸受
７９  軸受
８０  駆動モータ
９０  モータケーシング
９１  吸込口
１００  ケーシングカバー
３１０  自動車
３２０  水素ディスペンサーユニット
３２１  ガス供給ホース
３３０  蓄圧器ユニット
３４０  圧縮機ユニット
３５０  配管
３５１，３５３，３５５  開閉バルブ
３６０  水素トレーラー
【図１】
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【図２】
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