(57)【要約】【課題】起動信頼性を向上した無給油式スクリュー圧縮機を提供する。【解決手段】圧縮機への吸込量を制御する吸込絞り弁と、この吸込絞り弁を作動させるピストン装置と、このピストン装置に操作圧力を与える構造を有する多段無給油式スクリュー圧縮機において、圧縮機起動時に、起動負荷抑制の為、吸込絞り弁を全閉とし圧縮機本体二次側を大気に開放し、圧縮機を駆動するモータが全速到達した後に負荷状態へと切り替わる際、吸込絞り弁を微開させるために操作圧力である負圧と大気圧を使用する場合、この大気圧を確保する制御配管経路とドレン排出経路を同一とした。本発明により、起動時の必要な際に制御配管経路の大気開放が可能となり、起動信頼性を向上した無給油式スクリュー圧縮機が構成可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機への吸込量を制御する吸込絞り弁と、該吸込絞り弁を作動させるピストン装置と、該ピストン装置に操作圧力を与える構造を有する無給油式スクリュー圧縮機において、
圧縮機起動時に、起動負荷抑制のため吸込絞り弁を全閉とし、圧縮機本体二次側を大気に開放し、
圧縮機を駆動するモータが全速到達した後に負荷状態へと切り替わる際、吸込絞り弁を微開させるために操作圧力である負圧と大気圧を使用する場合、該大気圧を確保するための制御配管経路とドレン排出経路を同一としたことを特徴とする無給油式スクリュー圧縮機。
【請求項２】
請求項１記載の無給油式スクリュー圧縮機において、
前記ドレン排出経路のドレン弁において、起動アンロード完了時からドレン排出間隔とドレン排出時間を任意に設定可能としたことを特徴とする無給油式スクリュー圧縮機。
【請求項３】
請求項１記載の無給油式スクリュー圧縮機において、
ロードからアンロードへの切り替え後に、ドレン排出間隔とドレン排出時間を任意に設定可能としたことを特徴とする無給油式スクリュー圧縮機。
【請求項４】
請求項１記載の無給油式スクリュー圧縮機において、
停止後もドレン排出を継続し、ドレン排出間隔とドレン排出時間を任意に設定可能としたことを特徴とする無給油式スクリュー圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無給油式スクリュー圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
非接触かつ無給油で回転可能な雄雌一対のスクリューロータを有して空気を圧縮するオイルフリー即ち無給油式スクリュー圧縮機が知られている。無給油式スクリュー圧縮機は、空気を圧縮する圧縮機本体を有し、圧縮機本体から吐出される圧縮空気は高温であるため、この圧縮空気を冷却する冷却装置が設けられている。圧縮機本体から、吐出される圧縮空気は、これらの冷却装置及び圧縮機ユニット内の接続配管を通過し、圧縮機ユニット外へと吐出される。
【０００３】
上記の無給油式スクリュー圧縮機は、圧縮機への吸込量を制御するための吸込絞り弁と、この吸込絞り弁を作動させるピストン装置と、このピストン装置に操作圧力を与える構造を有している。また、圧縮時及び圧縮空気冷却時に発生するドレンを機外へ排出する構造が設けられている。
【０００４】
特許文献１（特開昭６３−６１７８０号公報）には、多段圧縮機の容量制御装置が開示されており、これについては後で説明する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−６１７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
無給油式スクリュー圧縮機は、圧縮機への吸込量を制御する吸込絞り弁と、この吸込絞り弁を作動させるピストン装置と、このピストン装置に操作圧力を与える構造を有している。
【０００７】
圧縮機起動時において、起動負荷の抑制の為、吸込絞り弁を全閉とし圧縮機本体二次側を大気に開放し、圧縮機を駆動するモータが全速到達した後に負荷状態へと切り替わる構造としている。
【０００８】
また、圧縮機起動時は、吸込絞り弁が閉じられた状態で、圧縮機本体が駆動するため、吸込絞り弁の二次側は負圧となる。上記のように圧縮が始まっていない負荷状態への切り替えの際は、この負圧と大気圧との微小圧力差がピストン装置の操作圧力となる。
【０００９】
しかし、ピストン装置への操作圧力を与えるための配管（以降、制御配管という）構成上もしくは構成部品の構成及び劣化により、多段圧縮機においては制御配管構成上、必要大気圧が負圧となる場合がある。この場合、吸込絞り弁を開くことが出来ないため、必要大気圧を確保するために制御配管の一部経路がオリフィス等を介して大気に開放されている。しかし、圧縮機内で常時大気に開放された経路ができるためオリフィスからのドレン流出や流体音、圧縮空気漏れが発生する。
【００１０】
一方で、無給油式スクリュー圧縮機は、圧縮時及び圧縮空気冷却時に発生するドレンを機外へ排出する構造が設けられている。圧縮機本体及び空気配管経路の防錆のためであるが、同時にドレン排出の際に圧縮空気の漏れ軽減のため、ドレン排出を間欠的に行うことが望ましい構造であるといえる。
【００１１】
本発明は、間欠的なドレン排出制御構造をもつ無給湯式スクリュー圧縮機において、上記圧縮機起動時の必要大気圧確保の為の制御配管経路をドレン排出経路と同一とすることで、無負荷起動時から負荷状態への移行時の際の必要時のみに同経路を大気開放することで、起動信頼性を向上し、且つ上記制御配管経路のオリフィスからのドレン排出、流体音、圧縮空気漏れのない構造を提供することを目的としている。また、圧縮機運転状態によって、ドレンの排出間隔と排出時間を調整可能とすることで、ドレンの確実な排出とドレン排出の際の圧縮空気漏れを軽減することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するための無給油式スクリュー圧縮機の形態は、
（１）起動時の制御配管経路の大気開放経路をドレン排出弁を開くことで可能とする構造とすること。
【００１３】
（２）ドレン排出弁の開閉動作において、ドレン排出時間・排出間隔を調整可能とする構造とすること。
【００１４】
（３）上記のドレン排出時間・排出間隔は、起動時、負荷時（ロード時）、無負荷時（アンロード時）、停止時の圧縮機運転及び停止状態で設定可能とする構造とすること。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、吸込絞り弁で圧縮機への吸込み量を制御する無給油式スクリュー圧縮機において、起動時の信頼性向上と防錆のための確実なドレン排出構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明での制御配管経路及びドレン排出構造を示す図である。
【図２】ドレン排出制御タイミングチャートを示す図である。
【図３】従来の制御配管経路構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下では、本発明の実施形態として、吸込絞り弁を有する二段無給油式スクリュー圧縮機について説明する。
【００１８】
また、ここで、本発明を分かりやすくするために比較として図３に従来の二段無給油式スクリュー圧縮機を示し、これについて説明する。
【００１９】
図３は圧縮機空気吸込みから吐出し経路である空気配管経路と吸込み絞り弁への操作圧力を制御する配管経路（以降、制御配管経路）を示す。図中の一点短鎖線が制御配管経路、実線が空気配管経路である。
【００２０】
図３において、１は低圧段圧縮機、２は高圧段圧縮機、３は圧縮機への吸気量を制御する吸込絞り弁、３Ａはピストン装置、４は圧縮空気を冷却する低圧段熱交換機、５は圧縮空気を冷却する高圧段熱交換機、６は低圧段ドレン分離器、７は高圧段ドレン分離器、８，９は逆止弁、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは三方電磁弁、１１はオリフィスである。
【００２１】
低圧段圧縮機１の吸入側に吸入絞り弁３を設け、低圧段圧縮機１の下流には低圧段熱交換機４を設け、さらにその下流に低圧段ドレン分離器６を取り付け、さらに最終段圧縮機である高圧段圧縮機２を設けられている。そしてその吐出配管には逆止弁８、高圧段熱交換機５および高圧段ドレン分離器７が配設され、圧縮空気は吐出しに導かれる。
【００２２】
また、高圧段熱交換機５及び高圧段ドレン分離器７の下流の経路（Ｑ）点より制御配管フィルタ１５を介して三方電磁弁１０Ａ、１０Ｃに接続されている。（これらを第１の操作配管系という。）
また、低圧段圧縮機１の吐出側にある低圧段熱交換機４及び低圧段ドレン分離器の下流に経路（Ｒ）があり、この経路（Ｒ）より逆止弁９、オリフィス１１を経由した操作配管３０（これらを第２の操作配管系という）が前記三方電磁弁１０Ｃに接続されている。
【００２３】
したがって、三方電磁弁１０Ｃは経路（Ｑ）から導いた空気圧で吸込絞り弁３の室（Ｂ）に作動させたり、経路（Ｒ）から導いた空気圧で吸込絞り弁３の室（Ｂ）に作動させたりできる。高圧段圧縮機２と逆止弁８との間の経路（Ｖ）から三方電磁弁１０Ｂに接続している（これを第３の操作配管系という）。
【００２４】
前記構成で、ピストン装置３Ａを操作圧力により制御することで弁を開閉する。尚、吸込み絞り弁閉時は、経路（Ｖ）〜経路（Ｄ）へ大気開放される。
【００２５】
ここで、図３において、圧縮機起動時の動作について説明する。
【００２６】
起動時は、起動負荷の軽減により吸込絞り弁３の弁は閉じられており、圧縮機は空気を吸込まない。吸込絞り弁３の弁が閉じたまま低圧段圧縮機本体１と高圧段圧縮機本体２のスクリューロータがモータにより回転し、圧縮機本体への吸込みを開始するため、吸込絞り弁二次側室３Ｂから低圧段圧縮機本体１の一次側との空気経路は負圧となる。
【００２７】
また同様に、低圧段圧縮機本体１の二次側と高圧段圧縮機本体２の一次側の空気経路間も負圧となる。起動開始後モータ全速到達時後、吸込絞り弁を開ける際は、吸込み絞り弁３のＡ部に負圧、Ｂ部に大気圧を供給することでその差圧で弁を微開（僅か開放した状態）する。実際には、空気配管経路であるＣとＡ部を三方電磁弁１０Ａと三方電磁弁１０Ｂにより連通させ、Ａ部を負圧とする。このときＢ部は、三方電磁弁１０Ｃを介して制御配管経路（Ｓ）と連通している。吸込絞り弁３の弁が微開することで、空気圧縮が始まる為、低圧段圧縮機本体１および高圧段圧縮機本体２の二次側が正圧となり、空気配管経路（Ｑ）と吸込絞り弁３のＢ部が連通することで、Ａ部とＢ部の差圧で弁が全開となる。
【００２８】
また、２段圧縮機のアンロード装置の作用について説明する。
【００２９】
まず、起動時には吸込絞り弁３は全閉の状態である。これは停止時に放気を利用して必ず閉じるようにしてあり、停止後に吸込み吸入弁３が勝手に動くことはないためである。起動時アンロード運転時、三方電磁弁１０ＡはＯＦＦ、三方電磁弁１０Ｃ、１０ＢはＯＮとなる。ここで、三方電磁弁がＯＦＦのときはＣＯＭ−ＮＯポートが連通し、ＯＮのときは、ＣＯＭ−ＮＣポートが連通するものとする。図３において、電磁弁１０Ａは（Ｆ）がＮＣポート，（Ｇ）がＮＯポート、（Ｈ）がＣＯＭポート、電磁弁１０Ｂは（Ｋ）がＮＣポート，（Ｌ）がＣＯＭポート，（Ｊ）がＮＯポート，電磁弁１０Ｃは（Ｎ）がＮＯポート、（Ｐ）がＮＣポート、（Ｍ）がＣＯＭポートを示す。
【００３０】
経路（Ｑ）からの空気圧は、三方電磁弁１０Ａ,１０Ｂを経てＡ室に入り、吸込み絞り弁３は閉状態である。この間、経路（Ｒ）の圧力は負圧になっている。
【００３１】
起動アンロード解除指令が入ると、ロード切換え後数秒間は三方電磁弁は全てＯＮ（ＣＯＭ−ＮＣポート連通）となる。吸込絞り弁３の室（Ａ）の圧力が室（３Ｂ）と同じ負圧となるため、室（Ａ）と室（Ｂ）との差圧によりアンローダピストン及び弁スピンドル（いずれも図示せず）が右方向へ移動し、吸込絞り弁３が開き始める。
【００３２】
吸込絞り弁３が僅かでも開くと、中間段の圧力が高くなり、経路（Ｒ）から制御配管３０、三方電磁弁１０Ｃを介して室（Ｂ）に与えられ、さらにアンローダピストン及び弁スピンドルを動かして吸込絞り弁３を全開にする。吸込絞り弁３が全開となり、ロード運転（全負荷運転）になると、三方電磁弁１０Ａ,１０ＢがＯＮ，三方電磁弁１０ＣがＯＦＦとなる。すなわち、三方電磁弁１０ＣのポートをＮＯ−ＣＯＭ方向へ切換え、経路（Ｑ）から配管を経て室（Ｂ）に操作圧力を与えるロード運転となる。
【００３３】
次に、図３のオリフィス１１の機能について説明する。起動開始時、上述のとおり低圧段圧縮機本体１の二次側と高圧段圧縮機本体２の一次側は負圧となる。吸込み絞り弁Ａ部が負圧、Ｂ部が大気圧との差圧で弁が微開するが、経路（Ｒ）と室（Ｂ）が連通し、室（Ｂ）が負圧になるのを防ぐため、逆止弁９が設けられている。しかし、逆止弁の経年劣化などにより漏れが生じる場合を想定し、経路（Ｓ）からＢ間が負圧になることを回避するためオリフィス１１を介して大気へ経路（Ｅ）を開放している。経路（Ｒ）から経路（Ｅ）間は、圧縮が開始され低圧段圧縮機本体１の二次側と高圧段圧縮機本体２の一次側が正圧となると圧縮空気が常に排出されてしまうためオリフィス１１を挿入している。
【００３４】
しかし、このオリフィス１１からの圧縮空気の漏れを軽減するためにオリフィス径を小さくしすぎると目詰まりの恐れがある。また、オリフィス１１からは、低圧段熱交換器４のドレンが低圧段ドレン分離器６で分離出来ないドレンがある場合、オリフィス１１からドレンが流出する場合がある。また、オリフィス１１からの圧縮空気の漏れにより常時音を発生してしまう。
【００３５】
本発明は、図３における経路（Ｓ）〜経路（Ｅ）間のオリフィス１１を介した大気開放（Ｅ）経路をドレン排出配管経路と同じとすることで、必要な際に図３の経路（Ｓ）〜（Ｅ）間大気開放し、ドレンを排出する配管経路が実施可能である。
【００３６】
図１を用いて本発明の実施形態を説明する。
【００３７】
本発明は、図１の低圧段ドレン分離器６の二次側と空気配管経路（Ｒ）の一次側に低圧段用のドレン排出経路（Ｔ）〜（Ｕ）を設けることである。
【００３８】
図１ではドレン排出経路（Ｔ）〜（Ｕ）間に、実施例として電気的制御にて開閉動作可能な電磁弁１３を設けている。（Ｕ）はドレン排出のため大気に開放している。ドレン排出経路（Ｔ）〜（Ｕ）間は起動時の大気開放と低圧段ドレン排出の両方を兼ねている。
【００３９】
また、図１で、１２は逆止弁で、１４は高圧段ドレン分離器の下流に設けたドレン排出用電磁弁である。
【００４０】
ここで、このドレン電磁弁１３の開閉制御について説明する。
【００４１】
図２はこのドレン排出電磁弁１３の開閉動作の例をタイムチャートを用いて示す。
【００４２】
図２のタイムチャートにおいて、上段が起動時、中段がロード⇒アンロード切替時、下段が停止時を示し、それぞれ開閉動作しているのがドレン排出電磁弁１３の動作を示している。
【００４３】
起動開始し、吸込絞り弁３の弁が全閉状態で、モータが全速まで到達した後（起動アンロード完了時）から吸込み絞り弁３の弁が微開するまでの時間、すなわち図２のＡ秒の間、ドレン排出弁１３を開とする。その後は、ドレンの排出量にあわせてドレン排出間隔Ｃおよびドレン弁開時間Ｂでドレン電磁弁１３を開閉することでドレンを排出する。ドレン排出間隔Ｃおよびドレン弁開時間Ｂは、熱交換器の冷却能力および吸込み空気の温度、湿度等により変化するため任意に設定できることが望ましい。
【００４４】
なお、図２のロード（負荷）⇒アンロード（無負荷）切り替え後及び停止時に関しては、ロード時よりドレン量が少なくなる為、開時間は短く、閉時間を長く取れ、Ｄ〜Ｇの時間設定も任意とすることが望ましい。
【００４５】
停止時に関しては、圧縮機停止後に機内の温度が下がる際に、熱交換器及び配管経路の結露によりドレンが発生する場合があるため、ドレン電磁弁１３の開閉動作を継続する。
【００４６】
ここで、圧縮機の機種によって異なるが、図２において、Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅの時間はおよそ１〜３秒、Ｃは３０秒程度、Ｆは１８０秒程度、Ｈは６００秒程度である。
【００４７】
本発明により、圧縮機起動時に起動信頼性の高い構造を有する無油式スクリュー圧縮機が構成可能となる。
【符号の説明】
【００４８】
１‥低圧段圧縮機本体、                ２‥高圧段圧縮機本体、
３‥吸込絞り弁、                      ３Ａ‥ピストン装置、
３Ｂ‥吸込絞り弁二次側室、            ４‥低圧段熱交換器、
５‥高圧段熱交換器、                  ６‥低圧段ドレン分離器、
７‥高圧段ドレン分離器、              ８‥逆止弁、
９‥逆止弁、                        １０Ａ‥三方電磁弁、
１０Ｂ‥三方電磁弁、                １０Ｃ‥三方電磁弁、
１１‥オリフィス、                  １２‥逆止弁、
１３‥ドレン排出用電磁弁、          １４‥ドレン排出用電磁弁、
１５‥制御配管フィルタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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