JP2010138881A - 油冷式スクリュー圧縮機およびその冷却油冷却方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】凝縮水が発生すること防止しつつ、従来よりも高い省エネルギー効果を得ることができるスクリュー圧縮機を提供する。
【解決手段】吸入口2a近傍における空気Aの絶対湿度を測定する湿度計(絶対湿度計5)と、吐出口2b近傍における圧縮空気の吐出圧力を測定する圧力計9と、湿度計9で測定した空気Aの絶対湿度および圧力計で測定した圧縮空気の吐出圧力に基づいて圧縮空気Apの露点温度を算出する演算部(計算機14d)と、を備え、冷却油供給手段は、圧縮空気Apとの直接熱交換により加熱された冷却油Lを回収するとともに、回収された冷却油Lを、その冷却油Lにより冷却された圧縮空気Apが露点温度以上になる温度に水冷方式で間接熱交換により冷却して圧縮機本体2内のガス圧縮空間C1に循環供給する冷却油循環手段(吐出口配管6、セパレータ7、冷却液配管10、冷却ユニット14、冷却液供給配管2j)と、を有することを特徴とする。
【選択図】図1
【解決手段】吸入口2a近傍における空気Aの絶対湿度を測定する湿度計(絶対湿度計5)と、吐出口2b近傍における圧縮空気の吐出圧力を測定する圧力計9と、湿度計9で測定した空気Aの絶対湿度および圧力計で測定した圧縮空気の吐出圧力に基づいて圧縮空気Apの露点温度を算出する演算部(計算機14d)と、を備え、冷却油供給手段は、圧縮空気Apとの直接熱交換により加熱された冷却油Lを回収するとともに、回収された冷却油Lを、その冷却油Lにより冷却された圧縮空気Apが露点温度以上になる温度に水冷方式で間接熱交換により冷却して圧縮機本体2内のガス圧縮空間C1に循環供給する冷却油循環手段(吐出口配管6、セパレータ7、冷却液配管10、冷却ユニット14、冷却液供給配管2j)と、を有することを特徴とする。
【選択図】図1
Description
この発明は、油冷式スクリュー圧縮機およびその冷却油冷却方法に関するものである。
従来から、スクリュー型の回転体により空気を圧縮するスクリュー圧縮機が知られている。スクリュー圧縮機は、例えば冷却油を空冷により冷却し、この冷却された冷却油により圧縮中の空気の熱を奪い、圧縮過程を等温圧縮に近づけて回転体を駆動する軸力を減少させることで、省エネルギー化を実現している。このような油冷式スクリュー圧縮機として、可変速手段の異常温度上昇を防止して突然のスクリュー圧縮機の異常停止を回避するものが開示されている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1の油冷式スクリュー圧縮機では、吐出し側の空気温度が凝縮水発生限界温度以下に低下すると、吐出し側の油分離手段に凝縮水が発生し、内部の発錆、潤滑油の劣化といった不具合が発生することを問題視している。
そして、そのような問題を防止するために、吐出し空気温度が凝縮水発生温度限界よりも大きくなるような条件では、冷却促進運転を実施している。一方、吐出し空気温度が凝縮水発生温度限界よりも小さくなるような条件では、冷却促進運転を行わないようにしている。
そして、そのような問題を防止するために、吐出し空気温度が凝縮水発生温度限界よりも大きくなるような条件では、冷却促進運転を実施している。一方、吐出し空気温度が凝縮水発生温度限界よりも小さくなるような条件では、冷却促進運転を行わないようにしている。
また、上記吐出し側の油分離手段に凝縮水が発生し、内部の発錆、潤滑油の劣化といった不具合が発生する問題を解決するため、冷却油の温度を適正管理する油冷式スクリュー圧縮機が開示されている(例えば、特許文献2参照)。
この特許文献2には、冷却油を冷却するために、冷却ファンの回転数を変えることにより冷却器への送風量を増減させ、この冷却油の温度を適正温度に調節し、吐出し側の油分離手段に凝縮水が発生し、内部の発錆、潤滑油の劣化といった不具合が発生することを防止することが開示されている。
特開2007−146698号公報
特開2003−206864号公報
この特許文献2には、冷却油を冷却するために、冷却ファンの回転数を変えることにより冷却器への送風量を増減させ、この冷却油の温度を適正温度に調節し、吐出し側の油分離手段に凝縮水が発生し、内部の発錆、潤滑油の劣化といった不具合が発生することを防止することが開示されている。
しかしながら、特許文献1の油冷式スクリュー圧縮機は、空気の湿度が極めて高い環境で使用した場合においても凝縮水が発生することを防止するために、冷却油の温度を十分に低下させることできないという課題がある。
すなわち、特許文献1の油冷式スクリュー圧縮機は、想定し得る最も高い湿度にさらに余裕を持たせた超高湿度の環境において、凝縮水の発生を防止できる温度までしか空気を冷却することができない。したがって、特許文献1の油冷式スクリュー圧縮機を空気の湿度が低い低湿度環境下で使用する場合には、実際には圧縮中の空気をさらに冷却しても凝縮水が発生しないにもかかわらず、超高湿度の環境における凝縮水発生限界温度までしか空気を冷却することができない。
すなわち、特許文献1の油冷式スクリュー圧縮機は、想定し得る最も高い湿度にさらに余裕を持たせた超高湿度の環境において、凝縮水の発生を防止できる温度までしか空気を冷却することができない。したがって、特許文献1の油冷式スクリュー圧縮機を空気の湿度が低い低湿度環境下で使用する場合には、実際には圧縮中の空気をさらに冷却しても凝縮水が発生しないにもかかわらず、超高湿度の環境における凝縮水発生限界温度までしか空気を冷却することができない。
そのため、特許文献1の油冷式スクリュー圧縮機は、空気の湿度が低い環境では、圧縮中の空気の熱を十分に奪うことができず、空気の圧縮過程を十分に等温圧縮に近づけることが困難である。このため、回転体を駆動する軸力を十分に低下させることができず、エネルギーを無駄に消費してしまうという問題がある。したがって、上記従来の油冷式スクリュー圧縮機では、十分な省エネルギー効果を得ることが困難であった。
また、特許文献1及び特許文献2の油冷式スクリュー圧縮機は、いずれも冷却油を冷却するために空冷方式を採用している。空冷方式を採用すると発生した熱(圧縮機出力の110%)を大気に放熱するので、熱の処理が大変である。そのため、空冷方式は例えば75kW以下の小型のスクリュー圧縮機にしか用いることができず、小さな工場にしか適用することができないという課題がある。また、冷却油を冷却するために大きな伝熱面積を必要とするため、冷却油を冷却するための冷却部が大型化するという課題がある。
そこで、この発明は、凝縮水が発生すること確実に防止しつつ、従来よりも高い省エネルギー効果を得ることができるスクリュー圧縮機を提供するものである。
上記の課題を解決するために、本発明の油冷式スクリュー圧縮機は、空気を吸入する吸入口と、その吸入口から吸入された前記空気をスクリューで圧縮する圧縮手段と、その圧縮手段により圧縮された圧縮空気を吐出する吐出口とを有する圧縮機本体と、その圧縮機本体内のガス圧縮空間に冷却油を供給して前記圧縮空気を前記冷却油との直接熱交換により冷却可能とする冷却油供給手段と、を備えた油冷式スクリュー圧縮機であって、前記吸入口近傍における前記空気の絶対湿度を測定する湿度計と、前記吐出口近傍における前記圧縮空気の吐出圧力を測定する圧力計と、前記湿度計で測定した前記空気の絶対湿度および前記圧力計で測定した前記圧縮空気の吐出圧力に基づいて前記圧縮空気の露点温度を算出する演算部と、を備え、前記冷却油供給手段は、前記圧縮空気との直接熱交換により加熱された前記冷却油を回収するとともに、回収された前記冷却油を、その冷却油により冷却された前記圧縮空気が露点温度以上になる温度に水冷方式で間接熱交換により冷却して前記圧縮機本体内の前記ガス圧縮空間に循環供給する冷却油循環手段を有することを特徴とする。
また、本発明の油冷式スクリュー圧縮機は、空気を吸入する吸入口と、その吸入口から吸入された前記空気をスクリューで圧縮する圧縮手段と、その圧縮手段により圧縮された圧縮空気を吐出する吐出口とを有する圧縮機本体と、その圧縮機本体内のガス圧縮空間に冷却油を供給して前記圧縮空気を前記冷却油との直接熱交換により冷却可能とする冷却油供給手段と、を備えた油冷式スクリュー圧縮機であって、前記吸入口近傍における前記空気の吸入温度を測定する温度計と、前記吐出口近傍における前記圧縮空気の吐出圧力を測定する圧力計と、前記温度計により測定した吸入温度における前記空気の飽和水蒸気量を前記空気の水蒸気量として前記空気の絶対湿度を算出し、この絶対湿度および前記圧力計で測定した前記圧縮空気の吐出圧力に基づいて前記圧縮空気の露点温度を算出する演算部と、を備え、前記冷却油供給手段は、前記圧縮空気との直接熱交換により加熱された前記冷却油を回収するとともに、回収された前記冷却油を、その冷却油により冷却された前記圧縮空気が露点温度以上になる温度に水冷方式で間接熱交換により冷却して前記圧縮機本体内の前記ガス圧縮空間に循環供給する冷却油循環手段を有することを特徴とする。
また、本発明の油冷式スクリュー圧縮機は、前記冷却油循環手段は、前記ガス圧縮空間から回収された前記冷却油を前記圧縮空気から分離して前記圧縮機本体内の前記ガス圧縮空間に循環供給する冷却油循環流路と、前記冷却油循環流路に並行して設けられたバイパス流路と、前記バイパス流路において前記冷却油を水冷方式で間接熱交換して冷却する冷却部と、前記冷却油循環流路から前記バイパス流路に流入させる前記冷却油の流量を制御する制御弁と、前記バイパス流路よりも前記冷却油循環流路の下流側に設けられ前記冷却油の冷却温度を測定する冷却油温度計と、前記冷却温度に基づいて前記制御弁の開度を制御する制御部と、を有することを特徴とする。
また、本発明の油冷式スクリュー圧縮機は、前記制御部は、前記冷却温度が前記露点温度以上となるように、前記制御弁の開度を制御することを特徴とする。
また、本発明の油冷式スクリュー圧縮機は、前記冷却油循環手段は、前記ガス圧縮空間から回収された前記冷却油を前記圧縮空気から分離して前記圧縮機本体内の前記ガス圧縮空間に循環供給する冷却油循環流路と、前記冷却油循環流路に設けられた水冷方式で間接熱交換により前記冷却油を冷却する冷却部と、この冷却部に供給される冷却水の流量を制御する冷却水量制御弁と、を備え、前記冷却部よりも前記冷却油循環流路の下流側に設けられ冷却された前記冷却油の冷却温度を測定する冷却油温度計と、前記冷却温度に基づいて前記冷却水量制御弁の開度を制御する制御部と、を有することを特徴とする
また、本発明の油冷式スクリュー圧縮機の冷却油冷却方法は、上記いずれかの油冷式スクリュー圧縮機の冷却油冷却方法であって、前記冷却油の冷却が、冷却油循環流路に設けられる冷却部に通す冷却油の流量、前記冷却部の冷却水の水量、前記冷却水の温度から選ばれる少なくとも一つを制御する冷却油温度の制御であることを特徴とする。
本発明の油冷式スクリュー圧縮機によれば、吸入口の近傍における空気の絶対湿度を湿度計によって測定し、吐出口の近傍における圧縮空気の吐出圧力を圧力計によって測定することができる。そして、測定した絶対湿度および吐出圧力に基づいて、圧縮空気の露点温度を演算部により算出することができる。さらに、圧縮空気をその露点温度以上の温度に冷却する冷却油の温度(冷却温度)を演算部によって算出し、冷却油循環手段によって冷却油をその目標とする冷却温度に冷却することができる。なお、ガス圧縮空間に導入される前の大気を空気といい、圧縮空間に導入された空気を圧縮空気という。
このような冷却温度に冷却された冷却油によって圧縮空気を冷却することで、圧縮機本体内のガス圧縮空間やその下流側のガス圧縮空間で凝縮水が発生すること防止しつつ、取り入れる空気の湿度に応じて従来よりも低い温度まで圧縮空気を冷却することが可能になる。これにより、圧縮中の気体の熱を十分に奪うことができ、気体の圧縮過程を十分に等温圧縮に近づけることができる。そして、回転体を駆動する軸力を十分に低下させ、従来よりも高い省エネルギー効果を得ることができる。
また、冷却油の冷却方式として水冷方式の間接熱交換による冷却を採用しているので、従来の空冷方式と異なり、発生した熱を大気に放熱せず、冷却水によって回収するので、熱の処理が容易である。そのため、中大型のスクリュー圧縮機を用いることができ、中大型の工場に適用することができる。また、冷却油を冷却するために必要な伝熱面積を小さくすることができ、冷却油を冷却するための冷却部を小型化することができる。
また、本発明の油冷式スクリュー圧縮機の冷却油冷却方法によれば、冷却油を冷却水との間接熱交換により冷却する水冷方式を採用している。そのため、冷却油を空冷方式により冷却する従来の方法と異なり、発生した熱を大気に放熱せず、冷却水によって回収するので、熱の処理が容易である。そのため、中大型のスクリュー圧縮機を用いることができ、中大型の工場に適用することができる。また、冷却油を冷却するために必要な伝熱面積を小さくすることができ、冷却油を冷却するための冷却部を小型化することができる。
<第一実施形態>
次に、この発明の第一実施形態を図面に基づいて説明する。
本実施形態のスクリュー圧縮機は、一般産業用工場の空気圧縮機として用いられる油冷式のスクリュー圧縮機であり、例えば産業用ロボットのエアシリンダ等に空気を供給する装置等に圧縮した空気を供給するためのものである。
図1は、本実施形態のスクリュー圧縮機1の概略構成を示す模式図である。
次に、この発明の第一実施形態を図面に基づいて説明する。
本実施形態のスクリュー圧縮機は、一般産業用工場の空気圧縮機として用いられる油冷式のスクリュー圧縮機であり、例えば産業用ロボットのエアシリンダ等に空気を供給する装置等に圧縮した空気を供給するためのものである。
図1は、本実施形態のスクリュー圧縮機1の概略構成を示す模式図である。
図1に示すように、本実施形態のスクリュー圧縮機1は、空気を圧縮する圧縮機本体2を備えている。圧縮機本体2は、空気を吸入するための吸入口2aと、圧縮された空気を吐出する吐出口2bが形成されたケーシング2cを有している。
吸入口2aには、吸入する空気の流量を制御する吸入制御弁3が設けられている。
吸入制御弁3の上流側には、吸入する空気をろ過するフィルタ4と、吸入口2a近傍における空気の絶対湿度Haを測定するデジタル式の絶対湿度計(湿度計)5が設けられている。
吐出口2bには、吐出口配管6の始端部が接続されている。
吸入制御弁3の上流側には、吸入する空気をろ過するフィルタ4と、吸入口2a近傍における空気の絶対湿度Haを測定するデジタル式の絶対湿度計(湿度計)5が設けられている。
吐出口2bには、吐出口配管6の始端部が接続されている。
圧縮機本体2のケーシング2cの内部には、スクリュー状の溝が形成されたロータ2dが配置されている。ロータ2dの軸2eは、ベアリング等の軸受け機構2fにより回転自在に支持され、増速機2gを介してモータ2hの駆動軸2iに連結されている。
圧縮機本体2は、吸入口2aから取り入れた空気Aをケーシング2c内のガス圧縮空間C1に導入してロータ2dにより圧縮し、その圧縮された空気を吐出口2bから吐出するようになっている。ケーシング2cには、冷却油Lをケーシング2c内のガス圧縮空間C1や軸受け機構2fおよび増速機2g等に供給する冷却油供給配管2jが接続されている。
圧縮機本体2は、吸入口2aから取り入れた空気Aをケーシング2c内のガス圧縮空間C1に導入してロータ2dにより圧縮し、その圧縮された空気を吐出口2bから吐出するようになっている。ケーシング2cには、冷却油Lをケーシング2c内のガス圧縮空間C1や軸受け機構2fおよび増速機2g等に供給する冷却油供給配管2jが接続されている。
以下では、ケーシング2c内のガス圧縮空間C1及びその下流側の吐出口配管6、気体収容部7c、空気配管8等の内部のガス圧縮空間C2に導入されて圧縮された空気Aを圧縮空気Apといい、ガス圧縮空間C1,C2に導入される前の外気を空気Aという。
吐出口配管6の終端部は、セパレータ7の気液分離槽7aに接続されている。
気液分離槽7aの下部は冷却油Lを貯留する冷却油貯留部7bとなっており、上部は空気Aを収容する気体収容部7cになっている。気体収容部7cには、空気A中に含まれる冷却油Lの油滴を回収するための冷却油回収エレメント7dが設けられている。
気体収容部7cの冷却油回収エレメント7dの内側には、気体収容部7c内の空気Aを排出するための空気配管8が接続されている。また、吐出口2bの近傍に配置された気液分離槽7aには気体収容部7c内部の圧縮空気Apの圧力Pを測定するデジタル式の圧力計9が設けられている。圧力計9は吐出口2bの近傍に配置され、吐出口2bの近傍の圧縮空気Apの吐出圧力Pを測定することができるようになっている。
気液分離槽7aの下部は冷却油Lを貯留する冷却油貯留部7bとなっており、上部は空気Aを収容する気体収容部7cになっている。気体収容部7cには、空気A中に含まれる冷却油Lの油滴を回収するための冷却油回収エレメント7dが設けられている。
気体収容部7cの冷却油回収エレメント7dの内側には、気体収容部7c内の空気Aを排出するための空気配管8が接続されている。また、吐出口2bの近傍に配置された気液分離槽7aには気体収容部7c内部の圧縮空気Apの圧力Pを測定するデジタル式の圧力計9が設けられている。圧力計9は吐出口2bの近傍に配置され、吐出口2bの近傍の圧縮空気Apの吐出圧力Pを測定することができるようになっている。
冷却油貯留部7bには、貯留された冷却油Lを排出する冷却油配管10が接続されている。冷却油配管10の気液分離槽7a側の端部は、冷却油貯留部7bの底部に向けて屈曲されている。
冷却油貯留部7bの底部には、冷却油L中に含まれる金属粉等を吸着するマグネットフィルタ7eが設けられている。
冷却油貯留部7bの底部には、冷却油L中に含まれる金属粉等を吸着するマグネットフィルタ7eが設けられている。
空気配管8には、例えば冷却水との熱交換により圧縮空気Apを冷却するアフタクーラ11が設けられている。また、アフタクーラ11の下流側には、圧縮空気Apに含まれる水分を除去するための空気用セパレータ12が設けられている。さらに、空気用セパレータ12の下流側には逆止弁13が設けられている。逆止弁13の下流側の空気配管8は、例えば産業用ロボットのエアシリンダに圧縮空気Apを供給する供給装置等(図示略)に接続されている。
冷却油配管10には、冷却油Lを冷却する冷却ユニット14が設けられている。
冷却ユニット14は、後述するバイパス配管(バイパス流路)14a、オイルクーラー(冷却部)14b、制御弁14c、計算機(演算部、制御部)14d、および冷却油温度計14eにより構成されている。
冷却ユニット14は、後述するバイパス配管(バイパス流路)14a、オイルクーラー(冷却部)14b、制御弁14c、計算機(演算部、制御部)14d、および冷却油温度計14eにより構成されている。
バイパス配管14aは、冷却油配管10に並行して設けられ、冷却油配管10を流れる冷却油Lを分岐させて上流側から下流側へバイパスさせるように設けられている。バイパス配管14aは、冷却油配管10の上流側の分岐点10aと下流側の合流点10bにそれぞれ接続されている。バイパス配管14aには、バイパス配管14aを流れる冷却油Lを冷却するオイルクーラー14bが設けられている。
オイルクーラー14bは、バイパス配管14aを例えば冷却水CWによって冷却することで、バイパス配管14aの内部を流れる冷却油Lを水冷式で間接熱交換して冷却するようになっている。オイルクーラー14bには、冷却水CWを供給する冷却水供給配管16aと、オイルクーラー14bから排出された冷却水を回収する冷却水回収配管16bが接続されている。冷却水供給配管16aおよび冷却水回収配管16bは、冷却水CWの冷却と循環を行う冷却水循環装置16に接続されている。
冷却水循環装置16は冷却水回収配管16bを介してオイルクーラー14bにおける冷却油Lとの間接熱交換により温度が上昇した冷却水CWを回収し、再び所定の温度に冷却する。そして、その冷却水CWを再び冷却水供給配管16aを介してオイルクーラー14bに循環供給するようになっている。
また、冷却水循環装置16は計算機14dに接続され、冷却水CWを計算機14dにより指定された目標温度に冷却するようになっている。また、冷却水供給配管16aには、冷却水CWの流量を制御する冷却水量制御弁14gが設けられている。冷却水量制御弁14gは計算機14dに接続され、計算機14dにより生成された制御信号によりオイルクーラー14bに供給する冷却水CWの流量を制御可能になっている。
制御弁14cは、バイパス配管14aの分岐点10aと合流点10bとの間の冷却油配管10に設けられている。制御弁14cは、例えばアクチュエータ等により弁を開閉させ、冷却油配管10を流れる冷却油Lの流量を調節することで、バイパス配管14aへ流入させる冷却油Lの流量を調整するようになっている。
バイパス配管14aの合流点10bの下流側の冷却油配管10には、冷却された冷却油Lの温度(冷却温度Tc)を測定するデジタル式の冷却油温度計14eが設けられている。
冷却油配管10は、冷却ユニット14の下流側が、冷却油Lをケーシング2c内部や軸受け機構2fおよび増速機2gに供給する冷却油供給配管2jに接続されている。
バイパス配管14aの合流点10bの下流側の冷却油配管10には、冷却された冷却油Lの温度(冷却温度Tc)を測定するデジタル式の冷却油温度計14eが設けられている。
冷却油配管10は、冷却ユニット14の下流側が、冷却油Lをケーシング2c内部や軸受け機構2fおよび増速機2gに供給する冷却油供給配管2jに接続されている。
絶対湿度計5、圧力計9、制御弁14cおよび冷却油温度計14eは、それぞれ計算機14dに接続されている。
計算機14dは、例えば不図示の中央演算処理装置(CPU)や記憶装置、入力装置等により構成されている。
計算機14dは、例えば不図示の中央演算処理装置(CPU)や記憶装置、入力装置等により構成されている。
計算機14dの記憶装置は、絶対湿度計5により測定された吸入口2aの近傍の空気Aの絶対湿度Haと、圧力計9により測定された吐出口2bの近傍の圧縮空気Apの吐出圧力Pとを記録するようになっている。
計算機14dのCPUは、記憶装置に記録された空気Aの絶対湿度Haと圧縮空気Apの吐出圧力Pとに基づいて圧縮空気Apの露点温度Tdを算出し、算出した露点温度Tdを記憶装置に記録させるようになっている。
計算機14dのCPUは、記憶装置に記録された空気Aの絶対湿度Haと圧縮空気Apの吐出圧力Pとに基づいて圧縮空気Apの露点温度Tdを算出し、算出した露点温度Tdを記憶装置に記録させるようになっている。
計算機14dの入力装置は、露点温度Tdに加えるための余裕温度Taや、絶対湿度Haの補正値等を入力することができるようになっており、入力された余裕温度Taや絶対湿度Haの補正値等を記憶装置に記録させるようになっている。
また、計算機14dのCPUは、記憶装置に記録した露点温度Tdに余裕温度Taを加えて冷却油Lの目標冷却温度Tを算出し、記憶装置に記録させるようになっている。
また、計算機14dのCPUは、記憶装置に記録した露点温度Tdに余裕温度Taを加えて冷却油Lの目標冷却温度Tを算出し、記憶装置に記録させるようになっている。
また、CPUは、冷却油温度計14eにより測定された冷却油Lの冷却温度Tcを所定のサンプリング周期で記憶装置に記録するようになっている(ステップS1)。また、CPUは、記憶装置に記録された冷却油Lの冷却温度Tcと目標冷却温度Tとの温度差δTを算出し、その温度差δTに応じた制御信号を生成して制御弁14cのアクチュエータを駆動するようになっている(ステップS2)。
このように、計算機14dは、例えば上記のステップS1とステップS2を繰り返し実行するフィードバック制御等を行って、冷却油Lの冷却温度Tcと目標冷却温度Tとの温度差δTを0に近づけるようになっている。
このように、計算機14dは、例えば上記のステップS1とステップS2を繰り返し実行するフィードバック制御等を行って、冷却油Lの冷却温度Tcと目標冷却温度Tとの温度差δTを0に近づけるようになっている。
本実施形態では、上述の吐出口配管6、セパレータ7、冷却油配管10および冷却油供給配管2jによって、冷却油循環流路が構成されている。冷却油循環流路は、圧縮機本体2の吐出口2bから吐出された圧縮空気Apと冷却油Lの混合流体から冷却油Lを分離して、圧縮機本体2の内部に供給するように構成されている
そして、冷却油循環流路と冷却ユニット14により、冷却油循環手段が構成されている。冷却油循環手段は、圧縮機本体2による空気Aの圧縮に際して添加される冷却油Lを露点温度Td以上の冷却温度Tcに冷却して圧縮機本体2に供給するように構成されている。
そして、冷却油循環流路と冷却ユニット14により、冷却油循環手段が構成されている。冷却油循環手段は、圧縮機本体2による空気Aの圧縮に際して添加される冷却油Lを露点温度Td以上の冷却温度Tcに冷却して圧縮機本体2に供給するように構成されている。
次に、この実施の形態の作用ついて説明する。
まず、本実施形態のスクリュー圧縮機1を、例えば大気圧、気温が30℃、相対湿度が100%の高湿度環境下で運転させる場合について説明する。
まず、本実施形態のスクリュー圧縮機1を、例えば大気圧、気温が30℃、相対湿度が100%の高湿度環境下で運転させる場合について説明する。
スクリュー圧縮機1の運転を開始すると、圧縮機本体2のモータ2hの軸2iが回転し、増速機2gを介して軸2iに連結された軸2eが回転し、ロータ2dが回転する。スクリュー状の溝が形成されたロータ2dの回転により、空気Aがフィルタ4および吸入制御弁3を介して吸入口2aからケーシング2cの内部のガス圧縮空間C1へ吸入される。ケーシング2cの内部のガス圧縮空間C1に吸入された空気Aは、ロータ2dの回転により圧縮され、圧縮空気Apとして吐出口2bより吐出される。
このとき、冷却油Lが冷却油供給配管2jから圧縮機本体2のケーシング2cの内部の圧縮過程の圧縮空気Apへ添加される。冷却油Lは圧縮過程の圧縮空気Apとの直接熱交換により圧縮空気Apを冷却するとともに、圧縮空気Apから熱を吸収して温度が上昇する。また、冷却油Lは、軸受け機構2fおよび増速機2gにも供給され、これらを冷却する。圧縮空気Apと冷却油Lは混合状態でケーシング2cの吐出口2bから吐出され、吐出口配管6を介してセパレータ7に導入される。
セパレータ7に導入された混合状態の圧縮空気Apと冷却油Lは、気液分離層7aにおいて気体収容部7cの圧縮空気Apと冷却油貯留部7bの冷却油Lに分離される。
セパレータ7に導入された混合状態の圧縮空気Apと冷却油Lは、気液分離層7aにおいて気体収容部7cの圧縮空気Apと冷却油貯留部7bの冷却油Lに分離される。
ここで、冷却ユニット14の計算機14dは、冷却油Lの目標冷却温度Tを算出する。ここでは、計算機14dの入力装置に余裕温度Taを例えば0℃として入力しておく。
計算機14dは、目標冷却温度Tの算出に先立って、絶対湿度計5によって測定された吸入口2aの近傍の空気Aの絶対湿度Haと、圧力計9によって測定された吐出口2bの近傍の圧縮空気Apの吐出圧力Pとに基づいて、圧縮空気Apの吐出圧力Pにおける露点温度Tdを算出する。
計算機14dは、目標冷却温度Tの算出に先立って、絶対湿度計5によって測定された吸入口2aの近傍の空気Aの絶対湿度Haと、圧力計9によって測定された吐出口2bの近傍の圧縮空気Apの吐出圧力Pとに基づいて、圧縮空気Apの吐出圧力Pにおける露点温度Tdを算出する。
次いで、算出された露点温度Tdに余裕温度Taを加えた冷却油Lの目標冷却温度Tを算出する。
ここで、圧縮空気Apの吐出圧力Pは例えば約7atg程度になっており、上記の高湿度環境下の空気Aを吐出圧力Pまで昇圧したときの圧縮空気Apの露点温度Tdは、例えば約75℃程度となる。また、冷却油Lの目標冷却温度T(=Td+Ta)は、露点温度Tdと等しくなる。
ここで、圧縮空気Apの吐出圧力Pは例えば約7atg程度になっており、上記の高湿度環境下の空気Aを吐出圧力Pまで昇圧したときの圧縮空気Apの露点温度Tdは、例えば約75℃程度となる。また、冷却油Lの目標冷却温度T(=Td+Ta)は、露点温度Tdと等しくなる。
セパレータ7の冷却油貯留部7bに分離して回収された冷却油Lは、マグネットフィルタ7eによって冷却油L中に含まれる金属粉等が吸着されて除去される。金属粉等が除去された冷却油Lは、冷却油配管10へ排出される。このとき、冷却油配管10の気液分離槽7a側の端部が冷却油貯留部7bの底部に向けて屈曲されているので、冷却油Lをより確実にマグネットフィルタ7eの近傍に流通させ、より確実に金属粉等を除去することができる。
金属粉等を除去されて冷却部貯留部7bから冷却油配管10に流入した冷却油Lは、冷却油配管10に設けられた冷却ユニット14により冷却される。
金属粉等を除去されて冷却部貯留部7bから冷却油配管10に流入した冷却油Lは、冷却油配管10に設けられた冷却ユニット14により冷却される。
冷却ユニット14は、冷却油配管10を流れる冷却油Lを以下の手順で目標冷却温度Tに冷却する。
まず、冷却ユニット14の計算機14dは、冷却油温度計14eにより測定された冷却油Lの冷却温度Tcを所定のサンプリング周期で記録する(ステップS1)。
次に、冷却油Lの冷却温度Tcと目標冷却温度Tとの温度差δTを算出して、その差δTに応じた制御信号を生成して制御弁14cのアクチュエータを駆動させる。そして、制御弁14cの開度を調整して、バイパス流路14aに流入させる冷却油Lの流量を変化させる(ステップS2)。
まず、冷却ユニット14の計算機14dは、冷却油温度計14eにより測定された冷却油Lの冷却温度Tcを所定のサンプリング周期で記録する(ステップS1)。
次に、冷却油Lの冷却温度Tcと目標冷却温度Tとの温度差δTを算出して、その差δTに応じた制御信号を生成して制御弁14cのアクチュエータを駆動させる。そして、制御弁14cの開度を調整して、バイパス流路14aに流入させる冷却油Lの流量を変化させる(ステップS2)。
バイパス流路14aに流入した冷却油Lは、オイルクーラー14bにおいて冷却水CWと配管を介した間接熱交換をすることにより冷却される。そのため、バイパス流路14aに流入する冷却油Lの流量が増加すると、冷却水CWとの間接熱交換により冷却される冷却油Lの流量が増加することから、バイパス流路14aの合流点10bの下流側における冷却油Lの温度低下は大きくなる。また、バイパス流路14aに流入する冷却油Lの流量が減少すると、冷却水CWとの間接熱交換により冷却される冷却油Lの流量が減少することから、バイパス流路14aの合流点10bの下流側における冷却油Lの温度低下は小さくなる。
次いで、温度差δTを0℃に近づけるように、ステップS1とステップS2を繰り返し実行するフィードバック制御を行う。
これにより、冷却ユニット14により冷却された冷却油Lの冷却温度Tcは、目標冷却温度Tと略等しい例えば約75℃程度になる。
本実施形態のスクリュー圧縮機1では水冷方式の間接熱交換により冷却油Lを冷却している。すなわち、空冷方式により冷却油を冷却する従来の油冷式スクリュー圧縮機と異なり、発生した熱を大気に放熱せず、冷却水CWによって回収している。
これにより、冷却ユニット14により冷却された冷却油Lの冷却温度Tcは、目標冷却温度Tと略等しい例えば約75℃程度になる。
本実施形態のスクリュー圧縮機1では水冷方式の間接熱交換により冷却油Lを冷却している。すなわち、空冷方式により冷却油を冷却する従来の油冷式スクリュー圧縮機と異なり、発生した熱を大気に放熱せず、冷却水CWによって回収している。
冷却ユニット14により目標冷却温度Tと略等しい温度に冷却された冷却油Lは、冷却油供給配管2jを介して圧縮機本体2のケーシング2cの内部の圧縮過程の圧縮空気Apへ添加される。
このように、圧縮過程の圧縮空気Apに対して、例えば約75℃程度に冷却された冷却油Lを添加することで、圧縮空気Apは圧縮の過程で冷却油Lとの直接熱交換によって冷却され、圧縮空気Apを等温圧縮に近い状態で圧縮することができる。
このとき、気体収容部7cの圧縮空気Apは、例えば約75℃程度の目標冷却温度Tに冷却された冷却油Lにより冷却されることで、例えば約85℃程度の温度に冷却される。また、圧縮空気Apの圧力は例えば約7atgとなっている。
このように、圧縮過程の圧縮空気Apに対して、例えば約75℃程度に冷却された冷却油Lを添加することで、圧縮空気Apは圧縮の過程で冷却油Lとの直接熱交換によって冷却され、圧縮空気Apを等温圧縮に近い状態で圧縮することができる。
このとき、気体収容部7cの圧縮空気Apは、例えば約75℃程度の目標冷却温度Tに冷却された冷却油Lにより冷却されることで、例えば約85℃程度の温度に冷却される。また、圧縮空気Apの圧力は例えば約7atgとなっている。
ここで、上記の高湿度環境下の圧縮空気Apにおいて吐出圧力Pが7atgのときの露点温度Tdは、例えば約75℃程度である。しかし、圧縮空気Apの温度が例えば約85℃程度となっているので、圧縮機本体2のケーシング2c内のガス圧縮空間C1や、その下流側の吐出口配管6、気体収容部7c、空気配管8等の内部のガス圧縮空間C2において圧縮空気Apに含まれる水蒸気が結露して凝縮水が発生することを防止できる。したがって、圧縮機本体2のケーシング2c内のガス圧縮空間C1やその下流側のガス圧縮空間C2における発錆等の不具合を防止することができる。
本実施形態では、圧縮機本体2の特性等から、圧縮過程の圧縮空気Apに冷却油Lを添加すると、吐出される圧縮空気Apの温度が冷却油Lよりも約10℃程度高い温度になることが分かっている。そのため、余裕温度Taを0℃として入力し、冷却油Lの目標冷却温度Tを露点温度Tdと略等しい約75℃程度に設定している。そして、圧縮機本体2から吐出される圧縮空気Apの温度が、露点温度Tdよりも約10℃程度余裕を持たせた約85℃程度になるようにしている。したがって、ガス圧縮空間C1,S2において凝縮水の発生をより確実に防止することができる。
セパレータ7の気液分離槽7aの上部の気体収容部7cに分離された圧縮空気Apは、冷却油回収エレメント7dを通過して、空気配管8に排出される。このとき、冷却油回収エレメント7dによって圧縮空気Ap中に含まれる冷却油Lの油滴が除去される。空気配管8に流入した圧縮空気Apは、アフタクーラ11によって、使用される環境に適した温度に冷却される。そして、空気用セパレータ12を通過する過程で、冷却時に発生した水滴等の水分が圧縮空気Apから除去される。水分が除去された圧縮空気Apは、逆止弁13を通過して、例えば産業用ロボットのエアシリンダに空気を供給する供給装置等に供給される。供給される圧縮空気Apの圧力は、例えば約7kgf/cm2(約100psi)程度となっている。
次に、本実施形態のスクリュー圧縮機1を、例えば大気圧、気温が16.3℃、相対湿度が68.5%の通常環境下で運転させた場合について説明する。
スクリュー圧縮機1の運転を開始すると、冷冷却ユニット14の計算機14dは、上記の高湿度環境における運転と同様に冷却油Lの目標冷却温度Tを算出する。ここでは、計算機14dの入力装置に入力する余裕温度Taを例えば0℃としておく。また、より確実に凝縮水の発生を防止するために、上記の通常環境における絶対湿度Haの補正値として、上記の通常環境よりも厳しい環境である例えば大気圧、気温が20℃、相対湿度が100%の場合の絶対湿度Haを入力しておく。
計算機14dは、目標冷却温度Tの算出に先立って、入力された絶対湿度Haの補正値と、気体収容部7cの圧縮空気Apの吐出圧力Pと、を用いて吐出圧力Pにおける圧縮空気Apの露点温度Tdを算出する。
次いで、算出された露点温度Tdに余裕温度Taを加えた目標冷却温度Tを算出して記録する。
ここで、吐出圧力Pは例えば約7atg程度になっており、上記の補正後の通常環境下の圧縮空気Apを吐出圧力Pまで昇圧したときの露点温度Tdは、例えば約60℃程度となっている。また、冷却油Lの目標冷却温度T(=Td+Ta)は、露点温度Tdと等しくなる。
次いで、算出された露点温度Tdに余裕温度Taを加えた目標冷却温度Tを算出して記録する。
ここで、吐出圧力Pは例えば約7atg程度になっており、上記の補正後の通常環境下の圧縮空気Apを吐出圧力Pまで昇圧したときの露点温度Tdは、例えば約60℃程度となっている。また、冷却油Lの目標冷却温度T(=Td+Ta)は、露点温度Tdと等しくなる。
冷却油配管10を流れる冷却油Lは、冷却ユニット14によって目標冷却温度Tに冷却される。冷却ユニット14の計算機14dは、上記の高湿度環境における運転と同様に、温度差δTを0℃に近づけるように、上記のステップS1とステップS2を繰り返し実行するフィードバック制御を行う。
これにより、冷却ユニット14により冷却された冷却油Lの冷却温度Tcは、目標冷却温度Tと略等しい例えば約60℃程度になる。
これにより、冷却ユニット14により冷却された冷却油Lの冷却温度Tcは、目標冷却温度Tと略等しい例えば約60℃程度になる。
冷却ユニット14により冷却された冷却油Lは、上記の高湿度環境における運転と同様に、冷却油供給配管2jを介して圧縮機本体2のケーシング2cの内部の圧縮過程の圧縮空気Apへ添加される。
このとき、圧縮過程の圧縮空気Apに対して、高湿度環境下における冷却油Lの温度よりも低い、例えば約60℃程度の温度に冷却された冷却油Lを添加している。これにより、通常環境の圧縮空気Apは、圧縮の過程で冷却油Lによって上記の高湿度環境下における圧縮空気Apよりも低い温度に冷却される。したがって、圧縮空気Apを上記の高湿度環境下における圧縮過程よりも、より等温圧縮に近い状態で圧縮することができる。
したがって、上記の高湿度環境下における運転の場合よりも、圧縮機本体2のロータ2dを回転させるために必要な軸力を低下させ、モータ2hの出力を低減させることができる。これにより、上記の高湿度環境下における運転の場合よりも、例えば約4.3%程度の省エネルギーを達成できる。
また、高湿度環境下における運転の場合と同様に、圧縮された圧縮空気Apと冷却油Lとの混合流体は、吐出口2bから吐出されて吐出口配管6を通過してセパレータ7に流入する。そして、セパレータ7の気液分離槽7aの下部の冷却油貯留部7bに冷却油Lが貯留され、気液分離槽7aの上部の気体収容部7cに圧縮空気Apが分離される。このとき、気体収容部7cの圧縮空気Apの温度は、例えば約70℃程度、圧力は例えば約7atgになっている。
ここで、上記の補正後の通常環境下の圧縮空気Apにおいて圧力が7atgのときの露点温度Tdは、約60℃程度である。しかし、圧縮空気Apの温度が例えば約70℃程度となっているので、圧縮機本体2のケーシング2c内のガス圧縮空間C1やその下流側のガス圧縮空間C2において圧縮空気Ap含まれる水蒸気が結露して凝縮水が発生することを防止できる。また、上記の実際の通常環境下の圧縮空気Apの露点温度は60℃よりも低い温度であるため、より確実に凝縮水が発生することを防止できる。
したがって、圧縮機本体2のケーシング2c内のガス圧縮空間C1やその下流側のガス圧縮空間C2において発錆等の不具合をより確実に防止することができる。
したがって、圧縮機本体2のケーシング2c内のガス圧縮空間C1やその下流側のガス圧縮空間C2において発錆等の不具合をより確実に防止することができる。
本実施形態では、圧縮機本体2の特性等から、圧縮過程の圧縮空気Apに冷却油Lを添加すると、吐出される空気Aの温度が冷却油Lよりも約10℃程度高い温度になることが分かっている。そのため、上記の通常環境下においても余裕温度Taを0℃として入力し、冷却油Lの目標冷却温度Tを露点温度Tdと等しい約60℃程度に設定している。これにより、圧縮機本体2から吐出される空気Aの温度が、露点温度Tdよりも約10℃程度余裕を持たせた約70℃程度になるようにしている。したがって、ガス圧縮空間C1,S2において凝縮水の発生をより確実に防止することができる。
次に、本実施形態のスクリュー圧縮機1を、例えば大気圧、気温が7.4℃、相対湿度が59.3%の低湿度環境下で運転させた場合について説明する。
スクリュー圧縮機1の運転を開始すると、冷却ユニット14の計算機14dは、上記の高湿度環境における運転と同様に冷却油Lの目標冷却温度Tを算出する。ここでは、計算機14dの入力装置に入力する余裕温度Taを例えば0℃としておく。また、より確実に凝縮水の発生を防止するために、上記の低湿度環境における絶対湿度Haの補正値として、上記の低湿度環境よりも厳しい環境である例えば大気圧、気温が10℃、相対湿度が100%の場合の絶対湿度Haを入力しておく。
計算機14dは、目標冷却温度Tの算出に先立って、入力された絶対湿度Haの補正値と、気体収容部7cの圧縮空気Apの吐出圧力Pと、を用いて吐出圧力Pにおける圧縮空気Apの露点温度Tdを算出する。
次いで、算出された露点温度Tdに余裕温度Taを加えた目標冷却温度Tを算出して記録する。
ここで、吐出圧力Pは例えば約7atg程度になっており、上記の補正後の低湿度環境下の圧縮空気Apを吐出圧力Pまで昇圧したときの露点温度Tdは、例えば約47℃程度となっている。また、冷却油Lの目標冷却温度T(=Td+Ta)は、露点温度Tdと等しくなる。
次いで、算出された露点温度Tdに余裕温度Taを加えた目標冷却温度Tを算出して記録する。
ここで、吐出圧力Pは例えば約7atg程度になっており、上記の補正後の低湿度環境下の圧縮空気Apを吐出圧力Pまで昇圧したときの露点温度Tdは、例えば約47℃程度となっている。また、冷却油Lの目標冷却温度T(=Td+Ta)は、露点温度Tdと等しくなる。
冷却油配管10を流れる冷却油Lは、冷却ユニット14によって目標冷却温度Tに冷却される。冷却ユニット14の計算機14dは、上記の高湿度環境および通常環境下の場合と同様に、温度差δTを0℃に近づけるように、ステップS1とステップS2を繰り返し実行するフィードバック制御を行う。
これにより、冷却ユニット14により冷却された冷却油Lの冷却温度Tcは、目標冷却温度Tと略等しい例えば約47℃程度になる。
これにより、冷却ユニット14により冷却された冷却油Lの冷却温度Tcは、目標冷却温度Tと略等しい例えば約47℃程度になる。
冷却ユニット14により冷却された冷却油Lは、上記の高湿度環境および通常環境下における運転と同様に、冷却油供給配管2jを介して圧縮機本体2のケーシング2cの内部の圧縮過程の圧縮空気Apへ添加される。
このとき、圧縮過程の圧縮空気Apに対して、高湿度環境および通常環境下における冷却油Lよりも低い例えば約47℃程度に冷却された冷却油Lを添加している。これにより、圧縮空気Apは圧縮の過程で冷却油Lによって高湿度環境および通常環境下における圧縮空気Apよりも低い温度に冷却される。したがって、圧縮空気Apを上記の高湿度環境および通常環境下における圧縮過程よりも、より等温圧縮に近い状態で圧縮することができる。
したがって、上記の高湿度環境および通常環境下における運転の場合よりも、圧縮機本体2のロータ2dを回転させるために必要な軸力を低下させ、モータ2hの出力を低減させることができる。これにより、上記の高湿度環境下における運転の場合よりも、例えば約8.5%程度の省エネルギーを達成できる。
また、高湿度環境および通常環境下における運転の場合と同様に、圧縮された圧縮空気Apと冷却油Lとの混合流体は、吐出口2bから吐出されて吐出口配管6を通過してセパレータ7に流入する。そして、セパレータ7の気液分離槽7aの下部の冷却油貯留部7bに冷却油Lが貯留され、気液分離槽7aの上部の気体収容部7cに圧縮空気Apが分離される。このときの気体収容部7cの圧縮空気Apの温度は例えば約57℃程度、圧力は例えば約7atgになっている。
ここで、上記の補正後の通常環境下の圧縮空気Apにおいて圧力が7atgのときの露点温度Tdは、約47℃程度である。しかし、圧縮空気Apの温度が例えば約57℃程度となっているので、圧縮機本体2のケーシング2c内のガス圧縮空間C1やその下流側のガス圧縮空間C2において圧縮空気Ap含まれる水蒸気が結露して凝縮水が発生することを防止できる。また、上記の実際の低湿度環境下の圧縮空気Apの露点温度は47℃よりも低い温度であるため、より確実に凝縮水が発生することを防止できる。
したがって、圧縮機本体2のケーシング2c内のガス圧縮空間C1やその下流側のガス圧縮空間C2において発錆等の不具合をより確実に防止することができる。
したがって、圧縮機本体2のケーシング2c内のガス圧縮空間C1やその下流側のガス圧縮空間C2において発錆等の不具合をより確実に防止することができる。
本実施形態では、圧縮機本体2の特性等から、圧縮過程の圧縮空気Apに冷却油Lを添加すると、吐出される圧縮空気Apの温度が冷却油Lよりも約10℃程度高い温度になることが分かっている。そのため、上記の低湿度環境下でも余裕温度Taを0℃として入力し、冷却油Lの目標冷却温度Tを露点温度Tdと略等しい約47℃程度に設定している。そして、圧縮機本体2から吐出される圧縮空気Apの温度が、露点温度Tdよりも約10℃程度余裕を持たせた約57℃程度になるようにしている。
以上説明したように、本実施形態のスクリュー圧縮機1では、圧縮機本体2の吸入口2aの近傍における空気Aの絶対湿度Haを絶対湿度計5によって測定することができる。また、吐出口2bの近傍における圧縮空気Apの吐出圧力Pを圧力計9によって測定することができる。そして、測定した絶対湿度Haおよび吐出圧力Pに基づいて、圧縮空気Apの露点温度Tdを計算機14dにより算出することができる。さらに、圧縮空気Apをその露点温度Td以上の温度に冷却する冷却油Lの目標冷却温度Tを計算機14dによって算出することができる。
また、吐出口配管6、セパレータ7、冷却油配管10および冷却油供給配管2jにより、圧縮空気Apとの直接熱交換により加熱された冷却油Lをガス圧縮空間C2から回収してガス圧縮空間C1に循環供給する「冷却油循環流路」が構成されている。また、この「冷却油循環流路」と、冷却油循環流路を流れる冷却油Lを水冷式で間接熱交換により冷却する「冷却ユニット14」と、により「冷却油循環手段」が構成されている。
これにより、「冷却油循環手段」によって、冷却油Lを目標冷却温度Tに冷却することができる。すなわち、本実施形態のスクリュー圧縮機1では、この「冷却油循環手段」が、圧縮機本体2内のガス圧縮空間C1に冷却油Lを供給して圧縮空気Apを冷却油Lとの直接熱交換により冷却可能とする「冷却油供給手段」となっている。
そして、目標冷却温度Tに冷却された冷却油Lによって圧縮空気Apを冷却することで圧縮空気Apをその露点温度Td以上の温度に冷却することができる。
そして、目標冷却温度Tに冷却された冷却油Lによって圧縮空気Apを冷却することで圧縮空気Apをその露点温度Td以上の温度に冷却することができる。
したがって、圧縮機本体2内のガス圧縮空間C1やその下流側のガス圧縮空間C2で凝縮水が発生すること防止しつつ、湿度に応じて従来よりも低い温度まで圧縮過程の圧縮空気Apを冷却することが可能になる。これにより、圧縮過程の圧縮空気Apの熱を十分に奪うことができ、圧縮空気Apの圧縮過程を十分に等温圧縮に近づけることができる。そして、ロータ2dを駆動する軸力を十分に低下させ、従来よりも高い省エネルギー効果を得ることができる。
本実施形態のスクリュー圧縮機1を、例えば上記の高湿度環境下で3ヶ月、上記の通常環境下で6ヶ月、上記の低湿度環境下で3ヶ月、それぞれ運転させる場合には、年間で約4.3%程度の省エネルギーを達成することができる。
本実施形態のスクリュー圧縮機1を、例えば上記の高湿度環境下で3ヶ月、上記の通常環境下で6ヶ月、上記の低湿度環境下で3ヶ月、それぞれ運転させる場合には、年間で約4.3%程度の省エネルギーを達成することができる。
また、本実施形態では、余裕温度Taを0℃として入力し、冷却油Lの目標冷却温度Tを露点温度Tdと等しくすることで、セパレータ7の気液分離槽7aの内部の圧縮空気Apの温度を露点温度Td+約10℃程度の温度にすることができる。したがって、セパレータ7の気液分離槽7aの内部の空気Aに露点温度Tdから約10℃程度の余裕ができ、ロータ2dの負荷の変動や、目標冷却温度Tへの冷却油Lの冷却温度Tcの追従の遅れ等をカバーすることができる。
また、冷却油Lの冷却方式として水冷方式の間接熱交換による冷却を採用しているので、発生した熱を大気に直接放熱せず、冷却水CWによって回収することができる。したがって、冷却水Lを処理すればよく、大気に放熱された熱を処理する場合と比較して熱の処理が容易である。そのため、スクリュー圧縮機1を空冷式のものよりも大型化させ、中大型の工場に適用することができる。また、水冷方式により冷却油Lを冷却することで、冷却油Lの冷却に必要な伝熱面積を小さくすることができ、空冷方式のオイルクーラーと比較して、オイルクーラー14bを小型化させることができる。
<第二実施形態>
次に、本発明の第二実施形態について、図1を援用して説明する。本実施形態のスクリュー圧縮機100では、絶対湿度計5の代わりに空気温度計(温度計)15が設けられている点で、上述の第一実施形態で説明したスクリュー圧縮機1と異なっている。その他の点は第一実施形態と同様であるので、同一の部分には同一の符号を付して説明は省略する。
次に、本発明の第二実施形態について、図1を援用して説明する。本実施形態のスクリュー圧縮機100では、絶対湿度計5の代わりに空気温度計(温度計)15が設けられている点で、上述の第一実施形態で説明したスクリュー圧縮機1と異なっている。その他の点は第一実施形態と同様であるので、同一の部分には同一の符号を付して説明は省略する。
図1に示すように、本実施形態のスクリュー圧縮機100は、圧縮機本体2の吸入口2aの上流側に、空気の吸入空気温度(吸入温度)Tgを測定する空気温度計15が設けられている。
空気温度計15は、冷却ユニット14の計算機(演算部、制御部)14fに接続されている。
計算機14fは、第一実施形態の計算機14dと同様に、例えば不図示の中央演算処理装置(CPU)や記憶装置、入力装置等により構成されている。
空気温度計15は、冷却ユニット14の計算機(演算部、制御部)14fに接続されている。
計算機14fは、第一実施形態の計算機14dと同様に、例えば不図示の中央演算処理装置(CPU)や記憶装置、入力装置等により構成されている。
計算機14fの記憶装置は、空気温度計15により測定された吸入口2aの近傍の吸入空気温度Tgと、圧力計9により測定された吐出口2bの近傍の空気Aの吐出圧力Pとを記録するようになっている。また、大気圧における空気Aの温度と飽和水蒸気量Wmaxとの関係式Fが記録されている。
計算機14fのCPUは、記憶装置に記録された関係式Fから、空気温度計15により測定した吸入空気温度Tgにおける空気Aの飽和水蒸気量Wmaxを算出して記憶装置に記録するようになっている。また、その飽和水蒸気量Wmaxを空気Aの水蒸気量として空気Aの絶対湿度を算出し、記憶装置に記録するようになっている。また、空気Aの絶対湿度と圧力計9により測定した圧縮空気Apの吐出圧力Pとに基づいて圧縮空気Apの露点温度Tdを算出し、算出した露点温度Tdを記憶装置に記録させるようになっている。
計算機14fの入力装置は、露点温度Tdに加えるための余裕温度Taや、絶対湿度Haの補正値等を入力することができるようになっており、入力された余裕温度Taや絶対湿度Haの補正値等を記憶装置に記録させるようになっている。
また、計算機14fのCPUは、記憶装置に記録した露点温度Tdと余裕温度Taを加えて目標冷却温度Tを算出し、記憶装置に記録させるようになっている。
また、計算機14fのCPUは、記憶装置に記録した露点温度Tdと余裕温度Taを加えて目標冷却温度Tを算出し、記憶装置に記録させるようになっている。
以上の構成により、本実施形態のスクリュー圧縮機100は、運転時にまず冷却ユニット14の計算機14fによって、冷却油Lの目標冷却温度Tを算出する。ここでは、第一実施形態と同様に、計算機14dの入力装置に入力する余裕温度Taを例えば0℃とする。
計算機14fは、目標冷却温度Tの算出に先立って、空気温度計15により測定された吸入口2aの近傍の吸入空気温度Tgにおける空気Aの飽和水蒸気量Wmaxを算出して記憶装置に記録する。さらに、記録した飽和水蒸気量Wmaxを空気Aの水蒸気量として空気Aの絶対湿度を算出し、記憶装置に記録する。次いで、記録された空気Aの絶対湿度と、圧力計9によって測定された吐出口2bの近傍の圧縮空気Apの吐出圧力Pと、を用いて、吐出圧力Pにおける圧縮空気Apの露点温度Tdを算出する。
次いで、計算機14fは、第一実施形態と同様に、目標冷却温度Tを算出して冷却油配管10を流れる冷却油Lを冷却ユニット14によって目標冷却温度Tに冷却する。
次いで、計算機14fは、第一実施形態と同様に、目標冷却温度Tを算出して冷却油配管10を流れる冷却油Lを冷却ユニット14によって目標冷却温度Tに冷却する。
以上説明したように、本実施形態のスクリュー圧縮機100によれば、第一実施形態のスクリュー圧縮機1と同様の効果を得ることができる。加えて、絶対湿度計5により絶対湿度Haを測定する場合と比較して、空気温度計15により吸入空気温度Tgを測定することで、スクリュー圧縮機100の構成をより簡便にすることができる。
また、絶対湿度計5を用いる場合と比較して、より廉価で実用性に優れた空気温度計15を用いることで、スクリュー圧縮機100をより廉価で実用性に優れたものとすることができる。
また、吸入する空気Aの水蒸気量Wを飽和水蒸気量Wmaxと想定することで、より安全側の設計となり、より確実に凝縮水が発生することを防止できる。
また、吸入する空気Aの水蒸気量Wを飽和水蒸気量Wmaxと想定することで、より安全側の設計となり、より確実に凝縮水が発生することを防止できる。
尚、本発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、上述の実施形態では、冷却油を冷却する方法として、バイパス流路へ流入させる冷却油の流量を調整し、オイルクーラーに通す冷却油の流量を制御する方法を採用したが、冷却油冷却方法はこの方法に限られない。例えば、オイルクーラーに冷却水を供給する冷却水供給配管に冷却水量制御弁を設け、冷却油の冷却温度に基づいて計算機により冷却水の水量を制御することで冷却油の冷却温度を制御する冷却油冷却方法を用いてもよい。また、オイルクーラーから排出された冷却水を回収する冷却水回収配管に冷却水の温度を測定する冷却水温度計を設け、冷却水温度計により測定した冷却水温度を計算機に入力し、冷却水を冷却する冷却水冷却装置を計算機により制御して冷却水の温度を目標冷却温度に冷却することで、冷却油の冷却温度を制御する冷却油冷却方法を用いてもよい。
例えば、上述の実施形態では、冷却油を冷却する方法として、バイパス流路へ流入させる冷却油の流量を調整し、オイルクーラーに通す冷却油の流量を制御する方法を採用したが、冷却油冷却方法はこの方法に限られない。例えば、オイルクーラーに冷却水を供給する冷却水供給配管に冷却水量制御弁を設け、冷却油の冷却温度に基づいて計算機により冷却水の水量を制御することで冷却油の冷却温度を制御する冷却油冷却方法を用いてもよい。また、オイルクーラーから排出された冷却水を回収する冷却水回収配管に冷却水の温度を測定する冷却水温度計を設け、冷却水温度計により測定した冷却水温度を計算機に入力し、冷却水を冷却する冷却水冷却装置を計算機により制御して冷却水の温度を目標冷却温度に冷却することで、冷却油の冷却温度を制御する冷却油冷却方法を用いてもよい。
また、上述の実施形態では、吸入する空気の絶対湿度と、吐出された圧縮空気の吐出圧力との双方を測定したが、吐出圧力が一定である場合には吐出圧力は測定しなくてもよい。その場合には、予め設定された吐出圧力を計算機の入力装置等に入力することで、露点温度を算出することができる。これにより、吐出圧力の測定を省略して、スクリュー圧縮機の構成を簡略化することができる。
また、余裕温度を0℃以上の温度とすることで、冷却油を露点温度よりも高い温度に冷却してもよい。これにより、より確実に凝縮水の発生を防止することができる。
また、余裕温度を0℃以上の温度とすることで、冷却油を露点温度よりも高い温度に冷却してもよい。これにより、より確実に凝縮水の発生を防止することができる。
1…スクリュー圧縮機、2…圧縮機本体、2a…吸入口、2b…吐出口、2c…ケーシング(圧縮手段)、2d…ロータ(スクリュー)、2j…冷却油供給配管(冷却油循環手段、冷却油循環流路)、5…絶対湿度計(湿度計)、6…吐出口配管(冷却油循環手段、冷却油循環流路)、7…セパレータ(冷却油循環手段、冷却油循環流路)、9…圧力計、10…冷却油配管(冷却油循環手段、冷却油循環流路)、14…冷却ユニット(冷却油循環手段)、14a…バイパス配管(バイパス流路)、14b…オイルクーラー(冷却部)、14c…制御弁、14d…計算機(演算部、制御部)、14e…冷却油温度計、14f…計算機(演算部、制御部)、15…空気温度計(温度計)、100…スクリュー圧縮機、A…空気(気体)、L…冷却油(冷却油)
Claims (6)
- 空気を吸入する吸入口と、その吸入口から吸入された前記空気をスクリューで圧縮する圧縮手段と、その圧縮手段により圧縮された圧縮空気を吐出する吐出口とを有する圧縮機本体と、その圧縮機本体内のガス圧縮空間に冷却油を供給して前記圧縮空気を前記冷却油との直接熱交換により冷却可能とする冷却油供給手段と、を備えた油冷式スクリュー圧縮機であって、
前記吸入口近傍における前記空気の絶対湿度を測定する湿度計と、
前記吐出口近傍における前記圧縮空気の吐出圧力を測定する圧力計と、
前記湿度計で測定した前記空気の絶対湿度および前記圧力計で測定した前記圧縮空気の吐出圧力に基づいて前記圧縮空気の露点温度を算出する演算部と、を備え、
前記冷却油供給手段は、前記圧縮空気との直接熱交換により加熱された前記冷却油を回収するとともに、回収された前記冷却油を、その冷却油により冷却された前記圧縮空気が露点温度以上になる温度に水冷方式で間接熱交換により冷却して前記圧縮機本体内の前記ガス圧縮空間に循環供給する冷却油循環手段を有することを特徴とする油冷式スクリュー圧縮機。 - 空気を吸入する吸入口と、その吸入口から吸入された前記空気をスクリューで圧縮する圧縮手段と、その圧縮手段により圧縮された圧縮空気を吐出する吐出口とを有する圧縮機本体と、その圧縮機本体内のガス圧縮空間に冷却油を供給して前記圧縮空気を前記冷却油との直接熱交換により冷却可能とする冷却油供給手段と、を備えた油冷式スクリュー圧縮機であって、
前記吸入口近傍における前記空気の吸入温度を測定する温度計と、
前記吐出口近傍における前記圧縮空気の吐出圧力を測定する圧力計と、
前記温度計により測定した吸入温度における前記空気の飽和水蒸気量を前記空気の水蒸気量として前記空気の絶対湿度を算出し、この絶対湿度および前記圧力計で測定した前記圧縮空気の吐出圧力に基づいて前記圧縮空気の露点温度を算出する演算部と、を備え、
前記冷却油供給手段は、前記圧縮空気との直接熱交換により加熱された前記冷却油を回収するとともに、回収された前記冷却油を、その冷却油により冷却された前記圧縮空気が露点温度以上になる温度に水冷方式で間接熱交換により冷却して前記圧縮機本体内の前記ガス圧縮空間に循環供給する冷却油循環手段を有することを特徴とする油冷式スクリュー圧縮機。 - 前記冷却油循環手段は、前記ガス圧縮空間から回収された前記冷却油を前記圧縮空気から分離して前記圧縮機本体内の前記ガス圧縮空間に循環供給する冷却油循環流路と、前記冷却油循環流路に並行して設けられたバイパス流路と、前記バイパス流路において前記冷却油を水冷方式で間接熱交換して冷却する冷却部と、前記冷却油循環流路から前記バイパス流路に流入させる前記冷却油の流量を制御する制御弁と、前記バイパス流路よりも前記冷却油循環流路の下流側に設けられ前記冷却油の冷却温度を測定する冷却油温度計と、前記冷却温度に基づいて前記制御弁の開度を制御する制御部と、を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の油冷式スクリュー圧縮機。
- 前記制御部は、前記冷却温度が前記露点温度以上となるように、前記制御弁の開度を制御することを特徴とする請求項3記載の油冷式スクリュー圧縮機。
- 前記冷却油循環手段は、前記ガス圧縮空間から回収された前記冷却油を前記圧縮空気から分離して前記圧縮機本体内の前記ガス圧縮空間に循環供給する冷却油循環流路と、前記冷却油循環流路に設けられた水冷方式で間接熱交換により前記冷却油を冷却する冷却部と、この冷却部に供給される冷却水の流量を制御する冷却水量制御弁と、を備え、前記冷却部よりも前記冷却油循環流路の下流側に設けられ冷却された前記冷却油の冷却温度を測定する冷却油温度計と、前記冷却温度に基づいて前記冷却水量制御弁の開度を制御する制御部と、を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の油冷式スクリュー圧縮機。
- 請求項1または2記載の油冷式スクリュー圧縮機の冷却油冷却方法であって、
前記冷却油の冷却が、冷却油循環流路に設けられる冷却部に通す冷却油の流量、前記冷却部の冷却水の水量、前記冷却水の温度から選ばれる少なくとも一つを制御する冷却油温度の制御であることを特徴とする油冷式スクリュー圧縮機の冷却油冷却方法。
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JP2008318548A JP2010138881A (ja) | 2008-12-15 | 2008-12-15 | 油冷式スクリュー圧縮機およびその冷却油冷却方法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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