JP2012127253A - スクリュ圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮気体の供給が殆ど必要とされない状態において、動力ロスを低減できるスクリュ圧縮機を提供する。
【解決手段】入力軸２１と連結する出力軸３２を有する駆動機３１と、駆動機３１の出力軸３２と圧縮機本体２の入力軸２１とを接続するオン状態、駆動機３１の出力軸３２と圧縮機本体２の入力軸２１とを切断するオフ状態のうちいずれか一方に切り替えるクラッチ機構３５と、吐出流路１４に設けられた圧力センサ３６と、圧力センサ３６により検出した吐出圧力値に基づいてクラッチ機構３５のオン状態とオフ状態の切り替えを制御するコントローラ３７とを備え、吐出圧力値が所定のアンロード設定値より高くなった場合に、コントローラ３７がクラッチ機構３５がオフ状態となるように制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、スクリュ圧縮機に関し、特にアンロード時の動力低減に効果的なスクリュ圧縮機に関する。

圧縮機本体の吸込側に吸込調整弁を備え、吐出側に放気弁を備えた圧縮機では、吐出側の圧力が高くなると前記吸込調整弁を閉じるとともに前記放気弁を開き、逆に吐出側の圧力が低くなると前記吸込調整弁を開くとともに前記放気弁を閉じるロード・アンロード制御運転により吐出容量の調整が行われている。

しかしながら、上述の圧縮機では、消費側で圧縮気体が不要なアンロード運転時であっても吸込流路を前記吸込調整弁で完全に閉塞することができない。吸込流路を閉塞した場合、圧縮比が無限大となって吐出した気体の温度が上昇してしまう。その結果、運転を継続することが不可能となり、最悪時には、圧縮機本体の損傷に至ってしまう。そのため、アンロード運転時においても、吸込調整弁を全閉することができず、ロード運転時の２０〜３０％の動力を消費するという欠点を有していた。

そこで、吐出側における気体の異常な温度上昇の防止、アンロード運転時の動力の低減という課題を解決するために、さまざまな圧縮機の運転方法が提案されている。

例えば、特許文献１には、圧縮機本体を駆動するモータの回転数が予め定めた設定値よりも大きい場合に、吸込側の吸気調整弁を開いて吐出側の圧力センサの検出値に基づいて前記モータの回転数が小さくなるように制御し、前記設定値に達すると、前記回転数の制御を停止し、吐出側の圧力変動に対応して前記吸気調整弁を開閉させる制御に切換え、吐出側の圧力変動を抑制するようにした圧縮機の運転方法が開示されている。

上述の特許文献１に開示された圧縮機の運転方法によれば、吐出側での異常な温度上昇の防止および動力ロスの低減を実現できる。

しかしながら、圧縮気体の供給が殆ど必要とされない状態における動力ロスの低減について、改善の余地がある。

特許第３８３７２７８号明細書

本発明は、圧縮気体の供給が殆ど必要とされない状態において、動力ロスを低減できるスクリュ圧縮機を提供することを課題とする。

前記課題を解決する手段として、本発明のスクリュ圧縮機は、雌雄一対のスクリュロータを収容する圧縮室と、該圧縮室と連通する吸込口および吐出口とが形成されたケーシングを有し、前記雌雄一対のスクリュロータのうち、一方のスクリュロータを回転する入力軸が前記ケーシングから外部に突出するように設けられた圧縮機本体と、該圧縮機本体の吐出口に接続された吐出流路とを備えるスクリュ圧縮機において、前記入力軸と連結する出力軸を有する駆動機と、前記駆動機の出力軸と前記圧縮機本体の入力軸とを接続するオン状態、前記駆動機の出力軸と前記圧縮機本体の入力軸とを切断するオフ状態のうちいずれか一方に切り替えるクラッチ機構と、前記吐出流路に設けられた圧力センサと、前記圧力センサにより検出した吐出圧力値に基づいて前記クラッチ機構の前記オン状態と前記オフ状態の切り替えを制御するコントローラとを備え、前記吐出圧力値が所定のアンロード設定値より高くなった場合に、前記コントローラが前記クラッチ機構が前記オフ状態となるように制御するようにした。

この構成によれば、圧力センサにより検出した吐出圧力値が所定のアンロード設定値より高くなった場合に、コントローラは、クラッチ機構がオフ状態となるように制御する。クラッチ機構がオフ状態になると、駆動機の出力軸と圧縮機本体の入力軸との接続が解除される。

前記吐出圧力値が前記アンロード設定値より若干低い値以下になると、前記コントローラが前記クラッチ機構が前記オフ状態から前記オン状態となるように切り替えることが好ましい。あるいは、前記クラッチ機構の前記オン状態と前記オフ状態の切り替えがなされてから所定時間が経過するまでは、前記コントローラが前記クラッチ機構の状態を維持することが好ましい。これらの構成によれば、吐出圧力値がアンロード設定値より若干低い値以下になった場合に、コントローラが、クラッチ機構がオフ状態からオン状態となるように切り替えること、あるいはクラッチ機構のオン状態とオフ状態の切り替えがなされてから所定時間が経過するまではその状態を維持することにより、クラッチ機構の接続、切断が頻発することを回避できる。

起動の場合を除き、前記クラッチ機構が前記オン状態となる回数をカウントし、該カウントした回数が予め設定された閾値の回数を超えると、警報を発するよう構成されてなることが好ましい。この構成によれば、カウントされたクラッチ機構の接続回数が予め設定された閾値の回数を超えた場合に警報を発するように構成することにより、クラッチ機構が異常に摩耗するのを未然に防止できる。

本発明によれば、圧力センサにより検出した吐出圧力値が所定のアンロード設定値より高くなった場合に、コントローラが、クラッチ機構がオフ状態となるように制御することにより、駆動機の出力軸と圧縮機本体の入力軸との接続を解除できる。圧縮気体の供給が殆ど必要とされない状態において、駆動機とこの駆動機が駆動する対象たるスクリュロータとを完全に切り離された状態にすることができるため、つまり、駆動機の運転が継続されていても殆ど無負荷な状態で運転することができるため、消費電力を低減でき、動力ロスを低減できる。

本発明にかかるスクリュ圧縮機の略示断面図。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。

図１は本発明に係るスクリュ圧縮機１を示す。スクリュ圧縮機１は、圧縮機本体２、クラッチ機構３５、モータ（駆動機）３１、およびコントローラ３７を備えている。

圧縮機本体２は、内部に圧縮室３が形成されたメインケーシング４ａと、メインケーシング４ａの一側に取り付けられメインケーシング４ａとの間にギア室５を形成する同期歯車用エンドカバー４ｂと、メインケーシング４ａの他側に取り付けられメインケーシング４ａとの間にギア室６を形成する変速機用エンドカバー４ｃとからなるケーシング４を備えている。

メインケーシング４ａの圧縮室３には、雄のスクリュロータ７と、雌のスクリュロータ８が、噛合って、回転可能に収容されている。

雄のスクリュロータ７から圧縮室３とギア室５の間の隔壁４ｄの貫通孔９ａを通ってギア室５内部にロータ軸７ａが延伸している。また、雄のスクリュロータ７から圧縮室３とギア室６の間の隔壁４ｅの貫通孔９ｂを通ってギア室６内部にロータ軸７ｂが延伸している。

雌のスクリュロータ８から圧縮室３とギア室５の間の隔壁４ｄの貫通孔１０ａを通ってギア室５内部にロータ軸８ａが延伸している。また、雌のスクリュロータ８から圧縮室３とギア室６の間の隔壁４ｅの貫通孔１０ｂ内部にロータ軸８ｂが延伸している。

圧縮室３の側壁４ｆには、ギア室５側に吸込口１１が設けられ、ギア室６側に吐出口１２が設けられている。吸込口１１と吐出口１２は、それぞれ、圧縮室３と連通する。吸込口１１には、吸込流路１３が接続されている。吐出口１２には、吐出流路１４が接続されている。

雄スクリュロータ７のロータ軸７ａ，７ｂは、隔壁４ｄ，４ｅの軸受１５，１５によって支持されている。また、雌スクリュロータ８のロータ軸８ａ，８ｂは、隔壁４ｄ，４ｅの軸受１６，１６によって支持されている。

隔壁４ｅの雌のスクリュロータ８側には、後述の増速機を収容できるように側壁４ｆよりも径方向外側の位置まで拡張された拡張部４ｇが形成されている。

ギア室５内のロータ軸７ａの端部には、同期歯車１７が設けられている。ギア室５内のロータ軸８ａの端部には、同期歯車１８が設けられている。同期歯車１７と同期歯車１８は互いにかみ合って回転可能に構成されている。

ギア室６内のロータ軸７ｂの端部には、ピニオンギア（小歯車）１９が連結されている。そして、ピニオンギア１９は、プルギア（大歯車）２０と互いに噛合って回転可能に構成されている。ギア室６内のピニオンギア１９とプルギア２０は、増速機を構成している。

プルギア２０の軸中心に入力軸２１が連結されている。入力軸２１は、圧縮室３と反対側に向いた変速機用エンドカバー４ｃのボス部２２を貫通してケーシング４の外側に突出している。入力軸２１は、ボス部２２の軸受２３，２３により支持されている。そして、入力軸２１の端部には、後述する本体側ディスクロータ２６が連結されている。プルギア２０を有する入力軸２１は、本体側ディスクロータ２６と一体的に回転するよう構成されている。

変速機用エンドカバー４ｃの本体側ディスクロータ２６と対向する面には、電磁コイルからなる作動部２４が設けられている。作動部２４は、先端が本体側ディスクロータ２６の変速機用エンドカバー４ｃと対向する面の外周縁と近接するように、入力軸２１の突出方向に突出している。作動部２４は、コントローラ３７によって電圧の印加が制御されるようになっている。

作動部２４の径方向内側には、ボス部２２と同心円上にガイド部２５が設けられている。ガイド部２５は、後述の本体側ディスクロータ２６の作動部用収容部２７が径方向へ移動するのを規制して本体側ディスクロータ２６の回転を案内する。

本体側ディスクロータ２６は、磁化可能な金属からなっている。本体側ディスクロータ２６は、変速機用エンドカバー４ｃと対向する面の外周縁に作動部用収容部２７を備えている。作動部用収容部２７は、本体側ディスクロータ２６から変速機用エンドカバー４ｃ側にそれぞれ突出する外径部２８と内径部２９とにより形成されている。作動部用収容部２７には、外径部２８と内径部２９の間で、変速機用エンドカバー４ｃの作動部２４の先端が本体側ディスクロータ２６と近接するように作動部２４が収容される。

本体側ディスクロータ２６と対向するように、駆動機側ディスクロータ３０が設けられている。駆動機側ディスクロータ３０は、本体側ディスクロータ２６と同じ外径を有している。駆動機側ディスクロータ３０の軸中心には、モータ本体（駆動機本体）３１ａから突出するモータ３１の出力軸３２の端部が連結されている。

駆動機側ディスクロータ３０には、作動部用収容部２７と軸方向で反対側の面の本体側ディスクロータ２６と対向するように、板バネ（弾性部材）（図示せず）を介して接合されたア−マチュア３３が設けられている。

駆動機側ディスクロータ３０、本体側ディスクロータ２６、および作動部２４はクラッチ機構３５を構成している。クラッチ機構３５は、駆動機側ディスクロータ３０、本体側ディスクロータ２６を介して、モータ３１の出力軸３２と圧縮機本体２の入力軸２１とを接続するオン状態、モータ３１の出力軸２１と圧縮機本体２の入力軸２１とを切断するオフ状態のうちいずれか一方に切り替える。クラッチ機構３５は、モータ３１と圧縮機本体２の間に介設されている。すなわち、モータ３１からの回転力が、クラッチ機構３５、入力軸２１、増速機、ロータ軸７ｂ、７ａを介して、同期歯車１７に伝達され、同期歯車１７の回転に伴って同期歯車１８も回転され、雄のスクリュロータ７、雌のスクリュロータ８が回転されるように構成されている。

コントローラ３７は、スクリュ圧縮機１の吐出流路１４に設けられた圧力センサ３６により検出された吐出ガスの圧力Pdに関する信号に基づき作動部２４への電圧の印加や各構成品を制御する。

コントローラ３７は、タッチパネル等の入力装置（図示せず）を備えている。この入力装置によって、後述するアンロード設定値Pd_unloadを、予め定められた上限値から下限値の範囲内で任意に設定可能である。

次に、以上の構成からなるスクリュ圧縮機１の動作について説明する。

スクリュ圧縮機１を起動すると、コントローラ３７により作動部２４への通電を開始する。作動部２４に通電がなされ電圧が印加されると、作動部２４は磁束を発生させる。この磁束によって、本体側ディスクロータ２６が磁化される。そして、本体側ディスクロータ２６は、板バネの復元力に抗してアーマチュア３３を吸い寄せる。そして、本体側ディスクロータ２６はアーマチュア３３と接触し、本体側ディスクロータ２６と駆動機側ディスクロータ３０とが接続される。すなわち、クラッチ機構３５が接続されオン状態となる。その結果、モータ３１の回転力が出力軸３２、駆動機側ディスクロータ３０、アーマチュア３３を介して本体側ディスクロータ２６、ひいては入力軸２１に伝達される。そして、入力軸２１の回転力が増速機、雄のスクリュロータ７、雌のスクリュロータ８へと伝達され、スクリュ圧縮機１は圧縮機として実質的に作動する。

スクリュロータ７，８が回転すると、圧縮機本体２は、圧縮されるべき流体を吸込流路１３を通じて吸込口１１から吸い込む。そして、圧縮機本体２は、圧縮室３内の圧縮空間にて前記流体を圧縮した後、吐出口１２から吐出し、吐出流路１４を通じて、図示しない供給先に供給する。

一方、吐出流路１４では、圧力センサ３６により吐出ガスの圧力Pdが検出されている。そして、吐出ガスの圧力Pdに関する信号は、コントローラ３７に送信される。コントローラ３７は受信した吐出ガスの圧力Pdに関する信号に基づき、作動部２４への電圧の印加や各構成品を制御する。

圧力センサ３６で検知された吐出ガスの圧力Pdがアンロード設定値Pd_unloadより高くなると、コントローラ３７は作動部２４への通電を停止する。これにより、作動部２４の磁束が消滅する。この磁束の消滅によって、本体側ディスクロータ２６は消磁される。そして、駆動機側ディスクロータ３０では、板バネの復元力によりアーマチュア３３が初期位置に戻る。つまり、アーマチュア３３は本体側ディスクロータ２６から離れ、すなわち、本体側ディスクロータ２６と駆動機側ディスクロータ３０とが離れ、クラッチ機構３５が切断されオフ状態となる。

クラッチ機構３５が切断されると、スクリュロータ７，８の回転が停止し、吐出ガスの供給先への供給に伴って吐出流路１４の圧力が低下する。

圧力センサ３６で検知された吐出ガスの圧力Pdがアンロード設定値Pd_unloadより若干低い値以下になると、コントローラ３７は作動部２４への通電を再開して、クラッチ機構３５を接続してオン状態にする。

本実施形態において、クラッチ機構３５の再接続を、吐出ガスの圧力Pdがアンロード設定値Pd_unload以下となることではなく、アンロード設定値Pd_unloadより若干低い値以下となることを以って行うのは、吐出ガスの圧力Pdのアンロード設定値Pd_unloadの近傍に有る場合に、クラッチ機構３５の接続、切断が頻発することを回避するためである。

このように構成することにより、圧縮された気体の供給が殆ど必要とされない状態の場合（圧力センサ３６で検出された吐出ガスの圧力Pdがアンロード設定値Pd_unloadより高くなる場合）においては、駆動機と駆動機が駆動する対象たるスクリュロータ７，８とを完全に切り離した状態にすることができる。したがって、駆動機の運転が継続されていても、殆ど無負荷な状態での運転となるため、消費電力を低減でき、動力ロスを低減できる。

また、駆動機がモータ３１である場合、モータ３１の発熱を抑えることもできる。したがって、スクリュ圧縮機１は、モータ３１自身に付設されているファンによる冷却風などによって通常の運転時より早急にモータ３１の冷却を進めることができる。その結果、モータ３１自身の冷却時間が短くなるので、モータ３１の起動発停時間を短縮でき、圧縮機にとっても大変有利となる。

なお、起動の場合を除き、クラッチ機構３５が接続される回数、すなわちクラッチ機構３５をオン状態にする回数をコントローラ３７がカウントし、その回数が予め設定されている閾値の回数を超えると、コントローラ３７が図示しない警報手段（ディスプレイ等）を用いて、“クラッチ機構をメンテナンスせよ”という旨の警報を発するよう構成することも好ましい。コントローラ３７は、これによって、クラッチ機構３５の異常な磨耗等を未然に防ぐことができる。

本発明は実施形態のものに限定されず、種々の変形が可能である。例えば、クラッチ機構３５のオン状態とオフ状態の切り替えがなされてから所定時間（例えば、２３秒間）が経過するまでは、吐出ガスの圧力Pdの変化に関わらず、コントローラ３７がクラッチ機構３５の状態（オン状態もしくはオフ状態）を維持するよう構成されていてもよい。この構成によっても、クラッチ機構３５の接続、切断が頻発することを回避することができる。

また、例えば、電磁コイルからなる作動部２４とアーマチュア３３とを有するクラッチ機構３５に代えて、アクチュエータによって駆動機側ディスクロータ３０と本体側ディスクロータ２６との断接を切り替えるクラッチ機構のような別のクラッチ機構を採用してもよい。また、増速機を設けずに雄のスクリュロータ７のロータ軸７ｂ、または雌のスクリュロータ８のロータ軸８ｂをケーシング７の外側に突出させ、突出させたロータ軸を入力軸２１としてもよい。さらに、駆動機は、エンジンであってもよい。

１ スクリュ圧縮機
２ 圧縮機本体
３ 圧縮室
４ ケーシング
７ 雄のスクリュロータ
８ 雌のスクリュロータ
１１ 吸込口
１２ 吐出口
１４ 吐出流路
２１ 入力軸
３１ モータ（駆動機）
３２ 出力軸
３５ クラッチ機構
３６ 圧力センサ
３７ コントローラ

Claims (4)

1. 雌雄一対のスクリュロータを収容する圧縮室と、該圧縮室と連通する吸込口および吐出口とが形成されたケーシングを有し、前記雌雄一対のスクリュロータのうち、一方のスクリュロータを回転する入力軸が前記ケーシングから外部に突出するように設けられた圧縮機本体と、該圧縮機本体の吐出口に接続された吐出流路とを備えるスクリュ圧縮機において、
   前記入力軸と連結する出力軸を有する駆動機と、
   前記駆動機の出力軸と前記圧縮機本体の入力軸とを接続するオン状態、前記駆動機の出力軸と前記圧縮機本体の入力軸とを切断するオフ状態のうちいずれか一方に切り替えるクラッチ機構と、
   前記吐出流路に設けられた圧力センサと、
   前記圧力センサにより検出した吐出圧力値に基づいて前記クラッチ機構の前記オン状態と前記オフ状態の切り替えを制御するコントローラと
   を備え、
   前記吐出圧力値が所定のアンロード設定値より高くなった場合に、前記コントローラが前記クラッチ機構が前記オフ状態となるように制御することを特徴とするスクリュ圧縮機。
2. 前記吐出圧力値が前記アンロード設定値より若干低い値以下になると、前記コントローラが前記クラッチ機構が前記オフ状態から前記オン状態となるように切り替えることを特徴とする請求項１に記載のスクリュ圧縮機。
3. 前記クラッチ機構の前記オン状態と前記オフ状態の切り替えがなされてから所定時間が経過するまでは、前記コントローラが前記クラッチ機構の状態を維持することを特徴とする請求項１に記載のスクリュ圧縮機。
4. 起動の場合を除き、前記クラッチ機構が前記オン状態となる回数をカウントし、該カウントした回数が予め設定された閾値の回数を超えると、警報を発するよう構成されてなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスクリュ圧縮機。

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