JP2019007433A

JP2019007433A - スクリュー圧縮機

Info

Publication number: JP2019007433A
Application number: JP2017124536A
Authority: JP
Inventors: 純一廣橋; Junichi Hirohashi; 聡岩井; Satoshi Iwai; 三浦　和也; Kazuya Miura; 和也三浦
Original assignee: Hitachi Johnson Controls Air Conditioning Inc
Current assignee: Hitachi Johnson Controls Air Conditioning Inc
Priority date: 2017-06-26
Filing date: 2017-06-26
Publication date: 2019-01-17

Abstract

【課題】高回転数において断熱効率が減少しないスクリュー圧縮機を提供する。【解決手段】スクリュー圧縮機１０は、互いに接触して噛合いながら回転するオスロータ１およびメスロータ２と、オスロータ１を駆動する第１モータ３と、メスロータ２を駆動する第２モータ４と、第１モータ３の駆動を制御する第１インバータ５と、第２モータ４の駆動を制御する第２インバータ６とを備える。第２インバータ６の周波数は、オスロータ１とメスロータ２とを同じ回転数で回転させるために必要な周波数よりも小さく設定されている。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の回転体を有するスクリュー圧縮機に関する。

従来からオスロータおよびメスロータの両方にそれぞれを駆動するためのモータを備えたスクリュー圧縮機が知られている（たとえば、特許文献１参照）。このスクリュー圧縮機は、主に空気圧縮機等の被圧縮流体中に油分を含ませたくない場合にオスロータおよびメスロータを非接触にする手段として用いられている。

また、オスロータ側にのみモータを設けて、当該モータの駆動力をオスロータとメスロータと噛み合いによりメスロータに伝達させて、メスロータを駆動させるスクリュー圧縮機が知られている。

特開昭６２−１９５４８１号公報

そして、一般的にスクリュー圧縮機の断熱効率は以下の式にて表される。
スクリュー圧縮機の断熱効率（％）＝１００−（圧縮ガス漏れ損失率+吐出側圧縮損失率+機械損失率）

図４は、従来のスクリュー圧縮機における断熱効率と各損失率との関係を示す図である。図４において、横軸は圧縮機の回転数（ｒｐｍ）であり、縦軸は、断熱効率および損失（％）であり、×印は断熱効率を、△印は圧縮ガス漏れ損失率を、□印は吐出側圧力損失動力率を、◇印は機械損失率を示している。

スクリュー圧縮機の断熱効率を上げるために圧縮ガス漏れ損失率を低下させる手段として、スクリュー圧縮機を高回転数で運転することにより、スクリュー圧縮機の漏れ量を相対的に低減する方法がある。スクリュー圧縮機の増速により、圧縮ガスの漏れ損失率は図４の△印に示すように漸近的に減少する。

これに対し、スクリュー圧縮機の増速により機械損失率が図４の◇印に示すように１次関数的に増加し、トータルで見た断熱効率は、図４の×印に示すようにある回転数を最大とする、上に凸の曲線となり、回転数が大きいところでは、断熱効率はスクリュー圧縮機の回転数に対し右下がりの曲線となり、断熱効率が減少する。

そこで、本発明では、高回転数において断熱効率が減少しないスクリュー圧縮機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一形態に係るスクリュー圧縮機は、互いに接触して噛合いながら回転するオスロータおよびメスロータと、前記オスロータを駆動する第１モータと、
前記メスロータを駆動する第２モータと、を備える。

本発明によれば、高回転数において断熱効率が減少しないスクリュー圧縮機を提供することができる。

本発明の実施形態に係るスクリュー圧縮機の断面図を示す。オスロータ、メスロータ、およびケーシングの断面図を示す。本実施形態に係るスクリュー圧縮機における断熱効率および損失率を表す図である。従来のスクリュー圧縮機における断熱効率および損失率を表す図である。

本発明の実施形態に係るスクリュー圧縮機１０について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るスクリュー圧縮機１０の断面図を示している。図２は、オスロータ１、メスロータ２、およびケーシング１３の断面図を示している。

スクリュー圧縮機１０は、駆動部１１と、圧縮部１２と、駆動部１１および圧縮部１２を収納するケーシング１３とを備える。スクリュー圧縮機１０は、ケーシング１３に形成された吸込ポート１４から吸い込んだガスを、モータ３、４を通過した後に作動室の吸込口から作動室へと吸込む。そして吸込んだガスを圧縮し作動室の吐出口を経由して吐出ポート１５からスクリュー圧縮機１０の外部へと吐出する。

駆動部１１は、第１モータ３および第２モータ４を有し、それぞれ第１インバータ５、第２インバータ６により駆動が制御される。

圧縮部１２は、オスロータ１およびメスロータ２を有し、オスロータ１は、第１モータ３の出力軸に接続され、第１モータ３により回転駆動される。メスロータ２は、第２モータ４の出力軸に接続され、第２モータ４により回転駆動される。また、圧縮部１２には、オスロータ１等を回転可能に支持する軸受に油を給油するための図示せぬ給油手段が設けられている。

図２に示すように、作動室は、オスロータ１およびメスロータ２と、ケーシング１３とにより形成されている。本実施形態では、オスロータ１の歯型構成は５条であり、メスロータ２の歯型構成は６条である。

オスロータ１およびメスロータ２は、スクリュー圧縮機１０の駆動時に、互いに接触して噛合いながら回転する。第２インバータ６の周波数は、オスロータ１とメスロータ２とを同じ回転数で回転させるために必要な周波数よりも小さく設定されている。例えば、本実施形態では、オスロータ１の歯型構成は５条であり、メスロータ２の歯型構成は６条であるので、第２インバータ６の周波数は、第１インバータ５の周波数の５／６よりも少し小さく設定されている。なお、第２インバータ６の周波数は、作動室を密閉空間にしつつ、オスロータ１とメスロータ２との接触抵抗ができるだけ小さくなるような周波数に設定すればよい。また、第１インバータ５および第２インバータ６により、容易にオスロータ１およびメスロータ２の回転数を制御することができる。

これにより、メスロータ２の回転数がオスロータ１の回転数に対して同期することなく、わずかに小さくなるので、オスロータ１とメスロータ２とが接触して作動室を密閉することができる。よって、圧縮ガス漏れ損失率を増加させることなく、機械損失率を低減させることができる。すなわち、従来のように、オスロータ１にのみモータを接続させて、メスロータ２をオスロータ１に従動させて回転させる構成ではなく、オスロータ１およびメスロータ２の両者にモータを接続して、メスロータ２の回転数をオスロータ１の回転数に対してわずかに小さくしているので、オスロータ１とメスロータ２との接触抵抗を低減させることができ、機械損失率を低減させることができる。

図３は、本実施形態のスクリュー圧縮機１０における断熱効率と各損失率との関係を示す図である。図３において、横軸はスクリュー圧縮機の回転数（ｒｐｍ）であり、縦軸は、断熱効率および損失（％）であり、×印は断熱効率を、＊印は従来のスクリュー圧縮機の断熱効率を、△印は圧縮ガス漏れ損失率を、□印は吐出側圧力損失動力率を、◇印は機械損失率を示している。

図３に示すように、機械損失率を、図４に示した従来のスクリュー圧縮機の機械損失率と比較して、低回転数から高回転数にわたって、低い値に維持することができる。このように、本実施形態のスクリュー圧縮機１０によれば、高回転数での運転において、機械損失率が増加せず、かつ、圧縮ガス漏れ損失率は減少するので、一般的に以下の式にて表されるスクリュー圧縮機１０の断熱効率を、図３に示すように高回転数での運転において増加させることができる。
スクリュー圧縮機の断熱効率（％）＝１００−（圧縮ガス漏れ損失率+吐出側圧縮損失率+機械損失率）

なお、図３においては、＊印で示した従来の断熱効率と比較して、回転数が３６００ｒｐｍで５％程度、４８００ｒｐｍで１０％程度、６０００ｒｐｍで１５％程度、１００００ｒｐｍで４０％程度、断熱効率を向上させることができる。

また、オスロータ３およびメスロータ４の接触抵抗が低下することにより、スクリュー圧縮機１０の運転音も低下する。オスロータ３およびメスロータ４ともに第１モータ３および第２モータ４により駆動させることにより、特に高圧低下時に発生しやすい慣性トルクに起因する歯面分離を防止でき、歯面分離が発生した際に生じるオスロータ３およびメスロータ４同士の歯打ちによる耳障りな高周波騒音と過大な振動を抑えることができる。

なお、本発明は、上述した実施例に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。

例えば、上記の実施形態では、第２インバータ６の周波数を、必要な周波数よりも小さくして、メスロータ２の回転数をオスロータ１の回転数に対してわずかに小さくしたが、第２インバータ６により駆動される第２モータ４の容量（トルク）を、必要な容量よりもわずかに小さくして、メスロータ２の回転数をオスロータ１の回転数に対してわずかに小さくするようにしてもよい。かかる構成によっても、上記の実施形態のスクリュー圧縮機１０と同様の効果を奏するスクリュー圧縮機を提供することができる。

１…オスロータ、２…メスロータ、３…第１モータ、４…第２モータ、
５…第１インバータ、６…第２インバータ、１０…スクリュー圧縮機

Claims

互いに接触して噛合いながら回転するオスロータおよびメスロータと、
前記オスロータを駆動する第１モータと、
前記メスロータを駆動する第２モータと、を備えるスクリュー圧縮機。
前記第２モータを駆動するための周波数は、前記オスロータと前記メスロータとを同じ回転数で回転させるために必要な周波数よりも小さく構成されている、請求項１に記載のスクリュー圧縮機。
前記第２モータの容量は、前記オスロータと前記メスロータとを同じ回転数で回転させるために必要な容量よりも小さく構成されている、請求項１に記載のスクリュー圧縮機。
前記第１モータの駆動を制御する第１インバータと、
前記第２モータの駆動を制御する第２インバータと、をさらに備える、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のスクリュー圧縮機。