JP2019085971A - 給油式スクリュ圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】給油式スクリュ圧縮機において、定格状態を考慮した給油によって動力ロスを低減するとともに、水分凝縮を考慮した給油によって水分凝縮を抑制する。【解決手段】給油式スクリュ圧縮機１は、圧縮機本体１００と、油を貯留するオイルタンク１２と、オイルタンク１２から追加給油口１２１ｄに油を送る配管６ａ〜６ｄと、配管６ｄ内の油の流れを許容または遮断する追加給油弁３４と、オイルタンク１２内の油温Ｔｏを測定するための油温センサ４１と、油温センサ４１で測定した油温Ｔｏが所定の第１の油温Ｔｏ１より低くなったときに、追加給油弁３４を閉じる油温閉弁制御部を有する制御装置５０とを備える。ここで、第１の油温Ｔｏ１は、圧縮機本体１００が定格状態のときの油温よりも高く、ロータケーシング１２１内の水分凝縮温度よりも高い温度である。【選択図】図１

Description

本発明は、給油式スクリュ圧縮機に関する。

スクリュ圧縮機は、ロータケーシング内にスクリュロータを収容してなる。ロータケーシング内でスクリュロータが回転することでガスを圧縮する。特に、スクリュ圧縮機の中でも、スクリュロータの潤滑、冷却、およびシール等のためにロータケーシング内に給油する種類のものは、給油式スクリュ圧縮機と呼ばれる。例えば、そのような給油式スクリュ圧縮機が、特許文献１に開示されている。

特許文献１の給油式スクリュ圧縮機では、スクリュロータを駆動するモータへの入力電力、スクリュロータの高圧側の温度、およびオイルタンク等の油の温度を測定し、これらの測定値に基づいて給油式スクリュ圧縮機にかかる負荷を検出し、この負荷に応じて給油量を制御している。

米国特許第８８７０５５５号

ところで、スクリュ圧縮機には、定格状態と呼ばれるスクリュ圧縮機本体における設計点が設定されている。定格状態とは、モータを定格駆動した状態に対応し、即ちスクリュ圧縮機本体が仕様圧力にて規定風量を出力する状態である。この定格状態に達していない状態で多くの給油を行うと、過剰量の油を撹拌することになり、動力ロスが発生することがある。

特許文献１の給油式スクリュ圧縮機は、上記のように負荷に応じて給油量を制御しているが、定格状態との関連については何ら検討されておらず、定格状態に達していない状態で追加給油用の弁（control valve）を開いて給油量を増やす場合があると考えられる。その場合、上記動力ロスが発生し、給油式スクリュ圧縮機の動力効率が低下する。

また、特許文献１では、水分凝縮について特段検討されていない。給油温度が水分凝縮温度よりも低い場合に追加給油用の弁を開いて給油量を増やすと、ロータケーシング内で水分が凝縮し、圧縮過程に悪影響を及ぼすおそれがある。

上記のように、特許文献１の給油式スクリュ圧縮機は、定格状態に達していない状態における追加給油による動力ロスと、圧縮過程に悪影響を与えるおそれのある水分凝縮との２つの観点から改善の余地がある。

本発明は、給油式スクリュ圧縮機において、定格状態を考慮した給油によって動力ロスを低減するとともに、水分凝縮を考慮した給油によって水分凝縮を抑制することを課題とする。

本発明は、スクリュロータ、前記スクリュロータを駆動する電動機、前記スクリュロータを収容するロータケーシング、前記ロータケーシングに設けられた本体給油口、および前記ロータケーシングに設けられた追加給油口を有する圧縮機本体と、油を貯留するオイルタンクと、前記オイルタンクから前記追加給油口に油を送る給油ラインと、前記給油ライン内の油の流れを許容または遮断する追加給油弁と、前記オイルタンク内の油温を測定するための油温センサと、前記油温センサで測定した油温が所定の第１の油温より低くなったときに、前記追加給油弁を閉じる油温閉弁制御部を有する制御装置とを備え、前記第１の油温は、前記圧縮機本体が定格状態のときの油温よりも高く、前記ロータケーシング内の水分凝縮温度よりも高い温度である、給油式スクリュ圧縮機を提供する。

この構成によれば、油温センサによってオイルタンク内の油温を測定し、油温閉弁制御部によって、当該油温が第１の油温より低いか否かを判定する。仮に、オイルタンク内の油温が第１の油温以上である場合、圧縮機本体は定格状態に達している。定格状態に達している状態で追加給油しても油の過剰供給とはなり難いため、追加給油による動力ロスを低減できる。換言すれば、定格状態に達していない状態で追加給油すると、油の過剰供給となるおそれがあり、追加給油による動力ロスが増大する。また、オイルタンク内の油温が第１の油温よりも高い場合、水分凝縮温度よりも高い温度で給油することになる。そのため、追加給油による水分凝縮を抑制でき、圧縮過程への悪影響を抑制できる。そこで、油温閉弁制御部によって、オイルタンク内の油温が第１の油温より低い場合には追加給油弁を閉じて追加給油口からの追加給油を行わないことで、動力ロスを低減でき、冷やし過ぎを抑制して水分凝縮を抑制できる。

前記給油式スクリュ圧縮機は、外気の温度を測定するための気温センサをさらに備え、前記制御装置は、前記気温センサで測定した気温が所定の気温より低くなったときに、前記追加給油弁を閉じる気温閉弁制御部をさらに有してもよい。

この構成によれば、気温センサによって外気の温度を測定し、気温閉弁制御部によって、当該気温が所定の気温より低いか否かを判定する。ここで、所定の気温とは、ロータケーシング内の冷却の必要性に基づいて設定される。具体的には、当該所定の気温未満では給油によってロータケーシング内を積極的に冷却しなくてもよい温度としてこの所定の気温を設定できる。気温閉弁制御部によって、当該気温が所定の気温より低く、冷却の必要性が乏しい場合には、追加給油弁を閉じて追加給油口からの追加給油を行わないことで、過剰な給油を抑制でき、動力ロスを低減できる。

前記給油式スクリュ圧縮機は、外気の温度を測定するための気温センサをさらに備え、前記制御装置は、前記気温センサで測定した気温が所定の気温より低くなったときに、前記追加給油弁を閉じる気温閉弁制御部をさらに有し、前記油温閉弁制御部と前記気温閉弁制御部の両方が前記追加給油弁を閉じる条件を満たしたときに、前記追加給油弁を閉じるように構成されていてもよい。

この構成によれば、追加給油弁におけるハンチング現象を防止できる。具体的には、外気の温度が高いとき、低負荷状態でも油温が高くなり易い。そのため、オイルタンク内の油温が第１の油温より低い場合に追加給油弁を閉じたとしても、その後すぐに追加給油弁を開く条件が成立するおそれがある。これに対し、油温閉弁制御部と気温閉弁制御部の両方が追加給油弁を閉じる条件を満たしたときに追加給油弁を閉じることで、追加給油弁が閉状態である時間を一定以上確保できる。

前記給油式スクリュ圧縮機は、前記電動機の回転数を変更するためのインバータと、前記電動機の回転数を測定する回転数センサと、前記ロータケーシングに設けられ、油を含む圧縮ガスを吐出するための吐出口と、前記吐出口から前記オイルタンクに油を送る排油ラインとをさらに備え、前記制御装置は、前記回転数センサで測定した回転数が所定の回転数未満であるとき、前記追加給油弁を開いた状態に維持する回転数開弁制御部をさらに有してもよい。

この構成によれば、インバータによって電動機の回転数を広範囲に調整でき、回転数センサによって当該回転数を測定できる。給油ラインはオイルタンクと追加給油口とを流体的に接続し、排油ラインは吐出口とオイルタンクとを流体的に接続している。即ち、上記構成では、圧縮機本体とオイルタンクとの間で油が循環する構成となっている。特に給油ラインでは、オイルタンク内の圧力と、追加給油口との圧力との差圧を利用して、油を流動させることで給油できる。電動機の回転数を下げて吐出口からの吐出圧が低下すると、オイルタンク内の圧力が低下するため、回転数が下がりすぎると上記差圧を十分に確保できず十分に給油できないおそれがある。十分に給油されていないおそれのある状態でさらに追加給油弁を閉じ、追加給油口からの追加給油を行わないこととすると、油が不足し、圧縮に悪影響を及ぼすおそれがある。従って、回転数閉弁制御部によって、電動機の回転数が吐出圧を十分に確保できない所定の回転数未満では、追加給油弁を開いた状態に維持し、追加給油口からの追加給油を継続することでロータケーシング内の油不足を防止することができる。

前記給油式スクリュ圧縮機は、前記オイルタンク内の圧力を測定するための圧力センサをさらに備え、前記制御装置は、前記圧力センサで測定した圧力が所定の圧力以下であるとき、前記追加給油弁を開いた状態に維持する圧力開弁制御部をさらに有してもよい。

この構成によれば、圧力センサによってオイルタンク内の圧力を測定し、圧力閉弁制御部によって、当該圧力が所定の圧力以下であるか否かを判定する。ここで、所定の圧力は、前述の差圧を利用した給油を安定して行うことができる最低の圧力である。オイルタンク内の圧力がこの圧力未満であるとき、前述のように十分な給油量を確保できないおそれがある。十分な給油量を確保できないおそれのある状態でさらに追加給油弁を閉じ、追加給油を行わないこととすると、油が不足し、圧縮に悪影響を及ぼすおそれがある。従って、圧力閉弁制御部によって、追加給油弁を開いた状態に維持し、追加給油口からの追加給油を継続することでロータケーシング内の油不足を防止している。

前記制御装置は、前記油温センサで測定した油温が第２の油温よりも高くなったときに、前記追加給油弁を開く油温開弁制御部をさらに有し、前記第２の油温は、前記第１の油温よりも高く、前記油が劣化する温度であってもよい。

この構成によれば、油温センサによってオイルタンク内の油温を測定し、油温開弁制御部によって、当該油温が第２の油温より低いか否かを判定する。仮に、当該油温が第２の油温以上である場合、油が劣化するおそれがある。そこで、油温開弁制御部によって、オイルタンク内の油温が第２の油温より高い場合には追加給油弁を開いて追加給油口からの追加給油を行い、油を流動させ、油の温度を低下させる。これにより、油の劣化を抑制できる。

前記スクリュロータが、雄ロータと雄ロータよりも歯数の多い雌ロータとからなり、前記ロータケーシングが、前記雄ロータを収容する雄ロータ室と、前記雌ロータを収容する雌ロータ室とを備え、前記本体給油口が前記雌ロータ室の圧縮空間に開口しており、前記追加給油口が前記本体給油口の開口する位置よりも下流側の前記雄ロータ室または記雌ロータ室の圧縮空間に開口していてもよい。

この構成によれば、本体給油口は雌ロータ室の吐出側空間に開口するように設けられているため、主に雌ロータに対して給油することになる。雌ロータは、雄ロータに比べて歯数が多いため回転数が少ない。そのため、主に雄ロータに対して給油する場合と比べて油を撹拌する動力を削減できる。また、追加給油口を本体給油口よりも下流側（吐出口側）に設けているため、本体給油口よりも吸込側に給油する場合と比べて冷却効果に対する撹拌動力を低減できるとともに、特に高圧側（即ち、より吐出口側）で求められるガスの漏出防止（即ち低圧側への圧縮漏れの防止）を実現できる。また、本体給油口と追加給油口の２種類の給油口を設け、制御装置によって追加給油弁を上記のように制御し、追加給油の必要がないときに追加給油を停止することにより、さらに動力ロスを抑制できる。

本発明によれば、給油式スクリュ圧縮機において、圧縮機本体における定格状態を考慮した給油によって動力ロスを低減できるとともに、水分凝縮を考慮した給油によって水分凝縮を抑制できる。

本発明の第１実施形態に係る給油式スクリュ圧縮機の系統図 図１の制御装置のブロック図 追加給油弁の開閉状態と油温との関係を示すグラフ 追加給油弁の開閉状態と気温との関係を示すグラフ 第１実施形態に係る給油式スクリュ圧縮機の制御方法を示すフローチャート 第２実施形態に係る給油式スクリュ圧縮機の系統図 図６の制御装置のブロック図 第２実施形態に係る給油式スクリュ圧縮機の制御方法を示すフローチャート

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る給油式スクリュ圧縮機１を含む系統図である。給油式スクリュ圧縮機１は、パッケージ２内に配置され、圧縮機本体１００を備え、圧縮機本体１００にて外部から空気を吸い込み、内部で圧縮し、吐出する。

本実施形態の圧縮機本体１００は、吸気調整弁１１０と、圧縮部１２０と、圧縮部１２０を駆動するモータ（電動機）１３０とを備える。特に、本実施形態の圧縮機本体１００は、インバータ等の回転数を変更する機器を搭載していない固定出力機である。

吸気調整弁１１０は、圧縮部１２０の吸込口１２１ａに取り付けられている。吸気調整弁１１０は、吸込口１２１ａから吸い込む空気量を調整するものである。吸気調整弁１１０の入口側にはフィルタ１１０ａが設けられている。このフィルタ１１０ａは、塵芥などの不要物を除去する役割を果たす。吸気調整弁１１０は、一般的なピストンバルブ型であり、公知のものであるため、ここでの詳細な説明は省略する。

圧縮部１２０は、圧縮機能を有する部分である。圧縮部１２０の外装は、ロータケーシング１２１によって構成されている。ロータケーシング１２１には、吸込口１２１ａと吐出口１２１ｂが設けられている。ロータケーシング１２１内には、スクリュロータ１２２が収容されている。詳細を図示しないが、スクリュロータ１２２は、雄ロータ１２２ａと、雄ロータ１２２ａと噛合し、雄ロータ１２２ａよりも歯数が多い雌ロータ（図示せず）とから構成されている。ロータケーシング１２１内の空間のうち、雄ロータ１２２ａを収容する部分を雄ロータ室と称し、雌ロータを収容する部分を雌ロータ室と称する。

雄ロータ１２２ａの一端からは雄ロータ１２２ａの回転軸となる軸部材１２３が延びている。軸部材１２３は、ロータケーシング１２１を貫通してモータ１３０まで延びており、モータ１３０と機械的に接続されている。同様に、雄ロータ１２２ａの他端からも雄ロータ１２２ａの回転軸となる軸部材１２４が延びている。軸部材１２４は、ロータケーシング１２１内で終端している。

本実施形態の圧縮機本体１００は、スクリュロータ１２２が水平配置された横置型である。ただし、スクリュロータ１２２の配置はこれに限定されず、任意の配置を採用し得る。例えば、当該配置は、スクリュロータ１２２が鉛直配置された縦置型であってもよいし、スクリュロータ１２２の回転軸が水平面から傾斜して配置された傾斜型であってもよい。

また、ロータケーシング１２１内には、軸受１２５，１２６が収容されている。軸受１２５，１２６は、軸部材１２３，１２４をそれぞれ軸支している。

モータ１３０は、モータケーシング１３１と、モータケーシング１３１内に固定された固定子１３２と、固定子１３２の内側に配置された回転子１３３と、回転子１３３の回転軸となる軸部材１３４とを備える。軸部材１３４の延びる方向において回転子１３３の両側には、軸受１３５，１３６が配置されている。軸受１３５，１３６は軸部材１３４を軸支している。軸部材１３４はモータケーシング１３１を貫通して圧縮部１２０に向かって延びている。

ロータケーシング１２１とモータケーシング１３１との間には、ギアケーシング１４０が配置されている。ギアケーシング１４０内には、連結ギア１４１が収容されている。連結ギア１４１は、軸部材１２３と軸部材１３４とを連結している。これにより、モータ１３０からの回転動力がスクリュロータ１２２に伝達される。また、ギアケーシング１４０内と、モータケーシング１３１内とは、シール装置１４２によって流体的に遮断されている。そのため、ギアケーシング１４０内とモータケーシング１３１内との間での油の流動が防止されている。

以上の構成によって、モータ１３０が作動すると、軸部材１３４を介してスクリュロータ１２２に回転動力が伝達され、スクリュロータ１２２の回転によって、吸気調整弁１１０を介して空気を吸気し、吸気した空気を圧縮し、圧縮した空気を吐出口１２１ｂから吐出する。吐出された空気は、配管５ａを通じて油分離回収器１０に送られる。

給油式スクリュ圧縮機１は、圧縮機本体１００と油分離回収器１０とを含む圧縮空気供給系統を備える。圧縮空気供給系統には、油分離回収器１０に加えて、保圧逆止弁２１と、ガスクーラ２２と、ドライヤ２３とが設けられている。

油分離回収器１０は配管５ｂを通じて保圧逆止弁２１と接続されており、詳細を後述するが、油分離回収器１０にて油を分離された圧縮空気は配管５ｂを通じて保圧逆止弁２１に送られる。

保圧逆止弁２１は、後述するオイルタンク１２内の圧力を一定の値に保つ機能を有している。保圧逆止弁２１は配管５ｃを通じてガスクーラ２２と接続されており、保圧逆止弁２１に圧力調整された圧縮空気は配管５ｃを通じてガスクーラ２２に送られる。配管５ｂには、安全弁としての圧力解放バルブ２４とサイレンサ２５が取り付けられており、保圧逆止弁２１の上流にて、圧力解放バルブ２４とサイレンサ２５によって圧力解放と静音化が可能である。

ガスクーラ２２は、空冷熱交換器である。ここでは、周囲空気から冷熱を得ることによって配管５ｃから流入した空気が冷却される。ただし、ガスクーラ２２の態様はこのような空冷熱交換器に限らず、任意の態様であり得る。ガスクーラ２２は配管５ｄを通じてドライヤ２３と接続されており、ドライヤ２３で冷却された圧縮空気は配管５ｅを通じて供給先に送られる。

また、給油式スクリュ圧縮機１では、圧縮部１２０での圧縮に際し、スクリュロータ１２２の潤滑、圧縮空気の冷却、圧縮に伴うシール性等の観点からロータケーシング１２１内に油が供給される。給油のために、ロータケーシング１２１には、本体給油口１２１ｃと追加給油口１２１ｄが設けられている。詳細には、本体給油口１２１ｃは、雌ロータ室の吐出側空間に開口するように設けられている。追加給油口１２１ｄは、本体給油口１２１ｃの開口する位置よりも下流側の雌ロータ室の圧縮空間に開口するように設けられている。ただし、追加給油口１２１ｄは、本体給油口１２１ｃの開口する位置よりも下流側の雄ロータ室の圧縮空間に開口するように設けられていてもよい。本体給油口１２１ｃと追加給油口１２１ｄを通じて給油された油は、圧縮空気とともに吐出口１２１ｂから吐出され、配管（排油ライン）５ａを通じて油分離回収器１０に送られる。

給油式スクリュ圧縮機１は、圧縮機本体１００と油分離回収器１０とを含む油循環系統を備える。油循環系統には、油分離回収器１０に加えて、オイルクーラ３１と、オイルフィルタ３２と、三方弁３３と、追加給油弁３４とが設けられている。

油分離回収器１０は、セパレータ１１と、オイルタンク１２と、遠心分離部１３とを備える。セパレータ１１は、遠心分離部１３で油分を一次分離した圧縮空気から油分を二次分離するものである。遠心分離部１３で分離された油は、オイルタンク１２に溜められる。オイルタンク１２には油温センサ４１が取り付けられており、油温センサ４１によってオイルタンク１２の内の油温を測定できる。また、給油式スクリュ圧縮機１は、パッケージ２内に吸気された外気の温度（以下、気温と言う。）を測定する気温センサ４２も備える。オイルタンク１２は、配管６ａを通じてオイルクーラ３１と接続されており、オイルタンク１２に溜められた油は配管６ａを通じてオイルクーラ３１に送られる。

オイルクーラ３１は、空冷熱交換器である。ここでは、空気から冷熱を得ることによって油が冷却される。ただし、オイルクーラ３１の態様はこのような空冷熱交換器に限らず、任意の態様であり得る。オイルクーラ３１は配管６ｂを通じてオイルフィルタ３２と接続されており、オイルクーラ３１で冷却された油は配管６ｂを通じてオイルフィルタ３２に送られる。

また、配管６ａ，６ｂには三方弁３３が取り付けられており、配管６ａと配管６ｂは三方弁３３を介して接続されている。そのため、オイルタンク１２に溜められた油は三方弁３３によってオイルクーラ３１をバイパスしてオイルフィルタ３２に送られ得る。

オイルフィルタ３２は、油から塵芥などの不要物をろ過するフィルタである。オイルフィルタ３２は、本体給油口１２１ｃと、追加給油口１２１ｄとに配管６ｃ，６ｄを通じてそれぞれ接続されており、オイルフィルタ３２で不要物を除去した油は配管６ｃ，６ｄを通じてロータケーシング１２１内に送られる。特に、オイルフィルタ３２と追加給油口１２１ｄとを接続する配管６ｄには電磁弁である追加給油弁３４が介設されている。配管６ａ〜６ｄ（給油ライン）内では、オイルタンク１２の内圧と、給油口１２１ｃ，１２１ｄの圧力との差圧によって、オイルタンク１２から給油口１２１ｃ，１２１ｄに向かって油が流動する。そのため、追加給油弁３４を開閉することによって追加給油口１２１ｄからロータケーシング１２１内への給油を許容または遮断できる。なお、圧縮機本体１００が定格状態のとき、本体給油口１２１ｃからの給油は常時行われている。

また、給油式スクリュ圧縮機１は、制御装置５０を備える。制御装置５０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）のような記憶装置を含むハードウェアと、それに実装されたソフトウェアにより構築されている。

制御装置５０は、給油式スクリュ圧縮機１の各構成要素を制御するが、特に油温センサ４１からの油温と、気温センサ４２からの気温とに関する信号を受信し、これらの信号に基づいて追加給油弁３４の開閉を制御する。

図２に示すように、制御装置５０は上記油温に基づいて追加給油弁３４を閉じる油温閉弁制御部５１と、上記油温に基づいて追加給油弁３４を開く油温開弁制御部５２と、上記気温に基づいて追加給油弁３４を閉じる気温閉弁制御部５３と、上記気温に基づいて追加給油弁３４を開く気温開弁制御部５４とを備える。

図３は、追加給油弁３４の開閉状態と油温センサ４１で測定した油温Ｔｏとの関係を示すグラフである。

追加給油弁３４が開かれている状況では、油温閉弁制御部５１は、油温センサ４１で測定した油温Ｔｏが第１の油温Ｔｏ１より低いか否かを判定し、油温Ｔｏが第１の油温Ｔｏ１より低いとき、追加給油弁３４を閉じようとする。ここで、第１の油温Ｔｏ１は、圧縮機本体１００が定格状態のときの油温（定格油温ＴｏＲ）よりも高く、ロータケーシング１２１内の水分が凝縮する温度（水分凝縮温度ＴｏＷ）よりも高い温度である。例えば、定格油温ＴｏＲが９５℃であり、水分凝縮温度ＴｏＷが９０℃のとき、第１の油温Ｔｏ１を１００℃に設定してもよい。好ましくは、第１の油温Ｔｏ１は、定格油温ＴｏＲと水分凝縮温度ＴｏＷのいずれか高い方の温度からプラス５℃以内である。

追加給油弁３４が閉じられている状況では、油温開弁制御部５２は、油温センサ４１で測定した油温Ｔｏが第２の油温Ｔｏ２以上であるか否かを判定し、油温Ｔｏが第２の油温Ｔｏ２より高くなったとき、追加給油弁３４を開こうとする。ここで、第２の油温Ｔｏ２は、第１の油温Ｔｏ１よりも高く、油が劣化しない温度である。この温度は、油の種類応じて変わり得るが、例えば、第２の油温Ｔｏ２を油の耐熱温度以下に設定すればよく、好ましくは油の耐熱温度からマイナス１０℃以上低く設定してもよい。

図４は、追加給油弁３４の開閉状態と気温センサ４２で測定した気温Ｔａとの関係を示すグラフである。

追加給油弁３４が開かれている状況では、気温閉弁制御部５３は、気温センサ４２で測定した気温Ｔａが第１の気温（所定の気温）Ｔａ１より低いか否かを判定し、気温Ｔａが第１の気温Ｔａ１以下（Ｔａ≦Ｔａ１）であるとき、追加給油弁３４を閉じようとする。ここで、第１の気温Ｔａ１は、ロータケーシング１２１内の冷却の必要性に基づいて設定される。具体的には、気温Ｔａが第１の気温Ｔａ１以下では追加給油によってロータケーシング１２１内を積極的に冷却しなくてもよい場合、その気温Ｔａに相当する温度として第１の気温Ｔａ１を設定できる。例えば、第１の気温Ｔａ１を３５℃に設定してもよい。

追加給油弁３４が閉じられている状況では、気温開弁制御部５４は、気温センサ４２で測定した気温Ｔａが第２の気温Ｔａ２以上であるか否かを判定し、気温Ｔａが第２の気温Ｔａ２以上であるとき、追加給油弁３４を開こうとする。ここで、第２の気温Ｔａもまた、ロータケーシング１２１内の冷却の必要性に基づいて設定される。具体的には、気温Ｔａが第２の気温Ｔａ２以上では追加給油によってロータケーシング１２１内を積極的に冷却する必要がある場合、その気温Ｔａに相当する温度として第２の気温Ｔａ２を設定できる。例えば、第２の気温Ｔａ２を４０℃に設定してもよい。

本実施形態では、油温閉弁制御部５１と気温閉弁制御部５３がともに追加給油弁３４を閉じようとしたときに、追加給油弁３４は閉じられる。即ち、油温センサ４１で測定した油温Ｔｏが第１の油温Ｔｏ１未満であり、かつ、気温センサ４２で測定した気温Ｔａが第１の気温Ｔａ１以下であるとき、追加給油弁３４は閉じられる。

また、油温開弁制御部５２または気温開弁制御部５４が追加給油弁３４を開こうとしたときに、追加給油弁３４は開かれる。即ち、油温センサ４１で測定した油温Ｔｏが第１の油温Ｔｏ２以上であるか、または、気温センサ４２で測定した気温Ｔａが第２の気温Ｔａ２以上であるとき、追加給油弁３４は開かれる。

図５は、給油式スクリュ圧縮機１の制御方法を示すフローチャートである。

給油式スクリュ圧縮機１が運転を開始すると（ステップＳ５−１）、まず追加給油弁３４を開く（ステップＳ５−２）。その状態で３０秒間の起動時の追加給油時間を確保する（ステップＳ５−３）。なお、運転開始直後は給油のための差圧が低いため給油不足になりやすいが、運転開始から所定時間の給油量を増やすことで給油不足を解消することができる。次いで、追加給油弁３４を閉じるか否かを判定する（ステップＳ５−４）。追加給油弁３４を閉じる条件が満たされない場合、追加給油弁３４を閉じるか否かを判定し続ける（ステップＳ５−４）。追加給油弁３４を閉じる条件が満たされた場合、開状態の追加給油弁３４を閉じる（ステップＳ５−５）。追加給油弁３４が閉じられた状態では、追加給油弁３４を開くか否かを判定する（ステップＳ５−６）。追加給油弁３４を開く条件が満たされない場合、追加給油弁３４を開くか否かを判定し続ける（ステップＳ５−６）。追加給油弁３４を開く条件が満たされた場合、閉状態の追加給油弁３４を開く（ステップＳ５−７）。そして、ハンチング現象を防止するために１８０秒間待機し（ステップＳ５−８）、再びステップＳ５−４に戻り、追加給油弁３４を閉じるか否かを判定する。

追加給油弁３４の閉条件（ステップＳ５−４）は、前述の通りである。即ち、油温センサ４１で測定した油温Ｔｏが第１の油温Ｔｏ１未満であり、かつ、気温センサ４２で測定した気温Ｔａが第１の気温Ｔａ１以下であるとき、開状態の追加給油弁３４は閉じられる。

追加給油弁３４の開条件（ステップＳ５−６）も、前述の通りである。即ち、油温センサ４１で測定した油温Ｔｏが第１の油温Ｔｏ２以上であり、または、気温センサ４２で測定した気温Ｔａが第２の気温Ｔａ２以上であるとき、追加給油弁３４は開かれる。

本実施形態の給油式スクリュ圧縮機１によれば、次のような利点がある。

（１）油温センサ４１によってオイルタンク１２内の油温Ｔｏを測定し、油温閉弁制御部５１によって、油温Ｔｏが第１の油温Ｔｏ１より低いか否かを判定する。仮に、オイルタンク１２内の油温Ｔｏが第１の油温Ｔｏ１以上である場合、圧縮機本体１００は定格状態に達している。定格状態に達している状態で追加給油しても油の過剰供給とはなり難いため、追加給油による動力ロスを低減できる。換言すれば、定格状態に達していない状態で追加給油すると、油の過剰供給となるおそれがあり、追加給油による動力ロスが増大する。また、オイルタンク１２内の油温Ｔｏが第１の油温Ｔｏ１よりも高い場合、水分凝縮温度ＴｏＷよりも高い温度で給油することになり、油温Ｔｏは水分凝縮温度ＴｏＷよりも高い温度を維持することができる。そのため、追加給油による水分凝縮を抑制でき、圧縮過程への悪影響を抑制できる。そこで、油温閉弁制御部５１によって、オイルタンク１２内の油温Ｔｏが第１の油温Ｔｏ１より低い場合には追加給油弁３４を閉じて追加給油口１２１ｄからの追加給油を行わないことで、動力ロスを低減でき、冷やし過ぎを抑制して水分凝縮を抑制できる。

（２）気温センサ４２によって気温Ｔａを測定し、気温閉弁制御部５３によって、気温Ｔａが第１の気温Ｔａ１より低いか否かを判定する。気温閉弁制御部５３によって、気温Ｔａが第１の気温Ｔａ１以下（Ｔａ≦Ｔａ１）であり、冷却の必要性が乏しい場合には、追加給油弁３４を閉じて追加給油口１２１ｄからの追加給油を行わないことで、過剰な給油を抑制でき、動力ロスを低減できる。さらに、本実施形態の構成によって追加給油弁３４におけるハンチング現象を防止できる。具体的には、気温Ｔａが高いとき、低負荷状態でも油温Ｔｏが高くなり易い。そのため、オイルタンク１２内の油温Ｔｏが第１の油温Ｔｏ１より低い場合に追加給油弁３４を閉じたとしても、その後すぐに追加給油弁３４を開く条件が成立するおそれがある。これに対し、油温閉弁制御部５１と気温閉弁制御部５３の両方が追加給油弁３４を閉じる条件を満たしたときに、追加給油弁３４を閉じることで、追加給油弁３４が閉状態である時間を一定以上確保できる。また、気温開弁制御部５４によって、気温Ｔａが第２の気温Ｔａ２以上であるか否かを判定する。気温閉弁制御部５３によって、気温Ｔａが第２の気温Ｔａ２以上であり、冷却の必要がある場合には、追加給油弁３４を開いて追加給油口１２１ｄからの追加給油を行うことで、適時に冷却できる。

（３）油温センサ４１によってオイルタンク１２内の油温Ｔｏを測定し、油温開弁制御部５２によって、油温Ｔｏが第２の油温Ｔｏ２より低いか否かを判定する。仮に、油温Ｔｏ２が第２の油温Ｔｏ２以上である場合、油が劣化するおそれがある。そこで、油温開弁制御部５２によって、オイルタンク１２内の油温Ｔｏが第２の油温Ｔｏ２より高い場合には追加給油弁３４を開いて追加給油口１２１ｄからの追加給油を行い、油を流動させ、油の温度を低下させる。これにより、油の劣化を抑制できる。

（４）本体給油口１２１ｃは雌ロータ室の吐出側空間に開口するように設けられているため、主に雌ロータに対して給油することになる。雌ロータは、雄ロータ１２２ａに比べて歯数が多いため回転数が少ない。そのため、主に雄ロータ１２２ａに対して給油する場合と比べて油を撹拌する動力を削減できる。また、追加給油口１２１ｄを本体給油口１２１ｃよりも下流側（吐出口側）に設けているため、本体給油口１２１ｃよりも吸込側に給油する場合と比べて冷却効果に対する撹拌動力を低減できるとともに、特に高圧側（即ち、より吐出口側）で求められる空気の漏出防止（即ち低圧側への圧縮漏れの防止）を実現できる。また、本体給油口１２１ｃと追加給油口１２１ｄの２種類の給油口を設け、制御装置５０によって追加給油弁３４を上記のように制御し、追加給油の必要がないときに追加給油を停止することにより、さらに動力ロスを抑制できる。

（第２実施形態）
図６に示す本実施形態の給油式スクリュ圧縮機１は、可変出力機である。これに関する構成以外は、図１の第１実施形態の給油式スクリュ圧縮機１の構成と実質的に同じである。従って、図１に示した構成と同様の部分については同様の符号を付して説明を省略する。

本実施形態では、モータ１３０にインバータ１３７が取り付けられている。インバータ１３７によってモータ１３０の回転速度を変更可能であるため、圧縮空気の吐出量を変更できる。これに伴い、モータ１３０の回転数を測定するための回転数センサ４３がモータに取り付けられている。また、圧縮空気の吐出量または消費量の変化に伴い、オイルタンク１２の内圧も変化し得るため、オイルタンク１２の内圧を測定するための圧力センサ４４がオイルタンク１２に取り付けられている。

図７に示すように、制御装置５０は、第１実施形態と同じ各制御部５１〜５４に加えて、回転数閉弁制御部５５と、圧力閉弁制御部５６とを備える。

追加給油弁３４が開かれている状況では、回転数閉弁制御部５５は、回転数センサ４３で測定した回転数Ｎが所定の回転数Ｎ１未満であるか否かを判定し、回転数Ｎが所定の回転数Ｎ１未満であるとき、追加給油弁３４を開いた状態に維持する。換言すれば、回転数閉弁制御部５５は、回転数Ｎが所定の回転数Ｎ１以上であるとき、開状態の追加給油弁３４を閉じようとする。ここで、所定の回転数Ｎ１は、追加給油弁３４を開いた状態に維持しなければ油不足となるおそれのある最高の回転数である。具体的には、本実施形態では前述のようにオイルタンク１２と追加給油口１２１ｄとの差圧を利用して追加給油を行うが、所定の回転数Ｎ１は、この差圧を十分に確保できる程度の回転数であることがあることが必要である。例えば、所定の回転数Ｎ１をモータ１３０の定格状態の回転数の６０％に設定してもよい。

また、追加給油弁３４が開かれている状況では、圧力閉弁制御部５６は、圧力センサ４４で測定した圧力Ｐが所定の値を超えるもの（Ｐ１＜Ｐ）であるか否かを判定し、圧力Ｐが所定の値以下（Ｐ≦Ｐ１）であるとき、追加給油弁３４を開いた状態に維持する。換言すれば、圧力閉弁制御部５６は、圧力Ｐが所定の値を超えるもの（Ｐ１＜Ｐ）であるとき、追加給油弁３４を閉じようとする。ここで、所定の値Ｐ１は、前述の差圧を利用した給油を安定して行うことができる最低の圧力である。

本実施形態では、油温閉弁制御部５１と、気温閉弁制御部５３と、回転数閉弁制御部５５と、圧力閉弁制御部５６との全てが追加給油弁３４を閉じようとしたときに、開状態の追加給油弁３４は閉じられる。即ち、油温センサ４１で測定した油温Ｔｏが第１の油温Ｔｏ１未満であり、気温センサ４２で測定した気温Ｔａが第１の気温Ｔａ１以下であり、回転数センサ４３で測定した回転数Ｎが所定の回転数Ｎ１以上であり、かつ、圧力センサ４４で測定した圧力Ｐが所定の圧力以上Ｐ１であるとき、追加給油弁３４は閉じられる。

また、油温開弁制御部５２または気温開弁制御部５４が追加給油弁３４を開こうとしたときに、追加給油弁３４は開かれる。即ち、油温センサ４１で測定した油温Ｔｏが第２の油温Ｔｏ２以上であり、または、気温センサ４２で測定した気温Ｔａが第２の気温Ｔａ２以上であるとき、追加給油弁３４は開かれる。

なお、第１実施形態で例示した各値Ｔｏ１，Ｔｏ２，Ｔａ１，Ｔａ２の定性的な意味合いは同じであるが、固定出力機と可変出力機の構造上の違いから、各数値Ｔｏ１，Ｔｏ２，Ｔａ１，Ｔａ２は第１実施形態と同じでなくてもよい。本実施形態では、例えば、第１の油温Ｔｏ１を９５℃に設定し、第２の油温を１１０℃に設定し、第１の気温Ｔａ１を３５℃に設定し、第２の気温Ｔａ２を４０℃に設定してもよい。

図８は、給油式スクリュ圧縮機１の制御方法を示すフローチャートである。

給油式スクリュ圧縮機１が運転を開始すると（ステップＳ８−１）、まず追加給油弁３４を開く（ステップＳ８−２）。その状態で３０秒間の追加給油時間を確保する（ステップＳ８−３）。なお、運転開始直後は給油のための差圧が低いため給油不足になりやすいが、運転開始から所定時間の給油量を増やすことで給油不足を解消することができる。次いで、追加給油弁３４を閉じるか否かを判定する（ステップＳ８−４）。追加給油弁３４を閉じる条件が満たされない場合、追加給油弁３４を閉じるか否かを判定し続ける（ステップＳ８−４）。追加給油弁３４を閉じる条件が満たされた場合、開状態の追加給油弁３４を閉じる（ステップＳ８−５）。追加給油弁３４が閉じられた状態では、追加給油弁３４を開くか否かを判定する（ステップＳ８−６）。追加給油弁３４を開く条件が満たされない場合、追加給油弁３４を開くか否かを判定し続ける（ステップＳ８−６）。追加給油弁３４を開く条件が満たされた場合、閉状態の追加給油弁３４を開く（ステップＳ８−７）。そして、ハンチング現象を防止するために１８０秒間待機し（ステップＳ８−８）、再びステップＳ８−４に戻り、追加給油弁３４を閉じるか否かを判定する。

上記追加給油弁３４の閉条件（ステップＳ８−４）は、前述の通りである。即ち、油温センサ４１で測定した油温Ｔｏが第１の油温Ｔｏ１未満であり、気温センサ４２で測定した気温Ｔａが第１の気温Ｔａ１未満であり、回転数センサ４３で測定した回転数Ｎが所定の回転数Ｎ１以上であり、かつ、圧力センサ４４で測定した圧力Ｐが所定の圧力Ｐ１以上であるとき、開状態の追加給油弁３４は閉じられる。

上記追加給油弁３４の開条件（ステップＳ５−６）は、前述の通りである。即ち、油温センサ４１で測定した油温Ｔｏが第２の油温Ｔｏ２以上であり、または、気温センサ４２で測定した気温Ｔａが第２の気温Ｔａ２以上であるとき、追加給油弁３４は開かれる。

本実施形態の給油式スクリュ圧縮機１によれば、第１実施形態に利点に加えて次のような利点がある。

（１）インバータ１３７によってモータ１３０の回転数Ｎを広範囲に調整でき、回転数センサ４３によって回転数Ｎを測定できる。配管６ａ〜６ｄはオイルタンク１２と本体給油口１２１ｃおよび追加給油口１２１ｄとを流体的に接続し、配管５ａは吐出口１２１ｂとオイルタンク１２とを流体的に接続している。即ち、上記構成では、圧縮機本体１００とオイルタンク１２との間で油が循環する構成となっている。特に配管６ａ〜６ｄでは、オイルタンク１２内の圧力と、追加給油口１２１ｄとの圧力との差圧を利用して、油を流動させることで給油できる。通常、圧縮機本体１００は吐出圧（オイルタンク１２内の圧力）を一定に保つようにモータ１３０の回転数Ｎが制御されている。しかし、モータ１３０の回転数が低下し過ぎると、圧縮部１２０での圧縮漏れが増加することにより吸込み側の圧力が上昇する。これに伴い吐出圧が一定の場合であっても追加給油口１２１ｄの圧力が上昇することがある。そのため、追加給油口１２１ｄの圧力とオイルタンク１２内の圧力との差圧を十分に確保できず十分に給油できないおそれがある。十分に給油されていないおそれのある状態でさらに追加給油弁３４を閉じ、追加給油口１２１ｄからの追加給油を行わないこととすると、油が不足し、圧縮に悪影響を及ぼすおそれがある。従って、回転数閉弁制御部５５によって、モータ１３０の回転数Ｎがオイルタンク１２内の圧力を十分に確保できない所定の回転数Ｎ１未満では、追加給油弁３４を開いた状態に維持し、追加給油口１２１ｄからの追加給油を継続することでロータケーシング内の油不足を防止している。

（２）圧力センサ４４によってオイルタンク１２内の圧力Ｐを測定し、圧力閉弁制御部５６によって、圧力Ｐが所定値Ｐ１を超えるもの（Ｐ１＜Ｐ）であるか否かを判定する。オイルタンク１２内の圧力Ｐがこの所定値Ｐ１以下であるとき、前述のように十分な給油量を確保できないおそれがある。十分な給油量を確保できないおそれのある状態でさらに追加給油弁３４を閉じ、追加給油を行わないこととすると、油が不足し、圧縮に悪影響を及ぼすおそれがある。従って、圧力閉弁制御部５６によって、追加給油弁３４を開いた状態に維持し、追加給油口１２１ｄからの追加給油を継続することでロータケーシング１２１内の油不足を防止している。

以上より、本発明の具体的な実施形態およびその変形例について説明したが、本発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、各制御部５１〜５６が単独で追加給油弁３４を開閉させるようにしてもよい。また、圧力閉弁制御部５６は、圧力センサ４４で測定した圧力Ｐが上限値として所定のオイルタンク１２内の圧力値Ｐ２以上であるとき、上限値Ｐ２の圧力に達する前に追加給油弁３４を開いた状態に維持するものであってもよい。追加給油弁３４によっては、一次側の圧力が高すぎると追加給油弁３４を安定して開くことができず、適時に給油できなくなり、油不足が発生するおそれがある。従って、圧力閉弁制御部５６によって、上限値である圧力Ｐ２に達する前に追加給油弁３４を開いた状態に維持し、最低限給油を継続し、油不足を抑制する。ここで、上限値であるＰ２は追加給油弁３４が機械的な仕様等を考慮して安定して開くことができる最高の圧力とすればよい。

１ 給油式スクリュ圧縮機
２ パッケージ
５ａ〜５ｅ 配管（排油ライン）
６ａ〜６ｄ 配管（給油ライン）
１０ 油分離回収器
１１ セパレータ
１２ オイルタンク
１３ 遠心分離部
２１ 保圧逆止弁
２２ ガスクーラ
２３ ドライヤ
２４ 圧力解放バルブ
２５ サイレンサ
３１ オイルクーラ
３２ オイルフィルタ
３３ 三方弁
３４ 追加給油弁
４１ 油温センサ
４２ 気温センサ
４３ 回転数センサ
４４ 圧力センサ
５０ 制御装置
５１ 油温閉弁制御部
５２ 油温開弁制御部
５３ 気温閉弁制御部
５４ 気温開弁制御部
１００ 圧縮機本体
１１０ 吸気調整弁
１１０ａ フィルタ
１２０ 圧縮部
１２１ ロータケーシング
１２１ａ 吸込口
１２１ｂ 吐出口
１２１ｃ 本体給油口
１２１ｄ 追加給油口
１２２ スクリュロータ
１２２ａ 雄ロータ
１２３，１２４ 軸部材
１２５，１２６ 軸受
１３０ モータ（電動機）
１３１ モータケーシング
１３２ 固定子
１３３ 回転子
１３４ 軸部材
１３５，１３６ 軸受
１３７ インバータ
１４０ ギアケーシング
１４１ 連結ギア
１４２ シール装置

Claims (7)

1. スクリュロータ、前記スクリュロータを駆動する電動機、前記スクリュロータを収容するロータケーシング、前記ロータケーシングに設けられた本体給油口、および前記ロータケーシングに設けられた追加給油口を有する圧縮機本体と、
   油を貯留するオイルタンクと、
   前記オイルタンクから前記追加給油口に油を送る給油ラインと、
   前記給油ライン内の油の流れを許容または遮断する追加給油弁と、
   前記オイルタンク内の油温を測定するための油温センサと、
   前記油温センサで測定した油温が所定の第１の油温より低くなったときに、前記追加給油弁を閉じる油温閉弁制御部を有する制御装置と
   を備え、
   前記第１の油温は、前記圧縮機本体が定格状態のときの油温よりも高く、前記ロータケーシング内の水分凝縮温度よりも高い温度である、給油式スクリュ圧縮機。
2. 外気の温度を測定するための気温センサをさらに備え、
   前記制御装置は、前記気温センサで測定した気温が所定の気温より低くなったときに、前記追加給油弁を閉じる気温閉弁制御部をさらに有する、請求項１に記載の給油式スクリュ圧縮機。
3. 外気の温度を測定するための気温センサをさらに備え、
   前記制御装置は、前記気温センサで測定した気温が所定の気温より低くなったときに、前記追加給油弁を閉じる気温閉弁制御部をさらに有し、
   前記油温閉弁制御部と前記気温閉弁制御部の両方が前記追加給油弁を閉じる条件を満たしたときに、前記追加給油弁を閉じるように構成されている、請求項１に記載の給油式スクリュ圧縮機。
4. 前記電動機の回転数を変更するためのインバータと、
   前記電動機の回転数を測定する回転数センサと、
   前記ロータケーシングに設けられ、油を含む圧縮ガスを吐出するための吐出口と、
   前記吐出口から前記オイルタンクに油を送る排油ラインと
   をさらに備え、
   前記制御装置は、前記回転数センサで測定した回転数が所定の回転数未満であるとき、前記追加給油弁を開いた状態に維持する回転数開弁制御部をさらに有する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の給油式スクリュ圧縮機。
5. 前記オイルタンク内の圧力を測定するための圧力センサをさらに備え、
   前記制御装置は、前記圧力センサで測定した圧力が所定の圧力以下であるとき、前記追加給油弁を開いた状態に維持する圧力開弁制御部をさらに有する、請求項３または請求項４に記載の給油式スクリュ圧縮機。
6. 前記制御装置は、前記油温センサで測定した油温が第２の油温よりも高くなったときに、前記追加給油弁を開く油温開弁制御部をさらに有し、
   前記第２の油温は、前記第１の油温よりも高く、前記油が劣化する温度である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の給油式スクリュ圧縮機。
7. 前記スクリュロータが、雄ロータと雄ロータよりも歯数の多い雌ロータとからなり、
   前記ロータケーシングが、前記雄ロータを収容する雄ロータ室と、前記雌ロータを収容する雌ロータ室とを備え、
   前記本体給油口が前記雌ロータ室の圧縮空間に開口しており、
   前記追加給油口が前記本体給油口の開口する位置よりも下流側の前記雄ロータ室または記雌ロータ室の圧縮空間に開口している、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の給油式スクリュ圧縮機。

Images