JP2022118953A - ２段型オイルフリースクリュ圧縮機およびその停止方法 - Google Patents

Abstract

【課題】２段型オイルフリースクリュ圧縮機において圧縮機本体の逆回転に伴う圧縮室への油の浸入を抑制する。【解決手段】２段型オイルフリースクリュ圧縮機１は、ガスを圧縮する低圧段圧縮機本体２と、低圧段圧縮機本体２で圧縮されたガスをさらに圧縮する高圧段圧縮機本体３と、低圧段圧縮機本体２および高圧段圧縮機本体３を駆動するモータ６と、低圧段圧縮機本体２から高圧段圧縮機本体３へとガスが流れる中間流路２０と、高圧段圧縮機本体３から吐出されたガスが流れる吐出流路３０と、吐出流路３０内の圧力を低下させる圧力解放部４とを備える。圧力解放部４は、モータ６への電力供給が停止するとともに吐出流路３０の圧力を中間流路２０の圧力よりも低下させるように構成されている。【選択図】図４

Description

本発明は、２段型オイルフリースクリュ圧縮機およびその停止方法に関する。

２段型オイルフリースクリュ圧縮機は、低圧段圧縮機本体と、高圧段圧縮機本体とを有している。以降、低圧段圧縮機本体と、高圧段圧縮機本体とを区別せずに単に圧縮機本体ともいう。圧縮機本体はケーシングを有し、ケーシング内に圧縮室が画定されている。圧縮室にはスクリュロータが配置され、スクリュロータが噛合することによってガスを圧縮する。

オイルフリースクリュ圧縮機は、給油式圧縮機と異なり、圧縮室に油が供給されない。例えば、特許文献１には、２段型オイルフリースクリュ圧縮機が開示されている。

特開２００２－３４９４６７号公報

２段型オイルフリースクリュ圧縮機では、スクリュロータのロータ軸を支持する軸受部から圧縮室内への油の浸入を抑制する必要がある。そのため、圧縮室内と軸受部との間に位置するように接触式オイルシールまたは非接触式オイルシールが設けられる。接触式オイルシールとしてはリップシールが知られており、非接触式オイルシールとしては、ラビリンスシールや、ねじポンプ作用によりオイルシール機能を生じさせるビスコシールが知られている。オイルフリースクリュ圧縮機にビスコシールを適用することを考えた場合、ビスコシールは、圧縮機本体が圧縮ガスを吐出させる方向に回転（正回転）しているときに油を圧縮室から遠ざけるように移動させることで、オイルシール機能を生じさせるように設置することになる。ここで、何らかの原因で圧縮機本体が逆回転した場合、ビスコシールがオイルを圧縮室へ向けて移動させるように働くことになり、油が圧縮室内へと浸入するおそれがある。このような圧縮機本体の逆回転は、例えば高圧段圧縮機本体の吐出側の圧力が高い状態で圧縮機本体を駆動するモータを停止（モータへの電力供給をストップ）してモータの自由回転が可能な場合に起こり得る。すなわち、高圧段圧縮機本体が吐出側の圧力によって膨張機のごとく働くことで逆回転が起こり得る。従って、オイルフリースクリュ圧縮機にビスコシールを適用する場合、そのような圧縮機本体の逆回転を可及的に抑制することが求められる。また、そのような圧縮機本体の逆回転は、停電などでも発生するおそれがある。従って、停電などでモータの自由回転が可能となった場合においても圧縮機本体の逆回転を抑制し、圧縮室への油の浸入を抑制することが求められる。

本発明は、２段型オイルフリースクリュ圧縮機において、ビスコシールの適用をした際の圧縮機本体の逆回転に伴う圧縮室への油の浸入を抑制することを課題とする。

本発明の第１の態様は、
ガスを圧縮する低圧段圧縮機本体と、
前記低圧段圧縮機本体で圧縮されたガスをさらに圧縮する高圧段圧縮機本体と、
前記低圧段圧縮機本体および前記高圧段圧縮機本体を駆動するモータと、
前記低圧段圧縮機本体から前記高圧段圧縮機本体へと前記ガスが流れる中間流路と、
前記高圧段圧縮機本体から吐出された前記ガスが流れる吐出流路と、
前記吐出流路内の圧力を低下させる圧力解放部と
を備え、
前記圧力解放部は、前記モータへの電力供給が停止するとともに前記吐出流路の圧力を前記中間流路の圧力よりも低下させるように構成されている、２段型オイルフリースクリュ圧縮機を提供する。

この構成によれば、モータへの電力供給が停止すると、圧力解放部によって吐出流路の圧力が中間流路の圧力よりも低下される。従って、高圧段圧縮機本体において、吐出ガスが吸込ガスよりも低圧となり、圧縮機本体の逆回転が抑制される。よって、圧縮機本体の逆回転に伴う圧縮室への油の浸入を抑制できる。特に、圧縮機本体において回転指向性を有するビスコシールが適用された場合、このような逆回転の問題が顕在化するおそれがあるため、上記構成は効果的に機能し得る。

前記圧力解放部は、
前記吐出流路から分岐して大気へと開放された第１放出流路と、
前記第１放出流路の前記ガスの流動を許容または遮断する第１放出弁と
を含み、
前記第１放出流路および前記第１放出弁の最も狭小となる部位の流路面積は、前記第１放出弁が前記ガスの流動を許容した際に前記吐出流路の圧力が前記中間流路の圧力よりも低下するように所定値以上に設定されていてもよい。

この構成によれば、第１放出流路および第１放出弁を介して、吐出流路のガスを大気へと逃がすことができる。上記所定値は、吐出ガスの圧力、中間流路の長さ、および吐出流路の長さなどに応じて変わり得る。そのため、製品として求められる性能を発揮するようにこれらの設計を終えた後、上記所定値を設定する。具体的には、第１放出流路の流路面積が大きくなるほど、第１放出流路の圧力が低下し、即ち第１放出流路と流体的に接続された吐出流路の圧力も低下する。従って、第１放出流路の流路面積を徐々に大きく変更し、吐出流路の圧力が中間流路の圧力よりも低下したときの流路面積を確認することで、上記所定値を決定できる。これにより、圧縮機本体の逆回転に伴う圧縮室への油の浸入を抑制できる構造を数値的に設計できる。

前記２段型オイルフリースクリュ圧縮機は、前記低圧段圧縮機本体の吸気量を調整する吸気調整弁を含み、
前記吸気調整弁は、前記モータへの電力供給が停止するとともに閉じられてもよい。

この構成によれば、吐出流路の圧力を中間流路の圧力よりも低下させる際、吸気調整弁を閉じて吸気を制限することができる。これにより、中間流路の圧力を低くすることができるため、吐出流路の圧力と中間流路の圧力との差圧を小さくできる。よって、より一層逆回転を抑制することができる。また、モータへの電力供給が停止した場合に吸気調整弁が閉じられ、前述のように圧力解放部が機能する。従って、吸気調整弁の吸気停止と、圧力解放部による圧力解放とを連動させることができる。

前記第１放出弁は、前記吸気調整弁と機械的に連動し、前記吸気調整弁が閉じられると同時に開くように構成されていてもよい。

この構成によれば、第１放出弁を電気的に動作させる場合と比べて確実に動作させることができる。また、停電した場合でも、第１放出弁の開閉に電力を必要としないため、確実に動作させることができる。従って、高い信頼性を確保できる。

前記圧力解放部は、
前記第１放出流路から分岐して大気へと開放された第２放出流路と、
前記第２放出流路の前記ガスの流動を許容または遮断する第２放出弁と
を含んでもよい。

この構成によれば、２つの流路（第１放出流路および第２放出流路）を利用して吐出流路からガスを逃がすことができるため、吐出流路の圧力をより早く低下させることができる。

本発明の第２の態様は、
ガスを圧縮する低圧段圧縮機本体と、
前記低圧段圧縮機本体で圧縮されたガスをさらに圧縮する高圧段圧縮機本体と、
前記低圧段圧縮機本体および前記高圧段圧縮機本体を同時に駆動する１つのモータと、
前記低圧段圧縮機本体から前記高圧段圧縮機本体へと前記ガスが流れる中間流路と、
前記高圧段圧縮機本体から吐出された前記ガスが流れる吐出流路と
を備える２段型オイルフリースクリュ圧縮機において、
前記低圧段圧縮機本体および前記高圧段圧縮機本体が減速しながら回転しているときに、前記吐出流路の圧力を前記中間流路の圧力よりも低下させる、２段型オイルフリースクリュ圧縮機の停止方法を提供する。

この方法によれば、低圧段圧縮機本体および高圧段圧縮機本体が減速しながら回転しているときに吐出流路の圧力が中間流路の圧力よりも低下される。従って、高圧段圧縮機本体において、吐出ガスが吸込ガスよりも低圧となり、圧縮機本体の逆回転が抑制される。よって、圧縮機本体の逆回転に伴う圧縮室への油の浸入を抑制できる。なお、吐出流路の圧力を中間流路の圧力よりも低下させるためには任意の方法が採用され得る。例えば、吐出流路の圧力を中間流路の圧力よりも低下させるように吐出流路のガスを大気へと放出してもよい。特に、圧縮機本体において回転指向性を有するビスコシールが適用された場合、このような逆回転の問題が顕在化するおそれがあるため、上記方法は効果的に作用し得る。

前記２段型オイルフリースクリュ圧縮機の停止方法において、前記１つのモータが歯車列を介して前記低圧段圧縮機本体および前記高圧段圧縮機本体を同時に駆動してもよい。

この方法によれば、低圧段圧縮機本体および高圧段圧縮機本体が歯車列を介して接続される。この場合、低圧段圧縮機本体および高圧段圧縮機本体が歯車列を介さずに接続される場合と比べて慣性モーメントや機械的な抵抗が増加する。従って、吐出流路の圧力が中間流路の圧力より低いときの圧縮機本体を逆回転させようとする力に対する抗力を増加させ、当該逆回転を抑制できる。

前記２段型オイルフリースクリュ圧縮機の停止方法において、前記２段型オイルフリースクリュ圧縮機は、前記低圧段圧縮機本体の吸気量を調整する吸気調整弁を備えており、
前記吐出流路の圧力を前記中間流路の圧力よりも低下させる際に、前記吸気調整弁を閉じて吸気を制限してもよい。

この方法によれば、前記低圧段圧縮機本体および前記高圧段圧縮機本体が回転しているときに、吐出流路の圧力を中間流路の圧力よりも低下させる際、前記吸気調整弁を閉じて吸気を制限される。それにより、中間流路の圧力を低くすることができるため、吐出流路の圧力と中間流路の圧力との差圧を小さくできる。よって、より一層逆回転を抑制することができる。

前記２段型オイルフリースクリュ圧縮機の停止方法において、前記１つのモータへの電力供給がなく前記低圧段圧縮機本体および前記高圧段圧縮機本体が回転慣性で回転しながら減速しているときに、前記吐出流路の圧力を前記中間流路の圧力よりも低下させてもよい。

この方法によれば、停電や異常停止など低圧段圧縮機本体および高圧段圧縮機本体を自然停止（フリーランストップ）させる際の停止時間を短くすることができる。

本発明によれば、２段型オイルフリースクリュ圧縮機において、圧縮機本体の逆回転に伴う圧縮室への油の浸入を抑制できる。

本発明の第１実施形態に係る２段型オイルフリースクリュ圧縮機の吸気調整弁が開状態の概略構成図。 高圧段圧縮機本体の内部を示す断面図。 図２の破線円ＩＩＩ部分の拡大図。 第１実施形態に係る２段型オイルフリースクリュ圧縮機の吸気調整弁が閉状態の概略構成図。 第１実施形態に係る２段型オイルフリースクリュ圧縮機における高圧段圧縮機本体の吸込圧Ｐ１および吐出圧Ｐ２の時間変化を示すグラフ。 一般的な２段型オイルフリースクリュ圧縮機における高圧段圧縮機本体の吸込圧Ｐ１および吐出圧Ｐ２の時間変化を示すグラフ。 第２実施形態に係る２段型オイルフリースクリュ圧縮機の吸気調整弁が開状態の概略構成図。 第２実施形態に係る２段型オイルフリースクリュ圧縮機の吸気調整弁が閉状態の概略構成図。 第３実施形態に係る２段型オイルフリースクリュ圧縮機の吸気調整弁が開状態の概略構成図。 第３実施形態に係る２段型オイルフリースクリュ圧縮機の吸気調整弁が閉状態の概略構成図。

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を参照して、第１実施形態の２段型オイルフリースクリュ圧縮機１（以下単に圧縮機１ともいう。）は、２段階でガスを圧縮する。以下では、ガスとして空気を例に説明する。なお、図では、空気の流れが太い矢印で示されている。

圧縮機１は、空気を圧縮する低圧段圧縮機本体２と、低圧段圧縮機本体２で圧縮された空気をさらに圧縮する高圧段圧縮機本体３とを有している。これらはともにスクリュ式であり、各圧縮機本体の各圧縮室Ｓ１，Ｓ２内で雌雄一対のスクリュロータ（図１において図示せず）が噛合することによって空気をそれぞれ圧縮する。

低圧段圧縮機本体２および高圧段圧縮機本体３は、モータ６により駆動されるブルギアと、そのブルギアと噛合う二つのピニオンギアを介して駆動されている。詳細には、低圧段圧縮機本体２の一対のスクリュロータの一方の軸端部および高圧段圧縮機本体３の一対のスクリュロータの一方の軸端部には、ピニオンギアが１つずつ取り付けられており、当該二つのピニオンギアを駆動するブルギアが１つのモータ６により駆動されている。

図２および図３（図２の破線円III部分の拡大図）を参照して、高圧段圧縮機本体３の内部を詳細に説明する。なお、ここでの説明は省略するが、低圧段圧縮機本体２の内部も実質的に同じ構造である。

高圧段圧縮機本体３はケーシング１２０を備え、ケーシング１２０内に圧縮室Ｓ２が画定されている。圧縮室Ｓ２には、雌雄一対のスクリュロータ１４０が配置されている。図２では、雌雄一対のスクリュロータ１４０のうち、雄ロータのみが示されている。雌雄一対のスクリュロータ１４０は、同期歯車２００によって同期して回転する。

雌雄一対のスクリュロータ１４０の雄ロータの駆動軸である雄ロータ軸１４１は、軸受２２０，２４０，２６０，２８０によって回転可能に支持されている。軸受２２０，２４０，２６０，２８０に対しては、潤滑油を供給するための潤滑用流路１２１，１２２がケーシング１２０内に形成されている。また、雄ロータ軸１４１には、ブルギア（不図示）と噛み合う１つのピニオンギア１８０が取り付けられている。また、低圧段圧縮機本体２も同様の構成を有しており、雄ロータ軸１４１には、他の１つのピニオンギアが取り付けられている。このように１つのブルギアと噛み合う２つのピニオンギアを含む歯車列を介して、低圧段圧縮機本体２および高圧段圧縮機本体３は、同時に駆動するようになっている。すなわち、低圧段圧縮機本体２が空気を吐出させる方向に回転している（以下、正回転している、とも言う。）ときは高圧段圧縮機本体３も正回転しており、低圧段圧縮機本体２が空気を吐出させる方向とは逆方向に回転している（以下、逆回転している、とも言う。）ときは高圧段圧縮機本体３も逆回転している。

なお、ここでは、ブルギアとピニオンギア１８０とを介して、低圧段圧縮機本体２と高圧段圧縮機本体３とを１つのモータ６で駆動する態様を説明しているが、その態様は特に限定されるものではない。例えば、低圧段圧縮機本体２のスクリュロータの駆動軸（雄ロータ軸）と高圧段圧縮機本体３のスクリュロータの駆動軸（雄ロータ軸）とを直列に接続してもよい。このとき、低圧段圧縮機本体２のスクリュロータの駆動軸（雄ロータ軸）に１つのモータ６を接続し、低圧段圧縮機本体２と高圧段圧縮機本体３とを同時に駆動してもよい。その場合、１つのモータ６は減速機または増速機としての機能を有する歯車列を介して低圧段圧縮機本体２の駆動軸（雄ロータ軸）に接続されてもよい。

圧縮室Ｓ２と軸受２２０，２４０との間および圧縮室Ｓ２と軸受２６０，２８０との間には、シール装置３００が設けられている。シール装置３００は圧縮室Ｓ２内の圧縮空気の外部への漏れを抑制する機能を有している。なお、ここでは、図３を参照して、雄ロータ軸１４１にシール装置３００を設けた例を示し、雌ロータ軸に設けた例については説明を省略する。シール装置３００は、雄ロータ軸１４１に外挿可能な筒状である。シール装置３００の本体部３４０は、２つのシールリング３６０，３８０の間に配置されている。また、シールリング３６０，３８０と本体部３４０との接触を維持するために、シールリング３６０，３８０のそれぞれは付勢部材４２０，４４０によって本体部３４０に向かって付勢されている。付勢部材４２０はケーシング１２０とシールリング３６０との間に配置され、付勢部材４４０は、シールリング３８０と後述するシール装置３２０との間に配置されている。付勢部材４２０，４４０は、例えばウェーブスプリングである。このようにして、本体部３４０とシールリング３６０，３８０との間がシールされる。

また、圧縮室Ｓ２と軸受２２０，２４０との間および圧縮室Ｓ２と軸受２６０，２８０との間には、シール装置３２０が設けられている。シール装置３２０は、シール装置３００に対して、軸受２２０，２４０側または軸受２６０，２８０側（即ち圧縮室Ｓ２から遠方側）に配置されている。シール装置３２０は高圧段圧縮機本体３の運転中に圧縮室Ｓ２側から軸受２２０，２４０側または軸受２６０，２８０側へ油を押し戻す機能を有している。シール装置３２０は、雄ロータ軸１４１に外挿可能な筒状である。シール装置３２０は、筒状の内周面にねじ溝３２１が形成されたビスコシールであり、シール性について回転指向性を有している。即ち、シール装置（ビスコシール）３２０は、低圧段圧縮機本体２および高圧段圧縮機本体３が正回転しているときに効果的なシール性を発揮する。

再び図１を参照して、圧縮機１は、空気の流れにおいて、吸込流路１０と、中間流路２０と、吐出流路３０と、第１放出流路４０とを有している。

吸込流路１０は、低圧段圧縮機本体２の上流側に設けられ、大気に開放されており、低圧段圧縮機本体２が吸い込む空気が流れる流路である。吸込流路１０には、低圧段圧縮機本体２の吸気量を調整するための吸気調整弁１１が設けられている。図１は、吸気調整弁１１が開かれ、圧縮機１が通常運転している状態を示している。吸気調整弁１１の詳細は後述する。

中間流路２０は、低圧段圧縮機本体２と高圧段圧縮機本体３との間に設けられ、低圧段圧縮機本体２から高圧段圧縮機本体３へと空気が流れる流路である。

吐出流路３０は、高圧段圧縮機本体３の下流側に設けられ、高圧段圧縮機本体３から吐出された空気が流れる流路である。吐出流路３０には、逆流防止のための逆止弁３２が設けられている。吐出流路３０は、工場などの圧縮空気の供給先に続いている。

第１放出流路４０は、逆止弁３２の一次側（上流側）の吐出流路３０から分岐して大気へと開放された流路である。第１放出流路４０には、第１放出流路４０の空気の流動を許容または遮断する子弁（第１放出弁）４１と、空気を大気放出する際の騒音を低減するためのサイレンサ４２とが設けられている。

圧縮機１の通常運転中の上記各流路１０，２０，３０，４０の圧力を確認すると、吸込流路１０の圧力は大気圧となっているため最も低い。中間流路２０の圧力は、吸込流路１０の圧力よりも高い。中間流路２０の空気は、吸込流路１０の空気が低圧段圧縮機本体２によって圧縮されるためである。吐出流路３０の圧力は、中間流路２０の圧力よりも高い。吐出流路３０の空気は、中間流路２０の空気が高圧段圧縮機本体３によって圧縮されるためである。第１放出流路４０の圧力は、吐出流路３０の圧力と実質的に同じである。吐出流路３０と第１放出流路４０は流体的に接続されているためである。即ち、圧力が低い順に、吸込流路１０、中間流路２０、吐出流路３０（第１放出流路４０）となっている。

吸気調整弁１１は、棒状の連結ロッド１２と、親弁１３とを有している。連結ロッド１２は、親弁１３と、子弁４１とを機械的に接続している。換言すれば、親弁１３および子弁４１は、連結ロッド１２によって連動するように構成されている。

連結ロッド１２は、ピストン部１４に機械的に接続されており、ピストン部１４によって動かされる。連結ロッド１２が動くと、親弁１３を閉じると同時に子弁４１を開くようになっているとともに、親弁１３を開くと同時に子弁４１を閉じるようになっている。

ピストン部１４は、内部にピストン室Ｓ３を画定するケーシング１５と、ピストン室Ｓ３に配置されたコイルばね１６および仕切部材１７とを有している。

仕切部材１７は、ピストン室Ｓ３を第１室Ｓ３１と第２室Ｓ３２とに仕切っている。仕切部材１７にはコイルばね１６が取り付けられており、仕切部材１７はコイルばね１６によって第１室Ｓ３１が大きくなるとともに第２室Ｓ３２が小さくなる方向に付勢されている。仕切部材１７には連結ロッド１２が取り付けられており、第２室Ｓ３２への加圧が解除された自然状態になると、コイルばね１６の付勢によって仕切部材１７が移動することで第１室Ｓ３１が拡大するとともに第２室Ｓ３２が縮小する。仕切部材１７の動きと連動して、親弁１３が閉じられると同時に子弁４１が開かれる（図４参照）。

吸気調整弁１１は、必要に応じて中間流路２０の空気を第２室Ｓ３２に供給できるように構成されている（図１参照）。本実施形態では、中間流路２０から第２室Ｓ３２への加圧された空気の供給を許容または遮断する切替弁２１が設けられている。中間流路２０から第２室Ｓ３２への空気の供給を許容するように切替弁２１を切り替えることにより、第２室Ｓ３２に空気を供給し、コイルばね１６の付勢力に抗して仕切部材１７を（図１において左方向に）移動させることができる。このとき、第２室Ｓ３２が拡大するとともに第１室Ｓ３１が縮小し、親弁１３が開かれると同時に子弁４１が閉じられる。圧縮機１の通常運転時には中間流路２０から第２室Ｓ３２への加圧された空気の供給を許容するように切替弁２１が切り替えられる。従って、圧縮機１の通常運転時には、低圧段圧縮機本体２は、開状態の親弁１３を介して吸込流路１０から空気を吸い込むことができる。また、子弁４１が閉じているときに、吐出流路３０の空気が第１放出流路４０を介して大気へと逃げることはない。なお、切替弁２１としては電磁切替弁を使用することができる。この場合、電磁切替弁は、圧縮機１を起動する際にソレノイドに通電して中間流路２０と第２室Ｓ３２とを接続するように切り替わり、通電の無い場合には、中間流路２０と第２室Ｓ３２とを遮断するとともに第１室Ｓ３１と第２室Ｓ３２とを接続するように、スプリング力によって切り替わる。なお、第１室Ｓ３１は吸気調整弁１１（本実施形態では親弁１３）の２次側（下流側）の吸込流路１０に連通している。

図４は、モータ６への電力供給が停止している状態を示している。モータ６への電力供給が停止する場合とは、例えば、異常停止や停電の場合である。通常運転時からモータ６への電力供給が停止した直後は、低圧段圧縮機本体２および高圧段圧縮機本体３のスクリュロータが慣性により正回転しながら減速している。図４では、低圧段圧縮機本体２の吐出圧力が低い状態であるため吸気調整弁１１（即ち親弁１３）が閉じられている。吸気調整弁１１（即ち親弁１３）は、モータ６への電力供給停止とともに閉じられることが好ましく、モータ６への電力供給が停止してから低圧段圧縮機本体２および高圧段圧縮機本体３のスクリュロータが慣性により正回転している間に閉じられることがより好ましい。吸気調整弁１１（即ち親弁１３）が閉じられると、中間流路２０から第２室Ｓ３２へ空気が供給されなくなるため、コイルばね１６の付勢力によって、親弁１３が閉じられるとともに子弁４１が開かれる。これにより、第１放出流路４０および開状態の子弁４１を介して逆止弁３２よりも上流の吐出流路３０の空気を大気へと逃がすことができる。即ち、逆止弁３２よりも上流の吐出流路３０の圧力を解放することができる。このように本実施形態では、逆止弁３２よりも上流の吐出流路３０の空気を大気へと逃がすことによって逆止弁３２よりも上流の吐出流路３０の圧力を低下させる圧力解放部４が設けられている。なお、圧力解放部４は、第１放出流路４０と、子弁４１とを含んでいる。

本実施形態の圧縮機１は、圧力解放部４によって、モータ６への電力供給が停止してから、吐出流路３０の圧力が中間流路２０の圧力よりも低下するように構成されている。詳細には、子弁４１（即ち第１放出弁）が開状態とされた際に吐出流路３０の圧力が中間流路２０の圧力よりも低下するように、第１放出流路４０および子弁４１の最も狭小となる部位の流路面積が所定値以上に設計されている。この所定値は、吐出空気の圧力、中間流路２０の長さ、および圧縮室Ｓ２の吐出口から逆止弁３２までの吐出流路３０の配管長や配管径などに応じて変わり得る。そのため、圧縮機１として求められる性能を発揮するようにこれらの設計を終えた後、上記所定値を設定する。

具体的な設計では、例えば、第１放出流路４０の仮配管に試験用弁を配置し、試験用弁の開度を変更すると共に吸込圧Ｐ１および吐出圧Ｐ２を測定する。モータ６への電力供給が停止してから低圧段圧縮機本体２および高圧段圧縮機本体３のスクリュロータが慣性により正回転している間に吐出圧Ｐ２が吸込圧Ｐ１よりも低くなるような仮配管の流路面積ないし試験用弁の開度を見つけることにより、第１放出流路４０および子弁４１の最も狭小となる部位の流路面積の所定値を設定することができる。代替的には、コンピュータ解析や数値計算によってその所定値を求めてもよい。

図５，６を参照して、本実施形態の２段型オイルフリースクリュ圧縮機１と、一般的な２段型オイルフリースクリュ圧縮機とを比較し、本実施形態の圧縮機１の作用効果について説明する。

図５は、本実施形態の圧縮機１における高圧段圧縮機本体３の吸込圧Ｐ１および吐出圧Ｐ２の時間変化を示すグラフである。グラフの横軸は時間を示し、縦軸は圧力を示している。圧力Ｐ１から始まる破線の曲線は中間流路２０の圧力を示し、圧力Ｐ１よりも大きな圧力Ｐ２（Ｐ２＞Ｐ１）から始まる実線の曲線は吐出流路３０の圧力を示している。また、圧力Ｐ０は、圧力Ｐ１よりも小さく（Ｐ０＜Ｐ１）、例えば大気圧であり得る。横軸の時間は、モータ６への電力供給が停止したときからの時間を示している。

図５を参照して、中間流路２０の圧力（破線曲線参照）は、圧力Ｐ１から圧力Ｐ０まで時間ｔ１で減少している。吐出流路３０の圧力（実線曲線参照）は、圧力Ｐ２から圧力Ｐ０まで時間ｔ２で減少している。時間ｔ２は時間ｔ１より短く、その結果、時間ｔ３において２つの曲線が交差する。これにより、時間ｔ３以降、吐出流路３０の圧力が中間流路２０の圧力よりも低くなっており、吐出流路３０から中間流路２０への空気の逆流が抑制される。

モータ６への電力供給が停止すると、低圧段圧縮機本体２および高圧段圧縮機本体３のスクリュロータが慣性により正回転を維持している間に吐出流路３０の圧力を中間流路２０の圧力よりも低下させる。即ち、時間ｔ３は、低圧段圧縮機本体２および高圧段圧縮機本体３のスクリュロータが慣性により正回転を維持している時間内に設定される。これにより、低圧段圧縮機本体２および高圧段圧縮機本体３のスクリュロータが正回転を維持している間に吐出流路３０の圧力が中間流路２０の圧力よりも低下するため、当該スクリュロータが逆回転することを一層抑制できる。

図６は、本実施形態とは異なる一般的な２段型オイルフリースクリュ圧縮機における高圧段圧縮機本体の吸込圧Ｐ１および吐出圧Ｐ２の時間変化を示すグラフである。図６のグラフの表示形式に関しては図５と同じである。

図６を参照して、中間流路２０の圧力（破線曲線参照）は、圧力Ｐ１から圧力Ｐ０まで時間ｔ１で減少している。吐出流路３０の圧力（実線曲線参照）は、圧力Ｐ２から圧力Ｐ０まで時間ｔ１で減少している。このとき、グラフ中の２つの曲線は交差せず、吐出流路３０の圧力が中間流路２０の圧力よりも低下することはない。従って、高圧の吐出流路３０から低圧の中間流路２０まで空気が流れ（逆流し）、低圧段圧縮機本体２および高圧段圧縮機本体３のスクリュロータが逆回転するおそれがある。

本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

モータ６への電力供給が停止すると、圧力解放部４によって吐出流路３０の圧力が中間流路２０の圧力よりも低下される。従って、高圧段圧縮機本体３において、逆止弁３２よりも上流の吐出流路３０の空気が中間流路２０の空気よりも低圧となり、吐出流路３０の空気の逆流が抑制される。よって、圧縮機本体の逆回転に伴う圧縮室Ｓ２への油の浸入を抑制できる。特に、本実施形態のように、低圧段圧縮機本体２および高圧段圧縮機本体３において回転指向性を有するビスコシール３２０が適用された場合、このような逆回転の問題が顕在化するおそれがあるため、本実施形態の構成は効果的に機能し得る。

また、第１放出流路４０および子弁４１を介して、逆止弁３２よりも上流の吐出流路３０の空気を大気へと逃がすことができる。特に、本実施形態の圧縮機１は、第１放出流路４０および子弁４１（第１放出弁）の最も狭小となる部位の流路面積（流れ方向に対する流路の断面積、流れ断面積ということもある。）を前述のように所定値以上に設定しているため、モータ６への電力供給が停止してから子弁４１が開いて逆止弁３２よりも上流の吐出流路３０の圧力が中間流路２０の圧力よりも低下するように構成されている。それにより、低圧段圧縮機本体２および高圧段圧縮機本体３が回転慣性で回転しながら減速しているときに、吐出流路３０の圧力を低く保ちながら中間流路２０の圧力を下げることができる。従って、圧縮機本体２，３の逆回転に伴う圧縮室Ｓ２への油の浸入を抑制できる。

また、低圧段圧縮機本体２および高圧段圧縮機本体３は１つのモータ６で同時に駆動するように構成されている。それにより、低圧段圧縮機本体２および高圧段圧縮機本体３が回転慣性で回転しながら減速しているときに、中間流路２０の圧力が、低圧段圧縮機本体２を逆回転させようとする力として働くことになる。即ち、高圧段圧縮機本体３を正回転させようとする力を打ち消す方向の力として働く。従って、低圧段圧縮機本体２および高圧段圧縮機本体３を自然停止（フリーランストップ）させる際の停止時間を短くすることができる。

また、親弁１３および子弁４１は機械的に接続されて連動するため、これらを電気的に動作させる場合と比べて確実に動作させることができる。

（第２実施形態）
図７，８に示す第２実施形態の圧縮機１は、圧力解放部４に関する構成以外は、第１実施形態と実質的に同じである。従って、第１実施形態にて示した部分については説明を省略する場合がある。

図７は、第１実施形態の図１に対応し、吸気調整弁１１が開かれた状態を示している。図８は、第１実施形態の図４に対応し、吸気調整弁１１が閉じられた状態を示している。

本実施形態では、圧力解放部４は、第１放出流路４０および子弁４１だけなく、第１放出流路４０から分岐して大気へと開放された第２放出流路５０と、第２放出流路５０の空気の流動を許容または遮断する放出弁（第２放出弁）５１とを有している。

本実施形態では、吸気調整弁１１（即ち親弁１３）が閉じられるとともに、子弁４１および放出弁５１が開かれる。親弁１３および子弁４１は、第１実施形態と同様に機械的に連動する。放出弁５１は、子弁４１と同様に親弁１３と機械的に接続されて連動するようにしてもよいし、電磁弁として独立して電気的に開閉制御されてもよい。

また、放出弁５１は、吐出流路３０の圧力に応じて開閉制御されてもよい。これに伴い、吐出流路３０において圧力を測定する圧力センサ３３と、放出弁５１の開閉を制御する制御装置５とが設けられてもよい。このとき、制御装置５は、圧力センサ３３で測定した圧力が所定値以上の場合に放出弁５１を開いてもよい。

本実施形態によれば、２つの流路（すなわち、第１放出流路４０および第２放出流路５０）を利用して吐出流路３０から空気を逃がすことができるため、吐出流路３０の圧力をより早く低下させることができる。特に、親弁１３と子弁４１とが連動するように一体的に構成される場合、子弁４１の大きさについて制約を受けることがある。即ち、第１放出流路４０を大きく構成できない場合がある。そのような場合には、本実施形態のように第１放出流路４０に加えて第２放出流路５０を設けて、空気の逃げ道を増やすことが有効である。

（第３実施形態）
図９，１０に示す第３実施形態の圧縮機１は、圧力解放部４に関する構成以外は、第１実施形態と実質的に同じである。従って、第１実施形態にて示した部分については説明を省略する場合がある。

図９は、第１実施形態の図１に対応し、吸気調整弁１１が開かれた状態を示している。図１０は、第１実施形態の図４に対応し、吸気調整弁１１が閉じられた状態を示している。

本実施形態では、圧力解放部４は、第１放出流路４０において、電磁弁としての放出弁（第１放出弁）４３を有している。なお、放出弁４３は、親弁１３と機械的に接続されていない。

また、本実施形態では、圧縮機１は、第２実施形態のように制御装置５を有している。制御装置５によって、放出弁４３は、モータ６への電力供給が停止するとともに開かれる。好ましくは、放出弁４３は、吸気調整弁１１が閉じられると同時に開かれる。これにより、吐出流路３０の圧力が中間流路２０の圧力よりも低下するように構成されている。

本実施形態のように、第１放出流路４０の放出弁４３は、吸気調整弁１１から独立して設けられてもよい。これにより、第１放出流路４０の配置を自由に設計できる。

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。

圧縮機１の停止方法も様々に考えられる。例えば、圧縮機１の停止の際、低圧段圧縮機本体２および高圧段圧縮機本体３が減速しながら回転しているときに、吐出流路３０の圧力を中間流路２０の圧力よりも低下させてもよい。このとき、上記実施形態のように１つのモータ６がピニオンギア１８を含む歯車列を介して低圧段圧縮機本体２および高圧段圧縮機本体３を同時に駆動してもよい。またこのとき、吸気調整弁１１を閉じて吸気を制限してもよい。これにより、中間流路２０の圧力を低くすることができるため、吐出流路３０の圧力と中間流路２０の圧力との差圧を小さくできる。よって、より一層逆回転を抑制することができる。

また、モータ６への電力供給がなく低圧段圧縮機本体２および高圧段圧縮機本体３が回転慣性で回転しながら減速しているときに、吐出流路３０の圧力を中間流路２０の圧力よりも低下させてもよい。これにより、モータ６への電力供給がなく回転慣性で回転しながら減速しているときに、吐出流路３０の圧力を中間流路２０の圧力よりも低下させることができる。よって、停電や異常停止など低圧段圧縮機本体２および高圧段圧縮機本体３を自然停止（フリーランストップ）させる際の停止時間を短くすることができる。

１ ２段型オイルフリースクリュ圧縮機（圧縮機）
２ 低圧段圧縮機本体
３ 高圧段圧縮機本体
４ 圧力解放部
５ 制御装置
６ モータ
１０ 吸込流路
１１ 吸気調整弁
１２ 連結ロッド
１３ 親弁
１４ ピストン部
１５ ケーシング
１６ コイルばね
１７ 仕切部材
２０ 中間流路
２１ 切替弁
３０ 吐出流路
３２ 逆止弁
３３ 圧力センサ
４０ 第１放出流路
４１ 子弁（第１放出弁）
４２ サイレンサ
４３ 放出弁（第１放出弁）
５０ 第２放出流路
５１ 放出弁（第２放出弁）
１２０ ケーシング
１４０ スクリュロータ
１４１ 雄ロータ軸
１８０ ピニオンギア
２００ 同期歯車
２２０，２４０，２６０，２８０ 軸受
３００，３２０ シール装置
３２１ ねじ溝
３４０ 本体部
３６０，３８０ シールリング
４２０，４４０ 付勢部材
Ｓ１，Ｓ２ 圧縮室
Ｓ３ ピストン室
Ｓ３１ 第１室
Ｓ３２ 第２室

Claims (9)

1. ガスを圧縮する低圧段圧縮機本体と、
   前記低圧段圧縮機本体で圧縮されたガスをさらに圧縮する高圧段圧縮機本体と、
   前記低圧段圧縮機本体および前記高圧段圧縮機本体を駆動するモータと、
   前記低圧段圧縮機本体から前記高圧段圧縮機本体へと前記ガスが流れる中間流路と、
   前記高圧段圧縮機本体から吐出された前記ガスが流れる吐出流路と、
   前記吐出流路内の圧力を低下させる圧力解放部と
   を備え、
   前記圧力解放部は、前記モータへの電力供給が停止するとともに前記吐出流路の圧力を前記中間流路の圧力よりも低下させるように構成されている、２段型オイルフリースクリュ圧縮機。
2. 前記圧力解放部は、
   前記吐出流路から分岐して大気へと開放された第１放出流路と、
   前記第１放出流路の前記ガスの流動を許容または遮断する第１放出弁と
   を含み、
   前記第１放出流路および前記第１放出弁の最も狭小となる部位の流路面積は、前記第１放出弁が前記ガスの流動を許容した際に前記吐出流路の圧力が前記中間流路の圧力よりも低下するように所定値以上に設定されている、請求項１に記載の２段型オイルフリースクリュ圧縮機。
3. 前記低圧段圧縮機本体の吸気量を調整する吸気調整弁を含み、
   前記吸気調整弁は、前記モータへの電力供給が停止するとともに閉じられる、請求項２に記載の２段型オイルフリースクリュ圧縮機。
4. 前記第１放出弁は、前記吸気調整弁と機械的に連動し、前記吸気調整弁が閉じられると同時に開くように構成されている、請求項３に記載の２段型オイルフリースクリュ圧縮機。
5. 前記圧力解放部は、
   前記第１放出流路から分岐して大気へと開放された第２放出流路と、
   前記第２放出流路の前記ガスの流動を許容または遮断する第２放出弁と
   を含む、請求項３または請求項４に記載の２段型オイルフリースクリュ圧縮機。
6. ガスを圧縮する低圧段圧縮機本体と、
   前記低圧段圧縮機本体で圧縮されたガスをさらに圧縮する高圧段圧縮機本体と、
   前記低圧段圧縮機本体および前記高圧段圧縮機本体を同時に駆動する１つのモータと、
   前記低圧段圧縮機本体から前記高圧段圧縮機本体へと前記ガスが流れる中間流路と、
   前記高圧段圧縮機本体から吐出された前記ガスが流れる吐出流路と
   を備える２段型オイルフリースクリュ圧縮機において、
   前記低圧段圧縮機本体および前記高圧段圧縮機本体が減速しながら回転しているときに、前記吐出流路の圧力を前記中間流路の圧力よりも低下させる、２段型オイルフリースクリュ圧縮機の停止方法。
7. 前記１つのモータが歯車列を介して前記低圧段圧縮機本体および前記高圧段圧縮機本体を同時に駆動する、請求項６に記載の２段型オイルフリースクリュ圧縮機の停止方法。
8. 前記２段型オイルフリースクリュ圧縮機は、前記低圧段圧縮機本体の吸気量を調整する吸気調整弁を備えており、
   前記吐出流路の圧力を前記中間流路の圧力よりも低下させる際に、前記吸気調整弁を閉じて吸気を制限する、請求項６または請求項７に記載の２段型オイルフリースクリュ圧縮機の停止方法。
9. 前記１つのモータへの電力供給がなく前記低圧段圧縮機本体および前記高圧段圧縮機本体が回転慣性で回転しながら減速しているときに、前記吐出流路の圧力を前記中間流路の圧力よりも低下させる、請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の２段型オイルフリースクリュ圧縮機の停止方法。

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