JP3899238B2 - 油冷式スクリュ圧縮機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油冷式スクリュ圧縮機に関し、より詳しくは、分離した油中に空気中の水分が混入するのを効果的に防止することを可能ならしめるようにした油冷式スクリュ圧縮機の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のとおり、空気中には水分が含まれている。プロセスに供給する圧縮空気を得るために、油冷式スクリュ圧縮機の圧縮機本体により水分が含まれている空気を吸込んで圧縮すると水分の蒸気圧が上昇し、吐出空気の露点が高くなる。
吐出空気の温度がこの露点よりも低温である場合には、空気中から水分が析出して吐出空気から分離回収されて潤滑油として活用される油中に混入してしまうので、圧縮機本体の軸受が潤滑不良になったり、また錆が発生したりするという不具合が発生する原因になる。そのため、このような油冷式スクリュ圧縮機の場合には、吐出空気の温度がある設定温度以下にならないように、温度調節弁により吐出空気の温度を制御するようにしている。この吐出空気の設定温度は、普通、露点＋１０℃である。しかしながら、吐出空気の露点は吸込み空気の温度、湿度によって変化するので、変化する露点を求めて吐出空気の温度を制御するようにした油冷式容積型回転圧縮機（油冷式スクリュ圧縮機）が、例えば特開昭６１−２９４１８８号公報に開示されている。
【０００３】
上記従来例に係る油冷式容積型回転圧縮機を、その潤滑油の循環系統図の図３を参照しながら、同公報に記載されている同一名称ならびに同一符号を以て説明すると、図に示す符号１は圧縮機本体であり、この圧縮機本体１の空気を吸込む管路ａに圧力検出器８、湿度検出器１０、温度検出器１１が取付けられている。
前記圧縮機本体１から管路ｃを介して油回収器（油分離回収器）２に油分を含む吐出空気が供給されるようになっており、油分が分離された吐出空気は、圧力検出器８が取付けられてなる管路ｄから供給先側に供給されると共に、油回収器２で吐出空気から分離回収された油は潤滑油として、管路ｅ、三方弁４、オイルクーラ３が介装された管路ｆおよびこの管路ｆに並行配設されたバイパスする管路ｇ、フィルタ６およびポンプ７が介装されてなる管路ｂを介して圧縮機本体１の図示しない軸受、軸封部に循環されるようになっている。
【０００４】
前記三方弁４は、圧縮機本体１から油回収器２に連通する管路ｃを流れる油を含む吐出空気の温度を検出し、検出した温度に応じて前記管路ｆ，ｇに対する油の配分率を調整する温度調節計５で制御されるようになっている。そして、この温度調節計５の設定温度は、前記各検出器により検出される吸込み空気の温度、湿度、圧力、吐出空気の圧力に基づき演算器９で演算された露点に設定される。
また、この温度調節計５により検出された温度に基づいて前記三方弁４を制御し、圧縮機本体１に循環させる潤滑油の温度を調整することにより、前記吐出空気の温度が露点以上になるように制御している。
【０００５】
ところで、吸込み空気の吸込み条件が最悪である場合を条件にして吐出空気の設定温度を決めること（この方法が最も現実的で、一般に用いられている。）ができる。しかしながら、吐出空気の温度が低温であるほど、油冷式スクリュ圧縮機の性能がよいので、油冷式スクリュ圧縮機にとって支障がない範囲で、可能な限り吐出空気の温度を低温にするのが好ましい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例に係る油冷式容積型回転圧縮機（油冷式スクリュ圧縮機）は、上記のとおり、吸込み空気の変化する湿度から吐出空気の露点を求めて、この吐出空気の温度が露点以下の温度にならないように制御するように構成されている。
従って、潤滑油となる油中への水分の混入に起因する軸受の潤滑不良や錆の発生防止に効果があるので、この従来例に係る油冷式スクリュ圧縮機はそれなりに優れていると考えられる。しかしながら、吐出空気の温度を制御する高価な演算器や湿度検出器を使用しなければならないので、圧縮機自体が高コストになって経済的に不利になるのに加えて、演算器はノイズによる影響を受け易く、しかも故障が多く、信頼性に欠けるという解決すべき課題があって、なかなか普及しないというのが現実である。
【０００７】
従って、本発明の目的は、低コストであって、しかも信頼性に優れた油冷式スクリュ圧縮機を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、吸込み空気の温度が４０℃以下の場合には、経験則からすると吐出空気の湿度は一般に７５％以上にはならないので、この点をうまく活用すれば湿度検出器を設ける必要がなくなり、そして圧縮空気の需要の急激な変動がない限り吐出空気の吐出圧力は油冷式スクリュ圧縮機の仕様によって決まるので圧力検出器を設ける必要がなくなる結果、湿度検出器、圧力検出器、温度検出器からの検出値によって吐出空気の露点を演算する演算器も不要になると考えて本発明をなしたものである。
【０００９】
従って、上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る油冷式スクリュ圧縮機が採用した手段は、圧縮機本体を備え、この圧縮機本体から吐出される吐出空気中の油分を分離回収する油分離回収器を備え、オイルクーラが介装され、前記油分離回収器で分離回収された油を前記圧縮機本体の軸受、軸封部に戻す油流路を備えた油冷式スクリュ圧縮機において、前記油流路を分岐させ、分岐させた分岐流路のそれぞれに開閉弁を介装し、これら分岐流路の開閉弁の下流側のそれぞれに、第１油出口がオイルクーラの上流側に連通すると共に、第２油出口がオイルクーラの下流側に連通し、分岐流路に流入する油の油温が予め設定した設定温度よりも高温であれば第１油出口への油量を増大させ、低温であれば第２油出口への油量を増大させる機能を備えた自動温度調節弁を設け、前記圧縮機本体の吸込み側に、吸込み空気の温度を検出する温度検出手段を設け、この温度検出手段で検出された吸込み空気の温度に基づいて決定される吐出空気の露点よりも高温の設定温度に設定された前記自動温度調節弁のうち、設定温度が最も低温の自動温度調節弁の上流側の開閉弁を開弁させると共に他の開閉弁を閉弁させるように構成したことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の請求項２に係る油冷式スクリュ圧縮機が採用した手段は、請求項１に記載の油冷式スクリュ圧縮機において、前記温度検出手段は、前記圧縮機本体の吸込み側の吸込み空気の温度によってＯＮ−ＯＦＦする複数の温度スイッチであることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る油冷式スクリュ圧縮機を、その模式的構成説明図の図１と、その自動温度調節弁の作動説明図の図２（ａ），（ｂ），（ｃ）とを順次参照しながら説明する。
【００１２】
先ず、図１を参照しながら、本発明の実施の形態に係る油冷式スクリュ圧縮機の構成を説明すると、図に示す符号２は、互いに噛合する雌雄一対のスクリュロータ（図示省略）が内蔵された圧縮機本体である。この圧縮機本体２の空気吸込み口２ａには、吸込み空気の温度が１５℃を超えるとＯＮになり、１５℃以下でＯＦＦになる温度検出手段である第１温度スイッチ１ａ、および吸込み空気の温度が３０℃を超えるとＯＮになり、３０℃以下でＯＦＦになる温度検出手段である第２温度スイッチ１ｂが取付けられてなる吸込み管路１が連通している。
また、前記圧縮機本体２の吐出口２ｂから、吐出される吐出空気中の油分を分離回収する油分離回収器４に吐出管路３が連通しており、この油分離回収器４の空気出口４ａから図示しない空気供給先側に、この油分離回収器４で油分が除去された圧縮空気を供給する空気供給管路５が連通している。
【００１３】
ところで、吸込み空気の温度が４０℃以下の場合には、経験則からすると吐出空気の湿度は一般に７５％以上にはならない。そこで、吐出空気の湿度が７５％であり、圧縮機本体２の定常運転における吐出空気の圧力が０．６８６５ＭＰａ（７ｋｇｆ／ｃｍ² ）であるとすると、前記第１温度スイッチ１ａと前記第２温度スイッチ１ｂとのＯＮ−ＯＦＦによる吸込み空気の温度における吐出空気の最高露点は下記のとおりとなる。
【００１４】
(1) 第１温度スイッチ１ａと第２温度スイッチ１ｂとが共にＯＦＦで、吸込み空気の温度が１５℃以下の場合の圧縮空気の最高露点は４６℃である。
(2) 第１温度スイッチ１ａがＯＮで、かつ第２温度スイッチ１ｂがＯＦＦであって、吸込み空気の温度が１５℃を超え、かつ３０℃以下の場合の圧縮空気の最高露点は６５℃である。
(3) 第１温度スイッチ１ａと第２温度スイッチ１ｂとが共にＯＮで、吸込み空気の温度が３０℃（４０℃以下）を超える場合の圧縮空気の最高露点は７８℃である。
【００１５】
前記油分離回収器４の底部の油出口４ｂから、圧縮機本体２に、この油分離回収器４で吐出空気から分離回収された油を潤滑油として、この圧縮機本体２に循環させる油流路である油循環管路６が連通している。この油循環管路６にはオイルクーラ９、フィルタ１０、ポンプ１１が介装されている。そして、この油循環管路６は、前記油分離回収器４の油出口４ｂの直後から、分岐流路である第１循環分岐管路６ａ、第２循環分岐管路６ｂ、および第３循環分岐管路６ｃに分岐している。前記第１循環分岐管路６ａには電磁式の第１開閉弁７ａが、前記第２循環分岐管路６ｂには電磁式の第２開閉弁７ｂが、前記第３循環分岐管路６ｃには電磁式の第３開閉弁７ｃが介装されている。
【００１６】
前記各循環分岐管路６ａ，６ｂ，６ｃの各開閉弁７ａ，７ｂ，７ｃの下流側のそれぞれには３つの後述する構成になる自動温度調節弁８が取付けられている。
この自動温度調節弁８は、図２（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、前記オイルクーラ９の上流側に油を流入させる第１油出口８１と、前記オイルクーラ９の下流側に油を流入させ第２油出口８２と、前記油分離回収器４から油が流入する油入口８３とを有するバルブボデイ８０を備えている。このバルブボデイ８０の内側には、後述する設定温度のサーモスタット８５の作動により第１油出口８１側の開度と第２油出口８２側の開度とを制御する弁体８４が設けられている。
この弁体８４は、油入口８３から流入する油の油温が設定温度よりも高温であれば第１油出口８１（オイルクーラ９の上流側）への油量を増大させるべく第１油出口８１側の開度を大きく〔図２（ａ）参照。〕し、低温であれば第２油出口８２（オイルクーラ９の下流側）への油量を増大させるべく第２油出口８２側の開度を大きく〔図２（ｃ）参照。〕する働きをするものである。
【００１７】
これら３つの自動温度調節弁８は何れも同構成であるが設定温度が相違する。
即ち、第１循環分岐管路６ａに介装されてなる第１自動温度調節弁８ａの設定温度は５６℃であり、第２循環分岐管路６ｂに介装されてなる第２自動温度調節弁８ｂの設定温度は７５℃であり、また第３循環分岐管路６ｃに介装されてなる第３自動温度調節弁８ｃの設定温度は８８℃である。そして、各自動温度調節弁８ａ，８ｂ，８ｃそれぞれの第１油出口８１からオイルクーラ９の上流側に連通すると共に、それぞれの第２油出口８２からオイルクーラ９の下流側に連通している。なお、前記第１，２，３自動温度調節弁８ａ，８ｂ，８ｃの設定温度５６℃、７５℃、８８℃は、前記第１温度スイッチ１ａと第２温度スイッチ１ｂとのＯＮ−ＯＦＦによって定まる圧縮空気の最高露点４６℃、６５℃、７８℃のそれぞれに１０℃を加算したものである。
【００１８】
前記第１，２，３各開閉弁７ａ，７ｂ，７ｃは、何れも前記第１温度スイッチ１ａおよび前記第２温度スイッチ１ｂのＯＮ−ＯＦＦによって、下記のように開閉制御されるように構成されている。
【００１９】
(1) 第１温度スイッチ１ａと第２温度スイッチ１ｂとが共にＯＦＦで、吸込み空気の温度が１５℃以下の場合は、第１開閉弁７ａが開弁されると共に、第２開閉弁７ｂおよび第３開閉弁７ｃが閉弁されるものである。つまり、第１循環分岐管路６ａだけに潤滑油が流れる。
(2) 第１温度スイッチ１ａがＯＮで、かつ第２温度スイッチ１ｂがＯＦＦであって、吸込み空気の温度が１５℃を超え、３０℃以下の場合は、第２開閉弁７ｂが開弁されると共に、第１開閉弁７ａおよび第３開閉弁７ｃが閉弁されるものである。つまり、第２循環分岐管路６ｂだけに潤滑油が流れる。
(3) 第１温度スイッチ１ａと第２温度スイッチ１ｂとが共にＯＮで、吸込み空気の温度が３０℃を超える場合は、第３開閉弁７ｃが開弁されると共に、第１開閉弁７ａおよび第２開閉弁７ｂが閉弁されるものである。つまり、第３循環分岐管路６ｃだけに潤滑油が流れる。
【００２０】
従って、上記油冷式スクリュ圧縮機によれば、圧縮機本体２が駆動されて、吸込み管路１から空気を吸い込むと、吸込み空気の温度が１５℃以下の場合には、この圧縮機本体２の吐出口２ｂから、吐出管路３を介して油分離回収器４に圧力が０．６８６５ＭＰａ（７ｋｇｆ／ｃｍ² ）の吐出空気が吐出される。一方、第１温度スイッチ１ａと第２温度スイッチ１ｂとがＯＦＦになり、この最高露点が４６℃より設定温度が高温に設定された第１乃至第３自動温度調節弁８ａ，８ｂ，８ｃのうち、最も設定温度が低温の第１自動温度調節弁８の上流側の第１開閉弁７ａが開弁されると共に、設定温度が５６℃よりも高温の第２、第３自動温度調節弁８ｂ，８ｃの上流側の第２開閉弁７ｂと第３開閉弁７ｃとが閉弁され、設定温度が５６℃の第１自動温度調節弁８ａだけに潤滑油が流入する。
【００２１】
そして、この第１自動温度調節弁８ａは油分離回収器４から流入する潤滑油の温度が設定温度が５６℃よりも高温であればオイルクーラ９の上流側に流入させる潤滑油量を増大させて、潤滑油の多くを冷却する一方、設定温度が５６℃よりも低温であればオイルクーラ９の下流側に流入させる潤滑油量を増大させて、冷却する潤滑油量を少なくする。そのため、圧縮機本体２の軸受、軸封部には５６℃に近い温度の潤滑油が供給され、吐出空気の温度は最高露点４６℃以上の温度に保持される。
【００２２】
また、吸込み空気の温度が１５℃を超え、かつ３０℃以下の場合には、第１温度スイッチ１ａがＯＮになると共に、第２温度スイッチ１ｂがＯＦＦになり、最高露点が６５℃より設定温度が高温に設定された第２、第３自動温度調節弁８ｂ，８ｃのうち、最も設定温度が低温の第２自動温度調節弁８ｂの上流側の第２開閉弁７ｂが開弁されると共に、設定温度が６５℃よりも高温の第３自動温度調節弁８ｃの上流側の第３開閉弁７ｃと、設定温度が６５℃よりも低温の第１自動温度調節弁８ａの上流側の第１開閉弁７ａとが閉弁され、設定温度が７５℃の第２自動温度調節弁８ｂだけに潤滑油が流入する。
【００２３】
そして、この第２自動温度調節弁８ｂは油分離回収器４から流入する潤滑油の温度が設定温度が７５℃よりも高温であればオイルクーラ９の上流側に流入させる潤滑油量を増大させる一方、設定温度が７５℃よりも低温であればオイルクーラ９の下流側に流入させる潤滑油量を増大させる。そのため、圧縮機本体２の軸受、軸封部には設定温度７５℃に近い温度の潤滑油が供給され、吐出空気の温度は最高露点６５℃以上の温度に保持される。
【００２４】
さらに、吸込み空気の温度が３０℃を超える場合には、第１温度スイッチ１ａと第２温度スイッチ１ｂとが共にＯＮになり、この最高露点が７８℃より設定温度が高温に設定された第３自動温度調節弁８ｃの上流側の第３開閉弁７ｃが開弁されると共に、設定温度が７８℃よりも低温の第１自動温度調節弁８ａの上流側の第１開閉弁７ａと、第２自動温度調節弁８ｂの上流側の第２開閉弁７ｂとが閉弁され、設定温度が８８℃の第３自動温度調節弁８ｃだけに潤滑油が流入する。
【００２５】
そして、この第３自動温度調節弁８ｃは油分離回収器４から流入する潤滑油の温度が設定温度が８８℃よりも高温であればオイルクーラ９の上流側に流入させる潤滑油量を増大させる一方、設定温度が８８℃よりも低温であればオイルクーラ９の下流側に流入させる潤滑油量を増大させる。そのため、圧縮機本体２の軸受、軸封部には設定温度８８℃に近い温度の潤滑油が供給され、吐出空気の温度は最高露点７８℃以上の温度に保持される。
【００２６】
本実施の形態に係る油冷式スクリュ圧縮機によれば、上記のとおり、従来例のように高価な演算器や湿度検出器を使用するまでもなく、潤滑油中への水分の混入を防止することができる。従って、油冷式スクリュ圧縮機自体が低コストになるのに加えて、故障が少なくなり、油冷式スクリュ圧縮機の信頼性が向上する。
さらに、本実施の形態に係る油冷式スクリュ圧縮機によれば、吐出空気の設定温度が、上記のとおり、吸込み空気の吸込み条件に応じて３段階に区分されており、各段階における最悪の吸込み条件を想定しているが、吸込み空気の吸込み条件が最悪である場合を条件にして吐出空気の設定温度を決める一般的な方法よりも、高性能になり、高効率で圧縮空気を得ることができる。
【００２７】
ところで、吸込み温度が１５℃付近のときには外乱等に起因して、第１温度スイッチ１ａがチャタリングを起こし、安定した温度制御が出来なくなる可能性がある。そのため、第１温度スイッチ１ａにヒシテリシスを付与したり、またこの第１温度スイッチ１ａが働いてもある一定時間の間は自動温度制御弁が開閉しないように遅延タイマを採用することが好ましい。
【００２８】
なお、以上では、第１乃至３の３本の循環分岐管路が設けられている場合を例として説明したが、例えば潤滑油の全油量をオイルクーラ９の上流側に流入させても、油温が５６℃以上になる場合には、第１循環分岐管路６ａは不要であるから、循環分岐管路、開閉弁、自動温度調節弁の数に限定されるものではない。
【００２９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の請求項１または２に係る油冷式スクリュ圧縮機では、温度検出手段または温度スイッチで検出された吸込み空気の温度に基づいて決定される吐出空気の露点よりも高温の設定温度に設定された自動温度調節弁のうち、設定温度が最も低温の自動温度調節弁の上流側の開閉弁を開弁させると共に他の開閉弁を閉弁させる構成であるため、圧縮機本体の軸受、軸封部に、吐出空気の露点よりも高温の潤滑油を供給することができるので、吐出空気の温度は露点以上の温度に保持される。
【００３０】
従って、本発明の請求項１または２に係る油冷式スクリュ圧縮機によれば、従来例のように高価な演算器や湿度検出器を使用するまでもなく、潤滑油中への水分の混入を防止することができるから、油冷式スクリュ圧縮機自体が低コストになるのに加えて、故障が少なくなり、油冷式スクリュ圧縮機の信頼性が向上するという優れた効果がある。
【００３１】
さらに、本発明の請求項１または２に係る油冷式スクリュ圧縮機によれば、油流路が分岐した複数の分岐流路のそれぞれに自動温度調節弁が設けられていて、吐出空気の設定温度が、吸込み空気の吸込み条件に応じて複数段階に区分されている。そして、各段階における最悪の吸込み条件を想定しているが、吸込み条件が複数に区分されているため、吸込み空気の吸込み条件が最悪である場合を条件にして吐出空気の設定温度を決める一般的な方法よりも、高性能を発揮することができるから、高効率で圧縮空気を得ることができるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る油冷式スクリュ圧縮機の模式的構成説明図である。
【図２】本発明の実施の形態に係り、図２（ａ），（ｂ），（ｃ）は油冷式スクリュ圧縮機の自動温度調節弁の作動説明図である。
【図３】従来例に係る油冷式容積型回転圧縮機の潤滑油の循環系統図である。
【符号の説明】
１…吸込み管路，１ａ…第１温度スイッチ，１ｂ…第２温度スイッチ
２…圧縮機本体，２ａ…吸込み口，２ｂ…吐出口
３…吐出管路
４…油分離回収器，４ａ…空気出口，４ｂ…油出口
５…空気供給管路
６…油循環管路，６ａ…第１循環分岐管路，６ｂ…第２循環分岐管路，６ｃ…第３循環分岐管路
７ａ…第１開閉弁，７ｂ…第２開閉弁，７ｃ…第３開閉弁
８…自動温度調節弁，８０…バルブボデイ，８１…第１油出口，８２…第２油出口，８３…油入口，８４…弁体，８５…サーモスタット，８ａ…第１自動温度調節弁，８ｂ…第２自動温度調節弁，８ｃ…第３自動温度調節弁
９…オイルクーラ
１０…フィルタ
１１…ポンプ

Claims (2)

1. 圧縮機本体を備え、この圧縮機本体から吐出される吐出空気中の油分を分離回収する油分離回収器を備え、オイルクーラが介装され、前記油分離回収器で分離回収された油を前記圧縮機本体の軸受、軸封部に戻す油流路を備えた油冷式スクリュ圧縮機において、前記油流路を分岐させ、分岐させた分岐流路のそれぞれに開閉弁を介装し、これら分岐流路の開閉弁の下流側のそれぞれに、第１油出口がオイルクーラの上流側に連通すると共に、第２油出口がオイルクーラの下流側に連通し、分岐流路に流入する油の油温が予め設定した設定温度よりも高温であれば第１油出口への油量を増大させ、低温であれば第２油出口への油量を増大させる機能を備えた自動温度調節弁を設け、前記圧縮機本体の吸込み側に、吸込み空気の温度を検出する温度検出手段を設け、この温度検出手段で検出された吸込み空気の温度に基づいて決定される吐出空気の露点よりも高温の設定温度に設定された前記自動温度調節弁のうち、設定温度が最も低温の自動温度調節弁の上流側の開閉弁を開弁させると共に他の開閉弁を閉弁させるように構成したことを特徴とする油冷式スクリュ圧縮機。
2. 前記温度検出手段は、前記圧縮機本体の吸込み側の吸込み空気の温度によってＯＮ−ＯＦＦする複数の温度スイッチであることを特徴とする請求項１に記載の油冷式スクリュ圧縮機。

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