JP5065979B2 - スクリュー圧縮機の吸込絞り弁及びこれを備えたスクリュー圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機本体の吸入側に設けられたスクリュー圧縮機の吸込絞り弁及びこれを備えたスクリュー圧縮機に関する。

スクリュー圧縮機は、一般に、負荷の増減に応じて吸気量を調整するため、圧縮機本体の吸入側に吸込絞り弁を設けている。吸込絞り弁は、例えば、吸入曲げ流路及びシリンダを形成するハウジングと、シリンダ内に摺動可能に設けられたピストンと、このピストンに接続され、ピストンから吸入曲げ流路の上流側に向かって延在する軸と、吸入曲げ流路の上流側に形成された弁座と、この弁座の下流側に位置し且つ軸に対してスライド可能に挿通されて、弁座を開閉可能とする弁体と、この弁体に設けられ、軸の先端部を覆うとともに軸の先端面と当接することで弁板の下流側へのスライドを制限するストッパ部と、軸の先端部を下流側に移動させるための付勢力をピストンに付与するバネと、このバネの付勢力に対抗して軸の先端部を上流側に移動させるための圧力（詳細には、圧縮機本体の吐出側の圧縮流体系統から電磁弁や圧力調整弁等を介して抽出した圧力）をピストンに付与する操作圧力系統とを備えたものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−３９７９１号公報

上記吸込絞り弁は、弁体を軸に対してスライド可能に挿通することにより、何らかの異常が生じて圧縮機本体が停止した場合でも、圧縮機本体の吐出側の圧縮流体の一部が吸入側に逆流する作用によって弁体が上流側にスライドし、弁座を閉塞するようになっている。これにより、圧縮流体の逆流を防止するようになっている（逆止機能）。しかしながら、弁座及び弁体を吸入曲げ流路の上流側に配置した構造となっており、明確には記載されていないが、圧縮機本体に備えられた雌雄一対のスクリューロータの中心軸を含む平面に対し、軸は平行となるように（言い換えれば、弁体は垂直となるように）配設している。そのため、圧縮機本体の負荷運転時、弁座と弁板との間で形成される流路において圧縮機本体のロータに近い側（言い換えれば、曲げの内側）の吸入流量の割合が多くなって縮流が発生し、流路面積に対して大きな圧力損失が生じていた。

本発明の目的は、逆止機能を持たせつつ圧力損失の低減を図ることができるスクリュー圧縮機の吸込絞り弁及びこれを備えたスクリュー圧縮機を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、雌雄一対のスクリューロータ、前記スクリューロータを収納するケーシング、前記スクリューロータと前記ケーシングとの間に形成された複数の作動室、前記作動室に対してロータ径方向に連通する吸入ポート、及び吐出ポートを有する圧縮機本体を備えたスクリュー圧縮機に適用され、前記圧縮機本体の吸入側に設けられた吸込絞り弁であって、吸入曲げ流路及びシリンダを形成するハウジングと、前記シリンダ内に摺動可能に設けられたピストンと、前記雌雄一対のスクリューロータの中心軸を含む平面に対し垂直となるように配置されて前記ピストンに接続され、前記ピストンから前記吸入曲げ流路の下流側に向かって延在する軸と、前記吸入曲げ流路の下流側に形成された弁座と、前記弁座の下流側で前記吸入ポートに配置され、且つ前記軸に対してスライド可能に挿通されて、前記弁座を開閉可能とする弁板と、前記軸の先端部に形成され、前記弁板の下流側へのスライドを制限するストッパ部と、前記軸のストッパ部を下流側に移動させるための付勢力を前記ピストンに付与するバネと、前記バネの付勢力に対抗して前記軸のストッパ部を上流側に移動させるための圧力を前記ピストンに付与する操作圧力系統とを備える。

上記目的を達成するために、また本発明は、雌雄一対のスクリューロータ、前記スクリューロータを収納するケーシング、前記スクリューロータと前記ケーシングとの間に形成された複数の作動室、前記作動室に対してロータ径方向に連通する吸入ポート、及び吐出ポートを有する圧縮機本体と、前記圧縮機本体の吸入側に設けられた吸込絞り弁とを備えたスクリュー圧縮機であって、前記吸込絞り弁は、吸入曲げ流路及びシリンダを形成するハウジングと、前記シリンダ内に摺動可能に設けられたピストンと、前記雌雄一対のスクリューロータの中心軸を含む平面に対し垂直となるように配置されて前記ピストンに接続され、前記ピストンから前記吸入曲げ流路の下流側に向かって延在する軸と、前記吸入曲げ流路の下流側に形成された弁座と、前記弁座の下流側で前記吸入ポートに配置され、且つ前記軸に対してスライド可能に挿通されて、前記弁座を開閉可能とする弁板と、前記軸の先端部に形成され、前記弁板の下流側へのスライドを制限するストッパ部と、前記軸のストッパ部を下流側に移動させるための付勢力を前記ピストンに付与するバネと、前記バネの付勢力に対抗して前記軸のストッパ部を上流側に移動させるための圧力を前記ピストンに付与する操作圧力系統とを備える。

本発明によれば、逆止機能を持たせつつ圧力損失の低減を図ることができる。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施形態におけるスクリュー圧縮機の構成を表す一部断面外観図である。

この図１において、スクリュー圧縮機は、空気を圧縮する圧縮機本体１と、この圧縮機本体の吸入側（図１中左側）の側面に接続された吸込絞り弁２と、この吸込絞り弁の上流側に接続された吸入フィルタ（図示せず）と、圧縮機本体１の吐出側（図１中下側）の下面に接続されたオイルケーシング３と、このオイルケーシング３にマニホールド４を介して接続されたオイルセパレータエレメント５とを備えている。

圧縮機本体１は、回転軸が平行で互いに噛み合いながら回転する雄ロータ６及び雌ロータ７と、これら雄ロータ６及び雌ロータ７を収納するケーシング８とを備えており、雄ロータ６及び雌ロータ７とケーシング８との間には複数の作動室が形成されている。雄ロータ６及び雌ロータ７は上下方向に配置されており、それらの側方側（図１中左側）に、吸込絞り弁２からの吸気を作動室に導入する吸入ポート９が形成されている。吸入ポート９には、雄ロータ７側の作動室及び雌ロータ７側の作動室に吸気を分配するため、コの字断面形状の吸入リブ１０が設けられている。そして、電動機（図示せず）の駆動によって雄ロータ６及び雌ロータ７が回転すると、作動室は軸方向（図１中紙面に対し垂直方向）に移動しつつその容積が減少し、空気を圧縮するようになっている。この圧縮行程において冷却・潤滑・シールを目的として油が供給されているので、油を含む圧縮空気が吐出ポート（図示せず）を介してオイルケーシング３に吐出される。

オイルケーシング３の上部には、二重同心円筒構造によって旋回流路（図示せず）が形成されており、この旋回流路に圧縮機本体１からの圧縮空気が導入される。圧縮空気に含まれる大粒の油は、旋回流路を旋回する間に比重差によって流下して、オイルケーシング３の下部に溜められる（一次分離）。なお、図示しないが、オイルケーシング３は、オイルフィルタ、油面計、油温調整弁などの部品・機器類を備えている。

オイルケーシング３で油の大部分が取り除かれた圧縮空気は、マニホールド４を介しオイルセパレータエレメント５に導出される。オイルセパレータエレメント５は圧縮空気に含まれる油を二次分離し、分離された圧縮空気が冷却器（図示せず）を経由して機外へ供給されるようになっている。

図２〜図４は上記吸込絞り弁２の構造を表す断面図であり、圧縮機本体１の負荷運転、停止、及び無負荷運転の場合をそれぞれ示す。図５は、弁板の詳細構造を表す断面図である。

これら図２〜図５において、吸込絞り弁２は、吸入曲げ流路１１ａ及びシリンダ１１ｂを形成するハウジング１１と、シリンダ１１ｂ内に摺動可能に設けられたピストン１２と、このピストン１２に接続され、ピストン１２から吸入曲げ流路１１ａの下流側（図２〜図４中右側）に向かって延在する軸１３と、吸入曲げ流路１１ａの下流側（少なくとも曲げ角度の半分以降）に形成された弁座１１ｃと、この弁座１１ｃの下流側に位置し且つ軸１３に対してスライド可能に挿通されて、弁座１１ｃを開閉可能とする弁板１４と、軸１３の先端部に中央部より大径となるように形成され、弁板１４の下流側へのスライドを制限するストッパ部１３ａと、この軸１３のストッパ部１３ａを下流側に移動させるための付勢力をピストン１２に付与するバネ１５と、このバネ１５の付勢力に対抗して軸１３のストッパ部１３ａを上流側（図２〜図４中左側）に移動させるための圧力をピストン１２に付与する操作圧力系統１６とを備えている。

操作圧力系統１６は、例えば、圧縮機本体１の吐出側の圧縮空気系統から抽出した圧縮空気の一部をシリンダ１１ｂ内のピストン１２で隔てられた操作室１７に導入する２つの系統を有している。一方の系統には電磁弁１８が設けられ、他方の系統には圧力調整弁１９が設けられている。そして、例えば圧縮機本体１の吐出側圧力が圧力検出器（図示せず）で検出され、この検出した吐出側圧力に応じて制御装置（図示せず）から駆動信号が電磁弁１８に出力されて、電磁弁１８が全開又は全閉に切り換えられるようになっている。また、圧力調節弁１９は、圧縮機本体１の吐出側圧力が予め設定された所定の圧力を超えた場合に、その圧力の上昇に応じて開度を連続的に増加させるようになっている。

そして、例えば圧縮機本体１の吐出側圧力が予め設定された所定の圧力以下である場合に、電磁弁１８及び圧力調節弁１９が遮断状態となる。これにより、ピストン１２にバネ１５の付勢力が作用して、ピストン１２とともに軸１３のストッパ部１３ａが下流側に移動する。そして、圧縮機本体１の運転中は、その吸入圧力の作用によって弁板１４が下流側のストッパ部１３ａまでスライドし、弁座１１ｃが開放される（図２参照）。その結果、吸気量が最大となって、圧縮機本体１を負荷運転させるようになっている。また、例えば何らかの異常が生じて圧縮機本体１が停止すると、圧縮機本体１の吐出側の圧縮空気の一部が吸入側に逆流する作用によって弁板１４が上流側の弁座１１ｃまでスライドし、弁座１１ｃが閉塞される（図３参照）。これにより、圧縮空気（及びこれに含まれる油）の逆流を防止するようになっている（逆止機能）。

一方、例えば圧縮機本体１の吐出側圧力が予め設定された所定の圧力を超えた場合は、電磁弁１８及び圧力調節弁１９が連通状態となる。これにより、操作室１７に圧縮空気が導入されてバネ１５の付勢力（及び弁板１４に作用する圧力）に打ち勝つような圧力がピストン１２に作用し、ピストン１２とともに軸１３のストッパ部１３ａが上流側に移動する。これにより、弁板１４も上流側に移動してリフト量（言い換えれば、弁座１１ｃと弁板１４との隙間量）が制限されて、吸気量が制限される。そして、例えば弁板１４のリフト量がゼロとなって弁座１１ｃが閉塞されるとともに（図４参照）、同時にオイルケーシング３内の圧力を開放して圧縮機本体１の吐出側圧力（運転圧力）を低減することで、圧縮機本体１を無負荷運転させるようになっている。このような無負荷運転と負荷運転とを繰り返し行うことで、圧縮空気の使用量の変化に追従するようになっている。

また、例えば電動機の駆動トルクに余裕がない場合に、電磁弁１８を全開状態とし、弁体１４を上流側に移動させて弁座１１ｃを閉塞する。これにより、吸気量が低減して圧縮動力が軽減するため、圧縮機本体１の加速性を高めることが可能である。また、例えば圧縮機本体１を停止させる場合に、電磁弁１８を全開状態とし、弁体１４を上流側に移動させて弁座１１ｃを閉塞する。これにより、圧縮空気（及びこれに含まれる油）の逆流を事前に防止することが可能である。

なお、弁板１４の内周側摺動面には環状溝１４ａが形成されており、この環状溝１４ａに断面Ｕ字形のパッキン２０が設けられている。これにより、弁板１４と軸１３との間の漏れを低減するとともに、例えばＯリングを設けた場合と比べ、摺動抵抗を低減するようになっている。また、本実施形態では、前述の図１に示すように、雄ロータ６の中心軸及び雌ロータ７の中心軸を含む平面に対し、軸１３は垂直となるように（言い換えれば、弁板１４は平行となるように）配設している。すなわち、軸１３は略水平方向に延在しているので、弁板１４の自重による摺動抵抗を低減するようになっている。

また、前述の図１に示すように、軸１３のストッパ部１３ａ及び弁板１４は、圧縮機本体１の吸入ポート９に配置している。そのため、圧縮機本体１の負荷運転時における軸１３のストッパ部１３ａの位置は、吸気リブ１０と干渉しないように、数ｍｍ程度のクリアランスＬ１をとっている。また、弁板１４の外径寸法とリフト量Ｌ２からカーテン面積（開口面積）が決まるが、弁板１４の大径化は圧縮機本体１の無負荷運転時の消費動力の増大につながるため、これを考慮して弁板１４のリフト量Ｌ２が設定される。そして、これら寸法Ｌ１，Ｌ２によって弁座１１ｃと吸気リブ１０との間隔Ｌ３が定まる。

以上のように構成された本実施形態においては、弁板１４を軸１３に対してスライド可能に挿通することにより、上述した逆止機能を持たせることができる。また、弁座１１ｃ及び弁板１４を吸入曲げ流路の下流側に配置し（言い換えれば、雄ロータ６及び雌ロータ７に近づけさせ）、さらに雄ロータ６の中心軸及び雌ロータ７の中心軸を含む平面に対し軸１３が垂直となるように配置している。これにより、圧縮機本体の負荷運転時、弁座１１ｃと弁板１３の間で形成される流路において偏流が発生するのを抑えることができる（図６参照）。したがって、圧力損失を低減することができる。

また、圧力損失の低減を図るための他の方法としては、弁板１４の大径化やリフト量の拡大が考えられる。しかし、弁板１４の大径化は、吸込絞り弁２の大型化につながる。また、弁板１４のリフト量の拡大は、逆止機能の不全を引き起こす恐れがある。このような観点から、本実施形態では、吸込絞り弁２の大型化を抑制することができ、無負荷運転時の消費動力を低減することができ、逆止機能の健全性を確保することができるという効果もある。

なお、上記一実施形態においては、操作圧力系統１６は、電磁弁１８を設けた系統と圧力調整弁１９を設けた系統とを有する場合を例にとって説明したが、これに限られず、いずれか一方の系統のみとしてもよい。なお、例えば電磁弁１８を設けた系統のみとした場合は、電磁弁１８が全開又は全閉に切り換えられるので、運転圧力が変動してしまう。これに対し、例えば圧力調整弁１９を設けた系統を有する場合は、圧力調整弁１９が開度を連続的に変化させるので、弁板１４のリフト量を徐々に変化させて吸気量を徐々に変化させることができ、運転圧力の変動を低減することが可能である。

また、上記一実施形態においては、特に説明しなかったが、例えばインバータ等を用いて圧縮機本体の回転数を可変制御してもよいことは言うまでもない。

本発明の一実施形態におけるスクリュー圧縮機の構成を表す一部断面外観図である。 本発明の一実施形態における吸込絞り弁の構造を表す断面図であり、圧縮機本体の負荷運転の場合を示す。 本発明の一実施形態における吸込絞り弁の構造を表す断面図であり、圧縮機本体の停止の場合を示す。 本発明の一実施形態における吸込絞り弁の構造を表す断面図であり、圧縮機本体の無負荷運転の場合を示す。 本発明の一実施形態における吸込絞り弁の弁体の構造を表す断面図である。 本発明の一実施形態における吸込絞り弁の弁体とスクリューロータとの位置関係を表す斜視図である。

符号の説明

１ 圧縮機本体
２ 吸込絞り弁
６ 雄ロータ
７ 雌ロータ
１１ ハウジング
１１ａ 吸入曲げ流路
１１ｂ シリンダ
１１ｃ 弁座
１２ ピストン
１３ 軸
１３ａ ストッパ部
１４ 弁板
１５ バネ
１６ 操作圧力系統

Claims (2)

1. 雌雄一対のスクリューロータ、前記スクリューロータを収納するケーシング、前記スクリューロータと前記ケーシングとの間に形成された複数の作動室、前記作動室に対してロータ径方向に連通する吸入ポート、及び吐出ポートを有する圧縮機本体を備えたスクリュー圧縮機に適用され、
   前記圧縮機本体の吸入側に設けられた吸込絞り弁であって、
   吸入曲げ流路及びシリンダを形成するハウジングと、
   前記シリンダ内に摺動可能に設けられたピストンと、
   前記雌雄一対のスクリューロータの中心軸を含む平面に対し垂直となるように配置されて前記ピストンに接続され、前記ピストンから前記吸入曲げ流路の下流側に向かって延在する軸と、
   前記吸入曲げ流路の下流側に形成された弁座と、
   前記弁座の下流側で前記吸入ポートに配置され、且つ前記軸に対してスライド可能に挿通されて、前記弁座を開閉可能とする弁板と、
   前記軸の先端部に形成され、前記弁板の下流側へのスライドを制限するストッパ部と、
   前記軸のストッパ部を下流側に移動させるための付勢力を前記ピストンに付与するバネと、
   前記バネの付勢力に対抗して前記軸のストッパ部を上流側に移動させるための圧力を前記ピストンに付与する操作圧力系統とを備えたことを特徴とするスクリュー圧縮機の吸込絞り弁。
2. 雌雄一対のスクリューロータ、前記スクリューロータを収納するケーシング、前記スクリューロータと前記ケーシングとの間に形成された複数の作動室、前記作動室に対してロータ径方向に連通する吸入ポート、及び吐出ポートを有する圧縮機本体と、
   前記圧縮機本体の吸入側に設けられた吸込絞り弁とを備えたスクリュー圧縮機であって、
   前記吸込絞り弁は、
   吸入曲げ流路及びシリンダを形成するハウジングと、
   前記シリンダ内に摺動可能に設けられたピストンと、
   前記雌雄一対のスクリューロータの中心軸を含む平面に対し垂直となるように配置されて前記ピストンに接続され、前記ピストンから前記吸入曲げ流路の下流側に向かって延在する軸と、
   前記吸入曲げ流路の下流側に形成された弁座と、
   前記弁座の下流側で前記吸入ポートに配置され、且つ前記軸に対してスライド可能に挿通されて、前記弁座を開閉可能とする弁板と、
   前記軸の先端部に形成され、前記弁板の下流側へのスライドを制限するストッパ部と、
   前記軸のストッパ部を下流側に移動させるための付勢力を前記ピストンに付与するバネと、
   前記バネの付勢力に対抗して前記軸のストッパ部を上流側に移動させるための圧力を前記ピストンに付与する操作圧力系統とを備えたことを特徴とするスクリュー圧縮機。

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