JPWO2007000815A1 - 二段スクリュー圧縮機の給油方法、装置及び冷凍装置の運転方法 - Google Patents

Abstract

雄ロータと雌ロータとで圧縮空間を形成し圧縮空間ｃに作動ガスｒを供給して圧縮するスクリュー圧縮機であって、低圧段２及び高圧段３を一体に構成した二段スクリュー圧縮機に潤滑油を給油する方法において、軸受及び軸封装置を経た潤滑油を低圧段機に戻すことによる体積効率の悪化を防止して、冷凍能力を向上させるとともに、潤滑油量を低減するために、低圧段スクリュー圧縮機２の軸受６，７及び軸封装置５に潤滑油ｈを給油した後、軸端側軸受６及び軸封装置５に給油された前記潤滑油ｈを高圧段スクリュー圧縮機３の雄・雌ロータを収納するケーシング内の圧縮空間ｃに戻す。

Description

本発明は、二段スクリュー圧縮機に作動ガスが溶解する潤滑油を供給する場合において、潤滑油を低圧段の軸受及び軸封装置に供給した後、高圧段機のロータケーシング内に戻すことにより、潤滑油から脱気する作動ガスによる体積効率の悪化を防止して、冷却効率を向上させる方法及び装置、及び前記二段スクリュー圧縮機を用いた、冷凍機、空調機等冷凍サイクルを有する冷凍装置の運転方法に関する。

一般にスクリュー圧縮機は、ロータを支える軸受に対し、冷却及び潤滑のために油を供給する一方、ロータ間のギャップ（隙間）及びロータとケーシング間のギャップをシールし、かつ圧縮ガスの過熱を抑える目的で、ロータとケーシングで形成された圧縮空間に油を噴射して効率の改善を図っている。

スクリュー圧縮機は、ロータ歯間及び軸受・シール等に多量の潤滑油を使うが、潤滑油に作動ガスが溶解するタイプ（相溶油）を使う場合、潤滑油から脱気してくる作動ガスを余分に圧縮しなければならない問題と、脱気ガスにより圧縮途中の圧力が早期に上昇するため、低圧部への作動ガスの漏れが大きくなり、体積効率が低下する問題があった。
従来は、この影響を極力小さくするため、作動ガスが潤滑油に溶解する量をできるだけ低減することが効果的であると考えられていた。

一方作動ガスが潤滑油に溶解する特性としては、圧力が高いほど、また温度が低いほど溶解量が多くなるという特徴がある。従って作動ガスの溶解量を低減するには、吐出温度をできるだけ高くするのが有効と考えられ、種々工夫されてきている。
しかし吐出温度を上げ過ぎると、ロータ熱膨張による齧りやケーシングから熱が軸受・軸封装置等に伝わって潤滑が不十分となる問題が生じるため、溶解ガスの影響を十分には排除できないでいた。特に二段スクリュー圧縮機の場合、潤滑油から脱気してくる作動ガス量に対する吸入ガス量の重量割合が吸入圧力が低い分大きくなるため、影響が大きく、圧縮効率を著しく低下させる重大な問題であった。

従来の二段スクリュー圧縮機の場合、低圧段機の軸受と軸封装置に給油された潤滑油は、低圧で供給しやすい低圧段機の圧縮室に戻され、次いで作動ガスとともに高圧段機に送られ、作動ガスとともに高圧段機から吐出されていた。
図５は、上記従来方式の二段スクリュー圧縮機を示す縦断立面図である。図５において、０１は、この二段スクリュー圧縮機の主要機器を収納したケーシング、０２は、雄ロータと雌ロータ（図示略）とで圧縮空間を形成して作動ガスを圧縮する低圧段機、０３は、同じく雄ロータと雌ロータとで圧縮空間を形成し、低圧段機０２で圧縮された作動ガスをさらに高圧まで圧縮する高圧段機、０４は、低圧段機０２及び高圧段機０３の共通の回転軸であり、低圧段機０２と高圧段機０３とは回転軸０４によって直列に連結され、回転軸０４はケーシング０１の外部にある駆動装置によって回転駆動され、低圧段機０２及び高圧段機０３の雄・雌ロータを回転させる。

０５は、軸封装置を構成するメカニカルシール、０６，０７及び０８は、低圧段部、中間部及び高圧段部のそれぞれの箇所で回転軸０４を回転可能に支持する軸受である。０１１は、作動ガスを溶解するタイプの潤滑油を低圧段機０２のメカニカルシール０５、軸受０６及び中間部の軸受０７に供給する給油口であり、給油口０１１から給油された潤滑油ｈは、ケーシング０１内に設けられた潤滑油路０１２を通ってメカニカルシール０５、軸受０６及び中間部の軸受０７に供給され、その後作動ガスが溶解した潤滑油ｈは、潤滑油路０１３を経て油戻し口０２１から低圧段機０２の雄・雌ロータに戻される。

また高圧段機０３側に設けられた給油口０１４から給油された相溶タイプの潤滑油ｈは、潤滑油路０１５を通って軸受０８に供給され、その後作動ガスが溶解した潤滑油は、潤滑油路０１６を通って油戻し口０１７から高圧段機０３の雄・雌ロータに戻される。
なお０１８は、作動ガスｒの吸入口であり、作動ガスｒは、吸入口０１８から低圧段機０２に供給され、ここで圧縮され、その後作動ガス流路０１９を経て高圧段機０３に供給され、高圧となってガス吐出口０２０から排出される。

かかる装置において、低圧段機に給油された潤滑油から脱気した作動ガスは、低圧段機と高圧段機の両方に悪影響を与えており、特に二段圧縮式の場合、処理風量は低圧段機の体積効率によって決定されるため、脱気ガスが低圧段機の圧縮室に戻されていた影響は非常に大きかった。
潤滑油から脱気する作動ガス量は、圧力が低いほど多くなることに加え、二段圧縮式の場合処理風量は、低圧段機の体積効率によって決定される。
また特許文献１（特許第３６５３３３０号公報）では、二段スクリュー圧縮機において、低圧段機の軸受と軸封装置に給油された潤滑油を二段圧縮機の中間圧力部となる中間ケーシング内に排出するように構成し、これによって冷却能力の低下を防止するようにした手段が開示されている。

特許第３６５３３３０号公報

従来の二段スクリュー圧縮機の場合、図３に示すように、低圧段機に給油された潤滑油から脱気した作動ガスは、低圧段機と高圧段機の両方に悪影響を与えており、特に二段圧縮式の場合、処理風量は低圧段機の体積効率によって決定されるため、潤滑油から脱気した作動ガスが低圧段機の圧縮室に戻されることによる体積効率の悪化は非常に大きかった。
また特許文献１に開示された手段によっても、中間圧力部で供給された潤滑油から分離した作動ガスが高圧段機に移行し、高圧段機で中間圧力から圧縮することになるため、依然として圧縮効率の悪化を招いていた。

本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、二段スクリュー圧縮機において、軸受及び軸封装置を経た潤滑油を低圧段機に戻すことによる体積効率の悪化を防止して、冷凍能力を向上させるとともに、潤滑油量を低減することができる潤滑油の給油方法及び装置、さらには冷凍能力を向上させて、成績係数を上げることのできる冷却方法を実現することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明の二段スクリュー圧縮機の給油方法は、
雄ロータと雌ロータとで圧縮空間を形成し該圧縮空間に作動ガスを供給して圧縮するスクリュー圧縮機を低圧段及び高圧段に一体に構成した二段スクリュー圧縮機に潤滑油を給油する方法において、
前記低圧段スクリュー圧縮機の軸受及び軸封装置に潤滑油を給油した後、軸端側軸受及び軸封装置に給油された前記潤滑油を前記高圧段スクリュー圧縮機の前記雄・雌ロータを収納する圧縮室内に戻すことを特徴とする。

本発明の給油方法は、前記構成のとおり、低圧段スクリュー圧縮機軸端側軸受及び軸封装置に給油され作動ガスが溶解した潤滑油を低圧段機ではなく、高圧段スクリュー圧縮機の前記雄・雌ロータを収納する圧縮室内に戻すことにより、低圧段機に流入する作動ガスの脱気ガス量を半分以下にし、かつ潤滑油の戻し圧を高くして高圧段機に供給するため、高圧段機に流入する作動ガスの脱気ガス量も低減し、高圧段機での圧縮効率の悪化を防ぐことができる。
また同時に潤滑油が高圧段機の圧力の高い所に戻されるため、潤滑油の全給油量も低減でき、この面からも相乗的に潤滑油から脱気される作動ガス量を低減することができる。

また本発明方法において、好ましくは、前記潤滑油を高圧段機の圧縮工程に入った前記圧縮空間に戻す場合には、潤滑油の低圧段供給圧力を次の式を満たすように設定する。
低圧段供給圧力≧最大中間圧力×（潤滑油給油位置の前記圧縮空間の容積比Ｖ
ｉ）^κ＋低圧段給油通路圧力損失＋前記圧縮空間と低圧段か
らの給油通路との必要圧力差
ただし最大中間圧力；高圧段スクリュー圧縮機のケーシング内入口圧で、想
定される運転条件の中で最大となる圧力
容積比Ｖi＝前記圧縮空間最大容積／潤滑油戻し位置の前記圧縮空間の容積である。

スクリュー圧縮機の雄ローラと雌ロータとで形成される空間は、作動ガスの前記空間への吸入工程においては徐々に増大して、作動ガスをロータケーシングの吸入口から前記空間に吸入し、前記空間が最大容積に達した後は、徐々に容積が減少して吸入した作動ガスを圧縮し、最後に圧縮した作動ガスをロータケーシングの吐出口から吐出する過程を経る。

前記式において、潤滑油給油位置の前記圧縮空間の容積比Ｖｉとは、Ｖi＝（前記最大容積／前記潤滑油給油位置の容積）であり、Ｖi≧１である。κ（カッパ）は作動ガスの比熱比であり、例えばアンモニア冷媒ではκ＝１．３である。
また「前記圧縮空間と低圧段からの給油通路との必要圧力差」とは、通常３〜５ｋｇ／ｃｍ^２である。
高圧段機圧縮室への低圧段機からの潤滑油戻し位置は、高圧側としたほうが圧縮効率の面で好ましいが、高圧位置に戻そうとすると、低圧段機側へ潤滑油及び脱気ガスが吹き戻る可能性がある。これに対し前記式を満たす潤滑油給油圧で低圧段機に潤滑油を供給することにより、高圧段機の油戻し口から低圧段機への作動ガスの吹き戻しが起きることなく、高圧段機の圧縮室内に潤滑油を戻すことができる。

また本発明の給油装置は、
雄ロータと雌ロータとで圧縮空間を形成し該圧縮空間に作動ガスを供給して圧縮するスクリュー圧縮機を備え、低圧段スクリュー圧縮機及び高圧段スクリュー圧縮機を一体に構成した二段スクリュー圧縮機に潤滑油を給油する装置において、
前記低圧段スクリュー圧縮機のケーシングに設けられた軸受及び軸封装置に潤滑油を給油する通路と、
前記給油通路に介設された絞り弁と、
前記軸受及び軸封装置から前記高圧段スクリュー圧縮機の前記雄・雌ロータを収納する圧縮室内部に連通する潤滑油通路とを備えたことを特徴とする。

本発明装置においては、潤滑油を低圧段スクリュー圧縮機の軸受及び軸封装置に供給した後、軸端側軸受及び軸封装置に供給された前記潤滑油を高圧段スクリュー圧縮機の雄・雌ロータを収納する圧縮室の内部に供給する。潤滑油の供給位置は、高圧段機の圧縮室を内包するケーシング部が望ましいが、高圧段機の吸入側ケーシング部であってもよい。この際給油通路に介設された絞り弁により、前記軸受及び軸封装置への潤滑油給油圧力を調整し、これによって潤滑油の戻し圧力を低圧段機への潤滑油の吹き戻しがなく、しかも必要最小限の給油量となるように調整した上で、潤滑油を高圧段に戻す。

このように低圧段スクリュー圧縮機の軸受及び軸封装置に供給され作動ガスが溶解した潤滑油を高圧段機に戻すようにしたため、低圧段機の圧縮室に流入する脱気ガス量を半分以下にすることができ、また脱気圧力が低圧段より高いため、高圧段で脱気する作動ガス量も減り、脱気ガスを無駄に圧縮する動力も減って、さらには高圧部への油戻しであるため、全油戻し量も低減でき、この面からも脱気ガス量を低減できるという相乗的効果をもたらす。

本発明装置において、前記圧縮室内部に連通する潤滑油通路を前記圧縮室の外部に配設された外部配管で構成してもよい。また好ましくは、前記給油通路に潤滑油供給ポンプを介設する。低圧段に供給する潤滑油の圧力が足りない場合、前記ポンプにより加圧して低圧段に供給し、戻し圧力を充分高めて高圧段に戻す。
また本発明の冷凍装置の運転方法は、雄ロータと雌ロータとで圧縮空間を形成し該圧縮空間に作動ガスを供給して圧縮するスクリュー圧縮機を備え、低圧段スクリュー圧縮機及び高圧段スクリュー圧縮機を一体に構成した二段スクリュー圧縮機、油分離器、油タンク、油冷却器、凝縮器、膨張器及び蒸発器を備えた冷凍サイクルを構成する冷凍装置の運転方法において、
前記低圧段スクリュー圧縮機のケーシングに設けられた軸受及び軸封装置に潤滑油を給油した後、
軸端側軸受及び軸封装置に供給した前記潤滑油を前記高圧段スクリュー圧縮機の前記雄・雌ロータを収納する圧縮室内に戻すとともに、前記蒸発器の蒸発温度が−３５℃以下になるように前記膨張器の絞り度を調整して運転することを特徴とする。

潤滑油に作動ガスが溶解する場合、作動ガスの蒸発温度が低いほど、ガスの比重が軽くなり、吸入ガスの熱容量が減少すると共に、潤滑油から吸入室へ吹き出してきて吸入室を占有するガスの割合が増加する。このため作動ガスの蒸発温度が低いほど、有効な吸入室容積が狭くなると共に、吸入されたガスが潤滑油により加熱されやすくなり、吸入ガス重量流量が減って冷却能力が低下しやすくなる。
本発明の運転方法においては、低圧段スクリュー圧縮機の軸受及び軸封装置に供給した後の潤滑油を高圧段スクリュー圧縮機の雄・雌ロータを収容する圧縮室内に戻して、前記問題点を解消するとともに、低圧段機における体積効率の悪化をなくす。
これを蒸発温度が−３５℃以下の冷凍サイクルを有する冷凍装置の運転に適用することにより、従来よりＣＯＰを５％以上アップすることができる。

また本発明の別の冷凍装置の運転方法は、雄ロータと雌ロータとで圧縮空間を形成し該圧縮空間に作動ガスを供給して圧縮するスクリュー圧縮機を備え、低圧段スクリュー圧縮機及び高圧段スクリュー圧縮機を一体に構成した二段スクリュー圧縮機、油分離器、油タンク、油冷却器、凝縮器、膨張器及び蒸発器を備えた冷凍サイクルを構成する冷凍装置の運転方法において、
前記低圧段スクリュー圧縮機のケーシングに設けられた軸受及び軸封装置に潤滑油を給油した後、
軸端側軸受及び軸封装置に供給した前記潤滑油を前記高圧段スクリュー圧縮機の前記雄・雌ロータを収納する圧縮室内に戻すとともに、低段機への給油を給油圧一定で行なう場合、潤滑油の低圧段供給圧が前述の式を満足するように中間圧力を監視して、膨張器の絞り度を調整するか又は吸入圧力を制限して中間圧力が過大とならないようにして運転することを特徴とする。

この方法では、低段機への給油が給油圧一定で行なう場合、低段潤滑油供給圧が前述の式を満足するように中間圧力を監視して、膨張器の絞り度を調整するか又は吸入圧力を制限して中間圧力が過大とならないようにして運転することにより、低圧段機へのガス吹き戻りを避けつつ、高圧段機への潤滑油戻し圧が過大とならないようにすることができる。
またかかる構成を蒸発温度が−３５℃以下の冷凍サイクルを有する冷凍装置の運転に適用することにより、従来よりＣＯＰを５％以上アップすることができる。

本発明の給油方法によれば、低圧段スクリュー圧縮機の軸受及び軸封装置に潤滑油を給油した後、潤滑油を高圧段スクリュー圧縮機の前記雄・雌ロータを収納する圧縮室内に供給することにより、潤滑油（相溶油）からの作動ガスの脱気の影響を高圧段のみとし、低圧段への影響を回避するとともに、作動ガスの脱気量も軽減できるので、従来方式に比べて大幅に体積効率を向上することができ、これによって圧縮性能を向上させることができる。

また本発明方法において、潤滑油を圧縮工程に入った前記圧縮空間に供給する場合には、潤滑油の低圧段供給圧力を次の式を満たすように設定することにより、高圧段への戻しに際しても十分な戻し圧を得ることができ、低圧段へのガス吹き戻しが起きない。
低圧段供給圧力≧最大中間圧力×（潤滑油給油位置の前記圧縮空間の容積比Ｖ
ｉ）^κ＋低圧段給油通路圧力損失＋前記圧縮空間と低圧段給
油通路との必要圧力差

また本発明の給油装置によれば、前記低圧段スクリュー圧縮機のケーシングに設けられた軸受及び軸封装置に潤滑油を給油する通路と、前記給油通路に介設された絞り弁と、前記軸受及び軸封装置から前記高圧段スクリュー圧縮機の前記雄・雌ロータを収納するケーシングの内部に連通する潤滑油通路とを備え、好ましくは、前記給油通路に潤滑油供給ポンプを介設したことにより、低圧段スクリュー圧縮機のケーシングに設けられた軸受及び軸封装置に潤滑油を給油した後、軸端側軸受及び軸封装置に給油された前記潤滑油を高圧段スクリュー圧縮機の前記雄・雌ロータを収納する圧縮室内に供給し、これによって潤滑油（相溶油）からの作動ガスの脱気の影響を高圧段のみとし、低圧段への影響を回避するとともに、作動ガスの脱気量も軽減できるので、従来方式に比べて体積効率を向上することができ、これによって圧縮性能を向上させることができる。

また好ましくは、前記圧縮室内部に連通する潤滑油通路を前記圧縮室の外部に配設された外部配管で構成することにより、常時潤滑油が流れているか否かを配管の表面温度や配管内の流動音等で確認でき、流れ不良を起こした時には配管表面温度が下がるので、いち早くそれに気づくことができる。

また本発明の冷凍装置の運転方法によれば、低圧段スクリュー圧縮機のケーシングに設けられた軸受及び軸封装置に潤滑油を給油した後、軸端側軸受及び軸封装置に供給した前記潤滑油を前記高圧段スクリュー圧縮機の前記雄・雌ロータを収納する圧縮室内に戻すとともに、前記蒸発器の蒸発温度が−３５℃以下になるように前記膨張器の絞り度を調整して運転することにより、従来よりＣＯＰを５％以上アップすることができる。

また本発明の別の冷凍装置の運転方法によれば、低圧段スクリュー圧縮機のケーシングに設けられた軸受及び軸封装置に潤滑油を給油した後、軸端側軸受及び軸封装置に供給した前記潤滑油を高圧段スクリュー圧縮機の雄・雌ロータを収納する圧縮室内に戻すことにより、低圧段機における体積効率の悪化をなくし、また低段機への給油が給油圧一定で行なう場合、低段潤滑油供給圧が前述の式を満足するように中間圧力を監視して、膨張器の絞り度を調整するか又は吸入圧力を制限して中間圧力が過大とならないようにして運転することにより、低段機へのガスの吹きもどりを避けつつ、高圧段機への潤滑油戻し圧が過大とならず、従来よりＣＯＰを５％以上アップすることができる。

本発明装置の第１実施例にかかる二段スクリュー圧縮機の縦断立面図である。 本発明の第２実施例の冷凍装置の構成図である。 前記第２実施例によるＣＯＰ改善率を示す線図である。 前記第２実施例の場合の潤滑油の低圧段供給圧力を示す線図である。 従来方式の二段スクリュー圧縮機を示す縦断立面図である。

符号の説明

１ ケーシング
２ 低圧段スクリュー圧縮機
３ 高圧段スクリュー圧縮機
４ 回転軸
５ メカニカルシール（軸封装置）
６、７、８ 軸受
１１、１４ 給油口
１２、１３、１５、１６ 潤滑油路
１７ 油戻し口
１８ ガス吸入口
１９ ガス流路
２０ ガス吐出口
２１、４１ 潤滑油供給管
２２、３６ 油ポンプ
２３ 絞り弁
３１ 二段スクリュー圧縮機
３２ 電動機
３２ａ 出力軸
３３ カップリング
３４ 油分離器
３５ 油タンク
３７ 油冷却器
３８ 凝縮器
３９ 膨張弁
４０ 蒸発器
ｃ 圧縮空間

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
図１は、本発明装置の第１実施例にかかる二段スクリュー圧縮機の縦断立面図、図２は、本発明の第２実施例の冷却器の構成図、図３は、前記第２実施例によるＣＯＰ改善率を示す線図である。

本発明の第１実施例を示す図１は二段スクリュー圧縮機の縦断立面図であり、図１において、１は低圧段スクリュー圧縮機２及び高圧段スクリュー圧縮機３が収容されたケーシング、４は、これらスクリュー圧縮機２及び３の共通の回転軸であり、低圧段機２と高圧段機３とは回転軸４を介して直列に接続され、回転軸４は図示しない電動機の出力軸に連結されている。５は、低圧段２の軸端側に設けられた軸封装置を構成するメカニカルシール、６〜８は、回転軸４を低圧部、中間部及び高圧部において回転可能に支持する軸受である。

１１は、低圧段側のメカニカルシール５、軸受６及び中間部の軸受７に潤滑油路１２を経由して潤滑油ｈを供給する給油口、１４は、高圧段側の軸端軸受８に潤滑油路１５を経由して潤滑油ｈを供給する給油口である。１３は、軸端側の軸受６及びメカニカルシール５に供給された潤滑油ｈを高圧段機３のケーシングに設けられた油戻し口１７に供給する潤滑油路である。また１６は、軸受８に供給された潤滑油ｈを油戻し口１７に供給する潤滑油路である。なお中間部の軸受７に供給された潤滑油は、高圧段機３のロータケーシング内に移送されていく。
また１８は、作動ガスｒを低圧段２のガス吸入側に供給するガス吸入口であり、ガス吸入口１８から低圧段機２に吸入された作動ガスｒは第１段圧縮された後、ガス流路１９を通って高圧段機３の吸入側から吸入されて高圧に圧縮された後、ガス吐出口２０から排出される。

スクリュー圧縮機の雄ローラと雌ロータとで形成される空間は、作動ガスｒの前記空間への吸入工程においては徐々に増大して、作動ガスをロータケーシングの吸入口から前記空間に吸入し、前記空間が最大容積に達した後は、前記空間の容積は徐々に減少して吸入した作動ガスを圧縮し、最後に圧縮した作動ガスをロータケーシングの吐出口から吐出する過程を経る。
油戻し口１７は、最大容積に達した後の作動ガスｒの圧縮工程下にある圧縮空間ｃに潤滑油を供給する位置に設けられる。油戻し口１７は、次の式におけるＶiが高い所に位置したほうが前述のとおり作動ガスの脱気量が低減し、高圧段機での圧縮効率の低下を軽減できるが、あまり高圧な所であると、低圧段機２への作動ガスの吹き戻しが起きる。

油戻し口１７での低圧段機２への作動ガスの吹き戻しを回避するために、潤滑油の低圧段供給圧力は、次の条件を満たす必要がある。
低圧段供給圧力≧最大中間圧力×（潤滑油給油位置の前記圧縮空間の容積比Ｖ
ｉ）^κ＋低圧段給油通路圧力損失＋前記圧縮空間と低圧段か
らの給油通路との必要圧力差
ただし中間圧力；高圧段スクリュー圧縮機のケーシング内入口圧で、想定
される運転条件の中で最大となる圧力
容積比Ｖi＝前記圧縮空間最大容積／潤滑油給油位置の前記圧縮空間の容積

前記式において、潤滑油給油位置の前記圧縮空間の容積比Ｖｉとは、Ｖi＝（前記最大容積／前記潤滑油給油位置の容積）であり、Ｖi≧１である。またκ（カッパ）は作動ガスの比熱比であり、例えばアンモニア冷媒ではκ＝１．３である。
また「前記圧縮空間と低圧段給油通路との必要圧力差」とは、通常３〜５ｋｇ／ｃｍ^２である。
前記式を満たす低圧段供給圧力で低圧段のメカニカルシール５及び軸受６に潤滑油を供給することにより、前記潤滑油を高圧段の油戻し口１７の戻す際に低圧段機２への作動ガスの吹き戻しが起きることなく、中間圧力よりかなり高い圧力の高圧段機３に潤滑油を戻すことができる。

図１において、２１は、低圧段側給油口１１に潤滑油を供給する管路であり、管路２１には絞り弁２３及びポンプ２２が介設されており、これらによって油戻し口１７に戻す潤滑油の戻し圧力を前述の条件を満たすように調整することができる。
なお低圧段機２のロータケーシング内は、インジェクション油量を調整することにより給油不足を補う。

このように第１実施例では、低圧段スクリュー圧縮機２の軸受６及び軸封装置（メカニカルシール）５に潤滑油を給油した後、その潤滑油を高圧段スクリュー圧縮機の前記雄・雌ロータを収納するケーシング内の圧縮空間ｃに戻すことにより、潤滑油（相溶油）からの作動ガスの脱気の影響を高圧段のみとし、低圧段への影響を回避できるとともに、従来方式に比べて大幅に体積効率を向上することができ、これによって圧縮性能を向上させることができる。

また潤滑油の戻し圧を高くして高圧段機３に供給するため、高圧段機３に流入する作動ガスの脱気ガス量も低減し、高圧段機３での圧縮効率の悪化を防ぐことができる。
また同時に潤滑油が高圧段機３の圧力の高い所に戻されるため、潤滑油の全戻し量も低減でき、この面からも相乗的に潤滑油から脱気される作動ガス量を低減することができる。
また潤滑油を圧縮空間ｃに戻す場合には、潤滑油の低圧段供給圧力を前記式を満たすように設定することにより、高圧段への油戻しに際しても十分な戻し圧を得ることができ、低圧段へのガス吹き戻しが起きない。

次に本発明の第２実施例を図２及び３に基づいて説明する。図２は、冷凍機、空調機等冷凍サイクルを構成する冷凍装置の構成図である。３１は二段スクリュー圧縮機であり、図１のスクリュー圧縮機と同一構成であるため、図１のスクリュー圧縮機と同一の部材又は機器には図１と同一の符号を付し、それらの説明を省略する。

３２は、低圧段機２及び高圧段機３の共通の回転軸４を回転する電動機であり、その出力軸３２ａがカップリング３３によって回転軸４と接続される。ｒは冷媒ガス、ｈは冷媒ガスｒが溶解した潤滑油であり、ともに高圧段機３の吐出口２０から吐出されて、油分離器３４で冷媒ガスｒと潤滑油ｈが分離され、冷媒ガスｒは凝縮器３８で凝縮された後、膨張弁３９で断熱膨張され、蒸発器４０で冷却負荷から蒸発潜熱を奪って蒸発する。蒸発した冷媒ガスｒは二段スクリュー圧縮機３１で圧縮される。

一方、油分離器３４で冷媒ガスｒと分離された潤滑油ｈは、油タンク３５を経て油ポンプ３６によって油冷却器３７に送給され、絞り弁２３で圧力調整された後、油路２１及び４１を経て二段スクリュー圧縮機３１の低圧段側及び高圧段側の軸受６、７，８及び軸封装置５に供給される。

かかる構成の第２実施例において、潤滑油ｈを二段スクリュー圧縮機３１の低圧段及び高圧段の軸受６、７、８及び軸封装置５に供給するに際しては、油ポンプ３６及び絞り弁２３によって、潤滑油供給圧を前述の式を満たすように調整して供給することにより、低圧段２及び高圧段３の軸端側軸受６、８及び軸封装置５に供給された潤滑油を高圧段３のケーシングに設けられた油戻し口１７から圧縮空間ｃに、低圧段へのガス吹き戻しを起こすことなく戻すことができる。

また本実施例の冷凍サイクルでは、蒸発器４０における蒸発温度を膨張弁３９の絞り度を調整することによって、−３５℃以下になるように運転している。作動ガスの蒸発温度が低いほど比重が軽くなり、許容熱容量が減少する。その分スクリュー圧縮機において潤滑油により加熱されやすくなり、冷却効率が低下しやすくなる。
本実施例では、スクリュー圧縮機３１の軸端側軸受６、８及び軸封装置５に供給した後の潤滑油を高圧段３の雄・雌ロータを収容するケーシング内の圧縮空間ｃに戻して、前記問題点を解消するとともに、低圧段機における体積効率の悪化をなくすことができる。このため蒸発温度が低いほど、本発明による冷凍効率の向上が著しくなる。

図３は、第２実施例の冷凍サイクルを構成する冷凍機において、冷媒及び潤滑油としてアンモニアとポリアリキレングリコールタイプの潤滑油（相溶油）を用いて、蒸発温度とＣＯＰ改善率との関係を試験した結果を示す（３５５０ｒｐｍ、Ｔｃ＝３５℃）。図３から、蒸発温度が−３５℃以下の場合、従来よりＣＯＰを５％以上アップすることができることがわかる。
この場合低圧段機の軸受及び軸封装置へ給油された潤滑油を高圧段機に戻したときの油戻し位置は、高圧段機のＶｉ＝１．２〜１．６の所に設けた場合の例である。
図３から、蒸発温度が低くなるほど、ＣＯＰの改善効果が高いことがわかる。

図４は、図３の試験例の場合に必要となる潤滑油の低圧段供給圧力と、従来の潤滑油低圧段供給圧力を示した図である。図４中、中間圧力とは、前述のように高圧段スクリュー圧縮機のケーシング内入口圧をいう。従来給油方式では、吐出後に設置されるオイルセパレータから圧力差で給油されるため、給油配管の圧力損失を０．１ＭＰａとすると、
従来給油圧力≒吐出圧力−０．１ＭＰａ
となる。

図４に見られるように、従来の潤滑油の低圧段供給圧力（曲線No.２）のままでは、蒸発温度が−３５℃以上では圧力が不足して、高圧段機の油戻し口から低圧段機にガス逆流してしまうことがわかる。
本発明では、これを未然に防止する手段として、中間圧力を監視して、膨張器の絞り度を調整するか又は吸入圧力を制限して中間圧力が過大とならないように運転するとともに、前記式に基づいて潤滑油の低圧段供給圧力を必要圧力（曲線No.１）以上に制御する。例えば低圧段供給圧力を十分に高い一定給油圧力、図４の場合なら２．０ＭＰａとする。
これによって低段機へのガスの吹きもどりを避けつつ、高圧段機への潤滑油戻し圧が過大とならない。さらに蒸発温度を−３５℃以下とすることにより、従来よりＣＯＰを５％以上アップすることができる。

本発明によれば、二段スクリュー圧縮機において、従来に比べて潤滑油の給油方法及び給油構造を若干変えるだけで、圧縮性能を大幅に向上することができる。また本発明の二段スクリュー圧縮機を冷凍機、空調機等冷凍サイクルを有する冷凍装置に用いることにより、冷凍能力を向上させることができる。

Claims (7)

1. 雄ロータと雌ロータとで圧縮空間を形成し該圧縮空間に作動ガスを供給して圧縮するスクリュー圧縮機を低圧段及び高圧段を一体に構成した二段スクリュー圧縮機に作動ガスが溶解する潤滑油を給油する方法において、
   前記低圧段スクリュー圧縮機の軸受及び軸封装置に潤滑油を給油した後、軸端側軸受及び軸封装置に給油された前記潤滑油を前記高圧段スクリュー圧縮機の前記雄・雌ロータを収納する圧縮室内に戻すことを特徴とする二段スクリュー圧縮機の給油方法。
2. 潤滑油を高圧段機の圧縮工程に入った前記圧縮空間に戻す場合には、潤滑油の低圧段供給圧力を次の式を満たすように設定することを特徴とする請求項１記載の二段スクリュー圧縮機の給油方法。
   低圧段供給圧力≧最大中間圧力×（潤滑油給油位置の前記圧縮空間の容積比Ｖ
   ｉ）^κ＋低圧段給油通路圧力損失＋前記圧縮空間と低圧段か
   らの給油通路との必要圧力差
   ただし最大中間圧力；高圧段スクリュー圧縮機のケーシング内入口圧で、想
   定される運転条件の中で最大となる圧力
   容積比Ｖi＝前記圧縮空間最大容積／潤滑油戻し位置の前記圧縮空間の容積
3. 雄ロータと雌ロータとで圧縮空間を形成し該圧縮空間に作動ガスを供給して圧縮するスクリュー圧縮機を備え、低圧段スクリュー圧縮機及び高圧段スクリュー圧縮機を一体に構成した二段スクリュー圧縮機に潤滑油を給油する装置において、
   前記低圧段スクリュー圧縮機のケーシングに設けられた軸受及び軸封装置に潤滑油を給油する通路と、
   前記給油通路に介設された絞り弁と、
   前記低圧段スクリュー圧縮機の軸端側軸受及び軸封装置から前記高圧段スクリュー圧縮機の前記雄・雌ロータを収納する圧縮室内部に連通する潤滑油通路とを備えたことを特徴とする二段スクリュー圧縮機の給油装置。
4. 前記圧縮室内部に連通する潤滑油通路を前記圧縮室の外部に配設された外部配管で構成したことを特徴とする請求項３記載の二段スクリュー圧縮機の給油装置。
5. 前記給油通路に潤滑油供給ポンプを介設したことを特徴とする請求項３記載の二段スクリュー圧縮機の給油装置。
6. 雄ロータと雌ロータとで圧縮空間を形成し該圧縮空間に作動ガスを供給して圧縮するスクリュー圧縮機を備え、低圧段スクリュー圧縮機及び高圧段スクリュー圧縮機を一体に構成した二段スクリュー圧縮機、油分離器、油タンク、油ポンプ、油冷却器、凝縮器、膨張器及び蒸発器を備えた冷凍サイクルを構成する冷凍装置の運転方法において、
   前記低圧段スクリュー圧縮機のケーシングに設けられた軸受及び軸封装置に潤滑油を給油した後、
   軸端側軸受及び軸封装置に供給した前記潤滑油を前記高圧段スクリュー圧縮機の前記雄・雌ロータを収納する圧縮室内に戻すとともに、前記蒸発器の蒸発温度が−３５℃以下になるように前記膨張器の絞り度を調整して運転することを特徴とする冷凍装置の運転方法。
7. 雄ロータと雌ロータとで圧縮空間を形成し該圧縮空間に作動ガスを供給して圧縮するスクリュー圧縮機を備え、低圧段スクリュー圧縮機及び高圧段スクリュー圧縮機を一体に構成した二段スクリュー圧縮機、油分離器、油タンク、油ポンプ、油冷却器、凝縮器、膨張器及び蒸発器を備えた冷凍サイクルを構成する冷凍装置の運転方法において、
   前記低圧段スクリュー圧縮機のケーシングに設けられた軸受及び軸封装置に潤滑油を給油した後、
   軸端側軸受及び軸封装置に供給した前記潤滑油を前記高圧段スクリュー圧縮機の前記雄・雌ロータを収納する圧縮室内に戻すとともに、低圧段機への給油を給油圧一定で行なう場合、低圧段機供給圧力が請求項２で示した式を満足するように中間圧力を監視して、前記膨張器の絞り度を調整するか又は吸入圧力を制限して、中間圧力が過大とならないように制御して運転することを特徴とする冷凍装置の運転方法。

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