遠心圧縮機
【課題】遠心圧縮機に関し、遠心圧縮機の停止時に、外気やインペラ側の冷媒がハウジング内に流れ込むことを効果的に防止する。
【解決手段】回転軸２１を収容するハウジング２２と、回転軸２２を軸封する回転軸シール部３０と、ハウジング２２内に潤滑油を供給する潤滑油供給手段６２，６４と、ハウジング２２内から潤滑油を排出する潤滑油排出手段６１とを有する遠心圧縮機１であって、遠心圧縮機１の停止時に、潤滑油排出手段６１は潤滑油の排出を中止するとともに、潤滑油供給手段６２，６４はハウジング２２内が潤滑油で満たされるまで潤滑油を供給するようにした。
【解決手段】回転軸２１を収容するハウジング２２と、回転軸２２を軸封する回転軸シール部３０と、ハウジング２２内に潤滑油を供給する潤滑油供給手段６２，６４と、ハウジング２２内から潤滑油を排出する潤滑油排出手段６１とを有する遠心圧縮機１であって、遠心圧縮機１の停止時に、潤滑油排出手段６１は潤滑油の排出を中止するとともに、潤滑油供給手段６２，６４はハウジング２２内が潤滑油で満たされるまで潤滑油を供給するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心圧縮機に関し、特にヒートポンプの圧縮機として用いられる遠心圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠心圧縮機は、インペラを高速回転させることにより、インペラの外周部に気体を吐き出し、当該気体に圧力を付与するものである。遠心圧縮機をヒートポンプや化学プラント等に用いる場合、遠心圧縮機では気相のプロセス流体等（以下、冷媒という）を圧縮することになる。
【０００３】
遠心圧縮機では、インペラを高速回転（例えば３００００ｒｐｍ）させる必要があるので、その軸封構造としては、接触式のものを用いることはできず、非接触式のものが一般に用いられている。遠心圧縮機の軸封構造に用いられる非接触式のシールとしては、ドライガスシールが一般に知られている。
【０００４】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献としては、次のものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３０６１２２６号公報
【特許文献２】特開２００９−１８０２２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、遠心圧縮機をヒートポンプの圧縮機として用いた場合、遠心圧縮機の運転中は、冷媒が圧縮されることでヒートポンプのループ側（以下、インペラ側という）は遠心圧縮機のギヤボックス内よりも高温・高圧になる。また、遠心圧縮機のギヤボックス内の温度はインペラ回転軸やギヤの回転駆動により常温よりも高い状態となる。したがって、遠心圧縮機の運転中は、ギヤボックス内に用いられているパッキン等のシール材に不具合があっても、ギヤボックス外の空気がギヤボックス内に流れ込み、さらにインペラ側へと流れ出る可能性は低い。
【０００７】
しかし、遠心圧縮機の停止直後は、ギヤボックス内の温度が急激に低下するのでギヤボックス内は低圧になる。特に蒸気を生成する様な高温ヒートポンプに低圧冷媒を使用する場合には、ギヤボックス内は大気圧以下の負圧になる。そのため、ギヤボックス内に用いられているパッキン等のシール材に不具合があると、係る不具合箇所から負圧側のギヤボックス内に空気が流れ込む場合がある。そして、ギヤボックス内に空気が混入すると、空気中に含有される水分によりギヤボックス内のギヤや回転軸に錆びが生じる可能性がある。
【０００８】
また、遠心圧縮機の停止直後は、インペラ側がギヤボックス内よりも高温・高圧になる。そのため、軸封構造に非接触式のシールを用いているので、インペラ側の冷媒が軸シールの隙間等から低圧側のギヤボックス内へと流れ込む場合がある。ヒートポンプに用いる冷媒には、潤滑油に非常によく相溶するものがあり、このような冷媒がギヤボックス内に流れ込むと、冷媒が潤滑油に過度に溶解して潤滑油の劣化を招く可能性がある。
【０００９】
さらに、ヒートポンプに用いる冷媒には、シールに用いられるエラストマ材への侵食性が高いものもあり、このような冷媒がギヤボックス内に流れ込むと、ギヤボックス内に用いられているパッキンなどのシール材が劣化し、不具合が発生する可能性もある。
【００１０】
本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、その目的は、遠心圧縮機の停止時に、ギヤボックス外の空気やインペラ側の冷媒がギヤボックス内に流れ込むことを効果的に防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の遠心圧縮機は、一端にインペラが取り付けられるとともに、他端にギヤが取り付けられる回転軸と、前記回転軸のギヤ取り付け側を収容するハウジングと、前記ハウジングに設けられ前記回転軸を軸封する回転軸シール部と、前記回転軸シール部よりもギヤ側の前記ハウジング内に潤滑油を供給する潤滑油供給手段と、前記回転軸シール部よりもギヤ側の前記ハウジング内から潤滑油を排出する潤滑油排出手段と、を有する遠心圧縮機であって、前記遠心圧縮機の停止時に、前記潤滑油排出手段は潤滑油の排出を中止するとともに、前記潤滑油供給手段は前記回転軸シール部よりもギヤ側の前記ハウジング内が潤滑油で満たされるまで潤滑油を供給することを特徴とする。
【００１２】
また、前記回転軸シール部は、非接触式シールと、前記回転軸の停止時に前記回転軸に接触して軸封する停止時接触シール機構とを有するものとする。
【００１３】
また、前記潤滑油排出手段は、前記遠心圧縮機の停止時に前記潤滑油供給手段によりに供給された潤滑油を、前記遠心圧縮機の始動時に排出するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の遠心圧縮機によれば、遠心圧縮機の停止時に、ギヤボックス外の空気やインペラ側の冷媒がギヤボックス内に流れ込むことを効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る遠心圧縮機を示す模式的な部分断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る遠心圧縮機の制御内容を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態に係る停止時接触シール機構を示す模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図１〜４に基づいて、本発明の一実施形態に係る遠心圧縮機を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１７】
本発明の一実施形態に係る遠心圧縮機１は、例えば１００℃〜１５０℃の熱源を１５０℃〜１８０℃に昇温して熱交換（放熱）する高温ヒートポンプの遠心圧縮機として用いられるもので、図１に示すように、インペラハウジング部１０と、ギヤボックス部２０と、インペラ回転軸シール部（回転軸シール部）３０と、回転数検出センサ５０と、潤滑油循環ライン６０（図２参照）と、バッファ収容部７０（図２参照）と、制御部８０とを有する。
【００１８】
なお、本実施形態において、遠心圧縮機１は高温ヒートポンプに適用されるものとして説明するが、例えば、冷凍機など遠心圧縮機で冷媒を圧縮するあらゆる型式のヒートポンプにも広く適用することができる。
【００１９】
インペラハウジング部１０は、図１に示すように、複数の羽根（不図示）が設けられたインペラ１１と、インペラハウジング１２とを有する。
【００２０】
インペラハウジング１２は、図１に示すように、高温ヒートポンプの蒸発器（不図示）から冷媒を取り入れる吸入口部１３と、インペラ１１を収容するインペラ収容部１４と、インペラ収容部１４に接続された環状のディフューザ流路１５と、ディフューザ流路１５の外周縁部に接続されたスクロール流路１６とを有する。
【００２１】
インペラ１１は、図１に示すように、インペラ回転軸２１の端部に取り付けられている。そして、インペラ１１は、後述するモータ２５の駆動力によりインペラ回転軸２１と一体に回転されることで冷媒を径方向の外方へと吐出する。
【００２２】
吸入口部１３は、図１に示すように、インペラハウジング１２の上流側にインペラ１１と同軸上に位置して設けられている。また、吸入口部１３は、上流側から下流側に向かって開口面積が次第に小さくなるように形成されている。
【００２３】
インペラ収容部１４は、インペラ１１を収容するように、上流側から下流側に向かって開口面積が次第に大きくなるように形成されている。また、インペラ収容部１４の上流側は吸入口部１３と連通する。
【００２４】
環状のディフューザ流路１５は、インペラハウジング１２の下流側にインペラ収容部１４を取り囲むように形成されている。また、ディフューザ流路１５の外周縁部には、冷媒を高温ヒートポンプの凝縮器（不図示）へと吐出するスクロール流路１６が接続されている。
【００２５】
すなわち、インペラハウジング部１０は、インペラ１１の回転により、高温ヒートポンプの蒸発器から吸入口部１３を介して取り入れた冷媒を、ディフューザ流路１５からスクロール流路１６へと吐出することで圧縮（昇温・昇圧）するように構成されている。
【００２６】
ギヤボックス部２０は、図１に示すように、インペラ回転軸（回転軸）２１と、インペラ回転軸２１を収容するハウジング２２と、ハウジング２２の内側に設けられた一対の軸受２３，２４と、ハウジング２２の側部に取り付けられたモータ２５と、インペラ回転軸２１に嵌装された従動軸ギヤ２７と、モータ駆動軸２６に嵌装された駆動ギヤ２８と、モータ駆動軸２６を軸封するモータ軸シール２９とを有する。
【００２７】
インペラ回転軸２１は、図１に示すように、一対の軸受２３，２４によってハウジング２２内に回転自在に軸支されている。また、一対の軸受２３，２４の間に位置するインペラ回転軸２１には、駆動ギヤ２８と噛合する従動軸ギヤ２７が嵌装されている。また、軸受２３とインペラ１１との間に位置するインペラ回転軸２１の周面には、後述する非接触式シール３１の一部を構成する回転環３２を取り付ける突起部２１ｂが形成されている。さらに、突起部２１ｂと軸受２３との間に位置するインペラ回転軸２１の周面には、後述する停止時接触シール機構４０の一部を構成する環状フランジ２１ａ（図４参照）が形成されている。
【００２８】
モータ２５のモータ駆動軸２６は、図１に示すように、ハウジング２２の側部から挿通され、図示しない軸受によって回転自在に軸支されている。また、モータ駆動軸２６には、従動軸ギヤ２７よりも大径に形成された駆動ギヤ２８が嵌装されている。また、モータ駆動軸２６が挿通されるハウジング２２の側部には、モータ駆動軸２６を軸封するモータ軸シール２９が設けられている。
【００２９】
インペラ回転軸シール部３０は、図１に示すように、非接触式シール３１と、停止時接触シール機構４０とを含んで構成されている。
【００３０】
非接触式シール３１は、図１に示すように、インペラ１１の背面に隣接するハウジング２２内に設けられている。また、非接触式シール３１は、インペラ回転軸２１側に設けられた回転環３２とハウジング２２側に設けられた固定環３３とを有する。
【００３１】
回転環３２は、突起部２１ｂを介してインペラ回転軸２１に固定されている。一方、固定環３３は、ハウジング２２の内側に形成された取付部２０ｂに図示しないコイルバネを介して軸方向に移動可能に取り付けられている。また、固定環３３と対向する回転環３２の側面には、図示しない複数のスパイラル溝が設けられている。
【００３２】
すなわち、非接触式シール３１は、回転環３２がインペラ回転軸２１と一体に回転すると、複数のスパイラル溝により回転環３２と固定環３３との間に動圧が作用してインペラ回転軸２１を軸封するように構成されている。この動圧は、コイルバネの付勢力に抗して固定環３３を回転環３２から離間させる。一方、インペラ回転軸２１の停止時は、回転環３２と固定環３３とはコイルバネの付勢力により接触する。この接触した状態で、回転環３２と固定環３３との間にはスパイラル溝による僅かな隙間が存在する。
【００３３】
停止時接触シール機構４０は、図４（ａ），（ｂ）に示すように、円筒の中空部を有するシール本体４１と、環状の弁体４２と、スプリング４３と、押さえ板４４とを有する。
【００３４】
シール本体４１は、図４（ａ），（ｂ）に示すように、中空部にインペラ回転軸２１を挿通した状態で、非接触式シール３１と軸受２３との間のハウジング２２内に嵌装されている。また、非接触式シール３１側（図中Ｘ方向側）に位置するシール本体４１の内周面の一端部には、環状フランジ２１ａの頂部に向けて径方向の内方に突出する環状突起４１ａが設けられている。この環状突起４１ａの頂部と環状フランジ２１ａの頂部との間には、環状空間４５が形成されている。
【００３５】
一方、軸受２３側（図中Ｙ方向側）に位置するシール本体４１の内周面の他端部には、インペラ回転軸２１に向けて径方向の内方に突出する支持突起４１ｂが設けられている。この支持突起４１ｂの側部には、スプリング４３の一端が係止されている。
【００３６】
また、シール本体４１の内部には、図４（ａ），（ｂ）に示すように、インペラ回転軸２１の軸方向（図中Ｘ−Ｙ方向）に延びる環状スロット４１ｃが形成されている。この環状スロット４１ｃには、後述する押さえ板４４の外周側部４４ｂが摺動可能に挿入される。さらに、環状スロット４１ｃに隣接するシール本体４１の内部には、後述する制御部８０によって励磁・消磁をコントロールされる電磁石４６が設けられている。
【００３７】
環状の弁体４２は、図４（ａ），（ｂ）に示すように、インペラ回転軸２１を遊挿した状態で、シール本体４１の中空部に摺動自在に収容されている。また、支持突起４１ｂの側部と対向する弁体４２の環状側部には、スプリング４３の他端が係止されている。すなわち、弁体４２は、弁体４２と支持突起４１ｂとの間に設けられたスプリング４３により、環状フランジ２１ａと環状突起４１ａとに向けて付勢されている。
【００３８】
また、図４（ａ），（ｂ）に示すように、環状フランジ２１ａの側部と対向する弁体４２の環状側部には、弁体４２と環状フランジ２１ａとの間の接触面をシールするリング状の内側シール部材４８が設けられている。さらに、環状突起４１ａの側部と対向する弁体４２の環状側部には、弁体４２と環状突起４１ａとの間の接触面をシールするリング状の外側シール部材４７が設けられている。すなわち、環状空間４５は、弁体４２がスプリング４３の付勢力により環状フランジ２１ａと環状突起４１ａとに接触し、かつ外側シール部材４７と内側シール部材４８とが接触面をシールすることで閉鎖されるように構成されている（図４（ｂ）参照）。
【００３９】
押さえ板４４は、図４（ａ），（ｂ）に示すように、環状側部４４ａと、環状側部４４ａの外周縁から軸方向に延設された外周側部４４ｂと、環状側部４４ａの内周縁から軸方向に延設された内周側部４４ｃとを有する。また、外周側部４４ｂは環状スロット４１ｃに摺動可能に挿入され、内周側部４４ｃは環状空間４５に挿通されている。そして、押さえ板４４は、電磁石４６が励磁されると、支持突起４１ｂ側（図中Ｙ方向）へと移動する。
【００４０】
すなわち、停止時接触シール機構４０は、電磁石４６が励磁されると、押さえ板４４がスプリング４３の付勢力に抗して弁体４２を支持突起４１ｂ側（図中Ｙ方向）へと押動することで、環状空間４５を開放するように構成されている（図４（ａ）参照）。この時、弁体４２と内側シール部材４８とは、環状フランジ２１ａから離間されるので、停止時接触シール機構４０とインペラ回転軸２１とは非接触状態となる。
【００４１】
一方、停止時接触シール機構４０は、電磁石４６が消磁されると、押さえ板４４による弁体４２の押動を解除するとともに、弁体４２をスプリング４３の付勢力により環状突起４１ａ側（図中Ｘ方向側）へと移動させる。そして、弁体４２が環状フランジ２１ａと環状突起４１ａとに接触し、かつ外側シール部材４７と内側シール部材４８とが接触面をシールして環状空間４５を閉鎖することで、インペラ回転軸２１を軸封するように構成されている（図４（ｂ）参照）。
【００４２】
回転数検出センサ５０は、図１に示すように、非接触式シール３１と停止時接触シール機構４０との間のハウジング２２に設けられている。この回転数検出センサ５０は、インペラ回転軸２１の回転数を検出して後述する制御部８０に出力するもので、制御部８０と電気配線を介して接続されている。なお、運転状態検出手段として、回転数検出センサ５０に替えて、固定環３３の回転環３２に対する位置を検出する固定環位置検出センサ（不図示）を適用してもよい。
【００４３】
潤滑油循環ライン６０は、図２に示すように、上流側から順に二方弁６１と、潤滑油容器６２と、油冷却器６３と、潤滑油ポンプ６４とを有する。本実施形態において、潤滑油容器６２と潤滑油ポンプ６４とは本発明の潤滑油供給手段を構成する。また、二方弁６１は本発明の潤滑油排出手段を構成する。
【００４４】
潤滑油容器６２は潤滑油を貯留するもので、図２に示すように、ハウジング２２の底部に接続された第１配管６５を介してハウジング２２内と連通する。また、第１配管６５には二方弁６１が介装されている。この二方弁６１は、後述する制御部８０によって開弁・閉弁をコントロールされている。
【００４５】
油冷却器６３は潤滑油を冷却するもので、図２に示すように、潤滑油容器６２と第２配管６６を介して接続されている。また、油冷却器６３には、図示しない冷却水供給ラインが接続されており、系外から供給される冷却水で潤滑油容器６２から送出される潤滑油を熱交換して冷却するように構成されている。
【００４６】
潤滑油ポンプ６４は、図２に示すように、第３配管６７を介して油冷却器６３と接続されている。また、潤滑油ポンプ６４は、第４配管６８を介してハウジング２２と接続されている。この第４配管６８の下流端は、従動軸ギヤ２７と駆動ギヤ２８との噛合部の上方に位置するハウジング２２に設けられた吸入孔２２ｃに接続されている。また、潤滑油ポンプ６４は、後述する制御部８０によって稼働・停止をコントロールされている。
【００４７】
すなわち、潤滑油供給ライン６０は、遠心圧縮機１の運転中には、二方弁６１が開弁されると共に潤滑油ポンプ６３が稼働されることで、従動軸ギヤ２７と駆動ギヤ２８との噛合部に向かって、吸入孔２２ｃの先に設置された循環油噴射ノズル（不図示）を介して潤滑油を常に供給するように構成されている。
【００４８】
一方、遠心圧縮機１の停止中には、二方弁６１が閉弁されると共に、後述するレベルセンサ７３の検出値が上限閾値に達するまで潤滑油ポンプ６４が稼働されることで、ハウジング２２内が潤滑油で満たされるように構成されている。なお、レベルセンサ７３の検出値が上限閾値を超えると、潤滑油ポンプ６４の稼働は停止される。
【００４９】
バッファ収容部７０は、図２に示すように、ハウジング２２の上方に設けられたバッファ容器７１と、バッファ容器７１とハウジング２２内とを連通する接続管７２と、接続管７２に設けられたレベルセンサ７３とを有する。
【００５０】
バッファ容器７１は、潤滑油供給ライン６０からハウジング２２内に潤滑油が供給された際に、ハウジング２２内から押し出される気体を収容するものである。なお、ここでいう気体とは、遠心圧縮機１の運転時に、ハウジング２２内にある潤滑油と共存する冷媒ガスをいう。
【００５１】
レベルセンサ７３は、ハウジング２２内に供給されて貯留される潤滑油の液位を検出するもので、後述する制御部８０に電気配線を介して接続されている。
【００５２】
制御部８０は、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備え構成されている。また、制御部８０には、回転数検出センサ５０とレベルセンサ７３との出力信号がＡ／Ｄ変換された後に入力される。また、制御部８０は、図１に示すように、運転状態判定部８１と、電磁石制御部８２と、二方弁制御部８３と、潤滑油ポンプ制御部８４とを一部の機能要素として有する。
【００５３】
運転状態判定部８１は、圧縮機起動スタンバイ信号と回転数検出センサ５０の出力値とに基づいて、遠心圧縮機１の運転状態を判定する。具体的には、回転数検出センサ５０の出力値（以下、回転数Ｎともいう）が０（ゼロ）よりも大きい時は、遠心圧縮機１の運転状態を運転中と判定する。一方、回転数検出センサ５０の出力値（回転数Ｎ）が０（ゼロ）の時は、遠心圧縮機１の運転状態を停止中と判定する。
【００５４】
なお、回転数検出センサ５０に替えて固定環位置検出センサを用いる場合は、回転環３２と固定環３３とが接触状態の時に遠心圧縮機１の運転状態を停止中と判定し、回転環３２と固定環３３とが離間する非接触状態の時に遠心圧縮機１の運転状態を運転中と判定すればよい。
【００５５】
電磁石制御部８２は、運転状態判定部８１の判定結果に応じて、電磁石４６の励磁・消磁をコントロールする。具体的には、遠心圧縮機１の運転状態が運転中と判定された場合は、電磁石制御部８２は電磁石４６を励磁する制御信号を出力する。すなわち、電磁石４６が通電されることで、弁体４２は押さえ板４４によって支持突起部４１ｂ側へと押動される。そして、弁体４２が環状フランジ２１ａと環状突起４１ａとから離間することで、インペラ回転軸２１の軸封は開放される（図４（ａ）参照）。
【００５６】
一方、遠心圧縮機１の運転状態が停止中と判定された場合は、電磁石制御部８２は電磁石４６を消磁する制御信号を出力する。すなわち、電磁石４６が消磁されることで、押さえ板４４による弁体４２の押動は解除される。そして、弁体４２が環状フランジ２１ａと環状突起４１ａとに接触し、かつ外側シール部材４７と内側シール部材４８とが接触面をシールして環状空間４５を閉鎖することで、インペラ回転軸２１は軸封される（図４（ｂ）参照）。
【００５７】
二方弁制御部８３は、運転状態判定部８１の判定結果に応じて二方弁６１の開弁・閉弁をコントロールする。具体的には、遠心圧縮機１の運転状態が運転中と判定された場合は、二方弁制御部８３は二方弁６１を開弁する制御信号を出力する。一方、遠心圧縮機１の運転状態が停止中と判定された場合は、二方弁６１を閉弁する制御信号を出力する。
【００５８】
潤滑油ポンプ制御部８４は、レベルセンサ７３の検出値に応じて潤滑油ポンプ６４の稼働をコントロールする。具体的には、潤滑油ポンプ制御部８４は、遠心圧縮機１の運転中は潤滑油ポンプ６４を稼働させる制御信号を出力する。また、潤滑油ポンプ制御部８４は、遠心圧縮機１の停止中において、レベルセンサ７３の検出値が上限閾値に達するまでは潤滑油ポンプ６４を稼働させる制御信号を出力する。一方、遠心圧縮機１の停止中において、レベルセンサ７３の検出値が上限閾値を超えると潤滑油ポンプ６４の稼働を停止させる制御信号を出力する。なお、本実施形態において、上限閾値はハウジング２２内が潤滑油で満たされる液位に設定されている。
【００５９】
本発明の一実施形態に係る遠心圧縮機１は、以上のように構成されているので、例えば図３に示すフローに従って以下のような制御が行われる。なお、本制御はヒートポンプの起動スタンバイと同時にスタートする。また、本制御のスタートと同時に潤滑油ポンプ６４は稼働状態に制御される。
【００６０】
ステップ（以下、ステップを単にＳと記載する）９０では、圧縮機起動スタンバイ信号に基づいて遠心圧縮機１の起動判定が実施される。遠心圧縮機１が起動していないと判定された場合は、Ｓ１００で運転状態判定部８１に、回転数検出センサ５０によって検出されたインペラ回転軸２１の回転数Ｎが読み込まれる。なお、固定環位置検出センサを用いる場合は、固定環３３の回転環３２に対する位置Ｌ1が検出されて読み込まれる。一方、遠心圧縮機１が起動していると判定された場合はＳ２００へと進む。
【００６１】
Ｓ１１０では、運転状態判定部８１によって、遠心圧縮機１の運転状態が確認される。Ｓ１００で読み込まれた回転数Ｎが０（ゼロ）の場合（Ｎ＝０）は、遠心圧縮機１の運転状態を停止中と判定してＳ１２０へと進む。一方、Ｓ１００で読み込まれた回転数Ｎが０（ゼロ）よりも大きい場合（Ｎ＞０）は、遠心圧縮機１の運転状態を運転中と判定してＳ２００へと進む。
【００６２】
なお、固定環位置検出センサを用いる場合は、固定環３３の回転環３２に対する変位量Ｌ2を算出すべく、回転環３２と固定環３３との初期状態の最大距離Ｌ0からＳ１００で読み込まれた固定環３３の位置Ｌ1が減算される（Ｌ2＝Ｌ0−Ｌ1）。そして、変位量Ｌ2が０（ゼロ）の場合は、遠心圧縮機１の運転状態を停止中と判定する。一方、変位量Ｌ2が０（ゼロ）よりも大きい場合は、遠心圧縮機１の運転状態を運転中と判定する。
【００６３】
Ｓ１２０では、Ｓ１１０で遠心圧縮機１の運転状態が停止中と判定されたことを受けて、電磁石制御部８２により電磁石４６が消磁される。すなわち、押さえ板４４による弁体４２の押動が解除され、弁体４２が環状フランジ２１ａと環状突起４１ａとに接触し、かつ外側シール部材４７と内側シール部材４８とが接触面をシールして、インペラ回転軸２１は軸封される。
【００６４】
Ｓ１３０では、二方弁制御部８３により二方弁６１が閉弁される。すなわち、潤滑油ポンプ６４により、潤滑油容器６２から汲み上げられ油冷却器６３で冷却された潤滑油がハウジング２２内に貯留される。この時、ハウジング２２内に潤滑油と共存していた気体は、バッファ容器７１へと押し出される。
【００６５】
Ｓ１４０では、潤滑油ポンプ制御部８４によって、レベルセンサ７３の検出値、すなわちハウジング２２内の潤滑油の液位が上限閾値を超えたか否かが確認される。液位が上限閾値を超えた場合は、Ｓ１５０で潤滑油ポンプ６４の稼働を停止して本制御はリターンされる。一方、液位が上限閾値を超えない場合は、Ｓ１６０に進んで潤滑油ポンプ６４の稼働が継続される。
【００６６】
Ｓ１６０で潤滑油ポンプ６４の稼働が継続されると、Ｓ１７０で再びハウジング２２内の潤滑油の液位が上限閾値を超えたか否かが確認される。潤滑油の液位が上限閾値を超えている場合は、Ｓ１８０で潤滑油ポンプ６４の稼働を停止して本制御はリターンされる。一方、潤滑油の液位が依然として上限閾値を超えていない場合は、潤滑油ポンプ６４の稼働を継続すべくＳ１６０へと戻される。その後、Ｓ１６０とＳ１７０とは潤滑油の液位が上限閾値を超えるまで繰り返えされる。
【００６７】
一方、前述のＳ９０およびＳ１１０で、遠心圧縮機１が起動中もしくは運転中と判定された場合はＳ２００へと進む。
【００６８】
Ｓ２００では、遠心圧縮機１が運転中と判定されたことを受けて、電磁石制御部８２により電磁石４６が励磁される。すなわち、押さえ板４４が弁体４２を押動し、弁体４２は環状フランジ２１ａと環状突起４１ａとから離間される。
【００６９】
Ｓ２１０では、二方弁制御部８３により二方弁６１が開弁されるとともに、Ｓ２２０では、潤滑油ポンプ制御部８４により潤滑油ポンプ６４の稼働が継続される。すなわち、潤滑油循環ライン６０により、従動軸ギヤ２７と駆動ギヤ２８との噛合部に潤滑油が常に供給される状態が維持されて本制御はリターンされる。
【００７０】
なお、事前に遠心圧縮機１が停止していてハウジング２２内が潤滑油で満たされた状態で、その後に遠心圧縮機１の運転を再開（始動）する場合は、ハウジング２２内の潤滑油はＳ２１０で二方弁６１が開弁されることで第１配管６５を介して潤滑油容器６２に回収（排出）される。このように、ハウジング２２内を満たしていた潤滑油を遠心圧縮機１の始動時に回収（排出）することで、係る潤滑油が従動軸ギヤ２７や駆動ギヤ２８の負荷となることを回避できる。
【００７１】
上述のような構成により、本発明の一実施形態に係る遠心圧縮機１によれば以下のような作用・効果を奏する。
【００７２】
遠心圧縮機１の停止時、すなわちインペラ回転軸２１の回転数Ｎが０（ゼロ）になると、停止時接触シール機構４０によりインペラ回転軸２１が軸封され、かつ二方弁６１が閉弁される。そして、レベルセンサ７３の検出値が上限閾値を超えるまで、すなわちハウジング２２内が潤滑油で満たされる液位になるまで、潤滑油ポンプ６４の稼働が継続されて、ハウジング２２内に潤滑油が貯留される。
【００７３】
したがって、遠心圧縮機１の停止時に負圧となるハウジング２２内が潤滑油で満たされた状態とるので、ハウジング２２内に用いられているパッキン等のシール材（モータ軸シール２９等）に不具合が生じた場合においても、ハウジング２２外の空気がハウジング２２内に流れ込むことを確実に防止することができる。当然ながら、ハウジング２２内への空気の混入が防止されるので、空気中に含まれる水分により従動軸ギヤ２７や駆動ギヤ２８等が錆びることも効果的に抑制される。
【００７４】
また、遠心圧縮機１の停止時には、停止時接触シール機構４０の弁体４２が環状フランジ２１ａと環状突起４１ａとに接触し、かつ外側シール部材４７と内側シール部材４８とが接触面をシールして環状空間４５を閉鎖することで、インペラ回転軸２１が軸封される。さらに、停止時接触シール機構４０よりも内側のハウジング２２内は潤滑油で満たされた状態となる。
【００７５】
したがって、遠心圧縮機１の停止時に、冷媒が回転環３２と固定環３３との間の僅かな隙間から負圧側のハウジング２２内に流れ込むことを確実に防止できるとともに、冷媒の溶け込みによる潤滑油の劣化も効果的に抑制することができる。
【００７６】
また、遠心圧縮機１の停止時にハウジング２２内に貯留された潤滑油は、遠心圧縮機１の始動時に二方弁６１が開弁されることで、第１配管６５を介して潤滑油容器６２に回収（排出）される。
【００７７】
したがって、遠心圧縮機１の停止時にハウジング２２内に貯留された潤滑油が、遠心圧縮機１の運転時に従動軸ギヤ２７や駆動ギヤ２８に対して負荷となることを確実に回避することができる。
【００７８】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
【００７９】
上述の実施形態において、本発明はインペラ回転軸シール部３０に非接触式シール３１と停止時接触シール機構４０とを有するものとして説明したが、例えば、回転軸シール部３０にラビリンスシール等を有する遠心圧縮機にも適用することができる。この場合も上述の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００８０】
また、上限閾値はハウジング２２内が潤滑油で満たされる液位に設定されるものとして説明したが、例えば、この上限閾値をモータ駆動軸２６が潤滑油に浸かる液位に設定してもよい。この場合も、モータ軸シール２９に不具合が生じた際に、係る不具合箇所から空気がハウジング２２内に流れ込むことを効果的に防止することができる。
【００８１】
また、遠心圧縮機１の停止時にハウジング２２内に貯留された潤滑油は、遠心圧縮機１の始動時に潤滑油循環ライン６０の潤滑油容器６２へと回収されるものとして説明したが、係る潤滑油を必ずしも循環させる必要はなく、系外に排出する構成であってもよい。
【００８２】
また、停止時接触シール機構４０の外側シール部材４７と内側シール部材４８とは、弁体４２の環状側部に設けられるものとして説明したが、内側シール部材４８を環状フランジ２１ａの側部に設け、外側シール部材４７を環状突起４１ａの側部に設けてもよい。
【００８３】
また、停止時接触シール機構４０のスプリング４３は、弁体４２を付勢するものであれば板バネや油圧シリンダであってもよい。
【符号の説明】
【００８４】
１ 遠心圧縮機
１１ インペラ
２２ ハウジング（ギヤボックス）
２１ インペラ回転軸（回転軸）
３０ インペラ回転軸シール部（回転軸シール部）
３１ 非接触式シール
４０ 停止時接触シール機構
６１ 二方弁（潤滑油排出手段）
６２ 潤滑油容器（潤滑油供給手段）
６４ 潤滑油ポンプ（潤滑油供給手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心圧縮機に関し、特にヒートポンプの圧縮機として用いられる遠心圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠心圧縮機は、インペラを高速回転させることにより、インペラの外周部に気体を吐き出し、当該気体に圧力を付与するものである。遠心圧縮機をヒートポンプや化学プラント等に用いる場合、遠心圧縮機では気相のプロセス流体等（以下、冷媒という）を圧縮することになる。
【０００３】
遠心圧縮機では、インペラを高速回転（例えば３００００ｒｐｍ）させる必要があるので、その軸封構造としては、接触式のものを用いることはできず、非接触式のものが一般に用いられている。遠心圧縮機の軸封構造に用いられる非接触式のシールとしては、ドライガスシールが一般に知られている。
【０００４】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献としては、次のものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３０６１２２６号公報
【特許文献２】特開２００９−１８０２２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、遠心圧縮機をヒートポンプの圧縮機として用いた場合、遠心圧縮機の運転中は、冷媒が圧縮されることでヒートポンプのループ側（以下、インペラ側という）は遠心圧縮機のギヤボックス内よりも高温・高圧になる。また、遠心圧縮機のギヤボックス内の温度はインペラ回転軸やギヤの回転駆動により常温よりも高い状態となる。したがって、遠心圧縮機の運転中は、ギヤボックス内に用いられているパッキン等のシール材に不具合があっても、ギヤボックス外の空気がギヤボックス内に流れ込み、さらにインペラ側へと流れ出る可能性は低い。
【０００７】
しかし、遠心圧縮機の停止直後は、ギヤボックス内の温度が急激に低下するのでギヤボックス内は低圧になる。特に蒸気を生成する様な高温ヒートポンプに低圧冷媒を使用する場合には、ギヤボックス内は大気圧以下の負圧になる。そのため、ギヤボックス内に用いられているパッキン等のシール材に不具合があると、係る不具合箇所から負圧側のギヤボックス内に空気が流れ込む場合がある。そして、ギヤボックス内に空気が混入すると、空気中に含有される水分によりギヤボックス内のギヤや回転軸に錆びが生じる可能性がある。
【０００８】
また、遠心圧縮機の停止直後は、インペラ側がギヤボックス内よりも高温・高圧になる。そのため、軸封構造に非接触式のシールを用いているので、インペラ側の冷媒が軸シールの隙間等から低圧側のギヤボックス内へと流れ込む場合がある。ヒートポンプに用いる冷媒には、潤滑油に非常によく相溶するものがあり、このような冷媒がギヤボックス内に流れ込むと、冷媒が潤滑油に過度に溶解して潤滑油の劣化を招く可能性がある。
【０００９】
さらに、ヒートポンプに用いる冷媒には、シールに用いられるエラストマ材への侵食性が高いものもあり、このような冷媒がギヤボックス内に流れ込むと、ギヤボックス内に用いられているパッキンなどのシール材が劣化し、不具合が発生する可能性もある。
【００１０】
本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、その目的は、遠心圧縮機の停止時に、ギヤボックス外の空気やインペラ側の冷媒がギヤボックス内に流れ込むことを効果的に防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の遠心圧縮機は、一端にインペラが取り付けられるとともに、他端にギヤが取り付けられる回転軸と、前記回転軸のギヤ取り付け側を収容するハウジングと、前記ハウジングに設けられ前記回転軸を軸封する回転軸シール部と、前記回転軸シール部よりもギヤ側の前記ハウジング内に潤滑油を供給する潤滑油供給手段と、前記回転軸シール部よりもギヤ側の前記ハウジング内から潤滑油を排出する潤滑油排出手段と、を有する遠心圧縮機であって、前記遠心圧縮機の停止時に、前記潤滑油排出手段は潤滑油の排出を中止するとともに、前記潤滑油供給手段は前記回転軸シール部よりもギヤ側の前記ハウジング内が潤滑油で満たされるまで潤滑油を供給することを特徴とする。
【００１２】
また、前記回転軸シール部は、非接触式シールと、前記回転軸の停止時に前記回転軸に接触して軸封する停止時接触シール機構とを有するものとする。
【００１３】
また、前記潤滑油排出手段は、前記遠心圧縮機の停止時に前記潤滑油供給手段によりに供給された潤滑油を、前記遠心圧縮機の始動時に排出するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の遠心圧縮機によれば、遠心圧縮機の停止時に、ギヤボックス外の空気やインペラ側の冷媒がギヤボックス内に流れ込むことを効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る遠心圧縮機を示す模式的な部分断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る遠心圧縮機の制御内容を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態に係る停止時接触シール機構を示す模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図１〜４に基づいて、本発明の一実施形態に係る遠心圧縮機を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１７】
本発明の一実施形態に係る遠心圧縮機１は、例えば１００℃〜１５０℃の熱源を１５０℃〜１８０℃に昇温して熱交換（放熱）する高温ヒートポンプの遠心圧縮機として用いられるもので、図１に示すように、インペラハウジング部１０と、ギヤボックス部２０と、インペラ回転軸シール部（回転軸シール部）３０と、回転数検出センサ５０と、潤滑油循環ライン６０（図２参照）と、バッファ収容部７０（図２参照）と、制御部８０とを有する。
【００１８】
なお、本実施形態において、遠心圧縮機１は高温ヒートポンプに適用されるものとして説明するが、例えば、冷凍機など遠心圧縮機で冷媒を圧縮するあらゆる型式のヒートポンプにも広く適用することができる。
【００１９】
インペラハウジング部１０は、図１に示すように、複数の羽根（不図示）が設けられたインペラ１１と、インペラハウジング１２とを有する。
【００２０】
インペラハウジング１２は、図１に示すように、高温ヒートポンプの蒸発器（不図示）から冷媒を取り入れる吸入口部１３と、インペラ１１を収容するインペラ収容部１４と、インペラ収容部１４に接続された環状のディフューザ流路１５と、ディフューザ流路１５の外周縁部に接続されたスクロール流路１６とを有する。
【００２１】
インペラ１１は、図１に示すように、インペラ回転軸２１の端部に取り付けられている。そして、インペラ１１は、後述するモータ２５の駆動力によりインペラ回転軸２１と一体に回転されることで冷媒を径方向の外方へと吐出する。
【００２２】
吸入口部１３は、図１に示すように、インペラハウジング１２の上流側にインペラ１１と同軸上に位置して設けられている。また、吸入口部１３は、上流側から下流側に向かって開口面積が次第に小さくなるように形成されている。
【００２３】
インペラ収容部１４は、インペラ１１を収容するように、上流側から下流側に向かって開口面積が次第に大きくなるように形成されている。また、インペラ収容部１４の上流側は吸入口部１３と連通する。
【００２４】
環状のディフューザ流路１５は、インペラハウジング１２の下流側にインペラ収容部１４を取り囲むように形成されている。また、ディフューザ流路１５の外周縁部には、冷媒を高温ヒートポンプの凝縮器（不図示）へと吐出するスクロール流路１６が接続されている。
【００２５】
すなわち、インペラハウジング部１０は、インペラ１１の回転により、高温ヒートポンプの蒸発器から吸入口部１３を介して取り入れた冷媒を、ディフューザ流路１５からスクロール流路１６へと吐出することで圧縮（昇温・昇圧）するように構成されている。
【００２６】
ギヤボックス部２０は、図１に示すように、インペラ回転軸（回転軸）２１と、インペラ回転軸２１を収容するハウジング２２と、ハウジング２２の内側に設けられた一対の軸受２３，２４と、ハウジング２２の側部に取り付けられたモータ２５と、インペラ回転軸２１に嵌装された従動軸ギヤ２７と、モータ駆動軸２６に嵌装された駆動ギヤ２８と、モータ駆動軸２６を軸封するモータ軸シール２９とを有する。
【００２７】
インペラ回転軸２１は、図１に示すように、一対の軸受２３，２４によってハウジング２２内に回転自在に軸支されている。また、一対の軸受２３，２４の間に位置するインペラ回転軸２１には、駆動ギヤ２８と噛合する従動軸ギヤ２７が嵌装されている。また、軸受２３とインペラ１１との間に位置するインペラ回転軸２１の周面には、後述する非接触式シール３１の一部を構成する回転環３２を取り付ける突起部２１ｂが形成されている。さらに、突起部２１ｂと軸受２３との間に位置するインペラ回転軸２１の周面には、後述する停止時接触シール機構４０の一部を構成する環状フランジ２１ａ（図４参照）が形成されている。
【００２８】
モータ２５のモータ駆動軸２６は、図１に示すように、ハウジング２２の側部から挿通され、図示しない軸受によって回転自在に軸支されている。また、モータ駆動軸２６には、従動軸ギヤ２７よりも大径に形成された駆動ギヤ２８が嵌装されている。また、モータ駆動軸２６が挿通されるハウジング２２の側部には、モータ駆動軸２６を軸封するモータ軸シール２９が設けられている。
【００２９】
インペラ回転軸シール部３０は、図１に示すように、非接触式シール３１と、停止時接触シール機構４０とを含んで構成されている。
【００３０】
非接触式シール３１は、図１に示すように、インペラ１１の背面に隣接するハウジング２２内に設けられている。また、非接触式シール３１は、インペラ回転軸２１側に設けられた回転環３２とハウジング２２側に設けられた固定環３３とを有する。
【００３１】
回転環３２は、突起部２１ｂを介してインペラ回転軸２１に固定されている。一方、固定環３３は、ハウジング２２の内側に形成された取付部２０ｂに図示しないコイルバネを介して軸方向に移動可能に取り付けられている。また、固定環３３と対向する回転環３２の側面には、図示しない複数のスパイラル溝が設けられている。
【００３２】
すなわち、非接触式シール３１は、回転環３２がインペラ回転軸２１と一体に回転すると、複数のスパイラル溝により回転環３２と固定環３３との間に動圧が作用してインペラ回転軸２１を軸封するように構成されている。この動圧は、コイルバネの付勢力に抗して固定環３３を回転環３２から離間させる。一方、インペラ回転軸２１の停止時は、回転環３２と固定環３３とはコイルバネの付勢力により接触する。この接触した状態で、回転環３２と固定環３３との間にはスパイラル溝による僅かな隙間が存在する。
【００３３】
停止時接触シール機構４０は、図４（ａ），（ｂ）に示すように、円筒の中空部を有するシール本体４１と、環状の弁体４２と、スプリング４３と、押さえ板４４とを有する。
【００３４】
シール本体４１は、図４（ａ），（ｂ）に示すように、中空部にインペラ回転軸２１を挿通した状態で、非接触式シール３１と軸受２３との間のハウジング２２内に嵌装されている。また、非接触式シール３１側（図中Ｘ方向側）に位置するシール本体４１の内周面の一端部には、環状フランジ２１ａの頂部に向けて径方向の内方に突出する環状突起４１ａが設けられている。この環状突起４１ａの頂部と環状フランジ２１ａの頂部との間には、環状空間４５が形成されている。
【００３５】
一方、軸受２３側（図中Ｙ方向側）に位置するシール本体４１の内周面の他端部には、インペラ回転軸２１に向けて径方向の内方に突出する支持突起４１ｂが設けられている。この支持突起４１ｂの側部には、スプリング４３の一端が係止されている。
【００３６】
また、シール本体４１の内部には、図４（ａ），（ｂ）に示すように、インペラ回転軸２１の軸方向（図中Ｘ−Ｙ方向）に延びる環状スロット４１ｃが形成されている。この環状スロット４１ｃには、後述する押さえ板４４の外周側部４４ｂが摺動可能に挿入される。さらに、環状スロット４１ｃに隣接するシール本体４１の内部には、後述する制御部８０によって励磁・消磁をコントロールされる電磁石４６が設けられている。
【００３７】
環状の弁体４２は、図４（ａ），（ｂ）に示すように、インペラ回転軸２１を遊挿した状態で、シール本体４１の中空部に摺動自在に収容されている。また、支持突起４１ｂの側部と対向する弁体４２の環状側部には、スプリング４３の他端が係止されている。すなわち、弁体４２は、弁体４２と支持突起４１ｂとの間に設けられたスプリング４３により、環状フランジ２１ａと環状突起４１ａとに向けて付勢されている。
【００３８】
また、図４（ａ），（ｂ）に示すように、環状フランジ２１ａの側部と対向する弁体４２の環状側部には、弁体４２と環状フランジ２１ａとの間の接触面をシールするリング状の内側シール部材４８が設けられている。さらに、環状突起４１ａの側部と対向する弁体４２の環状側部には、弁体４２と環状突起４１ａとの間の接触面をシールするリング状の外側シール部材４７が設けられている。すなわち、環状空間４５は、弁体４２がスプリング４３の付勢力により環状フランジ２１ａと環状突起４１ａとに接触し、かつ外側シール部材４７と内側シール部材４８とが接触面をシールすることで閉鎖されるように構成されている（図４（ｂ）参照）。
【００３９】
押さえ板４４は、図４（ａ），（ｂ）に示すように、環状側部４４ａと、環状側部４４ａの外周縁から軸方向に延設された外周側部４４ｂと、環状側部４４ａの内周縁から軸方向に延設された内周側部４４ｃとを有する。また、外周側部４４ｂは環状スロット４１ｃに摺動可能に挿入され、内周側部４４ｃは環状空間４５に挿通されている。そして、押さえ板４４は、電磁石４６が励磁されると、支持突起４１ｂ側（図中Ｙ方向）へと移動する。
【００４０】
すなわち、停止時接触シール機構４０は、電磁石４６が励磁されると、押さえ板４４がスプリング４３の付勢力に抗して弁体４２を支持突起４１ｂ側（図中Ｙ方向）へと押動することで、環状空間４５を開放するように構成されている（図４（ａ）参照）。この時、弁体４２と内側シール部材４８とは、環状フランジ２１ａから離間されるので、停止時接触シール機構４０とインペラ回転軸２１とは非接触状態となる。
【００４１】
一方、停止時接触シール機構４０は、電磁石４６が消磁されると、押さえ板４４による弁体４２の押動を解除するとともに、弁体４２をスプリング４３の付勢力により環状突起４１ａ側（図中Ｘ方向側）へと移動させる。そして、弁体４２が環状フランジ２１ａと環状突起４１ａとに接触し、かつ外側シール部材４７と内側シール部材４８とが接触面をシールして環状空間４５を閉鎖することで、インペラ回転軸２１を軸封するように構成されている（図４（ｂ）参照）。
【００４２】
回転数検出センサ５０は、図１に示すように、非接触式シール３１と停止時接触シール機構４０との間のハウジング２２に設けられている。この回転数検出センサ５０は、インペラ回転軸２１の回転数を検出して後述する制御部８０に出力するもので、制御部８０と電気配線を介して接続されている。なお、運転状態検出手段として、回転数検出センサ５０に替えて、固定環３３の回転環３２に対する位置を検出する固定環位置検出センサ（不図示）を適用してもよい。
【００４３】
潤滑油循環ライン６０は、図２に示すように、上流側から順に二方弁６１と、潤滑油容器６２と、油冷却器６３と、潤滑油ポンプ６４とを有する。本実施形態において、潤滑油容器６２と潤滑油ポンプ６４とは本発明の潤滑油供給手段を構成する。また、二方弁６１は本発明の潤滑油排出手段を構成する。
【００４４】
潤滑油容器６２は潤滑油を貯留するもので、図２に示すように、ハウジング２２の底部に接続された第１配管６５を介してハウジング２２内と連通する。また、第１配管６５には二方弁６１が介装されている。この二方弁６１は、後述する制御部８０によって開弁・閉弁をコントロールされている。
【００４５】
油冷却器６３は潤滑油を冷却するもので、図２に示すように、潤滑油容器６２と第２配管６６を介して接続されている。また、油冷却器６３には、図示しない冷却水供給ラインが接続されており、系外から供給される冷却水で潤滑油容器６２から送出される潤滑油を熱交換して冷却するように構成されている。
【００４６】
潤滑油ポンプ６４は、図２に示すように、第３配管６７を介して油冷却器６３と接続されている。また、潤滑油ポンプ６４は、第４配管６８を介してハウジング２２と接続されている。この第４配管６８の下流端は、従動軸ギヤ２７と駆動ギヤ２８との噛合部の上方に位置するハウジング２２に設けられた吸入孔２２ｃに接続されている。また、潤滑油ポンプ６４は、後述する制御部８０によって稼働・停止をコントロールされている。
【００４７】
すなわち、潤滑油供給ライン６０は、遠心圧縮機１の運転中には、二方弁６１が開弁されると共に潤滑油ポンプ６３が稼働されることで、従動軸ギヤ２７と駆動ギヤ２８との噛合部に向かって、吸入孔２２ｃの先に設置された循環油噴射ノズル（不図示）を介して潤滑油を常に供給するように構成されている。
【００４８】
一方、遠心圧縮機１の停止中には、二方弁６１が閉弁されると共に、後述するレベルセンサ７３の検出値が上限閾値に達するまで潤滑油ポンプ６４が稼働されることで、ハウジング２２内が潤滑油で満たされるように構成されている。なお、レベルセンサ７３の検出値が上限閾値を超えると、潤滑油ポンプ６４の稼働は停止される。
【００４９】
バッファ収容部７０は、図２に示すように、ハウジング２２の上方に設けられたバッファ容器７１と、バッファ容器７１とハウジング２２内とを連通する接続管７２と、接続管７２に設けられたレベルセンサ７３とを有する。
【００５０】
バッファ容器７１は、潤滑油供給ライン６０からハウジング２２内に潤滑油が供給された際に、ハウジング２２内から押し出される気体を収容するものである。なお、ここでいう気体とは、遠心圧縮機１の運転時に、ハウジング２２内にある潤滑油と共存する冷媒ガスをいう。
【００５１】
レベルセンサ７３は、ハウジング２２内に供給されて貯留される潤滑油の液位を検出するもので、後述する制御部８０に電気配線を介して接続されている。
【００５２】
制御部８０は、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備え構成されている。また、制御部８０には、回転数検出センサ５０とレベルセンサ７３との出力信号がＡ／Ｄ変換された後に入力される。また、制御部８０は、図１に示すように、運転状態判定部８１と、電磁石制御部８２と、二方弁制御部８３と、潤滑油ポンプ制御部８４とを一部の機能要素として有する。
【００５３】
運転状態判定部８１は、圧縮機起動スタンバイ信号と回転数検出センサ５０の出力値とに基づいて、遠心圧縮機１の運転状態を判定する。具体的には、回転数検出センサ５０の出力値（以下、回転数Ｎともいう）が０（ゼロ）よりも大きい時は、遠心圧縮機１の運転状態を運転中と判定する。一方、回転数検出センサ５０の出力値（回転数Ｎ）が０（ゼロ）の時は、遠心圧縮機１の運転状態を停止中と判定する。
【００５４】
なお、回転数検出センサ５０に替えて固定環位置検出センサを用いる場合は、回転環３２と固定環３３とが接触状態の時に遠心圧縮機１の運転状態を停止中と判定し、回転環３２と固定環３３とが離間する非接触状態の時に遠心圧縮機１の運転状態を運転中と判定すればよい。
【００５５】
電磁石制御部８２は、運転状態判定部８１の判定結果に応じて、電磁石４６の励磁・消磁をコントロールする。具体的には、遠心圧縮機１の運転状態が運転中と判定された場合は、電磁石制御部８２は電磁石４６を励磁する制御信号を出力する。すなわち、電磁石４６が通電されることで、弁体４２は押さえ板４４によって支持突起部４１ｂ側へと押動される。そして、弁体４２が環状フランジ２１ａと環状突起４１ａとから離間することで、インペラ回転軸２１の軸封は開放される（図４（ａ）参照）。
【００５６】
一方、遠心圧縮機１の運転状態が停止中と判定された場合は、電磁石制御部８２は電磁石４６を消磁する制御信号を出力する。すなわち、電磁石４６が消磁されることで、押さえ板４４による弁体４２の押動は解除される。そして、弁体４２が環状フランジ２１ａと環状突起４１ａとに接触し、かつ外側シール部材４７と内側シール部材４８とが接触面をシールして環状空間４５を閉鎖することで、インペラ回転軸２１は軸封される（図４（ｂ）参照）。
【００５７】
二方弁制御部８３は、運転状態判定部８１の判定結果に応じて二方弁６１の開弁・閉弁をコントロールする。具体的には、遠心圧縮機１の運転状態が運転中と判定された場合は、二方弁制御部８３は二方弁６１を開弁する制御信号を出力する。一方、遠心圧縮機１の運転状態が停止中と判定された場合は、二方弁６１を閉弁する制御信号を出力する。
【００５８】
潤滑油ポンプ制御部８４は、レベルセンサ７３の検出値に応じて潤滑油ポンプ６４の稼働をコントロールする。具体的には、潤滑油ポンプ制御部８４は、遠心圧縮機１の運転中は潤滑油ポンプ６４を稼働させる制御信号を出力する。また、潤滑油ポンプ制御部８４は、遠心圧縮機１の停止中において、レベルセンサ７３の検出値が上限閾値に達するまでは潤滑油ポンプ６４を稼働させる制御信号を出力する。一方、遠心圧縮機１の停止中において、レベルセンサ７３の検出値が上限閾値を超えると潤滑油ポンプ６４の稼働を停止させる制御信号を出力する。なお、本実施形態において、上限閾値はハウジング２２内が潤滑油で満たされる液位に設定されている。
【００５９】
本発明の一実施形態に係る遠心圧縮機１は、以上のように構成されているので、例えば図３に示すフローに従って以下のような制御が行われる。なお、本制御はヒートポンプの起動スタンバイと同時にスタートする。また、本制御のスタートと同時に潤滑油ポンプ６４は稼働状態に制御される。
【００６０】
ステップ（以下、ステップを単にＳと記載する）９０では、圧縮機起動スタンバイ信号に基づいて遠心圧縮機１の起動判定が実施される。遠心圧縮機１が起動していないと判定された場合は、Ｓ１００で運転状態判定部８１に、回転数検出センサ５０によって検出されたインペラ回転軸２１の回転数Ｎが読み込まれる。なお、固定環位置検出センサを用いる場合は、固定環３３の回転環３２に対する位置Ｌ1が検出されて読み込まれる。一方、遠心圧縮機１が起動していると判定された場合はＳ２００へと進む。
【００６１】
Ｓ１１０では、運転状態判定部８１によって、遠心圧縮機１の運転状態が確認される。Ｓ１００で読み込まれた回転数Ｎが０（ゼロ）の場合（Ｎ＝０）は、遠心圧縮機１の運転状態を停止中と判定してＳ１２０へと進む。一方、Ｓ１００で読み込まれた回転数Ｎが０（ゼロ）よりも大きい場合（Ｎ＞０）は、遠心圧縮機１の運転状態を運転中と判定してＳ２００へと進む。
【００６２】
なお、固定環位置検出センサを用いる場合は、固定環３３の回転環３２に対する変位量Ｌ2を算出すべく、回転環３２と固定環３３との初期状態の最大距離Ｌ0からＳ１００で読み込まれた固定環３３の位置Ｌ1が減算される（Ｌ2＝Ｌ0−Ｌ1）。そして、変位量Ｌ2が０（ゼロ）の場合は、遠心圧縮機１の運転状態を停止中と判定する。一方、変位量Ｌ2が０（ゼロ）よりも大きい場合は、遠心圧縮機１の運転状態を運転中と判定する。
【００６３】
Ｓ１２０では、Ｓ１１０で遠心圧縮機１の運転状態が停止中と判定されたことを受けて、電磁石制御部８２により電磁石４６が消磁される。すなわち、押さえ板４４による弁体４２の押動が解除され、弁体４２が環状フランジ２１ａと環状突起４１ａとに接触し、かつ外側シール部材４７と内側シール部材４８とが接触面をシールして、インペラ回転軸２１は軸封される。
【００６４】
Ｓ１３０では、二方弁制御部８３により二方弁６１が閉弁される。すなわち、潤滑油ポンプ６４により、潤滑油容器６２から汲み上げられ油冷却器６３で冷却された潤滑油がハウジング２２内に貯留される。この時、ハウジング２２内に潤滑油と共存していた気体は、バッファ容器７１へと押し出される。
【００６５】
Ｓ１４０では、潤滑油ポンプ制御部８４によって、レベルセンサ７３の検出値、すなわちハウジング２２内の潤滑油の液位が上限閾値を超えたか否かが確認される。液位が上限閾値を超えた場合は、Ｓ１５０で潤滑油ポンプ６４の稼働を停止して本制御はリターンされる。一方、液位が上限閾値を超えない場合は、Ｓ１６０に進んで潤滑油ポンプ６４の稼働が継続される。
【００６６】
Ｓ１６０で潤滑油ポンプ６４の稼働が継続されると、Ｓ１７０で再びハウジング２２内の潤滑油の液位が上限閾値を超えたか否かが確認される。潤滑油の液位が上限閾値を超えている場合は、Ｓ１８０で潤滑油ポンプ６４の稼働を停止して本制御はリターンされる。一方、潤滑油の液位が依然として上限閾値を超えていない場合は、潤滑油ポンプ６４の稼働を継続すべくＳ１６０へと戻される。その後、Ｓ１６０とＳ１７０とは潤滑油の液位が上限閾値を超えるまで繰り返えされる。
【００６７】
一方、前述のＳ９０およびＳ１１０で、遠心圧縮機１が起動中もしくは運転中と判定された場合はＳ２００へと進む。
【００６８】
Ｓ２００では、遠心圧縮機１が運転中と判定されたことを受けて、電磁石制御部８２により電磁石４６が励磁される。すなわち、押さえ板４４が弁体４２を押動し、弁体４２は環状フランジ２１ａと環状突起４１ａとから離間される。
【００６９】
Ｓ２１０では、二方弁制御部８３により二方弁６１が開弁されるとともに、Ｓ２２０では、潤滑油ポンプ制御部８４により潤滑油ポンプ６４の稼働が継続される。すなわち、潤滑油循環ライン６０により、従動軸ギヤ２７と駆動ギヤ２８との噛合部に潤滑油が常に供給される状態が維持されて本制御はリターンされる。
【００７０】
なお、事前に遠心圧縮機１が停止していてハウジング２２内が潤滑油で満たされた状態で、その後に遠心圧縮機１の運転を再開（始動）する場合は、ハウジング２２内の潤滑油はＳ２１０で二方弁６１が開弁されることで第１配管６５を介して潤滑油容器６２に回収（排出）される。このように、ハウジング２２内を満たしていた潤滑油を遠心圧縮機１の始動時に回収（排出）することで、係る潤滑油が従動軸ギヤ２７や駆動ギヤ２８の負荷となることを回避できる。
【００７１】
上述のような構成により、本発明の一実施形態に係る遠心圧縮機１によれば以下のような作用・効果を奏する。
【００７２】
遠心圧縮機１の停止時、すなわちインペラ回転軸２１の回転数Ｎが０（ゼロ）になると、停止時接触シール機構４０によりインペラ回転軸２１が軸封され、かつ二方弁６１が閉弁される。そして、レベルセンサ７３の検出値が上限閾値を超えるまで、すなわちハウジング２２内が潤滑油で満たされる液位になるまで、潤滑油ポンプ６４の稼働が継続されて、ハウジング２２内に潤滑油が貯留される。
【００７３】
したがって、遠心圧縮機１の停止時に負圧となるハウジング２２内が潤滑油で満たされた状態とるので、ハウジング２２内に用いられているパッキン等のシール材（モータ軸シール２９等）に不具合が生じた場合においても、ハウジング２２外の空気がハウジング２２内に流れ込むことを確実に防止することができる。当然ながら、ハウジング２２内への空気の混入が防止されるので、空気中に含まれる水分により従動軸ギヤ２７や駆動ギヤ２８等が錆びることも効果的に抑制される。
【００７４】
また、遠心圧縮機１の停止時には、停止時接触シール機構４０の弁体４２が環状フランジ２１ａと環状突起４１ａとに接触し、かつ外側シール部材４７と内側シール部材４８とが接触面をシールして環状空間４５を閉鎖することで、インペラ回転軸２１が軸封される。さらに、停止時接触シール機構４０よりも内側のハウジング２２内は潤滑油で満たされた状態となる。
【００７５】
したがって、遠心圧縮機１の停止時に、冷媒が回転環３２と固定環３３との間の僅かな隙間から負圧側のハウジング２２内に流れ込むことを確実に防止できるとともに、冷媒の溶け込みによる潤滑油の劣化も効果的に抑制することができる。
【００７６】
また、遠心圧縮機１の停止時にハウジング２２内に貯留された潤滑油は、遠心圧縮機１の始動時に二方弁６１が開弁されることで、第１配管６５を介して潤滑油容器６２に回収（排出）される。
【００７７】
したがって、遠心圧縮機１の停止時にハウジング２２内に貯留された潤滑油が、遠心圧縮機１の運転時に従動軸ギヤ２７や駆動ギヤ２８に対して負荷となることを確実に回避することができる。
【００７８】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
【００７９】
上述の実施形態において、本発明はインペラ回転軸シール部３０に非接触式シール３１と停止時接触シール機構４０とを有するものとして説明したが、例えば、回転軸シール部３０にラビリンスシール等を有する遠心圧縮機にも適用することができる。この場合も上述の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００８０】
また、上限閾値はハウジング２２内が潤滑油で満たされる液位に設定されるものとして説明したが、例えば、この上限閾値をモータ駆動軸２６が潤滑油に浸かる液位に設定してもよい。この場合も、モータ軸シール２９に不具合が生じた際に、係る不具合箇所から空気がハウジング２２内に流れ込むことを効果的に防止することができる。
【００８１】
また、遠心圧縮機１の停止時にハウジング２２内に貯留された潤滑油は、遠心圧縮機１の始動時に潤滑油循環ライン６０の潤滑油容器６２へと回収されるものとして説明したが、係る潤滑油を必ずしも循環させる必要はなく、系外に排出する構成であってもよい。
【００８２】
また、停止時接触シール機構４０の外側シール部材４７と内側シール部材４８とは、弁体４２の環状側部に設けられるものとして説明したが、内側シール部材４８を環状フランジ２１ａの側部に設け、外側シール部材４７を環状突起４１ａの側部に設けてもよい。
【００８３】
また、停止時接触シール機構４０のスプリング４３は、弁体４２を付勢するものであれば板バネや油圧シリンダであってもよい。
【符号の説明】
【００８４】
１ 遠心圧縮機
１１ インペラ
２２ ハウジング（ギヤボックス）
２１ インペラ回転軸（回転軸）
３０ インペラ回転軸シール部（回転軸シール部）
３１ 非接触式シール
４０ 停止時接触シール機構
６１ 二方弁（潤滑油排出手段）
６２ 潤滑油容器（潤滑油供給手段）
６４ 潤滑油ポンプ（潤滑油供給手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端にインペラが取り付けられるとともに、他端にギヤが取り付けられる回転軸と、前記回転軸のギヤ取り付け側を収容するハウジングと、前記ハウジングに設けられ前記回転軸を軸封する回転軸シール部と、前記回転軸シール部よりもギヤ側の前記ハウジング内に潤滑油を供給する潤滑油供給手段と、前記回転軸シール部よりもギヤ側の前記ハウジング内から潤滑油を排出する潤滑油排出手段と、を有する遠心圧縮機であって、
前記遠心圧縮機の停止時に、
前記潤滑油排出手段は潤滑油の排出を中止するとともに、
前記潤滑油供給手段は前記回転軸シール部よりもギヤ側の前記ハウジング内が潤滑油で満たされるまで潤滑油を供給する
ことを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項２】
前記回転軸シール部は、
非接触式シールと、前記回転軸の停止時に前記回転軸に接触して軸封する停止時接触シール機構と、を有する
ことを特徴とする請求項１記載の遠心圧縮機。
【請求項３】
前記潤滑油排出手段は、前記遠心圧縮機の停止時に前記潤滑油供給手段によりに供給された潤滑油を、前記遠心圧縮機の始動時に排出する
ことを特徴とする請求項１又は２記載の遠心圧縮機。
【請求項１】
一端にインペラが取り付けられるとともに、他端にギヤが取り付けられる回転軸と、前記回転軸のギヤ取り付け側を収容するハウジングと、前記ハウジングに設けられ前記回転軸を軸封する回転軸シール部と、前記回転軸シール部よりもギヤ側の前記ハウジング内に潤滑油を供給する潤滑油供給手段と、前記回転軸シール部よりもギヤ側の前記ハウジング内から潤滑油を排出する潤滑油排出手段と、を有する遠心圧縮機であって、
前記遠心圧縮機の停止時に、
前記潤滑油排出手段は潤滑油の排出を中止するとともに、
前記潤滑油供給手段は前記回転軸シール部よりもギヤ側の前記ハウジング内が潤滑油で満たされるまで潤滑油を供給する
ことを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項２】
前記回転軸シール部は、
非接触式シールと、前記回転軸の停止時に前記回転軸に接触して軸封する停止時接触シール機構と、を有する
ことを特徴とする請求項１記載の遠心圧縮機。
【請求項３】
前記潤滑油排出手段は、前記遠心圧縮機の停止時に前記潤滑油供給手段によりに供給された潤滑油を、前記遠心圧縮機の始動時に排出する
ことを特徴とする請求項１又は２記載の遠心圧縮機。
【図３】
【図４】
【図１】
【図２】
【図４】
【図１】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−１３２３７４（Ｐ２０１２−１３２３７４Ａ）
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８５７３０（Ｐ２０１０−２８５７３０）
【出願日】平成２２年１２月２２日（２０１０．１２．２２）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２２日（２０１０．１２．２２）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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