JP2010121545A - 流体圧縮装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流体圧縮装置における吐出管の上昇部の上流側で、作動気体に混入した液体を除去することにより、作動気体の圧力損失を低減すること。
【解決手段】圧縮機本体１０、圧縮された作動気体の吐出後に作動気体に混入した液体を分離する気液分離器５、および圧縮機本体と気液分離器とを繋ぐ吐出通路１１を備え、前記吐出通路１１と前記気液分離器５の接続部１９が、吐出通路と圧縮機本体の接続部より高い位置にある流体圧縮装置において、前記吐出通路１１と前記気液分離器５の前記接続部１９より低い位置に前記吐出通路１１と前記気液分離器５とを繋ぐバイパス管１１を設けることにより、前記吐出管１１の上昇部２０より上流側において、作動気体に混入した液体を除去する。以上により、作動気体の前記吐出管１１における圧力損失が低減され、流体圧縮装置の作動気体の大流量化が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、作動室内に液体を注入し、その液体が混入された状態で気体を圧縮する方式の流体圧縮装置に関する。

図２は、一般的な流体圧縮装置１の系統図を示したものである。圧縮機本体２は圧縮機駆動用モーター３によって駆動され、作動気体は前記圧縮機駆動用モーター３の運転に伴い吸込制御弁４を通して前記圧縮機本体２の内部に流入する。前記圧縮機本体２内に流入した作動気体は、作動室内に作動気体の冷却、各部隙間の密閉、または軸受などの潤滑を目的として液体を供給されながら圧縮され、所定の圧力に達した後、液体とともに前記圧縮機本体２から吐出される。

前記圧縮機本体２から吐出された作動気体と液体は気液分離器５に流入し、前記気液分離器５内で旋回運動することにより遠心力が加わり分離される。分離された液体は、重力により前記気液分離器５の下部に溜まり、ストレーナー８および液体用冷却器９などを経て、再び前記圧縮機本体２内に供給される。一方で、圧縮された作動流体（気体）は前記気液分離器５上部から流出し、フィルター６および作動気体用冷却器７などを経て、圧縮気体の消費機器に供給される。

一般的に、大きな振動源となる前記圧縮機本体２および前記圧縮機駆動用モーター３は、前記流体圧縮装置１全体の振動を抑えるため、他の機器より比較的下方に設置される。一方で、前記気液分離器５は液体に働く遠心力および重力を利用して作動気体との分離を行うため、前記気液分離器５における作動気体および液体の流入部は、前記気液分離器５の壁面上の上方に設けられる。

従って、前記圧縮機本体２の吐出部より前記気液分離器５の流入部の方が高い位置にあるので、その高低差だけ作動気体は比重の大きな液体を輸送するため、作動気体の圧力損失を増大させる要因となる。また、前記圧縮機本体２の吐出部と前記気液分離器５の流入部の高低差が大きい場合には、前記気液分離器５の流入部まで上昇しなかった液体が前記圧縮機本体２の吐出部近傍に溜まり、作動気体の流路を塞ぐため、作動気体の圧力損失を一層増大させる懸念がある。

これらの課題を解決するため、前記圧縮機本体２と前記気液分離器５とを繋ぐ通路において、作動気体および液体が上昇する前に、出来るだけ多くの液体を作動気体から除去する必要がある。圧力損失の低減を目的として、圧縮機本体と気液分離器とを繋ぐ通路から液体の除去を図った公知例は無い。特公平７−９４８３０号（特許文献１）には、スクリュー圧縮機本体の出側部と油の入側部とを開閉弁を介して直結するバイパス流路を設けることにより、油冷式スクリュー圧縮機本体の運転開始までに冷媒を油に溶解させ、油粘度の低下を図る技術が記載されている。

特公平７−９４８３０号公報

しかし、上記の特許文献１では、スクリュー圧縮機本体の出側部と気液分離器の流入部の高さ位置を考慮しておらず、圧縮機の起動前に冷媒を油に十分溶解させ、油粘度を低下させることが目的であり、圧縮機の起動前に油ポンプを強制的に作動させ、圧縮機の起動後はバイパス流路に設けられた開閉弁を閉じる構成となっている。従って、圧縮機本体の吐出部より気液分離器の流入部の方が高い位置にある場合に、圧縮機本体と気液分離器とを繋ぐ通路から液体を除去して上昇部における作動気体の圧力損失を低減させることは出来ない。

本発明の目的は、圧縮機本体と気液分離器とを繋ぐ通路において作動気体から液体を除去し、作動気体の圧力損失を低減することにある。

上記の目的を達成するため、本発明では第１の手段として、圧縮機本体、圧縮された作動気体の吐出後に作動気体に混入した液体を分離する気液分離器、および圧縮機本体と気液分離器とを繋ぐ吐出通路を備え、吐出通路と気液分離器の接続部が、吐出通路と圧縮機本体の接続部より高い位置にある流体圧縮装置において、吐出通路と気液分離器の接続部より低い位置に吐出通路と気液分離器とを繋ぐバイパス管を設けたことを特徴とする。

また第２の手段として、第１の手段の流体圧縮装置において、バイパス管と気液分離器の接続部は、圧縮機本体の停止時における気液分離器内の液面より高い位置にあることを特徴とする。

また第３の手段として、第２の手段の流体圧縮装置において、バイパス管に逆止弁が設けられていることを特徴とする。

また第４の手段として、第１または第３の手段の流体圧縮装置において、前記バイパス管と前記気液分離器との接続部は、循環液量が最大となる運転条件における前記気液分離器の液面近傍の位置にあることを特徴とする。

また第５の手段として、第１、第３または第４の手段の流体圧縮装置において、前記バイパス管と前記気液分離器との接続部は、圧縮機本体の停止時における前記気液分離器の液面より低い位置にあることを特徴とする。

また第６の手段として、第１〜５のいずれかの手段の流体圧縮装置において、吐出通路壁面におけるバイパス管接続部には、凹部が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、圧縮機本体と気液分離器との間において、液体を輸送するために必要な作動気体のエネルギーを低減することができるため、作動気体の圧力損失が低減される。従って、流体圧縮装置において作動気体の流量増大を図ることが可能となる。

（実施例１）
以下、本発明の第１の実施例を図１により説明する。なお、本実施例は作動室内に注入する液体として潤滑油を使用したスクリュー型給油式空気圧縮機に関するものである。

図１は、本実施例におけるスクリュー圧縮機本体１０、気液分離器５、およびそれらを繋ぐ吐出管１１の断面図を示したものであり、それぞれの要素は図２における圧縮機本体２と気液分離器５の間の経路を構成する要素に相当する。前記スクリュー圧縮機本体１０は、円筒状の空間を持つケーシング１２、およびその中に互いに噛み合うように収納される一対の雄ロータ１３および雌ロータ（図に示せず）によって構成される。

前記スクリュー圧縮機本体１０の上部の吸込口１４から前記ケーシング１２の内部に流入した空気は、雌雄両ロータの回転に伴い作動室として作用する歯溝内で圧縮される。その間、作動室内には空気の冷却、各部隙間の密閉、および軸受などの潤滑を目的として給油孔１５から潤滑油が注入され、所定の圧力まで圧縮された空気は、その潤滑油とともに吐出ポート１６から外部に吐出される。

前記スクリュー圧縮機本体１０から吐出された圧縮空気と潤滑油は、前記吐出管１１を経て前記気液分離器５に流入し、前記気液分離器５内で旋回運動することにより遠心力が加わり分離される。分離された潤滑油は重力により前記気液分離器５の下部に溜まり、排出管１７から排出された後、オイルクーラーやフィルターなど（図示せず）を経て、再び前記給油孔１５から前記ケーシング１２内に給油される。一方で、圧縮空気は前記気液分離器５上部の配管１８から流出し、冷却やドレン除去などの工程を経て圧縮空気の消費機器に供給される。

空気圧縮機において、最も大きな振動源となる前記スクリュー圧縮機本体１０は、パッケージ全体の振動を抑えるため、他の機器よりも比較的下方に設置される。一方で、前記気液分離器５は潤滑油に働く遠心力および重力を利用して圧縮空気との分離を行うため、その前記吐出管１１との接続部１９は、前記気液分離器５の上方に設けられる。従って、前記スクリュー圧縮機本体１０と前記気液分離器５とを繋ぐ前記吐出管１１の形状は、圧縮空気の流れ方向に対して上昇部２０を持つものとなる。

このとき、圧縮空気は比重の大きい潤滑油を前記吐出ポート１６から前記接続部１９の高低差だけ輸送するため、前記吐出管１１内において圧力損失の大きな要因となる。また、前記吐出ポート１６と前記接続部１９の高低差が大きい場合には、前記接続部１９まで上昇しなかった潤滑油が前記吐出管１１の下部に溜まり、圧縮空気の流路を塞ぐため、著しく圧力損失を増大させる要因となる。

そこで、前記接続部１９より低い位置に前記吐出管１１と前記気液分離器５とを繋ぐ鋼管からなるバイパス管２１を設ける。ただし、前記バイパス管２１と前記気液分離器５との接続部は、前記スクリュー圧縮機本体１０の運転停止時において前記気液分離器５内に溜まった潤滑油の液面５ａより高い位置に設けるものとし、また前記バイパス管２１の管径は前記上昇部２０の管径より小さくする。これにより、圧縮空気に較べて比重の大きな潤滑油の大部分が前記上昇部２０を上昇して流れることなく前記バイパス管２１を介して、前記気液分離器５に流入することになる。

一方で、圧縮空気は潤滑油の大部分が除去された状態で前記上昇部２０を流れるため、前記吐出管１１における圧縮空気の圧力損失を低減することが可能となる。前記吐出管１１の前記上昇部２０を流れる圧縮空気に微量の潤滑油が混入した場合においても、前記気液分離器５に流入後、旋回運動により遠心力が働き、圧縮空気より比重の大きな潤滑油を分離することが出来る。

以上により、前記吐出管１１および前記気液分離器５との間に設けられた前記バイパス管２１によって、前記吐出管１１内における圧縮空気の圧力損失が低減されるため、圧縮空気の流量増大に効果的な空気圧縮機の実現が可能となる。なお、前記スクリュー圧縮機本体１０、前記気液分離器５、および前記吐出管１１のいずれか少なくとも２つを一体で成形した場合においても、同様の効果が得られる。
（実施例２）
以下、本発明の第２の実施例を図３により説明する。

本実施例が実施例１と相違する点は、バイパス管２１に鋼管ではなくフレキシブルなゴム製のバイパスチューブ２２を設けたこと、および吐出管１１壁面における前記バイパスチューブ２２の接続部に凹形状の液溜め部２３が設けられたことにある。バイパスチューブ２２はフレキシブルなものであれば良く、ゴム以外に樹脂製、金属製等でも良い。その他の構成は第１実施例と同一であることから、同一の符号を付して説明を省略する。

潤滑油は圧縮空気に較べて比重が大きく慣性力も大きいため、前記液溜め部２３を設けることにより、潤滑油は前記吐出管１１の上昇部２０を通過することなく前記液溜め部２３に直進して溜まり易くなる。従って、前記吐出管１１の上昇部２０の上流側において、より多量の潤滑油を圧縮空気から除去することができる。また、前記スクリュー圧縮機本体１０、前記吐出管１１、および前記気液分離器５の配置上の問題により位置合わせが困難な場合でバイパス管を直接設けることが出来ない場合においても、バイパス方法を鋼管からチューブに代えることによって接続が極めて容易となり、潤滑油を前記上昇部２０上流側から除去することが出来る。

以上により、本実施例の構成によって、より簡易的かつ効果的な方法で前記吐出管１１の前記上昇部２０上流側から潤滑油を除去することができ、圧縮空気の流量増大に効果的な空気圧縮機の実現が可能となる。
（実施例３）
以下、本発明の第３の実施例を図４により説明する。

本実施例が実施例１と相違する点は、吐出管１１とバイパス管２１の接続部に第２実施例と同様の液溜め部２３が設けられたこと、および前記バイパス管２１に逆止弁２４が設けられていることにある。その他の構成は第１実施例と同一であることから、同一の符号を付して説明を省略する。また前記液溜め部２３の効果についても第２実施例と同一であることから、同様に説明を省略する。

スクリュー圧縮機本体１０の給油は、気液分離器５とケーシング１２内の給油箇所の圧力差、および油用ポンプ（図に示さず）を駆動手段としている。従って、前記スクリュー圧縮機本体１０の吐出圧力が高い条件や、油用ポンプの運転出力が大きい条件においては、圧縮空気の流量に関わらず循環油量が多くなり、圧縮空気の圧力損失は大きくなる。一方で、循環油量が多い場合には、前記気液分離器５内の液面５ａは低下し、前記スクリュー圧縮機本体１０の定格運転時に較べて低い位置になる。

そこで、バイパス管２１に逆止弁２４を設け、前記バイパス管２１と前記気液分離器５との接続部を、循環油量が最大となる運転条件における前記気液分離器５の液面位置近傍に設ける。これにより、循環油量が多く、前記気液分離器５内の液面５ａが前記バイパス管２１と前記気液分離器５の接続部より低い位置にある運転条件においては、前記吐出管１１から潤滑油が、前記バイパス管２１を介して前記気液分離器５に流れて除去される。

逆に、循環油量が少なく、前記気液分離器５内の液面５ａが前記バイパス管２１と前記気液分離器５の接続部より高い位置にある運転条件（図４に示す）においては、前記逆止弁２４が前記気液分離器５内に溜まった潤滑油が前記吐出管１１内に逆流することを防ぐ。なお、圧縮機本体の停止時において、前記バイパス管２１と前記気液分離器５の接続部は、上記液面５ａより低い位置となる。

以上により、循環油量が多く前記吐出管１１内の圧縮空気の圧力損失が大きい運転条件においてのみ、前記吐出管１１の上昇部２０上流側から効果的に潤滑油を除去することで圧力損失を抑えることができ、空気圧縮機の流量増大を図ることが可能となる。

本発明の第１実施例を示す空気圧縮機の模式図である 一般的な流体圧縮装置の系統図である 本発明の第２実施例を示す空気圧縮機の模式図である 本発明の第３実施例を示す空気圧縮機の模式図である

符号の説明

１…流体圧縮装置、２…圧縮機本体、３…圧縮機駆動用モーター、４…吸込制御弁、５…気液分離器、６…フィルター、７…作動気体用冷却器、８…ストレーナー、９…液体用冷却器、１０…圧縮機本体（スクリュー圧縮機本体）、１１…吐出管、１２…ケーシング、１３…雄ロータ、１４…吸込口、１５…給油孔、１６…吐出ポート、１７…潤滑油の排出管、１８…圧縮空気の配管、１９…吐出管と気液分離器の接続部、２０…吐出管の上昇部、２１…バイパス管、２２…バイパスチューブ、２３…液溜め部、２４…逆止弁。

Claims (6)

1. 圧縮機本体、圧縮された作動気体の吐出後に作動気体に混入した液体を分離する気液分離器、および圧縮機本体と気液分離器とを繋ぐ吐出通路を備え、吐出通路と気液分離器の接続部が、吐出通路と圧縮機本体の接続部より高い位置にある流体圧縮装置において、
   吐出通路と気液分離器の接続部より低い位置に吐出通路と気液分離器とを繋ぐバイパス管を設けたことを特徴とする流体圧縮装置。
2. 請求項１に記載の流体圧縮装置において、バイパス管と気液分離器の接続部は、圧縮機本体の停止時における気液分離器内の液面より高い位置にあることを特徴とする流体圧縮装置。
3. 請求項１に記載の流体圧縮装置において、バイパス管に逆止弁が設けられていることを特徴とする流体圧縮装置。
4. 請求項１または３に記載の流体圧縮装置において、前記バイパス管と前記気液分離器との接続部は、循環液量が最大となる運転条件における前記気液分離器の液面近傍の位置にあることを特徴とする流体圧縮装置。
5. 請求項１、３または４に記載の流体圧縮装置において、前記バイパス管と前記気液分離器との接続部は、圧縮機本体の停止時における前記気液分離器の液面より低い位置にあることを特徴とする流体圧縮装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の流体圧縮装置において、吐出通路壁面におけるバイパス管接続部には、凹部が設けられていることを特徴とする流体圧縮装置。

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