JP2017176912A - ヒータ一体型フィルタ、及び、回転機械システム - Google Patents

Abstract

【課題】ヒータの過剰な温度上昇を防ぐとともに、省スペース化が可能なヒータ一体型フィルタを提供すること。【解決手段】本発明のヒータ一体型フィルタ１０は、ケーシング１１の内部でフィルタ本体１２と吐出口３１との間に設けられた外側ヒータ１３及び内側ヒータ１４と、流体流路と、を備える。本発明における外側ヒータ１３は、フィルタ本体１２の周方向の一方に向かって、軸線の一方から他方に向かうように捩れる螺旋線状をなして、フィルタ本体１２を外周側から覆うように設けられている。外側ヒータ１３の直径は５〜２５ｍｍであり、流体流路の幅寸法が、２０〜５０ｍｍの範囲である。【選択図】図５

Description

本発明は、回転機械に用いるシールガスを生成するヒータ一体型フィルタ、及び、ヒータ一体型フィルタを備える回転機械システムに関する。

流体としてプロセスガスを圧縮する遠心圧縮機等の回転機械には、機内のプロセスガスの外部への漏洩を抑制するため、ガスシール装置（例えば、特許文献１）が設けられることがある。
このようなガスシール装置に導入されるシールガスは、圧縮機からのプロセスガスの一部を用いて生成される場合がある。この場合、フィルタを通過させることにより、プロセスガス中の異物を取り除くことでシールガスとする。さらに、プロセスガスの組成によっては液化し易いことがあるため、フィルタを通過したガスをヒータによって露点温度以上に昇温する場合がある。

特許第３９７９０９１号公報

しかしながら、このようなヒータを備えるフィルタユニットは、既存のガスシール装置に追設することで設置される場合には、設置スペースの制約がある。したがって、このヒータ一体型フィルタは省スペース化されることが必要である。
一方で、このヒータ一体型フィルタは、ヒータが過剰な温度にならないように、所定の温度に達すると、ヒータの出力を低下するように制御することになる。ところが、ヒータの出力を低下させている間にフィルタを通過するガスがシールすべき部位に達するころには、必要な温度より低くなるおそれがある。そうすると、シールガスが凝縮、液化してしまい、必要なシール機能を発揮できなくなる。
以上より、本発明は、出力低下に頼ることなくヒータの過剰な温度上昇を防ぐとともに、省スペース化が可能なヒータ一体型フィルタを提供することを目的とする。

本発明は、回転機械の流体の一部又は外部流体を取り込み、回転機械内に流体の封止を行うためのシールガスを生成するヒータ一体型フィルタに関する。
本発明のヒータ一体型フィルタは、回転機械から流体の一部又は外部流体を取り込む吸込口と流体又は外部流体を吐き出す吐出口とが形成されたケーシングと、ケーシングの内部に設けられ、吸込口からの流体又は外部流体を通過させるフィルタ本体と、ケーシングの内部でフィルタ本体と吐出口との間に設けられたヒータと、ヒータの周囲に設けられ流体又は外部流体が通る流体流路の流路と、を備える。
本発明におけるヒータは、フィルタ本体の周方向の一方に向かって、軸線の一方から他方に向かうように捩れる螺旋線状をなして、フィルタ本体を外周側から覆うように設けられており、ヒータの直径が、５〜２５ｍｍであり、流体流路の幅寸法が、２０〜５０ｍｍの範囲である、ことを特徴とする。

本発明のヒータ一体型フィルタによれば、ケーシング内に取り込まれた流体（又は外部流体）を、フィルタ本体を通過させることで流体中の異物を除去した後に、ヒータによって昇温する。このため、流体が露点温度以上の温度に保たれた状態として、吐出口から吐き出すことができる。したがって、吐出口から吐出された流体を回転機械内に前記流体の封止を行うためのシールガスとして用いることができる。ここでシールガスを生成する際には、フィルタ本体、及びヒータをケーシング内に一体として収容するヒータ一体型フィルタを用いる。このため、フィルタ本体とヒータとを設置するスペースをそれぞれ別途で設ける必要がなくなる。
また、線状のヒータをフィルタ本体の外周側に螺旋状に配置することで、容易にヒータを設置することができ、フィルタ本体を通過した流体（又は外部流体）を昇温することができる。よって、流体の凝縮を抑制する効果を高めることができ、ヒータ一体型フィルタから吐出された流体をシールガスとして用いることで、回転機械でのシール効果を十分に発揮させることができる。

本発明において、流路を区画する壁面に複数の突起を設けることができる。
また、本発明において、一つの流路に、複数のヒータを設けることもできる。
また、本発明において、一つの流路に、複数のヒータを束ねて設けることができる。
さらに、本発明において、ヒータの周囲にフィンを設けることもできる。

本発明において、フィルタ本体は軸線を中心とした円筒状をなし、吸込口は、フィルタ本体における軸線の方向の一方側で、フィルタ本体の内部に向かって開口し、ヒータはフィルタ本体を外周側から覆うように設けられていてもよい。
このように、円筒状のフィルタ本体を設け、フィルタ本体をヒータで覆うことで、フィルタ本体の内部に流体（又は外部流体）が供給され、この流体がフィルタ本体の内部からフィルタ本体の径方向の外側に向かって通過する。その後、この流体がフィルタ本体の外周側に配置されたヒータによって昇温される。そして昇温された流体がシールガスとなって吐出口からケーシング外に吐出される。
こうしてフィルタ本体をヒータによって覆うことで、フィルタ本体を通過した流体をヒータに接触させ、吐出された流体の減温による液化を抑制することができる。よって、ヒータ一体型フィルタから吐出された流体をシールガスとして用いることで、回転機械でのシール効果を十分に発揮させることができる。

また、本発明において、ヒータ一体型フィルタが、ケーシングの内部で、フィルタ本体とヒータとの間でフィルタ本体との間に隙間を空けて配置されて、フィルタ本体からヒータへの流体又は外部流体の流れを遮る仕切部材をさらに備えていてもよい。
この仕切部材を設けることで、フィルタ本体を通過した流体（又は外部流体）がヒータ及び吐出口に直接向かうことなく、仕切部材によって流体の流れが一旦遮られる。この際、フィルタ本体を通過した流体が、仕切部材の表面に沿って広がるように流通した後にヒータに向かうことになる。このため、フィルタ本体を通過した流体をケーシング内でより広い範囲に行き渡らせることができ、フィルタ本体を通過した流体を、ヒータのより広い範囲に接触させることができる。よって、ヒータと流体との接触面積を増大させることができ、流体の昇温効果を高めることが可能となり、流体の凝縮の抑制効果を高めることができる。

本発明において、仕切部材の内側となるフィルタ本体側に設けられた内側ヒータをさらに備える、
ことができる。
このように内側ヒータ、及び、（外側）ヒータによって、二段階でフィルタ本体を通過した流体（又は外部流体）を昇温することができる。このため、流体に必要な昇温量が増大する場合にも、ヒータのサイズを大きくする必要がなくなる。また、仕切部材の表面に沿って流体が流通する際の流体の減温の影響を低減でき、流体の昇温効果を向上することができる。

本発明において、フィルタ本体に供給される流体又は外部流体から液分を除去する液分分離部をさらに備えてもよい。
この液分分離部によって、流体（又は外部流体）から予め液分を取り除いた状態で、流体がフィルタ本体へ流入する。このため、液分を含んだ流体がヒータに向かって流入することがなくなる。この結果、ヒータにて流体中の液分を昇温する必要が無くなり、ヒータで必要な電力等のエネルギーを抑制することができる。このため、ヒータ一体型フィルタの動力低減につながる。さらに、流体中の液分を取り除くことで、フィルタ本体の孔を塞いでしまうことを抑制でき、フィルタ本体での粒子捕集能力を十分に発揮させることができる。またフィルタ本体を流体が通過する際の圧力損失を低減することができる。

本発明による回転機械は、流体が流通する回転機械と、回転機械からの流体の一部又は外部流体を取り込んでシールガスを生成する上述したいずれかのヒータ一体型フィルタと、回転機械に設けられ、シールガスによって回転機械での流体の封止を行うガスシール装置と、を備えることを特徴とする。
本発明の回転機械システムによれば、シールガスを生成する際に、フィルタ本体、及び、ヒータをケーシング内に一体として収容するヒータ一体型フィルタを用いる。このため、フィルタ本体とヒータとを設置するスペースをそれぞれ別途で設ける必要がなくなる。

本発明のヒータ一体型フィルタ、及び、回転機械システムによれば、出力低下に頼ることなくヒータの過剰な温度上昇を防ぐとともに、ケーシング内にフィルタ本体及びヒータを一体に収容することで、省スペース化を実現できる。

本発明の実施形態における圧縮機システムを示す概略全体構成図である。 本実施形態における圧縮機システムにおけるヒータ一体型フィルタを示す縦断面図である。 本実施形態における圧縮機システムにおけるヒータ一体型フィルタを示す横断面図であって、図２のＡ−Ａ断面を示す。 本実施形態における圧縮機システムにおけるヒータ一体型フィルタを分解して示す図である。 本実施形態のシミュレーションで用いた外側ヒータ及び内側ヒータの仕様及びヒータ表面の温度を示す表である。 本実施形態のシミュレーションの結果を示し、（ａ）は内側ヒータの結果を示し、（ｂ）は外側ヒータの結果を示している。 本実施形態における熱交換の程度を向上させる他の手段を示す図である。 ヒータ一体型フィルタの主たる寸法を示す図である。

以下、本発明の回転機械システムの一実施形態を、圧縮機システム１を例にして説明する。
図１に示すように、圧縮機システム１は、流体としてのプロセスガスＰＧを圧縮する圧縮機２と、圧縮機２を駆動する駆動源３と、プロセスガスＰＧの一部からシールガスＳＧを生成するヒータ一体型フィルタ１０と、ヒータ一体型フィルタ１０からシールガスＳＧが供給されるガスシール装置４と、を備えている。ガスシール装置４は圧縮機２に設けられている。
圧縮機システム１は、ヒータ一体型フィルタ１０の省スペース化が可能であるとともに、ヒータ一体型フィルタ１０が備える外側ヒータ１３と内側ヒータ１４の過剰な温度上昇を防ぐ措置が講じられている。

圧縮機２は、例えば遠心圧縮機であって、圧縮機ケーシング５と、圧縮機ケーシング５によって覆われるとともに圧縮機ケーシング５から突出するように設けられて圧縮機ケーシング５に対して相対回転する回転軸６と、回転軸６と一体に回転して圧縮機ケーシング５内でプロセスガスＰＧを圧縮する例えばインペラからなる圧縮部７と、を備えている。
圧縮機ケーシング５には、回転軸６の軸線Ｏの方向の一端側からプロセスガスＰＧが吸い込まれ、他端側から圧縮されたプロセスガスＰＧが吐出される。

駆動源３は、例えば電動モータや蒸気タービン等であって、回転軸６を回転させる回転駆動力を与える。

ガスシール装置４は、圧縮機ケーシング５における回転軸６の軸線Ｏの方向の両軸端に備えられており、回転軸６を外周から覆うように圧縮機ケーシング５に取り付けられている。ガスシール装置４は、ヒータ一体型フィルタ１０で生成されたシールガスＳＧによって圧縮機ケーシング５と回転軸６との隙間からのプロセスガスＰＧの漏洩を抑制するシール機能を有している。

次に、図２及び図３を参照して、ヒータ一体型フィルタ１０について説明する。
ヒータ一体型フィルタ１０は、筒状をなすケーシング１１と、ケーシング１１内に収容されるフィルタ本体１２と、ケーシング１１内でフィルタ本体１２を覆う外側ヒータ１３と内側ヒータ１４と、ケーシング１１内で外側ヒータ１３と内側ヒータ１４の間に配置されるバッフルプレート１７と、ケーシング１１内の下部に配置されるミストセパレータ１８とを備えている。
ケーシング１１、外側ヒータ１３、内側ヒータ１４及びバッフルプレート１７は、ステンレス鋼で構成されるのが好ましいが、炭素鋼で構成することもできる。

ケーシング１１は、軸線Ｏ１を中心とした有底の円筒状をなしている。また上部には、ケーシング１１の内部を開放できるように、軸線Ｏ１を中心とした円盤状をなす開閉蓋２１が設けられている。

また、ケーシング１１には軸線Ｏ１の方向の中途位置で、内部の空間を上下二つの空間（上部空間Ｓ１、及び下部空間Ｓ２）に仕切る円盤状の区画板２２が設けられている。
本実施形態では、開閉蓋２１は上部にのみ設けられているが、ケーシング１１の下部も同様に、開閉蓋によって開放可能となっていてもよい。

そして、ケーシング１１には吸込口２３が設けられている。吸込口２３は、ケーシング１１における区画板２２よりも下部に設けられる供給口部２４と、区画板２２から上方に延びる供給ノズル２５とを有している。

供給口部２４は、ケーシング１１における区画板２２が設けられた位置よりも下部において、ケーシング１１の外周面から径方向の外側に突出している。ケーシング１１の外周面及び供給口部２４には、ケーシング１１の径方向に延びてケーシング１１の内外を連通し、下部空間Ｓ２に向かって開口する第一供給流路２８が形成されている。

供給ノズル２５は管状をなし、軸線Ｏ１と同軸上に上方に延びており、フィルタ本体１２における軸線Ｏ１の方向の一方側で、フィルタ本体１２の内部に向かって開口する。供給ノズル２５及び区画板２２には、上下に貫通して上部空間Ｓ１と下部空間Ｓ２とを連通する第二供給流路２９が形成されている。

そして、第一供給流路２８には、圧縮機２の吐出側からのプロセスガスＰＧの一部が導入され、このプロセスガスＰＧが、第二供給流路２９から上部空間Ｓ１に供給される。このように、第一供給流路２８と第二供給流路２９とによってプロセスガスＰＧの吸込流路２７が形成される。

また、ケーシング１１には吐出口３１が設けられている。吐出口３１は、ケーシング１１の上部で外周面から径方向の外側に突出するように設けられている。ケーシング１１の外周面及び吐出口３１には、ケーシング１１の径方向に延びてケーシング１１の内外を連通し、上部空間Ｓ１に向かって開口する吐出流路３２が形成されている。本実施形態では、吐出口３１及び吐出流路３２は、ケーシング１１の周方向に供給口部２４及び第一供給流路２８と略同じ位置に設けられている。

さらにケーシング１１には、吐出口３１と上下方向（軸線Ｏ１の方向）の略同じ位置であって、周方向に離れた位置で外周面から径方向の外側に突出するように通気口３４が設けられている。ケーシング１１の外周面及び通気口３４には、ケーシング１１の径方向に延びてケーシング１１の内外を連通し、上部空間Ｓ１に向かって開口する通気流路３５が形成されている。

さらにケーシング１１には、供給口部２４が設けられた位置よりもさらに下部で、外周面から径方向の外側に突出するように下部ドレン排出口３８が設けられている。ケーシング１１の外周面及び下部ドレン排出口３８には、ケーシング１１の径方向に延びてケーシング１１の内外を連通し、下部空間Ｓ２に向かって開口する下部排出流路３９が形成されている。下部排出流路３９からは、ケーシング１１の下部に溜まったドレンＤがケーシング１１の外部に排出可能になっている。ドレンＤは、後述するプロセスガスＰＧから除去された液分からなる。
さらにケーシング１１には、第一供給流路２８の上方でケーシング１１の外周面から径方向の外側に突出するように上部ドレン排出口３６が設けられている。ケーシング１１の外周面及び上部ドレン排出口３６には、ケーシング１１の径方向に延びてケーシング１１の内外を連通し、区画板２２に隣接する位置で上部空間Ｓ１に向かって開口する上部排出流路３７が形成されている。ここでプロセスガスＰＧの液分がドレンＤとなってフィルタ本体１２及び供給ノズル２５の外面を伝って区画板２２の上部に溜まることがある。上部排出流路３７は、区画板２２の上部に溜まったドレンＤをケーシング１１の外部に排出できる。

さらにケーシング１１には、下部ドレン排出口３８と上下方向に略同じ位置であって、周方向に離れた位置でケーシング１１の外周面から径方向の外側に突出するように下部ドレンレベル計測口４１が設けられている。ケーシング１１の外周面及び下部ドレンレベル計測口４１には、ケーシング１１の径方向に延びてケーシング１１の内外を連通し、下部空間Ｓ２に向かって開口する下部計測流路４２が形成されている。下部ドレンレベル計測口４１によって、下部空間Ｓ２溜まったドレンＤの量（水位）を計測できる。

同様に、下部ドレンレベル計測口４１の上方であって、区画板２２の下方には、ケーシング１１の外周面から径方向の外側に突出するように上部ドレンレベル計測口４３が設けられている。ケーシング１１の外周面及び上部ドレンレベル計測口４３には、ケーシング１１の径方向に延びてケーシング１１の内外を連通し、下部空間Ｓ２に向かって開口する上部計測流路４４が形成されている。上部ドレンレベル計測口４３によっても、下部空間Ｓ２溜まったドレンＤの量（水位）を計測できる。

フィルタ本体１２は、例えば炭化珪素繊維、アルミナ繊維、セラミック繊維等の耐熱性繊維や、ステンレス鋼の細線によって形成できる。
そしてフィルタ本体１２は、天井４７、底床４８及び円筒部４９を有する有底円筒状の形態をなしている。フィルタ本体１２は、ケーシング１１の軸線Ｏ１と同軸上に上部空間Ｓ１内に配置されている。

天井４７は開閉蓋２１の下面に設けられた取付ブラケット５１を介して開閉蓋２１に固定されている。
さらに、底床４８には供給ノズル２５が貫通しており、円筒部４９における上下方向の中途位置まで供給ノズル２５が延びていることで、供給ノズル２５の第二供給流路２９が、フィルタ本体１２の内部に向かって開口している。

本発明の仕切部材を構成するバッフルプレート１７は円筒状をなし、ケーシング１１の軸線Ｏ１と同軸上に上部空間Ｓ１内に配置されている。
また、バッフルプレート１７は、ケーシング１１の内周面とフィルタ本体１２の外周面との間で、これらと接触しないように径方向に隙間をあけて、これらケーシング１１とフィルタ本体１２とで径方向に挟まれるように配置されている。

バッフルプレート１７には、その上端部に一体に、取付ブラケット５１を挿通させる挿通孔５２Ａが形成されているとともに軸線Ｏ１を中心とした円盤状をなす取付フランジ５２が設けられている。この取付フランジ５２は、開閉蓋２１の下面に対して図示を省略する締結具、例えばボルトで着脱可能に取り付けられている。

さて、外側ヒータ１３は、ケーシング１１の内部でバッフルプレート１７の外周面を覆うように、かつ、フィルタ本体１２を外周側から覆うように設けられている。本実施形態では、外側ヒータ１３は、バッフルプレート１７の外周面から離れた状態で巻き回されて、その中心軸が軸線Ｏ１と同軸上に配置されるコイルヒータからなる。より具体的には、外側ヒータ１３は、フィルタ本体１２における円筒部４９の周方向の一方に向かって、フィルタ本体１２の軸線Ｏ１の一方となる上方から他方となる下方に向かって捩れる螺旋線状をなしている。
なお、外側ヒータ１３は、バッフルプレート１７の外周面に接触していてもよいし、図１及び図２に示すように、バッフルプレート１７の外周面に接触せずにバッフルプレート１７の外周面と隙間を空けた状態で配置され、ケーシング１１のいずれかの位置に固定されていてもよい。

外側ヒータ１３は、上部空間Ｓ１の下部でケーシング１１の内外を連通する貫通孔１１Ｂを通じてケーシング１１の外部に延びる接続線部１３Ａを有している。外側ヒータ１３は接続線部１３Ａによってケーシング１１の外周面に取り付けられた電源装置１５に接続されている。外側ヒータ１３によって、プロセスガスＰＧは露点温度よりも２０℃以上高い温度に昇温できる。ここで、開閉蓋２１を貫通するように接続線部１３Ａを設けてもよい。この場合、電源装置１５を開閉蓋２１と一体に設けてもよい。

このようにして外側ヒータ１３は、ケーシング１１の内部でフィルタ本体１２と吐出口３１との間に設けられ、バッフルプレート１７は、外側ヒータ１３とフィルタ本体１２との間に設けられている。

本実施形態の圧縮機システム１は、外側ヒータ１３に加えて内側ヒータ１４を備えている。
内側ヒータ１４は、ケーシング１１の上部空間Ｓ１内で、バッフルプレート１７とフィルタ本体１２との間に、バッフルプレート１７とフィルタ本体１２から離れている。

内側ヒータ１４は、外側ヒータ１３と同様のコイルヒータであって、フィルタ本体１２における円筒部４９の周方向の一方に向かって、フィルタ本体１２の軸線Ｏ１の一方となる上方から他方となる下方に向かって捩れる螺旋線状をなしている。そして接続線部１４Ａを介して電源装置１５に接続されている。

本発明の液分分離部をなすミストセパレータ１８は、例えば内部に螺旋状の流路が形成されるサイクロン式のものが採用される。このミストセパレータ１８は、区画板２２に隣接する位置で、かつ、吸込口２３の第一供給流路２８と第二供給流路２９との間の位置で、下部空間Ｓ２内に設けられている。そしてミストセパレータ１８は、供給口部２４から流入するプロセスガスＰＧから液分を除去し、ケーシング１１の下部のドレン部１１Ａに、除去した液分（ドレンＤ）を貯留する。ドレン部１１Ａに貯留される液分は、下部ドレン排出口３８を通じて、ケーシング１１の外部に排出される。

さて、ヒータ一体型フィルタ１０は、外側ヒータ１３及び内側ヒータ１４の表面温度が過剰に上がらないように措置が講じられている。以下、この点について説明する。なお、外側ヒータ１３及び内側ヒータ１４のことを、単にヒータと総称することがある。

図１に示すように、ヒータ一体型フィルタ１０において、外側ヒータ１３はケーシング１１とバッフルプレート１７の間の外側流体流路１６に設けられ、内側ヒータ１４はフィルタ本体１２とバッフルプレート１７の間の内側流体流路１９に設けられている。したがって、本発明者らは、ヒータの温度上昇を抑えるために、ヒータとプロセスガスＰＧの間で熱交換の程度を向上することを検討した。具体的には、外側ヒータ１３及び内側ヒータ１４の寸法、外側ヒータ１３及び内側ヒータ１４が設けられる外側流体流路１６及び内側流体流路１９の幅寸法を、図５に示すように変動させたシミュレーションを行うことにより、ヒータ表面の温度を求めた。なお、各寸法の内訳は図８に示す通りである。
また、外側流体流路１６及び内側流体流路１９におけるシールガスＳＧの一様流速は、最大で１０ｍ／s以下程度とした。

シミュレーションの結果を図５及び図６に示すが、ヒータの温度はヒータが設けられる流路の広さに影響を受け、より具体的には、シールガスＳＧの通過面積を狭くすることで流速が上昇し、その結果、熱伝達率の向上により熱伝達の程度が向上するので、ヒータの温度上昇を抑えることができる。ヒータの温度を１５０℃以下に抑えることを基準にすると、外側ヒータ１３が設けられる流路の寸法、および、内側ヒータ１４が設けられる流路の幅寸法が、５０ｍｍ以下であることが好ましく、４５ｍｍ以下であることがより好ましく、４０ｍｍ以下であることがさらに好ましい。

一方で、シールガスＳＧが流れる流路が狭すぎると、ガスシール装置４に供給できるシールガスＳＧの量が少なくなるのに加えて、シールガスＳＧの流速が速くなり、シールガスＳＧが必要な温度まで昇温しないおそれがある。したがって、流路の幅寸法は２０ｍｍ以上であることが好ましく、２５ｍｍ以上であることがより好ましく、３０ｍｍ以上であることがさらに好ましい。

また、ガスシール装置４に供給できるシールガスＳＧの量は、外側ヒータ１３及び内側ヒータ１４の寸法（径）にも関連するが、これらのヒータの直径は５ｍｍ以上であれば、上記した流路の寸法で必要な量のシールガスＳＧを供給できる。逆に、ヒータの径が大きくなると、ヒータ一体型フィルタ１０の全体としての小スペース化が難しくなってしまうので、ヒータの直径は２５ｍｍ以下にすることが好ましい。シールガスＳＧの供給量と小スペース化の兼ね合いから、ヒータの直径は６〜２５ｍｍの範囲が好ましく、７〜２０ｍｍであることがより好ましい。

以上は、ヒータと流路の両者の寸法を調整することによる熱交換の程度を向上させるものであるが、本発明はこれに限らず、図７（ａ）〜（ｅ）に示すように、ヒータ又は流路の形態を操作することにより、狭い流路を模擬的に作り出すことができる。
図７（ａ）の例は、流路（１６，１９）の表面に突起５３を設けることにより、その分だけ流路（１６，１９）を狭くする。
また、図７（ｂ）の例は、一つの流路（１６，１９）の中に複数のヒータ５４，５５を配列することにより、その分だけ流路を狭くする。
また、図７（ｃ）の例は、一つの流路（１６，１９）の中で複数のヒータ５６を束ねて配列することにより、その分だけ流路を狭くする。
また、図７（ｄ）の例は、ヒータ５７の周囲にフィン５８を設けることで、ヒータ５７全体としての伝熱面積を増やし、熱伝達率を改善する。これにより、ヒータ５７の温度上昇を防ぐことができる。

［圧縮機システム１の動作］
以上説明した本実施形態の圧縮機システム１によると、供給口部２４から取り込まれた圧縮機２からのプロセスガスＰＧは、ミストセパレータ１８を経由して供給ノズル２５に流入し、供給ノズル２５からフィルタ本体１２の内部に流入する。

ミストセパレータ１８では、プロセスガスＰＧ内の液分が除去されて、プロセスガスＰＧがドライガスとなって供給ノズル２５に流入する。除去される液分はケーシング１１内で下方に落ち、ドレン部１１Ａに貯留される。供給ノズル２５から流出したプロセスガスＰＧは、フィルタ本体１２の内部からフィルタ本体１２を通過した後にバッフルプレート１７に接触する。その後、プロセスガスＰＧはバッフルプレート１７の内表面に沿って広がるように、フィルタ本体１２の円筒部４９とバッフルプレート１７との間の隙間を下方に向かって流通する。

その後、プロセスガスＰＧは区画板２２によって反射され、バッフルプレート１７とケーシング１１との間の隙間を上方に向かって流通し、この間に外側ヒータ１３及び内側ヒータ１４に接触することで昇温される。その後、吐出流路３２（吐出口３１）からケーシング１１の外部にシールガスＳＧとなって吐出される。

［作用及び効果］
以上説明した手順を経ることで、プロセスガスＰＧがフィルタ本体１２を通過し、まずプロセスガスＰＧ中の異物が除去されて清浄化された後に、外側ヒータ１３及び内側ヒータ１４によって昇温される。このため、プロセスガスＰＧが露点温度以上の温度に保たれた状態で、シールガスＳＧとなって吐出口３１から吐き出される。したがって、シールガスＳＧをドライガスとしてガスシール装置４に供給し、圧縮機２でのプロセスガスＰＧの封止を行うことができ、圧縮機２の運転効率を向上することができる。

そしてシールガスＳＧを生成する際には、フィルタ本体１２、及び、フィルタ本体１２を覆うように設けられた外側ヒータ１３及び内側ヒータ１４をケーシング１１内に一体として収容するヒータ一体型フィルタ１０を用いている。このため、フィルタ本体１２、外側ヒータ１３及び内側ヒータ１４を設置するスペースをそれぞれ別途に設ける必要がなくなり、省スペース化ができる。

さらに、円筒状のフィルタ本体１２を設け、フィルタ本体１２を外側ヒータ１３及び内側ヒータ１４で覆うことで、フィルタ本体１２の内部から径方向の外側に向かって流通するプロセスガスＰＧを外側ヒータ１３及び内側ヒータ１４に接触させ、吐出されたプロセスガスＰＧ（シールガスＳＧ）の温度低下による液化を抑制することができる。このように、液化が抑制されたシールガスＳＧを用いることで、圧縮機２でのシール効果を十分に発揮させることができる。

特に本実施形態では、バッフルプレート１７が設けられていることで、フィルタ本体１２を通過したプロセスガスＰＧが外側ヒータ１３、内側ヒータ１４及び吐出口３１に直接向かうことなく、バッフルプレート１７によってプロセスガスＰＧの流れが一旦遮られる。したがって、バッフルプレート１７の壁面に沿ってフィルタ本体１２を通過したプロセスガスＰＧが、バッフルプレート１７の壁面に沿って広がるように流通した後に、外側ヒータ１３及び内側ヒータ１４に向かうことになる。

このため、外側ヒータ１３及び内側ヒータ１４の広い範囲にわたって、即ち、上下方向の広い範囲にわたって、プロセスガスＰＧを行き渡らせることができ、外側ヒータ１３及び内側ヒータ１４とプロセスガスＰＧとの接触面積を増大させることで、プロセスガスＰＧの昇温効果を高めることができる。即ち、プロセスガスＰＧが外側ヒータ１３との間で熱交換を行った後に、吐出口３１から吐出されるようにできる。

また、ミストセパレータ１８が設けられていることで、フィルタ本体１２の内部へプロセスガスＰＧが流入する前にプロセスガスＰＧから予め液分を取り除くことができる。このため、液分を含んだプロセスガスＰＧが外側ヒータ１３に向かって流入することがなくなる。この結果、外側ヒータ１３でプロセスガスＰＧ中の液分を昇温する必要が無くなり、外側ヒータ１３に必要な電力等のエネルギーを抑制することができる。このため、ヒータ一体型フィルタ１０の動力低減につながる。
さらに、プロセスガスＰＧ中の液分を取り除くことで、液分がフィルタ本体１２の孔を塞いでしまうことを抑制でき、フィルタ本体１２での粒子捕集能力を十分に発揮させることができる。またフィルタ本体１２をプロセスガスＰＧが通過する際の圧力損失を低減することができる。

さらに、フィルタ本体１２は取付ブラケット５１によって開閉蓋２１に固定されており、バッフルプレート１７（及び外側ヒータ１３）は、取付フランジ５２によって開閉蓋２１に着脱可能に取り付けられている。したがって、図４に示すように、取付フランジ５２を開閉蓋２１から取り外すとともに、開閉蓋２１をケーシング１１から取り外すのみで、開閉蓋２１とともにフィルタ本体１２のみをケーシング１１から抜き出すことができる。よって、容易にフィルタ本体１２を交換することができる。

また、図４に示すように、開閉蓋２１とともにフィルタ本体１２のみをケーシング１１から抜き出した後には、取付フランジ５２とともにバッフルプレート１７、外側ヒータ１３及び内側ヒータ１４をケーシング１１から容易に抜き出すことができる。

また、外側ヒータ１３及び内側ヒータ１４がフィルタ本体１２と同軸上に設けられていることで、外側ヒータ１３及び内側ヒータ１４とフィルタ本体１２との間の隙間を、周方向にわたって均一にすることができる。よって、フィルタ本体１２を通過したプロセスガスＰＧが、外側ヒータ１３との間の隙間を均一に流通することになり、プロセスガスＰＧと外側ヒータ１３及び内側ヒータ１４との間での熱交換を効率的に行うことができる。

ここで本実施形態では、バッフルプレート１７は必ずしも設けられていなくともよい。即ち、ケーシング１１の内部に、フィルタ本体１２と、フィルタ本体１２を覆うように設けられた外側ヒータ１３とが収容されていてもよい。

また、本実施形態によれば、内側ヒータ１４と外側ヒータ１３とによって、二段階でフィルタ本体１２を通過したプロセスガスＰＧを昇温することができる。即ち、バッフルプレート１７とフィルタ本体１２との間の隙間をプロセスガスＰＧが流通する際に、まず内側ヒータ１４によってプロセスガスＰＧが昇温され、その後、バッフルプレート１７とケーシング１１との間の隙間をプロセスガスＰＧが流通する際に外側ヒータ１３によって昇温される。

このため、プロセスガスＰＧに必要な昇温量が増大する場合にも、ケーシングのサイズを大きくする必要がなくなる。
また、バッフルプレート１７の内面に沿ってプロセスガスＰＧが流通する際のプロセスガスＰＧの減温の影響を低減でき、プロセスガスＰＧの昇温効果を向上することができる。

上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
例えばフィルタ本体１２の全域を外側ヒータ１３及び内側ヒータ１４によって覆わなくともよい。
また、バッフルプレート１７は、フィルタ本体１２の全体を覆わず、円筒状をなしていなくともよい。即ち、平板状の部材をフィルタ本体１２の周方向に間隔をあけて、フィルタ本体１２と外側ヒータ１３との間に複数配置してもよい。

また、フィルタ本体１２は円筒状をなす場合に限定されず、例えば角筒状をなしていてもよい。
また、ミストセパレータ１８は必ずしも設けられなくともよく、例えばプロセスガスＰＧが乾燥したガスであれば、ミストセパレータ１８は不要である。
また、ヒータ一体型フィルタ１０を二つ並列して設け、一方をメンテナンス中に、他方を使用するといった運用も可能である。
また、上述の実施形態では、圧縮機２の吐出側からのプロセスガスＰＧの一部からシールガスＳＧを生成していたが、外部流体を取り込んでシールガスＳＧを生成してもよい。外部流体としては、例えば、圧縮機システム１に取り込まれる前のプロセスガスＰＧ（外部のプロセスガスＰＧ）や、プロセスガスＰＧとは異なる系外の流体である。

１ 圧縮機システム
２ 圧縮機
３ 駆動源
４ ガスシール装置
５ 圧縮機ケーシング
６ 回転軸
７ 圧縮部
１０ ヒータ一体型フィルタ
１１ ケーシング
１１Ａ ドレン部
１１Ｂ 貫通孔
１２ フィルタ本体
１３ 外側ヒータ
１３Ａ 接続線部
１４ 外側ヒータ
１４Ａ 接続線部
１５ 電源装置
１６ 外側流体流路
１７ バッフルプレート
１８ ミストセパレータ
１９ 内側流体流路
２１ 開閉蓋
２２ 区画板
２３ 吸込口
２４ 供給口部
２５ 供給ノズル
２７ 吸込流路
２８ 第一供給流路
２９ 第二供給流路
３１ 吐出口
３２ 吐出流路
３４ 通気口
３５ 通気流路
３６ 上部ドレン排出口
３７ 上部排出流路
３８ 下部ドレン排出口
３９ 下部排出流路
４１ 下部ドレンレベル計測口
４２ 下部計測流路
４３ 上部ドレンレベル計測口
４４ 上部計測流路
４７ 天井
４８ 底床
４９ 円筒部
５１ 取付ブラケット
５２ 取付フランジ
５２Ａ 挿通孔
Ｄ ドレン
Ｏ 軸線
Ｏ１ 軸線
ＰＧ プロセスガス
Ｓ１ 上部空間
Ｓ２ 下部空間
ＳＧ シールガス

Claims (10)

1. 回転機械の流体の一部又は外部流体を取り込み、前記回転機械内に前記流体の封止を行うためのシールガスを生成するヒータ一体型フィルタであって、
   前記回転機械から前記流体の一部又は外部流体を取り込む吸込口、及び前記流体又は前記外部流体を吐き出す吐出口が形成されたケーシングと、
   前記ケーシングの内部に設けられ、前記吸込口からの前記流体又は前記外部流体を通過させるフィルタ本体と、
   前記ケーシングの内部で前記フィルタ本体と前記吐出口との間に設けられたヒータと、
   前記ヒータの周囲に設けられ前記流体又は前記外部流体が通る流体流路と、を備え、
   前記ヒータは、
   前記フィルタ本体の周方向の一方に向かって、前記軸線の一方から他方に向かうように捩れる螺旋線状をなして、前記フィルタ本体を外周側から覆うように設けられており、
   前記ヒータの直径が、５〜２５ｍｍであり、
   前記流体流路の幅寸法が、２０〜５０ｍｍの範囲である、
   ことを備えるヒータ一体型フィルタ。
2. 前記流路を区画する壁面に複数の突起が設けられる、
   請求項１に記載のヒータ一体型フィルタ。
3. 一つの前記流路に、複数の前記ヒータが設けられる、
   請求項１に記載のヒータ一体型フィルタ。
4. 一つの前記流路に、複数の前記ヒータが束ねられている、
   請求項１に記載のヒータ一体型フィルタ。
5. 前記ヒータの周囲にフィンが設けられる、
   請求項１に記載のヒータ一体型フィルタ。
6. 前記フィルタ本体は軸線を中心とした円筒状をなし、
   前記吸込口は、前記フィルタ本体における前記軸線の方向の一方側で、前記フィルタ本体の内部に向かって開口し、
   前記ヒータは前記フィルタ本体を外周側から覆うように設けられて
   いる請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のヒータ一体型フィルタ。
7. 前記ケーシングの内部で、前記フィルタ本体と前記ヒータとの間で、前記フィルタ本体との間に隙間を空けて配置されて、該フィルタ本体から前記ヒータへの前記流体又は前記外部流体の流れを遮る仕切部材をさらに備える、
   請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のヒータ一体型フィルタ。
8. 前記仕切部材の内側となる前記フィルタ本体側に設けられた内側ヒータをさらに備える、
   請求項７に記載のヒータ一体型フィルタ。
9. 前記フィルタ本体に供給される前記流体又は前記外部流体から液分を除去する液分分離部をさらに備える、
   請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のヒータ一体型フィルタ。
10. 流体が流通する回転機械と、
    前記回転機械からの前記流体の一部又は外部流体を取り込んでシールガスを生成する請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のヒータ一体型フィルタと、
    前記回転機械に設けられ、前記シールガスによって前記回転機械での前記流体の封止を行うガスシール装置と、
    を備えることを特徴とする回転機械システム。

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