JP2022546848A - 油サンプ管 - Google Patents

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Abstract

分離器タンク及び分離器タンクを有する気体圧縮機を提供する。分離器タンクは、内部容積を画定するタンク本体と、タンク本体の内部容積との流体連通を提供するタンク入口パイプであって、タンク本体を接線方向に貫通し、タンク本体に入る流体を螺旋状の流体流路に導くように方向付けられているタンク入口パイプと、タンク本体内を流れる流体を回収するように配置されたサンプ管であって、垂直方向を向いた開口を備えるサンプ管とを備え、垂直方向を向いた開口は、螺旋状の流体流路に沿って流れる流体と整列し、かつ、流体を捕捉するように方向付けられている。【選択図】図15A

Description

本開示は、概して、分離器タンクに関し、特に、空気圧縮機への改良された油流を提供する油サンプ管を有する分離器タンクに関する。
分離タンクは、潤滑流体を圧縮機流体から取り除くことを可能にするために、圧縮機設備にしばしば使用される。例えば、分離タンクは、気体圧縮機設備内で圧縮気体の流れから潤滑油を分離するために使用されることがある。然様な分離器タンクは、多くの場合、高い圧縮機流体圧に耐えるように設計され、また、多くの場合、必要な圧力に耐えるために厚い側壁を備えて構築される。圧縮機流体からの潤滑流体の分離は、しばしば、多段動作によって実現される。
例えば、関連技術において、液体油からの圧縮気体の分離は、円筒形の分離タンクの外周の周りを旋回する油の遠心力を利用する第1の分離段を使用して行われることがある。図13A、図13B、図14A、及び図14B(以下で、比較例としてより詳細に論じられる)に示すように、圧縮機気体と潤滑油との混ざった流体流が、円筒形タンクの湾曲に対して接線方向にタンクに入る。求心作用によって、より重い油がタンクの外側に向かって移動し、一方、より軽い空気は内側に移動し、フィルタ又は分離器要素を通って出る(段2)。気体よりも重い油は、その後、重力のために底部に落下し、圧縮機システム内で再循環させるために垂直方向のサンプ管によって回収され得る。しかし、関連技術のシステムでは、油が旋回し続けるのではなく、円筒の底部に溜まったり集まったりするため、油圧の低下が起こり得る。この圧力低下は、油がタンク底部に溜まったり集まったりして垂直方向のサンプ管を通じて引き抜かれるため、結果として大きな運動エネルギーの損失を生じさせ得る。
本願の態様は、気体圧縮機用の分離器タンクを含み得る。分離器タンクは、内部容積を画定するタンク本体と、タンク本体の内部容積との流体連通を提供するタンク入口パイプであって、タンク本体を接線方向に貫通し、タンク本体に入る流体を螺旋状の流体流路に導くように方向付けされている、タンク入口パイプと、タンク本体内を流れる流体を回収するように配置されたサンプ管であって、垂直方向を向いた開口を備えるサンプ管とを備え、垂直方向を向いた開口は、螺旋状の流体流路に沿って流れる流体と整列し、かつ、流体を捕捉するように方向付けされ得る。
本願のさらなる態様は、サンプ管が、垂直方向を向いた開口を取り囲む面取り領域を含み、面取り領域は、流体が垂直方向を向いた開口に入ることを可能にし、流体がサンプ管に流入する際に圧縮する漏斗形状を形成する、分離器タンクを含んでいてもよい。
本願のさらなる態様は、サンプ管の垂直方向を向いた開口がタンク入口パイプから垂直方向にオフセットされている、分離器タンクを含んでいてもよい。
本願のさらに他の態様は、タンク入口パイプがタンク本体の上半分に位置し、垂直方向を向いた開口がタンク本体の下半分に位置する、分離器タンクを含んでいてもよい。
本願のさらなる態様は、タンク本体によって画定される内部容積内に位置する分離器要素をさらに備える分離器タンクであって、分離器要素が螺旋状の流体流路が分離器要素とタンク本体との間に位置するようにタンク本体内に配置される、分離器タンクを含んでいてもよい。
さらに、本願の態様は、垂直方向を向いた開口がタンク本体内の分離器要素の垂直方向下方に配置される、分離器タンクを含んでいてもよい。
またさらに、本願の態様は、流体圧縮システムを含んでいてもよい。流体圧縮システムは、気体圧縮機と、気体圧縮機と流体連通している分離器タンクと、を備えていてもよい。分離器タンクは、内部容積を画定するタンク本体と、気体圧縮機とタンク本体の内部容積との間の流体連通を提供するタンク入口パイプであって、タンク本体を接線方向に貫通し、タンク本体に入る流体を螺旋状の流体流路に導くように方向付けされている、タンク入口パイプと、タンク本体内を流れる流体を回収するように配置されたサンプ管であって、垂直方向を向いた開口を備えるサンプ管とを備え、垂直方向を向いた開口は、螺旋状の流体流路に沿って流れる流体と整列し、かつ、流体を捕捉するように方向付けされている。
本願のさらなる態様は、サンプ管が、垂直方向を向いた開口を取り囲む面取り領域を含み、当該面取り領域は、流体が垂直方向を向いた開口に入ることを可能にし、流体がサンプ管に流入する際に圧縮する漏斗形状を形成する、流体圧縮システムを含んでいてもよい。
本願のさらなる態様は、サンプ管の垂直方向を向いた開口がタンク入口パイプから垂直方向にオフセットされている、流体圧縮システムを含んでいてもよい。
本願のさらに他の態様は、タンク本体の上半分にタンク入口パイプが位置し、タンク本体の下半分に垂直方向を向いた開口が位置する、流体圧縮システムを含んでいてもよい。
本願のさらなる態様は、タンク本体によって画定される内部容積内に位置する分離器要素をさらに備え、当該分離器要素が螺旋状の流体流路が分離器要素とタンク本体との間に位置するようにタンク本体内に配置される、流体圧縮システムを含んでいてもよい。
本願のさらなる態様は、垂直方向を向いた開口がタンク本体内の分離器要素の垂直方向下方に配置される、流体圧縮システムを含んでいてもよい。
本願の一実装形態に係る分離器タンクの概略を例示する分解斜視図である。 図1に例示した実装形態に係る分離器タンクの第1の実装形態を表す斜視図である。 図1に例示した実装形態に係る分離器タンクの側面図である。 図3の分離器タンクのIV-IV’断面図である。 図1に例示した実装形態に係る分離器タンクの別の側面図である。 図1に例示した実装形態に係る分離器タンクの背面図である。 図6の分離器タンクのVII-VII’断面図である。 図1に例示した実装形態に係る分離器タンクの正面図である。 図8の分離器タンクのIX-IX’上面図である。 図8の分離器タンクの平X-X’断面図である。 図10の分離器タンクのXI-XI’断面図である。 図1に例示した実装形態に係る分離器タンクの底面図である。 比較例として、内部を旋回する油を表す関連技術の分離器タンクの上面図である。 比較例として、内部を旋回する油を表す関連技術の分離器タンクの上面図である。 比較例として、内部を旋回する油を表す関連技術の分離器タンクの側面図である。 比較例として、内部を旋回する油を表す関連技術の分離器タンクの側面図である。 内部を旋回する油を例示する、本願の一実装形態に係る分離器タンクの内部上面図である。 内部を旋回する油を例示する、本願の一実装形態に係る分離器タンクの内部上面図である。 内部を旋回する油を例示する、本願の一実装形態に係る分離器タンクの内部側面図である。 内部を旋回する油を例示する、本願の一実装形態に係る分離器タンクの内部側面図である。
本開示の様々な特徴を実現する全般的なアーキテクチャについて、図面を参照してさらに説明する。図面及び関連する説明は、本開示の例示的な実装形態を説明するために提供され、本開示の範囲を制限するためではない。図面を通じて、参照符号は、参照される要素間の対応関係を示すために再利用される。
以下の詳細な説明は、本願の図及び例示的な実装形態のさらなる詳細を提供する。図の間の重複する要素の参照符号及び説明は分かりやすさのために省略される。説明を通じて使用される用語は、例として提供され、制限的であることは意図されない。例えば、用語「自動的な」の使用は、本願の実装形態を実施する当業者の求める実装に応じて、実装の特定の態様に対する完全に自動的な、又はユーザもしくは作業者による制御を要する半自動的な実装形態を伴い得る。さらに、「第1の」、「第2の」、「第3の」等の順序に関する用語は、説明及び特許請求の範囲において単に標識の目的で使用されることがあり、記載される動作又は項目が記載される順序で発生することを指すことに制限されるべきではない。動作又は項目は、本願の範囲から逸脱することなく、異なる順序に順序付けられてよく、又は並列もしくは動的に行われてもよい。
本開示のいくつかの例示的な実装形態では、分離器タンク内で旋回する油の渦巻流の方を向くようにサンプ管の入口漏斗を方向付けることにより、分離器タンクの底部における油圧の低下が低減され得ると共に、循環する油の運動エネルギーが位置エネルギーに変換され得る。また、油圧の低下を最小にすることにより、圧縮機からの空気圧の同様の低下も低減することができる。
図1~12は、本願の一実装形態に係る分離器タンク100の様々な図を例示する。具体的には、図1及び図2は、本願の例示的な実装形態に係る分離器タンク100を全体的に描いた斜視図(それぞれ分解図と非分解図)である。さらに、図3及び図5は、分離器タンク100の別々の側面図であり、図6及び図8は、背面図及び正面図である。また、図9及び図12は、分離器タンク100の上面図及び底面図である。さらに、図4、図7、図10及び図11は、それぞれIV-IV’平面、VII-VII’平面、X-X’平面及びXI-XI’平面に沿って取られた分離器タンク100のそれぞれ異なる断面図である。
図示したように、分離器タンク100は、内部容積24を囲む又は画定するタンク本体1と、内部容積24を封止するためにタンク本体1の上部に取り付けられる封止板2とを含む。封止板2は、複数の保持ボルト14によってタンク本体1に固定される。各保持ボルトは、ワッシャー20を通して螺合され、封止板2に挿入されて、フランジ、例えばタンク本体1の上端に位置するボルトフランジ3、に係合する。
保持ボルト14は、ねじ切りボルト、リベットボルト、又は当業者に明らかであり得る任意の他の保持ボルト構造であってよい。さらに、保持ボルトは、六角型頭部、八角型頭部、五角型頭部、三角型頭部、星型頭部、又は当業者に明らかであり得る任意の他の頭部を有していてもよい。また、保持ボルト14は、フィリップス型頭部、平坦型頭部、アレン型頭部、星型頭部、又は当業者に明らかであり得る任意の他の頭部を有するねじであってもよい。さらに、保持ボルトは、頭部を有さなくてもよく、代わりに、封止板2をタンク本体1に固定するためのナット、又は当業者に明らかであり得る任意の他の保持構造を受けてもよい。
タンク本体1には、複数の入口ポート及び出口ポート、又は、パイプが設けられていてもよい。例えば、タンク入口パイプ6が、タンク本体1を通って、タンク本体1の内部容積24と、圧縮流体システム(図3に圧縮流体システム500として模式的に表す)との間の流体連通を可能にしてもよい。タンク入口パイプ6は、圧縮流体システム500によるタンク入口パイプ6への接続を可能にする取り付け具13を含んでいてもよい。
圧縮流体システム500は、スクリュー圧縮機システム、回転式圧縮機システム、又は、当業者に明らかであり得る任意の他の種類の流体圧縮システムであってよい。圧縮流体システム500は、圧縮機505、冷却器510及び圧縮流体システム500とその構成要素を分離器タンク100に結合し、及び構成要素同士を結合する1つ又は複数のパイプ515、520を含んでいてもよい。
また、給油管7が同じくタンク本体1を通って、タンク本体1の内部容積24への油の挿入又は取り出しを可能にしてもよい。タンク本体1は、内部容積24の中に位置する油吸入管又はサンプ管5を通る流れを制御するサーモスタット・バランシング弁9を含んでいてもよい。図7に示すように、油吸入管又はサンプ管5は、油のサンプ管5への流入を可能にする、垂直方向を向いた開口27を有していてもよい。タンク内での油の循環については、図13A~14Bに表す比較例、及び、図15A~16Bに例示する実装形態に関して、以下でより詳細に論じる。タンク本体1は、圧縮流体システム500に入る油の流れを制御するために、サーモスタット・バランシング弁9を通じて圧縮流体システム500に接続されていてもよい。
タンク本体1は、1つ又は複数のパイプ継手(例えば、パイプ継手17、パイプ継手18、パイプ継手22及びパイプ継手23)を含んでいてもよい。これらのパイプ継手17、18、22、及び23は、空気、油、又は分離器タンク100の動作や使用に関わり得る任意の他の作動流体の注入又は取り出しを可能にし得る。例えば、継手22は、タンク本体1の内部容積24から油を排出するために使用されてもよい。さらに、継手23は、油面が上がり過ぎて、タンク本体1の内部容積24内に位置するフィルタ又は分離器要素4に接触するのを防ぐために、オーバーフロー継手を使用してもよい。
タンク本体1は、外部機器、工具、標識8又は測定装置が、タンク本体1を貫通することなく分離器タンク100に装着されるのを可能にするために、1つ又は複数の装着クリップ10、12を外部に含んでいてもよい。
タンク本体1は、タンク支持構造11の上に載置されていてもよい。例えば、タンク支持構造11は、タンクの下方に位置する金属製の脚又は支柱であってよい。タンク支持構造11は、分離器タンク100の下方に間隙を提供することができる。また、タンク支持構造11は、分離器タンク100を施設の床に固定するための構造を提供してもよい。例えば、タンク本体1が傾いたり揺れたりするのを防止するために、ボルト、ねじ、リベット又は他の留め付け機構が、タンク支持構造11を通して施設の床に打ち込まれていてもよい。
上述したように、分離器タンク100は、圧縮機設備内で潤滑流体(例えば油)を圧縮流体(例えば、空気)から分離するために使用され得る。これは、タンク本体1の内部容積24の中に位置するフィルタ又は分離器要素4を使用して行われ得る。例えば、混合流体(例えば、油及び空気)は、油を止めるためにタンク入口パイプ6及び分離器要素4を通って分離器タンク100に入り、油をパイプの底部に溜まらせたり集めたりする一方で、空気が分離器要素4を通過して分離器要素4の内部容積25に入るようにする。
時間と共に、分離器要素4は詰まったり汚れたりして、分離器要素4の清掃、修理、又は交換が必要となり得る。タンク本体1の内部容積24にアクセスするには、封止板2をタンク本体1から取り外さなければならない。これは、まず封止板2からすべての保持ボルト14を取り外すことによって行われ得る。保持ボルト14が取り外されると、封止板2をタンク本体1から持ち上げることができる。
以上で説明したように、関連する分離タンクの実装では、液体油からの圧縮気体の分離は、円筒形の分離タンクの外周の周りを旋回する油の遠心力を利用する第1の分離段を使用して行われることがある。図13A~13Bは、内部を旋回する油を比較例として表す関連技術の分離器タンクの上面図である。図14A~14Bは、内部を旋回する油を比較例として表す関連技術の分離器タンクの側面図である。図13A、図13B、図14A及び図14B(以下で、比較例としてより詳細に論じられる)に示すように、圧縮気体と潤滑油との混ざった流体流は、タンク入口パイプ6を介して関連技術の分離器タンク1400の円筒形タンク本体1に入る。タンク入口パイプ6がタンク本体1と接線方向に交差しているため、混ざった流体流(図13A及び図14Aにおいて矢印によって表される)は、タンク本体1の湾曲の周りで接線方向に螺旋状に動く。求心作用によって、より重い油がタンク本体1の内部容積24内で径方向の外側に向かって移動する一方で、より軽い空気は径方向に移動して分離器要素4の内側容積25に入る。分離器要素4は、油から圧縮気体を分離するための第2段の濾過を提供してもよい。気体よりも重い油は、重力のためにタンク本体1の底部に落下し、垂直方向のサンプ管5の底部に位置する開口によって回収されて、圧縮機システムに再循環される。しかし、関連技術のシステムでは、油は、循環させるためにサンプ管5によって回収する前に速度が低下して静止し溜まるため、油がタンク本体1の底部に溜まったり集まったりするのに伴って油圧が低下する。これにより、油が垂直方向のサンプ管5を通じて引き、タンク1400の底部に溜まったり集まったりして大きな運動エネルギーの損失が生じる。
逆に、本開示の例示的な実装形態は、螺旋状に動いている油流の運動エネルギーを位置エネルギーに変換し、タンク本体1を出る増大した油圧をもたらすことにより、圧力損失を回避し得る。図15A~15Bは、内部を旋回する油を例示する、本開示の一実装形態に係る分離器タンク100の内部上面図である。図16A~16Bは、内部を旋回する油を例示する、本開示の一実装形態に係る分離器タンク100の内部側面図である。
図15A~16Bに例示するように、一実装形態の分離器タンク100のサンプ管5は、接線方向に螺旋状に動いている油が、タンク本体1の底部で静止して溜まることなくサンプ管5に入り、サンプ管5により回収されることを可能にする、垂直方向を向いた開口27を含む。より具体的には、垂直方向を向いた開口27は、タンク本体1を接線方向に貫通するタンク入口パイプ6によって作り出される、接線方向の流体が流れる方向と整列するように方向付けられている。
例えば、タンク入口パイプ6は、タンク本体1を接線方向に貫通し、タンクに入る流体(例えば、気体及び/又は油)がタンク本体1内で時計回り方向に螺旋状となるように導かれる流体流路を提供するように方向付けられていてもよく、垂直方向を向いた開口27は、垂直方向を向いた開口27に油が直接流入することができるように時計回りの油の螺旋を受けたり捕捉したりするように方向付けられていてもよい(例えば、図15A及び図15Bに示すように反時計回り方向に向かって開口する)。同様に、タンク入口パイプ6は、タンク本体1を接線方向に貫通し、タンクに入る流体(例えば、気体及び/又は油)がタンク本体1内で反時計回り方向に螺旋状となるように導かれる流体流路を提供するように方向付けられていてもよく、垂直方向を向いた開口27は、垂直方向を向いた開口27に油が直接流入することができるように、反時計回りの油の螺旋を受けたり捕捉したりするように方向付けられていてもよい(例えば、時計回り方向に向かって開口する)。
いくつかの例示的な実装形態では、分離器要素4は、流体流路が分離器要素4とタンク本体1との間に位置し得るように配置されていてもよい。さらに、いくつかの例示的な実装形態では、垂直方向を向いた開口27は、タンク本体1内の分離器要素4の下方に垂直方向に配置されていてもよい。
また、垂直方向を向いた開口27は、垂直方向を向いた開口27とタンク入口パイプ6との間に水頭圧差が存在するように、タンク入口パイプ6から垂直方向にオフセットされていてもよい。例えば、タンク入口パイプ6は、タンク本体1の上部領域(例えば、上半分1605)に配置されていてもよく、垂直方向を向いた開口27は、タンク本体1の下部領域(例えば、下半分1610)に位置していてもよい。また、いくつかの例示的な実装形態では、垂直方向を向いた開口27は、タンク本体1の最低油面より下に位置していてもよい。例えば、垂直方向を向いた開口27は、サンプ管5が空気を吸い込むことを回避するために、垂直方向を向いた開口27が常にタンク100の油面よりも下に沈んでいるようにタンク本体1の内部容積24内に配置されていてもよい。
また、いくつかの例示的な実装形態では、サンプ管5は、垂直方向を向いた開口27を取り囲む、面取りされたり角度を付けられたりした領域28を有して、幅広い油流の流れが垂直方向を向いた開口27に入ることを可能にする漏斗形状を形成し、油流の流れがサンプ管5に流入して上に流れる際にわずかに圧縮してもよい。言い換えると、面取り領域28は、垂直方向を向いた開口27の箇所にあるサンプ管5のより幅広い(例えば、より直径が大きい)領域と、垂直方向を向いた開口27よりも下流にあるサンプ管5のより狭い(例えば、より直径が小さい)領域とを提供する。
説明したように、サンプ管5に垂直方向を向いた開口27を設けることにより、サンプ管5を上へと流れることによって油流の流れの運動エネルギーを捕捉し、位置エネルギーに変換し得る。
上述の詳細な説明は、図、概略図及び実施例の使用を介して、装置及び/又は方法の様々な実装形態を例示として述べた。そのような図、概略図及び実施例が1つ又は複数の機能及び/又は動作を含んでいる限り、然様な図又は実施例の中の各機能及び/又は動作は、幅広い構造によって個々に及び/又は集合的に実施することが可能である。特定の実装形態を例示として説明したが、それらの実装形態は、単なる例として提示されたものであり、保護の範囲を限定することは意図されない。実際、本明細書に記載される新規の方法及び装置は、各種の他の形態で実施されてよい。さらに、本明細書に記載した装置及びシステムの形態は、保護の主旨から逸脱することなく、様々な省略、置換、及び変更がなされてよい。添付の特許請求の範囲及びそれに相当するものは、保護の範囲及び主旨内に該当すると考えられる然様な形態又は変更を包含することが意図される。

Claims (12)

  1. 気体圧縮機用の分離器タンクであって、
    内部容積を画定するタンク本体と、
    前記タンク本体の前記内部容積との流体連通を提供するタンク入口パイプであって、前記タンク本体を接線方向に貫通し、前記タンク本体に入る流体を螺旋状の流体流路に導くように方向付けられているタンク入口パイプと、
    前記タンク本体内を流れる流体を回収するように配置されたサンプ管であって、垂直方向を向いた開口を備えるサンプ管と
    を備え、
    前記垂直方向を向いた開口は、前記螺旋状の流体流路に沿って流れる流体と整列し、かつ、前記流体を捕捉するように方向付けされている
    分離器タンク。
  2. 前記サンプ管は、前記垂直方向を向いた開口を取り囲む面取り領域を含み、前記面取り領域は、流体が前記垂直方向を向いた開口に入ることを可能にし、流体が前記サンプ管に流入する際に圧縮する漏斗形状を形成する、請求項1に記載の分離器タンク。
  3. 前記サンプ管の前記垂直方向を向いた開口は、前記タンク入口パイプから垂直方向にオフセットされている、請求項1に記載の分離器タンク。
  4. 前記タンク入口パイプが前記タンク本体の上半分に位置し、前記垂直方向を向いた開口が前記タンク本体の下半分に位置する、請求項3に記載の分離器タンク。
  5. 前記タンク本体によって画定される前記内部容積内に位置する分離器要素をさらに備え、前記分離器要素は、前記螺旋状の流体流路が前記分離器要素と前記タンク本体との間に位置するように、前記タンク本体内に配置される、請求項1に記載の分離器タンク。
  6. 前記垂直方向を向いた開口は、前記タンク本体内の前記分離器要素の垂直方向下方に配置される、請求項5に記載の分離器タンク。
  7. 気体圧縮機と、
    前記気体圧縮機と流体連通している分離器タンクと、
    を備える流体圧縮システムであって、
    前記分離器タンクが、
    内部容積を画定するタンク本体と、
    前記気体圧縮機と前記タンク本体の前記内部容積との間の流体連通を提供するタンク入口パイプであって、前記タンク本体を接線方向に貫通し、前記タンク本体に入る流体を螺旋状の流体流路に導くように方向付けられているタンク入口パイプと、
    前記タンク本体内を流れる流体を回収するように配置されたサンプ管であって、垂直方向を向いた開口を備えるサンプ管と
    を備え、
    前記垂直方向を向いた開口は、前記螺旋状の流体流路に沿って流れる流体と整列し、かつ、前記流体を捕捉するように方向付けられている
    流体圧縮システム。
  8. 前記サンプ管は、前記垂直方向を向いた開口を取り囲む面取り領域を含み、前記面取り領域は、流体が前記垂直方向を向いた開口に入ることを可能にし、流体が前記サンプ管に流入する際に圧縮する漏斗形状を形成する、請求項7に記載の流体圧縮システム。
  9. 前記サンプ管の前記垂直方向を向いた開口は、前記タンク入口パイプから垂直方向にオフセットされている、請求項7に記載の流体圧縮システム。
  10. 前記タンク入口パイプが前記タンク本体の上半分に位置し、前記垂直方向を向いた開口が前記タンク本体の下半分に位置する、請求項9に記載の流体圧縮システム。
  11. 前記タンク本体によって画定される前記内部容積内に位置する分離器要素をさらに備え、前記分離器要素は、前記螺旋状の流体流路が前記分離器要素と前記タンク本体との間に位置するように、前記タンク本体内に配置される、請求項7に記載の流体圧縮システム。
  12. 前記垂直方向を向いた開口は、前記タンク本体内の前記分離器要素の垂直方向下方に配置される、請求項11に記載の流体圧縮システム。

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