JP2023079090A - 圧縮機の給液システム - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機に噴射される液体の微細液滴化を容易に実現することが可能な圧縮機の給液システムを提供することを目的とする。【解決手段】給液システム１００は、圧縮機１に噴射される液体５０の温度を、圧縮機１の内部の圧力に対応する飽和温度Ｔｆ以上の温度に調整して、圧縮機１に液体５０を噴射する。【選択図】図３

Description

本発明は、圧縮機の給液システムに関する。

水蒸気又は空気等の気体を圧縮する圧縮機として、スクリュー圧縮機がある。スクリュー圧縮機は、スクリュー状に形成された雄ロータ及び雌ロータの一対のスクリューロータを噛み合わせることにより、圧縮気体を生成する装置である。気体の圧縮効率を向上させるため、スクリュー圧縮機には、雄ロータ及び雌ロータを収容するケーシング内の圧縮室に液体を噴射する給液システムが設けられている。

噴射される液体は、熱交換によって圧縮気体を冷却する役割を担っている。更に、噴射される液体は、雄ロータと雌ロータとの隙間、並びに、雄ロータ又は雌ロータとケーシングとの隙間をシールして、これらの隙間からの気体漏れを低減する役割を担っている。噴射される液体が水の場合のように、当該液体が圧縮室で蒸発する場合、当該液体は、熱交換に加えて蒸発潜熱によっても圧縮気体を冷却することができる。この場合、効率的な熱交換及び蒸発のためには、当該液体が圧縮室において微細液滴化するように当該液体を噴射する必要がある。

給液システムの従来技術として、例えば特許文献１及び特許文献２がある。特許文献１には、給液機構の内部において液体の旋回流を発生させながら圧縮機に噴射する給液機構が開示されている。特許文献１に開示の給液機構は、旋回流により発生する遠心力の作用によって、液体の微細液滴化を図っている。

特許文献２には、２つの噴射ノズルを向かい合せて配置し、２つの噴射ノズルから噴射された液体を衝突させる給液機構が開示されている。特許文献２に開示の給液機構は、衝突した液体が液膜を形成し、液膜の先端が破れて微細な液滴を形成することによって、液体の微細液滴化を図っている。

米国特許公開第２０１９／０９３６５９号明細書 国際公開第２０１９／２３９７０３号

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示の給液機構は、何れも構造が複雑であり、圧縮室という圧縮機内の狭い空間において液体の微細液滴化を容易に実現することは難しい。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、圧縮機に噴射される液体の微細液滴化を容易に実現することが可能な圧縮機の給液システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る圧縮機の給液システムは、気体を圧縮する圧縮機の内部に液体を噴射する圧縮機の給液システムであって、前記圧縮機に噴射される前記液体の温度を、前記圧縮機の前記内部の圧力に対応する飽和温度以上の温度に調整して、前記圧縮機に前記液体を噴射することを特徴とする。

本発明によれば、圧縮機に噴射される液体の微細液滴化を容易に実現することが可能な圧縮機の給液システムを提供することができる。
上記以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

圧縮機の構成を示す図。 図１に示すＡ－Ａ線での圧縮機の断面図。 実施形態１の給液システムの構成を示す図。 圧縮機に噴射される液体の温度に対応する飽和蒸気圧が圧縮室の圧力より低い場合における液体の噴射形態を説明する図。 圧縮機に噴射される液体の温度に対応する飽和蒸気圧が圧縮室の圧力より高い場合における液体の噴射形態を説明する図。 圧縮機に噴射される液体の飽和蒸気圧曲線を示す図。 圧縮機に噴射される液体の温度制御に関するフローチャート。 実施形態２の給液システムの構成を示す図。 実施形態３の給液システムの構成を示す図。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、各実施形態において同一の符号を付された構成については、特に言及しない限り、各実施形態において同様の機能を有し、その説明を省略する。

［実施形態１］
図１～図７を用いて、実施形態１の給液システム１００について説明する。

給液システム１００は、空気又は水蒸気等の気体を圧縮する圧縮機１の内部（例えば圧縮室１３）に、水等の液体５０を噴射して、圧縮機１の内部に液体５０を供給するシステムである。本実施形態では、圧縮機１として、図１に示すようなスクリュー圧縮機を例に挙げて説明するが、圧縮機１は他の種類の圧縮機であってもよい。本実施形態では、圧縮機１によって圧縮される気体として、水蒸気を例に挙げて説明するが、圧縮機１によって圧縮される気体は、水蒸気以外の気体であってもよい。本実施形態では、圧縮機１の内部に噴射される液体５０として、水を例に挙げて説明するが、圧縮機１の内部に噴射される液体５０は、水以外の液体であってもよい。すなわち、本実施形態では、圧縮機１の内部に噴射される液体５０は、圧縮機１によって圧縮される気体と同じ種類（成分）の物質である。

図１は、圧縮機１の構成を示す図である。図２は、図１に示すＡ－Ａ線での圧縮機１の断面図である。

圧縮機１は、スクリューロータ２と、スクリューロータ２を収容するケーシング５とを備えている。スクリューロータ２は、それぞれがねじれた歯（ローブ）を有して互いに噛み合った状態で回転する、雄ロータ３と雌ロータ４とを有する。本実施形態において、スクリューロータ２は、雄ロータ３及び雌ロータ４の総称である。雄ロータ３の吸込側端部は、ロータ軸を介して、回転駆動源であるモータ２０に接続されている。モータ２０によって回転駆動された雄ロータ３は、雌ロータ４を回転駆動する。

圧縮機１は、雄ロータ３及び雌ロータ４をそれぞれ回転自在に支持するための吸込側軸受６及び吐出側軸受７と、オイルシール又はメカニカルシール等の軸封部品８とを備えている。本実施形態において、「吸込側」とは、スクリューロータ２の軸方向における気体の吸込側を示し、「吐出側」とは、スクリューロータ２の軸方向における気体の吐出側を示す。

ケーシング５の内面には、雄ロータ３を覆う円筒状の雄側ボア９と、雌ロータ４を覆う円筒状の雌側ボア１０とが形成されている。雄側ボア９と雄ロータ３との間、及び、雌側ボア１０と雌ロータ４との間には、それぞれ数１０μｍ～数１００μｍの隙間が形成されている。雄側ボア９と雌側ボア１０との交線は、低圧側の交線と高圧側の交線との２本がある。低圧側の交線は、吸込側カスプ１１と定義される。高圧側の交線は、圧縮側カスプ１２と定義される。

雄ロータ３及び雌ロータ４の各歯溝と、これらを囲む雄側ボア９及び雌側ボア１０とによって画定される空間は、圧縮室１３である。圧縮室１３は、雄ロータ３及び雌ロータ４の回転によって膨張及び収縮を繰り返す。これにより、圧縮対象の気体は、圧縮室１３に連通する吸込ポート１４から圧縮室１３に吸い込まれ、圧縮室１３において所定の圧力まで圧縮された後、圧縮室１３に連通する吐出ポート１５から圧縮機１の外部に吐出される。

また、圧縮機１は、圧縮室１３に液体５０を供給するための給液孔１６と、吸込側軸受６及び軸封部品８に液体５０を供給するための給液孔１７と、吐出側軸受７に液体５０を供給するための給液孔１８とを備える。

図３は、実施形態１の給液システム１００の構成を示す図である。図３では、給液孔１７又は給液孔１８から、吸込側軸受６、吐出側軸受７又は軸封部品８に液体５０を供給する流路の図示を省略している。

給液システム１００は、気体（水蒸気）を圧縮する圧縮機１の圧縮室１３に液体５０（水）を噴射する。圧縮室１３に噴射された液体５０は、圧縮室１３に存在する圧縮気体との熱交換によって圧縮気体を冷却する。更に、圧縮室１３に噴射された液体５０は、圧縮室１３で蒸発し、蒸発潜熱によって圧縮気体を冷却する。また、圧縮室１３に噴射された液体５０は、雄ロータ３と雌ロータ４との隙間、並びに、雄ロータ３又は雌ロータ４とケーシング５との隙間をシールして、これらの隙間からの気体漏れを低減する。

給液システム１００は、蒸気発生器１０１と、気体側流路１０２と、液体側流路１０３と、ポンプ１０４と、吐出側流路１０５と、気液分離器１０６と、輸送流路１０７と、リリーフ流路１０８と、第１流路１０９と、第２流路１１０と、混合器１１１と、第３流路１１２と、温度測定器１１３と、流量調整弁１１４とを備える。なお、給液システム１００は、これらの構成要素の動作を統括的に制御する制御装置（不図示）を備えていてもよい。

蒸気発生器１０１は、圧縮対象の気体（水蒸気）を発生させる装置である。気体側流路１０２は、蒸気発生器１０１の気体室と圧縮機１の吸込ポート１４とを連通させる配管である。気体側流路１０２は、蒸気発生器１０１によって発生した気体を圧縮機１に供給する。圧縮機１に供給された気体は、スクリューロータ２の回転により圧縮室１３において圧縮され、圧縮気体として圧縮機１の吐出ポート１５から吐出される。

液体側流路１０３は、蒸気発生器１０１の液体室とポンプ１０４の吸込口とを連通させる配管である。液体側流路１０３は、蒸気発生器１０１での気体発生源として蒸気発生器１０１の液体室に貯留された液体５０をポンプ１０４に供給する。ポンプ１０４は、蒸気発生器１０１の液体室から供給された液体５０を昇圧する。すなわち、ポンプ１０４は、圧縮機１に噴射される前の液体５０を昇圧する。

吐出側流路１０５は、圧縮機１の吐出ポート１５と気液分離器１０６とを連通させる配管である。吐出側流路１０５は、圧縮機１から吐出された圧縮気体を気液分離器１０６に供給する。なお、圧縮室１３に噴射された液体５０の一部は蒸発しきれずに液体として残留し、圧縮室１３から吐出ポート１５を介して吐出側流路１０５に排出される。吐出側流路１０５は、圧縮機１から排出された液体５０を気液分離器１０６に供給する。

気液分離器１０６は、吐出側流路１０５から供給された圧縮気体と液体５０とを分離する装置である。輸送流路１０７は、気液分離器１０６の気体室と、圧縮気体の輸送対象とを連通させる配管である。輸送流路１０７は、気液分離器１０６により分離された圧縮気体を、輸送対象に輸送する。リリーフ流路１０８は、気液分離器１０６の液体室と、蒸気発生器１０１の液体室とを連通させる配管である。リリーフ流路１０８は、気液分離器１０６の液体室に所定量以上貯留した液体５０を、蒸気発生器１０１の液体室に逃がす。

第１流路１０９は、ポンプ１０４の吐出口と混合器１１１とを連通させる配管である。第１流路１０９は、ポンプ１０４により昇圧された液体５０を混合器１１１に供給する。すなわち、第１流路１０９は、圧縮機１に噴射される前の液体５０であって、ポンプ１０４により昇圧された液体５０が流れる流路である。

第２流路１１０は、気液分離器１０６の液体室と混合器１１１とを連通させる配管である。第２流路１１０は、気液分離器１０６によって分離された液体５０を、混合器１１１に供給する。すなわち、第２流路１１０は、圧縮機１に噴射された後に圧縮機１から排出された液体５０が流れる流路である。圧縮機１に噴射された後に圧縮機１から排出された液体５０は、圧縮気体との熱交換を行った後の液体５０である。よって、第２流路１１０を流れる液体５０は、第１流路１０９を流れる液体５０よりも高温である。

混合器１１１は、第１流路１０９を流れる液体５０と第２流路１１０を流れる液体５０とを混合する装置である。上記のように、第２流路１１０を流れる液体５０は、第１流路１０９を流れる液体５０よりも高温である。よって、混合器１１１において混合された液体５０の温度は、第１流路１０９を流れる液体５０の温度と、第２流路１１０を流れる液体５０の温度との中間の温度になる。

第３流路１１２は、混合器１１１と圧縮機１の給液孔１６とを連通させる配管である。第３流路１１２は、混合器１１１によって混合された液体５０を圧縮機１の給液孔１６に供給する。混合器１１１によって混合された液体５０は、ポンプ１０４によって昇圧された後の液体５０であるので、第３流路１１２から給液孔１６を通過して圧縮室１３に流入する際に噴射される。すなわち、第３流路１１２は、混合器１１１によって混合された液体５０を圧縮機１に噴射する。

温度測定器１１３は、第３流路１１２を流れる液体５０の温度を測定する機器である。すなわち、温度測定器１１３は、圧縮機１に噴射される液体５０の温度を測定する。流量調整弁１１４は、第１流路１０９又は第２流路１１０を流れる液体５０の流量を調整する弁である。本実施形態では、流量調整弁１１４は、第２流路１１０に設けられており、第２流路１１０を流れる液体５０の流量を調整する。

流量調整弁１１４が第２流路１１０を流れる液体５０の流量を増加させると、高温の液体５０の流量が増加するので、混合器１１１において混合された液体５０の温度は上昇する。結果的に、温度測定器１１３により測定された第３流路１１２を流れる液体５０の温度は上昇する。流量調整弁１１４が第２流路１１０を流れる液体５０の流量を減少させると、高温の液体５０の流量が減少するので、混合器１１１において混合された液体５０の温度は低下する。結果的に、温度測定器１１３により測定された第３流路１１２を流れる液体５０の温度は低下する。流量調整弁１１４が第１流路１０９を流れる液体５０の流量を調整する場合も同様である。

流量調整弁１１４が第１流路１０９又は第２流路１１０を流れる液体５０の流量を調整することにより、給液システム１００は、温度測定器１１３により測定された液体５０の温度、すなわち、圧縮機１に噴射される液体５０の温度を調整することができる。圧縮機１に噴射される液体５０の温度は、液体５０の噴射形態に影響を与える。

図４は、圧縮機１に噴射される液体５０の温度に対応する飽和蒸気圧が圧縮室１３の圧力より低い場合における液体５０の噴射形態を説明する図である。図５は、圧縮機１に噴射される液体５０の温度に対応する飽和蒸気圧が圧縮室１３の圧力より高い場合における液体５０の噴射形態を説明する図である。図４及び図５は、図２の給液孔１６付近を拡大した図である。

圧縮機１に噴射される液体５０の温度に対応する飽和蒸気圧が圧縮室１３の圧力より低い場合は、液体５０が圧縮室１３において沸騰しない場合である。この場合、液体５０は、図４に示すように、液柱５１の形態で圧縮室１３内を飛翔し、雄ロータ３及び雌ロータ４の壁面に衝突する。衝突した液柱５１は、当該壁面に液膜５２を形成する。液柱５１の一部は、液滴５３を形成して飛散し、圧縮室１３内を飛翔する。

一方、圧縮機１に噴射される液体５０の温度に対応する飽和蒸気圧が圧縮室１３の圧力より高い場合は、液体５０が圧縮室１３において沸騰する場合である。この場合、液体５０は、図５に示すように、液柱５１の形態で圧縮室１３内を飛翔するが、沸騰して、液柱５１の内部において気泡５４を生成する。気泡５４の生成により液柱５１の体積が膨張することによって、液柱５１は、図４に示す場合よりも早期に分裂して、液滴５３を形成する。このような現象を、フラッシュボイリング現象という。この現象により、図５に示す場合は、図４に示す場合よりも、液柱５１の噴射方向長さが短くなり、液柱５１が雄ロータ３及び雌ロータ４の壁面に衝突する量が減少するので、液膜５２の量が減少すると共に液滴５３の量が増加する。加えて、この現象により、沸騰のエネルギが液滴５３の粒径を微細化することに寄与するので、図５に示す場合は、図４に示す場合よりも液滴５３の粒径が微細化する。液滴５３の量が増加し液滴５３の粒径が微細化すると、圧縮室１３内での液体５０の相変化が更に促進されるので、より短時間で液体５０が蒸発し得る（蒸発速度が向上する）。このようなことから、圧縮機１に噴射される液体５０の温度は、圧縮室１３においてフラッシュボイリング現象を発生させることが可能な温度であることが望ましい。

図６は、圧縮機１に噴射される液体５０の飽和蒸気圧曲線を示す図である。

圧縮室１３においてフラッシュボイリング現象を発生させためには、噴射される液体５０の飽和蒸気圧が、圧縮室１３の圧力以上になる必要がある。すなわち、噴射される液体５０の温度が、圧縮室１３の圧力に対応する飽和温度Ｔｆ以上になる必要がある。

一方、噴射される液体５０の温度が高過ぎると、液体５０が給液孔１６に到達する前に沸騰が開始してしまい、液体５０の蒸気が第３流路１１２に充満してしまう。これにより、圧縮室１３に十分な量の液体５０を噴射することができない問題が発生する。この問題を発生させないためには、噴射される液体５０の飽和蒸気圧が、圧縮機１に噴射される時の液体５０の圧力（以下「液体５０の噴射圧力」とも称する）よりも低くなる必要がある。すなわち、噴射される液体５０の温度が、噴射圧力に対応する飽和温度Ｔｉよりも低くなる必要がある。

したがって、圧縮室１３においてフラッシュボイリング現象を適切に発生させるためには、噴射される液体５０の温度が、圧縮室１３の圧力に対応する飽和温度Ｔｆ以上であって、噴射圧力に対応する飽和温度Ｔｉよりも低くなる必要がある。そこで、給液システム１００は、圧縮室１３においてフラッシュボイリング現象が適切に発生するよう、噴射される液体５０の温度Ｔの目標温度範囲をＴｆ≦Ｔ＜Ｔｉの範囲に設定して、当該液体５０の温度制御を行う。

図７は、圧縮機１に噴射される液体５０の温度制御に関するフローチャートである。

ステップＳ１において、給液システム１００は、温度測定器１１３を用いて、噴射される液体５０の温度Ｔを測定する。

ステップＳ２において、給液システム１００は、圧縮機１の内部（圧縮室１３）の圧力を予測する。当該圧力を予測する方法としては、気体の圧縮過程が、断熱圧縮過程であることを仮定して、以下の数式１を用いる方法が考えられる。

数式１において、ｐは圧縮室１３の圧力であり、ｐ１は吸込ポート１４から吸い込まれた気体の圧力であり、ｖは液体５０の噴射位置における圧縮室１３の体積であり、ｖ１は圧縮室１３の初段の体積であり、ｎはポリトロープ指数である。ポリトロープ指数ｎは、１～γの間で調整されてもよい。γは気体の比熱比である。なお、給液システム１００は、圧縮室１３の圧力を予測するのではなく、圧力センサを用いて圧縮室１３の圧力を測定してもよい。

更に、ステップＳ２において、給液システム１００は、液体５０の噴射圧力を予測する。給液システム１００は、ポンプ１０４の吐出圧力を、液体５０の噴射圧力と見做すことができる。ポンプ１０４の吐出圧力は、ポンプ１０４の全揚程と吸込圧力とから計算することができる。なお、給液システム１００は、ポンプ１０４の吐出圧力を計算するのではなく、ポンプ１０４の下流側の流路（例えば第１流路１０９又は第３流路１１２）に設けた圧力センサを用いて、液体５０の噴射圧力を測定してもよい。

ステップＳ３において、給液システム１００は、圧縮室１３の圧力に対応する飽和温度Ｔｆを計算する。飽和温度Ｔｆは、予め設定されたテーブルから内挿計算によって計算されてもよいし、以下に示すような近似式を用いて計算されてもよい。液体５０が水である場合、飽和蒸気圧の近似式として、例えば以下の数式２に示すテテンスの式が知られている。

数式２において、Ｅ（ｔ）は飽和蒸気圧（ｈＰａ）であり、ｔは温度（℃）である。数式２をｔについて整理すると、以下の数式３が得られる。液体５０が水である場合、数式３を用いて飽和温度Ｔｆが計算され得る。

ステップＳ４において、給液システム１００は、液体５０の噴射圧力に対応する飽和温度Ｔｉを計算する。飽和温度Ｔｉは、飽和温度Ｔｆと同様に、予め設定されたテーブルから内挿計算によって計算されてもよいし、上記の数式２及び数式３に示すような近似式を用いて計算されてもよい。そして、給液システム１００は、噴射される液体５０の温度Ｔの目標温度範囲を、Ｔｆ≦Ｔ＜Ｔｉに設定する。

ステップＳ５において、給液システム１００は、ステップＳ１において測定された液体５０の温度Ｔが、ステップＳ４において設定された目標温度範囲に収まっているか否かを判定する。すなわち、給液システム１００は、Ｔｆ≦Ｔ＜Ｔｉを満たすか否かを判定する。Ｔｆ≦Ｔ＜Ｔｉを満たす場合、給液システム１００は、図７に示す液体５０の温度制御を終了する。Ｔｆ≦Ｔ＜Ｔｉを満たさない場合、給液システム１００は、ステップＳ６に移行する。

ステップＳ６において、給液システム１００は、ステップＳ１において測定された液体５０の温度Ｔが、ステップＳ４において設定された飽和温度Ｔｆより低いか否かを判定する。すなわち、給液システム１００は、Ｔ＜Ｔｆを満たすか否かを判定する。Ｔ＜Ｔｆを満たす場合、給液システム１００は、噴射される液体５０の温度Ｔを上昇させるべく、ステップＳ７に移行する。Ｔ＜Ｔｆを満たさない場合、給液システム１００は、噴射される液体５０の温度Ｔを低下させるべく、ステップＳ８に移行する。

ステップＳ７において、給液システム１００は、第２流路１１０を流れる高温の液体５０の流量が増加するよう流量調整弁１１４を調整する。これにより、噴射される液体５０の温度Ｔが上昇する。その後、給液システム１００は、図７に示す液体５０の温度制御を終了する。

ステップＳ８において、給液システム１００は、第２流路１１０を流れる高温の液体５０の流量が減少するよう流量調整弁１１４を調整する。これにより、噴射される液体５０の温度Ｔが低下する。その後、給液システム１００は、図７に示す液体５０の温度制御を終了する。

図７に示す液体５０の温度制御を一定時間毎に行うことにより、給液システム１００は、噴射される液体５０の温度Ｔを、圧縮室１３においてフラッシュボイリング現象を適切に発生させることが可能な目標温度範囲Ｔｆ≦Ｔ＜Ｔｉに収めることができる。

以上のように、実施形態１の給液システム１００は、気体を圧縮する圧縮機１の内部（圧縮室１３）に液体５０を噴射する給液システムである。給液システム１００は、圧縮機１に噴射される液体５０の温度を、圧縮室１３の圧力に対応する飽和温度Ｔｆ以上の温度に調整して、液体５０を圧縮機１に噴射する。

これにより、実施形態１の給液システム１００は、圧縮機１の内部（圧縮室１３）において液体５０のフラッシュボイリング現象を発生させることができる。給液システム１００は、液体５０の旋回流を発生させたり、２つの噴射ノズルから噴射された液体を衝突させたりしなくても、液体５０を短時間で微細液滴化させて蒸発させることができる。よって、実施形態１によれば、圧縮機１に噴射される液体５０の微細液滴化を容易に実現することが可能な圧縮機１の給液システム１００を提供することができる。

更に、実施形態１の給液システム１００は、圧縮機１に噴射される液体５０の温度を、圧縮室１３に噴射時の液体５０の圧力に対応する飽和温度Ｔｉより低い温度に調整して、液体５０を圧縮機１に噴射する。

これにより、実施形態１の給液システム１００は、液体５０が圧縮機１の内部に噴射される前に沸騰し始めてしまうことを抑制することができる。給液システム１００は、圧縮機１の内部において液体５０のフラッシュボイリング現象を適切に発生させることができる。よって、実施形態１によれば、圧縮機１に噴射される液体５０の微細液滴化を容易且つ適切に実現することが可能な圧縮機１の給液システム１００を提供することができる。

更に、実施形態１の給液システム１００は、液体５０を昇圧するポンプ１０４と、ポンプ１０４により昇圧された液体５０が流れる第１流路１０９と、圧縮機１から排出され、第１流路１０９を流れる液体５０よりも高温の液体５０が流れる第２流路１１０と、を備える。給液システム１００は、第１流路１０９を流れる液体５０と第２流路１１０を流れる液体５０とを混合する混合器１１１と、混合器１１１によって混合された液体５０を圧縮機１に噴射する第３流路１１２と、を備える。給液システム１００は、第１流路１０９又は第２流路１１０を流れる液体５０の流量を調整して、第３流路１１２を流れる液体５０の温度を調整する流量調整弁１１４を備える。

これにより、実施形態１の給液システム１００は、比較的簡易な構成でありながらも、圧縮機１の内部という狭い空間においてフラッシュボイリング現象を発生させるよう、圧縮機１に噴射される液体５０の温度を調整することができる。加えて、給液システム１００は、圧縮機１から排出された高温の液体５０を利用して、圧縮機１に噴射される液体５０の温度を調整することができるので、特別な加熱手段が不要であると共に簡易な流路構成とすることができる。よって、実施形態１によれば、圧縮機１に噴射される液体５０の微細液滴化を更に容易に実現することが可能な圧縮機１の給液システム１００を提供することができる。

更に、実施形態１の給液システム１００において、流量調整弁１１４は、第３流路１１２を流れる液体５０の温度が、圧縮機１の内部の圧力に対応する飽和温度Ｔｆ以上になるよう、液体５０の流量を調整する。

これにより、実施形態１の給液システム１００は、比較的簡易な構成でありながらも、圧縮機１の内部という狭い空間においてフラッシュボイリング現象を発生させ、液体５０を短時間で微細液滴化させて蒸発させることができる。よって、実施形態１によれば、圧縮機１に噴射される液体５０の微細液滴化を容易且つ確実に実現することが可能な圧縮機１の給液システム１００を提供することができる。

更に、実施形態１の給液システム１００において、流量調整弁１１４は、第３流路１１２を流れる液体５０の温度が、圧縮機１に噴射時の液体５０の圧力（噴射圧力）に対応する飽和温度Ｔｉより低くなるよう、液体５０の流量を調整する。

これにより、実施形態１の給液システム１００は、液体５０が圧縮機１の内部に噴射される前に沸騰し始めてしまい、液体５０の蒸気が第３流路１１２に充満してしまうことを抑制することができる。給液システム１００は、圧縮機１の内部に十分な量の液体５０を噴射することができ、圧縮機１の内部において液体５０のフラッシュボイリング現象を適切に発生させることができる。よって、実施形態１によれば、圧縮機１に噴射される液体５０の微細液滴化を容易且つ適切に実現することが可能な圧縮機１の給液システム１００を提供することができる。

更に、実施形態１の給液システム１００において、圧縮機１に噴射される液体５０（例えば水）は、圧縮機１によって圧縮される気体（例えば水蒸気）と同じ種類（成分）の物質である。

すなわち、給液システム１００では、圧縮機１に噴射された液体５０が圧縮機１の内部において蒸発すると、圧縮機１の圧縮気体と同じ物質になることから、圧縮気体の密度（蒸気密度）を向上させることができる。これにより、給液システム１００は、圧縮機１の吸込圧力が低圧である場合であっても、圧縮機１に噴射された液体５０が圧縮機１の内部で蒸発することにより、圧縮機１の吐出圧力を向上させることができ、圧縮機１の出力低下を抑制することができる。よって、実施形態１によれば、圧縮機１に噴射される液体５０の微細液滴化を容易に実現できるだけでなく、簡易な構成でありながら圧縮機１の高出力化及び出力安定化を図ることができる。

なお、図７に示すフローチャートは、噴射される液体５０の温度制御の一例であり、必要に応じて各ステップの順番が入れ替わっても構わない。また、図７に示す各ステップは、圧縮機１の運転中に常に全てが行われる必要はない。例えば、気液分離器１０６に供給される液体５０の流量が少なく、第２流路１１０を流れる液体５０の流量が少ない場合、第２流路１１０を流れる液体５０の流量が十分に増加するまで流量調整弁１１４を閉弁し、第１流路１０９を流れる液体５０だけを混合器１１１に供給してもよい。

［実施形態２］
図８を用いて、実施形態２の給液システム１００について説明する。実施形態２の給液システム１００において、実施形態１と同様の構成及び動作については、説明を省略する。

図８は、実施形態２の給液システム１００の構成を示す図である。図８は、図３に対応する図である。

実施形態２の給液システム１００は、実施形態１の給液システム１００に対して、分配器１１５と、第４流路１１６とが追加されている。分配器１１５は、第１流路１０９上に設けられる。分配器１１５は、第１流路１０９を流れる液体５０を、混合器１１１に向かう液体５０と、圧縮機１に向かう液体５０とに分流させる。第４流路１１６は、分配器１１５と圧縮機１の給液孔１９とを連通させる配管である。第４流路１１６は、分配器１１５により分流された液体５０を圧縮機１に供給する。すなわち、第４流路１１６は、第１流路１０９を流れる液体５０を、混合器１１１を迂回して圧縮機１に供給する流路である。

これにより、実施形態２の給液システム１００は、雄ロータ３と雌ロータ４との隙間、並びに、雄ロータ３又は雌ロータ４とケーシング５との隙間をシールするための液体５０を、圧縮気体の冷却のための液体５０とは別の流路で圧縮機１に供給することができる。したがって、実施形態２の給液システム１００は、実施形態１よりも、これらの隙間をシールするために必要な液体５０の量を容易に確保することができる。よって、実施形態２の給液システム１００は、圧縮機１に噴射される液体５０の微細液滴化を容易に実現できるだけでなく、簡易な構成でありながら圧縮機１の出力安定化を図ることができる。

［実施形態３］
図９を用いて、実施形態３の給液システム１００について説明する。実施形態３の給液システム１００において、実施形態１と同様の構成及び動作については、説明を省略する。

図９は、実施形態３の給液システム１００の構成を示す図である。図９は、図３に対応する図である。

実施形態３の給液システム１００は、実施形態１の給液システム１００に対して、加熱器１１７が追加されている。加熱器１１７は、混合器１１１と温度測定器１１３との間の第３流路１１２上に設けられる。加熱器１１７は、第３流路１１２を流れる液体５０を加熱する。この際、加熱器１１７は、第３流路１１２を流れる液体５０の温度が、圧縮機１の内部の圧力に対応する飽和温度Ｔｆ以上になるよう、液体５０を加熱する。

これにより、実施形態３の給液システム１００は、気液分離器１０６の液体室に貯留された高温の液体５０の量が不十分であり、流量調整弁１１４を全開しても第３流路１１２を流れる液体５０の温度が上昇しない場合であっても、第３流路１１２を流れる液体５０の温度を飽和温度Ｔｆ以上に上昇させることができる。したがって、実施形態３の給液システム１００は、圧縮機１の運転初期段階であっても、圧縮機１の内部において液体５０のフラッシュボイリング現象を確実に発生させることができる。よって、実施形態３によれば、圧縮機１に噴射される液体５０の微細液滴化を容易且つ確実に実現することができる。

なお、加熱器１１７として電気加熱式のヒータ等を用いる場合、圧縮機１及び給液システム１００の全体としてエネルギ消費量が大きくなる。加熱器１１７が外部熱源の排熱を利用して液体５０を加熱することができる場合、圧縮機１及び給液システム１００の全体としてエネルギ消費量を抑制することができるので好ましい。

［その他］
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記の実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、或る実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、或る実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路にて設計する等によりハードウェアによって実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアによって実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テープ、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（solid state drive）等の記録装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１…圧縮機、５０…液体、１００…給液システム、１０４…ポンプ、１０９…第１流路、１１０…第２流路、１１１…混合器、１１２…第３流路、１１３…温度測定器、１１４…流量調整弁、１１５…分配器、１１６…第４流路、１１７…加熱器

Claims (8)

1. 気体を圧縮する圧縮機の内部に液体を噴射する圧縮機の給液システムであって、
   前記圧縮機に噴射される前記液体の温度を、前記圧縮機の前記内部の圧力に対応する飽和温度以上の温度に調整して、前記圧縮機に前記液体を噴射する
   ことを特徴とする圧縮機の給液システム。
2. 前記圧縮機に噴射される前記液体の温度を、前記圧縮機に噴射時の前記液体の圧力に対応する飽和温度より低い温度に調整して、前記圧縮機に前記液体を噴射する
   ことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機の給液システム。
3. 前記液体を昇圧するポンプと、
   前記ポンプにより昇圧された前記液体が流れる第１流路と、
   前記圧縮機から排出され、前記第１流路を流れる前記液体よりも高温の前記液体が流れる第２流路と、
   前記第１流路を流れる前記液体と前記第２流路を流れる前記液体とを混合する混合器と、
   前記混合器によって混合された前記液体を前記圧縮機に噴射する第３流路と、
   前記第１流路又は前記第２流路を流れる前記液体の流量を調整して、前記第３流路を流れる前記液体の温度を調整する流量調整弁と、を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機の給液システム。
4. 前記流量調整弁は、前記第３流路を流れる前記液体の前記温度が、前記圧縮機の前記内部の前記圧力に対応する前記飽和温度以上になるよう、前記流量を調整する
   ことを特徴とする請求項３に記載の圧縮機の給液システム。
5. 前記流量調整弁は、前記第３流路を流れる前記液体の前記温度が、前記圧縮機に噴射時の前記液体の圧力に対応する飽和温度より低くなるよう、前記流量を調整する
   ことを特徴とする請求項４に記載の圧縮機の給液システム。
6. 前記圧縮機に噴射される前記液体は、前記圧縮機によって圧縮される前記気体と同じ種類の物質である
   ことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機の給液システム。
7. 前記第１流路を流れる前記液体を、前記混合器を迂回して前記圧縮機に供給する第４流路を更に備える
   ことを特徴とする請求項３に記載の圧縮機の給液システム。
8. 前記第３流路を流れる前記液体を加熱する加熱器を更に備え、
   前記加熱器は、前記第３流路を流れる前記液体の前記温度が、前記圧縮機の前記内部の前記圧力に対応する前記飽和温度以上になるよう、前記液体を加熱する
   ことを特徴とする請求項３に記載の圧縮機の給液システム。

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