JP4432360B2

JP4432360B2 - 圧縮装置

Info

Publication number: JP4432360B2
Application number: JP2003131841A
Authority: JP
Inventors: 昌尚安藤; 英文斎藤; 弘猪坂
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2003-05-09
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2023-05-09
Also published as: JP2004332666A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第１圧縮部と第２圧縮部とで気体を２段に圧縮する圧縮装置に関し、さらに詳しくは、圧縮気体の冷却効率および第２圧縮部での圧縮効率を向上することが出来る圧縮装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、２段圧縮機の第１圧縮部と第２圧縮部の中間に中間冷却器を設置すると共に第２圧縮部の後に吐出冷却器を設置した圧縮装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
他方、２段圧縮機の第１圧縮部に入る気体に冷却水を噴射すると共に第２圧縮部から吐出した気体に冷却水を噴射する圧縮装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２０１０９８号公報（図３）
【特許文献２】
特開２００１−１６５５１４号公報（図３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
中間冷却器および吐出冷却器を設置した上記従来の圧縮装置では、熱交換器の隔壁を介して圧縮気体を冷却する間接冷却を行っているが、間接冷却では冷却効率が悪い問題点がある。
他方、気体に冷却水を噴射する上記従来の圧縮装置では、直接冷却という点では冷却効率が良いが、第１圧縮部を経て高温（例えば１１０℃）となった圧縮気体を十分に混合してから冷却するという手段がないため、圧縮気体の一部は冷却されずに高温のまま第２圧縮部に入ることになり、第２圧縮部での圧縮効率が悪い問題点がある。
そこで、本発明の目的は、圧縮気体の冷却効率および第２圧縮部での圧縮効率を向上することが出来る圧縮装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の観点では、本発明は、気体を円周端から流出させ遠心方向と周方向の速度成分が含まれる回転流を形成する第１回転翼車と前記流出した気体を減速させ圧縮気体に変換する第１ディフューザと前記圧縮気体を集める第１スクロールからなる第１圧縮部と、気体を円周端から流出させ遠心方向と周方向の速度成分が含まれる回転流を形成する第２回転翼車と前記流出した気体を減速させ圧縮気体に変換する第２ディフューザと前記圧縮気体を集める第２スクロールからなる第２圧縮部と、前記第１圧縮部を出た圧縮気体を前記第２圧縮部に導くための連結流路と、前記第１回転翼車の外周端から前記第１スクロールの出口までの間の流路内で気体中に冷却水を噴霧する第１冷却水噴霧手段とを具備したことを特徴とする圧縮装置を提供する。
上記第１の観点による圧縮装置では、第１圧縮部を出た圧縮気体に冷却水を噴射して直接冷却するため、冷却効率を向上できる。このとき、第１回転翼車の外周端から第１スクロールの出口までの間の流路内で冷却水を噴霧するから、第１スクロールの出口で圧縮気体が集まるまでの過程で冷却水が気体に十分に混合し、この点でも冷却効率を向上できる。これに対して、気体に冷却水を噴射する上記従来の圧縮装置では、冷却水を噴射する位置から見て冷却水が気体に十分に混合されず、この点で冷却効率が悪い。
また、上記第１の観点による圧縮装置では、第１圧縮部を経て高温となった圧縮気体が冷却されてから第２圧縮部に入ることになるから、第２圧縮部での圧縮効率を向上することが出来る。
さらに、第２圧縮部に入る圧縮気体に水滴が残っていると、第２回転翼車の翼車の吸い込み部表面に水滴が付着し、翼車の入口側の前縁に付着した水滴は、ガス流に沿って翼の表面を流れ、ガス流が滞留するような箇所に溜まってしまい翼表面に長い時間付着し続けるので、第２回転翼車の回転アンバランスに起因する振動を引き起こす可能性があるが、上記第１の観点による圧縮装置では、第１スクロールの出口までの間の流路内で冷却水を噴霧し、連結流路内では冷却水を噴霧しないから、連結流路内を流れる間に圧縮気体から水滴が脱落し、第２圧縮部には回転に支障を与えるような水滴を含まない圧縮気体が入ることになり、水滴の付着による回転アンバランスに起因する第２回転翼車の振動を回避することも出来る。
【０００６】
第２の観点では、本発明は、上記構成の圧縮装置において、前記冷却水は、前記第１回転翼車の背面に供給され、前記第１回転翼車の回転による遠心力で微細化され気体中に飛散することを特徴とする圧縮装置を提供する。
上記第２の観点による圧縮装置では、第１回転翼車の回転を利用して冷却水を微細化し飛散するため、特別な噴射装置を必要とせずに、冷却水を圧縮気体に十分に混合することが出来る。また、第１回転翼車を冷却できる。
【０００７】
第３の観点では、本発明は、上記構成の圧縮装置において、前記第１回転翼車の回転軸が水軸受で支承され、前記水軸受に供給された水が前記第１回転翼車の背面に供給されることを特徴とする圧縮装置を提供する。
上記第３の観点による圧縮装置では、水軸受に対する水経路と圧縮気体に噴射する水経路とを統一することが出来るため、構成の小型化に好適となる。
【０００８】
第４の観点では、本発明は、上記構成の圧縮装置において、前記連結流路が、前記第１圧縮部を出た圧縮気体を旋回流とする旋回流形成構造と、前記旋回流を囲む周壁に付着した水滴を排出する排水構造と、前記周壁部分を経た旋回流を前記第２圧縮部に導く導出構造とを有することを特徴とする圧縮装置を提供する。上記第４の観点による圧縮装置では、圧縮気体が連結流路内で旋回運動をすることで、旋回流を囲む周壁に水滴が遠心力により付着し、圧縮気体から水滴が十分に除去される。このため、第２圧縮部には水滴を含まない圧縮気体が入ることになり、水滴の付着による回転アンバランスに起因する第２回転翼車の振動を回避することが出来る。
【０００９】
第５の観点では、本発明は、上記構成の圧縮装置において、前記第２回転翼車の外周端から前記第２スクロールの出口までの間の流路内で気体中に冷却水を噴霧する第２冷却水噴霧手段を具備したことを特徴とする圧縮装置を提供する。
上記第５の観点による圧縮装置では、第２圧縮部を出た圧縮気体に冷却水を噴射して直接冷却するため、冷却効率を向上できる。このとき、第２回転翼車の外周端から第２スクロールの出口までの間の流路内で冷却水を噴霧するから、第２スクロールの出口で圧縮気体が集まるまでの過程で冷却水が気体に十分に混合し、この点でも冷却効率を向上できる。これに対して、気体に冷却水を噴射する上記従来の圧縮装置では、冷却水を噴射する位置から見て冷却水が気体に十分に混合されず、この点で冷却効率が悪い。
【００１０】
第６の観点では、本発明は、上記構成の圧縮装置において、前記冷却水は、前記第２回転翼車の背面に供給され、前記第２回転翼車の回転による遠心力で微細化され気体中に飛散することを特徴とする圧縮装置を提供する。
上記第６の観点による圧縮装置では、第２回転翼車の回転を利用して冷却水を微細化し飛散するため、特別な噴射装置を必要とせずに、冷却水を圧縮気体に十分に混合することが出来る。また、第２回転翼車を冷却できる。
【００１１】
第７の観点では、本発明は、上記構成の圧縮装置において、前記第２回転翼車の回転軸が水軸受で支承され、前記水軸受に供給された水が前記第２回転翼車の背面に供給されることを特徴とする圧縮装置を提供する。
上記第７の観点による圧縮装置では、水軸受に対する水経路と圧縮気体に噴射する水経路とを統一することが出来るため、構成の小型化に好適となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図に示す実施の形態により本発明を詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態にかかる圧縮装置１００を示す一部破断正面図である。
この圧縮装置１００は、第１吸込口ＩＮ１から吸入した気体（例えば、水蒸気）を周方向に流出させる第１回転翼車１ａと流出した気体を減速させ圧縮気体に変換する第１ディフーザ１ｂと圧縮気体を集めて第１スクロール出口ＯＵＴ１から吐出する第１スクロール１ｃからなる第１圧縮部１と、第２吸込口ＩＮ２から吸入した気体を周方向に流出させる第２回転翼車２ａと流出した気体を減速させ圧縮気体に変換する第２ディフーザ２ｂと圧縮気体を集めて第２スクロール出口ＯＵＴ２から吐出する第２スクロール２ｃからなる第２圧縮部２と、第１圧縮部１を出た圧縮気体を第２圧縮部２に導くための連結流路３とを具備して構成される。なお、この図では連結流路の流路断面積を便宜上細く示しているが、実体は適切な流路面積が維持されているものとする。
【００１４】
第１回転翼車１ａおよび第２回転翼車２ａは、回転軸４の両端に取り付けられている。その回転軸４は、水軸受５で支承されている。また、回転軸４には、モータロータＲが一体的に構成されている。従って、モータステータＳに通電することで、モータロータＲが回転し、回転軸４が回転し、第１回転翼車１ａおよび第２回転翼車２ａが回転する。
【００１５】
モータステータＳの周囲には、水冷ジャケットＭｊが構成されている。
また、第１回転翼車１ａおよび第２回転翼車２ａの背面と水軸受５の間には、水軸封パッキン６が形成されている。
【００１６】
連結流路３は、第１圧縮部１の第１スクロール出口ＯＵＴ１に連結された配管３ａと、第２圧縮部２の第２吸入口ＩＮ２に連結された配管３ｂと、配管３ａと配管３ｂの間に設けられた除水部３１とを有している。
【００１７】
冷却水Ｗは、図示せぬ外部から水冷ジャケットＭｊに供給され、モータステータＳを冷却する。次に、水冷ジャケットＭｊから水軸受５に供給され、回転軸４を支承する。次に、水軸受５から水軸封パッキン６に供給され、回転軸４の端部と中央部とを気密にシールする。次に、水軸封パッキン６から第１回転翼車１ａおよび第２回転翼車２ａの背面へ漏れ、第１回転翼車１ａおよび第２回転翼車２ａを冷却する。
【００１８】
さらに、第１回転翼車１ａの背面へ漏れた冷却水Ｗは、第１回転翼車１ａの回転による遠心力で微細化されながら第１回転翼車１ａの外周端へ流れ、外周端から飛散され、第１ディフーザ１ｂおよび第１スクロール１ｃで圧縮気体と十分に混合し、第１圧縮部１で圧縮され高温（例えば１００℃〜２００℃）となった圧縮気体を冷却水Ｗの気化熱により冷却する。
【００１９】
他方、第２回転翼車２ａの背面へ漏れた冷却水Ｗは、第２回転翼車２ａの回転による遠心力で微細化されながら第２回転翼車２ａの外周端へ流れ、外周端から飛散され、第２ディフーザ２ｂおよび第２スクロール２ｃで圧縮気体と十分に混合し、第２圧縮部２で圧縮され高温（例えば１００℃〜２００℃）となった圧縮気体を冷却水Ｗの気化熱により冷却する。
【００２０】
図２は、連結流路３の除水部３１を示す上面図である。また、図３は、図２のＡ−Ａ’断面図である。
第１圧縮部１を出た圧縮気体は、配管３ａから除水部３１に入るが、除水部３１の周壁３１ａに対して偏心して入るため、周壁３１ａ内で旋回流ｃｙとなる。そして、旋回流ｃｙの中央から配管３ｂへ出て行く。
第１圧縮部１を出た圧縮気体には、冷却水Ｗの水滴が含まれるが、旋回流ｃｙの遠心力で周壁３１ａに水滴が付着し、圧縮気体から水滴が十分に除去される。このため、第２圧縮部２には水滴を含まない圧縮気体が入ることになり、第２回転翼車２ａへの水滴の付着による回転アンバランスに起因する第２回転翼車２ａの振動を回避することが出来る。
なお、周壁３１ａに付着した水滴は、除水部３１の底部の排水管３１ｂから排水ｗとして排出される。
【００２１】
以上の圧縮装置１００によれば次の効果が得られる。
（１）第１圧縮部１を出た圧縮気体に冷却水Ｗを噴射して直接冷却するため、冷却効率を向上できる。また、第１回転翼車１ａの外周端から第１スクロール出口ＯＵＴ１までの間の流路内で冷却水Ｗを噴霧するから、第１スクロール出口ＯＵＴ１で圧縮気体が集まるまでの過程で冷却水Ｗが気体に十分に混合し、この点でも冷却効率を向上できる。
（２）第１圧縮部１を経て高温となった圧縮気体が冷却されてから第２圧縮部２に入るから、第２圧縮部２での圧縮効率を向上することが出来る。
（３）第１回転翼車１ａの回転を利用して冷却水Ｗを微細化し飛散するため、特別な噴射装置を必要とせずに、冷却水Ｗを圧縮気体に十分に混合することが出来る。また、第１回転翼車１ａを冷却できる。
（４）第２圧縮部２に入る圧縮気体に水滴が残っていると、第２回転翼車２ａの表面に水滴が付着し、第２回転翼車２ａの回転アンバランスに起因する振動を引き起こす可能性があるが、連結流路３内では冷却水Ｗを噴霧せず、連結流路３の除水部３１で圧縮気体から水滴が十分に除去されるため、第２圧縮部２には水滴を含まない圧縮気体が入ることになり、水滴の付着による回転アンバランスに起因する第２回転翼車２ａの振動を回避することが出来る。
（５）第２圧縮部２を出た圧縮気体に冷却水Ｗを噴射して直接冷却するため、冷却効率を向上できる。また、第２回転翼車２ａの外周端から第２スクロール出口ＯＵＴ２までの間の流路内で冷却水Ｗを噴霧するから、第２スクロール出口ＯＵＴ２で圧縮気体が集まるまでの過程で冷却水Ｗが気体に十分に混合し、この点でも冷却効率を向上できる。
（６）第２回転翼車２ａの回転を利用して冷却水Ｗを微細化し飛散するため、特別な噴射装置を必要とせずに、冷却水Ｗを圧縮気体に十分に混合することが出来る。また、第２回転翼車２ａを冷却できる。
（７）モータステータＳを水冷する水経路と、水軸受５に対する水経路と、水軸封パッキン６に対する水経路と、圧縮気体に冷却水を噴射する水経路とを一系統にしているため、構成の小型化に好適となる。
【００２２】
−他の実施形態−
図４に示すような除水部３２を用いてもよい。
この除水部３２では、配管３ａにスクリュウ状のフィンＦを入れて、圧縮気体を旋回流ｃｙとし、周壁３２ａに遠心力で水滴を付着させ、旋回流ｃｙの中央から圧縮気体を配管３ｂへ出す。また、水滴は排水管３２ｂから排出する。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の圧縮装置によれば、圧縮気体の冷却効率および第２圧縮部での圧縮効率を向上することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる圧縮装置を示す一部破断正面図である。
【図２】除水部を示す上面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ’断面図である。
【図４】除水部の他例を示す透視斜視図である。
【符号の説明】
１第１圧縮部
１ａ第１回転翼車
１ｂ第１ディフーザ
１ｃ第１スクロール
２第２圧縮部
２ａ第２回転翼車
２ｂ第２ディフーザ
２ｃ第２スクロール
３連結流路
３ａ，３ｂ配管
４回転軸
５水軸受
６水軸封パッキン
３１，３２除水部
３１ａ，３２ａ周壁
３１ｂ，３２ｂ排水管
１００圧縮装置

Claims

気体を円周端から流出させ遠心方向と周方向の速度成分を持つ回転流とする第１回転翼車と前記流出した気体を減速させ圧縮気体に変換する第１ディフューザと前記圧縮気体を集める第１スクロールからなる第１圧縮部と、気体を円周端から流出させ遠心方向と周方向の速度成分を持つ回転流とする第２回転翼車と前記流出した気体を減速させ圧縮気体に変換する第２ディフューザと前記圧縮気体を集める第２スクロールからなる第２圧縮部と、前記第１圧縮部を出た圧縮気体を前記第２圧縮部に導くための連結流路と、前記第１回転翼車の外周端から前記第１スクロールの出口までの間の流路内で気体中に冷却水を噴霧する第１冷却水噴霧手段とを具備した圧縮装置であって、前記冷却水は、前記第１回転翼車の背面に供給され、前記第１回転翼車の回転による遠心力で微細化され気体中に飛散することを特徴とする圧縮装置。
請求項１に記載の圧縮装置において、前記第１回転翼車の回転軸が水軸受で支承され、前記水軸受に供給された水が前記第１回転翼車の背面に供給されることを特徴とする圧縮装置。
請求項１または請求項２に記載の圧縮装置において、前記連結流路が、前記第１圧縮部を出た圧縮気体を旋回流とする旋回流形成構造と、前記旋回流を囲む周壁に付着した水滴を排出する排水構造と、前記周壁部分を経た旋回流を前記第２圧縮部に導く導出構造とを有することを特徴とする圧縮装置。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の圧縮装置において、前記第２回転翼車の外周端から前記第２スクロールの出口までの間の流路内で気体中に冷却水を噴霧する第２冷却水噴霧手段を具備したことを特徴とする圧縮装置。
請求項４に記載の圧縮装置において、前記冷却水は、前記第２回転翼車の背面に供給され、前記第２回転翼車の回転による遠心力で微細化され気体中に飛散することを特徴とする圧縮装置。
請求項５に記載の圧縮装置において、前記第２回転翼車の回転軸が水軸受で支承され、前記水軸受に供給された水が前記第２回転翼車の背面に供給されることを特徴とする圧縮装置。