JP5864537B2 - オイル噴射されるスクリュー圧縮機用の制御弁 - Google Patents

Description

本発明は、特に車両に組み込むための、オイル噴射されるスクリュー圧縮機用の制御弁に関し、スクリュー圧縮機ハウジング内にあるオイルが、制御弁を介して制御されて熱交換器及び／又はバイパスに、低温のオイルは熱交換器を迂回するバイパスを通じて案内され、高温のオイルは熱交換器を通じて案内されるように、供給可能である。

オイルサーモスタットの形式の上記制御弁は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００６０１０７２３号明細書において公知になっている。この制御弁は、駆動装置キャリアプレートに別個に組み込まれていて、キャリアプレートを介して上記圧縮機アセンブリのうちの少なくとも１つの構成要素に、流体接続及び／又は電気接続されている。この構成において、制御弁を取り付けるための別個の装置が必要にならない、ということが有利である。その理由は、この構成は、キャリアプレートに／キャリアプレート内に直接的に固定することができるからである。特別な利点は、装置の外側から制御弁へアクセスできることであり、この構成により、高いメインテナンス容易性がもたらされる。低温のオイルの場合、オイルが熱交換器を取り囲むバイパスを通り、高温のオイルの場合、オイルが熱交換器を通るように、制御弁は構成されている。このことが具体的に如何に行われるかといったより詳細な記載は、上記明細書から看取できない。

先行技術の制御弁は、弁スイングを回避するために正確に規定されたバイパス開口を提供するのではなく、むしろ制御弁が、この制御弁を介して運転される圧縮機が断続的な運転において適切に温められない程の漏れ流を、冷却器を介してもたらす。さらに制御開口は、極めて急速に切り換えられるように形成されている。ピストンにおける真っ直ぐな制御エッジは、この構成において、ハウジングにおける真っ直ぐな制御エッジを超えて行く。この構成において、ギャップだけが減じられると温度ショックは顕著になり、この温度ショックを制御素子は冷却器における低温のオイルを通じて（またその逆も然り）受け、制御素子は常に往復して切り換わる。円形である制御開口の成形は、既に改良をもたらしているものの、スイングを完全に阻止するためにはまだ十分でもない。制御素子におけるシール部材は、機械的な閉鎖に基づき、切換えストロークの制限された回数しか耐えることができないので、持続的なスイングは制御弁の寿命の劇的な短縮に繋がることがある。

本発明の根底にある目的は、短い稼働期間であっても同時に弁の制御特性は安定したままで、スクリュー圧縮機のオイルの迅速な加熱を保証する、オイル噴射されるスクリュー圧縮機用の制御弁を提供することである。

上記目的は、制御弁が、制御素子によって操作される、夫々制御弁ハウジング内に配置された熱交換器開口とバイパス開口と協働する制御ピストンを有し、この制御ピストンが、熱交換開口と協働する少なくとも１つの他のバイパス開口を制御することにより達成される。

上記構成は、まず、これまでの構造において、バイパスから熱交換器への接続が、スクリュー圧縮機への冷却されたオイルの急激な供給に繋がっていて、これにより制御弁の永続的な往復切換えが生じる、という思想に基づく。本発明によれば、熱交換器開口と協働するバイパス開口により、実際の切換え工程前に既に、所定の量のオイルが、熱交換器を通じて案内され、これにより一方では著しい温度変化が回避され、他方では周辺温度が極めて低い場合における熱交換器の問題のない「フラッシング（Freispuelen）」が達成される。それというのも、極めて低温の周辺温度においてオイルは粘性であり、熱交換器を通る流路は、高い流れ抵抗をもたらすからである。

つまり制御ピストンにおける他のバイパス開口は重要な補助部である。その理由は、この構成により、バイパスから冷却器への制御開口を介する接続時に、冷却器から事前に予め加熱されていないオイルが勢いよく制御素子に衝突し、したがってこの制御素子が、出発位置に戻し切換えされてしまう、ということが付加的に防がれるからである。次いで冷却器は再び接続が遮断されるので、先行技術において圧縮機は再度極めて急速に高温にされ、制御弁はまた迅速に再び他の方向へと制御される。したがって安定した状態は達成されず、制御弁は、上述のように往復「スイングする」。

他のバイパス開口は、制御ピストンに配置されていてよい。この構成は、バイパス開口を、単に、例えば孔又は切欠きの形式において制御ピストンに加工することができるので、有利である。この構成において、種々異なる制御特徴を簡単に考慮することもできる。しかし本発明の枠内においては、バイパス開口を制御弁ハウジングに配置し、例えば付加的な通路とすることも可能である。付加的な通路は、制御弁ハウジングにおける熱交換器開口と協働する。この構成において、通路は熱交換器開口に対して側方にずらされて、制御ピストンにおける制御流出口と協働するように開口している。

本発明のさらに別の構成において、バイパス開口はリーク開口（漏れをもたらす開口）である。このリーク開口を通じて、所定の量のオイルが常に熱交換器に供給される。

本発明のさらに別の構成において、バイパス開口は円形に（制御流出口より小さな直径を持って）形成されている。円形に形成されたバイパス開口は、特に簡単に製造することができる。この構成において、場合によっては種々異なる直径を有し、種々異なって配置されていてよい複数の円形の開口が、制御ピストンに設けられていてもよい。

本発明のさらに別の構成において、制御開口も円形に（バイパス流出口よりも大きな直径を持って）形成されている。円形に形成された制御開口は、同様に特に簡単に形成することができ、この構成において、場合によっては種々異なる直径を有する複数の円形の開口が、相並んで又は互いに移行するように制御ピストンに配置されていてもよい。これにより、熱交換器を通じて、貫流量の連続的な変化が達成されるようになる。同様の効果を達成するために、制御開口は、三角形に又は台形に形成されていてもよいか、若しくは変化する開口サイズを備えた任意の他の構成を有していてもよい。

本発明のさらに別の構成において、制御素子は所定の膨張素子である。所定の膨張素子は、標準規格構成素子として提供可能であり、したがって本発明に係る制御弁内に挿入することができる。

本発明のさらに別の構成において、制御弁ハウジングと制御弁ピストンとは、同じような熱膨張特性を備えた材料から製造されている。これにより、同じような膨張特性に基づき温度変化時には、制御素子の運動自由度が妨げられずに密な嵌合が可能になる。この構成により、制御弁ピストンと制御弁ハウジングとの間の製造に起因する漏れ流は最小にされる。この構成は、適宜に寸法設定されたバイパス開口を介する小さな漏れ流を、正確に制御する前提条件でもある。

要約すると、本発明により構成された制御弁により、スクリューコンプレッサは、稼働時間が短い場合でも迅速に、かつ、バイパス開口と熱交換器開口との間での恒常的な往復切換えなく、運転温度に達するようになっている。これにより、凝縮物発生と、これに伴う結果作用とは妨げられる。これまで、凝縮物発生を回避するか、若しくは既に生じた凝縮物を気化させるために必要な、例えばレール車両のために一般的に有効な最低稼働時間の３０％を、１５％以下にまで下げることができる。

本発明の実施の形態を示す図である。

本発明の別の有利な実施の形態は、唯一の図に示した実施の形態を詳細に説明している図面の記載から看取可能である。

本発明に係る制御弁は、スクリュー圧縮機、又はこのスクリュー圧縮機と協働する構成ユニットのその他の構成要素における任意の個所に配置されている制御弁ハウジング１を有する。択一的には、制御弁ハウジング１は、スクリュー圧縮機ハウジングの一部分若しくはスクリュー圧縮機ハウジングの構成要素の一部分として構成されていてもよい。この制御弁ハウジングの構成要素の一部分は、例えばスクリュー圧縮機ハウジングのカバーに射出成形により形成された部分であってよい。制御弁は、構成ユニットのバイパス及び熱交換器を通るオイル流量を制御する。このオイルは、スクリュー圧縮機の冷却、潤滑及びシールのためにスクリュー圧縮機を通って案内される。低温のオイルは、熱交換器を迂回するバイパスを通じて案内され、高温のオイルは熱交換器を通じて案内される。

上記制御機能を、制御弁ハウジング１内に移動可能に配置されている制御ピストン２が担う。この制御ピストン２の調整運動は、膨張剤を備えた素子（膨張素子若しくは熱動素子（Dehnstoffelement））として形成されている制御素子３によってもたらされる。この制御素子３は、制御素子３から進出可能なピストン４でもって、制御ピストン２を収容する制御弁ハウジング１内への孔内に、終端側で螺入されている閉鎖ねじ５において支持される。制御素子３は、制御ピストン２のガーダ壁６における貫通部内に挿入されている。この実施の形態においてさらに、ガーダ壁６と閉鎖ねじ５に相対して孔を画成する壁１４との間に、弁ばね７が緊縮されている。この弁ばね７は、制御ピストン２を押圧し、ひいては制御素子３も閉鎖ねじ５に向かう押圧する。

オイルは、壁１４における開口８を通じて、スクリュー圧縮機のオイルパンから制御弁へと供給され、制御弁の弁ばね室９を通流し、制御素子３の膨張素子領域を環流して、制御ピストン２における制御流出口１０を通って、制御弁ハウジング１における制御開口１１内に流入する。この制御開口１１は、熱交換器を迂回するためのバイパス管路に接続されている。この流れ接続は、低温のオイルの場合には接続されていて、オイルの加熱が高まる場合には、制御ピストン２の、壁１４へ向かって右側への移動により連続的に閉鎖される。

付加的に制御ピストン２は、弁ハウジング１における熱交換器開口１３と協働するバイパス開口１２を有する。このバイパス開口１２は、通常まだ全オイル量がバイパス開口１１を通じて案内される時点において既に、オイル流量の一部が熱交換器開口１３へと案内されるように、制御流出口１０に関連して制御ピストン２に配置されている。これにより、制御ピストン２における制御流出口１０が熱交換器開口１３と協働し、バイパス開口１１への流入口が閉鎖されている状態にまで、制御ピストン２が壁１４に向かって調整される前に、熱交換器を通るオイル流量の状態調節は達成されることになる。

１ 制御弁ハウジング
２ 制御ピストン
３ 制御素子
４ ピストン
５ 閉鎖ねじ
６ ガーダ壁
７ 弁ばね
８ 開口
９ 弁ばね室
１０ 制御流出口
１１ バイパス開口
１２ バイパス開口
１３ 熱交換器開口
１４ 壁

Claims (13)

1. 特に車両に組み込む、オイル噴射されるスクリュー圧縮機用の制御弁であって、スクリュー圧縮機ハウジング内にあるオイルは、低温のオイルが、熱交換器を迂回するバイパスを通じて案内され、高温のオイルが、前記熱交換器を通じて案内されるように、前記制御弁を介して制御されて熱交換器及び／又はバイパスに供給可能であり、前記制御弁は、制御素子（３）によって操作される制御ピストン（２）を有し、該制御ピストン（２）は、制御弁ハウジング（１）内に夫々配置されている熱交換器開口（１３）及びバイパス開口（１１）と協働し、制御開口（１０）を介して前記バイパス開口（１１）から前記熱交換器開口（１３）に切換え可能である、特に車両に組み込む、オイル噴射されるスクリュー圧縮機用の制御弁において、
   前記制御ピストン（２）は、前記熱交換器開口（１３）と協働する少なくとも１つの他のバイパス開口（１２）を制御するものであり、該他のバイパス開口（１２）が前記切換え前にオイルをすでに熱交換器を通じて案内していることを特徴とする、制御弁。
2. 前記他のバイパス開口（１２）は前記制御ピストン（２）に配置されていることを特徴とする、請求項１記載の制御弁。
3. 前記他のバイパス開口（１２）は前記制御弁ハウジング（１）に配置されていることを特徴とする、請求項１又は２記載の制御弁。
4. 前記他のバイパス開口（１２）はリーク開口であることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一項記載の制御弁。
5. 前記他のバイパス開口（１２）は円形に形成されていることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一項記載の制御弁。
6. 制御開口（１０）が前記制御ピストン（２）に配置されていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一項記載の制御弁。
7. 前記制御開口（１０）は前記制御弁ハウジング（１）に配置されていることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一項記載の制御弁。
8. 前記制御開口（１０）の幾何学形状は、前記制御ピストン（２）の一定の移動時に、開放される前記制御開口（１０）の面積増加が、前記一定の移動に対して非直線形であるように構成されていることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一項記載の制御弁。
9. 前記制御開口（１０）は円形に形成されていることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか一項記載の制御弁。
10. 前記制御開口（１０）は三角形又は台形に構成されていることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか一項記載の制御弁。
11. 前記制御素子（３）は膨張素子であることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか一項記載の制御弁。
12. 前記制御弁ハウジング（１）及び前記制御ピストン（２）は、類似の熱膨張特性を備えた材料から製造されていることを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか一項記載の制御弁。
13. 前記制御弁ハウジング（１）と前記制御ピストン（２）との間のギャップ（１５）が、狭幅に構成されていて、該構成に条件付けられた貫流量は、前記バイパス開口（１２）を通じての貫流量よりも少なくなっていることを特徴とする、請求項１から１２までのいずれか一項記載の制御弁。

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