JP7394970B2 - 油サンプ管 - Google Patents

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円筒形のタンク本体と、
   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、前記円筒形のタンク本体の湾曲した外周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、当該タンク本体内において垂直方向に延びた管部を備えるサンプ管と
   を備え、
   前記サンプ管は、前記螺旋状の流体流路に沿って流れる流体を捕捉するように、当該流体の流れの進行方向と対向する方向に方向付けされており、かつ、前記管部の長手方向に対して垂直方向に方向付けされている開口を備える
   分離器タンク。
2. 前記サンプ管は、前記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、前記サンプ管の前記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. 前記サンプ管の前記開口は、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円筒形のタンク本体と、
   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、前記円筒形のタンク本体の湾曲した外周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、当該タンク本体内において垂直方向に延びた管部を備えるサンプ管と
   を備え、
   前記サンプ管は、前記螺旋状の流体流路に沿って流れる流体を捕捉するように、当該流体の流れの進行方向と対向する方向に方向付けされており、かつ、前記管部の長手方向に対して垂直方向に方向付けられている開口を備える
   流体圧縮システム。
8. 前記サンプ管は、前記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、前記サンプ管の前記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. 前記サンプ管の前記開口は、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。