KR20110050372A

KR20110050372A - 증기 압축기

Info

Publication number: KR20110050372A
Application number: KR1020100109490A
Authority: KR
Inventors: 히데아끼 구와바라; 마꼬또 니시무라
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2009-11-06
Filing date: 2010-11-05
Publication date: 2011-05-13
Also published as: JP2011099395A; KR101220665B1; CN102052319A; CN102052319B; JP5138662B2

Abstract

본 발명의 과제는 압축 증기의 생성 효율의 저하를 억제하면서, 증기실에 흡입되는 증기의 압력이 대기압보다도 낮은 경우라도, 증기실로 대기가 유입되는 것을 방지하는 것이다.
증기 압축기는 흡입측 축봉실(35) 중 흡입측 대기 개방로(38)의 접속 부위로부터 증기실(32)측으로 이격한 위치에 배치되어, 증기실(32) 내의 증기가 흡입측 대기 개방로(38)로 흐르는 것을 억제하기 위한 제1 흡입측 시일부(10)와, 흡입측 축봉실(35) 중 흡입측 대기 개방로(38)의 접속 부위와 제1 흡입측 시일부(10) 사이의 위치에 배치되어, 흡입측 대기 개방로(38)로 증기가 흐르는 것을 억제하기 위한 제2 흡입측 시일부(12)와, 토출측 축봉실(39)에 배치되어, 증기실(32)로부터 토출측 축봉실(39)로 누출되는 증기에 대한 유통 저항을 높이기 위한 비접촉식 제1 토출측 시일부(16)와, 흡입측 축봉실(35)의 시일부(10, 12) 사이의 영역과, 토출측 축봉실(39)의 시일부(16, 18) 사이의 영역을 연통시키는 연통부(22)를 구비하고 있다.

Description

증기 압축기{VAPOR COMPRESSOR}

본 발명은 증기 압축기에 관한 것이다.

종래, 증기실에 흡입된 증기를 회전시키는 스크류 로터로 하류측으로 보내면서 압축하는 증기 압축기가 알려져 있다(예를 들어, 하기 특허 문헌 1 참조).

이 특허 문헌 1에 개시된 증기 압축기에서는 하우징 내에 증기실과 2개의 베어링 축봉(軸封) 공간이 설치되어 있다. 2개의 베어링 축봉 공간은 상기 스크류 로터에 의한 증기의 이송 방향에 있어서 증기실의 상측과 하측으로 나뉘어 배치되어 있다. 또한, 하우징에는 증기실의 상측의 단부에 대응하는 위치에 당해 증기실로 증기를 도입하기 위한 흡입 유로가 설치되어 있다. 그리고, 상기 각 베어링 축봉 공간에는 스크류 로터의 로터축이 삽입 관통되어 있다.

상측의 베어링 축봉 공간에는 로터축을 지지하는 베어링이 설치되어 있다. 또한, 상측의 베어링 축봉 공간 중 상기 베어링에 대해 증기실측에 위치하는 영역에는 2개의 립 시일이 설치되어 있다. 이 2개의 립 시일 중 한쪽은 증기실로부터 상측의 베어링 축봉 공간으로의 증기의 유출을 방지할 목적으로 설치되고, 상측의 베어링 축봉 공간의 증기실측의 단부에 배치되어 있다. 또한, 2개의 립 시일 중 다른 쪽은, 상측의 베어링 축봉 공간에 있어서 상기 베어링과 상기 한쪽의 립 시일 사이의 위치에 배치되어 있다. 이 다른 쪽의 립 시일은 베어링에 충전된 윤활유가 증기실측으로 흐르는 것을 방지할 목적으로 설치되어 있다. 그리고, 하우징에는 상측의 베어링 축봉 공간의 2개의 립 시일 사이의 영역과 외부의 대기 공간을 연통시키는 개방 유로가 설치되어 있다.

하측의 베어링 축봉 공간에는 상측의 베어링 축봉 공간과 마찬가지로 로터축을 지지하는 베어링이 설치되어 있다. 또한, 하측의 베어링 축봉 공간 중 베어링에 대해 증기실측에 위치하는 영역에는 증기실로부터 당해 하측의 축봉 공간으로의 증기의 유출을 억제하기 위한 래버린스 시일이나, 베어링으로부터 증기실측으로 그리스가 흐르는 것을 방지하기 위한 립 시일이 설치되어 있다.

그런데, 이와 같은 증기 압축기의 증기실에는 흡입 유로를 통해 대기압보다도 저압의 증기가 흡입되는 경우가 있다. 이 경우에는 흡입 유로가 접속된 증기실의 상류측의 단부의 압력이 대기압보다도 낮아진다. 한편, 상측의 베어링 축봉 공간에서는 2개의 립 시일 사이의 영역이 개방 유로를 통해 대기 공간과 연통되어 있음으로써, 당해 영역의 압력은 대기압과 동등해진다. 즉, 증기실에 대기압보다도 저압의 증기가 흡입되는 경우에는, 2개의 립 시일 사이의 영역의 압력은 증기실 상류측의 단부의 압력보다도 높아진다. 이 경우, 상측의 베어링 축봉 공간의 2개의 립 시일 사이의 영역과 증기실 상류측의 단부의 압력차에 기인하여, 상기 영역으로부터 증기실로 대기가 유입되고, 증기실에서 압축되는 증기에 대기(공기)가 혼입될 우려가 있다. 또한, 상기 영역과 증기실의 상류측의 단부 사이는, 상기 한쪽의 립 시일에 의해 구획되어 있지만, 이 립 시일은 증기실로부터 상측의 베어링 축봉 공간으로 증기가 유출되는 것을 방지할 목적으로 설치되어 있으므로, 상측의 베어링 축봉 공간으로부터 증기실로 대기가 유입되는 것을 억제하는 것은 곤란하다.

따라서, 하기 특허 문헌 2에는 증기실에 대기압보다도 저압의 증기가 흡입되는 경우라도, 증기실에서 압축되는 증기에 대기(공기)가 혼입되는 것을 방지하기 위해 적용 가능한 증기 압축기의 구조가 개시되어 있다.

이 특허 문헌 2의 증기 압축기에서는 하우징 내에 있어서, 증기실과 로터축의 베어링 사이의 영역에 복수의 래버린스 시일이 축 방향으로 간격을 두고 설치되어 있다. 그리고, 이 증기 압축기에서는 증기실의 토출구에 접속된 배관으로부터 증기실에 가까운 2개의 래버린스 시일 사이의 공간으로 연결되도록 공급로가 설치되어 있다. 즉, 이 증기 압축기에서는 증기실에서 압축된 후, 증기실로부터 토출되는 증기의 일부를 상기 2개의 래버린스 시일 사이의 공간으로 도입하고, 그 공간의 압력을 비교적 고압으로 할 수 있도록 되어 있다.

이 구성을 상기 특허 문헌 1의 상측의 베어링 축봉 공간 중 개방 유로의 접속 부위에 대해 증기실 근처에 위치하는 영역에 적용하면, 개방 유로를 통해 대기가 도입되는 영역과 증기실의 상류측의 단부 사이에 고압의 증기가 가득 채워진 영역을 형성할 수 있으므로, 흡입 유로를 통해 증기실의 상류측의 단부에 대기압보다도 저압의 증기가 흡입되는 경우라도, 개방 유로를 통해 상측의 베어링 축봉 공간으로 도입된 대기가 증기실로 유입되는 것을 방지하는 것이 가능하다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 출원 공개 제2008-196312호 공보 [특허 문헌 2] 일본 특허 출원 공개 제2008-57452호 공보

그러나, 증기실로부터 토출구를 통해 토출되는 압축 후의 증기는, 본래, 증기 이용 기기로 공급되어 유효하게 이용되어야 하는 것이다. 그럼에도, 증기실로부터 토출되는 증기를 증기실로의 대기의 유입 방지에 이용하는 것은, 생성된 압축 증기 중 실제로 유효 이용할 수 있는 증기의 비율을 감소시키게 되어, 종합적으로 본 경우에 압축 증기의 생성 효율의 저하로 연결된다.

본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 목적은 압축 증기의 생성 효율의 저하를 억제하면서, 증기실에 흡입되는 증기의 압력이 대기압보다도 낮은 경우라도, 증기실로 대기가 유입되는 것을 방지하는 것이 가능한 증기 압축기를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 증기 압축기는 길이 방향의 일측에 증기의 흡입구가 형성되고, 길이 방향의 타측에 증기의 토출구가 형성된 증기실과, 상기 증기실의 증기의 흡입측에 연통하는 흡입측 축봉실과, 상기 증기실의 증기의 토출측에 연통하는 토출측 축봉실과, 상기 흡입측 축봉실과 대기 공간을 연통시키는 대기 개방로를 갖는 하우징과, 상기 증기실에 수용되는 압축부 및 그 압축부로부터 양측에 상기 각 축봉실을 통해 연장되는 로터축을 갖고, 축 주위로 회전함으로써 상기 압축부가 상기 증기실 내에 흡입된 증기를 상기 토출구측으로 보내면서 압축하는 압축용 로터와, 상기 흡입측 축봉실 중 상기 대기 개방로의 접속 부위로부터 상기 증기실측으로 이격된 위치에 배치되어, 상기 증기실 내의 증기가 상기 대기 개방로로 흐르는 것을 억제하기 위한 제1 시일부와, 상기 흡입측 축봉실 중 상기 대기 개방로의 접속 부위와 상기 제1 시일부 사이의 위치에 배치되어, 상기 대기 개방로로 증기가 흐르는 것을 억제하기 위한 제2 시일부와, 상기 토출측 축봉실에 배치되어, 상기 증기실로부터 당해 토출측 축봉실로 누출되는 증기에 대한 유통 저항을 높이기 위한 비접촉식 제3 시일부와, 상기 흡입측 축봉실 중 상기 제1 시일부와 상기 제2 시일부 사이에 위치하는 영역과, 상기 토출측 축봉실 중 상기 제3 시일부에 대해 상기 증기실과 반대측에 위치하는 영역을 연통시키는 연통부를 구비하고 있다.

이 증기 압축기에서는, 토출측 축봉실에 설치된 제3 시일부는 비접촉식이므로, 증기실에서 압축된 후의 고압의 증기가 토출측 축봉실 중 제3 시일부에 대해 증기실과 반대측에 위치하는 영역으로 약간 누출된다. 그리고, 이 증기 압축기에서는 흡입측 축봉실 중 대기 개방로의 접속 부위에 대해 증기실측에 배치된 제1 시일부와 제2 시일부 사이에 위치하는 영역과 토출측 축봉실 중 제3 시일부에 대해 증기실과 반대측에 위치하는 영역이 연통부에 의해 연통되어 있으므로, 증기실로부터 제3 시일부에 대해 증기실과 반대측에 위치하는 영역으로 누출된 고압의 증기는 연통부를 통해 흡입측 축봉실 중 제1 시일부와 제2 시일부 사이에 위치하는 영역으로 도입되어, 양 시일부에 의해 유지된다. 그 결과, 흡입측 축봉실에 대한 대기 개방로의 접속 부위와 증기실의 증기의 흡입측의 부위 사이에 고압의 증기가 가득 채워지고, 또한 그 압력이 양측의 제1 시일부와 제2 시일부에 의해 유지된 공간이 형성된다. 이로 인해, 흡입구를 통해 증기실에 대기압보다도 저압의 증기가 흡입된 경우라도, 상기 고압으로 유지된 공간에 의해, 대기 개방로를 통해 흡입측 축봉실에 흡입된 대기가 증기실로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 그런데, 종래의 증기 압축기에서 사용되고 있는 래버린스 시일과 같은 비접촉식 시일부를 토출측 축봉실에 설치하여 증기실로부터 압축 후의 증기가 토출측 축봉실로 유출되는 것을 억제하는 경우에는, 그 비접촉식 시일부에서 증기실로부터 토출측 축봉실로의 증기의 누출을 완전히 멈추는 것은 곤란하고, 약간 토출측 축봉실로 증기가 누출된다. 이에 대해, 본 발명의 증기 압축기에서는, 비접촉식 제3 시일부에 의해 형성되는 간극을 통해 증기실로부터 토출측 축봉실로 누출된 증기를 흡입측 축봉실의 제1 시일부와 제2 시일부 사이의 영역으로 도입하고, 대기 개방로를 통해 흡입측 축봉실로 도입된 대기가 증기실로 유입되는 것을 방지하기 위해 이용할 수 있다. 즉, 본래, 증기실로부터 토출측 축봉실로 불필요하게 누출되어 있던 증기를 이용하여 증기실로 대기가 유입되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 이 증기 압축기에서는, 증기실의 토출구로부터 토출되는 증기의 일부를 증기실로의 대기의 유입을 방지하기 위해 할당할 필요가 없으므로, 생성된 압축 증기 중 유효 이용할 수 있는 증기의 비율이 감소하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 이 증기 압축기에서는, 압축 증기의 생성 효율의 저하를 억제하면서, 증기실에 흡입되는 증기의 압력이 대기압보다도 낮은 경우라도, 증기실로 대기가 유입되는 것을 방지할 수 있다.

상기 증기 압축기에 있어서, 상기 하우징에는 상기 흡입측 축봉실과 연통하여, 윤활유가 수용되는 유실이 설치되어 있고, 상기 흡입측 축봉실 중 상기 대기 개방로의 접속 부위보다도 상기 유실 근처의 위치에는, 상기 유실로부터 유출된 윤활유가 당해 흡입측 축봉실 내에서 상기 증기실측을 향해 흐르는 것을 방지하는 자세로 상기 로터축의 외주면에 접촉하는 립부를 갖는 립 시일이 설치되어 있어도 좋다.

유실로부터 유출된 윤활유가 흡입측 축봉실 내에서 증기실측을 향해 흐르는 것을 방지하는 자세로 로터축의 외주면에 접촉하도록 설치된 립부를 갖는 립 시일에서는, 증기실에 대기압보다도 저압의 증기가 흡입되는 것에 기인하여 립 시일의 증기실측에 위치하는 공간이 립 시일의 유실측에 위치하는 공간보다도 저압으로 되면, 그들 양 공간의 압력차에 의해 립부가 로터축의 외주면으로 강하게 눌린다. 그리고, 이 상태로 압축용 로터가 장시간 회전하고 있으면, 립부의 손모(損耗)가 심해져, 최종적으로는, 립 시일에 의한 밀봉 효과가 손상되어 유실로부터 유출된 윤활유가 증기실측으로 흐를 우려가 있다. 이에 대해, 본 구성에서는, 립 시일과 증기실 사이에서 제1 시일부와 제2 시일부에 의해 유지된 대기압보다도 고압의 공간이 형성되므로, 증기실에 대기압보다도 저압의 증기가 흡입된 경우라도, 립 시일의 증기실측에 위치하는 공간이 립 시일의 유실측에 위치하는 공간보다도 저압으로 되는 것을 방지할 수 있다. 이로 인해, 립부가 로터축의 외주면으로 강하게 눌리는 것을 방지할 수 있고, 그 결과, 립부의 손모가 심해지는 것을 억제할 수 있다. 그리고, 립부의 손모에 기인하여 유실로부터 유출된 윤활유가 증기실측으로 흘러 증기실에 침입하는 것을 방지할 수 있다.

상기 증기 압축기에 있어서, 증기 압축기는 상기 연통부에 접속된 압력 조절 밸브를 구비하고, 이 압력 조절 밸브는 상기 토출측 축봉실 중 상기 제3 시일부에 대해 상기 증기실과 반대측에 위치하는 영역으로부터 상기 연통부에 흐르는 증기의 압력이 대기압보다도 높은 소정의 설정 압력 이상인 경우에 당해 연통부로부터 상기 흡입측 축봉실 중 상기 제1 시일부와 상기 제2 시일부 사이에 위치하는 영역으로 도입되는 증기의 압력을 상기 설정 압력으로 유지 가능하게 구성되어 있는 것이 바람직하다.

증기실에서 압축부에 의해 압축되어 토출측으로 보내지는 증기의 압력은, 변동되는 경우 혹은 일정 압력이 아닌 경우이다. 그 경우에는, 증기실로부터 토출측 축봉실 중 제3 시일부에 대해 증기실과 반대측에 위치하는 영역으로 누출되는 증기의 압력이 변화된다. 이에 대해, 본 구성에서는, 연통부에 접속된 압력 조절 밸브가, 토출측 축봉실 중 제3 시일부에 대해 증기실과 반대측에 위치하는 영역으로부터 연통부에 흐르는 증기의 압력이 대기압보다도 높은 소정의 설정 압력 이상인 경우에 연통부로부터 흡입측 축봉실 중 제1 시일부와 제2 시일부 사이에 위치하는 영역으로 도입되는 증기의 압력을 설정 압력으로 유지 가능하므로, 토출측 축봉실 중 제3 시일부에 대해 증기실과 반대측에 위치하는 영역으로 누출되는 증기의 압력이 상기 설정 압력 이상의 압력으로 변화되었다고 해도, 흡입측 축봉실의 제1 시일부와 제2 시일부 사이의 영역의 압력을 대기압보다도 높은 일정한 압력(설정 압력)으로 안정적으로 유지할 수 있다.

이 경우에 있어서, 상기 연통부는 상기 토출측 축봉실로부터 상기 흡입측 축봉실로 흐르는 증기에 포함되는 액체를 분리하기 위한 드레인 탱크를 갖고, 상기 압력 조절 밸브는 상기 드레인 탱크에 있어서 액체가 분리된 증기의 압력을 상기 설정 압력으로 유지하는 것이 바람직하다.

증기실로부터 토출측 축봉실로 누출되는 증기에는, 예를 들어 증기의 냉각에 의해 발생하는 응축액이나 압축용 로터의 압축부와 증기실의 내면 사이의 시일 또는 윤활을 위해 증기실에 도입되는 액체가 포함되는 경우가 있다. 이와 같은 액체가 증기와 함께 압력 조절 밸브로 유입된 경우에는, 압력 조절 밸브의 동작이 불안정해질 우려가 있다. 이에 대해, 본 구성에서는 연통부가 토출측 축봉실로부터 흡입측 축봉실로 흐르는 증기에 포함되는 액체를 분리하기 위한 드레인 탱크를 갖고 있고, 압력 조절 밸브가 드레인 탱크에 있어서 액체가 분리된 증기의 압력을 설정 압력으로 유지한다. 이로 인해, 증기실로부터 토출측 축봉실으로 누출된 증기에 액체가 포함되는 경우라도, 압력 조절 밸브에 액체가 유입되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 압력 조절 밸브의 동작이 불안정해지는 것을 방지할 수 있다.

또한 이 경우에 있어서, 상기 드레인 탱크에는 당해 드레인 탱크에 저류되는 액체를 배출하기 위한 드레인 배출로가 접속되고, 당해 드레인 배출로는 상기 흡입구에 연결되어 있는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성하면, 드레인 탱크에 저류된 액체를 드레인 배출로를 통해 증기실로 복귀시킬 수 있다. 이에 의해, 증기실로부터 토출측 축봉실로 누출되는 액체나 토출측 축봉실로 누출된 증기의 강온(降溫)에 의해 발생하는 응축액을 재이용할 수 있다. 그 결과, 증기 압축에 있어서의 에너지 효율 저하를 억제할 수 있다.

상기 압력 조절 밸브를 구비하는 구성에 있어서, 상기 압력 조절 밸브에는 잉여 증기 배출로가 접속되어 있고, 당해 압력 조절 밸브는 상기 연통부 내의 증기 압력이 상기 설정 압력을 초과하면 상기 잉여 증기 배출로에 잉여의 증기를 배출하도록 구성되고, 상기 잉여 증기 배출로는 상기 흡입구에 연결되어 있는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성하면, 압력 조절 밸브로부터 배출되는 잉여의 증기를 잉여 증기 배출로를 통해 증기실로 복귀시킬 수 있다. 이로 인해, 압력 조절 밸브로부터 배출되는 증기를 재이용할 수 있다. 그 결과, 증기 압축에 있어서의 에너지 효율의 저하를 억제할 수 있다.

상기 증기 압축기에 있어서, 증기 압축기는 상기 압축용 로터를 회전시키는 구동원과, 상기 구동원의 구동을 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 연통부는 개폐 밸브가 설치된 접속로를 통해 대기압보다도 고압의 증기가 유통하는 증기 배관에 접속되고, 상기 제어부는 상기 개폐 밸브를 상기 구동원의 기동에 수반하여 개방 상태로 하는 것이 바람직하다.

구동원의 기동 시, 즉 증기 압축기의 기동 시에는 증기실에서 증기가 아직 압축되어 있지 않으므로, 증기실의 토출측의 영역의 압력이 높게 되어 있지 않다. 이로 인해, 증기 압축기의 기동 시에는 증기실로부터 토출측 축봉실로 대기압보다도 고압의 증기가 누출되어 있지 않은 경우가 있다. 이에 대해, 본 구성에서는 개폐 밸브가 설치된 접속로를 통해 대기압보다도 고압의 증기가 유통하는 증기 배관에 연통부가 접속되어 있는 동시에, 제어부가 구동원의 기동에 수반하여 개폐 밸브를 개방 상태로 하므로, 증기 압축기의 기동 시에 증기 배관으로부터 대기압보다도 고압의 증기를 접속로를 통해 연통부에 도입할 수 있다. 이로 인해, 증기 압축기의 기동 시에 증기실로부터 토출측 축봉실로 대기압보다도 고압의 증기가 누출되어 있지 않은 경우라도, 흡입측 축봉실의 제1 시일부와 제2 시일부 사이의 영역에 대기압보다도 고압의 증기를 공급할 수 있고, 그 영역의 압력을 대기압보다도 고압으로 유지할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 압축 증기 생성 효율의 저하를 억제하면서, 증기실에 흡입되는 증기의 압력이 대기압보다도 낮은 경우라도, 증기실에 대기가 침입하는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 증기 압축기의 구성을 개략적으로 도시하는 모식도.
도 2는 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 증기 압축기의 구성을 개략적으로 도시하는 모식도.
도 3은 본 발명의 제3 실시 형태에 의한 증기 압축기의 구성을 개략적으로 도시하는 모식도.
도 4는 본 발명의 제4 실시 형태에 의한 증기 압축기의 구성을 개략적으로 도시하는 모식도.
도 5는 본 발명의 제5 실시 형태에 의한 증기 압축기의 구성을 개략적으로 도시하는 모식도.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하여 설명한다.

(제1 실시 형태)

우선, 도 1을 참조하여, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 증기 압축기의 구성에 대해 설명한다.

이 제1 실시 형태에 의한 증기 압축기는 하우징(4)의 내부에 설치된 증기실(32)에 흡입되는 증기를 회전시키는 압축용 로터(2)에 의해 하류측으로 보내면서 압축하는 것이다.

구체적으로는, 이 제1 실시 형태에 의한 증기 압축기는, 압축용 로터(2)와, 구동원(3)과, 하우징(4)과, 흡입측 베어링(6)과, 제1 흡입측 시일부(10)와, 제2 흡입측 시일부(12)와, 제3 흡입측 시일부(14)와, 토출측 베어링(15)과, 제1 토출측 시일부(16)와, 제2 토출측 시일부(18)와, 제3 토출측 시일부(20)와, 연통부(22)를 구비하고 있다.

압축용 로터(2)는 하우징(4) 내에 회전 가능하게 설치되어 있고, 하우징(4) 내의 후술하는 증기실(32)에 흡입된 수증기를 후술하는 토출구(34)측으로 보내면서 압축한다. 이 압축용 로터(2)는 압축부(2a)와 로터축(2b)을 갖는다. 압축부(2a)는, 도시하고 있지 않지만, 스크류 형상으로 형성되어 있고, 후술하는 증기실(32) 내에 수용되어 있다. 로터축(2b)은 압축부(2a)로부터 축 방향의 양측에 후술하는 축봉실(35, 39), 베어링 설치실(36, 40) 및 유실(37, 41)을 통해 연장되어 있다. 로터축(2b)의 일단부에는 구동원(3)이 접속되어 있다. 구동원(3)은 로터축(2b)에 구동력을 부여함으로써 압축용 로터(2)를 축 주위로 회전시킨다. 그리고, 압축용 로터(2)가 축 주위로 회전함으로써 압축부(2a)가 증기실(32) 내에서 회전하고, 그것에 의해 압축부(2a)가 증기실(32) 내에 흡입된 수증기를 후술하는 토출구(34)측으로 보내면서 압축하도록 되어 있다.

하우징(4)은 통 형상으로 구성되어 있고, 증기실(32)과, 흡입구(33)와, 토출구(34)와, 흡입측 축봉실(35)과, 흡입측 베어링 설치실(36)과, 흡입측 유실(37)과, 흡입측 대기 개방로(38)와, 토출측 축봉실(39)과, 토출측 베어링 설치실(40)과, 토출측 유실(41)과, 토출측 대기 개방로(42)를 갖는다.

증기실(32)은 수증기가 흡입되는 동시에, 압축부(2a)에 의해 수증기의 압축이 행해지는 공간이다. 이 증기실(32)은 하우징(4)의 내부에 있어서 하우징(4)의 길이 방향[로터축(2b)의 축방향]으로 연장되도록 설치되어 있다.

하우징(4) 중 증기실(32)의 길이 방향의 일측의 단부에 대응하는 위치에는 증기실(32)로 수증기를 흡입하기 위한 흡입구(33)가 형성되어 있다. 흡입구(33)는 하우징(4) 직경 방향으로 연장되어 있고, 증기실(32)에 측방으로부터 접속되어 있다. 흡입구(33)에는, 도시 생략의 흡입측 증기 배관이 접속된다. 이 흡입측 증기 배관으로부터 공급되는 수증기가 흡입구(33)를 통해 증기실(32)에 흡입된다.

또한, 하우징(4) 중 증기실(32)의 길이 방향의 타측 단부에 대응하는 위치에는, 증기실(32)로부터 압축 후의 수증기를 토출하기 위한 토출구(34)가 형성되어 있다. 토출구(34)는 하우징(4)의 직경 방향으로 연장되어 있고, 증기실(32)에 측방으로부터 접속되어 있다. 토출구(34)에는 도시 생략의 토출측 증기 배관이 접속된다. 증기실(32)로부터 토출구(34)를 통해 토출측 증기 배관으로 토출된 수증기는, 토출측 증기 배관을 통해 열교환기 등의 증기 이용 기기로 공급된다.

흡입측 축봉실(35)은 증기실(32)의 수증기의 흡입측의 단부에 연통하도록 설치되어 있다. 이 흡입측 축봉실(35)은 하우징(4)의 축방향으로 연장되어 있다. 흡입측 축봉실(35)에는 압축용 로터(2)의 로터축(2b) 중 압축부(2a)로부터 일측으로 연장되는 부분이 삽입 관통되어 있다. 그리고, 흡입측 축봉실(35) 내에서는, 상기 각 흡입측 시일부(10, 12, 14)에 의해 로터축(2b)의 주위의 공간이 밀봉된다.

흡입측 베어링 설치실(36)은 흡입측 베어링(6)이 설치되는 공간이다. 이 흡입측 베어링 설치실(36)은 하우징(4)의 축방향에 있어서 흡입측 축봉실(35)에 대해 증기실(32)과 반대측의 위치에 설치되어 있고, 흡입측 축봉실(35)에 연통하고 있다.

흡입측 유실(37)은 흡입측 베어링(6)에 공급하기 위한 윤활유가 수용되는 공간이다. 이 흡입측 유실(37)은 본 발명의 유실의 개념에 포함되는 것이다. 흡입측 유실(37)은 하우징(4)의 축 방향에 있어서 흡입측 베어링 설치실(36)에 대해 흡입측 축봉실(35)과 반대측의 위치에 설치되어 있고, 흡입측 베어링 설치실(36)에 연통하고 있다. 즉, 흡입측 유실(37)은 흡입측 베어링 설치실(36)을 통해 흡입측 축봉실(35)에 연통하고 있다.

흡입측 대기 개방로(38)는 흡입측 축봉실(35)과 하우징(4)의 외부의 대기 공간을 연통시키기 위한 것이다. 이 흡입측 대기 개방로(38)는 본 발명의 대기 개방로의 개념에 포함되는 것이다. 흡입측 대기 개방로(38)는 흡입측 축봉실(35)의 축 방향의 중간부로부터 직경 방향 외측으로 연장되도록 하우징(4)에 설치되어 있다.

토출측 축봉실(39), 토출측 베어링 설치실(40), 토출측 유실(41) 및 토출측 대기 개방로(42)는 증기실(32)의 수증기의 토출측에 배치되어 있다. 이들 토출측 축봉실(39), 토출측 베어링 설치실(40), 토출측 유실(41) 및 토출측 대기 개방로(42)는 하우징(4)의 축 방향에 있어서 흡입측 축봉실(35), 흡입측 베어링 설치실(36), 흡입측 유실(37) 및 흡입측 대기 개방로(38)와 대칭적으로 배치되어 있다. 토출측 축봉실(39), 토출측 베어링 설치실(40), 토출측 유실(41) 및 토출측 대기 개방로(42)의 구성은 흡입측 축봉실(35), 흡입측 베어링 설치실(36), 흡입측 유실(37) 및 흡입측 대기 개방로(38)의 구성과 기본적으로 동일하다.

흡입측 베어링(6)은 상기 흡입측 베어링 설치실(36)에 설치되어 있고, 로터축(2b)을 회전 가능하게 지지하고 있다.

제1 흡입측 시일부(10)는 흡입측 축봉실(35) 중 흡입측 대기 개방로(38)의 접속 부위로부터 증기실(32)측으로 이격된 위치에 배치되어 있다. 구체적으로는, 제1 흡입측 시일부(10)는 흡입측 축봉실(35) 중 증기실(32)측의 단부에 배치되어 있다. 제1 흡입측 시일부(10)는 증기실(32) 내의 수증기가 흡입측 대기 개방로(38)로 누출되는 것을 억제하기 위한 비접촉식 시일부이고, 본 발명의 제1 시일부의 개념에 포함되는 것이다. 제1 흡입측 시일부(10)는, 예를 들어 소위 비스코 시일로 이루어진다. 이 비스코 시일은 흡입측 축봉실(35)을 형성하는 하우징(4)의 내면에 설치된 도시 생략의 내부 나사부를 갖고 있고, 로터축(2b)은 그 내부 나사부에 삽입 관통되어 있다. 상기 내부 나사부는 로터축(2b)의 외경보다도 약간 큰 내경을 갖고 있고, 내부 나사부의 내주면의 복수의 나사산과 로터축(2b)의 외주면 사이에는 뒤얽힌 형상의 미소한 간극이 형성된다. 이 간극은 그 뒤얽힌 형상에 기인하여 수증기의 유통 저항이 높게 되어 있으므로, 증기실(32) 내의 수증기가 흡입측 축봉실(35)로 누출되는 것이 거의 억지된다.

제2 흡입측 시일부(12)는 흡입측 축봉실(35) 중 흡입측 대기 개방로(38)의 접속 부위와 제1 흡입측 시일부(10) 사이의 위치에 배치되어 있다. 제2 흡입측 시일부(12)는 로터축(2b)을 따라서 상기 흡입측 대기 개방로(38)의 접속 부위측을 향하는 수증기의 흐름을 억제하기 위한 비접촉식 시일부로, 본 발명의 제2 시일부의 개념에 포함되는 것이다. 제2 흡입측 시일부(12)는, 예를 들어 상기 제1 흡입측 시일부(10)와 동일한 비스코 시일로 이루어진다.

제3 흡입측 시일부(14)는 흡입측 축봉실(35) 중 흡입측 대기 개방로(38)의 접속 부위보다도 흡입측 유실(37)[흡입측 베어링 설치실(36)] 근처의 위치에 배치되어 있다. 제3 흡입측 시일부(14)는 흡입측 유실(37)로부터 유출되어 흡입측 베어링 설치실(36)을 통해 흡입측 축봉실(35)로 유입된 윤활유가 흡입측 축봉실(35) 내에서 증기실(32)측을 향해 흐르는 것을 방지하는 접촉식 시일부이다.

구체적으로는, 제3 흡입측 시일부(14)는 립 시일로 이루어진다. 이 립 시일은 본체부(14a)와, 립부(14b)를 갖는다. 본체부(14a)는 흡입측 축봉실(35) 내에 끼워 넣어진 원환상의 부분이다. 립부(14b)는 본체부(14a)의 내주면으로부터 직경 방향 내측으로 연장되어 있다. 이 립부(14b)는 흡입측 유실(37)로부터 흡입측 베어링 설치실(36)을 통해 흡입측 축봉실(35)로 유입된 윤활유가 증기실(32)측을 향해 흐르는 것을 방지하는 자세로 로터축(2b)의 외주면에 접촉하고 있다. 즉, 립부(14b)는 그 직경 방향 내측의 단부 테두리를 향함에 따라서 서서히 흡입측 유실(37)측을 향하는 동시에, 증기실(32)측으로 볼록 형상으로 되도록 만곡된 상태로 직경 방향 내측의 단부 모서리부가 로터축(2b)의 외주면에 접촉하고 있다. 립부(14b)는 만곡됨으로써 탄성력을 발하고 있고, 그 탄성력에 의해 당해 립부(14b)의 직경 방향 내측의 단부 모서리부가 로터축(2b)의 외주면으로 눌려 있다.

토출측 베어링(15)은 상기 토출측 베어링 설치실(40)에 설치되어 있고, 로터축(2b)을 회전 가능하게 지지하고 있다.

제1 토출측 시일부(16), 제2 토출측 시일부(18) 및 제3 토출측 시일부(20)는 토출측 축봉실(39)에 배치되어 있고, 하우징(4)의 축 방향[로터축(2b)의 축방향]에 있어서 제1 흡입측 시일부(10), 제2 흡입측 시일부(12) 및 제3 흡입측 시일부(14)와 대조적으로 배치되어 있다. 이들 제1 토출측 시일부(16), 제2 토출측 시일부(18) 및 제3 토출측 시일부(20)의 구성은 제1 흡입측 시일부(10), 제2 흡입측 시일부(12) 및 제3 흡입측 시일부(14)의 구성과 마찬가지이다. 또한, 제1 토출측 시일부(16)는 증기실(32)로부터 로터축(2b)을 따라서 토출측 축봉실(39)로 누출되는 수증기에 대한 유통 저항을 높이기 위한 비접촉식 시일부로, 본 발명의 제3 시일부의 개념에 포함되는 것이다.

연통부(22)는 흡입측 축봉실(35) 중 제1 흡입측 시일부(10)와 제2 흡입측 시일부(12) 사이에 위치하는 영역과, 토출측 축봉실(39) 중 제1 토출측 시일부(16)에 대해 증기실(32)과 반대측에 위치하는 영역[제1 토출측 시일부(16)와 제2 토출측 시일부(18) 사이에 위치하는 영역]을 연통시키는 것이다. 증기실(32)로부터 토출측 축봉실(39)의 제1 토출측 시일부(16)와 제2 토출측 시일부(18) 사이의 영역으로 누출된 수증기는, 이 연통부(22)를 통해 흡입측 축봉실(35)의 제1 흡입측 시일부(10)와 제2 흡입측 시일부(12) 사이의 영역으로 도입된다.

구체적으로는, 연통부(22)는 흡입측 유로(22a)와, 토출측 유로(22b)와, 연통로(22c)를 갖는다.

흡입측 유로(22a)는 하우징(4)에 설치되어 있고, 흡입측 축봉실(35) 중 제1 흡입측 시일부(10)와 제2 흡입측 시일부(12) 사이에 위치하는 영역으로부터 직경 방향 외측으로 연장되어 있다.

토출측 유로(22b)는 하우징(4)에 설치되어 있고, 토출측 축봉실(39) 중 제1 토출측 시일부(16)와 제2 토출측 시일부(18) 사이에 위치하는 영역으로부터 직경 방향 외측으로 연장되어 있다.

연통로(22c)는 흡입측 유로(22a)와 토출측 유로(22b)를 서로 접속하는 것으로, 그들 양 유로(22a, 22b)끼리를 접속하는 배관으로 이루어진다.

다음에, 이 제1 실시 형태에 의한 증기 압축기의 동작에 대해 설명한다.

이 제1 실시 형태에 의한 증기 압축기에서는, 도시 생략의 흡입측 증기 배관으로부터 흡입구(33)로 수증기가 공급되고, 그 수증기는 흡입구(33)로부터 증기실(32)로 흡입된다. 압축용 로터(2)는 구동원(3)으로부터 구동력이 부여됨으로써 회전하고, 그것에 의해 압축부(2a)가 증기실(32) 내에서 회전하면서 수증기를 압축한다. 이때, 압축부(2a)는 흡입구(33)로부터 증기실(32)로 흡입된 수증기를 토출구(34)측으로 보내면서 압축한다. 이와 같이 하여 압축된 수증기는 증기실(32)로부터 토출구(34)를 통해 도시 생략의 토출측 증기 배관으로 토출된다.

그리고, 제1 토출측 시일부(16)가 비접촉식 시일부인 것에 기인하여, 증기실(32)의 토출측의 단부로부터 토출측 축봉실(39)의 제1 토출측 시일부(16)와 제2 토출측 시일부(18) 사이의 영역에 압축 후의 수증기가 약간 누출된다. 이 누출된 수증기는 연통부(22)의 토출측 유로(22b), 연통로(22c), 흡입측 유로(22a)를 통해 흡입측 축봉실(35)의 제1 흡입측 시일부(10)와 제2 흡입측 시일부(12) 사이의 영역으로 도입된다. 이에 의해, 제1 흡입측 시일부(10)와 제2 흡입측 시일부(12) 사이의 공간에는 비교적 고압의 수증기가 가득 차게 되어, 그 공간의 증기압은 양측의 시일부(10, 12)에 의해 대략 유지된다. 즉, 양 시일부(10, 12) 사이의 공간은 대기압보다도 고압으로 되어 있다.

그런데, 흡입측 증기 배관으로부터 흡입구(33)에는 대기압보다도 저압의 수증기가 공급되는 경우가 있다. 이 경우에는 증기실(32)의 흡입측의 단부의 압력이 대기압보다도 낮아진다. 이 경우, 가령, 흡입측 축봉실(35)에 제1 흡입측 시일부(10)와 제2 흡입측 시일부(12)에 의해 유지된 고압의 공간이 형성되어 있지 않으면, 흡입측 대기 개방로(38)를 통해 흡입측 축봉실(35)로 도입된 대기(공기)가 증기실(32)로 유입되어 버린다.

이 제1 실시 형태에서는, 상기한 바와 같이 제1 흡입측 시일부(10)와 제2 흡입측 시일부(12) 사이의 영역과 제1 토출측 시일부(16)와 제2 토출측 시일부(18) 사이의 영역이 연통부(22)에 의해 연통됨으로써, 흡입측 축봉실(35)에 대한 흡입측 대기 개방로(38)의 접속 부위와 증기실(32)의 수증기의 흡입측의 단부 사이에 고압의 수증기가 가득 채워지고, 또한 그 증기압이 양측의 제1 흡입측 시일부(10)와 제2 흡입측 시일부(12)에 의해 유지된 공간이 형성된다. 이로 인해, 흡입구(33)를 통해 증기실(32)에 대기압보다도 저압의 수증기가 흡입된 경우라도, 상기 고압으로 유지된 공간에 의해, 흡입측 대기 개방로(38)를 통해 흡입측 축봉실(35)에 도입된 대기가 증기실(32)로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 이 제1 실시 형태에서는, 비접촉식 제1 토출측 시일부(16)에 의해 형성되는 간극을 통해 증기실(32)로부터 토출측 축봉실(39)로 누출된 증기를 흡입측 축봉실(35)의 제1 흡입측 시일부(10)와 제2 흡입측 시일부(12) 사이의 영역으로 도입하고, 흡입측 대기 개방로(38)를 통해 흡입측 축봉실(35)로 도입된 대기가 증기실(32)로 유입되는 것을 방지하기 위해 이용할 수 있다. 즉, 본래, 증기실(32)로부터 토출측 축봉실(39)로 불필요하게 누출되어 있던 증기를 이용하여 증기실(32)로 대기가 유입되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 이 제1 실시 형태에서는, 증기실(32)의 토출구(34)로부터 토출되는 증기의 일부를 증기실(32)로의 대기의 유입을 방지하기 위해 할당할 필요가 없으므로, 생성된 압축 증기 중 유효 이용할 수 있는 증기의 비율이 감소하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 이 제1 실시 형태에서는 압축 증기의 생성 효율의 저하를 억제하면서, 증기실(32)에 흡입되는 증기의 압력이 대기압보다도 낮은 경우라도, 증기실(32)로 대기가 유입되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 이 제1 실시 형태에서는, 흡입측 축봉실(35) 중 흡입측 대기 개방로(38)의 접속 부위보다도 흡입측 유실(37) 근처의 위치에는, 흡입측 유실(37)로부터 유출된 윤활유가 흡입측 축봉실(35) 내에서 증기실(32)측을 향해 흐르는 것을 방지하는 자세로 로터축(2b)의 외주면에 접촉하는 립부(14b)를 갖는 제3 흡입측 시일부(14)가 설치되어 있다.

이와 같은 제3 흡입측 시일부(14)에서는, 당해 시일부(14)의 증기실(32)측에 위치하는 공간이 당해 시일부(14)의 흡입측 유실(37)측에 위치하는 공간보다도 저압으로 되면, 그들 양 공간의 압력차에 의해 립부(14b)가 로터축(2b)의 외주면으로 강하게 눌린다. 이 상태에서 압축용 로터(2)가 장시간 회전하고 있으면, 립부(14b)의 손모가 심해져, 최종적으로는, 립부(14b)에 의한 밀봉 효과가 손상되어 흡입측 유실(37)로부터 유출된 윤활유가 증기실(32)측으로 흐를 우려가 있다. 이에 대해, 이 제1 실시 형태에서는 제3 흡입측 시일부(14)와 증기실(32) 사이에서 제1 흡입측 시일부(10)와 제2 흡입측 시일부(12)에 의해 유지된 대기압보다도 고압의 공간이 형성되므로, 증기실(32)에 대기압보다도 저압의 수증기가 흡입된 경우라도, 제3 흡입측 시일부(14)의 증기실(32)측에 위치하는 공간이 당해 시일부(14)의 흡입측 유실(37)측에 위치하는 공간보다도 저압으로 되는 것을 방지할 수 있다. 이로 인해, 립부(14b)가 로터축(2b)의 외주면으로 강하게 눌리는 것을 방지할 수 있고, 그 결과, 립부(14b)의 손모가 심해지는 것을 억제할 수 있다. 그리고, 립부(14b)의 손모에 기인하여 흡입측 유실(37)로부터 유출된 윤활유가 증기실(32)측으로 흘러 증기실(32)에 침입하는 것을 방지할 수 있다.

(제2 실시 형태)

다음에, 도 2를 참조하여, 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 증기 압축기의 구성에 대해 설명한다.

이 제2 실시 형태에 의한 증기 압축기는 연통부(22)에 접속된 압력 조절 밸브(52)를 구비하고 있다. 증기실(32)에서 압축부(2a)에 의해 압축되어 토출측으로 보내지는 수증기의 압력은, 변동되는 경우, 혹은 일정 압력이 아닌 경우가 있고, 이 경우에는 증기실(32)로부터 토출측 축봉실(39)의 제1 토출측 시일부(16)와 제2 토출측 시일부(18) 사이의 영역으로 누출되어, 연통부(22)에 흐르는 수증기의 압력이 변화된다. 압력 조절 밸브(52)는 이 경우에 연통부(22)를 흐르는 수증기의 압력을 대기압보다도 높은 소정의 설정 압력으로 유지하기 위해 설치되어 있다.

구체적으로는, 압력 조절 밸브(52)는 연통부(22)의 연통로(22c)에 접속되어 있다.

압력 조절 밸브(52)는 토출측 축봉실(39)의 제1 토출측 시일부(16)와 제2 토출측 시일부(18) 사이의 영역으로부터 연통부(22)로 흐르는 수증기의 압력이 상기 설정 압력 이상인 경우에 당해 연통부(22)로부터 흡입측 축봉실(35)의 제1 흡입측 시일부(10)와 제2 흡입측 시일부(12) 사이의 영역으로 도입되는 수증기의 압력을 상기 설정 압력으로 유지 가능하게 구성되어 있다. 상기 설정 압력은 압력 조절 밸브(52)에 의해 정해지는 것이다. 압력 조절 밸브(52)에는 잉여 증기 배출로(53)가 접속되어 있다. 압력 조절 밸브(52)는 연통부(22) 중 당해 압력 조절 밸브(52)가 설치된 개소에 대해 토출측 축봉실(39)측의 영역에 있어서의 수증기의 압력이 상기 설정 압력을 초과하면 자동적으로 잉여 증기 배출로(53)에 잉여의 수증기를 배출한다. 압력 조절 밸브(52)는 이 잉여의 수증기의 배출에 의해 연통부(22)를 흐르는 수증기의 압력을 상기 설정 압력으로 유지한다. 또한, 증기 압축기의 정상 운전 시에는 증기실(32)로부터 토출측 축봉실(39) 중 제1 토출측 시일부(16)와 제2 토출측 시일부(18) 사이의 영역으로 누출되는 수증기의 압력은, 상기 설정 압력 이상으로 되어 있으므로, 이 정상 운전 시에 연통부(22)로부터 흡입측 축봉실(35)의 제1 흡입측 시일부(10)와 제2 흡입측 시일부(12) 사이의 영역으로 도입되는 수증기의 압력은 압력 조절 밸브(52)에 의해 항상 상기 설정 압력으로 유지된다.

이 제2 실시 형태에 의한 증기 압축기의 상기 이외의 구성은 제1 실시 형태의 증기 압축기와 마찬가지이다.

이상에 설명한 바와 같이, 이 제2 실시 형태에서는 연통부(22)에 압력 조절 밸브(52)가 접속되어 있고, 이 압력 조절 밸브(52)가, 토출측 축봉실(39)의 제1 토출측 시일부(16)와 제2 토출측 시일부(18) 사이의 영역으로부터 연통부(22)로 흐르는 수증기의 압력이 대기압보다도 높은 소정의 설정 압력 이상인 경우에 당해 연통부(22)로부터 흡입측 축봉실(35)의 제1 흡입측 시일부(10)와 제2 흡입측 시일부(12) 사이의 영역으로 도입되는 수증기의 압력을 상기 설정 압력으로 유지 가능하게 구성되어 있다. 이로 인해, 증기실(32)에 있어서 압축부(2a)에 의해 압축되어 토출측으로 보내지는 수증기의 압력이 변동되는 것 등에 기인하여, 토출측 축봉실(39) 중 제1 토출측 시일부(16)와 제2 토출측 시일부(18) 사이의 영역으로 누출되는 증기의 압력이 상기 설정 압력 이상의 압력으로 변화되었다고 해도, 흡입측 축봉실(35)의 시일부(10, 12) 사이의 영역의 압력을 대기압보다도 높은 일정한 압력으로 안정적으로 유지할 수 있다.

이 제2 실시 형태 이외의 효과는 상기 제1 실시 형태에 의한 효과와 마찬가지이다.

(제3 실시 형태)

다음에, 도 3을 참조하여 본 발명의 제3 실시 형태에 의한 증기 압축기의 구성에 대해 설명한다.

이 제3 실시 형태에 의한 증기 압축기에서는 연통부(22)가, 당해 연통부(22)를 통해 토출측 축봉실(39)로부터 흡입측 축봉실(35)로 흐르는 수증기에 포함되는 물을 분리하기 위한 드레인 탱크(54)를 갖고 있고, 압력 조절 밸브(52)는 드레인 탱크(54)에 의해 물이 분리된 수증기의 압력을 설정 압력으로 유지하도록 되어 있다.

구체적으로는, 증기실(32)로부터 토출측 축봉실(39)의 시일부(16, 18) 사이의 영역으로 누출되는 수증기에는, 예를 들어 증기실(32)을 형성하는 하우징(4)의 내주면과 압축용 로터(2)의 압축부(2a) 사이의 시일 및 윤활을 위해 증기실(32)로 도입되는 물이 포함되는 경우가 있다. 또한, 증기실(32)로부터 토출측 축봉실(39)의 시일부(16, 18) 사이의 영역으로 누출된 수증기는, 강온하고, 그것에 의해, 응축수가 발생하는 경우가 있다. 따라서, 토출측 축봉실(39)로부터 토출측 유로(22b)로 유출되는 수증기는 물을 포함하고 있는 경우가 있다. 이와 같은 수증기에 포함되는 물이 압력 조절 밸브(52)로 유입되면, 압력 조절 밸브(52)의 동작이 불안정해질 우려가 있다. 이로 인해, 본 실시 형태에서는 드레인 탱크(54)에서 물을 분리한 후의 수증기의 압력을 압력 조절 밸브(52)에 의해 설정 압력으로 유지하도록 되어 있다.

상세하게는, 이 제3 실시 형태에서는, 드레인 탱크(54)는 연통부(22)의 연통로(22c)에 설치되어 있고, 당해 드레인 탱크(54)의 상부에 연통로(22c) 및 압력 조절 밸브(52)가 접속되어 있다. 드레인 탱크(54)의 저부에는 당해 드레인 탱크(54) 내에 저류되는 물을 배출하기 위한 드레인 배출로(56)가 접속되어 있다. 이 드레인 배출로(56)에는 드레인 밸브(58)가 설치되어 있다. 드레인 밸브(58)는 드레인 탱크(54) 내 중 수증기가 수용되는 공간을 수밀 상태로 유지하면서, 드레인 탱크(54) 내에 저류된 물을 배출시킨다. 즉, 드레인 밸브(58)는 드레인 탱크(54) 내 중 수증기가 수용되는 공간과, 드레인 배출로(56)를 통해 드레인 탱크(54) 내의 공간에 연결되는 대기 공간과의 사이에 물이 개재된 상태를 유지하면서, 드레인 탱크(54) 내의 물을 서서히 배출시킨다.

토출측 축봉실(39)로부터 연통부(22)로 유출되는 물을 포함한 수증기는, 드레인 탱크(54) 내에 그 상부로부터 도입된다. 이때, 물은 드레인 탱크(54) 내의 하부에 저류되어, 수증기와 분리된다. 드레인 탱크(54)로부터 배출되는 물의 유량은 드레인 배출로(56)의 유로 직경 등이 적절하게 설정됨으로써, 드레인 탱크(54) 내에 저류되는 물의 수위가 드레인 탱크(54)에 대한 연통로(22c) 및 압력 조절 밸브(52)의 접속 부위보다도 낮은 위치에 유지되는 유량으로 설정되어 있다. 그 결과, 흡입측 축봉실(35) 중 시일부(10, 12) 사이의 영역에는, 드레인 탱크(54)에서 물이 분리된 후의 수증기가 연통로(22c) 및 흡입측 유로(22a)를 통해 도입된다. 또한, 압력 조절 밸브(52)는 드레인 탱크(54)에서 물이 분리되어 그 드레인 탱크(54) 내의 상부의 공간에 존재하는 수증기의 압력을 설정 압력으로 유지하게 되고, 이 수증기의 압력이 설정 압력을 초과하면 잉여 증기 배출로(53)에 잉여의 증기를 배출한다.

이 제3 실시 형태에 의한 증기 압축기의 상기 이외의 구성은, 제2 실시 형태에 의한 증기 압축기의 구성과 마찬가지이다.

이상에 설명한 바와 같이, 제3 실시 형태에서는, 연통부(22)가 토출측 축봉실(39)로부터 흡입측 축봉실(35)로 흐르는 수증기에 포함되는 물을 분리하기 위한 드레인 탱크(54)를 갖고 있고, 압력 조절 밸브(52)가 드레인 탱크(54)에 있어서 물이 분리된 후의 수증기의 압력을 설정 압력으로 유지한다. 이로 인해, 증기실(32)로부터 토출측 축봉실(39)로 누출된 수증기에 물이 포함되는 경우라도, 압력 조절 밸브(52)로 물이 유입되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 압력 조절 밸브(52)의 동작이 불안정해지는 것을 방지할 수 있다.

이 제3 실시 형태 이외의 효과는 상기 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에 의한 효과와 마찬가지이다.

(제4 실시 형태)

다음에, 도 4를 참조하여, 본 발명의 제4 실시 형태에 의한 증기 압축기의 구성에 대해 설명한다.

이 제4 실시 형태에 의한 증기 압축기에서는, 구동원(3)의 기동 시에 토출측 증기 배관(102)으로부터 연통부(22)로 수증기를 도입하는 것이 가능하게 되어 있다.

구체적으로는, 이 제4 실시 형태의 증기 압축기는 구동원(3)의 구동 및 증기 압축기를 구성하는 그 밖의 기기를 제어하기 위한 제어부(59)를 구비하고 있다. 또한, 이 증기 압축기는 접속로(60)와 개폐 밸브(62)를 구비하고 있다.

접속로(60)는 연통부(22)의 드레인 탱크(54) 중 물이 저류되는 최대 수위보다도 높은 위치와 토출측 증기 배관(102)을 서로 접속하고 있다. 개폐 밸브(62)는 제어부(59)에 의해 개폐 제어되는 전자기 밸브로, 접속로(60)에 설치되어 있다. 즉, 이 제4 실시 형태에서는, 연통부(22)는 개폐 밸브(62)가 설치된 접속로(60)를 통해 토출측 증기 배관(102)에 접속되어 있다. 또한, 이 토출측 증기 배관(102)은 본 발명의 증기 배관의 개념에 포함되는 것이다.

그리고, 제어부(59)는 폐쇄 상태의 개폐 밸브(62)를 구동원(3)의 기동에 수반하여 개방 상태로 한다. 구체적으로는, 증기 압축기에는 도시 생략의 기동 스위치가 설치되어 있다. 기동 스위치가 온으로 되면, 그것에 따라서 제어부(59)는, 구동원(3)의 구동을 개시시키는 동시에 개폐 밸브(62)를 일정 시간, 개방 상태로 한다. 토출측 증기 배관(102) 내에는 대기압보다도 고압의 수증기가 흐르고 있고, 개폐 밸브(62)가 개방 상태로 됨으로써 토출측 증기 배관(102) 내의 수증기가 접속로(60)를 통해 드레인 탱크(54)에 일정 시간 공급된다. 이에 의해, 증기 압축기의 기동 후, 일정 시간, 흡입측 축봉실(35)의 시일부(10, 12) 사이의 영역에 대기압보다도 고압의 수증기가 도입된다.

이 제4 실시 형태에 의한 증기 압축기의 상기 이외의 구성은, 제3 실시 형태의 증기 압축기와 마찬가지이다.

증기 압축기의 기동 시에는 증기실(32)에서 수증기가 아직 압축되어 있지 않으므로, 증기실(32)의 토출측의 영역의 압력이 높게 되어 있지 않다. 이로 인해, 증기 압축기의 기동 시에는, 증기실(32)로부터 토출측 축봉실(39)로 대기압보다도 고압의 수증기가 누출되어 있지 않은 경우가 있다. 이에 대해, 이 제4 실시 형태에서는, 개폐 밸브(62)가 설치된 접속로(60)를 통해 토출측 증기 배관(102)에 연통부(22)가 접속되어 있는 동시에, 제어부(59)가 구동원(3)의 기동에 수반하여 개폐 밸브(62)를 개방 상태로 하므로, 증기 압축기의 기동 시에 토출측 증기 배관(102)으로부터 대기압보다도 고압의 수증기를 접속로(60)를 통해 연통부(22)에 도입할 수 있다. 이로 인해, 증기 압축기의 기동 시에 증기실(32)로부터 토출측 축봉실(39)로 대기압보다도 고압의 수증기가 누출되어 있지 않은 경우라도, 흡입측 축봉실(35)의 시일부(10, 12) 사이의 영역에 대기압보다도 고압의 수증기를 공급할 수 있어, 그 영역의 압력을 대기압보다도 고압으로 유지할 수 있다.

이 제4 실시 형태 이외의 효과는 상기 각 실시 형태에 의한 효과와 마찬가지이다.

(제5 실시 형태)

다음에, 도 5를 참조하여, 본 발명의 제5 실시 형태에 의한 증기 압축기 구성에 대해 설명한다.

이 제5 실시 형태에 의한 증기 압축기에서는 드레인 탱크(54)에 접속된 드레인 배출로(56)와, 압력 조절 밸브(52)에 접속된 잉여 증기 배출로(53)가 흡입구(33)에 연결되어 있다.

드레인 탱크(54) 내에는 대기압보다도 고압의 수증기가 도입되므로, 드레인 탱크(54) 내에 저류된 물은, 드레인 배출로(56)에 대기압보다도 높은 압력으로 배출된다. 이로 인해, 도시 생략의 흡입측 증기 배관으로부터 흡입구(33)로 대기압보다도 저압의 수증기가 공급되는 경우에는, 드레인 배출로(56)에 배출된 물의 압력은 흡입구(33) 내의 압력보다도 높아진다. 그 결과, 드레인 배출로(56)에 배출된 물은, 당해 물과 흡입구(33) 내의 압력차에 의해 용이하게 흡입구(33)로 흡입되는 동시에 증기실(32)로 도입된다.

또한, 압력 조절 밸브(52)의 설정 압력은 대기압보다도 약간 높은 압력으로 설정되어 있으므로, 압력 조절 밸브(52)로부터 잉여 증기 배출로(53)로 배출되는 잉여의 수증기의 압력은 대기압보다도 높아진다. 이로 인해, 흡입측 증기 배관으로부터 흡입구(33)로 대기압보다도 저압의 수증기가 공급되는 경우에는, 잉여 증기 배출로(53)에 배출된 잉여의 수증기의 압력은 흡입구(33) 내의 압력보다도 높아진다. 그 결과, 잉여 증기 배출로(53)에 배출된 잉여의 수증기는 당해 증기와 흡입구(33) 내의 압력차에 의해 용이하게 흡입구(33)로 흡입되는 동시에 증기실(32)로 도입된다.

이 제5 실시 형태에 의한 증기 압축기의 상기 이외의 구성은 제4 실시 형태에 의한 증기 압축기의 구성과 마찬가지이다.

이 제5 실시 형태에서는 드레인 탱크(54)에 접속된 드레인 배출로(56)가 흡입구(33)에 연결되어 있으므로, 드레인 탱크(54)에 저류된 물을 드레인 배출로(56)를 통해 증기실(32)로 복귀시킬 수 있다. 이에 의해, 증기실(32)로부터 토출측 축봉실(39)로 누출되는 물이나 토출측 축봉실(39)로 누출된 수증기의 강온에 의해 발생하는 응축수를 재이용할 수 있다. 그 결과, 증기 압축에 있어서의 에너지 효율의 저하를 억제할 수 있다.

또한, 제5 실시 형태에서는 압력 조절 밸브(52)로부터 잉여의 수증기가 배출되는 잉여 증기 배출로(53)가 흡입구(33)에 연결되어 있으므로, 압력 조절 밸브(52)로부터 배출되는 잉여의 수증기를 잉여 증기 배출로(53)를 통해 증기실(32)로 복귀시킬 수 있다. 이로 인해, 압력 조절 밸브(52)로부터 배출되는 수증기를 재이용할 수 있다. 그 결과, 증기 압축에 있어서의 에너지 효율의 저하를 더욱 억제할 수 있다.

이 제5 실시 형태의 상기 이외의 효과는 상기 각 실시 형태에 의한 효과와 마찬가지이다.

또한, 금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 실시 형태의 설명이 아닌 특허청구의 범위에 의해 나타내고, 또한 특허청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함된다.

예를 들어, 제1 흡입측 시일부(10), 제2 흡입측 시일부(12), 제1 토출측 시일부(16) 및 제2 토출측 시일부(18)는 상기 비스코 시일 이외의 비접촉식 시일부라도 좋다. 예를 들어, 이들 각 시일부(10, 12, 16, 18)는 공지의 래버린스 시일로 이루어져 있어도 좋다.

또한, 상기 비스코 시일로 이루어지는 각 시일부(10, 12, 16, 18)는 상기 내부 나사부 대신에, 로터축(2b)의 외주면에 설치된 외부 나사부를 갖는 것이라도 좋다. 즉, 이들 각 시일부(10, 12, 16, 18)는 외부 나사부의 외주면의 복수의 나사산과 축봉실(35, 39)을 형성하는 하우징(4)의 내주면 사이에 뒤얽힌 형상의 미소한 간극이 형성되는 것이라도 좋다.

또한, 제3 흡입측 시일부(14) 및 제3 토출측 시일부(20)는 립 시일 이외의 접촉식 시일부로 이루어져 있어도 좋다. 예를 들어, 이들 각 시일부(14, 20)는 공지의 메커니컬 시일이나, 각종 오일실, 그랜드패킹 등으로 이루어져 있어도 좋다.

또한, 상기 제4 실시 형태에 있어서, 드레인 탱크(54), 드레인 배출로(56) 및 드레인 밸브(58)를 생략하여 접속로(60)를 연통로(22c)에 직접 접속해도 좋다.

또한, 상기 제4, 제5 실시 형태에 있어서, 제어부(59)는 구동원(3)의 기동 시에 증기실(32)에 흡입되는 증기의 압력과 증기실(32)로부터 토출되는 증기의 압력에 기초하여 개폐 밸브(62)를 개방 상태로 할지 여부를 결정하도록 해도 좋다. 즉, 이 변형예에서는, 흡입구(33)와 토출구(34)에 각각 압력 센서가 설치되어 있고, 제어부(59)에는 그 각 압력 센서로부터 검출 신호가 입력되도록 되어 있다. 제어부(59)는 상기 기동 스위치가 온으로 되면, 입력되어 있는 검출 신호에 기초하여, 흡입구(33)의 압력이 대기압보다도 낮은지 여부를 판단하는 동시에, 토출구(34)의 압력이 대기압보다도 낮은지 여부를 판단한다. 그리고, 제어부(59)는 흡입구(33)의 압력이 대기압보다도 낮고, 또한 토출구(34)의 압력이 대기압보다도 낮다고 판단한 경우에 개폐 밸브(62)를 개방 상태로 한다.

이 구성에서는, 증기 압축기의 기동 직후에 증기실(32)에 흡입되는 증기가 대기압보다도 저압이고, 또한 증기실(32)의 토출구(34)에 있어서의 증기압이 대기압보다도 저압의 경우에만, 토출측 증기 배관(102)으로부터 연통부(22)로 대기압보다도 고압의 증기가 공급된다. 증기 압축기의 기동 시에 있어서 증기실(32)에 흡입되는 증기가 대기압보다도 저압이고, 또한 증기실(32)의 토출구(34) 근방의 증기압[증기실(32)로부터 토출측 축봉실(39)로 누출되는 증기의 압력]이 대기압보다도 저압으로 되어 있을 때에는, 토출측 증기 배관(102)으로부터 흡입측 축봉실(35)의 시일부(10, 12) 사이의 영역으로 대기압보다도 고압의 증기를 공급하는 것이 바람직하므로, 본 구성에서는, 그와 같은 때만으로 한정하여 당해 영역으로 증기를 공급할 수 있다. 바꾸어 말하면, 증기 압축기의 기동 시에 흡입측 축봉실(35)의 시일부(10, 12) 사이의 영역으로 토출측 증기 배관(102)으로부터 증기를 공급할 필요가 없을 때에는, 당해 영역으로 증기가 공급되지 않으므로, 토출측 증기 배관(102) 내의 증기가 불필요하게 소비되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 증기 압축기가 압축하는 증기는 수증기 이외의 증기라도 좋다. 이 경우, 토출측 축봉실(39)로부터 연통부(22)로 유출되는 증기에 포함되는 액체는 물 이외의 액체라도 좋다.

2 : 압축용 로터
2a : 압축부
2b : 로터축
3 : 구동원
4 : 하우징
1O : 제1 흡입측 시일부(제1 시일부)
12 : 제2 흡입측 시일부(제2 시일부)
14 : 제3 흡입측 시일부(립 시일)
14b : 립부
16 : 제1 토출측 시일부(제3 시일부)
22 : 연통부
32 : 증기실
33 : 흡입구
34 : 토출구
35 : 흡입측 축봉실
37 : 흡입측 유실(유실)
38 : 흡입측 대기 개방로(대기 개방로)
39 : 토출측 축봉실
52 : 압력 조절 밸브
53 : 잉여 증기 배출로
54 : 드레인 탱크
56 : 드레인 배출로
58 : 제어부
60 : 접속로
62 : 개폐 밸브
102 : 토출측 증기 배관(증기 배관)

Claims

길이 방향의 일측에 증기의 흡입구가 형성되고, 길이 방향의 타측에 증기의 토출구가 형성된 증기실과, 상기 증기실의 증기의 흡입측에 연통하는 흡입측 축봉실과, 상기 증기실의 증기의 토출측에 연통하는 토출측 축봉실과, 상기 흡입측 축봉실과 대기 공간을 연통시키는 대기 개방로를 갖는 하우징과,
상기 증기실에 수용되는 압축부 및 그 압축부로부터 양측에 상기 각 축봉실을 통해 연장되는 로터축을 갖고, 축 주위로 회전함으로써 상기 압축부가 상기 증기실 내에 흡입된 증기를 상기 토출구측으로 보내면서 압축하는 압축용 로터와,
상기 흡입측 축봉실 중 상기 대기 개방로의 접속 부위로부터 상기 증기실측으로 이격된 위치에 배치되어, 상기 증기실 내의 증기가 상기 대기 개방로로 흐르는 것을 억제하기 위한 제1 시일부와,
상기 흡입측 축봉실 중 상기 대기 개방로의 접속 부위와 상기 제1 시일부 사이의 위치에 배치되어, 상기 대기 개방로로 증기가 흐르는 것을 억제하기 위한 제2 시일부와,
상기 토출측 축봉실에 배치되어, 상기 증기실로부터 당해 토출측 축봉실로 누출되는 증기에 대한 유통 저항을 높이기 위한 비접촉식 제3 시일부와,
상기 흡입측 축봉실 중 상기 제1 시일부와 상기 제2 시일부 사이에 위치하는 영역과, 상기 토출측 축봉실 중 상기 제3 시일부에 대해 상기 증기실과 반대측에 위치하는 영역을 연통시키는 연통부를 구비한, 증기 압축기.
제1항에 있어서, 상기 하우징에는 상기 흡입측 축봉실과 연통하여, 윤활유가 수용되는 유실이 설치되어 있고,
상기 흡입측 축봉실 중 상기 대기 개방로의 접속 부위보다도 상기 유실 근처의 위치에는, 상기 유실로부터 유출된 윤활유가 당해 흡입측 축봉실 내에서 상기 증기실측을 향해 흐르는 것을 방지하는 자세로 상기 로터축의 외주면에 접촉하는 립부를 갖는 립 시일이 설치되어 있는, 증기 압축기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 연통부에 접속된 압력 조절 밸브를 구비하여, 이 압력 조절 밸브는 상기 토출측 축봉실 중 상기 제3 시일부에 대해 상기 증기실과 반대측에 위치하는 영역으로부터 상기 연통부로 흐르는 증기의 압력이 대기압보다도 높은 소정의 설정 압력 이상인 경우에 당해 연통부로부터 상기 흡입측 축봉실 중 상기 제1 시일부와 상기 제2 시일부 사이에 위치하는 영역으로 도입되는 증기의 압력을 상기 설정 압력으로 유지 가능하게 구성되어 있는, 증기 압축기.
제3항에 있어서, 상기 연통부는 상기 토출측 축봉실로부터 상기 흡입측 축봉실로 흐르는 증기에 포함되는 액체를 분리하기 위한 드레인 탱크를 갖고,
상기 압력 조절 밸브는 상기 드레인 탱크에 있어서 액체가 분리된 증기의 압력을 상기 설정 압력으로 유지하는, 증기 압축기.
제4항에 있어서, 상기 드레인 탱크에는 당해 드레인 탱크에 저류되는 액체를 배출하기 위한 드레인 배출로가 접속되고, 당해 드레인 배출로는 상기 흡입구에 연결되어 있는, 증기 압축기.
제3항에 있어서, 상기 압력 조절 밸브에는 잉여 증기 배출로가 접속되어 있고, 당해 압력 조절 밸브는 상기 연통부 내의 증기의 압력이 상기 설정 압력을 초과하면 상기 잉여 증기 배출로에 잉여의 증기를 배출하도록 구성되고,
상기 잉여 증기 배출로는 상기 흡입구에 연결되어 있는, 증기 압축기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 압축용 로터를 회전시키는 구동원과,
상기 구동원의 구동을 제어하는 제어부를 구비하고,
상기 연통부는 개폐 밸브가 설치된 접속로를 통해 대기압보다도 고압의 증기가 유통하는 증기 배관에 접속되고,
상기 제어부는 상기 개폐 밸브를 상기 구동원의 기동에 수반하여 개방 상태로 하는, 증기 압축기.