JP6000232B2 - 液体注入式圧縮機要素部の冷却方法及びこのような方法が適用される液体注入式圧縮機要素部 - Google Patents

Description

本発明は、液体注入式圧縮機要素部の冷却方法に関する。

現在では、液体注入式圧縮機要素部を冷却するために、この目的のために当該圧縮機要素部に設けられた複数の注入用開口部によって当該圧縮機要素部の圧縮室に注入される水または油などの液体は同一の注入弁から供給されている。

これにより、注入される当該液体は必ずしも単に冷却機能を有するだけではなく、可動部、例えばスクリュー圧縮機要素部のロータなど、の潤滑および／または封止をもたらすこともできる。

注入された液体は、圧縮気体と共に、圧縮機要素部の圧縮空気出口を通って圧縮機要素部を出る。その後、圧縮気体と液体との混合物は、液体を圧縮気体流から分離するために、液体分離装置に通される。

次に、分離された液体は冷却器を経由して注入弁に戻され、圧縮機要素部に再び注入される。

圧縮機要素部の回転速度または使用圧力が高いほど、注入される液体の量が同じであれば、より多くの熱が発生し、圧縮機要素部を通る液体の温度上昇をより強くもたらすことが実際に分かっている。

圧縮機を高温環境条件下で（すなわち冷却剤を高温度で）回転させると、圧縮機要素部の出口における液体／気体混合物の温度がかなり上昇しうることが実際に分かっている。

注入液体として油を使用する場合は、温度が１０℃上昇しただけで油の寿命が半分になりうるので、圧縮機要素部の出口における油／気体混合物の温度が高温になりすぎないことが重要である。

また、他の液体、例えば水など、を使用する場合は、圧縮機要素部の圧縮空気出口における温度が過度に上昇しないことを保証すべきである。その理由は、ロータや被膜などに使われている材料は無制限の高温に耐えられるものではなく、また液体の粘度に悪影響をもたらし潤滑および封止品質にとって都合が悪いからである。

注入される液体が達しうる最低温度は、冷却器内で用いられる冷却剤の温度によって制約される。注入液体の温度のさらなる低下は、冷却剤の温度を下げるために過剰設計された熱交換器の使用によってのみ実現可能であるが、このような熱交換器はかなり大型で高価である点で不利である。

本発明は、上記および他の欠点の１つまたはいくつかを解消することを目的とする。

この目的のために、本発明は、圧縮機要素部の圧縮室に注入弁から液体が注入される液体注入式圧縮機要素部の冷却方法において、圧縮機要素部の圧縮室に注入される液体の量を、他の可能な調整装置に関係なく、特定の制御パラメータに応じて制御するステップを含むことを特徴とする方法に関する。

本発明によるこのような方法の利点の１つは、温度上昇が小さくなるように、より多くの液体を注入できることである。これにより、より高い注入温度でも最大出口温度を超えなくなるので、冷却剤の温度を下げるための冷却器の過剰設計が不要になる。

さらに、注入される液体の量が、他の可能な調整に関係なく、調整されるため、極めて単純な調整アルゴリズムをもたらす。

本発明による方法の好適な一特徴によると、注入される液体の量は温度測定値、例えば、圧縮機要素部を出る圧縮気体流の温度、および／または周囲温度、に基づき調整される。

測定された温度値に応じて行われるこのような調整により、如何なる使用条件下においても圧縮機要素部の出力の最適化が可能になる。

このように、周囲温度が低い場合は少量の油流が供給されるように圧縮室に注入される油の量を確実に調整できるため、注入される液体流と冷却ユニットのエネルギー消費とに起因する圧縮機要素部における複合損失に関して最適値が達成されるため、全体としてエネルギーが節約される。

このように、周囲温度が高い場合はより多くの油流が供給されるように圧縮室に注入される油の量を確実に調整できるため、冷却剤の量および／または冷却ユニットの容量を著しく増やす必要がなくなるため、この場合も全体としてエネルギーを節約できる。

本発明は、液体を圧縮機要素部の圧縮室に注入するための注入弁を備えた、上記のような方法を適用可能な液体注入式圧縮機要素部にさらに関する。この圧縮機要素部は、他の可能な調整に関係なく、特定の制御パラメータに応じて上記注入弁を調整可能であるため、および／または液体を上記圧縮室に注入するための第２の注入弁が圧縮機要素部に設けられるため、圧縮室に注入される液体の量を調整可能であることを特徴とする。

本発明の好適な一特徴によると、上記第２の注入弁は、調整装置に接続された制御可能な弁として作られ、この調整装置は好ましくは、圧縮機要素部の圧縮空気出口において温度を測定するための、および／または周囲温度を測定するための、少なくとも１つの温度センサに接続される。

本発明の特徴をより良く説明するために、本発明による液体注入式圧縮機要素部の冷却方法およびこのような方法が適用される圧縮機要素部の以下の好適な変形例について、添付図面を参照しながら、限定的な意図は一切無しに単なる例として説明する。

本発明による圧縮機要素部が設けられた圧縮機設備を模式的に表わしたものである。

この場合、図中の圧縮機ユニット１は圧縮機要素部２を備えた油注入式スクリュー圧縮機として実現される。この場合、圧縮機要素部２は、電動機３によって駆動され、圧縮される気体を空気濾過器５を介して引き込む空気入口４と、公知の種類の液体分離装置９に接続された逆止め弁７を介して管８に開口する圧縮空気出口６とを備える。

圧縮空気出口６とは、圧縮された気体と注入された液体との混合物が圧縮室から押し出される圧縮機要素部２の出口を意味する。

圧縮空気のユーザは、例えば、圧縮空気網などに供給するために、保圧弁１１を介して上記の液体分離装置９に接続された圧縮空気ライン１０から一定の使用圧力の圧縮気体を取り出すことができる。

上記の液体分離装置９は、注入管１２を介して上記圧縮機要素部２に、具体的には、この圧縮機要素部２に設けられた第１の注入弁１３に、接続される。

上記の注入管１２には、冷却器１４が設けられる。この場合、冷却器１４は空冷式熱交換器として実現されるが、必ずしもそうする必要はない。空冷式熱交換器として実現された結果として、上記注入管１２は、液体分離装置９と冷却器１４との間に延在する第１の部分１２Ａと、冷却器１４と圧縮機要素部２との間に延在する第２の部分１２Ｂとに分割される。

この場合、上記冷却器１４に向かい合わせにファン１５が設けられる。ファン１５は、図示されていない電動機などの駆動手段によって駆動される。

この場合、上記注入管１２の第１の部分１２Ａには、公知の種類のサーモスタット式バイパス弁１６が設けられる。弁１６は注入管１２の上記第２の部分１２Ｂに接続されるので、上記冷却器１４を橋絡できる。

この場合、注入管の上記第２の部分１２Ｂには油濾過器１７がさらに設けられる。油濾過器１７を注入管１２の第１の部分１２Ａにおいて上記サーモスタット式バイパス弁１６と同じハウジング内に組み込む必要があれば、そうすることもできる。

必要であれば、図示されていない流れ制御装置を圧縮機ユニット１にさらに設けることもできる。流れ制御装置は、圧縮機要素部２の空気入口４に設けられる入口弁１８を備える。入口弁１８は、公知の方法でハウジングによって構成され、気体を吸い込むための入口開口が最大になる開位置と入口開口が完全に封止される閉位置との間で弁体を切り替えることができる。

本発明によると、この場合、注入管１２の枝管、具体的には上記注入管１２の第２の部分１２Ｂの枝管、が接続される第２の注入弁１９が圧縮機要素部２に設けられるため、圧縮室に注入される液体の量を調整できる。

本発明の好適な一特徴によると、上記の第２の注入弁１９は、制御ユニット２０に接続された調整可能な弁として実現される。制御ユニット２０は、複数の測定センサにも接続される。

この例においては、上記測定センサは、圧縮機要素部２の圧縮空気出口６に設けられた第１の温度センサ２１と、周囲温度を測定するために例えば圧縮機ユニットのハウジング上に設けることができる第２の温度センサ２２とを含む。

本発明によると、上記第２の注入弁１９は多くの方法によって実現でき、好ましくは、連続的に調整可能な、言い換えると連続的に可変なフロースルー開口部を有する、電気的に制御可能な弁で構成される。

ただし、本発明によると、これは必須条件ではない。その理由は、固定されたいくつかの段階に従ってフロースルー開口部を調整可能な弁も使用できるからである。注入弁１９は空圧制御式でもよいが、サーモスタット弁として作ることもできる。

本発明による液体注入式圧縮機要素部の冷却方法は極めて単純であり、以下のとおりである。

圧縮機ユニット１が稼働中のとき、大気が空気濾過器５を介して入口弁１８から引き込まれるように、電動機３は圧縮機要素部２を駆動する。

本発明によると、圧縮機要素部２内の圧縮熱を排出するために、注入管１２と第１および第２の注入弁１３、１９をそれぞれ介して、冷却器１４からの冷却された液体、この場合は油、が供給される。

第２の注入弁１９の存在により、より多量の油を圧縮機要素部２の圧縮室に注入することができる。この結果として、高周囲温度および／または高圧縮機速度および／または高圧縮機圧力で使用される場合に、注入される油をさらに冷却しなくとも、圧縮空気出口６の温度を低温に保つことができるため、低周囲温度および／または低回転速度および／または低圧力で使用するための冷却器１４の過剰設計が不要になる。

このように、注入弁が１つだけの従来型圧縮機要素部に比べ、同容量の圧縮機要素部２にわたる油の加熱も確実に減少する。

この例において、第２の注入弁１９は、制御ユニット２０によって制御される調整可能な弁として作られる。

本発明によると、圧縮室に注入される液体の量は、他の可能な調整装置に関係なく、特定の制御パラメータに基づき調整される。

本例において、これは、第２の注入弁１９から注入される液体の量を少なくとも１つの温度測定値に基づき調整することによって実現される。この場合、この少なくとも１つの温度測定値は、２つの測定値である。すなわち、第１の温度センサ２１によって測定される温度である圧縮機要素部を出る圧縮気体流の温度と、第２の温度センサ２２によって測定される周囲温度である。

この利点の１つは、圧縮機要素部２の圧縮室に注入される油量を周囲温度に応じて調整できるため、如何なる周囲温度においても、圧縮機要素部の駆動部と冷却ユニットとで構成される圧縮機ユニットの出力を最適化できることである。

このように、周囲温度が低いときは、圧縮機要素部への上記油流と冷却ユニットの冷却容量とに起因する両損失間の最適値に達するように、圧縮室に注入される油の量が確実に決められるので、エネルギーが節約される。

圧縮室へのより大きな注入流が可能であることにより、周囲温度が高くても、例えば４０℃を超える温度においても、圧縮機ユニットの良好な運転が保証されるため、より低い周囲温度で稼働させるために冷却器１４を著しく過剰設計する必要はなく、また油の寿命に悪影響を及ぼすこともない。

第２の注入弁１９の制御は多くの方法で実現可能であることは明らかである。例えば、圧縮空気出口６における測定温度を、周囲温度に応じて変化する、または変化しない、ある目標値に制御することによって実現可能である。

この目標値が変化する場合は、周囲温度の関数であるアルゴリズムによって目標値を計算できる。

圧縮空気出口における測定温度を、周囲温度に応じて変化する、または変化しない、所定の上下限値の間で調整することも可能である。

この場合も同様に、当該上下限値は、周囲温度の関数であるアルゴリズムによって計算可能である。

下限値を設ける利点の１つは、動作圧力が高く、周囲温度および相対湿度も高いとき、第２の注入弁１９を十分に閉じることによって、注入される液体における凝縮液の形成を回避できることである。

さらに、図中の圧縮機ユニット１の動作は公知の圧縮機ユニットの動作と同様であり、圧縮気体と油との混合物が液体分離装置９に運ばれ、そこで遠心力の影響下で油が圧縮空気から公知の方法で分離される。

次に、精製された圧縮空気を上記保圧弁１１と、圧縮空気のあらゆる種類の用途において用いられる圧縮空気ライン１０とを介して取り出すことができる。

液体分離装置９において圧縮空気からリサイクルされた油は、上記液体分離装置９の底部に集められ、上記液体分離装置９内で優勢な圧力ｐ_ｗによって押し出されて注入管１２を通って冷却器１４に達し、そこで油はファン１５によって冷却される。

所与の例においては油注入式圧縮機要素部にのみ言及しているが、本発明は、例えば水潤滑式圧縮機要素部の場合など、別の液体が圧縮室に注入される圧縮機要素部にも適用可能である。

当然、注入弁１３および１９から注入される液体は、必ずしも本発明による液体分離装置からのものである必要はなく、この液体を別個の容器から供給することもできる。

冷却器１４は必ずしも空冷式熱交換器として作る必要はなく、この冷却器は如何なる種類の熱交換器でもよい。

図示されていない本発明による方法の一変形例によると、注入される液体の量は、他の可能な調整に関係なく、特定の制御パラメータに応じて、この目的のために連続的または非連続的に調整可能な単一の注入弁１３によって調整することもできる。

後者の場合、注入弁１３以外の追加の注入弁を設ける必要はない。

圧縮室に注入される液体の量は、必ずしも本発明による調整装置２０によって調整する必要はない。

したがって、本発明によると、圧縮機要素部の出口温度を測定し、油の追加注入を連続的に直接設定または調整する毛細管を用いることもできる。

例えば圧縮機要素部の出口温度に直接反応するバイメタルを使用することもできる。

上記の各例において、注入される液体の量を調整するための特定の制御パラメータは、必ず温度値で構成されるが、本発明によると、これは必須条件ではなく、この制御パラメータを例えば以下の要素で構成することもできる。
− プロセスの総合効率（制御パラメータとしてのパワー測定値）、
− 液体の冷却効率（制御パラメータとしての液体冷却ユニットの容量）、
− 液体の寿命（制御パラメータとしての油品質測定値）、
その他。

本発明は、例として説明し、添付図面に示した各実施形態に限定されるものでは決してなく、本発明による液体注入式圧縮機要素部の冷却方法およびこのような方法が適用される圧縮機要素部はあらゆる種類の変形例で実現可能であり、このような変形例は依然として本発明の範囲内に留まる。

Claims (19)

1. 液体が第１及び第２の注入弁（１３及び１９）から圧縮機要素部（２）の圧縮室に注入される液体注入式圧縮機要素部の冷却方法であって、該方法が、
   ―前記液体を前記第１及び第２注入弁を介して前記圧縮室に注入し、
   ―前記圧縮機要素部（２）の前記圧縮室に注入される液体の量を、他のいかなる可能な調整装置とも無関係に、特定の調整用パラメータに応じて調整し、
   ―前記第１の注入弁（１３）が、前記圧縮機要素部（２）の前記圧縮室の長手方向の中間点よりも圧縮空気出口（６）側に寄った位置に設けられ、調整可能な弁として形成された第２の注入弁が、該第１の注入弁（１３）と前記圧縮空気出口（６）との間に設けられ、
   ―前記注入される液体の量は、その目的のために調整可能な弁として構成された前記第２の注入弁（１９）によって調整され、
   ―前記特定の調整用パラメータが温度測定値であり、
   ―前記第１及び第２注入弁（１３及び１９）を介して前記圧縮室に注入される液体が同一の注入パイプによって供給される
   ステップを含むことを特徴とする方法。
2. 前記調整は、前記圧縮機要素部（２）を出る圧縮気体流の温度および／または周囲温度に基づき行われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記注入される液体の量を制御することによって前記圧縮空気出口における前記温度を事前に設定された所望値に調整するステップを含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 前記調整は、前記圧縮機要素部（２）を出る圧縮気体流の温度および周囲温度に基づき行われ、前記方法は、前記注入される液体の量を制御することによって前記圧縮空気出口における前記温度を事前に設定された所望値に調整するステップを含み、前記圧縮空気出口における前記温度の前記所望値は、前記周囲温度の関数であるアルゴリズムに基づき計算されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
5. 前記注入される液体の量を制御することによって、前記圧縮機要素部（２）の前記圧縮空気出口における前記温度を事前に設定された上下限値の間で設定するステップを含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
6. 前記上限値および／または下限値は前記周囲温度の関数であるアルゴリズムに基づき計算されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. 液体が第１及び第２の注入弁（１３及び１９）から圧縮機要素部（２）の圧縮室に注入される液体注入式圧縮機要素部の冷却方法であって、該方法が、
   ―前記液体を前記第１及び第２注入弁を介して前記圧縮室に注入し、
   ―前記圧縮機要素部（２）の前記圧縮室に注入される液体の量を、他のいかなる可能な調整装置とも無関係に、特定の調整用パラメータに応じて調整し、
   ―前記第１の注入弁（１３）が、前記圧縮機要素部（２）の前記圧縮室の長手方向の中間点よりも圧縮空気出口（６）側に寄った位置に設けられ、調整可能な弁として形成された第２の注入弁が、該第１の注入弁（１３）と前記圧縮空気出口（６）との間に設けられ、
   ―前記注入される液体の量は、その目的のために調整可能な弁として構成された前記第２の注入弁（１９）によって調整され、
   ―前記注入される液体の量は容量測定値に基づき調整され、
   ―前記第１及び第２注入弁（１３及び１９）を介して前記圧縮室に注入される液体が同一の注入パイプによって供給される
   ステップを含むことを特徴とする方法。
8. 前記調整は、前記圧縮機の容量および／または前記注入される液体を冷却する冷却ユニットの容量に基づき行われることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 前記注入される液体の量を制御することによって、前記圧縮機の前記容量および／または前記冷却ユニットの前記容量を最小値に調整するステップを含むことを特徴とする、請求項８に記載の方法。
10. 前記第２の注入弁（１９）は制御ユニット（２０）によって制御されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
11. 圧縮機要素部（２）の圧縮室に液体を注入するために注入弁（１３）が前記圧縮機要素部（２）に設けられた、請求項１乃至６の何れか１項に記載の方法が適用される液体注入式圧縮機要素部において、液体を前記圧縮室に注入するための第２の注入弁（１９）が前記圧縮機要素部（２）に設けられ、前記第２の注入弁（１９）は調整装置（２０）に接続された制御可能な弁として作られるため、前記圧縮室に注入される前記液体の量を調整でき、前記圧縮室に注入される液体の量は前記温度測定値に基づいて前記第２注入弁によって調整されるのみであり、前記第１及び第２注入弁（１３及び１９）を介して前記圧縮室に注入される液体は同一の注入パイプを通して供給されることを特徴とする、液体注入式圧縮機要素部。
12. 前記調整装置（２０）は、前記圧縮機要素部の出口における温度を測定するための、および／または周囲温度を測定するための、少なくとも１つの温度センサ（２１および／または２２）に接続されることを特徴とする、請求項１１に記載の液体注入式圧縮機要素部。
13. 前記調整装置（２０）は、前記圧縮機の容量を測定するための、および／または前記注入される液体を冷却する冷却ユニットの容量を測定するための、少なくとも１つの容量測定に接続されることを特徴とする、請求項１１に記載の液体注入式圧縮機要素部。
14. 前記第２の注入弁（１９）は電気的に、または空気圧によって、制御可能な弁として作られることを特徴とする、請求項１１に記載の液体注入式圧縮機要素部。
15. 前記第２の注入弁（１９）は、連続的に調整可能であることを特徴とする、請求項１１に記載の液体注入式圧縮機要素部。
16. 前記第２の注入弁（１９）はいくつかの段階に従って調整可能であることを特徴とする、請求項１１に記載の液体注入式圧縮機要素部。
17. 液体が第１及び第２注入弁（１３及び１９）から圧縮機要素部（２）の圧縮室に注入される液体注入式圧縮機要素部の冷却方法において、この方法が、
    ―前記圧縮機要素部（２）の前記圧縮室に注入される前記液体の量を、他の何れか可能な調整に関係なく、特定の調整用パラメータに応じて調整し、
    ―前記注入される液体の量は、この目的のために調整可能な弁として構成された前記第２の注入弁（１９）によって調整され、
    ―前記第１及び第２注入弁（１３及び１９）を介して前記圧縮室に注入される液体が同一の注入パイプによって供給され、
    ―前記注入される液体の量はパワー測定値に基づき調整される、
    ことを特徴とする方法。
18. 前記調整は、前記圧縮機のパワーおよび／または前記注入される液体を冷却する冷却ユニットのパワーに基づき行われることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
19. 前記注入される液体の量を制御することによって前記圧縮機の前記パワーおよび／または前記冷却ユニットの前記パワーを最小値に調整するステップを含むことを特徴とする、請求項１８に記載の方法。

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