JPH0359277B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明はスクリユ圧縮機のような圧縮機を備え
てなる高圧力圧縮装置に関する。

〔背景技術〕

フランス特許2098655は少なくとも１つのピニ
オンホイールと咬合つた１つのスクリユを備えた
ガス圧縮機に液体噴射を行う方法を開示してい
る。これによれば、液体噴射装置は、一般に、吸
込み圧力または圧縮初期の圧力が作用するねじ山
領域に合わせるのが最良であると思われる。

従つて、フランス特許1268586の追加特許78706
に記載されているように、圧縮機の吐出圧力に対
しては、補助ポンプを用いること無く噴射用液体
を循環させるに十分な圧力差が存在する。

しかし、約30バール以上もの高圧力の吐出圧を
得るようにスクリユ圧縮機を使用する場合には、
このような方法は適用できないが、或いは効果的
に適用することができない。

即ち、このような高圧力を得るためには一般に
多段式に圧縮を行うのであるが、圧縮の一段階当
りの絶対圧力の増加は圧縮機の構成要素たとえば
ピニオンの撓みの最大許容限度に適合するように
十分小さなものにしなければならない。

従つて、各段階の圧縮圧力を増加させようとす
ればする程、各段階の圧縮比は小さくなる。

例えば、１段階当たりの最大値を20バールに設
定すると共に、大気圧から起算して絶対圧50バー
ルの最終圧力を得ようとする場合には、第１段階
では１バールから絶対圧10バールまで圧縮し、次
の段階で10バールから30バールまで圧縮し、第３
段階で30バールから50バールに圧縮するのが好ま
しい。この場合、圧縮比は夫々10：１，３：１，
1.66：１となる。最後の圧縮比は極めて小さなも
のであつて、スクリユのねじ山が閉鎖された後わ
ずかに数度スクリユを回転させればねじ山が吐出
ポートに開口することを意味している。その結
果、かかる圧縮機では、圧縮比が２〜３以上の低
圧用圧縮機において液体噴射孔が通常設けられて
いるケーシング領域はほぼ常に吐出圧力に近い圧
力を受けることとなり、このため、液体噴射孔を
吸込みポートの方へ移動させることが必要となる
か（しかし、この場合には、スクリユとピニオン
との間のリーク隙間へシール用液体が供給されな
いか、その供給が不十分となるという不具合が生
じる）、或いは、ポンプを用いて液体を噴射する
ことが必要となる（この場合には、噴射すべき液
体の圧力が30バール以上の時にポンプを駆動すれ
ばポンプの駆動軸のシールの問題が生じると共
に、実際上200バール以上に加圧することは不可
能である）。

〔発明の目的〕

本発明の目的は前述の不具合を回避しながら圧
縮機内に液体を高圧噴射することの可能な高圧力
圧縮装置を提供することである。

〔発明の概要〕

本発明の高圧力圧縮装置は原動機により駆動さ
れるスクリユ圧縮機を備えて成り、このスクリユ
圧縮機の吐出側は高圧導管を介して高圧タンクに
接続されており、この高圧タンクは一方において
圧縮ガス吐出導管に接続されていると共に、他方
において少なくとも１つの液体噴射導管に接続さ
れており、前記液体噴射導管は実質的に高圧力を
受けるケーシング領域においてスクリユ圧縮機の
ケーシングに設けた少なくとも１つの液体噴射孔
に接続されており、液体噴射導管にはポンプが設
けてあつて、該ポンプはポンプと同一の軸に装着
された油圧モータにより駆動されるようになつて
おり、該油圧モータはスクリユ圧縮機が吐出した
流体の少なくとも１部により駆動されることを特
徴とする。

本発明の第１実施態様では、圧縮機が吐出した
液体とガスとの混合物の全量が油圧モータを通
る。第２実施態様では、液体噴射導管は少なくと
も２本設ける。即ち、一方の液体噴射導管は実質
的に高圧力を受けるケーシング領域においてケー
シングに設けた噴射孔に接続された前述のもので
あり、他方は実質的に吸込み圧力を受ける領域に
おいてケーシングに設けた噴射孔に接続されたも
のであつて、この他方の液体噴射導管に油圧モー
タが設けてある。

いずれの実施態様においても、ポンプならびに
油圧モータ内の絶対圧力を非常に高くした場合で
も、油圧モータとポンプとの間の圧力差は限られ
たものであり、数バール程度である。このため、
油圧モータとポンプとの一方から他方へと漏れる
少量のリークは作動を損うことの無い許容し得る
ものとなると共に、シール部材には小さな圧力差
しか作用しないので、油圧モータとポンプとの間
に著しく液密なシール部材を用いる必要が無い。
従つて、リツプ状シール部材やラビリンスシール
のような通常のシール部材を使用することが可能
となる。

他の利点は、従来の低圧噴射に較べ効率が大幅
に向上することであり、これは圧縮ガスと液体と
の混合物で油圧モータを駆動する場合には特に顕
著である。即ち、従来の方法では、良好な液体シ
ールを確保するため噴射液体の流量を圧縮機の掃
気容積の数容積パーセントにした場合には、噴射
液体の圧力を低圧から高圧に増大させるに要する
動力は無視できないものである。これに対し、本
発明によれば、高圧力を更に数バール高めるよう
にポンプを駆動するに要する動力は無視できるも
のであり、圧縮機の軸動力の約１パーセント以下
である。

他の利点は、圧縮比を低下させたり或いは極限
的には液体を圧縮したりすること無くかなりの流
量の液体を高圧で噴射できることである。液体
は、本来、非圧縮性であるから、液体のみを圧縮
すれば機械的故障が生じる惧れがある。即ち、本
発明では、スクリユのねじ山が殆んど高圧ポート
（吐出ポート）に合つた時に高圧側の液体噴射が
行われるので、液体は問題無く圧縮機の吐出ポー
トへと逃れるのである。これに反してもし吸込み
行程または圧縮初期に液体噴射を行うならば、圧
縮行程においてガスのために利用される容積が同
じ量だけ減少し、最悪の場合にはガス容積がゼロ
となり、その結果事故を招く惧れがある。従つ
て、噴射孔の数を多数にして、高圧リーク隙間、
特にスクリユとピニオンとの間の高圧リーク隙間
を新たな液体流で浸漬させることができる。

少なくとも２つの噴射孔を設けて一方を低圧
用、他方を高圧用液体噴射孔とすることにより、
圧縮初期には低圧用噴射孔を介して、かつ、その
後には高圧用噴射孔を介して常時確実に液体を供
給することができる。

〔実施例〕

次に、添附図面を参照して本発明の実施例をよ
り詳しく説明する。

第１図にはスクリユ圧縮機１が示してある。こ
のスクリユ圧縮機は図示しないモータにより駆動
されるもので、少なくとも10〜20バール程度の高
圧力をもつたガスを導管２を介して吸込む。

圧縮機１は圧縮ガスを導管３に吐出するように
なつており、この導管３は油圧モータ４を通つて
いる。油圧モータ４の入口は導管３により圧縮機
１の吐出口に接続されており、その出口は同じく
導管３により高圧タンク５に接続されている。高
圧タンク５には液体６が部分的に充填してある。
圧縮ガスは、タンク５内で液体から分離された
後、タンク５の上部に接続された導管７を介して
消費装置へと流れ出る。

高圧の液体６は、第４図から第６図を参照して
後述するように、導管８を介して高圧力で圧縮機
内に再噴射される。導管８には油圧モータ４で駆
動されるポンプ９が設けてある。ポンプ９の吸込
み口は導管８によりタンク５の底に接続してあ
り、その吐出口は導管８により圧縮機１の噴射孔
１９に接続してある。噴射孔１９は実質的に圧縮
機の吐出圧力が作用するような領域において圧縮
機１のケーシングに設けてある。

前記の高圧噴射系と並列に低圧噴射系を設ける
ことも可能であり、後者は噴射孔２０に接続され
た導管１０を有する。流量を制御するため導管１
０には減圧装置１１が設けてある。導管１０の他
端はタンク５の底に接続してある。

第２図は他の実施例を示すもので、この実施例
では油圧モータは圧縮機の吐出導管には設けてな
く、タンク５と減圧装置１１との間の低圧導管１
０にモータ４′が設けてある。

この実施例では、低圧導管１０を通つてタンク
から圧縮機１の低圧領域へと流れる液体にモータ
４′を駆動するのに利用される圧力差が与えられ
る。液体のその他の部分は、モータ４′によつて
駆動されるポンプ９の作用のもとに導管８を通つ
てタンク５から噴射孔１９へと流れ圧縮機１の高
圧領域に適切なシールを行うようにする。

モータ４′（ならびにモータ４）内の圧力降下
は小さなものであつて、ポンプ９が供給する圧力
（通常、２〜４バール程度）と同程度のものであ
る。この程度の圧力ではスクリユとピニオンの間
のリーク領域においてピニオンの夫々の歯に液体
が到達すると共に、その歯がスクリユから離れる
充分前に、液体がその歯の上に分配されるに十分
な速度を液体に与えることができるから、適切な
シールを行うためにはこの程度の圧力で一般に十
分である。

このような効果は減圧装置１１によつて得られ
るもので、この減圧装置は例えば導管１０に設け
た一以上の絞りで構成することができ、吸込み側
と吐出側との圧力差が例えば20バールの場合には
約４バールがモータ４を駆動するために消費さ
れ、約４バールが噴射孔のところで液体に必要な
速度を与えるために消費され、約12バールが減圧
装置１１内で失われるようにすることができる。

そのようにすれば、ポンプ９の最大圧力領域と
モータ４′の最小圧力領域との間の圧力差が約８
バール以上となることがない。

第１図の実施例では、モータ４の流量はポンプ
９の流量よりもはるかに大きい（普通、５〜20倍
大きい）ので、圧力差は更に小さくなるであろ
う。従つて、モータの前後の圧力差は大低１バー
ル以下となり、モータとポンプとの間の圧力差は
普通５バール以下となる。

第１図または第２図の実施例において圧力差が
小さければ、モータ／ポンプ組立体の構造を第３
図に示したように簡単にすることが可能となる。
第３図において、モータ４は２つのピニオンギア
１２，１３を有し、ポンプ９は２つのピニオンギ
ア１４，１５を有し、ピニオンギア１２と１４に
共通の軸１６を介してポンプはモータにより駆動
される。このモータ／ポンプ組立体は半割体１
７，１８から成る共通のケーシング内に装着され
る。これらの半割体の間には仕切り壁が介在させ
てあり、後者はモータ４，４′とポンプ９を分離
している。軸１６はこの仕切り壁を貫通してお
り、この仕切り壁の他の部分は完全に閉鎖されて
いる。

圧力差が小さいので、軸１６の周囲において仕
切り壁にはシールを設けてなかつた。これは、ポ
ンプおよび噴射回路に向つて小量のガス漏れが生
じても効率に影響がないからである。

このようにモータとポンプとの間の圧力差は小
さいのであるが、ケーシングの半割体１７，１８
は100バール以上の非常に高い絶対圧力（４段式
もしくは５段式に圧縮を行う場合には100バール
以上になることがある）をポンプならびにモータ
内に維持できるように設計されている。

ポンプおよびモータはギア式のものとして図示
したが、他の均等な型式のもの、たとえば回転ベ
ーン式、ピストン式、等のような容積型のものを
使用してもよい。

第４図、第５図、第６図は導管８，１０の端部
ならびにそれらに対応する噴射孔１９，２０を示
す。

第４図はフランス特許1331998により公知のス
クリユ／ピニオン式圧縮機を示すもので、ケーシ
ングを貫通する噴射孔１９，２０は破線で表して
ある。

第５図は噴射孔２０の断面の一例を示すもの
で、他方の噴射孔１９（図示せず）も全く同様に
形成することができる。

第６図は第４図のスクリユ２１の展開図であつ
て、このスクリユはねじ山２２を有する。ねじ溝
がピニオンの歯２４によつて封止されている時に
はねじ山のエツジは２３の位置に在るが、この時
にはねじ溝に関し反対側にあるねじ山エツジは２
５の位置も占めている。従つて、線２３と線２５
の間のケーシング間隔は吸込み圧力と圧縮初期圧
力とを交互に受ける。

吐出ポートの輪郭は２６で示す。この輪郭はエ
ツジ位置２５に近づけてある。これは、冒頭に述
べたように、吸込み圧力が高い場合には20〜30バ
ールの圧力変動を得るためには圧縮比を小さくし
なければならないからであり、この20〜30バール
の圧力変動はピニオンの歯２７（第５図参照）の
ような構成部材の強度または可撓性から許容でき
る最大の圧力差である。

圧縮比が小さいのでスクリユを僅かに回転させ
るだけで所定の吐出圧を得ることが可能となり、
従つて、線２８（これは、圧縮初期に２３の位置
にあつたねじ山エツジが、ねじ溝の反対側エツジ
が吐出ポート２６のエツジと一致した時に占める
位置を表す）によつて画定された高圧領域（斜線
領域）が著しく拡くなる。

圧縮初期の位置に噴射孔２０のような噴射孔を
１つ設けただけでは不十分であろう。その理由
は、第１に、噴射孔２０は吐出ポートからかなり
離れているからである。第２に、高圧領域にはか
なりの拡がりがあると共に圧力差は従来の７〜10
バール型圧縮機に較べて増大するので、ピニオン
の歯がスクリユから離れるより前に「液体シール
（すなわち、スクリユとピニオンの間とのリーク
隙間を封止するために噴射される少量の液体）」
が前記リーク隙間から無くなつてしまつてガス漏
れを招くからである。このようなガス漏れが容積
効率に与える影響は液体が漏れることによる影響
よりも著しく重大なのである。

従つて、液体シールを更新する必要があるので
あり、そこで、前述したように高圧領域に少なく
とも１つの噴射孔を設けなければならないのであ
る。

いうまでもなく、本発明の範囲を逸脱すること
なく、噴射孔の数やポンプおよび回路の数は増や
すことができるし、フランス特許1331998に記載
の円柱形ピニオン付き圧縮機を用いることも可能
であるし、二軸スクリユ圧縮機を用いることも可
能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の概略図、第２図
は第２実施例の概略図、第３図は油圧モータ／ポ
ンプ組立体の断面図、第４図はスクリユ圧縮機の
スクリユ軸線に沿つた断面図、第５図は第４図の
−′矢視断面図、第６図は第４図のスクリユ
の展開図である。 １…スクリユ圧縮機、２…吸込み導管、３…吐
出導管、４，４′…油圧モータ、５…高圧タンク、
８…高圧用液体噴射導管、９…ポンプ、１０…低
圧用液体噴射導管、１１…減圧装置、１２，１３
…油圧モータのギア、１４，１５…ポンプのギ
ア、１６…軸、１７，１８…ケーシングの半割
体、１９…高圧用噴射孔、２０…低圧用噴射孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 原動機により駆動されるスクリユ圧縮機を備
   え、前記スクリユ圧縮機の吐出側は高圧導管を介
   して高圧タンクに接続されており、前記タンクは
   一方において圧縮ガス吐出導管に接続されている
   と共に、他方において少なくとも１つの液体噴射
   導管に接続されており、前記液体噴射導管は実質
   的に高圧力を受けるケーシング領域においてスク
   リユ圧縮機のケーシングに設けた少なくとも１つ
   の液体噴射孔に接続されており、前記液体噴射導
   管にはポンプが設けてあつて、該ポンプはポンプ
   と同一の軸に装着された油圧モータにより駆動さ
   れるようになつており、該油圧モータはスクリユ
   圧縮機が吐出した流体の少なくとも１部により駆
   動されることを特徴とする高圧力圧縮装置。 ２ 該油圧モータは圧縮機の高圧吐出導管に設け
   てあり、ガスと液体との混合物からなる圧縮機吐
   出流体により駆動されることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の高圧力圧縮装置。 ３ 吐出圧よりも低い圧力のところで圧縮機ケー
   シングに設けた少なくとも１つの液体噴射孔と前
   記高圧タンクとを低圧導管で接続し、前記油圧モ
   ータは前記低圧導管に配置すると共に圧縮機の吐
   出流体から分離された液体成分により駆動される
   ようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の高圧力圧縮装置。 ４ 該油圧モータは高圧タンクと減圧装置との間
   において低圧導管に設けたことを特徴とする特許
   請求の範囲第３項記載の高圧力圧縮装置。 ５ 該油圧モータは容積型である特許請求の範囲
   第１項記載の高圧力圧縮装置。 ６ 前記ポンプは容積型である特許請求の範囲第
   １項記載の高圧力圧縮装置。 ７ 前記油圧モータとポンプは１つの共通のケー
   シング内に装着されており、モータおよびポンプ
   の共通軸が貫通した仕切り壁によつて互いに分離
   されている特許請求の範囲第１項記載の高圧力圧
   縮装置。 ８ 前記圧縮機はスクリユ圧縮機である特許請求
   の範囲第１項記載の高圧力圧縮装置。