JPH0643838B2 - 液封圧縮機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、液封圧縮機、詳しくは、圧縮機ハウジングの
圧縮作動室内で水平シャフトに回転可能に支持された羽
根車、上記作動室の出力側に隔壁部を介して隣接して設
けた圧力室、上記作動室の入力側頂部に設けられた吸引
パイプ接続部、及び上記圧力室の出力側頂部に設けた吐
出パイプ接続部を有する、液封圧縮機の改良に関する。

液封圧縮機は周知のように圧縮セルの形成に供され、吐
出室内部のギャップを封止し、かつ圧縮時の発生熱の逸
散を行う作動媒質流体を必要とする。作動媒質流体の一
部が吐出ガス内に混入したり、該ガスと一緒に圧縮ステ
ージの作動室の吐出開口から流出するため作動室への作
動媒質流体の補給は必須である。従って、一般に、圧縮
ステージの後段に気液分離器を接続し、該気液分離器内
においてガスとともに供給された作動媒質流体がガス流
から分離されて該流体分離器の出口に、作動媒質流体蒸
気に飽和していようとも実質的に作動媒質流体を含まな
いガスを現出するようにされる。気液分離器内の奥部に
残存した流体は圧縮機に再供給されるか又は独立の出口
を介して排出される。

圧縮機に独立構造の流体分離器を取り付けるものが知ら
れている。例えば、一例として、圧縮機に隣接して装着
される開放又は閉鎖型式の気液分離器が知られている
が、この形式のものは可成りのスペースを必要とする。
また、圧縮機の上方に載置された吸込パイプ接続部に流
体分離器を接続した形式の装置が知られている。この形
式の液封圧縮装置は可成りのスペースが必要でありかつ
構造が複雑であることに加え、当該圧縮装置の停止後、
制御器により圧縮機内への多量の作動媒質流体の復流を
阻止して何ら問題も無く確実に再始動されるように監視
せねばならないという欠点を有する。

更に他の例として、気液分離器を液封圧縮装置のベース
フレームに一体化せしめる形式のものが公知である。し
かしながら、この形式の圧縮装置は構造が複雑でかつ高
価であり、当該圧縮装置の停止後、作動媒質流体が圧縮
機内に還流させることに問題がある。また、圧縮装置全
体をポット状に形成して気液分離器が圧縮機を包囲する
ように配置することが知られている。しかしながら、こ
の方式は小型圧縮装置にのみ適用可能である。更には、
この方式のものは設計上不利である。即ち、吸込及び吐
出パイプ接続部の双方を圧縮機のハウジング部の軸方向
の一側部に配置する必要があり又は一方のパイプ接続部
を気液分離器上に配置する場合、該分離器に所定の安定
性を持たせる必要があり、従って製造コストが高価とな
る（西独国特許第1,293,942号）。

また、作動媒体流を偏向する隔壁を有する圧縮作動室の
下部及び圧縮機基台もしくはベースプレートの内側に樋
を配置した形式のものが知られている（仏国公開特許第
2,225,637号）。この樋は圧縮機の作動室よりも低部に
配置されるため圧縮機の停止後、作動媒質流体の還流が
問題となる。

ベーンセル型圧縮機（Vane-cell compressor）における
気液分離器が知られている。この種の気液分離器は圧縮
機の潤滑油がガス流に混入した場合に該潤滑油を再抽出
するために使用される。しかしながら液封圧縮機とベー
ン室圧縮機における流体の分離には基本的な相違があ
る。液封圧縮機において、流体は圧縮室の形成に直接関
与し、広い領域における相転移の結果多量の作動媒質流
体がガス流とともに作動室から供給される。他方、ベー
ン室圧縮機において、ガス流に混入する油は比較的少量
であり、従って比較的小さな流体分離器で充分である。
それゆえ共通のハウジング内において流体分離器を圧縮
機に接続することが提案されているが、それらのものは
非常に複雑で、従って高価なハウジング形態となる（英
国特許第393,977号、西独国特許第459-056号、米国特許
第2,057,381号）。

本明細書の冒頭で記述したタイプの液封圧縮機の構造
（英国特許第377,476号）においては、いかなる流体分
離器も設けられていない。圧力室は下部からポンプステ
ージの圧力開口まで上方に突出する隔壁を備え、該隔壁
は圧力室を２つの領域に分割する。上記隔壁は圧力開口
に直接後続する第１領域において流体の供給を保持する
ために使用され、該流体の供給は上記圧力開口の始端部
にガスが復流するのを防止する。隔壁の後部に位置する
第２圧力室領域は圧力接続部材に直接に通じている。こ
の先行例において、送出ガス流に含まれる全ての流体が
圧力接続部材を介して圧力室から外部へ送出されるため
流体分離器を後続接続する必要がある。圧力室が流体分
離器として使用されていないことは、ガス流から独立に
分離された流体を駆逐するための対策が講じられていな
いことから理解できる。他の公知の提案（西独国特許公
告第2,036,295号＝仏国公開特許第2,103,218号）によれ
ば、圧力室が壁部によって第１及び第２領域に分割さ
れ、第１領域においては常時流体レベルが圧力開口より
かなり上方に保持される。この目的は圧力開口と圧力接
続部材間の直接接続による騒音を第１圧力室領域に充満
される流体とガスの混合体により防止し、上記騒音を低
減させることである。公知の圧力室においては分離効果
は達成されず、ガス流とともにそこに到達した全ての流
体は流体分離器に向けて排出せねばならず、この流体分
離器は独立に設けなければならない。

本発明の目的は、本明細書の冒頭に記述した型式の液封
圧縮機であって、所要スペースが小さく、構造費用が低
廉でかつ流体分離器を備えた液封圧縮機を提供すること
である。

上記目的を達成するため、本発明は、上記圧力室内に底
部から上方に少なくとも作動室と圧力室との隔壁部に設
けられた吐出開口と略同一高さ位置まで起立する仕切り
壁部を介して該圧力室を第１領域と第２領域に区分し、
上記圧力室の第１領域と第２領域との上方部を互いに連
絡するとともに上記仕切り壁部の上端部、複数のリブ部
材及び圧力室ハウジング壁部を介して上記隔壁部の吐出
開口から吐出パイプ接続部にわたり気液分離用の折れ曲
がり流路を形成し、上記圧力室の第２領域の壁部に上記
折れ曲がり流路より下方の位置に余剰流体排出開口を設
け、これにより上記作動室から吐き出される作動媒質流
体蒸気と空気との混合流体を上記折れ曲がり流路を流通
させることにより気液分離せしめることを特徴とするも
のである。

これらの特徴は現在の技術段階において部分的に公知の
ものがあるが、それらは個々に独立した機能を果たすに
過ぎない。それに反し、本発明においては、それが相互
に協働するように結合されて作用する。圧力室を２つの
領域に区分する仕切り壁部は圧縮作動時ガスの逆流を防
止するために吐出開口の前方部への封止水の供給を維持
するために使用される。これと同時に、従来技術では用
いられていない手段により吐出流体の気液分離を促進す
る効果を有する。この手段は圧縮作動室の吐出開口から
流出する吐出流体を仕切り壁部に衝突させることによ
り、これと同時に吐出開口から流出するガス流から作動
媒質流体を分離し易くせしめるものである。多少とも安
定化した流体が圧力室の第２領域に集まる。該第２領域
は流体の形成機能及び使用されている流出部を介して分
離離した流体を排出する機能の双方を有する。圧力室の
上部に設けられたリブは公知の方法による分離促進機能
を有し、該リブは上述の上方へ突出する仕切り壁部と相
互作用をなす。圧力室領域は分離された流体を収集し、
かつ圧力接続部材を吐出開口から隔離することにより、
ガス流の一部が前もって充分な分離効果を受けることな
く吐出パイプ接続部に到達するのを防止する。

圧力室の第２領域の余剰流体排出開口は好ましくは略水
平シャフトの高さ位置に配置する。しかしながら、該余
剰流体排出開口は圧力室の高さ方向における中央部のほ
ぼ１／３の範囲内の位置に配置するようにしてもよい。

圧縮機ハウンジグにおいて、圧力室が圧縮機ステージに
後続して形成されることは、上部及び／又は下部境界に
おける小さな偏差が設けられることはあっても圧力室及
び作動室が同一のハウジング境界内で基本的に同一幅及
び同一高さに渡って伸びることを意味する。このことは
当該ハウジング設計に均一性を付与するものではない。
ハウジング設計における均一性は少なくとも圧力室の壁
部が作動室の壁部と、とりわけ軸方向にほぼ連連続する
ものとして考慮される場合に付与される。ポンプステー
ジ及び圧力室のハウジング壁は連続的な円筒構造とする
のがとりわけ好適であり、圧力接続部材は圧力室の上端
部に接続するのが好都合である。圧力室及びポンプステ
ージを包囲するハウジング部分は一体に形成する必要は
ない。

圧力室の２つの領域間の媒体通路は折れ曲がり流路とし
て設計するのが好都合である。この接続により、流体と
ガスの大まかな分離が折れ曲がり流路内で行われる。こ
の分離は上記折れ曲がり流路内及びその後部に取り付け
た案内及びバッフルリブにより改良され、かつ完全化さ
れる。

圧力室内に含まれる作動媒質流体の少なくとも一部は、
圧力室の第２領域から、圧縮機の作動室内への回路にお
いて原理的には公知の流通接続部材を介し還流される。
又必要な作動媒質流体の一部を圧力室から除去し、他の
一部を独立の供給源から規則的に新たに供給することも
できる。新たに供給される作動媒質流体は該作動媒質流
体の温度を所望値に維持するために冷却することができ
る。冷却装置は圧力室の流体分離部にそれ自体は公知の
方法で配置することができる。

上記流通接続部材は低圧時に圧力室の第２領域から作動
室の一部に通じる独立のラインにより形成することがで
きる。又、上記流体連絡部は圧力室を区分する壁部に設
けた穴とすることもでき、この穴を介して作動媒質流体
は圧力室の第１領域から作動室に還流する。圧縮機の作
動室内に作動媒質流体を還流させるいかなる流体連絡部
とも別に、少なくとも１つの小断面のレベル平衡用穴が
壁部に設けられ、圧縮機の作動が停止された場合、上記
レベル平衡用の穴は再始動時に作動室内において問題を
生じる余剰の作動媒質流体を圧力室の第１領域から外部
に排出する。一方、圧力室の第２領域内に収集され、ポ
ンプの再始動に必要な流体を上記レベル平衡用の穴を介
し作動室内へ還流させることもできる。

圧力室内において冷却を行いながら気液分離するにあた
り、全作動期間を通じて作動媒質流体の液面レベルを最
小に保持するには、圧力室の気液分離部に液面レベル制
御手段を設けることができる。

本発明によれば、圧縮機の外形を僅かに大きくするだけ
で、従来形式のものでは付加的に設置しなければならな
かった気液分離器を省略することができ、しかも充分な
気液分離を達成することができる。

以下添付図面を参照しながら本発明をより詳細に記述す
る。図面は本発明の一実施例の液封圧縮機の縦断面を示
す。

圧縮機ハウジングは、吸込カバー１、吸込制御側の円板
状隔壁部２、圧縮ステージハウジング部３、圧力制御側
の円板状隔壁部４及び圧力室ハウジング部５から形成さ
れている。これらハウジング部分は図示の横断面内でほ
ぼ対応する円形横断面を有する。

吸込カバー１は吸込室６を備え、吐出すべきガスが上端
部に配置された吸込パイプ接続部を介して上記吸込室６
に供給される。また、上記吸込カバー１はシャフト穴を
有するハブを含み、該ハブは羽根車ロータ１２を支持す
る水平シャフト９を包囲するシール８が設けられる。

吸込カバー１は吸込制御側の円板状隔壁部２に強固に接
続される。該隔壁部２２は適当な位置に吸込開口１０を
備えている。この吸込開口１０の設定位置は必ずしも図
示どおりにする必要はない。

上記圧縮ステージのハウジング部３は吸込制御側の隔壁
部２に強固に接続されている。上記ハウジング部３は環
状ハウジング壁部を形成し、その内面１１が水平シャフ
ト９に対し偏心位置に設定され、水平シャフト９に装着
されたベーン（羽根車）ロータ１２とともに圧縮作動室
１３を包囲している。該作動室１３内で、点をもって示
す作動媒質流体リングが半径方向外周部を回転するとと
もに該外周部におけるる各羽根車の各ベーン室を閉鎖し
ている。図示の実施例において、作動室１３の頂面はハ
ウジング部分３の内面１４とロータ１２間の半径方向距
離が最小となるような位置に設定される。

吐出制御側の円板状隔壁部４が圧縮ステージのハハウジ
ング部と強固に結合され、該円板状の隔壁部４は適当な
位置に吐出開口１５を有する。該吐出開口１５は回転方
向における作動室１３の頂部の直ぐ前方で羽根車１２の
ベーン室の内周面部１６に近接した位置に設定される。
従って、図示の実施例において、上記吐出開口１５は水
平シャフト９の高さ位置より上方に位置するものと推察
される。

圧力室のハウジング部５が円板状の隔壁部４に強固に結
合される。該圧力室のハウジング部５が例えば円筒状壁
部１７と端部に配置される平板状壁部１８により形成さ
れ、該ハウジング部５の頂部に吐出パイプ接続部３９が
設けられている。圧力室のハウジング部５の内部におい
て、仕切り壁部１９の底部から吐出開口１５の高さ位置
まで上方へ垂直に起立し、該仕切り壁部１９は圧力室を
第１領域２０と第２領域２１とに区分している。圧力室
の第１領域２０の水平軸方向寸法は作動室１３の水平軸
方向幅寸法の１／２〜１／３の大きさである。一方、第
２領域２１の水平軸方向寸法は第１領域２０の水平軸方
向寸法の２〜３倍の大きさである。圧力室の第２領域２
１はハウジング壁部１８に余剰流体排出開口２２を有
し、この余剰流体排出開口２２の下端面が第２領域２１
内における作動媒質流体の液面レベル２３を規定する。
仕切り壁部１９は上記液面レベル２３よりかなり上方の
位置まで立ち上がる。

圧力室の第１領域２０及仕切り壁部１９の上方にほぼ水
平にリブ２４が設けられる。このリブ２４は仕切り壁部
１９の上方端部とともに圧縮作動室１３から隔壁部４の
吐出開口１５を介して流出された作動媒体流を衝突さ
せ、更に水平方向偏向させる。仕切り壁部１９の上端部
の他側面部、すなわち第２領域２１の内面部に斜め上方
に延びるリブ２６が形成されるとともに上記リブ２４に
下方に延びるリブ２５が形成される。該リブ２５は作動
媒体流を下向きに偏向させ、ここで作動媒体流はリブ２
６に衝突し、該リブ２６は作動媒体流を斜め上方に反転
させる。また、リブ２６は作動媒体流から分離した流体
を下方へ通過させるための１つ以上の開口２７を有す
る。このようにしてリブ２５及び２６は圧力室の第２領
域２１に流入した作動媒体流を第１領域２０から隔離
し、気液分離された作動媒質流体の逆戻りが阻止され
る。更に、リブ２６によって上方へ反転された作動媒体
流の一部はリブ２４の先端部に連続して水平状に形成さ
れたリブ２８に衝突し、次いでハウジング壁部１７の上
方部により水平方向に偏向され、吐出パイプ接続部３９
に指向させられる。仕切り壁部１９の上方端部、リブ２
４、２５、２６及び２８並びに圧力室のハウジング壁部
１８は、吐出開口１５から吐出パイプ接続部３９にわた
り作動媒質流体、すなわち圧縮媒体蒸気と空気との混合
流体が流通する折れ曲がり流路を構成し、この折れ曲が
り流路を混合流体が流通する間に効果的に気液分離が行
われる。

水平シャフト９は圧縮機ハウジングの適当な位置、例え
ば両側の円板状壁部２及び４に取り付けることができ
る。

吸込カバー１はその下部で壁部２９により区画されると
ともに穴３１を介して新しい作動媒質流体の供給源（図
示せず）と接続された作動媒質流体の補給室３０を備え
ている。この補給室３０は圧縮作動室１３との隔壁部２
に設けた穴３２を介して連絡される。このようにして所
望量の新しい作動媒質流体が穴３１、供給室３０、穴３
２を介してポンプ圧縮ステージの作動室１３に供給され
る。

上記隔壁部４はその下部に穴３３を有し、ポンプ圧縮作
動時、上述したように圧力室の上方部に形成された折れ
曲がり流路を介して気液分離された作動媒質流体が該圧
力室の第１領域２０から穴３３を介して作動室１３内に
還流可能とされる。また、当該圧縮機が停止した際、圧
力室の第１領域２０及び作動室１３内の作動媒質流体の
液面レベルを平衡させるようになっている。これと同
様、仕切り壁部１９の底部近傍に穴３４が形成され、こ
の穴３４は当該圧縮機が停止した際、圧力室の第１及び
第２領域２０及び２１内の作動媒質流体の液面レベルが
平衡させられるようになっている。

上記構成の圧縮機の作動時、吸込パイプ接続部７から吸
込室６及び吸込開口１０を介してガスが吸込まれ、この
ガスは作動室１３内で圧縮されて吐出開口１５を介し圧
力室の第１領域２０に放出される。このとき、作動室１
３内には、作動媒質流体によりリング状の流体障壁が形
成され、この流体障壁により吐出開口１５から放出され
た圧縮混合流体が仕切り壁部１９の上端部により該吐出
開口１５の前方部に押し戻されて作動室１３内に還流す
るのを阻止する。上記作動媒質流体蒸気と空気との混合
流体が吐出開口１５から流出して仕切り壁部１９の上端
部及びリブ２４の基部に衝突し、これにより上記混合流
体の気液分離が促進される。次いで、仕切り壁部１９の
上端部、リブ２４及び２５より形成された折れ曲がり流
路領域で大まかな気液分離が行われる。続いで、リブ２
６及び２８により形成された折れ曲がり流路領域におい
て更なる気液分離が行われた後、吐出パイプ接続部３９
に到達する。このようにして、作動室１３から吐き出さ
れた作動媒体蒸気と空気との混合流体は、仕切り壁部１
９の上端部、リブ２４、２５、２６及び２８並びに圧力
室ハウジング壁部１８により形成された折れ曲がり流路
を流通する間に有効に気液分離され、空気圧が吐出パイ
プ接続部３９に出力される。

圧力室の第２領域２１に到着した作動媒質流体のうち、
余剰部分は余剰流体排出開口２２を介して排出される。
圧力室内に存在する作動媒質流体の一部は穴３３を介し
て作動室１３に還流する一方、損失した作動媒質流体は
供給室３０から壁部２の底部近傍に設けられた穴３２を
介して新しい作動媒質流体が補給される。

上記圧縮機の停止時、圧力室の第１及び第２領域２０及
び２１及び作動室１３内の作動媒質流体の液面レベルが
穴３３及び３４を介して平衡される。これにより、作動
室１３への再始動に必要な作動媒質流体の供給量を最小
限のものとすることができる一方、余剰の作動媒質流体
をハウジング壁部に設けられた余剰流体排出開口２２を
介して外部に排出することができる。

本発明は図示の装置に限定されるものではなく、専門家
の知識に従って変形が可能である。例えば、多段型圧縮
機における最終段の圧縮ステージとして図示の圧縮ステ
ージを設けることができる。更に本発明は吸込室及び圧
力室を圧縮機ハウジングの同一側部分に形成するととも
に吸込及び吐出パイプ接続部をポンプ圧縮ステージの軸
方向における同一側部に配置した構造のものに適用する
ことができる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機ハウジング（１、２、３、４、５）
   の作動室（１３）内で水平シャフト（９）に回転可能に
   支持された羽根車（１２）、上記作動室（１３）の出力
   側に隔壁部（４）を介して隣接して設けた圧力室、上記
   作動室（１３）の入力側頂部に設けられた吸引パイプ接
   続部（７）、及び上記圧力室の出力側頂部に設けた吐出
   パイプ接続部（３９）を有する、液封圧縮機において、 上記圧力室内に底部から上方に少なくとも作動室（１
   ３）と圧力室との隔壁部（４）に設けられた吐出開口
   （１５）と略同一高さ位置まで起立する仕切り壁部（１
   ９）を介して該圧力室を第１領域（２０）と第２領域
   （２１）に区分し、上記圧力室の第１領域（２０）と第
   ２領域（２１）との上方部を互いに連絡するとともに上
   記仕切り壁部（１９）の上端部、複数のリブ部材（２
   ４、２５、２６、２８）及び圧力室ハウジング壁部（１
   ８）を介して上記隔壁（４）の吐出開口（１５）から吐
   出パイプ接続部（３９）にわたり気液分離用の折れ曲が
   り流路を形成し、 上記圧力室の第２領域（２１）の壁部（１８）に上記折
   れ曲がり流路より下方の位置に余剰流体排出開口（２
   ２）を設け、これにより上記作動室（１３）から吐き出
   される作動媒質流体蒸気と空気との混合流体を、上記折
   れ曲がり流路を流通させることにより気液分離せしめる
   ことを特徴とする、液封圧縮機。
2. 【請求項２】余剰流体排出開口（２２）が水平シャフト
   （９）と略同一高さ位置に配置された、第１項記載の液
   封圧縮機。
3. 【請求項３】圧縮作動室（１３）と圧力室との隔壁部
   （４）及び仕切り壁部（１９）の底部近傍に流体連絡用
   の穴（３３）を設けて該作動室（１３）及び圧力室間を
   流体連絡した、第１項又は第２項記載の液封圧縮機。
4. 【請求項４】仕切り壁部（１９）の底部近傍に少なくと
   も１つの穴（３４）を設けて圧力室の第１領域（２０）
   及び第２領域（２１）間を流体連絡した、第１項〜第３
   項のいずれかに記載の液封圧縮機。