JPH1054384A - ロータリーコンプレッサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の欠点を直し、長期間に渡って耐久力が
あり、なお油分の無い圧縮流体を発生させる水注入ロー
タリーコンプレッサを比較的低価格で提供する。 【解決手段】 ロータリーコンプレッサは、液体潤滑剤
で潤滑される軸受４によって圧縮室１に回転可能に搭載
された少なくても一つのロータ２と、圧縮室１内におい
てロータ２に水を注入する手段１３、１５、１６とから
構成されており、軸受４の液体潤滑剤は水と混和するポ
リアルキレングリコールをベースにした液体であること
を特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体潤滑剤で潤滑
される軸受によって圧縮室内に回転可能に搭載された少
なくても一つのロータと、圧縮室内のロータ上に水を注
入する手段とから構成されたロータリーコンプレッサに
関する。

【０００２】

【従来の技術】ロータリーコンプレッサ、特にロータと
して２つのスクリューを備えたスクリューコンプレッサ
は、それらが優れた出力や高い信頼性を得ているためよ
く使用されている。それらは、ほとんど脈動の無い圧縮
空気を与えてくれ、またほとんど保守を必要としない。

【０００３】もし、油分の無い圧縮空気がなんら必要と
されないならば、より高価な乾燥回転コンプレッサより
も油注入コンプレッサが主に好適とされている。

【０００４】それらの乾燥回転コンプレッサは、軸受の
みにまた結局は歯車箱にも潤滑剤として油を使用してい
る。もしコンプレッサ室が、軸受から圧縮スペースへの
油漏れを回避するように注意深くシールされ、複雑で高
価なシーリングを必要とするのであれば、それら後者の
コンプレッサのみが油分の無い圧縮空気を提供できるも
のである。

【０００５】油注入コンプレッサを使用することによ
り、油が圧縮室に注入されそしてそれによって油は作動
部品の必要な潤滑剤として作用し、且つ冷却剤としての
働きをし、また薄い油層はロータ間やまた圧縮室壁とロ
ータとの間に液体シールを構築する。そうすることで、
圧縮空気の逆流が低減され、出力が増大され、作動温度
が低減されて熱力学的効率に利することになる。

【０００６】

【発明が解決しようとしている課題】これら公知の油注
入コンプレッサの欠点は、しかしながら圧縮空気に微量
の油が存在している点である。

【０００７】油汚染は油分離器やフィルターによって部
分的に低減はされるが、しかし、きれいな空気は複雑な
瀘過システムを使うことによってのみ得られる。

【０００８】フィルターや特に上記複雑な瀘過システム
は、高価であり、頻繁な保守作業が必要で、エネルギー
を浪費し信頼性が低く、圧力損失を起こす。

【０００９】実際には、上記油注入コンプレッサを使用
し、経済的に受け入れ可能な方法で、全く油分の無い圧
縮空気を得ることは困難である。

【００１０】従って、油以外の代替潤滑手段が探求され
ている。

【００１１】圧縮室に注入される油をシリコンで代用す
ること、より具体的にはポリジメチルシロキサンを使う
ことは知られている。

【００１２】それでも、これらの物質は油の特性を有
し、水には溶けない。圧縮空気から極めて僅かなシリコ
ンを除去するのは、上記油注入コンプレッサに存在する
困難さと同様な困難性があり、同様に複雑な瀘過システ
ムを必要とし、結果的にシリコンの無い圧縮空気を経済
的に受け入れ可能な方法で得ることはできない。

【００１３】或る用途では、ポリシロキサン分子のかな
り高い表面活性により圧縮空気がシリコンを含むことは
全く許されない。その表面活性によって、たとえ最小限
のシリコンであってもそれによって汚染された圧縮空気
と共にスプレーされるペンキやラッカーの層の質や密着
性は低下される。

【００１４】エチレン等の炭化水素の圧縮に使用される
コンプレッサでは、油と混合されるポリアルキレングリ
コールから成る液体潤滑剤が既に使用されている。

【００１５】しかし、これらグリコールにおける炭化水
素の溶融性は、鉱油における場合よりも非常に小さい。
鉱油における炭化水素の溶融によって、粘度は低減され
て、不十分な潤滑と時期尚早の摩滅を引き起こすことに
なる。

【００１６】ポリアルキレングリコールは、このような
欠点を示さないが、依然油性液体と考えられている。

【００１７】そのようなグリコールは、エアーコンプレ
ッサ用液体潤滑剤としてテストされた。それらの費用価
格を考慮しても、また非常に多くの用途に対しても、圧
縮空気中の極く僅かな量もちょうど極く僅かな油と同様
に許容され得ないために、エアーコンプレッサでのそれ
らの使用は最早展開されなくなった。

【００１８】油分の無い空気を生成する試みとして、水
が圧縮室に注入され、それによって油が軸受や歯車箱の
潤滑のみに使用されるコンプレッサが開発された。

【００１９】しかし、そのようなコンプレッサでは、圧
縮室と軸受と歯車箱との間に信頼性の高い複雑なシーリ
ングを設ける必要があり、費用価格を高めることにな
る。通常の簡単なシーリングは、圧縮室での油漏れで圧
縮空気の質を低下させ、軸受やあるいは歯車箱内でも発
生しうる水漏れは潤滑に有害で腐蝕を起こし、軸受やあ
るいは歯車も寿命を縮めることになるために使用できな
い。

【００２０】勿論、軸受や歯車は、特殊合金鋼やセラミ
ック材のような非腐蝕性高性能材から造られうる。その
ような材料の使用は、腐蝕の問題を解決するが、しかし
良好な摩擦学的機能システムを得るには適当な解決には
ならない。更に、そのようなコンプレッサの費用価格
は、相当なものである。

【００２１】本発明の目的は、それらの欠点を直し、長
期間に渡って耐久力があり、なお油分の無い圧縮流体を
生成させる水注入ロータリーコンプレッサを比較的低価
格で提供するものである。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明のこの目的は、軸
受用液体潤滑剤として水と混和可能なポリアルキレング
リコールをベースにした液体を使用することで実現され
る。

【００２３】ポリアルキレングリコール中への僅かな水
の漏れは、潤滑に有害にならずに許容され得ることと考
えられるので、コンプレッサには比較的簡単で結果的に
安価なシーリングが装備され得ることになる。

【００２４】好ましくは、液体潤滑剤は、少なくても６
８重量％、好ましくは８０重量％の水混和の可能なポリ
アルキレングリコールから構成される。

【００２５】ポリアルキレングリコールは、最大３０重
量％にも達する水と少量の添加剤とから構成される。

【００２６】ポリアルキレングリコールの巨大分子の残
りは、次に記すベース剤、即ちプロピレンオキシド、ブ
チレンオキシド、長連鎖の１、２アルキレンオキシド及
びテトラヒドロフランの一つ以上から誘導されたアルキ
ルエーテル基から構成される。

【００２７】好ましくは、ポリアルキレングリコール
は、巨大分子内においてベース剤としてのエチレンオキ
シドから誘導された少なくても４０モル％のエチレンエ
ーテル基を含んでいる。

【００２８】本発明の特定の実施例では、コンプレッサ
は、ポンプが搭載されているポリアルキレングリコール
の液体潤滑剤用の閉別回路を有している。

【００２９】好ましくは、ポリアルキレングリコールか
ら蓄積水を除去する手段がその回路に接続される。

【００３０】

【発明の実施の形態】本発明の特性を証明するために、
一例として、なんら制約を加えること無しに、本発明の
コンプレッサの断面の略図を示している添付図面を参照
にしながら、本発明に係るロータリーコンプレッサの好
適な実施例を以下に示す。

【００３１】図示のコンプレッサは、軸３を備えた２つ
の共同作動するロータ２が軸受４によって据え付けられ
ている圧縮室１から構成されている。

【００３２】軸３の中の一本は、その端部で駆動され
る。これは、例えば電動モータの軸６に連結された歯車
伝達装置５によって実施される。駆動されたロータ２
は、他方のロータ２を駆動する。

【００３３】軸受４は、圧縮室１の端壁８内に据え付け
られており、また歯車伝達装置５は、端壁８に連結され
たり又は端壁８内で一体化された歯車箱９内に据え付け
られている。端壁内では、軸受４とロータ２との間にお
いてシーリング１０が軸３の周りに嵌合されている。

【００３４】圧縮室１は、水分離器１２に流入する水と
空気との混合物の出口パイプ１１に接続されている。空
気は更に導管１３を介して導かれ、これによって分離水
は、冷却エレメント１５とフィルター１６と制限エレメ
ント１７とを備えた導管１４を経てロータ２間において
圧縮室１内に注入され戻される。

【００３５】圧縮室１内におけるロータ２の潤滑、シー
リング及び冷却は注入水によって実施されるが、軸受４
と歯車伝達装置５の潤滑は、ポリアルキレングリコール
によって行われる。ポリアルキレングリコールは、水と
混和可能で、出発剤としてのエチレンオキシドから誘導
された少なくても４０モル％のエチレンエーテル基を巨
大分子で含有している。

【００３６】巨大分子の残りは、好ましくは出発剤とし
てのプロピレンオキシド、ブチレンオキシド、長連鎖の
１、２アルキレンオキシド又はテトラヒドロフランから
誘導された他のアルキルエーテル基によって形成され
る。

【００３７】軸受４と歯車伝達装置５の液体潤滑剤は、
圧縮室１内のロータ２上の導管１４を経て注入された水
と混和可能なので、シーリング１０からのある程度まで
の漏れは容認され、結局シーリングは簡単な公知のもの
でよいことになる。

【００３８】シーリングとして、例えば簡単な非接触ラ
ビリンスシーリングが使用される。コンプレッサは、軸
受４と歯車伝達装置５の潤滑のためのポリアルキレング
リコール用の別の閉回路から構成されており、後者の回
路は軸受４及び歯車箱９を備えた空間２０に圧縮室１の
両側で接続した導管１８、１９と、これら導管１８、１
９が接続した供給タンク２１と、供給タンク２１から上
記空間２０へ戻り且つポンプ２３と圧力調整器２４、冷
却エレメント２５、フィルター２６が搭載されている供
給導管２２とから構成されている。

【００３９】上記閉回路には、このポリアルキレングリ
コール内の潤滑に有害なかなりの量の水の蓄積を回避す
るようにポリアルキレングリコールから水を分離するた
めに装置２７が用意されている。水は、熱手段又は真空
下で、又は他の方法で除去される。この装置２７は、例
えば蒸発器や半透過膜や吸着装置やこれらの組合せとす
ることができる。分離水は、導管２８で除去される。

【００４０】圧縮室１から軸受４に達するシーリング１
０からの水漏れが起こり得るが、これはポリアルキレン
グリコールの巨大分子によって結合され、かくして分離
水の相の形成を回避する。

【００４１】水和されたポリアルキレングリコールは、
その基本的特徴を広範囲に渡って保持する。

【００４２】このポリアルキレングリコールは、許容し
がたい程の潤滑特性を失うこと無しに１０重量％まで
も、或る場合には２０重量％又は３０重量％も水を吸収
できる。

【００４３】結果的に、得られた圧縮空気は、全体とし
てポリアルキレングリコールを含んでいない。

【００４４】使用されるポリアルキレングリコールは、
好ましいことには生物分解される。液体潤滑剤として適
当なポリアルキレングリコールは、巨大分子で４０モル
％以上のエチレンエーテル基を有したポリアルキレング
リコールである。エチレンエーテル基が多ければ多い
程、生物分解性が良くなる。

【００４５】１つ以上の添加剤が、これらポリアルキレ
ングリコール基に加えられる。防蝕添加剤は、高温度の
空気中の酸素から生ずる腐蝕に対して保護できるもので
ある。リン酸エステルのような充填添加剤は、負荷支承
能力を増大するばかりでなく、粘度／圧力の係数を高
め、金属部品の摩滅を低減する。

【００４６】水と混和可能なポリアルキレングリコール
は、エチレンオキシドやプロピレンオキシド、ブチレン
オキシド、長連鎖の１、２アルキレンオキシド、テトラ
ヒドロフラン等の石油化学品ベースの分子のアルカリ触
媒作用を受けた重付加によって主として得られるもので
ある。ベースの分子は、エーテル基によつて結合されて
おり、ホモポリマー又は共重合体を形成する。

【００４７】水に溶解する次のグループのポリアルキレ
ングリコールが好ましい。

【００４８】１．− エチレンオキシドとは別の化学構
造の単一の出発剤によって変成されたポリエチレングリ
コール。

【００４９】そのようなポリエチレングリコールとして
は、例えば、エチレンエーテル基以外に単一のプロピレ
ンエーテル基を各巨大分子で含有しているヘキスト（Ｈ
ＯＥＣＨＳＴ）からのＰＲ類がある。同様なグリコール
は、グレードＷＡ−３２とＷＡ−４１のＴＥＲＲＡＬＯ
Ｘの商品名でダウケミカル（ＤＯＷ ＣＨＥＭＩＫＡＬ
Ｓ）によって販売されている。

【００５０】これらのグリコールは、早く生物学的に分
解される。例えばヘキストからのタイプＰＲ６００は、
スプライン軸テストに依れば、２８時間以内に８６％生
物分解される。

【００５１】これらグリコールは、大部分プロピレンオ
キシド又はブタノールとの重付加反応を開始することに
よって、しかし更には、エチレンオキシドと巨大分子と
の形成を開始することによって得られる。これらのグリ
コールは、良好な潤滑特性と大きな負荷支承能力を持っ
ており、早く生物分解される。非変成ポリエチレングリ
コールに関しては通常０℃を越す流動点は、単一のプロ
ピレンエーテル基で変成されたポリエチレングリコール
に関しては−１０と−５０℃の間に置かれ、低温度での
コンプレッサの始動を容易にし、より液圧損失を低減す
る。

【００５２】抗酸化剤、抗腐蝕手段及び結果的に他の添
加剤を含んでいる上記ポリエチレングリコールをベース
にした液圧用液体は、ヘキストから商標ＧＥＮＯＤＹＮ
（グレード１７９１と１８０２）で、またＵＫ鉱油工場
のベンツエル＆ワイドマン社から商標ＵＫＡＤＯＬで、
更にカーバイド社から商標ＦＤＣ３００−ＦＤＣ４００
で販売されている。

【００５３】２．− エチレンオキシドとプロピレンオ
キシドからの少なくても４０モル％のエチレンエーテル
基を含有した共重合体。

【００５４】そのようなポリアルキレングリコールは、
例えば約５０モル％エチレンオキシドと５０モル％プロ
ピレンオキシドを含んだヘキストからのＢ１１類のもの
である。これらグリコールは、大きな負荷支承能力を有
するが、限定的な生物分解力しかない。

【００５５】３．− エチレンオキシドと他のアルキレ
ンオキシドからの少なくても４０モル％のエチレンエー
テル基を含んだ共重合体。

【００５６】ブタノールで開始されるそのようなグリコ
ールは、ＳＹＮＡＬＯＸ５０−５０Ｂ（５０モル％のエ
チレンオキシド基を有する）の名で、またＳＹＮＡＬＯ
Ｘ２５−５０Ｂ（７５％のエチレンオキシド基を有す
る）の名でダウケミカルから販売されている。それに似
たグリコールは、エチレンオキシドとフランとの又は長
連鎖のアルキル１、２エポキシとの共重合によって得ら
れる。

【００５７】４．− 比較的小さい分子量の非変成ポリ
エチレングリコール。

【００５８】分子量が６００に及ぶそのようなグリコー
ルは、添加剤の添加で改善もされる所望の粘度と良好な
負荷支承能力を有している。それらは無毒かほとんど毒
が無く、早く生物分解される。それらの流動点は、かな
り高く、凝固点以下では用途が制約されることになる。

【００５９】４０モル％以上のエチレンオキシド基を含
んだポリアルキレングリコールの水溶性能は、水素結合
を活性化させる水分子への−ＣＨ₂ Ｏ−のエーテル結合
の酸素の接近性いかんによって説明される。水とエーテ
ル酸素の自由電子対との間のこれらの水素結合は、水に
混和可能な水和巨大分子を生成する。

【００６０】プロピレングリコールと７５モル％以上の
プロピレンオキシド基を有した共重合体の場合、大きな
メチル基は、水素結合を排除する水分子への立体的バー
を形成し、また巨大分子は、エチレンオキシド結合が存
在している箇所で水和されるにすぎない。

【００６１】巨大メチル基の熱運動は、温度上昇と共に
活発になることを考えると、エチレンオキシドとポリエ
チレンオキシドの共重合体のポリアルキレングリコール
分子への水分子の結合は、高温になるに従って弱くな
り、水和巨大分子からの水分子の損失が生じる。一定の
温度では、巨大分子の水和度合の低下は、水への溶融限
度に到達し且つ目に見える可逆転可能な位相分離が生じ
るような程度となっている。

【００６２】或る所定の温度では、ポリアルキレングリ
コールの粘度は、主として分子量に依存している。粘度
指数である粘度の温度への依存性は、鉱油に関するもの
よりも低く、例えば１００と２５０との間にある。

【００６３】ポリアルキレングリコールは巨大分子から
つくられているので、蒸気圧はほとんど存在していな
い。ロータリースクリューコンプレッサが作動する温度
域（５０〜１００℃）では、ポリアルキレングリコール
の大部分は、揮発性成分が何ら発生されることが無いよ
うに安定している。高パーセントのエチレンオキシド基
やテトラヒドロフランを有したそのようなグリコール
は、１００℃以上でもなお安定している。立体障害のフ
ェノールやフェナセチン等の抗酸化剤の添加によって熱
的安定性が高められる。

【００６４】永続接触下のポリアルキレングリコール
は、上部層又はエラストマに影響を与えるので、エポキ
シ樹脂等の熱硬化性ポリマー又はヘキストからのＶＥＴ
ＲＯＤＵＲのような熱硬化性の市販塗料や、ブタジェン
アクリルニトリル、ポリエチレン／ポリプロピレン及び
シリコンのグループからのエラストマーをベースにした
上部層を使用するのが望ましい。

【００６５】超高圧下の液体潤滑剤の負荷支承能力を表
示している粘度／圧力の係数は、通常鉱油に関するもの
よりも低い。しかし、ポリアルキレングリコールが摩滅
に対して適当な金属保護を保障するには、その負荷支承
能力は十分に大きい。エチレンオキシド及びプロピレン
オキシドの重合に基づいたポリアルキレングリコールの
負荷支承能力は、エチレンオキシドの量に応じて増大さ
れる。テトラヒドロフランや長連鎖の１、２エポキシド
をベースにしたそれらに類似したグリコールも大きい負
荷支承能力を有している。

【００６６】負荷支承能力は、燐酸エステル等の添加剤
の添加によっても増大される。

【００６７】軸受４や歯車伝達装置５の流体潤滑剤とし
て水と混合可能なポリアルキレングリコールを使用して
いるので、上述のような水注入ロータリーコンプレッサ
は、シーリング１０として例えば特に長時間耐久性のあ
る非接触式シーリング等の簡単なシーリングが使用され
るので、その構造に関しては安価である。

【００６８】使用されるポリアルキレングリコールの大
部分は、無毒かほとんど毒がなく、好適なグリコールは
早く生物分解される。そのようなポリアルキレングリコ
ールによって事故で汚染された注入水は、鉱油で汚染さ
れた水とは反対に問題無く排出される。

【００６９】万が一水と混和可能なポリアルキレングリ
コールが自然に排出されるようなことがあれば、水の寿
命に有害となりうる別の表面層が水面上に形成されるこ
とが無い。更に好適なグリコールとは、早く生物学的に
分解されるものである。

【００７０】本発明は、上述の図示のような実施例に限
定されるものでなく、それに類似したロータリーコンプ
レッサが本発明の技術的範囲に入る別の変形例としても
実現され得る。

【００７１】特にコンプレッサは、スクリューコンプレ
ッサである必要がない。

【００７２】ロータ駆動は、必ずしも歯車伝達装置によ
って行われる必要がない。

【００７３】コンプレッサの使用中に、ポリアルキレン
グリコール中に３０重量％までも存在し得る水分は、こ
のポリアルキレングリコールに溶融されることが上述の
ことから明らかである。従って、特に蓄積水の分離器が
存在していても、例えば２０重量％も水分量が既に存在
しているポリアルキレングリコールで始動することは可
能である。

【００７４】この分離器は、上述のようにポリアルキレ
ングリコールの閉回路に必ずしも搭載される必要はな
く、他のどこでも搭載されうる。

【００７５】本発明は、空気圧力を発生させるコンプレ
ッサに適用されるだけではない。本コンプレッサは、他
のガス流体が水や使用済み液体潤滑剤と相溶性がある限
り、その他のガス流体にも使用され得ることは明らかで
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るロータリーコンプレッサの一実施
例を示している。

【符号の説明】 １ 圧縮室 ２ ロータ ４ 軸受 １３ 注水手段 １５ 注水手段 １６ 注水手段 １８〜２８ 閉別回路 ２３ ポンプ ２７ 水分離装置

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体潤滑剤で潤滑される軸受（４）によ
   って圧縮室（１）に回転可能に搭載された少なくても一
   つのロータ（２）と、圧縮室（１）においてロータ
   （２）上に水を注入する手段（１３、１５、１６）とか
   ら構成されたロータリーコンプレッサにおいて、軸受
   （４）の液体潤滑剤は、水と混和可能なポリアルキレン
   グリコールをベースにした液体であることを特徴とする
   ロータリーコンプレッサ。
2. 【請求項２】 液体潤滑剤は、水と混和可能な少なくて
   も６８重量％のポリアルキレングリコールを含んでいる
   ことを特徴とする請求項１記載のコンプレッサ。
3. 【請求項３】 液体潤滑剤は、水と混和可能な少なくて
   も８０重量％のポリアルキレングリコールを含んでいる
   ことを特徴とする請求項２記載のコンプレッサ。
4. 【請求項４】 水と混和可能なポリアルキレングリコー
   ルは、巨大分子の出発剤としてのエチレンオキシドから
   誘導された少なくても４０モル％のエチレンエーテル基
   を含んでいることを特徴とする上記全ての請求項のいず
   れか一つに記載のコンプレッサ。
5. 【請求項５】 ポリアルキレングリコールの巨大分子の
   残りは、次に記した出発剤、即ちプロピレンオキシド、
   ブチレンオキシド、長連鎖の１、２アルキレンオキシド
   及びテトラヒドロフランの一つ以上から誘導されたアル
   キルエーテル基から構成されていることを特徴とする請
   求項４記載のコンプレッサ。
6. 【請求項６】 軸受（４）の液体潤滑剤は、エチレンオ
   キシド以外の化学構造の単一の出発分子によって変成さ
   れたポリエチレングリコールであることを特徴とする上
   記請求項のいずれか一つに記載のコンプレッサ。
7. 【請求項７】 軸受（４）の液体潤滑剤は、６００より
   低い分子量の非変成ポリエチレングリコールであること
   を特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載のコ
   ンプレッサ。
8. 【請求項８】 ポンプ（２３）が搭載されているポリエ
   チレングリコール液体潤滑剤用閉別回路（１８〜２８）
   を有していることを特徴とする上記全ての請求項のいず
   れか一つに記載のコンプレッサ。
9. 【請求項９】 回路（１８〜２８）は、ポリアルキレン
   グリコールから水分を分離する装置（２７）を有してい
   ることを特徴とする請求項８記載のコンプレッサ。