Compressor having a capacity control device

本発明は、
入口管と出口管とが接続されたローター室、
前記出口管に取りつけられた溜め、
前記入口管に取りつけられた入口弁を有する圧力調節システム、
前記入口弁に接続され、シリンダー内を動くことのできるピストン、
前記入口弁を迂回するブリッジであって、前記入口管と前記ローター室との間に、順次に、気体流制限器と前記ローター室内への気体の流入のみを許容する逆止め弁とが取りつけられたブリッジ、
前記溜めを、前記気体流制限器と前記逆止め弁との間に配置された前記ブリッジの部分に接続する気体管、
前記気体管に取りつけられた逃がし弁、
を有する圧縮機要素を持つ圧縮機、
に関する。

ある種のパラメータ、たとえば動作圧、温度、漏れ、送出量、その他に応じて、またはそれぞれの圧縮空気ネットワークおよび管の長さに応じて、あるいはまた用途の種類その他に応じて、ある種の圧縮機要素は、最悪の条件下での総消費量に合うように選択しなければならない。

しかし、実際には、前記パラメータのうちいくつかのものは変動する。 圧縮空気の消費量が製造量よりも小さい場合には、管内の圧力は上昇する。 動作圧が管のネットワークに加わると、圧縮空気の製造は停止され、許容できない大きな圧力が発生するのが防がれる。 しばらくして、漏れ、消費、その他によって管内の圧力がふたたび低下すると、用途に応じて、圧力をふたたび上昇させて、動作圧が許容限界よりも低くなるのを防がなければならない。

ローターを有する圧縮機たとえばスクリュー式圧縮機の場合、冒頭に述べた圧力調節システム(負荷と逃がし(load and relief)のシステムとも呼ばれる)が、もっとも多く使用されている調節システムの一つであって、これは最小のエネルギー損失で0~100%の圧縮空気の製造を可能にする。

そのような圧縮機の場合、圧縮空気の消費量の変動が、入口弁の開閉および溜めの圧力逃がしによって調節される。

動作圧があるレベルに達すると、すぐに圧力調節システムは圧縮機要素の入口弁が確実に閉じられるようにする。 そのようにして、流入空気の供給量が0%に減少させられ、圧縮機要素が無負荷回転される。 出口管における空気供給、特に、通常出口管に取りつけられている溜めにおける空気供給は、停止される。 入口弁が閉じられると同時に、圧力調節システムは、圧縮機要素の駆動装置が確実にある時間だけ作動し続けるようにするタイムスイッチを作動させる。

この時間の経過後、何らかの圧力変化が起こらないと、圧力調節システムは駆動装置に停止するように命令する。 しかし、前記時間の経過後、圧力変化が起こると、圧縮機要素は作動し続け、圧力調節システムは入口弁にふたたび開くように命令して、圧力がふたたび上昇しうるようにする。

駆動装置が停止したときに出口管内の圧力レベルが低すぎると、圧力調節システムは圧縮機要素に始動するように命令し、入口弁が開く。

前記タイプの公知の圧縮機の場合、圧力調節システムはシリンダー内に取りつけられた強力なばねを有し、該ばねは入口弁と反対側のピストンの面を押し、一方、ピストンの他の側にあるシリンダー室は電磁制御弁を備えた制御ラインによって溜めに接続されている。

ローターが初期始動の際に駆動されるとき、制御弁は作動せず、溜め内の圧力は大気圧に近い。 気体管の逃がし弁は開いており、ピストンに対するばねの作用により、入口弁は閉じている。 ローター室内に発生する負圧(underpressure)により、溜め内の圧力上昇をもたらすのに十分な小さな空気流がブリッジにより入口管から気体流制限器および逆止め弁を通過してローター室に流れる。

連続空気流が、ブリッジ、ローター室、溜め、および上昇圧力によって開かれた空気圧逃がし弁に生成され、ふたたびブリッジに戻る。 駆動装置が全負荷で運転する準備が整うと、制御弁が作動し、その結果、逃がし弁が閉鎖位置に戻り、それと同時にシリンダー内のピストン上方のスペースの圧力が上昇して、ばね力に打ち克ち、入口弁が開放される。 すると、圧縮空気の製造量は100%に達する。

必要量よりも多い圧縮空気が製造され、また溜め内の設定圧力が最大である場合、電磁制御弁の動作が停止し、その結果、この弁はふたたび閉じられる。 ピストン上方のスペースが制御弁によって大気に連絡され、逃がし弁がふたたび開放される。 その結果、入口弁がばねの作用下でふたたび閉じて、溜めが逃がし弁、気体管、およびブリッジによって排気される。

この排気のあと、圧力は無負荷運転のための圧力に安定する。 この圧力はローターに潤滑液を噴射するのに十分なものである。 少量の空気が入口弁を迂回し、ブリッジと逆止め弁を通ってローター室内に吸い込まれる。 圧縮空気の製造量は最小値まで減少し、圧縮機は無負荷で回転する。

入口弁内には強力なばねがあるので、特別の注意が必要である。 このばねのために、入口弁の取りつけと取りはずしには、危険がともないうる。 また、このばねのため、この入口弁は割合に高価である。 この入口弁のばね圧を解除できるようにするためには、大きな流路(passage)直径を有する高価な電磁制御弁が必要である。

逃がし弁と入口弁とが同時に制御されると、ときどき故障が起こる。

本発明の目的は、前記欠点を有さず、したがって割合に安価で、入口弁の簡単な取りつけと取りはずしができ、また信頼性の高い入口弁制御ができる圧縮機を提供することである。

本発明によれば、この目的は、
ピストンが、シリンダーを二つの閉じたシリンダー室に分割する複動ピストンであり、
入口弁と反対側のシリンダー室が、管によって、入口弁の近くのローター室の部分に接続されており、
ピストンの別の側のシリンダー室が、管によって、入口弁の近くのローター室の部分と逆止め弁とに接続されている、
ことを特徴とする圧縮機、
によって達成される。

この場合、ピストンに及ぼされるばねの作用はない。

入口弁と反対側のシリンダー室を、入口弁の近くのローター室の部分に接続する管自身が、ピストンと入口弁との間の連結棒となり、該連結棒は、たとえば、全長にわたってダクトを備えた心棒から成るようにすることができる。

この場合、逃がし弁は、公知の圧力調節システムにおけるように、溜めに直接接続された管、やはり前記溜めに接続された好ましくは電磁制御弁を有する制御ライン、およびばねによって制御される空気弁とすることができる。

以下、本発明の特徴をさらに十分に説明するために、添付の図面を参照しつつ、本発明による圧縮機の好ましい実施形態について、述べる。 これは単なる例であり、いかなる意味でも本発明を限定するものではない。

図１に模式的に示す圧縮機は、スクリュー式圧縮機であり、該圧縮機は、主として、一方で入口管3が接続され、他方で出口管4が接続されたローター室2を備えた圧縮機要素1から成り、また該圧縮機には、モーター6によって駆動され、協働する二つのスクリューローター5、出口管に取りつけられた溜め7、および圧力調節システム8が取りつけてある。

図２および３にも示すように、圧力調節システム8は弁要素10を有する入口弁9を有し、該弁要素は弁ハウジング12内の弁座11と協働する。

ローター室は、入口管3がローター室2に開口するところに、突き出た入口室13を有し、該室内においては、弁要素10は開放位置にある。

入口弁9は、ブリッジ14によって迂回され(bridge)、該ブリッジには、入口弁3と入口室13との間に、順次に、気体流制限器15と入口室13内への気体の流入のみを許容する逆止め弁16とが備えられている。

気体流制限器15と逆止め弁16との間にあるブリッジ14の部分は、気体管17によって溜め7に接続されている。 この気体管17には、開放位置と閉鎖位置とを有する空気圧逃がし弁18が取りつけられている。

逃がし弁18は、制御ライン20に配置された電磁制御弁19によって制御される。 制御ライン20は、溜め7に接続され、あるいは、図１に示すように、この溜め7と逃がし弁18との間で、一方では気体管17に接続され、他方では、逃がし弁18の一端に接続されている。 該端には、ばね21も作用している。 溜め7に接続され、あるいは、逃がし弁18と前記溜め7との間にある気体管17の部分に、管22によって接続されている、制御ライン20の他端では、圧力が溜め7に作用している。

制御弁19は、一つの位置において、制御ライン20を開放し、他の位置において、溜め7の側の前記制御ライン20を遮断する。 後者の場合、制御弁は制御ラインを逃がし弁18の側の大気に接続する。

圧力調節システム8は、さらに、複動ピストン23をも有し、該ピストンは、シリンダー24内を動くことができ、またシリンダー24を二つの閉じたシリンダー室25と26に分割する。 ピストン23は、心棒27によって入口弁9の弁要素10に連結されており、したがってピストン23と弁要素10とは一緒に動く。

ピストン23の入口弁9から遠い側、或いは入口弁９と反対側、のシリンダー室25は、管28によって入口室13に接続されており、他のシリンダー室26は、管29によって、逆止め弁16と気体流制限器15との前にあるブリッジ14の部分に接続されている。 あるいは、図１に示すように、逆止め弁16によって、ブリッジ14のこの部分に接続されている気体管17の部分に接続されている。

この圧縮機が初期始動するとき、溜め7内の圧力は大気圧に近い。 制御弁19は作動しておらず、また逃がし弁18に接続されている制御ライン20の部分は大気に接続されているので、ばね21の作用下で、逃がし弁は閉じていて、気体管17を遮断している。

モーター6は簡単にその最大速度に到達しなければならない。 小さな空気流が、入口管3からブリッジ14を通ってローター室2に流入し、この空気流は、溜め7内の圧力の上昇に十分なものである。

管22によって逃がし弁18に作用する、上昇しつつある溜め7の圧力により、ばね21の作用が打ち消され、図2に示すように、逃がし弁18がその開放位置に動く。

逃がし弁18が開放されると、溜め7内の上昇圧力は、シリンダー室26にも作用し、その結果、ピストン23はその最上部位置に保たれ、したがって入口弁9が閉じたままになる。 入口室13には負圧が作用し、その結果、弁要素10が引っぱられて開放されることになりそうであるが、この力は、同じ負圧が管28によってシリンダー室25内に作用しているので相殺される。 弁要素10の直径とピストン23の直径とは、これらに作用する減圧による力(vacuum force)が互いに相殺されるように選択される。

溜め7から、開いた逃がし弁18とブリッジ14と圧縮機要素1を通り、溜め7に戻る連続空気流が存在する。

モーター6において全負荷に対する準備ができると、電磁制御弁19が作動し、その結果、図３に示すように、制御ライン20が開放される。

すると、溜め7の圧力は、一方では、制御ライン20によって、他方では、管22によって、逃がし弁18に作用し、やはり図３に示すように、ばね21が逃がし弁18を押して閉鎖位置に来るようにする。

その結果、もはや前記逃がし弁18および気体管17による溜め7の排気はなされない。 シリンダー室26はもはや溜め7には接続されておらず、ブリッジ14により入口室13に接続される。 このとき、入口室13には負圧が作用しているが、同じ負圧は管28によりシリンダー室25にも作用している。 減圧による力によって弁要素10は引かれて開放位置に来る。 ピストン23および弁要素10に作用する力により、入口弁9を開放する力が与えられる。

圧縮機は全負荷で動作し、圧縮空気製造は100%となる。

圧縮空気の製造が必要量を越えると、溜め7内の圧力が上昇し、この圧力が特定値に達すると、ただちに圧力調節システムが制御弁19の作動を停止させ、したがって、制御弁19はふたたび制御ライン20を遮断して、逃がし弁18に接続している該ラインの部分を大気に接続する。

その結果、始動のときのように、逃がし弁18はその開放位置に移動し、入口弁9はふたたび閉じた状態になる。 すなわち、図２に示すような状態がふたたび出現する。

溜め7は、気体管17により、開放された逃がし弁18およびブリッジ14を通り、また一部入口管3の気体流制限器15を通り、また一部入口室13の逆止め弁16を通って排気される。

この排気のあと、圧力は無負荷運転のための圧力に安定し、この圧力はローターに潤滑液を噴射するのに十分なものである。

圧縮機は、ふたたび、ブリッジ14を通じて少量の空気を吸入するだけでなく、この量の空気が気体管17を通じてブリッジ14に戻る。 このようにして、圧縮機は、圧縮空気を送出することなく、無負荷運転し続ける。

あらかじめプログラムされた時間のあと、溜め7の圧力が圧力調節システム8によって測定され、圧力低下がない場合には、モーター6が停止される。

空気減少のために、溜め7に圧力低下がある場合には、モーター6はそのまま運転され、圧力調節システム8が制御弁19を作動させ、前述のようにして、入口弁9が開いた、図３に示すような状態がふたたび出現する。

前記圧力調節システム8の使用により、小さな流路を有する安価な電磁制御弁19を使用することができ、逃がし弁18はより信頼性が高まる。 というのは、制御弁19を通る空気流は、前記逃がし弁18のみを制御するだけで良く、シリンダー24内のピストン23を制御する必要がないからである。

また、ピストンに作用する強力なばねを使用する必要がないために、安全かつ安価であり、またシリンダー24をコンパクトに作ることができる。

本発明の実施形態において、シリンダー24と入口弁9を全体としていかにコンパクトに作ることができるかということを、図４に示す。

弁ハウジング12、シリンダー24、および入口管3の端3Aが、単一のハウジング30内にまとめてあり、該ハウジングはボルト31によってローターハウジング32に固定してある。

また、入口室13も、この総合ハウジング30内にあり、ローターハウジング32への開口33とともに一つの統一体を形成している。

また、ブリッジ14の二つの端は、前記本体30内に備えられたダクト14Aおよび14Cであり、それぞれ弁要素10に関して入口管3の端3Aの側への開口および入口室13への開口を有する。

気体管29は、シリンダー室26をダクト14Bと14Cとの間でブリッジ14に接続する、前記ハウジング30内に備えられたダクト29から成る。

このコンパクトな実施形態の場合、管28は前記心棒27から成り、該心棒には、ピストン23および弁要素10が取りつけられ、また該心棒には、その全長にわたって、ダクト34が備えられ、該ダクト34は、一方ではシリンダー室25に開口し、他方では入口室13または開口33に開口している。

当然のことながら、この圧縮機で圧縮される気体は空気でなければならないということはない。 圧縮される気体を、他の気体たとえば気相の冷却媒体とすることもできる。

本発明は、決して、例として説明し、かつ添付の図面に示した前記実施形態に限定されるものではない。 逆に、本発明の圧縮機は、本発明の範囲を逸脱することなく、いろいろな形態と寸法とで製造することができる。

本発明による圧縮機の模式図である。

始動中の図１の圧縮機の圧力調節システムの模式図である。

無負荷運転中の図１の圧縮機の圧力調節システムの模式図である。

図２および３に示す圧力調節システム実施形態の部分の断面図である。

符号の説明

1 圧縮機要素
2 ローター室
3 入口管、入口弁
3A 3の端
4 出口管
5 スクリューローター
6 モーター
7 溜め
8 圧力調節システム
9 入口弁
10 弁要素
11 弁座
12 弁ハウジング
13 入口室
14 ブリッジ
14A ダクト
14B ダクト
14C ダクト
15 気体流制限器
16 逆止め弁
17 気体管
18 逃がし弁
19 電磁制御弁
20 制御ライン
21 ばね
22 管
23 複動ピストン
24 シリンダー
25 シリンダー室
26 シリンダー室
27 心棒
28 管
29 管、ダクト
30 ハウジング、本体
31 ボルト
32 ローターハウジング
33 開口
34 ダクト