(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素生成設備から酸素が酸素吸入配管を介して吸入口に送給される圧縮機に付帯し、インペラ回転軸が挿通されるハウジング部に高圧側から低圧側へ向けて順に回収ポケット、放出ポケット、及び密封ポケットを形成したラビリンス方式の軸封装置本体を備え、
この軸封装置本体の回収ポケットに、酸素回収配管を介して前記酸素吸入配管を接続し、
この軸封装置本体の放出ポケットに、下流端が大気開放された放風配管を接続し、
この軸封装置本体の密封ポケットに、シールガス供給源に連通するシールガス送給配管を接続し、
前記酸素回収配管に流量調整弁に組み込み、
前記回収ポケットの内圧を検出する圧力センサを設け、
該圧力センサの検出値が、予め設定してある内圧下限範囲を上回るように前記流量調整弁の開度を調整して前記酸素回収配管における酸素の流通量を減少、あるいは増加させるコントローラを設けたことを特徴とする酸素圧縮機のシール装置。
【請求項２】
前記圧縮機で昇圧された酸素が酸素送給配管を介して吸入口に送給される後段圧縮機に付帯し、インペラ回転軸が挿通されるハウジング部に高圧側から低圧側へ向けて順に回収ポケット、放出ポケット、及び密封ポケットを形成したラビリンス方式の後段軸封装置本体を備え、
この後段軸封装置本体の回収ポケットに、前記軸封装置本体の回収ポケットを連通させ、
この後段軸封装置本体の放出ポケットに、前記軸封装置本体の放出ポケットを連通させ、
この後段軸封装置本体の密封ポケットに、前記軸封装置本体の密封ポケットを連通させた請求項１に記載の酸素圧縮機のシール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は酸素圧縮機のシール装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空気、二酸化炭素、窒素をはじめとする種々のガスを圧縮して昇圧させる手段として、遠心圧縮機は広く用いられている。
【０００３】
助燃性が高い酸素を昇圧させる酸素圧縮機では、インペラ回転軸と、該インペラ回転軸が挿通される静止部のハウジング部との間に、ラビリンス方式の軸封装置を設け、昇圧した酸素がハウジング部の外へ漏れることを抑制している。
【０００４】
酸素圧縮機に用いる軸封装置としては、ハウジング部の内周面とインペラ回転軸の外周面との間に、第１ラビリンスシール部、第２ラビリンスシール部、第３ラビリンスシール部、第４ラビリンスシール部、第５ラビリンスシール部、及び第６ラビリンスシール部を、高圧側（インペラ側）から低圧側（反インペラ側）へ向けて、インペラ回転軸の軸線方向に間隔を置いて設け、隣接するラビリンスシール部の間にそれぞれに圧溜室を形成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
第１ラビリンスシール部と第２ラビリンスシール部との間の圧溜室、第２ラビリンスシール部と第３ラビリンスシール部との間の圧溜室、及び第３ラビリンスシール部と第４ラビリンスシール部との間の圧溜室には、プロセスガス回収ラインが接続されている。このプロセスガス回収ラインは、インペラの回転により昇圧された酸素が、該インペラの背面側を経て高圧側の圧溜室に入ってきた際に、前記酸素を回収する役割を担っている。
【０００６】
第４ラビリンスシール部と第５ラビリンスシール部との間の圧溜室には、大気パージラインが接続され、第５ラビリンスシール部と第６ラビリンスシール部との間の圧溜室には、シールガス供給ラインが接続されている。シールガス供給ラインは、最も低圧側の圧溜室に窒素を供給し、酸素がハウジング部の外へ漏れないようにする役割を担っている。大気パージラインは、高圧側の圧溜室において回収しきれずに第４ラビリンスシール部と第５ラビリンスシール部との間の圧溜室にはいってきた酸素と、最も低圧側の圧溜室を経て前記第４ラビリンスシール部と第５ラビリンスシール部との間の圧溜室にはいってきた窒素混合気体を、大気中に放風する役割を担っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２４７５６６号公報、段落0006−0011、図３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
複数基の酸素生成設備から酸素が送給される圧縮機では、全ての酸素生成設備が並列運転されている場合と一基の酸素生成設備だけが単独運転されている場合とでは、圧縮機の酸素吸入圧力は大きく異なる。例えば、酸素生成設備の全基を運転しているときに、圧縮機の酸素吸入圧力が２５ｋＰａ（Ｇ）であっても、酸素生成設備の一基だけを運転しているときは、圧縮機の酸素吸入圧力が５ｋＰａ（Ｇ）になってしまう［ここで（Ｇ）はゲージ圧であることを意味している］。
【０００９】
前述した軸封装置において、圧縮機の酸素吸入圧力に対して最も低圧側の圧溜室に供給する窒素の量が過剰である場合には、窒素が高圧側の圧溜室にまで到達して、該圧溜室から回収されて圧縮機へ戻る酸素に窒素が混入し、その結果、圧縮機により昇圧される酸素の純度が低下することが懸念される。
【００１０】
本発明は上述した実情に鑑みてなしたもので、酸素純度の低下を抑止できる酸素圧縮機のシール装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の酸素圧縮機のシール装置は、
酸素生成設備から酸素が酸素吸入配管を介して吸入口に送給される圧縮機に付帯し、インペラ回転軸が挿通されるハウジング部に高圧側から低圧側へ向けて順に回収ポケット、放出ポケット、及び密封ポケットを形成したラビリンス方式の軸封装置本体を備え、
この軸封装置本体の回収ポケットに、酸素回収配管を介して前記酸素吸入配管を接続し、
この軸封装置本体の放出ポケットに、下流端が大気開放された放風配管を接続し、
この軸封装置本体の密封ポケットに、シールガス供給源に連通するシールガス送給配管を接続し、
前記酸素回収配管に流量調整弁に組み込み、
前記回収ポケットの内圧を検出する圧力センサを設け、
該圧力センサの検出値が、予め設定してある内圧下限範囲を上回るように前記流量調整弁の開度を調整して前記酸素回収配管における酸素の流通量を減少、あるいは増加させるコントローラを設けている。
【００１２】
請求項２に記載の酸素圧縮機のシール装置は、
前記圧縮機で昇圧された酸素が酸素送給配管を介して吸入口に送給される後段圧縮機に付帯し、インペラ回転軸が挿通されるハウジング部に高圧側から低圧側へ向けて順に回収ポケット、放出ポケット、及び密封ポケットを形成したラビリンス方式の後段軸封装置本体を備え、
この後段軸封装置本体の回収ポケットに、前記軸封装置本体の回収ポケットを連通させ、
この後段軸封装置本体の放出ポケットに、前記軸封装置本体の放出ポケットを連通させ、
この後段軸封装置本体の密封ポケットに、前記軸封装置本体の密封ポケットを連通させている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の酸素圧縮機のシール装置によれば、下記のような優れた作用効果を奏し得る。
【００１４】
（１）請求項１に記載の酸素圧縮機のシール装置では、圧縮機に付帯の軸封装置本体の回収ポケットの内圧が、予め設定してある内圧下限範囲を上回るように酸素回収配管の流量調整弁の開度を調整し、前記回収ポケットの内圧の低下を防止するので、圧縮機における酸素吸入圧力が低くなった際に、放出ポケットから酸素吸入配管へ窒素が流入せず、酸素純度の低下を抑止できる。
【００１５】
（２）請求項２に記載の酸素圧縮機のシール装置では、後段圧縮機に付帯の後段軸封装置本体の密封ポケットが、圧縮機に付帯の軸封装置本体の密封ポケットに連通し、後段圧縮機に付帯の後段軸封装置本体の放出ポケットが、圧縮機に付帯の軸封装置本体の放出ポケットに連通し、後段圧縮機に付帯の後段軸封装置本体の回収ポケットが、圧縮機に付帯の軸封装置本体の回収ポケットに連通しているので、圧縮機、及び後段圧縮機における酸素純度の低下抑止を一つの流量調整弁と一台のコントローラで行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の酸素圧縮機のシール装置の一例を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１８】
図１は本発明の酸素圧縮機のシール装置の一例を示すもので、多段ターボ圧縮機を対象としている。
【００１９】
Ａは、ラビリンス方式の軸封装置本体であり、該軸封装置本体Ａは、複数基の酸素生成設備（図示せず）から酸素が、酸素吸入配管１０を介して圧縮機ケーシング２の吸入口に送給される圧縮機１に付帯している。
【００２０】
インペラ回転軸４の外周面と、該インペラ回転軸４が挿通されるハウジング部５の内周面との間には、第１ラビリンスシール部９ａ、第２ラビリンスシール部９ｂ、第３ラビリンスシール部９ｃ、及び第４ラビリンスシール部９ｄが、高圧側（インペラ側）から低圧側（反インペラ側）へ向けて、インペラ回転軸４の軸線方向に間隔を置いて設けてあり、第１ラビリンスシール部９ａと第２ラビリンスシール部９ｂとの間に回収ポケット６を形成し、第２ラビリンスシール部９ｂと第３ラビリンスシール部９ｃとの間に放出ポケット７を形成し、第３ラビリンスシール部９ｃと第４ラビリンスシール部９ｄとの間に密封ポケット８を形成している。
これらのポケット６，７，８は、特許文献１における圧溜室に相当し、 また、インペラ回転軸４には、歯車箱３内の増速機構を介して電動モータ３５の回転が伝達される。
【００２１】
この軸封装置本体Ａの回収ポケット６には、下流端が前記酸素吸入配管１０に連通する基幹酸素回収配管１４が接続されている。
この軸封装置本体Ａの放出ポケット７には、下流端が建屋１２の外部で大気開放した基幹放風配管１３の上流端が接続されている。
この軸封装置本体Ａの密封ポケット８には、上流端がシールガスとして窒素を貯留したガス槽３６に連通する基幹シールガス送給配管１１の下流端が接続されている。
【００２２】
圧縮機ケーシング２の酸素吸入圧力は、段落0008で記述したように酸素生成設備の運転状況に応じて、例えば、５〜２５ｋＰａ（Ｇ）で変動する。また、ガス槽から基幹シールガス送給配管１１へのシールガス供給圧力は、酸素吸入圧力よりも２ｋＰａ（Ｇ）以上高くなるように、２７ｋＰａ（Ｇ）としてある［ここで（Ｇ）はゲージ圧であることを意味している］。
【００２３】
Ｂは、ラビリンス方式の後段軸封装置本体であり、該後段軸封装置本体Ｂは、前記圧縮機１で昇圧された酸素が、酸素送給配管２３を介して圧縮機ケーシング１６の吸入口に送給される後段圧縮機１５に付帯している。
【００２４】
インペラ回転軸１７の外周面と、該インペラ回転軸１７が挿通されるハウジング部１８の内周面との間には、第１ラビリンスシール部９ｅ、第２ラビリンスシール部９ｆ、第３ラビリンスシール部９ｇ、第４ラビリンスシール部９ｈ、及び第５ラビリンスシール部９ｉが、高圧側（インペラ側）から低圧側（反インペラ側）へ向けて、インペラ回転軸１７の軸線方向に間隔を置いて設けてあり、第１ラビリンスシール部９ｅと第２ラビリンスシール部９ｆとの間に回収ポケット１９を形成し、第２ラビリンスシール部９ｆと第３ラビリンスシール部９ｇとの間に回収ポケット２０を形成し、第３ラビリンスシール部９ｇと第４ラビリンスシール部９ｈとの間に放出ポケット２１を形成し、第４ラビリンスシール部９ｈと第５ラビリンスシール部９ｉとの間に密封ポケット２２を形成している。
これらのポケット１９，２０，２１，２２は、特許文献１における圧溜室に相当し、また、インペラ回転軸１７には、歯車箱３内の増速機構を介して電動モータ３５の回転が伝達される。
【００２５】
この後段軸封装置本体Ｂの回収ポケット１９には、インタクーラ（図示せず）の上流側に連通する酸素返送配管２７の上流端が接続されている。
この後段軸封装置本体Ｂの回収ポケット２０には、下流端が前記基幹酸素回収配管１４に連通する後段酸素回収配管２６の上流端が接続されている。
この後段軸封装置本体Ｂの放出ポケット２１には、下流端が前記基幹放風配管１３に連通する後段放風配管２５の上流端が接続されている。
この後段軸封装置本体Ｂの密封ポケット２２には、上流端が前記基幹シールガス送給配管１１に連通する後段シールガス送給配管２４の下流端が接続されている。
【００２６】
従って、
圧縮機１に付帯の軸封装置本体Ａの密封ポケット８の内圧、及び後段圧縮機１５に付帯の後段軸封装置本体Ｂの密封ポケット２２の内圧は、基幹シールガス送給配管１１の内圧に等しくなり、
圧縮機１に付帯の軸封装置本体Ａの放出ポケット７の内圧、及び後段圧縮機１５に付帯の後段軸封装置本体Ｂの放出ポケット２１の内圧は、理論上、大気圧となり［実際には、基幹放風配管１３の圧力損失のため、例えば、５ｋＰａ（Ｇ）程度の圧力を呈する］、
圧縮機１に付帯の軸封装置本体Ａの回収ポケット６の内圧、及び後段圧縮機１５に付帯の後段軸封装置本体Ｂの回収ポケット２０の内圧は、基幹酸素回収配管１４、及び酸素吸入配管１０の内圧に等しくなる。
【００２７】
本発明の酸素圧縮機のシール装置の特徴部分は、基幹酸素回収配管１４に流量調整弁３２を組み込み、圧縮機１に付帯の軸封装置本体Ａの回収ポケット６の内圧を検出する圧力センサ３３を設け、当該圧力センサ３３の検出値３３ｓが予め設定してある内圧下限範囲を上回るように、流量調整弁３２へ開度調整信号３４ｓを送信して酸素の流通量を増加、あるいは減少させるコントローラ３４を設けた点にあり、前記圧力センサ３３は、基幹酸素回収配管１４の流量調整弁３２の上流側個所に取り付けられている。
【００２８】
コントローラ３４に設定される内圧下限範囲の上限値は、例えば、圧縮機１の酸素吸入圧力の下限値［５ｋＰａ（Ｇ）］と上限値［２５ｋＰａ（Ｇ）］との中間値である１５ｋＰａ（Ｇ）としてあり、同コントローラ３４に設定される内圧下限範囲の下限値は、例えば、圧縮機１の酸素吸入圧力の下限値［５ｋＰａ（Ｇ）］と前記内圧下限範囲の上限値
［１５ｋＰａ（Ｇ）］との中間値である１０ｋＰａ（Ｇ）としてある。
【００２９】
そして、コントローラ３４は、圧力センサ３３の検出値３３ｓが内圧下限範囲の下限値［（１０ｋＰａ（Ｇ）］を上回るように、流量調整弁３２へ開度調整信号３４ｓを送信して当該流量調整弁３２の開度を調整し、基幹酸素回収配管１４における酸素の流通量を減少させる、もしくは最大にする機能を具備している。
【００３０】
圧縮機１、及び後段圧縮機１５を運転し、酸素生成設備から送出される酸素を昇圧するときには、常時、ガス貯留槽にシールガスとして蓄えてある窒素を、基幹シールガス送給配管１１へ送給する。
【００３１】
基幹シールガス送給配管１１を流通する窒素は、
圧縮機１に付帯の軸封装置本体Ａの密封ポケット８に、直接流れ込み、
後段圧縮機１５に付帯の後段軸封装置本体Ｂの密封ポケット２２に、後段シールガス送給配管２４を経て流れ込む。
【００３２】
圧縮機１によって昇圧された酸素の一部は軸封装置本体Ａ内へ漏洩し、回収ポケット６に流入した酸素の大半は、基幹酸素回収配管１４から酸素吸入配管１０を経て、昇圧前の圧力雰囲気である圧縮機ケーシング２の吸入口へ戻る。
【００３３】
圧縮機ケーシング２の吸入口へと戻らなかった残りの酸素は、放出ポケット７に流入するが、この酸素は、密封ポケット８に窒素が、圧縮機１の酸素吸入圧力よりも高い圧力で供給されているので、軸封装置本体Ａのハウジング部５から外へは漏洩しない。
【００３４】
そして、放出ポケット７に流入した酸素は、前記密封ポケット８を経た窒素とともに、下流端が大気圧雰囲気である基幹放風配管１３を経て大気中へと排出される。
【００３５】
後段圧縮機１５の圧縮機ケーシング１６の吸入口には、前記圧縮機１によって昇圧された酸素が、酸素送給配管２３を経て流入する。後段圧縮機１５によって昇圧された酸素の一部は後段軸封装置本体Ｂ内へ漏洩し、回収ポケット１９に流入した酸素の大半は、酸素返送配管２７を経てインタクーラ（図示せず）へと送り込まれる。
【００３６】
インタクーラへ送られなかった残りの酸素は、後段軸封装置本体Ｂの回収ポケット２０に流入するが、その大半は、後段酸素回収配管２６、及び基幹酸素回収配管１４から酸素吸入配管１０を経て、昇圧前の圧力雰囲気である前記圧縮機ケーシング２の吸入口へ戻る。
【００３７】
圧縮機ケーシング２の吸入口へと戻らなかった残りの酸素は、後段軸封装置本体Ｂの放出ポケット２１に流入するが、この酸素は、後段軸封装置本体Ｂの密封ポケット２２に窒素が、前記圧縮機１の酸素吸入圧力よりも高い圧力で供給されているので、後段軸封装置本体Ｂのハウジング部１８から外へは漏洩しない。
【００３８】
そして、放出ポケット２１に流入した酸素は、前記密封ポケット２２を経た窒素とともに、後段放風配管２５、及び基幹放風配管１３を経て大気中へと排出される。
【００３９】
複数基の酸素生成設備を並列運転している状態から一基の酸素生成設備だけが単独運転される状態に移行すると、圧縮機１の酸素吸入圧力が低下して、最終的には圧縮機１に付帯の軸封装置本体Ａの放出ポケット７の実際の内圧［５ｋＰａ（Ｇ）程度の圧力を呈する］に近づく。
【００４０】
圧力センサ３３の検出値３３ｓが内圧下限範囲の下限値である１０ｋＰａ（Ｇ）を下回ると、コントローラ３４から流量調整弁３２に対して開度を狭める開度調整信号３４ｓが送信される。流量調整弁３２の開度が狭まると、圧縮機１に付帯の軸封装置本体Ａの回収ポケット６、及び後段圧縮機１５に付帯の後段軸封装置本体Ｂの回収ポケット２０から酸素が基幹酸素回収配管１４へ流れにくくなり、当該回収ポケット６，２０の内圧が上昇する。
【００４１】
コントローラ３４は、圧力センサ３３の検出値３３ｓが内圧下限範囲の下限値である１０ｋＰａ（Ｇ）を上回るまで、流量調整弁３２に対して開度を狭める開度調整信号３４ｓを送信し続け、これにより、圧縮機１に付帯の軸封装置本体Ａの放出ポケット７内の窒素が、回収ポケット６へ流れ込むことが阻止されるとともに、後段圧縮機１５に付帯の後段軸封装置本体Ｂの放出ポケット２１内の窒素が、回収ポケット６へ流れ込むことが阻止され、よって、シールガスである窒素が基幹酸素回収配管１４を経て酸素吸入配管１０へと流入しない。
【００４２】
この後、例えば、一基の酸素生成設備だけが単独運転される状態から複数基の酸素生成設備を並列運転している状態に移行すると、圧縮機１の酸素吸入圧力が上昇する。圧力センサ３３の検出値３３ｓが内圧下限範囲の上限値である１５ｋＰａ（Ｇ）を上回り、圧縮機１に付帯の軸封装置本体Ａの回収ポケット６の内圧、及び後段圧縮機１５に付帯の後段軸封装置本体Ｂの回収ポケット２０の内圧が、前記軸封装置本体Ａの放出ポケット７の内圧、及び前記後段軸封装置本体Ｂの回収ポケット２０の内圧を充分に超えた際には、コントローラ３４から流量調整弁３２に対して開度を全開とする開度調整信号３４ｓが送信され、回収ポケット６，２０に流入した酸素の大半が、基幹酸素回収配管１４から酸素吸入配管１０を経て、昇圧前の圧力雰囲気である圧縮機ケーシング２の吸入口へ戻る。
【００４３】
図１に示す酸素圧縮機のシール装置では、軸封装置本体Ａの回収ポケット６、及び後段軸封装置本体Ｂの回収ポケット２０の内圧が、予め設定してある内圧下限範囲を上回るように基幹酸素回収配管１４の流量調整弁３２の開度を調整し、前記回収ポケット６，２０の内圧の低下を防止するので、圧縮機１における酸素吸入圧力が低くなった際に、放出ポケット７、２１から酸素吸入配管１０へ窒素が流入せず、酸素純度の低下を抑止できる。
【００４４】
後段圧縮機１５に付帯の後段軸封装置本体Ｂの密封ポケット２２が、圧縮機１に付帯の軸封装置本体Ａの密封ポケット８に連通し、後段圧縮機１５に付帯の後段軸封装置本体Ｂの放出ポケット２１が、圧縮機１に付帯の軸封装置本体Ａの放出ポケット７に連通し、後段圧縮機１５に付帯の後段軸封装置本体Ｂの回収ポケット２０が、圧縮機１に付帯の軸封装置本体Ａの回収ポケット６に連通しているので、圧縮機１、及び後段圧縮機１５における酸素純度の低下抑止を一つの流量調整弁３２と一台のコントローラ３４で行うことができる。
【符号の説明】
【００４５】
１  圧縮機
４  インペラ回転軸
５  ハウジング部
６  回収ポケット
７  放出ポケット
８  密封ポケット
１０  酸素吸入配管
１１  基幹シールガス送給配管（シールガス送給配管）
１３  基幹放風配管（放風配管）
１４  基幹酸素回収配管（酸素回収配管）
１５  後段圧縮機
１７  インペラ回転軸
１８  ハウジング部
２０  回収ポケット
２１  放出ポケット
２２  密封ポケット
３２  流量調整弁
３３  圧力センサ
３３ｓ        検出値
３４  コントローラ
３４ｓ        開度調整信号
３６  ガス槽（シールガス）
【図１】
0005633251.tif 000002