(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングに形成されたロータ室内に収容され、蒸気を圧縮するまたは蒸気の膨張力を回転力に変換するスクリュロータと、
前記ロータ室と、ハウジングに形成された潤滑油室との間に、ロータ室側から潤滑油室側へ向けて順に並んで配置された、第１環状シール部材、第２環状シール部材、および第３環状シール部材と、
ハウジングに形成され、前記第１環状シール部材と前記第２環状シール部材との間の第１シール空間に連通する第１孔と、
ハウジングに形成され、前記第２環状シール部材と前記第３環状シール部材との間の第２シール空間に連通し、大気開放されている第２孔と、
前記第１孔に取り付けられ、ロータ室側から前記第１シール空間へ漏れてきた蒸気を凝縮させる凝縮器と、
を備える、スクリュ式蒸気機械。
【請求項２】
請求項１に記載のスクリュ式蒸気機械において、
前記凝縮器は、蒸気が供給される本体容器と、当該本体容器内に設置される冷媒管とを有し、
前記本体容器の排出口に排水トラップが取り付けられていることを特徴とする、スクリュ式蒸気機械。
【請求項３】
請求項１に記載のスクリュ式蒸気機械において、
前記凝縮器は、冷媒が供給される本体容器と、当該本体容器内に設置される蒸気管とを有し、
蒸気およびその凝縮水を吸引するエゼクタが前記蒸気管の排出口に取り付けられていることを特徴とする、スクリュ式蒸気機械。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のスクリュ式蒸気機械において、
前記第２孔に取り付けられ、前記第２シール空間へ加圧空気を供給する空気供給手段を備えることを特徴とする、スクリュ式蒸気機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気を圧縮するまたは蒸気の膨張力を回転力に変換するスクリュ式蒸気機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気を取扱流体とするスクリュ式蒸気機械において、蒸気が充満するロータ室と軸受などの潤滑油室との間は軸封される。ここで、圧縮機などの回転機械に用いられる軸封構造としては、例えば特許文献１・２に記載されたものが知られている。
【０００３】
特許文献１には、回転軸とシールリングとの隙間に高圧の液体を押し込み、押し込んだ液体の圧力でリークガスを押し返すという軸封技術が記載されている。また、特許文献２には、回転軸とシールリングとの隙間にシールガスを押し込み、押し込んだシールガスの圧力でリークガスを押し返すという軸封技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５３−８１８６８号公報
【特許文献２】特開昭６２−１２４３６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１・２に記載された軸封技術は、いずれも流体でリークガスを押し返すというものである。この軸封技術の場合、押し込む流体の圧力と、取扱流体（被圧縮流体または被膨張流体）の圧力との関係に注意が必要となる。取扱流体の圧力は変化するし、機器仕様によりその圧力は様々である。押し込む流体の圧力が取扱流体の圧力よりも高すぎると、回転軸とシールリングとの隙間を通過する押し込み流体の流量が過大となり問題となることがある。逆に、押し込む流体の圧力が取扱流体の圧力よりも低いと、軸封が不十分となり取扱流体が漏れてしまう。
【０００６】
一方、蒸気を取扱流体とするスクリュ式蒸気機械では、リーク蒸気またはその凝縮水が潤滑油室に浸入すると、潤滑油の劣化・軸受の潤滑不良などを招く可能性がある。このため、潤滑油室にリーク蒸気を確実に浸入させないことが必要となる。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、取扱流体である蒸気の圧力に関係なく、潤滑油室へのリーク蒸気の浸入を防止できる軸封構造を備えたスクリュ式蒸気機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討した結果、ロータ室（蒸気室）側から潤滑油室側へ向けて順に第１環状シール部材、第２環状シール部材、第３環状シール部材を配置し、第１環状シール部材と第２環状シール部材との間の第１シール空間に連通する第１孔に凝縮器を取り付けることで、前記課題を解決することができた。この知見に基づき本発明が完成するに至ったのである。
【０００９】
すなわち、本発明は、ハウジングに形成されたロータ室内に収容され、蒸気を圧縮するまたは蒸気の膨張力を回転力に変換するスクリュロータと、前記ロータ室と、ハウジングに形成された潤滑油室との間に、ロータ室側から潤滑油室側へ向けて順に並んで配置された、第１環状シール部材、第２環状シール部材、および第３環状シール部材と、ハウジングに形成され、前記第１環状シール部材と前記第２環状シール部材との間の第１シール空間に連通する第１孔と、ハウジングに形成され、前記第２環状シール部材と前記第３環状シール部材との間の第２シール空間に連通し、大気開放されている第２孔と、前記第１孔に取り付けられ、ロータ室側から前記第１シール空間へ漏れてきた蒸気を凝縮させる凝縮器と、を備えるスクリュ式蒸気機械である。
【００１０】
この構成によると、凝縮器にてリーク蒸気が凝縮することで第１シール空間の圧力が低下し、第１孔を経由して第１シール空間からリーク蒸気が抜ける。これにより、潤滑油室へのリーク蒸気の浸入は防止される。さらには、第１シール空間の圧力は、リーク蒸気が凝縮することで第２シール空間の圧力よりも低下するので、第２シール空間から第１シール空間へ空気が入ろうとする。結果として、当該空気は、潤滑油室側へ第２環状シール部材を超えようとするリーク蒸気を押し返す役割を果たし、これによっても潤滑油室へのリーク蒸気の浸入は防止される。
【００１１】
なお、仮に、凝縮器の能力が大きすぎた場合には、リーク蒸気の抜け量が大きくなるだけであって、スクリュ式蒸気機械の他の部分に悪影響をおよぼすことはない。すなわち、凝縮器の能力（凝縮能力）にある程度余裕を持たせておけば、取扱流体である蒸気の圧力に関係なく、潤滑油室へのリーク蒸気の浸入を確実に防止できる。
【００１２】
また本発明において、前記凝縮器は、蒸気が供給される本体容器と、当該本体容器内に設置される冷媒管とを有し、前記本体容器の排出口に排水トラップが取り付けられていることが好ましい。
【００１３】
この構成によると、本体容器に凝縮水が溜まり、この溜まった凝縮水により外部から第１孔へ空気が流入することを防止できる。その結果、第１シール空間をより低圧にすることができる。また、凝縮水のみが凝縮器から排出されるため、リーク蒸気の処理が不要となる。
【００１４】
さらに本発明において、前記凝縮器は、冷媒が供給される本体容器と、当該本体容器内に設置される蒸気管とを有し、蒸気およびその凝縮水を吸引するエゼクタが前記蒸気管の排出口に取り付けられていることが好ましい。
【００１５】
この構成によると、蒸気およびその凝縮水をエゼクタで強制吸引することにより、第１シール空間をより低圧にすることができる。また、凝縮器の本体容器内の液面管理は特に不要となる。さらには、凝縮器の本体容器内の液面変動を特に気にする必要がないので、本体容器の容量を小さくでき、すなわち、コンパクトな凝縮器とすることができる。
【００１６】
さらに本発明において、前記第２孔に取り付けられ、前記第２シール空間へ加圧空気を供給する空気供給手段を備えることが好ましい。
【００１７】
この構成によると、第２シール空間の圧力を高めることができる。第２シール空間の圧力が高まることにより、潤滑油室側へ第２環状シール部材を超えようとするリーク蒸気をロータ室側へ押し返そうとする作用がより向上する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、蒸気を取扱流体とするスクリュ式蒸気機械において、蒸気の圧力に関係なく、その潤滑油室へのリーク蒸気の浸入を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係るスクリュ式蒸気圧縮機を示す側断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係るスクリュ式蒸気圧縮機の一部を示す詳細側断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係るスクリュ式蒸気圧縮機の一部を示す詳細側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。以下の説明では、蒸気を圧縮するスクリュ式蒸気圧縮機に本発明に係る軸封構造を適用した例を示しているが、本発明に係る軸封構造は、蒸気の膨張力を回転力に変換するスクリュ式蒸気膨張機（スクリュエキスパンダ）にも適用することができる。
【００２１】
（第１実施形態）
図１に示すように、スクリュ式蒸気圧縮機１は、雌雄一対のスクリュロータ３と、スクリュロータ３の一方のロータ（雄ロータ）と同軸に設けられたロータ軸４と、ロータ軸４を回転させるモータ（不図示）と、を有する。スクリュロータ３は、ハウジング２に形成されたロータ室５に収容されている。ハウジング２には、ロータ室５に圧縮すべき蒸気を供給する吸込流路１３と、スクリュロータ３によってロータ室５内で圧縮された蒸気を吐出する吐出流路１４が設けられている。吸込流路１３から供給された蒸気は、スクリュロータ３により、例えば０．５ＭＰａに圧縮された後、吐出流路１４から吐出する。
【００２２】
なお、雌雄一対のスクリュロータ３（ダブルロータ）ではなく、１本のスクリュロータ（シングルロータ）を有するスクリュ式蒸気圧縮機であってもよい。
【００２３】
ハウジング２には、潤滑油室２３が設けられている。潤滑油室２３には、ロータ軸４を支持する軸受１０が収容され、潤滑用の油が充填されている。ここで、潤滑油室２３とロータ室５との間に形成された空間には、ロータ室５側から潤滑油室２３側へ向けて、第１環状シール部材６、第２環状シール部材７、および第３環状シール部材８が順に所定の間隔をあけて配設されている。
【００２４】
ロータ軸４とハウジング２との間の隙間に配設された上記の第１環状シール部材６、第２環状シール部材７、および第３環状シール部材８により、シール空間が形成される。第１環状シール部材６と第２環状シール部材７との間の空間を第１シール空間１１と呼び、第２環状シール部材７と第３環状シール部材８との間の空間を第２シール空間１２と呼ぶこととする。
【００２５】
ここで、ロータ室５に最も近い位置に配設される第１環状シール部材６は、非接触式シール部材であることが好ましい。第１環状シール部材６とロータ軸４との隙間には、ロータ室５からの高温のリーク蒸気が浸入しようとするとともに、第１環状シール部材６自体に高温のリーク蒸気があたるからである。第１環状シール部材６として接触式シール部材を用いると、その劣化速度が大きく、短期間でシール機能が落ちてしまうことになる。
【００２６】
ロータ室５から最も遠い（潤滑油室２３に最も近い）位置に配設される第３環状シール部材８は、接触式シール部材または非接触式シール部材とされる。第１環状シール部材６と第３環状シール部材８との間に設置される第２環状シール部材７は、非接触式シール部材とされる。
【００２７】
非接触式シール部材としては、ラビリンスシール、ビスコシールなどが挙げられる。接触式シール部材としては、リップシール、Ｏリングなどが挙げられる。第１環状シール部材６、第２環状シール部材７、および第３環状シール部材８は、例えば、それぞれ、ラビリンスシール、ビスコシール、およびリップシールとされる。
【００２８】
また、ハウジング２には、外部と第１シール空間１１とを連通させるための第１孔１５、および外部と第２シール空間１２とを連通させるための第２孔１６があけられている。
【００２９】
図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ部詳細図である。図１（ｂ）に示したように、第１シール空間１１とは反対側の第１孔１５の端部には、配管１７を介して凝縮器９が取り付けられている。なお、図１（ａ）・（ｂ）は、本発明を説明するための模式図であり、実際の製品を図面化したものではない。配管１７は、第１孔１５と凝縮器９とが配管で接続されていることを示すためのものであり実際の配管をそのまま示すものではない。第２孔１６は、大気開放されている。
【００３０】
凝縮器９は、蒸気が供給される本体容器９ａと、本体容器９ａ内に設置された冷媒管９ｂとを具備してなる。また、本体容器９ａの排出口９ｃには排水トラップ１８が取り付けられている。排水トラップ１８は、本体容器９ａの内部に凝縮水を溜めて、当該凝縮水により、外部（大気空間）と第１シール空間１１との間を水封するためのものである。冷媒管９ｂには、例えば、水が流される。本体容器９ａの形状は、例えば、筒状である。
【００３１】
（軸封原理）
スクリュロータ３によりロータ室５内で圧縮された高温の蒸気の一部は、ロータ軸４と第１環状シール部材６との間の隙間から第１シール空間１１に漏れる。第１シール空間１１に漏れたリーク蒸気（漏れ蒸気）は、第１孔１５および配管１７を経由して凝縮器９の本体容器９ａに流れ込む。このリーク蒸気は、冷媒管９ｂを流れる水により冷却されて凝縮する。リーク蒸気が凝縮することで、その体積が激減し、その結果、第１シール空間１１の圧力が大気圧以下に低下する。これにより、ロータ軸４と第１環状シール部材６との間の隙間から漏れてくるリーク蒸気は、第１シール空間１１から凝縮器９の本体容器９ａへ第１孔を経由して抜ける。結果として、潤滑油室２３へのリーク蒸気の浸入は防止される。また、第１シール空間１１の圧力が大気圧以下に低下するので、大気圧に管理されている第２シール空間１２から第１シール空間１１へ空気が入ってくる。当該空気は、ロータ軸４と第２環状シール部材７との間の隙間から潤滑油室２３側へ漏れようとするリーク蒸気を押し返す役割を果たし、これによっても潤滑油室２３へのリーク蒸気の浸入は防止される。
【００３２】
また、凝縮器９に排水トラップ１８を取り付けている。この排水トラップ１８により凝縮器９の本体容器９ａに凝縮水が溜まり、この溜まった凝縮水により外部から本体容器９ａを介して第１孔１５へ空気が流入することを防止できる。その結果、第１シール空間１１をより低圧にすることができる。また、排水トラップ１８により凝縮水のみが凝縮器９から排出されるため（蒸気ガスとして排出されない）、リーク蒸気の処理が不要となる。
【００３３】
なお、特許文献１・２に記載されたような軸封流体でリークガスを押し返すという軸封技術においては、押し込む軸封流体の圧力が取扱流体（例えば蒸気）の圧力よりも高すぎると、回転軸とシールリングとの隙間を通過する軸封流体の流量が過大となり問題となることがある。逆に、軸封流体の圧力が取扱流体の圧力よりも低いと、軸封が不十分となり取扱流体が漏れてしまう。しかしながら、本発明の場合、仮に、凝縮器９の能力（凝縮能力）が大きすぎた場合には、リーク蒸気の抜け量が大きくなるだけであって、スクリュ式蒸気圧縮機の他の部分に悪影響をおよぼすことはない。すなわち、凝縮器９の能力（凝縮能力）にある程度余裕を持たせておけば、取扱流体である蒸気の圧力に関係なく、潤滑油室２３へのリーク蒸気の浸入を確実に防止できる。
【００３４】
（第２実施形態）
図２を参照しつつ、第２実施形態のスクリュ式蒸気圧縮機２０１について説明する。第２実施形態のスクリュ式蒸気圧縮機２０１と、第１実施形態のスクリュ式蒸気圧縮機１との相違点は、凝縮器の構造、および第２実施形態では排水トラップ１８ではなくエゼクタ２２を用いている点である。第２実施形態では、リーク蒸気およびその凝縮水をエゼクタ２２で強制吸引している。
【００３５】
図２に示すように、配管１７を介して第１孔１５に取り付けられた凝縮器２０は、冷媒が供給される本体容器２０ａと、本体容器２０ａ内に設置された蒸気管２０ｂとを具備してなる。本体容器２０ａに供給される冷媒は、例えば、水であり、本体容器２０ａの形状は、例えば、筒状である。本体容器２０ａ内の蒸気管２０ｂは配管１７に連通しており、その排出口は配管２１を介してエゼクタ２２に取り付けられている。
【００３６】
なお、配管１７、蒸気管２０ｂ、および配管２１が上流側からこの順で接続されており、配管１７と本体容器２０ａとは連通しておらず、同様に、本体容器２０ａと配管２１とは連通していない。第２孔１６は、第１実施形態と同様に大気開放されている。
【００３７】
エゼクタ２２は、本体２２ａと、先端が本体２２ａに挿入されたノズル２２ｂとを具備してなる。本体２２ａは、例えば、筒状である。空気、水などの流体がノズル２２ｂの先端から本体２２ａ内に噴出するように構成されている。ノズル２２ｂの先端から噴出する流体により本体２２ａ内が負圧となり、リーク蒸気およびその凝縮水は強制吸引される。
【００３８】
本実施形態によると、リーク蒸気およびその凝縮水をエゼクタ２２で強制吸引することにより、第１シール空間１１をより低圧にすることができる。また、第１実施形態では、水封のため凝縮器９の本体容器９ａ内の液面レベルを管理する必要があるが、本実施形態の場合、エゼクタ２２による強制吸引の方法をとっているため、水封不要である。すなわち、凝縮器２０内の液面管理は不要である。また、本実施形態の場合、第１実施形態のように凝縮器の本体容器内の液面変動を特に気にする必要がないので、本体容器２０ａの容量を小さくでき、コンパクトな凝縮器２０とすることができる。
【００３９】
（第３実施形態）
図３を参照しつつ、第３実施形態のスクリュ式蒸気圧縮機３０１について説明する。本実施形態のスクリュ式蒸気圧縮機３０１は、第１実施形態のスクリュ式蒸気圧縮機１のハウジング２に設けられた第２孔１６に空気供給手段１９を取り付けたものである。
【００４０】
空気供給手段１９は、空気管１８と、空気管１８に取り付けたレギュレータ１９とを具備してなる。レギュレータ１９は、減圧弁・ミストセパレータ・フィルターなどからなる。図示を省略する空気圧縮機からの空気を空気供給手段１９により第２孔１６を介して第２シール空間１２に供給するように構成している。空気供給手段１９からの空気により、第２シール空間１２にわずかに圧力を立てることで、ロータ軸４と第２環状シール部材７との間の隙間から潤滑油室２３側へ漏れようとするリーク蒸気を押し返す。本実施形態によると、潤滑油室２３側へ第２環状シール部材７を超えようとするリーク蒸気をロータ室５側へ押し返そうとする作用が第１実施形態の場合（第２孔１６を大気開放している場合）よりも向上する。
【００４１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することが可能なものである。
【符号の説明】
【００４２】
１：スクリュ式蒸気圧縮機
２：ハウジング
３：スクリュロータ
４：ロータ軸
５：ロータ室
６：第１環状シール部材
７：第２環状シール部材
８：第３環状シール部材
９：凝縮器
１１：第１シール空間
１２：第２シール空間
１５：第１孔
１６：第２孔
１８：排水トラップ
２３：潤滑油室
【図１】
0005390478.tif 000002
【図２】
0005390478.tif 000003
【図３】
0005390478.tif 000004