(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
腐食性ガスを圧縮するターボ圧縮機であって、
インペラと、
前記インペラを囲うハウジングと、を有し、
前記ハウジングは、
前記インペラの周りに環状に設けられたスクロール流路と、
前記スクロール流路の底部に連通する腐食性ガスドレン排出孔と、
前記スクロール流路の底部を加熱するヒーターと、を有し、
前記ヒーターは、前記スクロール流路に対し軸方向においてズレて配置されると共に、前記ハウジングに半径方向に挿入された棒状の電熱ヒーターである、ことを特徴とするターボ圧縮機。
【請求項２】
前記スクロール流路は、水平軸回りに形成されており、
前記腐食性ガスドレン排出孔は、前記スクロール流路の外周面に開口している、ことを特徴とする請求項１に記載のターボ圧縮機。
【請求項３】
前記腐食性ガスドレン排出孔は、前記スクロール流路において前記腐食性ガスが流れる方向を向いて斜めに設けられている、ことを特徴とする請求項１または２に記載のターボ圧縮機。
【請求項４】
前記腐食性ガスドレン排出孔は、前記スクロール流路において平面視で楕円状に開口している、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のターボ圧縮機。
【請求項５】
前記ヒーターとして、
前記スクロール流路において前記腐食性ガスが流れる方向に関し、前記腐食性ガスドレン排出孔よりも下流側に設けられた第１ヒーターと、
前記スクロール流路において前記腐食性ガスが流れる方向に関し、前記腐食性ガスドレン排出孔よりも上流側に設けられた第２ヒーターと、を含む、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のターボ圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ターボ圧縮機として、例えば、下記特許文献１に記載のターボ圧縮機が知られている。このターボ圧縮機は、高速回転するインペラによって軸方向から空気を吸引し、それに高速の速度エネルギーを与えて径方向外側に吐出する。インペラの外周側には、ディフューザ流路が設けられ、このディフューザ流路内にて吐出空気が次第に減速され、圧力が高められていく。さらに、ディフューザの径方向外側には、渦巻き状のスクロール流路が設けられ、このスクロール流路を介して高圧の空気が排出されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−８３１６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、ターボ圧縮機が圧縮する対象は、空気等の常温で液化することが無いガスであったが、近年では、常温で液化するようなガスも対象となってきている。このようなガスは、ターボ圧縮機の運転停止中に、スクロール流路に液化して溜まることがある。通常の液化ガスは、ターボ圧縮機の運転再開時に加熱されて気化するため、スクロール流路に多少の液化ガスが溜まっていても問題はない。しかしながら、この液化ガスが、腐食性を有する液化ガス（以下、腐食性ガスドレンと称する）である場合、スクロール流路の壁面を腐食させ、ターボ圧縮機の性能を低下させてしまう、という問題がある。
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、腐食性ガスドレンによるスクロール流路の腐食を防止することができるターボ圧縮機の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明は、腐食性ガスを圧縮するターボ圧縮機であって、インペラと、前記インペラを囲うハウジングと、を有し、前記ハウジングは、前記インペラの周りに環状に設けられたスクロール流路と、前記スクロール流路の底部に連通する腐食性ガスドレン排出孔と、前記スクロール流路の底部を加熱するヒーターと、を有する、という構成を採用する。
【０００７】
また、本発明においては、前記スクロール流路は、水平軸回りに形成されており、前記腐食性ガスドレン排出孔は、前記スクロール流路の外周面に開口している、という構成を採用する。
【０００８】
また、本発明においては、前記腐食性ガスドレン排出孔は、前記スクロール流路において前記腐食性ガスが流れる方向を向いて斜めに設けられている、という構成を採用する。
【０００９】
また、本発明においては、前記腐食性ガスドレン排出孔は、前記スクロール流路において平面視で楕円状に開口している、という構成を採用する。
【００１０】
また、本発明においては、前記ヒーターとして、前記スクロール流路において前記腐食性ガスが流れる方向に関し、前記腐食性ガスドレン排出孔よりも下流側に設けられた第１ヒーターと、前記スクロール流路において前記腐食性ガスが流れる方向に関し、前記腐食性ガスドレン排出孔よりも上流側に設けられた第２ヒーターと、を含む、という構成を採用する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、ハウジングに腐食性ガスドレン排出孔を設け、スクロール流路の底部から腐食性ガスドレンを排出する。さらに、本発明では、ハウジングにヒーターを設け、スクロール流路の底部を加熱し、腐食性ガスドレン排出孔から排出されなかった腐食性ガスドレンの残滓を気化させる。これにより、ターボ圧縮機の運転停止中において、腐食性ガスドレンとスクロール流路とが長時間接触することがなくなる。
したがって、本発明では、腐食性ガスドレンによるスクロール流路の腐食を防止することができるターボ圧縮機が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態におけるターボ圧縮機の横断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態における第１圧縮段のハウジングを軸方向から視た図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態における運転停止中のターボ圧縮機のスクロール流路１３の様子を示す説明図である。
【図５】本発明の第２実施形態における第１圧縮段のハウジングの（ａ）縦断面図と、（ｂ）矢視Ｂ図である。
【図６】本発明の第３実施形態における第１圧縮段のハウジングの縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態におけるターボ圧縮機１の横断面図である。
ターボ圧縮機１は、図１に示すように、第１圧縮段１０と、第２圧縮段２０と、駆動モータＭと、歯車装置３０とを有する。また、ターボ圧縮機１は、腐食性ガスＧを、第１圧縮段１０から第２圧縮段２０に導く、不図示のガス流路を備えている。腐食性ガスＧとしては、例えば、酢酸エチル、酢酸メチル、酢酸ブチル等がある。
【００１５】
歯車装置３０は、ブルギア３１を有するブルギア軸３２と、ピニオンギア３３を有するピニオン軸３４と、ギアケース３５と、を有する。ブルギア３１は、ピニオンギア３３と噛合している。ブルギア３１及びピニオンギア３３は、静音性及びトルク伝達性に優れる、はすば歯車から構成されている。
【００１６】
ピニオン軸３４は、ブルギア軸３２と平行に配置され、ギアケース３５に設けられた不図示の軸受によってギアケース３５に対し回転自在に軸支される。ピニオン軸３４の一端部には、第１圧縮段１０のインペラ１１が設けられ、他端部には、第２圧縮段２０のインペラ２１が設けられている。また、ピニオン軸３４は、ブルギア３１と当接可能なスラストカラー３６を有する。
【００１７】
インペラ１１，２１は、ラジアルインペラであり、軸方向で吸気した腐食性ガスＧを半径方向に導出する不図示の３次元的ねじれを含むブレードを有する。インペラ１１，２１の周りには、それぞれディフューザ流路１２，２２が設けられており、半径方向に導出した腐食性ガスＧを、当該流路において圧縮・昇圧し、また、さらにその周りに設けられたスクロール流路１３，２３を介して次の段の圧縮機に供給することができる。
【００１８】
ブルギア軸３２は、駆動モータＭの出力軸２と接続されており、駆動モータＭによって回転駆動する構成となっている。ブルギア軸３２は、ギアケース３５に設けられた軸受３７によってギアケース３５に対し回転自在に軸支される。軸受３７は、ブルギア３１を挟んで駆動モータＭ側と、その逆側とに一対で設けられている。
【００１９】
上記構成のターボ圧縮機１によれば、駆動モータＭによってブルギア軸３２を回転駆動させると、ブルギア軸３２の回転と同期して、ピニオン軸３４が回転駆動する。これにより、腐食性ガスＧが、第１圧縮段１０の吸気口１４から導入されて第一段圧縮され、その後、腐食性ガスＧは、不図示のガス流路を介して、第２圧縮段２０の吸気口２４に導入されて二段圧縮される。なお、当該二段圧縮された腐食性ガスＧは、ターボ圧縮機１に接続された不図示の産業用機械等に供給されることとなる。
【００２０】
第１圧縮段１０は、インペラ１１を囲うハウジング１０Ａを有する。ハウジング１０Ａは、ハウジング１０Ａ１，１０Ａ２とが組み合わされたものである。また、第２圧縮段２０は、インペラ２１を囲うハウジング１０Ｂを有する。ハウジング１０Ｂは、ハウジング１０Ｂ１，１０Ｂ２とが組み合わされたものである。
次に、図２及び図３を参照して、第１圧縮段１０のハウジング１０Ａ１の構成について説明する。なお、第２圧縮段２０の構成は、第１圧縮段１０の構成と略同じであるため、その説明は割愛する。
【００２１】
図２は、本発明の第１実施形態における第１圧縮段１０のハウジング１０Ａ１を軸方向から視た図である。図３は、図２におけるＡ−Ａ断面図である。
ハウジング１０Ａ１は、図２に示すように、インペラ１１の周囲に設けられたスクロール流路１３を有する。このハウジング１０Ａ１には、腐食性ガスドレン排出孔４０と、ヒーター５０と、が設けられている。
【００２２】
腐食性ガスドレン排出孔４０は、図２及び図３に示すように、スクロール流路１３の底部に連通している。本実施形態のスクロール流路１３は、水平軸回りに形成されている。このため、スクロール流路１３の底部は、スクロール流路１３の外周面１３ａに形成されている。このため、腐食性ガスドレン排出孔４０は、スクロール流路１３の外周面１３ａに開口している。
【００２３】
腐食性ガスドレン排出孔４０は、スクロール流路１３において平面視で円状に開口している。腐食性ガスドレン排出孔４０の径は、腐食性ガスドレンを排出でき、且つ、ターボ圧縮機１の性能に影響を与えないようにできるだけ小さい方が好ましい。腐食性ガスドレン排出孔４０は、ピニオン軸３４の半径方向（重力方向）においてハウジング１０Ａ１を貫通し、ハウジング１０Ａ１の外周面１０ａに開口している。
【００２４】
腐食性ガスドレン排出孔４０周りの外周面１０ａには、座ぐり４１が形成されている。座ぐり４１には、図示しないネジ孔が複数形成されている。ターボ圧縮機１の運転停止中、座ぐり４１には、腐食性ガスドレン排出孔４０と接続されるドレン排出管４３（図２参照）がネジによって固定される。なお、ターボ圧縮機１の運転中、座ぐり４１には、腐食性ガスドレン排出孔４０を閉塞する図示しないニードル部材がネジによって固定される。
【００２５】
ヒーター５０は、スクロール流路１３の底部を加熱するものである。ヒーター５０は、ハウジング１０Ａ１に形成されたヒーター挿入孔５１に挿入される。ヒーター挿入孔５１は、図３に示すように、スクロール流路１３には連通しておらず、ピニオン軸３４が挿通するピニオン軸挿通孔１５に連通している。すなわち、ヒーター５０は、腐食性ガスドレン排出孔４０に対しピニオン軸３４の軸方向においてズレて配置される。
【００２６】
ヒーター挿入孔５１は、ピニオン軸３４の半径方向においてハウジング１０Ａ１を貫通し、ハウジング１０Ａ１の外周面１０ａに開口している。ヒーター挿入孔５１周りの外周面１０ａには、座ぐり５２が形成されている。座ぐり５２には、図示しないネジ孔が複数形成されている。座ぐり５２には、ヒーター挿入孔５１に挿入されるヒーター５０がネジによって固定される。ヒーター５０は、例えば、棒状の電熱ヒーター等からなる。
【００２７】
図２に戻り、ヒーター５０は、スクロール流路１３において腐食性ガスＧが流れる方向（時計回り方向）に関し、腐食性ガスドレン排出孔４０よりも下流側に設けられている。これは、ドレン排出管４３を固定する座ぐり４１と、ヒーター５０を固定する座ぐり５２との距離が近いと、作業性が悪くなるためである。ヒーター５０は、作業性を確保でき、且つ、スクロール流路１３の底部にできるだけ近い方が好ましい。
【００２８】
続いて、上記構成のターボ圧縮機１の作用について、図４を参照して説明する。
図４は、本発明の第１実施形態における運転停止中のターボ圧縮機１のスクロール流路１３の様子を示す説明図である。
【００２９】
ターボ圧縮機１が運転を停止すると、ハウジング１０Ａ１が常温まで冷える。ハウジング１０Ａ１が常温になると、スクロール流路１３内の腐食性ガスＧが液化して腐食性ガスドレンＬとなる。腐食性ガスドレンＬは、スクロール流路１３の外周面１３ａの曲面形状によって、スクロール流路１３の底部の一箇所に集まってくる。この腐食性ガスドレンＬが、スクロール流路１３に長時間滞留すると、スクロール流路１３の外周面１３ａを腐食させ、ターボ圧縮機１の性能を低下させてしまう。
【００３０】
このため、本実施形態では、図４に示すように、ターボ圧縮機１が運転を停止した後、ハウジング１０Ａ１の座ぐり４１に、ドレン排出管４３を固定する。座ぐり４１に固定されたドレン排出管４３は、ハウジング１０Ａ１に設けられた腐食性ガスドレン排出孔４０の一端と連通する。腐食性ガスドレン排出孔４０の他端は、スクロール流路１３の底部と連通しており、ドレン排出管４３の弁４３ａを開けると、スクロール流路１３の底部から腐食性ガスドレンＬを排出することができる。
【００３１】
また、本実施形態においては、スクロール流路１３は、水平軸回りに形成されており、腐食性ガスドレン排出孔４０は、スクロール流路１３の外周面１３ａに開口している。スクロール流路１３の外周面１３ａは、湾曲形状を有しており、腐食性ガスドレンＬを一箇所に集め易いため、腐食性ガスドレンＬの排出性を高めることができる。また、この構成によれば、腐食性ガスドレンＬを一箇所に集めることができるため、腐食性ガスドレン排出孔４０を設ける数を１つに限定でき、ターボ圧縮機１の性能に影響を与えないようにすることができる。
【００３２】
また、本実施形態では、スクロール流路１３の底部を加熱するヒーター５０を有する。ヒーター５０に電流を流すと、ハウジング１０Ａ１を介してスクロール流路１３の底部が加熱される。ハウジング１０Ａ１は、ステンレス等の熱伝導性の良い金属材から形成されており、スクロール流路１３の底部全体を加熱することができる。ヒーター５０は、スクロール流路１３の底部を加熱することにより、腐食性ガスドレン排出孔４０から排出されなかった腐食性ガスドレンＬの残滓を気化させる。これにより、ターボ圧縮機１の運転停止中において、腐食性ガスドレンＬとスクロール流路１３とが長時間接触することがなくなる。
【００３３】
このように、上述の本実施形態によれば、腐食性ガスＧを圧縮するターボ圧縮機１であって、インペラ１１と、インペラ１１を囲うハウジング１０Ａ１と、を有し、ハウジング１０Ａ１は、インペラ１１の周りに環状に設けられたスクロール流路１３と、スクロール流路１３の底部に連通する腐食性ガスドレン排出孔４０と、スクロール流路１３の底部を加熱するヒーター５０と、を有する、という構成を採用することによって、腐食性ガスドレンＬによるスクロール流路１３の腐食を防止することができる。
【００３４】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
【００３５】
図５は、本発明の第２実施形態における第１圧縮段１０のハウジング１０Ａ１の（ａ）縦断面図と、（ｂ）矢視Ｂ図である。
第２実施形態のハウジング１０Ａ１は、スクロール流路１３の底部に連通する腐食性ガスドレン排出孔４０Ｂを有する点で、上記実施形態と異なる。
【００３６】
腐食性ガスドレン排出孔４０Ｂは、スクロール流路１３において腐食性ガスＧが流れる方向（図５（ａ）において符号Ｆを付す）を向いて斜めに設けられている。詳しくは、腐食性ガスドレン排出孔４０Ｂは、スクロール流路１３の底部に連通すると共に、ピニオン軸３４の軸方向と直交する平面において、重力方向に対して４５°傾いている。この腐食性ガスドレン排出孔４０Ｂは、図５（ｂ）に示すように、スクロール流路１３において平面視で楕円状に開口している。
【００３７】
上記構成の第２実施形態によれば、腐食性ガスドレン排出孔４０Ｂが、スクロール流路１３において腐食性ガスＧが流れる方向を向いて斜めに設けられているため、スクロール流路１３の外周面１３ａに沿って流れる腐食性ガスＧが、腐食性ガスドレン排出孔４０Ｂに入り込み難くなり、渦等の発生を抑制することができる。このため、ターボ圧縮機１の性能に影響を与えないようにすることができる。
【００３８】
また、第２実施形態では、腐食性ガスドレン排出孔４０Ｂが、スクロール流路１３において平面視で楕円状に開口しているため、上記実施形態（円状の開口）よりも開口面積が大きく、腐食性ガスドレンＬの排出性を高めることができる。また、腐食性ガスドレン排出孔４０Ｂが斜めに設けられた結果、楕円状に開口しているため、腐食性ガスドレン排出孔４０Ｂの径に比べて、相対的に開口面積を大きくすることができる。このため、腐食性ガスドレン排出孔４０Ｂの径を絞りつつ、腐食性ガスドレンＬの排出性を高めることができる。
【００３９】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
【００４０】
図６は、本発明の第３実施形態における第１圧縮段１０のハウジング１０Ａ１の縦断面図である。
第２実施形態のハウジングＡ１は、スクロール流路１３の底部を加熱する第１ヒーター５０Ａ及び第２ヒーター５０Ｂを有する点で、上記実施形態と異なる。
【００４１】
第１ヒーター５０Ａは、上記実施形態のヒーター５０と同じ位置に設けられている。すなわち、第１ヒーター５０Ａは、スクロール流路１３において腐食性ガスＧが流れる方向に関し、腐食性ガスドレン排出孔４０よりも下流側に設けられている。
一方、第２ヒーター５０Ｂは、スクロール流路１３において腐食性ガスＧが流れる方向に関し、腐食性ガスドレン排出孔４０よりも上流側に設けられている。
【００４２】
上記構成の第３実施形態によれば、第１ヒーター５０Ａ及び第２ヒーター５０Ｂに電流を流すと、スクロール流路１３の外周面１３ａの傾斜面が加熱される。このため、スクロール流路１３の底部に腐食性ガスドレンＬが集まってくる前に、腐食性ガスドレンＬを気化させることができる。したがって、スクロール流路１３の底部に集まる腐食性ガスドレンＬの量を減らすことができ、その分、腐食性ガスドレン排出孔４０の径を小さくしても腐食性ガスドレンＬの排出性を確保できる。このため、ターボ圧縮機１の性能に影響を与えないようにすることができる。
【００４３】
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１  ターボ圧縮機
１０Ａ（１０Ａ１，１０Ａ２）  ハウジング
１１  インペラ
１３  スクロール流路
１３ａ  外周面
４０  腐食性ガスドレン排出孔
５０  ヒーター
Ｇ  腐食性ガス
Ｌ  腐食性ガスドレン
【図１】
0006565116.tif 000002
【図２】
0006565116.tif 000003
【図３】
0006565116.tif 000004
【図４】
0006565116.tif 000005
【図５】
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【図６】
0006565116.tif 000007