(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングと、上記ケーシングの上方に開口されガスを導入する導入口と、上記ケーシングの上方に開口されガスを導出する導出口と、上記ケーシングの内部かつ上方に配設されガスが随伴する液を分離する液分離手段と、上記液分離手段の下方に配設され滴下する液滴を検出する液滴検出手段と、上記液滴検出手段にて検出された液滴の滴下の時間間隔から上記ガスが随伴する液量を算出する液量演算部とを有し、
上記液滴検出手段が、発熱体と温度検出器とを直接、または熱媒体を介して接触させ、上記温度検出器が液滴の滴下する位置に配設されてなり、かつ上記発熱体にて液滴より高温となるように加熱されてなるものであって、上記液量演算部が、単位時間に対する上記温度検出器により検出された温度の降下量が予め決められた値より大きくなったときの時間を液滴落下時間とみなし、その時間間隔から、上記ガスに随伴する液量を算出する機能を有し、
上記温度検出器により検出された温度が予め決められた温度より低く、かつ一定時間以上の間、液滴落下が検出されなかった場合、ガスに随伴する液量の算出値に予め定められた下限値を与える機能を有することを特徴とする液量算出装置。
【請求項２】
ケーシングと、上記ケーシングの上方に開口されガスを導入する導入口と、上記ケーシングの上方に開口されガスを導出する導出口と、上記ケーシングの内部かつ上方に配設されガスが随伴する液を分離する液分離手段と、上記液分離手段の下方に配設され滴下する液滴を検出する液滴検出手段と、上記液滴検出手段にて検出された液滴の滴下の時間間隔から上記ガスが随伴する液量を算出する液量演算部とを有し、
上記液滴検出手段が、発熱体と温度検出器とを直接、または熱媒体を介して接触させ、上記温度検出器が液滴の滴下する位置に配設されてなり、かつ上記発熱体にて液滴より高温となるように加熱されてなるものであって、上記液量演算部が、単位時間に対する上記温度検出器により検出された温度の降下量が予め決められた値より大きくなったときの時間を液滴落下時間とみなし、その時間間隔から、上記ガスに随伴する液量を算出する機能を有し、
上記温度検出器により検出された温度が予め決められた温度より高く、かつ一定時間以上の間、液滴落下が検出されなかった場合、ガスに随伴する液量の算出値に予め定められた上限値を与える機能を有することを特徴とする液量算出装置。
【請求項３】
ケーシングと、上記ケーシングの上方に開口されガスを導入する導入口と、上記ケーシングの上方に開口されガスを導出する導出口と、上記ケーシングの内部かつ上方に配設されガスが随伴する液を分離する液分離手段と、上記液分離手段の下方に配設され滴下する液滴を検出する液滴検出手段と、上記液滴検出手段にて検出された液滴の滴下の時間間隔から上記ガスが随伴する液量を算出する液量演算部とを有し、
上記液分離手段底部の液滴下部が略球形であり、かつ上記液分離手段本体底部から液滴下部付近に至る部分にスリットまたは穴を設けたことを特徴とする液量算出装置。
【請求項４】
液を随伴するガスの流路から、一定量のガスを取り出し、液分離手段に通し、上記液分離手段で分離され、滴下する液滴を検出し、滴下の時間間隔が長い場合は取り出し流量を増加させ、短い場合は取り出し流量を減少させ、かつその流量を測定する装置を設け、滴下の時間間隔、および流量から、ガスに随伴する液量を算出する機能を有することを特徴とする液量算出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガス中に含まれる液量を算出する液量算出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガスを送風する設備等において、許容限度以上にガスが液を随伴することによる不具合の発生を未然に防ぐために、ガスが随伴する液の量を的確に算出することが非常に重要である。そのような事情のもと、これまでに種々の液量算出方法、液量算出装置が提案されている。
【０００３】
ところで、ガスを圧縮したうえ、送風する設備として、油冷式圧縮機が広く知られている。油冷式圧縮機では、圧縮ガスが油を伴って吐出されるため、圧縮ガスの供給先へは、この圧縮ガスを油が除去されたクリーンな状態にして送り出す必要があり、吐出流路に油分離回収部が設けられている。この油分離回収部では、まず圧縮ガスとともに流入してきた比較的径が大きい油粒子を、内部の壁面等で衝突、反射させる過程で衝突作用及び重力沈下作用を利用して分離回収し、圧縮ガス中の油含有率を1000ppm（wt）程度まで減少させている。さらに、上記油分離回収部内には、例えばセルロース繊維等の不織布を用いた油分離エレメントが設けられており、圧縮ガスは油分離エレメントを通過して送り出されるようになっている。そして、圧縮ガスがこの油分離エレメントを通過する過程で、微細な油粒子が捕捉され、圧縮ガスから分離され、通常、油含有率が0.5ppm（wt）程度まで下げられた圧縮ガスが上記油分離回収部から送り出される。
【０００４】
この油分離後の油含有率の上限は、圧縮ガスの供給先、例えば圧縮ガスを使用するガスタービン等の装置により決まり、ガスタービンの場合、この油含有率が増大すると燃料バーナノズルに油の炭化物が付着し、燃焼不良を招くことになる。これを防止するために、この油含有率を常時監視しておく必要がある。そこで、現状では、圧縮ガスの一部を取り出し、これを一定時間だけ、濾紙に通すということにより上記油含有率の監視が行われている。さらに、具体的には、圧縮ガスが一定時間通過したこの濾紙を溶剤で洗浄し、溶剤に油を溶解させた後、溶剤を蒸発させ、残留油量の重量を化学天秤により測定して、上記油含有率が算出されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した液量測定方法の場合、上記液含有率（上記の例では油含有率）を求めるのに、一枚の濾紙で一回ずつ上記残留油量の測定がなされており、この測定毎に新しい濾紙を入れ替え、上記作業を繰り返す必要があり、手間が掛かるとともに、上記監視を連続的に行うことができない。このため、この監視のための作業が行われるのは、一ヶ月に一回程度となり、この作業が行われていない間に、上記液含有率が異常に増大し、それに伴うトラブル（上記の例では燃焼不良等）が発生する危険性があるという問題があった。
本発明は、斯る従来の問題をなくすことを課題としてなされたもので、ガスの液含有率を容易に、常時監視することのできる液量算出装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第１発明は、
ケーシングと、上記ケーシングの上方に開口されガスを導入する導入口と、上記ケーシングの上方に開口されガスを導出する導出口と、上記ケーシングの内部かつ上方に配設されガスが随伴する液を分離する液分離手段と、上記液分離手段の下方に配設され滴下する液滴を検出する液滴検出手段と、上記液滴検出手段にて検出された液滴の滴下の時間間隔から上記ガスが随伴する液量を算出する液量演算部とを有し、
上記液滴検出手段が、発熱体と温度検出器とを直接、または熱媒体を介して接触させ、上記温度検出器が液滴の滴下する位置に配設されてなり、かつ上記発熱体にて液滴より高温となるように加熱されてなるものであって、上記液量演算部が、単位時間に対する上記温度検出器により検出された温度の降下量が予め決められた値より大きくなったときの時間を液滴落下時間とみなし、その時間間隔から、上記ガスに随伴する液量を算出する機能を有し、
上記温度検出器により検出された温度が予め決められた温度より低く、かつ一定時間以上の間、液滴落下が検出されなかった場合、ガスに随伴する液量の算出値に予め定められた下限値を与える機能を有する構成とした。
【０００７】
第２発明は、
ケーシングと、上記ケーシングの上方に開口されガスを導入する導入口と、上記ケーシングの上方に開口されガスを導出する導出口と、上記ケーシングの内部かつ上方に配設されガスが随伴する液を分離する液分離手段と、上記液分離手段の下方に配設され滴下する液滴を検出する液滴検出手段と、上記液滴検出手段にて検出された液滴の滴下の時間間隔から上記ガスが随伴する液量を算出する液量演算部とを有し、
上記液滴検出手段が、発熱体と温度検出器とを直接、または熱媒体を介して接触させ、上記温度検出器が液滴の滴下する位置に配設されてなり、かつ上記発熱体にて液滴より高温となるように加熱されてなるものであって、上記液量演算部が、単位時間に対する上記温度検出器により検出された温度の降下量が予め決められた値より大きくなったときの時間を液滴落下時間とみなし、その時間間隔から、上記ガスに随伴する液量を算出する機能を有し、
上記温度検出器により検出された温度が予め決められた温度より高く、かつ一定時間以上の間、液滴落下が検出されなかった場合、ガスに随伴する液量の算出値に予め定められた上限値を与える機能を有する構成とした。
【０００８】
第３発明は、ケーシングと、上記ケーシングの上方に開口されガスを導入する導入口と、上記ケーシングの上方に開口されガスを導出する導出口と、上記ケーシングの内部かつ上方に配設されガスが随伴する液を分離する液分離手段と、上記液分離手段の下方に配設され滴下する液滴を検出する液滴検出手段と、上記液滴検出手段にて検出された液滴の滴下の時間間隔から上記ガスが随伴する液量を算出する液量演算部とを有し、
上記液分離手段底部の液滴下部が略球形であり、かつ上記液分離手段本体底部から液滴下部付近に至る部分にスリットまたは穴を設けた構成とした。
【０００９】
第４発明は、液を随伴するガスの流路から、一定量のガスを取り出し、液分離手段に通し、上記液分離手段で分離され、滴下する液滴を検出し、滴下の時間間隔が長い場合は取り出し流量を増加させ、短い場合は取り出し流量を減少させ、かつその流量を測定する装置を設け、滴下の時間間隔、および流量から、ガスに随伴する液量を算出する機能を有する構成とした。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る油冷式圧縮機１Ａを示し、この油冷式圧縮機１Ａは、一方の側に吸込流路１１が、他方の側に吐出流路１２が接続した圧縮機本体１３、例えばスクリュ式圧縮機本体を備え、吐出流路１２には油分離回収部１４が介設されている。この油分離回収部１４内には、油分離エレメント１５が設けられており、油分離回収部１４の下部の油溜り部１６からは、この油溜り部１６の油を油冷却器１７を介して圧縮機本体１３内のガス圧縮空間及び軸受・軸封部等の注油個所に導く油流路１８が延びている。さらに、油分離回収部１４の二次側における吐出流路１２の部分から分岐し、この分岐点よりも低圧部である吸込流路１１に合流する検査用流路１９が設けられており、この検査用流路１９には本発明にいう液量算出装置の主たる部分を構成する油分離検出器２１が設けられている。なお、検査用流路１９は、図１中二点鎖線で示すように、上記分岐点よりも低圧部である圧縮機本体１３内のガス圧縮空間に連通するように設けてもよい。
【００１１】
そして、吸込流路１１から圧縮機本体１３に吸込まれたガスが油流路１８から油注入されつつ圧縮され、油を伴って油分離回収部１４に向けて吐出される。油分離回収部１４では、勢い良く流入する圧縮ガスが内部の壁面等での衝突、反射を繰返す過程で比較的径が大きい油粒子と分離され、この分離された油は油溜り部１６に滴下し、残る油を伴った圧縮ガスは油分離エレメント１５を通過する。そして、この過程で、さらに微細な油粒子が捕捉され、圧縮ガスは油分離回収部１４の二次側に続く吐出流路１２の部分へと流出してゆく。通常、この油分離エレメント１５では、油含有率が0.5ppm（wt）程度になるまで油分離される。また、この油分離エレメント１５にて捕捉された油は徐々に油溜り部１６に滴下し、ここに一旦溜められる。この油溜り部１６の油は、油流路１８を経て上記注油箇所に送られ、その後循環を繰返す。
【００１２】
ところで、油分離検出器２１内の上部には、上記検査用流路１９を流れる圧縮ガスより油粒子を分離するために、油分離エレメント１５に比して、より微細な油粒子の捕捉が可能で、ガス中の油含有率が0.01ppm（wt）程度になるまで油分離可能な油分離エレメント２２が設けられている。吐出流路１２から分岐して油分離検出器２１内に流入した圧縮ガスは、油分離検出器２１のケーシングの上方に設けられた導入口を通じ、ケーシング内部で且つ上方に設けられた油分離エレメント２２を通過して、更に油分離検出器２１のケーシングの上方（図示のものでは上方でかつ側方）に設けられた導出口を通じ、油分離検出器２１外に流出して、吸込流路１１へと流れるようになっている。また、油分離検出器２１内の下部には、油分離エレメント２２から滴下してきた油滴を受け、この油滴を受けると電気的に状態変化を示す信号を出力する油滴検出手段２３が設けられており、ここからの電気信号は演算部２４に入力される。なお、油分離検出器２１底面には図示していない油排出手段が設けられている。
【００１３】
油分離検出器２１に導かれる圧縮ガスは微量であるが、この圧縮ガスの油含有率と油分離回収部１４の二次側の吐出流路１２の部分における圧縮ガスの油含有率とは等しいと考えられる。また、上記油滴の油量は略一定であり、上記状態変化を示す電気信号の間隔から圧縮ガス中に含まれる油量が算出され、この算出結果が出力される。
【００１４】
次に、上述した油量の算出について、具体的に説明する。
例えば、油分離エレメント２２を通過するガス（分子量29）の流量を50Nm３／hrとすると、ガスの油含有率が0.5ppm（wt）の場合、油の流量は次式により求められる。
【数１】
0004033648.tif 000002
通常、一つの油滴の油量は0.04cc程度であるから、約1.1時間（0.04÷0.0376＝1.06(hr)）で一つの油滴が滴下することになる。したがって、油滴が滴下する時間間隔を測定することにより、この時間間隔から逆算してガスに随伴する油の流量（cc／hr）を次式により求めることができる。
ガスに随伴する油の流量（cc／hr）＝0.04（cc）／油滴が落ちる時間間隔（hr）
【００１５】
そして、この時間間隔を測定することにより、以下の式により、連続的にガス中の油含有率を算出することができる。
油滴滴下時間間隔t(hr)の間に油分離エレメント２２を通過するガスの重量流量W(kg)は、次式により得られる。
【数２】
0004033648.tif 000003
Q：油分離エレメント２２を通過するガスの流量(Nm３／hr)
M：ガス分子量
【００１６】
一滴の油の重量G(kg)は次式により得られる。
【数３】
0004033648.tif 000004
q：一油滴量(cc)
ρ：油密度(g／cc)
【００１７】
そして、ガスの油含有率α(ppm(wt))が次式により得られる。
【数４】
0004033648.tif 000005
このようにして、ガスの油含有率αを算出することができ、この算出した数値を出力、例えば表示することにより圧縮ガスに随伴する油の量を連続的に監視し、油が異常に増大した場合に起こるトラブルの発生を未然に防止することができる。
【００１８】
図２は、油滴検出手段２３の一例を示し、この油滴検出手段２３は熱電対或いはサーミスタ３１と、この下方に延設したヒータ３２とこれらの端部に結合した熱伝導板３３とから形成されている。そして、ヒータ３２により熱伝導板３３の温度を滴下してくる油滴の温度よりも高い一定の温度、即ちコントロール温度Ｔｃに保ち、油滴が滴下する位置に熱伝導板３３を配置する。熱伝導板３３に油滴が滴下すると、その都度一時的に熱伝導板３３が冷やされ、熱電対或いはサーミスタ３１により検出される温度が変化する。即ち、熱伝導板３３は油滴により冷やされても、ヒータ３２により温度コントロールされているため、暫くすると元のコントロール温度Ｔｃに戻る。したがって、この変化する温度を測定することにより、熱伝導板３３の温度の変化する状態が分かる。図３は、この温度変化の状態を示し、この温度が一定のコントロール温度Ｔｃより降下すると油滴が落下したとみなし、その落下の時間間隔から上述した油含有率を求めることができる。
【００１９】
しかし、油滴の落下時間間隔が短ければ、図４に示すように、温度がヒータ３２によりコントロール温度に戻る前に、次の油滴が落下する場合が生じる。この場合、熱伝導板３３の温度はまだコントロール温度Ｔｃよりも低いため、熱伝導板３３の温度がコントロール温度から降下しているということだけで、油滴の落下の有無を判断することはできない。そこで、この場合は、単位時間（Δｔ）当りの温度降下量（ΔＴ）、即ち温度降下速度（ΔＴ／Δｔ）がある一定の値を超えたときに油滴の落下が生じたとみなし、これにより上述した不都合は解消される。
なお、図４においてＴｏは油温度を意味している。
【００２０】
また、熱伝導板３３に滴下した油滴が、熱伝導板３３上に長くとどまることなく、円滑に熱伝導板３３から流れ落ちるのが望ましい。このため、図５に示すように、熱伝導板３３を、熱電対或いはサーミスタ３１との結合部から下方に油を導く例えば針金のような細長形状の物を延在させたＴ字形に形成するのがよく、さらに表面に防液剤、例えば防油剤（例：四ふっ化エチレン樹脂）を塗布するのが望ましい。
【００２１】
また、図６に示すように、油滴検出手段２３としてロードセルを用いてもよく、油滴が油滴検出手段２３に落ちた際の衝撃力を油滴検出手段２３が検出し、油滴検出手段２３から図７に示すように荷重変化を示す電気信号が出力され、この荷重変化の時間間隔から上述した油含有率を求めることができる。
さらに、油滴検出手段２３を図８に示すように薄板４１を片持ち支持するとともに、薄板４１の近傍に歪ゲージ４２を取付けて形成し、薄板４１の自由端に油滴が滴下するようにしてもよい。
この場合、薄板４１に油滴が落ちると、薄板４１が振動し、この振動によって生じる歪が歪ゲージ４２により検出され、この歪に対応した電気信号が出力されるので、この電気信号の変化の時間間隔から上述した油含有率を求めることができる。
【００２２】
ガスに含まれる油量が多い場合、油滴の落下時間の間隔が短いため、上述したようにこの時間間隔を液滴検出手段で検出できない場合がある。この場合における時間間隔の検出については、この油量が非常に多くなければ、油分離エレメント２２の底部から落下させる油滴の落下位置を複数箇所とし、このそれぞれに油滴検出手段を設けることにより解決できる。例えば、図９に示すように、軸方向に延びる仕切り壁２２ａにより軸直角断面が４分割された油分離エレメント２２を用いる。この仕切り壁２２ａは、油分離エレメント２２ａの底部外周に設けられたフランジ部２２ｂの上面にも突出し、上記４分割された各部分で捕捉された油の混合を防止し、これによりこの各部分で捕捉、分離された油は、油滴となってそれぞれ別個の位置から落下するようになっている。また、上記各部分で分離された油がそれぞれ一定の位置から滴下するように油分離エレメント２２の下面に下方に向かって先細形状の突出部２２ｃが設けられている。そして、それぞれの油滴の落下位置に油滴検出手段２３a，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄを設けることにより、それぞれにおける油滴の落下時間が、単一の油滴検出手段２３のみによる場合に比して、４倍に延長され、上記時間間隔の検出が可能となる。
【００２３】
しかし、油量が非常に多くなると、上述した油分離エレメント２２を分割することによる油滴落下の時間間隔検出の限界を超える場合が生じる。例えば、ヒータ３２の端部に熱伝導板３３を結合した発熱体と、熱電対或いはサーミスタ３１等からなる温度検出器とを備えた油滴検出手段２３を用いた場合、油量が多過ぎると、図１０に示すように、温度検出器により検出された温度が、時間経過とともに油温度と略等しくなってゆき、油滴の検出ができなくなる。即ち、上記検出された温度と油温度とが略等しくなるこのような状態は、見掛け上は、ガス中に油が含まれていない状態と同じとなり、この二つの状態を区別することはできない。
【００２４】
そこで、温度検出器により検出された温度が、ある温度以下で、かつ油滴が検出されない場合は、ガス中の油量が多過ぎ、検出限界を超えていると判断する。図１０において、コントロール温度をＴｃ、油温度をＴｏとすると、油量が多い場合は温度検出器により検出された温度は油温度Ｔｏに近い値になっている。一方、油滴検出手段による検出可能最小時間間隔ｔ１は実験等により予め求めることができる。
【００２５】
そこで、例えば、温度検出器により検出された温度がＴ２＋２０℃以下で、かつｔ１以上時間が経過しても油滴が検出されない場合は、時間間隔ｔ１以下で油滴検出ができないと判断できる。そして、この場合は、ガス中に含まれる油量が次式で表されるα１（ppm(wt)）の値以上であることを意味している。
【数５】
0004033648.tif 000006
また、このα１の値を制御等に使用する場合も、このα１の値を考慮して制御する。
【００２６】
逆に、油量が少ない場合、油滴落下の時間間隔が長過ぎ、ガス中の油含有率の計算が可能となる時間間隔が長くなる。この場合、装置に異常があるのか否かの判断ができない。そこで、温度検出器による検出温度がある値、例えばＴｃ−２０（℃）以上で、かつある一定時間ｔ２以上時間が経過しても、液滴落下が検出されない場合は、ガスに含まれる油量は次式で表されるα２（ppm(wt)）以下であるとみなす。
【数６】
0004033648.tif 000007
したがって、油量表示をα２（ppm(wt)）とする。
【００２７】
一滴の油量は、油温により変化する表面張力により異なり、油温により変化する。この油温は略ガス温度と同じである。したがって、上述した一油滴量q(cc)はガス温度により変化する。このため、予め油温と一油滴量qとの関係を求めておき、油分離検出器２１に流入するガス、或いは油分離検出器２１内のガスの温度を測定し、この温度に基づき求めた一油滴量qを上述した式に採用することにより、上記油含有率をより一層正確に算出することが可能となる。
【００２８】
上記説明より明らかなように、油含有率の正確な算出のためには、油分離エレメント２２から油滴を常に、一定の位置に滴下させることが重要である。このため、油分離エレメント２２を、図１１に示すように、下部に円錐体５１を設けた形状にするのが好ましく、或いは図１２に示すように、下部に漏斗５２を備え、油滴が漏斗５２の内面に沿って滴下するようにするのが好ましい。また、油分離エレメント２２を、図１３に示すように、傾斜させて設け、油滴が最下端の角部の一点から滴下するようにしてもよい。
【００２９】
一滴の油量は油滴を落下させる位置の形状に大きく左右され、油滴の曲率が大きい場合には油量が少なく、曲率が小さい場合には油量が多くなる。したがって、図１１に示すように、下端部における軸直角断面外周の曲率が大きい場合には、油滴落下の時間間隔は短くなる。そのため、油滴落下が検出できない場合が生じる。そこで、図１４に示すように、油分離エレメント２２の油滴が落下する部分を球状に形成する。この結果、図１４に示す油分離エレメント２２の場合には、図１１に示す円錐形状の油分離エレメント２２の場合に比して、下端部における軸直角断面外周の曲率が小さく、しかも油分離エレメント２２の取り付けの角度誤差により、油滴が落下する箇所が変わっても、油分離エレメント２２の下部は球状に形成されているため、曲率が一定であり、油滴が円滑にこの球状部に沿って上下に流れ落ちる限り、一滴の油量は常に一定となる。そして、以下に詳述するように、この油滴の落下を円滑にするために、この油分離エレメント２２の下部の球状部には、スリット２５が形成されている。
【００３０】
一油滴量を一定にするための一条件は、油分離エレメント２２で分離された油が上記油量に達すると、時間遅れなく油滴となって落下することである。そのため、油分離エレメント２２で分離された油が油滴落下部の油を押し出すようにすることが必要である。図１４に示すスリット２５を有する油分離エレメント２２とは異なり、スリット２５を有していない図１５に示す油分離エレメント２２Ｚの場合、ここで分離された油はその底部ａに溜り、球状部の最下部ｂ点にて油滴となって落下するが、底部ａとｂ点との間に油で濡れていない、乾いた部分ｃが存在する場合がある。この場合、上記底部の油は円滑に最下部ｂ点に流れ落ちず表面張力により上記乾いた部分ｃの上端のｄ部に一旦止まり、最下部ｂ点での油滴の成長に影響を及ぼさない。そして、このｄ部で油がある程度溜まったときに、この油は一気に最下部ｂ点まで流れ落ち、この最下部ｂ点から滴下する。このため、この一油滴量および滴下時間間隔が不規則になる。
【００３１】
これに対して、図１４に示す油分離エレメント２２の場合、スリット２５が形成してあり、このスリット２５内は常時油で満たされ、乾くことがない。このため、図１４に示す油分離エレメント２２では、ガスから分離された油は止まることなく、徐々に上記球状部の最下部に向けて流れ、図１５に示す油分離エレメント２２Ｚの場合における上述した不具合は回避される。
【００３２】
図１６は、本発明の第２実施形態に係る油冷式圧縮機１Ｂを示し、図１に示す油冷式圧縮機１Ａと互いに共通する部分については、同一番号を付して説明を省略する。
この油冷式圧縮機１Ｂでは、検査用流路１９に流量測定手段２６と流量制御手段２７とが設けられている。この流量測定手段２６は、油含有率の計算に必要なガス流量が常に変化するため設けられ、この流量測定手段２６による測定値が上記計算におけるガス流量として採用される。また、油滴落下時間間隔に基づいて、油分離検出器２１を通過するガスの流量を流量制御手段２７により制御する。
【００３３】
一例として、油滴落下時間間隔の下限をｔＬ、上限をｔＵ（ｔＵ＞ｔＬ）と決める。そして、油滴落下時間間隔がｔＬ以下になると、流量制御手段２７によりガスの流量を減少させる。この結果、ガス中に含まれる油量も減少するため、油滴落下時間間隔が長くなる。これに対して、油滴落下時間間隔がｔＵ以上になると、流量制御手段２７によりガスの流量を増大させる。この結果、ガス中に含まれる油量も減少するため、油滴落下時間間隔が短くなる。このようにして、この油冷式圧縮機１Ｂでは、油滴落下時間間隔が常にｔＬとｔＵとの間に保たれるようになっている。
【００３４】
本発明では、油滴落下時間間隔に基づいて油含有率を算出しているため、この計算の時間間隔は油滴落下時間間隔に一致する。このため、この油含有率の算出値を圧縮機の制御等に用いる場合、油含有率の更新が時間的に不規則になり、制御性に問題が生じるが、油冷式圧縮機１Ｂでは、上述したように油滴落下時間間隔が一定範囲内に保たれる故、このような問題が生じることはない。
図１７および１８は、流量制御手段２７の具体的構成を例示したものである。
この図１７では、検査用流路１９に設けられた単一の開度制御可能な流量制御弁により形成された流量制御手段２７が示されている。
【００３５】
また、図１８では、検査用流路１９から分岐させた後、検査用流路１９に合流させた流路部分１９ａおよび１９ｂを並列状態で設け、流路部分１９ａにオリフィス等の絞り手段２８ａと電磁式開閉弁２９ａ、流路部分１９ｂに上記同様の絞り手段２８ｂと電磁式開閉弁２９ｂを設けるとともに、この分岐点と合流点との間の検査用流路１９の部分に上記同様の絞り手段２８ｃを設けて形成された流量制御手段２７が示されている。
言うまでも無く、流量制御手段２７は上記構成に限定するものでなく、検査用流路１９から分岐させ、検査用流路１９に合流させる流路部分の数を増減させてもよく、上記流路部分１９ｃにも電磁式開閉弁を設けてもよい。
【００３６】
図１７は、本発明の第３実施形態に係る油冷式圧縮機１Ｃを示し、図１に示す油冷式圧縮機１Ａと互いに共通する部分については、同一番号を付して説明を省略する。
この油冷式圧縮機１Ｃでは、検査用流路１９を上記分岐点よりも下流側の吐出流路１２の部分に合流させるとともに、この分岐点と合流点との間にオリフィス等の絞り手段６１を介在させて、この分岐点よりも合流点の方を低圧部とし、油分離検出器２１内をガスが上記合流点に向けて流動するように形成してある。
この油冷式圧縮機１Ｃの場合、圧縮ガスの一部を吸込流路１１に戻すことによる圧縮機本体１３での実質的なガス流量の低下を招くことがないようになっている。
【００３７】
このように、検査用流路１９は上記分岐点よりも低圧部に連通するように設ければよく、本発明は、上述した実施形態に加え、検査用流路１９を上記分岐点よりも低圧部である大気に連通させるように設けた油冷式圧縮機をも含むものである。
また、図２、５及び６に示す油滴検出手段２３、さらに図１１、１２，１３及び１４に示す油分離エレメント２２がこの油冷式圧縮機１Ｃにも適用できることは言うまでもない。
【００３８】
なお、ガス中に水ドレンが混入している場合、油滴の滴下だけでなく、水滴の滴下も測定する可能性がある。そこで、図１１に示す円錐体５１、或いは図１２に示す漏斗５２或いは図１４に示す油分離エレメント２２の下部の球状部をヒータで加熱する等、油分離エレメント２２の下部をヒータで加熱することにより水分を蒸発させ、油のみを残し、水滴を誤って測定するのを防止するようにするのが好ましい。
【００３９】
ところで、ここまではガスに随伴する液量を液分離エレメントから液滴が滴下する時間間隔に基づいてガスに含まれる液量を算出する装置および方法について説明してきたが、この液量が非常に多い場合、これとは逆に非常に少ない場合には、以下のようにして液量を算出するのがよい。
図２０は、図１、図１６或いは図１９における油滴分離・検出用の油分離検出器２１に代わる油分離検出器２１Ａを示し、図１、図１６或いは図１９と互いに共通する部分については同一番号が付されている。
【００４０】
この油分離検出器２１Ａは、ガスに含まれる油量が非常に多い場合に適用され、油分離エレメント２２の下方に容器７１と、容器７１の内部から容器７１の下方に延びたサイフォン７２と、このサイフォン７２の下方に配置された液流出検知器７３とを有している。
上記同様、油分離エレメント２２から油滴が滴下するが、この油滴は容器７１内に溜まってゆき、容器７１内の油面レベルがサイフォン７２の図中Ｘで示す最上部に達すると、容器７１内の油は油面レベルがサイフォン７２の図中Ｙで示す上方端面にまで下がる迄一気に液流出検知器７３に向かって流出する。
【００４１】
この油流出が検出された信号は演算部２４に入力され、ガスに含まれる油量が算出される。即ち、上述した一つの油滴の油量に代えて、容器７１内のＹで示す油面レベルとＸで示す油面レベルとの間の油量を採用するとともに、上記油滴が落ちる時間間隔に代えて液流出検知器７３への油流出時間間隔を採用することによりガスに含まれる油量が算出される。
なお、液流出検知器７３は、レーザ光線或いはロードセルを利用したタイプのもの、静電式のもの等が含まれる。
【００４２】
図２１は、図１、図１６或いは図１９における油滴分離・検出用の油分離検出器２１に代わるさらに別の油分離検出器２１Ｂを示し、図１、図１６或いは図１９と互いに共通する部分については同一番号が付されている。
この油分離検出器２１Ｂは、ガスに含まれる油量が非常に少ない場合に適用され、油分離エレメント２２の下方に油吸収部材８１、例えば不織布とこの油吸収部材８１の上部の両側に接触する二つの電極８２，８２とが配置されている。この二つの電極８２，８２には電流計８３を介して電源８４により電圧が印加されている。
【００４３】
図２２に示すように、油分離エレメント２２にて分離された油が油分離エレメント２２の下方に溜まってゆき、(I)，(II)，(III)の各状態に変化してゆき、油滴が拡大し、(IV)の状態に至って油滴が油分離エレメント２２から滴下する。ところで、ガスに含まれる油量が非常に少なく、油滴が滴下する時間間隔が数時間の場合もあり、この時間間隔から上記油量を測定するには時間が掛かり過ぎる。
そこで、この油分離検出器２１Ｂでは、油滴が滴下しなくても、図２２の(III)の状態のように油滴が寸法Ｄの大きさになった段階で、この油滴を強制的に吸い取るように、油吸収部材８１は油分離エレメント２２の下方、寸法Ｄの位置に設けられている。
【００４４】
換言すれば、この油分離検出器２１Ｂでは、油分離エレメント２１Ｂの下方に一定量の油が溜まるようになっており、この一定量溜まった油の全量が油吸収部材８１に排出されるようになっている。油が油吸収部材８１に吸い取られると、二つの電極８２，８２間の油吸収部材８１の電気抵抗が低下し、電流計８３での検出電流値が増大し、この電流信号が演算部２４に入力される。油吸収部材８１に吸い取られた油は、下方に移動し、しばらくすると油吸収部材８１の上部が乾き、上記検出電流値は元の小さい値に戻る故、演算部２４ではこの電流変化の時間間隔と、上記寸法Ｄでの油滴の油量に基づきガスに含まれる油量が算出される。即ち、上述した一つの油滴の油量に代えて、寸法Ｄでの油滴の油量を採用するとともに、上記油滴が落ちる時間間隔に代えて検出電流値の変化の時間間隔を採用することによりガスに含まれる油量が算出される。
【００４５】
なお、電流計８３に代えて、二つの電極８２，８２間の電圧を検出する電圧計を採用してもよい。
さらに、油分離回収部１４を、油分離エレメント１５を内蔵せず、比較的径の大きい油滴を衝突作用及び重力沈下作用のみにより分離回収する大粒用の油分離回収部と、油分離エレメント１５を内蔵し、ここでより微細な油滴を捕捉することにより油を分離回収する微細粒子用の油分離回収部とに分けて形成してもよい。
また、油分離検出器は油分離エレメントを内蔵した上述した構造のものに限定するものでなく、本発明は以下に例示する油分離検出器をも含むものである。
【００４６】
図２３〜２５は、本発明の第４実施形態に係る油冷式圧縮機１Ｄを示し、図１９に示す油冷式圧縮機１Ｃと互いに共通する部分については、同一番号を付して説明を省略する。
この油冷式圧縮機１Ｄでは、油冷式圧縮機１Ｃにおける油分離検出器２１に代えて構造を異にする油分離検出器２１Ｃが設けられている。この油分離検出器２１Ｃは、筒状体で、吐出流路１２から分岐した検査用流路１９の上流側部分に側部にて接続し、油を伴ったガスを内壁面に沿うように流入させる一方、吐出流路１２に合流する検査用流路１９の下流側部分に上面にて接続し、下部が漏斗状に形成されたサイクロン式液分離器２２ａを内部に備えている。
【００４７】
このサイクロン式液分離器２２Ａは、ガスが上記内壁面に沿って旋回する過程で、遠心力によりガスから油を分離するもので、流入するガスの流速が速い場合、上述した油分離エレメントに比して、ガスと油の分離効率がよく、寸法的にも小さくすることができるという利点を有している。
【００４８】
さらに、このサイクロン式液分離器２２Ａに代えて図２６，２７に示す衝突式液分離器２２Ｂを設けた油分離検出器２１Ｄを用いてもよい。この衝突式液分離器２２Ｂは、筒状体で、吐出流路１２から分岐した検査用流路１９の上流側部分に側部にて接続し、油を伴ったガスを内壁面に衝突するように流入させる一方、吐出流路１２に合流する検査用流路１９の下流側部分に上面にて接続し、下部が漏斗状に形成されている。そして、この衝突式液分離器２２Ｂは、上記衝突の際に、ガスと油とが分離され、ガスは上部から流出し、油は下部に滴下するようにしたものであり、サイクロン式液分離器２２Ａと同様の利点を有している。
【００４９】
なお、上述した実施形態では、本発明に係る液量測定方法、或いは液量測定装置を、油冷式圧縮機の吐出ガスに含まれる油の測定に適用した例を示したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、ブロア、及び乾燥機を通じて、送風される乾燥空気の送風設備において、その乾燥空気中の水ドレン等の液量を測定したい要望がある場合、本発明に係る液量測定方法、或いは液量測定装置を適用してもよい。具体的には上記ブロア、乾燥機を通じて、乾燥空気の供給先まで通ずる供給路から分岐する検査用流路を構成し、その検査用流路に上記油分離検出器２１、２１Ａ〜２１Ｄと同様の油分離検出器を設け、この油分離検出器により、乾燥空気中の水ドレン等の液量を測定するなどしてもよい。また、本発明は水蒸気中の水ミスト量を測定する場合にも有効である。
【００５０】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、第１発明によれば、
ケーシングと、上記ケーシングの上方に開口されガスを導入する導入口と、上記ケーシングの上方に開口されガスを導出する導出口と、上記ケーシングの内部かつ上方に配設されガスが随伴する液を分離する液分離手段と、上記液分離手段の下方に配設され滴下する液滴を検出する液滴検出手段と、上記液滴検出手段にて検出された液滴の滴下の時間間隔から上記ガスが随伴する液量を算出する液量演算部とを有し、
上記液滴検出手段が、発熱体と温度検出器とを直接、または熱媒体を介して接触させ、上記温度検出器が液滴の滴下する位置に配設されてなり、かつ上記発熱体にて液滴より高温となるように加熱されてなるものであって、上記液量演算部が、単位時間に対する上記温度検出器により検出された温度の降下量が予め決められた値より大きくなったときの時間を液滴落下時間とみなし、その時間間隔から、上記ガスに随伴する液量を算出する機能を有し、
上記温度検出器により検出された温度が予め決められた温度より低く、かつ一定時間以上の間、液滴落下が検出されなかった場合、ガスに随伴する液量の算出値に予め定められた下限値を与える機能を有する液量算出装置としてある。
【００５１】
これにより、ガスの液含有率を容易に、常時監視することのできる液量算出方法をごく簡単な装置構成で具現化した液量算出装置を提供することができる。
【００５２】
また、液滴落下時間間隔が短く、温度回復ができない場合においても、容易に液滴落下を検出することができるという効果を奏する。
【００５３】
さらに、液滴落下時間間隔が短く、液滴落下の検出が難しい場合でも、この場合における液滴落下を、液量が少なく液滴落下の検出ができない状態と区別して、検出することが可能になるという効果を奏する。
【００５４】
第２発明は、
ケーシングと、上記ケーシングの上方に開口されガスを導入する導入口と、上記ケーシングの上方に開口されガスを導出する導出口と、上記ケーシングの内部かつ上方に配設されガスが随伴する液を分離する液分離手段と、上記液分離手段の下方に配設され滴下する液滴を検出する液滴検出手段と、上記液滴検出手段にて検出された液滴の滴下の時間間隔から上記ガスが随伴する液量を算出する液量演算部とを有し、
上記液滴検出手段が、発熱体と温度検出器とを直接、または熱媒体を介して接触させ、上記温度検出器が液滴の滴下する位置に配設されてなり、かつ上記発熱体にて液滴より高温となるように加熱されてなるものであって、上記液量演算部が、単位時間に対する上記温度検出器により検出された温度の降下量が予め決められた値より大きくなったときの時間を液滴落下時間とみなし、その時間間隔から、上記ガスに随伴する液量を算出する機能を有し、
上記温度検出器により検出された温度が予め決められた温度より高く、かつ一定時間以上の間、液滴落下が検出されなかった場合、ガスに随伴する液量の算出値に予め定められた上限値を与える構成としてある。
【００５５】
これにより、ガスの液含有率を容易に、常時監視することのできる液量算出方法をごく簡単な装置構成で具現化した液量算出装置を提供することができる。
また、液滴落下時間間隔が短く、温度回復ができない場合においても、容易に液滴落下を検出することができる。
さらに、液量が少なく、液滴が検出できない状態と装置が故障した状態とを区別することができるという効果を奏する。
【００５６】
第３発明は、ケーシングと、上記ケーシングの上方に開口されガスを導入する導入口と、上記ケーシングの上方に開口されガスを導出する導出口と、上記ケーシングの内部かつ上方に配設されガスが随伴する液を分離する液分離手段と、上記液分離手段の下方に配設され滴下する液滴を検出する液滴検出手段と、上記液滴検出手段にて検出された液滴の滴下の時間間隔から上記ガスが随伴する液量を算出する液量演算部とを有し、上記液分離手段底部の液滴下部が略球形であり、かつ上記液分離手段本体底部から液滴下部付近に至る部分にスリットまたは穴を設けた構成としてある。
【００５７】
このため、１滴の液量が安定し、液含有率を正確に算出することができるという効果を奏する。
【００５８】
第４発明は、液を随伴するガスの流路から、一定量のガスを取り出し、液分離手段に通し、上記液分離手段で分離され、滴下する液滴を検出し、滴下の時間間隔が長い場合は取り出し流量を増加させ、短い場合は取り出し流量を減少させ、かつその流量を測定する装置を設け、滴下の時間間隔、および流量から、ガスに随伴する液量を算出する機能を有する構成としてある。
【００５９】
このため、液含有率を計算する時間間隔がほぼ一定となり、圧縮機の制御等に使用する場合、安定した制御が可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態に係る油冷式圧縮機の全体構成を示す図である。
【図２】  図１に示す油冷式圧縮機における油滴検出手段の一例を示す図である。
【図３】  図２に示す油滴検出手段からの信号に基づいて得られる温度変化の状態を示す図である。
【図４】  油滴落下時間間隔が短い場合において、図２に示す油滴検出手段からの信号に基づいて得られる温度変化の状態を示す図である。
【図５】  図１に示す油冷式圧縮機における油滴検出手段の別の例を示す図である。
【図６】  図１に示す油冷式圧縮機における油滴検出手段のさらに別の例を示す図である。
【図７】  図６に示す油滴検出手段からの信号に基づいて得られる荷重変化の状態を示す図である。
【図８】  図１に示す油冷式圧縮機における油滴検出手段のさらに別の例を示す図である。
【図９】  図１に示す油冷式圧縮機における油滴検出手段のさらに別の例を示す図である。
【図１０】  油滴落下の時間間隔が非常に短く、油滴落下の検出が不可能となる場合において、図２に示す油滴検出手段からの信号に基づいて得られる温度変化の状態を示す図である。
【図１１】  図１に示す油冷式圧縮機における油分離検出器内の油分離エレメントの別の例を示す図である。
【図１２】  図１に示す油冷式圧縮機における油分離検出器内の油分離エレメントのさらに別の例を示す図である。
【図１３】  図１に示す油冷式圧縮機における油分離検出器内の油分離エレメントのさらに別の例を示す図である。
【図１４】  図１に示す油冷式圧縮機における油分離検出器内の油分離エレメントのさらに別の例を示す図である。
【図１５】  図１４に示す油分離エレメントのスリットがない場合の状態を説明するための図である。
【図１６】  本発明の第２実施形態に係る油冷式圧縮機の全体構成を示す図である。
【図１７】  図１６に示す油冷式圧縮機における流量制御手段の具体例を示す図である。
【図１８】  図１６に示す油冷式圧縮機における流量制御手段のさらに別の具体例を示す図である。
【図１９】  本発明の第３実施形態に係る油冷式圧縮機の全体構成を示す図である。
【図２０】  図１、図１６或いは図１９に示す油分離検出器に代えて適用される別の油分離検出器を示す図である。
【図２１】  図１、図１６或いは図１９に示す油分離検出器に代えて適用されるさらに別の油分離検出器を示す図である。
【図２２】  図２１に示す油分離エレメントの下部での油滴の成長過程を示す図である。
【図２３】  本発明の第４実施形態に係る油冷式圧縮機の全体構成を示す図である。
【図２４】  図２３に示す油冷式圧縮機における油分離手段の軸を含む平面で切った断面図である。
【図２５】  図２４に示す油分離手段のIIXV−IIXV線断面図である。
【図２６】  図２３に示す油冷式圧縮機における別の油分離手段の軸を含む平面で切った断面図である。
【図２７】  図２６に示す油分離手段のIIXVII−IIXVII線断面図である。
【符号の説明】
１Ａ  油冷式圧縮機                  １１  吸込流路
１２  吐出流路                      １３  圧縮機本体
１４  油分離回収部                  １５  油分離エレメント
１６  油溜り部                      １７  油冷却器
１８  油流路                        １９  検査用流路
２１  油分離検出器                  ２２  油分離エレメント
２３  油滴検出手段                  ２４  演算器
【図１】
0004033648.tif 000008
【図２】
0004033648.tif 000009
【図３】
0004033648.tif 000010
【図４】
0004033648.tif 000011
【図５】
0004033648.tif 000012
【図６】
0004033648.tif 000013
【図７】
0004033648.tif 000014
【図８】
0004033648.tif 000015
【図９】
0004033648.tif 000016
【図１０】
0004033648.tif 000017
【図１１】
0004033648.tif 000018
【図１２】
0004033648.tif 000019
【図１３】
0004033648.tif 000020
【図１４】
0004033648.tif 000021
【図１５】
0004033648.tif 000022
【図１６】
0004033648.tif 000023
【図１７】
0004033648.tif 000024
【図１８】
0004033648.tif 000025
【図１９】
0004033648.tif 000026
【図２０】
0004033648.tif 000027
【図２１】
0004033648.tif 000028
【図２２】
0004033648.tif 000029
【図２３】
0004033648.tif 000030
【図２４】
0004033648.tif 000031
【図２５】
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【図２６】
0004033648.tif 000033
【図２７】
0004033648.tif 000034