特許 7076977 油回路および油回路を備えた機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-05-20

(45)【発行日】2022-05-30

(54)【発明の名称】油回路および油回路を備えた機械

(51)【国際特許分類】

   F04B 39/02 20060101AFI20220523BHJP

   F04B 39/06 20060101ALI20220523BHJP

   F04B 39/12 20060101ALI20220523BHJP

   F15B 21/045 20190101ALI20220523BHJP

   F16K 17/196 20060101ALI20220523BHJP

【ＦＩ】

F04B39/02 M

F04B39/06 P

F04B39/12 101A

F15B21/045

F16K17/196 Z

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2017196834

(22)【出願日】2017-10-10

(65)【公開番号】P2018178989

(43)【公開日】2018-11-15

【審査請求日】2018-04-12

【審判番号】

【審判請求日】2021-05-21

(31)【優先権主張番号】2017/5278

(32)【優先日】2017-04-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】BE

(31)【優先権主張番号】PCT/IB2017/052855

(32)【優先日】2017-05-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】WO

(73)【特許権者】

【識別番号】593074329

【氏名又は名称】アトラス コプコ エアーパワー，ナームローゼ フェンノートシャップ

【氏名又は名称原語表記】ＡＴＬＡＳ ＣＯＰＣＯ ＡＩＲＰＯＷＥＲ，ｎａａｍｌｏｚｅ ｖｅｎｎｏｏｔｓｃｈａｐ

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100098475

【弁理士】

【氏名又は名称】倉澤 伊知郎

(74)【代理人】

【識別番号】100130937

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100144451

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 博子

(74)【代理人】

【識別番号】100170634

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 航介

(72)【発明者】

【氏名】トマス デ ボントリデル

【合議体】

【審判長】小川 恭司

【審判官】窪田 治彦

【審判官】木戸 優華

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６４－８０７１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第３１８６６３０（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２００２－１５５８７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－９６０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

F04B39/02,39/06,39/12

F15B21/04

F16K17/19

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

可変速式のモータ（４）を有する機械（１）を潤滑するとともに冷却する油回路であって、前記油回路（５）が油（１１）の入った油リザーバ（１０）および油（１１）を前記油リザーバ（１０）から油パイプ（１２）経由で前記機械（１）に圧送することができる油ポンプ（１３）を備え、前記油ポンプ（１３）が前記機械（１）のモータ（４）によって駆動され、前記油回路（５）が前記圧送された油（１１）を案内して前記油リザーバ（１０）に戻すことができるバイパスパイプ（１５）およびバイパス弁（１４）を更に備え、前記油回路（５）が単一の油冷却器（１６）を更に備えている、油回路において、前記油冷却器（１６）は、前記バイパスパイプ（１５）内に配置され、前記油冷却器（１６）は、前記油冷却器（１６）を通る油及び冷却剤の所定の流れに対して固定の冷却能力を備えており、前記油回路（５）は、前記機械（１）からの油（１１）を案内して該油を前記油リザーバ（１０）に戻すことができるよう還流パイプ（１９）を更に備えている、油回路。

【請求項2】

前記バイパス弁（１４）は、前記バイパス弁（１４）の後に前記油パイプ（１２）内であらかじめ設定された圧力（９）に達するよう制御される、請求項１記載の油回路。

【請求項3】

前記バイパス弁（１４）は、機械式弁である、請求項１又は２に記載の油回路。

【請求項4】

前記バイパス弁（１４）は、前記油パイプ（１２）内に配置されている、請求項１～３のうちいずれか一に記載の油回路。

【請求項5】

可変速式のモータ（４）付き機械であって、前記機械（１）は、請求項１～４のうちいずれか一に記載の油回路（５）を備えている、機械。

【請求項6】

前記機械（１）は、圧縮機装置、膨張器装置または真空ポンプ装置である、請求項５記載の機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、油回路に関する。

【0002】

特に、本発明は、可変ｒｐｍまたは可変速方式の、すなわちＶＳＤ（可変速駆動）制御方式の機械のための改良型油回路を提供するようになっている。

【0003】

この機械は、例えば、圧縮機、膨張器または真空ポンプであるのが良い。

【背景技術】

【0004】

かかる機械は、機械内のコンポーネントを潤滑することができる油回路を備えていることが知られている。

【0005】

これらコンポーネントは、例えば、圧縮機要素、膨張器要素または真空ポンプ要素、モータおよび伝動装置の軸受および歯車であるが、これらには限定されない。

【0006】

油は、モータ、圧縮機要素および伝動装置のある特定のコンポーネントを冷却するためにも使用できる。

【0007】

伝統的に、かかる機械の油回路は、次のように配置されている。

【0008】

油は、油ポンプを用いて油リザーバから圧送されまたは送り進められ、その後、油は、油冷却器（オイルクーラ）まで案内される。

【0009】

この冷却器は、油が機械の潤滑されるべきコンポーネントおよび機械の冷却されるべき任意のコンポーネントにもたらされる前に油を冷却する。

【0010】

潤滑および冷却中、油の温度が上昇する。

【0011】

油が機械を通過した後、油は、還流パイプ経由で案内されて油リザーバに戻される。

【0012】

高温油は、油ポンプによって油冷却器に案内され、ここで、油は、冷却され、その後再び機械に案内される。

【0013】

油ポンプを駆動するため、要素もまた駆動するモータが用いられる。

【0014】

このことは、機械の高い速度または高いｒｐｍでは、より多くの油が必要される場合、より多くの油が圧送されて油冷却器に、次に機械まで案内される。

【0015】

しかしながら、油圧力は、機械の高い速度または高いｒｐｍでは高すぎるほど増大することはなく、油ポンプは、非常に多量の油を圧送するので圧力は高すぎるようになる。油圧力が高すぎることは、例えば、この場合、多量すぎるほどの油が軸受潤滑のために用いられて軸受中での損失が増えるので、許容されない。

【0016】

これは、弁を備えたバイパスパイプが油冷却器の後に油回路内に取り付けられている理由であり、この油回路は、ある特定の速度の時点では、圧送された油のうちの一部を駆動して油リザーバに戻す。

【0017】

モータの速度およびかくして油ポンプの速度が高ければ高いほど、弁がバイパスパイプ経由で油リザーバに案内して戻す油の量がそれだけ一層多くなる。

【0018】

このように、油回路内の油圧力は、高すぎるほどは増大しない。

【0019】

従来型油回路によれば、機械に圧送される油の全ては、油冷却器を通る。

【0020】

かくして、かかる公知の油回路はまた、機械の速度が低い場合、機械が非常に冷却され過ぎるという欠点をもたらし、と言うのは、油冷却器は、油が回転中の部品内の損失に起因して最高度まで昇温したときに機械の最大速度で油を冷却するよう設計されているからである。

【0021】

その結果、これらの低い速度では、油は、高い粘度を有し、それにより、軸受内での油の損失が生じる。

【0022】

さらに、大きな温度差が低速および高速において油中に起こる。

【0023】

これら大きな温度差は、機械にとって有害である。

【0024】

この結果として、冷却能力が調節可能である冷却器が選択される場合が多く、これは、当然のことながら、費用が高くつきしかも複雑である。

【0025】

さらに、最大速度での油の流れ全体向きに設計された大型冷却器を用いることが必要となる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0026】

本発明の目的は、上述の欠点および他の欠点のうちの少なくとも１つに対する解決策を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0027】

本発明の目的は、可変速式の機械を潤滑するとともに冷却する油回路であって、油回路が油の入った油リザーバおよび油を油リザーバから油パイプ経由で機械に圧送することができる油ポンプを備え、油ポンプが機械のモータによって駆動され、油回路が圧送された油を案内して油リザーバに戻すことができるバイパスパイプおよびバイパス弁を更に備え、油回路が油冷却器を更に備えている、油回路において、油冷却器は、バイパスパイプ内に配置されていることを特徴とする油回路によって達成される。

【0028】

利点は、機械の低い速度においてより低い冷却度が必要とされる場合、少ない油がバイパスパイプを経て案内され、かくして冷却され、他方、高い速度では、高い冷却度が必要とされる場合、多量の油がバイパスパイプを経て案内され、かくして一層冷却されることになる。

【0029】

低速での冷却度を低くするとともに高速での冷却度を高くすることによって、油の温度は、より一定のままとなり、かくして公知の冷却回路と比較して温度差が小さくなる。

【0030】

さらに、平均油温度もまた高くなり、その結果、油は、低い粘度を有することになり、それにより軸受中でのかつ油が潤滑のために用いられる他の場所での油の損失量が少なくなる。

【0031】

別の利点は、低い速度では、油が冷却されないことであり、その理由は、バイパスパイプおよび油冷却器を経て案内される油がないからである。このように、油は、低い速度では高すぎるほどの粘度を有することはない。

【0032】

さらに、高い速度では、油は、高すぎる温度状態にはならず、と言うのは、この場合、多量の油が冷却器を経て案内されるからである。

【0033】

別の利点は、油冷却器が小さな寸法を有することができ、すなわち、油冷却器がバイパスパイプの前の油パイプ内に位置する公知の油回路と比較して少量の油の流れについて小型の油冷却器を選択することができるということにある。

【0034】

本発明はまた、可変速方式のモータ付きの機械であって、この機械が本発明の油回路を備えていることを特徴とする機械に関する。

【0035】

この機械は、圧縮機設備、膨張器設備または真空ポンプ設備であるのが良いが、本発明は、これには限定されない。

【0036】

本発明の特徴を良好に示す意図で、本発明の油回路およびかかる油回路を備えた機械の２、３の好ましい実施形態につき、添付の図面を参照して、性質上本発明を何ら限定することなく一例として説明する。

【図面の簡単な説明】

【0037】

【図1】本発明の油回路を備えた機械を概略的に示す図である。

【図2】モータ速度の関数として油ポンプの流量の変化を概略的に示す図である。

【図3】モータ速度の関数としてバイパス弁から見て下流側に位置する油パイプ内の圧力の変化を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0038】

本件では、図１に示されている機械１は、圧縮機装置１、特に、ねじ圧縮機要素２、伝動装置３（または「歯車箱」）および可変速方式のモータ４を備えたねじ圧縮機装置であり、機械１は、本発明の油回路５を備えている。

【0039】

本発明によれば、機械１が圧縮機装置１であることが要件ではなく、機械１は、例えば膨張器装置または真空ポンプ装置であっても良い。

【0040】

ねじ圧縮機要素は、ガスを引き込むための入口７および圧縮ガスのための出口８を備えたハウジング６を有する。２つのつがい関係をなす螺旋ロータ９がハウジング６内の軸受に取り付けられている。

【0041】

油回路５は、機械１のコンポーネントを潤滑し、必要ならば冷却する油を機械に供給する。

【0042】

これらコンポーネントは、例えば、伝動装置３内の歯車、螺旋モータ９をねじ圧縮機要素２内に設けるための軸受などである。

【0043】

油回路５は、油１１および油１１を潤滑されるべき機械１のコンポーネントにもたらすための油パイプ１２を備えた油リザーバ１０を有する。

【0044】

油１１を油リザーバ１０から圧送することができる油ポンプ１３が油パイプ１２内に設けられている。

【0045】

油ポンプ１３は、機械１のモータ４によって駆動される。

【0046】

油ポンプ１３は、モータ４のシャフトまたは駆動シャフトに直接連結されるのが良い。この駆動シャフトは、次に、カップリングによりモータ４に連結される。次に、歯車は、歯車箱によって駆動される駆動シャフトに取り付けられる。１つまたは２つ以上の圧縮機要素２が歯車箱を介して駆動されるのが良い。

【0047】

バイパス弁１４および油パイプ１２から油リザーバ１０に戻るよう延びるバイパスパイプ１５が油ポンプ１３から見て下流側で油パイプ１２内に設けられている。

【0048】

図示の実施例では、バイパス弁１４が油パイプ１２内に取り付けられているが、バイパス弁１４がバイパスパイプ１５内に取り付けられていることが排除されるわけではない。バイパスパイプ１５への油パイプ１２の連結場所のところに取り付けられる三方弁が用いられることも排除されるわけではない。

【0049】

バイパス弁１４は、油ポンプ１３によって圧送された油１１を分布させ、一部は、油パイプ１２を介して潤滑されるべき機械１のコンポーネントに圧送され、他の部分は、バイパスパイプ１５を経て油リザーバ１０に戻される。

【0050】

この場合、バイパス弁１４は、機械式弁１４であるが、このことが必ずしも必要ではない。

【0051】

好ましい実施形態では、弁１４は、ばね押し弁であり、すなわち、弁１４は、ばねまたはばね要素を有し、ばねは、弁１４の前後の圧力ｐに応じて弁１４を程度の差はあれ開く。

【0052】

この場合、弁は、弁１４の後の圧力ｐに応じてバイパスパイプ１５を開閉するばね押し弁１４である。圧力ｐのある特定のしきい値を超えると、弁は、バイパスパイプ１４を開いて圧送された油１１の一部がバイパスパイプ１５を経て油リザーバ１０に流れるようになっている。

【0053】

本発明によれば、油冷却器１６がバイパスパイプ１５内に配置されている。このことは、バイパスパイプ１５を経て流れる油１１を冷却することができるが、油パイプ１２を経て冷却されるべきコンポーネントまで流れる油１１が冷却されないことを意味している。

【0054】

換言すると、冷却状態の低温油１１は、バイパスパイプ１５を経て油リザーバ１０まで案内される。

【0055】

この場合、上述した油冷却器１６は、熱交換器１８の一部をなす。油冷却器１６は、例えばプレート形冷却器であるのが良いが、油１１を冷却するのに適した任意形式の冷却器を本発明において使用することができる。

【0056】

この場合、油冷却器１６は、油流量が所与でありかつ冷却剤の流れが所与である場合に固定されたまたは一定の冷却能力を有する。このことは、冷却能力を調節することができないということを意味している。冷却剤の流量を調節することによって、確かに、冷却能力を調節することが可能である。しかしながら、これは、要件ではない。

【0057】

バイパス弁１４から、油パイプ１２は、潤滑されるとともに必要ならば冷却されるべき機械１のコンポーネントまで延びている。この場合、油パイプ１２は、機械１内に部分的に組み込まれるのが良いサブパイプ１８に分割される。

【0058】

さらに、油回路５は、油がコンポーネントを潤滑し、必要に応じてこれらコンポーネントを冷却した後、油１１を機械１から油リザーバ１０に戻すための還流パイプ１９を備えている。

【0059】

この油１１は、高い温度状態にある。

【0060】

油リザーバ１０内では、この高温油１１は、バイパスパイプ１５を経て油リザーバ１０に案内された冷却状態の低温油１１と混ぜ合わされる。

【0061】

油回路５を備えた機械１の作動は、極めて単純であり、次の通りである。

【0062】

機械１がモータ４によって駆動されると、つがい関係にある回転螺旋ロータ９が空気を引き込んでこれを圧縮する。

【0063】

作動中、要素２、伝動装置３およびモータ４の互いに異なるコンポーネントが潤滑されるとともに冷却される。

【0064】

油ポンプ１３が圧縮機要素２のモータ４によって駆動されているとき、機械１の開始時点において、油ポンプは、油１１を圧送してこれを油パイプ１２およびサブパイプ１８を介して潤滑されるとともに冷却されるべき機械１のコンポーネントに送り進める。

【0065】

モータ４の速度ｎの関数としての油ポンプ１３の流量Ｑの変化が図２に示されている。

【0066】

この図から理解できるように、低い速度ｎでは、油ポンプ１３は、高い速度ｎと比較して圧送する油１１の量が少ない。これは、低い速度ｎでは、必要とされる潤滑および冷却度が低く、高い速度ｎでは潤滑度および冷却度が高いので有利である。

【0067】

低い速度ｎでは、圧送された油１１の全てが圧縮機装置１に送り進められ、すなわち、バイパス弁１４は、バイパスパイプ１５を閉じてバイパスパイプ１５および油冷却器１６に沿って油リザーバ１０に流れて戻ることができる油１１がないまたはゼロであるようになる。低い速度では、油１１がかろうじてウォームアップするときに冷却が不要なので、これは、問題ではなく、これは、油１１が低温過ぎるようにならないようにする。

【0068】

バイパス弁１４から見て下流側に位置する油パイプ１２内の圧力ｐの変化が図３に示されている。

【0069】

圧力は、速度ｎ′に対応した特定の圧力ｐ′に達するまで速度ｎに比例して体系的に増大する。

【0070】

この速度ｎ′の時点で、圧力ｐ′に達し、その結果、バイパス弁１４は、バイパスパイプ１５に対して部分的に開かれるようになる。

【0071】

その結果、ｎ′よりも高い速度では、圧送された油１１の一部がバイパス弁１４を通ってバイパスパイプ１５を経て送り進められる。

【0072】

これは、図２に概略的に示されており、曲線が２つの枝に分割され、すなわち、ゾーンＩに対応した油流量Ｑの一部が油パイプ１２経由で潤滑されるとともに冷却されるべき圧縮機装置１のコンポーネントに送り進められ、他方、ゾーンＩＩに対応した油流量Ｑの他の部分は、バイパスパイプ１５経由で油リザーバ１０に送り戻されることになる。

【0073】

バイパス弁１４が開くので、速度ｎ′の時点では、圧力ｐは、モータ４の速度ｎに比例してもはや増大せず、曲線は、図３に示されているように平坦になる。

【0074】

速度ｎが高ければ高いほど、油パイプ１２内のバイパス弁１５から見て下流側の高い圧力ｐによってバイパス弁１５が押されて開かれる度合いがそれだけ一層大きくなる。確かに、高い速度ｎでは、油ポンプ１３の流量Ｑは、高くなり、したがって、この圧力ｐもまた増大し、その結果バイパス弁１４が一層開くようになる。

【0075】

ばね押しバイパス弁１４のばね特性は、バイパス弁１４がばねによって制御されて図３の曲線に一致して油パイプ１２内のバイパス弁１４の後であらかじめ設定された圧力ｐに達するように選択される。

【0076】

バイパスパイプ１５を経て案内された油１１は、油冷却器１６を通ってこれによって冷却される。

【0077】

バイパスパイプ１５を経て案内された冷却状態の油１１は、油リザーバ１０に至るので、油リザーバ１０内の油１１の温度は、低下することになる。この低温の油１１は、次に、油ポンプ１３によって圧送されて圧縮機装置１にもたらされる。

【0078】

高い速度ｎでは、圧縮機装置１内に多量の熱が生じるので、上述の方法によって正確に管理される高い冷却度が必要となる。

【0079】

速度ｎの増大時、油ポンプ１３は、油リザーバ１０から多量の油１１を常時圧送する。バイパス弁１４の後の圧力ｐが結果として常時高いので、このバイパス弁１４は、多量の油１１をバイパスパイプ１５経由で常時案内することによってこれに対応し、その結果、圧力ｐは、高すぎるほどは増大せず、引き続き図３の曲線を辿るようになっている。

【0080】

その結果、漸増する速度ｎの場合、更に多量の油１１が冷却されることになり、その結果、圧縮機装置１の温度の上昇をこれら漸増する速度ｎで許容することができるようになっている。

【0081】

これは、図２に示されており、ゾーンＩＩは、高い速度ｎでは常時大きくなる。

【0082】

上記内容は、低速ｎでは冷却される油１１が少量でありまたは全くなく、他方、漸増する速度ｎでは、冷却される油１１が一層多量であることを明確に示している。

【0083】

この結果、油温度は、平均で一定かつ高くなり、それにより、油１１の粘度が平均で低くなり、その結果、油ポンプ１３内および潤滑場所のところでの油損失が少なくなる。

【0084】

図２から更に理解できるように、あらゆる速度ｎでは、バイパスパイプ１５および油冷却器１６を経て流れる油の流量Ｑ（ゾーンＩＩ）は、圧縮機装置１に送り進められる油の流量Ｑ（ゾーンＩ）よりも少なくなる。

【0085】

このことは、油冷却器１６が既知の冷却回路と比較して小さな寸法を有することができるということを意味している。

【0086】

圧縮機装置１の油１１は、還流パイプ１９を経て油リザーバ１０に送り戻される。

【0087】

この油１１は、油リザーバ１０内の油１１よりも温度が高い。

【0088】

この高温油１１に加えて、冷却された油１１はまた、バイパスパイプ１５を経て油リザーバ１０に至ることになる。

【0089】

これら２種類の油は、油リザーバ１０内で互いに混ぜ合わされ、その結果、油１１は、冷却状態の油１１の温度と高温状態の油１１との間のある特定の温度状態になる。

【0090】

油リザーバ１０の時点では、油ポンプ１３は、この場合もまた、油１１を圧送し、上述した方法および制御に従う。

【0091】

図示の実施例では、ばね押し機械式弁がバイパス弁１４として用いられているが、制御装置２０によって制御される電子式バイパス弁１４を用いることが可能である。

【0092】

図１では、制御装置２０は、一例として点線で示されている。この制御装置２０は、例えば油パイプ１２内のバイパス弁１４から見て下流側に配置された圧力センサ２１からの信号に基づいてバイパス弁１４を制御する。制御装置２０は、圧力センサ２１によって示される圧力ｐが図３の曲線の経路を辿るようバイパス弁１４を制御する。換言すると、バイパス弁１４は、あらかじめ設定された圧力ｐが油パイプ１２内のバイパス弁１４の後で達成されるよう制御される。

【0093】

図示するとともに説明した実施例では、油回路５が機械１とは別体として示されているが、当然のことながら、油回路５が機械１に組み込まれまたは機械１の一部を物理的になすことが排除されるわけではない。

【0094】

ねじ圧縮機９を冷却するために油回路５からの油１１の一部分もまた、圧縮機要素２のハウジング６中に注入することが可能である。この場合、油１１は、圧縮空気中に入り込むので、ねじ圧縮機要素２の出口８内に油分離器が配置されることが好ましく、それにより、分離された油１１を還流パイプ１９によって油リザーバ１０に案内することができる。

【0095】

図示するとともに説明した全ての実施形態では、油回路５が油フィルタを更に有することが可能である。この油フィルタは、例えば、バイパス弁１４から見て下流側で油パイプ１２内に設けるのが良いが、このことが、必ずしも必要であるわけではない。油フィルタは、油を機械１に送る前に油から汚染物があればこれらを集める。

【0096】

本発明は、一例として説明されるとともに図面に示された実施形態には何ら制限されず、本発明の油回路およびかかる油回路を備えた機械を本発明の範囲から逸脱することなく、あらゆる種類の形態および寸法で実現できる。

【符号の説明】

【0097】

１ 機械
２ ねじ圧縮機
３ 伝動装置
４ モータ
５ 油回路
１０ 油リザーバ
１１ 油
１２ 油パイプ
１３ 油ポンプ
１４ バイパス弁
１５ バイパスパイプ
１６ 油冷却器
１９ 還流パイプ
２０ 制御装置

【図1】

【図2】

【図3】