JP5205041B2

JP5205041B2 - 空気圧縮機

Info

Publication number: JP5205041B2
Application number: JP2007316520A
Authority: JP
Inventors: 茂幸頼金; 裕治紙屋; 和博寺本
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2007-12-07
Filing date: 2007-12-07
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2027-12-07
Also published as: JP2009138648A

Description

本発明は空気圧縮機に関する。

空気圧縮機の性能に影響を与える要素の一つとして、圧縮直前の吸入空気の状態がある。吸込空気の温度は圧縮機の周囲温度と同じで、圧力は大気圧の状態で吸込むことが望ましいので、防音カバ付きのパッケージタイプの圧縮機では専用の吸気ダクト等を設け、圧縮機自身の温度の影響を受けにくい圧縮機パッケージ外部より直接空気を吸込む構造をしている。結果として、吸込空気は吸入フィルタ、吸入弁に加えて吸気ダクトの圧力損失を生じるため、圧縮機の性能低下の要因となっている。

また、圧縮機の防音カバに設ける開口部が大きく多くなり、機外へ放射する騒音が大きくなるため、騒音対策としては吸気ダクトの形状を複雑化することにより、機内に騒音を閉じ込めて低減することが多いが、この方法では逆に吸気ダクト部の圧力損失が大きくなり圧縮機本体の性能がさらに低下することが考えられる。

他に圧縮機パッケージ内部に圧縮用空気の吸込口を設け、吸込ダクトの圧力損失低減と騒音低減を図る方法もあるが、この場合は圧縮機本体の発熱の影響を受け、吸入空気の温度が上昇するため空気の密度が下がり、圧縮機の性能低下につながることが考えられる。

このような課題に対し、スクリュー圧縮機の性能向上を図った従来の技術として、特許文献１に開示の例がある。この例では、パッケージ内の駆動部を隔壁で仕切ることで騒音を低減させるとともに、圧縮機本体へ供給される空気と冷却用の空気の流れを考慮することによって、吐出空気量増大及び吐出温度低下を図っている。

特開平7-279877号公報

上記の特許文献１では、圧縮機本体及びモータが配置される空間Ａと、ファンやオイルクーラが配置される空間Ｂとを仕切る隔壁を備えて騒音発生源を区画して騒音低減を図っている。また、パッケージの空気入口から吸い込まれた空気は、ファンによってダクトを介して空間Ａへと導かれ、また、これと分岐して空間Ｂ内に配置されたオイルクーラにも送られる。

ダクトを経て空間Ａへと送られた空気は、圧縮機本体に吸い込まれるとともに、モータの冷却も行い、モータ冷却後の空気は第一空気出口からパッケージ外へと送り出される。また、オイルクーラ冷却後の空気は空間Ｂの第二空気出口からパッケージ外へと送り出される構成となっている。

圧縮機本体は、モータ駆動によって周囲空気を吸い込むため、特許文献１の構成においては、ダクトを経て空間Ａに送られる空気が吸込フィルタを介して圧縮機本体に吸い込まれる。このとき、空気の吸込量は圧縮機本体の回転数に依存する。したがって、圧縮機本体の吸込空気量が多い場合であっても、モータの冷却に必要な空気量を余らせつつ吸い込まなければ、モータの冷却や圧縮機本体の冷却に影響を与えてしまう。

また、特許文献１では、空間Ａにおけるダクトの開口より下方にモータが配置されているにも関わらず、第一空気出口は上方に配置されているため（図１〜４参照）、冷却用の空気をモータに十分に供給することが困難となる。特に、ファンによって送られる空気が、長いダクトを経た後に分岐しているため、空間Ａにおいてはファンによる送風効果が得られにくい。

したがって、下方に配置されるモータを冷却後、上方の第一空気出口へ至るルートで空間Ａ内の冷却を行うには、当該ルートの圧力損失を低減する構造が必要と考えられるが、このとき、空間内部の構造が複雑化してしまうという問題がある。

また、この例では、パッケージには、オイルクーラ冷却後の空気の出口（第二空気出口）が必要となり、空気入口、第一空気出口、第二空気出口と３つの開口が設けられるので、騒音が外に漏れやすくなる。実際、特許文献１のように第一空気出口に遮音板を設けなければ騒音低減効果は得られにくく、結果、防音のために部品点数が増大することになっていた。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、簡素な構成でありながらも性能向上及び騒音低減を図った空気圧縮機を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本願発明では、
空気を圧縮する圧縮機本体と、この圧縮機本体を駆動するモータと、前記圧縮機本体で圧縮された圧縮空気を冷却するアフタークーラと、このアフタークーラに送風して前記圧縮空気を冷却する冷却ファンとをパッケージ内に備えた空冷式の空気圧縮機において、
前記パッケージに設けられ外気と連通する吸気用の開口部と、前記パッケージの内部に設けられ前記冷却ファンよりも空気の下流側に位置して前記圧縮機本体と連通する吸入開口と、前記パッケージに設けられ前記アフタークーラを冷却後の空気を外部へ排気する排気用の開口部とを備え、
前記モータは前記冷却ファンと前記吸気用の開口部との間に配設され、前記アフタークーラは前記冷却ファンと前記排気用の開口部との間に配設され、前記冷却ファンによって送風される空気が、前記吸入開口を介して前記圧縮機本体へと送られ、
前記冷却ファンを駆動するファンモータと、前記ファンモータと動力源を共にし、前記圧縮機本体へと送られる空気の圧力を上昇する昇圧装置とを備え、前記ファンモータは空気圧縮機の運転スイッチによって前記モータとともに回転するものとした。

本発明によれば、簡素な構成でありながらも性能向上及び騒音低減を図った空気圧縮機を提供することができる。

本発明に係る空気圧縮機の実施形態を図１、図２、図３、図４に示す給油式スクリュー圧縮機を用いて説明する。図１は本実施形態の第１の実施例に係る給油式スクリュー圧縮機の系統図である。

この給油式スクリュー圧縮機は、吸入フィルタ１及び吸入弁２を通過した吸入空気を圧縮機本体３によって所定の圧力まで圧縮するものであり、圧縮機本体３は内部に一対のスクリューロータを備えている。圧縮機本体３は、圧縮機制御基板を搭載した電気箱（図示しない）より電力を供給されて回転するモータ４によって駆動される。

圧縮機本体３によって圧縮された圧縮空気は、配管を通過して油分離器５において油分が分離される。そして、油分離器５によって油分が除かれた後、アフタークーラ６で冷却され、図示しないドライヤを通過した後、吐出配管８から外部設備に供給される。

一方、循環油は圧縮機本体３で圧縮される空気と共に吐出ポートから吐出され、油分離器５で圧縮空気と分離された後にオイルクーラ７で冷却される。その後、オイルフィルタ（図示しない）等を通過した後に圧縮機本体３に供給される。このように、潤滑油は圧縮機の運転に伴い、循環経路内を循環するように構成されている。

アフタークーラ６およびオイルクーラ７を冷却するための空気は、圧縮機本体３への吸入空気の経路とは異なる経路を経由し、アフタークーラ７およびオイルクーラ８で熱交換を行った後に圧縮機外部へと排出される。具体的には、ファンモータ１０と冷却ファン１１を備えており、これによって冷却を行う空冷式となっている。なお、これらの各構成は、パッケージ１２内に配設されており、このパッケージ１２には空気の出入口となる開口部１２ａ、１２ｂが設けられている。

本実施例のスクリュー圧縮機は、運転スイッチにより運転信号を受けると、電気箱（図示しない）によってモータ４を始動させ、圧縮機本体３を駆動し空気の圧縮を開始する。また、電気箱はファンモータ１０を駆動させ冷却ファン１１を回転させることで送風を開始し、アフタークーラ６およびオイルクーラ７で熱交換を開始する。

その際、アフタークーラ６およびオイルクーラ７の上流側に設けられた冷却ファン１１は冷却用空気の圧力を上昇させ、その圧力上昇した空気は吸入空気として圧縮機本体３と、熱交換用の冷却風として熱交換器へ供給される。ここで、圧力上昇した空気を吸入空気として圧縮機本体３へと導くため、冷却ファン１１より下流側に、圧縮機本体３と連通する吸入開口９を備えている。

このときの空気の流れに関する各構成の配置について、図２を参照しながら説明する。図２は、本実施例における空気の流れを示す図であり、前提構成は図１と同様であるため、符号は省略している。圧縮機本体３あるいは冷却ファン１１の運転によって、吸気用の開口部１２ａから空気が取り込まれる。開口部１２ａと冷却ファン１１の間にはモータ４が配置されており、開口部１２ａから取り込まれた空気によってモータ４が冷却される。

その後、冷却ファン１１によって昇圧された空気がアフタークーラ６及びオイルクーラ７を冷却し、排気用の開口部１２ｂから圧縮機外部に排気される。また、昇圧された空気の一部は、吸入開口９を介して圧縮機本体３へと送られる。したがって、冷却ファン１１により圧力上昇した空気は、大気温度とほぼ変わりなく、大気圧力より高い状態で圧縮機本体３に供給されることになる。その結果、吸込空気の圧力損失が軽減し圧縮機本体３の性能が向上するため、吐出空気量の増加または消費動力を低減することが可能となる。

また、冷却ファン１１からクーラ６、７を経て開口部１２ｂから排気されるまでの空気経路の簡素化を容易となり、簡素な構成で圧縮機全体の性能向上を図ることができる。

その上、パッケージ外部から吸気ダクト等を介して直接空気を吸込む構造では、吸込時に発生する騒音が吸込ダクトから放射して圧縮機外部に漏れるのに対し、本実施例の構造では、冷却ファン１１から発生する騒音と空気の吸込時に発生する騒音を一つにまとめることができるため、騒音を制御することが容易となり、騒音を低減することが可能となる。

このように当該構成によれば、簡素な構成で音源となるモータ４、冷却ファン１１、ファンモータ１０、吸気開口９及び圧縮機本体３の配置自由度を高めることができる。加えて、パッケージ１２は防音カバとしての機能を有しており、このパッケージ１２に設ける開口部も吸気用の開口部１２ａと排気用の開口部１２ｂの２つにすることができるため、従来例と比較して騒音低減効果を高めることができる。

また、パッケージ１２内の空気の流れにおいてモータ４を最上流に配置したことにより、モータ４は、ほぼ外気と同程度の温度に保たれた位置で運転される。したがって、圧縮機周辺の周囲温度が高い場合であっても、他の発熱部位の影響を受けにくい場所でモータ４が冷却されるため、信頼性の向上を図ることができる。

次に、図３を用いて第２の実施例を説明する。なお、第１の実施例と共通する部分については説明を省略する。図３は第２の実施例のスクリュー圧縮機の系統図である。この実施例は、ファンモータ１０と動力源を共にした昇圧装置を備えた構成であり、この昇圧装置を用いて圧縮機本体３へと送られる空気の圧力を上昇させるものである。ここでは、専用ファン１４とケーシングを昇圧装置として用いた例を説明する。

冷却ファン１１とこの冷却ファン１１を駆動する両軸モータ１３の反対側には圧縮機本体へと空気を送り込むための専用ファン１４とケーシングを備え、運転スイッチにより運転信号を受けた電気箱は両軸モータ１３を始動させる。空気は冷却ファン１１によりアフタークーラ６およびオイルクーラ７へ供給されるのと同時に、専用ファン１４とケーシングにより圧力上昇する。その圧力上昇した空気は専用ダクトを介して大気温度とほぼ変わりなく、大気圧力より高い状態で圧縮機本体３へ供給される。

本実施例によれば、専用ファン１４とケーシングを必要とするが、第１の実施例よりも確実に大気圧より高い状態で圧縮機本体３へ供給される。その結果、吸入空気の圧力損失が軽減し圧縮機本体３の性能が向上するため、吐出空気量の増加または消費電力を低減することが可能となる。

次に、図４を用いて第３の実施例を説明する。なお、第１、第２の実施例と共通する部分については説明を省略する。図４は第３の実施例のスクリュー圧縮機の系統図である。この実施例は、圧縮機本体３によって圧縮された圧縮空気のエネルギーを吸入空気の圧力上昇に変換する手段を備えた構成を示すものである。

圧縮機本体３で油と一緒に圧縮された空気は油分離器５で圧縮空気と循環油に分離され、圧縮空気はアフタークーラ６、ドライヤ（図示しない）を通過し、圧縮機の外部へ接続され各設備に供給される。圧縮機内の空気配管経路に圧縮空気のエネルギーを利用し、そのエネルギーにより駆動し、吸入空気の圧力を上昇させる装置１５により、大気圧力より高い状態に圧力上昇された空気は圧縮機本体３へ供給される。この場合、空冷式スクリュー圧縮機に設置されている大きな冷却ファンを備えていない水冷式のスクリュー圧縮機にも適用することができる。

また、図４では油分離器５とアフタークーラ６の間に吸入空気の圧力を上昇させる装置１５を備えた構造を図示をしているが、この装置１５は、アフタークーラより下流側の吐出配管８の途中にあってもかまわない。

この実施例によれば、圧縮空気のエネルギーを利用するため、冷却ファンおよびファンモータのサイズを大きくすること無く、空冷式だけでなく他の圧縮機にも適用可能である。例えば、水冷式の圧縮機であっても、冷却ファン１１を用いることなく圧縮空気のエネルギーによる吸入空気の昇圧が可能である。

また、第１および第２の実施例よりも確実に大気圧より高い状態で圧縮機本体へ供給される。その結果、吸入空気の圧力損失が軽減し圧縮機本体の性能が向上するため、吐出空気量の増加または消費電力を低減することが可能となる。

さらには、圧縮機本体３への空気吸込みにおける昇圧効果が、ファンモータ１０とは別個に得られるため、ファンモータ１０の配置の自由度が向上し、より簡素な構成で性能向上と騒音低減効果を得ることができる。

上記の各実施例によれば、圧縮直前の吸入空気を大気温度とほぼ変わりなく、大気圧力より高い状態で圧縮本体へ供給できるため、吸入フィルタ等で生じる圧力損失を軽減でき、圧縮機の吐出空気量の増加または消費動力を低減することができる。

また、上記の各実施例に示すように、モータ４を空気流れの上流側に配置したため、モータ４の冷却に関して圧縮機本体３の吸込みの影響を受けにくくすることができ、冷却対象物とファンの配置における構成の簡素化が図られ、性能向上の実効性を高めることができる。

第１の実施例に係る給油式スクリュー圧縮機の系統図。第１の実施例における空気の流れを示す図。第２の実施例に係る給油式スクリュー圧縮機の系統図。第３の実施例に係る給油式スクリュー圧縮機の系統図。

符号の説明

１…吸入フィルタ、２…吸入弁、３…圧縮機本体、４…駆動用モータ、５…油分離器、６…アフタークーラ、７…オイルクーラ、８…吐出配管、９…吸入開口、１０…ファンモータ、１１…冷却ファン、１２…パッケージ、１３…両軸ファンモータ、１４…専用ファン、１５…圧力上昇装置。

Claims

空気を圧縮する圧縮機本体と、この圧縮機本体を駆動するモータと、前記圧縮機本体で圧縮された圧縮空気を冷却するアフタークーラと、このアフタークーラに送風して前記圧縮空気を冷却する冷却ファンとをパッケージ内に備えた空冷式の空気圧縮機において、
前記パッケージに設けられ外気と連通する吸気用の開口部と、前記パッケージの内部に設けられ前記冷却ファンよりも空気の下流側に位置して前記圧縮機本体と連通する吸入開口と、前記パッケージに設けられ前記アフタークーラを冷却後の空気を外部へ排気する排気用の開口部とを備え、
前記モータは前記冷却ファンと前記吸気用の開口部との間に配設され、前記アフタークーラは前記冷却ファンと前記排気用の開口部との間に配設され、
前記冷却ファンによって送風される空気が、前記吸入開口を介して前記圧縮機本体へと送られ、
前記冷却ファンを駆動するファンモータと、前記ファンモータと動力源を共にし、前記圧縮機本体へと送られる空気の圧力を上昇する昇圧装置とを備え、前記ファンモータは空気圧縮機の運転スイッチによって前記モータとともに回転することを特徴とする空気圧縮機。