JP2002115666A - 空気圧縮システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 空気圧縮機に吸い込まれるエアに水を噴射し
て圧縮エアの温度を抑制する技術では、停止時に空気圧
縮機の内部に水が残る。このため、低温時に内部に残っ
た水が凍結すると、空気圧縮機がロックする不具合があ
る。 【解決手段】 圧縮エアの温度を下げるための水は、吐
出ポート３６内に噴射供給される。これによって、スク
リュー圧縮機Ａが停止した時に、スクリュー圧縮機Ａの
内部に水は存在しない。このため、外気温度が低下し、
スクリュー圧縮機Ａの温度が０℃以下に低下した場合で
あっても、水が凍ってスクリュー圧縮機Ａをロックさせ
る不具合が発生しない。このように、水の凍結によって
スクリュー圧縮機Ａがロックすることがないため、０℃
以下に低下した場合であっても、スクリュー圧縮機Ａを
容易に駆動することができる。もちろんスクリュー圧縮
機Ａの駆動系に過剰な負荷がかからないため、駆動系の
破損を招くこともない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気（以下、エ
ア）を圧縮供給するための空気圧縮システムに関するも
のであり、例えば、内燃機関に過給用のエアを供給する
ための技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】空気圧縮システムでは、空気圧縮機によ
ってエアが断熱圧縮されるため、吐出する圧縮エアが高
温になってしまう。すると、圧縮エアが供給される側
（エンジンや装置等）に耐熱性に乏しい部品が組み込ま
れていると、不具合が生じてしまう。そこで、圧縮され
るエア、即ち空気圧縮機に吸い込まれるエアに水を噴射
し、吐出される圧縮エアの温度を抑制する技術が開示さ
れている（特開平１０−７７９８０号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の技術で
は、空気圧縮機の停止時に、空気圧縮機の内部に噴射し
た水の一部が残ってしまう。エアが圧縮される空気圧縮
機の内部では、可動部が微細なクリアランスを保って配
置されているため、内部に残った水は、毛管現象によっ
て各クリアランスに存在してしまう。このような停止状
態では、外気温度が０℃以下に低下し、内部に残存する
水が凍結する場合が想定される。すると、クリアランス
に沿って凍結した水によって、空気圧縮機がロックした
状態になるため、空気圧縮機の駆動時に必要以上の大き
な駆動トルクが要求される。また、凍結によって強くロ
ックされている場合には、過剰な負荷が空気圧縮機に加
わり、駆動系が破損する可能性がある。

【０００４】

【発明の目的】本発明は、上記の事情に鑑みてなされた
もので、その目的は、吐出される圧縮エアの温度を抑え
るとともに、圧縮エアの温度を下げるための液体の凝固
温度以下（水の場合は０℃以下）に温度が低下した場合
であっても、空気圧縮機がロックすることのない空気圧
縮システムの提供にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】〔請求項１の手段〕請求
項１を採用したことにより、圧縮エアの温度を下げるた
めの液体は、空気圧縮機から吐出される圧縮エアに供給
されるので、空気圧縮機が停止した時に、空気圧縮機の
内部に液体は存在しない。このため、温度が低下し、そ
の温度が液体の凝固温度以下（水の場合は０℃以下）に
低下した場合であっても、凝固した液体が空気圧縮機を
ロックさせない。

【０００６】このように、液体の凝固によって空気圧縮
機がロックすることがないため、温度が液体の凝固温度
以下に低下した場合であっても、空気圧縮機を容易に駆
動することができる。もちろん圧縮機の駆動系に過剰な
負荷がかからないため、駆動系の破損を招かない。

【０００７】〔請求項２の手段〕請求項２を採用し、液
体を噴霧して圧縮エアに供給するように設けても良い。
このように設けることによって、液体が圧縮エアによっ
て蒸発し易くなり、液体による冷却効率を高めることが
できる。

【０００８】〔請求項３の手段〕請求項３を採用し、圧
縮空気温度検出手段から検出された温度が、供給液体の
凝固（凍結）温度以下の場合に、圧縮エアへの液体の供
給を停止するように設けても良い。このように設けるこ
とによって、液体が凝固（凍結）する可能性のある時
に、液体供給手段の作動が停止されるため、液体供給手
段に不具合が発生することがない。

【０００９】〔請求項４の手段〕請求項４を採用し、圧
縮エアに供給する液体として水を用いても良い。水を用
いることにより、圧縮空気冷却用の液体を安価に用いる
ことができる。また、自然界に放出しても環境を破壊す
る不具合がない。

【００１０】〔請求項５の手段〕請求項５を採用し、圧
縮エアに供給する液体として水を用いる場合、圧縮空気
温度検出手段から検出された温度が、０℃以下の場合
に、圧縮エアへの水の供給を停止するように設けても良
い。このように設けることによって、水が凍結する可能
性のある時に、液体供給手段の作動が停止されるため、
水の凍結中に無理に液体供給手段を作動させることによ
って発生する不具合が発生しない。

【００１１】〔請求項６の手段〕請求項６を採用し、圧
縮空気温度検出手段から検出された温度が高いほど、圧
縮エアへの液体の供給量を多くするように設けても良
い。このように設けることによって、吐出される圧縮エ
アの温度上昇を低く保つことができる。

【００１２】〔請求項７の手段〕請求項７を採用し、噴
射された液体が衝突する部分にフィンを設けても良い。
このように設けることによって、液体と圧縮エアとの接
触面積が広がり、液体の気化効率が高まる。つまり、圧
縮エアの冷却効率を高めることができる。

【００１３】〔請求項８の手段〕請求項８を採用し、空
気圧縮機から吐出される圧縮エアの吐出部分を内管と外
管とを組み合わせた２重管構造とし、内管の内部空間
か、あるいは内管と外管との間の空間のいずれかを、圧
縮エアへ供給される液体を蓄えておく空間として用いて
も良い。このように設けることによって、使用環境の温
度低下によって、始動時に液体が凝固（凍結）している
場合であっても、空気圧縮機の始動によって上昇する作
動熱や圧縮エアから伝わる熱によって、空間内に蓄えら
れて凝固（凍結）していた液体が溶けるため、始動後の
早い時期に圧縮エアに液体を供給することができる。

【００１４】〔請求項９の手段〕請求項９を採用し、内
管と外管との間の空間に、圧縮エアへ供給される水を蓄
えるように設けても良い。このように設けることによっ
て、使用環境の温度低下によって、始動時に水が凍結し
ている場合であっても、圧縮エアから伝わる熱によっ
て、空間内に蓄えられて凍結していた水が溶けるため、
始動後の早い時期に圧縮エアに水を供給することができ
る。

【００１５】〔請求項１０の手段〕請求項１０を採用
し、互いに噛合するオスロータとメスロータを搭載する
スクリュー圧縮機を空気圧縮機として用いても良い。

【００１６】〔請求項１１の手段〕請求項１１を採用
し、スクリュー圧縮機の吐出ポートを形成するケーシン
グの内部に、圧縮エアへ供給される液体を蓄えておく空
間を設けても良い。

【００１７】〔請求項１２の手段〕請求項１２を採用
し、吐出ポートを、オスロータとメスロータのそれぞれ
の軸に対して垂直であり、且つそれぞれの軸の中心に配
置しても良い。そして、液体を蓄えておく空間を、吐出
ポートが形成された側のケーシングに設けても良い。

【００１８】〔請求項１３の手段〕請求項１３を採用
し、圧縮エアの吐出ポートを形成するケーシングの内部
に、圧縮エアへ供給される液体が流れる流路を設けても
良い。これによって、流路を流れる液体によってケーシ
ングを冷却することができる。

【００１９】〔請求項１４の手段〕請求項１４を採用
し、吐出ポートを、オスロータとメスロータのそれぞれ
の軸に対して垂直であり、且つそれぞれの軸の中心に配
置しても良い。そして、液体が流れる流路を、吐出ポー
トが形成された側のケーシングに設けても良い。これに
よって、吐出ポートを流れる圧縮エアによって高温にな
りやすいケーシングを流路を流れる液体によって冷却す
ることができる。

【００２０】〔請求項１５の手段〕請求項１５を採用
し、液体温度検出手段の検出する温度が所定値（例え
ば、液体の気化温度）以上の場合に、電磁式噴射弁を停
止し、電磁式開閉弁を閉じるように設けても良い。この
ように電磁式開閉部を閉じることにより、ポンプによっ
て昇圧された液体がリリーフ弁から圧縮エアが流れる部
分に溢流することになる。つまり、液体が気化して電磁
式噴射弁から液体を噴射できないような場合であって
も、液体をリリーフ弁から圧縮エアに供給でき、圧縮エ
アの温度の上昇を抑えることができる。

【００２１】〔請求項１６の手段〕請求項１６を採用
し、空気圧縮機から吐出される圧縮エアを、燃料電池の
カソード極に供給するように設けても良い。

【００２２】〔請求項１７の手段〕請求項１７を採用
し、燃料電池の下流側に液体を分離する気液分離装置を
配置し、その気液分離装置で分離した液体を、圧縮エア
に供給するための液体を蓄えるタンクに戻すように設け
ても良い。

【００２３】〔請求項１８の手段〕請求項１８を採用
し、燃料電池の出力電流値あるいは出力電圧値に基づい
て、圧縮エアへの液体の供給量を制御するように設けて
も良い。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、複数の実
施形態を用いて説明する。 〔第１実施形態〕図１〜図５は第１実施形態を示すもの
であり、先ず図１、図２を用いて空気圧縮システムを説
明する。この図１、図２は空気圧縮機としてのスクリュ
ー圧縮機の断面図を含む空気圧縮システムの概略図であ
る。なお、この実施形態では、説明の理解を容易とする
ために、図１の左側を前、図１の右側を後ろとして説明
する。

【００２５】スクリュー圧縮機Ａは、エアを圧縮して吐
出する空気圧縮機の一例として用いられるものであり、
互いに噛合するオスロータ１とメスロータ２（以下、一
対のロータ１、２）、この一対のロータ１、２を駆動す
るギヤ機構３、一対のロータ１、２とギヤ機構３を別々
に収納するケーシング４から構成される。このケーシン
グ４は、図１の図示左側から右側（入力軸５が配置され
た側）に向かって、フロントケース６、メインケース
７、リヤケース８の３つを結合したもので、フロントケ
ース６とメインケース７に囲まれる空間に一対のロータ
１、２を収納するロータ室９が形成され、メインケース
７とリヤケース８に囲まれる空間にギヤ機構３を収納す
るギヤ室１０が形成される。このギヤ室１０には、潤滑
用のオイルが封入されている。

【００２６】リヤケース８は、前後の第１、第２ベアリ
ング１１、１２を介して入力軸５を支持するものであ
り、入力軸５の挿通穴の後端には第１、第２ベアリング
１１、１２に供給されるオイルが外部に流出するのを阻
止するための第１オイルシール１３が装着されている。

【００２７】オスロータ回転軸１４は、一端が第３ベア
リング１５を介してフロントケース６に支持され、他端
が第４ベアリング１６を介してメインケース７に支持さ
れるものであり、フロントケース６のオスロータ回転軸
１４の挿通穴には、第３ベアリング１５に封入されたグ
リースがロータ室９内に漏れるのを阻止するための第２
オイルシール１８が装着されている。また、ロータ室９
とギヤ室１０との隔壁には、第４ベアリング１６に供給
されるオイルがオスロータ回転軸１４の挿通穴からロー
タ室９内に漏れるのを阻止するための第３オイルシール
１９が装着されている。

【００２８】メスロータ回転軸２０は、上記のオスロー
タ回転軸１４と同様に、一端が第５ベアリング２１を介
してフロントケース６に支持され、他端が第６ベアリン
グ２２を介してメインケース７に支持されるものであ
り、フロントケース６のメスロータ回転軸２０の挿通穴
には、第５ベアリング２１に封入されたグリースがロー
タ室９内に漏れるのを阻止するための第４オイルシール
２３が装着されている。また、ロータ室９とギヤ室１０
との隔壁には、第６ベアリング２２に供給されるオイル
がメスロータ回転軸２０の挿通穴からロータ室９内に漏
れるのを阻止するための第５オイルシール２４が装着さ
れている。

【００２９】ギヤ機構３は、入力軸５の回転をオスロー
タ回転軸１４およびメスロータ回転軸２０に伝達させ
て、一対のロータ１、２を同期回転させるものであり、
入力軸５の回転をオスロータ回転軸１４に伝える第１、
第２ギヤ３１、３２と、この第２ギヤ３２からオスロー
タ回転軸１４に伝えられた回転をメスロータ回転軸２０
に伝える第３、第４ギヤ３３、３４とから構成される。
なお、この第３、第４ギヤ３３、３４は、一対のロータ
１、２を同期回転させるためのタイミングギヤである。

【００３０】一対のロータ１、２は、上記ギヤ機構３を
介して同期回転されると、ケーシング４の前部に設けら
れた吸入ポート３５（図２参照）からエアが吸い込まれ
る。吸い込まれたエアは、一対のロータ１、２およびロ
ータ室９で構成される圧縮室内で圧縮される。圧縮され
たエアは、一対のロータ１、２の回転に伴って、ロータ
室９の前方から後方へ移動する。そして、一対のロータ
１、２の回転角が所定の角度に達すると、高圧圧縮室が
吐出ポート３６内において開口し、一対のロータ１、２
の回転によって高圧圧縮されたエアが吐出ポート３６か
ら吐出される。なお、吐出ポート３６は、図２に示すよ
うに、一対のロータ１、２の各軸に対して垂直であり、
且つ両軸の中心に配置されるものである。また、吐出ポ
ート３６は、図２に示すように、下方に向けて配置され
るものであり、後述する水（圧縮エア冷却用の液体）が
重力によってロータ室９内に流入しないように設けられ
ている。

【００３１】ここで、この実施形態の空気圧縮システム
には、吐出ポート３６から吐出される圧縮エアに冷却冷
媒としての液体（この実施形態では水）を供給する液体
供給手段Ｂが設けられている。この液体供給手段Ｂは、
水を噴霧して圧縮エアに供給する電磁式噴射弁３７（液
体噴射手段に相当する）を用いるものであり、この電磁
式噴射弁３７は図２に示すように、吐出ポート３６の下
流側に取り付けられている。また、液体供給手段Ｂは、
電磁式噴射弁３７に水を昇圧供給するポンプ３８と、ポ
ンプ３８による水圧が所定圧力以上の時に開弁して、ポ
ンプ３８によって昇圧された水の一部をタンク３９に戻
す圧力制御弁４０（レギュレータ）とを備える。

【００３２】また、電磁式噴射弁３７より吐出ポート３
６の上流側には、圧縮エアの温度を検出する圧縮空気温
度検出手段４１が取り付けられている。この圧縮空気温
度検出手段４１の検出値は、制御手段Ｃに入力される。
制御手段Ｃは、圧縮空気温度検出手段４１の検出温度に
基づいて電磁式噴射弁３７を制御するものである。電磁
式噴射弁３７は、制御手段Ｃによって、例えばＰＷＭ制
御されるものであり、制御手段Ｃは圧縮空気温度検出手
段４１の検出温度に基づいてデューティー比（通電率）
を変化させて、検出温度が高いほど、水の噴射量を多く
する制御を行うものである。

【００３３】制御手段Ｃによる水の噴射量の制御を、図
３のフローチャートを用いて説明する。空気圧縮システ
ムが起動し、スクリュー圧縮機Ａが始動すると、まず圧
縮空気温度検出手段４１の検出温度と、温度とデューテ
ィー比の関連マップ（図４参照）に基づいて、電磁式噴
射弁３７のデューティー比を設定する（ステップＳ1
）。

【００３４】次に、再び圧縮空気温度検出手段４１によ
って圧縮エアの温度を検出する（ステップＳ2 ）。そし
て、検出された温度が、その時点でのデューティー比関
連マップにて設定される温度より高いか否かの判断を行
う（ステップＳ3 ）。この判断結果がYES の場合は、圧
縮エアが異常高温である可能性があるので、その時点で
のデューティー比を所定量増加させ、水の噴射量を増加
させる（ステップＳ4）。

【００３５】上記ステップＳ3 がNOの場合、つまり検出
された温度が、その時点でのデューティー比関連マップ
にて設定される温度以下の場合は、検出された温度が、
その時点でのデューティー比関連マップにて設定される
温度より低いか否かの判断を行う（ステップＳ5 ）。こ
の判断結果がYES の場合は、圧縮エアに対して水を過剰
噴射している可能性があるので、その時点でのデューテ
ィー比を所定量減らし、水の噴射量を減少させる（ステ
ップＳ6 ）。

【００３６】上記ステップＳ3 がNOの場合、ステップＳ
5 がNOの場合、あるいはステップＳ6 の実行後、ステッ
プＳ7 へ進む。このステップＳ7 は、上記ステップＳ2
〜Ｓ6 の制御を３秒周期で行わせるためのものであり、
このステップＳ7 へ進んでから３秒が経過したか否かの
判断を行う。このステップＳ7 の判断結果がNOの場合は
ステップＳ7 へ戻り、判断結果がYES の場合はステップ
Ｓ2 へ戻るものである。このフローチャートに示す制御
によって、圧縮エアの温度が高いほど、水の噴射量を増
加させることができる。

【００３７】一方、制御手段Ｃは、圧縮空気温度検出手
段４１から検出された温度が、噴射される液体の凝固温
度以下の場合、つまり噴射される水が凍結する０℃以下
の場合に、圧縮エアへの水の噴射を停止するように設け
られている。

【００３８】制御手段Ｃによる水の噴射停止の制御を、
図５のフローチャートを用いて説明する。空気圧縮シス
テムが起動し、スクリュー圧縮機Ａが始動すると、まず
圧縮空気温度検出手段４１によって圧縮エアの温度を検
出する（ステップＳ11）。次に、検出された温度が、０
℃以下か否かの判断を行う（ステップＳ12）。この判断
結果がYES の場合は、噴射するべき水が凍結している可
能性があるので、電磁式噴射弁３７の作動を停止する
（ステップＳ13）。しかし、判断結果がNOの場合は、水
が凍結していないと判断し、電磁式噴射弁３７の作動を
開始、あるいは継続する（ステップＳ14）。

【００３９】上記ステップＳ13、Ｓ14の実行後、ステッ
プＳ15へ進む。このステップＳ15は、上記ステップＳ11
〜Ｓ14の制御を３秒周期で行わせるためのものであり、
このステップＳ15へ進んでから３秒が経過したか否かの
判断を行う。このステップＳ15の判断結果がNOの場合は
ステップＳ15へ戻り、判断結果がYES の場合はステップ
Ｓ11へ戻るものである。このフローチャートに示す制御
によって、圧縮エアの吐出温度が０℃以下になるかを、
３秒周期で監視することができる。

【００４０】次に、この実施形態の作動および特徴を述
べる。空気圧縮システムが起動し、スクリュー圧縮機Ａ
が始動すると、吐出される圧縮エアの温度に応じた量の
水が吐出ポート３６内に噴射される。断熱圧縮されて温
度上昇した圧縮エアに適量の水が霧状に噴射されるた
め、圧縮エア内に噴射された水が蒸発する。この蒸発時
に水が蒸発潜熱を奪うため、その潜熱分だけ圧縮エアの
温度を下げることができる。

【００４１】このように、圧縮エアに直接水を噴射する
ので、水による圧縮エアの冷却効率が高まり、水を蒸発
させるための熱交換部の体格を小型化することができ
る。特に、空気圧縮システムから吐出される圧縮エアを
燃料電池のカソード極に供給する場合では、その供給エ
アを加湿する必要がある。このため、この実施形態で示
した空気圧縮システムでは、圧縮エアの加湿と温度調節
が同時にできる利点がある。

【００４２】一方、圧縮エアの温度を下げるための水
は、圧縮エアが吐出される吐出ポート３６内に噴射供給
されるので、スクリュー圧縮機Ａが停止した時に、スク
リュー圧縮機Ａの内部に水は存在しない。このため、外
気温度が低下し、スクリュー圧縮機Ａの温度が０℃以下
に低下した場合であっても、水が凍結してスクリュー圧
縮機Ａをロックさせる不具合が発生しない。そして、こ
のように水の凍結によってスクリュー圧縮機Ａがロック
することがないため、スクリュー圧縮機Ａが０℃以下に
低下した場合であっても、スクリュー圧縮機Ａを容易に
駆動することができる。もちろんスクリュー圧縮機Ａの
駆動系に過剰な負荷がかからないため、駆動系の破損を
招くこともない。

【００４３】また、圧縮エアに噴射する液体として水を
用いることにより、圧縮空気冷却用の液体を安価にでき
る。また、水は自然界に放出しても環境を破壊する不具
合がない。さらにこの実施形態では、圧縮空気温度検出
手段４１から検出された温度が高いほど、圧縮エアへの
水の供給量を多くするように設けたため、吐出される圧
縮エアの温度の上昇幅を低く抑えることができる。

【００４４】〔第２実施形態〕この第２実施形態以降に
示す各実施形態の基本構成は、上記で示した第１実施形
態と同じであり、第２実施形態以降においては相違点の
みを説明する。なお、各実施形態における第１実施形態
と同一符号は、第１実施形態で示したものと同一機能物
を示すものである。

【００４５】この第２実施形態は、図６に示すように、
吐出ポート３６の周囲のケーシング４（具体的にはメイ
ンケース７）の外面にジャケットカバー４２を装着し、
吐出ポート３６の周囲で且つケーシング４とジャケット
カバー４２の間に、圧縮エアに噴射される水を蓄える貯
水空間４３を形成したものである。そして、貯水空間４
３に蓄えられた水をポンプ３８で昇圧して電磁式噴射弁
３７に供給するとともに、ポンプ３８によって昇圧され
た水圧を圧力制御弁４０で調圧する構成を採用してい
る。

【００４６】このような構成を採用することによって、
貯水空間４３を通過する水によってケーシング４を冷却
することができる。また、貯水空間４３内の水が凍結し
ている場合は、スクリュー圧縮機Ａの始動によって生じ
た作動熱や圧縮エアの熱によって、貯水空間４３内の水
（氷）を溶かすことができる。つまり、外気温度が０℃
以下に低下している場合であっても、圧縮エアに水を噴
射することが可能になる。なお、貯水空間４３には、上
方に配置されたリザーバー４４から水が供給されるよう
に設けられている。

【００４７】〔第３実施形態〕この第３実施形態は、図
７に示すように、吐出ポート３６の出口部分に内管４５
と外管４６とを組み合わせた２重管を配置し、外管４６
の端面に円形リングプレート４７を設け、内管４５と外
管４６との間に、圧縮エアに噴射される水を蓄える貯水
空間４３を形成したものである。そして、貯水空間４３
に蓄えられた水をポンプ３８で昇圧して電磁式噴射弁３
７に供給するとともに、ポンプ３８によって昇圧された
水圧を圧力制御弁４０で調圧する構成を採用している。

【００４８】このような構成を採用することによって、
上記の第２実施形態と同様、貯水空間４３内の水が凍結
している場合であっても、スクリュー圧縮機Ａの始動に
よって吐出される圧縮エアの熱によって、貯水空間４３
内の水（氷）を溶かすことができる。つまり、外気温度
が０℃以下に低下している場合であっても、圧縮エアに
水を噴射することができる。なお、この実施形態でも、
第２実施形態と同様、貯水空間４３には、上方に配置さ
れたリザーバー４４から水が供給されるように設けられ
ている。

【００４９】〔第４実施形態〕この第４実施形態は、図
８に示すように、上記第１〜第３実施形態で示した電磁
式噴射弁３７を廃止し、代わりに、水を直接吐出ポート
３６の内部に供給する水配管４８を設けたものである。
この水配管４８は、吐出ポート３６の内部に突き出すよ
うに設けられたものであり、タンク３９からポンプ３８
の作動によって水が供給されるものである。このような
構成を採用することによって、水が効率的に蒸発できな
くなるが、高価な電磁式噴射弁３７や圧力制御弁４０を
廃止できるとともに、圧力制御弁４０によって戻される
水のリターン配管も廃止することができ、空気圧縮シス
テムのコストを低く抑えることができる。

【００５０】〔第５実施形態〕この第５実施形態は、図
９に示すように、電磁式噴射弁３７の噴射口と対向する
吐出ポート３６の壁面にフィン４９を配置したものであ
る。このフィン４９は、例えば圧縮エアの流れに平行な
複数の板材によって構成されるものであり、電磁式噴射
弁３７から噴射された水がフィン４９に衝突するように
設けられている。このような構成を採用することによ
り、フィン４９によって水と圧縮エアとの接触面積が広
がるため、水の気化効率が高まり、圧縮エアの冷却効率
を高めることができる。

【００５１】また、この第５実施形態では、図９に示す
ように、圧縮エアを燃料電池５０のカソード極に供給す
るように設けられている。この燃料電池５０のカソード
極の下流には、例えばフィン＆チューブの熱交換器で構
成された気液分離装置５１が配置されており、その気液
分離装置５１で分離した液体は、タンク３９に戻される
ように設けられている。このような構成を採用すること
によって、圧縮エアに一旦吹き付けられた水の一部が再
び回収されるため、タンク３９内の水の減少を抑えるこ
とができ、タンク３９の容量を少なくできる。

【００５２】さらに、この第５実施形態では、図９に示
すように、燃料電池５０の出力電流値あるいは出力電圧
値を検出する出力検出手段５２を備えるものであり、制
御手段Ｃは出力検出手段５２の検出結果に基づいて、圧
縮エアへの液体の供給量を制御するように設けられてい
る。具体的に、この実施形態では、出力検出手段５２の
検出値が０の場合に、電磁式噴射弁３７を停止し、無駄
な水の消費および無駄な電力消費を抑えるように設けら
れている。

【００５３】〔第６実施形態〕この第６実施形態は、図
１０に示すように、第２実施形態と同様、吐出ポート３
６の周囲のケーシング４の外面にジャケットカバー４２
を装着し、吐出ポート３６の周囲で且つケーシング４と
ジャケットカバー４２の間に、圧縮エアに噴射される水
を蓄える貯水空間４３を形成したものである。このよう
な構成を採用することによって、貯水空間４３を通過す
る水、すなわちケーシング４に設けられた水の流れる流
路によって、ケーシング４を冷却することができる。

【００５４】電磁式噴射弁３７に供給される水は、ポン
プ３８によって昇圧供給されるものであり、ポンプ３８
の吐出側には、ポンプ３８によって昇圧された水の一部
をタンク３９に戻すリターン配管５３が設けられてお
り、このリターン配管５３にはポンプ３８によって昇圧
された水圧が第１所定圧力以上の時に開弁して、余剰な
水をタンク３９に戻すための圧力制御弁４０が設けられ
ている。また、リターン配管５３には、図１０に示すよ
うに、リターン配管５３の開閉を行う電磁式開閉弁５４
が設けられている。

【００５５】一方、吐出ポート３６を形成するケーシン
グ４には、図１０に示すように、貯水空間４３に供給さ
れた水を吐出ポート３６内に溢流させるためのリリーフ
弁５５が設けられている。このリリーフ弁５５は、上述
の電磁式開閉弁５４が閉じられて、水圧が第１所定圧力
より高く設定された第２所定圧力以上の時に開弁して、
水を吐出ポート３６内に溢流させるものである。

【００５６】制御手段Ｃは、電磁式噴射弁３７に供給さ
れる水の温度を検出する液体温度検出手段５６を備え
る。この液体温度検出手段５６は、貯水空間４３内の水
の温度を検出するものであり、制御手段Ｃは、液体温度
検出手段５６の検出する温度が所定値（例えば使用する
水の沸騰温度である１００℃）以上の場合に、電磁式噴
射弁３７を停止させるとともに、電磁式開閉弁５４を閉
じるものである。

【００５７】このように設けられることにより、電磁式
噴射弁３７に供給される水の温度が１００℃以上の場
合、電磁式噴射弁３７から水を噴射することができなく
なるので、電磁式噴射弁３７を停止させ、電磁式開閉弁
５４を閉じることにより、ポンプ３８によって昇圧され
た水がリリーフ弁５５から吐出ポート３６内に溢流す
る。これによって、水が気化して電磁式噴射弁３７から
水を噴射できないような場合であっても、水をリリーフ
弁５５から圧縮エアに供給でき、圧縮エアの温度の上昇
を抑えることができる。なお、その場合は、電磁式噴射
弁３７で水の噴射量の制御ができないため、ポンプ３８
の回転速度を制御手段Ｃで制御することによって、吐出
ポート３６に供給される水の量を制御するように設けら
れている。

【００５８】〔他の実施形態〕上記の実施形態では、空
気圧縮機としてスクリュー圧縮機Ａを例に示したが、ス
クロール圧縮機、ピストン圧縮機など、他の空気圧縮機
を用いても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】スクリュー圧縮機の断面図を含む空気圧縮シス
テムの概略図である（第１実施形態）。

【図２】スクリュー圧縮機を入力軸側から見た図を含む
空気圧縮システムの概略図である（第１実施形態）。

【図３】水の噴射量の制御を示すフローチャートである
（第１実施形態）。

【図４】吐出温度とデューティー比との関係を示すグラ
フである（第１実施形態）。

【図５】水の噴射停止の制御を示すフローチャートであ
る（第１実施形態）。

【図６】空気圧縮システムの概略図である（第２実施形
態）。

【図７】空気圧縮システムの概略図である（第３実施形
態）。

【図８】空気圧縮システムの概略図である（第４実施形
態）。

【図９】空気圧縮システムの概略図である（第５実施形
態）。

【図１０】空気圧縮システムの概略図である（第６実施
形態）。

【符号の説明】 Ａ スクリュー圧縮機（空気圧縮機） Ｂ 液体供給手段 Ｃ 制御手段 １ オスロータ ２ メスロータ ４ ケーシング ３６ 吐出ポート ３７ 電磁式噴射弁（液体噴射手段） ３８ ポンプ ３９ タンク ４０ 圧力制御弁 ４１ 圧縮空気温度検出手段 ４３ 貯水空間（液体を蓄える空間） ４５ 内管 ４６ 外管 ４９ フィン ５０ 燃料電池 ５１ 気液分離装置 ５２ 出力検出手段 ５３ リターン配管 ５４ 電磁式開閉弁 ５５ リリーフ弁 ５６ 液体温度検出手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０４Ｃ 18/16 Ｆ０４Ｃ 18/16 Ｑ Ｈ０１Ｍ 8/06 Ｈ０１Ｍ 8/06 Ｋ Ｆターム(参考） 3H003 AA05 AB07 AC02 BE06 BG04 CC04 CF01 3H045 AA05 AA09 AA12 AA26 BA02 BA07 BA42 BA47 CA19 CA29 DA02 DA15 DA43 DA47 EA16 EA26 EA34 EA43 5H027 BC00 KK41 KK44 MM01

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】空気を圧縮して吐出する空気圧縮機と、 この空気圧縮機から吐出される圧縮空気に冷却冷媒とし
   ての液体を供給する液体供給手段と、 この液体供給手段によって液体が供給される部分よりも
   圧縮空気の上流側において圧縮空気の温度を検出する圧
   縮空気温度検出手段と、 この圧縮空気温度検出手段の検出温度に基づいて圧縮空
   気への液体の供給量を制御する制御手段と、を備える空
   気圧縮システム。
2. 【請求項２】請求項１の空気圧縮システムにおいて、 前記液体供給手段は、液体を噴霧して圧縮空気に供給す
   る液体噴射手段を備えることを特徴とする空気圧縮シス
   テム。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２の空気圧縮システ
   ムにおいて、 前記制御手段は、前記圧縮空気温度検出手段から検出さ
   れた温度が、供給液体の凝固温度以下の場合、圧縮空気
   への液体の供給を停止することを特徴とする空気圧縮シ
   ステム。
4. 【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれかの空気
   圧縮システムにおいて、 前記液体供給手段によって圧縮空気に供給される液体
   は、水であることを特徴とする空気圧縮システム。
5. 【請求項５】請求項４の空気圧縮システムにおいて、 前記制御手段は、前記圧縮空気温度検出手段から検出さ
   れた温度が、０℃以下の場合に、圧縮空気への水の供給
   を停止することを特徴とする空気圧縮システム。
6. 【請求項６】請求項１ないし請求項５のいずれかの空気
   圧縮システムにおいて、 前記制御手段は、前記圧縮空気温度検出手段から検出さ
   れた温度が高いほど、圧縮空気への液体の供給量を多く
   することを特徴とする空気圧縮システム。
7. 【請求項７】請求項２の空気圧縮システムにおいて、 前記液体噴射手段から噴射された液体が衝突する部分に
   フィンを設けたことを特徴とする空気圧縮システム。
8. 【請求項８】請求項１ないし請求項７のいずれかの空気
   圧縮システムにおいて、 前記空気圧縮機から吐出される圧縮空気の吐出部分を内
   管と外管とを組み合わせた２重管構造とし、前記内管の
   内部空間か、あるいは前記内管と前記外管との間の空間
   のいずれかを、圧縮空気へ供給される液体を蓄えておく
   空間として用いることを特徴とする空気圧縮システム。
9. 【請求項９】請求項８の空気圧縮システムにおいて、 前記内管と前記外管との間の空間に、圧縮空気へ供給さ
   れる水を蓄えることを特徴とする空気圧縮システム。
10. 【請求項１０】請求項１ないし請求項９のいずれかの空
    気圧縮システムにおいて、 前記空気圧縮機は、互いに噛合するオスロータとメスロ
    ータを搭載するスクリュー圧縮機であることを特徴とす
    る空気圧縮システム。
11. 【請求項１１】請求項１０の空気圧縮システムにおい
    て、 前記スクリュー圧縮機は、圧縮空気の吐出ポートを形成
    するケーシングの内部に、圧縮空気へ供給される液体を
    蓄えておく空間を備えることを特徴とする空気圧縮シス
    テム。
12. 【請求項１２】請求項１１の空気圧縮システムにおい
    て、 前記吐出ポートは、前記オスロータと前記メスロータの
    それぞれの軸に対して垂直であり、且つそれぞれの軸の
    中心に配置され、 前記液体を蓄えておく空間は、前記吐出ポートが形成さ
    れた側の前記ケーシングに設けられたことを特徴とする
    空気圧縮システム。
13. 【請求項１３】請求項１０の空気圧縮システムにおい
    て、 前記スクリュー圧縮機は、圧縮空気の吐出ポートを形成
    するケーシングの内部に、圧縮空気へ供給される液体が
    流れる流路を備えることを特徴とする空気圧縮システ
    ム。
14. 【請求項１４】請求項１３の空気圧縮システムにおい
    て、 前記吐出ポートは、前記オスロータと前記メスロータの
    それぞれの軸に対して垂直であり、且つそれぞれの軸の
    中心に配置され、 前記液体が流れる流路は、前記吐出ポートが形成された
    側の前記ケーシングに設けられたことを特徴とする空気
    圧縮システム。
15. 【請求項１５】請求項１ないし請求項１４のいずれかの
    空気圧縮システムにおいて、 前記液体供給手段は、液体を噴霧して圧縮空気に供給す
    る液体噴射手段の一例である電磁式噴射弁と、 この電磁式噴射弁に液体を昇圧供給するポンプと、 このポンプによる液体の昇圧圧力が第１所定圧力以上の
    時に開弁して、昇圧された液体の一部を液体を蓄えるタ
    ンクに戻す圧力制御弁と、 この圧力制御弁から前記タンクに液体を戻すためのリタ
    ーン配管の開閉を行う電磁式開閉弁と、 この電磁式開閉弁が閉じられて、前記電磁式噴射弁に供
    給される液体の圧力が前記第１所定圧力より高く設定さ
    れた第２所定圧力以上の時に開弁して、供給された液体
    を圧縮空気の流れる部分に溢流させるリリーフ弁と、を
    備え、 前記制御手段は、前記電磁式噴射弁に供給される液体の
    温度を検出する液体温度検出手段を備え、 この液体温度検出手段の検出する温度が所定値以上の場
    合に、前記電磁式噴射弁を停止するとともに、前記電磁
    式開閉弁を閉じることを特徴とする空気圧縮システム。
16. 【請求項１６】請求項１ないし請求項１５のいずれかの
    空気圧縮システムにおいて、 前記空気圧縮機で圧縮された空気は、燃料電池のカソー
    ド極に供給されることを特徴とする空気圧縮システム。
17. 【請求項１７】請求項１６の空気圧縮システムにおい
    て、 前記燃料電池の下流側に液体を分離する気液分離装置を
    配置し、その気液分離装置で分離した液体を、圧縮空気
    に供給するための液体を蓄えるタンクに戻すことを特徴
    とする空気圧縮システム。
18. 【請求項１８】請求項１６または請求項１７の空気圧縮
    システムにおいて、 前記制御手段は、前記燃料電池の出力電流値あるいは出
    力電圧値を検出する出力検出手段を備え、 この出力検出手段の検出結果に基づいて、圧縮空気への
    液体の供給量を制御することを特徴とする空気圧縮シス
    テム。