JP2006105584A - ピストン機器用冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】効率の良いコンプレッサーのようなピストンエンジン用の冷却装置を提供する。
【解決手段】中間熱交換器１１２および圧縮ガスの冷却用出側熱交換器１０２が設けられるコンプレッサー１００用の冷却装置に関するものである。冷却装置はジャケット２００によって取り囲まれる。ジャケットはジャケット内部にプラス圧をもたらすラジアルファン１０５に接続される空気取入れ開口部２０２を有する。熱交換器１０２，１１２はジャケットの空気出口開口部２０４、２０６に取付けられて、ジャケット内のプラス圧が熱交換器の冷却につながる。ジャケットにはさらにシリンダー壁、カバー、表面およびクランクケースといったコンプレッサーのその他の要素の冷却に利用される空気の排出用の追加の出口開口部２０８が含まれる。様々な冷却行程間の相関関係は、ジャケット内の開口部の設計に応じて調節することができる。
【選択図】図１

Description

本発明はガスコンプレッサーのようなピストン機器で、特にエアコンプレッサー用の冷却装置に関するものである。

当該技術では電動の、多段シリンダーコンプレッサーといった機械的コンプレッサー類が良く知られている。ここでコンプレッサーという用語は圧縮ガス（空気を含めて）を例えば圧力タンクにあるいは直接の使用に引き渡すための装置を示すものと理解されるべきである。

このようなコンプレッサー類には冷却が必要とされる。一部にはコンプレッサーによって生じる圧縮ガスの冷却の必要があるのと、過熱状態および機械的な損傷等を防止するためにコンプレッサー自体に冷却の必要がある。多段コンプレッサーの場合には、ある段階と次行程との間の圧縮ガスの冷却の必要もある。

コンプレッサーの冷却用にいくつかの方案が以前から知られている。例えば、コンプレッサーの駆動軸の延長方向に軸方向ファンを配置したり、あるいはコンプレッサーの前面の電動モーターとは独立して駆動するファンを配置することによりコンプレッサーのハウジングから、さらには各コンプレッサー行程後に接続されるガス冷却器（すなわち、熱交換器）からの加熱空気の移動をもたらすことが従来から知られている。

従来方案の多くにおいては、同一の空気がコンプレッサーの熱交換器および加熱面を冷却する。この点は冷却空気が熱交換器によって既に加熱されているので、加熱面の非効率な冷却につながる。その他の従来からの方案では、同一の空気が熱交換器を冷却する前にコンプレッサーの加熱面を冷却する。これらの場合において、熱交換器の冷却は冷却空気が加熱面によって既に加熱されているので効率が劣る。従来の事例の多くではコンプレッサーが熱交換器、または、加熱面によって加熱される空気を吸い込む。この点により効率が落ちるとともに圧縮空気の、また圧縮空気と接触する部品の冷却の必要が増える。従来からの方案では、冷却空気は冷却を必要とする部品上を無駄なく通過することはしない。当該空気の一部は外部に通過するので非効率である。このロスを埋め合せるために比較的大容量のエネルギーを必要とするファンが必要となる。

従来の技術によると、開放、非被覆型のコンプレッサー構造は、空気の入れ換えを増やすことより冷却効率を上げる目的でかなりの範囲にわたって採用されてきている。そのような開放型の構造はコンプレッサーにより多くの騒音を生じさせることになるとともに、外的影響、例えば、塵、粒子、水の飛散や強風により多くさらすことになる。さらに、コンプレッサーの加熱面や鋭利な縁部が安全上の危険を呈する。

本発明の目的はコンプレッサーのようなピストンエンジン用の冷却装置を提供して、従来技術の欠点を完全にあるいは部分的に補うことにある。

本発明によれば、前記目的は出側空気の冷却用の少なくとも１台の出側熱交換器が設けられるエアコンプレッサーのようなピストンエンジン用の冷却装置により達成され、当該冷却装置は、―コンプレッサーの全体あるいは一部を囲うジャケット部、―当該ジャケット内の空気取入れ開口部、―当該空気取入れ開口部と接続されるファンで、運転中はジャケット内部をプラス圧にするファン、―ジャケット内の第１空気出口開口部で、当該第１空気出口開口部にコンプレッサーからの出側空気の冷却用に出側熱交換器が取付けられているもの、―コンプレッサーを冷却する空気を排出するための当該ジャケット内の少なくとも１つの空気出口開口部で、これにより当該ジャケット内部のプラス圧が出側熱交換器の冷却とコンプレッサー部品の必要な冷却のための空気流を引き起こすもの、
によって特徴付けられる。

本発明の様々な実施例において、コンプレッサーは第１と第２のコンプレッサー行程を含む多段行程シリンダーコンプレッサーであって良い。

第１と第２のコンプレッサー段階の間に中間熱交換器を取付けることができ、中間熱交換器はジャケットの第２空気出口開口部に取付けられ、これによりジャケット内のプラス圧が中間熱交換器の冷却用の空気流を引き起こす。

ファンはラジアルファンで良い。

コンプレッサーはモーターによって駆動され、ファンはコンプレッサーによって駆動されることができ、これによりジャケット内に含まれる空気が運転中にジャケット内部に流れを引き起こす。

コンプレッサーには運転中に冷却されなくてはならない追加のコンプレッサー部品が含まれることが可能で、ジャケットが当該追加コンプレッサー部品からある距離に取付けられ、これにより当該ジャケット内の空気流が追加コンプレッサー部品を冷却する。

冷却されなくてはならない追加コンプレッサー部品には、少なくとも１つのシリンダー壁、シリンダーのカバー、表面、およびクランクケースが含まれる。

冷却されなくてはならない追加コンプレッサー部品には、さらにコンプレッサー内の水分と空気を分離させる分離装置が含まれる。

ジャケットには、空気取入れ開口部とは反対側に設けられる１つ以上の第３空気出口開口部が含まれることが可能である。

ジャケット内の空気取入れ開口部および空気出口開口部によって示される空気流の制約は、熱交換器の冷却に関するコンプレッサー部品の冷却に効果を及ぼすよう調節される。

コンプレッサーの空気取込み口にはエアフィルターが含まれることが可能であって、ファンによって供給される空気が直接受けられるよう設けられる。コンプレッサーに空気を供給するためのコンプレッサーの空気取込み口はジャケットの内側あるいは外側に設けることができる。

本発明は、実施例を用いて図面を参照しながらより詳しく説明される。異なる図面上の同一の要素に関しては、可能な場合には同一の参照番号が採用されている。（図１）は本発明によるエアコンプレッサー用の冷却装置の原理を示すブロック構成全体図である。さらに（図２）および（図３）を参照してさらに詳しい説明が以下になされる。エアコンプレッサーは、中間コンプレッサー行程１０８および出側コンプレッサー行程１１０付きの２段行程コンプレッサーである。中間コンプレッサー行程１０８は空気対空気の熱交換器の形の中間熱交換器１１２につながる。ここで、圧縮空気は冷却されるとともに、出側コンプレッサー行程１１０に渡される。出側コンプレッサー行程１１０は出側熱交換器１０２につながる。ここで、出側コンプレッサー行程１１０からの圧縮空気は、冷却されてエアコンプレッサー用のコンプレッサー排出口１２２に引き渡される。コンプレッサー排出口１２２からは圧縮空気が、例えば、圧力タンクまたはその他の外部に接続される設備に供給される。

ジャケット２０２は、当該技術に熟練した人達によってシールドとも呼ばれ、エアコンプレッサー１００を取り囲む。ジャケット２００は、実質的に開口部２０２、２０４、２０６および２０８を除いてエアタイトであることが不可欠である。

空気取入れ開口部２０２はファン１０５用の取入れ口１０４に直接、接続されて、これが運転時にジャケット２００内部にプラス圧をもたらす。プラス圧はジャケット２００の開口部２０６，２０４，２０８から空気を外部に排出させることになる。ファンはラジアルファンであることが好ましい。シールド周辺のファン入口は、さらにファンの中央開口の方向に傾斜のついた円錐形であるのが好ましい。円錐形はファンの中央に続くのが好ましい。これは周辺空気をファンに送るための流れの条件をより良好なものにする。

ファン１０５によって供給された空気の１部は、エアーコンプレッサーの第１コンプレッサー行程１０８の取入れ口１０６とさらに接続されるエアフィルター１１８によって捕らえられる。この空気はコンプレッサーで圧縮されるとともに、コンプレッサー出口１２２まで搬送される。フィルター１１８付きの空気取入れ口１０６は、ジャケット内部に、好ましくはファン１０５からの出口のすぐ近傍に取付けられる。比較的冷たい空気の供給が、これによって、好ましくはファン１０５からの周辺的プラス圧とともにコンプレッサー行程にもたらされる。

ファン１０５からの残りの空気は、様々な具合にコンプレッサー部品の様々な部品を通過した後、空気出口２０４、２０６、２０８に分散される。

出側熱交換器１０２は、空気出口開口部２０４に取付けられる。このため、空気出口開口部２０４を出る空気は出側熱交換器１０２を通過する圧縮空気を冷却するために用いられる。出側熱交換器１０２を冷却するために用いられるはずの部分の空気は、空気出口開口部２０４によって示される設計上の制約条件によって調整が可能である。これを行うための最も単純な方法は開口部２０４の有効面積の大きさを調節することにある。熱交換器１０２の大きさは開口部２０４と類似しているのが好ましい。

中間熱交換器１１２は空気出口開口部２０６に取付けられる。このため、空気出口開口部２０６を出る空気は中間熱交換器１１２を通過する圧縮空気を冷却するために用いられる。中間熱交換器１１２を冷却するために使用されるはずの部分の空気は、空気出口開口部２０６によって示される設計上の制約条件によって調整が可能である。これを行うための最も単純な方法は開口部２０６の有効面積の大きさを調整することである。この場合、熱交換器１１２の大きさもまた開口部２０６と類似していることが好ましい。

ファン１０５はラジアルファンであるのが好ましい。当該ラジアルファンはジャケット２００内部の空気に空気流を形成させるとともに、前記プラス圧をもたらす。冷却の必要のある要素部品類を含めて、これによってコンプレッサーの様々な要素部品の前後で空気流が生まれる。例示する目的で、流れる空気によって特に作用を受け冷却されるコンプレッサーの要素部品類が、１２０によって模式的に図示されている。これらの要素部品類には、主として、シリンダー壁とクランクケースに続くシリンダーカバー及び表面が含まれる。圧縮空気からの湿気を除去するために特殊な分離装置類がさらに設けられても良く、そのような装置類が要素部品類１２０の中に含まれても良い。

これらの要素部品類１２０を通過した空気部分は、空気出口開口部２０８から排出される。

図２は本発明による冷却装置付きのエアコンプレッサーを図示する透視図である。包囲するジャケット２００が本発明の不可欠な要素であるにも係わらず、図示上の理由のため、ジャケット２００は図２に示されていない。

エアコンプレッサー１００は２段行程シリンダーコンプレッサーであり、電動モーター１１４によって直接駆動される。ファン１０５はコンプレッサー機構の一部に接続されるか、あるいはその一部を形成する回転軸の延長部１１６によって駆動される。代替実施例では、ファン１０５は、別の独立したモーター、例えば電動モーターによって駆動されても良い。ファン１０５は図１を参照して説明されたように、ラジアルファンである。当該ファンはそれ故、軸方向の空気取込み口１０４を通じて空気を引き込むとともに、周囲のジャケット２００（図２には示されない）の方向へ軸から放射方向に空気を押し出す。したがって、運転時はファン１０５がコンプレッサー１００周辺およびジャケット２００内部に空気流を生じさせる。ジャケットの正面カバーはさらに、空気流の最初の部分をコンプレッサー上部で後方へと誘導するために上部で後方にカーブしている。

空気取入れ口１０６上にあるエアフィルター１１８が、ファン１０５からの出口近くに取付けられて描かれており、この出口の方向にほぼ向いていて、当該フィルターはコンプレッサーの加熱部品あるいはコンプレッサー用の駆動モーター１１４によって、加熱されない冷えた空気の周囲部分からの良好な供給源を有する結果となる。空気取入れ口１０６は中間コンプレッサー行程１０８に接続され、これはコンプレッサー機能を果たすために必要なバルブ装置とともに、ピストン付きのシリンダーから構成される。これらの部品は本発明の原理に特に関係しないので、これ以上説明しない。接合部１０９は、空気冷却器１１２の後、中間コンプレッサー行程１０８から出側コンプレッサー行程１１０へと空気を通過させる。出側コンプレッサー行程１０８はまたピストン付きのシリンダー１本とバルブ装置類（同様に図示されていない）から構成される。このタイプのコンプレッサーのための通常の方法では、各ピストンにはコンプレッサーの主軸線に関して偏心して回転する接合棒が設けられる。この機構はクランクケースに取付けられる。図示された実施例では、設けられたシリンダー類はＶ字形である。可動性部品の潤滑はクランクケース中の油溜まり部によって行われるのが好ましい。

圧縮空気を冷却する熱交換器に加えて、コンプレッサー自身もまた冷却を必要とする。冷却の必要が最も高いコンプレッサーの部品類にはシリンダー壁とシリンダーのカバー、表面が特に含まれ、これらは空気の圧縮の結果として発熱を多く受ける。シリンダー壁とシリンダーのカバー、表面には、従って、冷却リブ類が設けられ、これらの上部をジャケット２００の内部を通過して流れる空気が通過する。クランクケースもまた冷却が必要である。これはまたジャケット２００の内部を流れる空気によってもたらされる。コンプレッサーには各行程間およびコンプレッサー出口１２２にのみ、圧縮空気から水分を分離するための特別な分離装置が含まれても良い。その場合には、これらの構成部品のあるものは既に冷却された圧縮空気とともに作動するが、これらの分離装置等も冷却が必要としても良い。

図３は本発明による冷却装置の付いたエアコンプレッサーの部品を図示した透視図であり、ここでは囲い込みジャケットが示されている。

ジャケット２００はコンプレッサー１００を取り囲む。図３では、モーター１１４は示されない。好適な実施例では、モーター１１４はジャケット２００の外側に取付けられる。

ジャケット２００には空気取込み開口部２０２が含まれ、保護用グリルが設けられる。

ジャケット２００にはさらに空気出口開口部２０４が含まれ、出側熱交換器１０２が取付けられている。ジャケットの反対側にはさらに空気出口開口部２０６（図示されていない）が含まれ、中間熱交換器１１２が取付けられている。

ジャケット２００には開口部２０２から遠ざかるジャケット２００の側面上にさらに少なくとも１つの空気出口開口部２０８（図示されていない）が含まれる。代替案として、開口部２０８はシールド内の別の場所に設けられても良い。この開口部２０８は２つ設けられるのが好ましい。

上記から、熱交換器（すなわち、圧縮空気）の効率的冷却とコンプレッサー要素類（シリンダー壁やクランクケースといった）間の関係が、ジャケットの開口部の設計によって、特に空気出口開口部２０４、２０６，２０８および特にこれらの開口部面積の設計によって、それぞれ調整できて、単純な方法で最適化されることが何とか可能であるということが理解される。

もし、開口部２０４および２０６が開口部２０８に比較してより大きくなるならば、ファン１０５によってもたらされる流れを通じた全冷却空気量のより大半の部分が、熱交換器類およびこれによる実際の圧縮空気の冷却用に利用される。反対に、開口部２０８が相対的により大きくなる場合には、この点により、シリンダー壁やクランクケースのようなコンプレッサーの機械自身の冷却量が増えることになる。

したがって、ジャケット２００および特にジャケットの開口部がエアコンプレッサーおよびコンプレッサーから供給される空気の冷却を大きく左右する。

ジャケット２００は、また、騒音の低減および塵埃、粒子および湿気の侵入のような外部環境上の影響に対する保護に関してメリットをもたらす。ジャケットは加熱表面との接触といった危険に対する保護の役目も果たす。

図４では、図３と同じジャケットを上部から見た図が示されており、ジャケット２００は、正面に取入れ口開口部２０２を、圧縮空気用の熱交換器に隣接する各側面上に空気出口開口部２０４および２０６を、そして実際のコンプレッサー機械を冷却する排出空気用に空気出口開口部２０８を有する。

上述の詳細説明では特に本発明の好適な実施例が、説明となる図面付きで示されている。しかしながら、説明は、本発明を詳細に説明される特定の実施例に制限するものでは決してない。

詳細説明された好適な実施例では、多段行程コンプレッサー、特に２段行程コンプレッサーが採用されている。本発明の原理は、また、１つだけのコンプレッサー行程１１０と１台の熱交換器１０２を含む単一行程コンプレッサーが採用されても良いことが理解されるべきである。同様に、例えば３段行程あるいは４段行程の追加のコンプレッサー行程と、それに対応する追加の行程によって供給される空気を冷却するための追加の熱交換器も含まれても良いことが理解される。また工程間に冷却用の熱交換器が設けられない場合に引き続くコンプレッサー行程があっても良い。

詳細説明ではＶ字タイプシリンダーのコンプレッサーが用いられているが、自明な修正によってシリンダーがインラインあるいは単一シリンダーのような異なる構造を有するコンプレッサー類に関しても本発明を利用することが可能であろう。

冷却を要するある要素あるいは複数の要素に関して例えば、水冷あるいは油冷といったその他のタイプの冷却がさらに採用されても良いことが理解されるべきである。このような要素には、熱交換器、シリンダー壁、クランクケースおよび分離・圧縮装置、シリンダーカバー、表面が含まれる。

詳細説明では、モーター１１４はジャケット２００の外部におかれている。しかしながら、代替案として、モーター１１４がジャケット２００の中に収容されても良いことが理解されるべきである。

詳細説明ではモーター１１４は電動モーターとして記述されているが、本発明はその他のタイプの駆動装置に関しても明らかに適切なものである。

上述の説明に照らして当該技術に熟練した人にとってはさらなる変更例や変型例が明らかであろう。本発明の範囲は、従って、下記の特許請求項およびそれらと同等なものから明らかとなろう。

以下の図面は、本発明の好適な実施例を説明するものである。図面は、説明書きとともに、本発明の原理を説明するためのものである。
本発明によるエアコンプレッサー用の冷却装置の原理を示すブロック構成全体図。 本発明による冷却装置付きエアコンプレッサーの、ジャケットがない状態を図示する透視図。 本発明による冷却装置の一部を構成するジャケットを図示する透視図。 上記（図３）で図示されたジャケットを上から見た図。

Claims (13)

1. コンプレッサー（１００）の全体あるいは部分を取り囲む１つのジャケット（２００）、当該ジャケット中の空気取入れ開口部（２０２）、運転中にジャケット（２００）内部にプラス圧を生じさせる空気取入れ開口部（２０２）と接続されたファン（１０５）、コンプレッサーからの出側空気の冷却用に出側熱交換器（１０２）が、第１空気出口開口部（２０４）に取付けられているジャケット内の当該第１空気出口開口部（２０４）、そして、ジャケット（２００）内のプラス圧が出側熱交換器（１０２）の冷却用に、またコンプレッサー（１００）の必要な部品の冷却用に空気流を導くコンプレッサーを冷却する空気の排出用のジャケット内の少なくとも１つの空気出口開口部（２０８）とによって特徴づけられる、出側空気の冷却用の少なくとも１つの出側熱交換器（１０２）が設けられるエアコンプレッサー（１００）のようなピストンエンジン用の冷却装置。
2. コンプレッサー（１００）が第１（１０８）および第２（１１０）コンプレッサー行程を含む多段行程シリンダーコンプレッサーであることを特徴とする、請求項１に記載の冷却装置。
3. 中間熱交換器（１１２）が第１（１０８）および第２（１１０）コンプレッサー行程の間に取付けられるとともに、当該中間熱交換器（１１２）がジャケット（２００）の第２空気出口開口部（２０６）に取付けられており、これによってジャケット（２００）内のプラス圧が中間熱交換器（１１２）の冷却用の空気流を導くことを特徴とする、請求項２に記載の冷却装置。
4. ファン（１０５）がラジアルファンであることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の冷却装置。
5. コンプレッサー（１００）がモーター（１１４）によって駆動されるとともに、ファン（１０５）もコンプレッサー（１００）によって駆動され、これによってジャケット（２００）に含まれる空気が運転中にジャケット（２００）内部を流れるようにすることを特徴とする、請求項１乃至請求項４に記載の冷却装置。
6. コンプレッサー（１００）には運転中に冷却されなくてはならない追加のコンプレッサー要素（１２０）が含まれ、ジャケット（２００）は追加のコンプレッサー要素（１２０）からある距離に取付けられ、これによってジャケット（２００）内部の空気流が追加のコンプレッサー要素（１２０）を冷却することを特徴とする請求項１乃至請求項５に記載の冷却装置。
7. 冷却されなくてはならない追加のコンプレッサー要素（１２０）に少なくとも１つのシリンダー壁、シリンダーのカバ−、表面およびクランクケースが含まれることを特徴とする、請求項６に記載の冷却装置。
8. 冷却されなくてはならない追加のコンプレッサー要素（１２０）にさらにコンプレッサー（１００）の空気から水分を分離するための分離装置が含まれることを特徴とする、請求項７に記載の冷却装置。
9. 空気取入れ口開口部（１０４）の反対側に設けられる１つ以上の第３空気出口開口部（２０８）がジャケットに含まれることを特徴とする、請求項６乃至請求項８に記載の冷却装置。
10. ジャケット（２００）内の空気取入れ開口部（２０２）および空気出口開口部（２０４，２０６，２０８）によって表される空気流の制約条件が、熱交換器（１０２，１１２）の冷却に関してコンプレッサー要素（１２０）の冷却を左右するよう調整されることを特徴とする請求項１乃至請求項９に記載の冷却装置。
11. コンプレッサー（１００）の取入れ口（１０６）にエアフィルター（１１８）が含まれ、ファン（１０５）によって供給される空気を直接受けるよう設けられることを特徴とする、請求項１乃至請求項１０に記載の冷却装置。
12. コンプレッサーへの空気供給用のコンプレッサー取入れ口（１０６）がジャケット（２００）の内部に設けられることを特徴とする、請求項１乃至請求項１１に記載の冷却装置。
13. コンプレッサーへの空気供給用のコンプレッサー取入れ口（１０６）がジャケット（２００）の外部に設けられることを特徴とする、請求項１乃至請求項１１に記載の冷却装置。