JP2007146662A - Air compressor - Google Patents
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Description
本発明は、空気圧縮機に係わり、特に容積形の圧縮機本体とその圧縮空気を冷却する熱交換器とを備えた空気圧縮機に好適なものである。 The present invention relates to an air compressor, and is particularly suitable for an air compressor including a positive displacement compressor body and a heat exchanger for cooling the compressed air.
スクリュー式やスクロール式に代表される容積形の空気圧縮機は、内部に圧縮室を形成し、外からの動力でその圧縮室の容積を縮小する構造を有する。その圧縮室に大気から吸い込んだ空気を閉じ込めて容積を縮小することで空気を圧縮し、所定の圧力になったところで圧縮室を下流側に開くことで圧縮した空気を吐出する。この一連の動作を繰り返して圧縮空気を外部に供給する。このように容積形圧縮機は吐出する動作が断続的であるため、吐出される圧縮空気の吐出脈動が発生し、それが下流に伝播すると、配管系を加振して騒音が問題となる場合がある。そこで脈動低減を目的に圧縮機本体の下流にサイレンサを設けることが行われる。 A positive displacement air compressor represented by a screw type or a scroll type has a structure in which a compression chamber is formed inside and the volume of the compression chamber is reduced by power from the outside. The air sucked from the atmosphere is confined in the compression chamber and the volume is reduced to compress the air. When the pressure reaches a predetermined pressure, the compression chamber is opened downstream to discharge the compressed air. This series of operations is repeated to supply compressed air to the outside. Since the displacement compressor discharges intermittently in this way, when the discharge pulsation of the compressed air that is discharged occurs and propagates downstream, the piping system is vibrated and noise becomes a problem. There is. Therefore, a silencer is provided downstream of the compressor body for the purpose of reducing pulsation.
また、空気圧縮機本体から吐出した空気は、圧縮熱により高温になるため、安全上や保守管理上、あるいは下流での水蒸気の凝結によるドレン発生予防を目的として冷却してから送り出す必要がある。そのため圧縮機本体の下流に通常は熱交換器を備える。その熱交換器には主に空冷式と液冷式がある。液冷式熱交換器の冷却液は、多くの場合、普通の水あるいは凍結防止や腐食防止薬品を添加した水が用いられている。 Further, since the air discharged from the air compressor main body becomes high temperature due to the compression heat, it is necessary to send out after cooling for the purpose of safety, maintenance management, or prevention of drain generation due to condensation of water vapor downstream. Therefore, a heat exchanger is usually provided downstream of the compressor body. There are mainly air-cooled and liquid-cooled heat exchangers. In many cases, the cooling liquid of the liquid-cooled heat exchanger is ordinary water or water to which anti-freezing or anti-corrosion chemicals are added.
係る従来技術に関連する圧縮機としては、特開平6−173878号公報(特許文献1)が挙げられる。 As a compressor related to the related art, there is JP-A-6-173878 (Patent Document 1).
しかし、従来技術の空気圧縮機では、圧縮機本体の下流にサイレンサと熱交換器とを独立して別個に備えているので、圧縮機本体の周囲に大きなスペースを必要とするとともに、複雑で高価な構造となっていた。 However, in the conventional air compressor, a silencer and a heat exchanger are provided independently and separately on the downstream side of the compressor body, so that a large space is required around the compressor body, and it is complicated and expensive. It was a simple structure.
本発明の目的は、コンパクトで単純安価な構造で低騒音の空気圧縮機を実現することある。 An object of the present invention is to realize a low noise air compressor with a compact, simple and inexpensive structure.
前述の目的を達成するために、本発明は、空気を圧縮する容積形の圧縮機本体と、
前記圧縮機本体の吐出口より吐出される圧縮空気を流す配管を有する熱交換器とを備えた空気圧縮機において、前記熱交換器は、前記圧縮空気を流す配管を並列に接続された複数の配管で構成するとともに、前記並列に接続された複数の配管を干渉型サイレンサ機能を有するように異なる長さで形成したことにある。(請求項1)
係る本発明のより好ましい具体的な構成例は次の通りである。
(1)前記熱交換器における異なる長さの配管の差を前記圧縮機本体より吐出される圧縮空気の吐出脈動として伝播する波長の約半分の長さとしたこと。(請求項2)
(2)前記(1)において、前記圧縮機本体として回転周波数がほぼ一定である一定速型圧縮機本体を用い、前記熱交換器における長さの異なる配管の差を、前記一定速型圧縮機本体を定格運転条件で運転した際に吐出される圧縮空気の吐出脈動として伝播する波長の約半分の長さとしたこと。(請求項3)
(3)前記熱交換器における複数の配管を対向する入口ヘッダーと出口ヘッダーとの間に並列に接続し、前記熱交換器における配管の途中に折り返し部を形成することにより前記異なる長さの配管を構成したこと。(請求項4)
(4)前記(3)において、前記熱交換器における隣接する配管の折り返し部が配管長手方向に交差する投影面で重なるように前記熱交換器を形成したこと。(請求項5)
(5)前記熱交換器としてシェルアンドチューブ型熱交換器を用い、そのシェルアンドチューブ型熱交換器の中に備えられた複数のチューブが前記並列に接続された複数の配管を構成するように内部に圧縮空気を流し、これらの並列に接続された複数の配管の外側を覆うシェル内部に冷却液を満たして循環させること。(請求項6)
To achieve the foregoing object, the present invention comprises a positive displacement compressor body for compressing air,
A heat exchanger having a pipe for flowing compressed air discharged from a discharge port of the compressor body, wherein the heat exchanger has a plurality of pipes for flowing the compressed air connected in parallel. A plurality of pipes connected in parallel are formed with different lengths so as to have an interference-type silencer function. (Claim 1)
A more preferable specific configuration example of the present invention is as follows.
(1) The difference between the pipes having different lengths in the heat exchanger is set to a length that is about half of the wavelength that propagates as the discharge pulsation of the compressed air discharged from the compressor body. (Claim 2)
(2) In the above (1), a constant speed compressor main body having a substantially constant rotation frequency is used as the compressor main body, and the difference between the pipes having different lengths in the heat exchanger is determined by the constant speed compressor. The length is about half of the wavelength that propagates as the discharge pulsation of the compressed air that is discharged when the main unit is operated under rated operating conditions. (Claim 3)
(3) A plurality of pipes having different lengths are formed by connecting a plurality of pipes in the heat exchanger in parallel between opposing inlet headers and outlet headers, and forming folded portions in the middle of the pipes in the heat exchanger. Configured. (Claim 4)
(4) In the above (3), the heat exchanger is formed so that the folded portions of adjacent pipes in the heat exchanger overlap on a projection plane intersecting the pipe longitudinal direction. (Claim 5)
(5) A shell and tube type heat exchanger is used as the heat exchanger, and a plurality of tubes provided in the shell and tube type heat exchanger constitute the plurality of pipes connected in parallel. Flowing compressed air inside, filling the coolant inside the shell that covers the outside of the multiple pipes connected in parallel, and circulating it. (Claim 6)
本発明の空気圧縮機によれば、コンパクトで単純安価な構造で低騒音を実現できる。 According to the air compressor of the present invention, low noise can be realized with a compact, simple and inexpensive structure.
以下、本発明の複数の実施形態について図を用いて説明する。各実施形態の図における同一符号は同一物または相当物を示す。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態の空気圧縮機を、図1を用いて説明する。図1は本発明の第1実施形態の空気圧縮機の要部断面図である。
Hereinafter, a plurality of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The same reference numerals in the drawings of the respective embodiments indicate the same or equivalent.
(First embodiment)
An air compressor according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part of an air compressor according to a first embodiment of the present invention.
空気圧縮機100は、空気を圧縮する容積形の圧縮機本体1と、圧縮機本体1の吐出口2より吐出される圧縮空気を流す配管14〜16を有する熱交換器10とを備えて構成されている。圧縮機本体1は、回転周波数がほぼ一定である一定速型のスクリュー式空気圧縮機本体で構成されている。
The
圧縮機本体1は、ケーシング内部に噛み合う雌雄2つのロータを備え、それらが噛み合ったまま回転し、歯溝に閉じ込めた空気を圧縮して吐出する機能を有する。
The compressor
熱交換器10は、シェルアンドチューブ水冷式の熱交換器で構成され、円筒形状のシェル11の中に並列流路を構成するチューブである配管14〜16が複数配されている。配管14〜16の上流側は流路の分岐となる入口ヘッダー4に連通され、配管14〜16の下流側は流路の合流となる出口ヘッダー5に連通されている。なお、ここでは代表的に3本の配管14〜16を示したが、実際は更に多数の配管を備えるのが普通である。
The
シェル11は、左右を仕切る仕切り板11aと、上下を仕切る仕切り板11bとを供えている。仕切り板11aによりヘッダー4、5と液室17とを仕切り、仕切り板11bにより、入口ヘッダー4と出口ヘッダー5とに仕切っている。配管14〜16の液室17内をU字状に延びるように配置され、その両端が仕切り板11aに取り付けられて入口ヘッダー4及び出口ヘッダー5にそれぞれ連通されている。配管14〜16の外側を覆うシェル11の液室17内には冷却水が満たされ、この冷却水を循環させるための水入口12と水出口13とがシェル11に設けられている。
The
圧縮機本体1の吐出口2と熱交換器10の入口ヘッダー4とは吐出配管3を介して接続される。また、出口ヘッダー5から外部に連なる下流配管6が備えられる。
The
熱交換器10は、圧縮空気を流す流路を、並列に接続された複数の配管14〜16で構成するとともに、並列に接続された複数の配管14〜16を、干渉型サイレンサ機能を有するように異なる長さで形成している。
The
この実施形態では、熱交換器10における異なる長さの配管14、15の差を、圧縮機本体1より吐出される圧縮空気の吐出脈動として伝播する波長の約半分の長さとしているとともに、熱交換器10における異なる長さの配管14、16の差を、圧縮機本体1より吐出される圧縮空気の吐出脈動として伝播する波長の半分の長さの約3倍(奇数倍)としている。例えば、一定速型圧縮機本体1を定格運転条件で運転した際の吐出脈動の基本周波数はロータの定格回転周波数100Hz(毎分6000回転)に歯数5を乗じ500Hzになるとする。音速と管内流速の合計を毎秒400mとすると、波長は0.8mとなる。したがって、吐出脈動の波長の2分の1は0.4mとなるので、複数の配管のうちの異なる長さの配管14、15の差がこの0.4mになるようにする。異なる長さの配管14、16の差を圧縮空気の吐出脈動として伝播する波長の半分の長さの約3倍(奇数倍)とすることによっても、騒音を効果的に低減することができる。
In this embodiment, the difference between the
上述した構成の空気圧縮機100の効果を動作とともにさらに具体的に説明する。
The effect of the
圧縮機本体1の出口2から圧力脈動が圧力波として発せられ、圧縮空気の流れに乗って吐出配管3内部を伝播し、入口ヘッダー4に至る。圧縮空気の流れは、入口ヘッダー4で分岐し、配管14〜16の中を通り、出口ヘッダー5で再び合流する。ここで、配管14〜16の流路長が異なるため、脈動の伝播時間も異なり、粗密波である脈動の位相がずれる。位相のずれた脈動の合流により振幅は減少し、位相が最も理想的な180度差の場合には互いに打ち消し合い、脈動の強さが同じであれば完全に打ち消し合う。
A pressure pulsation is generated as a pressure wave from the
なお、長さの異なる配管の種類を多数備えるようにすれば、運転条件や運転速度が変化することで脈動の周波数や音速が変化しても、いずれかの配管同士で脈動が打ち消し合うため、ある程度の脈動低減効果は維持できる。 In addition, if it is made to have many types of pipes with different lengths, even if the operating conditions and operating speed change, even if the pulsation frequency and sound speed change, the pulsations cancel each other out, so A certain amount of pulsation reduction effect can be maintained.
配管14〜16内部を圧縮空気の脈動波が通過するときには管壁に圧力変動を及ぼし、管壁が薄い場合には外部に騒音を拡散する懸念がある。しかし、本実施形態によれば、配管14〜16の周囲に冷却水が満ちており、空気中に設けた従来のサイレンサに比較して大きな放射音抑制効果が期待できる。水の密度は空気に比較して非常に大きいため、管壁の振動も抑制され振動振幅も低減される。
When a pulsating wave of compressed air passes through the inside of the
本実施形態の構造によれば、配管14〜16とヘッダー4、5との接続作業がシェル10の片側でよく、組立作業が比較的容易である。また、配管14〜16の圧損は長さよりも屈曲回数や出入口の数に大きく依存することから、配管毎の圧損の差が小さく、比較的均等な流れを得ることができる。よって熱交換器10としての伝熱性能も高く維持できる。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について図2を用いて説明する。図2は本発明の第2実施形態の空気圧縮機の要部断面図である。この第2実施形態は、次に述べる点で第1実施形態と相違するものであり、その他の点については第1実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。
According to the structure of the present embodiment, the connection work between the
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of an air compressor according to a second embodiment of the present invention. The second embodiment is different from the first embodiment in the points described below, and the other points are basically the same as those in the first embodiment, and thus redundant description is omitted.
この第2実施形態では、熱交換器10は、入口ヘッダー22と出口ヘッダー23とがシェル21の両端部に対向するように設けられ、複数の配管24〜26が入口ヘッダー22と出口ヘッダー23との間に並列に接続されている。
In the second embodiment, the
この熱交換器10は、圧縮空気を流す流路を、並列に接続された複数の配管24〜26で構成するとともに、並列に接続された複数の配管24〜26を、干渉型サイレンサ機能を有するように異なる長さで形成している。具体的には、複数の配管24〜26は、入口ヘッダー22と出口ヘッダー23との間を最短に直線で結ぶ配管24と、途中で折り返して入口ヘッダー22と出口ヘッダー23との間を結ぶ長さが異なる配管25、26とからなっている。そして、この第2実施形態では、熱交換器10における異なる長さの配管24、25の差を、圧縮機本体1より吐出される圧縮空気の吐出脈動として伝播する波長の約半分の長さとしているとともに、熱交換器10における異なる長さの配管24、26の差を、圧縮機本体1より吐出される圧縮空気の吐出脈動として伝播する波長の半分の長さの約3倍(奇数倍)としている。係る構成によって、第2実施形態でも、熱交換器21による干渉型サイレンサ機能を、第1実施形態と同様に奏することができる。
The
さらに、第3実施形態では、熱交換器21は、隣接する配管25、26の折り返し部が配管長手方向に交差する投影面で重なるように形成されている。これによって、異なる長さの配管25、26をコンパクトに得ることができる。
Furthermore, in 3rd Embodiment, the
なお、図2では、代表して模式的に3種類の配管24〜26を示したが、更に多種の長さの配管を多く備え、折り返し数を増すなどして配管26よりも更に長い配管とすることもできる。
In FIG. 2, three types of
第2実施形態によれば、熱交換器21の入口と出口とを離すことで、空気圧縮機内部のレイアウトの自由度を増すことができる。また、シェル21内部に配管24〜26を比較的高密度に配置できるので、熱交換器21をコンパクトに実現できる。さらに、ヘッダー22、23内面への配管24〜26の開口位置の選定は比較的自由度が大きいので、低減したい脈動の周波数に合わせた設計が容易である。
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について図3を用いて説明する。図3は本発明の第3実施形態の空気圧縮機の要部断面図である。この第3実施形態は、次に述べる点で第2実施形態と相違するものであり、その他の点については第2実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。
According to 2nd Embodiment, the freedom degree of the layout inside an air compressor can be increased by separating | separating the entrance and exit of the
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a sectional view of an essential part of an air compressor according to a third embodiment of the present invention. The third embodiment is different from the second embodiment in the following points, and the other points are basically the same as those in the second embodiment, and thus redundant description is omitted.
この第3実施形態では、熱交換器50は、シェル51の内部に入口ヘッダー52と出口ヘッダー53を備え、入口ヘッダー52及び出口ヘッダー53が入口管54及び出口管55で支持されている。入口ヘッダー52と出口ヘッダー53とは、複数の短配管56と長配管57とで接続される。圧縮機本体1の出口2と熱交換器50の入口管54とは柔軟配管58で接続され、カバー59で柔軟配管58の周囲を覆っている。カバー59はシェル51に固定され、圧縮機本体1からはわずかに離してある。
In the third embodiment, the
なお、図3では、代表して模式的に2種類の配管56、57を示したが、更に多種の長さの配管を多く備えるなどして配管57よりも更に長い配管とすることもできる。
In FIG. 3, two types of
この第3実施形態によれば、圧縮機本体1と熱交換器50の間が柔軟構造体で接続されているため、圧縮機本体1で発生した固体伝播振動が熱交換器50に伝わりにくく、その振動に起因してシェル51が騒音を発生することを防止できる。また、ヘッダー52、53がシェル51内部にあるため、吐出脈動がヘッダーの壁面を加振して外部に拡散する騒音も防止することができる。
(その他の実施形態)
以上説明した第1〜第3実施形態では、スクリュー式圧縮機を例に説明した。しかし、スクロール式やレシプロ式等、他の原理に基づく容積形空気圧縮機であっても同様に吐出脈動が発生する。そこで、これらの空気圧縮機に上述した各実施形態と同様の熱交換器を備えることにより、コンパクトな構造で吐出脈動低減効果と熱交換器からの放射騒音低減効果を期待することができる。また、上述した各実施形態の熱交換器の構造は、単段圧縮機の後段は勿論のこと、二段圧縮機の中間冷却器としても適用できる。
According to the third embodiment, since the
(Other embodiments)
In the first to third embodiments described above, the screw type compressor has been described as an example. However, discharge pulsation similarly occurs even in a positive displacement air compressor based on other principles such as a scroll type or a reciprocating type. Therefore, by providing these air compressors with the same heat exchangers as those of the above-described embodiments, it is possible to expect a discharge pulsation reduction effect and a radiation noise reduction effect from the heat exchanger with a compact structure. Moreover, the structure of the heat exchanger of each embodiment mentioned above can be applied not only to the latter stage of the single stage compressor but also to the intermediate cooler of the two stage compressor.
1…圧縮機本体、2…吐出口、3…吐出配管、4…入口ヘッダー、5…出口ヘッダー、6…下流配管、10…熱交換器、11…シェル、12…水入口、13…水出口、14〜16…配管、21…シェル、22…入口ヘッダー、23…出口ヘッダー、24〜26…配管、50…熱交換器、51…シェル、52…入口ヘッダー、53…出口ヘッダー、54…入口管、55…出口管、56…短配管、57…長配管、58…柔軟配管、59…配管カバー。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記圧縮機本体の吐出口より吐出される圧縮空気を流す配管を有する熱交換器とを備えた空気圧縮機において、
前記熱交換器は、前記圧縮空気を流す配管を並列に接続された複数の配管で構成するとともに、前記並列に接続された複数の配管を干渉型サイレンサ機能を有するように異なる長さで形成したこと、
を特徴とする空気圧縮機。 A positive displacement compressor body for compressing air;
In an air compressor comprising a heat exchanger having a pipe through which compressed air discharged from a discharge port of the compressor body flows.
The heat exchanger is configured with a plurality of pipes connected in parallel to the pipe through which the compressed air flows, and the plurality of pipes connected in parallel are formed with different lengths so as to have an interference-type silencer function. thing,
Features an air compressor.
The air compressor according to any one of claims 1 to 5, wherein a shell and tube heat exchanger is used as the heat exchanger, and a plurality of tubes provided in the shell and tube heat exchanger include the shell and tube heat exchanger. Compressed air is flowed inside so as to constitute a plurality of pipes connected in parallel, and a coolant is filled inside the shell covering the outside of the plurality of pipes connected in parallel to circulate. air compressor.
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100713 |
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A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20101109 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |