JP2011231727A

JP2011231727A - 空気圧縮装置

Info

Publication number: JP2011231727A
Application number: JP2010104483A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Ebine; 猛海老根
Original assignee: Techno Ryowa Ltd
Current assignee: Techno Ryowa Ltd
Priority date: 2010-04-28
Filing date: 2010-04-28
Publication date: 2011-11-17

Abstract

【課題】圧縮機に対する吸入空気の温度の低下を安定的に行なって、圧縮空気質量に対して消費電力を減らすとともに、吸込空気中の水溶性のガス成分を除去することができる空気圧縮装置を提供する。
【解決手段】空気圧縮装置１は、圧縮空気を生成する空気圧縮機２と、この空気圧縮機２の下流側に設けられ空気圧縮機２によって生成され温度の上昇した圧縮空気を冷却するアフタークーラー３と、空気圧縮機２によって生成された圧縮空気を貯留する空気タンク４とを備える。また、空気圧縮機２の乾球温度を気化冷却により冷却する気化式冷却エレメント５と、この気化式冷却エレメント５の下部に設けられた水槽６と、水槽６に貯留した凝縮水Ｃを気化式冷却エレメントの上部から滴下する滴下配管７と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、クリーンルーム等で用いる圧縮空気を貯留し排出する空気圧縮装置に係り、特に、空気圧縮装置の省エネ方法に関する。

空気圧縮装置の省エネ運転方法として、吸込空気の冷却は既に多くの事例があるが、次のような課題がある。
(1) 主として、大型のターボ型圧縮機にのみ、採用されており、結果として、採用事例が少なく、また、速度型空気圧縮機のため省エネ効果が少ない。
(2) 吸込空気の冷却に、冷凍機その他の電力消費などを伴う熱源を用いた場合には、冷却熱源のエネルギー消費が大きく、全体として省エネとならないため、熱源は井戸水（１７℃程度）などに限られ、吸込み温度がこの温度より高いときのみの効果しか期待できない。従って、省エネが可能な運転期間が短い。
(3) 冷却熱源温度より吸込空気温度が低い時期には、吸込み抵抗により、反省エネとなってしまっていた。

この点、特許文献１では、パッケージ型空気圧縮機の吸気部分に気化式素材を設置し、空気圧縮に伴う凝縮水を気化冷却素材に供給することで、気化冷却する技術が提案されている。この技術によれば、圧縮機に対する吸入空気の温度を低下させることで、圧縮効率が向上するとともに、電動機の過熱は防止され、さらに圧縮空気タンクも冷やされるため、圧縮空気からの凝縮水の分離は良好となり、その発生量も増大する。また、圧縮空気タンク内に溜まった凝縮水を、随時導管を経て排出させることができるので、圧縮空気タンクに別途凝縮水の排出手段を設けなくても済むようになるというものである。

特開２００３−８３２５４号公報

しかしながら、特許文献１の技術は、圧縮空気タンクの底部に溜った凝縮水を、圧縮空気タンク内に溜められた圧縮空気の圧力を利用して、導管をもって冷却エレメントの近傍へ導き、導管の先端から冷却エレメント内へ散布させるものであるが、凝縮水の供給を圧縮空気の圧力に頼っているため、冷却エレメントへの凝縮水の供給が間欠式となることがあり、冷却能力が安定的でなかった。

また、空気圧縮装置の運転は、圧縮空気を使用する側の需要により変動し、従って、吸込空気のない状態で無駄に凝縮水が冷却エレメントに流水排出される。また、これにより、凝縮水が不足し冷却されないことが問題であった。

本発明は、上記のような従来技術の課題を解決するもので、その目的は、圧縮機に対する吸入空気の温度の低下を安定的に行なって、圧縮空気質量に対して消費電力を減らすとともに、吸込空気中の水溶性のガス成分を除去することができる空気圧縮装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、圧縮空気を生成する空気圧縮機と、前記空気圧縮機の下流側に設けられ前記空気圧縮機によって生成され温度の上昇した圧縮空気を冷却するアフタークーラーと、前記空気圧縮機によって生成された圧縮空気を貯留する空気タンクと、前記空気圧縮機の吸込空気の乾球温度を気化冷却により冷却する冷却手段と、を備えた空気圧縮装置において、前記冷却手段は、前記空気圧縮機の空気圧縮に伴う凝縮水を、吸水性又は親水性をもった気化式冷却エレメントに滴下し、前記吸込空気に対して濡れ面を形成することによりなり、前記冷却手段の近傍に、前記凝縮水を貯留する水槽を備えるとともに、前記水槽に貯留した凝縮水を前記冷却手段上部から滴下する滴下配管を備えたことを特徴とする。

以上の態様では、空気圧縮装置において、吸い込み空気の乾球温度を、濡れ面を利用した気化冷却により下げて、比容積を小さくすることで、同じ圧縮空気質量に対して消費電力を減らすることができるだけでなく、冷却手段を構成する濡れ面を形成する構造体を、吸水あるいは親水性とし十分な濡れ面を維持することにより、吸込空気中の水溶性のガス成分を除去することができる。これにより、冷却手段を構成する気化式素材を大型化し、吸い込み抵抗を少なくすることが可能となる。

請求項２の発明は、請求項１記載の発明において、前記水槽は、前記冷却手段の上部に設けられ、前記冷却手段と前記水槽との間には、前記水槽から前記冷却手段に前記凝縮水を供給する前記滴下配管が配され、この滴下配管には定流量弁が設けられ、前記定流量弁により、前記水槽から前記冷却手段に凝縮水を定量的に供給することを特徴とする。

以上の態様では、水槽を冷却手段の上部に設けることで、ポンプを利用しなくても、凝縮水の自重を使って、定流量弁により、水槽から冷却手段に凝縮水を定量的に供給することが可能となる。これにより、従来技術によっては、凝縮水の冷却手段への供給が間欠的になることがあり、冷却能力、ガス除去能力が不安定であったが、重力と定流量弁を利用することで、凝縮水を定量的に供給することができるようになる。

請求項３の発明は、請求項１記載の発明において、前記水槽は、前記冷却手段の下部に設けられ、前記滴下配管には、前記水槽の凝縮水を、前記冷却水上部へポンプアップするポンプを備えることを特徴とする。
以上の態様では、水槽に貯留した凝縮水を、ポンプによるポンプアップによって再度、循環して滴下することができるため、凝縮水の量が豊富となり、請求項１の発明に加えさらに気化式冷却エレメントへの水量（循環量）を増やし、冷却能力（気化量）のアップを図ることができる。

請求項４は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、前記水槽には、殺菌剤、純水、ＰＨ調整液のいずれか一つ又はこれらの組み合わせを、前記水槽内に常時又は間欠的に注入する注入部が設けられたことを特徴とする。
以上の態様では、殺菌剤、純水、ＰＨ調整液のいずれか一つ又はこれらの組み合わせを注入する注入部を設ける。これを例えば制御部により、水槽に殺菌剤を常時あるいは間欠的に注入する。これにより、凝縮水における藻や菌の発生を抑えることができる。

また、純水あるいはＰＨ調整液が付加された凝縮水が、滴下配管から気化式冷却エレメントに投入されることで、気化する水源として空気圧縮に伴う凝縮水を主にして純水及びＰＨ調整剤を付加したものを使用することとなり、吸込空気中の水溶性のガス成分を除去することができる。さらに、凝縮水に純水その他の液を付加することは、気化式冷却エレメントへの滴下量が増えるため、請求項１と同様、冷却手段を構成する気化式素材を大型化し、吸い込み抵抗を少なくすることが可能となる。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、前記冷却手段の周囲は、遮光されたことを特徴とする。
以上の態様では、冷却手段の周囲に遮光材を配することで、遮光することができる。このように、冷却手段を遮光することにより凝縮水中の藻や菌の発生を抑えることが可能となる。

請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明において、前記冷却手段を通過する前の前記吸込空気の相対湿度を検出する湿度計を備え、前記相対湿度が、所定値を上回る場合には、前記滴下配管からの凝縮水の滴下を停止させることを特徴とする。

以上の態様では、冷却目的の場合には、気化式冷却エレメントの上流側に湿度計を設け、この湿度計により気化式冷却エレメントを通過する前の吸込空気の相対湿度を検出する。この湿度計により検出した吸込空気の相対湿度が高い場合には、制御部により、滴下配管に設けたポンプの稼動を停止することで、気化式冷却エレメントに対する滴下を停止する。これにより、相対湿度が高く、気化冷却の効果が得られない時期のポンプ動力の無駄を防ぐことができる。

本発明によれば、圧縮機に対する吸入空気の温度の低下を安定的に行なって、圧縮空気質量に対して消費電力を減らすとともに、吸込空気中の水溶性のガス成分を除去することができる空気圧縮装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る空気圧縮装置の全体構成を示す模式図。本発明の他の実施形態に係る空気圧縮装置の構成を示す部分模式図。本発明の他の実施形態に係る空気圧縮装置の構成を示す部分模式図。本発明の他の実施形態に係る空気圧縮装置の構成を示す部分模式図。本発明の他の実施形態に係る空気圧縮装置の構成を示す部分模式図。

本発明を実施するための形態について、本発明の空気圧縮装置に用いた例を説明する。［１．本実施形態］
本実施形態の空気圧縮装置１は、図１に示すように、圧縮空気を生成する空気圧縮機２と、この空気圧縮機２の下流側に設けられ空気圧縮機２によって生成され温度の上昇した圧縮空気を冷却するアフタークーラー３と、空気圧縮機２によって生成された圧縮空気を貯留する空気タンク４とを備える。

本実施形態の空気圧縮装置１は、また、空気圧縮機２に吸気される空気の乾球温度を気化冷却により冷却する気化式冷却エレメント５と、この気化式冷却エレメント５の下部に設けられた水槽６と、水槽６に貯留した凝縮水Ｃを、ポンプＰによりポンプアップし、気化式冷却エレメントの上部から滴下する滴下配管７と、を備える。このうち、空気圧縮機２とアフタークーラー３及び空気タンク４の構成は従来と同様であるので説明を省略する。

本実施形態における気化式冷却エレメント５は、空気圧縮機２の空気圧縮に伴う凝縮水Ｃを、吸水性又は親水性をもったエレメントに滴下し、吸込空気に対して濡れ面を形成する構造材よりなる。

水槽６は、気化式冷却エレメント５の下部において、アフタークーラー３及び空気タンク４から排出される凝縮水Ｃを貯留するものである。水槽６には、オーバーフロー配管Ｏが設けられており、空気圧縮機２からの凝縮水Ｃがこの水面をオーバーする場合には、オーバーフロー配管Ｏより排水されるようになっている。

以上のような本実施形態の空気圧縮装置１によれば、水槽６を気化式冷却エレメント５の下部に設置し、空気圧縮機２の空気圧縮に伴う凝縮水Ｃを貯留する。これにより、気化式冷却エレメント５を構成する気化式素材への水量（循環量）を増やし、冷却能力（気化量）のアップをはかることができる。この方法により気化式冷却エレメント５を構成する気化式素材を大型化し、吸い込み抵抗を少なくすることが可能となる。

特に、吸水性又は親水性をもった気化式冷却エレメント５において、凝縮水Ｃを滴下し、吸込空気に対して濡れ面を形成することにより、吸込空気に含まれる水溶性ガスの除去を行なうことができる。

また、水槽６に貯留した凝縮水Ｃを、ポンプＰによりポンプアップして循環させることで、気化式冷却エレメント５に供給される凝縮水Ｃの量が豊富となり、空気圧縮機２の間欠運転にも対応できる。

［２．他の実施形態］
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、例えば、次の態様を包含するものである。なお、以下の説明において、空気圧縮機２とアフタークーラー３及び空気タンク４の構成は従来並びに上記本実施形態と同様であるので説明及び図示を省略する。

（１）殺菌剤注入タンクを設ける構成
図２に示すように、上記実施形態の空気圧縮装置１の構成における水槽６に、殺菌剤を注入する殺菌剤注入タンク８を設けることも可能である。このような構成において、制御部Ｍにより殺菌剤注入タンク８を構成する制御弁を制御し、水槽６に殺菌剤を注入する。これにより、凝縮水Ｃにおける藻や菌の発生を抑えることができる。

この殺菌剤注入タンク８は、水槽６に殺菌剤を所定量常時注入するように制御してもよいし、所定の間隔で間欠的に注入するように制御してもよい。また、例えば、水槽６内における藻や苔の発生を検知するセンサを設け、藻や苔の発生が検知された際に殺菌剤を注入するように制御してもよい。さらに、検知センサにより藻の発生などを検知することで、注入を制御することも可能である。

（２）純水供給配管を付加する構成
本発明では、水槽６内の凝縮水Ｃのイオン濃度及び導電率を検出するためのイオン濃度・導電率検知部Ｅを設けることも可能である。この検知部Ｅにより検知された水槽６内のイオン濃度あるいは導電率に基づいて水槽６内のイオン濃度あるいは導電率を適切な値に調整するために、純水（イオン濃度あるいは導電率の低い補給水）を供給する純水供給配管９を設ける構成を包含する。

（３）ＰＨ調整タンクを設ける構成
本発明では、殺菌剤注入タンク８と一体又は選択的に、水槽６の近傍に、水槽６内の凝縮水ＣのＰＨ値を検出するためのＰＨ検知部Ｄを設けることも可能である。また、このＰＨ検知部Ｄにより検知された水槽６内のＰＨ値に基づいて、水槽６内のＰＨ値を適切な値に調整するために、純水（イオン濃度の低い補給水）を供給する純水供給配管９と、酸またはアルカリ薬品を注入するＰＨ調整タンク１０を設ける構成も包含する。

上記（２）〜（３）の実施形態では、イオン濃度あるいは導電率を検出するための検知部Ｅにより検知された凝縮水中のイオン濃度あるいは導電率の値に基づいて、または、ＰＨ検知部Ｄにより検知された凝縮水中のＰＨ値に基づいて、純水供給配管９又はＰＨ調整タンク１０から、水槽６内に純水（イオン濃度あるいは導電率の低い補給水）、または酸、アルカリ薬品のいずれかを補給又は注入することで、水槽６内を所定のイオン濃度あるいは導電率又はＰＨ値とする。

このようにイオン濃度あるいは導電率、ＰＨが調整された凝縮水Ｃが滴下配管７から、気化式冷却エレメント５に投入されることで、気化する水源として空気圧縮に伴う凝縮水Ｃを主にして純水及びＰＨ調整剤を付加したものを使用することとなり、吸込空気中の水溶性のガス成分を除去することができる。

なお、図２では、殺菌剤注入タンク８、純水供給配管９及びイオン濃度・導電率検知部Ｅ、ＰＨ調整タンク１０及びＰＨ検知部Ｄのすべてを同時に設けた構成を開示しているが、本発明では、このような態様に限らず、殺菌剤注入タンク８、純水供給配管９及びイオン濃度・導電率検知部Ｅを設けるか、又はＰＨ調整タンク１０及びＰＨ検知部Ｄを設けるか、のいずれかを選択的に用いることも可能である。

（４）湿度計を設ける構成
前記実施形態の空気圧縮装置１の構成において、図３に示すように、気化式冷却エレメント５の上流側に湿度計ＲＨを設け、この湿度計ＲＨにより、気化式冷却エレメント５を通過する前の吸込空気の相対湿度を検出するようにする構成も可能である。

この湿度計ＲＨにより検出した吸込空気の相対湿度が高い場合には、制御部Ｍにより、滴下配管７に設けたポンプＰの稼動を停止することで、気化式冷却エレメント５に対する滴下を停止する。これは相対湿度が高い場合には、気化冷却の効果が少なくなることによる。例えば、湿度１００％では気化しないためである。また、凝縮水Ｃの温度は、通常３０℃〜４０℃程度のため、気化冷却なしでは、この熱が吸込空気に伝わり効率が落ちてしまうため、ポンプＰの停止制御が好ましい。

以上のような態様によれば、相対湿度が高く、滴下した凝縮水の気化冷却により空気の冷却効果が見込めない時期のポンプ動力の無駄を防止できる。なお、相対湿度の値によっては、間欠的にポンプＰを駆動させて、凝縮水を間欠的に滴下させることも可能である。

（５）温度計を設ける構成
上記実施形態の空気圧縮装置１の構成において、気化式冷却エレメント５の出口に乾球（ＤＢ：dry‐bulb）温度センサＴを設け、気化式冷却エレメント５の出口空気が、この乾球（ＤＢ）温度センサＴにより０℃以下と検出された場合には、ポンプＰの停止する制御を行なうことも可能である。
以上の態様により、気化式冷却エレメントの凍結を防ぐことができる。

（６）水槽配置に関する他の構成
上記実施形態では、気化式冷却エレメント５の下部に水槽６を設ける構成を前提としているが、本発明は、このような態様に限らず、例えば、図４に示すように、水槽６を、気化式冷却エレメント５の上に設けるとともに、気化式冷却エレメント５と水槽６との間に、水槽６から気化式冷却エレメント５に凝縮水Ｃを供給する滴下配管７を配置し、さらに、この滴下配管７には定流量弁７ａを設けて構成する態様も包含する。

水槽６を気化式冷却エレメント５上部に設けることで、ポンプＰを利用しなくても、凝縮水Ｃの自重を使って、定流量弁により、水槽６から気化式冷却エレメント５に凝縮水Ｃを定量的に供給することが可能となる。これにより、従来技術によっては、凝縮水Ｃの気化式冷却エレメント５への供給が間欠的になることがあり、冷却能力、ガス除去能力が不安定であったが、重力を利用することで、凝縮水Ｃを定量的に供給することができるようになる。

（７）遮光材を配置する構成
また、上記実施形態において、図５に示すように、気化式冷却エレメント５の周囲に遮光材を配することで、遮光することができる。このように、気化式冷却エレメント５を遮光することにより凝縮水Ｃ中の藻や菌の発生を抑えることが可能となる。例えば、滴下配管７など、配管系は、透明や半透明のホースを使用しないなど、遮光できる材料を使用する。また、気化式冷却エレメント５の空気の入口出口における遮光の例として遮光ガラリを上流、下流側に設置する。

（８）その他の構成
なお、水槽６内の凝縮水Ｃにおける藻や菌の発生は、上記の実施形態に示した構成に加え、水槽６内や滴下配管７、ポンプＰ等の各部に抗菌性素材を使用することによっても実現可能である。

１…空気圧縮装置
２…空気圧縮機
３…アフタークーラー
４…空気タンク
５…気化式冷却エレメント
６…水槽
６ａ…排水皿
７…滴下配管
７ａ…定流量弁
８…殺菌剤注入タンク
９…純水供給配管
１０…ＰＨ調整タンク
２０…遮光材
Ｃ…凝縮水
Ｄ…ＰＨ検知部
Ｅ…イオン濃度・導電率検知部
Ｍ…制御部
Ｏ…オーバーフロー配管
Ｐ…ポンプ
ＲＨ…湿度計
Ｔ…温度センサ

Claims

圧縮空気を生成する空気圧縮機と、前記空気圧縮機の下流側に設けられ前記空気圧縮機によって生成され温度の上昇した圧縮空気を冷却するアフタークーラーと、前記空気圧縮機によって生成された圧縮空気を貯留する空気タンクと、前記空気圧縮機の吸込空気の乾球温度を気化冷却により冷却する冷却手段と、を備えた空気圧縮装置において、
前記冷却手段は、前記空気圧縮機の空気圧縮に伴う凝縮水を、吸水性又は親水性をもった気化式冷却エレメントに滴下し、前記吸込空気に対して濡れ面を形成することによりなり、
前記冷却手段の近傍に、前記凝縮水を貯留する水槽を備えるとともに、前記水槽に貯留した凝縮水を前記冷却手段上部から滴下する滴下配管を備えたことを特徴とする空気圧縮装置。
前記水槽は、前記冷却手段の上部に設けられ、
前記冷却手段と前記水槽との間には、前記水槽から前記冷却手段に前記凝縮水を供給する前記滴下配管が配され、この滴下配管には定流量弁が設けられ、
前記定流量弁により、前記水槽から前記冷却手段に凝縮水を定量的に供給することを特徴とする請求項１記載の空気圧縮装置。
前記水槽は、前記冷却手段の下部に設けられ、
前記滴下配管には、前記水槽の凝縮水を、前記冷却手段上部へポンプアップするポンプを備えることを特徴とする請求項１記載の空気圧縮装置。
前記水槽には、殺菌剤、純水、ＰＨ調整液のいずれか一つ又はこれらの組み合わせを、前記水槽内に常時又は間欠的に注入する注入部が設けられたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気圧縮装置。
前記冷却手段の周囲は、遮光されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の空気圧縮装置。
前記冷却手段を通過する前の前記吸込空気の相対湿度を検出する湿度計を備え、
前記相対湿度が、所定値を上回る場合には、前記滴下配管からの凝縮水の滴下を停止又は間欠的に滴下させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の空気圧縮装置。