JP2012097602A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮空気を作る際に発生するドレンの活用により冷却系統を簡素化し、さらに圧縮で生じる熱エネルギーを有効に利用することもできる圧縮機を提供する。
【解決手段】圧縮機本体１の下流側で冷却器３により凝縮されたドレンを圧縮空気から分離するドレン分離器４を備えた圧縮機において、圧縮機本体１の上流側とドレン分離器４とを管路６で連通し、該管路６中には圧縮機本体１の吸込圧力で減圧され、ドレン分離器４から供給されたドレンを内部で気化させる減圧容器７を設ける。減圧容器７はドレンの気化熱で冷却され、吸込み部１１から入った大気はここを通過する際に十分に冷却される。そして、圧縮機本体１の上流側である吸込み部９で圧縮機本体１側の大気と合流して低温空気の状態で圧縮されるので、冷却器３の負担が軽減される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、圧縮空気を作る際に発生するドレンの活用により冷却系統を簡素化し、また圧縮で生じる熱エネルギーを有効に利用することもできる圧縮機に関するものである。

従来、圧縮空気を作る際に発生する多量のドレンは、ドレン分離器で回収されたものをそのまま配管を通して外部に排出するのが一般的であるが、圧縮機本体から吐出された高温の圧縮空気が保有する熱エネルギーを利用して処理する装置が特許文献１に開示されている。この処理装置は、圧縮機本体の吐出管の外周に設けた複数の加熱皿と、これらを包囲するように設けた円筒とで構成されるものである。この場合、後部冷却器で凝縮されたドレンは、圧縮機本体を通過した高温の圧縮空気の熱エネルギーによって加熱された加熱皿上において、ドレン中に含まれる水分のみが気化して外部に放散し、濃縮されることになる。そして、水分が蒸発した後の潤滑油を含むドレンの残留物は、廃油管を通して廃油槽に排出される。

また、同じように廃熱利用によるドレン処理の従来技術としては、特許文献２に記載の装置がある。この処理装置は、圧縮機本体の上部に蒸発釜を配設し、ドレントラップ中の圧縮空気でドレンを蒸発釜に送り込み、圧縮機本体で発生した廃熱によって蒸発釜を加熱してドレンを気化させ、外部に排気する構成である。

さらに、近年の省エネルギー化の流れから、廃熱を利用したドレンの廃棄処理に止まらず、特にオイルフリー型の圧縮機においては、ドレンを冷媒として装置等の冷却に活用しながら廃棄処理することが検討されている。例えば、特許文献３に記載のドレン除去構造は、圧縮空気を一時的に蓄溜するレシーバタンクやその下流側のドライヤに蓄溜したドレンを後部冷却器内で噴霧し、その気化熱で後部冷却器内のフィンや冷却管を冷却するとともに、気化したドレンをそのまま外部に排気するものである。すなわち、このドレン除去装置では、ドレン処理の効率化に加え、処理時の気化熱で圧縮空気や圧縮機本体等の所定部位を強制的に冷却することにより、特に外気温が高い状況での圧縮効率を向上させるとともに、作動各部の温度上昇を抑止して圧縮機の耐久性向上を企図している。

また、本出願人は、実質的に密閉状態とされた筐体の内部に、圧縮機本体、駆動用原動機および圧縮空気タンク等を収容してなるパッケージ型の空気圧縮機において、ドレンを冷却に活用する方法を既に提案している。この特許文献４に記載の空気圧縮機は、空気タンクの底部に溜まったドレンを導管で冷却エレメントの近傍に導き、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の先端から冷却エレメント内へ散布させ、その気化熱によって筐体内の各所と吸入空気を冷却させるものである。

しかしながら、これら特許文献３、４に記載の方法は、いずれもドレンを冷却エレメントに散布して気化させる方式であることから、冷却エレメントの構造が複雑になることが避けられず、また冷却効率の点においても改善の余地が多分に残されていた。

実開昭５５−１３７２６７号公報 特開２０００−１０２７８２号公報 特開２００２−７０７４６号公報 特開２００３−８３２５４号公報

そこで、本発明者は、上記従来技術の問題点に鑑み、圧縮機における廃熱およびドレンの処理について総合的に検討した結果、従来技術とは異なる冷却手段に着目し、本発明に想到したのである。すなわち、本発明ではドレンを冷媒として利用する冷却エレメントの構造簡素化と冷却効率の向上を図ることができ、さらにはその冷却手段を利用することで廃熱エネルギーの活用をも可能な圧縮機の提供を目的とする。

本発明に係る圧縮機では、上記課題を解決するため、圧縮機本体の下流側で冷却器により凝縮されたドレンを圧縮空気から分離するドレン分離器を備えた圧縮機において、前記圧縮機本体の上流側と前記ドレン分離器とを管路で連通するとともに、ドレン分離器から供給されたドレンを内部で気化させる減圧容器を該管路の途中に設けるという技術手段を採用した点に大きな特徴がある。

上記構成によれば、減圧容器内に導入されたドレンは内部で気化し、その際の気化熱で減圧容器を冷却する。次いで、圧縮機本体側の管路とは別の管路で減圧容器内に大気を導入する。導入された大気は、減圧容器内を通過する際に十分に冷却された後、圧縮機本体の上流側で圧縮機本体側の管路から吸い込まれた大気に合流し、低温の大気の状態で圧縮機本体に流入して圧縮され、圧縮空気となって下流側の冷却器、ドレン分離器等へと順次移動する。すなわち、減圧容器内で冷却された低温の空気で圧縮空気の温度上昇を低減することにより、冷却効率を向上させ、また作動各部での過熱による劣化を抑制し、耐久性も併せて向上させることができる。なお、予め減圧容器内にドレンを溜めると冷却効率がよい。また、ドレンを減圧容器内で凝結させるようにしてもよい。

さらに上記構成において、減圧容器を圧縮機本体の吸込圧力で減圧するようにした場合、すなわち圧縮機本体上流側からの大気吸い込み流量の一部を減圧容器から取り込む構造とすれば、圧縮機本体内に大気が吸い込まれるのに伴って、減圧容器の内部が減圧状態となるので、減圧容器を減圧するのに必要な真空ポンプ等が不要となるので、装置全体としての構造をより簡素化することができる（請求項２）。なお、圧縮機本体もしくはその下流側の管路に熱電変換素子の高温側部を取り付ける一方、熱電変換素子の低温側部を減圧容器に取り付けるようにした場合には、ドレンの効果的な活用に加え、廃熱のエネルギーも活用することができるという利点がある（請求項３）。

本発明に係る圧縮機では、上記構成を採用したことにより、以下のような効果が得られる。
（１）ドレンを冷媒として活用し、減圧容器を冷却エレメントとして使用するので、圧縮機中での冷却系統を簡素化することができ、装置全体としてのコストダウンや小型化が可能である。
（２）従来のドレン散布方式の冷却エレメントを採用する圧縮機に比べ、減圧容器からなる冷却エレメントにおいてはドレンの気化速度が速いので、効率的に冷却することができる。
（３）減圧容器を圧縮機本体の吸込圧力で減圧するようした場合には、減圧容器に付随する別途減圧手段が不要となるので、圧縮機の全体構造をより簡素化する上で好都合である。
（４）熱電変換素子を圧縮機に付設した場合には、圧縮空気を作る際に必然的に発生する熱エネルギーを電気エネルギーに変換し、圧縮機組込み基板等への電源供給に利用し、また停電補償などに使用するなど、ドレンに加えて廃熱も有効に活用することが可能となる。

本発明の実施例１に係わる圧縮機の構成図である。 本発明の実施例２に係わる圧縮機の構成図である。

本発明は、各種形式の圧縮機に適用することができ、特にオイルフリー型の圧縮機に好適である。減圧容器を減圧状態とするには、別途真空ポンプを設けるなどして行なってもよいが、装置の簡素化の観点からは、減圧容器と圧縮機本体とを配管を介して連結し、圧縮機本体の吸込圧力で減圧するのが好適である。この場合には、圧縮機本体を通過する大気の数％程度の比率とするのが望ましい。また、廃熱を活用する際に用いる熱電変換素子の具体例としては、ビスマス・テルル系（Ｂｉ−Ｔｅ系）、鉛・テルル系（Ｐｂ−Ｔｅ系）、シリコン・ゲルマニウム系（Ｓｉ−Ｇｅ系）等のゼーベック効果を利用した半導体があげられる。

上記熱電変換素子は、熱電変換効果を発生させるためにＰ型とＮ型の半導体（熱電変換素子）を交互に並べた構造である。この場合のＮ型素子は、電子が高温側から低温側に向けて拡散する性質があるものである。一方、Ｐ型素子では正孔（半導体や絶縁体において、価電子帯の電子が不足した状態で、相対的に正の電荷を帯びているように見える）が高温側から低温側に拡散する性質があるものである。このような性質に基づき、Ｐ型とＮ型それぞれの素子を交互に結線し、高温側部と低温側部をそれぞれ温度差がある環境下に置くことで、熱エネルギーから電気が生じる。具体的には、熱電変換素子の高温側部を圧縮機本体もしくはそれに近い下流側の適宜場所に取り付け、低温側部を減圧容器もしくは減圧容器と圧縮機本体との間の管路に設置すればよい。

以下、図面に示した実施例により、本発明に係る圧縮機の好適な実施例を詳細に説明する。なお、これらの実施例により本発明が限定されるものではなく、本発明の技術思想内での種々の変更実施はもちろん可能である。

図１は、本発明に係る圧縮機の一実施例を示した構成図である。図示の圧縮機において、圧縮機本体１の吐出側（下流側）には、配管２を介して冷却器（後部冷却器）３、ドレン分離器４および圧縮空気タンク５が順次配設される。また、ドレン分離器４の底部に接続された配管６の他端側は減圧容器７に接続され、さらに減圧容器７は配管８を介して圧縮機本体１の吸込み部９（上流側）に連結されている。なお、減圧容器７とドレン分離器４との間の配管６には三方弁１０が設けられ、ドレンを外部に排出できるようになっている。さらに、減圧容器７の大気側につながる吸込み部１１には、電磁弁１２が設けられている。

次に、上記実施例に係る圧縮機の使用方法を説明する。まず、三方弁１０および電磁弁１２を閉じた状態において、圧縮機本体１を駆動させると、圧縮機本体１の吸込み部９から内部に大気が吸い込まれるに伴い、配管８を介して吸込み部９と連通する減圧容器７の内部が、その吸込み圧力により減圧状態となる。一方、吸い込まれた大気は、圧縮機本体１で圧縮されて圧縮空気となり、配管２を通過して冷却器３で冷却され、さらにドレン分離器４においてドレンが分離された後、乾燥状態で空気タンク５に貯留される。次いで、配管６の途中に設けた三方弁１０を開いてドレン分離器４中に溜まっているドレンの適量を減圧容器７内に噴出させると、ドレンは気化し、その気化熱で減圧容器７を冷却する。このときのドレンの噴出方法は、気化速度の点からすると、できるだけ小さな液滴の状態、具体的には噴霧が好適である。なお、ドレン分離器４には液面センサを設置し、ドレンが一定量以上となったときに、三方弁１０が自動的に開いて外部に排出されるようになっている。続いて、三方弁１０を閉じた状態で電磁弁１２を開いて減圧容器７側の吸込み部１０から大気を流入させると、大気は減圧容器７を通過する際に十分に冷却され、低温の空気となって圧縮機本体１の吸込み部９側の大気と合流する。この低温空気の通過により、圧縮機本体１の駆動で発生する圧縮空気および圧縮機本体の温度上昇が抑制されることになる。このことは、冷却器３の負担を軽減することになるので、冷却器３を小型のものに置き換えることができる。なお、三方弁１０と電磁弁１２のそれぞれの開閉の時期は、使用条件等に応じて適宜設定すればよい。

なお、上記実施例は、潤滑油を不要とするオイルフリー型圧縮機に適用した事例である。オイルフリー型圧縮機の場合には、潤滑油がドレンに混入しないので、ドレンを蒸発した後に廃油が残留しない。従って、残留した廃油の処理が不要になるので、廃油処理に要する手間とコストを削減することができ、本発明の冷却方法が最も効果的に発揮されるものである。

図２は、本発明の第２実施例に係る圧縮機である。なお、前記第１実施例と重複する部分については、同一符号で示し、その説明を省略する。図示の圧縮機は、第１実施例の圧縮機に熱電変換素子を付設した構成のものである。この場合、熱電変換素子２０の高温側部２１は、圧縮操作に伴って温度上昇する圧縮機本体１またはその吐出部に近い配管等に設置される一方、熱電変換素子２０の低温側部２２は、ドレンの気化によって冷却される減圧容器７の表面に設置される。このように、圧縮機において最も温度差のある部位に対して、熱電変換素子２０の高温側部２１と低温側部２２とを設置するので、それらの間に生じた温度差に基づき、従来は廃熱とされていた熱エネルギーを電気として回収することができ、しかもドレンを冷却に活用するものであるから、きわめて効率的な圧縮機となる。

本発明の圧縮機によれば、圧縮空気を作る際に発生するドレンの活用により装置の構造を簡素化することができ、また廃熱の有効利用も可能である。

１：圧縮機本体、２：配管、３：冷却器、４：ドレン分離器、５：空気タンク、６：配管、７：減圧容器、８：配管、９：吸込み部、１０：三方弁、１１：吸込み部、１２：電磁弁、２０：熱電変換素子、２１：高温側部、２２：低温側部

Claims (3)

1. 圧縮機本体の下流側で冷却器により凝縮されたドレンを圧縮空気から分離するドレン分離器を備えた圧縮機において、前記圧縮機本体の上流側と前記ドレン分離器とを管路で連通するとともに、ドレン分離器から供給されたドレンを内部で気化させる減圧容器を該管路の途中に設けたことを特徴とする圧縮機。
2. 前記減圧容器が、前記圧縮機本体の吸込圧力で減圧されることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記圧縮機本体またはその下流側管路に熱電変換素子の高温側部を取り付けるとともに、該熱電変換素子の低温側部を前記減圧容器に取り付けたことを特徴とする請求項１または２に記載の圧縮機。

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