JP2015117676A

JP2015117676A - 空気圧縮機

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Publication number: JP2015117676A
Application number: JP2013263264A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　雄二; Yuji Ito; 雄二伊藤; 智夫鈴木; Tomoo Suzuki; 大嗣堀内; Hiroshi Horiuchi
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2015-06-25
Anticipated expiration: 2033-12-20
Also published as: JP6158069B2

Abstract

【課題】パッケージ型圧縮機において、冷却によって温度が上昇する冷却風を、圧縮機内の冷却媒体を利用して簡易且つ効率的に冷却する。
【解決手段】パッケージ型筺体を有する空気圧縮機であって、パッケージ型筺体内に、圧縮機本体１と、圧縮機本体を駆動する電動機８と、圧縮機本体から吐き出された圧縮空気を冷却するエアクーラ１１、１２と、エアクーラの冷媒が流通する冷媒配管（冷却水入口・出口）と、制御基盤１６とを少なくとも備え、また、パッケージ型筺体内もしくは筺体外面近傍に、外部とパッケージ型筺体内部の冷却風の流通を行う冷却ファン１７を備える。パッケージ筺体は、冷却風を外部から取り入れる吸気口２１と、外部に排気する排気口２２とを有し、吸気口から取り入れる冷却風の流れの上流側に冷媒配管を配設し、その冷媒配管の近傍且つ冷却風の流れの下流側に、制御基盤を配設する。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気圧縮機に係り、圧縮機パッケージ内部の冷却を行う空気圧縮機に関する。

従来から、低騒音化等を目的として、空気圧縮機を構成する種々の機器全体をパネル等で箱型に覆うパッケージ構成が知られている。パッケージ構成は防音性等に優れるものの圧縮機本体などの種々の発熱体によって、パッケージ内部の温度が上昇する傾向にある。特許文献１は、冷却用ターボファンをパッケージ内部上方付近に設け、パッケージ下部の冷却風取入口から吸気し、パッケージ上面の冷却風排出口から排気して強制空冷を行う空気圧縮機を開示する。

パッケージ内に導入される冷却風は、パッケージ内に配置される圧縮機本体、電動機、電気・電子部品等の発熱体を冷却する。空冷式圧縮機の場合には、これらの発熱体に加えて高温の圧縮空気や潤滑油の冷却も冷却風によって行われる。他方、水冷式圧縮機の場合には圧縮空気や潤滑油の冷却は冷却水によって行われるが、電動機や電気・電子部品の冷却は、やはり、パッケージ開口部からの冷却風によって行われる。よって、水冷式圧縮機であっても冷却風導入のために冷却ファンを設ける構成が一般的である。

特開２０１２−１２２４８７号公報

ところで、冷却風は、発熱体等を冷却するごとに熱を受け取り、下流側になればなるほど温度が上昇するため十分な放熱（冷却）がしにくいという問題がある。特に、圧縮機の小型化を図る場合には、構成機器・部品の配置の制約もあり、十分な放熱（冷却）が困難となる。かかる問題に対して、冷却ファンの大型化や高出力化を行えば、コストの低減や圧縮機サイズの小型化が困難になる。

上記課題を解決するために、例えば、特許請求の範囲に記載の発明を適用する。即ちパッケージ型筺体を有する空気圧縮機であって、パッケージ型筺体内に、圧縮機本体と、圧縮機本体を駆動する電動機と、前記圧縮機本体から吐き出された圧縮空気を冷却するエアクーラと、前記エアクーラの冷媒が流通する冷媒配管と、制御基盤とを少なくとも備え、前記パッケージ型筺体内もしくは筺体外面近傍に、外部と前記パッケージ型筺体内部の冷却風の流通を行う冷却ファンを備え、前記パッケージ筺体は、前記冷却風を外部から取り入れる吸気口と、外部に排気する排気口とを有し、前記吸気口から取り入れる冷却風の流れの上流側に前記冷媒配管を配設し、該冷媒配管の近傍且つ前記冷却風の流れの下流側に、前記制御基盤を配設するものである。

また例えば、他の適用発明として、パッケージ型筺体を有する空気圧縮機であって、パッケージ型筺体内に、圧縮機本体と、圧縮機本体を駆動する電動機と、前記圧縮機本体に供給されるオイルを冷却するオイルクーラと、前記オイルクーラの冷媒が流通する冷媒配管と、制御基盤とを少なくとも備え、前記パッケージ型筺体内もしくは筺体外面近傍に、外部と前記パッケージ型筺体内部の冷却風の流通を行う冷却ファンを備え、前記パッケージ筺体は、前記冷却風を外部から取り入れる吸気口と、外部に排気する排気口とを有し、前記吸気口から取り入れる冷却風の流れの上流側に前記冷媒配管が配設され、該冷媒配管の近傍且つ前記冷却風の流れの下流側に、前記制御基盤が配設されるものであってもよい。

本発明の一側面によれば、パッケージ内に導入される冷却風を冷却し、他の部品や機器の冷却に使用することで、圧縮機の冷却性能が向上し、コンパクト化や低騒音化も促進するという効果がある。

本発明を適用した一実施形態であるパッケージ型圧縮機の概要構成例を示す模式図である。本実施形態のパッケージ型圧縮機の内部構造例を示す右後方からの斜視図である。本実施形態のパッケージ型圧縮機の内部構造例を示す左前方からの斜視図である。本実施形態のパッケージ型圧縮機の外部構造例を示す左前方からの斜視図である。

以下、図面を用いて、本発明を適用した一実施の形態であるパッケージ型圧縮機として、水冷式のパッケージ型オイルフリースクリュー圧縮機を例に挙げて説明する。
ここで、パッケージ型の圧縮機とは、例えば、図４に示すように、圧縮機外周のほぼ全域を金属等のパネルで覆う構成の筺体を有するものである。パッケージ筺体は、設置個所に応じて種々の分割パネルの組合せで構成される。防音効果等を狙うことから、各パネル間は比較的機密性が高く接合されるが、整備性を考慮し一部が容易に取り外し可能な構成となっている。

図１に、パッケージ型圧縮機である水冷式のオイルフリースクリュー圧縮機３０の概要構成を示す。オイルフリースクリュー圧縮機３０は圧縮機本体１を有する。圧縮機本体１は、図示しない雄ロータ及び雌ロータの一対対のスクリュロータを備える。なお、本発明はかかるロータに限定するものではなく、スクロール式、レシプロ式、クロー式やシングル又はトリプルクリュ式等種々の形式のロータを適用可能である。
雄ロータの軸端部には、ピニオンギヤ３が嵌合され、ピニオンギヤ３は、ギヤケーシング２内の中間軸の一方に嵌合されたブルギヤ４と噛合する。

中間軸の他方には、プーリ５が取り付けられており、このプーリ５には、駆動力の伝達体としてベルト７が装架されている。ベルト７は、電動機８の軸端に取り付けたプーリ６にも装架されており、電動機８の動力が圧縮機本体１に伝達される。なお、駆動機構の他の構成としては、プーリ及びベルト組合せ以外にギア及びチェーンであってもよいし、ロータ軸と電機機８の出力軸を直結する構成であってもよい。本実施形態では、プーリとベルトの構成例を適用する。

圧縮機本体１の吸込み側には、この圧縮機本体１に吸込まれる空気量を調整する吸込絞り弁１０が配設されている。空気は、吸込みフィルター９によって異物が除去され、吸込み絞り弁１０を通過して圧縮機本体１に吸気され、所定の圧力まで圧縮されて圧縮機本体出口より吐き出される。圧縮機本体１から吐き出された圧縮空気は、この下流に設けた水冷式のプレクーラ１１によって冷却をされた後、逆止弁１２を経由して、水冷式のアフタークーラ１３に導かれる。アフタークーラ１３で冷却された圧縮空気は、圧縮空気出口より吐き出される。ここで、アフタークーラ１３内の空気通路はＵ字管で構成されており、その出入口は一体型のクーラヘッダ１４で構成されている。

一般に、オイルフリースクリュー圧縮機では、給油式等の圧縮機と異なり、作動ガスである空気を圧縮する過程においては冷却するものがないので、圧縮熱により圧縮機本体が特に発熱する。また、圧縮した後の圧縮ガスは高温であるから、これを需要元が使用するには適さない場合もある。このため、オイルフリー圧縮機３０には、冷却水が圧縮機の各部に供給されるようになっている。この冷却水の経路は以下の通りである。

大気中や図示しない冷却塔等で冷却された冷却水は、冷却水入口で、アフタークーラ１３、プレクーラ１１、圧縮機本体１を冷却する経路と、オイルクーラ１５を冷却する経路に分岐している。アフタークーラ１３、プレクーラ１１、圧縮機本体１を冷却する側の経路は、先ずアフタークーラ１３、プレクーラ１１の順に導かれ、圧縮機本体１の吐き出し空気を冷却し、圧縮機本体１のケーシングに設けた冷却ジャケットに導かれ、圧縮機本体を冷却する。一方、オイルクーラ１５を冷却する側の経路は、オイルクーラ１５に導かれ、潤滑油を冷却し、アフタークーラ１３、プレクーラ１１、圧縮機本体１を冷却する側の経路と合流して外部に戻されるようになっている。

なお、オイルクーラ１１で冷却された潤滑油は、圧縮機本体１の軸受部（不図示）、タイミングギヤ部、ピニオンギヤ３、さらに、ギヤケーシング２内の中間軸の軸受部や中間軸に嵌合されたブルギヤ４を潤滑した後、ギヤケーシング２の下部に設けられた油溜りに貯留される。その後、潤滑油は、オイルポンプ（不図示）でオイルクーラ１１に導かれて冷却され、この潤滑経路を循環するようになっている。

次に、本実施形態の特徴の一つである冷却風による機器の冷却について説明する。オイルフリースクリュー圧縮機３０には、圧縮機本体１の他に電動機８や電気・電子品を収納する制御盤１６などの発熱体があり、これらの冷却は、パッケージ開口部から取り入れられる冷却風によって行われる。なお、冷却風は図４に示す冷却風吸気口２１より取り込まれ、冷却風排気口２２より吐き出される構成となっている。この冷却風の経路は以下の通りである。

電動機８には、後方に自冷却ファン２５が設けられており、パッケージ外部から取り入れられた冷却風及び自冷却ファン２５による冷却風によって電動機８が冷却される。その後、冷却風は、電動機８の出力軸に取り付けられたプーリ６を通過し、制御盤１６方向に流通する。
図２に示すように、制御盤１６はパッケージ内の側面最外周付近に配置され、そのパッケージ内部方向近傍には、冷却風誘導ダクト１８が配置される。制御盤１６方向に流通した冷却風は、冷却風誘導ダクト１８に導かれるようになっている。

冷却風誘導ダクト１８の内部には、オイルクーラ１５で潤滑油を冷却するための冷却水の経路であるオイルクーラ冷却水入口配管１９とオイルクーラ冷却水出口配管２０が配設されており、これらは電動機８を冷却することによって温度上昇した冷却風を冷却するために利用される。即ち冷却風誘導ダクト１８内で、オイルクーラ冷却水入口配管１９とオイルクーラ冷却水出口配管２０により冷却された冷却風は、制御盤１６に導かれるようになっている。制御盤１６を冷却後、冷却風は、パッケージ内の上部（あるいはパケージ外上面でもよい）に冷却風の排気のために設けた冷却ファン１７により外部に放出される。なお、電動機８の軸端部に取り付けたプーリ６は、外周にベルト７が取り付くが、内部が羽根の形状に構成しており、これによって冷却風を増風するようになっている。

以上のように、オイルフリー圧縮機３０によれば、オイルクーラ１５を冷却する目的で配設されたオイルクーラ冷却水入口配管１９とオイルクーラ冷却水出口配管２０などの低温部分を冷却風の冷却に利用し、さらに、プーリ６で冷却風を増風する構造とすることで、冷却風の風量が少なくても電気部品等の冷却性能を向上させることができる。かかる圧縮機の冷却性能向上は、冷却ファンの小型化や省略を促進可し、パッケージ内における各部品や装置のレイアウトの自由度向上に資することとなり、圧縮機全体の一層のコンパクト化も可能とする。さらに、冷却風の取り込み又は吐き出しの開口部を小さくすることも可能となり、一層の低騒音化を図ることもできる。

また、本実施形態では、冷却水入口配管１９と冷却水出口配管２０の両方を、制御基盤１６への冷却風の上流近傍に配設する構成としたが、冷却水入口配管１９のみを上流近傍に配設する構成としてもよい。冷却水入口配管１９を流通する冷媒（冷却水）は、外気や冷却搭で十分に温度が下げられているため、配管１９も十分に低温を確保できるが、オイルや圧縮空気と熱交換を行った後の冷媒（冷却水）は、その分温度が上昇する。したがって、冷却風誘導ダクト１８に案内された冷却風よりも、冷却水出口配管２０の温度が、例えば同等以上である場合には、冷却水入口配管１９のみを制御基盤１６の上流近傍に設ける構成としてもよい。

なお、本実施形態では、オイルフリースクリュー圧縮機３０を例として説明したが、空冷式オイルフリースクリュー圧縮機の場合は、冷却水配管の代わりに、圧縮空気を除湿するためドライヤの配管や圧縮機本体の冷却に用いるクーラントの配管等といった比較的低温の機構を利用することで、同様の効果をえることができる。また、油を圧縮作動室に注入する給油式の空気圧縮機であっても、ドライヤ配管等を利用することができるし、水を圧縮作動室に注入する水噴射式の空気圧縮機の場合も、当該水を冷却するための冷却装置への給水配管やドライヤ配管等を利用するようにすることもできる。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の構成が適用可能である。

１…圧縮機本体、２…ギヤケーシング、３…ピニオンギヤ、４…ブルギヤ、５、６…プーリ、７…ベルト、８…電動機、９…吸込みフィルター、１０…吸込み絞り弁、１１…プレクーラ、１２…逆止弁、１３…アフタークーラ、１４…アフタークーラヘッダ、１５…オイルクーラ、１６…制御盤、１７…冷却ファン、１８…冷却風誘導ダクト、１９…オイルクーラ冷却水入口配管、２０…オイルクーラ冷却水出口配管、２１…冷却風吸気口、２２…冷却風排気口、２５、自冷却ファン、３０…オイルフリー圧縮機

Claims

パッケージ型筺体を有する空気圧縮機であって、
パッケージ型筺体内に、圧縮機本体と、圧縮機本体を駆動する電動機と、前記圧縮機本体から吐き出された圧縮空気を冷却するエアクーラと、前記エアクーラの冷媒が流通する冷媒配管と、制御基盤とを少なくとも備え、
前記パッケージ型筺体内もしくは筺体外面近傍に、外部と前記パッケージ型筺体内部の冷却風の流通を行う冷却ファンを備え、
前記パッケージ筺体は、前記冷却風を外部から取り入れる吸気口と、外部に排気する排気口とを有し、
前記吸気口から取り入れる冷却風の流れの上流側に前記冷媒配管を配設し、該冷媒配管の近傍且つ前記冷却風の流れの下流側に、前記制御基盤を配設するものである空気圧縮機。
請求項１に記載の空気圧縮機であって、
前記吸気口の下流側且つ前記冷媒配管の上流側に、前記電動機を配設するものである空気圧縮機。
請求項１又は２に記載の空気圧縮機であって、
前記吸気口から取り入れる冷却風を前記排気口側に案内するエアダクトを前記制御基板に隣接して備え、前記冷媒配管を、エアダクトの内部に配設するものである空気圧縮機。
パッケージ型筺体を有する空気圧縮機であって、
パッケージ型筺体内に、圧縮機本体と、圧縮機本体を駆動する電動機と、前記圧縮機本体に供給されるオイルを冷却するオイルクーラと、前記オイルクーラの冷媒が流通する冷媒配管と、制御基盤とを少なくとも備え、
前記パッケージ型筺体内もしくは筺体外面近傍に、外部と前記パッケージ型筺体内部の冷却風の流通を行う冷却ファンを備え、
前記パッケージ筺体は、前記冷却風を外部から取り入れる吸気口と、外部に排気する排気口とを有し、
前記吸気口から取り入れる冷却風の流れの上流側に前記冷媒配管が配設され、該冷媒配管の近傍且つ前記冷却風の流れの下流側に、前記制御基盤が配設される空気圧縮機。
請求項４に記載の空気圧縮機であって、
前記吸気口の下流側且つ前記冷媒配管の上流側に、前記電動機が配設される空気圧縮機。
請求項４又は５に記載の空気圧縮機であって、
前記吸気口から取り入れる冷却風を前記排気口側に案内するエアダクトを前記制御基板に隣接して備え、前記冷媒配管を、エアダクトの内部に配設するものである空気圧縮機。