JP2015200243A

JP2015200243A - コンプレッサ

Info

Publication number: JP2015200243A
Application number: JP2014080574A
Authority: JP
Inventors: 春樹佐藤; Haruki Sato; 亜紀子松尾; Akiko Matsuo; 優輔齊藤; Yusuke Saito; 伸武田中; Nobutake Tanaka
Original assignee: Mitsui Seiki Kogyo Co Ltd
Current assignee: Mitsui Seiki Kogyo Co Ltd
Priority date: 2014-04-09
Filing date: 2014-04-09
Publication date: 2015-11-12

Abstract

【課題】ドライヤ、クーラ等の電力を使用する必要が無い省エネ性に優れたコンプレッサを提供する。【解決手段】コンプレッサ１００は、圧縮機本体１２０、レシーバタンク３３０及びオイルセパレータ３４０、レシーバタンク３３０から圧縮空気を導入して除湿させる蒸発器Ｊを有しており、この蒸発器Ｊにはコンプレッサ１００の吐出口１０２ａが連結されている。蒸発器Ｊには、エジェクタＥが連結され、エジェクタＥの出口側には、凝縮器Ｇが連結され、更に、受液器Ｙが連結されている。受液器Ｙの出口側の流路の一方は、ポンプＰに接続され、ポンプＰの出力側は蒸気発生器ＪＨに連結され、蒸気発生器ＪＨ内の蒸気発生部からは細管を通じてレシーバタンク３３０内の底部側から螺旋管ＲＡを介して上方側出口よりエジェクタＥ内に挿入されたノズルＮＺに連結されている。受液器Ｙの出口側の流路の他方は、膨張弁Ｂを通じて蒸発器Ｊの上方に連結されている。【選択図】図２

Description

本発明は、コンプレッサに関し、特に、エジェクタ冷凍サイクルシステムを応用した排熱利用・省エネ型のコンプレッサに関する。

従来、エアコン・冷凍機等のヒートポンプシステムを駆動するために、代替フロン等のガスを圧縮する圧縮機が用いられている。また、工場等の圧縮エアにより駆動される機器を駆動するため、吸入した空気を圧縮し昇圧した圧縮空気として吐出する圧縮機が用いられており、かかる圧縮機としては、給油式（オイル循環式）の圧縮機、或いは無給油式のものとして、水循環式又はト゛ライ式の圧縮機（コンプレッサ）が用いられている（給油式のものとして、例えば、特許文献１参照、水循環式のものとして、例えば、特許文献２参照）。

特許文献１記載の給油式コンプレッサでは、オイルフィルタオイルクーラ等を介して潤滑油が送油され、潤滑油は圧縮空気と混合した状態でレシーバタンクに送られ、オイルセパレータを介して空気と潤滑油とが分離されて潤滑油は循環して再使用される。圧縮空気は、アフタクーラ等により冷却され、ドライヤにより乾燥されて使用側へ吐出される。

特許文献２記載の水循環式コンプレッサには、エアクリーナから空気が供給されると共に水供給源からの水が送水される。コンプレッサで圧縮された水を含む空気は水タンクにて気水分離され、分離された圧縮空気はドライヤ等を介して空気使用側に送られる。一方、分離された水は水タンクに蓄水され、クーラやフィルタ等を介してコンプレッサ側に供給され再利用されるものとドレンとして排出されるものとになる。

特開２０１１−２５６７６５号公報特開２００７−１２７０２４号公報

しかしながら、これらのコンプレッサでは、圧縮機本体の圧縮用のスクリューロータ等を回転駆動するモータ以外にも、ドライヤ、クーラ用冷却ファン等の電力を使用する必要があるという点で省エネ性の点で課題が残る。また、コンプレッサは多くの排熱を生じるので、空気を圧縮する際のエネルギーロスを低減し、排熱量を少なくすることで効率改善を図ることが望まれる。或いは、排熱されるエネルギーを別のエネルギーとして有効利用することで効率改善を図れれば大変有効な技術革新にもなる。

本発明は上述のような課題から為されたものであり、その目的は、ドライヤやクーラ等に必要な圧縮機や冷却ファン等の電気を必要とする機器の代わりに、排熱等の熱エネルギーを駆動源として作動できる冷凍サイクルを組込み、ドライヤ、クーラ等の電力を使用する必要が無い省エネ性に優れたコンプレッサを提供することにある。

そこで、本発明者は、以上の課題を解決し得るコンプレッサの構成について種々検討を重ねた結果、通常の圧縮機を利用した冷凍サイクル（ドライヤ）に対し、エジェクタを利用した冷凍サイクルをコンプレッサに装備することで、新規な構成のコンプレッサを構成可能なことを見出した。この構成によれば、圧縮機のような電気を使用せず、コンプレッサの排熱を利用して冷媒ガスを蒸気に替え、エジェクタを利用して冷媒ガスを循環させることが可能になるので、微小出力のポンプが必要なことを除けば、従来の冷凍サイクルのような電力供給は不要になる。また、通常のヒートポンプサイクル同様、システム内で冷媒ガスを気化・液化・蒸気化することが可能なので、この相変化をコンプレッサ圧縮エアの除湿に利用することができる。これにより従来のドライヤが不要になる。また、排熱を利用するということで、コンプレッサ内を循環させているオイル或いは水の冷却を兼ねるシステムとすることが可能である。これにより従来のアフタクーラ及びオイルクーラが不要になる。このように、電力を使用することなく、ドライヤ及びクーラ機能を備えたシステムとすることが可能であるので、省エネ性に優れたコンプレッサを構成することができる。

即ち、上記目的を達成するため、本発明のコンプレッサは、圧縮機本体と、該圧縮機本体に連結されたモータと、前記圧縮機本体の吐出口に連通され前記圧縮機本体より吐出された圧縮空気と潤滑冷媒を分離・貯溜するレシーバタンクと、前記レシーバタンクから圧縮空気を導入して蒸発させる蒸発器を有し、該蒸発器から吐出口を介して圧縮空気を吐出するコンプレッサであって、前記蒸発器には、エジェクタが連結されており、該エジェクタの出口側には、凝縮器が連結され、更に、凝縮器には受液器Ｙが連結されており、受液器の出口側の流路の一方は、ポンプＰを介して蒸気発生器ＪＨに連結され、該蒸気発生器内の蒸気発生部からレシーバタンク内に配置された蛇行管に接続され、該蛇行管の上方側が細管を通じてエジェクタ内に挿入されたノズルに連結され、受液器の出口側の流路の他方は、膨張弁を通じて蒸発器の上方の連結されていることを特徴とする。

更に、前記蛇行管は、前記レシーバタンク内を螺旋状に蛇行して配されているようにしても良い。

本発明によれば、圧縮機のような電気を使用せず、コンプレッサの排熱を利用できるシステムを構成することで、ドライヤ、クーラ等の電力を使用する必要が無い省エネ性に優れたコンプレッサが得られる。

本発明の比較例としての給油式コンプレッサの構成を示す図である。本発明の一実施形態に係るエジェクタ冷凍サイクルシステムを用いたコンプレッサの構成を示す図である。図２に示したコンプレッサにおける熱の流れを示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。本実施形態のコンプレッサは、エジェクタ冷凍サイクルシステムを応用したコンプレッサであり、従来のコンプレッサとは異なる構成を有している。そこで、まず本発明の比較例として、従来のコンプレッサの構成を、図１を参照して説明する。図１に示すように、この比較例のコンプレッサ１０は、圧縮機本体１２と、圧縮機本体１２に連結されたモータ１４と、圧縮機本体１２の吐出口１２ａに連通され圧縮機本体１２より吐出された圧縮空気と潤滑油を分離・貯溜するレシーバタンク３３及びオイルセパレータ３４と、レシーバタンク３３及びオイルセパレータ３４から圧縮空気を導入して冷却するアフタクーラ３６と、アフタクーラ３６から圧縮空気を導入して乾燥し、乾燥させた圧縮空気を吐出するドライヤ４０を有している。圧縮機本体１２の吸入口１２ｂには、エアクリーナ１３を介して空気が吸入され、圧縮機本体１２に連結されたモータ１４の回転により圧縮機本体１２が作動して吸入空気を昇圧する。また、圧縮機本体１２の圧縮室内に潤滑冷媒（オイル又は水）が噴射され、圧縮で温度上昇した空気の温度を下げる（熱交換）。圧縮機本体１２内で熱交換された潤滑冷媒と圧縮空気がレシーバタンク３３内に吐出され、潤滑冷媒と圧縮空気に分離される。レシーバタンク３３内で分離された圧縮空気は、オイルセパレータ３４で更に分離され、アフタクーラ３６で冷却される。アフタクーラ３６で冷却された圧縮空気は、ドライヤ４０でドライヤ内循環冷媒ガスと熱交換されて除湿温度まで冷やされ、圧縮空気中に含まれる水分を除去し、吐出される。レシーバタンク３３内で分離された潤滑冷媒（レシーバタンク３３内に貯留されているものも含む）は、オイルクーラ４６により冷却され、オイルフィルタ４７により不純物を除去された後、電磁弁ＳＶ１のＯＮ・ＯＦＦにより圧縮機本体１２の潤滑油供給口１２ｃから供給され、圧縮機本体１２の圧縮室内に再噴射される。コンプレッサ１０を運転中は、以上のプロセスが繰り返される。

以上に述べたコンプレッサでは、圧縮機本体１２の圧縮用のスクリューを回転駆動するモータ１４以外にも、ドライヤ４０、アフタクーラ３６及びオイルクーラ４６等の電力を使用する必要がある。また、コンプレッサ１０から多くの排熱を生じるのは避けられない。

そこで、本発明者は、通常の圧縮機を利用した冷凍サイクル（ドライヤ）に対し、エジェクタを利用した冷凍サイクルをコンプレッサに装備することで、新規な構成のコンプレッサを構成することを見出した。この構成によれば、冷凍機（圧縮機）のような電気を使用せず、コンプレッサの排熱を利用して冷媒ガスを蒸気に替え、エジェクタを利用して冷媒ガスを循環させることが可能になるので、微小出力のポンプが必要なことを除けば、従来の冷凍サイクルのような電力供給は不要になる。

また、通常のヒートポンプサイクル同様、システム内で冷媒ガスを気化・液化・蒸気化することが可能なので、この相変化をコンプレッサ圧縮エアの除湿に利用することができる。これによりドライヤが不要になる。また、排熱を利用するということで、コンプレッサ内を循環させているオイル或いは水の冷却を兼ねるシステムとすることが可能である。これによりアフタクーラ及びオイルクーラが不要になる。このように、電力を使用することなく、ドライヤ及びクーラ機能を備えたシステムとすることが可能であるので、省エネ性に優れたコンプレッサを構成することができる。

以下、図２及び図３を参照して、本発明の実施形態に係るエジェクタ冷凍サイクルシステムを応用したコンプレッサについて説明する。図１に示すように、本実施形態のコンプレッサ１００は、圧縮機本体１２０と、圧縮機本体１２０に連結されたモータ１４０と、圧縮機本体１２０の吐出口１２０ａに連通され圧縮機本体１２０より吐出された圧縮空気と潤滑油を分離・貯溜するレシーバタンク３３０及びオイルセパレータ３４０と、レシーバタンク３３０及びオイルセパレータ３４０から圧縮空気を導入して除湿させる蒸発器Ｊを有しており、この蒸発器Ｊの圧縮空気側出口には管路を通してコンプレッサ１００の吐出口１０２ａが連結されている。

一方、蒸発器Ｊには、エジェクタＥが連結されており、エジェクタＥの出口側には、凝縮器Ｇが連結され、更に、凝縮器Ｇには受液器Ｙが連結されている。受液器Ｙの出口側は２つの流路に分かれており、一方は、ポンプＰに接続され、このポンプＰの出力側は蒸気発生器ＪＨに連結されている。この蒸気発生器ＪＨ内の蒸気発生部からは細管を通じてレシーバタンク３３０内の底部側から螺旋状に蛇行するように配された蛇行管（螺旋管）ＲＡに接続され、この螺旋管ＲＡの上方側出口は細管を通じてエジェクタＥ内に挿入された細径のノズルＮＺに連結されている。受液器Ｙの出口側の２つの流路の他方は、膨張弁Ｂを通じて蒸発器Ｊの上方の流入口に連結されている。このように、本実施形態のコンプレッサ１００では、レシーバタンク３３０内の構成は、従来のコンプレッサのレシーバタンクとは大きく相違している。

本実施形態のコンプレッサ１００の動作について述べる。まず、エアクリーナ１３０を通過して吸入口１２０ｂから吸入された空気は、圧縮機本体１２０で昇圧される。圧縮機本体１２０の圧縮室内に潤滑冷媒（オイル又は水）が噴射され、圧縮で温度上昇する空気の温度を下げる（熱交換）。圧縮機本体１２０で熱交換された潤滑冷媒と圧縮空気がレシーバタンク３３０に吐出され、潤滑冷媒と圧縮空気に分離されるまでは、従来のコンプレッサ１０と略同様である。

次に、レシーバタンク３３０に吐き出された圧縮空気及び潤滑冷媒は、蒸気発生器ＪＨから流れてくるエジェクタ冷凍サイクルシステム側冷媒とレシーバタンク３３０内で熱交換し、冷却される。潤滑冷媒は、蒸気発生器ＪＨで更にエジェクタ冷凍サイクルシステム側冷媒と熱交換され、冷却され、圧縮機本体１２０の圧縮室内に再び噴射されることを、コンプレッサ１００の運転時は繰り返す。さて、レシーバタンク３３０で分離された圧縮空気はオイルセパレータ３４０で更に分離され、蒸発器Ｊでエジェクタ冷凍サイクルシステム側冷媒と熱交換して、除湿温度まで冷やされ、圧縮空気中に含まれる水分を除去し、コンプレッサ１００の吐出口１０２ａから吐出される。ここまでは、従来のコンプレッサ１０と異なる動作になる。

一方、エジェクタ冷凍サイクルシステムを利用した部分の動作を図２に併せ図３をも参照して説明する。本実施形態のエジェクタ冷凍サイクルシステムを用いたコンプレッサ１００における熱の流れを、図３に示す。図２及び図３に示すように、レシーバタンク３３０内で潤滑冷媒と熱交換したエジェクタ冷凍サイクルシステム側冷媒（高温高圧ガス）は、エジェクタＥに行きエジェクタＥのノズルＮＺから噴射される。エジェクタＥのノズルＮＺから噴射されることで、蒸発器Ｊで圧縮空気の除湿に使用され熱交換された冷媒（低温側低圧ガス［図３に示すように、１０〜１５℃の低圧ガス］）を吸引しつつ、凝縮器Ｇ側へと流れる。凝縮器Ｇで排熱された冷媒は、２０〜２５℃の高圧液となり受液器Ｙに溜められる。受液器Ｙの冷媒は、一方は、膨張弁Ｂの方に流れ膨張弁Ｂを通過して低圧液となり蒸発器Ｊで気化することで圧縮空気の熱を蒸発器Ｊを介して奪う（この吸熱作用を図３の矢印Ｔ１で示す）。

受液器Ｙの冷媒のもう一方は、低出力のポンプＰで蒸気発生器ＪＨに高圧液で流れ蒸気発生器ＪＨとレシーバタンク３３０内でコンプレッサ側潤滑冷媒と熱交換し、６０℃の高温高圧ガスとなりエジェクタＥのノズルＮＺから噴射され、コンプレッサ１００の運転中は、以上の循環を繰り返す。図３に示すように、本実施形態のエジェクタ冷凍サイクルシステムを用いたコンプレッサ１００では、蒸気発生器ＪＨに対し、大きな熱供給が得られる（この作用を図３の矢印Ｔ２で示す）。即ち、受液器Ｙの冷媒のもう一方は、低出力のポンプＰで蒸気発生器ＪＨに高圧液で流れ蒸気発生器ＪＨとレシーバタンク３３０内でコンプレッサ側潤滑冷媒と熱交換し、６０℃の高温高圧ガスとなりエジェクタＥのノズルＮＺから噴射される。

一方、レシーバタンク３３０内で潤滑冷媒と熱交換したエジェクタ冷凍サイクルシステム側冷媒（高温高圧ガス）は、エジェクタＥに行きエジェクタＥのノズルＮＺから噴射される。エジェクタＥのノズルＮＺから噴射されることで、蒸発器Ｊで圧縮空気の除湿に使用され熱交換された冷媒（１０〜１５℃の低圧ガス）がエジェクタ」Ｅに吸引されつつ、凝縮器Ｇ側へと流れる。凝縮器Ｇで排熱された冷媒は、２０〜２５℃の高圧液となり受液器Ｙに溜められる。

以上に述べたように、本実施形態では、エジェクタＥを利用した冷凍サイクルをコンプレッサ１００に装備することで、新規な構成のコンプレッサ１００を構成することができた。これにより、従来のコンプレッサ１０のような電気を使用せず、コンプレッサ１００の排熱を利用して冷媒ガスを蒸気に替え、エジェクタＥを利用して冷媒ガスを循環させることが可能になるので、微小出力のポンプＰが必要なことを除けば、従来のコンプレッサ１０のような電力供給は不要になる。

また、通常のヒートポンプサイクル同様、システム内で冷媒ガスを気化・液化・蒸気化することが可能なので、この相変化をコンプレッサ１００による圧縮エアの除湿に利用することができる。これにより、従来のコンプレッサ１０のようなドライヤ４０が不要になる。また、排熱を利用するということで、コンプレッサ１００内を循環させているオイル或いは水の冷却を兼ねるシステムとすることが可能である。これにより、従来のコンプレッサ１０のようなアフタクーラ３６及びオイルクーラ４６が不要になる。従って、電力を使用することなく、ドライヤ及びクーラ機能を備えたシステムとすることが可能であるので、省エネ性に優れたコンプレッサ１００を構成することができる。

本発明によれば、圧縮機のような電気を使用せず、コンプレッサの排熱を利用できるシステムを提供することができる。また、ドライヤ、クーラ等の電力を使用する必要が無い省エネ性に優れたコンプレッサを提供することができる。

本発明は、エジェクタ冷凍サイクルシステムを利用可能なものであれば、工場等のエア供給用、車載用、電気機器用等、どのような用途のコンプレッサにも適用することができる。

１００コンプレッサ、１０２ａ吐出口、１２０圧縮機本体、
３３０レシーバタンク、３４０オイルセパレータ、Ｊ蒸発器、
Ｅエジェクタ、Ｇ凝縮器、Ｙ受液器、Ｐポンプ、
ＪＨ蒸気発生器、ＲＡ螺旋管、ＮＺノズル、Ｂ膨張弁

Claims

圧縮機本体と、該圧縮機本体に連結されたモータと、前記圧縮機本体の吐出口に連通され前記圧縮機本体より吐出された圧縮空気と潤滑冷媒を分離・貯溜するレシーバタンクと、前記レシーバタンクから圧縮空気を導入して蒸発させる蒸発器を有し、該蒸発器から吐出口を介して圧縮空気を吐出するコンプレッサであって、
前記蒸発器には、エジェクタが連結されており、該エジェクタの出口側には、凝縮器が連結され、更に、凝縮器には受液器Ｙが連結されており、受液器の出口側の流路の一方は、ポンプＰを介して蒸気発生器ＪＨに連結され、該蒸気発生器内の蒸気発生部からレシーバタンク内に配置された蛇行管に接続され、該蛇行管の上方側が細管を通じてエジェクタ内に挿入されたノズルに連結され、受液器の出口側の流路の他方は、膨張弁を通じて蒸発器の上方の連結されていることを特徴とするコンプレッサ。
前記蛇行管は、前記レシーバタンク内を螺旋状に蛇行して配されていることを特徴とする請求項１に記載のコンプレッサ。