JP3276784B2 - 空気圧縮機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧縮機本体、空気タン
クおよび空気乾燥器等を備え、外部の空気圧機器に圧縮
空気を供給するのに用いて好適な空気圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、モータによって駆動される圧縮
機本体と、該圧縮機本体から吐出される圧縮空気を貯留
する空気タンクと、該空気タンク内に貯留した圧縮空気
を外部の空気圧機器等に供給する空気通路としての導出
管と、該導出管内を流れる圧縮空気に対する除湿を行う
空気乾燥器等とからなる空気圧縮機は知られている。

【０００３】この種の空気圧縮機は、モータによって駆
動される圧縮機本体によって空気を圧縮し、この圧縮空
気を空気タンク内に順次貯留する。そして、該空気タン
ク内に貯留された圧縮空気は、例えばエアシリンダ等の
空気圧機器に導出管を介して供給されるときに、導出管
の途中に配設された空気乾燥器によって水蒸気が分離さ
れ、低露点の乾燥した圧縮空気として空気圧機器に供給
されるようになっている。

【０００４】そして、このような空気乾燥器として、例
えば商品名「ＵＢＥ メンブレンドライヤー」（宇部興
産株式会社製）等の膜式空気乾燥器が知られている。

【０００５】ここで、上述の膜式空気乾燥器は、一般
に、ポリイミド等の中空の繊維材（中空糸）を用いて形
成された除湿膜からなり、導出管の途中に配設された除
湿通路と、該除湿通路を外側から取囲むように管状に形
成され、除湿通路内を流れる圧縮空気から分離された水
蒸気を外部に排出させる排出通路と、除湿通路内を流れ
る空気の一部を排出通路に還流させる空気還流通路等と
から大略構成されている。

【０００６】そして、空気タンクからの圧縮空気が膜式
空気乾燥器の除湿通路内を流れるときに、圧縮空気中に
含まれる水蒸気が空気よりも大きい透過速度をもって除
湿通路を透過することにより、膜式空気乾燥器は圧縮空
気中の水蒸気を効率よく分離でき、除湿通路の下流側に
低露点の乾燥した圧縮空気を導出できるようになってい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術による膜式空気乾燥器は、除湿通路の下流側に導
出される乾燥した圧縮空気の一部を、空気還流通路を介
して排出通路内に還流させ、この空気流によって除湿通
路の外周面から水蒸気を大気中に排出（パージ）するよ
うに構成されている。これにより、圧縮空気から分離さ
れた水蒸気によって湿った除湿膜が乾燥するから、空気
タンクから膜式空気乾燥器に導入された圧縮空気に対す
る除湿を一層効率よく行うことができる。

【０００８】しかし、膜式空気乾燥器の排出通路は常時
外気中に開放しているから、この膜式空気乾燥器を備え
た空気圧縮機と空気圧機器との間の空気通路は常時大気
中に連通していることになり、このため、以下の如き不
具合を生じることになる。

【０００９】即ち、圧縮機本体により圧縮されて空気タ
ンク内に貯留された圧縮空気は、空気圧機器の作動が停
止し、空気通路内での空気の流れが停止した状態でも、
膜式空気乾燥器の排出通路を介して大気中に無駄に排出
されてしまうという問題がある。

【００１０】また、空気通路内を圧縮空気が流れている
ときには、膜式空気乾燥器の排出通路から圧縮空気の一
部が常時排出されているが、この圧縮空気の排出は、空
気通路内での空気の流れが停止した後も継続するから、
この圧縮空気の排出音が騒音となり空気圧縮機の周囲に
おける作業環境を著しく悪化させてしまうという問題が
ある。

【００１１】本発明は、上述した従来技術の問題に鑑み
なされたもので、空気圧機器等に対し速やかに低露点の
乾燥した圧縮空気を供給することができ、かつ、空気通
路内での空気の流れが停止したときには、圧縮空気の排
出に伴う騒音の発生を確実に防止できる空気圧縮機を提
供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明による空気圧縮機は、圧縮機本体と、該
圧縮機本体によって圧縮された空気を貯留する空気タン
クと、該空気タンク内に貯留した圧縮空気を外部に導出
する空気通路の途中に配設され、前記圧縮空気が流通す
るときに該圧縮空気に対する除湿を行う除湿膜を有する
膜式空気乾燥器とからなる。

【００１３】そして、本発明が採用する構成の特徴は、
前記膜式空気乾燥器を、前記除湿膜によって形成され前
記空気通路の途中に接続された除湿通路と、該除湿通路
を外側から取囲むように管状に形成され該除湿通路から
の水蒸気を外部に排出させる排出通路と、前記除湿通路
内を流れる空気の一部を該排出通路に還流させる空気還
流手段と、前記排出通路を大気に対して連通，遮断する
還流制御弁とから構成し、さらに、前記空気通路に設け
られ該空気通路内での空気の流れを検出するフローセン
サと、該フローセンサからの検出信号に基づき前記還流
制御弁を開，閉弁させる弁作動手段とを備えたことにあ
る。

【００１４】

【作用】上記構成により、例えば外部の空気圧機器で圧
縮空気を使用するときには、空気通路内で圧縮空気の流
れが発生するから、この空気の流れをフローセンサで検
出でき、弁作動手段で還流制御弁を開弁させることによ
って、膜式空気乾燥器の排出通路を大気に対して連通さ
せることができる。そして、この場合には、膜式空気乾
燥器の除湿通路内を流れる圧縮空気の一部が空気還流手
段を介して排出通路内に還流し、除湿通路からの水蒸気
を外部に排出させて除湿膜を乾燥させるから、除湿通路
内を流れる圧縮空気に対する除湿を促進でき、除湿通路
の下流側には低露点の乾燥した圧縮空気を導出できる。

【００１５】一方、圧縮空気の使用を停止し、空気通路
内で圧縮空気の流れが停止したことをフローセンサで検
出した場合には、弁作動手段で還流制御弁を閉弁させる
ことによって、膜式空気乾燥器の排出通路を大気に対し
て確実に遮断できる。そして、この場合には、空気通路
内に大気から遮断され乾燥した圧縮空気が滞留すること
になるから、再度、空気圧機器を作動させる場合にも、
この空気圧機器に対して低露点の乾燥した圧縮空気を迅
速に供給することができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図４に基
づき説明する。

【００１７】図中、１はパッケージ型の空気圧縮機を示
し、該空気圧縮機１は後述する防音箱２内に、電動モー
タ５、空気タンク８および圧縮機本体１０等を収納し、
防音箱２の上側には後述の膜式空気乾燥器１４を搭載し
て構成されている。

【００１８】２はパッケージとしての防音箱を示し、該
防音箱２は振動防止効果の大きい金属板等にプレス成
型、溶接等の加工を施すことにより、前，後、左，右の
側板部と、天板部および底板部とからなる直方体の箱状
に形成され、底板部の下側には架台３が設けられてい
る。

【００１９】４は防音箱２内に位置して架台３上に防振
材（図示せず）等を介して固定された支持台で、該支持
台４上には電動モータ５および空気タンク８等が配設さ
れている。

【００２０】５は支持台４上に防振ゴム６，６を介して
固定された電動モータを示し、該電動モータ５は出力軸
にプーリ７が取付けられ、該プーリ７はベルト７Ａを介
して圧縮機本体１０の駆動軸（図示せず）を回転駆動す
るようになっている。

【００２１】８は支持台４上に防振ゴム９，９等を介し
て取付けられた空気タンクで、該空気タンク８は略円筒
状に形成され、圧縮機本体１０から吐出されてくる圧縮
空気を順次内部に貯留するようになっている。

【００２２】１０は空気タンク８上に配設された圧縮機
本体を示し、該圧縮機本体１０は、電動モータ５により
ベルト７Ａを介して回転駆動され、圧縮空気を吐出管
（図示せず）を介して空気タンク８に吐出するようにな
っている。

【００２３】１１は空気タンク８内に貯留した圧縮空気
を外部に導出する空気導出管を示し、該空気導出管１１
は、後述する乾燥空気導出管２１と共に、空気圧縮機１
と空気圧機器（図示せず）とを連通させる空気通路１２
の一部を構成し、該空気導出管１１と乾燥空気導出管２
１との間には膜式空気乾燥器１４が配設されている。

【００２４】１３は防音箱２の上側に配設された乾燥器
ケースで、該乾燥器ケース１３は、例えば防音箱２の天
板部と略等しい底面積を有する直方体の箱状に形成さ
れ、防音箱２と一体化されている。

【００２５】１４は乾燥器ケース１３内に位置して空気
通路１２の途中に配設された膜式空気乾燥器を示し、該
膜式空気乾燥器１４は後述するように、全体として管状
に形成された外筒１５、該外筒１５内に設けられた除湿
管１７、外筒１５と乾燥空気導出管２１とを連通させる
空気還流通路１９、および外筒１５を大気に対して連
通，遮断する還流制御弁２３等とから大略構成されてい
る。

【００２６】１５は空気通路１２の途中に配設された外
筒で、該外筒１５は、一端側に位置し空気導出管１１に
接続された大径の流入部１５Ａと、他端側に位置して乾
燥空気導出管２１に接続された大径の流出部１５Ｂと、
該流入部１５Ａと流出部１５Ｂとの間に位置し、段付き
筒状に形成された排出通路を構成する排出管部１５Ｃと
から形成されている。そして、排出管部１５Ｃの一端側
には大気中に開口する排気管１６の基端側が接続され、
該排気管１６の途中には後述の還流制御弁２３が設けら
れている。

【００２７】１７は外筒１５内に配設された除湿通路を
構成する除湿管を示し、該除湿管１７は、例えばポリイ
ミド等の中空糸からなる除湿膜によって細長い管状に形
成されている。そして、該除湿管１７の両端側は管状の
ホルダ１８，１８を介して外筒１５内に位置決めされ、
外筒１５の流入部１５Ａと流出部１５Ｂとに連通してい
る。また、除湿管１７は外周側が排出管部１５Ｃによっ
て取囲まれ、除湿した水蒸気を排出管部１５Ｃ側に透過
させる。

【００２８】ここで、外筒１５と除湿管１７との間に介
在した各ホルダ１８は、高いシール性をもって流入部１
５Ａと流出部１５Ｂの内周面に密着することにより、空
気タンク８から空気導出管１１に導出された圧縮空気
を、確実に除湿管１７内を通じて乾燥空気導出管２１に
導くものである。そして、除湿管１７は、圧縮空気中に
含まれる水蒸気を空気よりも大きい透過速度をもって透
過させることにより圧縮空気中の水蒸気を効率よく分離
し、乾燥空気導出管２１に低露点の乾燥した圧縮空気を
導出するようになっている。

【００２９】１９は一端側が乾燥空気導出管２１に接続
され、他端側が外筒１５の排出管部１５Ｃに接続された
空気還流通路で、該空気還流通路１９の途中には還流空
気量調整弁２０が設けられ、該還流空気量調整弁２０は
空気還流通路１９と共に空気還流手段を構成している。
ここで、空気還流通路１９は、除湿管１７を介して乾燥
空気導出管２１に導出される乾燥した圧縮空気の一部
（例えば２０％程度）を排出管部１５Ｃ内に還流させ、
この空気流により除湿管１７の外周面から水蒸気を奪い
取るようにして、この還流空気を排気管１６側からを介
して外部に排出させ、これによって除湿管１７を乾燥し
た状態に保つようにする。

【００３０】そして、還流空気量調整弁２０は、排出管
部１５Ｃ内に還流する乾燥した圧縮空気の流量を調整す
ることにより、乾燥空気導出管２１に導出される圧縮空
気の露点を調整するものである。

【００３１】２１は空気導出管１１と共に空気通路１２
を構成する乾燥空気導出管を示し、該乾燥空気導出管２
１は、その基端側が外筒１５の流出部１５Ｂに接続さ
れ、先端側が配管接続口２１Ａとなって乾燥器ケース１
３の外部に突出している。そして、該配管接続口２１Ａ
には、空気通路１２を介して空圧シリンダ等の空気圧機
器が接続される。

【００３２】２２は空気導出管１１の途中に設けられた
フローセンサで、該フローセンサ２２は、例えば空気導
出管１１の途中にオリフィス（図示せず）を設け、この
オリフィスの前，後の圧力差を検出することにより、空
気導出管１１内での空気の流れを検出するものである。
また、これに替えて熱式空気流量計，翼車式空気流量計
または超音波式空気流量計等によってフローセンサ２２
を構成してもよい。そして、該フローセンサ２２は空気
導出管１１内の空気の流れを検出し、空気の流量に応じ
た検出信号を後述するコントローラ２４の比較器２５の
一方の入力端に出力する。

【００３３】２３は排気管１６の途中に設けられた還流
制御弁で、該還流制御弁２３は電磁開閉弁からなり、常
時は閉弁して排気管１６を閉塞することにより外筒１５
の排出管部１５Ｃを大気に対して遮断する。そして、該
還流制御弁２３は、コントローラ２４から駆動信号が出
力されたときに、開弁して排気管１６を開放することに
より、外筒１５の排出管部１５Ｃを大気に対して連通さ
せる。

【００３４】２４はフローセンサ２２からの検出信号に
基づいて還流制御弁２３を開閉制御する弁作動手段とし
てのコントローラを示し、該コントローラ２４は図３に
示すように、比較器２５、基準信号発生部２６、制御部
２７、遅延部２８および弁駆動部２９等から大略構成さ
れている。

【００３５】ここで、基準信号発生部２６は、空気導出
管１１内を所定量（微小量）以上の空気が流れたことを
示す基準レベルをとる信号（基準信号）を発生し、この
基準信号を比較器２５の他方の入力端に出力する。そし
て、比較器２５は、フローセンサ２２からの検出信号の
レベルが基準信号発生部２６からの基準信号のレベル以
上である場合には、空気導出管１１内での空気の流れが
あると判定して検出信号を制御部２７を介して遅延部２
８に出力し、この検出信号に基づき、遅延部２８は図４
に示す如く、所定の遅延時間ｔをもった駆動信号を弁駆
動部２９から還流制御弁２３に出力する。

【００３６】本実施例による空気圧縮機１は上述の如き
構成を有するもので、該空気圧縮機１に空気通路１２を
介して接続された空気圧機器を作動させる場合には、ま
ず、電動モータ５を作動させて圧縮機本体１０の駆動軸
を回転駆動することにより、圧縮機本体１０から空気タ
ンク８内に順次圧縮空気を貯留する。

【００３７】そして、空気タンク８内の圧力が所定値以
上に達すると、空気タンク８内に貯留された圧縮空気
は、空気導出管１１を介して膜式空気乾燥器１４内に導
入され、該膜式空気乾燥器１４の除湿管１７によって除
湿されることにより低露点の乾燥した圧縮空気となる。

【００３８】このようにして得られた乾燥した圧縮空気
は、乾燥空気導出管２１に導出された後、該乾燥空気導
出管２１の配管接続口２１Ａに空気通路１２を介して接
続された空気圧機器に供給され、該空気圧機器を駆動す
る。

【００３９】このとき、フローセンサ２２は、空気導出
管１１内での空気の流れがあることを示す、基準レベル
以上のレベルをもった検出信号をコントローラ２４に出
力し、コントローラ２４はこの検出信号に基づいて空気
導出管１１内での空気の流れがあると判定し、弁駆動部
２９から還流制御弁２３に駆動信号を出力する。

【００４０】これにより、還流制御弁２３が開弁して排
気管１６を開放し、外筒１５の排出管部１５Ｃが大気に
対して連通するから、乾燥空気導出管２１に導出される
乾燥した圧縮空気のうちの一部（還流空気量調整弁２０
による設定量）が、空気還流通路１９を介して排出管部
１５Ｃ内に還流する。

【００４１】そして、排出管部１５Ｃ内に還流した圧縮
空気は、除湿管１７の外周面から水蒸気を奪い取りつつ
排気管１６を介して大気中に排出される。これにより、
除湿管１７は常時乾燥した状態を保つから、膜式空気乾
燥器１４内を流れる圧縮空気に対する除湿を一層効率よ
く行うことができる。

【００４２】一方、空気圧機器の作動を停止した場合に
は、空気通路１２内での圧縮空気の流れが停止し空気導
出管１１内を流れる空気の流量は所定量未満となるか
ら、フローセンサ２２からコントローラ２４に出力され
る検出信号のレベルは、基準信号発生部２６からの基準
信号のレベル未満となり、コントローラ２４は空気導出
管１１内での空気の流れが停止したと判定し、還流制御
弁２３への駆動信号の出力を停止する。

【００４３】ここで、還流制御弁２３に出力される駆動
信号は所定の遅延時間ｔをもっているから、図４に示す
ように、コントローラ２４が空気導出管１１内での空気
の流れが停止したと判定した時点から遅延時間ｔ後に還
流制御弁２３が閉弁し、これにより、排気管１６が閉塞
され外筒１５の排出管部１５Ｃが大気に対して遮断され
る。

【００４４】このようにして、空気圧縮機１と空気圧機
器との間の空気通路１２内には乾燥した圧縮空気が滞留
するから、再度空気圧機器を作動させる場合には、圧縮
機本体１０を作動させて新たに圧縮空気を生成すること
なく、空気圧機器に対して低露点の圧縮空気を迅速に供
給することができる。

【００４５】しかも、還流制御弁２３は、空気導出管１
１内での空気の流れが停止した時点から所定の遅延時間
ｔ後に閉弁するようになっているから、この遅延時間ｔ
の間、還流制御弁２３が開弁する期間が延長され、空気
還流通路１９を介して外筒１５の排出管部１５Ｃ内に還
流する乾燥した圧縮空気により、一層効果的に除湿管１
７を乾燥させることができる。

【００４６】従って、次に圧縮機本体１０を作動させた
場合には、空気タンク８から空気導出管１１を介して膜
式空気乾燥器１４内に導入される圧縮空気に対し適正な
除湿を行うことができ、圧縮機本体１０が作動した直後
から空気圧機器に対し低露点の乾燥した圧縮空気を供給
することができる。このため、圧縮機本体１０の作動直
後における除湿能力を向上するために除湿管１７の容量
を増大させる必要がなく、膜式空気乾燥器１４を小型化
することができ、この膜式空気乾燥器１４を含む空気圧
縮機１全体の小型化をも図ることができる。

【００４７】さらに、還流制御弁２３が閉弁した状態で
は、排気管１６が閉塞されて外筒１５の排出管部１５Ｃ
と大気とが確実に遮断されるから、空気通路１２内の圧
縮空気が排気管１６を介して大気中に排出されるのに伴
う騒音の発生を確実に防止できる。

【００４８】なお、前記実施例では、還流制御弁２３を
排気管１６の途中に設けた場合を例に挙げて説明した
が、本発明はこれに限ることなく、例えば空気還流通路
１９の途中等、外筒１５の排出管部１５Ｃと大気との連
通を遮断できる部位に適宜設けることができる。

【００４９】また、前記実施例では、コントローラ２４
が空気導出管１１内での空気の流れが停止したと判定し
た時点から、所定の遅延時間ｔ後に還流制御弁２３が閉
弁する場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限
ることなく、例えば空気導出管１１内での空気の流れが
停止したと判定したと同時に還流制御弁２３を閉弁する
ように構成してもよい。

【００５０】さらに、前記実施例では、膜式空気乾燥器
１４が空気タンク８や圧縮機本体１０等と共に一体的に
設けられた空気圧縮機を例に挙げて説明したが、例えば
膜式空気乾燥器が空気タンクや圧縮機本体等と別個に設
けられた空気圧縮機にも適用することができる。

【００５１】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、膜
式空気乾燥器を、除湿膜によって形成され空気通路の途
中に接続された除湿通路と、該除湿通路を外側から取囲
むように管状に形成され大気に連通した排出通路と、除
湿通路内を流れる空気の一部を排出通路に還流させる空
気還流手段と、排出通路を大気に対して連通，遮断する
還流制御弁とから構成し、該還流制御弁を、空気通路内
での空気の流れを検出するフローセンサからの検出信号
に応じて開，閉弁させることにより、例えば外部の空気
圧機器で圧縮空気の使用を中止し、空気通路内での空気
の流れが停止した場合には、弁作動手段が還流制御弁を
閉弁し、膜式空気乾燥器の排出通路を大気に対して遮断
するから、空気通路内に乾燥した圧縮空気を滞留させる
ことができ、その後に空気圧機器を作動させる場合で
も、該空気圧機器に対して低露点の乾燥した圧縮空気を
迅速に供給することができる。従って、空気圧機器側で
の作業効率を向上でき、空気圧機器を駆動する度に圧縮
機本体を作動させる必要がなくなり、省エネルギ化を図
ることができる。

【００５２】また、空気通路内での空気の流れが停止し
た場合には、空気通路が排出通路と共に大気に対して遮
断され除湿通路を乾燥した状態に保てるから、例えば新
たに圧縮空気を生成すべく圧縮機本体を作動させた直後
でも、低露点の乾燥した圧縮空気を安定して得ることが
できる上に、除湿通路等の容量を増大させる必要がなく
なり、膜式空気乾燥器および空気圧縮機全体の小型化を
図ることができる。さらに、空気通路内での空気の流れ
が停止した場合には、圧縮空気が排出通路を介して大気
中に排出されることがなくなるから、この圧縮空気の排
出に伴う騒音の発生を確実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例によるパッケージ型の空気圧縮
機を示す一部破断の正面図である。

【図２】実施例による膜式空気乾燥器等を拡大して示す
一部破断の平面図である。

【図３】図２中に示すコントローラの構成を示す制御ブ
ロック図である。

【図４】空気通路内での空気の流れの有無と、還流制御
弁の開閉状態との関係を示す特性線図である。

【符号の説明】

１ 空気圧縮機 ２ 防音箱 ５ 電動モータ ８ 空気タンク １０ 圧縮機本体 １２ 空気通路 １４ 膜式空気乾燥器 １５ 外筒 １５Ａ 流入部 １５Ｂ 流出部 １５Ｃ 排出管部（排出通路） １７ 除湿管（除湿通路） １９ 空気還流通路（空気還流手段） ２０ 還流空気量調整弁 ２２ フローセンサ ２３ 還流制御弁 ２４ コントローラ（弁作動手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04B 39/16 B01D 53/22 B01D 53/26 F04B 41/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機本体と、該圧縮機本体によって圧
   縮された空気を貯留する空気タンクと、該空気タンク内
   に貯留した圧縮空気を外部に導出する空気通路の途中に
   配設され、前記圧縮空気が流通するときに該圧縮空気に
   対する除湿を行う除湿膜を有する膜式空気乾燥器とから
   なる空気圧縮機において、前記膜式空気乾燥器は、前記
   除湿膜によって形成され前記空気通路の途中に接続され
   た除湿通路と、該除湿通路を外側から取囲むように管状
   に形成され該除湿通路からの水蒸気を外部に排出させる
   排出通路と、前記除湿通路内を流れる空気の一部を該排
   出通路に還流させる空気還流手段と、前記排出通路を大
   気に対して連通，遮断する還流制御弁とから構成し、さ
   らに、前記空気通路に設けられ該空気通路内での空気の
   流れを検出するフローセンサと、該フローセンサからの
   検出信号に基づき前記還流制御弁を開，閉弁させる弁作
   動手段とを備えたことを特徴とする空気圧縮機。