JP4038330B2

JP4038330B2 - 水冷式オイルフリースクリュー圧縮機

Info

Publication number: JP4038330B2
Application number: JP2000332101A
Authority: JP
Inventors: 智夫鈴木; 仁西村; 佳人鈴木
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2000-10-25
Filing date: 2000-10-25
Publication date: 2008-01-23
Anticipated expiration: 2020-10-25
Also published as: JP2002130172A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水冷式オイルフリースクリュー圧縮機に係り、特に低圧段および高圧段の2段の圧縮機本体を有するオイルフリースクリュー圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
低圧段圧縮機本体および高圧段圧縮機本体を有する従来の2段のオイルフリー圧縮機では、低圧段圧縮機本体で圧縮された圧縮空気を冷却するためのインタークーラと、高圧段圧縮機本体で圧縮された圧縮空気を冷却するためのアフタークーラを有する場合が多い。そして、オイルフリー圧縮機をコンパクト化するために、インタークーラとアフタークーラとに水冷型の熱交換器を採用している。この例が、特開平８−６１２７１号公報や特開平１１−２２６８８号公報、特開平１１−１３６７４号公報に記載されている。
【０００３】
これらの公報の中で、特開平８−６１２７１号公報と特開平１１−２２６８８号公報に記載の圧縮機では、インタークーラとアフタークーラとはいずれも別個に形成されている。また、特開平１１−１３６７４号公報に記載の圧縮機では、インタークーラとアフタークーラとをそれぞれ別個に形成し、ともにシェルアンドチューブ型の熱交換器を用いている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記いずれの公知例に記載のものも、配管のし易さやパッケージ化のために、インタークーラとアフタークーラとを別個に設けている。そのため、配管長が長くなったり、配管部品を多数必要とする。また、特開平１１−２２６８８号公報および特開平１１−１３６７４号公報に記載の圧縮機では、インタークーラおよびアフタークーラで圧縮空気と熱交換する冷却水を圧縮機の全体効率を向上させるために、インタークーラ、アフタークーラの順に流している。冷却水をこの順で流すと確かに圧縮機の効率は向上するものの、アフタークーラ内をインタークーラで暖められた冷却水が流れるので、アフタークーラが大型になる。
【０００５】
さらに、特開平８―６１２７１号公報には冷却水の流れる順番を上記各公報とは逆に、アフタークーラからインタークーラに流すことが記載されている。この公報に記載の圧縮機ではアフタークーラが小さくなり、圧縮空気中のドレンを排出し易くなるという利点は有するが、圧縮機の効率を確保するためにはインタークーラを大型化せざるをえない。
【０００６】
本発明は上記従来技術の有する不具合に鑑みなされたものであり、その目的は圧縮機の部品点数の低減と小型化にある。本発明の他の目的は、インタークーラおよびアフタークーラを小型化したときであっても、圧縮機の全体効率を低下させないことにある。そして、本発明ではこれらの目的のいずれかを達成すればよい。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の特徴は、水冷式オイルフリースクリュー圧縮機が低圧段圧縮機本体と、この低圧段圧縮機本体から吐出された圧縮空気を冷却する水冷式のインタークーラと、このインタークーラで冷却した圧縮空気を圧縮する高圧段圧縮機本体と、この高圧段圧縮機本体から吐出された空気を冷却する水冷式のアフタークーラとを備えており、インタークーラの冷却管とアフタークーラの冷却管とを一のクーラシェルに収容するとともに、これらの冷却管を前記クーラシェル内に離間配置し、このクーラシェル内を流通する冷却水の入口をアフタークーラ側に、冷却水の出口をインタークーラ側に設け、前記入口に導かれた冷却水が前記出口から排水されることにある。
【０００８】
上記特徴を有するものにおいて、一体化したクーラはクーラシェルとこのクーラシェル内に収容され内部を圧縮空気が流通する複数の冷却管とを有するシェルアンドチューブ型の熱交換器であり、複数の冷却管はインタークーラ部とアフタークーラ部とに別個に配置され、インタークーラ部に配置された冷却管とアフタークーラ部に配置された冷却管のそれぞれの少なくとも１本は同一形状とすることが望ましい。
そしてこの特徴において、一体型のクーラに収容された複数の冷却管はU字状をしており、インタークーラを形成する冷却管とアフタークーラを形成する冷却管とはシェルの軸方向中間部において軸方向に間隔をおいていることが望ましい。また、インタークーラを形成する冷却管のＵ字管の底部とアフタクーラを形成する冷却管のＵ字管の底部とを、シェルの軸方向中間部で対向させるようにしてもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例を、図１および図２を用いて説明する。図1は、低圧段圧縮機および高圧段圧縮機を有する水冷式オイルフリースクリュー圧縮機の系統図である。オイルフリースクリュー圧縮機30は、低圧段圧縮機1および高圧段圧縮機2を備えている。低圧段圧縮機１の吸込み側には、この低圧段圧縮機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。低圧段圧縮機１および高圧段圧縮機2は、それぞれ雄ロータおよび雌ロータの1対のロータを備えている。1対のロータの一方の軸端部には、小歯車２１、２２が取付けられている。
【００１０】
低圧段圧縮機1および高圧段圧縮機２の一方の軸端に取付けた小歯車２１、２２は、大歯車２３と噛合っている。大歯車が取付けられた軸の端部にはプーリ２４が取付けられており、このプーリ２４には、ベルト25が装架されている。ベルト25は、モータ26の軸端に取付けたプーリ２７にも装架されており、モータ２６の動力が低圧段圧縮機1および高圧段圧縮機2に伝えられる。なお、小歯車２１、２２および大歯車２３はギヤケーシング28に収納されており、ギヤケーシング28の下部は油溜め２９となっている。
【００１１】
低圧段圧縮機1と高圧段圧縮機2との間にはインタークーラ3が、高圧段圧縮機２の吐出側にはアフタクーラ4が配設されている。ここで、低圧段圧縮機1の吐出口とインタークーラ3とは配管５１で、インタークーラ3と高圧段圧縮機2の吸込み口とは配管５２で、高圧段圧縮機の吐出口とアフタクーラの吸込み口とは配管５３でそれぞれ接続している。
【００１２】
このように構成したオイルフリースクリュー圧縮機では、モータ26が起動されると、低圧段圧縮機１および高圧段圧縮機２にベルト25や小歯車21、22、大歯車23等を介して動力が伝達され、低圧段圧縮機１および高圧段圧縮機がそれぞれ備える雌雄1対のロータが、タイミングギアにより同期回転する。低圧段圧縮機1が回転すると、オイルフリースクリュー圧縮機３０の周囲にある空気が、図示しないフィルターを通して吸込み絞り弁１０から低圧段圧縮機１に吸込まれる。
【００１３】
低圧段圧縮機１で圧縮され高温になった圧縮空気は、配管31を経てインタークーラ3の吸込み口が形成されたインタークーラヘッド６に導かれる。水冷式のインタークーラ３で冷却された圧縮空気は、配管32を経て高圧段圧縮機２の吸込み口に導かれる。高圧段圧縮機２で更に圧縮され定格の吐出圧となった高温の圧縮空気は、配管33に設けた逆止弁１１を経てアフタークーラ４に導かれる。水冷式のアフタークーラ４で冷却された圧縮空気は、所定の圧力で需要元に供給される。
【００１４】
オイルフリースクリュー圧縮機では、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無いので圧縮熱により圧縮機本体１、２が発熱する。また、圧縮した後の圧縮ガスは高温であるから、これを需要元で使用するには熱すぎる。さらに、低圧段圧縮機１で圧縮された圧縮ガスを冷却して高圧段圧縮機２に供給すれば、オイルフリースクリュー圧縮機の全体効率が向上する。これらの理由により、冷却水がオイルフリースクリュー圧縮機の各部に供給されている。この冷却水の経路を以下の通りである。
【００１５】
図示しない冷却塔で冷却された冷却水または工業用水を利用した冷却水は、アフタークーラ5に導かれる。ところで本発明においては、アフタークーラ4とインタークーラ３とを一体化している。つまり、アフタークーラ４を構成する伝熱管とインタークーラ３を構成する伝熱管を一つのクーラシェル５に収容し、このクーラシェル５の軸方向中間のところでは伝熱管が離間するように伝熱管を配置している。クーラシェル５のインタークーラ３側端部には、インタークーラヘッダ6を、反対端であるアフタークーラ４側端部にはアフタークーラヘッダ７を取付けている。
【００１６】
このように構成した本実施例では、アフタークーラ４に導かれた冷却水の一部はクーラシェル5の入口で分岐してオイルクーラ8に導かれ、そこで潤滑油を冷却した後、冷却塔等へ戻される。クーラシェル5に導かれた冷却水の残りの一部は高圧段圧縮機２のケーシングに設けた冷却ジャケット２ａに導かれて高圧段圧縮機２を冷却する。クーラシェル５に導かれた冷却水のさらに残りは、低圧段圧縮機１のケーシングに設けた冷却ジャケット１ａに導かれ、低圧段圧縮機１を冷却する。低圧段圧縮機１および高圧段圧縮機２を冷却した冷却水は、オイルクーラ２で潤滑油を冷却した冷却水と一緒になって冷却塔等へ戻される。ここで、低圧段圧縮機１を冷却した冷却水の配管には、水抜き用のピーコック９が設けられている。
【００１７】
なお、オイルクーラ８で冷却された潤滑油は、低圧段圧縮機１および高圧段圧縮機２の軸受部やタイミングギヤ部、さらにギヤケーシング２８内の小歯車２１、２２や大歯車２３および大歯車軸の軸受等を潤滑した後、ギヤケーシング２８の下部に形成された油溜り２９にためられる。そして図示しない油ポンプでオイルクーラ８に導かれ、冷却水で冷却される。以下この油潤滑路を循環する。
【００１８】
次に一体化したクーラの詳細を、図２に示す。この図２は、一体化したクーラ４０の縦断面図である。プレート32には、複数のＵ字状に形成された伝熱管１２であるＵ字管の開放端がロウ付けまたは溶接されている。同様に、プレート31には、複数のＵ字状に形成された伝熱管１４であるＵ字管の開放端がロウ付けまたは溶接されている。プレート32は、クーラシェル５のフランジ部33とインタークーラヘッダ6のフランジ部34とともに周囲部をボルト締結されて機密容器を構成している。これも同様に、プレート３１は、クーラシェル５のフランジ部35とアフタークーラヘッダ7のフランジ部36とともに周囲部をボルト締結されて機密容器を構成している。
【００１９】
インタークーラヘッダ６には仕切り３７が設けられており、複数のＵ字管１２のそれぞれの一端と仕切り３７で仕切られた一方の部屋４１が連通しており、複数のＵ字管１２のそれぞれの他端は他方の部屋42と連通している。アフタークーラヘッダ7にも内部に仕切り38が設けられており、複数のU字管１４のそれぞれの一端は、仕切り38で仕切られた一方の部屋44に連通しており、複数のＵ字管１４のそれぞれの他端は他方の部屋４３に連通している。
【００２０】
インタークーラ３を構成する複数のU字管1２およびアフタークーラ４を構成する複数のU字管１４をクーラシェル５内に安定して保持するためおよび冷却水流路を形成するために管板１３がクーラ40の軸方向複数箇所に互い違いに配置されている。クーラ４０を図示しないベースに固定するために、クーラ脚15がクーラの軸方向2個所に取付けられている。インタークーラ3に用いる複数のU字管１２と、アフタークーラ４に用いる複数のＵ字管１４とはほぼ同じものである。つまり、Ｕ字管１２とU字管１４の個数は同じであり、その径も同一である。そして外周側にあるU字管同士や内周側にあるU字管同士は、ほぼ同じ形状となっている。換言すれば、クーラシェル５部の形状は、Ｕ字管12、1４も含めてほぼ左右対称形状である。なお、Ｕ字管１２の曲がり部とＵ字管14の曲がり部とは軸方向に離間している。
【００２１】
このように構成したクーラ40内の冷却水の流れは、以下の通りである。クーラシェル５のアフタークーラ４側端部近傍に冷却水の通水口16が設けられている。この通水口１６に流入した冷却水は、管板13によりジグザグに形成されたクーラシェル５内の冷却水通路をアフタークーラ４側からインタークーラ４側へ流れる。上述したように、通水口１６に導かれた冷却水の一部は、オイルクーラ８へ給水される。クーラシェル５内を流通した冷却水は、クーラシェル５のインタークーラ３側に設けた排水口１７から排水される。
【００２２】
以上述べた本発明の実施例によれば、インタークーラとアフタークーラとを一体構造としたのでクーラの占有空間を縮少でき、圧縮機を小形化できる。また、インタークーラとアフタークーラ間の配管を省略できるので、部品点数を削減できる。さらに、冷却水の流れを変更したのでアフタークーラを小型化できる。また、インタークーラとアフタークーラに要求される冷却能力をほぼ同等とすることが可能になったので、インタークーラとアフタークーラの寸法や構成をほぼ同じにでき、部品の共通化が可能になった。さらにまた、インタークーラで発生するドレン量を低減できる利点もある。
【００２３】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、インタークーラとアフタークーラを一体構造としたので、、オイルフリースクリュー圧縮機を小型化できるとともに、部品点数を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る水冷式オイルフリースクリュー圧縮機の一実施例の系統図。
【図２】図1に示した水冷式オイルフリースクリュー圧縮機に用いられるクーラの断面図。
【符号の説明】
1…低圧段側圧縮機、２…高圧段側圧縮機、３…インタークーラ、４…アフタークーラ、５…クーラシェル、６…インタークーラヘッダ、７…アフタークーラヘッダ、８…オイルクーラ、９…水抜きピーコック、１０…吸込絞り弁、１１…逆止弁、１２…Ｕ字管、１３…管板、１４…Ｕ字管、１５…クーラ脚、２１、２２…小歯車、２３…大歯車、２６…モータ、２８…ギヤケース、３０…オイルフリースクリュー圧縮機、３１、３２…プレート、３３〜３６…フランジ、３７、３８…仕切り、４０…クーラ、４１〜４４…部屋、５１〜５３…配管。

Claims

低圧段圧縮機本体と、この低圧段圧縮機本体から吐出された圧縮空気を冷却する水冷式のインタークーラと、このインタークーラで冷却した圧縮空気を圧縮する高圧段圧縮機本体と、この高圧段圧縮機本体から吐出された空気を冷却する水冷式のアフタークーラとを備え、
圧縮空気が流通する前記インタークーラの冷却管と前記アフタークーラの冷却管とを一のクーラシェルに収容するとともに、これらの冷却管を前記クーラシェル内に離間配置し、
このクーラシェル内を流通する冷却水の入口をアフタークーラ側に、冷却水の出口をインタークーラ側に設け、前記入口に導かれた冷却水が前記出口から排水されることを特徴とする水冷式オイルフリースクリュー圧縮機。
前記インタークーラと前記アフタークーラとが一体構造とされたクーラは、クーラシェルとこのクーラシェル内に収容され内部を圧縮空気が流通する複数の冷却管とを有するシェルアンドチューブ型の熱交換器であり、前記複数の冷却管はインタークーラ部とアフタークーラ部とに別個に配置され、インタークーラ部に配置された冷却管とアフタークーラ部に配置された冷却管のそれぞれの少なくとも１本は同一形状であることを特徴とする請求項１に記載の水冷式オイルフリースクリュー圧縮機。
前記一体型のクーラに収容された複数の冷却管はU字状をしており、インタークーラを形成する冷却管とアフタークーラを形成する冷却管とは前記シェルの軸方向中間部において軸方向に間隔をおいていることを特徴とする請求項２に記載の水冷式オイルフリースクリュー圧縮機。
前記インタークーラを形成する冷却管のＵ字管の底部と前記アフタークーラを形成する冷却管のＵ字管の底部とを、前記シェルの軸方向中間部で対向させたことを特徴とする請求項３に記載の水冷式オイルフリースクリュー圧縮機。