JP4402536B2

JP4402536B2 - 空気圧縮機

Info

Publication number: JP4402536B2
Application number: JP2004213855A
Authority: JP
Inventors: 正彦高野; 正明戸田
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2004-07-22
Filing date: 2004-07-22
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2024-07-22
Also published as: JP2006037718A

Description

本発明は、圧縮空気を生成する空気圧縮機に係わり、特に圧縮空気を大気で冷却する空冷式熱交換器を有する空気圧縮機に関する。

一般に、空気圧縮機は、空気を圧縮する圧縮機本体と、この圧縮機本体を駆動する電動機と、圧縮機本体で生成された圧縮空気を冷却するアフタークーラーを含む空冷式の熱交換器と、この熱交換器を通過する冷却風を生成するための冷却ファンとを備えている。このような空気圧縮機として、冷却ファンの一次側に熱交換器を設置したものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−２９４３３５号公報

上記従来技術では以下のような課題が存在する。
すなわち、空気圧縮機は非常に塵埃が多い状況に設置される場合があり、上記従来技術のような構造では、冷却風により吸いこまれた塵埃が空冷式熱交換器に詰まり、時間の経過とともに熱交換器の熱交換性を悪化させる場合がある。一方、このような熱交換性の悪化を防止するためには、定期的な熱交換器の清掃作業が必要となるが、その場合には保守管理に手間がかかるという課題があった。

また、塵埃が熱交換器に詰まることを予防する手段として、上記従来構造において空冷式熱交換器の１次側にフィルター等を設置する構造が考えられる。この場合、熱交換器の詰まりを防止することはできるが、その代わりにフィルターが目詰まりを起こすため、定期的なフィルターの清掃が必要となり、結局は保守管理に手間がかかるという課題があった。
以上のことから、上記従来技術では、熱交換性と保守管理性とを両立することが困難であった。

本発明は、上記従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱交換器の塵埃等による詰まりを防止して熱交換性を維持しつつ、保守管理性を向上することができる空気圧縮機を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、空気を圧縮する圧縮機本体と、この圧縮機本体を駆動する電動機と、冷却風と熱交換して少なくとも前記圧縮機本体で生成された圧縮空気を冷却する空冷式の熱交換器と、前記冷却風の流路における前記熱交換器の一次側に設けられ、前記冷却風を生成する冷却ファンとを備えた空気圧縮機において、前記冷却ファンの吸込側に一端が接続されて、内周側に前記冷却ファンの吸込経路を形成した円筒状の内筒と、前記内筒の外周側に同心状に配置された円筒状の外筒と、前記外筒の外周側に接続された吸込口と、
前記外筒の内周側と前記内筒の外周側との間に形成されて、前記吸込口の下流側かつ前記吸込流路の上流側に位置し、前記冷却ファンの駆動によって前記吸込口から吸込まれた空気を冷却風として旋回させ、この冷却風中の塵埃を遠心力により分離する旋回流路と、前記外筒及び前記内筒における前記冷却ファンとは反対側に位置し、前記旋回流路と前記吸込経路との間に介在するように設けられ、前記旋回流路で冷却風から分離されてその後の冷却風の進行速度の低下に伴い自重落下した塵埃を溜める捕集室とを有するものとする。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記捕集室は、空気圧縮機に対して着脱自在に設けられるものとする。

（３）上記（１）又は（２）において、好ましくは、前記旋回流路の流路断面中における径方向外周側に、前記冷却風中の塵埃を捕集する捕集手段を設けるものとする。

（４）上記（１）又は（２）において、好ましくは、前記外筒の外周側に設けられ、前記外筒の周方向に離間して形成された２つの切り欠き部を介して前記旋回流路に連通する第２の流路を備え、前記第２の流路に、前記冷却風中の塵埃を捕集する捕集手段を設けるものとする。

（５）上記（４）において、好ましくは、前記捕集手段の交換又は清掃が可能なように、前記第２の流路の外壁に開閉機構を設けるものとする。

本発明によれば、熱交換器の塵埃等による詰まりを防止して熱交換性を維持しつつ、保守管理性を向上することができる。

以下、本発明の空気圧縮機の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
まず、本発明の第１実施形態を以下に説明する。図１は本発明の空気圧縮機の第１実施形態における冷却系統の全体構造を抽出して示す図である。

この図１に示すように、本実施形態の空気圧縮機の冷却系統は、ダクト１と、このダクト１の上部に横置きに搭載され、圧縮機本体（図示せず）により生成された圧縮空気を冷却するアフタークーラー（図示せず）を含む空冷式の熱交換器２と、この熱交換器２を通過する冷却風を生成するための冷却ファン３と、冷却ファン３の下方において縦向きに同心円状に配置された外筒５及び内筒６と、外筒５に接続された冷却風の吸込口７と、ダクト１の下部に設置された捕集室８とを備えている。

上記冷却ファン３は、ファン３ａと、このファン３ａを駆動するファンモータ３ｂと、ファン３ａの外周側に設けられたベルマウス３ｃとから構成されている。また、外筒５はその下端が捕集室８内に若干入り込む程度に内筒６より長めに形成されており、内筒６の上端は冷却ファン３のベルマウス３ｃに接続されている。これら外筒５と内筒６との間には、冷却風を旋回させるための旋回流路９が形成されている。また、捕集室８は空気圧縮機に対して着脱自在に設けられており、必要に応じて取り外し可能な構造となっている。

以上のように構成される冷却系統における冷却風の流れについて説明する。冷却ファン３の駆動によって空気が吸込口７から吸込まれ、冷却風となって外筒５と内筒６との間に形成された旋回流路９内に導入される。これにより、冷却風は旋回流となり、旋回流路９内を周回しながら下方に進む。このとき、冷却風中の塵埃等は、遠心力により旋回流路９の径方向外周側に押し出され、外筒５の内周壁５ａを伝って次第に下方に移動する。冷却風は、旋回しつつ下方に移動し内筒６の下端に到達すると、内筒６の内部に流入して上方に向かう。このとき、外筒５の内周壁５ａを伝って下方に移動する塵埃等は、冷却風の流れに乗らずに下方に移動を続け、捕集室８に進入した次点で急激な進行速度の低下によって重力によって落下し、捕集室８内に取り残される。

内筒６の内部を上方に向かって移動した冷却風は、冷却ファン３により上方に押し出されて熱交換器２を通過し、圧縮空気等と熱交換されて、圧縮機外部に排出される。

以上説明した本発明の第１実施形態によれば、以下の効果が得られる。
すなわち、一般に空気圧縮機は非常に塵埃が多い状況に設置される場合があり、前述した従来技術のように冷却風から塵埃を除去せずに熱交換器を通風させる構造では、冷却風により吸込まれた塵埃が熱交換器に詰まり、時間の経過とともに熱交換器の熱交換性を悪化させる場合がある。一方、このような熱交換性の悪化を防止するためには、定期的な熱交換器の清掃作業が必要となるが、その場合には保守管理に手間がかかるという課題があった。

また、このような塵埃が熱交換器に詰まることを予防する手段として、上記従来構造において熱交換器の一次側にフィルター等を設置する構造が考えられる。この場合、熱交換器の詰まりを防止することはできるが、その代わりにフィルターが目詰まりを起こすため、定期的なフィルターの清掃が必要となり、結局は保守管理に手間がかかるという課題があった。

その他にも、上記のような構造における空冷式熱交換器及びフィルターの目詰まりは、冷却風量の減少を招き、スクリュー圧縮機内部部品の全体的な温度上昇へとつながる為、温度上昇による安全装置の作動による非常停止、及び、内部部品の早期損傷化などが生じる可能性があった。また、塵埃等がファンに付着した場合には、ファンのアンバランス量が大きくなり、冷却能力の低下、ファン騒音の増大等を招くおそれがあった。

これに対し、本実施形態によれば、冷却風中に含まれる塵埃等を遠心分離した後に熱交換器２を通過させるので、塵埃等による熱交換器２の詰まりを防止し、熱交換器２の熱交換性を維持することができる。さらに、冷却風中の塵埃等は自動的に捕集室８内に捕集され、塵埃等が溜まった場合には捕集室８を圧縮機から取り外すことにより捕集された塵埃等を容易に取り出すことができる。すなわち、熱交換器やフィルター等の清掃を行う必要がある上記した従来構造に比べ、保守管理性を向上することができる。したがって、熱交換器２の塵埃等による詰まりを防止して熱交換性を維持しつつ、保守管理性を向上することができる。

また本実施形態によれば、上述したようにフィルター等を用いずに熱交換器２の目詰まりを防止できる構造とするため、フィルターの目詰まりによる冷却風の風量の減少を懸念する必要がなく、冷却風量を確実に確保することができる。したがって、冷却風量の減少による温度上昇を原因とする安全装置の作動による非常停止、及び内部部品の早期損傷化などを防止することができる。また、冷却ファン３の塵埃等の付着についても防止できるため、冷却能力の低下、ファン騒音の増大等を防止することができる。

なお、上記では旋回流路９内に特に何も設けなかったが、例えば図２に示すように旋回流路９内にフィルター（捕集手段）１０を設けるようにしてもよい。フィルター１０としては、冷却風を通過させつつ塵埃等を捕集できる網目状のスクリーン等を用いる。ここでは、図２に示すようにフィルター１０は旋回流路９の流路断面中における径方向外周側に部分的に設けられる。前述したように、旋回流路９内では、塵埃等が遠心力により径方向外周側に押し出され外筒５の内周壁５ａを伝って移動するので、旋回流路９内の径方向外周側に設ければ足りるからである。

本変形例１によれば、フィルター１０を設けることによって、上記の第１実施形態よりも塵埃等の捕集性能を向上することができる。また、熱交換器一次側で塵埃等を捕集するために例えば冷却風の流路の全体にフィルターを設けるような構造に比べ、フィルターが小さくて済む。その結果、コスト低減が図れると共に、フィルターが小さい分清掃作業等の保守管理の手間がかからなくなるので、保守管理性を向上することができる。また、仮にフィルター１０が塵埃等で目詰まりした場合であっても、フィルター１０は旋回流路９の流路断面の一部を覆うのみであるので、冷却風量はある程度確保される。したがって、冷却流路全体にフィルターを設ける構造と比べて目詰まりの影響を小さくすることができる。

また、上記変形例１では旋回流路９内（外筒５内）にフィルター１０を設けるようにしたが、図３に示すように旋回流路９と連通した第２の流路１１を外筒５の外部に設け、この第２の流路１１内にフィルター１０を設けるようにしてもよい。ここでは、図３に示すように外筒５に切り欠き部１２，１２を設け、この切り欠き部１２，１２を介して旋回流路９と第２の流路１１とを連通させる。前述したように、旋回流路９内では、塵埃等が遠心力により径方向外周側に押し出され外筒５の内周壁５ａを伝って移動するので、このように切り欠き部１２を設けることにより冷却風の旋回流は塵埃等と共に第２の流路１１内に流入する。そして、塵埃等はフィルター１０により捕集され、冷却風は出口側の切り欠き部１２を介して再度旋回流路９内に戻る。

本変形例２によれば、上記変形例１と同様に塵埃等の捕集性能を向上することができる上、さらに、仮にフィルター１０が塵埃等で目詰まりすることで第２の流路が目詰まりしても、旋回流路９は全く影響を受けないので、フィルターの目詰まりの影響を皆無とすることが可能である。また、第２の流路１１の外壁１３に例えば開閉機構等を設けてフィルター１０の交換又は清掃をできるようにすることで、フィルター１０の保守管理性を向上することができる。

次に、本発明の空気圧縮機の第２実施形態を以下に説明する。本実施形態は、前述の第１実施形態では換気扇型の冷却ファンを用いたのに対し、シロッコファン型の冷却ファンを用いたものである。

図４は本発明の空気圧縮機の第２実施形態における冷却系統の全体構造を抽出して示す図である。なお、この図４において、前述の図１と同様の部分には同符号を付し、説明を省略する。

本実施形態の空気圧縮機の冷却系統は、熱交換器２を通過する冷却風を生成するためのシロッコファン型の冷却ファン１５と、この冷却ファン１５の側方において横向きに同心円状に配置された外筒１６及び内筒１７と、外筒１６に接続された冷却風の吸込口１８と、外筒１６の冷却ファン１５と反対側の端部に設置された捕集室１９とを備えている。

上記冷却ファン１５は、ファン１５ａと、このファン１５ａを駆動するファンモータ１５ｂと、吐出側に設けられたベルマウス１５ｃとから構成されている。また、内筒１７はその一方側端部（図４中右側端部）が捕集室１９内に若干入り込む程度に外筒１６より長めに形成されており、他方側端部（図４中左側端部）は冷却ファン１５のベルマウス１５ｃに接続されている。外筒１６と内筒１７との間には、冷却風を旋回させるための旋回流路２０が形成されている。また、捕集室１９は着脱自在に設けられており、必要に応じて取り外し可能な構造となっている。
その他の構成は、前述した第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。

以上のような構成である本発明の第２実施形態によれば、前述した本発明の第１実施形態と同様の効果が得られる。なお、本実施形態においても、図２及び図３に示したように、旋回流路２０の内部又は外部にフィルタを設ける構造としてもよい。

本発明の空気圧縮機の第１実施形態における冷却系統の全体構造を抽出して示す図である。本発明の空気圧縮機の第１実施形態において、旋回流路内にフィルターを設けた変形例１の構造を示す水平断面図である。本発明の空気圧縮機の第１実施形態において、旋回流路に連通する第２の流路を設けた変形例２の構造を示す水平断面図である。本発明の空気圧縮機の第２実施形態における冷却系統の全体構造を抽出して示す図である。

符号の説明

２熱交換器
３冷却ファン
８捕集室
９旋回流路
１０フィルター（捕集手段）
１１第２の流路
１９捕集室

Claims

空気を圧縮する圧縮機本体と、この圧縮機本体を駆動する電動機と、冷却風と熱交換して少なくとも前記圧縮機本体で生成された圧縮空気を冷却する空冷式の熱交換器と、前記冷却風の流路における前記熱交換器の一次側に設けられ、前記冷却風を生成する冷却ファンとを備えた空気圧縮機において、
前記冷却ファンの吸込側に一端が接続されて、内周側に前記冷却ファンの吸込経路を形成した円筒状の内筒と、
前記内筒の外周側に同心状に配置された円筒状の外筒と、
前記外筒の外周側に接続された吸込口と、
前記外筒の内周側と前記内筒の外周側との間に形成されて、前記吸込口の下流側かつ前記吸込流路の上流側に位置し、前記冷却ファンの駆動によって前記吸込口から吸込まれた空気を冷却風として旋回させ、この冷却風中の塵埃を遠心力により分離する旋回流路と、
前記外筒及び前記内筒における前記冷却ファンとは反対側に位置し、前記旋回流路と前記吸込経路との間に介在するように設けられ、前記旋回流路で冷却風から分離されてその後の冷却風の進行速度の低下に伴い自重落下した塵埃を溜める捕集室とを有することを特徴とする空気圧縮機。
前記捕集室は、空気圧縮機に対して着脱自在に設けられたことを特徴とする請求項１記載の空気圧縮機。
前記旋回流路の流路断面中における径方向外周側に、前記冷却風中の塵埃を捕集する捕集手段を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の空気圧縮機。
前記外筒の外周側に設けられ、前記外筒の周方向に離間して形成された２つの切り欠き部を介して前記旋回流路に連通する第２の流路を備え、
前記第２の流路に、前記冷却風中の塵埃を捕集する捕集手段を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の空気圧縮機。
前記捕集手段の交換又は清掃が可能なように、前記第２の流路の外壁に開閉機構を設けたことを特徴とする請求項４記載の空気圧縮機。