JP4805099B2 - 空気圧縮機の冷却装置 - Google Patents

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本発明は、圧縮空気を作りだす空気圧縮機に関し、特に、空気の圧縮工程で発生する圧縮熱を効率良く冷却する空気圧縮機の冷却装置に関する。
空気圧縮機の冷却装置は、空気圧縮機の後段にアフタークーラーを配置して、このアフタークーラーで圧縮熱を冷却することが行われてきた。
このアフタークーラーによる空気圧縮機の冷却装置においては、冷却水の顕熱のみによって圧縮熱を冷却するために、効率良く圧縮熱を冷却することができない問題、及び、熱交換した圧縮熱を有効に活用することができない問題があった。
特開平５−６００７１号公報
解決しようとする課題は、冷却水による水冷却に換えて、冷却水の蒸発潜熱による、すなわち、熱容量の大きな気化冷却ができ、且つ、熱交換した圧縮熱を有効に活用することのできる空気圧縮機の冷却装置を提供することである。
本発明は、空気圧縮機で圧縮される空気の圧縮熱を冷却するものにおいて、圧縮空気を冷却する冷却室を形成して、当該冷却室に冷却流体を供給し、且つ、当該冷却室を吸引手段と接続して圧縮空気を冷却流体の蒸発潜熱によって気化冷却すると共に、この冷却室で気化した気化蒸気を蒸気圧縮機へ供給して、当該蒸気圧縮機で所定の圧力値まで昇圧するものである。
本発明の空気圧縮機の冷却装置は、圧縮空気を冷却流体の蒸発潜熱によって気化冷却することによって、大きな熱容量で効率良く圧縮熱を冷却することができる。また、本発明の空気圧縮機の冷却装置は、気化した蒸気を蒸気圧縮機で所定の圧力まで昇圧することができ、圧縮熱を蒸気として有効に活用することができる。
本発明は、圧縮熱を冷却する冷却室を吸引手段と接続するものであるが、この吸引手段としては、例えば、水封式真空ポンプやエゼクタと循環ポンプを組み合わせたエゼクタ式真空ポンプ等従来周知のものを用いることができる。また、蒸気圧縮機としてはスクリュー式圧縮機等従来周知のものを使用することができる。
本実施例においては、冷却室として中空円筒状のシェル１と、パイプをＵ字状に曲げたチューブ２で形成した区画室３を用いた例を示す。チューブ２の入口部４に、空気圧縮機２１での圧縮熱により高温状態となった圧縮空気を供給する高温圧縮空気供給管５を接続し、一方、チューブ２の出口部６から冷却された圧縮空気を所定箇所へ流下させる低温圧縮空気排出管７を接続する。
区画室３の外周、すなわち、円筒状のシェル１のほぼ全周にわたり冷却流体溜部８を形成する。この冷却流体溜部８の上下に、後述する吸引手段としての組み合わせ真空ポンプ９の循環路１０を分岐した冷却流体供給管１１，１２を接続する。
冷却流体溜部８とシェル１の境界部分に図示はしていないが複数の冷却流体噴射ノズルを設けることにより、冷却流体溜部８内の冷却流体の一部が、この複数の噴射ノズルから区画室３内の全体へ噴射されるものである。
吸引手段としての組み合わせ真空ポンプ９を、エゼクタ１３とタンク１４と循環ポンプ１５をそれぞれ循環路１０で接続して形成する。タンク１４の上部には、タンク１４内へ冷却流体、例えば、常温水を、補給するための冷却流体補給管１６を接続する。また、循環路１０の一部を分岐して、余剰流体排出管１７を接続する。
組み合わせ真空ポンプ９のエゼクタ１３の吸引室１８を、連通管１９，２０によって区画室３内と連通する。連通管１９は区画室３のほぼ中央部分と連通し、一方、連通管２０は区画室３の下端部分と連通する。
区画室３の右側上部に、区画室３内で蒸発気化した気化蒸気を蒸気圧縮機２２へ供給する気化蒸気供給管２３を接続する。気化蒸気供給管２３には、蒸気圧縮機２２へ供給する気化蒸気が不足した場合に供給蒸気を補給する蒸気補給管２４を接続する。
高温圧縮空気供給管５からチューブ２内へ供給される圧縮空気を冷却する場合は、冷却流体溜部８内を冷却流体で満たすと同時に、複数の図示しない冷却流体噴射ノズルから冷却流体を区画室３内のチューブ２の外表面の全体へ均一に噴射する。
一方、組み合わせ真空ポンプ９の循環ポンプ１５を駆動して、エゼクタ１３の吸引室１８で発生する吸引力でもって、連通管１９，２０を介して区画室３内を所定の圧力状態、例えば、大気圧以下の真空状態、とすることにより、チューブ２の外表面へ噴射される冷却流体がチューブ２内の圧縮空気の熱を奪って蒸発気化することにより、その蒸発潜熱によって圧縮空気を気化冷却することができる。
区画室３で圧縮空気の熱を奪って蒸発した気化蒸気は、気化蒸気供給管２３から蒸気圧縮機２２へ送られて、所定の圧力と温度まで上昇された後、別途の蒸気使用箇所へと供給される。このように、空気の圧縮熱を蒸気として再利用することによって、従来の温水だけの利用にとどまらず、再利用できる用途を拡大することができる。
区画室３で圧縮空気を冷却した冷却流体の気化蒸気の一部、及び、気化しきれなかった冷却流体は、連通管１９，２０を通ってエゼクタ１３に吸引されタンク１４に至る。
エゼクタ１３で発生することのできる吸引力は、エゼクタ１３を流下する流体の温度によって決まるために、冷却流体補給管１６から適宜所定温度の冷却流体をタンク１４へ補給することによって、エゼクタ１３を流下する流体温度を調節して、エゼクタ１３の吸引力をコントロールすることができる。
本発明の空気圧縮機の冷却装置の実施例を示す構成図。
符号の説明
１ シェル
２ チューブ
３ 区画室
５ 高温圧縮空気供給管
７ 低温圧縮空気排出管
８ 冷却流体溜部
９ 組み合わせ真空ポンプ
１０ 循環路
１１，１２ 冷却流体供給管
１３ エゼクタ
１４ タンク
１５ 循環ポンプ
１８ 吸引室
１９，２０ 連通管
２１ 空気圧縮機
２２ 蒸気圧縮機
２３ 気化蒸気供給管

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  1. 空気圧縮機で圧縮される空気の圧縮熱を冷却するものにおいて、圧縮空気を冷却する冷却室を形成して、当該冷却室に冷却流体を供給し、且つ、当該冷却室を吸引手段と接続して圧縮空気を冷却流体の蒸発潜熱によって気化冷却すると共に、この冷却室で気化した気化蒸気を蒸気圧縮機へ供給して、当該蒸気圧縮機で所定の圧力値まで昇圧することを特徴とする空気圧縮機の冷却装置。
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