JP4829640B2 - 水循環式コンプレッサにおける循環水の泡立ち防止方法及び水循環式コンプレッサ - Google Patents

Description

本発明は水循環式コンプレッサにおける循環水の泡立ち防止方法及び前記方法を実現する構造を備えた水循環式コンプレッサに関する。

油分を含む圧縮空気の供給を嫌う空気作業機や，油分を含む圧縮空気を使用できない例えば食品製造等の分野において使用する圧縮空気を得るために，一般に冷却，密封，潤滑のために使用される油に代えて，空気と共に水を吸い込んで吸入空気の圧縮を行う水循環式コンプレッサが存在する。

この水循環式コンプレッサにおいて，空気と共に圧縮機本体内に供給された水は，圧縮空気と共に吐出されてセパレータレシーバタンク内に導入され，該セパレータレシーバタンク内で圧縮空気と水とに分離される。そして，セパレータレシーバタンク内で圧縮空気と分離された循環水は，ラジエータ等で冷却した後，再度圧縮機本体に供給されて，圧縮作業の際の冷却，密封等に使用される。

このように，水循環式コンプレッサにあっては，圧縮機本体，セパレータレシーバタンク，ラジエータ及びこれらを連通する管路等により形成された循環水の循環系が形成されていると共に，この循環水の循環系には，外部給水源に連通された給水回路が連結され，この給水回路に設けた開閉弁の開閉により循環水の循環系内に給水を行うことができるように構成されている。

以上のように構成された水循環式コンプレッサにおいて，循環水中にゴミ等の不純物が含まれると，この不純物が配管詰まり等を引き起こす原因となり，これによりコンプレッサの正常な動作が妨げられるおそれがあることから，前記循環水の循環系，例えばセパレータレシーバタンクで分離された循環水を圧縮機本体に供給する回路中にフィルタを設けて濾過し，このようなゴミ等の不純物を除去することが行われている。

また，前述したフィルタでは除去できない金属イオン等の不純物が循環水中に溶け込んでいる場合，圧縮作業の際の熱等によって循環水が蒸発して減少した際に，循環水中の金属イオンが濃縮され，濃縮された金属イオンが結晶化して析出して，同様に配管詰まり等の原因となることから，循環系に外部給水源からの水を供給する給水回路にイオン交換型の純水器を設け，この純水器を通過させた水を前記循環系に導入すると共に，配管等に使用されている金属材料が循環水に溶出して循環水中の金属イオン等の不純物が増加することを防止するために，前記循環系にバイパス回路を設け，循環系内の循環水の一部をバイパスさせて前記純水器に導入した後，再度前記循環系内に戻すことが提案されている（特許文献１参照。

この発明の先行技術文献情報としては次のものがある。
特許第３０６５３０２号公報

ところで，水循環式コンプレッサにおいて，循環水に対する不純物の混入は，吸入する外気によっても発生する。すなわち，吸入した外気に不純物が含まれていると，この不純物が圧縮機本体での圧縮等の際に循環水と接触して循環水に混入し，このような圧縮作業を繰り返すうちに循環水中に不純物が蓄積されて，水質が悪化する。

そのため，水循環式コンプレッサの圧縮機本体の吸気側にエアフィルタを設け，このエアフィルタを通過した外気を吸入することで，循環系内にゴミ等の不純物が導入されることを防止しているが，外気と共に導入される不純物の中には，エアフィルタによっては除去することができないものも存在する。

このような不純物として，例えばアルコール，シンナー，その他の有機溶剤等があり，これらの不純物は水に溶け込むと，水の界面張力を低下させる（本発明において水の界面張力を低下させる性質を持った物質を「界面活性物質」という。）。そのため，このような界面活性物質が循環水に溶け込むと，循環水が泡立ってしまう。

循環水の泡立ちは，セパレータレシーバタンク内での圧縮空気と循環水との分離を困難とし，その結果，セパレータレシーバタンクより導出される圧縮空気に多量の水が含まれることとなる。

その結果，セパレータレシーバタンク内の圧力を作動圧とする制御機器等に多量の水を含む圧縮空気が導入されて，コンプレッサに作動不良を発生させるおそれがある。

また，セパレータレシーバタンクで十分に分離できなかった循環水は，圧縮空気と共に機外（空気作業機等）に送られ，循環系内の循環水が比較的短時間で多量に減少する。そのため，循環系に対する給水の頻度が増し，循環系に純水を導入するための純水器の使用頻度も増すために，比較的高価である純水器や，純水器のイオン交換樹脂カートリッジの寿命も早まり経済的でない。

さらに，このようなコンプレッサに接続され，圧縮空気の供給を受けて作動する空気作業機等の外部接続機器においても，水を多量に含む圧縮空気の導入が作動不良や故障を引き起こす原因となる場合もある。

このように，水循環式コンプレッサの循環水中に界面活性物質が混入すると，前述のような各種の弊害が生じるものとなっているが，このような界面活性物質は，前述のように圧縮機本体の吸入側に設けたエアフィルタによっては循環系に入り込むことを阻止することができず，また，循環水中に溶け込むと，フィルタによる濾過によっても，イオン交換型純水器によっても除去することができない。

そのため，このような水循環式コンプレッサを，空気中に界面活性物質を含む環境，例えば塗装現場や塗料製造所，化学プラント，酒造工場等で使用する場合には，前述のような各種弊害をもたらすおそれがある循環水の泡立ちが生じ得るものとなっていた。

そこで本発明は，上記従来技術における欠点を解消するためになされたものであり，比較的簡単な構成により，循環水に溶け込んだ，前述の界面活性物質を除去することで，水循環式コンプレッサの循環水の泡立ちを防止する方法，及び前記方法を実現するための構成を備えた水循環式コンプレッサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために，本発明の水循環式コンプレッサにおける循環水の泡立ち防止方法は，吸入空気を循環水と共に圧縮する圧縮機本体１０と，前記圧縮機本体１０の吐出口１１と連通し，圧縮機本体１０より吐出された圧縮空気と循環水とを導入して圧縮空気と循環水とに分離・貯溜するセパレータレシーバタンク２０を備え，前記圧縮機本体１０とセパレータレシーバタンク２０間で前記循環水の循環系が形成された水循環式コンプレッサ１において，
前記循環系内を循環する循環水を，界面活性物質の吸着能を有する吸着剤を収容した容器４２内に導入すると共に通過させて，前記循環水中の界面活性物質を除去することを特徴とする（請求項１）。

前述の循環水の泡立ち防止方法において，前記吸着剤としては，活性炭を使用することができる（請求項２）。

また，前記方法を実現するための構成を備えた本発明の水循環式コンプレッサ１にあっては，前記同様，循環水の循環系が形成された水循環式コンプレッサにおいて，前記セパレータレシーバタンク２０で分離された循環水を前記圧縮機本体１０に常時供給する回路（リターン回路３２）中に，該循環水が通過する空間を備えた容器４２を配置すると共に，該容器４２内に界面活性物質の吸着能を有する吸着剤を収容し，前記循環水を前記容器内に導入すると共に通過させて，該循環水の泡立ちを防止したことを特徴とし（請求項３），このような吸着剤としては活性炭を使用することができる（請求項４）。

以上説明した本発明の構成により，本発明の水循環式コンプレッサの循環水の泡立ち防止方法及び，前記方法を実現する構成を備えた本発明の水循環式コンプレッサによれば，前記循環水の循環系内に，有機溶剤等の界面活性物質に対する吸着能を備えた吸着剤，例えば活性炭を収容した容器４２を設けたことにより，循環水中に溶け込んだ界面活性物質は，前記容器４２内を通過する際に吸着・除去され，この界面活性物質の存在を原因とする循環水の泡立ちを好適に防止することができた。

その結果，循環水の泡立ちによる水循環式コンプレッサの作動不良や，急激な循環水の減少，循環水を多量に含む圧縮空気の供給による外部接続機器（空気作業機）の作動不良や故障等を好適に防止することができた。

次に，本発明の実施形態につき添付図面を参照しながら以下説明する。

〔水循環式コンプレッサの基本構成〕
図１において，１は，水循環式コンプレッサであり，この水循環式コンプレッサは，循環水と共に圧縮空気を圧縮する圧縮機本体１０を備えると共に，この圧縮機本体１０の吐出口１１に吐出回路３１を介して連通され，圧縮機本体１０より循環水との気液混合流体として吐出された圧縮空気を導入するセパレータレシーバタンク２０を備えている。

また，このセパレータレシーバタンク２０には，セパレータレシーバタンク２０内で圧縮空気と分離された循環水を，前記圧縮機本体１０の給水口１２に導入するリターン回路３２が設けられ，前記圧縮機本体１０，セパレータレシーバタンク２０及び両者間を連通する吐出回路３１，リターン回路３２によって，前述の循環水が循環する系（循環系）が形成されている。

なお，図１において，リターン回路３２中に示す符号４１はラジエータであり，前記セパレータレシーバタンク２０内の循環水を冷却して，圧縮機本体１０の給水口１２に導入する。

以上のように構成された水循環式コンプレッサ１では，前記循環系に対する循環水の補充，交換を行うために，外部給水源からの供給水を，前記循環水の循環系に導入するための給水回路５０（５１，５２，５３）が設けられている。

この給水回路５０は，本実施形態にあっては，上水道等の外部給水源に開閉弁４３を介して連通された導入部５１と，この導入部５１から分岐した２つの回路５２，５３により構成されており，分岐した一方を圧縮機本体１０の吸気側に連通して補水用の給水回路５２と成すと共に，他方をセパレータレシーバタンク２０に連通して，タンク用給水回路５３とした。

そして，前述の外部給水源から分岐点迄の給水回路（導入部５１）に，上流側から順に水フィルタ４４，純水器４５を配置し，また，前記補水用給水回路５２と，前記タンク用給水回路５３には，それぞれ前記回路を開閉する電磁開閉弁４６，４７を設けた。

なお，図１中，４８は，前記タンク用給水回路５３に設けた逆止弁であり，セパレータレシーバタンク２０内の圧力によって循環水が逆流及び圧縮空気が流出することを防止する。

また，３３は排水回路であり，電磁開閉弁４９によって排水回路３３を開くことで，セパレータレシーバタンク２０内の循環水を排出可能に構成されている。

以上のように構成された水循環式コンプレッサ１において，タンク用給水回路５３は，セパレータレシーバタンク２０内に直接循環水を供給する際に使用され，一例として，コンプレッサ１の始動スイッチをＯＮにしたとき，レベルスイッチ６２により検知されたセパレータレシーバタンク２０内の水位が所定のレベル以下であると，図示せざる制御手段からの電気信号により電磁開閉弁４７がタンク用給水回路５３を開き，外部給水源からの供給水が水フィルタ４４によって濾過されると共に，純水器４５を通過して純水化されて，セパレータレシーバタンク２０内に導入される。

また，補水用給水回路５２は，コンプレッサ１の作動時，圧縮機本体１０を介して前記循環系内に給水するための回路であり，例えばコンプレッサ１の累積運転時間が所定時間に達した時に，循環系内の循環水を交換等する際に使用される。例えば，コンプレッサ１が所定の累積時間運転されると，電磁開閉弁４９が排水回路３３を開き，循環系内の循環水を所定量排出した後，排水回路３３を閉じる。その後，電磁開閉弁４６が開いて補水用給水回路５２を介して純水器４５を通過した純水が圧縮機本体１０を介して循環系内に導入され，この動作を数回繰り返すことにより，循環系内の循環水を純水に近付ける。

〔泡立ちを防止するための構成〕
以上のように構成された水循環式コンプレッサ１において，セパレータレシーバタンク２０で分離された循環水を，圧縮機本体１０の給水口１２に導入する前述のリターン回路３２には，前述の有機溶剤等の界面活性物質に対する吸着能を有する吸着剤を収容した容器４２が設けられている。

この容器４２としては，循環系内を循環する循環水が通過可能であり，かつ，吸着剤を収容可能な空間が形成されたものであれば如何なるものであっても良く，図示は省略するが，本実施形態にあっては，既知のケーシング（４２）内に筒状に形成されたエレメントを収納し，この筒状のエレメントは，逆濾過（浸透）機能を有する外筒と内筒との間に粒状の活性炭を充填し，流入口からケーシング内に流入した水はエレメントの外側から内側へ流れて流出口から流出する。

なお，水循環回路中に従来型のゴミを捕捉する水フィルタと，吸着剤を充填した水フィルタとを別々に設けることも可能である。

本発明で使用する吸着剤としては，前述の界面活性物質を吸着し，循環水から除去し得るものであれば如何なるものを使用しても良く，例えば，活性炭，ゼオライト，有機高分子多孔質体，その他，吸着剤として使用可能な既知の各種の多孔材料を使用することができる。

なお，吸着剤は界面活性物質を吸着する他に，循環水へ電解質（イオン物質）を放出しない，又は放出する量が極めて少ないことが好ましい。

このように，循環水の循環系内に，活性炭の充填された容器４２を配置することで，循環系内を循環する循環水は，この容器４２を通過する際にゴミ等の不純物が除去されると共に，活性炭による吸着作用によって濾過によっては除去できない界面活性物質についても吸着・除去される。

本実施形態にあっては，さらに，前述の容器４２の一次側圧力と二次側間の圧力差を検知する検知手段である圧力スイッチ６３を設け，この圧力スイッチ６３からの検知信号を受信して，警告灯の点灯や警告音の発生等，視覚的，聴覚的にこれを表示する表示手段７０を設け，容器４２内における目詰まりを検知すると共に表示可能とした。

すなわち，容器４２内に収容されたエレメントの外筒の目詰まりによって容器４２の二次側の圧力が低下して，容器４２の一次側と二次側とで所定の圧力差が生じると，前述の圧力スイッチ６３が作動して電気信号を出力し，この電気信号に基づいて，表示手段７０である例えばコンプレッサの制御盤に設けた警告灯が点灯して，容器４２内のエレメントの外筒の目詰まりを表示可能としている。

本実施形態にあっては，この圧力スイッチ６３の作動に必要な容器４２の一次側と二次側の圧力差を1.5kg/cmG（0.15MPa）とした。

〔作用〕
以上のように構成された水循環式コンプレッサ１を，前述の界面活性物質を含む空気が存在する環境で使用すると，この界面活性物質を含んだ空気がエアフィルタＡＦを介して圧縮機本体１０内に導入されると共に，給水口１２より導入された循環水と共に圧縮され，このときの空気と循環水との接触により，循環水には吸入された外気中に含まれていた界面活性物質が溶け込む。

このようにして界面活性物質が溶け込んだ循環水は，圧縮空気と共にセパレータレシーバタンク２０に導入され，セパレータレシーバタンク２０内で分離されてリターン回路３２を介して圧縮機本体１０の給水口１２に戻されるが，このときにリターン回路３２に設けられた容器４２内を通過する。

この容器４２は，前述したように吸着剤（本実施形態では活性炭）を収容しており，容器４２内を通過する際に循環水中の有機溶剤等の界面活性物質は，活性炭が持つ微細孔に吸着されて除去される。

このような吸着による除去は，分子の持つ引力によって行われるため，分子量の多い有機溶剤等の界面活性物質は吸着され易く，界面活性物質の高い吸着，除去能を発生する。

従って，このように構成された水循環式コンプレッサ１を，前述したように界面活性物質を含む空気が存在する環境下で使用したとしても，循環水を泡立たせる程に界面活性物質は蓄積されず，循環水の泡立ちを好適に防止することができる。

水循環式コンプレッサ１の運転を継続することにより，前述の容器４２内に収容されたエレメントの外筒が目詰まりすると，この目詰まりによって容器４２を通過する循環水の流量が制限されて，容器４２の一次側と二次側とでリターン回路３２内を流れる循環水の圧力差が徐々に拡大する。

そして，一次側と二次側との圧力差が所定値（本実施形態にあっては，0.15MPa）に達すると，この容器４２に対して並列に設けられた検知手段である圧力スイッチ６３が作動して検知信号を出力する。

この圧力スイッチ６３が出力した検知信号に基づいて，表示手段７０である例えば制御盤等に設けられた警告灯が点灯し，容器４２内のエレメントの外筒に目詰まりが生じたことが表示される。従って，オペレータはこの表示に従って容器４２，または容器４２内に収容されたエレメントの外筒等の交換など必要な処理を行う。

なお，上述のように，エレメントの外筒にゴミを捕捉したことにより目詰まりが生じ，圧損が高くなったことを圧力スイッチ６３で検出し，これによりエレメントの寿命（交換時期）を知らせ，エレメントを交換すると内部に充填されている吸着剤である活性炭も一緒に交換され，活性炭の交換も同時に行うことができる。なお，コンプレッサの通常の取扱いにおいては，エレメントは目詰まりが生じていなくても８０００時間毎に交換するようにし，活性炭の微細孔が界面活性物質で目詰まりすることを防止している。

以上説明した泡立ち防止のための構成を備えた本発明の水循環式コンプレッサは，界面活性物質を空気中に含む環境下で使用するに適したものであり，例えば，塗装が行われている現場，塗料・インキ等の製造工場，化学プラント，石油化学工場，酒造工場等であって，油分を含まない清浄な空気の供給が必要とされる各種空気作業機等に対する圧縮空気の供給源として使用するに適する。

本発明の水循環式コンプレッサの全体構成図。

符号の説明

１ 水循環式コンプレッサ
１０ 圧縮機本体
１１ 吐出口
１２ 給水口
２０ セパレータレシーバタンク
３１ 吐出回路
３２ リターン回路
３３ 排水回路
４１ ラジエータ
４２ 容器
４４ フィルタ
４３ 開閉弁
４５ 純水器
４６，４７，４９ 電磁開閉弁
４８ 逆止弁
５０ 給水回路
５１ 導入部（給水回路５０の）
５２ 補水用給水回路
５３ タンク用給水回路
６２ レベルスイッチ
６３ 圧力スイッチ
７０ 表示手段
ＡＦ エアフィルタ

Claims (4)

1. 吸入空気を循環水と共に圧縮する圧縮機本体と，前記圧縮機本体の吐出口と連通し，圧縮機本体より吐出された圧縮空気と循環水とを導入して圧縮空気と循環水とに分離・貯溜するセパレータレシーバタンクを備え，前記圧縮機本体とセパレータレシーバタンク間で前記循環水の循環系が形成された水循環式コンプレッサにおいて，
   前記循環系内を循環する循環水を，界面活性物質の吸着能を有する吸着剤を収容した容器内に導入すると共に通過させて，前記循環水中の界面活性物質を除去することを特徴とする水循環式コンプレッサにおける循環水の泡立ち防止方法。
2. 前記吸着剤として活性炭を使用することを特徴とする請求項１記載の水循環式コンプレッサにおける循環水の泡立ち防止方法。
3. 吸入空気を循環水と共に圧縮する圧縮機本体と，前記圧縮機本体の吐出口と連通し，圧縮機本体より吐出された圧縮空気と循環水とを導入して圧縮空気と循環水とに分離・貯溜するセパレータレシーバタンクを備え，前記圧縮機本体とセパレータレシーバタンク間で前記循環水の循環系が形成された水循環式コンプレッサにおいて，
   前記セパレータレシーバタンクで分離された循環水を前記圧縮機本体に常時供給する回路中に，該循環水が通過する空間を備えた容器を設けると共に，該容器内に界面活性物質の吸着能を有する吸着剤を収容し，前記循環水を前記容器内に導入すると共に通過させて，該循環水の泡立ちを防止したことを特徴とする水循環式コンプレッサ。
4. 前記吸着剤が活性炭であることを特徴とする請求項３記載の水循環式コンプレッサ。

Images