JP5470467B2 - 鉄道車両用空気圧縮装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両に設置され、この鉄道車両において用いられる圧縮空気を生成する鉄道車両用空気圧縮装置に関する。

鉄道車両においては、その鉄道車両にて用いられる圧縮空気を生成する鉄道車両用空気圧縮装置が設置される。このような鉄道車両用空気圧縮装置として用いることができる装置として、特許文献１に開示された油冷式空気圧縮機が知られている。特許文献１に開示された油冷式空気圧縮機は、油を伴った空気を圧縮した後に圧縮空気から油を分離して圧縮空気を生成する空気圧縮装置として構成されている。これにより、この空気圧縮装置は、圧縮熱の除去、油膜によるシール及び潤滑を行うことができるように構成されている。

油を用いて圧縮空気を生成する特許文献１に開示されているような空気圧縮装置においては、油タンクを有する油回収器、油タンクに回収された油を冷却するオイルクーラー、油温調整弁、等が設けられる。油回収器は、圧縮機において油を伴って圧縮された圧縮空気が誘導されて油を油タンクに回収するとともに、圧縮機に油を供給する油供給経路に連通するように構成される。油温調整弁は、油タンク内の油の温度（油温）を調整するために、油タンク内の油温に応じてオイルクーラーに油を循環させる状態と油の循環を規制する状態とのいずれかの状態に切り替えるように構成される。尚、特許文献１においては、上記の油回収器としての油分離器３が開示され、上記のオイルクーラーとしての油冷却器５が開示され、上記の油温調整弁としての油温調整弁５１が開示されている。また、この油温調整弁５１として、バイメタル機構等が用いられて油温に応じて独立して作動するものが開示されている。

特開平８−３１９９７６号公報

特許文献１に開示されているような空気圧縮装置においては、油は冷却と潤滑のために必須のものである。そして、このような空気圧縮装置が鉄道車両用空気圧縮装置として用いられる場合、油量が適切なレベルにあるかどうかについてのチェックが定期的に行われ、例えば鉄道車両の運行後に行われる。この場合、作業者が、油回収器に設置されて油タンク内の油面の位置を計測可能な油面計によって油面を確認し、必要に応じて油を補給することになる。

しかしながら、特許文献１に開示されているような油を用いて圧縮空気を生成する空気圧縮装置においては、前述のように、油タンク内の油温を調整するための機構として、オイルクーラーや油温調整弁が設けられる。このため、空気圧縮装置の運転を停止させた場合、運転を停止した時点における油の温度や油温調整弁の作動状態によっては、オイルクーラーと、オイルクーラー及び油タンクとを連通する経路とに滞留する油によって、油タンクへの油の回収量が変動してしまうことになる。よって、作業者が、油の補給が必要か否かを判断するために鉄道車両用空気圧縮装置の運転を停止させて油面計によって油タンク内の油面の位置を確認する場合、装置内を循環する油の合計量が同じであっても運転を停止した時点における油の温度や油温調整弁の作動状態によって油面の位置が変動してしまうことになる。このため、作業者は、油の補給が必要か否かを的確に判断することが難しいという問題がある。

本発明は、上記実情に鑑みることにより、油の補給が必要か否かを容易且つ的確に判断することが可能な鉄道車両用空気圧縮装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための第１発明に係る鉄道車両用空気圧縮装置は、鉄道車両に設置され、当該鉄道車両において用いられる圧縮空気を生成する鉄道車両用空気圧縮装置であって、外部から吸い込んだ空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機に油を供給する油供給経路と、油タンクを有し、前記圧縮機において油を伴って圧縮された圧縮空気が誘導され、誘導された圧縮空気から油を分離して前記油タンクに回収するとともに、前記油供給経路に連通する油回収器と、前記油タンクに回収された油を冷却するオイルクーラーと、前記油タンク内の油の温度である油温に応じて前記オイルクーラーに油を循環させる状態と油の循環を規制する状態とのいずれかの状態に切り替えて当該油温を調整する油温調整弁と、を備えている。そして、第１発明に係る鉄道車両用空気圧縮装置は、前記油温調整弁が、前記油回収器に対して連通する第１ポート、前記オイルクーラーにおいて冷却される油が前記油回収器から流入する前記オイルクーラーの流入部に対して連通する第２ポート、前記オイルクーラーにおいて冷却された油が流出する前記オイルクーラーの流出部に対して連通する第３ポート、及び、前記圧縮機に対して連通する第４ポートが設けられた本体部と、前記本体部の内側でスライド移動自在に設置され、前記第１ポート及び前記第２ポートを連通させるとともに前記第３ポート及び前記第４ポートを連通させることで前記オイルクーラーに油を循環させる循環位置と、前記第３ポートに連通する前記第４ポートに対して前記第１ポートを連通させることで前記オイルクーラーへの油の循環を規制する規制位置と、の間で位置を切り替えられる弁体と、前記油温に応じて独立して作動し、前記循環位置と前記規制位置との間で前記弁体の位置を切り替えるように当該弁体を駆動する弁体駆動部と、前記弁体が前記規制位置のときに前記第２ポートを前記第１ポートに連通させる規制位置連通部と、を有していることを特徴とする。

この発明によると、油を伴った空気を圧縮した後に圧縮空気から油を分離して圧縮空気を生成する装置として構成される鉄道車両用空気圧縮装置において、油温調整弁により、油タンク内の油温に応じてオイルクーラーに油を循環させる状態と油の循環を規制する状態とのいずれの状態に切り替えられる。このため、油温が高温になると油の冷却が行われ、油温が調整されることになる。そして、油温調整弁は、油温に応じて独立して作動する自立式の弁体駆動部によって弁体の位置が循環位置と規制位置との間で切り替えられる。これにより、鉄道車両用空気圧縮装置の運転中においては、循環位置の状態では、油回収器側とオイルクーラーの流入部側が接続されるとともに、オイルクーラーの流出部側と圧縮機側とが接続され、油の冷却が行われる。そして、規制位置では、油回収器側と圧縮機側とが接続され、オイルクーラーへの油の循環が規制される。

一方、鉄道車両用空気圧縮装置の運転が停止した後は、停止タイミングでの弁体の位置が循環位置であっても、油温の低下に伴う自立式の弁体駆動部の作動によって、弁体の位置が規制位置へと切り替えられることになる。このとき、油温調整弁には規制位置連通部が設けられているため、第２ポートと第１ポートとが連通した状態が維持されることになる。このため、鉄道車両用空気圧縮装置の運転停止後は、少なくとも暫く時間が経過して油温が低下した後は、第１ポートが第２ポート及び第３ポートに連通した状態が維持されることになる。これにより、オイルクーラーの流入部側及び流出部側が油回収器側に連通した状態が維持され、圧縮機の運転も停止していることから、オイルクーラーと、オイルクーラー及び油タンクとを連通する経路とに油が滞留することが抑制され、油が油タンクへと回収されることになり、油の回収量が変動してしまうことが抑制される。よって、作業者が油面計によって油タンク内の油面を確認する際に、装置内を循環する油の合計量が同じであれば、運転を停止した際における油温調整弁の作動状態によって油面の位置が変動してしまうことが抑制され、安定したほぼ同じ油面の位置に収束することになる。このため、作業者は、油の補給が必要か否かを容易且つ的確に判断することができる。尚、規制位置連通部は、弁体に一体に設けられる機構であってもよく、また、弁体とは独立して作動可能に設けられる機構であってもよい。

従って、本発明によると、油の補給が必要か否かを容易且つ的確に判断することが可能な鉄道車両用空気圧縮装置を提供することができる。

第２発明に係る鉄道車両用空気圧縮装置は、第１発明の鉄道車両用空気圧縮装置において、前記規制位置連通部は、前記弁体に形成された貫通孔として設けられ、前記貫通孔における一方の開口は、前記弁体が前記規制位置のときに前記第２ポートに対向し、前記弁体が前記循環位置のときに前記第２ポートと前記第３ポート又は第４ポートとの間に設けられた前記本体部における壁部によって遮蔽されることを特徴とする。

この発明によると、規制位置連通部が、弁体に形成された貫通孔として設けられる。このため、簡素な構造で容易に規制位置連通部を構築することができる。尚、貫通孔として設けられた規制位置連通部における一方の開口は、規制位置でのみ第２ポートに連通し、循環位置では第２ポートと第３又は第４ポートとの間の壁部によって遮蔽される。このため、循環位置において、規制位置連通部としての貫通孔によって第１ポートと第３ポート及び第４ポートとが連通してしまうことが防止され、油回収器側がオイルクーラーの流出部側及び圧縮機側に連通して油のオイルクーラーへの循環が阻害されてしまうことが防止されることになる。

本発明によると、油の補給が必要か否かを容易且つ的確に判断することが可能な鉄道車両用空気圧縮装置を提供することができる。

本発明の一実施の形態に係る鉄道車両用空気圧縮装置のシステム構成を模式的に示す系統図である。 図１に示す鉄道車両用空気圧縮装置における油温調整弁を介した油の流動経路を説明するための模式図である。 図２に示す油温調整弁を示す図である。 図１に示す鉄道車両用空気圧縮装置における油温調整弁の作動を説明するための模式図である。 図１に示す鉄道車両用空気圧縮装置における油温調整弁の作動を説明するための模式図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。尚、本実施形態は、鉄道車両に設置されてこの鉄道車両において用いられる圧縮空気を生成する鉄道車両用空気圧縮装置であって、油を伴った空気を圧縮した後に圧縮空気から油を分離して圧縮空気を生成する鉄道車両用空気圧縮装置において広く適用することができる。

図１は、本発明の一実施の形態に係る鉄道車両用空気圧縮装置１（以下、単に「空気圧縮装置１」ともいう）のシステム構成を模式的に示す系統図である。図１に示す空気圧縮装置１は、図示しない鉄道車両に設置される。そして、この空気圧縮装置１において生成された圧縮空気は、鉄道車両において制動機器等の空圧機器を作動させるために用いられる。尚、この空気圧縮装置１は、例えば、鉄道車両の編成における各車両に設置される。

図１に示す空気圧縮装置１は、収容ケース１１、圧縮機１２、圧縮機駆動部１３、カップリング１４、カップリングケース１５、冷却ファン１６、アフタークーラー１７、空気吸込み部１８、圧縮空気送出部１９、油供給経路２０、油回収器２１、油分離エレメント２２、水油用分離器２３、除湿器２４、オイルクーラー２５、油温調整弁２６、油面計２７、等を備えて構成されている。

そして、空気圧縮装置１は、空気吸込み部１８から吸い込んだ空気を圧縮機１２で圧縮し、アフタークーラー１７で冷却した後に、圧縮空気送出部１９から圧縮空気として送出する装置として構成されている。また、空気圧縮装置１は、油供給経路２０、油回収器２１、油分離エレメント２２、水油用分離器２３、オイルクーラー２５、油温調整弁２６、等を備えることで、油を伴った空気を圧縮した後に圧縮空気から油を分離して圧縮空気を生成する装置として構成されている。これにより、圧縮熱の除去、油膜によるシール及び潤滑を行うことができるように構成されている。以下、空気圧縮装置１における各構成要素について、詳しく説明する。

収容ケース１１は、圧縮機１２、圧縮機駆動部１３、カップリングケース１５、冷却ファン１６、アフタークーラー１７、油供給経路２０、油回収器２１、油分離エレメント２２、水油用分離器２３、除湿器２４、オイルクーラー２５、等を収容する箱状の筐体として設けられている。そして、この収容ケース１１には、その壁部において空気吸込み部１８と圧縮空気送出部１９とが設置されている。

収容ケース１１に設置される空気吸込み部１８は、圧縮機１２で圧縮される空気（外気）を吸い込むための機構として設けられ、圧縮機１２に連通するように設けられている。そして、この空気吸込み部１８には、吸い込まれる空気が通過する際に砂塵等の粉塵の通過を抑制する吸込みフィルタ１８ａが設けられている。また、圧縮空気送出部１９は、アフタークーラー１７で冷却された圧縮空気を送出する機構として設けられている。そして、この圧縮空気送出部１９は、収容ケース１１の外部に設置されて圧縮空気を貯留する図示しないエアタンク（圧縮空気溜め）に対して生成された圧縮空気を供給するように収容ケース１１から外部に向かって延びる配管系統として設けられている。

また、収容ケース１１には、冷却ファン１６によって発生する冷却空気の流れの上流側に位置する壁部において、フィルタ部２８が設置されている。このフィルタ部２８は、例えば、収容ケース１１に取り付けられた金網として設けられている。そして、冷却ファン１６が回転することで、冷却空気となる外気がフィルタ部２８を介して吸い込まれることになる。尚、図１においては、吸い込まれた外気の流れや乾燥した状態の空気の流れについては、白抜きで外形のみの状態の太い矢印で示されている。また、油滴、水滴、水蒸気を含む空気の流れについては、斜線のハッチングを付した状態の太い矢印で示されている。また、油の流れについては、細い矢印で示されている。

圧縮機１２は、空気吸込み部１８に連通し、空気吸込み部１８を介して外部から吸い込んだ空気を圧縮するように構成されている。尚、圧縮機１２は、圧縮機本体に一体的に形成された吸込み弁２９を介して空気吸込み部１８に連通するように構成されている。吸込み弁２９は、弁体と、この弁体が着座及び離座が可能な弁座と、弁体を弁座に着座させる方向に付勢するバネと、を備えて構成されている。そして、圧縮機１２が作動して圧縮機１２側が負圧となることで外気の圧力によって弁体がバネのバネ力に抗して弁座から離座し、圧縮機１２内に空気が吸い込まれることになる。

また、圧縮機１２は、例えば、互いに逆方向に回転して空気を圧縮する一対のスクリューを有するスクリュー式の空気圧縮機として設けられている。スクリューが配置される圧縮機本体の内部では、吸込み弁２９に連通する部分から油回収器２１に連通する部分にかけて空気の圧力が上昇することになる。尚、本実施形態では、圧縮機１２が、スクリュー式の空気圧縮機として設けられる場合を例にとって説明したが、この通りでなくてもよい。圧縮機１２が、スクロール式の空気圧縮機、或いは、圧縮機駆動部１３からの回転駆動力がクランク軸を介して往復駆動力に変換されて伝達されて駆動されるレシプロ式の空気圧縮機、等として設けられていてもよい。

圧縮機駆動部１３は、電動モータ１３ａを有し、圧縮機１２を回転駆動する駆動機構として設けられている。尚、本実施形態では、圧縮機駆動部１３が、電動モータ１３ａのみで減速機部分が設けられていない駆動機構として設けられている場合を例示しているが、この通りでなくてもよい。即ち、圧縮機駆動部１３が、電動モータ１３ａに連結される減速機部分を備える減速機付モータとして設けられていてもよい。

カップリング１４は、圧縮機駆動部１３と圧縮機１２とを連結して圧縮機駆動部１３の駆動力を圧縮機１２に伝達するように構成されており、例えば、軸継手として設けられている。カップリングケース１５は、カップリング１４を収容する箱状体として設けられている。そして、カップリングケース１５は、圧縮機１２と圧縮機駆動部１３との間に配置されるとともに、これらの圧縮機１２及び圧縮機駆動部１３に対して結合されている。

冷却ファン１６は、圧縮機駆動部１３に対して、カップリング１５が連結される側と反対側の端部において取り付けられている。この冷却ファン１６は、軸流ファンとして設けられ、プロペラ部とこのプロペラ部の周囲に設置される筒状のケース部（図示せず）とを備えて構成されている。そして、冷却ファン１６は、電動モータ１３ａの回転軸の駆動力がカップリング側と反対側でプロペラ部に伝達されるように設置されている。このように、冷却ファン１６は、電動モータ１３ａからの駆動力によって回転駆動され、これにより、フィルタ部２８から吸い込まれる空気による冷却空気の流れを発生させるように構成されている。尚、本実施形態では、冷却ファン１６が軸流ファンである場合を例示しているが、この通りでなくてもよく、シロッコファン等の他の形態の冷却ファンを用いることもできる。

アフタークーラー１７は、圧縮機１２で圧縮されて圧縮熱が残っている圧縮空気を冷却する熱交換器として設けられている。このアフタークーラー１７は、冷却ファン１６に対して、この冷却ファン１６によって発生する冷却空気の流れの上流側に配置されている（尚、図１は、模式的に示す系統図であり、収容ケース１１内でのアフタークーラー１７の配置を特定するものではない）。これにより、アフタークーラー１７が冷却ファン１６によって発生する冷却空気によって外部から冷却され、更に、アフタークーラー１７の内部を通過する圧縮空気が冷却されることになる。尚、アフタークーラー１７は、オイルクーラー２５と一体的に結合されて形成されている。また、アフタークーラー１７は、冷却ファン１６に対して、この冷却ファン１６によって発生する冷却空気の流れの下流側に配置されていてもよい。

油回収器２１は、油入り圧縮空気吐出経路２１ａと、油タンク２１ｂとを備えて構成されている。油入り圧縮空気吐出経路２１ａは、圧縮機１２と油タンク２１ｂとに連通する経路として設けられている。圧縮機１２において油を伴って圧縮された圧縮空気は、油入り圧縮空気吐出経路２１ａを介して油タンク２１ｂに誘導され、圧縮空気とともに油入り圧縮空気吐出経路２１ａから吐出された油が、油タンク２１ｂに回収されることになる。

また、油入り圧縮空気吐出経路２１ａにおける油タンク２１ｂ内での吐出部分には分離機３０が設置されている。油を伴った圧縮空気が油入り圧縮空気吐出経路２１ａを通過して誘導されてその吐出部分から吐出されると、分離機３０によって圧縮空気から油が分離されて油タンク２１ｂ内で飛散しながら重力で落下して油タンク２１ｂ内に回収されることになる。そして、油タンク２１ｂ内は、回収された油３１が貯留された状態となる。

油面計２７は、油回収器２１における油タンク２１ｂに設置されている。そして、油タンク２１ｂ内の油３１の油面の位置を計測可能な計測手段として設けられている。油タンク２１ｂ内の油面を確認する作業者は、この油面計２７によって油面の位置を確認することになる。尚、油面計２７としては、種々の形態の油面計を用いることができる。例えば、油面位置を外部から作業者が視認可能な窓部として設けられた油面計、フロート式の油面計、超音波式の油面計、圧力式の油面計、等を用いることができる。

また、油タンク２１ｂには、油タンク２１ｂ内の油３１の温度（油温）を検知する温度センサとしての温度スイッチ３２が設置されている。この温度スイッチ３２は、検知した油温が所定の上限温度以上となると装置全体を強制停止させるための信号を出力する温度センサとして設けられている。

油供給経路２０は、油回収器２１の油タンク２１ｂと圧縮機１２とに連通するように設置されており、圧縮機１２に油タンク２１ｂから油を供給する経路として設けられている。油供給経路２０は、圧縮機１２における圧縮機本体に対して、吸込み弁２９に連通する吸い込み側であって圧力が低い低圧側に連通している。また、油供給経路２０は、油タンク２１ｂに対して、油タンク２１ｂ内の油３１の油面よりも低い位置で連通するように構成されている。このように油供給経路２０が圧縮機１２及び油タンク２１ｂに連通しているため、油入り圧縮空気吐出経路２１ａから吐出された圧縮空気が油３１の油面を押し下げることで、油供給経路２０を介して圧縮機１２に油が供給されることになる。尚、油供給経路２０の途中には、フィルタ要素としての油チリコシ２０ａが配置されており、油タンク２１ｂ内の異物（例えば、劣化した油が凝集したスカム状の物質等）が圧縮機１２内に供給されてしまうことが防止されている。

油分離エレメント２２は、油回収器２１の油タンク２１ｂとアフタークーラー１７とを連通する経路に配置されており、圧縮機１２において油を伴って圧縮されて油回収器２１を通過した圧縮空気から更に油を分離するフィルタ要素を備えて構成されている。この油分離エレメント２２において、油回収器２１において回収されなかった細かい油滴が圧縮空気から分離されることになる。

また、油分離エレメント２２からは、圧縮機連通路３３が、圧縮機１２又は吸込み弁２９に向かって延びるように設けられている。この圧縮機連通路３３は、油分離エレメント２２のハウジング部分の内部における下部と圧縮機１２とを連通するように設置されており、油分離エレメント２２で分離された油が圧縮空気によって押し上げられて圧縮機１２に供給されるように構成されている。尚、圧縮機連通路３３には、圧縮空気の通過量を抑制するための絞りが設置されている。

また、油分離エレメント２２とアフタークーラー１７とを連通する経路には、所定の圧力以上の圧縮空気のアフタークーラー１７側への通過を許容する保圧逆止弁３４と、圧縮空気の圧力が所定の過大な圧力以上になったときに外部に対して圧縮空気を逃がすための安全弁３５と、が設けられている。

水油用分離器２３は、アフタークーラー１７と除湿器２４とを連通する経路に配置されており、アフタークーラー１７で冷却された圧縮空気から水分と油分とを分離する複数のフィルタ要素を備えて構成されている。この水油用分離器２３において、圧縮空気から水分が分離されるとともに、油分離エレメント２２において分離されなかった微量の油分も圧縮空気から分離されることになる。尚、水油用分離器２３において分離された水分等は、ドレン弁３６から排出されることになる。

除湿器２４は、水油用分離器２３と圧縮空気送出部１９との間に配置され、水油用分離器２３で水分と油分とが分離された圧縮空気に対して更に除湿を行う乾燥剤が含まれたフィルタ要素あるいは中空糸膜方式の除湿を行うフィルタ要素を備えて構成されている。この除湿器２４において、圧縮空気送出部１９から送出される圧縮空気に対する最終的な除湿が行われることになる。尚、除湿器２４と圧縮空気送出部１９とを連通する経路には、所定の圧力以上の圧縮空気の圧縮空気送出部１９側への通過を許容する逆止弁３７が、図示しないエアタンク（圧縮空気溜め）からの圧縮空気の逆流防止のために設けられている。

オイルクーラー２５は、油供給経路２０における油タンク２１ｂ側と圧縮機１２側とに対して油温調整弁２６を介して連通するように設けられ、油タンク２１ｂ内の油を冷却して油供給経路２０に供給可能な熱交換器として設けられている。このオイルクーラー２５は、前述のように、アフタークーラー１７と一体的に結合されて形成されている。また、オイルクーラー２５は、冷却ファン１６に対して冷却空気の流れの上流側であって油回収器２１よりも上方に配置されている（尚、図１は、模式的に示す系統図であり、収容ケース１１内でのオイルクーラー２５の配置を特定するものではない）。そして、オイルクーラー２５が冷却ファン１６によって発生する冷却空気によって外部から冷却されることで、オイルクーラー２５の内部を通過する油が冷却されることになる。尚、オイルクーラー２５は、冷却ファン１６に対して冷却空気の流れの下流側に配置されていてもよい。

上記のように、オイルクーラー２５は、油供給経路２０に対して、油タンク２１ｂに連通する側と圧縮機１２に連通する側との２箇所において油温調整弁２６を介して連通するように設けられている。これにより、オイルクーラー２５は、油タンク２１ｂから油供給経路２０に流入した油を油供給経路２０から油温調整弁２６を介して分岐する油経路３８ａを経て取り込んで冷却し、その冷却した油を油経路３８ｂを経て油温調整弁２６を介して油供給経路２０に戻すように構成されている。尚、オイルクーラー２５での冷却を経て油供給経路２０に戻る油の流動は、油入り圧縮空気吐出経路２１ａから吐出された圧縮空気が油３１の油面を押し下げることで行われる。

図２は、空気圧縮装置１における油温調整弁２６を介した油の流動経路を説明するための模式図であり、油温調整弁２６、圧縮機１２、油回収器２１及びオイルクーラー２５を示している。尚、図２の模式図においては、オイルクーラー２５の例示として、流入した油が仕切壁２５ａをオーバーフローしながら冷却されて流出する構造のオイルクーラー２５が模式的に図示されている。また、図２においては、油温調整弁２６については、断面図として図示されるとともに一部の要素については外形が図示されている。

ここで、油温調整弁２６について詳しく説明する。図２に示すように、油温調整弁２６は、油供給経路２０と油経路３８ａ及び油経路３８ｂとが連通する箇所に設けられている。これにより、油温調整弁２６は、油回収器２１と、オイルクーラー２５において冷却される油が油回収器２１から流入するオイルクーラー２５の流入部２５ｂと、オイルクーラー２５において冷却された油が流出するオイルクーラー２５の流出部２５ｃと、圧縮機１２とに対して連通するように設けられている。

図１及び図２に示す油温調整弁２６は、油タンク２１ｂ内の油の温度である油温に応じてオイルクーラー２５に油を循環させる状態と油の循環を規制する状態とのいずれかの状態に切り替えて油温を調整する弁機構として設けられている。そして、この油温調整弁２６は、本体部３９、弁体４０、弁体駆動部４１、規制位置連通部４２、等を備えて構成されている。尚、この油温調整弁２６の作動により、油タンク２１ｂ内の油温が制御され、油温が高すぎることによる油の酸化が防止されることになる。

図３は、図２に示す油温調整弁２６を拡大して示す図である。図２及び図３に示すように、本体部３９は、弁体４０が配置される内部空間と、この内部空間に連通する第１ポート４３ａ、第２ポート４３ｂ、第３ポート４３ｃ及び第４ポート４３ｄとが設けられたブロック状の構造体として構成されている。尚、本体部３９は、１つの部材で構成されていてもよく、また、図３に示すように、複数の部材が一体に組み合わされて構成されていてもよい。

第１ポート４３ａは、油供給経路２０を介して油回収器２１に対して連通するように構成されている。第２ポート４３ｂは、油経路３８ａを介してオイルクーラー２５の流入部２５ｂに対して連通するように構成されている。第３ポート４３ｃは、油経路３８ｂを介してオイルクーラー２５の流出部２５ｃに対して連通するように構成されている。第４ポート４３ｄは、油供給経路２０を介して圧縮機１２に対して連通するように構成されている。

弁体４０は、例えば、一体化された二重筒状の構造体として設けられている。そして、この弁体４０には、内側に配置された内筒部４０ａと、内筒部４０ａの外側に配置された外筒部４０ｂと、内筒部４０ａ及び外筒部４０ｂを架橋するように連結する複数の架橋部４０ｃと、が設けられている。内筒部４０ａは、例えば、一方の端部側から他方の端部側にかけて段階的に縮径する筒状に形成されている。外筒部４０ｂは、例えば、内筒部４０ａと同心状に配置されるとともに、内筒部４０ａに対してその軸方向において一方側に偏った位置に配置されている。

また、架橋部４０ｃは、例えば、内筒部４０ａの外周から径方向の外側に向かって放射状に延びるように突出するとともに、内筒部４０ａの周方向における略均等角度の位置で突出するように複数設けられている。そして、各架橋部４０ｃは、一方の端部が内筒部４０ａの外周に一体に形成され、他方の端部が外筒部４０ｂの内周に一体に形成されている。このため、内筒部４０ａと外筒部４０ｂとは複数の架橋部４０ｃを介して一体に連結されるとともに、隣り合う架橋部４０ｃの間には油が流動可能な空間が設けられている。

この弁体４０は、本体部３９の内側でスライド移動自在に設置されている。そして、弁体４０は、オイルクーラー２５に油を循環させる循環位置と、オイルクーラー２５への油の循環を規制する規制位置と、の間で位置を切り替えられるように構成されている。図４は、油温調整弁２６の作動を説明するための模式図であり、弁体４０が循環位置に位置した状態を示している。一方、図２は、弁体４０が規制位置に位置した状態を示している。

上記の循環位置と規制位置との間での弁体４０の位置の切り替えは、後述の弁体駆動部４１によって行われる。そして、図４に示すように、弁体４０は、循環位置に位置した状態では、第１ポート４３ａ及び第２ポート４３ｂを連通させるとともに第３ポート４３ｃ及び第４ポート４３ｄを連通させることで、オイルクーラー２５に油を循環させるように構成されている。

図４では、弁体４０が循環位置のときにおける油が循環する経路が、複数の矢印Ｃで示されている。弁体４０が循環位置のときは、圧縮機１２から圧縮空気とともに吐出された油は、油入り圧縮空気吐出経路２１ａを経て油タンク２１ｂに回収される。そして、前述のように、圧縮空気が油タンク２１ｂ内の油の油面を押し下げることに伴って、油は、油タンク２１ｂから油温調整弁２６を経てオイルクーラー２５の流入部２５ｂへと流動する。このとき、油は、油温調整弁２６に対して第１ポート４３ａから流入し、内筒部４０ａと外筒部４０ｂとの間の空間を流動した後、第２ポート４３ｂから油経路３８ａへと流出する。更に、油は、オイルクーラー２５内で冷却されて流出部２５ｃから流出し、油温調整弁２６を経て圧縮機１２に吸い込まれる。このとき、油は、油温調整弁２６に対して第３ポート４３ｃから流入し、本体部３９内における外筒部４０ｂの外側の空間を流動した後、第４ポート４３ｄから油供給経路２０へと流出する。

尚、図４に示す循環位置では、弁体４０の外筒部４０ｂにおける外周側面４０ｄ（図３及び図４を参照）の一端側は、本体部３９において第１ポート４３ａと第３ポート４３ｃ及び第４ポート４３ｄとの間の壁面として設けられた第１内周シール面３９ａに対して密着する位置に位置している。そして、外周側面４０ｂの他端側は、本体部３９において第２ポート４３ｂと第３ポート４３ｃ及び第４ポート４３ｄとの間の壁面として設けられた第２内周シール面３９ｂに対して密着する位置に位置している。これにより、弁体４０が循環位置のときは、第１ポート４３ａ及び第２ポート４３ｂが連通する油の経路と、第３ポート４３ｃ及び第４ポート４３ｄが連通する油の経路とが、本体部３９の第１及び第２内周シール面（３９ａ、３９ｂ）と外筒部４０ｂの外周側面４０ｄとによってシールされることで、互いに遮断されることになる。

また、図２に示すように、弁体４０は、規制位置に位置した状態では、第３ポート４３ｃに連通する第４ポート４３ｄに対して第１ポート４３ａを連通させることで、オイルクーラー２５への油の循環を規制するように構成されている。

図２では、圧縮機１２の運転中であって弁体４０が規制位置のときにおける油が循環する経路が、複数の矢印Ａで示されている。弁体４０が規制位置のときは、圧縮機１２から圧縮空気とともに吐出された油は、油入り圧縮空気吐出経路２１ａを経て油タンク２１ｂに回収される。そして、圧縮空気が油タンク２１ｂ内の油の油面を押し下げることに伴って、油は、油タンク２１ｂから油温調整弁２６を経て流動し、圧縮機１２に吸い込まれる。このとき、第１内周シール面３９ａと外周側面４０ｂとは離間しており、油は、油温調整弁２６に対して第１ポート４３ａから流入し、第１内周シール面３９ａと外筒部４０ｂとの間の空間を流動した後、第４ポート４３ｄから油供給経路２０へと流出する。

また、図２に示す規制位置では、外筒部４０ｂの外周側面４０ｄは、第１内周シール面３９ａに対しては離間し、第２内周シール面３９ｂに対しては密着する位置に位置している。そして、外筒部４０ｂにおける第１ポート４３ａとは反対側の端部の端面４０ｅ（図３を参照）は、本体部３９において第２ポート４３ｂに対応する位置で突出する筒状の部分の端部の端面３９ｃに対して密着して当接する位置に位置している。

尚、上述の規制位置では、第２ポート４３ｂについては、後述の規制位置連通部４２を介して第１及び第４ポート（４３ａ、４３ｄ）に連通しており、第３ポート４３ｃについても、第１及び第４ポート（４３ａ、４３ｄ）に連通している。このため、油温調整弁２６とオイルクーラー２５との間の油経路３８ａ及び油経路３８ｂにおいては、図２にて両端矢印Ｂで示すように、油の圧力が平衡した状態が維持されることになる。

弁体駆動部４１は、油タンク２１ｂ内の油３１の温度である油温に応じて独立して作動し、循環位置と規制位置との間で弁体４０の位置を切り替えるように弁体４０を駆動する機構として設けられている。そして、この弁体駆動部４１は、図２乃至図４に例示するように、バネ４４と、温度によって体積変化するバイメタル機構が内蔵された軸部４５とを備え、温度によって作動する自立式の駆動機構として構成されている。

バネ４４は、例えば、コイルバネとして設けられ、本体部３９の内部空間に配置されるとともに、弁体４０の外筒部４０ｂと内筒部４０ａとの間に配置されている。そして、バネ４４は、一端側が第１ポート４３ａの周縁部分で本体部３９の内壁に当接し、他端側が架橋部４０ｃに対して当接している。これにより、バネ４４は、本体部３９内において弁体４０を第１ポート４３ａと反対側に向かって付勢している。

バイメタル機構が内蔵された軸部４５は、その一方の端部が本体部３９に取り付けられ、他方の端部が弁体４０に取り付けられている。そして、軸部４５における一方の端部は、本体部３９において第１ポート４３ａと反対側の内壁に形成された取り付け穴３９ｄに嵌め込まれて取り付けられている。そして、軸部４５における他方の端部は、内筒部４０ａの内側において内筒部４０ａに対して取り付けられている。また、軸部４５における内筒部４０ａ内に配置された部分は、油タンク２１ｂから流動してきた油３１に浸された状態に維持されている。これにより、軸部４５が油タンク２１ｂ内の油温に応じて作動するように構成されている。

また、軸部４５は、油タンク２１ｂ内の油温が所定の温度以下であれば、長さが短い状態となっている。このため、弁体４０は、バネ４４のバネ力により、本体部３９内において第１ポート４３ａと反対側に付勢され、図２に示す規制位置に切り替えられた状態が維持されることになる。これにより、油タンク２１ｂ内の油温が所定の温度以下の低温であれば、オイルクーラー２５への油の循環が規制され、オイルクーラー２５による油の冷却は行われないことになる。

一方、軸部４５は、油タンク２１ｂ内の油温が所定の温度を超えると、長さが長く伸びた状態となる。このため、弁体４０は、バネ４４のバネ力に抗して伸びる軸部４５によって、本体部３９内において第１ポート４３ａ側に向かって付勢され、図４に示す循環位置に切り替えられることになる。これにより、油タンク２１ｂ内の油温が所定の温度を超えた高温であれば、オイルクーラー２５への油の循環が行われ、オイルクーラー２５による油の冷却が行われることになる。

図２乃至図４に示す規制位置連通部４２は、弁体４０が規制位置のときに第２ポート４３ｂを第１ポート４３ａに連通させる機構として設けられている。そして、本実施形態においては、規制位置連通部４２は、弁体４０の外筒部４０ｂにおいて外側と内側とを連通させるように貫通形成された貫通孔（以下、「貫通孔４２」ともいう）として構成されている。

図２及び図３に示すように、貫通孔４２における一方の開口は、弁体４０が規制位置のときに第２ポート４３ｂに対向するように配置される。このため、弁体４０が規制位置のときには、第２ポート４３ｂが貫通孔４２を介して第１ポート４３ａに連通した状態が維持されることになる。一方、図４に示すように、貫通孔４２における一方の開口は、弁体４０が循環位置のときには、第２ポート４３ｂと第３ポート４３ｃとの間に設けられた本体部３９における壁部４６によって遮蔽されるように配置される。即ち、貫通孔４２における一方の開口が、壁部４６における第２内周シール面３９ｂによって遮蔽された状態となる。

次に、上述した空気圧縮装置１の作動について説明する。空気圧縮装置１において圧縮空気が生成される運転が行われている状態では、まず、外気である空気が、圧縮機１２の作動によって発生する負圧によって、空気吸込み部１８から吸い込まれる。そして、吸い込まれた空気の圧力によって開いた状態の吸込み弁２９をこの吸い込まれた空気が通過し、圧縮機１２内に流入する。このとき、圧縮機１２には、前述したように、油供給経路２０から油が供給されており、圧縮機１２内において、吸い込まれた空気が油を伴って圧縮されることになる。

油を伴って圧縮された圧縮空気は、油入り圧縮空気吐出経路２１ａを通過し、更に分離機３０を経て油タンク２１ｂ内に吐出される。また、分離機３０で圧縮空気から分離された油は、油タンク２１ｂ内に回収されることになる。この回収された油は、油供給経路２０を経て圧縮機１２に対して供給されることになる。

油タンク２１ｂ内に吐出された圧縮空気は、油分離エレメント２２を通過し、更に油が分離されることになる。そして、油分離エレメント２２を通過した圧縮空気は、アフタークーラー１７へ誘導され、アフタークーラー１７において冷却される。更に、アフタークーラー１７で冷却された圧縮空気は、水油用分離器２３において水分と油分とが分離され、除湿器２４において更に除湿が行われ、圧縮空気送出部１９からエアタンクへと送出されることになる。

上記のように圧縮空気が生成される運転が行われている状態において、油タンク２１ｂ内の油温が所定の温度以下であれば、図２に示すように、油温調整弁２６の弁体４０が規制位置に位置した状態が維持されている。この状態では、前述のように、オイルクーラー２５への油の循環が規制され、オイルクーラー２５での油の冷却が行われず、油は、油回収器２１と圧縮機１２との間を循環することになる。

一方、油タンク２１ｂ内の油温が上昇して所定の温度を超えた高温の状態になると、前述のように、弁体駆動部４１によって弁体４０が駆動され、図４に示すように、弁体４０が循環位置に切り替えられる。この状態では、前述のように、油回収器２１からオイルクーラー２５を経て圧縮機１２へと至る経路にて油が循環し、オイルクーラー２５での油の冷却が行われることになる。

空気圧縮装置１において、圧縮空気を生成する上記の運転が終了すると、圧縮機１２の運転が停止される。この停止タイミングにおいて、油タンク２１ｂ内の油温が所定の温度以下の低温であれば、油温調整弁２６の弁体４０は規制位置に位置している。そして、圧縮機１２の運転が停止しており、油温が低温のままであるため、弁体４０が規制位置に位置した状態が維持される。一方、圧縮機１２の停止タイミングにおいて、油タンク２１ｂ内の油温が所定の温度を超えた高温であれば、弁体４０は循環位置に位置している。しかし、圧縮機１２の運転が停止されており、油温が低下するため、弁体駆動部４１の作動によって弁体４０の位置が循環位置から規制位置に切り替えられ、弁体４０が規制位置に位置した状態が維持されることになる。よって、空気圧縮装置１の運転が停止されると、少なくとも暫く時間が経過して油温が低下した後は、弁体４０の位置が規制位置に切り替えられた状態となる。

図５は、油温調整弁２６の作動を説明するための模式図であり、上述のように、圧縮機１２の運転が停止されて弁体４０が規制位置に位置した状態を示している。また、図５では、圧縮機１２の運転停止後における油の流動経路が、複数の矢印Ｄで示されている。圧縮機１２の運転が停止されて弁体４０が規制位置に位置した状態では、貫通孔４２の開口が第２ポート４３ｂに対向しており、第２ポート４３ｂと第１ポート４３ａとが連通した状態が維持されることになる。このため、油タンク２１ｂよりも上方に配置されたオイルクーラー２５からは、重力によって油が流出することになる。そして、油は、オイルクーラー２５の流出部２５ｃから流出するとともに、油冷却時とは逆にオイルクーラー２５の流入部２５ｂからも流出することになる。

オイルクーラー２５の流入部２５ｂから流出した油は、重力によって、油経路３８ａを経て、第２ポート４３ｂから貫通孔４２を介して外筒部４０ｂの内側に流入し、更に、第１ポート４３ａから流出して油供給経路２０を運転時とは逆に流動し、油タンク２１ｂへと回収されることになる。また、オイルクーラー２５の流出部２５ｃから流出した油は、重力によって、油経路３８ｂを経て、第３ポート４３ｃから本体部３９の内側に流入し、更に、第１ポート４３ａから流出して油供給経路２０を運転時とは逆に流動し、油タンク２１ｂへと回収されることになる。

以上説明したように、本実施形態によると、油を伴った空気を圧縮した後に圧縮空気から油を分離して圧縮空気を生成する装置として構成される鉄道車両用空気圧縮装置１において、油温調整弁２６により、油タンク２１ｂ内の油温に応じてオイルクーラー２５に油を循環させる状態と油の循環を規制する状態とのいずれの状態に切り替えられる。このため、油温が高温になると油の冷却が行われ、油温が調整されることになる。そして、油温調整弁２６は、油温に応じて独立して作動する自立式の弁体駆動部４１によって弁体４０の位置が循環位置と規制位置との間で切り替えられる。これにより、空気圧縮装置１の運転中においては、循環位置の状態では、油回収器２１側とオイルクーラー２５の流入部２５ｂ側が接続されるとともに、オイルクーラー２５の流出部２５ｃ側と圧縮機１２側とが接続され、油の冷却が行われる。そして、規制位置では、油回収器２１側と圧縮機１２側とが接続され、オイルクーラー２５への油の循環が規制される。

一方、空気圧縮装置１の運転が停止した後は、停止タイミングでの弁体４０の位置が循環位置であっても、油温の低下に伴う自立式の弁体駆動部４１の作動によって、弁体４０の位置が規制位置へと切り替えられることになる。このとき、油温調整弁２６には規制位置連通部４２が設けられているため、第２ポート４３ｂと第１ポート４３ａとが連通した状態が維持されることになる。このため、空気圧縮装置１の運転停止後は、少なくとも暫く時間が経過して油温が低下した後は、第１ポート４３ａが第２ポート４３ｂ及び第３ポート４３ｃに連通した状態が維持されることになる。これにより、オイルクーラー２５の流入部２５ｂ側及び流出部２５ｃ側が油回収器２１側に連通した状態が維持され、圧縮機１２の運転も停止していることから、オイルクーラー２５と、オイルクーラー２５及び油タンク２１ｂとを連通する経路とに油が滞留することが抑制され、油が油タンク２１ｂへと回収されることになり、油の回収量が変動してしまうことが抑制される。よって、作業者が油面計２７によって油タンク２１ｂ内の油面を確認する際に、装置内を循環する油の合計量が同じであれば、運転を停止した際における油温調整弁２６の作動状態によって油面の位置が変動してしまうことが抑制され、安定したほぼ同じ油面の位置に収束することになる。このため、作業者は、油の補給が必要か否かを容易且つ的確に判断することができる。

従って、本実施形態によると、油の補給が必要か否かを容易且つ的確に判断することが可能な鉄道車両用空気圧縮装置１を提供することができる。

また、空気圧縮装置１によると、規制位置連通部４２が、弁体４０に形成された貫通孔として設けられる。このため、簡素な構造で容易に規制位置連通部４２を構築することができる。尚、貫通孔として設けられた規制位置連通部４２における一方の開口は、規制位置でのみ第２ポート４３ｂに連通し、循環位置では第２ポート４３ｂと第３ポート４３ｃとの間の壁部４６によって遮蔽される。このため、循環位置において、規制位置連通部４２としての貫通孔によって第１ポート４３ａと第３ポート４３ｃ及び第４ポート４３ｄとが連通してしまうことが防止され、油回収器２１側がオイルクーラー２５の流出部２５ｃ側及び圧縮機１２側に連通して油のオイルクーラー２５への循環が阻害されてしまうことが防止されることになる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することができるものである。上述の実施形態では、アフタークーラー、油分離エレメント、水油用分離器、除湿器、等も備えた構成を例にとって説明したが、これらの構成については、必ずしも備えられていなくてもよい。また、上述の実施形態では、圧縮機、油回収器、等の各機器が収容ケースに収容された形態を例にとって説明したが、この形態でなくてもよい。また、上述の実施形態では、規制位置連通部が弁体に一体に設けられる機構である形態を例にとって説明したが、必ずしもこの形態でなくてもよい。例えば、規制位置連通部が、電磁弁等を備え、弁体とは独立して作動可能に設けられる機構であってもよい。また、上述の実施形態では、弁体駆動部の形態として、バイメタル機構が内蔵された軸部を備えて構成された形態を例にとって説明したが、この通りでなくてもよい。弁体駆動部は、油温に応じて独立して作動する機構として構成されていればよく、例えば、温度によって体積変化するワックスを用いた機構として構成されていてもよい。

本発明は、鉄道車両に設置されてこの鉄道車両において用いられる圧縮空気を生成する鉄道車両用空気圧縮装置に対して広く適用することができる。

１ 鉄道車両用空気圧縮装置
１２ 圧縮機
２０ 油供給経路
２１ 油回収器
２１ａ 油タンク
２５ オイルクーラー
２６ 油温調整弁
３９ 本体部
４０ 弁体
４１ 弁体駆動部
４２ 貫通孔（規制位置連通部）
４３ａ 第１ポート
４３ｂ 第２ポート
４３ｃ 第３ポート
４３ｄ 第４ポート

Claims (2)

1. 鉄道車両に設置され、当該鉄道車両において用いられる圧縮空気を生成する鉄道車両用空気圧縮装置であって、
   外部から吸い込んだ空気を圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機に油を供給する油供給経路と、
   油タンクを有し、前記圧縮機において油を伴って圧縮された圧縮空気が誘導され、誘導された圧縮空気から油を分離して前記油タンクに回収するとともに、前記油供給経路に連通する油回収器と、
   前記油タンクに回収された油を冷却するオイルクーラーと、
   前記油タンク内の油の温度である油温に応じて前記オイルクーラーに油を循環させる状態と油の循環を規制する状態とのいずれかの状態に切り替えて当該油温を調整する油温調整弁と、
   を備え、
   前記油温調整弁は、
   前記油回収器に対して連通する第１ポート、前記オイルクーラーにおいて冷却される油が前記油回収器から流入する前記オイルクーラーの流入部に対して連通する第２ポート、前記オイルクーラーにおいて冷却された油が流出する前記オイルクーラーの流出部に対して連通する第３ポート、及び、前記圧縮機に対して連通する第４ポートが設けられた本体部と、
   前記本体部の内側でスライド移動自在に設置され、前記第１ポート及び前記第２ポートを連通させるとともに前記第３ポート及び前記第４ポートを連通させることで前記オイルクーラーに油を循環させる循環位置と、前記第３ポートに連通する前記第４ポートに対して前記第１ポートを連通させることで前記オイルクーラーへの油の循環を規制する規制位置と、の間で位置を切り替えられる弁体と、
   前記油温に応じて独立して作動し、前記循環位置と前記規制位置との間で前記弁体の位置を切り替えるように当該弁体を駆動する弁体駆動部と、
   前記弁体が前記規制位置のときに前記第２ポートを前記第１ポートに連通させる規制位置連通部と、
   を有していることを特徴とする、鉄道車両用空気圧縮装置。
2. 請求項１に記載の鉄道車両用空気圧縮装置であって、
   前記規制位置連通部は、前記弁体に形成された貫通孔として設けられ、
   前記貫通孔における一方の開口は、前記弁体が前記規制位置のときに前記第２ポートに対向し、前記弁体が前記循環位置のときに前記第２ポートと前記第３ポート又は第４ポートとの間に設けられた前記本体部における壁部によって遮蔽されることを特徴とする、鉄道車両用空気圧縮装置。

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