JP5568591B2 - 無給油式スクリュー圧縮機 - Google Patents
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Description
して空気を圧縮するオイルフリー圧縮機が知られている。オイルフリー圧縮機は、空気を
圧縮する圧縮機本体を有し、圧縮機本体から吐出される圧縮空気は高温であるため、この
圧縮空気を冷却する冷却装置が設けられている。
としてプレクーラ及びアフタークーラを備えた構成が開示されている。この例では、冷却
装置に外部冷却水を通水して圧縮空気の冷却を図っている。
縮機は、一段側圧縮機本体からの圧縮空気をインタークーラで、二段側圧縮機本体からの
圧縮空気をアフタークーラで、それぞれ冷却する構成となっている。そして、これらの冷
却装置には冷却水が供給される。また、特許文献3には、二段圧縮機において、プレート
式熱交換器を用いて圧縮空気を冷却する構成が開示されている。
温度は上昇する。圧縮空気の温度は非常に高温であり、無給油式スクリュー圧縮機(オイ
ルフリー圧縮機)の場合には、圧縮機本体から吐出される圧縮空気の温度が、単段式圧縮
機の場合で約300〜350℃にまで達し、二段式圧縮機の場合でも、160〜250℃
にまで達する。
ともシェルアンドチューブ型の水冷式熱交換器が用いられることが多く(例えば、特許文
献2)、二段式圧縮機の場合は低圧段圧縮空気の冷却用の熱交換器と、高圧段圧縮空気の
冷却用の熱交換とが別個に設置される。
スクリュー圧縮機の冷却装置自身の小型化のみならず、無給油式スクリュー圧縮機ユニッ
トの大幅な小型化が困難であった。特許文献1には、チューブ式の熱交換器を用いた例が
示されているが、この方式も小型化に難があり、大幅な小型化を図りにくい構成であった
。
ルアンドチューブ型の熱交換器と比較して1/10〜1/20程度の容積比となり、非常
に小型化が可能である。
にプレート式熱交換器を使用する場合、温度差に起因する温度疲労によって、接続口、チ
ャンネルプレート、チャンネルプレート間のろう付け部およびカバープレートにおいて損
傷および破損に至ることがある。特に、圧縮機使用者の需要に応じた運転が行われる圧縮
機においては、圧縮機自動停止時およびアンロード時(無負荷運転時)は、熱交換器には
微量の圧縮空気しか残らず、プレート式熱交換器に冷却水のみ流通し、温度差が生じやす
い。このとき、冷却装置が短期間で損傷、破損してしまう場合もあり、圧縮機自体の信頼
性の低下を招いてしまうという問題が生ずることとなる。
頼性の高い無給油式スクリュー圧縮機を提供することを目的としている。
能な雄雌一対のスクリューロータを有する圧縮機本体と、圧縮機本体から吐出される圧縮
空気を冷却する冷却装置とを有し、圧縮空気の冷却装置をプレート式熱交換器で構成する
無給油式スクリュー圧縮機を説明する。
を抑制することで、プレート式熱交換器の温度疲労を低減し、プレート式熱交換器の損傷
および破損回避を可能とする例を示す。
の流通停止もしくは冷却水量を調整する手段を備えるものである。冷却水量の調整手段と
しては、圧縮機停止時、アンロード時間、冷却水温度、もしくは圧縮空気温度のいずれか
の情報を用い、この情報に応じて、冷却水配管に接続された切替弁もしくは調整弁にてプ
レート式熱交換器用冷却水の流通停止あるいは冷却水量を調整可能な構成とする。
、温度変化の大きい接続口があげられる。この接続口は、プレートを覆うカバープレート
に設けられており、圧縮空気の接続口と冷却水の接続口は同一のカバープレートではなく
、互いに向き合うように設けることが望ましい。
交換器流通後、もしくは、圧縮機本体冷却に冷却水を用いる場合は圧縮機本体冷却ジャケ
ット流通後、あるいはその両方を流通後に、プレート式熱交換器に流通させる構成も可能
とする。
換器自身の温度変化を抑えるために次の構成を採用する。すなわち、圧縮機自動停止時及
びアンロード時も圧縮機ユニット内の廃熱により余熱が残る圧縮機本体及び圧縮機駆動用
ギヤを内部に構成するギヤケース及び高温圧縮空気が流れる配管等の近辺にプレート式熱
交換器を設置、もしくはプレート式熱交換器と一体構造とした構成とする。以下、より具
体的な実施形態を図面を用いて説明する。
図である。水冷二段無給油式スクリュー圧縮機1は、低圧段圧縮機本体2と高圧段圧縮機
本体3を備えており、これらはギヤケーシング4に取り付けられている。低圧段圧縮機本
体2と高圧段圧縮機本体3内には雄ロータ5及び雌ロータ6の一対のスクリューロータを
備えている。これらのロータの一方側の軸端部にはタイミングギヤ7、8が取り付けられ
ている。
9は、モータ12の軸と連結されたブルギヤ10と噛合っている。これらのピニオンギヤ
9とブルギヤ10はギヤケーシング4内に収納されており、ギヤケーシング4の下部は油
溜め11となっている。また、ブルギヤ10が取り付けられた軸端部にはカップリング3
1を介して、モータ12の軸が連結される。これらの圧縮機駆動用ギヤを用いて、モータ
12の出力が圧縮機本体へと伝達される。
機本体2側の部材、高圧段圧縮機本体3側の部材であることをそれぞれ示している。
量を調整する吸込み絞り弁13が接続されている。したがって、この吸込み絞り弁13が
調整されることによって、圧縮に供される空気量を調整することができる。
気が圧縮されて吐出するように構成されている。すなわち、吸込み口から吸込み絞り弁1
3を経て低圧段圧縮機本体2へと送られた空気が、一対のロータの回転によって圧縮され
、圧縮空気吐出側の吐出配管14へと供給される。その後、高圧段圧縮機本体3の吸込み
口と接続される吐出配管16を経て、高圧段圧縮機本体3へと供給される。高圧段圧縮機
本体3へ供給された空気はさらに圧縮され、吐出口から圧縮空気吐出側の吐出配管17を
経て、圧縮機ユニット1の外部供給側ライン(図示せず)へと接続される吐出配管32へ
と至る構成となっている。
た低圧段圧縮空気用の熱交換器15に接続されている。低圧段圧縮空気の熱交換器15に
は、プレート式熱交換器が用いられる。また、熱交換器15の2次側の吐出配管16は高
圧段圧縮機本体3の吸込み口と接続されている。すなわち、低圧段圧縮機本体2と高圧段
圧縮機本体3とをつなぐ経路中に冷却装置たるプレート式熱交換器を備えた構成としてい
る。
熱交換器で構成された高圧段圧縮空気用の熱交換器19に接続されている。したがって、
高圧段圧縮空気用のプレート式熱交換器19の2次側の吐出配管32が圧縮機ユニット1
の外部供給ライン(図示せず)と接続されるようになっている。すなわち、高圧段圧縮機
本体3と外部機器接続部との経路中に冷却装置たるプレート式熱交換器を備えた構成とし
ている。
体2及び高圧段圧縮機本体3の冷却水ジャケット23内、低圧段圧縮空気用のプレート式
熱交換器15、及び高圧段圧縮空気用のプレート式熱交換器19を流通後、外部に吐出さ
れる。したがって、冷却水によって発熱部位及び圧縮空気が冷却される。
ドレン抜き配管33、高圧段圧縮空気用ドレン抜き配管34が備えられ、外部に排水され
る。
駆動することによって、ストレーナ25で不要物が取り除かれて吸い上げられる。その後
、潤滑油は潤滑油用熱交換器22を経て、オイルフィルタ26を通り、圧縮機本体内のギ
ヤや軸受(図示しない)、ギヤケーシング4内のギヤ等を潤滑し、ギヤケーシング4下部
の油溜め11に戻される。このような潤滑油循環経路において冷却水と熱交換を行うこと
で、潤滑油の冷却が図られるとともに、各部位への潤滑油の供給を可能としている。なお
、図1中にあるとおり、ユニット内換気用には冷却ファン30が用いられており、冷却フ
ァン30によってユニット内に外気が取り込まれ、外部に放出している。
は、ブルギヤ10、ピニオンギヤ9等の圧縮機駆動用ギヤを介し、雄ロータ5に伝達され
る。雄ロータ5に伝達された回転力はタイミングギヤ7、8を介し雌ロータ6に伝達され
、雄ロータ5と雌ロータ6が非接触で回転することにより、外気が吸込みフィルタ27、
吸込み絞り弁13を通過し圧縮機本体に吸い込まれ、所定の圧力まで圧縮される。この圧
縮空気が上述の構成で冷却されながら、供給側へと吐出される。
ン30による冷却風の流れは、図中に矢印で示したとおりである。
施例の水冷二段無給油式スクリュー圧縮機1は、モータ12、冷却ファン30及びオイル
ポンプ24が制御基板(制御部)40によって駆動が開始され、また、容量用電磁弁の切
替により吸込み弁を開くことによって起動される。モータ12が駆動されると、上述のよ
うに、低圧段圧縮機本体2及び高圧段圧縮機本体3がギヤ部材によって駆動され、吸い込
まれた空気が圧縮される。
昇する。その後、ロード運転時においては、圧力P2の出力で運転が継続され、高圧の空
気を顧客側設備に提供する。
いて圧力が上昇する。このとき、吐出配管における空気圧力を検出する圧力センサー(図
2に図示)によって検出される圧力が、P2より高い値として設定される圧力P1に達す
ると、過供給状態と認識できるため、容量制御用電磁弁を制御してアンロード運転を行う
。具体的には、制御部40が吸込み絞り弁13を閉じて放気弁28を開くように制御する
。このアンロード運転においては、出力圧力がP4となり、モータ12は無負荷の状態で
回り続けている。なお、アンロード運転が一定時間を経過した場合にモータ12を停止す
る、という自動停止機能を必要に応じて採用しても良い。
で低下すると、制御部40は再び容量制御弁(吸込み絞り弁13や放気弁28等)を制御
してロード運転となり、圧力P2の出力で運転を行う。このように、顧客側のエアー使用
量に応じてロード/アンロード運転を繰り返すように、すなわち、ロード・アンロードサ
イクルを構成するように制御部40が容量制御弁を制御している。なお、図3に示すよう
に、P1>P2>P3>P4の関係にあることは言うまでもない。
を空気使用量に応じて変化させてもよい。
用するプレート式熱交換器の構造図である。
6と非常に薄いステンレス製のチャンネルプレート37から構成されており、これらが銅
などでブレージングされている。具体的には、チャンネルプレート37を挟むように2枚
のカバープレート36によって両側が囲まれている。また、圧縮空気、冷却水は、接続口
38によって、配管に接続される。このチャンネルプレート37間を圧縮空気と冷却水が
交互に流れ熱交換をおこなう構造となっている。また、チャンネルプレート37はヘリン
ボーン形状が施されており、そのチャンネルプレート37は交互に重ねられ複雑な経路が
形成されている。この複雑な経路により、熱交換率が高まり小型化できる。
を冷却装置たるプレート式熱交換器によって効果的に冷却することができる。一方、アン
ロード時には、逆止弁18と圧縮機本体間の吐出配管内の圧縮空気が、放気弁28の開放
によって放気サイレンサー29から外部に放気することで無負荷運転を行う。圧縮機自動
停止時およびアンロード時には供給側ラインから逆止弁19まで冷却された空気が戻って
くる。
転を頻繁に繰り返すことにより熱による繰返し応力が発生する。この熱による繰り返し応
力により、チャンネルプレート37間のブレージング部、およびチャンネルプレート37
とカバープレート36部、最初に高温圧縮空気が通過する接続口38がそれぞれの熱膨張
および収縮率等の違いにより損傷もしくは破損を生じることがある。このような高温での
熱による繰り返し応力下でのプレート式熱交換器の使用は困難である。
ロード時に200℃以上に達する。しかし、圧縮機自動停止時およびアンロード時には供
給側ラインから逆止弁18まで大気温近くまで冷却された空気が戻ってくる。したがって
、圧縮機停止時およびアンロード時においても、プレート式熱交換器に冷却水が流れ続け
ると、上述のように破損や損傷が発生しやすい。
御を行い、熱交換器の信頼性を高めることとしている。例えば、温度センサー20を備え
、冷却水の温度あるいは圧縮空気の温度を検出する。そして、この検出値に基づいて制御
部が冷却水量を調節し、プレート式熱交換器の損傷や破損を抑制可能している。
図示)によりプレート熱交換器冷却水出口温度、又はプレート熱交換器の一次側もしくは
二次側の圧縮空気温度を検知し、これに基づいて冷却水量を調整する。これにより、圧縮
機自動停止時及びアンロード時におけるプレート式熱交換器の温度変化を抑え、熱による
繰り返し応力を低減する。したがって、プレート式熱交換器の損傷もしくは破損を回避可
能な構成とすることができる。温度センサー20は、熱交換器15又は熱交換器19の下
流側の冷却水の温度を検出する、又は、圧縮空気の温度を検出するように設けられればよ
く、図1に示すように三箇所に全て設けても差し支えない。
冷却水量を制御してもよい。なぜなら、圧力センサーによって外部への吐出圧力P1が検
出された場合に、過供給状態としてアンロード運転を行うため、このとき、冷却水量を低
減させれば、同様の効果が得られるからである。
機器によって、無段階もしくはON-OFF制御を行う構造とする。また、圧縮機の起動停止及びロード/アンロードといった圧縮機の運転動作、もしくは、その運転時間、あるいは、それらすべてをもって冷却水量を調整することも可能とする。
変化をおさえるために、冷却水は潤滑油用熱交換器22、圧縮機本体の冷却ジャケット2
3内を流通後、低圧段圧縮空気用プレート式熱交換器15および高圧段圧縮空気用プレー
ト式熱交換器19に流通する構造としている。冷却水系統は、図1に示す1系統のみでは
なく、1系統から複数系統とすることも可能とする。プレート式交換機の温度変化をおさ
え、且つ、冷却能力を保つ冷却水流路数と冷却水の流通順序とすることで、電動弁21、
電動弁、温度調整弁等の制御機器の動作頻度をおさえることでこれらの制御機器への負荷
も低減可能な構造とする。
口38が同一のカバープレート36上で構成される構造ではなく、図5のように圧縮空気
および冷却水の接続口が別々のカバープレート36上で構成されることがより望ましい。
バープレート36間の接続部における温度疲労が原因で、損傷および破損を生じることが
ある。高温圧縮空気が最初に通過するプレート式熱交換器の接続口38と冷却水の接続口
38とを図5のように別々のカバープレート36に設けることで、接続口38とカバープ
レート36間の温度差をおさえ、接続口38の損傷もしくは破損を回避可能な構成とする
。
設置する。この構成により、圧縮機自動停止時およびアンロード時にプレート式熱交換器
自身の急激な温度低下を抑え、プレート式熱交換器への負荷を低減する構造とすることが
できる。
機において、プレート式熱交換器の採用が可能となる。また、従来のシェルアンドチュー
ブ型熱交換器と比較して、プレート式熱交換器の容積は大幅に小型化できるため、ユニッ
ト内熱交換器の配置の制約条件が緩和される。したがって、熱交換器と圧縮機本体を接続
する配管に自由度が増し、配管ルートも短く構成でき、ユニット全体の縮小と部品点数の
削減を図ることができる。
用熱交換機として、プレート式熱交換機を用いる場合、プレート式熱交換器の冷却水量調
整により温度疲労による損傷および破損を回避することが可能となる。また、冷却水量調
整以外においてもプレート式熱交換器の温度変化を抑える構成を採用することにより、冷
却水切替弁もしくは調整弁の動作頻度を抑え、制御機器の損傷および破損の回避も可能と
なる。
た冷却水量の制御を行うこともできる。
体、4…ギヤケーシング、5・5a・5b…雄ロータ、6・6a・6b…雌ロータ、7・
7a・7b…雄ロータ側タイミングギヤ、8・8a・8b…雌ロータ側タイミングギヤ、
9・9a・9b…ピニオンギヤ、10…ブルギヤ、11…油溜め、12…モータ、13…
吸込み絞り弁、14…吐出配管、15…低圧段圧縮空気用プレート式熱交換器、16…吐
出配管、17…吐出配管、18…逆止弁、19…高圧段圧縮空気用プレート式熱交換器、
20…温度センサー、21…電動弁、22…潤滑油用熱交換器、23・23a・23b…
冷却ジャケット、24…オイルポンプ、25…ストレーナ、26…オイルフィルタ、27
…吸込みフィルタ、28…放気弁、29…放気サイレンサー、30…冷却ファン、31…
カップリング、32…吐出配管、33…低圧段圧縮空気用ドレン抜き配管、34…高圧段
圧縮空気用ドレン抜き配管、35…プレート式熱交換器、36…カバープレート、37…
チャンネルプレート、38…接続口、40…制御基板(制御装置)。
Claims (5)
- 非接触かつ無給油で回転可能なスクリューロータを有し、吸い込まれた空気を圧縮する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第一の熱交換器と、
この第一の熱交換器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圧縮空気を冷却する水冷式の第二の熱交換器とを備え、
前記第一の熱交換器と前記第二の熱交換器とはプレート式熱交換器で構成され、該プレート式熱交換器用の冷却水が、前記高圧段圧縮機本体から吐出された圧縮空気を冷却するプレート式熱交換器を流通後に、前記低圧段圧縮機本体から吐出された圧縮空気を冷却するプレート式熱交換器を流通するようになっており、
無負荷運転時に、前記第二の熱交換器の出口の冷却水温度によって、冷却水の水量を調整し、もしくは、冷却水の流通を停止することを特徴とする無給油式スクリュー圧縮機。
- 非接触かつ無給油で回転可能なスクリューロータを有し、吸い込まれた空気を圧縮する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第一の熱交換器と、
この第一の熱交換器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圧縮空気を冷却する水冷式の第二の熱交換器とを備え、
前記第一の熱交換器と前記第二の熱交換器とはプレート式熱交換器で構成され、前記プレート式熱交換器用の冷却水が、前記高圧段圧縮機本体から吐出された圧縮空気を冷却するプレート式熱交換器を流通後に、前記低圧段圧縮機本体から吐出された圧縮空気を冷却するプレート式熱交換器を流通するようになっており、
前記第二の熱交換器は前記高圧段圧縮機本体の吐出口と吐出配管により逆止弁を介して接続され、
無負荷運転時に、前記第二の熱交換器の出口の圧縮空気温度によって、冷却水の水量を調整し、もしくは、冷却水の流通を停止することを特徴とする無給油式スクリュー圧縮機。
- 請求項1又は2に記載の無給油式スクリュー圧縮機において、
前記プレート式熱交換器は、圧縮空気用接続口と冷却水用接続口を有し、冷却水接続口と前記圧縮空気用接続口とが互いに反対側に備えられた無給油式スクリュー圧縮機。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載の無給油式スクリュー圧縮機において、
前記圧縮機本体、前記圧縮機本体を駆動するためのギヤを内部に有するギヤケース、高温圧縮空気が流れる配管、あるいは、これらのこの廃熱を受ける位置に前記プレート式熱交換器が配置されることを特徴とする無給油式スクリュー圧縮機。
- 請求項4に記載の無給油式スクリュー圧縮機において、
前記プレート式熱交換器は、前記圧縮機本体、前記ギヤケース、又は前記配管と一体化されて構成されることを特徴とする無給油式スクリュー圧縮機。
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