JP7218319B2 - 空気圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、空気圧縮機に関する。

特許文献１の空気圧縮機は、低圧段の圧縮機本体と、低圧段の圧縮機本体の吸入側に第１の吸入配管を介し接続された吸込み絞り弁と、低圧段の圧縮機本体の吐出側に第１の吐出配管を介し接続されたインタークーラと、インタークーラに第２の吸入配管を介し接続された高圧段の圧縮機本体と、高圧段の圧縮機本体の吐出側に第２の吐出配管を介し接続されたプレクーラ及びアフタークーラと、前述した機器や配管などを収納する筐体とを備える。筐体は、外部から冷却風を取入れるための冷却風入口と、外部へ冷却風を排出するための冷却風出口とを有する。

特許文献１の空気圧縮機は、回転軸が鉛直方向に延在するように配置された遠心ファンと、遠心ファンの二次側（上側）に配置された排気ダクトとを更に備える。遠心ファンの一次側（下側）は、筐体の内部であり、排気ダクトの出口は、筐体の冷却風出口に接続されている。遠心ファンの駆動により、冷却風が冷却風入口を介し筐体の内部に取入れられ、遠心ファン、排気ダクトの順序で流れ、冷却風出口を介し筐体の外部へ排出される。これにより、筐体の内部が冷却される。

インタークーラ、プレクーラ、及びアフタークーラは、排気ダクト内に配置されている。インタークーラは、前述した冷却風を用いて、低圧段の圧縮機本体から吐出された圧縮空気を冷却する。プレクーラ及びアフタークーラは、前述した冷却風を用いて、高圧段の圧縮機本体から吐出された圧縮空気を冷却する。

特許文献１には明確に記載されていないものの、放気配管が第２の吐出配管から分岐するように接続されている。放気配管は、吸込み絞り弁の操作室を経由するように構成され、出口側にサイレンサが設けられている。サイレンサは、遠心ファンの一次側（すなわち、筐体の内部）に配置されている。

特許文献１には図示されていないものの、放気配管には放気弁が設けられ、放気弁の開閉が制御装置によって制御される。放気弁が閉状態に制御された場合、高圧段の圧縮機本体から吐出された圧縮空気が放気配管を介し放出されない。また、吸込み絞り弁の操作室の圧力が下がり、吸込み絞り弁が開状態となる。したがって、負荷運転状態となる。一方、放気弁が開状態に制御された場合、高圧段の圧縮機本体から吐出された圧縮空気が放気配管を介し放出される。また、吸込み絞り弁の操作室の圧力が上がり、吸込み絞り弁が閉状態となる。したがって、無負荷運転状態となる。

特開２０１３－１１３２３６号公報

上述した通り、特許文献１の空気圧縮機では、放気配管の出口が遠心ファンの一次側、すなわち、筐体の内部に配置されている。しかし、例えば、筐体の内部の温度上昇を抑えるためや、遠心ファンに対する影響を避けるため等の理由から、放気配管の出口を排気ダクトの内側に配置したいという要望がある。あるいは、放気配管の出口を排気ダクトの側壁（言い換えれば、遠心ファンの回転軸に対して平行に設けられた側壁）の外側に配置するものの、放気配管の出口から放出された圧縮空気を排気ダクトの内側に導入する導入口を排気ダクトの側壁に形成したいという要望がある。

ところが、放気配管の出口を排気ダクトの内側に配置する場合、その位置を考慮する必要がある。あるいは、上述した導入口を排気ダクトの側壁に形成する場合、その位置を考慮する必要がある。詳しく説明すると、排気ダクトの内部（すなわち、遠心ファンの二次側）は、遠心ファンの一次側より静圧が高い。また、排気ダクトの流路断面が多角形であれば、排気ダクトの内部にて流れの不均一が生じ、静圧分布が生じる。そのため、排気ダクトの内側に配置された放気配管の出口の位置、若しくは、排気ダクトの側壁に形成された導入口の位置によっては、放気配管の出口から圧縮空気を放出するときの背圧（抵抗）が高くなる可能性がある。したがって、無負荷運転時の動力が高くなる可能性がある。

本発明は、上記事柄に鑑みてなされたものであり、無負荷運転時の動力を抑えることを課題の一つとするものである。

上記課題を解決するために、特許請求の範囲に記載の構成を適用する。本発明は、上記課題を解決するための手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、空気を圧縮する圧縮機本体と、遠心ファンと、前記遠心ファンを駆動するファンモータと、前記遠心ファンで生起された冷却風を用いて、前記圧縮機本体から吐出された圧縮空気を冷却するクーラと、前記遠心ファンの二次側に配置され、流路断面がｎ角形である排気ダクトと、前記圧縮機本体の吐出側に接続された吐出配管から分岐され、放気弁を有する放気配管と、前記放気弁の開閉を制御する制御装置とを備えた空気圧縮機において、前記放気配管の出口が前記排気ダクトの内側に配置されるか、若しくは、前記放気配管の出口が前記排気ダクトの側壁の外側に配置されるものの、前記放気配管の出口から放出された圧縮空気を前記排気ダクトの内側に導入する導入口が前記排気ダクトの側壁に形成されており、前記排気ダクトの内側に配置された前記放気配管の出口、若しくは、前記排気ダクトの側壁に形成された前記導入口は、前記排気ダクトの流路断面の一辺に対し垂直で前記遠心ファンの回転中心を通る基準線を中心として前記遠心ファンの中心角が（３６０÷ｎ÷２）度である範囲内に配置される。

本発明によれば、無負荷運転時の動力を抑えることができる。

なお、上記以外の課題、構成及び効果は、以下の説明により明らかにされる。

本発明の一実施形態における空気圧縮機の構成を表す図である。 本発明の一実施形態における排気ダクト及びその周辺の構造を表す斜視図である。 本発明の一実施形態における排気ダクトの導入口と遠心ファンとの位置関係を表す水平断面図である。 本発明の一変形例における排気ダクトの構造を表す鉛直断面図である。

本発明の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施形態における空気圧縮機の構成を表す図である。図２は、本実施形態における排気ダクト及びその周辺の構造を表す斜視図である。なお、図２においては、排気ダクトの一部とカバーの一部を透視して、それらの内側に配置された部品を示す。

本実施形態の空気圧縮機は、低圧段の圧縮機本体１Ａと、圧縮機本体１Ａの吸入側に吸入配管２Ａを介し接続されたエアフィルタ３と、圧縮機本体１Ａの吐出側に吐出配管４Ａを介し接続されたインタークーラ５と、インタークーラ５に吸入配管２Ｂを介し接続された高圧段の圧縮機本体１Ｂと、圧縮機本体１Ｂの吐出側に吐出配管４Ｂを介し接続されたプレクーラ６及びアフタークーラ７と、アフタークーラ７に接続された供給配管８と、前述した機器や配管などを収納する筐体９とを備える。筐体９は、外部から冷却風を取入れるための冷却風入口１０と、外部へ冷却風を排出するための冷却風出口１１とを有する。

圧縮機本体１Ａは、図示しないものの、互いに噛み合う雌雄一対のスクリューロータと、スクリューロータを回転可能に支持する複数の軸受と、それらを収納するケーシングとを備えており、スクリューロータの歯溝に複数の圧縮室が形成されている。各圧縮室は、ロータの回転に伴ってロータの軸方向に移動すると共に、空気を吸入する吸入過程と、空気を圧縮する圧縮過程と、圧縮空気を吐出する吐出過程とを順次行う。圧縮機本体１Ｂは、圧縮機本体１Ａとほぼ同じ構成であり、圧縮機本体１Ａで圧縮された空気を更に圧縮するようになっている。

圧縮機本体１Ａ，１Ｂは、電動機１２によって駆動される。詳しく説明すると、圧縮機本体１Ａ，１Ｂと電動機１２の間にはギヤ装置１３が設けられている。ギヤ装置１３は、電動機１２の回転軸に設けられたギヤ（ブルギヤ）１４Ａと、圧縮機本体１Ａ，１Ｂの駆動ロータ（詳細には、雌ロータ及び雌ロータのうちの一方）の端部にそれぞれ設けられ、ギヤ１４Ａと噛合うギヤ（ピニオン）１４Ｂ，１４Ｃと、それらを収納するギヤケーシング１５とを有する。ギヤ１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃなどを介し電動機１２の回転力が伝達されて、圧縮機本体１Ａ，１Ｂが駆動される。

ギヤケーシング１５の下部には、油が貯留されている。ギヤケーシング１５の下部に貯留された油は、油循環系統１６を介し圧縮機本体１Ａ，１Ｂの軸受などに供給される。油循環系統１６は、オイルポンプ１７と、オイルポンプ１７の上流側（詳細には、ギヤケーシング１５の内部）に設けられたストレーナ１８と、オイルポンプ１７の下流側に設けられたオイルクーラ１９と、オイルクーラ１９の下流側に設けられたオイルフィルタ２０とを有する。ポンプギヤ（ピニオン）２１Ａが電動機１２の回転軸に設けられ、ポンプギヤ２１Ａと噛合うポンプギヤ２１Ｂがオイルポンプ１７のロータの端部に設けられている。ポンプギヤ２１Ａ，２１Ｂを介し電動機１２の回転力が伝達されて、オイルポンプ１７が駆動される。

本実施形態の空気圧縮機は、回転軸が鉛直方向に延在するように配置された遠心ファン２２（冷却ファン）と、遠心ファン２２を駆動するファンモータ２３と、遠心ファン２２の一次側（下側）に配置された吸気ダクト２４と、遠心ファン２２の二次側（上側）に配置された排気ダクト２５とを更に備える。本実施形態の遠心ファン２２は、後向きの羽根を有するターボファンである。

吸気ダクト２４の入口は、筐体９の内部に連通され、排気ダクト２５の出口は、筐体９の冷却風出口１１に接続されている。そして、遠心ファン２２の駆動により、冷却風が冷却風入口１０を介し筐体９の内部に取入れられ、吸気ダクト２４、遠心ファン２２、排気ダクト２５の順序で流れ、冷却風出口１１を介し筐体９の外部へ排出される。これにより、筐体９の内部が冷却される。

遠心ファン２２の一次側（詳細には、吸気ダクト２４の上流側又は内部）には、インタークーラ５、アフタークーラ７、及びオイルクーラ１９が配置され、遠心ファン２２の二次側（詳細には、排気ダクト２５の内部）には、プレクーラ６が配置されている。インタークーラ５は、遠心ファン２２で生起された冷却風を用いて、低圧段の圧縮機本体１Ａから吐出された圧縮空気を冷却する。プレクーラ６及びアフタークーラ７は、遠心ファン２２で生起された冷却風を用いて、高圧段の圧縮機本体１Ｂから吐出された圧縮空気を冷却する。オイルクーラ１９は、遠心ファン２２で生起された冷却風を用いて、油を冷却する。

吐出配管４Ａから分岐するように放気配管２６Ａが設けられている。放気配管２６Ａは、主流路に設けられた放気弁（電磁弁）２７Ａと、主流路の出口側に配置されたサイレンサ２８Ａと、主流路から分岐された流路に設けられ、停電及び停止時に放気するための放気弁（電磁弁）２９Ａとを有する。吐出配管４Ｂにおけるプレクーラ６とアフタークーラ７の間（詳細には、逆止弁３０の上流側）から分岐するように放気配管２６Ｂが設けられている。放気配管２６Ｂは、放気配管２６Ａと同様、放気弁（電磁弁）２７Ａ、サイレンサ２８Ｂ、及び停電及び停止時に放気するための放気弁（電磁弁）２９Ｂを有する。

供給配管８は、筐体９の外部（詳細には、圧縮空気を使用する機器など）へ圧縮空気を供給するためのものである。供給配管８には圧力センサ３１及び開閉弁（電磁弁あるいは電動弁）３２が設けられている。

制御装置３３は、運転スイッチ（図示せず）からのＯＮ信号に応じて、電動機１２を駆動させると共に、開閉弁３２を開状態に制御する。また、運転スイッチからのＯＦＦ信号に応じて、電動機１２を停止させると共に、開閉弁３２を閉状態に制御する。

制御装置３３は、負荷運転中、圧力センサ３１で検出された圧力が所定の制御圧力となるように、インバータ（図示せず）を介し電動機１２の回転数を可変制御する。また、電動機１２の回転数が下限値まで低下し、圧力センサ３１で検出された圧力が上限値に達した場合、放気弁２７Ａ，２７Ｂを閉状態から開状態に切換えて、負荷運転から無負荷運転に切換える。無負荷運転では、圧縮機本体１Ａ，１Ｂから吐出された圧縮空気が放気配管２６Ａ，２６Ｂを介し放出されることにより、圧縮機本体１Ａ，１Ｂの負荷が軽減する。

制御装置３３は、無負荷運転中に、圧力センサ３１で検出された圧力が下限値に達した場合、放気弁２７Ａ，２７Ｂを開状態から閉状態に切換え、無負荷運転から負荷運転に切換える。なお、制御装置３３は、プログラムに基づいて演算処理や制御処理を実行する演算制御部（例えばＣＰＵ）と、プログラムや演算処理の結果を記憶する記憶部（例えばＲＯＭ、ＲＡＭ）等を有するものである。

ここで、本実施形態の特徴として、放気配管２６Ａ，２６Ｂの出口（本実施形態では、サイレンサ２８Ａ，２８Ｂの出口）が排気ダクト２５の側壁（言い換えれば、遠心ファン２２の回転軸に対して平行に設けられた側壁）の外側かつ近傍に配置されるものの、放気配管２６Ａ，２６Ｂの出口から放出された圧縮空気を排気ダクト２５の内側に導入する導入口３４が排気ダクト２５の側壁に形成されている。また、放気配管２６Ａ，２６Ｂの出口側部分（本実施形態では、サイレンサ２８Ａ，２８Ｂ）の周囲を覆うカバー３５が排気ダクト２５の側壁の外側に設けられ、吸音材３６がカバー３５の内面に貼付けられている。

排気ダクト２５の内部（すなわち、遠心ファン２２の二次側）は、遠心ファン２２の一次側より静圧が高い。また、排気ダクト２５の流路断面（水平断面）がｎ角形であれば、排気ダクト２５の内部に流れの不均一が生じ、静圧分布が生じる。そのため、本実施形態の特徴として、排気ダクト２５の導入口３４は、静圧が比較的低い範囲に配置されている。その詳細を、図３を用いて説明する。図３は、本実施形態における排気ダクトの導入口と遠心ファンとの位置関係を表す水平断面図である。

排気ダクト２５の流路断面は、五角形（ｎ＝５）であり、遠心ファン２２の周方向位置に応じて静圧が変化する静圧分布が生じる。排気ダクト２５の流路断面の一辺ＡＢに対し垂直で遠心ファン２２の回転中心Ｏを通る基準線Ｖを中心として遠心ファン２２の中心角がθ＝（３６０÷ｎ÷２）度（本実施形態では、ｎ＝５であるから、θ＝３６度）である、点Ｃから点Ｄまでの範囲は、点Ａから点Ｃまでの範囲や、点Ｄから点Ｂまでの範囲と比べ、遠心ファン２２の半径方向における遠心ファン２２の外縁と排気ダクト２５の側壁との間隔が小さく、静圧が低い。本実施形態の導入口３４は、点Ｃから点Ｄまでの範囲内に配置されている。これにより、導入口が点Ａから点Ｃまでの範囲又は点Ｄから点Ｂまでの範囲に配置された場合と比べ、放気配管２６Ａ，２６Ｂの出口から圧縮空気を放出するときの背圧を低くすることができる。したがって、無負荷運転時の動力を抑えることができる。

また、本実施形態では、放気配管２６Ａ，２６Ｂの出口が排気ダクト２５の側壁の外側かつ近傍に配置され、且つ、排気ダクト２５の側壁に形成された導入口３４を介し、放気配管２６Ａ，２６Ｂの出口から放出された圧縮空気を排気ダクト２５の内側に導入するので、筐体９の内部の温度上昇を抑えることができる。また、放気配管２６Ａ，２６Ｂの出口から放出された圧縮空気が遠心ファン２２を経由しないため、遠心ファン２２に対する影響を避けることができる。

また、本実施形態では、排気ダクト２５の導入口３４は、筐体９の冷却風出口１１より遠心ファン２２に近づくように配置されている。そのため、排気ダクトの導入口が遠心ファン２２より筐体９の冷却風出口１１に近づくように配置された場合と比べ、無負荷運転時の騒音を低減することができる。

なお、上記一実施形態において、排気ダクト２５の流路断面が五角形（ｎ＝５）である場合を例にとって説明したが、これに限られず、他の多角形であってもよい。例えば排気ダクト２５の流路断面が四角形（ｎ＝４）である場合、排気ダクト２５の流路断面の一辺に対し垂直で遠心ファン２２の回転中心Ｏを通る基準線を中心として遠心ファン２２の中心角が４５度である範囲内に、導入口が配置されればよい。例えば排気ダクト２５の流路断面が六角形（ｎ＝６）である場合、排気ダクト２５の流路断面の一辺に対し垂直で遠心ファン２２の回転中心Ｏを通る基準線を中心として遠心ファン２２の中心角が３０度である範囲内に、導入口が配置されればよい。これらの変形例においても、上記同様の効果を得ることができる。

また、上記一実施形態において、特に説明しなかったが、図４で示す変形例のように、ガイド板３７が排気ダクト２５の内側に設けられ、吸音材３６がガイド板３７の表面に貼付けられてもよい。ガイド板３７は、導入口３４を介し排気ダクト２５の内側に導入された圧縮空気を排気ダクト２５の流路方向（上方向）に向ける。この変形例においても、上記同様の効果を得ることができる。

また、上記一実施形態において、放気配管２６Ａ，２６Ｂの出口が排気ダクト２５の側壁の外側に配置されるものの、放気配管２６Ａ，２６Ｂの出口から放出された圧縮空気を排気ダクト２５の内側に導入する導入口３４が排気ダクト２５の側壁に形成された場合を例にとって説明したが、これに限られない。例えば、放気配管２６Ａ，２６Ｂの出口が、排気ダクト２５の内側であって、図３で示す三角形ＯＣＤの範囲内に配置されてもよい。この変形例においても、上記一実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、上記一実施形態において、空気圧縮機がプレクーラ６を備え、プレクーラ６が遠心ファン２２の二次側に配置され、インタークーラ５、アフタークーラ７、及びオイルクーラ１９が遠心ファン２２の一次側に配置された場合を例にとって説明したが、これに限られない。例えば、空気圧縮機がプレクーラ６を備えず、インタークーラ５、アフタークーラ７、及びオイルクーラ１９のうちのいずれか、または全てが遠心ファン２２の二次側に配置されてもよい。

また、上記一実施形態において、各圧縮機本体は、スクリューロータ式であって、雌雄一対のスクリューロータを備えた場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。各圧縮機本体は、例えば、１つのスクリューロータと複数のゲートロータを備えてもよい。また、各圧縮機本体は、スクリューロータ式以外の他の容積形（詳細には、ツース式又はレシプロ式など）であってもよいし、ターボ形であってもよい。

また、上記一実施形態において、空気圧縮機は、二段の圧縮機本体１Ａ，１Ｂを備えた場合を例にとって説明したが、これに限られない。空気圧縮機は、一段のみ若しくは三段以上の圧縮機本体を備えてもよい。

また、上記実施形態において、空気圧縮機は、電動機１２の回転数を可変制御する可変速機である場合を例にとって説明したが、これに限られない。空気圧縮機は、電動機１２の回転数を固定する定速機であってもよい。

１Ａ，１Ｂ…圧縮機本体、４Ａ，４Ｂ…吐出配管、５…インタークーラ、６…プレクーラ、７…アフタークーラ、２２…遠心ファン、２３…ファンモータ、２５…排気ダクト、２６Ａ，２６Ｂ…放気配管、２７Ａ，２７Ｂ…放気弁、３３…制御装置、３４…導入口、３５…カバー、３６…吸音材、３７…ガイド板

Claims (6)

1. 空気を圧縮する圧縮機本体と、遠心ファンと、前記遠心ファンを駆動するファンモータと、前記遠心ファンで生起された冷却風を用いて、前記圧縮機本体から吐出された圧縮空気を冷却するクーラと、前記遠心ファンの二次側に配置され、流路断面がｎ角形である排気ダクトと、前記圧縮機本体の吐出側に接続された吐出配管から分岐され、放気弁を有する放気配管と、前記放気弁の開閉を制御する制御装置とを備えた空気圧縮機において、
   前記放気配管の出口が前記排気ダクトの内側に配置されるか、若しくは、前記放気配管の出口が前記排気ダクトの側壁の外側に配置されるものの、前記放気配管の出口から放出された圧縮空気を前記排気ダクトの内側に導入する導入口が前記排気ダクトの側壁に形成されており、
   前記排気ダクトの内側に配置された前記放気配管の出口、若しくは、前記排気ダクトの側壁に形成された前記導入口は、前記排気ダクトの流路断面の一辺に対し垂直で前記遠心ファンの回転中心を通る基準線を中心として前記遠心ファンの中心角が（３６０÷ｎ÷２）度である範囲内に配置されたことを特徴とする空気圧縮機。
2. 請求項１に記載の空気圧縮機において、
   前記放気配管の出口が前記排気ダクトの側壁の外側に配置されるものの、前記排気ダクトの側壁に前記導入口が形成されており、
   前記放気配管の出口側部分の周囲を覆うカバーが前記排気ダクトの側壁の外側に設けられたことを特徴とする空気圧縮機。
3. 請求項２に記載の空気圧縮機において、
   前記導入口を介し前記排気ダクトの内側に導入された圧縮空気を前記排気ダクトの流路方向に向けるガイド板が、前記排気ダクトの内側に設けられたことを特徴とする空気圧縮機。
4. 請求項２に記載の空気圧縮機において、
   吸音材が前記カバーの内面に貼付けられたことを特徴とする空気圧縮機。
5. 請求項３に記載の空気圧縮機において、
   吸音材が前記ガイド板の表面に貼付けられたことを特徴とする空気圧縮機。
6. 請求項１に記載の空気圧縮機において、
   前記遠心ファンがターボファンであることを特徴とする空気圧縮機。

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