JPS6345519B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は大気中の空気を多段の圧縮機により圧
縮すると共に少なくとも１以上の中間冷却器を備
えた特に大形の空気圧縮機に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の中間冷却器を備えた空気圧縮機としては
例えば、特開昭56−9680号公報に示されたものが
提案されている。この冷却方法はガス圧縮機の高
温吐出ガスを吸収式冷凍機の発生器用熱源として
用い、これにより気化した発生器からの冷媒液を
一旦冷却したのち中間冷却器に供給して、圧縮機
の吸入ガスを冷却するものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術では発生器からの気化した冷媒液
を一旦冷却器によつて冷却したのち、これを中間
冷却器に供給するため、補助の冷却器が必要であ
ると共に、この補助冷却器の性能により圧縮機の
吸入ガスを十分に冷却することができないことが
ある。また上記の従来技術では圧縮機の吐出ガス
を吸収式冷凍機の熱源としているため、その使用
を可能にするためには、圧縮機の吐出ガス温度を
高めなければならず、結局圧縮機の大幅な動力の
増加を期たすという問題点があつた。

本発明は以上述べた従来の欠点にかんがみ、軸
動力を大幅に低減すると共にドレンの圧縮機への
侵入を防止することにより安価な中間冷却器を備
えた空気圧縮機を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の上記の目的は、多段の圧縮機間の吐出
口と吸込口とを連絡する配管中に少なくとも１以
上の中間冷却器を備え、この中間冷却器に、冷媒
を再生する再生器の熱源として廃熱源の供給を受
ける吸収式冷凍機を連結した空気圧縮機におい
て、前記中間冷却器を水冷却器とこの水冷却器の
後部に設けた付加冷却器とで構成し、前記付加冷
却器の後部にエリミネータで構成したドレン除去
装置を設け、前記水冷却器には冷却水が供給され
る冷却水配管を配設し、前記付加冷却器には前記
吸収式冷凍機の蒸発器で冷却された媒介流体が供
給される配管を配設することにより達成される。

〔作用〕

水冷却器および付加冷却器で構成される中間冷
却器は、前段の圧縮機からの高温高圧に圧縮され
た空気を十分に冷却する。これにより、空気中の
水分は凝縮されて分離する。この水分は付加冷却
器の後部に設けたドレン除去装置により器外に排
出される。その結果、水分の十分に少なくなつた
空気のみが次段の圧縮機に吸入されるので、圧縮
機の吸入空気温度の低下による軸動力の低減、圧
縮する空気中の水分の凝縮分離による軸動力の低
減、ラビリンスシール部への乾燥空気の吸込み不
要による軸動力の低減などにより、圧縮機の軸動
力を大幅に低減することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面により説明する。

第１図は本発明の中間冷却器を備えた空気圧縮
機の一実施例を示すもので、この図において、圧
縮機１は複数個の圧縮機１ａ〜１ｅで構成されて
いる。４は圧縮機の駆動機である。圧縮機１を構
成している初段圧縮機１ａに吸込まれた大気中の
空気は圧力および温度上昇後、空気の配管８に設
置された中間冷却器９に入る。中間冷却器９は水
冷却器９ａとこの水冷却器９ａの後部に一体に取
付けた付加冷却器９ｂとにより構成されており、
その水冷却器９ａには冷却水配管１０から供給さ
れた通常の冷却水を流し、付加冷却器９ｂには吸
収式冷凍機１１の蒸発器１１ａでかなりの低温ま
で冷却された媒介流体を配管１２を介して流すよ
うに構成している。したがつて、中間冷却器９に
入つた高温高圧の空気は冷却水によりある程度の
温度（約38℃程度）まで冷却された後、媒介流体
によつてさらに低温（約４〜12℃程度）に冷却さ
れるから効率の良い冷却が行える。このように空
気を十分に冷却することによつて、空気中の水分
はほとんど凝縮して空気から分離するので、付加
冷却器９ｂの後部にエリミネータなどのドレン除
去装置を取付けてこの水分（ドレン）を完全に分
離し、水分の十分に少なくなつた空気のみが第２
段圧縮機１ｂに収込まれるようにしている。第２
段圧縮機１ｂから吐出された高温高圧の空気は中
間冷却器９と同様に構成された中間冷却器１３に
入り、この中間冷却器１３内の水冷却器１３ａと
付加冷却器１３ｂとにより同様に十分冷却器され
て後段圧縮機１ｃに吸込まれる。

次に、前述した吸収式冷凍機１１の部分を詳細
に説明する。第１図において、１１ａは蒸発器、
１１ｂは吸収器、１１ｃは再生器、１１ｄは凝縮
器であり、吸収器１１ｂと凝縮器１１ｄには冷却
水配管１０からの冷却水が通過するようになつて
いる。再生器１１ｃ内の冷媒を含む溶液は蒸気等
の熱源、特に廃熱源によつて冷媒が気化され、冷
媒ガスと僅かに冷媒の残存する高温溶液とに分か
れる。このようにして再生された冷媒ガスは凝縮
器１１ｄで冷却水により冷却されて液化し、高圧
の冷媒液となる。次いでこの冷媒液は、膨張弁
（図示せず）で減圧されて蒸発器１１ａに入り、
ここでこの蒸発器１１ａ内を通過する媒介流体か
ら熱を奪つて気化した後、吸収器１１ｂに達す
る。一方再生器１１ｃに残された前記の高温溶液
は、減圧弁（図示せず）から吸収器１１ｂに入つ
て冷却水で冷却され、蒸発器１１ａからくる低温
低圧の冷媒ガスを飽和するまで溶け込ませる。こ
のようにして生じた高濃度に冷媒を含む溶液はポ
ンプ（図示せず）で再生器１１ｃに送り返されて
再び廃熱源などによつて加熱され、以下同様の過
程を繰り返す。よつて、媒介流体は、吸収式冷凍
機１１の蒸発器１１ａで冷却され、ポンプ１４に
より中間冷却器９，１３の付加冷却器９ｂ，１３
ｂに送られ、水冷却器９ａ，１３ａによりある程
度冷却された空気をさらに冷却することにより温
度が上昇して再び蒸発器１１ａに戻され、再度冷
却されて以下同様の過程を繰り返す。中間冷却器
９，１３においては、取扱い空気中の水分をでき
るだけ多くドレンとして凝縮させ、かつ付加冷却
器９ｂ，１３ｂ内の水分の凍結を防止するように
その温度が決定されるが、媒介流体として水を使
用すれば水は０℃以下にはならないので、付加冷
却器９ｂ，１３ｂ内の温度が極部的にも０℃以下
になることはなく好都合である。なお、蒸発器１
１ａ内の温度が０℃以下になるような場合には媒
介流体としてエチレングリコールを混入した水を
用いれば媒介流体が凍るのを防止できる。また、
吸収式冷凍機の冷媒としてリチウムブロマイドを
使用すれば、蒸発器１１ａ内の温度を０℃以上に
保持できるから、媒介流体として水を使用しても
凍ることがなく、したがつて付加冷却器９ｂ，１
３ｂ内の温度を最も効率のよい最適な温度に保持
することができる。

第２図は第１図に示す中間冷却器９または１３
の構造を詳細に示した図である。説明の便宜上こ
こでは中間冷却器９だけについて説明するが、中
間冷却器１３も中間冷却器９と全く同一の構造と
なつている。図において、１５は中間冷却器９の
ケースで、このケース５内には、水冷却器９ａ
と、この水冷却器９ａの後部に一体に取付けた付
加冷却器９ｂと、この付加冷却器９ｂの後部に取
付けられるドレン除去装置としてのエリミネータ
１６とが挿入装置されている。１７は水室カバー
で、この水室カバー１７は水冷却器９ａ、付加冷
却器９ｂおよびエリミネータ１６をケース１５内
に挿入後、このケース１５の側壁に取付けられ
る。１８は第１図に示す冷却水配管１０と水冷却
器９ａ内の冷却水がとおるチユーブネストとを連
結する供給管あるいは排出管、１９は第１図に示
す媒介流体の配管１２と付加冷却器９ｂ内の媒介
流体がとおるチユーブネストとを連結する供給管
あるいは排出管である。このように、水冷却器９
ａ、付加冷却器９ｂおよびエリミネータ１６を一
体構造にして中間冷却器９を構成することによ
り、中間冷却器９は極めてコンパクトになり、第
１図に示す従来の水冷却器２，３と比較してチユ
ーブネストの寸法が若干大きくなるだけで、極め
て大きな冷却能力をもたせることができ、したが
つて本発明の中間冷却器を備えた空気圧縮機を極
めてコンパクトにまとめることができると共に、
冷却によつて凝縮させた空気中の水分もエリミネ
ータ１６によつて完全に除去することができる。

なお、圧縮機や中間冷却器の数は上述した実施
例の他に多くの組合せが考えられるが、いずれの
場合でも同様に本発明を実施することができる。

次に以上述べた実施例の作用効果について説明
する。

１ 軸動力の大幅低減 圧縮する空気を吸収式冷凍機で十分に冷却す
るようにしたことにより、 圧縮機の吸込空気温度の低下による軸動力
の低減 空気中の水分の凝縮分離による軸動力の低
減 ラビリンスシール部への乾燥空気の吹込み
不要による軸動力の低減 など圧縮機の軸動力を大幅に低減することができ
る。例えば、従来のように冷却水だけで空気を冷
却する場合の冷却し得る温度は約38℃であるが、
これを付加冷却器によつてさらに12℃まで冷却し
た場合、この冷却器以降の圧縮機の軸動力を約
9.1％低減することができる。また、大気温度30
℃、相対湿度80％の空気を吸入した場合、その吸
入空気には約２％の水分を含んでいるが、この空
気を冷却することによりその水分を凝縮させて分
離することができる。すなわち、従来のように冷
却水のみによつて空気を38℃まで冷却した場合、
中間冷却器２で冷却されて空気中の水分は1.4％
となり、さらに中間冷却器３で冷却されてその水
分は0.9％となるのに対し、本発明のように中間
冷却器９，１３で空気を12℃まで冷却すれば、中
間冷却器９で冷却されてその水分は0.036％とな
り、さらに中間冷却器１３で冷却されてその水分
を0.02％まで低減することができ、その水分の除
去分だけ軸動力を低減することができる。さら
に、従来はラビリンスシール部の腐食防止のため
に乾燥空気の吹込みが必要であり、その損失動力
は約0.2％であつたが、本発明では水分を凝縮さ
せて空気から分離し、ドレンを含まない空気のみ
が次段圧縮機に流入するので、従来のような乾燥
空気の吹込みは不要となり、したがつてそのため
の損失動力はなくなり、しかも乾燥空気を吹込む
ためのシール配管も必要なくなる。以上３項目の
軸動力の低減を合計すると、圧縮機全体として
7.6％の動力低減となるが、これは30000kWクラ
スの大形空気圧縮機の場合、約2280kWの動力低
減となり非常に大きな効果である。

２ ドレン除去により、インペラなどの材料とし
て安価なものを選定できる。

従来は水冷却器によつて発生するドレンのた
めにインペラ、シヤフトスリーブなどの部品が
腐食しないように、それらの材料として高価な
不銹鋼を使用してきたが、本発明では空気中の
水分を凝縮させて分離し、ドレンを完全に除去
してしまうので、高価な不銹鋼を使用する必要
がなく、インペラなどの材料として安価なもの
を選定できる効果がある。

３ 中間冷却器内のドレン凍結の防止が容易、上
述した実施例では、空気を吸収式冷凍機の蒸発
器で直接冷却するのではなく、媒介流体を介し
て冷却するようにしており、特に媒介流体とし
て水を用いているから、冷却によつて空気中の
水分が凝縮してもそれが冷却器内のフイン表面
などに凍結することがない。したがつて、ドレ
ンの凍結がない範囲で空気を最大限に冷却する
ことができる。

４ 中間冷却器の構造が極めてコンパクトである 前述した実施例では中間冷却器を、水冷却器
の後部に付加冷却器を取付け、この付加冷却器
には吸収式冷凍機を配管接続した構造としてい
るので、中間冷却器は従来の中間冷却器におけ
るチユーブネストを若干大きくする程度でよ
く、吸収式冷凍機を空気の配管に直接設けた
り、付加冷却器を水冷却器と別に設けた場合に
比べ大幅にコンパクト化できる。しかも、ドレ
ンを除去するエリミネータなどのドレン除去装
置も冷却装置内に一体に設けるようにしている
ので、このエリミネータなどのドレン除去装置
を別々設けた場合に比べてもかなりコンパクト
にすることができる。したがつて本発明の中間
冷却器を備えた空気圧縮機のコンパクト化を計
ることができ、その据付面積も少なくなると共
に、据付費用の低減や中間冷却器の製作費用の
低減を計ることもできる。

〔発明の効果〕

本発明の中間冷却器を備えた空気圧縮機は以上
詳述したように、吸収式冷凍機によつて冷却され
た媒介流体によつて高温高圧に圧縮された空気を
十分に冷却し、その空気中の水分を凝縮させて分
離し、水分の十分に少なくなつた空気のみが次段
圧縮機に吸入されるように構成したので、圧縮機
の吸込空気温度の低下による軸動力の低減、圧縮
する空気中の水分の凝縮分離による軸動力の低
減、ラビリンスシール部への乾燥空気の吹込み不
要による軸動力の低減などにより、圧縮機の軸動
力を大幅に低減させることができる。また、ドレ
ンの圧縮機への浸入を防止しているからインペラ
などを安価な材料で製作することができ、さらに
ラビリンスシール部への乾燥空気の吹込み不要に
よつて、吹込み空気を供給するためのシール配管
なども必要ないから、圧縮機をかなり安価に製作
できる。さらにまた、吸収式冷凍機の蒸発器で直
接空気を冷却するのではなく、媒介流体を介して
冷却するようにしたことにより、空気の冷却器を
備えた空気圧縮機をかなりコンパクトにまとめる
ことができ、特に、中間冷却器に付加冷却器を組
込む構成とすれば大幅なコンパクト化を計ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の中間冷却器を備えた空気圧縮
機の一実施例を示すフローダイヤグラム、第２図
は第１図に示す中間冷却器の具体例を示す要部の
組立斜視図である。 １……圧縮機、１ａ，１ｂ，１ｃ……各段圧縮
機、８……空気の配管、９，１３……中間冷却
器、９ａ，１３ａ……水冷却器、９ｂ，１３ｂ…
…付加冷却器、１１……吸収式冷凍機、１１ｃ…
…再生器、１６……エリミネータ（ドレン除去装
置）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 多段の圧縮機間の吐出口と吸込口とを連絡す
   る配管中に少なくとも１以上の中間冷却器を備
   え、この中間冷却器に、冷媒を再生する再生器の
   熱源として廃熱源の供給を受ける吸収式冷凍機を
   連結した空気圧縮機において、前記中間冷却器を
   水冷却器とこの水冷却器の後部に設けた付加冷却
   器とで構成し、前記付加冷却器の後部にエリミネ
   ータで構成したドレン除去装置を設け、前記水冷
   却器には冷却水が供給される冷却水配管を配設
   し、前記付加冷却器には前記吸収式冷凍機の蒸発
   器で冷却された媒介流体が供給される配管を配設
   したことを特徴とする中間冷却器を備えた空気圧
   縮機。 ２ 水冷却器とこの水冷却器の後部に一体に取付
   けた付加冷却器とにより中間冷却器を構成したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の中間
   冷却器を備えた空気圧縮機。 ３ 媒介流体としてエチレングリコールを混入し
   た水を用いるようにしたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項または第２項記載の中間冷却器を
   備えた空気圧縮機。 ４ 吸収式冷凍機の冷媒としてリチウムブロマイ
   ドを使用したことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項〜第３項のいずれかに記載の中間冷却器を備
   えた空気圧縮機。