WO2012070101A1 - 圧縮空気供給装置 - Google Patents

Abstract

　圧縮空気供給装置は、空気を圧縮するエアコンプレッサと、エアコンプレッサから吐出された圧縮空気を貯蔵すると共に圧縮空気の供給口が開設されたタンクと、を有する。また、エアコンプレッサとタンクを連通接続する配管の少なくとも一部が、エアコンディショナにおけるヒートポンプのエバポレータで冷却されるようにする。そして、エアコンプレッサから吐出された高温の圧縮空気がエバポレータで油分及び水分が結露する温度以下まで冷却されることで、タンクの内壁面において油分及び水分が結露して除去される。

Description

圧縮空気供給装置

　本発明は、作動流体としての圧縮空気を供給する圧縮空気供給装置に関する。

　作動流体としての圧縮空気により作動する各種機器において、油分及び水分を多く含む圧縮空気が供給されると、例えば、バルブなどが腐食されてしまうおそれがある。このため、圧縮空気供給装置では、特開平５－２０１３２９号公報（特許文献１）に記載されるように、オイルミストセパレータ及びエアドライヤを用いて、エアコンプレッサから吐出された圧縮空気に含まれる油分及び水分を除去する構成が採用されている。

特開平５－２０１３２９号公報

　しかしながら、オイルミストセパレータ及びエアドライヤは、ある程度の粒径を持った油分及び水分を除去できるものの、それ以下の微細な油分及び水分が必ずしも除去できるとはいい難い。微細な油分及び水分を含んだ圧縮空気が各種機器に供給されると、依然としてバルブなどの腐食が懸念される。

　そこで、本発明は従来技術の問題点に鑑み、圧縮空気中の微細な油分及び水分を除去可能な圧縮空気供給装置を提供することを目的とする。

　このため、圧縮空気供給装置は、空気を大気圧以上に圧縮するエアコンプレッサと、エアコンプレッサにより圧縮された圧縮空気を貯蔵すると共に、圧縮空気を作動流体とする各種機器への圧縮空気の供給口が開設されたタンクと、を有する。そして、エアコンプレッサとタンクとを連通接続する第１の配管の少なくとも一部が、エアコンディショナのヒートポンプを構成するエバポレータにより冷却されるようにする。

　かかる圧縮空気供給装置によれば、エアコンプレッサにより圧縮されて高温になった圧縮空気は、ヒートポンプを構成するエバポレータにより冷却されることで、油分及び水分が結露する温度以下まで冷却される。この圧縮空気がタンクに供給されると、その内壁面において油分及び水分が結露して付着する。タンクの内壁面に付着した油分及び水分は、重力の作用によりタンクの下部に溜まって除去される。このとき、油分及び水分は、結露を利用して除去されるため、その粒径が微細であっても除去できる。

第１実施形態に係る圧縮空気供給装置を搭載した車両の概要図である。 第２実施形態に係る圧縮空気供給装置を搭載した車両の概要図である。 第２実施形態における制御プログラムを説明するフローチャートである。 第３実施形態に係る圧縮空気供給装置の要部拡大図である。 第３実施形態における制御プログラムを説明するフローチャートである。 エバポレータの冷却能力の不足を補う工夫を説明するための斜視図である。

　以下、添付された図面を参照し、本発明を実施するための実施形態について詳細に説明する。

　図１は、圧縮空気供給装置を搭載した車両の概要を示す。

　圧縮空気供給装置１０は、エアコンプレッサ１２と、所定容量を有するタンク１４と、圧縮空気に含まれる油分を除去するオイルミストセパレータ１６と、圧縮空気に含まれる水分を除去するエアドライヤ１８と、を有する。

　エアコンプレッサ１２は、例えば、エアフィルタにより異物が濾過された空気を大気圧以上に圧縮する。エアコンプレッサ１２により圧縮された圧縮空気は、第１の配管２０を通って、タンク１４へと供給されて一時的に貯蔵される。タンク１４の周壁には、圧縮空気を作動流体とする各種機器、例えば、エアシリンダなどへの圧縮空気の供給口１４Ａが開設される。また、タンク１４の底部には、油分及び水分などの液体を定期的（例えば、所定時間ごと）に排出するオートドレンバルブ１４Ｂが取り付けられる。タンク１４の供給口１４Ａに接続された第２の配管２２には、圧縮空気の供給方向に沿って、オイルミストセパレータ１６及びエアドライヤ１８がこの順番で配設される。

　また、エアコンディショナのヒートポンプ３０は、冷媒が循環する閉回路を構成する配管３２に、少なくとも、コンプレッサ（圧縮機）３４と、コンデンサ（凝縮器）３６と、エキスパンジョンバルブ（膨張弁）３８と、エバポレータ（蒸発器）４０と、を夫々配設して構成される。冷媒としては、オゾン層を破壊するおそれがないHFC-134a（R134a）が用いられる。

　コンプレッサ３４は、低圧・低温の気体となった冷媒を圧縮し、高温・高圧の気体にする。コンデンサ３６は、コンプレッサ３４により高温・高圧の気体となった冷媒を凝縮点まで冷却し、高圧・常温の液体にする。エキスパンジョンバルブ３８は、コンデンサ３６により高圧・常温の液体となった冷媒を急激に膨張させ、低圧・低温の気体にする。エバポレータ４０は、エキスパンジョンバルブ３８により低圧・低温の気体となった冷媒に周囲から吸熱させる。そして、エバポレータ４０において、冷媒が周囲から吸熱するので、その周囲に存在する空気が冷却されて冷房作用が奏される。

　エキスパンジョンバルブ３８及びエバポレータ４０は、車室内を臨むように取り付けられたクーリングユニット４２に組み込まれる。クーリングユニット４２の一端部には、空気取入口４２Ａが開口し、例えば、遠心式のブロア（送風機）４４によりエバポレータ４０に空気が強制的に供給されるようになっている。

　そして、圧縮空気供給装置１０において、エアコンプレッサ１２とタンク１４とを連通接続する第１の配管２０の少なくとも一部は、ヒートポンプ３０を構成するエバポレータ４０により冷却されるように配設される。具体的には、第１の配管２０の少なくとも一部が、エバポレータ４０の空気出口側の近傍に配設されるか、又は、エバポレータ４０の冷却フィンに接触するように配設される。

　このような圧縮空気供給装置１０によれば、エアコンプレッサ１２により圧縮されて高温になった圧縮空気は、ヒートポンプ３０を構成するエバポレータ４０により冷却されることで、油分及び水分が結露する温度以下まで冷却される。この圧縮空気がタンク１４に供給されると、その内壁面において油分及び水分が結露して付着する。タンク１４の内壁面に付着した油分及び水分は、重力の作用によりタンク１４の下部に溜まって除去される。このとき、油分及び水分は、結露を利用して除去されるため、その粒径が微細であっても除去できる。そして、タンク１４の下部に溜まった油分及び水分は、オートドレンバルブ１４Ｂにより定期的に排出されるので、タンク１４のメンテナンスが不要若しくは軽減する。

　タンク１４に一時的に貯蔵された圧縮空気は、各種機器に供給されるとき、オイルミストセパレータ１６及びエアドライヤ１８を通過することで、結露により除去しきれなかった油分及び水分を更に除去することができる。このため、よりクリーンな圧縮空気を要求する各種機器にも対応することができる。

　なお、タンク１４において結露によりある程度の油分及び水分が除去されているので、オイルミストセパレータ１６及びエアドライヤ１８を小型化することができる。また、圧縮空気を作動流体とする各種機器に問題が発生しなければ、オイルミストセパレータ１６及びエアドライヤ１８の少なくとも一方を廃止することもできる。要するに、タンク１４の供給口１４Ａに接続される第２の配管２２には、必要に応じて、オイルミストセパレータ１６及びエアドライヤ１８の少なくとも一方を配設すればよい。

　以上説明した実施形態において、エバポレータ４０による圧縮空気の冷却を効率よく行うために、次のような構成を追加してもよい。なお、図１に示す実施形態と同一の構成については、同一符号を付すことで、その説明を省略する。

　即ち、図２に示すように、エアコンプレッサ１２とエバポレータ４０との間に位置する第１の配管２０には、エアコンプレッサ１２から吐出された圧縮空気の湿度を検出する湿度センサ５０が取り付けられる。また、エバポレータ４０には、エバポレータ４０の温度を検出する温度センサ５２が取り付けられる。湿度センサ５０及び温度センサ５２の各出力信号は、コンピュータを内蔵したコントロールユニット５４に入力される。そして、コントロールユニット５４は、ＲＯＭ（Read Only Memory）などに記憶された制御プログラムを実行することで、エキスパンジョンバルブ３８の開度を電子制御する。なお、コントロールユニット５４は、例えば、エアコンディショナを電子制御するコントロールユニットに組み込まれてもよい。

　図３は、エンジン始動を契機として、コントロールユニット５４が第１の所定時間ごとに繰り返し実行するエキスパンジョンバルブ３８の制御内容を示す。

　ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様。）では、コントロールユニット５４が、湿度センサ５０から圧縮空気の湿度を読み込むと共に、温度センサ５２からエバポレータ４０の温度を読み込む。

　ステップ２では、コントロールユニット５４が、圧縮空気の湿度及びエバポレータ４０の温度に対応したエキスパンジョンバルブ３８の開度が設定されたマップを参照し、ステップ１で読み込んだ湿度及び温度に応じた開度を算出する。ここで、マップには、例えば、実験などを通して、第１の配管２０を流通する圧縮空気が油分及び水分の露点以下まで冷却されるような開度、即ち、圧縮空気の油分及び水分が結露する温度以下まで冷却されるような開度が設定される。

　ステップ３では、コントロールユニット５４が、ステップ２で算出された開度となるように、エキスパンジョンバルブ３８を制御する。

　このようにすれば、エアコンプレッサ１２から吐出された圧縮空気の湿度及びエバポレータ４０の温度に基づいて、圧縮空気が油分及び水分が結露する温度以下まで冷却されるように、エキスパンジョンバルブ３８の開度が動的に制御される。このため、圧縮空気から油分及び水分を除去するために、ヒートポンプ３０を高負荷で常時作動させる必要性がなく、コンプレッサ３４を作動させるためのエネルギを抑制することができる。なお、車両運転者などにより設定された車室温度を維持するための開度が、圧縮空気から油分及び水分を除去するための開度より大きいときには、その設定を優先させればよい。

　ところで、車両運転者などがエアコンディショナの作動を希望しないとき、具体的には、エアコンディショナスイッチをオフにしたときにも、圧縮空気を冷却するためにヒートポンプ３０が作動している。この場合、エバポレータ４０を通過して冷却された冷却空気が車室内に導入されると、車両運転者などの意思に反することとなるので、次のような構成を更に付け加えてもよい。

　図４に示すように、クーリングユニット４２の他端部、即ち、エバポレータ４０における冷却空気の出口側に、冷却空気を車室内に導入するか、又は、冷却空気を車室外に排出するかを選択的に切換可能な、例えば、板状部材からなるドア６０が回動可能に取り付けられる。ドア６０の回動軸６０Ａには、例えば、電動モータなどのアクチュエータ６２が連結される。

　コントロールユニット５４には、車両運転者などにより操作されるエアコンディショナスイッチの出力信号が入力される。エアコンディショナスイッチは、エアコンディショナの作動を希望するときにオン信号、エアコンディショナの作動を希望しないときにオフ信号を出力する。そして、コントロールユニット５４は、エアコンディショナスイッチの信号に応じて、ドア６０を回動させるアクチュエータ６２を電子制御する。

　ここで、ドア６０及びアクチュエータ６２が選択手段の一例として挙げられる一方、コントロールユニット５４が制御手段の一例として挙げられる。

　図５は、エンジン始動を契機として、コントロールユニット５４が第２の所定時間ごとに繰り返し実行するアクチュエータ６２の制御内容を示す。なお、第２の所定時間は、第１の所定時間と同じであってもよい。

　ステップ１１では、コントロールユニット５４が、エアコンディショナスイッチの信号を読み込む。

　ステップ１２では、コントロールユニット５４が、エアコンディショナスイッチがオンであるか否かを判定する。そして、コントロールユニット５４は、エアコンディショナスイッチがオンであると判定すれば処理をステップ１３へと進める一方（Ｙｅｓ）、エアコンディショナスイッチがオフであると判定すれば処理をステップ１４へと進める（Ｎｏ）。

　ステップ１３では、コントロールユニット５４が、ドア６０が実線で示す位置まで回動し、冷却空気が車室内に導入されるように、ドア６０を回動させるアクチュエータ６２を制御する。

　ステップ１４では、コントロールユニット５４が、ドア６０が破線で示す位置まで回動し、冷却空気が車室外に排出されるように、ドア６０を回動させるアクチュエータ６２を制御する。

　このようにすれば、エアコンディショナスイッチがオフのときには、冷却空気が車室外に排出されるので、車両運転者などが冷却空気が車室内に導入されることで感じる不快感を排除することができる。なお、ドア６０を回動させるアクチュエータ６２は、コントロールユニット５４による電子制御に限らず、エアコンディショナスイッチの信号により作動するリレーで制御してもよい。この場合、リレーが制御手段の他の例として挙げられる。

　エバポレータ４０は、エアコンディショナの冷房機能に加え、圧縮空気を冷却するために利用されるため、その容量が不足するおそれがある。この場合には、図６に示すように、一対のエバポレータ４０を取り付け、その間に第１の配管２０の一部を挟むようにすればよい。

　　１０　　圧縮空気供給装置
　　１２　　エアコンプレッサ
　　１４　　タンク
　　１４Ａ　供給口
　　１４Ｂ　オートドレンバルブ
　　１６　　オイルミストセパレータ
　　１８　　エアドライヤ
　　２０　　第１の配管
　　２２　　第２の配管
　　３０　　ヒートポンプ
　　３８　　エキスパンジョンバルブ
　　４０　　エバポレータ
　　５０　　湿度センサ
　　５２　　温度センサ
　　５４　　コントロールユニット
　　６０　　ドア
　　６２　　アクチュエータ

Claims (6)

1. 　空気を大気圧以上に圧縮するエアコンプレッサと、
   　前記エアコンプレッサにより圧縮された圧縮空気を貯蔵すると共に、圧縮空気を作動流体とする各種機器への圧縮空気の供給口が開設されたタンクと、
   　を有し、
   　前記エアコンプレッサと前記タンクとを連通接続する第１の配管の少なくとも一部が、エアコンディショナのヒートポンプを構成するエバポレータにより冷却されることを特徴とする圧縮空気供給装置。
2. 　前記タンクの底部に、該タンクに溜まった油分及び水分を定期的に排出するオートドレンバルブが取り付けられたことを特徴とする請求項１記載の圧縮空気供給装置。
3. 　前記エアコンプレッサから吐出される圧縮空気の湿度を検出する湿度センサと、
   　前記エバポレータの温度を検出する温度センサと、
   　コンピュータを内蔵したコントロールユニットと、
   　を更に有し、
   　前記コントロールユニットが、前記湿度センサにより検出された湿度、及び、前記温度センサにより検出された温度に基づいて、前記第１の配管を流通する圧縮空気が油分及び水分の露点温度以下まで冷却されるように、前記ヒートポンプを構成するエキスパンジョンバルブの開度を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧縮空気供給装置。
4. 　前記タンクの供給口に接続される第２の配管に、圧縮空気に含まれる油分を除去するオイルミストセパレータと、圧縮空気に含まれる水分を除去するエアドライヤと、の少なくとも一方が配設されたことを特徴とする請求項１～請求項３のいずれか１つに記載の圧縮空気供給装置。
5. 　前記エバポレータにより冷却された冷却空気を車室内に導入するか又は車室外に排出するかを選択する選択手段と、
   　エアコンディショナスイッチがオンになったときに、冷却空気が車室内に導入される一方、前記エアコンディショナスイッチがオフになったときに、冷却空気が車室外に排出されるように、前記選択手段を制御する制御手段と、
   　を更に有することを特徴とする請求項１～請求項４のいずれか１つに記載の圧縮空気供給装置。
6. 　前記第１の配管の少なくとも一部が、一対のエバポレータに挟まれることを特徴とする請求項１～請求項５のいずれか１つに記載の圧縮空気供給装置。

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