(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸込み空気を圧縮し供給された潤滑水と共に吐出する圧縮機と、この圧縮機の吐出口と連通し前記圧縮機より吐出された圧縮空気から分離された水を貯留する貯留部と、前記貯留部から前記圧縮機内部の水潤滑部へと水を循環する水循環経路と、この水循環経路中であって前記水潤滑部より上方に配設されて循環水を冷却すると共に循環水入口が循環水出口よりも高い位置に配置される水クーラと、前記水クーラと前記水潤滑部との間の水循環経路中に配置される開閉手段とを備える水循環式圧縮機。
【請求項２】
吸込み空気を圧縮し供給された潤滑水と共に吐出する圧縮機と、この圧縮機の吐出口と連通し前記圧縮機より吐出された圧縮空気から分離された水を貯留する貯留部と、前記貯留部から前記圧縮機内部の水潤滑部へと水を循環する水循環経路と、この水循環経路中であって前記水潤滑部より上方に配設されて循環水を冷却する水クーラと、前記水クーラと前記水潤滑部との間の水循環経路中に配置される開閉手段と
前記貯留部と圧縮空気供給出口の間の圧縮空気供給ラインに設けられる逆止弁と、前記圧縮空気供給ラインの前記貯留部と前記逆止弁の間に圧縮空気を大気に開放するための開放手段を備え、
運転停止前に前記開放手段を開として前記貯留部内を減圧し、前記開閉手段を閉として前記水潤滑部への給水を停止し、前記圧縮機を駆動する乾燥運転を行った後に、前記圧縮機を停止する水潤滑式圧縮機。
【請求項３】
吸込み空気を圧縮し供給された潤滑水と共に吐出する圧縮機と、この圧縮機の吐出口と連通し前記圧縮機より吐出された圧縮空気から分離された水を貯留する貯留部と、前記貯留部から前記圧縮機内部の水潤滑部へと水を循環する水循環経路と、この水循環経路中であって前記水潤滑部より上方に配設されて循環水を冷却する水クーラと、前記水クーラと前記水潤滑部との間の水循環経路中に配置される開閉手段と、前記水クーラと前記開閉手段との間の水ラインに取り付けられ、外部給水を行う給水ラインと、この給水ラインに設けられ、給水を制御するための開閉弁と、を備え、
圧縮機運転前に前記水ラインを逆流して前記水クーラに貯水される水潤滑式圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水潤滑式圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機本体の作動室に給水することで圧縮空気中に油分を含ませることなく圧縮効率を高める水潤滑式の圧縮機が知られている。このような水潤滑式圧縮機では、水の特性に起因する問題が生ずる。例えば特許文献１では、圧縮機が起動されない時間によって圧縮機を稼動させることで、水質の維持を図っている。また特許文献２では、再起動時において、モータ駆動電流が過大となることを防ぐために放気を行う際、水の逆流の防止を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−９５６４３号公報
【特許文献２】特開２００９−１８００９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
水潤滑式圧縮機においては、作動室や貯留部に水が残留することによって、特許文献１のような水質の問題、あるいは、特許文献２のように再起動時における制御上の課題が生ずる。圧縮機が停止した場合に圧縮機本体部分の水が乾燥していれば、少なくとも圧縮機本体部分における黴菌の繁殖の問題は回避されるが、次のような問題が生じ得る。
【０００５】
この問題を説明するための一例として図面を参照する。図２は、水潤滑式のスクリュー圧縮機の一例を示す模式図である。この例において、スクリュー圧縮機１は、２本のスクリューロータ１ｅ（以後、ロータ）、軸受、１ｂ、高圧シール（例えばメカニカルシール１ａ）、低圧シール（例えばリップシール１ｆ）、圧縮機本体ケース１ｇを備えてなり、互いに噛み合った２本のロータ１ｅを回転駆動し、空気取入口１ｃから導入した空気を、２本のロータ１ｅ間で圧縮し、吐出口１ｄから圧縮空気を吐出するようになっている。なお、低圧シール１ｈはメカニカルシールにもでき、そのときは、両者に（すなわち、低圧側のメカニカルシールにも）給水するようにする。
【０００６】
かかるスクリュー圧縮機等の圧縮機では、ロータ１ｅやメカニカルシール１ａのシール面又は接触面（材質はカーボンやセラミック）が直接摺動する構造であるため、その摺動面を潤滑するために、空気取入口１ｃや水供給口１ｈ、等から水を噴射／供給している。なお、この水は、摺動面の潤滑及び冷却を担うばかりでなく、圧縮した空気を冷却して圧縮効率を高める役目も果している。
【０００７】
すなわち、運転中は水がロータ１ｅ、メカニカルシール１ａ、リップシール１ｆ等へ供給され、潤滑及び冷却を担っている。しかし、圧縮機が停止し、セパレータ３内の圧力が常圧の状態で長時間経過すると、圧縮機１の内部（ロータやメカニカルシール）が乾燥状態になっている。そのため、この乾燥状態で圧縮機を起動する（以下、ドライ運転と呼ぶ）と、循環水がロータやメカニカルシールに到達するまでの間、圧縮機が乾燥状態のまま運転されてしまう問題点があった。
【０００８】
このドライ運転時間は、圧縮機の運転によりセパレータ内の圧力が高まり、圧縮された空気の圧力により循環水がロータやメカニカルシールに到達するまでの時間である。このドライ運転中は、乾燥状態のため潤滑及び冷却効果がなく、水が供給されている状態に比べてロータやメカニカルシールの摩耗や温度上昇が激しくなり、損傷又は性能低下、交換周期の短縮といった不具合が生ずる問題点があった。このとき、装置の信頼性あるいは寿命の低下を招くため、これを解決しなければならない。
【０００９】
この問題を解決するために、例えば、オイルフリースクリュー圧縮機に用いられるように、タイミングギヤで２本のロータの回転を同期させて非接触運転をさせることにより、ロータ同士の接触による摩耗等は回避可能であるが、たとえ非接触運転を採用したとしてもメカニカルシールとロータ軸との関係ではこれを回避できないという問題があった。
【００１０】
また、別の問題として、圧縮機停止後、圧縮機内部に残った水が蒸発することで、水に含まれていたシリカ等の物質が圧縮機内部に析出し、析出した物質が水の循環経路を詰まらせたり、メカニカルシール等のシール部品を損傷させ、シール部品の寿命低下を引き起こしたり、圧縮機内部の金属部品等を腐食してしまう等の問題点があった。この問題点も装置の信頼性あるいは寿命の低下を招くものであり、解決する必要がある。
【００１１】
特許文献２は再起動時の課題を解決しようとするものであるが、上述のようなシール部分の摩耗等の問題や水に含有する物質の析出等に関してはこれを考慮したものではない。
【００１２】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、水潤滑式圧縮機において、信頼性向上及び長寿命化を図った装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明は、吸込み空気を圧縮し供給された潤滑水と共に吐出する圧縮機と、この圧縮機の吐出口と連通し前記圧縮機より吐出された圧縮空気から分離された水を貯留する貯留部と、前記貯留部から前記圧縮機内部の水潤滑部へと水を循環する水循環経路と、この水循環経路中であって前記水潤滑部より上方に配設されて循環水を冷却すると共に循環水入口が循環水出口よりも高い位置に配置される水クーラと、前記水クーラと前記水潤滑部との間の水循環経路中に配置される開閉手段とを備えた。
【００１４】
この構成により、圧縮機運転時の高圧空気を用いることなく、水クーラから潤滑が必要な部位に水を供給することができる。
【００１５】
上記の本発明において、より好適な具体的態様は下記の通りである。
（１）水循環経路における水クーラの循環水入口を循環水出口よりも高い位置に配置したこと。
（２）運転開始時に開閉手段を開とした後に、圧縮機を駆動すること。
（３）貯留部と圧縮空気供給出口との間の圧縮空気供給ラインに設けられる逆止弁と、圧縮空気供給ラインの前記貯留部と前記逆止弁との間に圧縮空気を大気に開放するための開放手段を備えたこと。
（４）運転停止前に開放手段を開として前記貯留部内を減圧し、開閉手段を閉として水潤滑部への給水を停止し、圧縮機を駆動する乾燥運転を行った後に、圧縮機を停止すること。
（５）前記貯留部は、セパレータタンクにおいて、圧縮空気と水とを分離する分離手段の下方に分離された水が貯められる構成としたこと。
（６）水クーラと開閉弁との間の水ラインに外部給水を行う給水ラインが取り付けられ、この給水ラインには給水を制御するための開閉弁が設けられ、圧縮機運転前に前記水ラインを逆流して水クーラに貯水されること。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、信頼性向上及び長寿命化を図った水潤滑式圧縮機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態の水噴射式空気圧縮装置の全体構成図である。
【図２】スクリュー圧縮機の模式図である。
【図３】水噴射式空気圧縮装置の対比例である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を説明する。まず、図３の対比例を用いて、本発明の前提構造と具体的な問題点について説明する。
【００１９】
図３は、水噴射式圧縮機を用いた空気圧縮設備の構成図である。圧縮機１はモータ９により駆動される。モータ９により、圧縮機内部のロータ（一対のスクリューロータ）が回転し、大気から吸込みフィルタ５、吸込絞り弁２、を介し、空気取入口を経て空気が導入され、ロータ間で圧縮された圧縮空気が吐出口から吐出される。
【００２０】
圧縮空気は水セパレータ兼水容器３（以下、単にセパレータという。）に供給される。セパレータ３に導入された圧縮空気と水は、分離手段３ａにより分離される。水分離には様々な方法が考えられるが、本図は遠心力を利用した遠心分離を示している。すなわち、分離手段３ａの下方に、分離された水の貯留部となるような水セパレータ兼水容器を用いており、簡易な構成で水の分離と水の貯留を可能としている。
【００２１】
セパレータ３には第１の水ライン１２ａが取り付けられており、分離手段３ａによって分離されてセパレータ３内に貯留された水は、圧縮空気の圧力（一般的には約０．７ＭＰａ）により、この水ライン１２ａを介して水クーラ１１に圧送される。ここでモータ１４ｂにより駆動される冷却ファン１４ａにより水が冷却される。冷却後の水は第２の水ライン１２ｂを介して圧縮機１の空気取入口１ｃや水供給口１ｈ（図２参照）、等に供給され、圧縮機１の内部の水潤滑部、すなわち、圧縮室及びメカニカルシール部に噴射される。圧縮機１の内部を潤滑・冷却した水は、圧縮空気と共にセパレータ３に循環される。
【００２２】
一方、水分を除去された加圧空気は、圧縮空気ライン１３ａを介し、逆止弁１３ｂに抗して吐出され、圧縮空気ライン１３ｃを介して除湿器１０に供給され除湿されて空気出口から供給される。
【００２３】
この例において、運転中は水がロータ１ｅ、メカニカルシール１ａ、リップシール１ｆ等へ供給され、潤滑及び冷却を担っている。しかし、圧縮機が停止し、セパレータ３内の圧力が常圧の状態で長時間経過すると、圧縮機が水の貯留部よりも通常は高い位置に存置されているので、水が抜け落ちて圧縮機１の内部の水潤滑部（ロータやメカニカルシール）が乾燥状態になっている。そのため、この乾燥状態で圧縮機を起動する（以下、ドライ運転と呼ぶ）と、循環水がロータやメカニカルシールに到達するまでの間、圧縮機が乾燥状態のまま運転されてしまう。
【００２４】
このドライ運転時間は、水が循環する条件が整うまで継続する。すなわち、圧縮機が運転されてセパレータ３内の圧力が高まり、圧縮された空気の圧力により循環水がロータやメカニカルシールに到達するまでの時間である（例えば５〜１０秒前後となる）。このドライ運転中は、乾燥状態のために潤滑及び冷却の効果が期待できず、水が供給されている状態に比べてロータやメカニカルシールの摩耗や温度上昇が激しくなり、損傷又は性能低下、交換周期の短縮といった不具合が生ずる。
【００２５】
本発明の実施形態は、これらの問題点を解決するための構成を開示することを主眼としている。具体的には、圧縮機を長時間停止した後でも、あるいは、例えば圧縮機停止前に水の供給を停止して圧縮機を運転させるような乾燥運転を行った後に、再び起動する際にも、ロータやメカニカルシールのような水潤滑部が乾燥したままでの運転を防止するものである。
【００２６】
また、別の問題として、圧縮機停止後、圧縮機内部に残った水が乾燥することで、特に水道水を用いた場合には、水道水に含まれているシリカ等の物質が圧縮機内部に析出し、析出した物質が水の循環経路を詰まらせたり、メカニカルシール等のシール部品を損傷させ、シール部品の寿命低下を引き起こしたり、圧縮機内部の金属部品等を腐食してしまう。
【００２７】
したがって、本実施形態は、水道水から析出した物質が水の循環経路を詰まらせたり、メカニカルシール等のシール部品を損傷させ、シール部品の寿命低下させたりすることを防止する構成を説明する。
【００２８】
図１に示すように、本実施形態では、圧縮機１の吐出口と連通し、圧縮機１より吐出された圧縮空気と循環水とを導入して圧縮空気と循環水とに分離・貯溜するセパレータ３と、セパレータ３から出た循環水を冷却するための水クーラ１１と、水クーラ１１と圧縮機本体の間に循環水を遮断するための開閉手段１２ｄとを備えている。そして、水クーラ１１が、圧縮機１よりも高い位置に配置している。また、水クーラの循環水入口１１ａを水クーラの循環水出口１１ｂよりも高い位置に設け、循環水出口１１ｂと開閉手段１２ｄの間に外部から給水可能な構成としている。
【００２９】
これによって、水クーラ１１に貯水し、圧縮機運転前に開閉手段１２ｄを開くことで圧縮機本体に給水することができる。
【００３０】
また、水クーラ１１に循環水の一部を貯水することにより、セパレータ３の貯水量を低減し、セパレータ３の小型化を図ることができる。
【００３１】
また、セパレータ３と逆止弁１３ｂの間に圧縮空気を大気に開放するための手段７を設けている。この場合は、圧縮機停止前に開放手段７によりセパレータ３内の圧縮空気を大気に開放し、セパレータ３内部を減圧し、さらに開閉手段１２ｄにより圧縮機１への給水を停止し、圧縮機１を無給水の状態でブロー運転することで、圧縮機１内部を乾燥させてから圧縮機を停止することを可能としている。
【００３２】
以下、図１及び図２を参照しつつ、本発明の好ましい実施形態を説明する。なお、上述した図３の対比例と同一の構成については同一符号を付しており、詳細な説明は省略する。図１は本実施形態の水噴射式空気圧縮装置の全体構成図であり、図２はスクリュー圧縮機の圧縮機内部の模式図である。
【００３３】
圧縮機１はモータ９により駆動される。モータ９により、圧縮機内部のロータ１ｅが回転し、吸込みフィルタ５、吸込絞り弁２、を介して、空気取入口５ａから空気が導入され、ロータ間で圧縮された圧縮空気が吐出口１ｄからセパレータ３に供給される。
【００３４】
セパレータ３は、水位計（図示せず）、レベルセンサ４を備えている。レベルセンサ４はセパレータ３内の水貯留部に貯留した水のレベルを検出するために設けられており、セパレータ３の水貯留部に貯められた水を排出可能なように排水管１５ａ及びこの排水管１５ａに水排出弁１５ｂを備えている。
【００３５】
セパレータ３は、通常の運転時は、所定範囲の圧力（例えば約０．７ＭＰａ）に保持されている。この圧力により、通常の運転時には内部水が第１の水ライン１２ａを介して水クーラ１１に圧送され、ここでファン１４ａにより冷却されることで循環水が外気温度＋１０℃前後に保たれる。
【００３６】
更に水クーラ１１内の冷却水は、セパレータ３内の空気圧により、第２の水ライン１２ｂを介し、水経路中に設けられている水フィルタ１２ｃにより不純物を除去された後に第３の水ライン１２ｅを介して圧縮機１の空気取入口１ｃ及び水供給口１ｈに供給される。この第３の水ライン１２ｅと空気取入口１ｃとの合流点、及び水供給口１ｈには、図示しないノズルが設けられ、セパレータ３側の圧力を保持したまま、圧縮機１内の水潤滑部に適量の水を噴射するようになっている。
【００３７】
空気取入口１ｃから水を噴射することにより、一対のロータ１ｅ間の隙間あるいは両者の摺動面に水を供給し、これらの潤滑及び冷却を行うことができる。また、第３の水ライン１２ｅとメカニカルシール１ａとの間を連通する水供給口１ｈから水が噴射されることにより、メカニカルシール１ａの摺動面を濡らして潤滑可能となる。
【００３８】
この水噴射量は、圧縮機１の内部、すなわち、ロータ及びメカニカルシールの摺動面を濡らして潤滑すると共に、ロータ及びメカニカルシールを冷却してその温度を適正範囲に保持し、かつ圧縮れた空気の温度を下げて、圧縮機の圧縮効率を高めるように設定されている。
【００３９】
次いで、圧縮機１の内部を潤滑・冷却した水は、加圧空気と共に、吐出口１ｄから圧縮空気経路を介してセパレータ３に循環され、気水分離手段３ａで分離されてセパレータ３内の内部水として貯留される。また、水分を除去された加圧空気は、逆止弁１３ｂに抗して吐出され、圧縮空気ライン１３ｃを介して除湿機１０に供給され除湿されて空気出口から供給される。
【００４０】
上述のように、水ライン１２ａ、１２ｂ、１２ｅによって水循環経路が形成され、圧縮機の運転中はセパレータ３内の圧力によってこの水循環経路を水が循環し、潤滑・冷却が必要な部分に水を供給することができる。
【００４１】
セパレータ３を出る圧縮空気の温度は、例えば外気温度＋５〜２０℃程度であり、水分を含んでいる。そのため除湿機１０では、加圧空気を一旦外気温度以下に下げて内部の水分を凝縮除去し、次いで再加熱して外気温度以上に戻すようになっている。従って、水分のほとんどない乾燥した圧縮空気を供給することができる。
【００４２】
本実施形態の水噴射式空気圧縮装置には、更に、加圧水を外部から給水するための加圧水ライン６ｂと、給水ライン６ｂを開閉するための開閉手段６ａ（例えば、電磁開閉弁）と、水ライン１２ｅを開閉する開閉手段１２ｄ（例えば、電磁開閉弁）を設けている。更に、水クーラ１１を圧縮機本体１よりも高い位置に配置し、水クーラ１１の循環水入口１１ａを水クーラ１の循環水出口１１ｄよりも高い位置に設けている。
【００４３】
給水ライン６ｂは、例えば水道水等の加圧水ラインに接続され、圧縮機停止時のセパレータ３内の圧力が常圧の時（長期停止後や後述の大気開放運転後）に開閉手段６ａを開くことにより、系外より加圧水を供給するようになっている。
【００４４】
上述した構成により、本実施形態の方法では、圧縮機が起動命令を受けると、電磁開閉弁６ａを開き、加圧水ライン６ｂを介して系外から加圧水を給水する。この時、電磁開閉器１２ｄは閉じている。供給された水は、水ライン１２ｂを経由して、水クーラ１１に冷却水出口１１ｂ側から給水され、水クーラ１１が満水になると水クーラ入口１１ａ側から水ライン１２ａを介して、セパレータ３に給水される。このように外部水は水潤滑経路を逆流して供給される。セパレータ３内部の水位が一定レベルに達するとレベルセンサ４により水位を検出して、電磁開閉器６ａを閉じる。本方式とすることにより、水クーラ１１を圧縮機運転開始前に満水状態にすることができる。
【００４５】
このとき、水クーラ１１は、圧縮機１内部の水潤滑部が乾燥した状態において、この水潤滑部へ供給する水の貯留手段として機能する。
【００４６】
その後、電磁開閉器１２ｄを開き、水クーラ１１に貯めた水を高低差により自重で落下させ、圧縮機１に給水する。給水開始後、ある一定時間後に圧縮機１の運転を開始する。
【００４７】
すなわち、水貯留手段たる水クーラ１１を圧縮機１よりも上方に配置することによって、貯留手段と圧縮機１との間の水ラインに取り付けられる開閉手段１２ｄの開／閉動作により水潤滑部へ効果的に水を供給することができる。
【００４８】
なお、圧縮機運転の前に給水する例を説明したが、水クーラ１１に貯水しておくことにより、圧縮機運転と同時に開閉手段１２ｄを開いた場合であっても、短時間で圧縮機本体に給水することができるため、乾燥運転を最小限に抑えることができる。
【００４９】
本実施形態の装置及び方法によれば、圧縮機１が運転を開始する前に、ロータ、メカニカルシール、等へ水を供給できるので、ロータやメカニカルシールが乾燥している状態であっても、乾燥状態で運転されることを回避でき、ロータやメカニカルシールの摩耗を減少させ、損傷や性能低下などの不具合を生じないようにすることができる。
【００５０】
別の効果としては、水を水クーラ１１に圧縮機１を運転する前に満水状態にしておくので、水クーラの容積分、セパレータ３を小型化することができ、低コスト化を図ることができる。
【００５１】
また、本実施形態の水噴射式空気圧縮装置には、更に、圧縮空気を大気に開放する手段７（電磁開閉器）を設けている。電磁開閉器７はセパレータ３と逆止弁１３ｂの間に設けている。
【００５２】
上述した構成により、圧縮機が停止命令を受けると、電磁開閉器１２ｄを閉じ、本体１への給水をストップし、更に電磁開閉器７を開くことでセパレータ３内の圧力を大気に開放し、減圧する。セパレータ３内の圧力を大気に開放することで、低負荷状態で圧縮機１を運転することができ、水の供給ストップによる、圧縮機の温度上昇やメカニカルシール等のシール部品の負荷を軽減することができる。圧縮機１の回転数を下げると更に負荷を軽減することができる。
【００５３】
これにより、吸込口１ｃから吐出し口１ｄに空気を送風し、圧縮機１内部を確実に乾燥させることができる。
【００５４】
ある一定の時間、上記運転をし、圧縮機１内部を完全に乾燥させた後に圧縮機１を停止する。
【００５５】
本実施形態の水噴射式空気圧縮装置とその停止方法によれば、圧縮機停止後、圧縮機内部に残った水を確実に乾燥させ、水に含まれているシリカ等の物質が圧縮機内部に析出することを防止し、更には、圧縮機内部の金属部品等の腐食を防止し、圧縮機の信頼性を維持することができる。
【００５６】
なお、本実施形態は上述した例に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。例えば、スクリューコンプレッサの場合について主として説明したが、水噴射式である限りで他の圧縮機であってもよい。また、空気を圧縮する場合を説明したが、他の気体にもそのまま適用することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１…圧縮機、１ａ…メカニカルシール、３…セパレータ、４…レベルセンサ、６ａ…開閉手段、６ｂ…給水ライン、７…開閉手段、１１…水クーラ、１２…水ライン（第１〜第３の水ライン：水循環経路）、１２ｄ…開閉手段、１４ａ…冷却ファン、１５ａ…排水ライン。
【図１】
0005481214.tif 000002
【図２】
0005481214.tif 000003
【図３】
0005481214.tif 000004