(57)【要約】【課題】圧縮機本体内へのイオン性物質の侵入を大幅に抑制し、もって腐食環境下における寿命延長と供給圧縮空気の清浄度の向上とに大きく寄与する空気圧縮機を提供する。【解決手段】圧縮機本体のシリンダヘッド６に接続されたサイレンサ２０内に、イオン性物質を吸着する機能を有するイオン交換繊維（濾材）３０を備えたフィルタユニット２７を配設し、該イオン交換繊維３０に圧縮機本体に吸込まれる空気中に含まれるイオン性物質を吸着させて、圧縮機本体の構成部材の腐食を抑制する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機本体に対する吸気系にイオン性物質を吸着する機能を有する濾材を配置したことを特徴とする空気圧縮機。
【請求項２】
前記濾材が、イオン交換繊維からなることを特徴とする請求項１に記載の空気圧縮機。
【請求項３】
前記濾材を、圧縮機本体に接続されたサイレンサ内に、既存のフィルタに代えてまたは該フィルタと併用して配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の空気圧縮機。
【請求項４】
前記サイレンサと圧縮機本体との間に断熱手段を介装したことを特徴とする請求項３に記載の空気圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気を原料空気として用いる空気圧縮機に係り、より詳しくは腐食環境下での使用に向けて好適な空気圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
大気を原料空気として用いる空気圧縮機においては、圧縮工程で空気中に含まれる物質も同時に圧縮されるため、圧縮空気単位容積当りの該物質の濃度は相対的に大きくなる。したがって、大気中に空気圧縮機の構成部材を腐食させるような成分（イオン性物質）が存在すると、該成分も圧縮工程において濃縮され、空気圧縮機の内部は外気よりも厳しい腐食環境に曝されることになる。特に、最近では、オイルフリータイプの空気圧縮機の出現により、食品や医療品の製造工場、医療機関などに空気圧縮機の用途が拡大しつつあるが、これらの分野では、消毒薬や殺菌剤が多く使用されるため腐食性ガスが多く発生し、空気圧縮機の構成部材はより強い腐食環境に曝されることになる。また、化学薬品の製造工場や廃液・廃水処理施設などにおいても、中和工程あるいは薬品貯蔵領域で腐食性ガスが発生するので、前記同様に空気圧縮機の構成部材は強い腐食環境に曝される。さらには、温泉地のように大気中の硫黄濃度が濃い環境でも、当然に空気圧縮機の構成部材は強い腐食環境に曝される。そして、このように強い腐食環境に曝される結果、運転停止中における結露の影響もあって空気圧縮機の構成部材の腐食が進み、早期に機能低下を招くようになる。
【０００３】
ところで、一般的な空気圧縮機は、吸気音を低減するため圧縮機本体の吸気口にサイレンサを接続しており、このサイレンサの内部には、通常、フェルト状のフィルタが配置されている。しかし、このフィルタは、主に空気中の塵埃を除去する機能を有しているだけであり、上記した腐食性ガス（イオン性物質）の捕捉にはほとんど効果がない。
【０００４】
そこで従来、例えば、特許文献１には、往復動式空気圧縮機の構成部材の１つである弁座部材を耐食性に優れたステンレス鋼により形成することが開示され、また、特許文献２には、空気圧縮機内における結露の発生を防止するため、運転停止中でも適当なタイミングで駆動部を動作させることが開示されている。また、例えば、特許文献３には、クリーンエアを必要とする半導体製造プロセスで用いられる空気圧縮機の吐出系にイオン性物質を除去するラインフィルタを配置することが開示されている。
【特許文献１】特開平１１−２１０６２８号公報
【特許文献２】特開２００３−１３９０６７号公報
【特許文献３】特許第３３７２１２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載された対策によれば、熱伝導性に劣るステンレス鋼の使用により放熱性が低下するため、パッキン等の周辺部材を熱伝導性の良好な材料に変更しなければならず、弁座部材のステンレス鋼化と併せてコスト負担が大きい、という問題があった。また、特許文献２に記載された対策によれば、本来停止すべき時間も空気圧縮機の運転が行われるため、エネルギー消費の増大が避けられず、その上、構成部材が不必要に加熱されることとなるため、例えば軸受等の寿命が短縮する、という問題があった。また、これら引用文献１、２に記載された対策によれば、構成部材に対する腐食の問題は解決できたとしても、供給される圧縮空気中に多くのイオン性物質が残るため、クリーンエアを必要とする分野での使用には不適である、という問題があった。一方、特許文献３に記載されたように吐出系にラインフィルタを配置する場合は、圧縮機本体内へのイオン性物質の侵入を止めることができないため、空気圧縮機の構成部材の腐食の問題に関しては、何らの解決ともならない。
【０００６】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、圧縮機本体内へのイオン性物質の侵入を大幅に抑制し、もって腐食環境下における寿命延長と供給圧縮空気の清浄度の向上とに大きく寄与する空気圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は、圧縮機本体に対する吸気系にイオン性物質を吸着する機能を有する濾材を配置したことを特徴とする。このように構成した空気圧縮機においては、吸気系に配置した濾材にイオン性物質が吸着されるので、圧縮機本体内へのイオン性物質の侵入が抑えられ、結果として、空気圧縮機の構成部材の腐食が抑制され、かつイオン性物質の少ない清浄な圧縮空気が得られるようになる。本発明において、前記濾材としては、腐食性成分の種類、濃度等の腐食環境に応じて、その環境に適合したものを適宜選択できることから、イオン交換繊維を用いるのが望ましい。
【０００８】
本発明において、上記濾材は、圧縮機本体に接続されたサイレンサ内に、既存のフィルタに代えてまたは該フィルタと併用して配置してもよく、これにより、圧縮機本体側には何らの材質変更や設計変更を加える必要がなくなる。この場合、前記サイレンサと圧縮機本体との間に断熱手段を介装するのが望ましく、これにより、濾材の温度上昇が抑えられ、その機能が十分に発揮される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、吸気系に配置した濾材によって圧縮機本体内へのイオン性物質の侵入が抑えられるので、腐食環境下における寿命延長と供給圧縮空気の清浄度の向上とを達成でき、腐食環境下にある様々な分野において長期的に安定して使用可能となる。
【００１０】
また、本発明において、濾材としてイオン交換繊維を用いた場合は、腐食環境に適合したものを適宜選択できるので、用途に応じて最適の空気圧縮機を提供できる。
【００１１】
また、圧縮機本体に接続されたサイレンサ内に、既存のフィルタに代えてまたは該フィルタと併用して濾材を配置した場合は、圧縮機本体側には何らの材質変更や設計変更を加える必要がなくなるので、汎用性が著しく向上し、利用価値が増大する。さらに、前記サイレンサと圧縮機本体と間に断熱手段を介装した場合は、濾材の温度上昇が抑えられるので、その機能が十分に発揮され、装置に対する信頼性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１および図２は、本発明の実施形態としての空気圧縮機を示したものである。本空気圧縮機は、ピストンが往復動する往復動式空気圧縮機として構成されており、図２に符号１にて示す圧縮機本体は、シリンダ２と、このシリンダ２内に摺動可能に配設されたピストン３と、シリンダ２上にパッキン４，４および弁座部材５を介して載置固定されたシリンダヘッド６とから概略構成されている。弁座部材５には吸込ポート７および吐出ポート８が形成されており、弁座部材５の両面には、前記吸込ポート７を開閉する吸込弁９および前記吐出ポート８を開閉する吐出弁１０が設けられている。一方、シリンダヘッド６には、前記吸込ポート７を介してシリンダ２内に通じる吸込室１１と前記吐出ポート８を介してシリンダ２内に通じる吐出室１２とが設けられるとともに、前記吸込室１１、吐出室１２にそれぞれ開口する吸気口１３、排気口１４が設けられている。
【００１４】
上記した空気圧縮機において、シリンダ２の下部には、モータにより回転駆動されるクランク軸を配設したクランクケース（図示略）が配置されており、ピストン３は、前記クランク軸から延ばした連接棒１５の一端部にピン１６を用いて軸着されている。そして、前記クランク軸の回転に応じてピストン３が下動することで、シリンダヘッド６の吸気口１３から吸込室１１に吸込まれた空気（外気）が、吸込弁９を開いてシリンダ２内に流入し、その後のピストン３の上動により圧縮される。一方、この圧縮された空気は吐出弁１０を開いてシリンダヘッド６内の吐出室１２に吐出され、さらに排気口１４からエアタンク等（図示略）へと供給される。
【００１５】
本実施形態において、上記シリンダヘッド６の吸気口１３には、サイレンサ２０が接続されている。このサイレンサ２０は、図１によく示されるように、消音用の拡張室Ａを形成するハウジング２１を備えている。ハウジング２１は、前記シリンダヘッド６の吸気口１３に螺合可能な流出管２２を底部に有する有底筒状の本体２３と外気を取入れるための流入管２４を周壁に有するカップ形状の蓋体２５とからなっている。このハウジング２１を構成する本体２３の開口端部および蓋体２５の開口端部には相互に嵌合可能な大径の嵌合部２３ａ、２５ａが形成されるともに、蓋体２５の周壁には、本体２３側の嵌合部２３ａの背面に係脱可能なキャッチ（係止具）２６が設けられている。蓋体２５は、その嵌合部２５ａを本体２３の嵌合部２３ａに嵌合させた状態で、前記キャッチ２６を利用して本体２３に対して密に被蓋される。
【００１６】
上記ハウジング２１内には、前記拡張室Ａを二分するようにフィルタユニット２７が配設されている。フィルタユニット２７は、リング状スペーサ２８を介して合わされた一対の多孔保持板２９，２９の間に後述の濾材３０を配設してなっている。フィルタユニット２７は、本体２３の開口端部側に形成された嵌合段部２３ｂに嵌合保持されるとともに、本体２３内に配設した支持手段３１により位置固定されている。支持手段３１は、ここでは、本体２３の内底部に補強板３２を介してブリッジ状に固定された支持フレーム３３と、この支持フレーム３３の背面側から前記フィルタユニット２７を貫通して上方へ延ばされた支持ロッド３４と、支持ロッド３４の上端部に形成されたねじ部３４ａに螺合されたロックナット３５と、フィルタユニット２７を貫通する、支持ロッド３４のねじ部３４ａに螺合される締付ナット（蝶ナット）３６とを備えている。フィルタユニット２７は、その下面をロックナット３５に着座させた状態で、その上面が締付ナット３６により押えられることにより支持ロッド３４に締付け固定されている。
【００１７】
ここで、上記フィルタユニット２７を構成する濾材３０は、イオン交換繊維からなっている。このイオン交換繊維は、例えば、特許第３１５０７２９号公報に記載されるように、ポリオレフィン製の単繊維、この単繊維の集合体である織布または不織布、またはそれらの加工品である基材に放射線グラフト重合により、イオン交換基を有するモノマーをグラフト重合させるか、またはイオン交換基を導入できるモノマーにグラフト重合後イオン交換基を導入することにより、前記基材にイオン交換基を有するグラフト側鎖を形成させ、さらにその側鎖に、中性の臭気成分を除去するためのアミノ基、および／または硫黄酸化物若しくは窒素酸化物からなる弱酸性ガスを除去するための物質を担持させたものである。イオン交換繊維の種類としては、強酸性カチオン交換繊維（スルホン酸基）、弱酸性カチオン交換繊維（カルボキシル基）、強塩基性アニオン交換繊維（四級アンモニウム基）および弱塩基性アニオン交換繊維（三級アミノ基）が代表的であり、除去対象成分は、ＮＨ3、Ｎａ+、Ｋ+、ＨＮＯ3、ＮＯ2、ＳＯ2、ＨＦ、Ｈ2Ｓなどである。
【００１８】
上記したサイレンサ２０を設けた空気圧縮機においては、ピストン３の往復動に応じて圧縮機本体１内に吸込まれる空気（外気）は、一旦流入管２４を通してサイレンサ２０のハウジング２１内に取込まれた後、流出管２２からシリンダ６内に吸込まれる。そして、この間、サイレンサ２０内の拡張室Ａで空気が急激に膨張することにより吸気音の発生が抑制され、また、サイレンサ２０内のフィルタユニット２７を通過することにより、空気中から上記したイオン性成分（腐食性成分）や塵埃等が吸着除去される。特に、空気中からイオン性成分が除去されることで、圧縮機本体１の構成部材である弁座部材５、吸込弁９、吐出弁１０等の腐食が抑制される。したがって、本空気圧縮機は、食品や医療品の製造工場、医療機関、温泉地施設、化学薬品の製造工場や廃液・廃水処理施設などの腐食環境下においても、長期にわたってその機能が維持される。しかも、イオン性物質の少ない清浄な圧縮空気が得られるので、クリーンエアを必要とする分野、例えば、半導体製造プロセス等にも使用可能となる。
【００１９】
上記実施形態においては、前記した種々のイオン交換繊維の中から、設置箇所の腐食環境に最も適合したものを選択し、これを濾材３０として、前記図１に示した形態でフィルタユニット２７に組込むが、腐食環境が複数のイオン性物質を含む場合は、複数種類のイオン交換繊維を選択するのが望ましい。図３は、このように複数種類のイオン交換繊維を用いる場合の実施形態を示したもので、濾材３０は、ここでは強酸性カチオン交換繊維３０Ａと強塩基性アニオン交換繊維３０Ｂとを重合してなっている。なお、腐食環境によっては、さらに多種類のイオン交換繊維を多重に配してもよいことはもちろんである。また、サイレンサ２０内に一般的に配置されている既存のフィルタと併用しても、あるいは既存の抗菌性エアフィルタや活性炭繊維など、空気中の雑菌や臭気を捕捉する効果がある濾材と併用してもよい。
【００２０】
ところで、イオン交換繊維は、温度が上昇するとイオン性物質の吸着機能が低下する性質があるので、濾材３０にできるだけ圧縮機本体１の熱を伝えないようにするのが望ましい。図４は、この熱対策を施した実施形態を示したもので、ここでは、前記サイレンサ２０の流出管２２とシリンダヘッド６の吸気口１３との間に熱伝導率の低い材料、例えばセラミックスからなる管継手３７（断熱手段）を介装している。このように構成するとことで、圧縮機本体１からサイレンサ２０に伝わる熱が抑えられ、イオン交換繊維の機能が十分に発揮される。
【００２１】
本発明において、上記濾材３０を配置する箇所は任意であり、圧縮機本体１の吸気系内であれば、そのどこに設置してもよい。例えば、空気圧縮機としては、低騒音および省スペース化を目的に、圧縮機本体、駆動源、エアタンク等を１つの筐体内に収めたパッケージ形の空気圧縮機があるが、このような空気圧縮機にあっては、前記筐体に設けられる吸気口に濾材３０を配置してもよい。また、本発明の実施形態では、空気圧縮機として往復動式の圧縮機を用いたものを示したが、その他、スクロール式圧縮機等他の空気圧縮機の吸込口に濾材３０を配置してもよい。
【００２２】
なお、上記各実施形態においては、濾材３０としてイオン交換繊維を用いたが、該濾材の種類は任意であり、例えば、ケミカルフィルタ濾材に代えることができる。このケミカルフィルタ濾材は、イオン交換繊維にそのイオン交換繊維とはイオンの極性が逆の極性を有する粉末状イオン交換体を含ませたもので、除去対象成分などの作用は上記イオン交換繊維と基本的に同じである。
【実施例１】
【００２３】
周囲と仕切った試験室Ｒ内に、前記圧縮機本体１（図２）を備えた往復動式空気圧縮機４０と、前記図３に示したサイレンサ２０を収めた筐体４１と、反応性ガス供給装置４２とを設置し、反応性ガス供給装置４２と筐体４１との間を第１配管４３にて接続し、サイレンサ２０は、その流入管２４が筐体４１内に開口するとともに、その流出管２２が筐体４１外へ延出するように筐体４１内に据付け、このサイレンサ２０の流出管２２と前記圧縮機本体１のシリンダヘッド６の吸気口１３（図３）との間を第２配管４４にて接続した。また、試験室Ｒ内に、ガス検知器４５を備えたガス収集容器４６を設置し、このガス収集容器４６に空気圧縮機４０のエアタンク４０ａの空気吐出口から延ばした第３配管４７を接続した。そして、前記反応性ガス供給装置４２には、アンモニア、塩化水素、二酸化イオウおよび硫化水素の４種類の気体を濃度１０ｐｐｍに調整して試験室Ｒの外部から供給し、試験室Ｒ内の温度を５℃および３０℃に設定して、空気圧縮機４０のモータ４０ｂの回転を制御することによりサイレンサ２０内のフィルタユニット３０（図３）を通過する気体の流速を０.０２ｍ／秒、０.２０ｍ／秒、０.５０ｍ／秒、０.８０ｍ／秒の４段階に変化させ、ガス収集容器４６内に流入した空気中のガス濃度をガス検知器４５により測定した。表１は、その測定結果を示したものである。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
表１に示す結果より、アンモニア、塩化水素、二酸化イオウおよび硫化水素は、いずれも初期濃度（１０ｐｐｍ）と比べて著しく低減しており、強酸性カチオン交換繊維３０Ａと強塩基性アニオン交換繊維３０Ｂとを重合してなる濾材３０（図３）が、これら反応性ガス（イオン性物質）の低減に大きく寄与することが明らかとなった。また、いずれの反応性ガスとも、温度が高くなるほど低減割合は低下しており、イオン交換繊維の機能を十分に発揮させるには、温度を低く抑えることが望ましいことが分った。さらに、流速の影響を見ると、いずれの反応ガスとも、流速が速くなるほど低減割合は低下しており、イオン交換繊維の機能を十分に発揮させるには、流速をある程度抑えることが望ましいことが分った。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る空気圧縮機に装備されるサイレンサの構造の一例を示す断面図である。
【図２】本空気圧縮機の要部構造を示す断面図である。
【図３】本空気圧縮機に装備されるサイレンサの、他の構造を示す断面図である。
【図４】本空気圧縮機における圧縮機本体とサイレンサとの結合構造の一例を示す断面図である。
【図５】本発明の実施例で用いた試験装置の全体的構造を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２７】
１    空気圧縮機
２    シリンダ
３    ピストン
５    弁座部材
６    シリンダヘッド
１３  シリンダヘッドの吸気口
２０  サイレンサ
２７  フィルタユニット
３０  濾材（イオン交換繊維）
３０Ａ  強酸性カチオン交換繊維
３０Ｂ  強塩基性アニオン交換繊維
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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