(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に水を保有する水タンク（８）と、空気を圧縮する圧縮機（１０）とを備え、この圧縮空気を前記水タンク（８）内に供給し、その圧力で水タンク（８）から前記圧縮機（１０）内に水を噴射する空気圧縮装置において、
前記水タンク（８）から加圧水を前記圧縮機（１０）内に導入する水ライン（１３ａ，１３ｂ）と、前記圧縮機（１０）内に導入する外部からの空気を制御すると共に、前記水タンク（８）内の圧力の上昇と共に「閉」状態にするように構成した吸入弁（２１）と、該吸入弁（２１）と前記水タンク（８）との間の圧力を調節する放風弁（２２）と、を備え、
前記圧縮機（１０）の起動時に、前記放風弁（２２）を一定時間「閉」にすることで、機内の圧力を上昇させ、前記吸入弁（２１）を「閉」状態にするために必要な圧力を得ることにより、該吸入弁（２１）を短時間に「閉」状態にするように構成した、ことを特徴とする空気圧縮装置。
【請求項２】
前記吸入弁（２１）が、本体（２１ａ）内においてシリンダボディ（２１ｂ）にピストン（２１ｃ）を通し、該ピストン（２１ｃ）に弾性材（２１ｄ）を介在させてバルブプレート（２１ｅ）を常時「開」状態にすると共に、前記水タンク（８）内が加圧されると、「閉」状態になるように前記ピストン（２１ｃ）が前記弾性材（２１ｄ）に抗して前記バルブプレート（２１ｅ）が移動するように構成したものである、ことを特徴とする請求項１の空気圧縮装置。
【請求項３】
内部に水を保有する水タンク（８）と、空気を圧縮する圧縮機（１０）とを備え、圧縮空気を前記水タンク（８）内に供給し、その圧力で該水タンク（８）から前記圧縮機（１０）内に水を噴射する空気圧縮装置の起動方法であって、
先ず、前記圧縮機（１０）の起動時に、放風弁（２２）を一定時間「閉」にすることで、機内の圧力を上昇させ、吸入弁（２１）を「閉」状態にするために必要な圧力を得ることにより、該吸入弁（２１）を短時間に「閉」状態にする、ことを特徴とする空気圧縮装置の起動方法。
【請求項４】
前記放風弁（２２）を閉じている時間が、前記圧縮機（１０）内の圧力上昇に十分かつ機内の圧力が必要以上に上昇しない時間である、ことを特徴とする請求項３の空気圧縮装置の起動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクリュー式等の空気圧縮技術に係り、特に起動時の負荷を低減することができる空気圧縮装置とその起動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空気圧縮装置における２軸スクリュー式の圧縮機１０は、図３に示すように、２本のスクリューロータ１、軸受２ａ，２ｂ、高圧シールとなるメカニカルシール３、低圧シールとなるリップシール４、圧縮機本体５等からなるものである。この圧縮機１０は、互いに噛み合った２本のスクリューロータ１を回転駆動し、空気取入口５ａから導入した空気を、２本のスクリューロータ間で圧縮し、吐出口５ｂから圧縮空気を吐出するようになっている。
【０００３】
図４はスクリュー式圧縮機を用いた空気圧縮装置の構成図である。
この構成図において、７はファン・モータ、８は水タンク、９は水クーラ、１１はドライヤである。ファン・モータ７は、水クーラ９に送風するファン７ａと共にプーリ６ｂを駆動し、ベルトを介してロータ駆動用プーリ６ａを回転駆動する。プーリ６ａの回転駆動により、内部の２本の圧縮機１０側のスクリューロータ１が回転し、空気導入ライン１２ａから空気取入口５ａを介して空気が導入され、スクリューロータ１間で圧縮された圧縮空気が吐出口５ｂから圧縮空気ライン１２ｂを介して水タンク８に供給される。
【０００４】
水タンク８には、中間位置まで水が供給されており、上部に供給された加圧空気の圧力（約０．７ＭＰａ：約７Kg/cm2g ）により、内部水が水ライン１３ａを介して水クーラ９に圧送され、ここで冷却され、更に水ライン１３ｂを介して圧縮機１０の空気取入口及び水供給口５ｃに供給され、その内部に噴射される。圧縮機１０の内部を潤滑・冷却した水は、加圧空気と共に水タンク８に循環され、気水分離器８ａで分離されて水タンク８内の内部水に混入する。一方、水分を除去された加圧空気は、逆止弁８ｂに抗して吐出され、圧縮空気ライン１２ｃを介してドライヤ１１に供給され除湿されて空気出口から供給される。
【０００５】
このように構成された圧縮機１０を起動するときに、ファン・モータ７の起動トルクが小さい場合には、スクリューロータ１の回転により吸入負圧を生じて一旦空気導入ライン１２ａにおける吸入弁１０ａは開くが、加速トルクの不足のためにスクリューロータ１の回転数は急速に上昇しない。そこで、このような起動負荷を低減するために吸入弁１０ａを閉じた状態で起動することが効果的であるが、この吸入弁１０ａを閉じるために次のような２つの方法がある。
【０００６】
例えば、起動時に、ばねなどにより吸入弁１０ａを強制的に「閉」とし、空気の導入に際して、高圧空気により吸入弁１０ａを「開」とする方法がある。この方法は、高圧空気を用いることなく常に吸入弁１０ａを「閉」として起動できるという特徴がある。しかし、ばね式の吸入弁１０ａでは、圧縮機１０の一般的な容量調整方式である吸入絞り制御方法は、圧力の上昇に応じて吸入弁１０ａの動作圧が上昇することにより、吸入弁１０ａを徐々に「閉」とするので、このような吸入絞り制御を行うことができない。
【０００７】
この方法とは逆に、起動時にばねなどにより吸入弁１０ａを強制的に「開」とし、空気の導入に際して、高圧空気により吸入弁１０ａを「閉」とする方法がある。この方法は、圧縮機１０内の圧力がなく、外部から高圧空気の供給も不可能な場合は使用できない。圧縮機１０は停止から一定時間であれば機内に圧力を溜めておくことができ、吸入弁１０ａを閉じておくこともできるが、長時間の停止後、又は分解などで圧力を開放した場合には、吸入弁１０ａが開いた状態で起動することは避けられない。このような場合、起動負荷の上昇を許容して負荷起動を行い、圧力上昇に伴って吸入弁１０ａを閉じる方式（起動負荷上昇許容方式）が提案されている。または、僅かな吸入負圧を利用して吸入弁１０ａを早期に閉じる、負圧方式などが提案されている（特開昭５７−１０５５８８号参照）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した起動時に、起動負荷の上昇を許容して負荷起動を行い、圧力上昇に伴って吸入弁１０ａを閉じる起動負荷上昇許容方式では、起動と同時又は事前に、系内の圧力を一定に保つ放風弁８ｃが「開」となるため、吸入弁１０ａを「閉」とする必要な圧力を得るまでの時間がかかり、起動負荷の上昇が大きいという問題があった。
【０００９】
また、僅かな吸入負圧を利用して吸入弁１０ａを早期に閉じる、負圧方式では、負圧による吸入弁１０ａの動作を可能とするために吸入弁１０ａ、配管などの構造が複雑になるという問題があった。
【００１０】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、圧縮機の吸入弁と放風弁とを開閉操作することで、圧縮機の起動時における起動負荷を低減することができるスクリュー式空気圧縮装置とその起動方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、内部に水を保有する水タンク（８）と、空気を圧縮する圧縮機（１０）とを備え、この圧縮空気を前記水タンク（８）内に供給し、その圧力で水タンク（８）から前記圧縮機（１０）内に水を噴射する空気圧縮装置において、前記水タンク（８）から加圧水を前記圧縮機（１０）内に導入する水ライン（１３ａ，１３ｂ）と、前記圧縮機（１０）内に導入する外部からの空気を制御すると共に、前記水タンク（８）内の圧力の上昇と共に「閉」状態にするように構成した吸入弁（２１）と、該吸入弁（２１）と前記水タンク（８）との間の圧力を調節する放風弁（２２）と、を備え、前記圧縮機（１０）の起動時に、前記放風弁（２２）を一定時間「閉」にすることで、機内の圧力を上昇させ、前記吸入弁（２１）を「閉」状態にするために必要な圧力を得ることにより、該吸入弁（２１）を短時間に「閉」状態にするように構成した、ことを特徴とする空気圧縮装置が提供される。
【００１２】
前記吸入弁（２１）は、本体（２１ａ）内においてシリンダボディ（２１ｂ）にピストン（２１ｃ）を通し、該ピストン（２１ｃ）に弾性材（２１ｄ）を介在させてバルブプレート（２１ｅ）を常時「開」状態にすると共に、前記水タンク（８）内が加圧されると、「閉」状態になるように前記ピストン（２１ｃ）が前記弾性材（２１ｄ）に抗して前記バルブプレート（２１ｅ）が移動するように構成したものである。
【００１３】
上記発明の装置では、起動時に空気圧縮装置における放風弁（２２）を一定時間「閉」としておき、機内から外部へ圧力開放する回路を閉じておくことができる。そこで、この機内の圧力は早期に上昇して吸入弁（２１）を閉じるに必要な圧力を得ることができる。これにより起動から吸入弁（２１）が閉じるまでの時間を大幅に短縮することができるので起動負荷を低減することができる。
【００１４】
また、本発明の起動方法によれば、内部に水を保有する水タンク（８）と、空気を圧縮する圧縮機（１０）とを備え、圧縮空気を前記水タンク（８）内に供給し、その圧力で該水タンク（８）から前記圧縮機（１０）内に水を噴射する空気圧縮装置の起動方法であって、先ず、前記圧縮機（１０）の起動時に、放風弁（２２）を一定時間「閉」にすることで、機内の圧力を上昇させ、吸入弁（２１）を「閉」状態にするために必要な圧力を得ることにより、該吸入弁（２１）を短時間に「閉」状態にする、ことを特徴とする空気圧縮装置の起動方法が提供される。
【００１５】
前記放風弁（８）を閉じている時間は、前記圧縮機（１０）内の圧力上昇に十分かつ機内の圧力が必要以上に上昇しない時間である、ことが望ましい。
【００１６】
上記本発明の起動方法では、起動時に放風弁（８）を一定時間「閉」としておくことで、機内から外部へ圧力開放する回路が閉じられるため、機内の圧力は早期に上昇して吸入弁（２１）を閉じるに必要な圧力を得ることができる。これにより起動から吸入弁（２１）が閉じるまでの時間を大幅に短縮することで起動負荷を低減することができる。
なお、放風弁（８）を閉じておく時間は、圧力上昇に十分な時間かつ機内の圧力が必要以上に上昇しないように決定する必要がある。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の空気圧縮装置の全体構成図である。この図において、７はファン・モータ、８は水タンク、９は水クーラ、１１はドライヤである。ファン・モータ７は、水クーラ９に送風するファン７ａと共にプーリ６ｂを駆動し、ベルトを介して圧縮機１０側のロータ駆動用プーリ６ａを回転駆動する。プーリ６ａの回転駆動により、圧縮機１０内部のスクリューロータ１が回転し、空気導入ライン１２ａから空気取入口を介して空気が導入され、スクリューロータ１間で圧縮された圧縮空気が吐出口から圧縮空気ライン１２ｂを介して水タンク８に供給される。
【００１８】
水タンク８には、水供給弁、水排出弁等を備え、常に一定レベルの中間位置まで水が供給されている。この量は、例えば１０〜２０リットル程度である。なお、水供給弁（すなわち運転時間用給水弁）は圧縮機１０の近くにもある。また、この水タンク８の上部には圧縮機１０のスクリューロータ１間で圧縮された圧縮空気が供給され、内部に常時所定範囲の圧力（例えば約０．７ＭＰａ以上：約７Kg/cm2g 以上）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の水が水ライン１３ａを介して水クーラ９に圧送され、ここでファン７ａからの送風により冷却され、常に外気温度＋１０℃前後に保たれている。
【００１９】
更に、水クーラ９内の冷却水は、水タンク８内の空気圧により、水ライン１３ｂを介して圧縮機１０の空気取入口及び水供給口に供給される。この水ライン１３ｂと空気取入口との合流点、及び水供給口には、ノズルが設けられ、水タンク８側の圧力を保持したまま、圧縮機１０内に適量の水を噴射するようになっている。この水噴射量は、圧縮機１０の内部のスクリューロータ１及びメカニカルシール３の摺動面を濡らして潤滑すると共に、スクリューロータ１及びメカニカルシール３を冷却してその温度を適正範囲に保持し、かつ圧縮された空気の温度を下げて、圧縮機１０の圧縮効率を高めるように設定させれている。
【００２０】
次いで、圧縮機１０の内部を潤滑・冷却した水は、加圧空気と共に、吐出口から圧縮空気ライン１２ｂを介して水タンク８に循環され、気水分離器８ａで分離されて水タンク８内の内部水に混入する。また、水分を除去された加圧空気は、逆止弁８ｂに抗して吐出され、圧縮空気ライン１２ｃを介してドライヤ１１に供給され除湿されて空気出口から供給される。水タンク８を出る圧縮空気の温度は、例えば外気温度＋２０℃程度であり、水分を含んでいる。そのためドライヤ１１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。
【００２１】
本発明の空気圧縮装置は、水タンク８から加圧水を前記圧縮機１０内に導入する水ライン１３ａ，１３ｂと吸入弁２１を設けている。この吸入弁２１は、圧縮機１０内に導入する外部からの空気を制御すると共に、水タンク８内の圧力の上昇と共に「閉」状態にするように構成したものである。
【００２２】
図２は本発明の吸入弁の構成図である。この吸入弁２１は、本体２１ａ内においてシリンダボディ２１ｂにピストン２１ｃを通し、このピストン２１ｃにコイルばね等の弾性材２１ｄを介在させて、空気の出入りを規制するバルブプレート２１ｅを常時「開」状態にするものである。この吸入弁２１は、水タンク８内が加圧されると、「閉」状態になるようにピストン２１ｃが弾性材２１ｄを抗してバルブプレート２１ｅが移動するようになったものである（矢印方向の二点鎖線）。
【００２３】
この吸入弁２１と水タンク８との間のライン上には放風弁２２を設けてある。この放風弁２２は、吸入弁２１と水タンク８との間の圧力を調節するものである。そこで、この放風弁２２を一定時間「閉」にすることで、圧縮機１０の起動時に、機内から外部へ圧力開放する回路が閉じ、機内の圧力が早期に上昇するように吸入弁２１を「閉」状態にすることができる。
【００２４】
即ち、圧縮機１０の起動時に、放風弁２２を一定時間閉じると共に、機内から外部へ圧力開放する回路を閉じ、次に、機内の圧力を早期に上昇させ、吸入弁２１を閉じるに必要な圧力を得ることにより、起動から吸入弁２１が閉じるまでの時間を大幅に短縮することができる。
【００２５】
この放風弁２２を閉じている時間は、圧力上昇に十分な時間かつ機内の圧力が必要以上に上昇しない時間であるとが望ましい。放風弁２２を閉じておく時間は、圧力上昇に十分な時間かつ機内の圧力が必要以上に上昇しないように決定する必要がある。
【００２６】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、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、スクリュー式圧縮機１０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。
【００２７】
【発明の効果】
上述したように、本発明の空気圧縮装置及びその起動方法は、起動時に放風弁を一定時間「閉」としておくことで、機内から外部へ圧力開放する回路が閉じられるため、機内の圧力は早期に上昇して吸入弁を閉じるに必要な圧力を得ることができるので、起動から吸入弁が閉じるまでの時間を大幅に短縮することで起動負荷を低減することができる。
【００２８】
また、従来の負圧方式では、負圧による吸入弁の動作を可能とするために吸入弁、配管などの構造が複雑になることがなく、圧縮機の起動時における起動負荷を低減することができる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスクリュー式空気圧縮装置の全体構成図である。
【図２】本発明の吸入弁の構成図である。
【図３】スクリュー式空気圧縮機の模式図である。
【図４】従来のスクリュー式空気圧縮装置の全体構成図である。
【符号の説明】
１  スクリューロータ
２ａ，２ｂ  軸受
３  メカニカルシール
４  ガスシール
５  圧縮機本体
６ａ，６ｂ  プーリ
７  ファン・モータ
８  水タンク
８ａ  気水分離器
９  水クーラ
１０  圧縮機
１１  ドライヤ
１２ａ  空気導入ライン
１２ｂ，１２ｃ  圧縮空気ライン
１３ａ，１３ｂ  水ライン
２０  加圧水噴射ライン
２１  吸入弁
２１ａ  本体
２１ｂ  シリンダボディ
２１ｃ  ピストン
２１ｄ  弾性材
２１ｅ  バルブプレート
２２  放風弁
【図１】
0004475369.tif 000002
【図２】
0004475369.tif 000003
【図３】
0004475369.tif 000004
【図４】
0004475369.tif 000005