(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機本体からの圧縮空気を冷却水で熱交換するプレート式熱交換器を備えた水冷式空気圧縮機において、前記熱交換器の冷却水供給管と冷却水排出管とに、それぞれ設けた第１の電磁弁と第２の電磁弁と、前記熱交換器の出口側に設けた圧縮空気の供給配管と前記冷却水排出管とを連結する送気用の管路と、この送気用の管路に設けた第３の電磁弁と逆止弁と、前記熱交換器の冷却水供給管に分岐して設けた排出管路と、この排出管路に設けた第４の電磁弁と、前記第１乃至第４の電磁弁を開閉制御する制御手段とを備えたことを特徴とする水冷式空気圧縮機。
【請求項２】
請求項１に記載の水冷式空気圧縮機において、前記制御手段は、第１の電磁弁を閉、第２の電磁弁を閉、第３の電磁弁を開、第４の電磁弁を開の順で動作させるタイミングを記憶した記憶部と、前記圧縮機本体の停止信号に応働して前記記憶部に記憶したタイミングで前記第１乃至第４の電磁弁に開閉信号を出力する演算部とを備えたことを特徴とする水冷式空気圧縮機。
【請求項３】
請求項１に記載の水冷式空気圧縮機において、前記制御手段は、第１の電磁弁を閉、第２の電磁弁を閉、第３の電磁弁を開、第４の電磁弁を開の順で動作させるタイミング、及び前記圧縮機本体の設定稼働時間を記憶した記憶部と、前記圧縮機本体の稼働時間が設定稼働時間を超えた場合に、前記圧縮機本体の停止信号に応働して前記記憶部に記憶したタイミングで前記第１乃至第４の電磁弁に開閉信号を出力する演算部とを備えたことを特徴とする水冷式空気圧縮機。
【請求項４】
請求項１に記載の水冷式空気圧縮機において、前記熱交換器の冷却水供給管と冷却水排出管とに、流量検出器をそれぞれ更に備え、前記制御手段は、第１の電磁弁を閉、第２の電磁弁を閉、第３の電磁弁を開、第４の電磁弁を開の順で動作させるタイミング、及び前記冷却水供給管と冷却水排出管との設定流量差値を記憶した記憶部と、前記流量検出器からの流量差を演算し、この流量差が設定流量差値を超えた場合に、前記圧縮機本体の停止信号に応働して前記記憶部に記憶したタイミングで前記第１乃至第４の電磁弁に開閉信号を出力する演算部とを備えたことを特徴とする水冷式空気圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器としてプレート式熱交換器を有する水冷式空気圧縮機に関し、更に詳しくはプレート式熱交換器内部での異物の詰まりを防止することができる水冷式空気圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、空気圧縮機に対する小形化ニーズは益々高まりつつある。空気圧縮機の構成要素で占有面積の大きなものとしては、電動機、圧縮機本体、増速装置、内蔵ドライヤ等があるが、水冷式の熱交換器も大きな占有面積を占める。
【０００３】
こうした状況のなか、従来はシェルアンドチューブ式の熱交換器が広く利用されていたが、小型化ニーズに対応するために、圧縮空気を冷却するための熱交換器として、小型高性能なプレート式熱交換器の採用が進んできている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２４９９３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
プレート式熱交換器は、洗濯板状のプレートを複数枚重ねて構成されるが、大別して各プレート間をパッキンでシールするパッキンタイプと、ブレージング（ろう付け）で一体成形するブレージングタイプがある。
【０００６】
前者のパッキンタイプのプレート式熱交換器は、プレート式熱交換器を分解し内部清掃が可能であるメリットがあるが、価格も高く、さらにパッキンからの漏れリスクがあること等の理由により、空気圧縮機においては、ブレージングタイプのプレート式熱交換器が、現在では幅広く採用されている。
【０００７】
プレート式熱交換器は、小型高性能な優れた熱交換器であるが、一般的にプレート間の間隙は２〜３ｍｍ程度と比較的小さいため、冷却水系統に含まれる砂塵等の異物がプレート式熱交換器内部に堆積すると、冷却水の流れが阻害されるため、熱交換器の性能の低下や頻繁な清掃が必要となってしまう。
【０００８】
このプレート間への砂塵等の異物の詰まりを防ぐために、プレート式熱交換器における冷却水系統の入口側にストレーナを設置し、冷却水に含まれる砂塵等の異物をストレーナで分離した後に、プレート熱交換器へ通水する方法が一般的に行われている。前述したとおりプレート式熱交換器のプレート間の隙間は2〜3mm程度であり、従来のシェルアンドチューブ式熱交換器の冷却水系統チューブの内径が一般的にはφ6〜φ20ｍｍであったのと比較して小さい。このため、シェルアンドチューブ式の熱交換器では問題とならなかった冷却水に含まれる砂塵等の異物でもプレート式熱交換器ではプレート間に詰まり、熱交換性能を低下させてしまう問題がある。
【０００９】
これを防止するために、プレート式熱交換器の上流側にストレーナを配置して冷却水に含まれる砂塵等の異物を分離しているが、極端に目の細かい分離精度のストレーナを配置すると、ストレーナの早期目詰まりが発生してしまうので、ある程度の分離精度に設定している。
【００１０】
このため、冷却水は、一般的にクーリングタワーから供給されるが、クーリングタワーから供給される冷却水中に混入した砂塵、ヘドロ等の微小の異物は、ストレーナを通過することになり、この異物がプレート熱交換器内部でのプレート間に詰まり、熱交換性能を低下させてしまうという問題がある。
【００１１】
本発明は、上述の事柄に基づいてなされたもので、プレート間への砂塵等の異物の詰まりによるプレート式熱交換器の性能低下を抑制することができる水冷式空気圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、第１の発明は、圧縮機本体からの圧縮空気を冷却水で熱交換するプレート式熱交換器を備えた水冷式空気圧縮機において、前記熱交換器の冷却水供給管と冷却水排出管とに、それぞれ設けた第１の電磁弁と第２の電磁弁と、前記熱交換器の出口側に設けた圧縮空気の供給配管と前記冷却水排出管とを連結する送気用の管路と、この送気用の管路に設けた第３の電磁弁と逆止弁と、前記熱交換器の冷却水供給管に分岐して設けた排出管路と、この排出管路に設けた第４の電磁弁と、前記第１乃至第４の電磁弁を開閉制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記制御手段は、第１の電磁弁を閉、第２の電磁弁を閉、第３の電磁弁を開、第４の電磁弁を開の順で動作させるタイミングを記憶した記憶部と、前記圧縮機本体の停止信号に応働して前記記憶部に記憶したタイミングで前記第１乃至第４の電磁弁に開閉信号を出力する演算部とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
更に、第３の発明は、第１の発明において、前記制御手段は、第１の電磁弁を閉、第２の電磁弁を閉、第３の電磁弁を開、第４の電磁弁を開の順で動作させるタイミング、及び前記圧縮機本体の設定稼働時間を記憶した記憶部と、前記圧縮機本体の稼働時間が設定稼働時間を超えた場合に、前記圧縮機本体の停止信号に応働して前記記憶部に記憶したタイミングで前記第１乃至第４の電磁弁に開閉信号を出力する演算部とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、第４の発明は、第１の発明において、前記熱交換器の冷却水供給管と冷却水排出管とに、流量検出器をそれぞれ更に備え、前記制御手段は、第１の電磁弁を閉、第２の電磁弁を閉、第３の電磁弁を開、第４の電磁弁を開の順で動作させるタイミング、及び前記冷却水供給管と冷却水排出管との設定流量差値を記憶した記憶部と、前記流量検出器からの流量差を演算し、この流量差が設定流量差値を超えた場合に、前記圧縮機本体の停止信号に応働して前記記憶部に記憶したタイミングで前記第１乃至第４の電磁弁に開閉信号を出力する演算部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、プレート式熱交換器の冷却水通路内に詰まった砂塵等の異物を、圧縮機の停止に応働して圧縮空気の一部を利用して除去、排出することができるので、その除去作業性を向上させることができる。その結果、プレート式熱交換器の性能低下を抑制し、圧縮機全体の性能を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の水冷式空気圧縮機の実施の形態を図面を用いて説明する。  
図１及び図２は、本発明の水冷式空気圧縮機の一実施の形態を示すもので、図１は本発明の水冷式空気圧縮機の一実施の形態を示す構成図、図２は、本発明の水冷式空気圧縮機の一実施の形態に用いられているプレート式熱交換器の構成の一例を示す図、図３は本発明の水冷式空気圧縮機の一実施の形態の制御タイムチャート図である。  
図１において、１は水冷式空気圧縮機ユニットを示す。この水冷式空気圧縮機ユニット１は、圧縮機本体２を備えている。圧縮機本体２は電動機３によって駆動される。圧縮機本体２の吸込側には、空気吸込管４が連結している。この空気吸込管４の吸込側には吸込みフィルタ５が設けられている。
【００１８】
圧縮機本体２の吐出側は、圧縮空気の吐出配管６によってプレート式熱交換器７の圧縮空気用の入口に連結されている。プレート式熱交換器７の圧縮空気用の出口には、圧縮空気の供給配管８が連結されている。この供給配管８には、逆止弁９が設けられている。
【００１９】
プレート式熱交換器７は、図２に示すように複数のプレート７Ａ，７Ｂ，７Ｃを順次積層して、これらのプレート７Ａ，７Ｂ，７Ｃ間に圧縮空気用の通路７Ｄと冷却水通路７Ｅとがプレート積層方向に交互に形成されている。
【００２０】
図１にもどり、このプレート式熱交換器７における冷却水通路の入口側には、冷却水供給管１０が連結されている。この冷却水供給管１０には、第１の電磁弁１１、及びストレーナ１２が設けられている。プレート式熱交換器７における冷却水通路の出口側には、冷却水排出管１３が連結されている。この冷却水排出管１３には、第２の電磁弁１４が設けられている。
【００２１】
プレート式熱交換器７の出口側における圧縮空気の供給配管８とプレート式熱交換器７の出口側における冷却水排出管１３とは、送気用の管路１５で連結されている。この送気用の管路１５は、その圧縮空気の供給配管８から冷却水排出管１３に向かって、第３の電磁弁１６、及び冷却水排出管１３から圧縮空気の供給配管８への冷却水の逆流を防止するための逆止弁１７が順次設けられている。
【００２２】
プレート式熱交換器７における入口側の冷却水供給管１０には、排出管路１８が分岐して連結されている。この排出管路１８には、第４の電磁弁１９が設けられている。
【００２３】
前述した冷却水供給管１０中の第１の電磁弁１１、冷却水排出管１３中の第２の電磁弁１４、送気用の管路１５中の第３の電磁弁１６及び排出管路１８中の第４の電磁弁１９は、制御手段２０によって開閉制御される。この制御手段は、図３に示す第１の電磁弁１１、第２の電磁弁１４、第３の電磁弁１６及び第４の電磁弁１９の開閉タイミングを記憶した記憶部２０ａと、圧縮機本体２の停止信号に基づいて記憶部２０ａに記憶した開閉タイミングを取り込んで、第１の電磁弁１１、第２の電磁弁１４、第３の電磁弁１６及び第４の電磁弁１９の開閉信号を、第１の電磁弁１１、第２の電磁弁１４、第３の電磁弁１６及び第４の電磁弁１９に出力する演算部２３ｂとで構成されている。
【００２４】
上述した第１の電磁弁１１、第２の電磁弁１４、第３の電磁弁１６及び第４の電磁弁１９の開閉タイミングの一例を、図３を用いて説明する。  
圧縮機本体２の運転中においては、第１の電磁弁１１、第２の電磁弁１４は、開状態で、第３の電磁弁１６、第４の電磁弁１９は、閉状態となっている。この状態で、圧縮機本体２が停止すると、別途設置されている圧縮機の制御装置からの圧縮機本体２の停止信号Ａに基づいて、制御手段２０は、まず、第１の電磁弁１１を時間ｔ１（圧縮機本体２の停止時間に相当する）で閉じ、その後、時間ｔ２で第２の電磁弁１４が閉じる。その後、時間ｔ３で第３の電磁弁１６が開き、その後、時間ｔ４で第４の電磁弁１９が閉じるように、開閉制御する。
【００２５】
第２の電磁弁１４を第１の電磁弁１１の閉じに対して時間ｔ２後の閉じる理由は、プレート式熱交換器７内の冷却水通路内に冷却水を残留させるとともに、冷却水系統の残圧を極力下げるためである。
【００２６】
次に、上述した本発明の水冷式空気圧縮機の一実施の形態の動作を、図１乃至図３を用いて説明する。  
図１に示す圧縮機本体２は、電動機３により駆動され、吸込みフィルタ４を介して吸込まれた大気空気を所定の圧力まで圧縮した後に吐出される。圧縮機本体２より吐出された高温の圧縮空気は、プレート式熱交換器７で冷却水と熱交換を行った後に、逆止弁９を介してユニット１外に吐出される。このとき、図２に示すように、第１の電磁弁１１、第２の電磁弁１４は、開状態で、第３の電磁弁１６、第４の電磁弁１９は、閉状態となっている。
【００２７】
図１に戻り、プレート式熱交換器７は、高温の圧縮空気と冷却水との間で熱交換を行うが、冷却水は冷却水供給管１０を開閉する第１の電磁弁１１、冷却水中の異物を除去するストレーナ１２を通過した後、プレート式熱交換器７内の冷却水通路に供給される。冷却水は、プレート式熱交換器７内で高温の圧縮空気と熱交換を行った後に、冷却水排出管１３及び第２の電磁弁１４を通って排出される。
【００２８】
次に、別途設置されている圧縮機の制御装置によって、圧縮機本体２が停止すると、制御手段２０は、圧縮機本体２の停止信号Ａを取込み、図３に示すように、圧縮機本体２の停止と同時の時間ｔ１に第１の電磁弁１１を閉じ、その後、僅かに遅れて時間ｔ２にて電第２の電磁弁１４を閉じて、プレート式熱交換器７の冷却水通路内に冷却水を残留させる。第２の電磁弁１４を第１の電磁弁１１に対して僅かに遅れて閉じ動作させるのは、冷却水系統の残圧を極力下げるためである。
【００２９】
その後、制御手段２０からの指令により、図３に示す時間ｔ３で送気用の管路１５中の第３の電磁弁１６を開き、圧縮機本体２内の残圧を利用して、圧縮空気を逆止弁１７を介してプレート式熱交換器７の冷却水通路内に送気する。次に、制御手段２０からの指令により、図３に示す時間ｔ４で排出管路１８中の第４の電磁弁１９が開かれる。これにより、プレート式熱交換器７内に残留させた冷却水は、圧縮空気の膨張力によって勢い良くプレート式熱交換器７の冷却水通路内を逆流、噴出し、プレート式熱交換器７の冷却水通路内に目詰まった砂塵等の異物を排出することができる。その後、制御手段２０は、第１の電磁弁１１、第２の電磁弁１４、第３の電磁弁１６及び第４の電磁弁１９を、元の開閉位置に復帰させる。
【００３０】
上述の実施の形態によれば、プレート式熱交換器７の冷却水通路内に詰まった砂塵等の異物を、圧縮機の停止に応働して圧縮空気の一部を利用して除去、排出することができるので、その除去作業性を向上させることができる。その結果、プレート式熱交換器の性能低下を抑制し、圧縮機全体の性能を高めることができる。
【００３１】
なお、上述の実施の形態においては、圧縮機の停止に応働して圧縮空気の一部をプレート式熱交換器７の冷却水通路内に送気して、プレート式熱交換器７の冷却水通路内に詰まった砂塵等の異物を、除去、排出するようにしたが、プレート式熱交換器７の冷却水通路内への送気は、圧縮機の停止毎に行っても良い。
【００３２】
なお、上述の実施の形態においては、制御手段２０を圧縮機の制御装置とは別に設けた場合について説明したが、制御手段２０を圧縮機の制御装置内に組み込むようすることも可能である。
【００３３】
また、本発明の他の実施の形態として、圧縮機の稼働時間を監視し、この稼働時間が、設定時間を超えた場合に、プレート式熱交換器７の冷却水通路内への送気を行うようにすることも可能である。この場合には、制御手段２０の記憶部２０ａに設定時間を記憶しておき、圧縮機の制御装置から稼働時間を取込み、演算部２０ｂにおいて、この稼働時間が設定時間を超えた場合に、圧縮機の停止信号に応働して、図３に示すように、第１の電磁弁１１、第２の電磁弁１４、第３の電磁弁１６及び第４の電磁弁１９の開閉タイミングを制御する。
【００３４】
図４は本発明の水冷式空気圧縮機の更に他の実施の形態を示す構成図で、この図において、図１と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。  
この実施の形態は、プレート式熱交換器７の冷却水供給管１０と冷却水排出管１３とに、圧力検出器２１，２２をそれぞれ設け、これらの圧力検出器２１，２２で検出された圧力の差が、予め設定した設定値を超えた場合に、圧縮機の停止信号に応働して、プレート式熱交換器７の冷却水通路内への送気を行うようにすることも可能である。この場合には、制御手段２０の記憶部２０ａに設定値を記憶しておき、演算部２０ｂにおいて、流量検出器２１，２２で検出した流量の差を求め、この流量の差が、設定値を超えた場合に、圧縮機の停止信号に応働して、図３に示すように、第１の電磁弁１１、第２の電磁弁１４、第３の電磁弁１６及び第４の電磁弁１９の開閉タイミングを制御すれば良い。
【００３５】
なお、上述の実施の形態においては、プレート式熱交換器７の冷却水供給管１０と冷却水排出管１３とに、圧力検出器２１，２２をそれぞれ設けたが、冷却水供給管１０と冷却水排出管１３との間に、差圧検出器を設け、この差圧検出器の検出信号を制御手段２０に出力するように構成することも可能である。更に、プレート式熱交換器７の冷却水供給管１０に、流量検出器を設け、この流量検出器の検出信号を制御手段２０に出力するように構成することも可能である。
【００３６】
これらの実施の形態によれば、前述した一実施の形態と同様に、プレート式熱交換器７の冷却水通路内に詰まった砂塵等の異物を、圧縮機の停止に応慟して圧縮空気の一部を利用して除去、排出することができるので、その除去作業性を向上させることができる。その結果、プレート式熱交換器７の性能低下を抑制し、圧縮機全体の性能を高めることができる。また、プレート式熱交換器７の清掃間隔を延長でき、その作業性、安全性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の水冷式空気圧縮機の一実施の形態を示す構成図である。
【図２】本発明の水冷式空気圧縮機の一実施の形態に用いられているプレート式熱交換器の構成の一例を示す図である。
【図３】本発明の水冷式空気圧縮機の一実施の形態の制御タイムチャート図である。
【図４】本発明の水冷式空気圧縮機の更に他の実施の形態を示す構成図である。
【符号の説明】
【００３８】
１          水冷式空気圧縮機ユニット
２          圧縮機本体
４          空気吸込管
６          吐出配管
７          プレート式熱交換器
８          圧縮空気の供給配管
１０        冷却水供給管
１１        第１の電磁弁
１３        冷却水排出管
１４        第２の電磁弁
１５        送気用の管路
１６        第３の電磁弁
１８        排出管路
１９        第４の電磁弁
２０        制御手段
【図１】
0004991408.tif 000002
【図２】
0004991408.tif 000003
【図３】
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【図４】
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