(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気から取り入れた空気を空気用圧縮機本体の吸込口に導く吸込流路に吸気冷却手段が介設され、
上記空気用圧縮機本体の吐出流路が、アフタークーラと再熱器と蒸発用第６熱交換器とドレントラップとを有し、
上記第６熱交換器が、冷媒用圧縮機本体と冷媒凝縮用の第４熱交換器と膨張弁と第１流量調節弁とともに冷媒用第３循環路を形成し、冷媒蒸発のために働き、
上記冷媒用圧縮機本体と上記第４熱交換器とが、第２流量調節弁と冷媒蒸発用の第７熱交換器とともに冷媒用第４循環路を形成し、
上記吸気冷却装手段が、上記第７熱交換器であって、
上記空気用圧縮機本体から吐出された圧縮空気が、上記アフタークーラから上記再熱器、上記第６熱交換器、上記ドレントラップの順序でこれらを通過した後、再び上記再熱器を通過して機外に送り出され、
上記吐出された圧縮空気が、まず上記アフタークーラで冷却され、上記再熱器で上記ドレントラップを通過した圧縮空気と熱交換して、この圧縮空気を昇温させ、上記第６熱交換器で冷却され、上記ドレントラップで析出水分を除去され、ドライな状態となる一方、
上記第７熱交換器で冷媒と吸込み空気との間で熱交換を行わせることを特徴とする空気圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大気中の空気を吸込み、圧縮する空気圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、空気圧縮機は各種の分野において広く利用されている。そして、基本的には、この空気圧縮機は、圧縮機本体の吸込口に接続した吸込流路に、空気フィルタを介して大気中の空気を取り入れ、この空気を圧縮機本体にて圧縮し、圧縮機本体の吐出口から吐出するように形成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の空気圧縮機の場合、上記吸込口から吸込む空気の温度、即ち吸込温度が高くなると、吸込み空気の密度が小さくなる。このため、その分だけ単位動力当たりの圧縮機本体からの吐出風量が減少し、消費動力が増大するという問題がある。
本発明は、斯る従来の問題をなくすことを課題としてなされたもので、消費動力の低減を可能とした空気圧縮機を提供しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、大気から取り入れた空気を空気用圧縮機本体の吸込口に導く吸込流路に吸気冷却手段が介設され、上記空気用圧縮機本体の吐出流路が、アフタークーラと再熱器と蒸発用第６熱交換器とドレントラップとを有し、上記第６熱交換器が、冷媒用圧縮機本体と冷媒凝縮用の第４熱交換器と膨張弁と第１流量調節弁とともに冷媒用第３循環路を形成し、冷媒蒸発のために働き、上記冷媒用圧縮機本体と上記第４熱交換器とが、第２流量調節弁と冷媒蒸発用の第７熱交換器とともに冷媒用第４循環路を形成し、上記吸気冷却装手段が、上記第７熱交換器であって、上記空気用圧縮機本体から吐出された圧縮空気が、上記アフタークーラから上記再熱器、上記第６熱交換器、上記ドレントラップの順序でこれらを通過した後、再び上記再熱器を通過して機外に送り出され、上記吐出された圧縮空気が、まず上記アフタークーラで冷却され、上記再熱器で上記ドレントラップを通過した圧縮空気と熱交換して、この圧縮空気を昇温させ、上記第６熱交換器で冷却され、上記ドレントラップで析出水分を除去され、ドライな状態となる一方、上記第７熱交換器で冷媒と吸込み空気との間で熱交換を行わせる構成とした。
【０００５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の一実施形態を図面にしたがって説明する。
図１は、後述する本発明の実施形態の構成要素の一部を含む第１参考例に係る空気圧縮機を示し、空気用圧縮機本体１の吸込口に吸込流路２が、吐出口に吐出流路３が接続してある。
吸込流路２には空気フィルタ４と吸気冷却手段である第１熱交換器５とドレントラップ６とが設けてある。
そして、大気中の空気を、空気フィルタ４を介して吸込流路２に取り入れ、後述するように第１熱交換器５で冷却し、ここで析出したドレンをドレントラップ６にて分離、排出し、冷却された空気を圧縮機本体１で圧縮し、上記吐出口から吐出流路３に吐出するようになっている。
【０００６】
第１熱交換器５は、上記空気圧縮機の一部を構成するとともに冷凍装置の一部をも構成している。この冷凍装置は、冷媒用圧縮機本体１１と冷媒凝縮用の水冷式第２熱交換器１２と膨張弁１３と冷媒蒸発用の第１熱交換器５とを含む冷媒用第１循環路１４を形成している。そして、冷媒用圧縮機本体１１で圧縮された冷媒は、第２熱交換器１２にて、冷却水との熱交換により熱を奪われて凝縮し、高圧状態の冷媒液となり、膨張弁１３にて膨張させられる。さらに、この冷媒液は、第１熱交換器５にて空気フィルタ４を介して吸込流路２に取り入れられた空気と熱交換して蒸発し、その際の気化熱により吸込流路２中の空気を冷却する。
【０００７】
このように、この空気圧縮機では、圧縮機本体１に吸込まれる空気を冷却し、吸込温度を低下させるようになっているため、この空気密度が大きくなり、単位動力当たりの吐出風量が増大する。例えば、大気温度が３０℃のときに第１熱交換器５による冷却により吸込温度を１０℃にすると吐出風量は冷却しない場合に比して７％増大する。
また、圧縮機本体１が空気圧縮を行うロータ室に潤滑油を注入する油冷式のものである場合、吸込温度が低下すると、圧縮機本体１から吐出される圧縮空気の温度、即ち吐出温度も低下し、潤滑油の粘度が増大する結果、上記ロータ室のシール性が良くなり、圧縮機本体１の空気圧縮の効率が向上し、吐出風量がより一層増大する。
【０００８】
さらに、圧縮機本体１が上記ロータ室に潤滑油を注入する油冷式のものである場合、吸込温度が低下し、吐出温度が低下すると、潤滑油の温度も低下し、上記ロータ室への注油温度が低下する結果、吸込んだ空気が温められて、熱膨張し、密度が小さくなるという問題、即ち吸込加熱の問題がある程度解消され、これにより空気密度が増大し、吐出風量がより一層増大する。
この吐出風量は、当社従来機に比して１０数％増大する故、第１熱交換器５による消費動力の増加分が数％ある点を考慮しても、全体的に約１０％の消費動力が節減できる。
さらに、吐出温度が低下すると、圧縮機本体１の吐出流路３に従来設けていたアフタークーラを小型化、或いは省略できるようになる。
【０００９】
図２は、後述する本発明の実施形態の構成要素の一部を含む第２参考例に係る空気圧縮機を示し、上記第１参考例に係る空気用圧縮機と共通する部分については、互いに同一番号を付して説明を省略する。
この空気圧縮機では、空気用圧縮機本体１の吐出流路３に、空冷式アフタークーラ２１と再熱器２２と第３熱交換器２３とドレントラップ６とを介設し、上記第３熱交換器２３が、冷媒用圧縮機本体１１と冷媒凝縮用の水冷式第４熱交換器２４と膨張弁１３と冷媒蒸発用の第５熱交換器２５とともに冷凍装置の冷媒用第２循環路２６を形成している。また、図２中一点鎖線Ａで囲む部分は、圧縮空気を乾燥させるためのドライヤとして機能する一方、第５熱交換器２５は、吸込流路２における吸気冷却手段でもある。
なお、図２中の※印同志は連続することを意味している。
【００１０】
具体的には、上記第１参考例の場合と同様に、膨張弁１３を通過した冷媒液は第５熱交換器２５にて吸込流路２中の空気と熱交換して部分的に蒸発するとともに、この空気を冷却する。また、圧縮機本体１から吐出された圧縮空気は、まずアフタークーラ２１で冷却され、再熱器２２で吐出流路３のドレントラップ６を通過してきた圧縮空気と熱交換して、この通過してきた圧縮空気を昇温させるとともに、自らは冷却されて第３熱交換器２３に至る。そして、この第３熱交換器２３にて、圧縮空気と部分的に蒸発した冷媒との間の熱交換により、冷媒は蒸発するとともに、圧縮空気は冷却され、析出水分はドレントラップ６にて分離、排出され、圧縮空気はドライな状態となり、上述したように再熱器２２で昇温され、さらにドライな状態になって機外に送り出される。
【００１１】
そして、斯かる構成により、吸込温度を低下させ、第１参考例の場合と同様に、吐出風量を増大させ、消費動力が節減されるようになり、アフタークーラ２１を小型化できるようになっている。なお、図２では、アフタークーラ２１を設けてあるが、第５熱交換器２６を設けることによりアフタークーラ２１を省略することもできる。
また、吸気冷却して、吸込流路中に析出したドレンを除くことにより、吐出流路での乾燥運転の省略、或いは運転時間の短縮が可能になる。
【００１２】
図３は、本発明の実施形態に係る空気圧縮機を示し、上記各参考例に係る空気用圧縮機と共通する部分については、互いに同一番号を付して説明を省略する。
この空気圧縮機では、空気用圧縮機本体１の吐出流路３に、空冷式アフタークーラ２１と再熱器２２と第６熱交換器３１とドレントラップ６とを介設してある。一方、膨張弁１３の二次側にて冷媒流路は二手に分かれ、その内の一方は、冷媒用圧縮機本体１１と冷媒凝縮用の水冷式第４熱交換器２４と膨張弁１３と第１流量調節弁３２と冷媒蒸発用の第６熱交換器３１とを含む冷凍装置の冷媒用第３循環路３３の一部を形成している。そして、図３中一点鎖線Ｂで囲む部分は、圧縮空気を乾燥させるためのドライヤとして機能する
【００１３】
また、上記二手に分かれた冷媒流路の内の他方は、冷媒用圧縮機本体１１と冷媒凝縮用の水冷式第４熱交換器２４と膨張弁１３と第２流量調節弁３４と冷媒蒸発用の第７熱交換器３５とを含む冷凍装置の冷媒用第４循環路３６の一部を形成している。また、この第７熱交換器３５は、吸込流路２における吸気冷却手段でもある。
なお、上記同様、図３中の※印同志は連続することを意味している。
そして、この実施形態に係る装置では、第１流量調節弁３２および第２流量調節弁３４のそれぞれの開度を調節することにより第３循環路３３および第４循環路３６に流れる冷媒量を変え、吸気冷却およびドライヤのそれぞれの働きを調節することができるようになっている。この第１流量調節弁３２および第２流量調節弁３４に代えて、膨張弁１３の二次側における冷媒流路の分岐部に三方切換弁を設けて、各循環路に導く冷媒の量を調節するようにしてもよい。
また、上記同様に、斯かる構成により、吸込温度を低下させ、吐出風量を増大させ、消費動力が節減されるようになり、アフタークーラ２１を小型化できるようになっている。なお、図２では、アフタークーラ２１を設けてあるが、第７熱交換器３５を設けることによりアフタークーラ２１を省略することもできる。
【００１４】
ところで、上述した各参考例および実施形態では、吸気冷却のために冷凍装置における冷媒の気化熱を利用しているが、本発明はこれに限定するものではなく、第１熱交換器５、第５熱交換器２５、および第７熱交換器３５に代えて、空冷式或いは水冷式の熱交換器を設けた圧縮機をも含むものである。
また、水冷式第４熱交換器２４に代えて空冷式の熱交換器を設けてもよく、空冷式のアフタークーラ２１に代えて水冷式のアフタークーラを設けてもよく、いずれも本発明に含まれる。
さらに、本発明における圧縮機本体は、無給油式、油冷式のいずれのタイプであってもよく、圧縮機本体が油冷式のものである場合、周知のように圧縮機本体の吐出側に油分離回収器が設けられ、さらにこの下部から油冷却器、油フィルタを経て圧縮機本体内の注油箇所に至る油供給流路が設けられる。
【００１５】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明によれば、圧縮機の吸気を冷却するようになっているため、吸込温度を低下させ、吐出風量を増大させ、消費動力が節減されるようになり、通常設けられるアフタークーラを小型化若しくは省略することができるという効果を奏する。
また、吸気冷却用として吐出流路における付属装置であるドライヤの冷媒を利用することにより、吸気冷却のために新たな冷却媒体を用いる場合に比して構造を単純化できる他、吸気冷却側とドライヤ側のそれぞれに流れる冷媒の量を調節できるようにすることにより、外気温度に合わせて最適な吸込温度に調節することができるという効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１参考例に係る空気圧縮機の全体構成を示す図である。
【図２】  本発明の第２参考例に係る空気圧縮機の全体構成を示す図である。
【図３】  本発明の実施形態に係る空気圧縮機の全体構成を示す図である。
【符号の説明】
１  空気用圧縮機本体            ２  吸込流路
３  吐出流路                    ４  空気フィルタ
５  第１熱交換器                ６  ドレントラップ
１１  冷媒用圧縮機本体          １２  第２熱交換器
１３  膨張弁                    １４  冷媒用第１循環路
２１  アフタークーラ            ２２  再熱器
２３  第３熱交換器              ２４  第４熱交換器
２５  第５熱交換器              ２６  冷媒用第２循環路
３１  第６熱交換器              ３２  第１流量調節弁
３３  第３循環路                ３４  第２流量調節弁
３５  第７熱交換器              ３６  冷媒用第４循環路
【図１】
0003732031.tif 000002
【図２】
0003732031.tif 000003
【図３】
0003732031.tif 000004