JP2007255397A

JP2007255397A - 車両用空気圧縮装置

Info

Publication number: JP2007255397A
Application number: JP2006084557A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kagamizono; 弘鏡園; Nagakazu Ogata; 長和緒方
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2007-10-04

Abstract

【課題】車両用空気圧縮装置から排出されるドレンの凍結防止を、該装置の潤滑油の油熱または潤滑油の冷却に起因する発熱を利用して実現する。
【解決手段】アフタークーラ６への圧縮空気の入口とアフタークーラ６からの圧縮空気の出口との間を複数の流路から構成し、複数の流路の少なくとも１つに、アフタークーラ６の熱交換量調整手段として、当該流路を開閉自在に制御するバルブ２４を設ける。また、アフタークーラ６の熱交換量調整手段として、アフタークーラ６に空気を送り該クーラ６の熱交換を補助するアフタークーラファン７の送風量を調整するスイッチ２５を設ける。【選択図】図３

Description

この発明は、車両の床下に搭載され、車両走行時には外部の環境の影響を直接受ける車両用空気圧縮装置に関する。

車両用空気圧縮装置は、空気系統と潤滑油系統の２つのサイクルで構成されている。空気系統は外気を吸い込み空気圧縮機から圧縮空気を送り出す開放サイクル、潤滑油系統は空気圧縮機へ潤滑油を給油し、フィルタなどを利用して潤滑油を回収する循環サイクルとなっている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−７６４８１号公報

車両用空気圧縮装置の空気系統においては、大気から空気を吸い込み、エアフィルタで粉塵などを除去した後、空気圧縮機で圧縮する。この空気圧縮機から吐出された圧縮空気に含まれる油分をオイルセパレータ内蔵の油だめで分離し、さらにミスト状の油分をオイルミストフィルタで除去する。そして、高温の圧縮空気をアフタークーラで冷却した後、凝縮した水分（ドレン）をドレンフィルタで分離し、さらに除湿器で圧縮空気中の水分を除去する。除湿器の水分はパージとともに空気圧縮装置の外に排出される。圧縮空気は空気圧縮装置の吐出口から吐出され、車両に備え付けの元空気だめに供給される。
ドレンフィルタで分離した水分は、一旦ドレンタンクに溜められる。そして、空気圧縮装置の停止後、排水用弁が開いて、ドレンタンク内の水分はドレンとして空気圧縮装置外に排出される（空気圧縮装置運転中は圧縮空気の吐出量確保のため水分を排出しない、ただし除湿器のパージは除く）。
車両用空気圧縮装置の潤滑油系統においては、油だめで分離された油分が潤滑油としてオイルフィルタでろ過された後、配管を流れてオイルクーラで冷却される。空気圧縮装置の運転中、オイルクーラから空気圧縮機につながる配管に設けられた給油用弁が開いて、潤滑油は空気圧縮機に戻される。

しかし、車両用空気圧縮装置は車両外部である床下に搭載されるため、外部の環境の影響を直接受け易く、走行中の環境の急変により、高温の圧縮空気を冷却して凝縮した水分が凍結する恐れがあった。そして、それを防止するために、凍結防止用ヒータを設置した場合には、その分のコストアップ、消費電力及びメンテナンスコストの増大となることに加え、ヒータ断線による故障あるいは過熱による火災などの恐れもある。

また、アフタークーラは外気温度との差を利用し、さらに一定の風量のアフタークーラファンで熱交換を補助して高温の圧縮空気を冷却しているため、外気温度が低下すれば熱交換量が多くなる。従って、寒冷時など、大気から吸い込む空気の温度が低くなると、圧縮空気の温度も低下して、凝縮した水分が凍結する温度にまで低下してしまう恐れがあった。

一方、空気圧縮機の潤滑油は圧縮空気よりも熱容量が大きいが、潤滑油系統における、オイルクーラ及びオイルクーラファンでの冷却により発生した熱や、オイルクーラの入口へ接続される配管からの放熱はそのまま外部に排出され、有効に利用されていなかった。

この発明は上記のような課題を考慮してなされたもので、空気圧縮機の潤滑油の油熱または該潤滑油の冷却に起因する発熱を利用して、外気温度が低い場合においても、車両用空気圧縮装置から排出されるドレンの凍結防止が可能な車両用空気圧縮装置を提案するものである。

この発明の車両用空気圧縮装置は、大気から取り込んだ空気を圧縮する空気圧縮機と、前記空気圧縮機で圧縮され高温になった圧縮空気を通して熱交換し該圧縮空気を冷却するアフタークーラと、前記アフタークーラで冷却された圧縮空気から凝縮したドレンを分離するドレン排出装置と、前記アフタークーラでの熱交換量を調整する熱交換量調整手段とを備えたものである。
たとえば、前記アフタークーラへの前記圧縮空気の入口と前記アフタークーラからの前記圧縮空気の出口との間を複数の流路から構成し、前記複数の流路の少なくとも１つに、前記熱交換量調整手段として、当該流路を開閉自在に制御する流路開閉装置を設ける。
また、前記アフタークーラに空気を送り該クーラの熱交換を補助するアフタークーラファンを備え、前記熱交換量調整手段として、前記アフタークーラファンの送風量を調整するファン制御装置を設ける。

さらに、この発明の車両用空気圧縮装置は、大気から取り込んだ空気を圧縮する空気圧縮機と、前記空気圧縮機で圧縮され高温になった圧縮空気を通して熱交換し該圧縮空気を冷却するアフタークーラと、前記アフタークーラで冷却された圧縮空気から凝縮したドレンを分離するドレン排出装置と、前記空気圧縮機で圧縮された圧縮空気から油分を分離する油分離装置と、前記油分離装置から前記空気圧機に戻る油を熱交換して冷却するオイルクーラと、前記油分離装置及び前記オイルクーラを含む油循環回路系の油熱及び／又は発熱を前記ドレン排出装置に伝達する熱伝導手段とを備えたものである。
たとえば、前記熱伝導手段として、前記ドレン排出装置を構成する複数の機器を、前記オイルクーラと一体に固着する放熱板を設ける。
また、前記熱伝導手段として、前記油分離装置から前記オイルクーラへ前記油を流す配管を、前記ドレン排出装置を構成する複数の機器に固着させる。

この発明によれば、前記アフタークーラでの熱交換量を調整する熱交換量調整手段により、アフタークーラで冷却される圧縮空気の量を減らしたり、またはアフタークーラファンの送風量を減らすことにより圧縮空気の冷却度を少なくして、圧縮空気から凝縮した水分の凍結を防止することが可能となる。
また、油循環回路系からドレン排出装置への熱伝導手段、たとえば放熱板や油分離装置からオイルクーラへの配管の引き回しにより、ドレン排出装置が温められて、圧縮空気から凝縮した水分の凍結を防止することが可能となる。

図１はこの発明の実施の形態における車両用空気圧縮装置の空気系統及び潤滑油系統図であり、図２は図１の車両用空気圧縮装置を搭載した車両の側面図である。
車両用空気圧縮装置１は、空気系統と潤滑油系統の２つのサイクルで構成されている。空気系統は外気を吸い込み空気圧縮機から圧縮空気を送り出す開放サイクルであり、潤滑油系統は空気圧縮機へ潤滑油を給油しフィルタで潤滑油を回収する循環サイクルである。

車両用空気圧縮装置１の空気系統は、空気の流れの順に、大気から取り込んだ空気の粉塵を除去するエアフィルタ２、空気を圧縮する空気圧縮機３、圧縮空気に含まれる油分を分離する油だめ(オイルセパレータ内蔵)４、圧縮空気に含まれるミスト状の油分を分離するオイルミストフィルタ５、圧縮空気を冷却するアフタークーラ６、アフタークーラ６に空気を送りその熱交換を補助するアフタークーラファン７、ドレン排出装置１７、圧縮空気に含まれる水分を除去する除湿器９、圧縮空気吐出口に配置された吐出口バルブ１２を備える。
なお、ドレン排出装置冷却１７は、冷却された圧縮空気から凝縮した水分（ドレン）を分離するドレンフィルタ８、ドレンフィルタ８で分離された水分を溜めるドレンタンク１０、ドレンタンク１０内のドレンを空気圧縮装置１の外に排出する排出制御装置としての排水用電磁弁１１を備えて成る。

車両用空気圧縮装置１の潤滑油系統は、油だめ４に貯えられた油から潤滑油をろ過するオイルフィルタ１３、オイルフィルタ１３に配管１８を介して接続され高温の潤滑油を冷却するオイルクーラ１４、オイルクーラ１４に空気を送りその熱交換を補助するオイルクーラファン１５、冷却された潤滑油を空気圧縮機３へ送る給油用電磁弁１６を備える。
以上の様な構成の車両用空気圧縮装置１が、図２に示すように、車両１９の床下に搭載されて、その圧縮空気吐出口が車両１９の床下にある元空気だめ２０に接続されている。

ここで、上記車両用空気圧縮装置１の作用を説明する。まず、空気系統は以下のように作用する。空気圧縮装置１が大気から空気を吸い込み、それをエアフィルタ２で粉塵などを除去した後、空気圧縮機３で圧縮する。続いて、空気圧縮機３から吐出された圧縮空気に含まれる油分をオイルセパレータ内蔵の油だめ４で分離し、さらにミスト状の油分をオイルミストフィルタ５で除去する。そして、高温の圧縮空気をアフタークーラ６で冷却した後、凝縮した水分をドレンフィルタ８で分離し、さらに除湿器９で圧縮空気中の水分を除去する。除湿器９の水分はパージとともに空気圧縮装置１の外に排出される。その後、圧縮空気は吐出口バルブ１２を介して圧縮空気吐出口から、車両１９に備え付けの元空気だめ２０に供給される。
なお、ドレンフィルタ８で分離した水分はドレンタンク１０に溜められる。そして、空気圧縮装置１の停止後、排水用電磁弁１１が開き、水分はドレンとして空気圧縮装置１の外に排出される。空気圧縮装置１の運転中は、圧縮空気の吐出量確保のため水分を排出しない（ただし、除湿器９のパージを除く）。

一方、潤滑油系統は以下のように作用している。油だめ４で分離された油分は潤滑油としてオイルフィルタ１３でろ過され、配管１８内を流れてオイルクーラ１４に入りそこで冷却される。オイルクーラ１４を出た潤滑油は、空気圧縮装置１の運転中開いている給油用電磁弁１６を介して、空気圧縮機３に戻される。従って、油だめ４及びオイルフィルタ１３は油分離装置として作用する。また、オイルクーラファン１５はオイルクーラ１４に空気を送り、その熱交換を補助している。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１は、図１に示したアフタークーラ６での熱交換量を調整する熱交換量調整手段を備える。図３は熱交換量調整手段の具体的態様を示したもので、この発明の実施の形態１に係る車両用空気圧縮装置１のアフタークーラ周辺の空気系統図である。実施の形態１では、アフタークーラ６の圧縮空気の入口とアフタークーラ６からの圧縮空気の出口との間を３つの流路から構成し、それらの流路のうちの１つに、熱交換量調整手段として、当該流路を開閉自在に制御する流路開閉装置としてのバルブ２４を設けている。なお、アフタークーラ６の圧縮空気入口と圧縮空気出口との間に設ける流路の本数や、複数の流路のうちどの流路にバルブを設けるかなどは、状況に応じて適宜定めてよい。

図３の構成において、バルブ２４は通常開状態にある。そして、寒冷時など外気温度が低くなった際には、手動又は外気温度による制御によってバルブ２４を閉状態にし、アフタークーラ６内の圧縮空気の流れを制限して熱交換量を減らし、圧縮空気の温度低下を抑え水分の凍結防止を図る。なお、外気温度による制御とは、例えば、バルブ２４の開閉を制御するバルブ制御装置を備え、バルブ制御装置で外気温度を監視するとともに、外気温度が予め定めた下限値になったら、バルブ制御装置によりバルブ２４を自動的に閉じる構成である。

実施の形態１の車両用空気圧縮装置１によれば、寒冷時には手動又は外気温度による制御によってバルブを閉状態にし、アフタークーラ６内の圧縮空気の流れを制限してアフタークーラ６による熱交換量を減らし、圧縮空気の温度低下を抑えることができるので、ヒータを追加設置することなく、凝縮した水分を凍結させないようにすることができる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２も、図１に示したアフタークーラ６での熱交換量を調整する熱交換量調整手段を備える。図４は熱交換量調整手段の別の態様を示したもので、この発明の実施の形態２に係る車両用空気圧縮装置のアフタークーラ周辺の空気系統図である。実施の形態２では、アフタークーラ６に空気を送り該クーラ６の熱交換を補助するアフタークーラファン７の送風量を調整するファン制御装置として、アフタークーラファン７の回転数を切替えるスイッチ２５を設けている。なお、スイッチ２５の切り替えは、アナログ、デジタルのいずれでもよく、またその機構は機械式、電子式のいずれでもよい。

図４の構成において、アフタークーラファン７は通常定格回転数で運転する。そして、寒冷時など外気温度が低くなった際には、手動又は外気温度による制御によってスイッチ２５を操作し、アフタークーラファン７の送風量を減らして、アフタークーラ６部分での熱交換量を減らす。これにより、圧縮空気の温度低下を抑え水分の凍結防止を図る。
なお、外気温度による制御とは、例えば、スイッチ２５を制御するファン制御装置を備え、ファン制御装置で外気温度を監視するとともに、外気温度が予め定めた下限値になったら、ファン制御装置によりスイッチ２５を動作させて回転数を所定の値に自動的に減らす構成である。

実施の形態２の車両用空気圧縮装置１によれば、寒冷時には手動又は外気温度による制御によってスイッチ２５を操作し、アフタークーラファン７の総風量を減らして、アフタークーラ６部分での熱交換量を減らし、圧縮空気の温度低下を抑えることができるので、ヒータを追加設置することなく、凝縮した水分を凍結させないようにすることができる。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３は、オイルクーラ１４での熱交換によって生じた発熱を、ドレン排出装置１７を構成する各機器に伝達する熱伝導手段を設けて、ドレン排出装置１７内のドレンの凍結を防止するものである。図５はこの発明の実施の形態３を示す放熱板２６を備えたドレン排出装置１７周辺の外観図であり、図６は放熱板２６がない状態の図５と同じ外観を示す参考図である。図５、図６中の符号で図１中の符号と同じものは、図１で説明したものと同じものを表している。また、図５、図６では、ドレンフィルタ８を固定している取付板２１、ドレンタンク１０を固定している取付板２２、排水用電磁弁１１を固定している取付板２３が追加され、さらに図５では、オイルクーラ１５と各取付板２１〜２３とを一体に固着する放熱板２６が追加されている。なお、放熱板２６はオイルクーラ１５の入口側の面に固着するのが好ましい。これにより、オイルクーラ１５に入る高温の潤滑油自体の熱も放熱板２６に伝わるからである。

図５の構成において、空気圧縮装置１の運転中、空気圧縮機３から出た圧縮空気に含まれる油分（潤滑油）は油だめ４で分離され、分離された高温の潤滑油はオイルフィルタ１３でろ過される。オイルフィルタ１３を出た潤滑油は配管１８内を流れて、オイルクーラ１４及びオイルクーラファン１５の作用により冷却され後、給油用電磁弁１６を介して空気圧縮機３へ戻る。この潤滑油の循環中、潤滑油が有する熱及びオイルクーラ１４の熱交換に起因する発熱が、放熱板２６を介して取付板２１〜２３に伝わり、それらに固定されているドレンフィルタ８、ドレンタンク１０及び排水用電磁弁１１を暖めるため、そこを通る水分の凍結防止が図られる。

実施の形態３の車両用空気圧縮装置１によれば、高温の潤滑油自体が有する熱及びオイルクーラファン１５で発生した熱が、放熱板２６を介して取付板２１〜２３に伝わるように放熱板２６と取付板２１〜２３とを固着したので、それらに固定されているドレンフィルタ８、ドレンタンク１０、排水用電磁弁１１が暖められ、これによって凝縮した水分が凍結しない効果が得られる。
なお、この例ではドレン排出装置１７を、ドレンフィルタ８、ドレンタンク１０、排水用電磁弁１１から構成したが、同様の作用を果たす他の機器群から構成してもよい。
また、放熱板２６は必ずしもドレン排出装置１７を構成する機器の全てに固着させる必要はないが、熱伝導性を高めるためにはそれら全ての機器に固着させることが好ましい。さらに、放熱板２６は取付板２１〜２３を介すことなく、直接ドレンフィルタ８、ドレンタンク１０、排水用電磁弁１１に固着してもよい。

実施の形態４．
この発明の実施の形態４は、油だめ４及びオイルフィルタ１３で分離された高温の潤滑油の熱を、ドレン排出装置１７を構成する各機器に伝達する熱伝導手段を設けて、ドレン排出装置１７内のドレンの凍結を防止するものである。図７はこの発明の実施の形態４を示すドレン排出装置１７周辺の外観図である。なお、図７中の符号で図１中の符号と同じものは、図１で説明したものと同じものを表している。そして図７では、ドレンフィルタ８を固定している取付板２１、ドレンタンク１０を固定している取付板２２、排水用電磁弁１１を固定している取付板２３が追加されている。また、図７では、オイルフィルタ１３からオイルクーラ１４への配管１８が、ドレンフィルタ８、ドレンタンク１０及び、排水用電磁弁１１の部位を経由するように引き回されており、その配管１８は各取付板２１〜２３にそれぞれ固着されている。

図７の構成において、空気圧縮装置１の運転中、空気圧縮機３から出た圧縮空気に含まれる油分（潤滑油）は油だめ４で分離され、分離された高温の潤滑油はオイルフィルタ１３でろ過される。オイルフィルタ１３を出た潤滑油は配管１８内を流れて、オイルクーラ１４及びオイルクーラファン１５の作用により冷却された後、給油用電磁弁１６を介して空気圧縮機３へ戻る。この潤滑油の循環中、配管１８内を流れる潤滑油が有する熱が、配管１８を介して取付板２１〜２３に伝わるため、それらに固定されているドレンフィルタ８、ドレンタンク１０及び排水用電磁弁１１が暖められ、そこを通る水分の凍結防止が図られる。

実施の形態４の車両用空気圧縮装置１によれば、高温の潤滑油自体が有する熱が、配管１８を介して取付板２１〜２３に伝わるように配管１８と取付板２１〜２３とを固着したので、それらに固定されているドレンフィルタ８、ドレンタンク１０、排水用電磁弁１１が暖められ、これによって凝縮した水分が凍結しない効果が得られる。
なお、この例ではドレン排出装置１７を、ドレンフィルタ８、ドレンタンク１０、排水用電磁弁１１から構成したが、同様の作用を果たす他の機器群から構成してもよい。
また、配管１８は必ずしもドレン排出装置１７を構成する機器の全てに固着させる必要はないが、熱伝導性を高めるためにはそれら全ての機器に固着させることが好ましい。
さらに、ドレンフィルタ８、ドレンタンク１０、排水用電磁弁１１と配管１８との固着面積が充分とれる場合には、取付板２１〜２３を介さずに、それらを直接配管１８に固着してもよい。

以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、実施の形態１〜４の車両用空気圧縮装置によれば、ドレンの凍結防止にヒータを備える必要がないため、その分コストの低減や省エネが図れ、しかもヒータの断線による凍結及びヒータの過熱による火災の恐れも回避できる。また、ドレンの凍結防止にヒータを使用しないことで、ヒータの制御やメンテナンスも不要となる効果もある。

この発明の実施の形態における車両用空気圧縮装置の空気系統及び潤滑油系統図。車両用空気圧縮装置を搭載した車両の側面図。この発明の実施の形態１を示すアフタークーラ周辺の空気系統図。この発明の実施の形態２を示すアフタークーラ周辺の空気系統図。この発明の実施の形態３を示すドレン排出装置周辺の外観図。放熱板を取り付ける前のドレン排出装置周辺の参考図。この発明の実施の形態４を示すドレン排出装置周辺の外観図。

符号の説明

１車両用空気圧縮装置、２エアフィルタ、３空気圧縮機、４油だめ、５オイルミストフィルタ、６アフタークーラ、７アフタークーラファン、８ドレンフィルタ、９除湿器、１０ドレンタンク、１１排水用電磁弁、１２吐出口バルブ、１３オイルフィルタ、１４オイルクーラ、１５オイルクーラファン、１６給油用電磁弁、１８配管、１９車両、２０元空気だめ、２１〜２３取付板、２４バルブ、２５スイッチ、２６放熱板。

Claims

大気から取り込んだ空気を圧縮する空気圧縮機と、前記空気圧縮機で圧縮され高温になった圧縮空気を通して熱交換し該圧縮空気を冷却するアフタークーラと、前記アフタークーラで冷却された圧縮空気から凝縮したドレンを分離するドレン排出装置と、前記アフタークーラでの熱交換量を調整する熱交換量調整手段とを備えたことを特徴とする車両用空気圧縮装置。
前記アフタークーラへの前記圧縮空気の入口と前記アフタークーラからの前記圧縮空気の出口との間を複数の流路から構成し、前記複数の流路の少なくとも１つに、前記熱交換量調整手段として、当該流路を開閉自在に制御する流路開閉装置を設けたことを特徴とする請求項１記載の車両用空気圧縮装置。
前記アフタークーラに空気を送り該クーラの熱交換を補助するアフタークーラファンを備え、前記熱交換量調整手段として、前記アフタークーラファンの送風量を調整するファン制御装置を設けたことを特徴とする請求項１記載の車両用空気圧縮装置。
大気から取り込んだ空気を圧縮する空気圧縮機と、前記空気圧縮機で圧縮され高温になった圧縮空気を通して熱交換し該圧縮空気を冷却するアフタークーラと、前記アフタークーラで冷却された圧縮空気から凝縮したドレンを分離するドレン排出装置と、前記空気圧縮機で圧縮された圧縮空気から油分を分離する油分離装置と、前記油分離装置から前記空気圧機に戻る油を熱交換して冷却するオイルクーラと、前記油分離装置及び前記オイルクーラを含む油循環回路系の油熱及び／又は発熱を前記ドレン排出装置に伝達する熱伝導手段とを備えたことを特徴とする車両用空気圧縮装置。
前記熱伝導手段として、前記ドレン排出装置を構成する複数の機器を、前記オイルクーラと一体に固着する放熱板を設けたことを特徴とする請求項４記載の車両用空気圧縮装置。
前記熱伝導手段として、前記油分離装置から前記オイルクーラへ前記油を流す配管を、前記ドレン排出装置を構成する複数の機器に固着させたことを特徴とする請求項４記載の車両用空気圧縮装置。
前記ドレン排出装置が、前記圧縮空気から凝縮したドレンを分離するドレンフィルタと、前記ドレンフィルタで分離されたドレンを溜めるドレンタンクと、前記ドレンタンクからのドレンの排出を制御する排出制御装置と、前記ドレンフィルタ、前記ドレンタンク及び前記排出制御装置を固定している取付板とを備え、前記取付板を介して前記固着が行われていることを特徴とする請求項５又は６記載の車両用空気圧縮装置。