JP2019203466A - 気体圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】気体圧縮機の仕様毎に異なる要求冷却能力を簡易な構成で実現する。即ち複数の仕様に共通して一定体格の熱交換器を適用し、部品点数の削減を実現する。【解決手段】駆動源１と、該駆動源からの駆動力で気体を吸込み、圧縮気体を吐き出す圧縮機本体２と、前記圧縮機本体よりも下流配管に配置して、前記圧縮機本体を流通する圧縮気体又は潤滑媒体の少なくとも一方を冷却する空冷式の熱交換器５、６とを備える気体圧縮機であって、前記熱交換器が、前記熱交換器を流通する冷却風の流れの上流及び下流の少なくとも一方に、前記熱交換器を流通する冷却風の風量を制限する遮蔽部材１０を備える気体圧縮機。【選択図】図１

Description

本発明は、空冷式の熱交換器を備えた気体圧縮機に関する。

空気やガスを圧縮する気体圧縮機が知られている。気体圧縮機は気体の圧縮作用によって熱を発生することから、圧縮気体や圧縮機本体及びそれを構成する軸受等を潤滑・冷却する潤滑油や水を空冷式の熱交換器で冷却する構成などを有する。

発生する熱量や要求される冷却能力は圧縮機の仕様に応じて異なる。このため必要風量毎に定格の冷却ファン装置を配置したり、これの回転数を可変としたり、熱交換器のサイズを変更したり、熱交換器に流入する冷却対象物（気体・潤滑油（水）の量を制御したり等種々の技術が知られている。

例えば、特許文献１は、給油式の空気圧縮機であって、圧縮機本体が吐出した圧縮空気から空気と油を分離する油回収器と、この油回収器で回収した油を冷却する空冷式の熱交換器と、油回収器から熱交換器の間に油の流入を制限する開閉弁と、油の温度を検出するい温度検出手段を備え、制御部が、温度検出検出手段の検出温度に応じて開閉弁の開閉を行い、油の冷却温度を制御する構成を開示する。

特開２０１２−１１２２６８号公報

ところで、上述のように、気体圧縮機の熱交換器における冷却能力は、仕様毎の発熱量や要求冷却能力が異なるが、このような種々の仕様に応じて熱交換器の種類（サイズ等）を用意するのは部品点数の増加といったコスト的なデメリットがある。同様に、各仕様に応じてファン装置を駆動する電動機の定格を変更したり、可変速装置を設置したりするはコスト面に加えて制御が複雑化するというデメリットもある。
仕様毎で共通して利用できる熱交換器の範囲を簡易に実現できる技術が望まれる。

上記課題を解決する為に、例えば、特許請求の範囲に記載の構成を適用する。即ち駆動源と、該駆動源からの駆動力で気体を吸込み、圧縮気体を吐き出す圧縮機本体と、前記圧縮機本体よりも下流配管に配置して、前記圧縮機本体を流通する圧縮気体又は潤滑媒体の少なくとも一方を冷却する空冷式の熱交換器とを備える気体圧縮機であって、前記熱交換器が、前記熱交換器を流通する冷却風の流れの上流及び下流の少なくとも一方に、前記熱交換器を流通する冷却風の風量を制限する遮蔽部材を備える構成である。

本発明によれば、仕様毎に異なる要求冷却能力を簡易な構成で実現できる。即ち複数の仕様に共通して一定体格の熱交換器を適用することができ、部品点数の削減を実現することができる。
本発明の他の課題・構成・効果は、以下の記載から明らかになる。

本発明を適用した実施例１による給油式圧縮機の構成を示す模式図である。 実施例１による遮蔽部材の構成を模式的に示す斜視図である。 実施例１の変形例による構成を模式的に示す図である。 本発明を適用した実施例２による構成を示す模式図である。 本発明を適用した実施例３による構成を示す模式図である。

本発明を実施するための形態について、図面を用いて以下に説明する。

図１に、本発明を適用した実施例１による給油式空気圧縮機１００（以下、「圧縮機１００」と称する場合がある。）の構成を示す。
圧縮機１００は、電動機１、圧縮機本体２、気液分離器３、電磁三方弁４、エアクーラ５、オイルクーラ６、吐出配管７ａ・７ｂ、潤滑油配管８ａ・８ｂ、バイパス配管９、遮蔽部材１０、ファン装置２１を主に備え、これらがパッケージ筐体１８に格納された構成を有する。

電動機１は、圧縮機本体２に回転動力を共有する駆動源である。本実施例では電動機を例とするが、内燃機関など他の駆動源であってもよい。なお、本実施例では電動機１が圧縮機本体２に軸同で接続する構成とするが、ベルトやギアを介して接続する構成であってもよい。

圧縮機本体１は、容積型（スクリュー型、スクロール型、レシプロ型、ベーン型又はクロー型等）或いは遠心型（ターボ）の圧縮機構を有する。本実施例において、圧縮機本体１は、エアフィルタ１３を介して吸い込んだ空気を、圧縮作動室に供給される潤滑油と共に圧縮し、気液混合の圧縮空気を吐出配管７ａに吐き出す給油式の圧縮機構を有する。なお、本発明はこれに限定するものではなく、無給油式の圧縮機本体であっても適用することができるものである。また、供給する液体が水である給水式であってもよい。

気液分離器３は、旋回式や衝突式の気液分離機構を有し、圧縮機本体２が吐き出した気液混合の圧縮空気から空気と油を分離するようになっている。分離された空気は、吐出配管７ｂに流れ、分離されて底部に貯留された油は、電磁三方弁４を介して潤滑油配管８ａ又はバイパス弁９に流れるようになっている。

電磁三方弁９は、吐出配管７ａ、７ｂ或いはその両方に配置する空気温度センサ（不図示）や、潤滑油配管８ａ、８ｂ或いはその両方に配置された油温度センサ（不図示）等の検出値に基づいて、気液分離器３からの潤滑油の流れを潤滑油配管８ａ又はバイパス配管９に切り替えるようになっている。例えば、電磁三方弁４は、空気温度センサや油温度センサの検出値が所定温度よりも高い場合に、潤滑油の流れを吐出配管８ａに許可し、後述するオイルクーラで冷却する。また、所定温度よりも低い場合には、電磁三方弁９は、潤滑油の流れを吐き出し配管に許可し、過冷却を防止するようになっている。

エアクーラ５及びオイルクーラ６は熱交換器であり、ファン装置２１が生成する冷却風と、内部を流通する圧縮空気や潤滑油との熱交換を行う冷却装置である。エアクーラ５とオイルクーラ６は、冷却風の流れ方向に重畳して配置し（本例では、オイルクーラ６が冷却風に対して上流）、一方を流通した冷却風が他方に流入するようになっている。

ファン装置２１は、ターボ型、プロペラ型等種々の形式の回転翼と、これを駆動する電動機とからなる。ファン装置２１が駆動することで、パッケージ筐体１８内部に吸気口１９から排気口２０に至る冷却風の流れを生成する。吸気口１９から流入した外気は、電動機１や圧縮機本体２を冷却し、その後、エアクーラ５やオイルクーラ６を流通後、排気口２０から筐体外部に流出するようになっている。

ダクト１５は、筒形状からなるエアダクトであり、エアクーラ５、オイルクーラ６を内包し冷却風がこれらに流れやすいように案内する。なお、本実施例では、ダクト１５内において、冷却風の流れ方向に対して、その上流からファン装置２１、オイルクーラ６、エアクーラ５の順で配置構成するものとするが、本実施例はこの構成に限定されるものではない。

次いで、本実施例の特徴の１つである遮蔽部材１０について説明する。
本実施例では、複数の遮蔽部材１０が配置する。遮蔽部材１０の素材としては金属・木材・樹脂・ゴム等種々のものが適用できる。遮蔽部材１０は、冷却風の流れ方向で、エアクーラ５の冷却風出口側近傍に配置するようになっている。遮蔽部材１０が、エアクーラ５の冷却風出口面の全面又は一部を覆うことで、エアクーラ５及びオイルクーラ６を流通する冷却風の流量を制御することができるようになっている。本実施例では、３つの遮蔽部材１０が、面方向をエアクーラ５の冷却風出口面に対向して配置する構成とする。

各遮蔽部材１０の一辺は、ヒンジ等の回動機構と固定接続され、エアクーラ５の冷却風出口面と水平の状態（０°）から、鉛直（９０°）或いはそれ以上の角度（１８０°）の範囲で回動可能となっている。即ち遮蔽部材１０は、エアクーラ５やオイルクーラ６を流れる冷却風の流れ方向と水平から鉛直方向の間で傾倒することができる状態となるようになっている。

図２に、遮蔽部材１０の斜視図を模式的に示す。図２（ａ）は、１つの遮蔽部材１０部材の斜視外観と、エアクーラ５による冷却風出口面の一部を示す。同図において、直方体の板状部材からなる遮蔽部材１０の長手方向は、エアクーラ５の冷却出口面の奥行方向とし、これと概略同じ長さである。遮蔽部材１０の短手方向側面１０ｂは、短手方向の中央から一方の長手方向側面１０ａ側の何れかの部分に、回動用の支持部１１を備える。支持部１１は、例えば上記長手方向に延伸する凸部又は凹部である。遮蔽部材１０は、ダクト１５内部に配置して、遮蔽部材１０を支持する矩形枠体１２或いはダクト１５の内壁とボルトやピン等と組み合わせることで、支持部１１を支点として、冷却風の流れ方向に対してエアクーラ５と反対方向に回動するようになっている（図２（ｂ）参照。）。

また、遮蔽部材１０は、冷却風の風圧により流れ方向に回動する。より具体的には、風圧が遮蔽部材１０の自重を上回ることで、風圧に応じてその回動角度が変化するようになっている。換言すれば、ファン装置１０が生成する冷却風の風圧が高ければ回動角度が大きくなり、低ければ小さくなる。即ちエアクーラ５やオイルクーラ６を流通する冷却風の量を制御することができる。

このことは以下の効果をもたらす。
まず第１に、ファン装置２１の回転数に応じてエアクーラ５やオイルクーラ６の冷却能力を制御することが可能となる。例えば、定格吐出能力が異なる圧縮機の場合、発熱量と要求される冷却性能が異なる。このような場合にはエアクーラ５やオイルクーラ６のサイズ等を要求される冷却能力に応じて各定格吐出能力に応じて用意する必要がある。更には、圧縮機の設置環境によっては、吸込空気の温度が高い場合や低い場合がある。仮に周囲温度０度から４５度まで対応できる仕様のとき、周囲温度がこれを上まわる場合や下回る場合には、冷却不足や過冷却となる虞もある。

本実施例によれば、遮蔽部材１０によって各クーラの冷却能力を制御できるため、同一仕様のクーラを異なる定格出力の圧縮機に適用することができ、部品点数の削減という効果をえることができる。即ち定格吐出能力に要求される冷却能力より大きいクーラを設置しても、遮蔽部材１０によって、要求冷却能力内の冷却をすることになり、過冷却となることを防止できる。逆に、要求冷却能力に見合った定格吐出能力を有する圧縮機の場合には、遮蔽部材１０が全開し、冷却不足を防止することができる。

また、周囲温度が高い又は低い場合には、遮蔽部材１０の枚数や重量を増減させることで十分な要求冷却能力に調節することができる。

また第２に、遮蔽部材１０は、冷却風が無い場合（圧縮機１００が停止又は一時停止する場合等）には、遮蔽部材１０が閉状態（概略水平方向の状態）となり、下流側からの粉塵等に対するカバーとなり得る。

以上、本発明を実施するための実施例１について説明したが、本発明は上記例に限定されるものではなく、その趣旨に沿う範囲で種々の変更が可能である。

例えば、実施例１では、エアクーラ５とオイルクーラ６を冷却風の流れ方向に沿って重畳的に配置したが、図３（ａ）に示すように、これらを水平方向に並列に配置する構成であてもよい。更には、図（ｂ）に示すように、クーラ毎に１台のファン装置２１を配置する構成であってもよい。この場合、一方のクーラのみに遮蔽部材１０を配置してもよいし、両方のクーラに遮蔽部材１０を配置して、その数及び重量が異なるように構成してもよい。

また、実施例１では、遮蔽部材１０が複数配置する構成であるが、１の遮蔽部材１０で各クーラの冷却風出口面を覆うように構成してもよい。
更には、遮蔽部材１０が複数配置するする構成である場合に、各遮蔽部材１０のサイズ、重量が異なるように構成してもよい（異素材の採用による重量変化を含む。）。

なお、実施例１はパッケージ筐体１８を利用するパッケージ型の圧縮機を例としたが、本発明の必須構成要素ではなく、パッケージを使用しない圧縮機にも適用ですることができものである。同様に、ダクト１５も本発明の必須構成要素ではなく、その使用は任意である。

実施例２は、冷却風の流れ方向に対して遮蔽部材１０が配置する位置が、実施例１と主に異なる。以下図面を用いて説明する。なお、同一構成要素については同一符号を用い、詳細な説明を省略する場合がある。

図４に、実施例２による圧縮機１００のクーラ、ファン装置及び遮蔽部材１０の配置構成を模式的に示す。実施例２では、冷却風の流れ方向に対して遮蔽部材１０がファン装置２１よりも下流側に配置することを特徴の一つとする。

ファン装置２１の駆動によって、ダクト１５の吸込みの流れが発生するが、この吸込みの冷却風量を遮蔽部材１０が制御することができる。即ち吸込みの流れに応じて各遮蔽部材１０がファン装置２１側に回動し、エアクーラ５及びオイルクーラ６に流れる冷却風の風量が変化し、各クーラの冷却能力が制御されることとなる。
このように、実施例２の構成であっても、実施例１の効果を得ることができる。

実施例３は、実施例１の構成を基調とし、遮蔽部材１０に、冷却風の流れ方向と反対方向への付勢力を与える付勢部材５０を更に有する点を特徴の一つとする。以下、図面を用いて説明する。なお、実施例１及び２と同一の構成要素は同一符号を使用するものとし、詳細な説明を省略する場合がある。

図５に、実施例３による圧縮機１００のクーラ、ファン装置、遮蔽部材１０及び付勢部材５０の配置構成を模式的に示す。付勢部材５０は、例えば、バネ、ゴムといった弾性体等からなり、所定角度以上に遮蔽部材１０が回動したときに、水平方向に向かって遮蔽部材１０を引きもどす力を生成するようになっている。付勢部材５０は、その両端を遮蔽部材５０の短手方向側面１０ａ上で、支持部１１から離間する部分と、支持枠体１２とに接続するようになっている。

実施例３によれば、実施例１及び２の効果に加えて、以下の効果をえることができる。
まず、付勢部材５０の作用により、遮蔽部材５０の自重以上の冷却風風量についても制御することができる。これにより同じクーラで、要求冷却能力に対応できる範囲が拡大することができる。

また、遮蔽部材５０が鉛直方向に配置される構成（長手方向側面１０ａが鉛直方向に対向する姿勢）の場合、圧縮機１００の停止時等に遮蔽部材５０を閉じる方向に戻すことができ、粉塵等の侵入を防止するカバーとしての機能を発揮することができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、一の実施例の構成要素を他の実施例に置換するなど、本発明は上記種々の構成に限定されるものではない。

１…電動機、２…圧縮機本体、３…気液分離器、４…電磁三方弁、５…エアクーラ、６…オイルクーラ、７ａ・７ｂ…吐出配管、８ａ・８ｂ…潤滑油配管、９…バイパス配管、１０…遮蔽部材、１０ａ…長手方向側面、１０ｂ…短手方向側面、１１…支持部、１２…支持枠体、１３…エアフィルタ、１５…ダクト、１７…オイルフィルタ、１８…パッケージ筐体、１９…吸込口、２０…吐出口、２１…ファン装置、５０…付勢部材、１００…給油式圧縮機

Claims (13)

1. 駆動源と、該駆動源からの駆動力で気体を吸込み、圧縮気体を吐き出す圧縮機本体と、前記圧縮機本体よりも下流配管に配置して、前記圧縮機本体を流通する圧縮気体又は潤滑媒体の少なくとも一方を冷却する空冷式の熱交換器とを備える気体圧縮機であって、
   前記熱交換器が、
   前記熱交換器を流通する冷却風の流れの上流及び下流の少なくとも一方に、前記熱交換器を流通する冷却風の風量を制限する遮蔽部材を備えるものである気体圧縮機。
2. 請求項１に記載の気体圧縮機であって、
   前記遮蔽部材が、前記熱交換器を流通する前記冷却風の一部を制限するものである気体圧縮機。
3. 請求項１に記載の気体圧縮機であって、
   前記遮蔽部材が、前記熱交換機を流れる冷却風の流れ方向に対して、水平方向から鉛直方向の間の角度で傾倒する形状を有するものである気体圧縮機。
4. 請求項３に記載の気体圧縮機であって、
   前記遮蔽部材が、前記水平方向未満から前記鉛直方向未満の間の角度を含んで傾倒可能とする可動機構を備えるものである気体圧縮機。
5. 請求項１に記載の気体圧縮機であって、
   前記遮蔽部材が、
   前記冷却風が流通する前記熱交換器の開口部面積以下となる板状部材からなるものである気体圧縮機。
6. 請求項５に記載の気体圧縮機であって、
   前記板状部材が、該頑丈部材よりも面積が小である複数の板状部材からなるものである気体圧縮機。
7. 請求項１に記載の気体圧縮機であって、
   第１熱交換器及び第２熱交換器を含む複数の熱交換器を備え、
   前記冷却風の流れ方向に対して並行の向きで前記第１熱交換器と前記第２熱交換器が配置するものである気体圧縮機。
8. 請求項７に記載の気体圧縮機であって、
   前記遮蔽部材が、前記第１と前記第２熱交換器の一方を流れる冷却風の風量を制限するものである気体圧縮機。
9. 請求項１に記載の気体圧縮機であって、
   第１熱交換器及び第２熱交換器を含む複数の熱交換器を備え、
   前記冷却風の流れ方向に沿った向きで前記第１熱交換器と前記第２熱交換器を配置するものである気体圧縮機。
10. 請求項１に記載の気体圧縮機であって、
    前記冷却風を生成する冷却ファンを備え、
    前記冷却ファンが、前記冷却風の流れ方向に対して前記熱交換器よりも上流又は下流に配置するものであり、
    前記遮蔽部材が、前記冷却ファンと前記熱交換器の間に配置するものである気体圧縮機。
11. 請求項１に記載の気体圧縮機であって、
    前記冷却風を生成する冷却ファンを備え、
    前記冷却ファンが、前記冷却風の流れ方向に対して前記熱交換器よりも上流又は下流に配置するものであり、
    前記遮蔽部材が、前記冷却ファンよりも上流又は下流に配置するものである気体圧縮機。
12. 請求項１に記載気体圧縮機であって、
    前記冷却風を生成する第１冷却ファンと第２冷却ファンを含む複数の冷却ファンと、
    第１熱交換器及び第２熱交換器を含む複数の熱交換器とを備え、
    前記第１冷却ファンが生成する冷却風が前記第１熱交換器を流通するものであり、
    前記第２冷却ファンが生成する冷却風が前記第２熱交換器を流通するものである気体圧縮機。
13. 請求項１に記載の気体圧縮機であって、
    前記圧縮機本体が、ターボ型又は容積型の圧縮機構を含むものであり、
    前記圧縮機本体が、圧縮室に液体を供給する給液式又は無給液式の圧縮形式を含むものである気体圧縮機。

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