JP4685474B2 - Oil-free screw air compressor - Google Patents
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Description
本発明は、無給油式スクリュー空気圧縮機に係わり、さらに詳しくは、圧縮空気を冷却する熱交換器を備えた無給油式スクリュー空気圧縮機に関する。 The present invention relates to an oil-free screw air compressor, and more particularly to an oil-free screw air compressor including a heat exchanger that cools compressed air.
単段無給油式スクリュー空気圧縮機は、非接触かつ無給油で回転可能な一対の雄ロータ及び雌ロータを有する圧縮機本体を備えており、雄ロータ及び雌ロータの回転駆動により無給油状態で空気を圧縮する。この空気圧縮に要する動力が熱に変化し、生成した圧縮空気の温度は非常に高くなり、例えば約300〜350℃まで上昇する。そこで従来、圧縮機本体から吐出された圧縮空気を冷却するチューブ式熱交換器を備えた構成が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 The single-stage oil-free screw air compressor has a compressor body having a pair of male and female rotors that can rotate in a non-contact and oil-free manner. Compress the air. The power required for this air compression changes to heat, and the temperature of the generated compressed air becomes very high, for example, rises to about 300 to 350 ° C. Therefore, conventionally, a configuration including a tube heat exchanger that cools compressed air discharged from a compressor body has been disclosed (see, for example, Patent Document 1).
また2段無給油式スクリュー圧縮機では、無給油状態で空気を圧縮する低圧段圧縮機本体と、この低圧段圧縮機本体で圧縮された空気をさらに無給油状態で圧縮する高圧段圧縮機本体とを備えており、低圧段圧縮機本体及び高圧段圧縮機本体で生成した圧縮空気の温度は、それぞれ例えば約160〜250℃まで上昇する。そこで従来、低圧段圧縮機本体から吐出された圧縮空気を冷却して高圧段圧縮機本体に流出するチューブ式熱交換器(インタークーラ)と、高圧段圧縮機本体から吐出された圧縮空気を冷却するチューブ式熱交換器(アフタークーラ)とを備えた構成が開示されている(例えば、特許文献2参照)。 In the two-stage oilless screw compressor, a low-pressure compressor main body that compresses air in an oil-free state, and a high-pressure compressor main body that further compresses air compressed in the low-pressure compressor main body in an oil-free state. The temperature of the compressed air generated by the low-pressure stage compressor main body and the high-pressure stage compressor main body rises to, for example, about 160 to 250 ° C. Therefore, conventionally, a tube-type heat exchanger (intercooler) that cools the compressed air discharged from the low-pressure stage compressor body and flows out to the high-pressure stage compressor body, and cools the compressed air discharged from the high-pressure stage compressor body. The structure provided with the tube-type heat exchanger (aftercooler) to perform is disclosed (for example, refer patent document 2).
上記チューブ式熱交換器は、例えばシェル内に複数のU字管を設けた構造であり、U字管内に圧縮空気を流しシェル内に冷却水(冷却液)を流し(逆に、U字管内に冷却水を流しシェル内に圧縮空気を流してもよい)、圧縮空気と冷却水が熱交換することにより圧縮空気を冷却するようになっている。また、シェル内のU字管は、熱による伸縮を吸収し熱応力の影響を回避するので、耐熱温度が比較的高い構造である。 The tube heat exchanger has a structure in which, for example, a plurality of U-shaped tubes are provided in a shell, and compressed air is flowed into the U-shaped tube and cooling water (coolant) is flowed into the shell (reversely, inside the U-shaped tube The compressed air may be allowed to flow in the shell and the compressed air may flow in the shell), and the compressed air is cooled by heat exchange between the compressed air and the cooling water. Further, the U-shaped tube in the shell has a structure with a relatively high heat-resistant temperature because it absorbs expansion and contraction due to heat and avoids the influence of thermal stress.
しかしながら、上記従来技術には以下のような改善の余地があった。
すなわち、無給油式スクリュー空気圧縮機においては、上記チューブ式熱交換器の容積が大きな割合を占めており、熱交換器を小型化することで圧縮機全体の小型化を図ることが可能である。ところが、チューブ式熱交換器では、U字管の径寸法を小さくして本数を増加したり、熱伝達率のよい材質に変更したり、若しくはU字管の肉厚を小さくする等の方法により小型化が図れるものの、その小型化には限界があった。
However, the above prior art has room for improvement as follows.
That is, in the oil-free screw air compressor, the volume of the tube heat exchanger occupies a large proportion, and it is possible to reduce the size of the entire compressor by downsizing the heat exchanger. . However, in the tube heat exchanger, the diameter of the U-shaped tube is reduced to increase the number, the material is changed to a material having a good heat transfer coefficient, or the thickness of the U-shaped tube is decreased. Although the size can be reduced, there is a limit to the size reduction.
本発明の目的は、耐熱性を確保しつつ大幅な小型化を図ることができる無給油式スクリュー圧縮機を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an oil-free screw compressor that can achieve a significant reduction in size while ensuring heat resistance.
(1)上記目的を達成するために、本発明は、無給油状態で空気を圧縮する低圧段圧縮機本体と、前記低圧段圧縮機本体で圧縮された空気をさらに無給油状態で圧縮する高圧段圧縮機本体と、前記低圧段圧縮機本体の圧縮空気を冷却して前記高圧段圧縮機本体へ流出する低圧側熱交換器、及び前記高圧段圧縮機本体の圧縮空気を冷却する高圧側熱交換器を一体構成したプレート式熱交換器とを備えた無給油式スクリュー空気圧縮機であって、前記プレート式熱交換器は、前記高圧段圧縮機本体の圧縮空気が下方向に流れる第1の圧縮空気流路と、前記低圧段圧縮機本体の圧縮空気が上方向に流れる第2の圧縮空気流路と、前記高圧段圧縮機本体の圧縮空気を冷却する冷却液が上方向に流れる第1の冷却流路と、前記第1の冷却流路に直列接続され、前記低圧段圧縮機本体の圧縮空気を冷却する冷却液が下方向に流れる第2の冷却流路とを備える。 ( 1 ) In order to achieve the above object, the present invention provides a low pressure stage compressor body that compresses air in an oil-free state, and a high pressure that further compresses air compressed in the low pressure stage compressor body in an oil-free state. A main stage compressor body, a low pressure side heat exchanger that cools the compressed air of the low pressure stage compressor body and flows out to the high pressure stage compressor body, and a high pressure side heat that cools the compressed air of the high pressure stage compressor body An oil-free screw air compressor including a plate-type heat exchanger integrally configured with an exchanger, wherein the plate-type heat exchanger is a first where the compressed air of the high-pressure stage compressor body flows downward. A compressed air flow path, a second compressed air flow path through which the compressed air of the low pressure stage compressor body flows upward, and a cooling liquid that cools the compressed air of the high pressure stage compressor body flows upward. 1 cooling flow path and the first cooling flow path in series Is, coolant for cooling the compressed air of the low pressure stage compressor body and a second cooling channel flowing downward.
(2)上記目的を達成するために、本発明は、無給油状態で空気を圧縮する低圧段圧縮機本体と、前記低圧段圧縮機本体で圧縮された空気をさらに無給油状態で圧縮する高圧段圧縮機本体と、前記低圧段圧縮機本体の圧縮空気を冷却して前記高圧段圧縮機本体へ流出する低圧側熱交換器、及び前記高圧段圧縮機本体の圧縮空気を冷却する高圧側熱交換器を一体構成したプレート式熱交換器とを備えた無給油式スクリュー空気圧縮機であって、前記プレート式熱交換器は、前記高圧段圧縮機本体の圧縮空気が下方向に流れる第1の圧縮空気流路と、前記低圧段圧縮機本体の圧縮空気が下方向に流れる第2の圧縮空気流路と、前記高圧段圧縮機本体の圧縮空気を冷却する冷却液が上方向に流れる第1の冷却流路と、前記第1の冷却流路に直列接続され、前記低圧段圧縮機本体の圧縮空気を冷却する冷却液が下方向に流れる第2の冷却流路とを備える。 ( 2 ) In order to achieve the above object, the present invention provides a low pressure stage compressor body that compresses air in an oilless state, and a high pressure that further compresses air compressed in the low pressure stage compressor body in an oilless state. A main stage compressor body, a low pressure side heat exchanger that cools the compressed air of the low pressure stage compressor body and flows out to the high pressure stage compressor body, and a high pressure side heat that cools the compressed air of the high pressure stage compressor body An oil-free screw air compressor including a plate-type heat exchanger integrally configured with an exchanger, wherein the plate-type heat exchanger is a first where the compressed air of the high-pressure stage compressor body flows downward. A compressed air flow path, a second compressed air flow path through which the compressed air of the low-pressure stage compressor body flows downward, and a coolant that cools the compressed air of the high-pressure stage compressor body flows upward. 1 cooling flow path and the first cooling flow path in series Is, coolant for cooling the compressed air of the low pressure stage compressor body and a second cooling channel flowing downward.
(3)上記(1)又は(2)において、好ましくは、前記低圧段圧縮機本体からの圧縮空気及び前記高圧段圧縮機本体からの圧縮空気のうちいずれか一方又は両方を一次冷却して前記プレート式熱交換器へ流出するチューブ式熱交換器を備える。
(4)上記目的を達成するために、本発明は、無給油状態で空気を圧縮する低圧段圧縮機本体と、前記低圧段圧縮機本体で圧縮された空気をさらに無給油状態で圧縮する高圧段圧縮機本体と、前記低圧段圧縮機本体の圧縮空気を冷却して前記高圧段圧縮機本体へ流出する低圧側熱交換器、及び前記高圧段圧縮機本体の圧縮空気を冷却する高圧側熱交換器を一体構成したプレート式熱交換器とを備えた無給油式スクリュー空気圧縮機であって、前記プレート式熱交換器は、前記高圧段圧縮機本体の圧縮空気が流れる第1の圧縮空気流路と、前記低圧段圧縮機本体の圧縮空気が流れる第2の圧縮空気流路と、前記高圧段圧縮機本体の圧縮空気を冷却する冷却液が流れる第1の冷却流路と、前記第1の冷却流路に直列接続され、前記低圧段圧縮機本体の圧縮空気を冷却する冷却液が流れる第2の冷却流路とを備え、前記第1の圧縮空気流路の流れ方向と前記第1の冷却流路の流れ方向とが対向流となるように、かつ前記第2の圧縮空気流路の流れ方向と前記第2の冷却流路の流れ方向とが対向流となるように構成しており、前記低圧段圧縮機本体からの圧縮空気及び前記高圧段圧縮機本体からの圧縮空気のうちいずれか一方又は両方を前記プレート式熱交換器の耐熱温度まで一次冷却して前記プレート式熱交換器へ流出するチューブ式熱交換器を備える。
(5)上記目的を達成するために、本発明は、無給油状態で空気を圧縮する低圧段圧縮機本体と、前記低圧段圧縮機本体で圧縮された空気をさらに無給油状態で圧縮する高圧段圧縮機本体と、前記低圧段圧縮機本体の圧縮空気を冷却して前記高圧段圧縮機本体へ流出する低圧側熱交換器、及び前記高圧段圧縮機本体の圧縮空気を冷却する高圧側熱交換器を一体構成したプレート式熱交換器とを備えた無給油式スクリュー空気圧縮機であって、前記プレート式熱交換器は、前記高圧段圧縮機本体の圧縮空気が流れる第1の圧縮空気流路と、前記低圧段圧縮機本体の圧縮空気が流れる第2の圧縮空気流路と、前記高圧段圧縮機本体の圧縮空気を冷却する冷却液が流れる第1の冷却流路と、前記第1の冷却流路に直列接続され、前記低圧段圧縮機本体の圧縮空気を冷却する冷却液が流れる第2の冷却流路とを備え、前記第2の圧縮空気流路の流れ方向と前記第2の冷却流路の流れ方向とが平行流となるように構成しており、前記低圧段圧縮機本体からの圧縮空気及び前記高圧段圧縮機本体からの圧縮空気のうちいずれか一方又は両方を前記プレート式熱交換器の耐熱温度まで一次冷却して前記プレート式熱交換器へ流出するチューブ式熱交換器を備える。
( 3 ) In the above (1) or (2) , preferably, one or both of the compressed air from the low-pressure stage compressor body and the compressed air from the high-pressure stage compressor body are primarily cooled to A tube heat exchanger that flows out to the plate heat exchanger is provided.
(4) In order to achieve the above object, the present invention provides a low pressure stage compressor body that compresses air in an oil-free state, and a high pressure that further compresses air compressed in the low pressure stage compressor body in an oil-free state. A main stage compressor body, a low pressure side heat exchanger that cools the compressed air of the low pressure stage compressor body and flows out to the high pressure stage compressor body, and a high pressure side heat that cools the compressed air of the high pressure stage compressor body An oil-free screw air compressor including a plate heat exchanger integrally configured with an exchanger, wherein the plate heat exchanger is a first compressed air through which the compressed air of the high-pressure stage compressor body flows. A flow path, a second compressed air flow path through which the compressed air of the low-pressure stage compressor body flows, a first cooling flow path through which a coolant that cools the compressed air of the high-pressure stage compressor body, and the first The low-pressure stage compressor A second cooling flow path through which a cooling liquid for cooling the compressed air flows, and the flow direction of the first compressed air flow path and the flow direction of the first cooling flow path are opposed to each other. And the flow direction of the second compressed air flow path and the flow direction of the second cooling flow path are opposed to each other, the compressed air from the low-pressure stage compressor body and the high pressure A tube-type heat exchanger is provided that primarily cools one or both of the compressed air from the main stage compressor body to the heat-resistant temperature of the plate-type heat exchanger and flows out to the plate-type heat exchanger.
(5) In order to achieve the above object, the present invention provides a low pressure stage compressor body that compresses air in an oil-free state, and a high pressure that further compresses air compressed in the low pressure stage compressor body in an oil-free state. A main stage compressor body, a low pressure side heat exchanger that cools the compressed air of the low pressure stage compressor body and flows out to the high pressure stage compressor body, and a high pressure side heat that cools the compressed air of the high pressure stage compressor body An oil-free screw air compressor including a plate heat exchanger integrally configured with an exchanger, wherein the plate heat exchanger is a first compressed air through which the compressed air of the high-pressure stage compressor body flows. A flow path, a second compressed air flow path through which the compressed air of the low-pressure stage compressor body flows, a first cooling flow path through which a coolant that cools the compressed air of the high-pressure stage compressor body, and the first The low-pressure stage compressor A second cooling flow path through which a cooling liquid for cooling the compressed air flows, and the flow direction of the second compressed air flow path and the flow direction of the second cooling flow path are parallel flows The plate is configured such that one or both of the compressed air from the low-pressure stage compressor body and the compressed air from the high-pressure stage compressor body are primarily cooled to the heat resistant temperature of the plate heat exchanger. A tube-type heat exchanger that flows out to the heat exchanger is provided.
本発明によれば、従来のチューブ式熱交換器のみを設ける場合に比べ、耐熱性を確保しつつ大幅な小型化を図ることができる。 According to this invention, compared with the case where only the conventional tube type heat exchanger is provided, it can attain large size reduction, ensuring heat resistance.
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本発明の第1の実施形態を図1〜図3により説明する。本実施形態は、プレート式熱交換器を二段無給油式スクリュー空気圧縮機に設けた実施形態である。 The first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. This embodiment is an embodiment in which a plate heat exchanger is provided in a two-stage oilless screw air compressor.
図1は、本実施形態による無給油スクリュー空気圧縮機の全体構造を表す模式図であり、図2は、本実施形態におけるプレート式熱交換機の概略構造を表す模式図であり、図3は、本実施形態におけるプレート式熱交換器の構造を一例として表す斜視分解図である。なお、図1及び図2において、白抜きの矢印は圧縮空気の流れ、黒塗りの矢印は潤滑油の流れ、細線の矢印は冷却水の流れ、斜線塗りの矢印は冷却風の流れを示している。 Figure 1 is a schematic view showing the overall structure of the oil-free screw air compressor according to the present embodiment, FIG. 2 is a schematic view showing the schematic structure of a plate heat exchanger according to this embodiment, FIG. 3, It is a perspective exploded view showing the structure of the plate type heat exchanger in this embodiment as an example. 1 and 2 , the white arrow indicates the flow of compressed air, the black arrow indicates the flow of lubricating oil, the thin arrow indicates the flow of cooling water, and the hatched arrow indicates the flow of cooling air. Yes.
本実施形態による無給油式スクリュー圧縮機は二段圧縮機であり、電動機(モータ)44と、この電動機44の回転動力がギヤ装置45を介し伝達されて駆動する低圧段圧縮機本体46及び高圧段圧縮機本体47と、これら低圧段圧縮機本体46及び高圧段圧縮機本体47で生成した圧縮空気をそれぞれ冷却するプレート式熱交換器48とを備えている。
The oil-free screw compressor according to the present embodiment is a two-stage compressor, and includes an electric motor (motor) 44, a low-pressure compressor
低圧段圧縮機本体46は、一対の雄ロータ49及び雌ロータ50を有し、これら雄ロータ49及び雌ロータ50の一方側(図3中左側)端部に設けられたタイミングギヤ51,52が噛合している。これにより、雄ロータ49及び雌ロータ50は、非接触かつ無給油で回転するようになっている。同様に、高圧段圧縮機本体47は、一対の雄ロータ53及び雌ロータ54を有し、これら雄ロータ53及び雌ロータ54の一方側(図3中左側)端部に設けられたタイミングギヤ55,56が噛合している。これにより、雄ロータ53及び雌ロータ54は、非接触かつ無給油で回転するようになっている。
The low-pressure compressor
ギヤ装置45は、下部に油溜め57を有するギヤケーシング58と、このギヤケーシング58に回転自在に支持されブルギヤ59を有する伝達軸60とを備えている。電動機44の回転軸と伝達軸60がカップリング61等を介し連結され、雄ロータ51,53の他方側(図3中右側)端部にそれぞれ設けたピニオンギヤ62,63と伝達軸60のブルギヤ59とが噛合している。これにより、電動機44の回転動力が伝達軸60、ブルギヤ59、及びピニオンギヤ62,63を介し雄ロータ51,53に伝達され、雄ロータ51,53が回転駆動するようになっている。なお、ピニオンギヤ62,63及びブルギヤ59は、ギヤケーシング58内に収納されている。
The
また、電動機等によって駆動するオイルポンプ64が設けられており、このオイルポンプ64の駆動により、ギヤケーシング58内の油溜め57からストレーナ65を介し吸い込まれた潤滑油は、潤滑油用熱交換器(オイルクーラ)66及びオイルフィルタ67等を介し、低圧段圧縮機本体46及び高圧段圧縮機本体47のタイミングギヤ51,52,55,56及び軸受(図示せず)等に供給され、その後ギヤケーシング58内の油溜め57に戻って循環するようになっている。
Further, an
低圧段圧縮機本体46の吸込み側(図3中上側)には、吸気フィルタ68と、吸込み空気量を調整する吸込み絞り弁69とが設けられている。また、吸込み絞り弁69に連動し、高圧段圧縮機本体47の圧縮空気をサイレンサ70を介し放出する放気弁71が設けられている。そして、負荷運転時は、吸気フィルタ68及び吸込み絞り弁69を介し低圧段圧縮機本体46に圧縮用空気(外気)が吸込まれて所定の圧力まで圧縮され、この圧縮空気が吐出配管72を介しプレート式熱交換器48の低圧側熱交換器48a側に吐出され、プレート式熱交換器48の低圧側熱交換器48a側で冷却された圧縮空気が導出配管73を介し高圧段圧縮機本体47に導入されて圧縮され、この圧縮空気が吐出配管74を介しプレート式熱交換器48の高圧側熱交換器48b側に吐出され、プレート式熱交換器48の高圧側熱交換器48bで冷却された圧縮空気が供給配管75を介し外部の機器等(図示せず)に供給されるようになっている。また無負荷運転時は、吸込み絞り弁69を閉じ状態、放気弁71を開き状態として、低圧段圧縮機本体46及び高圧段圧縮機本体47が運転するようになっている。なお、吐出配管74には逆止弁76が設けられており、この逆止弁78の上流側で分岐接続された放気配管77が放気弁71に接続されている。また、導出配管73及び供給配管75の下方側にはドレン配管78,79がそれぞれ接続され、これらドレン配管78,79を介し圧縮空気の冷却の際に生じたドレンを排出するようになっている。
An intake filter 68 and a
プレート式熱交換器48は、低圧段圧縮機本体46からの圧縮空気を冷却して高圧段圧縮機本体48へ流出する上記低圧側熱交換器48aと、高圧段圧縮機本体47からの圧縮空気を冷却する上記高圧側熱交換器48bとが一体構成されている。詳細には、例えば図5に示すように、積層された複数(図5では8枚)のチャンネルプレート80と、低圧側熱交換器48a及び高圧側熱交換器48bを仕切るために配設された仕切りプレート81と、チャンネルプレート80の両外側に配設されたカバープレート82A,82Bとを備えており、これら複数のチャンネルプレート80、仕切りプレート81及びカバープレート82A,82Bが例えば銅等によってブレージング(ろう付け)されている。チャンネルプレート80は、例えばステンレス製薄板でヘリンボーン(V字)形状に加工されており、積層されたチャンネルプレート80の間には、圧縮空気が流れる圧縮空気流路83a又は83bと、冷却水が流れる冷却流路84a又は84bとが交互に形成されている。これら圧縮空気流路83a,83b及び冷却流路84a,84bは複雑な流路形状(詳細は省略)となり、流路内は乱流となって熱交換率(冷却効率)が高められる。
The
低圧段側熱交換器48aを構成するカバープレート82Aの隅角には、上側に圧縮空気入口ポート85a、下側に圧縮空気出口ポート85b及び冷却水入口ポート85cが設けられ、高圧段側熱交換器48bを構成するカバープレート82Bの隅角には、上側に圧縮空気出口ポート86a、下側に圧縮空気入口ポート86b及び冷却水出口ポート86cが設けられている。また、ポート85a〜85c,86a〜86cに対応するように複数のチャンネルプレート80及び仕切りプレート81に貫通孔87が形成され、これら貫通孔87が圧縮空気流路83a又は83b、若しくは冷却流路84a又は84bにそれぞれ連通するようになっている。そして、冷却水入口ポート86cから流入した冷却水が高圧側熱交換器48bの冷却流路84bを上向きに流れ、仕切りプレート81の貫通孔87を経て、低圧側熱交換器48aの冷却流路84aを下向きに流れて冷却水出口ポート85cから流出するようになっている(言い換えれば、高圧側熱交換器48bの冷却流路84bと低圧側熱交換器48aの冷却流路84aは、直列接続されている)。また低圧側熱交換器48aでは、圧縮空気入口ポート85bから流入した圧縮空気が圧縮空気流路83aを上向きに流れて圧縮空気出口ポート85aから流出し、高圧側熱交換器48bでは、圧縮空気入口ポート86aから流入した圧縮空気が圧縮空気流路83bを下向きに流れて圧縮空気出口ポート86bから流出するようになっている。これにより、低圧側熱交換器48a及び高圧側熱交換器48bにおいて、チャンネルプレート80を介し圧縮空気と冷却水が熱交換して圧縮空気が冷却されるようになっている。
At the corner of the
なお、上述の内容からわかるように、低圧側熱交換器48aにおける圧縮空気流路83aと冷却流路84a、高圧側熱交換器48bにおける圧縮空気流路83bと冷却流路84bはともに対向流となっている。そのためには、圧縮空気流路83a,83bのいずれか一方を上向きの流れとする必要があるが、本実施形態では、圧縮空気中にドレンが比較的発生しにくい(又は無負荷運転・停止時にドレンの逆流が生じない)低圧側熱交換器48aの圧縮空気流路83aを上向きとしている。
As can be seen from the above description, the compressed
また、上記した潤滑油用熱交換器66、プレート式熱交換器48、低圧段圧縮機本体46の冷却ジャケット、及び高圧段圧縮機本体の47の冷却ジャケットに冷却水を流通する冷却水配管88が設けられている。この冷却水配管88は、まず潤滑油用熱交換器66に冷却水を流通する配管系統88aとプレート式熱交換器48に冷却水を流通する配管系統88bとで分岐され、その後配管系統88a,88bが合流してから、低圧段圧縮機本体46の冷却ジャケットに冷却水を流通する配管系統88cと高圧段圧縮機本体47の冷却ジャケットに冷却水を流通する配管系統88dとで分岐され、その後配管系統88c,88dが合流するように構成されている。また、冷却風を誘起する冷却ファン89が設けられており、この冷却ファン89の駆動により圧縮機全体を冷却するようになっている。
Further, the above-described lubricating
次に、本実施形態の動作及び作用効果を説明する。
例えば外部の機器等に供給する圧縮空気を生成する場合、電動機44が駆動し、電動機44の回転力が低圧段圧縮機本体46の雄ロータ49に伝達されると、雄ロータ49及び雌ロータ50が非接触かつ無給油で回転駆動する。これと同時に、電動機44の回転力が高圧段圧縮機本体47の雄ロータ53に伝達されて、雄ロータ53及び雌ロータ54が非接触かつ無給油で回転駆動する。これにより、負荷運転時は、吸込みフィルタ68及び吸込み絞り弁69を介し低圧段圧縮機本体46に圧縮用空気を吸い込んで所定の圧力まで圧縮する。このとき、低圧段圧縮機本体46で生成した圧縮空気の温度は例えば約160〜250℃であり、また負荷運転及び無負荷運転が繰り返されると熱による繰り返し応力が発生するものの、これら圧縮空気の温度及び熱による繰り返し応力を考慮しても、プレート式熱交換器48の耐熱温度の許容範囲となる場合がある。このような場合に、低圧段圧縮機本体46からの圧縮空気をプレート式熱交換器48の低圧側熱交換器48aで冷却し、高圧段圧縮機本体47でさらに圧縮する。このとき、高圧段圧縮機本体47で生成した圧縮空気の温度も例えば約160〜250℃であり、圧縮空気の温度及び熱による繰り返し応力を考慮しても、プレート式熱交換器48の耐熱温度の許容範囲となる場合がある。このような場合に、高圧段圧縮機本体47からの圧縮空気をプレート式熱交換器48の高圧側熱交換器48bで冷却し、供給配管75を介し外部の機器等に供給する。
Next, the operation and effect of this embodiment will be described.
For example, when generating compressed air to be supplied to an external device or the like, when the
本実施形態においては、低圧段圧縮機本体46の圧縮空気を冷却する低圧側熱交換器48a、及び高圧段圧縮機本体47の圧縮空気を冷却する高圧側熱交換器48bを一体構成したプレート式熱交換器48を設ける。これにより、従来のようにチューブ式熱交換器を低圧側熱交換器及び高圧熱交換器としてそれぞれ設ける場合に比べ、大幅な小型化を図ることができる。
In the present embodiment, a plate type in which a low-pressure
また、プレート式熱交換器48は、低圧側熱交換器48aの冷却流路84aと高圧側熱交換器48bの冷却流路84bを直列接続する。これにより、冷却流路84a,84bを並列接続する場合よりも、冷却水流量を低減しかつ冷却水流速を速くし、ゴミやスケールの付着を防止できる。また、プレート式熱交換器48は、低圧側熱交換器48a及び高圧側熱交換器48bを一体構成とするので、冷却流路48a,48bを接続する配管を削減することができる。また、低圧側熱交換器48aにおける圧縮空気流路83aと冷却流路84a、高圧側熱交換器48bにおける圧縮空気流路83bと冷却流路84bをともに対向流とするため、プレート式熱交換器48の冷却性能が向上し小型化が図れる。
The
本発明の第2の実施形態を図4により説明する。本実施形態は、二段無給油式スクリュー空気圧縮機においてチューブ式熱交換器及びプレート式熱交換器を設けた実施形態である。 The second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is an embodiment in which a tube heat exchanger and a plate heat exchanger are provided in a two-stage oilless screw air compressor.
図4は、本実施形態による無給油スクリュー空気圧縮機の全体構造を表す模式図である。この図4において、上記第1の実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。 FIG. 4 is a schematic diagram showing the entire structure of the oil-free screw air compressor according to the present embodiment. In FIG. 4, the same reference numerals are assigned to the first embodiment and like parts of the explanation is suitably omitted.
例えば上記高圧段圧縮機本体47で生成した圧縮空気の温度が上記プレート式熱交換器48の耐熱温度を超えるような場合(詳細には、高圧段圧縮機本体47の圧縮率が高い場合)があるため、本実施形態では、吐出配管74における放気配管77の分岐部より上流側に配設されたチューブ式熱交換器90を備えている。このチューブ式熱交換器90で高圧段圧縮機本体47からの圧縮空気を一次冷却し、上記プレート式熱交換器48の高圧側熱交換器48aに導入されて二次冷却されるようになっている。
For example, there is a case where the temperature of the compressed air generated by the high pressure
チューブ式熱交換器90は、シェル91内に例えば耐熱・耐蝕性が優れた複数のステンレス製U字管92を複数(図6では便宜上2つのみ図示)設けており、それらU字管92は熱による伸縮を吸収するため耐熱温度が比較的高い構造となっている。そして、U字管92内に高圧段圧縮機本体47からの圧縮空気が流れシェル91内に冷却水が流れて、圧縮空気と冷却水が熱交換することにより圧縮空気が一次冷却されるようになっている。
The
また、上記潤滑油用熱交換器66、プレート式熱交換器48、チューブ式熱交換器90、低圧段圧縮機本体46の冷却ジャケット、及び高圧段圧縮機本体の47の冷却ジャケットに冷却水を流通する冷却水配管93が設けられている。この冷却水配管93は、まず潤滑油用熱交換器66に冷却水を流通する配管系統93aと、プレート式熱交換器48及びチューブ式熱交換器90の順序で冷却水を流通する配管系統93bとで分岐され、低圧段圧縮機本体46の冷却ジャケットに流通する配管系統93cが前記配管系統93bにおけるチューブ式熱交換器90の下流側に分岐接続され、配管系統93a,93bが合流して高圧段圧縮機本体47の冷却ジャケットに冷却水を流通する配管系統93dが接続され、その後配管系統93c,93dが合流するように構成されている。
Further, cooling water is supplied to the lubricating
以上のように構成された本実施形態においては、耐熱温度が比較的高いチューブ式熱交換器90で高圧段圧縮機本体47からの圧縮空気を一次冷却し、圧縮空気の温度をプレート式熱交換器48の耐熱温度まで下げてから、プレート式熱交換器48に導入し二次冷却する。このようにチューブ式熱交換器90及びプレート式熱交換器48を併用することにより、従来のチューブ式熱交換器のみを設ける場合に比べ、耐熱性を確保しつつ大幅な小型化を図ることができる。
In the present embodiment configured as described above, the compressed air from the high-pressure compressor
なお、上記第2の実施形態においては、高圧段圧縮機本体47からの圧縮空気をチューブ式熱交換器90で一次冷却し、プレート式熱交換器48の高圧側熱交換器48bで二次冷却する構成を例にとって説明したが、これに限られず、例えば低圧段圧縮機本体46からの圧縮空気をチューブ式熱交換器で一次冷却し、プレート式熱交換器48の低圧側熱交換器48aで二次冷却する構成としてもよいし、また例えば低圧段圧縮機本体46及び高圧段圧縮機本体47からの圧縮空気を各チューブ式熱交換器で一次冷却し、プレート式熱交換器48で二次冷却する構成としてもよい。これらの場合も、上記同様の効果を得ることができる。
In the second embodiment, the compressed air from the high pressure stage compressor
また、上記第1及び第2の実施形態においては、プレート式熱交換器48は、低圧側熱交換器48aにおける圧縮空気流路83aと冷却流路84a、高圧側熱交換器48bにおける圧縮空気流路83bと冷却流路84bをともに対向流とする場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば低圧側熱交換器48aにおける圧縮空気流路83aと冷却流路84a、高圧側熱交換器48bにおける圧縮空気流路83bと冷却流路84bのうちいずれか一方又は両方を平行流としてもよい。このような変形例を図5により説明する。
Further, in the first and second embodiments, the
図5は、本変形例によるプレート式熱交換器の概略構造を表す模式図である。この図5において、上記実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。 FIG. 5 is a schematic diagram showing a schematic structure of a plate heat exchanger according to this modification. In FIG. 5 , parts that are the same as in the above embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted as appropriate.
本変形例によるプレート式熱交換器48’では、上記実施形態同様、冷却水入口ポートから流入した冷却水が高圧側熱交換器48bの冷却流路84bを上向きに流れ、その後、低圧側熱交換器48aの冷却流路84aを下向きに流れて冷却水出口ポートから流出するようになっている(言い換えれば、高圧側熱交換器48bの冷却流路84bと低圧側熱交換器48aの冷却流路84aは、直列接続されている)。また低圧側熱交換器48a’では、圧縮空気入口ポートから流入した圧縮空気が圧縮空気流路83a’を下向きに流れて圧縮空気出口ポートから流出し、高圧側熱交換器48bでは、圧縮空気入口ポートから流入した圧縮空気が圧縮空気流路83bを下向きに流れて圧縮空気出口ポートから流出するようになっている。すなわち、圧縮空気流路83a’,83bの圧縮空気の流れをともに下向きとするため、低圧側熱交換器48a’における圧縮空気流路83aと冷却流路84aは平行流となり、高圧側熱交換器48bにおける圧縮空気流路83bと冷却流路84bは対向流となっている。
In the
このような変形例においては、圧縮空気流路83a’,83bの圧縮空気がともに下方向に流れるため、圧縮空気中に発生したドレンが滞留するのを防止することができる。また、低圧側熱交換器48a’における圧縮空気流路83aと冷却流路84aを平行流とすることにより、冷却能力は低下するものの、ドレンの発生を抑えて高圧段圧縮機本体47に発錆が生じるのを防止することができる。また、低圧側熱交換器48’が若干大きく(言い換えれば、低圧側熱交換器48aを構成するチャンネルプレート80が若干多く)なったとしても、低圧側の圧縮空気のほうがその体積が大きく、圧力損失の影響を低減できるので好ましい。
In such a modification, since the compressed air in the compressed
46 低圧段圧縮機本体
47 高圧段圧縮機本体
48 プレート式熱交換器
48a 低圧側熱交換器
48b 高圧側熱交換器
83a 圧縮空気流路(第1の圧縮空気流路)
83b 圧縮空気流路(第2の圧縮空気流路)
84a 第1の冷却流路(第1の冷却流路)
84b 第2の冷却流路(第2の冷却流路)
90 チューブ式熱交換器
4 6 Low pressure
83b Compressed air flow path (second compressed air flow path)
84a First cooling flow path (first cooling flow path)
84b Second cooling flow path (second cooling flow path)
90 Tube heat exchanger
Claims (5)
前記低圧段圧縮機本体で圧縮された空気をさらに無給油状態で圧縮する高圧段圧縮機本体と、
前記低圧段圧縮機本体の圧縮空気を冷却して前記高圧段圧縮機本体へ流出する低圧側熱交換器、及び前記高圧段圧縮機本体の圧縮空気を冷却する高圧側熱交換器を一体構成したプレート式熱交換器とを備えた無給油式スクリュー空気圧縮機であって、
前記プレート式熱交換器は、
前記高圧段圧縮機本体の圧縮空気が下方向に流れる第1の圧縮空気流路と、
前記低圧段圧縮機本体の圧縮空気が上方向に流れる第2の圧縮空気流路と、
前記高圧段圧縮機本体の圧縮空気を冷却する冷却液が上方向に流れる第1の冷却流路と、
前記第1の冷却流路に直列接続され、前記低圧段圧縮機本体の圧縮空気を冷却する冷却液が下方向に流れる第2の冷却流路とを備えたことを特徴とする無給油式スクリュー空気圧縮機。 A low-pressure compressor body that compresses air in an oil-free state;
A high-pressure stage compressor body that further compresses the air compressed by the low-pressure stage compressor body in an oil-free state;
A low pressure side heat exchanger that cools the compressed air of the low pressure stage compressor body and flows out to the high pressure stage compressor body, and a high pressure side heat exchanger that cools the compressed air of the high pressure stage compressor body are integrally configured. An oil-free screw air compressor equipped with a plate heat exchanger,
The plate heat exchanger is
A first compressed air flow path through which the compressed air of the high-pressure stage compressor body flows downward;
A second compressed air flow path through which the compressed air of the low-pressure stage compressor body flows upward;
A first cooling flow path in which a coolant for cooling the compressed air of the high-pressure stage compressor body flows upward;
An oil-free screw comprising: a second cooling flow path that is connected in series to the first cooling flow path and in which a cooling liquid that cools the compressed air of the low-pressure stage compressor body flows downward. air compressor.
前記低圧段圧縮機本体で圧縮された空気をさらに無給油状態で圧縮する高圧段圧縮機本体と、
前記低圧段圧縮機本体の圧縮空気を冷却して前記高圧段圧縮機本体へ流出する低圧側熱交換器、及び前記高圧段圧縮機本体の圧縮空気を冷却する高圧側熱交換器を一体構成したプレート式熱交換器とを備えた無給油式スクリュー空気圧縮機であって、
前記プレート式熱交換器は、
前記高圧段圧縮機本体の圧縮空気が下方向に流れる第1の圧縮空気流路と、
前記低圧段圧縮機本体の圧縮空気が下方向に流れる第2の圧縮空気流路と、
前記高圧段圧縮機本体の圧縮空気を冷却する冷却液が上方向に流れる第1の冷却流路と、
前記第1の冷却流路に直列接続され、前記低圧段圧縮機本体の圧縮空気を冷却する冷却液が下方向に流れる第2の冷却流路とを備えたことを特徴とする無給油式スクリュー空気圧縮機。 A low-pressure compressor body that compresses air in an oil-free state;
A high-pressure stage compressor body that further compresses the air compressed by the low-pressure stage compressor body in an oil-free state;
A low pressure side heat exchanger that cools the compressed air of the low pressure stage compressor body and flows out to the high pressure stage compressor body, and a high pressure side heat exchanger that cools the compressed air of the high pressure stage compressor body are integrally configured. An oil-free screw air compressor equipped with a plate heat exchanger,
The plate heat exchanger is
A first compressed air flow path through which the compressed air of the high-pressure stage compressor body flows downward;
A second compressed air passage through which the compressed air of the low-pressure stage compressor body flows downward;
A first cooling flow path in which a coolant for cooling the compressed air of the high-pressure stage compressor body flows upward;
An oil-free screw comprising: a second cooling flow path that is connected in series to the first cooling flow path and in which a cooling liquid that cools the compressed air of the low-pressure stage compressor body flows downward. air compressor.
前記低圧段圧縮機本体で圧縮された空気をさらに無給油状態で圧縮する高圧段圧縮機本体と、A high-pressure stage compressor body that further compresses the air compressed by the low-pressure stage compressor body in an oil-free state;
前記低圧段圧縮機本体の圧縮空気を冷却して前記高圧段圧縮機本体へ流出する低圧側熱交換器、及び前記高圧段圧縮機本体の圧縮空気を冷却する高圧側熱交換器を一体構成したプレート式熱交換器とを備えた無給油式スクリュー空気圧縮機であって、 A low pressure side heat exchanger that cools the compressed air of the low pressure stage compressor body and flows out to the high pressure stage compressor body, and a high pressure side heat exchanger that cools the compressed air of the high pressure stage compressor body are integrally configured. An oil-free screw air compressor equipped with a plate heat exchanger,
前記プレート式熱交換器は、The plate heat exchanger is
前記高圧段圧縮機本体の圧縮空気が流れる第1の圧縮空気流路と、A first compressed air passage through which the compressed air of the high-pressure stage compressor body flows;
前記低圧段圧縮機本体の圧縮空気が流れる第2の圧縮空気流路と、A second compressed air flow path through which the compressed air of the low-pressure stage compressor body flows;
前記高圧段圧縮機本体の圧縮空気を冷却する冷却液が流れる第1の冷却流路と、A first cooling flow path through which a cooling liquid for cooling the compressed air of the high-pressure stage compressor body flows;
前記第1の冷却流路に直列接続され、前記低圧段圧縮機本体の圧縮空気を冷却する冷却液が流れる第2の冷却流路とを備え、A second cooling channel that is connected in series to the first cooling channel and through which a coolant that cools the compressed air of the low-pressure stage compressor body flows,
前記第1の圧縮空気流路の流れ方向と前記第1の冷却流路の流れ方向とが対向流となるように、かつ前記第2の圧縮空気流路の流れ方向と前記第2の冷却流路の流れ方向とが対向流となるように構成しており、The flow direction of the first compressed air flow path and the flow direction of the first cooling flow path are opposite to each other, and the flow direction of the second compressed air flow path and the second cooling flow are It is configured so that the flow direction of the road is counterflow,
前記低圧段圧縮機本体からの圧縮空気及び前記高圧段圧縮機本体からの圧縮空気のうちいずれか一方又は両方を前記プレート式熱交換器の耐熱温度まで一次冷却して前記プレート式熱交換器へ流出するチューブ式熱交換器を備えたことを特徴とする無給油式スクリュー空気圧縮機。Either or both of the compressed air from the low-pressure stage compressor body and the compressed air from the high-pressure stage compressor body are primarily cooled to the heat resistant temperature of the plate heat exchanger to the plate heat exchanger. An oil-free screw air compressor comprising a tube-type heat exchanger that flows out.
前記低圧段圧縮機本体で圧縮された空気をさらに無給油状態で圧縮する高圧段圧縮機本体と、A high-pressure stage compressor body that further compresses the air compressed by the low-pressure stage compressor body in an oil-free state;
前記低圧段圧縮機本体の圧縮空気を冷却して前記高圧段圧縮機本体へ流出する低圧側熱交換器、及び前記高圧段圧縮機本体の圧縮空気を冷却する高圧側熱交換器を一体構成したプレート式熱交換器とを備えた無給油式スクリュー空気圧縮機であって、A low pressure side heat exchanger that cools the compressed air of the low pressure stage compressor body and flows out to the high pressure stage compressor body, and a high pressure side heat exchanger that cools the compressed air of the high pressure stage compressor body are integrally configured. An oil-free screw air compressor equipped with a plate heat exchanger,
前記プレート式熱交換器は、The plate heat exchanger is
前記高圧段圧縮機本体の圧縮空気が流れる第1の圧縮空気流路と、A first compressed air passage through which the compressed air of the high-pressure stage compressor body flows;
前記低圧段圧縮機本体の圧縮空気が流れる第2の圧縮空気流路と、A second compressed air flow path through which the compressed air of the low-pressure stage compressor body flows;
前記高圧段圧縮機本体の圧縮空気を冷却する冷却液が流れる第1の冷却流路と、A first cooling flow path through which a cooling liquid for cooling the compressed air of the high-pressure stage compressor body flows;
前記第1の冷却流路に直列接続され、前記低圧段圧縮機本体の圧縮空気を冷却する冷却液が流れる第2の冷却流路とを備え、A second cooling channel that is connected in series to the first cooling channel and through which a coolant that cools the compressed air of the low-pressure stage compressor body flows,
前記第2の圧縮空気流路の流れ方向と前記第2の冷却流路の流れ方向とが平行流となるように構成しており、The flow direction of the second compressed air flow path and the flow direction of the second cooling flow path are configured to be parallel flows,
前記低圧段圧縮機本体からの圧縮空気及び前記高圧段圧縮機本体からの圧縮空気のうちいずれか一方又は両方を前記プレート式熱交換器の耐熱温度まで一次冷却して前記プレート式熱交換器へ流出するチューブ式熱交換器を備えたことを特徴とする無給油式スクリュー空気圧縮機。Either or both of the compressed air from the low-pressure stage compressor body and the compressed air from the high-pressure stage compressor body are primarily cooled to the heat resistant temperature of the plate heat exchanger to the plate heat exchanger. An oil-free screw air compressor comprising a tube-type heat exchanger that flows out.
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