JP6401591B2 - 多段圧縮機用冷却器及びこれを備えた多段圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は多段圧縮機用冷却器及びこれを備えた多段圧縮機に関する。

圧縮機に設けられる冷却器として、例えば特許文献１が記載されている。特許文献１には、入口タンク１１Ａと出口タンク１１Ｂに取り付けられた管寄せ板１３間に、多数の放熱管１４と放熱板１５とが配置されており、気体流入口１６を介して入口タンク１１Ａに入った高温の圧縮空気が放熱管１４内を通過するときに放熱板１５を介して外気と熱交換されて冷却されるプレート型の熱交換器を備えた冷却器の構造が開示されている。

特許文献２には、低圧側圧縮機本体１で圧縮された圧縮空気がインタークーラ１７で冷却されて発生した液滴が、インタークーラヘッダ１６内に設けられた出口室１６Ｂの受け部１６Ｂ１に落下し、液滴排出口１６ｄから排出されるようにしたシェルアンドチューブ型の熱交換器を備えた構造が開示されている。

実開昭６２−８８１９０号公報 特開２００４−６８６５８号公報

特許文献２の冷却器は、いずれも熱交換器がシェルアンドチューブ型の冷却器であり、圧縮空気の冷却を、管内又は管外を流通する冷却媒体との熱交換により行うため、冷却器全体のサイズが大きくなり、圧縮機の小型化の要求に対応することが困難であり、また製造コストや稼働時のコストが高くなる。一方、特許文献１のプレート型の熱交換器を備えた構造では、圧縮空気の冷却を、外気との熱交換により行うため、冷却媒体が不要であり、シェルアンドチューブ型の熱交換器と比較して省スペース化が可能であり、また低コストでの運転が可能である。

しかしながら、特許文献１の冷却器では、入口タンク１１Ａ及び出口タンク１１Ｂの端部に設けられた管寄せ板１３に放熱管１４が接合されており、入口タンク１１Ａ及び出口タンク１１Ｂが、熱交換部と一体的に構成されている。このため、例えば冷却器の一部に故障等の不具合が発生した場合でも、一体で修理、交換する必要があり、修理コストが高くなるという問題があった。

また、特許文献１の冷却器では、入口タンク１１Ａ及び出口タンク１１Ｂが、熱交換部と一体的に構成されているため、材質の選択自由度や設計自由度が小さく、使用形態に応じて各部位の信頼性を高めたり、低コスト化することが困難であった。

そこで本発明の目的は、冷却性能を損なうことなく、低コストで製造することができ、高い信頼性を有する多段圧縮機用冷却器及びこれを用いた多段圧縮機を提供することである。

上記課題を解決するための本発明の一実施形態としては、低圧側気筒と、前記低圧側気筒で圧縮された圧縮空気を冷却する冷却器と、前記冷却器で冷却された圧縮空気をさらに圧縮する高圧側気筒と、前記冷却器に冷却風を送る冷却手段と、を備えており、前記冷却器は、前記低圧側気筒から圧縮空気が導入される入口部と、前記入口部から流入した圧縮空気を前記冷却手段からの冷却風で冷却する熱交換器部と、前記熱交換器部で冷却され前記高圧側気筒に供給される圧縮空気に含まれる液滴を分離する出口部と、をそれぞれ独立したユニットで備えており、前記熱交換器部は、前記入口部及び前記出口部に対し、フランジを介して着脱可能に締結されてなることを特徴とする多段圧縮機とする。

また、本発明の一実施形態としては、圧縮空気が導入される入口部と、前記入口部から導入された圧縮空気を外部空気との熱交換により冷却する熱交換器部と、前記熱交換器部で冷却された圧縮空気に含まれる液滴を分離する出口部と、をそれぞれ別体のユニットで備えており、前記熱交換器部は、圧縮空気の熱を放熱する放熱板と、前記放熱板に貫設された伝熱管とを有しており、前記熱交換器部は、前記入口部及び前記出口部に対し、フランジを介して着脱可能に締結されてなることを特徴とする多段圧縮機用冷却器とする。

本発明によれば、冷却性能を損なうことなく、低コストで製造することができ、高信頼性を有する多段圧縮機用冷却器及びこれを用いた多段圧縮機を実現することができる。

実施形態に係る二段圧縮機の概略構成を示す図である。 図１に示す二段圧縮機の低圧側気筒及び高圧側気筒を含むラインにおける空気の流れを説明するための概略図である。 従来の冷却器の構造を説明するための図である。 第１の実施形態に係る多段圧縮機に設けられる冷却器３０の構造を説明するための外観図である。 図４に示す入口部３０−１の概略構造を示す断面図である。 図４に示す熱交換器部３０−２の構成を説明するための側面図である。 図４に示す出口部３０−３の図８中Ｂ−Ｂ線による断面図及び出口部３０−３を圧縮空気流入側から見た構成を示す図である。 出口部３０−３に当て板５０を設置する前の状態を示す斜視図である。 出口部３０−３に設置する前の当て板５０の外観を示す斜視図である。 図４に示す冷却部３０にフレーム７０を取り付けた状態を図４と同じ方向から見た図である。 図１０Ａに示す冷却部３０を、図１０Ａの背面側から見た図である。 冷却器３０に取り付けられるフレームの構造の一例を示す斜視図である。 箱形形状の側面中央部分の厚さを厚くした出口部３０−３を、図７（ａ）のＡ方向から見た構成を示す図である。 第２の実施形態に係る冷却器に設けられる出口部８０−３の構成を示す断面図である。 第３の実施形態に係る冷却器に設けられる出口部９０−３の構成を示す断面図及びこの冷却器を圧縮空気流入側から見た構成を示す図である。

図１は、実施形態に係る二段圧縮機の概略構成を示す図である。図１に示す二段圧縮機は、タンク１上に圧縮機本体３とこの圧縮機本体３を駆動するモータ２とが配置され、図示されていないモータプーリに装着されたベルト４で圧縮機プーリ５が回転される。圧縮機プーリ５には、後述する低圧側気筒８、高圧側気筒１２内にそれぞれ設けられたピストンと連結棒を介して接続された不図示のクランク軸が固定されており、圧縮機プーリ５の回転に伴い駆動されたクランク軸の回転が連接棒によって往復動に変換され、各気筒内のピストンが往復動することにより吸込みサイレンサ６から大気が吸込まれた後、圧縮された空気は圧縮機本体吐出配管７からタンク１に流れる。

なお、低圧側気筒８、高圧側気筒１２とは、それぞれピストンと、ピストンを収容するシリンダと、シリンダの上端部を閉塞するシリンダヘッドとを有する構造体を示している。

二段圧縮機のように複数の気筒を備えた多段圧縮機では、圧縮性能向上や、高圧段の温度低減のため、中間配管部で温度低減を行う必要がある。このため、低圧側気筒８と高圧側気筒１２との間には、中間冷却器１０（以下、単に冷却器１０と示す。）が設けられている。冷却器１０は圧縮機の中間部に設置され、低圧側気筒８で中間部圧力（以下、中間圧力と略す）まで圧縮された圧縮空気が供給される。このため、圧縮機の起動時には、冷却器１０内の圧力上昇に対して、冷却器１０内の温度上昇が遅く、冷却器１０内の温度が中間圧力に対する飽和水蒸気温度に上がるまでの間に圧縮空気が冷却器と接触する事で、圧縮空気に含まれる水蒸気が結露して水が発生する。この水が高圧側気筒１２に吸い込まれると、高圧側部品の発錆が発生したり、給油式の圧縮機の場合には、クランクケース内に水が滴下し潤滑油に混入した結果、潤滑油がエマルジョンとなり潤滑油を白色化させることがある。このため、従来より、冷却器１０の出口側には水の分離構造が設けられている。

図２は、図１に示す二段圧縮機の低圧側気筒８及び高圧側気筒１２を含むラインにおける空気の流れを説明するための概略図である。二段圧縮機の運転に伴い、サイレンサ６から空気が吸い込まれ低圧側気筒８で中間圧力まで圧縮され高温となった圧縮空気は低圧側気筒の吐出配管９から吐出され冷却器１０に流入する。

冷却器１０は、圧縮空気の熱交換を行う熱交換器部１０−２と、熱交換器部１０−２の圧縮空気流入側に設けられた入口部１０−１と、熱交換器部１０−２の圧縮空気流出側に設けられた出口部１０−３とで構成されている。熱交換器部１０−２は、プレート型の熱交換器であり、熱交換器部１０−２を通過するときに、圧縮空気が圧縮機プーリ５に設けられた冷却用羽根から送風される冷却風と熱交換することで冷却される。

運転時に熱交換器部１０−２で結露して生じた結露水（以降、水と略す）は出口部１０−３で分離されリリース弁１６より排出される。水が分離された冷却後の圧縮空気は配管１１を通り、高圧側気筒１２で最終圧力まで圧縮されたのちに吐出配管７よりタンク１に吐出される。

以上の構成から、図１〜図２に示す二段圧縮機においては、圧縮機プーリ５からの冷却風により、圧縮空気が熱交換器部１０−２で熱交換されて所定の温度まで冷却されるため、高圧側気筒１２における温度低減が達成される。また、出口部１０−３により、冷却後の圧縮空気からの水の分離が図れるので、高圧側気筒１２の発錆や、給油式圧縮機におけるクランクケース内の潤滑油の白色化が防止される。尚、圧縮機プーリ５からの冷却風ではなく、別に、冷却風を発生させるユニットを熱交換器部１０−２に対向する位置に配置し、冷却を行ってもよい。

図３（ａ）は、従来の冷却器の内部構造を示す断面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す冷却器を出口部１０−３側からみたときの図であり、その一部に内部構造を示している。

入口部１０−１は、低圧側気筒８から配管９により供給された圧縮空気を導入する導入口２１を有しており、端板１７を含む板金の曲げ加工と板金同士の溶接により作製されている。

出口部１０−３は、熱交換器部１０−２で冷却された圧縮空気に含まれる液滴を分離する部位であり、入口部１０−１と同様、端板１８を含む板金の曲げ加工と板金同士の溶接により作製されている。出口部１０−３は、冷却後の圧縮空気を高圧側気筒１２に供給する吐出口２２を有している。

プレート型の熱交換器部１０−２には、例えばアルミ材からなる複数枚の放熱板１４が、端板１７、端板１８と平行に配設されており、これら放熱板１４に、複数本の伝熱管１３が貫設されている。伝熱管１３は、熱交換性と防錆性の観点から、銅系金属材料で構成されており、圧縮空気の流入側端部は端板１７にロー付けされており、圧縮空気の流出側端部は端板１８にロー付けされている。また、端板１７、１８間の上端部及び下端部には、伝熱管１３や放熱板１４等に過大な外力が作用するのを防止するため、端板１７、１８を強度面で補強する補強板２０、２０が、端版１７、１８に溶接されている。

図３中、※で示す接合部位は、溶接又はロー付けにより接合されている部位であり、入口部１０−１、熱交換器部１０−２、出口部１０−３は、各部位の溶接又はロー付けにより一体構造として構成されている。

冷却器１０において、導入口２１から流入した圧縮空気は、入口部１０−１内の空間を広がって各伝熱管１３に均等に流入する。各伝熱管１３に流入した圧縮空気は、その内部を出口部１０−３側に向けて通過するときに、上記したように圧縮機プーリ５からの冷却風と熱交換され、放熱板１４を介して放熱されることで温度低減される。プレート型の熱交換器部１０−２は、上記したように、圧縮機プーリ５からの冷却風により冷却されるため、冷却効率向上の観点から、圧縮機プーリ５からの冷却風の進行方向に対向する面が広く確保されるように構成されている。

伝熱管１３としては、図３（ａ）の部分断面に示すように、補強板２０、２０間に、細径の単管が複数本並べて設置されている。このような細径の伝熱管１３内部に圧縮空気を通過させることで、圧縮空気は管内を低流速で通過し、伝熱管１３内部で結露した水は、管内で再飛散することなく凝集され、結露水として出口部１０−３に放出される。このように、複数本の伝熱管１３が端板１７、１８に接続されるため、入口部１０−１及び出口部１０−３は、略箱形形状として構成されている。

図３に示す冷却器１０では、入口部１０−１、出口部１０−３は、伝熱管１３との接続性、及び防錆性の面から、いずれも伝熱管１３の構成材料と同じ銅系金属材料で構成されている。このため、入口部１０−１、出口部１０−３の製造コストがコスト高になるという問題があった。

また、特に大型圧縮機の場合には、冷却器１０内を流れる流量の増大に対応するため、出口部１０−３は、大容積の箱形形状として構成される。このような大容積の出口部１０−３を銅系金属材料で構成した場合には、強度不足のため、圧縮空気流入時における圧力による変形（膨らみ）や、溶接部の強度が問題となる。このため、大型圧縮機用の冷却器の場合には、出口部１０−３は、その強度面を考慮して、鉄系材料を用いている。鉄系材料を用いた場合、水との接触による腐食を防止するため、メッキ処理や塗装処理による防錆処理がなされているが、これらの処理は、出口部１０−３の内壁面に対して行われるため、細部まで完全にかつ均一にメッキや塗装を行うことは困難であり、十分な防錆効果を得られなかった。このため、大型化したときの強度確保と発錆防止の両立の課題があった。

冷却器１０の出口部１０−３内には、当て板１５が圧縮空気の流入方向に対して垂直方向に延びるように設置されており、伝熱管１３内で発生した水は、当て板１５に衝突して凝集成長し、当て板１５の下端部に設けられたＵ字状のトイ１５−１に集められる。トイ１５−１は、その幅方向の一端側に向かって徐々に下降する傾斜を有しており、トイ１５−１に集められた水は、そのＵ字部を伝って出口部１０−３の底部に落下して溜まり、リリース弁１６から外部へ排出される。

当て板１５は、トイ１５−１の外壁と端板１８との間に前方隙間（Ｉ）を設け、またトイ１５−１の底部と出口部１０−３底部との間に下方隙間（ＩＩ）を設けて設置されており、前方隙間（Ｉ）及び下方隙間（ＩＩ）は、当て板１５への衝突時に分離された水が出口部１０−３内で再飛散しない程度の間隔に設計されている。これにより、当て板１５で分離された水の高圧気筒１２への吸い込みが防止されている。出口部１０−３で水が分離された圧縮空気は、吐出口２２から、配管１１に向けて排出される。

なお、冷却器１０は、図２に示すように、配管９、１１により、それぞれ低圧側気筒９及び高圧側気筒１２と接続されているが、これら配管９、１１による接続だけでは、多段圧縮器の運転時の振動に耐え得る程度の十分な強度が得られないことがある。このため、図３（ａ）に示す冷却器１０では、入口部１０−１の上端部、並びに出口部１０−３の上端部及び側壁に、取付け部１９−１〜１９−３が設けられている。これら取付け部１９−１〜１９−３を、圧縮機プーリ５及びモータ２のモータプーリに巻回されたベルトを覆うように設けられたベルトカバー（不図示）に固定するように構成されている。

次に、第１の実施形態に係る二段圧縮機に設けられる冷却器３０の構成を図４〜図９を用いて説明する。なお、以下には、図３に示す冷却器１０と異なる構成について説明し、その他の構成については、図３で示す冷却器と共通するものとする。

図４は、第１の実施形態に係る二段圧縮機に設けられる冷却器３０の構造を説明するための外観図である。冷却器３０は、入口部３０−１、熱交換器部３０−２、出口部３０−３とで構成されており、各々が独立したユニットとして構成されている。

図６は、図４に示す熱交換器部３０−２の構成を説明するための側面図であり、一部その内部構造を示している。熱交換器部３０−２には、圧縮空気の入口側端部及び出口側端部に、それぞれフランジ３２、３３が設けられており、フランジ３２、３３間には、図３に示す熱交換器１０−２と同様、これらフランジ３２、３３と平行に、例えばアルミ材からなる複数枚の放熱板３９が配設されるとともに、これら放熱板３９に、銅系金属材料からなる複数本の伝熱管３８が貫設されている。伝熱管３８の両端部は、それぞれフランジ３２、３３にロー付け、溶接もしくは管拡張等により固定されており、その端部がシールされている。

図５は、図４に示す入口部３０−１の概略構造を示す断面図である。入口部３０−１は、本体部３０１とフランジ３１とを有しており、これら本体部３０１とフランジ３１とが鋳造により一体成型された鋳造物として構成されている。フランジ３１には、熱交換器部３０−２のフランジ３２との締結部をＯリングシールするためのＯリング溝３７が形成されている。

図７（ａ）は、図４に示す出口部３０−３の概略構造を示す断面図である。出口部３０−３は、入口部３０−１と同様、本体部３０４とフランジ３４とを有しており、これら本体部３０４とフランジ３４とが鋳造により一体成型された鋳造物として構成されている。フランジ３４には、熱交換器部３０−２のフランジ３３との締結部をＯリングシールするためのＯリング溝４０が形成されている。

図４で示すように、入口部３０−１と熱交換器部３０−２とは、フランジ３１、フランジ３２とがボルト３５により締結され、また出口部３０−３と熱交換器部３０−２とは、フランジ３３、フランジ３４とがボルト３６により締結されている。これにより、熱交換器部３０−２は、入口部３０−１及び出口部３０−３と、それぞれフランジ３１、３２及びフランジ３３、３４を介して、それぞれが独立に着脱可能に固定されている。

本実施形態の冷却器３０は、このように、入口部３０−１、熱交換器部３０−２、及び出口部３０−３を、それぞれ着脱可能に締結固定しているため、これらのうちの一部に故障等の不具合が発生した場合、冷却器３０として一体に交換する必要がなく、それぞれを個別的に交換又は修理することができる。このため、冷却器３０において故障が生じた場合でも、低コストな対応が可能となる。

また、本実施形態では、上記したように、入口部３０−１、出口部３０−３、熱交換器部３０−２を、それぞれ独立したユニットとして構成しているため、例えば入口部３０−１及び出口部３０−３を、それぞれ独立した鋳造物として製造することが可能となる。このため、これらの部位を簡易かつ安価に製造することができる。また、入口部３０−１、出口部３０−３が、熱交換器部３０−２とは別体で、それぞれ独立したユニットとして構成されていることから、後述するように、入口部３０−１及び出口部３０−３を、熱交換器部３０−２と異なる材質で構成することが可能である。すなわち、上記した各部位を、それぞれに適した材料、及び製法で作製することができるため、全体として安価かつ効率的な製造が可能となる。

また、本実施形態の冷却器３０では、上記した各部位が、それぞれ独立したユニットとして構成されていることから、それぞれにおいて各圧縮機の仕様に対応した機能が確保されるように、サイズや形状を圧縮機の仕様に合わせて適宜変更したものを組み合わせて構成することが可能となる。例えば、本実施形態の冷却器３０を、現段階で設置されている多段圧縮機と同出力でかつこれより高圧用（吐出圧力を高くしたもの）の多段圧縮機に設置する場合には、圧縮機としての処理流量はほぼ変わりなく、要求される水分離性には変更がないことから、熱交換器部３０−２のみを、圧縮空気流通方向の長さを延長したものに変更し、この熱交換器部３０−２を、それまでと同じ入口部３０−１、出口部３０−３と組み合わせることで、高圧の圧縮空気に対応して温度低減性能が向上され、水分離性能は変更前と略同等の冷却器を構成することができ、上記した高圧用の圧縮機に搭載することが可能となる。

入口部３０−１及び出口部３０−３は、水と接触したときの発錆を防止するため、非鉄金属材料からなる鋳造物で構成する。非鉄金属材料としては、例えば銅系金属材料を用いることで、水との接触時の発錆が防止され、優れた耐久性が得られる。

また、本実施形態の冷却器は、入口部３０−１、出口部３０−３が、熱交換器部３０−２とは別体で、それぞれ独立したユニットで構成されていることから、熱交換器部３０−２の伝熱管１３等必要部品のみを銅系金属材料で構成し、入口部３０−１及び出口部３０−３を、これとは異なる材質で構成することも可能である。

例えば、入口部３０−１及び出口部３０−３を、アルミニウム鋳物合金材料を用いて鋳造されたアルミニウム合金鋳造物で構成することも可能であり、この場合には、アルミニウム合金鋳造物の表面に、例えば陽極酸化皮膜処理により酸化被膜を形成することで、十分な防錆効果を得ることができる。また、入口部３０−１、出口部３０−３をアルミニウム合金鋳造物で構成することにより、銅系金属材料で構成した場合と比較して、安価に製造することが可能となる。アルミニウム鋳物合金材料としては、アルミニウムを主成分とするものであれば特に限定することなく用いることができるが、例えばアルミニウムの他に、銅、ケイ素、マグネシウム等を含有するものを用いることができる。

鋳造物の表面に陽極酸化被膜処理により形成された酸化被膜は、被膜厚さの約半分の厚さ分が鋳造物の外側方向に成長しており、その成長過程において、主にコーナー部等に形成された酸化被膜に亀裂等を生じることがある。このため、入口部３０−１及び出口部３０−３の表面に酸化被膜を形成した場合には、これらのフランジ部３１、フランジ部３４の酸化被膜表面に、例えば樹脂塗装等の塗装処理を施すことで、被膜の欠陥に起因する影響を排除し、優れた防錆効果を得ることができる。

なお、湿潤環境下では、腐食電位差が大きいとガルバノ電池として反応し腐食し易くなることが知られており、銅系金属材料とアルミニウムとは、腐食しやすい組み合わせである。しかしながら、アルミニウム合金鋳造物の表面に対する酸化被膜の形成や、この酸化被膜に対する塗装処理を行うことで、熱交換器部３０−２との接合部における腐食を防止しつつ、安価な材料の組み合わせで冷却器３０を構成することが可能となる。

入口部３０−１、出口部３０−３は、同じ材質で構成してもよく、これらを異なる材質で構成してもよい。例えば出口部３０−３のみをアルミニウム合金鋳造体で構成し、入口部３０−１を銅系金属材料で構成することも可能である。また、表面処理に関しても同様に、入口部３０−１、出口部３０−３の双方に、同じ表面処理を施すようにしてもよく、これらの一方に表面処理を施すようにしてもよく、又はそれぞれに異なる表面処理を施すようにしてもよい。このように、各部毎に適した材質や表面処理を適宜選択して製造することで、信頼性の高い冷却器３０を低コストで提供することが可能となる。

次に、出口部３０−３の内部構造についてさらに詳しく説明する。
図８は、出口部３０−３に当て板５０を設置する前の状態を示す斜視図である。なお、図７（ａ）は、図８に示す出口部３０−３に当て板５０を設置した後の出口部３０−３を、図８中Ｂ−Ｂ線断面において示しており、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す出口部３０−３を、圧縮空気流入側（図８中Ｃ方向）から見たときの左側半分を示す図である。また、図９は、出口部３０−３に設置する前の当て板５０の外観を示す斜視図である。なお、図７（ａ）、（ｂ）に示す当て板５０の構成及び機能は、図３（ａ）に示す当て板１５と同様であり、共通する部分の説明は省略する。

出口部３０−３には、その内壁側面から出口部３０−３内の空間に向けて張り出すように座面４１が形成されており、座面４１の略中央部には、座部４２が設けられている（図７（ａ）、（ｂ）、図８参照。）。座面４１の圧縮空気流入側の面には当て板５０が当接されており、座部４２にボルト５１で固定されている（図７（ａ）、（ｂ）参照。）。

図３に示す従来構造の出口部１０−３では、当て板１５が設けられているものの、当て板１５の幅方向端部と出口部１０−３内壁側面との間には、わずかに隙間が空いている。この隙間が、当て板１５の圧縮空気衝突面（以下、当て板１５表面と示す。）からその裏面側への水の通路となり、当て板１５表面で成長した結露水は、当て板１５の外周を伝って、この通路から当て板１５の裏面側の領域に漏れ出すおそれがある。この場合、当て板１５の裏面側に漏れだした結露水が、高圧側気筒１２に吸い込まれるおそれがある。

図７（ａ）、（ｂ）に示す出口部３０−３では、その内壁面に形成された座面４１に当て板５０の裏面を当接させることで、当て板５０の外周からその裏面側の出口部３０−３領域への水の通路が遮断される。このため、熱交換器部３０−２で結露した水が圧縮空気とともに当て板５０に当たって凝集成長する際に、当て板５０の外周から、当て板５０の裏面側、すなわち出口部３０−３の後方側の領域に結露水が漏れ出すのが防止される。当て板５０表面で凝集成長した結露水は、下方に流れてトイ５０−１のＵ字部を伝い、出口部３０−３の底部に溜まる。したがって、出口部３０−３で圧縮空気から分離された結露水は、出口部３０−３内で再飛散することなく、穴部３０５から出口部３０−３外部に排出される。

図１０Ａ、Ｂは、図４に示す冷却部３０にフレーム７０を取り付けた状態を示す図であり、図１０Ａは、フレーム７０を取り付けた冷却部３０を図４と同じ方向から見た図であり、図１０Ｂは、図１０Ａに示す冷却部３０を、図１０Ａの背面側から見た図である。

図１０Ａ、Ｂに示すように、フレーム７０は、図４に示す熱交換器部３０−２の一側面を覆うように設置されており、入口部３０−１及び出口部３０−２にそれぞれ設けられた座７１、７２（図１０Ｂ参照。）に当接され、ボルト７３で固定されている。

フレーム７０の中央部には、熱交換器部３０−２の冷却効率の低下を防止するため、通風孔７６が設けられている。フレーム７０の図１０Ａ中上方端部には、ボルト７４が貫設されかつ溶接でフレーム７０に固定されており、フレーム７０の外側に出張っているボルトねじ部７５を、例えば不図示のベルトカバーに固定することで、冷却器３０が一体構造として多段圧縮機に取り付けられる。

図１０Ａ、Ｂに示す構造によれば、フレーム７０を用いて冷却器３０全体としての剛性を高められるため、熱交換器部３０−２自体としては、特に剛性や強度を高めなくてもよく、冷却性能を阻害することなく、高強度でかつ安価な構成を実現することが可能となる。なお、フレーム７０としては、図１０Ａ、Ｂに示す構造には限定されず、例えば図１１に示す構造のフレーム７０´を用いることも可能である。

なお、本実施形態では、熱交換器部３０−２を、伝熱管３８、放熱板３９、及びフランジ３２、３３のみで構成し、これらの外側に、剛性及び強度確保を目的として、別途フレーム７０を設ける構成を示したが、本発明は必ずしもこのような構成に限られず、例えば伝熱管３８及び放熱板３９を覆う筐体を、フランジ３２、３３間に設けるようにしてもよい。

本実施形態では、入口部３０−１及び出口部３０−３を鋳造物で構成するようにしているため、図３に示す板金加工による構造のように、全体の肉厚増加を行わなくても、例えば図１２に示すように、側面の耐圧向上が要求される部位についてのみ、肉厚増加させる、又はリブを形成する等により、耐圧性を向上させることができる。このため、入口部３０−１や出口部３０−３の強度向上を、安価に実現することが可能となる。なお、図１２は、箱形形状の側面中央部分の厚さを厚くした出口部３０−３を、図７（ａ）のＡ方向から見た構成を示す図である。

以上本実施形態によれば、入口部３０−１、熱交換器部３０−２、及び出口部３０−３を、それぞれ独立したユニットとして着脱可能に設けることで、冷却器１０の一部に故障等が発生したときに、個別的に交換、修理することが可能であり、安価かつ効率的な対応が可能となる。また、本実施形態によれば、入口部３０−１、熱交換器部３０−２、及び出口部３０−３を、それぞれ独立したユニットとすることで、冷却性能、強度、防錆性等を考慮して、それぞれに適した材質、製法を適宜選択して各部を構成することが可能となる。このため、冷却性能を損なうことなく、低コストで、強度や防錆性等の信頼性を向上させることができる。また、上記構成とすることで、各部のサイズや形状を、圧縮機の仕様に応じて適宜選択して組み合わせることができ、圧縮機の種々の仕様に対応可能とすることができる。

また、本実施形態では、圧縮機プーリからの冷却風で熱交換して冷却するプレート型の熱交換器を採用しているため、熱交換器として冷却媒体供給用の構造を設ける必要がなく、省スペース化が可能であり、また低コストで製造することができる。

次に、出口部に関する第２の実施形態を、図１３を用いて説明する。図１３は、第２の実施形態に係る冷却器に設けられる出口部８０−３の構成を示す断面図である。図１３に示す出口部８０−３の底面には、リリース弁用穴部８３に向けて下降する傾斜８１、８２が形成されている。このような傾斜８１、８２を形成することで、出口部８０−３において圧縮空気から分離された水分が、出口部８０−３から確実に排出される。

なお、図１３は、図７（ａ）の出口部３０−３の底面に傾斜８１、８２を設けた点のみが異なっており、その他の構成は、図７（ａ）、（ｂ）と共通である。

次に、出口部に関する第３の実施形態を、図１４（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。図１４は、第３の実施形態に係る冷却器に設けられる出口部９０−３の構成を示す図であり、図１４（ａ）は、図７（ａ）に示す構造に遮蔽板９０を設けた出口部９０−３の構成を示す断面図であり、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）に示す出口部９０−３を、圧縮空気流入側から見た構成を示す図である。

図１４（ａ）において、出口部９０−３の底面近傍には、出口部９０−３内壁の両側面から水平方向に張り出した板状の遮蔽部９２が設けられている。遮蔽部９２には、通水路としての溝９１が圧縮空気の通気方向に延在するように形成されている。圧縮空気から分離された水は、図７（ａ）に示す出口部３０−３と同様、当て板５０表面を伝ってＵ字状のトイ５０−１に集められて流下し、そのＵ字部を伝って遮蔽部９２の上面に落下する。遮蔽部９２の上面に溜まった水は、溝９１を通過して出口部９０−３の底部９３に溜まる。

このように、遮蔽部９２が設けられていることで、運転中に底部９３近傍を圧縮空気が流れても、底部９３に溜まった水が出口部９０−３内に再飛散することが防止され、高圧側への水の流入を確実に防止することができる。

なお、遮蔽部９２に溜まった水の通水路としては、溝９１に限られず、例えば遮蔽部９２に孔部を形成して通水路としてもよい。また、遮蔽部９２としては、必ずしも図１４に示すような、板状体に限られず、例えば金属たわし等のメッシュ体を設けることでも、水の再飛散防止が可能である。

なお、本発明は、上記した実施形態で示す構造に限られず、例えば出口部の底部に傾斜８１、８２を設けるとともに、底部の近傍に遮蔽部９２を設けた構成としてもよい。また、上記した実施形態では、説明の簡略化のため二段式の圧縮機を例に説明したが、本発明は必ずしも二段式の圧縮機に限定されず、三体以上の気筒を備えた圧縮機とすることも可能である。

１…タンク、２…モータ、３…圧縮機本体、４…ベルト、５…圧縮機プーリ、６…吸込みサイレンサ、７…吐出配管、９、１１…配管、８…低圧側気筒、１０、３０…冷却器、１０−１、３０−１…入口部、１０−２、３０−２…熱交換器部、１０−３、３０−３、８０−３、９０−３…出口部、１２…高圧側気筒、１３、３８…伝熱管、１４、３９…放熱板、１５、５０…当て板、１５−１、５０−１…トイ、１６…リリース弁、１７、１８…端板、１９−１〜１９−３…取付け部、２０…補強板、２１…導入口、２２…吐出口、
３１、３２、３３、３４…フランジ、３０１、３０４…本体部、３５、３６、５１、７３、７４…ボルト、３７、４０…Ｏリング溝、４１…座面、４２…座部、３０５…穴部、７０、７０´…フレーム、７１、７２…座、７５…ボルトねじ部、７６…通風孔、８３…リリース弁用穴部、８１、８２…傾斜、９１…溝、９２…遮蔽部、９３…底部

Claims (14)

1. 低圧側気筒と、
   前記低圧側気筒で圧縮された圧縮空気を冷却する冷却器と、
   前記冷却器で冷却された圧縮空気をさらに圧縮する高圧側気筒と、
   前記冷却器に冷却風を送る冷却手段と、を備えており、
   前記冷却器は、前記低圧側気筒から圧縮空気が導入される入口部と、前記入口部から流入した圧縮空気を前記冷却手段からの冷却風で冷却する熱交換器部と、前記熱交換器部で冷却され前記高圧側気筒に供給される圧縮空気に含まれる液滴を分離する出口部と、をそれぞれ独立したユニットで備えており、
   前記熱交換器部は、前記入口部及び前記出口部に対し、フランジを介して着脱可能に締結されており、
   前記出口部の内壁側面には、該内壁側面から前記出口部内の空間に向けて張り出すように座面が形成されており、前記座面には、圧縮空気に含まれる水分を該圧縮空気から分離する当て板が当接されていることを特徴とする多段圧縮機。
2. 前記冷却手段は、前記低圧側気筒及び前記高圧側気筒にそれぞれ設けられたピストンと接続されたクランク軸に固定された圧縮機プーリであることを特徴とする請求項１に記載の多段圧縮機。
3. 前記入口部と前記出口部とは、それぞれ本体部とフランジ部とが鋳造により一体成型された鋳造物からなることを特徴とする請求項１に記載の多段圧縮機。
4. 前記熱交換器部は、前記圧縮空気を通過させる伝熱管及び放熱板を有し、前記伝熱管は銅系金属材料で構成されており、
   前記入口部及び前記出口部は、非鉄金属材料を用いて鋳造した鋳造物からなることを特徴とする請求項１に記載の多段圧縮機。
5. 前記入口部及び前記出口部は、アルミニウム鋳物合金材料を用いて鋳造されたアルミニウム合金鋳造物からなり、前記アルミニウム合金鋳造物の表面には、陽極酸化被膜処理による酸化被膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の多段圧縮機。
6. 前記入口部及び前記出口部のフランジ部の酸化被膜表面には樹脂塗装が施されてなることを特徴とする請求項５に記載の多段圧縮機。
7. 前記出口部の底面には、該出口部で前記圧縮空気から分離された液滴を排出する排出口に向けて下降する傾斜が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の多段圧縮機。
8. 前記出口部の底面の上方には、通水路を有する遮蔽部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の多段圧縮機。
9. 前記入口部、前記熱交換器部又は前記出口部のうちの少なくとも一つの側面を覆うように設けられたフレームを有しており、少なくとも前記圧縮機プーリに巻回されたベルトを覆うように設けられたベルトカバーに前記フレームを固定して、前記冷却器が前記多段圧縮機に固定されていることを特徴とする請求項２に記載の多段圧縮機。
10. 圧縮空気が導入される入口部と、
    前記入口部から導入された圧縮空気を外部空気との熱交換により冷却する熱交換器部と、
    前記熱交換器部で冷却された圧縮空気に含まれる液滴を分離する出口部と、をそれぞれ別体のユニットで備えており、
    前記熱交換器部は、圧縮空気の熱を放熱する放熱板と、前記放熱板に貫設された伝熱管とを有しており、
    前記熱交換器部は、前記入口部及び前記出口部に対し、フランジを介して着脱可能に締結されており、
    前記出口部の内壁側面には、該内壁側面から前記出口部内の空間に向けて張り出すように座面が形成されており、前記座面には、圧縮空気に含まれる水分を該圧縮空気から分離する当て板が当接されていることを特徴とする多段圧縮機用冷却器。
11. 前記熱交換器部は、前記圧縮空気を通過させる前記伝熱管及び前記放熱板を有し、前記伝熱管は銅系金属材料で構成されており、
    前記入口部及び前記出口部は、非鉄金属材料を用いて鋳造した鋳造物からなることを特徴とする請求項１０に記載の多段圧縮機用冷却器。
12. 前記入口部と前記出口部とは、それぞれ本体部とフランジ部とが鋳造により一体成型された鋳造物からなることを特徴とする請求項１０に記載の多段圧縮機用冷却器。
13. 前記入口部及び前記出口部は、アルミニウム鋳物合金材料を用いて鋳造されたアルミニウム合金鋳造物からなり、前記アルミニウム合金鋳造物の表面には、陽極酸化被膜処理による酸化被膜が形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の多段圧縮機用冷却器。
14. 前記入口部及び前記出口部のフランジ部の酸化被膜表面には樹脂塗装が施されてなることを特徴とする請求項１３に記載の多段圧縮機用冷却器。

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