JPH08319976A - 油冷式空気圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】空気は空気清浄器６３，吸入絞り弁６から圧縮
機本体１の吸入口１１に至り、圧縮後に吐出口１２から
油分離器３，圧縮空気冷却器４，吐出弁４１を通り送り
出される。油は給油口１３から圧縮機本体１に入り空気
と熱交換の後、油分離器３で分離され油冷却器５で冷さ
れ再び給油される。給油温度は油温調整弁５１により油
冷却器４をバイパスする量を制御し一定にする。停止す
る直前にはある時間だけバイパス量を減らし油温を上げ
て、配管内のドレンを蒸発させ、圧縮空気に乗せて排出
する。 【効果】運転停止後に温度が低下しても、内部に残留す
る水分は少なく、ドレンの発生を抑制できる。よって、
圧縮機内部の腐食や油の劣化が防止され、長期の運転停
止後にも確実に起動可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は油冷式空気圧縮機に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】空気圧縮機は一般産業用を中心に広く普
及している。その基本動作は大気中から空気を吸い込
み、圧縮後に圧縮機外部の配管に送り出すものであり、
送られた圧縮空気は動力源や噴射媒体などとして使われ
る。空気圧縮機は使用者が容易に使用可能でかつ安全確
実な動作が必要とされるため、圧縮機本体に加え幾つか
の補機を伴い、一体として空気圧縮機の名称で実用に供
されている。

【０００３】圧縮機の補機は多種多様あるが、空気清浄
器，吸入絞り弁，圧縮空気冷却器，圧縮空気乾燥器、そ
して電動機などの動力源などが主要なものである。空気
清浄器は空気清浄手段として、吸い込んだ空気に含まれ
る塵埃を除去し、異物の圧縮機本体への侵入を防止す
る。吸入絞り弁は吸入量制限手段として吸い込む空気の
量を制限したり、あるいは吸入を止める働きを持つ。そ
して、圧縮空気使用量の変化に対応して吐出する空気の
量を増減し、吐出圧力を一定の範囲に維持する機能を持
つ。圧縮空気冷却器は圧縮空気冷却手段として、圧縮熱
により高温となった空気を冷却する。圧縮空気乾燥器は
圧縮空気乾燥手段として圧縮した空気に含まれる水分や
水蒸気を取り除く。空気中に含まれる水蒸気は高圧にな
るに従い、圧縮空気配管内部に結露しやすくなり、腐食
などの問題を発生しやすくなる。そのため、高温多湿環
境での運転では圧縮空気乾燥器は必須の空気圧縮機補機
である。電動機あるいは内燃機関は圧縮機本体の駆動手
段として直接あるいはベルトや歯車などの動力伝達手段
を仲介して動力を圧縮機本体に供給する。

【０００４】圧縮機本体が圧縮室に注油しながら圧縮を
行う油冷式圧縮機では、圧縮機本体に注油機能を持たせ
るほか、いくつかの油関係の補機が必要となる。一例と
して圧縮室で空気に混入した油を圧縮後に空気から分離
するため油分離手段としての油分離器や、圧縮に伴い空
気から熱を吸収し高温となった油を冷却し再度の注油に
備える油冷却器，油中の固形不純物を取り除く油清浄器
などである。また、圧縮機本体の圧縮室，油分離器，油
冷却器を循環する油自体も圧縮機の性能や信頼性にかか
わる重要な要素である。

【０００５】空気圧縮機ならびに圧縮空気の高信頼性を
維持するための課題の一つにドレンの対策がある。ドレ
ンは吸い込んだ空気に含まれる水蒸気が凝縮して水にな
ったものである。空気の露点は大気圧下よりも高圧下で
の方が高いので、高湿度の空気は圧縮後に外気温まで冷
却されると露点以下となり結露しドレンを発生する。空
気圧縮機は定常運転時では、吐出空気が高温であるた
め、圧縮空気に水蒸気が溶け込んだままであっても圧縮
機本体を通過し、圧縮空気冷却器の手前で液化すること
は希である。

【０００６】圧縮空気冷却器の内部およびそれより下流
では圧縮空気の温度が低下し露点以下となる可能性があ
り、ドレンが発生することもある。使用者によっては、
ドレンを許容できる用途や設備に空気を送るため圧縮空
気乾燥器を備えず、乾燥しない圧縮空気を使用すること
もある。しかし、多くの使用者は圧縮空気乾燥器を備
え、圧縮空気の乾燥を行った後で配管に送り出す。乾燥
された圧縮空気は露点が十分に低くなるため、ドレンが
発生しにくい。

【０００７】定常運転中には温度が高いためドレンが発
生しにくい空気圧縮機本体内部などでも、停止した後に
は、次に述べる理由によりドレンを発生することが多
い。停止後は放熱によって圧縮機本体や配管、そして内
部に残留した空気の温度が次第に低下し、残留空気の温
度が露点以下になる。それまで空気に溶け込んでいた水
蒸気が凝縮し、水、すなわち、ドレンとなる。

【０００８】ドレンは発錆を促進し配管内部を腐食し、
圧縮機本体内部では摺動部分を癒着させたり、面粗さを
悪化させるなどする。その結果、長期間運転せず放置し
た場合、特に高湿度環境で運転した後に長時間停止した
場合には、摺動部分が癒着し動かず、次回の運転が困難
となる場合があった。あるいは配管部分で腐食が進むと
局部的に肉圧が減少し強度が低下するため圧縮空気が漏
れ、状況が悪い場合には破裂などの危険もあった。ま
た、油冷式圧縮機では、ドレンは油と直接触れ合う位置
に発生することから油の劣化を促進したり、油分離器の
底に滞留するなど別の問題を起こすこともある。

【０００９】従来の技術では、ドレンによる問題を回避
するためドレンの発生が予測される部分に腐食しにくい
材料を用いたり、被覆を行うなどの対策をしている。ま
た、長期間圧縮機の運転が必要無い場合でも、週１回程
度の暖気運転を行うなど運用上の対策を行うことが使用
者に奨められている。

【００１０】圧縮機本体が吸い込む大気中の水蒸気を予
め除去し、乾燥した空気を吸い込むことにより根本的に
ドレンの発生を防止するいくつかの方法も提案されてい
る。例えば、特開平4−203384 号公報ではハニカム式除
湿器による除湿、特開平4−325796号公報では冷却式除
湿器による除湿による方法が提案されている。また、特
開平5−141350 号公報では、乾燥した圧縮空気を吸入側
に戻し、圧縮機本体内部を乾燥させた上で停止する方式
が提案されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】現在のところ難腐食材
の採用や被覆による対策は十分とはいえない。難腐食材
や被覆は材料が高価である上に加工性が悪いものが多
く、複雑形状の部品が多い圧縮機には適していない。そ
のため、難腐食材や被覆の適用は特に腐食しやすい部分
や腐食による被害が大きく、かつ単純な形状の部分に限
られるという問題がある。また、油冷式スクリュー圧縮
機では雄ロータから雌ロータへの回転伝達をロータの接
触噛み合いによっているため、スクリューロータの歯部
など摺動部分には被覆材の使用が困難である。

【００１２】週１回程度の暖気運転は使用者に負担を強
いるばかりでなく、圧縮機を移転する際などには長期の
運転休止が不可避で暖気運転が不可能となる場合もあ
る。従って、この方法は一時的なドレン対策にすぎな
い。

【００１３】これら特開公報に示された手段により、吸
入大気を除湿することによる効果は期待できる。しか
し、いずれも実施するには除湿器を初めとする新たな部
材の追加が必要であり、価格の上昇や機構の複雑化、さ
らに空気圧縮機全体の大型化は免れない。空気圧縮機は
低価格で単純な構造，小形化が望ましい姿であり、これ
らの手段を用いた空気圧縮機を実現するには難がある。
また、大気圧下での除湿は圧縮後の除湿に比較して、露
点が低いため低効率である。

【００１４】特開平5−141350 号公報に示された手段に
より、オイルフリー（別名ドライ）式圧縮機では効果が
期待できる。しかし、油冷式圧縮機で、油回路に含まれ
る水分を十分に取り除くには至らず、十分な効果がある
とはいえない。

【００１５】本発明の目的は、新たに大きな部材を追加
することなく、空気圧縮機の停止後のドレン発生を防止
し、発錆や油の劣化を抑え、長期間停止の後の運転も問
題なくできる信頼性の高い空気圧縮機を提供することに
ある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は以下に示す第１の手段を用いる。

【００１７】圧縮機本体の吐出口の下流側には油分離器
が備え、その油分離器は圧縮機本体からの一つの入口と
空気用，油用の二つの出口がある。油出口の下流には油
冷却手段としての油冷却器が連なる。この油冷却器の冷
却能力は可変であり、特に制御装置からの指令により冷
却能力を抑制する機能を有する。機能抑制手段としては
熱交換器のバイパス流路による迂回や、熱交換器に通過
させる冷却風の調整などの方法がある。油冷却器の出口
から続く注油配管は圧縮機本体に至り、空気の圧縮室に
連通する。また、油分離機での油にかかる圧力は圧縮機
本体での注油圧力よりも高いので、この差圧により油が
循環する差圧給油が一般的であるが、油回路の途中に油
ポンプを設ける強制給油の方法もある。

【００１８】上記目的をさらに十分に達成するため本発
明は以下に示す第２の手段を第１の手段に加えて用い
る。

【００１９】油分離器の空気出口下流に圧縮空気乾燥手
段として圧縮空気乾燥器を備えていることが必要であ
る。圧縮空気乾燥器は冷却により空気の露点を下げて水
蒸気を凝縮させる冷凍式や化学的に水蒸気を捕らえる吸
着式などが一般的である。本圧縮空気乾燥器は本発明の
目的のために新たに設けるものではなく、通常の運転で
送り出す圧縮空気の乾燥に用いるものである。

【００２０】本発明の目的達成のための第２の手段は新
たに圧縮空気乾燥器の下流側配管から分岐し、圧縮機本
体の吸入側へ連通し、なおかつ途中に開閉弁を有する環
流路を備える。開閉弁は電磁弁や空気圧弁などの制御可
能な弁であり、制御装置の指示に従い開閉する。本体の
吸入口上流の吸入量制限手段も制御装置の指令により空
気流入を制限される機能を備える。

【００２１】

【作用】上記第１の手段による空気圧縮機は以下に説明
するように作用する。

【００２２】空気圧縮機の停止動作は使用者が停止ボタ
ンを操作するか、あるいは、空気圧縮機がプラントの一
部として上位制御装置の制御下にある場合では上位制御
装置の停止指令を受けることにより制御装置が停止を認
識し開始される。

【００２３】制御装置は油冷却手段に冷却能力の抑制を
指示し、給油温度が通常運転によりも上昇し、高い温度
に制御される。循環している油の温度は圧縮器本体内部
で空気の圧縮熱の吸収による上昇と、油冷却器などでの
放熱による低下を繰り返している。油の温度は低く過ぎ
ると粘度上昇による機械損失の増加があり、高過ぎると
粘度低下による潤滑不足や空気の冷却不足そして油の劣
化促進が起こるので好ましくない。従って、通常運転時
では油冷却器の能力を調節し給油温度を最適な温度範囲
に制御している。停止直前の油温度上昇は空気の吐出を
要求されないので空気の吸入を絞ることにより動力も減
り、潤滑や冷却能力の低下も問題にならない。また、短
時間であることから油の劣化も問題となるほど加速しな
い。

【００２４】油が通常運転時よりも高いことにより、油
に混入している水分，油分離器や油冷却器の最下部に滞
留している水分が蒸発し、圧縮空気とともに持ち去られ
る。

【００２５】内部の水分が減少し、ある時間経過後に制
御装置は圧縮機本体の停止を指示し、動力源の電動機へ
の電力遮断などの方法により圧縮機本体が停止する。圧
縮機本体の停止に伴い油の循環も停止する。圧縮機本体
や油回路内部に残留した水分は低減されているので、停
止後に時間が経過し温度が低下しても内部に結露しにく
く、ドレンの発生とそれによる錆や腐食が防止される。

【００２６】本発明の課題解決のための第２の手段によ
る空気圧縮機は、第１の手段による作用に加え、次の作
用を行う。

【００２７】制御装置が停止を認識すると、油冷却器の
冷却能力抑制と同時に、通常運転時には閉じたままであ
った還流路途中の開閉弁を開き、吸入流量制限手段であ
る吸入絞り弁を閉じる。すると、圧縮空気乾燥器を経て
乾燥した圧縮空気が吸入側へ流入し、圧縮機本体，油分
離器，圧縮空気乾燥器と循環する。この状態がある時間
だけ持続するので、空気は圧縮空気乾燥器を何度も通過
するので循環空気に含まれる水分は次第に除去される。
同時に油の温度上昇も行われるので、圧縮機本体ならび
に油や空気流路内部の残留水分は非常に少ない。

【００２８】ある時間経過後、制御装置の指示で圧縮機
本体の運転が停止され、続いて圧縮空気乾燥器も停止さ
れる。次第に圧縮機各部の温度が低下するが、内部に残
留した水分は少なく露点は外気温度よりも十分に低いた
め結露しドレンが発生することは無い。

【００２９】

【実施例】以下、図１を用いて、本発明の第１の実施例
である空気圧縮機の構成と動作を説明する。図１は本実
施例の空気圧縮機を、主たる空気と油の流れを中心に模
式化した系統図である。

【００３０】圧縮機本体１はスクリュー式の圧縮機であ
る。その構造と機能は次の通りである。ケーシングに設
けられた一部を重複する二つのボアに雄雌二つのスクリ
ューロータ（以下ロータと略記する。）が噛み合わされ
回転自在に収納されている。雄ロータを回転すると歯面
の接触を介して雌ロータも回転し、各ロータの歯溝がボ
ア壁によって閉じられ形成された圧縮室に溜めた空気を
軸方向に移送しつつ、吸入，圧縮，吐出を行う。本実施
例における形式のスクリュー圧縮機は油冷式と呼ばれ、
ロータどうしが接触することから潤滑のためボア内に給
油する必要がある。油は潤滑の他に圧縮室相互間のすき
まをシールし空気の漏れを低減したり、空気の圧縮熱を
吸収し圧縮効率をあげるなどの働きもする。

【００３１】圧縮機本体１の動力入力は雄ロータに直結
した動力伝達軸２１が電動機２と接続されることで行わ
れる。圧縮機本体１には吸入口１１と吐出口１２があ
り、それぞれに吸入流路９と吐出流路３１が接続され
る。油冷式圧縮機は圧縮機本体１に給油口１３があり、
内部の圧縮室に連通する。

【００３２】電動機２は誘導電動機を用いるのが一般的
であるが、同期電動機や直流電動機など他の形式であっ
ても本発明には係らない。電動機２への給電は商用交流
電源２３から電磁開閉器２２を介して行われる。電動機
２と圧縮機本体１との動力接続は、回転軸直結による直
接駆動、あるいは歯車やベルトやカップリング等の伝導
機構を介しての駆動のいずれであってもよい。

【００３３】吸入口１１の上流側には空気清浄器６３と
吸入絞り弁６が備えられる。空気清浄器３は空気は通過
できるが塵埃は通り抜けにくい濾紙６４が空気の吸入流
路を遮る構造を持つ。吸入絞り弁６は開閉弁の一種であ
り、圧縮空気の使用量が少ない時などに吐出圧が過剰と
ならないように流量を制限する機能を有する。弁板６２
の操作は通常はピストン６５に吐出圧力をフィードバッ
クし行われ、吐出圧を一定に保つ方向で開度を自動制御
される。しかし、本発明で弁板６２の駆動は空気圧や電
磁力など方式は問わない。空気圧縮機の始動時や放気ア
ンロード時には吐出圧力が低い場合であっても吸入量を
制限する必要があるため、外からの指令あるいは操作に
より弁板６２を強制的に閉じる機能も持たせる。

【００３４】ここで、放気アンロードとは、圧縮機本体
１の運転を持続したままで吸入量を絞り、同時に吐出流
路に残留した圧縮空気を放気し吐出圧力を低下させるこ
とをいう。放気アンロードの状態では圧縮機本体１はほ
とんど圧縮仕事をしないため、必要とする動力が少なく
てすみ、電力が節約される。従って、放気アンロード
は、電動機の頻繁な起動停止が困難な比較的大きな空気
圧縮機に好適な、圧縮空気を吐出せず回転を持続する待
機状態といえる。

【００３５】圧縮機本体１の下流には油分離器３が備え
られ、吐出口１２から続く吐出流路３１が油分離器３の
入口３２に直結する。油分離器３は一緒に送られてきた
圧縮空気と油を分離する機能を有し、分離後に圧縮空気
を上部の空気出口３３から、油を下部の油出口３４から
出す。油分離器４３の底部は油溜めを兼用し、停止時も
運転時も油面は一定の範囲にある。

【００３６】空気出口３３から引き出した配管は圧縮空
気冷却器４と吐出弁４１を経て外部へ導かれ、圧縮空気
の使用場所まで配管が伸ばされる。吐出弁４１は逆止弁
の機能と上流側が一定の圧力を越えると開く調圧弁の機
能を持ち合わせる。

【００３７】油出口３４から引き出した送油管５３は油
温調整弁５１に入る。温度調整弁５１と油冷却器５は往
路の冷却管５４と、復路の冷却戻り管５５の２本で接続
される。油温調整弁５１の出口は給油管５３が圧縮機本
体１の給油口１３と繋げる。油温調整弁５１は給油温度
を一定の範囲に制御するバイパス弁であり、制御目標で
ある設定温度は制御装置７の指示に従う。油温調整弁５
１の構造や原理は問わないが、例えば、次のような方法
があることを示しておく。バイパス路に並行して電磁弁
を併設し、制御装置７からの指令が電圧によって伝達さ
れた場合に電磁弁が開放し、バイパス量を増やす方式。
あるいは、バイメタルなどの油温感知部分の流れを通常
時の給油管５６への流れに代え、それよりも低温の冷却
戻り管５５の流れに切替る方式。あるいは、給油管５６
内部の油温を感知し、バイパス量を電磁弁等で制御する
電子式制御を行う場合には制御目標値を変更する方式。

【００３８】油冷却器５は熱交換器であり、管内を油
が、管外を冷却風が通り熱交換する。油冷却器５と圧縮
空気冷却器４の両者共、ファン５２によって冷却風が送
られる。これら二つの冷却器は一体構造であってもよ
い。

【００３９】制御装置７は電磁開閉器２２や温度調整弁
５１に指示を与える機能を持ち、電気回路によって構成
される。また、停止ボタン７１と電気配線で接続する。

【００４０】空気圧縮機を構成する各機器は同じベース
（図示せず）に搭載され、安全や防音や美観などを目的
にパッケージ（図示せず）で覆われ、一体として使用に
供される。

【００４１】本実施例における空気圧縮機は以下のよう
に動作する。定常運転時には圧縮機本体１は電動機２か
ら回転動力を受けて圧縮動作を行う。空気は空気清浄器
６３を通過し、混入していた塵埃を除去される。さらに
空気は吸入絞り弁６を通過し吸入口１１から圧縮機本体
１に入り、圧縮される。圧縮空気使用量が多い場合に
は、吸入絞り弁６は開放されており、流量は制限されな
い。

【００４２】圧縮機本体１内部では、短時間で圧縮され
るため空気は発熱し、吐出口１２から出る時の空気は圧
力と共に温度も上昇している。圧縮の途中で給油口１３
から圧縮室に入れられた油は発熱した空気から熱を受け
とり、空気と共に温度が上昇する。圧縮空気と油は混じ
りあって吐出口１２から吐出流路３１を通り、油分離器
３に入口３２から入る。

【００４３】油分離器３は送られてきた油と空気をそれ
らの比重や粘度の差を利用して分離する。分離された空
気は上部の空気出口３３から出され、油出口は下部の油
出口から送り出される。

【００４４】油分離器３から出た圧縮空気は圧縮空気冷
却器４を通過する。高温の圧縮空気が管内を通過し、低
温の冷却風がファン５２によって送られ、管壁を経て熱
交換される。その結果、圧縮空気は冷却される。なお、
空気圧縮機の内部の構成や使用環境によっては、専用の
圧縮空気冷却器を備えずとも、吐出口１２からの配管な
どが、熱交換器として作用し、内部を通過する間に圧縮
空気が十分に冷却されることもある。その場合には配管
が圧縮空気冷却手段となる。圧縮空気冷却器４通過後の
空気は吐出弁４１を経て圧縮機外部に送り出される。吐
出弁４１は始動時や放気アンロード時など吐出圧力が確
保されない場合には、圧縮空気の吐出を止めると同時に
外部配管からの逆流を防止する。

【００４５】油分離器３によって分離された油は送油管
５３を通り油温調整弁５１に入る。油の一部は冷却管５
４を通り油冷却器５に送られ、ファン５２による冷却風
と熱交換することにより冷却され、冷却戻り管５５を通
り油温調整弁５１に戻る。戻った油は、油温調整弁５１
内部を短絡し油冷却器５をバイパスすることで冷却され
ない油と合流し、共に給油管５６を通り、給油口１３に
送られる。冷却される油とバイパスする油の割合は油温
調整弁５１により自動的に決められる。油温度が低い時
にはバイパス分が増えて冷却を抑え、油温度が高い時に
はバイパス分を増やして冷却を促進する。この働きによ
って油温度はほぼ一定に維持される。油温調整弁５１の
温度設定値は制御装置７の指示で変えることができる
が、通常の運転時には後に述べる最適温度に保たれる。
なお、油の流れは油分離器３の内圧と給油口１３での給
油圧力の差によって発生するので、送油用の油ポンプは
必要とされない。

【００４６】油の温度は油冷式圧縮機の性能や寿命，信
頼性に大きく影響する。例えば、油温度が低すぎると、
粘度が高いために圧縮室や軸受での撹拌損失が大きく圧
縮性能が低下する。一方、油温度が高すぎると、圧縮熱
の冷却効果が低下する心配があるほか、軸受寿命の短縮
や酸化による油の劣化促進が起こる。そのため、油温度
は油の種類や圧縮機の構成によって定まる最適温度近辺
に維持されることが望ましいので、油温調整弁が設けら
れている。

【００４７】本実施例では油のバイパス量により油冷系
の冷却能力を変えて油温を制御したが、ファン５２の回
転速度やダクトの圧損を変える冷却風量による油温制御
も可能である。また、圧縮空気冷却器４や油冷却器５を
冷却水との熱交換器にした水冷式も可能である。

【００４８】本実施例による空気圧縮機を停止しようと
する時は以下の動作により、上記構成を活用し、本発明
の効果が実現される。

【００４９】まず、使用者が停止ボタン７１を押すこと
により、制御装置７が停止すべきことを認識し、直ちに
停止動作を開始する。まず、制御装置７は油温調整弁５
１に設定温度を上昇させる指示をする。油温調整弁５１
はバイパスする油の割合を増やし冷却を抑えることによ
り油の温度を上げ、停止動作時に限定される高い設定温
度まで上昇させる。油分離器３の底や配管の最下部など
にはドレンが溜ることが多く、課題で述べた問題を起こ
しやすい。油温度を高くすることにより圧縮機本体１や
配管系を中心に圧縮機全体の温度が上昇し、ドレンが少
しずつ蒸発し、圧縮空気の流れとともに吐出弁４１を通
り外部に排出される。

【００５０】通常の運転時にも油温度を上げておけばド
レンの発生を防止できるが、先に述べた冷却効果低下や
軸受寿命短縮や油劣化促進などの理由により、むやみに
油温度を高く設定することはできない。本実施例で油温
度を高めるのは停止直前の短時間だけなので、それら問
題点への影響は無視できるほど小さい。

【００５１】水分が除去されるに十分な時間経過によ
り、圧縮機本体１内部や油分離器４３の底などに溜って
いた水分が除去される。制御装置７は電磁開閉器２２に
電流遮断を指示し、電動機２ならびに圧縮機本体１が停
止する。引き続き、ファン１３も停止する。さらに、内
部に残った空気を大気圧まで放気し、停止動作が完了す
る。

【００５２】圧縮機が高温多湿の使用環境での長時間運
転の時など、停止動作の油温度上昇のみでは油分離器３
の底に溜ったドレンを除去しきれない場合がある。その
場合、一定時間ごと、あるいは油分離器３に新たに設け
たドレンセンサがドレンを検知するごとに制御装置７の
判断により短時間だけ油温度を上昇させて、ドレンを除
去することもできる。

【００５３】本実施例によれば、現在広く使われている
油冷式空気圧縮機について、制御装置７と油温調整弁５
１の簡単な機能追加のみで、本発明の効果を実現し、ド
レンが発生しにくい空気圧縮機を実現することができ
る。

【００５４】以下、図２を用いて、本発明の第２の実施
例である空気圧縮機の構成と動作を説明する。図２は本
実施例の空気圧縮機の主たる空気の流れを中心に模式化
した系統図である。なお、第１の実施例と重複する構
成，作用，効果については説明を省略する。

【００５５】圧縮空気冷却器４の下流に圧縮空気乾燥器
８を備える。圧縮空気乾燥器８の種類として、冷却式，
膜式，吸着式などが一般的であり、いずれの方式によっ
ても本発明の本質には係らない。本実施例では冷却式の
圧縮空気乾燥器を採用する。冷却式の圧縮空気乾燥器８
の原理を説明する。送られてきた圧縮空気は圧縮空気乾
燥器８の内部に備えられた冷媒サイクルとの熱交換によ
り、一旦冷却され露点が下げられ、含有している水分が
結露し除去される。次に圧縮空気は再加熱され、相対湿
度が下げられる。結露した水分は付属したドレントラッ
プ８２により断続的に排出される。圧縮空気乾燥器８の
運転は制御装置７に従う。

【００５６】圧縮空気乾燥器８の下流は電磁式三方弁８
１と吐出弁４１を経て空気圧縮機の外部に配管が導かれ
る。電磁式三方弁８１は通常は図中上方の入口と右側の
吐出出口が連通し、制御装置７から電力が送られ指示が
あった場合に限り、切り替わり、入口と左側の還流出口
が連通する構造を持つ。電磁式三方弁８１の還流出口に
は還流路８３が接続され、途中の消音器８４を経て、吸
入絞り弁６に至る。吸入絞り弁６は第１の実施例の機能
に加え、大気からの吸入を弁板６２によって制限する場
合には、環流路８３からの流れを吸入路６１に連通させ
る機能を備える。

【００５７】制御装置７は第１の実施例に加えて吸入絞
り弁６への指示機能，圧縮空気乾燥器８への指示機能，
電磁式三方弁への指示機能を備える。また、停止ボタン
に代えて、空気圧縮機外部の上位制御装置７２との通信
機能を備える。本実施例の空気圧縮機はプラントの一部
に組み入れられ、通信機能を通じて、外部にある上位制
御装置７２の指示下にあるものとする。

【００５８】本実施例の空気圧縮機は以下のように動作
する。

【００５９】定常運転時には圧縮された空気は圧縮空気
冷却器４によって冷却された後に圧縮空気乾燥器８によ
って除湿された後に電磁式三方弁８１と吐出弁４１を経
て外部に送り出される。圧縮空気乾燥器８の運転は制御
装置７の指示により圧縮機本体１の運転に先立って開始
され、最初に送られる圧縮空気から十分に除湿される。
また、電磁式三方弁８１は入口と吐出出口の連通を維持
し、環流路８３へは閉じている。

【００６０】本実施例の油冷式空気圧縮機の停止は、上
位の制御装置７２が停止信号を送り、通信機能を通じて
制御装置７が受信し、開始される。

【００６１】制御装置７はまず、電磁式三方弁８１を切
り替えて入口と還流出口を連通させ、乾燥後の圧縮空気
を環流路８３に流す。ほぼ同時に吸入絞り弁６の弁板６
２を右端に動かし、大気の吸込を制限すると共に環流路
８３からの乾燥空気を吸入路６１に導入する。この状態
では圧縮機は大気を吸い込まず、また、圧縮空気を外部
に出さず、内部の残留した空気を循環させるのみとな
る。環流路８３の内圧は高く、吸入流路６１の中はほぼ
大気圧であるため、循環空気の直接の吹き出しは急激な
圧力降下により騒音を伴う懸念がある。本実施例では環
流路８３末端付近にサイレンサ８４を備えており、これ
を通しながら徐々に圧力を下げるため、騒音の発生が抑
制される。

【００６２】電磁式三方弁８１の切替と前後して、第１
の実施例と同様に制御装置７は油温の上昇を油温調整弁
５１に指示する。

【００６３】油温が上昇することで圧縮機本体１や配管
系を中心に圧縮器全体の温度が上昇し、さらに同じ空気
が循環し圧縮と乾燥が繰り返される状態で持続する。す
ると、配管内部などに溜ったドレンは蒸発し、同時に循
環している空気も次第に除湿される。その結果、油に気
泡として混じっている空気の湿度や油に溶け込んでいる
水分も次第に除湿され、圧縮機内部から水分が除去され
る。なお、除去された水分は圧縮空気乾燥器８のドレン
トラップ８２から外部に排出される。

【００６４】圧縮機内部が乾燥されて、その露点が十分
に低くなる時間が経過した後に制御装置７の指示で圧縮
機本体１、引き続き圧縮空気乾燥器６を停止する。圧縮
機本体１を初め配管内部には十分に乾燥された空気が残
留する。従って、運転停止の後に時間が経過し、各機器
の温度が低下しても、内部残留空気の露点までには余裕
があり、結露しドレンが発生することは無い。従って、
その後に長時間経過した後であっても、ドレンによって
発生する内部の腐食や油の劣化が防止される。

【００６５】本実施例によれば、空気の循環流路が閉ル
ープとなるので、空気の乾燥を確実に行うことができ
る。また、油分離器３の底などに溜ったドレンを自動的
に取り除くことも可能である。その場合、運転中の電力
消費を増加させたり、軸受寿命あるいは油寿命を短縮し
てしまう心配は無い。さらに停止動作時の空気循環に伴
う流体騒音を防止することもできる。

【００６６】なお、緊急停止や停止期間が比較的短い場
合には上記した停止に伴う一連の操作を必ずしも行う必
要は無く、単純に圧縮機本体１の運転を停止してよい。

【００６７】

【発明の効果】空気圧縮機には吸い込んだ空気中に含ま
れている水蒸気が圧縮機停止後に凝縮し、ドレンとなっ
て、内部を腐食したり油を劣化させるなどの問題点があ
った。本発明による油冷式空気圧縮機では、高湿度環境
で運転した後でも圧縮機内部にドレンを発生することが
無く、発錆や腐食や油の劣化を防止できる。従って、長
期間の運転停止の後であっても、空気圧縮機を確実に起
動することが可能である。

【００６８】課題を解決するための第２の手段を実施し
た場合には、停止後に圧縮機本体や油分離器や配管系の
内部に残る空気や油を極力乾燥しておくことが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による空気圧縮機の系統
図。

【図２】本発明の第２の実施例による空気圧縮機の系統
図。

【符号の説明】

１…圧縮機本体、３…油分離器、４…圧縮空気冷却器、
６…吸入絞り弁、１１…吸入口、１２…吐出口、１３…
給油口、４１…吐出弁、５１…油温調整弁、６３…空気
清浄器。

フロントページの続き (72)発明者 青木 優和 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 製作所空調システム事業部内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スクリュー式あるいはスクロール式などの
   回転形容積式の圧縮機本体と、前記圧縮機本体の吸入口
   の上流側に連なる空気清浄手段および吸入量制限手段
   と、前記圧縮機本体内部の圧縮室に対する注油手段と、
   前記圧縮機本体の吐出口の下流側に連なる油分離手段
   と、前記油分離手段の油出口と前記注油手段を結ぶ注油
   配管ならびに前記注油配管の途中の油冷却手段と、前記
   圧縮機本体の駆動手段である電動機を備えた油冷式空気
   圧縮機において、 前記油冷却手段は冷却能力が可変であり、前記空気圧縮
   機が停止する場合、運転停止前の一定時間だけ、前記油
   冷却手段の冷却能力を抑制させ、循環する油の温度を通
   常の運転時よりも高める機能を有することを特徴とする
   油冷式空気圧縮機。
2. 【請求項２】請求項１において、前記油分離手段の空気
   出口下流に圧縮空気乾燥手段を備え、前記圧縮空気乾燥
   手段の下流側配管から分岐し、前記圧縮機本体の吸入側
   へ連通し、途中に開閉弁を有する環流路を備え、前記空
   気圧縮機が停止する場合、運転停止前の一定時間だけ、
   前記還流路上の開閉弁が開かれると同時に前記吸入量制
   限手段により外部から圧縮機本体への空気の流入が制限
   される機能を有する油冷式空気圧縮機。