JP4650596B2

JP4650596B2 - 水噴射式空気圧縮装置とこれを用いた環境モニタリング方法

Info

Publication number: JP4650596B2
Application number: JP2001078719A
Authority: JP
Inventors: 望鈴木; 誠一郎水品
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2001-03-19
Filing date: 2001-03-19
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2021-03-19
Also published as: JP2002276551A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水噴射式空気圧縮装置とこれを用いた環境モニタリング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は、スクリューコンプレッサの模式図である。この図において、スクリューコンプレッサ１０は、２軸スクリューコンプレッサであり、２本のスクリューロータ１、軸受２ａ，２ｂ、高圧側シール（例えばメカニカルシール３）、低圧側シール（例えばリップシール４）、コンプレッサ本体５、等からなり、互いに噛み合った２本のスクリューロータ１を回転駆動し、空気取入口１２ａから導入した空気を、２本のロータ間で圧縮し、吐出口５ｂから圧縮空気を吐出するようになっている。
【０００３】
図３は、図２のスクリューコンプレッサの外形図である。この図において、６ａはロータ駆動用のプーリ、５ａはスクリューロータへの水供給口、５ｃはメカニカルシールへの水供給口である。かかるスクリューコンプレッサ等の圧縮機では、ロータ１やメカニカルシール３の接触面やシール面（材質は樹脂やセラミック）が直接摺動する構造であるため、その摺動面を潤滑するために、水供給口５ａ及び５ｃから水を噴射／供給している。なお、この水は、摺動面の潤滑及び冷却を担うばかりでなく、圧縮した空気を冷却して圧縮効率を高める役目も果している。
【０００４】
図４は、かかる水噴射式圧縮機を用いた空気圧縮設備の構成図である。この図において、７はファン・モータ（ファン付きモータ）、８は水タンク、９は水クーラである。ファン・モータ７は、水クーラ９に送風するファン７ａと共にプーリ６ｂを駆動し、ベルトを介してロータ駆動用プーリ６ａを回転駆動する。プーリ６ａの回転駆動により、内部のロータが回転し、空気導入ライン１２ａから空気が導入され、ロータ間で圧縮された圧縮空気が吐出口５ｂから圧縮空気ライン１２ｂを介して水タンク８に供給される。
【０００５】
水タンク８には、中間位置まで水が供給されており、上部に供給された圧縮空気の圧力（約０．７ＭＰａ：約７Ｋｇ／ｃｍ²ｇ）により、内部水が水ライン１３ａを介して水クーラ９に圧送され、ここで冷却され、更に水ライン１３ｂを介して圧縮機１０の水供給口５ａ及び５ｃに供給され、その内部に噴射される。圧縮機１０の内部を潤滑・冷却した水は、圧縮空気と共に水タンク８に循環され、気水分離器８ａで分離されて水タンク８内の内部水に混入する。一方、水分を除去された圧縮空気は、逆止弁８ｂに抗して吐出され、空気出口から供給先に供給される。
【０００６】
更に、本発明の発明者等は、図５に示すように、水タンク内に設置された気水分離器８ａと、水タンクの空気出口に設けられ気水分離器で水分を除去された圧縮空気を吐出する逆止弁８ｂと、該逆止弁に抗して水タンクを出た圧縮空気を水分の飽和温度以下に冷却して水分を凝縮分離する除湿機１５と、該除湿機で分離された水分を空気と共に圧縮機の空気吸入口に直接供給する水分回収ライン１６とを備えた「水噴射式空気圧縮装置とその水質管理方法」を創案し出願した（特開２０００−４５９４８号）。
【０００７】
この装置及び方法によれば、特に湿度が高い場合に、圧縮機が導入する外気中の水分が除湿機２０で回収される。この凝縮水の水量は、通常の場合、蒸発して失われる量よりも多い。従って、この清浄で大量の凝縮水を水分回収ライン１６を介して圧縮機内に供給することにより、水を補給することなく、長時間連続運転することができる。
【０００８】
更に、逆止弁８ｂに抗して水タンクを出た圧縮空気は、大量の水分を除湿機１５で低圧空気と共に分離することができ、この水分を空気と共に圧縮機の空気吸入口に直接供給するので、圧縮機で水分を空気と共に圧縮して水タンクに戻すことができる。従って、この構成により、従来に比較して大量の水分を回収でき、かつ特に加圧することなく、水分を圧縮機内部に供給することができる。
【０００９】
また、大量の水分を除湿機１５で分離できるので、凝縮水の水量が多く圧縮機内の循環水量は徐々に増加する。そのため、その増加分（余剰循環水）を水タンクから適宜排出することにより循環水の水質を短期間で凝縮水の清浄な水質に近づけることができる。従って、純水器や水質浄化装置を使用することなく、初期充填水として不純物を若干含む通常の水道水を用いても、循環水の水質を短期間で純水に近い清浄な水質とすることができ、循環水の不純物濃度を低減して長時間清浄に保つことができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述した水噴射式空気圧縮装置は、大気中の水蒸気を凝縮して使用するため、その設置場所の大気がアンモニアガス、亜硫酸ガス、ＮＯｘ等で汚染されていると、装置の腐食等が進み、寿命が極端に短くなるおそれがある。また、これを放置すると、水噴射式空気圧縮装置を運転するオペレータにとっても劣悪な作業環境となるおそれがある。
【００１１】
そのため従来は、水噴射式空気圧縮装置を設置した後においても、定期的にその設置場所の大気成分を分析する必要があった。しかし、大気の成分分析は、一般に困難であり、専門知識を必要し、分析費用も高価である問題点があった。
【００１２】
すなわち、最も一般的には、ガスクロマトグラフを用いて大気成分の分析を行うが、特に微量成分の分析は困難であり、かつＮＨ₃、ＳＯ₂、ＮＯｘ等、環境調査に最も重要がガス成分は、ガスクロマトグラフでは分析が困難な欠点がある。
【００１３】
また、ＳＯ₂は、ガス吸収液にガスを吸収させ、これを中和法、アルセゾナ法、その他の方法で分析できるが、ガス成分が微量な場合には、大量のガスを吸収させる必要があり、かつ中和剤や試薬により汚染されたガス吸収液が発生する問題点があった。
【００１４】
更に、これらの方法では、大気を定期的にサンプリングして分析しない限り、連続的なモニタリングができなかった。
【００１５】
本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、水噴射式空気圧縮装置の設置場所の大気中の微量成分を、容易かつ安価にモニタリングでき、かつ連続的なモニタリングも可能な水噴射式空気圧縮装置とこれを用いた環境モニタリング方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、内部に水を保有する水タンク（８）と、水タンク内に設置された気水分離器（８ａ）と、水タンクの空気出口に設けられ気水分離器で水分を除去された圧縮空気を吐出する逆止弁（８ｂ）と、空気を圧縮する圧縮機（１０）と、該圧縮機の内部を潤滑・冷却した水を、加圧空気と共に、水タンクに循環させる圧縮空気ライン（１２ｂ）と、前記逆止弁に抗して水タンクを出た圧縮空気を水分の飽和温度以下に冷却して水分を凝縮分離する除湿機（１５）と、該除湿機で分離された水分を空気と共に圧縮機の空気吸入口に直接供給する水分回収ライン（１６）とを備えた水噴射式空気圧縮装置において、
水タンク（８）と圧縮機（１０）の間を循環する水をモニタリングするモニタリング装置（４０）を備え、
前記モニタリング装置（４０）は、流れを止めることなくサンプリング可能な分岐ライン（４０ａ）を有する、ことを特徴とする水噴射式空気圧縮装置が提供される。
【００１７】
また、本発明によれば、内部に水を保有する水タンク（８）と、水タンク内に設置された気水分離器（８ａ）と、水タンクの空気出口に設けられ気水分離器で水分を除去された圧縮空気を吐出する逆止弁（８ｂ）と、空気を圧縮する圧縮機（１０）と、該圧縮機の内部を潤滑・冷却した水を、加圧空気と共に、水タンクに循環させる圧縮空気ライン（１２ｂ）と、前記逆止弁に抗して水タンクを出た圧縮空気を水分の飽和温度以下に冷却して水分を凝縮分離する除湿機（１５）と、該除湿機で分離された水分を空気と共に圧縮機の空気吸入口に直接供給する水分回収ライン（１６）とを備えた水噴射式空気圧縮装置を用いた環境モニタリング方法であって、
前記水タンク（８）と圧縮機（１０）の間を循環する水の水質を、流れを止めることなく連続的に計測し、かつ定期的に試料をサンプリングする、ことを特徴とする水噴射式空気圧縮装置を用いた環境モニタリング方法が提供される。
【００１８】
上記本発明の方法及び装置によれば、水タンク（８）と圧縮機（１０）の間を循環する水をモニタリングするモニタリング装置（４０）により、水タンク（８）と圧縮機（１０）の間を循環する水を、流れを止めることなくモニタリングする。
すなわち、大気そのものを分析せず、大気中のガス成分をドレンとともに取り込む水噴射式空気圧縮機の循環水やドレンを分析することで、間接的に大気の環境モニタリングを行う。
【００１９】
一般的に大気の分析は困難だが、水質の分析は容易である。また、水噴射式空気圧縮機の循環水は、その循環中に大量の大気を吸収するので、大気中の水溶性有機物が溶け込んでおり、この凝縮水を分析すれば、使用環境の水溶性有機物を容易に定性分析ができる。従って大気分析に比べ、サンプリングも簡単で、かつ分析も低コストな水質分析で環境モニタリングが可能となる。これにより水噴射式空気圧縮機があれば、特別な装置を用いることなく実施が可能となる。
【００２０】
更に、定期的に吸入空気の温度と湿度を測定し、吸入空気総量がわかれば、定点・定量観察：環境モニターが可能になる。このことにより、水噴射式空気圧縮機を環境モニターとして活用することが可能となる。
【００２１】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記モニタリング装置（４０）は、水の電気伝導率又はｐＨなど水質を連続的に計測する連続計測装置であり、循環する水の電気伝導率又はｐＨなど水質を連続的に計測する。
この方法及び装置により、水の電気伝導率又はｐＨなど水質を連続的に計測して、使用環境の水溶性有機物を間接的に連続計測することができる。
【００２２】
また、前記モニタリング装置（４０）は、流れを止めることなくサンプリング可能な分岐ライン（４０ａ）を有し、定期的に試料をサンプリングする、ことが好ましい。
この方法及び装置により、使用環境の水溶性有機物を、水質分析により定量化し、水噴射式空気圧縮機を環境モニターとして活用することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明による水噴射式空気圧縮装置の全体構成図である。この図において、７はファン・モータ、８は水タンク、９は水クーラ、１５は除湿機（ドライヤ）である。ファン・モータ７は、水クーラ９に送風するファン７ａと共にプーリ６ｂを駆動し、ベルトを介してロータ駆動用プーリ６ａを回転駆動する。プーリ６ａの回転駆動により、圧縮機１０の内部のロータが回転し、外部から空気が導入され、ロータ間で圧縮された圧縮空気が圧縮空気ライン１２ｂを介して水タンク８に供給される。
【００２４】
水タンク８には、中間位置まで水が供給されている。また、この水タンク８の上部にはロータ間で圧縮された圧縮空気が供給され、内部は常時所定範囲の圧力（例えば約０．７ＭＰａ）に保持されている。この圧力により、通常の運転時には内部水が水ライン１３ａを介して水クーラ９に圧送され、ここでファン７ａからの送風により冷却され、常に外気温度＋１０℃前後に保たれている。
【００２５】
更に水クーラ９内の冷却水は、水タンク８内の空気圧により、水ライン１３ｂ及びフィルター１７ｂを介してコンプレッサ１０の水供給口に供給される。この水供給口には、水噴射ノズルが設けられ、水タンク８側の圧力を保持したまま、水ライン１３ｂを介してコンプレッサ１０内に適量の水を噴射するようになっている。この水噴射量は、内部のロータ及びメカニカルシールの摺動面を濡らして潤滑すると共に、ロータ及びメカニカルシールを冷却してその温度を適正範囲に保持し、かつ圧縮された空気の温度を下げて、圧縮機の圧縮効率を高めるように設定されている。
【００２６】
次いで、コンプレッサ１０の内部を潤滑・冷却した水は、加圧空気と共に、圧縮空気ライン１２ｂを介して水タンク８に循環され、気水分離器８ａで分離されて水タンク８内の内部水に混入する。また、水分を除去された加圧空気は、逆止弁８ｂに抗して吐出され、圧縮空気ライン１２ｃを介して除湿機１５（ドライヤ）に供給され除湿されて空気出口から供給される。水タンク８を出る圧縮空気の温度は、例えば外気温度＋２０℃程度であり、水分を含んでいる。そのため除湿機１５では、加圧空気を一旦外気温度以下に下げて内部の水分を凝縮除去し、次いで再加熱して外気温度以上に戻すようになっている。従って、水分のほとんどない乾燥した圧縮空気を供給することができる。
更に、除湿機１５（ドライヤ）で分離された凝縮水は、ドレントラップ１７ａ及び水分回収ライン１６を介して圧縮機１０内に供給される。従って、通常の運転状態では、水の給排水はほとんど必要ない状態に保たれている。
【００２７】
図１において、本発明の水噴射式空気圧縮装置２０は、更に、排水弁１９、防波ガード２２、レベルスイッチ２４、上限レベルスイッチ２５、タンク用電磁弁２６、圧縮機用電磁弁２７、逆止弁２８ａ、圧力スイッチ２９及び給排水制御装置３０を備えている。
【００２８】
防波ガード２２が水タンク内に位置し、水タンク８内の水位と連通している。
レベルスイッチ２４は、防波ガード２２内の水位を検出し、その出力は外部の給排水制御装置３０に入力される。上限レベルスイッチ２５は、水タンク内の上限位置（ＨＨ）を検出し、同様に外部の給排水制御装置３０に入力される。
この構成により、レベルスイッチ２４により防波ガード２２の水位（すなわち水タンク８の水位）を検出して、タンク用電磁弁２６を開いて給水し、或いは排水弁１９を開いて排水することにより、水タンク８の水を給排水し、水タンク８の水位を常に中間位置に維持するようになっている。
【００２９】
また、万が一、レベルスイッチ２４が故障し、或いは水量が異常に増加する場合や故障の場合にそれを上限レベルスイッチ２５で早期に検出し、圧縮機を停止させることにより、圧縮機の損傷を未然に防ぐようになっている。
【００３０】
図１において、タンク用電磁弁２６は、給水ライン２１ａから水タンク８内に直接水を供給するための電磁弁である。このタンク用電磁弁２６と水タンク８との間には水の逆流を防止する逆止弁２８ａが設けられ、給水ラインへの逆流も防いでいる。また、圧縮機用電磁弁２７は、給水ライン２１ａから圧縮機１０の給気側に水を供給するための電磁弁である。
【００３１】
図１において本発明によれば、更に、水タンク８と圧縮機１０の間を循環する水をモニタリングするモニタリング装置４０を備える。このモニタリング装置４０は、この例では、水分回収ライン１６の中間位置、及び水ライン１３ｂのフィルター１７ｂの下流側に設けられているが、本発明は、これに限定されず、水タンク８と圧縮機１０の間を循環する部分であればどこに設けてもよい。
【００３２】
モニタリング装置４０は、水の電気伝導率又はｐＨなど水質を連続的に計測する連続計測装置であるのが好ましい。かかる連続計測装置を用い、循環する水の電気伝導率又はｐＨなど水質を連続的に計測することにより、使用環境の水溶性有機物を間接的に連続計測することができる。
【００３３】
また、モニタリング装置４０は、流れを止めることなくサンプリング可能な分岐ライン４０ａを有する。かかる分岐ライン４０ａを用いて、通常時に閉じている弁を一時的に開いて定期的に試料をサンプリングすることにより、水噴射式空気圧縮機の運転に影響を与えることなく、使用環境の水溶性有機物を、水質分析により定量化し、水噴射式空気圧縮機を環境モニターとして活用することができる。
【００３４】
上述したように、本発明の方法及び装置によれば、水タンク８と圧縮機１０の間を循環する水をモニタリングするモニタリング装置４０により、水タンク８と圧縮機１０の間を循環する水を、流れを止めることなくモニタリングすることにより、大気そのものを分析せず、大気中のガス成分をドレンとともに取り込んだ水噴射式空気圧縮機の循環水やドレンを分析して間接的に大気の環境モニタリングを行うことができる。
【００３５】
一般的に大気分析に比較して水質分析は容易である。また、水噴射式空気圧縮機の循環水は、その循環中に大量の大気を吸収するので、大気中の水溶性有機物が濃縮されており、この凝縮水を分析すれば、使用環境の水溶性有機物を容易に定性分析ができる。従って大気分析に比べ、サンプリングも簡単で、かつ分析も低コストな水質分析で環境モニタリングが可能となる。水噴射式空気圧縮機があれば、特別な装置を用いることなく実施が可能となる。
【００３６】
更に、定期的に吸入空気の温度と湿度を測定し、吸入空気総量がわかれば、定点・定量観察：環境モニターが可能になる。このことにより、水噴射式空気圧縮機を環境モニターとして活用することが可能となる。
【００３７】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。例えば、スクリューコンプレッサの場合について主として説明したが、水噴射式である限りで他の圧縮機であってもよい。
【００３８】
【発明の効果】
上述したように、本発明の水噴射式空気圧縮装置とこれを用いた環境モニタリング方法は、水噴射式空気圧縮装置の設置場所の大気中の微量成分を、専門知識なしに容易かつ安価にモニタリングでき、かつ連続的なモニタリングも可能となる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による水噴射式空気圧縮装置の全体構成図である。
【図２】スクリューコンプレッサの模式図である。
【図３】図２のスクリューコンプレッサの外形図である。
【図４】従来の水噴射式空気圧縮装置の全体構成図である。
【図５】従来の水噴射式空気圧縮装置の別の全体構成図である。
【符号の説明】
１スクリューロータ、２ａ，２ｂ軸受、
３メカニカルシール（高圧シール）
４リップシール（低圧シール）、５コンプレッサ本体
５ａ水供給口、５ｂ吐出口、５ｃ水供給口
６ａ，６ｂプーリ、７ファン・モータ、８水タンク
８ａ気水分離器、８ｂ逆止弁、９水クーラ
１０水噴射式圧縮機（スクリューコンプレッサ）
１１ａ水位計、１１ｂ，１１ｂ′水供給弁、１１ｃ水排出弁
１２ａ空気導入ライン（空気取入口）
１２ｂ，１２ｃ圧縮空気ライン、
１３ａ，１３ｂ水ライン
１４加圧水噴射ライン、１４ａメカ給水弁、１４ｂ逆止弁
１５除湿機、１６ドレン排出手段（ドレントラップ）
１７排水弁、２０水噴射式空気圧縮装置
２１ａ，２１ｂ給水ライン、２２防波ガード
２４レベルスイッチ、２５上限レベルスイッチ
２６タンク用電磁弁、２７圧縮機用電磁弁、
２８ａ逆止弁、２９圧力スイッチ、３０給排水制御装置、
４０モニタリング装置、４０ａ分岐ライン

Claims

内部に水を保有する水タンク（８）と、水タンク内に設置された気水分離器（８ａ）と、水タンクの空気出口に設けられ気水分離器で水分を除去された圧縮空気を吐出する逆止弁（８ｂ）と、空気を圧縮する圧縮機（１０）と、該圧縮機の内部を潤滑・冷却した水を、加圧空気と共に、水タンクに循環させる圧縮空気ライン（１２ｂ）と、前記逆止弁に抗して水タンクを出た圧縮空気を水分の飽和温度以下に冷却して水分を凝縮分離する除湿機（１５）と、該除湿機で分離された水分を空気と共に圧縮機の空気吸入口に直接供給する水分回収ライン（１６）とを備えた水噴射式空気圧縮装置において、
水タンク（８）と圧縮機（１０）の間を循環する水をモニタリングするモニタリング装置（４０）を備え、
前記モニタリング装置（４０）は、流れを止めることなくサンプリング可能な分岐ライン（４０ａ）を有する、ことを特徴とする水噴射式空気圧縮装置。
前記モニタリング装置（４０）は、水の電気伝導率又はｐＨなど水質を連続的に計測する連続計測装置である、ことを特徴とする請求項１に記載の水噴射式空気圧縮装置。
内部に水を保有する水タンク（８）と、水タンク内に設置された気水分離器（８ａ）と、水タンクの空気出口に設けられ気水分離器で水分を除去された圧縮空気を吐出する逆止弁（８ｂ）と、空気を圧縮する圧縮機（１０）と、該圧縮機の内部を潤滑・冷却した水を、加圧空気と共に、水タンクに循環させる圧縮空気ライン（１２ｂ）と、前記逆止弁に抗して水タンクを出た圧縮空気を水分の飽和温度以下に冷却して水分を凝縮分離する除湿機（１５）と、該除湿機で分離された水分を空気と共に圧縮機の空気吸入口に直接供給する水分回収ライン（１６）とを備えた水噴射式空気圧縮装置を用いた環境モニタリング方法であって、
前記水タンク（８）と圧縮機（１０）の間を循環する水の水質を、流れを止めることなく連続的に計測し、かつ定期的に試料をサンプリングする、ことを特徴とする水噴射式空気圧縮装置を用いた環境モニタリング方法。