JP2011157916A - 低圧空気供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】間欠的なエアブローを必要とする端末装置を有する設備であっても、ブロワにより低圧空気を供給することができ、設備の省エネルギー化を図ることができる低圧空気供給システム及び低圧空気供給方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る低圧空気供給システムは、低圧空気を使用する複数の端末装置Ｕに低圧空気を供給する低圧空気供給システムであって、端末装置Ｕの上部に配置され少なくとも一つの環状経路を有するループ配管１と、ループ配管１に接続され低圧空気を生成する複数のブロワ２と、ループ配管１から個々の端末装置Ｕに低圧空気を供給する複数の枝管３と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、低圧空気供給システムに関し、特に、ブロワによりエアブローに使用できる低圧空気を供給することができる低圧空気供給システムに関する。

一般的な工場における圧縮空気供給システムは、工場の必要な箇所に配置された圧縮空気を必要とする端末装置と、該端末装置と離隔して配置されたコンプレッサと、該コンプレッサから前記端末装置に圧縮空気を送気する配管と、を有し、前記端末装置には０．５〜０．９ＭＰＡの吐出圧力で圧縮空気が供給されている。なお、気体に運動エネルギーを与えたり圧力を高めたりする流体機械のうち、圧縮比が１．１未満のものをファン、圧縮比が１．１以上２．０未満のものをブロワ、圧縮比が２．０以上のものをコンプレッサ（圧縮機）、と呼んでいる。

ところで、一般的な最近の工場では、圧縮空気の５０〜７０％近くが、製造過程で生じる切粉や冷却水を除去するためのエアブローとして利用されている。これは、工場の省人化により、切粉や水滴が存在する可能性のある場所の全体を毎回エアブローしなければならなくなっていることに起因している。しかしながら、エアブローに必要な吐出圧力は０．０３ＭＰＡ程度である。

従来の圧縮空気供給システムでは、端末装置とコンプレッサとが離隔して配置されていることから、配管が長くなる傾向にある。したがって、配管を太くできない、圧力損失を考慮しなければならない、エアブロー使用時の立ち上がり圧を確保しなければならない等の理由から、端末装置で必要な圧力よりも高い圧力の圧縮空気を供給可能なコンプレッサを使用している。

近年、工場の省エネルギー化の観点から、エアブローをコンプレッサではなくブロワで実現しようとする傾向にある（例えば、特許文献１参照）。現在市販されているブロワは、コンプレッサと比較して、同じ流量を出すのに１／３〜１／５の消費動力で済ますことができ、省エネルギー化に適しているためである。

特許文献１には、配管やノズル等の細部やブロワの能力を対象物に対して必要な衝突力を満たすように最適な仕様に設計することができるエアブローのブロワ化について記載されている。

特開２００８−２７３９３号公報

しかしながら、例えば、０．１〜０．２ＭＰＡ程度の低圧空気の送気の場合、空気容積が大きいため、送気流速が早く、配管等の圧力損失が大きくなってしまうという問題がある。これは、配管を太くしなければならない、配管を短くしなければならない、ということを意味する。したがって、上述した従来の空気供給システムにおいて、単にコンプレッサをブロワに置換しただけでは、効率的に低圧空気を供給することができない。

そこで、通常は、エアブローを使用する端末装置の近くにブロワを配置しようとする。しかしながら、エアブローを連続的に使用する場合には、既存のブロワで対応することができるが、エアブローを間欠的に使用する場合には、応答性の観点から、既存のブロワでは対応することが困難であり、特許文献１に記載されたような複雑な設計をしなければならない。実際、現状のエアブロー設備は、エアブローが必要な時のみ弁の開閉で圧縮空気を吐出させる間欠ブローがほとんどである。

本発明はかかる問題点に鑑み創案されたものであり、間欠的なエアブローを必要とする端末装置を有する設備であっても、ブロワにより低圧空気を供給することができ、設備の省エネルギー化を図ることができる低圧空気供給システムを提供することを目的とする。

本発明によれば、低圧空気を使用する複数の端末装置に低圧空気を供給する低圧空気供給システムであって、前記端末装置の上部に配置され少なくとも一つの環状経路を有するループ配管と、該ループ配管に接続され前記低圧空気を生成する複数のブロワと、前記ループ配管から個々の前記端末装置に前記低圧空気を供給する複数の枝管と、を有することを特徴とする低圧空気供給システムが提供される。

前記複数のブロワは、例えば、前記ループ配管に接続された母管に並列に接続される。また、前記母管は、前記ループ配管の略中央部に接続されていることが好ましい。

前記母管には、前記低圧空気の圧力変動を吸収するレシーバタンクが接続されていてもよい。また、前記レシーバタンクは、前記複数のブロワよりも下流に接続されており、該レシーバタンクよりも下流の前記母管には流量調整機構が配置されていてもよい。

前記流量調整機構は、例えば、前記母管に接続された主流量調整弁と、該主流量調整弁を迂回可能に接続されたバイパス配管と、該バイパス配管に接続された複流量調整弁と、を有する。

前記複数のブロワは、前記ループ配管に対して個々に分散して接続されていてもよい。また、前記複数のブロワは、前記ループ配管の圧力により運転台数が制御されていてもよい。また、前記ループ配管は、格子状又は網目状に構成されていてもよい。さらに、前記枝管には、前記低圧空気を貯留するボリュームタンクが接続されていてもよい。

上述した本発明に係る低圧空気供給システムによれば、低圧空気を必要とする端末装置の上部にループ配管を配置して複数のブロワを接続することにより、低圧空気を送気する配管の長さを短くすることができ、配管の取り回しも容易に行うことができる。また、ループ配管に複数の端末装置を接続することにより、各端末装置で間欠的に使用される低圧空気の使用量の凹凸を平準化することができ、圧縮比の小さいブロワでも低圧空気を効率よく供給することができる。また、ループ配管に供給する低圧空気の送気経路を一元化することにより、ブロワの大型化も可能となり、低圧空気源の比動力を向上させることができ、効率的な運用を図ることができる。

したがって、間欠的なエアブローを必要とする端末装置を有する設備であっても、ブロワにより低圧空気を供給することができ、設備の省エネルギー化を図ることができる。

本発明に係る低圧空気供給システムの第一実施形態を示す概略構成図である。 本発明に係る低圧空気供給システムの第二実施形態を示す概略構成図である。 本発明に係る低圧空気供給システムの効果を示す説明図であり、（Ａ）は従来のシステムを使用した場合、（Ｂ）は本発明のシステムを使用した場合、を示している。 図１に示した第一実施形態の第一変形例を示す構成図である。 図１に示した第一実施形態の第二変形例を示す構成図である。 図５に示した第二変形例の効果を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について図１〜図６を用いて説明する。ここで、図１は、本発明に係る低圧空気供給システムの第一実施形態を示す概略構成図である。また、図２は、本発明に係る低圧空気供給システムの第二実施形態を示す概略構成図である。なお、各実施形態において、共通する部品については同じ符号を付し、重複した説明を省略する。

図１に示すように、本発明に係る第一実施形態の低圧空気供給システムは、低圧空気を使用する複数の端末装置Ｕに低圧空気を供給する低圧空気供給システムであって、端末装置Ｕの上部に配置され少なくとも一つの環状経路を有するループ配管１と、ループ配管１に接続され低圧空気を生成する複数のブロワ２と、ループ配管１から個々の端末装置Ｕに低圧空気を供給する複数の枝管３と、を有する。

エアブローは、ワーク表面や加工面に付着した切粉等の異物を除去したり清掃したりするダスター、油分や水分を除去する水切り、水滴や湿分の乾燥、溶接部や刃物等の冷却、製品の搬送、剥離、はね出し等、多様な用途に使用されている。これらのエアブローに必要な吐出圧力は０．０３ＭＰＡ程度であり、コンプレッサのような高圧縮比の圧縮機により生成された圧縮空気を用いる必要はない。本発明は、上述したようなエアブローに最適な低圧空気を供給するシステムである。なお、本発明において、低圧空気とは、０．１〜０．２ＭＰＡ以下の圧縮空気を意味する。

前記端末装置Ｕは、低圧空気を吐出するエアガンや排気口を備えた種々の生産機械であり、例えば、図１に示したように、工場内のフロアに配置されている。なお、図１では、複数の端末装置Ｕのうち一部のみを図示し、他の端末装置Ｕの図を省略している。

前記ループ配管１は、例えば、図示したように、外形を構成する環状配管１ａと、環状配管１ａの中間部を接続するブリッジ配管１ｂと、から構成される。環状配管１ａは、円形状に限定されるものではなく、楕円形状、矩形形状、多角形形状等、種々の形状を採用することができる。ブリッジ配管１ｂは、十字形状に限定されるものではなく、複数のブリッジ配管１ｂが、放射状に接続されていてもよいし、格子状又は網目状に接続されていてもよい。また、環状配管１ａの内側にブリッジ配管１ｂと連通する環状の配管を接続するようにしてもよい。かかるループ配管１により複数の環状経路が構成される。また、ループ配管１は、フロアの床面・天井・壁面や端末装置Ｕの上面等に固定された支持部材（図示せず）により端末装置Ｕの上部（端末装置Ｕと天井の間）に配置される。

前記ブロワ２は、ループ配管１に接続された母管４に並列に接続されている。母管４は、図示したように、例えば、ループ配管１の略中央部に接続される。具体的には、母管４は、ブリッジ配管１ｂの十字形状の中央部に接続される。母管４は、ループ配管１にブロワ２が生成した低圧空気を供給する配管であるため、他の配管よりも太く形成するようにしてもよい。ブロワ２は、図示したように、母管４に対して複数（例えば、３台）が並列に接続されている。なお、ブロワ２は、ループ配管１の上部に配置されることが好ましく、例えば、工場の屋上等に配置される。

また、ブロワ２は、ループ配管１の圧力により運転台数が制御されている。具体的には、第一実施形態の低圧空気供給システムは、ループ配管１と連通する母管４に接続された圧力計発信器５と、圧力計発信器５の信号に応じてブロワ２の運転台数を制御する制御装置６と、を有する。制御装置６は、母管４の圧力が低下した場合には、ループ配管１の低圧空気が不足しているため、ブロワ２の運転台数を増やして出力を上げ、母管４の圧力が上昇した場合には、ループ配管１の低圧空気が余っているため、ブロワ２の運転台数を減らして出力を下げるようにブロワ２を制御する。ブロワ２が低圧空気の出力を調整できる場合には、運転台数制御に加えて、各ブロワ２の出力を制御するようにしてもよい。なお、圧力計発信器５は、ループ配管１に接続されていてもよいし、複数の圧力計発信器５のデータを使用してブロワ２を制御するようにしてもよい。

前記枝管３は、端末装置Ｕに低圧空気を供給する配管である。かかる枝管３は、一般に、端末装置Ｕと一対一に対応しており、低圧空気の吐出及び停止を行うバルブ３１を有している。本実施形態では、端末装置Ｕの上部にループ配管１が張り巡らされていることから、ループ配管１と端末装置Ｕとを接続する枝管３を最短距離で接続することができる。また、枝管３には、低圧空気を貯留するボリュームタンク３２を接続するようにしてもよい。このように、端末装置Ｕの近くにボリュームタンク３２を配置することにより、端末装置Ｕが大量の低圧空気を瞬間的に使用する場合に、低圧空気の不足を効果的に補うことができる。なお、バルブ３１には、通常、自動開閉弁が使用される。

また、図２に示した第二実施形態の低圧空気供給システムは、ブロワ２をループ配管１に対して個々に分散して接続したものである。このように、ブロワ２は、母管４を介さずに直にループ配管１に接続するようにしてもよい。かかる第二実施形態では、各ブロワ２は、端末装置Ｕと同じフロアの床面に配置することができる。したがって、第二実施形態に係る低圧空気供給システムは、例えば、各ブロワ２の出力が小さくて沢山のブロワ２を必要とする場合や、工場の屋上にブロワ２の配置スペースがない場合等に、効果的である。なお、第二実施形態においても、第一実施形態と同様に、ブロワ２を工場の屋上等に配置するようにしてもよいことは勿論である。

また、第二実施形態に示したループ配管１は、矩形の環状配管１ａと、格子状に配置されたブリッジ配管１ｂと、により構成されている。なお、ループ配管１を図示したように格子状に配置した場合には、グリッド配管と称することもできる。また、圧力計発信器５は、ループ配管１に接続されている。圧力計発信器５と制御装置６の組合せは、一つのループ配管１に対して複数個配置するようにしてもよい。ブロワ２は、端末装置Ｕの低圧空気の使用量等に応じて適宜配置位置や台数が設定される。

ここで、図３は、本発明に係る低圧空気供給システムの効果を示す説明図であり、（Ａ）は従来のシステムを使用した場合、（Ｂ）は本発明のシステムを使用した場合、を示している。なお、各図において、横軸は時間、縦軸は低圧空気の吐出量、を示している。

図３（Ａ）に示したように、例えば、複数の端末装置Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３は、個々にエアブローの吐出量、吐出タイミング、吐出時間等が設定されている。したがって、個々の端末装置Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３ごとに圧縮空気を供給しようとした場合、ブロワが生成する低圧空気では瞬間的なエアブローに追従することが難しい。

しかしながら、図３（Ｂ）に示したように、上述した第一実施形態及び第二実施形態に係る圧空気供給システムによれば、ループ配管１を端末装置Ｕの上部に張り巡らせて複数の端末装置Ｕを接続するようにしたことにより、各端末装置Ｕで間欠的に使用される低圧空気の使用量の凹凸を平準化することができ、圧縮比の小さいブロワ２でも低圧空気を効率よく供給することができる。また、母管４により低圧空気の送気経路を一元化することにより、ブロワ２の大型化（例えば、ターボ型ブロワの採用）も可能となり、低圧空気源の比動力を向上させることができ、効率的な運用を図ることができる。また、低圧空気を必要とする端末装置Ｕの上部にループ配管１を配置してループ配管１に複数のブロワ２を接続することにより、低圧空気を送気する配管の長さを短くすることができ、配管の取り回しも容易に行うことができる。

また、ブロワ２は、コンプレッサと空気量を出すには１／３〜１／５の消費動力で済ますことができ、従来のコンプレッサに替えてブロワ２を使用することにより、効果的に省エネルギー化を図ることができる。また、ブロワ２にターボ型ブロワを採用して大型化を図ることにより、ブロワ２の比動力を向上させることができ、さらに省エネルギー化を図ることもできる。したがって、上述した実施形態によれば、間欠的なエアブローを必要とする端末装置Ｕを有する設備であっても、ブロワ２により低圧空気を供給することができ、設備の省エネルギー化を図ることができる。

また、エアブローの吐出圧力を、例えば、０．６ＭＰＡから０．１ＭＰＡに下げた場合を想定すると、低圧空気を送気する際に必要な動力は約１／３にすることができる。さらに、配管の漏れ量は送気する絶対圧力に比例することから、（空気漏れ量）＝１２０×Ｓ×（Ｐ＋０．１）×√（２９３／（２７３＋Ｔ））の計算式を用いることにより、全部で約１／３．５に減らすことができる。なお、計算式中、Ｓは漏れ開口部の有効断面積、Ｐは圧縮空気の圧力、Ｔは空気温度、である。これらの観点からも、本発明は省エネルギー化を図ることができる。

さらに、上述した低圧空気供給システムによれば、圧縮空気の低圧化を実現することにより、ブロワ２や配管設備の構造を簡素化することができ、冷却設備や乾燥設備等の附帯設備を省略化することもでき、設備費を低減することもできる。

次に、上述した実施形態の変形例について説明する。ここで、図４は、図１に示した第一実施形態の第一変形例を示す構成図である。また、図５は、図１に示した第一実施形態の第二変形例を示す構成図である。なお、各変形例において、第一実施形態と共通する部品については同じ符号を付し、重複した説明を省略する。

図４に示した第一実施形態の第一変形例は、母管４に低圧空気の圧力変動を吸収するレシーバタンク７を接続したものである。レシーバタンク７は、ブロワ２と並列に接続されている。このように、母管４にレシーバタンク７を接続することにより、ループ配管１の低圧空気が瞬間的に不足した場合や瞬間的に余った場合に、レシーバタンク７から低圧空気を一時的に供給したり、レシーバタンク７で低圧空気を一時的に貯留したりすることができ、母管４の圧力変動を効果的に吸収することができる。そして、レシーバタンク７がバッファとして作用している間に、ブロワ２の起動や停止の処理を効率よく行うことができる。

図５に示した第一実施形態の第二変形例は、ブロワ２よりも下流にレシーバタンク７を接続し、レシーバタンク７よりも下流の母管４に流量調整機構８を配置したものである。流量調整機構８は、例えば、母管４に接続された主流量調整弁８１と、主流量調整弁８１を迂回可能に接続されたバイパス配管８２と、バイパス配管８２に接続された複流量調整弁８３と、を有する。

ここで、図６は、図５に示した第二変形例の効果を示す説明図である。横軸は時間、縦軸は圧力、を示している。図６に示したグラフは、圧力計発信器５の出力を図示したものである。図示したように、様々な理由により、母管４には圧力変動が生じ、その平均圧力をＰｂ、最大値をＰｍａｘ、最小値をＰｍｉｎとする。かかる圧力変動の変動差が激しい場合や、圧力変動に対してレシーバタンク７の容量が十分でない場合には、レシーバタンク７だけでは圧力変動を吸収しきれないこともある。特に、設置スペースの関係上、レシーバタンク７を設置できない場合や容量を大きくできない場合も考えられる。

このような場合に備えて、第二変形例では、主流量調整弁８１を圧力一定制御して、一定の基本流量Ｑｂを母管４に常に流すように設定しておき、圧力変動により生じる変動流量Ｑｆを複流量調整弁８３で対応してバイパス配管８２に流すようにしている。基本流量Ｑｂは、例えば、全体の９０％の流量に設定される。この場合、変動流量Ｑｆは全体の１０％前後でよいため、バイパス配管８２は、母管４よりも細い配管にする。また、複流量調整弁８３は、圧力変動の脈動に追従させる必要があるため、感度よく設定し、主流量調整弁８１より少容量の小型の流量調整弁が使用される。また、圧力変動の脈動が複数の段階を有するような場合には、バイパス配管８２に対して並列に複数の複流量調整弁８３を配置して複数の迂回経路を形成するようにしてもよい。

本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。

１…ループ配管
１ａ…環状配管
１ｂ…ブリッジ配管
２…ブロワ
３…枝管
４…母管
５…圧力計発信器
６…制御装置
７…レシーバタンク
８…流量調整機構
３１…バルブ
３２…ボリュームタンク
８１…主流量調整弁
８２…バイパス配管
８３…複流量調整弁

Claims (10)

1. 低圧空気を使用する複数の端末装置に低圧空気を供給する低圧空気供給システムであって、
   前記端末装置の上部に配置され少なくとも一つの環状経路を有するループ配管と、
   該ループ配管に接続され前記低圧空気を生成する複数のブロワと、
   前記ループ配管から個々の前記端末装置に前記低圧空気を供給する複数の枝管と、
   を有することを特徴とする低圧空気供給システム。
2. 前記複数のブロワは、前記ループ配管に接続された母管に並列に接続されている、ことを特徴とする請求項１に記載の低圧空気供給システム。
3. 前記母管は、前記ループ配管の略中央部に接続されている、ことを特徴とする請求項２に記載の低圧空気供給システム。
4. 前記母管には、前記低圧空気の圧力変動を吸収するレシーバタンクが接続されている、ことを特徴とする請求項２に記載の低圧空気供給システム。
5. 前記レシーバタンクは、前記複数のブロワよりも下流に接続されており、該レシーバタンクよりも下流の前記母管には流量調整機構が配置されている、ことを特徴とする請求項４に記載の低圧空気供給システム。
6. 前記流量調整機構は、前記母管に接続された主流量調整弁と、該主流量調整弁を迂回可能に接続されたバイパス配管と、該バイパス配管に接続された複流量調整弁と、を有する、ことを特徴とする請求項５に記載の低圧空気供給システム。
7. 前記複数のブロワは、前記ループ配管に対して個々に分散して接続されている、ことを特徴とする請求項１に記載の低圧空気供給システム。
8. 前記複数のブロワは、前記ループ配管の圧力により運転台数が制御されている、ことを特徴とする請求項１に記載の低圧空気供給システム。
9. 前記ループ配管は、格子状又は網目状に構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の低圧空気供給システム。
10. 前記枝管には、前記低圧空気を貯留するボリュームタンクが接続されている、ことを特徴とする請求項１に記載の低圧空気供給システム。