JP2013227924A

JP2013227924A - 圧縮装置

Info

Publication number: JP2013227924A
Application number: JP2012100578A
Authority: JP
Inventors: Umi Nakanishi; 海中西
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2012-04-26
Filing date: 2012-04-26
Publication date: 2013-11-07
Anticipated expiration: 2032-04-26
Also published as: JP5820332B2

Abstract

【課題】圧縮装置の信頼性を向上する。
【解決手段】圧縮装置は、空気を圧縮して吐出する吐出量調節可能な圧縮機と、前記圧縮機が吐出した圧縮空気から水分を除去する除湿機と、前記除湿機が水分を除去した空気を需要設備に供給する供給流路と、前記除湿機による除湿後の圧縮空気の露点を直接的または間接的に検出する露点検出器と、前記供給流路から分岐し、放風弁を介して大気開放される排気流路と、前記放風弁の開閉を制御する制御装置と、を備え、前記圧縮機から吐出された圧縮空気が供給されつつ前記除湿機が起動され、前記除湿機から前記供給流路に流入する圧縮空気の露点が所定の上限値よりも高い場合に、前記放風弁を開放して前記圧縮空気を大気に排出し、露点が前記上限値以下となった場合に、前記放風弁を閉じて圧縮空気を前記需要設備に供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、除湿機を備える圧縮装置に関する。

圧縮機で空気を圧縮すると、空気の温度が上昇する。圧縮機が吐出した圧縮空気をそのまま需要設備に配管を通して供給すると、配管内で圧縮空気が冷却され、圧縮空気中の水分が結露して、配管内にいわゆるドレンを生じさせる。配管内に水が混入すると、配管や需要設備を錆びさせたり、需要設備で製造した生産物に悪影響を与えたりする。例えば、食品加工設備において、圧縮空気を製品に吹き付けることがあるが、水が混入した空気を食品に吹き付けると、衛生上の問題が生じる。

このため、一般に、圧縮空気を製造する圧縮装置は、特許文献１，２に記載されているように、圧縮空気から水分を除去する除湿機（ドライヤ）を備える。圧縮装置用の除湿機は、通常、冷凍装置により圧縮空気を冷却し、圧縮空気中の水分を結露させて分離するものが使用される。このような除湿機を備える圧縮装置を起動する際は、先ず、除湿機を始動し、除湿機の流路の温度が十分に低下した後に圧縮機の運転を開始することで、需要装置に水分を含んだ圧縮空気が供給されないようにする。

このような除湿機の先行運転時間を短く設定すると、外気が高温多湿である場合等には、十分な除湿能力を発揮する前に圧縮機が起動され、十分に除湿できないまま圧縮空気を送出してしまう。一般的に市販されている圧縮装置における除湿機の先行運転時間は、安全を見込んで３分程度に設定されている。このため、従来の圧縮装置では、圧縮空気の需要の急な上昇に対応できない場合があった。

特許第３７２３４５９号公報特開２００９−５６３９４号公報

前記問題点に鑑みて、本発明は、圧縮装置の信頼性を向上することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、圧縮装置であって、空気を圧縮して吐出する吐出量調節可能な圧縮機と、前記圧縮機が吐出した圧縮空気から水分を除去する除湿機と、前記除湿機が水分を除去した空気を需要設備に供給する供給流路と、前記除湿機による除湿後の圧縮空気の露点を直接的または間接的に検出する露点検出器と、前記供給流路から分岐し、放風弁を介して大気開放される排気流路と、前記放風弁の開閉を制御する制御装置と、を備え、前記圧縮機から吐出された圧縮空気が供給されつつ前記除湿機が起動され、前記除湿機から前記供給流路に流入する圧縮空気の露点が所定の上限値よりも高い場合に、前記放風弁を開放して前記圧縮空気を大気に排出し、露点が前記上限値以下となった場合に、前記放風弁を閉じて圧縮空気を前記需要設備に供給する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の圧縮装置であって、前記制御装置が、前記供給流路内の圧力を検出する圧力検出器、を備え、前記排気流路の上流側の圧力と大気との圧力差、および、前記排気流路の流路断面積に基づいて、前記排気流路から排出可能な圧縮空気の排出流量を算出し、圧縮空気の前記排気流路からの排出時に、前記圧縮機により吐出される圧縮空気の吐出流量を前記排出流量以下とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の圧縮装置であって、前記供給流路の前記排気流路よりも下流側に位置し、圧縮空気の前記排気流路からの排出時に前記供給流路を閉じるストップ弁、をさらに備える。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の圧縮装置であって、圧縮空気の排出時に前記圧縮機にて吐出される圧縮空気の吐出流量が、前記圧縮機の定格回転時の吐出流量よりも少ない。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の圧縮装置であって、前記露点検出器が、露点計である。

本発明によれば、圧縮装置の信頼性を向上することができる。

本発明の第１実施形態の圧縮装置の概略構成図である。本発明の第２実施形態の圧縮装置の概略構成図である。

これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１に、本発明の第１実施形態である圧縮装置１を示す。圧縮装置１は、エアフィルタ２を介して大気を吸い込んで、圧縮して吐出するスクリュ圧縮機３と、スクリュ圧縮機３が吐出した圧縮空気を冷却して、圧縮空気中の水分を凝縮させて除去する除湿機４と、除湿機４が水分を除去した圧縮空気を需要設備に供給する配管からなる供給流路５と、供給流路５から分岐して、放風弁６を介して大気開放された排気流路７とを有する。排気流路７の配管の径は、供給流路５よりも小さい。なお、供給流路５には、図示省略の逆止弁が設けられており、需要設備から供給流路５へと空気が逆流することが防止される。

供給流路５の排気流路７よりも上流側の部位には、除湿後の圧縮空気の露点を検出する露点計である露点検出器８と、圧縮空気の圧力を検出する圧力検出器９とが設けられている。スクリュ圧縮機３は、インバータ１０を用いて回転数が調整されるモータ１１によって駆動され、吐出流量はモータ１１の回転数に応じて調整される。また、圧縮装置１は、露点検出器８の検出値および圧力検出器９の検出値に基づいて、放風弁１０の開閉を制御するともに、インバータ１０の周波数を設定する制御装置１２を有している。

圧縮装置１を駆動する際には、スクリュ圧縮機３および除湿機４が同時に起動される。除湿機４には、スクリュ圧縮機３から吐出された圧縮空気が供給される。なお、除湿機４の起動時に圧縮空気が供給されるのであれば、必ずしも、スクリュ圧縮機３および除湿機４が同時に起動される必要はない。除湿機４内では、圧縮空気の除湿が行われ、圧縮空気が供給流路５に流入する。実際には、圧縮空気の除湿後に、圧縮空気が温められる。制御装置１２では、露点検出器８により、除湿機４から供給流路５へと流入した圧縮空気の露点が検出される。露点が予め設定した上限値（例えば、加圧下において１０℃）より高い場合には、制御装置１２が放風弁６を開放する。そして、制御装置１２にて、圧力検出器９が検出した排気流路７の上流側の圧力、すなわち、供給流路５内の圧力と大気との圧力差、および、排気流路７の流路断面積に基づいて、排気流路７から大気に排出可能な圧縮空気の排出流量が算出される。制御装置１２では、スクリュ圧縮機３により吐出される圧縮空気の吐出流量が当該排出流量と等しくなるように、インバータ１０の周波数が調節される。これにより、スクリュ圧縮機３から吐出された全ての圧縮空気が排気流路７から大気へと排出される。その結果、需要設備に湿度の高い圧縮空気が供給されることが防止される。

露点検出器８の露点が上記上限値以下となると、放風弁６が閉じられ、供給流路５を介して圧縮空気が需要設備へと供給される。このとき、制御装置１２は、スクリュ圧縮機３の吐出流量の増大にともなって増大する除湿負荷が、除湿機４の除湿能力を超えることがないように、つまり、露点検出器８にて検出される露点が再度上記上限値を超えることにならないように、スクリュ圧縮機３の回転数の上昇速度を制御しつつ回転数が定格回転となるまでインバータ１０の設定周波数が増加される。

以上、第１の実施形態に係る圧縮装置１について説明したが、圧縮機の起動前に除湿機の予冷を行う圧縮装置では、圧縮空気が流入しない状態にて除湿機が起動するため、除湿開始直後の圧縮空気の露点を確認することができない。その結果、湿った圧縮空気が需要設備へと供給される虞がある。また、除湿機内にて圧縮空気が過冷却される虞があり、水分が凍結してしまう。これに対し、圧縮装置１では、圧縮空気が流入した状態にて除湿機４が起動するため、圧縮空気の露点を確認することができる。さらに、露点が上限値よりも高い場合には、圧縮空気が排気流路７から排出されるため、湿った圧縮空気の需要設備への流入を防止することができる。除湿機４の予冷が行われないため、圧縮空気が過冷却されることが防止される。このように、圧縮装置１では、露点が確保された圧縮空気を需要設備に供給することができるため、信頼性を向上することができる。

圧縮装置１では、排気流路７からの圧縮空気の排出時に、スクリュ圧縮機３により吐出される圧縮空気の吐出流量が、排気流路７において排出可能な排出流量と等しくされる。その結果、スクリュ圧縮機３の吐出流量が、排出流量よりも多い場合に比べて、効率よく湿った圧縮空気を排出することができる。圧縮装置１では、スクリュ圧縮機３の吐出流量が、排出流量よりも少なくされてもよい。この場合、制御装置１２により、スクリュ圧縮機３の吐出流量が排出流量に１未満の定数を乗じた値と計算上等しくなるようにインバータ１０の設定周波数が選択される。除湿機４に供給される圧縮空気の量が抑えられるため、露点が上限値以下となるまでに要する時間を短くすることができる。その結果、需要設備への圧縮空気の供給を速やかに行うことができる。

図２に、本発明の第２実施形態の圧縮装置１ａを示す。尚、本実施形態において、第１実施形態と重複する構成要素には第１実施形態と同じ符号を付して、重複する説明を省略する。本実施形態の供給流路５は、排気流路７との分岐点よりも下流側に、ストップ弁１３を備えている。

圧縮装置１ａの駆動時には、露点検出器８の検出値が上限値よりも高い場合、制御装置１２は、放風弁６を開放するとともに、ストップ弁１３を閉じる。このように、排気流路７からの圧縮空気の排出時に、ストップ弁１３が供給流路５を閉じるため、排気流路７の排出流量は、スクリュ圧縮機３の吐出流量に一致する。ストップ弁１３の閉鎖により、圧縮装置１ａは、多くの水分を含む露点の高い圧縮空気が需要設備側に流れることを防止するとともに、需要設備側からの圧縮空気の逆流を防止して、損失を低減している。

制御装置１２は、露点検出器８の検出値が上限値よりも低くなるまで、スクリュ圧縮機３の回転数が、例えば定格回転数の３０〜４０％程度の予め設定した回転数とされる。これにより、圧縮空気の排出時におけるスクリュ圧縮機３の吐出流量が定格回転時の吐出流量よりも少なくなり、除湿機４に流入する圧縮空気の量を抑えることができる。その結果、露点が上限値以下となるまでに要する時間を短くすることができ、需要設備への圧縮空気の供給を速やかに行うことができる。

第２の実施形態においても、露点が確保された圧縮空気を需要設備に供給することができるため、圧縮装置１ａの信頼性を向上することができる。圧縮装置１ａでは、圧縮空気を効率よく排出することができるのであれば、スクリュ圧縮機３を定格回転数にて駆動させてもよい。

第２の実施形態では、供給流路５上に圧力検出器が設けられてよい。供給流路５内の圧力が低い場合、スクリュ圧縮機３および除湿機４の起動時に、放風弁６およびストップ弁１３を数秒間閉じて一定の圧力まで供給流路５内を昇圧させる。制御装置１２では、圧力検出器により検出された圧力と大気との圧力差、および、排気流路７の流路断面積に基づいて排出流量が算出される。当該排出流量とスクリュ圧縮機３の吐出流量とが等しくなるようにスクリュ圧縮機３を制御しつつ圧縮空気が排気流路７から排出される。これにより、供給流路５内の圧力を一定に維持することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は様々な変更が可能である。例えば、本発明の供給流路および排気流路は、除湿機のパッケージ内に構成されてもよい。この場合、市販の除湿機のドレン機構が、排気流路として利用される。本実施形態では、除湿機として冷却式以外のものが利用されてもよい。スクリュ圧縮機以外の圧縮機が用いられてよい。圧力検出器９に代えて、流量計が設けられてよい。

露点検出器８は、除湿機４内に設けられてもよい。露点検出器は、圧縮空気の露点を直接検出するセンサだけでなく、除湿機内部の温度や冷媒の圧力を検出して、圧縮空気の露点を間接的に検出するものであってもよい。さらに、露点検出器は、アナログ値を検出するものに限らず、一定の露点温度または対応する他の値において出力が切り替わるスイッチのようなディジタル値を出力するものであってもよい。

また、本発明において、圧縮機の吐出量調節は、回転数制御以外に、吸気調整弁の開度制御等によって行ってもよい。

１，１ａ…圧縮装置
２…エアフィルタ
３…スクリュ圧縮機
４…除湿機
５…供給流路
６…放風弁
７…排気流路
８…露点検出器
９…圧力検出器
１０…インバータ
１１…モータ
１２…制御装置
１３…ストップ弁

Claims

空気を圧縮して吐出する吐出量調節可能な圧縮機と、
前記圧縮機が吐出した圧縮空気から水分を除去する除湿機と、
前記除湿機が水分を除去した空気を需要設備に供給する供給流路と、
前記除湿機による除湿後の圧縮空気の露点を直接的または間接的に検出する露点検出器と、
前記供給流路から分岐し、放風弁を介して大気開放される排気流路と、
前記放風弁の開閉を制御する制御装置と、
を備え、
前記圧縮機から吐出された圧縮空気が供給されつつ前記除湿機が起動され、前記除湿機から前記供給流路に流入する圧縮空気の露点が所定の上限値よりも高い場合に、前記放風弁を開放して前記圧縮空気を大気に排出し、露点が前記上限値以下となった場合に、前記放風弁を閉じて圧縮空気を前記需要設備に供給することを特徴とする圧縮装置。
前記制御装置が、前記供給流路内の圧力を検出する圧力検出器、を備え、前記排気流路の上流側の圧力と大気との圧力差、および、前記排気流路の流路断面積に基づいて、前記排気流路から排出可能な圧縮空気の排出流量を算出し、圧縮空気の前記排気流路からの排出時に、前記圧縮機により吐出される圧縮空気の吐出流量を前記排出流量以下とすることを特徴とする請求項１に記載の圧縮装置。
前記供給流路の前記排気流路よりも下流側に位置し、圧縮空気の前記排気流路からの排出時に前記供給流路を閉じるストップ弁、をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の圧縮装置。
圧縮空気の排出時に前記圧縮機にて吐出される圧縮空気の吐出流量が、前記圧縮機の定格回転時の吐出流量よりも少ないことを特徴とする請求項３に記載の圧縮装置。
前記露点検出器が、露点計であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の圧縮装置。