JP2015045266A - 水潤滑式コンプレッサ - Google Patents

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伸武 田中
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Abstract

【課題】コンプレッサを使用する環境等の如何に拘わらず、適時に循環水の浄化が可能な上に、純水装置に頼らずに潤滑水の水質を維持できる技術を提供する。
【解決手段】圧縮機本体12と,レシーバタンク14と、吐出された圧縮空気の温度を検出する温度検出手段13と、圧縮空気を冷却する冷却手段104と、循環水の電気伝導率を測定する電気伝導率測定手段22を備え,測定された電気伝導率を予め設定された強制冷却基準値と比較し強制冷却基準値以上であるときに強制冷却を報知する報知装置50を設け、この報知をした場合には、冷却手段104は、温度検出手段13の出力する温度検出信号如何に拘わらず圧縮空気を冷却する。これにより、コンプレッサ内圧縮空気の温度をより冷やすことで凝縮を促し、その通常よりも多く発生した凝縮水で潤滑水を希釈する。
【選択図】 図2

Description

本発明は、水潤滑式コンプレッサに関し、特に、水潤滑式コンプレッサの潤滑水の水質が交換を必要とする程度に達した時に、水質改善の必要性を報知し、冷却手段の制御により圧縮空気中の凝縮水の発生を促すことで潤滑水を希釈させることにより、潤滑水の水質の改善を図る水潤滑式コンプレッサに関する。
従来、水循環式コンプレッサにおいて,外部給水源より導入された水に含まれている金属イオン等の不純物の析出等による配管詰まり等の弊害を防止するために、イオン交換樹脂等を用いた純水装置を通過させた純水を循環水として導入し、コンプレッサの累積運転時間が所定時間に達する毎に,純水により循環水を交換して循環水の水質を改善する方法が行われている(例えば、特許文献1参照)。
一方、従来より、コンプレッサでは、空冷方式が採用されており、例えば、コンプレッサの吐出し空気を温度センサにより監視し、検出した温度に応じて冷却ファンの回転数(風量)を制御するようにしている(例えば、特許文献2参照)。
特開2007−218209号公報 特開2007−113488号公報
しかしながら、例えば、コンプレッサ潤滑経路内に銅系の材料を使用している場合に、イオン交換樹脂などの純水装置を通過した高純度の水を長時間使用していると、銅イオンが溶け出し酸と反応して緑青が発生することによる機器の故障を招く場合もある。また水質が悪化し、潤滑水が濃縮することによるスケールの発生による機器への影響もあった。
特に、かかる弊害の発生は、コンプレッサを使用する工場等の屋内環境により影響を受けるため、上述したようにコンプレッサの累積運転時間が所定時間に達する毎に,純水により循環水を交換する方法では、コンプレッサを使用する環境によっては交換が間に合わずに、機器が故障してしまう虞がある。また、純水装置を使用しないで潤滑水の水質を制御することが可能となれば、その分コストも節減できる上に、より簡易なシステム構成とすることができる。
そこで、コンプレッサを使用する環境等の如何に拘わらず、適時に循環水の浄化が可能な上に、純水装置に頼らずに潤滑水の水質を維持できる技術の開発が待たれていた。
本発明は上述のような事情から為されたものであり、その目的は、コンプレッサを使用する環境等の如何に拘わらず、適時に循環水の浄化が可能な上に、純水装置に頼らずに潤滑水の水質を維持できる技術を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明は、吸入空気を循環水と共に圧縮する圧縮機本体と,前記圧縮機本体の吐出口と連通し,圧縮機本体より吐出された圧縮空気と循環水とを導入して圧縮空気と循環水とに分離・貯溜するレシーバタンクと、前記吐出された圧縮空気の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の出力する温度検出信号に応じて前記圧縮空気を冷却する冷却手段と、前記循環水の電気伝導率を測定する電気伝導率測定手段を備え,前記圧縮機本体とレシーバタンク間で前記循環水を循環させる水循環式コンプレッサにおいて、更に、外部給水源と前記圧縮機本体及びレシーバタンクとを連通する給水回路と、前記レシーバタンクに連通された排水回路と、前記給水回路の開閉手段及び前記排水回路の開閉手段をそれぞれ設けると共に,前記電気伝導率測定手段により測定された電気伝導率を,予め設定された水質改善報知基準値と比較し,測定された電気伝導率が前記水質改善報知基準値以上であるときに水質改善の必要性を報知することを特徴とする。
更に、前記水質改善の必要性を報知した時は、前記冷却手段は、前記温度検出手段の出力する温度検出信号如何に拘わらず前記圧縮空気を冷却することにより、コンプレッサ内圧縮空気の温度をより冷やすことで凝縮を促し、その通常よりも多く発生した凝縮水で潤滑水を希釈することを特徴とする。
更に、前記レシーバタンク内の水位を制御するレベルセンサと、前記排水回路の開閉手段をそれぞれ動作させて前記レシーバタンク内の水位が上限に達するまで圧縮空気を強制的に冷却し、コンプレッサ内圧縮空気の温度をより冷やすことで凝縮を促す制御手段を備え、前記水質改善の必要性を報知した時は、前記制御手段は、前記レベルセンサにより検出される水位が上限に達した場合に、前記排水を開始し、上限が解除されたら前記排水を停止することを水質改善が図れるまで繰り返す制御を行うことを特徴とする。
ここで、前記水質改善の必要性を報知した時は、前記所定の上限に達して前記排水を開始し、上限が解除されたら前記排水を停止することを繰り返し、水質の改善が図れた場合には、前記制御手段は前記水質改善の必要性の報知を解除するのが好適である。
本発明によれば、外部からの供給水が良質であれば、純水装置等の必要がなく、その分低コストでスケール障害の防止が図れる。また、従来の冷却手段では省エネ性を高める為吐出し空気温度によって制御していたのに対し、本発明では水質が悪化した場合はそれを無視して強制的に冷却し水質改善が図れることができる上に、水質改善の必要性を報知することで、水質改善の必要性を使用者に理解させることができる。
本発明の一実施形態に係る水潤滑式コンプレッサの構成を示す図である。 本発明における水潤滑式コンプレッサの潤滑水の水質を、純水装置に頼ること無く、水質を制御(維持)する原理を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る水潤滑式コンプレッサの潤滑水の水質制御並びに水質改善の必要性の報知とその解除の制御フローを示す図である。 本発明の一実施形態に係る水潤滑式コンプレッサの各部の動作を示すタイムチャートである。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る水潤滑式コンプレッサの構成を示す図である。図1に示すように、本実施形態の水潤滑式コンプレッサ10は、吸入空気を循環水と共に圧縮する圧縮機本体12と、圧縮機本体12の吐出口12aと連通し、圧縮機本体12より吐出された圧縮空気と循環水とを導入して圧縮空気と循環水とに分離・貯溜するレシーバタンク14とを備え、圧縮機本体12とレシーバタンク14間で循環水を循環させている。また、水潤滑式コンプレッサ10は、外部給水源と圧縮機本体12及びレシーバタンク14とを連通する給水回路18と、レシーバタンク14に連通された排水回路20と、循環水の電気伝導率を測定する電気伝導率測定手段としての電気伝導率センサ22、給水回路18の開閉手段としての給水電磁弁SV1及び排水回路20の開閉手段としての排水電磁弁SV2をそれぞれ設けている。また、本実施形態の水潤滑式コンプレッサ10は、吐出された圧縮空気の温度を検出する温度検出手段としての温度センサ13と、温度センサ13の出力する温度検出信号に応じて圧縮空気を冷却する冷却手段としての冷却ファン104を備えており、吐出された圧縮空気の温度を温度センサ13により監視し、検出した温度に応じて冷却ファン104の回転数(風量)を制御するようになっている。更に、本実施形態の水潤滑式コンプレッサ10では、電気伝導率センサ22により測定された電気伝導率を予め設定された水質改善報知基準値と比較し、測定された電気伝導率が水質改善報知基準値以上であるときに水質改善のための強制冷却を報知する報知装置50が設けられている。そして、本実施形態の水潤滑式コンプレッサ10の大きな特徴として、上記水質改善のための強制冷却を報知した時は、温度センサ13の出力する温度検出信号如何に拘わらず冷却ファン104により圧縮空気を強制冷却することにより、コンプレッサ内圧縮空気の温度をより冷やすことで、図2に示すように、レシーバタンク14内で潤滑水の凝縮を促し、その通常よりも多く発生した凝縮水で潤滑水を希釈するようになっている。
本実施形態の水潤滑式コンプレッサ10は、更に、レシーバタンク14内の水位を制御するレベルセンサ32と、排水電磁弁SV2を動作させてレシーバタンク14内の水位が上限を解除するまで排水する制御装置40を備え、上述した報知装置50が水質改善のための強制冷却を報知した時は、制御装置40は、上述した冷却ファン104による圧縮空気の強制冷却制御を水質改善が図れるまで継続させる。即ち、制御装置40は、インバータ40aを有しており、このインバータ40aを介して冷却ファン104の回転数(冷却能力)を可変に制御可能である。また、制御装置40は、電気伝導率センサ22により測定された電気伝導率の情報を取得し、予め設定された水質改善報知基準値と比較し、測定された電気伝導率が水質改善報知基準値以上であるときに、水質改善のための強制冷却中であることを報知装置50により報知する。電気伝導率が報知基準値以下になったら制御装置40は、報知装置50による強制冷却中の報知を解除する。
さて、本実施形態の水潤滑式コンプレッサの各部の構成について詳説する。図1に示すように、水循環式コンプレッサ10は、循環水と共に圧縮空気を圧縮する圧縮機本体12と、圧縮機本体12の吐出口12aに吐出回路12bを介して連通され、圧縮機本体10より循環水との気液混合流体として吐出された圧縮空気を導入するレシーバタンク14を備えている。レシーバタンク14には、レシーバタンク14内で圧縮空気と分離された循環水を圧縮機本体10の給水口12cに導入する復帰回路14bが設けられ、吐出回路12b及び復帰回路14bを介して圧縮機本体10とレシーバタンク14間で循環水を循環させている。また、水循環式コンプレッサ10は、復帰回路14b中にクーラ62、フィルタ64、復水電磁弁SV3を有しており、レシーバタンク14から圧縮機本体10に復帰する循環水をクーラ62により冷却すると共に、フィルタ64により濾過してから、復水電磁弁SV3を介して圧縮機本体10に復帰させている。
また、水循環式コンプレッサ10は、外部給水源からの供給水を圧縮機本体12とレシーバタンク14に導入するための給水回路50を有している。給水回路50には、ストレーナ17が設けられており、外部給水源からの供給水をストレーナ17によりクリーン化(不純物を除去)してから給水電磁弁SV1を介して圧縮機本体12内に給水することができる。尚、給水電磁弁SV1は、給水回路18の開閉手段として設けられ、制御装置40からの電気信号によって給水電磁弁SV1の開閉を制御することにより給水回路50を開閉して圧縮機本体12内への給水の開始又は停止を行うことができる。
更に、水循環式コンプレッサ10は、循環水を機外に排水するためにレシーバタンク14に連結された排水回路20を有し、レシーバタンク14内に貯溜された循環水はレシーバタンク14内の圧力によって排水回路20を介して排水可能になっている。排水回路20には、この排水回路20を開閉する手段として排水電磁弁SV2が設けられ、制御装置40からの電気信号によって排水電磁弁SV2の開閉を制御することにより排水回路20を開閉してレシーバタンク14からの循環水の排水を開始又は停止することができる。
また、水循環式コンプレッサ10は、給水回路18の給水電磁弁SV1と排水回路20の排水電磁弁SV2を開閉制御して圧縮機本体12及びレシーバタンク14に対する給排水、更に、報知装置50を制御して水質改善(強制冷却)の必要性の報知或いは解除を所定のプロセスで行うために、循環水の電気伝導率を測定するための電気伝導率測定手段としての電気伝導率センサ22、レシーバタンク14内の水位を検知するレベルセンサ32、電気伝導率センサ22による測定結果及びレベルセンサ32からの信号に基づいて,排水電磁弁SV2を所定の段階ごとに開閉制御するとともに、報知装置50に水質改善(強制冷却)中の報知或いは解除を行わせる制御装置40を有している。尚、報知装置50としては、ディスプレイパネル等の画像に「強制冷却が必要です。本機は現在強制冷却中です」等の表示を行う装置が考えられるが、ランプ、音等により報知するものでも良い。
電気伝導率センサ22は、循環水の電気伝導率C0を測定し、測定結果の情報を電気信号として制御装置40に出力する。レベルセンサ32は、レシーバタンク14内の水位を、水位上限Lh、水位下限Llの2位置で検知可能であり、レシーバタンク14内の水位レベルを検知して制御装置40に出力する。制御装置40は、電気伝導率センサ22による測定結果及びレベルセンサ32からの信号に基づいて,予め設定されたプログラム等に従って排水電磁弁SV2を開閉制御するとともに、報知装置50に水質改善(強制冷却)の必要性等の報知或いは解除を行わせる。
以下、図3を参照して、本実施形態に係る水潤滑式コンプレッサの潤滑水の水質改善(強制冷却)並びに水質改善(強制冷却)の必要性等の報知とその解除の制御方法の概略を説明する。図3は、水潤滑式コンプレッサ10の潤滑水の水質改善(強制冷却)並びに水質改善(強制冷却)の必要性等の報知とその解除の制御フローを示す図である。図3に示すフローにおいて、電気伝導率センサ22からの電気伝導率測定値に関する信号を受けて、制御装置40は、その電気伝導率測定値を電気伝導率上限値(強制冷却報知基準値)と比較し、電気伝導率測定値が電気伝導率上限値以上であれば(S201でYes)、上述した強制冷却の必要性等を報知する、即ち、報知装置50による強制冷却中の表示をONにする(S202)と共に、強制冷却のプロセスを開始する。即ち、インバータ40aを介して冷却ファン104の回転数を最高回転に制御し(S203)、レベルセンサ32により検出するレシーバタンク14内の水位が水位上限値Lhに達するまで、冷却ファン104を最高回転数に維持し続ける(S204でNo)。冷却ファン104を最高回転数に維持し、圧縮空気の強制冷却を続けると、上述した図2に示すように、圧縮空気の温度をより冷やすことで凝縮を促された凝縮水がレシーバタンク14内の壁面に水滴として付着し、レシーバタンク14内の壁面を流れ落ちて貯まっていくので、レシーバタンク14内の水位が上昇していく。この水位をレベルセンサ32により検出し、水位上限値Lhに達したら(S204でYes)、排水電磁弁SV2を開き排水を開始する(S205)。排水電磁弁SV2を開いて、排水回路20が開くと、排水によりレシーバタンク14内の水位が下降していく。この水位をレベルセンサ32により検出し、水位上限値Lh未満となったら(S206)、排水電磁弁SV2を閉めて排水を停止する(S207)。制御装置40は、電気伝導率センサ22から取得する電気伝導率測定値を監視し続け、その電気伝導率測定値が電気伝導率上限値(強制冷却報知基準値)未満になるまで、以上のS203乃至S207の処理を繰り返す(S208でNo)。一方、電気伝導率センサ22から取得する電気伝導率測定値が電気伝導率上限値(強制冷却報知基準値)未満になったら(S208でYes)、冷却ファン104の回転数を最高回転に維持することを停止し(S209)、強制冷却の必要性の報知を解除する、即ち、報知装置50による強制冷却中の表示をOFFにし(S210)、強制冷却のプロセスを終了する。
続いて、制御装置40による冷却ファン104を最高回転数に維持し、或いはその維持を停止する制御並びに報知装置50に強制冷却の必要性を報知させ或いはその報知を解除させる制御を、図4をも参照して詳説する。図4は、上記各プロセスにおける水潤滑式コンプレッサ10の各部の動作を示すタイムチャートである。循環水の強制冷却が行われていない状態(初期状態)においては、排水電磁弁SV2は排水回路20を閉じた状態にあり、排水は行われていない。レシーバタンク14内の循環水の水位は水位上限Lhに達しておらず、電気伝導率センサ22から取得する電気伝導率測定値に関する信号を受信していない状態にある(図4中のT0)。
以上の初期状態から、水循環式コンプレッサ10を使用する工場等の屋内環境によっては、水循環式コンプレッサ10が外気を吸入して圧縮作業を行うにつれて、循環水中の金属イオン等の不純物量が増加し、循環水の電気伝導率が上昇する場合がある。そして、電気伝導率センサ22から取得する電気伝導率測定値に関する信号(強制冷却信号)を受信し、電気伝導率センサ22により測定された電気伝導率C0が所定の上限値C1以上になったことを制御装置40が判定すると、インバータ40aを介して冷却ファン104の回転数を最高回転に制御し(図4中のT1)、冷却ファン104を最高回転数に維持し、圧縮空気の強制冷却を続けると、上述した図2に示すように、圧縮空気の温度をより冷やすことで凝縮を促された凝縮水がレシーバタンク14内の壁面に水滴として付着し、レシーバタンク14内の壁面を流れ落ちて貯まっていくので、レシーバタンク14内の水位が上昇していく。レベルセンサ32がレシーバタンク14内の水位が水位上限位置Lhに達したことを検知すると、制御装置40は、排水電磁弁SV2を開と成す制御信号を出力する(図4中のT2)。上述したT2段階で開始された排水は、レシーバタンク14内の水位が,所定の水位上限位置Lh未満となったら終了し、電気伝導率センサ22により測定された電気伝導率C0が所定の上限値C1以上である限り、電気伝導率センサ22から取得する電気伝導率測定値に関する信号(強制冷却信号)を受信し続け、冷却ファン104の回転数は最高回転に維持される(図4中のT3)。
冷却ファン104を最高回転数に維持し、圧縮空気の強制冷却を続けると、上述したように、圧縮空気の温度をより冷やすことで凝縮を促された凝縮水がレシーバタンク14内の壁面に水滴として付着し、レシーバタンク14内の壁面を流れ落ちて貯まっていくので、レシーバタンク14内の水位が上昇していく。そして、レシーバタンク14内の壁面に水滴として付着する水は、不純物の無い蒸留水なので、この結果として水質が浄化され、電気伝導率センサ22により測定された電気伝導率C0が所定の上限値C1未満まで低下する。電気伝導率センサ22から取得する電気伝導率測定値に関する信号(強制冷却信号)を受信しなくなるので、電気伝導率センサ22により測定された電気伝導率冷却ファン104の回転数を最高回転に維持することを停止する。レベルセンサ32がレシーバタンク14内の水位が水位上限位置Lhに達したことを検知すると、制御装置40は、排水電磁弁SV2を開と成すが、この排水はレシーバタンク14内の水位が,所定の水位上限位置Lh未満となったら終了する(図4中のT4)。
以上に述べたように、本実施形態の水潤滑式コンプレッサでは、強制冷却で凝縮水を発生させ、水位を増やしつつ希釈していき、このプロセスをレベルセンサの水位上限に達するまで継続する。そして、レベルセンサの水位上限に達したら排水し、上限が解除されるまで排水する(すぐ上限は排水で解除される)プロセスを浄化されるまで繰り返すようにしている。ここで、外部給水源からの給水は漏水等の不具合、故障でレベルセンサ下限を切り異常と判断されるまではしないようにしている。この理由は、外部供給水の影響でスケールや緑青が発生する不具合が出る場合があるので、できるだけ影響を受ける外部供給水での給水は避ける一方、凝縮水という蒸留水に近い水で希釈すれば、そういった不具合も回避できるからである。即ち、強制冷却で一度溜めた凝縮水は、凝縮水での希釈状態を維持する為、必要以上の排水をせず、水位上限を超えた時、オーバフローにならないように排水はするが上限が解除された時点で排水を止めるようにしている。排水し過ぎると、スケールや緑青の発生の原因となる外部供給水が必要となる為、何か不具合が生じない限りは給水電磁弁からの外部供給水を入れる動作はしない趣旨である。
本発明によれば、電気伝導率が所定の強制冷却報知基準値以上になった時に潤滑水の強制冷却の必要性を報知することで、コンプレッサを使用する環境等の如何に拘わらず、強制冷却による循環水の水質改善(浄化)の必要性を適時に報知することが可能である。また、電気伝導率が所定の(強制冷却報知)基準値以上になった時に強制冷却による循環水の水質改善(浄化)をすることで、コンプレッサを使用する環境等の如何に拘わらず、適時に強制冷却による循環水の水質改善(浄化)が可能となる。更に、電気伝導率が所定の(強制冷却報知)基準値以上になった時に強制冷却による潤滑水の水質改善(浄化)をすることでスケールによる障害を防止することができる。また、銅系材料は耐食性があり、価格も安価な為、水を使用する機器には一般的に使用されているが、純水装置が不要なので、長時間 銅系の材料が高純度の水にさらされないようにすることで、潤滑水の純度が高くなり過ぎないことで緑青の発生を抑制できる。
以上により、コンプレッサを使用する環境等の如何に拘わらず、適時に循環水の水質改善(浄化)が可能な上に、純水装置に頼らずに潤滑水の水質を維持できる。
本発明は、水潤滑式コンプレッサの圧縮空気を強制冷却可能なものであれば、広く適用することができる。
10 水潤滑式コンプレッサ、 12 圧縮機本体、 13 温度センサ、
14 レシーバタンク、 18 給水回路、 20 排水回路、
22 電気伝導率センサ、 SV1 給水電磁弁、 SV2 排水電磁弁、
40 制御装置、 50 報知装置

Claims (4)

  1. 吸入空気を循環水と共に圧縮する圧縮機本体と,前記圧縮機本体の吐出口と連通し,圧縮機本体より吐出された圧縮空気と循環水とを導入して圧縮空気と循環水とに分離・貯溜するレシーバタンクと、前記吐出された圧縮空気の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の出力する温度検出信号に応じて前記圧縮空気を冷却する冷却手段と、前記循環水の電気伝導率を測定する電気伝導率測定手段を備え,前記圧縮機本体とレシーバタンク間で前記循環水を循環させる水循環式コンプレッサにおいて、更に、外部給水源と前記圧縮機本体及びレシーバタンクとを連通する給水回路と、前記レシーバタンクに連通された排水回路と、前記給水回路の開閉手段及び前記排水回路の開閉手段をそれぞれ設けると共に,前記電気伝導率測定手段により測定された電気伝導率を,予め設定された強制冷却報知基準値と比較し,測定された電気伝導率が前記強制冷却報知基準値以上であるときに強制冷却による水質改善の必要性を報知することを特徴とする水循環式コンプレッサ。
  2. 更に、前記強制冷却の必要性を報知した時は、前記冷却手段は、前記温度検出手段の出力する温度検出信号如何に拘わらず前記圧縮空気を冷却することにより、コンプレッサ内圧縮空気の温度をより冷やすことで凝縮を促し、その通常よりも多く発生した凝縮水で潤滑水を希釈することを特徴とする請求項1に記載の水循環式コンプレッサ。
  3. 更に、前記レシーバタンク内の水位を制御するレベルセンサと、前記排水回路の開閉手段をそれぞれ動作させて前記レシーバタンク内の水位が上限に達するまで圧縮空気を強制的に冷却し、コンプレッサ内圧縮空気の温度をより冷やすことで凝縮を促す制御手段を備え、前記水質改善の必要性を報知した時は、前記制御手段は、前記レベルセンサにより検出される水位が上限に達した場合に、前記排水を開始し、上限が解除されたら前記排水を停止することを水質改善が図れるまで繰り返す制御を行うことを特徴とする請求項1又は2に記載の水循環式コンプレッサ。
  4. 前記水質改善の必要性を報知した時は、前記所定の上限に達して前記排水を開始し、上限が解除されたら前記排水を停止することを繰り返し、水質の改善が図れた場合には、前記制御手段は前記水質改善の必要性の報知を解除することを特徴とする請求項1乃至3に記載の水循環式コンプレッサ。
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