JP2015190465A

JP2015190465A - 圧縮機

Info

Publication number: JP2015190465A
Application number: JP2014070866A
Authority: JP
Inventors: 妙朗高橋; Shiro Takahashi; 伸之成澤; Nobuyuki Narusawa
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2015-11-02

Abstract

【課題】従来技術では起動時に圧縮機本体をアンロード状態とするために、タイマーや制御装置を用いて電磁弁制御が必要となり、部品点数の増加や制御回路等の複雑化による組立て時の作業性低下など、製造コストが増加するという問題がある。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、タイマー、制御装置などの部品をなくし、簡易で安価な起動負荷軽減構造を目的とする。
【解決手段】流体を圧縮する圧縮機本体と、前記圧縮機本体の運転を制御する制御部と、前記圧縮機本体で圧縮された流体を貯蔵するタンクと、前記圧縮機本体を無負荷状態にするアンローダ機構と、を備え、前記制御部は、前記アンローダ機構の動作と前記圧縮機本体の動作を連動して制御し、前記圧縮機本体の停止時は前記圧縮機本体を無負荷状態にする。
【選択図】図3

Description

本発明は、圧縮機に関するものである。

本技術分野の従来技術としては、例えば特開平６−１８５４６８号公報（特許文献１）と特開２０００−４５９５７号公報（特許文献２）が知られている。

特許文献１には、「圧縮機本体を駆動するモータと、該モータの起動時に前記圧縮機本体をアンロード運転状態とするアンロード機構とを備えた空気圧縮機」が記載されている。また、特許文献２には、「アンロード運転状態を起動時、停止時及び電源電圧低下時に直ちに行うと共にタイマーにより一定時間行う」圧縮機のアンロード制御機構が記載されている。

特開平６−１８５４６８号公報特開２０００−４５９５７号公報

上述した従来技術では起動時に圧縮機本体をアンロード状態とするために、タイマーや制御装置等を用いて電磁弁の作動制御が必要となり、部品点数の増加や制御回路等の複雑化による組立て時の作業性低下など、製造コストが増加するという問題がある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、簡易で安価な起動負荷軽減構造を実現した圧縮機を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために本発明は、流体を圧縮する圧縮機本体と、前記圧縮機本体の運転を制御する制御部と、前記圧縮機本体で圧縮された流体を貯蔵するタンクと、前記圧縮機本体を無負荷状態にするアンローダ機構と、を備え、前記制御部は、前記アンローダ機構の動作と前記圧縮機本体の動作とを連動して制御し、前記圧縮機本体の停止時に前記圧縮機本体を無負荷状態にすることを特徴とする圧縮機を提供する。

本発明によれば、上記特徴を有することで、簡易で安価な起動負荷軽減構造を実現した圧縮機を提供することができる。

本発明の一実施例の構成を模式的に示す図である。本発明の一実施例の構成を模式的に示す図である。本発明の一本発明の一実施例の制御開路を示す図である。本発明の一実施例のモータ、タンク内圧力、三方電磁弁、アンローダ機構の状況を示した図である。従来技術の制御回路の一例を示す図である。本発明の一実施例の構成を模式的に示す図である。本発明の一実施例の圧縮機の運転状況、回転数、アンローダ配管１２内の圧力を示した図である。本発明の一実施例の制御開路を示す図である。

以下、図面を用いて実施例を説明する。

本実施例では、空気等の流体を圧縮する圧縮機の一例として、次のような構成の往復動式空気圧縮機に適用した場合を例に挙げて示している。往復動式空気圧縮機は、図１に示すような圧縮機本体１と、圧縮機本体１を駆動させるモータ２と、圧縮機本体１から吐出された圧縮空気を貯蔵するタンク３と、圧縮機本体１の運転を制御する制御部とで概略構成されている。

図２に圧縮機本体1の構成を示す。圧縮機本体１はピストン４が摺動可能に嵌装されたシリンダ５の上部のシリンダヘッド６に吐出室７と吸込室８が設けられており、それぞれ吐出弁９と吸込弁１０を介してシリンダ５内に連通している。

タンク３の上部には、圧力開閉器１１、三方電磁弁１２が取り付けられており、三方電磁弁１２はアンローダ配管１３にてアンローダ機構１４に接続されている。アンローダ機構１４は、タンク３からの圧縮空気により作動し、アンローダピストン１５を押し下げ吸込弁１０を強制的に押し開き、常時開弁状態にできるようになっている。以下、この状態をアンロード状態とする。

図３に本実施例の起動不負荷低減に係る制御部の制御回路を図４にモータ２、タンク３内圧力、三方電磁弁１２、アンローダ機構１４の作動のタイムチャートを示す。

制御回路は、図３に示すように、圧力開閉器１１と、三方電磁弁１２と、ON-OFFスイッチ１６と、励磁コイル１７を有する。圧力開閉器１１は、タンク３内の圧力に応じて開路または閉路となり、制御回路の通電状態を制御する。三方電磁弁１２は、通電状態によって圧縮空気の経路を切り替え、アンローダ配管１３をタンク３内と連通させたり、大気開放したりする。ON-OFFスイッチ１６は、電源から制御回路への通電のON/OFFを制御する。励磁コイル１７は、通電することによって電源―モータ２間を閉路にする。

以下、制御回路による圧縮機本体１の運転の制御について説明する。圧力開閉器１１が閉路状態の場合、ON-OFFスイッチ１６をONにすると、励磁コイル１７と三方電磁弁１２は通電する。励磁コイル１７は通電すると、電源―モータ２間を閉路にするので、モータ２が作動し圧縮機本体１が運転する。また、三方電磁弁１２は、通電した状態では、図２に示すようにアンローダ配管１３を大気開放しており、アンローダピストン１５を押し下げない。よって、圧縮機本体１は空気を圧縮し、圧縮空気をタンク３内に供給することができる。以下、この状態を通常運転状態とする。

圧縮機本体１が通常運転状態である時にON-OFFスイッチをOFFにすると、励磁コイル１７と三方電磁弁１２への通電が遮断される。励磁コイル１７は、通電していない場合、電源―モータ２間を開路にするので、モータ２の作動を止め圧縮機本体１を停止させる。この時、三方電磁弁１２は、タンク３からアンローダ配管１３への経路を開き、タンク３内の圧縮空気がアンローダ機構１４に供給され、圧縮機本体１をアンロード状態にする。

なお、圧力開閉器１２が開路状態の場合、ON-OFFスイッチがONあるいはOFFいずれの時でも、励磁コイル１７は通電しないので、モータ２は作動せず、圧縮機本体１は通常運転状態にならない。

次に、圧力開閉器１１の動作および作用について説明する。圧力開閉器１１は、図４に示すように、タンク３内の圧力が所定の上限圧力P2に達してから下限圧力P1まで下がる間に開路になり、それ以外、例えばタンク３内の圧力が下限圧力P1以下の状態から運転し、上限圧力P2に達するまでの間は閉路となる。そのため、タンク３内の圧力が上記下限圧力P１以下の状態で、ON-OFFスイッチ１６をONにすると、励磁コイル１７と三方電磁弁１２は通電し、圧縮機本体１は通常運転状態になる。よって、モータ２は作動し、圧縮空気をタンク３内に供給する。そして、図４に示すように、圧縮空気がタンク３内に供給され、タンク３内の圧力が所定の上限圧力P２に達した時、圧力開閉器１１は開路となり、励磁コイル１７と三方電磁弁１２の通電は遮断される。よって、モータ２は停止して圧縮機本体１はアンロード状態になり、タンク３内への圧縮空気の供給を停止する。

モータ２が停止した状態では、タンク３内には新たな圧縮空気は供給されないので、図４に示すように、タンク３内の圧縮空気の使用あるいは漏れ等によりタンク３内の圧力は低下していく。このとき、タンク３内の圧力が上記した下限圧力P１以下に達すると、圧力開閉器１１は、閉路となり、モータ２を作動させ、圧縮機本体１を通常運転状態にし、タンク３内の圧力が上記した上限圧力P２に達するまで圧縮空気をタンク３内に供給する。このように、圧縮機本体１は、制御回路を有することで、圧縮機本体１の運転を制御し、タンク３内の圧力を所定の範囲内に維持することができる。

以上のように構成した本実施例の作用について次に説明する。

タンク３に圧縮空気が貯留された状態で圧縮機本体１が停止した時に、圧縮機本体１の吐出弁９に圧縮空気の漏れがある場合、タンク３より圧縮空気がシリンダ５内に逆流する。このとき、吸込弁１０から大気への圧縮空気の漏れ量とピストンリングの間からクランクケース内に抜けていく圧縮空気の漏れ量の和より吐出弁９の圧縮空気の漏れ量が多い場合、シリンダ５の内圧が上昇する。この状態で圧縮機本体１を再起動しようとした場合、シリンダ5の圧力が高いために、ピストン荷重による負荷トルクが始動トルクに対して上回り、圧縮機本体１を再起動できないことがある。

そこで従来技術では、図５に示すように、タイマー１８と三方電磁弁１２を使用し、三方電磁弁１２が数秒間だけ通電している時にアンロード状態となるようにしていた。例えば、圧縮機本体１を起動し、タイマー１８に通電してから数秒後、タイマー１８に連動したスイッチが開路となるような構成を備えることで、三方電磁弁１２が圧縮機本体１の運転開始から数秒間通電するようにしていた。その結果、圧縮機本体１は起動時に数秒間アンロード状態になるので、シリンダ内の圧縮空気を逃し、起動負荷を軽減していた。しかし、そのためには一定時間三方電磁弁１２を作動させるためのタイマー１８や制御装置が必要である。

本実施例では、圧縮機本体１の停止時に、すなわち三方電磁弁１２が通電していない時に上記したアンロード状態とすることで、吐出弁９の漏れ量が、吸込弁８から大気への圧縮空気の漏れ量とピストンリングの間からクランクケース内に抜けていく圧縮空気の漏れ量との和に対して多い場合においても、シリンダ５の内圧の上昇を防ぎ、圧縮機本体１の起動負荷を軽減している。このとき、三方電磁弁１２は、先の図４等を用いて説明したとおり、ON-OFFスイッチ１６と圧力開閉器１１に連動して制御されているので、圧縮機本体１の運転と停止に伴い作動し、圧縮機本体１を通常運転状態とアンロード状態にする。よって、圧縮機本体１は、タイマー１８などの制御装置を必要とせず、安価で簡易な構成により圧縮機本体１の起動負荷軽減が可能となる。

本実施例では、図６、図７を用いて本発明を説明する。図７の本体回転数に示すようにモータ電源の停止直後は、回転慣性により圧縮機本体は回転しており、ピストンが上下している。タンク３内の圧力が低く、アンローダピストンの押し下げ力が充分でない状況では、ピストンが上昇するとき、その動圧により、アンローダピストン１５が押し上げられ、上下に振動することがある。この状態をチャタリングという。その際、アンローダピストン１５と空気弁の衝突による異常音が発生するだけでなく、アンローダピストン１５の折損等不具合につながるおそれがある。そこで、本実施例では、アンローダピストンに発生するチャタリングの防止が可能な構成の例を説明する。
図６は、実施例２における構成図の例である。既に説明した図１、３に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。実施例１との差異は、タンク３とアンローダ配管１３の間にオリフィス１９を有することである。以上のように構成した本実施例の作用について次に説明する。

図７はモータ２の運転状況、回転数、アンローダ配管１３内の圧力を示したものである。

実施例１で説明した方式ではタンク３の圧力が０．２〜０．３ＭＰａ時にON-OFFスイッチ１６で圧縮機本体１の運転を停止させると、三方電磁弁１２への通電が遮断され、タンク３とアンローダ配管１３が開路となり、タンク３の圧力により、アンローダピストン１５が押し下げられ、吸込弁１０を強制的に押し開きアンロード状態となる。

そこでタンク３から三方電磁弁１２の間にオリフィス１９を入れることにより、三方電磁弁１２への通電が遮断され、タンク３とアンローダ配管１３が開路になった後のアンローダ配管１３内の圧力上昇速度を緩やかにする。これにより、図７に示すように、ON-OFFスイッチ１６で圧縮機本体１の運転を停止させた後、回転慣性により圧縮機本体１が回転している間、アンローダ配管１３内の圧力が低く保たれるので、アンローダピストン１５が吸込弁１０を押し下げず、チャタリングの発生を抑制する事が可能となる。また、圧縮機本体１の回転は、アンローダ配管１３内の圧力の上昇と共に減速していくので、圧縮機本体１の回転数が充分に低下した状態で、圧縮機本体１をアンロード状態にする事ができる。圧縮機本体１の回転数が低ければ、ピストン４の上下による動圧は小さいので、タンク３の圧力が低く、吸込み弁１０に対するアンローダピストン１５の押し下げ力が弱い状態でも、チャタリングの発生を抑制することができる。

本実施例では、タンク３の圧力が低い状態で停止した際のアンローダピストン１５のチャタリングの防止が可能なもう一つの構成の例を説明する。本実施例は実施例１に対して制御部の制御回路の構成を変更したものである。
図８は、実施例３における起動不負荷低減に係る制御回路の例である。実施例１の制御回路ではタンク３の圧力が低いときにON-OFFスイッチ１６で圧縮機本体１を停止すると同時に三方電磁弁１２への通電が遮断され、実施例２で述べた不安定なアンロード状態となり、チャタリングが発生することがある。本実施例の制御回路は、三方電磁弁１２をON-OFFスイッチ１６と並列に接続する。ON-OFFスイッチ１６で圧縮機本体１を停止させた場合には、三方電磁弁１２は通電しているため、アンロード状態にはならず、低圧時に停止させた場合でもチャタリングの発生を抑制する事ができる。一方、圧縮機本体１が、タンク３の圧力が所定の圧力以上の時に停止した場合には、圧力開閉器１１は開路となるので、実施例１、２と同様に三方電磁弁１２への通電が遮断され、アンロード状態になる。このときはタンク３の圧力が充分に高いため、圧縮機本体１の停止時において、回転慣性により圧縮機本体が回転し、ピストンの上下による動圧が発生していても、アンローダピストン１５のチャタリングは発生しない。以上に説明した通り、本実施例では、圧力開閉器１１に連動して三方電磁弁１２が圧縮機本体１を通常運転状態またはアンロード状態にすることで、タンク３の圧力が低い状態で停止した際のアンローダピストン１５のチャタリングの発生を抑制する事ができる。

なお、往復動式圧縮機について説明したが、アンローダ機構を有する圧縮機であれば、往復動式に限らない。例えば、スクロール式、スクリュー式にも適用できる。また、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。また、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１圧縮機本体
２モータ
３タンク
４ピストン
５シリンダ
６シリンダヘッド
７吐出室
８吸込室
９吐出弁
１０吸込弁
１１圧力開閉器
１２三方電磁弁
１３アンローダ配管
１４アンローダ機構
１５アンローダピストン
１６ ON-OFFスイッチ
１７励磁コイル
１８タイマー
１９オリフィス

Claims

流体を圧縮する圧縮機本体と、
前記圧縮機本体の運転を制御する制御部と、
前記圧縮機本体で圧縮された流体を貯蔵するタンクと、
前記圧縮機本体を無負荷状態にするアンローダ機構と、
を備え、
前記制御部は、前記アンローダ機構の動作と前記圧縮機本体の動作とを連動して制御し、前記圧縮機本体の停止時に前記圧縮機本体を無負荷状態にすることを特徴とする圧縮機。
請求項１に記載の圧縮機であって、
前記アンローダ機構は、前記タンクと連通した経路を有し、前記経路を介して供給される前記流体を用い、前記圧縮機本体を無負荷状態にすることを特徴とする圧縮機。
請求項２に記載の圧縮機であって、
前記アンローダ機構は、前記経路の連通を切り替える電磁弁を有することを特徴とする圧縮機。
請求項３に記載の圧縮機であって、
前記電磁弁は、前記圧縮機本体の停止時に前記タンクと前記アンローダ機構を連通させることを特徴とする圧縮機。
請求項４に記載の圧縮機であって、
前記電磁弁は、前記圧縮機本体の運転時に前記アンローダ機構を大気開放する事を特徴とする圧縮機。
請求項４に記載の圧縮機であって、
前記制御部は、前記タンクの内部の圧力に応じて前記圧縮機本体の運転あるいは停止の切り替えを行うことを特徴とする圧縮機。
請求項４に記載の圧縮機であって、
前記電磁弁と前記タンクとの間にオリフィスを設けることを特徴とする圧縮機。
請求項６に記載の圧縮機であって、
前記制御部は、前記タンクの内部の圧力が所定の値より低い状態で圧縮機本体の運転が停止した場合に、前記圧縮機本体の運転時における前記電磁弁の状態を維持することを特徴とする圧縮機。
流体を圧縮する圧縮機本体と、
前記圧縮機本体の運転を制御する制御部と、
前記圧縮機本体で圧縮された流体を貯蔵するタンクと、
前記圧縮機本体を無負荷状態にするアンローダ機構と、
を備え、
前記制御部は、前記圧縮機本体のＯＮ／ＯＦＦを制御するスイッチング素子と、圧力開閉器と電磁弁とを有する制御回路を備え、
前記制御回路は、前記圧力開閉器と前記電磁弁を直列にし、前記圧力開閉器が通電すると前記電磁弁も通電し、前記アンローダ機構による前記圧縮機本体の無負荷状態を解除することを特徴とする圧縮機。
請求項９に記載の圧縮機であって、
前記制御回路は、前記スイッチング素子と前記電磁弁を並列に接続していることを特徴とする圧縮機。