JP2016132149A - 圧縮空気供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】効率的な圧縮空気供給システムを提供する。【解決手段】圧縮空気供給システムは、空気を多段階で昇圧するために直列に接続された少なくとも２台の圧縮機１５，１６を備え、少なくとも２台の圧縮機１５，１６によって生成された比較的高圧の圧縮空気をブロー成形機５０に供給する高圧空気供給系統１１と、高圧空気供給系統１１が供給する圧縮空気よりも低圧の圧縮空気を低圧空気消費設備６０へ供給する低圧空気供給系統１２と、高圧空気供給系統１１の少なくとも２台の圧縮機１５，１６を接続する管路から分岐された分岐管路１３であって、少なくとも２台の圧縮機１５，１６のうちの少なくとも１台が生成した圧縮空気を低圧空気供給系統に又は低圧空気消費設備に供給する分岐管路１３とを具備する圧縮空気供給システム。【選択図】図１

Description

本発明は、生産機械設備等に圧縮空気を供給する圧縮空気供給システムに関する。

例えば、ペットボトルに充填された飲料を製造する飲料工場では、圧縮空気が様々な用途に利用されている。そのような飲料工場における圧縮空気供給システムは、例えば、無菌充填設備、調合設備、及び包装設備等のエアシリンダで作動する設備を駆動するための低圧の圧縮空気と、例えば、ペットボトル成形用のブロー成形機を駆動するための高圧の圧縮空気を異なる系統で供給している。そして、圧縮空気は大量に使用されるので、その消費量を削減して、工場のエネルギ消費量を削減するとともに、圧縮空気供給システムの設備費用を抑制することが常に求められている。

圧縮空気の消費量を減らすために、例えば特許文献１では改良されたブロー成形機が提案されている。そこでは、ブロー成形機において成形の最終段階で用いられた高圧の圧縮空気を大気に解放するのではなく成形の最初の段階で用いられる低圧の圧縮空気として再利用することが行われる。但し、特許文献１の場合、ブロー成形機の範囲内での効率の向上に限られる。

特表２００８−５１１４７１号公報

本発明は、上記事情を鑑みて為されたものであって、効率的な圧縮空気供給システムを提供することをその目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、空気を多段階で昇圧するために直列に接続された少なくとも２台の圧縮機を備え、前記少なくとも２台の圧縮機によって生成された比較的高圧の圧縮空気をブロー成形機に供給する高圧空気供給系統と、前記高圧空気供給系統が供給する圧縮空気よりも低圧の圧縮空気を低圧空気消費設備へ供給する低圧空気供給系統と、高圧空気供給系統の少なくとも２台の圧縮機を接続する管路から分岐された分岐管路であって、前記少なくとも２台の圧縮機のうちの少なくとも１台が生成した圧縮空気を低圧空気供給系統に又は低圧空気消費設備に供給する分岐管路と、を具備する圧縮空気供給システムを提供する。

これによると、低圧空気消費設備に対する圧縮空気供給源として、低圧空気供給系統だけでなく、能力的に過剰なマージンが含まれる傾向のある高圧空気供給系統も選択肢に入るので、圧縮空気供給システム全体の効率を高めることが可能になる。また、前記選択肢が増えることから、距離的により近く、従って管路の圧力降下のより小さい圧縮空気供給源が低圧空気消費設備のために選択される可能性が高められる。

本発明では、圧縮空気供給システムは、ブロー成形機においてブロー成形に用いられた後の圧縮空気を低圧空気供給系統へまたは低圧空気消費設備へ供給する空気再利用管路を更に具備することが可能である。

これによると、従来大気に解放されていたか又はブロー成形機で再利用されていた高圧空気供給系統の圧縮空気が低圧空気供給系統へまたは低圧空気消費設備へ供給されるので、前述したのと同様の効果を得ることが可能になる。

本発明では、圧縮空気供給システムは、分岐管路中に設けられた自動弁を更に具備することが可能であり、前記自動弁によって、分岐管路を流れる圧縮空気流量が、ブロー成形機の作動に影響を与えないように制御される。これにより、ブロー成形機の正常作動が確実にされる。

本発明の実施形態による圧縮空気供給システムの概略的系統図である。 図１の圧縮空気供給システムの部分詳細図であって、高圧空気供給系統とそれに関連する低圧空気供給系統の一部分を示す部分詳細図である。

本発明による圧縮空気供給システムの実施形態を図１及び図２を参照して以下に説明する。本明細書では、飲料を製造してペットボトルに充填する飲料工場に設置される圧縮空気供給システム１０を実施形態として説明する。

この圧縮空気供給システム１０は、ペットボトル（図示せず）を成形するためのブロー成形機５０へ比較的高圧の圧縮空気を供給する高圧空気供給系統１１と、高圧空気供給系統１１が供給する圧縮空気よりも低圧の圧縮空気を工場内の様々な低圧空気消費設備６０へ供給する低圧空気供給系統１２と、高圧空気供給系統１１で生成する圧縮空気の一部を低圧空気消費設備６０に供給する分岐管路１３と、ブロー成形に用いられた後の圧縮空気を低圧空気供給系統１２へ供給する空気再利用管路１４とを具備している。

高圧空気供給系統１１は、空気を２段階で昇圧するために直列に接続された２台の圧縮機、即ち低圧段側の第１圧縮機１５と高圧段側の第２圧縮機１６とを含んでいる。これら２台の圧縮機は高圧圧縮機室１７に設置されている。高圧空気供給系統１１は更に、２台の圧縮機の間の管路に設けられた第１バッファタンク１８と、第２圧縮機１６の吐出側の管路に設けられた第２バッファタンク１９と、第２バッファタンク１９の下流のブロー成形機５０の流入口の直前に設けられた二つの減圧弁２１，２２とを具備している。

図１に示されるブロー成形機５０は、比較的低圧Ｐ１の空気圧を利用する第１段階と比較的高圧Ｐ２の空気圧を利用する第２段階とからなる工程でプリフォーム（図示せず）を膨張させてペットボトル（図示せず）に成形する公知のタイプのものである。このように、各段階で互いに異なる圧力の空気が利用されるので、第２のバッファタンクの下流で管路は第１段階用管路２３と第２段階用管路２４の二つに分岐されて、二分岐された管路２３，２４の各々に前記減圧弁２１，２２が設けられる。なお、本実施形態では、ブロー成形の第１段階では概ね１ＭＰａ、及び第２段階では概ね３．５ＭＰａの圧縮空気が用いられる。

低圧空気供給系統１２は、第１低圧圧縮機室２５に並列に配置された３台の圧縮機２６と、それら圧縮機２６の下流に接続された一つの第３バッファタンク２７及び第１エアドライヤ２８、並びに第２低圧圧縮機室２９に並列に配置された４台の圧縮機３１と、それら圧縮機３１のそれぞれの下流側に接続された合計４つの第２エアドライヤ３２と、これら第２エアドライヤ３２の下流に接続された１つの第４バッファタンク３３と、それらを接続する管路とを含んでいる。低圧空気供給系統１２は更に、第１エアドライヤ２８の下流側に第５バッファタンク３４と、第４バッファタンク３３の下流側に第６バッファタンク３５を含んでいる。また、第１低圧圧縮機室２５からの管路と第２低圧圧縮機室２９からの管路は、連絡管路３６を介して接続されている。なお、本実施形態では、第１低圧圧縮機室２５における３台の圧縮機２６の出力はそれぞれ７５ｋＷであり、第２低圧圧縮機室２９における４台の圧縮機３１の出力はそれぞれ１００ｋＷである。

本実施形態では、第１低圧圧縮機室２５と第２低圧圧縮機室２９と高圧圧縮機室１７とは工場内の互いに離れた場所に配置されている。

低圧空気供給系統１２から供給された圧縮空気は、最終的には工場内の各所に設置されている様々な低圧空気消費設備６０に供給されてそれら設備を駆動する。これら低圧空気消費設備６０は、エアシリンダを有する、例えば、飲料液体の殺菌設備、飲料充填設備、包装設備、調合設備、及び排水設備等である。

本実施形態による圧縮空気供給システム１０の分岐管路１３は、高圧空気供給系統１１の２台の圧縮機の間の管路に設けられた第１バッファタンク１８から分岐されて、複数の低圧空気消費設備６０の一つに接続される。この分岐管路１３によって、高圧空気供給系統１１の第１圧縮機１５で生成された圧縮空気の一部が低圧空気消費設備６０の一つに供給される。

分岐管路１３には、図２に示されるように、自動弁３７、安全弁３８、及び管路の保守等のための仕切弁３９が設けられている。また、第１バッファタンク１８に第１圧力計４１が、第２バッファタンク１９に第２圧力計４２が、及び分岐管路１３の自動弁３７と安全弁３８との間に第３圧力計４３が設けられていて、第１圧力計４１と第３圧力計４３の圧力データが自動弁３７に供給されるようにそれらが信号線で接続されている。

自動弁３７は、分岐管路１３へ分岐する空気流量によってブロー成形機５０の正常な作動が阻害されることがないように、前記分岐する空気流量を制御するために設けられている。本実施形態では、第１バッファタンク１８の圧力が０．７ＭＰａのとき、第２圧縮機１６は、第１圧縮機１５から受けた圧縮空気を、ブロー成形機５０を正常に作動させることのできる圧力まで昇圧させることができる。このため、自動弁３７は、第１圧力計４１の圧力が０．７ＭＰａ以上である場合に、第３圧力計４３の圧力が０．６ＭＰａ〜０．６５ＭＰａの範囲にあるように空気流量を制御する。また、自動弁３７は、第１圧力計４１の圧力が０．７ＭＰａ未満である場合には、分岐管路１３への空気の流入を阻止するために自らを全閉（弁開度０％）にする。

このように、自動弁３７が分岐管路１３を流れる空気流量を制御するので、ブロー成形機５０の作動に影響を与えることなく、低圧空気消費設備６０の一つに必要な圧縮空気を供給することが可能になる。なお、本実施形態では、分岐管路１３は第１バッファタンク１８から低圧空気消費設備６０に接続されるが、分岐管路１３は第１バッファタンク１８から低圧空気供給系統１２内の任意のバッファタンクまたは管路へ接続されることも可能である。

次に、空気再利用管路１４について以下に説明する。空気再利用管路１４は、ブロー成形機５０において第２段階のブロー成形に用いられた後の圧縮空気を低圧空気供給系統１２内の第５バッファタンク３４へ供給するように構成されている。ブロー成形機５０の第２段階で用いられた空気は、使用後といえども、低圧空気供給系統１２内の空気圧力よりも十分に高い圧力を保持しているので、ブロー成形機５０に備えられている図示しない切替弁が操作されることによって、成形されたペットボトル内の高圧空気は低圧空気供給系統１２内の第５バッファタンク３４へ向かって流れることができる。これにより、従来は成形の第２段階に用いられた後に大気解放されていたか又はブロー成形機の低圧側の成形の第１段階に再利用されていた圧縮空気を低圧空気供給系統１２へ供給することが可能になる。

なお、本実施形態では、空気再利用管路１４はブロー成形機５０から第５バッファタンク３４に接続されるが、空気再利用管路１４は低圧空気供給系統１２内のその他のバッファタンク、管路、あるいは低圧空気消費設備６０へ接続されることも可能である。

ところで、高圧空気供給系統１１の圧縮機を選定する際に、第１圧縮機１５の必要能力は、低圧空気消費設備６０への空気供給分も予め含めて決定されても、従来と同様にブロー成形機５０への空気供給だけを前提に決定されても、どちらも可能である。ブロー成形機５０だけを考慮して決定したとしても、ブロー成形機５０の作動を阻害することなく、分岐管路１３を通して低圧空気消費設備６０へ、その設備を稼働させるのに十分な空気量を供給できる可能性が高い。その理由は、第１には、ブロー成形機５０に必要な圧縮空気の圧力及び流量は、想定される最大容量のペットボトルに対して最悪の条件を前提にしてブロー成形機５０の製造者が算出した値であるので、多くの場合、かなりのマージンが含まれているからである。また第２には、圧縮機は、通常は、圧縮機メーカーが段階的にラインナップする標準品の中から必要な能力以上のものが選定されるからである。

このように、選定された圧縮機の能力には、実際にはかなりのマージンが含まれているので、そのマージン分に相当する量以下のある量の圧縮空気を分岐管路１３を介して低圧空気消費設備６０等へ供給することができる。その結果、高圧空気供給系統１１が有する圧縮機の能力が最大限に有効利用されて、圧縮空気供給システムの効率が高められる。

実際に、本実施形態の圧縮空気供給システム１０によると、分岐管路１３及び空気再利用管路１４を通して低圧空気消費設備６０側へ供給可能な圧縮空気量は、低圧空気供給系統１２の出力１００ｋＷの圧縮機３１の１台分に相当する程のものである。

但し、前述したとおり、高圧空気供給系統１１の第１圧縮機１５の能力は、低圧空気消費設備６０あるいは低圧空気供給系統１２への空気供給分も予め含めて決定されてもよい。これは、多数の低圧空気消費設備６０に高圧空気供給系統１１から圧縮空気を供給する場合等に適している。

また、このような場合でも、工場内の様々な場所に分散配置されている低圧空気消費設備６０に対する空気供給源の選択の自由度が高まるという効果が得られる。つまり、低圧空気消費設備６０とそれに対する圧縮空気供給源との間の管路長は短いことが圧力降下の低減の観点から有利であるが、本実施形態のように、低圧空気消費設備６０に対する圧縮空気供給源として、低圧空気供給系統１２の圧縮機だけでなく高圧空気供給系統１１の第１圧縮機１５あるいはブロー成形機５０も選択可能である方が管路長の短縮、即ち、圧力降下の低減という観点から有利であることは明らかであろう。

その他の実施形態
前述の実施形態では、高圧空気供給系統１１は直列に接続された２台の圧縮機を含んでいたが、高圧空気供給系統１１が３台以上の直列に接続された圧縮機を含む実施形態も可能である。

前述の実施形態では、圧縮空気供給システム１０は、分岐管路１３と空気再利用管路１４の両方を具備していたが、空気再利用管路１４を具備しない実施形態も可能である。

本発明は、ペットボトル入りの飲料を製造する飲料工場に設置されている圧縮空気供給システム１０を実施形態として説明されてきたが、本発明による圧縮空気供給システムは、そのような飲料工場以外の様々な分野の工場等にも適用されてよい。

１０ 圧縮空気供給システム
１１ 高圧空気供給系統
１２ 低圧空気供給系統
１３ 分岐管路
１４ 空気再利用管路
１５ 第１圧縮機
１６ 第２圧縮機
１８ 第１バッファタンク
２１ 減圧弁
２２ 減圧弁
３４ 第５バッファタンク
３７ 自動弁
４１ 第１圧力計
４３ 第３圧力計
５０ ブロー成形機
６０ 低圧空気消費設備

Claims (3)

1. 空気を多段階で昇圧するために直列に接続された少なくとも２台の圧縮機を備え、前記少なくとも２台の圧縮機によって生成された比較的高圧の圧縮空気をブロー成形機に供給する高圧空気供給系統と、
   前記高圧空気供給系統が供給する圧縮空気よりも低圧の圧縮空気を低圧空気消費設備へ供給する低圧空気供給系統と、
   前記高圧空気供給系統の前記少なくとも２台の圧縮機を接続する管路から分岐された分岐管路であって、前記少なくとも２台の圧縮機のうちの少なくとも１台が生成した圧縮空気を前記低圧空気供給系統に又は前記低圧空気消費設備に供給する分岐管路と、を具備することを特徴とする圧縮空気供給システム。
2. 前記ブロー成形機においてブロー成形に用いられた後の圧縮空気を前記低圧空気供給系統へまたは前記低圧空気消費設備へ供給する空気再利用管路を更に具備することを特徴とする、請求項１に記載の圧縮空気供給システム。
3. 前記分岐管路中に設けられた自動弁を更に具備しており、
   前記自動弁によって、前記分岐管路を流れる圧縮空気流量が、前記ブロー成形機の作動に影響を与えないように制御されることを特徴とする、請求項１または２に記載の圧縮空気供給システム。

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