JP2017002832A - 圧縮機システム - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機の無負荷運転時において、過冷却を防止することができる圧縮機システムを提供する。【解決手段】圧縮機システム１は、シリンダ２ｂ，２ｃ内をピストンが往復移動することにより空気を圧縮する圧縮機２と、圧縮機２によって圧縮された空気を貯留する空気タンク７と、空気タンク７における圧縮空気の圧力が所定値以上である場合に、圧縮機２を無負荷運転状態にさせるアンローダと、圧縮機２のシリンダ２ｂ，２ｃを通り、負荷運転時流量で冷却水を流すことができる冷却水ラインＬ１と、冷却水ラインＬ１に設けられ、負荷運転時流量で冷却水を流す場合には開とされるコントロール用バルブ１２と、アンローダが作動して圧縮機２が無負荷運転状態とされた場合に、コントロール用バルブ１２を微開にして、負荷運転時流量よりも小さい流量で冷却水ラインＬ１に冷却水を流すよう制御する制御部１０と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、圧縮機システムに関する。

特許文献１に記載されるように、空気を圧縮する圧縮機本体と、この圧縮機本体により圧縮された空気を貯蔵する空気タンクとを備えた装置が知られている。圧縮機本体は、回転軸に連結されたピストンがシリンダ内を往復移動することで、吸入弁を介して外部から空気を吸入して圧縮する。圧縮された空気は、排気弁を介して排出され、空気タンク内に貯蔵される。空気タンク内の圧力が規定値に達すると、アンローダ機構が作動して吸入弁が開放される。吸入弁が開放されると、ピストンが往復運動しても空気は圧縮されないアンローダ運転（無負荷運転）状態となる。

特開２０１０−１０１１８６号公報

上記のような圧縮機では、空気の圧縮に伴って空気の温度が上昇するため、冷却水の系統が設けられる。空気が圧縮されている負荷運転状態においては、冷却水が常に所定の流量で流されて、シリンダ等が冷却される。一方、無負荷運転状態となったときに冷却水を同様の流量で流すと、シリンダ等を過冷却することとなり、凝縮水や結露等が生じて錆び等の発生を招くおそれがある。そこで、圧縮機の無負荷運転時において、過冷却を防止することができる圧縮機システムが求められている。

本発明の一態様に係る圧縮機システムは、シリンダ内をピストンが往復移動することにより空気を圧縮する圧縮機と、圧縮機によって圧縮された空気を貯留する空気タンクと、空気タンクにおける圧縮空気の圧力が所定値以上である場合に、圧縮機に設けられた吸入弁を開放することにより圧縮機を無負荷運転状態にさせるアンローダと、圧縮機のシリンダを通り、負荷運転時流量で冷却水を流すことができる冷却水ラインと、冷却水ラインに設けられ、負荷運転時流量で冷却水を流す場合には開とされるコントロール用バルブと、アンローダが作動して圧縮機が無負荷運転状態とされた場合に、コントロール用バルブを微開にして、負荷運転時流量よりも小さい流量で冷却水ラインに冷却水を流すよう制御する制御部と、を備える。

この圧縮機システムによれば、アンローダが作動して圧縮機が無負荷運転状態になると、制御部によって、コントロール用バルブが微開とされる。コントロール用バルブが微開とされることで、冷却水ラインに、負荷運転時流量よりも小さい流量で冷却水が流れる。これにより、圧縮機が無負荷運転状態とされた場合には冷却水の流量が低減されることになり、シリンダ等の過冷却が防止される。また、無負荷運転時においても必要最低限の冷却水を流すことができるので、たとえばピストンリングの異常摩耗等を好適に防止することができる。

本発明によれば、圧縮機が無負荷運転状態とされた場合において、シリンダ等の過冷却が防止される。

本発明の一実施形態に係る圧縮機システムの概略構成を示す図であり、負荷運転状態を示す図である。 図１の圧縮機システムの無負荷運転状態を示す図である。

以下、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に示されるように、圧縮機システム１は、空気を圧縮する空気圧縮機２と、圧縮された空気を貯留する空気タンク７とを備えている。空気圧縮機２は、たとえば２段階の圧縮を行うものであり、１段目の圧縮部である第１シリンダ２ｂと、２段目の圧縮部である第２シリンダ２ｃとを備える。クランク部２ａに連結された図示しないモータが駆動し、クランク部２ａに回転駆動力が伝達されることによって、第１シリンダ２ｂ内および第２シリンダ２ｃ内のそれぞれにおいて、ピストンが往復移動し、空気が圧縮される。

空気圧縮機２の第１シリンダ２ｂおよび第２シリンダ２ｃには、圧縮される空気が通る空気ラインＬａが接続されている。空気ラインＬａには、第１シリンダ２ｂの上流側において、吸入フィルタ３が設けられている。空気ラインＬａには、第１シリンダ２ｂおよび第２シリンダ２ｃの間において、圧縮空気を冷却するためのインタークーラ４が設けられている。第１シリンダ２ｂおよび第２シリンダ２ｃを通り圧縮された空気は、アフタークーラ５およびドレンセパレータ６を経て空気タンク７に貯留される。空気タンク７には、空気タンク７内の空気の圧力を検出する圧力計８が取り付けられている。空気タンク７に貯留された圧縮空気は、２次側の設備において利用され得る。

空気圧縮機２には、第１シリンダ２ｂに設けられた吸入弁を開放することにより空気圧縮機２を無負荷運転状態にさせるアンローダが設けられている。アンローダが作動すると、吸入弁が開放され、第１シリンダ２ｂ内をピストンが往復移動しても空気が圧縮されない無負荷運転状態となる。アンローダが作動しない場合には、吸入弁が閉じられて、負荷運転状態が維持される。

圧縮機システム１は、圧縮機システム１内の各機器を制御する制御部１０を備えている。制御部１０は、圧縮機システム１が起動している間、クランク部２ａに連結されたモータを駆動する。制御部１０は、圧力計８から出力される圧力信号を受け取り、当該圧力信号に示される空気タンク７内の圧縮空気の圧力が所定値以上である場合に、アンローダを作動させて、空気圧縮機２を無負荷運転状態にさせる。また、制御部１０は、当該圧力信号に示される空気タンク７内の圧縮空気の圧力が所定値未満である場合には、アンローダを作動させず、空気圧縮機２を負荷運転状態に維持する。

ここで、第１シリンダ２ｂおよび第２シリンダ２ｃと、インタークーラ４とには、高温の圧縮空気によって温度が上昇した各機器（第１シリンダ２ｂや第２シリンダ２ｃ等）を冷却するための冷却水ラインＬ１が通っている。冷却水ラインＬ１には、図示しないポンプ等が設けられており、冷却水を所定の負荷運転時流量で流すことができるようになっている。冷却水ラインＬ１は、例えば、冷却水ラインＬ２および冷却水ラインＬ３に分岐しており、冷却水ラインＬ２はインタークーラ４を通り、冷却水ラインＬ３は第２シリンダ２ｃおよび第１シリンダ２ｂをこの順に通っている。冷却水ラインＬ２および冷却水ラインＬ３は、インタークーラ４、第２シリンダ２ｃ、および第１シリンダ２ｂの下流側で合流している。

冷却水ラインＬ１には、上記の分岐点よりも上流側において、元弁用電磁弁１１およびバイパス付電磁弁（コントロール用バルブ）１２が設けられている。元弁用電磁弁１１は、制御部１０により制御されて、全開または全閉とされる。より具体的には、制御部１０が上記のモータを駆動制御して空気圧縮機２が作動している場合、制御部１０は元弁用電磁弁１１を常に開とする。

バイパス付電磁弁１２は、内部にバイパス流路を有している。バイパス付電磁弁１２としては、公知のものを用いることができる。バイパス付電磁弁１２は、制御部１０により制御されて、全開または微開とされる。より具体的には、制御部１０がアンローダを作動させず空気圧縮機２を負荷運転状態に維持している場合（図１参照）、制御部１０は、バイパス付電磁弁１２を常に開とする。制御部１０がアンローダを作動させて空気圧縮機２を無負荷運転状態にしている場合（図２参照）、制御部１０は、バイパス付電磁弁１２を常に微開とする。バイパス付電磁弁１２は、バイパス流路に流体を流すことで、微開の状態を維持可能になっている。

このような元弁用電磁弁１１およびバイパス付電磁弁１２の組み合わせにより、元弁用電磁弁１１が開とされ、バイパス付電磁弁１２が全開とされると、冷却水ラインＬ１には、冷却水が上記の負荷運転時流量で流れる。一方、元弁用電磁弁１１が開とされ、バイパス付電磁弁１２が微開とされると、冷却水ラインＬ１には、冷却水が上記の負荷運転時流量よりも小さい流量（たとえば、０．５〜１ｔ／ｈ程度）で流れる。この流量は、無負荷運転時の空気圧縮機２に最低限必要な冷却水量になっている。

以上のように、冷却水ラインＬ１にバイパス付電磁弁１２が設けられた圧縮機システム１では、空気圧縮機２が負荷運転状態にあるか無負荷運転状態にあるかに応じて、冷却水の流量が２段階に調整される。これは、無負荷運転状態における過冷却を防止するための機構である。

次に、圧縮機システム１の動作について説明する。圧縮機システム１が起動されると、クランク部２ａに連結されたモータが駆動され、空気ラインＬａを通じて導入された空気が、空気圧縮機２によって圧縮される。空気は、第１シリンダ２ｂにおいて圧縮された後、インタークーラ４を経て、第２シリンダ２ｃにおいて圧縮される。その後、アフタークーラ５およびドレンセパレータ６を経て空気タンク７に貯留される。空気タンク７内の圧縮空気は、２次側の設備において利用される。

図１に示されるように、空気タンク７内の圧縮空気の圧力が所定値未満である場合には、アンローダは作動せず、空気圧縮機２は負荷運転状態を維持する。負荷運転状態では、第１シリンダ２ｂや第２シリンダ２ｃ等が高温になる。負荷運転状態では、制御部１０によって、元弁用電磁弁１１は開とされ、バイパス付電磁弁１２は全開とされて、冷却水が負荷運転時流量で冷却水ラインＬ１を流れる。これにより、第１シリンダ２ｂや第２シリンダ２ｃ等が適切に冷却される。

図２に示されるように、空気タンク７内の圧縮空気の圧力が所定値以上である場合には、アンローダが作動し、空気圧縮機２は無負荷運転状態になる。無負荷運転状態では、空気の圧縮が行われないため、第１シリンダ２ｂや第２シリンダ２ｃ等の温度は比較的低いままである。無負荷運転状態になると、制御部１０によって、バイパス付電磁弁１２が微開とされる。バイパス付電磁弁１２が微開とされることで、冷却水ラインＬ１に、負荷運転時流量よりも小さい流量で冷却水が流れる。これにより、空気圧縮機２が無負荷運転状態とされた場合には冷却水の流量が低減されることになり、第１シリンダ２ｂや第２シリンダ２ｃ等の過冷却が防止される。よって、錆び等の発生が防止される。また、無負荷運転時においても必要最低限の冷却水を流すことができるので、たとえばピストンリングの異常摩耗等が好適に防止される。

本発明は、上述の実施形態に限られない。

たとえば、空気圧縮機２は、２段の圧縮機に限られず、１段の圧縮機であってもよく、また３段以上の圧縮機であってもよい。バイパス付電磁弁１２を設ける位置は、適宜変更してもよい。制御部１０は、圧縮空気の温度に基づいて、空気圧縮機２が無負荷運転状態であることを検出してもよい。冷却水ラインＬ１は、分岐することなく空気圧縮機２のシリンダを冷却してもよい。インタークーラ４を省略してもよい。

上記の実施形態では、バイパス付電磁弁１２を用いる場合について説明したが、電磁弁に限られず、それに相当するバイパス機能を有するコントロール用バルブを用いてもよい。

１ 圧縮機システム
２ 空気圧縮機
２ａ クランク部
２ｂ 第１シリンダ
２ｃ 第２シリンダ
３ 吸入フィルタ
４ インタークーラ
５ アフタークーラ
６ ドレンセパレータ
７ 空気タンク
８ 圧力計
１０ 制御部
１１ 元弁用電磁弁
１２ バイパス付電磁弁（コントロール用バルブ）
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３ 冷却水ライン
Ｌａ 空気ライン

Claims (1)

1. シリンダ内をピストンが往復移動することにより空気を圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機によって圧縮された空気を貯留する空気タンクと、
   前記空気タンクにおける圧縮空気の圧力が所定値以上である場合に、前記圧縮機に設けられた吸入弁を開放することにより前記圧縮機を無負荷運転状態にさせるアンローダと、
   前記圧縮機の前記シリンダを通り、負荷運転時流量で冷却水を流すことができる冷却水ラインと、
   前記冷却水ラインに設けられ、前記負荷運転時流量で前記冷却水を流す場合には開とされるコントロール用バルブと、
   前記アンローダが作動して前記圧縮機が無負荷運転状態とされた場合に、前記コントロール用バルブを微開にして、前記負荷運転時流量よりも小さい流量で前記冷却水ラインに前記冷却水を流すよう制御する制御部と、
   を備える、圧縮機システム。

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