JP2018017153A

JP2018017153A - 圧縮機

Info

Publication number: JP2018017153A
Application number: JP2016146892A
Authority: JP
Inventors: 茂幸頼金; Shigeyuki Yorikane
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2016-07-27
Filing date: 2016-07-27
Publication date: 2018-02-01

Abstract

【課題】外気温が氷点下になるような場合においても、凍結防止装置を搭載することなく、停止状態の圧縮機を乾燥運転状態に切り替え、ドレン排出を行うことで凍結を防止し、再始動時に安定した圧縮空気を提供する。【解決手段】圧縮機本体３を駆動する電動機４と、圧縮機本体から吐出される圧縮気体を冷却および乾燥させるための熱交換器１４と、熱交換器を冷却するための熱交換器用電動機１２と、圧縮気体から析出するドレンを排出するドレン排出用電磁弁１５と、制御部と、を備え、制御部が行う制御には、圧縮機の運転停止を指示された場合に、熱交換機および熱交換機用電動機を停止し、ドレン排出用電磁弁を開き、電動機を動作させる第１の制御がある圧縮機を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は圧縮機に関する。

液冷式の気体圧縮機が知られている。例えば、気体として空気を吸込み圧縮空気を得る液冷式空気圧縮機では、圧縮工程において潤滑とシール、冷却を目的として水や油などの液体が注入される。圧縮機が供給する圧縮空気中に注入した液体の液滴を含ませないため、液冷式圧縮機の内部には圧縮空気と液体を分離するための分離器が備えられている。分離器で分離された圧縮空気は熱交換器やドライヤにて冷却および乾燥され、乾燥空気は圧縮機機外へ供給される。一方、分離器で分離された液体は分離器下部に貯留し、液体は分離器と圧縮機本体との圧力差を利用して、熱交換器やフィルタを通過して圧縮機本体や軸受へ注入され、ロータおよび軸受の潤滑や冷却を行う。

寒冷地で使用される屋外仕様などの圧縮機では、外気温が氷点下になるような環境で夜間停止など長時間停止する場合、圧縮機内部の熱交換器やドライヤ、ドレン排出経路に溜まったドレンが凍結し、再始動時に各機器の動作が不安定となり、安定した圧縮気体を供給できない不具合が発生する。

凍結防止のため寒冷地仕様として、凍結防止装置を設置して圧縮機の機器温度や機内温度を上げることにより、外気温が氷点下になった場合でもドレンが凍結するのを防止している。凍結防止装置は部品点数が増え、部品整備時に取り外す作業が必要となるため工数が多くなるほか、日常点検時に火傷の可能性や、凍結防止装置が劣化した際は火災の事故原因となる恐れがある問題点があった。

特開２０１４−１５９５３号公報

外気温が氷点下になるような場合においても、凍結防止装置を搭載することなく、停止状態の圧縮機を乾燥運転状態に切り替え、ドレン排出を行うことで凍結を防止し、再始動時に安定した圧縮空気を提供することである。

圧縮機本体を駆動する電動機と、圧縮機本体から吐出される圧縮気体を冷却および乾燥させるための熱交換器と、熱交換器を冷却するための熱交換器用電動機と、圧縮気体から析出するドレンを排出するドレン排出用電磁弁と、制御部と、を備え、制御部が行う制御には、圧縮機の運転停止を指示された場合に、熱交換機および熱交換機用電動機を停止し、ドレン排出用電磁弁を開き、電動機を動作させる第１の制御がある圧縮機を提供する。

本発明によれば、圧縮機停止中に外気温が氷点下になった場合に、冷却ファン電動機およびドライヤは停止状態のまま主電動機が始動し、熱交換器やドライヤのドレンを排出する乾燥運転を実施するため、凍結防止措置を搭載することなく、再始動時に安定した圧縮空気を供給することができ、簡易的に寒冷地仕様の空気圧縮機を提供することができる。

一般的な液冷式スクリュー圧縮機の系統図第１実施例の液冷式スクリュー圧縮機の制御フロー図第２実施例の液冷式スクリュー圧縮機の制御フロー図第３実施例の液冷式スクリュー圧縮機の制御フロー図第４実施例の液冷式スクリュー圧縮機の系統図第４実施例の液冷式スクリュー圧縮機の制御フロー図

本発明の実施例を、図面を用いて説明する。なお、以下の実施例では被圧縮流体を空気としているが、他の気体であっても構わない。また、以下の実施例では、圧縮機本体３へ注入する液体を油としているが、水やその他液体であっても、また圧縮機本体３へ注入する液体を必要としない非注入式の圧縮機であっても構わない。さらに圧縮方式をスクリュー式としているがその他の圧縮方式でも構わない。

まず一般的な液冷式スクリュー圧縮機について説明する。図１は一般的な液冷式スクリュー圧縮機の系統図である。吸込空気は圧縮機から発生する騒音を低減する防音カバに設けられた開口部から吸入フィルタ１、吸入弁２を通過し、圧縮機制御基板を搭載した電気箱１０より電力を供給されて回転する電動機４によって駆動される圧縮機本体３によって所定の圧力まで圧縮される。その後、油分離器５や調圧逆止弁６を通過し、アフタークーラ７にて冷却ファン電動機１２によって駆動される冷却ファン１１から発生する冷却風により冷却される。この際、アフタークーラ７にてドレンが析出する。さらにドライヤ１３内の熱交換器１４を通過する際にドレンが析出し、得られた乾燥空気が各用途に使用される。熱交換器１４内に溜まったドレンは手動またはドレン排出用電磁弁１５により圧縮機機外へと排出される。

一方、循環油は圧縮機本体３で空気と共に圧縮され、油分離器５で圧縮空気と分離されたのちにオイルクーラ８で前記冷却ファン１１から発生する冷却風により冷却され、オイルフィルタ（図示しない）等を通過したのちに圧縮機内部に収納された雌雄ロータ、軸受等に供給される経路を循環する。

また、周囲温度検出装置１６は液冷式スクリュー圧縮機の周囲温度Ｔ１を、吐出し温度検出装置１７は圧縮機本体３から吐き出される圧縮空気の温度Ｔ２をそれぞれ検出し、圧縮機制御基板９に出力する。

寒冷地で使用される屋外仕様などの空気圧縮機では、外気温が氷点下になるような夜間停止など長期停止する際に、圧縮機本体３に格納された雌雄ロータ間に溜まった潤滑油の粘度が増大し、再始動時に起動渋滞となる不具合が発生する。さらに圧縮機内部のアフタークーラ７やドライヤ１３、ドレン排出用電磁弁１５内部に溜まったドレンが凍結することがある。その影響によりアフタークーラ７やドライヤ１３内の熱交換器１４の破損や能力不足、ドレン排出用電磁弁１５のドレン排出不良など各機器の動作が不安定となり、安定した圧縮空気を供給できない不具合が発生する。

この凍結対策として、コードヒーターを凍結の恐れがある機器に巻付ける対策や、圧縮機内部に白熱電球を設置して圧縮機の内部温度を上げることにより、外気温が氷点下になった場合にドレンが凍結するのを防止する寒冷地仕様がある。このような凍結防止装置は部品点数が増え、部品整備時に取り外す作業が必要となるため工数が多くなるほか、日常点検時に火傷の可能性や、凍結防止装置が劣化した際は火災等の事故原因となる恐れがある問題点があった。

図２は本発明の第１実施例の液冷式スクリュー圧縮機の制御フローチャート図である。第１実施例では圧縮機制御基板９に接続された図示しない記憶部には、あらかじめ閾値温度Ｔα（例えば、０℃）、Ｔβ（例えば、８０℃）と閾値時間ｔα（例えば、４ｈ）が記憶されている。圧縮機停止中に温度検出装置１６より得られる圧縮機周囲温度Ｔ１と、圧縮機停止時からの経過時間ｔ１を検出し、Ｔ１≦Ｔαかつｔ１≧ｔαの場合に、圧縮機本体３のみ駆動させアフタークーラ７やドライヤ１３内の熱交換器１４に溜まったドレンを排出するための乾燥運転へ切り替える制御を備える構造とする。本事例の液冷式スクリュー圧縮機は以下のように動作する。

圧縮機の電気箱１０に搭載された圧縮機制御基板９に、あらかじめ設定された閾値温度Ｔα（例えば、０℃）、Ｔβ（例えば、８０℃）と閾値時間ｔα（例えば、４ｈ）が設定されている。圧縮機を停止すると、圧縮機制御基板９はタイマーを起動し、停止時間のカウントを開始する（Ｓ１０１）。周囲温度検出装置１６から測定される検出温度Ｔ１と閾値温度Ｔαと、圧縮機停止時からの経過時間ｔ１を比較し、条件Ａ：Ｔ１≦Ｔαと条件Ｂ：ｔ１≧ｔαのどちらか一方でも満足しない場合（Ｓ１０２またはＳ１０３：ＮＯ）、圧縮機は停止状態を続ける。一方、条件Ａと条件Ｂをどちらも満足した場合（Ｓ１０２およびＳ１０３：ＹＥＳ）、圧縮機制御基板９は停止時間のカウントを停止し（Ｓ１０４）、圧縮機本体３を駆動する電動機４とドレン排出用電磁弁１５に動作指令を出す（Ｓ１０５）。この際、冷却ファン電動機１２およびドライヤ１３は停止状態を続ける。

冷却ファン電動機１２およびドライヤ１３は停止状態にあるため、圧縮空気はアフタークーラ７およびドライヤ１３で熱交換しない。そのためドレンを発生することなく、アフタークーラ７およびドライヤ１３の熱交換器１４に溜まったドレンを排出するための乾燥運転を行う。

乾燥運転開始後、吐出し温度検出装置１７から測定される検出温度Ｔ２と閾値温度Ｔβを比較し、条件Ｃ：Ｔ２≧Ｔβを満足するまで乾燥運転を継続する。条件Ｃを満足した場合（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、圧縮機制御基板９より電動機４とドレン排出用電磁弁１５に停止指令を出し（Ｓ１０７）、再びＳ１０１の圧縮機の停止時間カウント状態へと移行する。以上のサイクルを繰り返す。

このように圧縮機停止中に、周囲温度検出装置１６により測定される検出温度と、圧縮機の停止時間により継続停止か乾燥運転かを切り替える制御を行うことにより、従来の液冷式スクリュー圧縮機に寒冷地仕様の凍結防止装置を追加することなく、各機器に溜まったドレンの凍結防止が可能となる。これにより、安定した圧縮空気を供給することができ、簡易的な寒冷地仕様の空気圧縮機を提供することができる。

上記実施例では、吐出し温度検出装置１７を圧縮機本体３の出口部に記載しているが、圧縮機本体３の出口部から圧縮機機外までの間、さらには循環油の温度を検出しても構わない。
また、上記実施例では、条件Ａと条件Ｂの順に記載しているが、順序が逆であっても構わない。

図３は本発明の第２実施例の液冷式スクリュー圧縮機の制御フローチャート図である。なお第１実施例と共通する部分については説明を省略する。本発明の液冷式スクリュー圧縮機は以下のように動作する。

第２の実施例では圧縮機制御基板９に接続された図示しない記憶部に、閾値温度Ｔα、Ｔβと閾値時間ｔαに加えてあらかじめ閾値時間ｔβ（例えば、５ｍｉｎ）が記憶されている。条件Ａと条件Ｂをどちらも満足した場合（Ｓ１０２およびＳ１０３：ＹＥＳ）、圧縮機制御基板９は停止時間のカウントを停止し（Ｓ１０４）、圧縮機本体３を駆動する電動機４とドレン排出用電磁弁１５に動作指令を出す（Ｓ１０５）。乾燥運転開始後、運転時間カウントを開始し条件Ｃ：ｔ２≧ｔβを満足するまで乾燥運転を継続する。条件Ｃを満足した場合（Ｓ２０２：ＹＥＳ）、運転時間カウントを消去したのち（Ｓ２０３）、圧縮機制御基板９より電動機４とドレン排出用電磁弁１５に停止指令を出し（Ｓ１０７）、再び圧縮機の停止状態へと移行する。以上のサイクルを繰り返す。

このような制御を行うことにより、凍結防止が可能となり、寒冷地仕様の凍結防止装置を設置することなく、安定した圧縮空気を供給することができ、簡易的な寒冷地仕様の空気圧縮機を提供することができる。

図４は本発明の第３実施例の液冷式スクリュー圧縮機の制御フローチャート図である。本実施形態の第３実施例の液冷式スクリュー圧縮機は、あらかじめ寒冷地仕様設定のＯＮ／ＯＦＦ選択項目を設定し、ＯＮまたはＯＦＦ設定で圧縮機停止までの動作を切り替える制御を備える構造とする。なお第１実施例と共通する部分については説明を省略する。本発明の液冷式スクリュー圧縮機は以下のように動作する。

第３の実施例では圧縮機制御基板９に、あらかじめ寒冷地仕様設定としてＯＮまたはＯＦＦが設定されている。圧縮機運転中に停止スイッチを押した際（Ｓ３０１：ＹＥＳ）、寒冷地仕様設定がＯＦＦの場合（Ｓ３０２：ＮＯ）、圧縮機制御基板９より圧縮機内部の機器全てに停止指令を出し（Ｓ３０４）、圧縮機停止状態に移行する。一方、寒冷地仕様設定がＯＮの場合（Ｓ３０２：ＹＥＳ）、圧縮機制御基板９は冷却ファン電動機１２とドライヤ１３に停止指令を出し、ドレン排出用電磁弁１５に動作指令を出す（Ｓ３０３）。Ｓ３０３の後、運転時間カウントを開始し（Ｓ２０１）、あらかじめ設定された閾値時間ｔβ（例えば、３ｍｉｎ）と運転時間を比較し、条件Ｃ：ｔ２≧ｔβを満足しない場合は運転を継続する（Ｓ２０２：ＮＯ）。条件Ｃを満足した場合（Ｓ２０２：ＹＥＳ）は、運転時間カウントを消去（Ｓ２０３）したのち、圧縮機制御基板９は電動機４とドレン排出用電磁弁１５に停止動作指令を出し（Ｓ１０７）、圧縮機停止状態に移行する。停止後の動作は寒冷地仕様設定がＯＮの場合は、第１実施例または第２実施例の動作を行い、寒冷地仕様設定がＯＦＦの場合は圧縮機停止状態のまま維持する。

このように寒冷地仕様設定ＯＮ／ＯＦＦで通常停止か乾燥運転後に停止するかを切り替える制御を行うことにより、各機器に溜まったドレンの凍結防止が可能となり、寒冷地仕様の凍結防止装置を設置することなく、安定した圧縮空気を供給することができ、簡易的な寒冷地仕様の空気圧縮機を提供することができる。

上記実施例では、条件Ｃとして閾値時間を設定しているが、第１実施例と同様に閾値温度で設定しても構わない。この場合は、図４のＳ２０１からＳ２０３までのステップが第１実施例で説明したＳ１０６に置き換わる。

図５は本発明の第４実施例の液冷式スクリュー圧縮機の系統図である。本実施形態の第４実施例の液例式スクリュー圧縮機は、図１に示した従来の液冷式スクリュー圧縮機と比較して配管温度検出装置１８、ＡＣ温度検出装置１９、電磁弁温度検出装置２０が追加されている。

配管温度検出装置１８はアフタークーラ７とドライヤ１３の熱交換器１４とを結ぶ配管の温度Ｔ３を、ＡＣ温度検出装置１９はアフタークーラ７の温度Ｔ４を、電磁弁温度検出装置２０はドレン排出用電磁弁１５の温度Ｔ５をそれぞれ検出し、圧縮機制御基板９に出力する。

配管温度検出装置１８、ＡＣ温度検出装置１９、電磁弁温度検出装置２０を追加する理由は、配管温度検出装置１８が温度を検出するアフタークーラ７とドライヤ１３の熱交換器１４とを結ぶ配管、ＡＣ温度検出装置１９が温度を検出するアフタークーラ７、電磁弁温度検出装置２０が温度を検出するドレン排出用電磁弁１５、が他の部位と比較してドレンが析出しやすいためである。従って、これらの部位の温度を検出し、乾燥運転に移行することでドレンの析出を効果的に防止することができる。なお、図５に示した構造と異なる構造の圧縮機に本願発明に思想を適用する場合や、図５に示した構造と同様の構造の圧縮機であっても配管温度検出装置１８、ＡＣ温度検出装置１９、電磁弁温度検出装置２０を設置した部位以外にドレンの析出を防止したい場合は、ドレンの析出を防止する部位に温度検出装置を設置することが可能である。すなわち、本実施例の思想においては、圧縮空気の流路であればどの場所であっても温度検出装置を設置することができ、温度検出装置の設置によって、設置された部位でのドレンの析出を防止することが可能である。

図６は本発明の第４実施例の液冷式スクリュー圧縮機の制御フローチャート図である。なお第１実施例と共通する部分については説明を省略する。本発明の液冷式スクリュー圧縮機は以下のように動作する。

第４実施例では圧縮機制御基板９に接続された図示しない記憶部に、閾値温度Ｔα（例えば、０℃）、閾値温度Ｔβ（例えば、８０℃）が記憶されている。配管温度検出装置１８、ＡＣ温度検出装置１９、電磁弁温度検出装置２０のいずれかから検出される温度ＴＸ（Ｔ３またはＴ４またはＴ５）が条件Ｄを満足した場合、圧縮機制御基板９より圧縮機本体３を駆動する電動機４とドレン排出用電磁弁１５に動作指令を出す。乾燥運転開始後、条件Ｅを満足した場合、圧縮機制御基板９より電動機４とドレン排出用電磁弁１５に停止指令を出し、再び圧縮機の停止状態へと移行する。以上のサイクルを繰り返す。

なお、第４実施例の液冷式スクリュー圧縮機は上記した配管温度検出装置１８、ＡＣ温度検出装置１９、電磁弁温度検出装置２０は全てを備える必要はなく、配管温度検出装置１８、ＡＣ温度検出装置１９、電磁弁温度検出装置２０のいずれか１つが備えられていれば図６で説明したフローチャートを実行可能である。

なお、スクリュー圧縮機が液冷式である場合は、圧縮機本体内部にスクリューの冷却や潤滑、シールなどの目的で注入されるの液体が、外気温の低下により粘度が増大し、再始動時に起動渋滞が発生する可能性がある。当該液体の粘度が起動渋滞を発生させる程度になる温度をＴγとした場合に、Ｔγが０度以上の場合は、第１から第３の実施例において、ＴαをＴγに置き換えることで起動渋滞を防ぐことができる。また、第４の実施例においては、ＴＸをＴ２に、ＴαをＴγに置き換えることで起動渋滞を防ぐことができる。
なお、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。例えば、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：吸入フィルタ、２：吸入弁、３：圧縮機本体、４：電動機、５：油分離器、６：調圧逆止弁、７：アフタークーラ、８：オイルクーラ、９：圧縮機制御基板、１０：電気箱、１１：冷却ファン、１２：冷却ファン電動機、１３：ドライヤ、１４：熱交換器、１５：ドレン排出用電磁弁、１６：周囲温度検出装置、１７：吐出し温度検出装置

Claims

圧縮機本体を駆動する電動機と、
前記圧縮機本体から吐出される圧縮気体を冷却および乾燥させるための熱交換器と、
前記熱交換器を冷却するための熱交換器用電動機と、
前記圧縮気体から析出するドレンを排出するドレン排出用電磁弁と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、前記圧縮機の運転停止を指示された場合に、前記熱交換器および前記熱交換機用電動機を停止し、前記ドレン排出用電磁弁を開き、前記電動機を動作させる第１の制御を行う圧縮機。
前記制御部は、前記第１の制御の開始後に、前記ドレン排出用電磁弁を閉じ、前記電動機を停止する第２の制御を行う請求項１の圧縮機。
周囲温度を検出する温度検出装置をさらに備え、
前記制御部は、前記周囲温度が所定以下の場合に前記第１の制御を行う請求項１の圧縮機。
前記圧縮機の運転停止を指示されてからの停止時間を計測するタイマーをさらに備え、
前記制御部は、前記停止時間が所定以上の場合に前記第１の制御を行う請求項１の圧縮機。
前記第１の制御を実行するか否かを入力する入力部をさらに備え、
前記制御部は、前記第１の制御を実行するように入力されている場合に前記第１の制御を行う請求項１の圧縮機。
前記圧縮気体の流路の温度を測定する温度検出装置をさらに備え、
前記制御部は、前記流路の温度が所定以下の場合に前記第１の制御を行う請求項１の圧縮機。
前記圧縮気体の温度を検出する温度検出装置をさらに備え、
前記制御部は、前記第１の制御中の前記圧縮気体の温度が所定以上の場合に前記第２の制御を行う請求項２の圧縮機。
前記第１の制御の実行時間を計測するタイマーをさらに備え、
前記制御部は、前記実行時間が所定以上の場合に前記第２の制御を行う請求項２の圧縮機。
前記圧縮気体の流路の温度を測定する温度検出装置をさらに備え、
前記制御部は、前記流路の温度が所定以上の場合に前記第２の制御を行う請求項２の圧縮機。