JP2018053723A - セパレータタンクの高水位防止方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水添加式の圧縮機から吐出される圧縮空気の気水分離を行うセパレータにおいて、高水位の状態で圧縮機が停止したとしても、高水位状態を確実に解消できるセパレータタンクの高水位防止方法を提供すること。【解決手段】水添加式の圧縮機２のセパレータタンク３に適用される高水位防止方法は、セパレータタンク３で高水位判定されると排水弁５０を開状態に制御し、この開状態を一定時間維持する排水動作を行い、圧縮機２の駆動が停止した場合も排水動作を継続する。また、大気に開放する放気動作中に高水位判定した場合は放気弁４０を閉める制御を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、水添加式の圧縮機に用いられるセパレータタンクの高水位防止方法に関する。

従来、水を添加した空気を圧縮する水添加式の圧縮機が知られている。この種の水添加式圧縮機を開示するものとして特許文献１がある。特許文献１には、圧縮経路内に水を注入する旋回スクロール式の圧縮機において、圧縮機から吐出された圧縮空気をセパレータタンクで気水分離する構成について記載されている。

特開２０１１−１６３２１９号公報

特許文献１に示されるようなセパレータタンクでは、水位検出器によって高水位判定されると、セパレータタンク内部に溜まった水を外部に排水する処理が一般的に行われている。しかし、この種のセパレータタンクでは、排水動作中に圧縮機が停止されると、未完了のまま排水動作が停止し、高水位のまま運転が停止されていた。この状態で圧縮機を起動しても、排水が完了するまで高水位判定によって圧縮機を運転することができない。また、圧縮機の運転停止時は、セパレータタンクの内圧が無圧になるため、自動排水動作では十分な排水ができない場合があり、使用者が手動で排水を行わなければならない場合もある。

圧縮機を自動停止・自動復帰させたり、遠隔操作によって起動・停止等を行ったりすることを考慮した場合においても、排水動作中に運転停止されると次回の起動まで高水位状態のままとなってしまうため、自動運転や遠隔操作が継続できなくなってしまう。特に、高水位判定の基準を安全側に厳しくすると、このような運転が継続でなくなる事態の発生頻度が高くなってしまう。

本発明は、水添加式の圧縮機から吐出される圧縮空気の気水分離を行うセパレータにおいて、高水位の状態で圧縮機が停止したとしても、高水位状態を確実に解消できるセパレータタンクの高水位防止方法を提供することを目的とする。

本発明は、水添加式の圧縮機から吐出される圧縮空気から水を分離するセパレータタンクの高水位防止方法であって、前記セパレータタンクで高水位判定されると排水弁を開状態に制御して排水動作を行い、前記圧縮機の駆動が停止した場合も前記排水動作を継続する高水位防止方法に関する。

前記排水動作は、前記排水弁の開状態を一定時間維持することで排水を行うことが好ましい。

放気弁を開いて前記圧縮機の吐出側を大気に開放する放気動作中に高水位判定した場合は前記放気弁を閉めることが好ましい。

本発明のセパレータタンクの高水位防止方法によれば、水添加式の圧縮機から吐出される圧縮空気の気水分離を行うセパレータにおいて、高水位の状態で圧縮機が停止したとしても、高水位状態を確実に解消できる。

本発明の一実施形態に係る高水位防止方法が適用される空気圧縮システムの概略図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る高水位防止方法が適用される空気圧縮システム１の概略図である。図１に示すように、本実施形態の空気圧縮システム１は、水添加式の圧縮機２と、圧縮機２の原動機としての電気モータ２０と、圧縮機２から吐出された圧縮空気の気水分離を行うセパレータタンク３と、セパレータタンク３で気水分離された圧縮空気を冷却するアフタークーラ３４と、各種の制御を行う制御部９０と、を主要な構成として備える。

＜圧縮機＞
圧縮機２は、水添加式の空気圧縮機である。本実施形態の圧縮機２はスクロール式に構成されており、旋回スクロールを固定スクロール（何れも図示省略）に対して回転させることにより、空気を圧縮して添加水を含む圧縮空気を吐出する。本実施形態では、旋回スクロールの両側面に旋回ラップが設けられ、当該旋回スクロールを挟むように一対の固定スクロールが配置されるタイプのスクロール流体機械が用いられる。なお、圧縮機２は、スクロール式以外のもの、例えばスクリュー式圧縮機を用いることができる。

本実施形態の圧縮機２の駆動源には電気モータ２０が用いられる。電気モータ２０は、その回転数がインバータ２１から出力される駆動周波数によって制御される。なお、駆動源としては電気モータ２０以外のもの、例えば蒸気で駆動する蒸気エンジン（例えば、スクロール式の膨張機）を用いることができる。

圧縮機２には給気ラインＬ１から圧縮対象の流体として空気が供給される。給気ラインＬ１にはエアフィルタ２２が配置されており、エアフィルタ２２を通った清浄な空気が圧縮機２に供給される。

給気ラインＬ１のエアフィルタ２２の下流側には給水ラインＬ２及び戻しラインＬ３が接続される。給水ラインＬ２及び戻しラインＬ３は、何れも圧縮機２に添加水を供給するためのラインである。

給水ラインＬ２は、その上流側の端部が給水源（図示省略）に接続されており、給水源から補給用の添加水を給気ラインＬ１に供給する。給水ラインＬ２には給水弁２４が配置されている。給水弁２４は、制御部９０からの指令で動作する電磁弁であり、給水ラインＬ２を通じた圧縮機２への添加水の供給、停止及び流量を制御する。

戻しラインＬ３は、セパレータタンク３の液相部に接続されており、セパレータタンク３の気水分離で生じた分離水が、戻しラインＬ３を通じて給気ラインＬ１に供給され、添加水として圧縮機２で再利用される。戻しラインＬ３には、上流側から順に、水クーラ２５、水フィルタ２３、添加水弁３０が配置されている。セパレータタンク３から出て戻しラインＬ３を流通する水は、水クーラ２５で冷却された後、水フィルタ２３で濾過されて給気ラインＬ１に送られる。添加水弁３０は、制御部９０からの指令で動作する電磁弁であり、戻しラインＬ３を通じた圧縮機２への添加水の供給、停止及び流量を制御する。

添加水弁３０は圧縮機２の稼動中に開放され、給水弁２４は圧縮機２の稼動中にセパレータタンク３内の減水が検出された場合に開放される。そして、戻しラインＬ３（又は戻しラインＬ３と給水ラインＬ２の両方）から供給される水が添加された空気が給気ラインＬ１を通じて圧縮機２の空気の吸込口に供給され、圧縮室に送り込まれる。なお、水添加式の圧縮機２は、水潤滑式又は水噴射式等ということもでき、これらの圧縮機２も含まれるものとする。

＜セパレータタンク＞
セパレータタンク３は、圧縮空気から水を分離する気水分離器である。セパレータタンク３には逆止弁３１が配置される吐出ラインＬ４を通じて圧縮機２から水を含んだ圧縮空気が送られ、セパレータタンク３で圧縮空気と水に分離される。セパレータタンク３の内部は、気水分離によって上方の気相部と下方の液相部に分かれる。なお、本実施形態の吐出ラインＬ４は、圧縮機２の両側スクロール機構のそれぞれから圧縮空気を取り出して合流させた後、セパレータタンク３に送る経路となっており、逆止弁３１は合流する部分の下流側に配置される。

セパレータタンク３で気水分離された後、圧縮空気はセパレータタンク３の気相部に接続される圧縮空気送出ラインＬ５を通じて圧縮空気使用機器（図示省略）側に送られる。圧縮空気送出ラインＬ５には、上流側から順に、一次圧調整弁３３、アフタークーラ３４、圧力センサ３７が配置されている。一次圧調整弁３３により、セパレータタンク３の内部圧力が設定圧力以上に保持される。圧縮空気送出ラインＬ５を流通する圧縮空気はアフタークーラ３４で冷却された後、圧縮空気使用機器に送られる。圧力センサ３７は、圧縮空気の吐出圧を検出し、制御部９０に吐出圧情報を送信する。

セパレータタンク３の気相部には放気ラインＬ６が接続される。放気ライン６にはセパレータタンク３の内部を大気（外部）に開放する放気弁４０が配置される。放気弁４０は制御部９０からの指令で動作する電磁弁であり、放気弁４０が開くとセパレータタンク３の内部が大気に開放される。即ち、セパレータタンク３及び吐出ラインＬ４を通じて圧縮機２の吐出側が大気に開放される。圧縮機２の運転中（定常状態移行後）は、放気弁４０は閉状態に制御される。

本実施形態の放気ラインＬ６には、セパレータタンク３の内部の圧力を検出する圧力検出部としての圧力センサ４１とセパレータタンク３の内部圧力が所定以上になると作動する安全弁４２が配置される。圧力センサ４１が検出した圧力情報は制御部９０に送信される。

セパレータタンク３には、内部の水位を検出する水位検出器３２が配置される。水位検出器３２は、セパレータタンク３の内部の水位を検出し、水位情報を制御部９０に送信する。水位検出器３２としては、その構成が特に限定されるものではなく、フロート式や電極式のレベルスイッチ、静電容量式のレベルセンサ等が用いられる。本実施形態では、低水位、中水位、高水位が検出可能な水位検出器３２が用いられる。

セパレータタンク３の液相部には排水ラインＬ７が接続される。排水ラインＬ７には排水弁５０が配置されている。排水弁５０は制御部９０からの指令で動作する電磁弁であり、排水弁５０が開くとセパレータタンク３の内部の水が排水ラインＬ７を通じて外部に排出される。

＜アフタークーラ；水クーラ＞
アフタークーラ３４は、圧縮空気送出ラインＬ５に配置されており、圧縮空気送出ラインＬ５を通過する圧縮空気の冷却を行う熱交換器である。アフタークーラ３４には冷却水ラインＬ８を通じて冷却水が冷却媒体として供給されている。冷却水ラインＬ８にはモータバルブ３５が配置されており、このモータバルブ３５により冷却水の供給制御が行われる。アフタークーラ３４の内部の冷却水の流路と圧縮空気の流路は別々になっており、冷却水と圧縮空気が混ざり合うことなく熱交換が行われる。熱交換によって圧縮空気が冷却されるとともに冷却水が加温される。

冷却水ラインＬ８を通じて送られる冷却水は、アフタークーラ３４を出た後、水クーラ２５に送られる。水クーラ２５の内部の冷却水の流路と戻しラインＬ３から戻される水の流路は別々になっており、冷却水と戻しラインＬ３を流通する水が混ざり合うことなく熱交換が行われる。これによって戻しラインＬ６を流通する添加水は冷却水によって冷却され、冷却水は温水となる。この温水は、例えば蒸気ボイラ（図示省略）の給水として利用されたり、各種温水使用機器（図示省略）で使用されたりする。

＜制御部＞
制御部９０は、各センサや各電磁弁等に電気的に接続されており、センサ等の情報や使用者等によって入力された指令信号に基づいて空気圧縮システム１の各種の制御を行う。

本実施形態の空気圧縮システム１の主要な構成は以上の通りである。圧縮機２の運転中、制御部９０は、インバータ２１を介して電気モータ２０を駆動し、圧縮機２によって戻しラインＬ３（又は戻しラインＬ３と給水ラインＬ２の両方）を通じて水が添加された空気を圧縮する。圧縮機２から吐出された水を含んだ圧縮空気はセパレータタンク３で圧縮空気と水に分離される。セパレータタンク３で分離された圧縮空気はアフタークーラ３４で冷却された後、圧縮空気使用機器に送られる。制御部９０は、圧力センサ３７の検出圧力を監視しながら電気モータ２０の駆動制御を行う。また、セパレータタンク３で分離された水は戻しラインＬ３で水クーラ２５によって冷却され、水フィルタ２３で濾過された後、給気ラインＬ１を通じて圧縮機２で再利用される。

＜高水位防止制御＞
次に、制御部９０による高水位防止制御について説明する。本実施形態の制御部９０は、水位検出器３２の水位情報を常時監視して水位の判定を行い、所定水位よりも高い水位にある場合は高水位判定し、排水動作に移行する。所定水位は、セパレータタンク３の容量や構造、仕様等によって設定される水位であり、排水動作によってそれ以上の水位となることを防ぐ基準となる水位である。

排水動作では、制御部９０が排水弁５０を開状態に制御して排水ラインＬ７を通じてセパレータタンク３の外部に排水を行う。本実施形態では、排水弁５０の開状態を予め設定される設定時間維持することで、所定の排水量を排水する。設定時間は、排水量やセパレータタンク３の装置構成や仕様等によって算出又は実測値によって決められる。

水添加式の圧縮機２の稼動中は、放気弁４０が閉じた状態であり、セパレータタンク３に送り込まれる圧縮空気により、放気弁４０が開いている状態（大気に開放されている状態）に比べてセパレータタンク３の気相部の内圧が高くなっている。排水動作では、このセパレータタンク３の高い内圧により、セパレータタンク３の液相部に排水ラインＬ７側に水を押し込む力が作用し、排水が短時間で高効率に行われることになる。

排水弁５０に問題がなければ、一定時間（設定時間）経過すればセパレータタンク３の水位は排水により適正水位まで下がることになる。本実施形態の制御部９０は、設定時間を経過しても適正水位（例えば、中水位の付近）まで下がらないことを水位検出器３２の水位情報から検出した場合は排水弁５０の動作不良と判定する。これによって、表示灯やディスプレイ等の報知手段によって排水弁５０の異常を使用者に速やかに報知することができる。

＜排水動作中の圧縮機停止＞
本実施形態の制御部９０は、排水動作中に圧縮機２の運転停止指令を受信した場合でも、排水動作が未完了の場合は動作完了まで排水弁５０の開状態を維持する。即ち、圧縮機２の運転停止指令を受信しても設定時間を経過するまで排水弁５０を閉めずに排水が継続されることになる。

本実施形態では、制御部９０は圧縮機２の運転停止指令を受信すると、放気弁４０を閉状態から開状態に切り替えてセパレータタンク３の内部を大気に開放する放気動作に移行する。この放気動作中においてセパレータタンク３の内圧は緩やかに低下し、すぐに大気圧になるわけではないので、放気動作が完了するまでセパレータタンク３の高い内圧を利用して高効率な排水を行うことができる。

また、本実施形態では、停止動作中に放気弁４０を開状態に制御する放気動作において高水位判定が継続される又は新たに高水位判定された場合は放気弁４０を開状態から閉状態に再び切り替える制御を行う。これによって放気弁４０の大気に連通する部分から水が外部に溢れだす事態を確実に回避できる。

以上説明した本実施形態によれば、以下のような効果を奏する。
本実施形態の水添加式の圧縮機２のセパレータタンク３に適用される高水位防止方法は、セパレータタンク３で高水位判定されると排水弁５０を開状態に制御して排水動作を行い、圧縮機２の駆動が停止した場合も排水動作を継続する。

これにより、排水動作中に圧縮機２の運転が停止したとしても、高水位が解消されるまで排水動作が行われるので、次回の起動時までセパレータタンクの水位が高水位のままで放置される事態を防止することができる。また、運転停止直後では、セパレータタンク３の内圧も高いので、運転停止後に排水を行う場合に比べて効率的に排水を行うことができる。自動運転や遠隔操作を行う場合においても、より安定的な運転を実現できる。
また、この高水位防止制御は、電気モータ２０に替えて蒸気エンジン（例えば、スクロール式の膨張機）を圧縮機２の駆動源として用いた場合にも好適である。

また、本実施形態では、排水動作は、排水弁５０の開状態を一定時間維持することで排水を行う。

これにより、シンプルな処理で排水動作を完了させることができる。また、排水弁５０の開状態を一定時間にすることにより、一定時間を超えても高水位判定が維持されるような場合は排水弁５０に異常が発生していると判定する異常判定を行うこともできる。

また、本実施形態では、放気弁４０を開いて圧縮機２の吐出側を大気に開放する放気動作中に高水位判定した場合は放気弁４０を閉める制御を行う。

これにより、放気弁４０の大気に連通する部分からセパレータタンク３の水が漏れ出る事態を確実に防止することができ、水添加式の圧縮機２をより安定的に稼動させることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。

上記実施形態では、排水動作は、時間を基準にして排水弁５０の開状態を維持しているが、排水動作を完了させる方法は、この方法に限定されるわけではない。例えば、排水動作継続中に所定の水位（例えば、中水位）を下回った場合に排水動作を完了する構成としてもよい。この場合、排水動作中に圧縮機２が停止しても、所定の水位になるまで排水動作が継続されることになる。

また、上記実施形態の構成に加え、運転停止後に高水位判定された場合は、排水弁５０等の排水動作に関わる以外の構成の異常と判定する制御を行ってもよい。例えば、セパレータタンク３に補給水を供給するような構成において、補給水を供給する補給水弁の異常と判定することもできる。

また、上記実施形態では、放気動作中に高水位判定すると放気弁４０を閉じる制御を行っているが、排水動作や放気動作が完了して水位が安定した後に水位判定を行う構成とすることもできる。

２ 圧縮機
３ セパレータタンク
３２ 水位センサ
４０ 放気弁
５０ 排水弁

Claims (3)

1. 水添加式の圧縮機から吐出される圧縮空気から水を分離するセパレータタンクの高水位防止方法であって、
   前記セパレータタンクで高水位判定されると排水弁を開状態に制御して排水動作を行い、前記圧縮機の駆動が停止した場合も前記排水動作を継続する高水位防止方法。
2. 前記排水動作は、前記排水弁の開状態を一定時間維持することで排水を行う請求項１に記載の高水位防止方法。
3. 放気弁を開いて前記圧縮機の吐出側を大気に開放する放気動作中に高水位判定した場合は前記放気弁を閉める請求項１又は２に記載の高水位防止方法。

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