JP2019044741A

JP2019044741A - 給油式空気圧縮機

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Inventors: 小谷　正直; Masanao Kotani; 正直小谷
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Abstract

【課題】無負荷運転時の圧縮機本体の消費動力を低減することができる給油式空気圧縮機を提供する。【解決手段】給油式空気圧縮機は、圧縮室に油を注入しつつ空気を圧縮する圧縮機本体１と、圧縮機本体１の吐出側に設けられた分離器４と、分離器４で分離された圧縮空気をその使用先へ供給する圧縮空気供給系統５と、分離器４で分離された油を圧縮機本体１の圧縮室へ供給する油供給系統６と、油供給系統６に設けられたオイルクーラ１１及び温度センサ１２と、圧縮空気供給系統５の圧力センサ１０の検出圧力に応じて負荷運転から無負荷運転に切替える運転制御部３１と温度制御部３２を有する制御装置３０とを備える。制御装置３０の温度制御部３２は、負荷運転時に温度センサ１２の検出温度が目標値Ｔ１となるように、無負荷運転時に温度センサ１２の検出温度が目標値Ｔ２（但し、Ｔ１＞Ｔ２）となるように、冷却ファン１３の回転数を可変制御する。【選択図】図３

Description

本発明は、圧縮室に油を注入しつつ空気を圧縮する給油式空気圧縮機に関する。

給油式空気圧縮機は、圧縮機本体と、圧縮機本体の吐出側に接続された分離器と、分離器に接続された圧縮空気供給系統及び油供給系統とを備える。圧縮機本体は、圧縮熱の冷却、ロータの潤滑、及び圧縮室のシールなどを目的として圧縮室に油を注入しつつ、空気を圧縮する。分離器は、圧縮機本体から吐出された圧縮空気とこれに含まれる油を分離する。圧縮空気供給系統は、分離器で分離された圧縮空気をその使用先へ供給する。油供給系統は、分離器と圧縮機本体の圧縮室の間の圧力差によって、分離器で分離された油を圧縮室へ供給する。油供給系統は、油を冷却するオイルクーラを有する。

上述した給油式空気圧縮機において、オイルクーラへ冷却風を供給する冷却ファンと、圧縮機本体と分離器の間に設けられ、圧縮機本体の吐出温度（詳細には、圧縮空気の温度であるが、圧縮空気に含まれる油の温度も同じとみなされる）を検出する温度センサと、温度センサで検出された温度に応じて冷却ファンの回転数を可変制御する制御装置とを備えたものが知られている（例えば特許文献１参照）。

特許文献１の制御装置は、温度センサで検出された温度が予め設定された目標値（詳細には、露点温度より高い値）となるように、冷却ファンの回転数を可変制御して、圧縮機本体の圧縮室へ供給する油の温度を調整する。これにより、圧縮空気が過冷却されて凝縮水が発生するのを防止する。

また、給油式空気圧縮機において、圧縮機本体の吸入側に設けられた吸込み絞り弁と、分離器に接続された放気系統と、放気系統に設けられた放気弁と、圧縮空気供給系統に設けられた圧力センサと、圧力センサで検出された圧力（言い換えれば、圧縮空気の供給量と使用量のバランスによって変動する圧縮空気の圧力）に応じて圧縮機本体の負荷運転と無負荷運転を切替える制御装置とを備えたものが知られている（例えば特許文献２参照）。

特許文献２の制御装置は、圧縮機本体の負荷運転中に、圧力センサで検出された圧力が予め設定された上限値まで上昇すれば、放気弁を閉状態から開状態に切替えると共に、吸込み絞り弁を開状態から閉状態に切替える。これにより、圧縮機本体の負荷運転から無負荷運転に切替える。また、圧縮機本体の無負荷運転中に、圧力センサで検出された圧力が予め設定された下限値まで降下すれば、放気弁を開状態から閉状態に切替えると共に、吸込み絞り弁を閉状態から開状態に切替える。これにより、圧縮機本体の無負荷運転から負荷運転に切替える。

特開２００９−８５０４５号公報

特開２０１１−９９３４８号公報

特許文献１及び２に記載の従来技術が適用された給油式空気圧縮機を想定すると、次のような課題が生じる。特許文献１に記載の従来技術では、圧縮機本体の吐出温度の目標値は、圧縮機本体の吐出圧力に対応する露点温度より高くなるように固定されている。しかし、特許文献２に記載の従来技術のように圧縮機本体の負荷運転と無負荷運転を切替えれば、吐出圧力が変動する。圧縮機本体の無負荷運転時は、負荷運転時と比べて吐出圧力が低下するから、対応する露点温度も低下する。そのため、圧縮機本体の無負荷運転時は、負荷運転時と比べて吐出温度の目標値を低くする余地、すなわち、圧縮機本体の圧縮室へ供給する油の温度を低くする余地がある。圧縮機本体の圧縮室へ供給する油の温度を低くすれば、圧縮空気を効率よく冷却することが可能である。したがって、圧縮機本体の消費動力を低減することが可能である。

本発明は、上記事柄に鑑みてなされたものであり、無負荷運転時の圧縮機本体の消費動力を低減することを課題の一つとするものである。

上記課題を解決するために、特許請求の範囲に記載の構成を適用する。本発明は、上記課題を解決するための手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、圧縮室に油を注入しつつ空気を圧縮する圧縮機本体と、前記圧縮機本体から吐出された圧縮空気とこれに含まれる油を分離する分離器と、前記分離器で分離された圧縮空気をその使用先へ供給する圧縮空気供給系統と、前記圧縮空気供給系統に設けられた圧力センサと、前記分離器で分離された油を前記圧縮機本体の圧縮室へ供給する油供給系統と、前記油供給系統に設けられたオイルクーラ及び温度センサと、前記圧力センサで検出された圧縮空気の圧力に応じて、前記圧縮機本体の負荷運転から無負荷運転に切替える運転制御部、及び前記温度センサで検出された油の温度が目標値となるように前記オイルクーラの冷却力を可変制御する温度制御部を有する制御装置とを備え、前記制御装置の前記温度制御部は、負荷運転時に、前記温度センサで検出された油の温度が第１の目標値となるように前記オイルクーラの冷却力を可変制御する一方、無負荷運転時に、前記温度センサで検出された油の温度が前記第１の目標値より低い第２の目標値となるように前記オイルクーラの冷却力を可変制御する。

本発明によれば、無負荷運転時の圧縮機本体の消費動力を低減することができる。

なお、上記以外の課題、構成及び効果は、以下の説明により明らかにされる。

本発明の第１の実施形態における給油式空気圧縮機の構成を表す概略図であり、負荷運転状態として放気弁の閉状態及び吸込み絞り弁の開状態を示す。本発明の第１の実施形態における無負荷運転状態として放気弁の開状態及び吸込み絞り弁の閉状態を示す図である。本発明の第１の実施形態における制御装置の機能的構成を表すブロック図である。本発明の第２の実施形態における給油式空気圧縮機の構成を表す概略図であり、負荷運転状態を示す。本発明の第２の実施形態における制御装置の機能的構成を表すブロック図である。本発明の第３の実施形態における給油式空気圧縮機の構成を表す概略図であり、負荷運転状態を示す。本発明の第３の実施形態における制御装置の機能的構成を表すブロック図である。本発明の第３の実施形態における圧縮機本体の圧縮過程の空気の温度及び圧力の変化と共に、空気圧力に対応する露点温度を表す図である。本発明の一変形例における給油式空気圧縮機の構成を表す概略図であり、負荷運転時のオイルクーラの並列接続状態を示す。本発明の一変形例における無負荷運転時のオイルクーラの直列接続状態を示す図である。本発明の一変形例における制御装置の機能的構成を表すブロック図である。

本発明の第１の実施形態を、図１〜図３を用いて説明する。

図１は、本実施形態における給油式空気圧縮機の構成を表す概略図であり、負荷運転状態として放気弁の閉状態及び吸込み絞り弁の開状態を示す。図２は、本実施形態における無負荷運転状態として放気弁の開状態及び吸込み絞り弁の閉状態を示す図である。図３は、本実施形態における制御装置の機能的構成を表すブロック図である。

本実施形態の給油式空気圧縮機は、圧縮機本体１と、圧縮機本体１を駆動する電動機２と、圧縮機本体１の吸入側に設けられた吸込み絞り弁３と、圧縮機本体１の吐出側に接続された分離器４と、分離器４に接続された圧縮空気供給系統５、油供給系統６、及び放気系統７と、制御装置３０とを備える。なお、これら圧縮機本体１、電動機２、吸込み絞り弁３、分離器４、圧縮空気供給系統５、油供給系統６、放気系統７、及び制御装置３０等は、パッケージ形の圧縮機ユニット８に搭載されている。

圧縮機本体１は、詳細を図示しないものの、互いに噛み合う雌雄一対のスクリューロータと、それらを収納するケーシングとを有しており、スクリューロータの歯溝に複数の圧縮室が形成されている。スクリューロータが回転すると、圧縮室がロータの軸方向に（図１中左側から右側に向かって）移動する。圧縮室は、空気を吸入して圧縮し、圧縮空気を吐出する。圧縮機本体１は、圧縮熱の冷却、ロータの潤滑、及び圧縮室のシールなどを目的として、例えば圧縮開始直後の圧縮室に油を注入するようになっている。

分離器４は、圧縮機本体１から吐出された圧縮空気とこれに含まれる油を分離し、分離した油を下部に貯留する。分離器４で分離された圧縮空気は、圧縮空気供給系統５を介しユニット外部の使用先へ供給される。圧縮空気供給系統５は、図示しない調圧弁（逆止弁）と、この調圧弁の下流側に設けられた空冷式のアフタークーラ９と、調圧弁の下流側（本実施形態では、アフタークーラ９の下流側）に設けられた圧力センサ１０とを備えている。

分離器４で貯留された油は、分離器４と圧縮機本体１の圧縮室との圧力差によって、油供給系統６を介し圧縮室へ供給される。油供給系統６は、空冷式のオイルクーラ１１と、オイルクーラ１１の下流側に設けられた温度センサ１２とを備えている。オイルクーラ１１は、冷却ファン１３から供給された冷却風によって油を冷却する。なお、油供給系統６は、圧縮機本体１の圧縮室だけでなく軸受等へ油を供給してもよい。

放気系統７は、分離器４と吸込み絞り弁３の一次側（詳細には、弁座の上流側）の間で接続された放気経路１４と、放気経路１４の分岐部から分岐して吸込み絞り弁３の操作室に接続された操作経路１５と、放気経路１４の分岐部より分離器４側に設けられた放気弁１６（電磁弁）と、放気経路１４の分岐部より吸込み絞り弁３の一次側に設けられた固定絞り１７（すなわち、放気速度を抑えるための抵抗）とを備えている。

図１で示すように放気弁１６が閉状態である場合、放気系統７は、分離器４から吸込み絞り弁３の一次側への放気を行わない。このとき、吸込み絞り弁３は、その操作室の圧力が降下するので、開状態となる。これにより、圧縮機本体１の負荷運転となる。一方、図２で示すように放気弁１６が開状態である場合、放気系統７は、分離器４から吸込み絞り弁３の一次側への放気を行う。このとき、吸込み絞り弁３は、その操作室の圧力が上昇するので、閉状態となる。これにより、圧縮機本体１の無負荷運転となる。

制御装置３０は、プログラムに基づいて演算処理や制御処理を実行する演算制御部（例えばＣＰＵ）と、プログラムや演算処理の結果を記憶する記憶部（例えばＲＯＭ、ＲＡＭ）等を有するものである。制御装置３０は、機能的構成として、圧力センサ１０で検出された圧縮空気の圧力（言い換えれば、圧縮空気の供給量と使用量のバランスによって変動する圧縮空気の圧力）に応じて圧縮機本体１の負荷運転から無負荷運転に切替える運転制御部３１と、温度センサ１２で検出された油の温度が目標値（詳細は後述）となるように冷却ファン１３の回転数（すなわち、オイルクーラ１１の冷却力）を可変制御する温度制御部３２とを有している。

運転制御部３１は、圧縮機本体１の負荷運転中に、圧力センサ１０で検出された圧力が予め設定された上限値まで上昇したか否かを判定する。圧力センサ１０で検出された圧力が上限値まで上昇すれば、放気弁１６を閉状態から開状態に切替える。これにより、吸込み絞り弁３が開状態から閉状態となる。したがって、圧縮機本体１の負荷運転から無負荷運転に切替える。また、圧縮機本体１の無負荷運転中に、圧力センサ１０で検出された圧力が予め設定された下限値まで下降したか否かを判定する。圧力センサ１０で検出された圧力が下限値まで下降すれば、放気弁１６を開状態から閉状態に切替える。これにより、吸込み絞り弁３が閉状態から開状態となる。したがって、圧縮機本体１の無負荷運転から負荷運転に切替える。

温度制御部３２の制御における油温の目標値は、油が注入される圧縮室内の空気温度より低くなるように、かつ、圧縮機本体１の吐出圧力に対応する露点温度より高くなるように設定する必要がある。ここで、上述したように負荷運転と無負荷運転を切替えれば、圧縮機本体１の吐出圧力が変動する。圧縮機本体１の無負荷運転時は、負荷運転時と比べて吐出圧力が低下するから、対応する露点温度も低下する（後述の図８参照）。そのため、圧縮機本体１の無負荷運転時は、負荷運転時と比べて油温の目標値を低くする余地がある。

そこで、制御装置３０の温度制御部３２は、負荷運転時に、温度センサ１２で検出された油の温度が予め設定された目標値Ｔ１となるように冷却ファン１３の回転数を可変制御する一方、無負荷運転時に、温度センサ１２で検出された油の温度が予め設定された目標値Ｔ２（但し、Ｔ１＞Ｔ２）となるように冷却ファン１３の回転数を可変制御する。これにより、無負荷運転時の圧縮機本体１の圧縮室へ供給する油の温度を低くして、圧縮空気を効率よく冷却することができる。したがって、無負荷運転時の圧縮機本体１の消費動力を低減することができる。

なお、第１の実施形態において、油温の目標値Ｔ１，Ｔ２は、予め設定された値（固定値）である場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。すなわち、例えば圧縮機本体１と分離器４の間（又は分離器４の内部）に圧力センサを設け、制御装置３０の温度制御部３２は、この圧力センサで検出された圧縮機本体１の吐出圧力に基づいて露点温度を演算し、この露点温度と予め設定された余裕幅を加算することにより、油温の目標値を演算してもよい。さらに、例えば圧縮機本体１の吸気温度（すなわち、周囲の空気温度）を検出する温度センサを設け、前述した露点温度の演算のために、圧縮機本体１の吐出圧力だけでなく、この温度センサで検出された圧縮機本体の吸気温度を用いてもよい。このような変形例においても、無負荷運転時の油温の目標値が負荷運転時の油温の目標値より低くなるので、上記同様の効果を得ることができる。

本発明の第２の実施形態を、図４及び図５を用いて説明する。

図４は、本実施形態における給油式空気圧縮機の構成を表す概略図であり、負荷運転状態を示す。図５は、本実施形態における制御装置の機能的構成を表すブロック図である。なお、本実施形態において、第１の実施形態及び変形例と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。

圧縮機本体１の負荷運転から無負荷運転へ切替えると、分離器４の圧力も低下するが、圧縮機本体１の圧縮室の圧力が急速に低下する。そのため、何らかの手当てをしなければ、圧縮機本体１の圧縮室へ供給する油の流量が過剰となる。油の流量が過剰となれば、かえって、圧縮機本体１の消費動力が増加する。

そこで、本実施形態では、油供給系統６Ａは、オイルクーラ１１及び温度センサ１２に加えて、オイルクーラ１１の下流側に設けられた流量制御弁１８（電磁弁）を備えている。制御装置３０Ａは、運転制御部３１及び温度制御部３２に加えて、流量制御弁１８の開度を可変制御して、圧縮機本体１の圧縮室へ供給する油の流量を制御する流量制御部３３を有している。流量制御部３３は、無負荷運転時に、負荷運転時と比べて小さくなるように流量制御弁１８の開度を制御する。これにより、圧縮機本体１の圧縮室へ供給する油の流量が過剰となるのを防止する。したがって、第１の実施形態と比べ、無負荷運転時の圧縮機本体１の消費動力を更に低減することができる。

本発明の第３の実施形態を、図６〜図８を用いて説明する。

図６は、本実施形態における給油式空気圧縮機の構成を表す概略図であり、負荷運転状態を示す。図７は、本実施形態における制御装置の機能的構成を表すブロック図である。図８は、本実施形態における圧縮機本体の圧縮過程の空気の圧力及び温度の変化と共に、空気圧力に対応する露点温度を表す図である。なお、本実施形態において、第１及び第２の実施形態並びに変形例と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。

本実施形態では、油供給系統６Ｂは、オイルクーラ１１、温度センサ１２、及び流量制御弁１８に加えて、圧縮過程の進捗が互いに異なる２つの圧縮室へそれぞれ油を供給する２段の油供給経路１９Ａ，１９Ｂと、最終段である２段目の油供給経路１９Ｂ（言い換えれば、油供給経路１９Ａ，１９Ｂが油を供給する圧縮室のうち、最も吐出側に位置する圧縮室へ油を供給するもの）に設けられた逆止弁２０と、最終段以外の他段である１段目の油供給経路１９Ａに設けられた絞り弁２１とを備えている。

制御装置３０Ｂは、運転制御部３１、温度制御部３２、及び流量制御部３３に加えて、２段の油供給経路１９Ａ，１９Ｂから２つの圧縮室へそれぞれ供給する油の分配比が一定（詳細には、例えば等分）となるように、圧縮機本体１の負荷運転と無負荷運転の切替えに応じて絞り弁２１の開度を可変制御する分配比制御部３４を有している。詳しく説明すると、圧縮機本体１の負荷運転と無負荷運転の切替えや、この切替えに伴う流量制御弁１８の開度の変化に応じて、油供給系統６Ｂの油の総流量が変動する。そのため、分配比制御部３４は、油供給系統６Ｂの油の総流量が変動しても、２段の油供給経路１９Ａ，１９Ｂから２つの圧縮室へそれぞれ供給する油の分配比が一定となるように、絞り弁２１の開度を可変制御する。

以上のように構成された本実施形態においては、２段の油供給経路１９Ａ，１９Ｂで油を注入することにより、１段の油供給経路で油を注入する場合と比べ、圧縮空気を効率よく冷却することができる（図８参照）。したがって、負荷運転時及び無負荷運転時の圧縮機本体１の消費動力を低減することができる。

また、最終段の油供給経路１９Ｂに逆止弁２０を設けることにより、高圧側の圧縮室から油供給経路１９Ｂへの逆流を防止することができる。また、油供給経路１９Ａ，１９Ｂを介して高圧側の圧縮室から低圧側の圧縮室への逆流や、この逆流によって生じる圧縮空気の過冷却を防止することができる。

また、本実施形態では、第１の実施形態と同様の特徴及びその効果を得ることができるが、図８を用いて補足説明する。負荷運転時の圧縮機本体１の吐出圧力Ｐ１に対し、無負荷運転時の圧縮機本体１の吐出圧力Ｐ２が低下することから、吐出圧力Ｐ１に対応する露点温度Ｔｄ１に対し、吐出圧力Ｐ２に対応する露点温度Ｔｄ２も低下する。そのため、圧縮機本体１の無負荷運転時は、負荷運転時と比べて油温の目標値を低くする余地がある。

制御装置３０Ｂの温度制御部３２は、負荷運転時に、温度センサ１２で検出された油の温度が予め設定された目標値Ｔ１（但し、Ｔ１＞Ｔｄ１）となるように冷却ファン１３の回転数を可変制御する一方、無負荷運転時に、温度センサ１２で検出された油の温度が予め設定された目標値Ｔ２（但し、Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔｄ２）となるように冷却ファン１３の回転数を可変制御する。これにより、無負荷運転時の圧縮機本体１の圧縮室へ供給する油の温度を低くして、圧縮空気を効率よく冷却することができる。

なお、第２及び第３の実施形態並びに変形例において、特に説明しなかったが、給油式空気圧縮機は、図５及び図７中点線で示すように、電動機２の回転数を可変制御するインバータ２２を備えてもよい。制御装置３０Ａ又は３０Ｂの運転制御部３１は、負荷運転時に、圧力センサ１０で検出された圧縮空気の圧力が所定の目標値（詳細には、上述した上限値から下限値までの範囲内で予め設定された値）となるように、インバータ２２を介して電動機２の回転数を例えば１００〜３０％の範囲内で可変制御する。そして、電動機２の回転数が可変制御範囲の下限値（３０％）まで減少し、圧力センサ１０で検出された圧力が上限値まで上昇した場合に、無負荷運転に切替える。そして、無負荷運転時に、インバータ２２を介して電動機２の回転数を下限値に固定する。

また、制御装置３０Ａ又は３０Ｂの流量制御部３３は、負荷運転時に、運転制御部３１又はインバータ２２から取得した電動機２の回転数に応じて流量制御弁１８の開度を可変制御する。詳しく説明すると、圧縮機本体１の圧縮熱は、圧縮機本体１の回転数（すなわち、電動機２の回転数）に比例する。そのため、流量制御部３３は、電動機２の回転数が増加したときに流量制御弁１８の開度を大きくして油の流量を増加させ、電動機２の回転数が減少したときに流量制御弁１８の開度を小さくして油の流量を減少させる。そして、無負荷運転時に、負荷運転時の開度の最小値より小さくなるように、流量制御弁１８の開度を制御する。これにより、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。

さらに、制御装置３０Ｂの分配比制御部３４は、負荷運転時に、２段の油供給経路１９Ａ，１９Ｂから２つの圧縮室へそれぞれ供給する油の分配比が一定となるように、流量制御部３３から取得した流量制御弁１８の開度の変化（すなわち、油供給系統６Ｂの油の総流量の変化）に応じて絞り弁２１の開度を可変制御する。これにより、第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、第２及び第３の実施形態並びに変形例において、制御装置３０Ａ又は３０Ｂの流量制御部３３は、無負荷運転時に、流量制御弁１８の開度を固定する場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。すなわち、例えば分離器４の内部（又は圧縮機本体１と分離器４の間）に圧力センサを設け、制御装置３０Ａ又は３０Ｂの流量制御部３３は、この圧力センサで検出された分離器４の圧力に応じて流量制御弁１８の開度を可変制御してもよい。詳細には、分離器４の圧力が高いときに流量制御弁１８の開度を小さくし、分離器４の圧力が低いときに流量制御弁１８の開度を大きくする。この場合も、無負荷運転時の開度の最大値を負荷運転時の開度より小さくすることにより、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。

さらに、制御装置３０Ｂの分配比制御部３４は、無負荷運転時に、２段の油供給経路１９Ａ，１９Ｂから２つの圧縮室へそれぞれ供給する油の分配比が一定となるように、流量制御部３３から取得した流量制御弁１８の開度の変化（すなわち、油供給系統６Ｂの油の総流量の変化）に応じて絞り弁２１の開度を可変制御する。これにより、第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、第３の実施形態及び変形例において、特に説明しなかったが、２段の油供給経路１９Ａ，１９Ｂは、それぞれ圧縮室に開口する注入口を有している。そして、１段目の油供給経路１９Ａの注入口の断面積より、２段目の油供給経路１９Ｂの注入口の断面積が小さくなるように構成してもよい。このような変形例では、１段目の油供給経路１９Ａから低圧側の圧縮室に注入される油の粒滴より、２段目の油供給経路１９Ｂから高圧側の圧縮室に注入される油の粒滴を小さくすることができ、冷却効率を高めることができる。その結果、高圧側の圧縮室に注入されて圧縮機本体１内での存在時間が短い油でも、圧縮空気を十分に冷却することができ、圧縮機本体１の消費動力を低減することができる。

また、第３の実施形態及び変形例において、油供給系統６Ｂは、２段の油供給経路１９Ａ，１９Ｂを備えた場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。すなわち、油供給系統は、３段以上の油供給経路と、３段以上の油供給経路のうちの最終段の油供給経路に設けられた逆止弁と、３段以上の油供給経路のうちの最終段以外の他段の油供給経路にそれぞれ設けられた絞り弁とを備えてもよい。さらに、各油供給経路は、前段側の油供給経路（すなわち、吸入側に位置する圧縮室へ油を供給する油供給経路）の注入口の断面積より、後段側の油供給経路（すなわち、吐出側に位置する圧縮室へ油を供給する油供給経路）の注入口の断面積が小さくなるように構成されてもよい。

なお、第１〜第３の実施形態及び変形例において、油供給系統は、１つのオイルクーラ１１を備えた場合を例にとって説明したが、これに限られず、複数のオイルクーラを備えてもよい。更に、複数のオイルクーラを並列接続と直列接続に切替える接続切替回路を備えてもよい。このような変形例を、図９〜図１１を用いて説明する。

図９は、本変形例における給油式空気圧縮機の構成を表す概略図であり、負荷運転時のオイルクーラの並列接続状態を示す。図１０は、本変形例における無負荷運転時のオイルクーラの直列接続状態を示す図である。図１１は、本変形例における制御装置の機能的構成を表すブロック図である。なお、本変形例において、第１〜第３の実施形態及び変形例と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。

本変形例では、油供給系統６Ｃは、２つのオイルクーラ１１Ａ，１１Ｂと、これらオイルクーラ１１Ａ，１１Ｂを並列接続と直列接続に切替える接続切替回路２３とを備えている。

接続切替回路２３は、例えば、分離器４とオイルクーラ１１Ａの一方側との間で接続された管路２４Ａと、オイルクーラ１１Ａの他方側と圧縮機本体１との間で接続された管路２４Ｂと、管路２４Ａの分岐部２５Ａと管路２４Ｂの分岐部２５Ｂとの間で接続された管路２４Ｃと、管路２４Ｃの分岐部として設けられた三方弁２６（電磁弁）と、三方弁２６とオイルクーラ１１Ｂの一方側との間で接続された管路２４Ｄと、管路２４Ｂの分岐部２５Ｂよりオイルクーラ１１Ａ側に位置する分岐部２５Ｃとオイルクーラ１１Ｂの他方側との間で接続された管路２４Ｅと、管路２４Ｂの分岐部２５Ｂと分岐部２５Ｃの間に設けられた二方弁２７（電磁弁）とで構成されている。

三方弁２６は、分離器４側と圧縮機本体１側のうちの一方を選択してオイルクーラ１１Ｂの一方側に連通させる。二方弁２７は、管路２４Ｂの分岐部２５Ｂと分岐部２５Ｃの間を連通又は遮断させる。

制御装置３０Ｃは、接続切替回路２３の三方弁２６及び二方弁２７を制御して、オイルクーラ１１Ａ，１１Ｂの並列接続と直列接続に切替える接続切替制御部３５を有している。接続切替制御部３５は、負荷運転時に、三方弁２６を制御して分離器４側とオイルクーラ１１Ｂの一方側を連通させるとともに、二方弁２７を連通状態に制御する。これにより、分離器４から供給された油の一部がオイルクーラ１１Ａの一方側に流入し、残りの油がオイルクーラ１１Ｂの一方側に流入する。そして、オイルクーラ１１Ａの他方側から流出した油とオイルクーラ１１Ｂの他方側から流出した油が合流して、圧縮機本体１の圧縮室へ供給される。

接続切替制御部３５は、無負荷運転時に、三方弁２６を制御して圧縮機本体１側とオイルクーラ１１Ｂの一方側を連通させるとともに、二方弁２７を遮断状態に制御する。これにより、分離器４から供給された油の全てがオイルクーラ１１Ａの一方側に流入し、オイルクーラ１１Ａの他方側から流出した油がオイルクーラ１１Ｂの他方側に流入する。そして、オイルクーラ１１Ｂの一方側から流出した油が圧縮機本体１の圧縮室へ供給される。

以上のように本変形例においては、負荷運転時に、オイルクーラ１１Ａ，１１Ｂを並列接続することにより、それら全体の圧力損失を小さくして、油供給系統の油の流量を大きくすることができる。一方、無負荷運転時に、オイルクーラ１１Ａ，１１Ｂを直列接続することにより、それら全体の圧力損失を大きくして、油供給系統の油の流量を小さくすることができる。したがって、圧縮機本体１の圧縮室へ供給する油の流量が過剰となるのを防止し、無負荷運転時の圧縮機本体１の消費動力を低減することができる。

なお、上述した変形例において、油供給系統６Ｃは、２つのオイルクーラ１１Ａ，１１Ｂと、オイルクーラ１１Ａ，１１Ｂを並列接続と直列接続に切替える接続切替回路２３とを備える場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。すなわち、油供給系統は、３つ以上のオイルクーラと、それらのうちの少なくとも２つのオイルクーラを並列接続と直列接続に切替える接続切替回路とを備えてもよい。

また、第１〜第３の実施形態及び変形例において、給油式空気圧縮機は、空冷式のオイルクーラと、オイルクーラへ冷却風を供給する冷却ファン１３を備え、制御装置の温度制御部３２は、オイルクーラの冷却力を可変制御するために、冷却ファン１３の回転数を可変制御する場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。すなわち、給油式空気圧縮機は、水冷式のオイルクーラと、オイルクーラへ冷却水を供給する冷却水供給系統とを備え、制御装置の温度制御部３２は、オイルクーラの冷却力を可変制御するために、冷却水の供給流量を可変制御してもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。

また、第１〜第３の実施形態及び変形例において、制御装置の運転制御部３１は、圧力センサ１０で検出された圧力が下限値まで下降すれば、無負荷運転から負荷運転に切替える場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。すなわち、制御装置の運転制御部３１は、無負荷運転の継続時間を計測し、この継続時間が予め設定された所定時間に達すれば、無負荷運転から負荷運転に切替えてもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。

また、第１〜第３の実施形態及び変形例において、給油式空気圧縮機は、圧縮機本体１の負荷運転と無負荷運転を切替えるために、吸込み絞り弁３と放気系統７の両方を備えた場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。すなわち、給油式空気圧縮機は、吸込み絞り弁３及び放気系統７のうちの一方のみを備えてもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。

また、第１〜第３の実施形態において、給油式空気圧縮機は、スクリュー型の圧縮機本体１を備えた場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。すなわち、給油式空気圧縮機は、例えばスクロール型の圧縮機本体を備えてもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。

１…圧縮機本体、２…電動機、４…分離器、５…圧縮空気供給系統、６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ…油供給系統、１０…圧力センサ、１１，１１Ａ，１１Ｂ…オイルクーラ、１２…温度センサ、１３…冷却ファン、１８…流量制御弁、１９Ａ，１９Ｂ…油供給経路、２０…逆止弁、２１…絞り弁、２２…インバータ、２３…接続切替回路、３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ…制御装置、３１…運転制御部、３２…温度制御部、３３…流量制御部、３４…分配比制御部、３５…接続切替制御部

Claims

圧縮室に油を注入しつつ空気を圧縮する圧縮機本体と、
前記圧縮機本体から吐出された圧縮空気とこれに含まれる油を分離する分離器と、
前記分離器で分離された圧縮空気をその使用先へ供給する圧縮空気供給系統と、
前記圧縮空気供給系統に設けられた圧力センサと、
前記分離器で分離された油を前記圧縮機本体の圧縮室へ供給する油供給系統と、
前記油供給系統に設けられたオイルクーラ及び温度センサと、
前記圧力センサで検出された圧縮空気の圧力に応じて前記圧縮機本体の負荷運転から無負荷運転に切替える運転制御部、及び前記温度センサで検出された油の温度が目標値となるように前記オイルクーラの冷却力を可変制御する温度制御部を有する制御装置とを備え、
前記制御装置の前記温度制御部は、負荷運転時に、前記温度センサで検出された油の温度が第１の目標値となるように前記オイルクーラの冷却力を可変制御する一方、無負荷運転時に、前記温度センサで検出された油の温度が前記第１の目標値より低い第２の目標値となるように前記オイルクーラの冷却力を可変制御することを特徴とする給油式空気圧縮機。
請求項１に記載の給油式空気圧縮機において、
前記油供給系統に設けられた流量制御弁を備え、
前記制御装置は、前記流量制御弁の開度を可変制御して、前記圧縮機本体の圧縮室へ供給する油の流量を制御する流量制御部を有し、
前記制御装置の前記流量制御部は、無負荷運転時に、負荷運転時と比べて小さくなるように前記流量制御弁の開度を制御することを特徴とする給油式空気圧縮機。
請求項２に記載の給油式空気圧縮機において、
前記圧縮機本体を駆動する電動機と、
前記電動機の回転数を可変制御するインバータとを備え、
前記制御装置の前記運転制御部は、負荷運転時に、前記圧力センサで検出された圧縮空気の圧力が予め設定された目標値となるように前記インバータを介して前記電動機の回転数を可変制御する一方、無負荷運転時に、前記インバータを介して前記電動機の回転数を可変制御範囲の下限値に固定しており、
前記制御装置の前記流量制御部は、負荷運転時に、前記電動機の回転数に応じて前記流量制御弁の開度を可変制御する一方、無負荷運転時に、負荷運転時の開度の最小値より小さくなるように前記流量制御弁の開度を制御することを特徴とする給油式空気圧縮機。
請求項２に記載の給油式空気圧縮機において、
前記油供給系統は、圧縮過程の進捗が互いに異なる複数の圧縮室へそれぞれ油を供給する複数段の油供給経路と、前記複数段の油供給経路のうちの最終段の油供給経路に設けられた逆止弁と、前記複数段の油供給経路のうちの最終段以外の他段の油供給経路に設けられた絞り弁とを備え、
前記制御装置は、前記複数段の油供給経路から前記複数の圧縮室へそれぞれ供給する油の分配比が一定となるように、前記油供給系統の油の総流量に応じて前記絞り弁の開度を可変制御する分配比制御部を有することを特徴とする給油式空気圧縮機。
請求項４に記載の給油式空気圧縮機において、
前記複数段の油供給経路は、それぞれ前記圧縮室に開口する注入口を有し、前段側の油供給経路の注入口の断面積より、後段側の油供給経路の注入口の断面積が小さくなるように構成されたことを特徴とする給油式空気圧縮機。
請求項１に記載の給油式空気圧縮機において、
前記油供給系統は、前記オイルクーラを複数備えるとともに、前記複数のオイルクーラを並列接続と直列接続に切替える接続切替回路を備え、
前記制御装置は、負荷運転時に、前記接続切替回路を制御して前記複数のオイルクーラを並列接続に切替え、無負荷運転時に、前記接続切替回路を制御して前記複数のオイルクーラを直列接続に切替える接続切替制御部を有することを特徴とする給油式空気圧縮機。