JP2021014790A

JP2021014790A - 空気圧縮機

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Publication number: JP2021014790A
Application number: JP2017208416A
Authority: JP
Inventors: 真嗣浦田; Shinji Urata; 彰伊与泉; Akira IYOZUMI; 征和長谷; Masakazu Hase
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2017-10-27
Filing date: 2017-10-27
Publication date: 2021-02-12
Also published as: WO2019082552A1

Abstract

【課題】コスト低減を図りながら、外気フィルタの目詰まりを検知することができる空気圧縮機を提供する。【解決手段】空気圧縮機は、外気フィルタ１０を介し筐体８の内部に取入れられた空気の一部を、吸気フィルタ１２を介し圧縮機本体２が吸入するように構成されている。また、空気圧縮機は、圧縮機本体２から吐出された圧縮空気の温度を検出する吐出温度センサ１６と、吸気フィルタ１２の前後の差圧を検出する差圧センサ１３と、制御装置６と、表示装置７とを備える。制御装置６は、吐出温度センサ１６で検出された温度Ｔが閾値Ｔａより大きく、且つ差圧センサ１３で検出された差圧Ｄが閾値Ｄａ以下である場合に、外気フィルタ１０が目詰まりしていると判定する。表示装置７は、制御装置６の判定結果を表示する。【選択図】図１

Description

本発明は、外気フィルタ及び吸気フィルタを備えた空気圧縮機に関する。

特許文献１は、パッケージ形の空気圧縮機を開示する。この空気圧縮機は、電動機と、電動機によって駆動されて空気を圧縮する圧縮機本体と、圧縮機本体の吸入側に接続され、吸気フィルタ等を有する吸入系統と、圧縮機本体の吐出側に接続され、熱交換器等を有する吐出系統と、ファン装置と、それらを収納する筐体とを備えている。筐体には空気入口（冷却風取入口）及び空気出口（冷却風排出口）が形成されている。ファン装置は、空気入口から筐体の内部に取入れられて空気出口から排出される空気の流れ（冷却風）を誘起する。

圧縮機本体は、空気入口から筐体の内部に取入れられた空気の一部を、吸気フィルタを介し吸入する。そして、空気を圧縮し、圧縮空気を吐出する。熱交換器は、ファン装置で誘起された冷却風によって圧縮空気を冷却する。

特開２００７−３３２７８８号公報

一般的に、筐体の内部に粉塵等が侵入するのを防止するため、筐体の空気入口には外気フィルタが取付けられる。しかし、外気フィルタの目詰まりが発生すれば、圧縮機の保守や温度管理の面で弊害が生じる。そのため、外気フィルタを定期的に清掃することが推奨されており、予め設定された運転時間毎に外気フィルタの清掃を促すための報知（詳細には、例えばメッセージの表示等）が行われる。しかし、圧縮機の運転状況や設置環境によっては、外気フィルタの目詰まりが早まる可能性がある。かといって、外気フィルタの目詰まりを検知するための専用のセンサ（詳細には、例えば空気入口から筐体の内部に取入れられた空気の流量を検出するための流量センサ）を追加すれば、コスト高となる。

本発明は、上記事柄に鑑みてなされたものであり、コスト低減を図りながら、外気フィルタの目詰まりを検知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、電動機と、電動機によって駆動されて空気を圧縮する圧縮機本体と、前記圧縮機本体の吸入側に接続された吸入系統と、前記圧縮機本体の吐出側に接続された吐出系統と、前記電動機、前記圧縮機本体、前記吸入系統、及び前記吐出系統を収納する筐体と、前記筐体に形成された空気入口及び空気出口と、前記空気入口に取付けられた外気フィルタと、前記空気入口から前記外気フィルタを介し前記筐体の内部に取入れられて前記空気出口から排出される空気の流れを誘起するファン装置と、前記吐出系統に設けられ、前記ファン装置で誘起された冷却風によって圧縮空気を冷却する熱交換器と、前記吸入系統に設けられた吸気フィルタとを備え、前記外気フィルタを介し前記筐体の内部に取入れられた空気の一部を、前記吸気フィルタを介し前記圧縮機本体が吸入するように構成された空気圧縮機において、前記圧縮機本体から吐出された圧縮空気の温度を検出する吐出温度センサと、前記吸気フィルタの前後の差圧を検出する差圧センサと、前記吐出温度センサで検出された温度が第１の閾値より大きく、且つ前記差圧センサで検出された差圧が第２の閾値以下である場合に、前記外気フィルタが目詰まりしていると判定する制御装置と、前記制御装置の判定結果を報知する報知装置とを備える。

本発明によれば、コスト低減を図りながら、外気フィルタの目詰まりを検知することができる。

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。

本発明の一実施形態における空気圧縮機の構成を表す概略図である。本発明の一実施形態における外気フィルタの目詰まりの報知に係わる制御装置の処理手順を表すフローチャートである。本発明の一変形例における外気フィルタの目詰まりの報知に係わる制御装置の処理手順を表すフローチャートである。本発明の他の変形例における通信端末を表す概略図である。

本発明の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施形態における空気圧縮機の構成を表す概略図である。

本実施形態の空気圧縮機は、電動機１と、電動機１によって駆動されて空気を圧縮する圧縮機本体２と、圧縮機本体２の吸入側に接続された吸入系統３と、圧縮機本体２の吐出側に接続された吐出系統４と、ファン装置５と、制御装置６と、表示装置７と、それらを収納する筐体８とを備えている。

筐体８は、図示しないものの、ベース（架台）、前面パネル、左面パネル、右面パネル、後面パネル、及び上面パネルで構成されている。空気入口９は、例えば左面パネルに形成され、外気フィルタ１０が取付けられている。空気出口１１は、例えば上面パネルに形成されている。ファン装置５は、図１中矢印Ａで示すように、空気入口９から外気フィルタ１０を介し筐体８の内部に取入れられて空気出口１１から排出される空気の流れ（冷却風）を誘起するようになっている。なお、表示装置７は、図示しないものの、その表示部が例えば前面パネルの外側に露出するように取付けられている。

吸入系統３は、吸気フィルタ１２及び差圧センサ１３を有している。差圧センサ１３は、吸気フィルタ１２の前後の差圧Ｄを検出し、検出した差圧Ｄを制御装置６へ出力する。筐体８の空気入口９の内側（但し、外側であってもよい）には、空気温度センサ１４が設けられている。空気温度センサ１４は、吸気フィルタ１２の上流側における空気の温度Ｔｓ（空気入口９の外側における空気の温度にほぼ相当）を検出し、検出した温度Ｔｓを制御装置６へ出力する。

圧縮機本体２は、例えばオイルフリー式の（詳細には、圧縮室内を無給油状態で運転する）スクリュー圧縮機である。圧縮機本体２は、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。圧縮機本体２は、外気フィルタ１０（一次フィルタ）を介し筐体８の内部に取入れられた空気の一部を、吸気フィルタ１２（二次フィルタ）を介し吸入する。そして、空気を圧縮し、圧縮空気を吐出系統４に吐出する。

吐出系統４は、ファン装置５で誘起された冷却風によって圧縮空気を冷却する熱交換器（冷却器）１５と、熱交換器１５の上流側に配置された吐出温度センサ１６と、熱交換器１５の下流側に配置された圧力センサ１７とを有している。吐出温度センサ１６は、圧縮機本体２から吐出された圧縮空気の温度Ｔを検出し、検出した温度Ｔを制御装置６へ出力する。圧力センサ１７は、吐出系統４における圧縮空気の圧力Ｐｄを検出し、検出した圧力Ｐｄを制御装置６へ出力する。

制御装置６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６は、圧力センサ１７で検出された圧力Ｐｄを入力し、この圧力Ｐｄを表示装置７に出力して表示させる。

また、制御装置６は、空気温度センサ１４で検出された温度Ｔｓが規定値（例えば４５℃）より大きい場合に、環境温度異常の警報指令を表示装置７に出力する。これに応じて、表示装置７は、例えば「警報：環境温度異常」のメッセージを表示するようになっている。

また、制御装置６は、吐出温度センサ１６で検出された温度Ｔが規定値に達した場合に、電動機１を停止させるようになっている。

また、制御装置６は、差圧センサ１３で検出された差圧Ｄが予め設定された閾値Ｄａより大きいかどうかにより、吸気フィルタ１２が目詰まりしているかどうかを判定する。そして、差圧センサ１３で検出された差圧Ｄが閾値Ｄａより大きい場合に、吸気フィルタの目詰まりの警報指令を表示装置７に出力する。これに応じて、表示装置７は、例えば「警報：吸気フィルタの目詰まり」のメッセージを表示するようになっている。

ここで本実施形態の大きな特徴として、制御装置６は、吐出温度センサ１６及び差圧センサ１３の検出結果を利用して、外気フィルタ１０が目詰まりしているか否かを判定する。詳しく説明すると、外気フィルタ１０又は吸気フィルタ１２が目詰まりした場合、圧縮機本体２の吸入圧力が低下し、圧縮比が増加する。そのため、外気フィルタ１０又は吸気フィルタ１２が目詰まりしない場合と比べ、圧縮機本体２の吐出温度が上昇する。したがって、吐出温度センサ１６の検出結果に基づいて外気フィルタ１０又は吸気フィルタ１２が目詰まりしていると判定することができる。さらに、差圧センサ１３の検出結果に基づいて吸気フィルタ１２が目詰まりしていないことがわかれば、外気フィルタ１０が目詰まりしていると判定することができる。制御装置６は、その判定結果を表示装置７に出力して表示させるようになっている。

上述した外気フィルタ１０の目詰まりの報知に係わる制御装置６の処理手順を、図２を用いて説明する。図２は、本実施形態における外気フィルタの目詰まりの報知に係わる制御装置の処理手順を表すフローチャートである。なお、図２で示す制御装置の処理は、圧縮機本体２の運転中（すなわち、電動機１の駆動中）に行われるものとする。

ステップＳ１０１にて、制御装置６は、吐出温度センサ１６及び差圧センサ１３の検出値を入力する。その後、ステップＳ１０２に進み、制御装置６は、吐出温度センサ１６で検出された温度Ｔが予め設定された閾値Ｔａより大きいかどうかを判定する。これにより、外気フィルタ１０又は吸気フィルタ１２が目詰まりしているかどうかを判定する。温度Ｔが閾値Ｔａ以下である場合は（言い換えれば、外気フィルタ１０及び吸気フィルタ１２が目詰まりしていない場合は）、ステップＳ１０２の判定がＮＯとなり、ステップＳ１０１に戻って上記の処理を繰り返す。一方、温度Ｔが閾値Ｔａより大きい場合は（言い換えれば、外気フィルタ１０又は吸気フィルタ１２が目詰まりしている場合は）、ステップＳ１０２の判定がＹＥＳとなり、ステップＳ１０３に移る。

ステップＳ１０３にて、制御装置６は、差圧センサ１３で検出された差圧Ｄが閾値Ｄａ以下であるかどうかを判定する。これにより、吸気フィルタ１２が目詰まりしていないかどうかを判定する。差圧Ｄが閾値Ｄａより大きい場合は（言い換えれば、吸気フィルタ１２が目詰まりしている場合は）、ステップＳ１０３の判定がＮＯとなり、ステップＳ１０１に戻って上記の処理を繰り返す。一方、差圧Ｄが閾値Ｄａ以下である場合は（言い換えれば、吸気フィルタ１２が目詰まりしていない場合は）、ステップＳ１０３の判定がＹＥＳとなり、ステップＳ１０４に移る。

ステップＳ１０４にて、制御装置６は、外気フィルタの目詰まりの警報指令を表示装置７に出力する。これに応じて、表示装置７は、例えば「警報：外気フィルタの目詰まり」のメッセージを表示するようになっている。

以上のように本実施形態においては、既存のセンサの検出結果に基づいて、外気フィルタの目詰まりを検知することができる。したがって、外気フィルタの目詰まりを検知するための専用のセンサを追加する必要がなく、コスト低減を図ることができる。また、外気フィルタの目詰まりを報知することにより、外気フィルタの目詰まりを早期に解消することができ、省エネを図ることができる。

なお、上記実施形態においては、吐出温度センサ１６で検出された温度Ｔに対する閾値Ｔａが固定設定された場合を例にとって説明したが、これに限られず、閾値が可変設定されてもよい。このような変形例を、図３を用いて説明する。

図３は、本変形例における外気フィルタの目詰まりの報知に係わる制御装置の処理手順を表すフローチャートである。なお、この図３において、図２とほぼ同様の部分は同一の符号を付す。

本変形例では、ステップＳ１０１にて、制御装置６は、吐出温度センサ１６、差圧センサ１３、空気温度センサ１４、及び圧力センサ１７の検出値を入力する。その後、ステップＳ１０５に進み、制御装置６は、下記の式（１）を用いて、空気温度センサ１４で検出された温度Ｔｓ及び圧力センサ１７で検出された圧力Ｐｄにより、閾値Ｔｂを演算する。
Ｔｂ＝Ｔｄ＋Ｂ＝（Ｐｄ／Ｐｓ）^{｛（ｋ−１／ｋ）｝}×Ｔｓ＋Ｂ・・・（１）

式（１）中のＰｓは、外気フィルタ１０の下流側かつ吸気フィルタ１２の上流側の圧力であって、外気フィルタ１０が目詰まりしていない場合を想定し、Ｐｓ＝０．１０１３ＭＰａ（大気圧）と仮定する。ｋは、空気の比熱比であって、ｋ＝１．４である。Ｔｄは、Ｐｓ＝０．１０１３ＭＰａの場合の吐出温度の推定値であり、Ｂは、閾値を設定するための固定値である。なお、式（１）は、ポアソンの法則及びボイル・シャルルの法則に基づいて導出されたものである。

その後、ステップＳ１０２に進み、制御装置６は、吐出温度センサ１６で検出された温度Ｔが閾値Ｔｂより大きいかどうかを判定する。これにより、外気フィルタ１０又は吸気フィルタ１２が目詰まりしているかどうかを判定する。温度Ｔが閾値Ｔｂ以下である場合は（言い換えれば、外気フィルタ１０及び吸気フィルタ１２が目詰まりしていない場合は）、ステップＳ１０２の判定がＮＯとなり、ステップＳ１０１に戻って上記の処理を繰り返す。一方、温度Ｔが閾値Ｔｂより大きい場合は（言い換えれば、外気フィルタ１０又は吸気フィルタ１２が目詰まりしている場合は）、ステップＳ１０２の判定がＹＥＳとなり、ステップＳ１０３に移る。

以上のように本変形例においても、上記実施形態と同様、既存のセンサの検出結果に基づいて、外気フィルタの目詰まりを検知することができる。したがって、外気フィルタの目詰まりを検知するための専用のセンサを追加する必要がなく、コスト低減を図ることができる。また、本変形例においては、上記実施形態と比べ、外気フィルタの目詰まりの検知精度を高めることができる。

なお、上記実施形態及び変形例において、制御装置６の判定結果を報知する報知装置は、筐体８に搭載され、制御装置６の判定結果を表示する表示装置７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。図４で示す変形例のように、報知装置は、例えば、筐体８から離間され、通信回線１８を介し受信した制御装置６の判定結果（詳細には、例えば「警報：外気フィルタの目詰まり」のメッセージ等）を表示する通信端末１９であってもよい。あるいは、図示しないものの、報知装置は、例えば筐体８に搭載された警報ランプ又は警報ブザーであってもよい。そして、制御装置６は、外気フィルタ１０が目詰まりしていると判定した場合に、警報ランプ又は警報ブザーを駆動してもよい。これらの変形例においても、上記同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態及び変形例においては、特に説明しなかったが、圧力センサ１７で検出された圧力に応じて制御装置６が圧縮機本体２の運転状態を制御してもよい。具体的には、例えば、吸入系統３が吸込み絞り弁を有し、圧力センサ１７で検出された圧力に応じて制御装置６が吸込み絞り弁の開閉を制御してもよい。また、例えば、吐出系統４が放気弁を有し、圧力センサ１７で検出された圧力に応じて制御装置６が放気弁の開閉を制御してもよい。また、電動機１の回転数を可変制御するインバータを設け、圧力センサ１７で検出された圧力に応じて制御装置６がインバータを制御してもよい。これらの変形例においても、上記同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態及び変形例において、圧縮機本体２は、オイルフリー式のスクリュー圧縮機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、オイルフリー式に代えて、例えば、圧縮室に油を供給する給油式や、圧縮室に水を供給する給水式でもよい。これらの場合は、油又は水の冷却による圧縮空気の温度の低下を考慮して、閾値Ｔａ又はＴｂを設定すればよい。また、スクリュー圧縮機に代えて、例えば、スクロール圧縮機でもよい。

１…電動機、２…圧縮機本体、３…吸入系統、４…吐出系統、５…ファン装置、６…制御装置、７…表示装置（報知装置）、８…筐体、９…空気入口、１０…外気フィルタ、１１…空気出口、１２…吸気フィルタ、１３…差圧センサ、１４…空気温度センサ、１５…熱交換器、１６…吐出温度センサ、１７…圧力センサ、１８…通信回線、１９…通信端末（報知装置）

Claims

電動機と、電動機によって駆動されて空気を圧縮する圧縮機本体と、前記圧縮機本体の吸入側に接続された吸入系統と、前記圧縮機本体の吐出側に接続された吐出系統と、前記電動機、前記圧縮機本体、前記吸入系統、及び前記吐出系統を収納する筐体と、前記筐体に形成された空気入口及び空気出口と、前記空気入口に取付けられた外気フィルタと、前記空気入口から前記外気フィルタを介し前記筐体の内部に取入れられて前記空気出口から排出される空気の流れを誘起するファン装置と、前記吐出系統に設けられ、前記ファン装置で誘起された冷却風によって圧縮空気を冷却する熱交換器と、前記吸入系統に設けられた吸気フィルタとを備え、
前記外気フィルタを介し前記筐体の内部に取入れられた空気の一部を、前記吸気フィルタを介し前記圧縮機本体が吸入するように構成された空気圧縮機において、
前記圧縮機本体から吐出された圧縮空気の温度を検出する吐出温度センサと、
前記吸気フィルタの前後の差圧を検出する差圧センサと、
前記吐出温度センサで検出された温度が第１の閾値より大きく、且つ前記差圧センサで検出された差圧が第２の閾値以下である場合に、前記外気フィルタが目詰まりしていると判定する制御装置と、
前記制御装置の判定結果を報知する報知装置とを備えたことを特徴とする空気圧縮機。
請求項１に記載の空気圧縮機において、
前記吸気フィルタの上流側における空気の温度を検出する空気温度センサと、
前記吐出系統における圧縮空気の圧力を検出する圧力センサとを備え、
前記制御装置は、前記空気温度センサ及び前記圧力センサの検出結果に応じて前記第１の閾値を可変設定することを特徴とする空気圧縮機。
請求項１に記載の空気圧縮機において、
前記報知装置は、前記筐体に搭載され、前記制御装置の判定結果を表示する表示装置であることを特徴とする空気圧縮機。
請求項１に記載の空気圧縮機において、
前記報知装置は、前記筐体から離間され、通信回線を介し受信した前記制御装置の判定結果を表示する通信端末であることを特徴とする空気圧縮機。