JP2022136686A - 圧縮機の吸入温度制御方法及び吸入温度制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な構成で効率よく圧縮機の吸入温度を低下させて圧縮機の省エネルギー化を図ることができる、圧縮機の吸入温度制御方法及び制御装置を提供する。
【解決手段】本発明の第一実施形態に係る圧縮機１の吸入温度制御装置２は、圧縮機１の吸入口に配置された複数の噴霧装置３と、噴霧装置３の使用台数を変更可能な切替装置４と、を備え、圧縮機１の吸入量の変化に応じて噴霧装置３の使用台数を変化させるようにしたものである。切替装置４は、例えば、流量計１１から送信される測定値に比例するように噴霧装置３の使用台数を設定するように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮機の吸入温度制御方法及び制御装置に関し、特に、圧縮機の省エネルギー化を図るための圧縮機の吸入温度制御方法及び吸入温度制御装置に関する。

例えば、製造工場では、部品や装置の動力源として圧縮空気が使用されている。一般的な工場における空気圧縮機の電力消費は、工場全体の総電力消費の約２０％を占める重要な分野である。したがって、圧縮機の消費動力を低減することは、重要な省エネテーマの一つである。

例えば、非特許文献１には、圧縮機の理論動力は以下の数式により導かれることが記載されている。ここで、Ｌａｄは理論動力、ｋは空気の断熱指数、Ｇは重量流量、Ｔ_１は吸入温度（絶対温度）、Ｒはガス定数、Ｐ_１は吸入圧力、Ｐ_２は吐出圧力、である。

この数式により、圧縮機の理論動力が吸入温度Ｔ_１（絶対温度）に比例していることが解る。したがって、圧縮機の吸入温度Ｔ_１を低下させることにより、圧縮機の理論動力の低減を図ることができる。

空気圧縮機の分野では、省エネルギー化のために、室温の換気等によって吸入温度を低下させる提案が既に数多くなされている。例えば、非特許文献１、特許文献１及び特許文献２には、圧縮機の吸入配管に水噴霧装置を設置し、水霧の蒸発熱で吸入温度Ｔ_１を低下させることが記載されている。

長谷川和三著、「すぐに役に立つ製造現場の省エネ技術－エアコンプレッサ編」日刊工業新聞社出版、２０１２年２月２８日、ｐ．６１－７６

特開２００９－１２１３１８ 特開２００９－１９１６３５

上述した先行技術文献に記載された噴霧装置は、吸入配管内に噴霧装置が設置されており、霧化する前の水を吸入配管内に導入し、吸入配管内で霧化するように構成されている。したがって、構造が複雑である、導入コストが高騰する等の問題があった。

本発明はかかる問題点に鑑み創案されたものであり、簡便な構成で効率よく圧縮機の吸入温度を低下させて圧縮機の省エネルギー化を図ることができる、圧縮機の吸入温度制御方法及び制御装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、圧縮機の吸入口に複数の噴霧装置を配置し、前記圧縮機の吸入量の変化に応じて前記噴霧装置の使用台数を変化させるようにした、ことを特徴とする圧縮機の吸入温度制御方法が提供される。

前記吸入温度制御方法は、前記圧縮機の吸入量又は吐出量を測定し、その測定値に比例するように前記噴霧装置の使用台数を設定してもよい。

前記吸入温度制御方法は、前記圧縮機の回転数を制御する回転数信号の数値に比例するように前記噴霧装置の使用台数を設定してもよい。

前記吸入温度制御方法は、前記圧縮機の消費電力又は回転数を測定し、その測定値に比例するように前記噴霧装置の使用台数を設定してもよい。

前記吸入温度制御方法は、前記圧縮機を複数備え、各圧縮機に圧縮空気を分配する前の集合吸入配管に前記複数の噴霧装置を配置し、前記集合吸入配管の吸入量を測定し、その測定値に比例するように前記噴霧装置の使用台数を設定してもよい。

前記吸入温度制御方法は、前記噴霧装置を吸入配管に配置された吸入フィルタの上流に配置してもよい。

前記吸入温度制御方法は、前記圧縮機に吸入される空気の温度及び湿度を測定し、その測定値と前記圧縮機の吸入量との関係から蒸発可能な噴霧量を計算し、その計算値に応じて前記噴霧装置の使用台数を設定するようにしてもよい。

また、本発明によれば、圧縮機の吸入口に配置された複数の噴霧装置と、前記噴霧装置の使用台数を変更可能な切替装置と、を備え、前記圧縮機の吸入量の変化に応じて前記噴霧装置の使用台数を変化させるようにした、ことを特徴とする圧縮機の吸入温度制御装置が提供される。

前記吸入温度制御装置は、前記圧縮機の吸入量又は吐出量を測定する流量計を備え、前記切替装置は、前記流量計の測定値に比例するように前記噴霧装置の使用台数を設定するように構成されていてもよい。

前記吸入温度制御装置は、前記圧縮機の回転数を制御する制御装置を備え、前記切替装置は、前記制御装置から送信される回転数信号の数値に比例するように前記噴霧装置の使用台数を設定するように構成されていてもよい。

前記吸入温度制御装置は、前記圧縮機の消費電力又は回転数を測定する監視装置を備え、前記切替装置は、前記監視装置の測定値に比例するように前記噴霧装置の使用台数を設定するように構成されていてもよい。

前記吸入温度制御装置は、前記圧縮機を複数備え、各圧縮機に圧縮空気を分配する前の集合吸入配管と、該集合吸入配管に配置された流量計と、を備え、前記複数の噴霧装置は、前記集合吸入配管に配置され、前記切替装置は、前記流量計の測定値に比例するように前記噴霧装置の使用台数を設定するように構成されていてもよい。

前記噴霧装置は、吸入配管に配置された吸入フィルタの上流に配置されていてもよい。

前記吸入温度制御装置は、前記圧縮機に吸入される空気の温度及び湿度を測定する温湿度計を備え、前記切替装置は、前記温湿度計の測定値と前記圧縮機の吸入量との関係から蒸発可能な噴霧量を計算し、その計算値に応じて前記噴霧装置の使用台数を設定するように構成されていてもよい。

上述した本発明に係る圧縮機の吸入温度制御方法及び吸入温度制御装置によれば、圧縮機の吸入口に複数の噴霧装置を配置し、圧縮機の吸入量の変化に応じて噴霧装置の使用台数を変化させるようにしたことにより、圧縮機の吸入量に対して噴霧装置のオン・オフを切り替えるだけで噴霧量を調整することができ、霧化した水の蒸発量を管理することができる。したがって、本発明によれば、簡便な構成で効率よく圧縮機の吸入温度を低下させて圧縮機の省エネルギー化を図ることができる。

本発明の第一実施形態に係る圧縮機の吸入温度制御装置を示す全体構成図である。 吸入温度制御方法の一例を示す図であり、（Ａ）は噴霧量が多い状態、（Ｂ）は噴霧量が少ない状態、を示している。 図１に示した吸入温度制御装置の第一変形例を示す全体構成図である。 図１に示した吸入温度制御装置の第二変形例を示す全体構成図である。 図１に示した吸入温度制御装置の第三変形例を示す全体構成図である。 図１に示した吸入温度制御装置の第四変形例を示す全体構成図である。 本発明の第二実施形態に係る圧縮機の吸入温度制御装置を示す全体構成図である。

以下、本発明の実施形態について、図１～図７を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の第一実施形態に係る圧縮機の吸入温度制御装置を示す全体構成図である。図２は、吸入温度制御方法の一例を示す図であり、（Ａ）は噴霧量が多い状態、（Ｂ）は噴霧量が少ない状態、を示している。

本発明の第一実施形態に係る圧縮機１の吸入温度制御装置２は、圧縮機１の吸入口に配置された複数の噴霧装置３と、噴霧装置３の使用台数を変更可能な切替装置４と、を備え、圧縮機１の吸入量の変化に応じて噴霧装置３の使用台数を変化させるようにしたものである。

圧縮機１は、例えば、製造工場等で部品や装置の動力源として圧縮空気を供給する回転機械である。圧縮機１には、吐出圧力が２００ｋＰａ以下のブロワも含まれる。圧縮機１は、一段の圧縮機であってもよいし、二段以上の多段の圧縮機であってもよい。

圧縮機１は、例えば、回転軸に連結された駆動モータ１ａにより駆動される。圧縮機１の上流側には吸入制御弁１ｂが配置されている。吸入制御弁１ｂは、例えば、インレットガイドベーン（IGV：Inlet Guide Vane）であり、吸入流量（絞り量）は制御装置１ｃにより制御される。圧縮機１は、例えば、ターボ圧縮機である。

圧縮機１は、外部から空気を吸入し、圧縮空気を吐出する圧縮空気生成ライン中に配置されている。圧縮空気生成ラインには、上流側から、吸入フィルタ５、噴霧装置３、流量計１１、吸入制御弁１ｂ、圧縮機１、アフタークーラ６、逆止弁７、ドライヤ８が順に配置されている。

吸入フィルタ５は、空気の取り入れ口に配置され、空気中のごみや塵埃等の異物を取り除く部品である。流量計１１は、圧縮機１の吸入量を測定する機器である。アフタークーラ６は、温度上昇した圧縮空気を冷却して温度を下げる熱交換器である。逆止弁７は、圧縮空気の逆流を防止する弁である。ドライヤ８は、圧縮空気に含まれる水分を除去する乾燥器である。

また、アフタークーラ６と逆止弁７との間には、圧縮機１の吐出量を減量するために圧縮空気の一部を大気に放風する放風ライン９が接続されていてもよい。放風ライン９には、放風制御弁９ａ、放風サイレンサ９ｂ等が配置される。

噴霧装置３は、例えば、図１及び図２に示したように、吸入口（圧縮機１と吸入フィルタ５との間の流路）を構成する吸入配管１０に配置されている。噴霧装置３は、例えば、スプレーノズル３ａと、スプレーノズル３ａに水を供給する給水ライン３ｂと、スプレーノズル３ａに圧縮空気を供給するエアライン３ｃと、により構成される。なお、噴霧装置３は、図示した構成に限定されるものではない。

スプレーノズル３ａは、吸入配管１０の周方向及び軸方向の何れか一方向又は両方向に複数配置されている。スプレーノズル３ａは、圧縮機１に吸入される前に水を蒸発させることができるように、粒径１０μｍ以下の水滴に霧化可能な性能を備えている。給水ライン３ｂは給水タンク３ｄに接続されており、エアライン３ｃには電磁弁３ｅが配置されている。

電磁弁３ｅは、切替装置４からの信号により弁の開閉が制御される。電磁弁３ｅを開にすると、スプレーノズル３ａに圧縮空気が供給され水が噴霧される。また、電磁弁３ｅを閉にすると、スプレーノズル３ａへの圧縮空気の供給が停止され水の噴霧が停止される。電磁弁３ｅの開閉により、噴霧装置３のオン・オフが制御される。

切替装置４は、流量計１１から送信される測定値に比例するように噴霧装置３の使用台数を設定し、電磁弁３ｅの開閉を制御するように構成されている。複数の噴霧装置３のオン・オフを個別に制御することにより、容易に噴霧量を制御することができる。

例えば、流量計１１の測定値が高い（圧縮空気の流量が多い）場合には、図２（Ａ）に示したように、オン状態の噴霧装置３の使用台数（図では６台）を増やして噴霧量を多くする。また、流量計１１の測定値が低い（圧縮空気の流量が少ない）場合には、図２（Ｂ）に示したように、オン状態の噴霧装置３の使用台数（図では３台）を減らして噴霧量を少なくする。

なお、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）において、オン状態の噴霧装置３については、スプレーノズル３ａに供給される水及び圧縮空気並びにスプレーノズル３ａから噴霧される霧を矢印で図示してある。

スプレーノズル３ａを使用した噴霧装置３において噴霧量を一定にした場合、圧縮機１の吸入量が少ないときに吸入量に対して噴霧量が過剰となり、噴霧した霧が蒸発することができず、省エネ効果が低減することとなる。それに対して、本実施形態では、圧縮機１の吸入量に応じて噴霧量を容易に調整することができ、省エネ効果の低減を抑制することができる。

なお、図示しないが、圧縮機１とアフタークーラ６との間に流量計を配置して、圧縮機１の吐出量を測定し、吸入量の変化を吐出量により把握するようにしてもよい。

次に、上述した吸入温度制御装置２の変形例について、図３～図５を参照しつつ説明する。ここで、図３は、図１に示した吸入温度制御装置の第一変形例を示す全体構成図である。図４は、図１に示した吸入温度制御装置の第二変形例を示す全体構成図である。図５は、図１に示した吸入温度制御装置の第三変形例を示す全体構成図である。図６は、図１に示した吸入温度制御装置の第四変形例を示す全体構成図である。

図３に示した吸入温度制御装置２の第一変形例は、圧縮機１の回転数を制御する制御装置１ｄを備えている。切替装置４は、制御装置１ｄから送信される回転数信号の数値に比例するように噴霧装置３の使用台数を設定するように構成されている。

図３に示した圧縮機１は、例えば、スクリュー圧縮機である。このように、圧縮機１を回転数制御する場合には、圧縮機１の吸入量の変化は、圧縮機１の回転数を制御する回転数信号により把握するようにしてもよい。なお、スクリュー圧縮機では、起動時に吸入制御弁１ｂを閉、放風制御弁９ａを開とし、運転時に吸入制御弁１ｂを開、放風制御弁９ａを閉とするように制御される。

図４に示した吸入温度制御装置２の第二変形例は、圧縮機１の消費電力又は回転数を測定する監視装置１２を備えている。切替装置４は、監視装置１２の測定値に比例するように噴霧装置３の使用台数を設定するように構成されている。

監視装置１２は、圧縮機１の消費電力を測定する電力計又は圧縮機１の回転数を測定する回転計を備えている。このように、圧縮機１の吸入量の変化は、監視装置１２によりモニタリングされた圧縮機１の消費電力や回転数によって把握するようにしてもよい。

図５に示した吸入温度制御装置２の第三変形例は、複数の圧縮機１と、各圧縮機１に圧縮空気を分配する前の集合吸入配管１３と、集合吸入配管１３に配置された流量計１４と、を備えている。複数の噴霧装置３は、集合吸入配管１３に配置されている。また、切替装置４は、流量計１４の測定値に比例するように噴霧装置３の使用台数を設定するように構成されている。

このように、空気の取り入れ口に対して複数の圧縮機１が配置されている場合には、集合吸入配管１３に複数の噴霧装置３を配置することにより、各圧縮機１の吸入配管に噴霧装置３を配置する場合と比較して導入コストを低減することができる。

なお、図５では、説明の便宜上、圧縮機１より下流側の圧縮空気生成ライン、駆動モータ１ａ、制御装置１ｃの図を省略してある。

図６に示した吸入温度制御装置２の第四変形例は、噴霧装置３を吸入配管１０に配置された吸入フィルタ５の上流に配置したものである。かかる構成により、既存の吸入配管１０を改造することなく、噴霧装置３を圧縮空気生成ライン上に容易に設置することができる。

上述した本実施形態（変形例を含む）に係る圧縮機１の吸入温度制御装置２によれば、圧縮機の吸入口に複数の噴霧装置３を配置し、圧縮機１の吸入量の変化に応じて噴霧装置の使用台数を変化させる吸入温度制御方法を容易に実現することができる。

また、本実施形態に係る圧縮機１の吸入温度制御装置２によれば、圧縮機１の吸入量に対して噴霧装置３のオン・オフを切り替えるだけで噴霧量を調整することができ、霧化した水の蒸発量を管理することができ、簡便な構成で効率よく圧縮機１の吸入温度を低下させて圧縮機１の省エネルギー化を図ることができる。

例えば、一段の圧縮機１の吸入温度を１５℃下げると省エネ量は約５％であり、噴霧装置３の空気消費量は約０．４％であり、蒸気の消費動力は約０．４％であり、合計の省エネ量は約４．２％となる。

次に、本発明の第二実施形態に係る圧縮機１の吸入温度制御装置２について、図７を参照しつつ説明する。ここで、図７は、本発明の第二実施形態に係る圧縮機の吸入温度制御装置を示す全体構成図である。なお、上述した第一実施形態と同じ構成部品については、同じ符号を付して重複した説明を省略する。

空気の飽和水蒸気量は、空気の温度及び湿度によって変動することから、蒸発可能な噴霧量も変動する。そこで、第二実施形態に係る吸入温度制御装置２では、吸入する空気の温度湿度により、噴霧量の最適化を図り、吸入温度の低下効率を最大化させるようにしている。

第二実施形態に係る吸入温度制御装置２は、図１に示した第一実施形態に係る吸入温度制御装置２に対して、圧縮機１に吸入される空気の温度及び湿度を測定する温湿度計１５を追加したものである。切替装置４は、温湿度計１５の測定値と圧縮機１の吸入量との関係から蒸発可能な噴霧量を計算し、その計算値に応じて噴霧装置３の使用台数を設定するように構成されている。温湿度計１５は、例えば、噴霧装置３よりも上流側の吸入配管１０に配置される。

例えば、吸入される空気の温度が高く相対湿度が低い場合は、噴霧装置３の使用台数を増やして噴霧量を増加させ、圧縮機１の吸入温度の下げ幅を大きくする。一方、吸入される空気の温度が低く相対湿度が高い場合は、噴霧装置３の使用台数を減らして噴霧量を減少させ、吸入温度の下げ幅を小さくする。

かかる構成により、噴霧量の最適化を図ることができ、過剰噴霧による圧縮機への水分の吸入を抑制することができ、省エネ効果の最大化を図ることができる。なお、図示しないが、温湿度計１５は、図３～図６に示した変形例に追加するようにしてもよい。

本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。

１ 圧縮機
１ａ 駆動モータ
１ｂ 吸入制御弁
１ｃ，１ｄ 制御装置
２ 吸入温度制御装置
３ 噴霧装置
３ａ スプレーノズル
３ｂ 給水ライン
３ｃ エアライン
３ｄ 給水タンク
３ｅ 電磁弁
４ 切替装置
５ 吸入フィルタ
６ アフタークーラ
７ 逆止弁
８ ドライヤ
９ 放風ライン
９ａ 放風制御弁
９ｂ 放風サイレンサ
１０ 吸入配管
１１ 流量計
１２ 監視装置
１３ 集合吸入配管
１４ 流量計
１５ 温湿度計

Claims (14)

1. 圧縮機の吸入口に複数の噴霧装置を配置し、
   前記圧縮機の吸入量の変化に応じて前記噴霧装置の使用台数を変化させるようにした、
   ことを特徴とする圧縮機の吸入温度制御方法。
2. 前記圧縮機の吸入量又は吐出量を測定し、その測定値に比例するように前記噴霧装置の使用台数を設定した、請求項１に記載の圧縮機の吸入温度制御方法。
3. 前記圧縮機の回転数を制御する回転数信号の数値に比例するように前記噴霧装置の使用台数を設定した、請求項１に記載の圧縮機の吸入温度制御方法。
4. 前記圧縮機の消費電力又は回転数を測定し、その測定値に比例するように前記噴霧装置の使用台数を設定した、請求項１に記載の圧縮機の吸入温度制御方法。
5. 前記圧縮機を複数備え、各圧縮機に圧縮空気を分配する前の集合吸入配管に前記複数の噴霧装置を配置し、前記集合吸入配管の吸入量を測定し、その測定値に比例するように前記噴霧装置の使用台数を設定した、請求項１に記載の圧縮機の吸入温度制御方法。
6. 前記噴霧装置を吸入配管に配置された吸入フィルタの上流に配置した、請求項１に記載の圧縮機の吸入温度制御方法。
7. 前記圧縮機に吸入される空気の温度及び湿度を測定し、その測定値と前記圧縮機の吸入量との関係から蒸発可能な噴霧量を計算し、その計算値に応じて前記噴霧装置の使用台数を設定するようにした、請求項１～６の何れか一項に記載の圧縮機の吸入温度制御方法。
8. 圧縮機の吸入口に配置された複数の噴霧装置と、
   前記噴霧装置の使用台数を変更可能な切替装置と、を備え、
   前記圧縮機の吸入量の変化に応じて前記噴霧装置の使用台数を変化させるようにした、
   ことを特徴とする圧縮機の吸入温度制御装置。
9. 前記圧縮機の吸入量又は吐出量を測定する流量計を備え、前記切替装置は、前記流量計の測定値に比例するように前記噴霧装置の使用台数を設定するように構成されている、請求項８に記載の圧縮機の吸入温度制御装置。
10. 前記圧縮機の回転数を制御する制御装置を備え、前記切替装置は、前記制御装置から送信される回転数信号の数値に比例するように前記噴霧装置の使用台数を設定するように構成されている、請求項８に記載の圧縮機の吸入温度制御装置。
11. 前記圧縮機の消費電力又は回転数を測定する監視装置を備え、前記切替装置は、前記監視装置の測定値に比例するように前記噴霧装置の使用台数を設定するように構成されている、請求項８に記載の圧縮機の吸入温度制御装置。
12. 前記圧縮機を複数備え、各圧縮機に圧縮空気を分配する前の集合吸入配管と、該集合吸入配管に配置された流量計と、を備え、前記複数の噴霧装置は、前記集合吸入配管に配置され、前記切替装置は、前記流量計の測定値に比例するように前記噴霧装置の使用台数を設定するように構成されている、請求項８に記載の圧縮機の吸入温度制御装置。
13. 前記噴霧装置は、吸入配管に配置された吸入フィルタの上流に配置されている、請求項８に記載の圧縮機の吸入温度制御装置。
14. 前記圧縮機に吸入される空気の温度及び湿度を測定する温湿度計を備え、前記切替装置は、前記温湿度計の測定値と前記圧縮機の吸入量との関係から蒸発可能な噴霧量を計算し、その計算値に応じて前記噴霧装置の使用台数を設定するように構成されている、請求項７～１３の何れか一項に記載の圧縮機の吸入温度制御装置。
    
    

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