JP2023136256A - 空気圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮空気経路の圧力損失の低減を図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、作動室に油を注入しつつ空気を圧縮する圧縮機本体２と、圧縮機本体２から吐出された圧縮空気とこれに含まれた油を分離する気液分離器５と、気液分離器５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経路６Ａ，６Ｂと、圧縮空気経路６Ａ，６Ｂの間に設けられた開閉弁１１と、開閉弁１１の上流側の圧力を検出する上流側圧力センサ１２と、開閉弁１１の開閉を制御する制御装置１０とを備える。制御装置１０は、圧縮機本体２の駆動中、上流側圧力センサ１２で検出された圧力が所定値を超えるときに、開閉弁１１を開状態に制御し、上流側圧力センサ１２で検出された圧力が所定値以下であるときに、開閉弁１１を閉状態に制御する。制御装置１０は、圧縮機本体２の停止時に、開閉弁１１を閉状態に制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、作動室に液体を注入しつつ空気を圧縮する空気圧縮機に関する。

液冷式の空気圧縮機は、作動室に液体（例えば油等）を注入しつつ空気を圧縮する圧縮機本体と、圧縮機本体から吐出された圧縮空気とこれに含まれた液体を分離する気液分離器と、気液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経路と、圧縮空気経路に設けられた調圧逆止弁とを備える。調圧逆止弁は、その上流側の圧力（すなわち、気液分離器の圧力）が所定値以上となるように調整する圧力調整機能と、圧縮機本体の停止時などにおける圧縮空気の逆流を防止する逆流防止機能とを有する。

特許文献１の調圧逆止弁（最小圧力弁）は、ピストン（弁本体）と、ピストンの一端側（弁座とは反対側）に位置するチャンバ室と、チャンバ室に導入する圧力を調節する調節ユニットと、ピストンの他端側（弁座側）の穴に挿入された軸と、軸の先端側に設けられた弁体（段部）とを備える。そして、軸の先端側に作用する力がピストンの一端側に作用する力より大きいときに、軸及びピストンが弁座とは反対側に移動し、弁体が弁座を開く。一方、軸の先端側に作用する力がピストンの一端側に作用する力より小さいときに、軸及びピストンが弁座側に移動し、弁体が弁座を閉じる。これにより、弁座の上流側の圧力が所定値以上となるように調整する。また、軸及びピストンが弁座とは反対側に移動した状態で、圧縮空気の逆流が発生すると（言い換えれば、弁体の下流側の圧力が上流側の圧力より大きくなると）、軸が弁座側に移動し、弁体が弁座を閉じる。これにより、圧縮空気の逆流を防止する。

特表２０２０－５２６７１９号公報

上記従来技術には次のような改善の余地があった。特許文献１の調圧逆止弁は、逆流防止機能を得るために、ピストンに対して軸及び弁体が移動可能に構成されている。そのため、調圧逆止弁の開動作の初期は、弁体の下流側の圧力が上流側の圧力より十分に小さいので、開度（弁体と弁座の間隔）が十分に大きくなるものの、開動作の終期は、弁体の下流側の圧力が上流側の圧力より僅かに小さくなるので、弁体が弁座側に少し移動し、開度が小さくなる。調圧逆止弁の開度が小さくなるぶん、圧縮空気経路の圧力損失が増加する。

本発明は、上記事柄に鑑みてなされたものであり、圧縮空気経路の圧力損失の低減を図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、作動室に液体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た液体を分離する気液分離器と、前記気液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経路と、を備えた空気圧縮機において、前記圧縮空気経路に配置された開閉弁と、前記開閉弁の上流側の圧力を検出する上流側圧力センサと、前記開閉弁の開閉を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記圧縮機本体の駆動中、前記上流側圧力センサで検出された圧力が所定値を超えるときに、前記開閉弁を開状態に制御し、前記上流側圧力センサで検出された圧力が前記所定値以下であるときに、前記開閉弁を閉状態に制御する圧力調整制御機能と、前記圧縮機本体の停止時に、前記開閉弁を閉状態に制御する逆流防止制御機能とを有する。

本発明によれば、圧縮空気経路の圧力損失の低減を図ることができる。

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空気圧縮機の構成を表す概略図であり、開閉弁が開状態である場合を示す。 本発明の第１の実施形態における空気圧縮機の構成を表す概略図であり、開閉弁が閉状態である場合を示す。 本発明の第２の実施形態における空気圧縮機の構成を表す概略図であり、開閉弁が開状態である場合を示す。 本発明の第２の実施形態における空気圧縮機の構成を表す概略図であり、開閉弁が閉状態である場合を示す。 本発明の第３の実施形態における空気圧縮機の構成を表す概略図であり、開閉弁が開状態である場合を示す。 本発明の第３の実施形態における空気圧縮機の構成を表す概略図であり、開閉弁が閉状態である場合を示す。

本発明の第１の実施形態を、図１及び図２を用いて説明する。図１及び図２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り、開閉弁の開状態及び閉状態をそれぞれ示す。

本実施形態の空気圧縮機は、電動機１によって駆動され、作動室に油（液体）を供給しつつ空気を圧縮する圧縮機本体２と、圧縮機本体２の吸入側に設けられたエアフィルタ３と、圧縮機本体２の吸入側を閉止可能な吸込み絞り弁４と、圧縮機本体２から吐出された圧縮空気とこれに含まれた油を分離する気液分離器５と、気液分離器５で分離された油を圧縮機本体２の作動室へ供給する油経路（図示せず）と、気液分離器５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経路６Ａ，６Ｂと、気液分離器５と吸込み絞り弁４の上流側の間で接続された放気経路７と、放気経路７に設けられ、圧縮機本体２の吐出側を放気可能な放気弁８と、ユーザインタフェース９と、制御装置１０とを備える。

圧縮機本体２は、例えば、互いに噛み合う雌雄一対のスクリューロータと、スクリューロータ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作動室が形成されている。各作動室は、ロータの回転に伴ってロータの軸方向に移動すると共に、空気を吸入する吸入過程と、空気を圧縮する圧縮過程と、圧縮空気を吐出する吐出過程とを順次行う。圧縮機本体２は、作動室のシール、圧縮熱の冷却、及びロータの潤滑などを目的として、作動室に油を供給するようになっている。

圧縮空気経路６Ａ，６Ｂの間には開閉弁１１が設けられている。開閉弁１１の上流側である気液分離器５には上流側圧力センサ１２が設けられ、開閉弁１１の下流側である圧縮空気経路６Ｂには下流側圧力センサ１３やアフタークーラ（図示せず）が設けられている。上流側圧力センサ１２は、開閉弁１１の上流側である気液分離器５の圧力を検出し、制御装置１０へ出力する。下流側圧力センサ１３は、開閉弁１１の下流側の圧力を検出し、制御装置１０へ出力する。

開閉弁１１は、弁座１４と、弁座１４を開閉する弁体１５と、シリンダ１６内に摺動可能に設けられ、弁体１５に軸１７を介し連結固定されたピストン１８と、シリンダ１６内にピストン１８で区画された操作室１９Ａ，１９Ｂとを有する。また、気液分離器５に接続された圧力経路２０Ａと、操作室１９Ａ，１９Ｂにそれぞれ接続された圧力経路２０Ｂ，２０Ｃと、圧力経路２０Ｂ，２０Ｃのうちの一方を選択して圧力経路２０Ａと連通する三方弁（電磁弁）２１Ａとを有する。また、操作室１９Ａ，１９Ｂにそれぞれ接続された圧力経路２０Ｄ，２０Ｅと、圧力経路２０Ｄ，２０Ｅのうちの一方を選択して外部と連通する三方弁（電磁弁）２１Ｂとを有する。ピストン１８は、弁体１５より受圧面積が大きくなっている。

ユーザインタフェース９は、例えば、運転スイッチ、停止スイッチ、及びモニタで構成されている。制御装置１０は、プログラムに従って処理を実行するプロセッサと、プログラムやデータを記憶するメモリとを有する。

制御装置１０は、運転制御機能を有する。詳細には、運転スイッチの操作に応じ、吸込み絞り弁４を閉状態、放気弁８を開状態としつつ、電動機１を駆動させて圧縮機本体２を駆動させる。その後、吸込み絞り弁４を開状態、放気弁８を閉状態に切換えて、圧縮機本体２の負荷運転を行う。また、停止スイッチの操作に応じ、電動機１を停止させて圧縮機本体２を停止させると共に、吸込み絞り弁４を閉状態、放気弁８を開状態に切換える。

制御装置１０は、圧縮機本体２の負荷運転中、下流側圧力センサ１３で検出された圧力が所定の上限値Ｐｕまで上昇したときに、吸込み絞り弁４を閉状態、放気弁８を開状態に切換えて、圧縮機本体２の無負荷運転に切換える。圧縮機本体２の無負荷運転中、無負荷運転の継続時間が所定値に達せず、下流側圧力センサ１３で検出された圧力が所定の下限値Ｐｄ（但し、Ｐｄ＜Ｐｕ）まで下降したときに、吸込み絞り弁４を開状態、放気弁８を閉状態に切換えて、圧縮機本体２の負荷運転に切換える。圧縮機本体２の無負荷運転中、下流側圧力センサ１３で検出された圧力が所定の下限値Ｐｄまで下降せず、無負荷運転の継続時間が所定値に達したときに、電動機１を停止させて圧縮機本体２を停止させると共に、吸込み絞り弁４を閉状態、放気弁８を開状態に切換える。

本実施形態の特徴の一つとして、制御装置１０は、圧縮機本体２の負荷運転中、上流側圧力センサ１２で検出された圧力に応じて開閉弁１１の開閉を制御することにより、開閉弁１１の上流側である気液分離器５の圧力が所定値（詳細には、気液分離器５の分離機能を確保するためや、気液分離器５から圧縮機本体２の作動室への油供給のために設定された値）以上となるように調整する圧力調整制御機能を有する。その詳細を説明する。

制御装置１０は、圧縮機本体２の負荷運転中、上流側圧力センサ１２で検出された圧力が所定値を超えるときに、三方弁２１Ａを制御して圧力経路２０Ａと圧力経路２０Ｂを連通させ、三方弁２１Ｂを制御して圧力経路２０Ｅと外部を連通させる。これにより、開閉弁１１の操作室１９Ａの圧力が高く且つ操作室１９Ｂの圧力が低くなり、ピストン１８及び弁体１５が弁座１４とは反対側に移動し、弁座１４が開く（図１参照）。

制御装置１０は、圧縮機本体２の負荷運転中、上流側圧力センサ１２で検出された圧力が所定値以下であるときに、三方弁２１Ａを制御して圧力経路２０Ａと圧力経路２０Ｃを連通させ、三方弁２１Ｂを制御して圧力経路２０Ｄと外部を連通させる。これにより、開閉弁１１の操作室１９Ｂの圧力が高く且つ操作室１９Ａの圧力が低くなり、ピストン１８及び弁体１５が弁座１４側に移動し、弁座１４が閉じる（図２参照）。

本実施形態の他の特徴として、圧縮機本体２の無負荷運転時及び停止時に、開閉弁１１を閉状態に制御する逆流防止制御機能を有する。

以上のように本実施形態においては、圧縮空気の逆流を防止するための開閉弁１１の閉動作を、制御装置１０の制御によって行う。これにより、従来技術のように、弁体がピストンに対して移動可能に設けられた場合、言い換えれば、圧縮空気の逆流を防止するための弁の閉動作を、弁体の下流側圧力と上流側圧力とのバランスによって行う場合とは異なり、開閉弁１１の開状態における弁体１５と弁座１４の間隔（開度）を大きくして維持することができる。したがって、圧縮空気経路の圧力損失を低減することができる。

本発明の第２の実施形態を、図３及び図４を用いて説明する。図３及び図４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り、開閉弁の開状態及び閉状態をそれぞれ示す。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。

本実施形態の開閉弁１１Ａは、気液分離器５に接続された圧力経路２０Ａと、操作室１９Ａに接続された圧力経路２０Ｂと、圧力経路２０Ａ及び外部のうちの一方を選択して圧力経路２０Ｂと連通する三方弁（電磁弁）２１Ｃとを有する。また、操作室１９Ｂに配置され、ピストン１８を弁座１４側に付勢するバネ２２と、操作室１９Ｂを放気する放気孔２３とを有する。

制御装置１０は、三方弁２１Ｃを制御して圧力経路２０Ａと圧力経路２０Ｂを連通させる。これにより、開閉弁１１の操作室１９Ａの圧力が高くなり、バネ２２の付勢力に対抗して、ピストン１８及び弁体１５が弁座１４とは反対側に移動し、弁座１４が開く（図３参照）。制御装置１０は、三方弁２１Ｃを制御して外部と圧力経路２０Ｃを連通させる。これにより、開閉弁１１の操作室１９Ａの圧力が低くなり、バネ２２の付勢力によって、ピストン１８及び弁体１５が弁座１４側に移動し、弁座１４が閉じる（図４参照）。

以上のように構成された本実施形態においても、第１の実施形態と同様、開閉弁１１の開度を大きくして維持することができる。その結果、圧縮空気経路の圧力損失を低減することができる。

なお、第１及び第２の実施形態において、制御装置１０は、下流側圧力センサ１３で検出された圧力が所定の上限値Ｐｕまで上昇したときに、吸込み絞り弁４及び放気弁８を制御して圧縮機本体２の無負荷運転に切換え、その後、下流側圧力センサ１３で検出された圧力が所定の下限値Ｐｄまで下降したときに、吸込み絞り弁４及び放気弁８を制御して圧縮機本体２の負荷運転に切換える運転制御機能を有する場合を例にとって説明したが、これに限られない。空気圧縮機は、吸込み絞り弁４及び放気弁８を備えなくてもよい。制御装置１０は、下流側圧力センサ１３で検出された圧力が所定の上限値Ｐｕまで上昇したときに、圧縮機本体２を停止させ、その後、下流側圧力センサ１３で検出された圧力が所定の下限値Ｐｄまで下降したときに、圧縮機本体２を駆動させる運転制御機能を有してもよい。この場合、制御装置１０は、圧力調整制御機能として、圧縮機本体２の駆動中、上流側圧力センサ１２で検出された圧力が所定値を超えるときに、開閉弁１１を開状態に制御し、上流側圧力センサ１２で検出された圧力が所定値以下であるときに、開閉弁１１を閉状態に制御する。また、逆流防止制御機能として、圧縮機本体２の停止時に、開閉弁１１を閉状態に制御する。

本発明の第３の実施形態を、図５及び図６を用いて説明する。図５及び図６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り、開閉弁の開状態及び閉状態をそれぞれ示す。なお、本実施形態において、第１及び第２の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。

本実施形態の開閉弁１１Ｂは、操作室１９Ａを放気する放気孔２３を有する。操作室１９Ｂは、気液分離器５に接続された放気経路７Ａと吸込み絞り弁４の上流側に接続された放気経路７Ｂとの間に介在し、放気弁８は、放気経路７Ａに設けられている。

制御装置１０は、放気弁８を閉状態に制御することにより、開閉弁１１の操作室１９Ｂの圧力が低くなり、ピストン１８及び弁体１５が弁座１４とは反対側に移動し、弁座１４が開く（図５参照）。制御装置１０は、放気弁８を開状態に制御することにより、開閉弁１１の操作室１９Ｂの圧力が高くなり、ピストン１８及び弁体１５が弁座１４側に移動し、弁座１４が閉じる（図６参照）。

以上のように構成された本実施形態においても、第１及び２の実施形態と同様、開閉弁１１の開度を大きくして維持することができる。その結果、圧縮空気経路の圧力損失を低減することができる。

なお、以上においては、給油式の（すなわち、油を作動室に供給する）空気圧縮機に本発明を適用した場合を例にとって説明したが、これに限られず、他の給液式の（すなわち、油以外の液体を作動室に供給する）空気圧縮機に本発明を適用してもよい。

２…圧縮機本体、４…吸込み絞り弁、５…気液分離器、６Ａ，６Ｂ…圧縮空気経路、８…放気弁、１０…制御装置、１１，１１Ａ，１１Ｂ…開閉弁、１２…上流側圧力センサ、１３…下流側圧力センサ、１４…弁座、１５…弁体、１６…シリンダ、１７…軸、１８…ピストン、１９Ａ，１９Ｂ…操作室、２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ…三方弁（電磁弁）

Claims (5)

1. 作動室に液体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た液体を分離する気液分離器と、前記気液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経路と、を備えた空気圧縮機において、
   前記圧縮空気経路に設けられた開閉弁と、
   前記開閉弁の上流側の圧力を検出する上流側圧力センサと、
   前記開閉弁の開閉を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記圧縮機本体の駆動中、前記上流側圧力センサで検出された圧力が所定値を超えるときに、前記開閉弁を開状態に制御し、前記上流側圧力センサで検出された圧力が前記所定値以下であるときに、前記開閉弁を閉状態に制御する圧力調整制御機能と、
   前記圧縮機本体の停止時に、前記開閉弁を閉状態に制御する逆流防止制御機能とを有することを特徴とする空気圧縮機。
2. 請求項１に記載の空気圧縮機において、
   前記圧縮機本体の吸入側を閉止可能な吸込み絞り弁と、
   前記圧縮機本体の吐出側を放気可能な放気弁と、
   前記開閉弁の下流側の圧力を検出する下流側圧力センサとを備え、
   前記制御装置は、
   前記下流側圧力センサで検出された圧力が所定の上限値まで上昇したときに、前記吸込み絞り弁及び前記放気弁を制御して前記圧縮機本体の無負荷運転に切換え、その後、前記下流側圧力センサで検出された圧力が所定の下限値まで下降したときに、前記吸込み絞り弁及び前記放気弁を制御して前記圧縮機本体の負荷運転に切換える運転制御機能を有し、
   前記逆流防止制御機能として、前記圧縮機本体の無負荷運転時及び停止時に、前記開閉弁を閉状態に制御することを特徴とする空気圧縮機。
3. 請求項１に記載の空気圧縮機において、
   前記開閉弁は、弁座と、前記弁座を開閉する弁体と、シリンダ内に摺動可能に設けられ、前記弁体に軸を介し連結固定されたピストンと、前記シリンダ内に前記ピストンで区画された操作室と、前記操作室の圧力を可変させる電磁弁とを有し、
   前記制御装置は、前記電磁弁を制御することにより、前記開閉弁の開閉を制御することを特徴とする空気圧縮機。
4. 請求項２に記載の空気圧縮機において、
   前記開閉弁は、弁座と、前記弁座を開閉する弁体と、シリンダ内に摺動可能に設けられ、前記弁体に軸を介し連結固定されたピストンと、前記シリンダ内に前記ピストンで区画された操作室とを有し、
   前記放気弁は、前記操作室の圧力を可変可能とし、
   前記制御装置は、前記放気弁を制御することにより、前記開閉弁の開閉も制御することを特徴とする空気圧縮機。
5. 請求項３又は４に記載の空気圧縮機において、
   前記ピストンは、前記弁体より受圧面積が大きいことを特徴とする空気圧縮機。

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