JP4805064B2 - 不活性ガス昇圧送給方法および装置 - Google Patents

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Description

本発明は、不活性ガス供給源から供給される不活性ガスを、往復ピストン式圧縮機により、昇圧して昇圧貯蔵タンクへ送給する方法および装置に関する。
不活性ガス昇圧送給装置において、不活性ガス供給源から供給される窒素ガス、ヘリウム、圧縮空気等の不活性ガスを、ブースタコンプレッサで昇圧してから、昇圧貯蔵タンクや使用箇所へ送ることがある。ブースタコンプレッサとしては、一般的な往復ピストン式圧縮機が使用されることが多い（例えば、特許文献１参照）。
往復ピストン式圧縮機をもって不活性ガスを昇圧して昇圧貯蔵タンクへ送るようにした装置においては、通常、昇圧貯蔵タンク内の圧力が上限に達していないときには、往復ピストン式圧縮機の運転を続けて、不活性ガスを昇圧して昇圧貯蔵タンク内へ送給するロード運転（「通常運転」ともいう）と、昇圧貯蔵タンク内の圧力が所定の上限に達すると、往復ピストン式圧縮機を運転させたまま、不活性ガスが昇圧貯蔵タンク内へ送られないようにしたアンロード運転(「無負荷運転」ともいう)とに切り換えができるようになっている（例えば、特許文献２、３参照）。
特開２００５−１５５４８６号公報 特開平８−３１９９８２号公報 特開２０００−２８３０５３号公報
しかし、上述のような不活性ガス昇圧送給装置においては、アンロード運転時には、不活性ガス供給源と往復ピストン式圧縮機とを繋ぐ吸入配管に設けた供給弁を閉じるようにしているため、不活性ガス供給源からの圧力がなくなり、往復ピストン式圧縮機の圧縮室内及び吸入配管内の圧力は大気圧以下(負圧)になる。そのため、アンロード運転時、圧縮室内に往復ピストン式圧縮機のクランクケース内の空気が徐々に流入したり、クランクケース内のオイルを吸い上げたりして、濃度が低下した不活性ガスが生成されることとなる。その結果、アンロード運転からロード運転に切り換わったとき、濃度が低下した不活性ガスが必要箇所へ送られてしまうおそれがる。
本発明は、従来の技術が有する上記のような問題点に鑑み、アンロード運転時、濃度が低下した不活性ガスが生成されるのを防止して、信頼性の高い不活性ガスを送給可能にした不活性ガス昇圧送給方法および装置を提供することを目的としている。
本発明によると、上記課題は、次のようにして解決される。
（１）不活性ガス供給源から供給された不活性ガスを、往復ピストン式圧縮機により、昇圧して昇圧貯蔵タンクへ送給するようにした不活性ガス昇圧送給方法において、前記往復ピストン式圧縮機を動作させた状態で、前記不活性ガス供給源から前記往復ピストン式圧縮機への不活性ガスの供給を停止させるとともに、前記往復ピストン式圧縮機の吐出側から昇圧されて吐出される不活性ガスを、前記昇圧貯蔵タンクへ送給することなく、前記往復ピストン式圧縮機の吸入側に戻して循環させる。
（２）不活性ガス供給源から供給された不活性ガスを、往復ピストン式圧縮機により、昇圧して昇圧貯蔵タンクへ送給するようにした不活性ガス昇圧送給装置において、前記不活性ガス供給源と前記往復ピストン式圧縮機の吸入孔とを、前記不活性ガス供給源から供給された不活性ガスを通過させる開状態及び遮断する閉状態に切り換え可能な供給切換弁を設けた吸入配管で接続するとともに、前記往復ピストン式圧縮機の吐出孔と前記昇圧貯蔵タンクとを、逆止弁を設けた吐出配管で接続し、さらに、前記吐出配管と前記吸入配管とを、前記吐出孔から吐出された不活性ガスを通過させる開状態及び遮断する閉状態に切り換え可能なモード切換弁を設けた循環用配管で接続して、前記往復ピストン式圧縮機を運転させた状態で、前記供給切換弁を開から閉、前記モード切換弁を閉から開にそれぞれ切り換えることにより、前記吐出孔から吐出される不活性ガスを前記循環用配管を通して前記吸入孔に戻して循環させる。
（３）上記(２)項において、昇圧貯蔵タンク内の圧力を検出可能な圧力検出手段と、前記圧力検出手段が前記昇圧貯蔵タンク内の圧力が所定圧以上になったことを検出したことを契機に、往復ピストン式圧縮機を動作させた状態で、供給切換弁を開から閉、モード切換弁を閉から開にそれぞれ切り換え、また、前記圧力検出手段が前記昇圧貯蔵タンク内の圧力が所定圧以下になったことを検出したことを契機に、前記供給切換弁を閉から開、前記モード切換弁を開から閉にそれぞれ切り換えるべく制御する制御手段を備える。
（４）上記(２)または(３)において、循環配管を通って吸入配管側に戻る不活性ガスを冷却する冷却器を設ける。
本発明によれば、次のような効果が効果が奏せられる。
請求項１記載の発明によると、往復ピストン式圧縮機から吐出される不活性ガスを往復ピストン式圧縮機の吸入側に戻すように循環させることにより、例えば往復ピストン式圧縮機のクランクケース内の空気やオイルが圧縮室内に流入したりして、アンロード運転時、濃度が低下した不活性ガスが生成されるのを防止することができる。そのため、アンロード運転からロード運転への切り換えた後、濃度が低下した不活性ガスが昇圧貯蔵タンクに送給されることを防止することができる。
請求項２記載の発明によると、アンロード運転時、往復ピストン式圧縮機から吐出される不活性ガスを循環用配管を介して、往復ピストン式圧縮機の吸入側に戻して循環させるようにしてあるので、例えば往復ピストン式圧縮機のクランクケース内の空気やオイルが圧縮室内に流入して、アンロード運転時、圧縮室内の不活性ガスの濃度が低下することを防止することができ、この結果、アンロード運転からロード運転への切り換えた後、濃度が低下した不活性ガスが昇圧貯蔵タンクに送給されることを防止することができる。
請求項３記載の発明によると、昇圧貯蔵タンク内の圧力が所定圧以上になると、ロード運転からアンロード運転に切り換えられ、また、昇圧貯蔵タンク内の圧力が所定圧以下になると、アンロード運転からロード運転に切り換え制御されるため、運転操作の簡略化を図ることができる。
請求項４記載の発明によると、往復ピストン式圧縮機と循環配管を通って循環する不活性ガスは冷却器で冷却されるので、不活性ガスが異常に高温になることはない。
以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態における不活性ガス昇圧送給装置の送給系統図である。不活性ガス昇圧送給装置は、不活性ガス供給源(１)と往復ピストン式圧縮機(２)と昇圧貯蔵タンク(３)とコントローラ(４)等を備えている。
不活性ガス供給源(１)は、窒素ガス、ヘリウム、または圧縮空気等の不活性ガス発生装置（図示略）、または不活性ガスが加圧状態で充填されている不活性ガスボンベ（図示略）等を備えている。
往復ピストン式圧縮機(２)は、シリンダ(５)と、このシリンダ(５)内に配置され、シリンダ(５)内に圧縮室を画成しているピストン(６)とを備えている。ピストン(６)は、モータ(７)で駆動されるクランクシャフト(８)の先端に取り付けられており、クランクシャフト(８)と連動して、シリンダ(５)内を上下に往復移動し、この往復移動をもって、吸入・圧縮・吐出の一連の動作を実行する。
往復ピストン式圧縮機(２)の吸入孔(９)と不活性ガス供給源(１)の出口孔(10)とは、吸入配管(11)で接続されている。吸入配管(11)には、供給切換弁(12)が設けられている。供給切換弁(12)は、ソレノイド(12a)の駆動により２方向に切り換え制御される二方電磁弁であり、不活性ガス供給源(１)の出口孔(10)と往復ピストン式圧縮機(２)の吸入孔(９)との間を連通する開位置［図１中の(イ)］、及び遮断する閉位置［図１中の(ロ)］とに切り換え可能になっている。
昇圧貯蔵タンク(３)は、往復ピストン式圧縮機(２)で昇圧されて吐出された不活性ガスを貯蔵するタンクで、往復ピストン式圧縮機(２)の吐出口(13)と昇圧貯蔵タンク(３)の送給口(14)とは、逆止弁(15)を介して吐出配管(16)で接続されている。昇圧貯蔵タンク(３)の出口孔(17)には、適宜操作される吐出弁(18)が設けられている。
供給切換弁(12)と往復ピストン式圧縮機(２)の吸入孔(９)との間における吸入配管(11)と、往復ピストン式圧縮機(２)の吐出孔(13)と逆止弁(15)との間における吐出配管(16)とは、アフタークーラ(19)及びモード切換弁(20)を直列に設けた循環用配管(21)で接続されている。
アフタークーラ(19)は、往復ピストン式圧縮機(２)の吐出口(13)から吐出されて循環用配管(21)を通る不活性ガスを冷却するための冷却器として機能する。
モード切換弁(20)は、ソレノイド(20a)の駆動により２方向に切り換え制御される二方電磁弁であり、往復ピストン式圧縮機(２)の吐出口(13)から吐出された不活性ガスが循環用配管(21)へ流れないように循環通路を閉じ、吐出口(13)から吐出された不活性ガスを昇圧貯蔵タンク(３)内に送給する状態を形成するロード運転モード位置［図１中の(ａ)］と、往復ピストン式圧縮機(２)の吐出口(13)から吐出された不活性ガスが循環用配管(21)に流れ、再び往復ピストン式圧縮機(２)の吸入口(９)からシリンダ(５)の圧縮室内に戻るような循環通路を形成して、不活性ガスが昇圧貯蔵タンク(３)内に送給されない状態を形成するアンロード運転モード位置［図１中の(ｂ)］とに切り換え可能である。
コントローラ(４)は、不活性ガス昇圧送給装置における送給系統を制御するもので、マイクロコンピュータを主体として構成されている。コントローラ(４)には、昇圧貯蔵タンク(３)内の圧力を検出する圧力検出手段(22)が圧力信号線(23)を介して電気的に接続されるとともに、ソレノイド(20a)，モータ(７)，ソレノイド(12a)がそれぞれ信号線(24)，(25)，(26)を介して電気的に接続されている。
コントローラ(４)は、モータ(７)の起動信号および圧力検出手段(22)からの信号に基づいて、ソレノイド(12a)，(20a)を、予めプログラムされている手順に従って制御する。
図２は、コントローラ(４)により、それぞれソレノイド(12a)，(20a)を介して、供給切換弁(12)及びモード切換弁(20)の状態を制御する一動作例を示すフローチャートである。
次に、図２に示すフローチャートにしたがって、不活性ガス昇圧送給装置の動作を説明する。先ず、モータ(７)が起動されると、フローはスタートする。モータ(７)が起動されるのと実質的に同時に、コントローラ(４)は、ステップ(ST1)でソレノイド(12a)及び(20a)にそれぞれソレノイド電流を流し、供給切換弁(12)を閉から開［図１中の(イ)位置］に切り換えて、不活性ガス供給源(１)から供給された不活性ガスを往復ピストン式圧縮機(２)に供給可能とするとともに、モード切換弁(20)をロード運転モード位置［図１中の(ａ)］である閉位置に切り換える。
そして、モータ(７)によりピストン(６)が往復運動を開始すると、往復ピストン式圧縮機(２)は、ピストン(６)が下降する吸入工程において、不活性ガス供給源(１)から供給された不活性ガスを、シリンダ(５)の圧縮室内に吸入し、次いでピストン(６)が上昇する圧縮・吐出行程において、圧縮室内の不活性ガスを昇圧させるとともに、昇圧された不活性ガスを吐出孔(13)から吐出する。
ステップ(ST2)において、コントローラ(4)は、圧力検出手段(22)の信号から昇圧貯蔵タンク(３)内の圧力(P1)を検出する。昇圧貯蔵タンク(３)内の圧力(P1)が所定の上限圧力(PH)以下の場合(PH≧P1)は、ステップ(ST3)へ移行し、モータ(７)の運転を継続する。すなわち、ピストン(６)による吸入・圧縮・吐出の一連の動作を継続する。これにより、往復ピストン式圧縮機(２)から吐出された不活性ガスが逆止弁(15)を経て昇圧貯蔵タンク(３)内へ送給されて、貯蔵されるロード運転が継続する。ロード運転は、昇圧貯蔵タンク(３)内の圧力(P1)が所定の上限圧力(PH)以上になるまで継続する。
圧力検出手段(22)が昇圧貯蔵タンク(３)内の圧力(P1)が所定の圧力(PH)以上になったことを検出すると、これを契機に、ステップ(ST4)へ移行する。ステップ(ST4)においては、モータ(７)の運転は継続する。すなわち、ピストン(６)による吸入・圧縮・吐出の一連の動作を継続したまま、ソレノイド(20a)にソレノイド電流を流してモード切換弁(20)をアンロード運転モード位置［図１中の(ｂ)］である開位置に切り換えるとともに、ソレノイド(12a)にソレノイド電流を流して、供給切換弁(12)を閉位置［図１中の(ロ)］に切り換える。
これにより、不活性ガス供給源(１)から往復ピストン式圧縮機(２)に供給される不活性ガスが遮断されるとともに、往復ピストン式圧縮機(２)から吐出された不活性ガスは、循環用配管(21)内に流れ、モード切換弁(20)を経て、往復ピストン式圧縮機(２)の吸入口(９)からシリンダ(５)内に再び戻る循環経路をたどり、不活性ガスが昇圧貯蔵タンク(３)内に送給されないアンロード運転になる。
アンロード運転では、不活性ガス供給源(１)からの不活性ガスの供給は断たれるが、ピストン(６)による往復運動を継続して不活性ガスを循環させ、シリンダ(５)の圧縮室内を高圧状態に保つことができる。これにより、例えば往復ピストン式圧縮機(２)のクランクケース内から、不純物となる空気等が圧縮室に吸い込まれることはない。また、アンロード運転時、シリンダ(５)の圧縮室内で昇圧されて高温になった不活性ガスは、循環用配管(21)内を流れるときにアフタークーラ(19)で冷却され、冷却された不活性ガスは、シリンダ(５)の圧縮室内に戻される。
ステップ(ST4)からはステップ(ST2)に移行する。昇圧貯蔵タンク(３)に貯蔵された不活性ガスが消費され、昇圧貯蔵タンク(３)内の圧力(P1)が所定の上限圧力(PH)以下になると、再びステップ(ST3)へ移行してロード運転に戻り、モータ(７)の運転は継続したまま、モード切換弁(20)をロード運転モード位置［図１中の(ａ)］である閉位置に切り換え、供給切換弁(12)を開位置［図１中の(イ)］に切り換える。
上述のように、アンロード運転時、往復ピストン式圧縮機(２)から吐出される不活性ガスを往復ピストン式圧縮機(２)の吸入側に戻すように循環させ、往復ピストン式圧縮機(２)の圧縮室内の圧力が負圧にならないようにしているので、例えば往復ピストン式圧縮機(２)のクランクケース内の空気やオイルが圧縮室内に流入して、圧縮室内に濃度の低下した不活性ガスが生成されるのを防ぐことができる。そのため、アンロード運転からロード運転に切り換えられても、濃度の低下した不活性ガスが昇圧貯蔵タンク(３)に送給されることはない。
本発明の一実施形態における不活性ガス昇圧送給装置の送給系統図である。 不活性ガス昇圧送給装置における制御手段の制御手順の一例を示すフローチャートである。
符号の説明
(１)不活性ガス供給源
(２)往復ピストン式圧縮機
(３)昇圧貯蔵タンク
(４)コントローラ（制御手段）
(５)シリンダ
(６)ピストン
(７)モータ
(８)クランクシャフト
(９)吸入孔
(10)出口孔
(11)吸入配管
(12)供給切換弁
(12a)ソレノイド
(13)吐出口
(14)送給口
(15)逆止弁
(16)吐出配管
(17)出口孔
(18)吐出弁
(19)アフタークーラ（冷却器）
(20)モード切換弁
(20a)ソレノイド
(21)循環用配管
(22)圧力検出手段
(23)圧力信号線
(24)信号線
(25)信号線
(26)信号線

Claims (4)

  1. 不活性ガス供給源から供給された不活性ガスを、往復ピストン式圧縮機により、昇圧して昇圧貯蔵タンクへ送給するようにした不活性ガス昇圧送給方法において、
    前記往復ピストン式圧縮機を動作させた状態で、前記不活性ガス供給源から前記往復ピストン式圧縮機への不活性ガスの供給を停止させるとともに、前記往復ピストン式圧縮機の吐出側から昇圧されて吐出される不活性ガスを、前記昇圧貯蔵タンクへ送給することなく、前記往復ピストン式圧縮機の吸入側に戻して循環させることを特徴とする不活性ガス昇圧送給方法。
  2. 不活性ガス供給源から供給された不活性ガスを、往復ピストン式圧縮機により、昇圧して昇圧貯蔵タンクへ送給するようにした不活性ガス昇圧送給装置において、
    前記不活性ガス供給源と前記往復ピストン式圧縮機の吸入孔とを、前記不活性ガス供給源から供給された不活性ガスを通過させる開状態及び遮断する閉状態に切り換え可能な供給切換弁を設けた吸入配管で接続するとともに、前記往復ピストン式圧縮機の吐出孔と前記昇圧貯蔵タンクとを、逆止弁を設けた吐出配管で接続し、
    さらに、前記吐出配管と前記吸入配管とを、前記吐出孔から吐出された不活性ガスを通過させる開状態及び遮断する閉状態に切り換え可能なモード切換弁を設けた循環用配管で接続して、
    前記往復ピストン式圧縮機を運転させた状態で、前記供給切換弁を開から閉、前記モード切換弁を閉から開にそれぞれ切り換えることにより、前記吐出孔から吐出される不活性ガスを前記循環用配管を通して前記吸入孔に戻して循環させることを特徴とする不活性ガス昇圧送給装置。
  3. 昇圧貯蔵タンク内の圧力を検出可能な圧力検出手段と、前記圧力検出手段が前記昇圧貯蔵タンク内の圧力が所定圧以上になったことを検出したことを契機に、往復ピストン式圧縮機を動作させた状態で、供給切換弁を開から閉、モード切換弁を閉から開にそれぞれ切り換え、また、前記圧力検出手段が前記昇圧貯蔵タンク内の圧力が所定圧以下になったことを検出したことを契機に、前記供給切換弁を閉から開、前記モード切換弁を開から閉にそれぞれ切り換えるべく制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項２記載の不活性ガス昇圧送給装置。
  4. 循環配管を通って吸入配管側に戻る不活性ガスを冷却する冷却器を設けたことを特徴とする請求項２または３記載の不活性ガス昇圧送給装置。
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