JP4926347B2 - 圧縮空気の供給設備 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧縮空気の供給設備、とくに工場などに配備される大規模な圧縮空気利用設備に適する圧縮空気の供給設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の圧縮空気の供給設備は、図４に示すように、複数台のエアコンプレッサＣと、それらのエアコンプレッサＣから送られる圧縮空気を貯蔵するレシーバタンクＴと、レシーバタンクＴの出口側に連結される複数本のエア供給配管１０１とから構成されている。各配管１０１には、所要の作業サイトでエアを取り出すための分岐管１０２が設けられている。また、レシーバタンクＴには圧力検出センサＰＣが設けられ、レシーバタンクＴ内の圧力を所定の範囲に維持するべく、一定圧力を超えるといくつかのエアコンプレッサＣの運転を停止させ、一定の圧力より低減すると、停止中のエアコンプレッサＣを再び稼働させるようにしている。
【０００３】
このような従来の設備では、複数台のエアコンプレッサＣは、レシーバタンクＴまでの流路損失を少なくし、メンテナンスを容易にするため、１個所に集中配置されている。そしてエア供給配管の配管圧損は末端に近いほど大きくなるため、末端供給圧（たとえば０．６MPa （ゲージ圧、以下同じ））に最大配管圧損（たとえば０．１MPa ）を加えた吐出圧力（０．７MPa ）を設定している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の供給設備は、とくにエア供給配管の管路が長くなると、配管圧損が大きくなり、それに伴って吐出圧力も大きくなる。そのため、低負荷時には末端部で過剰圧となり、無駄に動力を消費することがある。さらに配管圧力が高くなるので、空気漏洩量が多くなり、動力の無駄となる。そして配管系等が複雑になるにつれて、配管ネットワーク全体の圧縮空気の漏洩個所の特定が難しくなる問題がある。本発明はとくに大規模な圧縮空気の供給設備における動力の無駄な消費を少なくし、省エネルギに寄与することを第１の課題としている。さらに本発明は、配管ネットワークにおける空気の漏洩個所の特定をしやすい、圧縮空気の供給設備を提供することを第２の課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧縮空気の供給設備は、メインコンプレッサと、該メインコンプレッサと管路で連結されるメインタンクと、該メインタンクと共通管を介して連結され、該共通管にそれぞれ一端が連結され、全体として配管ネットワークとなる複数本のエア供給配管と、複数の前記エア供給配管の端末部に他の共通管を介して連結されるサブタンクと、該サブタンクと管路を介して連結されるサブコンプレッサと、前記メインコンプレッサおよびサブコンプレッサを単独で、または同時に運転させるコントローラと、を備え、前記エア供給配管は、所要の作業サイトで圧縮空気の一部を取り出すための多数の分岐管を有し、流れに伴なって圧力損失を生ずるものであり、前記エア供給配管の末端部にサブタンクからの圧縮空気を前記他の共通管を介して供給して末端部の圧力変動を平準化できることを特徴としている。
このような圧縮空気の供給設備においては、前記エア供給配管の末端部の圧力を維持するため、前記コントローラによりサブコンプレッサを運転させ、前記サブタンクから前記エア供給配管の末端部へ圧縮空気を供給補填し、前記エア供給配管内の圧縮空気の流れを、両端から中央に向けて流すことで、前記メインコンプレッサの設定圧力を低下させたことを特徴とするものが好ましい。
さらに前記複数本のエア供給配管のそれぞれの両端部に、前記コントローラによって開閉を遠隔操作しうるストップバルブが介在されているものが好ましい。
さらに前記メインコンプレッサとサブコンプレッサの圧縮方式が異なり、負荷の変動状況に応じてメインコンプレッサとサブコンプレッサのうちいずれをベース運転機とするかを選ぶことができる圧縮空気の供給設備が一層好ましい。
本発明の圧縮空気の供給設備における漏れ系統特定方法は、前記ストップバルブを備えた圧縮空気の供給設備における前記ストップバルブをすべて閉止し、メインタンク側のストップバルブをエア供給配管毎に１個ずつ順に開放していき、メインタンクの圧力を圧力センサで検出することにより、圧縮空気が漏れているエア供給配管を特定することを特徴としている。
【０００６】
【作用および発明の効果】
本発明の圧縮空気の供給設備では、エア供給配管の末端部の圧力変動はサブタンクおよび他のエア供給配管からの供給で平準化され、高負荷時でも大きく低減しない。そのためメインコンプレッサの吐出圧を従来に比して低くすることができる。そしてメインコンプレッサの吐出圧を下げることにより、動力を節減することができる。しかも吐出圧力を下げることにより、配管圧力が下がり、漏れ量が減少し、それによっても動力の節減が果たされる。
【０００７】
さらにサブタンクにサブコンプレッサを連結しているので、高負荷時にはサブコンプレッサも稼働して、末端部の圧力を維持することができる。その場合、エア供給配管の末端部の圧力はサブコンプレッサからの供給で補填されるため、メインコンプレッサの吐出圧を低くすることができる。そして低負荷時にはサブコンプレッサ（もしくはメインコンプレッサ）を停止する。低負荷時は管路圧損が少ないので、メインコンプレッサからの供給だけでも、末端部の圧力低減が少ない。そのため、メインコンプレッサの吐出圧力を低くしていても、支障はない。さらに負荷が少ないときは、サブコンプレッサのみを運転すればよい。メインコンプレッサおよびサブコンプレッサの運転／停止は、コントローラで行うので、分散配置していても管理が容易であり、負荷の変動に応じて細かに切り換えることできる。
【０００８】
前記複数本のエア供給配管の両端にストップバルブを介在させる場合は、１本の配管のストップバルブのみを開いてエア供給の漏れを検出していくことにより、その配管の漏れの量を容易に検出しうる。そして各配管について順次漏れを検出していくことにより、漏れの系統と漏れ量を容易に特定することができる。とくに複数本のエア供給配管の両端がそれぞれメインタンクおよびサブタンクに連結されていると、ネットワークが複雑になり、漏れの位置が特定しにくい。そのため、このようなストップバルブでネットワークを区切ることにより、漏洩の系統と漏れ量を発見しやすくなる。
【０００９】
メインコンプレッサとサブコンプレッサの圧縮方式が互いに異なる場合は、負荷の変化状況に応じて適切な運転特性のコンプレッサを選択して運転することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
つぎに図面を参照しながら本発明の圧縮空気の供給設備の実施の形態を説明する。図１は本発明の供給設備の一実施形態を示す配管系統図、図２ａはその供給設備の１本のエア供給配管の空気の流れを示す説明図、図２ｂはそのエア供給配管の圧力損失を示す概略グラフ、図３は本発明の供給設備の他の実施形態を示す配管系統図である。
【００１１】
図１に示す供給設備１０は、メインタンク１１と、そのメインタンク１１の入口側に配管１２によって連結されている複数台のメインコンプレッサ１３、１４、１５と、メインタンク１１の出口側に配管１６を介して連結されている共通管１７と、その共通管１７にそれぞれ一端が連結されている複数本の供給配管１８とを備えている。それらの供給配管１８の他端は、いずれも他の共通管１９に連結されており、その共通管１９は、サブタンク２０の出口側に連結されている。サブタンク２０の入口側には、サブコンプレッサ２１が連結されている。
【００１２】
それぞれの供給配管１８には、工場などで使用されるエアシリンダなどのエア使用機器に連結するための分岐管２２が連結されている。また各供給配管１８のメインタンク１１側の端部には、遠隔操作で開閉できるストップバルブ２３が介在されている。同様に供給配管１８の他端にも、遠隔操作しうるストップバルブ２４が介在されている。それらのストップバルブ２３、２４の制御部は、通信線２５によってコントローラ２６に連結されている。また、メインタンク１１には圧力センサ２８が設けられており、その出力信号は通信線２９を介してメインコンプレッサ１３、１４、１５の制御部に連結されている。同時にメインタンク１１の圧力センサ２８は、通信線３０によってコントローラ２６に連結されている。同様にサブタンク２０にも圧力センサ３１が設けられており、その出力信号は通信線３２、３３によってサブコンプレッサ２１およびコントローラ２６に連結されている。
【００１３】
メインタンク１１、メインコンプレッサ１３、１４、１５、共通管１７、複数本の供給配管１８およびメインタンク１１の圧力センサ２８は、従来の圧縮空気の供給設備に用いられているものと同じものを使用しうる。すなわちメインタンク１１は、メインコンプレッサの台数や負荷の容量により変わるが、圧縮機の容量１Ｋｗに対し３０〜４０リットル程度の鋼鉄製の耐圧容器であり、過充填防止用のリリーフバルブやドレンコックなどが設けられているものである。メインコンプレッサ１３、１４、１５には、レシプロ式、ターボ式、スクリュー式など、従来用いられているものをいずれも採用しうる。その台数は負荷に合わせて選択するが、サブコンプレッサ２１側で負荷の一部を負担できるので、その分台数が少ない。
【００１４】
メインタンク１１の圧力センサ２８は、とくに種類を問わないが、たとえばダイヤフラム式圧力センサなどを使用しうる。なお、通常は従来の供給設備と同様に、圧力センサ２８と設定圧力を記憶するメモリ、およびプログラマブルコントローラなどの制御機器を一体化させて、メインコンプレッサ１３、１４、１５の運転台数を０台から３台運転まで変える台数制御を行うようにする。そして圧力センサ２８の設定値を全体のコントローラ２６で設定するのが好ましい。ただし前記の全体のコントローラ２６で台数制御を直接行うようにしてもよい。
【００１５】
全体のコントローラ２６は、ＣＰＵ、演算用メモリ、プログラムなどを記憶させるメモリ、入力／出力端子などを有するものが用いられる。ただしプログラマブルコントローラなどであってもよい。それにより、運転状況や負荷の変動など、種々の状況に応じた適切な運転パターンを指示することができる。さらに工場内の負荷の配置に応じて、ストップバルブ２３、２４の開閉をマニュアル操作できるようにしておくのが好ましい。
【００１６】
前記サブタンク２０はメインタンク１１と実質的に同じものを採用しうる。その容量は、接続するサブコンプレッサ２１の容量に合わせて設定する。その容量の目安は前記のメインタンクの場合と同様である。圧力センサ３１についても、メインタンク１１の圧力センサ２８と同じものを使用しうる。サブタンク２０内の設定圧力は、通常はメインタンク１１よりも０．０５〜０．１Mpa 高く設定したり、低く設定する。それによりベース運転、負荷変動を吸収する運転の切り替えが可能となる。ただしメインタンク１１と同じにしておくこともできる。
【００１７】
前記ストップバルブ２３は、スルースバルブ、バタフライバルブなど、形式を問わないが、開いている場合の流路損失ができるだけ少ないものが好ましい。開閉の作動軸はモータなどの駆動要素に連結し、コントローラ２６から遠隔制御で開閉させうるように、電気的に制御するものが用いられる。サブタンク側の共通管１９はメインタンク側の共通管１７と同じ太さのものを用いることができる。ただしそれより細いものを用いてもよい。その場合はサブコンプレッサの容量に見合った太さとなる。
【００１８】
上記のように構成される供給設備１０は、たとえばつぎのように使用する。
［通常運転］
一般的には、メインタンク１１の設定圧力とサブタンク２０の設定圧力をずらしておく。ただし同じ設定圧力にすることもできる。いずれの場合も、メインタンク１１の設定圧力は従来のコンプレッサを集中配備する供給設備（図４参照）に比して低くしうる。
【００１９】
すなわち図２ａに示す供給設備において、従来の場合（図２ａでサブタンク２０側のストップバルブ２４を閉じたときに相当）は、供給配管１８の一方から圧縮空気を供給し、分岐管２２から流出して、分岐管２２に連結される圧縮空気を使用する機器（負荷）で消費される。そのため、供給配管１８内の圧縮空気は、想像線の矢印Ｎ１で示すように、上流側から末端に向かって一方向に流れる。それにより圧力分布は図２ｂの想像線Ｍ１で示すように、末端部に向かって次第に低減する。末端部の圧力損失ｓ１は管路内の流量が多いほど大きくなり、定格運転（または１００％運転）の場合でメインタンク１１の圧力Ｐ１よりもたとえば０．１MPa 程度低くなる。そのため、末端部での使用圧力ｐが０．６MPa とすると、メインタンクの設定圧力Ｐ１はたとえば０．７MPa 程度にしておく必要がある。
【００２０】
他方、サブタンク２０およびサブコンプレッサ２１で末端部の圧力ｐを０．６MPa に維持しておく場合は、供給配管１８内の圧縮空気が実線の矢印Ｎ２のように、両端から中央に向かって流れ、その流量も約１／２程度となり、流路の長さも平均して約１／２程度となる。そのため圧力分布は実線Ｍ２で示すように、中央部で低く、両端部で高くなり、全体に平均化され、最大圧力損失ｓ２は約１／８程度で済む。したがってメインタンク１１の設定圧力Ｐ２は、０．６１MPa 程度で足りる。サブタンク２０についても、同程度の設定圧力でよい。
【００２１】
このようにメインタンク１１の設定圧力を低下できることにより、メインコンプレッサ１３、１４、１５の吐出圧力も同程度低くすることができ、必要とする動力を低減しうる。すなわち圧力と空気動力との関係から、吐出圧を０．１MPa 低減すると動力は約１０％低減することができる。
【００２２】
さらにメインタンクの圧力を下げて配管圧力が下がれば、漏れ量も減少し、たとえば吐出圧が０．１Mpa 減少すれば、漏れ量が約６％程度減少する。
【００２３】
このように供給管路の端末側にサブタンクおよびサブコンプレッサを設けることにより、メインタンクの吐出圧の減少と、それに基づく漏れの減少により、省エネルギ化が達成される。
【００２４】
［台数制御］
負荷が減少する場合は、サブコンプレッサは稼働したまま、メインコンプレッサの運転台数を２台あるいは１台に減少する。また、さらに負荷が減少すれば、サブコンプレッサの運転も止める。それにより全体の使用エネルギを少なくすることができる。
【００２５】
［タンク設定圧力の調節］
上記の台数制御運転の場合において、メインタンク１１とサブタンク２０の圧力設定値を変更することにより、負荷の変動状況に応じた効率の良い機械をベース運転機として選ぶことができ、さらに省エネルギ効果が達せられる。たとえば、メインコンプレッサがターボ式で、サブコンプレッサがスクリュー式で、負荷の変動が大きい場合、サブタンク２０側の設定圧力を上げ、負荷変動に対して効率の良いサブコンプレッサ２１の稼働時間を多くする。逆に負荷の変動が小さい場合には、メインタンク１１の設定圧力を上げて定格運転効率の良いターボ式のメインコンプレッサ１３、１４、１５の運転時間を長くすることにより使用エネルギを一層少なくしうる。
【００２６】
［漏れ検出］
また、図１の供給設備１０では、各供給配管１８の両端が共通管１７、１９に連結されているので、配管の両側からエアが流れ込むことになる。そのため、図１の供給設備１０では、各供給配管１８の両端に遠隔制御のストップバルブ２３、２４を設けている。そのため、たとえば装置が停止している時にストップバルブ２３、２４をすべて閉じ、メインタンク１１側のストップバルブ２３を１個ずつ順に開けていくことにより、漏れ系統と漏れ量を容易に特定することができる。なおストップバルブ２３、２４の開閉操作は前述したようにコントローラ２６をマニュアル操作して行うことができるが、所定のプログラムを用いて自動的に順次行わせることもできる。その場合は、圧力の変化をメインタンク１１の圧力センサ２８で検出する。前記の漏れ量は、たとえばコンプレッサを運転し始めてから所定の圧力に達するまでの時間と、コンプレッサを停止してからの圧力の降下時間との比により求めることができる。
【００２７】
［分離運転］
図１の供給設備１０において、上から１本目と２本目の供給配管１８については、メインタンク側のストップバルブ２３を開いてサブタンク２０側のストップバルブ２４を閉じる。他方、３本目および４本目の供給配管１８については、メインタンク側のストップバルブ２３を閉じてサブタンク２０側のストップバルブ２４を開く。このようにストップバルブ２３、２４を開閉することにより複数本の供給配管１８を２群に分けて、各群ごとにエアを供給するコンプレッサ２１ないしコンプレッサ群（１３、１４、１５）に担当させることができる。その場合は供給圧力に関しては従来の設備と変わらない。しかしたとえばメインコンプレッサ１３、１４、１５をレシプロタイプとし、サブコンプレッサ２１をターボタイプとするなど、複数台のコンプレッサの圧縮方式を変えた設備では、工場内の使用サイトの要求に応じて、脈動があってもよいエア、できるだけ脈動が少ないエアなど、適切なコンディションのエアを供給することができる。
【００２８】
図１の供給設備１０ではサブコンプレッサ２１を１台としているが、図３に示す供給設備４０のように２台、あるいはそれ以上にすることもできる。図３の場合は、端末側の共通管１９の両端に２台のサブタンク２０ａ、２０ｂが連結され、それぞれのサブタンクにサブコンプレッサ２１ａ、２１ｂが連結されている。他の構成については、図１の供給設備１０と実質的に同じである。このように３台以上のコンプレッサを用いる場合は、それぞれのコンプレッサの圧縮形式を、たとえばレシプロ式、ターボ式、スクリュー式と変えることにより、一層多様な工場の使用サイトの要求に応えることができる。なお、２台以上のサブコンプレッサ２１ａ、２１ｂはメインコンプレッサのように１台のサブタンクに連結することもできる。しかしそれぞれ別個のサブタンク２０ａ、２０ｂに設けて分離して配備すると、負荷の状況によりベース機を選択できるので好ましい。なお、２台のサブコンプレッサ２１ａ、２１ｂからのエアを供給配管１８に個別に供給するため、想像線で示すように、共通管１９の途中に遠隔操作で開閉するストップバルブ４１を設けてもよい。
【００２９】
前記実施形態ではいずれもサブタンクにサブコンプレッサを接続している。しかしサブコンプレッサを設けず、単に複数本の供給配管の末端側を共通管で連通し、その共通管にサブタンクを連結するだけでもよい。その場合は、１本の供給配管の圧力減少を共通管を通じて他の供給配管から補填したり、サブタンクから補填することができ、そのためメインタンクの設定圧力をいくらか低くすることができる。それにより、サブコンプレッサを設ける場合に比して省エネルギ効果は少ないが、ある程度の省エネルギ効果および漏れ減少効果が見込まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の圧縮空気の供給設備の一実施形態を示す配管系統図である。
【図２】 図２ａはその供給設備の１本のエア供給配管の空気の流れを示す説明図、図２ｂはそのエア供給配管の圧力損失を示す概略グラフである。
【図３】 本発明の供給設備の他の実施形態を示す配管系統図である。
【図４】 従来の供給設備の一例を示す配管系統図である。
【符号の説明】
１０ 供給設備
１１ メインタンク
１２ 配管
１３、１４、１５ メインコンプレッサ
１６ 配管
１７ 共通管（メイン側）
１８ 供給配管
１９ 共通管（サブ側）
２０ サブタンク
２１ サブコンプレッサ
２２ 分岐管
２３、２４ ストップバルブ
２５ 通信線
２６ コントローラ
２８ 圧力センサ
２９、３０ 通信線
３１ 圧力センサ
３２、３３ 通信線
４０ 供給設備
２０ａ、２０ｂ サブタンク
２１ａ、２１ｂ サブコンプレッサ
４１ ストップバルブ

Claims (5)

1. メインコンプレッサと、
   該メインコンプレッサと管路で連結されるメインタンクと、
   該メインタンクと共通管を介して連結され、該共通管にそれぞれ一端が連結され、全体として配管ネットワークとなる複数本のエア供給配管と、
   複数の前記エア供給配管の端末部に他の共通管を介して連結されるサブタンクと、
   該サブタンクと管路を介して連結されるサブコンプレッサと、
   前記メインコンプレッサおよびサブコンプレッサを単独で、または同時に運転させるコントローラと、を備え、
   前記エア供給配管は、所要の作業サイトで圧縮空気の一部を取り出すための多数の分岐管を有し、流れに伴なって圧力損失を生ずるものであり、
   前記エア供給配管の末端部にサブタンクからの圧縮空気を前記他の共通管を介して供給して末端部の圧力変動を平準化できること
   を特徴とする圧縮空気の供給設備。
2. 前記エア供給配管の末端部の圧力を維持するため、
   前記コントローラによりサブコンプレッサを運転させ、前記サブタンクから前記エア供給配管の末端部へ圧縮空気を供給補填し、
   前記エア供給配管内の圧縮空気の流れを、両端から中央に向けて流すことで、前記メインコンプレッサの設定圧力を低下させたこと
   を特徴とする請求項１に記載の圧縮空気の供給設備。
3. 前記複数本のエア供給配管のそれぞれの両端部に、
   前記コントローラによって開閉を遠隔操作しうるストップバルブが介在されている請求項１または２に記載の圧縮空気の供給設備。
4. 前記メインコンプレッサとサブコンプレッサの圧縮方式が異なり、負荷の変動状況に応じてメインコンプレッサとサブコンプレッサのうちいずれをベース運転機とするかを選ぶことができる請求項１または２に記載の圧縮空気の供給設備。
5. 請求項３記載の圧縮空気の供給設備における漏れ系統特定方法であって、
   前記ストップバルブをすべて閉止し、
   メインタンク側のストップバルブをエア供給配管毎に１個ずつ順に開放していき、
   メインタンクの圧力を圧力センサで検出することにより、
   圧縮空気が漏れているエア供給配管を特定すること
   を特徴とする圧縮空気の供給設備での漏れ系統特定方法。

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