JP5025381B2 - ドレン排出異常の検出装置および圧縮空気除湿装置 - Google Patents

ドレン排出異常の検出装置および圧縮空気除湿装置 Download PDF

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Description

本発明は、圧縮空気機器でのドレン水の排出異常を検出するドレン排出異常の検出装置およびこの検出装置を備えた圧縮空気除湿装置に関する。
工場や研究所などでは圧縮空気を動力源とする機器が設置されている。これらの機器と空気圧縮機(エアーコンプレッサ)との間には、圧縮空気を一時的に溜めるエアータンクや圧縮空気除湿装置などの圧縮空気機器が設けられ、安定して乾燥した圧縮空気が供給されている。これらの圧縮空気機器からはドレン水が排出される。
たとえば、冷却式の圧縮空気除湿装置では、熱交換器内で圧縮空気を冷却することで水分が結露して分離される。分離されたドレン水は、熱交換器内のドレン受けに一時的に溜められる。熱交換器内には高圧の圧縮空気があるため、ドレン水は常時排出できず、例えば一定時間経過した時や一定量溜まった時に外部に排出される。
ドレン水の排出は、ドレン受けとドレン排出流路との間に、電磁弁などの開閉弁を配して一時的に開いて圧縮空気と共にドレン水を排出したり、一定量のドレン水が溜まると自動的にドレン水が排出される機構のドレントラップを配して排出したりすることで行われている。
開閉弁やドレントラップの故障あるいはドレン水の凍結により、ドレン水が排出されなくなると、除湿性能の低下によって圧縮空気を動力源とする機器を損傷させる原因となる。
ドレン水の排出の確認は、開閉弁の作動音の有無や、目視によるドレン水の排出の有無によって行っていたが、作業員が常時確認を行うことは難しい。
そのため、一対の電極をドレン受け上部に配置して、ドレン水の水位が上昇して電極に達したときに排出異常とすることが行われていた。
また、他の異常検出装置として、特許文献1には、ドレントラップのドレン水の排出流路に一対の電極を設け、ドレントラップから自動的に排出されるドレン水を検知して、ドレン水の排出されている時間(期間)や排出時間間隔が設定した範囲から外れる場合にドレントラップが異常であると判定するドレントラップの異常検出装置が示されている。
特開2003−343794号公報
従来のドレン排出異常の検出装置には、高価な電極を配置していることにより、装置の価格が高額になるという問題がある。また、特許文献1の検知された排出時間や排出間隔に基づいて異常を判定している装置では、ドレントラップは一定量のドレンが溜まると作動するために作動する間隔が不明であり、異常と判定する範囲に余裕度をもたせる必要がある。このため、異常と判定するまでに時間が掛かるという問題がある。例えば、凍結によってドレン水が排出されなくなった場合には、迅速に圧縮空気除湿装置を停止しないとドレン水の凍結が進んでしまう。圧縮空気除湿装置は、凍結したドレン水がすべて溶けなければ運転を再開させることができないため、凍結を一刻も早く検出する必要がある。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、安価であるとともに、ドレン水の排出異常を迅速に検出できるドレン排出異常の検出装置および圧縮空気除湿装置を提供することを目的とする。
前記の目的を達成するためになされた、特許請求の範囲の請求項1に記載されたドレン排出異常の検出装置は、圧縮空気機器でのドレン水の排出異常を検出するドレン排出異常の検出装置であって、ドレン水を排出する開閉弁の下流のドレン排出流路に配設された圧力を検知する圧力センサと、該開閉弁を開閉制御する制御部と、該制御部が該開閉弁を開制御する前後で該圧力センサの検知した圧力の圧力差が所定の圧力差よりも小さいときに異常判定する判定部とを備えたことを特徴とする。
請求項2に記載されたドレン排出異常の検出装置は、請求項1に記載されたものであって、前記開閉弁は、電磁弁で構成したことを特徴とする。
請求項3に記載されたドレン排出異常の検出装置は、請求項1に記載されたものであって、前記開閉弁は、空気作動弁で構成したことを特徴とする。
請求項4に記載されたドレン排出異常の検出装置は、請求項1に記載されたものであって、前記開閉弁に前記ドレン排出流路の一部を構成するチーズの母管を接続し、前記圧力センサを該チーズの枝管に配設したことを特徴とする。
請求項5に記載された圧縮空気除湿装置は、請求項1に記載されたドレン排出異常の検出装置を備えた圧縮空気除湿装置であって、圧縮空気の除湿動作を行っている状態のときに前記ドレン排出異常の検出装置の前記判定部が異常判定したときはドレン排出異常の判定をすることを特徴とする。
請求項1記載のドレン排出異常の検出装置によれば、電極に比較して安価な圧力センサをドレン排出流路に配し、制御部によって開閉弁が開閉制御される前後で、圧力センサの検知したドレン排出流路の圧力の圧力差が所定の圧力差よりも小さいときに判定部が異常判定する。このため、開閉弁の開制御を行ってから迅速に異常を検出することができる。また、安価なドレン排出異常の検出装置を提供することができる。
請求項2記載のドレン排出異常の検出装置によれば、開閉弁を電磁弁で構成したことにより、制御部から電磁弁までを電気配線で接続するだけの簡単な構成で開閉弁の制御を行うことができる。
請求項3記載のドレン排出異常の検出装置によれば、開閉弁を空気作動弁で構成したことにより、防爆構造にすることができる。
請求項4記載のドレン排出異常の検出装置によれば、開閉弁にチーズの母管を接続し、圧力センサをチーズの枝管に配設したことで、開閉弁から圧力センサまでの距離が短いため、圧力を迅速に検知することができる。さらに、排出された高圧の圧縮空気が排出流路の上流から下流に流れて圧力が低下するよりも前に圧力を検知することができるため、排出流路内の圧力変化を安定して検知することができる。また、チーズは汎用部品であって安価なため、安価なドレン排出異常の検出装置を提供することができる。
請求項5記載の圧縮空気除湿装置によれば、圧縮空気の除湿動作を行っている状態のときにドレン排出異常の検出装置の判定部が異常判定したときはドレン排出異常の判定をする。このため、ドレン水の発生する状態、すなわち圧縮空気除湿装置が除湿動作しているときに判定が行われ、ドレン排出異常を正確に検出することができる。
発明を実施するための好ましい形態
以下、本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
図1は本発明を適用するドレン排出異常の検出装置を備えた圧縮空気除湿装置のブロック図である。圧縮空気除湿装置1は、同図に示すように、冷凍サイクル部2、警告部3、および制御部4を備える。
冷凍サイクル部2には、インバータ式の圧縮機11、凝縮器12、インバータ式の凝縮器ファン13、冷媒ストレーナ14、電子膨張弁15、キャピラリチューブ16、および蒸発器17が配置された熱交換器18が備えられている。配管接続された圧縮機11、凝縮器12、冷媒ストレーナ14、電子膨張弁15、キャピラリチューブ16、蒸発器17を冷媒が通過して、圧縮機11に循環する。
熱交換器18には、湿った圧縮空気を導入する導入口21、乾燥した圧縮空気を排出する排出口22、ドレン受け23、開閉弁である電磁弁24、チーズ25、圧力センサ26、およびボールバルブ27,28が備えられている。ドレン受け23は、熱交換器18の底部に配され、ドレン水を一時的に貯留する。また、ドレン受け23は、二つに分岐する分岐管を介してボールバルブ27およびボールバルブ28の各々の一端に配管接続されている。ボールバルブ27,28は、手動で開閉する弁であって、ボールバルブ27の他端には配管29を介して電磁弁24の入力部が接続されている。
電磁弁24の出力部には、チーズ25の母管の一端が接続されている。チーズ25の他端には、ドレン排出管30が接続されている。チーズ25の分岐管には圧力センサ26が備えられている。
ボールバルブ28の他端には、ドレン排出管31が接続されている。なお、ボールバルブ27,28は、電磁弁24が故障したときなどに、ドレン受け23からドレン水を強制的に排出するときに操作される。
さらに、冷凍サイクル部2には、センサとして、周囲温度を検知する周囲温度センサ51、凝縮器12を通った冷媒の温度を検知する冷媒凝縮温度センサ52、圧縮機11が吐出する冷媒の温度を検知する冷媒吐出温度センサ53、蒸発器17に入る冷媒の温度を検知する蒸発器冷媒温度センサ54、熱交換器18内の除湿された圧縮空気の露点温度を検知する露点温度センサ55、および圧縮機11が吸入する冷媒の温度を検知する冷媒吸入温度センサ57が備えられている。これらの各センサは、図示しないが制御部4に接続されている。また、熱交換器18内の圧縮空気の圧力を検知する空気圧力計56が備えられている。
警告部3には、警報の内容を表示する表示回路35および警報音を報音する報音回路36が備えられている。
制御部4は、本発明に係る制御部および判定部に相当し、冷凍サイクル部2および警告部3を含む圧縮空気除湿装置1の各部の温度や圧力を検知して、この検知結果に基づいて各部の動作を制御して圧縮空気除湿装置1を作動させる。制御部4には、中央処理装置、動作プログラムを記憶したROM(Read Only Memory)、動作状態などを記憶するRAM(Random Access Memory)、および各センサの駆動回路などが備えられている。
制御部4は、電磁弁24と接続されて電磁弁24の開閉制御を行う。また、制御部4には、圧力センサ26が接続されてドレン排出流路(チーズ25内)の圧力を検知する。
また、制御部4は、冷凍サイクル部2の各部に配された各々の温度センサ51〜55、57の出力に基づいて、エアーコンプレッサから圧送される圧縮空気の量や乾燥状態(露点温度)を検知するとともに、圧縮空気が適正な露点温度の乾燥空気に除湿されるように、冷媒の温度・圧力が適正な動作範囲になるように圧縮機11や凝縮器ファン13をインバータ制御する。
また、制御部4は、警告部3の表示回路35および報音回路36に接続されている。
図2は本発明を適用するドレン排出異常の検出装置の機械的要部を示す機構図である。
電磁弁24の入力部には、配管29が固定部材29aを用いて接続されている。電磁弁24の出力部には、チーズ25の母管25aの一端が直接ねじ込まれて接続されている。チーズ25の母管25aの他端には、固定部材30aが締め込まれてドレン排出管30が接続されている。このチーズ25の母管25aおよびドレン排出管30が本発明に係るドレン排出流路に相当し、これらを通ってドレン水が排出される。電磁弁24は、ケーブル47で制御部4に接続されている。
圧力センサ26は、同図に示すように、チーズ25の枝管25bにブッシング42を介して接続されている。このブッシング42は、枝管25bの内径サイズと圧力センサ26の接続部の外径(継手径)サイズが異なるために、枝管25bと圧力センサ26とを接合する継手として配されている。このチーズ25とブッシング42は、市販の汎用品を用いることができる。また、圧力センサ26は、ケーブル48を介して制御部4から電源供給を受けると共に、検知した圧力を制御部4に出力する。
次に、圧縮空気除湿装置1の動作について説明する。ボールバルブ27は開に固定され、ボールバルブ28は閉に固定されている。
圧縮空気除湿装置1の運転を開始すると、制御部4の制御によって冷凍サイクル部2が作動を開始して、蒸発器17が冷却される。なお、冷凍サイクルによる蒸発器17の冷却については従来技術であるので詳細な説明を省略する。図外のエアーコンプレッサによって空気の圧送が開始されると、圧縮空気が熱交換器18の導入口21から導入される。この圧縮空気は、蒸発器17で冷却されて結露することで水分が除去される。乾燥した圧縮空気は、熱交換器18の排出口22から排出される。結露した結露水は、蒸発器17や熱交換器18の内面を伝ってドレン受け23に集まる。
制御部4は、通常、電磁弁24を閉に制御している。ドレン受け23に集まったドレン水(結露水)は、電磁弁24が閉じられていることから、電磁弁24で塞き止められて、配管29やボールバルブ27を満たしてドレン受けに溜まる。
制御部4は、電磁弁24を所定の時間(例えば45秒)が経過する毎にわずかな時間(例えば0.5秒間)だけ開に制御する。また、制御部4は、電磁弁24を開に制御する直前に、圧力センサ26によって検知された圧力をRAMに記憶しておく。
制御部4の制御によって電磁弁24が開くと、塞き止められていたドレン水は、熱交換器18内の圧縮空気の圧力によって勢いよくチーズ25の母管25aおよびドレン排出管30を通って排出される。この圧縮空気の圧力があるために、わずかな時間電磁弁24を開くだけで、ドレン水の排出が直ちに完了する。
ドレン水がチーズ25の母管25aを通って排出される際に、圧縮空気も同時に排出されることから、チーズ25の母管25a,枝管25b、およびドレン排出管30内の圧力が高くなる。
制御部4は、開制御した後に、圧力センサ26の検知した圧力を入力する。制御部4は、開制御から0.5秒経過後に電磁弁24を直ちに閉制御する。
次に、制御部4は、この圧力センサ26の検知した圧力と、RAMに記憶しておいた開制御する前の圧力センサ26の検知した圧力との圧力差を演算する。
ドレン水が正常に排出されていれば、圧縮空気の圧力により、演算された圧力差が所定の圧力差以上になる。電磁弁24が故障して開かなくなったときや、ドレン受け23から電磁弁24までの間で凍結してドレン水が流れなくなったときなどのようにドレン水が正常に排出されていなければ、圧縮空気も排出されず、演算された圧力差が所定の圧力差よりも小さくなる。
制御部4は、この圧力差が所定の圧力差以上の場合には、ドレン水の排出は正常と判定して、圧縮空気除湿装置1の運転を継続する。
制御部4は、電磁弁24の開閉制御を行ってから所定の時間が経過するたびに電磁弁24の開閉制御を繰り返す。この都度、制御部4は、上記したように、電磁弁24の開制御の直前に圧力センサ26の検知した圧力をRAMに記憶し、開制御の後に検知された圧力との圧力差が所定の圧力差よりも小さいか否か判別する。この圧力差が、所定の圧力差以上の場合には、圧縮空気除湿装置1の運転を継続する。
制御部4は、電磁弁24の開制御の前後における圧力センサ26の検知した圧力の圧力差が所定の圧力差よりも小さいときには、異常判定する。
ただし、エアーコンプレッサが停止して導入口21に圧縮空気が圧送されてこない場合には、電磁弁24を開いても圧縮空気は排出されない。つまり、圧縮空気がなくて圧縮空気除湿装置1が除湿をする必要のないとき(無負荷のとき)には、電磁弁24が正常に作動していても、電磁弁24が開く前後で圧力差が生じない。したがって、制御部4は、各部のセンサ51〜55、57から圧縮空気除湿装置1が無負荷であることを検知した際には、ドレンの排出が正常であるか否かは判定しない。例えば、制御部4は、冷媒吸入温度センサ57によって検知される冷媒の温度が所定温度(一例として3℃)よりも低いときに無負荷と判定する。
制御部4は、圧縮空気除湿装置1が圧縮空気の除湿動作を行っている状態のときに(負荷があるときに)、電磁弁24を開制御する前と後とで圧力センサ26の検知した圧力の圧力差が所定の圧力差よりも小さいときにはドレン排出異常の判定をする。
制御部4は、ドレン排出異常の判定をしたときに、冷凍サイクル部2の作動を即座に停止させる。これと同時に、制御部4は、警告部3の表示回路35にドレン排出異常の文字を表示させるとともに、報音回路36から大音量の警報音を出力させる。作業員は、この表示や音により、ドレン排出異常が発生したことを直ちに知ることができる。
ドレン排出異常を知った作業員は、圧縮空気を動力源とする機器の使用を直ちに中止させて損傷を防止する。
作業員は、ボールバルブ27を閉じて電磁弁24側にドレン水が溜まらないようにするとともに、ボールバルブ28を開いて、ドレン受け23に溜まったドレン水を手動で排出させる。電磁弁24が故障している場合には修理する。ドレン水が凍結したために排出異常になった場合には、ドレン排出異常が迅速に検出されて冷凍サイクル部2が即座に停止したことによってドレン水の凍結の進行が防止される。このため、凍結が早くに溶けて、速やかに圧縮空気除湿装置1(特に冷凍サイクル部2)の運転を再開することができる。
次に、本発明に係る圧縮空気除湿装置の別の実施形態について説明する。
図3は本発明を適用する圧縮空気除湿装置の別の実施形態を示すブロック図である。なお、すでに説明した構成については、同じ符号を付して、以下説明を省略する。
図3に示す圧縮空気除湿装置1aでは、圧縮空気除湿装置1の電磁弁24およびケーブル47に換えて、開閉弁である空気作動弁61、電磁弁62、弁駆動管63、およびケーブル64が備えられている。
空気作動弁61は、同図に示すように、圧縮空気除湿装置1の電磁弁24に換えて、配管29とチーズ25と間に接続されている。この空気作動弁61は、チーズ25の母管25aに接続されている。空気作動弁61は、圧縮空気で駆動制御される弁であって、制御口(非図示)に圧縮空気が入気されている間だけ弁を開き、圧縮空気の入気が停止されると弁を閉じる。空気作動弁61の制御口には、空気管路の弁駆動管63が接続されている。弁駆動管63には、電磁弁62が途中に付されている。この弁駆動管63は、熱交換器18の排出口22に接続された空気管路に分岐接続されている。電磁弁62は、ケーブル64で制御部4に接続され、制御部4からの制御信号で開閉制御される。制御部4は、電磁弁62を開閉制御することで空気作動弁61を開閉制御する。
次に、圧縮空気除湿装置1aの動作について説明する。
制御部4は、通常、電磁弁62を閉に制御している。電磁弁62が閉じていることから、弁駆動管63を圧縮空気が通流しないため、空気作動弁61の制御口には圧縮空気が入気しない。このため、空気作動弁61は閉じている。すなわち、制御部4は、電磁弁62を閉制御することで空気作動弁61を閉制御する。
制御部4は、電磁弁62を所定の時間(例えば45秒)が経過する毎にわずかな時間(例えば0.5秒間)だけ開に制御する。また、制御部4は、電磁弁62を開に制御する直前に、圧力センサ26によって検知された圧力をRAMに記憶しておく。
制御部4の開制御によって電磁弁62が開いている間、排気口22から出力されている圧縮空気の一部が弁駆動管63を通流して空気作動弁61の制御口に入気する。空気作動弁61は、圧縮空気が制御口に入気している間、その弁を開く。すなわち、
制御部4は、電磁弁62を開制御することで、空気作動弁61を開制御する。空気作動弁61が開くことでドレン受け23に貯留していたドレン水は、排出される。
ドレン水が排出される際に、圧縮空気も同時に排出されることから、チーズ25の母管25a,枝管25b、およびドレン排出管30内の圧力が高くなる。
制御部4は、開制御した後に、圧力センサ26の検知した圧力を入力する。制御部4は、開制御から0.5秒経過後に電磁弁62を閉制御することで空気作動弁61を閉制御する。
次に、制御部4は、この圧力センサ26の検知した圧力と、RAMに記憶しておいた開制御する前の圧力センサ26の検知した圧力との圧力差を演算する。
ドレン水が正常に排出されていれば、圧縮空気の圧力により、演算された圧力差が所定の圧力差以上になる。ドレン水が正常に排出されていなければ、圧縮空気も排出されず、演算された圧力差が所定の圧力差よりも小さくなる。
制御部4は、この圧力差が所定の圧力差以上の場合には、ドレン水の排出は正常と判定して、圧縮空気除湿装置1の運転を継続する。制御部4は、この圧力差が所定の圧力差よりも小さい場合には、異常判定する。
他の動作については、圧縮空気除湿装置1の動作と同様であるので、圧縮空気除湿装置1での動作説明において電磁弁24を空気作動弁61に読み替えて援用し、説明を省略する。
このように、この圧縮空気除湿装置1(1a)に適用したドレン排出異常の検出装置によれば、電極に比較して安価な圧力センサ26をチーズ25に配し、制御部4によって本発明に係る開閉弁の電磁弁24(空気作動弁61)が開制御される前後で、圧力センサ26の検知した圧力の圧力差が所定の圧力差よりも小さいときに制御部4が異常判定する。このため、電磁弁24(空気作動弁61)の開制御を行ってから迅速に異常を検出することができる。また、安価なドレン排出異常の検出装置を提供することができる。
また、このドレン排出異常の検出装置によれば、電磁弁24(空気作動弁61)にチーズ25の母管25aを接続し、圧力センサ26をチーズ25の枝管25bに配設したことで、電磁弁24(空気作動弁61)から圧力センサ26までの距離が短いため、圧力を迅速に検知することができる。さらに、排出された高圧の圧縮空気がドレン排出管30の上流から下流に流れて圧力が低下するよりも前に圧力を検知することができるため、排出流路内の圧力変化を安定して検知することができる。また、チーズ25は汎用部品であって安価なため、安価なドレン排出異常の検出装置を提供することができる。
また、圧縮空気除湿装置1は、開閉弁を電磁弁24で構成したことにより、制御部4から電磁弁24までのを電気配線で接続するだけの簡単な構成で制御をおこなうことができる。
また、圧縮空気除湿装置1aは、開閉弁を空気作動弁61で構成したことにより、防爆構造にすることができる。
さらに、圧縮空気除湿装置1(1a)によれば、圧縮空気の除湿動作を行っている状態のときに制御部4が異常判定したときはドレン排出異常の判定をする。このため、ドレン水の発生する状態、すなわち圧縮空気除湿装置が除湿動作しているときに判定が行われ、ドレン排出異常を正確に検出することができる。
なお、制御部4が、電磁弁24(空気作動弁61)を開制御した後に圧力センサ26の検知した圧力を入力するタイミングは、チーズ25内の圧力が最大値になる時間や圧力センサ26の応答時間を考慮して、検知する圧力値が最大値になるタイミングで入力することが好ましい。このタイミングは、制御部4が電磁弁24(空気作動弁61)を開に制御している間はもちろんのこと、検知する圧力が最大になるのであれば、閉に制御してからであってもよい。また、圧力値の入力は、一回だけの入力に限らず、例えば0.1秒ごとに複数回入力してこの平均値を圧力値としてもよい。
また、本発明を適用するドレン排出異常の検出装置を圧縮空気除湿装置に適用して説明したが、これに限定されず、圧縮空気のエアータンクや圧縮空気のフィルタなど、ドレン水が発生する圧縮空気を通流させるための各種機器に適用することができる。
本発明を適用するドレン排出異常の検出装置を備えた圧縮空気除湿装置の一実施形態のブロック図である。 本発明を適用するドレン排出異常の検出装置の機械的要部を示す機構図である。 本発明を適用するドレン排出異常の検出装置を備えた圧縮空気除湿装置の他の実施形態のブロック図である。
符号の説明
1は圧縮空気除湿装置、2は冷凍サイクル部、3は警告部、4は制御部、11は圧縮機、12は凝縮器、13は凝縮器ファン、14は冷媒ストレーナ、15は電子膨張弁、16はキャピラリチューブ、17は蒸発器、18は熱交換器、21は導入口、22は排出口、23はドレン受け、24,62は電磁弁、25はチーズ、25aは母管、25bは枝管、26は圧力センサ、27,28はボールバルブ、29は配管、29a,30aは固定部材、30,31はドレン排出管、35は表示回路、36は報音回路、42はブッシング、47,48,64はケーブル、51は周囲温度センサ、52は冷媒凝縮温度センサ、53は冷媒吐出温度センサ、54は蒸発器冷媒温度センサ、55は露点温度センサ、56は空気圧力計、57は冷媒吸入温度センサ、61は空気作動弁、62は電磁弁、63は弁駆動管である。

Claims (5)

  1. 圧縮空気機器でのドレン水の排出異常を検出するドレン排出異常の検出装置であって、ドレン水を排出する開閉弁の下流のドレン排出流路に配設された圧力を検知する圧力センサと、該開閉弁を開閉制御する制御部と、該制御部が該開閉弁を開制御する前後で該圧力センサの検知した圧力の圧力差が所定の圧力差よりも小さいときに異常判定する判定部とを備えたことを特徴とするドレン排出異常の検出装置。
  2. 前記開閉弁は、電磁弁で構成されていることを特徴とする請求項1に記載のドレン排出異常の検出装置。
  3. 前記開閉弁は、空気作動弁で構成されていることを特徴とする請求項1に記載のドレン排出異常の検出装置。
  4. 前記開閉弁に前記ドレン排出流路の一部を構成するチーズの母管を接続し、前記圧力センサを該チーズの枝管に配設したことを特徴とする請求項1に記載のドレン排出異常の検出装置。
  5. 請求項1に記載されたドレン排出異常の検出装置を備えた圧縮空気除湿装置であって、圧縮空気の除湿動作を行っている状態のときに前記ドレン排出異常の検出装置の前記判定部が異常判定したときはドレン排出異常の判定をすることを特徴とする圧縮空気除湿装置。
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