JP5049811B2 - 水潤滑圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、水潤滑圧縮機に関するものである。

従来、水によりロータ室内の潤滑とシールを行う水潤滑圧縮機（水噴射式空気圧縮装置）では、例えば特許文献１に示すように、系内の水の凍結を防止するために、パッケージ内の空気を加熱したうえで、パッケージ内の空気を循環させるようになっている。

この水潤滑圧縮機には、パッケージ内に多数の構成品が収容されており、複雑なため、パッケージ内の空気を十分に循環させることが困難である。さらに、系内の全ての水の凍結を防止することは困難であり、部分的に凍結する可能性がある。

水潤滑圧縮機において、水回収器により分離された水は、水回収器内の圧力により、水回収器外に押し出され、水クーラ、水フィルタを通って、圧縮機に入り、圧縮空気とともに吐出され、再び水回収器に入る。つまり、圧縮機が運転され、所定の吐出圧があれば圧縮機内の水は循環し、圧縮熱により水は加熱される。従って、圧縮空気の供給先での圧縮空気の需要が十分ある場合（圧縮空気が十分な量、必要とされる場合）には、通常の圧縮機の運転がなされるので、外気温度が極端に低くならない限りは、水の凍結のおそれはない。

一方、圧縮空気の供給先での圧縮空気の需要が少ない場合又は無い場合、従来では圧縮機を停止していた。圧縮機を停止し、外気温度が０℃以下になると、水を加熱する手段がない場合には、系内の水が凍結し、水クーラが破裂するか、又は速やかな再起動ができないという不具合が生じるおそれがあった。
特開２００１−２６３２４２号公報

本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたもので、ヒータ等を使用せず、圧縮空気の供給先で圧縮空気の需要が少ない時又は無い時にも、圧縮機の水回収器出口から空気を出すことなしに水循環ラインの水を循環させ、確実に水循環ラインの凍結を防止する水潤滑圧縮機を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明の水潤滑圧縮機は、雌雄一対のスクリュロータを有する圧縮機本体と、前記圧縮機本体から吐出する圧縮空気の吐出流路に設けられた水回収器と、前記水回収器の水貯留部より前記圧縮機本体の圧縮空間に至る送水ラインと、前記水回収器出口に設けられた保圧逆止弁と、前記圧縮機本体のスクリュロータを駆動するモータの回転数を制御するインバータと、前記インバータを制御する制御装置とを備え、吐出圧力が前記保圧逆止弁の設定圧力値以下の予め設定された調整圧力値となるように、前記インバータにより前記モータの前記回転数を制御して運転し、前記水回収器から前記送水ラインを介して前記圧縮機本体の圧縮空間に至り、前記圧縮機本体の吐出口から前記吐出流路を介して前記水回収器に至るまでの系で構成されている水循環ライン内で水を循環させるようにしたものである。

前記手段によると、吐出圧力が、保圧逆止弁の設定圧力値以下の調整圧力値となるような回転数で運転することにより、圧縮機の水回収器出口から空気を出すことなしに水循環ラインの水を循環させ、確実に水循環ラインが凍結するのを防止することができる。

具体的には、前記水循環ラインの水温を検出する温度センサを備え、前記温度センサにより検出された水温が予め設定された温度以下になると、前記圧縮機本体を起動し、前記水温が予め設定された温度より高くなると、前記圧縮機本体を停止することが好ましい。この構成により、水循環ラインの水温に基づいて圧縮機の運転をすることで、空気が圧縮され、ひいては空気が加熱され、さらにその圧縮空気と接する水が加熱されるため、その水を循環させることにより、水循環ラインが凍結するのを防止することができる。

また、現在時刻を出力するタイマーを備え、前記タイマーの前記出力が、予め設定された起動時刻と一致すると、前記圧縮機本体を起動し、予め設定された停止時刻と一致すると、前記圧縮機本体を停止することが好ましい。この構成により、予め設定した時刻での圧縮機の起動及び停止ができ、水循環ラインが凍結するのを防止することができる。

さらに、外気温度を検出する温度検出手段を備え、前記温度検出手段により検出された外気温度が予め設定された温度以下になると、前記圧縮機本体を起動し、前記外気温度が予め設定された温度より高くなると、前記圧縮機本体を停止することが好ましい。この構成により、外気温度に基づいて圧縮機の運転をすることで、空気が圧縮され、ひいては空気が加熱され、さらにその圧縮空気と接する水が加熱されるため、その水を系内圧力で循環させることにより、水循環ラインが凍結するのを防止することができる。

本発明によれば、ヒータ等を使用せず、圧縮空気の供給先で圧縮空気の需要が少ない時又は無い時にも、圧縮機の水回収器出口から空気を出すことなしに水循環ラインの水を循環させ、確実に水循環ラインの凍結を防止することができる。

また、水循環ラインの温度及び外気温度を検出し、空気を圧縮することにより水が直接加熱されるため、完全に凍結を防止することができる。

また、予め設定した時間での圧縮機の起動及び停止ができ、水循環ラインが凍結するのを防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。

図１は、本発明にかかる水潤滑圧縮機１（以下、単に圧縮機１とする）を示す。この圧縮機１は、圧縮機本体２の吸込口３と連通し、吸込フィルタ４が介設された吸込流路５を有する。

また、圧縮機１は、圧縮機本体２の吐出口６と連通し、吐出口６から順に、吐出逆止弁７、水回収器８、保圧逆止弁９及びドライヤ１０が介設された吐出流路１１を有する。吐出口６と吐出逆止弁７の間には、吐出温度センサ１２が設けられている。

水回収器８の出口には、吐出圧力センサ１３が設けられている。水回収器８の底面には、送水管１６が接続されている。

ドライヤ１０の出口は、圧縮機１のパッケージ１００に設けられた圧縮空気出口１０１より、圧縮空気の供給先に導かれている。

水回収器８の底面に接続されている送水管１６は途中で、排水をするための排水ライン１９と圧縮機本体２に水を再供給するための送水ライン２０とに分岐している。排水ライン１９は、排水用電磁弁２１を介して排水設備に導かれている。送水ライン２０には、水クーラ２２が設けられ、水クーラ２２の出口は、水フィルタ２３、本体給水電磁弁２４を介して圧縮機本体２と接続されている。水回収器８と水クーラ２２の間には、エア抜き弁２５も設けられている（このエア抜き弁２５と、それが介設され、送水ライン２０に合流する流路を省略しても良い）。また、水クーラ２２の近傍には、シロッコファン２６が設けられている。水フィルタ２３には、水抜き弁２７が設けられている。

圧縮機１は、圧縮機本体２を作動させるために、インバータ（ＩＮＶ）３０で制御されるモータ３１を備えている。

圧縮機１には、吐出温度センサ１２、吐出圧力センサ１３、圧縮機１の設置場所の外気を検出する温度センサ（温度検出手段）３２からの検出信号に基づいて排水用電磁弁２１、本体給水電磁弁２４、インバータ（ＩＮＶ）３０を制御する制御装置３３が設けられている。

次に、本発明にかかる圧縮機１の通常の動作を説明する。圧縮機本体２は、外部から吸込フィルタ４を通過させて塵埃を除去した空気を吸込口３から吸い込み、雌雄一対のスクリュロータ３４，３５で圧縮した圧縮空気を吐出口６から吐出する。スクリュロータ３４，３５は、空気の圧縮に伴い生じる熱（いわゆる圧縮熱）や、モータ３１からの熱伝導、スクリュロータ３４，３５同士の摩擦により発熱して溶融する可能性がある。そのため、スクリュロータ３４，３５の溶融の防止（冷却）、潤滑、シールのために、水が使用されている。

圧縮機本体２の吐出口６から吐出された圧縮空気は水とともに水回収器８へと送られ、水回収器８内の水面の上限より上方から流入する。水回収器８では、重力により、圧縮空気から水が分離される。流入した圧縮空気は水回収器８内の上方に蓄積され、分離された水は水回収器８内の下方に貯留される。水回収器８から、保圧逆止弁９の設定圧力を超えた圧力の圧縮空気のみが、保圧逆止弁９を通過し、ドライヤ１０に供給される。ドライヤ１０では、供給された圧縮空気が冷却されることにより、圧縮空気に含まれる水分（飽和水蒸気）が凝縮し、圧縮空気から除去される。ドライヤ１０にて水分が除去された圧縮空気は、パッケージ１００の圧縮空気出口１０１より、圧縮空気の供給先に供給される。

なお、保圧逆止弁９が、水回収器８の圧力が予め設定された圧力以上にならないと、圧縮機１の圧縮空気出口１０１から空気が出ないように構成されているのは、水回収器８の内部圧が低いまま空気を出すと、水回収器８内の空気の流速が速くなる結果、水分離ができなくなるので、それに伴って水回収器８出口から空気とともに水が噴出してしまうのを防止するためである。

圧縮機１の水の流れは、圧縮機本体２から吐出され、水回収器８に貯留された水が、送水ライン２０を通って圧縮機本体２に戻ってくる流れ及び排水ライン１９を通って排水される流れである。水回収器８で回収された水は、水回収器８の底面に接続された送水管１６から水回収器８内の圧縮空気の圧力により送られる。水回収器８から送水ライン２０で送られた水は、水クーラ２２に到達し、シロッコファン２６により空冷され、水フィルタ２３にて微細な不純物が取り除かれた後、圧縮機本体２の圧縮空間等に供給される。また、水回収器８で貯留された水は、所定の水位を超えると、底面に接続された送水管１６から、分岐した排水ライン１９を通って排水される。

次に、圧縮空気の供給先で圧縮空気の需要が少ないか、需要が無い場合の水循環ラインの凍結防止のための制御について説明する。なお水循環ラインは、後で詳述するように、水回収器８から送水ライン２０を介して圧縮機本体２の圧縮空間に至り、更に、圧縮機本体２の吐出口３から吐出流路１１を介して水回収器８に至るまでの系で構成されている。制御装置３３は、水回収器８の出口に設けられた吐出圧力センサ１３から、吐出圧力値ｐｄを示す信号を受信している。制御装置３３は、吐出圧力値ｐｄと予め設定された（図示されない入力手段によって制御装置３３に入力・設定された）設定圧力値とに基づいて、吐出圧力値ｐｄが設定圧力値に近づくように圧縮機本体２の回転数を制御している。具体的には、圧縮機本体２の吐出圧力は、圧縮機本体２のスクリュロータ３４，３５の回転数と対応しているため、インバータ（ＩＮＶ）３０に対し、所定の回転数にて圧縮機本体２が回転するように制御信号を出力している。

圧縮機１の空気の吐出量は、圧縮機１の回転数と吐出圧によって決定される。スクリュ圧縮機１の場合、圧縮機１の吐出理論体積に対する実際の吐出体積の割合を体積効率ηｖと呼ぶ。圧縮機１は、ロータ３４，３５を回転させることにより、空気を吸い込むが、低速回転の場合には、ロータ３４，３５の歯溝間隙間から吸込口３のほうに吸い込んだ空気が洩れてしまう。この洩れは、回転数が遅いほど、また、吐出圧が高いほど多くなる。空気が吐出されるまでに全量洩れると体積効率ηｖが０となる。

一方、水は、空気に対してロータの歯溝間隙間から吸込口３の方へ洩れる量がはるかに少ないため、一部は洩れるが、大部分は水回収器８に入る。このようにして、圧縮機２から水だけを吐出させ、水回収器８に流入させ、圧縮機１内の水を循環させることができる。

圧縮空気の需要が少なく、又は需要が無くて圧縮機本体２を停止している場合（例えば、圧縮機本体２に通電がなされているが、圧縮機１の操作者によって、図示しない入力手段上の「停止」ボタンが押され、その運転が一時停止されている場合など）に、圧縮機本体２の吐出口６の近傍の吐出流路１１に設けられた吐出温度センサ１２から、吐出温度値ｔｄを示す信号を受信すると、制御装置３３は本体給水電磁弁２４を開弁する。本体給水電磁弁２４が開弁されている時には水回収器８の内部下方に貯留されている水は、送水ライン２０を通って圧縮機本体２の圧縮空間等に供給される。なお、吐出温度値ｔｄを示す信号が予め設定された下限温度値ｔｄ＿ｌ以下になった場合に、圧縮機本体２を運転するようにして空気を圧縮し、その空気が加熱されることにより、ひいてはその空気に接触する水が加熱される。上で述べたようにすれば、圧縮機１の圧縮空気出口１０１から空気を出すことなしに加熱された水を圧縮機１内に循環させることにより、圧縮機１の水循環ラインの凍結を防止することができる。なお、水循環ラインの水温を検出するのに、圧縮機本体２の吐出口６の温度を検出する吐出温度センサ１２を兼用しているが、水回収器８又は送水ライン２０に、吐出温度センサ１２とは別に、温度センサが設けられてもよい。

なお、吐出温度値ｔｄを示す信号が予め設定された上限温度値ｔｄ＿ｈより高くなった場合に、圧縮機本体２を停止する。ただし、このとき、圧縮機本体２を停止するのは、依然として圧縮空気の需要が少ないか、または需要がない場合である。吐出温度値ｔｄが上限温度値ｔｄ＿ｈに達するまえに、圧縮空気の需要が増えて圧縮機本体２の運転の再開の必要が生じ、圧縮機１の操作者によって、図示しない入力手段上の「運転」ボタンが押され、圧縮機本体２の運転が既に再開されている場合などは、吐出温度値ｔｄを示す信号が予め設定された上限温度値ｔｄ＿ｈより高くなったとしても、圧縮機本体２は停止されない。

本願発明の発明者らが行った実証試験では、吐出圧Ｐが０．２ＭＰａ程度で体積効率ηｖが０となり、水が循環することが確認された。体積効率ηｖが０となる吐出圧Ｐが、調整圧力値である。そのときの回転数Ｎは、圧縮機の大きさにより異なるが、ロータ３４，３５径Ｄが１００ｍｍの場合、Ｎは、約５００ｒｐｍである。

なお、前記実施形態では、水循環ラインの水温に基づいて圧縮機１を制御したが、設定時間に基づいて圧縮機１を動作制御してもよい。タイマー３６は、現在時刻を出力する２４時間タイマーであり、起動時刻と停止時刻とを、図示されない入力手段によって制御装置３３に予め任意に入力し、設定するようにしてもよい。タイマー３６の出力が、予め設定された起動時刻と一致するとオンを示す信号が制御装置３３から送信され、圧縮機本体２が起動されるようにしてもよい。また、タイマー３６の出力が、予め設定された停止時刻と一致すると、オフを示す信号が制御装置３３から送信され、圧縮機本体２が停止されるようにしてもよい。予め設定した時間での圧縮機本体２の起動及び停止ができ、上で述べたようにすれば、圧縮機１の圧縮空気出口１０１から空気を出すことなしに加熱された水を圧縮機１内に循環させることにより、水循環ラインが凍結するのを防止することができる。

また、外気温度に基づいて圧縮機１を動作制御することもできる。本実施例の温度センサ（温度検出手段）３２は、圧縮機１の設置場所での外気温度を検出している。外気温度が予め設定された温度以下であることを検出すると、制御装置３３は圧縮機本体２を起動させる。また、外気温度が予め設定された温度より上であることを検出すると、制御装置３３は圧縮機本体２を停止させる。上で述べたようにすれば、圧縮機１の圧縮空気出口１０１から空気を出すことなしに加熱された水を圧縮機１内に循環させることにより、水循環ラインが凍結するのを防止することができる。

本発明の実施形態にかかる水潤滑圧縮機を示す。

符号の説明

１ 圧縮機
２ 圧縮機本体
３ 吸込口
４ 吸込フィルタ
５ 吸込流路
６ 吐出口
７ 吐出逆止弁
８ 水回収器
９ 保圧逆止弁
１０ ドライヤ
１１ 吐出流路
１２ 吐出温度センサ
１３ 吐出圧力センサ
１６ 送水管
１９ 排水ライン
２０ 送水ライン
２１ 排水用電磁弁
２２ 水クーラ
２３ 水フィルタ
２４ 本体給水電磁弁
２５ エア抜き弁
２６ シロッコファン
２７ 水抜き弁
３０ インバータ（ＩＮＶ）
３１ モータ
３２ 温度センサ（温度検出手段）
３３ 制御装置
３４ スクリュロータ
３５ スクリュロータ
３６ タイマー
１００ パッケージ
１０１ 圧縮空気出口

Claims (4)

1. 雌雄一対のスクリュロータを有する圧縮機本体と、
   前記圧縮機本体から吐出する圧縮空気の吐出流路に設けられた水回収器と、
   前記水回収器の水貯留部より前記圧縮機本体の圧縮空間に至る送水ラインと、
   前記水回収器出口に設けられた保圧逆止弁と、
   前記圧縮機本体のスクリュロータを駆動するモータの回転数を制御するインバータと、
   前記インバータを制御する制御装置とを備え、
   吐出圧力が前記保圧逆止弁の設定圧力値以下の予め設定された調整圧力値となるように、前記インバータにより前記モータの前記回転数を制御して運転し、前記水回収器から前記送水ラインを介して前記圧縮機本体の圧縮空間に至り、前記圧縮機本体の吐出口から前記吐出流路を介して前記水回収器に至るまでの系で構成されている水循環ライン内で水を循環させることを特徴とする水潤滑圧縮機。
2. 前記水循環ラインの水温を検出する温度センサを備え、
   前記温度センサにより検出された水温が予め設定された温度以下になると、前記圧縮機本体を起動し、
   前記水温が予め設定された温度より高くなると、前記圧縮機本体を停止することを特徴とする請求項１に記載の水潤滑圧縮機。
3. 現在時刻を出力するタイマーを備え、
   前記タイマーの前記出力が、予め設定された起動時刻と一致すると、前記圧縮機本体を起動し、予め設定された停止時刻と一致すると、前記圧縮機本体を停止することを特徴とする請求項１に記載の水潤滑圧縮機。
4. 外気温度を検出する温度検出手段を備え、
   前記温度検出手段により検出された外気温度が予め設定された温度以下になると、前記圧縮機本体を起動し、
   前記外気温度が予め設定された温度より高くなると、前記圧縮機本体を停止することを特徴とする請求項１に記載の水潤滑圧縮機。

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