JP5075521B2

JP5075521B2 - 圧縮機

Info

Publication number: JP5075521B2
Application number: JP2007199704A
Authority: JP
Inventors: 伸之成澤; 晋坂本; 寛筑間
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2007-07-31
Filing date: 2007-07-31
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2027-07-31
Also published as: JP2009036052A

Description

この発明は、一次圧縮がなされた圧縮流体を圧縮機本体に吸い込み昇圧する圧縮機に関する。

従来、工場等の設備全体に圧縮空気供給経路を配置するような場合、大本の圧縮源の省力化等を考慮し、前記供給経路全体には比較的低圧の圧縮空気を供給し、必要箇所にのみ別途圧縮機を設けることで、局所的に比較的高圧の圧縮空気を供給可能としている。
前記圧縮機は、圧縮機本体下流側の二次圧縮側の圧力が所定値以上となった場合には圧縮機本体の運転を停止し、該運転停止状態に前記二次圧縮側の圧力が所定値未満となった場合には圧縮機本体を再起動させる。
このような圧縮機において、前記圧縮機本体の停止時にはその吸気ポートを大気に連通させ、圧縮機本体の再起動時には前記吸気ポートを大気との連通状態から圧縮機本体上流側の一次圧縮側との連通状態に徐々に復元させることで、圧縮機本体の再起動時の起動負荷を軽減させるものがある（例えば、特許文献１参照。）。
実開昭５７−１２１７９０号公報

ところで、上記圧縮機において、設備全体のエア使用量の増加や大本の圧縮源の停止等により一次圧縮側の供給圧力が過大に低下した場合には、該一次圧縮側の流体経路の内圧が圧縮機本体の継続運転により真空状態に近づくことがあり、圧縮機本体の過負荷運転が生じると共に二次圧縮側への圧力供給が停止するという課題がある。
そこでこの発明は、一次圧縮がなされた圧縮流体を圧縮機本体に吸い込み昇圧する圧縮機において、一次圧縮側の供給圧力低下時にも圧力機本体の過負荷運転を防止すると共に二次圧縮側への圧力供給を継続することを目的とする。

上記課題の解決手段として、請求項１に記載した発明は、一次圧縮がなされた圧縮流体を圧縮機本体に吸い込み昇圧する圧縮機において、前記圧縮機本体の一次圧縮側には、該一次圧縮側の流体経路内圧が所定圧以下となったときに該流体経路内に外気を取り入れる外気取り入れ手段が設けられ、前記圧縮機本体の一次圧縮側には、該一次圧縮側の流体経路内圧を検出する圧力検出手段が設けられ、前記外気取り入れ手段は、その下流側の流体経路と上流側の流体経路とを連通させる経路連通状態と、前記下流側の流体経路と大気とを連通させる大気連通状態とを切り替える切り替え弁であり、前記圧力検出手段の検出値が所定圧以下となったときに前記経路連通状態から大気連通状態に切り替わることを特徴とする。

請求項１に記載した発明によれば、一次圧縮側（圧縮機本体上流側）の圧力が所定圧を下回っても、外気取り入れ手段により一次圧縮側の流体経路内に外気が取り入れられるため、一次圧縮側の供給圧力が過大に低下した場合にも、圧縮機本体の過負荷運転を防止すると共に、二次圧縮側（圧縮機本体下流側）への圧力供給を継続することができる。
また、圧力検出手段による一次圧縮側の流体経路内圧の検出値に基づき、切り替え弁の連通状態を切り替えることで、一次圧縮側の流体経路内圧が所定圧以下となったときに外気を取り入れることが可能となると共に、切り替え弁の作動圧力を任意に設定することが可能となる。

以下、この発明の実施例について図面を参照して説明する。

＜実施例を説明するための参考例＞
図１に示す圧縮機１は、工場等の設備全体に配置された圧縮空気供給経路の一部に設けられ、不図示の外部圧力供給源から供給された比較的低圧の一次圧縮空気を、圧縮機本体２の駆動によりさらに昇圧して比較的高圧の二次圧縮空気とするブースター機として用いられる。

圧縮機本体２は、例えば不図示のクランクシャフトの回転動によりシリンダ３内のピストンを往復動させ、吸気ポート４から吸い込んだ前記一次圧縮空気をシリンダ３内（圧縮室内）で圧縮し、これを前記二次圧縮空気として排気ポート５から吐出する。該吐出された二次圧縮空気は、例えば圧縮機本体２と一体に設けた二次タンク６内に貯留される。該貯留された二次圧縮空気は、二次タンク６に設けた吐出ノズル７から空圧機器等に供給される。以下、圧縮機本体２に対する吸気ポート４を含む上流側を一次圧縮側、排気ポート５及び二次タンク６を含む下流側を二次圧縮側とする。また、前記一次圧縮側における一次圧縮空気の経路を一次流体経路８とし、二次圧縮側における二次圧縮空気の経路を二次流体経路９とする。

圧縮機本体２の前記クランクシャフトは、例えば電動モータ（以下、モータという）１１により回転駆動される。モータ１１の駆動は、二次タンク６内の圧力に応じて電子コントロールユニット（以下、コントローラという）１２により制御される。
コントローラは、二次タンク６内の圧力が所定値未満の場合にはモータ１１を通常駆動させて一次圧縮空気の昇圧を行い、二次タンク６内の圧力が所定値以上となった場合にはモータ１１の駆動を停止して該モータ１１を含む圧縮機本体２の過負荷運転を防止する。また、二次タンク６内の圧力が所定値以上の状態から所定値未満の状態に戻った際には、モータ１１を前記通常駆動状態に戻して圧縮機本体２を再起動させる。

一次流体経路８には三方弁１３が設けられ、該三方弁１３が、モータ１１の前記通常駆動状態には一次流体経路８に設けた三方弁１３がその上流側の一次流体経路８（以下、上流側流体経路８ａという）と下流側の一次流体経路８（以下、下流側流体経路８ｂという）とを連通した経路連通状態となり、圧縮機本体２に一次圧縮空気を供給可能とする。
このとき、二次タンク６内の圧力が所定の上限値まで増加すると、モータ１１の駆動が停止すると共に、三方弁１３が前記経路連通状態から前記下流側流体経路８ｂと大気とを連通した大気連通状態に切り替わる（図２参照）。

そして、二次タンク６内の二次圧縮空気の使用等により、該二次タンク６内の圧力が所定の下限値まで低下すると、モータ１１が前記通常駆動状態に戻ると共に、三方弁１３が前記大気連通状態から経路連通状態へと徐々に切り替わり、圧縮機本体２の再起動直後に外気を吸入可能として起動負荷を軽減させる。なお、図中符号６ａは二次タンク６内の圧力を検出する圧力センサを示す。

三方弁１３は、前記上流側流体経路８ａが接続される上流側ポート１４、下流側流体経路８ｂが接続される下流側ポート１５、及び大気に開放する大気開放ポート１６を有するハウジング１７内にバルブ体１８を往復動可能に収容してなり、前記バルブ体１８が例えば下限位置にあるときには、上流側ポート１４と下流側ポート１５とを連通すると共に大気開放ポート１６を閉塞する前記経路連通状態となり、バルブ体１８が上限位置にあるときには、上流側ポート１４を閉塞すると共に下流側ポート１５と大気開放ポート１６とを連通する前記大気連通状態となる。バルブ体１８は、スプリング等により前記上限位置に向けて付勢されている。

バルブ体１８の上端側には、ハウジング１７内に形成されたシリンダ１７ａ内に臨むピストン１８ａが設けられる。シリンダ１７ａには二次タンク６から延びる圧力供給経路２１が接続され、該圧力供給経路２１を介して二次タンク６内の圧力がシリンダ１７ａ内に供給されることで、ピストン１８ａと共にバルブ体１８が前記付勢力に抗して下方に移動し、三方弁１３が前記経路連通状態となる。一方、シリンダ１７ａ内への圧力供給が停止すると、ピストン１８ａと共にバルブ体１８が前記付勢力により上方に移動し、三方弁１３が前記大気連通状態に切り替わる。バルブ体１８を下方に移動させるために要する二次タンク６内の圧力は、モータ１１が停止する前記所定値よりも低く大気圧よりも高い値とされる。

圧力供給経路２１には電磁弁２２が設けられ、該電磁弁２２が、その二次タンク６側の圧力供給経路２１（タンク側供給経路２１ａ）と三方弁１３側の圧力供給経路２１（バルブ側供給経路２１ｂ）とを連通した経路連通状態と、前記連通を遮断した連通遮断状態とを切り替える。

電磁弁２２は、前記タンク側供給経路２１ａが接続されるタンク側ポート２３、及びバルブ側供給経路２１ｂが接続されるバルブ側ポート２４を有するハウジング２５内にバルブ体２６を往復動可能に収容してなり、前記バルブ体２６が例えば下限位置にあるときには、タンク側ポート２３とバルブ側ポート２４とを連通した前記経路連通状態となり、バルブ体２６が上限位置にあるときには、前記連通を遮断した前記連通遮断状態となる。
バルブ体２６の上端側は、ハウジング２５内に支持されたソレノイド２５ａに挿通され、該ソレノイド２５ａへの通電の有無によりバルブ体２６が上下動することで、電磁弁２２が前記経路連通状態又は連通遮断状態に切り替わる。

電磁弁２２の駆動は前記コントローラ１２により制御され、二次タンク６内の圧力が前記上限値未満であれば、電磁弁２２が前記経路連通状態となり、圧力供給経路２１を介して三方弁１３に二次タンク６内の圧力が供給され、該三方弁１３が前記経路連通状態に切り替わる。一方、二次タンク６内の圧力が前記上限値まで増加すると、電磁弁２２が前記連通遮断状態に切り替わり、三方弁１３への圧力供給が遮断され、該三方弁１３が前記大気連通状態となる。また、この状態から二次タンク６内の圧力が前記下限値まで低下すると、電磁弁２２が経路連通状態に戻り、三方弁１３が経路連通状態に戻る。

なお、図中符号２７は圧力供給経路２１のタンク側供給経路２１ａに設けられるフィルタを、符号２８は圧力供給経路２１のバルブ側供給経路２１ｂに設けられて圧縮機本体２の再起動時に三方弁１３の連通状態を徐変させる流量調整弁をそれぞれ示す。

ここで、一次流体経路８の上流側流体経路８ａには、一次圧縮空気を貯留すると共にその脈動を吸収する一次タンク（バッファタンク）３１、及びドレン機能を有するフィルタ３２が上流側から順に設けられる。
そして、圧縮機１の一次圧縮側（一次流体経路８）における例えば一次タンク３１には、該一次タンク３１（一次流体経路８）の内圧が大気圧まで低下した時点で該一次タンク３１内に外気を取り入れ可能とする逆止弁３３が設けられる。
これにより、一次流体経路８の内圧が過大に低下し大気圧を下回っても、一次タンク３１内の圧力が大気圧以下となった時点で逆止弁３３から自動で大気が取り入れられ、一次タンク３１内の圧力が真空近くまで低下することを防止する（図３参照）。

なお、逆止弁３３を設ける部位は、一次タンク３１に限らず、例えば図４（ａ）に示すように、一次流体経路８の下流側流体経路８ｂ（又は上流側流体経路８ａ）の配管に直接設けたり、図４（ｂ）に示すように、圧縮機本体２の吸気ポート４近傍に設けてもよい。このとき、一次タンク３１を無くすことも可能である。また、前記フィルタ３２よりも下流側（圧縮機本体２側）に逆止弁３３を設ける場合は、該逆止弁３３又はその下流側に別途フィルタを設置することが望ましい。

次に、上記圧縮機１の作用について図５を参照して説明する。
まず、一次タンク３１内が所定圧Ｐ１の一次圧縮空気で満たされ、かつ二次タンク６内が大気圧Ｐａｉｒとされた圧縮機本体２（モータ１１）の停止状態における時点（ｔ０）では、電磁弁２２は連通遮断状態にあり、三方弁１３は大気連通状態にある。

この状態からモータ１１を駆動し圧縮機本体２を起動する場合には、該圧縮機本体２の吸気圧が大気圧Ｐａｉｒに抑えられることでその起動負荷が抑えられる。このとき、モータ１１の駆動と同時に電磁弁２２が連通遮断状態から経路連通状態に切り替わるが、二次タンク６内圧が低いことから三方弁１３の連通状態は切り替わらない。

そして、二次タンク６内の圧力が徐々に増加し、該圧力が三方弁１３のバルブ体１８を移動させるだけの圧力Ｐｓｅｔに達した時点（ｔ１）で、三方弁１３が大気連通状態から経路連通状態に切り替わり、圧縮機本体２が圧力Ｐ１の一次圧縮空気の吸入を開始する。

このとき、何らかの原因で一次流体経路８の内圧が低下し始めても（ｔ２）、該内圧が大気圧Ｐａｉｒ以下となった時点（ｔ３）で、逆止弁３３が外気の取り入れを開始し、一次流体経路８の内圧が大気圧を下回って真空状態に近づくことを防止する。これにより、圧縮機本体２の過負荷運転が防止されると共に、外気取り入れにより圧縮機本体２の運転が継続され、圧縮効率は低下するものの二次圧縮側への圧力供給が継続される。

以上説明したように、上記参考例における圧縮機１は、圧縮機本体２の一次圧縮側に、一次流体経路８の内圧が大気圧以下となったときに該一次流体経路８内に外気を取り入れる逆止弁３３が設けられるものである。

この構成によれば、一次圧縮側（圧縮機本体２上流側）の圧力が大気圧を下回っても、逆止弁３３により一次流体経路８内に外気が取り入れられるため、一次圧縮側の供給圧力が過大に低下した場合にも、圧縮機本体２の過負荷運転を防止すると共に、二次圧縮側（圧縮機本体２下流側）への圧力供給を継続することができる。
また、一次流体経路８に逆止弁３３を設けるという簡易な構成で、一次流体経路８の内圧が大気圧以下となったときに外気を取り入れることが可能となる。

＜実施例＞
次に、この発明の実施例について説明する。
図６に示す圧縮機５１は、前記参考例のものに対し、逆止弁３３に代わり三方電磁弁５３を有する点を主に異なるもので、前記参考例と同一部分に同一符号を付してその説明を省略する。

圧縮機５１の一次圧縮側（一次流体経路８）における例えば上流側流体経路８ａには、一次流体経路８の内圧を検出する圧力センサ５２が設けられると共に、その例えば下流側には、一次流体経路８の内圧が大気圧まで低下した時点で該一次流体経路８内に外気を取り入れ可能とする前記三方電磁弁５３が設けられる。

三方電磁弁５３は、その上流側の一次流体経路８が接続される上流側ポート５４、下流側の一次流体経路８が接続される下流側ポート５５、及び大気に開放する大気開放ポート５６を有するハウジング５７内にバルブ体５８を往復動可能に収容してなり、前記バルブ体５８が例えば下限位置にあるときには、上流側ポート５４と下流側ポート５５とを連通すると共に大気開放ポート５６を閉塞する経路連通状態となり、バルブ体５８が上限位置にあるときには、上流側ポート５４を閉塞すると共に下流側ポート５５と大気開放ポート５６とを連通する大気連通状態となる。

バルブ体５８の上端側は、ハウジング５７内に支持されたソレノイド５７ａに挿通され、該ソレノイド５７ａへの通電の有無によりバルブ体５８が上下動することで、三方電磁弁５３が前記経路連通状態又は大気連通状態に切り替わる（図７参照）。

三方電磁弁５３の駆動は前記コントローラ１２により制御され、圧力センサ５２の検出値が大気圧を上回る場合には、三方電磁弁５３が前記経路連通状態となり、その上流側から下流側に一次圧縮空気を流通させる。一方、圧力センサ５２の検出値が大気圧を下回る場合には、三方電磁弁５３が前記大気連通状態となり、その下流側へ外気を取り入れ可能とする。

これにより、一次流体経路８の内圧が過大に低下し大気圧を下回っても、一次流体経路８内の圧力が大気圧以下となった時点で三方電磁弁５３から自動で大気が取り入れられ、一次流体経路８内の圧力が真空近くまで低下することを防止する。

なお、三方電磁弁５３や圧力センサ５２を設ける部位は、図示略の前記一次タンク３１でもよく、三方弁１３の下流側（吸気ポート４含む）であってもよい。このとき、一次タンク３１を無くすことも可能である。また、図示略の前記フィルタ３２よりも下流側に三方電磁弁５３を設ける場合には、該三方電磁弁５３又はその下流側にフィルタを設置することが望ましい。

図８のフローチャートは前記コントローラ１２の三方電子弁５３に係る処理を示し、該フローチャートを参照すると共に図５のタイムチャートを援用して圧縮機５１の作用について説明する。

まず、圧縮機５１（モータ１１）の停止状態における時点（ｔ０）では、電磁弁２２は連通遮断状態にあり、三方弁１３は大気連通状態にあり、三方電磁弁５３は経路連通状態にある。

この状態からモータ１１を駆動し圧縮機本体２を起動する際には、該圧縮機本体２の吸気圧が大気圧Ｐａｉｒに抑えられることでその起動負荷が抑えられる。このとき、モータ１１の駆動と同時に電磁弁２２が連通遮断状態から経路連通状態に切り替わるが、三方弁１３は大気連通状態を継続する。また、三方電磁弁５３は経路連通状態を継続する。

ここで、圧縮機５１の起動後は、コントローラ１２に圧力センサ５２からの検出値が入力され、この検出値が大気圧を上回ると判定されれば（図８のステップＳ１の判定結果がＹＥＳ）、三方電磁弁５３が経路連通状態を継続し（図８のステップＳ２）、前記検出値が大気圧以下となったと判定されれば（図８のステップＳ１の判定結果がＮＯ）、三方電磁弁５３が経路連通状態から大気連通状態に切り替わる（図８のステップＳ３）。

これにより、何らかの原因で一次流体経路８の内圧が低下し始めても（ｔ２）、該内圧が大気圧Ｐａｉｒ以下となった時点（ｔ３）で、三方電磁弁５３が外気の取り入れを開始し、一次流体経路８の内圧が大気圧を下回って真空状態に近づくことを防止する。これにより、圧縮機本体２の過負荷運転が防止されると共に、外気取り入れにより圧縮機本体２の運転が継続され、圧縮効率は低下するものの二次圧縮側への圧力供給が継続される。

以上説明したように、上記実施例における圧縮機５１は、圧縮機本体２の一次圧縮側に、一次流体経路８の内圧が大気圧以下となったときに該一次流体経路８内に外気を取り入れる三方電磁弁５３が設けられると共に、一次流体経路８の内圧を検出する圧力センサ５２が設けられ、前記三方電磁弁５３は、下流側流体経路８ｂと上流側流体経路８ａとを連通させる経路連通状態と、前記下流側流体経路８ｂと大気とを連通させる大気連通状態とを切り替える切り替え弁であり、前記圧力センサ５２の検出値が大気圧以下となったときに前記経路連通状態から大気連通状態に切り替わるものである。

この構成によれば、一次圧縮側（圧縮機本体２上流側）の圧力が大気圧を下回っても、三方電磁弁５３により一次流体経路８内に外気が取り入れられるため、一次圧縮側の供給圧力が過大に低下した場合にも、圧縮機本体２の過負荷運転を防止すると共に、二次圧縮側（圧縮機本体２下流側）への圧力供給を継続することができる。
また、圧力センサ５２による一次流体経路８の内圧の検出値に基づき、三方電磁弁５３の連通状態を切り替えることで、一次流体経路８の内圧が大気圧以下となったときに外気を取り入れることが可能となると共に、三方電磁弁５３の作動圧力を任意に設定することが可能となる。
すなわち、三方電磁弁５３が大気圧以上の所定の圧力で連通状態を切り替える構成としてもよい。これは、例えば一次タンク３１が三方電磁弁５３の上流側に配置されている場合にドレン水排出の目的で一次タンク３１の圧力を早急に高めたい場合や、流体経路が脈動を持っているときや、圧力低下の傾きが急な場合に大気圧以下で切替えるとタイミングが間に合わず過負荷運転が発生するとき等に使用するとよい。

なお、この発明は上記実施例に限られるものではなく、例えば、圧縮機１，５１は、二次タンク６内圧が所定の上限値に達した際に、圧縮機本体２を停止させるのではなく、圧縮機本体２のバルブを開放する等により、シリンダ内圧を逃がしつつ無負荷状態での空運転（アンロード運転）を行うものであってもよい。
また、圧縮機１，５１は、工場エアを一次圧縮流体とするのではなく、例えば窒素ガス等の所定圧の流体がボンベ等から供給される構成であってもよい。
そして、上記実施例における構成はこの発明の一例であり、当該発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることはいうまでもない。

この発明の参考例における圧縮機の通常運転状態を示す構成図である。上記圧縮機の停止時を示す構成図である。上記圧縮機の一次圧縮側の圧力が低下した際の運転状態を示す構成図である。（ａ），（ｂ）共、上記圧縮機の変形例を示す構成図である。上記圧縮機の作用を示すタイムチャートであり、（ａ）は圧縮機本体の吸気圧力の時間変化を、（ｂ）は一次タンク内圧の時間変化を、（ｃ）は二次タンク内圧の時間変化をそれぞれ示す。この発明の実施例における圧縮機の通常運転状態を示す構成図である。図６の圧縮機の一次圧縮側の圧力が低下した際の運転状態を示す構成図である。上記圧縮機のコントローラの三方電磁弁に係る処理を示すフローチャートである。

１，５１圧縮機
２圧縮機本体
４吸気ポート（流体経路）
８一次流体経路（流体経路）
８ａ上流側流体経路（流体経路）
８ｂ下流側流体経路（流体経路）
３３逆止弁（外気取り入れ手段）
５２圧力センサ（圧力検出手段）
５３三方電磁弁（外気取り入れ手段、切り替え弁）

Claims

一次圧縮がなされた圧縮流体を圧縮機本体に吸い込み昇圧する圧縮機において、
前記圧縮機本体の一次圧縮側には、該一次圧縮側の流体経路内圧が所定圧以下となったときに該流体経路内に外気を取り入れる外気取り入れ手段が設けられ、
前記圧縮機本体の一次圧縮側には、該一次圧縮側の流体経路内圧を検出する圧力検出手段が設けられ、
前記外気取り入れ手段は、その下流側の流体経路と上流側の流体経路とを連通させる経路連通状態と、前記下流側の流体経路と大気とを連通させる大気連通状態とを切り替える切り替え弁であり、前記圧力検出手段の検出値が所定圧以下となったときに前記経路連通状態から大気連通状態に切り替わることを特徴とする圧縮機。