JP5360385B2 - 圧縮機の負荷分析方法に用いる風速センサの取付構造 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機の負荷分析方法と、これに用いる風速センサの取付構造とに関するものである。

工場などにおいて、いわゆる省エネ診断がなされる場合がある。この省エネ診断では、実際の消費電力を時系列で把握し、消費電力をさらに削減するための方法や機器などが提案される。工場における電力消費量の大きい機器として圧縮機があるので、省エネ診断では、圧縮機の負荷分析が不可欠となる。たとえば、空気圧縮機の場合、どのくらいの圧縮空気を使用しているのか、そのための消費電力はどの程度なのか、について把握する必要がある。

工場などに設置されている既設の空気圧縮機の負荷分析を行うために、空気圧縮機の空気使用量を把握するには、従来、流量計を用いる方法と、圧力計を用いる方法とがある。

流量計を用いる方法は、空気圧縮機からの吐出側の圧縮空気の流量を実測する点で最も正確であるが、空気圧縮機の既設配管に流量計が元々設置されている必要がある。なぜなら、省エネ診断は一時的に実施されるものであるから、省エネ診断のためにわざわざ配管工事を行って、流量計を設置するのは現実的ではないからである。そのため、流量計が既設でない場合には、圧力計を用いて空気使用量を推測することになる。

圧力計を用いる方法は、空気圧縮機への吸込圧力を計測して、空気圧縮機の負荷を推測する。そのため、流量計を用いる場合と比べて、信頼性に劣る。また、空気が吸込フィルタおよび吸気調整弁を介して圧縮機本体へ吸い込まれる直前の圧力を計測する必要から、取付位置を探すのが難しく、また取付位置が見つかっても、取付スペースや取付作業の点から、実際に取り付けできないこともある。

本発明が解決しようとする課題は、工場などに設置されている既設の圧縮機の負荷分析を行うために、流量計が既設で存在しなくても、簡易に流量や負荷率の計測を可能とすることにある。特に、従来の圧力測定による負荷分析と比較して、より正確で容易に空気圧縮機の空気使用量や負荷率を把握することを課題とする。また、空気圧縮機のメーカ、機種、型式ごとに異なる空気吸込口に対しても、容易にセンサを取付可能とすることを課題とする。

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、圧縮機の吸込口に風速センサを取り付け、この風速センサにより計測した風速に基づき前記圧縮機の吸込風量または負荷率を算出する工程を含む圧縮機の負荷分析方法に用いる風速センサの取付構造であって、前記圧縮機の円筒状の吸込口に弾性変形させてはめ込まれる板バネ状の取付座と、この取付座に設けられる前記風速センサとを備え、前記取付座は、屈曲された板材から形成され、その板面を前記吸込口の軸線と平行に配置して、長手方向両端部間の離隔距離を小さくするよう弾性変形させて、前記吸込口にはめ込まれることを特徴とする風速センサの取付構造である。

請求項１に記載の発明によれば、圧縮機の吸込口の風速を利用することで、容易で正確に風量または負荷率を求めて、圧縮機の負荷分析を行うことができる。

請求項１に記載の発明によれば、板バネ状の取付座を用いることで、圧縮機の吸込口に容易に風速センサを設置することができる。

請求項１に記載の発明によれば、簡易な構成で、圧縮機の吸込口に容易に風速センサを設置することができる。また、取付座は、圧縮機への吸込を阻害することもない。

請求項２に記載の発明は、前記取付座は、前記吸込口の軸線方向に対する取付位置を規定するためのストッパを有することを特徴とする請求項１に記載の風速センサの取付構造である。

請求項２に記載の発明によれば、圧縮機の吸込口に対する取付座の設置を安定して行うことができる。

本発明によれば、工場などに設置されている既設の圧縮機の負荷分析を行うために、流量計が既設で存在しなくても、簡易に流量や負荷率の計測ができる。特に、従来の圧力測定による負荷分析と比較して、より正確で容易に空気圧縮機の空気使用量や負荷率を把握できる。また、空気圧縮機のメーカ、機種、型式ごとに異なる空気吸込口に対しても、容易に風速センサを取り付けできる。

本発明の一実施例の負荷分析方法の使用状態を示す概略図である。 本発明の一実施例の負荷分析方法に用いる風速センサとその取付座とを示す斜視図である。 図２の取付座を圧縮機の吸込口に設置した状態を示す斜視図である。 図３において吸込口を正面から見た図である。 図４におけるＶ−Ｖ断面図である。

以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例の負荷分析方法の使用状態を示す概略図である。本実施例の負荷分析方法は、圧縮機１に風速センサ２を取り付けて、その風速センサ２により圧縮機１への吸込風量を測定し、それにより圧縮機１の負荷を経時的に求める方法である。

圧縮機１は、本実施例では空気圧縮機である。省エネ診断のために圧縮機１の負荷分析をする場合、典型的には、圧縮機１は、工場などに既に設置されて使用されている空気圧縮機である。圧縮機１は、その種類を特に問わないが、たとえば油冷式スクリュ圧縮機とされる。この場合、圧縮機１は、圧縮機本体３とそれを駆動する電動機４の他、油分離器（図示省略）、油冷却器（図示省略）およびドライヤ（図示省略）などを備える。

圧縮機本体３への吸込路５には、上流側から順に、吸込フィルタ６および吸気調整弁７が設けられる。電動機４により圧縮機本体３を駆動すると、外気は、吸込口８から吸込フィルタ６を通り吸気調整弁７を介して圧縮機本体３へ吸入される。

圧縮機本体３からの吐出路９には、上流側から順に、油分離器（図示省略）、アフタクーラ（図示省略）およびドライヤ（図示省略）が設けられる。これにより、圧縮機本体３からの圧縮空気は、油分離器で油を分離された後、アフタクーラで冷却を図られると共にドライヤで乾燥を図られ、圧縮空気利用機器（図示省略）へ送られる。

図２は、本実施例の負荷分析方法に用いる風速センサ２とその取付座１０とを示す斜視図である。また、図３から図５は、取付座１０を介して風速センサ２を圧縮機１の吸込口８に設置した状態を示す図であり、図３は斜視図、図４は正面図、図５はＶ−Ｖ断面図である。

圧縮機１の吸込口８は、通常、筒状に形成されている。本実施例では、この筒状の吸込口８に、風速センサ２を設置して、圧縮機１の負荷分析を行う。省エネ診断は、一時的になされるものであるから、風速センサ２は吸込口８に着脱可能に設けるのがよい。この際、風速センサ２を取付座１０に設け、この取付座１０を圧縮機１の吸込口８に着脱可能に設けるのがよい。但し、所望により、圧縮機１の吸込口８に取付座１０を先に設け、この取付座１０に風速センサ２（風速センサ２付きの第二の取付座でもよい）を設けてもよい。さらに、後述するように、圧縮機１の吸込口８の壁面に、風速センサ２を直接に設けてもよい。

本実施例では、板バネ状の取付座１０に風速センサ２を設けておき、この取付座１０を圧縮機１の吸込口８に着脱可能に設ける。取付座１０は、円筒状の吸込口８内に弾性変形させてはめ込まれる板バネ状とされる。具体的には、取付座１０は、屈曲された板材から形成され、長手方向両端部間の離隔距離を短くするよう弾性変形させて、吸込口８にはめ込まれる。これにより、板バネ状の取付座１０は、長手方向両端部間の離隔距離を長くするよう復元しようとして、円筒状の吸込口８の径方向に突っ張るようにして保持される。

このようにして吸込口８に着脱可能に設けられる取付座１０には、予め風速センサ２が取り付けられている。本実施例では、取付座１０の長手方向中央部に、風速センサ２が設けられる。従って、風速センサ２付きの取付座１０を吸込口８に設置した状態では、吸込口８の径方向中央部に風速センサ２が配置される。但し、風速センサ２は、吸込口８内であれば、吸込口８の径方向中央部ではなく、それから外れた位置に設けられてもよい。

取付座１０についてさらに詳細に説明すると、本実施例の取付座１０は、金属製の細長い板材を屈曲して形成される。たとえばステンレス製の細長い帯材を、略逆Ｓ字状に屈曲して形成される。具体的には、長手方向中央部に配置される中央片１１と、その対辺に連接される一対の略Ｌ字形状片１２，１２とを備える。各略Ｌ字形状片１２は、長片１３と短片１４とを有し、両片１３，１４の連接部は円弧状に屈曲され、しかも両片１３，１４でなす角度は鈍角とされている。そして、中央片１１の対辺に、各略Ｌ字形状片１２の短片１４の先端辺が連接された形状に、細長い帯材を屈曲して形成される。この際、中央片１１に対し、各略Ｌ字形状片１２が逆方向へ延出するよう形成される。

また、各略Ｌ字形状片１２の長片１３の先端部には、延出片１５が屈曲して形成される。この際、長片１３の板面に対し短片１４と延出片１５とが逆方向へ延出するよう形成される。このようにして、図４に示すように、取付座１０は、中央片１１を中心として、点対称な図形に形成される。

延出片１５の先端辺は、三角形の凹凸の繰り返しのギザ部１６に形成されている。そして、延出片１５は、幅方向一端部が、前記ギザ部１６よりもさらに延出して、略矩形状のストッパ１７とされる。このストッパ１７は、吸込口８に取付座１０をはめ込む際に、吸込口８の軸線方向に取付座１０が必要以上に入り込むのを防止する。

取付座１０は、それを構成する前記帯材の幅方向を吸込口８の軸線と平行に配置して、吸込口８にはめ込まれる。この際、上述したように、取付座１０の両端部の延出片１５，１５間の離隔距離を一時的に短くするように弾性変形させて、吸込口８を構成する穴にはめ込めばよい。その後、延出片１５，１５間の離隔距離を短くしていた付勢力を解くと、取付座１０は元の状態に復元しようとして、つまり延出片１５，１５間の離隔距離を元に戻そうとして、吸込口８の内周面の径方向両端部間で突っ張って保持される。この際、取付座１０は、ストッパ１７を吸込口８の開口部側へ配置して、ギザ部１６が吸込口８内にはめ込まれ、ストッパ１７が吸込口８の開口端面に当接される。吸込口８の開口端面にストッパ１７を当接することで、取付座１０および風速センサ２は、吸込口８の軸線方向に対し位置決めされる。

また、円筒状の吸込口８に対する取付座１０の回転を確実に防止するために、吸込口８の内周面には予め、滑り止め材１８を設けておくのが好ましい。図３から図５では、円筒状の吸込口８の径方向に対向した二か所に、シール状の滑り止め材１８を貼っておき、この滑り止め材１８に取付座１０のギザ部１６が食い込んで、吸込口８に対し取付座１０が安定して保持される例を示している。なお、滑り止め材１８として、市販の布テープを用いることもできる。

ところで、図２および図３に示すように、略Ｌ字形状片１２の幅方向他端部（ストッパ１７が形成される側とは反対側の側辺部）には、長片１３と短片１４との屈曲部を挟んだ二ヶ所に、コード保持部１９，１９が形成される。また、同様に、略Ｌ字形状片１２の幅方向一端部（ストッパ１７が形成される側の側辺部）にも、延出片１５側の長片１３に、コード保持部１９が形成される。各コード保持部１９は、中央片１１に設けられる風速センサ２からのリード線２０を、取付座１０に沿って保持するために用いられる。本実施例では、各コード保持部１９は、取付座１０の側辺部に、二つのスリット２１，２１が隣接して切り欠かれて形成され、そのスリット２１，２１間に残った舌片２２で、風速センサ２からのリード線２０を保持する。このようにして、風速センサ２からのリード線２０は、一対の略Ｌ字形状片１２，１２の内、一方の略Ｌ字形状片１２に沿って取付座１０の外方へ導出される。

風速センサ２は、その種類を特に問わないが、たとえば熱線式センサが用いられる。熱線式の風速センサ２は、加熱した電熱線に風が当たると熱が奪われる現象を利用したものである。具体的には、たとえば白金巻線などにより形成された風速素子２３に電流を流して加熱して用いる。加熱された風速素子２３に風が当たると、風速素子２３は冷却されるが、電流を増やすと温度を保つことができる。つまり、風速素子２３の温度を一定に保つために必要な電流値は風速値と関連しているので、電流値を監視することで風速値を得ることができる。

本実施例の風速センサ２は、板状の基台２４に垂直に立設されて固定される。基台２４は、取付座１０の中央片１１を挟み込んで、その中央片１１に固定される。これにより、取付座１０の中央片１１の一面には、略矩形状の基台２４が重ね合わされる。そして、その基台２４の中央部には、基台２４の板面に対し垂直にコ字形状部２５が突出形成されており、その溝にコ字形状部２５と平行に風速素子２３が設けられる。風速素子２３からのリード線２０は、略Ｌ字形状片１２に設けたコード保持部１９を用いて、一方の略Ｌ字形状片１２に沿って吸込口８の外側へ導出される。なお、本実施例では、コ字形状部２５の溝およびそこに配置される風速素子２３の板面は、吸込口８の軸線に沿って配置される。

次に、以上のようにして設置された風速センサ２を用いて、圧縮機１の負荷分析を行う方法について説明する。圧縮機１の吸込口８に設置された風速センサ２は、リード線２０を介してデータ記憶部（図示省略）に接続されている。これにより、風速センサ２の計測値は、データ記憶部に蓄積される。このようにして、所定期間、圧縮機１の吸込口８における風速が監視される。なお、データ保持部として、データロガーを用いることができる。

また、本実施例では、好ましくは、図１に示すように、圧縮機１の電動機４への供給電流値も監視して、その結果もデータ記憶部に蓄積される。電動機４への電流値は、三相交流電源２６から電動機４への給電路に設けた電流センサ２７により計測される。この電流センサとして、変流器（ＣＴ）を用いることができる。

その後、データ保持部に蓄積されたデータは、解析装置（図示省略）に取り込まれる。この解析装置として、解析ソフトがインストールされたパーソナルコンピュータを用いることができる。解析装置において、圧縮機１への吸込風量を経時的に把握することができる。電動機４への供給電流値も収集した場合には、圧縮機１への吸込風量と、電動機４への供給電流とを、経時的に把握することができる。

圧縮機１への吸込風量は、風速センサ２が設置された吸込口８の口径と、風速センサ２により計測された風速とに基づき、解析装置が算出する。圧縮機１の負荷が大きいと吸込風量が増す一方、圧縮機１の負荷が小さいと吸込風量は減るので、吸込風量から圧縮機１の負荷として圧縮空気の使用量が経時的に把握できる。

本発明の圧縮機１の負荷分析方法およびこれに用いる風速センサ２の取付構造は、前記実施例に限らず適宜変更可能である。たとえば、前記実施例では、圧縮機１の吸込口８における風速に基づき、圧縮機１の吸込風量を求めたが、これに代えてまたはこれに加えて、圧縮機１の負荷率を求めてもよい。圧縮機１の負荷率は、風速センサ２により計測した風速に基づき、圧縮機１の最大風量吐出時の風速に対する比率として求められる。

圧縮機１の最大風量吐出時の風速は、予め実験により求めてもよいし、風速の監視期間中の最大風速値としてもよい。また、圧縮機１の最大風量は、圧縮機１の仕様から既知である。従って、風速と風量との関係を把握することもできる。たとえば、風速センサ２の計測値の最大風速値が３０ｍ／ｓ、圧縮機１の仕様最大風量が６ｍ^３／ｍｉｎであるとする。この場合、風速値が３０ｍ／ｓならば風量が６ｍ^３／ｍｉｎと推定され、この時の負荷率を１００％と定義する。そして、各時点の負荷率は、その時点の風速を最大風速値で割った値として定義する。たとえば、風速センサ２の計測値が１５ｍ／ｓとすると、最大風速値の半分であるから、負荷率は５０％であり、また圧縮機１の風量は３ｍ^３／ｍｉｎと推測できる。このように、解析装置は、風速値に基づき負荷率と、所望によりさらに推定風量を出力する。この出力は、前記実施例と同様に、たとえばディスプレイまたはプリンタに行うことができる。

また、前記実施例では、板バネ状の取付座１０を用いて、吸込口８に風速センサ２を設けたが、取付座１０の有無や構成は、適宜に変更可能である。たとえば、取付座１０を用いることなく、吸込口８の壁面に直接に風速センサ２を貼り付けたり引っ掛けたりしてもよい。吸込口８が円筒状ではなく特殊な構成の場合には、このようにして風速センサ２を設置すればよい。そして、このような場合、吸込口８の風速と口径とに基づき風量を算出しにくい場合があるので、その場合は風量を求めるよりも負荷率を求めればよい。

また、前記実施例では、熱線式の風速センサ２を用いたが、その他の形式の風速センサ２も同様に用いることができる。たとえば、ベーンの回転をパルス信号に変換したり、加熱したボールに風が当たると熱が奪われる現象を利用したり、差圧プローブにピトー管を接続し全圧と静圧の差と空気密度から風速を演算したりしてもよい。

また、前記実施例では、空気圧縮機に適用したが、その他の圧縮機にも同様に適用可能である。また、空気圧縮機でも、スクリュ式に限らず、その他の圧縮機にも同様に適用可能である。

さらに、前記実施例では、工場などに既設の圧縮機１の負荷を一時的に調べて省エネ診断する場合について述べたが、風速センサ２を用いた負荷分析は、省エネ診断に限らず、他の用途に用いてもよい。たとえば、前記実施例では、風速センサ２の計測値を一旦、データ記憶部に蓄積し、それを解析装置に移してデータ処理したが、工場などの現場において、風速センサ２の計測値を直接に解析装置に取り込んでもよい。その場合、圧縮機１の負荷をリアルタイムに把握することも可能となる。

１ 圧縮機（空気圧縮機）
２ 風速センサ
３ 圧縮機本体
４ 電動機
８ 吸込口
１０ 取付座
１７ ストッパ
２６ 三相交流電源
２７ 電流センサ

Claims (2)

1. 圧縮機の吸込口に風速センサを取り付け、この風速センサにより計測した風速に基づき前記圧縮機の吸込風量または負荷率を算出する工程を含む圧縮機の負荷分析方法に用いる風速センサの取付構造であって、
   前記圧縮機の円筒状の吸込口に弾性変形させてはめ込まれる板バネ状の取付座と、
   この取付座に設けられる前記風速センサとを備え、
   前記取付座は、屈曲された板材から形成され、その板面を前記吸込口の軸線と平行に配置して、長手方向両端部間の離隔距離を小さくするよう弾性変形させて、前記吸込口にはめ込まれる
   ことを特徴とする風速センサの取付構造。
2. 前記取付座は、前記吸込口の軸線方向に対する取付位置を規定するためのストッパを有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の風速センサの取付構造。

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