JP5698912B2 - 圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は一次圧縮がなされた圧縮流体を圧縮機本体に吸込み昇圧する圧縮機に関するものである。

特許文献１の圧縮機は、一次圧縮がなされた圧縮流体を圧縮機本体に吸込み、昇圧する圧縮機であって、圧縮機の一次圧縮側には、圧縮機の起動時において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ており、起動負荷を軽減させている。

特許文献２の多段圧縮機は、低圧スクロール部で圧縮された圧縮空気が高圧スクロール部に供給される多段圧縮機であって、タンクの圧力が低圧スクロール部から吐出される圧縮空気の圧力に達するまでの間は、低圧スクロール部から直接タンクへ圧縮空気を供給することにより、低圧スクロール部の起動時の負荷を軽減させている。

特開２００９−３６０５２ 特開２００４−３３２５５６

特許文献１の圧縮機は、窒素ガス等特定の気体の昇圧やエアードライヤーで除湿後の気体の昇圧に用いた場合、起動時に大気を取り入れるため、窒素ガス等の純度の低下や除湿後の気体の湿度の上昇が課題となっている。

特許文献２の多段圧縮機は、タンクの圧力が低い場合にしか高圧スクロール部の圧力が減圧されないため、起動時であっても、タンクの圧力が高い場合は、十分な減圧がなされず、起動時の負荷を軽減することができない。

本発明は、上記課題に鑑み、一次圧縮された供給気体を用いることにより、気体の純度の低下や湿度の上昇を防止しつつ起動負荷を軽減させた圧縮機を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために本発明における圧縮機は、一次圧縮がなされた圧縮流体を圧縮機本体に供給し昇圧し、貯留タンクに貯留する圧縮機において、前記圧縮機本体の起動後に前記一次圧縮がなされた圧縮流体を負圧にならないように減圧して前記圧縮機本体に供給し、前記貯留タンク内の圧力が上昇すると前記一次圧縮がなされた圧縮流体を減圧せずに前記圧縮機本体に供給することを特徴とするものである。

本発明によれば、気体の純度の低下や湿度の上昇を防止しつつ起動負荷を軽減させた圧縮機を提供することができる。

本発明の実施例１における圧縮機空気回路（圧縮機運転中） 本発明の実施例１における圧縮機空気回路（圧縮機停止中） 本発明の実施例１におけるシーケンス図 本発明の実施例１におけるタイミングチャート 本発明の実施例２における圧縮機空気回路（圧縮機運転中） 本発明の実施例２における圧縮機空気回路（圧縮機停止中）

図１−４を用いて、本発明の実施例１における構成を説明する。

図１、図２は本発明の実施例１における圧縮機である。１は、例えば、工場等の設備全体に配置された圧縮流体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気体を一次圧縮した一次圧縮流体を、圧縮機本体２の駆動によりさらに昇圧して一次圧縮流体よりも高圧の二次圧縮流体とするブースター圧縮機である。一次圧縮流体としては、大気から分離された所定の気体（例えば、高純度の窒素ガス）やエアードライヤーにより除湿がなされた気体を用いる。大気と構成成分が異なる気体であって、大気の混入によって純度の低下や湿度の上昇などの問題が生じるものであれば、一次圧縮流体は大気から分離された気体でなくてもよい。

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、吸気室４から吸い込んだ前記一次圧縮流体をシリンダ３内（圧縮室内）で圧縮し、これを前記二次圧縮流体として吐出室５から吐出する圧縮機本体である。該吐出された二次圧縮流体は、例えば圧縮機本体２と一体に設けた貯留タンク（以下タンク６）内に貯留される。該貯留された二次圧縮流体は、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に対する吸気室４を含む上流側を一次圧縮側、吐出室５及びタンク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流体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流体の経路を二次流体経路９とする。

圧縮機本体２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は電磁開閉器３３、圧力開閉器６ａと接続されており（詳細は図３のシーケンスにて説明する）、タンク６内の圧力に応じて圧力開閉器６ａの作動により運転制御される。タンク６内の圧力が所定の上限値未満の場合にはモータ１１は通常駆動させて一次圧縮流体の昇圧を行い、タンク６内の圧力が所定の上限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、タンク６内の圧力が所定の上限値以上の状態から所定下限値未満の状態に戻った際には、モータ１１を運転させ圧縮機本体２を再起動させる。なお、所定の下限値は所定の上限値と同じであってもよいし、所定の上限値よりも低い値であってもよい。圧縮機本体２は、一次圧縮がなされた圧縮流体をさらに圧縮するため、特に起動時や再起動時にピストンに圧力が掛りモータへの負荷が増大するといった問題が生じていた。そこで、特に起動時や再起動時には、圧縮機本体２に供給する流体の圧力を大気圧付近にしてモータへの負荷を軽減する必要がある。

１３は、一次流体経路８及び追加流体経路４０と圧縮機本体２との連通を切り替える三方弁である。１３は、後述の上流側流体経路８ａが接続される上流側ポート１４、後述の下流側流体経路８ｂが接続される下流側ポート１５、及び後述の追加流体経路４０ｃに接続される追加ポート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いる。前記バルブ体１８が例えば下限位置にあるときに上流側ポート１４と下流側ポート１５とを連通すると共に追加ポート１６を閉塞する一次流体経路連通状態とし、バルブ体１８が上限位置にあるときに、上流側ポート１４を閉塞すると共に下流側ポート１５と追加ポート１６とを連通する追加流体経路連通状態となるように三方弁１３によって流体の流通経路が切り替えられる。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取り付けられている。三方弁１３は、タンク６内の圧力によって、バルブ体１８を往復動させるので、電磁弁とは異なり大きな電力を供給しなくても強い力でバルブ体１８を押し付けることができる。従って、一次流体経路８内の圧力が高く、一次流体経路８の径が大きい場合であっても消費電力の増大を招かずに所望の動作を行うことができる。

本実施例では一次流体経路８中に設けられた三方弁１３の追加ポート１６に一次流体経路８と並行して追加一次流体経路４０（以下追加流体経路とする）を設けた。追加流体経路４０の上流は一次流体経路８上のフィルタ３２の上流で一次圧縮流体の配管から分岐接続されている。追加流体経路４０は、追加流体経路４０ａ、追加流体経路４０ｂ、追加流体経路４０ｃから構成される。追加流体経路４０ａに弁５０、減圧弁４８を設け補助タンク４７に接続される。補助タンク４７の後方には追加流体経路４０ｂを設けその経路上に逆止弁４６、フィルター４５、電磁弁４４、弁４９が設けられ追加流体経路４０ｃが三方弁１７の追加ポート１６に接続されている。

本実施例では、圧縮機本体２の起動（再起動）時に、追加流体経路４０から一次圧縮流体を減圧して圧縮機本体２に供給するために、大気から圧縮機本体２に供給する場合とは異なり、追加流体経路４０の圧力が低くなりすぎる可能性がある。この場合、追加流体経路４０を構成する配管や圧縮機本体が損傷する可能性がある。そこで、本実施例では、追加流体経路４０に補助タンク４７を設けた。これにより、追加流体経路４０内の圧力が負圧になり、追加流体経路４０を構成する配管の損傷を防止することができる。また、本実施例では、補助タンク４７と三方弁１３との間に逆止弁４６を設けた。これにより、補助タンク４７内に追加流体経路４０ｂの流体が逆流し、後述の減圧弁４８の損傷を防止することができる。

４８は、追加流体経路４０中に設けられ、一次圧縮流体を減圧して圧縮機本体２に供給する減圧弁である。減圧弁４８は起動、再起動時に圧縮機が追加ポート１６より一次圧縮流体を吸込んだ時に負圧にならず、また起動負荷の軽減が可能な様に運転中に補助タンク４７の圧力が例えば大気圧付近の０．１MPa前後になるように一次圧縮流体を減圧する。この圧力は一次圧縮流体の圧力と流量、圧縮機の容量で負荷状態によって決めることが出来る。これにより、一次圧縮流体を大気圧付近まで減圧して圧縮機本体２に供給し、一次圧縮流体の純度の低下や湿度の上昇などを招かずに圧縮機本体２の起動時、再起動時の負荷を軽減させることができる。

三方弁１３は、モータ１１の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）とを連通した一次流体経路連通状態となり、圧縮機本体２に一次圧縮流体を供給可能とする。

このとき、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が前記一次流体経路連通状態から前記下流側流体経路８ｂと追加流体経路４０ｃとを連通した追加流体経路連通状態に切り替わり、圧縮機本体２の再起動直後に大気圧付近まで減圧された追加流体経路４０ｃからの流体を吸入可能として起動負荷を軽減させる（図２参照）。

そして、タンク６内の二次圧縮流体の使用等により、該タンク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が前記追加流体経路連通状態から一次流体経路連通状態へと徐々に切り替わる。なお、図中符号６ａはタンク６内の圧力を検出する圧力開閉器を示す。

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が前記一次流体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が前記追加流体経路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タンク６内の圧力は、モータ１１が停止する前記所定の上限値よりも低く大気圧よりも高い値とされる。

２２は、圧力供給経路２１と三方弁３との間に設けられ、圧力供給経路２１と三方弁３との連通を切り替える電磁弁である。該電磁弁２２は、そのタンク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、大気に連通した大気ポート２７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が例えば上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が下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しバルブ側ポート２４を大気ポートへ連通した状態となる。

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の駆動は電磁開閉器３３により制御され、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にタンク６内の圧力が供給され、該三方弁１３が前記一次流体経路連通状態に切り替わる。一方、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圧力供給経路２１ｂが大気開放されるため、三方弁１３への圧力供給が遮断され、該三方弁１３が前記追加流体経路連通状態となる。また、この状態からタンク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が一次流体経路連通状態に戻る。

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の連通状態を徐々に変化させる流量調整弁を示す。

３２は一次流体経路８の上流側流体経路８ａに設けられたドレン除去機能を有するフィルタである。

４６は圧縮機の異常や電磁弁４１の異常で減圧弁４８に負荷がかからないように設けられた逆止弁である。

４９、５０はメンテナンス時に圧縮機本体２内の流体と一次圧縮流体とを遮断するために設けられた弁である。

本実施例の圧縮機１によれば、圧縮機本体２の起動、再起動時において一次圧縮がされた圧縮流体を大気圧付近まで減圧して圧縮機本体２に供給することができる。特に、一次圧縮がされた流体が大気と構成成分の異なる所定の気体である場合は、気体の純度を維持しつつ、圧縮機本体２の起動負荷を軽減させることができる。また、一次圧縮がされた流体がエアードライヤーにより除湿がなされた流体である場合は、湿度の上昇を防止しつつ圧縮機本体の起動負荷を軽減することができる。

次に、図３により圧縮機１のシーケンスを説明する。なお、図中でこれまで説明した構成要素と同一部品には同一の番号で示した。

モータ１１は電磁開閉器３３内の電磁接触器６１とサマルリレー６２を介して電源６０に接続されている。一方、電磁開閉器３３の操作回路には電磁弁２２、電磁弁４４、圧力開閉器６ａ、電源スイッチ（起動スイッチ）６３が接続されている。起動スイッチ６３を入れることにより電磁接触器６１が閉隣電磁弁２２に通電されるとともにモータ１１が駆動される。これにより、電磁弁２２、４４が経路連通状態となる。起動直後においては、三方弁１３内のバルブ体１８が上方にあるため、三方弁１３内は、追加流体経路連通状態である。起動後、タンク６内の圧力が上昇すると圧力供給経路２１を介して三方弁１３にタンク６内の圧力が供給され、該三方弁１３が一次流体経路連通状態に徐々に切り替わる。また、タンク内圧力が所定の圧力まで上昇すると圧力開閉器６ａが開となり電磁接触器６１が開となりモータが停止するとともに電磁弁２２への通電が遮断される。これにより、電磁弁２２が連通遮断状態に切り替わり圧力供給経路２１ｂが大気開放されるため、三方弁１３への圧力供給が遮断され、該三方弁１３が追加流体経路連通状態に切り替わる。

次に、これらの各部動作と圧力変化を図４のタイミングチャートを用いて説明する。

図４は縦に各部スイッチ、弁などの動作状態と各部の圧力を示し、横軸は時間を示す。また、縦の破線は代表的な状態を示し、（１）〜（５）の状態をもって各部の動作を説明する。

（１）〜（２）は停止状態を示す。停止状態において、一次流体経路８には一次圧縮流体の圧力が作用している。また、タンク６内の圧力はかかっていないため圧力開閉器６ａは閉の状態である。また、電磁弁４４の弁体４２は上昇していて追加流体経路４０を遮断している。

（２）の時点で起動スイッチ６３を開にすることでシーケンス図でも示したように電磁接触器６１が開となりモータ１１が運転状態となる。ここで、三方弁のシリンダ１７ａ内に圧力が作用して弁体１８が下降して追加ポート１６を遮断するまでの間は一次圧縮流体が減圧弁４７によって大気圧付近まで減圧された状態で圧縮機に供給され、負荷軽減の状態で起動する。即ち、電磁弁２２にも通電され圧力供給経路２１と三方弁間が連通状態となるがタンク６内の圧力が低いため三方弁は追加流体経路４０ｃに通じた状態であり通路８ｂは大気圧付近まで減圧された補助タンク４７の圧力であり、圧縮機本体２は無負荷運転となる。この間に圧縮機は回転が上昇する。

（３）の時点は、タンク圧力が高くなり流量調整弁２８を通って三方弁シリンダ内１７ａの圧力が上昇すると三方弁の弁体１８が下降しの位置で追加ポート１６を遮断し経路８ａと８ｂ間を連通し、三方弁１３が一次流体経路連通状態となる。三方弁１３が一次流体経路連通状態となると、一次圧縮流体圧力からの昇圧運転となりタンク６内の圧力の上昇も早くなる。

（４）の時点では、タンク６内の圧力が上昇し所定の上限値になり、圧力開閉器６ａが開となり電磁接触器６１が開、モータ１１が停止、電磁弁２２の通電が遮断され弁２６が下降する。このとき、三方弁１３のシリンダ１７ａが大気圧となるため、追加流体経路連通状態となり、吸込み経路８ｂが大気圧付近まで減圧された補助タンク４７の圧力となる。また、また電磁弁４１も追加流体経路４０を遮断し一次圧縮流体は圧縮機側へ流れないようになる。

（５）の時点では、圧縮機の空気が使用されタンク６内の圧力が低下し、圧力開閉器６ａが閉となりモータ１１が再起動する。この時点においては、三方弁は追加流体経路４０ｃに通じた状態であり通路８ｂは大気圧付近まで減圧された補助タンク４７の圧力であり、圧縮機本体２は無負荷運転となる。モータ１１が再起動すると電磁弁２２に通電されタンク圧力が流量調整弁２８を通って絞りによる時間遅れの後、三方弁１３のシリンダ１７ａの圧力が上昇する。シリンダ１７ａの圧力が上昇すると追加ポート１６が徐々に遮断され吸込み経路８ａと８ｂが連通され一次圧縮流体による昇圧となる。

以上説明した本実施例によれば、圧縮機本体２の起動（再起動時）に一次圧縮がなされた圧縮流体を減圧して圧縮機本体２に供給することとしたため、一次圧縮流体の純度の低下や湿度の上昇を招かずに圧縮機本体２の起動（再起動時）の負荷を低減させることができる。

図５、６を用いて本発明の実施例２における構成を説明する。ここでは、実施例１と同じ構成には同じ符号で示し、その説明を省略する。本実施例では、実施例１の三方弁１３に代えて電磁弁６０を用いたことを特徴としている。一次圧縮流体の圧力がそれほど高くなく、一次流体経路８にそれほど大きな圧力がかからない場合において、三方弁１３に代えて電磁弁６０を用いても
６０は、一次流体経路８及び追加流体経路４０と圧縮機本体２との連通を切り替える電磁弁である。６０は、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、及び追加流体経路４０ｃに接続される追加ポート１６を備え、弁体６１を往復動可能に収容している。図５のように弁体６１が例えば下限位置にあるときに上流側ポート１４と下流側ポート１５とを連通すると共に追加ポート１６を閉塞する一次流体経路連通状態とし、図６のように弁体６１が上限位置にあるときに、上流側ポート１４を閉塞すると共に下流側ポート１５と追加ポート１６とを連通する追加流体経路連通状態となるように電磁弁６０によって流体の流通経路が切り替えられる。電磁弁６０の駆動後において、弁体６１が急激に上限位置から下限位置に移動しないために、弁体６１はスプリング等により上限位置に向けて取り付けられている。

一次圧縮流体の圧力がそれほど高くなく、一次流体経路８にそれほど大きな圧力がかからない場合において、三方弁１３に代えて電磁弁６０を用いても一次流体経路８及び追加流体経路４０と圧縮機本体２との連通を消費電力の増大を招かずに切り替えることは可能である。この場合、三方弁１３を配置する必要がないため、部品点数を少なくすることができ、省スペース化・低コスト化を実現することができる。

ここで、電磁弁６０の動作について説明する。電磁弁６０は実施例１の電磁弁２２と同様に起動スイッチ６３を開にすることでモータ１１と共に駆動される。起動時には、図６のように電磁弁６０の弁体６１は上限位置にあり、上流側ポート１４を閉塞すると共に下流側ポート１５と追加ポート１６とを連通する追加流体経路連通状態となっている。これにより、起動時には、一次圧縮流体が減圧弁４７によって大気圧付近まで減圧された状態で追加流体経路４０を通じて圧縮機本体２に供給され、負荷軽減の状態で起動する。起動後、電磁弁６０の弁体６１は徐々に下限位置に向けて移動する。電磁弁６０の弁体６１が下限位置まで移動すると、上流側ポート１４と下流側ポート１５とを連通すると共に追加ポート１６を閉塞する一次流体経路連通状態となる。これにより、一次圧縮流体が一次流体経路８を通じて圧縮機本体２に供給され、一次圧縮流体圧力からの昇圧運転となりタンク６内の圧力の上昇も早くなる。

以上説明した本実施例によれば、実施例１と同様に圧縮機本体２の起動（再起動時）に一次圧縮がなされた圧縮流体を減圧して圧縮機本体２に供給することとしたため、一次圧縮流体の純度の低下や湿度の上昇を招かずに圧縮機本体２の起動（再起動時）の負荷を低減させることができる。また、特に、一次圧縮流体の圧力がそれほど高くなく、一次流体経路８にそれほど大きな圧力がかからない場合において、実施例１と比較して部品点数を少なくすることができ、省スペース化・低コスト化を実現することができる。

これまで説明してきた実施例は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されない。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

６ タンク
６ａ 圧力開閉器
８ 一次流体経路（８ａ、８ｂ）
１１ モータ
１３ 三方弁
１６ 三方弁１３の追加ポート
１８ 三方弁１３の弁体
２１ 圧力供給経路
２２ 電磁弁
２６ 電磁弁２２の弁体
２８ 流量調整弁
３３ 電磁開閉器
４０ 追加流体経路（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ）
４２ 電磁弁４４の弁体
４４ 電磁弁
４６ 逆止弁
４７ 補助タンク
４８ 減圧弁
６０ 電磁弁
６１ 電磁弁６０の弁体

Claims (7)

1. 一次圧縮がなされた圧縮流体を圧縮機本体に供給し昇圧し、貯留タンクに貯留する圧縮機において、
   前記圧縮機本体の起動後に前記一次圧縮がなされた圧縮流体を負圧にならないように減圧して前記圧縮機本体に供給し、前記貯留タンク内の圧力が上昇すると前記一次圧縮がなされた圧縮流体を減圧せずに前記圧縮機本体に供給することを特徴とする圧縮機。
2. 前記一次圧縮がなされた圧縮流体を減圧弁により減圧して前記圧縮機本体の起動時に前記圧縮機本体に供給することを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記減圧弁により減圧した圧縮流体を補助タンクに貯留する請求項２に記載の圧縮機。
4. 前記補助タンクと前記圧縮機本体との間に逆止弁を設けることを特徴とする請求項３に記載の圧縮機。
5. 前記一次圧縮がなされた圧縮流体は大気と構成成分の異なる所定の気体であること特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の圧縮機。
6. 前記一次圧縮がなされた圧縮流体はエアードライヤーにより除湿がなされた気体であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の圧縮機。
7. 前記圧縮機本体を起動後に前記貯留タンク内の圧力が所定の上限値以上になった場合に前記圧縮機本体の運転を停止させ、前記圧縮機本体を停止させた後、前記貯留タンク内の圧力が所定の下限値未満になった場合に前記圧縮機本体を再起動することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の圧縮機。

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