JP5894867B2 - オイルフリースクリュー圧縮機 - Google Patents

Description

本発明はオイルフリースクリュー圧縮機に関する。

従来のオイルフリースクリュー圧縮機では、特許文献１に記載のように、低負荷時アンロード運転を行う容量制御装置を備えており、アンロード運転時や停止時は圧縮機本体から吐出された圧縮空気を大気に放気して、アンロード運転時の動力を低減する制御を行っている。なお、圧縮空気の放気は放気弁の開閉で行っており、放気する圧縮空気はこの放気弁を通過する構造となっている。

特開２０１０−２７５９３９号公報

上記の特許文献１に開示の例では、圧縮機本体から吐出された圧縮空気は高温であり、そのまま放気すると放気弁が早期に損傷する可能性があるため、放気弁を高温の圧縮空気が通過するのを防止して、圧縮機の信頼性を確保するために、放気する圧縮空気を冷却するための放風クーラを備えている。

ところで、容量制御は圧縮機出口のライン圧力を検知して行っており、ライン圧力が予め設定したアンロード開始圧力、ロード復帰圧力となると、それぞれアンロード運転、ロード運転へと運転方式を切り替える。

このとき、アンロード運転を行うのは、使用空気量が少なくなり、ライン圧力がアンロード開始圧力まで上昇した場合であり、通常はこの場合のみにアンロード運転を行うのが通常の制御態様となっている。換言すれば、アンロード運転を行うのは低負荷時のみであり、アンロード運転に移行する条件にならない限りロード運転が継続することになる。

放気配管は圧縮空気の吐出配管から分岐した配管で構成される。このため、ロード運転中は、放気配管内及び放気配管に設置された放風クーラ内に圧縮空気が停滞することになる。圧縮空気は冷却されるとドレンが発生するが、圧縮空気が高圧となるほど、空気の飽和湿分量が減少しドレンが凝縮しやすい。

上記の従来技術では、放気配管及び放風クーラからなる放気配管系に圧縮空気が停滞しやすい構造であり、特に、ロード運転が継続している間に放気配管系に停滞した圧縮空気からのドレンが問題となり得る。

したがって、ロード運転が長時間継続した場合、放風クーラや放気配管内部にドレンが溜まりやすくなる。放気配管系にドレンが溜まっている状態で、アンロード運転あるいは運転停止となって放気を行った場合、放気された圧縮空気に水滴が混ざり圧縮機内部の機器に不具合を生じさせる可能性があった。特に周囲湿度が高い条件では水滴噴出の傾向が顕著であり、圧縮機の信頼性低下の原因となるという課題があった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、信頼性の高いオイルフリースクリュー圧縮機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、例えば、特許請求の範囲に記載の構成を採用する。その一例を挙げるならば、モータにより駆動される圧縮機本体と、この圧縮機本体で圧縮された圧縮空気が流通する吐出配管と、前記吐出配管を流通する圧縮空気を冷却するアフタークーラと、前記吐出配管から前記アフタークーラの上流側で分岐する放気配管と、この放気配管に取付けられる放気弁と、前記圧縮機本体で圧縮された圧縮空気の圧力検出値に応じてロード運転とアンロード運転とを切り換えて制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、ロード運転の継続時間を計測し、計測された継続時間が前記基準時間に達した場合にアンロード運転に切り換え、アンロード運転の時間が予め定められた時間を経過するとロード運転に復帰するように制御することを特徴とするオイルフリースクリュー圧縮機である。

本発明のより好適な具体的態様は以下の発明の詳細な説明の記載から明らかにされるとおりである。

本発明によれば信頼性の高いオイルフリースクリュー圧縮機を提供することができる。

実施例１に係るオイルフリースクリュー圧縮機の系統図。 実施例２に係るオイルフリースクリュー圧縮機の系統図。 実施例３に係るオイルフリースクリュー圧縮機の系統図。

本発明の実施形態を説明する。各実施例は、放気する圧縮空気に含まれる水分の量を軽減し、水滴が飛散するのを防止する構造が図面を用いて説明されているが、本発明の実施形態は下記の具体的構造例に限られるものではなく、様々なバリエーションが可能である。したがって、各実施例に示される具体的な構造は、本発明の思想下で異なる実施例においても適宜採用が可能である。以下、図面を用いて各実施例を説明する。

本発明の実施例１を図１を用いて説明する。図１は実施例１に係るオイルフリースクリュー圧縮機の系統図である。雌雄一対のスクリューロータを有する圧縮機本体１００（以下、単に「圧縮機１００」と称する場合がある。）を備え、当該スクリューロータはモータ８００によって駆動される。したがって、モータ８００が駆動されると周囲から空気を吸込み、圧縮機本体１００で圧縮された空気が吐出配管２００へと吐出される。

圧縮空気は吐出配管２００内を流通して圧縮空気の使用者側へと送られるが、高温の圧縮空気を冷却するためにアフタークーラ３００が具備されている。一般にアフタークーラ３００には水冷式や空冷式のタイプが用いられるが、本実施例ではいずれのタイプの冷却器を用いても差し支えない。そして、アフタークーラ３００で冷却された圧縮空気は圧縮空気の使用者側の設備へと吐出される。

使用者側での圧縮空気の使用量が少なくなった場合の制御を説明する。図１に示す制御装置７００は本実施例のオイルフリースクリュー圧縮機全体の制御を行う。圧縮空気の使用量が少なくなると、吐出配管に取り付けられる圧力センサ（図示省略）での検出圧力が高くなる。この検出圧力が予め定められた基準圧力（以下、アンロード開始圧力という。）に達するとアンロード運転へと移行する。すなわち、圧力センサの検出圧力がアンロード開始圧力に達すると制御装置７００は放気弁６００に開指令を送信し、放気が行われる。

図１に示すように、放気配管４００は吐出配管２００から分岐した構成となっている。ロード運転中は放気弁６００が閉状態であることから、上述のように、圧縮機本体１００からの圧縮空気は吐出配管２００内を流通してアフタークーラ３００で冷却されて使用者側へと送られる。他方、放気弁６００が開状態となると、高圧の吐出配管２００内の圧縮空気が大気へ放出されるアンロード運転となる。

アンロード運転中において、圧縮空気の使用量が再び増加すると圧力センサでの検出圧力が低くなる。検出圧力が予め定められた基準圧力（以下、ロード復帰圧力という。）まで低下すると制御装置７００は放気弁６００への閉指令を送信し、ロード運転に復帰する。

このように、放気弁６００の開閉制御によってロード／アンロードの切換えが行われるため、放気弁６００の不調はスクリュー圧縮機の信頼性に高い影響を及ぼすことになる。そこで、本実施例では、高温の圧縮空気が放気されても放気弁６００を損傷しないように、放気弁６００の上流側に放風クーラ５００を備えている。

ロード運転とアンロード運転の切換制御は、圧縮空気の使用量に応じて変化する圧力センサの検出値が用いられるため、空気使用量の増減に応じてロード運転とアンロード運転が繰り返されて容量制御がなされることになる。このとき、空気使用量が多い時間が継続するとロード運転の時間が長くなり、空気使用量が少ない時間が継続するとアンロード運転の時間が長くなる。

アンロード運転の時間が予め定められた基準時間より長い場合にはモータ８００を停止させることも可能である。なお、上述の「アンロード開始圧力」に達した場合にはアンロード運転を行うことなくモータ８００を停止させても良い（このモータ８００の運転制御も制御装置７００によって行われる）。このようなアンロード運転を省略する制御を行う場合であっても放気弁６００を開状態として吐出配管２００内の高圧の圧縮空気の開放は行う必要がある。本明細書ではアンロード運転を行う例を実施例として示しているが、アンロード運転を省略した場合には、モータ８００の停止をアンロード運転と読み替えて同様の制御が可能である。

ロード運転の継続時間が長くなると、放気弁６００は閉状態であるため、放気配管系（放気配管４００、放風クーラ５００）内に存在する圧縮空気の停滞時間も長くなる。このとき、圧縮空気の温度が低下して放気配管系でドレンが凝縮し水滴が生ずることになる。圧縮空気が高圧となるほど、空気の飽和室分量が減少し、水滴量も多くなることとなる。放気弁６００が開いたときには放気された圧縮空気に水滴が混ざり、周囲の機器に不具合を生じさせる可能性があった。

そこで、本実施例の容量制御では次の制御を行う。すなわち、圧縮機１００出口の吐出配管２００の圧力を検知し、この圧力がアンロード開始圧力、ロード復帰圧力になるとそれぞれアンロード運転、ロード運転を開始する。そして、この容量制御によるアンロード運転とは別に次の条件を満たした場合にもアンロード運転を行うこととした。

まず、制御装置７００はロード運転の継続時間をカウントして計測する。そして、このロード運転継続時間の長さが、予め定められた基準時間の長さに達した場合に、アンロード運転へと移行する。このときのアンロード運転はごく短い時間でよく（以下ではこのアンロード運転を「短時間アンロード運転」と称する場合がある。）、アンロード運転を短時間行った後にロード運転に復帰させる。すなわち、ロード運転が規定の長さ以上、連続して継続しない制御としている。

短時間アンロード運転の後にロード運転に復帰すると、ロード運転の継続時間はリセットされ、再び計測を行って基準時間との対比を行う。通常のアンロード運転と短時間アンロード運転とは異なる目的で実施される制御であるが、ロード運転の継続時間の起点となる点では同様に機能するものとなっている。

この短時間アンロード運転からロード運転への復帰も、圧力検出値に基づいてなされるものではなく、予め定められた時間Ｔ（例えば数秒間）を経過すると圧力検出値に関わらずロード運転に復帰する。

このような制御を行うことにより、放気配管系でのドレンが多量に発生する前に放気配管をパージし、周囲の機器への水滴落下を抑制できる。また、短時間のアンロード運転であり、その他の容量制御は通常と同様に圧力検出値を用いて行われるため、圧縮空気使用者への影響を極めて軽微に抑えることができる。

なお、本実施例においては回転数制御に関する説明は省略したが、いわゆる一定速機でもインバータを用いた可変速機であっても上述の実施例１と同様の制御が採用可能である。

次に実施例２を図２を用いて説明する。図２は低圧段圧縮機および高圧段圧縮機を有する水冷式オイルフリースクリュー圧縮機の系統図であり、モータの回転数が一定速である、いわゆる一定速機の例を示している。

以下では図２を参照しながら実施例２の具体的構造や制御を説明するが、上述の実施例１と制御態様において共通しており、重複説明は省略する。

オイルフリースクリュー圧縮機（一定速機）２８は低圧段圧縮機１および高圧段圧縮機２を備えている。低圧段圧縮機１には１段ピニオンギヤ５が、高圧段圧縮機２には２段ピニオンギヤ６が取り付けてあり、モータ３に取り付けられたブルギヤ４で駆動される。圧縮空気は吸込フィルタ１０および吸込絞り弁１１を通過して低圧段圧縮機１に吸込まれ、所定の圧力まで圧縮された後、１段吐出配管１９へと吐出される。

この圧縮空気はインタークーラ入口ヘッダ１４を通過し、インタークーラ７へと流入する。インタークーラ７で冷却された圧縮空気はインタークーラ出口ヘッダ１５および２段吸込み配管２０を通過し、高圧段圧縮機２へ吸込まれ、所定の圧力まで圧縮された後、２段吐出配管２１へと吐出される。

その後逆止弁１８、アフタークーラ入口ヘッダ１６、を通過して、アフタークーラ８へと流入する。そしてアフタークーラ８で冷却された後、アフタークーラ出口ヘッダ１７を通過し、圧縮機出口配管２２から圧縮機外へ吐出される。

２段吐出配管２１は、逆止弁１８の上流で分岐しており、放風クーラ９、２段放気配管２３、放気弁１２、放気サイレンサ１３へと続いている。放気弁１２は吸込絞り弁１１と連動しており、アンロード運転時や停止時は吸込み絞り弁１１を閉じ、同時に放気弁１２が開く構造としている。ロード運転中は放気弁１２が閉じており、放風クーラ９、放気配管２３には圧縮空気が停滞している。

アンロード時や停止時は放気弁１２が開き、２段吐出配管２１、放風クーラ９、放気配管２３内の圧縮空気が放気弁１２を通過して、放気サイレンサー１３からオイルフリースクリュー圧縮機（一定速機）２８のパッケージ内に放気される。なお、この時２段吐出配管２１の圧力は低下するが、逆止弁１８が閉じるため、逆止弁１８下流の圧力は低下しない構造としている。

なお、本例では、図２に示すように、インタークーラ７、アフタークーラ８、逆止弁１８等の機器は２個ずつ備えており、デュアル構造として各部品の小型化を図っている。

次に実施例２の制御について説明する。実施例１と同様に容量制御は、ロード−アンロード制御を行っており、圧縮機出口配管２２の圧力を検知し、この圧縮機出口配管２２の圧力が、予め設定しておいたアンロード開始圧力、ロード復帰圧力になるとそれぞれアンロード運転、ロード運転を開始する。

なお、圧力センサ自体は図２に図示していないが、検出対象は圧縮空気の圧力であり、この圧力が検出可能な位置であれば取付け場所は問わない。

また、この容量制御によるアンロード運転とは別に、ロード運転の継続時間をカウントして、ロード運転継続時間が規定の長さとなった時にアンロード運転を短時間行いロード運転に復帰させる制御を行っており、ロード運転が規定の長さ以上は継続しない制御としている。

これらの制御は図２では図示を省略した制御装置においてなされる。すなわち、制御装置がロード運転の継続時間をカウントして計測する。そして、このロード運転継続時間の長さが、予め定められた基準時間の長さに達した場合に、アンロード運転へと移行する。このときのアンロード運転はごく短い時間でよく、アンロード運転を短時間行った後にロード運転に復帰させる。すなわち、ロード運転が規定の長さ以上、連続して継続しない制御としている。

短時間アンロード運転の後にロード運転に復帰すると、ロード運転の継続時間はリセットされ、再び計測を行って基準時間との対比を行う。通常のアンロード運転と短時間アンロード運転とは異なる目的で実施される制御であるが、ロード運転の継続時間の起点となる点では同様に機能するものとなっている。

この短時間アンロード運転からロード運転への復帰も、圧力検出値に基づいてなされるものではなく、予め定められた時間Ｔ（例えば数秒間）を経過すると圧力検出値に関わらずロード運転に復帰する。

このような制御を行うことにより、放気配管系（２段放気配管２３、放風クーラ８）でドレンが多量に発生する前に２段放気配管２３をパージし、周囲の機器への水滴落下を抑制できる。また、短時間のアンロード運転であり、その他の容量制御は通常と同様に圧力検出値を用いて行われるため、圧縮空気使用者への影響を極めて軽微に抑えることができる。

次に実施例３を図３を用いて説明する。図３は低圧段圧縮機および高圧段圧縮機を有する水冷式オイルフリースクリュー圧縮機の系統図であり、モータの回転数が可変速である、いわゆる可変速機の例を示している。上述の実施例１、２と構造や制御態様において共通する部分も多いため、重複説明は省略する。

実施例３のオイルフリースクリュー圧縮機２９では、圧縮空気は吸込みフィルタ１０を通過した後、吸込み配管２７に流入し、低圧段圧縮機１に吸込まれ、その後のロード運転中の圧縮空気の流れは、図２に示す実施例（一定速機）と同様である。

アンロード運転時や停止時は１段吐出配管１９及び２段吐出配管２１に取り付けた放気電磁弁２５を開いて１段吐出配管１９および２段吐出配管２１の圧縮空気を放気サイレンサ１３から、オイルフリースクリュー圧縮機２９のパッケージ内に放気して動力を低減する構造である。

また、放気電磁弁２５と並列に、停電用放気電磁弁２６を設けており、停電時はこの停電用放気電磁弁を開いて吐出空気を放気する。なお、放気電磁弁２５の上流には放風クーラ９を設けている。

このオイルフリースクリュー圧縮機２９の容量制御方式は、インバータによる回転数制御とロード−アンロード制御を組み合わせて行っており、一定速機と同様に、圧縮機出口配管２２の圧力を検知し、この圧縮機出口配管２２の圧力が、予め設定しておいたアンロード開始圧力、ロード復帰圧力になるとそれぞれアンロード運転、ロード運転を開始する。

より詳細に説明すると、ロード運転時には圧縮空気の圧力が予め定められた圧力で一定となるようにモータ３の回転数が制御される。この制御は図示を省略した制御装置においてなされ、制御装置からの回転数指令に応じてインバータの周波数が制御され、モータが所望の回転数で駆動される。

圧縮空気の使用量が増減すると回転数を変化させて使用量に追従しながら圧力一定制御が行われる。しかし、使用量が減少し、モータ３が下限回転数で運転した状態であって、それでもなお圧縮空気の圧力がアンロード開始圧力まで上昇した場合に、アンロード運転へと切り替えられる。

上記の実施例３に係るオイルフリースクリュー圧縮機においても、実施例２に示した一定速機の場合と同様に、容量制御によるアンロード運転とは別に、ロード運転の継続時間をカウントして、ロード運転継続時間が規定の長さとなった時にアンロード運転を短時間行いロード運転に復帰させる制御を行っており、ロード運転が規定の長さ以上は継続しない制御としている。

これらの制御は図３では図示を省略した制御装置においてなされる。すなわち、制御装置がロード運転の継続時間をカウントして計測する。そして、このロード運転継続時間の長さが、予め定められた基準時間の長さに達した場合に、アンロード運転へと移行する。このときのアンロード運転はごく短い時間でよく、アンロード運転を短時間行った後にロード運転復帰させる。すなわち、ロード運転が規定の長さ以上、連続して継続しない制御としている。

上記の各実施例によれば、次のような作用効果がある。

放風クーラを水冷式とした場合において、この放風クーラへ流通する冷却水の温度が低い場合でも、放風クーラ内に水適が溜まるのを防ぐことができ、アンロード運転時に放気する圧縮空気に水滴が混ざり飛散するのを防止することができる。

また、放風クーラ内に水滴が溜まるのを防止したことによって放風クーラを放気配管系に設置することの障害が無くなる。このため、放気弁へと至る圧縮空気の温度を低くすることができ、放気弁の損傷を防ぐことができる。放気電磁弁を併設した場合にあっても、放気電磁弁を通過する圧縮空気の温度を低下することができるので、２つの弁の信頼性を高めることもできる。この結果、オイルフリースクリュー圧縮機としての信頼性の向上に寄与する。

さらには、長時間低負荷とならず、容量制御によるアンロード運転の条件にならない場合でも、強制的にアンロード運転を行い、放気配管内の圧縮空気を入替えることができる。このため、周囲湿度が高い条件でも、放気時に水滴が圧縮機内に飛散するのを防ぎ、この水滴により、内部の電気部品に不具合が生じたり、部品に錆が発生するのを防止することができる。

１…低圧段圧縮機、２…高圧段圧縮機、３…モータ、８…アフタークーラ、９…放風クーラ、１２…放気弁、２１…２段吐出配管、２３…２段放気配管、２５…放気電磁弁、１００…圧縮機本体、２００…吐出配管、３００…アフタークーラ、４００…放気配管、５００…放風クーラ、６００…放気弁、７００…制御装置、８００…モータ。

Claims (8)

1. モータにより駆動される圧縮機本体と、この圧縮機本体で圧縮された圧縮空気が流通する吐出配管と、前記吐出配管を流通する圧縮空気を冷却するアフタークーラと、前記吐出配管から前記アフタークーラの上流側で分岐する放気配管と、この放気配管に取付けられる放気弁と、前記圧縮機本体で圧縮された圧縮空気の圧力検出値に応じてロード運転とアンロード運転とを切り換えて制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、ロード運転の継続時間を計測し、計測された継続時間が前記基準時間に達した場合にアンロード運転に切り換え、アンロード運転の時間が予め定められた時間を経過するとロード運転に復帰するように制御することを特徴とするオイルフリースクリュー圧縮機。
2. アンロード運転の時間が予め定められた時間を経過してロード運転に復帰した場合、及び、前記圧縮機本体で圧縮された圧縮空気の圧力検出値に応じてアンロード運転からロード運転に復帰した場合のいずれの場合にも、前記制御装置はロード運転の継続時間をカウントすることを特徴とする請求項１に記載のオイルフリースクリュー圧縮機。
3. 前記放気配管において前記放気弁より上流側に放風クーラを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のオイルフリースクリュー圧縮機。
4. 前記放風クーラが水冷式であることを特徴とする請求項３に記載のオイルフリースクリュー圧縮機。
5. モータにより駆動される低圧段圧縮機及び高圧段圧縮機と、前記低圧段圧縮機で圧縮された圧縮空気が流通する１段吐出配管と、前記高圧段圧縮機で圧縮された圧縮空気が流通する２段吐出配管と、前記１段吐出配管を流通する圧縮空気を冷却するインタークーラと、前記２段吐出配管を流通する圧縮空気を冷却するアフタークーラと、前記２段吐出配管から前記アフタークーラの上流側で分岐する放気配管と、この放気配管に取付けられる放気弁と、前記圧縮機本体で圧縮された圧縮空気の圧力検出値に応じてロード運転とアンロード運転とを切り換えて制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、ロード運転の継続時間を計測し、計測された継続時間が前記基準時間に達した場合にアンロード運転に切り換え、アンロード運転の時間が予め定められた時間を経過するとロード運転に復帰するように制御することを特徴とするオイルフリースクリュー圧縮機。
6. アンロード運転の時間が予め定められた時間を経過してロード運転に復帰した場合、及び、前記圧縮機本体で圧縮された圧縮空気の圧力検出値に応じてアンロード運転からロード運転に復帰した場合のいずれの場合にも、前記制御装置はロード運転の継続時間をカウントすることを特徴とする請求項５に記載のオイルフリースクリュー圧縮機。
7. 前記放気配管において前記放気弁より上流側に放風クーラを備えたことを特徴とする請求項５又は６に記載のオイルフリースクリュー圧縮機。
8. 前記放風クーラが水冷式であることを特徴とする請求項７に記載のオイルフリースクリュー圧縮機。

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