JP6596377B2 - 圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は圧縮機に関するものである。

特許文献１には、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する圧縮機において、前記圧縮機本体の起動時に前記一次圧縮がなされた圧縮流体を減圧して前記圧縮機本体に供給することを特徴とする圧縮機が記載されている。

特開２０１１−１８５１０４

特許文献１の圧縮機は、圧縮機本体に大気圧付近まで減圧した圧縮流体を供給することで起動時の負荷を低減していた。しかし、圧縮機本体には吸込み側の圧力だけでなく、タンク内の圧力もかかる。そのため、吸込み側の圧縮流体の圧力を減圧するだけでは、起動時の負荷を十分に低減することができなかった。また、起動時に一次圧縮がなされた圧縮流体の純度が一時的に低下した場合に圧縮機本体に供給される流体の純度の低下を防止することができなかった。

本発明は、上記課題に鑑み、起動時に一次圧縮がなされた圧縮流体を減圧した流体を供給してアンロード運転をすることで、気体の純度の低下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は、一次圧縮がなされた圧縮流体を昇圧する圧縮機本体と、一次圧縮がなされた前記圧縮流体を圧縮機本体に供給する第１の経路と、一次圧縮がなされた前記圧縮流体を減圧弁により減圧して圧縮機本体に供給する第２の経路と、前記圧縮機本体に接続されたアンローダと、前記圧縮機本体と前記アンローダとを制御する制御部とを備えることを特徴とする圧縮機を提供する。

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（圧縮機アンロード運転時） 本発明の実施例１における回路図 本発明の実施例１におけるタイミングチャート

図１を用いて、本発明の実施例１における構成を説明する。

本発明の実施例１における圧縮機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。

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から吐出する往復動圧縮機である。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、タンク６内の圧力に応じて作動する圧力開閉器６ａと接続されており（詳細は図３にて説明する）、電磁開閉器３３、圧力開閉器６ａの作動により運転制御される。電磁開閉器３３は制御部として、圧縮機本体２、アンローダピストン８４、各電磁弁の開閉を制御する。タンク６内の圧力が所定の下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の状態から所定下限値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、上限値よりも低い値であってもよい。

アンローダピストン８４は、圧縮機本体２に接続され、気体の純度の低下を防止しつつ圧縮機本体２の起動負荷を軽減させるアンローダを構成する。タンク６内の圧力が所定の上限値以上の場合にアンローダ経路８０と電磁弁８１をガスが経由し、アンローダピストン８４を挿入することで、吸気室４内の空気弁を開き、シリンダ３内（圧縮室）の圧力を大気圧付近にまで下げる構造とした。

三方弁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。

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、後方には追加流体経路４０ｂとその経路上にフィルタ４５、電磁弁４１、弁４９が設けられ追加流体経路４０ｃが逆止弁４６と三方弁１７の追加ポート１６に接続されている。一次圧縮流体経路８ｂと吸気室４の間には大気開放回路７０、バネ付逆止弁７１、電磁弁７３を設けた。

減圧弁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追加流体経路４０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、大気開放回路７０ｃから大気開放することで起動負荷を軽減させ、吐出ノズル７から吐出される窒素純度の低下を防止する。

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。

電磁弁７３は、大気開放回路７０の下流に設けられ、アンロード時に行う大気開放の開閉を切り替える。電磁弁７３は、ハウジング７６内にバルブ体７４を往復動可能に収容してなり、前記バルブ体７４が例えば上限位置にあるときには、大気開放回路７０ｂと７０ｃとを連通した経路連通状態となり、バルブ体７４が下限位置にあるときには、連通を遮断した状態となる。

バルブ体７４の上端側は、ハウジング７６内に支持されたソレノイド７３ａに挿通され、該ソレノイド７３ａへの通電の有無によりバルブ体７４が上下動することで、電磁弁７３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７３の駆動は電磁開閉器３３により制御され、モータ１１と圧縮機本体２の駆動時電磁弁７３が前記経路連通状態となる。一方、追加流体経路４０ｃから大気開放回路７０内の気体を排出し、追加流体経路４０ｃが高純度ガスで満たされた後に前記連通を遮断した連通遮断状態に切り替わる。

電磁弁２２は、圧力供給経路２１と三方弁１３との間に設けられ、圧力供給経路２１と三方弁１３との連通を切り替える。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おり、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、連通を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。

電磁弁４１の駆動は電磁開閉器３３により制御される。電磁弁４１は、追加流体経路４０ｂと追加流体経路４０ｃとの間に設けられる。該電磁弁４１は、追加流体経路４０ｂと追加流体経路４０ｃ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４１は、大気に連通した大気ポートを有するハウジング４３内にバルブ体４２を往復動可能に収容しており、前記バルブ体４２が例えば上限位置にあるときには、追加流体経路４０ｂと追加流体経路４０ｃととを連通した前記経路連通状態となり、バルブ体４２が下限位置にあるときには、前記連通を遮断した状態となる。

バルブ体４２の上端側は、ハウジング４３内に支持されたソレノイド４４に挿通され、該ソレノイド４４への通電の有無によりバルブ体４２が上下動することで、電磁弁４１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８１の駆動は電磁開閉器３３により制御される。電磁弁８１は、アンローダ経路８０（８０ａ、８０ｂ）間に設けられ、アンローダピストン８４への加圧を切り替える。該電磁弁８１は、アンローダ経路８０ａとアンローダ経路８０ｂ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８１は、大気に連通した大気ポートを有するハウジング８５内にバルブ体８２を往復動可能に収容しており、前記バルブ体８２が例えば上限位置にあるときには、アンローダ経路８０ａとアンローダ経路８０ｂとを連通した前記経路連通状態となり、バルブ体８２が下限位置にあるときには、前記連通を遮断した状態となる。

バルブ体８２の上端側は、ハウジング８５内に支持されたソレノイド８２ａに挿通され、該ソレノイド８２ａへの通電の有無によりバルブ体８２が上下動することで、電磁弁８１が前記経路連通状態又は連通遮断状態に切り替わる。

フィルタ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。

逆止弁４６は圧縮機の異常や電磁弁４１や減圧弁４８に負荷がかからないように設けられている。

弁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ている。

ばね付逆止弁７１は大気開放回路７０へ空気が逆流することを防ぐために設けられている。ばね付構造を用いることにより、大気開放回路７０の差圧が小さくても、チャタリング無く排気が可能で、接続方向に関係なく接続可能とした。

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。

次に、図３を用いて圧縮機１の回路構成を説明する。なお、図中でこれまで説明した構成と同一の構成については同一の番号を付した。

モータ１１は電磁開閉器３３内の電磁接触器６１とサーマルリレー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、４１、７３、８１、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、４１、７３、８１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）〜（７）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４１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を開にすることで図３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４８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、４１、７３、８１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。さらに、大気開放回路７０、アンローダ経路８０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、大気開放回路７０ａから大気開放をすることから通路８ｂは大気圧付近まで減圧された圧力であり、圧縮機本体２はアンロード運転となる。（３）までの間アンロード運転となり圧縮機は回転が上昇する。（図２参照）
（４）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が下降した位置で追加ポート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。（図１参照）
（５）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圧力となる。また、また電磁弁４１、７３、８１も各追加流体経路を遮断する。

（６）〜（７）の間では、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、大気開放回路７０ｃから大気開放し、アンローダピストン８４が吸気室の弁を押し込むことにより、圧縮機本体２はアンロード運転となる。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。（図２参照）
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、アンローダピストン８４を作用させることによって、圧縮機本体２のピストンにタンク６内の圧力がかからなくなる。これによって、圧縮機本体２の負荷を十分に低減させることができる。さらに、圧縮機本体２の起動、再起動時に大気開放回路７０ｃによって追加流体経路４０ｃから排気するため、追加流体経路４０ｃ内の流体の純度低下を抑制しつつ、減圧を確実に行うことができる。

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。

１ 圧縮機
２ 圧縮機本体
３ シリンダ
４ 吸気室
５ 吐出室
６ タンク
６ａ 圧力開閉器
７ 吐出ノズル
８ 一次流体経路（８ａ、８ｂ）
９ 二次流体経路
１１ モータ
１３ 三方弁
１４ 上流側ポート
１５ 下流側ポート
１６ 追加ポート
１７ 三方弁１３のハウジング（１７ａ）
１８ 三方弁１３の弁体（１８ａ）
２１ 圧力供給経路（２１ａ、２１ｂ）
２２ 電磁弁
２３ タンク側ポート
２４ バルブ側ポート
２５ 電磁弁２２のハウジング（２５ａ）
２６ 電磁弁２２の弁体
２８ 流量調整弁
３２ フィルタ
３３ 電磁開閉器
４０ 追加流体経路（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ）
４１ 電磁弁
４２ 電磁弁４１の弁体
４３ 電磁弁４１のハウジング
４４ 電磁弁４１のソレノイド
４５ フィルタ
４６ 逆止弁
４８ 減圧弁
４９ 止め弁
５０ 止め弁
６０ 電源
６１ 電磁接触器
６２ サーマルリレー
６３ 起動スイッチ
７０ 大気開放回路（７０ａ、７０ｂ、７０ｃ）
７１ ばね付逆止弁
７３ 電磁弁（７３ａ）
７４ 電磁弁７３の弁体
７６ 電磁弁７３のハウジング
８０ アンローダ経路（８０ａ、８０ｂ）
８１ 電磁弁
８２ 電磁弁８１の弁体（８２ａ）
８４ アンローダピストン
８５ 電磁弁８１のハウジング

Claims (7)

1. 圧縮機本体と、
   外部に接続された上流側流体経路と、
   前記上流側流体経路に接続され、減圧弁を有する追加流体経路と、
   前記圧縮機本体の吸気室に接続された下流側流体経路と、
   前記上流側流体経路および前記追加流体経路および前記下流側流体経路に接続され、前記上流側流体経路または前記追加流体経路を前記下流側流体経路に連通する三方弁と、
   前記圧縮機本体に接続されたアンローダと、
   大気と連通する大気開放回路と前記下流側流体経路とを接続する電磁弁と、
   前記圧縮機本体と前記アンローダと前記電磁弁とを制御する制御部とを備えることを特徴とする圧縮機。
2. 前記圧縮機本体が、シリンダ内をピストンが往復動することにより吸込み弁と吐出弁を開閉して流体を圧縮する往復動圧縮機であり、
   前記アンローダが、前記圧縮機本体で圧縮された流体を貯留するタンク内の圧力を受けて吸込み弁を開くアンロードピストンを有することを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記制御部が、前記アンローダを前記追加流体経路と前記下流側流体経路とが連通した場合に作動させることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
4. 前記制御部が、前記アンローダを前記圧縮機本体の起動時に作動させることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
5. 前記制御部が、前記圧縮機本体の吐出室に接続されたタンク内の圧力が所定の上限値まで増加した場合に、前記圧縮機本体を停止させ、下限値まで低下した場合に前記圧縮機本体を起動させることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
6. 前記制御部が、前記圧縮機本体の起動時に前記電磁弁を開くことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
7. 前記圧縮機本体が圧縮する流体が、大気から分離された所定の気体であ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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