JP6645786B2 - 水潤滑式コンプレッサ - Google Patents

Description

本発明は、水潤滑式コンプレッサに関し、特に、水潤滑式コンプレッサの潤滑水の水質を安定して維持することが可能な水潤滑式コンプレッサに関する。

従来、水潤滑式コンプレッサにおいて、外部給水源より導入された水に含まれている金属イオン等の不純物の析出等による配管詰まり等の弊害を防止するために、イオン交換樹脂等を用いた純水装置を通過させた純水を潤滑水として導入し、コンプレッサの累積運転時間が所定時間に達する毎に、純水により潤滑水を浄化して潤滑水の水質を改善する方法が行われている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２１８２０９号公報

しかしながら、例えば、コンプレッサ潤滑水経路内に銅系の材料を使用している場合に、イオン交換樹脂などの純水装置を通過した高純度の水を長時間使用していると、銅イオンが溶け出し、酸と反応して緑青が発生することによる機器の故障を招くことがあった。また水質が悪化し、潤滑水が濃縮することによるスケールの発生による機器への影響もあった。上述したようにコンプレッサの累積運転時間が所定時間に達する毎に，純水により潤滑水を浄化する方法では、かかる弊害の発生により機器が故障してしまう虞がある。

かかる問題を解決するために、潤滑水の電気伝導率をセンサにより計測し、電気伝導率の値が所定の閾値を超えた場合には、累積運転時間の如何に拘わらず、浄化を開始するコンプレッサも提案されている。しかしながら、電気伝導率センサを設置するコストが必要となり、センサによる計測とその制御の構成が必要となるため、システムも複雑になってしまう。

本発明は以上のような事情から為されたものであり、その目的は、比較的簡単な構成及び制御方法を用いて水潤滑式コンプレッサの潤滑水の水質を安定して維持することが可能な水潤滑式コンプレッサを提供することにある。

本発明者は、水潤滑式コンプレッサの潤滑水の水質を安定して維持するための機器の構成及び制御方法について鋭意研究を重ねた結果、従来のように所定の時間間隔で潤滑水を全量交換するのではなく、これまでよりも短い時間間隔ごとに潤滑水を部分交換するに留めることにより、却って潤滑水の水質を安定して維持することができることを見出した。

即ち、上記目的を達成するため、本発明は、吸入空気を潤滑水と共に圧縮する圧縮機本体と、前記圧縮機本体の吐出口と連通し、圧縮機本体より吐出された圧縮空気と潤滑水とを導入して圧縮空気と潤滑水とに分離・貯溜するレシーバタンクを備え、前記圧縮機本体とレシーバタンク間で前記潤滑水を循環させる水潤滑式コンプレッサにおいて、外部給水源と前記圧縮機本体及びレシーバタンクとを連通する給水回路と、前記レシーバタンクに連通された排水回路と、前記給水回路の開閉手段及び前記排水回路の開閉手段をそれぞれ動作させて前記レシーバタンク内の水位が上限に達するまで給水、上限を解除するまで排水を行う制御手段を備え、前記制御手段は、前記水潤滑式コンプレッサの累積運転時間や前記潤滑水の電気伝導率の値如何に拘らず、且つ、前記レシーバタンク内の潤滑水が部分交換されるに留まるように、所定の時間間隔ごとに定期的に前記給排水を実行することを特徴とする。

更に、前記制御手段は、１時間ごとに定期的に前記給排水を実行するようにしても良い。

本発明によれば、コンプレッサの累積運転時間や潤滑水の電気伝導率の値如何に拘わらず、所定の時間間隔ごとに定期的に潤滑水の一部を浄化するので、比較的簡単な機器構成及び制御方法を用いて水潤滑式コンプレッサの潤滑水の水質を安定して維持することができる。

本発明の一実施形態に係る水潤滑式コンプレッサの構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る水潤滑式コンプレッサのレシーバタンクの水位センサによる動作を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る水潤滑式コンプレッサの水交換サイクルを示すタイムチャートである。 本発明の一実施形態に係る水潤滑式コンプレッサにおいて図３に示した水交換サイクルを実行した場合の水質を電気伝導率センサにて計測した結果を示すグラフである。 比較例として従来の水潤滑式コンプレッサにおいて所定の時間間隔で潤滑水を全量交換するサイクルを同様に実行した場合の水質の変化を電気伝導率センサにて計測した結果を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る水潤滑式コンプレッサの水交換の制御フローを示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る水潤滑式コンプレッサの構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態の水潤滑式コンプレッサ１０は、吸入空気を潤滑水と共に圧縮する圧縮機本体１２と、圧縮機本体１２の吐出口１２ａと連通し、圧縮機本体１２より吐出された圧縮空気と潤滑水とを導入して圧縮空気と潤滑水とに分離・貯溜するレシーバタンク１４を備え、圧縮機本体１２とレシーバタンク１４間で潤滑水を循環させている。また、水潤滑式コンプレッサ１０は、純水装置（水を純水化する装置）１６を備え、外部給水源と圧縮機本体１２及びレシーバタンク１４とを連通する給水回路１８と、レシーバタンク１４に連通された排水回路２０と、給水回路１８の開閉手段としての給水電磁弁ＳＶ１及び排水回路２０の開閉手段としての排水電磁弁ＳＶ２をそれぞれ設けている。

本実施形態の水潤滑式コンプレッサ１０は、更に、レシーバタンク１４内の水位を制御するレベルセンサ（フロート）３２と、給水電磁弁ＳＶ１及び排水電磁弁ＳＶ２をそれぞれ動作させてレシーバタンク１４内の水位が上限（Ｈ）に達するまで給水、上限（Ｈ）を解除するまで排水を行う制御装置４０を備えている。制御装置４０は、所定の時間（本実施形態では、１時間）が経過したことを計測するタイマ４２を有し、タイマ４２により所定の時間（本実施形態では、１時間）が経過した時は、給水回路１８の給水電磁弁ＳＶ１及び排水回路２０の排水電磁弁ＳＶ２をそれぞれ動作させてレシーバタンク１４内の水位が上限に達するまで給水、上限を解除するまで排水を行う。尚、タイマ４２は、水交換のトリガとなる１時間の経過を計測するだけではなく、後述するように、コンプレッサの容量により予め設定された給水時間、給水延長時間、及び排水時間等も計測する。

さて、本実施形態の水潤滑式コンプレッサの各部の構成について詳説する。図１に示すように、水潤滑式コンプレッサ１０は、潤滑水と共に圧縮空気を圧縮する圧縮機本体１２と、圧縮機本体１２の吐出口１２ａに吐出回路１２ｂを介して連通され、圧縮機本体１０より潤滑水との気液混合流体として吐出された圧縮空気を導入するレシーバタンク１４を備えている。レシーバタンク１４には、レシーバタンク１４内で圧縮空気と分離された潤滑水を圧縮機本体１０の給水口１２ｃに導入する復帰回路１４ｂが設けられ、吐出回路１２ｂ及び復帰回路１４ｂを介して圧縮機本体１０とレシーバタンク１４間で潤滑水を循環させている。また、水潤滑式コンプレッサ１０は、復帰回路１４ｂ中にクーラ６２、フィルタ６４、復水電磁弁ＳＶ３を有しており、レシーバタンク１４から圧縮機本体１０に復帰する潤滑水をクーラ６２により冷却すると共に、フィルタ６４により濾過してから、復水電磁弁ＳＶ３を介して圧縮機本体１０に復帰させている。

また、水潤滑式コンプレッサ１０は、外部給水源からの供給水を圧縮機本体１２とレシーバタンク１４に導入するための給水回路５０を有している。給水回路５０には、ストレーナ１７と純水装置１６が設けられており、外部給水源からの供給水をストレーナ１７によりクリーン化（不純物を除去）してから給水電磁弁ＳＶ１を介して、純水装置１６により純水と成した後、圧縮機本体１２内に給水することができる。尚、給水電磁弁ＳＶ１は、給水回路１８の開閉手段として設けられ、制御装置４０からの電気信号によって給水電磁弁ＳＶ１の開閉を制御することにより給水回路５０を開閉して圧縮機本体１２内への給水の開始又は停止を行うことができる。

更に、水潤滑式コンプレッサ１０は、潤滑水を機外に排水するためにレシーバタンク１４に連結された排水回路２０を有し、レシーバタンク１４内に貯溜された潤滑水はレシーバタンク１４内の圧力によって排水回路２０を介して排水可能になっている。排水回路２０には、この排水回路２０を開閉する手段として排水電磁弁ＳＶ２が設けられ、制御装置４０からの電気信号によって排水電磁弁ＳＶ２の開閉を制御することにより排水回路２０を開閉してレシーバタンク１４からの潤滑水の排水を開始又は停止することができる。

また、水潤滑式コンプレッサ１０は、給水回路１８の給水電磁弁ＳＶ１と排水回路２０の排水電磁弁ＳＶ２を開閉制御して圧縮機本体１２及びレシーバタンク１４に対する給排水、更に、レシーバタンク１４内の水位を検知するレベルセンサ（フロート）３２、レベルセンサ３２からの信号に基づいて，給水電磁弁ＳＶ１及び排水電磁弁ＳＶ２を所定の段階ごとに開閉制御する制御装置４０を有している。尚、制御装置４０は、所定の時間（本実施形態では、１時間）が経過したことを計測するタイマ４２を有し、タイマ４２により所定の時間（本実施形態では、１時間）が経過した時は、給水回路１８の給水電磁弁ＳＶ１及び排水回路２０の排水電磁弁ＳＶ２をそれぞれ動作させてレシーバタンク１４内の水位が上限に達するまで給水、上限を解除するまで排水を行う。

レベルセンサ（フロート）３２は、図２に示すように、レシーバタンク１４内の水位を、水位上限Ｈ、水位下限Ｌの２位置で検知可能であり、レシーバタンク１４内の水位レベルを検知して制御装置４０に出力する。制御装置４０は、タイマ４２により所定の時間（本実施形態では、１時間）が経過した時は、給水回路１８の給水電磁弁ＳＶ１及び排水回路２０の排水電磁弁ＳＶ２をそれぞれ動作させてレシーバタンク１４内の水位が上限に達するまで給水、上限を解除するまで排水を行うと共に、レベルセンサ３２からの信号に基づいて、給水電磁弁ＳＶ１及び排水電磁弁ＳＶ２を開閉制御する。

以下、図３を参照して、本実施形態に係る水潤滑式コンプレッサにおける潤滑水浄化の制御方法の概略を説明する。図３は、本実施形態に係る水潤滑式コンプレッサの水交換サイクルを示すタイムチャートである。図３に示すように、本実施形態に係る水潤滑式コンプレッサでは、従来のように所定の時間間隔で潤滑水を全量交換するのではなく、それより短い時間間隔（１時間）ごとに潤滑水を部分交換するに留めることにより、潤滑水の水質を安定して維持する。即ち、１時間ごとに給水し、こまめに水交換することを特徴としている。図３において、（ａ）は、曲線で表すタンク水位の変化によるタンク内の高（Ｈ）位置のレベルセンサのＯＮ・ＯＦＦ、（ｂ） は、給水電磁弁の開閉、（ｃ） は、排水電磁弁の開閉、の状態をそれぞれ表している。

図３から明らかなように、本実施形態に係る水潤滑式コンプレッサでは、１時間間隔で繰り返し潤滑水を交換する。まず、非浄化時ｔ０において、給水電磁弁ＳＶ１及び排水電磁弁ＳＶ２は閉状態であり、水交換は行われていない。所定時間経過時ｔ１になると、図３（ｂ）に示すように、給水電磁弁ＳＶ１が開状態になり給水が開始される。これにより、図３（ａ）に示すように、タンク水位が上昇し、高（Ｈ）位置のレベルセンサがＯＮになると、図３（ｃ）に示すように、排水電磁弁ＳＶ２が開状態になり排水が開始され、水交換が行われる。この排水により、図３（ａ）に示すように、タンク水位が下降し、高（Ｈ）位置のレベルセンサがＯＦＦになると、図３（ｃ）に示すように、排水電磁弁ＳＶ２が閉状態になり排水は停止される。予め定められた給水時間の間、図３（ｂ）に示すように、給水電磁弁ＳＶ１が開状態になって給水が続き、当該予定給水時間が経過しｔ２になると、給水電磁弁ＳＶ１が閉状態になってこの給水は終了する。
上記給水時間を含めて１時間が経過してｔ３になると、図３（ｂ）に示すように、給水電磁弁ＳＶ１が開状態になり給水が開始される。上記した予定給水時間内に図３（ａ）に示すように、タンク水位が上昇せず、高（Ｈ）位置のレベルセンサがＯＮにならない場合、上記給水時間が経過しｔ４になっても、図３（ｂ）に示すように、給水電磁弁ＳＶ１の開状態が維持されて給水が延長される。図３（ａ）に示すように、タンク水位が上昇し、高（Ｈ）位置のレベルセンサがＯＮになると、図３（ｃ）に示すように、排水電磁弁ＳＶ２が開状態になり排水が開始され、上記の給水延長は、図３（ｂ）に示すように、給水電磁弁ＳＶ１が閉状態になる。上記排水により、図３（ａ）に示すように、タンク水位が下降し、高（Ｈ）位置のレベルセンサがＯＦＦになると、図３（ｃ）に示すように、排水電磁弁ＳＶ２が閉状態になり排水は停止され（ｔ５）、給水延長は終了する。
更に、１時間経過してｔ６になると、図示省略するが、ｔ１又はｔ３時と同様の制御が開始され、実行される。そして、以上のサイクルが１時間間隔で繰り返される。

本発明者は、以上の水交換制御方法の効果を検証するため、約２００時間に亘って、上述したサイクルを１時間間隔で繰り返して実行する実験を行い、その間の潤滑水の電気伝導率の変化を実験室に設けた電気伝導率センサを用いて測定し、記録した。図４は、本実施形態に係る水潤滑式コンプレッサにおいて図３に示した水交換サイクルを上記２００時間に亘って実行した場合の水質の変化を電気伝導率センサにて計測した結果を示すグラフである。図５は、比較例として従来の水潤滑式コンプレッサにおいて所定の時間間隔で潤滑水を全量交換するサイクルを同様に２００時間以上に亘って実行した場合の水質の変化を電気伝導率センサにて計測した結果を示すグラフである。
本実施形態に係る水潤滑式コンプレッサでは、図４に示すように、実験期間の全ての日時を通して、潤滑水の電気伝導率は、略一定幅の帯域の値に安定して維持された。潤滑水の電気伝導率が上昇せずに抑えられたのは、１時間間隔で上述した水交換を行ったからであると解される一方、略一定幅の帯域の値に安定して維持されたのは、従来のように所定の時間間隔で潤滑水を全量交換するのではなく、それより短い１時間間隔ごとに潤滑水を部分交換するに留めることにより、却って潤滑水の水質を安定して維持することができたものと解される。一方、比較例として従来の水潤滑式コンプレッサでは、図５に示すように、全量交換すると潤滑水の電気伝導率は急激に低下するが、８０時間程経過すると、元の高い値に戻ってしまうことが分かる。即ち、従来のように全量交換すると、潤滑水の電気伝導率は急激に低下するが、新しい水に多く含まれる銅成分等が次の全量交換開始時までにたくさん析出してしまうことが考えられる。本実施形態の交換方法では、こまめに１時間間隔ごとに潤滑水を部分交換するに留めることにより、却って潤滑水の水質を安定して維持できたものと解される。

以下、図６を参照して、本実施形態に係る水潤滑式コンプレッサの潤滑水浄化の制御方法の概略を説明する。図６は、本実施形態に係る水潤滑式コンプレッサの潤滑水浄化の制御フローを示す図である。図６に示すフローでは、通常の給水と給水延長が必要な場合とで場合分けしている。水交換開始（Ｓ２００）の制御フローにおいて、図３に示した所定時間経過時ｔ１になると、基本給水が開始される（Ｓ２０１）。即ち、給水電磁弁ＳＶ１が開になり（Ｓ２０２）、給水時間中、一度でもレベルセンサの上限に達すれば（Ｓ２０３でＹｅｓ）、排水電磁弁ＳＶ３が開になり（Ｓ２０４）、排水が開始され、この排水は、レベルセンサの上限が解除されない限り（Ｓ２０５でＮｏ）継続される。レベルセンサの上限が解除されると（Ｓ２０５でＹｅｓ）、排水電磁弁ＳＶ３が閉になり（Ｓ２０６）、排水は終了する。
一方、上述した基本給水開始（Ｓ２０１）時には、予め設定された給水時間（コンプレッサの容量により可変）が読み込まれており、タイムアップするまで給水が続けられる（Ｓ２０７でＮｏ）。タイムアップした場合には（Ｓ２０７でＹｅｓ）、給水電磁弁ＳＶ１が閉になり（Ｓ２０８）、上記基本給水が終了する（Ｓ２０９）。
この基本給水時間中、一度でもレベルセンサの上限に達すれば（Ｓ２１０でＹｅｓ）、水交換が終了し（Ｓ２１１）、水交換間隔をタイマによりカウントする（Ｓ２１２）ことで、この水交換サイクルが繰り返される（Ｓ２００に戻る）。
上記基本給水時間中、一度もレベルセンサの上限に達しない場合には（Ｓ２１０でＮｏ）、給水延長が必要な場合として、その制御が開始される（Ｓ２１３）。即ち、給水電磁弁ＳＶ１が開になり（Ｓ２１４）、レベルセンサの上限に達すれば（Ｓ２１５でＹｅｓ）、給水電磁弁ＳＶ１が閉になり（Ｓ２１６）、排水電磁弁ＳＶ３が開になり（Ｓ２１７）、排水が開始されるが、この排水は、レベルセンサの上限が解除されない限り（Ｓ２１８でＮｏ）継続されるが、レベルセンサの上限が解除されると（Ｓ２１８でＹｅｓ）、排水電磁弁ＳＶ３が閉になり（Ｓ２１９）、給水延長が終了し（Ｓ２２０）、水交換が終了する（Ｓ２１１）。

以上に述べた実施形態では、純水装置（水を純水化する装置）を備え、外部給水源から水を純水装置を介してレシーバタンクに給水するようにしたが、外部給水源から水を直接レシーバタンクに給水するようにしても良い。

本発明は、潤滑水の浄化を行う水潤滑式コンプレッサに広く適用することができる。

１０ 水潤滑式コンプレッサ、 １２ 圧縮機本体、 １４ レシーバタンク、
１６ 純水装置、１８ 給水回路、 ２０ 排水回路、 ＳＶ１ 給水電磁弁、
ＳＶ２ 排水電磁弁、 ４０ 制御装置、 ４２ タイマ

Claims (2)

1. 吸入空気を潤滑水と共に圧縮する圧縮機本体と、前記圧縮機本体の吐出口と連通し、圧縮機本体より吐出された圧縮空気と潤滑水とを導入して圧縮空気と潤滑水とに分離・貯溜するレシーバタンクを備え、前記圧縮機本体とレシーバタンク間で前記潤滑水を循環させる水潤滑式コンプレッサにおいて、外部給水源と前記圧縮機本体及びレシーバタンクとを連通する給水回路と、前記レシーバタンクに連通された排水回路と、前記給水回路の開閉手段及び前記排水回路の開閉手段をそれぞれ動作させて前記レシーバタンク内の水位が上限に達するまで給水、上限を解除するまで排水を行う制御手段を備え、前記制御手段は、前記水潤滑式コンプレッサの累積運転時間や前記潤滑水の電気伝導率の値如何に拘らず、且つ、前記レシーバタンク内の潤滑水が部分交換されるに留まるように、所定の時間間隔ごとに定期的に前記給排水を実行することを特徴とする水潤滑式コンプレッサ。
2. 請求項１に記載の水潤滑式コンプレッサにおいて、前記制御手段は、１時間ごとに定期的に前記給排水を実行することを特徴とする水潤滑式コンプレッサ。

Images