JP6654529B2 - パッケージ形圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は屋外設置用パッケージ形圧縮機に関する。

一般にパッケージ形空気圧縮機は、空気を圧縮する圧縮機本体及びこの圧縮機本体を駆動するモータ、電気部品を収納する電気箱等により構成される機械室と、この機械室の換気や圧縮空気及び潤滑油を冷却するための冷却室を備えている。このようなパッケージ形圧縮機のレイアウトの一例として、冷却ファンを機械室の上部に配置した構造がある。本構造の冷却系は、冷却室側には冷却ファンと、熱交換を行うクーラを備え、冷却ファンは機械室の側面に設けた吸気口より冷却空気を取り込み、熱交換器へ送り、圧縮空気と潤滑油を冷却している。そしてその排気は圧縮機ユニットの天井のカバーに設けた排気口より吸気口に回り込まないように、上方に大気放出する構造としている。

屋外に設置するパッケージ形給油式圧縮機として、例えば、特開２０１１−２１５２１号公報（特許文献１）のように、前述した構成に対して、雨水の機内侵入を防止した構造が開示されている。

特開２０１１−２１５２１号公報

パッケージ形給油式圧縮機を構成しているモータ、電気部品、潤滑油は、機能を満足するための上限温度が設けられており、圧縮機の運転中はこれらの部品が上限温度を超えないよう、冷却ファンにより冷却している。しかし、圧縮機の運転停止中は、太陽光のふく射熱により機内温度が、モータ、電気部品、潤滑油が上限温度を超えるまで上昇する可能性が高く、長期に使用した場合に、これら部品の寿命が早くなり、圧縮機運転時に正常に動作しないことが早期に発生する可能性がある。特許文献１は、これらの圧縮機の運転停止中の温度上昇について考慮していない。

一般的に機内の温度上昇を抑える方法として、外気との開口部の隙間面積を広げ、内部との通気を良くすることが考えられるが、屋外設置の面から防水、防塵性を確保する必要があるため、開口部の隙間面積はできるだけ狭いほうが望ましい。

本発明の目的は、屋外設置において、防水、防塵構造を確保しつつ、太陽光のふく射熱等による機内温度の上昇を抑制し、電気部品の寿命低下を低減するパッケージ形圧縮機を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、その一例を挙げるならば、空気を圧縮する圧縮機本体と、圧縮機本体を駆動するモータと、圧縮空気を冷却するための冷却ファンと、冷却ファンを駆動するファンモータと、これらを覆い外気と連通する開口部を有する筐体と、を備えたパッケージ形圧縮機であって、筐体内部に備えた機内温度を検知するための温度センサと、機内温度に応じてファンモータを制御する制御装置を有し、制御装置は、圧縮機運転停止時において、温度センサで検知した機内温度が所定の値以上の場合、冷却ファンの運転を開始するように制御する。

本発明によれば、屋外設置において、防水、防塵構造を確保しつつ、機内温度の上昇を抑制し、電気部品の寿命低下を低減するパッケージ形圧縮機を提供することができる。

実施例１に係る屋外設置用パッケージ形圧縮機の全体構造を示す図である。 実施例１に係る屋外設置用パッケージ形圧縮機の冷却ファン可変速制御式の制御構成図を示す図である。 実施例１に係る屋外設置用パッケージ形圧縮機の冷却ファン可変速制御式の制御フロー図である。 実施例２に係る屋外設置用パッケージ形圧縮機の冷却ファンＯＮ／ＯＦＦ制御式の制御構成図を示す図である。 実施例２に係る屋外設置用パッケージ形圧縮機の冷却ファンＯＮ／ＯＦＦ制御式の制御フロー図である。

以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。

図１は屋外設置用パッケージ形圧縮機の全体構造を示す図である。図１において、パッケージ形圧縮機は、機械室５と、冷却室９とを備えており、これらは、騒音の機外への伝播を抑えるための防音カバー１０で覆われている。

機械室５は、土台となるベース１上に圧縮空気を生成する圧縮機本体２と、この圧縮機本体２を駆動するモータ３と、電気部品を収納する電気箱４により構成されている。冷却室９は、圧縮空気を冷却するためのエアークーラ６、潤滑油を冷却するためのオイルクーラ７、それらの冷却のための冷却空気を吸込む冷却ファン８で構成されている。

防音カバー１０は、圧縮機本体２、モータ３、エアークーラ６、オイルクーラ７、冷却ファン８を覆う筐体を構成しており、騒音源となり得る構成を覆うことで防音効果が得られている。冷却ファン８は、機械室５に設けた吸気口５０から外気を取り込み、一旦機械室５を通過させて吸気ダクト１１から冷却空気を取り込んでいるので機械室５内の温度上昇を低く抑えることができるメリットがある。

圧縮機本体２は雌雄一体のロータ１２を有しており、機械室内から吸込みフィルタ１３、吸込み絞り弁１４を介して吸気した空気をロータ１２で圧縮するようになっている。このときロータ１２の冷却及びロータ１２間のシールのために圧縮機本体２内には潤滑油が噴霧されるようになっており、この潤滑油と混合された圧縮空気はその後、オイルセパレータ１５によって更に潤滑油と分離されて配管１６を介してエアークーラで冷却されて吐出配管１７よりユーザーに供給されるようになっている。一方、オイルケース１８内の潤滑油はロータ１２の一次側、二次側の圧力差を利用して配管２ａ、配管３ａを介して圧縮機本体へ送られ、再度ロータに噴霧されるようになっている。

ここで、エアークーラ６による圧縮空気の冷却、及び、オイルクーラ７による潤滑油の冷却は、冷却ファン８によって機械室５に設けた吸気口５０からの外気を一旦機械室５を通過させて機械室５内の換気をした後、吸気ダクト１１から取り込んだ冷却空気を各クーラに通過させることによる熱交換にて行っている。

さらに、クーラと熱交換した空気は、機械室５に設けた吸気口５０に回り込み再度吸込まれることがないように、天井側の防音カバーに設けられた冷却室上部の排気口１９より上方に排気される。

すなわち、筐体の側面（防音カバー１０）において、筐体の内外を連通する開口部を吸気口５０として機械室内に外気を取り込み、筐体の天井面の開口部を排気口１９として、筐体の上方から排気されることで、筐体内の冷却を図っている。

屋外設置用パッケージ式圧縮機の特徴としては、排気口１９への雨水の侵入を防止するため、排気口の上部には排気室２０が設けており、エアークーラ６、オイルクーラ７を通過した冷却風は遮蔽板２１を通過し排気口２２に送風される。遮蔽板２１により排気室２０への雨水の侵入を最小限に抑えている。排気口２２より侵入する雨水は一旦ダクト２３で受け、溝２４を通過し、排水路２５、排水穴２６を介してベース下に排水される。また、機械室５に設けた吸気口５０への水の侵入を抑えるため、パッケージ左側にはスペース２７が設置されており、スペース２７に設けた吸気口６０より侵入した雨水は排水穴２８よりベース下に排水される。また吸気口５０にはフィルタ２９が設置されている。

一般的な空気圧縮機の容量制御は、吐出配管１７に備えた圧力センサ３０により、ユーザー側の使用空気量（以降、負荷率）を以下の方法で把握し制御を行っている。

モータを一定速度で駆動する場合：圧縮機の負荷運転中、圧力センサ３０がある一定の圧力Ｐａに達した場合、吸込み絞り弁１４の弁板を閉じ、オイルケース１８内の圧力を大気と連通した電磁弁（図示せず）によって放気し無負荷運転を行う。圧力がある所定の圧力Ｐｂまで下降した場合、放気を止め、吸込み絞り弁１４の弁板を開き、負荷運転を再開する。負荷運転と無負荷運転のサイクル時間がある一定間隔時間以下になった場合、モータの運転を停止し自動停止モードになる。

モータを可変速制御する場合：ある所定の圧力Ｐａにモータの回転数を制御する。このときのモータの回転数によって負荷率を算出する。モータの回転数制御範囲が最小状態を継続し、ある所定の圧力Ｐｃに達した際、モータの運転を停止し自動停止モードになる。自動停止後、圧力がＰｂまで下降した場合、モータの速度が可変しない場合と同様に負荷運転を再開する。

空気圧縮機は圧縮した空気を機外に送り出す際、吐出配管１７出口側に設置したエアードライヤー（図示せず）の露点温度を確保するため、圧縮空気は吐出配管１７を通過する時点である所定の温度以下に抑える必要がある。吸込み口３１に吸入される空気の温度を検知するために機械室５内に温度センサ３２を備え、温度センサ３２の値が上限値を超える場合、表示部３３よりユーザーに周囲温度の換気やフィルタ清掃の警報を表示する構成となっている。

吸込み口３１に流入する空気の温度が高くなると圧縮空気の温度の他に圧縮空気に注入される潤滑油の温度も高くなり潤滑油の寿命を早めることになる。パッケージ型圧縮機の使用周囲温度（例：０℃〜４０℃）は、一般的に機外付近の温度を示しており、運転中、機械室５は圧縮機本体２やモータ３、オイルケース１８の放熱により機外に対し温度が高くなる（例：１０℃上昇）。そのため、ユーザーに周囲温度の低下を促すためには、温度センサ３２の設置する位置はできるだけ外気に近い開口部付近に設けることが望ましい。

一般的に運転中の場合、ある一定の負荷率において機外と機内の温度差は一定であり、運転停止中の場合は機外と機内の温度差はほとんどないと考えられるが、屋外の設置の場合は太陽光のふく射熱により機械室内の温度が上昇するため、日射状況により温度差が左右される。また、機械室の温度上昇は開口部よりも遠い位置で最も高くなると考えるため、温度センサ３２も開口部よりも遠い位置に設置するのが望ましいが、開口部との温度差が予測できていれば、開口部に近い場所に設置することも可能である。

また、機械室５に備えたモータ３と電気箱４、冷却室９に備えた冷却ファンを駆動するファンモータ３４と表示部３３は、それぞれ使用上限温度が決められているため、これら部品は冷却風の流路に配置された構造になっており、冷却風量については空気圧縮機の負荷や使用温度が最も高い場合において各部品の使用上限温度を超えないよう設定している。

図２は本実施例に係る屋外設置用パッケージ形圧縮機の冷却ファン可変速制御式の制御構成を示したものである。図２において、二点鎖線は各部屋の区分けを示したものであり、実線は配線を示している。

電気箱４にはファンインバータ３５と制御基板３６を備え、それぞれユーザー側電気設備３７より電源が供給されており、ユーザー側電気設備３７よりブレーカー（図示せず）によって電源供給のＯＮ／ＯＦＦの切り替えが行われている。圧縮機運転中は、ファンインバータ３５と接続した制御基板３６内の制御装置からファンインバータ３５に運転周波数指示が送られ、ファンインバータ３５より配線３９を通じて冷却室９内のファンモータ３４の回転数制御を行う。

以下ファンモータ３４の回転数制御について説明する。制御基板３６は機械室５内に設けた吐出温度センサ４０が配線４１により接続され吐出温度がある一定の温度Ｔａになる様、ファンインバータ３５へ回転周波数の指示を送信している。吐出温度センサ４０は潤滑油の温度が比較的高くなるような、空気圧縮直後の位置（図１）に配置される。Ｔａの温度は潤滑油の使用上限温度より低く、所定の圧力においてドレンが発生しない温度よりも高くなるよう設定されている。これによって、冷却ファンは圧縮機運転中常に全速で運転することなく、圧縮機の負荷率が少ない場合は、冷却ファンの回転数を抑えることで、消費電力の低減や騒音低減を図っている。

表示部３３は制御基板３６に配線４２により接続され、運転・停止等を操作するための操作部を備えている。運転操作時、制御基板３８により電磁接触器（図示せず）またはインバータ（図示せず）によりモータ３を駆動し圧縮機本体２の運転を開始する。

本実施例においては、圧縮機の運転停止中に係るものであり、運転停止中でも表示部３３、制御基板３６、ファンインバータ３５が通電している構成とする。そして、運転停止中でも、温度センサ３２からの温度情報によって機内温度が上昇することを検知し、ファンモータ３８を運転し機内換気を行う。これにより太陽光のふく射熱等による機内温度上昇を抑制することができる。また、ファンモータ３４の回転数制御を行うことにより電力と騒音を最小限に抑えることが可能である。

次に、運転停止中におけるファンモータ３４の制御フローを説明する。図３は本実施例における図２の制御構成における制御処理内容を表すフローチャートである。

図３において、まず、運転停止モードに切り替えられた時に、ステップ１００に進みタイマｔｍ１をカウントアップする。次にステップ１０１に進み機内温度センサが断線しているか否かを判定する。機内温度センサが断線していない場合は、次のステップ１０２に進み機内温度Ｔ０が機内上限温度Ｔ１以上かどうかを判定して、Ｔ１以上であればステップ１０３に進みファンインバータの運転をＯＮにする。

機内温度Ｔ０が機内上限温度Ｔ１を超えていない場合は、再度ステップ１０１に戻り機内温度センサ断線の判定を行う。ステップ１０３の後、ステップ１０５に進みファンインバータ運転ＯＮ後タイマｔｍ３をカウントアップする。続いてステップ１０６に進みｔｍ３がファンインバータ運転ＯＮ後タイマ閾値ｔｍ４まで経過したか判定を行い。ｔｍ４まで経過しない場合は再度ステップ１０６を繰り返しｔｍ３がｔｍ４まで経過したかどうか判定を行う。

Ｔｍ４まで経過した場合はステップ１０７に進み、機内温度Ｔ０がファンインバータ運転開始時の機内温度Ｔ１との温度差が温度差閾値△Ｔ以上であるかを判定し、△Ｔ以上であると判定した場合は次のステップ１０８に進み、Ｔ１＞Ｔ０であるかどうかを判定する。Ｔ１＞Ｔ０と判定した場合はファンインバータの運転により機内温度の低下を図ることができたと判断し、次のステップ１１０に進みファンの可変速制御を開始する。

この時制御目標値として機内温度：Ｔ３として設定する。Ｔ３は、例えば機内上限温度Ｔ１が４５℃の場合、制御のハンチングを防ぐため２℃程度裕度を付けて４３℃程度に設定するのが望ましい。ステップ１０７とステップ１０８のいずれもＮＯの場合は機内温度の改善ができていないと判定し、ステップ１０９に進み表示部にて機内温度上昇またはフィルタ目詰まりによる清掃指示を表示する。

ステップ１１０の後、次のステップ１１１に進みファンインバータの周波数が最低周波数かどうかを判定する。最低周波数でない場合は１１１のステップを繰り返す。最低周波数に達した場合、次のステップ１１２に進み最低周波数開始のタイマｔｍ５をカウントアップする。

次にステップ１１３に進み、ｔｍ５がタイマ閾値ｔｍ６に達したかどうかを判定する。ｔｍ６まで経過しない場合はステップ１１３を繰り返す。タイマ閾値ｔｍ６に達したと判定した場合、ステップ１１４に進みファンインバータの運転をＯＦＦにする。

また、ステップ１０１において機内温度センサ断線と判定した場合は、あらかじめ運転停止中に機内温度センサの断線表示をするかどうか設定しておくことで、断線表示を設定した場合は、ステップ１１６に進み表示部にて断線警報を表示する。断線表示しないと選択した場合は、機内温度センサに代わり、吐出温度センサを代用しステップ１０２へ進むことが可能である。吐出温度センサを代用する場合は、運転停止直後は高温になっているため、あらかじめ運転停止から機内温度と同じになるまでの時間を計測し、その時間をｔｍ２として設定しておき、ステップ１１７による判定を行う。

機内温度センサを代用するセンサとしては、吐出温度センサに限らず、冷却室と機械室との温度差が予測できる位置であれば他に設置した温度センサでも代用が可能である。

以上のように、本実施例は、空気を圧縮する圧縮機本体と、圧縮機本体を駆動するモータと、圧縮空気を冷却するための冷却ファンと、冷却ファンを駆動するファンモータと、これらを覆い外気と連通する開口部を有する筐体と、を備えたパッケージ形圧縮機であって、筐体内部に備えた機内温度を検知するための温度センサと、機内温度に応じてファンモータを制御する制御装置を有し、制御装置は、圧縮機運転停止時において、温度センサで検知した機内温度が所定の値以上の場合、冷却ファンの運転を開始するように制御する。

また、ファンモータを制御するファンインバータを有し、制御装置は、圧縮機運転停止時において、温度センサで検知した機内温度が所定の値以上の場合、ファンインバータを制御して冷却ファンの運転を開始し、機内温度が所定値まで低下したことを判断してファンインバータの可変速制御を開始する。

これにより、屋外設置において、防水、防塵構造を確保しつつ、機内温度の上昇を抑制し、電気部品の寿命低下を低減するパッケージ形圧縮機を提供することができる。

本実施例は、実施例１におけるファンインバータを用いず、冷却ファンをＯＮ／ＯＦＦ制御する場合について説明する。

図４は図２に対しファンインバータ３５を構成しない場合の制御構成を示したものである。図４において、図２と同じ機能を持つ構成については同じ符号を付し、その説明は省略する。

図４において、リレー４３を介してファンモータ３４とユーザー側電源設備３７が接続され、制御基板３６によりリレー４３を操作する構成となっている。これにより、ファンモータ３４のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。

次に、本実施例における、運転停止中でのファンモータ３４の制御フローについて説明する。図５は本実施例における冷却ファンＯＮ／ＯＦＦ制御式の制御フローチャートである。図５において、実施例１の図３と異なる点は、ステップ１１０からステップ１１３に代わりステップ１１９を追加した点である。その他は同じであるので、その説明は省略する。

図５において、あらかじめ温度閾値Ｔ４を設定しておき、ステップ１０８でＴ１＞Ｔ０の場合、ステップ１１９に移行し、Ｔ４＞Ｔ０かどうかの判定を行う。否の場合、ステップ１０７に戻る。Ｔ４＞Ｔ０の場合、ステップ１１４に進み冷却ファンの運転をＯＦＦにする。Ｔ４は、Ｔ３と同様に、Ｔ１に対しある程度裕度もって低くした温度が望ましい。

また、実施例１，２に共通して、図３、図５において、ステップ１０２以降において機内温度センサが断線した時は以下制御を行う。
冷却ファン運転中：一旦冷却ファンを停止しステップ１１５に進む。
冷却ファン停止中：ステップ１１５に進む。

また、運転停止状態は操作部に備えたＳＴＯＰボタン（図示せず）によって判定する他、自動停止中の場合でも運転停止と判定することが可能である。自動停止中の場合は、負荷運転再開時に運転中と判断し通常の制御に戻るようになっている。また、故障時に停止している場合でも、２次災害になるかどうかを判定して本実施例の制御に移行することが可能である。

さらに、図１の機外温度センサ４４を備えることにより、機内温度センサとの温度差でファンインバータもしくはファンの運転ＯＮ／ＯＦＦを実施することが可能である。機外と機内の温度差を把握することで例えば機外温度Ｔ５が２０℃の場合、Ｔ０−Ｔ５＝△Ｔ２の温度差がある値以上になった際、ファンインバータ、ファンの運転を開始することにより、△Ｔ２の値はＴ１−Ｔ５より低く抑えることが可能である。機内温度、機外温度共にＴ１を超える場合は、ステップ１０３に進まず、ステップ１０９に進み、周囲温度大の警報、故障表示をすることが可能である。

さらに本実施例は給油式圧縮機を一例に説明したが、給水式圧縮機でも適用可能である。また空気以外の例えば窒素等の気体を圧縮する圧縮機でも適用可能である。

以上実施例について説明したが、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。

１：ベース、２：圧縮機本体、３：モータ、４：電気箱、５：機械室、６：エアークーラ、７：オイルクーラ、８：冷却ファン、９：冷却室、１０：防音カバー、１１：吸気ダクト、１２：ロータ、１３：吸込みフィルタ、１４：吸込み絞り弁、１５：オイルセパレータ、１６：配管、１７：吐出配管、１８：オイルケース、１９、２２：排気口、２０：排気室、２１：遮蔽板、２３：ダクト、２４：溝、２５：排水路、２６：排水穴、２７：スペース、２８：排水穴、２９：フィルタ、３０：圧力センサ、３１：吸込み口、３２：温度センサ、３３：表示部、３４：ファンモータ、３５：ファンインバータ、３６：制御基板、３７：電気設備、３９：配線、４０：吐出温度センサ、４１、４２：配線、４３：リレー、４４：機外温度センサ、５０、６０：吸気口

Claims (7)

1. 空気を圧縮する圧縮機本体と、圧縮機本体を駆動するモータと、圧縮空気を冷却するための冷却ファンと、前記冷却ファンを駆動するファンモータと、これらを覆い外気と連通する開口部を有する筐体と、を備えた屋外設置用のパッケージ形圧縮機であって、
   前記筐体内部に備えた機内温度を検知するための温度センサと、
   前記機内温度に応じて前記ファンモータを制御する制御装置を有し、
   前記制御装置は、圧縮機運転停止時において、前記温度センサで検知した前記機内温度が所定の値以上の場合、前記冷却ファンの運転を開始するように制御することを特徴とするパッケージ形圧縮機。
2. 請求項１に記載のパッケージ形圧縮機であって、
   前記ファンモータを制御するファンインバータを有し、
   前記制御装置は、圧縮機運転停止時において、前記温度センサで検知した前記機内温度が所定の値以上の場合、前記ファンインバータを制御して前記冷却ファンの運転を開始し、前記機内温度が所定値まで低下したことを判断して前記ファンインバータの可変速制御を開始することを特徴とするパッケージ形圧縮機。
3. 請求項１に記載のパッケージ形圧縮機であって、
   前記制御装置は、圧縮機運転停止時において、前記温度センサで検知した前記機内温度が所定の値以上の場合、前記ファンモータを運転ＯＮにして前記冷却ファンの運転を開始し、前記機内温度が所定値まで低下したことを判断して前記ファンモータをＯＦＦにして前記冷却ファンの運転を停止することを特徴とするパッケージ形圧縮機。
4. 請求項１から３の何れか１項に記載のパッケージ形圧縮機であって、
   表示部と、
   前記開口部に防塵のためのフィルタを備え、
   前記制御装置は、前記冷却ファンの運転を開始した後、前記機内温度が所定時間後に所定値まで低下したことを検出できなかった場合、機内温度上昇またはフィルタ目詰まりの表示を前記表示部に行うことを特徴とするパッケージ形圧縮機。
5. 請求項１に記載のパッケージ形圧縮機であって、
   前記筐体外部に機外温度を検知するための機外温度センサを有し、
   前記制御装置は、前記機内温度が前記機外温度より所定値以上高くなった場合、前記冷却ファンの運転を開始するように制御することを特徴とするパッケージ形圧縮機。
6. 請求項５に記載のパッケージ形圧縮機であって、
   表示部を有し、
   前記制御装置は、前記機内温度と前記機外温度が共に所定値を超える場合は、前記冷却ファンの運転を開始せず、周囲温度大の警報または故障の表示を前記表示部に行うことを特徴とするパッケージ形圧縮機。
7. 請求項１から６の何れか１項に記載のパッケージ形圧縮機であって、
   前記圧縮空気を冷却する潤滑油と、
   前記圧縮空気を冷却するためのエアークーラと、
   前記潤滑油を冷却するためのオイルクーラを有し、
   前記冷却ファンは、前記エアークーラと前記オイルクーラへ冷却空気を送風することを特徴とするパッケージ形圧縮機。

Images