JP6714572B2 - 圧縮機およびその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機およびその運転方法に関する。

圧縮機は、一般に、圧縮熱により昇温した圧縮ガスを冷却するためにアフタークーラと称される冷却器と、圧縮ガスから水分を除去するためのドライヤとを備える。アフタークーラおよびドライヤは、機能上、内部に水分を溜めこむことがある。この水分はドレンと称され、ドレンは定期的に排出されるなどして圧縮ガスの供給先（工場等）には供給されないようになっている。例えば、このようなドレンを排出する機能を有する圧縮機が特許文献１に開示されている。

特開２００７−３３２７８６号公報

特許文献１の圧縮機では、ドレンが一定時間ごとに排出される。しかし、一定時間ごとにドレンを排出するだけではドレンが圧縮ガスとともに供給先に誤って供給されるおそれがある。以降、ドレンが供給先に漏出することをキャリーオーバともいう。キャリーオーバは、特に圧縮機の起動時（モータＯＮの後、通常運転に移行するまでの間であって、昇圧が略完了した状態のとき）に発生することが多い。圧縮機の起動時は、ドライヤを通過する圧縮ガスの圧力が低いため、圧縮機の吐出圧力と供給先への配管での圧力との圧力差が大きいときに圧縮ガスの流速が速い。そのため、この速い流れに乗ってドレンが供給先に運ばれ、キャリーオーバが発生する。キャリーオーバが発生すると、供給先への配管に錆を生じ、供給先において圧縮ガスを利用してタービンなどの動力機械を駆動する際にタービンへの負荷が増加するなど、様々な悪影響がある。従って、このようなキャリーオーバを防止することが求められる。

本発明は、起動時のドレンのキャリーオーバを防止できる圧縮機を提供することを課題とする。

本発明の第１の態様は、
ガスを圧縮する機能を有する圧縮機本体と、
前記圧縮機本体から供給された圧縮ガスを冷却するアフタークーラと、
前記アフタークーラから出た圧縮ガスを除湿するドライヤと、
前記ドライヤからドレンを排出するためのドレン排出弁と、
前記アフタークーラの下流のガスの圧力を測定する第１圧力センサと、
前記第１圧力センサで測定した圧力値が第１圧力値未満のときに前記ドレン排出弁を開く制御装置と
を備える、圧縮機を提供する。

この構成によれば、第１圧力センサで測定した圧力値がキャリーオーバの発生するほど低いときにはドレン排出弁を開く。即ち、ここでの第１圧力値は、キャリーオーバが発生するほど低い圧力値を示している。これにより、圧縮機の起動時のようにガスが低圧から高圧になる過程においてドライヤおよびアフタークーラに溜まったドレンを排出でき、圧縮機の起動時のキャリーオーバの発生を防止できる。

前記圧縮機は、前記圧縮機本体から前記アフタークーラに流れるガスの圧力を検知する第２圧力センサをさらに備え、
前記制御装置は、前記第１圧力センサで測定した前記圧力値が前記第１圧力値未満であり、かつ、前記第２圧力センサで測定した圧力値が第２圧力値以上であるとき、前記ドレン排出弁を開いてもよい。

この構成によれば、圧縮機が規定の吐出圧に達するまでの時間を短縮できる。仮に、起動直後のように吐出圧が低圧であるときにドレン排出弁を開くと、ドレン排出弁を通じてガスが漏出する。そのため、規定の吐出圧に達するまでの時間が長くなる。しかし、上記構成のように、第２センサで測定した圧力値が第２圧力値以上であるときにドレン排出弁を開くことで、起動直後の吐出圧が低圧である状態にてドレン排出弁を通じて圧縮ガスが漏出することを防止できる。さらに言えば、キャリーオーバは、ドライヤにおけるガスの圧力値がある程度低いときに圧縮ガスの流速が速くなることで発生し得る。しかしながら、起動直後（モータＯＮした直後）の著しい低圧状態のときは、圧縮機の吐出圧力と供給先への配管での圧力との圧力差が小さいため、圧縮ガスの流速は未だ速くなっていない。このときにはキャリーオーバは発生しない。そのため、このときには規定の吐出圧に達するまでの時間を短縮するために、ドレン排出弁を閉じた状態に維持し、圧縮ガスを昇圧させる方が好ましい。即ち、ここでの第２圧力値は、圧縮ガスの流速が速くなり、キャリーオーバが発生し始める程度の圧力値のことをいう。

前記圧縮機は、ガス流れにおいて前記圧縮機本体から前記アフタークーラの間に配置された保圧逆止弁をさらに備え、
前記第２圧力センサは、前記保圧逆止弁の上流のガスの圧力を測定してもよい。

この構成によれば、保圧逆止弁によって圧縮ガスの逆流を防止でき、起動後に第２圧力センサの検出値が規定の吐出圧（圧縮機本体の吐出圧）に達するまでの時間を短縮できる。また、第２圧力センサは、保圧逆止弁の上流に配置されていることで、より正確な圧縮機本体の吐出圧を検知できる。

前記制御装置は、前記ドレン排出弁を開いてから所定時間経過後に前記ドレン排出弁を閉じてもよい。また、前記制御装置は、前記ドレン排出弁を開いてから前記第１圧力センサで測定した圧力値が第１圧力値以上のときに前記ドレン排出弁を閉じてもよい。

これらの構成によれば、ドレン排出弁の開放を継続することによって生じ得る圧縮ガスの過度な漏出を防止し、過度な圧力低下を防止できる。ここでの所定時間とは、通常運転を行った際にドレンのキャリーオーバが発生しない程度までドライヤおよびアフタークーラに溜まったドレンを排出するのにかかる時間である。

前記制御装置は、前記ドレン排出弁を閉じた後、所定時間ごとに開状態と閉状態とを繰り返すように前記ドレン排出弁を制御してもよい。

この構成によれば、不必要なドレン排出弁の開閉を防止できる。具体的には、前述のように第１圧力センサで測定した圧力値（および第２圧力センサで測定した圧力値）に基づいてドレン排出弁を開き、それから所定時間後にドレン排出弁を閉じることで、起動時のキャリーオーバは防止され、不要な圧力損失を防止できる。これ以降は、通常運転に移行させ、ドレン排出弁の開閉を圧力によらず時間管理することで、不必要に圧力を検知してドレン排出弁を開閉させる必要がなく、安定した運転が可能となる。即ち、本構成は、前述までの起動時の制御に加えて、通常運転時の制御を規定するものである。

本発明の第２の態様は、
ガスを圧縮する機能を有する圧縮機本体と、
前記圧縮機本体から供給された圧縮ガスを冷却するアフタークーラと、
前記アフタークーラから出た圧縮ガスを除湿するドライヤと、
前記ドライヤに溜まったドレンを排出するためのドレン排出弁と、
前記アフタークーラの下流のガスの圧力を測定する第１圧力センサと、
を備える圧縮機の運転方法であって、
第１圧力センサで測定した圧力値が第１圧力値未満のときに前記ドレン排出弁を開き、前記ドレン排出弁を開いてから所定時間経過後に前記ドレン排出弁を閉じる、圧縮機の運転方法を提供する。

また、前記圧縮機は、前記圧縮機本体から前記アフタークーラに流れるガスの圧力を測定する第２圧力センサをさらに備え、
前記第１圧力センサで測定した前記圧力値が前記第１圧力値未満であり、かつ、前記第２圧力センサで測定した圧力値が第２圧力値以上であるとき、前記ドレン排出弁を開き、前記ドレン排出弁を開いてから前記所定時間経過後に前記ドレン排出弁を閉じてもよい。

これらの方法によれば、前述のようにして、起動時におけるキャリーオーバを防止できる。特に、これらの方法は、使用者によって手作業で行われてもよいし、プログラム等によって自動的に行われてもよい。

本発明によれば、圧縮機において、アフタークーラ下流のガスの圧力値が、第１圧力値未満のときにドレン排出弁を開くため、起動時のドレンのキャリーオーバを防止できる。

本発明の実施形態に係る圧縮機の概略構成図 図１の圧縮機のドレン排出弁の開閉制御を示すフローチャート

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

図１は、実施形態に係る圧縮機１を示す概略構成図である。本実施形態では、使用するガスとして空気を例に以下説明する、ガスの種類は空気以外であってもよい。

圧縮機１は、モータ２によって駆動される圧縮機本体３と、圧縮空気から油を分離回収する油分離回収器４と、圧縮ガスを冷却するアフタークーラ５と、圧縮ガスを除湿するドライヤ６と、制御装置７とを備える。

圧縮機本体３は、雌雄一対のスクリュロータを有している。スクリュロータはモータ２に機械的に接続され、モータ２は電源８に電気的に接続されている。雌雄一対のスクリュロータは、電源８から電力供給されたモータ２によって回転駆動されることで噛合し、空気を圧縮する。また、スクリュロータには、潤滑、冷却、およびシールの観点から油が供給されている。ここで、給油された油の一部は、スクリュロータ等の潤滑、冷却、およびシールに供された後、圧縮機本体３の吐出口から圧縮空気とともに吐出される。圧縮機本体３は油分離回収器４と流体的に接続されており、圧縮機本体３で圧縮された油分を含む圧縮空気は油分離回収器４に圧送される。

油分離回収器４は、オイルセパレータ４ａと、オイルタンク４ｂとを有している。オイルセパレータ４ａは、圧縮空気から油分を分離するフィルタである。オイルセパレータ４ａで圧縮空気から分離された油は、オイルタンク４ｂに溜められる。油分離回収器４は保圧逆止弁９を介してアフタークーラ５と流体的に接続されており、油分離回収器４で油分を分離された圧縮空気はアフタークーラ５に送られる。

アフタークーラ５は、冷媒を利用して圧縮空気を冷却する熱交換器である。冷媒の種類は特に限定されず、水冷式または空冷式等であり得る。代替的には、アフタークーラ５は電気的な冷却装置であってもよい。ここで、冷却された圧縮空気は部分的に凝縮し、凝縮した水分（ドレン）はアフタークーラ５内に溜まるようになっている。アフタークーラ５はドライヤ６と流体的に接続されており、アフタークーラ５で冷却された圧縮空気はドライヤ６に送られる。

ドライヤ６は、いわゆる冷凍式のドライヤであり得る。即ち、冷媒を利用して圧縮空気内の水分を凝縮させ、圧縮空気から水分を除去する。ドライヤ６は、凝縮された水分（ドレン）をドライヤ６内に一時的に溜められるように貯留部を有している。なお、冷凍装置としてのドライヤ６の機構は公知のものと相違ないため、ここでの詳細な説明は省略する。ドライヤ６は工場などの圧縮空気の供給先（図示せず）と流体的に接続されており、ドライヤ６で除湿された圧縮空気は供給先に送られる。

ドライヤ６には、ドレンを排出するためのドレン管１０と、ドレン管１０内のドレンの流動を許容または遮断するドレン排出弁１１とが設けられている。ドレン排出弁１１は電磁弁からなり、ドレン排出弁１１の開閉は制御装置７によって制御されている。

制御装置７によるドレン排出弁１１の制御のために、本実施形態では、第１圧力センサ１２と、第２圧力センサ１３とが圧縮機１内に配置されている。

第１圧力センサ１２は、圧縮空気の流れにおいてアフタークーラ５とドライヤ６との間に配置され、この部分の圧縮空気の圧力値Ｐｄを測定する。ただし、第１圧力センサ１２の圧力測定位置は、この位置に限らず、アフタークーラ５の下流であればよく、例えばドライヤ６の下流の圧力値を検出してもよい。

第２圧力センサ１３は、オイルタンク４ｂに取り付けられ、オイルタンク４ｂ内の圧力値Ｐｏを検出する。ただし、第２圧力センサ１３の位置は圧縮機本体３からアフタークーラ５の間であればよく、好ましくは、保圧逆止弁９の上流である。

制御装置７は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）のような記憶装置を含むハードウェアと、それに実装されたソフトウェアにより構築されている。制御装置７は、第１圧力センサ１２からの圧力値Ｐｄおよび第２圧力センサ１３からの圧力値Ｐｏを受け、ドレン排出弁１１を制御する。

図２は、制御装置７によるドレン排出弁１１の開閉制御を示すフローチャートである。

圧縮機１が起動すると（ステップＳ１）、圧力値Ｐｄが第１圧力値Ｘ未満であるか否かを判定する（ステップＳ２）。圧力値Ｐｄが第１圧力値Ｘ未満であるとき、さらに圧力値Ｐｏが第２圧力値Ｙ以上となるまで待機する（ステップＳ３）。そして、圧力値Ｐｏが第２圧力値Ｙ以上となると、ドレン排出弁を開き（ステップＳ４）、タイマーの計測を開始する（ステップＳ５）。次いで、タイマーが所定時間Ｚ秒経過するまで待機する（ステップＳ６）。ただし、この待機中に圧力値Ｐｄが第１圧力値Ｘ以上となったときは（ステップＳ７）、ドレン排出弁１１を閉じ（ステップＳ８）、そうでなければタイマーが所定時間Ｚ秒経過後にドレン排出弁１１を閉じる（ステップＳ８）。その後、通常運転を行う（ステップＳ９）。なお、ステップＳ２の処理において、既に圧力値Ｐｄが第１圧力値Ｘ未満でないときは起動後すぐに通常運転に移行する（ステップＳ９）。ここで通常運転では、ドレン排出弁１１を所定時間ごとに開状態と閉状態とを繰り返すようにドレン排出弁１１を制御する。そして、運転終了命令が来ると、運転を終了する（ステップＳ１０）。そして、再び起動されると、これらの処理（ステップＳ１〜Ｓ１０）を繰り返す。

なお、図２のフローチャートの各処理（ステップＳ１〜Ｓ１０）は、全て必須ではなく、例えばステップＳ３，Ｓ７の処理は省略可能である。ただし、好ましくは、ステップＳ３，Ｓ７の処理を含める方がよい。また、第１圧力値Ｘ，第２圧力値Ｙ，所定時間Ｚの値としては、例えば、Ｘ＝０．３ＭＰａ，Ｙ＝０．２ＭＰａ，Ｚ＝５秒としてもよい。ただし、第２圧力値Ｙは第１圧力値Ｘよりも小さい数値であることが必要である。また、通常運転では、ドレン排出弁１１を３秒間開状態にし、４０秒間閉状態にすることを繰り返してもよい。上記例示した第１圧力値Ｘ，第２圧力値Ｙ，所定時間Ｚ，通常運転におけるドレン排出弁の開時間および閉時間は、圧縮機のサイズや設置場所の環境に応じて適宜値を変更することができる。すなわち、第１圧力値Ｘ，第２圧力値Ｙ，所定時間Ｚ，通常運転におけるドレン排出弁の開時間および閉時間は、実験的にその値を求めて、制御装置７の設定値とすればよい。

本実施形態の圧縮機１およびその運転方法によれば、以下の利点がある。

（１）本実施形態では、第１圧力センサ１２で測定した圧力値Ｐｄがキャリーオーバの発生するほど低い第１圧力値Ｘ未満とき（Ｐｄ＜Ｘ）にはドレン排出弁１１を開こうとする。これにより、圧縮機１の起動時のように吐出される空気が低圧から高圧になる過程において、ドレン排出弁１１を通じてドライヤ６に溜まったドレンを排出でき、圧縮機１の起動時のキャリーオーバの発生を防止できる。

（２）圧縮機１が規定の吐出圧（客先供給圧力）に達するまでの時間を短縮できる。仮に、起動直後のように圧縮機本体３の吐出圧力と供給先への配管での圧力との圧力差が殆ど無い程度に吐出圧が低圧であるとき、ドレン排出弁１１を開くとドレン排出弁１１を通じて圧縮空気が漏出する。そのため、圧縮機１が規定の吐出圧に達するまでの時間が長くなる。しかし、本実施形態の構成のように、第２圧力センサ１３で測定した圧力値Ｐｏが第２圧力値Ｙ以上であるときにドレン排出弁１１を開くことで、起動直後の低圧状態（第２圧力値がＹ未満）であるときにドレン排出弁１１を通じて圧縮空気が漏出することを防止できる。さらに言えば、キャリーオーバは、圧力値Ｐｄがある程度低いときに圧縮空気の流速が速くなることで発生し得るが、起動直後の著しい低圧状態のときには圧縮空気の流速は未だ速くなっておらず、このときにはキャリーオーバは発生しない。そのため、このときには圧縮機１が規定の吐出圧に達するまでの時間を短縮するために、ドレン排出弁１１を閉じた状態に維持し、圧縮空気を昇圧させる方が好ましい。即ち、ここでの第２圧力値Ｙは、圧縮空気の流速が速くなり、キャリーオーバが発生し始める程度の圧力値のことをいう。

（３）保圧逆止弁９によって圧縮空気の逆流を防止でき、起動（モータＯＮ）してから第２圧力センサの検出値が規定の吐出圧に達するまでの時間を短縮できる。また、第２圧力センサ１３が保圧逆止弁９の上流に配置されていることで、より正確な圧縮機本体３の吐出圧を検知できる。

（４）ドレン排出弁１１の開放を継続することによって生じ得る圧縮空気の過度な漏出を防止し、過度な圧力低下を防止できる。ここでの所定時間Ｚ秒とは、通常運転を行った際にドレンのキャリーオーバが発生しない程度まで貯留部に溜まったドレンを排出するのにかかる時間である。所定時間Ｚ秒は、圧縮機１の仕様範囲内の運転条件で蓄積されうる最大ドレン量が溜まっている圧縮機１を起動し、最短何秒で通常時の吐出空気状態(供給先に供給可能な圧縮空気の状態) 、言い換えると、圧縮機１の吐出空気にドレンが随伴されていない状態に戻るかについて時間を計測し、そこで測定した時間をタイマーの設定値にしてもよい。

（５）不必要なドレン排出弁１１の開閉を防止できる。具体的には、前述のように第１圧力センサ１２で測定した圧力値Ｐｄおよび第２圧力センサ１３で測定した圧力値Ｐｏに基づいてドレン排出弁１１を開き、それから一定時間Ｚ秒後までにドレン排出弁１１を閉じることで、起動時のキャリーオーバは防止され、不要な圧力損失を防止できる。これ以降は、通常運転に移行させ、ドレン排出弁１１の開閉を圧力によらず時間管理することで、不必要に圧力を検知してドレン排出弁１１を開閉させる必要がなく、安定した運転が可能となる。

以上より、本発明の具体的な実施形態について説明したが、本発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、本実施形態では、制御装置７による制御によって図２の制御方法（ドレン排出弁１１の開閉）を実現したが、これらの方法は、使用者によって手作業（例えば、ボタン操作）で行われてもよい。また、本実施形態では圧縮機本体３の例として給油式のものを挙げて説明したが、本発明はこれに限定されず、無給油式のものに対して適用することもできる。さらに言えば、本実施形態では圧縮機本体３の例としてスクリュ型のものを挙げて説明したが、本発明はこれに限定されず、ターボ型、スクロール型等の任意の種類の圧縮機に対しても適用できる。

１ 圧縮機
２ モータ
３ 圧縮機本体
４ 油分離回収器
４ａ オイルセパレータ
４ｂ オイルタンク
５ アフタークーラ
６ ドライヤ
７ 制御装置
８ 電源
９ 保圧逆止弁
１０ ドレン管
１１ ドレン排出弁
１２ 第１圧力センサ
１３ 第２圧力センサ

Claims (8)

1. ガスを圧縮する機能を有する圧縮機本体と、
   前記圧縮機本体から供給された圧縮ガスを冷却するアフタークーラと、
   前記アフタークーラから出た圧縮ガスを除湿するドライヤと、
   前記ドライヤからドレンを排出するためのドレン排出弁と、
   前記アフタークーラの下流のガスの圧力を測定する第１圧力センサと、
   前記第１圧力センサで測定した圧力値が第１圧力値未満のときに前記ドレン排出弁を開く制御装置と
   を備える、圧縮機。
2. 前記圧縮機本体から前記アフタークーラに流れるガスの圧力を検知する第２圧力センサをさらに備え、
   前記制御装置は、前記第１圧力センサで測定した前記圧力値が前記第１圧力値未満であり、かつ、前記第２圧力センサで測定した圧力値が第２圧力値以上であるとき、前記ドレン排出弁を開く、請求項１に記載の圧縮機。
3. ガス流れにおいて前記圧縮機本体から前記アフタークーラの間に配置された保圧逆止弁をさらに備え、
   前記第２圧力センサは、前記保圧逆止弁の上流のガスの圧力を測定する、請求項２に記載の圧縮機。
4. 前記制御装置は、前記ドレン排出弁を開いてから所定時間経過後に前記ドレン排出弁を閉じる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の圧縮機。
5. 前記制御装置は、前記ドレン排出弁を開いてから前記第１圧力センサで測定した圧力値が第１圧力値以上のときに前記ドレン排出弁を閉じる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の圧縮機。
6. 前記制御装置は、前記ドレン排出弁を閉じた後、所定時間ごとに開状態と閉状態とを繰り返すように前記ドレン排出弁を制御する、請求項４または請求項５に記載の圧縮機。
7. ガスを圧縮する機能を有する圧縮機本体と、
   前記圧縮機本体から供給された圧縮ガスを冷却するアフタークーラと、
   前記アフタークーラから出た圧縮ガスを除湿するドライヤと、
   前記ドライヤに溜まったドレンを排出するためのドレン排出弁と、
   前記アフタークーラの下流のガスの圧力を測定する第１圧力センサと、
   を備える圧縮機の運転方法であって、
   第１圧力センサで測定した圧力値が第１圧力値未満のときに前記ドレン排出弁を開き、前記ドレン排出弁を開いてから所定時間経過後に前記ドレン排出弁を閉じる、圧縮機の運転方法。
8. 前記圧縮機は、前記圧縮機本体から前記アフタークーラに流れるガスの圧力を測定する第２圧力センサをさらに備え、
   前記第１圧力センサで測定した前記圧力値が前記第１圧力値未満であり、かつ、前記第２圧力センサで測定した圧力値が第２圧力値以上であるとき、前記ドレン排出弁を開き、前記ドレン排出弁を開いてから前記所定時間経過後に前記ドレン排出弁を閉じる、請求項７に記載の圧縮機の運転方法。

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