JP7038224B2 - 気体圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、気体圧縮機に関し、異常に対する報知を行う気体圧縮機に関する。

空気圧縮機を始め、気体圧縮機では、異常や故障時の検出手段として、各部の吐出温度センサや圧力センサを備えている。その各センサの出力値が、予め決められた設定値を超える、もしくは下回るなどの条件下において、異常や故障と判断する機能が一般的に使用されている。

例えば、スクリュー空気圧縮機の場合、吐出温度が予期しない温度まで上昇すると、圧縮機本体内の雄雌ロータが熱膨張し、ロータ端面とケーシング端面の接触による焼付きなどが発生するため、固渋するという現象がある。この固渋を防止するため、吐出温度センサの検出値が、例えば１００℃を超えた場合は、圧縮機の運転を停止する制御が組み込まれている。これにより、固渋に至るまでの異常温度上昇を防止し、本体が固渋することを未然に防止する機能が備えられている。

上記のような機能に加え、例えば特許文献１では、メンテナンス判定機能付きの真空ポンプが開示されている。この例では、真空ポンプの各部に備え付けられたセンサの物理量検出値を、時間軸に沿って記憶する手段を持ち、その物理量を時間軸で微分したときの変化速度の大小により、メンテナンス時期をアラームする手段を備えている。また、物理量の時間変化とアラームの内容を視覚的に表示可能な表示手段を備えているため、その表示内容からメンテナンスが必要な箇所を判断可能とする構成となっている。

特開２００１－１２３７９号公報

特許文献１の場合、真空ポンプにおいて、各部の物理量変化時間から、適切なメンテナンス時期と、物理量の時間変化を表示することが可能としているが、真空ポンプの構成部品の何れかの箇所が異常原因かを推定・表示するような機能は開示されていない。よって、原因の特定について、機器に関する知識を必要とする。また、同種の機器であっても製造業者の異なる機器間では仕様が異なる部分も多く、異常に対する原因特定は困難な場合も多い。異常の原因の特定やその対応策等をより簡便に報知する技術が望まれる。

上記課題を解決するために、例えば、特請求の範囲に記載の構成を適用する。即ち、気体を圧縮する圧縮機本体と、前記圧縮機本体を駆動する駆動源と、圧縮気体配管に配置され、前記圧縮機本体の吐出温度を検出する吐出温度センサと、表示装置と、前記吐出温度センサの検出結果に対して処理を行い、その処理に応じた情報を前記表示装置に表示させる制御装置とを備えた気体圧縮機において、前記制御装置は、前記吐出温度の変化率に対して設定された複数の設定範囲と、前記複数の設定範囲にそれぞれ対応して、前記吐出温度が変化する原因及びその対処方法のうちの少なくとも一方に関する複数の情報とを予め記憶し、前記吐出温度センサの検出結果に基づき、前記吐出温度の変化率を算出し、算出した前記吐出温度の変化率が前記複数の設定範囲のうちのいずれかにあると判定したときに、算出した前記吐出温度の変化率に近い順序で前記複数の設定範囲の順位を付けて、対応する原因及びその対処方法のうちの少なくとも一方に関する複数の情報を前記表示装置に表示させるものである。

本発明によれば、各部温度や圧力の異常や故障の推定原因等を使用者等に報知することができる。

本発明の他の課題・構成・効果は以下の記載から明らかになる。

本発明を適用した実施形態による給油式スクリュー空気圧縮機の構成を示す模式図である。 比較例による吐出温度の遷移と故障温度Ｔの関係を示す模式図である。 本実施形態による吐出温度の遷移と故障温度Ｔの関係を示す模式図である。 本実施形態による温度勾配値Ｓと推定原因及び対処方法の対応関係の例を示す模式図である。 本実施形態による表示部に表示する報知内容の例を示す模式図である。 本発明を適用した実施形態による給油式スクリュー空気圧縮機の別の構成例を示す模式図である。 本実施形態による表示部に表示する報知内容の別の例を示す模式図である。 実施例２による判定時間ｔにおける吐出温度の遷移勾配を示す模式図である。

以下、図面を用いて本発明を実施するための形態について説明する。
図１に、本発明を適用した実施形態による給油式スクリュー空気圧縮機１５（以下、単に「圧縮機１５」又は「ユニット」と称する場合がある。）の構成を模式的に示す。圧縮機１５は、電動機４によって圧縮機本体３が駆動すると、吸込みフィルタ１によって大気中の塵埃を取除き、吸込み絞り弁２を介して、大気空気が圧縮機本体に吸い込まれる。吸い込まれた大気空気は、圧縮機本体３により昇圧され、所定の圧力に達した段階で、圧縮機本体３の吐出口から、圧縮空気と油による気液混合気体が吐き出される。

圧縮機本体３から吐き出される気液混合気体は、気液分離器としての油分離タンク６へと流入し、圧縮空気と潤滑油とが分離される。油分離タンク６からの圧縮空気は、ファン２４を備える空冷式のアフタークーラ８で冷却された後、ユーザ使用設備へと流通する。

他方、油分離タンクで分離された潤滑油は、その油温が温度調整弁１０の閾値よりも低い場合は、温度調整弁１０からオイルフィルタ１２を経由し、圧縮機本体３へと潤滑油を給油する。油温が閾値よりも高い場合は、温度調整弁１０からオイルクーラ１１側に流れ、所定の温度範囲になるようファン２５を用いた空冷によって潤滑油を冷却し、オイルフィルタ１２を経て、圧縮機本体３へと潤滑油を給油する。

物理量検出手段としては、圧縮気体配管（詳細には、圧縮機本体３の出口側）に取付けられた吐出温度センサ１７と、圧縮気体配管（詳細には、ユニットの出口側）に取付けられた吐出ライン圧力センサ１８と、電気系統（詳細には、主電動機４またはインバータ５の電源ライン）に取付けられた電流検出器１９を有している。各種センサからの出力値は、制御装置１３によって演算処理が行われ、処理に応じた内容を表示部１４に表示する構成となっている。

なお、本実施例では、演算処理や、処理に応じた表示は制御装置１３及び表示部１４で実行する例を説明するが、図１の点線枠に表示するように、無線又は有線の通信手段（図１では無線によるアンテナ２２のみ図示）を介して、ネットワーククラウド２３と通信可能に接続し、演算処理や表示内容の指示をクラウド上のサーバ等で実行して表示部１４に表示させるように構成したり、クラウド上の管理コンピュータ上にも表示するようにしてもよい。

また、寒冷地仕様などの場合は、圧縮機本体３にコードヒータ２０のような凍結防止装置を巻き付け、運転開始前にコードヒータ２０をオンにし、圧縮機本体３を予熱させる機構を備えてもよい。運転開始の際、起動渋滞を起こすことなく圧縮機１５を運転できれば、コードヒータ２０をオフにし、起動渋滞を起こせば、しばし予熱を続け、再度圧縮機の運転を行う。コードヒータ２０及びその制御は、寒冷地仕様の圧縮機１５でなければ必須の構成ではない。

また、図６に、給油式スクリュー空気圧縮機の別の構成例を模式的に示す。スクリュー空気圧縮機２６は、圧縮機１５が備える空冷式アフタークーラ８及びオイルクーラ１１の代わりに、冷却水との熱交換により圧縮空気や潤滑油を冷却する水冷式アフタークーラ２７及びオイルクーラ２８を備える。

本実施例は圧縮機１５、２６のいずれに対しても適用可能である。以降は、主に圧縮機１５を例に説明する。

次いで、本実施例の特徴の１つである異常検出及び報知の処理について説明する。

まず、図２に、比較例における圧縮機の吐出温度の時間軸波形（負荷運転時）を示す。負荷運転中、安定して吐出温度が遷移しているが、時間ｔｘから吐出温度が上昇し、故障値温度であるＴに達すると、運転が停止する。このように、吐出温度が上昇した場合には、圧縮機の運転を停止させ、表示部には『吐出温度異常』のような内容が表示される構成も知られている。本比較例では、温度がＴに達するという現象は表示することができるものの何を起因として吐出温度異常が発生したかは不明である。

この点、本実施例では異常の検出や報知のみならず、当該異常の原因を動的に報知することができるようになっている。

図３に、実施形態における吐出温度の時間軸波形（負荷運転時）を示す。負荷運転中、時間ｔｘまで安定して吐出温度が遷移している様子は図２と同様であるが、時間ｔｘ以降は吐出温度が上昇する様子を示す。ここでは、パターン１～パターンｎ（ｎ＝自然数）の温度上昇パターンを例示する。以下に示すように、各パターンではそれぞれ吐出温度上昇の勾配が異なる。

パターン１（実線）：吐出温度が故障値に達する時間ｔ１、勾配Ｓ１（=ΔT/t₁）
パターン２（点線）：吐出温度が故障値に達する時間ｔ２、勾配Ｓ２（=ΔT/t₂）
パターンｎ（一点鎖線）：吐出温度が故障値に達する時間ｔｎ、勾配Ｓｎ（=ΔT/t_n）
ここで、勾配とは単位時間（ｔ）当たりの温度上昇量（℃）である。

各パターンの温度勾配の差は異常原因に依存しており、例えば、以下のように分類することができる。

「Ｓ１≦Ｓ」のとき、推定原因内容は『圧縮機本体動作不良』
「Ｓ２≦Ｓ＜Ｓ１」のとき、推定原因内容『潤滑油の油量不足』
「Ｓｎ≦Ｓ＜Ｓｎ－１」のとき、推定原因内容『冷却器目詰り』、『吸込フィルタ目詰り』
パターン１のように、通常運転から比較的短時間（ｔ１）でΔＴも吐出温度が上昇する場合は、圧縮機本体３で、スクリューロータの噛み込みや軸受破損等による機械的な不良摩擦が発生し、摩擦熱による吐出温度の急上昇が発生する場合が多い。パターン２やパターン３のような緩やかな勾配で温度上昇する場合は、夫々油量不足や冷却不足等の場合が多い。

本実施例では、制御装置１３は、吐出温度のパターン１～パターンｎの勾配（設定範囲）で遷移する圧縮機１５の現象（推定原因及びその対処方法のうちの少なくとも一方）を情報として予め記憶部に記憶している。そして、吐出温度センサ１７の検出結果に基づいて吐出温度の勾配値Ｓ（変化率）を算出し、算出した吐出温度の勾配値Ｓがいずれかの設定範囲内にあると判定したときに、対応する情報を表示部１４に表示させる。すなわち、勾配値Ｓの判定範囲と推定原因内容とを対応させることで、異常の検出及びその原因の検出を動的に可能とするようになっている。

なお、運転停止する故障値温度Ｔより低い温度で、警報値を予め設定しておき、警報値温度に到達した時点で、運転停止に先駆けて異常の原因を推定・報知する態様であってもよい。

図４に、勾配値Ｓと推定原因の対応関係を例示する。

「Ｓ１≦Ｓ」のとき、推定原因内容は『圧縮機本体動作不良』、
「Ｓ２≦Ｓ＜Ｓ１」のとき、推定原因内容『潤滑油の油量不足』
・・・
「Ｓｎ≦Ｓ＜Ｓｎ－１」のとき、推定原因内容『冷却器目詰り』、『吸込フィルタ目詰り』
このように温度勾配値Ｓの範囲を決めておくことで、温度勾配値Ｓに応じて、異常の推定原因を優先度をもって判定することができる。

図５に、本実施例によって表示部１４によって報知される案内の一例（画面例）を示す。該表示内容は、図４の対応関係に関する情報に基づいて行われる。例えば、『１．圧縮機本体をマニュアル回転』は、勾配値Ｓが「Ｓ１≦Ｓ」の場合であり、その推定原因は、『圧縮機本体動作不良』である。このときは、使用者の確認案内として、例えば工具や手動（マニュアル）によって圧縮機本体の回転確認を促す案内をするようになっている。なお、水冷式クーラを備える圧縮機２６の場合は、例えば図７に示す画面例を報知する。

また、本実施例の特徴の１つとして、報知内容が、異常の推定原因に対する対策のみならず、原因推定箇所に優先順位を付けて表示する点があげられる。即ち原因の推定は規定のものであり必ずしも圧縮機１５の吐出温度異常が特定の原因に一致しない場合もある。更には、複数の要因によって発生する場合もある。そのため、制御装置１３は、吐出温度の勾配値Ｓに近い順序で複数の設定範囲の順位を付けて、対応する複数の情報を表示部１４に表示させる。よって、温度勾配からより確度の高い順番で異常に対する対応を案内することで、相関性の近い異常原因に対してより効率的な対応方法を圧縮機の使用者に案内することができる。

実施例１では、圧縮機１５の吐出温度が故障値温度等の所定の温度へ到達した時点までの温度遷移に基づいて、異常の原因推定・報知を行った。

実施例２では、吐出温度をリアルタイムに監視し、温度上昇の勾配が閾値を超えた設定範囲にある場合に異常を報知する例について説明する。なお、空気圧縮機の構成などは実施例1と同様であり、以降は主に実施例１からの変更点を述べる。

圧縮機１５の運転が無負荷から負荷運転に切り替わったタイミングでも吐出温度は上昇するが、これは異常と検知すべきでないため、負荷運転が所定時間続いて温度が安定したと制御装置１３が判定した後より本実施形態を適用する。

図８に、本実施例の判定時間ｔにおける吐出温度の勾配閾値Ｓ１～Ｓ３を模式的に示す。制御装置１３は、少なくとも負荷運転中の吐出温度センサ１７の出力値を取得し、予め設定された判定時間ごとに、温度上昇の勾配値Ｓを演算する。なお、吐出温度が所定の温度以上に上昇したことを検知してから、勾配値Ｓの演算を開始するのでもよい。

制御装置１３は、算出した勾配値Ｓを、予め記憶部に格納している閾値Ｓ１～Ｓ３と比較する。比較の結果、勾配値Ｓが所定の閾値を超えていなければ、運転を継続し、判定時間ごとの勾配値演算を繰り返し実施する。

一方、閾値Ｓ１～Ｓ３のいずれかの閾値を超過していると判定した場合は、異常検知とみなし、閾値に応じた警報を報知する。勾配値（Ｓ１～Ｓｎ）は推定原因と対応づけて格納されており、対応関係に基づく異常原因推定及び報知の態様については、実施例１と同様の態様とすることができる。

なお、勾配値Ｓが、明らかな異常値を示す閾値Ｓ３を超過していると判定した場合は、発報するとともに、故障値温度Ｔへの到達を待たずに縮退運転へ移行してもよい。縮退運転には、無負荷運転への切り替えや運転停止を含む。また、一度発報した後も判定時間ごとに勾配値Ｓ演算、閾値判定を続け、最新の情報に基づく推定内容を報知することとしてもよい。

本実施例においては、圧縮機１５が故障値温度検出による運転停止に至る前に、使用者に異常とその推定原因を報知することができる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は上記構成に限定されるものではなく、その趣旨に反しない範囲で種々の変形や置換が可能である。例えば、上記実施形態では、吐出温度センサ１７のみで異常や故障個所の推定原因の報知を行っているが、複数のセンサ（例えば、温度センサ１７と圧力センサ１８、温度センサ１７と電流検出器１９等により、推定原因を表示する制御としても構わない。複数のセンサからの情報を処理することで、より高精度に原因を推定することが可能である。

また、上記実施形態では、負荷運転中の吐出温度上昇を一例として挙げているが空気圧縮機では、負荷運転と無負荷運転を繰り返す動作を行うものも一般的である。このため、例えば、温度上昇勾配値Ｓの値を、負荷運転もしくは無負荷運転の何れかの運転状態に応じて、その値と範囲を切換えることで、各運転状態に応じた故障推定原因を表示するように構成してもよい。

また、上記実施形態では、給油式スクリュー空気圧縮機を例として説明したが、ターボ型や容積型の種々の圧縮機に適用することができる。更に、給油式に限定するものではなく油に変えて水といった他の液体を供給するものであってもよいし、オイルフリー式であってもよい。また、インバータを電動機４の駆動制御に用いない一定速機であってもよい。
また、駆動源として電動機４を用いたが、内燃機関や蒸気機関、更には水力や風力といった他の駆動装置を用いることもできる。

１…吸込みフィルタ、２…吸込み絞り弁、３…圧縮機本体、４…電動機、５…インバータ、６…油分離タンク、８…アフタークーラ、１１…オイルクーラ、１３…制御装置、１４…表示部、１５…スクリュー空気圧縮機、１６…電源、１７…吐出温度センサ、１８…吐出ライン圧力センサ、１９…電流検出器、２２…アンテナ、２３…クラウド、２４…冷却ファン

Claims (3)

1. 気体を圧縮する圧縮機本体と、前記圧縮機本体を駆動する駆動源と、圧縮気体配管に配置され、前記圧縮機本体の吐出温度を検出する吐出温度センサと、表示装置と、前記吐出温度センサの検出結果に対して処理を行い、その処理に応じた情報を前記表示装置に表示させる制御装置とを備えた気体圧縮機において、
   前記制御装置は、
   前記吐出温度の変化率に対して設定された複数の設定範囲と、前記複数の設定範囲にそれぞれ対応して、前記吐出温度が変化する原因及びその対処方法のうちの少なくとも一方に関する複数の情報とを予め記憶し、
   前記吐出温度センサの検出結果に基づき、前記吐出温度の変化率を算出し、
   算出した前記吐出温度の変化率が前記複数の設定範囲のうちのいずれかにあると判定したときに、算出した前記吐出温度の変化率に近い順序で前記複数の設定範囲の順位を付けて、対応する原因及びその対処方法のうちの少なくとも一方に関する複数の情報を前記表示装置に表示させることを特徴とする気体圧縮機。
2. 請求項１に記載の気体圧縮機において、
   前記圧縮機本体に吸込まれる気体中の塵埃を取除く吸込みフィルタと、
   前記圧縮機本体から吐出された圧縮気体から液体を分離する気液分離器と、
   前記圧縮機本体へ供給する液体を冷却する冷却器とを備え、
   前記制御装置は、前記複数の設定範囲に対応する原因として、前記圧縮機本体の動作不良、液量不足、前記冷却器の目詰り、及び前記吸込みフィルタの目詰りを予め記憶することを特徴とする気体圧縮機。
3. 請求項１に記載の気体圧縮機において、
   前記表示装置は、有線又は無線の通信によって前記制御装置からの情報を受信することを特徴とする気体圧縮機。

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