JP7185926B2 - 圧縮空気圧回路における温度及び湿度測定構造 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮空気圧回路における温度及び湿度測定構造に関し、詳しくは、圧縮空気圧回路において圧縮空気の温度及び湿度を圧力下にて測定するための構造に関するものである。

空気圧縮機により生成された圧縮空気は、食品加工やレンズなど精密機器の仕上げ加工、清掃等の末端、その他各種用途に使用されている。かかる圧縮空気の用途によっては、空気圧縮機から圧縮空気が吐出されるまでの空気圧回路の中間に、各種機器が配設されている。例えば、水分の持ち出しが厳禁である用途に使用される場合には、空気圧回路の中間においてエアドライヤを介する構成が採られており、さらにエアドライヤの後段において除去しきれなかった水分や油分、スラッジや微生物を除去すべく、樹脂製若しくは紙製で網状乃至中空糸膜状のエアフィルタ、若しくは、活性炭を包んだエアフィルタを配設する態様が採られている。

ところで、上記のような圧縮空気圧回路の構成では、空気圧縮機が吐出する熱を帯びた圧縮空気が配管路で冷却されるなどして、加圧下飽和水蒸気量が下がることで、ドレンが発生し得る。かかる飽和水蒸気量は、温度に比例して上下すると共に、圧力に比例して上下するもので、かかる飽和水蒸気量は、図５のＪＩＳ規格による表に示すように、公知の事実である。そして、飽和水蒸気量が限界となって結露する境界温度のことを、一般に露点温度という。そこで、温度と湿度が判れば、当該温度における飽和水蒸気量と湿度との比較から、結露（ドレン）が発生し得る状態にあるか否かについて判別することが可能となる。

飽和水蒸気量は、既述のように、圧力によっても上下する。すなわち、圧力が上がれば、その分だけ飽和水蒸気量も上昇する。図３に示す飽和水蒸気量は、大気圧下での数値を示すもので、本発明のように圧縮空気圧回路における圧縮された空気中では、大気圧下よりも同温度下における飽和水蒸気量が上昇することとなる。図４に示す表は、大気圧下と加圧下における露点温度の比較・換算表である。これを用いることで、圧縮空気の温度から、大気圧の場合の露点温度に変換し、図３に示す表を用いて飽和水蒸気量を割り出すことが可能である。

従来の圧縮空気圧回路の構成として、特開２０１０－８４７３６号公報（特許文献１）にかかる「空気圧縮機のドレン排出方法及びドレン排出機構」の技術提案が公知となっている。具体的には、空気圧縮機の運転環境の変化に伴うドレン発生量の変化に対応して、ドレンの効率的な排出を行うことを目的とするもので、圧縮空気圧回路に吸入される吸入空気の温度や湿度を実測することで、単位時間あたりのドレン発生量を算出し、ドレン発生量とドレン排出量とを一致させる態様を採用するものである。

しかしながら、圧縮空気は、各種機器や配管路を経ることで常時温度変化を伴うものであり、また、各種機器や配管路におけるドレンの発生及び排出がなされることで、測定する場所によって湿度も変化するものである。上記特許文献１にかかる技術提案は、圧縮空気自体の温度や湿度を測定するものではなく、圧縮空気圧回路に吸入される外気の温度や湿度を測定するものであるため、各種機器を介して圧縮空気圧回路を流れる圧縮空気の測定箇所によって変化する温度や湿度に対応し得るものではなく、その結果、正確な露点を計測することは困難であって、あくまでドレン発生量を推定し得るにとどまるもので、ドレン発生量とドレン排出量とが必ずしも一致し得るとはいえないものであった。

本出願人は、外気の状態（温度や湿度）からは圧縮空気圧回路におけるドレン発生量の予測が困難であるという問題点に着目し、圧縮空気の流れにストレスを与えずに圧縮空気中の温度及び湿度を測定することによって、ドレンが発生し得る状態にあるか否かについて判別することができないものかとの着想の下、配管路の所定中間箇所にセンサ管を配設し、該センサ管内の温度及び湿度をセンサにより測定する構造を開発し、本発明における「圧縮空気圧回路における温度及び湿度測定構造」の提案に至るものである。

特開２０１０－８４７３６号公報

本発明は上記問題点に鑑み、圧縮空気圧回路において、圧縮空気の流れにストレスを与えずに圧縮空気中の温度及び湿度を測定することによって、ドレンが発生し得る状態にあるか否かについて判別し得る温度及び湿度測定構造の提供を図ることを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、圧縮空気が空気圧縮機により生成されてから配管路並びに各種機器を介して最終的に吐出口から吐出されるまでの圧縮空気圧回路において、各種機器間に配設された配管路の所定中間箇所に該配管路と略同径の流路を有するセンサ管が配設され、該センサ管内には温度及び湿度を測定するセンサが備えられ、該センサで測定された温度及び湿度の測定値をデジタル表示する表示部がセンサ管の外部に備えられて成り、各種機器間に配設された配管路内の圧縮空気がセンサ管を通過する際、該センサ管内の温度及び湿度をセンサにより測定することで、圧縮空気の温度及び湿度を圧力下にて測定する手段を採用する。

また、本発明は、前記センサ管の所定中間箇所に、該センサ管の外周壁より外側方へ膨出したセンサ室が形成され、該センサ室内に前記センサが備えられて成る手段を採る。

さらに、本発明は、前記表示部に日付及び時刻を表示する機能が備えられて成る手段を採る。

またさらに、本発明は、記録部を備え、日付及び時刻と共に温度及び湿度の測定値が所定時間ごとに自動記録される手段を採る。

本発明にかかる圧縮空気圧回路における温度及び湿度測定構造によれば、配管路の所定中間箇所に該配管路と略同径の流路を有するセンサ管を配設し、該センサ管内で圧縮空気の温度と湿度を測定する構造を採用することで、圧縮空気の流れにストレスを与えずに圧縮空気中の温度及び湿度を正確に測定することが可能であり、その測定結果により圧縮空気についてドレンが発生し得る状態にあるか否かを容易且つ即時に判別することができる、といった優れた効果を奏する。

本発明にかかる圧縮空気圧回路における温度及び湿度測定構造の実施形態を示す説明図である。 本発明にかかる温度及び湿度測定構造の実施形態を示す説明図である。 大気圧下における飽和水蒸気量を示す表である。 大気圧下と加圧下における露点温度の比較・換算表である。

本発明にかかる圧縮空気圧回路における温度及び湿度測定構造は、各種機器間に配設された配管路内の圧縮空気がセンサ管を通過する際、該センサ管内の温度及び湿度をセンサにより測定することで、圧縮空気の温度及び湿度を圧力下にて測定することを最大の特徴とする。
以下、本発明にかかる圧縮空気圧回路における温度及び湿度測定構造の実施形態を、図面に基づいて説明する。

なお、本発明にかかる圧縮空気圧回路における温度及び湿度測定構造は、以下に述べる実施形態に特に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内、すなわち同一の作用効果を発揮できる形状や寸法、材質等の範囲内で適宜変更することができる。

図１及び図２は、本発明にかかる圧縮空気圧回路における温度及び湿度測定構造の実施形態を示す説明図であり、図１は圧縮空気圧回路の全体概略図、図２は温度及び湿度測定構造の概略図である。
本発明にかかる圧縮空気圧回路における温度及び湿度測定構造は、圧縮空気が空気圧縮機により生成されてから配管路並びに各種機器を介して最終的に吐出口から吐出されるまでの圧縮空気圧回路において、圧縮空気の温度及び湿度を圧力下にて測定するための構造である。

はじめに、本発明にかかる圧縮空気圧回路について説明する。
本発明にかかる圧縮空気圧回路は、主に空気圧縮機１と配管路２で構成されている。配管路２の末端には、最終的に圧縮空気を吐出するための吐出口３が備えられる。配管路２における空気圧縮機１から吐出口３までの所定中間箇所には、必要に応じて一乃至複数の各種機器が配設されている。

空気圧縮機１は、空気を圧縮して所定気圧以上の圧縮空気を生成する機械であって、該圧縮空気を生成するための構造によって、往復式や回転式、遠心式など種々の方式が存在する。本発明で使用する空気圧縮機１の方式については、特に限定はなく、いずれの方式・構造のものでも使用することが可能である。該空気圧縮機１には、生成された圧縮空気を送気するための配管路２が接続される。

配管路２は、圧縮空気を送気するための中空管から成り、空気圧縮機１から吐出口３まで圧縮空気を送気すべく配設される。尚、配管路２の所定中間箇所には一乃至複数の各種機器が配設されることから、具体的には、空気圧縮機１から各種機器へ圧縮空気を送気すべく配設されると共に、各種機器から先へ圧縮空気を送気すべく配設される。

配管路２に配設される各種機器は、圧縮空気の用途によって種々決定されるもので、特に限定されるものではないが、常法的に配設される機器として、例えば圧縮空気を冷却するアフタークーラー４や、圧縮空気を貯留するためのエアタンク５、圧縮空気を乾燥させるためのエアドライヤ６、圧縮空気中の異物（油分やスラッジなど）を取り除くためのエアフィルタ７などが存し、さらに必要に応じて圧縮空気中のドレンを取り除くための遠心分離機なども配設される。尚、説明の関係上、各種機器には吐出口３が含められる場合がある。

アフタークーラー４は、空気圧縮機１で生成された高温の圧縮空気を冷却するための熱交換用の機器であって、冷却方式により、空冷式や水冷式などが存在する。本発明で使用するアフタークーラー４は、空冷式や水冷式のいずれかを問うものではなく、特に限定されるものではない。

エアタンク５は、圧縮空気を一時的に貯留するための貯蔵庫であって、圧縮空気の脈動の平準化や、一時的に多量の圧縮空気が消費された場合の急激な圧力降下を抑制するために備えられるものである。

エアドライヤ６は、圧縮空気を乾燥させ水分を取り除くための機器であって、水分の除去方式により、冷凍式や中空糸膜式、吸着式などが存在する。本発明で使用するエアドライヤ６は、冷凍式や中空糸膜式、吸着式のいずれかを問うものではなく、特に限定されるものではないが、一般に繁用されているのは、冷凍式のエアドライヤ６である。冷凍式のエアドライヤ６は、冷媒の蒸発潜熱を利用して、圧縮空気を冷却し、含有水分を凝縮して除去するための装置であって、比較的安価に導入することができる。

エアフィルタ７は、圧縮空気中の水分や油分、スラッジや微生物を除去するためのフィルタであって、樹脂製若しくは紙製で網状乃至中空糸膜状のエアフィルタ、若しくは、活性炭を包んだエアフィルタが用いられる。該エアフィルタ７は、エアドライヤ６の後段に配設されるのが一般的である。

遠心分離機は、圧縮空気中の水分・油分を除去するための分離装置であって、ハウジング内に入った圧縮空気は、デフレクタを通ることによって発生した遠心力によって空気中の油水分や固形物をハウジング内壁に叩き付けて落下させ、エアのみ中央部に備えられるカートリッジを介して取り出される構造を有している。該遠心分離器は、空気圧縮機１とエアドライヤ６とを繋ぐ配管路２の所定中間箇所に配設されたり、あるいは、エアドライヤ６とエアフィルタ７とを繋ぐ配管路２の所定中間箇所に配設される。

空気圧縮機１や各種機器には、必要に応じて発生したドレンを排出するためのドレントラップ１０が接続されている。ドレントラップ１０は、その排出方法により電磁式やフロート式などが存在する。本発明で使用するドレントラップ１０は、電磁式とフロート式とを問うものではなく、特に限定されるものでないが、スプリングスナップアクション方式、若しくは、マグネットスナップアクション方式のフロート式ドレントラップを採用することにより、所定量のドレンが貯留された段階で、該ドレンを機械的に自動で外部へ排出することが可能となり、ドレン排出の確実性が担保されることとなる。

次に、本発明にかかる温度及び湿度測定構造について説明する。
各種機器間に配設された配管路２には、センサ管２０が配設されている。かかるセンサ管２０は、圧縮空気を送気可能な流路２１を有する中空管であって、両端には配管路２と接続可能な継手構造を備えて形成される。該センサ管２０の材質については、接続される配管路２と同材質であることが好ましいが、特に限定するものではない。

センサ管２０の内部には、センサ４０が備えられている。かかるセンサ４０は、配管路２からセンサ管２０内へ流入した圧縮空気の温度及び湿度を測定するためのものであって、その測定値は、センサコード４４を介してセンサ管２０の外部に存する表示部４６に送られ、該表示部４６にてデジタル表示される。

かかるセンサ管２０の構造について、図示の様に、該センサ管２０の所定中間箇所に、該センサ管２０の外周壁より外側方へ膨出したセンサ室２２を形成する態様を採用する。該センサ室２２は、センサ管２０の外周壁より外側方へ膨出することで流路２１の径より大径に形成され、センサ４０を配備するための空間として機能する。かかる態様を採用することで、圧縮空気の流れにストレスを与えることなく、スムーズな流れに寄与することが可能となる。すなわち、センサ管２０に備えられたセンサ４０が抵抗となって、流路２１を通過する圧縮空気に少なからずストレスを与えてしまうことが想定し得るが、センサ室２２を形成してセンサ４０を該センサ室２２に配備することで、圧縮空気の流れが阻害されることなく、且つ、圧力下での正確な温度及び湿度の測定が可能となる。

表示部４６は、センサ４０における温度及び湿度の測定値をデジタル表示する機能だけでなく、日付及び時刻を表示する機能を備えていることが望ましい。かかる日付及び時刻を温度及び湿度の測定値と共に表示することで、測定日時と測定値を同時に目視確認可能であって、測定結果の記録及び管理が容易となる。

図示してはいないが、センサ４０におけるセンサ継手２０内部の圧縮空気の温度及び湿度の測定値について、自動で記録するための記録部を備える態様が考え得る。該記録部は、ハードディスクなどの記録媒体であって、センサ４０による測定値をはじめ、表示部４６に表示される内容をそのまま記録することが可能であり、日付及び時刻と共にセンサコード４４を介して送られてくる温度及び湿度の測定値が、所定時間ごとに自動記録される態様となっている。また、圧力計３０による圧縮空気の圧力についても、同時に記録される態様とすることも可能である。かかる構成態様を採用することで、管理者の記録及び管理負担の軽減に資する。

尚、表示部４６への表示内容や記録部への記録内容に基づき、圧縮空気の正常や異常、状況変化等を監視し、ドレン発生確率を自動計算して、必要に応じて警報や通知を発する監視制御部を備える態様も考え得る。かかる警報や通知の手段は、音によるものや識別灯の変化、メール送信など、あらゆる手段を採り得る。

尚、表示部４６は、測定値を目視し易い様に、所要高さの脚部３８を有する机上に載置するなどして、目視し易い高さ位置まで嵩上げして使用される。

以上の各構成要素から、本発明にかかる圧縮空気圧回路における温度及び湿度測定構造は構成される。本発明における圧縮空気の基本的な流れは、以下のとおりとなる。すなわち、空気圧縮機１により生成された圧縮空気は、まず配管路２を通ってアフタークーラー４やエアタンク５、エアドライヤ６、エアフィルタ７、遠心分離機等の各種機器に送気される。その後、圧縮空気は、各種機器から配管路２を介して最終的に吐出口３へ送気され、各種用途に用いられる。

上記圧縮空気の流れの途中で、該圧縮空気の圧力下における温度及び湿度が測定される。すなわち、配管路２を通過する圧縮空気は、該配管路２に配設されたセンサ管２０へ流入する。そして、センサ管２０内を通過する際にセンサ４０により温度及び湿度の測定が行われ、その後配管路２へ流出する。

以上のように、本発明にかかる圧縮空気圧回路における温度及び湿度測定構造によれば、配管路２を流れる圧縮空気がセンサ管２０を通過する際の温度と湿度をセンサ４０で測定する態様であって、圧力下における機器の故障や不具合といった問題が生じることなく、且つ、圧縮空気の流れにストレスを与えずに圧縮空気中の温度及び湿度を圧力下で正確に測定することが可能であり、その測定結果により圧縮空気についてドレンが発生し得る状態にあるか否かを容易に判別することができると共に、圧縮空気圧回路内におけるドレンを起因とする雑菌の繁殖抑制に資する、といった優れた作用効果を発揮するものである。

尚、本発明において、一の圧縮空気圧回路に一乃至複数のセンサ管２０を配設し得るものである。図１では、一の圧縮空気圧回路に四基のセンサ管２０を配設した場合について示している。すなわち、圧縮空気圧回路に装備される各種機器の数によって、該機器間に存する配管路２の数も決定され、何れの機器間においても本発明にかかる温度及び湿度測定構造を配設することが可能であると共に、圧縮空気の流れにストレスを与えることなく配設し得ることから、複数の温度及び湿度測定構造を配設しても、圧縮空気圧回路全体に及ぼす影響はほとんどない。

本発明は、食品加工やレンズなど精密機器の仕上げ加工、清掃等の末端のほか、圧縮空気を使用するあらゆる分野において採用することが可能である。したがって、本発明にかかる「圧縮空気圧回路における温度及び湿度測定構造」の産業上の利用可能性は大であると思料する。

１ 空気圧縮機
２ 配管路
３ 吐出口
４ アフタークーラー
５ エアタンク
６ エアドライヤ
７ エアフィルタ
１０ ドレントラップ
２０ センサ管
２１ 流路
２２ センサ室
３０ 圧力計
３８ 脚部
４０ センサ
４４ センサコード
４６ 表示部

Claims (3)

1. 圧縮空気が空気圧縮機により生成されてから配管路並びに各種機器を介して最終的に吐出口から吐出されるまでの圧縮空気圧回路において、
   各種機器間に配設された配管路の所定中間箇所に該配管路と略同径の流路を有するセンサ管が接続され、
   該センサ管の所定中間箇所に、該センサ管の外周壁より外側方へ膨出したセンサ室が形成され、該センサ室内に温度及び湿度を測定するセンサが備えられ、
   該センサで測定された温度及び湿度の測定値をデジタル表示する表示部がセンサ管の外部に備えられて成り、
   各種機器間に配設された配管路内の圧縮空気がセンサ管を通過する際、該センサ管内の温度及び湿度をセンサにより測定することで、圧縮空気の温度及び湿度を圧力下にて測定することを特徴とする圧縮空気圧回路における温度及び湿度測定構造。
2. 前記表示部に日付及び時刻を表示する機能が備えられて成ることを特徴とする請求項１に記載の圧縮空気圧回路における温度及び湿度測定構造。
3. 記録部を備え、日付及び時刻と共に温度及び湿度の測定値が所定時間ごとに自動記録されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の圧縮空気圧回路における温度及び湿度測定構造。

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