JP7270567B2

JP7270567B2 - 気体圧縮機

Info

Publication number: JP7270567B2
Application number: JP2020035126A
Authority: JP
Inventors: 将二階堂; 航平酒井; 雄二伊藤; 岳廣松坂; 崇中島
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2020-03-02
Filing date: 2020-03-02
Publication date: 2023-05-10
Anticipated expiration: 2040-03-02
Also published as: JP2021139297A

Description

本発明は、気体圧縮機に関する。

従来の気体圧縮機におけるドレンの排出制御としては、特許文献１に記載されたように、空気の温度や湿度から予測されるドレンの発生量およびその変化量と、単位時間当たりのドレン排出量から予測される１回のドレン排出で排出するドレン排出量とを一致させるドレン排出弁の動作パターンを決定し制御するという技術がある。

特開２０１０－８４７３６

ドレンはドレン排出弁が開いた際に圧縮気体によって排出されるため、ドレン排出弁の開放時間が長すぎるとドレン排出に不必要な圧縮気体も排出される。

また、ドレン排出弁の開放時間が短い場合にはドレンを全て排出できずに蓄積され、巻上げ等により圧縮気体とともに下流側へ供給されることとなる。

特許文献１におけるドレン排出の技術では、空気の温度や湿度からドレン発生量とその変化量を予測し、ドレン排出量と一致させてドレン排出弁を制御するため、ドレン排出時における不必要な圧縮空気は排出されない。

しかし、特許文献１では、ドレン発生量とドレン排出量を予測する必要があるため、空気の温度や湿度を計測するためのセンサが必要であり、コストアップとなっていた。

本発明の目的は、コストアップすることなく、ドレン排出時における不必要な圧縮気体の排出を低減することにある。

本発明の好ましい一例としては、圧縮機本体と、前記圧縮機本体を駆動する電動機と、前記圧縮機本体で圧縮された圧縮気体を冷却する圧縮気体冷却器と、前記圧縮気体冷却器で冷却された気体を圧縮空気とドレンに分離するドレン分離器と、前記ドレンを排出するドレン排出弁と、前記圧縮機本体が運転を開始したとき、ドレン排出弁が閉である時間を示す開閉時間間隔パターンに従ってドレン排出弁を制御し、前記電動機に流れる電流と電流の閾値を比較し、前記電動機に流れる電流変化と電流変化の閾値を比較し、前記電動機に流れる電流が電流の閾値以下の場合又は電流変化が電流変化の閾値以上の場合にドレン排出弁の開閉時間間隔を長くする制御部とを有する気体圧縮機である。

本発明によれば、コストアップすることなく、ドレン排出時における不必要な圧縮気体の排出を低減できる。

実施例１の気体圧縮機の構成を示す図。実施例１におけるドレン排出弁の開閉時間間隔を制御するフローチャート。ドレン排出弁８の開閉時間間隔パターンの例を示す図。

以下に、図面を用いて実施例を説明する。

図１は、実施例１の気体圧縮機の構成を示す図である。

実施例１の気体圧縮機１００は、外部から外気を導入する吸込み口１と、気体を圧縮する圧縮機本体３と、吸込み口１から導入された気体を圧縮機本体３に送る吸込み気体経路２と、圧縮された気体を冷却する圧縮気体冷却器５と、圧縮機本体３にて圧縮された気体を圧縮気体冷却器５に送る圧縮気体経路４１と、圧縮気体とドレンに分離するドレン分離器６と、圧縮気体冷却器５で冷却された圧縮気体をドレン分離器６に送る圧縮気体経路４２と、ドレン分離器６からの圧縮気体を下流側の機器に送る圧縮気体経路４３と、ドレンを排出させるように開いたり閉じたりするドレン排出弁８と、ドレン分離器６からドレンをドレン排出弁８に送るドレン排出経路７１と、ドレン排出弁８からドレンを下流に排出するドレン排出経路７２と、電源１１からの電力の供給を受け制御部１０からの制御指令を受け圧縮機本体３を駆動する電動機９と、電動機９の動力を圧縮機本体３に伝える動力伝達部１２と、電源１１と、電源１１からの電力の供給を受け電動機９を制御するとともにドレン排出弁８の開閉を制御する制御部１０とを備える。

気体圧縮機１００における気体の圧縮からドレンが排出されるまでの流れの一例を、図１を用いて説明する。圧縮空気、ドレン、電力、信号の流れは矢印に示す流れである。

気体圧縮機１００の運転が開始されると、電源１１から制御部１０に電力が供給され、制御部１０からの指令により電動機９が駆動し、動力伝達部１２から圧縮機本体３に動力が伝わり、気体は吸込み口１から吸込み気体経路２を通過して気体圧縮機１００内に吸込まれ、圧縮機本体３で圧縮される。

圧縮された気体は、圧縮気体経路４１を通過し圧縮気体冷却器５へ送られる。圧縮された気体は高温になるため圧縮気体冷却器５にて冷却する。冷却することで圧縮気体中に含まれている水蒸気が凝縮されドレン（水滴）が発生する。そのために、圧縮気体冷却器５にて冷却後は圧縮気体とドレンが混在した状態となっている。

圧縮気体とドレンが混在した状態のまま下流側へ圧縮気体を提供すると、提供先の機器が故障する可能性があるため、ドレン分離器６は、圧縮気体冷却器５で冷却された圧縮気体を圧縮気体とドレンに分離する。ドレン分離器６を経由することで圧縮気体は含有水分量が少ない状態で下流側へ供給され、ドレンはドレン排出経路７２を通過しドレン排出弁８から排出される。ドレン分離器６としては、フィルタを通して圧縮気体とドレンを分離する方式や、遠心分離により圧縮気体とドレンを分離する方式がある。

ドレン排出弁８は制御部１０により弁の開閉の制御がなされており、ドレンはドレン排出弁８が開いた際に圧縮気体によって押し出されて排出される。

図２は、実施例１において、制御部１０が、ドレン排出弁の開閉時間間隔を制御するフローチャートである。制御部１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサーやメモリを備え、フローチャートに示した処理に対応したプログラムをＣＰＵが実行するようにしてもよいし、ハードウエアで少なくとも制御部の一部を構成してもよい。

本実施例では、予め圧縮機運転の開始の前に、ドレン排出弁８が開放中の電動機９の電流値の第１の閾値、あるいは電流値の変化量に対する第２の閾値を定めておく。電動機９の電流値が定めておいた第１の閾値以下の場合の回数をカウントするか、電動機９の電流値の変化量が第２の閾値以上の場合の回数をカウントするカウンタを制御部が有する。

ドレン排出弁８が開放中の電動機９の電流値が第１の閾値以下となる場合、あるいは電流値の変化量が第２の閾値以上の場合には、圧縮空気のみが気体圧縮機１００の外部に排出される状態である。

この状態では、ドレン排出弁８から排出されるドレンは十分に排出されているが不必要な圧縮気体もドレン排出弁８から排出され、圧縮気体の排出量が多くなると図１における圧縮機本体３から下流にある圧縮気体冷却器５やドレン分離器６やドレン排出経路７１などにおける圧力が下がる。これらの箇所の圧力が下がると電動機９の負荷が下がるため、電動機９の電流値が第１の閾値以下となるか、電動機９の電流値の変化量が第２の閾値以上になる。

従って、電動機９の電流値に基づいて、ドレン排出弁８の開閉時間を制御することで、ドレンと圧縮空気とが外部に排出されないようにして、圧縮空気のみが気体圧縮機１００の外部に排出される状態に制御できる。

カウントしたカウント数に応じた図３のような複数の開閉時間間隔パターンと、電動機９の電流値、あるいは電動機９の電流の変化量を監視する時間(監視時間)を定めておく。例えば監視時間を１時間として定めておく。

監視時間は少なくともドレン排出弁８の閉鎖時間Ｔ１とドレン排出弁８の開放時間Ｔ２を足した時間よりも長く設定する。監視時間を短くしすぎるとドレン排出弁８の開閉の回数が必要以上に増える場合があり、ドレン排出弁８の機能劣化を避けるために監視時間は有る程度の長さに設定する。

図２のフローチャートに示すように、制御部１０は気体圧縮機１００の運転開始するように制御する（Ｓ２０）。具体的には、制御部１０からの指令により電動機９が駆動し、電動機が発生させた動力が動力伝達部１２を経由して圧縮機本体３に動力が伝わり吸込み口１から圧縮機内に吸込まれ、圧縮機本体３で圧縮される。圧縮された気体は高温になるため圧縮気体冷却器５にて冷却する。

気体圧縮機１００が運転を開始した際には、予め決めておいたドレン排出弁８の開閉時間間隔パターンに従って、制御部１０は、ドレン排出弁８の開閉を制御する。ここでは、図３におけるパターン３に従った開閉時間間隔パターンでドレン排出弁８の開閉を制御する。また、監視時間の時間の計測を開始する。

パターン３におけるドレン排出弁８を開放する時間になると、制御部１０はドレン排出弁８に弁を開放する開放指令を出力する（Ｓ２１）。開放指令を出力するタイミングで監視時間の監視を開始する。

制御部１０は、電動機９に流れる電流値もしくは、電動機９に流れる電流の変化量を取得し、その電流値もしくは電流の変化量を監視する（Ｓ２２）。

電流センサからの信号で、電動機９に流れる電流値を、取得することは、制御部１０が電動機９の回転数やトルクを制御するために必要であり、気体圧縮機１００にすでに搭載されている。気体圧縮機１００に備わっている電流センサにより、電動機９の電流の計測・監視が可能であるため、従来技術のように、温度や湿度等の測定用に新たにセンサを設ける必要はなく、コストアップを避けることが出来る。

制御部１０は、Ｓ２２で取得した、電動機９に流れる電流値もしくは、電動機９に流れる電流の変化量を、それぞれ、第１の閾値もしくは第２の閾値と比較し、電動機９に流れる電流値もしくは、電動機９に流れる電流の変化量が、それぞれ、第１の閾値もしくは第２の閾値以上であるかを判断する（Ｓ２３）。

電動機９に流れる電流値が第１の閾値以下の場合、もしくは電動機９に流れる電流の変化量が第２の閾値以上の場合（Ｓ２３のＹｅｓ）には、制御部１０は、カウンタのカウント数を１つ増加させる（Ｓ２４）。そして、Ｓ２１におけるドレン排出弁８の弁の開放指令から定めておいた監視時間を経過したかを制御部が判断する（Ｓ２５）。

電動機９に流れる電流値が第１の閾値より大きい場合、もしくは電動機９に流れる電流の変化量が第２の閾値より大きい場合には（Ｓ２３のＮｏ）、制御部１０は、運転開始から定めておいた監視時間を経過したかを制御部が判断する（Ｓ２５）。

監視時間を経過していない場合には（Ｓ２５のＮｏ）、Ｓ２１に戻り、さらに、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、もしくはＳ２５の処理を、監視時間を経過するまで実行する。

監視時間を経過した場合には（Ｓ２５のＹｅｓ）、監視時間におけるカウント数とドレン排出弁８が開いた回数を比較し、カウント数がドレン排出弁の開放回数の３分の２以上であるかを、制御部１０が判断する（Ｓ２６）。ドレン排出弁８が開いた回数は、監視時間と開閉時間間隔の初期値で決定する。ドレン排出弁の開放回数とカウント数との関係により不必要な圧縮気体の排出が生じないようにドレン排出弁の開閉時間間隔を制御する。

カウント数がドレン排出弁の開放回数の３分の２以上である場合には（Ｓ２６でＹｅｓ）、制御部１０は、ドレン排出弁８の開閉時間間隔を延長するように制御する。例えば、図３に示したパターン３から、開閉時間間隔を長くしたパターン１に変更し、パターン１に従ってドレン排出弁８の開閉を制御する。

カウント数がドレン排出弁の開放回数の３分の２未満である場合には（Ｓ２６でＮｏ）、制御部１０は、監視時間におけるカウント数とドレン排出弁８が開いた回数に基づいて、カウント数がドレン排出弁の開放回数の３分の１以下であるかを、制御部１０が判断する（Ｓ２８）。

カウント数がドレン排出弁の開放回数の３分の１以下である場合には（Ｓ２８でＹｅｓ）、制御部１０は、ドレン排出弁８の開閉時間間隔を短縮するように制御する。例えば、図３に示したパターン３から、開閉時間間隔を短くしたパターン２に変更し、パターン２に従ってドレン排出弁８の開閉を制御する。

カウント数がドレン排出弁の開放回数の３分の１以下では無い場合には（Ｓ２８でＮｏ）、制御部１０は、ドレン排出弁８の開閉時間間隔は変更しないで、図３に示したパターン３を維持して、パターン３に従ってドレン排出弁８の開閉を制御する。

Ｓ２７、Ｓ２９、Ｓ３０の後に、制御部は、カウント数および、監視時間をクリアする（Ｓ３１）。そして、処理の流れはＳ２１に戻る。

上記の例では、カウント数がドレン排出弁の開放回数の関係を、３分の２もしくは３分の１を基準値として説明しているが、基準値は、それらに限らず、カウント数とドレン排出弁の開放回数の関係を事前に実験して適切な基準値を選ぶようにできることはいうまでもない。

図２のフローにおけるドレン排出弁の開閉時間隔パターンを決定する一連の流れでは、電動機９に流れる電流値が第１の閾値以下の場合、もしくは電動機９に流れる電流の変化量が第２の閾値以上の場合にはカウント数を１つ増加させ、カウント数やドレン排出弁の開放回数から、開閉時間間隔を長くあるいは短くするか開閉時間間隔を変更する必要がないかを繰り返し判断する。

図３は、縦軸をドレン排出弁８の開閉動作とし横軸を時間軸とした、ドレン排出弁８の開閉時間間隔パターンの例を示す図である。
ドレン排出弁８の閉鎖時間をＴ１で示し、ドレン排出弁８の開放時間をＴ２で示す。パターン３は、ドレン排出弁８の開閉時間間隔パターンの初期値であり基準となるパターンである。

パターン２は、パターン１に比べて開閉時間間隔を短縮したパターンである。
パターン１は、パターン３に比べて開閉時間間隔を延長したパターンである。開閉時間間隔パターンにおけるドレン排出弁８の開閉時間間隔はドレン排出弁８の特性に合うように開閉動作による劣化を防ぐような観点で選定することができる。

図３では、カウンタ数とドレン排出弁の開放回数から、ドレン排出弁８の閉鎖時間Ｔ１のみ変化させているが、ドレン排出弁８の開放時間Ｔ２のみを変化させるようにしてもよいし、ドレン排出弁８の閉鎖時間Ｔ１とドレン排出弁８の開放時間Ｔ２の両方を変化させることも可能である。

本実施例では、３つの開閉時間間隔のパターンを例に説明しているが、開閉時間間隔の異なる２つの開閉時間間隔のパターンを使うようにしてもよいし、４つ以上の開閉時間間隔の異なる複数の開閉時間間隔パターンからひとつの開閉時間間隔パターン選択し、ドレン排出弁８の開閉を制御するようにしてもよい。

本実施例によれば、電動機９の電流値、あるいはその電流値の変化量は気体圧縮機１００に既に搭載されている装置で測定・監視が可能であるため、温度や湿度、電流値の測定用に新たにセンサを設ける必要が無くなる。また、本実施例によれば、ドレン排出時間を制御し、ドレン排出時における不必要な圧縮気体の排出を、低減することが可能となる。

１：吸込み口、２：吸込み気体経路、３：圧縮機本体、５：圧縮気体冷却器、６：ドレン分離器、８：ドレン排出弁、９：電動機、１０：制御部、１１：電源、１２：動力伝達部、Ｔ１：ドレン排出弁８の閉鎖時間、Ｔ２：ドレン排出弁８の開放時間

Claims

圧縮機本体と、
前記圧縮機本体を駆動する電動機と、
前記圧縮機本体で圧縮された圧縮気体を冷却する圧縮気体冷却器と、
前記圧縮気体冷却器で冷却された気体を圧縮空気とドレンに分離するドレン分離器と、
前記ドレンを排出するドレン排出弁と、
前記圧縮機本体が運転を開始したとき、ドレン排出弁が閉である時間を示す開閉時間間隔パターンに従ってドレン排出弁を制御し、
前記電動機に流れる電流と電流の閾値を比較し、
前記電動機に流れる電流変化と電流変化の閾値を比較し、
前記電動機に流れる電流が電流の閾値以下の場合又は電流変化が電流変化の閾値以上の場合にドレン排出弁の開閉時間間隔を長くする制御部とを有する気体圧縮機。
請求項１に記載の気体圧縮機において、
前記制御部は、
前記電動機に流れる電流と電流の閾値を比較し、
前記電動機に流れる電流変化と電流変化の閾値を比較し、
前記電動機に流れる電流が前記電流の閾値以下の場合又は電流変化が前記電流変化の閾値以上の場合にカウント数をカウントし、監視時間における前記ドレン排出弁の開放回数と前記カウント数から、前記ドレン排出弁が閉である時間を示す開閉時間間隔を変更する気体圧縮機。
請求項２に記載の気体圧縮機において、
前記制御部は、
前記開放回数と、前記カウント数とから開閉時間間隔を短縮するか、延長するか、もしくは変更しないかを判断する気体圧縮機。
請求項１に記載の気体圧縮機において、
前記制御部は、
前記電流に基づいて、複数の前記開閉時間間隔パターンからひとつの前記開閉時間間隔パターンを選択する気体圧縮機。
請求項２に記載の気体圧縮機において、
前記監視時間は、
前記ドレン排出弁の閉鎖時間と開放時間を足した時間より長い時間である気体圧縮機。
請求項１に記載の気体圧縮機において、
前記制御部は、
前記電動機の制御をし、
前記ドレン分離器からドレン排出経路を介して前記ドレン排出弁に前記ドレンが送られる気体圧縮機。