JP7353248B2

JP7353248B2 - 多段空気圧縮機

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Publication number: JP7353248B2
Application number: JP2020136847A
Authority: JP
Inventors: 直之白石; 真克岡谷; 航平酒井
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2020-08-13
Filing date: 2020-08-13
Publication date: 2023-09-29
Anticipated expiration: 2040-08-13
Also published as: JP2022032735A

Description

本発明は、多段空気圧縮機に係り、圧縮機の中間圧力が所定以上になった際の運転停止の防止に関する。

空気を吸い込み圧縮空気を生成する空気圧縮機では、複数の圧縮機本体の空気経路を直列に接続する所謂多段構成の圧縮機が知られている(以下、「多段空気圧縮機」という)。多段空気圧縮機では、低圧段圧縮機本体の空気吐出側と高圧段圧縮機本体の空気吸込側を中間冷却器(インタークーラ)を介して接続し、２段階で圧縮する構成をとるもの等がある。多段空気圧縮機では、高圧段圧縮機本体の吸込み能力の低下により中間圧力が所定以上になった際に、圧縮機の運転を停止している。圧縮機の運転を停止する理由は、圧縮機本体のロータや軸受といった機械の保護や危険回避、圧縮効率の低下を防ぐためである。

本技術分野における先行技術文献として特許文献１がある。特許文献１では、負荷変動に対し圧縮効率を低下させることなく、吐出圧力を所望の圧力範囲に維持することが可能な圧縮機を提供することを目的として記載されている。しかしながら、記載内容には多段圧縮機の中間圧力と吐出温度が所定以上になるような場合は考慮されていない。また、モータの回転数を落とすだけでは、吐出圧力を維持した場合、圧縮動作は継続しているため中間圧力は上昇してしまい中間圧力が所定以下にはならない。

特開２００６－２８３６４９号公報

本発明の目的は、多段空気圧縮機の中間圧力が所定以上になった場合でも、圧縮機は運転を停止することなく運転を継続する多段空気圧縮機を提供することにある。

本発明は、その一例を挙げるならば、低圧段圧縮機本体と高圧段圧縮機本体の空気経路を直列に接続する多段空気圧縮機であって、低圧段圧縮機本体と高圧段圧縮機本体は第１の空気配管で配管接続されており、第１の空気配管の途中に接続された圧力検出器と、第１の空気配管の途中から分岐する第１の放気配管と、第１の放気配管に設けられた第１の放気電磁弁と、圧力検出器が検出した圧力値が入力され第１の放気電磁弁を制御する制御装置を有し、制御装置は、圧力検出器が検出した圧力が所定以上になった場合に、第１の放気電磁弁に開指令を行ない、低圧段圧縮機本体で圧縮した圧縮空気の一部を外気に放出するように制御する。

本発明によれば、多段空気圧縮機の中間圧力が所定以上になった場合でも、圧縮機は運転を停止することなく運転を継続することができる。

実施例１における多段空気圧縮機の系統図である。実施例２における設定上限圧力と弁開度の対応表である。実施例３における多段空気圧縮機の系統図である。実施例４における多段空気圧縮機の系統図である。

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

本実施例では、多段空気圧縮機として、オイルフリースクリュー圧縮機本体を２段構成とした例について説明する。

図１は、本実施例における多段空気圧縮機の系統図である。図１において、多段空気圧縮機１００は、低圧段圧縮機本体１０１と高圧段圧縮機本体１０２を有している。

低圧段圧縮機本体１０１の吸込み流路には、周囲空気を濾過して低圧段圧縮機本体１０１に供給するためのフィルター１０３が取付けられており、このフィルター１０３の下流側には吸込み口１０３Ａが形成されている。

低圧段圧縮機本体１０１の吐出側と高圧段圧縮機本体１０２の吸込み側との間には、インタークーラ１０４が設けられており、このインタークーラ１０４は低圧段圧縮機本体１０１とは空気配管１０５で配管接続され、高圧段圧縮機本体１０２とは空気配管１０６で配管接続されている。この空気配管１０６の途中には低圧段圧縮機本体１０１から吐出される圧縮機の圧力を計測する圧力検出器１１８が取付けられている。圧力検出器１１８が検出した圧力値は、制御装置１１９に入力される。

高圧段圧縮機本体１０２の下流には、逆止弁１０７を介してアフタークーラ１０８が空気配管１０９で配管接続されている。

低圧段圧縮機本体１０１とインタークーラ１０４を接続する空気配管１０５の途中から、第１の低圧段放気配管１１０と第２の低圧段放気配管１１１がそれぞれ分岐している。そして、第１の低圧段放気配管１１０には第１の低圧段放気二方弁１１２、第２の低圧段放気配管１１１には第２の低圧段放気二方弁１１３がそれぞれ設けられている。

同様に、高圧段圧縮機本体１０２とアフタークーラ１０８とを接続する空気配管１０９の途中であって逆止弁１０７の上流側から、第１の高圧段放気配管１１４と第２の高圧段放気配管１１５がそれぞれ分岐している。そして、第１の高圧段放気配管１１４には第１の高圧段放気二方弁１１６、第２の高圧段放気配管１１５には第２の高圧段放気二方弁１１７がそれぞれ設けられている。

なお、第１の低圧段放気二方弁１１２及び第１の高圧段放気二方弁１１６は、低圧段圧縮機本体１０１及び高圧段圧縮機本体１０２が通常運転時に作動する放気電磁弁である。これに対して、第２の低圧段放気二方弁１１３及び第２の高圧段放気二方弁１１７は、多段空気圧縮機１００の運転時は作動せず、多段空気圧縮機１００の電源が切れた時に作動する放気電磁弁であり、低圧段圧縮機本体１０１及び高圧段圧縮機本体１０２が、圧縮空気が逆流して破損することを防ぐために設けた、緊急時用の放気電磁弁である。なお、これらの第１の低圧段放気二方弁１１２、第１の高圧段放気二方弁１１６、第２の低圧段放気二方弁１１３及び第２の高圧段放気二方弁１１７は、制御装置１１９により制御される。

また、アフタークーラ１０８で冷却された圧縮空気を利用側に供給するため、吐出空気配管１２０がアフタークーラ１０８の下流に設けられている。この吐出空気配管１２０の途中には、多段空気圧縮機１００から吐出される圧縮空気の圧力を計測する圧力検出器１２１が取付けられている。圧力検出器１２１が検出した圧力値は、制御装置１１９に入力される。

このように構成した本実施例における多段空気圧縮機の動作を以下に説明する。多段空気圧縮機１００が運転されると、低圧段圧縮機本体１０１及び高圧段圧縮機本体１０２が備える各々一対のロータが回転し、作動ガスである空気を圧縮する。吸込み口１０３Ａから吸込まれた圧縮用の周囲空気は、低圧段圧縮機本体１０１で圧縮されて圧力が上昇するとともに温度上昇する。

この低圧段圧縮機本体１０１で圧縮された高温の圧縮空気は空気配管１０５を経てインタークーラ１０４に導かれ、インタークーラ１０４で冷却される。インタークーラ１０４で冷却された圧縮空気は、空気配管１０６を経て高圧段圧縮機本体１０２に導かれ、さらに所定の吐出圧力まで昇圧されるとともに温度上昇する。

高圧段圧縮機本体１０２で昇圧され温度上昇した圧縮空気は、空気配管１０９を経てアフタークーラ１０８に導かれ、アフタークーラ１０８で冷却された後、吐出空気配管１２０から利用側に供給される。この場合、制御装置１１９は、第１の低圧段放気二方弁１１２、第２の低圧段放気二方弁１１３、第１の高圧段放気二方弁１１６、第２の高圧段放気二方弁１１７は閉じた状態に制御する。

続いて利用側の圧縮空気消費が減少し、利用側へ圧縮空気を供給する必要がなくなった無負荷運転時には、制御装置１１９は、第１の低圧段放気二方弁１１２を開き、圧縮空気を大気開放するように制御する。また、このとき制御装置１１９は、第２の低圧段放気二方弁１１３、第１の高圧段放気二方弁１１６、第２の高圧段放気二方弁１１７は閉じた状態に制御する。

また、無負荷運転時と同様に、多段空気圧縮機１００が運転開始したときも、制御装置１１９は、第１の低圧段放気二方弁１１２を開き、圧縮空気を大気開放するように制御する。また、このとき制御装置１１９は、第２の低圧段放気二方弁１１３、第１の高圧段放気二方弁１１６、第２の高圧段放気二方弁１１７を閉じた状態に制御する。

次に多段空気圧縮機１００が運転しているときに電流が流れなくなってしまい、運転を急に停止した緊急時の場合、制御装置１１９は、第１の低圧段放気二方弁１１２、第１の高圧段放気二方弁１１６を閉じて、第２の低圧段放気二方弁１１３、第２の高圧段放気二方弁１１７を全開にし、低圧段圧縮機本体１０１及び高圧段圧縮機本体１０２で圧縮された圧縮空気をすべて大気に開放するように制御する。これにより、低圧段圧縮機本体１０１及び高圧段圧縮機本体１０２が、圧縮空気が逆流して破損することを防ぐことができる。

ところで、本実施例では、上記の運転状態とは異なり、多段空気圧縮機が運転されたとき、圧力検出器１１８で測定した中間圧力が設定した圧力を超えている場合に、従来であれば多段空気圧縮機の運転を停止するところ、運転を停止せずに継続する。以下その動作について説明する。

圧力検出器１１８で検出される圧力が制御装置１１９に予め設定された設定上限圧力を超えていれば、制御装置１１９は、設定上限圧力以下にするために、運転とは無関係に使える第２の低圧段放気二方弁１１３を開くように第２の低圧段放気二方弁１１３に開指令を行なう。そして、第２の低圧段放気二方弁１１３が開いたことにより、圧縮された圧縮空気の一部は、高圧段圧縮機本体１０２に導かれることになく大気開放される。

また、残りの圧縮空気は、高圧段圧縮機本体１０２に導かれ、さらに所定の吐出圧力まで昇圧されるとともに温度上昇し、温度上昇した圧縮空気は、空気配管１０９を経てアフタークーラ１０８に導かれ、アフタークーラ１０８で冷却された後、吐出空気配管１２０から利用側に供給される。

なお、上記実施例では、通常運転用の第１の低圧段放気二方弁１１２及び第１の高圧段放気二方弁１１６とは別に、緊急時用の第２の低圧段放気二方弁１１３及び第２の高圧段放気二方弁１１７を設ける構成としたが、第１の低圧段放気二方弁１１２及び第１の高圧段放気二方弁１１６と第２の低圧段放気二方弁１１３及び第２の高圧段放気二方弁１１７を兼用して、低圧段圧縮機本体１０１及び高圧段圧縮機本体１０２のそれぞれの吐出側に１つずつ放気二方弁である放気電磁弁を設けるようにしてもよい。

また、上記実施例では、圧縮機本体を２つ接続した２段構成の多段空気圧縮機について説明したが、２段に限定されるものではなく３段以上でもよく、少なくとも２つの圧縮機本体の間の中間圧力について適用できる。

このように、本実施例によれば、多段空気圧縮機の中間圧力が所定以上になった場合でも、放気電磁弁から低圧段圧縮機本体で圧縮した空気の一部が所定量外気に放出されるので、圧縮機は運転を停止することなく運転を継続することができる。

本実施例では、第２の低圧段放気二方弁１１３が放気量を調整可能である例について説明する。

本実施例における多段空気圧縮機の系統図は図１と同じである。

図２は、制御装置１１９に予め入力されている、設定上限圧力と弁開度の対応表である。すなわち、図１に示した多段空気圧縮機の圧力検出器１１８で検出される検出圧力に対して、その値が予め設定された設定上限圧力を超えた場合に、制御装置１１９は、図２に示す設定上限圧力と弁開度の対応表に従って弁開度を決定する。

具体的には、多段空気圧縮機１００が運転されているときに、制御装置１１９は、入力された圧力検出器１１８で検出した圧力値と予め設定された設定上限圧力を比較する。制御装置１１９は、入力された圧力値が設定上限圧力を超えている場合に、中間圧力を設定上限圧力以下にするために、図２により弁開度を決定する。制御装置１１９は、決定した弁開度で開くために第２の低圧段放気二方弁１１３に開指令を行なう。また、制御装置１１９は、入力される値が設定上限圧力を超えていない場合は、その処理を終了する。

このように、圧力検出器１１８で検出される圧力に応じて、第２の低圧段放気二方弁１１３の放気量が変化するため、実施例１とは異なり、第２の低圧段放気二方弁１１３から大気開放される一部の圧縮空気の量が最小限となる。

なお、残りの圧縮空気は、高圧段圧縮機本体１０２に導かれ、さらに所定の吐出圧力まで昇圧されるとともに温度上昇し、温度上昇した圧縮空気は、空気配管１０９を経てアフタークーラ１０８に導かれ、アフタークーラ１０８で冷却された後、吐出空気配管１２０から利用側に供給される。

このように、本実施例によれば、多段空気圧縮機の中間圧力が所定以上になった場合でも、放気電磁弁から低圧段圧縮機本体で圧縮した空気の一部が最小限外気に放出されるので、圧縮機は運転を停止することなく運転を継続することができる。

図３は本実施例における多段空気圧縮機の系統図である。図３において、図１と同じ構成については同じ符号を付し、その説明は省略する。図３において、図１と異なる点は、第２の低圧段放気配管１１１の途中から、第３の低圧段放気配管１２２が分岐しており、第３の低圧段放気配管１２２に第３の低圧段放気二方弁１２３を設けたことである。なお、第３の低圧段放気二方弁１２３は、第２の低圧段放気二方弁１１３と同様に、運転とは無関係に使える放気電磁弁である。

このように構成した本実施例では、多段空気圧縮機１００が運転されているときに、圧力検出器１１８で検出される圧力が制御装置１１９に予め設定された設定上限圧力を超えている場合に、制御装置１１９は、中間圧力を設定上限圧力以下にするために、圧力検出器１１８で検出される圧力が０．３ＭＰａ以上の場合、第２の低圧段放気二方弁１１３及び第３の低圧段放気二方弁１２３に開指令を行ない、圧力検出器１１８で検出される圧力が０．２ＭＰａ以上０．３ＭＰａ未満の場合、どちらか一方を開くために開指令を行なう。

第２の低圧段放気二方弁１１３及び第３の低圧段放気二方弁１２３、もしくはどちらか一方が開いたことにより、第２の低圧段放気二方弁１１３及び第３の低圧段放気二方弁１２３、もしくはどちらか一方から大気開放される一部の圧縮空気の量が段階的に調整可能になる。

このように、本実施例によれば、多段空気圧縮機の中間圧力が所定以上になった場合でも、放気電磁弁から低圧段圧縮機本体で圧縮した空気の一部の量を段階的に調整可能として外気に放出するので、圧縮機は運転を停止することなく運転を継続することができる。

図４は本実施例における多段空気圧縮機の系統図である。図４において、図１と同じ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、図１と異なる点は、インタークーラ１０４と高圧段圧縮機本体１０２を接続する空気配管１０６の途中から、第４の低圧段放気配管１２４が分岐しており、第４の低圧段放気配管１２４に第４の低圧段放気二方弁１２５を設けたことにある。なお、第４の低圧段放気二方弁１２５は、第２の低圧段放気二方弁１１３と同様に、運転とは無関係に使える放気電磁弁である。

このように構成した本実施例では、多段空気圧縮機１００が運転されているときに、圧力検出器１１８で検出される圧力が制御装置１１９に予め設定された設定上限圧力を超えている場合に、制御装置１１９は、中間圧力を設定上限圧力以下にするために、第４の低圧段放気二方弁１２５を開くために第４の低圧段放気二方弁１２５に開指令を行なう。インタークーラ１０４で冷却された圧縮空気は第４の低圧段放気二方弁１２５が開いたことにより、第４の低圧段放気二方弁１２５から大気開放される一部の圧縮空気は、高圧段圧縮機本体１０２に導かれることになく大気開放される。このとき大気開放される一部の圧縮空気は、実施例１とは異なり、冷却された圧縮空気であるため、安全に外部へ排出できる。

このように、本実施例によれば、多段空気圧縮機の中間圧力が所定以上になった場合でも、冷却された圧縮空気の一部を外気に放出するので、圧縮機は運転を停止することなく運転を継続することができる。

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、上記実施例では、スクリュー圧縮機を例に説明したが、スクロール式、往復式、ロータリー式などの圧縮機でも摘要可能である。また、上記した各実施例は、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、本発明が、必ずしも説明した全ての構成要素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、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となる。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となる。

１００：多段空気圧縮機、１０１：低圧段圧縮機本体、１０２：高圧段圧縮機本体、１０３：フィルター、１０３Ａ：吸込み口、１０４：インタークーラ、１０５：空気配管、１０６：空気配管、１０７：逆止弁、１０８：アフタークーラ、１０９：空気配管、１１０：第１の低圧段放気配管、１１１：第２の低圧段放気配管、１１２：第１の低圧段放気二方弁、１１３：第２の低圧段放気二方弁、１１４：第１の高圧段放気配管、１１５：第２の高圧段放気配管、１１６：第１の高圧段放気二方弁、１１７：第２の高圧段放気二方弁、１１８：圧力検出器、１１９：制御装置、１２０：吐出空気配管、１２１：圧力検出器、１２２：第３の低圧段放気配管、１２３：第３の低圧段放気二方弁、１２４：第４の低圧段放気配管、１２５：第４の低圧段放気二方弁

Claims

低圧段圧縮機本体と高圧段圧縮機本体の空気経路を直列に接続する多段空気圧縮機であって、
前記低圧段圧縮機本体と前記高圧段圧縮機本体は第１の空気配管で配管接続されており、
前記第１の空気配管の途中に接続された圧力検出器と、
前記第１の空気配管の途中から分岐する第１の放気配管と、
前記第１の放気配管に設けられた第１の放気電磁弁と、
前記圧力検出器が検出した圧力値が入力され前記第１の放気電磁弁を制御する制御装置を有し、
前記制御装置は、前記圧力検出器が検出した圧力が所定以上になった場合に、前記圧力検出器が検出した圧力に対応する弁開度で前記第１の放気電磁弁に開指令を行ない、前記低圧段圧縮機本体で圧縮した圧縮空気の一部を外気に放出することを特徴とする多段空気圧縮機。
請求項１に記載の多段空気圧縮機において、
前記第１の空気配管の途中から分岐する前記第１の放気配管と第２の放気配管と、
前記第２の放気配管に設けられた第２の放気電磁弁を有し、
前記制御装置は、前記第２の放気電磁弁を運転時に制御し、前記第１の放気電磁弁を運転とは無関係に前記圧力検出器が検出した圧力が所定以上になった場合に制御することを特徴とする多段空気圧縮機。
請求項１に記載の多段空気圧縮機において、
前記圧力検出器が検出した圧力と弁開度の対応表を有し、
前記制御装置は、前記対応表に従った弁開度で前記第１の放気電磁弁を制御することを特徴とする多段空気圧縮機。
請求項２に記載の多段空気圧縮機において、
前記第１の放気配管の途中から第３の放気配管が分岐しており、
前記第３の放気配管に設けられた第３の放気電磁弁を有し、
前記制御装置は、前記圧力検出器が検出した圧力に応じて、前記第１の放気電磁弁及び前記第３の放気電磁弁、もしくはどちらか一方の放気電磁弁に開指令を行ない、前記低圧段圧縮機本体で圧縮した圧縮空気の一部を外気に放出することを特徴とする多段空気圧縮機。
低圧段圧縮機本体と高圧段圧縮機本体の空気経路を直列に接続する多段空気圧縮機であって、
前記低圧段圧縮機本体の吐出側と前記高圧段圧縮機本体の吸込み側との間には、インタークーラが設けられており、
前記インタークーラは、前記低圧段圧縮機本体と第１の空気配管で接続され、前記高圧段圧縮機本体と第２の空気配管で接続されており、
前記第２の空気配管の途中に接続された圧力検出器と、
前記第２の空気配管の途中から分岐する第４の放気配管と、
前記第４の放気配管に設けられた第４の放気電磁弁と、
前記圧力検出器が検出した圧力値が入力され、前記第４の放気電磁弁を制御する制御装置を有し、
前記制御装置は、前記圧力検出器が検出した圧力が所定以上になった場合に、前記圧力検出器が検出した圧力に対応する弁開度で前記第４の放気電磁弁に開指令を行ない、前記低圧段圧縮機本体で圧縮され前記インタークーラで冷却された圧縮空気の一部を外気に放出することを特徴とする多段空気圧縮機。