JPWO2018025368A1 - 給油式空気圧縮機 - Google Patents

Abstract

吸気温度の変動にかかわらず、圧縮効率を高めることができる給油式空気圧縮機を提供する。給油式空気圧縮機は、圧縮機本体２の吸気温度Ｔsを検出する吸気温度センサ１１と、圧縮機本体２の圧縮室への給油温度Ｔoilを検出する給油温度センサ１２と、給油温度と吸気温度との差（Ｔoil−Ｔs）を演算し、この温度差（Ｔoil−Ｔs）が予め設定された目標範囲となるように、オイルクーラ８の冷却力を可変制御する制御装置１０とを備える。

Description

本発明は、圧縮室に油を注入しつつ空気を圧縮する給油式空気圧縮機に関する。

給油式空気圧縮機は、圧縮機本体、油分離器、及び給油系統を備える。圧縮機本体は、空気の圧縮熱の冷却、ロータの潤滑、及び圧縮室のシールなどを目的として圧縮室に油を注入しつつ、空気を圧縮する。油分離器は、圧縮機本体から吐出された圧縮空気から油を分離する。給油系統は、油分離器で分離された油を圧縮機本体の圧縮室へ供給しており、油を冷却するオイルクーラを有する。

このような給油式空気圧縮機において、オイルクーラへ冷却風を供給する冷却ファンと、冷却ファンの回転数を可変制御する制御装置と、圧縮機本体と油分離器の間に設けられた吐出温度センサとを備えたものが知られている（例えば特許文献１参照）。制御装置は、吐出温度センサで検出された吐出温度が予め設定された所定値（詳細には、凝縮水が発生する限界値より高い値）となるように、冷却ファンの回転数を可変制御して、圧縮機本体の圧縮室への給油温度を制御する。これにより、圧縮空気の温度が低下して凝縮水が発生するのを防止するようになっている。

特開２００９−８５０４５号公報

ところで、例えば昼夜や季節の変化に伴い、外気温度が変動して、圧縮機本体の吸気温度が変動する。上記従来技術では、圧縮機本体の吐出温度が目標値となるように圧縮室への給油温度を制御することから、吸気温度が高くなれば給油温度を下げる一方、吸気温度が低くなれば給油温度を上げる。そのため、給油温度と吸気温度の差が著しく変動する。したがって、圧縮効率が変動し、条件によっては圧縮効率が低下する。

本発明は、上記事柄に鑑みてなされたものであり、吸気温度の変動にかかわらず、圧縮効率を高めることを課題の一つとする。

上記課題を解決するために、請求の範囲に記載の構成を適用する。本発明は、上記課題を解決するための手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、圧縮室に油を注入しつつ空気を圧縮する圧縮機本体と、前記圧縮機本体から吐出された圧縮空気から油を分離する油分離器と、前記油分離器で分離された油を前記圧縮機本体の圧縮室へ供給する給油系統と、前記給油系統に設けられて油を冷却するオイルクーラと、を備えた給油式空気圧縮機において、前記圧縮機本体の吸気温度を検出する吸気温度センサと、前記圧縮機本体の圧縮室への給油温度を検出する給油温度センサと、前記給油温度センサで検出された給油温度と前記吸気温度センサで検出された吸気温度との差を演算し、この温度差が予め設定された目標範囲又は目標値となるように、前記オイルクーラの冷却力を可変制御する制御装置と、を備える。

本発明によれば、吸気温度の変動にかかわらず、圧縮効率を高めることができる。

なお、上記以外の課題、構成及び効果は、以下の説明により明らかにされる。

本発明の第１の実施形態における給油式空気圧縮機の構成を表す概略図である。 本発明の第１の実施形態における制御装置の制御内容を表すフローチャートである。 給油温度と吸気温度の差（Ｔoil−Ｔs）と体積効率ηvの関係を表す図である。 給油温度と吸気温度の差（Ｔoil−Ｔs）と油の動粘度の関係を表す図である。 給油温度と吸気温度の差（Ｔoil−Ｔs）と全断熱効率ηadの関係を表す図である。 本発明の一変形例における給油式空気圧縮機の構成を表す概略図である。 本発明の第２の実施形態における給油式空気圧縮機の構成を表す概略図である。 本発明の第２の実施形態における制御装置の制御内容を表すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態における給油式空気圧縮機の構成を表す概略図である。 本発明の第３の実施形態における制御装置の処理手順を表すフローチャートである。

本発明の第１の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施形態における給油式空気圧縮機の構成を表す概略図である。

本実施形態の給油式空気圧縮機は、モータ１（電動機）と、モータ１によって駆動する圧縮機本体２と、圧縮機本体２の吸入側に接続された吸入系統３と、圧縮機本体２の吐出側に吐出系統４を介し接続された油分離器５とを備える。

圧縮機本体２は、詳細を図示しないものの、互いに噛み合う雌雄一対のスクリューロータと、それらを収納するケーシングとを有しており、スクリューロータの歯溝に圧縮室が形成される。モータ１によってスクリューロータが回転すると、圧縮室がロータの軸方向に移動する。圧縮室は、吸入系統３から空気を吸入し、空気を圧縮し、圧縮空気を吐出系統４に吐出する。圧縮機本体２は、空気の圧縮熱の冷却、ロータの潤滑、及び圧縮室のシールなどを目的として、吸気過程の圧縮室に油を注入するようになっている。

油分離器５は、圧縮機本体２から吐出された圧縮空気から油を分離する。油分離器５で分離された圧縮空気は、圧縮空気系統６を介し需要先へ供給される。一方、油分離器５で分離された油は、油分離器５と圧縮機本体２の圧縮室の間の圧力差によって、給油系統７を介し圧縮室へ供給される。給油系統７は、空冷式のオイルクーラ８（熱交換器）を有している。オイルクーラ８は、冷却ファン９から供給された冷却風によって油を冷却する。

本実施形態の給油式空気圧縮機は、モータ１及び冷却ファン９を制御する制御装置１０を備える。また、吸入系統３に設けられ、圧縮機本体２の吸気温度を検出する吸気温度センサ１１と、給油系統７のオイルクーラ８の下流側に設けられ、圧縮機本体２の圧縮室への給油温度を検出する給油温度センサ１２を備える。また、吐出系統４（言い換えれば、圧縮機本体２と油分離器５の間）に設けられた吐出温度センサ１３を備える。

制御装置１０は、給油温度センサ１２で検出された給油温度Ｔoilと吸気温度センサ１１で検出された吸気温度Ｔsとの差を演算し、この温度差（Ｔoil−Ｔs）が予め設定された目標範囲（目標高値（Ｔh＋ΔＴh）から目標低値（Ｔh−ΔＴhまでの範囲）となるように、冷却ファン９の回転数を可変制御するようになっている。なお、値Ｔhは、油の種類に応じて設定すればよく、例えばＩＳＯ粘度グレード３２の油であれば、３０℃に設定することが好ましい（詳細は後述）。値ΔＴhは、例えば３℃、２℃、又は１℃に設定することが好ましい。

また、制御装置１０は、吐出温度センサ１３で検出された吐出温度Ｔdが予め設定された所定値Ｔdst（詳細には、凝縮水が発生する限界値、若しくはそれより高い値）より大きくなるように、冷却ファン９の回転数を可変制御するようになっている。

次に、本実施形態の制御装置１０の制御手順について説明する。図２は、制御装置１０の制御内容を表すフローチャートである。

まず、ステップＳ１００にて、制御装置１０は、運転スイッチの操作等に応じてモータ１を起動する。その後、ステップＳ１１０に進み、制御装置１０は、吐出温度センサ１３で検出された吐出温度Ｔdが所定値Ｔdstより大きいかを判定する。吐出温度Ｔdが所定値Ｔdst以下である場合は、ステップＳ１１０の判定が満たされず、ステップＳ１１０の判定を繰り返す。吐出温度Ｔdが所定値Ｔdstより大きい場合は、ステップＳ１１０の判定が満たされ、ステップＳ１２０に移る。

ステップＳ１２０では、制御装置１０は、冷却ファン９を起動する。その後、ステップＳ１３０に進み、制御装置１０は、吐出温度センサ１３で検出された吐出温度Ｔdが予め設定された制限値Ｔdlim（但し、Ｔdlim＜Ｔdst）以上であるかを判定する。吐出温度Ｔdが制限値Ｔdlimより小さい場合は、ステップＳ１３０の判定が満たされず、ステップＳ１４０に移る。ステップＳ１４０では、制御装置１０は、警報器を駆動するとともに、モータ１を停止する。吐出温度Ｔdが制限値Ｔdlim以上である場合は、ステップＳ１３０の判定が満たされ、ステップＳ１５０に移る。

ステップＳ１５０では、制御装置１０は、給油温度センサ１２で検出された給油温度Ｔoilと吸気温度センサ１１で検出された吸気温度Ｔsの差を演算し、この温度差（Ｔoil−Ｔs）が目標高値（Ｔh＋ΔＴh）以下であるかを判定する。温度差（Ｔoil−Ｔs）が目標高値（Ｔh＋ΔＴh）より大きい場合は、ステップＳ１５０の判定が満たされず、ステップＳ１６０に移る。

ステップＳ１６０では、制御装置１０は、冷却ファン９の回転数Ｎfが最大値Ｎfmaxより小さいかを判定する。冷却ファン９の回転数Ｎfが最大値Ｎfmaxより小さい場合は、ステップＳ１６０の判定が満たされ、ステップＳ１７０に移る。ステップＳ１７０では、制御装置１０は、冷却ファン９の回転数Ｎfを増加して、オイルクーラ８の冷却力を上げる。これにより、給油温度Ｔoilを下げる。その後、上述のステップＳ１３０に移って上記同様の手順を繰り返す。冷却ファン９の回転数Ｎfが最大値Ｎfmaxに達している場合は、ステップＳ１６０の判定が満たされず、上述のステップＳ１３０に移って上記同様の手順を繰り返す。

ステップＳ１５０にて温度差（Ｔoil−Ｔs）が目標高値（Ｔh＋ΔＴh）以下である場合は、その判定が満たされ、ステップＳ１８０に移る。ステップＳ１８０では、制御装置１０は、温度差（Ｔoil−Ｔs）が目標低値（Ｔh−ΔＴh）以上であるか判定する。温度差（Ｔoil−Ｔs）が目標低値（Ｔh−ΔＴh）より小さい場合は、ステップＳ１８０の判定が満たされず、ステップＳ１９０に移る。

ステップＳ１９０では、制御装置１０は、冷却ファン９の回転数Ｎfが最小値Ｎfminより大きいかを判定する。冷却ファン９の回転数Ｎfが最小値Ｎfminより大きい場合は、ステップＳ１９０の判定が満たされ、ステップＳ２００に移る。ステップＳ２００では、制御装置１０は、冷却ファン９の回転数Ｎfを減少して、オイルクーラ８の冷却力を下げる。これにより、給油温度Ｔoilを上げる。その後、上述のステップＳ１３０に移って上記同様の手順を繰り返す。冷却ファン９の回転数Ｎfが最小値Ｎfminに達している場合は、ステップＳ１９０の判定が満たされず、上述のステップＳ１３０に移って上記同様の手順を繰り返す。

ステップＳ１８０にて温度差（Ｔoil−Ｔs）が目標低値（Ｔh−ΔＴh）以上である場合は、その判定が満たされ、ステップＳ２１０に移る。ステップＳ２１０では、制御装置１０は、吐出温度センサ１３で検出された吐出温度Ｔdが所定値Ｔdstより大きいかを判定する。吐出温度Ｔdが所定値Ｔdst以下である場合は、ステップＳ２１０の判定が満たされず、上述のステップＳ１９０に移って上記同様の手順を繰り返す。吐出温度Ｔdが所定値Ｔdstより大きい場合は、ステップＳ２１０の判定が満たされ、上述のステップＳ１３０に移って上記同様の手順を繰り返す。

以上のように本実施形態では、制御装置１０は、給油温度と吸気温度の差（Ｔoil−Ｔs）が目標範囲（Ｔh＋ΔＴh）〜（Ｔh−ΔＴh）となるように、冷却ファン９の回転数を可変制御する。これにより、吸気温度の変動にかかわらず、圧縮効率（全断熱効率）を高めることができる。

上述した本発明の効果を、図３〜図５を用いて説明する。図３は、給油温度と吸気温度の差（Ｔoil−Ｔs）と体積効率ηvの関係を表す図である。図４は、給油温度と吸気温度の差（Ｔoil−Ｔs）と油の動粘度の関係を表す図である。図５は、給油温度と吸気温度の差（Ｔoil−Ｔs）と全断熱効率ηadの関係を表す図である。

図３で示すように、給油温度と吸気温度の差（Ｔoil−Ｔs）が減少すると、下記の式（１）で定義された圧縮機の体積効率ηvが増加する。式（１）中のＶthは理論空気量（一定値）、Ｑsは吸入状態に換算した実空気量である（但し、Ｑs≦Ｖth）。

すなわち、例えば、圧縮室に注入した油によって空気の温度が２０℃から６０℃に上昇する場合より、空気の温度が２０℃から５０℃に上昇した場合のほうが、空気の膨張率が小さいため、吸入状態（吸気温度２０℃）に換算した実空気量Ｑsが大きくなる。そのため、下記の式（２）で定義された理論断熱空気動力Ｌadが大きくなり、下記の式（３）で定義された全断熱効率ηadが大きくなる。ここで、式（２）中のｋは比熱比、Ｐsは吸入圧力（絶対圧）、Ｐdは吐出圧力（絶対圧）である。式（３）中のＬsは実際の軸動力である。

したがって、図５で示すように、給油温度と吸気温度の差（Ｔoil−Ｔs）が値Ｔhより大きければ、温度差（Ｔoil−Ｔs）の減少に従って全断熱効率ηadが増加する傾向となる。

一方、図４で示すように、温度差（Ｔoil−Ｔs）の減少に従って油の粘度が増加する。そして、温度差（Ｔoil−Ｔs）が値Ｔhより小さくなれば、油の粘性による機械損失が増加し始める。そのため、実際の軸動力Ｌsが大きくなり、全断熱効率ηadが小さくなる。

したがって、図５で示すように、給油温度と吸気温度の差（Ｔoil−Ｔs）が値Ｔhより小さければ、温度差（Ｔoil−Ｔs）の減少に従って全断熱効率ηadが減少する傾向となる。なお、本願発明者らの実験結果によれば、ＩＳＯ粘度グレード３２の油を用いた場合に、Ｔh＝３０℃程度である。

そして、本実施形態では、給油温度と吸気温度の差（Ｔoil−Ｔs）が目標範囲（Ｔh＋ΔＴh）〜（Ｔh−ΔＴh）となるように制御することにより、圧縮効率（全断熱効率）を高めることができる。

また、本実施形態では、吐出温度Ｔｄが所定値Ｔdstより大きくなるように制御することにより、圧縮空気の温度が低下して凝縮水が発生するのを防止することができる。

なお、第１の実施形態において、制御装置１０は、給油温度と吸気温度の差（Ｔoil−Ｔs）が予め設定された目標範囲（Ｔh＋ΔＴh）〜（Ｔh−ΔＴh）となるように、冷却ファン９の回転数（すなわち、オイルクーラ８の冷却力）を可変制御する場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。すなわち、制御装置１０は、給油温度と吸気温度の差（Ｔoil−Ｔs）が予め設定された目標値Ｔhとなるように、オイルクーラ８の冷却力を可変制御してもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。

また、第１の実施形態において、制御装置１０は、吐出温度センサ１３で検出された吐出温度が予め設定された所定値Ｔdstより大きくなるように、オイルクーラ８の冷却力を可変制御する場合（すなわち、図２のステップＳ２１０の判定を行うとともに、ステップＳ２１０の判定が満たされないときにステップＳ１９０及びＳ２００の処理を行う場合）を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。

具体的には、図６で示す変形例のように、給油系統７Ａは、オイルクーラ８をバイパスするバイパス配管１４と、バイパス配管１４の上流側分岐点に設けられた温度調節弁（三方弁）１５とを有してもよい。温度調節弁１５は、油の温度を検知するとともに、油の温度に応じてオイルクーラ８側の流量とバイパス配管１４側の流量の割合を調節する。これにより、吐出温度Ｔdが所定値Ｔdstより大きくなるように、圧縮機本体２の圧縮室へ供給する油の温度を調整する。したがって、制御装置１０は、ステップＳ２２０の判定を行わないように構成することが可能となる。このような変形例でも、上記同様の効果を得ることができる。

本発明の第２の実施形態を、図７及び図８を用いて説明する。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。

図７は、本実施形態における給油式空気圧縮機の構成を表す概略図である。

本実施形態では、冷却ファン９は、一定の回転数で駆動する。給油系統７Ｂは、オイルクーラ８の上流側（但し、下流側であってもよい）に設けられた流量制御弁１６を有する。流量制御１６は、その開度によって、オイルクーラ８を経由して圧縮機本体２の圧縮室へ供給する油の流量を制御可能としている。

制御装置１０Ａは、給油温度センサ１２で検出された給油温度Ｔoilと吸気温度センサ１１で検出された吸気温度Ｔsとの差を演算し、この温度差（Ｔoil−Ｔs）が予め設定された目標範囲（目標高値（Ｔh＋ΔＴh）から目標低値（Ｔh−ΔＴhまでの範囲）となるように、流量制御弁１６の開度を可変制御するようになっている。

また、制御装置１０Ａは、吐出温度センサ１３で検出された吐出温度Ｔdが予め設定された所定値Ｔdst（詳細には、凝縮水が発生する限界値、若しくはそれより高い値）より大きくなるように、流量制御弁１６の開度を可変制御するようになっている。

次に、本実施形態の制御装置１０Ａの制御手順について説明する。図８は、制御装置１０Ａの制御内容を表すフローチャートである。

ステップＳ１００〜Ｓ１２０を経て、ステップＳ２２０に進み、制御装置１０Ａは、流量制御弁１６を全開にする。その後、ステップＳ１３０を経て、ステップＳ１５０に進み、制御装置１０Ａは、給油温度センサ１２で検出された給油温度Ｔoilと吸気温度センサ１１で検出された吸気温度Ｔsの差を演算し、この温度差（Ｔoil−Ｔs）が目標高値（Ｔh＋ΔＴh）以下であるかを判定する。温度差（Ｔoil−Ｔs）が目標高値（Ｔh＋ΔＴh）より大きい場合は、ステップＳ１５０の判定が満たされず、ステップＳ２３０に移る。

ステップＳ２３０では、制御装置１０Ａは、流量制御弁１６の開度Ｏvが最小値Ｏvminより大きいかを判定する。流量制御弁１６の開度Ｏvが最小値Ｏvminより大きい場合は、ステップＳ２３０の判定が満たされ、ステップＳ２４０に移る。ステップＳ２４０では、制御装置１０Ａは、流量制御弁１６の開度Ｏvを減少する。これにより、オイルクーラ８を経由して圧縮機本体２の圧縮室へ供給する油の流量を減少させるとともに、給油温度Ｔoilを下げる。その後、ステップＳ１３０に移る。流量制御弁１６の開度Ｏvが最小値Ｏvminに達している場合は、ステップＳ２３０の判定が満たされず、ステップＳ１３０に移る。

ステップＳ１５０にて温度差（Ｔoil−Ｔs）が目標高値（Ｔh＋ΔＴh）以下である場合は、その判定が満たされ、ステップＳ１８０に移る。ステップＳ１８０では、制御装置１０Ａは、温度差（Ｔoil−Ｔs）が目標低値（Ｔh−ΔＴh）以上であるか判定する。温度差（Ｔoil−Ｔs）が目標低値（Ｔh−ΔＴh）より小さい場合は、ステップＳ１８０の判定が満たされず、ステップＳ２５０に移る。

ステップＳ２５０では、制御装置１０Ａは、流量制御弁１６の開度Ｏvが最大値Ｏvmaxより小さいかを判定する。流量制御弁１６の開度Ｏvが最大値Ｏvmaxより小さい場合は、ステップＳ２５０の判定が満たされ、ステップＳ２６０に移る。ステップＳ２６０では、制御装置１０Ａは、流量制御弁１６の開度Ｏvを増加する。これにより、オイルクーラ８を経由して圧縮機本体２の圧縮室へ供給する油の流量を増加させるとともに、給油温度Ｔoilを上げる。その後、ステップＳ１３０に移る。流量制御弁１６の開度Ｏvが最大値Ｏvmaxに達している場合は、ステップＳ２５０の判定が満たされず、ステップＳ１３０に移る。

ステップＳ１８０にて温度差（Ｔoil−Ｔs）が目標低値（Ｔh−ΔＴh）以上である場合は、その判定が満たされ、ステップＳ２１０に移る。ステップＳ２１０では、制御装置１０Ａは、吐出温度センサ１３で検出された吐出温度Ｔdが所定値Ｔdstより大きいかを判定する。吐出温度Ｔdが所定値Ｔdst以下である場合は、ステップＳ２１０の判定が満たされず、上述のステップＳ２５０に移って上記同様の手順を繰り返す。吐出温度Ｔdが所定値Ｔdstより大きい場合は、ステップＳ２１０の判定が満たされ、Ｓ１３０に移る。

以上のように構成された本実施形態においても、第１の実施形態と同様、吸気温度の変動にかかわらず、圧縮効率を高めることができる。

詳しく説明すると、給油流量の変動を考慮する必要があるものの、上述の図５で示すように、給油温度と吸気温度の差（Ｔoil−Ｔs）が値Ｔhより大きければ、温度差（Ｔoil−Ｔs）の減少に従って全断熱効率ηadが増加する傾向となる。また、給油流量の変動を考慮する必要があるものの、上述の図５で示すように、給油温度と吸気温度の差（Ｔoil−Ｔs）が値Ｔhより小さければ、温度差（Ｔoil−Ｔs）の減少に従って全断熱効率ηadが減少する傾向となる。そして、本実施形態では、給油温度と吸気温度の差（Ｔoil−Ｔs）が目標範囲（Ｔh＋ΔＴh）〜（Ｔh−ΔＴh）となるように制御することにより、圧縮効率（全断熱効率）を高めることができる。

また、本実施形態では、吐出温度Ｔｄが所定値Ｔdstより大きくなるように制御することにより、圧縮空気の温度が低下して凝縮水が発生するのを防止することができる。

なお、第２の実施形態において、制御装置１０Ａは、給油温度と吸気温度の差（Ｔoil−Ｔs）が予め設定された目標範囲（Ｔh＋ΔＴh）〜（Ｔh−ΔＴh）となるように、流量制御弁１６の開度（すなわち、オイルクーラ８を経由して圧縮機本体２の圧縮室へ供給する油の流量）を可変制御する場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。すなわち、制御装置１０Ａは、給油温度と吸気温度の差（Ｔoil−Ｔs）が予め設定された目標値Ｔhとなるように、オイルクーラ８を経由して圧縮機本体２の圧縮室へ供給する油の流量を可変制御してもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。

また、第２の実施形態において、制御装置１０Ａは、吐出温度センサ１３で検出された吐出温度が予め設定された所定値Ｔdstより大きくなるように、オイルクーラ８を経由して圧縮機本体２の圧縮室へ供給する油の流量を可変制御する場合（すなわち、図８のステップＳ２１０の判定を行うとともに、ステップＳ２１０の判定が満たされないときにステップＳ２５０及びＳ２６０の処理を行う場合）を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。

具体的には、上述の図６で示した変形例と同様、給油系統７Ａは、オイルクーラ８をバイパスするバイパス配管１４と、バイパス配管１４の上流側分岐点に設けられた温度調節弁（三方弁）１５とを有してもよい。温度調節弁１５は、油の温度を検知するとともに、油の温度に応じてオイルクーラ８側の流量とバイパス配管１４側の流量の割合を調節する。これにより、吐出温度Ｔdが所定値Ｔdstより大きくなるように、圧縮機本体２の圧縮室へ供給する油の温度を調整する。したがって、制御装置１０Ａは、ステップＳ２２０の判定を行わないように構成することが可能となる。このような変形例でも、上記同様の効果を得ることができる。

本発明の第３の実施形態を、図９及び図１０を用いて説明する。なお、本実施形態において、第１及び第２の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。

図９は、本実施形態における給油式圧縮機の構成を表す概略図である。

本実施形態では、制御装置１０Ｂは、給油温度センサ１２で検出された給油温度Ｔoilと吸気温度センサ１１で検出された吸気温度Ｔsとの差を演算し、この温度差（Ｔoil−Ｔs）が予め設定された目標範囲（目標高値（Ｔh＋ΔＴh）から目標低値（Ｔh−ΔＴhまでの範囲）となるように、冷却ファン９の回転数及び流量制御弁１６の開度を可変制御するようになっている。

また、制御装置１０Ｂは、吐出温度センサ１３で検出された吐出温度Ｔdが予め設定された所定値Ｔdst（詳細には、凝縮水が発生する限界値、若しくはそれより高い値）より大きくなるように、冷却ファン９の回転数及び流量制御弁１６の開度を可変制御するようになっている。

次に、本実施形態の制御装置１０Ｂの制御手順について説明する。図１０は、制御装置１０Ｂの制御内容を表すフローチャートである。

ステップＳ１００〜Ｓ１２０、Ｓ２２０、及びＳ１３０を経て、ステップＳ１５０に進み、制御装置１０Ｂは、給油温度センサ１２で検出された給油温度Ｔoilと吸気温度センサ１１で検出された吸気温度Ｔsの差を演算し、この温度差（Ｔoil−Ｔs）が目標高値（Ｔh＋ΔＴh）以下であるかを判定する。温度差（Ｔoil−Ｔs）が目標高値（Ｔh＋ΔＴh）より大きい場合は、ステップＳ１５０の判定が満たされず、ステップＳ１６０に移る。

ステップＳ１６０では、制御装置１０Ｂは、冷却ファン９の回転数Ｎfが最大値Ｎfmaxより小さいかを判定する。冷却ファン９の回転数Ｎfが最大値Ｎfmaxより小さい場合は、ステップＳ１６０の判定が満たされ、ステップＳ１７０に移る。ステップＳ１７０では、制御装置１０Ｂは、冷却ファン９の回転数Ｎfを増加して、オイルクーラ８の冷却力を上げる。これにより、給油温度Ｔoilを下げる。その後、ステップＳ１３０に移る。

ステップＳ１６０にて冷却ファン９の回転数Ｎfが最大値Ｎfmaxに達している場合は、その判定が満たされず、ステップＳ２３０に移る。ステップＳ２３０では、制御装置１０Ｂは、流量制御弁１６の開度Ｏvが最小値Ｏvminより大きいかを判定する。流量制御弁１６の開度Ｏvが最小値Ｏvminより大きい場合は、ステップＳ２３０の判定が満たされ、ステップＳ２４０に移る。ステップＳ２４０では、制御装置１０Ｂは、流量制御弁１６の開度Ｏvを減少する。これにより、オイルクーラ８を経由して圧縮機本体２の圧縮室へ供給する油の流量を減少させるとともに、給油温度Ｔoilを下げる。その後、ステップＳ１３０に移る。流量制御弁１６の開度Ｏvが最小値Ｏvminに達している場合は、ステップＳ２３０の判定が満たされず、ステップＳ１３０に移る。

ステップＳ１５０にて温度差（Ｔoil−Ｔs）が目標高値（Ｔh＋ΔＴh）以下である場合は、その判定が満たされ、ステップＳ１８０に移る。ステップＳ１８０では、制御装置１０Ｂは、温度差（Ｔoil−Ｔs）が目標低値（Ｔh−ΔＴh）以上であるか判定する。温度差（Ｔoil−Ｔs）が目標低値（Ｔh−ΔＴh）より小さい場合は、ステップＳ１８０の判定が満たされず、ステップＳ１９０に移る。

ステップＳ１９０では、制御装置１０Ｂは、冷却ファン９の回転数Ｎfが最小値Ｎfminより大きいかを判定する。冷却ファン９の回転数Ｎfが最小値Ｎfminより大きい場合は、ステップＳ１９０の判定が満たされ、ステップＳ２００に移る。ステップＳ２００では、制御装置１０Ｂは、冷却ファン９の回転数Ｎfを減少して、オイルクーラ８の冷却力を下げる。これにより、給油温度Ｔoilを上げる。その後、ステップＳ１３０に移る。

ステップ１９０にて冷却ファン９の回転数Ｎfが最小値Ｎfminに達している場合は、その判定が満たされず、ステップＳ２５０に移る。ステップＳ２５０では、制御装置１０Ｂは、流量制御弁１６の開度Ｏvが最大値Ｏvmaxより小さいかを判定する。流量制御弁１６の開度Ｏvが最大値Ｏvmaxより小さい場合は、ステップＳ２５０の判定が満たされ、ステップＳ２６０に移る。ステップＳ２６０では、制御装置１０Ｂは、流量制御弁１６の開度Ｏvを増加する。これにより、オイルクーラ８を経由して圧縮機本体２の圧縮室へ供給する油の流量を増加させるとともに、給油温度Ｔoilを上げる。その後、ステップＳ１３０に移る。流量制御弁１６の開度Ｏvが最大値Ｏvmaxに達している場合は、ステップＳ２５０の判定が満たされず、ステップＳ１３０に移る。

ステップＳ１８０にて温度差（Ｔoil−Ｔs）が目標低値（Ｔh−ΔＴh）以上である場合は、その判定が満たされ、ステップＳ２１０に移る。ステップＳ２１０では、制御装置１０Ｂは、吐出温度センサ１３で検出された吐出温度Ｔdが所定値Ｔdstより大きいかを判定する。吐出温度Ｔdが所定値Ｔdst以下である場合は、ステップＳ２１０の判定が満たされず、上述のステップＳ１９０に移って上記同様の手順を繰り返す。吐出温度Ｔdが所定値Ｔdstより大きい場合は、ステップＳ２１０の判定が満たされ、Ｓ１３０に移る。

以上のように構成された本実施形態においても、第１及び第２の実施形態と同様、吸気温度の変動にかかわらず、圧縮効率を高めることができる。

なお、第３の実施形態において、制御装置１０Ｂは、給油温度と吸気温度の差（Ｔoil−Ｔs）が予め設定された目標範囲（Ｔh＋ΔＴh）〜（Ｔh−ΔＴh）となるように、冷却ファン９の回転数（すなわち、オイルクーラ８の冷却力）を可変制御するとともに、流量制御弁１６の開度（すなわち、オイルクーラ８を経由して圧縮機本体２の圧縮室へ供給する油の流量）を可変制御する場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。すなわち、制御装置１０Ｂは、給油温度と吸気温度の差（Ｔoil−Ｔs）が予め設定された目標値Ｔhとなるように、オイルクーラ８の冷却力を可変制御するとともに、オイルクーラ８を経由して圧縮機本体２の圧縮室へ供給する油の流量を可変制御してもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。

また、第１の実施形態において、制御装置１０は、吐出温度センサ１３で検出された吐出温度が予め設定された所定値Ｔdstより大きくなるように、オイルクーラ８の冷却力を可変制御するとともに、オイルクーラ８を経由して圧縮機本体２の圧縮室へ供給する油の流量を可変制御する場合（すなわち、図１０のステップＳ２１０の判定を行うとともに、ステップＳ２１０の判定が満たされないときにステップＳ１９０、Ｓ２００、Ｓ２５０、及びＳ２６０の処理を行う場合）を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。

具体的には、上述の図６で示した変形例と同様、給油系統７Ａは、オイルクーラ８をバイパスするバイパス配管１４と、バイパス配管１４の上流側分岐点に設けられた温度調節弁（三方弁）１５とを有してもよい。温度調節弁１５は、油の温度を検知するとともに、油の温度に応じてオイルクーラ８側の流量とバイパス配管１４側の流量の割合を調節する。これにより、吐出温度Ｔdが所定値Ｔdstより大きくなるように、圧縮機本体２の圧縮室へ供給する油の温度を調整する。したがって、制御装置１０Ｂは、ステップＳ２２０の判定を行わないように構成することが可能となる。このような変形例でも、上記同様の効果を得ることができる。

また、第１及び第２の実施形態において、給油式空気圧縮機は、空冷式のオイルクーラ８と、オイルクーラ８へ冷却風を供給する冷却ファン９を備え、制御装置１０又は１０Ａは、オイルクーラ８の冷却力を可変制御するために、冷却ファン９の回転数を可変制御する場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。すなわち、給油式圧縮機は、水冷式のオイルクーラと、オイルクーラへ冷却水を供給する冷却水供給系統とを備え、制御装置は、オイルクーラの冷却力を可変制御するために、冷却水の供給流量を可変制御してもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。

また、第２及び第３の実施形態において、給油系統７Ｂは、流量制御弁１６を有し、制御装置１０Ａ又は１０Ｂは、オイルクーラ８を経由して圧縮機本体２の圧縮室へ供給する油の流量を可変制御するために、流量制御弁１６の開度を可変制御する場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。すなわち、給油系統は、ポンプを有し、制御装置は、オイルクーラ８を経由して圧縮機本体２の圧縮室へ供給する油の流量を可変制御するために、ポンプの回転数を可変制御してもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。

また、第１〜第３の実施形態において、給油式空気圧縮機は、スクリュー型の圧縮機本体２を備えた場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。すなわち、給油式空気圧縮機は、例えばスクロール型の圧縮機本体を備えてもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。

２…圧縮機本体、５…油分離器、７，７Ａ，７Ｂ…給油系統、８…オイルクーラ、９…冷却ファン、１０，１０Ａ，１０Ｂ…制御装置、１１…吸気温度センサ、１２…給油温度センサ、１３…吐出温度センサ、１６…流量制御弁

本実施形態では、冷却ファン９は、一定の回転数で駆動する。給油系統７Ｂは、オイルクーラ８の上流側（但し、下流側であってもよい）に設けられた流量制御弁１６を有する。流量制御弁１６は、その開度によって、オイルクーラ８を経由して圧縮機本体２の圧縮室へ供給する油の流量を制御可能としている。

Claims (13)

1. 圧縮室に油を注入しつつ空気を圧縮する圧縮機本体と、
   前記圧縮機本体から吐出された圧縮空気から油を分離する油分離器と、
   前記油分離器で分離された油を前記圧縮機本体の圧縮室へ供給する給油系統と、
   前記給油系統に設けられて油を冷却するオイルクーラと、を備えた給油式空気圧縮機において、
   前記圧縮機本体の吸気温度を検出する吸気温度センサと、
   前記圧縮機本体の圧縮室への給油温度を検出する給油温度センサと、
   前記給油温度センサで検出された給油温度と前記吸気温度センサで検出された吸気温度との差を演算し、この温度差が予め設定された目標範囲又は目標値となるように、前記オイルクーラの冷却力を可変制御する制御装置と、を備えたことを特徴とする給油式空気圧縮機。
2. 請求項１に記載の給油式空気圧縮機において、
   前記圧縮機本体と前記油分離器の間に設けられた吐出温度センサを備え、
   前記制御装置は、前記吐出温度センサで検出された吐出温度が予め設定された所定値より大きくなるように、前記オイルクーラの冷却力を可変制御することを特徴とする給油式空気圧縮機。
3. 請求項１に記載の給油式空気圧縮機において、
   前記オイルクーラへ冷却風を供給する冷却ファンを備え、
   前記制御装置は、前記冷却ファンの回転数を可変制御することにより、前記オイルクーラの冷却力を可変制御することを特徴とする給油式空気圧縮機。
4. 請求項１に記載の給油式空気圧縮機において、
   前記目標範囲は２７℃〜３３℃であることを特徴とする給油式空気圧縮機。
5. 請求項１に記載の給油式空気圧縮機において、
   前記目標範囲は２８℃〜３２℃であることを特徴とする給油式空気圧縮機。
6. 請求項１に記載の給油式空気圧縮機において、
   前記目標範囲は２９℃〜３１℃であることを特徴とする給油式空気圧縮機。
7. 請求項１に記載の給油式空気圧縮機において、
   前記目標値は３０℃であることを特徴とする給油式空気圧縮機。
8. 請求項１に記載の給油式空気圧縮機において、
   前記制御装置は、前記温度差が前記目標範囲又は前記目標値となるように、前記オイルクーラの冷却力を可変制御するとともに、前記オイルクーラを経由して前記圧縮機本体の圧縮室に供給する油の流量を可変制御することを特徴とする給油式空気圧縮機。
9. 請求項８に記載の給油式空気圧縮機において、
   前記圧縮機本体と前記油分離器の間に設けられた吐出温度センサを備え、
   前記制御装置は、前記吐出温度センサで検出された吐出温度が予め設定された所定値より大きくなるように、前記オイルクーラの冷却力を可変制御するとともに、前記オイルクーラを経由して前記圧縮機本体の圧縮室に供給する油の流量を可変制御することを特徴とする給油式空気圧縮機。
10. 請求項８に記載の給油式空気圧縮機において、
    前記給油系統における前記オイルクーラの上流側又は下流側に設けられた流量制御弁を備え、
    前記制御装置は、前記流量制御弁の開度を可変制御することにより、前記オイルクーラを経由して前記圧縮機本体の圧縮室に供給する油の流量を可変制御することを特徴とする給油式空気圧縮機。
11. 圧縮室に油を注入しつつ空気を圧縮する圧縮機本体と、
    前記圧縮機本体から吐出された圧縮空気から油を分離する油分離器と、
    前記油分離器で分離された油を前記圧縮機本体の圧縮室へ供給する給油系統と、
    前記給油系統に設けられて油を冷却するオイルクーラと、を備えた給油式空気圧縮機において、
    前記圧縮機本体の吸気温度を検出する吸気温度センサと、
    前記圧縮機本体の圧縮室への給油温度を検出する給油温度センサと、
    前記給油温度センサで検出された給油温度と前記吸気温度センサで検出された吸気温度との差を演算し、この温度差が予め設定された目標範囲又は目標値となるように、前記オイルクーラを経由して前記圧縮機本体の圧縮室に供給する油の流量を可変制御する制御装置と、を備えたことを特徴とする給油式空気圧縮機。
12. 請求項１１に記載の給油式空気圧縮機において、
    前記圧縮機本体と前記油分離器の間に設けられた吐出温度センサを備え、
    前記制御装置は、前記吐出温度センサで検出された吐出温度が予め設定された所定値より大きくなるように、前記オイルクーラを経由して前記圧縮機本体の圧縮室に供給する油の流量を可変制御することを特徴とする給油式空気圧縮機。
13. 請求項１１に記載の給油式空気圧縮機において、
    前記給油系統における前記オイルクーラの上流側又は下流側に設けられた流量制御弁を備え、
    前記制御装置は、前記流量制御弁の開度を可変制御することにより、前記オイルクーラを経由して前記圧縮機本体の圧縮室に供給する油の流量を可変制御することを特徴とする給油式空気圧縮機。

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