WO2018105068A1 - 往復動圧縮機及びその制御方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a reciprocating compressor and a control method thereof.
- Patent Document 1 discloses an air compression ring in a cold state in an air compressor including a compressor body that compresses air, an air tank that stores compressed air, and a control device that controls the operation of the compressor body.
- a control method for preventing deterioration of the sealing performance due to the diameter reduction of the ring by increasing the number of rotations of the compressor in the cold state to heat the ring and thermally expanding the ring is described. Has been.
- Reciprocating compressors which are portable air compressors used as an air source for nailing machines and coating machines, are often used outdoors and stored, and are used in a wide temperature range. .
- the usable temperature range of the compressor is generally set to around 0 ° C to 40 ° C. However, if the compressor is used outside the operating temperature range, it may reduce the life of the compressor or cause a failure. There is a risk of being connected.
- a protective measure is installed to stop the compressor in error when the motor temperature exceeds a predetermined temperature.
- the present invention solves the problems of the prior art and provides a reciprocating compressor and its control method that enable stable use even when used outside the operating temperature range.
- a compressor body that compresses fluid by reciprocating a piston in a cylinder, a motor that drives the compressor body, and a control unit that controls the compressor body
- a reciprocating compressor comprising a tank that stores fluid compressed by the compressor body, and the control unit activates the compressor body when the pressure of the fluid in the tank falls below the activation pressure
- the compressor main body is controlled so that the compressor main body is stopped, and the control unit has a measurement temperature of a temperature sensor attached to the reciprocating compressor at a predetermined pressure at least one of the start pressure and the stop pressure. The pressure applied when the temperature is out of the temperature range is lower than the pressure applied when the temperature measured by the temperature sensor is within the predetermined temperature range.
- the fluid is compressed by driving the piston with a motor and reciprocating in the cylinder, the compressed fluid is stored in the tank, and the compressed fluid stored in the tank is compressed.
- the motor is stopped when the fluid pressure becomes higher than the preset stop pressure, and the motor is started when the compressed fluid pressure stored in the tank becomes lower than the preset start pressure.
- the control method of the reciprocating compressor that stores the fluid compressed in the tank in the tank, when the temperature measured by the temperature sensor attached to the reciprocating compressor deviates from the preset temperature range, at least one of the start pressure and the stop pressure One of them was lowered to control the start or stop of the motor.
- the compressor can be used stably even outside the operating temperature range.
- the present invention relates to a portable air compressor used as an air source for a nailing machine or a coating machine, and is in a cold state or a high temperature exceeding a normal usable temperature range of 0 ° C to 40 ° C. This is an air compressor that can be used stably even in a state.
- the present invention sucks outside air (air) with a multi-stage cylinder and compresses it stepwise, stores the compressed high pressure air in a storage tank, and stores the stored high pressure air in a nail.
- the cylinder In an air compressor that is supplied as needed as an air source for a hammer or painter, the cylinder is equipped with temperature detection means, and the operation control pressure of the air compressor is changed according to the cylinder temperature detected by the temperature detection means. In this way, when the cylinder is repeatedly driven and stopped, the cylinder is not subjected to a heavy load and the wear of the cylinder is suppressed, so that the cylinder can be stably used even in a cold state or a high temperature state.
- Cylinders equipped in air compressors are often molded from aluminum or iron-based materials, and surface treatments such as anodizing and plating are performed to prevent rust prevention and sliding resistance with the compression ring. It is common.
- the compression ring attached to the piston is hardened due to temperature changes.
- a strong force is applied to the inner surface of the cylinder, and the material formed by asserting the inner surface of the cylinder such as anodized is worn away. If the material formed by surface treatment disappears due to wear, the seal between the compression ring attached to the piston and the cylinder will be incomplete, causing air leakage from the compression ring and reducing the compressor performance. End up.
- ⁇ Current compressors for nailers are increasing in pressure and the pressure applied to the ring is high. As the piston-side ring is pressed against the cylinder at a higher pressure, the amount of wear on the cylinder surface treatment increases. Particularly in a compressor that performs pressure control, the condition of restarting from a stopped state under a relatively high pressure is a more severe condition for cylinder surface treatment wear than the compression ring is cooled and hardened. .
- the force pressed against the cylinder can be reduced by reducing the restart pressure of the air compressor while the temperature of the compression ring is cured. It is possible to prevent performance degradation (life reduction, maintenance cycle reduction) due to wear of the cylinder surface treatment.
- the air compressor when used at a high temperature outside the operating temperature range, the air compressor can be stopped by detecting an error such as overheating if used for a long time.
- the air compressor when used at a level where the air compressor does not stop due to overheating etc. for a short time, the ring wear is accelerated by sliding against the cylinder with high pressure while the compression ring is softened as the temperature rises. there's a possibility that.
- the stop pressure of the compressor when the cylinder temperature rises, the stop pressure of the compressor is reduced to prevent the compression ring from being accelerated. However, if only the stop pressure is reduced at this time, the pressure difference from the restart pressure becomes small, and the operation frequency of the compressor increases. Therefore, when the stop pressure is reduced, the restart pressure is also reduced. I did it.
- the temperature sensor already installed in the air compressor is used to predict the cylinder temperature, and when the cylinder temperature is lower than a preset specified value, the air compressor operated by pressure control is restarted. Reduce pressure. On the other hand, when the cylinder temperature is higher than a preset value, the restart pressure and stop pressure of the air compressor are reduced.
- the restart pressure of the air compressor is lowered, so that the force pressed against the cylinder in a state where the temperature of the compression ring is cured is reduced. It is designed to prevent performance degradation (life reduction, maintenance cycle reduction) due to wear.
- the compressor body 1 includes a crankcase 1A and a cylinder 18 and a cylinder 118 attached to the crankcase 1A.
- a shaft (rotary shaft) 6A of a motor 6 supported by bearings 3 and 4 passes through the crankcase 1A.
- the crankcase 1A covers the compressor body 1 and the motor 6.
- a stator 2 is directly fixed to one end of the crankcase 1A, and a bearing 3 that supports the shaft 6A is mounted.
- a bearing 4 that supports the shaft 6A is mounted on the side opposite to the mounting side of the stator 2. Thus, the bearing box 5 is fitted.
- a key 12 is embedded in the central portion of the shaft 6A that penetrates the crankcase 1A.
- the shaft 6A in which the key 12 is embedded is inserted into a connecting rod assembly 14 having a piston ring 13 for sealing and compressing air together with a balance 17 through an eccentric 16 eccentric with a bearing 15.
- the connecting rod assembly 14 and the balance 17 are supported from both sides by two bearings 3 and 4 attached to the crankcase 1A and the bearing housing 5.
- the shaft 6A in which the key 12 is embedded is also inserted into a connecting rod set 114 having a piston ring 113 for sealing and compressing air through an eccentric 116 eccentric with the bearing 115.
- the motor 6 is a motor that drives the compressor body 1 surrounded by a small dotted frame.
- the motor 6 includes a stator 2, a bearing 3, a shaft 6A, a key 7, a rotor 8, and a washer 9.
- a cooling fan 10 is attached to an end of the shaft 6A.
- a rotor 8 is attached to one end of the shaft 6A via a key 7.
- the rotor 8 is fixed in the axial direction by a fan shaft 11 for attaching a washer 9 and a cooling fan 10.
- the cooling fan 10 is a cooling fan for supplying cooling air to the inside of a cover 26, which will be described later, and cooling the components of the tank-integrated air compressor such as the compressor body 1 and the storage tanks 24 and 25.
- the cooling fan 10 is provided at the end of the shaft 6 ⁇ / b> A by the fan shaft 11 and is driven by the motor 6.
- crankcase 1A is attached to the crankcase 1A, respectively.
- a pair of cylinders 18 and 118 are provided, and the pair of cylinders 18 and 118 are attached so as to face each other with the crankcase 1A interposed therebetween.
- the cylinder 18 includes a flange 19 and an air valve 20.
- the crankcase 1 ⁇ / b> A is provided with a flange 19 for attaching the cylinder 18, and the cylinder 18, the air valve 20, and the cylinder head 21 are fixed to the flange 19 to form a compression chamber 23.
- a temperature detector 34 such as a thermometer is fixed to the outer wall surface of the cylinder 18 so as to monitor the temperature of the wall surface of the cylinder 18.
- the cylinder 118 includes a flange 119 and an air valve 120.
- the crankcase 1 ⁇ / b> A is provided with a flange 119 for attaching the cylinder 118.
- the cylinder 118, the air valve 120, and the cylinder head 121 are fixed to the flange 119 to form a compression chamber 123.
- the compressor body 1 in this embodiment will be described.
- the connecting rod assembly 114 and the piston ring 113 are moved into the compression chamber 123 by the eccentric 116. Reciprocate.
- the piston ring 113 sucks air into the compression chamber 123 through the cylinder head 121 and the air valve 120 in the suction process from the top dead center to the bottom dead center, and conversely compresses the sucked air in the discharge process toward the top dead center.
- the air is discharged through the air valve 120 and the cylinder head 121.
- the air discharged through the cylinder head 121 is further sent to the other cylinder 18.
- the shaft 6 ⁇ / b> A rotates and the piston ring 13 sucks the air compressed by the cylinder 118 into the compression chamber 23 through the cylinder head 21 and the air valve 20 in the suction process from the top dead center to the bottom dead center.
- the sucked air is further compressed and discharged through the air valve 20 and the cylinder head 21.
- the discharged compressed air is stored in storage tanks 24 and 25 described later.
- air is efficiently compressed by performing two-stage compression in which the air compressed by one cylinder 181 is further compressed by the other cylinder 18.
- FIG. 2 is a cross-sectional view of the tank-integrated air compressor 100.
- the compressor main body 1 described with reference to FIG. 1 is disposed above the two storage tanks 24 and 25, and the operation of the tank-integrated air compressor 100 is performed between the two storage tanks 24 and 25.
- a control set 30 for controlling the control is arranged. By driving the motor 6 and rotating the cooling fan 10, outside air is sucked from the intake port 35, the compressor body 1 is cooled and discharged from the exhaust port 36.
- This tank-integrated air compressor 100 employs a pressure operation control system, and the control set 30 controls the operation of the compressor body 1 in accordance with the pressure sensed by the pressure sensor 31 attached to the storage tank 24. .
- the operation mode uses a pressure control range change or an inverter. It is often set by changing the rotation speed of the motor 6.
- the tank-integrated air compressor 100 has three operation modes shown in the column of the operation mode 301 in FIG.
- the pressure control range 302 means that when the pressure in the storage tanks 24 and 25 reaches a predetermined set pressure (stop pressure 304), the operation of the compressor body 1 is stopped, and the pressure in the storage tanks 24 and 25 is set to a predetermined set pressure ( This is an operation control for restarting the compressor body 1 when the restart pressure 303) or lower is reached.
- the maximum rotational speed 305 defines the maximum value of the rotational speed of the motor 6.
- the operation mode 301 When the operation mode 301 is the powerful mode, it is effective when the amount of air used is large, but there is also a problem due to the high restart pressure 303. For example, there is a problem that wear is promoted by increasing the average load applied to the piston rings 13 and 113, the average load applied to the bearings 15 and 115 is increased, and the life of the bearings 15 and 115 is shortened. Design measures can be taken by optimizing the shapes of the rings 13 and 113 and increasing the size of the bearings 15 and 115.
- the powerful mode with a high restart pressure 303 causes the wear to be accelerated.
- the most severe conditions of cylinder sliding surface wear are as follows.
- the piston rings 13 and 113 are cured due to a decrease in the temperature of the piston rings 13 and 113 due to, for example, being left in a field where the temperature is low for a long time.
- the hardened piston rings 13 and 113 slide while being pressed against the inner surfaces of the cylinders 18 and 118 at a high restart pressure 303, so that the sliding surfaces inside the cylinders 18 and 118 are worn.
- the high-pressure air compressor used for the nailing machine is made of PEFE (Poly Tetra Fluoro Ethylen) as a piston ring material.
- PEFE Poly Tetra Fluoro Ethylen
- the material and the material of the cylinders 18 and 118 are often subjected to exterior treatment such as aluminum + alumite. In this material, the lower the ring temperature and the higher the pressure, the more the sliding surface wear of the cylinders 18 and 118 is promoted. Therefore, the minimum temperature and the maximum restart pressure that can be used in the combination of the materials of the piston rings 13 and 113 and the cylinders 18 and 118 are set, and the specifications of the tank-integrated air compressor 100 are set. In this machine, the minimum temperature is 0 ° C and the maximum restart pressure is set to 3.8MPa.
- the minimum operating temperature of the conventional air compressor is set to 0 ° C.
- the cylinder As a result, the wear of the sliding surface was accelerated, and parts such as a cylinder had to be replaced earlier than the normal maintenance cycle.
- the tank-integrated air compressor 100 in the present embodiment solves the above-described problems, and a solution to the problems will be described with reference to FIGS.
- FIG. 4 is a graph showing an operation pattern of a normal compressor for comparison with the present embodiment.
- the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the pressure of compressed air in the storage tank or in the flow path in the vicinity thereof.
- the tank-integrated air compressor 100 includes temperature detection means 32 and 33 in the control set 30 and the motor 6 for product protection.
- the temperature detection means 32 and 33 in the control set 30 and the motor 6 for product protection.
- a warning sound is emitted from the notification unit 37 and the lamp is turned on.
- the operation control for stopping the compressor body 1 is performed.
- temperature detecting means attached to the outer wall surface of the cylinder 18 When the temperature of the cylinder 18 is detected at 34 and the temperature is equal to or lower than the specified value, it is effective to lower the restart pressure 303 in the table shown in FIG.
- the graph shown in FIG. 5 is an operation pattern of the tank-integrated air compressor 100 applied in this embodiment in order to solve this problem.
- the temperature detecting means 34 provided on the outer wall surface of the cylinder 18 detects the temperature of the outer wall surface of the cylinder 18 and the temperature of the outer wall surface of the cylinder 18 is a specified value (for example, 0 ° C. or less)
- FIG. The restart pressure 303 shown in the table is set lower than the standard set value P1 and set to P11.
- the restart pressure 303 is reduced to 2.5 MPa, compared to 3.8 MPa when the temperature of the outer wall surface of the cylinder 18 is within a specified value range.
- the piston rings 13 and 113 formed of the Teflon (trade name) base material cured in a state where the temperature of the outer wall surface of the cylinder 18 is lower than the specified value are subjected to high pressure inside the cylinders 18 and 118. The amount of expansion can be reduced.
- the amount of change in the outer diameter of the piston rings 13 and 113 (the amount by which the outer diameter increases) can be reduced as compared with the case where the restart pressure is not lowered, and the sliding of the inner wall surfaces of the cylinders 18 and 118 is reduced.
- the amount of wear of the moving surface can be suppressed.
- the motor 6 of the compressor body 1 is activated by the input means such as a switch (not shown) via the control set 30 to start operation (S601).
- the pressure of the air inside the storage tank 24 is detected by the pressure sensor 31, and it is checked whether the pressure inside the storage tank 24 has reached a preset stop pressure: 304 (S602).
- the pressure inside the storage tank 24 is monitored by the pressure sensor 31 (S604), and the pressure inside the storage tank 24 has not dropped to the preset restart pressure 303. In the case (NO in S604), the state of the operation stop S603 is continued.
- the temperature ( ⁇ 1) of the outer wall surface of the cylinder 18 detected by the temperature detection means 34 is set in advance. It is checked whether it is above (S605). If the temperature ( ⁇ 1) of the outer wall surface of the cylinder 18 is equal to or higher than a specified value (YES in S605), the motor 6 of the compressor body 1 is restarted. The operation is resumed (S606), and the process returns to S602. The pressure inside the storage tank 24 is checked.
- the restart pressure is reset (S607), and it is checked whether the internal pressure of the storage tank 24 monitored by the pressure sensor 31 has reached the reset restart pressure (S608).
- the reset restart pressure has not been reached (NO in S608), monitoring of the pressure inside the storage tank 24 is continued. If the internal pressure of the storage tank 24 has reached the reset restart pressure (YES in S608), the process proceeds to S606 to restart the motor 6 of the compressor body 1 and resume the operation.
- these operations can be performed using operation modes with different pressure settings shown in FIG.
- the operation is performed in the normal mode even if the operation operation in the powerful mode is performed on the operation panel or the like.
- the operation mode is switched to the powerful mode.
- the use of this operation mode is not limited to the present embodiment, and can be similarly applied to the following embodiments.
- the temperature detection means 34 is provided on the outer wall surface of the cylinder 18.
- the temperature of the cylinder 18 is predicted using the value of the existing temperature detection means 32.33. It is good also as a method to do.
- the temperature of the air compressed and discharged by the cylinder 18 may be measured, and the processing flow described with reference to FIG. 6 may be executed with the temperature of the compressed air as ⁇ 1. That is, in S605, when the temperature ⁇ 1 of the air compressed and discharged by the cylinder 18 is out of the predetermined temperature range set in advance (in the case of NO in S605), the restart pressure is reset in S607, If the temperature ⁇ 1 of the air compressed and discharged by the cylinder 18 is within a predetermined temperature range set in advance (YES in S605), the compressor main body 1 may be restarted in S606.
- FIG. 7 shows a modification of this embodiment.
- the restart pressure is not dropped at once, but is shown in FIG.
- the control pressure is reduced stepwise according to the cylinder temperature.
- the reliability of the piston ring and the cylinder can be maintained without rapidly reducing the amount of compressed air generated.
- a tank-integrated air compressor control method according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIGS.
- the compressor stops due to an error such as overheating if it is used for a long time, but the compressor does not stop for a short time.
- the compressor stops due to an error such as overheating if it is used for a long time, but the compressor does not stop for a short time.
- the compression ring accompanying temperature rise is softened and pressed against the cylinder with high pressure, it will solve the problem that ring wear may be accelerated.
- the temperature rises it is possible to prevent the compression ring from being accelerated by reducing the stop pressure and restart pressure of the compressor.
- the configuration of the tank-integrated air compressor in this embodiment is basically the same as that shown in FIGS. 1 and 2 described in the first embodiment.
- the piston ring 13 on the cylinder 18 side and the cylinder 118 side of the compressor body 1 shown in FIG. 113 is softened, the piston rings 13 and 113 are pressed against the cylinders 18 and 118 by the air pressure during compression, and when the piston rings 13 and 113 slide in the cylinders 18 and 118 by the operation of the compressor, the softened pistons There is a concern that the wear of the rings 13 and 113 is accelerated.
- operating conditions of a compressor in which wear is accelerated are when the temperature of the piston rings 13 and 113 is high and a large load is applied to the piston rings 13 and 113, that is, the ambient temperature is high and continuous operation is performed at a high pressure. This is the case.
- the upper limit of the operating temperature range of the machine is set to 40 ° C. based on the life calculation results and reliability test results of each part. If the product is used at a high temperature outside the operating temperature range of the product, the temperatures of the cylinders 18 and 118 and the piston rings 13 and 113 rise, the wear of the piston rings 13 and 113 is accelerated, and the maintenance cycle is shortened. was there.
- a temperature detecting means 34 for detecting a temperature rise of the cylinder 18 and the piston ring 13 is provided on the outer wall surface of the cylinder 18.
- the temperature of the cylinder 18 detected by the temperature detecting means 34 exceeds a specified value, and the cylinder 18 and the piston ring 13.
- the control set 30 is mounted with a control for lowering the stop pressure with respect to the stop pressure set on the assumption that the temperature of the cylinder 18 is within the range of the specified value.
- FIG. 8 shows an operation pattern of the tank-integrated air compressor 100 in this embodiment.
- the normal mode is set out of the three types of operation modes 301 of the machine shown in FIG. 3, for example, normal (the temperature of the outer wall surface of the cylinder 18 detected by the temperature detecting means 34 is within a predetermined specified range).
- the stop pressure of 4.2 MPa and the restart pressure of 3.2 MPa are changed to the stop pressure of 3.5 MPa and the restart pressure of 2.5 MPa.
- the motor 6 of the compressor main body 1 is activated via the control set 30 by an input means such as a switch (not shown) to start operation (S901).
- an input means such as a switch (not shown) to start operation (S901).
- S902 it is determined whether the temperature ⁇ 2 of the cylinder 18 detected by the temperature detection means 32 attached to the cylinder 18 exceeds a preset temperature (S902).
- the pressure of the air inside the storage tank 24 is detected by the pressure sensor 31 and stored. It is checked whether the internal pressure of the tank 24 has reached a preset stop pressure 304 (S903).
- the stop pressure and the restart pressure are reset as described with reference to FIG. Then, it is monitored whether the internal pressure of the storage tank 24 has reached the reset stop pressure (S907).
- the temperature ⁇ 2 of the outer wall surface of the cylinder 18 exceeds the specified value (set temperature) at the start of the operation or during the operation, and from S907 to S910 based on the stop pressure and the restart pressure reset in S906.
- the temperature ⁇ 2 of the outer wall surface of the cylinder 18 becomes lower than the specified value (set temperature) at a certain point in time (NO in S902).
- the operation is stopped in S904 and the operation is restarted in S910de based on the preset stop pressure and restart pressure used for the determination in S903 and S905.
- the stop pressure once lowered from P2 is raised again to P2, and the restart pressure once lowered from P1 to P14 is raised to P1 to perform the reboot.
- the compression ratio of the compressor main body 1 is reduced, and the amount of heat generated by the compression is also reduced. Therefore, the temperatures of the cylinders 18 and 118 and the piston rings 13 and 113 are reduced. The rise can be prevented. Therefore, even if the customer uses the compressor main body 1 at a high temperature outside the product use temperature range, the temperature of the cylinders 18 and 118 and the piston rings 13 and 113 can be prevented from rising above the specified value. , 113 can be prevented from being extremely accelerated.
- the tank-integrated air compressor 100 has a function applicable to both a case where the ambient temperature is used in a cold region where the ambient temperature is 0 ° C. or less and a case where the tank is used in a region where the temperature is extremely high exceeding 40 ° C. The case will be described.
- the tank-integrated air compressor 100 performs the control shown in FIG. 5 or FIG. 7 described in the first embodiment when used in a cold district where the ambient temperature is 0 ° C. or less. When it is used and used in a place of extreme heat exceeding 40 ° C., it has a function of executing the control as shown in FIG.
- the motor 6 of the compressor main body 1 is activated via the control set 30 by input means such as a switch (not shown) to start operation (S1001).
- a preset temperature first set temperature
- the pressure sensor 31 detects the pressure of the air inside the storage tank 24, and stores it. It is checked whether the internal pressure of the tank 24 has reached a preset stop pressure 304 (S1003).
- the temperature ⁇ 3 of the cylinder 18 detected by the temperature detecting means 32 exceeds the first set temperature (in the case of YES in S1002), as described with reference to FIG.
- the starting pressure is reset (S1006), and it is monitored whether the internal pressure of the storage tank 24 has reached the reset stop pressure (S1007). If the internal pressure of the storage tank 24 has not reached the reset stop pressure (NO in S1007), the monitoring of the internal pressure of the storage tank 24 is continued while the operation of the compressor body 1 is continued. .
- the temperature ( ⁇ 3) of the outer wall surface of the cylinder 18 detected by the temperature detecting means 34 is previously set. It is checked whether or not the set specified value (second set temperature) or higher (S1010). If the temperature ( ⁇ 3) of the outer wall surface of the cylinder 18 is higher than the second set temperature (YES in S1010), The motor 6 of the compressor body 1 is restarted to restart the operation (S1011), and the process returns to S1002. Check cylinder temperature.
- the temperature ( ⁇ 3) of the outer wall surface exceeds the first set temperature at the start of the operation or during the operation (in the case of YES in S1002), and is reset in S1006. Even when the control is performed along the flow from S1007 to S1011 based on the stopped pressure and the restart pressure, if the temperature ( ⁇ 3) of the outer wall surface becomes equal to or lower than the first set temperature after that, NO in S1002 As in the case of the second embodiment, it is determined whether or not a preset stop pressure has been reached (S1003). If the preset stop pressure is reached (YES in S1003), the operation is stopped. I do. Further, it is determined whether or not a preset restart pressure has been reached (S1005). If the preset restart pressure has been reached (YES in S1005), the process proceeds to the next step S1010.
- step S1010 the temperature ( ⁇ 3) of the outer wall surface of the cylinder 18 does not reach the specified value (second set temperature) (in the case of NO in S1010), the process is repeated in S1012. Even when the restart pressure is set again and the restart pressure is reached in step S1011 in the state where the restart pressure is set again, when the steps from S1002 to S1010 are advanced again in the next cycle, the process proceeds to step S1010.
- the value of the existing temperature detection means 32.33 may be used to predict the temperature of the cylinder 18. .
- the present embodiment when the product is used at a high temperature or low temperature outside the operating temperature range, it is possible to prevent the wear of the cylinder sliding surface from being accelerated even if the cylinder temperature rises or falls. It is possible to prevent the component life from being shortened, and to prevent the maintenance cycle from being shortened and the performance from being deteriorated.
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Abstract
小型軽搬型の空気圧縮機である往復動圧縮機において、圧縮機が使用温度範囲外で長時間使用された場合であっても、シリンダ表面処理の摩耗などによる性能低下を引き起こさないようにするために、シリンダ温度を検知して、温度が規定値より低い場合はより低い再起動圧力で再起動させ、温度が規定値より高い場合も低い圧力で停止(好ましくは再起動も)するよう制御する。
Description
本発明は往復動圧縮機及びその制御方法に関する。
特許文献1には、空気を圧縮する圧縮機本体と、圧縮した空気を貯留する空気タンクと、圧縮機本体を運転制御する制御装置を備えた空気圧縮機において、寒冷状態での空気圧縮用リングの縮径を防止するために、寒冷状態では圧縮機の回転数を上げてリングに熱を持たせリングを熱膨張させることで、リングの縮径によるシール性能の低下を防止する制御方法について記載されている。
釘打ち機や塗装機のエア源として使用される軽搬型の空気圧縮機である往復動圧縮機は、屋外で使用されたり、保管されることも多く、広い温度範囲で使用される装置である。
通常、圧縮機の使用可能な温度範囲は0℃~40℃前後で設定されていることが一般的であるが、使用温度範囲外で使用された場合には圧縮機の寿命低下や故障などにつながるリスクがある。
使用温度範囲外の高温下で使用された場合には、圧縮機本体のオーバーヒートやリング軟化によるリング摩耗量の増加などの問題が生じる可能性があるが、圧縮機本体と制御には温度センサが備えられており、モータ温度が決められた温度以上になった場合は、圧縮機をエラー停止させる保護策が設置されている。
一方で、使用温度範囲外の低温下で使用された場合には、空気タンクに溜まるドレンの凍結による圧縮空気の排出不良や圧縮用リング硬化によるシリンダアルマイトの摩耗などによる寿命低下等が懸念されるが、特別な保護は講じていない。
本発明は、従来技術の課題を解決して、使用温度範囲外で使用しても、安定して使用することを可能にする往復動圧縮機及びその制御方法を提供するものである。
上記した課題を解決するために、本発明では、シリンダ内をピストンが往復動することで流体を圧縮する圧縮機本体と、圧縮機本体を駆動するモータと、圧縮機本体を制御する制御部と、圧縮機本体で圧縮された流体を貯留するタンクと、を備えた往復動圧縮機において、制御部は、タンク内の流体の圧力が起動圧力以下になると圧縮機本体を起動し、流体の圧力が停止圧力以上になると圧縮機本体を停止するように圧縮機本体を制御し、制御部は、起動圧力または停止圧力の少なくとも一方において、往復動圧縮機に取り付けた温度センサの測定温度が所定の温度範囲外である場合に適用される圧力が、温度センサの測定温度が所定の温度範囲内である場合に適用される圧力よりも低いことを特徴とする。
また、上記した課題を解決するために、本発明では、モータでピストンを駆動してシリンダ内で往復動させることで流体を圧縮し、圧縮した流体をタンクに貯蔵し、タンクに貯蔵した圧縮した流体の圧力が予め設定した停止圧力よりも大きくなったときにモータを停止し、タンクに貯蔵した圧縮した流体の圧力が予め設定した起動圧力よりも小さくなったときにモータを起動してシリンダ内で圧縮した流体をタンクに貯蔵する往復動圧縮機の制御方法において、往復動圧縮機に取り付けた温度センサによる測定温度が予め設定した温度範囲から外れた場合に、起動圧力または停止圧力の少なくとも何れか一方を下げてモータの起動または停止を制御するようにした。
本発明によれば、使用温度範囲外でも、安定して圧縮機を使用することが可能になる。
本発明は、釘打ち機や塗装機のエア源として使用される軽搬型の空気圧縮機に関するもので、通常の使用可能な温度範囲である0℃から40℃の範囲を超えた寒冷状態又は高温状態でも安定して使用することを可能にした空気圧縮機である。
即ち、本発明は、多段に構成したシリンダで外気(空気)を吸い込んで段階的に圧縮し、この圧縮した高圧力状態の空気を貯留タンクに貯留し、この貯留した高圧力状態の空気を釘打ち機や塗装機のエア源として必要に応じて供給する空気圧縮機において、シリンダに温度検知手段を備え、この温度検知手段で検知したシリンダの温度に応じて空気圧縮機の運転制御圧力を変更することにより、シリンダの駆動と停止を繰り返すときにシリンダに大きな負荷がかからないようにしてシリンダの磨耗を抑えることにより、寒冷状態又は高温状態でも安定して使用することを可能にしたものである。
空気圧縮機に備えられるシリンダは、アルミニウムや鉄系の材料で成型されることが多く、防錆や圧縮用リングとの摺動抵抗を下げるためにアルマイトやメッキ処理などの表面処理を行うことが一般的である。
使用温度範囲外の低温下で使用された場合、温度変化によってピストンの側に取り付けた圧縮用のリングが硬化する。この硬化したリングが高い圧力でシリンダに押し付けられた状態で摺動すると、シリンダ内面に強い力が加わり、アルマイト等のシリンダの内面を表明処理して形成した材料が摩耗して無くなってしまう。表面処理して形成した材料が摩耗により無くなると、ピストンの側に取り付けた圧縮用リングとシリンダ間でのシールが不完全になり、圧縮用リングからのエア漏れが生じ圧縮機の性能が低下してしまう。
現在の釘打ち機用の圧縮機は高圧化が進んでおり、リングに加わる圧力も高い。より高い圧力でピストン側のリングがシリンダに押し付けられるほどシリンダ表面処理の摩耗量が大きくなる。特に圧力制御を行う圧縮機においては、停止状態から比較的高い圧力下で再起動するという条件が、圧縮用リングが冷えて硬化していることよりも、シリンダ表面処理摩耗にとってより厳しい条件となる。
シリンダの温度が低下した状態で空気圧縮機を再起動する場合、空気圧縮機の再起動圧力を下げることで、圧縮用リングの温度が硬化した状態でシリンダに押し付けられる力を低減することができ、シリンダ表面処理の摩耗による性能低下(寿命低下、メンテナンスサイクルの縮小)を防止することができる。
一方、使用温度範囲外の高温下で空気圧縮機を使用する場合、長時間使用すればオーバーヒート等のエラーを検知することにより空気圧縮機を停止させることができる。しかし、短時間且つオーバーヒート等により空気圧縮機が停止しないレベルで使用した場合は、温度上昇に伴い圧縮用リングが軟化した状態で高い圧力でシリンダに押し付けられ摺動することにより、リング摩耗が促進する可能性がある。
本発明では、シリンダ温度が上昇した際に、圧縮機の停止圧力を低下させることで、圧縮用リングの摩耗促進を防止するようにした。しかし、このとき停止圧力だけ低下させると再起動圧力との圧力差が小さくなり、圧縮機の運転頻度が上昇してしまうため、停止圧力を低下させる際には、再起動圧力も合わせて低下させるようにした。
また、本発明では、空気圧縮機に既設している温度センサを使い、シリンダ温度を予測し、シリンダ温度が予め設定した規定値より低い場合は、圧力制御にて運転する空気圧縮機の再起動圧力を低下させる。逆にシリンダ温度が予め設定した規定値より高い場合は、空気圧縮機の再起動圧力および停止圧力を低下させるようにした。
本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付すようにし、その繰り返しの説明は原則として省略する。以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
ただし、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。本発明の思想ないし趣旨から逸脱しない範囲で、その具体的構成を変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。
まず、本発明の実施例1に係るタンク一体式空気圧縮機において空気を圧縮する圧縮機本体1の構造を、図1~4を参照しつつ以下に説明する。
本実施例は、シリンダの温度が低下した際に、空気圧縮機の再起動圧力を下げることで、圧縮用リングの温度が硬化した状態でシリンダに押し付けられる力を低減して、シリンダ表面処理の摩耗による性能低下(寿命低下、メンテナンスサイクルの縮小)を防止できるようにしたものである。
図1で、大きな点線の枠で囲んだ1は空気を圧縮する圧縮機本体であり、小さな点線の枠で囲んだ6はモータである。圧縮機本体1は、クランクケース1Aとクランクケース1Aに取り付けられたシリンダ18とシリンダ118とを備えている。クランクケース1A内には、ベアリング3と4とで軸支されているモータ6のシャフト(回転軸)6Aが貫通している。
クランクケース1Aは、圧縮機本体1及びモータ6を覆っている。クランクケース1Aの一端側にはステータ2が直接固定され、シャフト6Aを軸支するベアリング3が装着されており、ステータ2の取り付け側と反対側には、シャフト6Aを軸支するベアリング4が装着された軸受箱5が勘合された構造となっている。
また、クランクケース1A内を貫通するシャフト6Aの中央部にはキー12が埋め込まれている。このキー12が埋め込まれたシャフト6Aは、ベアリング15と偏心したエキセントリック16を介して、バランス17と共に、空気をシール、圧縮するためのピストンリング13を有した連接棒組14に挿入されている。連接棒組14およびバランス17は、クランクケース1Aおよび軸受箱5に装着された2個のベアリング3、4によって両側から支持されている。
また、キー12が埋め込まれたシャフト6Aは、ベアリング115と偏心したエキセントリック116を介して、空気をシール、圧縮するためのピストンリング113を有した連接棒組114にも挿入されている。
小さな点線の枠で囲んだ6は圧縮機本体1を駆動するモータである。モータ6はステータ2、ベアリング3、シャフト6A、キー7、ロータ8、ワッシャ9を有し、シャフト6Aの端部には冷却ファン10が取り付けられている。また、シャフト6Aの一端側にキー7を介してロータ8が装着されている。ロータ8はワッシャ9と冷却ファン10を取り付けるためのファンシャフト11によって、軸方向に固定されている。
10は後述するカバー26の内部に冷却風を供給し、圧縮機本体1、貯留タンク24、25などのタンク一体式空気圧縮機の構成要素を冷却するための冷却ファンである。冷却ファン10はファンシャフト11によってシャフト6Aの端部に設けられ、モータ6によって駆動される。
18と118は、それぞれクランクケース1Aに取り付けられたシリンダである。本実施例では一対のシリンダ18とシリンダ118とを設け、この一対のシリンダ18と118がクランクケース1Aを挟んで互いに対向するように取り付けてある。
シリンダ18は、フランジ19、空気弁20を備える。クランクケース1Aにはシリンダ18を取り付けるためのフランジ19が設けられており、シリンダ18、空気弁20、シリンダヘッド21がフランジ19に固定され、圧縮室23を形成している。シリンダ18の外壁面には、温度計などの温度検知手段34が固定されており、シリンダ18の該壁面の温度をモニタするようになっている。
一方、シリンダ118は、フランジ119、空気弁120を備える。クランクケース1Aにはシリンダ118を取り付けるためのフランジ119が設けられており、シリンダ118、空気弁120、シリンダヘッド121がフランジ119に固定され、圧縮室123を形成している。
本実施例における圧縮機本体1の動作について説明する。本実施例における圧縮機本体1は、図示していない電源から電力を投入してロータ8を駆動することによりシャフト6Aが回転すると、エキセントリック116によって連接棒組114およびピストンリング113が圧縮室123内を往復運動する。このピストンリング113が上死点から下死点へ向かう吸い込み工程ではシリンダヘッド121、空気弁120を通じて圧縮室123内へ空気を吸い込み、逆に上死点へ向かう吐き出し工程では吸い込んだ空気を圧縮しつつ、空気弁120、シリンダヘッド121を通じて吐き出す構造である。
シリンダヘッド121を通じて吐き出された空気は、さらに他方のシリンダ18に送られる。シリンダ18では、シャフト6Aが回転して、ピストンリング13が上死点から下死点へ向かう吸い込み工程ではシリンダヘッド21、空気弁20を通じて圧縮室23内へシリンダ118で圧縮した空気を吸い込み、逆に上死点へ向かう吐き出し工程では吸い込んだ空気を更に圧縮しつつ、空気弁20、シリンダヘッド21を通じて吐き出す。この吐き出された圧縮された空気は、後述の貯留タンク24、25に貯留される。本実施例では、一方のシリンダ181で圧縮した空気を更に他方のシリンダ18で更に圧縮する2段圧縮を行うことにより、効率よく空気を圧縮している。
次に本実施例における圧縮機本体1の制御について説明する。図2はタンク一体式空気圧縮機100の断面図である。本実施形態では、2本の貯留タンク24、25の上部に図1で説明した圧縮機本体1が配置され、2本の貯留タンク24、25の間にはタンク一体式空気圧縮機100の運転を制御する制御組30が配置されている。モータ6を駆動して冷却ファン10を回転させることにより、吸気口35から外気を吸い込んで圧縮機本体1を冷却して排気口36から排出する構成となっている。
このタンク一体式空気圧縮機100は圧力運転制御方式を採用しており、貯留タンク24に取り付けた圧力センサ31にてセンシングした圧力に応じて、制御組30で圧縮機本体1の運転制御を行う。
釘打ち機などに用いられる軽搬型空気圧縮機においては、作業内容や環境に応じ、何パターンかの運転モードを備えることが一般的であり、運転モードは圧力制御範囲の変更やインバータを用いたモータ6の回転数変更により設定されることが多い。
例えば、本実施例に係るタンク一体式空気圧縮機100では、図3の運転モード301の欄に示す3つの運転モードを備えている。圧力制御範囲302とは、所定の設定圧力(停止圧力304)に貯留タンク24,25の圧力が達すると圧縮機本体1の運転を停止し、貯留タンク24,25の圧力が所定の設定圧力(再起動圧力303)以下になった場合に圧縮機本体1を再起動させる運転制御のことである。最大回転数305は、モータ6の回転数の最大値を規定している。
図3の運転モード301の欄に示す3つの運転モードにおいては、圧力制御範囲302の欄で再起動圧力303と停止圧力304の2通りの圧力制御範囲を設定する例を示している。運転モード301がパワフルモードの場合は、圧縮機本体1の再起動圧力303を高く設定しており、貯留タンク24と25に貯留した圧縮空気を少しでも使用すると圧縮機本体1は再起動し、早めに貯留タンク24と25への充填を開始するため圧縮空気の使用量が多い際に有効な運転モードである。
運転モード301がパワフルモードの場合は、使用空気量が多い場合に有効である一方で、再起動圧力303が高いことによる課題もある。例えばピストンリング13及び113に加わる平均荷重が高くなることで摩耗が促進する、ベアリング15及び115に加わる平均荷重が高くなりベアリング15及び115の寿命が短くなる等の課題があるが、これはピストンリング13及び113の最適形状化やベアリング15及び115の大型化により、設計で対策可能である。
一方で、高圧の空気圧縮機特有のシリンダ摺動面の摩耗という課題にとって、再起動圧力303の高いパワフルモードは摩耗を促進する原因となる。シリンダ摺動面摩耗の最も厳しい条件は以下のとおりである。温度が低い野外への長時間の放置などにより、ピストンリング13及び113の温度が低下し、温度が低下したことでピストンリング13及び113が硬化する。硬化したピストンリング13及び113が高い再起動圧力303でシリンダ18及び118の内面に押し付けられながら摺動することで、シリンダ18及び118の内部の摺動面が摩耗する。
ピストンリング13および113とシリンダ18及び118の材質にもよるが、釘打ち機用に用いられる高圧の空気圧縮機はピストンリング材質にPEFE(Poly Tetra Fluoro Ethylen:4フッ化エチレン樹脂)基材の材料、シリンダ18及び118の材質にアルミニウム+アルマイトなどの外装処理を施すことが多く、本材料においてはリング温度が低いほど且つ圧力が高いほどシリンダ18及び118の摺動面摩耗は促進する。そのため、ピストンリング13および113とシリンダ18及び118の材料の組み合わせにおいて使用可能な最低温度と最高再起動圧力を設定し、タンク一体式空気圧縮機100の仕様としている。当該機においては、最低温度0℃、最高再起動圧力を3.8MPaに設定している。
圧縮空気と共に貯留タンク24,25に貯留されるドレン凍結の観点からも、従来の空気圧縮機の使用最低温度は0℃に設定しているが、仮に氷点下の屋外で使用された場合は、シリンダの摺動面の摩耗が促進し、通常のメンテナンスサイクルよりも早くシリンダ等の部品交換が必要であった。
本実施例におけるタンク一体式空気圧縮機100は、上記したような課題を解決したものであるが、その課題の解決策について、図1、2、4、5を参照し説明する。
図4は、本実施例と比較するための通常の圧縮機の運転パターンを示すグラフである。横軸に時間、縦軸に貯留タンク内又はその近傍の流路内の圧縮した空気の圧力を示す。圧縮機の運転開始後、一定時間が経過し、貯留タンクの圧力が停止圧力P2に達すると、運転を停止する。作業者が貯留タンク内の圧縮空気を使用し、貯留タンク内の圧力が低下して再起動圧力P1まで達すると圧縮機は運転を再開する。また貯留タンクの圧力が停止圧力P2に達した場合は、圧縮機は再度運転を停止する。
これに対して図2に示す本実施例にかかるタンク一体式空気圧縮機100は、製品保護のため温度検知手段32、33を制御組30およびモータ6に備えている。当該機においては、制御組30の温度、又はモータ6の温度の少なくとも何れか一方が規定値から外れると(予め設定した温度範囲から外れる)報知部37から警告音を発してランプを点灯させるとともに、圧縮機本体1を停止する運転制御を行っている。
製品が使用温度範囲外で使用された場合のシリンダ18及び118の摺動面の摩耗促進という課題解決のためには、図1に示したように、シリンダ18の外壁面に取り付けた温度検知手段34でシリンダ18の温度検知を行い、温度が規定値以下の場合には、図3に示した表の再起動圧力303を下げることが有効である。
図5に示したグラフがこの課題を解決するために、本実施例で適用したタンク一体式空気圧縮機100の運転パターンである。シリンダ18の外壁面に備えた温度検知手段34により、シリンダ18の外壁面の温度を検知し、シリンダ18の外壁面の温度が規定値(例えば0℃以下)であった場合に、図3の表に示した再起動圧力303を、標準設定値P1よりも下げて、P11に設定する。
例えば、図3の運転モード301がパワフルモードの場合、再起動圧力303を、シリンダ18の外壁面の温度が規定値の範囲内である場合の3.8MPaに対して、2.5MPaにまで引き下げる。これにより、シリンダ18の外壁面の温度が規定値よりも低い状態で硬化したテフロン(商品名)基材で形成されたピストンリング13及び113が、シリンダ18,118の内部の高い圧力を受けて膨張する量を少なくすることができる。
その結果、ピストンリング13及び113の外径の変化量(外径が大きくなる量)を、再起動圧力を引き下げなかった場合と比べて少なくすることができ、シリンダ18及び118の内壁面の摺動面が摩耗する量を抑えることができる。
以上に説明した本実施例によるタンク一体式空気圧縮機100の運転の制御の処理の流れ(フロー)を、図6を用いて説明する。
先ず、図示していないスイッチなどの入力手段で制御組30を介して圧縮機本体1のモータ6を起動して運転を開始する(S601)。次に、圧力センサ31で貯留タンク24の内部の空気の圧力を検出して、貯留タンク24の内部の圧力が予め設定しておいた停止圧力:304に達したかをチェックする(S602)。
貯留タンク24の内部の圧力が予め設定しておいた停止圧力304にまだ達していない場合には(S602でNOの場合)、圧縮機本体1の運転を継続する。
貯留タンク24の内部の圧力が予め設定しておいた停止圧力304に達した場合には(S602でYESの場合)、圧縮機本体1のモータ6の駆動を停止して圧縮機本体1の運転を停止する(S603)。
圧縮機本体1の運転を停止した状態で貯留タンク24の内部の圧力を圧力センサ31でモニタして(S604)、貯留タンク24の内部の圧力が予め設定した再起動圧力303まで低下していない場合(S604でNOの場合)、運転停止S603の状態を続ける。
貯留タンク24の内部の圧力が予め設定した再起動圧力303まで低下した場合(S604でYESの場合)、温度検知手段34で検出したシリンダ18の外壁面の温度(θ1)が予め設定した規定値以上であるかをチェックし(S605),シリンダ18の外壁面の温度(θ1)が規定値以上である場合(S605でYESの場合)には、圧縮機本体1のモータ6を再起動して運転を再開させ(S606)、S602へ戻って。貯留タンク24の内部の圧力をチェックする。
一方、シリンダ18の外壁面の温度(θ1)が規定値に達していない場合(S605でNOの場合)には、予め設定された外壁面の温度(θ1)が規定値に達していない場合の再起動圧力に再設定し(S607)、圧力センサ31でモニタした貯留タンク24の内部の圧力が再設定した再起動圧力に達したかをチェックし(S608)、貯留タンク24の内部の圧力が再設定した再起動圧力に達していない場合(S608でNOの場合)には、貯留タンク24の内部の圧力の監視を継続する。貯留タンク24の内部の圧力が再設定した再起動圧力に達した場合(S608でYESの場合)には、S606に移って圧縮機本体1のモータ6を再起動して運転を再開させる。
このようにして再設定した再起動圧力に基づいてS606で運転を再開させた場合であっても、次のサイクルで再度S602からS604までのステップを進み、S605でシリンダ18の外壁面の温度(θ1)が規定値(設定温度)に達していると判定した場合(YESの場合)には、S604で判定した再起動圧力に基づいて運転を再起動する。
すなわち、運転の開始時、又は運転の途中でシリンダ18の外壁面の温度(θ1)が規定値(設定温度)に達しておらず、S607で再設定した再起動圧力に達した場合にS606で再起動を行う運転サイクルを繰り返す場合であっても、ある時点でシリンダ18の外壁面の温度(θ1)が規定値(設定温度)に達した場合には、S604の判定に用いた予め設定した再起動圧力に基づいてS606において再起動をおこなう。
この場合、図5に示したグラフにおいて、P1からP11に一旦下げた再起動圧力をP1に上げて再起動を行うことになる。
なお、これらの動作は、図3に示した圧力設定が異なる運転モードを利用して行うことが可能である。例えば、シリンダ18の外壁面の温度(θ1)が規定値(設定温度)に達していない場合に、操作パネルなどでパワフルモードでの運転操作がされてもノーマルモードで運転を行い、ある時点でシリンダ18の外壁面の温度(θ1)が規定値(設定温度)に達した場合にはパワフルモードに運転モードを切替える。この運転モードの利用は、本実施例に限らず、以下の実施例でも同様に適用可能である。
尚、本実施例においてはシリンダ18の温度を検知するため、シリンダ18の外壁面に温度検知手段34を設けたが、既存の温度検知手段32.33の値を用い、シリンダ18の温度を予測する方法としてもよい。制御組30の温度とモータ6の温度、シリンダ18の温度との間には相関があり、事前にこれを確認しておくことで、制御組30の温度とモータ6の温度の何れかから又は両方から、シリンダ18の温度を予測することができる。
また、シリンダ18で圧縮されて吐出された空気の温度を計測して、この圧縮された空気の温度をθ1として図6で説明した処理フローを実行しても良い。即ち、S605において、シリンダ18で圧縮されて吐出された空気の温度θ1が予め設定した所定の温度範囲から外れている場合(S605でNOの場合)に、S607で再起動圧力を再設定し、シリンダ18で圧縮されて吐出された空気の温度θ1が予め設定した所定の温度範囲内であれば(S605でYESの場合)に、S606で圧縮機本体1を再起動させるようにしても良い。
以上により、製品が使用温度範囲外の低温で使用された場合に、シリンダ温度が低下しても、シリンダ摺動面の摩耗が促進することを防止でき、メンテナンスサイクルが短くなることや性能の低下を予防することが可能となる。
<変形例>
<変形例>
図7に本実施例の変形例を示す。使用温度範囲外の低温で圧縮機が使用された場合など、温度検知手段34で検知したシリンダ18の温度が規定値よりも低下した際、一気に再起動圧力を落とすのではなく、図8に示すとおり、シリンダ温度に応じて段階的に制御圧力を低減させる。
この場合、図6で説明したフロー図におけるS607のステップにおいて、シリンダ18の外壁面の温度(θ1)が規定値に達していない場合(S605でNOの場合)には、予め設定された外壁面の温度(θ1)が規定値に達していない場合の再起動圧力に再設定する代わりに、予め記憶しておいたシリンダ18の外壁面の温度(θ1)に応じた再起動圧力を再設定するようにすれば良い。
これによると、生成される圧縮空気の量を急激に減らすことなく、ピストンリングおよびシリンダの信頼性を保つことができる。
本発明の実施例2に係るタンク一体式空気圧縮機制御方法について、図1、2、5、7を用い説明する。
本実施例は、タンク一体式空気圧縮機を使用温度範囲外の高温下で使用した場合、長時間使用されればオーバーヒート等のエラーにより圧縮機は停止するが、短時間且つ圧縮機が停止しないレベルで使用された場合は、温度上昇に伴う圧縮用リングが、軟化した状態で高い圧力でシリンダに押し付けられ摺動すると、リング摩耗が促進する可能性があるという課題を解決するもので、シリンダ温度が上昇した際に、圧縮機の停止圧力と再起動圧力とを低下させることで、圧縮用リングの摩耗促進を防止することを可能にしたものである。
本実施におけるタンク一体式空気圧縮機の構成は、実施例1で説明した図1及び図2に示したものと、基本的に同じである。図2に示すタンク一体式空気圧縮機100が製品の使用温度範囲外の高温で使用される場合、図1に示す圧縮機本体1のシリンダ18の側のピストンリング13,及びシリンダ118の側の113が軟化し、ピストンリング13,113は圧縮時の空気圧によってシリンダ18,118に押し付けられ、圧縮機の運転によってピストンリング13,113がシリンダ18,118内で摺動運動をすると、軟化したピストンリング13,113の摩耗が促進することが懸念される。
一般的に摩耗が促進する圧縮機の運転条件としては、ピストンリング13,113の温度が高く且つピストンリング13,113に大きな荷重が加わる場合、つまりは周囲環境温度が高く、高い圧力で連続運転される場合である。当該機の使用温度範囲上限は各部品の寿命計算結果や信頼性試験結果をもとに40℃に設定をしている。仮に製品の使用温度範囲外の高温で使用された場合には、シリンダ18,118およびピストンリング13,113の温度が上昇し、ピストンリング13,113の摩耗が促進、メンテナンスサイクルが短くなるという課題があった。
本実施例における上記した課題の解決方法について、図1、8をもとに説明する。シリンダ18およびピストンリング13の温度上昇を検知するための温度検知手段34をシリンダ18の外壁面に設け、この温度検知手段34で検知したシリンダ18の温度が規定値を超えシリンダ18およびピストンリング13の温度が高いと判断した場合は、停止圧力を、シリンダ18の温度が規定値の範囲内であることを前提として設定した停止圧力に対して下げる制御を制御組30に搭載する。
図8に、本実施例におけるタンク一体式空気圧縮機100の運転パターンを示す。シリンダ18の外壁面に設けた温度検知手段34で検知したシリンダ18の外壁面の温度が予め定めた規定値より高いと判断した場合(図7で示すT5の段階)に、停止圧力を、シリンダ18の温度が規定値の範囲内であることを前提として設定した停止圧力(当該機においては4.2MPa)から引き下げる。その際、停止圧力のみ引き下げてしまうと停止圧力と再起動圧力の差が小さくなってしまい、圧縮機の動作が頻繁になることで温度上昇につながる可能性があるため、停止圧力をP2からP21へ引き下げると共に、再起動圧力もP1からP14に引き下げる。
図3に示す当該機の3種類の運転モード301の内ノーマルモードに設定されていた場合、例えば通常(温度検知手段34で検知したシリンダ18の外壁面の温度が予め定めた規定値の範囲内にあるとした場合)、停止圧力4.2MPa、再起動圧力3.2MPaであったものを停止圧力3.5MPa、再起動圧力2.5MPaに変更する。
以上に説明した本実施例によるタンク一体式空気圧縮機100の運転の制御の処理の流れ(フロー)を、図9を用いて説明する。
先ず、図示していないスイッチなどの入力手段で制御組30を介して圧縮機本体1のモータ6を起動して運転を開始する(S901)。次に、シリンダ18に取り付けた温度検知手段32で検知したシリンダ18の温度θ2が予め設定した温度を超えているかを判定する(S902)。温度検知手段32で検知したシリンダ18の温度θ2が予め設定した温度を超えていない場合(S902でNOの場合)は、圧力センサ31で貯留タンク24の内部の空気の圧力を検出して、貯留タンク24の内部の圧力が予め設定しておいた停止圧力:304に達したかをチェックする(S903)。
貯留タンク24の内部の圧力が予め設定しておいた停止圧力:304に未だ達していない場合(S903でNOの場合)には、S902に戻って圧縮機本体1の運転を継続した状態でシリンダ18の温度θ2の監視を続ける。
一方、貯留タンク24の内部の圧力が予め設定しておいた停止圧力:304に達した場合(S903でYESの場合)には、圧縮機本体1のモータ6の駆動を停止して圧縮機本体1の運転を停止し(S904)、貯留タンク24の内部の圧力が予め設定しておいた再起動圧力:304に達したかを監視する(S905)。貯留タンク24の内部の圧力が予め設定しておいた再起動圧力:304に達していない場合(S905でNOの場合)には、圧縮機本体1の運転を停止した状態で貯留タンク24内部の圧力の監視を継続する。
一方、貯留タンク24の内部の圧力が予め設定しておいた再起動圧力:304に達した場合(S905でYESの場合)には、圧縮機本体1の運転を再開する(S910)。
また、温度検知手段32で検知したシリンダ18の温度θ2が予め設定した温度を超えていた場合(S902でYESの場合)は、図8で説明したように停止圧力と再起動圧力とを再設定し(S906)、貯留タンク24の内部の圧力が再設定した停止圧力に達したかを監視する(S907)。
貯留タンク24の内部の圧力が再設定した停止圧力に達していない場合(S907でNOの場合)には、圧縮機本体1の運転を継続した状態で貯留タンク24内部の圧力の監視を継続する。
一方、貯留タンク24の内部の圧力が再設定した停止圧力に達した場合(S907でYESの場合)には、圧縮機本体1のモータ6の駆動を停止して圧縮機本体1の運転を停止し(S908)、貯留タンク24の内部の圧力が再設定した再起動圧力に達したかを監視する(S909)。貯留タンク24の内部の圧力が再設定した再起動圧力に達していない場合(S909でNOの場合)には、圧縮機本体1の運転を停止した状態で貯留タンク24内部の圧力の監視を継続する。
一方、貯留タンク24の内部の圧力が予め再設定した再起動圧力に達した場合(S909でYESの場合)には、圧縮機本体1の運転を再開し(S910)、S902に戻る。
シリンダ18の温度θ2が予め設定した温度を超えていて(S902でYESの場合)S906で停止圧力と再起動圧力を再設定してS907からS910までの運転を行った場合であっても、次のサイクルでシリンダ18の温度θ2が予め設定した温度を超えていないと判定された場合(S902でNOの場合)には、S903からS910のフローに沿って、予め設定した停止圧力と再起動圧力を用いて運転の停止と再開とを行う。
すなわち、運転の開始時、又は運転の途中でシリンダ18の外壁面の温度θ2が規定値(設定温度)を超えていて、S906で再設定した停止圧力と再起動圧力に基づいてS907からS910までの運転の停止と再開との運転サイクルを繰り返す場合であっても、ある時点でシリンダ18の外壁面の温度θ2が規定値(設定温度)よりも低くなった場合(S902でNOの場合)には、S903及びS905の判定に用いた予め設定した停止圧力及び再起動圧力に基づいてS904で運転の停止、及びS910de運転再開をおこなう。この場合、図8に示したグラフにおいて、P2から一旦下げた停止圧力を再度P2に上げ、P1からP14に一旦下げた再起動圧力をP1に上げて再起動を行うことになる。
本実施例によると、停止圧力を再設定して下げることで、圧縮機本体1の圧縮比が低下し、圧縮に伴い生じる熱量も低減するため、シリンダ18,118およびピストンリング13,113の温度上昇を防止することができる。そのため、仮に顧客が圧縮機本体1を製品使用温度範囲外の高温で使用した場合でも、規定値以上にシリンダ18,118およびピストンリング13,113の温度上昇を防止することができ、ピストンリング13,113の摩耗が極端に促進するのを防止することができる。
また、シリンダ18,118の温度が高い場合、圧縮機本体1のその他部品も高温となっている場合が多いが、シリンダ18,118の温度に応じて圧縮機本体1の制御温度範囲を変更することで、ピストンリング13,113以外のベアリング3,4,15,115などの寿命低下を防止することが可能となる。
本実施例では、実施例1と実施例2で夫々説明したタンク一体式空気圧縮機100の制御方法を組み合わせた実施例について説明する。
本実施例に於けるタンク一体式空気圧縮機100の構成は、実施例1及び実施例2で図1及び2を用いて説明した構成と同じであるので、その説明を省略する。
本実施例では、タンク一体式空気圧縮機100を、周囲の温度が0℃以下の寒冷地で使用する場合と、40℃を超える酷暑の地で使用する場合の両方に適用可能な機能を備えた場合について説明する。
即ち、本実施例に係るタンク一体式空気圧縮機100は、周囲の温度が0℃以下の寒冷地で使用する場合には実施例1で説明した図5又は図7に示したような制御を実行し、40℃を超える酷暑の地で使用する場合には実施例2で説明した図8に示したような制御を実行する機能を備えている。
本実施例によるタンク一体式空気圧縮機100の運転の制御の処理の流れ(フロー)を、図10を用いて説明する。
先ず、図示していないスイッチなどの入力手段で制御組30を介して圧縮機本体1のモータ6を起動して運転を開始する(S1001)。次に、シリンダ18に取り付けた温度検知手段32で検知したシリンダ18の温度θ3が予め設定した温度(第1設定温度)を超えているかを判定する(S1002)。温度検知手段32で検知したシリンダ18の温度θ3が第1設定温度を超えていない場合(S1002でNOの場合)は、圧力センサ31で貯留タンク24の内部の空気の圧力を検出して、貯留タンク24の内部の圧力が予め設定しておいた停止圧力:304に達したかをチェックする(S1003)。
貯留タンク24の内部の圧力が予め設定しておいた停止圧力:304に未だ達していない場合(S1003でNOの場合)には、S1002に戻って圧縮機本体1の運転を継続した状態でシリンダ18の温度θ3の監視を続ける。
一方、貯留タンク24の内部の圧力が予め設定しておいた停止圧力:304に達した場合(S1003でYESの場合)には、圧縮機本体1のモータ6の駆動を停止して圧縮機本体1の運転を停止し(S1004)、貯留タンク24の内部の圧力が予め設定しておいた再起動圧力:304に達したかを監視する(S1005)。貯留タンク24の内部の圧力が予め設定しておいた再起動圧力:304に達していない場合(S1005でNOの場合)には、圧縮機本体1の運転を停止した状態で貯留タンク24内部の圧力の監視を継続する。
一方、貯留タンク24の内部の圧力が予め設定しておいた再起動圧力:304に達した場合(S1005でYESの場合)には、後述するS1010へ進む。
また、温度検知手段32で検知したシリンダ18の温度θ3が第1設定温度を超えていた場合(S1002でYESの場合)は、実施例2において図8を用いて説明したように停止圧力と再起動圧力とを再設定し(S1006)、貯留タンク24の内部の圧力が再設定した停止圧力に達したかを監視する(S1007)。貯留タンク24の内部の圧力が再設定した停止圧力に達していない場合(S1007でNOの場合)には、圧縮機本体1の運転を継続した状態で貯留タンク24内部の圧力の監視を継続する。
一方、貯留タンク24の内部の圧力が再設定した停止圧力に達した場合(S1007でYESの場合)には、圧縮機本体1のモータ6の駆動を停止して圧縮機本体1の運転を停止し(S1008)、貯留タンク24の内部の圧力が再設定した再起動圧力に達したかを監視する(S1009)。貯留タンク24の内部の圧力が再設定した再起動圧力に達していない場合(S1009でNOの場合)には、圧縮機本体1の運転を停止した状態で貯留タンク24内部の圧力の監視を継続する。
一方、貯留タンク24の内部の圧力が予め再設定した再起動圧力に達した場合(S1009でYESの場合)には、温度検知手段34で検出したシリンダ18の外壁面の温度(θ3)が予め設定した規定値(第2設定温度)以上であるかをチェックし(S1010),シリンダ18の外壁面の温度(θ3)が第2設定温度以上である場合(S1010でYESの場合)には、圧縮機本体1のモータ6を再起動して運転を再開させ(S1011)、S1002へ戻って。シリンダの温度をチェックする。
一方、シリンダ18の外壁面の温度(θ3)が第2設定温度に達していない場合(S1010でNOの場合)には、予め設定された外壁面の温度(θ3)が第2設定温度に達していない場合の再起動圧力に再設定し(S1012)、圧力センサ31でモニタした貯留タンク24の内部の圧力が再設定した再起動圧力に達したかをチェックし(S1013)、貯留タンク24の内部の圧力が再設定した再起動圧力に達していない場合(S1013でNOの場合)には、貯留タンク24の内部の圧力の監視を継続する。
貯留タンク24の内部の圧力が再設定した再起動圧力に達した場合(S1013でYESの場合)には、S1011に移って圧縮機本体1のモータ6を再起動して運転を再開させる。
本実施例においても、実施例2で説明したように、運転の開始時、又は途中で外壁面の温度(θ3)が第1設定温度を超えて(S1002でYESの場合)、S1006で再設定した停止圧力と再起動圧力に基づいてS1007からS1011のフローに沿って制御する場合であっても、その後、外壁面の温度(θ3)が第1設定温度以下になった場合にはS1002でNOと判定されて、実施例2の場合のように、予め設定した停止圧力に達したかを判定し(S1003)、予め設定した停止圧力に達した場合には(S1003でYES)、運転の停止を行う。また、予め設定した再起動圧力に達したかを判定し(S1005)、予め設定した再起動圧力に達した場合には(S1005でYES)、次のステップS1010に進む。
S1010以降のステップにおいては、実施例1で説明したように、シリンダ18の外壁面の温度(θ3)が規定値(第2の設定温度)に達せずに(S1010でNOの場合)S1012で再起動圧力を再々設定して、この再々設定した再起動圧力に達した状態においてS1011で再起動させた場合であっても、次のサイクルで再度S1002からS1010までのステップを進んだときに、S1010でシリンダ18の外壁面の温度(θ3)が規定値(第2設定温度)に達していると判定した場合(S1010でYESの場合)には、前回S1012で再々設定した再起動圧力ではなく、S1006で設定した再起動圧力、又は、S1005の判定に用いた予め設定した再起動圧力になったときに再起動する(S1011)。
尚、実施例で説明したように、シリンダ18の外壁面に設けた温度検知手段34の代わりに、既存の温度検知手段32.33の値を用い、シリンダ18の温度を予測する方法としてもよい。
本実施例によれば、製品が使用温度範囲外の高温または低温で使用された場合に、シリンダ温度が上昇又は低下しても、シリンダ摺動面の摩耗が促進することを防止することができ部品寿命が短期化するのを防止でき、メンテナンスサイクルが短くなることや性能の低下を予防することが可能となる。
1・・・圧縮機本体 2・・・ステータ 3、4・・・ベアリング 5・・・軸受箱 6・・・モータ 6A・・・シャフト 10・・・冷却ファン 13,113・・・ピストンリング 14,114・・・連接棒組 16,116・・・エキセントリック 18,118・・・シリンダ 20,120・・・空気弁 21,121・・・シリンダヘッド 24、25・・・貯留タンク 26・・・カバー 31・・・圧力センサ 32、33、34・・・温度検知手段 100・・・タンク一体式空気圧縮機。
Claims (15)
- シリンダ内をピストンが往復動することで流体を圧縮する圧縮機本体と、
前記圧縮機本体を駆動するモータと、
前記圧縮機本体を制御する制御部と、
前記圧縮機本体で圧縮された流体を貯留するタンクと、を備えた往復動圧縮機であって、
前記制御部は、前記タンク内の流体の圧力が起動圧力以下になると前記圧縮機本体を起動し、前記流体の圧力が停止圧力以上になると前記圧縮機本体を停止するように前記圧縮機本体を制御し、
前記制御部は、前記起動圧力または前記停止圧力の少なくとも一方において、前記往復動圧縮機に取り付けた温度センサの測定温度が所定の温度範囲外である場合に適用される圧力が、前記温度センサの測定温度が所定の温度範囲内である場合に適用される圧力よりも低いことを特徴とする往復動圧縮機。 - 請求項1記載の往復動圧縮機において、前記温度センサによる測定温度は、前記シリンダから吐出される前記流体の温度を直接的または間接的に測定したものであることを特徴とする往復動圧縮機。
- 請求項2記載の往復動圧縮機において、前記温度センサは、前記シリンダ、前記圧縮機本体、前記モータまたは前記制御部の何れかに取り付けられていることを特徴とする往復動圧縮機。
- 請求項1記載の往復動圧縮機において、前記制御部は、前記温度センサによる測定温度が予め設定した所定の温度範囲を外れるに従い、前記適用される前記起動圧力または前記停止圧力の少なくとも一方の圧力を複数段階低く設定することを特徴とする往復動圧縮機。
- 請求項1記載の往復動圧縮機において、前記制御部は、前記温度センサによる測定温度が予め設定した所定の上限温度よりも高い場合に適用される停止圧力を、前記測定温度が前記所定の温度範囲内である場合に適用される停止圧力よりも低く設定することを特徴とする往復動圧縮機。
- 請求項5記載の往復動圧縮機において、前記制御部は、前記温度センサによる測定温度が予め設定した所定の上限温度よりも高い場合に適用される起動圧力を、前記測定温度が前記所定の温度範囲内である場合に適用される起動圧力よりも低く設定することを特徴とする往復動圧縮機。
- 請求項1記載の往復動圧縮機において、前記温度センサによる測定温度が予め設定した所定の温度範囲から外れている場合に、前記所定の温度範囲から外れていることを報知する報知部を有することを特徴とする往復動圧縮機。
- モータでピストンを駆動してシリンダ内で往復動させることで流体を圧縮し、
前記圧縮した流体をタンクに貯蔵し
前記タンクに貯蔵した前記圧縮した流体の圧力が予め設定した停止圧力よりも大きくなったときに前記モータを停止し、
前記タンクに貯蔵した前記圧縮した流体の圧力が予め設定した起動圧力よりも小さくなったときに前記モータを起動して前記シリンダ内で圧縮した流体を前記タンクに貯蔵する
往復動圧縮機の制御方法であって、
前記往復動圧縮機に取り付けた温度センサによる測定温度が予め設定した温度範囲から外れた場合に、前記起動圧力または前記停止圧力の少なくとも何れか一方を下げて前記モータの起動または停止を制御することを特徴とする往復動圧縮機の制御方法。 - 請求項8記載の往復動圧縮機の制御方法において、前記測定温度が予め設定した温度範囲に入った場合に、前記下げた前記起動圧力または前記停止圧力を上げて前記モータの起動または停止を制御することを特徴とする往復動圧縮機の制御方法。
- 請求項8記載の往復動圧縮機の制御方法において、前記測定温度は前記温度センサにより前記シリンダから吐出される前記流体の温度を直接的または間接的に測定するものであることを特徴とする往復動圧縮機の制御方法。
- 請求項10記載の往復動圧縮機の制御方法において、前記測定温度として、前記シリンダ、前記往復動圧縮機本体、前記モータ、または前記モータの起動又は停止を制御する制御部を前記温度センサで測定した温度を用いることを特徴とする往復動圧縮機の制御方法。
- 請求項8記載の往復動圧縮機の制御方法において、前記測定温度が所定の温度範囲を外れるに従い、前記起動圧力又は前記停止圧力の少なくとも一方の圧力を複数段階下げることを特徴とする往復動圧縮機の制御方法。
- 請求項8記載の往復動圧縮機の制御方法において、前記測定温度が予め設定した所定の上限温度よりも高い場合に適用する停止圧力を、前記測定温度が前記所定の温度範囲内である場合に適用される停止圧力よりも低く設定することを特徴とする往復動圧縮機の制御方法。
- 請求項13記載の往復動圧縮機の制御方法において、前記測定温度が所定の上限温度よりも高い場合に適用する起動圧力を、前記測定温度が前記所定の温度範囲内である場合に適用される起動圧力よりも低く設定することを特徴とする往復動圧縮機の制御方法。
- 請求項8記載の往復動圧縮機の制御方法において、前記測定温度が予め設定した所定の温度範囲から外れている場合に、前記所定の温度範囲から外れていることを報知することを特徴とする往復動圧縮機の制御方法。
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