WO2020070910A1

WO2020070910A1 - 給液式気体圧縮機及び気液分離器

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Publication number: WO2020070910A1
Application number: PCT/JP2019/012698
Authority: WO
Inventors: 謙次森田; 正彦高野; 茂幸頼金
Original assignee: 株式会社日立産機システム
Priority date: 2018-10-03
Filing date: 2019-03-26
Publication date: 2020-04-09
Also published as: CN112752905A; CN112752905B; TW202014605A; US11795949B2; TWI730397B; JP7150869B2; US20220003236A1; JPWO2020070910A1

Abstract

気液分離器を備える給液式圧縮機の液面レベルを動的に監理する。給液式の圧縮機本体と、吐出圧縮気体から液体を分離して貯留する気液分離器と、貯留された液体を圧縮機本体へ供給する液体配管系統とを備えた給液式気体圧縮機であって、気液分離器の内部空間に延在し、配置位置が高さ方向で異なる少なくとも２つの孔部を内部空間側に有して液体配管系統と連通する内部配管を備え、液体配管系統に流れる流体の圧力又は温度を検出する検出器と、検出器で検出された圧力又は温度が予め設定された第１の設定値を上回ることがあるかどうかの判定と検出器で検出された圧力又は温度が予め前記第１の設定値より小さくなるように設定された第２の設定値を下回ることがあるかどうかの判定のうちの少なくとも一方を行うことにより、液体配管系統に流れる流体が気体及び液体のうちのいずれであるかを判定する。

Description

給液式気体圧縮機及び気液分離器

　本発明は、気液分離器を備えた給液式気体圧縮機及び気液分離器に係り、気液分離器内の液面高さを検出する給液式気体圧縮機及び気液分離機の構造に関する。

　例えば、給液式気体圧縮機の一つである給油式空気圧縮機は、圧縮機本体、油分離器及び油配管系統を備える（例えば特許文献１参照）。圧縮機本体は、圧縮熱の冷却、ロータやラップ等の圧縮部材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（液体）を注入しつつ空気等の気体を圧縮する。油分離器（気液分離器）は、圧縮機本体から吐き出された圧縮空気（圧縮気体）から油を分離して貯留する。油配管系統（液体配管系統）は、油分離器で貯留された油を圧縮機本体へ供給する。

特開２００９－８５０４５号公報

　上述した給油式空気圧縮機では、油分離器内の貯油量が欠乏すれば圧縮機本体への給油量が欠乏し、圧縮性能等が低下する。そのため、油分離器内の油面高さを監視する必要がある。

　そこで、仮に、油分離器内の空気の圧力と油の圧力の差異が大きいのであれば、油分離器内の所定の高さ位置に、圧力を検出する検出器を設ける方法が考えられる。詳しく説明すると、この方法では、例えば油分離器内の空気の圧力と油の圧力の中間となる閾値を予め設定し、検出器で検出された圧力が閾値を超えるかどうかを判定することにより、油分離器内の所定の高さ位置に存在する流体が空気及び油のうちのいずれであるかを判定する。これにより、油分離器内の油面が所定の高さ位置より低いかどうかを検知する。

　あるいは、仮に、油分離器内の空気の温度と油の温度の差異が大きいのであれば、油分離器内の所定の高さ位置に、温度を検出する検出器を設ける方法が考えられる。詳しく説明すると、この方法では、例えば油分離器内の空気の温度と油の温度の中間となる閾値を予め設定し、検出器で検出された温度が閾値を超えるかどうかを判定することにより、油分離器内の所定の高さ位置に存在する流体が空気及び油のうちのいずれであるかを判定する。これにより、油分離器内の油面が所定の高さ位置より低いかどうかを検知する。

　しかしながら、実際には、油分離器内の空気の圧力と油の圧力の差異がほとんどない場合が多く、空気の温度と油の温度の差異もほとんどない。そのため、油分離器内の油面高さが変動しても検出器の検出値が変動せず、これらの方法には課題が残る。

　更に別の方法としては、油分離器内の所定の高さ位置に、油の有無を検出する光学式の検出器を設置することも考えられる。しかしながら、油分離器内では圧縮空気から分離した油が流下する。また、油分離器内の油面がうねることがある。そのため、油分離器内の油面が所定の高さ位置より低くても、検出器に対して油が連続的に通過するか若しくは付着して、検出器が誤検出する虞もある。よって、この方法も課題が残る。

　本発明は、上記事柄に鑑みてなされたものであり、気液分離器内の液面高さを監視することを課題の一つとするものである。

　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、圧縮室に液体を注入しつつ気体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気体から液体を分離して貯留する気液分離器と、前記気液分離器で貯留された液体を前記圧縮機本体へ供給する液体配管系統とを備えた給液式気体圧縮機であって、前記気液分離器の内部空間に延在し、配置位置が高さ方向で異なる少なくとも２つの孔部を前記内部空間側に有して前記液体配管系統と連通する内部配管を備え、前記液体配管系統に流れる流体の圧力又は温度を検出する検出器と、前記検出器で検出された圧力又は温度が予め設定された第１の設定値を上回ることがあるかどうかの判定と前記検出器で検出された圧力又は温度が予め前記第１の設定値より小さくなるように設定された第２の設定値を下回ることがあるかどうかの判定のうちの少なくとも一方を行うことにより、前記液体配管系統に流れる流体が気体及び液体のうちのいずれであるかを判定する制御装置と、前記制御装置の判定結果を報知する報知装置とを備える給液式気体圧縮機である。

　また、他の例を挙げるならば、気体と液体を含む気液混合の圧縮気体が流入する入口開口と、前記入口開口から流入した圧縮気体が気体と液体に分離する内部空間と、分離した前記液体が前記内部空間から外部に流出する出口開口を有する気液分離器であって、前記出口開口から前記内部空間に延在すると共に前記内部空間と連通する内部配管を備え、前記内部配管が、配置位置が高さ方向で異なる少なくとも２つの孔部を前記内部空間側に有するものである気液分離器である。

　本発明は、液体配管系統に液体を流した場合にその液体の圧力又は温度に脈動（言い換えれば、周期的に増減を繰り返す大きな変化）がほとんど生じないものの、液体配管系統に気体を流した場合にその気体の圧力又は温度に脈動が生じるという知見に基づくものであり、液体配管系統に流れる流体が気体及び液体のうちのいずれであるかを判定することができる。これにより、気液分離器内の液面高さを監視することができる。
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の実施形態による給油式空気圧縮機の構成を表す概略図である。第１の実施形態による油分離器の構成を示す部分拡大図である。第１の実施形態による油と空気が流れる様を示す状態遷移図である。第１の実施形態による圧力脈動の様を示す波形である。第１の実施形態による圧力脈動の様を示す波形である。第１の実施形態による回転数毎と検出傾向の様を示す図である。本発明の第２の実施形態によ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の実施形態による温度脈動の様を示す波形である。本発明の第２の実施形態による温度脈動の様を示す波形である。本発明の変形例における通信端末を表す概略図である。

　本発明の適用対象として給油式空気圧縮機を例にとり、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り、油分離器内の貯油量が充足している状態を示す。

　本実施形態の給油式空気圧縮機は、圧縮機本体１と、圧縮機本体１の吸入側に接続された吸入系統２と、圧縮機本体１の吐出側に吐出配管３を介し接続された油分離器４（気液分離器）と、油分離器４の上部に接続された圧縮空気配管系統５と、油分離器４の下部と圧縮機本体１の間で接続された油配管系統６（液体配管系統）と、制御装置７と、表示装置８とを備える。なお、これら圧縮機本体１、吸入系統２、吐出配管３、油分離器４、圧縮空気供給系統５、油配管系統６、制御装置７及び表示装置８は、同一基台（ベース、パレット又はタンクマウント式であれば空気槽等）上に配置して圧縮機ユニット９を構成する。特に、本実施形態では、周面及び上面をパネル板で囲んだ筐体として圧縮機ユニット９を構成するものとする。また、図示しないが圧縮機本体１の駆動源は電動機を適用するものとする。

　圧縮機本体１は、詳細を図示しないものの、例えば、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複数の圧縮室が形成されている。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２から空気（気体）を吸入し、空気を圧縮し、圧縮空気（圧縮気体）を吐出配管３に吐出する。圧縮機本体１は、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、例えば圧縮開始直後を始め圧縮過程の何れかの段階で圧縮室に油（液体）を注入するようになっている。

　吸入系統２は、空気中の不純物を除去する吸込みフィルタ１０と、吸込みフィルタ１０の下流側に設けられ、圧縮機本体１の吸入側を閉止可能な吸込み絞り弁１１とを有している。

　油分離器４は、例えば旋回分離を始めとする比重分離や衝突分離或いはこれら両方を利用して、圧縮機本体１から吐出された圧縮空気から油を分離し、分離した油を下部に貯留する。油分離器４で分離された圧縮空気は、圧縮空気配管系統５を介しユニット外部の使用先へ供給される。圧縮空気配管系統５は、調圧弁（逆止弁）１２と、調圧弁１２の下流側に配置して、圧縮空気を冷却するアフタークーラ（熱交換器）１３と、調圧弁１２の下流側に配置して、圧縮空気の圧力（即ち圧縮空気の使用量によって変動する圧力）を検出する制御圧センサ１４とを有している。制御圧センサ１４は、検出圧力を制御装置７に出力する。詳細は後述する。

　油分離器４で貯留された油は、油分離器４と圧縮機本体１の圧縮室との圧力差によって、油配管系統６を介し圧縮室へ供給される。即ち油配管系統６は、油分離器４から圧縮機本体１に油が還流流路系統である。本実施形態において、油配管系統６は、油を冷却するオイルクーラ（熱交換器）１５と、オイルクーラ１５をバイパスするバイパス配管１６と、バイパス配管１６の入口（分岐点）に設けられた温度調節弁（三方弁）１７と、バイパス配管１６の出口（合流点）より下流側に配置して、油中の不純物を除去するオイルフィルタ１８とを有する。なお、本実施形態では、油分離器４と圧縮機本体１の圧縮室との圧力差によって、油配管系統６を介し圧縮室へ供給する構成を例とするが、油配管系統６にオイルポンプ等の圧送装置を配置し、圧縮室に油を供給するようにしてもよい。また、本実施形態では気液分離器の外周に高低差により目視可能な油面計７０を備える。

　温度調節弁１７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１５側の流量とバイパス配管１６側の流量の割合を調節する。これにより、圧縮機本体１へ供給する油の温度を調整する。

　油供給配管６の何れかの位置（バイパス配管１６を含む）には、圧力センサ２０が配置する。圧力センサ２０の配置位置は、気液分離器４から温度調節弁１７までの中間位置或いはバイパス配管１６でオイルクーラ１５出口側との合流位置よりも下流側に配置するのが好ましいが、本発明はこれに限定するものではなく、オイルクーラ１５の上流側（オイルクーラ１５の入口から気液分離器４までの間）に配置してもよい。圧力センサ２０は、油配管系統６内部の圧力変化を検出し、検出値を制御装置７と通信するようになっている。

　制御装置７は、プログラムとの協働により演算処理や制御処理を実行する演算制御部（例えばＣＰＵ）と、プログラムや演算処理の結果を記憶する記憶部（例えばＲＯＭ、ＲＡＭ）等とを有するものである。制御装置７は、運転制御機能として、制御圧センサ１４で検出された圧力に応じて吸込み絞り弁１１の開閉状態を制御し、これによって圧縮機本体１の運転状態を切り替えるようになっている。なお、制御装置７の全部又は一部をアナログ回路構成とすることも可能である。

　より詳細には、制御装置７は、圧縮機本体１の負荷運転時に（言い換えれば、吸込み絞り弁１１が開状態である場合に）、制御圧センサ１４で検出された圧力が予め設定されたアンロード開始圧力Ｐｕとなるまで上昇したかどうかを判定する。そして、制御圧センサ１４で検出された圧力がアンロード開始圧力Ｐｕとなる場合に、吸込み絞り弁１１を閉状態に制御して、圧縮機本体１の無負荷運転に切り替える。

　また、制御装置７は、圧縮機本体１の無負荷運転時に（言い換えれば、吸込み絞り弁１１が閉状態である場合に）、制御圧センサ１４で検出された圧力が予め設定されたロード復帰圧力Ｐｄ（但し、Ｐｄ＜Ｐｕ）となるまで下降したかどうかを判定する。そして、制御圧センサ１４で検出された圧力がロード復帰圧力Ｐｄとなる場合に、吸込み絞り弁１１を開状態に制御して、圧縮機本体１の負荷運転に切り替える。以上の運転切り替えにより、圧縮空気使用量が低下した際に、消費動力の低減を図ることができるようになっている。

　油分離器４は、概略内筒状の内部空間を有する本体形状を有する。油分離器４は、上方側に圧縮機本体１から吐き出された気液混合の圧縮空気が流入する入口開口４０を備える。油分離器４は、内部空間で鉛直方向から下方に向かって延伸する筒状の空気管路を備え、分離した空気が、空気管路から空気配管系統に流れるようになっている。また、分離した油は、内部空間の底部に貯留するようになっている。油分離器４の本体側面の下方側には、貯留した油が油配管系統６に流れる出口開口４１を備える。そして、油分離器４は、出口開口４１から内部空間に向かって延在する油出口管路５０を備える。

　図２を用いて、油分離器４の出口付近の構成を詳細に説明する。図２（ａ）は、出口開口４１付近の部分拡大側断面図（図１の方向から観察した拡大図）を示し、図２（ｂ）は図２（ｂ）のＡ－Ａ断面矢視図を示し、図２（ｃ）は図２（ａ）のＢ矢視図を示す。

　図２（ａ）において、油出口管路５０は、出口開口４１から油分離器４の内部空間に向かって延在する内部流路である。油出口管路５０は、油が流入する孔部５０ａを気液分離器４の底部側に向かって開口する概略Ｒ形状を有する。貯留した油は、主に孔部５０ａから出口開口４１を介して気液分離器４の外部に流れるようになっている。なお、油出口管路５０は必ずしもＲ形状に限定するものではない。また、孔部５０ａの開口方向は、鉛直方向が好ましいが、本発明はこれに限定するものではなく、鉛直方向から水平方向未満迄のいずれかの方向に開口する構成でもよい。

　また、図２（ｂ）や図２（ｃ）に示すように、油出口管路５０は、孔部５０ａより上方の管路途上に、油量を検出するため検出流路である孔部５０ｂを備える。即ち孔部５０ａと５０ｂは、高さが異なることを特徴の一つとする。孔部５０ｂは、油出口管路５０の内部流路に向かって水平方向に開口するのが好ましいが、これよりも鉛直方向側に開口していてもよい。油出口管路５０は、孔部５０ｂを介しても気液分離器４の内部空間と油配管系統６を連通するようになっている。また、図２に示す如く、孔部５０ｂの口径（開口面積）は、内部流路の孔部５０ａの口径（開口面積）よりも小である。

　なお、本実施形態では、孔部５０ａと５０ｂがそれぞれ１つである場合を説明するが、これらの一方或いは両方が複数であってもよい。この場合、孔部５０ｂの総口径面積が、孔部５０ａの総口径面積よりも小であることが好ましいともいえる。即ち気液分離器４内に油が充足しているときは（油面位置が油出口管路５０よりも高い位置にあるときは）、孔部５０ｂからも油が流出し、やがて油が不足し始めると（油面が低下し始めると）孔部５０ｂから徐々に空気が内部流路に流れ、更に、不足すると孔部５０ａ及び５０ｂの両方から空気が油配管系統６に流れる。一般に気体よりも液体の方が粘性が高いため、孔部５０ａと５０ｂの開口面積等しい或いは孔部５０ｂの開口面積がより大きいと、油量減少の過渡期において油出口管路５０に流れる流体の比率は空気が支配的となり、油分離器４の油貯留性が低下する場合もあるからである。なお、本発明はこれに限定するものではない。

　図３に、内部配管れる油と空気の量の遷移を模式的に示す。図３（ａ）は油量が適正量以上の状態を示す。この時は油面位置が孔部５０ｂの上方であることから油のみが油配管系統６に流れる。図３（ｂ）は、油糧が減少し始めた状態を示す。油面位置が孔部５０ｂと同等以下且つ孔部５０ａよりも高いため、孔部５０ｂからは空気が流れ始め油出口配管５０中の油に空気が混入し始める。やがて油量の減少が進むにつれて流れる空気の量も増加してゆく。図３（ｃ）は、油量が不足した状態を示す。油面位置が孔部５０ａよりも低くなり、内部流路には空気が支配的となる。

　このように、孔部５０ｂによって、油配管系統６を流れる油と空気の比率を過渡的に変化させることが可能となる。油と空気の比率が変化することで、油配管系統６内部の圧力変動が生ずる。本実施形態では、上述した圧力センサ２０がこの圧力変動を検出することで、制御装置７で油量の増減を監視可能とすることを特徴の１つとする。以下に、制御装置７による油量（油面高さ）検知機能について説明する。

　制御装置７は、例えば、圧縮機本体１の負荷運転時に（言い換えれば、圧縮機本体１の無負荷運転時より、油分離器４内の油面が低くなる場合に）、圧力センサ２０で検出された圧力が予め設定された設定範囲外となることがあるかどうかの判定（言い換えれば、予め設定された設定値Ｐ１を上回ることがあるかどうかの判定と予め設定された設定値Ｐ２（但し、Ｐ２＜Ｐ１）を下回ることがあるかどうかの判定）を行うことにより、油供給配管６に流れる流体が空気及び油のうちのいずれ（或いはいずれが主又は空気と油の占める割合がどの程度）であるかを判定し、その判定結果を表示装置８に出力する。表示装置８は、制御装置７の判定結果を報知するようになっている。

　より詳細には、図３（ａ）に示すように、油分離器４内の油面が孔部５０ｂより高い場合は、油配管系統６に油が流れる。この場合、図４で示すように、圧力センサ２０で検出された油の圧力は脈動が生じず、設定範囲内（言い換えれば、設定値Ｐ１以下かつ設定値Ｐ２以上）にある。そのため、制御装置７は、油配管系統６に流れる流体が油であると判定する。これにより、油分離器４内の油面が孔部５０ｂより高いことを検知することができる。

　他方、図３（ｂ）（ｃ）で示すように、油分離器４内の油面が孔部５０ｂより低い場合は、油配管系統６に空気と油又は空気が流れる。この場合、図５で示すように、圧力センサ２０で検出された空気の圧力は脈動が生じ、設定範囲外となる（言い換えれば、設定値Ｐ１を上回るか若しくは設定値Ｐ２を下回る）ことがある。そのため、制御装置７は、油供給経路６に流れる流体が空気（或いは主として空気又は空気が所定割合以上）であると判定する。これにより、油分離器４内の油面が孔部５０ｂや孔部５０ａより低いことを検知することができる。

　表示装置８は、制御装置７によって孔部５０ｂに流れる流体が空気であるとの判定結果が入力された場合に、その判定結果に基づいた報知情報として、例えば「警報：潤滑油不足」又は「警報：潤滑油を補給してください」のメッセージ等を表示する。また、表示装置８は、油配管系統６に流れる流体が油であるとの判定結果を入力してもよく、その判定結果に基づいた情報として、例えば「潤滑油充足」のメッセージ等を表示してもよい。なお、これらの報知方法は音や振動或いはこれらも組み合わせた種々の態様であってもよい。

　次いで、本実施形態の特徴の１つとして、運転中の油面状況の傾向の違いに対しても油面位置（油増減）を精度よく検出する機能について説明する。例えば、油面位置は、気液分離器４の構造に依存する場合もあり、運転中に発生する油面の状態は一律でない場合もある。この時カウントするべき閾値圧力が一定であると、運転状況毎に油量増減の検出精度が変化する虞もある。

　そこで、気液分離器４の構造に応じて変化する脈動パターンに対して、制御装置７が判定する油量増減の閾値を補正することで、精度よく汎用的な判定を実行する技術を提供する。

　図６（ａ）～（ｄ）に、気液分離器４の内部構造に依存して変化する圧縮機本体１の回転数と傾向の関係について示す。

　図６（ａ）は、圧縮機本体１の回転数増加に応じて、圧力センサ２０を介した油量増減判定のカウント数が減少するパターンについて示す。回転数が低いときは判定のカウント回数が多いが、回転数が高くなるとカウント回数が少なくなる傾向である。この場合には、実カウント数に回転数比を乗じることで油量不足と判定するのにカウントする圧力値をフラットにする補正を行う。或いは回転数に応じて検出設定値に傾きを持たせてもよい。

　図６（ｂ）は、圧縮機本体１の回転数増加に応じて、圧力センサ２０を介した油量増減判定のカウント数が増加するパターンについて示す。回転数が低いときは判定のカウント回数が少ないが、回転数が高くなるとカウント回数が多くなる傾向である。この場合には
、実カウント数に回転数比を乗じることで油量不足と判定するのにカウントする圧力値をフラットにする補正を行う。或いは回転数に応じて検出設定値に傾きを持たせてもよい。

　図６（ｃ）は、圧縮機本体１が中間回転数のときに、圧力センサ２０を介した油量増減判定のカウント数が増加するパターンについて示す。上限・下限回転数ではカウント数が減少し、中間回転数でカウント数が増加する凸型の傾向である。このときは、回転数に応じて検出設定値を凸型の傾きを持たせる。

　図６（ｄ）は、圧縮機本体１が上限・下限回転数のときに、圧力センサ２０を介した油量増減判定のカウント数が増加するパターンについて示す。上限・下限回転数ではカウント数が増加し、中間回転数でカウント数が減少する凸型の傾向である。このときは検出設定値を凹型の傾きを持たせる。

　このように、油配管系統６を流れる油と空気の脈動傾向が、運転状況毎に異なる場合であっても、それぞれの傾向に合わせた補正を行うことで精度よく油量の増減を検出することができる。このような補正値は、あらかじめ制御装置７に記憶させておいてもよいし、回転数に応じて制御装置７が所定の係数で演算によって求めるようにしてもよい。

　以上のように本実施形態は、油配管系統６に油（液体）が流れた場合にその油の圧力に脈動がほとんど生じないものの、油配管系統６に空気（気体）が流れた場合にその空気の圧力に脈動が生じるという知見に基づくものであり、油配管系統６に流れる流体が油及び空気のうちのいずれ（或いはいずれが主）であるかを判定することができる。これにより、油分離器４内の油面高さを精度よく監視することができる。

　また、本実施形態は上述の油面監視に加えて油面計７０も備えることから、より確実に油量の管理を実現することができる。

　なお、第１の実施形態において、制御装置７は、圧力センサ２０で検出された圧力が設定範囲外となることがあるかどうかの判定（言い換えれば、圧力センサ２０で検出された圧力が設定値Ｐ１を上回ることがあるかどうかの判定と設定値Ｐ２を下回ることがあるかどうかの判定の両方）を行うことにより、油配管系統６に流れる流体が空気及び油のうちのいずれ（或いはいずれが主）であるかを判定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。

　第１の変形例として、制御装置７は、圧力センサ２０で検出された圧力が設定値Ｐ１を上回ることがあるかどうかの判定と設定値Ｐ２を下回ることがあるかどうかの判定のうちの一方を行うことにより、油配管系統６に流れる流体が空気及び油のうちのいずれ（或いはいずれが主）であるかを判定してもよい。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。

　第２の変形例として、制御装置７は、圧力センサ２０で検出された圧力が設定値Ｐ１を上回る頻度が所定値より多いかどうかの判定と圧力センサ２０で検出された圧力が設定値Ｐ２を下回る頻度が所定値より多いかどうかの判定のうちの一方若しくは両方を行うことにより、油配管系統６に流れる流体が空気及び油のうちのいずれ（或いはいずれが主）であるかを判定してもよい。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。

　第３の変形例として、制御装置７は、圧力センサ２０で検出された圧力における変化率（詳細には、例えば圧力センサ２０の検出時間間隔毎に得られる圧力の変化率）を演算し、この変化率が予め設定された正の設定値を上回ることがあるどうかの判定と予め設定された負の設定値を下回ることがあるかどうかの判定のうちの一方若しくは両方を行うことにより、油配管系統６に流れる流体が空気及び油のうちのいずれ（或いはいずれが主）であるかを判定してもよい。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、図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同一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り、油分離器４内の貯油量が充足している状態を示す。

　本実施形態の給油式空気圧縮は、圧力センサ２０に代えて、油配管系統６に流れる流体の温度を検出する温度センサ１２０（検出器）を備える点が第１実施形態と主に異なる。温度センサ１２０は、検出温度を制御装置７Ａに出力する。

　制御装置７Ａは、油面高さ検知機能として、圧縮機本体１の負荷運転時に、温度センサ１２０で検出された温度が予め設定された設定範囲外となることがあるかどうかの判定（言い換えれば、予め設定された設定値Ｔ１を上回ることがあるかどうかの判定と予め設定された設定値Ｔ２（但し、Ｔ２＜Ｔ１）を下回ることがあるかどうかの判定の両方）を行うことにより、油配管系統６に流れる流体が空気及び油のうちのいずれであるかを判定し、その判定結果を表示装置８に出力するようになっている。

　油分離器４内の油面が孔部５０ｂより高い場合は、油配管系統６に油が流れる。この場合、図８に示すように、温度センサ１２０で検出された油の温度は脈動が生じず、設定範囲内（言い換えれば、設定値Ｔ１以下かつ設定値Ｔ２以上）にある。そのため、制御装置７Ａは、油配管系統６に流れる流体が油であると判定する。これにより、油分離器４内の油面が所定の孔部５０ｂより高いことを検知することができる。

　他方、油分離器４内の油面が孔部５０ｂより低い場合は、サンプ油配管系統６に空気が流れる。この場合、図９に示すように、温度センサ１２０で検出された空気の温度は脈動が生じ、設定範囲外となる（言い換えれば、設定値Ｔ１を上回るか、若しくは設定値Ｔ２を下回る）ことがある。そのため、制御装置７Ａは、油配管系統６に流れる流体が空気であると判定する。これにより、油分離器４内の油面が孔部５０ｂより低いことを検知することができる。

　表示装置８は、油配管系統６に流れる流体が空気であるとの判定結果を入力した場合に、その判定結果に基づいた情報として、例えば「警報：潤滑油不足」又は「警報：潤滑油を補給してください」のメッセージ等を表示する。また、表示装置８は、油配管系統６に流れる流体が油であるとの判定結果を入力してもよく、その判定結果に基づいた情報として、例えば「潤滑油充足」のメッセージ等を表示してもよい。

　以上のように本実施形態は、油配管系統６に油（液体）を流した場合にその油の温度に脈動がほとんど生じないものの、油配管系統６に空気（気体）を流した場合にその空気の温度に脈動が生じるという知見に基づくものであり、油配管系統６に流れる流体が油及び空気のうちのいずれ（或いはいずれが主又は空気や油の占める割合の程度）であるかを判定することができる。これにより、油分離器４内の油面高さを監視することができる。

　なお、第２の実施形態において、制御装置７Ａは、温度センサ１２０で検出された温度が設定範囲外となることがあるかどうかの判定（言い換えれば、温度センサ１２０で検出された温度が設定値Ｔ１を上回ることがあるかどうかの判定と設定値Ｔ２を下回ることがあるかどうかの判定の両方）を行うことにより、油配管系統６に流れる流体が空気及び油のうちのいずれ（或いはいずれが主）であるかを判定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。

　第４の変形例として、制御装置７Ａは、温度センサ１２０で検出された温度が設定値Ｔ１を上回ることがあるかどうかの判定と設定値Ｔ２を下回ることがあるかどうかの判定のうちの一方を行うことにより、油配管系統６に流れる流体が空気及び油のうちのいずれ（或いはいずれが主）であるかを判定してもよい。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。

　第５の変形例として、制御装置７Ａは、温度センサ１２０で検出された温度が設定値Ｔ１を上回る頻度が所定値より多いかどうかの判定と温度センサ１２０で検出された温度が設定値Ｔ２を下回る頻度が所定値より多いかどうかの判定のうちの一方若しくは両方を行うことにより、油配管系統６に流れる流体が空気及び油のうちのいずれ（或いはいずれが主）であるかを判定してもよい。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。

　第６の変形例として、制御装置７Ａは、温度センサ１２０で検出された温度における変化率（詳細には、例えば温度センサ１２０の検出時間間隔毎に得られる温度の変化率）を演算し、この変化率が予め設定された正の設定値を上回ることがあるどうかの判定と予め設定された負の設定値を下回ることがあるかどうかの判定のうちの一方若しくは両方を行うことにより、油配管系統６に流れる流体が空気及び油のうちのいずれ（或いはいずれが主）であるかを判定してもよい。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の実施形態並びに上記変形例において、制御装置７又は７Ａの判定結果を報知する報知装置は、圧縮機ユニット９に搭載され、制御装置７又は７Ａの判定結果に基づいた情報を表示する表示装置８であ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。図１０で示す第７の変形例のように、報知装置は、例えば、圧縮機ユニット９から離間され、通信回線２２を介し受信した制御装置７又は７Ａの判定結果に基づいた情報（詳細には、例えば「警報：潤滑油不足」又は「警報：潤滑油を補給してください」のメッセージ等）を表示する通信端末２３であってもよい。なお、通信端末２３は、通信接続の構成として離間する構成であれば、圧縮機ユニット９と物理的に接触する構成であってもよい。例えば、圧縮機ユニット９の何れかの場所に通信端末２３を載置や懸止させ、離間可能に一次的に固定する構成であってもよい。

　また、図１０に示す通信回線を利用する他の構成としては、制御装置７又は７Ａの判定機能を通信回線２２を介して接続された外部演算装置（サーバ等）に備え、その判定結果を外部演算装置から通信回線２２を介して通信端末２３に報知させる構成であってもよい。更には、通信端末２３に、制御装置７又は７Ａの判定機能を備える構成としてもよい。

　なお、図示しないものの、報知装置は、例えば圧縮機ユニット９に搭載された警報ランプ又は警報ブザーであってもよい。そして、制御装置７又は７Ａは、油配管系統６に流れる流体が空気であると判定した場合に、警報ランプ、警報ブザー又は警報振動を駆動してもよい。これらの変形例においても、上記同様の効果を得ることができる。

　また、第１から第２の実施形態において、給油式空気圧縮機は、圧縮機本体１を負荷運転から無負荷運転に切り替えるために、圧縮機本体１の吸入側を閉止する吸込み絞り弁１１を設け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。

　給油式空気圧縮機は、圧縮機本体１を負荷運転から無負荷運転に切り替えるために、吸込み絞り弁１１に代えて、圧縮機本体１の吐出側（詳細には、圧縮空気配管系統５の調圧弁１２より上流側）を放気する放気弁２４を備えるようにしてもよい。そして、制御装置７又は７Ａは、制御圧センサ１４で検出された圧力がアンロード開始圧力Ｐｕとなる場合に、放気弁２４を開状態に制御して、圧縮機本体１を負荷運転から無負荷運転に切り替える。また、制御圧センサ１４で検出された圧力がロード復帰圧力Ｐｄとなる場合に、放気弁２４を閉状態に制御して、圧縮機本体１を無負荷運転から負荷運転に切り替える。

　あるいは、給油式空気圧縮機は、吸込み絞り弁１１と放気弁２４の両方を備えてもよい。また、給油式空気圧縮機は、圧縮機本体１を負荷運転から無負荷運転に切り替えないように構成してもよい。即ち吸込み絞り弁１１又は放気弁２４を備えず、制御装置７又は７Ａが上述した運転制御機能を有しなくともよい。これらの変形例においても、上記同様の効果を得ることができる。

　また、給油式空気圧縮機は、可変速制御であってもよい。即ちインバータによる周波数変更やギヤ切替による回転比変更によってロータの回転数を変更するものであってもよい。可変速制御の無負荷運転は、制御圧センサ１４で検出された圧力がアンロード開始圧力Ｐｕとなる場合、吸い込み絞り弁１１を閉状態とし又インバータ周波数を低下させて（例えば給油式空気圧縮機の性能を維持する範囲での）モータ１０を最低回転とし、更に、制御圧力Ｐｕが、アンロード開始圧力Ｐｕよりも高圧である放気圧力Ｐｐにまで昇圧すると放気弁２４を開状態として省エネを実行する方法などが上げられる。また、放気弁２４の開弁後、制御圧センサ１４が検出する圧力が、アンロード開始圧力Ｐｕ或いはこれよりも高圧且つ放気圧力Ｐｐよりも低圧の所定の圧力以下となったときに、放気弁２４を閉弁し、アンロード運転におけるロード状態とする制御としてもよい。その後、制御圧センサ１４が検出する圧力が、更に低下しロード復帰圧力Ｐｄになったときに、吸い込み絞り弁１１を開状態とし、モータ１０の回転数をインバータ制御における回転数に上げる全負荷運転とする制御としてもよい。

　なお、以上においては、給油式空気圧縮機に本発明を適用した場合を例にとって説明したが、これに限るものではなく、油に変えて他の液体を使用する給液式の気体圧縮機であってもよい。例えば、圧縮室に水（液体）を注入しつつ空気（気体）を圧縮する圧縮機本体と、圧縮機本体から吐出された圧縮空気（圧縮気体）から水を分離して貯留する水分離器（気液分離器）と、水分離器で貯留された水を圧縮機本体へ供給する水配管系統（液体供給系統）とを備えた給水式空気圧縮機に、本発明を適用してもよい。この給水式空気圧縮機に本発明を適用した場合は、水分離器内の水面高さを監視することができる。また、空気以外の気体を圧縮する圧縮機に、本発明を適用してもよい。

　また、以上では、雄雌スクリューロータからなる所謂ツインスクリューロータの圧縮機構を例にとって説明したが、これに限られない。例えば、容積型やターボ型といった種々の圧縮機構を適用することもできる。容積型であれば回転式や往復動式等であり、回転式としてはシングル、ツイン及びマルチのスクリューロータや、シングル及びマルチのスクロールラップや、ベーン式や、クロー式等を含む。往復動式としては、シングル及びマルチのレシプロ式等を含む。更に、圧縮機本体も１台構成に限らず、同形式或いは異なる形式による組み合わせからなる多段構成であっても適用することができる。

　また、以上では、駆動源として電動機を例としたが、本発明はこれに限るものではない。内燃機関、蒸気機関、風力や水力といったエネルギを利用する駆動源等を適用することもできる。

　１…圧縮機本体、４…油分離器（気液分離器）、５…圧縮空気配管系統、６…油配管系統（液体供給系統）、７・７Ａ…制御装置、８…表示装置（報知装置）、９…圧縮機ユニット、１１…吸込み絞り弁、２０…圧力センサ（検出器）、２２…通信回線、２３…通信端末（報知装置）、２４…放気弁、４０…入口開口４１…出口開口５０…油出口管路、
５０ａ・５０b…孔部、７０…油面計、１２０…温度センサ（検出器）

Claims

　圧縮室に液体を注入しつつ気体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気体から液体を分離して貯留する気液分離器と、前記気液分離器で貯留された液体を前記圧縮機本体へ供給する液体配管系統とを備えた給液式気体圧縮機であって、
　前記気液分離器の内部空間に延在し、配置位置が高さ方向で異なる少なくとも２つの孔部を前記内部空間側に有して前記液体配管系統と連通する内部配管を備え、
　前記液体配管系統に流れる流体の圧力又は温度を検出する検出器と、
　前記検出器で検出された圧力又は温度が予め設定された第１の設定値を上回ることがあるかどうかの判定と前記検出器で検出された圧力又は温度が予め前記第１の設定値より小さくなるように設定された第２の設定値を下回ることがあるかどうかの判定のうちの少なくとも一方を行うことにより、前記液体配管系統に流れる流体が気体及び液体のうちのいずれであるかを判定する制御装置と、
　前記制御装置の判定結果を報知する報知装置とを備える給液式気体圧縮機。
　請求項１に記載の給液式気体圧縮機であって、
　前記孔部が、高い位置に配置する一方孔部の口径面積が、低い位置に配置する他方孔部の口径面積以下である給液式気体圧縮機。
　請求項１に記載の給液式気体圧縮機であって、
　高い位置に配置する一方の前記孔部が、前記気液分離器の水平方向に開口するものであり、
　低い位置に配置する他方の前記孔部が、前記一方の孔部の開口方向よりも鉛直方向側に開口するものである給液式気体圧縮機。
　請求項１に記載の給液式気体圧縮機であって、
　前記制御装置が、前記検出器で検出された圧力又は温度が予め設定された第１の設定値を上回ることがあるどうかの判定と前記検出器で検出された圧力又は温度が予め前記第１の設定値より小さくなるように設定された第２の設定値を下回ることがあるかどうかの判定の両方を行うことにより、前記液体配管系統に流れる流体が気体及び液体のうちのいずれであるかを判定するものである給液式気体圧縮機。
　請求項１に記載の給液式気体圧縮機であって、
　前記圧縮機本体の負荷運転から無負荷運転に切り替えるために、前記圧縮機本体の吸入側を閉止する吸込み絞り弁と前記圧縮機本体の吐出側を放気する放気弁のうちの少なくとも一方を備えるものである給液式気体圧縮機。
　請求項１に記載の給液式気体圧縮機であって、
　前記圧縮機本体、前記気液分離器及び前記液体配管系統が、同一ベース上に配置する圧縮機ユニットを構成するものであり、
　前記報知装置が、前記圧縮機ユニットに搭載され、前記制御装置の判定結果に基づいた情報を表示する表示装置である給液式気体圧縮機。
　請求項１に記載の給液式気体圧縮機であって、
　前記圧縮機本体、前記気液分離器及び前記液体配管系統が、同一ベース上に配置する圧縮機ユニットを構成するものであり、
　前記報知装置が、前記圧縮機ユニットから離間し、通信回線を介し受信した前記制御装置の判定結果に基づいた情報を表示する通信端末である給液式気体圧縮機。
　請求項１に記載の給液式気体圧縮機であって、
　前記液体配管系統が、系統上に前記液体を冷却する熱交換器を備え、
　前記検出器が、前記熱交換器の上流側又は下流側に配置するものである給液式気体圧縮機。
　圧縮室に液体を注入しつつ気体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気体から液体を分離して貯留する気液分離器と、前記気液分離器で貯留された液体を前記圧縮機本体へ供給する液体配管系統とを備えた給液式気体圧縮機において、
　　前記液体配管系統に連通し、配置位置が高さ方向で異なる少なくとも２つの孔部を有して前記気液分離器の内部に配置する内部配管を備え、　
　前記液体配管系統に流れた流体の圧力又は温度を検出する検出器と、
　前記検出器で検出された圧力又は温度における変化率を演算し、前記変化率が予め設定された正の設定値を上回ることがあるどうかの判定と前記変化率が予め設定された負の設定値を下回ることがあるかどうかの判定のうちの少なくとも一方を行うことにより、前記液体配管系統流れる流体が気体及び液体のうちのいずれであるかを判定する制御装置と、
　前記制御装置の判定結果を報知する報知装置とを備える給液式気体圧縮機。
　請求項９に記載の給液式気体圧縮機であって、
　前記孔部が、高い位置に配置する一方孔部の口径面積が、低い位置に配置する他方孔部の口径面積以下である給液式気体圧縮機。
　請求項９に記載の給液式気体圧縮機であって、
　高い位置に配置する一方の前記孔部が、前記気液分離器の水平方向に開口するものであり、
　低い位置に配置する他方の前記孔部が、前記一方の孔部の開口方向よりも鉛直方向側に開口するものである給液式気体圧縮機。
　請求項９に記載の給液式気体圧縮機であって、
　前記制御装置が、前記検出器で検出された圧力又は温度における変化率を演算し、前記変化率が予め設定された正の設定値を上回ることがあるどうかの判定と前記変化率が予め設定された負の設定値を下回ることがあるかどうかの判定の両方を行うことにより、前記液体配管系統に流れる流体が気体及び液体のうちのいずれであるかを判定するものである給液式気体圧縮機。
　請求項９に記載の給液式気体圧縮機であって、
　前記圧縮機本体の負荷運転から無負荷運転に切り替えるために、前記圧縮機本体の吸入側を閉止する吸込み絞り弁と前記圧縮機本体の吐出側を放気する放気弁のうちの少なくとも一方を備えるものである給液式気体圧縮機。
　請求項９に記載の給液式気体圧縮機であって、
　前記圧縮機本体、前記気液分離器及び前記液体配管系統が、同一ベース上に配置する圧縮機ユニットを構成するものであり、
　前記報知装置が、前記圧縮機ユニットに搭載され、前記制御装置の判定結果に基づいた情報を表示する表示装置である給液式気体圧縮機。
　請求項９に記載の給液式気体圧縮機であって、
　前記圧縮機本体、前記気液分離器及び前記液体配管系統が、同一ベース上に配置する圧縮機ユニットを構成するものであり、
　前記報知装置が、前記圧縮機ユニットから離間し、通信回線を介し受信した前記制御装置の判定結果に基づいた情報を表示する通信端末である給液式気体圧縮機。
　請求項９に記載の給液式気体圧縮機であって、
　前記液体配管系統が、系統上に前記液体を冷却する熱交換器を備え、
　前記検出器が、前記熱交換器の下流側に配置するものである給液式気体圧縮機。
　気体と液体を含む気液混合の圧縮気体が流入する入口開口と、前記入口開口から流入した圧縮気体が気体と液体に分離する内部空間と、分離した前記液体が前記内部空間から外部に流出する出口開口を有する気液分離器であって、
　前記出口開口から前記内部空間に延在すると共に前記内部空間と連通する内部配管を備え、
　前記内部配管が、配置位置が高さ方向で異なる少なくとも２つの孔部を前記内部空間側に有するものである気液分離器。
　請求項１７に記載の気液分離器であって、
　前記孔部が、高い位置に配置する一方孔部の口径面積が、低い位置に配置する他方孔部の口径面積以下である気液分離器。
　請求項１７に記載の気液分離器であって、
　高い位置に配置する一方の前記孔部が、前記気液分離器の水平方向に開口するものであり、
　低い位置に配置する他方の前記孔部が、前記一方の孔部の開口方向よりも鉛直方向側に開口するものである気液分離器。