(57)【要約】  気体圧縮機や他の機器から放気する気体を利用して、気体圧縮機で回生電力を生成する。気体を吸気して圧縮気体を生成する圧縮機本体を有する気体圧縮機であって、供給電力を受けて前記圧縮機本体を駆動する電動機であると共に前記圧縮機本体から動力を得て回生電力を生成する発電機となる回転電機と、前記供給電力の周波数を変更して前記回転電機の回転数を制御するインバータと、生成された前記電力から出力電力を生成するコンバータと、圧縮機本体の吐出側配管上で、圧縮機本体側から吐出側への圧縮空気の流通を許可する逆止弁とを有し、前記圧縮機本体の駆動停止時に、前記逆止弁より上流の圧縮機空気が逆流することで前記圧縮機本体が逆回転し、前記回生電力を生成する動力を生成する気体圧縮機。
2017130303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体を吸気して圧縮気体を生成する圧縮機本体を有する気体圧縮機であって、
供給電力を受けて前記圧縮機本体を駆動する電動機であると共に前記圧縮機本体から動力を得て回生電力を生成する発電機となる回転電機と、
前記供給電力の周波数を変更して前記回転電機の回転数を制御するインバータと、
生成された前記電力から出力電力を生成するコンバータと、
圧縮機本体の吐出側配管上で、圧縮機本体側から吐出側への圧縮空気の流通を許可する逆止弁とを有し、
前記圧縮機本体の駆動停止時に、前記逆止弁より上流の圧縮機空気が逆流することで前記圧縮機本体が逆回転し、前記回生電力を生成する動力を生成する気体圧縮機。
【請求項２】
請求項１に記載の気体圧縮機であって、
前記圧縮機本体が給液式であり、該圧縮機本体の下流且つ前記逆止弁の上流に気液分離器を有するものである気体圧縮機。
【請求項３】
請求項２に記載の気体圧縮機であって、
前記圧縮機本体の吸気経路上に設置し、開閉によって吸気気体の流通を許可及び禁止する吸込み絞り弁と、
前記吸込み絞り弁の開閉を制御する吸込み絞り弁制御装置と、
該吸込み絞り弁の下流且つ前記圧縮機本体の間で前記吸気経路から分岐する噴出配管経路と、
前記吸気経路と前記噴出配管経路の連通を開閉によって許可及び禁止する弁体と、
前記弁体の開閉を制御する弁体制御装置と、
前記噴出配管経路の下流にオイルエレメントとを有し、
前記圧縮機本体の駆動停止時に、前記吸込み絞り弁制御装置が前記吸込み絞り弁を閉、前記弁体制御装置が前記弁体を開とするものである気体圧縮機。
【請求項４】
請求項３に記載の気体圧縮機であって、
前記吸込み絞り弁制御装置が、前記気液分離器と前記吸込み絞り弁を接続する配管経路上に設置された電磁弁である気体圧縮機。
【請求項５】
請求項３に記載気体圧縮機であって、
前記弁体制御装置が、前記気液分離器と前記弁体とを接続する配管経路上に設置された電磁弁である気体圧縮機。
【請求項６】
請求項３に記載の気体圧縮機であって、
前記オイルエレメントが回収する潤滑油を回収し、前記圧縮機本体に還流する油回収機構を有する気体圧縮機。
【請求項７】
請求項１に記載の気体圧縮機であって、
前記逆止弁より下流の吐出側圧力を検知する圧力検知装置と、
前記圧力検知装置の検出圧力に基づいて、前記インバータを制御する制御部を有し、
前記制御部が、前記検出圧力が所定圧力に達すると前記インバータに前記圧縮機本体の駆動を停止させるものである気体圧縮機。
【請求項８】
請求項７に記載の気体圧縮機であって、
前記制御部が、少なくとも前記所定圧力まで前記吐出側圧力を昇圧させた後に前記圧縮機本体を停止させるものである気体圧縮機。
【請求項９】
請求項８に記載の気体圧縮機であって、
前記制御部が、前記圧縮機本体の駆動停止後、所定時間経過した後或いは前記吐出側圧力が所定圧力を検出した時に前記回転電機を電動機として再駆動させるものである気体圧縮機。
【請求項１０】
請求項７に記載の気体圧縮機であって、
前記逆止弁より上流の圧縮空気を放気する放気配管と、該放気配管上に設置する放気弁とを有し、
前記制御部が、前記圧力検知装置の検出値が所定圧力に達すると前記回転電機の回転数を定格より少ない回転数で回転させるとともに前記放気弁の開閉によって吐出し側圧力を所定の圧力範囲に維持するアンロード運転を実行するものである気体圧縮機。
【請求項１１】
請求項１０に記載の気体圧縮機であって、
前記制御部が、前記アンロード運転で前記放気弁を閉弁した後、前記圧力検出装置の検出値が前記所定の圧力範囲の下限圧力に達する前に、所定時間の経過を検出すると前記インバータに前記圧縮機本体の駆動を停止させるものである気体圧縮機。
【請求項１２】
請求項１に記載の気体圧縮機であって、
前記圧縮機本体の吐出し側から前記逆止弁の上流までの吐出配管経路と連通し、外部から圧縮気体を取り込む外部取込配管と、
前記吐出配管と外部取込配管の連通を許可及び禁止する弁体とを有し、
前記制御部が、前記圧縮機本体の駆動停止時に、前記吐出配管と外部取込配管の連通を許可するものである気体圧縮機。
【請求項１３】
請求項１２に記載の気体圧縮機であって、
前記外部取込配管から分岐し、外部に連通する放気配管を有し、
前記吐出配管と外部取込配管の連通を許可及び禁止する弁体が、前記吐出配管と外部取込配管の連通のみを許可、前記外部取込配管と放気配管の連通のみの許可の何れかを切り替える三方弁であり、
前記制御部が、前記圧縮本体の駆動時に前記三方弁を前記外部取込配管と放気配管の連通のみを許可するものである気体圧縮機。
【請求項１４】
請求項１２に記載の気体圧縮機であって、
前記外部取込配管から取り込む圧縮気体が、他の気体圧縮機から供給されるものである気体圧縮機。
【請求項１５】
請求項１４に記載の気体圧縮機であって、
前記外部取込配管から取り込む圧縮気体が、他の気体圧縮機のアンロード運転又は駆動停止による放気気体である気体圧縮機。
【請求項１６】
請求項１２に記載の気体圧縮機であって、前記外部取込配管から取り込む圧縮気体が、前記気体圧縮機が生成した圧縮空気を貯留する外部タンクである気体圧縮機。
【請求項１７】
気体を吸気して圧縮気体を生成する圧縮機本体を有する複数の気体圧縮機からなる気体圧縮機システムであって、
前記複数の気体圧縮機の少なくとも１つの気体圧縮機Ａが
供給電力を受けて前記圧縮機本体を駆動する電動機であると共に前記圧縮機本体から動力を得て回生電力を生成する発電機となる回転電機と、
前記供給電力の周波数を変更して前記回転電機の回転数を制御するインバータと、
生成された前記電力から出力電力を生成するコンバータと、
圧縮機本体の吐出側配管上で、圧縮機本体側から吐出側への圧縮空気の流通を許可する逆止弁と、
前記圧縮機本体の吐出し側から前記逆止弁の上流までの吐出配管経路と連通し、他の１又は２以上の気体圧縮機Ｂから圧縮空気を取り込む外部取込配管とを有し、
前記圧縮機本体の運転待機時に、前記外部取込み配管から取り込んだ圧縮機空気によって前記圧縮機本体が逆回転し、前記回生電力を生成する動力を生成するものであり、
前記気体圧縮機Ｂが、
前記圧縮機本体を駆動する電動機と、該圧縮機本体の吐出側配管上で、圧縮機本体側から吐出側への圧縮空気の流通を許可する逆止弁と、
該逆止弁より上流の圧縮空気を放気する放気配管と、該放気配管上に設置する放気弁とを有するものであり、
前記気体圧縮機システムが、
前記気体圧縮機Ｂの放気弁から下流と前記気体圧縮機Ａの外部取込配管が連通するものであり、
前記複数の気体圧縮機と通信可能に接続し、前記気体圧縮Ａが運転待機時且つ前記気体圧縮機Ｂの放気時に、前記放気弁を開とする制御装置を有するものである気体圧縮機システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は気体圧縮機及び気体圧縮機システム係り、エネルギを回生する気体圧縮機及び気体圧縮機システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
工場等全体で消費されるエネルギのうち、空気圧縮機などの気体圧縮機によって消費されるエネルギは、２０〜２５％に相当すると言われており、気体圧縮機の省エネ化に対する効果は大きい。【０００３】
近年では、気体圧縮機装置自体の高性能化は当然として、気体（例えば、空気）圧縮機にインバータを用いた駆動制御面からの省エネの他、圧縮途中に発生する排熱を回収し、暖房への利用、温水活用、ボイラの給水予熱への活用などの取組みもなされている。【０００４】
また、特許文献１は、気体圧縮機本体から吐き出された高温の圧縮空気や気体圧縮機本体の潤滑や圧縮気体の冷却等を行う潤滑油の熱を熱交換し、ランキンサイクルによって発電を行う構成を開示する。【０００５】
なお、気体圧縮機本体を駆動する駆動源として用いる電動機（モータ）は、逆転させることで発電機（ジェネレータ）として機能する回転電機である。特許文献２は、電動機を逆転させる手段として、蒸気を膨張させるスチームエキスパンダ（膨張機）として容積式スクリュエキスパンダを開示する。特許文献２は、ボイラ等の蒸気供給システムから供給される蒸気の膨張をスクリュエキスパンダによって回転力に変換し、これを発電機の駆動源とする構成を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１２６５９号公報
【特許文献２】特許第５１４８１１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、一般に気体圧縮機は、インバータを搭載してモータを可変速制御する可変速制御機と、モータを一定速で運転する一定速制御機が知られている。省エネ視点から、一定速制御機の容量制御では、ユーザ側の使用気体量等に応じて、負荷運転と無負荷運転を繰り返すロード・アンロード運転制御や更には、自動停止制御等を行うものがある。他方、可変速制御機の容量制御では、これらに加えてインバータによる可変速制御によっても省エネを図ることができる。【０００８】
かかる制御では、アンロード運転時や自動停止時に圧縮機内部配管系統の圧縮気体を大気に放出して減圧し、駆動源である電動機の負荷を低減させることで省エネ効果を得るようになっている。【０００９】
しかしながら、放出した圧縮気体は破棄することから、この点、放気気体を有効活用できれば、気体圧縮機の省エネに繋がる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、例えば、特許請求の範囲に記載の構成を適用する。即ち気体を吸気して圧縮気体を生成する圧縮機本体を有する気体圧縮機であって、供給電力を受けて前記圧縮機本体を駆動する電動機であると共に前記圧縮機本体から動力を得て回生電力を生成する発電機となる回転電機と、前記供給電力の周波数を変更して前記回転電機の回転数を制御するインバータと、生成された前記電力から出力電力を生成するコンバータと、圧縮機本体の吐出側配管上で、圧縮機本体側から吐出側への圧縮空気の流通を許可する逆止弁とを有し、前記圧縮機本体の駆動停止時に、前記逆止弁より上流の圧縮機空気が逆流することで前記圧縮機本体が逆回転し、前記回生電力を生成する動力を生成する気体圧縮機である。【００１１】
また、他の構成は、気体を吸気して圧縮気体を生成する圧縮機本体を有する複数の気体圧縮機からなる気体圧縮機システムであって、前記複数の気体圧縮機の少なくとも１つの気体圧縮機Ａが供給電力を受けて前記圧縮機本体を駆動する電動機であると共に前記圧縮機本体から動力を得て回生電力を生成する発電機となる回転電機と、前記供給電力の周波数を変更して前記回転電機の回転数を制御するインバータと、生成された前記電力から出力電力を生成するコンバータと、圧縮機本体の吐出側配管上で、圧縮機本体側から吐出側への圧縮空気の流通を許可する逆止弁と、前記圧縮機本体の吐出し側から前記逆止弁の上流までの吐出配管経路と連通し、他の１又は２以上の気体圧縮機Ｂから圧縮空気を取り込む外部取込配管とを有し、前記圧縮機本体の運転待機時に、前記外部取込み配管から取り込んだ圧縮機空気によって前記圧縮機本体が逆回転し、前記回生電力を生成する動力を生成するものであり、前記気体圧縮機Ｂが、前記圧縮機本体を駆動する電動機と、該圧縮機本体の吐出側配管上で、圧縮機本体側から吐出側への圧縮空気の流通を許可する逆止弁と、該逆止弁より上流の圧縮空気を放気する放気配管と、該放気配管上に設置する放気弁とを有するものであり、前記気体圧縮機システムが、前記気体圧縮機Ｂの放気弁から下流と前記気体圧縮機Ａの外部取込配管が連通するものであり、前記複数の気体圧縮機と通信可能に接続し、前記気体圧縮Ａが運転待機時且つ前記気体圧縮機Ｂの放気時に、前記放気弁を開とする制御装置を有するものである気体圧縮機システムである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一側面によれば、圧縮気体を生成する気体圧縮機が、余剰気体を利用して回生エネルギを生成する装置としても利用することができ、省エネ効果が向上する。【００１３】
また、本発明の一側面によれば、複数台の気体圧縮機からなる気体圧縮機システムにおいて、一方気体圧縮機の放気気体を利用して他方気体圧縮機で回生エネルギを生成することができ、システム全体での省エネを図ることができる。
本発明の他の課題・構成・効果は、以下の記載から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明を適用した実施例１による空気圧縮機の構成を示す模式図である。
【図２】実施例１による空気圧縮機の動作の流れを示すタイミングチャートである。
【図３】本発明を適用した実施例２による空気圧縮機システムの構成を示す模式図である。
【図４】実施例２による台数制御部の処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。
図１に、本発明を適用した一実施例である給油式の空気圧縮機１００の構成を模式的に示す。本実施例では、空気を吸気して圧縮空気を吐出す給油式空気圧縮機を例示するが、本発明はこれに限定するものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で、圧縮する気体の種別や給液（水等）式圧縮装置に適用することもできる。【００１６】
空気圧縮機１００は、外部からのエアフィルタ１及び吸込絞り弁２を介して吸気した空気を圧縮する圧縮機本体５と、圧縮機本体の駆動源及び発電源となる回転電機６と、吐出混合気体の温度を検出する温度センサと、吐出混合気体から圧縮空気と潤滑油を一次分離する油分離器９と、分離された圧縮空気から更に油分を二次分離するエレメント１０と、二次分離された圧縮空気の吐出配管経路上に配置する調圧逆止弁１１と、逆止弁１１を介して流通した圧縮空気及び後述する潤滑油をファン１４からの冷却風で冷却する熱交換器１３と、上記吐出配管とは異なり油分離器９の下流側に配置する制御配管系統と、当該放気配管系統から分岐する３つの配管上に各々配置する放気電磁弁１７、操作電磁弁１８及び回生用電磁弁１９と、回生電磁弁１９の下流に配置する噴出し弁３と、噴出し弁３の下流に配置する噴出し用エレメント４、噴出し用エレメント４が取り除いた潤滑油を圧縮機本体５に還流する回収機構（油受け４０、逆止弁４１）と、回転電機６、ファンモータ１５及び各種電磁弁等の制御を行う制御盤２７と、ファンモータ１５に供給する電力の周波数変換を行うファン用インバータ１６と、これらを格納する外部筺体（パッケージ）２３とを主な構成要素として備える。【００１７】
空気圧縮機１００が生成した圧縮空気は、外部タンク（リザーバタンク）４５に一時的に貯留され、その後、ユーザ側の機器に送るようになっている。なお、外部タンク４５を設置せずに、直接ユーザ側機器に圧縮空気を送るようにしてもよい。【００１８】
圧縮機本体５は、１又は複数のスクリューロータからなるスクリュー式圧縮機である。圧縮機本体５と回転電機６とは、ロータ及びモータシャフト同士が（分割又は一体構成で）軸同に構成される。軸同であることで、機会ロスが低減でき効率圧縮及び効率発電に資する。なお、本発明は、他の形式の圧縮機本体や他の連結構成にも適用できる。【００１９】
油分離器９は、その底部に溜まった潤滑油を圧縮機本体側に還流する潤滑油経路３０を有する。潤滑油経路３０は、途中で温調弁１２を介してその下流側が２系統に分岐するようになっている。一方は、圧縮機本体５に直接的に連通する還流経路であり、他方は熱交換器１３を経由した後にこの還流経路と接続する経路である。温調弁１２は、潤滑油温度を閾として潤滑油の流通経路を切り替える弁であり、潤滑油温度が閾より低い場合には、圧縮機本体５に直接的に還流する経路を開とし、逆に閾以上に高い場合には、熱交換器１３に接続する経路を開として流路を切り替える。例えば、起動直後などで吐出し空気温度がドレン発生限界温度に対して低い場合は、ドレンの発生を防止するために、熱交換器１３に流入しない経路に潤滑油を循環させ吐出温度を上昇させる。逆にドレン発生限界温度に対して高い場合は、吐出温度がそれ以上上昇しないように為、熱交換器１３に流入する経路に切り替えるようになっている。いずれかの経路を流通した潤滑油は、その後、オイルフィルタ２０を介して圧縮機本体５に還流する。【００２０】
熱交換器１３は、分離後の圧縮空気及び潤滑油をファン１４が生成する冷却風と熱交換する冷却器である。制御部２６が、圧縮機本体５から吐き出された吐出空気の温度を検出する温度センサ２５の検出値に応じて、冷却ファンの回転数をファン用インバータ１６及びファン用モータ１５によって変化させるようになっている。【００２１】
潤滑油の二次分離を行うエレメント１０の下流側と接続し、ユーザ側に通じる吐出配管系統と異なる経路である制御配管系統３１は、外部への圧縮空気の放気経路や吸込み絞り弁２及び噴出し弁３の駆動制御圧力の供給を行う経路として機能する。【００２２】
放気電磁弁１７は、圧縮機本体５の駆動がアンロード運転となる場合、調圧逆止弁１１から圧縮機本体５の間の圧縮空気を放気して減圧し、回転電機６の駆動電力を低減させるようになっている。より具体的には、制御部２６は、操作電磁弁１８及び回生用電磁弁１９を「閉」にすると共に放気電磁弁１７を「開」にし、外部放気を行う。【００２３】
操作電磁弁（吸込み絞り弁制御装置）１８は、ロード運転時に「開」となり、吸込み絞り弁２が開となって外気が圧縮機本体５に吸気される。また、操作電磁弁１８は、圧縮機本体５が自動停止運転となる場合に「閉」となり、バネ等によって閉方向に付勢力を有する吸込み絞り弁２が閉となって、圧縮機本体５に外気が流通するのを防止する。操作制御弁１８の開閉は制御部２６によって制御される。【００２４】
回生用電磁弁（弁体制御装置）３は、ロード運転又はアンロード運転の場合には「閉」となり、この結果、噴出し弁３が噴出し用エレメント４側と吸気経路の連通を禁止する。自動停止運転となる場合、回生用電磁弁３は「開」となり、噴出し弁３が噴出し用エレメント４側と吸気経路の連通を許可するようになっている。回生用電磁弁３の開閉は、制御部２６によって制御される。【００２５】
吸込み絞り弁２を介して吸込んだ空気が圧縮機本体５に流通する吸込配管経路は、その途中が２つに分岐し、一方は圧縮機本体５と接続し、他方は噴出し用（オイル）エレメント４及び油回収機構と接続するようになっている。この他方の経路への空気流通は、上述のように回生用電磁弁３によって制御される。後述する放気空気を利用した回生運転時に、圧縮機本体５の吸込み側から逆流する圧縮空気は、空気と潤滑油による混合気体であるため、油回収機構を設けて潤滑油の筺体内部或いは外部への飛散を防止するようになっている。【００２６】
油回収機構は、油受け４０及び逆止弁４１を備える。噴出し用エレメント４は、回生運転時に圧縮機本体５側から逆流する圧縮空気から油分と空気を分離し、分離された油は、その落下先に設置する油受け４０及び逆止弁４１を介して、吸込配管経路に還流するようになっている。回生運転時には、吸込配管経路側が高圧となり、逆止弁４１の上流側から油が還流しないが、回生運転が終了して空気圧縮運転に復帰することで、吸込配管経路側が負圧となり、吸気配管系統に潤滑油の還流が許可されるようになっている。【００２７】
制御部２６は、CPUやMPUといった演算装置と、プログラムとの協働によって実現される制御機能部であり、上記電磁弁、インバータ７、コンバータ８、ファン用インバータ１６に種々の制御指令を出力する。また、制御部２６は、メモリ（不図示）を備え、操作パネルやネットワークを介して（不図示）外部入力された空気吐出圧力や種々の制御閾値等を記憶又は設定可能になっている。【００２８】
なお、空気圧縮機１００は、調圧弁１１より下流のユーザ側吐出配管経路上に、圧力検出装置として圧力センサ２８を有する。圧力センサ２８は、ユーザ側（設備機械やリザーバタンク等）の圧縮空気圧力を検出する。制御部２６は、圧力センサ２８の検出値に応じて、インバータ７に制御指令を出力し、インバータ制御運転、ロード運転、アンロード運転及び自動停止運転を実行するようになっている。【００２９】
ここで、インバータ制御運転とは、圧力センサ２８の検出値に基づいて、ユーザ側の吐出圧力が所定の設定吐出圧力を維持するようにインバータの出力周波数値を変更する制御である。例えば、ユーザ側吐出圧力が設定圧力以上になれば、出力周波数を低減させて圧縮機本体５の回転数を低下させる。逆に設定圧力を下回るときは、出力周波数を増加させて圧縮機本体５の回転数を上昇させる。【００３０】
アンロード運転とは、例えばユーザ側の空気使用量が減少し、ユーザ側圧力が設定吐出圧力よりも高い所定の上限圧力に達した場合、放気電磁弁１７を「開」にすると共に操作電磁弁１８を「閉」とし、更に回転電機６の回転数を低下させ、圧縮機本体５の駆動電力を省エネする運転である。回転数の低下度合いとしては、例えば、潤滑油が潤滑油経路３０を流通するのに必要な圧力を生成する程度の最低限度の回転数等が挙げられるが、これに限定するものではない。なお、吸込み絞り弁２は「閉」であるが、閉弁隙間等から僅かに吸い込まれる空気によって、圧縮機本体５の吐出し側が大気圧よりも高圧の環境を生成することができる。
その後、ユーザ側の空気使用量が増加する等によって、設定吐出圧力付近まで低下したことを検知すると、放気電磁弁１７を「閉」として調圧逆止弁１１よりも上流側の圧縮再開或いはこれに加えて回転電機６の回転数を上昇させ、上記上限圧力を限界として、ユーザ側を設定吐出圧力以上に維持する等の運転である。なお、設定吐出圧力よりも低い所定の下限圧力までユーザ側の圧力が下がった場合には、ロード運転に切り替えるのが好ましい。【００３１】
ロード運転とは、設定吐出圧力に達するまで放気弁１７を「閉」及び操作電磁弁１７を「開」に維持して、回転電機６を定格で駆動する運転である。なお、本発明は、吸込み絞り弁２及び操作電磁弁１６を構成に含まない場合でも適用できるものである。【００３２】
自動停止運転とは、ユーザ側の空気使用量が減少し、ユーザ側圧力が設定吐出圧力以上の状態が所定時間継続する等を契機として圧縮機本体５の駆動を一時的に停止する運転である。例えば、ユーザ側の空気使用量が減少し、ユーザ側圧力が設定吐出圧力以上となり、やがて上限圧力に達すると、制御部２６は上記アンロード運転を実行するようになっているが、アンロード運転を長時間継続するよりも一時的に圧縮機本体５の駆動を停止（回転電機６への電力供給停止）し、所定時間の経過やユーザ側圧力が所定の圧力（例えば、アンロード運転における下限圧力よりも低い復帰圧力等）より低くなった時等に、再駆動する方が省エネ面から効率的となる場合もある。【００３３】
そこで、本実施例では、設定吐出圧力以上の状態が所定時間継続すると、回転電機６への電力供給を停止し、電力を節約するようになっている。なお、自動停止運転開始の圧力基準は、設定吐出圧力に限るものではなく、上限圧力等の任意な圧力でもよい。また、所定圧力状態の継続時間は自動停止運転の開始契機に限定されるものではなく、単位時間間隔あたりのアンロード運転及びロード運転の比率を制御部２６が監視演算し、アンロード運転の割合が大となった場合に自動停止運転を実行する等、種々の態様を適用してもよい。更に、実施例では、自動停止運転前にアンロード運転が実行される例を説明するが、必ずしもアンロード運転を自動停止運転の前提としなくても本発明を適用することができる。【００３４】
次いで、図２を用いて、回生運転機能について説明する。
上述のように、自動停止運転時には圧縮機本体５の回転を一時停止（回転電機６への電力供給停止）するが、調圧逆止弁１１から下流側では、圧縮機本体５の吐出側に対して逆流によるバック圧が発生する。アンロード運転時には、放気電磁弁１７を介して外部に放気することでバック圧を解消するが、回生運転時には、放気電磁弁１７を「閉」とし、調圧逆止弁１１から下流の圧縮空気を圧縮機本体５に逆流させるようになっている。圧縮機本体５のスクリューロータは、逆流する圧縮空気により逆回転し、これに伴い回転電機６も逆回転することで発電機として機能する。回転電機６の逆回転によって生成された電気はコンバータ８によって回生電力として利用することができるようになっている。なお、その後圧縮機本体５の吸込み側から吸込配管経路に吐出された圧縮空気が、配管系統外部に放気されるのは既に述べた通りである。【００３５】
回生電力は、冷却ファン１４を駆動するファン用モータ１５の電力として利用する。回生電力は放気エアを利用して生成されることから、自動停止運転時等、圧縮機本体５が生成する圧縮空気は無いことに等しい。潤滑油も上昇する要因が少ないため、冷却ファンの回転数も比較的低回転でよい。このため発電電力は放気エアが放出されている間の時間しか生成できないが、低負荷での冷却環境でよい場合には十分な電力を得ることができる。【００３６】
なお、本実施例では、ファンモータ用の電力として利用する例を説明するが、これに限定するものではなく、圧縮機１００内部にバックアップ電源用等の蓄電池を備え、これの充電用など、種々の構成が可能である。【００３７】
このような一連の動作の流れを説明する。
時間ｔ０は、回転電機６が定格で駆動しユーザ側の圧力が設定吐出圧力の状態を示す。この時の回転電機６の負荷率は１００％（定格）であり、操作電磁弁１８は「開（即ち吸込み絞り弁２が開）」であり、放気電磁弁１７は「閉」、回生用電磁弁１９は「閉」の状態で（インバータ制御運転における）ロード運転が行われる。なお、図において「回転方向」は回転電機６の回転方向であり、圧縮時の回転方向を「正回転」とするものである。【００３８】
時間ｔ１で、制御部２６は、ユーザ側吐出圧力が上限値に達したことを検知すると、アンロード運転を開始する。即ちインバータ７に周波数低減の指令（例えば、最低回転周波数）を出力して回転電機６の負荷率を低下させる。同様に制御部２６は、操作電磁弁１８を「閉」、放気電磁弁１７を「開」とし、空気の吸込みを制限すると共に調圧逆止弁１１から上流の配管系統の圧力を低下させる。これにより回転電機６の負荷率が更に低下する。その後、ユーザ側吐出圧力は、ユーザ側の空気使用量に応じて徐々に低下する。【００３９】
時間ｔ２で、制御部２６は、ユーザ側吐出圧力が設定吐出圧力と同値に設定された下限値に達したことを検知すると、アンロード運転からロード運転に切り替える。なお、この時のロード運転は、回転電機６の負荷率を低下させたままで、放気電磁弁及び操作制御弁の制御によって行う負荷運転である。
制御部２６は、操作電磁弁１８を「開」、放気電磁弁１７を「閉」とし、調圧逆止弁１１から上流の配管系統を昇圧する。即ち回転電機６の低負荷率での回転を利用し、吸込み量を増加並びに放気量を制限することで昇圧を図る。【００４０】
時間ｔ３で、制御部２６は、ユーザ側吐出圧力が上限値に達したことを検知すると、再度操作電磁弁１８を「閉」、放気電磁弁１７を「開」とする。即ち時間ｔ１のアンロード運転と同じ運転状態となる。時間ｔ４で、制御部２６が再度ユーザ側吐出圧力が下限値に達したことを検知すると、時間ｔ３と同様に電磁弁を制御して再昇圧を図る。なお、本実施例では、アンロード運転からロード運転に切り替える契機を上限圧として説明するが、これ以外にも、設定吐出圧力と、上限圧力との間の任意の圧力を切り替えの契機としてもよい。上限圧の設置値が比較的高い場合、アンロード運転で当該圧力まで昇圧するのに著しく時間を必要とする場合もあるからである。【００４１】
このように、空気圧縮機１００は、ユーザ側吐出圧力に基づいてアンロード運転と、ロード運転とを繰り返すが、制御部２６は、上限圧の検知と同時にタイマを作動させ、その後、下限圧に達するまでに所定の時間の経過等を検出すると、自動停止運転の実行を開始する。【００４２】
時間ｔ５で、制御部２６は所定経過時間を検出すると、操作電磁弁１８を「開」、放気電磁弁１７を「閉」として、ユーザ側吐出圧力を上限値まで昇圧する。このとき必要であれば回転電機６の回転数を増加させてもよい。即ち圧縮機本体５を停止する前に、ユーザ側圧力を高圧にする制御を行う。自動停止機能は、所定の経過時間、ユーザ側の空気使用量がかなり少ない或いは無い状況で発生するため、例えば、リザーバタンクやユーザ機器内に充填された高圧の圧縮空気が自然放熱等によって冷却されるとドレンが発生する虞がある。また、ユーザが再び使用を開始する際に、設定吐出圧力より高い圧力を直ぐ得ることができる利点もある。更には、自動停止運転によって、空気圧縮機１００の配管系統内は略大気圧となるため、空気使用量の増加によって再駆動しても、設定吐出圧力までの圧力を得るのに時間を要する等の理由にもよる。【００４３】
時間ｔ６で、制御部２６は、上限圧まで再昇圧を実行すると、操作電磁弁１８を「閉」とするが、放気電磁弁１７の「閉」を維持する。そして、操作電磁弁１８を「閉」とした後、回生用電磁弁１９を「開」とする。これにより調圧逆止弁１１から上流の配管系統から圧縮空気が圧縮機本体５の吐出し側に逆流し、回転電機６による発電が開始される。なお、操作電磁弁１８の「閉」の後（数秒）に回生用電磁弁１９を「開」とすることで、油分が比較的含有された逆流圧縮空気が、吸込み絞り弁２やその上流に流通することを確実に防止できる。
自動停止運転後は、所定の経過時間や任意の再駆動開始圧力を契機に（インバータ制御運転による）ロード運転を再開するようになっている。【００４４】
なお、本実施例では、アンロード運転を行う制御態様について説明したが、アンロード運転がなく、インバータ制御運転と自動停止運転のみの組合せ制御の態様であっても、当該自動停止運転において、回転電機６の逆転が可能であれば適用できるものである。また、本実施例において、自動停止運転は、停止前に上限値まで昇圧する例を説明したが、昇圧せずに放気するように構成することも同然に可能である。【００４５】
以上のように、本実施例によれば、放気（破棄）する空気を利用して回生電力を得ることができる。更に、圧縮機本体自体を、圧縮手段及び膨張手段に利用するとともに、回転電機を電動機及び発電機に利用することから装置としての活用性が著しく高まる。
また、本実施例では、ユーザ側のドレン発生防止や空気使用再開時のユーザビリティの面から自動停止運転前の昇圧を行うが、この昇圧圧力を利用して更に電力を得ることができ、空気圧縮機としての利便性とエネルギーロス低減に、優れた効果を発揮する。
また、回生運転に伴う吸込み配管経路側に対する弁制御により、外部筺体２３内或いは周辺外部環境に対する油飛散を防止し、整備面や環境面の効果も兼ね備える。
【実施例２】
【００４６】
実施例１は、空気圧縮機１００内の圧縮空気を圧縮機本体５に逆流させることで回生電力を生成する例であるが、実施例２は、他の空気圧縮機の放気エアを利用して電力を生成する構成例である。以下、実施例２を、図面を用いて説明する。なお、実施例１と同様の構成要素には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。【００４７】
図３に、実施例２による空気圧縮機システム３００の構成を模式的に示す。空気圧縮機システム３００は、実施例１の空気圧縮機１００と、空気圧縮機２００とからなる。空気圧縮機システム３００は、例えば、空気使用量に応じて複数台制御を可能とする圧縮機システムである。夫々の制御部２６Ａ、２６Ｂと通信可能に有線又は無線（インターネット等のネットワーク接続を含む。）接続された台数制御部５０の制御により、両者を駆動、一方を駆動して他方を停止（圧縮機本体５が駆動停止する待機状態）又は両者停止等の種々の運転を可能とする。【００４８】
台数制御部５０は、ＣＰＵやＭＰＵ等の演算装置と、プログラムとの協働によって実現される。本実施例では、台数制御部５０が空気圧縮機１００、２００の外部に設置するものとするが、何れかの空気圧縮機の制御盤２７等に実装する構成であってもよい。【００４９】
空気圧縮機１００において、実施例１との主な相違点は、圧縮空気本体５から油分離器９に接続された吐出配管途中に、空気圧縮機２００の放気エアを取り入れる為の放気エア取込配管（外部取込配管）２２を備える点である。放気エア取込配管２２には、三方電磁弁６０を備え、空気圧縮機１００がアンロード運転や自動停止運転等の時（回生運転ができない状態の時）には、空気圧縮機２００からの放気エア取込を禁止して、外部放気側の経路への流通を許可するようになっている。三方電磁弁６０は回生運転が可能な状態のときには、外部放気側の流通を禁止し、空気圧縮機２００からの放気エアの取込を許可する。【００５０】
空気圧縮機２００は、給油式スクリュー圧縮機である。圧縮空気を生成する為の各構成は空気圧縮機１００と同様であるが、回生電力を生成する要素（コンバータ８、回生用電磁弁１９、コンバータ８、油回収機構等）は、備えない。ここで、空気圧縮機２００にも回線電力の生成要素を備えると共に空気圧縮機１００及び２００の互いの放気エアを夫々が利用可能に放気配管、取込配管を接続し、何れの空気圧縮機でも発電できるようにすることもできる。【００５１】
なお、空気圧縮機２００は給油式スクリュー圧縮機である空気圧縮機２００に限定するものではなく、ベーン、スクロール、レシプロ等、他の給油式或いは無給油式圧縮機であってもよい。【００５２】
空気圧縮機２００の放気配管系統は、空気圧縮機１００の放気エア取込配管２２と接続する。例えば、空気圧縮機２００が駆動しており、空気圧縮機１００が停止（待機）であるとき、空気圧縮機１００の圧縮機本体５は逆転が可能な状態である。そこで、空気圧縮機２００が、アンロード運転及び自動停止運転時の放気エアを空気圧縮機１００側に放出し、空気圧縮機１００で発電を行うようになっている。実施例１では、自動的運転時の放気のみしか発電を実行できないが、実施例２はアンロード運転時の放気も利用できるという特有の効果がある。【００５３】
また、実施例２において、空気圧縮機１００が生成した圧縮空気は、実施例１と同様に外部タンク４５Ａに一時貯留される。空気圧縮機２００が生成した圧縮空気は、外部タンク４５Ａに一時貯留してもよいし、他の外部タンク４５Ｂに貯留するようにしてもよい。更に、外部タンクを使用せずに直接ユーザ側の装置に圧縮空気を供給するようしてもよい。【００５４】
このような構成において、空気圧縮機１００の放気エア取込配管２２には、外部タンク４５Ａ、４５Ｂ及びユーザ側機器と接続する構成であってよい。これらの余剰圧縮空気を回生することで、より多くの回生電力を得ることができる。特に、外部タンク４５Ｂに一時貯留された圧縮空気は、例えば、１日の利用が終了すると貯留空気を放気する場合がある。例えば、再使用までの時間が長時間になる場合には、高圧のままだと気温によってタンク内にドレンが発生する虞もある為である。【００５５】
図４に、空気圧縮機システムの処理の流れを示す。なお、本処理は台数制御部５０と、空気圧縮機１００及び２００の制御部２６Ａ、２６Ｂによって実行される。【００５６】
Ｓ１０１で、台数制御部５０は、空気圧縮機１００の駆動停止中又は運転待機中且つ空気圧縮機２００が駆動運転中（ロード運転、アンロード運転を含む。）であるかを判断し、そうである場合（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）、Ｓ１０３に進む、三方電磁弁５０を「開」とし、放気エア取込配管２２を介して、空気圧縮機２００の放気配管系統と、空気圧縮機１００の吐出側配管とを連通させる。空気圧縮機１００が駆動運転中である場合（Ｓ１０１：Ｎｏ）、Ｓ１０８に進み、三方電磁弁６０を「閉」として、外部放気配管に空気圧縮機２００からの放気エアが流れるようにする。【００５７】
Ｓ１０５で、台数制御部は、制御部２６Ａに指示し、空気圧縮機１００の放気電磁弁１７を「閉」、操作電磁弁１８を「閉」、回生用電磁弁１９を「開」とさせる。その後、空気圧縮機２００のアンロード運転や自動停止運転による放気が行われ、空気圧縮機１００の回転電機６が逆転し、発電が実行される。発電電力はコンバータ８を介して空気圧縮機２００に送られる
Ｓ１０７で、制御部２６Ｂは、空気圧縮機１００から送られた電力をファンモータ用インバータ１６に送らせ、回生エネルギとして利用させる。【００５８】
このように実施例２によれば、他の空気圧縮機の放気エアを利用して電力を生成することができる。また、空気圧縮機単体での回生の場合、自動停止運転時の放気エアのみでしか発電できないが、実施例２の場合、他の空気圧縮機のアンロード運転時の放気エアを利用することができる。【００５９】
なお、実施例２では回生電力を空気圧縮機２００のファン用電力として利用したが、他の用途に利用にも利用できるのは実施例１と同様である。【００６０】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は上記種々の実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、組合せや省略が可能である。
例えば、実施例２では、空気圧縮機１００で生成した回生電力を空気圧縮機２００のファン用電力に利用する例であるが、回生電力を空気圧縮機１００の（再）起動補助電源用として蓄電池の充電用途としてもよい。【００６１】
また、実施例２では、空気圧縮機１００のみで発電をする構成であるが、空気圧縮機２００にも同様な発電機構を備え、互いの放気配管系統を、他方の放気エア取込配管と相互に接続し、運転状況に応じて両者で役割を入れ替えて発電するようにしてもよい。例えば、機器の寿命確保の面から、複数台の圧縮機の駆動時間が平滑するように、交互に駆動、停止を繰り返す制御態様のときには、両者の放気エアを発電に利用することができる。【００６２】
また、実施例２では、外部タンク４５Ａ、４５Ｂ及びユーザ側機器の余剰圧縮空気を回生に利用するに際し、放気エア取込配管を経由して取り込むようにしたが、調圧逆止弁１１をバイパスする配管及びその流通を許可及び禁止する弁体を設けて、吐出し側から外部タンク等の放気エアを逆流させるように構成してもよい。【００６３】
更には、実施例２は、台数制御部５０等による電気・電子制御によって回線電力を得たが、複数台が連携して駆動・停止を行う圧縮機システムではなく、空気圧縮機本体１００を予備空気圧縮機とし、通常は発電装置としてのみ利用し、必要に応じて空気圧縮機として利用するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１…吸込フィルタ、２…吸込絞り弁、３…噴出し弁、４…噴出し用エレメント、５…圧縮機本体、６…回転電動機、７…回転電動機用インバータ、８…電源回生コンバータ、９…油分離器、１０…エレメント、１１…調圧逆止弁、１２…温調弁、１３：熱交換器（オイルクーラ・アフタークーラ）、１４…冷却ファン、１５…ファンモータ、１６…ファンモータ用インバータ、１７…放気電磁弁、１８…操作電磁弁、１９…回生用電磁弁、２０…オイルフィルタ、２１：油受けと回収経路、２２…放気エア取込配管、２３…外部筺体（パッケージ）、２５…温度センサ、２６・２６Ａ・２６Ｂ…制御部、２７…制御盤、２８…圧力センサ、３０…潤滑油経路、３１…制御配管経路、４１…油受け、４２…逆止弁、４５・４５Ａ・４５Ｂ…外部タンク（リザーバタンク）、５０…台数制御部、６０…三方電磁弁、１００・２００…空気圧縮機、３００…空気圧縮機システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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