(57)【要約】【課題】消費電力の低減を図ることができる圧縮気体供給システムを提供する。【解決手段】圧縮気体供給システム１は、圧縮気体を生成する圧縮手段２と、圧縮手段２に接続された駆動モータ３と、駆動モータ３の回転数を制御するインバータ４と、圧縮手段２の吐出圧力を一定に保つ定圧制御を行う制御装置５と、圧縮手段２と駆動モータ３との間に配置されたクラッチ６と、を備え、制御装置５は、圧縮手段２の流量が制御限界最少流量に達したときにクラッチ６を切り、吐出圧力が設定限界圧力まで低下したときにクラッチ６を接続するように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮気体を生成する圧縮手段と、該圧縮手段に接続された駆動モータと、前記圧縮手段の吐出圧力を一定に保つ定圧制御を行う制御装置と、を備えた圧縮気体供給システムにおいて、
前記圧縮手段と前記駆動モータとの間に配置されたクラッチを備え、
前記制御装置は、前記圧縮手段の流量が制御限界最少流量に達したときに前記クラッチを切り、前記吐出圧力が設定限界圧力まで低下したときに前記クラッチを接続するように構成されている、
ことを特徴とする圧縮気体供給システム。
【請求項２】
前記駆動モータの回転数を制御するインバータを備える、ことを特徴とする請求項１に記載の圧縮気体供給システム。
【請求項３】
前記駆動モータの回転数を測定する回転数測定器を備え、前記制御装置は、前記制御限界最少流量に対応した限界最低回転数に基づいて前記クラッチを切るように構成されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧縮気体供給システム。
【請求項４】
前記制御装置は、前記クラッチを切った待機状態における前記駆動モータの回転数を調整可能に構成されている、ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の圧縮気体供給システム。
【請求項５】
前記制御装置は、前記クラッチを切った待機状態が一定時間継続した場合に前記駆動モータの回転数を下げるように構成されている、ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の圧縮気体供給システム。
【請求項６】
前記制御装置は、前記クラッチを切った待機状態が一定時間継続した場合に前記駆動モータを停止するように構成されている、ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の圧縮気体供給システム。
【請求項７】
前記制御装置は、前記クラッチを切った待機状態が一定時間継続した場合に前記駆動モータの回転数を下げた後、前記待機状態が更に一定時間継続した場合に前記駆動モータを停止するように構成されている、ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の圧縮気体供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮気体供給システムに関し、特に、製造工場等における動力用圧縮空気・原料用気体・エアブロー・空気輸送・汚水曝気等に使用される圧縮気体を供給するための圧縮気体供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、製造工場では、部品や装置の動力源として圧縮空気が使用されたり、窒素等の特定のガスを空気から分離したり、化学プロセスに原料となる気体を供給したり、不活性ガスをパージガスとして使用したり、エアブローを水切りや切粉飛ばしに使用したり等、種々の場面において圧縮気体が使用されている。かかる圧縮気体は、一般に、圧縮機やブロワによって供給される。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載された圧縮空気供給装置は、エアブロー用の圧縮空気供給装置において、ルーツ式ブロワを駆動するモータに付設されたインバータ部と、圧力タンクに設置された圧力センサの検出値を出力する出力部と、圧縮空気の目標圧力値を設定可能な制御装置と、を有し、前記インバータ部において任意の圧力に対する前記モータへの出力周波数を予め設定しておき、前記検出値と前記目標圧力値とを比較して前記インバータ部により前記ルーツ式ブロワの回転数を自動調節するようにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−６５２７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、特許文献１に記載されたように、圧縮機や送風機（ブロア、ファンを含む。）等の圧縮手段を備えた圧縮空気供給システムにおいては、圧縮空気の使用量の変動に対応して、吐出圧力の変化を検出して圧縮手段の駆動モータの回転数を変化させたり、空気の吸気流量を調節したりすることによって、圧縮手段の吐出圧力を一定に保つ定圧制御が使用されている。かかる定圧制御は、回転数の調節を容易にしたインバータの普及によって、省エネ目的で多く使用されるようになっている。
【０００６】
ところで、定圧制御された圧縮手段において、流量が制御限界最少流量以下になると、内部の漏れ量の相対量が増加し本体の温度が上昇して運転不可能な状態に陥ったり、サージングを起こしたりすることとなる。そこで、制御限界最少流量に達した場合には、一般に、圧縮空気を捨てたり、圧縮手段を無負荷運転に切り替えたり、圧縮手段の駆動モータを停止したりしている。
【０００７】
しかしながら、圧縮空気を捨てたり、圧縮手段を無負荷運転に切り替えたりした場合には、圧縮空気を使用側に吐出しない状態で動力を消費せざるを得ないという問題がある。また、圧縮手段の駆動モータを停止した場合には、駆動モータの再起動に時間がかかるため、再起動中に使用圧力が低下してしまい、最低保証圧力を確保するために、常用運転圧力を高くする必要があることから、消費電力が増加してしまうという問題がある。
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑み創案されたものであり、消費電力の低減を図ることができる圧縮気体供給システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、圧縮気体を生成する圧縮手段と、該圧縮手段に接続された駆動モータと、前記圧縮手段の吐出圧力を一定に保つ定圧制御を行う制御装置と、を備えた圧縮気体供給システムにおいて、前記圧縮手段と前記駆動モータとの間に配置されたクラッチを備え、前記制御装置は、前記圧縮手段の流量が制御限界最少流量に達したときに前記クラッチを切り、前記吐出圧力が設定限界圧力まで低下したときに前記クラッチを接続するように構成されている、ことを特徴とする圧縮気体供給システムが提供される。
【００１０】
前記圧縮気体供給システムは、前記駆動モータの回転数を制御するインバータを備えていてもよい。
【００１１】
また、前記圧縮気体供給システムは、前記駆動モータの回転数を測定する回転数測定器を備え、前記制御装置は、前記制御限界最少流量に対応した限界最低回転数に基づいて前記クラッチを切るように構成されていてもよい。
【００１２】
また、前記制御装置は、前記クラッチを切った待機状態における前記駆動モータの回転数を調整可能に構成されていてもよいし、待機状態が一定時間継続した場合に前記駆動モータの回転数を下げるように構成されていてもよいし、待機状態が一定時間継続した場合に前記駆動モータを停止するように構成されていてもよい。
【００１３】
また、前記制御装置は、前記クラッチを切った待機状態が一定時間継続した場合に前記駆動モータの回転数を下げた後、前記待機状態が更に一定時間継続した場合に前記駆動モータを停止するように構成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
上述した本発明に係る圧縮気体供給システムによれば、圧縮手段と駆動モータとの間にクラッチを配置したことにより、クラッチのＯＮ／ＯＦＦによって、駆動モータの動力を圧縮手段に伝達する運転状態と、駆動モータの動力を圧縮手段に伝達しない待機状態と、に切り替えることができ、圧縮手段の流量が制御限界最少流量に達した場合であっても、クラッチを切って待機状態に切り替えることにより、駆動モータを停止させることなく、圧縮手段を停止させることができる。
【００１５】
したがって、本発明を採用することにより、圧縮手段の流量が制御限界最少流量に達したときに圧縮手段を作動させる必要がなく、消費電力の低減を図ることができる。また、駆動モータの再起動には、２〜１０秒程度の時間を必要とするのに対して、クラッチの接続には０．０５〜０．２秒程度の時間しか必要としないことから、最低保証圧力を確保するために常用運転圧力を高くする必要がなく、運転状態における消費電力を低減することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る圧縮気体供給システムを示す全体構成図である。
【図２】圧縮手段の吐出流量と消費電力・吐出圧力との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態について、図１及び図２を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の一実施形態に係る圧縮空気供給システムを示す全体構成図である。図２は、圧縮手段の吐出流量と消費電力・吐出圧力との関係を示す図である。
【００１８】
本発明の一実施形態に係る圧縮空気供給システム１は、例えば、図１及び図２に示したように、圧縮気体を生成する圧縮手段２と、圧縮手段２に接続された駆動モータ３と、駆動モータ３の回転数を制御するインバータ４と、圧縮手段２の吐出圧力を一定に保つ定圧制御を行う制御装置５と、圧縮手段２と駆動モータ３との間に配置されたクラッチ６と、を備え、制御装置５は、圧縮手段２の流量が制御限界最少流量に達したときにクラッチ６を切り、吐出圧力が設定限界圧力まで低下したときにクラッチ６を接続するように構成されている。
【００１９】
本実施形態では、大気中の空気を圧縮し、圧縮空気をエアブロー等に使用する供給先７に供給する場合について説明する。
【００２０】
圧縮手段２は、例えば、圧縮機や送風機（ブロア、ファン等を含む）である。圧縮手段２は、必要な空気圧に応じて選択される。本実施形態では、圧縮手段２として圧縮機を使用している。なお、圧縮手段２は、プーリや増速機を介して駆動モータ３に接続されていてもよい。
【００２１】
圧縮手段２の入口側は、例えば、吸入フィルタ２１に配管２２を介して接続されている。吸入フィルタ２１は、大気中の塵や埃を除去する。圧縮手段２の出口側は、配管２３を介して複数の供給先７に接続されている。配管２３は、供給先７に応じて分岐しており、各分岐管には、例えば、電磁弁７１が接続されている。電磁弁７１を開閉することにより、圧縮空気を使用する供給先７に任意に圧縮空気を供給することができる。
【００２２】
また、出口側の配管２３には、安全弁２４、逆止弁２５、圧力発信器２６等が接続されていてもよい。安全弁２４は、配管２３の異常な圧力上昇を抑制し、逆止弁２５は、圧縮空気の逆戻りを抑制する。例えば、クラッチ６を切ると圧縮手段２が停止することから、このとき圧縮空気の送気が停止し、逆止弁２５が開から閉に切り替えられる。圧力発信器２６は、配管２３の圧力を計測し、計測値を制御装置５に送信するように構成されている。なお、逆止弁２５は自動開閉弁であってもよい。
【００２３】
また、配管２３には、圧縮空気を一時的に貯留するためのレシーバタンク（図示省略）が配置されていてもよい。レシーバタンクを配置することにより、圧縮手段２から供給される圧縮空気の空気圧が供給先７で必要な空気圧よりも低い場合であっても、レシーバタンクから圧縮空気を補充することにより必要な空気圧を保持することができる。
【００２４】
駆動モータ３は、圧縮手段２の圧縮機本体を回転させる動力源である。本実施形態では、駆動モータ３は、クラッチ６を介して圧縮手段２に接続される。このように、圧縮手段２と駆動モータ３との間にクラッチ６を配置した場合には、クラッチ６を繋げることにより、駆動モータ３の動力を圧縮手段２に伝達することができ、クラッチ６を切ることにより、駆動モータ３から圧縮手段２への動力伝達を切断することができる。
【００２５】
また、駆動モータ３は、駆動モータ３の回転数を制御するインバータ４に接続されていてもよい。インバータ４は、例えば、工場内に配設された電源８に接続される。インバータ４は、制御装置５からの指令に基づいて交流の周波数を制御し、駆動モータ３の回転数を制御する。
【００２６】
制御装置５は、例えば、圧力調節計５１、回転数測定器５２等を備えている。圧力調節計５１は、圧力発信器２６の計測値に基づいて圧縮手段２の吐出圧力を制御するために、圧縮手段２を所定の回転数に制御する指令をインバータ４に出力する。
【００２７】
また、回転数測定器５２は、インバータ出力信号等を用いて駆動モータ３の回転数を検出する。制御装置５は、駆動モータ３の回転数が圧縮手段２の制御限界最少流量に対応する数値に達すると、クラッチ６に動力伝達を切断する指令（クラッチ６を切る指令）を出力する。また、制御装置５は、圧力発信器２６の計測値が設定限界圧力まで低下すると、クラッチ６に動力伝達を開始する指令（クラッチ６を接続する指令）を出力する。なお、回転数測定器５２は、圧縮機本体に接続されたロータリーエンコーダであってもよい。
【００２８】
続いて、図２を参照しつつ、圧縮空気供給システム１の運転フローの一例について説明する。図２において、下段のグラフは、圧縮手段２の吐出流量と消費電力との関係を示しており、横軸は吐出流量（％）、縦軸は消費電力（％）を示している。また、上段のグラフは、圧縮手段２の吐出流量と吐出圧力との関係を示しており、横軸は吐出流量（％）、縦軸は吐出圧力（ｋＰａ）を示している。なお、下段のグラフにおける運転点ａ〜ｋは、上段のグラフにおける運転点ａ〜ｋに対応した運転状態を示している。
【００２９】
また、本実施形態において、圧縮手段２の制御限界最少流量を吐出流量２０％に設定し、設定限界圧力を７５ｋＰａに設定している。なお、図２における数値は単なる例示であり、図示した数値に限定されるものではない。
【００３０】
圧縮空気供給システム１の起動時は、クラッチ６を切った状態で駆動モータ３を起動し、駆動モータ３が起動した後にクラッチ６を接続する。圧縮手段２の出口側（配管２３）の吐出圧力が低い場合（例えば、運転点ａ）は、圧縮手段２により圧縮空気が供給され続け、例えば、吐出圧力は８０ｋＰａ（運転点ｂ）に達する。このとき、消費電力は、低い状態（運転点ａ）から、１００％の状態（運転点ｂ）に移行する。
【００３１】
例えば、圧縮手段２の吐出流量が供給先７における使用量よりも多い場合は、吐出圧力が８０ｋＰａよりも上昇した状態（例えば、運転点ｃ）に移行する。このとき、消費電力も１００％を超えた状態（例えば、運転点ｃ）に移行する。
【００３２】
この圧力上昇を圧力発信器２６が検出し、その信号を圧力調節計５１に送信し、圧力調節計５１が駆動モータ３の回転数を低下させる信号をインバータ４に出力し、インバータ４が駆動モータ３の回転数を低下させる。かかる運転により、圧縮手段２の吐出圧力は、８０ｋＰａに低下した状態（運転点ｄ）に移行する。このとき、消費電力は、１００％よりも低い状態（運転点ｄ）に移行する。
【００３３】
運転点ｄにおいて、供給先７における圧縮空気の使用量が上昇した場合には、圧力発信器２６の計測値が低下することから、圧力調節計５１及びインバータ４を介して駆動モータ３の回転数を上昇させて、運転点ｂに向かう方向に制御される。
【００３４】
一方、運転点ｄにおいて、供給先７における圧縮空気の使用量が減少した場合には、圧力発信器２６の計測値が上昇し、圧力調節計５１及びインバータ４を介して駆動モータ３の回転数を低下させて、運転点ｅに向かう方向に制御される。かかる制御によって圧縮手段２の吐出圧力を一定に保つ定圧制御を行う。
【００３５】
圧縮機等の圧縮手段２には、一般に、流量（回転数）が低い状態では、内部の漏れ量の相対量が増加し本体の温度が上昇して運転不可能な状態に陥る制御限界最少流量（制御限界最低回転数）が存在している。そこで、本実施形態では、供給先７における圧縮空気の使用量が減少し、圧縮手段２が制御限界最少流量（制御限界最低回転数）に達したところ（運転点ｆ）でクラッチ６を切り、圧縮手段２を停止させる。
【００３６】
すなわち、本実施形態に係る圧縮空気供給システム１は、駆動モータ３の回転数を測定する回転数測定器５２を備え、制御装置５は、制御限界最少流量に対応した限界最低回転数に基づいてクラッチ６を切るように構成されている。このとき、吐出圧力は、クラッチ６を切ると同時に、運転点ｆから運転点ｇに移行する。
【００３７】
また、本実施形態では、クラッチ６を切った状態で駆動モータ３は停止させることなく運転を継続させておく。したがって、消費電力は、クラッチ６を切ると同時に、運転点ｆから運転点ｇに移行する。
【００３８】
この状態で供給先７において圧縮空気を使用し続けると、圧縮手段２から圧縮空気が供給されない状態であることから、圧力発信器２６の計測値が低下し、その数値が設定限界圧力（７５ｋＰａ）に達したところ（運転点ｈ）でクラッチ６を接続する。このとき、吐出圧力は、クラッチ６を繋ぐと同時に、運転点ｈから運転点ｉに移行する。
【００３９】
ところで、吐出圧力の運転状態が運転点ｇから運転点ｈに移行する際、駆動モータ３は運転させたままであることから、消費電力に変動はなく、運転点ｇと運転点ｈは同じ位置を示すこととなる。その後、クラッチ６を繋ぐことによって駆動モータ３に負荷がかかることから、消費電力は運転点ｇ／ｈから運転点ｉに移行する。
【００４０】
運転点ｉの状態において、供給先７における圧縮空気の使用量が１００％以上である場合には、吐出圧力が減少し、運転点ａに移行する。このとき、消費電力も運転点ａに移行する。また、運転点ｉの状態において、供給先７における圧縮空気の使用量が１００％以下である場合には、吐出圧力が上昇し、運転点ｂを経由して運転点ｂｄに移行する。このとき、消費電力も運転点ｂを経由して運転点ｄに移行する。以下、吐出圧力を計測しながら、上述した制御を繰り返す。
【００４１】
また、駆動モータ３は、制御装置５及びインバータ４を介して回転数を調整可能に構成されていることから、クラッチ６を切った待機状態において、消費電力を下げるために、駆動モータ３の回転を下げることによって、運転点ｇ／ｈから運転点ｐに移行させるようにしてもよい。
【００４２】
また、クラッチ６を切った待機状態において、出口側の配管２３の圧力が低下しており、クラッチ６を接続したときの圧縮空気の吐出流量を大きくしたい場合には、待機状態における駆動モータ３の回転数を高くしておくようにしてもよい。したがって、本実施形態に係る圧縮空気供給システム１では、クラッチ６を切った待機状態において、駆動モータ３の回転数を状況に応じて調節することができる。
【００４３】
また、クラッチ６を切った待機状態が長時間続く場合には、駆動モータ３を停止するようにしてもよい。このとき、駆動モータ３の消費電力は０％になることから運転点ｑに移行することとなる。
【００４４】
また、供給先７において圧縮空気を使用しない状態が続く場合には、圧縮空気を使用しない時間を計測し、一定時間継続した場合に、駆動モータ３の回転数を下げたり（運転点ｐ）、駆動モータ３を停止させたり（運転点ｑ）するようにしてもよい。さらに、駆動モータ３の回転数を下げた状態が一定時間継続した場合に、駆動モータ３を停止させるように、段階的に駆動モータ３の回転数を調節するようにしてもよい。
【００４５】
ところで、本実施形態に係る圧縮空気供給システム１では、圧縮手段２の設定限界圧力を７５ｋＰａに設定しているが、クラッチを備えていない従来のシステムでは、通常、圧縮手段２が制御限界最少流量（制御限界最低回転数）に達したところで駆動モータを停止する手法が採用されている。停止した駆動モータを再起動させる場合、一般に、２〜１０秒程度の時間を必要とするのに対して、クラッチ６の接続には０．０５〜０．２秒程度の時間しか必要としない。
【００４６】
駆動モータを再起動する場合は、起動開始から起動完了するまでの間、圧縮空気は吐出されずに圧縮空気が消費されることから、出口側の配管の圧力が低下することとなる。そのため、最低保証圧力を７５ｋＰａに設定した場合には、従来のクラッチのないシステムでは、定圧制御を行う常用運転圧力（図２の運転点ｂ，ｄ，ｅ，ｆに相当する吐出圧力）を９０〜９５ｋＰａ程度に設定しなければならない。
【００４７】
したがって、従来のクラッチのないシステムでは、常用運転圧力が、本実施形態に係る圧縮空気供給システム１の常用運転圧力（８０ｋＰａ）よりも高くなり、消費電力が増加することとなる。言い換えれば、本実施形態に係る圧縮空気供給システム１では、最低保証圧力を確保するために常用運転圧力を高くする必要がなく、運転状態における消費電力を低減することができる。
【００４８】
本発明は、上述した実施形態に限定されず、空気以外の気体を圧縮して供給するシステムにも適用することができる、動力用気体や原料用気体を供給するシステムにも適用することができる等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００４９】
１  圧縮空気供給システム
２  圧縮手段
３  駆動モータ
４  インバータ
５  制御装置
６  クラッチ
７  供給先
８  電源
２１  吸入フィルタ
２２,２３  配管
２４  安全弁
２５  逆止弁
２６  圧力発信器
５１  圧力調節計
５２  回転数測定器
７１  電磁弁
【図１】
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【図２】
2019060318.tif 000004