(57)【要約】    【課題】  圧縮機の運転状態に応じて、これらの各状態において騒音を抑制して運転可能な空気圧縮機を提供する。    【解決手段】  吸込み絞り弁１０から吸い込まれる空気を圧縮する圧縮機本体１と、この圧縮機本体１から吐出される圧縮空気の吐出経路に位置するオイルケース７と、吐出経路から分岐して放気を行う放気経路と、起動時と無負荷運転時とで放気経路の断面積を変化させるように制御する制御装置４とを備えることによって、オイルケース７と圧縮機本体１との圧力差に起因する騒音を抑制する。    【選択図】図１
2008175152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸込み絞り弁から吸い込まれる空気を圧縮する圧縮機本体と、この圧縮機本体から吐出される圧縮空気の吐出経路に位置するオイルケースと、前記吐出経路から分岐して放気を行う放気経路と、起動時と無負荷運転時とで前記放気経路の断面積を変化させるように制御する制御装置とを備えた空気圧縮機。
【請求項２】
前記制御装置は、放気経路に設けられる電磁弁を制御することによって前記放気経路の断面積を変化させることを特徴とする請求項１記載の空気圧縮機。
【請求項３】
吸込み絞り弁から吸い込まれる空気を圧縮する圧縮機本体と、この圧縮機本体から吐出される圧縮空気の吐出経路に位置するオイルケースと、前記吐出経路から分岐して放気を行う放気経路と、この放気経路に設けられる電磁弁及びオリフィスとを備え、起動時と無負荷運転時とで前記放気経路の断面積を変化させるように前記電磁弁を制御する制御装置とを備えた空気圧縮機。
【請求項４】
前記放気経路は複数の経路を有し、前記制御装置は前記複数の経路のうちの一の経路の開閉を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の空気圧縮機。
【請求項５】
前記制御装置は、前記一の経路の開閉を制御するために、前記一の経路に設けられる電磁弁の開閉を制御することを特徴とする請求項４に記載の空気圧縮機。
【請求項６】
吸込み絞り弁から吸い込まれる空気を圧縮する圧縮機本体と、この圧縮機本体から吐出される圧縮空気の吐出経路に位置するオイルケースと、前記吐出経路から分岐して放気を行う放気経路とを備えた空気圧縮機において、
前記放気経路は分岐部を有して第１の放気経路と第２の放気経路とに分岐し、前記第２の分岐経路には電磁弁が設けられ、
前記電磁弁が、前記空気圧縮機の起動時に開となり無負荷運転時に閉となるように制御する制御装置を備えた空気圧縮機。
【請求項７】
前記制御装置は、
前記オイルケース内の圧力Ｐが、前記圧縮機本体の運転音の大きくなる圧力領域の上限圧力Ｐ0よりも高い圧力となるように制御することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の空気圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は空気圧縮機に関し、特に安定圧力を所望の値に制御可能な空気圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空気圧縮機の運転状態は、通常、「起動」「全負荷運転」「部分負荷運転」「無負荷運転」「停止」の５つの場合に大別できる。特許文献１には、吸気調節弁（吸込み絞り弁）を用い、この吸気調節弁内に設けられた弁体が移動することによって、これらの各運転を行う例が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開2001-90683号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
三相誘導電動機を用いる空気圧縮機は、電動機の回転を伝動ベルトないしはギヤやカップリングなどを介して圧縮機本体へ伝える構造であることが多い。例えば、スターデルター方式にて起動する電動機を動力源とする油冷式スクリュー圧縮機の場合、「起動」時には運転開始直後の圧縮機本体の回転によって生成された圧縮空気を用いて吸込み絞り弁を閉じ、それ以上空気を取り込まないようにすることで電動機の負荷が軽い状態を保ち、電動機が十分加速してデルター運転に切換った後適切な時間を経て、吸込み絞り弁を開いて空気を取り込み、圧縮を開始する。
【０００５】
圧縮が開始されると、「全負荷運転」では吸込み絞り弁は全開状態で空気を取り込む。「部分負荷運転」では圧縮空気の使用量に応じて吸込み絞り弁を少しずつ閉め、圧縮機に取り込む空気量を減じる、いわゆるサクションアンロード運転となる。また、「無負荷運転」においては、吸込み絞り弁を全閉にしてオイルケース内の空気を大気中に放気して動力低減を図る、いわゆるインテグラルアンロード運転となる。
【０００６】
さらに、「停止」時には圧縮機本体内部の圧縮途中の空気や、既に圧縮した空気が油と一緒に吸込み側に逆流する現象が起こるため、停止信号が入力された直後に吸込み絞り弁を閉じる必要がある。
【０００７】
以上のように、空気圧縮機では、運転の各状態に応じて吸込み絞り弁の開閉を制御しなければならない。
【０００８】
各状態における要請としては、「起動」時には容量制御弁を閉じた後、オイルケース内の圧力を出来るだけ低くすることで電動機の負荷を軽くし、よりスムーズに起動させる必要がある。一方、「無負荷運転」時のインテグラルアンロード運転（吸込み絞り弁を全閉とし、さらに放気する運転）では、動力低減の観点からオイルケース内の圧力はできるだけ低くする方がよいものの、圧力を下げ過ぎると圧縮機本体の吸込み側と圧縮後の吐出し側との圧力差が小さくなってしまうという問題があった。
【０００９】
このような問題によって、例えば、スクリュー圧縮機においては、圧縮機本体内のローターが安定して回転出来ずに大きな騒音を発生させてしまうことがある。したがって、「起動」時及び「無負荷運転」時の動力低減を重視するあまり、オイルケース内の圧力を低くしすぎると、圧縮機本体の運転音の増大を招いてしまう。そのため、「起動」時と「無負荷運転」時それぞれにおける望ましいオイルケース内圧力を単一の放気経路で実現するのは難しい。
【００１０】
これまでの圧縮機では上記のような現象を勘案し、「起動」時の電動機のスムーズな起動と、「無負荷運転」時のインテグラルアンロード運転における騒音抑制が両立するオイルケース内圧力となる放気経路を構成して運転することが多かった。
【００１１】
特許文献１の構成は、オイルケースからの経路として、吐出流路のほかに、これから分岐した複数の分岐経路や吐出流路とは異なる経路、さらには、複数空間の間を連通するバイパス流路を複数備えているが、これまでの圧縮機は、「起動」時の電動機のスムーズな起動と「無負荷運転」時のインテグラルアンロード運転における騒音抑制が両立するオイルケース内圧力となる単一の放気経路によって運転するものが一般的で、「起動」時、「無負荷運転」時それぞれにおいて理想的なオイルケース内圧力で運転することが難しいという課題があった。
【００１２】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、各状態において騒音を抑制して運転可能な空気圧縮機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するための本発明の具体的態様は以下の通りである。
第一の態様では、吸込み絞り弁から吸い込まれる空気を圧縮する圧縮機本体と、この圧縮機本体から吐出される圧縮空気の吐出経路に位置するオイルケースと、前記吐出経路から分岐して放気を行う放気経路と、起動時と無負荷運転時とで前記放気経路の断面積を変化させるように制御する制御装置とを備える構成とした。
【００１４】
この第一の態様においては、前記制御装置は、放気経路に設けられる電磁弁を制御することによって前記放気経路の断面積を変化させることが望ましい。
【００１５】
また、第二の態様では、吸込み絞り弁から吸い込まれる空気を圧縮する圧縮機本体と、この圧縮機本体から吐出される圧縮空気の吐出経路に位置するオイルケースと、前記吐出経路から分岐して放気を行う放気経路と、この放気経路に設けられる電磁弁及びオリフィスとを備え、起動時と無負荷運転時とで前記放気経路の断面積を変化させるように前記電磁弁を制御する制御装置とを備える構成とした。
【００１６】
上記のいずれかの態様にあっては、前記放気経路は複数の経路を有し、前記制御装置が前記複数の経路のうちの一の経路の開閉を制御することが望ましく、さらには、前記制御装置が、前記一の経路の開閉を制御するために、前記一の経路に設けられる電磁弁の開閉を制御することが好適である。
【００１７】
また、第三の態様としては、吸込み絞り弁から吸い込まれる空気を圧縮する圧縮機本体と、この圧縮機本体から吐出される圧縮空気の吐出経路に位置するオイルケースと、前記吐出経路から分岐して放気を行う放気経路とを備えた空気圧縮機において、
前記放気経路が分岐部を有して第１の放気経路と第２の放気経路とに分岐し、前記第２の分岐経路には電磁弁が設けられ、
前記電磁弁が、前記空気圧縮機の起動時に開となり無負荷運転時に閉となるように制御する制御装置を備えた構成とした。
【００１８】
上記の第一から第三のいずれかにおいて、前記制御装置は、
前記オイルケース内の圧力Ｐが、前記圧縮機本体の運転音の大きくなる圧力領域の上限圧力Ｐ0よりも高い圧力となるように制御することが望ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、各運転状態において、騒音を抑制しつつ運転可能な空気圧縮機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施形態は、各運転状態における空気圧縮機の安定圧力を所望の値に制御する手段に関するものであり、安定圧力調整機能付きの空気圧縮機について、以下、図面を用いて説明する。
【００２１】
図１は本実施例の空気圧縮機の系統を示す図である。圧縮機本体１を駆動する電動機２の動力は伝達手段３によって伝えられる。伝達手段３には、例えば伝動ベルトやギヤ、カップリングなどがある。当該構成を備え、電動機２によって伝達手段３を介して駆動されることによって、圧縮機本体１内に供給された空気を圧縮する。なお、本実施例では、電動機２の起動方式はスターデルター方式を例に説明するが、その他にも直入れ方式、インバーターによるソフトスタートであっても同様である。
【００２２】
圧縮機本体１で圧縮される空気は、吸込みフィルタ８、吸込み絞り弁１０を経由して圧縮機本体１に吸い込まれる。そして、圧縮機本体１に吸い込まれた空気は圧縮機本体１において所定の圧力まで圧縮され、吐出経路に位置するオイルケース７、熱交換器５、除湿器６を経て圧縮空気吐出し口９へと向かう。具体的には、圧縮機本体１で圧縮されてオイルケース７を経てオイルが取り除かれた後、熱交換器５により冷却、さらに除湿器６で除湿された後、圧縮空気吐出し口９より吐出される。
【００２３】
次に、圧縮機の各運転状態での吸込み絞り弁１０の動作について図２を用いて説明する。図２は、本実施例の要部を示す図である。空気圧縮機の「起動」時において、起動直後に圧縮機本体１で生成された圧縮空気がオイルケース７と放気電磁弁１１を介して吸込み絞り弁１０の操作室１３へ入り、ピストン１２を空気取入口１５側へと押す。ピストン１２の先端には弁体１４が取り付けてあり、ピストン１２に動きに合わせて図中左（すなわち、空気取入口１５側）へ動き、最終的に吸込み絞り弁１０の空気取入口１５を塞ぐ。
【００２４】
このように、弁体１４によって空気取入口１５が塞がれることで、圧縮機本体１はそれ以上空気を取り込むことなく運転を続ける。また、操作室１３に入りピストン１２を押した後の圧縮空気は、操作室１３からオリフィス１６を介して吸込み絞り弁１０の一次側部分１７へつながる第１の放気経路（以下、放気経路Ａと称する。）と、放気経路Ｂと称する操作室１３から補助電磁弁１８、オリフィス１９を介して吸込み絞り弁１０の一次側部分１７へつながる第２の放気経路の二系統の放気経路によって放気される。
【００２５】
すなわち、本実施例における放気経路は、吐出経路から分岐し、放気電磁弁１１及び操作室１３を経て、放気経路Ａ及びＢから一次側部分１７へと至る経路となる。なお、吸込み絞り弁１０の一次側部分１７とは、空気取入口１５の相当部分であり、空気流路上は弁体１４よりも上流側であり、大気圧となる。
【００２６】
このとき、圧縮機本体１は前述した通り空気の圧縮を行わないのでオイルケース７には新たな圧縮空気は流入せず、且つ内部に残留する圧縮空気は、放気経路ＡおよびＢを介して吸込み絞り弁１０の一次側部分１７に放気される。したがって、オイルケース７内部の圧力は低くなる。これにより、圧縮機本体１を駆動する電動機２の負荷は軽い状態に維持され、速やかに加速し起動を終える。
【００２７】
「全負荷運転」では、放気電磁弁１１内の経路を切り換えることで操作室１３へ入る圧縮空気は遮断され、ピストン１２を押す作用は無くなる。代わりに圧縮機本体１の運転によって吸込み絞り弁１０の二次側部分２０が負圧になり、弁体１４を図中右側へ動かすことで空気取入口１５が開き、圧縮機本体１へ空気が取り込まれ圧縮を行う。なお、吸込み絞り弁１０の二次側部分２０とは、空気流路上において弁体１４よりも圧縮機本体１に近い部分であり、上述の一次側部分１７よりも下流側の部分である。
【００２８】
「部分負荷運転」時のサクションアンロード運転は、圧縮空気の使用量が減った場合の運転であるが、このとき余剰空気によってオイルケース７内部の圧力が上昇する。圧力がある値まで上昇すると、圧力調整弁２１が開き始め吸込み絞り弁１０の操作室１３へ圧縮空気が供給される。それに伴いピストン１２は図中左側へ徐々に押され、ピストン１２の先端に取り付けられた弁体１４と空気取入口１５との距離が狭まることで圧縮機本体１に取り込まれる空気は漸減し、動力は低減する。このとき、放気電磁弁１１を介して操作室１３へつながる経路は遮断されており、オイルケース７内部の圧縮空気は操作室１３へ供給されない。そのためピストン１２を押す力は限定的となり、弁体１４による空気取入口１５の閉鎖までには至らない。
【００２９】
「無負荷運転」時のインテグラルアンロード運転では、「起動」時と同様、圧縮機本体１で圧縮された空気の一部が吸込み絞り弁１０の操作室１３へ入り、ピストン１２を図中左側へ押し、ピストン１２の先端の弁体１４によって空気取入口１５を塞ぐ。操作室１３に入りピストン１２を動かした後の圧縮空気は、放気経路Ａを介して吸込み絞り弁１０の一次側部分１７へ放気される。しかしながら、このときは「起動時」と異なり、放気経路Ｂを遮断するように制御装置４が制御を行う。具体的には、放気経路Ｂの経路途中に設置された補助電磁弁１８内部通路が切り換えられ、放気経路Ｂが遮断されるように制御装置４が補助電磁弁１８を制御する。
【００３０】
そのため、「無負荷運転」時のインテグラルアンロード運転における放気は放気経路Ａのみを介して行われることになる。このように、制御装置４が補助電磁弁１８を制御し、放気量が減ることによって、オイルケース７内の圧力は高めに維持される。その結果として圧縮機本体１の運転が安定し、騒音等の発生条件が緩和されることになる。
【００３１】
換言すれば、放気経路の断面積を、起動時と無負荷運転時とで変化させるように制御することによって、圧縮機本体１の運転の安定と騒音抑制が図れるということである。そのための具体的な形態としては、放気経路に設けられる電磁弁１８を制御することによって放気経路の断面積を変化させるが、本実施例ではオリフィスと併設させる構造を採用している。
【００３２】
図３は、インテグラルアンロード運転時のスクリュー圧縮機における圧縮機本体の運転音とオイルケース内圧力との関係を示す図であり、縦軸が圧縮機本体運転音Ｓを、横軸がオイルケース内圧力Ｐをそれぞれ示している。
【００３３】
オイルケース内の圧力が高い場合（図３において、例えばＰ＝Ｐ1の場合）、圧縮機本体の吸込み側と圧縮後の吐出し側との圧力差は大きい。このとき、圧縮機ローターは安定して回転し、運転音も小さく抑えられる。しかし、放気量が増えてオイルケース内の圧力Ｐが徐々に下がっていくと、ある圧力Ｐ0を境として、運転音Ｓが急激に増大する。この図３中に斜線部で示したＰ0以下の領域にオイルケース圧力が位置する場合、例えばＰ＝Ｐ2においては、圧縮機吸込み側と吐出し側との圧力差が小さくなり、ローターの安定した回転が実現できず、圧縮機本体から過大な騒音が発生する。
【００３４】
すなわち、本実施例の制御装置４は、インテグラルアンロード運転時に、オイルケース内の圧力が、図３に斜線で示した過大騒音発生領域内に入らないように制御を行う。そのための具体的構成として、オイルケース７内から圧縮空気を放気するための系統を複数設けたものであり（放気経路Ａ、Ｂ）、これらの経路の開閉を各運転状態に応じて制御して、圧縮機吸込み側と吐出し側との圧力差が小さくなることを抑制している。
【００３５】
本実施例は、オイルケース７内の圧力が過大騒音発生領域内に入らないように制御を行うものであれば、特に具体的な構成が限定されるものではない。したがって、オイルケース内の圧力を監視するセンサを設けてもよく、運転状態によって予め設定されたパターンで放気電磁弁１１や補助電磁弁１８を制御してもよい。
【００３６】
以上説明した実施例によれば、圧縮機の各運転状態における安定圧力（オイルケース内圧力）を個別に制御することができるため、よりスムーズな電動機の起動と無負荷運転時のインテグラルアンロード運転における圧縮機本体騒音の抑制を両立することができる。また、動力低減の観点から言えば、無負荷運転時の安定圧力は低い方がよいから、本体騒音が発生しない下限の圧力を設定できる効果もある。
【００３７】
「停止」時は、「起動」時と同様に、操作室１３に圧縮空気が供給されることで空気取入口１５は弁体１４によって閉じられ、停止に伴って圧縮機本体１から逆流してくる圧縮空気、油の漏洩を防ぐ。このとき、放気経路Ａ、Ｂは共に吸込み絞り弁１０の一次側１７へつながる経路が確保された状態になっており、オイルケース７内部の圧縮空気を速やかに放気する。
【００３８】
なお、放気経路Ａ、Ｂの開閉を制御する放気電磁弁１１と補助電磁弁１８の動作は、圧縮機の制御装置４によって制御されるが、制御装置４は、それだけではなく、空気圧縮機の運転に必要な部分の制御を行っている。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本実施例の空気圧縮機の系統を示す図。
【図２】本実施例の要部を示す図。
【図３】圧縮機本体の運転音とオイルケース内圧力との関係を示す図。
【符号の説明】
【００４０】
１…圧縮機本体、２…電動機、３…伝動手段、４…制御装置、５…熱交換器、６…除湿器、７…オイルケース、８…吸込みフィルタ、９…圧縮空気吐出し口、１０…吸込み絞り弁、１１…放気電磁弁、１２…ピストン、１３…操作室、１４…弁体、１５…空気取入口、１６…オリフィス、１７…一次側部分、１８…補助電磁弁、１９…オリフィス、２０…二次側部分、２１…圧力調整弁、Ａ…放気経路Ａ、Ｂ…放気経路Ｂ。
【図１】
2008175152.tif 000003
【図２】
2008175152.tif 000004
【図３】
2008175152.tif 000005