(57)【要約】【課題】外部環境に応じて圧縮機の排気温度（冷却後の圧縮気体の温度）を随時かつ自動的に調整することができる圧縮機の排気温度制御装置を提供しようとする。【解決手段】気体を吸入した後、圧縮し、冷却し、高圧気体を送出する圧縮機に使用される排気温度制御装置であって、圧縮機の吸入気体の温度及び湿度を感知する感知ユニットと、前記圧縮機の圧縮・冷却された排気の温度を感知する排気温度感知器と、前記感知した温度及び湿度に基づいて目標温度を求めてから、前記排気温度と比較して制御信号を送信する処理ユニットと、前記制御信号を受信し、該制御信号に基づいて前記冷却をすることにより、前記圧縮機の排気温度を前記目標温度に近付かせるように制御する制御ユニットとを備えてなることを特徴とする圧縮機の排気温度制御装置を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体を吸入した後、圧縮し、冷却し、高圧気体を送出する圧縮機に使用される排気温度制御装置であって、
圧縮機の吸入気体の温度及び湿度を感知する感知ユニットと、
前記圧縮機の圧縮・冷却された排気の温度を感知する排気温度感知器と、
前記感知した温度及び湿度に基づいて目標温度を求めてから、前記排気温度と比較して制御信号を送信する処理ユニットと、
前記制御信号を受信し、該制御信号に基づいて前記冷却をすることにより、前記圧縮機の排気温度を前記目標温度に近付かせるように制御する制御ユニットとを備えてなることを特徴とする圧縮機の排気温度制御装置。
【請求項２】
前記感知ユニットは、前記吸入気体の温度を感知する温度感知器と、前記吸入気体の湿度を感知する湿度感知器とからなることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機の排気温度制御装置。
【請求項３】
前記処理ユニットは、前記感知した温度及び湿度に基づいて圧力露点を求めた後、該圧力露点に所定数値を加えて前記目標温度をするものであることを特徴とする請求項１または２に記載の圧縮機の排気温度制御装置。
【請求項４】
前記制御ユニットとしては、制御弁が使用され、該制御弁は、前記圧縮機内に入る潤滑油の量を制御するためのものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの一項に記載の圧縮機の排気温度制御装置。
【請求項５】
前記制御ユニットとしては、制御弁が使用され、該制御弁は、前記圧縮機の送出側にある冷却器に入る冷却媒体の量を制御するためのものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの一項に記載の圧縮機の排気温度制御装置。
【請求項６】
前記制御ユニットとしては、制御弁が使用され、該制御弁は、前記圧縮機内の冷却器に入る潤滑油の量を制御するためのものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの一項に記載の圧縮機の排気温度制御装置。
【請求項７】
前記制御ユニットとしては、制御弁が使用され、該制御弁は、前記排気の、前記圧縮機の送出側にある冷却器に入る量の配当を制御するためのものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの一項に記載の圧縮機の排気温度制御装置。
【請求項８】
前記制御ユニットとしては、周波数変換器が使用され、該周波数変換器は、前記圧縮機内の冷却ファンの回転速度を制御するためのものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの一項に記載の圧縮機の排気温度制御装置。
【請求項９】
前記制御ユニットとしては、スロットル弁が使用され、該スロットル弁は、前記圧縮機内の散熱器の散熱能力を制御するためのものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの一項に記載の圧縮機の排気温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気温度制御装置に関し、特に圧縮機の排気温度制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、圧縮機で圧縮した圧縮気体は、高温であるため、使用上の必要に応じ、通常は、冷却により、温度を下げてから後続の使用に供する。
【０００３】
前記冷却をする冷却手段としては、圧縮機の種類により、水冷であれ、油冷であれ、空冷であれ、多種多様がある。圧縮機から送出した高温の圧縮気体を更に水冷式冷却器を通過させて冷却するのは水冷式圧縮機と呼ばれ、空冷式冷却器を通過させて冷却するのは空冷式圧縮機と呼ばれ、そして、圧縮しながら大量の潤滑油を供給し、潤滑及びシールを機能しながら冷却すると同時に、水冷や空冷により前記潤滑油を低温に維持させるのは油冷式圧縮機と呼ばれる。
【０００４】
また、圧縮機も、また、単段式と多段式との２種類に分けられる。単段式は、文字通りに一回圧縮した後、直ぐ圧縮気体を供出する方式であるが、多段式は、圧縮を数ステージに分けて逐次に圧力を上げながら、各ステージに冷却を行ったり（油冷式）またはステージとステージとの間にも冷却を行ったり（水冷式または空冷式）し、各ステージの圧縮効率を確保する方式である。そして、単段式圧縮機であれば、最も有り触れたのは水冷式であるが、前記のように、油冷式もあり、空冷式もある。なお、多段式圧縮機であれば、複数の単段式圧縮機を直列に配列して複数の圧縮段を形成してなるものは、水冷式のが多いが、圧縮機が一つだけあって該圧縮機の圧縮室を複数ステージに分けてなるものは、油冷式のが多い。
【０００５】
前記水冷式であれ、油冷式であれ、空冷式であれ、また、単段式であれ、多段式であれ、いずれも、一旦、冷却された圧縮気体の温度（以下、排気温度と略称する）が圧力露点より低くなると、気体内の水蒸気が結露して沈下し、圧縮機など機器内部の部品や表面を酸化（発錆）して使用寿命を短縮させてしまう問題が出て来る。
【０００６】
前記圧力露点とは、ある高圧下における露点であり、即ち、空気のような気体をある高圧下で冷却するとき、気体中に含まれている水蒸気が飽和して液体になり始める温度を指し、一般的に、気体を大気圧下で冷却するときの大気圧露点よりやや高い。
【０００７】
上記の結露問題を解消するために、当業者はいろいろな方法を採用している。例えば、水冷式であれば冷却水、空冷式であれば送風量、また、油冷式であれば潤滑油または潤滑油を冷却するための冷却水または送風量、即ち、冷却に使用される冷却媒体または該冷却媒体を冷却するための他の冷却媒体の供給量をコントロールすることを介して排気温度を制御し、或いは、前記圧縮気体を送出する途中に、または、前記冷却媒体を他の冷却媒体で冷却するところへ輸送する途中に、一旦、冷却を受ける部分と冷却を受けない部分との２部分に分ける上、それらの配当量をコントロールすることにより排気温度を制御する方法などがある。
【０００８】
しかしながら、制御方法がいくらあっても、圧力露点が季節や天気などの外部環境に応じて変わりつつあり、急に変化する場合も時々あるので、どうに用心深く注意を払っても、結露問題を完全に排除することが困難である現状である。また、無理に、圧縮機の工作温度を高く維持すれば、もちろん結露問題を避けることができるが、圧縮機の工作効率を降下させる欠点が出て来る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記に鑑みて、本発明は、外部環境に応じて圧縮機の排気温度（冷却後の圧縮気体の温度）を随時かつ自動的に調整することができる圧縮機の排気温度制御装置を提供しようとすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、発明者は、気体を吸入した後、圧縮し、冷却し、高圧気体を送出する圧縮機に使用される排気温度制御装置であって、圧縮機の吸入気体の温度及び湿度を感知する感知ユニットと、前記圧縮機の圧縮・冷却された排気の温度を感知する排気温度感知器と、前記感知した温度及び湿度に基づいて目標温度を求めてから、前記排気温度と比較して制御信号を送信する処理ユニットと、前記制御信号を受信し、該制御信号に基づいて前記冷却をすることにより、前記圧縮機の排気温度を前記目標温度に近付かせるように制御する制御ユニットとを備えてなることを特徴とする圧縮機の排気温度制御装置を提供する。
【００１１】
前記「該制御信号に基づいて前記冷却をすること」とは、従来のように、水冷式であれば冷却水、空冷式であれば送風量、また、油冷式であれば潤滑油または潤滑油を冷却するための冷却水または送風量、即ち、冷却に使用される冷却媒体または該冷却媒体を冷却するための他の冷却媒体の供給量をコントロールすること、或いは、前記圧縮気体を送出する途中に、または、前記冷却媒体を他の冷却媒体で冷却するところへ輸送する途中に、一旦、冷却を受ける部分と冷却を受けない部分との２部分に分けてから、それらの配当量をコントロールすることを言う。
【発明の効果】
【００１２】
この構成による圧縮機の排気温度制御装置における感知ユニットは、圧縮機の吸入気体の温度及び湿度を感知するためのものである。季節や天気などの外部環境の変化に従って例えば空気などの吸入気体の温度及び湿度が異なるので、前記感知ユニットにより感知した温度及び湿度も異なる。
【００１３】
前記感知した温度及び湿度に基づき、前記処理ユニットによって例えば吸入気体中に含まれている水蒸気が凝縮しない目標温度を求めてから、前記制御ユニットにより該圧縮機の冷却手段の冷却能力を制御して前記排気温度を該目標温度に制御することができる。
【００１４】
すなわち、この構成による圧縮機の排気温度制御装置は、外部環境に応じて圧縮機の排気温度を随時かつ自動的に圧力露点以上に維持することができる。このため、前記結露問題を避けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の圧縮機の排気温度制御装置の好ましい実施形態を詳しく説明する。なお、以下の説明においては、そのサイズに拘わらず、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【００１６】
本発明の圧縮機の排気温度制御装置の好ましい実施形態は、気体を吸入した後、圧縮し、冷却し、高圧気体を送出する任意の単段式や多段式圧縮機上に使用されることができるものである。
【００１７】
この排気温度制御装置１は、図１に示すように、圧縮機２の吸入気体の温度及び湿度を感知する感知ユニット１０と、前記圧縮機２の圧縮・冷却された排気の温度を感知する排気温度感知器１１と、前記感知した温度及び湿度に基づいて目標温度を求めてから、前記排気温度と比較して制御信号を送信する処理ユニット１２と、前記制御信号を受信し、該制御信号に基づいて前記冷却をすることにより、前記圧縮機２の排気温度を前記目標温度に近付かせるように制御する制御ユニット１３とを備えてなっている。
【００１８】
前記感知ユニット１０は、前記吸入気体の温度を感知する温度感知器１０１と、前記吸入気体の湿度を感知する湿度感知器１０２とからなっている。前記処理ユニット１２は、本実施形態において、前記感知した温度及び湿度に基づいて圧力露点を求めた後、該圧力露点に所定数値を加えて前記目標温度をするものである。前記所定数値は必要に応じて手動により調整することができる。
【００１９】
それにより、前記感知した温度及び湿度に応じて前記圧縮機２の排気温度を随時かつ自動的に調整することができる。
【００２０】
以下、前記排気温度制御装置１が単段式の空気圧縮機及び多段式の空気圧縮機に応用される時の例をそれぞれ説明する。
【００２１】
前記排気温度制御装置１が単段式の空気圧縮機に応用される時、吸入気体は大気であるので、前記感知ユニット１０が単段式圧縮機の吸気通路内または圧縮機外に設置されていて大気の温度及び湿度を感知する。
【００２２】
前記排気温度感知器１１は、前記圧縮機の排気通路内に設置されていて前記冷却した圧縮空気の温度を感知する。水冷式圧縮機を例として説明すると、前記排気温度感知器１１が前記圧縮機の送出側にある冷却器の下流側に設置されることができる。油冷式圧縮機を例として説明すると、図２に示すように、前記圧縮機４から排出する気体がすでに冷却されたので、前記排気温度感知器１１が前記圧縮機４の送出側、すなわち排気通路４１内に直接的に設置されることができる。
【００２３】
前記処理ユニット１２はＣＰＵを備えているものであり、圧縮機内や該圧縮機を備えている機器内に設置されることができる。
【００２４】
前記制御ユニット１３としては圧縮機の冷却手段によって多種多様なものが使われるが、制御弁が多用される。水冷式空気圧縮機を例として説明すれば、該制御弁は、前記空気圧縮機の送出側にある冷却器の冷却媒体送入通路上に設置されていて前記冷却器に入る例えば冷却水の冷却媒体の量を制御しても良く、前記圧縮機の排気通路上に設置されていて前記排気の、前記圧縮機の送出側にある冷却器に入る量の配当を制御しても良い。
【００２５】
前者は、冷却器の冷却能力を制御することにより前記冷却器を通過した排気温度を制御する。冷却媒体の量が多いほど、冷却器の冷却能力が高い。
後者は、前記圧縮機から送出された高温高圧の排気を一旦二分岐し、一つを冷却器を通過させ他の一つをバイパスさせ、その後、それらを再び合流させて排気する。それがために、前記排気の前記冷却器に入る量の配当を制御することにより最後の排気の温度を制御することもできる。
【００２６】
次に、油冷式空気圧縮機を例として説明する。図２に示すように、前記制御弁（制御ユニット１３）は、潤滑油送入通路４２上に設置されていて圧縮過程において前記圧縮機４内に入る潤滑油の量を制御し、または前記圧縮機４内の冷却器４３上に設置されていて前記冷却器４３に入る潤滑油の量を制御することができる。
【００２７】
前者は、前記圧縮機内に入る潤滑油の量を制御することにより前記圧縮機の排気温度を制御する。前記圧縮機内に入る潤滑油の量が多いほど、冷却効果が良い。
後者は、圧縮過程において圧縮気体の温度の上昇につれて潤滑油の温度も段々上昇するため、この時、高温の潤滑油の一部を冷却器４３に案内し、すなわち潤滑油の温度を制御することにより前記圧縮機の排気温度を制御する。前記冷却器４３に入る潤滑油の量が多いほど、潤滑油の温度が低く冷却効果が良い。
【００２８】
単段式圧縮機においていわゆる空冷式圧縮機もある。該空冷式圧縮機は、冷却ファンや散熱器により高温排気の散熱を行う。この時、前記制御ユニット１３としては、前記圧縮機内の冷却ファンの回転速度を制御するための周波数変換器が使用され、または前記圧縮機内の散熱器の散熱能力を制御するためのスロットル弁が使用されることができる。
【００２９】
前記排気温度制御装置１を、上記単段式圧縮器中の例えば水冷式圧縮機から複数に直列してなり、または一つの圧縮機内に複数の圧縮室５１，５２．．．を備えて各圧縮室同士間に冷却器を備えている多段式圧縮機５に応用する時、図３に示すように、前記感知ユニット１０が第１の圧縮機段（第１の圧縮室）５１の吸気側（吸気通路）に設置され、前記排気温度感知器１１が前記第１の圧縮機段（第１の圧縮室）５１の送出側にある冷却器５３の下流側に設置され、そして前記制御ユニット１３が前記冷却器５３上に設置されていて前記冷却器５３に入る例えば冷却水の冷却媒体の量を制御し、または前記第１の圧縮機段（第１の圧縮室）５１の排気の前記冷却器５３に入る量の配当を制御することができる。それにより、第２の圧縮機段（第２の圧縮室）５２に入る排気の温度を制御することができる。
【００３０】
叙上のように、本発明の主な特徴は、圧縮機の排気温度を制御することができるのみでなく、外部環境に応じて排気温度を随時かつ自動的に圧力露点以上に制御することができることにある。それにより、前記水蒸気結露問題がないように確保することができる。
【００３１】
以下、本発明の排気温度制御装置1による馬力の節約を計算例で説明する。
例えば、高温高湿の夏季で、環境温度３６℃、相対湿度１００％、空気中の水蒸気圧力０．０６０５９ｋｇ／ｃｍ２、圧縮機の排気圧力８ｋの条件で、
圧縮機中の水蒸気圧力＝０．０６０５９＊９（絶対圧力＝排気圧力８ｋ＋大気圧力１ｋ）＝０．５４５３ｋｇ／ｃｍ２
それにより、排気圧力８ｋの圧縮機の夏季の圧力露点が８３℃であることを求めることができる。この時、目標温度を８５℃左右に設定することができる。
【００３２】
そして、春と秋の季節で、環境温度１５℃、相対湿度７０％、空気中の水蒸気圧力＝０．０１７３８（飽和水蒸気圧力）＊７０％＝０．０１２１７ｋｇ／ｃｍ２、圧縮機の排気圧力８ｋの条件で、
圧縮機中の水蒸気圧力＝０．０１２１７＊９（絶対圧力＝排気圧力８ｋ＋大気圧力１ｋ）＝０．１０９５ｋｇ／ｃｍ２
それにより、排気圧力８ｋの圧縮機の春と秋の季節の圧力露点が４７℃であることを求めることができる。この時、目標温度を５４℃左右に設定することができる。
【００３３】
環境温度１５℃の春と秋の季節において、夏季のと同じように目標温度を８５℃に設定すれば、
Ｔ２／Ｔ１＝（Ｐ２／Ｐ１）（Ｋ−１）／Ｋ →
（２７３＋８５）／（２７３＋１５）＝
（９（絶対圧力）／１（大気圧力））（Ｋ−１）／Ｋ、Ｋ＝１．１１と求め、
春と秋の季節で排気温度８５℃の圧縮機の理論馬力＝
（Ｐ／０．４５６２５）＊（Ｋ／（Ｋ−１））＊〔（Ｐ２／Ｐ１）（Ｋ−１）／Ｋ−１〕＝
（１／０．４５６２５）＊（１．１１／０．１１）＊〔（９／１）（０．１１）／１．１１−１〕＝５．３８ＨＰ／ｍ３／ｍｉｎ
【００３４】
環境温度１５℃の春と秋の季節において、目標温度を５４℃に設定すれば、
Ｔ２／Ｔ１＝（Ｐ２／Ｐ１）（Ｋ−１）／Ｋ → 
（２７３＋５４）／（２７３＋１５）＝
（９（絶対圧力）／１（大気圧力））（Ｋ−１）／Ｋ、Ｋ＝１．０６２と求め、
春と秋の季節で排気温度５４℃の圧縮機の理論馬力＝
（Ｐ／０．４５６２５）＊（Ｋ／（Ｋ−１））＊〔（Ｐ２／Ｐ１）（Ｋ−１）／Ｋ−１〕＝
（１／０．４５６２５）＊（１．０６２／０．０６２）＊〔（９／１）（０．０６２）／１．０６２−１〕＝５．１４ＨＰ／ｍ３／ｍｉｎ
【００３５】
上記からわかるように、春と秋の季節で排気温度を５４℃に設定する時、夏季の８５℃より節約した馬力＝（５．３８−５．１４）／５．１４＝４．７％
圧縮機の圧縮効率が７５％であれば、節約した馬力＝４．７％／７５％＝６．３％
【００３６】
そして、低温低湿の冬季で、環境温度２℃、相対湿度４０％、空気中の水蒸気圧力＝０．００７１９４（飽和水蒸気圧力）＊４０％＝０．００２８７８ｋｇ／ｃｍ２、圧縮機の排気圧力８ｋの条件で、
圧縮機中の水蒸気圧力＝０．００２８７８＊９（絶対圧力＝排気圧力８ｋ＋大気圧力１ｋ）＝０．０２５９ｋｇ／ｃｍ２
それにより、排気圧力８ｋの圧縮機の冬季の圧力露点が２１℃であることを求めることができる。この時、目標温度を３１℃左右に設定することができる。
【００３７】
Ｔ２／Ｔ１＝（Ｐ２／Ｐ１）（Ｋ−１）／Ｋ → 
（２７３＋３１）／（２７３＋２）＝
（９（絶対圧力）／１（大気圧力））（Ｋ−１）／Ｋ、Ｋ＝１．０４８と求め、
冬季で排気温度３１℃の圧縮機の理論馬力＝
（Ｐ／０．４５６２５）＊（Ｋ／（Ｋ−１））＊〔（Ｐ２／Ｐ１）（Ｋ−１）／Ｋ−１〕＝
（１／０．４５６２５）＊（１．０４８／０．０４８）＊〔（９／１）（０．０４８）／１．０４８−１〕＝５．０７ＨＰ／ｍ３／ｍｉｎ
【００３８】
また、環境温度２℃の冬季において、夏季のと同じように目標温度を８５℃に設定すれば、冬季で排気温度８５℃の圧縮機の理論馬力＝５．５２ＨＰ／ｍ３／ｍｉｎ
上記からわかるように、冬季で排気温度を３１℃に設定する時、夏季の８５℃より節約した馬力＝（５．５２−５．０７）／５．０７＝８．９％
圧縮機の圧縮効率が７５％であれば、節約した馬力＝８．９％／７５％＝１１．９％
【産業上の利用可能性】
【００３９】
即ち、本発明の圧縮機の排気温度制御装置は、外部環境に応じて排気温度をいつも圧力露点を少々上回るように制御することができるので、水蒸気の結露問題を避け、圧縮機の使用寿命を延長させることができる上、圧縮機の工作温度をいつも露点より少々しか高く温度に保持するので、結露問題を避けるためにいつも目標値なしに圧縮機の工作温度を割合に高く維持しなければならない従来の圧縮機より馬力を節約することもできる。また、油冷式圧縮機には、通常、圧縮気体中に滲んだ油分を分離する油分離手段を備えている。圧縮気体の温度が高いほど、油分を分離し難い。本発明の排気温度制御装置は排気温度を露点より少々しか高くない温度に保持するので、結露問題を避けるためにいつも目標値なしに圧縮機の工作温度を割合に高く維持しなければならない従来の圧縮機より油分の分離を容易に行うことができる。
【００４０】
以上説明した実施の形態は、あくまでも本発明の技術的内容を明らかにする意図のものにおいてなされたものであり、本発明はそうした具体例に限定して狭義に解釈されるものではなく、本発明の精神とクレームに述べられた範囲で、いろいろと変更して実施できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の圧縮機の排気温度制御装置の好ましい実施形態を示すブロック図
【図２】本発明の圧縮機の排気温度制御装置を油冷式圧縮機に応用する時の説明図
【図３】本発明の圧縮機の排気温度制御装置を多段式圧縮機に応用する時の説明図
【符号の説明】
【００４２】
１  圧縮機の排気温度制御装置
１０  感知ユニット
１０１  温度感知器
１０２  湿度感知器
１１  排気温度感知器
１２  処理ユニット
１３  制御ユニット
２  圧縮機
４  圧縮機
４１  排気通路
４２  潤滑油送入通路
４３  冷却器
５１  第１の圧縮機段（第１の圧縮室）
５２  第２の圧縮機段（第２の圧縮室）
５３  冷却器
【図１】
2004332727.tif 000003
【図２】
2004332727.tif 000004
【図３】
2004332727.tif 000005