(57)【要約】【課題】圧縮空気中に水滴を生じることなく、かつ、電力の消費を抑えることを可能とする空気圧縮装置及び方法を提供する。【解決手段】空気を圧縮する圧縮機１と、圧縮された圧縮空気を冷却して除湿する冷凍式ドライヤ３と、圧縮空気の圧力を検出する圧力センサ４と、圧縮機及び冷凍式ドライヤの起動又は停止を行う制御装置５とを備え、制御装置により、（Ａ）圧力センサによって検出した圧力が、停止圧力を上回った後に圧縮機及び冷凍式ドライヤを停止し、かつ、圧縮機再起動圧力を下回ったときに、圧縮機を再起動し、（Ｂ）さらに、圧縮機の再起動時に圧縮空気中に水滴を生じない温度まで冷凍式ドライヤ３の熱交換器を冷却するのに必要なドライヤ冷却必要時間ｔｓ１を確保するように、冷凍式ドライヤ３の再起動を圧縮機１の再起動よりも先行させる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍式ドライヤを有する空気圧縮装置の制御方法であって、
（Ａ）圧力センサによって検出した圧縮空気の圧力が、停止圧力を上回った後に圧縮機及び冷凍式ドライヤを停止し、かつ圧縮機再起動圧力を下回ったときに、圧縮機を再起動し、
（Ｂ）さらに、圧縮機の再起動時に圧縮空気中に水滴を生じない温度まで冷凍式ドライヤの熱交換器を冷却するのに必要なドライヤ冷却必要時間を確保するように、冷凍式ドライヤの再起動を圧縮機の再起動よりも先行させる、ことを特徴とする空気圧縮装置の制御方法。
【請求項２】
前記（Ｂ）において、圧力センサによって検出した圧力が、ドライヤ再起動圧力を下回ったときに、冷凍式ドライヤを再起動する、ことを特徴とする請求項１に記載の空気圧縮装置の制御方法。
【請求項３】
前記（Ｂ）において、圧力センサによって検出した圧力が、所定のドライヤ再起動圧力を所定時間連続して下回ったときに、冷凍式ドライヤを再起動する、ことを特徴とする請求項１に記載の空気圧縮装置の制御方法。
【請求項４】
前記（Ｂ）において、圧力センサによって検出した圧力が、ドライヤ再起動圧力を下回り、かつドライヤの停止時間が次のドライヤ起動までに必要なドライヤ停止必要時間を経過している場合に、冷凍式ドライヤを再起動する、ことを特徴とする請求項１に記載の空気圧縮装置の制御方法。
【請求項５】
ドライヤ再起動圧力から圧縮機再起動圧力に至るまでの時間が、ドライヤ冷却必要時間よりも短い場合、ドライヤ再起動圧力を圧縮機停止圧力までの範囲内で高く再設定する、ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の空気圧縮装置の制御方法。
【請求項６】
ドライヤ再起動圧力から圧縮機再起動圧力に至るまでの時間が、ドライヤ冷却必要時間よりも短い場合は警告を発する、ことを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の空気圧縮装置の制御方法。
【請求項７】
前記（Ｂ）において、
（Ｂ１）圧力センサによって検出した圧力についての圧力変化率を計測し、
（Ｂ２）前記圧力変化率に従った場合において、圧力センサによって検出した圧力が所定の圧縮機再起動圧力と等しくなる時間を計算し、
（Ｂ３）前記計算によって求めた時間が冷凍式ドライヤの冷却必要時間と等しくなったときに冷凍式ドライヤを再起動する、ことを特徴とする請求項１に記載の空気圧縮装置の制御方法。
【請求項８】
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機によって圧縮された圧縮空気を冷却して除湿する冷凍式ドライヤと、
圧縮空気の圧力を検出する圧力センサと、
圧力センサによって検出した圧力に応じて、圧縮機及び冷凍式ドライヤの起動又は停止を行う制御装置と、を備え、制御装置により、
（Ａ）圧力センサによって検出した圧力が、停止圧力を上回った後に圧縮機及び冷凍式ドライヤを停止し、かつ圧縮機再起動圧力を下回ったときに、圧縮機を再起動し、
（Ｂ）さらに、圧縮機の再起動時に圧縮空気中に水滴を生じない温度まで冷凍式ドライヤの熱交換器を冷却するのに必要なドライヤ冷却必要時間を確保するように、冷凍式ドライヤの再起動を圧縮機の再起動よりも先行させる、ことを特徴とする空気圧縮装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍式ドライヤを用いた空気圧縮装置とその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
医薬品や半導体製品の製造過程等において使用されるクリーンな圧縮空気を供給するために、空気を供給源とした空気圧縮装置が用いられている。
この空気圧縮装置は、空気とともに空気中の水分を同時に吸い込むため、圧縮空気には多量の水蒸気が含まれている。圧縮空気中の水蒸気量は、一定ではなく温度によって変化するため、使用環境における温度降下が激しいと水滴が発生する。このドレンが空圧機器に供給されると、故障の原因となるので、圧縮空気から水蒸気を除去して空圧機器に乾燥した圧縮空気を供給する必要がある。
そのため、乾燥した圧縮空気を得るために、冷凍式ドライヤが広く用いられている。冷凍式ドライヤは、管路途中に設置され、圧縮空気に含まれている水分を除去するための除湿装置として用いられるものである。
上記のような冷凍式ドライヤを用いる空気圧縮装置は、例えば、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３５３２６５０号公報、「空気圧縮装置」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
圧縮空気に水滴が含まれると、例えば、配管等の金属に錆が生じる場合や工具等の潤滑油が洗い流されることを原因とした種々の問題が生じてしまう。
そのため、圧縮空気が水滴を含むのを防ぐために、空気圧縮装置用の冷凍式ドライヤは、常時運転させるという運用が行われていた。
しかし、この場合、冷凍式ドライヤによる消費電力が低減できないという問題点があった。
【０００５】
一方、空気使用量が減少した場合、圧縮機の運転停止と同時に冷凍式ドライヤの運転も停止して動力削減を図ると、冷凍式ドライヤの熱交換器の温度が上昇する。そのため、圧縮機の再起動時に除湿が不十分になるため圧縮空気が水滴を含むおそれがある。
【０００６】
この点において、特許文献１は、空気供給検出手段によって、判定時間の間に圧縮空気の使用があったか判断することで、ドライヤの起動停止の可否について判定を行い、必要ない時間帯においてはドライヤを停止させることが可能な装置について記載されている。
【０００７】
しかし、特許文献１では、判定時間の間に圧縮空気の使用があったか否かの点についてのみ判断しているため、ドライヤの起動可否について厳密な判断を行うことができなかった。
【０００８】
本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、圧縮空気中に水滴が生じることなく、かつ、電力の消費を抑えることを可能とする空気圧縮装置とその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、冷凍式ドライヤを有する空気圧縮装置の制御方法であって、
（Ａ）圧力センサによって検出した圧縮空気の圧力が、停止圧力を上回った後に圧縮機及び冷凍式ドライヤを停止し、かつ圧縮機再起動圧力を下回ったときに、圧縮機を再起動し、
（Ｂ）さらに、圧縮機の再起動時に圧縮空気中に水滴を生じない温度まで冷凍式ドライヤの熱交換器を冷却するのに必要なドライヤ冷却必要時間を確保するように、冷凍式ドライヤの再起動を圧縮機の再起動よりも先行させる、ことを特徴とする空気圧縮装置の制御方法が提供される。
【００１０】
また、本発明の実施形態によると、前記（Ｂ）において、圧力センサによって検出した圧力が、ドライヤ再起動圧力を下回ったときに、冷凍式ドライヤを再起動する。
【００１１】
また、別の実施形態によると、前記（Ｂ）において、圧力センサによって検出した圧力が、所定のドライヤ再起動圧力を所定時間連続して下回ったときに、冷凍式ドライヤを再起動する。
【００１２】
さらに、別の実施形態によると、前記（Ｂ）において、圧力センサによって検出した圧力が、ドライヤ再起動圧力を下回り、かつドライヤの停止時間が次のドライヤ起動までに必要なドライヤ停止必要時間を経過している場合に、冷凍式ドライヤを再起動する。
【００１３】
また、ドライヤ再起動圧力から圧縮機再起動圧力に至るまでの時間が、ドライヤ冷却必要時間よりも短い場合、ドライヤ再起動圧力を圧縮機停止圧力までの範囲内で高く再設定する、ことが好ましい。
【００１４】
また、ドライヤ再起動圧力から圧縮機再起動圧力に至るまでの時間が、ドライヤ冷却必要時間よりも短い場合は警告を発する、ことが好ましい。
【００１５】
また、別の実施形態によると、前記（Ｂ）において、
（Ｂ１）圧力センサによって検出した圧力についての圧力変化率を計測し、
（Ｂ２）圧力変化率に従った場合において、圧力センサによって検出した圧力が所定の圧縮機再起動圧力と等しくなる時間を計算し、
（Ｂ３）前記計算によって求めた時間が冷凍式ドライヤの冷却必要時間と等しくなったときに冷凍式ドライヤを再起動する。
【００１６】
また、本発明によると、空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮機によって圧縮された圧縮空気を冷却して除湿する冷凍式ドライヤと、
圧縮空気の圧力を検出する圧力センサと、
圧力センサによって検出した圧力に応じて、圧縮機及び冷凍式ドライヤの起動又は停止を行う制御装置と、を備え、制御装置により、
（Ａ）圧力センサによって検出した圧力が、停止圧力を上回った後に圧縮機及び冷凍式ドライヤを停止し、かつ圧縮機再起動圧力を下回ったときに、圧縮機を再起動し、
（Ｂ）さらに、圧縮機の再起動時に圧縮空気中に水滴を生じない温度まで冷凍式ドライヤの熱交換器を冷却するのに必要なドライヤ冷却必要時間を確保するように、冷凍式ドライヤの再起動を圧縮機の再起動よりも先行させる、ことを特徴とする空気圧縮装置が提供される。
【発明の効果】
【００１７】
上記本発明の方法及び装置によれば、冷凍式ドライヤと圧縮機が停止状態にある場合において、圧縮機の再起動時に圧縮空気中に水滴を生じない温度まで冷凍式ドライヤの熱交換器を冷却するのに必要なドライヤ冷却必要時間を確保するように、冷凍式ドライヤを圧縮機に先行して再起動させることによって、圧縮空気中に水滴を生じることなく、かつ、電力の消費を抑えることを可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明による空気圧縮装置の概念図である。
【図２】本発明による別の実施形態による空気圧縮装置の概念図である。
【図３】従来の冷凍式ドライヤを有する空気圧縮装置の制御方法を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態による空気圧縮装置の制御方法を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態による空気圧縮装置の制御方法を示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態による空気圧縮装置の制御方法を示す図である。
【図７】本発明の第４実施形態による空気圧縮装置の制御方法を示す図である。
【図８】本発明の第５実施形態による空気圧縮装置の制御方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２０】
図１は、空気圧縮装置の概念図である。
この図において、本発明の空気圧縮装置１０は、圧縮機１、タンク２、冷凍式ドライヤ３、圧力センサ４、制御装置５を備える。
【００２１】
圧縮機１は、空気を圧縮して高圧空気を得るための機械であり、例えば、水潤滑式のスクリュー圧縮機である。
タンク２は、圧縮機１において注入された液体（潤滑剤である水）を圧縮空気と分離するために用いられるものであり、脈動を抑止する効果がある。
【００２２】
なお圧縮機１の圧縮形式や潤滑形式は、圧縮過程の後に使用される冷凍式ドライヤを有する空気圧縮機であれば、上記の構成に限定されるものではない。
例えば圧縮機はターボ圧縮機やレシプロ圧縮機等であってもよく、潤滑方法は油潤滑やドライ式であってもよい。
【００２３】
冷凍式ドライヤ３は、圧縮空気中の水分を除去するための装置である。
この冷凍式ドライヤ３は、例えば、圧縮空気を熱交換器により０℃近くまで冷却し、水分を凝縮させる方法等によって、圧縮空気から水分の除去を行う。
そのため、この冷凍式ドライヤ３は、一旦停止を行った場合には、熱交換器の温度が上昇して露点を確保できない状態になるため、圧縮機の再起動を行う前には除湿が可能である低温の状態に戻すことが好ましい。
【００２４】
圧力センサ４は、圧縮空気の圧力を計測するための機器である。
圧縮空気の圧力は圧縮機１の運転又は停止状態によって変動するため、これを圧力センサ４によって計測することによって、制御装置５において、冷凍式ドライヤの再起動時点等を決定するための判断材料とすることができる。
【００２５】
この例において、圧力センサ４及び制御装置５は、空気圧縮装置１０の内部に設置されているが、図２（Ａ）のように冷凍式ドライヤ３によって除湿した後の圧縮空気の圧力を計測するために、圧力センサ４を空気圧縮装置１０の外部に設置した場合や、図２（Ｂ）のように外部に設置した圧力センサ４の信号を処理する外部制御装置６を設け、空気圧縮装置１０内部に設置された制御装置５と連携を取って制御を行うものでもよい。また、図２（Ｃ）のように外部制御装置６により、冷凍式ドライヤ３を直接制御するものでもよい。
これ以外にも、例えば冷凍式ドライヤ３について外部に設置する別置のものを用いる構成であってもよい。
【００２６】
図３は、従来の空気圧縮装置の制御方法を示す図である。
従来は、圧力が所定の停止圧力ＰＨを超えた後、設定された時間ｔ１を経過すると圧縮機は自動停止し、その後圧力が所定の圧縮機再起動圧力ＰＬを下回ったときに、圧縮機の運転を再開するように制御されていた。
また、冷凍式ドライヤについては、圧縮機がいつ再起動しても露点が確保できるように常時運転させていた。
【００２７】
そのため、この場合においては、冷凍式ドライヤを常時運転させている必要があるため電力を常に消費し続けるため、効率的な運用ができなかった。
これに対し、本発明においては、圧縮機の再起動時において露点を確保し、かつ、不必要なときには冷凍式ドライヤを停止させておくことが可能な制御を行っている。
【００２８】
図４は、本発明の第１実施形態による空気圧縮装置の制御方法を示す図である。
この例においては、あらかじめ冷凍式ドライヤ３を再起動させる圧力について所定のドライヤ再起動圧力ＰＤを設定しておき、圧縮機１と冷凍式ドライヤ３の停止後、圧力センサ４で計測した圧力が所定のドライヤ再起動圧力ＰＤまで下がったときに冷凍式ドライヤ３を再起動させるものである。
その後、圧力センサ４で計測した圧力が所定の圧縮機再起動圧力ＰＬまで下がったときに圧縮機１を再起動させるものである。
【００２９】
この実施形態において、所定のドライヤ再起動圧力ＰＤは、圧力センサ４で計測した圧力が所定の圧縮機再起動圧力ＰＬまで下がるまでの時間が冷凍式ドライヤ３のドライヤ冷却必要時間ｔｓ１を確保することができるように設定することが望ましい。
ここで「ドライヤ冷却必要時間ｔｓ１」とは、熱交換器内の温度を圧縮機再起動時に圧縮空気中に水滴を生じない温度まで冷却するのに必要な冷却時間である。この冷却時間が経過する前に圧縮機が再起動すると、冷却不足により圧縮空気の露点が確保できず、圧縮空気中に水滴が生じるおそれがある。
【００３０】
図５は、本発明の第２実施形態による空気圧縮装置の制御方法を示す図である。
圧力センサ４で計測している圧力は、実際は細かく上下している。そのため、第１実施形態において、圧力センサ４で計測している圧力がドライヤ再起動圧力ＰＤを下回っても、それが一時的な低下である可能性があり、かかる場合には、冷凍式ドライヤ３の再起動を早めてしまうことになるため、その分電力を無駄に消費してしまうことが考えられる。
そこで、この実施形態においては、圧力センサ４で計測している圧力が、ドライヤ再起動圧力ＰＤを所定時間ｔ２継続して下回ったときに冷凍式ドライヤ３の再起動を行うこととしたものである。
なおこの場合でも、圧縮機が再起動するまでにドライヤ冷却必要時間ｔｓ１を確保できるようにすることが望ましい。
【００３１】
図６は、本発明の第３実施形態による空気圧縮装置の制御方法を示す図である。
冷凍式ドライヤ３を一旦停止させた後、これを再起動するためには、冷凍式ドライヤ３をドライヤ停止必要時間ｔｓ２の間停止させることが必要になる。
ここで「ドライヤ停止必要時間ｔｓ２」とは、ドライヤが１度停止してから、次のドライヤ起動までに必要な停止時間である。この停止時間が経過しないうちにドライヤを再起動すると、ドライヤが故障するおそれがある。
【００３２】
この点において、この実施形態は、圧力センサ４で計測している圧力が、ドライヤ再起動圧力ＰＤまで低下してもドライヤ停止必要時間ｔｓ２を経過していない場合には冷凍式ドライヤ３の再起動を行わないとしたものである。
この場合、操作盤に警告メッセージを表示するなどして使用者に設定の見直しを促すようにしておくことが望ましい。
さらに、使用者が警告を確認するまでの期間は、それ以降の運用方法について、暫定的に冷凍式ドライヤ３を常時運転に切替える等の対策を講じることができる。
また、冷凍式ドライヤの頻繁な運転及び停止を行うことによる故障等を避けるために、再起動時のみではなく、運転を開始してから所定時間経過してない状態で再停止することも不可とするように制御してもよい。
なおこの場合でも、圧縮機が再起動するまでにドライヤ冷却必要時間ｔｓ１を確保できるようにすることが望ましい。
【００３３】
図７は、本発明の第４実施形態による空気圧縮装置の制御方法を示す図である。
この図において、（Ａ）は露点確保不良時の運転状態、（Ｂ）はその対策後の運転状態を示している。
上述した第１実施形態から第３実施形態において、図７（Ａ）に示すように、ドライヤ再起動後、ドライヤ冷却必要時間ｔｓ１が経過する前に圧縮機が再起動した場合は、圧縮機再起動時のドライヤ熱交換器の冷却が不十分であるため、露点を確保することができない可能性がある。
この場合、図７（Ｂ）に示すように、ドライヤ再起動圧力ＰＤを圧縮機停止圧力ＰＨまでの範囲内で所定値ΔＰだけ大きくして冷凍式ドライヤ３の先行起動タイミングを早めることで冷却時間を確保することができる。
所定値ΔＰは、例えば予め設定するのがよい。
【００３４】
なお、この場合に、暫定的に冷凍式ドライヤ３を常時運転に切替えてもよい。また、前述と同様に、警告メッセージを表示するなどして、使用者に設定の見直しを促すことが望ましい。
【００３５】
図８（Ａ）は、本発明の第５実施形態による空気圧縮装置の制御方法を示す図である。
この実施形態は、圧縮機及び冷凍式ドライヤが停止状態に入った後において、圧力センサ４で計測している圧力の変化率を随時測定し、これを利用して冷凍式ドライヤ３の再起動時間を求めるものである。
【００３６】
具体的な圧力変化率及び再起動時間の求め方は、図８（Ｂ）に記載するように、例えば以下の手順で行われる。
（１）ある時刻ｔＸの圧力をＰＸ、Δｔ前の圧力とＰＸの差をΔｐとする。この場合、ｔＸでの圧力変化率はΔｐ／Δｔとなる。
（２）圧力が所定の圧縮再起動圧力（ＰＬ）に達する時刻をｔＸ＋ｔ３とすると、時間差ｔ３は、ｔ３＝（ＰＸ−ＰＬ）・（Δｔ／Δｐ）で求められる。
（３）ドライヤ冷却必要時間ｔｓ１とｔ３を比較し、ｔ３＝ｔｓ１が成立した時、ドライヤを再起動する。
【００３７】
なお、時間差ｔ３の算出には、過去の圧力変化履歴や、より高次の計算を求めて行っても良い。
また、ドライヤ冷却必要時間ｔｓ１は、試験で求めても良いし、温度・湿度・圧力・運転状態等から求めても良い。
【００３８】
この方法によれば、直前の圧力変化率に伴った冷凍式ドライヤ３の再起動時間を計算することができ、かつ、冷凍式ドライヤ３の冷却必要時間を確保した形で再起動を行うことができる。
【００３９】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【符号の説明】
【００４０】
１  圧縮機、２  タンク、
３  冷凍式ドライヤ、４  圧力センサ、
５  制御装置、６  外部制御装置、
１０  空気圧縮装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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