(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出手段により検出された空気圧縮機の消費動力及び吐出圧力を記憶する記憶手段と、
空気圧縮機の消費動力及び吐出圧力の測定によって測定対象となる空気圧縮機の容量制御方式の別を判定し、測定対象となる空気圧縮機のデータと比較機のデータとを比較する演算手段と、を備え、
空気圧縮機の運転により吐出圧力を上昇させて１００％負荷になったときの消費動力と吐出圧力とを前記記憶手段に記憶し、
空気圧縮機の運転により吐出圧力を上昇させて１００％負荷とした後の０％負荷状態における消費動力が最低動力になって安定した場合は、吸い込み絞り弁及び放気弁で吐出圧力を開放する容量制御方式（Ｉ式）と判定して消費動力と吐出圧力が低下し始める時刻における消費動力と吐出圧力とを前記記憶手段に記憶し、このときの負荷率を算出して切替点とし、かつ、吐出圧力の低下とともに消費動力が安定した時刻における消費動力と吐出圧力とを前記記憶手段に記憶して、これらを、吸い込み絞り弁及び放気弁で吐出圧力を開放する容量制御方式（Ｉ式）の特性データとして記憶され、
空気圧縮機の運転により消費動力を上昇させて１００％負荷とした後の０％負荷状態において吐出圧力が低下せずに安定した場合は吸い込み絞り式の容量制御方式（Ｕ式）と判定され、この安定した時刻における消費動力と吐出圧力とを前記記憶手段に記憶して、吸い込み絞り式の容量制御方式（Ｕ式）の特性データとして記憶され、
測定対象となる空気圧縮機の消費動力及び特性データに基づいて負荷率を算定し、比較機のデータと比較することを特徴とする空気圧縮機における負荷測定診断装置。
【請求項２】
前記記憶手段には測定対象となる空気圧縮機の特性データが予め記憶され、圧縮機の特性がわかっている場合には予め記憶された特性データを選択可能としたことを特徴とする請求項１に記載の空気圧縮機における負荷測定診断装置。
【請求項３】
予め記憶された特性データを用いる場合に、測定対象の空気圧縮機が標準仕様以外の設定になっているときは、測定対象の空気圧縮機の特性データについて、標準仕様時の傾きを保ったまま、消費動力を変化させることを特徴とする、請求項２に記載の空気圧縮機における負荷測定診断装置。
【請求項４】
予め記憶された特性データを用いる場合に、測定対象の空気圧縮機と比較機との出力が異なるときは、出力差若しくは出力比に基づいて、測定対象の空気圧縮機の負荷率と比較機の負荷率との比較を行なうことを特徴とする、請求項２に記載の空気圧縮機における負荷測定診断装置。
【請求項５】
前記請求項１ないし請求項４のいずれかに記載した空気圧縮機における負荷測定診断装置を設けたことを特徴とする空気圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、実際に稼動中の空気圧縮機の消費動力、空気使用量比率などを測定し、空気圧縮機の診断を行うための負荷測定診断装置と、その負荷測定診断装置を備えた空気圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
空気圧縮機の診断は、一般に、消費動力、圧力などの特性値を記録計で測定し、実測した各特性値を記録紙に記録して圧縮機の製造元に負荷状況の判定を依頼したり、測定者が稼動状況を推測して手作業で負荷状況を計算して行っている。なお、特性値として、圧縮空気の空気使用量比率、積算電力などを計測することもある。
【０００３】
空気圧縮機の容量制御のために、自動的に負荷率を検出するものとして、たとえば、特公平１−３４３１６号公報に開示された方法が提案されている。
【０００４】
この方法は、オンオフ式制御と吸入絞り式制御とをそれぞれ実行し、計測される圧縮機のモータの入力電力、空気量、空気量比、吐出圧力などの状態量を比較して、それらの計算値が一致した点を両制御の切替点として記憶するようにしたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
圧縮機の稼動状況の測定を電流や積算電力で行う場合には、圧縮機に対する測定器の取付けが比較的容易であるが、電流測定では電圧の影響を受けやすく、積算電力を測定しても、圧縮機の診断には負荷率の算出が必要になる。このため、いずれの場合にも、負荷率を手計算で行っている。
【０００６】
負荷率の算出には、流量センサの使用も考えられるが、価格、取付け方法に難点がある。また、種々の出力や特性がわからない圧縮機では、負荷状態を推定できないため、その診断が不可能であった。
【０００７】
また、負荷率の計算が必要なため、通常は測定した各特性を測定した結果を一旦持ち帰り、負荷率の算出を圧縮機のメーカーに依頼するか、手計算で算出している。このため、圧縮機の診断に時間がかかっている。
【０００８】
上記の事情に鑑み、本発明の目的は、特性のわからない空気圧縮機であっても、測定された消費動力（電力、電流、電圧）、圧力などの特性値から負荷率、および負荷−動力特性を算出して、特性がわかっている空気圧縮機と比較することで省エネルギー効果の診断を可能とした空気圧縮機における負荷測定診断装置と、それを備えた空気圧縮機を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本出願の請求項１に記載の発明は、検出手段により検出された空気圧縮機の消費動力及び吐出圧力を記憶する記憶手段と、 空気圧縮機の消費動力及び吐出圧力の測定によって測定対象となる空気圧縮機の容量制御方式の別を判定し、測定対象となる空気圧縮機のデータと比較機のデータとを比較する演算手段とを備え、
空気圧縮機の運転により吐出圧力を上昇させて１００％負荷になったとき消費動力と吐出圧力とを前記記憶手段に記憶し、
空気圧縮機の運転により吐出圧力を上昇させて１００％負荷とした後の０％負荷状態における消費動力が最低動力になって安定した場合は、吸い込み絞り弁及び放気弁で吐出圧力を開放する容量制御方式（Ｉ式）と判定して消費動力と吐出圧力が低下し始める時刻における消費動力と吐出圧力とを前記記憶手段に記憶し、このときの負荷率を算出して切替点とし、かつ、吐出圧力の低下とともに消費動力が安定した時刻における消費動力と吐出圧力とを前記記憶手段に記憶して、これらを、吸い込み絞り弁及び放気弁で吐出圧力を開放する容量制御方式（Ｉ式）の特性データとして記憶され、
空気圧縮機の運転により吐出圧力を上昇させて１００％負荷とした後の０％負荷状態において吐出圧力が低下せずに安定した場合は吸い込み絞り式の容量制御方式（Ｕ式）と判定され、この安定した時刻における消費動力と吐出圧力とを前記記憶手段に記憶して、吸い込み絞り式の容量制御方式（Ｕ式）の特性データとして記憶され、
測定対象となる空気圧縮機の消費動力及び特性データに基づいて負荷率を算定し、比較機のデータと比較することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、前記記憶手段には測定対象となる空気圧縮機の特性データが予め記憶され、圧縮機の特性がわかっている場合には予め記憶された特性データを選択可能としたことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、予め記憶された特性データを用いる場合に、測定対象の空気圧縮機が標準仕様以外の設定になっているときは、測定対象の空気圧縮機の特性データについて、標準仕様時の傾きを保ったまま、消費動力を変化させることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、予め記憶された特性データを用いる場合に、測定対象の空気圧縮機と比較機との出力が異なるときは、出力差若しくは出力比に基づいて、測定対象の空気圧縮機の負荷率と比較機の負荷率との比較を行なうことを特徴とする。
【００１３】
さらに、請求項５に記載の発明は、空気圧縮機に前記請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の負荷測定診断装置を設けた。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１ないし図５は、本発明の実施の形態を示すもので、図１は、本発明による負荷測定診断装置を備えた空気圧縮機の模式図、図２は、空気圧縮機の容量制御特性を示す特性図、図３は、容量制御特性を創出するための動力と圧力の変化の一例を示す特性図、図４は、測定方法の一例を示すフローチャート、図５は、圧力相違、異機種による特性を修正する方法の一例を示すフローチャートである。
【００１５】
図１において、Ａは圧縮機。Ｂは負荷測定診断装置である。１は吸い込みフィルタ。２は吸い込み絞り弁で、吸い込みフィルタ１に接続されている。３は圧縮機本体で、吸い込み絞り弁２に接続されている。４はモータで、歯車列５を介して圧縮機本体３を駆動する。６はオイルセパレータで、圧縮機本体３に接続され、圧縮機本体３から吐出される圧縮空気に含まれる油を分離する。７は逆止弁で、オイルセパレータ６に接続されている。８は放気弁で、オイルセパレータ６と逆止弁７の間に接続されている。
【００１６】
９はオイルクーラで、オイルセパレータ６と圧縮機本体３の間に接続され、オイルセパレータ６から圧縮機本体３に供給される油を冷却する。１０はクーラで、逆止弁７に接続され、オイルセパレータ６から逆止弁７を通して送り込まれる圧縮空気を冷却する。１１は空気槽で、クーラ１０で冷却された圧縮空気を貯溜し、使用機器に圧縮空気を供給する。１２は圧縮機始動盤で、電源のオンオフスイッチなどが配置されている。
【００１７】
２１は圧力センサで、空気槽１１の入口付近に設置されている。２２は電圧プローブで、圧縮機始動盤１２に接続された電源の電圧（圧縮機３の駆動モータ４に印加される電圧）を検出する。２３は電流プローブで、圧縮機始動盤１２に接続された電源の電流（圧縮機３の駆動モータ４に供給される電流）を検出する。２４はＡ／Ｄ変換器で、圧力センサ２１、電圧プローブ２２および電流プローブ２３の出力をＡ／Ｄ変換する。
【００１８】
２５はコンピュータで、Ａ／Ｄ変換器２４に接続され、容量制御特性を記憶する記憶手段２６と、測定、診断結果を外部に出力するための記憶手段２７と、演算手段２８とを備えている。２９は表示器で、コンピュータ２５の操作および記憶手段２６、２７の記憶内容の表示を行う。
【００１９】
なお、前記記憶手段２６は、内部が複数のエリアに分割され、予め設定される圧縮機の空気使用量比率に対する負荷−動力特性の変化、実機から検出される消費動力の変化、空気使用量比率、吐出圧力に対する消費電力の変化、などを記憶する。
【００２０】
このような構成で、負荷率を判定する方法として、容量特性と実動力から判定する場合について図２により説明する。圧縮機の特性として、圧縮機の運転状態で、吐出される圧縮空気を１００％使用し、動力を１００％消費する１００％負荷の点Ａと、全く空気を使用しない０％負荷の状態（吐出空気量比０％線の上）とがある。
前記の負荷率とは吐出空気量比、すなわち、空気圧縮機の最大吐出空気量を１００％としたときの吐出空気量（実測値％）をいう。
【００２１】
容量制御方式により吸い込み絞り弁２を徐々に閉め全閉する吸い込み絞り方式（Ｕ式）と、吸い込み絞りおよび放気弁８で圧縮機本体３の吐出圧力を解放する方式（Ｉ式）とでは、切替点Ｃよりも負荷率が小さくなるとその消費動力に差が発生し、０％負荷の状態における消費動力比が、Ｕ式では点Ｂとなり、Ｉ式では点Ｄとなる。
【００２２】
予め圧縮機の特性がわかっている場合には、その特性を記憶手段２６に記憶させておく。また、測定対象となる特性が不明の場合には、圧縮機を初期状態にして運転して、各点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの消費動力比を取り込む。さらに、比較対象とする圧縮機がある場合には、その圧縮機の特性ＡＢ−ＤＢを記憶させておく。
【００２３】
たとえば、実測定機における消費動力比がＰである場合の負荷率を求めることにより、比較機の消費動力比を求めることもでき、その差により省エネルギー効果を求めることができる。
【００２４】
図３および図４により、各特性の取り込みタイミングおよび診断方法を説明する。
まず、圧力センサ２１、電圧プローブ２２および電流プローブ２３を取付け、測定を開始する（ステップＳ１）。
【００２５】
測定対象となる圧縮機本体３についてその特性がわかっているか否かを選定する（ステップ２）。予め圧縮機本体３の特性がわからない場合には、負荷測定診断装置Ｂを特性創出にセット（ステップ３）する。まず、Ｕ式の特性を測定するよう選定し、測定を開始する（ステップＳ４）。
【００２６】
圧力センサ２１で空気槽１１内の圧力を測定し、空気槽１１内の圧力が所定の圧力以上の場合には、圧縮空気の使用側で圧縮空気を放出するなど、空気槽１１内の圧力を低下させる（ステップＳ５）。圧縮機本体３の吐出弁を所定の開度に設定し圧縮機本体３の運転を開始する（ステップＳ６）。
【００２７】
圧縮機本体３の運転により、空気槽１１内の圧力が上昇するとともに、モータ４の消費動力も上昇する。図３に示すように、吐出圧力が１００％負荷（時刻ｔ１、吐出圧力Ｐ０）を通過すると消費動力が低下する。吐出圧力が１００％負荷に達した時（消費動力が下降し始める時）の消費動力とこの時の吐出圧力を測定する（ステップＳ７）。測定された消費動力Ａ１と吐出圧力Ｐ０を記憶手段２６に記憶する（ステップＳ８）。
【００２８】
空気槽１１の出口の吐出弁を全閉し、圧縮空気が使用されない０％負荷状態に設定する（ステップＳ９）。Ｕ式では、０％負荷になると、図３に示すように、圧縮機本体３の吐出圧力がＰ１まで上昇して安定する。
圧縮空気を使用していないので、圧縮機の吐出圧力は上昇する。そこでＵ式では、先に段落００２１で説明したように、吸い込み絞り弁を絞り込んで消費動力を低下させる。
図３の例では、時刻ｔ１から徐々に吸い込み絞り弁２を絞り込む。消費動力はあるところまで低下して安定する。１００％負荷を超え一定時間経過した時刻ｔ２の消費動力Ａ２と吐出圧力Ｐ１を測定する（ステップＳ１１）。測定された消費動力Ａ２と吐出圧力Ｐ１を記憶手段２６に記憶する（ステップＳ１２）。
【００２９】
圧縮機本体３を一旦停止させ、Ｉ式測定に移行する（ステップＳ１３）。そして、Ｕ式と同様にステップＳ５からステップＳ１０を繰り返して、時刻ｔ３の消費動力と吐出圧力を測定し、記憶手段２６に記憶する。
【００３０】
Ｉ式の特性で、空気槽１１の吐出弁全閉（０％負荷）時にモータ４の消費動力が最低動力となり安定したかを判定する（ステップＳ１４）。
Ｉ式においては、先に段落番号００２１で説明したように、吸い込み絞り弁２を絞るとともに放気弁８を開いて圧縮機の吐出圧力を解放する。
図３の例では、時刻ｔ３で吸い込み絞り弁２を絞り始めたが、これだけでは十分に降圧しないので、時刻ｔ４で放気弁８を開いて動力を低減させる。
消費動力と圧力とが低下し始める時刻ｔ４での吐出圧力Ｐ２と消費動力Ａ３とを測定して、記憶手段２６に記憶する（ステップＳ１５）。なお、この時の吐出圧力Ｐ２と消費動力Ａ３を、図２に示す切替点Ｃとする。
【００３１】
切替点Ｃの負荷率を、Ｕ式で測定した特性Ａ−ＢとＩ式で測定した切替点Ｃの消費動力との比較により算出する（ステップＳ１６）。算出された切替点Ｃの負荷率により、容量制御切替点Ｃの有無を判定する（ステップＳ１７）。切替点Ｃが存在する場合には、Ｉ式の測定として負荷測定診断装置Ｂの容量制御にＩ式を設定する（ステップＳ１８）。
【００３２】
前記ステップＳ１４において、圧力の上昇に対して消費動力が最低にならず安定した場合には、容量制御切替点Ｃが無いとと判定し、負荷測定診断装置Ｂの容量制御にＵ式を設定する（ステップＳ１９）。
【００３３】
切替点Ｃがあり、吐出圧力の低下とともに消費動力の変化が安定した場合は、その時刻ｔ５の吐出圧力Ｐ３と消費動力Ａ４を測定し、記憶手段２６に記憶する（ステップＳ２０）。
【００３４】
上記のステップにより測定、記憶されたデータから、図２に示すＡ−Ｂ、Ａ−Ｃ−Ｄの特性データを作成し、記憶手段２６に記憶する（ステップＳ２０）。特性データの創出を終了し（ステップＳ２２）、圧縮機本体３を停止させる（ステップＳ２３）。
【００３５】
前記ステップＳ２において、測定する圧縮機の特性がわかっている場合には、予め記憶手段２６に記憶されている特性データを選択する（ステップＳ２４）。
【００３６】
測定対象となる圧縮機本体３を稼動させて、その消費動力を測定する（ステップＳ２５）。測定された消費動力から、所定時間間隔（たとえば１分毎）で負荷率を算出し記憶手段２６に記憶する（ステップＳ２６）。予め記憶されている比較機のデータＰＢと、新たに測定、算出された実測機のデータＰＡとを比較し、省エネルギー効果を算出する（ステップＳ２７）。
【００３７】
前記各測定結果と、算出結果を表示器２９のディスプレイに表示し、あるいはプリントする（ステップＳ２８）。
【００３８】
なお、図２における特性は、標準仕様の圧縮機に対するものであり、標準仕様以外のものでは、Ａ−Ｂ、Ａ−Ｃ−Ｄ、ＡＢ−ＤＢ特性がＤＦ１の矢印のように移動し、負荷率の判定に誤差を生じることがある。また、異機種の圧縮機と比較する場合には、ＡＢ−ＤＢ特性がＤＦ２の矢印のように移動して、負荷率の判定に誤差を生じることがある。
【００３９】
標準仕様と異なるもの、あるいは異機種間で比較する場合には、このような誤差を補正し、正確な判定を行うため、図５に示す方法で補正する。
【００４０】
負荷測定診断装置Ｂの記憶手段２６に空気量不足を判定するための最低圧力と圧力低下許容時間を設定する（ステップＳ１）。測定開始前に、稼動中の圧縮機本体３の吐出圧力と圧力低下時間を見て、空気量が正常か否かを判定する（ステップＳ２）。空気量が不足している場合には測定を中断する（ステップＳ３）。
【００４１】
記憶手段２６に設定された吐出圧力と圧力低下時間の設定値と測定中の吐出圧力と圧力低下時間を比較して測定中の空気量が正常か否かを監視する（ステップＳ４）。空気量が不足した場合には、測定を中断して、表示器２９にその旨のコメントを表示する（ステップＳ５）。
【００４２】
予め記憶手段２６に記憶されている特性データを使用する場合には、測定する圧縮機本体３の吐出圧力が標準仕様（たとえば、７ｋｇｆ／ｃｍ2 または８．５ｋｇｆ／ｃｍ2 ）以外の設定になっているか否かを確認する（ステップＳ６）。測定対象の圧縮機本体３の標準仕様以外での吐出圧力状態を確認する（ステップＳ７）。
【００４３】
記憶手段２６に記憶された容量特性データ（図２に示すＵ式特性Ａ−Ｂ、Ｉ式特性Ａ−Ｃ−Ｄ、および比較機特性ＡＢ−ＤＢ）を測定した圧力に合わせてＤＦ１方向に移動させ調整する。なお、吐出圧力が標準仕様より低い場合には、１００％消費動力、０％消費動力も低下するため、標準仕様時の傾きを保った状態で下方に移動させる。
【００４４】
表示器２９から、測定対象の圧縮機本体３の機種、容量制御方式、吐出圧力などを設定する（ステップＳ９）。設定された吐出圧力が、標準圧力より上昇し他圧力か下降した圧力になるかを判定する（ステップＳ１０）。
【００４５】
設定圧力が圧縮機本体３の標準圧力より低い場合には、
設定圧力の消費動力＝標準動力×仕様圧力／設定圧力×係数（１．０６８）
で算出する（ステップＳ１１）。
【００４６】
また、設定圧力が圧縮機本体３の標準圧力より高い場合には、
設定圧力の消費動力＝標準動力×仕様圧力／設定圧力×係数（１／１．０６８）
で算出する（ステップＳ１２）。
【００４７】
１００％負荷、０％負荷の計算を行い（ステップＳ１３）、計算結果に基づいて圧力変更後の特性データを創出して記憶手段２６に記憶する（ステップＳ１４）。
【００４８】
また、圧縮機本体３の吐出圧力が仕様圧力であっても、測定対象の圧縮機と比較機の出力が異なる場合、測定結果により算出された負荷率と予め設定された負荷率とを直接比較することができないため、測定対象の圧縮機本体３と比較機の出力が同じであるか否かを選択する（ステップＳ１５）。
【００４９】
測定対象の圧縮機本体３を比較機の出力が異なる場合には、その差（もしくは比）に基づいて容量特性の調整量を設定する（ステップＳ１６）。測定対象となる圧縮機本体３から求めた負荷率を、比較機の負荷率に合わせて調整する（ステップＳ１７）。調整された負荷率に応じた比較機の出力を求める（ステップＳ１８）。比較機の出力に対する負荷率を、
比較機の負荷率＝測定負荷率×対象機出力／比較機出力
で求める（ステップＳ１９）。計算結果を比較特性として記憶手段２６に記憶する（ステップＳ２０）。
【００５０】
上記のように、容量特性のわからない圧縮機でも特性を測定し、その場で負荷率を算出することができる。また、圧縮機本体の出力特性が異なっていても、また、異機種間であってもその負荷率を比較機の負荷率と比較することができるので、設備の診断、省エネルギー提案などをその場で行うことができ、営業活動のツールとして使用することもできる。
【００５１】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明によれば、空気圧縮機の容量特性が不明であっても、圧力調整が施されていても、実稼動状態における圧縮機の特性を精度良く測定することができ、
かつ、特性が既知の空気圧縮機と比較することができるので、その場で圧縮機の診断を行うことができる。また、圧縮機に対する特別な知識を有しない人であっても圧縮機の診断を行うことができる。
【００５２】
また、圧縮機に本発明の負荷測定診断装置を付設しておくことにより、圧縮機の負荷特性を継続的に監視することができ、圧縮機のメンテナンスなどの管理を的確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による負荷測定診断装置を備えた空気圧縮機の模式図。
【図２】空気圧縮機の容量制御特性を示す特性図。
【図３】容量制御特性を創出するための動力と圧力の変化の一例を示す特性図。
【図４】測定方法の一例を示すフローチャート。
【図５】圧力相違、異機種による特性を修正する方法の一例を示すフローチャート。
【符号の説明】
Ａ…圧縮機、Ｂ…負荷測定診断装置、１…吸い込みフィルタ、
２…吸い込み絞り弁、３…圧縮機本体、４…モータ、６…オイルセパレータ、
１１…空気槽、２１…圧力センサ、２２…電圧プローブ、
２３…電流プローブ、２４…Ａ／Ｄ変換器、
２５…コンピュータ、２６…記憶手段、２７…記憶手段、２８…演算手段、
２９…表示器。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図３】
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