JP6200766B2 - 昇圧装置 - Google Patents

Description

本発明は、昇圧装置に関する。

本技術分野の背景技術として、特開２００８−２４８８４７号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載の圧縮機は、一次圧縮がなされた圧縮流体を圧縮機本体に吸い込み昇圧する圧縮機であって、圧縮機の上流側および下流側にはそれぞれ圧縮流体を貯留する貯留タンクと、この２つの貯留タンクを圧縮機をバイパスして連通させるバイパス配管が設けられている。このような昇圧装置において、例えば長期停止後の立ち上げ時など下流側圧力が上流側圧力以下である場合に、圧縮機の運転を停止させ、上流側の圧縮空気をバイパス配管を通して下流側へ供給することで圧縮機の消費電力を低減している。

特開２００８−２４８８４７

特許文献１に記載の昇圧装置では、バイパス配管を介した圧縮空気の供給を開始した後、圧縮機の下流側圧力が上流側圧力と等しくなるまで圧縮機は運転開始しないため、圧縮機の消費電力としては低減可能であるものの、必要とされる下流側圧力が得られるまでに長い時間が必要であった。

そこで本発明は、例えば長期停止後の立ち上げ時など、下流側圧力が上流側圧力以下である場合に、短時間で必要とされる下流側圧力が得られ、且つ圧縮機の消費電力を低減可能な昇圧装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。

本発明は上記課題を解決する手段を多数含んでいるが、その一例を挙げるならば、「圧縮流体を吸い込み昇圧する圧縮機と、前記圧縮機より上流の圧力を検出する第一の圧力検出部と、前記圧縮機より下流の圧力を検出する第二の圧力検出部と、前記圧縮機より上流の流路と前記圧縮機より下流の流路を、前記圧縮機をバイパスして連通させるバイパス配管と、前記第一の圧力検出部で検出された圧力が前記第二の圧力検出部で検出された圧力よりも高い場合に、前記圧縮機より上流の圧縮流体を前記バイパス配管を介して前記圧縮機より下流に供給し、前記第一の圧力検出部で検出された圧力が前記第二の圧力検出部で検出された圧力と等しくなるより前に、前記バイパス配管を介した圧縮流体供給を停止し、前記圧縮機の運転を開始するように前記バイパス配管および前記圧縮機を制御する制御部とを備える昇圧装置」を提供する。

本発明によれば、例えば長期停止後の立ち上げ時など、下流側圧力が上流側圧力以下である場合に、短時間で必要とされる下流側圧力が得られ、且つ圧縮機の消費電力を低減可能な昇圧装置を提供することができる。

本発明の実施例１における昇圧装置の構成図である。 本発明の実施例１における圧縮機内部の構成図である。 本発明の実施例１における圧縮機内部の構成図である。 本発明の実施例３における昇圧装置の構成図である。 本発明の実施例５における昇圧装置の構成図である。 本発明の実施例５における昇圧装置の構成図である。 本発明の実施例１における制御部９の制御フロ−チャ−トである。 本発明の実施例２における制御部９の制御フロ−チャ−トである。 本発明の実施例３における制御部９の制御フロ−チャ−トである。 本発明の実施例４における制御部９の制御フロ−チャ−トである。 本発明の実施例４における制御部９の制御フロ−チャ−トである。 従来の方法における第二の貯留タンク４内の圧力変化を示すグラフである。 本発明の実施例における第二の貯留タンク４内の圧力変化を示すグラフである。 本発明の実施例２における第二の貯留タンク４内の圧力の勾配dP１/dTの変化を示すグラフである。 本発明の実施例３におけるバイパス配管中の流量Ｑの変化を示すグラフである。

以下、実施例を図面を用いて説明する。

本発明の実施例１について図１−１、１−２、１−３、２−１、３−１、３−２を用いて説明する。

図１−１は、本実施例における昇圧装置の構成図である。

本実施例における昇圧装置は、一次圧縮された空気を貯留する第一の貯留タンク１と、第一の貯留タンク１内の圧縮空気を吸い込み昇圧する圧縮機３と、その吐き出し空気を貯留する第二の貯留タンク４を有する。

なお、圧縮機３の上流と下流にそれぞれ配置された第一の貯留タンク１と第二の貯留タンク４の間は、バイパス配管６で連結され、圧縮機３をバイパスして、圧縮機３の上流と下流が連通している。

このバイパス配管６は、配管の開閉を行うための電磁弁７と、第二の貯留タンク４から第一の貯留タンク１への圧縮空気の逆流を防ぐための逆止弁８から構成されている。

また、第一、第二の貯留タンク１，４には各々の内圧を検出するための第一、第二の圧力検出部２，５が設けられており、各々の圧力検出部の信号線は制御部９に接続されている。この制御部９は、第一、第二の圧力検出部２，５の信号をもとにバイパス配管６に設けられた電磁弁７の開閉および圧縮機３の運転・停止を制御する。

次に、昇圧用圧縮機３の内部構造を説明する。

昇圧用圧縮機は一次圧縮された空気等の流体を吸込み昇圧するため、圧縮機室内部は常に加圧状態にある。例えば昇圧用圧縮機３が往復動圧縮機である場合、ピストンには吸込み工程においても一次圧が作用しており、したがって圧縮機の起動時、負荷トルクが電動機の始動トルクを上回るために起動不良を生じることがある。

通常の昇圧用圧縮機は、この問題を解決するために、圧縮機の吸込み流路あるいは吐出し流路に弁を設置し、起動時の負荷を軽減する制御を行っている。図１−２および図１−３は、このための構成および制御の例である。

図１−２において、圧縮機本体１３の吸込み流路には三方弁１２が設けられており、その流路の一方は大気開放された放気サイレンサ１１に、もう一方は外部の一次圧縮された空気の流路に接続されている。

三方弁１２は、圧縮機１３が停止するとその吸込み口を放気サイレンサ１１に連通させ、内部に残存していた圧縮空気を大気開放する。さらに起動時には一定時間大気吸込み運転となった後、一次圧縮された空気の流路に接続するように作動することで、負荷を軽減する機能を持つ。

三方弁１２は図１−３に示すように圧縮機１３の吐出し側に設けてもよく、この場合起動時に一定時間圧縮機１３の吐出し口を大気開放することで負荷を軽減させる。ただしこの構成では、圧縮機１３停止時において、吸込み流路の圧縮空気が圧縮機内部を通過し放気サイレンサ１１から漏れるのを防止するため、吸込み流路に弁１４を設置し、圧縮機停止と同時に流路を遮断することが行われる。

図１−１の圧縮機３内部には、以上に述べたような起動負荷軽減機構が備えられているものとする。この機構の問題点は、圧縮機３の停止時においてその前後の流路を遮断してしまうことである。したがって例えば長期停止後の立ち上げ時など、第一の貯留タンク１内の圧力Psが第二の貯留タンク４内の圧力Pdより高い、Ps>Pdなる場合においても、圧縮機を運転させなければ下流へ圧縮空気を供給できず、消費電力を低減できないという問題が生じる。

このような問題を解決するための、例えば、特許文献１に記載されるような従来の制御部９の制御内容について図２−１のフロ−チャ−トを参照して説明する。制御の初期状態として、電磁弁７は閉状態、圧縮機３は停止状態となっている。

圧縮機３の電源を入れると、制御部９は第一の貯留タンク１内の圧力Psが第二の貯留タンク４内の圧力Pd以下か否かを判定する(ステップS１)。Ps≦Pdである場合、制御部９は圧縮機３を運転開始し、圧縮機３は第一の貯留タンク１内の圧縮空気を吸い込み昇圧する。(ステップS５)
ステップS１においてPs＞Pdであった場合、制御部９は圧縮機３を停止させたまま電磁弁７を開状態とし、バイパス配管６を介して第一の貯留タンク１内の圧縮空気を第二の貯留タンク４へ供給する(ステップS２)。

この操作によって、圧縮機３が運転せずとも第一の貯留タンク１から第二の貯留タンク４へ圧縮空気が流れていくような圧力条件において、圧縮機３が無駄に運転され電力消費するのを防止できる。

以上までは例えば、特許文献１等にｋ試合された従来のに制御内容である。この制御ではステップ２の後、PdがPsと等しくなった時点で圧縮機３を運転開始するものとしている。しかし、第二の貯留タンク４の容積が大きい場合など、実際にPdとPsが均圧化するまでは長時間を要する。

ここで、図３−１の曲線P１に示されるように、ステップS２にてバイパス配管６を介した圧縮空気供給が開始された後においてPdは変化する。このときPd = Psとなるまでに要する時間はT１である。

この後、圧縮機３を運転開始した場合の圧力上昇は直線P２のようになる。Pdが必要とされる圧力Pnに達するまでにT２の時間を要することになる。

このように、PdとPsが均圧化するまでは長時間を要するため、本実施例では、図２のステップS１、S２のあと、Pd = Psとなるより前の時点、例えばPd = Ps’の時点で電磁弁７を閉状態とし、圧縮機３を運転開始するようにバイパス配管の開閉と圧縮機３の運転・停止を制御する。

この後の圧力上昇は図３−２のようになり、PdがPnに達するまでの時間T２は、図３−１に示された従来の方法よりも短縮される。

以上より、本実施例によれば、第一の貯留タンク１内の圧力Psが第二の貯留タンク４内の圧力Pdより高い場合に、圧縮機３を停止し、バイパス配管６を介して第一の貯留タンク１内の圧縮空気を第二の貯留タンク４へ供給することで、圧縮機３の消費電力を低減することができる。さらに、下流側の圧力Pdが上流側の圧力Psになる前に、バイパス配管を閉状態とし、圧縮機３の運転を開始するようにしたため、下流側の圧力Pdが必要とされる圧力であるPnに達するまでの時間を短縮することができる。

本発明の実施例２について、図２−２、図３−３を用いて説明する。実施例１と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施例以降では、実施例１における制御について、圧縮機３をどのタイミングで運転開始すれば効果的に時間・消費電力を削減可能かについて説明する。

本実施例における制御のフロ−チャ−トを図２−２に示す。このフロ−チャ−トは、図２−１にて既に説明したもののうちステップS３の判定条件のみを変更したものである。

本実施例では、ステップS３としてこのdP１/dTがある所定値A以下であるかどうかを判定する。そしてA以下となった時間T１において、制御部９によって電磁弁７を閉状態とし(ステップS４)、圧縮機３を運転開始する(ステップS５)。

ここで、図３−３は、図３−２中の曲線P１の傾き、つまり、Pd の単位時間当たりの変化量dP１/dTを示している。dがPsに近付くにつれ、Pdの上昇のスピ−ドは減少するため、dP１/dTは時間とともに減少する。

このときの判定値Aとしては、図３−２におけるP２の時間に対する傾きdP２/dT、即ち圧縮機３を運転開始した後のPdの傾きの値を使用すると最適である。つまり、バイパス配管６と圧縮機３のどちらを介して圧縮空気を供給した方がPdの上昇が早いかを判定し、制御を行うというものである。

本実施例によれば、dP１/dTを見てより適切なタイミングでバイパス配管（電磁弁７）と圧縮機３の制御を行うようにすることができ、圧縮機３の消費電力を低減と下流側の圧力Pdが必要とされる圧力であるPnに達するまでの時間の短縮を効率的に行うことができる。

本発明の実施例３について、図１−４、図２−３、図３−５を用いて説明する。実施例１、２と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

実施例２における判定の最適値Aを実際に求めるためには、圧縮機の吐出し空気量と、その吐出し側に接続された貯留タンクの容積の二つのデ−タを予め制御部にインプットしておくことが必要である。このため、例えば吐出し側の貯留タンク容積を変更した場合などは再度設定を変更する必要があり、設定作業が煩雑になる。

そこで本実施例では、バイパス配管に圧縮空気の流量を検出する流量検出部１０を設け、判定のための最適値算出において、圧縮機の吐出し空気量のデ−タ用いた点に特徴がある。

図１−４は、本実施例に係る昇圧装置である。本実施例では実施例１に係る昇圧装置の構成において、バイパス配管に流量検出部１０を挿入したものである。

本実施例における制御のフロ−チャ−トを図２−３に示す。このフロ−チャ−トは、図２−１にて既に説明したもののうち判定条件(ステップS３)のみを変更したものである。

図３−４はフロ−チャ−トのステップS２が終了した直後の状態における、流量検出部１０によって得られるバイパス配管の流量Qを示している。このとき、時間とともにPdがPsに近付くに従い、流量Qは減少する。

本実施例では、ステップS３として流量Qがある所定値B以下であるかどうかを判定する。そしてB以下となった時間T１において、制御部９によって電磁弁７を閉状態とし(ステップS４)、圧縮機３を運転開始する(ステップS５)。

このときの判定値Bとしては、圧縮機３の吐き出し空気量の値を使用すると最適である。つまり、バイパス配管６と圧縮機３のどちらを介して圧縮空気を供給した方が第二の貯留タンク４に流れる流量が多いかを判定し、制御を行うというものである。

本実施例によれば、最適判定値Bを求めるために必要な情報は、圧縮機３の吐き出し空気量のみであり、これは制御部９内に予め準備しておくことで自動処理可能である。したがって実施例２と比較すると、第二の貯留タンク４としてどのような容積の貯留タンクを使用しても判定値の書き換えが必要く、貯留タンク４を変更した場合も設定が容易という利点がある。

本発明の実施例４について、図２−４を用いて説明する。実施例１〜３と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施例における圧縮装置の構成は図１−１にて既に説明したものと同じである。制御のフロ−チャ−トを図２−４に示す。このフロ−チャ−トは図１−１にて既に説明したもののうち判定条件(ステップS３)のみを変更したものである。

本実施例では、ステップS２が終了した後、ステップS３−１として実施例２と同様に、dP１/dTによる判定を行う。dP１/dT≦Aであった場合は、制御部９によって電磁弁７を閉状態とし(ステップS４)、圧縮機３を運転開始する(ステップS５)。

dP１/dT＞Aであった場合は、ステップS３−２にて時間Tがある所定時間Tlim経過したかどうかを判定する。Tlimが経過していれば、制御部９によって電磁弁７を閉状態とし(ステップS４)、圧縮機３を運転開始する(ステップS５)。Tlimが経過していなければ、処理はS３−１に戻る。

実施例２にて説明した制御方法では、例えばステップS２が終了した直後に第二の貯留タンク４内の圧縮空気が消費され始めるなどするとPdの上昇が遅くなるため、ステップS３−１の判定を満足するのに長時間を要するという問題がある。

本実施例では、このような場合においても時間Tlim後に強制的に処理を進めることで対応可能なため、さらに実用的な制御と言える。

なお、本実施例ではステップS３−１における判定に実施例２と同様にdP１/dTを検出し、用いるものとしたが、実施例３と同様に昇圧装置の構成を図１−４に示す通りとし、判定に流量Qを用いる方法にも応用可能である。

本実施例によれば、実施例２、３と比較して、下流側の圧縮空気の使用状況に応じて下流側の圧力Pdが必要とされる圧力であるPnに達するまでの時間を効率的に短縮することができる。

本発明の実施例５について、図１−５、２−５を用いて説明する。実施例１〜４と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

図１−５に本実施例における構成を示す。本図は、図１−１にて説明した昇圧装置からバイパス配管６を除去したものである。また、本実施例における制御のフロ−チャ−トを図２−５に示す。

なお、実施例１〜４にて使用した図２−１のフロ−チャ−トでは、説明を簡単にするため実施例１にて説明した圧縮機３の上流側または下流側に配置された圧縮機３内部の三方弁１２の作動についてはあえて記載していない。しかし本実施例では、三方弁１２の制御が追加で必要となるため、その作動についてもフロ−チャ−トに記載している。

本実施例において、制御の初期状態として、圧縮機３および内部の圧縮機本体１３は停止状態、三方弁１２は圧縮機本体１３の吸込み口と放気サイレンサ１１を連通させた状態にある。

圧縮機３の電源を入れると、制御部９は第一の貯留タンク１内の圧力Psが第二の貯留タンク４内の圧力Pd以下か否かを判定する(ステップS１)。Ps≦Pdである場合は、これまでの実施例と同様に圧縮機３は第一の貯留タンク１内の圧縮空気を吸い込み昇圧する。ただしこのときの動作はステップS５−１,５−２のように２段階になる。これについては後述する。

ステップS１においてPs＞Pdであった場合、制御部９は圧縮機本体１３を停止させたまま、三方弁１２(図１−２参照)を切り替え、吸込み流路と圧縮機本体１３を連通する(ステップS２)。即ち、第一の貯留タンク１の圧縮空気を圧縮機本体１３の内部を通過させて吐出し流路へ供給する。

制御部９は実施例２と同様にPdの上昇の傾きdP１/dTを検出し、ある所定値Aに達したタイミングで三方弁１２を切り替え、圧縮機本体１３の吸込み口と放気サイレンサ１１を連通させる(ステップS４)。この動作によって、一旦圧縮機本体１３の吸い込み口が大気解放される。

この後、圧縮機本体１３の運転を開始し(ステップS５−１)、一定時間経過後に三方弁１２を再度切り替えることで、吸込み流路と圧縮機本体１３を連通させ、圧縮機本体１３は第一の貯留タンク１内の圧縮空気を吸込み昇圧運転を開始する(ステップS５−２)。

以上のような制御を行うことで、実施例１にて説明したようなバイパス配管を取り付ける必要なく、同様の働きをさせることが可能である。なお、本実施例の説明では代表例として圧縮機３の内部構成を図１−２の通りとしたが、同様の制御は図１−３に示す構成でも可能である。

また、ステップ３は実施例２と同様にPdの上昇の傾きを検出し判定するものとしたが、図１−６に示すように圧縮機３内部に流量検出部１４を挿入し、実施例３と同様に流量検出により判定するようにしてもよいし、実施例４のように制限時間を加えた制御を行ってもよい。

本実施例によれば、実施例１〜４における効果をより簡略化された構成によって得ることができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、さまざまな変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置き換えをすることが可能である。

また、上記の各処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハ−ドウェアで実現しても良い。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。

また、信号線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての信号線を示しているとは限らない。実際には殆どすべての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１ 第一のの貯留タンク
２ 第一の圧力検出部
３ 昇圧用圧縮機
４ 第二の貯留タンク
５ 第二の圧力検出部
６ バイパス配管
７ 電磁弁
８ 逆止弁
９ 制御部
１０ 流量検出部
１１ 放気サイレンサ
１２ 三方弁
１３ 圧縮機本体
１４ 弁

Claims (5)

1. 圧縮流体を吸い込み昇圧する圧縮機と、
   前記圧縮機より上流の圧力を検出する第一の圧力検出部と、
   前記圧縮機より下流の圧力を検出する第二の圧力検出部と、
   前記圧縮機より上流の流路と前記圧縮機より下流の流路を、前記圧縮機をバイパスして連通させるバイパス配管と、
   前記第一の圧力検出部で検出された圧力が前記第二の圧力検出部で検出された圧力よりも高い場合に、前記圧縮機より上流の圧縮流体を前記バイパス配管を介して前記圧縮機より下流に供給し、前記第一の圧力検出部で検出された圧力が前記第二の圧力検出部で検出された圧力と等しくなるより前に、前記バイパス配管を介した圧縮流体の供給を停止し、前記圧縮機の運転を開始するように前記バイパス配管および前記圧縮機を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は前記圧縮機より上流の圧縮流体を前記バイパス配管を介して前記圧縮機より下流に供給開始した後、前記第二の圧力検出部で検出される圧力の単位時間当たりの変化量が、所定値以下となった場合に、前記バイパス配管を介した圧縮流体供給を停止し、前記圧縮機の運転を開始するように前記バイパス配管および前記圧縮機を制御することを特徴とする昇圧装置。
2. 前記所定値は、前記圧縮機を運転した場合に前記第二の圧力検出部で検出される圧力の単位時間当たりの変化量であることを特徴とする請求項１に記載の昇圧装置。
3. 圧縮流体を吸い込み昇圧する圧縮機と、
   前記圧縮機より上流の圧力を検出する第一の圧力検出部と、
   前記圧縮機より下流の圧力を検出する第二の圧力検出部と、
   前記圧縮機より上流の流路と前記圧縮機より下流の流路を、前記圧縮機をバイパスして連通させるバイパス配管と、
   前記第一の圧力検出部で検出された圧力が前記第二の圧力検出部で検出された圧力よりも高い場合に、前記圧縮機より上流の圧縮流体を前記バイパス配管を介して前記圧縮機より下流に供給し、前記第一の圧力検出部で検出された圧力が前記第二の圧力検出部で検出された圧力と等しくなるより前に、前記バイパス配管を介した圧縮流体の供給を停止し、
   前記圧縮機の運転を開始するように前記バイパス配管および前記圧縮機を制御する制御部とを備え、
   前記バイパス配管内の流量を検出する流量検出部を備え、
   前記制御部は、前記圧縮機より上流の圧縮流体を前記バイパス配管を介して前記圧縮機より下流に供給開始した後、前記流量検出部で検出された流量が所定値以下となった場合に、前記バイパス配管を介した圧縮流体供給を停止し、前記圧縮機の運転を開始するように前記バイパス配管および前記圧縮機を制御することを特徴とする昇圧装置。
4. 前記所定値は、前記圧縮機を運転した場合の吐き出し流量であることを特徴とする請求項３に記載の昇圧装置。
5. 圧縮流体を吸い込み昇圧する圧縮機と、
   前記圧縮機より上流の圧力を検出する第一の圧力検出部と、
   前記圧縮機より下流の圧力を検出する第二の圧力検出部と、
   前記圧縮機より上流の流路と前記圧縮機より下流の流路を、前記圧縮機をバイパスして連通させるバイパス配管と、
   前記第一の圧力検出部で検出された圧力が前記第二の圧力検出部で検出された圧力よりも高い場合に、前記圧縮機より上流の圧縮流体を前記バイパス配管を介して前記圧縮機より下流に供給し、前記第一の圧力検出部で検出された圧力が前記第二の圧力検出部で検出された圧力と等しくなるより前に、前記バイパス配管を介した圧縮流体の供給を停止し、前記圧縮機の運転を開始するように前記バイパス配管および前記圧縮機を制御する制御部
   とを備え、
   前記制御部は前記圧縮機より上流の圧縮流体を前記バイパス配管を介して前記圧縮機より下流に供給開始した後、所定時間経過後に、前記バイパス配管を介した圧縮流体供給を停止し、前記圧縮機の運転を開始するように前記バイパス配管および前記圧縮機を制御することを特徴とする昇圧装置。

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