JP2005046744A - 圧縮空気の除湿装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 空気圧縮機器、特に圧縮空気の除湿装置の冷却器内のドレン貯溜速度を効率的に検知し、ドレン排出装置の電磁式ドレントラップを自動制御するための安価で確実な方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 インバータ制御の冷媒圧縮機と、熱交換器と、電磁式ドレントラップを備えた圧縮空気供給路のドレン排出装置とを少なくとも有する圧縮空気の除湿装置において、冷媒圧縮機の運転周波数に応じて電磁式ドレントラップの動作間隔を切換える。４５秒間における圧縮機の運転周波数の平均値が４５〜９０Ｈｚのときは電磁弁の動作間隔を４５秒とし、平均値が０〜４４Ｈｚのときは電磁弁の動作間隔を９０秒とする。

【選択図】 図２

Description

本発明は、圧縮空気機器特に圧縮空気の除湿装置の圧縮空気供給路からドレンを除去するためのドレン排出装置において、電磁式ドレントラップを有するドレン排出装置の運転を最適化する技術に関する。

圧縮空気機器で発生するドレン水は利用上様々な問題を引き起こすので、圧縮空気の除湿装置を設け、その冷却器に電磁式ドレントラップを備えたドレン排出装置を設置することが知られている。電磁式ドレントラップは圧縮空気の発生中に間欠的に動作し、冷却器に溜まったドレン水を主配管からの圧縮空気を利用してドレン処理部へ排出する。

圧縮空気の除湿装置から発生するドレンの量は、圧縮空気の流量、入気（大気）の温度、湿度等様々な要因によって変化する。このときドレントラップの動作回数がドレン発生量に比べて少ないとドレン水が機器内に残って害を与えるので、従来はドレントラップの動作時間と動作間隔を最大ドレン量に合わせて決定していた。しかし、圧縮空気の流量が減少したり入気温度が下がったときは、動作回数が多すぎて主配管の圧力を消耗させ、エネルギーをロスすることになる。

ドレントラップの動作間隔を手動で切換えてエアーロスを減少させるようにした除湿装置のドレン排出装置では、１日の時間毎の較差など短時間での変動が大きいときに度々切り換え作業が必要となって実用上不便であった。一方ドレンの貯溜をレベルセンサ等で常時監視する方法は故障の可能性や電力消費等の欠点があった。従って実用的なドレン排出装置を提供するためには、ドレンの貯溜速度をどのように検知し、どのようなタイミングでドレントラップを動作させるかが重要な問題である。

特開平９−３１７９９４号公報記載の発明は、圧縮空気配管のドレン排出装置のドレントラップの動作を空気圧縮機の負荷に連動させることを提案し、その具体的手段として圧縮空気タンク内の圧力により空気圧縮機の運転をアンローダ方式（弁の開閉で出力を制御）と圧力開閉方式（圧縮機のスイッチで出力を制御）に切換えると共に、アンローダ運転中はロード開始時、圧力開閉運転中にはＯＮ時にドレントラップを１回作動させる方法を開示している。また各種センサ等の情報からドレン量の増加が予測される場合には、動作１回当たりのドレン排出時間を変化させることを記載している。また除湿装置の圧縮空気供給路にドレントラップを設けた場合において、冷媒配管に設置した温度計の測定値により動作１回当たりのドレン排出時間を変化させることを記載している。
特開平９−３１７９９４号公報

次に、特開平１１−３５１４９７号公報記載の発明は、圧縮空気配管のドレントラップにおいて空気圧縮機の運転時間を積算する積算カウンタを設け、その積算値が一定値に達する毎に電磁式ドレントラップを１回作動させる方法、及びドレントラップは定期的に作動させ、動作１回当たりのドレン排出時間を前記積算値に応じて増減させる方法を提案している。
特開平１１−３５１４９７号公報

特許文献１、２記載の発明のように動作間隔を主配管の空気圧縮機の負荷に連動させるものでは、結局のところ圧縮空気タンク内の圧力すなわち圧縮空気の使用量に応じて動作間隔が決まるから、季節や天候により空気圧縮機の負荷が大きくても実際のドレン発生量は少ないなど、空気圧縮機の負荷と排出すべきドレン量とが必ずしも連動しないおそれがある。各種センサ等の出力から１回当たりのドレン排出時間を変化させることも記載されているが、手動での切り換えは短時間での変動に対応し難く、一方自動の場合は制御装置を複雑化したりコストを増大させる問題がある。

本発明は、空気圧縮機器、特に圧縮空気の除湿装置の冷却器内のドレン貯溜速度を効率的に検知し、ドレン排出装置の電磁式ドレントラップを自動制御するための安価で確実な方法を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、冷媒圧縮機と、熱交換器と、電磁式ドレントラップを備えた圧縮空気供給路のドレン排出装置とを少なくとも有する圧縮空気の除湿装置において、冷媒圧縮機の負荷に応じて電磁式ドレントラップの動作間隔を切換えることにより上記の課題を解決する。除湿したドレンの量に応じて電磁弁の動作間隔を自動的に変更してエアーロスを減少するものである。

空気圧縮機の出力が、一般に圧縮空気タンク等における圧力すなわち圧縮空気の使用量に合わせて制御されるのに対し、除湿装置の冷媒圧縮機の出力は、一般に熱交換器の出口の温度センサ及び／または湿度センサ等の出力によって制御されるから、冷媒圧縮機の負荷は実際のドレン発生量とより良く対応していると考えられる。

すなわちドレン発生量が多くなる原因としては、（１）圧縮空気流量の増大、（２）入気に含まれる水蒸気の量の増大、（３）空気流に乗った水滴の量の増大、（４）入気温度の上昇などが考えられるが、圧縮空気の使用量による制御では（１）のみを反映するのに対し、冷媒圧縮機の出力による制御ではこれらのすべての要素を反映させることができる。従って冷媒圧縮機の負荷に応じて電磁式ドレントラップの動作間隔を切換えれば、単に圧縮空気の使用量に合わせて制御するよりも、簡単な構成で効果的にドレン排出装置の自動制御を行うことができる。

請求項２記載の発明は、前記冷媒圧縮機がインバータ式冷媒圧縮機である場合において、該インバータ式冷媒圧縮機の運転周波数に応じて電磁式ドレントラップの動作間隔を切換えることにより上記の課題を解決する。

インバータを搭載した冷媒圧縮機では、圧縮空気の流量や入気温度、湿度等のセンサーからの出力に基いてドレンの発生量を推定し、モーターの回転数を例えば０〜９０Ｈｚまたは３０〜９０Ｈｚのように連続的に可変させることができ、またその運転周波数を他の制御装置に出力できるように構成されている。本発明の除湿装置では、冷却回路におけるインバータ圧縮機の運転周波数によって発生するドレン量を近似的に判断し、それにより電磁式ドレントラップの動作間隔を切換える。

ドレントラップの動作間隔を不連続的（２段階若しくは３段階）に切換える場合は、連続的に変化させる場合に比べて簡易な制御とすることができる。例えば、４５秒間における圧縮機の運転周波数の平均値が４５〜９０Ｈｚのときはドレン量が大と判断して、電磁弁の動作間隔を４５秒とする。この平均値が０〜４４Ｈｚのときはドレン量が小と判断して、電磁弁の動作間隔を９０秒とする。

本発明は、上記のようにして空気圧縮機器、特に圧縮空気の除湿装置の冷却器内のドレン貯溜速度を効率的に検知するので、ドレン排出装置の電磁式ドレントラップを自動制御するための安価で確実な方法を提供できる。

以下、図を参照しつつ、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１は、空気圧縮機器の構成の一例を示す。図において１は空気圧縮機、２は圧縮空気タンク、３は除湿装置、４はラインフィルターである。空気圧縮機１で圧縮された空気は圧力安定のため圧縮空気タンク２に一旦貯えられるが、この圧縮空気は高温で水蒸気を多く含んでいるから、除湿装置３で水と油を除去する必要がある。除湿装置３から出た圧縮空気はさらにラインフィルター４で不純物を除去した後、利用機器に供給される。空気圧縮機の形式によっては圧縮空気タンク２を設けないこともある。

図２は、本実施例の除湿装置３の内部構造を示す。図において３１は熱交換器、３２は電磁式ドレントラップ、３３は冷媒圧縮機、３４は凝縮器、３５は電子膨張弁、３８はアキュムレータ、３９は容量制御弁、４０は制御回路、４１は温度センサー、４２はインバータである。圧縮空気タンク２からの高温で湿った圧縮空気は、空気入口から熱交換器３１に入り、内部のフィンの間を通る際に冷媒と熱交換して冷やされ、空気出口から排出される。このとき油及び水蒸気が凝縮して熱交換器３１の底部に溜り、電磁式ドレントラップ３２で図示しないドレン処理部へ間欠的に排出される。

冷媒は冷媒圧縮機３３でまず加圧され、凝縮器３４でファン冷却により凝縮され、電子膨張弁３５にて急激に減圧され、熱交換器３１内部で蒸発して気化熱により圧縮空気を冷却する。熱交換器３１から出た冷媒はアキュムレータ３８で完全な気体となって冷媒圧縮機３３に戻される。容量制御弁３９は必要に応じて冷媒圧縮機３３の負荷を調整する。

制御回路４０は熱交換器３１に設けられた温度センサー４１と、冷媒圧縮機３３のインバータ４２と、容量制御弁３９と、電磁式ドレントラップ３２に接続されており、上記の温度センサー４１と、制御回路４０と、電磁式ドレントラップ３２と、図示しないドレン処理部とで、本実施例の圧縮空気の除湿装置のドレン排出装置が構成されている。

制御回路４０は圧縮空気の入気温度を監視し、圧縮空気の温度（露点温度）が所定温度以下になるようにインバータ４２を制御し、冷媒圧縮機３３の運転周波数を０（又は３０）〜９０Ｈｚの間で連続的に変化させるとともに、必要に応じて容量制御弁３９を開閉する。そして一定時間（４５秒間）における冷媒圧縮機３３の運転周波数の平均値を計算し、運転周波数が４５〜９０Ｈｚのとき、すなわちドレン量が相対的に多いときは電磁式ドレントラップ３２を４５秒間隔で動作させ（動作頻度は大）、冷媒圧縮機３３の運転周波数が０（又は３０）〜４４Ｈｚのとき、すなわちドレン量が相対的に少ないときは電磁式ドレントラップ３２を９０秒間隔（動作頻度は小）で動作させる。

圧縮機の運転周波数は常に変化し、電磁弁の動作切り換えの基準としては不安定なので、本実施例では一定時間（４５秒間）における運転周波数の値によって動作を切換えている。ドレン量の多少を判断するために圧縮機の運転周波数を二分し、運転周波数がいずれの範囲にあるかにより判断するようにしている。一回の電磁弁の動作において、弁の開放時間は０．３秒で一定であるから、圧縮機の運転周波数が４５Ｈｚ以上であるときには４４Ｈｚ以下であるときの２倍のドレンを排出することになる。この関係を図３に示す。なお、圧縮機の運転周波数の判定を３０Ｈｚ以下、３１〜６０Ｈｚ、６１〜９０Ｈｚの３段階とし、電磁弁の動作間隔を３段階に切換えてもよい。

本実施例では冷媒圧縮機３３がインバータ４２で制御されているが、冷媒圧縮機の制御においても、熱交換器の出口温度に応じて圧縮機の電源をＯＮ・ＯＦＦする方式（開閉方式）や空気調整弁の開閉により負荷を制御する方式（アンローダ方式）が用いられる場合がある。これらの冷却方式に本発明を適用するには、電源ＯＮの間やロード運転中に電磁式ドレントラップの動作間隔を小とし、電源ＯＦＦの間やアンロード運転中に動作間隔を大とすればよい。

本発明は除湿装置の冷媒圧縮機の出力とドレン貯溜量がよく対応することに着眼してドレントラップの簡易な制御方法を提案したものであり、さらに圧縮空気の流量センサや湿度センサー等を用いて冷媒圧縮機を制御するような場合にも同様に適用できる。またドレントラップの位置は除湿装置に限らず、他の場所に設置することもできる。

空気圧縮機器の構成の一例を示す図 実施例１の除湿装置３の内部構造を示す図 実施例１におけるドレン量、運転周波数と電磁弁の動作を示す図

符号の説明

１ 空気圧縮機
２ 圧縮空気タンク
３ 除湿装置
４ ラインフィルター
３１ 熱交換器
３２ 電磁式ドレントラップ
３３ 冷媒圧縮機
３４ 凝縮器
３５ 電子膨張弁
３８ アキュムレータ
３９ 容量制御弁
４０ 制御回路
４１ 温度センサー
４２ インバータ

Claims (2)

1. 冷媒圧縮機と、熱交換器と、電磁式ドレントラップを備えた圧縮空気供給路のドレン排出装置とを少なくとも有する圧縮空気の除湿装置において、冷媒圧縮機の負荷に応じて電磁式ドレントラップの動作間隔を切換えることを特徴とする圧縮空気の除湿装置。
2. 前記冷媒圧縮機がインバータ式冷媒圧縮機であり、該インバータ式冷媒圧縮機の運転周波数に応じて電磁式ドレントラップの動作間隔を切換えることを特徴とする圧縮空気の除湿装置。