JP4951423B2 - 圧縮空気除湿装置 - Google Patents

Description

本発明は、溜まったドレン水を電磁弁の開閉で排出するドレン排出異常の検出装置およびこの検出装置を備えた圧縮空気除湿装置に関する。

工場や研究所などでは圧縮空気を動力源とする機器が設置されている。これらの機器と空気圧縮機（エアーコンプレッサ）との間には、圧縮空気の水分を除去する除湿装置が設けられ、乾燥した圧縮空気が供給されている。

圧縮空気除湿装置では、空気中の水分を分離することでドレン水が発生する。冷却式の圧縮空気除湿装置では、熱交換器内で圧縮空気を冷却することで水分が結露して分離される。分離されたドレン水は、熱交換器内のドレン受けに一時的に溜められる。熱交換器内には高圧の圧縮空気があるため、ドレン水は常時排出できず、例えば一定時間経過した時や一定量溜まった時に外部に排出される。

ドレン水の排出は、ドレン受けとドレン排出流路との間に、電磁弁を配して一時的に開いて圧縮空気と共にドレン水を排出したり、一定量のドレン水が溜まると自動的にドレン水が排出される機構のドレントラップを配して排出したりすることで行われている。

電磁弁やドレントラップの故障あるいはドレン水の凍結により、ドレン水が排出されなくなると、除湿性能の低下によって圧縮空気を動力源とする機器を損傷させる原因となる。

ドレン水の排出の確認は、電磁弁の作動音の有無や、目視によるドレン水の排出の有無によって行っていたが、作業員が常時確認を行うことは難しい。

そのため、一対の電極をドレン受け上部に配置して、ドレン水の水位が上昇して電極に達したときに排出異常とすることが行われていた。

また、他の異常検出装置として、特許文献１には、ドレントラップのドレン水の排出流路に一対の電極を設け、ドレントラップから自動的に排出されるドレン水を検知して、ドレン水の排出されている時間（期間）や排出時間間隔が設定した範囲から外れる場合にドレントラップが異常であると判定するドレントラップの異常検出装置が示されている。

特開２００３−３４３７９４号公報

従来のドレン排出異常の検出装置には、高価な電極を配置していることにより、装置の価格が高額になるという問題がある。また、特許文献１の検知された排出時間や排出間隔に基づいて異常を判定している装置では、ドレントラップは一定量のドレンが溜まると作動するために作動する間隔が不明であり、異常と判定する範囲に余裕度をもたせる必要がある。このため、異常と判定するまでに時間が掛かるという問題がある。例えば、凍結によってドレン水が排出されなくなった場合には、迅速に圧縮空気除湿装置を停止しないとドレン水の凍結が進んでしまう。圧縮空気除湿装置は、凍結したドレン水がすべて溶けなければ再度運転を再開させることができないため、凍結を一刻も早く検出する必要がある。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、安価であるとともに、ドレン水の排出異常を迅速に検出できるドレン排出異常の検出装置および圧縮空気除湿装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するためになされた、特許請求の範囲の請求項１に記載された圧縮空気除湿装置は、熱交換器内で圧縮空気を冷却して除湿する圧縮空気除湿装置であって、該熱交換器内に一時的に溜められたドレン水を排出する電磁弁の下流のドレン排出流路に配設された温度を検知する温度センサと、該電磁弁を開閉制御する制御部と、該圧縮空気の除湿動作を行っている状態のとき、該制御部が電磁弁を開閉制御する前後で該温度センサの検知した温度の温度差が所定の温度差よりも小さいときに異常判定する判定部とを備えたことを特徴とする。

請求項２に記載された圧縮空気除湿装置は、請求項１に記載されたものであって、該電磁弁に該ドレン排出流路の一部を構成するチーズの母管を接続し、該温度センサを該チーズの枝管に配設したことを特徴とする。

請求項３に記載された圧縮空気除湿装置は、請求項２に記載されたものであって、該温度センサの先端が該チーズの枝管入口に母管内壁面の面とほぼ同一の位置に配置されていることを特徴とする。

請求項４に記載された圧縮空気除湿装置は、請求項１に記載されたものであって、該制御部は、該判定部がドレン排出異常と判定したとき、ドレン排出異常の文字を表示する表示回路と警告音を出力する報音回路とに接続されていることを特徴とする。

請求項１記載の圧縮空気除湿装置によれば、電極に比較して安価な温度センサをドレン排出流路に配し、制御部によって電磁弁が開閉制御される前後で、温度センサの検知したドレン排出流路の温度の温度差が所定の温度差よりも小さいときに判定部が異常判定する。このため、電磁弁の開閉制御を行ってから迅速に異常を検出することができる。また、安価なドレン排出異常の検出装置を提供することができる。さらに、ドレン排出異常の判定は、圧縮空気の除湿動作を行っている状態のときに行われる。このため、除湿の負荷に応じた判定が行われ、ドレン排出異常を正確に検出することができる。

請求項２記載の圧縮空気除湿装置によれば、電磁弁にドレン排出流路の一部を構成するチーズの母管を接続し、温度センサをチーズの枝管に配設したことで、電磁弁から温度センサまでの距離が短いため、排出されるドレン水が即座に温度センサに掛かる。このため、ドレン水が排出流路を通過していくに従ってドレン水の温度が排出流路の温度に近づくよりも前に、ドレン水が温度センサに掛かるため、ドレン水の排出による排出流路内の温度変化を迅速かつ安定して検知することができる。また、チーズは汎用部品であって安価なため、安価なドレン排出異常の検出装置を提供することができる。

請求項３記載の圧縮空気除湿装置によれば、チーズの枝管の入口に母管内壁面の面とほぼ同一の位置に温度センサの先端を配置したことにより、電磁弁が開いた際に高圧の圧縮空気と共に勢いよく排出されるドレン水の水圧を温度センサが直接受けることなく排出流路内の温度を測定することができる。したがって、水圧による温度センサの繰り返し疲労破壊を防止することができる。

発明を実施するための好ましい形態

以下、本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。

図１は本発明を適用するドレン排出異常の検出装置を備えた圧縮空気除湿装置のブロック図である。圧縮空気除湿装置１は、同図に示すように、冷凍サイクル部２、警告部３、および制御部４を備える。

冷凍サイクル部２には、インバータ式の圧縮機１１、凝縮器１２、インバータ式の凝縮器ファン１３、冷媒ストレーナ１４、電子膨張弁１５、キャピラリチューブ１６、および蒸発器１７が配置された熱交換器１８が備えられている。配管接続された圧縮機１１、凝縮器１２、冷媒ストレーナ１４、電子膨張弁１５、キャピラリチューブ１６、蒸発器１７を冷媒が通過して、圧縮機１１に循環することで、蒸発器１７が冷却される。

熱交換器１８には、湿った圧縮空気を導入する導入口２１、乾燥した圧縮空気を排出する排出口２２、ドレン受け２３、電磁弁２４、チーズ２５、温度センサ２６、およびボールバルブ２７，２８が備えられている。ドレン受け２３は、熱交換器１８の底部に配され、ドレン水が一時的に溜められる。また、ドレン受け２３は、二つに分岐する分岐管を介してボールバルブ２７およびボールバルブ２８の各々の一端に配管接続されている。ボールバルブ２７，２８は、手動で開閉する弁であって、ボールバルブ２７の他端には配管２９を介して電磁弁２４の入力部が接続されている。

電磁弁２４の出力部には、汎用品として販売されているチーズ２５の母管の一端が接続されている。チーズ２５の他端には、ドレン排出管３０が接続されている。チーズ２５の分岐管には温度センサ２６が備えられている。

ボールバルブ２８の他端には、ドレン排出管３１が接続されている。なお、ボールバルブ２７，２８は、電磁弁２４が故障したときなどに、ドレン受け２３からドレン水を強制的に排出するときに操作される。

さらに、冷凍サイクル部２には、センサとして、周囲温度を検知する周囲温度センサ５１、凝縮器１２を通った冷媒の温度を検知する冷媒凝縮温度センサ５２、圧縮機１１が吐出する冷媒の温度を検知する冷媒吐出温度センサ５３、蒸発器１７に入る冷媒の温度を検知する蒸発器冷媒温度センサ５４、熱交換器１８内の除湿された圧縮空気の露点温度を検知する露点温度センサ５５、熱交換器１８内の圧縮空気の圧力を検知する空気圧力センサ５６、および圧縮機１１が吸入する冷媒の温度を検知する冷媒吸入温度センサ５７が備えられている。これらの各センサは、図示しないが制御部４に接続されている。

警告部３には、警告の内容を表示する表示回路３５および警告音を報音する報音回路３６が備えられている。

制御部４は、本発明に係る制御部および判定部に相当し、冷凍サイクル部２および警告部３を含む圧縮空気除湿装置１の各部の温度を検知して、この検知結果に基づいて各部の動作を制御して圧縮空気除湿装置１を作動させる。制御部４には、中央処理装置、動作プログラムを記憶したＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、動作状態などを記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などが備えられている。

制御部４は、電磁弁２４と接続されて電磁弁２４の開閉制御を行う。また、制御部４には、温度センサ２６が接続されてドレン排出流路（チーズ２５内）の温度を検知する。

また、制御部４は、冷凍サイクル部２の各部に配されたセンサ５１〜５７の出力に基づいて、エアーコンプレッサから圧送される圧縮空気の量（圧力）や乾燥状態（露点温度）を検知するとともに、圧縮空気が適正な露点温度の乾燥空気に除湿されるように、冷媒の温度・圧力が適正な動作範囲になるように圧縮機１１や凝縮器ファン１３をインバータ制御する。

また、制御部４は、警告部３の表示回路３５および報音回路３６に接続されている。

図２は本発明を適用するドレン排出異常の検出装置に配する温度センサ２６を示す構成図である。温度センサ２６は、温度検知部２６ａ、基台部２６ｂ、およびケーブル２６ｃを備えている。温度検知部２６ａは、細長いカバーで覆われて防水構造に形成され、その先端部の内部にサーミスタ（非図示）が内蔵されている。このサーミスタは、ケーブル２６ｃに接続されている。基台部２６ｂは、温度検知部２６ａに防水構造に固定されている。また、基台部２６ｂには、温度検知部２６ａとの接合側にネジ込み固定可能なネジ山が形成されている。

図３は本発明を適用するドレン排出異常の検出装置の機械的要部を示す機構図である。

電磁弁２４の入力部には、配管２９が固定部材２９ａを用いて接続されている。電磁弁２４の出力部には、チーズ２５の母管２５ａの一端が直接ねじ込まれて接続されている。チーズ２５の母管２５ａの他端には、固定部材３０ａが締め込まれてドレン排出管３０が接続されている。このチーズ２５の母管２５ａおよびドレン排出管３０が本発明のドレン排出流路に相当し、これらを通ってドレン水が排出される。電磁弁２４は、ケーブル４７で制御部４に接続されている。

温度センサ２６は、同図に示すように、その温度検知部２６ａの先端部が、チーズ２５の枝管２５ｂの入口に母管２５ａの内壁面の面とほぼ同一の位置に配置されている。言い換えると、温度検知部２６ａの先端部が、枝管２５ｂから母管２５ａに突出しすぎず、枝管２５ｂ内に引っ込みすぎず配置されている。このような位置に温度検知部２６ａの先端部が配置されるように、枝管２５ｂにブッシング４２、バレルニップル４３、およびソケット４４を接続して長さを調整し、ソケット４４に温度センサ２６の基台部２６ｂがねじ込まれて固定されている。ソケット４４にねじ込まれた基台部２６ｂによって枝管２５ｂで分岐した管路は閉塞されている。これらのブッシング４２、バレルニップル４３、およびソケット４４は、市販の汎用品を用いることができる。温度センサ２６のケーブル２６ｃは制御部４に接続されている。

次に、圧縮空気除湿装置１の動作について説明する。ボールバルブ２７は開に固定され、ボールバルブ２８は閉に固定されている。

圧縮空気除湿装置１の運転を開始すると、制御部４の制御によって冷凍サイクル部２が作動を開始して、蒸発器１７が冷却される。なお、冷凍サイクルによる蒸発器１７の冷却については従来技術であるので詳細な説明を省略する。図外のエアーコンプレッサによって空気の圧送が開始されると、圧縮空気が熱交換器１８の導入口２１から導入される。この圧縮空気は、蒸発器１７で冷却されて結露することで水分が除去される。乾燥した圧縮空気は、熱交換器１８の排出口２２から排出される。結露した結露水は、蒸発器１７や熱交換器１８の内面を伝ってドレン受け２３に集まる。

制御部４は、通常、電磁弁２４を閉に制御している。ドレン受け２３に集まったドレン水（結露水）は、電磁弁２４が閉じられていることから、電磁弁２４で塞き止められて、配管２９やボールバルブ２７を満たしてドレン受け２３に溜まる。

制御部４は、電磁弁２４を所定の時間が経過する毎に（所定の時間毎に）わずかな時間だけ開に制御する。また、制御部４は、電磁弁２４を開に制御する直前に、温度センサ２６が検知した温度をＲＡＭに記憶しておく。

制御部４の制御によって電磁弁２４が開くと、塞き止められていたドレン水は、熱交換器１８内の圧縮空気の圧力によって勢いよくチーズ２５の母管２５ａおよびドレン排出管３０を通って排出される。この圧縮空気の圧力があるために、わずかな時間電磁弁２４を開くだけで、ドレン水の排出が直ちに完了する。電磁弁２４は、制御部４の制御によって直ちに閉制御される。

ドレン水がチーズ２５の母管２５ａを通って排出される際に、枝管２５ｂの入口に配置された温度センサ２６の温度検知部２６ａの先端部にもドレン水が掛かる。このため、ドレン水の温度によって、温度検知部２６ａの温度が変動し、温度センサ２６の検知する温度が変動する。ドレン水は、冷却結露して発生するため、通常、周囲温度よりも低温である。

制御部４は、開閉制御してから、温度検知部２６ａの熱抵抗を考慮して予め定めた時間が経過した後に、温度センサ２６の検知した温度を入力する。次に、制御部４は、この温度センサ２６の検知した温度と、ＲＡＭに記憶しておいた開制御する前の温度センサ２６の検知した温度との温度差を演算する。

ドレン水が正常に排出されていれば、ドレン水の温度によって温度差が所定の温度差以上になり、ドレン水が排出されていなければ、ドレン水が温度センサ２６の温度検知部２６ａに掛からないため、温度差が所定の温度差よりも小さくなる。

制御部４は、この温度差が所定の温度差以上の場合には、ドレン水の排出は正常と判定して、圧縮空気除湿装置１の運転を継続する。

制御部４は、電磁弁２４の開閉制御を行ってから所定の時間が経過するたびに電磁弁２４の開閉制御を行う。この都度、制御部４は、上記したように、電磁弁２４の開制御の直前に温度センサ２６の検知した温度をＲＡＭに記憶し、開閉制御の後に検知された温度との温度差が所定の温度差よりも小さいか否か判別する。この温度差が、所定の温度差以上の場合には、圧縮空気除湿装置１の運転を継続する。

制御部４は、電磁弁２４の開閉制御の前後における温度センサ２６の検知した温度の温度差が所定の温度差よりも小さいときには、異常判定する。

ただし、エアーコンプレッサが停止して導入口２１に圧縮空気の圧送が停止したときや、すでに圧縮空気が乾燥しているときには、ドレン水はほとんど発生しない。つまり、圧縮空気除湿装置１が除湿をする必要のないとき（無負荷のとき）には、電磁弁２４を開制御してもドレン水はほとんど排出されない。このため、電磁弁２４が正常に作動していても、温度センサ２６の検出する温度は電磁弁２４の開閉の前後で温度差が生じない。したがって、制御部４は、各部のセンサ５１〜５７から圧縮空気除湿装置１が無負荷であることを検知した際には、ドレンの排出が正常であるか否かは判定しない。つまり、圧縮空気除湿装置１が圧縮空気の除湿動作を行っている状態のときに（負荷があるときに）、電磁弁２４を開閉制御する前と後とで温度センサ２６の検知した温度の温度差が所定の温度差よりも小さいときにはドレン排出異常の判定をする。

制御部４は、ドレン排出異常の判定をしたときに、冷凍サイクル部２の作動を即座に停止させる。これと同時に、制御部４は、警告部３の表示回路３５にドレン排出異常の文字を表示させるとともに、報音回路３６から大音量の警告音を出力させる。作業員は、この表示や音により、ドレン排出異常が発生したことを直ちに知ることができる。

ドレン排出異常を知った作業員は、圧縮空気を動力源とする機器の使用を直ちに中止させて損傷を防止する。

作業員は、ボールバルブ２７を閉じて電磁弁２４側にドレン水が溜まらないようにするとともに、ボールバルブ２８を開いて、ドレン受け２３に溜まったドレン水を手動で排出させる。電磁弁２４が故障している場合には修理する。ドレン水が凍結したために排出異常になった場合には、ドレン排出異常が迅速に検出されて冷凍サイクル部２が即座に停止したことによってドレン水の凍結の進行が防止される。このため、凍結が早くに溶けて、速やかに圧縮空気除湿装置１（特に冷凍サイクル部２）の運転を再開することができる。

このように、この圧縮空気除湿装置１に適用したドレン排出異常の検出装置（制御部４、チーズ２５、温度センサ２６）によれば、電極に比較して安価な温度センサ２６をチーズ２５に配し、制御部４によって電磁弁２４が開閉制御される前後で、温度センサ２６の検知した温度の温度差が所定の温度差よりも小さいときに制御部４が異常判定する。このため、電磁弁２４の開閉制御を行ってから迅速に異常を検出することができる。また、安価なドレン排出異常の検出装置を提供することができる。

また、このドレン排出異常の検出装置によれば、電磁弁２４にドレン排出流路の一部を構成するチーズ２５の母管２５ａを接続し、温度センサ２６をチーズ２５の枝管２５ｂに配設したことで、電磁弁２４から温度センサ２６までの距離が短いため、排出されるドレン水が即座に温度センサ２６に掛かる。このため、ドレン水が排出流路を通過していくに従ってドレン水の温度が排出流路の温度に近づくよりも前に、ドレン水が温度センサ２６に掛かるため、ドレン水の排出による排出流路内の温度変化を迅速かつ安定して検知することができる。また、チーズ２５は汎用部品であって安価なため、安価なドレン排出異常の検出装置を提供することができる。

さらに、このドレン排出異常の検出装置によれば、チーズ２５の枝管２５ｂの入口に母管２５ａの内壁面の面とほぼ同一に温度センサ２６の先端（温度検知部２６ａの先端）を配置したことにより、圧縮空気除湿装置１に本発明を適用した場合、電磁弁２４が開いた際に高圧の圧縮空気と共に勢いよく排出されるドレン水の水圧を温度センサ２６が直接受けることなく排出流路（チーズ２５）内の温度を測定することができる。したがって、水圧による温度センサ２６の繰り返し疲労破壊を防止することができる。

さらに、圧縮空気除湿装置１によれば、圧縮空気の除湿動作を行っている状態のときに、電磁弁２４の開閉制御の前後の温度差から制御部４が異常判定したときはドレン排出異常の判定をする。このため、除湿の負荷に応じた判定が行われ、ドレン排出異常を正確に検出することができる。

なお、本発明を適用するドレン排出異常の検出装置を圧縮空気除湿装置に適用して説明したが、これに限定されず、エアコンディショナや冷蔵庫などのドレン受けや、圧縮空気のエアータンクなど、ドレン水を排出する各種機器に適用することができる。

また、サーミスタで構成される温度センサについて説明したが、温度センサは、熱伝対、赤外線センサなどで構成してもよい。また、ブッシング４２、バレルニップル４３、およびソケット４４を介して温度センサ２６をチーズ２５に接続した例について説明したが、ブッシング４２、バレルニップル４３、およびソケット４４は温度検知部２６ａの位置合わせ、および温度センサ２６の固定のために用いたものであり、使用せずに温度センサ２６の位置合わせおよび固定できれば不要であるし、例えばブッシングだけ用いたり、他のものを用いて位置合わせや固定をしてもよい。

本発明を適用するドレン排出異常の検出装置を備えた圧縮空気除湿装置のブロック図である。 本発明を適用するドレン排出異常の検出装置に配する温度センサを示す構成図である。 本発明を適用するドレン排出異常の検出装置の機械的要部を示す機構図である。

符号の説明

１は圧縮空気除湿装置、２は冷凍サイクル部、３は警告部、４は制御部、１１は圧縮機、１２は凝縮器、１３は凝縮器ファン、１４は冷媒ストレーナ、１５は電子膨張弁、１６はキャピラリチューブ、１７は蒸発器、１８は熱交換器、２１は導入口、２２は排出口、２３はドレン受け、２４は電磁弁、２５はチーズ、２５ａは母管、２５ｂは枝管、２６は温度センサ、２６ａは温度検知部、２６ｂは基台部、２６ｃ、４７はケーブル、２７，２８はボールバルブ、２９は配管、２９ａ，３０ａは固定部材、３０，３１はドレン排出管、３５は表示回路、３６は報音回路、４２はブッシング、４３はバレルニップル、４４はソケット、５１は周囲温度センサ、５２は冷媒凝縮温度センサ、５３は冷媒吐出温度センサ、５４は蒸発器冷媒温度センサ、５５は露点温度センサ、５６は空気圧力センサ、５７は冷媒吸入温度センサである。

Claims (4)

1. 熱交換器内で圧縮空気を冷却して除湿する圧縮空気除湿装置であって、該熱交換器内に一時的に溜められたドレン水を排出する電磁弁の下流のドレン排出流路に配設された温度を検知する温度センサと、該電磁弁を開閉制御する制御部と、該圧縮空気の除湿動作を行っている状態のとき、該制御部が電磁弁を開閉制御する前後で該温度センサの検知した温度の温度差が所定の温度差よりも小さいときに異常判定する判定部とを備えたことを特徴とする圧縮空気除湿装置。
2. 該電磁弁に該ドレン排出流路の一部を構成するチーズの母管を接続し、該温度センサを該チーズの枝管に配設したことを特徴とする請求項１に記載の圧縮空気除湿装置。
3. 該温度センサの先端が該チーズの枝管入口に母管内壁面の面とほぼ同一の位置に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の圧縮空気除湿装置。
4. 該制御部は、該判定部がドレン排出異常と判定したとき、ドレン排出異常の文字を表示する表示回路と警告音を出力する報音回路とに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の圧縮空気除湿装置。

Images