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公開番号2021055648
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210408
出願番号2019181202
出願日20191001
発明の名称流体機械装置
出願人株式会社日立産機システム
代理人青稜特許業務法人
主分類F04B 49/06 20060101AFI20210312BHJP(液体用容積形機械;液体または圧縮性流体用ポンプ)
要約【課題】流体機械を保護しながら、必要な圧縮空気を供給することが可能な流体機械装置を提供する。
【解決手段】流体機械装置は、流体を吐出する複数の流体機械と、流体機械の消耗状態を検知する消耗状態検知部と、流体機械からの圧力を検知する圧力検知部と、複数の前記流体機械を制御する制御部と、を有し、制御部は、消耗した流体機械があるかを判定し、圧力が不足する場合には、消耗していない流体機械の運転を開始させるように制御する。
【選択図】図11
特許請求の範囲【請求項1】
流体を吐出する複数の流体機械と、
前記流体機械の消耗状態を検知する消耗状態検知部と、
前記流体機械からの圧力を検知する圧力検知部と、
複数の前記流体機械を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、
消耗した前記流体機械があるかを判定し、
前記圧力が不足する場合には、
消耗していない前記流体機械の運転を開始させるように制御することを特徴とする流体機械装置。
続きを表示(約 2,200 文字)【請求項2】
請求項1の流体機械装置において、
前記制御部は、
運転中の消耗した前記流体機械があるとともに、前記圧力が足りている場合には、
消耗した前記流体機械の運転を停止させるように制御することを特徴とする流体機械装置。
【請求項3】
請求項1の流体機械装置において、
前記制御部は、
停止中の前記流体機械は消耗している前記流体機械しかなく、前記圧力が不足する場合には、
消耗している前記流体機械の運転を開始させるように制御することを特徴とする流体機械装置。
【請求項4】
請求項1の流体機械装置において、
前記制御部は、
下限圧力に基づいて、前記圧力が不足する場合を判断し、
停止圧力に基づいて、前記圧力が足りている場合を判断することを特徴とする流体機械装置。
【請求項5】
請求項3の流体機械装置において、
消耗した前記流体機械が複数あり、前記圧力が不足する場合には、
消耗している前記流体機械の運転を開始させるように制御することを特徴とする流体機械装置。
【請求項6】
請求項4の流体機械装置において、
消耗した前記流体機械の前記停止圧力は、消耗していない前記流体機械の前記停止圧力より低い圧力に設定してあり、
前記制御部は、
前記停止圧力に基づいて、前記圧力が足りている場合を判断することを特徴とする流体機械装置。
【請求項7】
請求項4の流体機械装置において、
前記制御部は、
前記停止圧力に到達する停止圧力到達予測時間を算出し、
前記停止圧力到達予測時間が定めておいた時間より短い場合には、前記圧力が足りている場合であると判断することを特徴とする流体機械装置。
【請求項8】
請求項4の流体機械装置において、
前記制御部は、
前記下限圧力に到達する下限圧力到達予測時間を算出し、
前記下限圧力到達予測時間が定めておいた時間より短い場合には、前記圧力が不足する場合であると判断することを特徴とする流体機械装置。
【請求項9】
請求項1の流体機械装置において、
前記制御部は、
消耗であると判定した前記流体機械の判定回数を記憶し、
前記判定回数が、定めておいた回数を超えた場合には、故障として停止させることを特徴とする流体機械装置。
【請求項10】
請求項1の流体機械装置において、
前記消耗状態検知部は、
前記流体機械の温度を検知する温度センサであることを特徴とする流体機械装置。
【請求項11】
請求項1の流体機械装置において、
前記消耗状態検知部は、
前記流体機械を駆動する電動機に流れる電流を検知する電流検知器であることを特徴とする流体機械装置。
【請求項12】
請求項1の流体機械装置において、
前記消耗状態検知部は、
前記流体機械を駆動する電動機が消費する電力を検知する電力検知器であることを特徴とする流体機械装置。
【請求項13】
請求項1の流体機械装置において、
前記消耗状態検知部は、
前記流体機械の振動を検知する振動検知器であることを特徴とする流体機械装置。
【請求項14】
請求項1の流体機械装置において、
前記消耗状態検知部は、
前記流体機械の吐出空気量を検知する空気量検知器であることを特徴とする流体機械装置。
【請求項15】
請求項1の流体機械装置において、
前記消耗状態検知部は、
前記流体機械の騒音を検知する騒音検知器であることを特徴とする流体機械装置。
【請求項16】
請求項1の流体機械装置において、
前記消耗状態検知部は、
前記流体機械の運転時間を検知する運転時間検知器であることを特徴とする流体機械装置。
【請求項17】
請求項1の流体機械装置において、
前記制御部は、
前記消耗状態検知部からの検知した値が、消耗かどうかを判断する第1の閾値よりも高い第2の閾値を超えた異常の場合には、
異常を検知した前記流体機械を故障として停止させることを特徴とする流体機械装置。
【請求項18】
請求項1の流体機械装置において、
停止中の前記流体機械は、全て消耗していない前記流体機械であり前記圧力が不足する場合には、
前記制御部は、停止中の前記流体機械のうち、運転時間の短いのを優先して運転を開始させ、
運転中の前記流体機械は、全て消耗していない前記流体機械であり前記圧力が足りている場合には、
前記制御部は、運転中の前記流体機械のうち、運転時間の長いのを優先して運転を停止させることを特徴とする流体機械装置。
【請求項19】
請求項1に記載の流体機械装置において、
前記流体機械はスクロール圧縮機であり、
前記スクロール圧縮機を駆動する駆動部および操作部をパッケージに収めたことを特徴とする流体機械装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、流体機械装置に関する。
続きを表示(約 4,300 文字)【背景技術】
【0002】
製造ラインでの動力源や、工作機、プレス機、エアブローなどのエア源として利用される圧縮気体を生成する気体圧縮機が知られている。気体圧縮機は、ケーシングによって構成される圧縮室内で気体を圧縮する圧縮機本体を備え、圧縮された気体は吐出口から吐出配管を介して気体タンクに吐出させる構成となっている。
【0003】
気体圧縮機に関して特許文献1の技術が知られている。特許文献1は圧縮機本体の温度が上限温度を超えたときに無負荷運転を行うことにより、高温による部品の故障、劣化等から保護し、部品の寿命を延ばして耐久性を高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2008−31965
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1に記載の圧縮機ではパッケージ内の高温を検出した際に無負荷運転を行う。無負荷運転とは圧縮動作を行わない運転状態であると記載されている(段落番号0041を参照)。
【0006】
空気使用量が増加し、圧力が下がった場合については、特許文献1の技術では、無負荷運転をするので、圧縮機の温度が低下するまで、圧力を上昇させることができないことになる。
【0007】
また、複数の圧縮機本体を搭載したマルチ圧縮機は、ユーザの圧縮空気の使用量に応じて稼働させる圧縮機本体の数を増減させて必要な圧縮空気を生成する流体機械装置である。このような流体機械装置においては、1台の圧縮機本体の異常が発生した場合に、特許文献1のように異常の発生した圧縮機本体を無負荷運転にすることで圧縮機本体の保護はできる。
【0008】
しかし、異常の圧縮機本体は圧縮動作を行わないので、ユーザの使用量が増大すると、ユーザに必要な圧縮空気を供給できない場合が生じるおそれがある。
【0009】
本発明の目的は、流体機械を保護しながら、必要な圧縮空気を供給することが可能な流体機械装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の好ましい一例としては、流体を吐出する複数の流体機械と、前記流体機械の消耗状態を検知する消耗状態検知部と、前記流体機械からの圧力を検知する圧力検知部と、複数の前記流体機械を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、
消耗した前記流体機械があるかを判定し、
前記圧力が不足する場合には、消耗していない前記流体機械の運転を開始させるように制御する流体機械装置である。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、流体機械を保護しながら、必要な圧縮空気を供給することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
実施例1の圧縮機本体の断面図である。
実施例1の流体機械装置の内部構造である。
停止圧力までの到達予想時間により流体機械を停止するようにする運転の概念図である。
実施例1における通常運転時と圧縮機1台の消耗検出時の動作の概念図である。
停止圧力までの到達予想時間を長くした場合の圧力推移の模式図である。
実施例1における流体機械の構成の概念図である。
停止圧力を下げるようにして流体機械を停止するようにする運転の概念図である。
圧縮機本体の消耗を判断しない場合における圧力機本体の停止判定のフローを示す図。
消耗した圧縮機本体が有るかどうかを判断する場合における圧力機本体の停止判定のフローを示す図。
圧縮機本体の消耗を判断しない場合における圧力機本体の運転開始判定のフローを示す図。
消耗した圧縮機本体が有るかどうかを判断する場合における圧力機本体の運転開始判定のフローを示す図。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、図面を用いて、実施例を説明する。
【実施例】
【0014】
本実施例では圧縮機本体の圧縮方式として、固定スクロールと旋回スクロールとの間で圧縮室を構成し、旋回運動によって空気を圧縮する複数台のスクロール圧縮機本体(流体機械)を搭載した流体機械装置を例に説明する。
【0015】
図1は、実施例1における圧縮機本体の断面図である。図1に示すように本圧縮機は、ステータ101とロータ102から構成されたモータから、旋回スクロール104と固定スクロール105で構成されたスクロール圧縮機に、シャフト103を介して動力を伝達している。スクロール圧縮機で圧縮された空気は吐出口109から配管を通りアフタークーラなどの流体機械装置内を通過する。
【0016】
モータはインバータ107から出力される電圧の周波数で回転速度が変化する。冷却ファン106はシャフト103から動力が伝達されており、発生した冷却風を図示しないダクトを介して旋回スクロール104と固定スクロール105の冷却フィンに送り、圧縮機を冷却する。温度センサ108は固定スクロール105の冷却フィンの先端に配置されている。温度センサ108は測定した温度を用いて圧縮機の消耗状態を検知する消耗状態検知部の役割を持つ。
【0017】
旋回スクロール104と固定スクロール105とが摺動することで、それらの先端部に配置したチップシールが摩耗する。そうなると旋回スクロール104もしくは固定スクロール105の温度が上昇することから、温度により圧縮機本体が消耗しているかを判断する場合の一例とすることができる。
【0018】
図2は、流体機械装置200の一例として、スクロール方式の圧縮機本体を複数台搭載したパッケージ型流体機械装置の斜視図を示している。複数台(ここでは3台)のスクロール圧縮機本体201、202、203を、1つのパッケージ内に収め、使用空気量に応じて圧縮機本体の運転台数を変え空気量の変化に対応する。
【0019】
図6は、実施例1の流体機械装置200の全体の概念図である。ここでは、パッケージ型気体圧縮機を例に説明する。パッケージ型気体圧縮機は、圧縮機本体を駆動する駆動部であるモータを備え、単数または複数の圧縮機本体と、制御回路、操作パネル等を一体としてパーケージに収め、省スペース化を図った気体圧縮機である。
【0020】
本実施例では3段の圧縮部4a、4b、4cから構成される。外部から電源を取り入れるターミナル10から各圧縮機本体の制御用のインバータ2a、2b、2cおよびドライヤ14に電気配線9を接続している。
【0021】
また、各インバータまたはスイッチ2a、2b、2cからは各モータ3a、3b、3cを接続している。各モータ3a、3b、3cによって各圧縮部4a、4b、4cが駆動する。
【0022】
圧縮する空気1はフィルタ5a、5b、5cを通して供給され、圧縮部4a、4b、4c、逆止弁6a、6b、6c、第1のアフタークーラ7a、7b、7c、ゴムホース8a、8b、8cを通過した後、1つのエアラインにまとまる。
【0023】
ゴムホース8a、8b、8cは容易に着脱可能な構造となっている。まとまったエアを送る配管17には、圧縮された空気の圧力を検知する圧力センサ16を配置する。また、配管17を通過するエアは、第2のアフタークーラ12、第3のアフタークーラ13、ドライヤ14を通り、圧縮空気90として外部に供給される。
【0024】
図6では、圧力センサ16を、配管17に配置したが、各圧縮部4a、4b、4cで圧縮された空気をまとめたエアラインにおける圧力を検知できるのであれば、別の場所に配置してもかまわない。
【0025】
図6では省略したが、流体機械装置200は、制御部を備える。各圧縮部4a、4b、4cの温度を検知する温度センサ、および圧力センサ16からの温度や圧力の信号を制御部が受け取る。制御部は、温度センサや圧力センサからの情報に基づいて、圧縮機本体を駆動するためのモータもしくはスイッチを制御し、圧縮機本体の運転開始や運転停止の制御をする。
【0026】
図3は、スクロール方式の圧縮機本体A、B、Cの3台を搭載した流体機械装置の運転例を示している。複数台の圧縮機本体を備える流体機械装置は空気の使用量の変化によって発生する圧力変化の推移から運転する圧縮機本体の台数を変化させる。空気の使用量が少ない場合は運転する圧縮機本体の台数を減らし、使用量が多い場合は運転する圧縮機本体の台数を増やすという制御を、流体機械装置の制御部が行う。
【0027】
制御部は、CPU、もしくはマイコンを含む構成である。また、FPGA(field-programmable gate array)で構成してもよい。圧縮機本体の台数を増加する場合には、下限圧力302までの到達予想時間Td304をもとに判定を行い、到達予想時間Td304が閾値以下となった場合に運転台数を追加する。
【0028】
下限圧力到達予想時間Tdは、例えば、圧力が時間軸に対して下降している場合に、判定時刻の1秒前の測定圧力P(k−1)と判定時刻における測定圧力P(k)との間の圧力変化の傾きから、判定時刻から下限圧力302になる到達予想時間Td304を算出する。
【0029】
圧縮機本体の台数を減少させる場合には、停止圧力301までの到達予想時間Tu303をもとに判定を行い、到達予想時間Tu303が閾値以下となった場合に運転台数を減らすように制御する。
【0030】
停止圧力到達予想時間Tuは、例えば、圧力が時間軸に対して上昇している場合に、判定時刻の1秒前の測定圧力P(k−1)と判定時刻における測定圧力P(k)との間の圧力変化の傾きから、判定時刻から停止圧力301になる到達予想時間Tu303を算出する。
(【0031】以降は省略されています)

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