JP2017002733A - オイルフリー圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】油タンクを減圧するためのエゼクタでの空気消費量を低減できるオイルフリー圧縮機を提供する。【解決手段】オイルフリー圧縮機２は、２段階の圧縮を行うための１段目圧縮機本体１３及び２段目圧縮機本体１４と、油タンク２２と、エゼクタ３０と、電磁弁３８と、コントローラ４０とを備える。油タンク２２は、１段目圧縮機本体１３及び２段目圧縮機本体１４の軸受１３ｄ，１４ｄに供給する油を貯蔵する。エゼクタ３０は、油タンク２２内の圧力を減圧するために使用される。電磁弁３８は、エゼクタ３０と、吐出配管４ｃと、中間配管４ｂとに流体的に接続され、エゼクタ３０と吐出配管４ｃのみが連通している第１状態と、エゼクタ３０と中間配管４ｂのみが連通している第２状態と、全閉状態である第３状態とを切り替え可能である。コントローラ４０は、電磁弁３８の切り替えを制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、オイルフリー圧縮機に関する。

圧縮機の軸受に油を供給して潤滑し、使用した油が吐出空気に混入しないように油タンクに回収するオイルフリー圧縮機が知られている。このようなオイルフリー圧縮機が例えば特許文献１に開示されている。

特許文献１のオイルフリー圧縮機は、増速機や油タンクで発生した油煙を排煙する機能を有する。この装置では、排煙に排煙ファンと圧縮機の吐出圧力を利用したエゼクタを選択的に使用可能としている。排煙できないという状況を防止し、装置の信頼性を高めるために、吐出圧力が低いときは排煙ファンが使用され、吐出圧力が高いときはエゼクタが使用される。

特表２００５−２４８７７１号公報

しかし、特許文献１の装置は、排煙装置が２つ必要であるため高コストである。また、この装置では、エゼクタを駆動するのに必要な吐出空気の損失は考慮されていない。

本発明は、油タンクを減圧するためのエゼクタでの空気消費量を低減できるオイルフリー圧縮機を提供することを課題とする。

本発明の第１の態様は、２段階の圧縮を行うための１段目圧縮機本体及び２段目圧縮機本体と、前記１段目圧縮機本体及び前記２段目圧縮機本体の軸受に供給する油を貯蔵する油タンクと、前記油タンク内の圧力を減圧するためのエゼクタと、前記エゼクタと、前記２段目圧縮機本体から吐出先に圧縮空気を供給するための吐出配管と、前記１段目圧縮機本体から前記２段目圧縮機本体に圧縮空気を供給するための中間配管とに流体的に接続され、前記エゼクタと前記吐出配管のみが連通している第１状態と、前記エゼクタと前記中間配管のみが連通している第２状態と、全閉状態である第３状態とを切り替え可能な切替弁と、前記切替弁の切り替えを制御するコントローラとを備える、オイルフリー圧縮機を提供する。

この構成によれば、油タンクを減圧するためのエゼクタに供給する空気の圧力を可能な限り低圧にすることで空気消費量を減少させることができる。また、切替弁が第２状態である場合には１段圧縮後の圧力が減少することになるが、その場合には２段目圧縮機本体内部の圧力が下がり同じ空気消費量でも軸動力が減少する。従って、切替弁が第１状態である場合に比べて効率が改善する。

前記油タンク内の圧力を測定するための圧力センサをさらに備え、前記コントローラによる前記切替弁の切り替えは、前記圧力センサで測定した圧力に基づいて行われることが好ましい。

これにより、油タンク内の圧力に応じて必要な制御が可能である。従って、油タンク内の圧力が一定以上となることを確実に防止できる。このため、例えばアンロード時の圧縮機本体や大気に油を多分に含んだ空気が漏出する危険がなく、吐出配管から吐出される吐出空気に油が混入することを防止し、下流のプロセスや製品に致命的となる危険性を回避できる。

前記油タンク内の温度を測定するための温度センサをさらに備え、前記コントローラによる前記切替弁の切り替えは、前記圧力センサで測定した圧力及び前記温度センサで測定した温度に基づいて行われることが好ましい。

これにより、油タンク内の温度にも応じてさらに必要な制御が可能である。従って、圧縮機停止時においても、油タンク内温度が高く油煙が発生している状況であれば、油タンク内圧力を制限して一定以上となることを防止できる。このため、油煙が圧縮機本体あるいは外部へ漏出することを防止できる。

前記コントローラによる前記切替弁の切り替えは、起動時及び通常運転時において、前記圧力センサで測定した圧力が所定の圧力目標値未満である場合、前記第２状態に切り替え、前記圧力センサで測定した圧力が所定の圧力目標値以上である場合、前記第１状態に切り替え、アンロード時において、前記圧力センサで測定した圧力に拘わらず、前記第１状態に切り替え、停止時において、前記圧力センサで測定した圧力が所定の圧力目標値未満であり、かつ、前記温度センサで測定した温度が所定の温度目標値未満である場合、前記第３状態に切り替え、それ以外の場合、前記第１状態に切り替えるように制御されていることが好ましい。

これにより、油タンク内の圧力と温度に応じて最適な制御を行うことができる。具体的には、起動時及び通常運転時には、油タンクの内圧に基づいてエゼクタへ供給する空気の圧力を可能な限り低圧にすることで空気消費量を減少させることができる。アンロード時には１段圧縮後の空気（中間配管からの空気）の圧力は負圧になるため、これより高圧の２段圧縮後の空気（吐出配管からの空気）をエゼクタに供給することで安定して、油タンク内の空気を吸引し目標圧力以下に保つことができる。運転停止時は、圧縮機が動作していないので撹拌によるオイルミストは発生しないが、運転中に高温になった油により油煙が発生するおそれがある。本制御により、油タンク内の温度に基づいて油煙が発生する温度ではエゼクタを稼働させ、油煙が発生しない温度ではエゼクタを稼働させないことで空気消費量を減少させる。また、不要時に切替弁を全閉する（第３状態）ことで、油分を含んだ空気の逆流を防止でき、高圧の吐出空気の垂れ流しも防止できる。

前記圧力目標値は、大気圧以下であり、アンロード時の軸封の外部直近圧力であることが好ましい。

これにより、圧力目標値が大気圧以下であることで、油タンクから外部への空気の漏れを防止でき、アンロード時の軸封の外部直近圧力であることでアンロード時における油タンクから１段目及び２段目圧縮機本体への油分を含んだ空気の逆流を防止できる。また、必要以上に油タンク内を減圧しないためエゼクタでの空気消費量を減少できる。

前記切替弁と前記エゼクタとの間に、前記エゼクタに供給される空気の流量を調整する流量調整弁をさらに備えることが好ましい。また、前記コントローラにより前記流量調整弁は、前記油タンク内の圧力が前記圧力目標値となるように開度調整されることが好ましい。

この構成によれば、エゼクタへの供給圧力を第１状態と第２状態の２パターンだけでなく、より細かく制御できるため、エゼクタへの空気供給量を必要最低限にすることで、空気消費量をより減少させることができる。

本発明の第２の態様は、２段階の圧縮を行うための１段目圧縮機本体及び２段目圧縮機本体と、前記１段目圧縮機本体及び前記２段目圧縮機本体に供給する油を貯留する油タンクと、前記油タンク内の圧力を減圧するためのエゼクタと、前記１段目圧縮機本体での圧縮後かつ前記２段目圧縮機本体での圧縮前の空気である中間空気と前記２段目圧縮機本体で圧縮後の空気である吐出空気のいずれを前記エゼクタに供給するかを切り替える切替弁と、前記油タンク内の圧力を測定するための圧力センサと、前記油タンク内の温度を測定するための温度センサと備えるオイルフリー圧縮機において、前記切替弁の切り替えは、起動時及び通常運転時において、前記圧力センサで測定した圧力が所定の圧力目標値未満である場合、前記中間空気を前記エゼクタに供給し、前記圧力センサで測定した圧力が所定の圧力目標値以上である場合、前記吐出空気を前記エゼクタに供給し、アンロード時において、前記圧力センサで測定した圧力に拘わらず、前記吐出空気を前記エゼクタに供給し、停止時において、前記圧力センサで測定した圧力が所定の圧力目標値未満であり、かつ、前記温度センサで測定した温度が所定の温度目標値未満である場合、前記切替弁を全閉し、それ以外の場合、前記吐出空気を前記エゼクタに供給する、オイルフリー圧縮機の制御方法を提供する。

本発明によれば、油タンクを減圧するためのエゼクタに供給する空気の圧力を可能な限り低圧にすることで空気消費量を減少させることができる。また、中間配管からエゼクタに空気を供給することで軸動力が減少し、圧縮機の効率が改善する。

本発明の第１実施形態に係る圧縮機を示す模式図。 本発明の第１実施形態に係る起動時及び通常運転時の制御フロー。 本発明の第１実施形態に係るアンロード時の制御フロー。 本発明の第１実施形態に係る停止時の制御フロー。 圧縮工程における圧力と体積の関係を示すグラフ。 本発明の第２実施形態に係る圧縮機を示す模式図。 本発明の第２実施形態に係る起動時及び通常運転時の制御フロー。 本発明の第２実施形態に係るアンロード時の制御フロー。 本発明の第２実施形態に係る停止時の制御フロー。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態のオイルフリー圧縮機（以下、単に圧縮機という）２は、空気配管４を通じて吸込口６から供給された空気を圧縮して吐出口８から吐出する。圧縮機２は、吸気調整弁１０と、圧縮機本体１２と、クーラ１６とを備え、これらが空気配管４により流体的に接続されている。

空気配管４は、吸込配管４ａと、中間配管４ｂと、吐出配管４ｃとを備える。

吸込配管４ａは、空気を吸い込み圧縮機本体１２に導入するための配管である。従って、一端は圧縮機本体１２に、他端は圧縮機２の外部に流体的に接続されている。

中間配管４ｂは、圧縮機本体１２を接続する配管である。圧縮機本体１２は２段型であり、１段目圧縮機本体１３及び２段目圧縮機本体１４を備える。中間配管４ｂは、１段目圧縮機本体１３と２段目圧縮機本体１４を流体的に接続している。従って、一端は１段目圧縮機本体１３に、他端は２段目圧縮機本体１４に流体的に接続されている。

吐出配管４ｃは、圧縮機２から圧縮空気を吐出する配管である。従って、一端は２段目圧縮機本体１４に、他端は圧縮機２の外部に流体的に接続されている。

吸気調整弁１０は、吸込口６から圧縮機本体１２に延びる吸込配管４ａに介設されており、開度を調整することで圧縮機本体１２に供給する空気量を調整する。

１段目圧縮機本体１３及び２段目圧縮機本体１４は、それぞれ吸気口１３ａ，１４ａ及び排気口１３ｂ，１３ｂを備える。吸気口１３ａ，１４ａ及び排気口１３ｂ，１４ｂには、空気配管４が流体的に接続されている。圧縮機本体１２は図示しないモータ及びモータによって駆動されるブルギアを備え、これらの図示しないモータ及びモータによって駆動されるブルギアにより入力軸１３ｃ，１４ｃが駆動される。入力軸１３ｃ，１４ｃには１段目圧縮機本体１３及び２段目圧縮機本体１４が機械的に接続され、圧縮を行う構成となっている。１段目圧縮機本体１３及び２段目圧縮機本体１４は、それぞれ吸気口１３ａ，１４ａから気体（例えば空気）を吸引すると、吸引された空気は、内部で圧縮されて排気口１３ｂ，１４ｂから空気配管４を通じて吐出される。

クーラ１６は、圧縮機本体１２で圧縮され、圧縮熱により昇温した圧縮空気を冷却する。本実施形態のクーラ１６は、２段型の圧縮機本体１２に対して使用するため、インタークーラ１７及びアフタークーラ１８を備える。インタークーラ１７は、１段目圧縮機本体１３で圧縮後、かつ２段目圧縮機本体１４で圧縮前の圧縮空気（中間空気）を冷却するため、１段目圧縮機本体１３から２段目圧縮機本体１４に延びる中間配管４ｂに設けられている。アフタークーラ１８は、２段目圧縮機本体１４の圧縮後の圧縮空気（吐出空気）を冷却するため、２段目圧縮機本体１４から吐出先１９に延びる吐出配管４ｃに設けられている。

吐出先１９に延びる吐出配管４ｃには、アフタークーラ１８の下流に逆止弁２０が設けられており、圧縮空気は逆止弁２０より上流に向かって逆流しない。

また、圧縮機２はオイルフリー式であるため、圧縮機本体１２の圧縮室で油は使用されないが、入力軸１３ｃ，１４ｃの軸受１３ｄ，１４ｄ等で使用される。この油を貯蔵する油タンク２２が圧縮機本体１２に併設されている。油タンク２２内には、温度センサ２４及び圧力センサ２６が設置されており、油タンク２２の内部の温度及び圧力を測定できる。

油タンク２２には、内部の圧力を減圧させる減圧管２８が流体的に接続されている。減圧管２８は、一端が油タンク２２に流体的に接続され、他端が圧縮機２の外部に開放されている。減圧管２８には、エゼクタ３０及びフィルタ３２が介設されている。エゼクタ３０により、油と空気が混合した油タンク２２内の流体は減圧管２８内に吸引される。この油と空気の混合流体はフィルタ３２を通過して油分が除去され、油分を除去された空気は圧縮機２の外部へ排気される。フィルタ３２で除去された油は再び油タンク２２内に戻される。

エゼクタ３０には、減圧管２８に加えて、作動空気を供給する連通管３４が流体的に接続されている。エゼクタ３０は、連通管３４から作動空気を供給されることにより、油タンク２２から減圧管２８を通じて吸気して油タンク２２内の圧力を低下させる。

連通管３４は、一端がエゼクタ３０に、他端は電磁弁（切替弁）３８を介して圧縮機２内の２箇所に分岐して流体的に接続されている。１箇所は吐出先１９に延びる逆止弁２０より下流の吐出配管４ｃであり、もう１箇所はインタークーラ１７から２段目圧縮機本体１４に延びる中間配管４ｂである。以降、前者を第１連通管３５、後者を第２連通管３６と称する。ただし第２連通管３６については、１段目圧縮機本体１３から２段目圧縮機本体１４に延びる空気配管４に流体的に接続されていればよい。従って本実施形態の態様以外にも、インタークーラ１７の上流である１段目圧縮機本体１３からインタークーラ１７に延びる中間配管４ｂに対して流体的に接続されていてもよい。

第１連通管３５と第２連通管３６の合流部には、電磁弁３８が設けられている。電磁弁３８は、第１ポート３８ａと、第２ポート３８ｂと、第３ポート３８ｃとを備える。第１ポート３８ａは連通管３４に、第２ポート３８ｂは第１連通管３５に、第３ポート３８ｃは第２連通管３６にそれぞれ流体的に接続されている。電磁弁３８は、３つの状態を切り替え可能である。

第１状態は、連通管３４及び第１連通管３５を介して、エゼクタ３０と吐出配管４ｃのみが連通しており、即ち第１ポート３８ａと第２ポート３８ｂが開かれ、第３ポート３８ｃは閉じられている。

第２状態は、連通管３４及び第２連通管３６を介して、エゼクタ３０と中間配管４ｂのみが連通しており、即ち第１ポート３８ａと第３ポート３８ｃが開かれ、第２ポート３８ｂは閉じられている。

第３状態は、全閉状態であり、即ち、第１ポート３８ａ、第２ポート３８ｂ、及び第３ポート３８ｃは閉じられている。

また、圧縮機２は、コントローラ４０を備える。コントローラ４０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）のような記憶装置を含むハードウェアと、それに実装されたソフトウェアにより構築されている。コントローラ４０は、電磁弁３８に電気的に接続されている（図１破線参照）。また、温度センサ２４及び圧力センサ２６は、測定値をコントローラ４０に出力する（図１破線参照）。コントローラ４０は、温度センサ２４及び圧力センサ２６で測定した油タンク２２内の温度及び圧力に基づいて電磁弁３８を切り替える。

エゼクタ３０は、連通管３４に高圧の空気が供給されるほど、減圧管２８からの吸気量が増大する性質を有する。第１連通管３５と第２連通管３６内の空気の圧力を比較すると、第１連通管３５内の空気の圧力の方が高い。これは、第１連通管３５内の空気は２段圧縮後の吐出空気であるのに対し、第２連通管３６内の空気は１段圧縮後かつ２段圧縮前の中間空気であるためである。従って、エゼクタ３０の性質上、エゼクタ３０に対して第１連通管３５から高圧の吐出空気を供給する方が減圧管２８からの吸気量が増大する。しかしこの場合、吐出空気の一部を消費してしまうため、圧縮機２全体としての効率が低下する。第２連通管３６からエゼクタ３０にこれより低圧の中間空気を供給すると、第１連通管３５から吐出空気を供給した場合に比べ、エゼクタ３０による減圧管２８からの吸気量は減少するが、エゼクタ３０で使用する空気の消費量も減少する。本実施形態の圧縮機２では、必要に応じてエゼクタ３０に供給する空気を、第１連通管３５からの吐出空気と第２連通管３６からの中間空気との間で切り替えて、効率を最適化している。

次に、図２から図４を参照して本実施形態に係る圧縮機２の効率を最適化する制御について説明する。

図２から図４に示すように、本実施形態の圧縮機２は３つの制御フローを有する。図２は起動時及び通常運転時の制御フローであり、図３はアンロード時の制御フローであり、そして図４は停止時の制御フローである。

第１に、図２を参照して起動時及び通常運転時の制御フローを説明する。圧縮機２が起動又は通常運転状態に移行するとき（ステップＳ１−１）、第１連通管３５からエゼクタ３０に吐出空気を供給するように、電磁弁３８を切り替える（ステップＳ１−２）。そして、圧縮機本体１２の入力軸１３ｃ，１４ｃと機械的に接続されたモータを駆動する（ステップＳ１−３）。その後、吸気調整弁１０を開弁して（ステップＳ１−４）、圧縮機本体１２に空気を供給する。そして、圧力センサ２６で測定した油タンク２２の内圧が、所定の目標圧力ＴＨ１以上である場合は状態を維持し（ステップＳ１−５）、所定の目標圧力ＴＨ１未満である場合は第２連通管３６からエゼクタ３０に中間空気を供給するように電磁弁３８を切り替える（ステップＳ１−６）。そして、油タンク２２の内圧が、所定の目標圧力ＴＨ２未満である場合は状態を維持し（ステップＳ１−７）、所定の目標圧力ＴＨ２より大きくなった場合は第１連通管３５からエゼクタ３０に吐出空気を供給するように電磁弁３８を切り替える（ステップＳ１−８）。

第２に、図３を参照してアンロード時の制御フローを説明する。アンロード信号を受けると（ステップＳ２−１）、第１連通管３５からエゼクタ３０に吐出空気を供給するように、電磁弁３８を切り替え（ステップＳ２−２）、吸気調整弁を閉じる（ステップＳ２−３）。

第３に、図４を参照して停止時の制御フローを説明する。圧縮機２が停止状態に移行するとき（ステップＳ３−１）、第１連通管３５からエゼクタ３０に吐出空気を供給するように、電磁弁３８を切り替え（ステップＳ３−２）、吸気調整弁を閉じる（ステップＳ３−３）。そして、モータの駆動を停止する（ステップＳ３−４）。その後、油タンク２２の内圧が所定の目標圧力ＴＨ１より小さく（ステップＳ３−５）、かつ、油タンク２２内の温度が常温よりも低い（ステップＳ３−６）という条件を満たしていない場合は状態を維持し、条件を満たした場合は電磁弁３８を全閉する（ステップＳ３−７）。

図５は、圧縮機２の圧縮工程における圧力と体積の関係を示すグラフである。横軸は圧縮空気の体積Ｖ、縦軸は圧力Ｐを示している。Ｐ１は吸い込み時、Ｐ２は１段圧縮後、Ｐ３は２段圧縮後を表し、実線が２段圧縮後の吐出空気をエゼクタ３０に供給する場合、破線が１段圧縮後の中間空気をエゼクタ３０に供給する場合を表している。図５に示すように、Ｐ１からＰ２へ１段目圧縮機本体１３により圧縮が行われると、Ｐ２において、中間空気をエゼクタ３０に供給する場合の破線は、実線よりも圧力が低下している。即ち、１段圧縮後の中間空気をエゼクタ３０に供給した場合、１段圧縮後の圧力がより大きく低下する。そして、２段圧縮機本体１２により圧縮が行われ、Ｐ３に達する。中間空気をエゼクタ３０に供給する破線の場合、２段目圧縮機本体１４内部の圧力が低下するため、同じ空気消費量でも軸動力が減少する。グラフ中、斜線部で示された囲まれた面積が軸動力の減少分を表す。従って、２段圧縮後の吐出空気をエゼクタ３０に供給した場合に比べて、軸動力の減少分、圧縮機２の効率が改善する。また、エゼクタ３０に供給する空気の圧力を可能な限り低圧にすることで、エゼクタ３０で使用される空気消費量を減少させることができる。

このように、油タンク２２内の圧力に応じて必要な制御を行っているため、油タンク２２内の圧力が一定以上となることを確実に防止できる。このため、例えばアンロード時の圧縮機本体１２や大気に油を多分に含んだ空気が漏出する危険がなく、吐出口８から吐出される吐出空気に油が混入することを防止し、下流のプロセスや製品に致命的となる危険性を回避できる。

また、油タンク２２内の温度にも応じて必要な制御を行っているため、圧縮機２の停止時においても、油タンク２２内の温度が高く油煙が発生している状況であれば、油タンク内圧力を制限して一定以上となることを防止できる。このため、油煙が圧縮機本体１２あるいは外部へ漏出することを防止できる。

具体的には、起動時及び通常運転時には、油タンク２２の内圧に基づいてエゼクタ３０へ供給する空気の圧力を可能な限り低圧にすることで空気消費量を減少させることができる。アンロード時には、第２連通管３６からの中間空気の圧力は負圧になるため、これより高圧の第１連通管３５からの吐出空気をエゼクタ３０に供給することで安定して、油タンク２２内の空気を吸引し目標圧力以下に保つことができる。運転停止時には、圧縮機２が動作していないので撹拌によるオイルミストは発生しないが、運転中に高温になった油により油煙が発生するおそれがある。本実施形態の圧縮機２では、油タンク２２内の温度に基づいて油煙が発生する温度ではエゼクタ３０を稼働させて、油煙が発生しない温度ではエゼクタ３０を稼働させないことで空気消費量を減少させている。また、エゼクタ３０による減圧が不要な場合に、電磁弁３８を全閉することで、連通管３４内への油分を含んだ空気の逆流を防止でき、第１連通管３５における高圧の吐出空気の垂れ流しも防止できる。

好ましくは、所定の圧力目標値ＴＨ１，ＴＨ２が大気圧以下であることで、油タンク２２から外部への空気の漏れを防止できる。また好ましくは、所定の圧力目標値ＴＨ１，ＴＨ２がアンロード時の軸封の外部直近圧力であることでアンロード時における油タンク２２から１段目圧縮機本体１３及び２段目圧縮機本体１４への油分を含んだ空気の逆流を防止できる。また、必要以上に油タンク２２内を減圧しないためエゼクタ３０での空気消費量を減少できる。

なお、本実施形態では、所定の目標圧力ＴＨ１，ＴＨ２を図２から図４の制御フローにおける電磁弁３８の切り替えの閾値として採用したが、これらの目標圧力はそれぞれ異なっていてもよく、又は同じであってもよく、特に限定されない。

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態の圧縮機２を示している。本実施形態の圧縮機２は、連通管３４に自動操作バルブ（流体調整弁）４２を設け、第２連通管３６に供給する中間空気の圧力を測定するための圧力センサ４４を設けていることに関する部分以外の構成は図１の第１実施形態と実質的に同様である。従って、図１に示した構成と同様の部分については同様の符号を付して説明を省略する。

図６を参照して、本実施形態の圧縮機２は、電磁弁３８からエゼクタ３０に延びる連通管３４に自動操作バルブ４２が設けられている。従って、自動操作バルブ４２により電磁弁３８からエゼクタ３０に供給される圧縮空気の流量を調整できる。また、インタークーラ１７から２段目圧縮機本体１４に延びる空気配管４には、第２連通管３６への中間空気の供給圧力を測定するための圧力センサ４４が設けられている。さらに、連通管３４にはエゼクタ３０への空気の供給圧力を測定するための圧力センサ４５が設けられている。圧力センサ４４，４５は、コントローラ４０に測定した圧力を出力する（図６破線参照）。

図７から図９を参照して本実施形態に係る圧縮機２の効率を最適化する制御について説明する。

図７から図９に示すように、本実施形態の圧縮機２は、第１実施形態と同様に３つの制御フローを有する。図７は起動時及び通常運転時の制御フローであり、図８はアンロード時の制御フローであり、そして図９は停止時の制御フローである。

第１に、図７を参照して起動時及び通常運転時の制御フローを説明する。図７を参照して、圧縮機２が起動又は通常運転状態に移行するとき（ステップＳ１−１）、第１連通管３５からエゼクタ３０に吐出空気を供給するように、電磁弁３８を切り替える（ステップＳ１−２）。そして、圧縮機本体１２の入力軸１３ｃ，１４ｃと機械的に接続されたモータを駆動する（ステップＳ１−３）。その後吸気調整弁１０を開弁して（ステップＳ１−４）、圧縮機本体１２に空気を供給する。そして、油タンク２２の内圧が所定の目標圧力ＴＨ３となるように自動操作バルブ４２の開度を調整する（ステップＳ１−９）。このとき、エゼクタ３０への供給圧力が第２連通管３６内の圧力以上である場合（ステップＳ１−１０）、自動操作バルブ４２の開度調整を継続する（ステップＳ１−９）。エゼクタ３０への供給圧力よりも第２連通管３６内の中間空気の圧力が小さい場合（ステップＳ１−１０）、電磁弁３８を切り替えて第２連通管３６からエゼクタ３０に中間空気を供給する（ステップＳ１−１１）。そして、油タンク２２の内圧が所定の目標圧力ＴＨ３となるように自動操作バルブ４２の開度を調整する（ステップＳ１−１２）。その後、自動操作バルブ４２の開度が最大となるまでは（ステップＳ１−１３）、自動操作バルブ４２の開度調整を継続する（ステップＳ１−１２）。自動操作バルブ４２の開度が最大となった場合（ステップＳ１−１３）、電磁弁３８を切り替えて第１連通管３５からエゼクタ３０に吐出空気を供給する（ステップＳ１−１４）。そして再び、油タンク２２の内圧が所定の目標圧力ＴＨ３となるように自動操作バルブ４２の開度を調整する（ステップＳ１−９）。

第２に、図８を参照してアンロード時の制御フローを説明する。アンロード信号を受けると（ステップＳ２−１）、第１連通管３５からエゼクタ３０に吐出空気を供給するように、電磁弁３８を切り替え（ステップＳ２−２）、吸気調整弁を閉じる（ステップＳ２−３）。そして油タンク２２の内圧が所定の目標圧力ＴＨ３となるように自動操作バルブ４２の開度を調整する（ステップＳ２−４）。

第３に、図９を参照して停止時の制御フローを説明する。圧縮機２が停止状態に移行するとき（ステップＳ３−１）、第１連通管３５からエゼクタ３０に吐出空気を供給するように、電磁弁３８を切り替え（ステップＳ３−２）、吸気調整弁を閉じる（ステップＳ３−３）。そして、モータの駆動を停止する（ステップＳ３−４）。その後、油タンク２２の内圧が所定の目標圧力ＴＨ３となるように自動操作バルブ４２の開度を調整する（ステップＳ３−８）。そして油タンク２２内の温度が常温よりも低い（ステップＳ３−６）という条件を満たしていない場合は状態を維持し、条件を満たした場合は電磁弁３８を全閉する（ステップＳ３−７）。

このように、本実施形態の圧縮機２は、エゼクタ３０への供給圧力を吐出空気の高圧と中間空気の低圧の２パターンだけでなく、自動操作バルブ４２の開度を調整することで、より細かく制御できる。従って、エゼクタ３０への空気供給量を必要最低限にすることで、空気消費量をより減少させることができる。

なお、自動操作バルブ４２は、本実施形態では電磁弁３８からエゼクタ３０に延びる連通管３４に設けたが、これに限定されず、例えば代替的には第１連通管３５に設けてもよい。この場合、第２連通管３６からの中間空気の流量を調整することはできないが、流量調整を行う必要性の高い第１連通管３５からの高圧の吐出空気の流量は調整できる。このように自動操作バルブ４２の位置は必要に応じて変更してもよい。

また、上記の第１及び第２実施形態では、油タンク２２の内圧に対して、所定の目標圧力という閾値を設けて電磁弁３８を切り替える制御としたが、変化する圧力の勾配に基づいて制御を行ってもよい。

２ 圧縮機
４ 空気配管
４ａ 吸込配管
４ｂ 中間配管
４ｃ 吐出配管
６ 吸込口
８ 吐出口
１０ 吸気調整弁
１２ 圧縮機本体
１３ １段目圧縮機本体
１３ａ 吸気口
１３ｂ 排気口
１３ｃ 入力軸
１３ｄ 軸受
１４ ２段目圧縮機本体
１４ａ 吸気口
１４ｂ 排気口
１４ｃ 入力軸
１４ｄ 軸受
１６ クーラ
１７ インタークーラ
１８ アフタークーラ
１９ 吐出先
２０ 逆止弁
２２ 油タンク
２４ 温度センサ
２６ 圧力センサ
２８ 減圧管
３０ エゼクタ
３２ フィルタ
３４ 連通管
３５ 第１連通管
３６ 第２連通管
３８ 電磁弁（切替弁）
３８ａ 第１ポート
３８ｂ 第２ポート
３８ｃ 第３ポート
４０ コントローラ
４２ 自動操作バルブ（流体調整弁）
４４，４５ 圧力センサ

Claims (8)

1. ２段階の圧縮を行うための１段目圧縮機本体及び２段目圧縮機本体と、
   前記１段目圧縮機本体及び前記２段目圧縮機本体の軸受に供給する油を貯蔵する油タンクと、
   前記油タンク内の圧力を減圧するためのエゼクタと、
   前記エゼクタと、前記２段目圧縮機本体から吐出先に圧縮空気を供給するための吐出配管と、前記１段目圧縮機本体から前記２段目圧縮機本体に圧縮空気を供給するための中間配管とに流体的に接続され、前記エゼクタと前記吐出配管のみが連通している第１状態と、前記エゼクタと前記中間配管のみが連通している第２状態と、全閉状態である第３状態とを切り替え可能な切替弁と、
   前記切替弁の切り替えを制御するコントローラと
   を備える、オイルフリー圧縮機。
2. 前記油タンク内の圧力を測定するための圧力センサをさらに備え、
   前記コントローラによる前記切替弁の切り替えは、前記圧力センサで測定した圧力に基づいて行われる、請求項１に記載のオイルフリー圧縮機。
3. 前記油タンク内の温度を測定するための温度センサをさらに備え、
   前記コントローラによる前記切替弁の切り替えは、前記圧力センサで測定した圧力及び前記温度センサで測定した温度に基づいて行われる、請求項２に記載のオイルフリー圧縮機。
4. 前記コントローラによる前記切替弁の切り替えは、
   起動時及び通常運転時において、前記圧力センサで測定した圧力が所定の圧力目標値未満である場合、前記第２状態に切り替え、前記圧力センサで測定した圧力が所定の圧力目標値以上である場合、前記第１状態に切り替え、
   アンロード時において、前記圧力センサで測定した圧力に拘わらず、前記第１状態に切り替え、
   停止時において、前記圧力センサで測定した圧力が所定の圧力目標値未満であり、かつ、前記温度センサで測定した温度が所定の温度目標値未満である場合、前記第３状態に切り替え、それ以外の場合、前記第１状態に切り替える
   ように制御されている、請求項３に記載のオイルフリー圧縮機。
5. 前記圧力目標値は、大気圧以下であり、アンロード時の軸封の外部直近圧力である、請求項４に記載のオイルフリー圧縮機。
6. 前記切替弁と前記エゼクタとの間に、前記エゼクタに供給される空気の流量を調整する流量調整弁をさらに備える、請求項３から請求項５のいずれか１項に記載のオイルフリー圧縮機。
7. 前記コントローラにより前記流量調整弁は、前記油タンク内の圧力が前記圧力目標値となるように開度調整される、請求項６に記載のオイルフリー圧縮機。
8. ２段階の圧縮を行うための１段目圧縮機本体及び２段目圧縮機本体と、
   前記１段目圧縮機本体及び前記２段目圧縮機本体に供給する油を貯留する油タンクと、
   前記油タンク内の圧力を減圧するためのエゼクタと、
   前記１段目圧縮機本体での圧縮後かつ前記２段目圧縮機本体での圧縮前の空気である中間空気と前記２段目圧縮機本体で圧縮後の空気である吐出空気のいずれを前記エゼクタに供給するかを切り替える切替弁と、
   前記油タンク内の圧力を測定するための圧力センサと、
   前記油タンク内の温度を測定するための温度センサと備えるオイルフリー圧縮機において、
   前記切替弁の切り替えは、
   起動時及び通常運転時において、前記圧力センサで測定した圧力が所定の圧力目標値未満である場合、前記中間空気を前記エゼクタに供給し、前記圧力センサで測定した圧力が所定の圧力目標値以上である場合、前記吐出空気を前記エゼクタに供給し、
   アンロード時において、前記圧力センサで測定した圧力に拘わらず、前記吐出空気を前記エゼクタに供給し、
   停止時において、前記圧力センサで測定した圧力が所定の圧力目標値未満であり、かつ、前記温度センサで測定した温度が所定の温度目標値未満である場合、前記切替弁を全閉し、それ以外の場合、前記吐出空気を前記エゼクタに供給する、オイルフリー圧縮機の制御方法。

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