CN111868386A - 气体压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明的气体压缩机具有：压缩机主体；驱动源；吸气节流阀；排气阀；转速变换机构；检测排出压力的压力检测装置；和控制装置，上限压力H与下限压力L的关系为H＞L，排出压力达到H之前，打开吸气节流阀、关闭放气阀而使驱动源全速运转，排出压力达到压力设定值H时，执行关闭吸气节流阀和打开排气阀以将排出压力减小到规定范围内的至少一个操作，当排出压力减小到下限压力L时切换到负载运转，当所述排出压力上升而达到所述上限压力H时控制装置向转速变换机构输出比全速转速低的转速的指令，当所述排出压力下降而达到所述下限压力L时控制装置向所述转速变换机构输出所述全速转速的指令。

Description

气体压缩机

技术领域

本发明涉及气体压缩机，涉及执行满负载运转和无负载运转(卸载控制运转)以控制相对于使用气体量的排出气体量的气体压缩机。

背景技术

作为气体压缩机的一例，使用吸入空气、排出高压的压缩空气的空气压缩机进行说明。

如专利文献1所示，在通过反复进行满负载运转和无负载运转来控制相对于使用气体量的最大排出空气量的空气压缩机中，压缩机的运转方法大致分为以下3种。

首先是一种吸气节流控制方法，其使用调压阀并且令使用空气量≤最大排出空气量，通过使排出压力逐渐增加来使调压阀动作，通过逐渐关闭吸气节流阀来减少从大气中吸入的空气量。根据该控制方法，通过调节吸气节流阀的开度来控制吸入空气量，例如，能够降低动力至使用空气量比为0％时的动力比(power ratio，消耗电力比)为约65％左右。

第二种是一种吹扫控制方法，当压力设定值H与压力设定值L为H>L时，若在满负载运转中排出压力从小于H达到H时，使吸气节流阀完全关闭，并且将从吸气节流阀到止回阀的压缩机单元中的压力释放到大气，进行使压缩机动力大幅降低的无负载运转；若在无负载运转中排出压力≥L时，停止大气释放并且使吸气节流阀全开，进行全负载运转，反复进行该全负载运转和无负载运转。根据该控制方法，通过调节吸气节流阀的开度来控制吸入气体量，例如，能够降低动力至使用空气量比为0％时的动力比为约65％左右。

第三种是同时使用吸气节流方法和吹扫方法的方法，是切换压缩空气的使用量大时使用的吸气节流方法以及使用空气量少时使用的吹扫法的方法。如此，当使用空气量少时，通过使所述吸气节流阀的开度完全关闭，使吸入气体量几乎为零，并且将从吸气节流阀到止回阀的压缩机单元中的压力即内压释放到大气，大幅降低内压，例如，能够将动力降低至动力比为约35％左右。

除这些以外，已知一种变速压缩机，其利用逆变器控制驱动压缩机的电动机的转速，通过PI或PID控制将压缩机的排出压力在目标压力附近控制成一定值。专利文献1公开了一种变速控制方法，其以使排出压力为一定值的方式相对于使用空气量的变化而将电动机的转速从全速变速控制成不至于转矩不足的程度的最低速度，在使用空气量进一步减少的情况下，在所述电动机的转速为最低速度的状态下进行升压控制直到上升至目标压力以上的上限压力，在上升到了上限压力的情况下，在使所述电动机的转速为最低速度的状态下进行吹扫控制，在使用空气量进一步减少的情况下，使电动机停止。

根据该控制方法，例如，在使用空气量比从100％到30％左右的范围内通过将排出压力保持在一定值以内并将所述电动机的转速从全速改变到约30％，能够将动力比从100％降低至30％左右。在使用空气量比从30％到0％左右的范围内通过进行所述升压控制和所述电动机最低速度下的所述吹扫控制，能够将动力比降低至约10％左右。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平9-287580号公报

发明内容

发明要解决的技术课题

在此，如果电动机是定速类型，在上述最初的三种控制方法中，即使是通过关闭吸气节流阀以减少吸入空气量、或将内压释放到大气来谋求动力降低，其动力降低的程度也是有极限的。

此外，在上述变速控制方法中，需要能够高速且平稳地将电动机的转速从全速改变到约30％的高性能且高价的变速装置，以及用于将排出压力保持在一定范围内的执行PI或PID控制的高性能且高价的装置。另外，对于PI或PID控制的最优化，需要大量的开发时间来进行最佳调整，对于当电动机的转速从全速变为约30％时出现的压缩机单元的共振点，需要研究用于抑制共振的加强件、抗振构造、利用变速装置的跳跃功能来避免共振的方法等，这很可能会导致开发的复杂性并增加成本。

期望开发以更简单的结构来实现更多的动力降低的气体压缩机。

用于解决技术课题的技术方案

为了实现上述目的，适用了要求范围的结构。即，一种气体压缩机，其包括：压缩气体的压缩机主体；驱动所述压缩机主体的驱动源；调节所述压缩机主体的吸气量的吸气节流阀；将所述压缩机主体的排出气体向大气压环境释放的放气阀；改变所述驱动源的转速的转速变换机构；检测排气系统的排出压力的压力检测装置；和控制装置，上限压力H与下限压力L之间的关系为H＞L，所述排出压力达到H之前，打开所述吸气节流阀、关闭所述放气阀而使所述驱动源以全速转速运转，当所述排出压力达到压力设定值H时，执行关闭所述吸气节流阀和打开所述放气阀而将排出压力减小到规定范围内的至少一个操作，当所述排出压力降低到下限压力L时，切换到负载运转，该气体压缩机中，当所述排出压力上升而达到所述上限压力H时，所述控制装置向所述转速变换机构输出比所述全速转速低的转速的指令，当所述排出压力下降而达到所述下限压力L时，所述控制装置向所述转速变换机构输出所述全速转速的指令。

发明效果

根据本发明，能够以简单的结构发挥大幅节能的效果。根据以下说明，本发明的其他课题、结构和效果变得明确。

附图说明

图1是示意性示出适用本发明的实施例1的空气压缩机的结构的框图。

图2是实施例1的比较例的空气压缩机的容量控制时序图。

图3是实施例1的空气压缩机的容量控制时序图。

图4是实施例2的空气压缩机的容量控制时序图。

图5是实施例3的空气压缩机的容量控制时序图。

图6是示意性示出适用本发明的实施例4的空气压缩机的结构的框图。

图7是实施例4的空气压缩机的容量控制时序图。

图8是实施例5的空气压缩机的容量控制时序图。

图9是实施例6的空气压缩机的容量控制时序图。

图10是实施例7的空气压缩机的容量控制时序图。

具体实施方式

在下文中，参照附图说明实施本发明的方式。

实施例1

作为适用本发明的实施例，使用用于压缩空气的空气压缩机100(在下文中，有时称为“压缩机100”)进行说明。

图1、图2、图3和图4示出了实施例1的压缩机100的构造和动作例等。图1是示意性示出压缩机100的构造的框图。图2是示出比较例的空气压缩机的容量控制的状态的时序图。图3和图4是示出本实施例的压缩机100的容量控制的状态的时序图。

在图1中，压缩机100主要包括：压缩机主体1，驱动压缩机主体1的电动机2(驱动源)，控制电动机2的转速的多级速度装置3(变速装置)，和对多级速度装置3输出运转指令和转速指令以控制压缩机主体1的运转的控制装置4。在本实施例中，将逆变器用作多级速度装置3来进行说明，但是电动机2和多级速度装置3的组合也可以是变极电动机或齿轮变速电动机。

压缩机100通过旋转驱动压缩机主体1，经由吸滤器6吸入空气。吸入的空气通过吸气节流阀5后，被吸入到压缩机主体1的压缩室内而被压缩。

吸气节流阀5是机械式的或利用电动机等的驱动力的电磁式的开关阀。压缩机100通过开关吸气节流阀5及调节其程度来控制吸入压缩室的空气的量。在本实施例中，使用了机械式吸气节流阀5进行说明。

在压缩室中被压缩的空气从压缩机主体1排出到排出管道系统，然后通过止回阀8排出到压缩机100的外部(压缩空气的使用者侧)。尽管未图示，但是从压缩机100排出的压缩空气通过储气罐、空气过滤器等被供应到管道系统的终端设备。

被压缩机主体1压缩后的空气也被用作压缩机100的操作压力。具体而言，排出管道系统在途中设置有与吸气节流阀5连接的分支管，在该分支管上具有根据来自控制装置4的控制指令而允许/限制压缩空气的流通的电磁阀13。通过打开电磁阀，控制压被提供给吸气节流阀5，吸气节流阀5关闭。

此外，压缩机100在排出管道系统中在与该分支管的分支点的下游且在止回阀8的上游设置有放气阀14。放气阀14是电磁式或机械式的阀体，将从止回阀8起的上游侧的压缩空气释放到大气压环境，根据来自控制装置4的控制信号进行开关动作。在本实施例中，对应用电磁式的阀体的情况进行说明。

在排出管上，压力传感器9配置在止回阀8的下游。由压力传感器9检测到的压力被输出给控制装置4。控制装置4通过例如运算电路和程序的协作来实现功能部，进行压缩机100的各种控制。控制装置4可以用模拟控制电路构成其一部分或全部。

控制装置4将转速指令输出给多级速度装置3，来控制电动机3的输出转速，该转速指令是对应于与经由操作输入输出I/F20输入的设定压力相应的压力的转速。即，压缩机100是定速控制的压缩机。

具体地说，当经由操作输入输出I/F20输入的设定压力为压力L(Pha)时，通过基于额定的满负载转速进行计算，以规定间隔(任意的时间间隔)计算与压力L(Pha)相应的转速，将计算结果输出给多级速度装置3。

本发明不限于此，例如，可以预先将决定与预先设定压力相应的转速的转速信息存储在控制装置4中，基于此将转速指令输出给多级速度装置3。

此外，当由压力传感器9检测到的排出压力达到规定的压力时，控制装置4执行“卸载运转控制(无负载运转控制)”以节省驱动能量。在此，“卸载运转控制”是指下述运转控制：控制装置4向电磁阀13发出指令以关闭电磁阀13而限制吸气量、打开放气阀14将从止回阀8起的上游侧的压缩空气向大气压环境释放、以及将规定的指令输出给多级速度装置3从而将电动机2的转速减小到规定的转速，由此使得压缩机100的动力减小。

当使电动机2减速到规定的转速时，将比额定的满负载转速低的转速指令从控制装置4向多级速度装置8输出。该低转速既可以是能够提供能够确保吸气节流阀5等的控制压力的压力的转速，也可以是比满负载转速低且比能够提供能够确保控制压力的压力的转速高的转速。即，如果将能够提供能够确保控制压力的压力的转速假设为压缩机100正常运转时的下限转速，则既可以使该转速为“卸载运转控制”时的转速，也可以是比下限转速高且低于全速转速的转速。如果设为下限转速，则可以更有效地获得电动机2的节能效果，如果设为比下限转速高且低于全速转速的转速，则可以获得相应的节能效果，以及当从“卸载运转(unload running)控制”返回到“负载运转(load running)控制”时提高对排出压力的跟随性的效果。

本发明在用于实现“卸载运转控制”方面不限于上述的方法，即使是仅执行将吸气节流阀5关闭和将放气阀14打开的任一者的方式，也能够实现。

此外，在“卸载运转控制”中，从控制装置4输出关闭吸气节流阀5、打开放气阀14和将电动电动机2的转速降低到规定的转速的指令的执行时机，根据控制装置4的处理速度、性能条件实际上是相同的时机(与控制装置4的指令输出性能对应的时刻)，但是本发明不限于此，在不脱离本发明的主旨的范围内，不限于在严格相同的时刻执行。

接下来说明压缩机100的运转控制。

图3以时间序列示出了压缩机100的运转所产生的排出压力、压缩机的转速比、动力比的关系。排出压力70是止回阀8的二次侧压力、是由压力传感器9检测到的压力。内部压力71是止回阀8的一次侧压力、是压缩机主体1的二次侧压力。压缩机转速比72是压缩机主体1的转速比。动力比73是用于驱动使压缩机主体1旋转的电动机2的多级速度装置3的动力比。纵轴分别表示压力(MPa)、转速比(％)和动力比(％)，横轴表示时间(秒)。

本实施例的压缩机100说明规格压力为0.7MPa、排出压力为0.7MPa、压缩机主体1的转速比和排出空气量比为100％时动力比成为100％的例子。另外，在该图中，设排出空气量比为100％时的空气量与使用空气量比为100％时的空气量相同，使用空气量比为50％。此外，在控制装置4中的压力设定值H(0.7MPa)与压力设定值L(0.6MPa)之间的关系为H＞L。在满负载运转时，令吸气节流阀5打开、放气阀14关闭，使电动机2以满负载转速运转，当排出压力70达到压力设定值H时，使吸气节流阀5关闭、使放气阀14打开，切换到以使电动机2的转速降低为规定转速而得的固定转速将排出压力降低至规定范围内的“卸载控制动作”。进而，当排出压力70从压力设定值H降压到压力设定值L时，使吸气节流阀5打开、使放气阀14关闭，将电动机2的转速切换为满负载转速。

在时刻a处，排出压力70和内部压力71为0.6MPa，压缩机转速比为100％，相对于0.7MPa的规格压力，排出压力为0.6MPa，压力低0.1MPa，因此动力比73相比动力100％时低、约为93％。

在时刻a与时刻b之间，排出空气量比为100％，使用空气量比为50％，因此排出压力70和内部压力71从0.6MPa上升到0.7MPa，转速比保持100％，但是因为排出压力上升，所以动力比从93％上升到100％。

在时刻b处，当控制装置4利用压力传感器9检测到的压力即排出压力70成为压力H(0.7MPa)时，控制装置4将用于将吸气节流阀5关闭、将放气阀14打开、还将压缩机转速设定为低于满负载转速的转速的固定转速的指令输出给多级速度装置3，切换到“卸载控制运转”。

从时刻b到时刻c，吸气节流阀5关闭，于是压缩机主体1的吸入空气消失、从压缩机主体1的排出空气量也不存在，使用空气量比维持为50％，因此排出压力70从0.7MPa逐渐降低。另外，由于也将空气释放到大气中，因此内部压力71从0.7MPa降低并收敛在0.2MPa。另外，控制装置4向多级速度装置8输出低速指令，输出用于使电动机2的转速为规定的固定低速旋转的指令，压缩机转速比72变为30％。此时，内部压力71减小并且压缩机转速比72减小，由此动力比73从100％减小到大约13％。

在时刻c到d之间，在内部压力71为0.2MPa、压缩机转速比72为30％、动力比73为约13％的状态下，排出空气量比为零，使用空气量比为50％，因此排出压力70逐渐降低至0.6MPa。

在时刻d，当控制装置4利用压力传感器9检测到的压力L即排出压力70成为0.6MPa时，控制装置4输出用于将吸气节流阀5打开、将放气阀14关闭、将压缩机转速设为满载转速的指令。

在从时刻d到e之间，吸气节流阀打开，放气阀14关闭，内部压力71从0.2MPa开始升压。另外，控制装置4将满负载转速指令输出至多级速度装置，将电动机2的转速设定为满负载转速，从而内压变为0.6MPa，压缩机转速比72从30％变为100％。此时，压缩机转速比72上升，由此动力比73上升至约93％。

在时刻e到f之间，在压缩机转速比72为100％的状态下，排出空气量比为100％，使用空气量比为50％，因此排出压力70逐渐升至0.7MPa，动力比73上升至100％。在时刻f之后，反复进行与时刻b之后相同的动作。

作为比较例，图2示出在“卸载控制运转”中将电动机2的转速固定为满负载转速时的压力、转速比和动力比。在该图中，从时刻b到时刻c，仅使吸气节流阀5关闭、放气阀14打开，压缩机转速比72保持为100％的状态。因此，动力比73仅下降到约35％。

关于在任意的使用空气量时的大致的使用空气量比即负载率和动力计算方法，在将满负载运转时间df与无负载运转时间bd的一个周期时间(df+bd)中的df/(df+bd)×100设为计算负载率(％)、将排出压力为0.7MPa时的满负载运转的动力与排出压力为0.6MPa时的满负载运转的动力相加除以2而得的值设为满负载运转时的平均动力的情况下的所述计算负载率时的动力为：{所述计算负载率×所述满负载运转时的平均动力+(100-所述计算负载率)×无负载运转时的动力}。

除非使用空气量为100％或更多，否则始终交替地反复进行满负载运转和卸载控制运转，如果使用空气量较多，则满负载运转的比例较高，动力保持较高。但是，由于无负载运转时间相对于一个周期的比率随着使用空气量的减少而增加，因此通过降低无负载运转时的压缩机转速，能够降低平均动力。

如上所述，在本实施例中，在满负载运转中使电动机2的转速为一定速(固定)的转速而进行运转的压缩机中，通过在卸载运转时降低压缩机的转速，能够大幅节省能量。

实施例2

说明应用本发明的压缩机100的实施例2。下面参考附图说明实施例2，对与实施例1相同的部件标注相同的附图标记符号，省略其详细说明。在实施例1中，以压缩机100的排出压力变为压力H(0.7MPa)为契机地执行“卸载控制运转”，但是在实施例2中，一个特征在于，通过根据压缩机100的负载率改变成为执行“卸载控制运转”的契机的压力H，从而能够进一步减小在满负载运转中以一定速(固定)的转速进行运转的压缩机100的动力。

在下文中，参考附图说明实施例2，对与实施例1相同的部件标注相同的附图标记符号，省略其详细说明。

图4以时间序列示出了实施例2的压缩机100的排出压力、压缩机的转速比和动力比的关系。

在时刻ab与时刻bc之间，示出执行与实施例1相同的“卸载控制运转”的状态。与其不同，在时刻d，控制装置4将成为执行“卸载控制运转”的契机的压力H从此前的0.7MPa改变为0.65MPa，时刻d之后的“卸载控制运转”以排出压力达到0.65MPa为契机而执行。即，将从排出压力超过0.6MPa到再次返回0.6MPa的时间定义为一个周期，根据该周期中的负载率(时刻ab与bc的比率)计算下一次“卸载控制运转”中的压力H，执行“卸载控制运转”。

具体地说，控制装置4在时刻d计算(ab+bd)/T2＝2，计算下一次“卸载控制运转”的压力设定值H＝压力设定值L+(上限压力设定值-压力设定值L)/T2，将压力设定值H存储为计算0.6+(0.7-0.6)/2＝0.65MPa所得的计算结果。

控制装置4在时刻f处，当排出压力达到0.65时执行“卸载控制运转”。当在时刻f之后压力再次降低到0.65时(时刻g)，计算上一个周期(时刻dg)中的负载率，在时刻g之后，计算作为进行下一次“卸载控制运转”的契机的新压力H，而执行“卸载控制运转”。

如上所述，在实施例2中，在一定速度控制下运转的压缩机100中，在“卸载控制运转”期间，除了实施例1的效果之外，还可以实现考虑到压缩空气的使用者侧的空气使用倾向的进一步的节能效果。

实施例3

参考附图说明本发明的实施例3。与实施例1和实施例2相同的部件标注相同的附图标记，省略其详细说明。实施例3的特征在于，当从“卸载控制运转”返回到满负载运转时，在排出压力(压力传感器9的检测值)检测出压力L之前，考虑“卸载运转期间”的排出压力的降压趋势，在达到压力L之前切换到满负载运转。

图5示出了实施例2的空气压缩机进行的容量控制时序图。在图5中，令(ab+bd)/T2＝1。从时刻c到c'的期间，在内部压力71为0.2MPa、压缩机转速比72为30％、动力比73为约13％的状态下，排出空气量比为零，使用空气量比为50％，因此排出压力70逐渐向0.6MPa降低。

控制装置4具有计算由压力传感器9检测出的每单位时间的排出压力降低值的功能。另外，在本实施例中，使压缩机转速比72从30％加速到100％所需的加速时间为T1(秒)。

从时刻c'到时刻d的期间，排出压力70逐渐向0.6MPa减小，但是当对于所述加速时间T1、排出压力70的压力值P1(MPa)与压力减少量ΔP(MPa/秒)的关系成为{P1≤0.60+ΔP×T1}的时刻，控制装置4将对多级速度装置3的转速指令从低转速切换为全速旋转，由此，压缩机转速比从30％向100％开始加速，与此同时动力比73从约13％向93％增加。即，直到达到排出压力P1为止的时间处于与加速时间T1近似的范围时，电动机2开始全速旋转的运转。

在时刻d，排出压力70降低至0.6MPa，几乎同时压缩机转速比72达到100％而结束加速，动力比73变为93％。

在时刻d到时刻f的期间，吸气节流阀打开，并且内部压力71停止向大气的释放，于是从0.2MPa瞬时上升到0.6MPa。在压缩机转速比72为100％的状态下，排出空气量比为100％，使用空气量比为50％，因此之后排出压力70逐渐上升至0.7MPa，动力比73上升到100％。

在实施例1的情况下，当使用空气量相对较多时，例如，从时刻c'到d的期间中排出压力70的降低量超过所述加速时间时，在时刻d时排出压力70可能会小于0.6MPa，但是在本实施例的情况下，在时刻d时已经结束加速，压缩机转速比达到100％，于是不会小于0.6MPa。

除了实施例3的控制之外，也可以应用实施例2的根据负载率来改变压力H的变更处理。

如上所述，根据实施例3的压缩机100，在以一定速度控制进行运转的压缩机100中，在“卸载控制运转”时能够获得实施例1的效果，并且在从“卸载控制运转”向满负载运转切换时，考虑到压缩机100的动力特性(直到电动机2等成为满负载运转为止的时间差)，能够获得能够产生具有规定压力以上的压缩空气的效果。此外，除了实施例3的控制之外，还可以应用实施例2的根据负载率的压力H的变更处理。

实施例3不仅能够适用于恒速控制的压缩机的卸载控制运转，而且能够适用于变速控制中的卸载运转。例如，在变速控制的压缩机的情况下，在卸载运转期间将驱动源(例如电动机)的转速设为最小转速等以减小动力，在恢复到负载运转时，在从最小转速返回到P、PI或PID控制的情况下，如果也考虑到直到返回压力即下限压力的降压趋势，在达到下限压力之前增加驱动源的转速，则能够期待获得与实施例3相同的效果。

实施例4

接下来，参考附图说明应用本发明的实施例4。与实施例1至实施例3相同的部件标注相同的附图标记，省略其详细说明。在实施例4中的一个特征在于，不仅将成为执行“卸载控制运转”的契机的压力H设为压力传感器9的检测压力，还将利用由压缩机100产生的压缩空气的终端设备的压力(以下有时也会称为“终端压力”)作为基准来执行“卸载控制运转”。

图6是示意性示出实施例4的空气压缩机的结构的框图。图7是实施例4的空气压缩机的容量控制时序图。

首先说明结构。在图6中，压缩机100与实施例1和实施例2(图1)中的相同。在实施例3中包括：作为用于存储从压缩机100排出的压缩空气的压力容器的空气罐(气体罐)15；配置在其下游配管中的空气过滤器16；和用于检测其下游侧的压力的终端压力传感器17。终端压力传感器17通过有线或无线方式连接至控制装置4，以规定的时间间隔将其检测压力输出给控制装置4。附图标记18表示管道系统的终端，附图标记19表示在从压缩机单元14排出的压缩空气所流通的终端侧管道系统中产生的压力损失ΔP。

相对于在压力传感器9的检测位置处的排出压力70，在压缩空气消费侧的管道系统的终端18处的压力、即管道系统的终端压力传感器17处的压力，在经过终端管道系统、空气罐15和空气过滤器16后，下降了压力损失19的ΔP的量，但是，在本实施例的说明中，将压力传感器9的检测位置处的压力与空气罐15的压力之差即压力损失记为0。

当排出空气的管道系统的总管道容量没有变化时，在“卸载控制运转”期间的每单位时间的排出压力70的压力降低值与使用空气量比之间存在比例关系，如果所述压力降低值变成2倍，则使用空气量比也几乎为2倍。此外，使用空气量比与压力损失ΔP之间存在二次式的关系，如果使用空气量比为100％时的ΔP为0.1MPa，则使用空气量比为50％时的ΔP为约1/4的0.025MPa。控制装置4具有设定并存储压力降低值与使用空气量比之间的关系以及使用空气量比与压力损失ΔP之间的关系的功能。

在该实施例中，压力设定值H为0.7MPa，压力设定值L为0.6MPa，使用空气量比为100％时的排出压力为0.7MPa时的压力损失ΔP为0.1MPa。

图7示出了这种结构中的容量控制的过渡。使用空气量比在时刻a到时刻d的期间为约70％，在从时刻d到时刻h的期间为约10％。在此，假设(ab+bd)/T2＝(df+fh)/T2＝1。

从时刻b到时刻d的期间，控制装置4根据压力降低值使使用空气量比为70％进行计算，使ΔP为0.05MPa进行计算，结果是，持续执行“卸载控制运转”，直到对于排出压力70为压力设定值L即0.6MPa，相对于使用空气量比为100％时的最大压力损失0.1MPa的ΔP为0.05MPa、即为0.6-(0.1-0.05)MPa的压力设定值L'的0.55MPa。

在时刻d处，排出压力70为0.55MPa，压力损失ΔP为0.05MPa，终端压力即管道系统的终端18的终端压力74为0.5MPa。此时，当控制装置4由压力传感器9检测到的压力即排出压力70成为0.55MPa时，控制装置4输出将吸气节流阀5打开、将放气阀14关闭、将电动机2的转速设为全速旋转的指令。

从时刻d到时刻f的期间，在满负载运转中，排出压力70从0.55MPa逐渐上升。在时刻f处，当达到压力设定值H'的0.65MPa时，切换到“卸载控制运转”。

在时刻f至时刻h的期间，控制装置4根据压力降低值使使用空气量比为10％进行计算，使ΔP为0.001MPa进行计算，结果是，持续进行“卸载控制运转”，直到相对于排出压力70为压力设定值L即0.6MPa，对于使用空气量比为100％时的最大压力损失0.1MPa的ΔP为0.01MPa、即为0.6-(0.1-0.001)MPa的压力设定值L'的0.501MPa。

在时刻h处，排出压力70为0.501MPa，压力损失ΔP为0.001MPa，终端压力即管道系统的终端18的终端压力74为0.5MPa。此时，当控制装置4由压力传感器9检测到的压力即排出压力70成为0.501MPa时，控制装置4输出将吸气节流阀5打开、将放气阀14关闭、将电动机2的转速设为全速旋转的指令。

如上所述，根据本实施例，在恒速控制的压缩机100中，能够考虑到压力损失ΔP地将终端压力保持在一定范围内，并且能够实现节能。

实施例5

参考附图说明应用本发明的实施例5。与上述其他实施例相同的部件标注相同的附图标记，省略其详细说明。

图8是实施例的空气压缩机的容量控制时序图。这里设(ab+bd)/T2＝2。压力传感器9的检测位置处的压力与空气罐15的压力之差即压力损失，在满负载运转中为0.025MPa，在无负载运转中为0。

在时刻b处，当控制装置4由压力传感器9检测到的压力即排出压力70为0.7MPa时，控制装置4关闭吸气节流阀5、关闭放气阀14。此时，排出压力70由于所述满负载运转中的压力损失0.025MPa而降低到0.675MPa，在该压力损失量的降低结束后，控制装置4输出使电动机2的转速为低速旋转的指令。即执行“卸载控制运转”。此外，与压力损失相对应的压降也可以通过检测出排出压力的降低来判断，也可以基于经过了规定的时间设定存储的值的情况来进行判断。

在时刻d处，当控制装置4由压力传感器9检测到的压力即排出压力70变为0.6MPa时，控制装置4输出将吸气节流阀5打开、将放气阀14关闭、将电动机2的转速设为全速旋转的指令。此时，控制装置4因为设为(ab+bd)/T2＝2，因此计算出压力设定值H＝压力设定值L+(上限压力设定值-压力设定值L)/T2，计算结果是压力设定值H为0.6+(0.7-0.6)/2＝0.65MPa。

在时刻f处，排出压力70达到压力设定值H＝0.65MPa，因此运转切换到无负载运转。此时，排出压力70由于所述满负载运转中的压力损失0.025MPa而相应降低至0.625MPa，但相对于压力设定值L为0.6MPa，排出压力70为0.625MPa，因此压力差仅为0.025MPa，因为该压力差为规定的压力差设定值0.03MPa以下，因此控制装置4停止将压缩机转速改变至低转速而维持高转速。压力差设定值可以设定和存储。

如上所述，当由于与从满负载运转切换到“卸载控制运转”时的压力损失相对应的压力下降而排出压力70接近压力设定值L时，即使将压缩机转速向低速变动，排出压力70也会在达到低转速之前达到压力设定值L，因此不能够通过将压缩机转速设为低速来发挥动力降低效果。在这种情况下，通过将压缩机转速维持在高转速，使增加下一次的压力设定值H、将下一次无负载运转时的压缩机转速设定为低转速所带来的动力降低优先于降低压力带来的动力降低，具有总体上提高动力降低效果的功能。

此外，此时忽略压力设定值H＝压力设定值L+(上限压力设定值-压力设定值L)/T2的式子，将下一次的压力设定值H返回到上限压力设定值即0.7MPa。控制装置4具有该功能。

在时刻g处，当控制装置4由压力传感器9检测到的压力即排出压力70变为0.6MPa时，控制装置4向电磁阀13输出ON(开)指令以使其励磁，由此打开吸气节流阀5，并且停止从压缩机主体1到止回阀8的内压向大气的释放，即设为满负载运转，将压缩机转速保持在高转速，压力设定值H回到0.7MPa。

在时刻i处，当控制装置4由压力传感器9检测到的压力即排出压力70变为0.7MPa时，控制装置4设为无负载运转，在排出压力70下降至0.675MPa之后，将压缩机转速改变为低转速。

如上所述，由于考虑到分别基于无负载运转切换、压力设定值H切换和压缩机转速切换的动力降低效果来进行运转，因此能够使运转的总体动力降低效果最大化。

实施例6

参考附图说明应用本发明的实施例6。与上述其他实施例相同的部件标注相同的附图标记，省略其详细说明。

图9是实施例6的空气压缩机的容量控制时序图。

在本实施例的控制装置4中，在由压力传感器9检测出的排出压力70为压力设定值H即0.7MPa时，压缩机转速比72为100％，而在排出压力70为压力设定值L即0.6MPa时，压缩机转速比72为107％，具有压缩机转速比72在压力设定值H与压力设定值L之间以比例关系可变的功能。

在图8中，设为(ab+bd)/T2＝1。在时刻d到时刻e的期间，吸气节流阀打开，并且停止向大气放气，因此内部压力71从0.2MPa瞬时上升到0.6MPa。并且，控制装置4向多级速度装置输出高速指令，以促使电动机1和压缩机主体1的转速为高速旋转，但是，由于排出压力70为0.6MPa，因此压缩机转速比72从30％变成107％。此时，由于压缩机转速比72上升，动力比73上升到100％。

在时刻e到时刻f之间，与排出压力70从0.6MPa上升到0.7MPa成比例地，压缩机转速比72从107％降低到100％。根据排出压力70与压缩机转速比72之间的关系，动力比73基本上维持在100％。

排出压力70与压缩机转速比72之间的关系，只要动力比73大致为一定值即可，并非必须是成比例即线性关系，也可以是二次式等的关系。另外，排出压力70为0.7MPa时的压缩机转速比为100％，与此不同，排出压力70为0.6MPa时的压缩机转速比为107％，超过了100％，但这只是一种相对的表达方式，即使是107％，也并不意味着过载。

如上所述，根据本实施例，以恒速控制进行运转的压缩机100中，通过在“卸载控制运转”时降低压缩机的转速，能够实现大幅的节能，并且通过当排出压力70低时增加排出空气量，当排出压力70高时减少排出空气量，压缩机单元14不会过载，而且排出压力70低时即使在使用空气量增加的情况下也能够实现压力降低的抑制。

实施例7

参考附图说明适用本发明的实施例5。与上述其他实施例相同的部件标注相同的附图标记，省略其详细说明。

图10是实施例7的空气压缩机的容量控制时序图。

在本实施例的控制装置4中，在压力设定值H为0.7MPa时压缩机转速比72为100％，而在压力设定值H为0.6MPa时压缩机转速比72为107％，具有压缩机转速比72以任意的压力设定值H时的动力比73几乎保持一定并且约为100％的关系可变的功能。

在图9中，设为(ab+bd)/T2＝1。在时刻a到时刻b的期间、时刻d到时刻f的期间的压缩机转速，在高速时总是为107％，当排出压力70为压力设定值H时，动力比为100％。

压力设定值H为0.6MPa时的压缩机转速比为107％，超过压力设定值H为0.7MPa时的压缩机转速比为100％时，但这只是一种相对的表达方式，即使是107％，也并不意味着过载。

如上所述，根据本实施例，以恒速控制进行运转的压缩机100中，通过在“卸载控制运转”时降低压缩机的转速，能够实现大幅的节能，即使将压力设定值设定得较低，也可以在动力比73几乎不超过100％的基础上增加排出空气量。

以上说明了用于实施本发明的实施方式，但是本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明的主旨的范围中能够进行替换和改变。

例如，在以上的例子中以空气压缩机为例进行了说明，但是本发明也能够适用于压缩其它气体的压缩机。此外，作为压缩机主体1，能够适用容积型或涡轮型压缩机。容积型包括旋转式和往复运动式，旋转式包括涡旋、叶轮和爪式，往复运动式包括活塞式。此外，压缩机可以是单级压缩机或多级压缩机，其包括向压缩工作室供应诸如水或油的液体的供液型压缩机和无供液型压缩机。

此外，作为驱动源以电动机2为例进行了说明，但也可以使用内燃机。在这种情况下，多级速度装置3通过换档或增减供给燃料来控制转速。

附图标记说明

1……压缩机主体，2……电动机，3……多级速度装置，4……控制装置，5……吸气节流阀，6……吸滤器，8……止回阀，9……压力传感器(压力检测单元)，13……电磁阀，14……压放气阀，15……空气罐，16……空气过滤器，17……管道系统的终端压力计，18……管道系统的终端，19……压力损失ΔP，20……操作输入I/F，70……排出压力(止回阀8的二次侧)，71……内部压力(止回阀8的一次侧，压缩机主体1的二次侧)，72……压缩机转速比，73……动力比，74……终端压力，100……空气压缩机(压缩机)。

Claims (8)

1.一种气体压缩机，其特征在于，包括：

压缩气体的压缩机主体；

驱动所述压缩机主体的驱动源；

调节所述压缩机主体的吸气量的吸气节流阀；

将所述压缩机主体的排出气体向大气压环境释放的放气阀；

改变所述驱动源的转速的转速变换机构；

检测排气系统的排出压力的压力检测装置；和

控制装置，上限压力H与下限压力L之间的关系为H＞L，所述排出压力达到H之前，打开所述吸气节流阀、关闭所述放气阀而使所述驱动源以全速转速运转，当所述排出压力达到压力设定值H时，执行关闭所述吸气节流阀和打开所述放气阀而将排出压力减小到规定范围内的至少一个操作，当所述排出压力降低到下限压力L时，切换到负载运转，

当所述排出压力上升而达到所述上限压力H时，所述控制装置向所述转速变换机构输出比所述全速转速低的转速的指令，

当所述排出压力下降而达到所述下限压力L时，所述控制装置向所述转速变换机构输出所述全速转速的指令。

2.根据权利要求1所述的气体压缩机，其特征在于：

所述控制装置根据所述排出压力从所述下限压力L上升到所述上限压力H的时间、与所述排出压力达到所述上限压力H而执行关闭吸气节流阀和打开所述放气阀中的至少一个操作后直到所述排出压力达到所述下限压力L为止的时间的比例，改变用于下一次关闭吸气节流阀和打开所述放气阀的上限压力H。

3.根据权利要求1或2所述的气体压缩机，其特征在于：

所述控制装置根据每单位时间的排出压力降低值来计算所述排出压力的降低趋势，当按照该降低趋势降压到所述下限压力L的时间与所述驱动源从低于所述全速转速的转速达到所述全速转速的时间处于规定的近似范围内时，

在所述排出压力降低到下限压力L之前，向所述转速变换机构输出全速转速的指令。

4.根据权利要求1所述的气体压缩机，其特征在于：

包括用于检测与所述排气系统连接的外部管道系统的压力的终端压力检测装置，

所述控制装置根据从所述上限压力H和下限压力L减去基于所述终端压力检测装置的检测压力的所述外部管道系统的压力损失而得到的压力，执行所述吸气节流阀和放气阀中的至少一者的开关动作，并且向所述转速变换机构输出所述低转速的指令和全速转速的指令。

5.根据权利要求4所述的气体压缩机，其特征在于：

所述控制装置根据从所述上限压力H减去所述外部管道系统的压力损失而得的压力，在关闭所述吸气节流阀和打开放气阀后经过了预先设定的规定时间后、或降压到规定的压力后，向所述转速变换机构输出所述低转速的指令。

6.根据权利要求1或2所述的气体压缩机，其特征在于：

所述控制装置具有计算每单位时间的排出压力降低值的功能和设定及存储二次式的功能，

当压力降低值为0的情况下，对于所述上限压力H将H'设定为相等的值，对于下限压力L将L'设定为相等的值，在压力降低值为一定值以上的情况下，对于所述上限压力H和下限压力L，使H'和L'为降低了预先存储的压力值的值，对压力设定值H'和压力设定值L'的差和压力降低值进行二次式的计算，

当所述排出压力降低而达到压力设定值L'时，执行打开所述吸气节流阀和关闭所述放气阀中的至少一个操作，向所述转速变换机构输出全速转速的指令，

当所述排出压力上升而达到压力设定值H'时，执行关闭所述吸气节流阀和打开所述放气阀中的至少一个操作，向所述转速变换机构输出所述低转速的指令。

7.根据权利要求1或2所述的气体压缩机，其特征在于：

所述控制装置具有设定和存储负载运转时的动力处于一定范围内的排出压力与所述驱动源的转速的关系的功能，

当所述驱动源全速旋转时的排出压力较高时，使动力在一定范围内地降低转速，

当所述驱动源全速旋转时的排出压力较低时，使动力在一定范围内地提高转速。

8.根据权利要求1或2所述的气体压缩机，其特征在于：

所述控制装置存储所述上限压力H、所述下限压力L和所述驱动源的转速的关系，使得设定值变更后的所述上限压力设定值与排出压力相等时的满负载运转时的动力、与排出压力为所述上限压力设定值且等于气体压缩机的规格压力时的排出压力为所述上限压力设定值且全速转速时的动力相同，

当所述上限压力H和所述下限压力L高于气体压缩机的规格压力时，执行打开所述吸气节流阀和关闭所述放气阀中的至少一个操作，并且按照以所述全速转速驱动驱动源时的动力处于一定范围内的方式向所述转速控制机构输出降低转速的指令，

当所述上限压力H和所述下限压力L低于所述气体压缩机的规定压力时，执行打开所述吸气节流阀和关闭所述放气阀中的至少一个操作，并且按照以所述全速转速驱动驱动源时的动力处于一定范围内的方式向所述转速控制机构输出提高转速的指令。

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