JP2006152884A - オイルフリー圧縮機の速度制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 オイルフリー圧縮機の運転に要する消費動力を可及的に減少させることのできる速度制御方法を提供する。
【解決手段】 圧縮機本体１０が吸入する吸入空気温度Ｔｓの変化と、該圧縮機本体１０が設定された最高許容温度Ｔｄmaxの圧縮空気を吐出する回転数の変化との対応関係を予め求め、これを記憶手段４４に記憶させておく。
そして、前記圧縮機本体１０に吸入される吸入空気温度Ｔｓを温度センサ等によって測定し、前記記憶手段４４に記憶させておいた前記対応関係に基づいて、測定された吸入空気温度Ｔｓから、前記最高許容温度Ｔｄmaxを発生する圧縮機本体１０の回転数を算出し、該算出された回転数を前記アンロード回転数Ｎminとしてインバータ３１に対して出力・設定する。
【選択図】 図１

Description

本発明はオイルフリー圧縮機の速度制御方法に関し、より詳細には、オイルフリー圧縮機の圧縮機本体の吐出側圧力の変化に応じて、この圧縮機本体の吐出側圧力を設定された目標圧力に一致すべく、圧縮機本体の回転数を該圧縮機本体の回転数の上限である定格回転数と、回転数の下限であるアンロード回転数間において変化させることにより行うオイルフリー圧縮機の速度制御において、前記アンロード回転数を可及的に低速とすることのできる、オイルフリー圧縮機の速度制御方法に関する。

オイルフリー圧縮機は、被圧縮気体の圧縮に際して圧縮作用空間内に潤滑、冷却、密封のためのオイルの注入を必要とせず、従って油分を含まない清浄な圧縮気体の供給源として広く使用されており、一例として医療、製薬、食品加工等の各種の分野において、例えば圧縮空気を得るために使用されている。

このように、オイルフリー圧縮機は圧縮作用空間内にオイルの注入が行われないことから、圧縮機本体のシリンダ内において、おす・めすのスクリュロータがシリンダの内壁やスクリュロータ相互で接触することのないように、これらの間に微少な隙間を持たせてシリンダ内に収納すると共に、スクリュロータが相互の隙間を維持したまま、非接触の状態で回転することができるよう両スクリュロータの回転をタイミングギヤにより規制している。

このように、オイルフリースクリュ圧縮機にあっては圧縮作用空間内にオイルの導入を行わないために、シリンダ内壁とスクリュロータ間、又はスクリュロータ相互間に形成された微小間隙等の存在により圧縮作用空間が完全に密閉されたものとはなっていない。

そのため、圧縮作用空間内で圧縮途中にある被圧縮気体が、これらの微小間隙等を介して逆流するおそれがあるために、このような逆流を防止し、被圧縮気体を確実に圧縮することができるように油冷式のスクリュ圧縮機と比較してスクリュロータを高速で回転させている。

そして、このようなスクリュロータの高速回転を得るために、オイルフリー圧縮機の圧縮機本体は、エンジンやモータ等の駆動源によって発生された回転駆動力を増速してスクリュロータに伝達するための増速装置を備えており、一例として、駆動源より出力された１，５００min^−１程度の回転駆動力を、増速装置により２０，０００min^−１程度に増速してスクリュロータを回転させている。

このように構成されたオイルフリー圧縮機において、圧縮機本体を駆動する駆動源としてモータを使用する場合にあっては、圧縮機本体の吐出側圧力に応じてモータの回転数をインバータ制御し、吐出側の圧力が一定になるよう圧縮機本体の回転制御が行われている（特許文献１〜３参照）。

この発明の先行技術文献情報としては次のものがある。
特開２００１− ５０１８５号公報 特開２００１−３４２９８２号公報 特開平 ９−１１９３７９号公報

オイルフリー圧縮機は前述のように、おす・めすの両スクリュロータがシリンダの内壁やロータ相互間で接触しないように、これらの間に微小間隙を設けて回転させ、しかもこのような微小間隙を密封し得るオイルの注入も行われないために、ロータ間の接触やオイルによる密封により被圧縮気体の逆流等が防止されている油冷式の圧縮機本体とは異なり被圧縮気体の逆流が生じ易い構造となっており、このような逆流を防止するために、前述のようにスクリュロータを高速で回転させる必要があるものとなっている。

そのため、圧縮機本体が比較的低速で運転される場合には、吐出側に比べて圧力の低い吸入側に位置する圧縮作用空間に逆流する被圧縮気体の量が増えてしまい、このようにして逆流した被圧縮気体が再度圧縮されることにより、圧縮機本体から吐出される圧縮気体の温度が上昇する。

そのために、オイルの導入による冷却が行われておらず、しかも高速回転することにより油冷式の圧縮機本体に比較してただでさえ圧縮気体の温度が高温となるオイルフリースクリュ圧縮機の圧縮気体がさらに高温となり、おす・めすのスクリュロータが、前述の微小間隙以上に熱膨張して、シリンダの内壁やスクリュロータ相互間が接触して破損するおそれがある。

このことから、吐出気体の温度が圧縮機本体に破損等を生じさせることのない許容範囲の温度で運転することができるように、圧縮機本体の最低回転数、すなわちアンロード回転数が決定され、このアンロード回転数を制御の際の下限となる回転数として、圧縮機本体の速度制御を行うと共に、吐出気体の温度が、圧縮機本体を破損させるおそれのある温度（非常停止温度）以上になると圧縮機を停止させる非常停止回路を設け、圧縮機本体の破損を防止している。

このアンロード回転数の決定に際し、従来の速度制御方法にあっては、圧縮機本体に導入される吸入気体温度Ｔｓとして、想定される最高値Ｔｓmaxの吸入気体温度（一例として４０℃）のときに、圧縮機本体の吐出気体温度が最高許容温度Ｔｄmax（一例として２３０℃）未満となる圧縮機本体の回転数Ｎ₁を、当該圧縮機本体のアンロード回転数Ｎminとして設定していた（なお、このときの非常停止温度は一例として２５０℃）。

そして、吸入気体温度Ｔｓが変化しても、アンロード回転数Ｎminの設定を変更することはなかった。

しかし、一例として図４及び図５に示すように、吸入気体温度Ｔｓが、例えば前述の想定される最高値Ｔｓmaxより低いＴｓ₁（例えば０℃）のときには、圧縮機本体のアンロード回転数Ｎminを、回転数Ｎ₁よりＮ₂に低下させたとしても、この圧縮機本体の吐出気体温度Ｔｄは、最高許容温度Ｔｄmax(一例として２３０℃)の範囲内であり、圧縮機本体にロータの焼き付き等による破損のおそれは生じない。

このように、通常、アンロード回転数Ｎminは、吸入気体温度Ｔｓが、想定される最高値Ｔｓmaxである場合においても、圧縮機本体より吐出される圧縮気体の温度を最高許容温度（Ｔｄmax）以下で安全に運転することのできる回転数に設定しているが、通常の使用状態において最高値であるＴｓmaxの温度（前述の例では４０℃）の気体を圧縮機本体に吸入することは稀であり、圧縮機本体の最低回転数（アンロード回転数Ｎmin）を前述のＮ₁に設定する場合には、圧縮機本体より吐出される吐出気体の実際の温度は、最高許容温度Ｔｄmax乃至は非常停止温度に対して過剰に余裕を持たせた温度となっている。

そのため、吸入気体温度が、想定される最高値Ｔｓmaxを下回る環境下においてこのオイルフリー圧縮機を使用する場合には、圧縮機本体の回転数を更に低下させたとしても、吐出気体の最高許容温度Ｔｄmaxを越えることなく圧縮機本体を運転することが可能である。

このように、従来のオイルフリー圧縮機にあっては、想定される吸入気体温度Ｔｓの最高値Ｔｓmaxに基づいてアンロード回転数Ｎminが決定されているため、アンロード回転数Ｎminは定格回転数Ｎmaxの約３０％程度しか低減することができないものとなっていた。

また、圧縮機本体の吐出側の圧力、すなわち目標圧力Ｐｔを低下させる場合、一例として目標圧力Ｐｔの設定を例えば０．７MPaから０．５MPaに変更したときには、図４に示すように吸入気体温度Ｔｓとアンロード回転数Ｎminとの関係を示すグラフが、図中下方へシフトし、同じ吸入気体温度Ｔｓであっても目標圧力Ｐｔが低いときには、圧縮機本体が吐出する圧縮気体の温度が低下する。

しかし、従来の速度制御方法にあっては、このように目標圧力Ｐｔを変更した場合であっても、圧縮機本体のアンロード回転数Ｎminを変更することなく、速度制御を行っていた。

ところで、圧縮機本体を駆動する駆動源、一例としてモータの消費動力は回転数に比例して増加することから（図６参照）、前述のように吸入気体温度Ｔｓや目標圧力Ｐｔの変化に応じてアンロード回転数Ｎminを低下させることができれば、軽負荷運転時及びアンロード運転時において圧縮機本体の駆動に要する消費動力を更に一層低減することができ、経済的に運転を行うことができるオイルフリー圧縮機を提供することが可能となる。

因みに、図６に示すグラフにおいては、圧縮機本体のアンロード回転数をＮ₁からＮ₂迄低下する場合には、アンロード運転時における駆動源の消費動力をＷ₁からＷ₂に減少することができる。

本発明は、上述したように圧縮機本体の吐出気体温度Ｔｄは、圧縮機本体の回転数のみにより決定されるものではなく、他の要因、例えば吸入気体温度Ｔｓや圧縮機本体の吐出側圧力（目標圧力Ｐｔ）等にも依存し、これらの要因との相対的な関係において、圧縮機本体の速度制御の際の下限となる回転数（アンロード回転数Ｎmin）を可変とすることにより、アンロード回転数Ｎminを一定とする従来の速度制御方法に比較して軽負荷運転時及びアンロード運転時における消費動力をさらに低減することができる点に着目してなされたものであり、前記要因との関係において圧縮機本体の最低回転数（アンロード回転数Ｎmin）を吐出気体温度の最高許容温度Ｔｄmaxを超えない範囲において可及的に低い値に設定することにより、オイルフリー圧縮機の運転に要する消費動力を可及的に減少させることのできるオイルフリー圧縮機の速度制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のオイルフリー圧縮機の速度制御方法は、圧縮機本体１０の吐出側圧力Ｐｄが予め設定された目標圧力Ｐｔに一致すべく圧縮機本体１０の回転数を、回転数の上限である定格回転数Ｎmaxと下限であるアンロード回転数Ｎmin間で制御するオイルフリー圧縮機の速度制御において、
前記圧縮機本体１０の吐出気体温度Ｔｄの最高許容温度Ｔｄmaxを予め設定し、前記アンロード回転数Ｎminにおける前記圧縮機本体１０の吐出気体温度Ｔｄが、前記最高許容温度Ｔｄmaxと一致するよう前記圧縮機本体１０のアンロード回転数Ｎminを設定することを特徴とする（請求項１）。

前述のオイルフリースクリュ圧縮機の速度制御方法において、前記圧縮機本体１０が吸入する吸入気体温度Ｔｓの変化と、該圧縮機本体１０が前記最高許容温度Ｔｄmaxの圧縮気体を吐出する回転数の変化との対応関係を予め求めておくと共に、
前記圧縮機本体１０に吸入される吸入気体温度Ｔｓを測定し、予め求めておいた前記対応関係に基づいて、該測定された吸入気体温度Ｔｓにおいて前記最高許容温度Ｔｄmaxを発生する圧縮機本体１０の回転数を得、この得られた回転数を前記アンロード回転数Ｎminとすることができる（請求項２）。

または、所定の回転数（例えば定格回転数Ｎmax）において前記圧縮機本体１０が吐出する吐出気体温度と、該圧縮機本体１０が最高許容温度Ｔｄmaxの圧縮気体を吐出する回転数の変化との対応関係を予め求めておくと共に、
前記所定の回転数（例えば定格回転数Ｎmax）において前記圧縮機本体１０が吐出する圧縮気体の温度Ｔｄを測定し、予め求めておいた前記対応関係に基づいて、前記最高許容温度Ｔｄmaxを発生する圧縮機本体１０の回転数を得、この得られた回転数を前記アンロード回転数Ｎminとしても良い（請求項３）。

さらに、圧縮機本体１０の回転数を前記定格回転数Ｎmaxから低下させる時、前記圧縮機本体１０が吐出する圧縮気体温度Ｔｄを測定すると共に前記圧縮機本体１０において予め設定した前記最高許容温度Ｔｄmaxと比較して、前記測定された圧縮気体温度Ｔｄを前記最高許容温度Ｔｄmaxと一致させる前記圧縮機本体の回転数を前記アンロード回転数Ｎminとすることもできる（請求項４）。

さらに、前記目標圧力Ｐｔの設定を可変と成すと共に、該目標圧力Ｐｔの変化と、該圧縮機本体１０が最高許容温度Ｔｄmaxの圧縮気体を吐出する回転数の変化との対応関係を予め求めておくと共に、
前記予め求めた対応関係に基づいて、変化後の目標圧力Ｐｔにおいて前記圧縮機本体１０が前記最高許容温度Ｔｄmaxの圧縮気体を吐出する回転数を得、この得られた回転数を前記アンロード回転数Ｎminとすることもできる（請求項５）。

前述のように、前記目標圧力Ｐｔの設定を可変と成す場合において、予め求めておいた対応関係に基づき圧縮機本体１０の吸入気体温度Ｔｓに応じて前記アンロード回転数Ｎminを設定する場合（請求項２）、及び、圧縮機本体１０の吐出気体温度Ｔｄに応じて、前記アンロード回転数Ｎminを設定する場合（請求項３）には、該目標圧力Ｐｔの変化に対応して前述の対応関係をそれぞれ求めておき、
前記アンロード回転数Ｎminを設定するに際し、設定した目標圧力Ｐｔに対応する前記対応関係に基づいて、前記アンロード回転数Ｎminを設定するものとしても良い（請求項６）。

なお、前記各構成の速度制御方法において、圧縮機本体１０が吐出する吐出気体温度Ｔｄが、該圧縮機本体１０を破損させるおそれのある温度に対して所定温度低く設定された警戒温度となったとき、圧縮機本体１０の回転数を上昇させる速度制御を行うように構成しても良い（請求項７）。

以上説明した本発明の構成により、圧縮機本体１０の吸入気体温度Ｔｓ、吐出気体温度Ｔｄ、及び／又は目標圧力Ｐｔ等の運転条件の変化に応じて圧縮機本体１０のアンロード回転数Ｎminを設定することにより、アンロード回転数Ｎminを前記各条件の変化に応じて可及的に低い値に設定することができ、圧縮機本体１０の速度制御の範囲を低速側に拡張することができた。

その結果、圧縮機本体１０の低負荷運転時や、アンロード運転時における回転数を可及的に低速とすることができ、消費動力を低減して経済的に運転を行うことのできるオイルフリー圧縮機の速度制御方法を提供することができた。

特に、圧縮機本体１０が吐出する圧縮流体の温度Ｔｄを測定すると共に、この測定された圧縮流体の温度Ｔｄを最高許容温度Ｔｄmaxと一致させる圧縮機本体１０の回転数をアンロード回転数Ｎminとする場合には、アンロード回転数Ｎminを常に最も低い回転数に維持することができ、消費動力を可及的に低減させることが可能である。

さらに、圧縮機本体の吐出気体温度Ｔｄが、該圧縮機本体１０を破損させるおそれのある温度に対して所定温度低く設定された警戒温度以上になったとき、圧縮機本体１０の回転数を増加する速度制御を行う場合には、この回転数の増加により圧縮機本体１０の吐出気体温度Ｔｄを低下させることができ、圧縮機本体１０を停止することなく圧縮機本体１０のロータの焼き付きによる破損等の発生を好適に防止することができた。

次に、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら以下説明する。

なお、以下に示す実施形態にあっては、オイルフリー圧縮機を空気を圧縮する空気圧縮機として説明するが、本発明の制御方法が適用されるオイルフリー圧縮機は、空気圧縮機に限定されず、他の気体、例えば都市ガス等の燃料ガス等を圧縮する圧縮機に対しても適用可能である。

〔実施形態１〕
１．オイルフリー圧縮機の全体構成
図１において、１はオイルフリー圧縮機であり、図示の実施形態においてこのオイルフリー圧縮機１は、オイルフリースクリュ型の圧縮機本体１０と、この圧縮機本体１０の駆動源であるモータ１５、及び交流電源からの電流の周波数を変換して前記モータ１５に出力するインバータ３１を備え、前記モータ１５により圧縮機本体１０を駆動することにより、該圧縮機本体１０の吸入口１０ａに連結された吸入弁３３及び、この吸入弁３３に吸入通路３２を介して連通された吸入フィルタ３４を介して圧縮機本体１０のシリンダ内に外気が導入されると共に、このシリンダ内に導入された外気がロータの回転により圧縮され、得られた圧縮空気が圧縮機本体１０の吐出口１０ｂより吐出されるように構成されている。

なお、図１を参照して説明する以下の実施形態にあっては、圧縮機本体１０の駆動源として前述のようにモータ１５を使用すると共に、このモータ１５の回転数を制御するためのインバータ３１を設けたオイルフリー圧縮機を例として説明するが、圧縮機本体１０の駆動源は以下に説明するモータ１５に限定されず、これをエンジンとすることもでき、この場合には、前述のインバータ３１に代え、エンジンの回転数制御を行う例えば電子ガバナ等を設けても良い。

このような基本構成を備えたオイルフリー圧縮機１において、圧縮機本体１０の吐出口１０ｂには、吐出通路６１を介して圧縮空気の冷却手段であるアフタクーラ１２に連通されていると共に、該アフタクーラ１２には、このアフタクーラ１２により冷却された圧縮空気を図示せざる空気作業機等が接続された消費側に導入するための供給通路６３が連通されている。

２．容量制御装置
以上のような基本構成を備えたオイルフリー圧縮機１には、圧縮機本体１０の回転速度を制御する速度制御手段と、圧縮機本体１０に対する空気の吸入量を制御する吸入制御手段とから成る容量制御装置が設けられている。

そしてこの速度制御手段が、圧力センサ等の圧力検出手段５０によって検出された前記圧縮機本体１０の吐出側圧力Ｐｄ（本実施形態にあっては、前述の供給通路６３内の圧力）を、予め設定された目標圧力Ｐｔと一致させるように、モータ１５の回転数、従ってこのモータ１５によって駆動される圧縮機本体１０の回転数を制御し、また、吸入制御装置が、前記圧縮機本体１０の吐出側圧力Ｐｄに応じて、前記圧縮機本体１０の吸入口１０ａに設けられた吸入弁３３の開閉制御乃至は開度制御を行うことにより、圧縮機本体１０に対する空気の吸入量を制御し、このような速度制御と吸気制御とによって、圧縮機本体１０の吐出側圧力が、目標圧力Ｐｔに近付いて、略一定の圧力の圧縮空気を消費側に供給することができるように構成されている。

２−１．吸入制御手段
前述の容量制御装置を構成する一方の構成手段である前述の吸入制御手段は、図示の実施形態において、前述の吸入弁３３、該吸入弁３３を開閉するシリンダ３６、及び該シリンダ３６の作動圧室に連通された図示せざる油圧ポンプにより構成されており、圧縮機本体１０の吐出側圧力Ｐｄに応じて吸入弁３３を開閉制御することにより圧縮機本体１０の吸入量を制御して、圧縮機本体１０の吐出側圧力Ｐｄが設定された目標圧力Ｐｔとなるように制御する。

本実施形態にあっては、圧縮機本体１０の吐出側圧力Ｐｄが目標圧力Ｐｔよりも若干高く設定している圧力、すなわち、圧縮機本体の回転数Ｎが、後述する速度制御手段によってアンロード回転数Ｎminまで低下する圧力以上になると、前述の図示せざる油圧ポンプからの作動油がシリンダ３６の受圧室内に導入されてシリンダ３６が作動し、このシリンダ３６の作動によって吸入弁３３が吸入通路３２を閉じ、圧縮機本体１０は、その吸入口１０ａが閉ざされた無吸気の状態で運転される（アンロード運転）と共に、放気弁を開いて圧縮機本体から逆止弁間の圧縮空気を大気に放出するように図示せざる電磁弁へ指令信号を出力し、その後吐出通路内の圧力Ｐｄが記憶手段に記憶する目標圧力Ｐｔ(0.7MPa)以下まで下降すると、シリンダを作動して吸入弁で吸入通路を開くと共に放気弁を閉じるように図示せざる電磁弁へ指令信号を出力する。

なお、圧縮機本体１０の吐出口１０ｂに連通された吐出通路６１には、これを分岐して形成された放気通路３５が設けられていると共に、この放気通路３５を開閉する放気弁３７を設け、圧縮機本体１０の吐出側圧力Ｐｄが目標圧力Ｐｔを越えて目標圧力Ｐｔよりも若干高く設定している圧力以上になると、シリンダ３６を作動して放気弁３７で放気通路３５を開き、サイレンサ３８を介して放気することで、圧縮機本体１０の吐出口１０ｂの圧力を低下させてアンロード運転時の動力を低減している。

また、その後吐出通路内の圧力(吐出側圧力)Ｐｄが目標圧力Ｐｔ以下まで下降すると、シリンダ３６を作動して吸入弁３３で吸入通路３２を開くと共に放気弁３７で放気通路３５を閉じて、圧縮機本体１０は吸気を再開して消費側へ圧縮空気の供給をする。

２−２．速度制御手段
前述の容量制御装置の他方の構成手段である速度制御手段は、検出された圧縮機本体１０の吐出側圧力Ｐｄに応じて圧縮機本体１０の回転数Ｎを制御して、回転数の下限であるアンロード回転数Ｎminと、回転数の上限である定格回転数Ｎmaxとの間で圧縮機本体１０の回転数を、圧縮機本体１０の吐出側圧力Ｐｄが目標圧力Ｐｔに一致すべく制御するものであり、本発明の速度制御方法を実施する速度制御手段は、圧縮機本体１０に吸入される吸入空気温度Ｔｓに応じて圧縮機本体１０より吐出される圧縮空気の温度として許容し得る温度の上限（最高許容温度Ｔｄmax）を発生する圧縮機本体１０の回転数を、前述のアンロード回転数Ｎminとして設定し、この設定されたアンロード回転数Ｎminと前記定格回転数Ｎmaxとの間で前述の速度制御を行う。

この速度制御手段は、圧縮機本体１０の吐出側圧力（本実施形態にあっては供給通路６３内の圧力）Ｐｄを検出する圧力検出手段５０と、圧縮機本体１０に対する吸入空気温度を測定する吸入空気温度検出手段５２、圧縮機本体の吐出空気温度を検出する吐出空気温度検出手段５４、交流電源より入力される電源周波数を所望の出力周波数に変換して前記圧縮機本体１０を駆動するモータ１５に出力するインバータ３１、及び、前記インバータ３１に対し、モータ１５に出力する駆動信号の周波数変更を指令する指令信号を出力する制御装置４０によって構成されている。

（１）インバータ
前述のうちのインバータ３１は、後述する制御装置４０より受信した指令信号に従って、これに対応する駆動信号の出力周波数を演算する図示せざるＰＩ演算回路乃至はＰＩＤ演算回路が設けられており、インバータ３１は、この演算回路による演算結果に従った出力周波数の駆動信号をモータ１５に出力することで、圧縮機本体の運転速度の制御を行っている。

このＰＩ演算回路乃至はＰＩＤ演算回路により算出される出力周波数は、前記モータ１５の回転数を、圧縮機本体の吐出側の圧力Ｐｄ（本実施形態にあっては供給通路６３内の圧力）と、予め設定された目標圧力Ｐｔとを一致させるように変化させるもので、後述する制御装置４０より受信した指令信号に含まれる、吐出側圧力Ｐｄのデータと、目標圧力Ｐｔのデータとに従って、モータ１５に対して出力する駆動信号の周波数を演算し、得られた周波数の駆動信号がモータ１５に入力される。

これにより、圧縮機本体１０の吐出側圧力Ｐｄが速度制御のために予め設定された目標圧力Ｐｔ以下のとき、インバータ３１は、モータ１５の回転数を定格回転数Ｎmaxまで上昇させるようにモータに出力する駆動信号の周波数を徐々に上昇して圧縮機本体１０の運転速度を定格回転数Ｎmax迄増加させる一方、圧縮機本体１０の吐出側圧力Ｐｄが設定された前記目標圧力Ｐｔを越える場合には、モータ１５の回転数を、圧縮機本体１０の回転数をアンロード回転数Ｎminまで減少させるように前記モータ１５に出力する駆動信号の周波数を徐々に減少させて、圧縮機本体１０の運転速度をアンロード回転数Ｎminまで減少させる速度制御を行う。

なお、圧縮機本体１０の吐出側圧力Ｐｄが予め設定された目標圧力Ｐｔと一致する場合には、前記圧力が一致したときのモータ１５の回転数を維持するように、モータ１５に対して出力する駆動信号の出力周波数を、増減せずに一定に維持して出力する。

（２）制御装置
前述のインバータ３１に対し、前記指令信号を出力する前述の制御装置４０は、前述の吸入空気温度検出手段５２、吐出空気温度検出手段５４、及び圧力検出手段５０の各検出手段からの検出信号に基づいて、インバータ３１へ出力する指令信号、その他の信号を生成し、これらを前記インバータ３１に対して出力することによりモータ１５に対して出力する駆動信号の周波数変更、その他の動作を前記インバータ３１に対して行わせる。

この制御装置４０は、例えば所定の記憶領域（例えば図１中の記憶手段４４等）に予め記憶されたプログラムを実行することにより必要な処理を行う、例えばマイクロプロセッサ等の処理手段を備えた電子制御装置によって構成することができ、前記処理手段が前記プログラムを実行することにより、本発明の方法による速度制御を行うために必要な手段が、該電子制御装置において実現するように構成されている。

本実施形態にあっては、この制御装置４０においてアンロード回転数設定手段４１、指令信号発生手段４２、及び停止信号発生手段４３が実現され、これらの各手段がそれぞれ下記の動作を行うことにより、本発明の速度制御方法が実行される。

(2-1) アンロード回転数設定手段
前述のアンロード回転数設定手段４１は、予め実験等により求められ、前記記憶手段４４に記憶された、圧縮機本体１０に対する吸入空気温度Ｔｓの変化と、この吸入空気温度Ｔｓを変化させた場合において、圧縮機本体１０の吐出空気温度Ｔｄが、最高許容温度Ｔｄmaxとなる圧縮機本体１０の回転数の変化との対応関係（図４参照）に従って、吸入空気温度検出手段５２が検出した吸入空気温度Ｔｓに基づいて該圧縮機本体１０が前記最高許容温度Ｔｄmaxを発生する回転数を演算して求め、この求められた回転数を速度制御の際の前述のアンロード回転数Ｎminとしてインバータ３１に対して出力・設定する。

なお、ここで前述の最高許容温度Ｔｄmaxとは、当該圧縮機本体１０の吐出空気温度の上限値として設定された温度であり、該圧縮機本体１０を破損させるおそれのある温度（例えば、後述する非常停止温度；一例として２５０℃）を前述の最高許容温度Ｔｄmaxとして設定しても良く、又は、この温度に対して所定の余裕分低く設定された温度（一例として、２３０℃）を最高許容温度Ｔｄmaxとしても良い。

また、前記アンロード回転数設定手段４１により演算して求められたアンロード回転数Ｎminは、吸入空気温度検出手段５２により検出された吸入空気温度Ｔｓの変化に応じて随時変化するように構成し、その都度インバータ３１に対して出力・設定しても良い。

さらに、圧縮機本体１０に吸入される空気の温度を検出する前述の吸入空気温度検出手段５２は、図示の実施形態にあっては圧縮機本体１０の吸入口１０ａに連通された吸入通路３２内の温度を検出するように構成しているが、この吸入空気温度検出手段５２は、図示の位置に限定されず、例えば圧縮機本体１０のパッケージ内の空気温度、又はパッケージ外の空気温度を検出する等、圧縮機本体１０に吸入される空気の温度を検出可能なものであれば、その配置は図示の例に限定されない。

(2-2) 指令信号発生手段
制御装置４０において実現される手段のうち、前述の指令信号発生手段４２は、速度制御の際の動作の基準となる圧力として予め設定され、前述の記憶手段４４に記憶された目標圧力Ｐｔと、圧力検出手段５０により検出された供給通路６３内の吐出側圧力Ｐｄとを、インバータ３１のＰＩ演算回路乃至はＰＩＤ演算回路が利用可能な目標圧力信号と吐出側圧力信号の指令信号に変換してインバータへ出力する。

なお、この目標圧力Ｐｔは、これを前記記憶手段４４に記憶することなく、制御装置４０に別途設けられた目標圧力設定手段の操作により変更できるようにしてもよい。

この、指令信号発生手段４２によって出力された指令信号を受信したインバータ３１は、吐出通路内の圧力Ｐｄが目標圧力Ｐｔ以下の場合、モータ１５の最高出力を超えない範囲で圧縮機本体１０の回転数Ｎを定格回転数Ｎmaxまで上昇するように周波数を徐々に上昇させ、供給通路６３内の圧力Ｐｄが目標圧力Ｐｔを超える場合、圧縮機本体１０の回転数Ｎをアンロード回転数Ｎminを下限として周波数を徐々に減少させ、これにより、圧縮機本体１０の吐出側圧力Ｐｄを目標圧力Ｐｔに近付ける。

(2-3) 停止信号発生手段
さらに、前述の停止信号発生手段４３は、前述の吐出空気温度検出手段５４及びインバータ３１と共働して吐出空気温度が圧縮機本体を破損させるおそれのある温度（非常停止温度；一例として２５０℃）以上になると圧縮機を停止させる非常停止回路を構成するもので、圧縮機本体に破損を生じさせるおそれのある温度として記憶手段４４に記憶された吐出空気温度（非常停止温度；一例として２５０℃）と吐出空気温度検出手段５４が検出する吐出空気温度Ｔｄとを比較し、吐出空気温度Ｔｄが前記非常停止温度以上となったときインバータ３１へ停止信号を出力する。

停止信号を受信したインバータ３１は、モータ１５に対する駆動信号の出力を停止してモータ１５を停止させ、従って圧縮機本体１０が停止して、温度の過剰な上昇によるロータの焼き付き等による圧縮機本体１０の破損等が防止されている。

この吐出空気温度検出手段５４は、圧縮機本体１０のケーシングに形成された吐出口１０ｂ内の圧縮空気温度を検出するようにしてもよく、また吐出口１０ｂを出た後の吐出通路６１内の圧縮空気の温度を検出するようにしてもよい。

吐出空気温度検出手段５４は、温度スイッチ、温度センサのいずれでもよく、非常停止温度で作動する接点を備える温度スイッチを使用する場合には、吐出空気温度検出手段５４の検出信号により吐出空気温度Ｔｄが非常停止温度を越えていることが判定できるため、この場合には制御装置４０の記憶手段４４に非常停止温度を記憶させることを要しない。

なお、この停止信号発生手段４３にあっては、圧縮機本体１０の吐出空気温度が非常停止温度以上となったとき、圧縮機本体１０の回転を停止させるものであるが、圧縮機本体１０の吐出空気温度が過剰に上昇することによるロータの焼き付き等を防止するための構成として、前述の停止信号発生手段４３と共に、制御装置４０において増速指令信号発生手段（図示せず）を設けるものとしても良い。

この増速指令信号発生手段は、前述の吐出空気温度検出手段５４により検出された吐出空気温度Ｔｄが、非常停止温度に対して所定の温度低く設定された警戒温度となったとき、インバータ３１に対してモータ１５を増速させる指令信号を出力し、これにより圧縮機本体１０の回転数を上昇させて、圧縮機本体１０より吐出される圧縮空気の温度Ｔｄを低下させるものである。

このように、停止信号発生手段４３に代えて増速指令信号発生手段を設ける場合には、圧縮機本体１０を停止させることなく圧縮機本体１０の吐出空気温度Ｔｄを低下させることができる。

そのため、前述のように圧縮機本体１０を停止する場合には、該オイルフリー圧縮機１より圧縮空気の供給を受けて作動する図示せざる空気作業機等についても、圧縮機本体１０の停止後、再始動により圧縮機本体１０の吐出側圧力Ｐｄが再度目標圧力Ｐｔに上昇する迄作業が停止されるが、このように圧縮機本体１０の回転数を増加させることにより吐出空気温度Ｔｄを低下する場合には、このような空気作業機等の停止を行う必要がない。

なお、増速指令信号発生手段より出力される増速指令信号は、吐出空気温度検出手段によって検出された圧縮空気の温度Ｔｄが、前述の警戒温度以下となる迄徐々に圧縮機本体１０の回転数を上昇させる周波数変化をインバータ３１に対して行わせるものであっても良く、又は、予め設定された所定の回転数に圧縮機本体の回転数を増速させるものであっても良く、圧縮機本体１０の増速により、圧縮機本体１０より吐出される圧縮空気の温度を警戒温度以下とすることができるものであれば、その制御方法は前述のものに限定されない。

〔実施形態２〕
以上、実施形態１として説明した速度制御方法にあっては、制御装置４０のアンロード回転数設定手段４１は、吸入空気温度検出手段５２によって検出された、圧縮機本体１０に導入される空気の温度Ｔｓ、図示の実施形態にあっては吸入通路３２内の空気温度に基づいて、アンロード回転数Ｎminを設定するものとして説明したが、制御装置４０のアンロード回転数設定手段４１によるアンロード回転数Ｎminの設定は、圧縮機本体１０より吐出される圧縮空気の温度Ｔｄに基づいて行うように構成しても良い。

この場合には、制御装置４０の記憶手段４４には、所定の回転数、例えば定格回転数Ｎmaxで圧縮機本体１０を駆動した際において該圧縮機本体１０が吐出する圧縮空気の温度と、この条件で運転されている圧縮機本体１０が、最高許容温度Ｔｄmaxの圧縮空気を吐出する回転数との対応関係を予め記憶させておき、圧縮機本体１０の始動後、定格回転数Ｎmaxで運転された際の吐出空気の温度Ｔｄを吐出空気温度検出手段５４で検出し、この吐出空気温度検出手段５４によって検出された吐出空気温度Ｔｄに基づいて、アンロード回転数設定手段４１がアンロード回転数Ｎminを算出し、記憶手段４４に記憶・設定するように構成しても良い。

このアンロード回転数Ｎminの設定により、制御装置４０の指令信号発生手段４２は、インバータ３１に対する指令信号の出力に際し、設定されたアンロード回転数Ｎminが圧縮機本体１０の回転数の下限となるように圧縮機本体１０の速度制御を行う指令信号をインバータ３１に対して出力する。

このように、圧縮機本体１０より吐出される吐出空気温度Ｔｄに基づいてアンロード回転数Ｎminを設定する場合には、吸入空気温度Ｔｓに基づいてアンロード回転数Ｎminを設定する場合に比較して誤差が少なく、アンロード回転数Ｎminの設定をより一層低速とすることが可能であり、その結果、圧縮機本体の消費動力Ｗをさらに低減することができる。

〔実施形態３〕
以上説明した実施形態にあっては、圧縮機本体１０に吸入される空気の温度Ｔｓ、圧縮機本体１０より吐出される圧縮空気の温度Ｔｄを測定し、吸入空気温度Ｔｓ乃至は吐出空気温度Ｔｄと、予め求めておいた圧縮機本体１０の回転数との対応関係に基づいて、アンロード回転数Ｎminを決定するものとして説明したが、このような対応関係を予め求めておくことなく、測定された圧縮機本体１０の吐出空気温度Ｔｄに基づいて直接、アンロード回転数Ｎminを決定するよう構成しても良い。

この場合には、圧縮機本体１０の吐出側圧力Ｐｄが目標圧力Ｐｔ以上となり、圧縮機本体１０の回転数が定格回転数Ｎmaxから徐々に低下してアンロード運転に移行する過程において、圧縮機本体１０が吐出する吐出空気温度Ｔｄを吐出空気温度検出手段５４により検出し、検出された吐出空気温度Ｔｄが、予め設定された最高許容温度Ｔｄmaxとなる迄、圧縮機本体１０の回転数を低下させていき、圧縮機本体１０の吐出空気温度Ｔｄを最高許容温度Ｔｄmaxと一致させる圧縮機本体１０の回転数をアンロード回転数Ｎminとする。

このような速度制御を行う制御装置の基本的な構成については、図１を参照して説明した前述の実施形態１と同様の構成を採用することができるが、アンロード回転数Ｎminの決定方法の相違により制御装置４０の各手段、特にアンロード回転数設定手段４１及び指令信号発生手段４２の動作が異なり、一例として図２に示すように、圧力検出手段５０によって検出された圧縮機本体１０の吐出側圧力Ｐｄが目標圧力Ｐｔ以上になると（Ｐｄ≧Ｐｔ）、指令信号発生手段４２が、インバータ３１に対し、圧縮機本体１０の回転数を予め設定された所定の回転数（一例として、仮設定されたアンロード回転数Ｎmin’）に低下させる速度制御を開始する。

また、圧縮機本体１０の吐出側圧力Ｐｄが目標圧力Ｐｔ以上になると（Ｐｄ≧Ｐｔ）、制御装置４０のアンロード回転数設定手段４１も起動して、吐出空気温度検出手段５４によって検出された吐出空気温度Ｔｄが、記憶手段４４に予め記憶された最高許容温度Ｔｄmaxと比較される。

この比較の結果、検出された吐出空気温度Ｔｄが、最高許容温度Ｔｄmax未満（Ｔｄ＜Ｔｄmax）であると、アンロード回転数設定手段４１は、前記仮設定されたアンロード回転数Ｎmin’から、所定回転数ΔＮを減算した回転数Ｎmin’’を算出し、指令信号発生手段４２は、前記仮設定アンロード回転数Ｎmin’を、前記アンロード回転数設定手段４１によって算出された新たな仮設定アンロード回転数Ｎmin’’に置き換え、圧縮機本体１０の回転数Ｎが、この新たな仮設定アンロード回転数Ｎmin’’となるようにインバータ３１に対する指令信号を出力する。

そして、アンロード回転数設定手段４１は、この新たな仮設定アンロード回転数Ｎmin’’で運転されている圧縮機本体１０の吐出空気温度Ｔｄをさらに最高許容温度Ｔｄmaxと比較し、吐出空気温度Ｔｄが未だ最高許容温度Ｔｄmax未満である場合には、この比較結果に従って前記算出された仮設定アンロード回転数Ｎmin’’よりさらに回転数をΔＮ減少した回転数を算出して、この算出された回転数を前記仮設定アンロード回転数と置き換える。この作業を圧縮機本体１０の吐出空気温度Ｔｄが、最高許容温度Ｔｄmaxと一致する迄行って、指令信号発生手段４２に段階的に圧縮機本体１０の回転数を減速させる動作を行わせる。

なお、前述の所定回転数ΔＮは、これを一定値としても良いが、測定された吐出空気温度Ｔｄと、前記最高許容温度Ｔｄmaxとの差が大きいとき、ΔＮを大きく、差が縮まるにつれてΔＮを減少するように制御しても良い。

また、アンロード回転数設定手段４１は、仮設定アンロード回転数がＮmin’，Ｎmin’’・・・と減少することにより、検出された圧縮機本体１０の吐出空気温度Ｔｄが最高許容温度Ｔｄmaxを越えた場合、図３に示すように、圧縮機本体１０の回転数を例えばΔＮ増加する制御を行っても良く、測定された吐出空気温度Ｔｄの変化に対応して、アンロード回転数Ｎminは増減するものとしても良い。

なお、以上の説明にあっては、指令信号発生手段４２は、圧縮機本体１０の吐出側圧力Ｐｄが目標圧力Ｐｔ以上となったとき、圧縮機本体１０の回転数を所定の仮設定アンロード回転数Ｎmin’に低下させる速度制御を開始するものとして説明したが、指令信号発生手段４２を、圧縮機本体１０の吐出側圧力Ｐｄが目標圧力Ｐｔ以上になったときに圧縮機本体１０の回転数Ｎをリニアに低下する指令信号を変化させてインバータ３１に出力するように構成すると共に、アンロード回転数設定手段４１が圧縮機本体の吐出空気温度Ｔｄと最高許容温度Ｔｄmaxとの一致を検出したとき、前記指令信号発生手段４２が指令信号の変化を停止して、アンロード回転数設定手段４１が圧縮機本体の吐出空気温度Ｔｄと最高許容温度Ｔｄmaxとの一致を検出したときの圧縮機本体１０の回転数をアンロード回転数Ｎminとしても良く、この場合には、例えば記憶手段４４に前述の仮設定アンロード回転数Ｎmin’や、減算する回転数ΔＮ等を記憶させておくことを要しない。

なお、制御装置４０には、前述の実施形態１の場合と同様に圧縮機本体１０の吐出空気温度Ｔｄが非常停止温度（例えば、２５０℃）以上となったときにモータ１５を停止する停止信号発生手段４３を設けることができ、この場合には、好ましくは前述の最高許容温度Ｔｄmaxを、前記非常停止温度以下の温度に設定する。

以上説明した本実施形態の速度制御方法にあっては、圧縮機本体１０の吐出空気温度Ｔｄに従って圧縮機本体１０のアンロード回転数Ｎminが決定されることから、圧縮機本体１０のアンロード回転数Ｎminを最高許容温度Ｔｄmaxを発生する回転数に正確に一致させることが可能となり、圧縮機本体１０の低速側の回転速度を可及的に拡張することができるものとなっている。

〔実施形態４〕
以上説明した実施形態にあっては、制御装置４０のアンロード回転数設定手段４１は、圧縮機本体１０に吸入される空気の温度Ｔｓ、又は、圧縮機本体１０より吐出される圧縮空気の温度Ｔｄに基づいて、圧縮機本体１０のアンロード回転数Ｎminを設定するものとして説明したが、これらの構成に代えて、又は実施形態１又は２の構成にあってはこれらの構成と共に、圧縮機本体１０の吐出側圧力Ｐｄの目標とする前述の目標圧力Ｐｔを可変としたオイルフリー圧縮機１にあっては、この目標圧力Ｐｔの変化に対応して圧縮機本体１０のアンロード回転数Ｎminを可変とする構成としても良い。

なお、前述の実施形態３の速度制御方法にあっては圧縮機本体１０の吐出空気温度Ｔｄを直接最高許容温度Ｔｄmaxと比較するため、目標圧力Ｐｔの変更に伴う吐出空気温度Ｔｄの変化は、直接圧縮機本体１０のアンロード回転数Ｎminに反映されることから、以下の構成を組み合わせる必要はない。

図４を参照して説明したように、目標圧力Ｐｔを低く設定する場合には、吐出側圧力Ｐｄが低下して、目標圧力Ｐｔを高く設定した場合に比較して吐出空気温度Ｔｄが低下する。

従って、圧縮機本体１０の吐出側における目標圧力Ｐｔを低圧に設定する場合には、圧縮機本体１０のアンロード回転数Ｎminを低速とした場合であっても、圧縮機本体１０の吐出空気温度を比較的低温に維持することができる。

このように、圧縮機本体１０の吐出側における目標圧力Ｐｔを可変とする場合には、前述の制御装置４０の記憶手段４４に、目標圧力Ｐｔの変化と最高許容温度Ｔｄmaxを発生する圧縮機本体１０の回転数の変化との対応関係を予め記憶させておき、この対応関係に基づいて制御装置４０のアンロード回転数設定手段４１が、設定された目標圧力Ｐｔに対応したアンロード回転数Ｎminを設定するように構成しても良い。

また、前述のように圧縮機本体１０の吸入空気温度Ｔｓを検出して、この検出された吸入空気温度Ｔｓに対応したアンロード回転数Ｎminを設定可能に構成する場合には吸入空気温度Ｔｓの変化と圧縮機本体１０が最高許容温度Ｔｄmaxを発生する回転数の変化の対応関係を、例えば、目標圧力Ｐｔとして設定可能な数値毎に記憶する等、目標圧力Ｐｔの変化に対応して記憶手段に記憶しておく。

また、同様に、圧縮機本体１０の吐出空気温度Ｔｄを検出してアンロード回転数Ｎminを設定可能に構成する場合には、圧縮機本体１０より吐出される圧縮空気温度Ｔｄの変化と、最高許容温度Ｔｄmaxを発生させる圧縮機本体１０の回転数の変化との対応関係を、目標圧力Ｐｔの変化に対応して記憶手段に記憶しておく。

そして、アンロード回転数設定手段４１が、設定された目標圧力Ｐｔと、吸入空気温度検出手段５２又は吐出空気温度検出手段５４が検出した空気温度に基づいて、記憶手段４４に記憶された対応関係の中から、設定された目標圧力Ｐｔに応じた対応関係を参照して、前述のアンロード回転数Ｎminの設定を行うように構成しても良い。

オイルフリー圧縮機の構成を示す説明図。 実施形態３におけるアンロード回転数の設定手順を示すフロー。 実施形態３における別のアンロード回転数の設定手順を示すフロー。 吸入空気温度の変化と最高許容温度Ｔｄmaxを発生する圧縮機本体の回転数の変化の対応関係を示すグラフ。 吸入空気温度４０℃及び０℃における圧縮機本体の回転数の変化と吐出空気温度の変化との対応関係を示すグラフ。 圧縮機本体の回転数と消費動力との関係を示すグラフ。

符号の説明

１ オイルフリー圧縮機
１０ 圧縮機本体
１０ａ 吸入口
１０ｂ 吐出口
１２ アフタクーラ
１５ モータ
３１ インバータ
３２ 吸入通路
３３ 吸入弁
３４ 吸入フィルタ
３５ 放気通路
３６ シリンダ
３７ 放気弁
３８ サイレンサ
４０ 制御装置
４１ アンロード回転数設定手段
４２ 指令信号発生手段
４３ 停止信号発生手段
４４ 記憶手段
５０ 圧力検出手段（圧力センサ）
５２ 吸入空気温度検出手段
５４ 吐出空気温度検出手段
６１ 吐出通路
６３ 供給通路

Claims (7)

1. 圧縮機本体の吐出側圧力が予め設定された目標圧力に一致すべく圧縮機本体の回転数を、回転数の上限である定格回転数と下限であるアンロード回転数間で制御するオイルフリー圧縮機の速度制御において、
   前記圧縮機本体の吐出気体温度の最高許容温度を予め設定し、前記アンロード回転数における前記圧縮機本体の吐出気体温度が、前記最高許容温度と一致するよう前記圧縮機本体のアンロード回転数を設定することを特徴とするオイルフリー圧縮機の速度制御方法。
2. 前記圧縮機本体が吸入する吸入気体温度の変化と、該圧縮機本体に前記最高許容温度の圧縮気体を吐出させる回転数の変化との対応関係を予め求めておくと共に、
   前記圧縮機本体に吸入される吸入気体温度を測定し、予め求めておいた前記対応関係に基づいて、該測定された吸入気体温度において前記最高許容温度を発生する圧縮機本体の回転数を得、この得られた回転数を前記アンロード回転数とすることを特徴とする請求項１記載のオイルフリー圧縮機の速度制御方法。
3. 所定の回転数において前記圧縮機本体が吐出する吐出気体温度の変化と、該圧縮機本体に前記最高許容温度の圧縮気体を吐出させる回転数の変化との対応関係を予め求めておくと共に、
   前記所定の回転数において前記圧縮機本体が吐出する圧縮気体の温度を測定し、予め求めておいた前記対応関係に基づいて、前記最高許容温度を発生する圧縮機本体の回転数を得、この得られた回転数を前記アンロード回転数とすることを特徴とする請求項１記載のオイルフリー圧縮機の速度制御方法。
4. 前記圧縮機本体の回転数を前記定格回転数から低下させる時、前記圧縮機本体が吐出する圧縮気体温度を測定して前記最高許容温度と比較し、前記測定された圧縮気体温度を前記最高許容温度と一致させる前記圧縮機本体の回転数を前記アンロード回転数とすることを特徴とする請求項１記載のオイルフリー圧縮機の速度制御方法。
5. 前記目標圧力の設定を可変と成すと共に、該目標圧力の変化と、該圧縮機本体に前記最高許容温度の圧縮気体を吐出させる回転数の変化との対応関係を予め求めておくと共に、
   前記予め求めた対応関係に基づいて、変化後の目標圧力において前記圧縮機本体が前記最高許容温度の圧縮気体を吐出する回転数を得、この得られた回転数を前記アンロード回転数とすることを特徴とする請求項１記載のオイルフリー圧縮機の速度制御方法。
6. 前記目標圧力の設定を可変と成すと共に、前記対応関係を該目標圧力の変化に対応して予め求めておき、
   前記アンロード回転数を設定するに際し、設定した目標圧力に対応する前記対応関係に基づいて、前記アンロード回転数を設定することを特徴とする請求項２又は３記載のオイルフリー圧縮機の速度制御方法。
7. 圧縮機本体が吐出する吐出気体温度が、該圧縮機本体を破損させるおそれのある温度に対して所定温度低く設定された警戒温度となったとき、前記圧縮機本体の回転数を上昇させることを特徴とする請求項１〜６いずれか１項記載のオイルフリー圧縮機の速度制御方法。
   

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