JP2019082111A

JP2019082111A - 圧縮機

Info

Publication number: JP2019082111A
Application number: JP2016051855A
Authority: JP
Inventors: 崇中島; Takashi Nakajima; 彰伊与泉; Akira IYOZUMI; 征和長谷; Masakazu Hase; 太田　広志; Hiroshi Ota; 広志太田; 裕之宮本; Hiroyuki Miyamoto
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2016-03-16
Filing date: 2016-03-16
Publication date: 2019-05-30
Also published as: WO2017159279A1

Abstract

【課題】圧縮機において、ユーザ側への供給圧力の安定を図ると共に効率的な省エネを図る。【解決手段】回転速度を可変速することで空気の容量制御を行う圧縮機本体と、前記圧縮機本体を駆動する電動機と、前記電動機の回転数を可変速制御する可変速装置と、前記圧縮機本体の吐出空気が流通する吐出空気系統と、前記圧縮機本体の吐出側圧力を検出する圧力検知手段と、前記吐出側圧力及び設定した目標圧力設定値の偏差に基づいてＰＩまたはＰＩＤ演算を行い、前記可変速装置に回転数の指令値を与える制御装置とを備える圧縮機であって、前記制御装置が、前記圧縮機の吐出空気系統の圧力損失を、前記ＰＩ或いはＰＩＤ演算した値又は圧縮機の回転数と、前記圧力検出手段で検出した吐出側圧力から所定の時間間隔毎に演算した吐出側圧力の変移量とに基づいて、前記目標圧力設定値を変更する手段を備える。【選択図】図５

Description

本発明はインバータ等により、可変速制御される圧縮機本体を備えた圧縮機に関する。

スクリュー等の圧縮手段を用いた圧縮機本体を使用する圧縮機では、インバータ等の電力変換装置を用いた可変速制御の圧縮機が知られている。圧縮機の運転は圧縮機に内蔵する圧力検出手段で制御された吐出圧力を元に行われ、省エネが図られている。

圧縮機本体の空気吐出口から下流の配管系統（空気槽やユーザ側機器等）では、末端に近くなるほど圧力損失が大きくなるが、圧力損失は、圧縮機本体の吐出空気量と、末端での使用空気量とで変化する。更に、吐出空気系統には通常エアフィルタ等の経年的に圧力損失が変化する。

このため空気配管系統末端での圧力を一定以上に保つ必要から、最大圧力損失を見込んで圧縮機本体の吐出圧力の設定値を高く設定することが一般的であり、使用空気量が少ない場合でも、吐出圧力は余分に高く設定されてしまう。また、例えば、平日や土日といった仕様環境によって、使用する吐出空気の量や圧力も異なる場合が多いため、例えば日毎によって使用する圧縮機や吐出空気系統及び圧縮機の圧力設定を変更することが多い。使用空気量が少ないと吐出空気系統の圧力損失は小さくなるが、圧力設定値は上記のように通常固定されたままのため、圧縮機は必要以上に吐出圧力を上昇させ、余分な電力を消費していることになる。

省エネ効果を得つつ供給圧力の安定を図るために、特許文献１は、圧縮機の吐出側に接続された吐出空気系統の上流側位置での圧縮機本体の吐出圧力を検出する圧力センサと、吐出空気系統の圧力損失を電動機の回転数に応じて演算し、これに基づき吐出空気系統の下流側位置での末端圧力が所定範囲となるように吐出空気系統の上流側位置での圧縮機本体の吐出圧力の制御範囲を変更し、圧力センサで検出した圧縮機本体の吐出圧力がその変更した制御範囲となるように、インバータを介して電動機の回転数を可変速制御する制御装置を備える圧縮機を開示する。

また、特許文献２は、圧縮機に設置された空気の吐出空気系統と、圧縮機側に近い上流の第１の圧力検知手段と、圧縮機側から離れた末端側の第２の圧力検知手段と、制御装置を備え、制御装置は、圧力検知手段で検出した圧力値を元にＰＩＤ演算を行い圧縮機の回転数を可変する機能と、第１の圧力値と第２の圧力検知手段で検出した第２の圧力値との圧力差を演算する機能と、第１の圧力値から圧力差を減算した値を演算するための機能と、ＰＩＤ演算値または圧縮機回転数に応じた第２の圧力値を一定以内にするための目標圧力設定値の関係を設定、記憶する機能を備える圧縮機を開示する。

特開２００８-１９７４６号公報特開２０１０-２４８４５号公報

特許文献１は、吐出空気系統の圧力損失を電動機の回転数に応じて演算で求めているため、吐出空気系統の下流側位置での末端圧力が、負荷変動による途中の圧力損失の変化により急激に変化したとき、圧力損失の変化を電動機の回転数に反映させるのに応答遅れが生ずる可能性もあり、省エネ面で更に改善できる余地がある。また、この応答遅れにより末端圧力の急激な変化に対し、回転数の増減がハンチングする虞もあり、これを防止する余地もある。

特許文献２は、圧縮機の吐出空気量を導く空気の吐出空気系統の圧縮機側に近い第１の吐出圧力を検知する第１圧力検知手段と、前記吐出空気系統の末端側に近い第２の吐出圧力を検知する第２圧力検知手段という複数地点での実測値を用いる点で、より省エネ面等で効率化を実現できるものであるが、装置構成のより簡便化の面で改善できる余地がある。
よりユーザ側への供給圧力の安定を図ると共に効率的な省エネを図る技術が望まれる。

上記課題を解決するために、例えば、特許請求の範囲に記載の構成を適用する。即ち回転速度を可変速することで空気の容量制御を行う圧縮機本体と、前記圧縮機本体を駆動する電動機と、前記電動機の回転数を可変速制御する可変速装置と、前記圧縮機本体の吐出空気が流通する吐出空気系統と、前記圧縮機本体の吐出側圧力を検出する圧力検知手段と、前記吐出側圧力及び設定した目標圧力設定値の偏差に基づいてＰＩまたはＰＩＤ演算を行い、前記可変速装置に回転数の指令値を与える制御装置とを備える圧縮機であって、前記制御装置が、前記圧縮機の吐出空気系統の圧力損失を、前記ＰＩ或いはＰＩＤ演算した値又は圧縮機の回転数と、前記圧力検出手段で検出した吐出側圧力から所定の時間間隔毎に演算した吐出側圧力の変移量とに基づいて、前記目標圧力設定値を変更する手段を備えるものである。

本発明によれば、供給圧力の更なる安定化及び更なる省エネ効果を期待することができる。

本発明を適用した実施例による圧縮機の構成を模式的に示すブロック図である。本実施例による回転数比遅延時間適用値Ｆaｄを用いたＦaｄ／Ｎmaxと、圧縮機本体１の吐出圧力の制御値Ｐ１との特性を示す図である。本実施例による回転数比と、電動機の回転数比の遅延時間適用値と、圧縮機吐出圧力と、末端圧力の経時変化との関係を示すタイムチャートの例である。本実施例による吐出側圧力と、吐出側圧力の変化率とを基に、回転数比にかける倍率の経時変化を示すタイムチャートの例である本実施例による目標圧力を管理する処理例を示すフローチャートである。

以下、図面を用いて本発明を実施するための形態を詳細に説明する。

図１に、本発明を適用した実施例による圧縮機１００等の構成を模式的に示す。圧縮機１００は、圧縮機本体１と、圧縮機本体１を駆動する電動機２と、電動機２の回転数を可変速制御するインバータ３と、インバータ３を制御する制御装置４と、圧縮機本体１の吸込み側に配置する吸込み絞り弁５と、吸込み絞り弁５の上流側に配置する吸込みフィルタ６と、圧縮機本体１の吐出側と接続し圧縮機本体１から吐き出された圧縮空気が供給側に流れる吐出系統７と、制御装置４とを備える。

圧縮機１００は、吐出系統７に、圧縮機本体１から下流に向かう順番で逆止弁８及び圧縮機本体１からの吐出空気圧を検出する圧力センサ９を配置する。また、吐出系統７は、圧縮機本体１と逆止弁８の間から分岐して吸込み絞り弁５と接続する制御圧配管系統１２と接続され、制御圧配管系統１２は、開閉によって吸込み絞り弁５に供給する制御圧の調整を行う制御弁１３を配置する。
圧縮機１００は、上記種々の構成要素の全部をパッケージ筺体内に有するものとするが、一部が筺体外に配置する構成であってもよい。

また、圧縮機１００は、吐出系統７を介して、圧縮空気を貯留する空気槽（リザーバタンク）１０と接続され、空気槽１０の下流側には、エアフィルタ１１が配置される。エアフィルタ１１から下流の配管から、圧縮空気がユーザ機器に供給されるようになっている。

制御装置４は、例えば、演算装置とプログラムの協動によって実現される機能部であり、所定の演算値を予め記憶するメモリ（不図示）や種々の外部入出力を行う操作パネル（不図示）を有する。制御装置４は、インバータ３、圧力センサ９及び制御弁１３と通信可能に接続され、これらの制御を行うようになっている。例えば、制御装置７は、制御弁１３の連通と遮断を切り替えることで、吸込み絞り弁５を駆動させ、圧縮機本体１の吸気及び遮断を制御する。また、制御装置４は、圧力センサ９の検出圧力に応じて指令値をインバータ３に出力し、電動機２に出力させる周波数を制御する。

以下、制御装置４の機能について詳細に説明する。
制御装置４は、吐出圧力変更機能（吐出圧力変更手段）を有する。吐出圧力変更手段は、吐出空気系統７における圧力センサ９の圧力検出位置１５aから吐出空気系統７の下流側位置１５ｂまでの圧力損失ΔＰを、電動機２の回転数Ｎと、所定の時間間隔毎に圧力センサ９より取得した吐出圧力の変移量ΔＰtとに基づいて演算を行い、この結果から、吐出空気系統７の下流側位置１５ｂでの末端圧力が所定範囲となるように、上流側位置１５aでの圧縮機本体１の吐出圧力の制御範囲を変更する機能である。以下、その詳細を説明する。

ここで、吐出空気系統７の圧力損失ΔＰは、圧縮機本体１の吐出空気量の二乗に比例するものとする。制御装置４は、例えば、圧縮機本体１の最大吐出空気量又は電動機２の最大回転数Ｎmax時における吐出空気系統７の最大圧力損失ΔＰmaxを予め記憶する。

また、吐出空気系統７の下流側位置１５ｂでの末端圧力の負荷が増加した場合、圧縮機本体１の吐出圧力が低下し、制御装置４は、吐出圧力の低下分を補うために、増加させる吐出空気量よりも高い回転数で電動機２を回転させるようになっている。
また、吐出空気系統７の下流側位置１５ｂでの末端圧力の負荷が減少した場合は、圧縮機本体１の吐出圧力が向上し、制御装置４は、吐出圧力の向上によって、減少させる吐出空気量よりも低い回転数で電動機２を回転させるようになっている。

特に、吐出空気系統７の下流側位置１５ｂでの末端圧力の負荷が大きく変動した場合、圧縮機本体１の吐出空気量と電動機２の回転数比は大きく異なり、電動機２の回転数の増減がハンチングを招来する虞がある。このため、制御装置４は、圧力損失ΔＰを算出するに際し、電動機２の回転数比を直接は用いずに、電動機２の回転数比の「遅延時間適用値Ｆaｄ」を演算又記憶するようになっている。

なお、負荷変動が大きい場合に追従性を向上させるために、制御装置４は、吐出側圧力の変化率を所定のサンプリング間隔で連続的に演算し、この吐出側圧力の変移量を基に回転数比遅延時間適用値Ｆaｄの増減値に積算する倍率（以下、「増減値積算倍率」という。）を（数１）に示すように演算又記憶するようになっている。即ち制御装置４は、現在の吐出圧力値Ｐｓから前回の吐出圧力値Ｐs−1を減算した値ΔＰｓの絶対値を１００倍し、増減値積算倍率を演算又記憶する機能を持つ。

また、回転数比遅延時間適用値Ｆadの演算において、制御装置４は、先ず電動機２の回転数比と、回転数比遅延時間適用値Ｆadとを比較する。
回転数比の方が、回転数比遅延時間適用値Ｆaｄより大きい場合、制御装置４は、（数２）に示すように回転数比遅延時間適用値Ｆadを演算・記憶する。即ち電動機２の最大回転数を、予め記憶した加速時遅延時間係数Ｔaで除算した値に、上述の増減値積算倍率（ΔＰｓ×１００）を積算し、これを転数比遅延時間適用値Ｆadに加算する。

他方、電動機２の回転数比が、回転数比遅延時間適用値Ｆaｄより小さい場合、制御装置４は、回転数比遅延時間適用値Ｆaｄを（数３）に示すように演算する。即ち電動機２の最大回転数を予め記憶した減速時遅延時間係数Ｔｄで除算した値に、（数１）で演算した増減値積算倍率（ΔＰｓ×１００）を積算し、回転数比遅延時間適用値Ｆaｄに加算する。

そして、制御装置４は、（数４）に示すように吐出空気系統７の圧力損失ΔＰを算出する。即ち吐出空気系統７の最大圧力損失ΔＰmaxに、圧縮機本体１の吐出空気量比に相当する電動機２の回転数Ｎの代わりに、回転数比遅延時間適用値Ｆaｄを用いたＦad／Ｎmaxの二乗を積算することにより、吐出空気系統７の圧力損失ΔＰを算出する。

そして、制御装置４は、（数５）に示すように圧縮機本体１の吐出圧力である制御値Ｐ１を変更する。即ち制御装置４は、制御値Ｐ１を、末端圧力である所定値Ｐ２に圧力損失ΔＰを加算した値へ変更する。末端圧力の所定値Ｐ２は、吐出空気系統７の最大圧力損失ΔＰmaxを見越して予め設定された圧縮機本体１の吐出圧力の所定の制御設定値Ｐ１_０から最大圧力損失ΔＰmaxを差し引いた値である。

また、制御装置４は、（数６）に示すように圧縮機本体１の吐出圧力の上限値Ｐ１ｕを変更する。即ち制御装置４は、末端圧力の所定上限値Ｐ２ｕに圧力損失ΔＰを加算した値に上限値Ｐ１ｕを変更する。末端圧力の所定上限値Ｐ２ｕは、吐出空気系統７の最大圧力損失ΔＰmaxを見越して予め設定された圧縮機本体１の吐出圧力の所定の上限設定値Ｐ１ｕ_０から最大圧力損失ΔＰmaxを差し引いた値である。

また、制御装置４は、（数７）に示すように圧縮機本体１の吐出圧力の下限値Ｐ１ｄを変更する。即ち制御装置４は、末端圧力の所定の下限値Ｐ２ｄに、上記圧力損失ΔＰを加算した値に下限値Ｐ１ｄを変更する。末端圧力の所定下限値Ｐ２ｄは、吐出空気系統７の最大圧力損失ΔＰmaxを見越して予め設定された圧縮機本体１の吐出圧力の所定の下限設定値Ｐ１d_０から最大圧力損失ΔＰmaxを差し引いた値である。

なお、圧縮機１の吐出圧力の所定の制御設定値Ｐ１_０、所定の上限設定値Ｐ１u_０、及び所定の下限設定値Ｐ１d_０は、制御装置４に予め設定記憶されている。

図２に、上記（数４）及び（数５）の演算結果により得られる回転数比遅延時間適用値Ｆaｄを用いたＦaｄ／Ｎmaxと、圧縮機本体１の吐出圧力の制御値Ｐ１との関係を表す特性図を示す。実線は圧縮機本体１の吐出圧力の制御値Ｐ１を表し、点線は吐出空気系統７の末端圧力を示す。

図２において、圧縮機本体１の吐出圧力の所定制御設定値Ｐ１_０＝０.７０ＭＰａ、吐出空気系統７の最大圧力損失ΔＰmax＝０.２ＭＰａ（即ち末端圧力の所定値Ｐ２＝０.５０ＭＰａ）に設定するものとする。また、圧縮機本体１の吐出圧力の所定上限設定値Ｐ１ｕ_０＝０.７８ＭＰａ、圧縮機本体１の吐出圧力の所定下限設定値Ｐ１ｄ_０＝０.７０ＭＰａに設定するものとする。

そして、例えば回転数比遅延時間適用値Ｆaｄを用いたＦaｄ／Ｎmax＝０.７であるときは、吐出空気系統７の圧力損失ΔＰ＝０.０９８ＭＰａとなり、圧縮機本体１の吐出圧力の制御値Ｐ１＝０.５９８ＭＰａとなる。このとき、図示しないが、上記（数３）及び（数４）の演算により、圧縮機本体１の吐出圧力の上限値Ｐ１u＝０.６７８ＭＰａとなり、下限値Ｐ１ｄ＝０.５９８ＭＰａとなる。

また、例えば回転数比遅延時間適用値Ｆaｄを用いたＦaｄ／Ｎmax＝０.４であるときは、吐出空気系統７圧力損失ΔＰ＝０.０３２ＭＰａとなり、圧縮機本体１の吐出圧力の制御値Ｐ１＝０.５３２ＭＰａとなる。このとき、図示しないが、上記式（数３）及び（数４）の演算により、圧縮機本体１の吐出圧力の上限値Ｐ１ｕ＝０.６１２ＭＰａとなり、下限値Ｐ１ｄ＝０.５３２ＭＰａとなる。また、例えば回転数比遅延時間適用値Ｆaｄを用いたＦaｄ／Ｎmax＝０.０であるときは、吐出空気系統７圧力損失ΔＰ＝０ＭＰａとなり、圧縮機本体１の吐出圧力の制御値Ｐ１＝０.５０ＭＰａとなる。このとき、図示しないが、上記（数３）及び（数４）の演算により、圧縮機本体１の吐出圧力の上限値Ｐ１ｕ＝０.５８ＭＰａとなり、下限値Ｐ１ｄ＝０.５０ＭＰａとなる。

図３に、電動機２の回転数比率Ｎ／Ｎmaxと、（数２）、（数３）、（数４）及び（数５）の演算結果により得られる回転数比遅延時間適用値Ｆaｄを用いたＦaｄ／Ｎmaxと、吐出圧力の制御値Ｐ１と、吐出空気系統７の末端圧力との関係をタイムチャートで示す。
同図において、圧縮機本体１の吐出圧力の所定制御設定値Ｐ１_０＝０.７０ＭＰａ、吐出空気系統７の最大圧力損失ΔＰmax＝０.２ＭＰａに設定するものとする。また、圧縮機本体１の吐出圧力の所定上限設定値Ｐ１ｕ_０＝０.７８ＭＰａ、圧縮機本体１の吐出圧力の所定下限設定値Ｐ１ｄ_０＝０.７０ＭＰａに設定している。

電動機２の回転数比を１００％から４０％に可変制御させ且つ回転数比遅延時間適用値Ｆaｄが収束していない場合（図３中Ａブロック）、電動機回転数比が４０％に達した段階では、圧縮機本体１の吐出圧力を変化させるために使用する回転数比遅延時間適用値Ｆaｄが収束していないことから、Ｆaｄ／Ｎmaxが６８.５％までしか達していないため、圧縮機本体１の吐出圧力の制御値Ｐ１は０.５９４ＭＰａとなっており、末端圧力は０.５６２ＭＰａまで上昇する。

電動機２の回転数比を４０％に維持し且つ回転数比遅延時間適用値Ｆaｄが収束していない場合（図３中Ｂブロック）、圧縮機本体１の吐出圧力の制御値Ｐ１を変化させるために使用する回転数比遅延時間適用値Ｆaｄが図３中Ａブロックからまだ収束できていないことから、Ｆaｄ／Ｎmaxが５８％までしか減少していない。図３中Ａブロックから圧縮機本体１の吐出圧力の制御値Ｐ１は０.５６７ＭＰａまで減少しており、末端圧力は０.５３５ＭＰａまで減少している。

電動機２の回転数比を４０％から３０％に可変制御させ且つ回転数比遅延時間適用値Ｆaｄが収束していない場合（図３中Ｃブロック）、電動機回転数比が３０％に達した段階では、圧縮機本体１の吐出圧力を変化させるために使用する回転数比遅延時間適用値Ｆaｄが収束していないことから、Ｆaｄ／Ｎmaxが６８.５％までしか達していない。圧縮機本体１の吐出圧力の制御値Ｐ１は０.５２７ＭＰａとなっており、末端圧力は０.５０９ＭＰａとなっている。

電動機２の回転数比を３０％に維持したまま且つ回転数比遅延時間適用値Ｆaｄが電動機２の回転数まで収束した場合（図３中Ｄブロック）、圧縮機本体１の吐出圧力の制御値Ｐ１を変化させるために使用する回転数比遅延時間適用値Ｆaｄが収束したため、Ｆaｄ／Ｎmaxが３０％に達し、圧縮機本体１の吐出圧力の制御値Ｐ１は０.５１８ＭＰａとなり、末端圧力は０.５ＭＰａとなる。

電動機２の回転数比を３０％に維持したまま且つ回転数比遅延時間適用値Ｆaｄが電動機２の回転数で維持した場合（図３中Ｅブロック）、圧縮機本体１の吐出圧力の制御値Ｐ１を変化させるために使用する回転数比遅延時間適用値Ｆaｄが図３中Ｄブロックから変化していないので、Ｆaｄ／Ｎmaxは３０％を維持し、圧縮機本体１の吐出圧力の制御値Ｐ１は０.５１８ＭＰａ、末端圧力は０.５ＭＰａを維持する。

電動機２の回転数比を３０％から８０％に可変速制御させ且つ回転数比遅延時間適用値Ｆaｄが収束していない場合（図３中Ｆブロック）、電動機回転数比が８０％に達した段階では、圧縮機本体１の吐出圧力を変化させるために使用する回転数比遅延時間適用値Ｆaｄが収束していないことから、Ｆaｄ／Ｎmaxが６１.５％までしか達していないため、圧縮機本体１の吐出圧力の制御値Ｐ１は０.５７６ＭＰａとなっており、末端圧力は０.４４８ＭＰａまで降下している。

電動機２の回転数比を８０％に維持したまま且つ回転数比遅延時間適用値Ｆaｄが電動機２の回転数まで収束した場合（図３中Ｇブロック）、圧縮機本体１の吐出圧力の制御値Ｐ１を変化させるために使用する回転数比遅延時間適用値Ｆaｄが収束したため、Ｆaｄ／Ｎmaxが８０％に達し、圧縮機本体１の吐出圧力の制御値Ｐ１は０.６２８ＭＰａとなり、末端圧力は０.５ＭＰａとなる。

電動機２の回転数比を８０％に維持したまま且つ回転数比遅延時間適用値Ｆaｄが電動機２の回転数で維持した場合（図３中Ｈブロック）、圧縮機本体１の吐出圧力の制御値Ｐ１を変化させるために使用する回転数比遅延時間適用値Ｆaｄが、図３中Ｇブロックから変化していないので、Ｆaｄ／Ｎmaxは８０％を維持し、圧縮機本体１の吐出圧力の制御値Ｐ１は０.６２８ＭＰａ、末端圧力は０.５ＭＰａを維持する。

電動機２の回転数比を８０％から１００％に可変制御させ且つ回転数比遅延時間適用値Ｆaｄが電動機２の回転数に対して遅延差がなく追従できている場合（図３中Ｉブロック）、電動機回転数比が１００％に達した段階では、圧縮機本体１の吐出圧力の制御値Ｐ１を変化させるために使用する回転数比遅延時間適用値Ｆaｄと、電動機２の回転数とが等しいため、Ｆaｄ／Ｎmaxが１００％に達し、圧縮機本体１の吐出圧力の制御値Ｐ１は０.７ＭＰａとなり、電動機回転数比が１００％に達する段階まで、末端圧力は０.５ＭＰａを維持している。

電動機２の回転数比を１００％に維持したまま且つ回転数比遅延時間適用値Ｆadが電動機２の回転数で維持した場合（図３中Ｊブロック）、圧縮機本体１の吐出圧力の制御値Ｐ１を変化させるために使用する回転数比遅延時間適用値Ｆaｄが図３中Ｇブロックから変化していないので、Ｆaｄ／Ｎmaxは１００％を維持し、圧縮機本体１の吐出圧力の制御値Ｐ１は０.７ＭＰａ、末端圧力は０.５ＭＰａを維持する。

図４に、（数１）の演算結果から得られる吐出圧力と、電動機回転数遅延時間増減値積算倍率との関係をタイムチャートで示す。
図４において、圧縮機本体１の吐出圧力の所定の制御設定値Ｐ１_０＝０.７０ＭＰａ、吐出空気系統７の最大圧力損失ΔＰmax＝０.２ＭＰａに設定するものとする。また、圧縮機本体１の吐出圧力の所定の上限設定値Ｐ１ｕ_０＝０.７８ＭＰａ、圧縮機本体１の吐出圧力の所定の下限設定値Ｐ１ｄ_０＝０.７０ＭＰａに設定するものとする。

圧縮機本体１の吐出圧力が降下し、所定の時間間隔Ｔsの圧力変移量が０.００５ＭＰａの場合（図４中Ａブロック）、電動機回転数比自演時間増減値積算倍率の値は、圧縮機本体１の吐出圧力が所定の時間間隔Ｔsの圧力変移量の１００倍となるため、０.５となる。

圧縮機本体１の吐出圧力が降下し、所定の時間間隔Ｔsの圧力変移量が０.０１ＭＰａの場合（図４中Ｂブロック）、電動機回転数比自演時間増減値積算倍率の値は、圧縮機本体１の吐出圧力が所定の時間間隔Ｔsの圧力変移量の１００倍となるため、１.０となる。つまり、Ａブロックと比較して圧力変移量が大きいことから負荷の変動も大きいため、回転数比遅延時間適用値Ｆaｄが電動機２の回転数に等しくなるまでの時間を減少させるために、電動機回転数比自演時間増減値積算倍率の値が大となる。

圧縮機本体１の吐出圧力が降下し、所定の時間間隔Ｔsの圧力変移量が０.０２ＭＰａの場合（図４中Ｃブロック）、電動機回転数比自演時間増減値積算倍率の値は、圧縮機本体１の吐出圧力が所定の時間間隔Ｔsの圧力変移量の１００倍となるため、２.０となる。つまり図４中Ｂブロックと比較して、圧力変移量が更に大きいことから負荷の変動も更に大となり、回転数比遅延時間適用値Ｆaｄが電動機２の回転数に等しくなるまでの時間をより減少させるために、電動機回転数比自演時間増減値積算倍率の値は、更に大となる。

圧縮機本体１の吐出圧力が上昇し、所定の時間間隔Ｔsの圧力変移量が０.００５ＭＰａの場合（図４中Ａブロック）、電動機回転数比自演時間増減値積算倍率の値は、圧縮機１の吐出圧力が所定の時間間隔Ｔsの圧力変移量の１００倍となるため、０.５となる。圧縮機本体１の吐出圧力が上昇し、所定の時間間隔Ｔsの圧力変移量が０.０１ＭＰａの場合（図４中Ｂブロック）、電動機回転数比自演時間増減値積算倍率の値は、圧縮機本体１の吐出圧力が所定の時間間隔Ｔsの圧力変移量の１００倍となるため、１.０となる。

図４中Ａブロックと比較して、圧力変移量が大きいことから負荷の変動も大きいため、回転数比遅延時間適用値Ｆaｄが電動機２の回転数に等しくなるまでの時間を減少させるために、電動機回転数比自演時間増減値積算倍率の値は大となる。

圧縮機本体１の吐出圧力が上昇し所定の時間間隔Ｔsの圧力変移量が０.０２ＭＰａの場合（図４中Ｃブロック）、電動機回転数比自演時間増減値積算倍率の値は、圧縮機本体１の吐出圧力が所定の時間間隔Ｔsの圧力変移量の１００倍となるため、２.０となる。図４中Ｂブロックと比較して、圧力変移量が更に大きいことから負荷の変動も更に大となり、回転数比遅延時間適用値Ｆaｄが電動機２の回転数に等しくなるまでの時間をより減少させるために、電動機回転数比自演時間増減値積算倍率の値は、更に大となる。

図５に、制御装置４の第１機能（吐出圧力変更手段）のフローチャートを示す。
Ｓ１及びＳ２で、制御装置４は、所定のサンプリング時間Ｔsを経過毎に、圧縮機本体１の現在圧力Ｐｓと前回サンプリング時の圧力値Ｐｓ−１の差分吐出圧力の変移量の演算をする。

Ｓ３及びＳ４で、制御装置４は、電動機２の回転数Ｎと、回転数比遅延時間適用値Ｆaｄとを比較し、両者が等しい場合（Ｓ３：Ｙ）は、回転数比遅延時間適用値Ｆaｄを維持する。電動機２の回転数Ｎが回転数比遅延時間適用値Ｆaｄより大きい場合（Ｓ４：Ｙ）、制御装置４はＳ５に進み、（数２）に示す演算（Ｆａｄ加算）を行う。電動機２の回転数Ｎが回転数比遅延時間適用値Ｆadより小さい場合（Ｓ４：Ｎ）、制御装置４はＳ６に進み、（数３）に示す演算（Ｆａｄ減算）を行う。

Ｓ７〜Ｓ８で、制御装置４は、回転数比遅延時間適用値Ｆaｄの値が電動機２の最大回転数より大きい値となった場合（Ｓ７：Ｙ）、回転数比遅延時間適用値Ｆaｄの値を電動機２の最大回転数に丸める（Ｓ８）。それ以外の場合は、Ｓ９に進む。

Ｓ９〜Ｓ１０で、制御装置４は、回転数比遅延時間適用値Ｆaｄの値が電動機２の最小回転数より小さい値となった場合（Ｓ９：Ｙ）、回転数比遅延時間適用値Ｆaｄの値を電動機２の最小回転数に丸める（Ｓ１０）。それ以外の場合は、Ｓ１１に進む。

Ｓ１１で、制御装置４は、回転数比遅延時間適用値Ｆaｄの値から吐出空気系統７の圧力損失を求めるための負荷率演算を行う。
Ｓ１２で、制御装置４は、演算した負荷率演算値から（数４）に示す圧力損失演算を行う。

そして、Ｓ１３で、制御装置４は、演算した圧力損失演算値から（数５）に示す目標吐出圧力値を演算し、これを設定する。

上記処理を運転中常に処理することで、圧縮機本体１の吐出圧力の制御圧力値Ｐ１を即座に変更するようになっている。また、図示しないが、Ｓ１３で、圧縮機本体１の吐出圧力の上限圧力値Ｐ１ｕと、下限圧力値Ｐ１ｄとは、制御圧力値と同時に演算を行っている。

なお、圧縮機本体１の吐出圧力の所定の制御設定値Ｐ１_０、所定の上限設定値Ｐ１ｕ_０、所定の下限設定値Ｐ１ｄ_０、最大圧力損失ΔＰmax、サンプリング時間Ｔs、加速時遅延時間係数Ｔa及び減速時時遅延時間係数Ｔｄは制御装置４に予め設定記憶されている。

制御装置４は、第２の機能（回転数制御手段）として、圧力センサ９で検出した圧縮機本体１の吐出圧力が上述の演算した制御範囲となるように、電動機２の回転数Ｎを、インバータ３を介して可変速制御するようになっている。即ち制御装置４は、例えば圧力センサ９から入力した圧縮機本体１の吐出圧力と、上述の演算した制御値ＰＩとの偏差に基づきＰＩＤ演算を行い、その演算値をインバータ３に出力し、インバータ３は、制御装置４からの演算値に応じた周波数をモータ２に出力し、モータ２の回転数を可変速制御するようになっている。

本実施例による圧縮機１００の動作及び作用効果を説明する。なお、供給先の使用空気量比及び圧縮機本体１の吐出空気量比は、圧縮機本体１の最大吐出空気量を基準（１００％）として表す。例えば、使用空気量比が１００％であるときは、電動機２の回転数比Ｎ／Ｎmaxが１００％となり、圧縮機本体１の吐出空気量比が１００％となる。このとき、吐出空気系統７の圧力損失ΔＰ＝ΔＰmax＝０.２ＭＰａとなり、圧縮機本体１の吐出圧力は所定の制御設定値Ｐ１_０＝０.７０ＭＰａに維持される。その結果、吐出空気系統７の末端圧力は０.５ＭＰａに維持される。

そして、例えば使用空気量比が１００％から２０％に変化すると、最初は圧縮機本体１の吐出空気量比が１００％であるから、圧縮機本体１の吐出圧力は上昇しようとする。制御装置４は、先ず圧力センサ９で検出した圧縮機本体１の吐出圧力と、制御設定値Ｐ１_０との偏差に基づきＰＩＤ演算を行い、その演算値をインバータ３に出力して、電動機２の回転数Ｎを減少させる。その後、減少した電動機２の回転数Ｎと上記（数１）の所定時間毎に圧縮機本体１の吐出圧力の変移を演算した結果を使用して、上記（数２）、（数３）から回転数比遅延時間適用値Ｆaｄを演算し、演算した回転数比遅延時間適用値Ｆaｄに応じて上記（数４）から吐出空気系統７の圧力損失ΔＰを演算し、上記（数５）〜（数７）から圧縮機本体１の吐出圧力の制御範囲（制御値Ｐ１、上限値Ｐ１ｕ及び下限値Ｐ１ｄ）を演算する。

更に、圧力センサ９で検出した圧縮機本体１の吐出圧力と、前述の演算した制御値Ｐ１との偏差に基づきＰＩＤ演算を行い、その演算値をインバータ３に出力して、例えば電動機２の回転数Ｎをさらに減少させる。このようにして制御装置４は、電動機２の回転数Ｎの可変速制御と、圧縮機本体１の吐出圧力の制御範囲の演算とを繰り返し行う。その結果、電動機２の回転数比Ｎ／Ｎmaxが３０％まで減少し、回転数比遅延時間適用値Ｆaｄが電動機２の回転数比と等しくなったとき、圧縮機本体１の吐出圧力が制御値Ｐ１＝０.５１８ＭＰａとなる。このとき、吐出空気系統７の圧力損失ΔＰ＝０.０１８ＭＰａであり、吐出空気系統７の末端圧力は０.５ＭＰａに維持される。

以上のように本実施例では、制御装置４が、吐出空気系統７の圧力損失ΔＰを、電動機２の回転数と、所定時間毎に圧縮機本体１の吐出圧力の変移を演算した結果とに応じて演算し、これに基づき吐出空気系統７の下流側位置１５ｂでの末端圧力が所定範囲（本実施例では、０.４４８ＭＰａ〜０.５６２ＭＰａ）となるように圧縮機本体１の吐出圧力の制御範囲を変更する。

そして、圧力センサ９で検出した圧縮機本体１の吐出圧力がその変更した制御範囲となるように、インバータ３を介し電動機２の回転数を可変速制御する。これにより、吐出空気系統７の末端圧力を所定範囲に保ちながら、圧縮機本体１の動力を最小限に抑えることができ、省エネ効果を得ることができる。

また、本実施例では、電動機２の回転数に応じて圧縮機本体１の吐出圧力の制御範囲を変更する機能と、圧縮機本体１の吐出圧力に応じて電動機２の回転数を可変速制御する機能とは互いにフィードバック制御機能として働くので、圧縮機本体１の吐出圧力及び電動機２の回転数の収束性を高めることができる。その結果、吐出空気系統７の末端圧力即ち供給圧力を安定させることができる。このように本実施例は、省エネ効果を得つつ供給側の圧力安定を高めることができる。

１…圧縮機本体、２…電動機、３…インバータ、４…制御装置（吐出圧力変更手段）、７…吐出空気系統、９…圧力センサ（圧力検出手段）、１０…空気槽、１２…制御圧配管系統、１１…エアフィルタ、１３…制御弁、１５a…上流側位置、１５b…下流側位置、１００…圧縮機

Claims

回転速度を可変速することで空気の容量制御を行う圧縮機本体と、前記圧縮機本体を駆動する電動機と、前記電動機の回転数を可変速制御する可変速装置と、前記圧縮機本体の吐出空気が流通する吐出空気系統と、前記圧縮機本体の吐出側圧力を検出する圧力検知手段と、前記吐出側圧力及び設定した目標圧力設定値の偏差に基づいてＰＩまたはＰＩＤ演算を行い、前記可変速装置に回転数の指令値を与える制御装置とを備える圧縮機であって、
前記制御装置が、
前記圧縮機の吐出空気系統の圧力損失を、前記ＰＩ或いはＰＩＤ演算した値又は圧縮機の回転数と、
前記圧力検出手段で検出した吐出側圧力から所定の時間間隔毎に演算した吐出側圧力の変移量とに基づいて、前記目標圧力設定値を変更する手段を備えるものである圧縮機。