JP3300770B2 - 可変容量形圧縮機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被圧縮気体の消費量が
増減しても吐出圧力を一定に制御する機能を有する可変
容量形圧縮機において、点検時期や部品の交換時期を的
確に表示し、信頼性が高く、使いやすくした圧縮機に関
する。

【０００２】

【従来の技術】圧縮機の基本的な機能は、気体を吸入し
て圧縮し、吐出することである。圧縮した気体（以下、
被圧縮気体と称する。空気である場合が多いが、化学プ
ラント用などで他の気体を圧縮することもある。）の吐
出圧力は一定であることが望ましく、圧縮機やその後段
に設けられるレギュレ−タなどで調節される。圧縮機を
一定回転速度で運転した時に、被圧縮気体の消費量が吐
出量を上回ると吐出圧力が低下してしまい、逆に消費量
が吐出量より少ないと吐出圧が過大となる。そこで、被
圧縮気体の消費量が変化しても吐出圧を一定にするため
にいくつかの手法がある。

【０００３】従来の空気用圧縮機では、吐出量を制御す
るために、ロ−タ回転速度は一定のままで、吸入口に備
えた絞り弁を開閉する「絞り弁制御方式」によるものが
普及している。しかし、吐出量が少ない時にも１００％
出力時と同じ回転速度であることから機械的損失などが
多く、経済性に問題があった。

【０００４】経済性や使い易さの観点から、可変容量形
圧縮機に適する手法として、吐出圧力をフィ−ドバック
し、ロ−タの回転速度を増減して吐出流量を制御する方
法が特開昭５５−１６４７９２号公報に示されている。
本公知例では消費量が増加すると吐出圧が低下するなど
の現象が現われるので、それを検知してロ−タ回転を加
速し、吐出量を増して吐出圧を一定に保つ。その方法を
実現するためロ−タの回転をインバ−タにより連続的に
変えられることが述べられている。

【０００５】しかし、本公知例は定期点検や消耗部品の
交換時期の判断方法や明示方法については考慮していな
い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】圧縮機を安全に、かつ
高い信頼性のもとで使うためには、定期的な点検や消耗
部品の交換が欠かせない。これらの作業の間隔はロ−タ
の総回転数に関係している。従来の絞り弁制御方式では
回転速度が一定であったので、圧縮機の運転時間がロ−
タの総回転数に比例する。そこで、圧縮機に付属した運
転時間計の値によって定期点検等の必要な時期である表
示をすればよかった。

【０００７】しかし、前記公知例にあるようなロ−タの
回転速度を変えて吐出圧を制御する方式では、圧縮機の
運転時間はロ−タの総回転数に比例しない。したがっ
て、従来の運転時間計では定期点検等の明示が不完全に
なってしまうという問題点があった。

【０００８】上記の事情に鑑み、本発明は、運転時間と
制御装置の出力情報である回転速度指令値を考慮し、定
期点検や消耗部品の交換時期を適切に表示することが可
能な可変容量形圧縮機を実現することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する手段
として、可変容量形圧縮機を以下のように構成する。

【００１０】吐出圧力をほぼ一定に保ちながら、ロータ
の回転速度を変えることにより単位時間当たりの被圧縮
気体の吐出量を可変する機能を有する可変容量形圧縮機
において、前記ロータに回転速度を指示する制御装置の
出力情報である回転速度指令値を定められた時間間隔で
検出する検出手段と、検出された回転速度指令値を前記
時間で積分して回転数を算出する積分手段と、前記積分
手段ににより積分された値を積算した総回転数を記憶す
る記憶手段と、前記記憶手段に蓄えられた記憶内容を判
断材料の一つとして予め設定された判断基準と照らし合
わせて使用者に対するメッセージを明示するか否かを判
断する判断手段と、使用者にメッセージを表示する表示
手段とを備えた。

【００１１】

【００１２】

【作用】圧縮機の運転時に、定められた時間間隔で、ロ
ータの回転速度を指令する回転速度指令値を検出し、検
出された回転速度指令値を前記時間で積分して前記時間
における回転数を算出し、各時間毎の回転数を積算記憶
するとともに、記憶された総回転数を判断基準と比較し
て、総回転数が予め設定された回転数に達したとき、定
期点検が必要であることや、消耗部品の交換時期である
ことを表示する。

【００１３】ロータの回転数を、回転速度指令値を時間
積分した回転数とした場合、定常運転時には、実際のロ
ータの回転数と検出した回転数との間に差はないが、ロ
ータの加速時や減速時に、実際の回転数と検出された回
転数の間に若干のずれが発生する。しかし、その誤差は
小さく、また加速時と減速時には、誤差の符号が逆にな
り、互いに打ち消し合うので、総回転数としては大きな
誤差にはならない。

【００１４】

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１および図２は、本発明の第１の実施例を示す
もので、図１は、可変容量形空気圧縮機の系統図、図２
は、可変容量形空気圧縮機の回転速度と総回転数を示す
特性図である。

【００１６】図１は本実施例の可変容量空気形圧縮機の
系統図である。圧縮機１は圧縮機本体２といくつかの補
機から構成される。圧縮機本体２はスクリュ−式もしく
はスクロ−ル式などの可変容量形圧縮機で、回転速度に
比例して吐出量を増減できる。圧縮機本体２のロ−タ
（図示せず）は動力軸１２によって誘導電動機３の出力
軸と結合される。圧縮機本体２の一端には空気の吸入口
８が、他端には吐出口９が設けられ、各々内部の圧縮室
に通じている。電動機３の受電端子はインバ−タ４の出
力端子と電源線で結ばれる。インバ−タ４の指令値入力
端子は制御装置５の速度指令値出力端子と接続される。
また、インバ−タ４と制御装置５の間には通信線などの
補助配線も接続される。外部から供給される商用交流電
力６の電力線はインバ−タ４の受電端子に接続される。
さらに他の補機類にも電力は供給されるが、図示説明は
省略する。

【００１７】圧縮機本体２の吸入口８はエアクリ−ナ７
へ配管される。吐出口９からは外部まで吐出配管１０が
接続され、その途中に圧力センサ１１が設けられる。圧
力センサ１１の出力情報は電気信号として制御装置５に
送られるよう配線する。また、同配線は制御装置５から
圧力センサ１１に電力を供給するのにも用いられる。

【００１８】制御装置５の出力である回転速度指令値は
分岐され、インバータ４と演算器４１に入力される。演
算器４１は、予め定められた時間間隔で回転速度指令値
を検出し、検出された回転速度指令値を前記時間で積分
して回転数を算出するとともに、算出された回転数を積
算して総回転数として記憶する。 ここでは、回転速度指
令値をデジタルデータとして扱うが、電圧値などのアナ
ログデータであっても良い。

【００１９】演算器４１の出力端子は判断装置２５の入
力端子に接続され、判断装置２５の出力端子は表示装置
２６の入力端子に接続されている。判断装置２５は、マ
イクロコンピュータと周辺電子回路からなり、予め必要
な判断基準や計算プログラムを内蔵しておく。表示装置
２６はＬＣＤ（液晶式表示装置）で、制御用電子回路が
付属している。表示装置２６には、使用者が操作可能な
表示切替スイッチ２７が接続されている。 演算器４１と
判断装置２５は、ハードウエアとしては一体のマイクロ
コンピュータであって、ソフトウエア上で機能を分担し
ても良い。あるいは制御装置５を加えて一体を成しても
良い。

【００２０】本圧縮機は基本的に次のような動作を行
う。商用交流電力６は制御装置５の指令にしたがって、
インバ−タ４で電圧並びに周波数変換され、目的とする
回転速度で電動機３を駆動する。電動機３の回転は動力
軸１２を経て圧縮機本体２のロ−タへ伝えられる。圧縮
機本体２はロ−タの回転による作用で空気を吸入口８か
ら吸込み、圧縮して吐出口９から吐き出す。空気は大気
からエアクリ−ナ７に吸い込まれ、粉塵を除去されてか
ら吸入口８に吸い込まれる。一方、吐出口９から出た圧
縮空気は吐出管１０から外部へ送り出される。その時の
吐出圧力は圧力センサ１１によって常に監視され、得ら
れた吐出圧デ−タは制御装置５へ送られる。

【００２１】吐出圧力を一定に保つための制御系は以下
のように動作する。圧縮空気の消費量が増加して、吐出
管１０内部の圧力が低下すると、それを圧力センサ１１
が感知し、制御装置５はロ−タ回転速度の加速を指令す
る。それを受けてインバ−タ４は出力周波数を上昇さ
せ、電動機３を加速し、圧縮機本体２のロ−タが加速さ
れる。圧縮機本体２は容量可変形圧縮機なので、回転速
度を増した分だけ吐出量が増加し、吐出圧力は規定の値
に回復する。圧縮空気の使用量が減少した時には逆に働
き、ロ−タ回転速度を減速して対応するので、吐出圧力
が低下し設定値に近づく。このようにして吐出圧力は圧
縮空気の消費量によらず一定を維持するように制御され
る。

【００２２】演算器４１は、制御装置５から入力される
回転速度指令値を予め設定された時間間隔で検出し、検
出した回転速度指令値を前記時間で積分して回転数を算
出するとともに、算出された回転数を積算して総回転数
として記憶する。

【００２３】すなわち、圧縮機本体２のロータの回転速
度５２は、図２に示すように、時間経過５１にしたがい
グラフ５４のような変化をする。演算器４１は一定時間
間隔ΔＴ５５ごとに、その時の回転速度指令値５６（白
丸印）を読み取る。そして、回転速度指令値５６と時間
ΔＴ５５との積を回転数として、記憶されている総回転
数に加算する。このような操作を一定時間間隔ΔＴ５５
ごとに繰り返すことにより、総回転数は順次増加するグ
ラフ５７となる。

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【００３０】

【００３１】

【００３２】

【００３３】回転速度指令値５６とロータの回転速度と
は、定常運転時には同一値になるが、ロータの加速時や
減速時には、回転速度指令値５６と時間ΔＴ５５との積
で求めた回転数と実際のロータの回転数との間に差が発
生する。しかし、その誤差は時間間隔ΔＴ５５を短くす
れば小さくすることができ、また加速時と減速時には誤
差の符号が逆になり、その誤差を互いに打ち消し合うの
で、総回転数では大きな誤差となることはない。

【００３４】

【００３５】

【００３６】判断装置２５は、演算器４１から入力され
る総回転数５７と予め設定された判断基準（総回転数Ｎ
５９）を比較し、時刻Ｔ５８で総回転数５７が判断基準
を超えると、表示装置２６に表示を指示する。表示装置
２６は、判断装置２５から入力された指令に基づいて、
予め記憶されているメッセージを表示する。 表示するメ
ッセージは、緊急を要する場合には、音や光による警報
を出力し、使用者の注意を喚起する機能を持たせても良
い。また、危険を回避するために、圧縮機の運転を停止
させたり、減速させる機能を持たせても良い。

【００３７】本実施例によれば、回転速度指示値の信号
を直接利用するので、その検出手段は信号線のみでよ
い。したがって、総回転数あるいは回転速度を検知する
高価なセンサを必要とせず、安価で簡単な表示系を実現
することができる。

【００３８】図３ないし図５は、本発明の第２の実施例
を示すもので、図３は、可変容量形空気圧縮機の系統
図、図４は、表示装置における運転時の表示例を示す正
面図、図５は、出力装置から出力される圧縮機の運転経
過を示す特性図である。

【００３９】この実施例の構成は、前記第１の実施例の
構成に、記憶装置６１と出力装置６２を加え、判断装置
２５と表示装置２６の機能を強化したものである。同図
において、図１と同じものは同じ符号を付けて示してあ
る。記憶装置６１は時計機能を内蔵し、回転速度指令値
を入力データとし、その時間変化を記憶し、記憶内容を
外部からの要求に応じて出力する。出力装置６２は小型
プリンタで、随時あるいは使用者の指示により、記憶装
置６１内部の記憶内容を印刷出力する。

【００４０】表示装置２６は、液晶ディスプレイとそれ
を駆動する制御回路ならびに表示する内容を蓄えておく
記憶回路から成り、記憶された内容に入力された情報を
加えて表面に字やイラストを表示する。また、表示装置
２６の表面にはタッチパネル機能を備え、使用者の指示
を入力し、制御装置５や判断装置２５や出力装置６２に
信号を送る。

【００４１】本実施例の可変容量形圧縮機としての基本
的な作用は図１に示す第１の実施例と同一である。運転
時の表示装置２６による表示内容の一例を、図４を用い
て説明する。

【００４２】表示装置２６の表面の表示パネル７１に
は、使用者が定めた設定圧力が枠のみの棒グラフ７２と
数値７３で示され、その値に一致することを目標に制御
される吐出圧力が設定圧力のグラフ７２に重ねて塗りつ
ぶした棒グラフ７４で表示される。吐出圧力７４は圧力
センサ１１の出力である。したがって、一目で目標圧力
が実現されているか、あるいはどの程度目標とずれてい
るかがわかる。

【００４３】また、圧縮機の負荷割合である全吐出能力
に対する現在の吐出量の割合がグラフ７５に表示され
る。この値は最高回転速度に対する現在の回転速度の比
に等しいので、回転速度指示値に定数を掛けて算出され
る。

【００４４】表示パネル７１は入力装置としても使わ
れ、パネル上に増圧ボタン７７と減圧ボタン７８が表示
される。ここを指で触ることにより、その指示が制御装
置５に伝えられる。表示パネル７１の表示内容は表示切
替スイッチ２７を押すことで入れ替わる。その度ごと
に、表示されるパネル上のボタンの意味や機能も異な
る。したがって、多くのスイッチ類は表示パネル７１に
集約されるので、通常のスイッチやボタンは少なくな
り、簡潔な操作盤の圧縮機となる。

【００４５】この実施例は、第１の実施例と同様に、圧
縮機１の運転により、点検時期が判断装置２５によって
判断される。その結果、表示パネル７１に点検の必要を
伝える「要点検」にメッセージ７９が表示される。この
メッセージ７９は点滅して使用者の注意を喚起する。ま
た、点検が終了し、リセットすることにより、メッセー
ジ７９は消えて、演算器４１に記憶された内容が更新さ
れ、次の点検時期を知らせるように再設定される。

【００４６】使用者が表示パネル７１上で出力装置６２
に出力を指示すると、記憶装置６１に蓄えられている情
報が出力装置６２に送られ、印刷される。その結果の一
例を図５によって説明する。

【００４７】記録紙８０には予め時間軸８１と負荷割合
軸８２が印刷されている。出力装置６２で印刷された記
録紙８０は右方向に送られるので、左ほど新しい情報で
ある。記録紙には負荷割合グラフ８３と運転開始日付時
刻８４が印刷される。負荷割合グラフ８３は図５の負荷
割合７５の時間変化であり、圧縮機を停止し、電源を切
断したところで途切れる。運転開始日付時刻８４は運転
を開始した時の日付と時刻を時計機能より読みだし、ま
ず記録され、続いて負荷割合８３が記録される。

【００４８】この出力結果を観察することによって、圧
縮機の能力をどの程度使っているか、負荷の変動はどの
程度かなどを知ることができる。

【００４９】本実施例においては出力装置６２に小型プ
リンタを用いたが、メモリカ−ドなどの記憶媒体や通信
回線とのインタフェ−スを用いることもできる。そうす
ると、圧縮機１の設置場所から離れて、複数の圧縮機の
使用記録を集計したり、記憶内容をコンピュ−タで処理
したりすることが可能となる。

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、吐出圧力を一定値に維
持するために負荷に応じてロ−タ回転速度が変化する圧
縮機において、点検時期や消耗部品の交換時期を的確に
明示し、高い信頼性で使いやすい可変容量形圧縮機を実
現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す可変容量形空気圧
縮機の系統図。

【図２】第１の実施例における回転速度と総回転数を示
す特性図。

【図３】本発明の第２の実施例を示す可変容量形空気圧
縮機の系統図。

【図４】図３における表示装置の運転時の表示例を示す
正面図。

【図５】図３における出力装置から出力される圧縮機の
運転経過を示す特性図。

【符号の説明】

１…圧縮機、２…圧縮機本体、３…電動機、４…インバ
ータ、５…制御回路、６…商用交流電力、７…エアクリ
ーナ、８…吸入口、９…吐出口、１０…吐出管、１１…
圧力センサ、１２…動力軸、２５…判断装置、２６…表
示装置、２７…表示切替スイッチ、４１…演算器、５１
…時間軸、５２…回転速度軸、５３…総回転数軸、５４
…回転速度グラフ、５５…一定時間間隔ΔＴ、５６…回
転速度指令値の読み取り値、５７…総回転数グラフ、５
８…時刻Ｔ、５９…しきい値のＮ回転、６１…記憶装
置、６２…出力装置、７１…表示パネル、７２…設定圧
力グラフ、７３…設定圧力の数値、７４…吐出圧力の
値、７５…負荷割合グラフ、７７…増圧ボタン、７８…
減圧ボタン、７９…メッセージ、８０…記録紙、８１…
時間軸、８２…負荷割合軸、８３…負荷割合グラフ、８
４…運転開始日付時刻。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 紙屋 裕治 静岡県清水市村松390番地 株式会社 日立製作所 清水工場内 (56)参考文献 特開 平１−263020（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−252996（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−84448（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−175133（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04C 23/00 - 29/10 331 F04B 49/00 - 49/10 331

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吐出圧力をほぼ一定に保ちながら、ロー
   タの回転速度を変えることにより単位時間当たりの被圧
   縮気体の吐出量を可変する機能を有する可変容量形圧縮
   機において、前記ロータに回転速度を指示する制御装置
   の出力情報である回転速度指令値を定められた時間間隔
   で検出する検出手段と、検出された回転速度指令値を前
   記時間で積分して回転数を算出する積分手段と、前記積
   分手段ににより積分された値を積算した総回転数を記憶
   する記憶手段と、前記記憶手段に蓄えられた記憶内容を
   判断材料の一つとして予め設定された判断基準と照らし
   合わせて使用者に対するメッセージを明示するか否かを
   判断する判断手段と、使用者にメッセージを表示する表
   示手段とを備えたことを特徴とする可変容量形圧縮機。
2. 【請求項２】 前記表示手段が表示するメッセージの内
   容が、点検が必要な時期であること、あるいは消耗部品
   の交換が必要な時期であることを特徴とする請求項１に
   記載の可変容量形圧縮機。
3. 【請求項３】 定められた時間間隔で前記回転速度指令
   値を検出し、その検出値を検出した時刻とともに記憶す
   る記憶手段と、該記憶手段の記憶内容を必要に応じて出
   力する出力手段とを備えたことを特徴とする請求項１に
   記載の可変容量形圧縮機。
4. 【請求項４】 圧縮機が、インバータにより可変周波数
   の電力供給を受ける誘導電動機によって駆動されるスク
   リューロータを有するスクリュー式の空気圧縮機である
   ことを特徴とする請求項１に記載の可変容量形圧縮機。