JP4418321B2 - 圧縮機およびその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機の改善に関し、より詳しくは、圧縮機本体から吐出される圧縮ガスの熱量（温度、ガス量）に応じて、圧縮ガスを適正に冷却し、冷却に要する動力を低減し得るようにした圧縮機に関するものである。

圧縮機本体から吐出された圧縮ガスを、圧縮ガスが流れる吐出流路に設けられた熱交換器と、この熱交換器に向けて送風するファンによって冷却した後に機外に供給する圧縮機としては、例えば後述する構成になるパッケージ形油冷式圧縮機が公知である。以下、この従来例に係るパッケージ形油冷式圧縮機の概要を、その模式的系統説明図の図６を参照しながら説明する。

パッケージ形油冷式圧縮機５１の場合には、その主要機器類がパッケージ５９内に収容されている。このパッケージ５９内に収容されている主要機器類は下記のとおりである。
すなわち、吸込フィルタ５２ａが介装された空気吸入流路５２が吸入口に連通し、吸入した空気を圧縮する圧縮機本体５３と、この圧縮機本体５３を駆動するモータ５３ａと、前記圧縮機本体５３の吐出口から吐出空気流路５４を介して吐出された油分含有圧縮空気から油分を分離回収する油分離回収器５５と、この油分離回収器５５の下部に形成された油溜まり部５５ａから前記圧縮機本体５３に連通し、油溜まり部５５ａに溜められた油を、オイルクーラ５６ａ、オイルフィルタ５６ｂを介して潤滑油として、前記圧縮機本体５３の図示しない軸受、軸封部、および空気を圧縮するロータ室に供給する油供給流路５６と、前記油分離回収器５５から空気供給先側に連通、すなわち前記油分離回収器５５から油分が分離された圧縮空気を空気供給先側に供給する空気供給口５８に連通し、アフタークーラ５７ａ、エヤドライヤ５７ｂが介装されてなる空気供給流路５７とである（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３-１５４３５５号公報

上記特許文献１においては何ら開示されていないが、アフタークーラのような圧縮ガスの熱交換器、これに付随するファンは、一定の熱量を奪うように構成されている場合が多い。つまり、圧縮機本体から吐出される吐出ガスを、ファンで送風される空気の温度の如何に拘らず、ファンの回転数が一定の場合が多い。ところで、圧縮機本体から吐出される吐出ガスの吐出ガス温度Ｔｄ（℃）は、下記の（１）式を用いて求めることができる。
Ｔｄ＝Ｔｓ×（Ｐｄ／Ｐｓ）⁽κ^-1)/κ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（１）
なお、上記（１）式において、Ｔｓは吸込ガス温度（℃）、Ｐｄは吐出ガス圧力、Ｐｓは吸込ガス圧力、κはガスの比熱比である。

上記（１）式から良く理解されるように、吐出ガス圧力Ｐｄが下がったり、また吸込ガス温度Ｔｓが下がったりすれば、吐出ガス温度Ｔｄも下がる。この吐出ガス温度Ｔｄは、状況によって上下し、吐出ガスの吐出量も変化する。このような温度、吐出量変化に応じて吐出ガスの冷却に必要な冷熱量が変化するから、ファンによる送風量は変更されて然るべきであるにもかかわらず、ファンによる送風量は一定に保持されるように構成されている。このような対応がなされない場合には、吐出ガスの温度を一定の温度、または一定の温度以下に保持することができなくなり、その結果、一定の温度、一定の温度以下のガスの供給を欲するガス供給先の要求に応じられなくなるという不具合が発生する虞がある。
また、ファンの消費電力を浪費することにもなりかねず、省エネルギーの観点からも好ましくない。

従って、本発明の目的は、圧縮機本体から吐出される吐出ガスの熱量（温度、ガス量）に応じて適正に冷却し、冷却に消費する所要動力の低減を可能ならしめる圧縮機およびその運転方法を提供することである。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものである。上記の課題を解決するために、第１の本発明の圧縮機は、全開／全閉される流量調整弁が介装された吸込流路から吸込んだ吸込ガスを圧縮する圧縮機本体を備え、この圧縮機本体の吐出口から吐出された吐出ガスをガス供給先側に供給する吐出流路を備えた圧縮機において、前記吐出流路に吐出ガスの温度を検出するガス温度検出手段を設けると共に、前記吐出ガスを冷却するガス冷却手段を設け、前記ガス温度検出手段で検出される吐出ガスの温度情報に基づいて、吐出ガスが予め定めた所定温度になるように、前記ガス冷却手段を制御する制御手段が設けられ、この制御手段は、前記流量調整弁の全開運転のＰＩＤ演算出力ＭＶn-1を記憶し、全閉運転後の全開運転時にＰＩＤ演算出力ＭＶnを演算し、このＰＩＤ演算出力ＭＶnが前記ＰＩＤ演算出力ＭＶn-1を超えないときにはＭＶn-1を出力して前記ガス冷却手段を制御する一方、ＭＶn-1を超えたときにはＭＶnを出力して前記ガス冷却手段を制御するものである（本発明の請求項１に係る圧縮機）。

上記第１の本発明の圧縮機において、前記ガス冷却手段は、ファンと、このファンから送風される空気と内部を流れる吐出ガスとが熱交換する空冷式熱交換器とから構成され、前記ガス冷却手段の制御が前記ファンの回転数を変更する制御であるようにすることができる（本発明の請求項２に係る圧縮機）。

あるいは、上記第１の本発明の圧縮機において、前記ガス冷却手段は、外部から冷却液が導入され、かつその内部を流れる吐出ガスと冷却液が熱交換する液冷式油熱交換器で構成され、前記ガス冷却手段の制御が前記液冷式油熱交換器に導入される冷却液の液量であるようにすることができる（本発明の請求項３に係る圧縮機）。

第２の本発明の圧縮機は、全開／全閉される流量調整弁が介装された吸込流路から吸込んだ吸込ガスを圧縮する圧縮機本体を備え、この圧縮機本体の吐出口から吐出された油分を含む吐出ガスから油分を分離する油分離回収器が介装され、油分分離後の吐出ガスをガス供給先側に供給する吐出流路を備え、前記油分離回収器から前記圧縮機本体に、油を供給する油供給流路を備えた圧縮機において、前記吐出流路に吐出ガスの温度を検出するガス温度検出手段を設け、前記油供給流路に油を冷却する油冷却手段を設け、前記ガス温度検出手段で検出される吐出ガスの温度情報に基づいて、吐出ガスが予め定めた所定温度になるように、前記油冷却手段を制御する制御手段が設けられ、この制御手段は、前記流量調整弁の全開運転のＰＩＤ演算出力ＭＶn-1を記憶し、全閉運転後の全開運転時にＰＩＤ演算出力ＭＶnを演算し、このＰＩＤ演算出力ＭＶnが前記ＰＩＤ演算出力ＭＶn-1を超えないときにはＭＶn-1を出力して前記油冷却手段を制御する一方、ＭＶn-1を超えたときにはＭＶnを出力して前記油冷却手段を制御するものである（本発明の請求項４に係る圧縮機）。

上記第２の本発明の圧縮機において、前記油冷却手段は、ファンと、このファンから送風される空気と内部を流れる油とが熱交換する空冷式熱交換器とから構成され、前記油冷却手段の制御が前記ファンの回転数を変更する制御であるようにすることができる（本発明の請求項５に係る圧縮機）。

あるいは、上記第２の本発明の圧縮機において、前記油冷却手段は、外部から冷却液が導入され、かつその内部を流れる油と冷却液が熱交換する液冷式油熱交換器で構成され、前記油冷却手段の制御が前記液冷式油熱交換器に導入される冷却液の液量であるようにすることができる（本発明の請求項６に係る圧縮機）。

第３の本発明の圧縮機は、モータにより回転され、吸込流路から吸込んだ吸込ガスを圧縮する圧縮機本体を備え、この圧縮機本体の吐出口から吐出された油分を含む吐出ガスから油分を分離する油分離回収器が介装され、油分分離後の吐出ガスをガス供給先側に供給する吐出流路を備え、前記油分離回収器から前記圧縮機本体に、油を供給する油供給流路を備えた圧縮機において、前記吐出流路に吐出ガスの温度を検出するガス温度検出手段を設け、前記モータに該モータのコイルの温度を検出するコイル温度検出手段を設け、前記油供給流路に油を冷却する油冷却手段を設け、前記コイルの温度が予め定めた第１の所定温度以上であるときは、コイルの温度情報に基づいてコイルの温度が前記第１の所定温度以下になるように、前記コイルの温度が前記第１の所定温度未満であって、前記吐出ガスの温度が予め定めた第２の所定温度以上である場合には、吐出ガスの温度情報に基づいて吐出ガスの温度が第２の所定温度以下になるように、前記油冷却手段を制御する制御手段を設けたものからなる（本発明の請求項７に係る圧縮機）。

上記第３の本発明の圧縮機においても、前記吸込流路に全開／全閉される流量調整弁が介装されており、前記制御手段は、前記吐出ガスの温度情報に基づいて前記吐出ガスの温度が第２の所定温度以下になるように制御する場合に、前記流量調整弁の全開運転のＰＩＤ演算出力ＭＶn-1を記憶し、全閉運転後の全開運転時にＰＩＤ演算出力ＭＶnを演算し、このＰＩＤ演算出力ＭＶnが前記ＰＩＤ演算出力ＭＶn-1を超えないときにはＭＶn-1を出力して前記油冷却手段を制御する一方、ＭＶn-1を超えたときにはＭＶnを出力して前記油冷却手段を制御するように構成することができる（本発明の請求項８に係る圧縮機）。また、第４の本発明の圧縮機においては、吸込流路から吸込んだ吸込ガスを圧縮する圧縮機本体と、前記圧縮機本体の吐出口から吐出された吐出ガスをガス供給先側に供給する吐出流路を備えた圧縮機において、前記吸込流路に介装された、全開／全閉される流量調整弁と、前記吐出流路に設けられた、前記吐出ガスの温度を検出するガス温度検出手段と、前記吐出ガスを冷却するために有効な冷却手段と、前記ガス温度検出手段で検出される前記吐出ガスの温度情報に基づいて、前記吐出ガスが予め定めた所定温度になるように、前記冷却手段を制御する制御手段を備え、前記制御手段は、前記流量調整弁の全開運転のＰＩＤ演算出力ＭＶn-1を記憶し、全閉運転後の全開運転時にＰＩＤ演算出力ＭＶnを演算し、このＰＩＤ演算出力ＭＶnが前記ＰＩＤ演算出力ＭＶn-1を超えないときにはＭＶn-1を出力して前記ガス冷却手段を制御する一方、ＭＶn-1を超えたときにはＭＶnを出力して前記ガス冷却手段を制御するように構成されている（本発明の請求項９に係る圧縮機）。

さらに、上記のように演算、制御が為される本発明の圧縮機において、前記ＭＶnが前記ＭＶn-1を超えることがなく、所定の時間以上に亘ってＭＶn-1が出力されるときには、ＭＶn-1を系の応答時定数以上の時間で減少させ、温度測定値ＰＶが温度設定値ＳＶになった時点で、ＭＶn-1からＭＶnに切り替えて前記各冷却手段を制御するように構成することができる（本発明の請求項１０に係る圧縮機）。

また、第１の本発明の圧縮機の運転方法は、モータにより回転され、全開／全閉される流量調整弁が介装されてなる吸込流路から吸込んだ吸込ガスを圧縮する圧縮機本体を備え、ガス冷却手段が介装され、前記圧縮機本体の吐出口から吐出された吐出ガスをガス供給先側に供給する吐出流路を備えた圧縮機の運転方法において、前記流量調整弁の全開運転のＰＩＤ演算出力ＭＶn-1を記憶し、全閉運転後の全開運転時にＰＩＤ演算出力ＭＶnを演算し、このＰＩＤ演算出力ＭＶnが前記ＰＩＤ演算出力ＭＶn-1を超えないときにはＭＶn-1を出力して前記ガス冷却手段を制御する一方、ＭＶn-1を超えたときにはＭＶnを出力して前記ガス冷却手段を制御することからなる（本発明の請求項１１に係る圧縮機の運転方法）。

また、さらに第２の本発明の圧縮機の運転方法は、上記第１の本発明の圧縮機の運転方法において、前記ＭＶnが前記ＭＶn-1を超えることがなく、所定の時間以上に亘ってＭＶn-1が出力されるときには、ＭＶn-1を系の応答時定数以上の時間で減少させ、温度測定値ＰＶが温度設定値ＳＶになった時点で、ＭＶn-1からＭＶnに切り替えて前記ガス冷却手段を制御することからなる（本発明の請求項１２に係る圧縮機の運転方法）。

上記第１の本発明の圧縮機によれば、圧縮機本体から吐出される吐出空気を一定温度に保つのに必要なガス冷却手段を駆動する動力を吐出ガスの熱量に追従させることができるから、必要以上にガス冷却手段を駆動する動力を消費するようなことがない。

上記第２の本発明の圧縮機によれば、圧縮機本体から吐出される吐出ガスを一定温度に保つのに必要な油冷却手段を駆動する動力を吐出ガスの熱量に追従させることができるから、必要以上に油冷却手段を駆動する動力を消費するようなことがない。

上記第３の本発明の圧縮機によれば、モータのコイルの温度は第１の設定温度より際立って高い温度のまま維持されることがない。これにより、モータのコイルの温度の上昇でモータが損傷する、圧縮機自体を停止させるというような事態を招くことなく圧縮機の運転を継続することができる。

また、上記第１〜３の本発明の圧縮機において、前記吸込流路に全開／全閉される流量調整弁を介装し、前記制御手段において、前記流量調整弁の全開運転のＰＩＤ演算出力ＭＶn-1を記憶し、全閉運転後の全開運転時にＰＩＤ演算出力ＭＶnを演算し、このＰＩＤ演算出力ＭＶnが前記ＰＩＤ演算出力ＭＶn-1を超えないときにはＭＶn-1を出力して各冷却手段を制御する一方、ＭＶn-1を超えたときにはＭＶnを出力して各冷却手段を制御するように構成することによって、以下の効果を奏することができる。

すなわち、上記のような演算、制御が為される本発明の圧縮機、あるいは本発明の圧縮機の運転方法（上記第１の本発明の圧縮機の運転方法）によれば、流量調整弁が全開／全閉を繰り返すが、流量調整弁の全開運転時のＰＩＤ演算出力ＭＶn-1（例えば冷却ファンの回転数）を記憶し、全閉運転に切り替わった後再度全開運転に切り替わったとき、この切り替わったときのＰＩＤ演算出力ＭＶn（例えば冷却ファンの回転数）と、記憶している前回のＰＩＤ演算出力ＭＶn-1とを比較する。そして、ＰＩＤ演算出力ＭＶnが前記ＰＩＤ演算出力ＭＶn-1を超えない場合にはＭＶn-1を出力し、超える場合にはＭＶnを出力するように構成されているから、流量調整弁を全閉、全開切り替えしてもオーバーシュートすることなく吐出空気の温度を制御することができる。

さらに、上記のように演算、制御が為される本発明の圧縮機において、前記ＭＶnが前記ＭＶn-1を超えることがなく、所定の時間以上に亘ってＭＶn-1が出力されるときには、ＭＶn-1を系の応答時定数以上の時間で減少させ、温度測定値ＰＶが温度設定値ＳＶになった時点で、ＭＶn-1からＭＶnに切り替えて前記各冷却手段を制御するように構成することによって、以下の効果を奏することができる。

すなわち、上記のような演算、制御が為される本発明の圧縮機、あるいは本発明の圧縮機の運転方法（上記第２の本発明の圧縮機の運転方法）によれば、ＰＩＤ演算出力ＭＶnがＰＩＤ演算出力ＭＶn-1をいつでも超えない場合、つまり前回よりも吐出ガスの圧力が低く、かつ冷却風温度が低い場合には、実際にはＭＶn-1以下の出力で良いにも拘らず常にＭＶn-1が出力され続けるから吐出ガスが過冷却になる。しかしながら、ＰＩＤ演算出力ＭＶn-1を系の応答時定数以上の時間で減少させ、吐出ガスの温度が安定している状態で温度測定値ＰＶが温度設定値ＳＶとなる時点でＭＶn-1からＭＶnに切り替えることにより、吐出ガスの過冷却状態を少なくすることができる。

本発明の形態１に係る圧縮機を、この圧縮機がパッケージ形圧縮機であり、かつ圧縮するガスが空気である場合を例として説明する。図１は、本発明の形態１に係るパッケージ形圧縮機の模式的系統図である。

図１に示す符号１は、モータ２で駆動される圧縮機本体であり、この圧縮機本体１の吸込口１ａには、吸込空気の流量を調整する流量調整弁４が介装されてなる吸込流路３が連通している。また、圧縮機本体１の吐出口１ｂから、圧縮されて吐出される図示しない吐出空気（吐出ガス）の供給先側に、吐出空気を冷却する空冷式の熱交換機６が介装されてなる吐出流路５が連通している。この吐出流路５の熱交換機６の下流側に、この熱交換機６で冷却された吐出空気の温度を検出する温度検出器（温度検出手段）７が設けられており、この温度検出器７からの吐出空気の検出温度信号（温度情報）は、前記熱交換機６に冷却風を吹付ける冷却ファン（ガス冷却手段）９の回転数を制御する演算器（制御手段）８に入力されるように構成されている。すなわち、前記演算器８は前記温度検出器７から入力される検出温度信号に対応する温度が予め定めた一定温度を超えると、吐出空気の温度を前記一定温度または一定温度以下にし得る冷却ファン９の回転数を演算し、演算された回転数になるように冷却ファン９を制御するように構成されている。

前記圧縮機本体１、モータ２、空気吸込流路３の前記吸込空気流量調整弁４を含む圧縮機本体１側部分、空気吐出流路５の上流側部分、熱交換機６、温度検出器７、演算器８および冷却ファン９はパッケージ１０内に収容されている。そして、熱交換機６を冷却した後のファン風はパッケージ１０の１側面に設けられた放風口１０ａからパッケージ１０外に放風されるように構成されている。なお、演算器８では、温度検出器７で測定される温度測定値ＰＶと、予め定めた一定温度である温度設定値ＳＶを基に、冷却ファン９の回転数を決定する、ＰＩＤ演算によるのが好適である。つまり、この形態１に係る圧縮機では、冷却ファン９を操作部とし、温度検出器７を検出部とし、この温度検出器７での吐出空気の温度に温度設定値ＳＶ（目標値）を据えた制御系が構成される。

従って、本発明の形態１に係る圧縮機によれば、圧縮機本体１から吐出される吐出空気を一定温度に保つのに必要な冷却ファン９を駆動するファン動力を吐出空気の熱量に追従させることができるから、必要以上にファン動力を消費するようなことがない。また、冷却ファン９の回転数を適正にすることにより、パッケージ１０外に漏れる騒音を低減できるという効果も生じる。

本発明の形態２に係るパッケージ形圧縮機を、その模式的系統図の図２を参照しながら説明する。但し、本発明の形態２が上記形態１と相違するところは吐出空気の冷却手段の構成の相違にあり、これ以外は全く同構成であるから、上記形態１と同一のものに同一符号を付して、その相違する点について説明する。

圧縮機本体１の吐出口１ｂから吐出空気の供給先側に連通する吐出流路５に、水冷式の熱交換機６ａが介装されている。この熱交換機６ａには、図示しない冷却水供給源から冷却水を供給する冷却水供給流路１１が連通すると共に、前記熱交換器６ａから吐出空気と熱交換した後の冷却水を図示しない冷却水戻し先に戻す冷却水戻し流路１２が連通している。前記冷却水供給流路１１には水ポンプ９ａが介装されており、この水ポンプ９ａの回転数は、温度検出器７からの吐出空気の検出温度信号が入力される演算器８により制御されるように構成されている。すなわち、前記演算器８は前記温度検出器７から入力される検出温度信号に対応する温度が予め定めた一定温度を超えると、吐出空気の温度を前記一定温度または一定温度以下にし得る水ポンプ９ａの回転数を演算し、演算された回転数になるように水ポンプ９ａを制御するように構成されている。この水ポンプ９ａの制御、水ポンプ９ａの回転数の演算は、上述の本発明の形態１と同様に、前記演算器８でのＰＩＤ演算にて為されるのが好適である。

従って、本発明の形態２に係るパッケージ形圧縮機によれば、圧縮機本体１から吐出される吐出空気を一定温度に保つのに必要な冷却水を供給する水ポンプ９ａの駆動力を吐出空気の熱量に追従させることができるから、本発明の形態２は上記形態１と同効である。

本発明の形態３に係る圧縮機を、この圧縮機がパッケージ形油冷式圧縮機である場合を例として説明する。図３は、パッケージ形油冷式圧縮機の模式的系統図である。

図３に示す符号１は、モータ２で駆動される圧縮機本体であり、この圧縮機本体１の吸込口１ａには、吸込空気の流量を調整する流量調整弁４が介装されてなる吸込流路３が連通している。また、圧縮機本体１の吐出口１ｂから、圧縮されて吐出される図示しない吐出空気の供給先側に、吐出空気に含まれている油分を回収する油分離回収器１３が介装されてなる吐出流路５が連通している。この油分離回収器１３は、その内部の上部に設けられた油分離エレメント１４により油分を除去した吐出空気を吐出空気の供給先側に供給する一方、除去した油分をその内部下部に形成された油溜まり部１３に溜めるように構成されている。この油分離回収器１３の油溜まり部１３から前記圧縮機本体１に、この圧縮機本体１の図示しない圧縮空間、軸封部、軸受部に油溜まり部１５に溜まっている油を、冷却油、潤滑油（以下、潤滑油という。）として供給する油供給流路１６が連通している。
この油供給流路１６には、油分離回収器１３側から順に、油フィルタ１７、油を冷却する空冷式の熱交換器６ｂが介装されている。

前記油分離回収器１３には、油分を含む吐出空気の温度を検出する温度検出器７が設けられており、この温度検出器７からの吐出空気の検出温度信号は、前記熱交換機６ｂに冷却風を吹付ける冷却ファン（ガス冷却手段）９の回転数を制御する演算器８に入力されるように構成されている。すなわち、前記演算器８は前記温度検出器７から入力される検出温度信号に対応する吐出空気の温度が予め定めた一定温度を超えると、潤滑油の温度を前記吐出空気の温度を一定温度または一定温度以下にし得る冷却ファン９の回転数を演算し、演算された回転数になるように冷却ファン９を制御するように構成されている。この冷却ファン９の制御、冷却ファン９の回転数の演算は、上述の本発明の形態１乃至２と同様に、前記演算器８でのＰＩＤ演算にて為されるのが好適である。

本発明の形態３に係る圧縮機によれば、圧縮機本体１から吐出される吐出空気を一定温度に保つのに必要な冷却ファン９を駆動するファン動力を吐出空気の熱量に追従させることができるから、必要以上にファン動力を消費するようなことがない。また、冷却ファン９の回転数を適正にすることにより、パッケージ１０外に漏れる騒音を低減できるという効果も生じる。

本発明の形態４に係るパッケージ形油冷式圧縮機を、その模式的系統図の図４を参照しながら説明する。但し、本発明の形態４が上記形態３と相違するところは潤滑油の冷却手段の構成の相違にあり、これ以外は全く同構成であるから、上記形態３と同一のものに同一符号を付して、その相違する点について説明する。

油分離回収器１３から圧縮機本体１に連通する油供給流路１６の油フィルタ１７の下流側に、水冷式の熱交換器６ｃが介装されている。この熱交換機６ｃには、図示しない冷却水供給源から冷却水を供給する冷却水供給流路１１が連通すると共に、前記熱交換器６ｃから吐出空気と熱交換した後の冷却水を図示しない冷却水戻し先に戻す冷却水戻し流路１２が連通している。前記冷却水供給流路１１には水ポンプ９ａが介装されており、この水ポンプ９ａの回転数は、温度検出器７からの吐出空気の検出温度信号が入力される演算器８により制御されるように構成されている。すなわち、前記演算器８は前記温度検出器７から入力される検出温度信号に対応する温度が予め定めた一定温度を超えると、吐出空気の温度を前記一定温度または一定温度以下にし得る水ポンプ９ａの回転数を演算し、演算された回転数になるように水ポンプ９ａを制御するように構成されている。この水ポンプ９ａの制御、水ポンプ９ａの回転数の演算は、上述の本発明の形態１乃至３と同様に、前記演算器８でのＰＩＤ演算にて為されるのが好適である。

従って、本発明の形態４に係るパッケージ形圧縮機によれば、圧縮機本体１から吐出される吐出空気を一定温度に保つのに必要な冷却水を供給する水ポンプ９ａの駆動力を吐出空気の熱量に追従させることができるから、本発明の形態４は上記形態１と同効である。

本発明の形態５に係るパッケージ形油冷式圧縮機を、その模式的系統図の図５を参照しながら説明する。本発明の形態５が上記形態４と相違するところは、冷却手段の構成の相違によって油供給路の潤滑油だけではなくパッケージの内部の空気も冷やすようにしている点、ひいてはモータも冷やすようにしている点、および演算器に吐出空気の検出温度信号の他に、モータのコイルの検出温度信号を入力するようにした点にある。これら以外は全く同構成であるから、上記形態４と同一のものに同一符号を付して、その相違する点について説明する。

すなわち、モータ２にコイルの温度を検出するコイル温度検出器（コイル温度検出手段）１８が設けられており、このコイル温度検出器１８で検出された検出温度信号が演算器８に入力されるように構成されている。そして、モータのコイルの温度が予め定めた第１の設定温度（第１の所定温度）を超えると、演算器８は、空冷式の熱交換器６ｂによる潤滑油の冷却よりもモータ２のコイルの冷却を優先して冷却ファン９の制御を行うようになっている。つまり、モータ２のコイルの温度が第１の設定温度以上になると、冷却ファン９の回転数は、コイル温度検出器１８からの検出温度信号に基づいて演算され、冷却ファン９はより高速で回転される。本発明の形態５の冷却機構によれば、パッケージ１０の内部の空気を冷却することにより、モータ２のコイルを冷却することにもなる。一方、モータ２のコイルの温度が第１の設定温度未満であって、かつ温度検出器７で検出された吐出空気の温度が予め定めた第２の設定温度（第２の所定温度）以上である場合には、冷却ファン９の回転数は吐出空気の温度に基づいて制御される。より具体的には、冷却ファン９の回転数は吐出空気の温度が第２の設定温度以下になるように制御される。このように冷却ファン９の回転数は、コイル温度検出器１８からの検出温度信号に基づいて演算したものとするか、温度検出器７で検出された吐出空気の温度に基づいて演算したものとするかは状況に応じて変化する。ただし、いずれの場合であってもその冷却ファン９の回転数は上述の本発明の形態１乃至４と同様に、前記演算器８でのＰＩＤ演算にて為されるのが好適である。

モータ２のコイルの温度が設定温度以上になるということは、吐出空気量が大量であるということを意味するが、たとえ温度検出器７で検出される吐出空気の温度が一定温度以内であっても、冷却ファン９の高速回転により吐出空気の温度が下げられることになる。
第１の設定温度はモータ２のコイルの温度がそれ以上の値で長時間運転されるとモータ２が損傷するという不具合が生じる閾値に基づいて設定するのが好ましい。これにより、モータ２のコイルの温度が第１の設定温度より際立って高い温度のまま維持されることがなく、モータ２が損傷したり、圧縮機自体の運転を停止したりせざるを得なくなる事態を招くようなことがない。なお、コイル温度検出器１８からの検出温度信号に基づいて冷却ファン９の回転数が演算され、それによって冷却ファン９が回転されている際には、吐出空気の温度が低下する。極端に吐出空気の温度が低下する状態、あるいは吐出空気の温度低下が長時間に亘る状態は、油に水分の凝縮が生じることにつながるので望ましくない。
従って、コイル温度検出器１８からの温度検出信号に基づいて冷却ファン９の回転数が演算され、それによって冷却ファン９が回転されている状態はなるべく早期に脱することができるよう、上記の演算の内容を適正化することが好ましい。また、コイルの温度が第１の設定温度未満であって、温度検出器７で検出された吐出空気の温度が予め定めた第２の設定温度以上である場合には、温度検出器７からの検出温度信号に基づいて冷却ファン９の回転数が演算され、それによって冷却ファン９が回転される。これにより、必要以上にファン動力を消費するようなことがない等の効果を奏することについては、上記他の形態に係る圧縮機と同等である。

ところで、上記本発明の形態１〜５において、吸込空気量を制御する流量調整弁４としては、その開度が０％から１００％まで連続的に変化させ得る方式のものを用いることも可能であるし、またその開度を０％から１００％で切り替える方式のもの、すなわち全開もしくは全閉の何れかの状態に切り替える方式のものを用いることも可能である。この場合、流量調整弁４が全閉のときには熱交換器を通過する吐出空気量は０になり、流量調整弁４が全開のときには１００％になる。従って、単純なＰＩＤ演算等の温度制御では追従が困難であって、例えばＰＩＤ演算をして、０％のときには積分演算をしないようにしたとしても、１００％に切り替わったときのオーバーシュートを防止することができない。

そのため、本発明に係るパッケージ形圧縮機が空冷式（熱交換器を冷却ファンで冷却する構成。）では、下記のように制御される。なお、上記本発明の形態５においては、この制御は、吐出空気温度が第２の設定温度以下になるように制御する場合に適用されるものであって、モータコイル温度が第１の設定温度以下になるように制御する場合には適用されない。
（ａ） 流量調整弁４の全開運転時のＰＩＤ演算出力ＭＶn-1（冷却ファンの回転数）を記憶し、全閉運転に切り替わった後再度全開運転に切り替わったとき、この切り替わったときのＰＩＤ演算出力ＭＶn（冷却ファンの回転数）と、記憶している前回のＰＩＤ演算出力ＭＶn-1とを比較する。そして、ＰＩＤ演算出力ＭＶnが前記ＰＩＤ演算出力ＭＶn-1を超えない場合にはＭＶn-1を出力し、超える場合にはＭＶnを出力するように構成されている。
これにより、流量調整弁４を全閉、全開切り替えしてもオーバーシュートすることなく吐出空気の温度を制御することができる。
この（ａ）の制御に加えて、さらに下記の（ｂ）の制御をも行うことがより好ましい。
（ｂ） 全閉運転から全開運転に切り替わった後に相当な時間が経過してもＰＩＤ演算出力ＭＶnがＰＩＤ演算出力ＭＶn-1を超えない場合、つまり前回よりも吐出空気の圧力が低いために、吐出空気温度が低くなる結果そのような状況に陥る場合も想定される。
そのため、その状況が所定の時間以上に亘って継続される場合には、ＰＩＤ演算出力ＭＶn-1を、本発明の吐出温度制御系の応答時定数以上の時定数に相当する速度で減少させるようにしている。このようにすれば、吐出空気の温度が安定している状態で温度測定値ＰＶが温度設定値ＳＶと等しくなり、かつＭＶnとＭＶn-1が等しくなるか、近い値となる状況が発生する。そのような安定状態となった時点で、ＭＶn-1からＭＶnに切り替えることになる。このような制御方法をとれば吐出空気温度を予め定めた所定温度に維持する必要以上に大きなＰＩＤ出力を行うことがなくなるため、吐出空気の過冷却状態も少なくすることができ、パッケージ形圧縮機の省エネルギー運転が可能となる。

この制御演算フローを、図７，８のフローチャートに示す。図７が（ａ）のみを行った場合、図８が（ａ）に（ｂ）を加えた場合である。図７，８のフローチャートは、流量調整弁４が全閉から全開に移行したかどうかを判別した後、流量調整弁４が全閉から全開に移行してから、次に流量調整弁４が全開から全閉に移行するまでの処理についてのサブルーチンの形で表している。なお、図８のフローチャートのｉ、ｋは整数の変数であり、Ｉｍａｘ、Ｋｍａｘは適宜設定される定数である。ΔＭについては後述する。また、ｉ＝ｉ＋１、ｋ＝ｋ＋１という式はｉ、ｋを現在の数値から１だけインクリメント（増加）することを意味する。

上記のように（ｂ）もさらに加えて制御し、かつ吐出温度制御系の応答時定数をも考慮した制御とする理由は下記のとおりである。例えば、図１に示したパッケージ形圧縮機の構成をもとに説明する。すなわち，（ａ）による制御だけであると、前回より吐出空気の圧力が低ために吐出空気温度が低い状況が継続する場合には、本来出力としてＭＶnで良いにも拘らず、常にＭＶn-1が出力され続けるもあり得る。つまり、実際にはＭＶn-1以下の出力でＰＶ（測定値）＝ＳＶ（設定値）になるにも拘らず、ＭＶn-1でファンを運転しているときには、ＰＶ＜ＳＶとなっている。この状況を解消するために、ファンの回転数をＭＶn-1による制御からＭＶnによる制御に急に切り替えると、過渡的にＰＶ＞ＳＶとなってしまう虞が生じる。過渡的にＰＶ＞ＳＶとなる事態を回避するために、ＰＶ＝ＳＶとなった時点で、ＭＶn-1からＭＶnに切り替えることができるようＭＶn-1を徐々に減少させていき、ＰＩＤ演算出力ＭＶnがＭＶn-1と同一になり、あるいはそれを若干超えた時点（ＰＶ＝ＳＶとなる。）でＭＶnを出力するものである。

以下、具体的な数値を例示して、より具体的に説明する。前回のロード運転中におけるＰＩＤ演算出力ＭＶn-1＝８０％のとき、ＰＶ＝ＳＶ＝６０℃であったと仮定すると、アンロード運転中は当然空気量が減少するために、ＰＶは６０℃以下（例えば、４０℃。）になる。このときのＰＩＤ演算出力ＭＶnは、冷えすぎているためファンの回転数を下げようとして８０％より下がっていく（例えば、２０％。）。次いで、ロード運転に切り替わったとすると、切り替わった直後のＰＩＤ演算出力ＭＶnは２０％の状態（過小）なので、ＰＶ＞ＳＶという状態を引き起こす。そこで、上記（ａ）の制御を適用すると、この時点でＰＩＤ演算出力ＭＶn-1＝８０％に戻すことになる。しかし、新たなロード運転の状況が、前回のロード運転における状況と全く同じであるとは限らない。つまり、例えばＭＶn-1＝８０％でロード運転し、アンロード運転した後、再度ロード運転に切り替わったときは、８０％以下の出力（例えば、７０％）でＰＶ＝ＳＶとなる状況を起こしていることもあり得る。この場合、ファンの７０％の回転数でＰＶ＝ＳＶ＝６０℃になるにも拘らず、８０％の回転数で冷却し続けるのであるから、吐出空気はＰＶ＜６０℃（例えば、２０℃）に低下し、このときのＰＩＤ演算出力は、ＰＶ＝６０℃の目標に対してＰＶ＝２０℃であるから、本来のあるべき値の７０％に対して過小になる（ＰＩＤは積分要素もあるので０％となる。）。このようにして、ＰＩＤ演算出力ＭＶnがＭＶn-1を超えることがなくなる。

上記のとおり、ＰＶ＝ＳＶとなった時点で、ＭＶn-1からＭＶnに切り替えることができるようにＭＶn-1を徐々に減少させていき、ＰＩＤ演算出力ＭＶnがＭＶn-1と同一になった時点（ＰＶ＝ＳＶとなる。）でＭＶnを出力する。この場合には、「本発明の吐出温度制御系の応答時定数以上の時定数に相当する速度で減少させる」と説明したように、ＭＶn（ファンの回転数）を変化させたときに、このＭＶnの変化分がＰＶ（温度変化）に現れる時間（系の時定数）以上に時間を費やしてＭＶn-1を減少させれば（例えば、ＭＶn-1をステップ状に１０％変化させたときに１０秒かかってほぼ定常状態になるのが系の特性とすれば、制御演算においては２０秒かけてＭＶn-1を１０％変化させる。）、ＭＶn-1が小さくなるに従ってＰＶがＳＶに接近して行く。そして、ＭＶn-1が小さくなってきてＰＶがＳＶに接近すると、当然ＭＶn-1がＭＶnに接近して行くこととなる。

図８のフローチャートにおいて、ｉがImaxを超えているかどうかの判断は全閉運転から全開運転に切り替わった後に相当な時間が経過してもＰＩＤ演算出力ＭＶnがＰＩＤ演算出力ＭＶn-1を超えないかどうかの判断である。また図８のフローチャートにおいて、ΔＭは１制御周期当たりのＭＶn-1の減少量であり、ΔＭの大きさは上述のように本発明の吐出温度制御系の応答時定数以上の時定数に相当する速度で減少させるべく設定される。そして、そのＭＶn-1の減少はｋがＫｍａｘを超えるまで、すなわちＫｍａｘ回ループを回る間継続される。

ところで、圧縮機本体の回転数が可変、いわゆる回転数制御の圧縮機の場合は、圧縮機本体の各回転数毎の熱量比のデータを予め演算器に記憶させておき、圧縮機本体の回転数が変わった場合にフィードフォワード動作として、ＭＶnを変えればさらに制御の追従性が向上する。例えば、圧縮機本体の回転数が８０％回転数で熱量比を１００％とし、６０％回転数で熱量比を７５％とした場合の例を述べると、圧縮機本体の回転数が８０％回転数でＭＶn＝６０％であれば、８０％回転数から６０％回転数に変更されたときに、補正係数として０．７５（＝７５％／１００％）を求め、ＭＶn＝６０×０．７５と先行動作させればよい。ここで、ＭＶnは前述のようにＰＩＤ演算により求められた値である。圧縮機本体の回転数変更直前には制御系が定常的な状態にあったとすれば、その時点のＭＶnは、それまでの吐出ガス温度の制御偏差積分値に基づいた積分動作から来るもののみとなっている。このフィードフォワード動作としての補正係数の導入により、圧縮機本体の回転数が変更された直後の積分動作の値は強制的に変更される。ただし、それ以後の積分動作については、それ以後の制御偏差の積分値に積分動作ゲインを乗じた値を、その補正係数を乗じることなく、前記の強制的に変更された結果の値に加算して、その加算後の値を積分動作の値とする。

なお、本発明の形態５以降においては、パッケージ形圧縮機が空冷式（熱交換器を冷却ファンで冷却する構成。）である場合を例として説明した。しかしながら、パッケージ形圧縮機が水冷式（熱交換器を水ポンプで供給する冷却水で冷却する構成。）であっても同様であるから。空冷式の圧縮機に限定されるものではない。

本発明の形態１に係るパッケージ形圧縮機の模式的系統図である。 本発明の形態２に係るパッケージ形圧縮機の模式的系統図である。 本発明の形態３に係るパッケージ形油冷式圧縮機の模式的系統図である。 本発明の形態４に係るパッケージ形油冷式圧縮機の模式的系統図である。 本発明の形態５に係るパッケージ形油冷式圧縮機の模式的系統図である。 従来例に係るパッケージ形油冷式圧縮機の模式的系統説明図である。 本発明において、全開／全閉される流量調整弁を用いたパッケージ形油冷式圧縮機の制御演算フローチャートである。 本発明において、全開／全閉される流量調整弁を用いたパッケージ形油冷式圧縮機の制御演算フローチャートである。

符号の説明

１…圧縮機本体
２…モータ
３…吸込流路（空気）
４…流量調整弁（吸込空気）
５…吐出流路（空気）
６…熱交換機（ガス冷却手段），６ａ…熱交換機，６ｂ…熱交換機．６ｃ…熱交換機
７…温度検出器（温度検出手段）
８…演算器（制御手段）
９…冷却ファン（ガス冷却手段），９ａ…水ポンプ
１０…パッケージ、１０ａ…放風口
１１…冷却水供給流路
１２…冷却水戻し流路
１３…油分離回収器
１４…油分離エレメント
１５…油溜まり部
１６…油供給流路
１７…油フィルタ
１８…コイル温度検出器

Claims (12)

1. 全開／全閉される流量調整弁が介装された吸込流路から吸込んだ吸込ガスを圧縮する圧縮機本体を備え、この圧縮機本体の吐出口から吐出された吐出ガスをガス供給先側に供給する吐出流路を備えた圧縮機において、前記吐出流路に吐出ガスの温度を検出するガス温度検出手段を設けると共に、前記吐出ガスを冷却するガス冷却手段を設け、前記ガス温度検出手段で検出される吐出ガスの温度情報に基づいて、吐出ガスが予め定めた所定温度になるように、前記ガス冷却手段を制御する制御手段が設けられ、この制御手段は、前記流量調整弁の全開運転のＰＩＤ演算出力ＭＶn-1を記憶し、全閉運転後の全開運転時にＰＩＤ演算出力ＭＶnを演算し、このＰＩＤ演算出力ＭＶnが前記ＰＩＤ演算出力ＭＶn-1を超えないときにはＭＶn-1を出力して前記ガス冷却手段を制御する一方、ＭＶn-1を超えたときにはＭＶnを出力して前記ガス冷却手段を制御するものであることを特徴とする圧縮機。
2. 前記ガス冷却手段は、ファンと、このファンから送風される空気と内部を流れる吐出ガスとが熱交換する空冷式熱交換器とから構成され、前記ガス冷却手段の制御が前記ファンの回転数を変更する制御であることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記ガス冷却手段は、外部から冷却液が導入され、かつその内部を流れる吐出ガスと冷却液が熱交換する液冷式油熱交換器で構成され、前記ガス冷却手段の制御が前記液冷式油熱交換器に導入される冷却液の液量であることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
4. 全開／全閉される流量調整弁が介装された吸込流路から吸込んだ吸込ガスを圧縮する圧縮機本体を備え、この圧縮機本体の吐出口から吐出された油分を含む吐出ガスから油分を分離する油分離回収器が介装され、油分分離後の吐出ガスをガス供給先側に供給する吐出流路を備え、前記油分離回収器から前記圧縮機本体に、油を供給する油供給流路を備えた圧縮機において、前記吐出流路に吐出ガスの温度を検出するガス温度検出手段を設け、前記油供給流路に油を冷却する油冷却手段を設け、前記ガス温度検出手段で検出される吐出ガスの温度情報に基づいて、吐出ガスが予め定めた所定温度になるように、前記油冷却手段を制御する制御手段が設けられ、この制御手段は、前記流量調整弁の全開運転のＰＩＤ演算出力ＭＶn-1を記憶し、全閉運転後の全開運転時にＰＩＤ演算出力ＭＶnを演算し、このＰＩＤ演算出力ＭＶnが前記ＰＩＤ演算出力ＭＶn-1を超えないときにはＭＶn-1を出力して前記油冷却手段を制御する一方、ＭＶn-1を超えたときにはＭＶnを出力して前記油冷却手段を制御するものであることを特徴とする圧縮機。
5. 前記油冷却手段は、ファンと、このファンから送風される空気と内部を流れる油とが熱交換する空冷式熱交換器とから構成され、前記油冷却手段の制御が前記ファンの回転数を変更する制御であることを特徴とする請求項４に記載の圧縮機。
6. 前記油冷却手段は、外部から冷却液が導入され、かつその内部を流れる油と冷却液が熱交換する液冷式油熱交換器で構成され、前記油冷却手段の制御が前記液冷式油熱交換器に導入される冷却液の液量であることを特徴とする請求項４に記載の圧縮機。
7. モータにより回転され、吸込流路から吸込んだ吸込ガスを圧縮する圧縮機本体を備え、この圧縮機本体の吐出口から吐出された油分を含む吐出ガスから油分を分離する油分離回収器が介装され、油分分離後の吐出ガスをガス供給先側に供給する吐出流路を備え、前記油分離回収器から前記圧縮機本体に、油を供給する油供給流路を備えた圧縮機において、前記吐出流路に吐出ガスの温度を検出するガス温度検出手段を設け、前記モータに該モータのコイルの温度を検出するコイル温度検出手段を設け、前記油供給流路に油を冷却する油冷却手段を設け、前記コイルの温度が予め定めた第１の所定温度以上であるときは、コイルの温度情報に基づいてコイルの温度が前記第１の所定温度以下になるように、前記コイルの温度が前記第１の所定温度未満であって、前記吐出ガスの温度が予め定めた第２の所定温度以上である場合には、吐出ガスの温度情報に基づいて吐出ガスの温度が第２の所定温度以下になるように、前記油冷却手段を制御する制御手段を設けたことを特徴とする圧縮機。
8. 前記吸込流路に全開／全閉される流量調整弁が介装されており、前記制御手段は、前記吐出ガスの温度情報に基づいて前記吐出ガスの温度が第２の所定温度以下になるように制御する場合に、前記流量調整弁の全開運転のＰＩＤ演算出力ＭＶn-1を記憶し、全閉運転後の全開運転時にＰＩＤ演算出力ＭＶnを演算し、このＰＩＤ演算出力ＭＶnが前記ＰＩＤ演算出力ＭＶn-1を超えないときにはＭＶn-1を出力して前記油冷却手段を制御する一方、ＭＶn-1を超えたときにはＭＶnを出力して前記油冷却手段を制御するものであることを特徴とする請求項７に記載の圧縮機。
9. 吸込流路から吸込んだ吸込ガスを圧縮する圧縮機本体と、前記圧縮機本体の吐出口から吐出された吐出ガスをガス供給先側に供給する吐出流路を備えた圧縮機において、前記吸込流路に介装された、全開／全閉される流量調整弁と、前記吐出流路に設けられた、前記吐出ガスの温度を検出するガス温度検出手段と、前記吐出ガスを冷却するために有効な冷却手段と、前記ガス温度検出手段で検出される前記吐出ガスの温度情報に基づいて、前記吐出ガスが予め定めた所定温度になるように、前記冷却手段を制御する制御手段を備え、前記制御手段は、前記流量調整弁の全開運転のＰＩＤ演算出力ＭＶn-1を記憶し、全閉運転後の全開運転時にＰＩＤ演算出力ＭＶnを演算し、このＰＩＤ演算出力ＭＶnが前記ＰＩＤ演算出力ＭＶn-1を超えないときにはＭＶn-1を出力して前記ガス冷却手段を制御する一方、ＭＶn-1を超えたときにはＭＶnを出力して前記ガス冷却手段を制御するものであることを特徴とする圧縮機。
10. 前記制御装置が、前記ＭＶnが前記ＭＶn-1を超えることがなく、所定の時間以上に亘って前記ＭＶn-1が出力されるときには、前記ＭＶn-1を系の応答時定数以上の時間で減少させ、温度測定値ＰＶが温度設定値ＳＶになった時点で、前記ＭＶn-1から前記ＭＶnに切り替えるものであることを特徴とする請求項１，４，８または９に記載の圧縮機。
11. モータにより回転され、全開／全閉される流量調整弁が介装されてなる吸込流路から吸込んだ吸込ガスを圧縮する圧縮機本体を備え、ガス冷却手段が介装され、前記圧縮機本体の吐出口から吐出された吐出ガスをガス供給先側に供給する吐出流路を備えた圧縮機の運転方法において、前記流量調整弁の全開運転のＰＩＤ演算出力ＭＶn-1を記憶し、全閉運転後の全開運転時にＰＩＤ演算出力ＭＶnを演算し、このＰＩＤ演算出力ＭＶnが前記ＰＩＤ演算出力ＭＶn-1を超えないときにはＭＶn-1を出力して前記ガス冷却手段を制御する一方、ＭＶn-1を超えたときにはＭＶnを出力して前記ガス冷却手段を制御することを特徴とする圧縮機の運転方法。
12. 前記ＭＶnが前記ＭＶn-1を超えることがなく、所定の時間以上に亘ってＭＶn-1が出力されるときには、ＭＶn-1を系の応答時定数以上の時間で減少させ、温度測定値ＰＶが温度設定値ＳＶになった時点で、ＭＶn-1からＭＶnに切り替えて前記ガス冷却手段を制御することを特徴とする請求項１１に記載の圧縮機の運転方法。

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