JP5878737B2 - 圧縮装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮装置に関する。

気体を圧縮するために用いる圧縮装置であって、圧縮機およびアフタークーラ等の付帯機器をパッケージ（筐体）の内部に収容してなり、各機器の冷却のためのファンを備える圧縮装置が広く使用されている。そのような圧縮装置では、単一のファンによって、圧縮機だけでなく、インタークーラやアフタークーラも冷却するのが一般的である。

特許第３７７３４４３号公報 特許第４４１８３２１号公報

単一のファンによって複数の機器を冷却する圧縮装置では、最悪の条件においても、全ての機器を十分に冷却できるように、容量の大きいファンが設けられる場合が多い。また、全ての機器を十分に冷却しようとして、その容量の大きいファンを最大容量で運転すると、消費動力も大きくなるという問題がある。さらに、大容量のファンを運転することによって、騒音も大きくなる。

前記問題点に鑑みて、本発明は、複数の機器を単一のファンによって冷却しながら、ファンの消費電力が少ない圧縮装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明による圧縮装置は、圧縮機と、前記圧縮機にガスを供給する吸込流路に設けた吸込調整弁と、異なる位置に設けた複数の温度検出器と、圧縮されたガスの吐出圧力を検出する圧力検出器と、回転数を変更可能である、複数の機器を冷却する冷却用の単一のファンと、前記圧力検出器の検出値に応じて前記吸込調整弁を開閉する弁制御手段と、前記複数の温度検出器の検出値に基づいて前記ファンの回転数を決定するファン制御手段とを有し、前記ファン制御手段は、前記複数の温度検出器のそれぞれについて、上限温度と、前記吸込調整弁が開放されている場合に適用される第１ゲインと、前記吸込調整弁が閉鎖されている場合に適用される第２ゲインとが予め設定され、前記複数の温度検出器のそれぞれについて、検出値と前記上限温度との差分を算出し、前記差分の中で最も小さい値と、前記差分が最も小さい前記温度検出器について設定された前記第１ゲインまたは前記第２ゲインとに基づいて前記ファンの回転数を決定するものとする。

この構成によれば、最も冷却が要求される部分に合わせてファンの回転数を調節するので、ファンの冷却能力が最適化され、消費電力も最低限に抑制できる。

また、本発明の圧縮装置において、前記第１ゲインおよび前記第２ゲインは、それぞれ、複数の定数を含んでもよい。

この構成によれば、例えばＰＩＤ制御など、複雑な関数を用いたフィードバック制御を行うことができる。

前記圧縮機を複数有し、前記圧縮機が直列に接続されており、前記温度検出器の少なくとも１つは、前記圧縮機の間の流路にも設けられていてもよい。

この構成によれば、２段圧縮機の冷却能力を最適化できる。

本発明の１つの実施形態である圧縮装置の概略構成図である。

これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１に、本発明の１つの実施形態である圧縮装置を示す。本実施形態の圧縮装置は、圧縮空気を製造するものであり、直列に接続された第１圧縮機１および第２圧縮機２を有する。

第１圧縮機１に空気を供給するための吸込流路３には、吸込フィルタ４と吸込調整弁５とが設けられている。第１圧縮機１と第２圧縮機２とを接続する中間流路６には、インタークーラ７と、インタークーラ７の上流において第１圧縮機１が吐出した空気の温度を検出する第１温度検出器８と、インタークーラ７の下流において第２圧縮機２に供給される空気の温度を検出する第２温度検出器９とが設けられている。第２圧縮機２から圧縮空気を需要先に供給するための吐出流路１０には、アフタークーラ１１と、アフタークーラ１１の上流において第２圧縮機が吐出した空気の温度を検出する第３温度検出器１２と、アフタークーラ１１の下流において需要先に通じる流路に吐出される空気の温度を検出する第４温度検出器１３と、アフタークーラ１の下流において吐出される空気の圧力を検出する吐出圧力検出器１４とが設けられている。すなわち、異なる位置に、複数の温度検出器（第１乃至第４温度検出器８，９，１２，１３）が設けられている。

本実施形態の圧縮装置は、さらに、上記の構成要素、特に、第１圧縮機１、第２圧縮機２、インタークーラ７およびアフタークーラ１０を冷却するためのファン１５を有する。ファン１５を駆動するモータ１６は、インバータ１７によって回転数が設定されるようになっている。

また、本実施形態の圧縮装置は、吐出圧力検出器１４の検出値Ｐｄに基づいて、吸込調整弁５を開閉する弁制御装置１８（弁制御手段）と、第１乃至第４温度検出器８，９，１２，１３の検出値とおよび弁制御装置１８の出力信号が入力され、インバータ１７の周波数、つまり、ファン１５の回転数を設定するファン制御装置１９（ファン制御手段）とを有する。

弁制御装置１８には、上限圧力ＰｄＨおよび下限圧力ＰｄＬが設定されており、吐出圧力検出器１４の検出値Ｐｄが上限圧力ＰｄＨ以上になると吸込調整弁５を閉鎖し、吐出圧力検出器１４の検出値Ｐｄが下限圧力ＰｄＬ以下になると吸込調整弁５を開放する。

ファン制御装置１９は、例えば表１に示すように、内蔵するメモリに、第１乃至第４温度検出器８，９，１２，１３の検出値（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４）に関するそれぞれの上限温度（Ｔ１ｈ，Ｔ２ｈ，Ｔ３ｈ，Ｔ４ｈ）と、第１乃至第４温度検出器８，９，１２，１３の検出値（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４）をファン１５の回転数の制御にフィードバックする際に使用するゲイン（定数）を記憶している。ゲインは、吸込調整弁５が開放されているときに適用する第１ゲイン（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４）と、吸込調整弁５が閉鎖されているときに適用する第２ゲイン（ｇ１，ｇ２，ｇ３，ｇ４）との２つが、それぞれの温度検出器８，９，１２，１３について記憶されている。尚、ここでは「上限温度」と呼称しているが、この「上限温度」は、後述するフィードバックにおける、いわゆる「目標値」と換言できる。そのため、実際には、各部位の温度がこの「上限温度」を短期的には超える場合もありうる。

ファン制御装置１９は、所定のサイクルタイム毎に、第１乃至第４温度検出器８，９，１２，１３のそれぞれについて、検出値（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４）を確認し、上限温度と検出値との差分（Ｔ１ｈ−Ｔ１，Ｔ２ｈ−Ｔ２，Ｔ３ｈ−Ｔ３，Ｔ４ｈ−Ｔ４）を算出する。そして、前記サイクルタイムを単位として現在の時間をｎとすると、ファン制御装置１９は、上述の複数の差分の中で、最も値が小さいものをその時点における代表差分ΔＴｒ（ｎ）と設定し、差分が最も小さかった温度検出器について、設定されているゲインをその時点における代表ゲインＧｒ（ｎ）と設定する。例えば、第２温度検出器９の差分が最も小さかった場合、代表ゲインＧｒ（ｎ）は、時間ｎにおいて吸込調整弁５が開放されていたのであればＧ２、吸込調整弁５が閉鎖されていたのであればｇ２である。

時間ｎにおけるインバータ１７の設定周波数をＸ（ｎ）とすると、ファン制御装置１９は、時間ｎにおける代表差分ΔＴｒ（ｎ）に代表ゲインＧｒ（ｎ）を乗じた値を時間ｎにおける設定周波数をＸ（ｎ）から差し引いた値を、時間ｎ＋１における設定周波数Ｘ（ｎ＋１）とする。
Ｘ（ｎ＋１）＝Ｘ（ｎ）−Ｇｒ（ｎ）・ΔＴｒ（ｎ）

このように、本実施形態では、第１乃至第４温度検出器８，９，１２，１３の中で、上限温度に最も近いもの、つまり、最も余裕のないものだけを制御入力として負のフィードバックを行うことによって、ファン１５の回転数を比例制御する。これにより、第１乃至第４温度検出器８，９，１２，１３の検出値のいずれもができるだけ上限温度を超えた状態とならないようにしながら、ファン１５の回転数をできるだけ低い回転数に抑えて、消費動力および騒音を小さくする。

尚、表１において、第３および第４温度検出器１２，１３の第２ゲインは「０」であるが、これは、吸込調整弁５を閉鎖した場合には、第１圧縮機１の負荷が大きくなり、中間流路６の温度が高くなるため、第３および第４温度検出器１２，１３の差分（Ｔ３ｈ−Ｔ３，Ｔ４ｈ−Ｔ４）が、第１または第２温度検出器８，９の差分（Ｔ１ｈ−Ｔ１，Ｔ２ｈ−Ｔ２）よりも小さくなることがないので、フィードバックの定数を設定する必要がないからである。

また、ファン制御装置１９は、代表差分ΔＴｒ（ｎ）を制御入力として、ファン１５の回転数をＰＩＤ制御してもよい。その場合、第１ゲインおよび第２ゲインは、表２に示すように、それぞれ、比例定数、積分定数、微分定数の３つの定数を含む。例えば、第１温度検出器８に関する第１ゲインの比例定数はＧ１、積分定数はＧ１ｉ、微分定数はＧ１ｄである。

また、本実施形態では、中間流路６および吐出流路１０における空気の温度を検出して制御入力としているが、第１圧縮機１、第２圧縮機２、インタークーラ７およびアフタークーラ１１、モータ等の温度、または装置内の発熱し易い他の部分の温度を検出して、制御入力としてもよい。例えば、油冷式圧縮機用の油冷却器における油温度等を検出して、制御入力としてもよい。

また、本発明は、圧縮空気を製造する圧縮装置だけでなく、空気以外のガスを圧縮する圧縮装置にも広く適用できる。

１…第１圧縮機
２…第２圧縮機
３…吸込流路
５…吸込調整弁
６…中間流路
７…インタークーラ
８…第１温度検出器
９…第２温度検出器
１０…吐出流路
１１…アフタークーラ
１２…第３温度検出器
１３…第４温度検出器
１４…吐出圧力検出器
１５…ファン
１６…モータ
１７…インバータ
１８…弁制御装置（弁制御手段）
１９…コントローラ（ファン制御手段）

Claims (3)

1. 圧縮機と、
   前記圧縮機にガスを供給する吸込流路に設けた吸込調整弁と、
   異なる位置に設けた複数の温度検出器と、
   圧縮されたガスの吐出圧力を検出する圧力検出器と、
   回転数を変更可能である、複数の機器を冷却する冷却用の単一のファンと、
   前記圧力検出器の検出値に応じて前記吸込調整弁を開閉する弁制御手段と、
   前記複数の温度検出器の検出値に基づいて前記ファンの回転数を決定するファン制御手段とを有し、
   前記ファン制御手段は、
   前記複数の温度検出器のそれぞれについて、上限温度と、前記吸込調整弁が開放されている場合に適用される第１ゲインと、前記吸込調整弁が閉鎖されている場合に適用される第２ゲインとが予め設定され、
   前記複数の温度検出器のそれぞれについて、検出値と前記上限温度との差分を算出し、
   前記差分の中で最も小さい値と、前記差分が最も小さい前記温度検出器について設定された前記第１ゲインまたは前記第２ゲインとに基づいて前記ファンの回転数を決定することを特徴とする圧縮装置。
2. 前記第１ゲインおよび前記第２ゲインは、それぞれ、複数の定数を含むことを特徴とする請求項１に記載の圧縮装置。
3. 前記圧縮機を複数有し、前記圧縮機が直列に接続されており、
   前記温度検出器の少なくとも１つは、前記圧縮機の間の流路に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧縮装置。

Images