JP6306740B2

JP6306740B2 - 圧縮機

Info

Publication number: JP6306740B2
Application number: JP2016561171A
Authority: JP
Inventors: 史紀加藤; 兼本　喜之; 喜之兼本; 俊平山崎
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2014-11-27
Filing date: 2014-11-27
Publication date: 2018-04-04
Anticipated expiration: 2034-11-27
Also published as: US20170298926A1; EP3225845B1; EP3225845A1; CN106574614A; CN106574614B; WO2016084207A1; US10563650B2; EP3225845A4; JPWO2016084207A1

Description

本発明は、モータを動力源として空気等の流体を圧縮する圧縮機に関する。

スクロール圧縮機等の圧縮機においては、所定の運転時間毎に軸受等の構成部品の点検やグリース、シール等の交換が必要である。従来製品では、圧力仕様に応じて、所定の運転時間毎に或いは所定の運転期間毎にメンテナンスを行っていたが、圧縮機の実際の運転時の圧力や温度に応じてグリースや軸受などの寿命は変化する。

圧力や周囲温度を考慮してメンテナンス時間を変更して点検時期を報知する従来技術として、特許文献１には「モータと、該モータにより駆動されて圧縮気体を吐出する圧縮部と、該圧縮部の駆動時間を積算する駆動時間積算手段と、該駆動時間積算手段による積算駆動時間を用いて前記圧縮部の点検時期を報知する点検時期報知手段とを備え、前記点検時期報知手段は、前記圧縮部の運転条件に応じて前記駆動時間積算手段による積算駆動時間を補正する積算駆動時間補正手段と、該積算駆動時間補正手段による補正積算駆動時間が予め決められた点検時間に到達したときに前記点検時期を報知する報知信号を出力する報知信号出力手段とによって構成したことを特徴とする圧縮機。前記圧縮部は、前記圧縮気体を貯えるタンク内の圧力が上限圧力よりも上昇したときに停止し下限圧力よりも低下したときに駆動すると共に、前記上限圧力を可変に設定できる構成とし、前記積算駆動時間補正手段は、前記上限圧力が予め決められた設定上限圧力に比べて高圧に設定されたときには、前記上限圧力に応じて前記駆動時間積算手段による積算駆動時間を延長するように補正する構成としてなる圧縮機。」（請求項１，４）と記載されている。

特開２００６−９７６５５号公報

現製品においては製品の圧力仕様に応じてメンテナンス時間を設定しているが、この方法では圧縮機の実際の使用状況（圧力、温度など）に応じてメンテナンス時間を変更していないため、余裕を持ってメンテナンス時間を設定する必要があり、運転可能な期間に比べてメンテナンス時間が短くなってしまう。

特許文献１記載の発明においては、タンク内の上限圧力と周囲温度を考慮して補正積算駆動時間を算出し、この補正積算駆動時間が設定値を超えた場合にメンテナンス時間を警告している。しかし、圧縮機本体の内部温度は圧力により変化する。例えば、圧力が上昇した場合は、内部温度が上昇する。圧縮機本体の構成部品に影響するのは、内部温度である。そのため、周囲温度を検出しても実際の内部温度とは異なっており、メンテナンス時間の正確な算出は困難である。

本発明は、これらの課題を解決し、正確なメンテナンス時間を算出することができる圧縮機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、本発明の圧縮機の一例を挙げるならば、流体を圧縮する圧縮機本体と、前記圧縮機本体を駆動するモータと、圧縮機の温度を検出する温度センサと、前記圧縮機本体から出力される圧縮流体の圧力を検出する圧力センサと、前記圧縮機の温度と前記圧縮流体の圧力とをそれぞれ所定の重み付けで用いて、前記圧縮機本体のメンテナンスサイクルを算出する算出部とを備え、前記算出部は、前記圧縮流体の圧力に応じて前記温度の重み付けを変更することを特徴とする。

また、本発明の圧縮機の他の一例を挙げるならば、流体を圧縮する圧縮機本体と、前記圧縮機本体を駆動するモータと、圧縮機の温度を検出する温度センサと、前記圧縮機本体から出力される圧縮流体の圧力を検出する圧力センサと、前記圧縮機の温度と前記圧縮流体の圧力とをそれぞれ所定の重み付けで用いて、前記圧縮機本体のメンテナンスサイクルを算出する算出部とを備え、前記算出部は、前記圧縮機本体の稼働率に応じて前記温度の重み付けを変更することを特徴とする。

本発明によれば、圧縮機本体の内部温度を考慮して正確なメンテナンス時間を求めることができる。そして、圧縮機を高負荷で使用した場合、メンテナンス時間を短縮するため、確実に故障防止を行うことができる。また、圧縮機を低負荷で使用した場合、メンテナンス時間が延長されるため、メンテナンスを行うまでの期間が延び顧客メリットが生じる。

本発明の実施例１の圧縮機のブロック構成図である。圧縮流体の圧力と圧力メンテナンス係数との関係を示す補正マップである。圧力を考慮した、圧縮機の周囲温度と温度メンテナンス係数との関係を示す補正マップである。本発明の実施例２の圧縮機のブロック構成図である。圧縮機の回転速度比と回転速度メンテナンス係数との関係を示す補正マップである。圧縮機の起動と停止を示す図である。稼働率を考慮した、圧縮機の周囲温度と温度メンテナンス係数との関係を示す補正マップである。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。なお、実施の形態を説明するための各図において、同一の機能を有する要素には同一の名称、符号を付して、その繰り返しの説明を省略する。

本実施例のシステムについて、図１、図２、図３を用いて説明する。
図１は、本発明の実施例１における圧縮機を構成するブロック図である。圧縮機１は、空気を圧縮するスクロール圧縮機本体２、圧縮機本体を駆動するモータ３、圧縮機１全体の制御を行う制御回路４、圧縮機本体２より圧縮された空気を蓄える空気タンク５、空気タンク５の圧力を検出する圧力センサ６、圧縮機１の周囲温度を検出する温度センサ(周囲)７、圧縮機本体２の表面温度を検出する温度センサ(本体)８、設定値等のデータを記憶する記憶回路９、メンテナンス実施時期を知らせる表示器１０より構成している。

なお、本実施例では圧縮機本体２はスクロール圧縮機としているが、スクロール圧縮機に限らず圧縮機本体の種類は何でも良い。また、圧力センサ６は空気タンク５の圧力を検出しているが、検出場所は圧縮機本体２の出力側の圧縮機１内空気回路上ならばどこでも良く、空気タンク５がない場合でも良い。

制御回路４は、圧力センサ６による検出圧力を用いて、空気タンク５内の流体圧力が下限圧力まで低下した場合はモータ３を駆動し、また上限圧力まで上昇した場合はモータ３を停止することにより、空気タンク５内の圧力を上限圧力と下限圧力との間に保つ。また、制御回路内の算出部（図示せず）では、圧縮機の運転時間を求め、以下に述べるように、圧縮流体の圧力および周囲温度に応じて運転時間を補正して補正運転時間を求める。そして、圧縮機の使用開始から、或いは、メンテナンス後の使用開始からの補正運転時間を累積して累積運転時間を求め、累積運転時間が予め設定したメンテナンス設定時間に達するとメンテナンス指示信号を出す。
図２は、圧力センサ６で検出した圧縮流体の圧力と運転時間の補正係数である圧力メンテナンス係数Ｋｍｐとの関係の一例を示す補正マップである。タンク内および関連する圧縮機本体内の圧力が上昇すると、過酷な運転条件となり、圧縮機本体を構成する部品等に摩耗や損傷が生じ易くなる。そのため、圧縮流体の圧力に応じて図に示されるような、補正係数を用いる。図２の補正マップは、２つの変曲点について、軸受やグリースの劣化を計算して求め、グラフ化したものであるが、実験により求めても良い。

図３は、温度センサ（周囲）７で検出した周囲温度と運転時間の補正係数である温度メンテナンス係数Ｋｍｔとの関係の一例を示す補正マップである。圧縮機本体の温度が上昇すると、過酷な運転条件となり、圧縮機本体で使用されているグリースやシールなどが劣化し易くなる。そのため、周囲温度に応じて図に示されるような、補正係数を用いる。このマップは、圧縮流体の圧力Ｐが閾値Ｐｋよりも大きい場合に用いる曲線３−１と、圧縮流体の圧力Ｐが閾値Ｐｋ以下の場合に用いる曲線３−２を備えている。図３の補正マップも、予め計算により、或いは実験により求めれば良い。
図２或いは図３の補正マップは、予めテーブルとして記憶回路９に記憶しておいても良いし、または計算式として記憶回路９に記憶しておいても良い。

本実施例の動作は、制御回路４において圧力センサ６の検出値から図２の補正マップを用いて圧力メンテナンス係数Ｋｍｐを算出する。同様に、制御回路４において温度センサ(周囲)７の検出値より図３の補正マップを用いて温度メンテナンス係数Ｋｍｔを算出する。温度メンテナンス係数Ｋｍｔを求める際は、圧縮機本体の内部圧力を考慮して、温度メンテナンス係数Ｋｍｔの変曲点を変更し、圧力センサ６の検出値Ｐが閾値Ｐｋを越えた場合は曲線３−１を用い、閾値Ｐｋ以下の場合は曲線３−２を用いる。これらの補正係数の算出は、記憶回路９に記憶した補正マップのテーブル或いは計算式に基づいて算出する。

制御回路４内の算出部（図示せず）では、算出した圧力メンテナンス係数Ｋｍｐ、温度メンテナンス係数Ｋｍｔと圧縮機本体２の運転時間Ｔから、次の式１より補正運転時間Ｔｍを求める。
Ｔｍ＝Ｔ×１／（Ｋｍｐ×Ｋｍｔ）・・・(式１)
圧縮機の使用開始から、或いは、メンテナンス後の使用開始からの補正運転時間Ｔｍの積算値により累積運転時間を求め、累積運転時間が予め設定したメンテナンス設定時間に達するとメンテナンス指示信号を出す。

表示器１０では、制御回路４で求めた累積運転時間を表示し、また、メンテナンス指示信号に応じてメンテナンス時期であることを使用者に報知する。

図２の、圧縮流体の圧力に応じた圧力メンテナンス係数Ｋｍｐは、圧力が小さい領域では大きい値をとり、変曲点から圧力の上昇とともに低下し、圧力が大きい領域では小さい値となる。そのため、式１から、圧力が大きい場合には運転時間を増やすように補正され、また、圧力が小さい場合には運転時間を減らすように補正される。したがって、圧縮機本体の構成部品の劣化が大きい高圧力の運転状態ではメンテナンス時期が短くなり、圧縮機本体の構成部品の劣化が少ない低圧力の運転状態ではメンテナンス時期が延長される。

図３の、周囲温度に応じた温度メンテナンス係数Ｋｍｔは、周囲温度が低い領域では大きい値（１．０）をとり、変曲点から温度の上昇とともに低下する。また、圧力に応じて変曲点が異なり、圧力が閾値Ｐｋより大きい場合には低い温度から低下する曲線３−１を用い、圧力が閾値Ｐｋ以下の場合は高い温度で低下する曲線３−２を用いる。そのため、式１から、周囲温度が高い場合には運転時間を増やすように補正されるとともに、圧力が高い場合にはより低い周囲温度から運転時間を増やすように補正が行われる。したがって、圧縮機本体の構成部品の劣化が大きい高温の運転状態ではメンテナンス時期が短くなるとともに、圧縮機本体の内部温度が上昇する高圧力の場合には、さらにメンテナンス時期が短くなるように補正が行われる。圧縮機の周囲温度は内部温度とは異なるため、圧力に応じて補正係数を切り替えることにより、実際の内部温度に応じたメンテナンス時期を求めることができる。

図３の曲線３−１と曲線３−２とを切り換えることは、温度の重み付けを変えることである。すなわち、圧力が閾値Ｐｋよりも大きい時は温度の重み付けを大きくし、圧力が閾値Ｐｋ以下の時は温度の重み付けを小さくしている。

なお、図３の補正マップでは、閾値Ｐｋにより圧力領域を２つの領域に分割したが、３つ以上の圧力領域に分割して、対応する補正曲線を設定すれば、より正確にメンテナンス時間を求めることができる。
また、この実施例では、温度の検出に温度センサ（周囲）７を用いたが、温度センサ（本体）８を用いても良い。温度センサ（本体）８は圧縮機本体の表面などに設けられるものであり、圧縮機本体の内部温度を検出できないことに変わりはない。
また、この実施例では、圧縮機本体２は１台であるが、圧縮機本体を複数台設けて運転制御するようにしても良い。

本実施例によれば、圧縮流体の圧力に応じて温度の重み付けを変えて補正運転時間を求め、メンテナンス時間を算出するように構成したので、正確なメンテナンス時間を得ることができる。そして、圧縮機を高負荷で使用した場合には、メンテナンス時間が短縮されるため、確実に故障防止を行うことができる。また、圧縮機を低負荷で使用した場合には、メンテナンス時間が延長されるため、メンテナンスを行うまでの期間が延び顧客メリットが生じる。

本実施例のシステムについて、図４および図５を用いて説明する。実施例１と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

図４は、本実施例における圧縮機を構成するブロック図である。実施例１に対しての変更点は、モータ３の回転速度を制御するためにインバータ回路１１を設けていることである。
インバータ回路１１は、圧力センサ６で検出する空気タンク５内の圧力が一定となるように、モータ３の回転速度をインバータ制御する。

図５は、回転速度比と運転時間の補正係数である回転速度メンテナンス係数Ｋｍｒとの関係の一例を示す補正マップである。ここで回転速度比とは、最高回転速度に対するインバータ回路１１より検出したモータ回転速度の比率である。回転速度が小さい場合には軸受等の劣化が少なくなるため、回転速度比が小さくなるにつれて回転速度メンテナンス係数は大きくなる。

本実施例の動作は、実施例１と同様に、制御回路４が圧力メンテナンス係数Ｋｍｐ、温度メンテナンス係数Ｋｍｔを算出する。また、インバータ回路１１より検出したモータ回転速度より、記憶回路９に記憶された図５に示される補正マップのテーブル或いは計算式に基づいて、回転速度メンテナンス係数Ｋｍｒを算出する。

制御回路内の算出部（図示せず）では、制御回路４が算出した圧力メンテナンス係数Ｋｍｐ、温度メンテナンス係数Ｋｍｔ、回転速度メンテナンス係数Ｋｍｒと圧縮機本体２の運転時間Ｔから、次の式２より補正運転時間Ｔｍを求める。
Ｔｍ＝Ｔ×１／（Ｋｍｐ×Ｋｍｔ×Ｋｍｒ）・・・(式２)
実施例１と同様に、圧縮機の使用開始から、或いは、メンテナンス後の使用開始からの補正運転時間Ｔｍの積算値により累積運転時間を求め、累積運転時間が予め設定したメンテナンス設定時間に達するとメンテナンス指示信号を出す。

インバータ制御の圧縮機においては、空気タンク５内の圧力が一定となるようにモータ３の回転数がインバータ制御されるが、圧力の設定手段を設けておいて、設定圧力を変更できるように構成しても良い。

本実施例によれば、実施例１の効果に加えて、インバータ搭載の可変速圧縮機において、圧縮機回転速度の変化による負荷変化も考慮した正確なメンテナンス時間の算出が可能となる。

本実施例は、実施例１もしくは実施例２の圧縮機において、表示器１０を使用しないでユーザにメンテナンス時期を報知するようにしたものである。

制御回路４から発するメンテナンス指示信号により、制御回路４はモータ３を制御して、圧縮機１の上限圧力または圧縮機本体２の回転速度を低下して、製品の性能を落とすことでメンテナンス時期を使用者に報知する。或いは、メンテナンス指示信号により、圧縮機本体２を停止させても良い。

本実施例によれば、実施例１に記載の、メンテナンス実施時期を知らせる表示器１０が不要となる。

本実施例のシステムについて、図６および図７を用いて説明する。
本実施例は、圧縮機本体の稼働率Ｒ_０に基づいて温度の重み付けを変えるものである。

図６は、圧縮機をＯＮ−ＯＦＦ駆動する場合の駆動状況を示す図であり、圧縮機がＴ_ＯＮ１の期間駆動されると流体圧力は次第に上昇し、上限圧力に達すると圧縮機は停止され流体圧力は次第に低下し、下限圧力に達すると圧縮機は再びＴ_ＯＮ２の期間駆動される。そして、圧縮機はこの動作を繰り返す。圧縮機本体２の稼働時間Ｔ_ＯＮ１〜Ｔ_ＯＮｎまでの総和を、全時間Ｔ_０で除した値を圧縮機本体２の稼働率Ｒ_０と定義する（式３）。

図７は、温度センサで検出した周囲温度と運転時間の補正係数である温度メンテナンス係数Ｋｍｔとの関係の一例を示す補正マップである。圧縮機本体の温度が上昇すると、過酷な運転条件となり、圧縮機本体で使用されているグリースやシールなどが劣化し易くなる。そのため、周囲温度に応じて図に示されるような、補正係数を用いる。また、このマップは、稼働率Ｒ_０が０．８以上の場合に用いる曲線３と、稼働率Ｒ_０が０．５以上の場合に用いる曲線２と、稼働率Ｒ_０が０．５未満の場合に用いる曲線１とを備えている。図７の補正マップも、予め計算により、或いは実験により求めれば良い。

図７の補正マップは、予めテーブルとして記憶回路９に記憶しておいても良いし、または計算式として記憶回路９に記憶しておいても良い。

本実施例の動作は、先ず、実施例１の圧縮機のブロック図において、制御回路４が圧縮機本体２の稼働率Ｒ_０を算出する。算出した稼働率Ｒ_０の値に応じて、図７に示す温度メンテナンス係数の変曲点が異なる曲線１〜３を選択し、周囲温度に対応する温度メンテナンス係数Ｋｍｔを求める。

実施例１と同様に、算出した温度メンテナンス係数Ｋｍｔ、圧力メンテナンス係数Ｋｍｐと運転時間Ｔから、式１に基づいて補正運転時間Ｔｍを算出する。圧縮機の使用開始から、或いは、メンテナンス後の使用開始からの補正運転時間Ｔｍの積算値により累積運転時間を求め、累積運転時間が予め設定したメンテナンス設定時間に達するとメンテナンス指示信号を出す。

図７の、周囲温度に応じた温度メンテナンス係数Ｋｍｔは、周囲温度が低い領域では大きい値（１．０）をとり、変曲点から温度の上昇とともに低下する。また、稼働率Ｒ_０に応じて変曲点が異なり、稼働率が大きい場合には低い温度から低下する曲線３を用い、稼働率が小さい場合は高い温度で低下する曲線１を用いる。そのため、式１から、周囲温度が高い場合には運転時間を増やすように補正されるとともに、稼働率が高い場合にはより低い周囲温度から運転時間を増やすように補正が行われる。したがって、圧縮機本体の構成部品の劣化が大きい高温の運転状態ではメンテナンス時期が短くなるとともに、圧縮機本体の内部温度が上昇する稼働率が高い場合には、さらにメンテナンス時期が短くなるように補正が行われる。圧縮機の周囲温度は内部温度とは異なるため、稼働率に応じて補正係数を切り替えることにより、実際の内部温度に応じたメンテナンス時期を求めることができる。

図７の曲線１〜３を切り換えることは、温度の重み付けを変えることであり、稼働率が大きい時は温度の重み付けを大きくし、稼働率が小さい時は温度の重み付けを小さくしている。

本実施例では、実施例１の効果に加えて、圧縮機本体２の寿命に影響を与える稼働率Ｒ_０を含めたメンテナンス実施時期の変更を行う為、正確なメンテナンス時間の算出が可能となる。

本実施例は、実施例１または実施例２の圧縮機において、メンテナンス実施までの残り時間を推定し、使用者に知らせるように構成したものである。
制御回路４において、予め設定したメンテナンス設定時間から実施例１等で求めた累積運転時間を差し引くことによって、メンテナンス実施までの残り時間を求めることができる。そして、得られた残り時間を表示器１０で表示する。

本実施例によれば、メンテナンス実施までの残り時間が表示されるため、残りの運転時間を知ることができ、ユーザの使い勝手が向上する。

１圧縮機
２圧縮機本体
３モータ
４制御回路
５空気タンク
６圧力センサ
７温度センサ(周囲)
８温度センサ(圧縮機本体)
９記憶回路
１０表示器
１１インバータ回路

Claims

流体を圧縮する圧縮機本体と、
前記圧縮機本体を駆動するモータと、
圧縮機の温度を検出する温度センサと、
前記圧縮機本体から出力される圧縮流体の圧力を検出する圧力センサと、
前記圧縮機の温度と前記圧縮流体の圧力とをそれぞれ所定の重み付けで用いて、前記圧縮機本体のメンテナンスサイクルを算出する算出部とを備え、
前記算出部は、前記圧縮流体の圧力に応じて前記温度の重み付けを変更することを特徴とする圧縮機。
請求項１に記載の圧縮機において、
前記算出部は、前記圧縮流体の圧力が大きい時には前記温度の重み付けを大きくし、前記圧縮流体の圧力が小さい時には前記温度の重み付けを小さくすることを特徴とする圧縮機。
流体を圧縮する圧縮機本体と、
前記圧縮機本体を駆動するモータと、
圧縮機の温度を検出する温度センサと、
前記圧縮機本体から出力される圧縮流体の圧力を検出する圧力センサと、
前記圧縮機の温度と前記圧縮流体の圧力とをそれぞれ所定の重み付けで用いて、前記圧縮機本体のメンテナンスサイクルを算出する算出部とを備え、
前記算出部は、前記圧縮機本体の稼働率に応じて前記温度の重み付けを変更することを特徴とする圧縮機。
請求項３に記載の圧縮機において、
前記算出部は、前記圧縮機本体の稼働率が大きい時には前記温度の重み付けを大きくし、前記圧縮機本体の稼働率が小さい時には前記温度の重み付けを小さくしたことを特徴とする圧縮機。
請求項１〜４の何れか１項に記載の圧縮機において、更に、
前記算出部で算出した累積運転時間を表示する表示機構を備えることを特徴とする圧縮機。
請求項１〜４の何れか１項に記載の圧縮機において、更に、
前記算出部は、前記圧縮機本体のメンテナンスを実施するまでの時間を算出し、
メンテナンスを実施するまでの時間を表示する表示機構を備えることを特徴とする圧縮機。
請求項１〜４の何れか１項に記載の圧縮機において、
前記算出部により算出されたメンテナンス実施時期に到達すると、前記圧縮機本体を停止することを特徴とする圧縮機。
請求項１〜４の何れか１項に記載の圧縮機において、
前記算出部は、前記モータの回転速度に応じてメンテナンスサイクルを変更することを特徴とする圧縮機。
請求項８に記載の圧縮機において、
インバータ回路を備え、前記圧力センサで検出した圧力に基づいて、前記モータをインバータ制御することを特徴とする圧縮機。
請求項１〜４の何れか１項に記載の圧縮機において、
前記算出部により算出されたメンテナンス実施時期に到達すると、前記モータの回転速度を減少させることを特徴とする圧縮機。
請求項１〜４の何れか１項に記載の圧縮機において、
前記算出部により算出されたメンテナンス実施時期に到達すると、圧縮流体の目標圧力を下げて前記圧縮機本体を運転することを特徴とする圧縮機。
請求項１〜４の何れか１項に記載の圧縮機において、
前記圧縮流体の圧力設定手段を設け、当該圧力設定手段により設定圧力を変更できるように構成したことを特徴とする圧縮機。