JP7465840B2

JP7465840B2 - 筐体型機器

Info

Publication number: JP7465840B2
Application number: JP2021045213A
Authority: JP
Inventors: 真嗣浦田; 晃洋高貫; 彰伊与泉
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2021-03-18
Filing date: 2021-03-18
Publication date: 2024-04-11
Anticipated expiration: 2041-03-18
Also published as: JP2022144286A

Description

本発明は、筐体型機器に関する。

空気などの気体を吸込み、圧縮気体を生成する筐体型機器は、圧縮機本体、電動機、電力変換装置筐体、気液分離器、オイルクーラ、エアクーラ、冷却ファン装置、表示機器及びこれらを格納するパッケージ筐体を備える。

電力変換装置筐体は外部の交流電源を接続する電源端子台と、電動機に電力を供給する電力変換装置と、制御装置等を備えている。

電力変換装置の構成としては、複数の電動機にそれぞれ給電する複数の電力変換装置を備える場合、単一の電動機に給電する複数の電力変換装置を備える場合がある。

更に、電力変換装置を備える筐体型機器では、他の装置の配置や、機器全体のサイズも考慮する必要から、電力変換装置の配置位置は重要な検討事項である。特許文献１は、可搬型圧縮機タイプの家電機器であって、筐体内に圧縮機本体と、電力変換装置を含む制御装置とを配置する構成を開示している。

ＷＯ２０１９／０２１５０９

電力変換装置には、コンデンサが含まれていることが多い。交流電源の給電が止まった場合に、コンデンサは残留電圧を持っている。コンデンサの残留電圧によって制御装置、表示機器の電源が入り続けてしまう期間が生じる恐れがある。

コンデンサの残留電圧では、電動機を駆動させるほど大きな電力を補うことはできない。ただし、表示機器の電源が入り続けてしまう期間では、表示機器が作動しているにもかかわらず、操作が入力されても電動機の動作が実現されない。このように表示機器の電源が入り続けてしまう期間は一時的なものであり、コンデンサの残留電圧が減少すれば解消されて通常の電源オフと同じ状態になる。よって、この表示機器の電源が入り続けてしまう期間が異常として取り扱われることは好ましくない。

本課題に対し特許文献１では、交流電源の遮断が検知されたら定めた停止処理を実行し表示機器に報知させることで異常として扱われない技術が開示されている。

しかし、特許文献１の技術では電源遮断が、使用者の意図的なものと、停電のような使用者が意図しない遮断を判定することができない。

本発明の目的は、使用者が意図しない電源遮断であるか使用者が意図した電源遮断であるかを判定し、使用者が意図した電源遮断の際に停止処理を実行する筐体型機器を提供することにある。

本発明の好ましい一例としては、圧縮機本体と、電動機と、制御装置とを有する筐体型機器であって、
前記制御装置は、
交流電源電圧を検出する交流電圧検出器と、前記電動機の駆動を制御する運転リレーとを有し、
検出した前記交流電源電圧が予め定められた値よりも低く前記運転リレーの状態がＯＦＦのとき、前記交流電源電圧の供給が正常に遮断されたと判定し、
前記交流電源電圧の供給が正常に遮断された場合には停止処理中を示すメッセージを表示機器へ表示する停止処理を実行させる筐体型機器である。

本発明によれば、使用者が意図しない電源遮断であるか使用者が意図した電源遮断であるかを判定し、使用者が意図した電源遮断の際に停止処理を実行する筐体型機器を実現できる。

実施例１の筐体型機器を模式的に示す斜視図である。実施例１における筐体型機器の制御・給電系の構成を模式的に示す図である。実施例１における制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。実施例１における停止処理の動作を説明するためのフローチャートである。実施例１における停止処理中の表示機器上に発報する画面内容である。実施例２における台数制御中の停止発報処理の動作を説明するためのフローチャートである。実施例２における台数制御中の停電を表示機器上に発報する画面内容である。実施例３における停電再起動処理の動作を説明するためのフローチャートである。実施例３における停電再起動処理中の表示機器上に発報する画面内容である。

以下に、図面を用いて実施例を説明する。

図１は、実施例１における筐体型機器1と制御盤2、デジパネル3の位置関係を示す筐体型機器1の斜視透過図である。

筐体型機器1は、空気を吸込み、圧縮空気を生成するものであり、正面カバー、左側面カバー、右側面カバー、後側面カバー、上面カバー及び下面ベースで形成された箱型構造である。また、図示しないが筐体型機器1は圧縮機本体、電動機、エアクーラ、冷却ファン装置とこれらを格納するパッケージ筐体を主に備える。

制御盤2は筐体型機器1に対し右側面に配置、デジパネル3は筐体型機器1の正面側で使用者が操作しやすい上方に配置されている。制御盤2とデジパネル3は通信配線が最短になる近傍に配置される関係が好ましい。そのため、制御盤2が筐体型機器1の正面や左側面に配置されてもよい。

次に制御盤2の構成について説明する。図２は、制御盤2の正面（筐体型機器1に配置した場合の右側面からの観察図）図である。図２は、実施例１における筐体型機器の制御・給電系の構成を模式的に示す図でもある。

制御盤2は、正面カバー（正面扉）、左面カバー、右面カバー、後面カバー、上面カバー及び下面カバーで形成された箱型構造である。

制御盤2は、電源端子台4、電力変換装置5、ＤＣリアクトル6、撹拌ファン7、制御装置8を格納する。制御盤2の下部には、電源配線引込口（不図示）が設けられている。

電源端子台4は、制御盤2と外部からの交流電源線を接続するものである。電力変換装置5は、基板10と、基板10に接続されたダイオードモジュール11及びパワーモジュール12及び放熱を図るため背面側に設けられている放熱フィン(不図示)を備え、制御装置8からの指令に応じて電力周波数を変換し、電動機に供給するようになっている。

基板10は、ＤＣリアクトル6と接続する端子台、制御装置8と通信制御する接続部やデジパネル3、撹拌ファン7、制御装置8へ電源供給する接続部とコンデンサ13の2次側の直流電圧を監視する直流電圧検出器14を備えている。これら接続部は5～24Vと弱電圧のため、50V以上の強電部になるダイオードモジュール11、パワーモジュール12、コンデンサ13、ＤＣリアクトル6からノイズの印加を避けるため離れた場所に備えられている（図上では右上部）。

ダイオードモジュール11は、基板10の高さ方向中央付近且つ左側に配置する。パワーモジュール12は、基板10の高さ方向中央付近且つ右寄りに配置する。即ち、ダイオードモジュール11及びパワーモジュール12は、鉛直方向で互いに重複しないように並列配置される。

電力変換装置5は、制御盤2の正面と並行になるように配置する。なお、圧縮機本体は、制御盤2に対し前述の水平一方向に離間して配置される。

ＤＣリアクトル6は、制御盤2の背面側、電力変換装置5の放熱フィンの上方（2次側）に配置する。なお、ＤＣリアクトル6は電力変換装置5の入力側（電源側）に設けられており、コンデンサ13は電力変換装置5の出力側（電動機側）に設けられて、電力変換装置5の出力を平滑する。

撹拌ファン7は、他励ファンであり鉛直方向の気流を発生させる向きに配置する。撹拌ファン7は、制御盤2内に対流する風の流れを生成し、各装置が局所的に発生する熱を分散冷却する機能を有する。なお、撹拌ファン7の配置位置はかかる場所に限定するものではなく、各装置の放熱量に応じて分散冷却を効率化できる位置であれば任意である。

制御装置8は、制御盤2の左上方に配置する。この位置はデジパネル3の配置位置との関係で、制御盤2内で最も近傍となる位置である（図１を参照）。

制御装置8は、例えば、プロセッサーなどの演算装置と、プログラムとの協働によって、記憶装置のワークエリアに機能部を構成するものや、アナログ回路構成によって構成される。プログラムとしては、図３、図４、図６、図８といった処理フローをプロセッサーが実行するような構成である。

制御装置8は、筐体型機器1の全体制御を行うものであり、吐き出し空気圧力や温度、デジパネル3から入力された入力情報に基づいて、制御装置8の出力する電力の入出力、周波数変換指令の出力及び配管上の各種弁体（不図示）の制御を行うようになっている。なお、有線又は無線の外部ネットワークを介して各種コマンドやパラメータを入出力可能に構成してもよい。また、制御装置8は交流電源電圧を検出、監視する交流電圧検出器15と、電動機の駆動を制御する運転リレー（不図示）を備えている。

次にデジパネル3の構成について説明する。デジパネル3は、正面カバー、左面カバー、右面カバー、後面カバー、上面カバー及び下面カバーで形成された箱型構造である。デジパネル3は表示機器16、操作基板17を格納する。デジパネル3の背面には、配線引込口（不図示）が設けられている。

表示機器16は、デジパネル3の正面側に配置され、筐体型機器1の設定圧力等を始めとしたパラメータの入力や筐体型機器1の運転状態等を表示するインタフェース装置である。配線引込口を介して電力変換装置5から電源配線、制御装置8との通信配線が接続されている。表示機器16はタッチパネル、液晶、7セグメントディスプレイなどの表示器である。

操作基板17はデジパネル3の正面側、表示機器16の周辺に配置され、筐体型機器1の運転・停止指令を行う運転スイッチ、停止スイッチが備えられている。

本実施例では押しボタンスイッチを使用しているが、先述した運転・停止指令を伝達できればロッカースイッチ、トグルスイッチなどの機械スイッチでも問題ない。

運転スイッチを使用者が押すことで運転指令が制御装置8に伝達され、制御装置8は運転リレーを導通（ON状態）にさせる。同様に停止指令においては、停止スイッチを使用者が押すことで信号が制御装置8に伝達され、制御装置8は運転リレーを開放（OFF状態）にさせる。これの他に遠隔操作により外部から制御装置8へ運転・停止の指示を送ることもできる。

ここで本実施例では、制御装置8は、交流電圧検出器15と運転リレーの状態（ONまたはOFF）に基づいて、電源供給が正常に遮断されたか否かを判定し、停止処理を実行する。

詳しく説明すると、本実施例では、制御装置8上の交流電圧検出器15が一定以下の電圧を検出すると制御装置8上の運転リレーの状態を確認する。運転リレーの状態がONでなければ停電により電源供給が異常遮断されたと判断し、停電再起動処理を実行する。一方で運転スイッチがOFFであれば、待機状態の圧縮機の電源供給が遮断されたと判断する。

本実施例では、後述する図４のステップ１１２で、基板10上の直流電圧検出器14はコンデンサ13の2次側の直流電圧を検出し、通信配線を介して制御装置8に直流電圧値を伝達し、制御装置8はこの電圧値を用いて表示時間を算出する。

図３は、実施例１における制御装置8の処理手順を表すフローチャートである。なお、図３で示す制御装置8の処理は、圧縮機の運転中、待機中に行われるものとする。

ステップＳ１０１では、制御装置8は交流電圧検出器15より交流電圧値を入力する。その後、ステップＳ１０２に進み、制御装置8は予め設定された閾値Aより交流電圧値が大きいかを判定する。この閾値Aは制御盤2の最低動作電圧や制御装置8の電子部品の最低動作電圧でも良い。判定結果がYESであれば圧縮機に交流電流が供給されていると判定し、ステップＳ１０１に戻る。ステップＳ１０２で制御装置8の判定結果がＮＯであれば、交流電流が遮断されたと判定されステップＳ１０３に移る。

ステップＳ１０３では、制御装置8上に設けられている運転リレーの状態を確認する。運転リレーがＯＮの場合、つまりステップＳ１０３の制御装置8の判定がYESであれば、制御装置8は圧縮機運転中に停電などによる使用者が意図しない電源遮断（正常でない遮断）が起きたと判定する。そして、ステップＳ１０４に移り、制御装置8は停電再起動処理を実行するように制御する。ステップＳ１０４の停電再起動処理は設定された時間内に復電が確認された時に圧縮機の運転を再開させる処理である。

一方、運転リレーがＯＦＦの場合、つまりステップＳ１０３の制御装置8の判定がＮＯの場合は、圧縮機待機中に使用者が意図した電源の遮断がなされたと判定する。そして、ステップＳ１０５に移り、制御装置8が停止処理を実行させるように制御する。ステップＳ１０５にて、制御装置8は、電源供給が正常に遮断されたことを表示機器16に出力するように制御する。これに応じて、表示機器16は、例えば「電源遮断中」のメッセージを表示する。

図４は、図３のステップＳ１０５内の処理フローであり、制御装置8が実行する停止処理のフローを説明する図である。図４は、コンデンサ13の残留電圧を用いた停止処理の報知に関する。

ステップＳ１１１では、直流電圧検出器14でコンデンサ13の充電電圧を検出し制御装置8へ伝達し、制御装置8が充電電圧Ｖ0の情報を取得する。

ステップＳ１１２では、充電電圧Ｖ0から制御下限電圧Ｖ1まで降下する時間tを、制御装置8が式（１）から表示機器16の表示時間tとして算出する。
ｔ＝Ｃ（Ｖ0^２－Ｖ1^２）／２Ｐ・・・（１）
この時、
ｔ：時間[ｓ]
Ｃ：コンデンサの静電容量[F]
Ｐ：負荷電力[W]
Ｖ0：充電電圧[V]
Ｖ1：制御下限電圧[V]
である。
なお、式（１）は式（２）を変形させ、式（２）は式（３）～（５）から導出できる。
Ｐｔ＝ＣＶ^２／２・・・（２）
Ｑ＝ＣＶ・・・・・・・（３）
Ｑ＝Ｉｔ・・・・・・・（４）
Ｐ＝ＩＶ・・・・・・・（５）
この時、
Ｑ：電荷[Ｃ]
Ｉ：電流[Ａ]
Ｖ：電圧[Ｖ]
である。

負荷電力Pは電力変換装置5から電源供給を受けている電子機器の消費電力の合計値である。本実施例では撹拌ファン7、制御装置8、表示機器16の合計値である。Ｖ1の制御下限電圧は表示機器16の動作電圧や基板10が給電できる電圧でも良い。

コンデンサの静電容量と負荷電力、制御下限電圧V1は圧縮機の仕様で決まるため定数となる。従って、充電電圧Ｖ0が変数となり、この値を検出することで表示時間tを求めることができる。ここで、Ｖ0を検出する理由はコンデンサの静電容量、負荷電力の量によって充電電圧が交流電圧最大値√２×Vより小さくなり、表示時間tの結果に誤差が出るためである。

算出された表示時間tによって次の停止処理が実行できる。制御装置8が、ステップＳ１１３にて、表示時間tが予め定めておいた時間Ｄ以下と判断した場合、ステップＳ１１４に進み表示機器16を消灯させる。そのようにすることで、使用者が表示機器16を操作できないようにさせる。

また、制御装置8が、ステップＳ１１３にて、予め定めておいた時間Ｅ（Ｅ＞Ｄ）より表示時間tが長いと判断した場合には、ステップＳ１１５に進む。

ステップＳ１１５では、制御装置8は、表示機器16に「停止処理中」を発報させるように制御するとともに、例えば、図５の下段に示すように運転データの表示や、清掃・交換時期が近いまたは過ぎている点検部品の一覧を表示するように制御することで使用者に圧縮機の点検情報を連絡させる。

図５の下段には、クーラなどの各部品の点検周期（hr）と、点検周期を分母とした点検までの残時間を分子で示す。図５の下段では、残時間が零になったら点検をすることを報知するようにした部品の点検情報の一例を示す。

さらに、制御装置8が、ステップＳ１１３にて、表示時間tが予め定めておいた時間Ｄより長いが予め定めておいた時間Ｅ以下の場合であると判断した場合には、ステップＳ１１６に進む。

ステップＳ１１６では、制御装置8は、図５の上段に示すように「停止処理中」を表示機器16に発報させるように制御する。そのようにすることで、使用者が圧縮機の停止処理を実行していることを視認できるようにする。

実施例１によれば、交流電源の給電が止まった時に電源遮断が使用者にとって意図的か非意図的なものかを判定できる。さらに、意図的の場合には停止処理を実行させ表示機器に報知する。それにより、意図的な遮断の場合において、表示機器が作動しているにもかかわらず、操作が入力されても電動機の動作が実現されないという状態を、使用者は理解することができる。さらに、意図的ではない遮断の場合には、停電再起動処理を実行する。

実施例２は、２台以上の圧縮機を駆動する順番や、圧縮機を駆動する状況を判断して圧縮機を駆動させる制御である台数制御を適用する場合の実施例である。

実施例１の図３に示すフローでは、台数制御中の圧縮機が待機中の際に停電が発生した時には、正常に電源遮断されたと判定されてしまう。

図６は、実施例２における制御装置8の処理手順を表すフローチャートである。なお、図６において、図３とほぼ同様の部分は同一の符号を付す。

ステップＳ１０３の判定がＮｏの時、ステップＳ２０１に移行し制御装置8は、台数制御の設定が行われている（台数制御中である）かを判定する。ステップＳ２０１の判定がＮｏであればステップＳ１０５に移行し、制御装置8は停止処理を実行させるように制御する。

一方で、ステップＳ２０１の判定がＹｅｓであれば、台数制御中の圧縮機が待機中の際に停電が発生したと判定し、ステップＳ２０２に移行する。ステップＳ２０２では、図７に示す様に、制御装置8が表示機器16に、当該の圧縮機が停電したことを、発報するように制御する。さらに、圧縮機の台数制御を管理する台数制御機器がある場合には、台数制御機器に当該の圧縮機が停電したことを発報するように制御する。

従来は、台数制御機器と圧縮機が異なる電源系統から受電されている場合において、停電の検出ができず通信エラーとして認識されてしまう。例えば、台数制御機器の電源は停電ではなくON状態になっており、圧縮機を駆動する電源が停電になっている場合に、台数制御機器から圧縮機に対して駆動を開始する指令を出した際には、圧縮機は応答しないので台数制御機器は通信エラーとして認識してしまう。

本実施例では、実施例１の効果に加えて、台数制御機器と圧縮機が異なる電源系統から受電されている場合において、制御装置8がステップＳ２０１とステップＳ２０２を実行することにより、圧縮機が停電であることの検出・報知を行うことができる。台数制御機器を使用しない台数制御や連動運転させていない圧縮機に対しても、圧縮機が停電であることの検出・報知を行うことができる。

実施例１、もしくは実施例２は、待機中の圧縮機の停止処理に係る報知である。実施例３では、運転中の意図しない電源遮断が起こった場合に同様に報知する処理を実行する。

図８は、実施例３におけるコンデンサ13の残留電圧を用いた停電の報知に係わる制御装置8の処理手順を表すフローチャートである。実施例３では、コンデンサ残留電圧を利用し図３のステップＳ１０４に対し図８の処理を実行する。

ステップＳ３０１、Ｓ３０２はステップＳ１０２、Ｓ１０３のループ処理を行うものである。この処理中に復電（交流電圧が閾値Ａを超えた）された場合、運転リレーの状態がＯＮと判定されているため圧縮機は継続運転を行い処理が終了する。

ステップＳ３０２で運転リレーの状態がＯＦＦと制御装置8が判定した時は、復電時に継続運転ができないと判断されるのでステップＳ３０３へ移行する。ステップＳ３０３では、制御装置8は、通信によって圧縮機が停電したことを、図９に示すよう停電情報として、表示機器16に発信させるように制御する。

次にステップＳ３０４に移行し、制御装置8は、停電開始時間t0を検出する。ステップＳ３０５では、交流電圧が閾値Ａを超えた場合には復電と判定する。

復電の場合には、ステップＳ３０６では、制御装置8は復電時間t1を検出する。

ステップＳ３０７では、制御装置8は停電時間t0と復電時間t1の差を計算する。

ステップＳ３０８では、停電時間t0と復電時間t1の差の詳細を、制御装置8は停電時間として表示機器16上または通信にて報知するように制御する。

ステップＳ３０９では、予め設定された復電後の時間経過後に制御装置8は圧縮機を再起動させる処理を実行させるように制御し、停電再起動処理が終了する。

実施例３によれば、実施例１または実施例２の効果に加えて、意図しない電源遮断が起こった場合に、停電情報などを表示機器16などから報知することができる。

以上の実施例においては、圧縮機の電源遮断を検知し、表示機器上に状態を出力させることができる。上記実施例において、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。すなわち、圧縮機は給油式に限らず、圧縮室に油を供給しないオイルフリー式や、圧縮室に水を供給する給水式でもよい。また、スクリュー圧縮機に代えて、例えば、スクロール圧縮機でもよい。

１筐体型機器
２制御盤
３デジパネル
４電源端子台
５電力変換装置
６ＤＣリアクトル
７撹拌ファン
８制御装置
１０基板
１１ダイオードモジュール
１２パワーモジュール
１３コンデンサ
１４直流電圧検出器
１５交流電圧検出器
１６表示機器
１７操作基板

Claims

圧縮機本体と、電動機と、制御装置とを有する筐体型機器であって、
前記制御装置は、
交流電源電圧を検出する交流電圧検出器と、前記電動機の駆動を制御する運転リレーとを有し、
検出した前記交流電源電圧が予め定められた値よりも低く前記運転リレーの状態がＯＦＦのとき、前記交流電源電圧の供給が正常に遮断されたと判定し、
前記交流電源電圧の供給が正常に遮断された場合には停止処理中を示すメッセージを表示機器へ表示する停止処理を実行させる筐体型機器。
請求項１に記載の筐体型機器において、
前記制御装置は、
前記交流電源電圧の供給が正常に遮断されたかを判定し、
前記交流電源電圧が予め定められた値よりも低く前記運転リレーの状態がＯＮのとき前記交流電源電圧の供給が正常に遮断されなかったと判定し、停電再起動処理を実行する筐体型機器。
請求項１に記載の筐体型機器において、
電力変換装置を有し、
前記電力変換装置は、前記電力変換装置の出力を平滑にするコンデンサと、
前記コンデンサの充電電圧を検出する直流電圧検出器とを有し、
前記制御装置は、
前記制御装置は、前記充電電圧の時間変化に基づいて表示時間を算出し、
前記表示時間に基づいて前記表示機器の表示内容を変更させる制御をする筐体型機器。
請求項３に記載の筐体型機器において、
前記表示時間が予め定めた時間を超える場合は、
前記制御装置は、
前記表示機器に、停止処理中の発報と点検部品の点検時期を発報させるように制御する筐体型機器。
請求項１に記載の筐体型機器において、
前記制御装置は、
前記交流電源電圧の供給が遮断され、
前記運転リレーがＯＦＦである場合において、
台数制御しているかどうかを判定し、
前記台数制御をしている場合には、前記表示機器に、停電していることを発報させるように制御する筐体型機器。
請求項１に記載の筐体型機器において、
前記制御装置は、
前記交流電源電圧の供給が遮断され、
前記運転リレーがＯＦＦである場合において、
台数制御しているかどうかを判定し、
前記台数制御をしていない場合には、停止処理を実行させる筐体型機器。
請求項２に記載の筐体型機器において、
前記制御装置は、
停電開始時間と復電時間を検出する筐体型機器。