JPH01104990A - 空気圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野Ｊ 本発明は空気圧縮機に係り、特に、従来から空気圧制御
に使用されている圧力開閉器式、および自動アンローダ
式の再制御方式の長所を併せ持つ空気圧縮機に関するも
のである。

「従来の技術」 従来、圧縮機の圧力を所定値に維持するための運転制御
方式として、連続運転式（自動アンローダ式）および断
続運転式（圧力開閉器式）の２つの方式が知られている
。

両方式を簡単に説明すると、 連続運転式は、空気タンクの圧力が下限値以下になると
負荷運転を行い、また、圧力が上限値に達すると、例え
ば吸い込み側の弁を開放して電動機の負荷を軽減したア
ンロード運転を続ける制御方式であり、断続運転式は、
空気タンクの圧力が下限値および上限値に達することに
よりそれぞれＯＮまたはＯＦＦに切替られる圧力開閉器
により電動機を起動しあるいは停止させる制御方式であ
る。そして、上記再制御方式はそれぞれ下記のような特
徴を持っている。

（ａ）　　連続運転式 アンロード運転時にも電動機が回転しているから、必然
的に電力ロスが生じるが、圧力低下時に迅速に空気を補
給することができ、したがって、空気消費量の多い使用
条件に適する。

（ｂ）　　断続運転式 圧力が上限に達すると電動機が停止するから、電力ロス
が少ないが、圧力低下時に改めて電動機を起動するため
、迅速に空気を補給することができず、したがって、空
気消費量の少ない使用条件に適するが、空気消費量が多
くなると、電動機が頻繁に運転、停止を繰り返すことと
なって消費電力が増し、また、電動機が過熱し易いとい
う問題も生じる。

「発明が解決しようとする問題点」 しかしながら、空気圧縮機の運転条件を的確に把握して
いずれの制御方式を選択するかを判断することは必ずし
も容易でなく、また、運転条件が変化した場合には、空
気圧縮機の交換、あるいは改造が必要になる。

このような背景のもとに、再制御方式を併用するように
したものとして、実開昭５９−１４８４９１号公報に記
載された「圧縮機の制御装置」がある。

この圧縮機は、連続運転制御における無負荷運転時間、
および、断続運転制御における停止時間をそれぞれ検知
し、無負荷運転時間が設定時間以上に互って連続する場
合には断続運転制御に、停止時間が設定時間以下となっ
た場合には連続運転設定に、それぞれ自動的に切替を行
うようにしたものであり、使用条件に応じて制御方式を
自動的に選択することができるという長所を有している
。

しかしながら上記圧縮機は、長時間に亙る無負荷運転、
短い停止時間の後の電動機再起動といった好ましくない
運転状況が現実に発生して初めて適正な制御方式への切
り替えを行うものであるから、上記再制御方式の欠点を
完全に除去するものではなかった。

本発明は上記事情に鑑みて提案されたもので、使用条件
の変化に迅速に対応して的確に制御方式を選択すること
のできる空気圧縮機を提供することを目的とするもので
ある。

「問題点を解決するための手段」 上記目的を達成するため、本発明は、空気を貯留するタ
ンクの圧力が下限に達した場合に前記タンクの圧力を上
昇させるべく負荷運転状態にされ、前記圧力が上限に達
した場合にタンクへの空気の供給を停止すべく待機状態
にされる空気圧縮機であって、前記待機時に電動機を停
止させる断続運転制御モードと、電動機を停止させるこ
となく圧縮機を無負荷状態にする連続運転制御モードと
の切替が可能な空気圧縮機において、前記タンク内の圧
力が前記上限値と下限値との間の第１の基準値から下限
値まで降圧する間の圧力タンク内の圧力の変化率と、前
記下限値から、前記上限値と下限値との間の第２の基準
値まで昇圧する間の圧力タンク内の圧力の変化率とをそ
れぞれ検知する圧力変化率検知手段と、該圧力変化率検
知手段から供給された圧力変化率のデータに基づいて、
降圧時の圧力変化率と昇圧時の圧力変化率との比を演算
する演算手段と、該演算手段の演算結果を基準値と比較
する比較手段と、該比較手段の比較結果に応じて、前記
待機時の制御モードを断続運転制御もしくは連続運転制
御のいずれかに選択する制御手段とを設けるようにした
ものである。

「作用」 上記構成によれば、空気圧縮機の待機中の圧力降下率と
、負荷運転中の圧力上昇率との比を求めることにより、
圧力変化率へのタンク容積あるいは空気吐出量の絶対値
の影響を排除して空気使用状態を把握し、適確に連続運
転制御もしくは断続運転制御を選択することができる。

「実施例」 以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

第１図は空気圧縮機の全体の構成を示すもので、図中符
号１は電動機、２は空気タンク、３は圧縮機本体（図示
例はレシプロ圧縮機を示す）である。

前記空気タンク２と圧縮機本体３との間には、中間に３
方電磁弁４を有するアンローダ管路５が設けられており
、該アンローダ管路５は、前記３方電磁弁４を通電する
ことにより、前記圧縮機本体３の吸気弁（図示時）を操
作するアンローダ（図示時）にタンクの内圧を加えて強
制的にアンローダ（開放）状態にし、あるいは、３方電
磁弁４の通電を断つことにより、前記アンローダに内圧
が加わらない状態（何等吸気弁を操作しない状態）とし
て、吸気弁に通常の開閉動作を行わせるようになってい
る。

また、符号６は前記電動機１の電源を開閉する電磁接触
器であって、該電磁接触器６は前記電磁弁４とともに制
御回路７に接続されて、該制御回路７に操作されるよう
になっている。また、前記制御回路７には、デイスプレ
ィ装置７ａが接続されて、設定圧力などの制御条件を表
示させるようになっている。

次いで、第２図により前記制御回路７の詳細な構成を説
明する。

図中鎖線で囲まれた部分は、前記制御回路７に含まれる
回路の範囲を示している。図中符号８は電磁接触器６を
操作して電源ラインの接点９を開閉するリレーＲＹＩの
励磁コイル、符号１０は前記３方電磁弁４の励磁コイル
１１を操作するリレーＲＹ２の励磁コイル、符号１２は
前記リレーＲＹ１のａ接点、符号１３は前記リレーＲＹ
２のｂ接点、符号１４は制御回路７の電源を開閉する押
しボタンスイッチ、符号１５は電動機１の電源ラインを
開閉するサーマルリレー、符号１６はそのｂ接点である
。

前記励磁コイル８・１０はコントローラ１７に接続され
ており、該コントローラ１７は、前記空気タンク２ある
いはこれに連通された空気管路（すなわち、空気タンク
と等圧となっている部分）の圧力を検出する圧力センサ
ＰＳの検出信号によって、前記励磁コイル８・ｌＯを択
一的に通電すべく制御動作を行うようになっている。

次いで、第４図を参照して、圧縮機の動作とともに、前
記コントローラ１７における制御の内容を説明する。

押しボタンスイッチ１４を操作しない状態では、電動機
１の電源が断たれるため圧縮機が停止状態となる。また
、タンク２は、大気圧、または、タンク１内に残った空
気の圧力となり、電磁弁４が通電されていない状態では
、アンローダ回路５が大気開放状態となって、吸気弁が
負荷状態（圧縮運転し得る状態）となる。

次いで、押しボタンスイッチ１４を操作すると、リレー
ＲＹＩの励磁コイル８が通電されて接点１２が閉じられ
、さらに、電磁接触器６が作動して接点９が閉じられて
電動機１が起動される。（ｔｏ）電動機１の起動により
、圧縮機本体３が運転されてタンク２内の圧力が上昇し
て行く。（ｔｏ〜１＋）圧力が上限値Ｐｈ（例えば９．
５ｋｇ／ａｍ”）に達してこの圧力が圧力センサＰＳに
検知されると、この検出信号が前記コントローラ１７に
入力され、コントローラ１７が圧縮機を待機状態にすべ
く電磁弁用のリレーＲＹ２を解磁する（ｔ２）。なお、
起動後の最初の待機時に自動アンローダ式とするか圧力
開閉器式とするかの判断は、前回の運転時の停止直前の
に値（後に詳述する）の判断結果の記憶に基づいて行わ
れるものであり、実施例の場合、自動アンローダ式が選
択されるようになっているが、空気消費量の多い使用条
件に適確に対処させるべく、起動直後にまず自動アンロ
ード運転に入るような初期条件を設定し、あるいは、空
気消費量が少ないにもかかわらず自動アンロード運転が
長時間に亙って継続されることによる電力消費を防止す
べく、起動直後にまず圧力開閉器式となるような初期条
件を設定するようにしてもよい。

アンロード運転となることにより、タンク２内の圧力が
徐々に低下して行き、基準圧力Ｐｒ（例えば９．０　ｋ
　ｇ／　ｃ　ｍ”）に達したことが検知されると、この
検知信号の入力を条件として、コントローラ１７内の計
時手段としてのタイマ（図示略）をスタートさせる。な
お、この実施例における前記タイマは、圧力の変化率を
求める変化率検知手段として機能している。（ｔ３） さらに圧力が低下して下限値ＰＡ（例えば、８ｋｇ／ｃ
Ｉ１１２）に達すると、この検知信号によって、アンロ
ード状態からロード状態に移行させるべくＲＹ２を励磁
するとともに、前記タイマをストップさせ、タイマに計
測された時間Ｔ、をコントローラ１７内の記憶装置に記
憶させる。さらに、ロード状態の運転継続時間を計時す
べく前記タイマを再スタートさせる。（ｔ４） 負荷運転状態となることにより、タンク２内の圧力が徐
々に上昇して行き、基準圧力Ｐｒを上回ると、前記タイ
マをストップさせるとともに、この時間Ｔ、をコントロ
ーラ１７内の記憶装置に記憶させる。　　　　　　（ｔ
５） さらに圧力が上昇して上限値ｐｈに達すると、コントロ
ーラ１７が下記の基準に従って、いずれかの制御モード
による待機運転にするべきかを判断する。

すなわち、コントローラ１７は、Ｔ　ｌ　／　Ｔ　２−
　Ｋと定義される無次元量の変数Ｋを演算し、この演算
値Ｋを基準値と比較して、基準値より小さい場合、連続
運転制御モード（吸気弁を開放したアンロード状態で待
機するモード）に設定すべきであると判断する。（【６
） なぜならば、一般に、タンク２内の圧力が所定値まで降
下するに要する時間が短い場合には消費空気量が多いも
のとみなすことができるが、例えば、タンクの容積が小
さい場合、消費量が同一であっても、タンク容量が大き
いものより前記時間が短くなるから、タンクの容積を無
視して時間のみにより消費量を判断することはできない
。これに対して、上記式により求められたに値によれば
、タンク容積の時間への影響を相殺することができる。

そして、上記のように、空気消費量が多いために圧力上
昇に要する時間が長い場合には、Ｋ値が基準値より小さ
くなって連続運転制御すべきであるとの判断がされ、判
断結果がコントローラ１７内の記憶部に記憶される。

なお、上記基準圧力Ｐｒは、判断の正確さの面から見て
上限圧力ｐｈにできるだけ近いことが望ましいが、上記
演算、演−算結果に基づく判断、および判断結果の記憶
、さらには、電磁弁４などの切替を、タンク内の圧力が
基準圧力Ｐｒを上回ってから上限圧力ｐｈに達するまで
の間に行なう必要があることから、基準圧力Ｐｒから上
限圧力Ｐｈまで圧力が上昇する間に上記一連の動作を行
なう時間を確保することができるような値に設定されて
いる。

さらに、タンク内の圧力が上限値ｐｈに達したことが検
出されると、前記判断に基づいて吸気弁を開放すべく回
路が操作される。すなわち、リレーＲＹ２を消磁するこ
とにより３方電磁弁が通電されてアンローダ回路５にタ
ンク２内の圧力が加わり、圧縮機本体３の吸気弁（図示
略）が前記アンローダ回路５からの空気圧によって強制
的に開放される。また、励磁コイル８は、リレーＲＹＩ
のａ接点を閉状態に保つべく通電状態に保たれ、したが
って電動機１が連続運転される。

以下、前述の場合と同様にして、基準圧力Ｐｒを下回っ
た後下限圧力ＰＬに至るまでの時間Ｔ１、および、下限
圧力Ｐａに至って再度圧縮運転に入った後基準圧力Ｐｒ
を超えるまでの時間Ｔ、を測定してに値を演算し、前述
の場合のようにに値が基準値より小さい場合には連続運
転制御をすべきであると判断し、Ｋ値が基準値より大き
い場合には、断続運転制御をすべきであると判断し、判
断結果に基づいて制御モードを選択・する。（ｔｙ〜目
Ｏ）そして、図示例の場合、１１〜目Ｇにおけるに値が
基準値より小さいため、ｔｌＯ以降は、電磁接触器用リ
レーＲＹ１を解磁することにより電磁接触器の接点９を
開放してモードル１を停止させ、所定の計時を行いなが
ら次回の負荷運転開始を待つ。

以下、Ｋの演算を行いながら連続運転制御、断続運転制
御のいずれかを選択しながら同様の動作を繰り返す。

なお、第３図に上記制御のフローチャートを示す。

このフローチャートに従って上記制御動作を再度簡単に
説明すると、光電源を投入して（Ｓｔｅｐｌ）、押しボ
タンスイッチ１４を操作すると（Ｓｔｅｐり、圧縮機が
運転を開始して圧力が上昇して行き、上限圧ｐｈに達す
ると、前回の運転が停止される前に算出されたに値の判
断結果の記憶に基づいて、５Ｌｅｐ４の圧力開閉器式（
断続運転）もしくは５ｔｅｐ５の自動アンローダ式（連
続運転）のいずれかが選択され、無負荷運転状態に入る
とともに、基準圧力Ｐｒから下限圧力Ｐｉまで圧力が降
下するのに要する時間Ｔ、が計時される。また、無負荷
運転によりタンク２内の圧力が降下して行き、下限圧Ｐ
Ａに到達すると、負荷運転状態に入るとともに、この無
負荷運転において、下限圧ＰＩｔから基準圧力まで圧力
が上昇するのに要する時間Ｔ、が計時され、さらに、Ｔ
　Ｉ’／　Ｔ　ｚが演算されて次回の待機時の運転モー
ドをいずれに゛するかが判断される。

そして、圧力が上限値ｐｈに達したことが検知されると
（Ｓｔｅｐ６）、前記圧力開閉器式の場合には、圧縮機
を瞬間的にアンロード状態として電動機１を停止させ（
Ｓｔｅｐ７）、自動アンローダ式の場合には、電動機１
を運転したまま７７０−ド運転を行う（Ｓｉｅｐｓ）。

なお、前述のように電動機停止時に瞬間的にアンロード
状態とすることにより、電源開放後に圧縮機本体３の負
荷を軽減し、電動機１、あるいは動力伝達系の慣性によ
る回転をできるだけ長く継続させて、電動機ｌに付属し
たファン（図示路）による冷却を持続させることができ
る。以下、タンク内の圧力が下限値より低下したことが
検知されると再度負荷運転に入り（Ｓｔｅｐ９）、その
後、前記５ｔｅｐ３〜５ｔｅｐ９の動作を繰り返す。

「発明の変形実施例」 （ｉ）　　上記一実施例において計時開始および終了の
基準として設定した圧力値は、降圧区間および昇圧区間
において同一の値であっても異なる値であってもよい。

（ｉｉ）　　負荷運転時の圧力変化率として採用し得る
データは、上記一実施例のような一定範囲の圧力変化に
要する時間に限定されるものではなく、例えば、圧力セ
ンサから連続的に供給される圧力データを微分器を介し
て微分することによって得られた圧力変化率、あるいは
、一定時間内の圧力変化量などのデータを用いるように
してもよい。

（ｉｉｉ）　　本発明の制御方式は、上記一実施例のレ
シプロ圧縮機のみならず、例えば、本出願人の先願に係
る特開昭５６−５８０号公報に記載された油冷式圧縮機
、あるいは、特開昭６０−２４７０８２号公報に記載さ
れたスクロール式圧縮機などのような、他の方式の容積
式圧縮機にも適用し得るのはもちろんである。そし、て
、この場合、アンロード運転は、圧縮機の吸い込み側に
設けられた容量調整弁を絞って吸い込み空気量を減少さ
せた運転状態を言うものとする。

（ｉｖ）　　制御回路の具体的構成は上記一実施例のも
のに限定されず、等価の動作を行い得る他の回路を採用
するようにしてもよい。

（ｉｖ）上記一実施例では、断続運転制御に入る際に瞬
間的に吸気弁をアンロード状態にすることにより、電動
機の慣性による回転の時間を延ばすようにしたが、断続
運転制御期間全体でアンロード状態となるように電磁弁
を切り替え、次回の負荷運転時に元の状態に戻すように
しても、前述の場合と同様に慣性による回転の時間を延
長して電動機、圧縮機の冷却を促進させることができる
。

「発明の効果」 以上の説明で明らかなように、本発明は、圧縮機がタン
ク圧力の低下によって負荷運転に入った時の圧力変化状
態に応じて、圧力上昇後の待機状態における運転モード
を断続運転モードもしくは連続運転モードに切り替える
ようにしたから下記の効果を奏する。

（ａ）空気の消費量が多い場合には、直ちに負荷運転状
態に入ることが可能なアンロード状態で待機することに
より迅速にタンクに空気を補充し、また、また、空気の
消費量が少ない場合には、電動機を停止させた状態で待
機して、アンロード運転が長時間続くことによる電力消
費を防止することができる。

（ｂ）空気消費量が多い場合にアンロード状態で待機す
るように設定されるから、圧縮機が起動する、回数が必
要最小限となり、起動時に必然的に生じる大電流、およ
びこれに伴う発熱、さらに、このような原因による電動
機の消耗を抑えることができる。

（ｃ）降圧時の圧力変化率と昇圧時の圧力変化率との比
に基づいて制御モードが選択されるから、同一吐出量の
圧縮機本体に対するタンク容積の変更、あるいは、同一
容積のタンクに対する圧縮機本体の吐出量の変更（例え
ば電動機の出力に余裕のある範囲で回転数を大きくする
ことにより行われる）にかかわらず、同一の制御条件の
まま適確に制御モードを選択することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の一実施例を示すもので、
第１図は全体の構成を示す側面図、第２図は制御回路の
回路図、第３図は制御動作のフローチャート、第４図は
制御回路の動作と圧力変化とを示すタイミングチャート
である。 １・・・・・・電動機、２・・・・・・空気タンク、３
・・・・・・圧縮機本体、４・・・・・・３方電磁弁、
５・・・・・・アンローダ管路、６・・・・・・電磁接
触器、７・・・・・・制御回路、１７・・・・・・コン
トローラ、ＲＹＩ−ＲＹ２・・・・・・リレー、ＰＳ・
・・・・・圧力センサ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　空気を貯留するタンクの圧力が下限に達した場
   合に前記タンクの圧力を上昇させるべく負荷運転状態に
   され、前記圧力が上限に達した場合にタンクへの空気の
   供給を停止すべく待機状態にされる空気圧縮機であって
   、前記待機時に電動機を停止させる断続運転制御モード
   と、電動機を停止させることなく圧縮機を無負荷状態に
   する連続運転制御モードとの切替が可能な空気圧縮機に
   おいて、前記タンク内の圧力が前記上限値と下限値との
   間の第１の基準値から下限値まで降圧する間の圧力タン
   ク内の圧力の変化率と、前記下限値から、前記上限値と
   下限値との間の第２の基準値まで昇圧する間の圧力タン
   ク内の圧力の変化率とをそれぞれ検知する圧力変化率検
   知手段と、該圧力変化率検知手段から供給された圧力変
   化率のデータに基づいて、降圧時の圧力変化率と昇圧時
   の圧力変化率との比を演算する演算手段と、該演算手段
   の演算結果を基準値と比較する比較手段と、該比較手段
   の比較結果に応じて、前記待機時の制御モードを断続運
   転制御もしくは連続運転制御のいずれかに選択する制御
   手段とからなることを特徴とする空気圧縮機。
2. （２）　前記圧力変化率検知手段は、タンク内の圧力を
   検知する圧力センサと、前記第１の基準値から下限値ま
   で圧力が降下するのに要する時間、および、前記下限値
   から第２の基準値まで圧力が上昇するのに要する時間を
   それぞれ測定する計時手段とからなることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の空気圧縮機。
3. （３）　前記圧力変化率検知手段は、タンク内の圧力を
   連続的に検知する圧力センサと、該圧力センサの出力信
   号を微分する微分手段とからなることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の空気圧縮機。