JPH08326662A - 容積形往復圧縮機の吐出し容量制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 省エネルギー化を図り、かつ吐出し容量を無
段階に調節する。 【構成】 制御装置１５は、圧力検出器１２で吐出し圧
力を測定し、この測定値に基づいて下エアーシリンダ１
０及び上エアーシリンダ１１による下吸入弁８及び上吸
入弁９の開閉、並びにバイパスバルブ１４の開閉量を操
作することにより吐出し容量を連続的にスムースに調節
する事のできるフィードバック制御の構成になってい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、容積形往復圧縮機の吐
出し容量制御方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、この種の容積形往復圧縮機で
は、最大使用量に対して十分な吐出し容量が確保される
一定回転数で駆動されている為、使用量が減少した際の
吐出し容量の調節に工夫を要する。

【０００３】従来、吐出し容量の調節を行うための制御
方式としては、アンローダ方式やバイパス方式などがあ
る。

【０００４】アンローダ方式は、シリンダの吸入弁を外
部より強制的に操作して開状態とし、シリンダ内で圧縮
仕事ができない様にすることにより吐出し容量を調節す
る方式である。

【０００５】一方、バイパス方式は、不要な圧縮媒体を
外部に放出するか、あるいはバイパスして吐出ラインか
ら吸入ラインへ戻すことにより吐出し容量を調節する方
式である。

【０００６】また、両者を併用する場合には、アンロー
ダ方式とバイパス方式とを個別に制御していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来に
おける容積形往復圧縮機の吐出し容量の制御には、以下
のような問題点があった。

【０００８】アンローダ方式の場合には吐出し容量の調
節が多段階になるという問題点がある。

【０００９】図８乃至図１０に、アンローダ方式による
１気筒の場合の吐出し容量調節装置の概略構成を示す。
図８に示すように上吸入弁１０３及び下吸入弁１０４の
両方共に弁閉状態であるときは１００％の負荷運転とな
り、図９に示すように上吸入弁１０３が閉状態で下吸入
弁１０４が開状態であれば５０％の負荷運転となり、図
１０に示すように上吸入弁１０３及び下吸入弁１０４の
両方共に弁開状態であるときは０％の負荷運転となる。

【００１０】このように１気筒では吐出し容量を０％、
５０％、１００％の３段階にしか切り換えられない。ま
た、２気筒にしても、１気筒の吐出し容量制御との組み
合せにより、０％、２５％、５０％、７５％、１００％
の５段階にしか切り換えられない。しかし一方で、弁開
放時には負荷が低減するので省エネルギーの効果があ
る。

【００１１】また、バイパス方式の場合は吐出し容量を
無段階に調節する事が可能であるが、吐出ラインから吸
入ラインへ吐出し容量の一部を戻すので、圧縮機自体は
常に全負荷運転であり動力低減はない。そのため省エネ
ルギーの効果は得られないという問題点がある。

【００１２】さらに、これら両者を併用する場合は、ア
ンローダ方式とバイパス方式とを個別に制御しているた
め、必要に応じた吐出し容量を０％から１００％まで連
続変化させる事が不可能であり、また切り換え時には圧
力変動が多く発生していた。加えて、吐出し容量を調節
するのに圧縮機の電動機（モーター）の回転数を制御し
て行う方式もあるが、往復圧縮機の場合はトルク変動が
生じるため製作が難しく一般的に採用されていないのが
実情である。

【００１３】本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑
み、省エネルギー化を図り、かつ吐出し容量を無段階に
調節することができる容積形往復圧縮機の吐出し容量制
御方法および装置を提供することを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に第１発明は、シリンダより吐き出される吐出し容量
を、アンローダ機構によりシリンダの吸入弁を強制的に
開閉操作することで調節するアンローダ方式と、吐出ラ
インから吸入ラインへ圧縮媒体を戻すことにより調節す
るバイパス方式とを併用する容積形往復圧縮機の吐出し
容量制御方法であって、最終吐出ラインの圧力変動を検
出し、この検出結果に基づいてアンローダ機構を粗制御
すると同時に、吐出ラインから吸入ラインへの戻し量を
精制御することにより吐出し容量を自動的に無段階調節
することを特徴とする。

【００１５】また、第２発明は、吸入弁と吐出弁を有す
るシリンダと、該シリンダ内でピストンを一定の回転数
で往復運動させる電動機と、前記シリンダの吸入弁を強
制的に開閉操作するアンローダ機構と、吐出ラインと吸
入ラインを接続するバイパスラインと、該バイパスライ
ンに設けられたバイパスバルブと、を備えた容積形往復
圧縮機の吐出し容量制御装置であって、最終吐出ライン
の圧力変動を検出する圧力検出器を有し、前記圧力検出
器の検出結果に基づいて、前記アンローダ機構を粗制御
すると同時に、前記バイパスバルブを精制御するもので
あることを特徴とする。

【００１６】この場合、前記シリンダが並列接続された
ことを特徴とするものであってもよい。

【００１７】

【作用】上記のとおりに構成された本発明では、最大使
用量に対して十分な吐出し容量が確保される一定回転数
で駆動されている。このような状態で使用量が減少して
最終吐出ラインの吐出し圧力が上昇すると、圧力検出器
がその圧力値を検出して制御装置に出力する。制御装置
では、検出された圧力値により、最終吐出ラインの吐出
し圧力が一定（設定値）になるような負荷容量を算出す
る。この算出結果に基づき、アンローダ機構の粗制御が
行われると同時に、バイパスバルブの精制御が行われ
る。このように、使用量が減少して吐出し圧力が上昇す
ればアンローダ機構の操作とバイパスバルブの操作が同
時に行われることで、アンローダ機構により動力が節約
されつつ、バイバスバルブにより自動的に吐出し容量が
無段階調節される。

【００１８】また、シリンダを並列接続したもので、上
記の制御を行うことにより、さらに細かい容量制御が可
能になる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００２０】（第１の実施例）図１は本発明の容積形往
復圧縮装置の吐出し容量制御装置の第１実施例を示す概
略構成図である。

【００２１】本実施例における容積形往復圧縮装置の吐
出し容量制御装置は、図１に示すように、ベッド１およ
びフレーム２により設置された１気筒の複動形シリンダ
３と、シリンダ３内でピストンを一定に往復運動させる
ための、フライホイール４を持つ電動機５とを備えてい
る。

【００２２】シリンダ３の後端付近下側の一側部（入口
下側）には、ピストンの先端側への押し込み工程時に開
になり吸入ライン６よりガスをシリンダ室内に導く下吸
入弁８が設けられ、その他側部（出口下側）には、ピス
トンの後端側への引き込み工程時に開になりシリンダ室
内から吐出ライン７に圧縮ガスを吐き出す下吐出し弁が
設けられている。

【００２３】同様にシリンダ３の先端付近上側の一側部
（入口上側）には、ピストンの後端側への引き込み工程
時に開となり吸入ライン６よりガスをシリンダ室内に導
く上吸入弁９が設けられ、その他側部（出口上側）に
は、ピストンの先端側への押し込み工程時に開になりシ
リンダ室内から吐出ライン７に圧縮ガスを吐き出す上吐
き出し弁が設けられている。

【００２４】下吸入弁８は下エアーシリンダ１０により
強制的に開操作される下アンローダ機構になっており、
同様に上吸入弁９も上エアーシリンダ１１により強制的
に開操作される上アンローダ機構になっている。

【００２５】また、吐出ライン７には吐出し圧力を検出
するための圧力検出器１２が設置されている。

【００２６】吐出ライン７から吸入ライン６までの間に
は、バイパスバルブ１４を有するバイパスライン１３が
接続されている。

【００２７】下エアーシリンダ１０及び上エアーシリン
ダ１１、圧力検出器１２、バイパスバルブ１４は制御装
置１５と接続されている。

【００２８】本実施例の容積形往復圧縮装置では、電動
機の回転数で決定される吐出し容量の圧縮ガスを供給し
ているので、使用量が減少すると吐出ライン７にて圧縮
ガスの圧力が上昇する。そのため制御装置１５は、圧力
検出器１２で吐出し圧力を測定し、この測定値に基づい
て下エアーシリンダ１０及び上エアーシリンダ１１によ
る下吸入弁８及び上吸入弁９の開閉、並びにバイパスバ
ルブ１４の開閉量を操作することにより吐出し容量を調
節して吐出し圧力を一定に保つ事のできるフィードバッ
ク制御の構成になっている。

【００２９】このフィードバック制御の構成を図２にブ
ロック線図として示す。

【００３０】上記の制御装置１５では、図２に示すよう
に、調節計がプロセス変量とスロープ制御後の設定値と
を比較して演算を行い、バイパスバルブとアンローダ機
構とにそれぞれ弁操作のための操作信号を出力する。こ
れにより、バイパスバルブとアンローダ機構とが前記各
々の操作信号に対応する操作量で操作され、この状態で
吐出しプロセスが行われる。さらに、吐出しプロセスに
おいて外乱を含んだ実際の制御量によりプロセス変量が
検出され、再び調節計にフィードバックされる。このよ
うな制御装置１５では、吐出し容量が常に、使用量の変
化に応じてアンローダ機構およびバイパスパルブを操作
する事により自動調節されている。尚、アンローダの操
作信号はＯＮ−ＯＦＦ信号であり、バイパスバルブの操
作信号は、無段階（アナログ）信号である。

【００３１】上記のスロープ制御後の設定値について
は、図３の（Ａ）に示す容量設定値の入力に基づいて出
力された図３の（Ｂ）に示す容量設定値となっている。

【００３２】次に、上記の圧力検出器１２の測定値によ
るアンローダ機構およびバイパスバルブの制御操作につ
いて説明する。

【００３３】図４は、本発明の第１の実施例による吐出
し容量の自動調節を説明するための図であり、（Ａ）は
負荷容量と容量調節の関係を示し、（Ｂ）は負荷容量と
上アンローダによる操作との関係、（Ｃ）は負荷容量と
下アンローダによる操作との関係、（Ｄ）は負荷容量と
バイパスバルブによる開閉操作との関係を示している。

【００３４】本実施例の負荷容量と容量調節とは、図４
（Ａ）に示すように正比例の関係にあり、無段階の容量
調節になっている。すなわち、図４（Ｂ）、および図４
（Ｃ）および図４（Ｄ）に示すように、負荷容量が０％
の場合は上アンローダおよび下アンローダをノンロード
（吸入弁開状態）とすると同時に、バイパスバルブを開
状態にする。負荷容量が０％を越え５０％までの間は、
上アンローダをロード（吸入弁閉状態）とし、下アンロ
ーダをノンロード（吸入弁開状態）とし、バイパスバル
ブを一定操作量で開状態から閉状態にすることで無段階
に調節される。さらに、負荷容量が５０％から１００％
までの間は、上アンローダおよび下アンローダをロード
（吸入弁閉状態）とし、バイパスバルブを一定操作量で
開状態から閉状態にすることで無段階に調節される。

【００３５】図５は、アンローダ機構およびバイパスバ
ルブによる吐出し容量の自動調節を示すフローチャート
である。

【００３６】図５に示すように、容量制御が開始される
と、初期設定の値がスロープ制御され、そのスロープ制
御後の設定値に基づいて演算が行われる。すなわち、本
実施例では吐出ラインにおける吐出し圧力の変動に応じ
た出力を算出する。例えば、使用量が減少して最終吐出
ラインの吐出し圧力が上昇すれば、この圧力上昇を一定
（設定値）に保つ事のできる負荷容量は何％であるかを
算出する。

【００３７】その演算結果が０％の場合は、バイパスバ
ルブを開状態とし、上アンローダおよび下アンローダを
ノンロード（吸入弁開状態）とする。

【００３８】演算結果が０％を越え５０％以下の場合
は、前回の算出した出力が０％を越え５０％以下であっ
たかを判断する。そして、その間に無いと判断されたと
きは、バイパスバルブを閉状態とし、上アンローダをロ
ード（吸入弁閉状態）、および下アンローダをノンロー
ド（吸入弁開状態）にして、一旦５０％負荷容量にす
る。一方、その間に有ると判断された時は、規定値×
（出力値〔%〕／１００）の操作量だけバイパスバルブ
を操作すると同時に、上アンローダをロード（吸入弁閉
状態）および下アンローダをノンロード（吸入弁開状
態）とする。なお、規定値とは、バイパス方式だけで５
０％負荷容量を達成することができるバルブ操作量をい
う。

【００３９】さらに演算結果が５０％を越え１００％以
下の場合は、前回の算出した出力が５０％を越え１００
％以下であったかを判断する。そして、その間に無いと
判断したときは、バイパスバルブを前記の規定値までの
開状態とし、上アンローダおよび下アンローダをロード
（吸入弁閉状態）にして、一旦５０％負荷容量にする。
一方、その間に有ると判断された時は、規定値×｛（出
力値〔%〕−５０）／１００｝の操作量だけバイパスバ
ルブを操作すると同時に、上アンローダおよび下アンロ
ーダをロード（吸入弁閉状態）とする。

【００４０】上述したように本実施例の吐出し容量制御
装置は、アンローダ方式とバイパス方式とを併用し、ア
ンローダ機構により負荷容量の粗制御を行うと同時に、
バイパスバルブによって負荷容量の精制御を行うため、
エネルギー効率の向上と、０％から１００％までスムー
スな連続容量調節とを達成することができる。

【００４１】（第２の実施例）図６は本発明の容積形往
復圧縮装置の吐出し容量制御装置の第２実施例を示す概
略構成図である。この図において、第１の実施例と同一
の構成について同一の符号を付してある。またここで
は、第１の実施例と異なる部分について主に説明する。

【００４２】本実施例の吐出し容量制御装置は、２気筒
のシリンダを並列接続した容積形往復圧縮装置に適用し
たものである。

【００４３】すなわち、本実施例に好適な容積形往復圧
縮装置は、図６に示すように、ベッド１およびフレーム
２によって複動形の第１シリンダ３１および第２シリン
ダ３２を配置すると共に、吸入ライン６から吐出ライン
７までの配管を、第１シリンダ３１および第２シリンダ
３２が並列接続となるように配した構成になっている。
第１シリンダ３１内および第２シリンダ３２内のピスト
ンは、フライホイール４を持つ電動機５により同期して
一定に往復運動をするようになっている。

【００４４】さらに、第１シリンダ３１および第２シリ
ンダ３２はアンローダ機構を有している。このアンロー
ダ機構については第１の実施例と同様であるので説明は
省略する。また、吐出ライン７には吐出し圧力を検出す
るための圧力検出器１２が設置されている。吐出ライン
７から吸入ライン６までの間には、バイパスバルブ１４
を有するバイパスライン１３が接続されている。

【００４５】第１シリンダ３１および第２シリンダ３２
の各々における下エアーシリンダ１０および上エアーシ
リンダ１１並びに、圧力検出器１２、バイパスバルブ１
４は制御装置１５と接続されている。

【００４６】制御装置１５は、圧力検出器１２の検出結
果に基づいて、第１シリンダ３１および第２シリンダ３
２の各々における下エアーシリンダ１０および上エアー
シリンダ１１並びに、バイパスバルブ１４の開閉状態を
制御して、使用量に応じた吐き出し容量の自動調節を行
っている。

【００４７】図７は、本発明の第２の実施例による吐出
し容量の自動調節を説明するための図であり、（Ａ）は
負荷容量と容量調節の関係を示し、（Ｂ）は第１シリン
ダにおける負荷容量とアンローダ操作との関係、（Ｃ）
は第２シリンダにおける負荷容量とアンローダ操作との
関係、（Ｄ）は負荷容量とバイパスバルブによる開閉操
作との関係を示している。

【００４８】本実施例の負荷容量と容量調節とは、図７
（Ａ）に示すように正比例の関係にあり、第１の実施例
と同様に無段階の容量調節になっている。すなわち、図
７（Ｂ）、図７（Ｃ）および図７（Ｄ）に示すように、
負荷容量が０％の場合は、第１シリンダおよび第２シリ
ンダにおける上アンローダおよび下アンローダをノンロ
ード（吸入弁開状態）とすると同時に、バイパスバルブ
を開状態とする。

【００４９】負荷容量が０％を越え２５％までの間は、
第１シリンダでは上アンローダおよび下アンローダをノ
ンロード（吸入弁開状態）とし、第２シリンダでは上ア
ンローダをロード（吸入弁閉状態）、下アンローダをア
ンロード（吸入弁開状態）とすると同時に、バイパスバ
ルブを一定操作量で開状態から閉状態にすることで無段
階に調節される。

【００５０】負荷容量が２５％を越え５０％までの間
は、第１シリンダでは上アンローダをロード（吸入弁閉
状態）、下アンローダをノンロード（吸入弁開状態）と
し、第２シリンダでも上アンローダをロード（吸入弁閉
状態）、下アンローダをノンロード（吸入弁開状態）と
すると同時に、バイパスバルブを一定操作量で開状態か
ら閉状態にすることで無段階に調節される。

【００５１】負荷容量が５０％を越え７５％までの間
は、第１シリンダでは上アンローダをロード（吸入弁閉
状態）、下アンローダをノンロード（吸入弁開状態）と
し、第２シリンダでは上アンローダおよび下アンローダ
をロード（吸入弁閉状態）とすると同時に、バイパスバ
ルブを一定操作量で開状態から閉状態にすることで無段
階に調節される。

【００５２】負荷容量が７５％を越え１００％までの間
は、第１シリンダおよび第２シリンダにおける上アンロ
ーダおよび下アンローダをロード（吸入弁閉状態）とす
ると同時に、バイパスバルブを一定操作量で開状態から
閉状態にすることで無段階に調節される。

【００５３】これにより、第１の実施例に比べてさらに
細かい容量制御が可能となり出力が安定する。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、シリンダ
より吐き出される吐出し容量を、アンローダ機構により
シリンダの吸入弁を強制的に開閉操作することで調節す
るアンローダ方式と、吐出ラインから吸入ラインへバイ
パスバルブを介して吐出し容量を戻すことにより調節す
るバイパス方式とを併用し、最終吐出ラインの圧力変動
の検出結果により、アンローダ機構を粗制御すると同時
に、バイパスバルブを精制御する容積形往復圧縮機の吐
出し容量制御方法および装置としたことにより、吐出し
容量の調節を使用量に応じて無段階に行なうことができ
ると共に、アンローダ機構による吐出し容量の制御であ
るためエネルギーの節約が図れるという効果を奏する。

【００５５】また、シリンダを並列接続をした容積形往
復圧縮機において、本発明の吐出し容量制御方法および
装置を用いれば、さらに細かい自動調節制御を行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の容積形往復圧縮装置の吐出し容量制御
装置の第１実施例を示す概略構成図である。

【図２】本発明の第１の実施例における吐出し容量の自
動調節制御の概念的な構成を示すブロック線図である。

【図３】本発明における吐出し容量の自動調節の際のス
ロープ制御を示す図であり、（Ａ）は入力設定値、
（Ｂ）はスロープ制御後の設定値を示している。

【図４】本発明の第１の実施例による吐出し容量の自動
調節を説明するための図であり、（Ａ）は負荷容量と容
量調節の関係を示し、（Ｂ）は負荷容量と上アンローダ
による操作との関係、（Ｃ）は負荷容量と下アンローダ
による操作との関係、（Ｄ）は負荷容量とバイパスバル
ブによる開閉操作との関係を示している。

【図５】本発明の第１の実施例におけるアンローダ機構
およびバイパスバルブによる吐出し容量の自動調節を示
すフローチャートである。

【図６】本発明の容積形往復圧縮装置の吐出し容量制御
装置の第２実施例を示す概略構成図である。

【図７】本発明の第２の実施例による吐出し容量の自動
調節を説明するための図であり、（Ａ）は負荷容量と容
量調節の関係を示し、（Ｂ）は第１シリンダにおける負
荷容量とアンローダ操作との関係、（Ｃ）は第２シリン
ダにおける負荷容量とアンローダ操作との関係、（Ｄ）
は負荷容量とバイパスバルブによる開閉操作との関係を
示している。

【図８】アンローダ方式による１気筒の場合の吐出し容
量調節装置の１００％負荷運転の概略構成を示す図であ
る。

【図９】アンローダ方式による１気筒の場合の吐出し容
量調節装置の５０％負荷運転の概略構成を示す図であ
る。

【図１０】アンローダ方式による１気筒の場合の吐出し
容量調節装置の０％負荷運転の概略構成を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ ベッド ２ フレーム ３ シリンダ ４ フライホイール ５ 電動機 ６ 吸入ライン ７ 吐出ライン ８ 下吸入弁 ９ 上吸入弁 １０ 下エアーシリンダ １１ 上エアーシリンダ １２ 圧力検出器 １３ バイパスライン １４ バイパスバルブ １５ 制御装置 ３１ 第１シリンダ ３２ 第２シリンダ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 猫西 正敏 広島県広島市安芸区船越南１丁目６番１号 株式会社日本製鋼所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダ(3)より吐き出される吐出し容
   量を、アンローダ機構によりシリンダ(3)の吸入弁(8、9)
   を強制的に開閉操作することで調節するアンローダ方式
   と、吐出ライン(7)から吸入ライン(6)へ圧縮媒体を戻す
   ことにより調節するバイパス方式とを併用する容積形往
   復圧縮機の吐出し容量制御方法であって、 最終吐出ライン(7)の圧力変動を検出し、この検出結果
   に基づいてアンローダ機構を粗制御すると同時に、吐出
   ライン(7)から吸入ライン(6)への戻し量を精制御するこ
   とにより吐出し容量を自動的に無段階調節することを特
   徴とする吐出し容量制御方法。
2. 【請求項２】 吸入弁(8、9)と吐出弁を有するシリンダ
   (3)と、該シリンダ(3)内でピストンを一定の回転数で往
   復運動させる電動機(5)と、前記シリンダ(3)の吸入弁
   (8、9)を強制的に開閉操作するアンローダ機構と、吐出
   ライン(7)と吸入ライン(6)を接続するバイパスライン(1
   3)と、該バイパスライン(13)に設けられたバイパスバル
   ブ(14)と、を備えた容積形往復圧縮機の吐出し容量制御
   装置であって、 最終吐出ライン(7)の圧力変動を検出する圧力検出器(1
   2)を有し、 前記圧力検出器(12)の検出結果に基づいて、前記アンロ
   ーダ機構を粗制御すると同時に、前記バイパスバルブ(1
   4)を精制御するものであることを特徴とする吐出し容量
   制御装置。
3. 【請求項３】 前記シリンダが並列接続されたことを特
   徴とする請求項２に記載の吐出し容量制御装置。