JPS6287687A - スクリユ−圧縮機の制御方法 - 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） この発明は、例えば都市ガスホルダの充填、ヒートポン
プ、冷凍・冷却片などの用途において、圧縮比が時々刻
々変化する場合のスクリュー圧縮機の制御方法に関する
。

（従来技術とその問題点） 一般的にスクリュー圧縮機では、ロータが回転するにし
たがってロータ歯溝空間の容積が減少し、この容積があ
る一定の直になると吐出口と連絡してガスが吐出される
構造になっている。歯溝空間がどこまで減少すれば吐出
口と連絡する（すなわち吐出口が開く）のかを表わす指
標として内部容積比（Ｖｉ　）を使用し、これには次の
関係がある。

すなわらＶ・は、吸込が完了したときの容積と吐■ 出ボートが聞くときの容積との比を表わしている。

標準的なＶ・固定タイプのスクリュー圧縮機の場合、吐
出ポートは使用される運転条件に合せて経済運転ができ
るように、例えば、Ｌ、Ｍ、Ｈの３種類が準備されてお
り、予め最適の吐出ポートを選択して運転を行なう。し
かしその後運転条件が変化した場合、例えばＭポート（
中圧縮化）を選択したスクリュー圧縮機で低圧縮比（高
吸込圧力または低吐出圧力）の運転を行なうと、第６図
（ａ）に示すように吐出ポートが開く前にガスは吐出圧
力以上に過圧縮され、余分な圧縮仕事を行なうことにな
る。まｌご逆に高圧縮比（低吸込圧力または高吐出圧力
）で運転すると、第６図（ｂ）に示すように吐出圧力に
達する前に吐出ポートが開き、ガスの逆流を生じる圧縮
不足となる。これらはいずれも図の斜線部分で示すだけ
の動力のロスを生じ、効率の低下を招来する。なお第６
図において、１はスクリュー圧縮機のロータを示し、２
はアンローダスライド弁を示している。

このような■、固定タイプのスクリュー圧縮機を例えば
第７図に示すような都市ガス圧送ラインに適用した場合
には、特に都市ガスホルダコにガスを充填する場合に動
力ロスが非常に増加して不都合が生じる。すなわち第７
図の都市ガス圧送ラインにおいて、通常は圧送ラインの
電磁弁４が開成されてスクリュー圧縮機５から逆止弁６
を介して都市ガスライン７にガスが圧送されており、こ
のときは吐出圧力は０．５Ｋｇ／ｃｉ〜１．５Ｋｇ／ｉ
程度とそれ程大きくは変化せず、したがってＶｉ固定タ
イプのスクリュー圧縮機であってもそれ程不都合は生じ
ない。しかしながら夜間のように都市がスホルダ３にガ
スを充填する場合には、吐出圧力は１．５に９　／　ｃ
ｄ　−＋　７Ｋｆｉ　／　ｃｉにわたって刻々と変化し
て圧縮比が漸増し、このような場合にＶ、固定タイプの
スクリュー圧縮機を使用すると、上述した理由により動
力ロスが非常に増大して、効率が極めで悪くなる。

このように圧縮比が大きく変化する運転条件に対しては
、■・可変タイプの圧縮機の適用が従来から知られてい
る。この■ｉ可変タイプのスクリュー圧縮機は、容量調
整用のスライド弁を有しており、■・の制御に関しては
、適宜手動にて適当なＶ・ヘスライド弁を設定して、段
階的にＶ、を変化させるようにしていた。このため運転
効率上層も望ましい態様でＶ、を変化させることができ
ず、十分なＶ・可変効果を引き出すことができない上、
操作が煩雑であるという問題があった。

（発明の目的） それゆえに、この発明の目的は、上記従来技術の問題点
を解消し、圧縮比が大きく変化する運転条件下において
運転効率上層も望ましい態様で内部容積比Ｖｉを自動的
に変化させることができて、動力ロスをほとんど生じる
ことがないスクリュー圧縮機の制御方法を提供すること
である。

（目的を達成するための手段） 上記目的を達成するため、この発明によるスクリュー圧
縮機の制御方法においては、スクリュー圧縮機の内部容
積比を連続的に変化させるための内部容積比可変機構と
、圧縮比の増減を検知するための圧縮比検知手段と、ス
クリュー圧縮機の駆動モータの電流饋を検知するための
電流検知手段とを設け、圧縮比検知手段により検知した
圧縮比の増減幅が所定値以上に達したときに、電流検知
手段により検知される電流値を参照しつつその変化態様
が所定態様に達するまで内部容積比可変機構を駆動して
、圧縮比が増加傾向にあるときには内部容積比を大きく
し、圧縮比が減少傾向にあるとぎには内部容積比を小さ
くするようにしている。

（実施例） 第１図は、この発明によるスクリュー圧縮機の制御方法
の一実施例を示す説明図である。潤滑油を用いた油冷式
のスクリュー圧縮機１１は、吸込配管１２と吐出圧力配
管１３との間に介挿されて配設されており、主モータ１
４により駆動されて吸込配管１２からガスを吸込圧縮し
て吐出圧力配管１３に送り出す。潤滑油系統は油回収器
１５おにび油ポンプ１６を含んで構成されており、吐出
圧力配管１３から油回収器１５に回収された潤滑油は、
油ポンプ１６の働きにより再びスクリュー圧、縮機１１
へと戻されて循環使用される。

スクリュー圧縮機１１は内部容積比Ｖ１を連続的に可変
し得るように構成されており、そのための内部容積比可
変機構として、例えば図示しない内部容積比調整用のス
ライド可能な調節弁（以下■ｉ調節弁という）を有して
いる。そしてこの■ｉ調節弁を油圧シリンダ１７により
スライド駆動して、応じて内部容積比を連続的に変化さ
せるようにしている。

油圧シリンダ１７は、油圧シリンダ駆動用配管１８、四
方電磁弁１９および流量調整弁２０を介して上記潤滑油
系統に接続されてＪ５す、四方電磁弁１９の切換に応じ
て油の流れ方向を適宜変化させて油圧シリンダー７に油
圧をかけ、油圧シリンダー７のピストンに係合された上
記図示しないＶ・調節弁を任危の位置に制御するにうに
している。

このとき■１調節弁を駆動する速さは、流ポ調整弁２０
を適当に操作することによって変化させることができる
。油圧シリンダー７の駆動に用いた油は、リターン配管
２１を通じて吸込配管１２へと導いて、再利用に供する
。

いま、吸込圧力がほぼ一定の場合を想定して、圧縮比の
増減を検知するための圧縮比検知手段としてｕｔ出）王
力配管１３に圧力発信器２２を添設し、スクリュー圧縮
機１１の吐出圧力を４〜２０ｍ、Ａ程度の電流値に変換
して演紳装置２３に入力している。演算装置２３は、入
力された電流値（すなわち吐出圧力）に基づいて必要な
圧縮比の増減を知り、その増減幅が所定性以上に達すれ
ば、四方電磁弁１９を切換えるための指令信号を出力す
る。

これにより油圧シリンダー７が駆動されて上記図示しな
いＶｉ調節弁がスライド移動され、スクリュー圧縮機１
１の内部容積比が刻々変化される。

また主モータ１４の７８流値を検知するための電流検知
手段として、主モータ１４への電源ラインに変流器（Ｃ
Ｔ）２４を介挿させて導通電流をＯ〜５Ｖ程度の電圧範
囲で取り出すとともに、ＣＴ／電流変換器２５を通じて
これを４〜２０ｍＡ程度の電流１Ｇに変換して演算装置
２３に入力している。

第１図の演算装置２３は例えばマイクロプロセツサを用
いて構成され、そこにでは例えば第２図のフローチャー
ｌ−にしたがって処理が実行される。

まずステップＳ１で時刻Ｔにおける吐出圧力Ｐｄｌをサ
ンプリングして入力し、続いてステップＳ２でΔＴ秒後
の吐出圧力Ｐｄ２をリンブリングして入力する。そして
ステップＳ３で、両者の差△Ｐｄ＝　ｔ　Ｐｄ１−　Ｐ
ｄ２１　　　　　　　　・・・（１）を演算する。いま
吸込圧力Ｐ３がほぼ一定で吐出圧力Ｐｄのみが刻々変化
している場合（例えば第７図の都市ガスホルダにガスを
充填する場合）を想定すると、（１）式の△Ｐ、は圧縮
比の増減を表わしていると考えることができる。

次にステップＳ４で、上述のようにして求めた△Ｐ、が
予め適当に設定された値△Ｐａよりも人きいかどうか、
言い換えれば圧縮比の増減が所定値以上に達したかどう
かを判別する。ΔＰｄ〈ΔＰ、すなわち圧縮比の増減が
所定直に達していなければ、再びステップＳ２へと戻っ
てΔＴ秒後の吐出圧力Ｐ２をサンプリングし、上述と同
様の動作を繰返して行なう。

モして△Ｐｄ〉△Ｐ、となった時点でステップＳ４から
ステップＳ５へと進み、Ｐｄ２〉Ｐｄｌかとうか、言い
換えれば圧縮比が増加傾向にあるのかどうかを判別する
。Ｐｄ１〉Ｐｄ２であれば、圧縮比は増加傾向にあるの
で、ステップＳ５からステップＳ６へと進んで、■ｉ調
節弁ロード信号を四方電磁弁１９に対して出力開始する
。Ｖ５調節弁ロ−ド信号が出力されている間は、油圧シ
リンダー７はロード側に駆動され、Ｖ１調節弁は油圧シ
リンダ１７の動きに応じてロード方向（内部容積比を大
きくする方向）にスライド移動される。またＰｄ２＜Ｐ
、１であれば、圧縮比は減少傾向にあるので、ステップ
Ｓ５から８７へと進んで、Ｖｉ調節弁アンロード信号を
四方電磁弁１９に対して出力開始する。Ｖ、、、ｇＪ節
節介ンロード信号が出力されている間は、油圧シリンダ
１７はアンロード側に駆動され、Ｖ、調節弁は油圧シリ
ンダ１７の動きに応じてアンロード方向く内部容積比を
小さくする方向）にスライド移動される。

第３図は、内部容積比Ｖ、を変化させるタイミングとそ
のときの主モータ１４の電流変化を示す説明図である。

例えば第３図（ａ）に示すように、吐出圧力Ｐ、（すな
わち圧縮比）が増加傾向にあるとぎ、吐出圧力偏差△Ｐ
ｄが△Ｐ、に達した時点で内部容積比Ｖｉの増加が開始
され、応じて圧縮不足による動力ロスが漸時解消されて
、主モータ１４の電流値は徐々に減少していく。また第
３図（ｂ）に示すように、吐出圧力Ｐｄ　（すなわち圧
縮比）が減少傾向にあるときは、吐出圧力偏差ΔＰｄが
△Ｐ８に達した時点で内部容積比Ｖ、の減少が開始され
、応じて過圧縮による動力ロスが漸次解消されて、主モ
ー々１４の電流値は徐々に減少していく。

ステップＳ６またはＳ７においてＶｉ調節弁ロード／ア
ンロード信号の出力を開始した後は、続くステップ８８
〜Ｓ１２において主モータ−４の電流値を参照して、■
、調調節弁ロード／アンロド信号の出力を停止する時点
を監視している。すなわち、まずステップＳ８において
主モータ−４の電流＋ＩＩＩ　ｉ　、をサンプリングし
て入力し、続いてステップＳ９においてΔＴ秒侵の主モ
ータ−４の電流値Ｉ　　をサンプリングして入力する。

そしｍ＋１ て次のステップＳ１０において、電流値の変化の態様を △Ｉ−（Ｉ　　　−１）／△Ｔ　　　・・・（２）ｍ＋
１　　　ｍ として求める。この場合は電流値の変化の態様は電流変
化勾配として１１Ｃいるが、これを例えば△Ｉ＝１　　
−１　　　　　　　　　　・・・（３）ｍ＋１ｍ として、単なる比較として得るようにしてもよい。

そして次に、ステップＳｌｌにおいて、上述のようにし
て求めたΔＩが予め適当に設定された値△Ｉ８よりも小
さいかどうか、言い換えれば主モータ１４の電流値の変
化態様が所定態様に達したかどうかを判別する。そして
ΔＩくΔＩａでなければ再びステップＳ８へと戻って上
述のステップを繰り返し、△ＩくΔＩ、となればステッ
プＳ１１からステップ８１２へと進んで、上記ステップ
Ｓ６またはＳ７において出力を開始したＶ・調節弁ロー
ド／アンロード信号の出力を停止する。このとき例えば
△Ｉ、としてＯに非常に近い値を選択しておけば、第３
図を参照して理解されるように、主モータ−４の電流値
を最小限に近い値にまで減少させることができ、圧縮不
足または過圧縮による動力ロスの発生を回避することが
できる。

その後は再びステップＳ１へと戻って上述の動作を繰り
返し、■−調節弁は次の命令がくるまでその位置に停止
させておく。

このような動作を繰り返すことによって、スクリュー圧
縮機１１の内部容積比Ｖ・は、第４図（ａ）に示すよう
に階段状に変化する。第４図（ａ）は圧縮比が増加傾向
にある場合を示したものであり、点線で示した曲線Ａは
理論的に最適の内部容積比を表わし、一点鎖線で示した
曲線Ｂは上述の制御によって得られる平均値としての内
部容積比を表わしでいる。好ましくは第４図（ｂ）に示
すように、Ａ、Ｂがほぼ一致するように、■・調節弁ロ
ード／アンロード信号の出力を停止すべき時点を設定し
ておく。具体的には、主モータ−４の電流値が最小値に
達した後再び多少増加した時点でＶ、調節介ロード／ア
ンロード信号の出力を停止し、現時点の圧縮比に相当す
る内部容積比を越えて実際の内部容積比Ｖｉを変化させ
てやればよい。

この結果、例えば第４図のように制６ＩＩを行なりた場
合には、理論的に最適の内部容積比の増加に追従して実
際の内部容積比が時々刻々増加していくので、第５図の
斜線部分に示ずように圧縮不足による動力ロスがほとん
ど生じなくなる。従来のＶｉ可変タイプのスクリュー圧
Ｉｎを用いた場合であれば、たとえ手動にて適当なＶｉ
へ随時スフイド弁を設定し直したとしても、第５図の点
線部分で示す程度の動力ロスが平均的に生じることは避
けられない。

ところひ上述の説明においては、吸込圧力ＰＳがほぼ一
定で吐出圧力Ｐｄのみが刻々変化する場合を想定して、
圧縮比の増減を知るために吐出圧力「）ｄの変化のみを
検知する実施例について説明した。しかしながら吐出圧
力Ｐｄと同時に吸込圧力Ｐ、ち刻々変化する場合も考え
られ、この場合には第１図の吸込配管１２にも例えば圧
力発信器を添設して吸込圧力ＰＳを検知するようにして
もよい。そして吐出圧力Ｐ、および吸込圧力Ｐ、を同時
にサンプリングしてＰｄ／ＰＳの値を刻々計ｉすれば圧
縮比の増減を知ることができるので、１〕、／ｐ　　の
値を上記Ｐｄの代りの変数に利用しｓ で、上述と同様の制御方法で処理を実行するので４ちる
。また吐出圧力Ｐ、がほぼ一定で吸込圧力Ｐ１のみが変
化する場合には、吸込圧力Ｐ、のみを検知して上述と同
様の制御を行なうこともできる。

以上の場合においても、上述の実施例と同様の効果を奏
する。

（発明の効果） 以上説明したように、この発明によれば、圧縮比の増減
を検知して（の増減幅が所定値以上に達したときにモー
タ電流を参照しつつ内部容積比可変機構を駆動して圧縮
比の増減に応じて内部容積比を変化させるようにしたの
で、動力ロスをほとんど生じることなく、スクリュー圧
縮機を常に効率良く運転することができる。また煩雑な
スライド弁調整操作を行なわなくて済み、電磁弁等の寿
命が大幅に延びる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるスクリュー圧縮確の制御方法の
一実施例を示す説明図、第２図はこの発明による制御処
理を示すフローチャート、第３図は内部容積比の変化タ
イミングとそのときの主モータ電流の変化を示す説明図
、第４図はこの発明による制御処理を実行した場合の内
部容積比の変化を示す説明図、第５図はこの発明による
動力ロスの減少を示す説明図、第６図は従来のスクリュ
ー圧縮機における動力ロスを示す説明図、第７図は都市
ガス圧送ラインを示す説明図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）スクリュー圧縮機の内部容積比を連続的に変化さ
   せるための内部容積比可変機構と、圧縮比の増減を検知
   するための圧縮比検知手段と、前記スクリュー圧縮機の
   駆動モータの電流値を検知するための電流検知手段とを
   備え、前記圧縮比検知手段により検知した圧縮比の増減
   幅が所定値以上に達したときに前記電流検知手段により
   検知される電流値を参照しつつその変化態様が所定態様
   に達するまで前記内部容積比可変機構を駆動して、圧縮
   比が増加傾向にあるときには内部容積比を大きくし、圧
   縮比が減少傾向にあるときには内部容積比を小さくする
   ようにしたことを特徴とする、スクリュー圧縮機の制御
   方法。
2. （２）前記内部容積比可変機構は、内部容積比を調整す
   るためのスライド可能な調節弁と、該調節弁を駆動する
   ための油圧シリンダとを含む、特許請求の範囲第１項記
   載のスクリュー圧縮機の制御方法。
3. （３）前記圧縮比検知手段は吐出圧力の増減を検知する
   ための吐出圧力検知手段を含み、前記圧縮比の増減は前
   記検知した吐出圧力の増減に基づいて定める、特許請求
   の範囲第１項記載のスクリュー圧縮機の制御方法。
4. （４）前記圧縮比検知手段は吐出圧力の増減を検知する
   ための吐出圧力検知手段と、吸込圧力を検知するための
   吸込圧力検知手段とを含み、前記圧縮比の増減は前記検
   知した吐出圧力および吸込圧力の比の増減に基づいて定
   める、特許請求の範囲第１項記載のスクリュー圧縮機の
   制御方法。