KR100345843B1 - 스크류 압축장치와 그 운전 제어방법 - Google Patents

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Abstract

오일프리 스크류 압축기의 용량제어방법으로서, 소비공기량이 설정량보다 클 때에는 인버터를 사용하여 압축기를 구동하는 전동기의 회전주파수를 가변으로 한다. 소비공기량이 설정공기량 이하가 되면 전동기의 회전주파수가 일정치로 유지되도록 인버터를 제어한다. 이 상태에서 압축기의 작동가스의 압력이 상한치에 도달하면 배기밸브를 개방하여 작동가스를 대기에 배기한다. 그것과 더불어 전동기의 회전주파수를 하한치까지 저하시킨다. 압축기내의 재압축을 방지할 수 있음과 더불어 압축기의 구동 토오크가 저하한다.

Description

스크류 압축장치와 그 운전 제어방법{SCREW COMPRESSOR AND METHOD FOR CONTROLLING THE OPERATION OF THE SAME}
본 발명은 스크류 압축장치와 그 운전제어방법에 관한 것으로, 특히 인버터구동전동기를 사용하여 압축기 본체를 용량제어하고, 압축기 본체는 한 쌍의 스크류 로우터를 가지며, 이 로우터를 비접촉으로 동기회전시켜 공기 등의 작동가스를압축하는 데 적합한 스크류 압축장치와 그 운전제어방법에 관한 것이다.
스크류 압축장치에 사용하는 압축기 본체로서는, 한 쌍의 스크류 로우터를 타이밍 기어를 개재하여 서로 연결하고 한 쌍의 스크류 로우터를 비접촉으로 또한 무급유상태로 동기회전시키는 무급유식 스크류 압축기와, 서로 맞물리는 한 쌍의 스크류 로우터에 오일을 공급하면서 서로 회전시키는 유냉식 스크류 압축기가 알려져있다.
무급유식 스크류 압축기를 사용한 예가 일본국 특개평6-18584호 공보에 기재되어 있다. 이 공보에 기재된 압축기에서는 압축기의 흡입 공기통로중에 흡입 스로틀밸브를 설치하고, 압축기의 토출 공기통로로서 체크밸브보다 상류측의 관로도중에 체크밸브의 1차측의 공기배관으로부터 압축공기를 개방하는 배기밸브를 배치하고 있다. 그리고 모든 부하운전시에는 흡입 스로틀밸브를 개방함과 동시에 배기밸브를 폐쇄하고 있다. 또 부하측의 사용 공기량이 감소함에 따라 토출압력이 상승하고, 압력검출기가 상한압력을 검출하였을 때에는, 흡입 스로틀밸브를 폐쇄함 과 동시에 배기밸브를 개방하고 있다.
한편, 유냉식 스크류 압축기를 인버터 구동전동기를 사용하여 운전하는 예가 일본국 특개평9-287580호 공보에 기재되어 있다. 이 공보에 있어서는 정격출력시에 있어서의 토출공기량인 시방토출 공기량에 대하여 사용 공기량이 약 30% 내지 l00%가 되는 압축기의 운전범위에서는 인버터를 사용하여 압축기를 회전수 제어한다. 그리고 사용공기량이 시방토출 공기량의 30% 이하가 되고 또한 토출압력이 설정압력에에 도달하였을 때에는 회전수 제어시의 설정 하한 회전속도로 스크류 압축기를 계속해서 운전한다. 그것과 함께 흡입 스로틀밸브를 폐쇄하여 토출압력을 감소시켜 무부하운전으로 전환한다.
상기 종래의 무급유식 스크류 압축기에서는 공기 등의 작동가스중에 오일 등이 혼입하지 않는 이점이 있으나, 인버터를 사용하고 있지 않기 때문에 압축기의 회전속도를 임의로 조정하는 것이 곤란하다.
한편, 상기 종래의 유냉식 스크류 압축기에서는 인버터를 사용하고 있기 때문에 압축기의 회전속도를 조정할 수 있으나, 작동가스에 윤활유 또는 냉각유를 혼입시키기 때문에 압축후에 혼입한 오일을 분리할 필요가 있다.
따라서 유냉식 스크류 압축기에서 사용하는 인버터를 무급유식 압축기에 적용하여 작동가스의 청정화와 압축기의 가변속 운전의 쌍방을 가능하게 하는 것을 생각할 수 있다. 그러나 무급유식 스크류 압축기의 토출압력을 시방압력으로 유지하기 위하여 인버터를 단지 채용하더라도 압축기의 저회전 속도영역에서는 밀어냄 공기량에 대한 내부 공기누설량의 비가 증대하는 결과, 상류측으로 누설된 공기가 압축기의 압축실내에서 재압축될 염려가 있다. 이와 같은 현상이 생기면 압축공기의 온도가 상승하여 소정 회전속도 이하에서는 압축기를 운전하는 것이 곤란하게 된다.
또 시방압력으로 운전되는 압축기에서는, 압축기의 내용 한계온도가 되는 토출압력의 상한치와 시방압력의 여유도가 매우 작아지기 때문에 회전속도를 제어하고 있어 상한압력을 초과할 염려가 있다.
본 발명의 목적은 스크류 압축장치에 있어서, 저부하 운전중에 무부하 운전으로 전환하였을 때의 소비동력을 저감하는 데 있다.
도 1은 본 발명에 관한 스크류 압축장치의 일 실시예의 전체구성을 나타내는 모식도,
도 2는 토출 공기량비에 대한 토출압력과 전동기의 회전주파수와의 관계를 설명하는 도,
도 3은 토출 공기량비와 소비 동력비와의 관계를 설명하는 도,
도 4 및 도 5는 본 발명에 관한 스크류 압축장치의 다른 실시예의 전체구성을 나타내는 모식도,
도 6은 본 발명에 관한 인버터 구동형 무급유식 스크류 압축기의 토출압력과전동기의 회전속도의 변화를 설명하는 도면이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제 1 특징은, 암수 한 쌍의 로우터를 가지는 스크류식의 압축기와, 이 압축기를 구동하여 인버터로 제어되는 전동기와, 스크류 압축기로부터 토출되는 작동가스의 압력을 검출하는 압력검출수단과, 압축기로 압축된 작동가스를 대기에 배기하는 것을 제어하는 배기밸브를 구비한 스크류 압축장치에 있어서, 전동기와 배기밸브를 제어하는 제어수단을 설치하고, 이 제어수단은 수요측의 소비 공기량과 압축기의 정격 토출량의 비가 미리 정한 설정치보다 큰 운전점에서는 인버터에 의해 전동기의 회전주파수를 제어하고, 설정치 이하가 되면 전동기의 회전주파수를 일정치로 유지하고, 압력 검출수단이 검출한 압력이 설정 상한압력에 도달한 후에 배기밸브를 제어하여 작동가스를 대기에 배기하고, 작동가스의 압력이 상한압력에 도달한 후에 전동기의 회전주파수를 더욱 저하시키는 것이다.
그리고 이 특징에 있어서, 제어수단은 작동가스의 압력이 설정 상한압력이 되면, 배기밸브로부터 작동가스를 대기에 배기함과 동시에 전동기의 회전주파수를 저하시키도록 배기밸브 및 전동기를 제어하고; 압축기에 흡입되는 작동가스량을 제어하는 흡입 스로틀밸브를 설치하고, 소비 공기량이 소비 공기량 비의 설정치 이하가 되면 제어수단은 흡입 스로틀밸브를 폐쇄함과 동시에 배기밸브로부터 작동가스를 대기에 배기하고, 그 후 전동기의 회전주파수를 더욱 저하시키도록 전동기를 제어하고; 배기밸브와 병렬로 이 배기밸브보다 동작압력이 낮은 다른 배기밸브를 설치하도록 하여도 된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 특징은, 인버터를 가지는 전동기로 구동되는 스크류 압축기와, 이 압축기로부터 토출되는 작동가스의 압력을 검출하는 압력 검출수단을 구비한 스크류 압축장치의 운전제어방법으로서, 수요측의 소비 공기량이 미리 정한 설정치보다 클 때에는 인버터에 의해 전동기의 회전주파수를 제어하고, 소비 공기량이 상기 설정치 이하가 되면 전동기의 회전주파수를 일정치로 유지하며, 이 상태에서 압력 검출수단이 검출한 압력이 설정 상한압력에 도달하면 배기밸브를 제어하여 작동가스를 대기에 배기하고, 이 배기와 동시에 또는 배기후에 전동기의 회전주파수를 더욱 저하시키는 것이다.
그리고 상기 특징에 있어서, 작동가스의 압력이 설정 상한압력이 되면 배기밸브로부터 작동가스를 대기에 배기함과 동시에, 전동기의 회전주파수를 저하시키며; 압축기에 흡입되는 작동가스량을 제어하는 흡입 스로틀밸브를 설치하고, 소비 공기량이 설정치 이하가 되면 흡입 스로틀밸브를 폐쇄함과 동시에 배기밸브로부터 작동가스를 대기에 배기하고, 그 후 전동기의 회전주파수를 더욱 저하시켜도 된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 3 특징은, 인버터를 가지는 전동기로 구동되는 스크류 압축기와, 이 압축기로부터 토출되는 작동가스의 압력을 검출하는 압력 검출수단을 구비한 스크류 압축장치의 운전제어방법으로서, 소비 공기량이 미리 정한 설정치 이하가 되면, 전동기의 회전주파수를 제 1 회전주파수로 유지하고, 이 상태에서 압력 검출수단이 검출한 압력이 설정 상한압력에 도달한 후에전동기의 회전주파수를 제 1 회전주파수보다 낮은 제 2 회전주파수로 제어하는 것이다.
상기 특징에 있어서, 전동기가 제 1 회전주파수로 유지되어 있을 때 압력검출수단이 검출한 압력이 설정 상한압력에 도달하면 압축기로 압축된 작동가스를 대기에 배기하고; 전동기가 제 2 회전주파수로 운전되어 있을 때 소비 공기량이 설정치로 되돌아가기 전에 전동기를 제 2 회전주파수 보다도 높은 주파수로 운전하고; 전동기를 제 2 회전주파수로 운전하면서 작동가스를 대기에 배기할 때에 있어서, 전동기를 하한 주파수까지 감속하여 소비 공기량이 설정치가 될 때까지 이 상태를 유지하고, 그 후 설정치로 되돌아가면 전동기를 제 1 회전주파수까지 가속한 후에 배기를 정지하도록 하여도 된다.
이하, 본 발명의 몇가지의 실시예를 도면에 의거하여 설명한다. 도 1은 본 발명에 관한 스크류 압축장치의 일 실시예의 도면으로, 그 전체 구성도이다. 도 1에 있어서 스크류 압축장치(10)는 인버터 구동모터(48)로 운전되는 무급유식 스크류 압축기(12)를 구비하고 있다. 압축기(12)의 케이싱(14)은 기어케이스(16)에 고정되어 있다. 케이싱(14)내는 공기통로(18), 압축실(20) 및 기어실(22)로 나뉘어져 있다. 공기통로(18)의 끝부에 흡입필터(24)가 접속되어 있다.
압축기(12)의 압축실(20)내에는 작동가스인 대기가 흡입필터(24) 및 공기통로(18)를 거쳐 도입되고 있다. 압축실(20)내에는 암로우터(26)와 수로우터(28)의 스크류 로우터쌍이 비접촉 상태로 회전자유롭게 수납되어 있다. 암로우터(26)는 회전축(30)을 개재하여 타이밍 기어(32)에 연결되어 있고, 수로우터(28)는 회전축(34)을 개재하여 타이밍 기어(36)에 연결되어 있다. 타이밍 기어(32)와 타이밍 기어(36)는 서로 맞물려 있다.
회전축(34)과는 반대측에 설치한 수로우터(28)의 회전축(38)의 축끝에는 작은 직경의 기어(40)가 설치되어 있다. 이 기어(40)는 큰 직경의 기어(42)와 맞물려 있다. 기어(42)는 회전축(44)의 중앙부에 고정되어 있고, 이 회전축(44)의 한쪽 끝에는 벨트(46)를 설치하는 풀리가 고정되어 있다. 벨트(46)는 전동기(48)로 구동된다. 회전축(44)의 벨트(46) 설치측과는 반대측에 기어(50)가 설치되어 있다. 기어(50)와 기어(52)가 맞물려 있다. 기어(52)가 설치된 축(54)의 한쪽 끝부에는 오일펌프(56)가 접속되어 있다.
전동기(48)는 3상 유도전동기이며, 인버터(88)를 사용하여 회전속도가 제어된다. 전동기(48)가 회전구동되면 전동기(48)의 회전구동력이 벨트(46), 회전축 (44), 기어(42, 40), 회전축(38)의 순으로 수로우터(28)에 전달된다. 수로우터 (28) 끝부에 설치한 타이밍 기어(36)가 수로우터(28)와 함께 회전하면 이 타이밍 기어(36)와 맞물리는 암로우터(26)에 설치한 타이밍 기어(32)가 회전하기 때문에 암로우터(26)가 수로우터(28)에 동기하여 회전한다. 타이밍 기어(32, 36)를 설치하였기 때문에 암로우터(26)와 수로우터(28)는 무급유상태로 또한 비접촉상태로 회전하는 것이 가능하게 되어 있다.
암로우터(26)와 수로우터(28)의 각각의 바깥 둘레측에는 홈이 형성되어 있고, 이 홈을 작동가스가 유통한다. 암로우터(26)와 수로우터(28)가 서로 회전하면 이 홈에 의해 형성된 작동가스 통로내에 도입된 공기가 순차 압축된다. 압축된 공기는 토출구(58)로부터 토출된다. 토출구(58)로부터 토출되는 압축공기의 압력은 0.69MPa 이며, 그 온도는 350℃ 정도이다.
또한 각 회전축(30, 34, 38)을 베어링(60)으로 회전자유롭게 축지지한다. 그리고 각 회전축(30, 34, 38)의 주위에는 압축실(20)내에 오일이 들어가는 것을 저지하는 축봉장치(62)가 설치되어 있다. 또 각 기어(32, 36, 40, 42, 50, 52)에는 기어 케이스(16)내의 오일이 오일쿨러(64) 및 오일필터(66)를 거쳐 오일펌프 (56)에 의해 공급된다.
압축기(12)의 토출구(58)에는 토출 공기배관(68)이 접속되어 있다. 토출 공기배관(68)의 관로끝은 부하측의 도시 생략한 에어탱크에 접속되어 있다. 토출 공기배관(68)의 관로 도중에는 압축공기를 1차 냉각하는 프리쿨러(70)와, 프리쿨러 (70)에 있어서 냉각된 압축공기를 다시 2차 냉각하는 애프터쿨러(72)가 설치되어 있다. 프리쿨러(70)와 애프터쿨러(72) 사이의 관로에는 공기의 복귀를 저지하는 체크밸브(74)가 설치되어 있다. 프리쿨러(70)와 체크밸브(74) 사이의 토출 공기배관(68)에는 분기부가 형성되어 있고, 분기부에서 분기한 분기배관(76)의 관로끝에는 배기 전자밸브(78)가 설치되어 있다. 배기 전자밸브(78)에는 배기 사이렌(80)가 접속되어 있다.
애프터쿨러(72)보다 하류의 토출 공기배관(58)에는 토출압력을 검출하는 압력센서(82)와 안전밸브(84)가 설치되어 있다. 안전밸브(84)는 토출 공기배관(68)내의 압력이 분출압력이 되면 토출 공기배관(68)내의 압축공기를 대기에 개방한다. 압력센서(82)의 출력은 제어장치(86)에 입력되어 있다. 제어장치(86)는 압력센서(82)가 검출한 토출압력과, 설정압력 또는 상한압력을 비교하여 비교결과에 따른 제어신호를 인버터(88)에 출력한다. 그리고 압력센서(82)의 검출압력이 상한압력에 도달하면 배기 전자밸브(78)를 개방하는 지령을 출력한다.
인버터(88)는 3상 교류전원으로부터 공급된 3상 교류를 직류로 변환하는 컨버터부와, 컨버터부의 출력을 3상 교류로 재변환하는 인버터부를 구비하고 있다. 그리고 제어장치(86)로부터 보내진 제어신호에 의거하여 컨버터부와 인버터부의 각 스위칭소자가 스위칭동작한다. 각 스위칭소자의 스위칭 타이밍에 따라 출력 주파수와 출력전압이 제어된다. 인버터(88)의 출력 주파수가 변화되면 출력주파수의 변화에 따라 전동기(48)의 회전속도가 변화된다. 이에 따라 인버터(88)는 제어장치(86)와 함께 압력센서(82)의 검출출력에 의거하여 전동기(48)의 회전속도를 제어한다.
이와 같이 구성한 본 실시예에 관한 스크류 압축기(12)의 운전제어방법을 도 2 및 도 3에 따라 설명한다. 그 개략은, 압축기(12)로부터 토출되는 공기량이 시방공기량일 때를 100% 토출공기량으로 하고, 시방공기량의 35%의 토출공기량까지는 전동기(48)의 회전속도를 제어하여 압축기(12)의 토출 공기량을 변화시킨다. 이 때 토출공기의 압력을 일정하게 설정한다. 압축기(12)의 토출 공기량을 시방공기량의 35% 이하로 제어할 때는 시방공기량의 35%의 토출공기량에 있어서의 회전 속도로 전동기(48)의 회전속도를 설정한다. 그리고 배기 전자밸브를 개방한다. 그 상세를 이하에 나타낸다.
스크류 압축기(12)의 부하상태를 압력센서(82)가 검출한 출력으로 감시한다.또 토출 공기배관(68)의 관로끝에는 도시 생략한 공기탱크가 접속되어 있다. 시방 토출 공기량(= 소비공기량)의 35% 내지 100% 범위의 공기량을 압축기(12)가 토출할때에는 압력센서(82)가 검출한 압력에 의거하여 제어장치(86)와 인버터(88)가 전동기(48)의 회전주파수를 저속측 설정주파수(f1)로부터 최대주파수(fmax)의 범위로 바꾼다. 이에 따라 압축기(12)의 토출압력이 설정압력(P0), 예를 들어 0.69MPa 가 되도록 전동기를 회전수 제어한다. 전동기를 회전수 제어하였기 때문에, 부하에 의해 소비되는 공기량이 적어지더라도 일정 회전속도로 전동기(48)를 운전한 것에 의해 압축기(12)의 토출압력이 설정압력(P0)보다도 높아지는 단점을 방지할 수 있다.
소비 공기량이 시방토출 공기량의 35% 이하로 되었을 때에는 전동기(48)의 회전주파수를 압력 일정제어의 저속측 설정주파수(f1)로 유지한다. 왜냐하면 소비공기량이 소비 공기량비(소비 공기량을 사용토출 공기량으로 나눈 값)로 35% 이하가 된 저부하영역에 있어서도 압력을 일정하게 한 채로 회전속도를 내리면 압축기 (12)내에서 밀어냄 공기량에 대한 내부공기누설량의 비가 증대하고, 내부누설공기가 압축실(20)내에 있어서 재압축되어 압축기(12)내의 온도가 상승하기 때문이다.
따라서 본 실시예에서는 도 2에 나타내는 바와 같이, 저속측 설정주파수(f1)로 전동기를 운전하고, 토출압력이 상한압력(P1)(0.71 MPa)에 도달하면 배기 전자밸브(78)를 폐쇄상태로부터 개방상태로 한다. 배기 전자밸브(78)가 개방되면 토출압력이 감압되기 때문에 압축실(20)내의 온도가 저하한다. 이 상태를 무부하운전이라 한다. 무부하 운전을 계속한 결과, 소비 공기량이 35%의 소비 공기량비가 되었을 때에는 전동기(48)의 회전주파수를 저속측 설정주파수(f1)보다도 높은 주파수로 변경한다.
본 실시예에 의하면 무부하운전을 행하기 때문에 도 3의 특성(B)으로 나타내는 바와 같이 소비동력을 저감할 수 있다. 또한 도 3에서 특성(A)으로 나타낸 것은 회전수 제어를 행하지 않는 무급유식 스크류 압축기의 소비동력 특성이다. 도 3에서 분명한 바와 같이 본 실시예의 방식은 종래방식과 비교하여 소비동력비를 15% 이상 저감할 수 있다.
배기 전자밸브(78)를 개방하여 무부하 운전으로 이행할 때 전동기(48)의 회전주파수를 저속측 설정주파수(fl)로부터 다시 하한주파수(f0)까지 감속한다. 이것을 2단계 감속제어에 의한 무부하운전이라 한다. 이 2단계 감속제어를 사용하면도 3에 있어서 특성(C)으로 나타낸 특성이 얻어져 무부하 운전시의 소비동력을 특성(B)와 비교하여 더욱 저감할 수 있다.
2단계 감속제어에 의한 무부하 운전을 행하면 소비 공기량비 0%일 때에는 특성(A)로 나타내는 종래방식에 대하여 약 1/4의 소비동력이 되고, 특성(B)으로 표시되는 1단계 감속제어에 의한 무부하 운전시 보다도 약 1/2의 소비동력이 된다.
이와 같이 본 실시예에 있어서는 전동기(48)를 저속측 설정주파수(f1)로 운전하고 있을 때 토출압력이 상한압력(P1)을 넘으면 배기 전자밸브(78)를 개방하여 무부하운전시키고 있기 때문에 압축실(20)내의 온도가 높아지는 것을 억제할 수 있다. 또 소비동력을 저감할 수 있다. 또한 전동기(48)의 회전주파수를 저속측 설정주파수(f1)로부터 하한주파수(f0)까지 저하시키는 2단계 감속제어로 함으로써 무부하 운전시에 있어서의 소비동력을 더욱 저감하는 것이 가능하게 된다. 또 저부하영역에 있어서 압축기의 감속운전을 하면 흡입 공기량이 줄어 스크류 압축기(12)의 입구측에 흡입 스로틀밸브를 설치하지 않고 2단계 감속제어를 행할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예를 도 4에 나타낸다. 본 실시예가 도 1에 나타낸 실시예와 다른 것은 흡입 스로틀밸브를 설치한 것과, 배기밸브를 흡입 스로틀밸브측에 설치한 것이다. 압축기(12)의 케이싱(14)과 일체로 형성된 케이싱(90)을 흡입필터(24)에 접속하고, 케이싱(90)내에 흡입 스로틀밸브(92)와 배기밸브(94)를 배치하고 있다. 그리고 흡입 스로틀밸브(92)와 배기밸브(94)를 연결축(96)을 개재하여 서로 연결한다. 그 결과 흡입 스로틀밸브(92)와 배기밸브(94)를 서로 연동시켜 개폐할 수 있다. 또 삼방 전자밸브(96, 98, 100)를 설치하고, 애프터쿨러(72)의 하류측의 토출 공기배관(68)으로부터 압축공기를 필터(102)를 개재하여 도입하고 있다. 이 압축공기를 삼방 전자밸브(96, 98, 100)를 개재하여 케이싱(90)내의 흡입 스로틀밸브(92)의 하류측, 흡입 스로틀밸브(92)와 배기밸브(94)의 사이 및 배기밸브(94)의 상류측에 공급하여 각 밸브(92, 94)의 구동원으로서 사용하고 있다.
또한 삼방 전자밸브(96, 98, 100)의 개폐를 제어장치(86)가 제어하고 있다. 배기밸브(94)는 배관(76)에 접속되어 있다. 배기밸브(94)를 거친 압축공기를 대기에 개방하기 위하여 케이싱(90)에 배기 사이렌(104)이 설치되어 있다.
본 실시예에서는 소비공기량이 시방 토출 공기량의 35% 내지 100%의 경우에는 흡입 스로틀밸브(92)를 개방하고, 배관(76)의 관로끝을 배기밸브(94)로 폐쇄한다. 또한 도 4에는 흡입 스로틀밸브(92)를 폐쇄하고 배기밸브(94)를 개방한 상태를 나타낸다. 토출압력을 설정압력(P0)으로 유지하기 위하여 압축기(12)를 구동하는 전동기를 회전수 제어한다.
소비공기량이 시방공기량의 35% 이하가 되었을 때는 전동기(48)의 회전주파수를 저속측 설정주파수(f1)로 유지한다. 이 상태에서 토출압력이 상한압력(P1)에 도달하면 흡입 스로틀밸브(92)를 폐쇄한다. 그것과 동시에 배기밸브(94)를 개방하여 토출압력을 감압한다. 그 후 전동기(48)의 회전주파수를 하한주파수(f0)까지 내린다. 본 실시예에 의하면 저부하영역에 있어서 무부하운전으로 전환되기 때문에 압축실(20)내의 온도를 저하시킬 수 있다. 또 무부하운전시의 소비동력을 저감할 수있다.
다음으로, 본 발명의 또 다른 실시예를 도 5에 나타낸다. 본 실시예가 도 1에 나타내는 실시예와 다른 것은 제 1 배기 전자밸브(78)와 병렬로 제 2 배기 전자밸브(106)를 설치한 데 있다. 또한 제 2 배기 전자밸브(106)는 배관(78)보다도 관로직경이 작은 배관(108)의 관로도중에 설치되어 있다. 제어장치(86)가 제 2 배기 전자밸브(106)의 개폐 동작을 제어한다.
제 2 배기 전자밸브(106)는 운전상태나 전동기의 회전주파수에 관계없이 안전밸브(84)의 분출압력보다도 낮은 압력으로 배기한다. 배기밸브(106)의 배기압력을 P3 이라 하면, 이 배기압력(P3)은 도 2에 나타내는 상한압력(Pl)과 동일하거나 또는 상한압력(P1) 보다도 크고, 안전밸브(84)의 분출압력(P4)보다도 낮게 설정된다.
제 2 배기밸브(106)는 토출 공기배관(86)내의 토출압력이 높아져 안전밸브(84)가 작동하기 전에 즉, 시방 토출 공기량이하에서 배기한다. 따라서 기동시 등 토출측 기기(부하)의 밸브가 완전폐쇄인 상태에서 급격한 압력상승이 일어난 경우에 있어서도 배기밸브(106)가 개방되기 때문에 애프터쿨러(72)보다 하류측의 토출 공기배관(68)내의 토출압력이 압력(P3)을 초과하는 일은 없다. 또 압축실(20)내의 온도를 한계점 이하로 할 수 있다. 또한 토출압력의 변동을 적게 할 수 있다.
본 실시예에 있어서도 도 1에 나타내는 실시예와 마찬가지로 저부하 영역에서 전자밸브(78)를 개방하여 무부하 운전으로 전환하기 때문에 압축실(20)내의 온도를 저하시킨다. 또 무부하 운전시의 소비동력을 저감할 수 있다.
다음으로, 전동기(48)의 회전속도를 저속측 설정주파수(f1)로 한 후의 압축기의 제어방법을 도 6을 사용하여 설명한다. 소비공기량이 시방 토출 공기량의 35% 이하가 되면 저속측 설정주파수(f1)까지 전동기(40)의 운전주파수를 저하시켜 이 운전주파수를 유지한다. 소비공기가 줄고 있기 때문에 압력센서부에서 검출한 토출압력이 설정압력(P0)으로부터 상승한다.
토출압력이 설정압력(P0)(예를 들어 O.69 MPa)으로부터 상한압력(P1)(예를 들어 0.71MPa)까지 상승하면 압축기 본체와 체크밸브 사이에 설치한 배기 전자밸브 (78)를 개방하여 토출압력을 0.1MPa 만큼 감압시킨다. 그것과 동시에 회전주파수를 저속측 설정주파수(f1)(예를 들어 30Hz)로부터 하한주파수(f0)(예를 들어 20 Hz)까지 내려 무부하 운전을 실행한다. 무부하 운전에서는 전동기의 운전주파수를 하한주파수(f0)로 유지한다. 토출압력이 설정압력(P0)까지 강하하면 무부하 운전그대로 회전주파수를 저속측 설정주파수(f1)까지 증가시킨다.
저속측 설정주파수(f1)가 되면 공기 전자밸브(78)를 폐쇄하고, 토출압력을 설정압력(P0)으로 유지한다. 이 때 회전주파수가 하한주파수(f0)로부터 저속측 설정주파수(f1)로 증속하는 시간(ΔT)이 타임래그로서 생긴다. 그 결과 토출압력은 상한압력(P1)과 설정압력(P0)으로부터 미소량만큼 압력강하한 압력(P0-ΔP) 사이의 압력이 된다. 또한 이 때의 전동기(40)의 특성은 특성(D)(실선)으로 나타낸다. 또 압축기 본체의 토출압력은 특성(G)(일점쇄선)으로 표시되고, 압력센서부에서 검출되는 압력은 특성(F)(실선)으로 나타낸다.
타임래그에 기인하는 압력변동(-ΔP)을 줄이기 위하여 도 6의 특성(E)으로 나타내는 바와 같이 전동기의 운전주파수를 제어하면 된다. 즉, 토출압력이 상한압력(P1)에 도달하면 회전주파수를 저속측 설정주파수(f1)로부터 설정최저주파수 (f0)까지 감속시킨다. 그 후 토출압력이 상한압력(P1)으로부터 설정압력(P0)으로 강하하는 것에 따라 무부하운전 그대로 회전주파수를 증대시킨다. 이 때 토출압력이 설정압력(P0)에 도달하면 회전주파수가 저속측 설정주파수(f1)가 되도록 제어한다. 이와 같이 전동기의 회전수를 제어하면 전동기의 회전주파수가 설정최저주파수(f0)로부터 저속측 설정주파수(f1)까지 증가하는 사이에 생긴 타임래그(ΔT)를 없앨 수 있다. 또 압력강하(ΔP)가 없어지기 때문에 무부하운전으로부터 회전수제어로 이행하더라도 토출압력을 설정압력(P0)으로 용이하게 제어할 수 있다.
다음으로, 무급유식 스크류 압축기(12)의 저회전시에 있어서의 급유에 대하여 설명한다. 무급유식 스크류 압축기(12)에서는 도 1에 나타내는 바와 같이 전동기(48)의 동력을 사용하여 오일펌프(56)를 작동시키고 있다. 그리고 오일펌프(56)로부터 타이밍 기어(32, 36)나 베어링(60) 등에 윤활유가 공급된다. 그리고 베어링(60)에 급유된 윤활유가 압축실(20)내에 침입하지 않도록 축봉장치(62)가 설치되어 있다. 이 축봉장치(62)의 안쪽에는 나사형상의 홈이 가공되어 있고, 로우터 (26, 28)가 회전하면 축봉장치(62)내에 압력이 발생하여 윤활유가 되밀린다. 이와 같이 구성한 본 실시예에서는 전동기(48)의 회전수가 저하하면 압축기(12)의 회전수도 저하하여 축봉장치(62)에서 발생하는 압력이나 오일을 되미는 힘도 저하한다.
그런데, 전동기(48)가 저속으로 회전하고 있을 때 부하운전시와 동일한 압력의 윤활유를 베어링(60) 등의 윤활부위에 공급하면 축봉장치(62)의 윤활유의 되미는 힘이 작아져 압축실(20)내에 윤활유가 침입할 우려가 있다. 그러나 본 실시예에 의하면 전동기(48)와 연동하여 오일펌프(56)가 회전하기 때문에 전동기(48)가 저속으로 운전될 때에는 오일펌프(56)도 저속운전상태가 되어 베어링(60) 등에 대한 급유압력과 급유량을 감소시킬 수 있다. 이에 따라 저속회전시에도 압축실(20)내에 오일이 침입하는 것을 방지할 수 있다.
이상의 각 실시예에 있어서는 저속측 설정주파수를 소비 공기량비 35%에 있어서의 값으로 설정하였으나, 이 주파수는 이것에 한정되는 것이 아니라 하한주파수를 고려하여 결정하면 된다. 또 작동가스를 공기로 하였으나, 공기 이외의 가스이어도 동일한 효과를 얻을 수 있음은 물론이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 전동기를 저속측 설정주파수까지 회전수제어하여 그것 이하의 소비 공기량비에서는 회전주파수를 저속측 설정주파수로 유지한 채로 배기하고, 그 후 하한주파수로 운전하도록 하였기 때문에 무부하운전시의 소비동력을 저감할 수가 있다.

Claims (11)

  1. 암수 한 쌍의 로우터를 가지는 스크류식 압축기와, 이 압축기를 구동하며 인버터로 제어되는 전동기와, 상기 스크류 압축기로부터 토출되는 작동가스의 압력을 검출하는 압력검출수단과, 상기 압축기로 압축된 작동가스를 대기에 배기하는 것을 제어하는 배기밸브를 구비한 스크류 압축장치에 있어서,
    상기 전동기와 상기 배기밸브를 제어하는 제어수단을 설치하고, 이 제어수단은 수요측의 소비 공기량과 압축기의 정격 토출량의 비가 미리 정한 설정치보다 큰 운전점에서는 상기 인버터에 의해 전동기의 회전주파수를 제어하며, 상기 설정치 이하가 되면 전동기의 회전주파수를 일정치로 유지하고, 상기 압력 검출수단이 검출한 압력이 설정 상한압력에 도달한 후에 상기 배기밸브를 제어하여 작동가스를 대기에 배기하고, 작동가스의 압력이 상한압력에 도달한 후에 상기 전동기의 회전주파수를 더욱 저하시키는 것을 특징으로 하는 스크류 압축장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어수단은 작동가스의 압력이 설정 상한압력이 되면, 배기밸브로부터 작동가스를 대기에 배기함과 동시에 전동기의 회전주파수를 저하시키도록 상기 배기밸브 및 상기 전동기를 제어하는 것을 특징으로 하는 스크류 압축장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 압축기에 흡입되는 작동가스량을 제어하는 흡입 스로틀밸브를 설치하고, 소비 공기량이 소비 공기량 비의 설정치 이하가 되면, 상기 제어수단은 상기 흡입 스로틀밸브를 폐쇄함과 동시에 상기 배기밸브로부터 작동가스를 대기에 배기하고, 그 후 상기 전동기의 회전주파수를 더욱 저하시키도록 상기 전동기를 제어하는 것을 특징으로 하는 스크류 압축장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 배기밸브와 병렬로, 이 배기밸브보다 동작압력이 낮은 다른 배기밸브를 설치한 것을 특징으로 하는 스크류 압축장치.
  5. 인버터를 가지는 전동기로 구동되는 스크류 압축기와, 이 압축기로부터 토출되는 작동가스의 압력을 검출하는 압력 검출수단을 구비한 스크류 압축장치의 운전제어방법으로서, 수요측의 소비 공기량이 미리 정한 설정치보다 클 때에는 인버터에 의해 전동기의 회전주파수를 제어하고, 소비 공기량이 상기 설정치 이하가 되면 전동기의 회전주파수를 일정치로 유지하며, 이 상태에서 상기 압력 검출수단이 검출한 압력이 설정 상한압력에 도달하면 상기 배기밸브를 제어하여 작동가스를 대기에 배기하고, 이 배기와 동시에 또는 배기후에 상기 전동기의 회전주파수를 더욱 저하시키는 것을 특징으로 하는 스크류 압축기의 운전제어방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    작동가스의 압력이 설정 상한압력이 되면 배기밸브로부터 작동가스를 대기에 배기함과 동시에, 전동기의 회전주파수를 저하시키는 것을 특징으로 하는 스크류 압축기의 운전제어방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 압축기에 흡입되는 작동가스량을 제어하는 흡입 스로틀밸브를 설치하고, 소비 공기량이 설정치 이하가 되면 흡입 스로틀밸브를 폐쇄함과 동시에 배기밸브로부터 작동가스를 대기에 배기하고, 그 후 상기 전동기의 회전주파수를 더욱 저하시키는 것을 특징으로 하는 스크류 압축장치의 운전제어방법.
  8. 인버터를 가지는 전동기로 구동되는 스크류 압축기와, 이 압축기로부터 토출되는 작동가스의 압력을 검출하는 압력 검출수단을 구비한 스크류 압축장치의 운전제어방법으로서, 소비 공기량이 미리 정한 설정치 이하가 되면, 전동기의 회전주파수를 제 1 회전주파수에 유지하고, 이 상태에서 상기 압력 검출수단이 검출한 압력이 설정 상한압력에 도달한 후에 상기 전동기의 회전주파수를 상기 제 1 회전주파수보다 낮은 제 2 회전주파수로 제어하는 것을 특징으로 하는 스크류 압축장치의 운전제어방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 전동기가 제 1 회전주파수로 유지되어 있을 때 상기 압력검출수단이 검출한 압력이 설정 상한압력에 도달하면 압축기로 압축된 작동가스를 대기에 배기하는 것을 특징으로 하는 스크류 압축장치의 운전제어방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 전동기가 제 2 회전주파수로 운전되어 있을 때 소비 공기량이 상기 설정치로 되돌아가기 전에 상기 전동기를 제 2 회전주파수 보다도 높은 주파수로 운전하는 것을 특징으로 하는 스크류 압축장치의 운전제어방법.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 전동기를 제 2 회전주파수로 운전하면서 작동가스를 대기에 배기할 때에 있어서, 상기 전동기를 하한 주파수까지 감속하여 소비 공기량이 설정치가 될 때까지 이 상태를 유지하고, 그 후 설정치로 되돌아가면 상기 전동기를 제 1 회전주파수까지 가속한 후에 배기를 정지하는 것을 특징으로 하는 스크류 압축장치의 운전제어방법.
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