KR20130018193A

KR20130018193A - 압축 장치

Info

Publication number: KR20130018193A
Application number: KR1020120087877A
Authority: KR
Inventors: 가즈유끼 요다; 가이 나까니시; 쯔요시 니이무라
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2011-08-12
Filing date: 2012-08-10
Publication date: 2013-02-20
Also published as: US20130039741A1; US9157432B2; JP2013040572A; TWI486524B; JP5689385B2; KR101340122B1; TW201329350A; CN102927011B; CN102927011A

Abstract

본 발명은, 사용 조건의 변경에 유연하게 따를 수 있는 압축 장치이다. 이 압축 장치는, 회전 구동되는 로터를 수용한 압축기 본체와, 압축기 본체의 흡입구에 접속되고, 흡입 조정 밸브가 설치된 흡입 유로와, 압축기 본체의 토출구에 접속되고, 토출 압력 센서가 설치된 토출 유로와, 로터의 회전수를 설정 회전수로 정하는 회전수 설정 수단과, 토출 압력 센서가 검출한 토출 압력에 기초하여, 토출 유로의 압력을 설정 압력으로 유지하도록, 흡입 조정 밸브를 제어하는 밸브 제어 수단과, 사용자가 선택한 조건에 기초하여, 설정 회전수 및 설정 압력을 정하는 제어 장치를 갖는다.

Description

압축 장치 {COMPRESSION APPARATUS}

본 발명은, 압축 장치에 관한 것이다.

일본 특허 출원 공개 평1-313694호에 기재되어 있는 바와 같이, 구동기인 모터 등과, 풀리와 벨트나, 대소의 기어의 조합에 의한 증속기, 감속기를 통해, 암수 한 쌍의 스크류 로터 등으로 구성되는 압축기 로터를 회전 구동시키는 구성으로 이루어지는 압축기가 알려져 있다.

이 압축 장치에서는, 패키지의 내부가 격벽에 의해 2개의 공간으로 구분되어 있다. 제1측의 내부 공간에는, 압축기 본체, 풀리 및 벨트를 통해 압축기 본체의 스크류 로터를 구동하는 모터 및 오일 분리 회수기가 수납되어 있고, 제2측의 내부 공간에는, 모터의 출력축에 설치한 시로코 팬, 애프터 쿨러 및 오일 쿨러가 배치되어 있다. 그리고 제1측의 내부 공간의 외벽에 공기 입구가 형성되고, 격벽에는 제1측의 내부 공간으로부터 제2측의 내부 공간으로 공기를 흘려보내기 위한 관통 구멍이 형성되어 있다.

이와 같은 압축 장치에 있어서, 회전수를 조절하기 위해서는, 풀리의 직경이나 벨트의 형상, 혹은 기어비 등을 변경할(즉, 풀리, 벨트, 혹은 기어 등의 부품의 교환 작업을 실시할) 필요가 있지만, 그 작업에는 시간을 필요로 한다. 따라서 이와 같은 압축기에 있어서, 압축 공기의 공급처의 사양과 같은, 압축기의 사용 조건을 빈번히 변경하는 것은, 현실적이지 않다.

따라서 본 발명의 과제는, 암수 한 쌍의 스크류 로터 등의 압축기 로터를 회전 구동시키는 압축 장치에 있어서, 사용 조건의 변경에 유연하게 따를 수 있는 압축 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 압축 장치이며, 회전 구동되는 로터를 수용한 압축기 본체; 상기 압축기 본체의 흡입구에 접속된 흡입 유로; 상기 흡입 유로에 설치된 흡입 조정 밸브; 상기 압축기 본체의 토출구에 접속된 토출 유로; 상기 토출 유로에 설치된 토출 압력 센서; 상기 로터의 회전수를 설정 회전수로 정하는 회전수 설정 수단; 상기 토출 압력 센서가 검출한 토출 압력에 기초하여, 상기 토출 유로의 압력을 설정 압력으로 유지하도록, 상기 흡입 조정 밸브를 제어하는 밸브 제어 수단; 및 상기 설정 회전수를 설정하여 상기 회전수 설정 수단으로 송신하고, 상기 설정 압력을 설정하여 상기 밸브 제어 수단으로 송신하는 제어 장치로 이루어지고, 여기서 상기 제어 장치는, 상기 설정 회전수의 값 및 상기 설정 압력의 값의 세트로 이루어지는 운전 조건을 복수 기억하고, 복수의 상기 운전 조건 중에서 선택된 운전 조건에 따라 상기 설정 회전수 및 상기 설정 압력을 설정한다.

이 구성에 따르면, 선택된 운전 조건에 따른 회전수 및 토출 압력에 기초하여, 회전수 설정 수단에 의해 압축기 본체의 용량이 정해지고, 밸브 제어 수단에 의해 토출 압력을 설정 조건에 정확하게 일치시킨다. 이로 인해, 사용 조건의 변경을 위한 부품 교환 등이 필요 없고, 용이하게 사용 조건을 바꿀 수 있다.

본 발명의 압축 장치에 있어서, 상기 설정 회전수가, 선택된 상기 조건에 따른 설정 회전수로 고정되도록 해도 된다.

혹은, 본 발명의 압축 장치에 있어서, 상기 제어 장치가, 상기 흡입 조정 밸브의 개방도 상태에 따라, 선택된 상기 조건에 따른 설정 회전수를 기준으로 하여 상기 설정 회전수를 증감시키도록 해도 된다. 이 구성에 따르면, 흡입 조정 밸브로 토출을 저하시키는 시간(무부하 상태에서 운전하는 시간)을 적절한 비율로 유지하므로, 에너지 효율이 높고(소비 동력을 저감시킬 수 있고), 또한 부하의 변동에도 대응할 수 있다.

또한, 본 발명의 압축 장치에 있어서, 상기 흡입 조정 밸브는, 완전 폐쇄 및 완전 개방 중 어느 하나의 상태로 되는 전환 밸브이고, 상기 제어 장치는, 단위 시간당의 상기 흡입 조정 밸브의 완전 폐쇄의 상태의 시간의 비율에 따라, 상기 설정 회전수를 증감시켜도 된다.

이 구성에 따르면, 흡입 조정 밸브로 토출을 저하시키는 시간(무부하 상태에서 운전하는 시간)을 적절한 비율로 유지하므로, 에너지 효율이 높고(소비 동력을 저감시킬 수 있고), 또한 부하의 변동에도 대응할 수 있다.

또한, 본 발명의 압축 장치에 있어서, 상기 제어 장치는, 단위 시간당의 상기 흡입 조정 밸브가 완전 폐쇄 상태인 시간의 비율인 완전 폐쇄비가 소정의 상한 비율보다 큰 경우에는, 상기 설정 회전수를 제1 소정량만큼 감소시키고, 상기 완전 폐쇄비가 소정의 하한 비율보다 작은 경우에는, 상기 설정 회전수를 제2 소정량만큼 증가시켜도 된다.

이 구성에 따르면, 설정 회전수의 연산이 간단하므로, 제어 장치를 저렴하게 할 수 있다.

또한, 본 발명의 압축 장치에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 설정 회전수의 초기값을 사용자로부터의 입력에 기초하여 정하고, 상기 설정 회전수가 상기 초기값 이상인 경우에는, 상기 설정 회전수를 증가시키지 않도록 해도 된다.

이 구성에 따르면, 실제의 부하가 사용자가 선택한 사용 조건을 초과한 경우에, 압축 장치의 출력이 추종하여 상승하지 않으므로, 소비 동력이, 사용자가 선택한 사용 조건에 있어서 상정되는 최대 동력보다도 커지지 않는다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 압축 장치의 구성도.
도 2는 도 1의 압축 장치에 있어서의 설정 조건을 나타내는 표.
도 3은 본 발명의 제2 실시 형태의 압축 장치의 구성도.
도 4는 도 3의 압축 장치에 있어서의 토출 압력과 흡입 조정 밸브의 변동을 예시하는 도면.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1에 본 발명의 제1 실시 형태의 압축 장치의 구성을 도시한다. 본 실시 형태의 압축 장치는, 서로 맞물리는 암수 한 쌍의 스크류 로터를 수용하고, 스크류 로터에 의해 공기를 압축하는 압축기 본체(1)와, 압축기 본체(1)의 흡입구에 접속된 흡입 유로(2)와, 압축기 본체(1)의 토출구에 접속된 토출 유로(3)를 갖는다.

압축기 본체(1)의 스크류 로터는, 교류 전원(4)에 접속한 인버터(회전수 설정 수단)(5)에 의해 회전수를 설정 가능한 모터(6)에 의해 회전 구동되도록 되어 있다. 흡입 유로(2)에는, 에어 필터(7)와 흡입 조정 밸브(8)가 설치되어 있다. 토출 유로(3)에는, 토출 압력 센서(9)와 애프터 쿨러(10)가 설치되어 있다.

흡입 조정 밸브(8)는, PID 컨트롤러(밸브 제어 수단)(11)에 의해 개방도가 조정되도록 되어 있다. 구체적으로는, PID 컨트롤러(11)는, 토출압 센서(9)가 검출한 토출 압력 Pd에 기초하여, 토출 유로(3)의 압력을 소정의 설정 압력 Pd_set로 유지하도록, 흡입 조정 밸브(8)의 개방도를 PID 제어한다.

인버터(5)에 의한 스크류 로터의 설정 회전수 Rev_set[인버터(5)의 설정 주파수] 및 PID 컨트롤러(11)의 설정 압력 Pd_set는, 제어 장치(12)에 의해 정해진다. 제어 장치(12)는, 마이크로프로세서를 포함하는 연산부(13)와, 사용자(오퍼레이터)가 입력 가능한 키보드나 스위치와 같은 입력부(14)와, 디스플레이와 같은 표시부(15)를 갖는다.

본 실시 형태에 있어서, 제어 장치(12)는, 도 2에 나타내는 표에 따라서, 설정 회전수 Rev_set 및 설정 압력 Pd_set를 정한다. 연산부(13)에는, 도 2에 나타낸 데이터가 미리 기억되어 있다. 사용자는, 입력부(14)에 있어서, 나타낸 3개의 조건 중 어느 하나(조건 1, 조건 2 또는 조건 3)를 선택한다. 나타낸 토출 공기량은, 각 조건에 있어서 공급 가능한 공기량의 목표이며, 사용자가 조건을 선택할 때에 참고로 하는 것으로, 압축 장치의 제어에 관여하는 것은 아니다.

설정 회전수 Rev_set는, 토출 압력 Pd가 설정 압력 Pd_set인 경우에, 압축기 본체(1)가 나타낸 토출 공기량을 충분히 확보할 수 있는 회전수로 정해져 있다. PID 컨트롤러(11)는, 흡입 조정 밸브(8)의 개방도를 조절함으로써 압축기 본체(1)의 흡입구에 있어서의 공기의 압력을 조절하여, 토출 압력 Pd가 설정 압력 Pd_set로 되도록 한다.

이와 같이, 본 실시 형태의 압축 장치는, 제어 장치(12)로의 입력만으로, 토출 압력이나 토출 공기량을 변경할 수 있다. 즉, 종래에는, 압축 공기의 공급처의 사양의 변경(압축기의 사용 조건의 변경)에 따라, 회전수를 조절(변경)하기 위해서는, 풀리, 벨트, 혹은 기어 등의 부품의 교환 작업을 실시하거나, 과도한 기계적인 변속 수단을 장비할 필요가 있었던 바, 본 실시 형태의 압축 장치이면, 상술한 교환 작업 등을 수반하는 일 없이, 제어 장치(12)로의 입력만으로, 압축 공기의 공급처의 사양의 변경에 따를 수 있다. 또한, 동력의 전달 수단에, 풀리, 벨트, 혹은 기어 등의 부품을 필요로 하지 않고, 그들에 대신하여, 후술하는 바와 같이 비교적 간소한 구성으로 이루어지는 저렴한 인버터를 채용할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 인버터(5)는, 설정 회전수 Rev_set를 도 2에 정해진 회전수 중 어느 하나로 설정하면 되고, 설정 회전수 Rev_set의 값을 빈번히 변경할 필요가 없다. 따라서 인버터(5)는, 비교적 간소한 구성이고 저렴한 것을 채용할 수 있다. 또한, 인버터(5)와 모터(6)의 조합 대신에, 극수 변환 모터와 극수 선택 회로의 조합 등을 채용해도 된다.

본 실시 형태에서는, 제어 장치(12)의 내부에 도 2의 표의 데이터를 기억하도록 하고 있지만, 그 데이터를 다른 장치(예를 들어, 상위의 컴퓨터)에 기억하고, 조건의 선택에 따라 설정 회전수 및 설정 압력의 값을 제어 장치(12)에 송신하도록 구성해도 된다. 이 경우, 제어 장치(12)와 상기 다른 장치를 합친 것이, 본 발명의 제어 장치의 개념으로 된다.

또한, 도 3에 본 발명의 제2 실시 형태의 압축 장치의 구성을 도시한다. 본 실시 형태의 설명에 있어서, 제1 실시 형태와 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명을 생략한다. 본 실시 형태의 압축 장치에서는, 흡입 조정 밸브는, 완전 폐쇄 및 완전 개방 중 어느 하나의 상태로 되는 전환 밸브(8a)이다. 이로 인해, 본 실시 형태에서는, 흡입 조정 밸브(8a)를 제어하는 밸브 제어 수단으로서, 하이ㆍ로우 제어를 행하는 HI／LO 컨트롤러(11a)가 사용되어 있다.

HI／LO 컨트롤러(11a)는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 토출 압력 Pd가 소정의 상한 압력 Pd_set_H 이상으로 되면 흡입 조정 밸브(8a)를 폐쇄하여 압축기 본체(1)를 무부하 상태에서 운전하고, 토출 압력 Pd가 소정의 하한 압력 Pd_set_L 이하로 되면 흡입 조정 밸브(8a)를 개방하여 압축기 본체(1)를 전부하 상태에서 운전한다. 상한 압력 Pd_set_H 및 하한 압력 Pd_set_L은, 사용자가 선택하는 사용 조건에 대해, 각각 미리 설정되어 있다.

본 실시 형태에 있어서, 인버터(5)의 설정 회전수 Rev_set는, 제어 장치(12)에 의해, 시시각각 변화된다. 설정 회전수 Rev_set의 초기값 Rev_spec은, 사용자가 선택하는 조건에 대해, 각각 미리 설정되어 있다. 이 초기값 Rev_spec은, 선택된 사용 조건에 있어서의 인버터(5)의 설정 회전수 Rev_set의 상한값이기도 하다.

제어 장치(12)는, 소정의 단위 시간 Δt의 동안에, 흡입 조정 밸브(8a)가 완전 폐쇄 상태로 되어 있는 시간(t1, t2, t3)의 비율인 완전 폐쇄비 tr＝Σtn／Δt를 산출한다. 그리고 제어 장치(12)는, 완전 폐쇄비 tr이 소정의 상한 비율 tr_H보다 큰 경우에는, 설정 회전수 Rev_set를 미리 설정된 제1 소정값 ΔR1만큼 감소시키고, 완전 폐쇄비 tr이 소정의 하한 비율 tr_L보다 작은 경우에는, 설정 회전수 Rev_set를 미리 설정된 제2 소정값 ΔR2만큼 증가시킨다.

흡입 조정 밸브(8a)가 완전 폐쇄인 경우, 압축기 본체(1)는, 압축 공기를 생성하지 않지만, 전부하 시의 어느 정도의(예를 들어, 약 20％) 동력을 소비한다. 따라서 완전 폐쇄비 tr이 지나치게 커지지 않도록, 상한 비율 tr_H를, 제어가 가능한 범위 내에서, 가능한 한 작게 정함으로써, 압축 장치의 소비 동력을 저감시킬 수 있다.

또한, 완전 폐쇄비 tr이 소정의 상한 비율 tr_H보다 큰 경우에, 설정 회전수 Rev_set를 미리 설정된 제1 소정값 ΔR1만큼 감소시킴으로써, 그 후의 완전 폐쇄비 tr을 감소, 즉 무부하 상태에서 운전되는 비율을 감소시킬 수 있다. 반대로, 완전 폐쇄비 tr이 소정의 하한 비율 tr_L보다 작은 경우에는, 설정 회전수 Rev_set를 미리 설정된 제2 소정값 ΔR2만큼 증가시킴으로써, 부하가 증대된 경우라도, 설정 회전수가 낮은 상태이고, 또한 흡입 조정 밸브(8a)가 완전 개방인 상태, 즉 그 흡입 조정 밸브(8a)의 적절한 하이ㆍ로우 제어가 행해지지 않는 상태에 빠지는 것을 회피할 수 있다. 즉, 본 실시 형태에 있어서는, 흡입 조정 밸브로 토출을 저하시키는 시간(무부하 상태에서 운전하는 시간)을 적절한 비율로 유지하므로, 에너지 효율이 높고(소비 동력을 저감시킬 수 있고), 또한 부하의 변동에도 대응할 수 있다. 또한, 설정 회전수의 연산이 간단하므로, 제어 장치(12)를 저렴하게 할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서, 설정 회전수 Rev_set의 초기값 Rev_spec은, 사용자가 선택한 사용 조건에 있어서의 최대 회전수이다. 따라서 제어 장치(12)는, 완전 폐쇄비 tr이 소정의 하한 비율 tr_L보다 작은 경우라도, 그때의 설정 회전수 Rev_set가 초기값 Rev_spec 이상이면, 설정 회전수 Rev_set를 그 이상은 증가시키지 않는다. 이에 의해, 실제의 부하가 사용자의 예상을 초과하여 증대되어도, 압축 장치의 소비 동력이 선택된 사용 조건에 의해 정해지는 값까지밖에 상승하지 않는다(소비 동력이, 사용자가 선택한 사용 조건에 있어서 상정되는 최대 동력보다도 커지지 않는다).

초기값 Rev_spec을 상한값으로서 사용하지 않는 경우, 인버터(5)나 모터(6)의 사양에 따라, 설정 회전수 Rev_set의 상한값 및 하한값을 별도로 정해도 된다. 그 경우, 초기값 Rev_spec은, 압축 장치의 기동 시의 용량을 정하기 위해서만 사용된다.

제1 및 제2 소정값 ΔR1, ΔR2는, 단위 시간 Δt나 압축기 본체(1)의 정격 회전수 등에 따라, 미리 최적의 값이 선택되어, 제어 장치(12)의 연산부(13)에 기억되어 있는 것이 바람직하다. 소정값 ΔR1, ΔR2는, 시뮬레이션에 의한 것 외에, 경험적 및 실험적으로 정할 수 있다.

또한, 제2 실시 형태에 있어서의 설정 회전수의 조정의 방법을, 제1 실시 형태에 적용하는 것도 가능하다. 이 경우, 흡입 조정 밸브의 개방도는 연속적으로 변화되므로, 예를 들어 다음과 같은 형태로 적용한다. 즉, 제어 장치(12)는 소정의 단위 시간 Δt의 동안에, 흡입 조정 밸브(8a)의 개방도의 적분값을 산출한다. 그리고 제어 장치(12)는, 그 개방도의 적분값이 소정의 하한값보다 작은 경우에는, 설정 회전수 Rev_set를 미리 설정된 제1 소정값 ΔR1만큼 감소시키고, 그 개방도의 적분값이 소정의 상한값보다 큰 경우에는, 설정 회전수 Rev_set를 미리 설정된 제2 소정값 ΔR2만큼 증가시킨다.

Claims

압축 장치이며,
회전 구동되는 로터를 수용한 압축기 본체와,
상기 압축기 본체의 흡입구에 접속된 흡입 유로와,
상기 흡입 유로에 설치된 흡입 조정 밸브와,
상기 압축기 본체의 토출구에 접속된 토출 유로와,
상기 토출 유로에 설치된 토출 압력 센서와,
상기 로터의 회전수를 설정 회전수로 정하는 회전수 설정 수단과,
상기 토출 압력 센서가 검출한 토출 압력에 기초하여, 상기 토출 유로의 압력을 설정 압력으로 유지하도록, 상기 흡입 조정 밸브를 제어하는 밸브 제어 수단과,
상기 설정 회전수를 설정하여 상기 회전수 설정 수단으로 송신하고, 상기 설정 압력을 설정하여 상기 밸브 제어 수단으로 송신하는 제어 장치로 이루어지고,
여기서, 상기 제어 장치는, 상기 설정 회전수의 값 및 상기 설정 압력의 값의 세트로 이루어지는 운전 조건을 복수 기억하고, 복수의 상기 운전 조건 중에서 선택된 운전 조건에 따라 상기 설정 회전수 및 상기 설정 압력을 설정하는, 압축 장치.
제1항에 있어서,
상기 설정 회전수는, 선택된 상기 조건에 따른 설정 회전수로 고정되는, 압축 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 흡입 조정 밸브의 개방도 상태에 따라, 선택된 상기 조건에 따른 설정 회전수를 기준으로 하여 상기 설정 회전수를 증감시키는, 압축 장치.
제3항에 있어서,
상기 흡입 조정 밸브는, 완전 폐쇄 및 완전 개방 중 어느 하나의 상태로 되는 전환 밸브이고,
상기 제어 장치는, 단위 시간당의 상기 흡입 조정 밸브의 완전 폐쇄의 상태의 시간의 비율에 따라, 상기 설정 회전수를 증감시키는, 압축 장치.
제4항에 있어서,
상기 제어 장치는, 단위 시간당의 상기 흡입 조정 밸브가 완전 폐쇄 상태인 시간의 비율인 완전 폐쇄비가 소정의 상한 비율보다 큰 경우에는, 상기 설정 회전수를 제1 소정량만큼 감소시키고, 상기 완전 폐쇄비가 소정의 하한 비율보다 작은 경우에는, 상기 설정 회전수를 제2 소정량만큼 증가시키는, 압축 장치.
제5항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 설정 회전수가 미리 정해진 설정 회전수 초기값 이상인 경우에는, 상기 설정 회전수를 증가시키지 않는, 압축 장치.