KR20230151536A

KR20230151536A - 압축기 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR20230151536A
Application number: KR1020237033119A
Authority: KR
Inventors: 요스케 후쿠시마; 고키 다케우치; 가츠노리 하마다; 가즈유키 요다
Original assignee: 코벨코 컴프레서 가부시키가이샤
Priority date: 2021-03-17
Filing date: 2022-03-07
Publication date: 2023-11-01
Also published as: TWI825618B; WO2022196416A1; JP2022143280A; TW202300782A; US20240142151A1; CN116997718A

Abstract

압축기(1)는, 피압축 가스를 흡입하여 압축하는 압축기 본체(2), 내부에 냉각 대상을 유통시키면서 냉각시키기 위한 열교환기(11, 12), 팬 모터(13)에 의해 구동되어 열교환기(11, 12)에 냉각 가스를 송풍하여 방열시키는 팬(14), 및 열교환기(11, 12)의 방열에 사용되지 않은 상태의 냉각 가스의 온도인 냉각 가스 초기 온도를 검출하기 위한 온도 센서(21), 및 팬 모터(13)의 회전 주파수의 제어 상한인 상한 주파수를 설정 가능한 제어부(5)를 구비한다. 제어부(5)는, 온도 센서(21)로 검출된 개개의 냉각 가스 초기 온도에 있어서, 팬 모터(13)에 공급되는 전류가 허용 전류값이 되는 회전 주파수 이하로 되도록 상한 주파수를 설정한다.

Description

압축기 및 그 제어 방법

본 개시는, 압축기 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

회전수를 제어 가능한 팬 모터로 구동하는 팬을 갖는 냉각팬과, 냉각팬을 구동하여 냉각 대상과 외기 사이에서의 열교환을 행하는 열교환기(가스 쿨러나 오일 쿨러)를 갖는 공냉식 쿨러를 구비한 압축기가 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).

이러한 공냉식 쿨러에 있어서는, 통상, 팬 모터의 과부하 방지를 위해, 어느 일정 이상으로 팬 모터의 회전수가 상승하지 않도록 일정한 상한 주파수가 설정되는 것이 행해지고 있다. 이것은, 팬 모터의 과회전을 방지함으로써 과전류(과부하)에 의한 팬 모터의 트립(팬 모터 보호를 위한 팬 모터에 대한 전력 공급 차단)의 방지를 의도하고 있다.

또한, 일반적으로 팬 모터의 회전 주파수가 일정하여도 팬을 구동시키는 동력은 공기 밀도에 비례하는 점에서 설치 장소의 주위 온도가 낮아질수록, 팬 모터의 부하가 높아진다. 또한 마찬가지로 팬의 흡입으로부터 토출까지의 유로 저항이 변화됨으로써도 팬 모터의 부하는 증감된다. 그 때문에, 팬 모터의 회전수 제어를 행할 때에는, 팬 모터의 허용 전류값을 설정함으로써, 허용값을 초과하는 일정 이상의 전류값이 출력된 경우에 팬 모터 보호를 위해 팬 모터에 대한 전력 공급이 차단된다.

일본 특허 공개 제2005-61402호

상기 특허문헌 1에는 개시되지 않았지만, 압축기에 있어서는, 열교환기와 팬은 일정한 열량을 빼앗도록 구성되는 경우가 많다. 열교환기에서의 냉각풍의 교환 열량 Q는 하기 (1)식을 사용하여 구할 수 있다.

이 (1)식에 있어서, ρ는 공기 밀도, c는 비열비, V는 냉각 풍량, To는 열교환기 통과 후의 냉각풍 온도, Ta는 열교환기 통과 전의 냉각풍 온도(주위 온도)이다. 상기 (1)식으로부터 잘 이해되는 바와 같이, 열교환기 통과 후의 냉각풍 온도 To가 일정하고 주위 온도 Ta가 상승한 경우에 교환 열량을 일정하게 하기 위해서는, 냉각 풍량 V를 증가시킬 필요가 있다. 또한, 열교환기 통과 후의 냉각풍 온도 To는, 주위 온도 Ta의 상승에 수반하여 상승하지만, 냉각 대상의 온도에 영향을 받는다. 그 때문에, 실제로는, 냉각풍 온도 To의 상승은 주위 온도 Ta의 상승에 비하면 작아진다. 냉각 풍량 V는 팬의 회전 주파수에 비례하는 점에서, 팬의 회전 주파수의 상한은 주위 온도 Ta가 최대가 되는 조건에서 결정되는 경우가 많다. 한편으로 팬을 구동하기 위한 팬 동력은 회전 주파수의 3승에 비례하고, 팬 모터의 전류값은 팬 동력에 비례하는 점에서, 작은 회전 주파수의 증가가 팬 모터의 전류값을 대폭 증가시킨다. 추가로 주위 온도가 저하된 경우에는, 공기 밀도가 증가하여 팬 동력은 증가하기 때문에, 팬 모터가 과전류가 될 우려가 있다.

본 개시는, 압축기에 있어서, 주위 온도의 변화에 의한 팬 모터에서의 과전류의 발생 방지를 과제로 한다.

본 개시의 제1 양태는, 피압축 가스를 흡입하여 압축하는 압축기 본체와, 내부에 냉각 대상을 유통시키면서 냉각시키기 위한 열교환기와, 팬 모터에 의해 구동되어 상기 열교환기의 외표면에 냉각 가스를 흘려서 방열시키는 팬과, 상기 열교환기의 방열에 사용되지 않은 상태의 상기 냉각 가스의 온도인 냉각 가스 초기 온도를 검출하기 위한 온도 센서와, 상기 팬 모터의 회전 주파수의 제어 상한인 상한 주파수를 설정 가능한 제어부를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 온도 센서로 검출된 개개의 상기 냉각 가스 초기 온도에 있어서, 상기 팬 모터에 공급되는 전류가 허용 전류값이 되는 회전 주파수 이하로 되도록 상기 상한 주파수를 설정하는 압축기를 제공한다.

일반적으로 팬 모터의 회전 주파수가 일정하여도 팬을 구동시키는 동력은 공기 밀도에 비례하는 점에서 주위 온도가 낮아질수록, 팬 모터의 부하가 높아진다. 제어부는, 온도 센서로 검출된 개개의 냉각 가스 초기 온도에 있어서, 팬 모터에 공급되는 전류가 허용 전류값이 되는 회전 주파수 이하로 되도록 팬 모터의 상한 주파수를 설정한다. 그 때문에, 주위 온도의 변화에 의해 팬 모터에 과전류가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

상기 제어부는 상기 냉각 가스 초기 온도와 상기 상한 주파수의 관계를 기억하고, 상기 관계는, 상기 냉각 가스 초기 온도가 낮을수록 상기 상한 주파수가 낮아지도록 설정되어 있다.

상기 제어부는 상기 냉각 가스 초기 온도와 상기 상한 주파수의 관계를 기억하고, 상기 관계는, 상기 냉각 가스 초기 온도의 저하에 수반하여, 상기 상한 주파수가 연속적 또는 단계적으로 낮아지도록 설정되어도 된다.

상기 제어부는 상기 냉각 가스 초기 온도와 상기 상한 주파수의 관계를 기억하고, 상기 관계는 개개의 상기 냉각 가스 초기 온도에 있어서, 상기 팬 모터에 공급되는 상기 전류가 일정값이 되도록 상기 상한 주파수가 설정되어도 된다.

압축기는, 상기 압축기 본체, 상기 팬, 상기 팬 모터 및 상기 열교환기를 수용하는 패키지를 구비해도 된다.

상기 온도 센서는 상기 패키지의 흡기 개구에 배치되어, 냉각 가스 초기 온도로서, 상기 흡기 개구로부터 도입되는 상기 냉각 가스의 온도를 측정하는 것이어도 된다.

상기 온도 센서는 상기 팬의 상류측에 배치되어, 상기 팬에 흡입되는 냉각 가스의 온도를 측정하는 것이어도 된다.

상기 온도 센서는 상기 팬의 하류측에서 상기 열교환기까지의 사이에 배치되어, 상기 팬으로부터 토출되는 냉각 가스의 온도를 측정하는 것이어도 된다.

상기 피압축 가스와 상기 냉각 가스가 동일한 가스이며, 상기 온도 센서는 상기 압축기 본체의 흡입 유로에 배치되어, 상기 흡입 유로로부터 상기 압축기 본체에 흡입되는 상기 동일 가스의 온도를 측정하는 것이어도 된다.

상기 냉각 대상으로서 상기 압축기 본체로부터의 토출 가스를 냉각시키기 위한 가스 쿨러를 구비하고, 상기 가스 쿨러는 상기 열교환기를 포함해도 된다.

상기 냉각 대상으로서 상기 압축기 본체에 공급되는 기름을 냉각시키기 위한 오일 쿨러를 구비하고, 상기 오일 쿨러는 상기 열교환기를 포함해도 된다.

본 개시의 제2 양태는, 피압축 가스를 흡입하여 압축하는 압축기 본체와, 내부에 냉각 대상을 유통시키면서 냉각시키기 위한 열교환기와, 팬 모터에 의해 구동되어 상기 열교환기의 외표면에 냉각 가스를 흘려서 방열시키는 팬을 구비하는 압축기의 제어 방법이며, 온도 센서로 상기 열교환기의 방열에 사용되지 않은 상태의 상기 냉각 가스의 온도인 냉각 가스 초기 온도를 검출하고, 상기 온도 센서로 검출된 개개의 상기 냉각 가스 초기 온도에 있어서, 상기 팬 모터에 공급되는 전류가 허용 전류값이 되는 회전 주파수 이하로 되도록, 상기 팬 모터의 회전 주파수의 제어 상한인 상한 주파수를 설정하는, 압축기의 제어 방법을 제공한다.

본 개시에 의하면, 압축기에 있어서, 주위 온도 변화에 의해 팬 모터에 과전류가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 개시의 제1 실시 형태에 관한 압축기의 모식적인 계통도.
도 2는 본 개시의 제1 실시 형태에 관한 압축기에 있어서의 제어의 개념을 설명하기 위한 블록도.
도 3은 종래의 압축기에 있어서의 제어의 개념을 설명하기 위한 블록도.
도 4는 냉각 가스 초기 온도와 팬 상한 주파수의 관계를 나타내는 모식적인 그래프.
도 5는 본 개시의 제2 실시 형태에 관한 압축기의 모식적인 계통도.
도 6은 본 개시의 제3 실시 형태에 관한 압축기의 모식적인 계통도.
도 7은 본 개시의 제4 실시 형태에 관한 압축기의 모식적인 계통도.
도 8은 하우징 내부의 구성에 관한 변형예를 나타내는 모식도.
도 9는 하우징 내부의 구성에 관한 변형예를 나타내는 모식도.
도 10은 하우징 내부의 구성에 관한 변형예를 나타내는 모식도.

첨부 도면을 참조하여 본 개시의 실시 형태를 설명한다.

(제1 실시 형태)

도 1을 참조하면, 제1 실시 형태의 압축기(1)는, 압축기 본체(2), 오일 분리 회수기(3), 하우징(4), 컨트롤러(제어부)(5), 및 이들을 수용한 패키지(6)를 구비한다.

압축기 본체(2)는 본 실시 형태에서는 유랭식 스크루 압축기이다. 압축기 본체(2)는, 메인 모터(2a)에 의해 회전 구동되는 한 쌍의 스크루 로터(2b)를 구비한다. 메인 모터(2a)의 회전수는 메인 인버터(7)에 의해 제어된다. 개개의 스크루 로터(2b)의 로터축(2c)은 베어링(2d)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 필터(2e)와 흡기 밸브(2f)를 통해 흡입 유로(2g)로부터 흡입된 피압축 가스(본 실시 형태에서는 공기)는, 한 쌍의 스크루 로터(2b)에 의해 압축되어 토출구(2h)로부터 토출된다. 피압축 가스는 공기에 한정되지 않고, 공기 이외의 질소 가스 등이어도 된다. 또한, 본 명세서 중에서는, 편의상, 흡입 유로(2g)로부터 흡입되는 가스를 「피압축 가스」, 토출구(2h)로부터 토출되는 가스를 「토출 가스」라고 칭한다.

오일 분리 회수기(3)는, 가스 유로(8a)를 통해 압축기 본체(2)의 토출구(2h)에 접속되고, 가스 유로(8b)를 통해, 가스 쿨러인 후술하는 애프터 쿨러에 포함되는 열교환기(11)에 접속되어 있다. 압축기 본체(2)의 토출구(2h)로부터의 토출 가스는, 가스 유로(8a)를 통해 오일 분리 회수기(3)에 보내진다. 압축기 본체(2)의 토출구(2h)로부터의 토출 가스에 포함되는 기름은, 오일 분리 회수기(3)에서 토출 가스로부터 분리되어, 오일 분리 회수기(3)의 저부의 오일 저장소(3a)에 저장된다. 오일 분리 회수기(3)로부터의 토출 가스는, 가스 유로(8b)를 통해 열교환기(11)에 보내져, 열교환기(11)에서 냉각된 후, 가스 유로(8c)를 통해 공급처(도시하지 않음)에 보내진다.

오일 분리 회수기(3)의 오일 저장소(3a)는, 유류로(9a)를 통해, 후술하는 오일 쿨러에 포함되는 열교환기(12)에 접속되어 있다. 오일 저장소(3a)의 기름은 유류로(9a)를 통해 열교환기(12)에 보내져, 열교환기(12)에서 냉각된 후, 유류로(9b)를 통해, 급유 대상, 구체적으로는 압축기 본체(2)의 메인 모터(2a), 베어링(2d), 및 스크루 로터(2b)가 수용된 로터실(2j)에 공급된다. 메인 모터(2a)와 베어링(2d)에 공급된 기름은, 최종적으로는 로터실(2j)에 유입된다. 로터실(2j)에 유입된 기름은 토출 가스와 함께 오일 분리 회수기(3)에 보내진다.

컨트롤러(5)는, 후술하는 패키지 흡기 온도 센서(21)와 기름 온도 센서(22)를 포함하는 각종 센서로부터의 입력과, 상위의 제어 기기나 오퍼레이터에 의해 입력되는 지령에 기초하여, 팬 인버터(15)를 포함하는 압축기(1)의 제어 가능한 요소를 통괄적으로 제어한다.

패키지(6)에는, 압축기(1)의 설치 장소의 냉각 가스 및 피압축 가스를 패키지(6) 내에 도입하기 위한 흡기 개구(6a)와, 패키지(6) 내의 가스를 패키지(6)의 외부로 배출하기 위한 배기 개구(6b)를 구비한다. 냉각 가스를 패키지(6) 밖에서 도입하는 흡기 개구와, 피압축 가스를 패키지(6) 밖에서 도입하는 흡기 개구는 별도로 마련해도 된다.

하우징(4)은 열교환기(11, 12)와 팬(14)을 수용한다. 열교환기(11, 12)는 내부에 냉각 대상을 유통시키면서 냉각시킨다. 보다 상세하게는, 열교환기(11, 12)는, 하우징(4)의 외부에서 도입한 냉각 가스가 외표면에 흘려져서 내부를 유통하는 냉각 대상 사이에서 열교환이 행해짐으로써, 냉각 대상을 냉각시킨다. 본 실시 형태에서는, 애프터 쿨러가 열교환기(11)를 포함하고, 오일 쿨러가 열교환기(12)를 포함한다. 애프터 쿨러는, 냉각 대상으로서 상기 압축기 본체(2)로부터의 토출 가스를 냉각시킨다. 오일 쿨러는, 냉각 대상으로서 상기 압축기 본체(2)에 공급되는 기름을 냉각시킨다. 팬(14)은, 교류 모터인 팬 모터(13)로 구동되어 회전하여, 흡입구(14a)로부터 냉각 가스(본 실시 형태에서는 공기)를 흡입하여 토출구(14b)로부터 토출한다. 팬(14)은 본 실시 형태에서는 터보팬이지만, 시로코팬 등의 다른 형식의 것이어도 된다. 또한, 냉각 가스는 공기에 한정되지 않고, 질소 등이어도 된다.

본 실시 형태에서는, 팬(14)은 팬 모터(13)에 의해 구동되어 열교환기(11, 12)에 냉각 가스를 송풍하여 방열시킨다. 즉 본 실시 형태의 팬(14)은 송풍형의 팬이다. 팬(14)은 팬 커버로 둘러싸여 있고, 하우징(4)의 외부의 냉각 가스를 도입하고, 팬 커버의 흡입구(14a)로부터 흡입한다. 본 실시 형태에서는, 팬 커버의 토출구(14b)로부터 토출된 냉각 가스는, 애프터 쿨러(11)와 오일 쿨러(12)의 외표면을 흐르면서 냉각 대상으로부터 방열(냉각)한 후, 하우징(4)의 외부로 배출된다. 즉, 본 실시 형태에서는, 애프터 쿨러에 포함되는 열교환기(11)와 오일 쿨러에 포함되는 열교환기(12)는 팬(14)의 하류에 배치되어 있다. 열교환기(11)에서는, 팬(14)으로부터 공급되는 하우징(4)의 외부에서 도입한 냉각 가스와, 토출 가스 사이에서 열교환이 행해져, 토출 가스가 냉각된다. 오일 쿨러(12)에서는, 팬(14)으로부터 공급되는 하우징(4)의 외부에서 도입한 냉각 가스와, 기름 사이에서 열교환이 행해져, 기름이 냉각된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 팬(14)이 열교환기(11, 12)의 상류측에 배치되어 있기 때문에, 팬 주위의 냉각 가스 밀도(본 실시 형태에서는 공기 밀도)가 열교환에 영향받기 어렵다. 그 때문에, 팬(14)이 열교환기(11, 12)의 하류측에 배치되어 있는 것과 비교하여 본 개시를 적용한 경우의 유용성이 높다.

팬 모터(13), 그에 따른 팬(14)의 회전수는, 팬 인버터(15)에 의해 제어 가능하다. 나중에 상세하게 설명한 바와 같이, 팬 인버터(15)는, 팬 모터(13)에 공급하는 전류의 상한 주파수를 설정 가능하다.

압축기(1)는, 패키지(6)의 외부에서 도입되는 냉각 가스(본 실시 형태에서는 공기)의 온도(이후, 주위 온도라고 한다.), 즉 열교환기(11, 12) 통과 전의 냉각 가스의 온도(이후, 냉각 가스 초기 온도라고 함)를 검출하기 위한 온도 센서로서, 패키지 흡기 온도 센서(21)를 구비한다. 패키지 흡기 온도 센서(21)는 패키지(6)의 흡기 개구(6a)에 마련되어, 냉각 가스 초기 온도로서, 흡기 개구(6a)로부터 흡입되는 냉각 가스의 온도를 측정한다. 냉각 가스가 공기인 본 실시 형태에서는, 패키지 흡기 온도 센서(21)에 의해 외기의 온도를 직접적으로 검출하고 있다. 패키지 흡기 온도 센서(21)가 측정한 가스 온도 Ta1(냉각 가스 초기 온도의 일례)은, 컨트롤러(5)에 보내진다.

압축기(1)는, 압축기 본체(2)의 토출구(2h)로부터의 토출 가스의 온도를 검출하기 위한 토출 온도 센서로서, 오일 분리 회수기(3)의 오일 저장소(3a)의 기름 온도를 측정하는 기름 온도 센서(22)를 구비한다. 즉, 본 실시 형태에서는, 기름 온도 센서(22)에 의해, 압축기 본체(2)로부터의 토출 가스의 온도를 간접적으로 검출하고 있다. 기름 온도 센서(22)가 측정한 기름 온도 Td1은, 컨트롤러(5)에 보내진다. 기름 온도 센서(22) 대신에, 압축기 본체(2)의 토출구(2h)에 마련되어, 토출 가스의 온도, 즉 토출 온도 Td2를 측정하여 컨트롤러(5)에 보내는 토출 온도 센서(23)를 채용해도 된다.

이어서, 컨트롤러(5)와 팬 인버터(15)에 의해 실행되는 제어를 설명한다.

도 2를 함께 참조하면, 컨트롤러(5)는, 팬 인버터(15)가 팬 모터(13)에 공급하는 전류의 주파수의 하한값(하한 주파수)과 상한값(상한 주파수)을 기억하고 있으며, 하한 주파수와 상한 주파수 사이에서, 팬 인버터(15)의 주파수, 즉 팬 모터(13)의 회전수를 제어한다. 본 실시 형태에서는, 컨트롤러(5)는, 기름 온도 센서(22)로부터 입력되는 기름 온도 Td1에 따라서, 팬 인버터(15)의 주파수를 제어한다. 예를 들어, 기름 온도 Td1이 소정의 온도보다도 높은 경우, 컨트롤러(5)는 팬 인버터(15)의 주파수를 상승(팬 모터(13)의 회전수를 상승)시켜 애프터 쿨러(11)와 오일 쿨러(12)의 냉각력을 높인다. 그 반대로, 기름 온도 Td1이 소정의 온도보다도 낮은 경우, 컨트롤러(5)는 팬 인버터(15)의 주파수를 강하(팬 모터(13)의 회전수를 강하)시켜 애프터 쿨러(11)와 오일 쿨러(12)의 냉각력을 억제한다.

팬 인버터(15)는, 팬 인버터(15)로부터 팬 모터(13)에 대한 공급 전류의 전류값과, 미리 정해진 역치(예를 들어, 팬 모터(13)의 정격 전류값에 우도를 더한 값)을 비교한다. 팬 모터(13)에 대한 공급 전류의 전류값이 당해 역치에 달하면, 팬 인버터(15)는, 팬 모터(13)를 보호하기 위해 트립(팬 인버터(15)로부터 팬 모터(13)에 대한 전력 공급 차단)을 실행한다.

여기까지의 제어에 대해서는, 도 2에 나타내는 본 실시 형태에 있어서 컨트롤러(5)가 실행하는 제어와, 도 3에 나타내는 종래의 제어와 동일하다. 특히, 팬 인버터(15)의 하한 주파수가 고정(즉, 기름 온도 Td1이나 가스 온도 Ta1 등에 구애받지 않고 일정)인 점은, 도 2에 나타내는 본 실시 형태에 있어서 컨트롤러(5)가 실행하는 제어와, 도 3에 나타내는 종래의 제어에서 공통되어 있다. 그러나, 도 3에 나타내는 종래의 제어에서는, 팬 인버터(15)의 상한 주파수도 고정(즉, 기름 온도 Td1이나 가스 온도 Ta1 등에 구애받지 않고 일정)인 것에 비해, 도 2에 나타내는 본 실시 형태에 있어서 컨트롤러(5)가 실행하는 제어는 팬 인버터(15)의 상한 주파수가 가변이다. 이하, 이 점에 대하여 설명한다.

팬 모터(13)의 회전 주파수가 일정하여도, 압축기(1)의 설치 장소에 있어서의 패키지(6)의 외부의 외기 온도(주위 온도), 즉 냉각 가스로서 사용되는 외기의 온도(냉각 가스 초기 온도에 상당)가 낮을수록, 팬 모터(13)의 부하가 높아져, 트립을 일으키기 쉽다. 이것은 팬(14)에 의해 송풍되는 냉각 가스의 가스 밀도가 높을수록 동력이 증가하고, 냉각 가스의 온도가 낮을수록 냉각 가스 밀도가 높아지는 것에 기인한다. 그래서, 컨트롤러(5)는, 검출된 냉각 가스 초기 온도(본 실시 형태에서는 패키지 흡기 온도 센서(21)에 의해 측정된 가스 온도 Ta1)가 낮을수록, 즉 가스 밀도가 높아져 동력이 증가할수록 팬 인버터(15)의 상한 주파수를 낮게 설정한다. 이에 의해, 압축기(1)의 설치 장소의 주위 온도 변화에 의해 하우징(4) 내의 팬 모터(13)에 과전류가 발생하여, 트립이 일어나는 것을 방지할 수 있다.

도 4는 컨트롤러(5)가 기억하는 냉각 가스 초기 온도와 팬 인버터(15)의 상한 주파수의 관계의 다양한 예(관계 L1 내지 L5)를 나타낸다.

관계 L1 내지 L5에서는, 냉각 가스 초기 온도 t0 내지 t4의 범위에 있어서, 개개의 냉각 가스 초기 온도에 있어서, 팬 모터(13)에 공급되는 전류가 허용 전류값 이하로 되도록, 상한 주파수가 설정되어 있다. 관계 L1 내지 L3에서는, 주위 온도의 저하에 수반하여, 상한 주파수가 연속적으로 낮아지도록 설정되어 있다. 관계 L5에서는, 냉각 가스 초기 온도의 저하에 수반하여, 상한 주파수가 단계적으로 낮아지도록 설정되어 있다.

관계 L1은, 냉각 가스 초기 온도 t0 내지 t4의 범위에 있어서, 개개의 냉각 가스 초기 온도에 있어서, 상한 주파수가 팬 모터(13)에 공급되는 전류가 허용 전류값이 되도록, 냉각 가스 초기 온도와 팬 인버터(15)의 상한 주파수가 설정되어 있다. 관계 L1은, 냉각 가스 초기 온도 t0에 있어서 팬 모터(13)에 공급되는 전류가 허용 전류값이 되는 상한 주파수 f1과, 냉각 가스 초기 온도 t4에 있어서 팬 모터(13)에 공급되는 전류가 허용 전류값이 되는 상한 주파수 f5를 포함하는 1차 함수이다. 도 4의 그래프에 있어서, 냉각 가스 초기 온도와 팬 인버터(15)의 상한 주파수의 관계가 관계 L1을 나타내는 굵은 실선보다도 하측의 영역에서는, 개개의 냉각 가스 초기 온도에 대한 상한 주파수는, 팬 모터(13)에 공급되는 전류가 허용 전류값을 하회하는 것이 된다. 따라서, 냉각 가스 초기 온도와 상한 주파수가 관계 L1을 충족시키거나, 또는 양자의 관계가 이 영역 내에서 정해져 있으면, 냉각 가스 초기 온도 t0 내지 t4의 범위에 있어서의 냉각 가스 초기 온도의 저하에 기인하는 팬 모터(13)에서의 과전류 발생을 방지할 수 있다. 관계 L2 내지 L5는 모두, 이 영역 내에 있다.

관계 L2에서는, 관계 L1과 마찬가지로, 냉각 가스 초기 온도와 팬 인버터(15)의 상한 주파수가 1차 함수로서 정해져 있다. 또한, 관계 L2에서는, 개개의 냉각 가스 초기 온도에 있어서, 팬 모터(13)에 공급되는 전류가 일정값이 되도록 상한 주파수가 설정되어 있다.

관계 L3에서는, 냉각 가스 초기 온도와 팬 인버터(15)의 상한 주파수의 관계가 2개의 1차 함수로 정해져 있다. 즉, 관계 L3은, 냉각 가스 초기 온도 t0에 있어서의 상한 주파수 f1과 냉각 가스 초기 온도 t2에 있어서의 상한 주파수 f2를 포함하는 1차 함수와, 냉각 가스 초기 온도 t2에 있어서의 상한 주파수 f2와 냉각 가스 초기 온도 t3에 있어서의 상한 주파수 f4를 포함하는 1차 함수로 정해져 있다.

관계 L4에서는, 냉각 가스 초기 온도와 팬 인버터(15)의 상한 주파수의 관계가, 냉각 가스 초기 온도 t0에 있어서의 상한 주파수 f1과 냉각 가스 초기 온도 t3에 있어서의 상한 주파수 f4를 연결하는 아래로 볼록한 매끄러운 함수, 즉, 아래로 볼록한 다항식 함수로서 정해져 있다.

관계 L5에서는, 냉각 가스 초기 온도와 팬 인버터(15)의 상한 주파수의 관계가, 3단계로 단계적 내지 스텝 함수상으로 변화된다. 먼저, 냉각 가스 초기 온도 t3 내지 t4의 냉각 가스 초기 온도에서는 일정한 상한 주파수 f4이다. 또한, 이 온도 범위보다도 낮은, 냉각 가스 초기 온도 t1 내지 t3의 온도 범위에서는, 상한 주파수 f4보다도 낮은 일정한 상한 주파수 f3이다. 또한, 이 온도 범위보다도 낮은, 냉각 가스 초기 온도 t0 내지 t1의 온도 범위에서는, 상한 주파수 f3보다도 낮은 일정한 상한 주파수 f1이다.

이하, 본 개시의 제2 및 제3 실시 형태를 설명한다. 이들 실시 형태에 대해서, 특별히 언급하지 않는 점은, 제1 실시 형태와 마찬가지이다.

(제2 실시 형태)

도 5에 나타내는 본 개시의 제2 실시 형태에 관한 압축기(1)는, 냉각 가스 초기 온도를 검출하기 위한 공기 온도 센서로서, 패키지 흡기 온도 센서(21)(도1 참조) 대신에, 팬(14)의 상류측(예를 들어 흡입구(14a)의 직전)에 마련되어, 흡입구(14a)로부터 팬(14)에 흡입되는 냉각 가스의 온도를 측정하는 팬 가스 온도 센서(24A)를 구비한다. 컨트롤러(5)는 팬 가스 온도 센서(24A)에 의해 측정된 가스 온도 Ta2(냉각 가스 초기 온도의 일례)에 기초하여, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 팬 인버터(15)의 상한 주파수를 설정한다.

(제3 실시 형태)

도 6에 나타내는 본 개시의 제3 실시 형태에 관한 압축기(1)에서는, 냉각 가스 초기 온도를 검출하기 위한 공기 온도 센서로서, 패키지 흡기 온도 센서(21)(도1 참조) 대신에, 팬(14)의 하류측에서 열교환기(11, 12)까지의 사이(예를 들어 토출구(14a)의 직후)에, 팬(14)의 토출구(14b)로부터 토출되는 냉각 가스의 온도를 측정하는 팬 가스 온도 센서(24B)가 배치되어 있다. 컨트롤러(5)는 팬 가스 온도 센서(24B)에 의해 측정된 가스 온도 Ta3(냉각 가스 초기 온도의 일례)에 기초하여, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 팬 인버터(15)의 상한 주파수를 설정한다.

(제4 실시 형태)

도 7에 나타내는 본 개시의 제4 실시 형태에 관한 압축기(1)는, 냉각 가스 초기 온도를 검출하기 위한 공기 온도 센서로서, 패키지 흡기 온도 센서(21)(도1 참조) 대신에, 압축기 본체(2)의 흡입 유로(2g)에 마련되어, 흡입 유로(2g)로부터 압축기 본체(2)에 흡입되는 피압축 가스의 온도를 측정하는 압축기 흡기 온도 센서(25)를 구비한다. 본 실시 형태에서는 피압축 가스와 냉각 가스가 동일한 가스이므로, 컨트롤러(5)는 압축기 흡기 온도 센서(25)에 의해 측정된 가스 온도 Ta4(냉각 가스 초기 온도의 일례)에 기초하여, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 팬 인버터(15)의 상한 주파수를 설정한다.

도 8 내지 도 10은, 하우징(4) 내부의 구성에 관한 각종 변형예를 나타낸다. 이들 변형예는, 제1 내지 제4 실시 형태 중 어느 것에도 적용할 수 있다.

도 8에 나타내는 변형예에서는, 열교환기(11, 12)는 팬(14)의 토출구(14b)측이 아니라 흡입구(14a) 측에 배치되어 있다. 하우징(4)에 도입되어 팬(14)의 흡입구(14a)에 흡입되는 냉각 가스가 애프터 쿨러(11)와 오일 쿨러(12)의 외표면을 흘러, 열교환에 제공된다. 즉, 본 실시 형태에서는, 애프터 쿨러(11)와 오일 쿨러(12)는 팬(14)의 상류에 배치되어 있다.

도 9에 나타내는 변형예에서는, 2개의 팬(14)의 토출구(14b)로부터 토출된 냉각 가스가 애프터 쿨러(11)와 오일 쿨러(12)의 외표면을 흘러, 열교환에 제공된다. 팬(14)의 개수는 3개 이상이어도 된다.

도 10에 나타내는 변형예에서는, 열교환기(11, 12)의 각각에 하우징(4) 및 팬이 마련되어 있다.

이상으로부터, 본 개시의 구체적인 실시 형태 및 그 변형예에 대하여 설명했지만, 본 개시는 상기 형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 다른 실시 형태에서는, 압축기 본체(2)는 오일 프리식 스크루 압축기여도 된다. 또한, 본 개시의 실시 형태에서는, 냉각 가스로서 외기(공기)를 예로 들어 설명했지만 외기 이외의 냉각 가스여도 된다. 또한, 본 개시의 실시 형태에서는, 패키지(6)가 압축기 본체(2), 오일 분리 회수기(3), 하우징(4) 및 컨트롤러(5)를 수용한 구성에 대하여 설명했지만, 압축기(1)는 패키지(6)를 구비하지 않아도 된다. 또한, 팬 모터(13)의 회전수를 제어하고, 또한 상한 주파수를 설정 가능한 회전수 제어부로서, 인버터(15) 이외의 것을 채용해도 된다.

1: 압축기
2: 압축기 본체
2a: 메인 모터
2b: 스크루 로터
2c: 로터축
2d: 베어링
2e: 필터
2f: 흡기 밸브
2g: 흡입 유로
2h: 토출구
2j: 로터실
3: 오일 분리 회수기
3a: 오일 저장소
4: 하우징
5: 컨트롤러(제어부)
6: 패키지
6a: 흡기 개구
6b: 배기 개구
7: 메인 인버터
8a: 가스 유로(압축기 본체 내지 오일 분리 회수기)
8b: 가스 유로(오일 분리 회수기 내지 애프터 쿨러)
8c: 가스 유로(애프터 쿨러 내지 공급처)
9a: 유류로(오일 저장소 내지 오일 쿨러)
9b: 유류로(오일 쿨러 내지 윤활 대상)
11: 열교환기(애프터 쿨러)
12: 열교환기(오일 쿨러)
13: 팬 모터
14: 팬
14a: 흡입구
14b: 토출구
15: 팬 인버터
21: 패키지 흡기 온도 센서
22: 기름 온도 센서
23: 토출 온도 센서
24A, 24B: 팬 가스 온도 센서
25: 압축기 흡기 온도 센서

Claims

피압축 가스를 흡입하여 압축하는 압축기 본체와,
내부에 냉각 대상을 유통시키면서 냉각시키기 위한 열교환기와,
팬 모터에 의해 구동되어 상기 열교환기의 외표면에 냉각 가스를 흘려서 방열시키는 팬과,
상기 열교환기의 방열에 사용되지 않은 상태의 상기 냉각 가스의 온도인 냉각 가스 초기 온도를 검출하기 위한 온도 센서와,
상기 팬 모터의 회전 주파수의 제어 상한인 상한 주파수를 설정 가능한 제어부를 구비하고,
상기 제어부는, 상기 온도 센서로 검출된 개개의 상기 냉각 가스 초기 온도에 있어서, 상기 팬 모터에 공급되는 전류가 허용 전류값이 되는 회전 주파수 이하로 되도록 상기 상한 주파수를 설정하는, 압축기.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 냉각 가스 초기 온도와 상기 상한 주파수의 관계를 기억하고,
상기 관계는, 상기 냉각 가스 초기 온도가 낮을수록 상기 상한 주파수가 낮아지도록 설정되어 있는, 압축기.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 냉각 가스 초기 온도와 상기 상한 주파수의 관계를 기억하고,
상기 관계는, 상기 냉각 가스 초기 온도의 저하에 수반하여, 상기 상한 주파수가 연속적 또는 단계적으로 낮아지도록 설정되어 있는, 압축기.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 냉각 가스 초기 온도와 상기 상한 주파수의 관계를 기억하고,
상기 관계는, 개개의 상기 냉각 가스 초기 온도에 있어서, 상기 팬 모터에 공급되는 상기 전류가 일정값이 되도록 상기 상한 주파수가 설정되어 있는, 압축기.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압축기 본체, 상기 팬, 상기 팬 모터 및 상기 열교환기를 수용하는 패키지를 구비하고 있는, 압축기.
제5항에 있어서,
상기 온도 센서는 상기 패키지의 흡기 개구에 배치되어, 상기 냉각 가스 초기 온도로서, 상기 흡기 개구로부터 도입되는 상기 냉각 가스의 온도를 측정하는, 압축기.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 온도 센서는 상기 팬의 상류측에 배치되어, 상기 냉각 가스 초기 온도로서, 상기 팬에 흡입되는 냉각 가스의 온도를 측정하는, 압축기.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 온도 센서는 상기 팬의 하류측에서 상기 열교환기까지의 사이에 배치되어, 상기 냉각 가스 초기 온도로서, 상기 팬으로부터 토출되는 냉각 가스의 온도를 측정하는, 압축기.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 피압축 가스와 상기 냉각 가스가 동일한 가스이며,
상기 온도 센서는 상기 압축기 본체의 흡입 유로에 배치되어, 상기 냉각 가스 초기 온도로서, 상기 흡입 유로로부터 상기 압축기 본체에 흡입되는 상기 동일한 가스의 온도를 측정하는, 압축기.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각 대상으로서 상기 압축기 본체로부터의 토출 가스를 냉각시키기 위한 가스 쿨러를 구비하고,
상기 가스 쿨러는 상기 열교환기를 포함하는, 압축기.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각 대상으로서 상기 압축기 본체에 공급되는 기름을 냉각시키기 위한 오일 쿨러를 구비하고,
상기 오일 쿨러는 상기 열교환기를 포함하는, 압축기.
피압축 가스를 흡입하여 압축하는 압축기 본체와,
내부에 냉각 대상을 유통시키면서 냉각시키기 위한 열교환기와,
팬 모터에 의해 구동되어 상기 열교환기에 냉각 가스를 송풍하여 방열시키는 팬을 구비하는 압축기의 제어 방법이며,
온도 센서로 상기 열교환기의 방열에 사용되지 않은 상태의 상기 냉각 가스의 온도인 냉각 가스 초기 온도를 검출하고,
상기 온도 센서로 검출된 개개의 상기 냉각 가스 초기 온도에 있어서, 상기 팬 모터에 공급되는 전류가 허용 전류값이 되는 회전 주파수 이하로 되도록, 상기 팬 모터의 회전 주파수의 제어 상한인 상한 주파수를 설정하는, 압축기의 제어 방법.