TWI486524B - Compression device - Google Patents

Description

壓縮裝置

本發明關於一種壓縮裝置。

如在日本專利特開平1-313694號中記載的那樣，公知有具有下述構成的壓縮機，其經由作為驅動機的馬達等、及帶輪和帶、或基於大小的齒輪的組合的增速機、減速機而旋轉驅動由陰陽一對的螺桿轉子等構成的壓縮機轉子。

在該壓縮裝置中，封裝的內部利用分隔壁而被區分為兩個空間。在第1側的內部空間中收納壓縮機本體、經由帶輪以及帶而驅動壓縮機本體的螺桿轉子的馬達、以及油分離回收器，在第2側的內部空間中，配設有安裝於馬達的輸出軸的西洛克風扇、二次冷卻器以及油冷卻器。而且，在第1側的內部空間的外壁上設置有空氣入口，在分隔壁上設置用於令空氣從第1側的內部空間向第2側的內部空間流動的貫通孔。

在這樣的壓縮裝置中，為了調節轉數，需要變更帶輪的直徑及帶的形狀、或者齒輪比等(即，進行帶輪、帶、或者齒輪的構件的更換作業)，該作業需要時間。因而，在這樣的壓縮機中，頻繁地改變像壓縮空氣的供給物件的規格那樣的壓縮機的使用條件是不現實的。

因此，本發明的課題在於提供一種壓縮裝置，在旋轉驅動陰陽一對的螺桿轉子等的壓縮機轉子的壓縮裝置中，能夠柔性地對應使用條件的變更。

為了解決上述課題，本發明的壓縮裝置包括：收納被旋轉驅動的轉子的壓縮機本體；與上述壓縮機本體的吸入口連接的吸入流路；設置於上述吸入流路的吸入調節閥；與上述壓縮機本體的排出口連接的排出流路；設置於上述排出流路的排出壓力感測器；將上述轉子的轉數確定為設定轉數的轉數設定手段；控制上述吸入調節閥以便基於上述排出壓力感測器所檢測到的排出壓力而將上述排出流路的壓力維持在設定壓力的閥控制手段；以及設定上述設定轉數並發送給上述轉數設定手段，設定上述設定壓力並發送給上述閥控制機構的控制裝置，在此，上述控制裝置存儲多個由上述設定轉數的值以及上述設定壓力的值的組構成的運轉條件，對應於從多個上述運轉條件中選擇的運轉條件而設定上述設定轉數以及上述設定壓力。

根據該構成，基於對應於被選擇的運轉條件的轉數以及排出壓力，利用轉數設定機構設定壓縮機本體的容量，利用閥控制手段令排出壓力與設定條件正確地一致。因此，無需由於使用條件的變更而更換零件等，能夠容易地改變使用條件。

在本發明的壓縮裝置中，上述設定轉數也可以固定為與被選擇的上述條件對應的設定轉數。

或者，在本發明的壓縮裝置中，上述控制裝置也可以對應於上述吸入調節閥的開度狀態，以與被選擇的上述條件對應的設定轉數作為基準而令上述設定轉數增減。根據該構成，能夠利用吸入調節閥將排出降低的時間(在無負荷狀態下運轉的時間)保持在適當的比例，能量效率變高(能夠降低消耗動力)，並且能夠因應負荷的變動。

此外，在本發明的壓縮裝置中，上述吸入調節閥是為全閉狀態或為全開狀態的切換閥，上述控制裝置與上述吸入調節閥為全閉狀態的時間在每單位時間中所占的比率對應而增減上述設定轉數。

根據該構成，利用吸入調節閥將排出降低的時間(在無負荷狀態下運轉的時間)保持在適當的比例，所以能量效率高(能夠降低消耗動力)，並且能夠因應負荷的變動。

此外，在本發明的壓縮裝置中，上述控制裝置也可以是上述吸入調節閥為全閉狀態的時間在每單位時間中所占的比率即全閉比大於既定的上限比率時，令上述設定轉數僅減小第1的既定量，在上述全閉比小於既定的下限比率時，令上述設定轉數僅增加第2的既定量。

根據該構成，設定轉數的運算變得簡單，能夠令控制裝置低價。

此外，在本發明的壓縮裝置中，上述控制裝置也可以基於使用者的輸入而確定上述設定轉數的初始值，在上述設定轉數為上述初始值以上時，令上述設定轉數不增加。

根據該構成，在實際的負荷超過了使用者選擇的使用條件時，壓縮裝置的輸出不隨著上升，所以消費動力不會大於使用者選擇的使用條件中假想的最大動力。

以下參照附圖說明本發明的實施形態。圖1表示本發明的第1實施形態的壓縮裝置的構成。本實施形態的壓縮裝置具有：收納相互咬合的陰陽一對的螺桿轉子並利用螺桿轉子壓縮空氣的壓縮機本體1、與壓縮機本體1的吸入口連接的吸入流路2、和與壓縮機本體1的排出口連接的排出流路3。

壓縮機本體1的螺桿轉子被馬達6旋轉驅動，上述馬達6與交流電源4連接且能夠利用變換器(轉數設定手段)5而設定轉數。在吸入流路2上設置有空氣濾清器7和吸入調節閥8。在排出流路3上設置有排出壓力感測器9和二次冷卻器10。

吸入調節閥8能夠利用PID控制器(閥控制手段)11而調節開度。具體而言，PID控制器11基於排出壓感測器9所檢測到的排出壓力Pd而對吸入調節閥8的開度進行PID控制，以便將排出流路3的壓力維持在既定的設定壓力Pd_set。

基於變換器5的螺桿轉子的設定轉數Rev_set(變換器5的設定頻率)以及PID控制器11的設定壓力Pd_set由控制裝置12確定。控制裝置12具有含有微處理器的運算 部13、使用者(操作員)能夠進行輸入的鍵盤以及開關這樣的輸入部14、顯示器這樣的顯示部15。

在本實施形態中，控制裝置12按照圖2所示的表而確定設定轉數Rev_set以及設定壓力Pd_set。運算部13中預先存儲有圖2所示的資料。使用者在輸入部14中選擇圖示的三個條件的某個(條件1、條件2或者條件3)。圖示的排出空氣量是在各條件下能夠供給的空氣量的大致標準，是使用者選擇條件時用作參考，與壓縮裝置的控制無關。

設定轉數Rev_set為排出壓力Pd在設定壓力Pd_set時，壓縮機本體1能夠充分地確保圖示的排出空氣量的轉數。PID控制器11通過調節吸入調節閥8的開度而調節壓縮機本體1的吸入口的空氣的壓力，令排出壓力Pd變成設定壓力Pd_set。

這樣一來，本實施形態的壓縮裝置僅通過向控制裝置12的輸入就能夠變更排出壓力及排出空氣量。即，在以往，為因應壓縮空氣的供給物件的規格的變更(壓縮機的使用條件的變更)而調節(變更)轉數，需要進行帶輪、帶、或者齒輪的零件的更換作業，或者裝備大型的機械性的變速手段，但是根據本實施形態的壓縮裝置，無需上述的更換作業，僅通過向控制裝置12的輸入就能夠對應於壓縮空氣的供給物件的規格的變更。此外，動力的傳遞手段中不需要帶輪、帶、或者齒輪的零件，代替這些而如後所述，能夠採用構造比較簡單的低價的變換器。

在本實施形態中，變換器5只要將設定轉數Rev_set設定為圖2中設定的轉數的某個即可，無需頻繁地變更設定轉數Rev_set的值。因而，變換器5能夠採用構造比較簡單且低價的變換器。此外，也可以代替變換器5和馬達6的組合而採用變極馬達和極數選擇回路的組合等。

在本實施形態中，在控制裝置12的內部存儲有圖2的表的資料，但也可以構成為將該資料存儲於其他的裝置(例如，主電腦)，對應於條件的選擇而將設定轉數以及設定壓力的值向控制裝置12發信。此時，控制裝置12與上述其他的裝置組合的構件為本發明的控制裝置的概念。

進而，圖3表示本發明的第2實施形態的壓縮裝置的構成。在本實施形態的說明中，對於與第1實施形態相同的構成要素標注相同的符號，省略重複的說明。在本實施形態的壓縮裝置中，吸入調節閥是被切換為全閉以及全開的某狀態的切換閥8a。因此，在本實施形態中，作為控制吸入調節閥8a的閥控制手段，使用進行高低控制的HI/LO控制器11a。

HI/LO控制器11a如圖4所示，若排出壓力Pd變為既定的上限壓力Pd_set_H以上則關閉吸入調節閥8a而令壓縮機本體1在無負荷狀態下運轉，若排出壓力Pd變為既定的下限壓力Pd_set_L以下則令吸入調節閥8a開放而令壓縮機本體1在全負荷狀態下運轉。上限壓力Pd_set_H以及下限壓力Pd_set_L分別相對於使用者選擇的使用條件而預先設定。

在本實施形態中，變換器5的設定轉數Rev_set藉著控制裝置12而時刻發生變化。設定轉數Rev_set的初始值Rev_spec對應於使用者選擇的條件而分別被預先設定。該初始值Rev_spec也是被選擇的使用條件的變換器5的設定轉數Rev_set的上限值。

控制裝置12計算在既定的單位時間△t之間，吸入調節閥8a為全閉狀態的時間(t1、t2、t3)的比率即全閉比tr=Σtn/△t。而且，控制裝置12在全閉比tr大於既定的上限比率tr_H時，令設定轉數Rev_set僅減少預先設定的第1既定值△R1，在全閉比tr小於既定的下限比率tr_L時，令設定轉數Rev_set僅增加預先設定的第2既定值△R2。

在吸入調節閥8a全閉時，壓縮機本體1不產生壓縮空氣，但是會消耗全負荷時的一部分(例如約20%)的動力。因而，為了令全閉比tr不會變得過大，將上限比率tr_H在能夠控制的範圍內設定得儘量小，從而能夠降低壓縮裝置的消耗動力。

此外，在全閉比tr大於既定的上限比率tr_H時，令設定轉數Rev_set僅減小預先設定的第1既定值△R1，從而減少此後的全閉比tr，即，能夠減少在無負荷狀態下運轉的比例。相反地，在全閉比tr小於既定的下限比率tr_L時，令設定轉數Rev_set僅增加預先設定的第2既定值△R2，從而即便在負荷增大時，也能夠避免成為設定轉數低的狀態且吸入調節閥8a全開的狀態，即避免成為沒有進行該吸入調節閥8a的適當的高低控制的狀態。即， 在本實施形態中，將利用吸入調節閥令排出降低的時間(無負荷狀態下運轉的時間)保持在適當的比例，所以能夠提高能量效率(能夠降低消耗動力)且能夠因應負荷的變動。此外，設定轉數的運算簡單，所以能夠令控制裝置12低價。

此外，在本實施形態中，設定轉數Rev_set的初始值Rev_spec是使用者選擇的使用條件下的最大轉數。因而，控制裝置12即便在全閉比tr小於既定的下限比率tr_L時，只要此時的設定轉數Rev_set為初始值Rev_spec以上，則不會使設定轉數Rev_set進一步增加。由此，即便實際的負荷超過使用者的預想而增大，壓縮裝置的消耗動力也只上升到被選擇的使用條件決定的值(消費動力不會比使用者選擇的使用條件中假想的最大動力還大)。

在不將初始值Rev_spec作為上限值使用時，也可以根據變換器5及馬達6的規格而分別確定設定轉數Rev_set的上限值以及下限值。此時，初始值Rev_spec僅用於確定壓縮裝置的啟動時的容量。

第1以及第2的既定值△R1、△R2以對應於單位時間△t及壓縮機本體1的額定轉數等而預先選擇最佳的值，並存儲於控制裝置12的運算部13為佳。既定值△R1、△R2除了基於模擬計算，也可以根據經驗以及實驗來確定。

進而，也可以將第2實施形態的設定轉數的調節手法應用於第1實施形態。此時，吸入調節閥的開度連續地變 化，所以能夠以例如下述的方式應用。即，控制裝置12在既定的單位時間△t之間計算吸入調節閥8a的開度的積分值。而且，控制裝置12在該開度的積分值小於既定的下限值時令設定轉數Rev_set僅減少預先設定的第1既定值△R1，在該開度的積分值大於既定的上限值時，令設定轉數Rev_set僅增加預先設定的第2既定值△R2。

1‧‧‧壓縮機本體

2‧‧‧吸入流路

3‧‧‧排出流路

4‧‧‧交流電源

5‧‧‧變換器(轉數設定手段)

6‧‧‧馬達

7‧‧‧空氣濾清器

8‧‧‧吸入調節閥

9‧‧‧排出壓力感測器

10‧‧‧二次冷卻器

11‧‧‧PID控制器(閥控制手段)

12‧‧‧控制裝置

13‧‧‧運算部

14‧‧‧輸入部

15‧‧‧顯示部

Pd‧‧‧排出壓力

Pd_set‧‧‧設定壓力

Rev_set‧‧‧設定轉數

圖1是本發明的第1實施形態的壓縮裝置的構成圖。

圖2是表示圖1的壓縮裝置的設定條件的表。

圖3是本發明的第2實施形態的壓縮裝置的構成圖。

圖4是例示圖3的壓縮裝置的排出壓力和吸入調節閥的變動的圖。

1‧‧‧壓縮機本體

2‧‧‧吸入流路

3‧‧‧排出流路

4‧‧‧交流電源

5‧‧‧變換器(轉數設定手段)

6‧‧‧馬達

7‧‧‧空氣濾清器

8‧‧‧吸入調節閥

9‧‧‧排出壓力感測器

10‧‧‧二次冷卻器

11‧‧‧PID控制器(閥控制手段)

12‧‧‧控制裝置

13‧‧‧運算部

14‧‧‧輸入部

15‧‧‧顯示部

Claims (4)

1. 一種壓縮裝置，包括：壓縮機本體，收納被旋轉驅動的轉子；吸入流路，與上述壓縮機本體的吸入口連接；吸入調節閥，設置於上述吸入流路；排出流路，與上述壓縮機本體的排出口連接；排出壓力感測器，設置於上述排出流路；轉數設定手段，將上述轉子的轉數確定為設定轉數；閥控制手段，控制上述吸入調節閥以便基於上述排出壓力感測器所檢測到的排出壓力而將上述排出流路的壓力維持在設定壓力；以及控制裝置，設定上述設定轉數並發送給上述轉數設定手段、設定上述設定壓力並發送給上述閥控制手段，在此，上述控制裝置存儲多個由上述設定轉數的值以及上述設定壓力的值的組構成的運轉條件，對應於從多個上述運轉條件中選擇的運轉條件而設定上述設定轉數以及上述設定壓力；上述吸入調節閥的開度連續地變化；上述控制裝置對應於上述吸入調節閥的開度，以與被選擇的上述運轉條件對應的設定轉數作為基準而令上述設定轉數增減。
2. 一種壓縮裝置，包括：壓縮機本體，收納被旋轉驅動的轉子；吸入流路，與上述壓縮機本體的吸入口連接； 吸入調節閥，設置於上述吸入流路；排出流路，與上述壓縮機本體的排出口連接；排出壓力感測器，設置於上述排出流路；轉數設定手段，將上述轉子的轉數確定為設定轉數；閥控制手段，控制上述吸入調節閥以便基於上述排出壓力感測器所檢測到的排出壓力而將上述排出流路的壓力維持在設定壓力；以及控制裝置，設定上述設定轉數並發送給上述轉數設定手段、設定上述設定壓力並發送給上述閥控制手段，在此，上述控制裝置存儲多個由上述設定轉數的值以及上述設定壓力的值的組構成的運轉條件，對應於從多個上述運轉條件中選擇的運轉條件而設定上述設定轉數以及上述設定壓力；上述吸入調節閥是為全閉狀態或為全開狀態的切換閥，上述控制裝置與上述吸入調節閥為全閉狀態的時間在每單位時間中所占的比率對應，以與被選擇的上述運轉條件對應的設定轉數作為基準，而令上述設定轉數增減。
3. 如申請專利範圍第2項記載的壓縮裝置，其中，上述控制裝置是上述吸入調節閥為全閉狀態的時間在每單位時間中所占的比率即全閉比大於既定的上限比率時，令上述設定轉數僅減小第1既定量，在上述全閉比小於既定的下限比率時，令上述設定轉數僅增加第2既定量。
4. 如申請專利範圍第3項記載的壓縮裝置，其中，上述控制裝置在上述設定轉數為預先確定的設定轉數初始值以上時，不令上述設定轉數增加。