(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機における圧縮ガス吐出圧力の検出値に基づいて前記圧縮機の電動機回転数を制御して前記圧縮ガス吐出圧力を設定目標値と一致するように容量制御を行なうインバータ駆動容積形圧縮機の容量制御装置であって、
圧縮ガス運用機器に設けられた圧力検出装置により末端圧力を検出し、
前記検出した末端圧力と前記圧縮ガス吐出圧力の検出値を基に圧縮機吐出口と圧縮ガス運用機器との間の圧力損失を算出し、
前記算出した圧力損失と予め設定された設定目標末端圧力とから設定目標吐出圧力を求め、
前記求めた設定目標吐出圧力を前記設定目標値として容量制御する
ことを特徴とするインバータ駆動容積形圧縮機の容量制御装置。
【請求項２】
圧縮機における圧縮ガス吐出圧力の検出値に基づいて前記圧縮機の電動機回転数を制御して前記圧縮ガス吐出圧力を設定目標値と一致するように容量制御を行なうインバータ駆動容積形圧縮機の容量制御装置であって、
圧縮機吐出口に設けられた流量検出装置により吐出流量を検出し、
前記検出した吐出流量と前記圧縮ガス吐出圧力の検出値を基に圧縮機吐出口と圧縮ガス運用機器との間の圧力損失を算出し、
前記算出した圧力損失と予め設定された設定目標末端圧力とから設定目標吐出圧力を求め、
前記求めた設定目標吐出圧力を前記設定目標値として容量制御する場合に、圧縮ガス運用機器に設けられた圧力検出装置により末端圧力を適宜タイミングで間歇的に検出し、前記算出された圧力損失と前記圧縮ガス吐出圧力検出値とから末端圧力予想値を算出し、前記検出された末端圧力と前記算出した末端圧力予想値とを比較して補正値を求め、前記補正値によって前記設定目標値を自動補正して容量制御する
ことを特徴とするインバータ駆動容積形圧縮機の容量制御装置。
【請求項３】
圧縮機における圧縮ガス吐出圧力の検出値に基づいて前記圧縮機の電動機回転数を制御して前記圧縮ガス吐出圧力を設定目標値と一致するように容量制御を行なうインバータ駆動容積形圧縮機の容量制御装置であって、
前記インバータへの指令周波数信号の検出により吐出流量を算出し、
前記算出した吐出流量と前記圧縮ガス吐出圧力の検出値を基に圧縮機吐出口と圧縮ガス運用機器との間の圧力損失を算出し、
前記算出した圧力損失と予め設定された設定目標末端圧力とから設定目標吐出圧力を求め、
前記求めた設定目標吐出圧力を前記設定目標値として容量制御する場合に、圧縮ガス運用機器に設けられた圧力検出装置により末端圧力を適宜タイミングで間歇的に検出し、前記算出された圧力損失と前記圧縮ガス吐出圧力検出値とから末端圧力予想値を算出し、前記検出された末端圧力と前記算出した末端圧力予想値とを比較して補正値を求め、前記補正値によって前記設定目標値を自動補正して容量制御する
ことを特徴とするインバータ駆動容積形圧縮機の容量制御装置。
【請求項４】
圧縮機における圧縮ガス吐出圧力の検出値に基づいて前記圧縮機の電動機回転数を制御して前記圧縮ガス吐出圧力を設定目標値と一致するように容量制御を行なうインバータ駆動容積形圧縮機の容量制御方法であって、
圧縮ガス運用機器に設けられた圧力検出装置により末端圧力を検出するステップと、
前記検出した末端圧力と前記圧縮ガス吐出圧力の検出値を基に圧縮機吐出口と圧縮ガス運用機器との間の圧力損失を算出するステップと、
前記算出した圧力損失と予め設定された設定目標末端圧力とから設定目標吐出圧力を求めるステップと、
前記求めた設定目標吐出圧力を前記設定目標値として容量制御するステップと、を備えた
ことを特徴とするインバータ駆動容積形圧縮機の容量制御方法。
【請求項５】
スクリュー圧縮機における圧縮ガス吐出圧力の検出値に基づいて前記圧縮機の電動機回転数を制御して前記圧縮ガス吐出圧力を設定目標値と一致するように容量制御を行なうインバータ駆動スクリュー圧縮機の容量制御装置であって、
前記インバータへの指令周波数信号を検出して前記スクリュー圧縮機のロータ回転数を算出し、
前記スクリュー圧縮機の吸入流量に対する吐出流量の比である体積効率と前記ロータ回転数との関係を予め求め、前記算出したロータ回転数と、前記予め求めた関係から当該ロータ回転数に対応する前記体積効率と、に基づいて吐出流量を算出し、
前記算出した吐出流量と前記圧縮ガス吐出圧力の検出値を基に圧縮機吐出口と圧縮ガス運用機器との間の圧力損失を算出し、
前記算出した圧力損失と予め設定された設定目標末端圧力とから設定目標吐出圧力を求め、
前記求めた設定目標吐出圧力を前記設定目標値として容量制御する
ことを特徴とするインバータ駆動スクリュー圧縮機の容量制御装置。
【請求項６】
スクリュー圧縮機における圧縮ガス吐出圧力の検出値に基づいて前記圧縮機の電動機回転数を制御して前記圧縮ガス吐出圧力を設定目標値と一致するように容量制御を行なうインバータ駆動スクリュー圧縮機の容量制御方法であって、
前記インバータへの指令周波数信号を検出して前記スクリュー圧縮機のロータ回転数を算出するステップと、
前記スクリュー圧縮機の吸入流量に対する吐出流量の比である体積効率と前記ロータ回転数との関係を予め求め、前記算出したロータ回転数と、前記予め求めた関係から当該ロータ回転数に対応する前記体積効率と、に基づいて吐出流量を算出するステップと、
前記算出した吐出流量と前記圧縮ガス吐出圧力の検出値を基に圧縮機吐出口と圧縮ガス運用機器との間の圧力損失を算出するステップと、
前記算出した圧力損失と予め設定された設定目標末端圧力とから設定目標吐出圧力を求めるステップと、
前記求めた設定目標吐出圧力を前記設定目標値として容量制御するステップと、を備えた
ことを特徴とするインバータ駆動スクリュー圧縮機の容量制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ駆動による容積形圧縮機の容量制御装置及び方法に係わり、特に、圧縮ガス運用機器の末端圧力を考慮した容量制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のインバータ駆動容積形圧縮機の容量制御方法として、例えば、特許文献１に記載されているように、電動機の回転数データまたはスクリュー圧縮機の負荷データによって、インバータの出力を制御する方法が提案されている。
【０００３】
また、特許文献２に記載されているように、スクリュー圧縮機より吐出される圧縮ガスの圧力を検出し、設定圧力値との圧力差が最小になるように、インバータへの出力回転数を求めるＰＩＤ制御により、吐出ガス流量の自動調整を行なう方法が提案されている。
【０００４】
近年、省エネの観点より、無駄な高い圧力で運転することを避ける圧縮機の運転制御方式への要求が高まっている。例えば、特許文献３に記載されているように、末端圧力を検出し、末端圧力が一定となるようにインバータによる駆動機の回転数制御を行なうことにより、圧縮機吐出風量を自動調整する容量制御方法が提案されている。
【０００５】
一方、特許文献４に記載されているように、オンオフ式制御スクリュー圧縮機の圧力制御方法において、負荷運転と無負荷運転の時間から消費流量を計算し、ユーザ末端圧力が一定となるように吐出圧力の上限圧力設定値と下限圧力設定値を自動調整し、消費流量が少ないときでも末端圧力を無駄に高いまま運転することなく、省エネ効果を高める方法が提案されている。
【特許文献１】特開昭５５−１６４７９２号公報
【特許文献２】特開平６−８１７８２号公報
【特許文献３】特開平６−１７３８７８号公報
【特許文献４】特開平１１−３２４９６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１や特許文献２に示す方法では、圧縮機の吐出圧力を目標吐出圧力と一致するように容量調整を行なう方法が提案されてはいるが、目標吐出圧力を圧縮ガスの運用状態によって変化させようとする観点での技術は開示されていない。ここで、ユーザ設備における圧縮ガス運用機器の消費流量が大きいほど、スクリュー圧縮機吐出口から圧縮ガス運用機器末端へ流れる圧縮ガス流量が大きくなり、その結果スクリュー圧縮機吐出口から圧縮ガス運用機器末端までの圧力損失が大きくなり、末端圧力が低下するため、目標吐出圧力は予想される最大消費流量時に運用機器末端で必要最低圧力となるように決めている。
【０００７】
したがって、消費流量が少なくなると、スクリュー圧縮機吐出口から圧縮ガス運用機器の末端までの圧力損失が小さくなるため、末端圧力が必要以上に上昇することとなる。これによって、スクリュー圧縮機は本来必要とされる圧力よりも高い吐出圧力で運転されていることになり、高圧力運転により不要な電力を消費するという不具合があった。また、末端圧力が高いため、消費流量も必要以上に増加するという不具合があった。
【０００８】
上記の不具合を解決する一つの方法として提案されている上記特許文献３に示す方法では、検出した末端圧力で圧縮機の容量制御を行なうため、末端圧力検出位置と圧縮機吐出口との間の圧力損失が比較的大きい場合や間にガス貯槽が設置されている場合には、末端圧力検出位置の圧力変動に対する圧縮機吐出口の圧力変動の応答遅れが生じ、特に、消費流量の変動が大きい場合には、圧縮機吐出圧力の変動が大きくなるという不安定な運転状態となる課題があった。さらには、圧縮機吐出圧力が上昇して圧縮動力が大きくなり圧縮機の駆動機がオーバーロードして運転出来ない状態となる課題があった。
【０００９】
一方、特許文献４に記載されている方法では、オンオフ制御により容量調整を行なうスクリュー圧縮機について、圧縮ガス運用機器の末端圧力を一定に維持する方法が提案されている。しかし、この方法ではインバータ制御による容量制御方法の場合を想定していない。そして、オンオフ制御を用いる場合には、圧縮機吐出ラインに適切な容量のガス貯槽を設置しなければならなかった。
【００１０】
本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、圧縮ガス運用機器の末端圧力に応じて吐出圧力の設定目標値を自動調整することにより、必要以上に高い圧力で容積形圧縮機が運転されることを防止し、不要な電力を消費することを防止するインバータ駆動容積形圧縮機の容量制御装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。  
圧縮機における圧縮ガス吐出圧力の検出値に基づいて前記圧縮機の電動機回転数を制御して前記圧縮ガス吐出圧力を設定目標値と一致するように容量制御を行なうインバータ駆動容積形圧縮機の容量制御装置であって、
圧縮ガス運用機器に設けられた圧力検出装置により末端圧力を検出し、前記検出した末端圧力と前記圧縮ガス吐出圧力の検出値を基に圧縮機吐出口と圧縮ガス運用機器との間の圧力損失を算出し、前記算出した圧力損失と予め設定された設定目標末端圧力とから設定目標吐出圧力を求め、前記求めた設定目標吐出圧力を前記設定目標値として容量制御する構成とする。
【００１２】
また、圧縮機における圧縮ガス吐出圧力の検出値に基づいて前記圧縮機の電動機回転数を制御して前記圧縮ガス吐出圧力を設定目標値と一致するように容量制御を行なうインバータ駆動容積形圧縮機の容量制御装置であって、
圧縮機吐出口に設けられた流量検出装置により吐出流量を検出し、前記検出した吐出流量と前記圧縮ガス吐出圧力の検出値を基に圧縮機吐出口と圧縮ガス運用機器との間の圧力損失を算出し、前記算出した圧力損失と予め設定された設定目標末端圧力とから設定目標吐出圧力を求め、前記求めた設定目標吐出圧力を前記設定目標値として容量制御する場合に、圧縮ガス運用機器に設けられた圧力検出装置により末端圧力を適宜タイミングで間歇的に検出し、前記算出された圧力損失と前記圧縮ガス吐出圧力検出値とから末端圧力予想値を算出し、前記検出された末端圧力と前記算出した末端圧力予想値とを比較して補正値を求め、前記補正値によって前記設定目標値を自動補正して容量制御する構成とする。
【００１３】
また、圧縮機における圧縮ガス吐出圧力の検出値に基づいて前記圧縮機の電動機回転数を制御して前記圧縮ガス吐出圧力を設定目標値と一致するように容量制御を行なうインバータ駆動容積形圧縮機の容量制御装置であって、
前記インバータへの指令周波数信号の検出により吐出流量を算出し、前記算出した吐出流量と前記圧縮ガス吐出圧力の検出値を基に圧縮機吐出口と圧縮ガス運用機器との間の圧力損失を算出し、前記算出した圧力損失と予め設定された設定目標末端圧力とから設定目標吐出圧力を求め、前記求めた設定目標吐出圧力を前記設定目標値として容量制御する場合に、圧縮ガス運用機器に設けられた圧力検出装置により末端圧力を適宜タイミングで間歇的に検出し、前記算出された圧力損失と前記圧縮ガス吐出圧力検出値とから末端圧力予想値を算出し、前記検出された末端圧力と前記算出した末端圧力予想値とを比較して補正値を求め、前記補正値によって前記設定目標値を自動補正して容量制御する構成とする。
【００１４】
また、スクリュー圧縮機における圧縮ガス吐出圧力の検出値に基づいて前記圧縮機の電動機回転数を制御して前記圧縮ガス吐出圧力を設定目標値と一致するように容量制御を行なうインバータ駆動スクリュー圧縮機の容量制御装置であって、
前記インバータへの指令周波数信号を検出して前記スクリュー圧縮機のロータ回転数を算出し、前記スクリュー圧縮機の吸入流量に対する吐出流量の比である体積効率と前記ロータ回転数との関係を予め求め、前記算出したロータ回転数と、前記予め求めた関係から当該ロータ回転数に対応する前記体積効率と、に基づいて吐出流量を算出し、前記算出した吐出流量と前記圧縮ガス吐出圧力の検出値を基に圧縮機吐出口と圧縮ガス運用機器との間の圧力損失を算出し、前記算出した圧力損失と予め設定された設定目標末端圧力とから設定目標吐出圧力を求め、前記求めた設定目標吐出圧力を前記設定目標値として容量制御する構成とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、末端圧力が一定となるような容量制御運転を行なうことにより、圧縮機の吐出圧力を低減することができ、低減した分だけ圧縮機の運転動力が低減し、その結果、消費電力を低減することができ、省エネ効果を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施形態に係るインバータ駆動形圧縮機の容量制御装置について、図１〜図６を参照しながら以下詳細に説明する。図１は本発明の実施形態に係るインバータ駆動形圧縮機を含む圧縮機設備の全体構成例を示す図である。図２は本発明の実施形態に係るインバータ駆動形圧縮機を含む圧縮機設備の他の全体構成例を示す図である。図３は本発明の実施形態に係るインバータ駆動形圧縮機の容量制御装置を含む圧縮機の系統構成例を示す図である。図４は本発明の実施形態に係るインバータ駆動形圧縮機の容量制御装置を含む圧縮機の他の系統構成例を示す図である。図５は本発明の実施形態に係るインバータ駆動形圧縮機におけるロータ回転数と体積効率の関係を示す図である。図６は本発明の実施形態に係るインバータ駆動形圧縮機の容量制御装置の動作態様を説明する図である。
【００１７】
まず、図１を参照して、本実施形態に関する圧縮機設備の全体構成を説明する。図１において、１は容積形圧縮機の一つであるオイルフリースクリュー圧縮機、２０は圧縮機１の制御装置である。２１は圧縮機１の吐出圧力を検出する圧力検出装置であり、圧縮機１の圧縮ガス吐出口に設置されている。２はガス貯槽、３はガス分離装置または除湿装置、４はフィルタ、５はガスヘッダ、６は需要側の圧縮ガス運用機器であり、ここで、ガス貯槽２、ガス分離装置または除湿装置３、フィルタ４、ガスヘッダ５、需要側の圧縮ガス運用機器６は、需要側のユーザ設備を構成するものである。すなわち、本実施形態に関する圧縮機設備は、大きくは圧縮機１とユーザ設備２〜６から構成されるものである。
【００１８】
図２に示す圧縮機設備の全体構成は、図１に示す圧縮機設備の全体構成に対して、圧縮ガス運用機器６末端にあるガスヘッダ５に圧力検出装置７を設置し、検出した末端圧力を検出圧力信号として制御装置２０へと送るためのシステムが追加されている。
【００１９】
次に、図３を参照して、上述したユーザ設備２〜６に対して適用されるスクリュー圧縮機の構成を説明する。図３において、吸入フィルタ１１から吸入したガスは容量調整弁１２を通り、圧縮機本体１３へ入る。圧縮機本体１３で圧縮された高温高圧ガスは、ガス冷却器１４により冷却された後、逆止弁１５を通り圧縮機吐出口へと送り込まれる。逆止弁１５の一次側には放風ラインが設けられる。１６は放風弁、１７は放風サイレンサであり、制御装置２０からの信号により放風弁１６を開閉する。逆止弁１５の二次側には、吐出圧力が異常に上昇した時に吐出ガスを大気開放し、圧縮機を保護する安全弁２２が設置される。
【００２０】
圧縮機１のロータは、三相誘導電動機１８により駆動され、増速機によって増速されるか、電動機軸に直結されて同期して回転する。電動機１８には、インバータ１９を介して三相交流電流が供給され、インバータ１９により電流の周波数を変化させることにより、電動機１８の回転数を変化させる。
【００２１】
一般に、インバータ駆動スクリュー圧縮機の容量制御は、圧縮機の吐出圧力Ｐｄを圧力検出装置２１により検出し、検出圧力信号として制御装置２０へ送り、目標設定吐出圧力Ｐｄｔとの偏差ΔＰｄを最小とするように、インバータ周波数ｆを計算する。計算されたインバータ周波数ｆはインバータ周波数指令信号としてインバータ１９へと送られ、インバータ１９により電動機回転数を調整され、圧縮機の圧縮ガス吐出流量Ｑｄが調整される。因みに、吐出圧力Ｐｄのｄはｄｉｓｃｈａｒｇｅ、目標設定吐出圧力Ｐｄｔのｔはｔａｒｇｅｔの意である。
【００２２】
例えば、圧縮機の吐出流量Ｑｄに対して末端の使用流量Ｑｐが減少すると、吐出ライン圧力が上昇し、圧縮機の吐出圧力Ｐｄも上昇するため、吐出圧力Ｐｄが目標設定吐出圧力Ｐｄｔと一致するように、インバータ周波数ｆを小さくし、圧縮機の吐出流量Ｑｄを減少させる。反対に、圧縮機の吐出流量Ｑｄに対して末端の使用流量Ｑｐが増加すると、吐出ライン圧力が下降し、圧縮機の吐出圧力Ｐｄも下降するため、吐出圧力Ｐｄが目標設定吐出圧力Ｐｄｔと一致するように、インバータ周波数ｆを大きくし、圧縮機吐出流量Ｑｄを増加させる。
【００２３】
スクリュー圧縮機では、ロータ回転数と吐出流量Ｑｄの間に１対１の関係があるため、電動機回転数が決まればロータ回転数も決まり、吐出流量Ｑｄも決定される。但し、図５に示すように、ロータ回転数が小さくなるほど体積効率が悪化するため、ロータ回転数と吐出流量Ｑｄは比例関係ではない。ここで、Ｑｓを圧縮機の吸入流量、Ｑｄを吐出流量、ｑを漏れ流量とすると、体積効率η＝Ｑｄ／Ｑｓ＝（Ｑｓ−ｑ）／Ｑｓ  である。
【００２４】
また、吐出流量Ｑｄを減少させるためにロータ回転数を低減させ、一般的にはロータ回転数が全速回転数に対し３０％以下となると、圧縮機本体内部で吐出側から吸入側へのガスの漏れが大きくなり、圧縮機本体内部の圧縮ガスの温度が上昇することにより、ロータの温度が上昇して熱膨張することにより、ロータ接触が発生してしまう（一般的に知られた現象である）。
【００２５】
そこで、吐出流量Ｑｄを、ロータ回転数が３０％回転数時の吐出流量以下にする場合には、回転数制御からオンオフ制御に切り替える。つまり、ロータ回転数を３０％回転数で固定し、容量調整弁１２を閉じ、放風弁１６を開くアンロード運転と、容量調整弁１２を開き、放風弁１６を閉じるロード運転を繰返し、圧縮機の吐出圧力Ｐｄが設定した圧力制御幅の中で保たれるように容量制御運転を行なう。
【００２６】
図４に示すスクリュー圧縮機の構成は、図３に示すスクリュー圧縮機の圧力制御装置の構成に対して、圧縮機吐出口に圧縮ガス吐出流量を検出する流量検出装置２３を設置し、検出した吐出流量を検出吐出流量信号として制御装置２０へ送るためのシステムが追加されている。
【００２７】
次に、本発明の実施形態に係るインバータ駆動形圧縮機における容量制御の動作について説明する。本発明は、基本的な概念として、圧縮ガス運用機器の末端圧力が一定となるように容量制御を行おうとするものである。
【００２８】
本実施形態の第１の構成例では、図２に示すように、圧縮ガス運用機器６の末端圧力Ｐｐを圧力検出装置７により検出し、末端圧力信号として制御装置２０へ送る。また、設定目標末端圧力Ｐｐｔを設定目標末端圧力信号として予め制御装置２０に入力して置く。設定目標末端圧力Ｐｐｔは、予め決められた圧縮機設備の末端機器の最低動作（使用）圧力に対して、余裕を考慮した設計値によって決定する。
【００２９】
本実施形態の第１の構成例は、検出された末端圧力Ｐｐと設定目標末端圧力Ｐｐｔの偏差ΔＰｐが最小となるように、設定目標吐出圧力Ｐｄｔを自動調整するものである。以下に、図６をも参照しながら設定目標末端圧力Ｐｄｔの算出方法を説明する。まず、検出した末端圧力Ｐｐと吐出圧力Ｐｄの差ΔＰｌを算出し（ｌはｌｉｎｅの意、ΔＰｌ＝Ｐｄ−Ｐｐ）、この差は圧縮機吐出口から圧縮ガス運用機器の末端までの圧力損失ΔＰ１であるため、圧縮機吐出圧力の設定目標値Ｐｄｔは、次式のように、設定目標末端圧力Ｐｐｔに圧力損失ΔＰ１を加算した値となる。
【００３０】
Ｐｄｔ＝Ｐｐｔ＋ΔＰ１＝Ｐｐｔ＋（Ｐｄ−Ｐｐ）
このように設定目標吐出圧力Ｐｄｔを目標値として容量制御することによって、検出する吐出圧力Ｐｄが目標値Ｐｄｔに等しくなるように制御され、結果として、設定目標末端圧力Ｐｐｔが一定となるように容量制御されることとなる。
【００３１】
次に、本実施形態の第２の構成例は、図４に示すように、圧縮機吐出口に流量検出装置２３を設置し、圧縮機吐出口の圧縮ガス吐出流量Ｑｄを検出し、圧縮ガス吐出流量信号として制御装置２０へ送る。ここで、予め、圧縮機吐出流量Ｑｄに対する圧縮機吐出口と運用機器末端との間の圧力損失ΔＰ１の関係を調べておく。つまり、吐出流量Ｑｄ時の圧縮機吐出圧力Ｐｄ及び運用機器末端圧力Ｐｐを全負荷から低負荷まで測定し、各吐出流量Ｑｄ時の圧縮機吐出圧力Ｐｄと運用機器末端圧力Ｐｐとの差である圧力損失ΔＰ１を算出する計算式を決定する。簡易的な計算式としては、一般的に、圧力損失ΔＰ１は吐出流量Ｑｄの２乗に比例するため、圧力損失ΔＰｌと吐出流量Ｑｄとの関係は次式となる。
【００３２】
ΔＰｌ∝（Ｑｄ）２
よって、各負荷時の圧力損失ΔＰ１ｆと吐出流量Ｑｄｆを測定し、或る検出した吐出流量Ｑｄ時の圧力損失ΔＰｌは次式により算出できる。
【００３３】
ΔＰｌ＝（ΔＰｌｆ／（Ｑｄｆ）２）×（Ｑｄ）２
このように、圧縮機吐出口と運用機器末端の間の予想圧力損失ΔＰｌが算出されると、運用機器末端圧力予想値を算出することができ（吐出圧力Ｐｄは実測されるので）、末端圧力予想値（第１の構成例における実測の末端圧力Ｐｐに対応するもの）が末端圧力目標値と等しくなるように、圧縮機の吐出圧力の設定目標値を自動調整するものであり、具体的には、上記の第１の構成例と同様に、図６をも参照して、ＰｐｔとΔＰｌから算出される設定目標吐出圧力Ｐｄｔを目標値として容量制御されることとなる。以上のように、本実施形態の第２の構成例では、上述した第１の構成例で用いた末端圧力検出装置７を用いることなく、吐出流量検出装置２３の検出信号を利用してΔＰｌを算出し、この算出値に基づいて設定目標吐出圧力Ｐｄｔを自動調整するものである。
【００３４】
次に、本実施形態の第３の構成例は、前述の第２の構成例のような吐出流量Ｑｄを流量検出装置２３にて検出するのではなくて、インバータ指令周波数信号ｆを検出し、インバータ指令周波数ｆより電動機回転数Ｎｍを算出し、算出した電動機回転数Ｎｍよりロータ回転数Ｎｒ１（複数段圧縮機の場合には１段目圧縮機のロータ回転数）を算出する。そして、算出したロータ回転数Ｎｒ１より吐出流量Ｑｄを算出する。電動機回転数Ｎｍと周波数ｆの関係式は以下となる。
【００３５】
Ｎｍ＝２×６０×ｆ×（１−ｓ）／Ｐ
ここで、Ｐは電動機の極数、ｓはすべり（スリップ）を示す。よって、例えば極数Ｐ＝２、すべりｓ＝０．０１５の電動機１８を６０Ｈｚで運転した場合には、電動機回転数Ｎｍ＝３５４６ｍｉｎ−１となる。ロータ回転数Ｎｒ１は、電動機１８と直結されている場合には電動機回転数と一致し、増速機によって増速している場合には増速ギヤ比に比例して速くなる。そして、図５に示すように、予めロータ回転数Ｎｒ１と体積効率ηｖの関係を求めておくと、圧縮機の吐出流量Ｑｄは以下の式で算出することができる。
【００３６】
Ｑｄ＝ηｖ×Ｖｔｈ×Ｎｒ１×ｆ／ｆｍａｘ
ここで、Ｖｔｈは設計ロータ形状によって決まる理論押し除け量、ｆｍａｘは全負荷時のインバータ指令周波数を示す。このように、第３の構成例では、インバータ指令周波数に基づいて圧縮機の吐出流量Ｑｄを算出し、上述の第２の構成例の技術を利用してΔＰｌを算出し、この算出値に基づいて設定目標吐出圧力Ｐｄｔを自動調整するものである。
【００３７】
次に、本実施形態の第４の構成例は、上述した第２の構成例又は第３の構成例の技術を利用するものであり、図２に示すように、圧縮ガス運用機器の末端圧力Ｐｐを圧力検出装置７により定期的に検出し、末端圧力信号として制御装置２０へ送るシステムを追加する。この末端圧力Ｐｐの定期的検出は、圧力損失ΔＰｌが経時的に変化すると予想される時期毎に実施すればよく、定期的な保守点検時でも良い。この定期的検出Ｐｐによって吐出圧力Ｐｄとの差であるΔＰｌが算出できるので、上述した第１の構成例に示したように、設定目標吐出圧力Ｐｄｔが求められる。
【００３８】
一方、上述した第２の構成例又は第３の構成例において、吐出流量Ｑｄを計測又は算出してΔＰｌが算出され、設定目標吐出圧力Ｐｄｔが求められる。したがって、第４の構成例で求められたΔＰｌやＰｄｔと、上述した第２の構成例又は第３の構成例で求められたΔＰｌやＰｄｔとを比較することによって補正係数を求め、上述した第２の構成例又は第３の構成例で求められたΔＰｌやＰｄｔをこの補正係数で自動補正することができ、より精度良く末端圧力が一定となる容量制御を行えるようになる。なおここで、圧縮機吐出流量やインバータ指令周波数の検出を基にΔＰｌが算出されるので、実測値の吐出圧力Ｐｄと合わせて末端圧力予想値が算出されることとなる。そこで、第２の構成例又は第３の構成例におけるこの末端圧力予想値と、第４の構成例で定期的に検出した末端圧力値とを比較して補正係数を求め、この補正係数でＰｄｔを自動補正しても良い。
【００３９】
換言すると、第４の構成例では、通常時には、第２の構成例や第３の構成例に示すように、圧縮機吐出流量やインバータ指令周波数を基に設定目標吐出圧力Ｐｄｔを算出して容量制御するものであるが、これに加えて、定期的に末端圧力Ｐｐを検出することで、この検出した末端圧力に基づく設定目標吐出圧力Ｐｄｔによって前記通常時の設定目標吐出圧力を自動補正するものである。これによって、通常、稼働している圧縮機吐出流量やインバータ指令周波数の実測値のずれ（これらの実測値にはエラーの可能性があるので）を自動補正することができる。
【００４０】
以上説明した本実施形態に係る圧縮機の容量制御では、検出した末端圧力が設定目標末端圧力値と等しくなるように、圧縮機吐出圧力の設定目標値を自動調整するという課題達成のために、末端圧力を検出して圧力損失ΔＰｌを算出し、この圧力損失と設定目標末端圧力を基に吐出圧力の設定目標値Ｐｄｔを自動調整する手法を説明したが、この手法に限らず、この課題達成のために、図６を参照して、検出した末端圧力Ｐｐと設定目標末端圧力Ｐｐｔの差ΔＰｐを算出し、この差ΔＰｐと検出した吐出圧力Ｐｄとに基づいて吐出圧力の設定目標値Ｐｄｔを自動調整する手法を採用しても良い。すなわち、ΔＰｐ＝Ｐｐ−Ｐｐｔ  Ｐｄｔ＝Ｐｄ−ΔＰｐ  の手順である。
【００４１】
以上のように、本発明の実施形態に係るインバータ駆動容積形圧縮機の容量制御装置は、次のような構成を備えることを特徴とするものである。すなわち、本発明の実施形態における第１の構成例は、検出した圧縮機吐出圧力に応じてインバータによって駆動機の回転数を制御し、圧縮ガス吐出圧力を設定目標値と等しくなるように容量調整を行なう容積形圧縮機の容量制御装置において、インバータ駆動容積形圧縮機と接続された圧縮ガス運用機器の末端圧力を検出し、検出した末端圧力と目標末端圧力とを一致させるように、圧縮機吐出圧力の設定目標値を自動調整させるようにするものである。より詳しく述べると、圧縮ガス運用機器の末端圧力を検出し、末端圧力の設定目標値と等しくなるように、圧縮機の吐出圧力の設定目標値を自動的に加減調整する。例えば、検出した末端圧力が末端圧力の設定目標値より大きい場合には、検出した末端圧力と末端圧力の設定目標値の偏差分だけ末端圧力が低下するように圧縮機吐出圧力の目標設定値を自動的に低減させる。
【００４２】
また、第２の構成例は、インバータ駆動容積形圧縮機の容量制御装置において圧縮機の圧縮ガス吐出流量を検出し、検出した圧縮ガス吐出流量と吐出圧力により圧縮機吐出口と運用機器末端の間の予想圧力損失を算出することにより、運用機器末端圧力予想値を算出し、末端圧力予想値が末端圧力目標値と等しくなるように、圧縮機の吐出圧力の設定目標値を自動調整させながら、容量調整を行なうようにするものである。
【００４３】
また、第３の構成例は、第２の構成例を部分的に適用するものであって、インバータ指令周波数信号の検出により、圧縮機の吐出流量予想値を算出するようにしたものである。より詳しく述べると、インバータ指令周波数信号から、圧縮機の吐出流量予想値を算出するようにした結果、圧縮機吐出口に吐出流量を検出するための流量測定装置を設置する必要が無くなり、流量測定装置の圧力損失分だけさらに圧縮機の吐出圧力を低減させることができる。また、ロータ回転数の測定機器も不要となるため、制御装置が安価となる。
【００４４】
また、第４の構成例は、第２の構成例又は第３の構成例を使用するものであって、適宜のタイミングで定期的、間歇的に末端圧力を検出し、容量制御装置にフィードバックさせ、吐出流量やインバータ指令周波数に基づく吐出圧力の設定目標値（または、算出した末端圧力予想値であっても良い）の自動補正を行なうようにしたものであり、より精度良く末端圧力が一定となる容量制御を行なえるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施形態に係るインバータ駆動形圧縮機を含む圧縮機設備の全体構成例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係るインバータ駆動形圧縮機を含む圧縮機設備の他の全体構成例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係るインバータ駆動形圧縮機の容量制御装置を含む圧縮機の系統構成例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係るインバータ駆動形圧縮機の容量制御装置を含む圧縮機の他の系統構成例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係るインバータ駆動形圧縮機におけるロータ回転数と体積効率の関係を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係るインバータ駆動形圧縮機の容量制御装置の動作態様を説明する図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  容積形圧縮機
２  ガス貯槽
３  ガス分離装置または除湿装置
４  フィルタ
５  ガスヘッダ
６  圧縮ガス運用機器
７  圧力検出装置（末端圧力検出用）
１１  吸入フィルタ
１２  容量調整弁
１３  圧縮機本体
１４  ガス冷却機
１５  逆止弁
１６  放風弁
１７  放風サイレンサ
１８  電動機
１９  インバータ
２０  制御装置
２１  圧力検出装置（吐出圧力検出用）
２２  安全弁
【図１】
0004742862.tif 000002
【図２】
0004742862.tif 000003
【図３】
0004742862.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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