(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷側での気体使用量の減少に伴い、気体圧送装置の吸入側配管に設けられている吸入弁の開度を定風圧調節信号で絞ることにより気体圧送装置の気体吐出量を気体使用量に合わせるようにする気体圧送装置の容量制御方法において、上記気体圧送装置の駆動電動機へ供給する電流又は電力を測定し、その信号を測定入力とする減量限界調節計によりサージング領域への接近とともに出力を増大させる調節信号を演算し、該調節信号が上記定風圧調節信号よりも大きくなったときに、該調節信号により上記吸入弁の開度の絞りを阻止してサージング限界風量以下とならないように制御することを特徴とする気体圧送装置の容量制御方法。
【請求項２】
減量限界調節計により演算した調節信号が定風圧調節信号よりも大きくなって、該調節信号により吸入弁の開度の絞りを阻止してサージング限界風量以下とならないようにした後、気体圧送装置の吐出圧力が上昇して、気体の負荷側の使用量がサージング限界風量よりも小さくなったときに、気体の使用量からサージング限界風量を差し引いた残りの余剰分だけを放出又は吸入側へバイパスさせるようにする請求項１記載の気体圧送装置の容量制御方法。
【請求項３】
負荷側での気体使用量の減少に伴い、気体圧送装置の吸入側配管に設けられている吸入弁の開度を定風圧調節信号で絞ることにより気体圧送装置の気体吐出量を気体使用量に合わせるようにする気体圧送装置の容量制御装置において、上記気体圧送装置の駆動電動機へ供給する電流又は電力を測定入力とし、且つ運転点がサージング領域へ接近するにつれて出力信号を増大させるようにした減量限界調節計と、該減量限界調節計の出力信号と上記定風圧調節信号とを比較して大きい方を優先して出力するようにしたハイセレクタとを備え、該ハイセレクタを介して出力された信号により、サージング限界風量以下にならないように上記吸入弁の開度を制御できるようにした構成を有することを特徴とする気体圧送装置の容量制御装置。
【請求項４】
気体圧送装置の吐出圧力を測定入力とし且つ定風圧調節計の設定値よりも高い所要の設定値をもった放風定圧調節計を備え、ハイセレクタによる制御により上記放風定圧調節計の設定値まで上記気体圧送装置の吐出圧力が上昇したときに、該放風定圧調節によって、気体の使用量からサージング限界風量を差し引いた残りの余剰分だけを、放出又は吸入側へバイパスさせるようにした請求項３記載の気体圧送装置の容量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般製造、組立工場等で空気源や昇圧窒素の如き原料用気体源として用いる遠心圧縮機や送風機等の気体圧送装置の容量制御方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一例として、無負荷運転とすることにより使用量がサージング限界風量以下となったときサージング回避を行うようにした従来の圧縮機の容量制御について示すと、図９に示す如く、遠心式の圧縮機１に吸入される気体の吸入側配管２の途中に吸入弁３を設け、又、圧縮機１から吐出された圧縮気体をレシーバ４へ送る吐出側配管５の途中に分岐配管６を接続して、該分岐配管６に排気のための放風弁（排気弁）７を設け、更に、該分岐配管６以降の吐出側配管５の途中に逆止弁８を設けた構成において、レシーバ４内の気体の圧力、すなわち、負荷側となる工場での使用量と圧縮機の吐出量とのバランス状況によってきまる吐出圧力を検出する圧力伝送器９と、該圧力伝送器９からの信号を測定入力として吐出圧力を一定にするように作用する定風圧調節計（下限スイッチ付圧力指示調節計）１０と、圧縮機１の駆動電動機へ供給する電流（又は電力）を検出する電流（又は電力）変換器１１と、該変換器１１からの信号を測定入力として電動機の定格をこえないように作用する過負荷防止調節計（下限スイッチ付電流又は電力指示調節計）１２と、該過負荷防止調節計１２からの出力信号（調節信号）の値と上記定風圧調節計１０からの出力信号（調節信号）の値とを比較して常に小さい方の値を基に吸入弁３に開度位置調節信号αを送るようにしたローセレクタ１３とを備えた構成とし、圧縮気体の使用量が減少してくると、図１０に動作特性曲線を示す如く、ローセレクタ１３を介しサージング領域に近くなるまで吸入弁３を絞って定風圧制御を維持するようにし、更に電流値（又は電力値）が下がって所定の下限値に達したことを検知すると、過負荷防止調節計１２の下限スイッチからの制御指令で、直ちに吸入弁３を閉、放風弁７を全開にして無負荷運転を行わせるようにしてある。図１０において、ａは機械性能上のサージングライン、ｂはサージング防止ライン、ｃは動作線、ｄは負荷点、ｅは無負荷点を示す。又、ＳＰ１２は過負荷防止調節計１２の電流調節目標設定値、ＳＰ１２Ｌは同じく電流下限スイッチ設定値、ＳＰ１０は定風圧調節計１０の圧力調節目標設定値、ＳＰ１０Ｌは同じく圧力下限スイッチ設定値を示す。
【０００３】
なお、図９において、分岐配管６及び放風弁７を設けることに代えて、二点鎖線で示す如く、圧縮機１の出側と吸入弁３の入側との間に、バイパス弁１４を備えたバイパス配管１５を設けて、電流値（又は電力値）が下限値に達したときに、圧縮空気をバイパス配管１５を通して吸入側へ戻すようにする方式もある。
【０００４】
又、図９に示す構成において、サージング検出を流量で行う場合は、過負荷防止調節計１２の下限スイッチからの制御指令で吸入弁３を閉、放風弁７を開とするように制御することに代えて、図１１に示す如く、圧縮機１の吐出側配管５内を流れる圧縮気体の流量を流量伝送器１６で検出し、その流量値が所定の下限値に達したときに、下限スイッチ付流量指示計１７の流量下限スイッチからの制御指令で上記吸入弁３を閉、放風弁７を開とするように制御することが行われている。
【０００５】
一方、サージング回避を、サージング限界風量以下にならないようにしつつ、放風運転することにより行うようにした方式もある。すなわち、図９に示す構成において、過負荷防止調節計１２からの指令で吸入弁３と放風弁７を開閉制御することに代えて、図１２に示す如く、ローセレクタ１３からの指令で吸入弁３の絞り開度を調節する絞り開度リミッタ（折線関数演算器）１８と、同じくローセレクタ１３からの指令で放風弁７の開度を調節する開度調節器（折線関数演算器）１９とを設けた構成とし、予め絞り開度リミッタ１８で吸入弁３の絞り開度をたとえば５０％に固定し、サージング限界風量以下にならないようにした上で、圧力上昇等により放風弁７を部分開としてサージング突入を防止するようにしたものである。なお、図１３は図１２に示す装置の動作特性曲線図であり、ｆは放風弁開領域、ｇは吸入弁絞り領域を示す。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、サージング領域に近付くと直ちに無負荷運転に入れサージング回避を行う前者の方式の場合、負荷変動の激しい一般工場等では、サージング領域近傍の負荷に対して、定風圧調節信号による吸入弁の絞り込み動作が早過ぎるため、本来バランス整定できるような負荷でも電流や流量等の下限値にすぐ達して無負荷になってしまう等、省エネルギーの観点（放風ロスの増大）や制御弁類の寿命の点（開閉頻度の増大）で問題が多い。
【０００７】
一方、吸入弁の絞り限界開度を固定する後者の方式の場合、吸入する気体の温度変化により流量が大幅に変化するため、絞り限界開度にどうしても裕度をもたさざるを得なく、絞り込み限界に達しない時点での放風運転となることから、やはり省エネルギーの観点（動力ロス）で問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、サージング領域近傍の負荷でもバランス整定できるようにすると共に、吸入気体の温度の影響も殆ど受けずに機械性能上のサージングラインにできるだけ接近させたサージング限界風量を確保できるようにしようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、負荷側での気体使用量の減少に伴い、気体圧送装置の吸入側配管に設けられている吸入弁の開度を定風圧調節信号で絞ることにより気体圧送装置の気体吐出量を気体使用量に合わせるようにする気体圧送装置の容量制御方法及び装置において、上記気体圧送装置の駆動電動機へ供給する電流又は電力を測定し、その信号を測定入力とする減量限界調節計によりサージング領域への接近とともに出力を増大させる調節信号を演算し、該調節信号が上記定風圧調節信号よりも大きくなったときに、該調節信号により上記吸入弁の開度の絞りを阻止してサージング限界風量以下とならないように制御する気体圧送装置の容量制御方法及び装置とする。
【００１０】
運転点がサージング領域に接近するまでは、定風圧調節信号で吸入弁の開度が絞られる制御が行われるが、運転点がサージング領域に接近すると、減量限界調節計からの調節信号により吸入弁のそれ以上の絞りが阻止されるため、サージング限界風量以下に抑えられる。
【００１１】
又、減量限界調節計により演算した調節信号が定風圧調節信号よりも大きくなって、該調節信号により吸入弁の開度の絞りを阻止してサージング限界風量以下とならないようにした後、気体圧送装置の吐出圧力が上昇して、気体の負荷側の使用量がサージング限界風量よりも小さくなったときに、気体の使用量からサージング限界風量を差し引いた残りの余剰分だけを放出又は吸入側へバイパスさせるようにする場合でも、定圧領域の拡大によって放風ロスを低減することができるようになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は本発明の実施の一形態を示すもので、圧縮機１に吸入される気体の吸入側配管２の途中に吸入弁３を設け、又、圧縮機１から吐出された圧縮気体をレシーバ４へ送る吐出側配管５の途中に放風弁７を備えた分岐配管６を接続し、更に、該分岐配管６以降の吐出側配管５の途中に逆止弁８を設け、且つレシーバ４での吐出圧力を検出する圧力伝送器９と、該圧力伝送器９からの信号を測定入力として吐出圧力を一定にするように作用する定風圧調節計１０と、圧縮機１の電動機へ供給する電流（又は電力）を検出する電流（又は電力）変換器１１と、該変換器１１からの信号を測定入力として電動機の定格をこえないように作用する過負荷防止調節計（指示調節計）１２と、該過負荷防止調節計１２からの出力信号（調節信号）の値と上記定風圧調節計１０からの出力信号（調節信号）の値とを比較して常に小さい方の値を基に吸入弁３に開度位置調節信号αを送るようにしたローセレクタ１３とを備えた構成を有する圧縮機の容量制御装置において、レシーバ４内の気体の圧力に応じて図２に示す動作特性曲線の機械性能上のサージングラインａに平行に必要最小の余裕をみたサージング防止ラインｂを設定するようにした比率変換器２０と、電流（又は電力）変換器１１からの信号を測定入力とするようにし且つ上記比率変換器２０による設定値としてのサージング防止ラインｂに接近するにつれてその出力信号（調節信号）を増大させるようにした減量限界調節計としての電流（又は電力）指示調節計２１と、該電流指示調節計２１の出力信号（調節信号）βと上記ローセレクタ１３を介し送られる調節信号αとを比較して常に大きい側の信号を優先して出力するようにしたハイセレクタ２２とを備え、該ハイセレクタ２２を介して出力された調節信号βによってサージング限界風量以下にならないように吸入弁３の絞り開度を制御できるようにする。
【００１４】
なお、図２において、ＳＰ２１は電流指示調節計２１の電流調節目標設定値、ＳＰ１０Ｈは定風圧調節計１０の圧力上限スイッチ設定値を示し、他は図１０に示したものと同じである。
【００１５】
今、圧縮気体の使用量が減少してくると、ローセレクタ１３にて選択された調節信号αにより、圧力が一定に保たれるように吸入弁３が徐々に閉じられ、図２に示す動作曲線Ｃの如く、その運転点が気体使用量に一致するように移動調節させられる。この際、減量限界調節計としての電流指示調節計２１の出力信号βとローセレクタ１３を介し送られた調節信号αとは、ハイセレクタ２２によってその大小が連続的に比較されているが、電流指示調節計２１の出力信号βは、運転点がサージング防止ラインｂに接近するにつれて増大するようになっているので、この時点ではローセレクタ１３を介し送られた調節信号αが選択されて吸入弁３の開度が制御されることになる。
【００１６】
上記において、圧縮気体の使用量が更に減少して行くと、繰り返し行われる上記調節操作により、設定されている吐出圧一定線（圧力調節目標設定値ＳＰ１０）上で運転点がサージング防止ラインｂに接近してくることになる。このサージング接近に伴い電流指示調節計２１の出力信号βが増大し、調節信号αよりも大きくなると、ハイセレクタ２２により電流指示調節計２１の出力信号βが選択されるため、吸入弁３は、調節信号αによる絞り制御が阻止され、電流指示調節計２１の出力信号βによって制御されることになる。この際、電流指示調節計２１はサージング防止ラインｂ上に運転点を留めるように作動するため、サージング限界風量以下にはならない。このことから、圧縮気体の使用量が更に減少しても、サージング防止ラインｂに沿って圧力が上昇することになる。更に、圧力が定風圧調節計１０の圧力上限スイッチ設定値のＳＰ１０Ｈまで上昇したところで圧力上限スイッチからの制御指令で吸入弁３を閉、放風弁７を開にして無負荷運転とするようにする。
【００１７】
これにより、サージング領域近傍でもバランス整定できるようになり、吸入気体温度の影響も殆ど受けずに機械性能上のサージングラインにできるだけ接近させたサージング限界風量を確保することができる。
【００１８】
次に、図３は本発明の実施の他の形態を示すもので、サージング検出を流量で行う場合について示す。すなわち、図１に示したと同様な構成において、電流（又は電力）変換器１１からの信号を測定入力とするようにした電流（又は電力）指示調節計２１を減量限界調節計として用いることに代えて、圧縮機１の吐出側配管５に設けた流量伝送器１６からの信号を測定入力とするようにした流量指示調節計２３を減量限界調節計として用いたものである。
【００１９】
図３に示すような構成としても、図１に示したものと同様な作用効果を発揮することができる。
【００２０】
次いで、図４は本発明の実施の更に他の形態を示すもので、使用量がサージング限界風量以下となって圧力上昇時にサージング回避を放風運転とする場合の例であり、図１に示したと同様な構成において、圧力上限スイッチのかわりに圧力伝送器９の信号を測定入力とする放風定圧調節計としての圧力指示調節計２４を設け、図５に示す如く、定風圧調節計１０の設定値ＳＰ１０から一定圧力差をもったところに、該圧力指示調節計２４の設定値ＳＰ２４を設けて、圧力指示調節計２４からの出力信号（調節信号）で放風弁７の開度を制御できるようにしたものである。
【００２１】
図４に示すようにすると、圧力上昇時のサージング回避が放風運転となり、気体の工場での使用量がサージング限界風量よりも小さくなると、工場使用量からサージング限界風量を差し引いた残りの余剰分だけを、放風弁７で逃がすことができてサージング限界風量が機械性能上のサージングラインに接近しているため放風ロスを減少させることができる。
【００２２】
又、図６は本発明の実施の更に別の形態を示すもので、サージング検出を電流（又は電力）で行う図４の実施の形態を変化させて、サージング検出を流量で行うようにしたものである。すなわち、図３に示したと同様な構成において、圧力伝送器９の信号を測定入力とする放風定圧調節計としての圧力指示調節計２４を図４の場合と同様に設けて、該圧力指示調節計２４からの出力信号（調節信号）で放風弁７の開度を制御できるようにしたものである。
【００２３】
図６に示すようにしても、図４の実施の形態の場合と同様な作用効果が奏し得られる。
【００２４】
因に、図７は使用量がサージング限界風量以下となって圧力上昇したときのサージング回避を無負荷運転とした場合の図１〜図３で示した本発明と図９〜図１１で示した従来方式とを動力性能比較するものであり、又、図８は使用量がサージング限界風量以下となって圧力上昇したときのサージング回避を放風運転とした場合の図４〜図６で示した本発明と図１２、図１３で示した従来方式とを動力性能比較するものである。図７及び図８中、ｈは定格点ｉから機械性能上の減量限界点ｊまでの吸入絞り動作線、ｋは理想線、ｌは本発明による場合の動作線、ｍは従来方式による場合の動作線を示す。
【００２５】
図７及び図８から明らかなように、本発明による動作線ｌの方が従来方式による動作線ｍよりも理想線ｋに近付いており、サージング限界点での実運用運転が可能となることがわかる。すなわち、動力低減を伴う定圧領域の拡大を図ることができる（□印→○印）と共に、放風ロスの低減を図ることができ（斜線部）、特に、サージング回避を無負荷運転で行う場合は、吸入弁、放風弁の開閉切り替わり時に発生する放風ロスをより低減できることになる。更に、サージング領域近傍でのバランス整定のチャンスが多く生まれることになり、弁の開閉頻度を低減できて弁の寿命を延ばすことができるようになる。
【００２６】
なお、上記各実施の形態では、圧縮機１の吐出側配管５に放風弁７を備えた分岐配管６が接続してある場合について示したが、図９や図１１等において二点鎖線で示したのと同様に、放風弁７を備えた分岐配管６に代えて、バイパス弁１４を備えたバイパス配管１５が組み込まれているライン構成についても適用できること、又、実施の形態では、減量限界調節計としての電流指示調節計２１、流量指示調節計２３とは別に比率変換器２０を独立させて設けた場合を示したが、比率変換器２０の機能を組み込ませた減量限界調節計を用いるようにしてもよいこと、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００２７】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明によれば、負荷側での気体使用量の減少に伴い、気体圧送装置の吸入側配管に設けられている吸入弁の開度を定風圧調節信号で絞ることにより気体圧送装置の気体吐出量を気体使用量に合わせるようにする気体圧送装置の容量制御方法及び装置において、上記気体圧送装置の駆動電動機へ供給する電流又は電力を測定し、その信号を測定入力とする減量限界調節計によりサージング領域への接近とともに出力を増大させる調節信号を演算し、該調節信号が上記定風圧調節信号よりも大きくなったときに、該調節信号により上記吸入弁の開度の絞りを阻止してサージング限界風量以下とならないように制御する気体圧送装置の容量制御方法及び装置としてあるので、機械性能上のサージングラインにできるだけ接近させた動力低減を伴う定圧領域の拡大を図ることができて、サージング限界点での実運用運転が可能となると共に、サージング領域近傍でのバランス整定のチャンスが多く生まれることになって、弁の開閉頻度を低減できて、弁の寿命の延命化を図ることができ、又、減量限界調節計により演算した調節信号が定風圧調節信号よりも大きくなって、該調節信号により吸入弁の開度の絞りを阻止してサージング限界風量以下とならないようにした後、気体圧送装置の吐出圧力が上昇して、気体の負荷側の使用量がサージング限界風量よりも小さくなったときに、気体の使用量からサージング限界風量を差し引いた残りの余剰分だけを放出又は吸入側へバイパスさせるようにする場合でも、定圧領域の拡大によって放風ロスを低減することができる、等の優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の気体圧送装置の容量制御装置の実施の一形態を示す概略図である。
【図２】図１に示す装置による場合の動作特性曲線図である。
【図３】本発明の実施の他の形態を示す概略図である。
【図４】本発明の実施の更に他の形態を示す概略図である。
【図５】図４に示す装置による場合の動作特性曲線図である。
【図６】本発明の実施の更に別の形態を示す概略図である。
【図７】サージング回避を無負荷運転とした場合の本発明と従来方式とを比較する特性曲線図である。
【図８】サージング回避を放風運転とした場合の本発明と従来方式とを比較する特性曲線図である。
【図９】従来の圧縮機の容量制御装置の一例を示す概略図である。
【図１０】図９に示す装置による動作特性曲線図である。
【図１１】従来の圧縮機の容量制御装置の他の例を示す概略図である。
【図１２】従来の圧縮機の容量制御装置の更に他の例を示す概略図である。
【図１３】図１２に示す装置の動作特性曲線図である。
【符号の説明】
１  圧縮機（気体圧送装置）
２  吸入側配管
３  吸入弁
５  吐出側配管
７  放風弁
１０  定風圧調節計
２１  電流指示調節計（減量限界調節計）
２２  ハイセレクタ
２３  流量指示調節計（減量限界調節計）
２４  圧力指示調節計（放風定圧調節計）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004487339.tif 000008
【図８】
0004487339.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0004487339.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
0004487339.tif 000014