(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機本体を駆動するモータを商用電力供給線に直結した状態にする第１接点と上記モータを、その回転数を制御するためのインバータを介して商用電力供給線に接続した状態にする第２接点とを有する切換えスイッチと、上記圧縮機本体に接続した吐出流路に圧力検出可能に設けた圧力検出手段と、上記圧力検出手段からの圧力信号を受けて、この圧力信号に基づいて上記インバータに対して上記モータの回転数に対応する指令信号を出力し、切換えスイッチに対して、接点切換えのための信号を出力する制御装置とを備えた圧縮機の制御方法において、
上記モータを起動する場合には上記切換えスイッチを第２接点に切換えた状態下で、上記インバータを介して上記モータの回転数を定格回転数まで上げ、
その後上記切換えスイッチを上記第１接点に切換え、
上記圧力信号が示す圧力が予め定めた圧力下限値を超え、上記圧力下限値と予め定めた圧力上限値との間の値に保たれている場合には、上記切換えスイッチを上記第１接点に切換えた状態を維持し、上記圧力が上記圧力上限値以上になると上記切換えスイッチを第２接点に切換え、
上記インバータを介して上記モータの回転数を予め定めた値まで下げ、
このモータの回転数を下げた場合における上記圧力の降下速度に基づいて、上記モータを停止させたとすると上記圧力が上記圧力下限値に達するまでにかかる時間Ｔ０を算出し、
この時間Ｔ０と上記モータの起動開始から定格回転数に達するまでの時間Ｔ１との間で不等式
Ｔ０＞Ｔ１
が成立するかしないかを判断し、
成立しない場合には、上記演算、判断を繰り返し、
上記不等式が成立する場合には、上記モータを停止させる一方で上記判断を繰り返し、Ｔ０＞Ｔ１でなくなると、即ちＴ０＝Ｔ１となると上記モータを起動させることを特徴とする圧縮機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吐出圧力を一定範囲内に保つための圧縮機の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、圧縮機の吐出圧力を一定範囲内に保つために吸気調節弁が用いられ、或は圧縮機本体を駆動するモータの起動、停止が行われている。この吸気調節弁は、圧縮機本体に至る吸込流路を開閉するもので、この吸気調節弁によって吸込流路を閉じることにより圧縮機本体の吸込ガス量を実質的に零として無負荷運転状態になる一方、吸気調節弁によって吸込流路を開くことにより、圧縮機本体の吸込ガス量を最大容量、即ち１００％容量とする負荷運転状態になる。ところが、この無負荷運転時には吸込ガス量が零で、ガスの圧縮、吐出は行われないが、圧縮機本体を駆動するモータ自体は作動したままである。このため、負荷運転時程ではないにしても、負荷運転時の約３０％程度の無駄な電力が消費されるという問題がある。また、吸気調節弁によらないでモータの起動、停止により吐出圧力を調節する場合、この起動、停止が頻繁になるとモータの耐久性の低下を招き、モータの故障の原因にもなるという問題がある。
【０００３】
これに対して、特開平７−２０８３７１号公報に記載のスクリュ圧縮機は斯る問題点を改善するものである。この圧縮機は、モータ回転数制御用のインバータを介して商用電源から電力供給を受け、このインバータにより圧縮機本体駆動用モータの回転数を制御し、吐出圧力の調節を行うようにしたものである。
この他、１００％容量の運転時には商用電源から直接電力供給を受ける一方、吐出圧力が上昇し過ぎた場合には、商用電源からモータ回転数制御用のインバータを介して電力供給を受けるようにして、モータ回転数を下げ、１００％容量以下の中間容量で運転させるようにした圧縮機もある。即ち、この圧縮機では、吐出圧力が上昇してくると、インバータを介することにより圧縮機本体駆動用のモータの回転数を制御して、吐出圧力の調節を行うようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したインバータを用いた圧縮機の場合、吐出圧力が変動する度に、インバータを用いて吐出圧力の調節が行われる。このため、上記モータの定格回転数より小さい中間回転数での運転が多くなる。この結果、機械的ロス、インバータを介することによるインバータロスが生じ、モータ効率が低下するという問題が生じる。なお、機械的ロスは、主に圧縮ガスの吸込側への漏れに起因するもので、この漏れの割合は上記回転数の低下とともに増大する。
【０００５】
本発明は、斯る従来の問題をなくすことを課題としてなされたもので、圧縮機本体駆動用のモータの耐久性を損なうことなく、消費電力を節減して、かつ吐出圧力を一定範囲内に保つことを可能とした圧縮機の制御方法を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、圧縮機本体を駆動するモータを商用電力供給線に直結した状態にする第１接点と上記モータを、その回転数を制御するためのインバータを介して商用電力供給線に接続した状態にする第２接点とを有する切換えスイッチと、上記圧縮機本体に接続した吐出流路に圧力検出可能に設けた圧力検出手段と、上記圧力検出手段からの圧力信号を受けて、この圧力信号に基づいて上記インバータに対して上記モータの回転数に対応する指令信号を出力し、切換えスイッチに対して、接点切換えのための信号を出力する制御装置とを備えた圧縮機の制御方法において、上記モータを起動する場合には上記切換えスイッチを第２接点に切換えた状態下で、上記インバータを介して上記モータの回転数を定格回転数まで上げ、その後上記切換えスイッチを上記第１接点に切換え、上記圧力信号が示す圧力が予め定めた圧力下限値を超え、上記圧力下限値と予め定めた圧力上限値との間の値に保たれている場合には、上記切換えスイッチを上記第１接点に切換えた状態を維持し、上記圧力が上記圧力上限値以上になると上記切換えスイッチを第２接点に切換え、上記インバータを介して上記モータの回転数を予め定めた値まで下げ、このモータの回転数を下げた場合における上記圧力の降下速度に基づいて、上記モータを停止させたとすると上記圧力が上記圧力下限値に達するまでにかかる時間Ｔ０を算出し、この時間Ｔ０と上記モータの起動開始から定格回転数に達するまでの時間Ｔ１との間で不等式
Ｔ０＞Ｔ１
が成立するかしないかを判断し、成立しない場合には、上記演算、判断を繰り返し、上記不等式が成立する場合には、上記モータを停止させる一方で  上記不等式が成立する場合には、上記モータを停止させる一方で上記判断を繰り返し、Ｔ０＞Ｔ１でなくなると、即ちＴ０＝Ｔ１となると上記モータを起動させるようにした。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の一形態を図面にしたがって説明する。
図１は、本発明に係る制御方法が適用される圧縮機、例えばスクリュ圧縮機を示している。この圧縮機は、圧縮機本体１を駆動するモータ２を商用電力供給線３に直結した状態にする第１接点４と、モータ２を、その回転数を制御するためのインバータ５を介して商用電力供給線３に接続した状態にする第２接点６とを有する切換えスイッチ７を備えている。また、圧縮機本体１に接続した吐出流路８には、圧力検出可能に圧力検出手段９が設けてある。この他、制御装置１０が設けてあり、圧力検出手段９からの圧力信号がこの制御装置１０に入力される。さらに、制御装置１０からは、この圧力信号に基づいてインバータ５に対して、モータ２の回転数に対応する指令信号が出力され、切換えスイッチ７に対して、接点切換えのための信号が出力される。そして、この圧縮機において吐出圧力を一定の範囲内に保つために、以下のような制御が行われる。
【０００８】
次に、上記構成からなる圧縮機に適用される本発明に係る圧縮機の制御方法について説明する。
まず、モータ２を起動する場合には切換えスイッチ７を第２接点６に切換えた状態としておき、インバータ５を介してモータ２を起動させ、その回転数を定格回転数まで上げ、いわゆる１００％容量の運転状態とする。その後、切換えスイッチ７を第１接点４に切換える。そして、上記圧力信号が示す圧力が上昇し、予め定めた圧力下限値を超え、この圧力が上記圧力下限値と予め定めた圧力上限値との間の値に保たれている場合には、切換えスイッチ７を第１接点４に切換えた状態を維持する。
【０００９】
一方、上記圧力が上記圧力上限値以上になると、一旦切換えスイッチ７を第２接点６に切換え、インバータ５を介してモータ２の回転数を予め定めた値、例えば８０％容量にする回転数まで下げ、このときの上記圧力の降下速度に基づいて、モータ２を停止させたとした場合における上記圧力が上記圧力下限値に達するまでにかかる時間Ｔ０を算出し、この時間Ｔ０とモータ２の起動から定格回転数に達するまでの時間Ｔ１との間で不等式
Ｔ０＞Ｔ１
が成立するか否かを判断する。そして、この不等式が成立しない場合には、上記演算、判断を繰り返す。上記不等式が成立する場合には、モータ２を停止させて消費電力を零とする一方で、上記判断を繰り返し、Ｔ０＞Ｔ１でなくなると、即ちＴ０＝Ｔ１となった時点でモータ２を起動させ、吐出圧力が上記圧力下限値以下に低下するのを防止する。
【００１０】
このように、この制御方法では、インバータ５は吐出圧力調節のためにモータ２を停止させるか否かの判断のためと、モータ２を起動させて定格回転数の状態に移行させるためにのみ使用されている。換言すれば、この制御方法では、吐出圧力の調節のために、インバータ５を使用することはせず、基本的にはモータ２を１００％容量の負荷運転か、モータ２を停止させるかのいずれかが行われるだけである。そして、吐出圧力の上昇時にはモータ２を停止させることにより、吸気調節弁を用いて無負荷運転する場合のような無駄な電力消費をなくし、起動時、停止させるべきか否かの判断時を除き、インバータ５は使用せずインバータロスを最小限にとどめるようにしてある。
また、この制御方法では、モータ２の起動時にインバータ５を使用し、インバータ５によりモータ２の回転数を上げるようにしてあり、起動時のモータ２に過大な電流が流れるのを防止し、モータ２の加熱を抑制するようにしてあるため、モータ２の起動、停止が頻繁になってもモータ２が過熱することはなく、それによる耐久性の低下は防止されている。
【００１１】
ここで、一例として、圧縮機が負荷運転、即ち１００％容量の運転をしているときの消費電力がインバータロス、機械的ロスおよびモータ効率の低下を考えない場合、１００ｋｗ／ｈで、圧縮ガスの消費量がこの圧縮機の５０％容量である場合を考える。この場合、上記公報に記載の圧縮機では、インバータによりモータの回転数を制御して、圧縮機を５０％容量の運転状態にするので、インバータロス、機械的ロス、およびモータ効率の低下を伴い、消費電力が５０ｋｗ／ｈよりも大きくなる。ここで、インバータロスが上記消費電力の５％、５０％容量での運転時の機械的ロスによる消費電力の増加分を１０％、１００％容量での運転時のモータ効率を１００％とした場合における５０％容量での運転時のモータ効率を９７％とすると、消費電力は、
｛１００×０．５×（１＋０．１）｝／（０．９５×０．９７）＝５９．７（ｋｗ／ｈ）
となる。
【００１２】
これに対し、本制御方法では、基本的にはインバータロス、機械的ロス、およびモータ効率の低下をなくすことができるので、単純に計算しても消費電力は、１００ｋｗ／ｈの半分の５０ｋｗ／ｈとなり、大幅な効率向上が可能となる。実際には、従来のようにインバータでモータの回転数を制御して吐出圧力を一定の値にする場合に比べて、本制御方法の方が、圧縮機の運転時の吐出圧力が高くなるので、効率が低下する。よって、この圧力差による効率低下を３％とした場合、本発明に係る制御方法での消費電力は、
１００×１．０３／２＝５１．５（ｋｗ／ｈ）
となる。
したがって、上記公報に記載の圧縮機に対する本制御方法による効率向上の割合は、
（５９．７−５１．５）／５９．７＝０．１３７
となり、１３．７％の効率向上が可能となっている。
【００１３】
なお、本制御方法において、インバータを使用する場合があるが、インバータを使用するのは、上述したように、吐出圧力の調節のためではなく、起動、停止のごく短い一時期に限られているため、上記ロス、モータ効率の低下による消費電力の増分は小さい。
【００１４】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明によれば、圧縮機本体を駆動するモータを商用電力供給線に直結した状態にする第１接点と上記モータを、その回転数を制御するためのインバータを介して商用電力供給線に接続した状態にする第２接点とを有する切換えスイッチと、上記圧縮機本体に接続した吐出流路に圧力検出可能に設けた圧力検出手段と、上記圧力検出手段からの圧力信号を受けて、この圧力信号に基づいて上記インバータに対して上記モータの回転数に対応する指令信号を出力し、切換えスイッチに対して、接点切換えのための信号を出力する制御装置とを備えた圧縮機の制御方法において、上記モータを起動する場合には上記切換えスイッチを第２接点に切換えた状態下で、上記インバータを介して上記モータの回転数を定格回転数まで上げ、その後上記切換えスイッチを上記第１接点に切換え、上記圧力信号が示す圧力が予め定めた圧力下限値を超え、上記圧力下限値と予め定めた圧力上限値との間の値に保たれている場合には、上記切換えスイッチを上記第１接点に切換えた状態を維持し、上記圧力が上記圧力上限値以上になると上記切換えスイッチを第２接点に切換え、上記インバータを介して上記モータの回転数を予め定めた値まで下げ、このときの上記圧力の降下速度に基づいて、上記モータを停止させたとすると上記圧力が上記圧力下限値に達するまでにかかる時間Ｔ０を算出し、この時間Ｔ０と上記モータの起動開始から定格回転数に達するまでの時間Ｔ１との間で不等式
Ｔ０＞Ｔ１
が成立するかしないかを判断し、成立しない場合には、上記演算、判断を繰り返し、上記不等式が成立する場合には、上記モータを停止させる一方で上記判断を繰り返し、Ｔ０＞Ｔ１でなくなると、即ちＴ０＝Ｔ１となると上記モータを起動させるようにしてある。
【００１５】
このため、圧縮機本体駆動用のモータの耐久性を損なうことなく、消費電力を節減して、かつ吐出圧力を一定範囲内に保つことを可能とするという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る制御方法が適用される圧縮機の全体構成を示す図である。
【符号の説明】
１  圧縮機本体
２  モータ
３  商用電力供給線
４  第１接点
５  インバータ
６  第２接点
７  切換えスイッチ
８  吐出流路
９  圧力検出手段
１０  制御装置
【図１】
0003731931.tif 000002