JPH0134316B2

JPH0134316B2 -

Info

Publication number: JPH0134316B2
Application number: JP9391880A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yoshida; Fumio Takeda; Hiroyuki Matsuda
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1980-07-11
Filing date: 1980-07-11
Publication date: 1989-07-18
Also published as: JPS5719199A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はスクリユ圧縮機の容量制御方法に係
り、更に詳しくは省エネルギを達成することがで
きるスクリユ圧縮機の容量制御方法に関するもの
である。

〔従来の技術〕

スクリユ圧縮機で用いられる容量制御方法とし
て、例えば特開昭52−136406号公報に記載されて
いるように、吸入絞り式制御とオンオフ式制御と
の併用がある。吸入絞り式の容量制御は貯気槽を
含む吐出側管路の圧力変動を入力として作動する
吸入絞り弁の開度を連続的に開閉し、吸入ガス量
の調節を行うものである。またオンオフ式の容量
制御は無負荷状態になつた際の吐出側管路内の圧
力上昇により吸入絞りを全閉にし、圧力変動を入
力として作動する放気弁を開いて油回収器内の圧
縮気体を放出して最低負荷状態で圧縮機を運転
し、また吐出側管路内の圧力が減少したならば、
吸入絞り弁を全開にし放気弁を閉じて、全負荷で
運転し、これらの運転状態を交互に運転するもの
である。

〔発明が解決しようとする課題〕

この吸入絞り式制御とオンオフ式制御との併用
による容量制御では、吸入絞り式制御とオンオフ
式制御とでは負荷の使用空気量に対する消費電力
特性が異なつている。すなわち、両者を比較した
場合、吸入絞り式制御は使用空気量が多い領域で
省エネルギー効果があり、またオンオフ式は使用
空気量の少ない領域で省エネルギー効果がある。
そして、この種の容量制御では吸入絞り式制御か
らオンオフ式制御に、またこれとは逆にオンオフ
式制御から吸入絞り式制御に切換えるための切換
点を仕様等により予め固定している。このため、
接続する配管系の容量が変化した場合、前述した
切換点を変更することが不可能なために、消費動
力が増加することを無視して使用している。した
がつて、省エネルギーの観点からは良好な運転が
行われていなかつた。

本発明は上記の事柄にもとづいてなされたもの
で、吸入絞り式制御とオンオフ式制御との切換点
をスクリユ圧縮機に接続する配管系の容積に応じ
て変更設定して省エネルギー運転を可能にしたス
クリユ圧縮機の容量制御方法を提供することを目
的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の特徴とするところは、スクリユ圧縮機
の吸入側に設けた吸入絞り弁による吸入絞り式制
御と、吸入絞り式制御とスクリユ圧縮機の吐出側
に設けた放気弁とによるオンオフ式制御とを切換
えて容量制御を行うスクリユ圧縮機において、前
記制御の切換点を仮決定するための仮設定値によ
つて両制御を実行し、この両制御に実行によつて
計測されるスクリユ圧縮機のモータの入力電力、
使用空気量、吐出圧力などの状態量のうちいずれ
か１つの状態量を比較して、それらの計測値が一
致したときに、その状態量を両制御の切換点のた
めの設定値として記憶し、その後状態量が設定値
以上であれば吸入絞り式制御で、それ以下であれ
ばオンオフ式制御で容量制御運転を行うことを特
徴とするものである。

〔作用〕

スクリユ圧縮機に接続する配管系の容積が変化
した場合、オンオフ式制御と吸入絞り式制御とを
それぞれ実行する。その実行により計測されるス
クリユ圧縮機のモータの入力電力、空気量、空気
量比、吐出圧力などの状態量のうちいずれか１つ
の状態量を比較して、それらの計測値が一致した
ときに、その状態量を両制御の切換点のための設
定値として記憶する。このようにして、スクリユ
圧縮機に接続する配管系の容積の変化に対応した
適切な切換点が得られる。その後は、この設定値
を基準として、計測された状態量が設定値以上で
あれば吸入絞り式制御で運転し、それ以下であれ
ばオンオフ式制御で運転する。

〔実施例〕以下本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は本発明の方法を実施するためのスクリ
ユ圧縮機の制御系統図である。図において１はス
クリユ圧縮機、２はスクリユ圧縮機１のスクリユ
ロータ、３はスクリユロータ２を回転させるモー
タ、４はスクリユ圧縮機１の吸入管、５は吐出
管、６は吸込管４に設けた吸入絞り弁で、この吸
入絞り弁６はシリンダ７によつて開閉操作され
る。８は油回収器、９は油回収器８に設けた放気
弁、１０はガス冷却器、１１は貯気槽、１２は供
給管である。

吸入ガスは吸入絞り弁６を通つて圧縮機１の吸
込管４より圧縮機１に吸込まれ加圧される。この
加圧された吸入ガスは吐出管５および逆止弁１３
を通つて油回収器８に入り、ガス中の油分は分離
されて油回収器８の下部に貯溜される。油分を分
離した圧縮ガスは油回収器８の出口に設けた油分
離フイルタ１４を通り、調圧弁１５を経てガス冷
却器１０を通り貯気槽１１、供給管１２により負
荷側に供給される。また油回収器８内の油は油冷
却器１６で冷却され、油ろ過器１７でろ過された
のち、圧縮機に注油される。油回収器８内の圧縮
ガスは放気弁により大気に放出される。ガス冷却
器１０内の圧力ガスは減圧弁１８、三方電磁弁１
９を通つてシリンダ７のピストンロツド側室７ａ
に、また圧力調整弁２０、電磁弁２１を通つてシ
リンダ７の反ピストンロツド側室７ｂに供給され
る。これにより、吸入絞り弁５が動かされ、圧縮
機１への吸込ガス量を調節することができる。前
述した三方電磁弁１９はそのＳポートをＱポート
またはＲポートに切換え連通する。この三方電磁
弁１９、電磁弁２１、放気弁９およびモータ３の
電磁開閉器２２は制御装置２３からの指令により
操作される。制御装置２３には圧力検出器２４で
検出されるガス冷却器１０の圧力および検出器２
５で検出されるモータ３の入力電力の入力信号が
加えられている。このモータ３の入力電力は圧縮
機の消費電力を表している。

次に、本発明による吸入絞り式制御動作を説明
する。

制御装置２３からの指令により、放気弁９、電
磁弁２１は開に、また三方電磁弁１９はそのＳポ
ートをＱポートに連通されている。これにより、
ガス冷却器１０内の圧力ガスは減圧弁１８によつ
て一定圧力に減圧され、シリンダ７のピストンロ
ツド側室７ａに導かれる。圧力調整弁２０はその
設定圧力P_dを越えた時点よりガス冷却器１０の
圧力の変化に応じた２次圧力を発生する。そし
て、この２次圧力はシリンダ７の反ピストンロツ
ド側室７ｂに導かれる。シリンダ７への圧力ガス
の作用によりシリンダ７はガス冷却器１０の圧力
変化に応じて動作し吸入絞り弁６によるガス吸込
量を連続して制御する。この吸入絞り式制御と後
述するオンオフ式制御との特性を第２図に示す。
図において横軸は使用空気量比を、縦軸は消費動
力比を示すもので、特性線ａは吸込絞り式制御の
特性を、また特性線ｂはオンオフ式制御の特性で
ある。この特性線ａ，ｂの交点ｃが両制御の切換
点となる。

次に本発明によるオンオフ式制御動作を説明す
る。

制御装置２３からの指令により電磁弁２１を閉
にすると共に、圧力検出器２４で検出された圧力
が上限設定圧力P_uに上昇すると、制御装置２３
からの指令により三方電磁弁１９はＳポートをＲ
ポートに連通する。これによりガス冷却器１０内
の圧力ガスはシリンダ７の反ピストンロツド側室
７ｂに作用するので、シリンダ７は吸入絞り弁ｂ
を全閉にする。それと同時に制御装置２３からの
指令により放気弁９を開いて油回収器８内の圧縮
ガスを大気に放出し、圧縮機１の運転状態を無負
荷にする。その後、ガス冷却器１０内の圧力が下
降し、下限設定値P_Lに達すると、三方電磁弁１
９は切換えられ、そのＳポートをＱポートに連通
するので、ガス冷却器１０内の圧力ガスがシリン
ダ７のピストンロツド側室７ａに加えられる。こ
のため、シリンダ７は吸入絞り弁６を全開にし、
圧縮機１の運転状態を全負荷にする。それと同時
に、放気弁９は全閉にされ放気を停止する。この
ように無負荷運転と全負荷運転とを交互に繰り返
す。このオンオフ式制御の特性は第２図の特性線
ｂに示してある。また、このオンオフ式制御のと
きの各部の状態変化を第３図に示す。第３図にお
いて特性線ｄはガス冷却器１０の圧力変化、特性
線ｅは油回収器８の圧力変化、特性線ｆはモータ
３の電力変化を示す。T_dは無負荷運転時間、T_u
は全負荷運転時間、T_pは油回収器８での圧縮時
間である。

次に前述した吸入絞り式制御とオンオフ式制御
とを実行操作するための制御装置２３の構成を第
４図について説明する。この図において第１図と
同符号のものは同一部分である。２６は検出器２
４，２５からのアナログ信号をデイジタル信号に
変換するＡ／Ｄ変換器、２７は取り込んだ信号を
予め記憶した処理手順に従つて演算処理する中央
演算処理装置、２８は処理した結果を外部の装置
に出力するＤ／Ａ変換器、２９は中央演算処理装
置２７の処理手順を記憶するリードオンメモリ
（ROM）、３０は計算結果などを一時的に記憶す
るランダムアクセスメモリ（RAM）である。

次に制御装置２３によつて吸入絞り式およびオ
ンオフ式の容量制御の実行手順の一例を第２図に
ついて説明する。

ここでは、両制御方式の切換点を決定するため
の状態量にモータの消費電力（入力電力）を用い
る。

始動開始時はステツプP1で両制御方式の切換
点の消費電力としての設定値Ｍに仮の値、すなわ
ち、使用空気量比100％時の消費電力を設定する。
次に、圧縮機を吸入絞り式制御で始動する。（オ
ンオフ式制御から始めることもできる。）吸入絞り式制御はまず、ステツプP2で電磁弁
２１を開に、ステツプP3で三方電磁弁１９のＳ
ポートとＱポートを連通させる。ステツプP4で
放気弁９を閉に、ステツプP5で電磁開閉器２２
を投入し、モータ３を始動する。これにより、吸
入絞り式容量制御が行われる。そして、ステツプ
P6でモータ３の消費電力を第４図に示すＡ／Ｄ
変換器２６でサンプリング時間Δtごとにメモリ
３０に取り入れる。ステツプP7でそのサンプル
した消費電力W_oのサンプリング数がＫになつた
かどうか判断しサンプル数＜Ｋならば、ステツプ
P2〜P7の吸入絞り式制御を継続する。サンプル
数がＫになつた時点でステツプP8に移る。ステ
ツプP8ではを求め、現時点の使用空気量状態での吸入絞り式
制御の消費電力M₁として記憶する。ステツプP9
はこの吸入絞り式制御の消費電力M₁と仮設定値
Ｍとを比較し、M₁ ＞ＭならばステツプP2〜P9の
吸入絞り式制御を継続する。M₁＜Ｍならば、ス
テツプP10以後のオンオフ式制御に移る。

オンオフ式制御はまず、ステツプP10〜P14の
オン動作すなわち全負荷運転を実行する。ステツ
プP10で電磁弁２１を閉、ステツプP11で三方電
磁弁１９のＳポートとＱポートとを連通させる。
ステツプP12で放気弁９を閉じて、ガス冷却器１
０内の圧力を上昇させる。ステツプP13では、モ
ータ３の消費電力をΔtごとにサンプリングし、
そのサンプル値W_oを記憶する。ステツプP14は
ガス冷却器１０の内の圧力が上限圧力P_uになつ
たかどうか判断する。ガス冷却器１０圧力＜P_u
ならば、ステツプP10〜P14のオン動作を継続、
ガス冷却器１０圧力＞P_uに上昇した時点で、ス
テツプP15〜P18のオフ動作すなわち無負荷運動
に移る。ステツプP15で三方電磁弁１９のＳポー
トとＲポートとを連通させて、吸入絞り弁６を全
閉にする。ステツプP16で放気弁９を開いて油回
収器８内の圧縮ガスを放出してガス冷却器１０内
に圧力を低下させる。これにより、圧縮機は無負
荷運転状態となる。ステツプP17は、モータ３の
消費電力をΔtごとにサンプリングし、そのサン
プリング値W_oを記憶する。ステツプP18は、ガ
ス冷却器１０内の圧力が下限圧力P_Lになつたか
どうか判断する。ガス冷却器１０圧力＞P_Lなら
ば、ステツプP15〜P18のオフ動作を継続し、ガ
ス冷却器１０圧力＜P_Lになつたならば、ステツ
プP19に移る。ステツプP19はオンオフ動作を２
回実行させるための判断機能で、２回実行した後
はステツプP20に移る。ステツプP20は全負荷運
転と無負荷運転とで消費したモータ３の平均消費
電力M₂を求め記憶する。

これは、２回目のオンオフ動作時にステツプ
P13、P17でΔtごとにサンプルした消費電力W_oか
ら平均動力M₂を(2)式より求める。ここで、T_dは
第３図の無負荷運転時間、T_uは全負荷運転時間
を示す。また、Ｋはサンプル数を示す。

但しＫ＝T_d＋T_u／Δt このようにして求めた、現時点の使用空気量状
態での、両制御方式の消費電力M₁，M₂を用い、
ステツプP21において、両制御方式の切換点
（M₁＝M₂）を求めるために、M₁とM₂とを比較
する。

この比較結果で、M₁＜M₂ならば、現時点の圧
縮機の使用空気量は、第２図の空量特性の切換点
Ｃより右側にあることを示している。そして、消
費電力がM₁以上では、吸入絞り制御で運転する
方が省エネルギー効果が大きいことを示してい
る。しかしながら、まだ、M₁が最適な切換点で
はないため、再度、切換点を求める操作を行う。
ステツプP22で、仮設定値M₁より小さい値すな
わち、切換点に近づけた値M₁−Δwに変更し、ス
テツプP2〜P9の吸入絞り式制御を実行する。こ
こでΔwは、定数値であり、圧縮機の容量特性に
より調整する。

今度のステツプP2〜P9の吸入絞り式制御では、
設定値ＭがM₁−Δwになつたため、消費電力が
M₁−Δw以下になるまで吸入絞り式制御を継続
し、負荷の使用空気量が減少し、消費電力がM₁
−Δw以下になつたらば、ステツプP10〜P20のオ
ンオフ式制御で圧縮機を運転しこの時の消費電力
M₂を求める。

このようにして、前回より使用空気量の少ない
時点での両制御方式の消費電力を求め、ステツプ
P21において、前述と同様に、切換点かどうか判
断する。このような手順により、繰返し切換点仮
設定値ＭをΔwずつ変化させて、切換点が求まる
ように制御する。

一方、ステツプP21の比較結果がM₁＞M₂なら
ば、現時点の圧縮機の使用空気量は、第２図の容
量特性の切換点Ｃより左側にあることを示してい
る。そして、消費電力がM₁以下は、オンオフ式
制御で運転する方が省エネルギー効果の大きいこ
とをしている。

しかしながら、ここで求めた消費電力M₁が最
適な切換点ではないので、再度、切換点を求める
操作を行う。ステツプP23で、仮設定値M₁より
大きい値、すなわち、切換点に近づけた値M₁＋
Δwに変更し、ステツプP24〜P25のオンオフ式制
御を実行する。ステツプP25は、オンオフ式制御
の消費電力M₂と、仮設定値Ｍは比較し、消費電
力がＭ以上になるまで、オンオフ式制御を継続す
る。そして、負荷状態が変化し、消費電力がＭ以
上か等しくなつたならば、ステツプP26の吸入絞
り式制御を実行しその時の消費電力M₁を求める。

このようにして、前回より使用空気量の多い時
点での両制御方式の消費電力を求め、ステツプ
P21において、前述と同様に、切換点かどうか判
断する。このような手順により、繰返し切換点仮
設定値ＭをΔwずつ変化させて、切換点が求まる
ように制御する。

さて、ステツプP21の比較結果がM₁＝M₂と一
致または許容範囲に入つたならば、ステツプP27
で、その時点の消費電力を切換点Ｃ設定値M₃と
して記憶する。その後の制御においてはステツプ
P28で、各制御方式での消費電力が設定値M₃よ
り等しいかまたは大きい場合には、ステツプP30
の吸入絞り式制御を選択し、また、それ未満であ
るならば、ステツプP29のオンオフ式制御を選択
する。なお、ステツプP26、P30での吸入絞り式
容量制御の記述はステツプP2〜P8の手順を示す。
ステツプP24、P29でのオンオフ式容量制御の記
述はステツプP10〜P20の手順を示す。

このようにして、負荷の使用空気量状態によつ
て、最も省エネルギー効果のある容量制御方式を
自動的に選択することができる。

次に吸入絞り式制御とオンオフ式制御との切換
実行手順の他の例を第６図について説明する。

この例は吸入絞り式制御からオンオフ式制御へ
の切換点のための仮設定値M_A、およびオンオフ
式制御から吸入絞り式制御への切換点のための仮
設定値M_Bを、予め設定しメモリに記憶しておく
ものである。この場合の記憶値はモータ３の消費
電力である。そして、吸入絞り式制御で始動し、
その時のモータ３の消費電力M₁と仮設定値M_Aと
を比較し、消費電力M₁が仮設定値M_A以下になれ
ば、オンオフ式制御に移る。同様に消費電力M₂
と仮設定値M_Bとを比較し、消費電力M₂が仮設定
値M_B以上ならば、吸入絞り式制御に移る。この
ように、吸入絞り式制御とオンオフ式制御との仮
設定値を別々に設定しておくことも可能である。

前述した実施例におけるオンオフ式制御時に生
じる各弁の切換え疲労を軽減するために、第７図
に示すように吸入絞り式制御とオンオフ式制御と
にタイマ制限を設けて、制御が切換つた場合にタ
イマを働かせて、この切換つた制御を一定時間運
転することもできる。このタイマ計画をプログラ
ムの処理時間によつて行う。また外部タイマを起
動して割込み制御させることも可能である。さら
に第８図に示すように、オンオフ式制御での放気
弁９および吸入絞り弁６の作動回数に制限値を設
定し、弁の作動回数が制限値を越えたならば、吸
入絞り式制御に移り、一定時間オンオフ式制御に
移行できないようにしてもよい。

なお、上述の実施例は圧縮機の容量制御のため
の状態量としてモータ３の入力電力を用いて説明
したが、モータ３の入力電流、使用空気量、空気
量比、吐出圧力などの状態量も使用することがで
きる。そして、使用空気量は圧縮機運転時の使用
空気量から消費電力との関係により、消費動力ｗ
の関数関係にあるので、この使用空気量から消費
電力を算出することができ、また圧縮機の吐出圧
力は使用空気量によつて変化する。すなわち使用
空気量が増加すると圧力は減少し、使用空気量が
減少すると、圧力は上昇する関係にあるので、こ
の吐出圧力も消費電力の一要素として用いること
ができる。また吸入絞り弁６の開閉駆動手段とし
て第９図に示すようにラツク３１とピニオン３２
とによつて駆動することもできる。この場合、ピ
ニオン３２はパルスモータを連結することにな
る。さらに制御装置２３としてマイクロコンピユ
ータを用いたが、他のアナログ回路、デイジタル
回路の組み合せでも可能である。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明は吸入絞り式制御
とオンオフ式制御との切換点を、負荷の使用空気
量に応じて省エネルギー効果が得られるように選
ぶことができるので、圧縮機に接続する配管系の
容積が変化しても、これに対応して吸入絞り式制
御とオンオフ式制御との内、省エネルギーとなる
制御で圧縮機の容量制御ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の容量制御方法を実施するため
のスクリユ圧縮機の制御系統図、第２図は本発明
の吸入絞り式制御とオンオフ式制御との特性図、
第３図は本発明のオンオフ式制御のときの各部の
状態変化を示す図、第４図は本発明の方法に用い
られる制御装置の構成の一例を示す図、第５図〜
第８図は本発明の容量制御方法の実行手順の例を
示すフローチヤート、第９図は本発明の方法に用
いられる吸入絞り弁の駆動手段の他の例を示す図
である。１……スクリユ圧縮機、２……スクリユロー
タ、３……モータ、４……吸込管、６……吸入絞
り弁、８……油回収器、９……放気弁、１０……
ガス冷却器、１１……貯気槽、１２……供給管、
１６……油冷却器、１９……三方電磁弁、２１…
…電磁弁、２３……制御装置、２４……圧力検出
器、２５……検出器。

Claims

【特許請求の範囲】１スクリユ圧縮機の吸入側に設けた吸入絞り弁
による吸入絞り式制御と、吸入絞り弁とスクリユ
圧縮機の吐出側に設けた放気弁とによるオンオフ
式制御とを切換えて、容量制御を行うスクリユ圧
縮機において容量制御を仮決定するための仮設定
値によつて両制御を実行し、この両制御の実行に
より計測されるスクリユ圧縮機のモータの入力電
力、入力電流、使用空気量、空気量比、吐出圧力
などの状態量のうちいずれか１つの状態量を比較
して、それらの計測値が一致したときに、その状
態量を両制御の切換点のための設定値として記憶
し、その後、状態量が設定値以上であれば吸入絞
り式制御で、それ以下であれば、オンオフ式制御
で容量制御運転を行うことを特徴とするスクリユ
圧縮機の容量制御方法。２吸入絞り式制御動作中とオンオフ式制御動作
中とに計測した状態量のいずれか１つをそれぞれ
比較して、吸入絞り式制御での計測値の方が小さ
い場合には吸入絞り式制御を行うと共に、切換点
のために仮決定した仮設定値を以前よりも小さく
変更することを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載のスクリユ圧縮機の容量制御方法。３吸入絞り式制御動作中とオンオフ式制御動作
中とに計測した状態量のいずれか１つをそれぞれ
比較して、オンオフ式制御での計測値の方が小さ
い場合にはオンオフ式制御を行うと共に、切換点
のために仮決定した仮設定値を以前よりも大きく
変更することを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載のスクリユ圧縮機の容量制御方法。４吸入絞り式制御動作中に計測した状態量と設
定値とを比較して吸入絞り式制御での計測値の方
が小さい場合には吸入絞り式制御を行うと共に、
切換点のために仮決定した仮設定値を以前よりも
小さく変更することを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載のスクリユ圧縮機の容量制御方法。５オンオフ式制御動作中に計測した状態量と設
定値とを比較してオンオフ式制御での計測値の方
が小さい場合にはオンオフ式制御を行うと共に、
切換点のために仮決定した仮設定値を以前よりも
大きく変更することを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載のスクリユ圧縮機の容量制御方法。６仮設定値の変更値は吸入絞り式制御とオンオ
フ式制御とにおける状態量の計測値の差に応じて
変更することを特徴とする特許請求の範囲第２項
〜第５項のいずれかに記載のスクリユ圧縮機の容
量制御方法。７仮設定値を吸入絞り式制御とオンオフ式制御
とに別々に設定し、それぞれの仮設定値でそれぞ
れ制御を切換え実行することを特徴とする特許請
求の範囲第１項〜第５項のいずれかに記載のスク
リユ圧縮機の容量制御方法。８切換点を決定し記憶したのちの制御運転中
で、切換時の各制御での計測値差に差が生じ、そ
の差が許容範囲以上ならば、最適な切換点を得る
ための設定値設定動作を行うことを特徴とする特
許請求の範囲第１項〜第６項のいずれかに記載の
スクリユ圧縮機の容量制御方法。