JP5410123B2

JP5410123B2 - 空気圧縮機

Info

Publication number: JP5410123B2
Application number: JP2009061416A
Authority: JP
Inventors: 英晴田中; 正彦高野; 晃洋長阪
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2009-03-13
Filing date: 2009-03-13
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2029-03-13
Also published as: US20100232980A1; JP2010216284A; CN101832256A; CN101832256B; US8425198B2

Description

本発明は、空気圧縮機に係り、特に冷却ファンをインバータで制御する空気圧縮機に好適なものである。

空気圧縮機の省電力化、低騒音化の要求がますます強くなってきている。こうした状況下で、圧縮機本体のインバータによる可変速制御化に加えて、一定速回転が主流であった熱交換器冷却用ファンのファンモータにおいてもインバータによる可変速制御化が進んできている。ファンモータのインバータ制御化により、必要とする負荷の増減に応じてファンモータの回転数を増減できるため、省電力化、低騒音化を図ることができるといったメリットを得ることができる。

空気圧縮機の冷却ファンのインバータ制御の適用例としては、特開２００９−１３８４３号公報（特許文献１）に示されたスクリュー圧縮機が挙げられる。この特許文献１のスクリュー圧縮機は、雄雌一対のスクリューロータを有する圧縮機本体と、圧縮機潤滑油用の空冷式冷却器と、圧縮空気用の空冷式冷却器と、前記圧縮機本体内及び前記空冷式冷却器に冷却風を供給する冷却ファンと、前記冷却ファンを回転数制御するインバータと、潤滑油の温度を検出する第１のセンサと、吸込空気温度を検出する第２のセンサと、冷却ファン制御手段と、を備えて構成されている。

前記冷却ファン制御手段は、潤滑油の設定温度及び吸込空気の設定温度を記憶する記憶部と、第１のセンサからの潤滑油温度検出値が前記記憶部に記憶した潤滑油の設定温度よりも高くなった場合に、前記冷却ファンの回転数を増加させる制御信号を演算し、また、第２のセンサからの吸込空気温度検出値が前記記憶部に記憶した吸込空気の設定温度よりも高くなった場合に、冷却ファンの回転数を増加させる制御信号を演算する演算部とを有している。

特開２００９−１３８４３号公報

前記特許文献１では、インバータにより冷却ファンの回転数を制御することが開示されているが、インバータトリップ発生時の制御に関しては開示されていない。

冷却ファンをインバータ制御する一般的な空気圧縮機において、瞬時的な電圧降下といった電源ラインの一時的で軽微な外乱が発生した場合でも、冷却ファンのインバータを保護するために冷却ファンのインバータを停止させ（インバータトリップさせ）、この時に圧縮機本体の運転も同時に停止させてしまっていた。このために、冷却ファンをインバータ制御する一般的な空気圧縮機は、冷却ファンをインバータ制御しない空気圧縮機と比較して、電源ラインの一時的な外乱に対しての余裕度が少ないこととなっていた。

本発明の目的は、ファンモータをインバータ制御化してインバータトリップが発生した場合に、ファンモータの再起動を可能としつつ、圧縮空気の供給を継続できる空気圧縮機を提供することにある。

前述の目的を達成するために、本発明では、圧縮機本体と、前記圧縮機本体を駆動する圧縮機モータと、ファンを駆動するファンモータと、前記ファンモータを制御するインバータと、前記圧縮機モータの運転及び前記ファンモータの運転を制御する制御手段とを備えた空気圧縮機において、前記制御手段は、インバータトリップ発生時に前記圧縮機モータの運転を継続させながら前記ファンモータを再起動待ちの状態とし、その後に前記ファンモータを再起動させるように制御する構成にしたことにある。

係る本発明のより好ましい具体的な構成例は次の通りである。
（１）前記制御手段は前記ファンモータを再起動待ちの状態とした時から所定時間後に前記ファンモータを再起動させるように制御すること。
（２）前記制御手段は、前記ファンモータを再起動する際にインバータトリップの終了有無を検出し、インバータトリップが終了している場合に前記ファンモータを再起動し、インバータトリップが終了していない場合に前記ファンモータの再起動待ち状態を継続し、その後に前記冷却ファンを再起動させるように制御すること。
（３）前記圧縮機本体の吐出空気温度を検出する温度検出手段を備え、前記制御手段は、前記温度検出手段で検出された吐出空気温度が予め設定された上限値より低い場合に、前記ファンモータを再起動させるように制御すること。
（４）前記圧縮機本体の吐出空気温度を検出する温度検出手段を備え、前記制御手段は、前記ファンモータの再起動待ち中に前記温度検出手段で検出された吐出空気温度が予め設定された上限値に達した場合に、前記圧縮機モータの運転を停止させるように制御すること。

係る本発明の空気圧縮機によれば、ファンモータをインバータ制御化してインバータトリップが発生した場合に、ファンモータの再起動を可能としつつ、圧縮空気の供給を継続できる。

本発明の第１実施形態の空気圧縮機の全体構成図である。第１実施形態の空気圧縮機の制御例１を示すタイムチャートである。第１実施形態の空気圧縮機の制御例２を示すタイムチャートである。第１実施形態の空気圧縮機の制御例３を示すタイムチャートである。第２実施形態の空気圧縮機の制御例４を示すタイムチャートである。

以下、本発明の複数の実施形態について図を用いて説明する。各実施形態の図における同一符号は同一物または相当物を示す。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態の空気圧縮機を図１から図４を用いて説明する。

まず、本実施形態の空気圧縮機２０の全体の構成及び機能等に関して図１を参照しながら説明する。図１は本実施形態の空気圧縮機２０の構成図である。本実施形態の空気圧縮機２０はスクリュー圧縮機の例である。

圧縮機本体１は、圧縮機モータ２により駆動される互いに噛合う雌雄一対のスクリューロータを収容して構成されている。吸込みフィルタ３は、一側が圧縮機本体１の吸込み側と連通され、他側が大気と連通されている。吸込み逆止弁４は圧縮機本体１と吸込みフィルタ３との間に設けられている。

圧縮機モータが駆動されると、圧縮機本体１は、大気中の空気を吸込みフィルタ３および吸込み逆止弁４を経由して吸込み、この大気空気を所定の圧力にまで圧縮し、圧縮空気として吐出する。

オイルセパレータ５は圧縮機本体１の吐出側に設置されている。圧縮空気熱交換器７の一側はオイルセパレータ５の上部と連通され、圧縮空気熱交換器７の他側はパッケージ１３の外部へ導出されている。逆止弁６はオイルセパレータ５と圧縮空気熱交換器７との間に設けられている。潤滑油熱交換器８の一側はオイルセパレータ５の下部の油貯留部と連通され、潤滑油熱交換器８の他側は圧縮機本体１の圧縮室の中間部と連通されている。

圧縮空気熱交換器７および潤滑油熱交換器８は、通風ダクト１５と共に通風ダクト１５内に配置されている。通風ダクト１５は、パッケージ１３の吸込み通風口１３ａおよび吹出し通風口１３ｂを介してパッケージ１３外部と連通されている。冷却ファン９は、外気を吸込み通風口１３ａから吸込んで吹出し通風口１３ｂから吹出すように動作するファン９ａと、ファン９ａを駆動するファンモータ９ｂとから構成されている。圧縮空気熱交換器７および潤滑油熱交換器８は、冷却ファン９により送風されることによって外気と熱交換を行う。

圧縮機本体１から吐出された圧縮された潤滑油を含む圧縮空気は、オイルセパレータ５で潤滑油１４が分離された後に、逆止弁６経由して圧縮空気熱交換器７に送られ、圧縮空気熱交換器７で冷却された後にパッケージ１３外部に吐出される。一方、オイルセパレータ５で圧縮空気より分離された潤滑油１４は、潤滑油熱交換器８に送られ、潤滑油熱交換器８により冷却された後に圧縮機本体１へ再び給油される。

圧縮機モータ２およびファンインバータ１２を介して運転されるファンモータ９ａは制御手段１０により制御される。また、圧縮機本体１の下流には圧縮機本体１から吐出される吐出し空気温度を検出する温度検出手段１１が設置されている。制御手段１０は、予め設定された吐出しガス温度の上限値Ｔｄｈと温度検出手段１１の検出値Ｔｄとを比較し、Ｔｄ＞Ｔｄｈの場合には異常状態であると判定して圧縮機モータ２の運転を停止させ、圧縮機本体１の運転を停止させる。

次に、一時的な外乱の代表例として瞬時電圧降下が発生した場合、即ちインバータトリップが発生した場合の制御例を図２および図３を参照しながら説明する。図２は制御例１を示し、図３は制御例２を示す。これらの制御例１、２では、時間ｔ＝ｔ１で瞬時電圧降下が発生し（インバータトリップが開始し）、時間ｔ＝ｔ２で復電した（インバータトリップが終了した）場合の例である。

図２に示す制御例１における制御手段１０の制御を説明する。時間ｔ＝ｔ１で発生した電源電圧の瞬時電圧降下をファンインバータ１２が検出すると、ファンモータ９ｂを一旦停止させ、ファンモータ９ｂを再起動待ちの状態とすると共に、圧縮機モータ２の運転を継続させるように制御する。ここで、圧縮空気温度Ｔｄと温度検出手段１１の検出値Ｔｄとを比較し、Ｔｄ＜Ｔｄｈの場合に圧縮機モータ２を継続運転させるように制御する。

そして、予め設定された所定時間である再起動待ち時間をタイマーで計測しながら、圧縮空気温度Ｔｄと温度検出手段１１の検出値Ｔｄとを比較し、Ｔｄ＜Ｔｄｈの場合に圧縮機モータ２を継続運転させるように制御する。

そして、再起動待ち時間経過後の時間ｔ＝ｔ３において、電源ラインの電圧降下が終了しているか（換言すれば、電源電圧が復帰しているか、またはインバータトリップが終了しているか）を判定し、終了している場合には、ファンモータ９ｂを再起動して通常の運転に復帰させるように制御する。

この制御例１を備えることにより、ファンモータをインバータ制御化してインバータトリップが発生した場合に、ファンモータの再起動を可能としつつ、圧縮空気の供給を継続できる。

図３に示す制御例２における制御手段１０の制御を説明する。この制御例２では、制御例１と相違する以下の点についてのみ説明し、制御例１と重複するそれ以外の説明は省略する。

ファンモータ９ｂの再起動待ちの状態で時間ｔ＝ｔ３になる前の時間ｔ＝ｔ４にＴｄ≧Ｔｄｈとなった場合には、時間ｔ＝ｔ４にて、再起動待ち状態であったファンモータ９ａを異常停止の状態とし、それと同時に圧縮機モータ２の運転を異常停止させるように制御する。この制御例２を備えることにより、圧縮機本体１の信頼性を確保することができる。

次に、一時的な外乱として再起動待ち時間より若干長い電圧降下が発生した場合の制御例３を図４を参照しながら説明する。この制御例３では、制御例１と相違する以下の点についてのみ説明し、制御例１と重複するそれ以外の説明は省略する。

制御例３では、時間ｔ＝ｔ１で電圧降下が発生し（インバータトリップが開始し）、時間ｔ＝ｔ３の経過後の時間ｔ＝ｔ５で復電した（インバータトリップが終了した）場合の例である。

最初の再起動待ち時間の経過後の時間ｔ＝ｔ３において、電源ラインの電圧降下が終了しているかを判定し、終了していない場合には、ファンモータ９ｂの再起動待ちの状態および圧縮機モータ２を運転を継続させるように制御する。

そして、予め設定された第２の所定時間である第２の再起動待ち時間をタイマーで計測しながら、圧縮空気温度Ｔｄと温度検出手段１１の検出値Ｔｄとを比較し、Ｔｄ＜Ｔｄｈの場合に圧縮機モータ２を継続運転させるように制御する。ｔ１からｔ５までの時間があまり長くならないように、最初の再起動待ち時間よりも第２の再起動待ち時間を短くすることが望ましい。

そして、第２の再起動待ち時間の経過後の時間ｔ＝ｔ５において、電源ラインの電圧降下が終了しているかを判定し、終了している場合には、ファンモータ９ｂを再起動して通常の運転に復帰させるように制御する。

この制御例３を備えることにより、最初の再起動待ち時間を短く設定することも可能となり、短く設定した場合には、短時間でファンモータ９ｂを再起動して通常の運転に復帰させることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態の空気圧縮機２０について図５を用いて説明する。図５はこの第２実施形態の空気圧縮機２０の制御例４を示すタイムチャートである。

この制御例４において、時間ｔ＝ｔ１で発生した電源電圧の瞬時電圧降下をファンインバータ１２が検出すると、ファンモータ９ｂを一旦停止させ、ファンモータ９ｂを再起動待ちの状態とすると共に、圧縮機モータ２の運転を継続させるように制御する。ここで、圧縮空気温度Ｔｄと温度検出手段１１の検出値Ｔｄとを比較し、Ｔｄ＜Ｔｄｈの場合に圧縮機モータ２を継続運転させるように制御する。この点は、制御例１と同じである。

そして、予め設定された所定時間である再起動待ち時間をタイマーで計測しながら、圧縮空気温度Ｔｄと温度検出手段１１の検出値Ｔｄとを比較し、Ｔｄ＜Ｔｄｈの場合に圧縮機モータ２を継続運転させるように制御する（この点は制御例１と同じである）と共に、電源ラインの電圧降下が終了しているかを判定し、終了している場合には、ファンモータ９ｂを再起動して通常の運転に復帰させるように制御する。

この制御例４によれば、インバータトリップの終了と同時に通常の運転に復帰できるので、インバータトリップの影響を最小限に止めることができる。

１…圧縮機本体、２…圧縮機モータ、３…吸込みフィルタ、４…吸込み逆止弁、５…オイルセパレータ、６…逆止弁、７…圧縮空気熱交換器、８…潤滑油熱交換器、９…冷却ファン、９ａ…ファン、９ｂ…ファンモータ、１０…制御手段、１１…温度検出手段、１２…ファンインバータ、１３…パッケージ、１４…潤滑油、１５…通風ダクト、２０…空気圧縮機。

Claims

圧縮機本体と、前記圧縮機本体を駆動する圧縮機モータと、ファンを駆動するファンモータと、前記ファンモータの回転数を制御するインバータと、前記圧縮機モータの運転及び前記ファンモータの運転を制御する制御手段とを備えた空気圧縮機において、
電源電圧の瞬時電圧降下を検出して前記インバータのトリップが開始すると、前記制御手段は、前記圧縮機モータの運転を継続させながら前記ファンモータを停止させ、前記ファンモータを再起動待ちの状態とし、その後に前記ファンモータを再起動させるように制御する
ことを特徴とする空気圧縮機。
請求項１において、前記制御手段は、前記ファンモータを再起動する際にインバータトリップの終了有無を検出し、インバータトリップが終了している場合に前記ファンモータを再起動し、インバータトリップが終了していない場合に前記ファンモータの再起動待ち状態を継続し、その後に前記冷却ファンを再起動させないように制御することを特徴とする空気圧縮機。
請求項１において、前記圧縮機本体の吐出空気温度を検出する温度検出手段を備え、前記制御手段は、前記ファンモータの再起動待ち中に前記温度検出手段で検出された吐出空気温度が予め設定された上限値に達した場合に、前記圧縮機モータの運転を停止させるように制御することを特徴とする空気圧縮機。