JP2001280275A

JP2001280275A - スクリュー圧縮機の運転方法及びスクリュー圧縮機

Info

Publication number: JP2001280275A
Application number: JP2001064314A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Aoki; 優和青木; Hiroyuki Matsuda; 洋幸松田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-02-19
Filing date: 2001-03-08
Publication date: 2001-10-10
Anticipated expiration: 2017-02-18
Also published as: JP3914713B2

Abstract

(57)【要約】【課題】スクリュー圧縮機の低負荷領域での動力を低減
するとともに、頻繁な起動停止の繰返しに起因するオイ
ルセパレータ内でのドレンの発生を防止する。【解決手段】インバータで駆動するスクリュー圧縮機の
容量制御において、圧縮機の消費空気量が所定量以下、
または負荷が所定量以下になったら、それ迄の回転数制
御から圧縮機吸込み側に設けた絞り弁を閉塞する等の他
の容量制御方式に切り替えて圧縮機の吐出圧と動力を軽
減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インバータを用い
て駆動電動機の回転数を変化させ、圧縮機の容量を調整
するスクリュー圧縮機の運転方法及びスクリュー圧縮機
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のスクリュー圧縮機においては、特
開平７−３５０７９号公報に記載の様に、圧縮機はその
吸入口に吸込み絞り弁を有しており、この吸込絞り弁を
インバータの回転数信号に応じて開閉する電磁弁で開閉
していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術におい
ては、吸込み絞り弁を閉塞して低負荷時の容量制御して
いたので、次の点について十分には考慮されていなかっ
た。低負荷時に圧縮機の回転数を低下させた状態で吸込
絞り弁を全閉しているが：１．動力の低減が不十分である。２．圧縮機の吐出圧力は仕様圧力のまま、吸込圧力が低
下するため全負荷時に比較して給油量が増加する。低速
回転時に給油量が増加すると運転動力、必要駆動トルク
の増大を招き、低速回転域で駆動トルクが低下するイン
バータ駆動機では、インバータのトリップ等が生じる恐
れがある。３．圧縮機の吐出圧力が仕様圧力かそれより上昇した状
態で圧縮機の仕事量が軽減されるため、相対的に上オイ
ルクーラの能力が上昇して圧縮機への給油温度が低下す
る。これに伴い、圧縮機の吐出温度が低下し、オイルセ
パレータ内でのドレンの発生の可能性が高くなる。

【０００４】ところで、低負荷時の動力を改善するため
に、（ａ）吸込絞り弁を全閉にしてオイルセパレータ内
の圧力を開放する状態と、（ｂ）吸込絞り弁を全開にす
る状態との、２つの状態（ａ），（ｂ）を繰り返す方法
も提案されている。しかし、この方法においては、
（ａ），（ｂ）の状態に移行するための圧力マージンが
必要であり、そのため設定圧力より低下する恐れを生じ
る。そして、制御圧力が確保されている時でも吸込絞り
弁や電磁弁の動作頻度が増加するので、これらの弁の耐
久性を低下させる恐れがある。

【０００５】本発明の目的は、圧縮機の信頼性を維持向
上させながら圧縮機の動力を低減するとともに、オイル
セパレータ内でのドレンの発生を低減することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の第１の特徴は、インバータを用いた電動機に
より駆動される変速運転が可能なスクリュー圧縮機の運
転方法において、圧縮機の回転数を変化させて負荷の変
化に対応する回転数制御運転と、この回転数制御運転で
用いる下限回転数に圧縮機の回転数を設定するととも
に、スクリュー圧縮機の吸込側に設けられた吸込絞り弁
を閉じ、かつスクリュー圧縮機の吐出圧力を減圧する無
負荷運転とを備え、予め定められた所定負荷より低負荷
時には、回転数制御運転の下限回転数に設定した負荷運
転と無負荷運転とを繰り返すものである。

【０００７】そしてこの特徴において、少なくとも無負
荷運転が所定時間以上継続したとき、および低負荷時の
運転における無負荷運転と負荷運転との時間比率が所定
割合を越えたときのいずれか一方の運転になったとき
に、スクリュー圧縮機を停止する；負荷が減少して圧縮
機の回転数が下限回転数となって吸込み絞り弁を閉塞
し、さらに、圧縮機の吐出圧力を減圧して回転数制御運
転から無負荷運転と負荷運転を繰り返す運転モードにに
切り替わる際に、制御の上限圧力Ｐ1を回転数制御運転
の設定圧力Ｐ0に対し、Ｐ1＞Ｐ0に設定する；圧縮機の
圧力が低下して圧縮機が再起動したときに、負荷が減少
しても所定時間（ｔ1）圧縮機の運転を継続し、所定時
間（ｔ1）経過後は圧縮機を停止させることが望まし
い。

【０００８】上記目的を達成するための本発明の第２の
特徴は、軸受により回転可能に支持された雄雌一対のロ
ータを有し、このロータを駆動する電動機と、この電動
機を制御するインバータとを備え、吸込み側に流量を調
整する吸込み絞り弁を設けたスクリュー圧縮機におい
て、電動機の回転数をインバータにより変化させてスク
リュー圧縮機の容量を制御する回転数制御手段と、この
回転数制御手段に設定された最低回転数でスクリュー圧
縮機を駆動するとともに吸込み絞り弁を閉塞し、スクリ
ュー圧縮機の吐出圧力を減圧する無負荷運転を行わせる
容量制御手段とを備えたものである。

【０００９】そしてこの特徴において、圧縮機を無負荷
運転に切替えるときの吐出圧力の上限値をＰ1、圧縮機
を前記最低回転数での吸込み絞り弁を開く運転である負
荷運転に切替えるときの吐出圧力の下限値をＰ2、回転
数制御運転の設定圧力をＰ0としたときに、前記容量制
御手段は、Ｐ1＞Ｐ0、Ｐ2＞＝Ｐ0にＰ１およびＰ２を設
定する；回転数制御手段は、負荷の減少により圧縮機が
自動停止する際に、前記設定圧力Ｐ0に対しＰ3＞Ｐ0と
なるＰ3まで圧力を上昇させてから停止させる；回転数
制御手段は、圧縮機を再起動させる圧力をＰ4とすると
き、Ｐ4＞＝Ｐ0となるよう制御する；圧縮機の吐出圧力
を検出する吐出圧力検出手段を圧縮機の吐出側に設ける
とともに、回転数制御における設定圧力（Ｐ0）と、容
量制御の上限圧力（Ｐ1）と下限圧力（Ｐ2）と、自動停
止させる圧力（Ｐ3）と、自動停止後の再起動圧力（Ｐ
4）とを記憶する記憶手段と、吐出圧検出手段により検
出された検出圧力に基づいて回転数制御手段と容量制御
手段の作動を切替える切替え手段と、記憶手段に記憶さ
れたＰ0、Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4の値を変更可能にする入
力手段とを設けた；回転数制御における設定圧力（Ｐ
0）と、容量制御の上限圧力（Ｐ1）と下限圧力（Ｐ2）
と、自動停止させる圧力（Ｐ3）と、自動停止後の再起
動圧力（Ｐ4）とを記憶する記憶手段と、設定圧力（Ｐ
0）に基づいて各設定圧力（Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3，Ｐ4）を演
算設定する圧力設定手段とを備える；吐出圧力を検出す
る吐出圧力検出手段を設け、この吐出圧力検出手段が検
出した吐出圧力に基づいて回転数制御手段が回転数制御
するとともに、この吐出圧力検出手段が検出した吐出圧
力に基づいて、予め定めた負荷より低負荷で容量制御手
段を作動させることが望ましい。

【００１０】このように構成した本発明においては、例
えば、圧縮機の定格吐出空気量の１００％から３０％の
範囲で電動機をインバータを用いて制御し、圧縮機の回
転数を変化させて容量制御する。空気の使用量が３０％
以下に低下したときには、圧縮機の回転数を３０％負荷
時の回転数（下限回転数）に固定し、吸込み絞り弁を閉
塞すると同時に、圧縮機の吐出圧力を減圧する。圧縮機
への空気の流入が遮断されると同時に圧縮機の吐出側の
圧力が低下するので、消費動力が著しく低減される。３
０％以下の負荷領域ではこの無負荷運転と、下限回転数
での負荷運転を繰り返し行って容量を調整する。

【００１１】また、例えば無負荷運転が１０分間続いた
場合に圧縮機を自動停止する。または例えば１０％以下
の負荷領域では圧縮機を自動停止するように設定する。

【００１２】また、負荷が減少し、例えば空気の使用量
が３０％以下に低下したときに圧縮機の回転数を設定値
（下限回転数）に保持し、さらに空気の使用量が減少し
たときにも下限周波数での運転を継続する。そして、吸
込み絞り弁を閉塞して、圧縮機の吐出圧力を減圧する。
この無負荷運転の容量制御領域に入り、回転数制御領域
での設定圧力をＰ0としたとき、Ｐ1＞Ｐ0となる圧力Ｐ1
に圧縮機の吐出圧力が到達すれば、吸込み絞り弁を閉塞
するとともに、圧縮機の吐出圧力を減圧して無負荷運転
に入るようにしている。また、圧縮機に自動停止機能が
あるときにも、上記方法を実施する。

【００１３】さらに、無負荷運転から負荷運転に復帰さ
せる圧力Ｐ2（下限圧力）を、上記設定圧力Ｐ0以上の圧
力にする。そして、空気使用量が圧縮機の定格吐出空気
量の１００％から３０％の場合には回転数を制御し、設
定圧力Ｐ0付近で一定圧力となるように運転する。一
方、空気使用量が３０％以下の場合には、Ｐ1＞Ｐ2＞＝
Ｐ0となるＰ1とＰ2の圧力間で、空気使用量に応じて無
負荷運転と下限回転数での負荷運転を繰り返す。

【００１４】空気使用量がさらに減少して、圧縮機が自
動停止する条件が整ったときには、下限回転数における
負荷運転の期間を設け、前述した設定圧力Ｐ0に対しＰ3
＞Ｐ0となるＰ3まで圧力が上昇してから圧縮機を停止さ
せる。空気の消費が始まって圧力がＰ4＞＝Ｐ0となるＰ
4まで低下すると、圧縮機を再起動させる。

【００１５】なお、圧力センサーを用いて、前記Ｐ1、
Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4等の圧力を検出するとともに、各設定圧
力を記憶装置に記憶させてもよい。各設定圧力Ｐ1−Ｐ4
は、圧力Ｐ0が設定されると自動的に演算装置により演
算され、設定されるものであってもよい。また、設定値
を手動で変更する入力手段を備えていてもよい。これに
より、各設定圧力を適正に設定できるとともに設定値の
変更が容易になる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、い
くつかの実施例について図面を用いて説明する。図１
に、本発明の実施例に係るスクリュー圧縮機装置の模式
図を示す。吸込フィルター１から吸込まれた空気は吸込
絞り弁２を経た後スクリュー圧縮機のロータ３間で圧縮
され、吐出口４から吐出される。圧縮により発生した圧
縮熱を冷却するため、および潤滑とシールのために、ス
クリュー圧縮機１２のロータ３部に潤滑油が注入され
る。吐出口４から潤滑油とともに吐出された圧縮空気
は、オイルセパレータタンク５内に流入し、オイルセパ
レータエレメント６で潤滑油と分離され、吐出配管７か
ら逆止弁８、調圧弁９を順次通って、アフタクーラ１０
に流入し、このアフタークーラ１０において冷却された
後、図示しない外部装置へ吐出される。

【００１７】一方、潤滑油はオイルセパレータタンク５
内で圧縮空気と分離され、オイルセパレータタンク５の
底部からオイルクーラ１１へと導かれる。オイルクーラ
１１で冷却された潤滑油と、オイルクーラを経由しない
無冷却の潤滑油とが温調弁１３内で混合され、スクリュ
ー圧縮機１２を潤滑する。オイルクーラ１１及びアフタ
ークーラ１０は、冷却ファン１４の冷却風で冷却され
る。

【００１８】スクリュー圧縮機のロータ３軸と電動機１
６軸とは回転をベルト１５により連結される。電動機１
６は、インバータ１７により可変速運転が可能になって
いる。逆止弁８の下流側には圧力センサー１８が設けら
れ、スクリュー圧縮機１２から吐出される圧力を検出し
ている。この圧力センサー１８の出力信号は、入出力部
１９へ入力される。制御装置部２０ａは、記憶手段とＰ
ＩＤ機能を有している。そして、記憶された設定圧力と
圧力センサー１８が検出した圧力とを比較し、検出圧力
が目標圧力Ｐ0となるような周波数をインバータ１７に
与え、電動機１６の回転数を変化させる。この記憶手段
および制御装置部２０ａに記憶されている各種の圧力設
定値は、目標圧力Ｐ0を設定するだけで自動的に適正な
値に設定される。また、制御装置部２０ａに接続された
設定入力手段および表示部２０ｂを用いて、設定値を変
更することが可能な構成となっている。さらに、設定入
力手段および表示部２０ｂには表示手段（ＬＥＤや液晶
素子等）が併設されており、圧力の設定値や運転周波数
を表示する。

【００１９】スクリュー圧縮機１２の上流側に設けられ
る吸込絞り弁２の弁板２ａは、ピストン２ｂが電磁弁２
１側から圧力を受けると閉方向に動作する。つまり、電
磁弁２１が開となると、オイルセパレータ５内の高圧力
が吸込絞り弁２へと導かれ、このピストン２ｂへ圧力が
付加される。さらに、オイルセパレータ５内の空気の一
部は、電磁弁２１が開となると同時に放気配管２２を経
由して吸込絞り弁２の吸込側へと放気される。このと
き、オリフィス２３で流量が調整される。配管２２の代
わりに、直接大気へ放気する構成にしても良い。なお、
電磁弁２１は、記憶手段および制御装置部２０ａにおい
て自動または手動で設定された設定圧力と、この記憶手
段および制御装置部２０ａに入力される入出力部１９か
らの圧力信号とを比較した結果に基づいて開閉される。

【００２０】このように構成したスクリュー圧縮機装置
の作用について、以下に述べる。インバータを用いた電
動機により油冷式スクリュー圧縮機を駆動すれば、使用
空気量の減少に伴い圧縮機１２の回転数を低下させるこ
とが可能になり、他の容量制御方式に比べて、大きな動
力低減効果が得られる。このことは従来よく知られてい
るが、吐出空気量の全領域で回転数制御を行うと、次の
ようなデメリットを招来する。

【００２１】すなわち、低回転数または小空気量域で、
吸込み絞り弁等を使用した容量制御を併用することが必
要であり、さらに、（１）低回転数になると、電動機１
６と一体的に設けられた冷却ファン１６ａの回転数も同
時に低下し、電動機を冷却できず、電動機コイル温度が
所定温度範囲を越える、（２）圧縮機１２への給油をオ
イルセパレータ５とスクリュー圧縮機１２の内部の差圧
を利用して行うため、低回転数になってスクリュー圧縮
機の吐出し空気量が大幅に減少しても給油量は減少せ
ず、スクリュー圧縮機内部で油の液圧縮が発生し過負荷
状態となる、という不具合を生じる。

【００２２】これらの不具合を回避するには、電動機を
冷却するために専用モータで駆動されたファンを設け
る、低回転数域での給油量を調整するための弁を設け
る、等種々の方法が考えられるが、構造が複雑となり現
実的でない。

【００２３】そこで、特開平７−３５０７９号公報に記
載のものにおいては、小空気量域では、回転数制御によ
る容量制御を行わず、設定された下限回転数になると同
時に吸込み絞り弁２を閉じて無負荷運転状態としてい
た。しかしこの方式は従来方式に比較して省エネ効果は
期待できるが、未だ不十分であった。そこで、本発明で
は、図１に示したように機器を構成してスクリュー圧縮
機の容量を制御している。その詳細フローを図４に示
す。

【００２４】仕様吐出空気量に対して約３０％から１０
０％の空気量の運転範囲では、インバータにより電動機
１６の駆動周波数を変え、回転数制御する。一方、吐出
空気量が仕様吐出空気量の３０％以下の運転範囲になる
と、圧力センサー１８で検出した圧縮機の吐出圧力が記
憶手段および制御出力部に記憶された設定圧力Ｐ1に到
達している場合には、回転数制御における設定下限回転
数にスクリュー圧縮機の回転数を保持する。そして、電
磁弁２１を開き、吸込み絞り弁２を閉塞する。また、圧
縮機３の吐出圧力を減圧して無負荷運転の容量制御に切
り換える。これにより、圧縮機１２の吐出口４における
圧力が低下し、従来技術に対して、大幅に消費動力を低
減することが可能になる。

【００２５】この場合の吐出空気量比に対する消費動力
の比を図２に示す。図２中Ａ線は従来方式による消費動
力特性、Ｂ線は本発明の一実施例による消費動力特性で
ある。吐出空気量比が０％近傍では、従来に比して消費
動力が半分程度にまで低減している。

【００２６】吐出圧力を低減したので、圧縮機ロータ３
部への給油量も減少させることができ、潤滑油が液圧縮
されたときに発生するトルクの異常な増大を起こす恐れ
がない。また、スクリュー圧縮機を低負荷で運転すると
給油温度が低下してオイルセパレータ５内にドレンが発
生しやすくなるが、無負荷運転時にはオイルセパレータ
５内の圧力も低下するため、ドレンの発生の可能性が少
なくなる。

【００２７】さらに、圧縮機の回転数をこの設定下限回
転数に保持し、吸込み絞り弁２を閉塞状態にして運転し
た結果、圧縮機３の吐出圧力が低下する無負荷運転の時
間と、設定下限回転数に圧縮機の回転数を保持し、吸込
み絞り弁２を開いて運転する負荷運転の時間とを記憶手
段および制御出力部に内蔵されたタイマー手段で判定す
る。前者の割合が例えば１０％以下の負荷、あるいは例
えば、前者の運転時間が連続して３分間を超えた場合、
圧縮機を停止させる。さらに、停止中にも圧力センサー
１８で圧力を監視し続け、記憶手段および制御装置部に
記憶された設定圧力Ｐ4まで圧力が低下した時には圧縮
機を再起動させる。このように圧縮機の運転を制御すれ
ば、消費動力特性は図２中にＣ線で示したようになり、
さら空気消費量が少ない運転領域での動力の低減が可能
になる。

【００２８】なお上記実施例では、消費空気量が減少
し、圧縮機の回転数が設定下限回転数となったとき、回
転数制御領域での目標設定圧力Ｐ0と無負荷運転（以
降、回転数を一定にして吸込み絞り弁２を閉塞すると同
時に、圧縮機３の吐出圧力を減圧する運転状態を無負荷
運転と称する。）を開始する上限圧力Ｐ1が同じであ
り、空気使用量が制御方式の切り換え点に一致する場合
に電磁弁２１において不安定なＯＮ−ＯＦＦ指令が発生
し、吸込み絞り弁２のハンチングをおこす可能性があ
る。

【００２９】一般的な一定速型の電動機駆動スクリュー
圧縮機においては、吸込み絞り弁のみを閉塞する容量制
御を行わない場合には、圧縮機の仕様圧力Ｐ0*と無負荷
運転に入る設定上限圧力Ｐ1*とを同じ圧力に設定してい
る。なぜなら仕様圧力における全負荷運転状態のとき
に、電動機が許容最大出力となるように設計するからで
ある。つまり、無負荷運転の開始の設定上限圧力Ｐ1*を
仕様圧力Ｐ0*より高くすると電動機が過負荷状態になる
し、他方、無負荷運転の開始の設定上限圧力Ｐ1*を仕様
圧力Ｐ0*より低くすると、仕様圧力に到達しないうちに
無負荷運転に入るという不具合が生じるためである。

【００３０】一方、本発明においては、インバータによ
る回転数制御領域の下限回転数で無負荷運転を開始して
いるので、一定速電動機駆動の圧縮機の制限がなく、回
転数制御領域での目標設定圧力Ｐ0、（即ち一定速電動
機駆動の圧縮機の場合の仕様圧力）に対して無負荷運転
の開始圧力Ｐ1を高く設定しても、電動機の過負荷等の
問題はなんら発生しない。そこで本発明においては、Ｐ
1＞Ｐ0となるようにＰ1を設定する。例えばＰ0が０．６
９Mpaの場合には、Ｐ1を０．７９Mpaとする。このよう
に設定することにより、回転数制御領域と下限回転数で
の一定速制御との間に時間遅れを持たせることができ、
前述したハンチングが発生する恐れがない。

【００３１】なお、設定圧力によっては、圧縮機に適合
する制御条件を外れ、不都合を生じる恐れがある。そこ
で、目標設定圧力Ｐ0を入力すると自動的に適正値を演
算し、Ｐ1〜Ｐ4を決定する方法を用いる。このＰ1〜Ｐ4
の決定方法の一例を以下に示す。今、圧力Ｐ0がＰ0＝
０．６９ＭＰａであったとする。この状態で低負荷にな
ったら、最高圧力を０．０９８ＭＰａ上昇させて、Ｐ1
＝Ｐ0＋０．０９８＝０．７９ＭＰａという演算を行わ
せる。ここで、安全弁の吹き出し圧力は０．９３ＭＰａ
であるから、制御上限圧力はこの吹き出し圧力以下とい
う条件を満足している。次に、停止可能な圧力Ｐ2の条
件は、Ｐ2＞＝Ｐ1である。つまり、Ｐ１＝Ｐ２まではロ
ード運転し、Ｐ1＝Ｐ2になったらアンロード運転に切り
替えるから、このアンロード運転への切り替わり時から
Ｐ0に圧力が降下するまでの時間を計算し、この時間が
所定時間以上であれば停止させ、所定時間以内であれば
ロード運転となるように制御装置を作動させる。ロード
運転へ復帰させる圧力Ｐ3は、Ｐ3＝＜Ｐ0である。ま
た、運転停止後に再起動させるための圧力Ｐ4は、Ｐ4＝
Ｐ0−０．０９８ＭＰａ＝０．５９ＭＰａとする。

【００３２】このように各圧力Ｐ0〜Ｐ4を設定した場
合、Ｐ0＝０．８３ＭＰａ以上になると、Ｐ1＝（Ｐ0＋
０．０９８）＞０．９３ＭＰａとなり、安全弁の吹き出
し圧力を超えてしまう。そこで、Ｐ1＝Ｐ0＋（０．０７
／Ｐ0）ＭＰａで表されるような各仕様に適合した経験
式を圧縮機の制御装置が有する記憶手段に記憶させてお
く。つまり、各圧縮機の圧力設定にあわせて、仕様に応
じた式を演算式を記憶させることにより、Ｐ0の入力の
みで、各設定圧力を自動的に決定できる。なお、この実
施例では各設定圧力間の関係を演算式で与えたが、離散
的な値を補間して用いても良い。また、この関係式を記
憶手段に記憶させているが、フロッピー（登録商標）デ
ィスクのような外部記憶手段に記憶させたものを用いて
もよい。

【００３３】ところで、従来、一定速電動機を用いた場
合には、吸込み絞り弁や電磁弁の開閉動作に起因する圧
力差の発生が避けられなかった。たとえば最低限必要な
圧力が０．５９Ｍｐａであっても、０．６９Ｍｐａと
０．５９Mpaの間で負荷運転と、無負荷運転を繰り返し
ていた。一方、インバータを用いた回転数制御方式で
は、ＰＩＤ制御により圧力を一定にして回転数を変化さ
せることが可能になり、最低限必要な圧力０．５９Ｍｐ
ａを回転数制御領域での目標設定圧力Ｐ0とすることで
無駄に高い圧力まで昇圧する必要がなく、省電力効果が
得られる。しかし回転数を制御しない低負荷領域での無
負荷運転中に、例えば０．５９Ｍｐａと０．４９Ｍｐａ
の間に圧力を制御し、圧力が０．５９Ｍｐａ以下に低下
するとこの効果も半減する。すなわち、圧力が０．５９
Ｍｐａ以下に低下すると支障のある場合には結局Ｐ0を
低下させることができない。

【００３４】そこで、無負荷運転に入った後に圧縮空気
が消費されて吐出圧力が低下するのを、圧力センサー１
８で検出する。また、負荷運転に復帰するときの圧力
（下限圧力）Ｐ2を、回転数制御領域での目標設定圧力
Ｐ0と同じか、それ以上の圧力とする。これにより回転
数制御領域から空気使用量がさらに減少したときにも、
常に回転数制御領域での目標設定圧力より高い圧力で運
転が可能になる。また、制御圧力を上昇させても、低負
荷領域であるから運転動力の増加は非常に小さくて済
む。

【００３５】次に本発明の変形例を示す。この変形例
は、負荷が減少した場合の制御についてである。負荷が
減少した場合には、上記したタイマー機能により、自動
停止と自動再起動が行われる。このとき、圧縮機の自動
停止条件が整ったら一旦強制的に負荷運転を行い、圧縮
機の吐出圧力を一旦回転数制御領域での目標設定圧力Ｐ
0に対しＰ3＞Ｐ0となるＰ3まで圧力を上昇させ、次いで
圧縮機を停止させる。また、圧縮機を再起動させる圧力
Ｐ4を回転数制御領域での目標設定圧力Ｐ0に対しＰ4＞
＝Ｐ0に設定する。これにより、一定回転数に保持する
低負荷領域においても圧縮機を安定に制御できる。すな
わち本変形例によれば、回転数制御領域での目標設定圧
力をあらゆる負荷領域において維持できるため、圧縮機
を最低限必要な圧力で運転できるという上記したインバ
ータによる回転数制御の省電力効果を最大限に発揮でき
る。

【００３６】なお上記実施例においては、制御圧力の設
定値は記憶手段２０ａに格納されており、表示及び入力
手段２０ｂを用いて必要なときに表示できる。また、こ
れらの設定値は制御圧力Ｐ0を入力すると自動的に演算
され、決定されるようになっているが、表示及び入力手
段２０ｂを用いても容易に行える。例えば、圧力により
最高圧力を制限する例では、上述の５個の制御圧力Ｐ
0、Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4を、Ｐ1＝Ｐ3＝Ｐ0＋（０．０７／Ｐ0）ＭｐａＰ2＝Ｐ4＝Ｐ0 の式を用いて設定し、予め記憶手段に格納し、通常はＰ
0だけを変化させる。この場合、運転圧力を簡単に変更
できる。

【００３７】なお、手動で各設定圧力を決めることが出
来ることは言うまでもない。例えば、Ｐ1＝Ｐ2＝Ｐ3＝
Ｐ0＋Ｘ，Ｐ4＝Ｐ0−Ｙとして、Ｘ，Ｙの値を表示装置
に表示される時々刻々の値を見ながら、制御盤面上に設
けた入力スイッチ等を用いて入力する。ここで、０．０
０１＞ＸまたはＹ＞０．０９８である。

【００３８】また、自動再起動後からカウントを開始す
るタイマーを記憶手段及び制御装置部２０ａに設け、負
荷が減少しても所定時間ｔ1の間圧縮機を停止させず、
この時間ｔ1経過後もなお圧縮機の負荷条件が前記自動
停止条件を満足している時に圧縮機を自動停止させる。
これにより、圧縮機が頻繁に運転、停止を繰り返すこと
に起因する、油温が十分に上昇する前に圧縮機が停止し
てオイルセパレータ５内にドレンが発生することを防止
できる。

【００３９】上述したスクリュー圧縮機の制御法を用い
たときの空気使用量と圧力の変化の例を図３に、またス
クリュー圧縮機の運転制御のフローの一例を図４に示
す。

【００４０】本発明では、インバータを使用した回転数
制御と、容量制御を組み合わせるスクリュー圧縮機及び
その運転方法において、容量制御運転中に吸込み絞り弁
のみを閉塞して容量制御する従来方法の運転領域が全く
ないこれにより、動力の低減とドレンの発生を低減でき
る。

【００４１】以上述べたように、本実施例によれば、制
御設定圧力を入力することで、低負荷時の容量制御にお
いて、圧力設定が容易になり、圧力条件による機械の不
都合がない。また、入力値を変更及び確認できる機能を
備えているので、常に圧縮機の運転状態を把握でき、圧
縮機運転における信頼性を向上できる。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、スクリュー圧縮機の負
荷が低負荷で、圧縮機の回転数を低下させて運転する場
合、（１）動力の低減効果が大となる。（２）必要駆動トルクが増大せず、インバータ駆動圧縮
機においてインバータのトリップが生じない。（３）圧縮機の吐出圧力も低下するので、オイルセパレ
ータ内でドレンが発生する恐れが無い。（４）さらに負荷が低下して圧縮機を停止させても、回
転数制御に必要な圧力を確保できるので、回転数制御の
設定圧力を低下させることができ、理想近くまで動力を
軽減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るスクリュー圧縮機装置
の模式図である。

【図２】消費動力の特性を示すグラフである。

【図３】空気使用量と圧力の変化の一例を示すグラフで
ある。

【図４】運転制御の一例のフローチャートである。

【符号の説明】

２……吸込絞り弁、５……オイルセパレータ、６……オ
イルセパレータエレメント、８……逆止弁、９……調圧
弁、１６……電動機、１７……インバータ、１８……圧
力センサー、１９……入出力部、２０ａ……記憶手段及
び制御装置部、２０ｂ……表示及び設定入力手段部、２
１……電磁弁。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インバータを用いた電動機により駆動され
る変速運転が可能なスクリュー圧縮機の運転方法におい
て、前記圧縮機の回転数を変化させて負荷の変化に対応する
回転数制御運転と、この回転数制御運転で用いる下限回
転数に前記圧縮機の回転数を設定するとともに、前記ス
クリュー圧縮機の吸込側に設けられた吸込絞り弁を閉
じ、かつ前記スクリュー圧縮機の吐出圧力を減圧する無
負荷運転とを備え、予め定められた所定負荷より低負荷
時には、前記回転数制御運転の下限回転数に設定した負
荷運転と前記無負荷運転とを繰り返すことを特徴とする
スクリュー圧縮機の運転方法。
【請求項２】少なくとも前記無負荷運転が所定時間以上
継続したとき、および前記低負荷時の運転における無負
荷運転と前記負荷運転との時間比率が所定割合を越えた
ときのいずれか一方の運転になったときに、前記スクリ
ュー圧縮機を停止することを特徴とする請求項１に記載
のスクリュー圧縮機の運転方法。
【請求項３】負荷が減少して前記圧縮機の回転数が回転
数制御運転の下限回転数に設定された後、吸込み絞り弁
を閉塞しかつ圧縮機の吐出圧力を減圧する無負荷運転と
負荷運転を繰り返す運転モードに切り替わるときは、圧
縮機の吐出圧力の上限値Ｐ1を前記回転数制御運転の設
定圧力Ｐ0に対し、Ｐ1＞Ｐ0に設定することを特徴とす
る請求項１に記載のスクリュー圧縮機の運転方法。
【請求項４】軸受により回転可能に支持された雄雌一対
のロータを有し、該ロータを駆動する電動機と、該電動
機を制御するインバータとを備え、吸込み側に流量を調
整する吸込み絞り弁を設けたスクリュー圧縮機におい
て、前記電動機の回転数をインバータにより変化させて前記
スクリュー圧縮機の容量を制御する回転数制御手段と、
この回転数制御手段に設定された最低回転数で前記スク
リュー圧縮機を駆動するとともに前記吸込み絞り弁を閉
塞し、前記スクリュー圧縮機の吐出圧力を減圧する無負
荷運転を行わせる容量制御手段とを備えたことを特徴と
するスクリュー圧縮機。
【請求項５】前記圧縮機を無負荷運転に切替えるときの
吐出圧力の上限値をＰ1、前記圧縮機を前記最低回転数
での吸込み絞り弁を開く運転である負荷運転に切替える
ときの吐出圧力の下限値をＰ2、回転数制御運転の設定
圧力をＰ0としたときに、前記容量制御手段は、Ｐ1＞Ｐ
0、Ｐ2＞＝Ｐ0になるようにＰ１およびＰ２に設定する
ことを特徴とする請求項４に記載のスクリュー圧縮機。
【請求項６】前記圧縮機の吐出圧力を検出する吐出圧力
検出手段を圧縮機の吐出側に設けるとともに、回転数制
御における設定圧力（Ｐ0）と、容量制御の上限圧力
（Ｐ1）と下限圧力（Ｐ2）と、自動停止させる圧力（Ｐ
3）と、自動停止後の再起動圧力（Ｐ4）とを記憶する記
憶手段と、前記吐出圧検出手段により検出された検出圧
力に基づいて前記回転数制御手段と前記容量制御手段の
作動を切替える切替え手段と、前記記憶手段に記憶され
たＰ0、Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4の値を変更可能にする入力
手段とを設けたことを特徴とする請求項４に記載のスク
リュー圧縮機。
【請求項７】回転数制御における設定圧力（Ｐ0）と、
容量制御の上限圧力（Ｐ1）と下限圧力（Ｐ2）と、自動
停止させる圧力（Ｐ3）と、自動停止後の再起動圧力
（Ｐ4）とを記憶する記憶手段と、前記設定圧力（Ｐ0）
に基づいて各設定圧力（Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3，Ｐ4）を演算設
定する圧力設定手段とを備えたことを特徴とする請求項
４に記載のスクリュー圧縮機。
【請求項８】前記圧縮機の圧力が低下して圧縮機が再起
動したときに、負荷が減少しても所定時間（ｔ1）圧縮
機の運転を継続し、所定時間（ｔ1）経過後は圧縮機を
停止させることを特徴とする請求項２に記載のスクリュ
ー圧縮機の運転方法。
【請求項９】吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段を設
け、この吐出圧力検出手段が検出した吐出圧力に基づい
て回転数制御手段が回転数制御するとともに、この吐出
圧力検出手段が検出した吐出圧力に基づいて、予め定め
た負荷より低負荷で容量制御手段を作動させることを特
徴とする請求項4に記載のスクリュー圧縮機。