特許 6249671 インバータ駆動圧縮機の運転制御方法及びインバータ駆動圧縮機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6249671

(24)【登録日】2017年12月1日

(45)【発行日】2017年12月20日

(54)【発明の名称】インバータ駆動圧縮機の運転制御方法及びインバータ駆動圧縮機

(51)【国際特許分類】

   F04B 49/06 20060101AFI20171211BHJP

【ＦＩ】

   F04B49/06 341G

【請求項の数】8

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-166707(P2013-166707)

(22)【出願日】2013年8月9日

(65)【公開番号】特開2015-34535(P2015-34535A)

(43)【公開日】2015年2月19日

【審査請求日】2016年8月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000241795

【氏名又は名称】北越工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002398

【氏名又は名称】特許業務法人小倉特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100081695

【弁理士】

【氏名又は名称】小倉 正明

(74)【代理人】

【識別番号】100103414

【弁理士】

【氏名又は名称】戸村 哲郎

(72)【発明者】

【氏名】山後 正幸

【審査官】 新井 浩士

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−３４２９８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１９７７８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０３８４６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−０６０３９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０５０１８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｂ ４９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧縮機本体と，前記圧縮機本体を駆動するモータと，前記モータに入力する交流電流を発生させるインバータを備え，前記圧縮機本体の吐出側圧力が所定の目標圧力となるように前記インバータの出力周波数を可変として前記圧縮機本体の回転速度を可変としたインバータ駆動圧縮機において，
前記圧縮機本体の吐出口から消費側に至る空気流路中に逆止弁を設け，前記逆止弁の一次側における前記空気流路を吐出流路と，前記逆止弁の二次側における前記空気流路を供給流路と成すと共に，前記目標圧力に対し所定の高い圧力を無負荷運転開始圧力として設定し，
前記供給流路内の圧力が前記無負荷運転開始圧力未満のとき，前記供給流路内の圧力を前記目標圧力と一致させるように前記インバータが出力する交流電流の周波数を所定の下限周波数と上限周波数間で変化させて前記圧縮機本体の回転速度を制御する回転速度制御を行い，
前記供給流路内の圧力が前記無負荷運転開始圧力となったとき，前記吐出流路を大気開放した無負荷運転に移行すると共に，前記無負荷運転に移行した後で前記供給流路内の圧力が前記目標圧力以下となったときに前記回転速度制御に復帰するよう構成し，
前記回転速度制御時において前記圧縮機本体が，所定の低負荷運転状態となったとき，前記回転速度制御を停止すると共に，前記インバータの出力周波数を，前記供給流路内の圧力を前記無負荷運転開始圧力以上に上昇させる周波数である圧力上昇周波数まで増大させて前記無負荷運転に強制的に移行する強制移行制御を行うことを特徴とするインバータ駆動圧縮機の運転制御方法。

【請求項2】

前記下限周波数に対し所定の高い周波数を判定基準周波数として設定し，前記インバータによる前記判定基準周波数以下の周波数の継続出力時間をカウントし，前記判定基準周波数以下の周波数の出力が所定時間継続して行われたとき，前記低負荷運転状態になったと判定することを特徴とする請求項１記載のインバータ駆動圧縮機の運転制御方法。

【請求項3】

前記インバータが前記判定基準周波数以下の周波数を出力し，且つ，前記供給流路内の圧力が前記目標圧力に対し所定値高い判定基準圧力以上となったとき，前記判定基準周波数以下の周波数の継続出力時間のカウントを開始することを特徴とする請求項２記載のインバータ駆動圧縮機の運転制御方法。

【請求項4】

前記供給流路内の圧力が，目標圧力より所定値高い判定基準圧力以上となったとき，前記低負荷運転状態になったと判定することを特徴とする請求項１記載のインバータ駆動圧縮機の運転制御方法。

【請求項5】

圧縮機本体と，前記圧縮機本体を駆動するモータと，前記圧縮機本体の吐出側の圧力を検知する圧力検知手段と，前記モータに入力する交流電流を発生させるインバータを備えると共に，前記圧力検知手段が検知する圧力を所定の目標圧力に一致させるように，前記インバータの出力周波数を変化させる制御装置を備えたインバータ駆動圧縮機において，
前記圧縮機本体の吐出口から消費側に至る空気流路中に逆止弁を設け，前記逆止弁の一次側における前記空気流路を吐出流路と成すと共に該吐出流路を大気開放可能とする放気手段を設け，前記逆止弁の二次側における前記空気流路を供給流路と成すと共に該供給流路に前記圧力検知手段を設け，
前記制御装置が，
前記目標圧力に対し所定の高い圧力を無負荷運転開始圧力として記憶すると共に，圧力検知手段が検知した供給流路内の圧力と比較して，前記圧力検知手段の検知圧力が前記無負荷運転開始圧力未満のとき，前記供給流路内の圧力を前記目標圧力と一致させるように前記インバータが出力する交流電流の周波数を所定の下限周波数と上限周波数間で変化させる制御信号を出力して前記圧縮機本体の回転速度を制御する回転速度制御と，
前記圧力検知手段の検知圧力が前記無負荷運転開始圧力となったとき，前記放気手段を操作して前記吐出流路を大気開放した無負荷運転に移行すると共に，前記無負荷運転に移行した後で前記圧力検知手段の検知圧力が前記目標圧力以下となったときに前記回転速度制御に復帰する運転状態切換と，
前記回転速度制御時において前記圧縮機本体が所定の低負荷運転状態になったと判定したとき，前記回転速度制御を停止すると共に，前記インバータの出力周波数を，前記供給流路内の圧力を前記無負荷運転開始圧力以上に上昇させる周波数である圧力上昇周波数まで増大させて前記無負荷運転に強制的に移行させる，強制移行制御を行うことを特徴とするインバータ駆動圧縮機。

【請求項6】

前記制御装置が，前記下限周波数に対し所定の高い周波数を判定基準周波数として記憶し，前記インバータによる前記判定基準周波数以下の周波数の継続出力時間をカウントすると共に，前記判定基準周波数の継続出力時間が所定時間継続したとき，前記低負荷運転状態になったと判定して前記強制移行制御を実行することを特徴とする請求項５記載のインバータ駆動圧縮機。

【請求項7】

前記制御装置が，前記インバータが前記判定基準周波数以下の周波数を出力し，且つ，前記圧力検知手段の検知圧力が前記目標圧力に対し所定値高い判定基準圧力以上となったとき，前記判定基準周波数以下の周波数の継続出力時間のカウントを開始することを特徴とする請求項６記載のインバータ駆動圧縮機。

【請求項8】

前記制御装置が，前記圧力検知手段の検知圧力が，目標圧力より所定値高い判定基準圧力以上となったとき，前記低負荷運転状態になったと判定することを特徴とする請求項５記載のインバータ駆動圧縮機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はインバータ駆動圧縮機の運転制御方法及び前記運転制御方法を実行するインバータ駆動圧縮機に関し，より詳細には，圧縮機本体の駆動源であるモータの回転速度をインバータによって制御するインバータ駆動圧縮機において，動力（消費電力）の低減を可能とする運転制御方法，及び前記運転制御方法を実行するインバータ駆動圧縮機に関する。

【背景技術】

【0002】

インバータ駆動圧縮機では，圧縮機本体の駆動源として設けられているモータと電源間にインバータを配置し，このインバータによって電源からモータに入力される交流電流の周波数を変化させて，モータの回転速度を制御することができるように構成されている。

【0003】

このようなインバータ駆動型圧縮機では，圧力センサ等の圧力検知手段によって圧縮機本体の吐出側圧力を検知し，検知した圧力を，消費側に供給しようとする圧縮気体の圧力（目標圧力）に一致させるようにインバータがモータに対し出力する交流電流の周波数を変化させてモータの回転速度，従って圧縮機本体の回転速度を制御するもので，検知された圧力が目標圧力を超えているとモータに出力する交流電流の周波数を減少させてモータの回転速度を低下させる一方，圧縮機本体の吐出側圧力が前記目標圧力未満に低下すると，モータの回転速度を上昇させる交流電流をモータに出力する制御が行われている。

【0004】

以上のように構成されたインバータ駆動圧縮機では，消費側で行われる圧縮空気の消費量に応じて圧縮機本体の回転速度が制御されることにより，不必要な動力の消費が抑えられるため，このような速度制御を行わないモータ駆動型の圧縮機に比較して消費電力の低減が可能となるが，このようなインバータ駆動圧縮機においても更なる消費電力の減少によるランニングコストの低減を目的として，種々の運転制御方法の改良が提案されている。

【0005】

このような運転制御方法の一例として後掲の特許文献１では，動力の軽減とオイルセパレータ内でのドレン発生防止を目的として，負荷の変化に対応して圧縮機本体の回転速度を変化させる回転速度制御と，圧縮機本体の回転速度を前記回転速度制御の下限回転速度として圧縮機本体の吸込側に設けた吸込絞り弁を閉じると共にオイルセパレータ内の圧縮空気を放気する無負荷運転を可能とし，この無負荷運転時に圧縮機本体の吐出側圧力を減圧することで，消費動力を減少すると共に，前記無負荷運転が所定時間以上継続したとき，又は，前記容量制御による無負荷運転と負荷運転との時間比率が所定割合を超えたときに，前記スクリュ圧縮機を停止する制御を行うことが提案されている（特許文献１の請求項１，２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平９−２８７５８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

以上で説明した特許文献１に記載の発明では，無負荷運転が所定時間継続した場合，あるいは，負荷運転に対する無負荷運転の割合が増大することにより，モータの回転を停止して圧縮機本体を停止しようというものであることから，無負荷運転中，常にモータを継続して駆動する場合に比較して消費動力を減少することができる。

【0008】

また，無負荷運転時，あるいはモータの停止時にはオイルセパレータ内の圧力は放気によって低下するため，露点が下がりドレンも発生し難くなる。

【0009】

しかし，圧縮機本体の吐出側圧力が低減された状態で行われる無負荷運転時には，モータにかかる負荷は十分に小さなものとなっていることから，無負荷運転時に圧縮機を停止してもこれによる大幅な動力の減少は得られない。

【0010】

また，無負荷運転への移行により圧縮機本体は圧縮空気の吐出を停止すると共にオイルセパレータ内の圧縮空気が放気されてオイルセパレータ内におけるドレン発生量は減少することから，圧縮機本体を無負荷運転に移行することによりドレンの発生量の減少は既に達成されているため，無負荷運転状態にある圧縮機本体を更に停止させても，ドレンの発生量の更なる減少は期待できない。

【0011】

これに対し，無負荷運転時に消費される動力に比較して，負荷運転時に消費される動力は大きく，このことは，上限あるいは上限付近の回転速度で行われる全負荷運転あるいは高負荷運転（以下，これらを総称して「高負荷運転」という。）の場合との比較のみならず，圧縮機本体を下限の回転速度付近で運転する低負荷運転時においても当て嵌まる。

【0012】

しかも，高負荷運転時に比較して低負荷運転時には動力の消費は少なくなるものの，単位空気量当たりの圧縮空気の生成に必要な動力について比較すると，高負荷運転時に比較して，低負荷運転時では，より大きな動力が必要であることが本発明の発明者による研究の結果明らかとなっている。

【0013】

そのため，例えば消費側に接続された空圧機器が常時少量の圧縮空気を消費するものである場合や，インバータ駆動型圧縮機と消費側に設けられた空圧機器間を接続する空気配管中に，接続不良やガスシールの劣化等に伴う僅かな漏れが生じている場合のように，消費側において常に少量の圧縮空気の消費が行われていると，前掲の特許文献１に記載の運転制御方法にあっては，この少量の圧縮空気の消費を補うために，圧縮機は無負荷運転へ移行せずに低負荷運転を長時間継続することとなり，ランニングコストが高くなる。

【0014】

また，圧縮機が油冷式圧縮機の場合，特にインバータ駆動圧縮機の場合，低負荷運転を長時間継続すると，低負荷運転時には高負荷運転時と比べ発熱量が非常に少なくなるために，圧縮機本体より吐出される吐出空気温度が低下し，また，相対的にオイルセパレータを通過する圧縮気体の流速が遅くなり，圧縮空気がオイルセパレータ内に滞留する時間が長くなることから，低負荷運転を長時間継続していると，オイルセパレータ内の温度が露点温度以下に低下して，オイルセパレータ内で水蒸気が凝集し易くなるために，ドレンの発生防止という点でも，低負荷運転を長時間行うことは好ましくない。

【0015】

そこで本発明は，消費側における圧縮空気の消費量に応じて回転速度を可変とするインバータ駆動圧縮機において，より一層の消費動力の低減と，圧縮機本体の吐出側に接続された空気流路（例えばオイルセパレータやレシーバタンク）内でのドレンの発生を抑制することができる運転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】

【0016】

以下に，課題を解決するための手段を，発明を実施するための形態で使用する符号と共に記載する。この符号は，特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態の記載との対応を明らかにするためのものであり，言うまでもなく，本願発明の技術的範囲の解釈に制限的に用いられるものではない。

【0017】

上記目的を達成するために，本発明のインバータ駆動圧縮機１の運転制御方法は，圧縮機本体１０と，前記圧縮機本体１０を駆動するモータ１５と，前記モータ１５に入力する交流電流を発生させるインバータ３０を備え，前記圧縮機本体１０の吐出側圧力が所定の目標圧力Ｐtとなるように前記インバータ３０の出力周波数を可変として前記圧縮機本体１０の回転速度を可変としたインバータ駆動圧縮機１において，
前記圧縮機本体１０の吐出口１０ｂから消費側に至る空気流路５０中に逆止弁５４を設け，前記逆止弁５４の一次側における前記空気流路を吐出流路５１と，前記逆止弁５４の二次側における前記空気流路５０を供給流路５２と成すと共に，前記目標圧力Ｐtに対し所定の高い圧力を無負荷運転開始圧力Ｐulとして設定し，
前記供給流路５２内の圧力Ｐdが前記無負荷運転開始圧力Ｐul未満のとき，前記供給流路５２内の圧力Ｐdを前記目標圧力Ｐｔと一致させるように前記インバータが出力する交流電流の周波数を所定の下限周波数ｆminと上限周波数ｆmax間で変化させて前記圧縮機本体１０の回転速度を制御する回転速度制御を行い，
前記供給流路５２内の圧力Ｐdが前記無負荷運転開始圧力Ｐulとなったとき，前記吐出流路５１を大気開放した無負荷運転に移行すると共に，前記無負荷運転に移行した後で前記供給流路５２内の圧力Ｐdが前記目標圧力Ｐt以下となったときに前記回転速度制御に復帰するよう構成し，
前記回転速度制御時において前記圧縮機本体１０が所定の低負荷運転状態となったとき，前記回転速度制御を停止すると共に，前記インバータ３０の出力周波数を，前記供給流路５２内の圧力Ｐdを前記無負荷運転開始圧力Ｐul以上に上昇させる周波数である圧力上昇周波数ｆbまで増大させて前記無負荷運転に強制的に移行する強制移行制御を行うことを特徴とする（請求項１）。

【0018】

上記構成のインバータ駆動圧縮機１において，前記下限周波数ｆminに対し所定の高い周波数を判定基準周波数ｆａとして設定し，前記インバータ３０による前記判定基準周波数ｆa以下の周波数の継続出力時間をカウントし，前記判定基準周波数ｆa以下の周波数の出力が所定時間ｔ（又はｔ’）継続して行われたとき，前記低負荷運転状態になったと判定するようにすることができる（請求項２）。

【0019】

また，前記インバータ３０が前記判定基準周波数ｆa以下の周波数を出力し，且つ，前記供給流路５２の圧力Ｐdが前記目標圧力Ｐtに対し所定値Ｐ2（０．０１MPa）高い判定基準圧力Ｐj以上となったとき，前記判定基準周波数ｆa以下の周波数の継続出力時間のカウントを開始するようにしても良い（請求項３）。

【0020】

また，前記判定基準周波数ｆa以下の周波数の出力時間のカウントに代えて，前記供給流路５２内の圧力Ｐdが，目標圧力Ｐtより所定値Ｐ2（０．０１MPa）高い判定基準圧力Ｐj以上となったとき，前記低負荷運転状態になったと判定するものとしても良い（請求項４）。

【0021】

また，本発明のインバータ駆動圧縮機１は，圧縮機本体１０と，前記圧縮機本体１０を駆動するモータ１５と，前記圧縮機本体１０の吐出側の圧力を検知する圧力検知手段６０と，前記モータ１５に入力する交流電流を発生させるインバータ３０を備えると共に，前記圧力検知手段６０が検知する圧力を所定の目標圧力Ｐtに一致させるように，前記インバータ３０の出力周波数を変化させる制御装置２を備えたインバータ駆動圧縮機１において，
前記圧縮機本体１０の吐出口１０ｂから消費側に至る空気流路５０中に逆止弁５４を設け，前記逆止弁５４の一次側における前記空気流路５０を吐出流路５１と成すと共に該吐出流路５１を大気開放可能とする放気手段４０を設け，前記逆止弁５４の二次側における前記空気流路５０を供給流路５２と成すと共に該供給流路５２に前記圧力検知手段６０を設け，
前記制御装置２が，
前記目標圧力Ｐtに対し所定の高い圧力を無負荷運転開始圧力Ｐulとして記憶すると共に，圧力検知手段６０が検知した供給流路５２内の圧力と比較して，前記圧力検知手段６０の検知圧力Ｐdが前記無負荷運転開始圧力Ｐul未満のとき，前記供給流路５２内の圧力を前記目標圧力Ｐtと一致させるように前記インバータ３０が出力する交流電流の周波数を所定の下限周波数ｆminと上限周波数ｆmax間で変化させる制御信号を出力して前記圧縮機本体１０の回転速度を制御する回転速度制御と，
前記圧力検知手段６０の検知圧力Ｐdが前記無負荷運転開始圧力Ｐulとなったとき，前記放気手段４０を操作して前記吐出流路５１を大気開放した無負荷運転に移行すると共に，前記無負荷運転に移行した後で前記圧力検知手段６０の検知圧力Ｐdが前記目標圧力Ｐt以下となったときに前記回転速度制御に復帰する運転状態の切換と，
前記回転速度制御時において前記圧縮機本体１０が所定の低負荷運転状態になったと判定したとき，前記回転速度制御を停止すると共に，前記インバータ３０の出力周波数を，前記供給流路５２内の圧力を前記無負荷運転開始圧力Ｐul以上に上昇させる周波数である圧力上昇周波数ｆbまで増大させて前記無負荷運転に強制的に移行させる，強制移行制御を行うことを特徴とする（請求項５）。

【0022】

前記構成のインバータ駆動圧縮機１において，前記制御装置２が，前記下限周波数ｆminに対し所定の高い周波数を判定基準周波数ｆaとして記憶し，前記インバータ３０による前記判定基準周波数ｆa以下の周波数の継続出力時間をカウントすると共に，前記判定基準周波数ｆaの継続出力時間が所定時間ｔ（又はｔ’）継続したとき，前記低負荷運転状態になったと判定して前記強制移行制御を実行するように構成することができる（請求項６）。

【0023】

上記構成のインバータ駆動圧縮機１において，前記制御装置２が，前記インバータ３０が前記判定基準周波数ｆa以下の周波数を出力し，且つ，前記圧力検知手段６０の検知圧力Ｐdが前記目標圧力Ｐtに対し所定値Ｐ2（０．０１MPa）高い判定基準圧力Ｐj以上となったとき，前記判定基準周波数ｆa以下の周波数の継続出力時間のカウントを開始するように構成するものとしても良い（請求項７）。

【0024】

更に，前記判定基準周波数ｆa以下の周波数の出力継続時間のカウントに代え，前記制御装置２が，前記圧力検知手段６０の検知圧力Ｐdが，目標圧力Ｐtより所定値Ｐ2（０．０１MPa）高い判定基準圧力Ｐj以上となったとき，前記低負荷運転状態になったと判定するように構成しても良い（請求項８）。

【発明の効果】

【0025】

以上で説明した本発明の構成により，本発明のインバータ駆動圧縮機１では，以下の顕著な効果を得ることができた。

【0026】

負荷運転が行われている回転速度制御時において，インバータ駆動圧縮機１の運転状態が所定の低負荷運転状態になったと判定したとき，回転速度制御を停止してインバータ３０の出力周波数を増大して圧縮機本体１０の回転速度を上昇させて供給流路５２内の圧力を無負荷運転開始圧力Ｐulまで上昇させることで，低負荷運転状態を打ち切り，無負荷運転に強制的に移行することができるようにした。

【0027】

その結果，圧縮気体の生産効率が悪い低負荷運転が強制的に停止される一方，低負荷運転の停止に伴い生じた不足分の圧縮空気は，無負荷運転への移行前の回転速度の上昇，及び，供給流路内の圧力Ｐdが目標圧力Ｐtに低下して回転速度制御が再開される際に行われる高負荷運転，すなわち，低負荷運転に対しよりエネルギー効率の高い運転状態によって生成するものとしたことから，インバータ駆動圧縮機１の消費動力を大幅に減少させることができた。

【0028】

またこの構成により，インバータ駆動圧縮機の全運転時間中に占める低負荷運転時間を短くすることができるため，吐出流路５１，例えば吐出流路５１を構成するレシーバタンク５１ｂ内の温度が低下することが防止され，その結果，レシーバタンク５１ｂ等の吐出流路５１の構成機器内におけるドレンの発生量を減少させることができた。

【0029】

更に，無負荷運転時には，吐出流路５１は放気手段４０によって大気開放されて内部の圧力が低下しているため，この圧力低下によって吐出流路５１内の露点が下がり，吐出流路５１内では水蒸気の凝集が生じ難くなること，この大気開放により圧縮空気が吐出流路５１内に滞留する時間が短くなることから，吐出流路５１内でのドレンの発生を大幅に抑制することができた。

【0030】

なお，インバータ３０が判定基準周波数ｆa以下の周波数を出力したというだけでなく，これを所定時間ｔ（又はｔ’）連続して出力した時に前述した低負荷運転状態にあると判定するようにした場合には，所定時間ｔ（又はｔ’）の低負荷運転が行われることで，短時間の間に頻繁に回転速度制御から無負荷運転への強制的な移行が繰り返されることを防止することができた。

【0031】

インバータ３０が出力する周波数が判定基準周波数ｆa(22Hz)以下で，かつ吐出側圧力，すなわち供給流路５２内の圧力Ｐdが目標圧力Ｐt(0.69MPa)よりも所定値Ｐ2(0.01MPa)高い判定基準圧力Ｐjとなったときに判定基準周波数ｆaの出力継続時間のカウントを開始するようにした構成では，消費側における圧縮空気の消費が少なくなり，低負荷運転の状態であることを確実に検知することができ，無用な圧力上昇や放気を防止することができた。

【0032】

インバータ駆動圧縮機１が前述した低負荷運転状態にあるか否かの判定は，前述した判定基準周波数ｆa以下の周波数の出力継続時間のカウントに代えて，吐出側圧力Ｐdが目標圧力Ｐt(0.69MPa)よりも所定値Ｐ2(0.01MPa)高い判定基準圧力Ｐjとなったか否かに基づいて判定するものとしても良い。この場合には，圧力検知手段６０からの検知信号に基づいて低負荷運転状態にあるか否かの判定が可能となり，低負荷運転の継続時間をカウントするためのタイマー等が不要となり，制御装置２の構成をより簡単なものとすることができた。

【0033】

もっとも，判定基準圧力Ｐjに基づいて低負荷運転の判定を行う場合においても，制御装置２にタイマーを設け，例えば判定基準圧力Ｐj以上，無負荷運転開始圧力Ｐul未満の圧力状態が所定時間継続した際に前述した低負荷運転状態であることを判定するものとしても良い。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】本発明のインバータ駆動圧縮機の概略説明図。

【図2】吐出側圧力Ｐdとインバータの出力周波数変化を示したタイムチャート。

【図3】本発明のインバータ駆動圧縮機の変更例を示した概略説明図。

【発明を実施するための形態】

【0035】

以下に，添付図面を参照しながら本発明のインバータ駆動圧縮機について説明する。

【0036】

図１において，符号１はインバータ駆動圧縮機であり，図示の実施形態においてこのインバータ駆動圧縮機１は，圧縮機本体１０と，この圧縮機本体１０の駆動源であるモータ１５，及び電源からの交流電流の周波数を変換して前記モータ１５に出力するインバータ３０を備え，前記モータ１５により圧縮機本体１０を駆動することにより，該圧縮機本体１０の吸入口１０ａに連結された吸入弁４５を介して圧縮機本体１０のシリンダ内に被圧縮気体，図示の例では空気が導入されると共に，このシリンダ内に導入された被圧縮気体がロータの回転により圧縮され，得られた圧縮空気が圧縮機本体１０の吐出口１０ｂより吐出されるように構成されている。

【0037】

圧縮機本体１０として，シリンダ内に潤滑油を注入し，被圧縮気体を圧縮して吐出する油冷式のスクリュ圧縮機を使用した本実施形態にあっては，該圧縮機本体１０より前記潤滑油と共に吐出された圧縮気体が導入されるレシーバタンク５１ｂを設け，このレシーバタンク５１ｂ内において圧縮気体と潤滑油とを分離すると共に，分離された圧縮気体を消費側に設けた空圧機器（図示せず）に対し供給できるようにしていると共に，レシーバタンク５１ｂにおいて回収された潤滑油を，給油回路を介して圧縮機本体１０の給油口１０ｃに供給できるようにしている。

【0038】

この圧縮機本体１０の吐出口１０ｂから消費側に設けられた空圧機器（図示せず）に至る圧縮空気の流路（空気流路５０）には，その途中に逆止弁５４を設け消費側から圧縮機本体１０側に向かって圧縮空気の逆流が生じることが防止されている。

【0039】

なお，本願発明の説明において，圧縮機本体１０の吐出口１０ｂから前述した逆止弁５４に至る迄の空気流路５０（逆止弁５４の一次側の空気流路５０）を「吐出流路（５１）」，逆止弁５４から消費側に至る空気流路５０（逆止弁５４の二次側の空気流路５０）を「供給流路（５２）」として説明する。

【0040】

従って，図１に示す実施形態において，逆止弁５４の一時側に設けられているレシーバタンク５１ｂは上記で規定した吐出流路５１の一部を構成し，このレシーバタンク５１ｂと，該レシーバタンク５１ｂに連通された管路５１ａ，５１ｃによって前述の吐出流路５１が形成されている。

【0041】

前述の吐出流路５１，図示の例ではこの吐出流路５１の一部を構成するレシーバタンク５１ｂには，内部の圧縮空気を放気するための放気手段４０が設けられており，前述の制御装置２による放気手段４０の制御によって，吐出流路５１を大気開放することができるように構成している。

【0042】

図示の実施形態では，この放気手段４０として，レシーバタンク５１ｂと吸入弁４５の一次側を連通する管路４２，４３と，この管路４２，４３を開閉する電磁弁４１を設け，制御装置２からの制御信号によって電磁弁４１を開閉することで，レシーバタンク５１ｂ内の圧縮空気を放気し，又は放気を停止することができるように構成している。

【0043】

図示の実施形態にあっては，この放気手段４０を，圧縮機本体１０の吸入側に設けた吸入弁４５の開閉機構と一部構成を共用するものとして設けており，レシーバタンク５１ｂに連通した管路４２を，電磁弁４１の二次側で分岐し，一方の分岐路を吸入弁４５の閉弁受圧室に，他方の分岐路である放気管路４３を，オリフィスを介して吸入弁４５の一次側の吸入通路に連通することで，電磁弁４１を開くとレシーバタンク５１ｂ内の圧縮空気が吸入弁４５の閉弁受圧室内に導入されて吸入弁４５を閉じると共に，レシーバタンク５１ｂ内の圧縮空気がオリフィスを介して吸入弁４５の一次側の吸入通路に導入され，吸入弁４５の一次側に設けられたエアフィルタを介して放気することができるように構成されている。

【0044】

なお，図１に示す実施形態では，圧縮機本体１０の吸入側に吸入弁４５を設け，無負荷運転への移行時に圧縮機本体１０の吸入口１０ａを閉じて圧縮機本体１０の吸気を停止するようにしているが，この吸入弁４５は必ずしも設ける必要はなく，一例として図３に示すように，吸入弁４５を省略した構成とするものとしても良い。

【0045】

以上で説明したインバータ駆動圧縮機１に設けられた各部の動作は，圧力検知手段６０からの検知信号を受信して供給流路５２内の圧力を監視している制御装置２からの制御信号により制御されており，制御装置２は，記憶手段に記憶した目標圧力Ｐt，無負荷運転開始圧力Ｐulと圧力検知手段６０が検知した供給流路５２内の圧力Ｐdとを比較して，各部へ制御信号を出力し，下記の通り各部の動作を制御する。

【0046】

圧力検知手段６０が検知した供給流路５２内の圧力Ｐdが目標圧力Ｐｔ未満のとき，制御装置２は電磁弁４１を閉じる制御信号を出力し，電磁弁４１はこの制御信号を受信して管路４２，４３を閉じ，圧力検知手段６０が検知した供給流路５２内の圧力Ｐｄが無負荷運転開始圧力Ｐul以上であるとき，制御装置２は電磁弁４１を開く制御信号を出力し，電磁弁４１はこの制御信号を受信して管路４２，４３を開く。圧力検知手段６０が検知した供給流路５２内の圧力Ｐｄが目標圧力Ｐｔ以上で無負荷運転開始圧力Ｐul未満の範囲にあるとき，制御装置２は電磁弁４１への制御信号を変更することなく前の制御信号を継続する。即ち，圧力検出手段６０が検知した供給流路５２内の圧力Ｐｄが目標圧力Ｐｔから無負荷運転開始圧力Ｐulまで上昇する間，制御装置は電磁弁４１を閉じる制御信号を継続して出力し，圧力検出手段６０が検知した供給流路５２内の圧力Ｐｄが無負荷運転開始圧力Ｐulから目標圧力Ｐｔまで低下する間，制御装置２は電磁弁４１を開く制御信号を出力する。

【0047】

また，制御装置２は，供給流路５２内の圧力Ｐｄが目標圧力Ｐｔ未満に低下すると，電磁弁４１を閉じる制御信号を出力すると共に，圧力検知手段６０が検知した供給流路５２内の圧力Ｐｄと目標圧力Ｐｔとの圧力差を算出し，この圧力差に基づきＰＩ演算処理又はＰＩＤ演算処理によりインバータ３０が出力する交流電流の周波数を求め，これに対応する回転速度指令（周波数指令）を生成し，これをインバータ３０に対して制御信号として出力することで，インバータ３０が出力する周波数を所定の下限値ｆminと上限値ｆmax間で変化させて前記圧縮機本体の回転速度を制御する「回転速度制御」を行う。

【0048】

一例として，回転速度制御は，圧力検知手段６０が検知した吐出流路５２内の圧力Ｐdが目標圧力Ｐtを超えたとき，インバータ３０はモータ１５に出力する交流電流の周波数を上限値ｆmaxよりも低い所定の周波数まで減少させモータ１５を低速運転に移行し，圧力Ｐｄが無負荷運転開始圧力Ｐulに達したときには既に周波数は下限値ｆminになっている。一方，供給流路５２内の圧力Ｐdが所定の目標圧力Ｐt未満に低下したとき，インバータ３０はモータ１５に出力する交流電流の周波数を下限値ｆminよりも高い所定の周波数，例えば最高周波数ｆmaxにする。このような動作を繰り返すことで供給流路５２内の圧力Ｐdを目標圧力Ｐtに一致させる。

【0049】

なお，上記説明において，「インバータ３０」はインバータの本体を指し，ＰＩ演算処理やＰＩＤ演算処理を行う演算処理部等の，インバータ（本体）の出力周波数を制御するための装置は，装置構成としてインバータ本体と一体的な構成を取るか，あるいは，インバータ本体とは別個の装置を取るかに拘わらず，本願における制御装置２の構成要素を成す。

【0050】

また，消費側における圧縮空気の消費が停止する等して供給流路５２内の圧力Ｐdが上昇して無負荷運転開始圧力Ｐulに達すると，前述とおり電磁弁４１が開き，これにより吸入弁４５を閉じて圧縮機本体１０に対する被圧縮気体の導入を停止すると共に，レシーバタンク５１ｂ内の圧縮空気を放気通路４３を介して大気開放して下限圧力Ｐminまで圧力を低下させ，インバータ３０の出力周波数を下限周波数ｆminになった状態の無負荷運転に移行する。

【0051】

この下限圧力Ｐminは，レシーバタンク５１ｂから圧縮機本体１０へ確実に潤滑油を圧送するために必要な圧力であって，レシーバタンク５１ｂ内の圧力が下限圧力Ｐminに維持されるよう，放気管路４３に設けたオリフィスの開口面積により放気される圧縮空気の流量が調整されている。

【0052】

このようにして無負荷運転に移行すると，吐出流路５１（レシーバタンク５１ｂ）内の圧縮空気は放気されて圧力が下限値Ｐminまで低下するが，逆止弁５４の一次側にある吐出流路５１（レシーバタンク５１ｂ）内の圧力低下は，逆止弁５４の二次側にある供給流路５２内の圧力を低下させることなく，消費側における圧縮空気の消費が停止した状態では，供給流路５２内の圧力は無負荷運転開始圧力Ｐulに維持され，この間，制御装置２は無負荷運転の状態を維持する。

【0053】

その後，消費側における圧縮空気の消費が再開されて，供給流路５２内の圧力が目標圧力Ｐtまで低下すると，電磁弁４１が閉じて吸入弁４５を開くと共に，吐出流路５１の放気を停止し，圧力検知手段６０が検知した供給流路５２内の圧力Ｐdが目標圧力Ｐtとなるように，インバータ３０の出力周波数を制御する前述の回転速度制御に復帰する。このようにインバータ駆動圧縮機は，供給流路５２内の圧力に従って，前述した回転速度制御と無負荷運転への移行を繰り返す基本動作を行うように制御されている。

【0054】

本発明のインバータ駆動圧縮機１において，前述の制御装置２は，以上で説明した基本動作に加え，更に，前記回転速度制御時において前記圧縮機本体１０が所定の低負荷運転状態となったことを判定すると，前述の回転速度制御を停止すると共に，インバータ３０の出力周波数を増大させて，前記供給流路５２内の圧力Ｐdを前記無負荷運転開始圧力Ｐul以上に上昇させ，これにより前述の無負荷運転に強制的に移行させる，強制移行制御を行うように構成されている。

【0055】

本実施形態にあっては，一例としてインバータ３０の出力周波数が所定時間ｔ（又はｔ’）継続して下限周波数ｆminに対し所定の高い周波数として設定された判定基準周波数ｆa以下の周波数を出力すると，制御装置２は，前述の低負荷運転状態となったものと判定して，前述の強制移行制御を実行する。

【0056】

このような制御を，図２を参照して説明すると，回転速度制御中に供給流路５２内の圧力Ｐdが目標圧力Ｐtになると，インバータ３０は，出力周波数を低下させる制御を開始し（図２のＴ1），インバータ３０の出力周波数はやがて判定基準周波数ｆa以下に迄低下し（図２のＴ2），下限周波数ｆminに至る（図２のＴ3）。

【0057】

ここで，消費側における圧縮空気の消費が行われていない場合，圧縮機本体１０は低回転速度で運転されているものの，少量の圧縮空気を吐出しているため，供給流路５２内の圧力は徐々に上昇して，供給流路５２内の圧力Ｐdは最終的には無負荷運転開始圧力Ｐul以上に上昇することから，前述の基本動作に従って無負荷運転への移行を行うことになる。

【0058】

しかし，消費側において判定基準周波数ｆａ以下の周波数に対応した回転速度で発生する圧縮空気量と同程度の少量の圧縮空気の消費（漏れを含む）が行われている場合，供給流路５２内の圧力Ｐdは無負荷運転圧力Ｐulまで上昇せずに，目標圧力Ｐt以上，無負荷運転開始圧力Ｐul未満の圧力が維持されるために無負荷運転に移行せず，負荷がかかった状態で最低回転速度，あるいはそれよりも僅かに高い回転速度で運転される，低負荷運転が継続されることとなることから，本発明のインバータ駆動圧縮機１では，このような低負荷運転状態が生じた場合，強制的に無負荷運転への移行させることができるようにした。

【0059】

このような強制的な運転状態の移行を可能とするために，前述の制御装置２は，インバータ３０の出力を受信できるように構成し，回転速度制御が行われている負荷運転中に，インバータ３０に対し出力する制御信号が，前述した判定基準周波数ｆa以下の周波数の出力を指令した後，制御装置２はインバータ３０から判定基準周波数ｆａ以下の周波数を受信すると（図２のＴ2），タイマーを起動して判定基準周波数ｆa以下の周波数の出力が継続して行われている時間のカウントを開始する。

【0060】

なお，このようなカウントは，上記の構成に代えて，制御装置２がインバータ３０に対し判定基準周波数ｆa以下の周波数の出力を指令する制御信号を出力したときに開始するものとしても良い。

【0061】

この判定基準周波数ｆaは，本実施例では前述した回転速度制御で使用する周波数の可変域（一例として２０〜５８Hz）における下限周波数ｆmin（２０Hz）に対して僅かに高い値に設定しており，本実施例では判定基準周波数ｆaを下限周波数ｆmin（２０Hz）よりも２Hz高い，２２Hzとしている。

【0062】

このようにしてカウントを行っているときに，消費側における圧縮空気の消費量が増加する等して吐出側圧力Ｐdが目標圧力Ｐtを下回ると，制御装置２はインンバータに対し出力周波数を増加させる制御信号を出力し，判定基準周波数ｆaを上回る周波数の出力を指令する制御信号を出力すると，タイマーによるカウントを停止してリセットする。

【0063】

一方，供給流路５２内の圧力が低下せず，判定基準周波数ｆa以下の周波数の出力が所定時間ｔ継続してカウントされると（図２のＴ5），制御装置２は，インバータ駆動圧縮機１が低負荷運転状態になったと判定し，インバータ３０に対し判定基準周波数ｆaよりも高い周波数として設定されている，圧力上昇周波数ｆbの出力を指令する制御信号を出力する。

【0064】

この圧力上昇周波数ｆbは，低負荷運転状態にある圧縮機の供給流路５２内の圧力を速やかに無負荷運転開始圧力Ｐul以上に上昇させることができる周波数に設定することが必要で，本実施形態では，下限周波数ｆmin（２０Hz）に対し２倍の周波数である４０Hzを圧力上昇周波数ｆbとして設定している。

【0065】

そのため，制御装置２からの制御信号を受けてインバータ３０が前記圧力上昇周波数ｆbの交流電流をモータ１５に対し出力すると，モータ１５，従って圧縮機本体１０の回転速度が急激に上昇して供給流路５２内の圧力Ｐdは速やかに無負荷運転開始圧力Ｐulに迄上昇し(図２中のＴ6)，運転状態を強制的に無負荷運転に移行させることが可能となる。

【0066】

上記の説明では，圧力上昇周波数ｆbを判定基準周波数ｆa（２２Hz）より高く，定格値ｆt（５３．５Hz）よりも低い４０Hzとして設定しているが，強制移行制御中に圧縮機本体の動力がモータの許容動力（最大出力）を超えない（過負荷とならない）周波数であれば，この周波数値に限定されず，他の周波数を選定することも可能で，例えば定格値ｆt（５３．５Hz）を圧力上昇周波数ｆbとしても良く，また，目標圧力の設定により制御装置が自動的に圧力上昇周波数ｆbを演算し設定するようにしてもよく，または，その時に供給流路５２内の圧力に応じて制御装置２が圧縮機本体１０の動力がモータ１５の許容動力を超えない最大の周波数を演算し設定するようにしてもよい。

【0067】

なお，インバータ３０が前記圧力上昇周波数ｆbを出力している際に消費側における圧縮空気の消費が開始されて供給流路５２内の圧力が目標圧力Ｐt以下に低下した場合には，制御装置２は，強制移行制御を停止して，供給流路５２内の圧力Ｐdを目標圧力に近付ける回転速度制御に移行し，回転速度制御に移行した後にインバータ３０が出力する周波数が判定基準周波数ｆa以下に低下したら，再度カウントを開始し，先に説明した工程に従い，強制移行制御を行う。

【0068】

以上の説明では，インバータ３０が判定基準周波数ｆa以下の周波数を所定時間ｔ継続して出力したことを以て，圧縮機が低負荷運転状態にあることの判定基準としたが，低負荷運転状態であることの判定基準としては，他の基準を使用するものとしても良い。

【0069】

例えば，インバータが判定基準周波数ｆaあるいは下限周波数ｆminを出力したこと，供給流路内の圧力が目標圧力Ｐtに対し所定の高い圧力，例えば目標圧力Ｐtより所定値ｐ2（一例として０．０１MPa）高い判定基準圧力Ｐjに達したことを以て，低負荷運転状態であることを判定しても良く，又は，前述の判定基準圧力Ｐj以上，無負荷運転開始圧力Ｐul未満の圧力が所定時間継続して検出されたことを以て，低負荷運転状態にあることを判定するものとしても良い。

【0070】

更に，前述の実施例で行った判定基準周波数ｆa以下の周波数の出力時間のカウントを，判定基準周波数ｆa以下の周波数の出力が開始された後，供給流路５２内の圧力Ｐdが判定基準圧力Ｐj以上であることの２つの条件が満たされた際（図２のＴ4）に所定時間ｔ’のカウントを開始するようにしても良く，このように構成することで判定精度を高めて誤判定が行われることを防止できるようにしても良い。

【0071】

なお，前述の目標圧力Ｐtは設定値を変更することが可能であり，目標圧力Ｐtの変更に合わせて制御装置２が無負荷運転開始圧力Ｐulを自動で算出して自動的に変更できるようにしても良い。

【0072】

以上で説明した本発明のインバータ駆動圧縮機１の構成にあっては，判定基準周波数ｆaを所定時間継続して出力する等，所定の低負荷運転状態にあることが判定されたら，速やかに周波数を圧力上昇周波数ｆb迄上昇させて，供給流路５２内の圧力Ｐdを無負荷運転開始圧力Ｐulに上昇させ，強制的に無負荷運転に移行するようにしたことから，低負荷運転の時間を短縮することができた。

【0073】

その結果，圧縮機の効率が悪い低負荷運転を長時間継続しないので，圧縮機の消費動力を低減することができると共に，無負荷運転への移行により吐出流路５１（レシーバタンク５１ｂ）内でのドレンの発生についても大幅に抑制することのできるインバータ駆動圧縮機１を提供することができた。

【符号の説明】

【0074】

１ インバータ駆動圧縮機
２ 制御装置
１０ 圧縮機本体
１０ａ 吸入口（圧縮機本体の）
１０ｂ 吐出口（圧縮機本体の）
１０ｃ 給油口（圧縮機本体の）
１５ モータ
３０ インバータ
４０ 放気手段
４１ 電磁弁
４２ 管路
４３ 放気管路（他方の分岐路；管路）
４５ 吸入弁
５０ 空気流路
５１ 吐出流路
５１ａ 吐出配管
５１ｂ レシーバタンク
５２ 供給流路
５４ 逆止弁
６０ 圧力検知手段
Ｐd 供給流路５２内の圧力（吐出側圧力；圧力検知手段の検知圧力）
Ｐt 目標圧力
Ｐul 無負荷運転開始圧力
Ｐj 判定基準圧力
Ｐmin 下限圧力
ｆmin 下限周波数
ｆmax 上限周波数
ｆa 判定基準周波数
ｆb 圧力上昇周波数

【図1】

【図2】

【図3】