特開 2024-99878 圧縮機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024099878

(43)【公開日】2024-07-26

(54)【発明の名称】圧縮機

(51)【国際特許分類】

   F04B 49/02 20060101AFI20240719BHJP

   F04B 49/06 20060101ALI20240719BHJP

【ＦＩ】

F04B49/02 331A

F04B49/06 341B

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023003476

(22)【出願日】2023-01-13

(71)【出願人】

【識別番号】502129933

【氏名又は名称】株式会社日立産機システム

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】弁理士法人開知

(72)【発明者】

【氏名】内田 光

【テーマコード（参考）】

3H145

【Ｆターム（参考）】

3H145AA03

3H145AA13

3H145AA26

3H145AA42

3H145BA32

3H145BA35

3H145CA04

3H145CA25

3H145DA01

3H145DA12

3H145DA43

3H145DA47

3H145EA13

3H145EA38

3H145EA45

(57)【要約】

【課題】
タンクの容積が大きい場合において消費電力が増加することを抑制でき、タンクの容積が小さい場合において電動機のＯＮ－ＯＦＦ回数が増加することを抑制でき電気部品の寿命を確保するできる圧縮機を提供する。
【解決手段】
処理装置１４ｅは、昇圧運転時間Ｔupと降圧運転時間Ｔdwと使用空気比Ｔdw／Ｔupとを演算し、使用空気比Ｔdw／Ｔupが所定値αを以上の場合、または、昇圧運転時間Ｔupと降圧運転時間Ｔdwのいずれかが所定時間Ｔ１を超えた場合に、断続運転制御を実行し、使用空気比Ｔdw／Ｔupが所定値αより小さい場合、かつ、昇圧運転時間Ｔupと降圧運転時間Ｔdwのいずれもが所定時間Ｔ１以下の場合に、連続運転制御を実行する。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

気体を吸い込んで圧縮した後に吐出する圧縮機本体と、
前記圧縮機本体を駆動する電動機と、
前記圧縮機本体から吐出された圧縮気体を貯留するタンクと、
前記タンク内の圧力が第１閾値から前記第１閾値より小さい第２閾値に降下するまでの降圧期間に前記電動機を停止させ、前記タンク内の圧力が前記第２閾値から前記第１閾値に上昇するまでの昇圧期間に前記電動機を動作させる断続運転制御と、前記降圧期間に前記圧縮機本体を無負荷運転させ、前記昇圧期間に前記圧縮機本体を負荷運転させる連続運転制御とを実行可能な処理装置とを備え、
前記処理装置は、前記昇圧期間に要した時間である昇圧運転時間と、前記降圧期間に要した時間である降圧運転時間と、前記昇圧運転時間に対する前記降圧運転時間の比である使用空気比とを演算し、
前記使用空気比が所定値を超えた場合、または、前記昇圧運転時間と前記降圧運転時間のいずれかが所定時間を超えた場合に、前記断続運転制御を実行し、
前記使用空気比が前記所定値以下の場合、かつ、前記昇圧運転時間と前記降圧運転時間のいずれもが前記所定時間以下の場合に、前記連続運転制御を実行することを特徴とする圧縮機。

【請求項2】

請求項１に記載の圧縮機であって、
前記圧縮機本体の吸込弁を強制的に開放し得るアンローダ装置をさらに備え、
前記処理装置は、前記アンローダ装置に対して制御信号を出力することで前記吸込弁を強制的に継続して開放させることにより前記連続運転制御を実行することを特徴とする圧縮機。

【請求項3】

請求項１に記載の圧縮機であって、
前記処理装置は、前記昇圧運転時間と前記降圧運転時間とを加算した運転周期とを演算し、前記運転周期が所定時間より小さい場合、前記連続運転制御を実行することを特徴とする圧縮機。

【請求項4】

請求項１に記載の圧縮機であって、
前記処理装置は、単位時間当たりの起動回数が所定回数より大きい場合、直ちに前記電動機を停止することを特徴とする圧縮機。

【請求項5】

請求項４に記載の圧縮機であって、
前記所定回数が、使用空気比の所定値とタンク容量とから決定される前記電動機の単位時間当たりの最大起動回数であることを特徴とする圧縮機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧縮機に関する。

【背景技術】

【0002】

気体を吸込んで圧縮し高圧気体を吐き出す圧縮機が知られている。特に、圧縮機によって圧縮された圧縮空気は、工場ラインや作業現場で工作機やプレス機、エアーブロー等に多く使用される。この圧縮機において、圧縮空気が貯留されるタンクの保全と当該タンク内の圧縮気体の圧力を維持するために、断続運転制御と連続運転制御が用いられている。

【0003】

断続運転制御は、タンクの圧力が上限値に達した場合に電動機を停止させてタンクの保全をし、タンク内の圧力が下限値に達した場合に電動機を始動させてタンク内の圧縮気体の圧力を維持する。一方、連続運転制御は、電動機のＯＮ－ＯＦＦ回数の増加を抑制するためタンクの圧力が上限値に達した場合に電動機を停止させず、アンローダ装置によって圧縮機を無負荷状態にしてタンクを保全し、タンク内の圧力が下限値に達した場合に圧縮機を負荷状態にし、タンク内の圧縮気体の圧力を維持する。

【0004】

断続運転制御では電動機が停止する期間があるため消費電力を抑制できる一方、電動機が何度もＯＮ－ＯＦＦを繰り返すため電磁開閉器等の駆動部品の動作回数が増え、電気部品の寿命が短くなる虞がある。それに対し、連続運転制御では電動機が停止しないため、電気部品の寿命が長くなる一方、消費電力が増加する。

【0005】

これらのことから、断続運転制御と連続運転制御を併用して制御することで、消費電力を低減しつつ、電動機や電気部品の寿命を確保することを図る空気圧縮機が開示されている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１７－１９０７８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

一方、電動機を作動させて気体を圧縮する時間（昇圧運転時間）に対する電動機を停止させて気体を圧縮しない時間（降圧運転時間）の比である使用空気比が所定値（但し所定値は１より大きい）より大きい場合にはタンク内の圧縮空気量に余裕があると見なして断続運転制御を実行し、使用空気比が所定値より小さい場合にはタンク内の圧縮空気量に余裕がないと見なして連続運転制御を実行する圧縮機が開発されている。

【0008】

この圧縮機では、昇圧運転時間が降圧運転時間より相対的に長く使用空気比が所定値より小さい場合、常に連続運転制御が実行される。つまり、昇圧運転時間が降圧運転時間より相対的に長い場合には、例えばタンク容量が充分大きく（例えば１００リットル以上）降圧運転時間が絶対的に長い場合であっても一律に連続運転制御が実行される。降圧運転時間が絶対的に長い場合に連続運転制御を行うと消費電力が増加する傾向があるため、当該圧縮機は消費電力削減の観点から改善の余地がある。これは使用空気比が所定値より小さいがタンク容量等の関係で昇圧運転時間が絶対的に長くなる場合にも同様のことが当てはまる。すなわち、使用空気比だけに基づいて制御を切り替える圧縮機では、昇圧運転時間と降圧運転時間の絶対的な長さを考慮していないため、消費電力削減の観点から改善の余地があった。

【0009】

本発明の目的は、降圧運転中の制御を使用空気比に応じて断続運転制御と連続運転制御とに切り替え可能な圧縮機において消費電力を削減できる圧縮機を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するために、本発明は、気体を吸い込んで圧縮した後に吐出する圧縮機本体と、前記圧縮機本体を駆動する電動機と、前記圧縮機本体から吐出された圧縮気体を貯留するタンクと、前記タンク内の圧力が第１閾値から前記第１閾値より小さい第２閾値まで降下するまでの降圧期間に前記電動機を停止させ、前記タンク内の圧力が前記第２閾値から前記第１閾値に上昇するまでの昇圧期間に前記電動機を動作させる断続運転制御と、前記降圧期間に前記圧縮機本体を無負荷運転させ、前記昇圧期間に前記圧縮機本体を負荷運転させる連続運転制御とを実行可能な処理装置とを備え、前記処理装置は、前記昇圧期間に要した時間である昇圧運転時間と、前記降圧期間に要した時間である降圧運転時間と、前記昇圧運転時間に対する前記降圧運転時間の比である使用空気比とを演算し、前記使用空気比が所定値以上の場合、または、前記昇圧運転時間と前記降圧運転時間のいずれかが所定時間を超えた場合に、前記断続運転制御を実行し、前記使用空気比が前記所定値より小さい場合、かつ、前記昇圧運転時間と前記降圧運転時間のいずれもが前記所定時間以下の場合に、前記連続運転制御を実行する。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、降圧運転中の制御を使用空気比に応じて断続運転制御と連続運転制御とに切り替え可能な圧縮機において消費電力を削減できる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の第１実施形態に係る圧縮機において前面パネルの一部を透視させた前面図である。

【図2】アンロード状態の圧縮機本体の一部断面図である。

【図3】ロード状態の圧縮機本体の一部断面図である。

【図4】本発明の第１実施形態に係る圧縮機の制御回路図である。

【図5】制御装置が断続運転制御を実行した時の電動機の動作とタンク内の圧力を模式的に示すタイムチャートである。

【図6】制御装置が連続運転制御を実行した時の電動機の動作とタンク内の圧力を模式的に示すタイムチャートである。

【図7】第１実施形態の制御装置によって実行される圧縮気体の供給処理のフローチャートの一例を示す図である。

【図8】比較例に係る圧縮機の負荷率に対する消費電力をタンクの容積ごとに示すグラフである。

【図9】本実施形態に係る圧縮機の負荷率に対する消費電力をタンクの容積ごとに示すグラフである。

【図10】第２実施形態の制御装置によって実行される圧縮気体の供給処理のフローチャートの一例を示す図である。

【図11】第３実施形態の制御装置によって実行される圧縮気体の供給処理のフローチャートの一例を示す図である。

【図12】第３実施形態に係る圧縮機と比較例に係る圧縮機等の負荷率ごとのＯＮ－ＯＦＦ回数を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を用いて、本発明の第１～第３実施形態に係る圧縮機の構成及び動作について説明する。なお、各図において、同一符号は同一部分を示す。

【0014】

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧縮機１０について前面パネルの一部を透視させた前面図である。本実施形態に係る圧縮機１０は、例えば、ピストンを往復動させることにより、空気を圧縮する往復動式の空気圧縮機である。

【0015】

図１に示すように圧縮機１０には、空気を吸込み圧縮する圧縮機本体１１と、圧縮機本体１１を駆動する電動機１２と、電動機１２の起動・停止と過負荷保護を行う電磁開閉器１３と、圧縮機１０を制御する制御装置１４と、圧縮空気を貯蔵するタンク１５と、制御装置１４の出力する指令（制御信号）に基づいて圧縮機本体１１の始動負荷の軽減を行うアンローダ装置１６と、これらの機器を収容する筐体１７と、タンク１５内に貯留された圧縮空気を圧縮機１０の外に吐出させる配管を開閉する止め弁１８とが設けられている。

【0016】

圧縮機本体１１は、ピストンを往復動させて、シリンダ１１ａ内に空気を吸込んで圧縮し、圧縮空気をタンク１５に吐出する装置である。圧縮機本体１１にはシリンダ１１ａとシリンダヘッド１１ｂ（図２，３参照）が設けられている。

【0017】

電動機１２は、例えば、インダクタンスモータで、電磁開閉器１３を介し電源ＡＣに接続する（図４参照）。電動機１２が駆動することにより、電動機１２の出力軸に固定されたプーリがタイミングベルト１２ａを介して、圧縮機本体１１のクランクシャフトに固定されたプーリ１１dを回転させ、ピストンを往復動させる。

【0018】

電動機１２の起動・停止と過負荷保護を行う電磁開閉器１３と、圧縮機１０を制御する制御装置１４の詳細については後述する。

【0019】

タンク１５は、圧縮空気を貯留させる装置で、圧縮機本体１１から吐出された圧縮空気の脈動を平準化させて顧客の機器に圧縮空気を提供する。タンク１５には後述する圧力センサ１５ａ（図４参照）が設けられている。また、タンク１５の下部には、タンク１５内に溜まった液体を外部へ排出するドレン排出装置１５ｂが設けられている。また、タンク１５は、外部タンク（図示せず）を取り付けて容積を大きくすることができる。

【0020】

アンローダ装置１６は、吸込弁１１ｂｃを強制的に開放させることで圧縮機本体１１を無負荷状態（アンロード状態）にするための装置である。本実施形態のアンローダ装置１６は、三方電磁弁１６ａと、後述するアンローダ配管１６ｂとアンローダピストン１６ｃ（図２，３参照）とを備える。なお、アンローダ装置１６の構成は、制御装置１４の指令に応じて吸込弁１１ｂｃを開閉可能なものであれば良く、ここに例示したものに限られない。

【0021】

三方電磁弁１６ａは、制御装置１４から出力される指令（制御信号）に応じて、アンローダ配管１６ｂの連通先を、タンク１５と外気とのいずれか一方に切り替える電磁弁である。

【0022】

筐体１７は、圧縮機１０を六方から覆う複数の略板状の部材で、ベース１７ａ、前面パネル１７ｂ、左側面パネル１７ｃ、右側面パネル１７ｄ、後面パネル１７ｅ、及び上面パネル１７ｆを有する。

【0023】

ベース１７ａの上には、防振ゴムを介し架台１７ｇが固定されている。架台１７ｇには電動機１２がボルトにより固定されるとともに取付台１７ｈが溶接されている。そして、取付台１７ｈの上には圧縮機本体１１がボルトにより固定されるとともに取付台１７ｈの左にはタンク１５がボルトにより固定されている。

【0024】

また、前面パネル１７ｂには、制御装置１４の運転・停止スイッチ１４ｂとディスプレイ１４ｃが取り付けられ、左側面パネル１７ｃには止め弁１８が取り付けられている。

【0025】

図２はアンロード状態の圧縮機本体１１の一部断面図であり、図３はロード状態の圧縮機本体１１の一部断面図である。

【0026】

圧縮機本体１１は、ピストンが往復動する円筒状のシリンダ１１ａと、シリンダ１１ａの先端に取り付けられ空気の吸い込みと圧縮空気の吐出を行うシリンダヘッド１１ｂを備える。

【0027】

シリンダヘッド１１ｂには、フィルター（図示せず）を介して空気を取り入れる空気取入口１１ｂａと、圧縮空気を吐き出す空気吐出口１１ｂｂが設けられ、吸込弁１１ｂｃと吐出弁１１ｂｄとアンローダピストン１６ｃとが取り付けられている。

【0028】

吸込弁１１ｂｃは、空気取入口１１ｂａとシリンダ１１ａの開口との間に設けられた弁で、ピストンの下降中にシリンダ１１ａの内圧が空気取入口１１ｂａの空気圧より低下するとその圧力差で弁が開き、空気をシリンダの内部に取り込む。

【0029】

吐出弁１１ｂｄは、空気吐出口１１ｂｂとシリンダ１１ａの開口との間に設けられた弁で、ピストンの上昇中にシリンダ１１ａの内圧が空気吐出口１１ｂｂの空気圧より上昇するとその圧力差で弁が開き、圧縮空気を空気吐出口１１ｂｂ側に吐き出す。

【0030】

アンローダピストン１６ｃは、図２に示す閉じた吸込弁１１ｂｃを、図３に示すように強制的に開き、圧縮機本体１１の圧縮室１１ｃを開放状態（アンロード状態）に維持する部品で、後述する突出部１６ｃａの先端が吸込弁１１ｂｃに接するようにシリンダヘッド１１ｂに固定されている。アンローダピストン１６ｃには、アンローダ配管１６ｂを接続するための配管接続口（図示せず）と、配管接続口から流入した圧縮空気により突出して吸込弁１１ｂｃを開口させる突出部１６ｃａが設けられている。

【0031】

図４は、本実施形態に係る圧縮機１０の制御回路図である。図４に示すように、圧縮機１０の制御回路には、タンク１５内の圧力を測定する圧力センサ１５ａと、アンローダ配管１６ｂの連通先を切り替える電磁弁である三方電磁弁１６ａと、電源ＡＣと電動機１２とを電気的に接続する回路を開閉する電磁開閉器１３と、三方電磁弁１６ａと電磁開閉器１３等を制御する制御装置１４とが設けられている。

【0032】

圧力センサ１５ａは制御装置１４と電気的に接続し、圧力センサ１５ａにより測定されたタンク１５内の圧力値は制御装置１４に伝送される。三方電磁弁１６ａは、電気的に接続する制御装置１４の指令によって、アンローダ配管１６ｂの連通先を、タンク１５と大気とのいずれかに切り替える。

【0033】

電磁開閉器１３は、電磁石の動作によって回路を開閉するとともに過負荷により回路を遮断する装置で、接点１３ａと電流センサ１３ｂとサーマルリレー１３ｃとを有し、制御装置１４と電気的に接続している。

【0034】

接点１３ａは、電源ＡＣと電動機１２とを電気的に接続する回路を開閉するための接触部分である。本実施形態の接点１３ａはＡ接点で、制御装置１４の指令により閉じられ電動機１２を始動させる。

【0035】

電流センサ１３ｂは、電動機１２の運転時に流れる電流を計測する装置である。電流センサ１３ｂの測定値は制御装置１４に伝送される。なお、電流センサ１３ｂにより測定する交流電流の位相数は任意である。例えば３相電流の３相全てを測定しても良く、１相だけを選択して測定してもよい。

【0036】

サーマルリレー１３ｃは、電動機１２を過負荷から保護するために、電流によって生ずる熱により接点の開閉を行うリレーである。電動機１２に過大な電流が流れた場合、その焼損などを防止するために接点は開放され回路を切断する。

【0037】

制御装置１４は上述のように三方電磁弁１６ａや電磁開閉器１３等を制御する装置で、制御基板１４ａと電子回路１４ｄと運転・停止スイッチ１４ｂとディスプレイ１４ｃとを有する。

【0038】

制御基板１４ａはプリント基板で、運転・停止スイッチ１４ｂとディスプレイ１４ｃと電子回路１４ｄが実装されている。運転・停止スイッチ１４ｂは、停止中の電動機１２の運転開始、または、運転中の電動機１２の停止をするためのスイッチである。ディスプレイ１４ｃは、文字や画像を表示する。ディスプレイ１４ｃは設定圧力等を表示させたり、電源系統に異常があることや圧縮機本体に異常があること等を表示させたりすることが好ましい。

【0039】

電子回路１４ｄは、電気的に接続する装置を制御する部品で、処理装置（マイコンやＦＰＧＡ等に搭載されるＣＰＵ等のプロセッサ）１４ｅや、電気部品（抵抗やコンデンサ、発振回路等）や電力素子（トランジスタやリレー等）を備える。

【0040】

図４に示すように、電子回路１４ｄには、圧力センサ１５ａと、三方電磁弁１６ａと電磁開閉器１３と、電磁開閉器１３を介して電動機１２と電源ＡＣとが電気的に接続されている。

【0041】

次に、制御装置１４の制御内容について説明する。

【0042】

まず、制御装置１４は、停止中の圧縮機１０において、運転・停止スイッチ１４ｂの運転ボタンの操作を検知すると、電動機１２を始動させるため、接点１３ａを接触させるように電磁開閉器１３を制御する。

【0043】

電動機１２の始動により圧縮機本体１１が運転しタンク１５内の圧力が上昇していく。制御装置１４は、圧縮機１０の運転時に圧力センサ１５ａで検出されたタンク１５の圧力値が、予め任意に設定された第１閾値（停止圧力Ｐoff）に達したことを検知すると、電磁開閉器１３またはアンローダ装置１６の三方電磁弁１６ａのいずれかを制御する。このとき、制御装置１４が電磁開閉器１３を制御する方式は断続運転制御方式と呼ばれ、制御装置１４がアンローダ装置１６の三方電磁弁１６ａを制御する方式は連続運転制御方式と呼ばれる。

【0044】

（断続運転制御方式）
断続運転制御で制御装置１４は、接点１３ａを離すように電磁開閉器１３を制御する。これにより、電動機１２への給電が停止され、電動機１２は停止し、圧縮機本体１１の作動が停止する。

【0045】

圧縮機本体１１の停止後、止め弁１８に接続された顧客の機器の作動によりタンク１５内の圧縮空気が消費される。

【0046】

制御装置１４は、電動機１２の停止後に圧力センサ１５ａで検出されたタンク１５の圧力値が、第２閾値（復帰圧力Ｐon）に達したことを検知すると、接点１３ａを接触させるように電磁開閉器１３を制御する。これにより、電動機１２は再度始動し、圧縮機本体１１が運転を再開する。

【0047】

（連続運転制御方式）
制御装置１４は、例えば、アンローダ装置１６に対して指令を出力することで吸込弁１１ｂを強制的に継続して開放させることにより、連続運転制御を実行する。具体的には、制御装置１４は、三方電磁弁１６ａに指令を出力してアンローダ配管１６ｂとタンク１５とを連通させるように三方電磁弁１６ａを動作させ、アンローダ配管１６ｂにタンク１５の圧縮空気を流入させる。アンローダ配管１６ｂに流入された圧縮空気は、アンローダ配管１６ｂに接続するアンローダピストン１６ｃの突出部１６ｃａを突出させ、突出した突出部１６ｃａは吸込弁１１ｂｃを押圧し吸込弁１１ｂｃを強制的に継続して開放する。これにより、シリンダ１１ａ内は大気と連通され、シリンダ１１ａ内の空気は空気吐出口１１ｂｂから吐出されなくなるので、圧縮機本体１１からタンク１５への圧縮空気の供給は停止する。つまり、制御装置１４は、電動機１２を停止させることなく、圧縮機本体１１からタンク１５への圧縮空気の供給を停止（アンロード運転）させる。

【0048】

圧縮機本体１１からタンク１５への圧縮空気の供給の停止後、止め弁１８に接続された顧客の機器の作動により空気が消費される。

【0049】

制御装置１４は、圧縮機本体１１からタンク１５への圧縮空気の供給の停止後に圧力センサ１５ａで検出されたタンク１５の圧力値が、復帰圧力Ｐ_onを下回ったことを検知すると、アンローダ装置１６に対して制御信号を出力することで吸込弁１１ｂを強制的に継続して開放させることを停止させる。具体的には、制御装置１４は、三方電磁弁１６ａに指令を出力してアンローダ配管１６ｂと大気とを連通させるように三方電磁弁１６ａを動作させ、アンローダ配管１６ｂ内の圧縮空気を大気に放出させる。これにより、アンローダ配管１６ｂ内は大気圧となるので、アンローダピストン１６ｃの突出部１６ｃａが引っ込み、吸込弁１１ｂｃは強制的に開口されなくなるので、圧縮機本体１１からタンク１５への圧縮空気の供給が再開する。

【0050】

この連続運転制御方式は、電動機１２の始動が繰り返され、電動機１２の負荷が大きくなってしまう場合、例えば、顧客の機器の消費空気量に対して圧縮機本体１１の吐出する空気量が少ない場合やタンク１５の容積が小さい場合に、電動機１２の始動の繰り返しを抑制する目的で用いることができる。

【0051】

図５は、制御装置１４が断続運転制御を実行した時の電動機１２の動作とタンク１５内の圧力を模式的に示すタイムチャートである。図５に示すように、制御装置１４は、タンク１５内の圧力が復帰圧力Ｐonに達すると電動機をＯＮにするので、圧縮機本体１１には動力が加わり、タンク１５内の圧力が上昇する。

【0052】

次に、制御装置１４は、タンク１５内の圧力が停止圧力Ｐoffに達すると電動機をＯＦＦにするので、圧縮機本体１１に加わる動力は０となり、タンク１５内の圧力は下降する。

【0053】

図６は、制御装置１４が連続運転制御を実行した時の電動機１２の動作とタンク１５内の圧力を模式的に示すタイムチャートである。図６に示すように、制御装置１４は電動機を常にＯＮにする。そして、タンク１５内の圧力が復帰圧力Ｐonに達すると制御装置１４はアンローダ装置１６を停止するため、圧縮機本体１１の動力とタンク１５内の圧力は上昇する。

【0054】

次に、タンク１５内の圧力が停止圧力Ｐoffに達すると制御装置１４はアンローダ装置１６を起動するため、圧縮機本体１１の動力は所定値に急落し、タンク１５内の圧力は降下する。

【0055】

ここで、制御装置１４は、タンク１５内の圧力が第２閾値（復帰圧力Ｐon）から第１閾値（停止圧力Ｐoff）に上昇するまでの昇圧期間に要した時間である昇圧運転時間Ｔupと、タンク１５内の圧力が第１閾値（停止圧力Ｐoff）から第２閾値（復帰圧力Ｐon）に降下するまでの降圧期間に要した時間である降圧運転時間Ｔdwと、昇圧運転時間Ｔupに対する降圧運転時間Ｔdwの比である使用空気比（Ｔdw／Ｔup）とを演算し、それらの数値に従って断続運転制御と連続運転制御とを選択して実施する。

【0056】

図７は、本実施形態の制御装置１４によって実行される圧縮気体の供給処理のフローチャートの一例を示す図である。制御装置１４の処理装置１４ｅは、記憶装置に記憶されたプログラムと、圧力センサ１５ａにより検出されたタンク１５内の圧力と、演算した昇圧運転時間Ｔupと降圧運転時間Ｔdwと使用空気比（Ｔdw／Ｔup）とに基づいて図７に示した処理を実行する。

【0057】

まず、運転・停止スイッチ１４ｂの運転ボタンの操作を検知すると、処理装置１４ｅは電磁開閉器１３の接点１３ａを接触させて電動機１２を始動させ、図７のフローが開始される。

【0058】

処理装置１４ｅは、ステップ１にて、圧力センサ１５ａによって検出されるタンク１５内の圧力が第１閾値（停止圧力Ｐoff）に達するまで電動機１２を作動させる。

【0059】

次に、処理装置１４ｅは、ステップ２にて、電磁開閉器１３の接点１３ａを離して電動機１２への給電を停止し電動機１２を停止するとともに降圧運転時間Ｔdwの測定を開始する。これにより圧縮機本体１１からタンク１５への圧縮気体の供給は停止し、顧客の機器の作動に伴いタンク１５内の圧縮空気が消費され、タンク１５内の圧力は降下する。

【0060】

次に、処理装置１４ｅは、ステップ３にて、圧力センサ１５ａによって検出されるタンク１５内の圧力が第２閾値（停止圧力Ｐup）に達するまで電動機１２を停止させる。

【0061】

次に、処理装置１４ｅは、ステップ４にて、降圧運転時間Ｔdwの測定を終了し降圧運転時間Ｔdwを演算する。

【0062】

次に、処理装置１４ｅは、ステップ５にて、電磁開閉器１３の接点１３ａを接続して電動機１２への給電を再開し電動機１２を再起動するとともに昇圧運転時間Ｔupの測定を開始する。これにより圧縮機本体１１からタンク１５への圧縮気体の供給が再開し、タンク１５内の圧力は上昇する。

【0063】

次に、処理装置１４ｅは、ステップ６にて、圧力センサ１５ａによって検出されるタンク１５内の圧力が第１閾値（停止圧力Ｐoff）に達するまで電動機１２を作動させる。

【0064】

次に、処理装置１４ｅは、ステップ７にて、昇圧運転時間Ｔupの測定を終了し昇圧運転時間Ｔupと使用空気比（Ｔdw／Ｔup）を演算する。

【0065】

ここで、使用空気比は昇圧運転時間Ｔupに対する降圧運転時間Ｔdwの比（Ｔdw／Ｔup）であり、タンク１５内の圧力が上昇せず圧縮機本体１１が起動（動作）している時間が長い場合使用空気比は小さく、タンク１５の圧力が低下せず圧縮機本体１１が停止している時間が長い場合使用空気比は大きい。

【0066】

次に、処理装置１４ｅは、ステップ８にて、使用空気比（Ｔdw／Ｔup）が所定の閾値（以下、所定値αと称する。但し、αは１より大きい）を超えているか判定する。Ｔdw／Ｔupがαを超える場合、処理装置１４ｅは、断続運転制御を実行し、Ｔdw／Ｔupがαを下回る場合、処理装置１４ｅは、連続運転制御を実行する。

【0067】

なお、所定値αは、処理装置１４ｅによって実行される制御（断続運転制御または連続運転制御）を判定するための値で、負荷率（運転周期Ｔcyc（＝Ｔup＋Ｔdw）に対する昇圧運転時間Ｔupの比）からも算出可能である。

【0068】

負荷率（Ｔup／Ｔcyc）が大きい場合、降圧運転時間Ｔdwが相対的に短くなる。そのため、断続運転制御を行うと電動機１２のＯＮ－ＯＦＦ回数が増加して電気部品の寿命が短くなる。具体的には、負荷率（Ｔup／Ｔcyc）が３０％を超えるぐらいから、連続運転制御に切り替えることが好ましい。負荷率３０％に対応する使用空気比（Ｔdw／Ｔup）は２．５であり、この値を所定値αとしてステップ８を実行することが好ましい。

【0069】

Ｔdw／Ｔupがαを超える場合、処理装置１４ｅは、断続運転制御を実行し、ステップ２に戻って、電磁開閉器１３の接点１３ａを離して電動機１２への給電を停止し電動機１２を停止させるとともに降圧運転時間Ｔdwの測定を開始する。

【0070】

一方、Ｔdw／Ｔupがαを下回る場合、ステップ９にて、処理装置１４ｅは、昇圧運転時間Ｔupまたは降圧運転時間Ｔdwが所定の閾値Ｔ１（以下、所定時間Ｔ１と称する。Ｔ１は、例えば、６０秒）を超えるか判定する。所定時間Ｔ１を設定する際には、Ｔ１以上となる降圧運転中に断続運転制御を行うこと（電動機１２を停止させること）による消費電力削減のメリットと、同降圧運転中に連続運転制御を行うことによる電動機１２のＯＮ－ＯＦＦ回数抑制のメリットを比較考量する。さらに圧縮機のスペック、タンク容量、顧客の圧縮空気の使用状況等を総合的に考慮し、消費電力削減のメリットがＯＮ－ＯＦＦ回数抑制のメリットを上回る値をＴ１として決めると良い。なお、本実施形態では昇圧運転時間Ｔupと降圧運転時間Ｔdwの閾（所定時間）値をともにＴ１に設定したが、昇圧運転時間Ｔupと降圧運転時間Ｔdwとで異なる閾値（所定時間）を設定しても良い。

【0071】

昇圧運転時間Ｔupまたは降圧運転時間Ｔdwが所定時間Ｔ１を超える場合、処理装置１４ｅは、断続運転制御を実行し、ステップ２に戻って、電磁開閉器１３の接点１３ａを離して電動機１２への給電を停止し電動機１２を停止させるとともに降圧運転時間Ｔdwの測定を開始する。

【0072】

それに対し、昇圧運転時間Ｔupと降圧運転時間Ｔdwが所定時間Ｔ１を下回る場合、処理装置１４ｅは、連続運転制御を実行し、ステップ１０にて、電動機１２をＯＮにしたままアンローダ装置１６を起動させるとともに降圧運転時間Ｔdwの測定を開始する。

【0073】

次に、処理装置１４ｅは、ステップ１１にて、圧力センサ１５ａによって検出されるタンク１５内の圧力が第２閾値（停止圧力Ｐup）に達するまで電動機１２を停止させる。

【0074】

次に、処理装置１４ｅは、ステップ１２にて、降圧運転時間Ｔdwの測定を終了し降圧運転時間Ｔdwを演算する。

【0075】

次に、処理装置１４ｅは、ステップ１３にて、アンローダ装置１６を停止するとともに昇圧運転時間Ｔupの測定を開始する。これにより圧縮機本体１１からタンク１５への圧縮気体の供給が再開し、タンク１５内の圧力は上昇し、処理装置１４ｅは、ステップ６を実行する。

【0076】

（効果）
上記のように、本実施形態では、処理装置１４ｅは、使用空気比（Ｔdw／Ｔup）が所定値αを超えた場合、または、昇圧運転時間Tupと降圧運転時間Ｔdwのいずれかが所定時間Ｔ１を超えた場合に、断続運転制御（ステップ２～ステップ５）を実行し、使用空気比（Ｔdw／Ｔup）が所定値α以下の場合、かつ、昇圧運転時間Tupと降圧運転時間Ｔdwのいずれもが所定時間Ｔ１の場合に、連続運転制御（ステップ１０～ステップ１３）を実行する。

【0077】

このように、使用空気比が所定値αを超えた場合に加え、昇圧運転時間Tupと降圧運転時間Ｔdwのいずれかが所定時間Ｔ１を超えた場合にも断続運転制御を行うようにすると、使用空気比が所定値αを超えた場合だけ断続運転制御する場合よりも、昇圧運転時間Tupと降圧運転時間Ｔdwのいずれかが所定時間Ｔ１を超える状況が生じた分だけ、電動機１２が停止している時間が増加するので消費電力を削減できる。つまり、本実施形態では、使用空気に加えて、昇圧運転時間と降圧運転時間の絶対的な長さを考慮し、それが所定時間Ｔ１を超えて充分に長い場合には断続運転制御を実行することとしたので、使用空気比だけを考慮して制御を切り替える場合よりも消費電力を削減できる。

【0078】

さらに図８と図９を用いて本実施形態の効果について詳述する。

【0079】

図８は、比較例に係る圧縮機の負荷率（Ｔup／Ｔcyc）に対する消費電力をタンクの容積ごとに示すグラフである。図９は、本実施形態に係る圧縮機１０の負荷率（Ｔup／Ｔcyc）に対する消費電力をタンク１５の容積ごとに示すグラフである。

【0080】

比較例に係る圧縮機は、使用空気比（Ｔdw／Ｔup）が２．５以上の場合（負荷率が約３０％以下の場合）に断続運転制御を実行し、使用空気比（Ｔdw／Ｔup）が２．５未満の場合（負荷率が約３０％を超える場合）に連続運転制御を実行する。すなわち、使用空気比が２．５（所定値α）を超えるかどうかのみで制御を切り替える圧縮機である。この圧縮機では、図８に示すように、タンクの容積（ゼロを除く）に関わらず、負荷率が約３０％を下回る場合に断続運転制御が実行されて消費電力の増加が抑制されている。

【0081】

それに対し、図９に示す本実施形態の圧縮機１０は、使用空気比（Ｔdw／Ｔup）が２．５（所定値α）以上の場合、または、昇圧運転時間Tupと降圧運転時間Ｔdwのいずれかが６０秒（所定時間Ｔ１）を超えた場合に、断続運転制御を実行し、使用空気比（Ｔdw／Ｔup）が２．５（所定値α）を下回るの場合、かつ、昇圧運転時間Tupと降圧運転時間Ｔdwのいずれかが６０秒（所定時間Ｔ１）以下の場合に、連続運転制御を実行する。

【0082】

本実施形態の圧縮機１０は、昇圧運転時間Tupと降圧運転時間Ｔdwのいずれかが６０秒（所定時間Ｔ１）を超えた場合に断続運転制御を実行するため、図８の圧縮機に比して断続運転制御が実行される時間が長くなり、図９に示すように図８の場合よりも消費電力を抑制できる。具体的には、タンク１５の容積が１５０Ｌでは負荷率が約４０％以下及び約６５％以上の場合、２３０Ｌでは負荷率が約４５％以下及び約５５％以上の場合、２８０Ｌでは負荷率が約９５％以下の場合の消費電力の増加は抑制される。そして、本実施形態に係る消費電力の削減効果はタンク容量の増加に比例して増大することも判別できる。

【0083】

（第２実施形態）
図１０は、本発明の第２実施形態に係る圧縮機の処理装置によって実行される圧縮気体の供給処理のフローチャートの一例を示す図である。本実施形態による圧縮機が第１実施形態に係る圧縮機１０と異なる点は、処理装置１４ｅが使用空気比（Ｔdw／Ｔup）が閾値所定値αを超えているか否か（ステップ８）と昇圧運転時間Ｔupまたは降圧運転時間Ｔdwが所定時間Ｔ１を超えるか否か（ステップ９）とを判定する前に、運転周期Ｔcycが所定時間Ｔ２を超えるかを判定する点である。

【0084】

具体的には、処理装置は、圧力センサ１５ａによって検出されるタンク１５内の圧力が第１閾値（停止圧力Ｐoff）に達するまで電動機１２を作動させた（ステップ６）後、ステップ７ａにて、昇圧運転時間Ｔupと使用空気比（Ｔdw／Ｔup）とともに運転周期Ｔcycを演算する。

【0085】

次に、処理装置は、ステップ７ｂにて、運転周期Ｔcycが所定時間Ｔ２（例えば、６０秒）を超えるか否かを判定し、運転周期Ｔcycが所定時間Ｔ２を超える場合、ステップ８に進み、運転周期Ｔcycが所定時間Ｔ２以下の場合、連続運転制御を実行し、ステップ１０に進む。

【0086】

［効果］
本実施形態の圧縮機の処理装置は、運転周期Ｔcycが所定時間Ｔ２より小さい場合、連続運転制御を実行する。運転周期Ｔcycが短い場合にはタンク１５の容積が小さいことが想定される。そのため、タンク１５の容積が小さく断続運転制御を実行することにより電動機１２を停止させるとタンク１５内の圧縮気体に余裕がなく圧縮気体が短時間で枯渇すると考えられるところ、本実施形態の圧縮機１０の処理装置１４ｅは、連続運転制御を実行し電動機１２のＯＮ－ＯＦＦの増加を抑制して電気部品の寿命を確保することができる電動機１２の運転・停止が短時間に繰り返されることを抑制でき、電気部品の劣化を抑制できる。

【0087】

（第３実施形態）
図１１は、本発明の第３実施形態に係る圧縮機の処理装置によって実行される圧縮気体の供給処理のフローチャートの一例を示す図である。本実施形態による圧縮機が、第２実施形態に係る圧縮機１０と異なる点は以下の点である。

【0088】

即ち、本実施形態では、圧縮機における電動機１２の単位時間当たりの最大起動回数Ｎを設定し、起動回数（単位時間(例えば、３６００秒)／Ｔcyc）が最大起動回数Ｎを超えた場合には、それ以後は連続運転制御を実行せず断続運転制御を実行する。なお、起動回数が最大起動回数Ｎを超えたときに、タンク１５内の圧力が停止圧力Ｐoffに達する前であっても直ちに電動機１２を停止して断続運転制御を開始しても良い。

【0089】

最大起動回数Ｎは、使用空気比の所定値α（またはこれに対応する負荷率）とタンク１５の容量の２つの値から決定される値であり、圧縮工程を開始する前に予め設定される。最大起動回数Ｎは、タンク容量が増加すると最大起動回数Ｎは減少するように設定されている。タンク容量は、運転周期Ｔcycと使用空気比から推定することもできるので、タンク容量が不明な場合にはその方法を利用して推定したタンク容量に基づいて最大起動回数Ｎを設定することもできる。

【0090】

図１１において、本実施形態に係る処理装置は、ステップ１を開始する前のステップａにて、最大起動回数Ｎを設定する。最大起動回数Ｎは、使用者が所定値αとタンク１５の容量等を入力することで処理装置に演算させ、当該演算値を設定しても良い。

【0091】

そして、処理装置は、ステップ１からステップ７ｂを実行し、断続運転制御（ステップ２ｃ～ステップ５ｃ）または連続運転制御（ステップ１０～ステップ１３）を実行した後、ステップ１４にて、単位時間当たりの起動回数（単位時間／Ｔcyc）が最大起動回数Ｎを超えるか否かを判定する。

【0092】

単位時間当たりの起動回数（単位時間／Ｔcyc）が最大起動回数Ｎ以上の場合には、処理装置は、タンク１５内の圧力が停止圧力Ｐoffに達する前であっても直ちに電動機１２を停止し、断続運転制御を実行する。

【0093】

単位時間当たりの起動回数（単位時間／Ｔcyc）が最大起動回数Ｎより少ない場合には、処理装置は、ステップ６にて、タンク１５内の圧力が停止圧力Ｐoffに達するまで電動機１２を起動する。

【0094】

［効果］
本実施形態の圧縮機は、起動回数が最大起動回数Ｎを超えた場合には、その後は連続運転制御を実行せず、断続運転制御を実行することとした。これにより、連続運転制御が頻繁に行われ得る状況には、連続運転制御に代えて断続運転制御が行われることになるため消費電力を削減できる。本実施形態の効果を、図１２を用いてさらに説明する。

【0095】

図１２は、本実施形態に係る圧縮機と、図８の比較例に係る圧縮機と、特許文献１に係る圧縮機と、第１実施形態に係る図９の圧縮機の負荷率ごとのＯＮ－ＯＦＦ回数を示すグラフである。

【0096】

比較例（図８）に係る圧縮機では、負荷率が３０％でＯＮ－ＯＦＦ回数が最大となるが、負荷率が４０％から６０％の範囲では連続運転制御が実行されてアンロード状態になるためＯＮ－ＯＦＦ回数はゼロで維持される。特許文献１に係る圧縮機では多くの負荷率でＯＮ－ＯＦＦ回数が６０回となる。第１実施形態（図９）に係る圧縮機では、負荷率が３０％と７０％で最大となるが、比較例と同様に、負荷率が３０％を超えた４０％から６０％の範囲（使用空気比が所定値２．５未満の０．７－１．５の範囲）では降圧時間中に連続運転制御のみが実行されてアンロード状態で保持されるため、ＯＮ－ＯＦＦ回数はゼロで維持される（起動頻度がゼロになる）。

【0097】

これに対して、本実施形態の圧縮機は、起動回数に上限値として最大起動回数Ｎを設け、起動回数がＮを超えた場合には連続運転制御を実行せず、必ず断続運転制御を実行することとした。これにより第１実施形態で連続運転制御のみが行われた負荷率４０％から６０％の範囲（使用空気比が所定値２．５未満の０．７－１．５の範囲）において断続運転制御が実行されることになるので、第１実施形態の制御よりも消費電力を削減することができる。

【0098】

また、本実施形態の圧縮機では、最大起動回数Ｎが使用空気比αとタンク１５の容量とから決定されることが好ましい。これにより、最大起動回数Ｎを圧縮機に適した値にすることができ、消費電力をさらに削減できる。

【0099】

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【0100】

また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、処理装置（マイコン）がそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

【符号の説明】

【0101】

１０…圧縮機、１１…圧縮機本体、１１ｂａ…空気取入口、１１ｂｃ…吸込弁、１２…電動機、１３…電磁開閉器、１３ａ…接点、１４…制御装置、１４ｅ…処理装置、１５…タンク、１５ａ…圧力センサ、１６…アンローダ装置、１６ａ…三方電磁弁、１６ｂ…アンローダ配管、１６ｃ…アンローダピストン、１６ｃａ…突出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】