气体压缩机的制作方法

本发明涉及气体压缩机，涉及基于变频控制(invertercontrol)来进行变速控制的气体压缩机。

背景技术：

已知，在使用转速控制装置(例如功率转换装置/逆变器等)对驱动源(例如电动机等)的驱动速度进行变速控制的气体压缩机中，在压缩气体的使用量减小，压力超过了压缩机的使用者要求的规定压力的情况下，会进行所谓的无负载运转(卸载运转)的控制，以减小对压缩机主体进行驱动的驱动源的转速来减轻负载。

例如，专利文献1公开了一种压缩机的无负载运转的例子，其中，压缩机主体使用了由功率转换装置控制的电动机，通过与压缩机主体的排出压力值或对应于该压力值的排出压缩空气的温度相应的pid控制进行变速控制，在压缩空气的使用量减小，达到比使用者要求的目标压力高的规定压力时，或关闭吸入节流阀来减小吸入空气的量，或从压缩机主体下游的配管路径上将压缩空气释放到大气等中来降低压缩机主体的功率负荷，使驱动源的转速降低至规定的下限转速，由此实现功耗降低。

专利文献1还公开了这样的内容，即，使上述无负载运转期间的驱动源的下限转速按最高下限转速和最低下限转速这样的转速差具有幅度，以最高下限转速作为通常的pid控制运转期间的下限转速，以最低下限转速作为无负载运转期间的下限转速来使电动机旋转。即，一般而言，出于维护等方面的原因，电动机等的额定规格设定得比极限转速低，所以严格来说，即使以额定的最高转速驱动电动机，也留有更高速旋转的余力。专利文献1公开了，通过在压缩空气初始填充——例如压缩机刚起动等情况下，以比额定的最高转速高的转速驱动电动机，或者在无负载运转期间以外的通常的pid控制运转期间，将下限转速设为比无负载运转期间的最低下限转速高的最高下限转速，来缩短压缩空气的生成的起动时间以及提高对压力变动的跟随性能。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-69100号公报

技术实现要素：

发明要解决的技术问题

压缩气体会因压缩作用而变得高温，所以气体压缩机通常具有冷却机构以在对使用者一方供给压缩气体之前使压缩气体的温度成为合适的温度。作为冷却机构，已知使用了热交换器的利用冷却风进行冷却的空气冷却器。在压缩机是对压缩工作室供给油和水等液体进行压缩的供液式压缩机的情况下，除此之外还可以设置供液用冷却器。这是因为，在压缩工作室中，能够在气体与上述液体一同被压缩的工序中进行热交换，有助于将排出压缩气体冷却。

如上所述，排出压缩气体是以冷却后的状态提供到使用者一方的，但如果高压气体过度冷却则会产生冷凝水。因此，在利用上述热交换器和上述油和水等液体等进行的冷却中，优选冷却至比产生冷凝水的极限温度高的温度的范围，不过，压缩气体的排出温度会因压缩机主体吸入的气体的温度而发生变动。例如，在寒冷地区等压缩机的设置场所的周围温度低的环境下，由于吸入气体温度低，排出气体温度也相应地变低。在压缩机的冷却机构的运转设定是以周围温度更高的常温环境的温度为基准设定的情况下，若尽管排出压缩气体的温度已经降低，但冷却机构仍以常温环境下的运转设定进行运转，则存在过度冷却至产生冷凝水的极限温度的风险。这样的风险趋于在排出压缩气体温度相对较低的低转速运转时容易发生。

针对该现象，能够按照设置压缩机的周围环境的温度而相应地逐一重新设定冷却机构的运转设定，但在作业效率方面存在问题，而且还存在必须对时刻发生着不规则变化的周围温度逐一加以应对的问题。

为此，需要一种不依赖于周围温度的差异地、可靠地防止产生冷凝水的技术。

解决问题的技术手段

为了解决上述问题例如应用下述方案。即，一种气体压缩机，包括：对气体进行压缩的压缩机主体，驱动该压缩机主体的驱动源，按照所述压缩机主体的排出压力来控制所述驱动源的转速的控制部，和检测所述压缩机主体的排出气体的温度的温度检测装置，在所述排出压力达到比设定压力高的上限压力时执行使所述驱动源的转速为下限转速的无负载运转，所述控制部在所述无负载运转时检测到所述温度检测装置的检测温度为规定温度以下时，使所述驱动源的下限转速成为比所述检测温度高于所述规定温度时的下限转速高、且能够使所述排出气体的温度比所述规定温度高的下限转速。

此外，一种气体压缩机，包括：对气体进行压缩的压缩机主体，冷却该压缩机主体的排出压缩气体的冷却机构，驱动该压缩机主体的驱动源，按照所述压缩机主体的排出压力来控制所述驱动源的转速并且控制所述冷却机构的运转的控制部，和检测所述压缩机主体的排出气体的温度的温度检测装置，在所述排出压力达到比设定压力高的上限压力时执行使所述驱动源的转速为下限转速的无负载运转，所述控制部在无负载运转时检测到所述温度检测装置的检测温度为规定温度以下时，与所述检测温度高于所述规定温度时相比限制所述冷却机构的运转，并且控制所述冷却机构的运转使所述排出气体的温度比所述规定温度高。

发明效果

采用本发明，在排出温度相对较低的无负载运转期间，能够不依赖于周围温度地动态地防止产生冷凝水。

本发明的其他技术问题、技术特征和技术效果将通过以下记载而明确。

附图说明

图1是示意性地表示应用了本发明的实施例1的空气压缩机的结构的框图。

图2是表示实施例1的空气压缩机的处理流程的流程图。

图3是表示应用了本发明的实施例2的空气压缩机的处理流程的流程图。

具体实施方式

下面使用附图对本发明的实施方式详细进行说明。

实施例1

图1示意性地表示应用了本发明的实施例1的空气压缩机100(以下称为“压缩机100”)的结构。本例使用空气作为压缩气体，但不限定于此，也可以是其他气体。压缩机100是对压缩工作室供给液体(油)的供液式的容积式压缩机，本例应用了供油式的螺杆压缩机。此外，本发明不限定于此，也可以是涡轮式(turbotype)压缩机。

压缩机100包括作为驱动源的电动机1、用于改变对电动机供给的电力的频率的逆变器21、具有螺杆转子的压缩机主体2、使从压缩机主体2排出的压缩空气与润滑油分离的气液分离器6、使压缩空气冷却的热交换器7、用于冷却润滑油的热交换器8、生成与这些热交换器进行热交换的冷却风的风扇装置9和进行各种控制的控制部20。

另外，压缩机100在排出配管10a的途中设置有检测从压缩机主体排出的混合压缩空气的温度的温度检测装置(例如温度传感器或热敏电阻)25，在排出配管10c的途中设置有检测排出压缩空气的压力的压力检测装置26(例如压力传感器)，将它们的检测值发送至控制部20。另外，温度检测装置25也可以配置在排出配管10b上。

压缩机主体2在吸气侧具有控制吸气量的吸入节流阀5，通过螺杆等的旋转驱动从吸气通路15经由空气过滤器3吸入外部空气，并经由排出配管10a将润滑油与空气的混合压缩空气排出到气液分离器6。气液分离器6利用离心力和碰撞使润滑油与压缩空气分离。之后，压缩空气经由下游的调压止回阀13和排出配管10b流动至热交换器7，通过在热交换器7中与冷却风进行热交换，而从由压缩机主体排出时的温度(例如110℃左右)冷却至较低的规定的温度(例如70℃左右)，并经由排出配管10c供给到压缩空气的使用者一方。另一方面，气液分离器6分离出的润滑油经由油配管11a流动至热交换器8，在此处与冷却风热交换而受到冷却，再经由油配管11b和油过滤器12回流至压缩机主体2。

生成冷却风的风扇装置9由风扇和电动机构成，根据来自控制部20的控制指令，由风扇用逆变器22对转速进行变速控制。更详细而言，在考虑了温度检测装置25的检测温度和热交换器7、8的热交换性能的基础上，以使供给到使用者一方的排出空气温度成为规定温度的方式，使风扇以必要的转速旋转。此外，本实施例采用了压缩机主体和其他部件由壳体30封装的结构。因此，风扇装置9也生成电动机1和控制系统的冷却所需的冷却风，在压缩机100的驱动期间始终以额定的最低转速以上的转速旋转。

油配管11a在热交换器8的下游侧经三通阀分支为2路，一路与热交换器8连通，另一路与油配管11b的途中连通。三通阀将分支后的油配管11a的油的流动控制到热交换器7一侧以及热交换器7的下游的油配管11b。例如，三通阀在控制部20的控制下，在油温充分低时，禁止或限制油流向热交换器7一侧而允许油流向油配管11b，由此进行油温的调节。

控制部20例如通过程序与运算装置的协作而构成功能部，进行压缩机100的各种控制。本实施中，控制部20通过与排出压力相应的pid控制对电动机1的转速进行变速控制。更详细而言，监视压力检测装置26的检测值，控制电动机1的转速以维持经输入装置(未图示)设定的规定的目标压力(例如0.70mpa)。例如，在达到目标压力之前，使电动机以额定速度的全速旋转(满负载运转)，在达到目标压力之后，针对与压缩空气的使用量相应的压力变动，使电动机1的转速发生增大或减小等，进行功率的削减。进而，在压缩空气的使用量减小，压力检测装置26的检测压力达到比目标压力高的规定的上限压力(例如0.78mpa)时，进行无负载运转以进一步降低功率。

无负载运转指的是这样的运转控制，即，在排出压力达到上限压力时，使电动机1的转速降低至规定下限转速，进而使吸入节流阀5“关闭”来减小吸气量，并使放气阀14(例如电磁阀)“打开”来将压缩空气释放到大气中，由此使气液分离器6和排出配管10a的压力降低，从而减轻施加在压缩机主体2上的压力负载并且降低电动机1的功率。之后，在压缩空气的使用量增加，排出压力降低至比上限压力低且位于目标压力以上的范围内的规定的下限压力时，控制部20切换为保持电动机的下限转速且使调压止回阀13“关闭”、吸入节流阀5“打开”的负载运转。

如果在该负载运转中，排出压力因压缩空气的使用状况而再次升压至上限压力，则控制部20使调压止回阀13“打开”、使吸入节流阀5“关闭”来再次执行负载运转，反之如果在该负载运转中排出压力降至低于下限压力，则返回pid控制。

无负载运转的运转方法不限定于本例，能够应用各种方式，例如，可以仅进行放气阀14的开闭和吸入节流阀5的开闭中的任一者，也可以不进行这些控制而是进行使电动机1的转速为下限转速的控制。

另外，控制部20也进行风扇装置9等冷却机构的控制。例如，在从压缩机主体2以目标压力排出到排出配管10a的压缩空气的温度为110℃左右时，以使排出配管10c中流动的压缩空气的温度成为70℃左右的方式控制冷却机构，进行压缩空气的冷却。具体而言，控制部20通过风扇用逆变器22以与温度检测装置25的检测温度相应的规定转速对风扇装置9进行变速控制。同样地，控制部20通过进行油配管11a上的三通阀的流路切换，来控制去往进行润滑油的热交换的热交换器8的润滑油流量，将最终的排出压缩空气的温度调整为70℃左右。

之所以使最终的排出压缩空气为70℃左右，是因为若冷却至比此更低的温度，压缩空气中的水分会作为冷凝水析出。本例中，有时将该70℃这样的不产生冷凝水的最低温度(或产生冷凝水的最高温度)称为“冷凝水产生极限温度”。

此处，由于产生冷凝水的温度与压缩空气的压力具有相关关系，所以冷却机构的运转控制通常是以压缩机主体的驱动中的排出比较低压的压缩空气的情况为基准而设定的。像本实施例这样，在压缩机主体2以无负载运转下的下限转速驱动时排出压力最低，所以假定与该下限转速时的排出压力对应的排出温度，决定风扇装置9的转速。

但是，与该下限转速时的排出压力对应的温度会受到压缩机主体2吸入的空气温度的影响，所以若吸气温度有起伏，则即使压力相同，排出空气温度也会相对地产生高低差。在吸气温度为15℃至35℃的范围的情况和吸气温度为0℃的情况下，即使风扇装置9处于额定的最低转速，在电动机1以下限转速旋转时，也存在排出温度低于冷凝水产生极限温度的情况。

于是，本实施例中比较并考虑了压缩机主体2的排出空气温度和冷凝水产生极限温度，在无负载运转期间进行控制，使得在提供到使用者一方的最终的排出空气的温度低于冷凝水产生极限温度的情况下，增大电动机1的下限转速以使排出空气的温度高于冷凝水产生极限温度，这是特征之一。

更详细而言，预先在存储单元等中设定“下限排出温度”，控制压缩机主体2的转速以使得排出空气的温度为该“下限排出温度”以上。“下限排出温度”指的是这样的压缩机主体2的排出空气温度，其能够使得提供到使用者一方的最终的排出空气温度为冷凝水产生极限温度以上的温度。尤其是，如果考虑到从压缩机主体2到通往压缩机100外部的排出配管系统为止的散热，则“下限排出温度”是冷凝水产生极限温度加上相当于散热部分的温度得到的温度。进而，在设置有风扇装置9等的情况下，“下限排出温度”是考虑了该冷却机构的冷却性能而得到的温度。例如，在令某一排出压力下的冷凝水产生极限温度为x℃，而排出空气的温度会因冷却机构的冷却降低15℃的情况下，从压缩机主体2排出的下限排出温度是冷凝水产生极限温度x℃与该15℃相加得到的温度。压缩机100在无负载运转期间，在压缩机主体2的排出温度(温度检测装置25的检测值)成为下限排出温度以下时，为了使排出温度高于该温度而增大电动机1的下限转速。由此，排出压力上升，排出温度也相对地上升，能够防止产生冷凝水。

另外，关于此时设定的电动机1的下限转速，从降低功率的方面来看，优选使排出空气的检测温度为略高于下限排出温度的温度。另外，在这样设定了下限转速之后，控制部20也仍然执行温度检测装置25的检测值与下限排出温度的比较，并计算使排出温度为下限排出温度以上且位于其附近的电动机1的下限转速，适当地进行该下限转速的重新设定，由此，能够防止无负载运转等期间产生冷凝水并且尽可能地降低功率。

图3表示进行以上动作的控制部20的处理的流程的例子。

在s101中，控制部20起动压缩机，在s103中，基于压力检测装置26的检测值，通过pid控制使电动机1进行额定的满负载运转直到达到目标压力。

在s105中，控制部20监视压力检测装置26的检测值是否为目标压力以上，在低于目标压力的情况下(“否”)返回s103，在为目标压力以上的情况下(“是”)前进至s107。

在s107中，控制部20监视压力检测装置26的检测值是否上限压力，在低于上限压力的情况下(“否”)返回s103，在为上限压力以上的情况下(“是”)前进至s109。

在s109中，控制部20使电动机1以当前设定中的下限转速旋转，并且使吸入节流阀5“关闭”，使放气阀14“打开”，执行降低压缩机100内部的排出系统的压力的无负载运转。其中，当前设定中的下限转速是后述的s115中更新后的下限转速和初始设定的下限转速中的任一者，在设定了更新后的下限转速的情况下，使电动机1以该转速旋转。

在s111中，控制部20判断温度检测装置25的检测温度是否为控制部20的存储装置中设定的最低排出温度以下。控制部20在检测温度为下限排出温度以下的情况下(“是”)，前进至s113，在检测温度比下限排出温度高的情况下(“否”)，前进至s117使电动机1以初始设定的下限转速旋转。初始设定的下限转速例如是以15℃～40℃左右为标准周围温度的情况下作为初始值设定的无负载运转时的下限转速。另外，也可以在s109中进入无负载运转之后，等待经过规定时间再执行该s111。这是因为，刚进入无负载运转后压力的变化和排出温度不稳定，所以等待它们稳定之后再进行无负载运转下的下限温度的判断，更能够高精度地进行判断。规定的经过时间例如是30秒左右～2分钟左右。

在s113中，控制部20计算温度检测装置25的检测值与下限排出温度的差δt。根据该δt的大小相应地决定下限转速的增加量。在s115中，控制部20重新设定加上增加的转速后的下限转速，将其作为设定中的下限转速存储在存储装置中，使电动机1的转速增加为该转速。

在s119中，控制部20监视是否因压缩空气的使用量的增加，导致压力检测装置26的检测值降低并达到从无负载运转向负载运转切换的契机的下限压力。在未达到下限压力的情况下(“否”)，控制部20返回s111，继续监视排出空气温度是否为冷凝水产生极限温度以下。在达到下限压力的情况下(s119：“是”)，前进至s121，实施使吸入节流阀5“打开”、使放气阀14“关闭”的负载运转。如果只是压缩空气的使用量略微增加的程度，则排出压力会因该负载运转而再次上升。

在s121和s125中，控制部20监视下限压力和上限压力的变动，与这些条件相应地执行处理，或反复进行无负载运转和负载运转，或采用pid控制。

以上是实施例1。采用本实施例1，即使在压缩机主体2的排出空气温度低于下限排出温度的情况下，也能够在无负载运转时动态地防止产生冷凝水。即，即使压缩机100的设置环境为低温环境，也能够不依赖于环境地、安全地进行压缩空气的生成和压缩机的运转。

另外，在排出空气温度不低于冷凝水产生极限温度的情况下，也能够使无负载运转下的下限转速降低至不产生冷凝水的程度，该情况下能够更有效地执行节电运转。

另外，由于在无负载运转中反复地持续监视是否需要更新下限转速，所以对于例如周围温度的时间上的急剧变化和季节原因引起的变化，也能够动态地防止无负载运转中产生冷凝水。

以上说明了实施例1，但本发明不限定于上述例子。例如，实施例1举出了风扇装置9始终以额定的最低转速以上的转速旋转的例子，但也能够将本发明应用于不存在风扇装置9的结构。该情况下，上述“下限排出温度”能够视为等同于冷凝水产生极限温度。另外，也可以基于对“下限排出温度”加上或减去数℃的裕度得到的温度，来决定电动机1的下限转速。

实施例2

对应用了本发明的实施例2进行说明。实施例1中，通过控制电动机1的下限转速来解决无负载运转时防止产生冷凝水的问题，而本变形例在改变电动机1的下限转速之前，进行风扇装置9等冷却机构的运转控制，这是特征之一。

实施例2中压缩机100的结构与实施例1相同，但风扇装置9的结构不同。实施例1在压缩机100的驱动期间，风扇装置9不停止而是始终以额定的最低转速以上的转速驱动。这是因为，为了从壳体外部引入电动机1和控制系统的冷却风，需要利用风扇装置9生成气流。

但是，例如在设置环境为低温环境的情况下，也存在无需始终进行电动机1和控制系统的冷却的情况。因此，实施例2能够进行包括停止在内的风扇装置9的控制，能够更有效地防止产生冷凝水和降低功率。

与实施例1同样地，在实施例2的压缩机100中，控制部20根据温度检测装置25的检测值监视压缩机主体2的排出空气温度与下限排出温度，在为下限排出温度以下时，进一步减小风扇装置9的额定最低转速，使排出空气和油与热交换器7和8的热交换性能(冷却性能)降低。另外，在即使降低了风扇装置9的额定最低频率，排出空气温度仍然为超过下限排出温度的温度的情况下，可以使风扇装置9停止，而在即使如此排出空气温度仍然是不超过冷凝水产生极限温度的温度的情况下，可以与实施例1同样地，增大电动机1的下限转速。

此处，实施例2的下限排出温度设定了多个不同的温度。

第一下限排出温度(d1)是对冷凝水产生极限温度加上使风扇装置9从额定的最低转速进一步降低的情况下的冷却性能而得到的温度。例如，若令冷凝水产生极限温度为x℃，而风扇装置9的转速从额定最低转速进一步降低时的冷却机构的冷却性能可实现8℃的温度降低，则d1＝x℃+8℃。

第二下限排出温度(d2)是考虑了使风扇装置9停止的情况下的冷却机构的冷却性能的温度。例如，风扇装置9停止的情况下基本不能期待获得与冷却风进行热交换而带来的冷却性能，所以具有因热交换器7和8等的自然散热而实现的2～3℃的冷却性能。因此，例如d2＝x℃+73℃。

第三下限排出温度(d3)是冷凝水产生极限温度(例如x℃)。

在无负载运转时，控制部20在压缩机主体2排出的排出空气温度(温度检测装置25的检测值)为d1以下且比d2高，则使电动机1保持初始设定的转速，而风扇装置9为比额定最低转速更低的规定的最低转速。或者，在控制部20中，若排出空气温度为d2以下且比d3高，则使电动机1保持初始设定的转速，并使风扇装置9停止。并且，在控制部20中，在排出温度为d3以下时，使风扇装置9停止，并且与实施例1同样地增大下限转速进行运转。

图3表示实施例2的处理的流程。

在s201～s207中，与实施例1同样地，控制部20通过基于排出压力的pid控制来驱动电动机1，从起动直到达到上限压力。

在排出压力达到上限压力以上时，在s209中，控制部20开始无负载运转。即，如果作为电动机1的下限转速存储有设定中的下限转速则使用该转速，如果没有存储，则使用初始设定的下限转速，使吸入节流阀5“关闭”，使放气阀14“打开”。

在s211中，控制部20判断压缩机主体2的排出空气温度是否比第一下限排出温度d1高，在高的情况下(“是”)使电动机1以初始设定的下限转速旋转(如果s209中使用了初始设定的下限转速则维持该转速)。在低的情况下(“否”)前进至s213。

在s213中，控制部20判断压缩机主体2的排出空气温度是否处于下限排出温度d1以下且比d2高的范围，在排出空气温度处于该范围的情况下(“是”)，控制部20前进至s219，重新设定风扇装置9的最低转速，使其成为更低的转速。反之，在下限排出温度不处于该范围的情况下(“否”)，前进至s217。

在s217中，控制部20在压缩机主体2的排出空气温度为下限排出温度d2以下且比d3高的情况下(“是”)，前进至s219使风扇装置9停止。反之，在排出空气温度不处于该范围的情况下(“否”)，因为排出空气温度为下限排出温度d3(相当于冷凝水产生极限温度)以下，所以在s211中使风扇装置9停止，在s223中与实施例1同样地，计算排出空气温度与下限排出温度d3的差δt。

然后，在s225中，按照δt的大小，以使得排出空气温度比下限排出温度d3高的方式在存储装置中重新设定电动机1的下限转速，以该转速驱动电动机1。另外，该重新设定的转速是使排出空气温度成为比下限排出空气温度d3高且近似的温度的转速，其目的与实施例1相同。

在s227中，控制部20判断无负载运转中的排出压力是否降压至要切换为负载运转的下限压力。在为下限压力的情况下(“是”)，控制部20前进至s229，使吸入节流阀5“打开”，使放气阀14“关闭”，开始进行负载运转。之后，控制部20在s231、s233中，监视排出压力是否降至低于下限压力或者升至上限压力以上，按照该监视结果相应地再次执行无负载运转(返回s209)或者pid控制运转(返回s203)。

以上，采用实施例2，在无负载运转时的排出温度为下限排出温度以下时，根据二者的差而相应地使风扇装置9的转速从额定最低转速进一步降低或停止，由此能够动态地防止产生冷凝水。

另外，在仅通过风扇装置9的运转限制无法使排出温度高于下限排出温度的情况下，能够进行实施例1的电动机1的下限转速控制，能够选择与温度差的程度相应的方法。

以上说明了本发明的实施例1和实施例2，但本发明不限定于上述结构等，能够在不脱离其主旨的范围内应用各种结构。能够将实施例1的一部分要素应用于实施例2，反之也是可行的。

附图标记说明

1……电动机，2……压缩机主体，3……吸入过滤器，5……吸入节流阀，6……气液分离器，7……热交换器，8……热交换器，9……风扇装置，10a、10b、10c……排出配管，11a、11b……油配管，12……油过滤器，13……调压止回阀，14……放气阀，15……吸气口，16……热交换器吸气口，17……单元吸气口，18……热交换器排气口，19……单元排气口，20……控制部，21……逆变器，22……风扇装置用逆变器，25……温度检测装置，26……压力检测装置，30……壳体。