(57)【要約】【課題】最小限の設備で台数制御を行なって導入のコストを安価にすると共に、負荷の運転状況に応じて、予め設定したプログラムに基づいて、設定圧を低くして自動運転をすることにより、エネルギー効率を向上させた空気圧縮機自動運転システムを提供するものである。【解決手段】インバータ方式の可変速空気圧縮機８ー１と、複数台の定速運転される空気圧縮機８ー２、８ー３とを併設し、負荷の必要圧縮空気量を、各負荷３−１〜３ー４の状況の変化に応じて供給するように予め設定された運転プログラムにより、常時運転されるインバータ方式可変速空気圧縮機８ー１の容量が不足した時に、定速空気圧縮機８ー２、８ー３を順次追加して運転することを特徴とするものである。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ方式の可変速空気圧縮機と、１台または複数台の電源周波数運転される定速空気圧縮機とを併設し、単位期間内の負荷の必要圧縮空気量を、負荷の状況の変化に応じて供給するように予め設定された運転プログラムにより、常時運転されるインバータ方式による可変速空気圧縮機の容量が不足した時に、定速空気圧縮機を順次追加して運転することを特徴とする空気圧縮機自動運転システム。
【請求項２】
負荷状況の変化に応じて予め設定された運転プログラムが、運転予告信号により圧力不足が予想される場合に、空気圧縮機と負荷との間の配管に設けた空気槽に不足分空気を一時蓄えるように設定されていることを特徴とする請求項１記載の空気圧縮機自動運転システム。
【請求項３】
負荷状況の変化に応じて予め設定された運転プログラムが、負荷運転状態での圧力変動を検出して、これに基づいて、次回の運転プログラムを修正することを特徴とする請求項１または２記載の空気圧縮機自動運転システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は空気圧縮機を自動運転する制御システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
工場などにおける各種生産ラインや、搬送ラインなどに圧縮空気を供給する空気圧縮機は、電源周波数による定速運転を行なう複数の空気圧縮機を並列的に接続して、運転台数を制御する台数制御が行なわれている。この台数制御は、空気槽や配管に取付けた圧力センサーまたは流量センサーの検出値に基づいて、制御装置により空気圧縮機の吸込み弁の開閉、または運転・停止を行なって複数台自動運転するものである。
【０００３】
これは図６に示すように、３台の空気圧縮機１−１、１ー２、１ー３が配管２に並列に接続され、また配管２には負荷（設備機器）３−１、３ー２、３ー３、３ー４が並列に接続されている。４は配管２上に設けられた空気槽である。空気槽４に取付けた圧力センサーＰ０の検出値を制御部５にフィードバックして、ここで空気圧縮機１−１、１ー２、１ー３の運転台数を制御するようになっている。
【０００４】
この複数台自動運転システムは、各空気圧縮機１−１、１ー２、１ー３の定格出力における吐出空気量を１００％とすると、図７に示すように負荷３−１〜３ー４の必要空気量が１００％以下の場合には、空気圧縮機１−１だけで運転を行なう。負荷３−１〜３ー４の必要空気量が１００〜２００％の範囲の場合には、２台の空気圧縮機１−１、１ー２で全負荷運転を行なう。また負荷３−１〜３ー４の必要空気量が２００〜３００％の範囲の場合には、３台全ての空気圧縮機１−１、１ー２、１ー３が出力１００％の全負荷運転を行なうようになっている。
【０００５】
従来の空気圧縮機１−１〜１ー３は、空気圧縮機のモーターが電源周波数による定速運転であるため、空気吐出量が０の無負荷の場合でも、７０％程度の動力が必要である。また負荷３−１〜３ー４の必要空気量が１１０％の場合には２台の空気圧縮機１−１、１ー２は動力１７０ー２００％の負荷運転が行なわれるためエネルギー効率が低下する問題があった。
【０００６】
また従来は圧力センサーＰ０または流量センサーＦＭの検出値を制御部５にフィードバックして、稼動する空気圧縮機１−１、１ー２、１ー３の台数制御を行なっているため、負荷３−１〜３ー４の必要空気量の変動が大きい場合に、圧縮空気の消費量が変化してから空気圧縮機１ー２、１ー３の運転の増減を行なうので、モーターの起動や回転上昇に時間がかかり、圧力上昇の遅れにより図７（Ａ）に示すように、設定圧ＳＰ１で供給している時に空気量不足が生じて、最低必要圧力を下回ると設備機器の運転停止などの問題があった。また、停止判断に時間がかかるためにエネルギー効率が低下する問題があった。
【０００７】
このため必要空気量の変動が大きい場合にも、最低必要圧力を下回らないように図７（Ｂ）に示すように、余裕を十分に見込んで設定圧ＳＰ２を高く設定して空気圧縮機１−１〜１ー３を運転しているため、モータの電力消費量が大きく、空気の漏れがある場合も漏洩量は多くエネルギー効率が低下する問題があった。
【０００８】
また負荷側の機器が停止して圧縮空気の利用がなくなると、圧力センサーＰ０の検出値が上限値を越えるが、配管に空気漏れがあるような場合には、いつまでも上限値に達せず、空気圧縮機が停止せずに運転を継続してしまうためエネルギー効率が低下する問題があった。
【０００９】
最近では、負荷に対して全てインバータ方式による空気圧縮機だけで複数台自動運転する制御システムも開発されている。インバータ方式による空気圧縮機は、圧力センサーの検出値に基づいて、圧縮機を回転させるモーターがインバータにより可変速制御されて、これにより容量調整を行なうものである。このようなシステムでは消費される空気量だけ圧縮空気の供給を行なうので省エネルギー化を図ることはできるが、導入のコストが高価であり、またインバータのメンテナンスコストも高価となる問題がある。
【００１０】
またこの方式によっても、圧縮空気が負荷で消費されてから圧力センサーの検出値を制御部にフィードバックしてから、インバータ方式による空気圧縮機の運転の増減を行なうので、立ち上がりや停止までに時間がかかり、一時的に大量の圧縮空気が消費された場合には同様に空気量不足が発生して設備機器が停止する問題がある。またこの場合も最低必要圧力を下回らないように、余裕を見込んで設定圧を高くして運転しているのでエネルギー効率が低下する問題がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題を改善し、最小限の設備で台数制御を行なって導入のコストを安価にすると共に、単位期間内の負荷の運転状況に応じて、予め設定したプログラムに基づいて、設定圧を低くして自動運転をすることにより、エネルギー効率を向上させた空気圧縮機自動運転システムを提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の空気圧縮機自動運転システムは、インバータ方式の可変速空気圧縮機と、１台または複数台の電源周波数運転される定速空気圧縮機とを併設し、単位期間内の負荷の必要圧縮空気量を、負荷の状況の変化に応じて供給するように予め設定された運転プログラムにより、常時運転されるインバータ方式による可変速空気圧縮機の容量が不足した時に、定速空気圧縮機を順次追加して運転することを特徴とするものである。
【００１３】
また本発明の請求項２記載の空気圧縮機自動運転システムは、負荷状況の変化に応じて予め設定された運転プログラムが、運転予告信号により圧力不足が予想される場合に、空気圧縮機と負荷との間の配管に設けた空気槽に不足分空気を一時蓄えるように設定されていることを特徴とするものである。
【００１４】
更に本発明の請求項３記載の空気圧縮機自動運転システムは、負荷状況の変化に応じて予め設定された運転プログラムが、負荷運転状態での圧力変動を検出して、これに基づいて、次回の運転プログラムを修正することを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の一形態を図１ないし図４を参照して詳細に説明する。図１は空気圧縮機自動運転システムを示すもので、インバータ方式可変速空気圧縮機８−１と、定速空気圧縮機８−２、８ー３が配管２に並列に３台接続されている。このうちインバータ方式圧縮機は可変速制御されるもので、これにより容量調整が行なえるものである。また８−２、８ー３は、定速運転される空気圧縮機である。これら各空気圧縮機８−１〜８ー３は、始動時にはインバータ方式による可変速空気圧縮機８−１から運転を開始して常時運転され、負荷の増加に伴って定速空気圧縮機８−２、８ー３の順に運転開始されるようになっている。
【００１６】
配管２には負荷（設備機器）３−１、３ー２、３ー３、３ー４が並列に接続されている。配管２上に空気槽４が設けられ、ここに圧縮空気を一時的に蓄えるようになっている。また９は制御部で、各空気圧縮機８−１、８ー２、８ー３に圧縮機制御信号１１を送るようになっている。また空気槽４に取付けられた圧力センサーＰ０と各負荷３−１〜３ー４の入口付近にはそれぞれ圧力センサーＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４が取付けられ、この検出信号１２を制御部９に送るようになっている。
【００１７】
また各負荷３−１〜３ー４には負荷制御部１３−１〜１３ー４が設けられ、ここから負荷運転予告信号や負荷運転許可信号などの負荷制御信号１４を制御部９と送受信するようになっている。また温度センサーＴと湿度センサーＨの検出値は検出信号１２として制御部９に送られるようになっている。なお図１では負荷制御部１３は接点の記号で図示されているが、負荷制御信号１４は接点信号のみならず数値信号でも良い。
【００１８】
更に制御部９は、単位期間内の各負荷３−１〜３ー４の必要圧縮空気量を各負荷３−１〜３ー４の運転状況の変化に応じて供給するように予め運転プログラムが設定されている。これは常時運転されるインバータ方式可変速空気圧縮機８−１の容量が不足した時に、定速空気圧縮機８−２、８ー３を順次追加して運転するように制御している。またこの制御部９にはデータ設定／記憶部１０が設けられ、負荷運転状態での圧力変動を圧力センサーＰ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４で検出した検出信号１２を記憶し、これに基づいて、予め設定された運転プログラムを修正して、次回の運転プログラムを設定するものである。
【００１９】
次に上記構成の空気圧縮機自動運転システムの動作について説明する。この場合単位期間を１日とすると、図１に示すように、負荷３−１は空気消費量が１日を通してほぼ一定の設備機器で、要求圧力Ｐａとする。負荷３−２は空気消費量が１日を通してほぼ一定あるが、負荷３−１より消費量が大きい設備機器で、要求圧力Ｐａとする。負荷３−３は空気消費量の変化に山と谷がある設備機器で、要求圧力Ｐｂとする。負荷３−４は一時に大量の空気を消費するが、間欠的な運転をする設備機器で要求圧力Ｐｃとする。但し、Ｐａ＜Ｐｂ＜Ｐｃとする。
【００２０】
またデータ設定／記憶部１０には各空気圧縮機８−１、８ー２、８ー３の吐出能力を設定しておく。入力データは記憶されて、空気圧縮機、空気取入部付近の温度センサーＴと湿度センサーＨの値により補正演算された圧縮機の吐出能力が増減の判断基準となる。またデータ設定／記憶部１０に各負荷３−１〜３ー４の１日の運転状況に応じた必要圧力、必要空気流入量を入力すると共に、初期稼動空気圧縮機の設定を入力する。更にデータ設定／記憶部１０に基準目標値ＰＯＳＰｍｉｎを設定して、運転プログラムを設定する。この場合、負荷３−１〜３ー４の運転状況と、この時の設定圧ＳＰ３とは表１に示すようになる。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
また通常の圧力設定を下げて各空気圧縮機８−１、８ー２、８ー３を運転した場合、負荷変動時には、そのままでは圧力がかなり大きく変化して供給圧力の低下による負荷設備が停止する恐れがある。このため予測される変動分の空気量の設定圧を予め自動的に高く設定して、一時的に空気槽４に蓄えておくように予めプログラムしておく。
【００２３】
このように予め運転プログラムを設定した状態で、システムの起動時には、目標ＰＯＳＰｍｉｎと圧力センサーＰＯ信号を比較しながら運転して、初期の空気圧縮機の条件を整えて負荷運転予告信号を待つ状態で待機する。各負荷制御部１３−１〜１３ー４からの負荷運転予告信号が出力されると、制御部９ではデータ設定／記憶部１０からの必要流量の積算値と、空気圧縮機補正能力の積算値から運転台数と、各々の圧力設定を行なう。
【００２４】
設定圧力に達すると、負荷運転許可信号が負荷制御部１３−１〜１３ー４に送られて、設備機器の運転が開始される。各空気圧縮機８−１〜８ー３の定格出力における吐出空気量を１００％とすると、図２に示すように負荷３−１〜３ー４の必要空気量が１００％以下の場合には、インバータ方式の可変速空気圧縮機８−１だけで、容量調整を行なう。負荷３−１〜３ー４の必要空気量が１００〜２００％の範囲の場合には、インバータ方式による可変速空気圧縮機８−１と定速空気圧縮機８−２の２台で運転を行ない、定速空気圧縮機８−２は全負荷運転を行ない、１００〜２００％の端数と変動分はインバータ方式による可変速空気圧縮機８−１で容量調整を行なう。
【００２５】
また負荷３−１〜３ー４の必要空気量が２００〜３００％の範囲の場合には、インバータ方式可変速空気圧縮機８−１で容量調整を行ない、定速空気圧縮機８−２、８−３は出力１００％の全負荷運転を行なう。つまり、空気吐出量が０の無負荷の場合には、定速空気圧縮機８−２、８−３は停止させ、インバータ方式による可変速空気圧縮機８−１だけで待機運転をする。このためインバータ方式による可変速空気圧縮機８−１を１台組み込むだけであるので設備費が安く、消費される空気量だけ圧縮空気の供給を行なうので省エネルギー化を図ることができる。
【００２６】
次に予め設定されたプログラムにより運転するシステムについて説明する。始動状態では最低必要圧よりやや高い設定圧ＳＰ３に整えて待機する。負荷運転予告信号が各負荷制御部１３−１〜１４ー４から出されて、最低必要圧以上であれば、負荷運転許可信号を出して、設備機器は運転が可能となる。
【００２７】
また負荷３−３や負荷３−４のように消費量の変動が大きい負荷の場合には、図３に示すように、負荷運転予告信号が出されたら、そのままでは供給圧力の低下による設備機器が停止する恐れがあるので、予め設定されたプログラムに基づいて設定圧ＳＰ３を自動的に高く設定して、一時的に空気槽４に蓄えておき、所定の圧力に達したら負荷運転許可信号を負荷制御部１３−１〜１３ー４に出力して、設備機器は運転可能となる。設備機器運転の後、圧力が安定したならば設定圧ＳＰ３を自動的に通常設定圧に戻す。
【００２８】
またこの時の負荷消費の状態を、圧力センサーＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４で検出して、その時の圧力が要求圧力を下回った場合には、空気圧縮機運転状態、圧力センサーＰ０の値、負荷要求の組合せと、変動時間ｄｔと圧力変動幅ｄｄを検出して、データ設定／記憶部１０に記憶しておく。従って、次回、同じ組合せで負荷運転する時に、大幅な供給圧力の低下が予測される場合には、予め設定圧ＳＰ３を高めておき、空気槽４に蓄えるか、運転台数の増加をするかを判断して、負荷が作動する時には最低必要圧を下回らない状態で圧縮空気を供給するので、大きな変動がない通常の運転状態では設定圧ＳＰ３を最低必要圧よりやや高めに設定して運転するので消費エネルギーを従来のシステムに比べて大幅に低減することができる。
【００２９】
また設定されたプログラムにより運転している状態で、負荷運転予告信号が負荷から出されて設定圧ＳＰ３を高めて一時的に空気槽４に蓄えておくが、負荷運転許可信号が出されても負荷が運転しない場合には、高い設定圧ＳＰ３を保持したままで待機する。また次の負荷が負荷運転予告信号を出した場合には、負荷要求にあった設定圧に変更される。
【００３０】
つまり本発明では、消費パターンに基づいて予めプログラムを設定し、一時的に多量の消費がされ、一時的に圧力不足が発生する負荷に対しては、その消費量分だけ予め設定圧ＳＰ３を大きくするように設定して、一時的に空気槽４に蓄えておき、通常は予め設定されたプログラムに基づいて設定圧ＳＰ３を低く設定して運転するものである。
【００３１】
また次回の運転では、実際の運転状態で圧力不足を検出した圧力変動時間ｄｔと圧力変動幅ｄｄをデータ設定／記憶部１０に記憶しておき、次回、負荷運転予告信号があった時に、図４に示すようにプログラムを修正して運転する。このため、現状に即した運転パターンに基づいて、新たな運転プログラムに自動的に修正して運転を行なうので、常に現状に即した最適の設定圧で運転することができ、最小限の設備で、最適な運転状態を保持してエネルギー消費を少なくすることができる。
【００３２】
なお上記説明では、負荷運転予告信号が出てから、各負荷制御部１３−１〜１３ー４に負荷運転許可信号を制御部９から出す場合について示したが、負荷運転予告信号だけを出すようにしたシステムでも良い。また上記説明では、１台のインバータ方式可変速空気圧縮機と２台の定速空気圧縮機を組合せた場合について示したが、空気圧縮機の組合せは任意に選定することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明した如く本発明に係る請求項１記載の空気圧縮機自動運転システムによれば、インバータ方式可変速空気圧縮機と複数の定速空気圧縮機を並列に接続し、変動範囲の狭い部分は常時運転しているインバータ方式可変速空気圧縮機に負担させるので設備費が安く、省エネルギー化を図ることができる。
【００３４】
また本発明では、負荷の消費パターンに基づいて予めプログラムを設定し、一時的に高い圧力消費がされる負荷に対しては、その消費量分だけ予め設定圧を高くするようにプログラムを設定し、通常は低い設定圧で運転するので、更に省エネルギー化を図ることができる。
【００３５】
また請求項２記載の空気圧縮機自動運転システムによれば、負荷状況の変化に応じて予め設定された運転プログラムが、運転予告信号により圧力不足が予想される場合に、空気圧縮機と負荷との間の配管に設けた空気槽に不足分の空気を予め蓄えるようにしたので、最小の設備で、通常は低圧力設定での運転をしても、大きな負荷変動時にも対応することができる。
【００３６】
また請求項３記載の空気圧縮機自動運転システムによれば、負荷状況の変化に応じて予め設定された運転プログラムが、負荷運転状態での圧力変動を検出し、これに基づいて、次回の運転プログラムを自動的に修正するので、現状に即した運転パターンに基づいた最適の運転プログラムで運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態による空気圧縮機自動運転システムを示す構成図である。
【図２】本発明システムによるインバータ方式可変速空気圧縮機と定速空気圧縮機の運転状態を示す説明図である。
【図３】本発明システムによる予め設定された運転プログラムによる設定圧の変化の状態を示すグラフである。
【図４】本発明システムによる修正されたプログラムによる設定圧の変化の状態を示すグラフである。
【図５】従来の台数制御による空気圧縮機自動運転システムを示す構成図である。
【図６】従来の台数制御による定速空気圧縮機の運転状態を示す説明図である。
【図７】（Ａ）は従来のシステムによる設定圧を下げた場合の変化状態を示すグラフ、
（Ｂ）は従来のシステムによる設定圧を上げて運転している通常状態を示すグラフである。
【符号の説明】
１−１　　空気圧縮機
２　　　　　　配管
３−１　　負荷
４　　　　　　空気槽
５　　　　　　制御装置
８−１　　インバータ方式可変速空気圧縮機
８−２　　定速空気圧縮機
９　　　　　　制御部
１０　　　　データ設定／記憶部
１１　　　　圧縮機制御信号
１２　　　　検出信号
１３−１負荷制御部
１４　　　　負荷制御信号
Ｐ０〜Ｐ４圧力センサー
ＦＭ　　流量センサー
Ｔ　　　温度センサーＴ
Ｈ　　　湿度センサーＨ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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