(57)【要約】【課題】負荷がインバータ駆動スクリュー圧縮機の調整範囲上下限付近で変動した場合にも、安定した並列運転ができる圧縮空気製造装置を提供する。【解決手段】複数台のスクリュー圧縮機１−１ないし１−５を並列運転することにより圧縮空気を製造する圧縮空気製造装置であって、スクリュー圧縮機１−１ないし１−５のうち１台のみを、回転数制御により容量調整を行うインバータ駆動スクリュー圧縮機１−５により構成すると共に、インバータ駆動スクリュー圧縮機１−５の容量を他のスクリュー圧縮機１−１ないし１−４の容量よりも大きくしたもので、負荷が容量調整機の調整範囲上下限近傍で変動した場合にも、インバータ駆動スクリュー圧縮機１−５の回転数は最低回転数と最大回転数の間を大きく変動することがないので、安定した並列運転が行える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数台のスクリュー圧縮機を並列運転することにより圧縮空気を製造する圧縮空気製造装置であって、前記スクリュー圧縮機のうち１台のみを、回転数制御により容量調整を行うインバータ駆動スクリュー圧縮機により構成すると共に、前記インバータ駆動スクリュー圧縮機の容量を他のスクリュー圧縮機の容量よりも大きくしたことを特徴とする圧縮空気製造装置。
【請求項２】
前記圧縮空気製造装置の全ての負荷領域おいて前記インバータ駆動スクリュー圧縮機のみを容量調整制御により運転を行い、他のスクリュー圧縮機は、負荷に応じて停止、アンロード、オンロード制御により運転を行うようにしてなる請求項１記載の圧縮空気製造装置。
【請求項３】
前記インバータ駆動スクリュー圧縮機のスクリューを駆動する増速機の増速比を大きくすることにより、前記インバータ駆動スクリュー圧縮機の容量を他のスクリュー圧縮機の容量よりも大きくしてなる請求項１または２記載の圧縮空気製造装置。
【請求項４】
前記インバータ駆動スクリュー圧縮機を制御するインバータの出力周波数範囲を高周波数域に広げて、前記インバータ駆動スクリュー圧縮機を駆動する電動機の回転速度を早くすることにより、前記インバータ駆動スクリュー圧縮機の容量を他のスクリュー圧縮機の容量よりも大きくしてなる請求項１または２記載の圧縮空気製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複数台のスクリュー圧縮機を並列運転することにより、工場エア等に使用する圧縮空気を製造する圧縮空気製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数台のスクリュー圧縮機を並列運転することにより圧縮空気を製造する圧縮空気製造装置としては、例えば特許文献１に記載されたものが公知である。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−３４３９８６号公報
【０００４】
前記特許文献１に記載された圧縮機制御装置は、同一容量のインバータ駆動スクリュー圧縮機を複数台並列運転し、各圧縮機より吐出された圧縮空気を合流させることにより、工場エア等に使用する圧縮空気を製造する圧縮空気製造装置であって、合流された圧縮空気の圧力を圧力検出手段により検出し、予め設定された圧力と、前記圧力検出手段が検出した圧力とを比較することにより、複数台のうちの１台のみをインバータ制御により回転数制御を行い、その他は全負荷運転により固定して運転できるようになっており、使用空気の容量と消費動力がほぼ直線的に変化する理想的な圧縮空気製造装置が得られる効果を有する。
【０００５】
一方同じ容量の複数台のスクリュー圧縮機を並列運転し、これらスクリュー圧縮機のうち１台をインバータ駆動スクリュー圧縮機として、この１台のみ回転数制御による容量調整を行うと共に、他のスクリュー圧縮機については、インバータ制御は行わずに、ロード、アンロード及びオン、オフ制御することにより、所定の圧力の圧縮空気が得られるようにした圧縮空気製造装置もすでに公知である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし前記特許文献１に記載された圧縮空気製造装置では、製造装置を構成するスクリュー圧縮機が全てインバータ駆動スクリュー圧縮機により構成されているため、装置自体が高価になると共に、回転数制御により容量調整する圧縮機を１台に限定していることから、負荷が容量調整機の調整範囲を超えて変動した場合、待機しているスクリュー圧縮機を起動したり、容量調整しているスクリュー圧縮機の運転を停止させる制御を行うため、容量調整が円滑にできない等の問題がある。
【０００７】
一方図５は同じ容量（１００％）を有する例えば５台のスクリュー圧縮機のうち、１台のみをインバータにより回転数を制御するインバータ駆動スクリュー圧縮機とした場合の従来の圧縮空気製造装置の運転方法を示すもので、容量調整運転を行うのはインバータ駆動スクリュー圧縮機のみで、他のスクリュー圧縮機は、負荷に応じ全負荷運転するか停止している。
またインバータ駆動スクリュー圧縮機の容量調整運転は、負荷の空気消費量０〜５００％の間の全ての領域で実施された場合、図３に示すように消費電力の削減効果が得られるが、容量調整を受け持つインバータ駆動スクリュー圧縮機とその他のスクリュー圧縮機の取り扱い風量が同一のため、下記ような問題が生じる。
【０００８】
（１）プラントの空気消費量が漸増し、容量調整機（インバータ駆動スクリュー圧縮機）が負荷率１００％（１００％回転数）になると、制御手段の指令により停止中のスクリュー圧縮機が起動されるが、その直後にはインバータ駆動スクリュー圧縮機の風量は全て余剰となり、インバータ駆動スクリュー圧縮機は直ちに回転数を下げた上、アンロードすることで負荷率を０％近くまで低下させる必要がある。
（２）同様に負荷の空気消費量が漸減し、インバータ駆動スクリュー圧縮機が負荷率０％になると、制御手段の指令により全負荷運転中のスクリュー圧縮機のうちの１台が停止されるが、インバータ駆動スクリュー圧縮機は直ちに回転数を上げ、負荷率を１００％近くまで増加させる必要がある。
【０００９】
以上のようにプラントの負荷が容量調整機であるインバータ駆動スクリュー圧縮機の負荷率０％、または１００％付近で変動した場合、待機しているスクリュー圧縮機の起動、停止が頻繁に繰り返されると共に、インバータ駆動スクリュー圧縮機の回転数は最低回転数と最大回転数の間を大きく変動することになり、その結果吐出圧力の制御が不安定になる上、スクリュー圧縮機の寿命が早期に低下したり、電力が無駄に消費されるため不経済である等の問題があった。
【００１０】
本発明はかかる問題を改善するためになされたもので、並列運転される複数台のスクリュー圧縮機のうち、インバータ制御する１台のスクリュー圧縮機の容量調整範囲を他のスクリュー圧縮機の容量よりも大きくした圧縮空気製造装置を提供して、負荷がインバータ駆動スクリュー圧縮機の調整範囲上下限付近で変動した場合にも、安定した並列運転ができるようにすることを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明の圧縮空気製造装置は、複数台のスクリュー圧縮機を並列運転することにより圧縮空気を製造する圧縮空気製造装置であって、スクリュー圧縮機のうち１台のみを、回転数制御により容量調整を行うインバータ駆動スクリュー圧縮機により構成すると共に、インバータ駆動スクリュー圧縮機の容量を他のスクリュー圧縮機の容量よりも大きくしたものである。
【００１２】
前記構成により、負荷が容量調整機の調整範囲上下限近傍で変動した場合にも、インバータ駆動スクリュー圧縮機の回転数は最低回転数と最大回転数の間を大きく変動することがないので、安定した並列運転が行えると共に、複数台のスクリュー圧縮機のうち１台のみをインバータ駆動スクリュー圧縮機により構成すればよいため、圧縮空気製造装置が安価に得られるようになる
【００１３】
前記目的を達成するため本発明の圧縮空気製造装置は、圧縮空気製造装置の全ての負荷領域おいてインバータ駆動スクリュー圧縮機のみを容量調整制御により運転を行い、他のスクリュー圧縮機は、負荷に応じて停止、アンロード、オンロード制御により運転を行うようにしたものである。
【００１４】
前記構成により、インバータ駆動スクリュー圧縮機の負荷率が０％、または１００％付近で変動した場合でも、待機しているスクリュー圧縮機の起動、停止が頻繁に繰り返されることがないことから、スクリュー圧縮機の寿命が早期に低下したり、電力が無駄に消費されることがないため経済的である。
【００１５】
前記目的を達成するため本発明の圧縮空気製造装置は、インバータ駆動スクリュー圧縮機のスクリューを駆動する増速機の増速比を大きくすることにより、インバータ駆動スクリュー圧縮機の容量を他のスクリュー圧縮機の容量よりも大きくしたものである。
【００１６】
前記構成により、増速機の増速比を大きくするだけで他のスクリュー圧縮機よりも容量の大きいインバータ駆動スクリュー圧縮機が得られるため、容易に実施することができる。
【００１７】
前記目的を達成するため本発明の圧縮空気製造装置は、インバータ駆動スクリュー圧縮機を制御するインバータの出力周波数範囲を高周波数域に広げて、インバータ駆動スクリュー圧縮機を駆動する電動機の回転速度を早くすることにより、インバータ駆動スクリュー圧縮機の容量を他のスクリュー圧縮機の容量よりも大きくしたものである。
【００１８】
前記構成により、他のスクリュー圧縮機よりも容量の大きいインバータ駆動スクリュー圧縮機が容易に得られると共に、既存のインバータが利用できるため経済的である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図面を参照して詳述する。
図１は圧縮空気製造装置の全体的な構成図、図２はインバータ駆動スクリュー圧縮機の構成図、図３及び図４は作用説明図である。
図１に示す圧縮空気製造装置１は、並列運転される複数台、例えば５台のスクリュー圧縮機１−１，１−２，１−３，１−４，１−５により構成されており、これらスクリュー圧縮機のうち、１−１ないし１−４は同一容量（負荷の空気消費量の例えば９０％に設定）のスクリュー圧縮機により構成され、残りの一台１−５は、他のスクリュー圧縮機１−１ないし１−４よりも容量の大きい（負荷の空気消費量の例えば１４０％に設定）スクリュー圧縮機により構成されており、容量の大きいスクリュー圧縮機１−５は、インバータ制御された電動機６により駆動されるインバータ駆動スクリュー圧縮機となっている。
【００２０】
各スクリュー圧縮機１−１ないし１−５より吐出された圧縮空気は、集合配管２へ合流された後、プラント等の負荷（図示せず）へと供給され、一部はレシーバタンク３に蓄圧されるており、空気を圧縮することにより凝縮された空気中の水分は、必要に応じて図示しない空気乾燥手段により除湿されると共に、集合配管２には吐出圧Ｐを検出する圧力検出手段４が接続されていて、この圧力検出手段４により検出された吐出圧Ｐは制御手段５へ送られるようになっている。
制御手段５は図２に示すように、インバータ制御盤５ａと、圧縮機制御盤５及び台数制御盤５ｃとより構成されていて、インバータ制御盤５ａは、インバータ駆動スクリュー圧縮機１−５の電動機６をインバータ制御するようになっており、電動機６は増速機７の増速ギヤ７ａ，７ｂを介してインバータ駆動スクリュー圧縮機１−５のスクリューロータ１ｃに接続されている。
【００２１】
圧縮機制御盤５ｂ及び台数制御盤５ｃは、圧力検出手段４により検出された吐出圧力Ｐを基にスクリュー圧縮機１−１ないし１−４のロード／アンロード、起動／停止を制御するようになっており、容量の大きいインバータ駆動スクリュー圧縮機１−５は、インバータ制御盤５ａの指示により、圧縮空気製造装置１の吐出圧力Ｐをある一定の変動幅に抑えるように回転数制御され、インバータ駆動スクリュー圧縮機１−５の負荷率が２０％を下回る低風量域では、インバータ駆動スクリュー圧縮機１−５に設けられた吸込絞り弁を閉じると同時に排気弁（共に図示せず）を開放して、アンロード運転を行うように制御されている。
【００２２】
各スクリュー圧縮機１−１ないし１−５は、低圧段圧縮機１ａと高圧段圧縮機１ｂとからなる２段圧縮機であって、スクリューロータ１ｃの噛合部に潤滑を行う必要のないドライスクリュー圧縮機が使用されており、取り扱う空気は吐出圧力が約０．７〜１．０ＭＰａ程度であって、製造された圧縮空気は、一般産業用の工場エア等に用いられる。
インバータ駆動スクリュー圧縮機１−５の吸い込み側には、図２に示すように吸い込みフィルタ兼サイレンサ８及び容量調整弁９を介して大気が吸入されるようになっており、インバータ駆動スクリュー圧縮機１−５がオンロードになっている場合、容量調整弁７から低圧段圧縮機１ａに吸入された空気は、低圧段圧縮機１ａにより約０．２ＭＰａＧに昇圧された後インタークーラ１０によって冷却され、さらに高圧段圧縮機１ｂにより所定の吐出圧まで昇圧された後アフタークーラ１１で冷却され、容量調整弁７及び逆止弁１２を経て集合配管２に吐出されるようになっている。
なお図２中１３は、集合配管２内の圧力が異常に高くなった場合に集合配管２内の圧縮空気を大気へ放出する安全弁である。
【００２３】
次に前記構成された圧縮空気製造装置の作用を説明する。
図３はロード、アンロード制御したスクリュー圧縮機とインバータ駆動スクリュー圧縮機の消費電力を比較したもので、この図から負荷の空気消費量が圧縮空気製造装置１の容量を下回る場合は、ロード、アンロートの２ステップ制御を実施するより、インバータによる回転数制御を実施した方が消費電力が少なくなることが明らかであり、この消費電力の差は単段圧縮機や給油式圧縮機においてより顕著に現れる。
【００２４】
また図５の横軸は負荷の空気消費量を示すもので、５台のスクリュー圧縮機１−１ないし１−５の合計容量を５００％で示しており、縦軸は圧縮空気製造装置１が製造する風量を示している。
図５において、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥ１〜Ｅ５は、プラントの空気消費量に対する各スクリュー圧縮機１−１ないし１−５の負荷分担を示しており、例えば空気消費量２５０％の場合には、２台のスクリュー圧縮機１−１及びスクリュー圧縮機１−２が全負荷運転し、インバータ駆動スクリュー圧縮機１−５が５０％負荷運転している状態を示している。
なおＡ〜Ｄの各領域は、各スクリュー圧縮機１−１ないし１−５に対応しているが、実際には制御手段５により運転のローテーションが行われるため、各スクリュー圧縮機１−１ないし１−５の起動順序は一定ではない。
【００２５】
いま例えば負荷の空気消費量３００％の場合、２台のスクリュー圧縮機１−２，１−２と１台のインバータ駆動スクリュー圧縮機１−５が運転されており、このときのインバータ駆動スクリュー圧縮機１−５の負荷率は８６％となる。
この状態から負荷の空気消費量が例えば３２０％に増加すると、その時点でインバータ駆動スクリュー圧縮機１−５の負荷率が１００％となり、停止待機中のスクリュー圧縮機１−３が起動され、インバータ駆動スクリュー圧縮機１−５の起動直後の運転範囲は図５のＥ４となり、負荷率は３６％となる。
またこの状態から負荷の空気消費量が減少した場合、インバータ駆動スクリュー圧縮機１−５の負荷率は０％になるのは、負荷の空気消費量が２７０％になる時点であることからスクリュー圧縮機１−３が直ちに停止することはなく、スクリュー圧縮機１−３が停止する負荷の空気消費量が２７０％の時点では、インバータ駆動スクリュー圧縮機１−５の負荷率は６４％となる。
【００２６】
以上のようにインバータ駆動スクリュー圧縮機１−５の容量を他のスクリュー圧縮機１−１ないし１−４の容量より大きくすることにより、負荷の空気消費量が変動してもインバータ駆動スクリュー圧縮機１−５の負荷率は急激に変化したり、他のスクリュー圧縮機１−１ないし１−４の起動、停止が頻繁に繰り返されることがないので、安定した並列運転が可能になる。
【００２７】
なおインバータ駆動スクリュー圧縮機１−５の容量を他のスクリュー圧縮機１−１ないし１−４より増加させる方法としては、電動機６の回転数を増速して各段の圧縮機１ａ，１ｂに伝達する増速機７のギヤ７ａ，７ｂの増速比を高めることにより、スクリューロータ１ｃの回転数を上昇させて吐出風量を増大させるようにしてもよく、電動機６を制御するインバータ制御盤５ａの出力周波数を商用周波数（５０Ｈｚ、６０Ｈｚ）より高くすることにより、電動機６の回転速度を増加させて吐出風量を増大させるようにしてもよい。
いずれの方法も吐出風量が増加した分電動機６の必要動力が増大するので、電動機６の定格出力は、他のスクリュー圧縮機１−１ないし１−４よりも大きくする必要がある。
【００２８】
【発明の効果】
本発明は以上詳述したように、並列運転することにより圧縮空気を製造する複数台のスクリュー圧縮機のうち１台のみを、回転数制御により容量調整を行うインバータ駆動スクリュー圧縮機により構成すると共に、インバータ駆動スクリュー圧縮機の容量を他のスクリュー圧縮機の容量よりも大きくしたことから、負荷が容量調整機の調整範囲上下限近傍で変動した場合にも、インバータ駆動スクリュー圧縮機の回転数は最低回転数と最大回転数の間を大きく変動することがないので、安定した並列運転が行える上、複数台のスクリュー圧縮機のうち１台のみをインバータ駆動スクリュー圧縮機により構成すればよいため、圧縮空気製造装置が安価に得られるようになる
【００２９】
また圧縮空気製造装置の全ての負荷領域おいてインバータ駆動スクリュー圧縮機のみを容量調整制御により運転を行い、他のスクリュー圧縮機は、負荷に応じて停止、アンロード、オンロード制御により運転を行うようにしたことにより、インバータ駆動スクリュー圧縮機の負荷率が０％、または１００％付近で変動した場合でも、待機しているスクリュー圧縮機の起動、停止が頻繁に繰り返されることがないことから、スクリュー圧縮機の寿命が早期に低下したり、電力が無駄に消費されることがないため経済的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態になる圧縮空気製造装置の全体的な構成図である。
【図２】本発明の実施の形態になる圧縮空気製造装置の一部を構成するインバータ駆動スクリュー圧縮機の構成図である。
【図３】本発明の実施の形態になる圧縮空気製造装置を構成するスクリュー圧縮機をロード、アンロード制御した場合と、回転数制御した場合の消費電力量比を比較した線図である。
【図４】本発明の実施の形態になる圧縮空気製造装置の作用を示す線図である。
【図５】従来の圧縮空気製造装置の作用を示す線図である。
【符号の説明】
１−１  スクリュー圧縮機
１−２  スクリュー圧縮機
１−３  スクリュー圧縮機
１−４  スクリュー圧縮機
１−５  インバータ駆動スクリュー圧縮機
５  制御手段
６  電動機
７  増速機
【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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