(57)【要約】【課題】系の構成によらず、負荷分散制御を行うことができると共に、性能の異なるものがあっても、運転効率を最適化することができるコンプレッサの並列運転負荷分散システム及び方法を提供する。【解決手段】並列に接続された配管１１ａ、１１ｂ及び２１ａ〜２１ｃに各々接続されたコンプレッサ１２及び２２ａ、２２ｂと、コンプレッサ１２及び２２ａ、２２ｂを並列運転すると共に負荷分散を行う制御装置とを有し、制御装置は、配管１１ａ、１１ｂ及び２１ａ〜２１ｃ毎に、コンプレッサ１２及び２２ａ、２２ｂの実質効率に相関する相関値を求める演算器４２及び５２ａ〜５２ｃと、求めた複数の相関値の最大値又は平均値又は最小値のいずれか１つを選択値として選択する演算器３２と、選択値に基づいて、全てのコンプレッサ１２及び２２ａ、２２ｂを制御するＬＳＣ４３及び５３とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列に接続された複数の配管に各々１台以上接続されたコンプレッサと、
複数の前記コンプレッサを並列運転すると共に負荷分散を行う制御装置とを有し、
前記制御装置は、
前記配管毎に、当該配管の前記コンプレッサの実質効率又は実質効率に相関する相関値を求める演算部と、
求めた複数の前記実質効率又は前記相関値の最大値又は平均値又は最小値のいずれか１つを選択値として選択する選択部と、
前記選択値に基づいて、全ての前記コンプレッサを制御する制御部とを有する
ことを特徴とするコンプレッサの並列運転負荷分散システム。
【請求項２】
請求項１に記載のコンプレッサの並列運転負荷分散システムにおいて、
前記演算部は、各々の前記コンプレッサについて、前記コンプレッサの性能曲線から最も運転効率が良い複数の運転点を線形補間することにより効率曲線を予め求めておき、前記コンプレッサの現在の運転点から前記効率曲線までの相対距離を算出すると共に、前記相対距離を絶対値化した効率距離を求め、前記効率距離を前記相関値として用い、
前記制御部は、選択した前記選択値を元の前記相対距離に変換し、変換した元の前記相対距離に収束するように全ての前記コンプレッサを制御する
ことを特徴とするコンプレッサの並列運転負荷分散システム。
【請求項３】
請求項２に記載のコンプレッサの並列運転負荷分散システムにおいて、
前記配管に複数の前記コンプレッサが直列に接続されている場合、
前記演算部は、直列に接続された複数の前記コンプレッサに対する複数の前記効率距離の最大値を選択し、選択した前記最大値を前記相関値として用いる
ことを特徴とするコンプレッサの並列運転負荷分散システム。
【請求項４】
請求項２に記載のコンプレッサの並列運転負荷分散システムにおいて、
前記配管に複数の前記コンプレッサが直列に接続されている場合、
前記演算部は、直列に接続された複数の前記コンプレッサについて、直列に接続された複数の前記コンプレッサの性能曲線を統合した性能曲線を求め、前記性能曲線から最も運転効率が良い複数の運転点を線形補間することにより効率曲線を予め求めておき、直列に接続された複数の前記コンプレッサの中の１つの前記コンプレッサの現在の運転点から前記効率曲線までの相対距離を算出すると共に、前記相対距離を絶対値化した効率距離を求め、前記効率距離を前記相関値として用いる
ことを特徴とするコンプレッサの並列運転負荷分散システム。
【請求項５】
請求項１に記載のコンプレッサの並列運転負荷分散システムにおいて、
前記演算部は、前記配管毎に、当該配管の前記コンプレッサの現在の運転点から前記実質効率を求め、
前記制御部は、選択した前記選択値となる前記実質効率に収束するように全ての前記コンプレッサを制御する
ことを特徴とするコンプレッサの並列運転負荷分散システム。
【請求項６】
請求項５に記載のコンプレッサの並列運転負荷分散システムにおいて、
更に、前記選択値の正負の符号を切り替える切替部を有し、
前記切替部は、前記配管毎に、当該配管の前記コンプレッサの効率−流量曲線から効率が最大となる最大効率点の流量を予め求めておき、前記コンプレッサの現在の運転点の流量が、前記最大効率点の流量より大きいときは前記選択値の符号を負に切り替え、前記最大効率点の流量以下のときは前記選択値の符号を正に切り替える
ことを特徴とするコンプレッサの並列運転負荷分散システム。
【請求項７】
並列に接続された複数の配管に各々１台以上接続されたコンプレッサについて、複数の前記コンプレッサを並列運転すると共に負荷分散を行うコンプレッサの並列運転負荷分散方法において、
前記配管毎に、当該配管の前記コンプレッサの実質効率又は実質効率に相関する相関値を求める演算工程と、
求めた複数の前記実質効率又は前記相関値の最大値又は平均値又は最小値のいずれか１つを選択値として選択する選択工程と、
前記選択値に基づいて、全ての前記コンプレッサを制御する制御工程とを有する
ことを特徴とするコンプレッサの並列運転負荷分散方法。
【請求項８】
請求項７に記載のコンプレッサの並列運転負荷分散方法において、
前記演算工程は、各々の前記コンプレッサについて、前記コンプレッサの性能曲線から最も運転効率が良い複数の運転点を線形補間することにより効率曲線を予め求めておき、前記コンプレッサの現在の運転点から前記効率曲線までの相対距離を算出すると共に、前記相対距離を絶対値化した効率距離を求め、前記効率距離を前記相関値として用い、
前記制御工程は、選択した前記選択値を元の前記相対距離に変換し、変換した元の前記相対距離に収束するように全ての前記コンプレッサを制御する
ことを特徴とするコンプレッサの並列運転負荷分散方法。
【請求項９】
請求項８に記載のコンプレッサの並列運転負荷分散方法において、
前記配管に複数の前記コンプレッサが直列に接続されている場合、
前記演算工程は、直列に接続された複数の前記コンプレッサに対する複数の前記効率距離の最大値を選択し、選択した前記最大値を前記相関値として用いる
ことを特徴とするコンプレッサの並列運転負荷分散方法。
【請求項１０】
請求項８に記載のコンプレッサの並列運転負荷分散方法において、
前記配管に複数の前記コンプレッサが直列に接続されている場合、
前記演算工程は、直列に接続された複数の前記コンプレッサについて、直列に接続された複数の前記コンプレッサの性能曲線を統合した性能曲線を求め、前記性能曲線から最も運転効率が良い複数の運転点を線形補間することにより効率曲線を予め求めておき、直列に接続された複数の前記コンプレッサの中の１つの前記コンプレッサの現在の運転点から前記効率曲線までの相対距離を算出すると共に、前記相対距離を絶対値化した効率距離を求め、前記効率距離を前記相関値として用いる
ことを特徴とするコンプレッサの並列運転負荷分散方法。
【請求項１１】
請求項７に記載のコンプレッサの並列運転負荷分散方法において、
前記演算工程は、前記配管毎に、当該配管の前記コンプレッサの現在の運転点から前記実質効率を求め、
前記制御工程は、選択した前記選択値となる前記実質効率に収束するように全ての前記コンプレッサを制御する
ことを特徴とするコンプレッサの並列運転負荷分散方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載のコンプレッサの並列運転負荷分散方法において、
更に、前記選択値の正負の符号を切り替える切替工程を有し、
前記切替工程は、前記配管毎に、当該配管の前記コンプレッサの効率−流量曲線から効率が最大となる最大効率点の流量を予め求めておき、前記コンプレッサの現在の運転点の流量が、前記最大効率点の流量より大きいときは前記選択値の符号を負に切り替え、前記最大効率点の流量以下のときは前記選択値の符号を正に切り替える
ことを特徴とするコンプレッサの並列運転負荷分散方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のコンプレッサを並列に接続した場合におけるコンプレッサの並列運転負荷分散システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮ガスの供給システムとして、複数のコンプレッサを並列に接続し、これらのコンプレッサを並列運転するものがある。このような供給システムにおいて、複数のコンプレッサは、負荷が分散するように制御されている。
【０００３】
上記のような供給システムにおいて、負荷の設定方法としては、次の特許文献１、２のようなものがある。例えば、特許文献１においては、各コンプレッサの燃料流量を等分することにより、各コンプレッサの消費動力が等しくなるよう負荷を分散している。又、特許文献２においては、各コンプレッサにおけるサージ制御ラインから運転点までの相対距離を平均化することにより、負荷を分散している。なお、サージ制御ラインは、サージ限界ラインから安全限界を減算したラインである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−２１３６９７号公報
【特許文献２】特開平６−８８５９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１は、２系列のコンプレッサを並列に接続した構成であり、３系列以上のコンプレッサを並列に接続した場合には、上述した方法の適用ができず、又、各コンプレッサの定格消費動力が異なる場合にも、上述した方法の適用ができない。又、特許文献２においても、各コンプレッサの性能が異なる場合、上述した相対距離を平均化しても、高い運転効率を実現できるとは限らない。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、系の構成によらず、負荷分散制御を行うことができると共に、性能の異なるコンプレッサがあっても、運転効率を最適化することができるコンプレッサの並列運転負荷分散システム及び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】
【０００７】
上記課題を解決する第１の発明に係るコンプレッサの並列運転負荷分散システムは、
並列に接続された複数の配管に各々１台以上接続されたコンプレッサと、
複数の前記コンプレッサを並列運転すると共に負荷分散を行う制御装置とを有し、
前記制御装置は、
前記配管毎に、当該配管の前記コンプレッサの実質効率又は実質効率に相関する相関値を求める演算部と、
求めた複数の前記実質効率又は前記相関値の最大値又は平均値又は最小値のいずれか１つを選択値として選択する選択部と、
前記選択値に基づいて、全ての前記コンプレッサを制御する制御部とを有する
ことを特徴とする。
【０００８】
上記課題を解決する第２の発明に係るコンプレッサの並列運転負荷分散システムは、
上記第１の発明に記載のコンプレッサの並列運転負荷分散システムにおいて、
前記演算部は、各々の前記コンプレッサについて、前記コンプレッサの性能曲線から最も運転効率が良い複数の運転点を線形補間することにより効率曲線を予め求めておき、前記コンプレッサの現在の運転点から前記効率曲線までの相対距離を算出すると共に、前記相対距離を絶対値化した効率距離を求め、前記効率距離を前記相関値として用い、
前記制御部は、選択した前記選択値を元の前記相対距離に変換し、変換した元の前記相対距離に収束するように全ての前記コンプレッサを制御する
ことを特徴とする。
【０００９】
上記課題を解決する第３の発明に係るコンプレッサの並列運転負荷分散システムは、
上記第２の発明に記載のコンプレッサの並列運転負荷分散システムにおいて、
前記配管に複数の前記コンプレッサが直列に接続されている場合、
前記演算部は、直列に接続された複数の前記コンプレッサに対する複数の前記効率距離の最大値を選択し、選択した前記最大値を前記相関値として用いる
ことを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決する第４の発明に係るコンプレッサの並列運転負荷分散システムは、
上記第２の発明に記載のコンプレッサの並列運転負荷分散システムにおいて、
前記配管に複数の前記コンプレッサが直列に接続されている場合、
前記演算部は、直列に接続された複数の前記コンプレッサについて、直列に接続された複数の前記コンプレッサの性能曲線を統合した性能曲線を求め、前記性能曲線から最も運転効率が良い複数の運転点を線形補間することにより効率曲線を予め求めておき、直列に接続された複数の前記コンプレッサの中の１つの前記コンプレッサの現在の運転点から前記効率曲線までの相対距離を算出すると共に、前記相対距離を絶対値化した効率距離を求め、前記効率距離を前記相関値として用いる
ことを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する第５の発明に係るコンプレッサの並列運転負荷分散システムは、
上記第１の発明に記載のコンプレッサの並列運転負荷分散システムにおいて、
前記演算部は、前記配管毎に、当該配管の前記コンプレッサの現在の運転点から前記実質効率を求め、
前記制御部は、選択した前記選択値となる前記実質効率に収束するように全ての前記コンプレッサを制御する
ことを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する第６の発明に係るコンプレッサの並列運転負荷分散システムは、
上記第５の発明に記載のコンプレッサの並列運転負荷分散システムにおいて、
更に、前記選択値の正負の符号を切り替える切替部を有し、
前記切替部は、前記配管毎に、当該配管の前記コンプレッサの効率−流量曲線から効率が最大となる最大効率点の流量を予め求めておき、前記コンプレッサの現在の運転点の流量が、前記最大効率点の流量より大きいときは前記選択値の符号を負に切り替え、前記最大効率点の流量以下のときは前記選択値の符号を正に切り替える
ことを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する第７の発明に係るコンプレッサの並列運転負荷分散方法は、
並列に接続された複数の配管に各々１台以上接続されたコンプレッサについて、複数の前記コンプレッサを並列運転すると共に負荷分散を行うコンプレッサの並列運転負荷分散方法において、
前記配管毎に、当該配管の前記コンプレッサの実質効率又は実質効率に相関する相関値を求める演算工程と、
求めた複数の前記実質効率又は前記相関値の最大値又は平均値又は最小値のいずれか１つを選択値として選択する選択工程と、
前記選択値に基づいて、全ての前記コンプレッサを制御する制御工程とを有する
ことを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決する第８の発明に係るコンプレッサの並列運転負荷分散方法は、
上記第７の発明に記載のコンプレッサの並列運転負荷分散方法において、
前記演算工程は、各々の前記コンプレッサについて、前記コンプレッサの性能曲線から最も運転効率が良い複数の運転点を線形補間することにより効率曲線を予め求めておき、前記コンプレッサの現在の運転点から前記効率曲線までの相対距離を算出すると共に、前記相対距離を絶対値化した効率距離を求め、前記効率距離を前記相関値として用い、
前記制御工程は、選択した前記選択値を元の前記相対距離に変換し、変換した元の前記相対距離に収束するように全ての前記コンプレッサを制御する
ことを特徴とする。
【００１５】
上記課題を解決する第９の発明に係るコンプレッサの並列運転負荷分散方法は、
上記第８の発明に記載のコンプレッサの並列運転負荷分散方法において、
前記配管に複数の前記コンプレッサが直列に接続されている場合、
前記演算工程は、直列に接続された複数の前記コンプレッサに対する複数の前記効率距離の最大値を選択し、選択した前記最大値を前記相関値として用いる
ことを特徴とする。
【００１６】
上記課題を解決する第１０の発明に係るコンプレッサの並列運転負荷分散方法は、
上記第８の発明に記載のコンプレッサの並列運転負荷分散方法において、
前記配管に複数の前記コンプレッサが直列に接続されている場合、
前記演算工程は、直列に接続された複数の前記コンプレッサについて、直列に接続された複数の前記コンプレッサの性能曲線を統合した性能曲線を求め、前記性能曲線から最も運転効率が良い複数の運転点を線形補間することにより効率曲線を予め求めておき、直列に接続された複数の前記コンプレッサの中の１つの前記コンプレッサの現在の運転点から前記効率曲線までの相対距離を算出すると共に、前記相対距離を絶対値化した効率距離を求め、前記効率距離を前記相関値として用いる
ことを特徴とする。
【００１７】
上記課題を解決する第１１の発明に係るコンプレッサの並列運転負荷分散方法は、
上記第７の発明に記載のコンプレッサの並列運転負荷分散方法において、
前記演算工程は、前記配管毎に、当該配管の前記コンプレッサの現在の運転点から前記実質効率を求め、
前記制御工程は、選択した前記選択値となる前記実質効率に収束するように全ての前記コンプレッサを制御する
ことを特徴とする。
【００１８】
上記課題を解決する第１２の発明に係るコンプレッサの並列運転負荷分散方法は、
上記第１１の発明に記載のコンプレッサの並列運転負荷分散方法において、
更に、前記選択値の正負の符号を切り替える切替工程を有し、
前記切替工程は、前記配管毎に、当該配管の前記コンプレッサの効率−流量曲線から効率が最大となる最大効率点の流量を予め求めておき、前記コンプレッサの現在の運転点の流量が、前記最大効率点の流量より大きいときは前記選択値の符号を負に切り替え、前記最大効率点の流量以下のときは前記選択値の符号を正に切り替える
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、圧縮段数やトレン数などの系の構成によらず、複数のコンプレッサの負荷分散制御を行うことができ、又、性能の異なるコンプレッサがあっても、運転効率を最適化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係るコンプレッサの並列運転負荷分散システムの実施形態の一例（実施例１）を示す概略構成図である。
【図２】図１に示したコンプレッサの並列運転負荷分散システムにおける並列運転負荷分散方法を説明する性能曲線図である。
【図３】本発明に係るコンプレッサの並列運転負荷分散システムの実施形態の他の一例（実施例２）として、図１に示したシステムの変形例を示す概略構成図である。
【図４】本発明に係るコンプレッサの並列運転負荷分散システムの実施形態の他の一例（実施例３）を示す概略構成図である。
【図５】本発明に係るコンプレッサの並列運転負荷分散システムの実施形態の他の一例（実施例４）として、図３に示したシステムの変形例を示す図であり、（ａ）は、その効率−流量曲線図であり、（ｂ）は、その概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係るコンプレッサの並列運転負荷分散システム及び方法の実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。
【００２２】
［実施例１］
本実施例におけるコンプレッサの並列運転負荷分散システムは、図１に示すように、入口ヘッダＨ１と出口ヘッダＨ２とを並列に接続する複数のトレンＴ１、Ｔ２を有している。入口ヘッダＨ１には、後述する制御のため、圧力計測器１０が設けられている。
【００２３】
トレンＴ１は、入口ヘッダＨ１に接続された配管１１ａと、出口ヘッダＨ２に接続された配管１１ｂと、配管１１ａと配管１１ｂとの間に接続された１台のコンプレッサ１２とを有している。このコンプレッサ１２は、モータ又は蒸気タービンなどからなる駆動機１３により駆動されている。
【００２４】
このトレンＴ１において、配管１１ｂには逆止弁１４が設けられており、逆止弁１４より上流側の配管１１ｂから配管１１ａへ再循環配管１５が接続されて、この再循環配管１５にはアンチサージバルブ（以降、ＡＳＶ）１６が設けられている。又、再循環配管１５との接続部分より下流側の配管１１ａには流量計測器１７が設けられている。
【００２５】
又、トレンＴ２は、入口ヘッダＨ１に接続された配管２１ａと、出口ヘッダＨ２に接続された配管２１ｂと、配管２１ａと配管２１ｂとの間に、配管２１ｃを介して、直列に接続された２台のコンプレッサ２２ａ、２２ｂとを有している。これらのコンプレッサ２２ａ及び２２ｂは、モータ又は蒸気タービンなどからなる駆動機２３により同軸で駆動されている。
【００２６】
このトレンＴ２において、配管２１ｂには逆止弁２４が設けられており、配管２１ｃから配管２１ａへ再循環配管２５ａが接続され、逆止弁２４より上流側の配管２１ｂから配管２１ｃへ再循環配管２５ｂが接続されて、再循環配管２５ａにはＡＳＶ２６ａが設けられ、再循環配管２５ｂにはＡＳＶ２６ｂが設けられている。又、再循環配管２５ａとの接続部分より下流側の配管２１ａには流量計測器２７ａが設けられ、再循環配管２５ｂとの接続部分より下流側の配管２１ｃには流量計測器２７ｂが設けられている。
【００２７】
このように、本実施例におけるコンプレッサの並列運転負荷分散システムは、配管１１ａ、１１ｂと配管２１ａ〜２１ｃとが並列に接続されて、コンプレッサ１２とコンプレッサ２２ａ、２２ｂとが並列に接続されると共に、コンプレッサ２２ａとコンプレッサ２２ｂとが２段に直列に接続された構成であり、このような複数のコンプレッサ１２、２２ａ、２２ｂを後述するように制御して並列運転すると共に負荷分散している。
【００２８】
なお、ここでは、最小限の構成例として、２系列のトレンＴ１、Ｔ２を並列接続すると共に、２台のコンプレッサ２２ａ、２２ｂを直列接続する構成を示しているが、３系列以上のトレンを並列接続しても良いし、３台以上のコンプレッサを直列接続しても良い。
【００２９】
次に、制御装置の構成について説明する。全てのトレンＴ１、Ｔ２に対する制御を行う制御装置の構成として、圧力制御コントローラ（以降、ＰＣ）３１と、演算器３２（選択部、選択工程）と、演算器３３とを有している。又、トレンＴ１に対する制御を行う制御装置の構成として、アンチサージコントローラ（以降、ＵＩＣ）４１と、演算器４２（演算部、演算工程）と、負荷分散コントローラ（以降、ＬＳＣ）４３（制御部、制御工程）と、設定器４４と、スピードコントローラ（以降、ＳＣ）４５とを有している。又、トレンＴ２に対する制御を行う制御装置の構成として、ＵＩＣ５１ａと、ＵＩＣ５１ｂと、演算器５２ａ〜５２ｃ（演算部、演算工程）と、ＬＳＣ５３（制御部、制御工程）と、設定器５４と、ＳＣ５５とを有している。
【００３０】
トレンＴ１において、ＵＩＣ４１は、流量計測器１７で計測した流量ｘに基づいて、ＡＳＶ１６の開度を制御して、コンプレッサ１２が吐出した圧縮ガスを配管１１ｂから配管１１ａへ環流して、サージを防止している。又、トレンＴ２においても、ＵＩＣ５１ａは、流量計測器２７ａで計測した流量ｘに基づいて、ＡＳＶ２６ａの開度を制御して、コンプレッサ２２ａが吐出した圧縮ガスを配管２１ｃから配管２１ａへ環流して、サージを防止しており、ＵＩＣ５１ｂは、流量計測器２７ｂで計測した流量ｘに基づいて、ＡＳＶ２６ｂの開度を制御して、コンプレッサ２２ｂが吐出した圧縮ガスを配管２１ｂから配管２１ｃへ環流して、サージを防止している。
【００３１】
トレンＴ１において、演算器４２は、流量計測器１７で計測した流量ｘに基づいて、プロセス変量ＬＢPVを算出している。トレンＴ２においても、演算器５２ａは、流量計測器２７ａで計測した流量ｘに基づいて、プロセス変量ＬＢPVを算出しており、演算器５２ｂは、流量計測器２７ｂで計測した流量ｘに基づいて、プロセス変量ＬＢPVを算出している。
【００３２】
ここで、図２を参照して、プロセス変量ＬＢPVを算出する方法を説明する。なお、図２は、コンプレッサの性能曲線を示している。
【００３３】
トレンＴ１において、演算器４２には、コンプレッサ１２の性能曲線が登録されており、予め、当該性能曲線から最も運転効率が良い複数の運転点を求め、求めた複数の運転点を線形補間し、線形補間して得られた曲線を効率曲線（Effective line）として設定している。そして、コンプレッサ１２の運転点の流量（Flow rate）をｘ、揚程（Head）をｙとするとき、現在の運転点（ｘ，ｙ）から効率曲線までの相対距離Ｄを算出し、算出した相対距離Ｄを絶対値化して、効率距離Δを算出し、算出した効率距離Δをプロセス変量ＬＢPVとして用いている。この効率距離Δは、後述する実質効率ηに相関する相関値として扱っている。
【００３４】
現在の運転点（ｘ，ｙ）に相対する効率曲線上の効率点を（ｘ2，ｙ）とすると、相対距離Ｄ及び効率距離Δは、以下の式（１）、（２）で示される。なお、図２中には、現在の運転点（ｘ，ｙ）に相対するサージ限界曲線上のサージ限界点（ｘ1，ｙ）も示している。
【００３５】
Ｄ＝１−ｘ2／ｘ  ・・・  （１）
Δ＝｜Ｄ｜        ・・・  （２）
【００３６】
同様に、トレンＴ２においても、演算器５２ａには、コンプレッサ２２ａの性能曲線が登録されて、効率曲線が予め設定されており、コンプレッサ２２ａの現在の運転点（ｘ，ｙ）に基づいて、相対距離Ｄ、効率距離Δを算出し、算出した効率距離Δをプロセス変量ＬＢPVとしており、又、演算器５２ｂには、コンプレッサ２２ｂの性能曲線が登録されて、効率曲線が予め設定されており、コンプレッサ２２ｂの現在の運転点（ｘ，ｙ）に基づいて、相対距離Ｄ、効率距離Δを算出し、算出した効率距離Δをプロセス変量ＬＢPVとしている。
【００３７】
トレンＴ１において、上述した方法により算出されたプロセス変量ＬＢPV（効率距離Δ）を、演算器４２からＬＳＣ４３及び演算器３２へ出力しているが、トレンＴ２においては、コンプレッサ２２ａ、２２ｂを多段に直列接続しているので、演算器５２ｃにおいて、上述した方法により算出された複数のプロセス変量ＬＢPV（効率距離Δ）の中から最大値を選択し、選択したものを新たなプロセス変量ＬＢPV（効率距離Δ）として、演算器５２ｃからＬＳＣ５３及び演算器３２へ出力している。つまり、演算器４２及び５２ｃは、トレンＴ１及びＴ２（配管１１ａ、１１ｂ及び配管２１ａ〜２１ｃ）毎に、プロセス変量ＬＢPV（効率距離Δ）を算出することになる。
【００３８】
演算器３２は、演算器４２及び演算器５２ｃから出力された複数のプロセス変量ＬＢPV（効率距離Δ）の最大値又は平均値又は最小値のいずれかを選択し、選択したプロセス変量ＬＢPV（効率距離Δ）をセットポイントＬＢSP（選択値）として、演算器３３へ出力する。他のトレンがある場合には、そのトレンから出力されたプロセス変量ＬＢPV（効率距離Δ）も含めて、最大値、平均値、最小値のいずれかを選択する。ここでは、最大値、平均値、最小値のいずれを選択しても良いが、最小値を選択することが望ましい。
【００３９】
演算器３３は、演算器３２から出力されたセットポイントＬＢSP（効率距離Δ）を元の相対距離Ｄに換算し、換算した元の相対距離Ｄを新たなセットポイントＬＢSPとして、ＬＳＣ４３及びＬＳＣ５３へ出力する。つまり、トレンＴ１のＬＳＣ４３及びトレンＴ２のＬＳＣ５３に対する新たなセットポイントＬＢSPとして、同じ相対距離Ｄを与えている。他のトレンがある場合には、そのトレンのＬＳＣにも、同じセットポイントＬＢSP（相対距離Ｄ）を出力する。
【００４０】
トレンＴ１において、ＬＳＣ４３は、演算器４２から出力された現在のプロセス変量ＬＢPV（効率距離Δ）を元の相対距離Ｄに変換すると共に、変換した元の相対距離Ｄと、演算器３３から出力された設定値となるセットポイントＬＢSP（相対距離Ｄ）とに基づいて、ＰＩ制御を行い、その制御値ＣＲLBを設定器４４へ出力する。トレンＴ２においても、ＬＳＣ５３は、演算器５２ｃから出力された現在のプロセス変量ＬＢPV（効率距離Δ）を元の相対距離Ｄに変換すると共に、変換した元の相対距離Ｄと、演算器３３から出力された設定値となるセットポイントＬＢSP（相対距離Ｄ）とに基づいて、ＰＩ制御を行い、その制御値ＣＲLBを設定器５４へ出力する。この制御値ＣＲLBは、後述する駆動機１３、２３の回転数を制御するためのものである。なお、演算器４２及び演算器５２ｃは、ＬＳＣ４３及びＬＳＣ５３へ出力する際に、プロセス変量ＬＢPV（効率距離Δ）を元の相対距離Ｄへ変換してから出力するようにしても良い。
【００４１】
このようにして、ＬＳＣ４３及び５３は、全てのコンプレッサ１２、２２ａ、２２ｂが選択した相対距離Ｄに収束するように制御している。
【００４２】
ＰＣ３１は、入口ヘッダＨ１に設けられた圧力計測器１０で計測した圧力ＰＶPに基づいて、所望の圧力に昇圧するための制御値ＣＲMCを設定器４４及び設定器５４へ出力する。他のトレンがある場合には、そのトレンの設定器にも制御値ＣＲMCを出力する。なお、圧力計測器１０を出口ヘッダＨ２に設け、ここに設けた圧力計測器１０で計測した圧力ＰＶPに基づいて、所望の圧力に制御するための制御値ＣＲMCを設定器４４及び設定器５４へ出力しても良い。上記制御値ＣＲMCは、後述する駆動機１３、２３の回転数を制御するためのものである。
【００４３】
トレンＴ１において、設定器４４は、ＬＳＣ４３から出力された制御値ＣＲLBと、ＰＣ３１から出力された制御値ＣＲMCとの総和を求め、その総和を制御値ＣＲSCとして、ＳＣ４５へ出力する。トレンＴ２においても、設定器５４は、ＬＳＣ５３から出力された制御値ＣＲLBと、ＰＣ３１から出力された制御値ＣＲMCとの総和を求め、その総和を制御値ＣＲSCとして、ＳＣ５５へ出力する。
【００４４】
そして、トレンＴ１において、ＳＣ４５は、駆動機１３の回転数ＰＶSを、設定器４４から出力された制御値ＣＲSCとなるように制御している。トレンＴ２においても、ＳＣ５５は、駆動機２３の回転数ＰＶSを、設定器５４から出力された制御値ＣＲSCとなるように制御している。
【００４５】
以上のように、選択した効率距離Δ（相対距離Ｄ）に基づいて、全てのコンプレッサ１２、２２ａ、２２ｂの制御を行うので、各コンプレッサ１２、２２ａ、２２ｂの性能が異なる場合でも、効率距離Δ（相対距離Ｄ）が等しくなる運転点に収束し、運転効率を最適化することができる。その結果、圧縮段数やトレン数などの系の構成によらず、負荷分散制御をすることができる。
【００４６】
［実施例２］
本実施例は、上述した実施例１の変形例である。そのため、図３には、変更した部分を図示し、同等の構成には同じ符号を付している。
【００４７】
上述した特許文献２や上記実施例１においては、多段圧縮の構成（コンプレッサを直列接続した構成）の場合、単段毎に相対距離や効率距離を算出して、プロセス変量を求めているが、本実施例では、トレンＴ２において、直列接続したコンプレッサ２２ａ及び２２ｂに対して、これらを統合した全体の性能曲線を用いることにより、制御装置の構成を簡略にして、プロセス変量の選定工程を削減している。
【００４８】
具体的には、図３に示すように、トレンＴ２の基本的な構成は、実施例１の図１に示したトレンＴ２と同じであるが、流量計測器２７ａで計測した流量ｘに基づいて、ＵＩＣ５１ａがＡＳＶ２６ａの開度を制御すると共に、演算器５２がプロセス変量ＬＢPVを算出しているのに対して、流量計測器２７ｂで計測した流量ｘに基づいて、ＵＩＣ５１ｂがＡＳＶ２６ｂの開度を制御しているだけであり、これをプロセス変量ＬＢPVの算出には用いていない。そのため、図１中に示した演算器５２ａ、５２ｂ、５２ｃに代えて、本実施例では１つの演算器５２（演算部、演算工程）を用いている。
【００４９】
そのため、演算器５２には、コンプレッサ２２ａ及び２２ｂを統合した全体の性能曲線が登録されて、効率曲線が予め設定されており、コンプレッサ２２ａ及び２２ｂの中の１つのコンプレッサ２２ａの現在の運転点（ｘ，ｙ）に基づいて、相対距離Ｄ、効率距離Δを算出し（上述した図２参照）、算出した効率距離Δをプロセス変量ＬＢPVとしている。なお、これ以降の制御については、上記実施例１と同じであるので、ここでは、説明を省略する。
【００５０】
このようにして、単段毎の相対距離や効率距離の算出工程及びプロセス変量の選定工程を削減することができ、トレン毎の効率距離を直接プロセス変量に用いることができる。その結果、実施例１での効果に加えて、コンプレッサの段数増加に伴う工程設計や設備構築をする必要がなくなり、又、データの入力が簡略化されるため、コスト削減に繋がることになる。
【００５１】
［実施例３］
本実施例におけるコンプレッサの並列運転負荷分散システムは、図３に示すように、入口ヘッダＨ１と出口ヘッダＨ２とを並列に接続する複数のトレンＴ１、Ｔ２を有している。入口ヘッダＨ１には、後述する制御のため、圧力計測器６０が設けられている。
【００５２】
トレンＴ１は、入口ヘッダＨ１に接続された配管６１ａと、出口ヘッダＨ２に接続された配管６１ｂと、配管６１ａと配管６１ｂとの間に接続された１台のコンプレッサ６２とを有している。このコンプレッサ６２は、モータ又は蒸気タービンなどからなる駆動機６３により駆動されている。
【００５３】
このトレンＴ１において、配管６１ｂには逆止弁６４が設けられており、逆止弁６４より上流側の配管６１ｂから配管６１ａへ再循環配管６５が接続されて、この再循環配管６５にはアンチサージバルブ（以降、ＡＳＶ）６６が設けられている。又、再循環配管６５との接続部分より下流側の配管６１ａには流量計測器６７が設けられ、その接続部分より上流側の配管６１ａには流量計測器６８が設けられている。
【００５４】
又、トレンＴ２は、入口ヘッダＨ１に接続された配管７１ａと、出口ヘッダＨ２に接続された配管７１ｂと、配管７１ａと配管７１ｂとの間に、配管７１ｃを介して、直列に接続された２台のコンプレッサ７２ａ、７２ｂとを有している。これらのコンプレッサ７２ａ及び７２ｂは、モータ又は蒸気タービンなどからなる駆動機７３により同軸で駆動されている。
【００５５】
このトレンＴ２において、配管７１ｂには逆止弁７４が設けられており、配管７１ｃから配管７１ａへ再循環配管７５ａが接続され、逆止弁７４より上流側の配管７１ｂから配管７１ｃへ再循環配管７５ｂが接続されて、再循環配管７５ａにはＡＳＶ７６ａが設けられ、再循環配管７５ｂにはＡＳＶ７６ｂが設けられている。又、再循環配管７５ａとの接続部分より下流側の配管７１ａには流量計測器７７ａが設けられ、その接続部分より上流側の配管７１ａには流量計測器７８が設けられ、再循環配管７５ｂとの接続部分より下流側の配管７１ｃには流量計測器７７ｂが設けられている。
【００５６】
このように、本実施例におけるコンプレッサの並列運転負荷分散システムは、配管６１ａ、６１ｂと配管７１ａ〜７１ｃとが並列に接続されて、コンプレッサ６２とコンプレッサ７２ａ、７２ｂとが並列に接続されると共に、コンプレッサ７２ａとコンプレッサ７２ｂとが２段に直列に接続された構成であり、このような複数のコンプレッサ６２、７２ａ、７２ｂを後述するように制御して並列運転すると共に負荷分散している。
【００５７】
なお、ここでは、最小限の構成例として、２系列のトレンＴ１、Ｔ２を並列接続すると共に、２台のコンプレッサ７２ａ、７２ｂを直列接続する構成を示しているが、３系列以上のトレンを並列接続しても良いし、３台以上のコンプレッサを直列接続しても良い。
【００５８】
次に、制御装置の構成について説明する。全てのトレンＴ１、Ｔ２に対する制御を行う制御装置の構成として、圧力制御コントローラ（以降、ＰＣ）８１と、演算器８２（選択部、選択工程）とを有している。又、トレンＴ１に対する制御を行う制御装置の構成として、アンチサージコントローラ（以降、ＵＩＣ）９１と、演算器９２（演算部、演算工程）と、負荷分散コントローラ（以降、ＬＳＣ）９３（制御部、制御工程）と、設定器９４と、スピードコントローラ（以降、ＳＣ）９５とを有している。又、トレンＴ２に対する制御を行う制御装置の構成として、ＵＩＣ１０１ａと、ＵＩＣ１０１ｂと、演算器１０２（演算部、演算工程）と、ＬＳＣ１０３（制御部、制御工程）と、設定器１０４と、ＳＣ１０５とを有している。
【００５９】
トレンＴ１において、ＵＩＣ９１は、流量計測器６７で計測した流量ｘに基づいて、ＡＳＶ６６の開度を制御して、コンプレッサ６２が吐出した圧縮ガスを配管６１ｂから配管６１ａへ環流して、サージを防止している。又、トレンＴ２においても、ＵＩＣ１０１ａは、流量計測器７７ａで計測した流量ｘに基づいて、ＡＳＶ７６ａの開度を制御して、コンプレッサ７２ａが吐出した圧縮ガスを配管７１ｃから配管７１ａへ環流して、サージを防止しており、ＵＩＣ１０１ｂは、流量計測器７７ｂで計測した流量ｘに基づいて、ＡＳＶ７６ｂの開度を制御して、コンプレッサ７２ｂが吐出した圧縮ガスを配管７１ｂから配管７１ｃへ環流して、サージを防止している。
【００６０】
トレンＴ１において、演算器９２は、流量計測器６８で計測した流量ｘに基づいて、プロセス変量ＬＢPVを算出している。トレンＴ２においても、演算器１０２は、流量計測器７８で計測した流量ｘに基づいて、プロセス変量ＬＢPVを算出している。
【００６１】
本実施例では、以下の式（３）を用いて、トレンＴ１及びＴ２（配管６１ａ、６１ｂ及び配管７１ａ〜７１ｃ）毎に、該当するコンプレッサ６２、７２ａ、７２ｂの現在の運転点から実質効率ηを計算し、計算した実質効率ηをプロセス変量ＬＢPVとして用いている。
【００６２】
η＝（入口流量）×（揚程）×ｇ／（消費動力）  ・・・  （３）
【００６３】
上記式（３）において、「入口流量」は、流量計測器６８、７８で計測された各トレンＴ１、Ｔ２の入口の流量であり、「消費動力」は、駆動機６３、７３の消費動力である。駆動機６３、７３がモータである場合は、それらの電流値、電圧値から消費動力を計算し、蒸気タービンである場合は、それらの蒸気流量から消費動力を計算する。又、本実施例において、入口ヘッダＨ１及び出口ヘッダＨ２は、全トレンＴ１、Ｔ２で共通であるので、「揚程（Head）」は、各トレンＴ１、Ｔ２において一定とみなしている。又、「ｇ」は、重力加速度である。
【００６４】
具体的には、トレンＴ１において、演算器９２は、流量計測器６８で計測した流量ｘなどを用い、上記式（３）により実質効率ηを計算し、計算した実質効率ηをプロセス変量ＬＢPVとしている。トレンＴ２においても、演算器１０２は、流量計測器７８で計測した流量ｘなどを用い、上記式（３）により実質効率ηを計算し、計算した実質効率ηをプロセス変量ＬＢPVとしている。
【００６５】
このように、本実施例の演算器９２、１０２は、実施例１で示した演算器４２、５２ａ、５２ｂとは異なり、コンプレッサ６２、７２ａ、７２ｂの性能曲線を登録しておく必要はない。
【００６６】
そして、トレンＴ１において、上述した方法により算出されたプロセス変量ＬＢPV（実質効率η）を、演算器９２からＬＳＣ９３及び演算器８２へ出力している。トレンＴ２においても、上述した方法により算出されたプロセス変量ＬＢPV（実質効率η）を、演算器１０２からＬＳＣ１０３及び演算器８２へ出力している。
【００６７】
演算器８２は、演算器９２及び演算器１０２から出力された複数のプロセス変量ＬＢPV（実質効率η）の最大値又は平均値又は最小値のいずれかを選択し、選択したプロセス変量ＬＢPV（実質効率η）をセットポイントＬＢSP（選択値）として、ＬＳＣ９３及びＬＳＣ１０３へ出力する。他のトレンがある場合には、そのトレンから出力されたプロセス変量ＬＢPV（実質効率η）も含めて、最大値、平均値、最小値のいずれかを選択する。
【００６８】
つまり、演算器８２は、トレンＴ１のＬＳＣ９３及びトレンＴ２のＬＳＣ１０３に対するセットポイントＬＢSPとして、同じ実質効率ηを与えている。他のトレンがある場合には、そのトレンのＬＳＣにも、同じセットポイントＬＢSP（実質効率η）を出力する。
【００６９】
トレンＴ１において、ＬＳＣ９３は、演算器９２から出力された現在のプロセス変量ＬＢPV（実質効率η）と、演算器８２から出力された設定値となるセットポイントＬＢSP（実質効率η）とに基づいて、ＰＩ制御を行い、その制御値ＣＲLBを設定器９４へ出力する。トレンＴ２においても、ＬＳＣ１０３は、演算器１０２から出力された現在のプロセス変量ＬＢPV（実質効率η）と、演算器８２から出力された設定値となるセットポイントＬＢSP（実質効率η）とに基づいて、ＰＩ制御を行い、その制御値ＣＲLBを設定器１０４へ出力する。上記制御値ＣＲLBは、後述する駆動機６３、７３の回転数を制御するためのものである。
【００７０】
このようにして、ＬＳＣ９３及び１０３は、全てのコンプレッサ６２、７２ａ、７２ｂが選択した実質効率ηに収束するように制御している。
【００７１】
ＰＣ８１は、入口ヘッダＨ１に設けられた圧力計測器６０で計測した圧力ＰＶPに基づいて、所望の圧力に昇圧するための制御値ＣＲMCを設定器９４及び設定器１０４へ出力する。他のトレンがある場合には、そのトレンの設定器にも制御値ＣＲMCを出力する。なお、圧力計測器６０を出口ヘッダＨ２に設け、ここに設けた圧力計測器６０で計測した圧力ＰＶPに基づいて、所望の圧力に制御するための制御値ＣＲMCを設定器９４及び設定器１０４へ出力しても良い。上記制御値ＣＲMCは、後述する駆動機６３、７３の回転数を制御するためのものである。
【００７２】
トレンＴ１において、設定器９４は、ＬＳＣ９３から出力された制御値ＣＲLBと、ＰＣ８１から出力された制御値ＣＲMCとの総和を求め、その総和を制御値ＣＲSCとして、ＳＣ９５へ出力する。トレンＴ２においても、設定器１０４は、ＬＳＣ１０３から出力された制御値ＣＲLBと、ＰＣ８１から出力された制御値ＣＲMCとの総和を求め、その総和を制御値ＣＲSCとして、ＳＣ１０５へ出力する。
【００７３】
そして、トレンＴ１において、ＳＣ９５は、駆動機６３の回転数ＰＶSを、設定器９４から出力された制御値ＣＲSCとなるように制御している。トレンＴ２においても、ＳＣ１０５は、駆動機７３の回転数ＰＶSを、設定器１０４から出力された制御値ＣＲSCとなるように制御している。
【００７４】
以上のように、選択した実質効率ηに基づいて、全てのコンプレッサ６２、７２ａ、７２ｂの制御を行うので、各コンプレッサ６２、７２ａ、７２ｂの性能が異なる場合でも、実質効率ηが等しくなる運転点に収束し、運転効率を最適化することができる。その結果、圧縮段数やトレン数などの系の構成によらず、負荷分散制御をすることができる。
【００７５】
又、実施例１では運転効率の指標として効率距離Δを用いているのに対して、本実施例では、実質効率ηを直接プロセス変量として扱うため、運転効率が明確である。又、コンプレッサ６２、７２ａ、７２ｂの性能曲線を予め設定する必要がない。
【００７６】
［実施例４］
本実施例は、上述した実施例３の変形例である。そのため、図５（ｂ）には、変更した部分を図示し、同等の構成には同じ符号を付している。
【００７７】
実施例３において、例えば、トレンＴ１のコンプレッサ６２の運転点が、図５（ａ）に示す効率−流量曲線上の頂点、即ち、最大効率点（Maximum efficiency point）より大きい流量側に位置する場合には、負荷分散制御が機能しない場合が生じる。これは、図５（ａ）から分かるように、最大効率点より大きい流量側では、流量が増加するに伴い、効率が減少するためである。最大効率点より小さい流量側では、流量が増加するに伴い、効率が増加するので、コンプレッサ６２（駆動機６３）の回転数を上げて、流量を増やすと、効率が増加するが、最大効率点より大きい流量側では、流量が増加するに伴い、効率が減少するので、コンプレッサ６２（駆動機６３）の回転数を上げて、流量を増やすと、反対に効率が減少してしまう（図５（ａ）中の矢印Ａb参照）。
【００７８】
そこで、本実施例においては、矢印Ａbのような、効率を下げる動作を防止するため、制御値ＣＲLBの正負の符号を切り替える切替工程を実施する切替器９６を設けている。この切替器９６は、コンプレッサ６２の現在の運転点、即ち、流量計測器６８で計測した現在の流量ｘが、効率−流量曲線の最大効率点の流量より大きい流量側にあるか、又は、それ以下の流量側にあるかを比較しており、大きい流量側にある場合には、制御方向を切り替えるための方向制御フラグＬＢFをＬＳＣ９３へ出力するようにしている。なお、最大効率点の流量は、予め、図５（ａ）に示すような効率−流量曲線に基づいて求め、切替器９６に設定しておけば良い。
【００７９】
ＬＳＣ９３では、方向制御フラグＬＢFが立っている場合、つまり、最大効率点の流量より大きい流量側にある場合には、ＬＳＣ９３による制御方向を切り替えており（具体的には、制御値ＣＲLBの符号を負にしており）、効率を上げるために、コンプレッサ６２（駆動機６３）の回転数を下げる制御を行っている（図５（ａ）中の矢印Ａa参照）。一方、方向制御フラグＬＢFが落ちている場合、つまり、最大効率点の流量以下の流量側にある場合には、ＬＳＣ９３による制御方向を切り替えないようにしており（具体的には、制御値ＣＲLBの符号を正のままにしており）、効率を上げるために、コンプレッサ６２（駆動機６３）の回転数を上げる制御を行っている。なお、これ以降の制御については、上記実施例３と同じであるので、ここでは、説明を省略する。
【００８０】
このように、流量に応じて、ＬＳＣ９３による制御方向を切り替え、効率が増加するように、コンプレッサ６２（駆動機６３）の回転の制御方向を切り替えているので、言い換えると、効率に対する回転の制御方向を一致させているので、実施例３の効果に加え、どのような流量であっても、正しく負荷分散を行うことができる。
【００８１】
なお、ここでは、トレンＴ１を例示したが、コンプレッサ７２ａ、７２ｂを多段に直列接続したトレンＴ２へも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明は、複数のコンプレッサを並列に接続した場合の並列運転に好適なものである。
【符号の説明】
【００８３】
１０  圧力計測器
１１ａ、１１ｂ、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ  配管
１２、２２ａ、２２ｂ  コンプレッサ
１３、２３  駆動機
１４、２４  逆止弁
１５、２５ａ、２５ｂ  再循環配管
１６、２６ａ、２６ｂ  アンチサージバルブ
１７、２７ａ、２７ｂ  流量計測器
３１  圧力制御コントローラ
３２、３３  演算器
４１、５１ａ、５１ｂ  アンチサージコントローラ
４２、５２、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ  演算器
４３、５３  負荷分散コントローラ
４４、５４  設定器
４５、５５  スピードコントローラ
６０  圧力計測器
６１ａ、６１ｂ、７１ａ、７１ｂ、７１ｃ  配管
６２、７２ａ、７２ｂ  コンプレッサ
６３、７３  駆動機
６４、７４  逆止弁
６５、７５ａ、７５ｂ  再循環配管
６６、７６ａ、７６ｂ  アンチサージバルブ
６７、７７ａ、７７ｂ  流量計測器
６８、７８  流量計測器
８１  圧力制御コントローラ
８２  演算器
９１、１０１ａ、１０１ｂ  アンチサージコントローラ
９２、１０２  演算器
９３、１０３  負荷分散コントローラ
９４、１０４  設定器
９５、１０５  スピードコントローラ
９６  切替器
Ｈ１  入口ヘッダ
Ｈ２  出口ヘッダ
Ｔ１、Ｔ２  トレン
【図１】
2016211469.tif 000003
【図２】
2016211469.tif 000004
【図３】
2016211469.tif 000005
【図４】
2016211469.tif 000006
【図５】
2016211469.tif 000007