(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータにより回転数制御される並列配置された複数台の圧縮機本体と、これらの圧縮機本体の各吐出流路を合流させた一本の主吐出流路とを備え、この主吐出流路における吐出圧力を一定に保つように制御される圧縮機の制御方法において、上記吐出圧力の調整のために、上記圧縮機本体の内の運転状態にある圧縮機本体の全てに対して常時平等に上記回転数制御を行うとともに、
運転圧縮機本体台数Ｎが１であって、上記吐出圧力が上限設定圧力を越え、且つ、上記インバータの指令回転数が上記圧縮機本体の所定の定格回転数よりも低い場合、及び、上記運転圧縮機本体台数Ｎが２以上であって、上記吐出圧力が下限設定圧力以上であり、且つ、上記指令回転数が上記定格回転数に（Ｎ−１）／Ｎと１以下の余裕率とを乗算した値以下の場合のいずれにおいても、上記運転圧縮機本体台数を１減少させ、
上記吐出圧力が下限設定圧力より低い場合、及び、上記吐出圧力が下限設定圧力以上であり、且つ、上記指令回転数が上記定格回転数以上の場合のいずれにおいても、上記運転圧縮機本体台数を１増大させることを特徴とする圧縮機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータにより回転数制御される並列配置された複数台の圧縮機本体を備えた圧縮機の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、インバータにより回転数制御される並列配置された複数台の圧縮機本体を備えた圧縮機は公知である（特開平11-343986号公報）。この圧縮機では、上記圧縮機本体の各吐出流路を合流させた１本の主吐出流路における吐出圧力を所定の目標値に保つために、複数台の、例えば４台の圧縮機本体の内、１台の圧縮機本体のみについて、インバータによる回転数制御を行い、他の３台の圧縮機本体については、全負荷運転（定格回転数に対して１００％の回転数状態）または停止（定格回転数に対して０％の回転数状態）のいずれかが選択されるようになっている。
【０００３】
即ち、上記１台の圧縮機本体を回転数制御機、上記他の３台の圧縮機本体をオン−オフ機とし、例えば上記主吐出流路からの圧縮空気の使用量が減少して、上記主吐出流路における吐出圧力が上昇し、運転中の圧縮機本体の台数を一つ減少させても足りる場合には、上記オン−オフ機の１台が停止させられる。これに対して、例えば、上記圧縮空気の使用量が増大して、上記主吐出流路における吐出圧力が降下し、運転中の圧縮機本体の全てを全負荷運転させても上記吐出圧力を上記目標値に保てず、停止中の上記オン−オフ機が残っている場合には、このオン−オフ機が新たに全負荷運転させられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の圧縮機の場合、４台の圧縮機本体の内、１台を回転数制御機とし、残りの３台をオン−オフ機としており、また、インバータにより制御され、低減させられる回転数については、下限があり、所定の最低回転数（例：定格回転数に対して２０％の値）以下には制御されない。このため、上記圧縮空気の使用量、即ち使用空気量の減少とともに、上記回転数制御機の回転数は定格回転数の１００％の値から下がってゆき、上記最低回転数（２０％の値）に達すると、これ以下にはならず、この最低回転数の値を保ち、運転圧縮機本体の台数が変わると、階段状に全負荷運転状態（４台から３台或いは３台から２台或いは２台から１台への切換え時）或いは停止状態（１台から０台への切換え時）となる。上記使用空気量が増大してゆく場合には、上記回転数制御機の回転数はこの逆の変化を辿る。
【０００５】
したがって、上記使用空気量と運転中の圧縮機本体による消費電力との関係は、図５に示すように、上記最低回転数に対応する部分で突出した右上がりの折れ線で表される。なお、図５において、丸印内の数字は、運転中の圧縮機本体を示す符号で、具体的には、“１”は上記回転数制御機を示し、“２”，“３”，“４”は上記オン−オフ機の各々を示している。また、図５中の内周部にハッチングが付された碁盤目の各々は全負荷運転中の圧縮機本体を示している。この図５に対応して、上記使用空気量と吐出圧力との関係は、図６に示すように、上記最低回転数に達していない間では、吐出圧力は上記目標値に保たれ、一定であるが、上記回転数制御機の回転数が上記最低回転数を保っている間で吐出圧力が上記目標値から突出した折れ線で表される。
【０００６】
このように、上述した従来の圧縮機の場合、吐出圧力が一定に保てないという問題、および吐出圧力が目標値よりも高くなる突出部が多く、その分消費電力の増大を招くという問題がある。
本発明は、斯る従来の問題をなくすことを課題としてなされたもので、吐出圧力の過大な上昇を抑制し、無駄な電力消費の低減を可能とした圧縮機の制御方法を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、インバータにより回転数制御される並列配置された複数台の圧縮機本体と、これらの圧縮機本体の各吐出流路を合流させた一本の主吐出流路とを備え、この主吐出流路における吐出圧力を一定に保つように制御される圧縮機の運転方法において、上記吐出圧力の調整のために、上記圧縮機本体の内の運転状態にある圧縮機本体の全てに対して常時平等に上記回転数制御を行うとともに、運転圧縮機本体台数Ｎが１であって、上記吐出圧力が上限設定圧力を越え、且つ、上記インバータの指令回転数が上記圧縮機本体の所定の定格回転数よりも低い場合、及び、上記運転圧縮機本体台数Ｎが２以上であって、上記吐出圧力が下限設定圧力以上であり、且つ、上記指令回転数が上記定格回転数に（Ｎ−１）／Ｎと１以下の余裕率とを乗算した値以下の場合のいずれにおいても、上記運転圧縮機本体台数を１減少させ、上記吐出圧力が下限設定圧力より低い場合、及び、上記吐出圧力が下限設定圧力以上であり、且つ、上記指令回転数が上記定格回転数以上の場合のいずれにおいても、上記運転圧縮機本体台数を１増大させるようにした。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１は、本発明に係る制御方法が適用される圧縮機１を示し、この圧縮機１は並列配置された複数台の、例えばＮＯ．１〜ＮＯ．４の４台の圧縮機本体１１、例えばスクリュ式圧縮機本体を備えている。圧縮機本体１１の各々は、電源１２に接続されたインバータ１３により回転数制御されるモータ１４により駆動される。即ち、モータ１４とともに圧縮機本体１１の各々は、インバータ１３により回転数制御される。
【０００９】
圧縮機本体１１の各々の一方には、吸込流路１５が接続しており、他方には吐出流路１６が延びている。この４本の吐出流路１６は１本の主吐出流路１７に合流している。また、主吐出流路１７には圧縮ガス、例えば圧縮空気を溜めるリザーバータンク１８が介設されており、リザーバータンク１８には、その内部圧力を検出する圧力検出器１９が設けられている。そして、この圧力検出器１９により検出された圧力、即ち吐出圧力を示す圧力信号はＰＩＤ制御回路を有する制御装置２１に入力される。なお、圧力検出器１９は、必ずしもリザーバータンク１８に設ける必要はなく、主吐出流路１７のいずれかの位置に設けてあればよい。
一方、制御装置２１には、吐出圧力の目標値ＰT、上限設定圧力ＰU、下限設定圧力ＰL、モータ１４の定格回転数ＳR等が予め入力されている。そして、これらの入力データおよび圧力検出器１９からの上記圧力信号に基づき、制御装置２１における演算或いは制御装置２１からインバータ１３の各々に対する制御信号、例えば運転信号、指令回転数信号を通じて、以下に詳述する制御が行われる。なお、運転信号とは、運転させるか否かを示す信号であり、指令回転数信号とは、インバータ１３がいくらの回転数でモータ１４を回転させるか定めるための信号である。
【００１０】
次に、上述した圧縮機１に適用される本発明に係る制御方法を図２を参照しつつ説明する。
圧縮機の運転開始とともに、その制御が開始され、まずＳ１（ステップ１）で、運転中の圧縮機本体１１の台数Ｎが１とされ、１台の先発機、例えば圧縮機本体１１（ＮＯ．１）の運転が開始される。
Ｓ２（ステップ２）で、全機停止指令が出ているか否か判断され、ＮＯの場合には、圧縮機本体１１の運転を続行させるためにＳ３（ステップ３）に進み、ＹＥＳの場合には、圧縮機本体１１の運転を停止させるためにＳ７（ステップ７）に進む。
【００１１】
Ｓ３で、運転中の圧縮機本体１１に対して、インバータ１３、圧力検出器１９、制御装置２１を含む制御系により、検出された吐出圧力ＰDと上記目標値ＰTとの差をなくすように回転数制御が行われる。即ち、検出された吐出圧力ＰDが上記目標値ＰTよりも高い場合には、制御装置２１からインバータ１３にモータ１４の回転数を下げさせる指令回転数信号が出力され、上記吐出圧力が上記目標値ＰTよりも低い場合には、制御装置２１からインバータ１３にモータ１４の回転数を上げさせる指令回転数信号が出力される。上記吐出圧力が上記目標値ＰTに等しい場合には、現時点での運転状態を維持する指令回転数信号が出力される。
【００１２】
Ｓ４（ステップ４）で、検出された吐出圧力ＰDが予め定めた下限設定圧力ＰLよりも低いか否か判断され、ＮＯの場合には、運転中の台数を減少させる余地が有るか否かを調べる必要があるためＳ５（ステップ５）に進み、ＹＥＳの場合には、無条件で圧縮機本体１１の運転台数を追加する必要があるためＳ６（ステップ６）に進む。
Ｓ５で、制御装置２１からインバータ１３に出力した指令回転数ＳOがモータ１４の定格回転数ＳRよりも小さいか否かが判断され、ＮＯの場合には、運転中の圧縮機本体１１が既に全負荷運転状態或いは過負荷状態にあるためＳ６に進み、ＹＥＳの場合には、運転中の圧縮機本体１１の台数を減少させる余地が有るか否かを調べるためＳ８（ステップ８）に進む。
【００１３】
なお、指令回転数ＳOは、制御装置２１で決定される値であり、各インバータ１３に入力される。
Ｓ６で、制御装置２１から新たにインバータ１３に運転信号および指令回転数信号が出力され、圧縮機本体１１の運転台数が１台追加され、その後、Ｓ２に戻る。
【００１４】
一方、Ｓ７で、全機停止指令が発せられているため、制御装置２１からインバータ１３への停止信号により、運転中の圧縮機本体１１の台数Ｎが０とされ、即ち全機停止させられ、制御は終了する。
また、Ｓ８で、運転中の圧縮機本体１１の台数Ｎが１台であるか否かが判断され、ＹＥＳの場合には、圧縮空気の供給量が過剰か否かを判断するためにＳ９（ステップ９）に進み、ＮＯの場合には、圧縮機本体１１に対する指令回転数ＳOが運転中の圧縮機本体１１の台数Ｎが１台減少させ得る回転数に達しているか否かを調べるためにＳ１１（ステップ１１）に進む。
【００１５】
本発明に斯かる制御方法では、図３に示すように、運転中の圧縮機本体１１については、常時平等に回転数制御されるとともに、運転中の圧縮機本体１１の台数は出来るだけ少なくなるように台数制御が行われる。したがって、この台数がＮの場合において、使用空気量の減少とともに、制御装置２１からインバータ１３に対する指令回転数ＳOも下がってゆき、この指令回転数ＳOがモータ１４の定格回転数ＳRに（Ｎ−１）／Ｎを乗じた値（ＳR・（Ｎ−１）／Ｎ）になると、台数Ｎは台数（Ｎ−１）に減ぜられる。逆に、使用空気量の増大とともに、上記指令回転数ＳOが増大してゆき、この指令回転数ＳOがモータ１４の定格回転数ＳRに達すると運転圧縮機本体１１の台数Ｎは１台追加される。
【００１６】
また、この図は、一例として、使用空気量の増大による圧縮機本体１１の起動順序を、ＮＯ．１→ＮＯ．２→ＮＯ．３→ＮＯ．４とし、逆に運転中の圧縮機本体１１が４台である場合における、使用空気量の減少による圧縮機本体１１の停止順序をＮＯ．４→ＮＯ．３→ＮＯ．２→ＮＯ．１として表してあるが、本発明はこの順序に限定するものではない。
【００１７】
Ｓ９で、検出された吐出圧力ＰDが予め定めた上限設定圧力ＰＵよりも高いか否かが判断され、ＹＥＳの場合には、圧縮空気の供給量が過剰であり、運転中の圧縮機本体１１の台数Ｎを減少させるためにＳ１０（ステップ１０）に進み、ＮＯの場合には、運転圧縮機台数Ｎの増減の必要がなく、回転数制御のみで足りるため、Ｓ２に戻る。
Ｓ１０で、制御装置２１から運転中の圧縮機本体１１の台数Ｎを０にして、全機停止状態した後、再度上記吐出圧力ＰDの変化を調べるためにＳ４に戻る。
なお、図２において※印同士は互いにつながっていることを意味している。
【００１８】
Ｓ１１で、Ｎ台の圧縮機本体１１が運転中の状態下、指令回転数ＳOが定格回転数ＳRに（Ｎ−１）／Ｎを乗じた値（ＳR・（Ｎ−１）／Ｎ）よりも大きいか否か判断され、ＹＥＳの場合には、運転中の圧縮機本体１１の台数を減少させることができない状態にあるため、運転中の圧縮機本体１１の台数を変えることなく、Ｓ２に戻り、ＮＯの場合には、運転中の圧縮機本体１１の台数を減少させる余地があるため、運転中の圧縮機本体１１の台数制御のためにＳ１２（ステップ１２）に進む。
なお、台数停止条件として、式ＳO＝ＳR・（Ｎ−１）／Ｎに代えて、この右辺に余裕率α（≦１）を乗じた式ＳO＝α・ＳR・（Ｎ−１）／Ｎを採用してもよい。
Ｓ１２で、制御装置２１からインバータ１３への停止信号により、運転中の圧縮機本体１１の台数Ｎを（Ｎ−１）に減少させ、その後Ｓ２に戻る。
以上の制御フローにしたがって、制御が終了するまで上記各ステップが実行される。
【００１９】
上述したように、特に図３に示すように、本発明に係る制御方法では、運転中の圧縮機本体１１の台数Ｎが１で、この圧縮機本体１１が上述した最低回転数に達した場合を除き、使用空気量の増減に合わせて運転中の圧縮機本体１１の回転数制御を常時平等に行うとともに、運転させる圧縮機本体１１の台数制御を行うようにしているため、図５で示すように吐出圧力は、使用空気量が０に近付いた場合を除き、使用空気量の増減に拘わらず一定に保たれる。
なお、上述した圧縮機およびその制御方法については、作動ガスを空気として説明してきたが、本発明は作動ガスを空気に限定するものではない。
【００２０】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明によれば、インバータにより回転数制御される並列配置された複数台の圧縮機本体と、これらの圧縮機本体の各吐出流路を合流させた一本の主吐出流路とを備え、この主吐出流路における吐出圧力を一定に保つように制御される圧縮機の運転方法において、上記吐出圧力の調整のために、上記圧縮機本体の内の運転状態にある圧縮機本体の全てに対して常時平等に上記回転数制御を行うとともに、運転圧縮機本体台数Ｎが１であって、上記吐出圧力が上限設定圧力を越え、且つ、上記インバータの指令回転数が上記圧縮機本体の所定の定格回転数よりも低い場合、及び、上記運転圧縮機本体台数Ｎが２以上であって、上記吐出圧力が下限設定圧力以上であり、且つ、上記指令回転数が上記定格回転数に（Ｎ−１）／Ｎと１以下の余裕率とを乗算した値以下の場合のいずれにおいても、上記運転圧縮機本体台数を１減少させ、上記吐出圧力が下限設定圧力より低い場合、及び、上記吐出圧力が下限設定圧力以上であり、且つ、上記指令回転数が上記定格回転数以上の場合のいずれにおいても、上記運転圧縮機本体台数を１増大させるようにしてある。
【００２１】
このため、使用ガス量の増減に拘わらず、吐出圧力を過大に上昇させることなく、略一定に保ち、無駄な電力消費を低減させることが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る制御方法が適用される圧縮機の構成を示す図である。
【図２】  図１に示す圧縮機に適用される本発明に係る制御方法を遂行するための制御フロー図である。
【図３】  図１に示す圧縮機を用いた場合の使用空気量と消費電力との関係を示す図である。
【図４】  図１に示す圧縮機を用いた場合の使用空気量と吐出圧力との関係を示す図である。
【図５】  従来の圧縮機を用いた場合の使用空気量と消費電力との関係を示す図である。
【図６】  従来の圧縮機を用いた場合の使用空気量と吐出圧力との関係を示す図である。
【符号の説明】
１  圧縮機                        １１  圧縮機本体
１２  電源                        １３  インバータ
１４  モータ                      １５  吸込流路
１６  吐出流路                    １７  主吐出流路
１８  リザーバータンク            １９  圧力検出器
２１  制御装置
Ｎ  運転圧縮機本体台数
ＰD  吐出圧力（検出値）
ＰT  吐出圧力の目標値
ＰU  上限設定圧力
ＰL  下限設定圧力
ＳO  指令回転数
ＳR  モータの定格回転数
【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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