(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１台の可変速圧縮機と、少なくとも１台の固定速圧縮機と、前記可変速圧縮機と前記固定速圧縮機の吐出に接続された空気槽と、前記空気槽の吐出圧力に応じて前記可変速圧縮機と前記固定速圧縮機の運転を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記固定速圧縮機の運転停止を制御するとともに、前記可変速圧縮機の回転数及び運転停止を制御して前記吐出圧力を設定圧力に保持して前記空気槽を介して空気の使用先に圧縮空気を供給する圧縮空気製造システムであって、
前記制御手段は、前記固定速圧縮機が運転中のときには前記吐出圧力を前記設定圧力に保持するように前記可変速圧縮機の回転数を制御する第１制御と、第１制御のときに前記可変速圧縮機の回転数が予め設定された最低回転数に低下したときには前記可変速圧縮機の回転数を前記最低回転数に保持する第２制御と、第２制御のときに前記吐出圧力が予め定めた第１の上限圧力に達したときには前記可変速圧縮機をアンロードする第３制御と、第３制御のときに前記吐出圧力が予め定めた第１の上限圧力よりも高い第２の上限圧力に達したときには前記固定圧縮機を停止して前記可変速圧縮機をアンロードから復帰して前記吐出圧力を前記設定圧力に保持するように回転数を制御する第４制御を行う圧縮空気製造システム。
【請求項２】
請求項１に記載の圧縮空気製造システムにおいて、
前記制御手段は、第４制御のときに前記吐出圧力が予め定めた第１の上限圧力に達したときには前記可変速圧縮機をアンロードする第５制御と、第５制御のときに前記吐出圧力が予め定めた第１の上限圧力以上が設定時間以上継続するときは前記可変速圧縮機を停止する第６制御を行う圧縮空気製造システム。
【請求項３】
第１の可変速圧縮機と、第２の可変速圧縮機と、前記第１及び第２の可変速圧縮機の吐出に接続された空気槽と、前記空気槽の吐出圧力に応じて前記第１及び第２の可変速圧縮機の運転を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記第１及び第２の可変速圧縮機の回転数及び運転停止を制御して前記吐出圧力を設定圧力に保持して前記空気槽を介して空気の使用先に圧縮空気を供給する圧縮空気製造システムであって、
前記制御手段は、前記第１の可変速圧縮機が運転中で前記第２の可変速圧縮機が停止中のときには前記吐出圧力を前記設定圧力に保持するように前記第１の可変速圧縮機の回転数を制御する第１制御と、第１制御のときに前記第１の可変速圧縮機の回転数が予め設定された最高回転数に達しかつ前記吐出圧力が予め定めた下限圧力に低下したときには前記第１の可変速圧縮機の回転数を最高回転数に保持し、停止中の前記第２の可変速圧縮機を運転して前記吐出圧力を前記設定圧力に保持するように回転数を制御する第２制御と、第２制御のときに前記吐出圧力が予め定めた上限圧力に達したときには前記第２の可変速圧縮機をアンロードする第３制御と、第３制御のときに前記吐出圧力が前記設定圧力以上である時間が設定時間以上継続するときは前記第２の可変速圧縮機を停止し、前記吐出圧力を前記設定圧力に保持するように前記第１の可変速圧縮機の回転数を制御する第４制御を行う圧縮空気製造システム。
【請求項４】
請求項３に記載の圧縮空気製造システムにおいて、
前記制御手段は、前記第１の可変速圧縮機の運転時間を計測し、前記運転時間が一定時間経過したとき、前記第１の可変速圧縮機と前記第２の可変速圧縮機の制御を切り替えることを特徴とする圧縮空気製造システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧縮空気製造システムに係り、他の空気圧縮機（単に、圧縮機ともいう）を外部操作制御する機能を備えた可変速圧縮機（ベースロード機）と、外部操作制御される機能を備えた一定速または可変速圧縮機（バックアップ機）を複数台組み合わせる場合の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数台の圧縮機を交互運転制御または台数制御を行い、省電力化を図る機能を備えた圧縮機の台数制御装置が公知である（例えば、特開平８−２９６５６５号公報、特開平８−２９６５６６号公報、特許第３００２１１８号公報等参照）。これらの台数制御方法は、複数台の圧縮機を台数制御装置によって制御し、省電力化を図ることを述べている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術においては、台数制御装置が複数台の圧縮機の容量制御や運転台数を制御し、省電力化を図っている。しかし、複数台の圧縮機とは別に台数制御装置が必要であり、台数制御装置の施工や設置スペースも必要となる。特に台数が少ない圧縮機に対してはコスト的に大きなウェイトを持っている。
【０００４】
また、上記従来の技術では、圧縮機の回転数が一定速で、ロード／アンロードや、運転／停止の可能な複数台の一定速圧縮機のみの制御や、または、圧縮機の回転数を可変で駆動して容量制御を行う複数台の可変速圧縮機のみの制御はできるが、一定速圧縮機と可変速圧縮機を一つの台数制御装置によって制御する方法は確立されていない。
【０００５】
ロード／アンロードと運転／停止制御を行う一定速圧縮機よりも、圧縮機の回転数を可変速できる可変速圧縮機の方が、比動力特性が最良であることは公知であるが、上記従来の技術では、少なくとも１台の圧縮機は、ロード／アンロード制御を行うため、可変速圧縮機を含めた最適な台数制御を行うことができないということは、さらなる省電力化の余地があり、課題となっていた。
【０００６】
そこで、特開平２０００−１６１２３７号公報に記載の圧縮空気製造設備では、複数台の可変速圧縮機と一定速圧縮機を、それぞれ吐出空気の圧力に追従させて運転することで省電力化を図っている。ただし、この方法では、各々の圧縮機の圧力設定をずらして追従させているため、システムとしての圧力制御幅を広くする必要がある。
【０００７】
本発明の目的は、圧縮空気製造システムにおいて、むだなアンロード運転をできるだけ抑制し、また、別設置の台数制御装置を用いずに、可能なかぎりの省電力化を可能とし、かつ、省電力化を行いつつ複数台の圧縮機の運転時間を平準化することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、１台の可変速圧縮機と、少なくとも１台の固定速圧縮機と、可変速圧縮機と固定速圧縮機の吐出に接続された空気槽と、空気槽の吐出圧力に応じて可変速圧縮機と固定速圧縮機の運転を制御する制御手段とを備え、制御手段は、固定速圧縮機の運転停止を制御するとともに、可変速圧縮機の回転数及び運転停止を制御して吐出圧力を設定圧力に保持して空気槽を介して空気の使用先に圧縮空気を供給する圧縮空気製造システムであって、制御手段は、固定速圧縮機が運転中のときには吐出圧力を設定圧力に保持するように可変速圧縮機の回転数を制御する第１制御と、第１制御のときに可変速圧縮機の回転数が予め設定された最低回転数に低下したときには可変速圧縮機の回転数を最低回転数に保持する第２制御と、第２制御のときに吐出圧力が予め定めた第１の上限圧力に達したときには可変速圧縮機をアンロードする第３制御と、第３制御のときに吐出圧力が予め定めた第１の上限圧力よりも高い第２の上限圧力に達したときには固定圧縮機を停止して可変速圧縮機をアンロードから復帰して吐出圧力を設定圧力に保持するように回転数を制御する第４制御を行う圧縮空気製造システムによって達成される。
【０００９】
すなわち、本発明によれば、可変速圧縮機によってシステム全体の圧縮機の運転および吐出空気量を調整できるので、従来用いられていたシステム全体の圧縮機の運転台数を制御する別設置の制御装置を省略できる。しかも、固定速圧縮機のアンロード運転を抑制することができるので、省電力化と複数台の圧縮機の運転時間を平準化することが可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本実施形態の概略は、１台の可変速圧縮機７をベースロード機とし、１台の一定速圧縮機８をバックアップ機として、これらの圧縮機を組合せた圧縮空気製造システムにおいて、別設置の制御装置を用いずに、ベースロード機７の判断で、ベースロード機７自身およびバックアップ機８の運転を制御させたことである。
【００１１】
これにより、従来用いられていたシステム全体の圧縮機の台数制御を行なっていた制御装置が不要となり、また、圧縮機に生じたむだなアンロード運転を抑制することが可能となり、システム全体の運転効率を向上させて省電力化が可能となった。
【００１２】
以下では、制御指令を発する１台のベースロード機７と、ベースロード機７から制御指令を受ける１台のバックアップ機８との２台で構成したシステムについて説明しているが、制御指令を受けるバックアップ機は、一定速圧縮機または可変速圧縮機、またはそれらが混成した複数台のシステム構成でもよい。
【００１３】
「第１の実施形態」
図１は、本発明の圧縮空気製造システムの一実施形態を示す構成図である。図２は、本実施形態の運転方法の一例を示す制御タイムチャートである。
【００１４】
本例の圧縮空気製造システムは、それぞれが圧縮機と制御部を備えた２基の圧縮機ユニット１５、１６と、各圧縮機ユニットに圧縮空気管１２、１４で接続され、吐出された圧縮空気を合流させて貯留する空気槽１と、空気槽１の圧縮された空気の圧力を検出する手段である圧力センサ２とからなっており、圧縮空気は空気槽１から圧縮空気使用ラインへと供給される。
【００１５】
なお、例えば圧縮空気使用ラインの容量が十分大きい場合等、場合によっては圧縮空気使用ラインを空気槽１としてあつかってもよい。また、場合によっては圧力センサ２と後述の圧力センサ３とを１つの圧力センサとし、この圧力センサの検出用配管を、各圧縮機ユニットの逆止弁９および逆止弁１０の下流側の空気管に接続してあつかってもよい。
【００１６】
圧縮機ユニット１５は、可変速圧縮機である圧縮機７と、圧縮機７自身および他の圧縮機を制御する制御部５と、圧縮機７の圧縮空気出口に接続された吐出空気管１１と、この吐出空気管１１に介装された逆止弁９と、逆止弁９より下流側で圧縮機ユニット１５の圧縮空気出口より上流側の圧縮空気圧力を検出する圧力センサ３とを含んで構成される。
【００１７】
そして、圧力センサ３と圧力センサ２の出力が制御部５に入力され、圧縮機ユニット１５または圧縮空気製造システムの圧力を検出する。また、圧縮機７は、吐出空気量が定格時の３０％になったとき、容量制御下限回転数となる。
【００１８】
圧縮機ユニット１６は、一定速圧縮機である圧縮機８と、圧縮機８自身を制御する制御部６と、圧縮機８の圧縮空気出口に接続させた吐出空気管１３と、この吐出空気管１３に介装された逆止弁１０と、逆止弁１０より下流側で圧縮機ユニット１６の圧縮空気出口より上流側の吐出空気管１３に接続した検出用配管に設置した圧力センサ４とを含んで構成される。
【００１９】
圧力センサ４では、圧縮機ユニット１６または圧縮空気製造システムの圧力を検出でき、圧力センサ４の出力が制御部６へ入力されるようになっている。なお、制御部５、６をまとめて制御手段ともいい、圧力センサ２、３、４をまとめて圧力検知手段ともいう。
【００２０】
本実施形態では、圧縮機ユニット１５の制御部５から、圧縮機ユニット１６を制御するための外部操作信号配線、すなわち、圧縮機ユニット１６を運転、停止するための信号配線が、前記制御部６の外部操作入力部へ接続されている。
【００２１】
また、圧縮機ユニット１６が故障した場合に、制御部６から故障信号配線、すなわち、圧縮機ユニット１６が故障したという出力信号の配線が、制御部５の故障入力部へ接続されている。
【００２２】
なお、圧縮機ユニット１６の圧力センサ４は、圧力センサ以外の圧力スイッチでもかまわない。また、上述した外部操作信号配線や故障信号配線の通信手段は、リレー等のＯＮ／ＯＦＦ信号や、電圧や電流の変化で判断するアナログ信号、ＲＳ２３２ＣやＲＳ４８５のようなデジタル信号等の、どの信号であってもかまわない。
【００２３】
本実施形態では、２台の圧縮機出力をそれぞれ３７ｋＷとし、空気槽容量を１.２４ｍ３とした。また、圧縮機７、８は、どちらも吸込絞り弁によるアンロードを行うものとしている。
【００２４】
以下、吸込絞り弁の開度を無段階に低下させていくアンロード方式をＵ式アンロード、吸込絞り弁を閉鎖すると同時に圧縮機の吐出圧力の減圧（逆止弁上流側の減圧）を開始するアンロード方式をＩ式アンロード、アンロード以外の運転状態をロードと呼ぶ。
【００２５】
本例では、次のような圧力設定を行なっている。可変速圧縮機ユニット１５の吐出圧力を一定以内にするための制御圧力設定を、０.６６ＭＰａ（第１の圧力：この圧力になるように圧縮機の回転数を変化させる）とし、圧縮機７の回転数制御下限回転数で、回転数を一定にして吸込絞り弁を閉鎖し、同時に、圧縮機の吐出圧力の減圧（逆止弁上流側の減圧）を開始するＩ式アンロード開始圧力設定を０.６８ＭＰａ（第２の圧力）とした。
【００２６】
圧縮機ユニット１５を自動で停止中に、圧力が低下してきたときに再起動する復帰圧力設定を０.６６ＭＰａ（第３の圧力）とし、一定速圧縮機ユニット１６の制御圧力設定（Ｉ式アンロード開始圧力設定）を０.６９ＭＰａ（第４の圧力）とした。
【００２７】
また、Ｉ式アンロードからの復帰圧力設定（自動再起動の圧力設定）を０.６４ＭＰａ（第５の圧力）、Ｕ式アンロードのかかりだし圧力設定を０.６９ＭＰａとした。なお、一定速圧縮機８においては、制御圧力設定とＵ式アンロードかかりだし圧力設定とが同じ圧力設定になっているが、Ｉ式アンロードが先に制御されるようにしてある。
【００２８】
上記圧力設定は次のような関係になっている。すなわち、可変速圧縮機７に対しては、回転数制御により維持すべき第１の圧力と、アンロードを開始する前記第１の圧力よりも高い第２の圧力が設定され、空気使用量が低下したときに最初に停止すべき一定速圧縮機に対して第２の圧力よりも高い第４の圧力がアンロードを開始する圧力として設定されている。
【００２９】
また、可変速圧縮機が停止から始動する圧力（第３の圧力）は、第１の圧力と同じ設定とされている（第１の圧力よりも低く設定してもかまわない）。一定速圧縮機が停止から始動する圧力（第５の圧力）は、第１の圧力よりも低く設定されている。
【００３０】
ただし、本例では、一定速圧縮機８の自動停止機能は解除してあり、手動もしくは外部操作信号入力によって、一定速圧縮機の制御部６に停止信号を入力するか、故障が起きない限りは停止しないようにしてある。また、本例では、一定速圧縮機のＩ式アンロード機能は解除してあり、圧力が上昇した場合はＵ式アンロードを開始するようにしてある。
【００３１】
図２に本実施形態における制御タイムチャートの例を示す。図２の制御タイムチャートは、出力３７ｋＷの圧縮機ユニット１５、１６それぞれの最大吐出空気量を１００％とし、２台で２００％としたときの、使用空気量比（使用空気量を最大吐出空気量２００％を基準にして示すパラメータ）が２００％から０％、０％から２００％に変化したときの空気槽圧力、可変速圧縮機である圧縮機ユニット１５のインバータ出力周波数と消費電力比、一定速圧縮機である圧縮機ユニット１６の消費電力比の変化を表している。
【００３２】
以下、図２により、使用空気量比の変化に伴なう圧縮機運転状態の変化につき説明する。圧縮機ユニット１５、１６が、いずれも１００％出力、空気槽１の圧力が０.６６ＭＰａで運転している状態からスタートする。
【００３３】
まず、図２のａで示したブロックでは、空気槽１の圧力が０.６６ＭＰａで使用空気量比が２００％から１３０％に変化したとき、圧縮機ユニット１６は第４の圧力よりも空気槽１の圧力の方が低いためロードとなり、圧縮空気吐出量、消費電力は共に１００％で運転し、圧縮機ユニット１５が回転数を低下させ圧力を一定以内にすると共に消費動力を低下させる。
【００３４】
圧縮空気吐出量が低下すると、一定速圧縮機の比動力が比例して悪くなるのに対し、圧縮機ユニット１５の比動力はほとんど変わらないことはすでに知られており説明は省略するが、圧縮機ユニット１６は圧縮空気吐出量、消費電力共に１００％で運転のため比動力が最良であり、圧縮機ユニット１５は圧縮空気吐出量を減少させると消費電力もほぼ比例で低下するため、比動力が変わらないため省電力効果が大である。
【００３５】
図２のｂブロックでは、空気槽１の圧力０.６６ＭＰａで使用空気量比が１３０％から１００％に変化したときも、圧縮機ユニット１６は第４の圧力よりも空気槽１の圧力の方が低いためロードを持続し、圧縮機ユニット１５はすでに最低回転数となっているため、使用空気量比が低下すると空気槽圧力が０.６８ＭＰａまで上昇する。空気槽１の圧力が第２の圧力となるため、圧縮機ユニット１５はＩ式アンロードとなる。
【００３６】
図２のｃブロックでは、使用空気量比が１００％以下になると、空気槽１の圧力は０.６９ＭＰａまで上昇するため、圧縮機ユニット１６は第４の圧力以上となり、制御部５から制御部６へ停止信号が入力され、圧縮機ユニット１６は停止する。圧縮機ユニット１６の圧縮空気吐出量が０％になると、約１００％以下の圧縮空気吐出量が不足し、空気槽１の圧力が低下する。
【００３７】
空気槽１の圧力が第１の圧力まで低下すると、圧縮機ユニット１５はＩ式アンロードから回転数制御（ロード）に切り替わり、回転数を上昇させて不足した空気量を補充する。不足した空気量を圧縮機ユニット１５が補充するため、空気槽１の圧力はまた０.６６ＭＰａまで上昇する。空気槽１の圧力は第５の圧力まで低下しないため、圧縮機ユニット１６は停止状態を持続する。
【００３８】
図２のｄブロックでは、空気槽１の圧力が０.６６ＭＰａで使用空気量比が１００％から３０％に変化したとき、圧縮機ユニット１６は第５の圧力よりも空気槽１の圧力が高いため停止状態を持続し、圧縮機ユニット１５が回転数を低下させ圧力を一定以内にすると共に消費動力を低下させる。
【００３９】
図２のｅブロックでは、空気槽１の圧力０.６６ＭＰａで使用空気量比が３０％から０％に変化したときも、圧縮機ユニット１６は第５の圧力よりも空気槽１の圧力が高いため停止状態を持続し、圧縮機ユニット１５はすでに最低回転数となっているため、使用空気量比が低下すると空気槽圧力が０.６８ＭＰａまで上昇する。空気槽１の圧力が第２の圧力となるため圧縮機ユニット１５はＩ式アンロードとなる。
【００４０】
図２のｆブロックでは、空気槽１の圧力が第２の圧力から第１の圧力に低下するまでに３分経過したため、圧縮機ユニット１５は自動停止する。
【００４１】
図２のｇブロックでは、使用空気量比が０％以上となり、空気槽１の圧力が０．６６ＭＰａ以下に低下すると、圧縮機ユニット１５は第１の圧力よりも空気槽１の圧力が低くなるため再起動し、回転数制御に切り替わる。
【００４２】
図２のｈブロックでは、使用空気量比が３０％から１００％未満まで変化すると、圧縮機ユニット１５は最高回転数まで回転数を上昇させ、空気槽１の圧力を一定以内にすると共に、圧縮空気吐出量を１００％まで増加させる。
【００４３】
図２のｉブロックでは、使用空気量比が１００％未満が持続すると、圧縮機ユニット１５は最高回転数で回転数を一定としロードを持続する。
【００４４】
図２のｊブロックでは、使用空気量比が１００％から１３０％に変化すると、空気槽１の圧力が低下して０.６４ＭＰａになると、圧縮機ユニット１６は第５の圧力よりも空気槽１の圧力が低くなるため、制御部５から制御部６へ運転信号（再起動信号）が入力され、圧縮機ユニット１６は運転を開始し、ロードを持続する。
【００４５】
圧縮機ユニット１６がロードとなることで圧縮空気吐出量が１００％分増加するため、空気槽１の圧力は０.６６ＭＰａまで上昇する。圧縮機ユニット１５は回転数を低下させて、さらなる空気槽１の圧力の上昇を抑制しようとするが、回転数が最低回転数まで下がり、空気槽１の圧力はさらに上昇し、第２の圧力となるため、圧縮機ユニット１５はＩ式アンロードとなる。
【００４６】
図２のｋブロックでは、使用空気量比が１３０％から２００％未満に変化すると、空気槽１の圧力は０.６６ＭＰａから低下しようとするため、圧縮機ユニット１５は、０.６６ＭＰａで安定させようと回転数制御に切り替わり、最高回転数まで回転数を上昇させる。
【００４７】
以上、ａ〜ｋブロックの動作のように、制御の切り替わり時点では一定速圧縮機はアンロードを行わない。一定速圧縮機がロードまたは自動停止状態のどちらかであるということは比動力が最良であることで、使用空気量比の変化に対して圧縮機ユニット１５が圧縮空気吐出量を調整していることと合わせると、２台共最大の省電力運転を行っていることがわかる。
【００４８】
圧縮機ユニット１６に停止制限時間を設ける必要があり、使用空気量比１００％を上下する回数が多い場合は、停止制限時間が経過するまで圧縮機ユニット１６を停止させることができない。そのため、図２のｃブロックでは、制御部５から制御部６へ停止信号を入力しないので、圧縮機ユニット１６はＵ式アンロードに切り替わる。停止制限時間が経過した時点で制御部５から制御部６へ停止信号を入力し、圧縮機ユニット１６は停止する。
【００４９】
圧縮機ユニット１６のＩ式アンロード機能を使用する場合は、図２のｃブロックで、空気槽１の圧力が０.６９ＭＰａとなった時点で、制御部５から制御部６へ、アンロード信号を入力し、圧縮機ユニット１６はＩ式アンロードに切り替わる。圧縮機ユニット１６がＩ式アンロードを３分持続する間に、空気槽１の圧力が第５の圧力まで低下しない場合は、制御部５から制御部６へ停止信号を入力され、圧縮機ユニット１６は停止する。
【００５０】
圧縮機ユニット１５が故障した場合、制御部５が故障していなければ、制御部５から制御部６へ、運転、停止、ロード、アンロード等の信号を入力し、圧縮機ユニット１６を制御して空気槽１の圧力の低下を最小限に抑制する。
【００５１】
圧縮機ユニット１６が故障した場合、制御部６から制御部５へ故障信号を入力し、制御部５は圧縮機ユニット１６が故障したことを外部へ知らせるため、自機ではなく第２の故障信号を出力し、圧縮機ユニット１５の制御を単独運転（元々の容量制御）に切り替えて持続し、空気槽１の圧力の低下を最小限に抑制する。
【００５２】
この制御部６から制御部５への故障信号は、運転アンサー信号でもよく、制御部６から制御部５へ入力される運転アンサー信号、すなわち、制御部５から制御部６への運転信号の入力に対する制御部６から制御部５に戻ってくる圧縮機ユニット１６の運転していることの確認の信号、が入力されなくなった場合に、制御部５は圧縮機ユニット１６が故障したと判断する。
【００５３】
圧縮機ユニット１６が故障した場合は、制御部６から制御部５へ故障信号や運転アンサー信号を入力しなくてもかまわない。この場合は、制御部５は圧縮機ユニット１６が故障したか判断できないが、制御方法を変更せず、そのまま容量制御を持続するため、空気槽１の圧力の低下を最小限に抑制する。
【００５４】
圧縮機ユニット１５が一定速圧縮機で、圧縮機ユニット１６が可変速圧縮機の場合は、運転・停止信号の入出力、およびロード／アンロードの入出力が逆になるだけであり、それ以外については、上記実施形態の内容と同じである。
【００５５】
「第２の実施形態」
本発明の第２の実施形態を、図１の圧縮空気製造システム構成図と、図３の制御タイムチャートを参照して説明する。
【００５６】
本実施形態の圧縮空気製造システムは、２台の圧縮機を使用し、可変速圧縮機の圧縮機出力が一定速圧縮機の圧縮機出力よりも大きい場合の例である。２台の圧縮機出力の違いと圧力設定以外は、第１の実施形態と形態が同一のため、同一の内容については省略する。
【００５７】
本実施形態では、可変速圧縮機である圧縮機ユニット１５の圧縮機出力を３７ｋＷとし、一定速圧縮機である圧縮機ユニット１６の圧縮機出力を２２ｋＷとし、空気槽容量を１.２４ｍ３とした。
【００５８】
可変速圧縮機ユニット１５の吐出圧力を一定以内にするための制御圧力設定を、０.６６ＭＰａ（第１の圧力）とし、圧縮機７の回転数制御下限回転数で、回転数を一定にして吸込絞り弁を閉鎖すると同時に、圧縮機の吐出圧力の減圧を開始するＩ式アンロード開始圧力設定を０.６８ＭＰａ（第２の圧力）とし、圧縮機ユニット１５の自動停止中に、圧力が低下してきたときに再起動する復帰圧力設定を０.６６ＭＰａ（第３の圧力）とした。
【００５９】
また、一定速圧縮機ユニット１６の制御圧力設定を０.６９ＭＰａ（第４の圧力）とし、Ｉ式アンロードからの復帰圧力設定・自動再起動の圧力設定を０.６４ＭＰａ（第５の圧力）、Ｕ式アンロードかかりだし圧力設定を０.６９ＭＰａとした。なお、圧縮機８においては、制御圧力設定と、Ｕ式アンロードかかりだし圧力設定とが同じ圧力設定になっているが、Ｉ式アンロードが先に制御されるようにしてある。
【００６０】
本実施形態における上記圧力設定は、次のような関係になっている。すなわち、可変速圧縮機に対して回転数制御により維持すべき第１の圧力と、アンロードを開始する前記第１の圧力よりも高い第２の圧力が設定されている。
【００６１】
空気使用量が低下したときに最初に停止すべき一定速圧縮機に対して、第２の圧力よりも高い第４の圧力がアンロードを開始する圧力として設定され、可変速圧縮機が停止から始動する圧力（第３の圧力）は、第１の圧力と同じ設定とされている（第１の圧力よりも低く設定してもよい）。また、一定速圧縮機が停止から始動する圧力（第５の圧力）は、第１の圧力よりも低く設定されている。
【００６２】
ただし、本例では、一定速圧縮機の自動停止機能は解除してあり、手動もしくは外部操作信号入力によって、一定速圧縮機の制御部６に停止信号を入力するか、故障が起きない限りは停止しないようにしてある。また、本実施形態では、一定速圧縮機のＩ式アンロード機能は解除してあり、圧力が上昇した場合はＵ式アンロードを開始するようにしてある。
【００６３】
図３に示した第２の実施形態の制御タイムチャートは、出力３７ｋＷの圧縮機ユニット１５と、出力２２ｋＷの圧縮機ユニット１６とのそれぞれの最大吐出空気量を、１００％、６０％とし、２台で１６０％としたときの、使用空気量比（使用空気量を、最大吐出空気量１６０％を基準にして示すパラメータ）が、１６０％から０％、０％から１６０％に変化したときの空気槽圧力、および、可変速圧縮機である圧縮機ユニット１５のインバーター出力周波数と消費電力比、一定速圧縮機である圧縮機ユニット１６の消費電力比の変化などを表している。
【００６４】
圧縮機ユニット１６の最大吐出空気量を６０％としたのは、圧縮機ユニット１５の最大吐出空気量１００％と比較したときの、圧縮機ユニット１６の最大吐出空気量が６０％だからである。また、圧縮機ユニット１５の最大出力を１００％としたときの、圧縮機ユニット１６の最大出力を６０％とする。
【００６５】
以下、図３により、使用空気量比の変化に伴なう圧縮機運転状態の変化について説明する。圧縮機ユニット１５が１００％出力、圧縮機ユニット１６が６０％出力、空気槽１の圧力が０.６６ＭＰａで運転している状態からスタートする。
【００６６】
まず、図３のａブロックでは、空気槽１の圧力が０.６６ＭＰａで使用空気量比が１６０％から９０％に変化したとき、圧縮機ユニット１６は第４の圧力よりも空気槽１の圧力の方が低いためロードとなり、圧縮空気吐出量、消費電力は共に６０％で運転し、圧縮機ユニット１５が回転数を低下させて圧力を一定以内にすると共に消費動力を低下させる。
【００６７】
圧縮空気吐出量が低下すると、一定速圧縮機の比動力が比例して悪くなるのに対し、圧縮機ユニット１５の比動力はほとんど変わらないことはすでに知られているため説明は省略するが、圧縮機ユニット１６は圧縮空気吐出量、消費電力共に６０％で運転のため、比動力が最良であり、圧縮機ユニット１５は圧縮空気吐出量を減少させると消費電力もほぼ比例で低下するため、比動力が変わらないので省電力効果が大である。
【００６８】
図３のｂブロックでは、使用空気量比が９０％以下になると圧縮機ユニット１５の回転数が最低回転数となり、これを受けて制御部５から制御部６へ停止信号が入力され、圧縮機ユニット１６は停止する。圧縮機ユニット１６の圧縮空気吐出量が０％になると約６０％以下の圧縮空気吐出量が不足し、空気槽１の圧力が低下する。
【００６９】
空気槽１の圧力が第１の圧力まで低下すると、圧縮機ユニット１５は最低回転数から回転数を上昇させ不足した空気量を補充する。不足した空気量を圧縮機ユニット１５が補充するため、空気槽１の圧力は再び０.６６ＭＰａまで上昇する。空気槽１の圧力は第５の圧力まで低下しないため、圧縮機ユニット１６は停止状態を持続する。
【００７０】
図３のｃブロックでは、空気槽１の圧力が０.６６ＭＰａで使用空気量比が９０％から３０％に変化したとき、圧縮機ユニット１６は第５の圧力よりも空気槽１の圧力が高いため停止状態を持続し、圧縮機ユニット１５が回転数を低下させ圧力を一定以内にすると共に消費動力を低下させる。
【００７１】
図３のｄブロックでは、空気槽１の圧力０.６６ＭＰａで使用空気量比が３０％から０％に変化したときも、圧縮機ユニット１６は第５の圧力よりも空気槽１の圧力が高いため停止状態を持続し、圧縮機ユニット１５はすでに最低回転数となっているため、使用空気量比が低下すると空気槽圧力が０.６８ＭＰａまで上昇する。また、空気槽１の圧力が第２の圧力となるため、圧縮機ユニット１５はＩ式アンロードとなる。
【００７２】
図３のｅブロックでは、空気槽１の圧力が、第２の圧力から第１の圧力に低下するまでに３分経過したため、圧縮機ユニット１５は自動停止する。
【００７３】
図３のｆブロックでは、使用空気量比が０％以上となり、空気槽１の圧力が０.６６ＭＰａ以下に低下すると、圧縮機ユニット１５は第１の圧力よりも空気槽１の圧力が低くなるため再起動し、回転数制御に切り替わる。
【００７４】
図３のｇブロックでは、使用空気量比が３０％から１００％未満まで変化すると、圧縮機ユニット１５は最高回転数まで回転数を上昇させ、空気槽１の圧力を一定以内にすると共に、圧縮空気吐出量を１００％まで増加させる。
【００７５】
図３のｈブロックでは、使用空気量比が１００％未満を持続すると、圧縮機ユニット１５は最高回転数で回転数を一定としロードを持続する。
【００７６】
図３のｉブロックでは、使用空気量比が１００％以上に変化すると、空気槽１の圧力が低下して０.６４ＭＰａになると、圧縮機ユニット１６は第５の圧力よりも空気槽１の圧力が低くなるため、制御部５から制御部６へ運転信号（再起動信号）が入力され、圧縮機ユニット１６は運転を開始し、ロードを持続する。
【００７７】
圧縮機ユニット１６がロードとなることで、圧縮空気吐出量が６０％分増加するため、空気槽１の圧力は０.６６ＭＰａまで上昇する。圧縮機ユニット１５は回転数を２４Ｈｚ（６０％相当）まで低下させ、その後、使用空気量比の増加に対して回転数を上昇させる。
【００７８】
図３のｊブロックでは、使用空気量比が１６０％未満まで上昇すると、空気槽１の圧力は０.６６ＭＰａから低下しようとするため、圧縮機ユニット１５は０.６６ＭＰａで安定させようと回転数をさらに上昇させ、最高回転数まで回転数を上昇させる。
【００７９】
以上、ａ〜ｊブロックの動作のように、制御の切り替わり時点では一定速圧縮機はアンロードを行わない。一定速圧縮機がロードまたは自動停止状態のどちらかであるということは比動力が最良であることで、使用空気量比の変化に対して圧縮機ユニット１５が圧縮空気吐出量を調整していることと合わせると、２台共に最大の省電力運転を行っていることがわかる。
【００８０】
圧縮機ユニット１６に停止制限時間を設ける必要があり、使用空気量比６０％から１００％の範囲外まで上下する回数が多い場合は、停止制限時間が経過するまで圧縮機ユニット１６を停止させることができない。そのため、図３のｂブロックでは、制御部５から制御部６へ停止信号を入力しないので、圧縮機ユニット１６はＵ式アンロードに切り替わる。停止制限時間が経過した時点で制御部５から制御部６へ停止信号を入力し、このとき圧縮機ユニット１６は停止する。
【００８１】
圧縮機ユニット１６のＩ式アンロード機能を使用する場合は、図３のｂブロックで、圧縮機ユニット１５の回転数が最低回転数に到達した時点で、制御部５から制御部６へアンロード信号を入力し、圧縮機ユニット１６はＩ式アンロードに切り替わる。圧縮機ユニット１６がＩ式アンロードを３分持続する間に、空気槽１の圧力が第５の圧力まで低下しない場合は、制御部５から制御部６へ停止信号が入力され、圧縮機ユニット１６は停止する。
【００８２】
圧縮機ユニット１５が故障した場合、制御部５が故障していなければ、制御部５が制御部６へ、運転、停止、ロード、アンロード等の信号を入力し、圧縮機ユニット１６を制御して空気槽１の圧力の低下を最小限に抑制する。
【００８３】
圧縮機ユニット１６が故障した場合、制御部６から制御部５へ故障信号を入力し、制御部５は圧縮機ユニット１６が故障したことを外部へ知らせるため、自機ではなく第２の故障信号を出力し、圧縮機ユニット１５の制御を単独運転（元々の容量制御）に切り替え持続し、空気槽１の圧力の低下を最小限に抑制する。
【００８４】
この制御部６から制御部５への故障信号は、運転アンサー信号でもよく、制御部６から制御部５へ入力される運転アンサー信号、すなわち、制御部５から制御部６への運転信号の入力に対する制御部６から制御部５に戻ってくる圧縮機ユニット１６の運転していることの確認の信号、が入力されなくなった場合に、制御部５は圧縮機ユニット１６が故障したと判断する。
【００８５】
圧縮機ユニット１６が故障した場合は、制御部６から制御部５へ故障信号や運転アンサー信号を入力しなくてもよい。この場合は、制御部５は圧縮機ユニット１６が故障したか判断できないが、制御方法を変更せずそのまま容量制御を持続するため、空気槽１の圧力の低下を最小限に抑制する。
【００８６】
圧縮機ユニット１５が一定速圧縮機で、圧縮機ユニット１６が可変速圧縮機の場合は、運転・停止信号の入出力、およびロード／アンロードの入出力が逆になるだけであり、それ以外については、上記実施形態の内容と同じである。
【００８７】
前記第１の実施形態が、圧縮機ユニット１６を停止する条件を、圧縮機ユニット１５の第２の圧力より上の第４の圧力で判断しているのに対し、本第２の実施形態では、圧縮機ユニット１５の回転数が最低回転数に到達した時点で圧縮機ユニット１６を停止しているため、第１の実施形態よりも圧縮空気製造システム全体の圧力設定幅を狭めることができる。
【００８８】
「第３の実施形態」
本発明の第３の実施形態を、図１の圧縮空気製造システム構成図と、図４の運転状況の変化を示す制御タイムチャート、および、図５の圧縮空気製造システムの制御タイムチャートとを用いて説明する。
【００８９】
本実施形態の圧縮空気製造システムは、２台の可変速圧縮機を使用した例である。２台共圧縮機が可変速圧縮機であること以外は、第１の実施形態と同じため同一内容については説明を省略する。
【００９０】
本実施形態では、２台の圧縮機出力をそれぞれ３７ｋＷとし、空気槽容量を１.２４ｍ３とした。また、可変速圧縮機である圧縮機ユニット１５、１６の吐出圧力を一定以内にするための制御圧力設定を、０.６７ＭＰａ（第１の圧力）とした。
【００９１】
さらに、圧縮機７の回転数制御下限回転数で、回転数を一定にして吸込絞り弁を閉鎖すると同時に、圧縮機の吐出圧力の減圧を開始するＩ式アンロード開始圧力設定を０.６９ＭＰａ（第２の圧力）とし、圧縮機ユニット１５、１６を自動で停止中に、圧力が低下してきたときに再起動する復帰圧力設定を０.６５ＭＰａ（第３の圧力）とした。
【００９２】
この２台の可変速圧縮機に対する圧力設定の関係は次のようになっている。すなわち、可変速圧縮機に対して回転数制御により維持すべき第１の圧力と、アンロードを開始する前記第１の圧力よりも高い第２の圧力が設定され、可変速圧縮機が停止から始動する圧力は、第１の圧力よりも低い第３の圧力が設定されている（第１の圧力と同じかそれより低くてもよい）。
【００９３】
ただし、本実施形態では、可変速圧縮機である圧縮機ユニット１６の自動停止機能は解除してあり、手動もしくは外部操作信号入力によって可変速圧縮機の制御部６に停止信号が入力するか、故障が起きない限りは停止しないようにしてある。
【００９４】
図４および図５の制御タイムチャートは、出力３７ｋＷの圧縮機ユニット１５、１６それぞれの最大吐出空気量を１００％とし、２台で２００％としたときの使用空気量比（使用空気量を、最大吐出空気量２００％を基準にして示すパラメータ）が、図のように変化したときの、２台の可変速圧縮機の運転状況の変化（図４）と、空気槽圧力や可変速圧縮機である圧縮機ユニット１５、１６の消費電力比の変化（図５）を表している。
【００９５】
以下、図４、図５により、使用空気量比と時間の変化に伴なう圧縮機運転状況の変化について説明する。また、本実施形態は、２台の可変速圧縮機の運転時間の平準化を行うため、制御部５には運転タイマーを備えており、運転タイマーの積算がタイムアップした時点で、２台の可変速圧縮機のそれぞれベースロード機とバックアップ機が入れ替わる機能を備えている。圧縮機ユニット１５がベースロード機、圧縮機ユニット１６がバックアップ機に設定されていて、制御部５の運転タイマーが０の状態からスタートする。
【００９６】
まず、図４の１日目のブロックでは、可変速圧縮機である圧縮機ユニット１５を運転すると同時に制御部５の運転タイマーが積算を開始し、使用空気量比が１日間１００％以下であるため、圧縮機ユニット１５が容量制御を行い、圧縮機ユニット１６は停止状態を維持する。
【００９７】
図４の２日目のブロックでは、制御部５の運転タイマーの積算がタイムアップし、そのときの使用空気量比が１００％以下のため、運転していたベースロード機の圧縮機ユニット１５は自動停止すると同時に、停止していたバックアップ機の圧縮機ユニット１６は、制御部５から制御部６へ運転信号が入力され、運転を開始する。
【００９８】
この時点で、ベースロード機とバックアップ機が入れ替わると共に、運転タイマーは初期化されて０となり再び積算を開始する。そのまま、圧縮機ユニット１６は容量制御を行い、圧縮機ユニット１５は自動停止状態を維持する。
【００９９】
図４の３日目のブロックでは、制御部５の運転タイマーの積算がタイムアップし、そのときの使用空気量比が１００％以下のため、自動停止していたバックアップ機の圧縮機ユニット１５は運転を開始すると同時に、運転していたベースロード機の圧縮機ユニット１６は、制御部５から制御部６へ停止信号が入力されて停止する。
【０１００】
このとき、ベースロード機とバックアップ機が入れ替わると共に運転タイマーは初期化され０となり、再び積算を開始し、圧縮機ユニット１５は容量制御を行い、圧縮機ユニット１６は停止状態を維持する。
【０１０１】
この３日目のブロックでは、１日の間に２回、使用空気量比１００％以上となったため、バックアップ機である圧縮機ユニット１６は、制御部５から制御部６へ運転信号が入力されて運転を開始する。この詳細については、図４の時間Ｘ１の間を、図５を参照して後述する。
【０１０２】
図４の４日目のブロックでは、制御部５の運転タイマーの積算がタイムアップし、そのときの使用空気量比が１００％以下のため、運転していたベースロード機の圧縮機ユニット１５は自動停止すると同時に、停止していたバックアップ機の圧縮機ユニット１６は、制御部５から制御部６へ運転信号が入力され、運転を開始する。
【０１０３】
このとき、ベースロード機とバックアップ機が入れ替わると共に、運転タイマーは初期化されて０となり、再び積算を開始する。また、圧縮機ユニット１６は容量制御を行い、圧縮機ユニット１５は自動停止状態を維持する。この１日間では、時間Ｘ２の間が使用空気量比１００％以上となったため、バックアップ機である圧縮機ユニット１５が運転を開始する。この詳細については、図５を参照して後述する。
【０１０４】
図４の５日目のブロックでは、制御部５の運転タイマーの積算がタイムアップし、そのときの使用空気量比が１００％以下のため、自動停止していたバックアップ機の圧縮機ユニット１５が運転を開始すると同時に、運転していたベースロード機の圧縮機ユニット１６は、制御部５から制御部６へ停止信号が入力され停止する。
【０１０５】
このとき、ベースロード機とバックアップ機が入れ替わると共に、運転タイマーは初期化され０となり、再び積算を開始し、圧縮機ユニット１５は容量制御を行い、圧縮機ユニット１６は停止状態を維持する。
【０１０６】
次に、図４の時間Ｘ１を図５を参照して説明する。図４の時間Ｘ１と図５の時間Ｘ１は同一である。使用空気量比が１００％を超えた時間Ｘ１に突入した時点で、圧縮機ユニット１５の回転数は最高回転数となり、消費電力比は１００％となる。
【０１０７】
空気槽１の圧力は、圧縮機ユニット１５、１６の制御圧力設定である０.６７ＭＰａから、復帰圧力設定である０.６５ＭＰａまで低下し、この時点で制御部５が制御部６へ運転信号を入力し、圧縮機ユニット１６は運転を開始し、この時点で制御部５は圧縮機ユニット１５の回転数を最高回転数に固定する制御を行い、圧縮機ユニット１６が容量制御を行う。使用空気量比の変化に伴い、圧縮機ユニット１６は、回転数を変化させて空気槽１の圧力を一定とする。
【０１０８】
空気使用量比が１００％まで下がってくると、圧縮機ユニット１６の回転数は最低回転数まで下がる。使用空気量比が１００％以下になると空気槽１の圧力が上昇し、圧縮機ユニット１５、１６のＩ式アンロード開始圧力である０.６９ＭＰａに到達し、その時点で圧縮機ユニット１６はＩ式アンロードに切り替わり、空気槽１の圧力が０.６７ＭＰａまで下がる前に、３分たった時点で制御部５が制御部６へ停止信号を入力し、圧縮機ユニット１６を停止させると共に圧縮機ユニット１５を回転数制御に切り替える。
【０１０９】
次いで、図４の時間Ｘ２を図５を参照して説明する。図４の時間Ｘ２と図５の時間Ｘ２は同一である。使用空気量比が１００％を超えた時間Ｘ１に突入した時点で、圧縮機ユニット１６の回転数は最高回転数となり消費電力比は１００％となる。
【０１１０】
空気槽１の圧力は圧縮機ユニット１５、１６の制御圧力設定である０.６７ＭＰａから復帰圧力設定ある０.６５ＭＰａまで低下し、この時点で制御部５が制御部６へ回転数固定信号を入力し、圧縮機ユニット１６の回転数は最高回転数に固定されて制御を行い、この時点で制御部５は圧縮機ユニット１５を運転し、圧縮機ユニット１５が容量制御を行う。使用空気量比の変化に伴い圧縮機ユニット１５は回転数を変化させて空気槽１の圧力を一定とする。
【０１１１】
空気使用量比が１００％まで下がってくると、圧縮機ユニット１５の回転数は最低回転数まで下がる。使用空気量比が１００％以下になると空気槽１の圧力が上昇し、圧縮機ユニット１５、１６のＩ式アンロード開始圧力である０.６９ＭＰａに到達し、その時点で圧縮機ユニット１５はＩ式アンロードに切り替わり、空気槽１の圧力が０.６７ＭＰａまで下がる前に、３分たった時点で制御部５が制御部６へ回転数固定信号を入力し、圧縮機ユニット１６を回転数制御に切り替えると共に圧縮機ユニット１５を自動停止させる。
【０１１２】
本実施形態では、制御部５の運転タイマーは１日間隔としているが、積算する時間を調整できる機能を備えている。また、ベースロード機が停止すると共にバックアップ機が同時に運転し入れ替わることになっているが、ベースロード機とバックアップ機の運転が重なる場合、同時の場合、重ならない場合などを、並列運転タイマーにより調整できる機能を制御部５は備えている。
【０１１３】
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、ベースロード機に、バックアップ機の起動、停止、および回転などの運転を外部操作し、バックアップ機の故障状況を受信する制御部を設け、このようなベースロード機を最低１台追加または変更するだけで、近年のほとんどの圧縮機には外部操作される制御部を備えているので、従来の台数制御装置を使用した圧縮空気製造設備と同等な省電力化と運転時間の平準化を実現するだけでなく、複数台の圧縮機の組合せによっては最大の省電力化を実現できる。
【０１１４】
【発明の効果】
本発明によれば、他の一定速または可変速圧縮機を外部操作する可変速圧縮機を、最低１台追加または変更するだけで、従来の台数制御装置を省略でき、圧縮空気製造システムにかかるコストや設置スペースを最小限とし、システム圧力制御幅の最短化や動力消費の最小化や、運転時間の平準化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧縮空気製造システムの一実施形態を示す構成図。
【図２】本発明の第１の実施形態における運転状態を示す制御タイムチャート。
【図３】本発明の第２の実施形態における運転状態を示す制御タイムチャート。
【図４】本発明の第３の実施形態における運転日程を示す制御タイムチャート。
【図５】本発明の第３の実施形態における運転状態を示す制御タイムチャート。
【符号の説明】
１  空気槽
２、３、４  圧力センサ
５、６  制御部
７、８  圧縮機
９、１０  逆止弁
１１、１２、１３、１４  吐出空気管
１５、１６  圧縮機ユニット
１７  運転・停止信号
１８  運転アンサー・故障信号
【図１】
0004122451.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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