圧縮機の制御装置
【課題】 圧縮機の運転頻度が一定となるように制御し、消費電力を低減する。
【解決手段】 制御回路９は、運転中の空気圧縮機１を停止した場合に、タンク５内の圧力Ｐが圧力下限値Ｐminまで低下して運転を再開するまでの停止時間Ｔbを予測する。そして、制御回路９は、現在までの運転時間Ｔaと予測した停止時間Ｔbとを加算し、この加算時間が時間しきい値Ｔsよりも大きいときには、圧縮機本体３を停止する。また、制御回路９は、予測した停止時間Ｔbと実際の停止時間Ｔb′との間に誤差時間Ｅrが生じたときには、この誤差時間Ｅrに基づいて次回の時間しきい値Ｔsを補正する。
【解決手段】 制御回路９は、運転中の空気圧縮機１を停止した場合に、タンク５内の圧力Ｐが圧力下限値Ｐminまで低下して運転を再開するまでの停止時間Ｔbを予測する。そして、制御回路９は、現在までの運転時間Ｔaと予測した停止時間Ｔbとを加算し、この加算時間が時間しきい値Ｔsよりも大きいときには、圧縮機本体３を停止する。また、制御回路９は、予測した停止時間Ｔbと実際の停止時間Ｔb′との間に誤差時間Ｅrが生じたときには、この誤差時間Ｅrに基づいて次回の時間しきい値Ｔsを補正する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばタンクに対して圧縮空気等の圧縮流体を供給する圧縮機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、圧縮機による圧縮空気を貯留するタンクと、該タンク内の圧力を計測する圧力センサと、圧力センサによる圧力検出値に基づいて圧縮機を制御する制御回路を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この場合、制御回路は、圧力検出値が圧力上限値よりも高くなったときに圧縮機の圧縮運転を停止（圧縮停止）し、圧力検出値が圧力下限値よりも低くなったときに圧縮機の圧縮運転を再開する構成となっていた。これにより、タンク内の圧力に応じて圧縮機の圧縮運転と圧縮停止とを切換えて、タンク内の圧力を調整していた。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７-１２０４９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した従来技術では、タンク内の圧力検出値と制御圧力値（圧力上限値、圧力下限値）とを比較して圧縮機の圧縮運転と圧縮停止とを制御していた。このため、例えば圧縮空気の消費流量が非常に少ないにも拘らず、検出圧力値が圧力下限値まで低下すると、圧力上限値に到達するまで圧縮運転を行うことになり、無駄な電力を消費していた。
【０００５】
また、特許文献１には、タンク内の圧力変化に基づいて圧力検出値が圧力上限値に到達するまでの時間を予測すると共に、この予測した時間と予め設定された時間しきい値とを比較して、圧縮機の運転／停止を制御する構成が開示されている。しかし、この従来技術では、圧縮空気の消費流量と圧縮機が供給する供給流量とが近い場合には、タンク内の圧力変化が小さくなることから、圧力検出値が圧力上限値付近に到達するまで圧縮機を停止することができず、消費電力を低減する効果（省エネ効果）が得られないという問題がある。
【０００６】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、圧縮機の運転頻度が一定となるように制御し、消費電力を低減することができる圧縮機の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、流体を圧縮して吐出する圧縮機と、該圧縮機による圧縮流体を貯留するタンクと、該タンク内の圧力を検出する圧力検出手段と、該圧力検出手段により検出された前記タンク内の圧力に応じて、前記圧縮機の圧縮運転と圧縮停止とを切換え制御する制御手段とを備えてなる圧縮機の制御装置において、前記制御手段は、前記圧縮機の稼動時間内で複数回繰り返される圧縮運転と圧縮停止の運転周期の平均周期が所定の時間しきい値に収束するように制御することを特徴としている。
【０００８】
請求項２の発明は、流体を圧縮して吐出する圧縮機と、該圧縮機による圧縮流体を貯留するタンクと、該タンク内の圧力を検出する圧力検出手段と、該圧力検出手段により検出された前記タンク内の圧力に応じて、前記圧縮機の圧縮運転と圧縮停止とを切換え制御する制御手段とを備えてなる圧縮機の制御装置において、前記制御手段は、前記圧力検出手段によって検出された前記タンク内の圧力が所定の圧力下限値まで低下したときに、前記圧縮機の圧縮運転を開始する圧縮運転開始手段と、前記圧縮機の圧縮運転中に前記圧力検出手段によって検出された前記タンク内の圧力の単位時間当たりの増加率を演算する圧力増加率演算手段と、該圧力増加率演算手段によって演算した圧力の増加率に基づいて、現在の前記圧縮機を圧縮停止に切換えたときに、前記タンク内の圧力が前記圧力下限値まで低下するまでの停止時間を予測する停止時間予測手段と、該停止時間予測手段によって予測した停止時間に現在までの運転時間を加算して、この加算時間が所定の時間しきい値に到達したときに、前記圧縮機を圧縮停止に切換える圧縮停止切換手段と、前記停止時間予測手段によって予測した停止時間と実際の停止時間との間の誤差時間を計測し、該誤差時間を用いて次回の時間しきい値を補正する時間しきい値補正手段とを備える構成としたことを特徴としている。
【０００９】
請求項３の発明は、流体を圧縮して吐出する複数台の圧縮機と、該複数台の圧縮機による圧縮流体を貯留するタンクと、該タンク内の圧力を検出する圧力検出手段と、該圧力検出手段により検出された前記タンク内の圧力に応じて、圧縮運転する前記圧縮機の台数を増加、減少させて運転台数を制御する制御手段とを備えてなる圧縮機の制御装置において、前記制御手段は、前記圧力検出手段によって検出された前記タンク内の圧力が所定の圧力下限値まで低下したときに、圧縮運転する圧縮機の台数を増加させる運転台数増加手段と、前記圧縮機の圧縮運転中に前記圧力検出手段によって検出された前記タンク内の圧力の単位時間当たりの増加率を演算する圧力増加率演算手段と、該圧力増加率演算手段によって演算した圧力の増加率に基づいて、現在の圧縮運転する圧縮機の台数を減少させたときに、前記タンク内の圧力が前記圧力下限値まで低下するまでの停止時間を予測する停止時間予測手段と、該停止時間予測手段によって予測した停止時間に現在までの運転時間を加算して、この加算時間が所定の時間しきい値に到達したときに、圧縮運転する圧縮機の台数を減少させる運転台数減少手段と、前記停止時間予測手段によって予測した停止時間と実際の停止時間との間の誤差時間を計測し、該誤差時間を用いて次回の時間しきい値を補正する時間しきい値補正手段とを備える構成としたことを特徴としている。
【００１０】
請求項４の発明では、前記圧縮機は、駆動源となる電動モータと、該電動モータの運転と停止を切換える電磁開閉器とを備え、前記時間しきい値は、該電磁開閉器の切換え回数に基づいて決定する構成としている。
【００１１】
請求項５の発明では、前記圧縮停止切換手段は、前記時間しきい値よりも短時間の規定時間と前記運転時間とを比較し、前記運転時間が規定時間よりも短いときには前記圧縮機の圧縮運転を継続し、前記運転時間が規定時間を越えたときには前記加算時間に基づいて前記圧縮機を圧縮停止に切換える構成としている。
【００１２】
請求項６の発明では、前記運転台数減少手段は、前記時間しきい値よりも短時間の規定時間と前記運転時間とを比較し、前記運転時間が規定時間よりも短いときには圧縮運転する圧縮機の台数を維持し、前記運転時間が規定時間を越えたときには前記加算時間に基づいて圧縮運転する圧縮機の台数を減少させる構成としている。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、制御手段は、圧縮機の稼動時間内で圧縮運転と圧縮停止とが複数回繰り返されるときには、圧縮運転と圧縮停止からなる運転周期の平均周期（平均時間）が所定の時間しきい値に収束するように制御する。これにより、例えば圧縮流体の消費流量が非常に少ない場合や圧縮流体の消費流量が圧縮機の供給流量に近い場合でも、検出圧力値が圧力上限値に到達する前に圧縮機を圧縮停止に切換えることができる。この結果、タンク内の圧力が圧力上限値付近となった状態で圧縮運転を行う時間を短縮することができ、圧縮機の負荷を軽減して消費電力を低減することができる。また、運転周期（運転頻度）の平均値をほぼ一定にすることができるから、圧縮機の運転頻度に基づいて、圧縮機のメンテナンス時期や部品の寿命等を容易に判別することができる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、停止時間予測手段は、圧力の増加率に基づいて、運転中の圧縮機を圧縮停止に切換えたときに、タンク内の圧力が圧力下限値（運転再開する圧力値）まで低下するまでの停止時間を予測する。そして、圧縮停止切換手段は、予測した停止時間に現在までの運転時間を加算して、この加算時間が所定の時間しきい値に到達したときに、圧縮機を圧縮停止に切換える。このため、運転時間と停止時間とを加算した加算時間が一定となるように圧縮機を制御することができる。これにより、例えば圧縮流体の消費流量が非常に少ない場合や圧縮流体の消費流量が圧縮機の供給流量に近い場合でも、検出圧力値が圧力上限値に到達する前に圧縮機を圧縮停止に切換えることができる。この結果、タンク内の圧力が圧力上限値付近となった状態で圧縮運転を行う時間を短縮することができ、圧縮機の負荷を軽減して消費電力を低減することができる。
【００１５】
また、本発明では、圧縮流体の消費流量によらず、圧縮機が圧縮運転を開始した後に、再度圧縮運転を開始するまでの運転周期（運転頻度）をほぼ一定にすることができる。このため、圧縮機の運転頻度に基づいて、圧縮機のメンテナンス時期や部品の寿命等を容易に判別することができる。
【００１６】
また、例えば圧縮停止切換手段によって圧縮機を圧縮停止に切換えた後に圧縮流体の消費量が増えたとき等には、予測した停止時間が経過するよりも前にタンク内の圧力が圧力下限値まで低下することがある。この場合、時間しきい値補正手段は、予測した停止時間と実際の停止時間との間の誤差時間を計測し、例えば誤差時間を加算して次回の時間しきい値を補正することができる。これにより、停止時間の予測誤差が生じても、圧縮機の圧縮運転と圧縮停止の頻度がばらつくことがなく、運転頻度を一定にすることができる。このため、圧縮機の運転頻度に基づいて圧縮機のメンテナンス時期や部品の寿命等を判別するときでも、高精度にメンテナンス時期等を判別することができる。
【００１７】
請求項３の発明によれば、停止時間予測手段は、圧力の増加率に基づいて、圧縮運転する圧縮機の台数を減少させたときに、タンク内の圧力が圧力下限値（運転再開する圧力値）まで低下するまでの停止時間を予測する。そして、運転台数減少手段は、予測した停止時間に現在までの運転時間を加算して、この加算時間が所定の時間しきい値に到達したときに、圧縮運転する圧縮機の台数を減少させる。このため、運転時間と停止時間とを加算した加算時間が一定となるように、圧縮運転する圧縮機の台数を制御することができる。
【００１８】
これにより、例えば圧縮流体の消費流量が非常に少ない場合や圧縮流体の消費流量が圧縮機の供給流量に近い場合でも、検出圧力値が圧力上限値に到達する前に圧縮運転する圧縮機の台数を減少させることができる。この結果、タンク内の圧力が圧力上限値付近となった状態で圧縮運転を行う時間を短縮することができ、圧縮機の負荷を軽減して消費電力を低減することができる。また、圧縮機の運転台数を増減させることによって、複数台の圧縮機による吐出容量の時間平均値を制御することができる。
【００１９】
また、本発明では、圧縮流体の消費流量によらず、圧縮機が圧縮運転を開始した後に、再度圧縮運転を開始するまでの運転周期（運転頻度）をほぼ一定にすることができる。このため、圧縮機の運転頻度に基づいて、圧縮機のメンテナンス時期や部品の寿命等を容易に判別することができる。
【００２０】
また、例えば運転台数減少手段によって圧縮運転する圧縮機の台数を減少させた後に圧縮流体の消費量が増えたとき等には、予測した停止時間が経過するよりも前にタンク内の圧力が圧力下限値まで低下することがある。この場合、時間しきい値補正手段は、予測した停止時間と実際の停止時間との間の誤差時間を計測し、例えば誤差時間を加算して次回の時間しきい値を補正することができる。これにより、停止時間の予測誤差が生じても、圧縮機の圧縮運転と圧縮停止の頻度がばらつくことがなく、運転頻度を一定にすることができる。このため、圧縮機の運転頻度に基づいて圧縮機のメンテナンス時期や部品の寿命等を判別するときでも、高精度にメンテナンス時期等を判別することができる。
【００２１】
請求項４の発明によれば、時間しきい値は電磁開閉器の切換え回数に基づいて決定している。ここで、本発明では、圧縮流体の消費流量によらず、圧縮機が圧縮運転を開始した後に、再度圧縮運転を開始するまでの運転周期（起動頻度）をほぼ一定にする。一方、電磁開閉器の電気的または機械的な寿命は、一般的に電磁開閉器の切換え回数によって決まる。このため、例えば圧縮機のメンテナンス時間が予め決められているときには、メンテナンス時間を寿命までの切換え回数で割った値よりも圧縮機の運転周期を長くするのが好ましい。これにより、電磁開閉器が寿命となる前に圧縮機のメンテナンスを行うことができ、電磁開閉器の損傷や故障を未然に防止することができる。
【００２２】
請求項５の発明によれば、圧縮停止切換手段は、運転時間と規定時間とを比較して圧縮機の圧縮運転を継続するか否かを決定する。ここで、電磁開閉器による給電の切換えに基づいて圧縮機の圧縮運転と圧縮停止とを切換える場合には、圧縮機の起動時（圧縮停止から圧縮運転への切換時）に突入電流が発生すると共に、この突入電流は通常（定常時）の駆動電流よりも大きくなる傾向がある。このため、例えば圧縮流体の消費流量が非常に少ないときのように、圧縮機の運転時間が短時間となる場合には、時間しきい値のみに基づいて圧縮機を圧縮停止に切換えると、突入電流の影響によって消費電力の増大や電磁開閉器の損傷が生じることがある。これに対し、本発明では、圧縮停止切換手段は、運転時間が規定時間よりも短いときには圧縮機の圧縮運転を継続する。これにより、運転時間と停止時間との加算時間（圧縮機の運転周期）は時間しきい値よりも長くなるものの、突入電流による消費電力の増大や電磁開閉器の損傷を防止することができる。
【００２３】
請求項６の発明によれば、運転台数減少手段は、運転時間と規定時間とを比較して圧縮運転する圧縮機の台数を維持するか否かを決定する。ここで、電磁開閉器による給電の切換えに基づいて圧縮機の圧縮運転と圧縮停止とを切換えて、圧縮機の運転台数を増加、減少させる場合には、圧縮機の起動時（圧縮停止から圧縮運転への切換時）に突入電流が発生すると共に、この突入電流は通常（定常時）の駆動電流よりも大きくなる傾向がある。このため、例えば圧縮流体の消費流量が非常に少ないときのように、圧縮機の運転時間が短時間となる場合には、時間しきい値のみに基づいて圧縮機を圧縮停止に切換えると、突入電流の影響によって消費電力の増大や電磁開閉器の損傷が生じることがある。これに対し、本発明では、運転台数減少手段は、運転時間が規定時間よりも短いときには圧縮運転する圧縮機の台数を維持する。これにより、運転時間と停止時間との加算時間（圧縮機の運転周期）は時間しきい値よりも長くなるものの、突入電流による消費電力の増大や電磁開閉器の損傷を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態による圧縮機として圧縮空気を吐出する空気圧縮機を例に挙げて、添付図面に従って詳細に説明する。
【００２５】
まず、図１ないし図８は第１の実施の形態を示している。図１において、１は空気を圧縮して吐出する空気圧縮機を示し、空気圧縮機１は、駆動源としての電動モータ２と、該電動モータ２によって駆動される圧縮機本体３とを備えている。ここで、圧縮機本体３は、例えばレシプロ型、スクリュウ型、スクロール型等の各種の圧縮機構によって構成されている。
【００２６】
また、電動モータ２と電源との間には電磁開閉器４が設けられている。そして、電磁開閉器４は、そのＯＮ／ＯＦＦに応じて、電動モータ２に対する電力の供給／停止を切換える。これにより、電動モータ２は、電磁開閉器４によって、運転と停止とが切換わる構成となっている。
【００２７】
５は圧縮機本体３の吐出側に接続されたタンクで、該タンク５は、圧縮機本体３から吐出された圧縮空気を貯留する。また、タンク５には、取出し弁６を備えた出力配管７が取付けられている。これにより、タンク５は、出力配管７を介して外部の空圧機器（図示せず）に接続されると共に、取出し弁６を開弁することによって該空圧機器に向けて圧縮空気を供給するものである。
【００２８】
８はタンク５に接続された圧力検出手段としての圧力センサで、該圧力センサ８は、タンク５内の圧縮空気の圧力Ｐを検出し、圧力Ｐに応じた圧力信号を出力する。
【００２９】
９は空気圧縮機１の圧縮運転と圧縮停止とを切換えて空気圧縮機１の吐出容量を制御する制御手段としての制御回路で、該制御回路９は、圧力センサ８および電磁開閉器４に接続されている。また、制御回路９には、例えば圧縮機本体３が供給する圧縮空気の供給流量Ｆs（ＮＬ／ｓ）、タンク５の容量Ｖ（Ｌ）、初期時間しきい値Ｔ0（ｓ）、タンク５内の圧力下限値Ｐmin（ＭＰａ）と圧力上限値Ｐmax（ＭＰａ）、圧縮空気の温度Ｔとして通常時の圧縮空気の平均温度等が予め記憶されている。このとき、圧力下限値Ｐminは、圧縮運転を再開するために予め設定されたタンク５内の圧力値である。一方、圧力上限値Ｐmaxは、圧縮運転を停止するために予め設定されたタンク５内の圧力値である。さらに、制御回路９は運転タイマ９Ａと停止タイマ９Ｂとを備えている。そして、運転タイマ９Ａは、空気圧縮機１が起動する毎に起動開始からの運転時間Ｔaを計測する。一方、停止タイマ９Ｂは、空気圧縮機１が停止する毎に停止から再起動するまでの実際の停止時間Ｔbを計測する。
【００３０】
そして、制御回路９は、後述する運転制御処理を行い、タンク５内の圧力Ｐに基づいて電磁開閉器４のＯＮ／ＯＦＦを制御する。これにより、制御回路９は、電動モータ２の運転と停止とを切換えることによって、空気圧縮機１の圧縮運転と圧縮停止とを切換える構成となっている。
【００３１】
本実施の形態による空気圧縮機１は上述の如き構成を有するもので、次に、図１ないし図４を参照しつつ、タンク５の圧力Ｐ等に応じて圧縮運転と圧縮停止とを切換える運転制御処理について説明する。
【００３２】
ここで、空気圧縮機１の制御フェーズＳ（制御状態）をタンク５の圧力Ｐ等に応じて次の３つに分ける。即ち、例えば空気圧縮機１を最初に起動したときのように、タンク５の圧力Ｐが圧力下限値Ｐminよりも低い場合には、制御フェーズＳを１とする。タンク５の圧力Ｐが圧力上限値Ｐmaxと圧力下限値Ｐminとの間の値となり、かつ空気圧縮機１が運転している場合には、制御フェーズＳを２とする。タンク５の圧力Ｐが圧力上限値Ｐmaxと圧力下限値Ｐminとの間の値となり、かつ空気圧縮機１が停止している場合には、制御フェーズＳを３とする。また、誤差時間Ｅrの初期値は０に設定されているものとする。
【００３３】
そして、ステップ１では、制御フェーズＳを１に設定する（Ｓ＝１）。次に、ステップ２では、圧力センサ８からの圧力信号を用いて、一定のサンプリング周期（例えば２００ｍｓ）で現在のタンク５内の圧力Ｐ(t)を計測する。
【００３４】
次に、ステップ３では、制御フェーズＳが１か否かを判定する。ステップ３で「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ４に移って、タンク５内の圧力Ｐ(t)が圧力下限値Ｐminよりも低いか否かを判定する。そして、ステップ４で「ＹＥＳ」と判定したときには、タンク５内の圧力Ｐ(t)が圧力下限値Ｐminよりも低下しているから、ステップ５に移って圧縮機１の運転を開始した後、後述のステップ３０に移行する。
【００３５】
一方、ステップ４で「ＮＯ」と判定したときには、タンク５内の圧力Ｐ(t)が圧力下限値Ｐminよりも上昇しているから、ステップ６に移って制御フェーズＳを２に設定する（Ｓ＝２）。また、ステップ７では、運転タイマ９Ａを初期化した後に、スタートさせる。その後、後述のステップ３０に移行する。
【００３６】
また、ステップ３で「ＮＯ」と判定したときには、制御フェーズＳは２または３のいずれかであるから、ステップ８に移って、タンク５内の圧力Ｐ(t)が単位時間前（例えば１秒前）の圧力Ｐ(t-1)よりも高いか否かを判定する。そして、ステップ８で「ＹＥＳ」と判定したときには、タンク５内の圧力Ｐ(t)が上昇しているから、制御フェーズＳは２に該当するものと考えられる。
【００３７】
このため、ステップ９に移って、以下の数１の式に示すように、現在の圧力Ｐ(t)と１秒前の圧力Ｐ(t-1)との差を演算し、圧力変化値ΔＰ（ＭＰa／ｓ）を求める。なお、圧力Ｐ(t-1)として例えば前回のサンプリングで取得した２００ｍｓ前の圧力を用いてもよい。この場合、圧力Ｐ(t)と圧力Ｐ(t-1)との差分をサンプリング周期（２００ｍｓ）で割ることによって、単位時間（１秒）当たりの圧力変化値ΔＰ（ＭＰa／ｓ）を求めることができる。但し、サンプリング周期が短い場合には、タンク５内の圧力の変化量が小さくなるため、誤差が生じ易い傾向がある。
【００３８】
【数１】
【００３９】
また、圧縮機１の圧縮運転を停止した直後（例えば２００ｍｓ後）は、圧力Ｐ(t)は低下しているにも拘らず、１秒前の圧力Ｐ(t-1)よりも高くなる場合がある。この場合、ステップ８で制御フェーズＳを誤って判断する可能性がある。このため、本実施の形態では、図４に示すように、圧縮機１の圧縮運転を停止したときには、予め蓄積した１秒前までの圧力のデータを現在の圧力Ｐ(t)に書換える。具体的には、例えば後述のステップ１８，２２で、制御フェーズＳを２から３に切換えるときには、予め蓄積した１秒前までの圧力のデータを現在の圧力Ｐ(t)に書換える。これにより、ステップ８で制御フェーズＳの誤認識が生じるのを防止している。
【００４０】
次に、ステップ１０では、タンク５から外部に供給されている圧縮空気の消費流量Ｆc（ＮＬ／ｓ）を演算する。具体的には、以下の数２の式に示すように、例えば理想気体の状態方程式が用いられ、圧縮機本体３の供給流量Ｆs（ＮＬ／ｓ）、タンク５の容量Ｖ（Ｌ）、圧力変化値ΔＰ（ＭＰa／ｓ）、気体定数Ｒ、温度Ｔに基づいて、圧縮空気の消費流量Ｆc（ＮＬ／ｓ）が算出される。
【００４１】
【数２】
【００４２】
次に、ステップ１１では、運転中の圧縮機本体３を仮に停止した場合に、現在の圧力Ｐ(t)から圧力下限値Ｐminまで圧力が低下するまでの停止時間Ｔb（ｓ）を演算する。具体的には、以下の数３の式に示すように、現在の圧力Ｐ(t)と圧力下限値Ｐminとの圧力差（ＭＰa）、タンク５の容量Ｖ（Ｌ）、気体定数Ｒ、温度Ｔ、圧縮空気の消費流量Ｆc（ＮＬ／ｓ）に基づいて、停止時間Ｔb（ｓ）が算出される。
【００４３】
【数３】
【００４４】
次に、ステップ１２では、圧縮機本体３が起動開始してから現在までの運転時間Ｔa（ｓ）を運転タイマ９Ａが計時した値から取得する。
【００４５】
次に、ステップ１３では、初期時間しきい値Ｔ0に後述の誤差時間Ｅrを加算して、時間しきい値Ｔsを補正する。これにより、時間しきい値Ｔsは、予め設定された初期時間しきい値Ｔ0に比べて、誤差時間Ｅrの分だけ延長または短縮される。
【００４６】
ここで、初期時間しきい値Ｔ0（時間しきい値Ｔs）は、電磁開閉器４の切換え回数に基づいて決定している。具体的には、空気圧縮機１のメンテナンス時間が予め決められているときには、メンテナンス時間を電磁開閉器４が寿命となるまでの切換え回数で割った値よりも大きな値となるように、初期時間しきい値Ｔ0は設定されている。例えば、空気圧縮機１のメンテナンス時間を１００００時間とし、電気的または機械的寿命となる電磁開閉器４の切換え回数が２００万回とすると、このメンテナンス時間を切換え回数で割った値は１８秒となる。このため、実験的に求めた停止時間Ｔbの誤差マージン（例えば２秒）を考慮して、初期時間しきい値Ｔ0は例えば２０秒に設定されている。
【００４７】
次に、ステップ１４では、運転時間Ｔaと停止時間Ｔbとの加算時間が時間しきい値Ｔsよりも大きいか否かを判定する。そして、ステップ１４で「ＹＥＳ」と判定したときには、運転時間Ｔaと停止時間Ｔbとの加算時間が時間しきい値Ｔsよりも長時間となっているから、圧縮機本体３の運転頻度を一定に保つために、現在運転中の圧縮機本体３を停止する必要がある。このため、ステップ１５で運転タイマ９Ａを停止すると共に、運転タイマ９Ａをリセットする。そして、ステップ１６で電磁開閉器４をＯＦＦに切換えて電動モータ２を停止する。これにより、圧縮機本体３は運転を停止し、圧縮停止に切換わる。ステップ１６が終了すると、ステップ１７に移って、停止タイマ９Ｂをリセットした後に、停止タイマ９Ｂをスタートさせる。その後、ステップ１８に移って制御フェーズＳを３に設定し（Ｓ＝３）、圧力Ｐの蓄積データを書き換えた後に、ステップ３０に移行する。
【００４８】
一方、ステップ１４で「ＮＯ」と判定したときには、運転時間Ｔaと停止時間Ｔbとの加算時間が時間しきい値Ｔsよりも短時間となっているから、圧縮機本体３の運転頻度の観点では現在運転中の圧縮機本体３を停止する必要はない。このため、ステップ１９に移って現在の圧力Ｐ(t)が停止圧としての圧力上限値Ｐmax以上が否かを判定する。
【００４９】
そして、ステップ１９で「ＮＯ」と判定したときには、現在の圧力Ｐ(t)が圧力上限値Ｐmaxに到達しておらず、圧縮運転を停止する必要がないと考えられる。このため、現在の運転状態を維持して、後述のステップ３０に移行する。
【００５０】
一方、ステップ１９で「ＹＥＳ」と判定したときには、現在の圧力Ｐ(t)が圧力上限値Ｐmax以上に高圧になっており、圧縮機本体３を圧縮停止に切換える必要があると考えられる。このため、ステップ２０〜２２の処理を行い、圧縮機本体３の停止、停止タイマ９Ｂの初期化およびスタートを行い、制御フェーズＳを３に設定し（Ｓ＝３）、圧力Ｐの蓄積データを書き換える。その後、ステップ３０に移行する。
【００５１】
また、ステップ８で「ＮＯ」と判定したときには、タンク５内の圧力Ｐ(t)が下降しているから、制御フェーズＳは３に該当するものと考えられる。このため、ステップ２３に移って、タンク５内の圧力Ｐ(t)が復帰圧としての圧力下限値Ｐminよりも低下したか否かを判定する。そして、ステップ２３で「ＮＯ」と判定したときには、圧力Ｐ(t)は圧力下限値Ｐminよりも高く、タンク５に圧縮空気を補充する必要はないものと考えられる。このため、そのまま後述のステップ３０に移行する。
【００５２】
一方、ステップ２３で「ＹＥＳ」と判定したときには、圧力Ｐ(t)は圧力下限値Ｐminよりも低下して、タンク５内の圧縮空気が不足しているものと考えられる。このため、ステップ２４に移って圧縮機本体３が停止してから現在までの実際の停止時間Ｔb′（ｓ）を停止タイマ９Ｂが計時した値から取得する。
【００５３】
次に、ステップ２５では、ステップ１１で予測した停止時間Ｔbと実際の停止時間Ｔb′との差である誤差時間Ｅrを演算する。具体的には、以下の数４の式に示すように、予測した停止時間Ｔbと実際の停止時間Ｔb′との差に基づいて、誤差時間Ｅrを演算する。
【００５４】
【数４】
【００５５】
次に、ステップ２６では停止タイマ９Ｂを停止して、初期化する。そして、ステップ２７では、電磁開閉器４をＯＮに切換えて電動モータ２を駆動する。これにより、圧縮機本体３は圧縮運転を開始する。そして、ステップ２８では、運転タイマ９Ａを初期化した後に、スタートさせる。その後、ステップ２９では、制御フェーズＳを２に設定し、ステップ３０に移行する。
【００５６】
ステップ３０では、制御回路９に接続して設けられた停止スイッチ（図示せず）がＯＮとなっているか否かを判定する。そして、ステップ３０で「ＮＯ」と判定したときには、ステップ２以降の処理を繰り返す。
【００５７】
一方、ステップ３０で「ＹＥＳ」と判定したときには、停止スイッチがＯＮとなっているから、ステップ３１に移って電磁開閉器４をＯＦＦに切換えて電動モータ２を停止して、圧縮機本体３の圧縮運転を停止する。
【００５８】
次に、本実施の形態による運転制御処理を用いて空気圧縮機１を制御し、このときのタンク５内の圧力Ｐの時間変化を調べた。その結果を図５に示す。
【００５９】
図５に示すように、本実施の形態による運転制御処理では、運転時間Ｔaと停止時間Ｔbとの加算時間が時間しきい値Ｔsよりも短時間となるように、圧縮運転を圧縮停止に切換える。これにより、加算時間が時間しきい値Ｔsに到達する前に圧力Ｐが圧力上限値Ｐmaxに到達する場合のように、圧力Ｐの増加率が大きい場合を除いて、運転時間Ｔaと停止時間Ｔbとの加算時間は時間しきい値Ｔsとほぼ同じ値で一定となる。このため、圧力Ｐの増加率が小さいときでも、圧力Ｐが圧力上限値Ｐmaxに到達する前に圧縮停止に切換えることができる。この結果、全体的に圧力Ｐが低い領域、即ち消費電力が少ない領域で圧縮運転を行うことができる。
【００６０】
また、例えば図５に示すように、空気圧縮機１が圧縮運転を停止している間に、圧縮空気の消費量が増加した場合には、制御回路９によって予測した停止時間Ｔbが経過する以前にタンク５内の圧力Ｐが圧力下限値Ｐminまで低下する。この場合、空気圧縮機１が実際に停止した時間（実際の停止時間Ｔb′）が予測した停止時間Ｔbよりも短時間となるから、時間しきい値Ｔs（初期時間しきい値Ｔ0）によって設定した運転頻度よりも圧縮機本体３の運転頻度が高くなる傾向がある。
【００６１】
これに対し、本実施の形態では、空気圧縮機１を圧縮停止に切換えた後に、予測した停止時間Ｔbが経過するよりも前にタンク５内の圧力Ｐが圧力下限値Ｐminまで低下した場合には、制御回路９は、予測した停止時間Ｔbと実際の停止時間Ｔb′との間の誤差時間Ｅrを計測し、初期時間しきい値Ｔ0と誤差時間Ｅrとを加算して、次回の時間しきい値Ｔsを補正する。これにより、予測した停止時間Ｔbよりも実際の停止時間Ｔb′が短時間となるときでも、次回の時間しきい値Ｔsを誤差時間Ｅrの分だけ延長することができ、圧縮機本体３の運転頻度をほぼ一定に保つことができる。
【００６２】
次に、従来技術と同様な比較例による制御処理と、本実施の形態による運転制御処理とを比較した。その結果を図６ないし図８に示す。なお、図６ないし図８中の実線は、本実施の形態による運転制御処理を行った場合を示している。一方、図６ないし図８中の点線は、比較例による制御処理として、特許文献１と同様に、圧力下限値Ｐminに到達すると圧縮機の運転を開始し、圧力上限値Ｐmax付近に近付くと圧縮機を停止する場合を示している。
【００６３】
図６は供給流量Ｆsに対する消費流量Ｆcの比率Ｆ（％）（Ｆ＝Ｆc／Ｆs×１００）と空気圧縮機１が停止（圧縮停止）する圧力（停止圧力）との関係を示している。比較例による制御処理では、圧力上限値Ｐmaxに到達するよりも一定時間だけ前に圧縮機１を停止する構成となっている。ここで、消費流量Ｆcが圧縮機１の供給流量Ｆsに近付く（比率Ｆが１００に近付く）と、タンク５内の圧力Ｐの上昇率が低下する。このため、消費流量Ｆcが供給流量Ｆsに近付くに従って、停止圧力は圧力上限値Ｐmaxに近付く。この結果、比較例による制御処理を用いた場合、停止圧力Ｐs1は、以下の数５に示す１次比例の直線で表すことができ、消費流量Ｆcが供給流量Ｆsに近付く（比率Ｆが増加する）のに比例して高くなる。なお、制御定数Ａは、圧力上限値Ｐmaxに到達するよりも一定時間前に圧縮機１を停止するとき、この一定時間によって決まる定数である。
【００６４】
【数５】
【００６５】
これに対し、本実施の形態による運転制御処理を用いた場合、停止圧力Ｐs2は消費流量Ｆcに対して２次曲線で近似することができる。この２次曲線は、以下の数６に示すように、タンク５の容量Ｖおよび省エネ定数Ｂによって決定される。具体的には、タンク５の容量Ｖが大きいほど、また省エネ定数Ｂが小さいほど停止圧力を低くすることができる。なお、省エネ定数Ｂは、時間しきい値Ｔsによって決まる定数である。
【００６６】
【数６】
【００６７】
図７は圧縮空気の消費流量Ｆcと空気圧縮機１の消費電力との関係を示している。なお、図７は圧力と電力が一次比例する場合を例示している。この場合、比較例による制御処理を用いた場合、図６と同様に、消費流量Ｆcが供給流量Ｆsに近付くのに比例して、消費電力Ｐow1も増大する。これに対し、本実施の形態による運転制御処理を用いた場合、比較例に比べて、消費流量Ｆcの比率Ｆの全範囲に亘って消費電力Ｐow2が低くなる。この結果、消費電力Ｐow1と消費電力Ｐow2との差の分（図７中の斜線部分）だけ、本実施の形態では、比較例に比べて省エネ効果が得られることが分かる。また、消費流量Ｆcの比率Ｆが増加するに従って、本実施の形態による省エネ効果は大きくなる。
【００６８】
図８は圧縮空気の消費流量Ｆcと空気圧縮機１が起動して停止した後に再起動するまでの１周期分の時間（運転周期）との関係を示している。なお、図８は制御定数Ａ，Ｂはいずれも６０に設定した場合を例示している。比較例の場合、消費流量Ｆcが少ないときには空気圧縮機１が停止する時間が長くなり、消費流量Ｆcが多いときには、空気圧縮機１が運転する時間が長くなる。このため、消費流量Ｆc（比率Ｆ）が変化するのに従って、運転周期も変化し、特に消費流量Ｆcが少ないときおよび多いときに運転周期が長くなる傾向がある。このため、比較例の場合には、空気圧縮機１の運転周期が一定しないから、運転時間から適切なメンテナンス時間等を把握することが難しくなる。
【００６９】
これに対し、本実施の形態では、空気圧縮機１の運転周期の平均値（平均周期）は、消費流量Ｆcに関係なく常に一定となる。このため、顧客の消費流量Ｆcに関係なく、空気圧縮機１の運転時間から適切なメンテナンス時間および寿命を計算することができる。
【００７０】
かくして、本実施の形態によれば、制御回路９は、圧力Ｐの増加率に基づいて、運転中の空気圧縮機１を圧縮停止に切換えたときに、タンク５内の圧力Ｐが圧力下限値Ｐminまで低下するまでの停止時間Ｔbを予測する。そして、制御回路９は、停止時間Ｔbに現在までの運転時間Ｔaを加算して、この加算時間が時間しきい値Ｔsに到達したときに、空気圧縮機１を圧縮停止に切換える。このため、運転時間Ｔaと停止時間Ｔbとを加算した加算時間が一定となるにように空気圧縮機１を制御することができる。これにより、例えば圧縮空気の消費流量が非常に少ない場合や圧縮空気の消費流量が空気圧縮機１の供給流量に近い場合でも、検出圧力値Ｐ(t)が圧力上限値Ｐmaxに到達する前に空気圧縮機１を圧縮停止に切換えることができる。この結果、タンク５内の圧力Ｐが圧力上限値Ｐmax付近となった状態で圧縮運転を行う時間を短縮することができ、空気圧縮機１の負荷を軽減して消費電力を低減することができる。
【００７１】
また、時間しきい値Ｔsは電磁開閉器４の切換え回数に基づいて決定したから、メンテナンス時間を寿命となる電磁開閉器４の切換え回数で割った値よりも時間しきい値Ｔsを大きな値に設定することができる。これにより、電磁開閉器４が寿命となる前に空気圧縮機１のメンテナンスを行うことができ、電磁開閉器４の損傷や故障を未然に防止することができる。
【００７２】
さらに、制御回路９は、予測した停止時間Ｔbと実際の停止時間Ｔb′との間の誤差時間Ｅrを計測し、誤差時間Ｅrを加算して次回の時間しきい値Ｔsを補正する。これにより、停止時間Ｔbの予測誤差が生じても、空気圧縮機１の圧縮運転と圧縮停止の頻度がばらつくことがなく、運転頻度を一定にすることができる。このため、空気圧縮機１の運転頻度に基づいて空気圧縮機１のメンテナンス時期や部品の寿命等を判別するときでも、高精度にメンテナンス時期等を判別することができる。
【００７３】
なお、第１の実施の形態では、図３中のステップ２３，２７が圧縮運転開始手段の具体例を示し、図２中のステップ９が圧力増加率演算手段の具体例を示し、ステップ１０，１１が停止時間予測手段の具体例を示し、ステップ１４〜１８が圧縮停止切換手段の具体例を示し、図２、図３中のステップ１３，２４，２５が時間しきい値補正手段の具体例を示している。
【００７４】
次に、図９ないし図１７は本発明の第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、圧縮運転する圧縮機の台数を増加、減少させて圧縮空気の吐出容量を制御する制御回路に関して、圧縮機の運転頻度が一定となるように制御する構成としたしたことにある。なお、第２の実施の形態では、タンクに対して個別に圧縮空気を供給する３台の圧縮機を備えた空気圧縮装置を例に挙げて説明する。
【００７５】
図９において、１１は３台の圧縮機１２Ａ〜１２Ｃ、制御回路２２等によって構成された空気圧縮装置を示している。ここで、圧縮機１２Ａは、駆動源としての電動モータ１３Ａと、該電動モータ１３Ａによって駆動される圧縮機本体１４Ａとによって構成されている。また、他の圧縮機１２Ｂ，１２Ｃも、圧縮機１２Ａと同様に、電動モータ１３Ｂ，１３Ｄ、圧縮機本体１４Ｂ，１４Ｃによってそれぞれ構成されている。そして、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃは、全て同じ供給流量Ｆs（ＮＬ／ｍｉｎ）（吐出容量）を有している。
【００７６】
また、電動モータ１３Ａ〜１３Ｃと電源との間には電磁開閉器１５Ａ〜１５Ｃがそれぞれ設けられている。そして、電磁開閉器１５Ａ〜１５Ｃは、そのＯＮ／ＯＦＦに応じて、電動モータ１３Ａ〜１３Ｃに対する電力の供給／停止を切換える。これにより、電動モータ１３Ａ〜１３Ｃは、電磁開閉器１５Ａ〜１５Ｃによって、運転と停止とが切換わる構成となっている。
【００７７】
１６は圧縮機本体１４Ａ〜１４Ｃの吐出側に接続されたタンクで、該タンク１６は、圧縮機本体１４Ａ〜１４Ｃから吐出された圧縮空気を収集して貯留する。また、タンク１６は、吐出配管１７Ａ〜１７Ｃを通じて圧縮機本体１４Ａ〜１４Ｃに接続されると共に、各吐出配管１７Ａ〜１７Ｃの途中には逆止弁１８Ａ〜１８Ｃが設けられている。そして、タンク１６には、取出し弁１９を備えた出力配管２０が取付けられている。これにより、タンク１６は、出力配管２０を介して外部の空圧機器（図示せず）に接続されると共に、取出し弁１９を開弁することによって該空圧機器に向けて圧縮空気を供給するものである。
【００７８】
２１はタンク１６に接続された圧力検出手段としての圧力センサで、該圧力センサ２１は、タンク１６内の圧縮空気の圧力Ｐを検出し、圧力Ｐに応じた圧力信号を出力する。
【００７９】
２２は圧縮運転する圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの台数を増加、減少させて空気圧縮装置１の吐出容量を制御する制御手段としての制御回路で、該制御回路２２は、圧力センサ２１および電磁開閉器１５Ａ〜１５Ｃに接続されている。また、制御回路２２には、例えば圧縮機本体１４Ａ〜１４Ｃが供給する圧縮空気の供給流量Ｆs（ＮＬ／ｓ）、タンク１６の容量Ｖ（Ｌ）、初期時間しきい値Ｔ0（ｓ）、タンク１６内の圧力下限値Ｐmin（ＭＰａ）と圧力上限値Ｐmax（ＭＰａ）、圧縮空気の温度Ｔとして通常時の圧縮空気の平均温度等が予め記憶されている。このとき、圧力下限値Ｐminは、圧縮運転を再開するために予め設定されたタンク１６内の圧力値である。一方、圧力上限値Ｐmaxは、圧縮運転を停止するために予め設定されたタンク１６内の圧力値である。さらに、制御回路２２は運転タイマ２２Ａと停止タイマ２２Ｂとを備えている。そして、運転タイマ２２Ａは、圧縮運転する圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの台数が増加する（停止中の圧縮機１２Ａ〜１２Ｃのうちいずれか１台が起動する）毎に増加後の経過時間を運転時間Ｔaとして計測する。一方、停止タイマ２２Ｂは、圧縮運転する圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの台数が減少する（運転中の圧縮機１２Ａ〜１２Ｃのうちいずれか１台が停止する）毎に減少後に再度増加するまでの実際の停止時間Ｔbを計測する。
【００８０】
そして、制御回路２２は、後述する運転制御処理を行い、タンク１６内の圧力Ｐに基づいて電磁開閉器１５Ａ〜１５ＣのＯＮ／ＯＦＦを制御する。これにより、制御回路２２は、電動モータ１３Ａ〜１３Ｃの運転と停止とを切換えることによって、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの圧縮運転と圧縮停止とを切換え、圧縮運転する圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの台数を増加、減少させる構成となっている。
【００８１】
本実施の形態による空気圧縮装置１１は上述の如き構成を有するもので、次に、図９ないし図１１を参照しつつ、タンク１６の圧力Ｐ等に応じて圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転台数を増減させる台数制御処理について説明する。
【００８２】
ここで、空気圧縮装置１１の制御フェーズＳ（制御状態）をタンク１６の圧力Ｐ等に応じて次の３つに分ける。即ち、例えば空気圧縮装置１１を最初に起動したときのように、タンク１６の圧力Ｐが圧力下限値Ｐminよりも低い場合には、制御フェーズＳを１とする。タンク１６の圧力Ｐが圧力上限値Ｐmaxと圧力下限値Ｐminとの間の値となり、かつ圧力Ｐが上昇している場合には、制御フェーズＳを２とする。タンク１６の圧力Ｐが圧力上限値Ｐmaxと圧力下限値Ｐminとの間の値となり、かつ圧力Ｐが低下している場合には、制御フェーズＳを３とする。また、誤差時間Ｅrの初期値は０に設定されているものとする。
【００８３】
そして、ステップ４１では、制御フェーズＳを１に設定する（Ｓ＝１）。次に、ステップ４２では、圧力センサ２１からの圧力信号を用いて、一定のサンプリング周期（例えば２００ｍｓ）で現在のタンク１６内の圧力Ｐ(t)を計測する。
【００８４】
次に、ステップ４３では、制御フェーズＳが１か否かを判定する。ステップ４３で「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ４４に移って、タンク１６内の圧力Ｐ(t)が圧力下限値Ｐminよりも低いか否かを判定する。そして、ステップ４４で「ＹＥＳ」と判定したときには、タンク１６内の圧力Ｐ(t)が圧力下限値Ｐminよりも低下しているから、ステップ４５に移って全台の圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転を開始（ｎ＝３）した後、後述のステップ７２に移行する。
【００８５】
一方、ステップ４４で「ＮＯ」と判定したときには、タンク１６内の圧力Ｐ(t)が圧力下限値Ｐminよりも上昇しているから、ステップ４６に移って制御フェーズＳを２に設定する（Ｓ＝２）。また、ステップ４７では、運転タイマ２２Ａを初期化した後に、スタートさせる。その後、後述のステップ７２に移行する。
【００８６】
また、ステップ４３で「ＮＯ」と判定したときには、制御フェーズＳは２または３のいずれかであるから、ステップ４８に移って、タンク１６内の圧力Ｐ(t)が単位時間前（例えば１秒前）の圧力Ｐ(t-1)よりも高いか否かを判定する。そして、ステップ４８で「ＹＥＳ」と判定したときには、タンク１６内の圧力Ｐ(t)が上昇しているから、制御フェーズＳは２に該当するものと考えられる。
【００８７】
このため、ステップ４９に移って、以下の数７の式に示すように、現在の圧力Ｐ(t)と１秒前の圧力Ｐ(t-1)との差を演算し、圧力変化値ΔＰ（ＭＰa／ｓ）を求める。なお、圧力Ｐ(t-1)として例えば前回のサンプリングで取得した２００ｍｓ前の圧力を用いてもよい。この場合、圧力Ｐ(t)と圧力Ｐ(t-1)との差分をサンプリング周期（２００ｍｓ）で割ることによって、単位時間（１秒）当たりの圧力変化値ΔＰ（ＭＰa／ｓ）を求めることができる。但し、サンプリング周期が短い場合には、タンク１６内の圧力の変化量が小さくなるため、誤差が生じ易い傾向がある。
【００８８】
【数７】
【００８９】
また、圧縮運転する圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの台数を減少させた直後（例えば２００ｍｓ後）は、圧力Ｐ(t)は低下しているにも拘らず、１秒前の圧力Ｐ(t-1)よりも高くなる場合がある。この場合、ステップ４８で制御フェーズＳを誤って判断する可能性がある。このため、本実施の形態では、圧縮運転する圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの台数を減少させたときには、予め蓄積した１秒前までの圧力のデータを現在の圧力Ｐ(t)に書換える。具体的には、例えば後述のステップ６０，６４で、制御フェーズＳを２から３に切換えるときには、予め蓄積した１秒前までの圧力のデータを現在の圧力Ｐ(t)に書換える。これにより、ステップ４８で制御フェーズＳの誤認識が生じるのを防止している。
【００９０】
次に、ステップ５０では、タンク１６から外部に供給されている圧縮空気の消費流量Ｆc（ＮＬ／ｓ）を演算する。具体的には、以下の数８の式に示すように、例えば理想気体の状態方程式が用いられ、各圧縮機本体１４Ａ〜１４Ｃの供給流量Ｆs（ＮＬ／ｓ）、タンク１６の容量Ｖ（Ｌ）、圧力変化値ΔＰ（ＭＰa／ｓ）、気体定数Ｒ、温度Ｔ、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃのうち圧縮運転している台数ｎに基づいて、圧縮空気の消費流量Ｆc（ＮＬ／ｓ）が算出される。
【００９１】
【数８】
【００９２】
次に、ステップ５１では、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃのうち圧縮運転する台数を１台減少させた場合（運転中の圧縮機１２Ａ〜１２Ｃのうちいずれか１台を停止した場合）、現在の圧力Ｐ(t)から圧力下限値Ｐminまで圧力が低下するまでの停止時間Ｔb（ｓ）を演算する。具体的には、以下の数９の式に示すように、現在の圧力Ｐ(t)と圧力下限値Ｐminとの圧力差（ＭＰa）、タンク１６の容量Ｖ（Ｌ）、気体定数Ｒ、温度Ｔ、圧縮空気の消費流量Ｆc（ＮＬ／ｓ）等に基づいて、停止時間Ｔb（ｓ）が算出される。
【００９３】
【数９】
【００９４】
次に、ステップ５２では、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転台数が増加してから現在までの運転時間Ｔa（ｓ）を運転タイマ２２Ａが計時した値から取得する。
【００９５】
次に、ステップ５３では、予測した停止時間Ｔbが負の値（Ｔb＜０）か否かを判定する。ステップ５３で「ＹＥＳ」と判定したときには、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃのうち圧縮運転する台数を１台減少させても、圧縮空気の消費流量Ｆcに比べて空気圧縮装置１１によって供給する圧縮空気の供給流量（（ｎ−１）×Ｆs）が多く、数９の分母の項が負の値となっていると考えられる。このため、ステップ５４に移って、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃのうち圧縮運転する台数を１台減少させ（ｎ＝ｎ−１）、後述のステップ７２に移行する。
【００９６】
一方、ステップ５３で「ＮＯ」と判定したときには、ステップ５５に移って、初期時間しきい値Ｔ0に後述の誤差時間Ｅrを加算して、時間しきい値Ｔsを補正する。これにより、時間しきい値Ｔsは、予め設定された初期時間しきい値Ｔ0に比べて、誤差時間Ｅrの分だけ延長または短縮される。
【００９７】
ここで、初期時間しきい値Ｔ0（時間しきい値Ｔs）は、電磁開閉器１５Ａ〜１５Ｃの切換え回数に基づいて決定している。具体的には、空気圧縮装置１１のメンテナンス時間が予め決められているときには、メンテナンス時間を電磁開閉器１５Ａ〜１５Ｃが寿命となるまでの切換え回数で割った値よりも大きな値となるように、初期時間しきい値Ｔ0は設定されている。例えば、空気圧縮装置１１のメンテナンス時間を２００００時間とし、電気的または機械的寿命となる電磁開閉器１５Ａ〜１５Ｃの切換え回数が２００万回とすると、このメンテナンス時間を切換え回数で割った値は３６秒となる。また、３台の圧縮機１２Ａ〜１２Ｃは、全台が均等に圧縮運転するように順番に運転、停止を行うから、３６秒を３台で分割して１２秒となる。さらに、実験的に求めた停止時間Ｔbの誤差マージン（例えば２秒）を考慮して、初期時間しきい値Ｔ0は例えば１４秒に設定されている。
【００９８】
次に、ステップ５６では、運転時間Ｔaと停止時間Ｔbとの加算時間が時間しきい値Ｔsよりも大きいか否かを判定する。そして、ステップ５６で「ＹＥＳ」と判定したときには、運転時間Ｔaと停止時間Ｔbとの加算時間が時間しきい値Ｔsよりも長時間となっているから、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転頻度を一定に保つために、現在運転中の圧縮機１２Ａ〜１２Ｃのうちいずれか１台を停止する必要がある。このため、ステップ５７で運転タイマ２２Ａを停止すると共に、運転タイマ２２Ａをリセットする。そして、ステップ５８で電磁開閉器１５Ａ〜１５Ｂのうちいずれか１個（例えば、電磁開閉器１５Ａ）をＯＦＦに切換えて、電磁開閉器１５Ａ〜１５Ｂに接続された電動モータ１３Ａ〜１３Ｃ（例えば、電動モータ１３Ａ）を停止する。これにより、現在運転中の圧縮機１２Ａ〜１２Ｃのうちいずれか１台が停止（圧縮停止）し、圧縮運転する圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの台数が１台減少する（ｎ＝ｎ−１）。ステップ５８が終了すると、ステップ５９に移って、停止タイマ２２Ｂをリセットした後に、停止タイマ２２Ｂをスタートさせる。その後、ステップ６０に移って制御フェーズＳを３に設定し（Ｓ＝３）、圧力Ｐの蓄積データを書き換えた後に、ステップ７２に移行する。
【００９９】
一方、ステップ５６で「ＮＯ」と判定したときには、運転時間Ｔaと停止時間Ｔbとの加算時間が時間しきい値Ｔsよりも短時間となっているから、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転頻度の観点では現在運転中の圧縮機１２Ａ〜１２Ｃを停止する必要はない。このため、ステップ６１に移って現在の圧力Ｐ(t)が停止圧としての圧力上限値Ｐmax以上が否かを判定する。
【０１００】
そして、ステップ６１で「ＮＯ」と判定したときには、現在の圧力Ｐ(t)が圧力上限値Ｐmaxに到達しておらず、圧縮運転する圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの台数を減少させる必要がないと考えられる。このため、現在の運転状態を維持して、後述のステップ７２に移行する。
【０１０１】
一方、ステップ６１で「ＹＥＳ」と判定したときには、現在の圧力Ｐ(t)が圧力上限値Ｐmax以上に高圧になっており、圧縮運転する圧縮機１２Ａ〜１２Ｃを全て圧縮停止に切換える必要があると考えられる。このため、ステップ６２〜６４の処理を行い、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃを全て停止し、停止タイマ２２Ｂの初期化およびスタートを行い、制御フェーズＳを３に設定し（Ｓ＝３）、圧力Ｐの蓄積データを書き換える。その後、ステップ７２に移行する。
【０１０２】
また、ステップ４８で「ＮＯ」と判定したときには、タンク１６内の圧力Ｐ(t)が下降しているから、制御フェーズＳは３に該当するものと考えられる。このため、ステップ６５に移って、タンク１６内の圧力Ｐ(t)が復帰圧としての圧力下限値Ｐminよりも低下したか否かを判定する。そして、ステップ６５で「ＮＯ」と判定したときには、圧力Ｐ(t)は圧力下限値Ｐminよりも高く、タンク１６に圧縮空気を補充する必要はないものと考えられる。このため、そのまま後述のステップ７２に移行する。
【０１０３】
一方、ステップ６５で「ＹＥＳ」と判定したときには、圧力Ｐ(t)は圧力下限値Ｐminよりも低下して、タンク１６内の圧縮空気が不足しているものと考えられる。このため、ステップ６６に移って圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転台数を１台減少させてから現在までに実際に経過した停止時間Ｔb′（ｓ）を停止タイマ２２Ｂが計時した値から取得する。
【０１０４】
次に、ステップ６７では、ステップ５１で予測した停止時間Ｔbと実際の停止時間Ｔb′との差である誤差時間Ｅrを演算する。具体的には、前述した数４の式に示すように、予測した停止時間Ｔbと実際の停止時間Ｔb′との差に基づいて、誤差時間Ｅrを演算する。
【０１０５】
次に、ステップ６８では停止タイマ２２Ｂを停止して、初期化する。そして、ステップ６９では、電磁開閉器１５Ａ〜１５Ｃのうちいずれか１個（例えば、電磁開閉器１５Ｂ）をＯＮに切換えて、電磁開閉器１５Ａ〜１５Ｃに接続された電動モータ１３Ａ〜１３Ｃ（例えば、電動モータ１３Ｂ）を駆動する。これにより、現在停止中の圧縮機１２Ａ〜１２Ｃのうちいずれか１台が起動し、圧縮運転する圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの台数が１台増加する（ｎ＝ｎ＋１）。そして、ステップ７０では、運転タイマ２２Ａを初期化した後に、スタートさせる。その後、ステップ７１では、制御フェーズＳを２に設定し、ステップ７２に移行する。
【０１０６】
ステップ７２では、制御回路２２に接続して設けられた停止スイッチ（図示せず）がＯＮとなっているか否かを判定する。そして、ステップ７２で「ＮＯ」と判定したときには、ステップ４２以降の処理を繰り返す。
【０１０７】
一方、ステップ７２で「ＹＥＳ」と判定したときには、停止スイッチがＯＮとなっているから、ステップ７３に移って電磁開閉器１５Ａ〜１５Ｃを全てＯＦＦに切換えて電動モータ１３Ａ〜１３Ｃを停止して、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの圧縮運転を全て停止する。
【０１０８】
次に、本実施の形態による運転制御処理を用いて空気圧縮装置１１を制御し、このときのタンク１６内の圧力Ｐの時間変化を調べた。その結果を図１２ないし図１５に示す。
【０１０９】
図１２は圧縮空気の消費流量Ｆcが空気圧縮装置１１の最大供給流量（３×Ｆs）の１／３よりも少ない場合を示している。この場合、３台の圧縮機１２Ａ〜１２Ｃのうち１台が圧縮運転すれば、消費流量Ｆcを満たすことができる。このため、タンク１６内の圧力Ｐを上昇させるときには、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃのうちいずれか１台（例えば圧縮機１２Ａ）を起動する。このとき、例えば圧縮機１２Ａが起動している間は、圧縮機１２Ｂ，１２Ｃは停止する。そして、圧縮機１２Ａが停止した後にタンク１６内の圧力Ｐが圧力下限値Ｐminまで低下すると、圧縮機１２Ｂが起動する。これにより、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃは順番に（サイクリックに）起動と停止を繰り返す。
【０１１０】
図１３は圧縮空気の消費流量Ｆcが空気圧縮装置１１の最大供給流量（３×Ｆs）の１／３よりも多く、２／３よりも少ない場合を示している。この場合、３台の圧縮機１２Ａ〜１２Ｃのうち２台が圧縮運転すれば、消費流量Ｆcを満たすことができる。このため、タンク１６内の圧力Ｐを上昇させるときには、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃのうちいずれか２台（例えば圧縮機１２Ａ，１２Ｂ）を起動する。このとき、例えば圧縮機１２Ａ，１２Ｂが起動している間は、圧縮機１２Ｃは停止する。そして、圧縮機１２Ａが停止した後にタンク１６内の圧力Ｐが圧力下限値Ｐminまで低下すると、圧縮機１２Ｃが起動する。これにより、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃは順番に起動と停止を繰り返す。
【０１１１】
図１４は圧縮空気の消費流量Ｆcが空気圧縮装置１１の最大供給流量（３×Ｆs）の２／３よりも多く、３／３よりも少ない場合を示している。この場合、３台の圧縮機１２Ａ〜１２Ｃのうち３台全てが圧縮運転すれば、消費流量Ｆcを満たすことができる。このため、タンク１６内の圧力Ｐを上昇させるときには、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの全てを起動する。そして、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転台数を減少させるときには、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃうちいずれか１台（例えば圧縮機１２Ａ）を停止する。圧縮機１２Ａが停止した後にタンク１６内の圧力Ｐが圧力下限値Ｐminまで低下すると、再び圧縮機１２Ａが起動し、次に圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転台数を減少させるときには、圧縮機１２Ａとは異なる圧縮機１２Ｂを停止する。これにより、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃは順番に起動と停止を繰り返す。
【０１１２】
また、図９ないし図１１に示すように、本実施の形態による運転制御処理では、運転時間Ｔaと停止時間Ｔbとの加算時間が時間しきい値Ｔsよりも短時間となるように、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転台数を減少させる。これにより、運転時間Ｔaと停止時間Ｔbとの加算時間は時間しきい値Ｔsとほぼ同じ値で一定となる。このため、圧力Ｐの増加率が小さいときでも、圧力Ｐが圧力上限値Ｐmaxに到達する前に圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転台数を減少させることができる。この結果、全体的に圧力Ｐが低い領域、即ち消費電力が少ない領域で圧縮運転を行うことができる。
【０１１３】
さらに、各圧縮機１２Ａ〜１２Ｃは、時間しきい値Ｔsの３倍の時間を１周期として、起動と停止を繰り返す。このため、各圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転頻度も均一で、かつ一定となる。
【０１１４】
また、例えば図１５に示すように、タンク１６の圧力Ｐが低下している途中で、圧縮空気の消費量が増加した場合には、制御回路２２によって予測した停止時間Ｔbが経過する以前にタンク１６内の圧力Ｐが圧力下限値Ｐminまで低下する。この場合、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転台数が減少していた時間（実際の停止時間Ｔb′）が予測した停止時間Ｔbよりも短時間となるから、時間しきい値Ｔs（初期時間しきい値Ｔ0）によって設定した運転頻度よりも圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転頻度が高くなる傾向がある。
【０１１５】
これに対し、本実施の形態では、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転台数を減少させた後に、予測した停止時間Ｔbが経過するよりも前にタンク１６内の圧力Ｐが圧力下限値Ｐminまで低下した場合には、制御回路２２は、予測した停止時間Ｔbと実際の停止時間Ｔb′との間の誤差時間Ｅrを計測し、初期時間しきい値Ｔ0と誤差時間Ｅrとを加算して、次回の時間しきい値Ｔsを補正する。これにより、予測した停止時間Ｔbよりも実際の停止時間Ｔb′が短時間となるときでも、次回の時間しきい値Ｔsを誤差時間Ｅrの分だけ延長することができ、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転頻度をほぼ一定に保つことができる。
【０１１６】
次に、従来技術と同様な比較例による制御処理と、本実施の形態による運転制御処理とを比較した。その結果を図１６および図１７に示す。なお、図１６および図１７中の実線は、本実施の形態による運転制御処理を行った場合を示している。一方、図１６および図１７中の点線は、比較例による制御処理として、特許文献１と同様に、圧力下限値Ｐminに到達すると圧縮機の運転台数を増加し、圧力上限値Ｐmax付近に近付くと圧縮機の運転台数を減少させる場合を示している。
【０１１７】
図１６は圧縮空気の消費流量Ｆcと空気圧縮機１の消費電力との関係を示している。なお、図１６は圧力と電力が一次比例する場合を例示している。この場合、比較例による制御処理を用いた場合、消費流量Ｆcが供給流量Ｆsの倍数に近付くのに比例して、消費電力Ｐow1も増大する。これに対し、本実施の形態による運転制御処理を用いた場合、比較例に比べて、消費流量Ｆcの比率Ｆの全範囲に亘って消費電力Ｐow2が低くなる。この結果、消費電力Ｐow1と消費電力Ｐow2との差の分（図１６中の斜線部分）だけ、本実施の形態では、比較例に比べて省エネ効果が得られることが分かる。
【０１１８】
図１７は圧縮空気の消費流量Ｆcと圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転台数が増加して減少した後に再び増加するまでの１周期分の時間（運転周期）との関係を示している。比較例の場合、消費流量Ｆcが供給流量Ｆsの倍数付近となるときに、運転周期が長くなる。このため、消費流量Ｆc（比率Ｆ）が変化するのに従って、運転周期も変化する。このため、比較例の場合には、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転周期が一定しないから、運転時間から適切なメンテナンス時間等を把握することが難しくなる。
【０１１９】
これに対し、本実施の形態では、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転周期の平均値（平均周期）は、消費流量Ｆcに関係なく常に一定となる。このため、顧客の消費流量Ｆcに関係なく、空気圧縮装置１１の運転時間から適切なメンテナンス時間および寿命を計算することができる。
【０１２０】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、制御回路２２は、圧力Ｐの増加率に基づいて、圧縮運転する圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの台数を減少させたときに、タンク１６内の圧力Ｐが圧力下限値Ｐminまで低下するまでの停止時間Ｔbを予測する。そして、制御回路２２は、予測した停止時間Ｔbに現在までの運転時間Ｔaを加算して、この加算時間が所定の時間しきい値Ｔsに到達したときに、圧縮運転する圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの台数を減少させる。このため、運転時間Ｔaと停止時間Ｔbとを加算した加算時間が一定となるように、圧縮運転する圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの台数を制御することができる。
【０１２１】
これにより、例えば圧縮空気の消費流量Ｆcが非常に少ない場合や圧縮空気の消費流量Ｆcが圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの供給流量Ｆsに近い場合でも、圧力Ｐが圧力上限値Ｐmaxに到達する前に圧縮運転する圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの台数を減少させることができる。この結果、タンク１６内の圧力Ｐが圧力上限値Ｐmax付近となった状態で圧縮運転を行う時間を短縮することができ、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの負荷を軽減して消費電力を低減することができる。また、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転台数を増減させることによって、複数台の圧縮機１２Ａ〜１２Ｃによる吐出容量の時間平均値を制御することができる。
【０１２２】
さらに、圧縮空気の消費流量Ｆcによらず、各圧縮機１２Ａ〜１２Ｃが圧縮運転を開始した後に、再度圧縮運転を開始するまでの運転周期（運転頻度）をほぼ一定にすることができる。このため、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転頻度に基づいて、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃのメンテナンス時期や部品の寿命等を容易に判別することができる。
【０１２３】
また、例えば圧縮空気の消費流量が変化したとき等には、圧縮運転する圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの台数を減少させた後に、予測した停止時間Ｔbが経過するよりも前にタンク１６内の圧力Ｐが圧力下限値Ｐminまで低下することがある。この場合、制御回路２２は、予測した停止時間Ｔbと実際の停止時間Ｔb′との間の誤差時間Ｅrを計測し、例えば誤差時間Ｅrを加算して次回の時間しきい値Ｔsを補正することができる。これにより、停止時間Ｔbの予測誤差が生じても、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの圧縮運転と圧縮停止の頻度がばらつくことがなく、運転頻度を一定にすることができる。このため、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転頻度に基づいて圧縮機のメンテナンス時期や部品の寿命等を判別するときでも、高精度にメンテナンス時期等を判別することができる。
【０１２４】
なお、第２の実施の形態では、図１１中のステップ６５，６９が運転台数増加手段の具体例を示し、図１０中のステップ４９が圧力増加率演算手段の具体例を示し、ステップ５０，５１が停止時間予測手段の具体例を示し、図１１中のステップ５６〜６０が運転台数減少手段の具体例を示し、ステップ５５，６６，６７が時間しきい値補正手段の具体例を示している。
【０１２５】
次に、図１８ないし図２１は本発明の第３の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、制御回路は、運転時間が規定時間よりも短いときには圧縮運転する圧縮機の台数を維持する構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前述した第２の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【０１２６】
図１８において、３１は第３の実施の形態による空気圧縮装置を示し、該空気圧縮装置３１は、第２の実施の形態による空気圧縮装置１１とほぼ同様に、３台の圧縮機１２Ａ〜１２Ｃ、制御回路３２等を用いて構成されている。また、制御回路３２（制御手段）は、第２の実施の形態による制御回路２２とほぼ同様に構成され、運転タイマ３２Ａおよび停止タイマ３２Ｂを備えている。但し、制御回路３２は、運転制御処理の一部が制御回路２２とは異なっている。
【０１２７】
具体的には、制御回路３２による運転制御処理では、図１９に示すように、ステップ５６とステップ５７との間に、運転時間Ｔaが予め決められた規定時間Ｃよりも短時間（Ｔa＜Ｃ）か否かを判定するステップ８１が設けられている。そして、ステップ８１で「ＹＥＳ」と判定したときには、運転時間Ｔaが規定時間Ｃよりも短時間となっている。このため、運転時間Ｔaと停止時間Ｔbとの加算時間が時間しきい値Ｔsよりも長時間となったときでも、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転台数を減少させる処理等（ステップ５７〜６０）を行わず、そのままステップ７２に移行する。
【０１２８】
一方、ステップ８１で「ＮＯ」と判定したときには、運転時間Ｔaが規定時間Ｃよりも長時間となっている。このため、第２の実施の形態と同様に、ステップ５７〜６０の処理を行い、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転台数を減少させる。
【０１２９】
ここで、規定時間Ｃは、例えば圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転台数を増加させるときに発生する突入電流と消費電力との関係に基づいて設定されている。突入電流は、通常（定常時）に電動モータ１３Ａ〜１３Ｃに供給する駆動電流に比べて、数倍程度大きな電流となる（図２０参照）。一方、圧縮空気の消費流量Ｆcが非常に少ない場合（例えば１０％以下）や、供給流量Ｆsの倍数を僅かに超える場合（例えば３４〜４４％、６７〜７７％）には、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転台数を増加させても、直ぐに運転台数を減少させることになる。この場合、消費電力に対する突入電流の影響が大きくなり、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転を継続した場合に比べて、消費電力が増加する（図２１参照）。そこで、本実施の形態では、規定時間Ｃは、突入電流に基づく消費電力の増大を防止するために設定されたものであり、運転時間Ｔaの最低限の継続時間となっている。これにより、運転時間Ｔaを規定時間Ｃ以上に確保することができ、消費電力に対する突入電流の影響を軽減することができる。
【０１３０】
なお、ステップ８１を除いた他の処理部分（ステップ４１〜７３）は第２の実施の形態による運転制御処理と同一である。
【０１３１】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、制御回路３２は、運転時間Ｔaが規定時間Ｃよりも短いときには圧縮運転する圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの台数を維持する。これにより、運転時間Ｔaが規定時間Ｃよりも短時間となる場合には、運転時間Ｔaと停止時間Ｔbとの加算時間（圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転周期）は、時間しきい値Ｔsよりも長くなるものの、突入電流による消費電力の増大や電磁開閉器の損傷を防止することができる。
【０１３２】
なお、第３の実施の形態では、図１９中のステップ５６〜６０およびステップ８１が運転台数減少手段の具体例を示している。
【０１３３】
また、第３の実施の形態では、第２の実施の形態と同様に、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転台数を増加、減少させる制御回路３２に対して、運転時間Ｔaを規定時間Ｃよりも長時間確保する構成を適用するものとした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば第１の実施の形態と同様に、１台の圧縮機を起動、停止させる制御回路に対して、運転時間Ｔaを規定時間Ｃよりも長時間確保する構成を適用する構成としてもよい。この場合、例えば図２中の運転制御処理のうちステップ１４とステップ１５との間に、第３の実施の形態によるステップ８１と同様に、運転時間Ｔaが予め決められた規定時間Ｃよりも短時間（Ｔa＜Ｃ）か否かを判定する処理を設ける。そして、運転時間Ｔaが規定時間Ｃよりも短いときには、そのまま圧縮機１の運転を継続してステップ３０に移行し、運転時間Ｔaが規定時間Ｃよりも長いときには、ステップ１５〜１８の処理を行い、圧縮機１を停止するものである。
【０１３４】
また、前記第２，第３の実施の形態による空気圧縮装置では、３台の圧縮機１２Ａ〜１２Ｃを備える構成としたが、２台の圧縮機を備える構成としてもよく、４台以上の圧縮機を備える構成としてもよい。
【０１３５】
また、前記各実施の形態では、初期時間しきい値Ｔ0（時間しきい値Ｔs）は電磁開閉器４，１５Ａ〜１５Ｃの切換え回数の寿命および空気圧縮機１，１２Ａ〜１２Ｃのメンテナンス時間に基づいて決定するものとした。しかし、本発明はこれに限らず、時間しきい値は、圧縮機を起動するときの突入電流、電動モータのＯＮ／ＯＦＦ頻度、寿命、故障率および空気圧縮装置のメンテナンス時間（メンテナンス周期）に基づいて決定する構成としてもよい。
【０１３６】
また、前記各実施の形態による空気圧縮装置では、消費流量Ｆc、停止時間Ｔbの演算に用いる圧縮空気の温度Ｔは、通常時の圧縮空気の平均温度等によって予め設定しておくものとした。しかし、本発明はこれに限らず、例えばタンクに圧縮空気の温度を検出する温度センサを設け、該温度センサの検出温度を用いて消費流量Ｆc、停止時間Ｔbを演算する構成としてもよい。
【０１３７】
また、前記各実施の形態では、圧縮機本体３，１４Ａ〜１４Ｃ（電動モータ２，１３Ａ〜１３Ｃ）を駆動して圧縮運転を行い、圧縮機本体３，１４Ａ〜１４Ｃを停止して圧縮停止する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えばレシプロ型のようにアンロード運転が可能な圧縮機においては、ロード運転を行って圧縮運転を行い、アンロード運転を行って圧縮停止する構成としてもよい。
【０１３８】
さらに、前記各実施の形態では、圧縮空気を吐出する圧縮機１，１２Ａ〜１２Ｃに適用するものとしたが、例えば冷媒を圧縮する冷媒圧縮機等のように、他の圧縮流体を吐出する圧縮機に適用してもよく、圧縮機として液体等の流体ポンプに適用する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】本発明の第１の実施の形態による空気圧縮機を示す全体構成図である。
【図２】図１中の空気圧縮機に用いる運転制御処理を示す流れ図である。
【図３】運転制御処理を示す図２に続く流れ図である。
【図４】圧縮停止に切換えたときの圧力のデータの書換えを示す説明図である。
【図５】消費流量の比率、タンク内の圧力、圧縮機のＯＮ／ＯＦＦ、タイマ動作の時間変化を示す特性線図である。
【図６】消費流量の比率と圧縮機の停止圧力との関係を示す特性線図である。
【図７】消費流量の比率と消費電力との関係を示す特性線図である。
【図８】消費流量の比率と圧縮機の運転周期との関係を示す特性線図である。
【図９】第２の実施の形態による空気圧縮装置を示す全体構成図である。
【図１０】図９中の空気圧縮装置に用いる運転制御処理を示す流れ図である。
【図１１】運転制御処理を示す図１０に続く流れ図である。
【図１２】消費流量の比率が１／３よりも小さい場合に、タンク内の圧力、圧縮機のＯＮ／ＯＦＦ、タイマ動作の時間変化を示す特性線図である。
【図１３】消費流量の比率が１／３から２／３の間にある場合に、タンク内の圧力、圧縮機のＯＮ／ＯＦＦ、タイマ動作の時間変化を示す特性線図である。
【図１４】消費流量の比率が２／３から３／３の間にある場合に、タンク内の圧力、圧縮機のＯＮ／ＯＦＦ、タイマ動作の時間変化を示す特性線図である。
【図１５】消費流量の比率が途中で変化した場合に、タンク内の圧力、圧縮機のＯＮ／ＯＦＦ、タイマ動作の時間変化を示す特性線図である。
【図１６】消費流量の比率と消費電力との関係を示す特性線図である。
【図１７】消費流量の比率と圧縮機の運転周期との関係を示す特性線図である。
【図１８】第３の実施の形態による空気圧縮装置を示す全体構成図である。
【図１９】図１８中の空気圧縮装置に用いる運転制御処理を示す図１１と同様な流れ図である。
【図２０】電動モータの駆動電流の時間変化を示す特性線図である。
【図２１】消費流量の比率と消費電力、運転周期との関係を示す特性線図である。
【符号の説明】
【０１４０】
１ 空気圧縮機
２，１３Ａ〜１３Ｃ 電動モータ
３，１４Ａ〜１４Ｃ 圧縮機本体
４，１５Ａ〜１５Ｃ 電磁開閉器
５，１６ タンク
８，２１ 圧力センサ（圧力検出手段）
９，２２，３２ 制御回路（制御手段）
９Ａ，２２Ａ，３２Ａ 運転タイマ
９Ｂ，２２Ｂ，３２Ｂ 停止タイマ
１１，３１ 空気圧縮装置
１２Ａ〜１２Ｃ 圧縮機
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばタンクに対して圧縮空気等の圧縮流体を供給する圧縮機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、圧縮機による圧縮空気を貯留するタンクと、該タンク内の圧力を計測する圧力センサと、圧力センサによる圧力検出値に基づいて圧縮機を制御する制御回路を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この場合、制御回路は、圧力検出値が圧力上限値よりも高くなったときに圧縮機の圧縮運転を停止（圧縮停止）し、圧力検出値が圧力下限値よりも低くなったときに圧縮機の圧縮運転を再開する構成となっていた。これにより、タンク内の圧力に応じて圧縮機の圧縮運転と圧縮停止とを切換えて、タンク内の圧力を調整していた。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７-１２０４９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した従来技術では、タンク内の圧力検出値と制御圧力値（圧力上限値、圧力下限値）とを比較して圧縮機の圧縮運転と圧縮停止とを制御していた。このため、例えば圧縮空気の消費流量が非常に少ないにも拘らず、検出圧力値が圧力下限値まで低下すると、圧力上限値に到達するまで圧縮運転を行うことになり、無駄な電力を消費していた。
【０００５】
また、特許文献１には、タンク内の圧力変化に基づいて圧力検出値が圧力上限値に到達するまでの時間を予測すると共に、この予測した時間と予め設定された時間しきい値とを比較して、圧縮機の運転／停止を制御する構成が開示されている。しかし、この従来技術では、圧縮空気の消費流量と圧縮機が供給する供給流量とが近い場合には、タンク内の圧力変化が小さくなることから、圧力検出値が圧力上限値付近に到達するまで圧縮機を停止することができず、消費電力を低減する効果（省エネ効果）が得られないという問題がある。
【０００６】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、圧縮機の運転頻度が一定となるように制御し、消費電力を低減することができる圧縮機の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、流体を圧縮して吐出する圧縮機と、該圧縮機による圧縮流体を貯留するタンクと、該タンク内の圧力を検出する圧力検出手段と、該圧力検出手段により検出された前記タンク内の圧力に応じて、前記圧縮機の圧縮運転と圧縮停止とを切換え制御する制御手段とを備えてなる圧縮機の制御装置において、前記制御手段は、前記圧縮機の稼動時間内で複数回繰り返される圧縮運転と圧縮停止の運転周期の平均周期が所定の時間しきい値に収束するように制御することを特徴としている。
【０００８】
請求項２の発明は、流体を圧縮して吐出する圧縮機と、該圧縮機による圧縮流体を貯留するタンクと、該タンク内の圧力を検出する圧力検出手段と、該圧力検出手段により検出された前記タンク内の圧力に応じて、前記圧縮機の圧縮運転と圧縮停止とを切換え制御する制御手段とを備えてなる圧縮機の制御装置において、前記制御手段は、前記圧力検出手段によって検出された前記タンク内の圧力が所定の圧力下限値まで低下したときに、前記圧縮機の圧縮運転を開始する圧縮運転開始手段と、前記圧縮機の圧縮運転中に前記圧力検出手段によって検出された前記タンク内の圧力の単位時間当たりの増加率を演算する圧力増加率演算手段と、該圧力増加率演算手段によって演算した圧力の増加率に基づいて、現在の前記圧縮機を圧縮停止に切換えたときに、前記タンク内の圧力が前記圧力下限値まで低下するまでの停止時間を予測する停止時間予測手段と、該停止時間予測手段によって予測した停止時間に現在までの運転時間を加算して、この加算時間が所定の時間しきい値に到達したときに、前記圧縮機を圧縮停止に切換える圧縮停止切換手段と、前記停止時間予測手段によって予測した停止時間と実際の停止時間との間の誤差時間を計測し、該誤差時間を用いて次回の時間しきい値を補正する時間しきい値補正手段とを備える構成としたことを特徴としている。
【０００９】
請求項３の発明は、流体を圧縮して吐出する複数台の圧縮機と、該複数台の圧縮機による圧縮流体を貯留するタンクと、該タンク内の圧力を検出する圧力検出手段と、該圧力検出手段により検出された前記タンク内の圧力に応じて、圧縮運転する前記圧縮機の台数を増加、減少させて運転台数を制御する制御手段とを備えてなる圧縮機の制御装置において、前記制御手段は、前記圧力検出手段によって検出された前記タンク内の圧力が所定の圧力下限値まで低下したときに、圧縮運転する圧縮機の台数を増加させる運転台数増加手段と、前記圧縮機の圧縮運転中に前記圧力検出手段によって検出された前記タンク内の圧力の単位時間当たりの増加率を演算する圧力増加率演算手段と、該圧力増加率演算手段によって演算した圧力の増加率に基づいて、現在の圧縮運転する圧縮機の台数を減少させたときに、前記タンク内の圧力が前記圧力下限値まで低下するまでの停止時間を予測する停止時間予測手段と、該停止時間予測手段によって予測した停止時間に現在までの運転時間を加算して、この加算時間が所定の時間しきい値に到達したときに、圧縮運転する圧縮機の台数を減少させる運転台数減少手段と、前記停止時間予測手段によって予測した停止時間と実際の停止時間との間の誤差時間を計測し、該誤差時間を用いて次回の時間しきい値を補正する時間しきい値補正手段とを備える構成としたことを特徴としている。
【００１０】
請求項４の発明では、前記圧縮機は、駆動源となる電動モータと、該電動モータの運転と停止を切換える電磁開閉器とを備え、前記時間しきい値は、該電磁開閉器の切換え回数に基づいて決定する構成としている。
【００１１】
請求項５の発明では、前記圧縮停止切換手段は、前記時間しきい値よりも短時間の規定時間と前記運転時間とを比較し、前記運転時間が規定時間よりも短いときには前記圧縮機の圧縮運転を継続し、前記運転時間が規定時間を越えたときには前記加算時間に基づいて前記圧縮機を圧縮停止に切換える構成としている。
【００１２】
請求項６の発明では、前記運転台数減少手段は、前記時間しきい値よりも短時間の規定時間と前記運転時間とを比較し、前記運転時間が規定時間よりも短いときには圧縮運転する圧縮機の台数を維持し、前記運転時間が規定時間を越えたときには前記加算時間に基づいて圧縮運転する圧縮機の台数を減少させる構成としている。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、制御手段は、圧縮機の稼動時間内で圧縮運転と圧縮停止とが複数回繰り返されるときには、圧縮運転と圧縮停止からなる運転周期の平均周期（平均時間）が所定の時間しきい値に収束するように制御する。これにより、例えば圧縮流体の消費流量が非常に少ない場合や圧縮流体の消費流量が圧縮機の供給流量に近い場合でも、検出圧力値が圧力上限値に到達する前に圧縮機を圧縮停止に切換えることができる。この結果、タンク内の圧力が圧力上限値付近となった状態で圧縮運転を行う時間を短縮することができ、圧縮機の負荷を軽減して消費電力を低減することができる。また、運転周期（運転頻度）の平均値をほぼ一定にすることができるから、圧縮機の運転頻度に基づいて、圧縮機のメンテナンス時期や部品の寿命等を容易に判別することができる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、停止時間予測手段は、圧力の増加率に基づいて、運転中の圧縮機を圧縮停止に切換えたときに、タンク内の圧力が圧力下限値（運転再開する圧力値）まで低下するまでの停止時間を予測する。そして、圧縮停止切換手段は、予測した停止時間に現在までの運転時間を加算して、この加算時間が所定の時間しきい値に到達したときに、圧縮機を圧縮停止に切換える。このため、運転時間と停止時間とを加算した加算時間が一定となるように圧縮機を制御することができる。これにより、例えば圧縮流体の消費流量が非常に少ない場合や圧縮流体の消費流量が圧縮機の供給流量に近い場合でも、検出圧力値が圧力上限値に到達する前に圧縮機を圧縮停止に切換えることができる。この結果、タンク内の圧力が圧力上限値付近となった状態で圧縮運転を行う時間を短縮することができ、圧縮機の負荷を軽減して消費電力を低減することができる。
【００１５】
また、本発明では、圧縮流体の消費流量によらず、圧縮機が圧縮運転を開始した後に、再度圧縮運転を開始するまでの運転周期（運転頻度）をほぼ一定にすることができる。このため、圧縮機の運転頻度に基づいて、圧縮機のメンテナンス時期や部品の寿命等を容易に判別することができる。
【００１６】
また、例えば圧縮停止切換手段によって圧縮機を圧縮停止に切換えた後に圧縮流体の消費量が増えたとき等には、予測した停止時間が経過するよりも前にタンク内の圧力が圧力下限値まで低下することがある。この場合、時間しきい値補正手段は、予測した停止時間と実際の停止時間との間の誤差時間を計測し、例えば誤差時間を加算して次回の時間しきい値を補正することができる。これにより、停止時間の予測誤差が生じても、圧縮機の圧縮運転と圧縮停止の頻度がばらつくことがなく、運転頻度を一定にすることができる。このため、圧縮機の運転頻度に基づいて圧縮機のメンテナンス時期や部品の寿命等を判別するときでも、高精度にメンテナンス時期等を判別することができる。
【００１７】
請求項３の発明によれば、停止時間予測手段は、圧力の増加率に基づいて、圧縮運転する圧縮機の台数を減少させたときに、タンク内の圧力が圧力下限値（運転再開する圧力値）まで低下するまでの停止時間を予測する。そして、運転台数減少手段は、予測した停止時間に現在までの運転時間を加算して、この加算時間が所定の時間しきい値に到達したときに、圧縮運転する圧縮機の台数を減少させる。このため、運転時間と停止時間とを加算した加算時間が一定となるように、圧縮運転する圧縮機の台数を制御することができる。
【００１８】
これにより、例えば圧縮流体の消費流量が非常に少ない場合や圧縮流体の消費流量が圧縮機の供給流量に近い場合でも、検出圧力値が圧力上限値に到達する前に圧縮運転する圧縮機の台数を減少させることができる。この結果、タンク内の圧力が圧力上限値付近となった状態で圧縮運転を行う時間を短縮することができ、圧縮機の負荷を軽減して消費電力を低減することができる。また、圧縮機の運転台数を増減させることによって、複数台の圧縮機による吐出容量の時間平均値を制御することができる。
【００１９】
また、本発明では、圧縮流体の消費流量によらず、圧縮機が圧縮運転を開始した後に、再度圧縮運転を開始するまでの運転周期（運転頻度）をほぼ一定にすることができる。このため、圧縮機の運転頻度に基づいて、圧縮機のメンテナンス時期や部品の寿命等を容易に判別することができる。
【００２０】
また、例えば運転台数減少手段によって圧縮運転する圧縮機の台数を減少させた後に圧縮流体の消費量が増えたとき等には、予測した停止時間が経過するよりも前にタンク内の圧力が圧力下限値まで低下することがある。この場合、時間しきい値補正手段は、予測した停止時間と実際の停止時間との間の誤差時間を計測し、例えば誤差時間を加算して次回の時間しきい値を補正することができる。これにより、停止時間の予測誤差が生じても、圧縮機の圧縮運転と圧縮停止の頻度がばらつくことがなく、運転頻度を一定にすることができる。このため、圧縮機の運転頻度に基づいて圧縮機のメンテナンス時期や部品の寿命等を判別するときでも、高精度にメンテナンス時期等を判別することができる。
【００２１】
請求項４の発明によれば、時間しきい値は電磁開閉器の切換え回数に基づいて決定している。ここで、本発明では、圧縮流体の消費流量によらず、圧縮機が圧縮運転を開始した後に、再度圧縮運転を開始するまでの運転周期（起動頻度）をほぼ一定にする。一方、電磁開閉器の電気的または機械的な寿命は、一般的に電磁開閉器の切換え回数によって決まる。このため、例えば圧縮機のメンテナンス時間が予め決められているときには、メンテナンス時間を寿命までの切換え回数で割った値よりも圧縮機の運転周期を長くするのが好ましい。これにより、電磁開閉器が寿命となる前に圧縮機のメンテナンスを行うことができ、電磁開閉器の損傷や故障を未然に防止することができる。
【００２２】
請求項５の発明によれば、圧縮停止切換手段は、運転時間と規定時間とを比較して圧縮機の圧縮運転を継続するか否かを決定する。ここで、電磁開閉器による給電の切換えに基づいて圧縮機の圧縮運転と圧縮停止とを切換える場合には、圧縮機の起動時（圧縮停止から圧縮運転への切換時）に突入電流が発生すると共に、この突入電流は通常（定常時）の駆動電流よりも大きくなる傾向がある。このため、例えば圧縮流体の消費流量が非常に少ないときのように、圧縮機の運転時間が短時間となる場合には、時間しきい値のみに基づいて圧縮機を圧縮停止に切換えると、突入電流の影響によって消費電力の増大や電磁開閉器の損傷が生じることがある。これに対し、本発明では、圧縮停止切換手段は、運転時間が規定時間よりも短いときには圧縮機の圧縮運転を継続する。これにより、運転時間と停止時間との加算時間（圧縮機の運転周期）は時間しきい値よりも長くなるものの、突入電流による消費電力の増大や電磁開閉器の損傷を防止することができる。
【００２３】
請求項６の発明によれば、運転台数減少手段は、運転時間と規定時間とを比較して圧縮運転する圧縮機の台数を維持するか否かを決定する。ここで、電磁開閉器による給電の切換えに基づいて圧縮機の圧縮運転と圧縮停止とを切換えて、圧縮機の運転台数を増加、減少させる場合には、圧縮機の起動時（圧縮停止から圧縮運転への切換時）に突入電流が発生すると共に、この突入電流は通常（定常時）の駆動電流よりも大きくなる傾向がある。このため、例えば圧縮流体の消費流量が非常に少ないときのように、圧縮機の運転時間が短時間となる場合には、時間しきい値のみに基づいて圧縮機を圧縮停止に切換えると、突入電流の影響によって消費電力の増大や電磁開閉器の損傷が生じることがある。これに対し、本発明では、運転台数減少手段は、運転時間が規定時間よりも短いときには圧縮運転する圧縮機の台数を維持する。これにより、運転時間と停止時間との加算時間（圧縮機の運転周期）は時間しきい値よりも長くなるものの、突入電流による消費電力の増大や電磁開閉器の損傷を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態による圧縮機として圧縮空気を吐出する空気圧縮機を例に挙げて、添付図面に従って詳細に説明する。
【００２５】
まず、図１ないし図８は第１の実施の形態を示している。図１において、１は空気を圧縮して吐出する空気圧縮機を示し、空気圧縮機１は、駆動源としての電動モータ２と、該電動モータ２によって駆動される圧縮機本体３とを備えている。ここで、圧縮機本体３は、例えばレシプロ型、スクリュウ型、スクロール型等の各種の圧縮機構によって構成されている。
【００２６】
また、電動モータ２と電源との間には電磁開閉器４が設けられている。そして、電磁開閉器４は、そのＯＮ／ＯＦＦに応じて、電動モータ２に対する電力の供給／停止を切換える。これにより、電動モータ２は、電磁開閉器４によって、運転と停止とが切換わる構成となっている。
【００２７】
５は圧縮機本体３の吐出側に接続されたタンクで、該タンク５は、圧縮機本体３から吐出された圧縮空気を貯留する。また、タンク５には、取出し弁６を備えた出力配管７が取付けられている。これにより、タンク５は、出力配管７を介して外部の空圧機器（図示せず）に接続されると共に、取出し弁６を開弁することによって該空圧機器に向けて圧縮空気を供給するものである。
【００２８】
８はタンク５に接続された圧力検出手段としての圧力センサで、該圧力センサ８は、タンク５内の圧縮空気の圧力Ｐを検出し、圧力Ｐに応じた圧力信号を出力する。
【００２９】
９は空気圧縮機１の圧縮運転と圧縮停止とを切換えて空気圧縮機１の吐出容量を制御する制御手段としての制御回路で、該制御回路９は、圧力センサ８および電磁開閉器４に接続されている。また、制御回路９には、例えば圧縮機本体３が供給する圧縮空気の供給流量Ｆs（ＮＬ／ｓ）、タンク５の容量Ｖ（Ｌ）、初期時間しきい値Ｔ0（ｓ）、タンク５内の圧力下限値Ｐmin（ＭＰａ）と圧力上限値Ｐmax（ＭＰａ）、圧縮空気の温度Ｔとして通常時の圧縮空気の平均温度等が予め記憶されている。このとき、圧力下限値Ｐminは、圧縮運転を再開するために予め設定されたタンク５内の圧力値である。一方、圧力上限値Ｐmaxは、圧縮運転を停止するために予め設定されたタンク５内の圧力値である。さらに、制御回路９は運転タイマ９Ａと停止タイマ９Ｂとを備えている。そして、運転タイマ９Ａは、空気圧縮機１が起動する毎に起動開始からの運転時間Ｔaを計測する。一方、停止タイマ９Ｂは、空気圧縮機１が停止する毎に停止から再起動するまでの実際の停止時間Ｔbを計測する。
【００３０】
そして、制御回路９は、後述する運転制御処理を行い、タンク５内の圧力Ｐに基づいて電磁開閉器４のＯＮ／ＯＦＦを制御する。これにより、制御回路９は、電動モータ２の運転と停止とを切換えることによって、空気圧縮機１の圧縮運転と圧縮停止とを切換える構成となっている。
【００３１】
本実施の形態による空気圧縮機１は上述の如き構成を有するもので、次に、図１ないし図４を参照しつつ、タンク５の圧力Ｐ等に応じて圧縮運転と圧縮停止とを切換える運転制御処理について説明する。
【００３２】
ここで、空気圧縮機１の制御フェーズＳ（制御状態）をタンク５の圧力Ｐ等に応じて次の３つに分ける。即ち、例えば空気圧縮機１を最初に起動したときのように、タンク５の圧力Ｐが圧力下限値Ｐminよりも低い場合には、制御フェーズＳを１とする。タンク５の圧力Ｐが圧力上限値Ｐmaxと圧力下限値Ｐminとの間の値となり、かつ空気圧縮機１が運転している場合には、制御フェーズＳを２とする。タンク５の圧力Ｐが圧力上限値Ｐmaxと圧力下限値Ｐminとの間の値となり、かつ空気圧縮機１が停止している場合には、制御フェーズＳを３とする。また、誤差時間Ｅrの初期値は０に設定されているものとする。
【００３３】
そして、ステップ１では、制御フェーズＳを１に設定する（Ｓ＝１）。次に、ステップ２では、圧力センサ８からの圧力信号を用いて、一定のサンプリング周期（例えば２００ｍｓ）で現在のタンク５内の圧力Ｐ(t)を計測する。
【００３４】
次に、ステップ３では、制御フェーズＳが１か否かを判定する。ステップ３で「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ４に移って、タンク５内の圧力Ｐ(t)が圧力下限値Ｐminよりも低いか否かを判定する。そして、ステップ４で「ＹＥＳ」と判定したときには、タンク５内の圧力Ｐ(t)が圧力下限値Ｐminよりも低下しているから、ステップ５に移って圧縮機１の運転を開始した後、後述のステップ３０に移行する。
【００３５】
一方、ステップ４で「ＮＯ」と判定したときには、タンク５内の圧力Ｐ(t)が圧力下限値Ｐminよりも上昇しているから、ステップ６に移って制御フェーズＳを２に設定する（Ｓ＝２）。また、ステップ７では、運転タイマ９Ａを初期化した後に、スタートさせる。その後、後述のステップ３０に移行する。
【００３６】
また、ステップ３で「ＮＯ」と判定したときには、制御フェーズＳは２または３のいずれかであるから、ステップ８に移って、タンク５内の圧力Ｐ(t)が単位時間前（例えば１秒前）の圧力Ｐ(t-1)よりも高いか否かを判定する。そして、ステップ８で「ＹＥＳ」と判定したときには、タンク５内の圧力Ｐ(t)が上昇しているから、制御フェーズＳは２に該当するものと考えられる。
【００３７】
このため、ステップ９に移って、以下の数１の式に示すように、現在の圧力Ｐ(t)と１秒前の圧力Ｐ(t-1)との差を演算し、圧力変化値ΔＰ（ＭＰa／ｓ）を求める。なお、圧力Ｐ(t-1)として例えば前回のサンプリングで取得した２００ｍｓ前の圧力を用いてもよい。この場合、圧力Ｐ(t)と圧力Ｐ(t-1)との差分をサンプリング周期（２００ｍｓ）で割ることによって、単位時間（１秒）当たりの圧力変化値ΔＰ（ＭＰa／ｓ）を求めることができる。但し、サンプリング周期が短い場合には、タンク５内の圧力の変化量が小さくなるため、誤差が生じ易い傾向がある。
【００３８】
【数１】
【００３９】
また、圧縮機１の圧縮運転を停止した直後（例えば２００ｍｓ後）は、圧力Ｐ(t)は低下しているにも拘らず、１秒前の圧力Ｐ(t-1)よりも高くなる場合がある。この場合、ステップ８で制御フェーズＳを誤って判断する可能性がある。このため、本実施の形態では、図４に示すように、圧縮機１の圧縮運転を停止したときには、予め蓄積した１秒前までの圧力のデータを現在の圧力Ｐ(t)に書換える。具体的には、例えば後述のステップ１８，２２で、制御フェーズＳを２から３に切換えるときには、予め蓄積した１秒前までの圧力のデータを現在の圧力Ｐ(t)に書換える。これにより、ステップ８で制御フェーズＳの誤認識が生じるのを防止している。
【００４０】
次に、ステップ１０では、タンク５から外部に供給されている圧縮空気の消費流量Ｆc（ＮＬ／ｓ）を演算する。具体的には、以下の数２の式に示すように、例えば理想気体の状態方程式が用いられ、圧縮機本体３の供給流量Ｆs（ＮＬ／ｓ）、タンク５の容量Ｖ（Ｌ）、圧力変化値ΔＰ（ＭＰa／ｓ）、気体定数Ｒ、温度Ｔに基づいて、圧縮空気の消費流量Ｆc（ＮＬ／ｓ）が算出される。
【００４１】
【数２】
【００４２】
次に、ステップ１１では、運転中の圧縮機本体３を仮に停止した場合に、現在の圧力Ｐ(t)から圧力下限値Ｐminまで圧力が低下するまでの停止時間Ｔb（ｓ）を演算する。具体的には、以下の数３の式に示すように、現在の圧力Ｐ(t)と圧力下限値Ｐminとの圧力差（ＭＰa）、タンク５の容量Ｖ（Ｌ）、気体定数Ｒ、温度Ｔ、圧縮空気の消費流量Ｆc（ＮＬ／ｓ）に基づいて、停止時間Ｔb（ｓ）が算出される。
【００４３】
【数３】
【００４４】
次に、ステップ１２では、圧縮機本体３が起動開始してから現在までの運転時間Ｔa（ｓ）を運転タイマ９Ａが計時した値から取得する。
【００４５】
次に、ステップ１３では、初期時間しきい値Ｔ0に後述の誤差時間Ｅrを加算して、時間しきい値Ｔsを補正する。これにより、時間しきい値Ｔsは、予め設定された初期時間しきい値Ｔ0に比べて、誤差時間Ｅrの分だけ延長または短縮される。
【００４６】
ここで、初期時間しきい値Ｔ0（時間しきい値Ｔs）は、電磁開閉器４の切換え回数に基づいて決定している。具体的には、空気圧縮機１のメンテナンス時間が予め決められているときには、メンテナンス時間を電磁開閉器４が寿命となるまでの切換え回数で割った値よりも大きな値となるように、初期時間しきい値Ｔ0は設定されている。例えば、空気圧縮機１のメンテナンス時間を１００００時間とし、電気的または機械的寿命となる電磁開閉器４の切換え回数が２００万回とすると、このメンテナンス時間を切換え回数で割った値は１８秒となる。このため、実験的に求めた停止時間Ｔbの誤差マージン（例えば２秒）を考慮して、初期時間しきい値Ｔ0は例えば２０秒に設定されている。
【００４７】
次に、ステップ１４では、運転時間Ｔaと停止時間Ｔbとの加算時間が時間しきい値Ｔsよりも大きいか否かを判定する。そして、ステップ１４で「ＹＥＳ」と判定したときには、運転時間Ｔaと停止時間Ｔbとの加算時間が時間しきい値Ｔsよりも長時間となっているから、圧縮機本体３の運転頻度を一定に保つために、現在運転中の圧縮機本体３を停止する必要がある。このため、ステップ１５で運転タイマ９Ａを停止すると共に、運転タイマ９Ａをリセットする。そして、ステップ１６で電磁開閉器４をＯＦＦに切換えて電動モータ２を停止する。これにより、圧縮機本体３は運転を停止し、圧縮停止に切換わる。ステップ１６が終了すると、ステップ１７に移って、停止タイマ９Ｂをリセットした後に、停止タイマ９Ｂをスタートさせる。その後、ステップ１８に移って制御フェーズＳを３に設定し（Ｓ＝３）、圧力Ｐの蓄積データを書き換えた後に、ステップ３０に移行する。
【００４８】
一方、ステップ１４で「ＮＯ」と判定したときには、運転時間Ｔaと停止時間Ｔbとの加算時間が時間しきい値Ｔsよりも短時間となっているから、圧縮機本体３の運転頻度の観点では現在運転中の圧縮機本体３を停止する必要はない。このため、ステップ１９に移って現在の圧力Ｐ(t)が停止圧としての圧力上限値Ｐmax以上が否かを判定する。
【００４９】
そして、ステップ１９で「ＮＯ」と判定したときには、現在の圧力Ｐ(t)が圧力上限値Ｐmaxに到達しておらず、圧縮運転を停止する必要がないと考えられる。このため、現在の運転状態を維持して、後述のステップ３０に移行する。
【００５０】
一方、ステップ１９で「ＹＥＳ」と判定したときには、現在の圧力Ｐ(t)が圧力上限値Ｐmax以上に高圧になっており、圧縮機本体３を圧縮停止に切換える必要があると考えられる。このため、ステップ２０〜２２の処理を行い、圧縮機本体３の停止、停止タイマ９Ｂの初期化およびスタートを行い、制御フェーズＳを３に設定し（Ｓ＝３）、圧力Ｐの蓄積データを書き換える。その後、ステップ３０に移行する。
【００５１】
また、ステップ８で「ＮＯ」と判定したときには、タンク５内の圧力Ｐ(t)が下降しているから、制御フェーズＳは３に該当するものと考えられる。このため、ステップ２３に移って、タンク５内の圧力Ｐ(t)が復帰圧としての圧力下限値Ｐminよりも低下したか否かを判定する。そして、ステップ２３で「ＮＯ」と判定したときには、圧力Ｐ(t)は圧力下限値Ｐminよりも高く、タンク５に圧縮空気を補充する必要はないものと考えられる。このため、そのまま後述のステップ３０に移行する。
【００５２】
一方、ステップ２３で「ＹＥＳ」と判定したときには、圧力Ｐ(t)は圧力下限値Ｐminよりも低下して、タンク５内の圧縮空気が不足しているものと考えられる。このため、ステップ２４に移って圧縮機本体３が停止してから現在までの実際の停止時間Ｔb′（ｓ）を停止タイマ９Ｂが計時した値から取得する。
【００５３】
次に、ステップ２５では、ステップ１１で予測した停止時間Ｔbと実際の停止時間Ｔb′との差である誤差時間Ｅrを演算する。具体的には、以下の数４の式に示すように、予測した停止時間Ｔbと実際の停止時間Ｔb′との差に基づいて、誤差時間Ｅrを演算する。
【００５４】
【数４】
【００５５】
次に、ステップ２６では停止タイマ９Ｂを停止して、初期化する。そして、ステップ２７では、電磁開閉器４をＯＮに切換えて電動モータ２を駆動する。これにより、圧縮機本体３は圧縮運転を開始する。そして、ステップ２８では、運転タイマ９Ａを初期化した後に、スタートさせる。その後、ステップ２９では、制御フェーズＳを２に設定し、ステップ３０に移行する。
【００５６】
ステップ３０では、制御回路９に接続して設けられた停止スイッチ（図示せず）がＯＮとなっているか否かを判定する。そして、ステップ３０で「ＮＯ」と判定したときには、ステップ２以降の処理を繰り返す。
【００５７】
一方、ステップ３０で「ＹＥＳ」と判定したときには、停止スイッチがＯＮとなっているから、ステップ３１に移って電磁開閉器４をＯＦＦに切換えて電動モータ２を停止して、圧縮機本体３の圧縮運転を停止する。
【００５８】
次に、本実施の形態による運転制御処理を用いて空気圧縮機１を制御し、このときのタンク５内の圧力Ｐの時間変化を調べた。その結果を図５に示す。
【００５９】
図５に示すように、本実施の形態による運転制御処理では、運転時間Ｔaと停止時間Ｔbとの加算時間が時間しきい値Ｔsよりも短時間となるように、圧縮運転を圧縮停止に切換える。これにより、加算時間が時間しきい値Ｔsに到達する前に圧力Ｐが圧力上限値Ｐmaxに到達する場合のように、圧力Ｐの増加率が大きい場合を除いて、運転時間Ｔaと停止時間Ｔbとの加算時間は時間しきい値Ｔsとほぼ同じ値で一定となる。このため、圧力Ｐの増加率が小さいときでも、圧力Ｐが圧力上限値Ｐmaxに到達する前に圧縮停止に切換えることができる。この結果、全体的に圧力Ｐが低い領域、即ち消費電力が少ない領域で圧縮運転を行うことができる。
【００６０】
また、例えば図５に示すように、空気圧縮機１が圧縮運転を停止している間に、圧縮空気の消費量が増加した場合には、制御回路９によって予測した停止時間Ｔbが経過する以前にタンク５内の圧力Ｐが圧力下限値Ｐminまで低下する。この場合、空気圧縮機１が実際に停止した時間（実際の停止時間Ｔb′）が予測した停止時間Ｔbよりも短時間となるから、時間しきい値Ｔs（初期時間しきい値Ｔ0）によって設定した運転頻度よりも圧縮機本体３の運転頻度が高くなる傾向がある。
【００６１】
これに対し、本実施の形態では、空気圧縮機１を圧縮停止に切換えた後に、予測した停止時間Ｔbが経過するよりも前にタンク５内の圧力Ｐが圧力下限値Ｐminまで低下した場合には、制御回路９は、予測した停止時間Ｔbと実際の停止時間Ｔb′との間の誤差時間Ｅrを計測し、初期時間しきい値Ｔ0と誤差時間Ｅrとを加算して、次回の時間しきい値Ｔsを補正する。これにより、予測した停止時間Ｔbよりも実際の停止時間Ｔb′が短時間となるときでも、次回の時間しきい値Ｔsを誤差時間Ｅrの分だけ延長することができ、圧縮機本体３の運転頻度をほぼ一定に保つことができる。
【００６２】
次に、従来技術と同様な比較例による制御処理と、本実施の形態による運転制御処理とを比較した。その結果を図６ないし図８に示す。なお、図６ないし図８中の実線は、本実施の形態による運転制御処理を行った場合を示している。一方、図６ないし図８中の点線は、比較例による制御処理として、特許文献１と同様に、圧力下限値Ｐminに到達すると圧縮機の運転を開始し、圧力上限値Ｐmax付近に近付くと圧縮機を停止する場合を示している。
【００６３】
図６は供給流量Ｆsに対する消費流量Ｆcの比率Ｆ（％）（Ｆ＝Ｆc／Ｆs×１００）と空気圧縮機１が停止（圧縮停止）する圧力（停止圧力）との関係を示している。比較例による制御処理では、圧力上限値Ｐmaxに到達するよりも一定時間だけ前に圧縮機１を停止する構成となっている。ここで、消費流量Ｆcが圧縮機１の供給流量Ｆsに近付く（比率Ｆが１００に近付く）と、タンク５内の圧力Ｐの上昇率が低下する。このため、消費流量Ｆcが供給流量Ｆsに近付くに従って、停止圧力は圧力上限値Ｐmaxに近付く。この結果、比較例による制御処理を用いた場合、停止圧力Ｐs1は、以下の数５に示す１次比例の直線で表すことができ、消費流量Ｆcが供給流量Ｆsに近付く（比率Ｆが増加する）のに比例して高くなる。なお、制御定数Ａは、圧力上限値Ｐmaxに到達するよりも一定時間前に圧縮機１を停止するとき、この一定時間によって決まる定数である。
【００６４】
【数５】
【００６５】
これに対し、本実施の形態による運転制御処理を用いた場合、停止圧力Ｐs2は消費流量Ｆcに対して２次曲線で近似することができる。この２次曲線は、以下の数６に示すように、タンク５の容量Ｖおよび省エネ定数Ｂによって決定される。具体的には、タンク５の容量Ｖが大きいほど、また省エネ定数Ｂが小さいほど停止圧力を低くすることができる。なお、省エネ定数Ｂは、時間しきい値Ｔsによって決まる定数である。
【００６６】
【数６】
【００６７】
図７は圧縮空気の消費流量Ｆcと空気圧縮機１の消費電力との関係を示している。なお、図７は圧力と電力が一次比例する場合を例示している。この場合、比較例による制御処理を用いた場合、図６と同様に、消費流量Ｆcが供給流量Ｆsに近付くのに比例して、消費電力Ｐow1も増大する。これに対し、本実施の形態による運転制御処理を用いた場合、比較例に比べて、消費流量Ｆcの比率Ｆの全範囲に亘って消費電力Ｐow2が低くなる。この結果、消費電力Ｐow1と消費電力Ｐow2との差の分（図７中の斜線部分）だけ、本実施の形態では、比較例に比べて省エネ効果が得られることが分かる。また、消費流量Ｆcの比率Ｆが増加するに従って、本実施の形態による省エネ効果は大きくなる。
【００６８】
図８は圧縮空気の消費流量Ｆcと空気圧縮機１が起動して停止した後に再起動するまでの１周期分の時間（運転周期）との関係を示している。なお、図８は制御定数Ａ，Ｂはいずれも６０に設定した場合を例示している。比較例の場合、消費流量Ｆcが少ないときには空気圧縮機１が停止する時間が長くなり、消費流量Ｆcが多いときには、空気圧縮機１が運転する時間が長くなる。このため、消費流量Ｆc（比率Ｆ）が変化するのに従って、運転周期も変化し、特に消費流量Ｆcが少ないときおよび多いときに運転周期が長くなる傾向がある。このため、比較例の場合には、空気圧縮機１の運転周期が一定しないから、運転時間から適切なメンテナンス時間等を把握することが難しくなる。
【００６９】
これに対し、本実施の形態では、空気圧縮機１の運転周期の平均値（平均周期）は、消費流量Ｆcに関係なく常に一定となる。このため、顧客の消費流量Ｆcに関係なく、空気圧縮機１の運転時間から適切なメンテナンス時間および寿命を計算することができる。
【００７０】
かくして、本実施の形態によれば、制御回路９は、圧力Ｐの増加率に基づいて、運転中の空気圧縮機１を圧縮停止に切換えたときに、タンク５内の圧力Ｐが圧力下限値Ｐminまで低下するまでの停止時間Ｔbを予測する。そして、制御回路９は、停止時間Ｔbに現在までの運転時間Ｔaを加算して、この加算時間が時間しきい値Ｔsに到達したときに、空気圧縮機１を圧縮停止に切換える。このため、運転時間Ｔaと停止時間Ｔbとを加算した加算時間が一定となるにように空気圧縮機１を制御することができる。これにより、例えば圧縮空気の消費流量が非常に少ない場合や圧縮空気の消費流量が空気圧縮機１の供給流量に近い場合でも、検出圧力値Ｐ(t)が圧力上限値Ｐmaxに到達する前に空気圧縮機１を圧縮停止に切換えることができる。この結果、タンク５内の圧力Ｐが圧力上限値Ｐmax付近となった状態で圧縮運転を行う時間を短縮することができ、空気圧縮機１の負荷を軽減して消費電力を低減することができる。
【００７１】
また、時間しきい値Ｔsは電磁開閉器４の切換え回数に基づいて決定したから、メンテナンス時間を寿命となる電磁開閉器４の切換え回数で割った値よりも時間しきい値Ｔsを大きな値に設定することができる。これにより、電磁開閉器４が寿命となる前に空気圧縮機１のメンテナンスを行うことができ、電磁開閉器４の損傷や故障を未然に防止することができる。
【００７２】
さらに、制御回路９は、予測した停止時間Ｔbと実際の停止時間Ｔb′との間の誤差時間Ｅrを計測し、誤差時間Ｅrを加算して次回の時間しきい値Ｔsを補正する。これにより、停止時間Ｔbの予測誤差が生じても、空気圧縮機１の圧縮運転と圧縮停止の頻度がばらつくことがなく、運転頻度を一定にすることができる。このため、空気圧縮機１の運転頻度に基づいて空気圧縮機１のメンテナンス時期や部品の寿命等を判別するときでも、高精度にメンテナンス時期等を判別することができる。
【００７３】
なお、第１の実施の形態では、図３中のステップ２３，２７が圧縮運転開始手段の具体例を示し、図２中のステップ９が圧力増加率演算手段の具体例を示し、ステップ１０，１１が停止時間予測手段の具体例を示し、ステップ１４〜１８が圧縮停止切換手段の具体例を示し、図２、図３中のステップ１３，２４，２５が時間しきい値補正手段の具体例を示している。
【００７４】
次に、図９ないし図１７は本発明の第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、圧縮運転する圧縮機の台数を増加、減少させて圧縮空気の吐出容量を制御する制御回路に関して、圧縮機の運転頻度が一定となるように制御する構成としたしたことにある。なお、第２の実施の形態では、タンクに対して個別に圧縮空気を供給する３台の圧縮機を備えた空気圧縮装置を例に挙げて説明する。
【００７５】
図９において、１１は３台の圧縮機１２Ａ〜１２Ｃ、制御回路２２等によって構成された空気圧縮装置を示している。ここで、圧縮機１２Ａは、駆動源としての電動モータ１３Ａと、該電動モータ１３Ａによって駆動される圧縮機本体１４Ａとによって構成されている。また、他の圧縮機１２Ｂ，１２Ｃも、圧縮機１２Ａと同様に、電動モータ１３Ｂ，１３Ｄ、圧縮機本体１４Ｂ，１４Ｃによってそれぞれ構成されている。そして、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃは、全て同じ供給流量Ｆs（ＮＬ／ｍｉｎ）（吐出容量）を有している。
【００７６】
また、電動モータ１３Ａ〜１３Ｃと電源との間には電磁開閉器１５Ａ〜１５Ｃがそれぞれ設けられている。そして、電磁開閉器１５Ａ〜１５Ｃは、そのＯＮ／ＯＦＦに応じて、電動モータ１３Ａ〜１３Ｃに対する電力の供給／停止を切換える。これにより、電動モータ１３Ａ〜１３Ｃは、電磁開閉器１５Ａ〜１５Ｃによって、運転と停止とが切換わる構成となっている。
【００７７】
１６は圧縮機本体１４Ａ〜１４Ｃの吐出側に接続されたタンクで、該タンク１６は、圧縮機本体１４Ａ〜１４Ｃから吐出された圧縮空気を収集して貯留する。また、タンク１６は、吐出配管１７Ａ〜１７Ｃを通じて圧縮機本体１４Ａ〜１４Ｃに接続されると共に、各吐出配管１７Ａ〜１７Ｃの途中には逆止弁１８Ａ〜１８Ｃが設けられている。そして、タンク１６には、取出し弁１９を備えた出力配管２０が取付けられている。これにより、タンク１６は、出力配管２０を介して外部の空圧機器（図示せず）に接続されると共に、取出し弁１９を開弁することによって該空圧機器に向けて圧縮空気を供給するものである。
【００７８】
２１はタンク１６に接続された圧力検出手段としての圧力センサで、該圧力センサ２１は、タンク１６内の圧縮空気の圧力Ｐを検出し、圧力Ｐに応じた圧力信号を出力する。
【００７９】
２２は圧縮運転する圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの台数を増加、減少させて空気圧縮装置１の吐出容量を制御する制御手段としての制御回路で、該制御回路２２は、圧力センサ２１および電磁開閉器１５Ａ〜１５Ｃに接続されている。また、制御回路２２には、例えば圧縮機本体１４Ａ〜１４Ｃが供給する圧縮空気の供給流量Ｆs（ＮＬ／ｓ）、タンク１６の容量Ｖ（Ｌ）、初期時間しきい値Ｔ0（ｓ）、タンク１６内の圧力下限値Ｐmin（ＭＰａ）と圧力上限値Ｐmax（ＭＰａ）、圧縮空気の温度Ｔとして通常時の圧縮空気の平均温度等が予め記憶されている。このとき、圧力下限値Ｐminは、圧縮運転を再開するために予め設定されたタンク１６内の圧力値である。一方、圧力上限値Ｐmaxは、圧縮運転を停止するために予め設定されたタンク１６内の圧力値である。さらに、制御回路２２は運転タイマ２２Ａと停止タイマ２２Ｂとを備えている。そして、運転タイマ２２Ａは、圧縮運転する圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの台数が増加する（停止中の圧縮機１２Ａ〜１２Ｃのうちいずれか１台が起動する）毎に増加後の経過時間を運転時間Ｔaとして計測する。一方、停止タイマ２２Ｂは、圧縮運転する圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの台数が減少する（運転中の圧縮機１２Ａ〜１２Ｃのうちいずれか１台が停止する）毎に減少後に再度増加するまでの実際の停止時間Ｔbを計測する。
【００８０】
そして、制御回路２２は、後述する運転制御処理を行い、タンク１６内の圧力Ｐに基づいて電磁開閉器１５Ａ〜１５ＣのＯＮ／ＯＦＦを制御する。これにより、制御回路２２は、電動モータ１３Ａ〜１３Ｃの運転と停止とを切換えることによって、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの圧縮運転と圧縮停止とを切換え、圧縮運転する圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの台数を増加、減少させる構成となっている。
【００８１】
本実施の形態による空気圧縮装置１１は上述の如き構成を有するもので、次に、図９ないし図１１を参照しつつ、タンク１６の圧力Ｐ等に応じて圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転台数を増減させる台数制御処理について説明する。
【００８２】
ここで、空気圧縮装置１１の制御フェーズＳ（制御状態）をタンク１６の圧力Ｐ等に応じて次の３つに分ける。即ち、例えば空気圧縮装置１１を最初に起動したときのように、タンク１６の圧力Ｐが圧力下限値Ｐminよりも低い場合には、制御フェーズＳを１とする。タンク１６の圧力Ｐが圧力上限値Ｐmaxと圧力下限値Ｐminとの間の値となり、かつ圧力Ｐが上昇している場合には、制御フェーズＳを２とする。タンク１６の圧力Ｐが圧力上限値Ｐmaxと圧力下限値Ｐminとの間の値となり、かつ圧力Ｐが低下している場合には、制御フェーズＳを３とする。また、誤差時間Ｅrの初期値は０に設定されているものとする。
【００８３】
そして、ステップ４１では、制御フェーズＳを１に設定する（Ｓ＝１）。次に、ステップ４２では、圧力センサ２１からの圧力信号を用いて、一定のサンプリング周期（例えば２００ｍｓ）で現在のタンク１６内の圧力Ｐ(t)を計測する。
【００８４】
次に、ステップ４３では、制御フェーズＳが１か否かを判定する。ステップ４３で「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ４４に移って、タンク１６内の圧力Ｐ(t)が圧力下限値Ｐminよりも低いか否かを判定する。そして、ステップ４４で「ＹＥＳ」と判定したときには、タンク１６内の圧力Ｐ(t)が圧力下限値Ｐminよりも低下しているから、ステップ４５に移って全台の圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転を開始（ｎ＝３）した後、後述のステップ７２に移行する。
【００８５】
一方、ステップ４４で「ＮＯ」と判定したときには、タンク１６内の圧力Ｐ(t)が圧力下限値Ｐminよりも上昇しているから、ステップ４６に移って制御フェーズＳを２に設定する（Ｓ＝２）。また、ステップ４７では、運転タイマ２２Ａを初期化した後に、スタートさせる。その後、後述のステップ７２に移行する。
【００８６】
また、ステップ４３で「ＮＯ」と判定したときには、制御フェーズＳは２または３のいずれかであるから、ステップ４８に移って、タンク１６内の圧力Ｐ(t)が単位時間前（例えば１秒前）の圧力Ｐ(t-1)よりも高いか否かを判定する。そして、ステップ４８で「ＹＥＳ」と判定したときには、タンク１６内の圧力Ｐ(t)が上昇しているから、制御フェーズＳは２に該当するものと考えられる。
【００８７】
このため、ステップ４９に移って、以下の数７の式に示すように、現在の圧力Ｐ(t)と１秒前の圧力Ｐ(t-1)との差を演算し、圧力変化値ΔＰ（ＭＰa／ｓ）を求める。なお、圧力Ｐ(t-1)として例えば前回のサンプリングで取得した２００ｍｓ前の圧力を用いてもよい。この場合、圧力Ｐ(t)と圧力Ｐ(t-1)との差分をサンプリング周期（２００ｍｓ）で割ることによって、単位時間（１秒）当たりの圧力変化値ΔＰ（ＭＰa／ｓ）を求めることができる。但し、サンプリング周期が短い場合には、タンク１６内の圧力の変化量が小さくなるため、誤差が生じ易い傾向がある。
【００８８】
【数７】
【００８９】
また、圧縮運転する圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの台数を減少させた直後（例えば２００ｍｓ後）は、圧力Ｐ(t)は低下しているにも拘らず、１秒前の圧力Ｐ(t-1)よりも高くなる場合がある。この場合、ステップ４８で制御フェーズＳを誤って判断する可能性がある。このため、本実施の形態では、圧縮運転する圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの台数を減少させたときには、予め蓄積した１秒前までの圧力のデータを現在の圧力Ｐ(t)に書換える。具体的には、例えば後述のステップ６０，６４で、制御フェーズＳを２から３に切換えるときには、予め蓄積した１秒前までの圧力のデータを現在の圧力Ｐ(t)に書換える。これにより、ステップ４８で制御フェーズＳの誤認識が生じるのを防止している。
【００９０】
次に、ステップ５０では、タンク１６から外部に供給されている圧縮空気の消費流量Ｆc（ＮＬ／ｓ）を演算する。具体的には、以下の数８の式に示すように、例えば理想気体の状態方程式が用いられ、各圧縮機本体１４Ａ〜１４Ｃの供給流量Ｆs（ＮＬ／ｓ）、タンク１６の容量Ｖ（Ｌ）、圧力変化値ΔＰ（ＭＰa／ｓ）、気体定数Ｒ、温度Ｔ、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃのうち圧縮運転している台数ｎに基づいて、圧縮空気の消費流量Ｆc（ＮＬ／ｓ）が算出される。
【００９１】
【数８】
【００９２】
次に、ステップ５１では、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃのうち圧縮運転する台数を１台減少させた場合（運転中の圧縮機１２Ａ〜１２Ｃのうちいずれか１台を停止した場合）、現在の圧力Ｐ(t)から圧力下限値Ｐminまで圧力が低下するまでの停止時間Ｔb（ｓ）を演算する。具体的には、以下の数９の式に示すように、現在の圧力Ｐ(t)と圧力下限値Ｐminとの圧力差（ＭＰa）、タンク１６の容量Ｖ（Ｌ）、気体定数Ｒ、温度Ｔ、圧縮空気の消費流量Ｆc（ＮＬ／ｓ）等に基づいて、停止時間Ｔb（ｓ）が算出される。
【００９３】
【数９】
【００９４】
次に、ステップ５２では、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転台数が増加してから現在までの運転時間Ｔa（ｓ）を運転タイマ２２Ａが計時した値から取得する。
【００９５】
次に、ステップ５３では、予測した停止時間Ｔbが負の値（Ｔb＜０）か否かを判定する。ステップ５３で「ＹＥＳ」と判定したときには、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃのうち圧縮運転する台数を１台減少させても、圧縮空気の消費流量Ｆcに比べて空気圧縮装置１１によって供給する圧縮空気の供給流量（（ｎ−１）×Ｆs）が多く、数９の分母の項が負の値となっていると考えられる。このため、ステップ５４に移って、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃのうち圧縮運転する台数を１台減少させ（ｎ＝ｎ−１）、後述のステップ７２に移行する。
【００９６】
一方、ステップ５３で「ＮＯ」と判定したときには、ステップ５５に移って、初期時間しきい値Ｔ0に後述の誤差時間Ｅrを加算して、時間しきい値Ｔsを補正する。これにより、時間しきい値Ｔsは、予め設定された初期時間しきい値Ｔ0に比べて、誤差時間Ｅrの分だけ延長または短縮される。
【００９７】
ここで、初期時間しきい値Ｔ0（時間しきい値Ｔs）は、電磁開閉器１５Ａ〜１５Ｃの切換え回数に基づいて決定している。具体的には、空気圧縮装置１１のメンテナンス時間が予め決められているときには、メンテナンス時間を電磁開閉器１５Ａ〜１５Ｃが寿命となるまでの切換え回数で割った値よりも大きな値となるように、初期時間しきい値Ｔ0は設定されている。例えば、空気圧縮装置１１のメンテナンス時間を２００００時間とし、電気的または機械的寿命となる電磁開閉器１５Ａ〜１５Ｃの切換え回数が２００万回とすると、このメンテナンス時間を切換え回数で割った値は３６秒となる。また、３台の圧縮機１２Ａ〜１２Ｃは、全台が均等に圧縮運転するように順番に運転、停止を行うから、３６秒を３台で分割して１２秒となる。さらに、実験的に求めた停止時間Ｔbの誤差マージン（例えば２秒）を考慮して、初期時間しきい値Ｔ0は例えば１４秒に設定されている。
【００９８】
次に、ステップ５６では、運転時間Ｔaと停止時間Ｔbとの加算時間が時間しきい値Ｔsよりも大きいか否かを判定する。そして、ステップ５６で「ＹＥＳ」と判定したときには、運転時間Ｔaと停止時間Ｔbとの加算時間が時間しきい値Ｔsよりも長時間となっているから、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転頻度を一定に保つために、現在運転中の圧縮機１２Ａ〜１２Ｃのうちいずれか１台を停止する必要がある。このため、ステップ５７で運転タイマ２２Ａを停止すると共に、運転タイマ２２Ａをリセットする。そして、ステップ５８で電磁開閉器１５Ａ〜１５Ｂのうちいずれか１個（例えば、電磁開閉器１５Ａ）をＯＦＦに切換えて、電磁開閉器１５Ａ〜１５Ｂに接続された電動モータ１３Ａ〜１３Ｃ（例えば、電動モータ１３Ａ）を停止する。これにより、現在運転中の圧縮機１２Ａ〜１２Ｃのうちいずれか１台が停止（圧縮停止）し、圧縮運転する圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの台数が１台減少する（ｎ＝ｎ−１）。ステップ５８が終了すると、ステップ５９に移って、停止タイマ２２Ｂをリセットした後に、停止タイマ２２Ｂをスタートさせる。その後、ステップ６０に移って制御フェーズＳを３に設定し（Ｓ＝３）、圧力Ｐの蓄積データを書き換えた後に、ステップ７２に移行する。
【００９９】
一方、ステップ５６で「ＮＯ」と判定したときには、運転時間Ｔaと停止時間Ｔbとの加算時間が時間しきい値Ｔsよりも短時間となっているから、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転頻度の観点では現在運転中の圧縮機１２Ａ〜１２Ｃを停止する必要はない。このため、ステップ６１に移って現在の圧力Ｐ(t)が停止圧としての圧力上限値Ｐmax以上が否かを判定する。
【０１００】
そして、ステップ６１で「ＮＯ」と判定したときには、現在の圧力Ｐ(t)が圧力上限値Ｐmaxに到達しておらず、圧縮運転する圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの台数を減少させる必要がないと考えられる。このため、現在の運転状態を維持して、後述のステップ７２に移行する。
【０１０１】
一方、ステップ６１で「ＹＥＳ」と判定したときには、現在の圧力Ｐ(t)が圧力上限値Ｐmax以上に高圧になっており、圧縮運転する圧縮機１２Ａ〜１２Ｃを全て圧縮停止に切換える必要があると考えられる。このため、ステップ６２〜６４の処理を行い、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃを全て停止し、停止タイマ２２Ｂの初期化およびスタートを行い、制御フェーズＳを３に設定し（Ｓ＝３）、圧力Ｐの蓄積データを書き換える。その後、ステップ７２に移行する。
【０１０２】
また、ステップ４８で「ＮＯ」と判定したときには、タンク１６内の圧力Ｐ(t)が下降しているから、制御フェーズＳは３に該当するものと考えられる。このため、ステップ６５に移って、タンク１６内の圧力Ｐ(t)が復帰圧としての圧力下限値Ｐminよりも低下したか否かを判定する。そして、ステップ６５で「ＮＯ」と判定したときには、圧力Ｐ(t)は圧力下限値Ｐminよりも高く、タンク１６に圧縮空気を補充する必要はないものと考えられる。このため、そのまま後述のステップ７２に移行する。
【０１０３】
一方、ステップ６５で「ＹＥＳ」と判定したときには、圧力Ｐ(t)は圧力下限値Ｐminよりも低下して、タンク１６内の圧縮空気が不足しているものと考えられる。このため、ステップ６６に移って圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転台数を１台減少させてから現在までに実際に経過した停止時間Ｔb′（ｓ）を停止タイマ２２Ｂが計時した値から取得する。
【０１０４】
次に、ステップ６７では、ステップ５１で予測した停止時間Ｔbと実際の停止時間Ｔb′との差である誤差時間Ｅrを演算する。具体的には、前述した数４の式に示すように、予測した停止時間Ｔbと実際の停止時間Ｔb′との差に基づいて、誤差時間Ｅrを演算する。
【０１０５】
次に、ステップ６８では停止タイマ２２Ｂを停止して、初期化する。そして、ステップ６９では、電磁開閉器１５Ａ〜１５Ｃのうちいずれか１個（例えば、電磁開閉器１５Ｂ）をＯＮに切換えて、電磁開閉器１５Ａ〜１５Ｃに接続された電動モータ１３Ａ〜１３Ｃ（例えば、電動モータ１３Ｂ）を駆動する。これにより、現在停止中の圧縮機１２Ａ〜１２Ｃのうちいずれか１台が起動し、圧縮運転する圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの台数が１台増加する（ｎ＝ｎ＋１）。そして、ステップ７０では、運転タイマ２２Ａを初期化した後に、スタートさせる。その後、ステップ７１では、制御フェーズＳを２に設定し、ステップ７２に移行する。
【０１０６】
ステップ７２では、制御回路２２に接続して設けられた停止スイッチ（図示せず）がＯＮとなっているか否かを判定する。そして、ステップ７２で「ＮＯ」と判定したときには、ステップ４２以降の処理を繰り返す。
【０１０７】
一方、ステップ７２で「ＹＥＳ」と判定したときには、停止スイッチがＯＮとなっているから、ステップ７３に移って電磁開閉器１５Ａ〜１５Ｃを全てＯＦＦに切換えて電動モータ１３Ａ〜１３Ｃを停止して、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの圧縮運転を全て停止する。
【０１０８】
次に、本実施の形態による運転制御処理を用いて空気圧縮装置１１を制御し、このときのタンク１６内の圧力Ｐの時間変化を調べた。その結果を図１２ないし図１５に示す。
【０１０９】
図１２は圧縮空気の消費流量Ｆcが空気圧縮装置１１の最大供給流量（３×Ｆs）の１／３よりも少ない場合を示している。この場合、３台の圧縮機１２Ａ〜１２Ｃのうち１台が圧縮運転すれば、消費流量Ｆcを満たすことができる。このため、タンク１６内の圧力Ｐを上昇させるときには、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃのうちいずれか１台（例えば圧縮機１２Ａ）を起動する。このとき、例えば圧縮機１２Ａが起動している間は、圧縮機１２Ｂ，１２Ｃは停止する。そして、圧縮機１２Ａが停止した後にタンク１６内の圧力Ｐが圧力下限値Ｐminまで低下すると、圧縮機１２Ｂが起動する。これにより、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃは順番に（サイクリックに）起動と停止を繰り返す。
【０１１０】
図１３は圧縮空気の消費流量Ｆcが空気圧縮装置１１の最大供給流量（３×Ｆs）の１／３よりも多く、２／３よりも少ない場合を示している。この場合、３台の圧縮機１２Ａ〜１２Ｃのうち２台が圧縮運転すれば、消費流量Ｆcを満たすことができる。このため、タンク１６内の圧力Ｐを上昇させるときには、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃのうちいずれか２台（例えば圧縮機１２Ａ，１２Ｂ）を起動する。このとき、例えば圧縮機１２Ａ，１２Ｂが起動している間は、圧縮機１２Ｃは停止する。そして、圧縮機１２Ａが停止した後にタンク１６内の圧力Ｐが圧力下限値Ｐminまで低下すると、圧縮機１２Ｃが起動する。これにより、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃは順番に起動と停止を繰り返す。
【０１１１】
図１４は圧縮空気の消費流量Ｆcが空気圧縮装置１１の最大供給流量（３×Ｆs）の２／３よりも多く、３／３よりも少ない場合を示している。この場合、３台の圧縮機１２Ａ〜１２Ｃのうち３台全てが圧縮運転すれば、消費流量Ｆcを満たすことができる。このため、タンク１６内の圧力Ｐを上昇させるときには、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの全てを起動する。そして、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転台数を減少させるときには、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃうちいずれか１台（例えば圧縮機１２Ａ）を停止する。圧縮機１２Ａが停止した後にタンク１６内の圧力Ｐが圧力下限値Ｐminまで低下すると、再び圧縮機１２Ａが起動し、次に圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転台数を減少させるときには、圧縮機１２Ａとは異なる圧縮機１２Ｂを停止する。これにより、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃは順番に起動と停止を繰り返す。
【０１１２】
また、図９ないし図１１に示すように、本実施の形態による運転制御処理では、運転時間Ｔaと停止時間Ｔbとの加算時間が時間しきい値Ｔsよりも短時間となるように、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転台数を減少させる。これにより、運転時間Ｔaと停止時間Ｔbとの加算時間は時間しきい値Ｔsとほぼ同じ値で一定となる。このため、圧力Ｐの増加率が小さいときでも、圧力Ｐが圧力上限値Ｐmaxに到達する前に圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転台数を減少させることができる。この結果、全体的に圧力Ｐが低い領域、即ち消費電力が少ない領域で圧縮運転を行うことができる。
【０１１３】
さらに、各圧縮機１２Ａ〜１２Ｃは、時間しきい値Ｔsの３倍の時間を１周期として、起動と停止を繰り返す。このため、各圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転頻度も均一で、かつ一定となる。
【０１１４】
また、例えば図１５に示すように、タンク１６の圧力Ｐが低下している途中で、圧縮空気の消費量が増加した場合には、制御回路２２によって予測した停止時間Ｔbが経過する以前にタンク１６内の圧力Ｐが圧力下限値Ｐminまで低下する。この場合、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転台数が減少していた時間（実際の停止時間Ｔb′）が予測した停止時間Ｔbよりも短時間となるから、時間しきい値Ｔs（初期時間しきい値Ｔ0）によって設定した運転頻度よりも圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転頻度が高くなる傾向がある。
【０１１５】
これに対し、本実施の形態では、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転台数を減少させた後に、予測した停止時間Ｔbが経過するよりも前にタンク１６内の圧力Ｐが圧力下限値Ｐminまで低下した場合には、制御回路２２は、予測した停止時間Ｔbと実際の停止時間Ｔb′との間の誤差時間Ｅrを計測し、初期時間しきい値Ｔ0と誤差時間Ｅrとを加算して、次回の時間しきい値Ｔsを補正する。これにより、予測した停止時間Ｔbよりも実際の停止時間Ｔb′が短時間となるときでも、次回の時間しきい値Ｔsを誤差時間Ｅrの分だけ延長することができ、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転頻度をほぼ一定に保つことができる。
【０１１６】
次に、従来技術と同様な比較例による制御処理と、本実施の形態による運転制御処理とを比較した。その結果を図１６および図１７に示す。なお、図１６および図１７中の実線は、本実施の形態による運転制御処理を行った場合を示している。一方、図１６および図１７中の点線は、比較例による制御処理として、特許文献１と同様に、圧力下限値Ｐminに到達すると圧縮機の運転台数を増加し、圧力上限値Ｐmax付近に近付くと圧縮機の運転台数を減少させる場合を示している。
【０１１７】
図１６は圧縮空気の消費流量Ｆcと空気圧縮機１の消費電力との関係を示している。なお、図１６は圧力と電力が一次比例する場合を例示している。この場合、比較例による制御処理を用いた場合、消費流量Ｆcが供給流量Ｆsの倍数に近付くのに比例して、消費電力Ｐow1も増大する。これに対し、本実施の形態による運転制御処理を用いた場合、比較例に比べて、消費流量Ｆcの比率Ｆの全範囲に亘って消費電力Ｐow2が低くなる。この結果、消費電力Ｐow1と消費電力Ｐow2との差の分（図１６中の斜線部分）だけ、本実施の形態では、比較例に比べて省エネ効果が得られることが分かる。
【０１１８】
図１７は圧縮空気の消費流量Ｆcと圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転台数が増加して減少した後に再び増加するまでの１周期分の時間（運転周期）との関係を示している。比較例の場合、消費流量Ｆcが供給流量Ｆsの倍数付近となるときに、運転周期が長くなる。このため、消費流量Ｆc（比率Ｆ）が変化するのに従って、運転周期も変化する。このため、比較例の場合には、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転周期が一定しないから、運転時間から適切なメンテナンス時間等を把握することが難しくなる。
【０１１９】
これに対し、本実施の形態では、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転周期の平均値（平均周期）は、消費流量Ｆcに関係なく常に一定となる。このため、顧客の消費流量Ｆcに関係なく、空気圧縮装置１１の運転時間から適切なメンテナンス時間および寿命を計算することができる。
【０１２０】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、制御回路２２は、圧力Ｐの増加率に基づいて、圧縮運転する圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの台数を減少させたときに、タンク１６内の圧力Ｐが圧力下限値Ｐminまで低下するまでの停止時間Ｔbを予測する。そして、制御回路２２は、予測した停止時間Ｔbに現在までの運転時間Ｔaを加算して、この加算時間が所定の時間しきい値Ｔsに到達したときに、圧縮運転する圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの台数を減少させる。このため、運転時間Ｔaと停止時間Ｔbとを加算した加算時間が一定となるように、圧縮運転する圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの台数を制御することができる。
【０１２１】
これにより、例えば圧縮空気の消費流量Ｆcが非常に少ない場合や圧縮空気の消費流量Ｆcが圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの供給流量Ｆsに近い場合でも、圧力Ｐが圧力上限値Ｐmaxに到達する前に圧縮運転する圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの台数を減少させることができる。この結果、タンク１６内の圧力Ｐが圧力上限値Ｐmax付近となった状態で圧縮運転を行う時間を短縮することができ、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの負荷を軽減して消費電力を低減することができる。また、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転台数を増減させることによって、複数台の圧縮機１２Ａ〜１２Ｃによる吐出容量の時間平均値を制御することができる。
【０１２２】
さらに、圧縮空気の消費流量Ｆcによらず、各圧縮機１２Ａ〜１２Ｃが圧縮運転を開始した後に、再度圧縮運転を開始するまでの運転周期（運転頻度）をほぼ一定にすることができる。このため、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転頻度に基づいて、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃのメンテナンス時期や部品の寿命等を容易に判別することができる。
【０１２３】
また、例えば圧縮空気の消費流量が変化したとき等には、圧縮運転する圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの台数を減少させた後に、予測した停止時間Ｔbが経過するよりも前にタンク１６内の圧力Ｐが圧力下限値Ｐminまで低下することがある。この場合、制御回路２２は、予測した停止時間Ｔbと実際の停止時間Ｔb′との間の誤差時間Ｅrを計測し、例えば誤差時間Ｅrを加算して次回の時間しきい値Ｔsを補正することができる。これにより、停止時間Ｔbの予測誤差が生じても、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの圧縮運転と圧縮停止の頻度がばらつくことがなく、運転頻度を一定にすることができる。このため、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転頻度に基づいて圧縮機のメンテナンス時期や部品の寿命等を判別するときでも、高精度にメンテナンス時期等を判別することができる。
【０１２４】
なお、第２の実施の形態では、図１１中のステップ６５，６９が運転台数増加手段の具体例を示し、図１０中のステップ４９が圧力増加率演算手段の具体例を示し、ステップ５０，５１が停止時間予測手段の具体例を示し、図１１中のステップ５６〜６０が運転台数減少手段の具体例を示し、ステップ５５，６６，６７が時間しきい値補正手段の具体例を示している。
【０１２５】
次に、図１８ないし図２１は本発明の第３の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、制御回路は、運転時間が規定時間よりも短いときには圧縮運転する圧縮機の台数を維持する構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前述した第２の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【０１２６】
図１８において、３１は第３の実施の形態による空気圧縮装置を示し、該空気圧縮装置３１は、第２の実施の形態による空気圧縮装置１１とほぼ同様に、３台の圧縮機１２Ａ〜１２Ｃ、制御回路３２等を用いて構成されている。また、制御回路３２（制御手段）は、第２の実施の形態による制御回路２２とほぼ同様に構成され、運転タイマ３２Ａおよび停止タイマ３２Ｂを備えている。但し、制御回路３２は、運転制御処理の一部が制御回路２２とは異なっている。
【０１２７】
具体的には、制御回路３２による運転制御処理では、図１９に示すように、ステップ５６とステップ５７との間に、運転時間Ｔaが予め決められた規定時間Ｃよりも短時間（Ｔa＜Ｃ）か否かを判定するステップ８１が設けられている。そして、ステップ８１で「ＹＥＳ」と判定したときには、運転時間Ｔaが規定時間Ｃよりも短時間となっている。このため、運転時間Ｔaと停止時間Ｔbとの加算時間が時間しきい値Ｔsよりも長時間となったときでも、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転台数を減少させる処理等（ステップ５７〜６０）を行わず、そのままステップ７２に移行する。
【０１２８】
一方、ステップ８１で「ＮＯ」と判定したときには、運転時間Ｔaが規定時間Ｃよりも長時間となっている。このため、第２の実施の形態と同様に、ステップ５７〜６０の処理を行い、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転台数を減少させる。
【０１２９】
ここで、規定時間Ｃは、例えば圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転台数を増加させるときに発生する突入電流と消費電力との関係に基づいて設定されている。突入電流は、通常（定常時）に電動モータ１３Ａ〜１３Ｃに供給する駆動電流に比べて、数倍程度大きな電流となる（図２０参照）。一方、圧縮空気の消費流量Ｆcが非常に少ない場合（例えば１０％以下）や、供給流量Ｆsの倍数を僅かに超える場合（例えば３４〜４４％、６７〜７７％）には、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転台数を増加させても、直ぐに運転台数を減少させることになる。この場合、消費電力に対する突入電流の影響が大きくなり、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転を継続した場合に比べて、消費電力が増加する（図２１参照）。そこで、本実施の形態では、規定時間Ｃは、突入電流に基づく消費電力の増大を防止するために設定されたものであり、運転時間Ｔaの最低限の継続時間となっている。これにより、運転時間Ｔaを規定時間Ｃ以上に確保することができ、消費電力に対する突入電流の影響を軽減することができる。
【０１３０】
なお、ステップ８１を除いた他の処理部分（ステップ４１〜７３）は第２の実施の形態による運転制御処理と同一である。
【０１３１】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、制御回路３２は、運転時間Ｔaが規定時間Ｃよりも短いときには圧縮運転する圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの台数を維持する。これにより、運転時間Ｔaが規定時間Ｃよりも短時間となる場合には、運転時間Ｔaと停止時間Ｔbとの加算時間（圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転周期）は、時間しきい値Ｔsよりも長くなるものの、突入電流による消費電力の増大や電磁開閉器の損傷を防止することができる。
【０１３２】
なお、第３の実施の形態では、図１９中のステップ５６〜６０およびステップ８１が運転台数減少手段の具体例を示している。
【０１３３】
また、第３の実施の形態では、第２の実施の形態と同様に、圧縮機１２Ａ〜１２Ｃの運転台数を増加、減少させる制御回路３２に対して、運転時間Ｔaを規定時間Ｃよりも長時間確保する構成を適用するものとした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば第１の実施の形態と同様に、１台の圧縮機を起動、停止させる制御回路に対して、運転時間Ｔaを規定時間Ｃよりも長時間確保する構成を適用する構成としてもよい。この場合、例えば図２中の運転制御処理のうちステップ１４とステップ１５との間に、第３の実施の形態によるステップ８１と同様に、運転時間Ｔaが予め決められた規定時間Ｃよりも短時間（Ｔa＜Ｃ）か否かを判定する処理を設ける。そして、運転時間Ｔaが規定時間Ｃよりも短いときには、そのまま圧縮機１の運転を継続してステップ３０に移行し、運転時間Ｔaが規定時間Ｃよりも長いときには、ステップ１５〜１８の処理を行い、圧縮機１を停止するものである。
【０１３４】
また、前記第２，第３の実施の形態による空気圧縮装置では、３台の圧縮機１２Ａ〜１２Ｃを備える構成としたが、２台の圧縮機を備える構成としてもよく、４台以上の圧縮機を備える構成としてもよい。
【０１３５】
また、前記各実施の形態では、初期時間しきい値Ｔ0（時間しきい値Ｔs）は電磁開閉器４，１５Ａ〜１５Ｃの切換え回数の寿命および空気圧縮機１，１２Ａ〜１２Ｃのメンテナンス時間に基づいて決定するものとした。しかし、本発明はこれに限らず、時間しきい値は、圧縮機を起動するときの突入電流、電動モータのＯＮ／ＯＦＦ頻度、寿命、故障率および空気圧縮装置のメンテナンス時間（メンテナンス周期）に基づいて決定する構成としてもよい。
【０１３６】
また、前記各実施の形態による空気圧縮装置では、消費流量Ｆc、停止時間Ｔbの演算に用いる圧縮空気の温度Ｔは、通常時の圧縮空気の平均温度等によって予め設定しておくものとした。しかし、本発明はこれに限らず、例えばタンクに圧縮空気の温度を検出する温度センサを設け、該温度センサの検出温度を用いて消費流量Ｆc、停止時間Ｔbを演算する構成としてもよい。
【０１３７】
また、前記各実施の形態では、圧縮機本体３，１４Ａ〜１４Ｃ（電動モータ２，１３Ａ〜１３Ｃ）を駆動して圧縮運転を行い、圧縮機本体３，１４Ａ〜１４Ｃを停止して圧縮停止する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えばレシプロ型のようにアンロード運転が可能な圧縮機においては、ロード運転を行って圧縮運転を行い、アンロード運転を行って圧縮停止する構成としてもよい。
【０１３８】
さらに、前記各実施の形態では、圧縮空気を吐出する圧縮機１，１２Ａ〜１２Ｃに適用するものとしたが、例えば冷媒を圧縮する冷媒圧縮機等のように、他の圧縮流体を吐出する圧縮機に適用してもよく、圧縮機として液体等の流体ポンプに適用する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】本発明の第１の実施の形態による空気圧縮機を示す全体構成図である。
【図２】図１中の空気圧縮機に用いる運転制御処理を示す流れ図である。
【図３】運転制御処理を示す図２に続く流れ図である。
【図４】圧縮停止に切換えたときの圧力のデータの書換えを示す説明図である。
【図５】消費流量の比率、タンク内の圧力、圧縮機のＯＮ／ＯＦＦ、タイマ動作の時間変化を示す特性線図である。
【図６】消費流量の比率と圧縮機の停止圧力との関係を示す特性線図である。
【図７】消費流量の比率と消費電力との関係を示す特性線図である。
【図８】消費流量の比率と圧縮機の運転周期との関係を示す特性線図である。
【図９】第２の実施の形態による空気圧縮装置を示す全体構成図である。
【図１０】図９中の空気圧縮装置に用いる運転制御処理を示す流れ図である。
【図１１】運転制御処理を示す図１０に続く流れ図である。
【図１２】消費流量の比率が１／３よりも小さい場合に、タンク内の圧力、圧縮機のＯＮ／ＯＦＦ、タイマ動作の時間変化を示す特性線図である。
【図１３】消費流量の比率が１／３から２／３の間にある場合に、タンク内の圧力、圧縮機のＯＮ／ＯＦＦ、タイマ動作の時間変化を示す特性線図である。
【図１４】消費流量の比率が２／３から３／３の間にある場合に、タンク内の圧力、圧縮機のＯＮ／ＯＦＦ、タイマ動作の時間変化を示す特性線図である。
【図１５】消費流量の比率が途中で変化した場合に、タンク内の圧力、圧縮機のＯＮ／ＯＦＦ、タイマ動作の時間変化を示す特性線図である。
【図１６】消費流量の比率と消費電力との関係を示す特性線図である。
【図１７】消費流量の比率と圧縮機の運転周期との関係を示す特性線図である。
【図１８】第３の実施の形態による空気圧縮装置を示す全体構成図である。
【図１９】図１８中の空気圧縮装置に用いる運転制御処理を示す図１１と同様な流れ図である。
【図２０】電動モータの駆動電流の時間変化を示す特性線図である。
【図２１】消費流量の比率と消費電力、運転周期との関係を示す特性線図である。
【符号の説明】
【０１４０】
１ 空気圧縮機
２，１３Ａ〜１３Ｃ 電動モータ
３，１４Ａ〜１４Ｃ 圧縮機本体
４，１５Ａ〜１５Ｃ 電磁開閉器
５，１６ タンク
８，２１ 圧力センサ（圧力検出手段）
９，２２，３２ 制御回路（制御手段）
９Ａ，２２Ａ，３２Ａ 運転タイマ
９Ｂ，２２Ｂ，３２Ｂ 停止タイマ
１１，３１ 空気圧縮装置
１２Ａ〜１２Ｃ 圧縮機
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を圧縮して吐出する圧縮機と、該圧縮機による圧縮流体を貯留するタンクと、該タンク内の圧力を検出する圧力検出手段と、該圧力検出手段により検出された前記タンク内の圧力に応じて、前記圧縮機の圧縮運転と圧縮停止とを切換え制御する制御手段とを備えてなる圧縮機の制御装置において、
前記制御手段は、前記圧縮機の稼動時間内で複数回繰り返される圧縮運転と圧縮停止の運転周期の平均周期が所定の時間しきい値に収束するように制御することを特徴とする圧縮機の制御装置。
【請求項２】
流体を圧縮して吐出する圧縮機と、該圧縮機による圧縮流体を貯留するタンクと、該タンク内の圧力を検出する圧力検出手段と、該圧力検出手段により検出された前記タンク内の圧力に応じて、前記圧縮機の圧縮運転と圧縮停止とを切換え制御する制御手段とを備えてなる圧縮機の制御装置において、
前記制御手段は、
前記圧力検出手段によって検出された前記タンク内の圧力が所定の圧力下限値まで低下したときに、前記圧縮機の圧縮運転を開始する圧縮運転開始手段と、
前記圧縮機の圧縮運転中に前記圧力検出手段によって検出された前記タンク内の圧力の単位時間当たりの増加率を演算する圧力増加率演算手段と、
該圧力増加率演算手段によって演算した圧力の増加率に基づいて、現在の前記圧縮機を圧縮停止に切換えたときに、前記タンク内の圧力が前記圧力下限値まで低下するまでの停止時間を予測する停止時間予測手段と、
該停止時間予測手段によって予測した停止時間に現在までの運転時間を加算して、この加算時間が所定の時間しきい値に到達したときに、前記圧縮機を圧縮停止に切換える圧縮停止切換手段と、
前記停止時間予測手段によって予測した停止時間と実際の停止時間との間の誤差時間を計測し、該誤差時間を用いて次回の時間しきい値を補正する時間しきい値補正手段とを備える構成としたことを特徴とする圧縮機の制御装置。
【請求項３】
流体を圧縮して吐出する複数台の圧縮機と、該複数台の圧縮機による圧縮流体を貯留するタンクと、該タンク内の圧力を検出する圧力検出手段と、該圧力検出手段により検出された前記タンク内の圧力に応じて、圧縮運転する前記圧縮機の台数を増加、減少させて運転台数を制御する制御手段とを備えてなる圧縮機の制御装置において、
前記制御手段は、
前記圧力検出手段によって検出された前記タンク内の圧力が所定の圧力下限値まで低下したときに、圧縮運転する圧縮機の台数を増加させる運転台数増加手段と、
前記圧縮機の圧縮運転中に前記圧力検出手段によって検出された前記タンク内の圧力の単位時間当たりの増加率を演算する圧力増加率演算手段と、
該圧力増加率演算手段によって演算した圧力の増加率に基づいて、現在の圧縮運転する圧縮機の台数を減少させたときに、前記タンク内の圧力が前記圧力下限値まで低下するまでの停止時間を予測する停止時間予測手段と、
該停止時間予測手段によって予測した停止時間に現在までの運転時間を加算して、この加算時間が所定の時間しきい値に到達したときに、圧縮運転する圧縮機の台数を減少させる運転台数減少手段と、
前記停止時間予測手段によって予測した停止時間と実際の停止時間との間の誤差時間を計測し、該誤差時間を用いて次回の時間しきい値を補正する時間しきい値補正手段とを備える構成としたことを特徴とする圧縮機の制御装置。
【請求項４】
前記圧縮機は、駆動源となる電動モータと、該電動モータの運転と停止を切換える電磁開閉器とを備え、
前記時間しきい値は、該電磁開閉器の切換え回数に基づいて決定する構成としてなる請求項１，２または３に記載の圧縮機の制御装置。
【請求項５】
前記圧縮停止切換手段は、前記時間しきい値よりも短時間の規定時間と前記運転時間とを比較し、前記運転時間が規定時間よりも短いときには前記圧縮機の圧縮運転を継続し、前記運転時間が規定時間を越えたときには前記加算時間に基づいて前記圧縮機を圧縮停止に切換える構成としてなる請求項２に記載の圧縮機の制御装置。
【請求項６】
前記運転台数減少手段は、前記時間しきい値よりも短時間の規定時間と前記運転時間とを比較し、前記運転時間が規定時間よりも短いときには圧縮運転する圧縮機の台数を維持し、前記運転時間が規定時間を越えたときには前記加算時間に基づいて圧縮運転する圧縮機の台数を減少させる構成としてなる請求項３に記載の圧縮機の制御装置。
【請求項１】
流体を圧縮して吐出する圧縮機と、該圧縮機による圧縮流体を貯留するタンクと、該タンク内の圧力を検出する圧力検出手段と、該圧力検出手段により検出された前記タンク内の圧力に応じて、前記圧縮機の圧縮運転と圧縮停止とを切換え制御する制御手段とを備えてなる圧縮機の制御装置において、
前記制御手段は、前記圧縮機の稼動時間内で複数回繰り返される圧縮運転と圧縮停止の運転周期の平均周期が所定の時間しきい値に収束するように制御することを特徴とする圧縮機の制御装置。
【請求項２】
流体を圧縮して吐出する圧縮機と、該圧縮機による圧縮流体を貯留するタンクと、該タンク内の圧力を検出する圧力検出手段と、該圧力検出手段により検出された前記タンク内の圧力に応じて、前記圧縮機の圧縮運転と圧縮停止とを切換え制御する制御手段とを備えてなる圧縮機の制御装置において、
前記制御手段は、
前記圧力検出手段によって検出された前記タンク内の圧力が所定の圧力下限値まで低下したときに、前記圧縮機の圧縮運転を開始する圧縮運転開始手段と、
前記圧縮機の圧縮運転中に前記圧力検出手段によって検出された前記タンク内の圧力の単位時間当たりの増加率を演算する圧力増加率演算手段と、
該圧力増加率演算手段によって演算した圧力の増加率に基づいて、現在の前記圧縮機を圧縮停止に切換えたときに、前記タンク内の圧力が前記圧力下限値まで低下するまでの停止時間を予測する停止時間予測手段と、
該停止時間予測手段によって予測した停止時間に現在までの運転時間を加算して、この加算時間が所定の時間しきい値に到達したときに、前記圧縮機を圧縮停止に切換える圧縮停止切換手段と、
前記停止時間予測手段によって予測した停止時間と実際の停止時間との間の誤差時間を計測し、該誤差時間を用いて次回の時間しきい値を補正する時間しきい値補正手段とを備える構成としたことを特徴とする圧縮機の制御装置。
【請求項３】
流体を圧縮して吐出する複数台の圧縮機と、該複数台の圧縮機による圧縮流体を貯留するタンクと、該タンク内の圧力を検出する圧力検出手段と、該圧力検出手段により検出された前記タンク内の圧力に応じて、圧縮運転する前記圧縮機の台数を増加、減少させて運転台数を制御する制御手段とを備えてなる圧縮機の制御装置において、
前記制御手段は、
前記圧力検出手段によって検出された前記タンク内の圧力が所定の圧力下限値まで低下したときに、圧縮運転する圧縮機の台数を増加させる運転台数増加手段と、
前記圧縮機の圧縮運転中に前記圧力検出手段によって検出された前記タンク内の圧力の単位時間当たりの増加率を演算する圧力増加率演算手段と、
該圧力増加率演算手段によって演算した圧力の増加率に基づいて、現在の圧縮運転する圧縮機の台数を減少させたときに、前記タンク内の圧力が前記圧力下限値まで低下するまでの停止時間を予測する停止時間予測手段と、
該停止時間予測手段によって予測した停止時間に現在までの運転時間を加算して、この加算時間が所定の時間しきい値に到達したときに、圧縮運転する圧縮機の台数を減少させる運転台数減少手段と、
前記停止時間予測手段によって予測した停止時間と実際の停止時間との間の誤差時間を計測し、該誤差時間を用いて次回の時間しきい値を補正する時間しきい値補正手段とを備える構成としたことを特徴とする圧縮機の制御装置。
【請求項４】
前記圧縮機は、駆動源となる電動モータと、該電動モータの運転と停止を切換える電磁開閉器とを備え、
前記時間しきい値は、該電磁開閉器の切換え回数に基づいて決定する構成としてなる請求項１，２または３に記載の圧縮機の制御装置。
【請求項５】
前記圧縮停止切換手段は、前記時間しきい値よりも短時間の規定時間と前記運転時間とを比較し、前記運転時間が規定時間よりも短いときには前記圧縮機の圧縮運転を継続し、前記運転時間が規定時間を越えたときには前記加算時間に基づいて前記圧縮機を圧縮停止に切換える構成としてなる請求項２に記載の圧縮機の制御装置。
【請求項６】
前記運転台数減少手段は、前記時間しきい値よりも短時間の規定時間と前記運転時間とを比較し、前記運転時間が規定時間よりも短いときには圧縮運転する圧縮機の台数を維持し、前記運転時間が規定時間を越えたときには前記加算時間に基づいて圧縮運転する圧縮機の台数を減少させる構成としてなる請求項３に記載の圧縮機の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２００９−１５６２０８（Ｐ２００９−１５６２０８Ａ）
【公開日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３３６９７２（Ｐ２００７−３３６９７２）
【出願日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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