圧縮機台数制御システム
【課題】簡易な構成で、圧縮空気の使用負荷に迅速に追従させて圧縮空気を製造することのできる圧縮機台数制御システムを提供する。
【解決手段】複数台の圧縮機２と、これら圧縮機２から圧縮空気が供給されると共に圧縮空気利用機器へ圧縮空気を送るレシーバタンク３と、このレシーバタンク３に設置される圧力センサ４と、この圧力センサ４の検出圧力に基づき圧縮機２の運転台数を変更する台数制御器５とを備える。台数制御器５により運転台数を減少させるか否かの境界値としての台数減少用圧力は、運転台数が多いほど低くなるよう設定される。
【解決手段】複数台の圧縮機２と、これら圧縮機２から圧縮空気が供給されると共に圧縮空気利用機器へ圧縮空気を送るレシーバタンク３と、このレシーバタンク３に設置される圧力センサ４と、この圧力センサ４の検出圧力に基づき圧縮機２の運転台数を変更する台数制御器５とを備える。台数制御器５により運転台数を減少させるか否かの境界値としての台数減少用圧力は、運転台数が多いほど低くなるよう設定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数台の空気圧縮機を備え、圧縮空気の使用負荷に応じて圧縮機の運転台数を変更する圧縮機台数制御システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、下記特許文献１に開示されるように、圧力とその変化率とに基づき、圧縮機の運転台数を増減する圧力閾値を変更することが提案されている。この特許文献１に記載の発明では、すべての圧縮機がオンオフ制御される（段落番号００２９など）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１２０４９７号公報（特許請求の範囲、段落番号０１４０−０１５５、図１５、図１６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、圧力変化率は考慮されても、運転中の圧縮機の台数は考慮されていない。また、複数台の圧縮機は、単にオンオフ制御されている。これでは、圧縮空気の使用負荷に迅速に追従させて圧縮空気を製造することができない。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、簡易な構成で運転台数を考慮して制御し、圧縮空気の使用負荷に迅速に追従させて圧縮空気を製造することのできる圧縮機台数制御システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、複数台の圧縮機と、これら圧縮機から圧縮空気が供給されると共に圧縮空気利用機器へ圧縮空気を送る箇所に設けられ、圧縮空気の圧力を検出する圧力センサと、この圧力センサの検出圧力に基づき前記圧縮機の運転台数を変更する台数制御器とを備え、前記台数制御器により運転台数を減少させるか否かの境界値としての台数減少用圧力は、運転台数が多いほど低くなるよう設定されることを特徴とする圧縮機台数制御システムである。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、運転台数を減少させるか否かの境界値としての台数減少用圧力は、運転台数が多いほど低くなるよう設定される。圧縮機の運転台数が多いほど、目標圧力に維持するための１台当たりの寄与率は下がり、圧力変動は抑えられるので、運転台数の増加に応じて台数減少用圧力を下げることができる。言い換えれば、通常、台数減少用圧力以上になれば圧縮機を１台停止し、台数増加用圧力以下になれば圧縮機を１台起動するが、運転台数を増すほど台数減少用圧力を下げて、圧力変動幅を抑制することができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、前記各圧縮機は、同時に複数台が運転される場合でもすべてが容量制御され、停止時を負荷率０％、全負荷時を負荷率１００％とした場合に、運転中の前記圧縮機の１台当たりの負荷率が次式により求められる停止負荷率以下になると、運転中の１台を停止させることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機台数制御システムである。
停止負荷率（％）＝（運転台数−１）／運転台数×１００
【０００９】
請求項２に記載の発明によれば、同時に複数台が運転される場合でもすべてを容量制御しつつ、２台運転しているときは１台当たりの負荷率が５０％以下になると１台停止させ、３台運転しているときは１台当たりの負荷率が６７％以下になると１台停止させるというように、運転台数に応じた１台当たり負荷率に基づき停止制御することで、簡易な構成で最適な運転を行うことができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、前記各圧縮機は、その吐出側の圧力を、下限圧力ＰＬと上限圧力ＰＨとの間に維持するように容量制御され、運転台数に応じた停止負荷率で運転中の１台を停止させるために、前記台数減少用圧力は運転台数に基づき次式により設定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧縮機台数制御システムである。
台数減少用圧力＝｛（上限圧力ＰＨ−下限圧力ＰＬ）÷運転台数｝＋下限圧力ＰＬ
【００１１】
請求項３に記載の発明によれば、停止負荷率を圧力に換算して、簡易に制御することができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、前記圧力センサによる検出圧力が前記台数減少用圧力以上の状態を設定時間継続後に、前記圧縮機の運転台数を減少させることを特徴とする請求項３に記載の圧縮機台数制御システムである。
【００１３】
請求項４に記載の発明によれば、圧力センサによる検出圧力が台数減少用圧力以上の状態を設定時間継続後に圧縮機の運転台数を減少させるので、圧縮機が次々と過剰に停止されるのを防止できる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、前記各圧縮機からの圧縮空気は、共通のレシーバタンクへ供給された後、一または複数の圧縮空気利用機器へ送られ、前記圧力センサは、前記レシーバタンクに設置され、前記台数制御器により運転台数を増加させるか否かの境界値としての台数増加用圧力は、前記圧力センサの検出圧力Ｐの圧力変化率ΔＰに基づき異なるよう設定され、圧力変化率ΔＰの絶対値が第一設定値ΔＰ１未満である場合には、前記圧力センサの検出圧力Ｐが、前記台数増加用圧力としての第二下限圧力ＰＬ２以下になると１台起動させ、圧力変化率ΔＰの絶対値が第一設定値ΔＰ１以上であるが第二設定値ΔＰ２未満である場合には、前記圧力センサの検出圧力Ｐが前記台数増加用圧力としての第一下限圧力ＰＬ１以下になると１台起動させ、それでも第一下限圧力ＰＬ１以下を維持する場合、所定の連続起動防止時間を経過するごとに１台起動させるが、前記第一下限圧力ＰＬ１よりも低圧の第二下限圧力ＰＬ２以下になれば、前記連続起動防止時間の経過を待つことなくさらに１台起動させ、圧力変化率ΔＰの絶対値が第二設定値ΔＰ２以上である場合には、前記圧力センサの検出圧力Ｐが前記台数増加用圧力としての前記上限圧力ＰＨ以下であると１台起動させ、それでも前記上限圧力ＰＨ以下を維持する場合、所定の連続起動防止時間を経過するごとに１台起動させるが、前記上限圧力ＰＨよりも低圧の第一下限圧力ＰＬ１以下になれば、前記連続起動防止時間の経過を待つことなくさらにもう１台起動させることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の圧縮機台数制御システムである。
【００１５】
請求項５に記載の発明によれば、圧力センサの検出圧力が台数増加用圧力以下になると圧縮機を１台起動させ、それでも台数増加用圧力以下を維持する場合、所定の連続起動防止時間を経過するごとに圧縮機を１台起動させるが、圧力変化率の絶対値が設定値以上の領域では、圧力センサの検出圧力が即時増加用圧力以下になれば、所定時間の経過を待つことなく１台起動させる。このように、圧力変化率が設定値以上で大きく、しかも目標圧力範囲から大きく離れようとした場合には、所定時間の経過を待つことなく、即時増加用圧力以下で１台起動するので、圧縮機の吐出量と圧縮空気利用機器の使用量との差を迅速に是正することができる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、前記台数制御器は、前記圧力センサの検出圧力に加えて、前記各圧縮機からの圧縮空気の吐出流量、または前記各圧縮機の回転数、使用電流もしくは使用電力に基づき、前記圧縮機の運転台数を変更することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧縮機台数制御システムである。
【００１７】
請求項６に記載の発明によれば、各圧縮機からの圧縮空気の吐出流量、または各圧縮機の回転数、使用電流もしくは使用電力に基づき、圧縮機の運転台数を補正することで、最適な台数で運転することができる。
【００１８】
さらに、請求項７に記載の発明は、前記台数制御器は、前記各圧縮機の使用電流または使用電力を監視し、使用電流または使用電力の少ない圧縮機を優先して運転することを特徴とする請求項６に記載の圧縮機台数制御システムである。
【００１９】
請求項７に記載の発明によれば、使用電流または使用電力の少ない圧縮機を優先して運転することで、運転効率を向上することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、簡易な構成で運転台数を考慮して制御し、圧縮空気の使用負荷に迅速に追従させて圧縮空気を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の圧縮機台数制御システムの一実施例を示す概略図である。
【図２】図１の圧縮機台数制御システムによる台数制御方法の一例を示す図であり、運転中の各圧縮機の吐出圧力、レシーバタンク内の圧力、運転台数増減表を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の圧縮機台数制御システムの一実施例を示す概略図である。本実施例の圧縮機台数制御システム１は、複数台の圧縮機２，２，…と、これら圧縮機２から圧縮空気が供給されるレシーバタンク３と、このレシーバタンク３内の圧力を検出する圧力センサ４と、この圧力センサ４の検出圧力などに基づき前記各圧縮機２を制御する台数制御器５とを備える。
【００２３】
各圧縮機２は、電動式の空気圧縮機であり、圧縮機本体がモータで駆動され、外気を吸入し圧縮して吐出する。各圧縮機２からの圧縮空気は、共通のレシーバタンク３を介して、一または複数の各種の圧縮空気利用機器（図示省略）へ送られる。
【００２４】
各圧縮機２は、スクリュー式、ターボ式またはレシプロ式など、その構成を特に問わないが、典型的には互いに同一の構成とされる。また、各圧縮機２は、典型的には、同一の吐出容量とされる。
【００２５】
本実施例の各圧縮機２は、容量制御可能に構成される。ここでは、機械的に自力で容量制御可能とされる。容量制御の具体的構成は特に問わないが、本実施例では、圧縮機２の吸込側に設けた容量調整弁（図示省略）の開度を調整することでなされる。
【００２６】
容量調整弁は、圧縮機２の吐出側の圧力を所望に維持するように、自力で開度を調整する。つまり、圧縮機２の吐出側の圧力が上昇するのに伴い、容量調整弁は開度を絞って吸入量を減少させ、これにより圧縮機２は吐出量を減少させる一方、圧縮機２の吐出側の圧力が低下するのに伴い、容量調整弁は開度を拡げて吸入量を増加させ、これにより圧縮機２は吐出量を増加させる。
【００２７】
より具体的には、容量調整弁は、図２において、圧縮機２の吐出側の圧力を、下限圧力ＰＬと上限圧力ＰＨとの間に維持するように開度を調整する。この場合、容量調整弁は、圧縮機２の吐出側の圧力が下限圧力ＰＬ以下になると全開される一方、上限圧力ＰＨ以上になると全閉される。また、下限圧力ＰＬと上限圧力ＰＨとの間では、下限圧力ＰＬから上限圧力ＰＨへ行くに従って比例的に開度が絞られる。このように、下限圧力ＰＬと上限圧力ＰＨとの圧力範囲が、容量調整弁の制御範囲とされる。つまり、各圧縮機２は、容量調整弁により、規定の調整範囲ＰＬ〜ＰＨで、吐出圧力と吐出流量とが逆比例のリニアな特性を有する。言い換えれば、吐出圧力と圧縮機２の負荷率とは一次関数になっている。なお、万一、圧縮機２の吐出側の圧力が所定の停止圧力ＰＳを超えると、圧縮機２は強制停止される。
【００２８】
本実施例の各圧縮機２は、典型的には、同時に複数台が運転される場合でもすべてが容量制御される。そのため、各圧縮機２は、全負荷運転に保持するためのフルロードロック機能を備える必要はない。
【００２９】
レシーバタンク３は、各圧縮機２から圧縮空気が供給される一方、一または複数の圧縮空気利用機器へ圧縮空気を供給する中空容器である。レシーバタンク３内の圧力を検出可能に、圧力センサ４が設けられる。
【００３０】
台数制御器５は、各圧縮機２および圧力センサ４に接続され、圧力センサ４による検出圧力などに基づき、各圧縮機２を制御する。本実施例では、各圧縮機２の運転の有無（つまり運転台数の変更）を切り替える。具体的な制御方法は、以下のとおりである。
【００３１】
図２は、本実施例の圧縮機台数制御システム１による台数制御方法の一例を示す図であり、運転中の各圧縮機２の吐出圧力と、レシーバタンク３内の圧力（つまり圧力センサ４の検出圧力）と、運転台数増減表とを示している。
【００３２】
運転台数増減表は、図２の中央に表形式で示すように、運転台数を増やすための起動表と、図２の右側に棒グラフ状に示すように、運転台数を減らすための停止表とに分けられる。起動表は、レシーバタンク３内の圧力Ｐとその変化率ΔＰとに基づき、圧縮機２を如何に起動するか、言い換えれば運転台数を如何に増加させるかを示している。一方、停止表は、レシーバタンク３内の圧力Ｐと、現在実際に運転中の台数とに基づき、圧縮機２を如何に停止するか、言い換えれば運転台数を如何に減少させるかを示している。これらの制御は、圧力センサ４の検出圧力Ｐと圧力変化率ΔＰとをそれぞれ所定周期で求め、それに基づき行われる。本実施例では、検出圧力Ｐとして、台数制御器５のＣＰＵの演算周期の所定回数分（たとえば２０回分）の平均値が用いられ、圧力変化率ΔＰとして、直近の所定時間（たとえば直近２０秒）の平均値が用いられる。
【００３３】
圧力変化率ΔＰとは、所定時間当たりの変動圧力である。圧力変化率ΔＰがマイナスの場合、レシーバタンク３内の圧力は減少傾向にあり、圧力変化率ΔＰがプラスの場合、レシーバタンク３内の圧力は増加傾向にある。圧縮空気利用機器による圧縮空気の使用量が、圧縮機２による圧縮空気の吐出量よりも多い場合、レシーバタンク３内の圧力は減少し、逆に、圧縮機２による圧縮空気の吐出量が、圧縮空気利用機器による圧縮空気の使用量よりも多い場合、レシーバタンク３内の圧力は増加する。
【００３４】
圧縮機２からレシーバタンク３への配管の圧力損失により、レシーバタンク３内の圧力は、圧縮機２の吐出圧力よりも若干低圧になる。そのため、図２において若干傾きのある破線で結んで示すように、レシーバタンク３内の圧力ＰＬ１，ＰＬ２は、それぞれ、圧縮機２の吐出圧力ＰＬ１´，ＰＬ２´と対応する。なお、本実施例の圧縮機台数制御システム１の場合、停止表から明らかなとおり、レシーバタンク３内の圧力が容量調整弁の制御範囲の上限圧力ＰＨになるときは、すべての圧縮機２が停止され、空気流量は０になるので、上限圧力ＰＨに関しては、圧縮機吐出圧力とレシーバタンク圧力とは同一になる。
【００３５】
台数制御器５は、圧力センサ４の検出圧力と、予め設定した圧力値とを比較して、圧縮機２の運転台数を増減する。この際、運転台数を増加させる圧力値は、前記起動表に示すように、圧力センサ４の検出圧力Ｐの圧力変化率ΔＰに基づき異なるよう設定される。つまり、台数制御器５は、圧力センサ４の検出圧力Ｐが台数増加用圧力Ａ以下になると圧縮機２を１台起動させるが、運転台数を増加させるか否かの境界値としての台数増加用圧力Ａは、圧力変化率ΔＰがマイナス側へ大きくなるほど段階的に高圧になるよう設定される。
【００３６】
運転台数を増加させる場合、台数制御器５は、圧力センサ４の検出圧力Ｐが台数増加用圧力Ａ以下の状態を維持する場合、所定時間（連続起動防止時間）を経過するごとに前記圧縮機２を１台起動させるが、圧力変化率ΔＰが設定値（−ΔＰ１）以下の領域（つまりΔＰ≦−ΔＰ１）では、圧力センサ４の検出圧力Ｐが即時増加用圧力Ｂ以下になれば、前記所定時間の経過を待つことなくさらに１台起動させる。なお、即時増加用圧力Ｂは、圧力変化率ΔＰの絶対値が大きいほど高圧に設定されるのがよい。
【００３７】
一方、運転台数を減少させる圧力値は、前記停止表に示すように、現在実際に運転中の圧縮機２の運転台数に基づき異なるよう設定される。つまり、台数制御器５は、圧力センサ４の検出圧力Ｐが台数減少用圧力Ｃ以上になると圧縮機２を１台停止させるが、運転台数を減少させるか否かの境界値としての台数減少用圧力Ｃは、運転台数が増すほど段階的に低圧になるよう設定される。
【００３８】
台数減少用圧力Ｃは、各圧縮機２の負荷率を考慮して決定するのがよい。すなわち、停止時を負荷率０％、全負荷時を負荷率１００％とした場合に、運転中の圧縮機２の１台当たりの負荷率が次式により求められる停止負荷率以下になると、運転中の１台を停止させる。
【００３９】
［数１］ 停止負荷率（％）＝（運転台数−１）／運転台数×１００
【００４０】
台数制御器５は、運転中の台数に応じた停止負荷率で１台を停止させるために、運転中の台数に基づき台数減少用圧力Ｃを次式により求め、これに基づき運転台数を適宜減少させる。
【００４１】
［数２］ 台数減少用圧力Ｃ＝上限圧力ＰＨ−｛（上限圧力ＰＨ−下限圧力ＰＬ）×停止負荷率（％）／１００｝
【００４２】
この数式２は、前記数式１を用いて、次のように書き換えることができる。
【００４３】
［数３］ 台数減少用圧力Ｃ＝｛（上限圧力ＰＨ−下限圧力ＰＬ）÷運転台数｝＋下限圧力ＰＬ
【００４４】
このように、運転台数に応じて台数減少用圧力Ｃを規定することができる。なお、数式２および数式３にいう上限圧力ＰＨおよび下限圧力ＰＬは、前述したように容量調整弁の制御範囲を規定する圧縮機吐出圧力であるが、実際の停止制御は本実施例ではレシーバタンク３に設けた圧力センサ４の検出圧力に基づきなされるので、圧縮機２とレシーバタンク３との間の圧力損失を考慮して補正した値を用いるのが好ましい。但し、上限圧力ＰＨについては、前述したように、圧縮機吐出圧力とレシーバタンク圧力とは同一になる。従って、下限圧力ＰＬについて、レシーバタンク圧力に換算した値を用いるのが好ましい。あるいは、数式２および数式３で導出される台数減少用圧力Ｃは厳密には圧縮機吐出圧力であるので、これをレシーバタンク圧力に換算して制御するのが好ましい。
【００４５】
以下、具体的制御について、図２に基づき説明する。なお、第一下限圧力ＰＬ１よりも低圧で第二下限圧力ＰＬ２が設定され、第一下限圧力ＰＬ１および第二下限圧力ＰＬ２は、容量調整弁の制御範囲下限値ＰＬよりも低圧に設定される。また、第一設定値ΔＰ１，第二設定値ΔＰ２は、圧縮機１台分の全負荷運転時の吐出容量を考慮して設定される。
【００４６】
（１）圧縮機２の運転台数の増加制御
（１−１）圧力変化率ΔＰの絶対値が第一設定値ΔＰ１未満である場合。具体的には、−ΔＰ１＜ΔＰ＜＋ΔＰ１である場合。
圧力センサ４の検出圧力Ｐが台数増加用圧力Ａとしての第二下限圧力ＰＬ２以下になると１台起動させる。これにより通常は圧力が第二下限圧力ＰＬ２を上回るが、この間も圧縮空気の使用負荷が増加し続けると、圧力が第二下限圧力ＰＬ２以下を維持する場合がある。その場合、所定の連続起動防止時間を経過するごとに圧縮機２を１台起動させる。つまり、圧力センサ４の検出圧力Ｐが図２における「１台起動」領域に留まる場合には、停止中の圧縮機２がある限り、連続起動防止時間を経過するごとに１台ずつ起動させる。
【００４７】
（１−２）圧力変化率ΔＰの絶対値が第一設定値ΔＰ１以上であるが第二設定値ΔＰ２未満である場合。具体的には、−ΔＰ２＜ΔＰ≦−ΔＰ１である場合。
圧力センサ４の検出圧力Ｐが台数増加用圧力Ａとしての第一下限圧力ＰＬ１以下になると１台起動させる。この場合も、１台起動させても第一下限圧力ＰＬ１以下を維持する場合、所定の連続起動防止時間を経過するごとに１台起動させるが、即時増加用圧力Ｂとしての第二下限圧力ＰＬ２以下になれば、連続起動防止時間の経過を待つことなくさらにもう１台起動させる。
【００４８】
つまり、図２において、「１台起動」領域に入ることで１台を起動させても、なおその領域に留まる場合には、停止中の圧縮機２がある限り、連続起動防止時間ごとに１台ずつ圧縮機２を起動させる。また、その間、「さらに１台起動」領域に入れば、連続起動防止時間を経過しないでも、さらに１台を起動させる。
【００４９】
（１−３）圧力変化率ΔＰの絶対値が第二設定値ΔＰ２以上である場合。具体的には、ΔＰ≦−ΔＰ２である場合。
レシーバタンク３内の圧力下降時（圧力変化率ΔＰがマイナスの場合つまりΔＰ≦−ΔＰ２の場合）には、圧力センサ４の検出圧力Ｐが台数増加用圧力Ａとしての容量調整弁の制御範囲上限値ＰＨ以下、言い換えれば容量調整弁の制御範囲ＰＬ〜ＰＨであっても、１台起動させる。この場合も、１台起動させても容量調整弁の制御範囲ＰＬ〜ＰＨを維持する場合、所定の連続起動防止時間を経過するごとに１台起動させるが、即時増加用圧力Ｂとしての第一下限圧力ＰＬ１以下になれば、連続起動防止時間の経過を待つことなくさらにもう１台起動させる。
【００５０】
つまり、図２において「１台起動」領域に入ることで１台を起動させても、なおその領域に留まる場合には、停止中の圧縮機２がある限り、連続起動防止時間ごとに１台ずつ圧縮機２を起動させる。また、その間、「さらに１台起動」領域に入れば、連続起動防止時間を経過しないでも、さらに１台を起動させる。
【００５１】
（２）圧縮機２の運転台数の減少制御
圧力センサ４により空気圧力を監視して、たとえば、２台運転している場合には、１台当たりの負荷率が５０％以下になると１台停止させ、３台運転している場合には、１台当たりの負荷率が６７％以下になると１台停止させ、４台運転している場合には、１台あたりの負荷率が７５％以下になると１台停止させるというように、前述した数式１による停止負荷率を考慮して、圧縮機２の運転台数を減少させる。
【００５２】
これにより、１台だけ運転している場合には、負荷率が０〜１００％で運転され、２台運転している場合には、１台当たりの負荷率が５０〜１００％で運転され、３台運転している場合には、１台当たりの負荷率が６７〜１００％で運転されるというように、台数が増すほど高負荷で運転される。
【００５３】
圧力に基づく制御を行うには、前述した数式３（または数式２）により求められる運転台数に応じた台数減少用圧力Ｃ以上になれば、１台停止させればよい。たとえば、２台運転している場合には、「｛（上限圧力ＰＨ−下限圧力ＰＬ）÷２）｝＋下限圧力ＰＬ」以上になると、圧縮機２を１台停止させる。また、３台運転している場合には、「｛（上限圧力ＰＨ−下限圧力ＰＬ）÷３｝＋下限圧力ＰＬ」以上になると、圧縮機２を１台停止させるというように、運転中の台数に基づき数式３により台数減少用圧力Ｃが設定される。
【００５４】
ここで、圧力センサ４による検出圧力Ｐが台数減少用圧力Ｃ以上の状態を設定時間継続後に、圧縮機２の運転台数を減少させるのが好ましい。これにより、１台を停止させた後に次の１台を停止させるまでに規定の時間を要し、次々と過剰に停止させるおそれがない。
【００５５】
ところで、レシーバタンク３の圧力のみでは、圧縮空気利用機器における圧縮空気の実際の使用負荷は分からない。そこで、台数制御器５は、圧力センサ４の検出圧力に加えて、各圧縮機２からの圧縮空気の吐出流量、または各圧縮機２の回転数、使用電流もしくは使用電力に基づき、圧縮機２の運転台数を補正するようにしてもよい。
【００５６】
たとえば、各圧縮機２からレシーバタンク３への吐出配管に空気流量計を設置したり、レシーバタンク３から圧縮空気利用機器への吐出配管に空気流量計を設置したり、各圧縮機２の回転数や電流などを検出したりして、各圧縮機２の負荷率つまり空気負荷を把握する。そして、空気負荷に対応した圧縮機２の台数（能力）を設定しておき、過剰となる圧縮機２を停止させればよい。特に、図２の停止表から分かるように、台数が増加するほど台数減少用圧力Ｃの差異が狭くなり、最適動作台数がずれるおそれがあるので、各圧縮機２の消費電力などを監視し、台数減少用圧力または運転台数を補正してもよい。
【００５７】
あるいは、前記実施例では、レシーバタンク３の圧力により制御したが、場合により上述した空気流量にて制御してもよい。なお、電流の計測を行えば、空気負荷に対する電力消費を管理することができ、本発明の台数制御システム１の有無による省エネルギー効果をお知らせすることも可能となる。
【００５８】
また、台数制御器５は、各圧縮機２の使用電流または使用電力を監視し、使用電流または使用電力の少ない圧縮機２を優先して運転するようにしてもよい。さらに、配管の圧力損失、容量調整弁の誤差、機器同士の干渉などで、運転中の各圧縮機２が同じ吐出容量にならないおそれもあるので、各圧縮機２の消費電力を監視して、消費電力の少ない圧縮機を優先して動かす他、消費電力に一定以上の偏り（差異）がある場合には、お知らせを出して容量調整弁などのメンテナンスを促してもよい。
【００５９】
複数台を同時に運転する場合において、仮に１台だけを容量制御し他を全負荷運転させる場合、容量調整を１台のみで行っているので、空気使用量が急激に減少した場合に、レシーバタンク３内の圧力が過上昇するおそれがある。ところが、本実施例の構成によれば、複数台の圧縮機２を運転する場合でも、すべてを容量制御するので、空気使用量が急激に減少した場合でも、複数台の圧縮機２の容量制御機能が並行して作用することで、レシーバタンク３内の圧力が過上昇するのを防止することができる。たとえ空気使用量が突然に全くなくなったとしても、空気圧力が過上昇することはない。
【００６０】
複数台を同時に運転する場合において、仮に１台だけを容量制御し他を全負荷運転させる場合、各圧縮機２には全負荷運転に保持するためのフルロードロック機能が必要となる。ところが、この機能は圧縮機２に標準的に装備されている訳ではなく圧縮機２を改造する必要がある。しかしながら、本実施例のシステム１によれば、各圧縮機２にフルロードロック機能は不要であるから、各圧縮機２を改造する必要がない。
【００６１】
また、運転台数の増加に応じて台数減少用圧力Ｃを下げると、運転中の各圧縮機２の負荷率は前述したように上がり、言い換えれば、各圧縮機２は吐出圧力が低い側で運転することになる。そして、一般に、圧縮機２は吐出圧力が低い側で運転するほど高効率なので、台数減少用圧力Ｃを下げることで、運転効率を向上することができる。
【００６２】
本発明の圧縮機台数制御システム１は、前記実施例の構成に限らず適宜変更可能である。たとえば、各圧縮機２は、アンローダ機能を有していてもよい。その場合、前記実施例において、圧縮機２の起動と停止は、圧縮機２のロードとアンロードとすればよい。
【００６３】
また、各圧縮機２の容量制御の方法は、前記実施例のように圧縮機２の吸込側に設けた容量調整弁に限らず、従来公知の他の構成を採用することもできる。さらに、容量制御せずに、すべての圧縮機２を単にオンオフ制御やロード・アンロード制御するだけでもよい。
【００６４】
また、前記実施例では、各圧縮機２からの圧縮空気はレシーバタンク３を介して圧縮空気利用機器へ送り、そのレシーバタンク３に圧力センサ４を設けたが、レシーバタンク３以外に、各圧縮機２から圧縮空気が供給される箇所、あるいは圧縮空気利用機器へ圧縮空気を送る箇所に、圧力センサ４を設けてもよい。
【００６５】
さらに、前記実施例では、各圧縮機は互いに同一の構成および吐出容量としたが、場合によりこれらは異ならせてもよい。たとえば、他と比べて２倍の吐出容量を有した圧縮機が含まれる場合、その圧縮機は２台分として制御すればよい。
【符号の説明】
【００６６】
１ 圧縮機台数制御システム
２ 圧縮機
３ レシーバタンク
４ 圧力センサ
５ 台数制御器
Ａ 台数増加用圧力
Ｂ 即時増加用圧力
Ｃ 台数減少用圧力
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数台の空気圧縮機を備え、圧縮空気の使用負荷に応じて圧縮機の運転台数を変更する圧縮機台数制御システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、下記特許文献１に開示されるように、圧力とその変化率とに基づき、圧縮機の運転台数を増減する圧力閾値を変更することが提案されている。この特許文献１に記載の発明では、すべての圧縮機がオンオフ制御される（段落番号００２９など）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１２０４９７号公報（特許請求の範囲、段落番号０１４０−０１５５、図１５、図１６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、圧力変化率は考慮されても、運転中の圧縮機の台数は考慮されていない。また、複数台の圧縮機は、単にオンオフ制御されている。これでは、圧縮空気の使用負荷に迅速に追従させて圧縮空気を製造することができない。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、簡易な構成で運転台数を考慮して制御し、圧縮空気の使用負荷に迅速に追従させて圧縮空気を製造することのできる圧縮機台数制御システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、複数台の圧縮機と、これら圧縮機から圧縮空気が供給されると共に圧縮空気利用機器へ圧縮空気を送る箇所に設けられ、圧縮空気の圧力を検出する圧力センサと、この圧力センサの検出圧力に基づき前記圧縮機の運転台数を変更する台数制御器とを備え、前記台数制御器により運転台数を減少させるか否かの境界値としての台数減少用圧力は、運転台数が多いほど低くなるよう設定されることを特徴とする圧縮機台数制御システムである。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、運転台数を減少させるか否かの境界値としての台数減少用圧力は、運転台数が多いほど低くなるよう設定される。圧縮機の運転台数が多いほど、目標圧力に維持するための１台当たりの寄与率は下がり、圧力変動は抑えられるので、運転台数の増加に応じて台数減少用圧力を下げることができる。言い換えれば、通常、台数減少用圧力以上になれば圧縮機を１台停止し、台数増加用圧力以下になれば圧縮機を１台起動するが、運転台数を増すほど台数減少用圧力を下げて、圧力変動幅を抑制することができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、前記各圧縮機は、同時に複数台が運転される場合でもすべてが容量制御され、停止時を負荷率０％、全負荷時を負荷率１００％とした場合に、運転中の前記圧縮機の１台当たりの負荷率が次式により求められる停止負荷率以下になると、運転中の１台を停止させることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機台数制御システムである。
停止負荷率（％）＝（運転台数−１）／運転台数×１００
【０００９】
請求項２に記載の発明によれば、同時に複数台が運転される場合でもすべてを容量制御しつつ、２台運転しているときは１台当たりの負荷率が５０％以下になると１台停止させ、３台運転しているときは１台当たりの負荷率が６７％以下になると１台停止させるというように、運転台数に応じた１台当たり負荷率に基づき停止制御することで、簡易な構成で最適な運転を行うことができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、前記各圧縮機は、その吐出側の圧力を、下限圧力ＰＬと上限圧力ＰＨとの間に維持するように容量制御され、運転台数に応じた停止負荷率で運転中の１台を停止させるために、前記台数減少用圧力は運転台数に基づき次式により設定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧縮機台数制御システムである。
台数減少用圧力＝｛（上限圧力ＰＨ−下限圧力ＰＬ）÷運転台数｝＋下限圧力ＰＬ
【００１１】
請求項３に記載の発明によれば、停止負荷率を圧力に換算して、簡易に制御することができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、前記圧力センサによる検出圧力が前記台数減少用圧力以上の状態を設定時間継続後に、前記圧縮機の運転台数を減少させることを特徴とする請求項３に記載の圧縮機台数制御システムである。
【００１３】
請求項４に記載の発明によれば、圧力センサによる検出圧力が台数減少用圧力以上の状態を設定時間継続後に圧縮機の運転台数を減少させるので、圧縮機が次々と過剰に停止されるのを防止できる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、前記各圧縮機からの圧縮空気は、共通のレシーバタンクへ供給された後、一または複数の圧縮空気利用機器へ送られ、前記圧力センサは、前記レシーバタンクに設置され、前記台数制御器により運転台数を増加させるか否かの境界値としての台数増加用圧力は、前記圧力センサの検出圧力Ｐの圧力変化率ΔＰに基づき異なるよう設定され、圧力変化率ΔＰの絶対値が第一設定値ΔＰ１未満である場合には、前記圧力センサの検出圧力Ｐが、前記台数増加用圧力としての第二下限圧力ＰＬ２以下になると１台起動させ、圧力変化率ΔＰの絶対値が第一設定値ΔＰ１以上であるが第二設定値ΔＰ２未満である場合には、前記圧力センサの検出圧力Ｐが前記台数増加用圧力としての第一下限圧力ＰＬ１以下になると１台起動させ、それでも第一下限圧力ＰＬ１以下を維持する場合、所定の連続起動防止時間を経過するごとに１台起動させるが、前記第一下限圧力ＰＬ１よりも低圧の第二下限圧力ＰＬ２以下になれば、前記連続起動防止時間の経過を待つことなくさらに１台起動させ、圧力変化率ΔＰの絶対値が第二設定値ΔＰ２以上である場合には、前記圧力センサの検出圧力Ｐが前記台数増加用圧力としての前記上限圧力ＰＨ以下であると１台起動させ、それでも前記上限圧力ＰＨ以下を維持する場合、所定の連続起動防止時間を経過するごとに１台起動させるが、前記上限圧力ＰＨよりも低圧の第一下限圧力ＰＬ１以下になれば、前記連続起動防止時間の経過を待つことなくさらにもう１台起動させることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の圧縮機台数制御システムである。
【００１５】
請求項５に記載の発明によれば、圧力センサの検出圧力が台数増加用圧力以下になると圧縮機を１台起動させ、それでも台数増加用圧力以下を維持する場合、所定の連続起動防止時間を経過するごとに圧縮機を１台起動させるが、圧力変化率の絶対値が設定値以上の領域では、圧力センサの検出圧力が即時増加用圧力以下になれば、所定時間の経過を待つことなく１台起動させる。このように、圧力変化率が設定値以上で大きく、しかも目標圧力範囲から大きく離れようとした場合には、所定時間の経過を待つことなく、即時増加用圧力以下で１台起動するので、圧縮機の吐出量と圧縮空気利用機器の使用量との差を迅速に是正することができる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、前記台数制御器は、前記圧力センサの検出圧力に加えて、前記各圧縮機からの圧縮空気の吐出流量、または前記各圧縮機の回転数、使用電流もしくは使用電力に基づき、前記圧縮機の運転台数を変更することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧縮機台数制御システムである。
【００１７】
請求項６に記載の発明によれば、各圧縮機からの圧縮空気の吐出流量、または各圧縮機の回転数、使用電流もしくは使用電力に基づき、圧縮機の運転台数を補正することで、最適な台数で運転することができる。
【００１８】
さらに、請求項７に記載の発明は、前記台数制御器は、前記各圧縮機の使用電流または使用電力を監視し、使用電流または使用電力の少ない圧縮機を優先して運転することを特徴とする請求項６に記載の圧縮機台数制御システムである。
【００１９】
請求項７に記載の発明によれば、使用電流または使用電力の少ない圧縮機を優先して運転することで、運転効率を向上することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、簡易な構成で運転台数を考慮して制御し、圧縮空気の使用負荷に迅速に追従させて圧縮空気を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の圧縮機台数制御システムの一実施例を示す概略図である。
【図２】図１の圧縮機台数制御システムによる台数制御方法の一例を示す図であり、運転中の各圧縮機の吐出圧力、レシーバタンク内の圧力、運転台数増減表を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の圧縮機台数制御システムの一実施例を示す概略図である。本実施例の圧縮機台数制御システム１は、複数台の圧縮機２，２，…と、これら圧縮機２から圧縮空気が供給されるレシーバタンク３と、このレシーバタンク３内の圧力を検出する圧力センサ４と、この圧力センサ４の検出圧力などに基づき前記各圧縮機２を制御する台数制御器５とを備える。
【００２３】
各圧縮機２は、電動式の空気圧縮機であり、圧縮機本体がモータで駆動され、外気を吸入し圧縮して吐出する。各圧縮機２からの圧縮空気は、共通のレシーバタンク３を介して、一または複数の各種の圧縮空気利用機器（図示省略）へ送られる。
【００２４】
各圧縮機２は、スクリュー式、ターボ式またはレシプロ式など、その構成を特に問わないが、典型的には互いに同一の構成とされる。また、各圧縮機２は、典型的には、同一の吐出容量とされる。
【００２５】
本実施例の各圧縮機２は、容量制御可能に構成される。ここでは、機械的に自力で容量制御可能とされる。容量制御の具体的構成は特に問わないが、本実施例では、圧縮機２の吸込側に設けた容量調整弁（図示省略）の開度を調整することでなされる。
【００２６】
容量調整弁は、圧縮機２の吐出側の圧力を所望に維持するように、自力で開度を調整する。つまり、圧縮機２の吐出側の圧力が上昇するのに伴い、容量調整弁は開度を絞って吸入量を減少させ、これにより圧縮機２は吐出量を減少させる一方、圧縮機２の吐出側の圧力が低下するのに伴い、容量調整弁は開度を拡げて吸入量を増加させ、これにより圧縮機２は吐出量を増加させる。
【００２７】
より具体的には、容量調整弁は、図２において、圧縮機２の吐出側の圧力を、下限圧力ＰＬと上限圧力ＰＨとの間に維持するように開度を調整する。この場合、容量調整弁は、圧縮機２の吐出側の圧力が下限圧力ＰＬ以下になると全開される一方、上限圧力ＰＨ以上になると全閉される。また、下限圧力ＰＬと上限圧力ＰＨとの間では、下限圧力ＰＬから上限圧力ＰＨへ行くに従って比例的に開度が絞られる。このように、下限圧力ＰＬと上限圧力ＰＨとの圧力範囲が、容量調整弁の制御範囲とされる。つまり、各圧縮機２は、容量調整弁により、規定の調整範囲ＰＬ〜ＰＨで、吐出圧力と吐出流量とが逆比例のリニアな特性を有する。言い換えれば、吐出圧力と圧縮機２の負荷率とは一次関数になっている。なお、万一、圧縮機２の吐出側の圧力が所定の停止圧力ＰＳを超えると、圧縮機２は強制停止される。
【００２８】
本実施例の各圧縮機２は、典型的には、同時に複数台が運転される場合でもすべてが容量制御される。そのため、各圧縮機２は、全負荷運転に保持するためのフルロードロック機能を備える必要はない。
【００２９】
レシーバタンク３は、各圧縮機２から圧縮空気が供給される一方、一または複数の圧縮空気利用機器へ圧縮空気を供給する中空容器である。レシーバタンク３内の圧力を検出可能に、圧力センサ４が設けられる。
【００３０】
台数制御器５は、各圧縮機２および圧力センサ４に接続され、圧力センサ４による検出圧力などに基づき、各圧縮機２を制御する。本実施例では、各圧縮機２の運転の有無（つまり運転台数の変更）を切り替える。具体的な制御方法は、以下のとおりである。
【００３１】
図２は、本実施例の圧縮機台数制御システム１による台数制御方法の一例を示す図であり、運転中の各圧縮機２の吐出圧力と、レシーバタンク３内の圧力（つまり圧力センサ４の検出圧力）と、運転台数増減表とを示している。
【００３２】
運転台数増減表は、図２の中央に表形式で示すように、運転台数を増やすための起動表と、図２の右側に棒グラフ状に示すように、運転台数を減らすための停止表とに分けられる。起動表は、レシーバタンク３内の圧力Ｐとその変化率ΔＰとに基づき、圧縮機２を如何に起動するか、言い換えれば運転台数を如何に増加させるかを示している。一方、停止表は、レシーバタンク３内の圧力Ｐと、現在実際に運転中の台数とに基づき、圧縮機２を如何に停止するか、言い換えれば運転台数を如何に減少させるかを示している。これらの制御は、圧力センサ４の検出圧力Ｐと圧力変化率ΔＰとをそれぞれ所定周期で求め、それに基づき行われる。本実施例では、検出圧力Ｐとして、台数制御器５のＣＰＵの演算周期の所定回数分（たとえば２０回分）の平均値が用いられ、圧力変化率ΔＰとして、直近の所定時間（たとえば直近２０秒）の平均値が用いられる。
【００３３】
圧力変化率ΔＰとは、所定時間当たりの変動圧力である。圧力変化率ΔＰがマイナスの場合、レシーバタンク３内の圧力は減少傾向にあり、圧力変化率ΔＰがプラスの場合、レシーバタンク３内の圧力は増加傾向にある。圧縮空気利用機器による圧縮空気の使用量が、圧縮機２による圧縮空気の吐出量よりも多い場合、レシーバタンク３内の圧力は減少し、逆に、圧縮機２による圧縮空気の吐出量が、圧縮空気利用機器による圧縮空気の使用量よりも多い場合、レシーバタンク３内の圧力は増加する。
【００３４】
圧縮機２からレシーバタンク３への配管の圧力損失により、レシーバタンク３内の圧力は、圧縮機２の吐出圧力よりも若干低圧になる。そのため、図２において若干傾きのある破線で結んで示すように、レシーバタンク３内の圧力ＰＬ１，ＰＬ２は、それぞれ、圧縮機２の吐出圧力ＰＬ１´，ＰＬ２´と対応する。なお、本実施例の圧縮機台数制御システム１の場合、停止表から明らかなとおり、レシーバタンク３内の圧力が容量調整弁の制御範囲の上限圧力ＰＨになるときは、すべての圧縮機２が停止され、空気流量は０になるので、上限圧力ＰＨに関しては、圧縮機吐出圧力とレシーバタンク圧力とは同一になる。
【００３５】
台数制御器５は、圧力センサ４の検出圧力と、予め設定した圧力値とを比較して、圧縮機２の運転台数を増減する。この際、運転台数を増加させる圧力値は、前記起動表に示すように、圧力センサ４の検出圧力Ｐの圧力変化率ΔＰに基づき異なるよう設定される。つまり、台数制御器５は、圧力センサ４の検出圧力Ｐが台数増加用圧力Ａ以下になると圧縮機２を１台起動させるが、運転台数を増加させるか否かの境界値としての台数増加用圧力Ａは、圧力変化率ΔＰがマイナス側へ大きくなるほど段階的に高圧になるよう設定される。
【００３６】
運転台数を増加させる場合、台数制御器５は、圧力センサ４の検出圧力Ｐが台数増加用圧力Ａ以下の状態を維持する場合、所定時間（連続起動防止時間）を経過するごとに前記圧縮機２を１台起動させるが、圧力変化率ΔＰが設定値（−ΔＰ１）以下の領域（つまりΔＰ≦−ΔＰ１）では、圧力センサ４の検出圧力Ｐが即時増加用圧力Ｂ以下になれば、前記所定時間の経過を待つことなくさらに１台起動させる。なお、即時増加用圧力Ｂは、圧力変化率ΔＰの絶対値が大きいほど高圧に設定されるのがよい。
【００３７】
一方、運転台数を減少させる圧力値は、前記停止表に示すように、現在実際に運転中の圧縮機２の運転台数に基づき異なるよう設定される。つまり、台数制御器５は、圧力センサ４の検出圧力Ｐが台数減少用圧力Ｃ以上になると圧縮機２を１台停止させるが、運転台数を減少させるか否かの境界値としての台数減少用圧力Ｃは、運転台数が増すほど段階的に低圧になるよう設定される。
【００３８】
台数減少用圧力Ｃは、各圧縮機２の負荷率を考慮して決定するのがよい。すなわち、停止時を負荷率０％、全負荷時を負荷率１００％とした場合に、運転中の圧縮機２の１台当たりの負荷率が次式により求められる停止負荷率以下になると、運転中の１台を停止させる。
【００３９】
［数１］ 停止負荷率（％）＝（運転台数−１）／運転台数×１００
【００４０】
台数制御器５は、運転中の台数に応じた停止負荷率で１台を停止させるために、運転中の台数に基づき台数減少用圧力Ｃを次式により求め、これに基づき運転台数を適宜減少させる。
【００４１】
［数２］ 台数減少用圧力Ｃ＝上限圧力ＰＨ−｛（上限圧力ＰＨ−下限圧力ＰＬ）×停止負荷率（％）／１００｝
【００４２】
この数式２は、前記数式１を用いて、次のように書き換えることができる。
【００４３】
［数３］ 台数減少用圧力Ｃ＝｛（上限圧力ＰＨ−下限圧力ＰＬ）÷運転台数｝＋下限圧力ＰＬ
【００４４】
このように、運転台数に応じて台数減少用圧力Ｃを規定することができる。なお、数式２および数式３にいう上限圧力ＰＨおよび下限圧力ＰＬは、前述したように容量調整弁の制御範囲を規定する圧縮機吐出圧力であるが、実際の停止制御は本実施例ではレシーバタンク３に設けた圧力センサ４の検出圧力に基づきなされるので、圧縮機２とレシーバタンク３との間の圧力損失を考慮して補正した値を用いるのが好ましい。但し、上限圧力ＰＨについては、前述したように、圧縮機吐出圧力とレシーバタンク圧力とは同一になる。従って、下限圧力ＰＬについて、レシーバタンク圧力に換算した値を用いるのが好ましい。あるいは、数式２および数式３で導出される台数減少用圧力Ｃは厳密には圧縮機吐出圧力であるので、これをレシーバタンク圧力に換算して制御するのが好ましい。
【００４５】
以下、具体的制御について、図２に基づき説明する。なお、第一下限圧力ＰＬ１よりも低圧で第二下限圧力ＰＬ２が設定され、第一下限圧力ＰＬ１および第二下限圧力ＰＬ２は、容量調整弁の制御範囲下限値ＰＬよりも低圧に設定される。また、第一設定値ΔＰ１，第二設定値ΔＰ２は、圧縮機１台分の全負荷運転時の吐出容量を考慮して設定される。
【００４６】
（１）圧縮機２の運転台数の増加制御
（１−１）圧力変化率ΔＰの絶対値が第一設定値ΔＰ１未満である場合。具体的には、−ΔＰ１＜ΔＰ＜＋ΔＰ１である場合。
圧力センサ４の検出圧力Ｐが台数増加用圧力Ａとしての第二下限圧力ＰＬ２以下になると１台起動させる。これにより通常は圧力が第二下限圧力ＰＬ２を上回るが、この間も圧縮空気の使用負荷が増加し続けると、圧力が第二下限圧力ＰＬ２以下を維持する場合がある。その場合、所定の連続起動防止時間を経過するごとに圧縮機２を１台起動させる。つまり、圧力センサ４の検出圧力Ｐが図２における「１台起動」領域に留まる場合には、停止中の圧縮機２がある限り、連続起動防止時間を経過するごとに１台ずつ起動させる。
【００４７】
（１−２）圧力変化率ΔＰの絶対値が第一設定値ΔＰ１以上であるが第二設定値ΔＰ２未満である場合。具体的には、−ΔＰ２＜ΔＰ≦−ΔＰ１である場合。
圧力センサ４の検出圧力Ｐが台数増加用圧力Ａとしての第一下限圧力ＰＬ１以下になると１台起動させる。この場合も、１台起動させても第一下限圧力ＰＬ１以下を維持する場合、所定の連続起動防止時間を経過するごとに１台起動させるが、即時増加用圧力Ｂとしての第二下限圧力ＰＬ２以下になれば、連続起動防止時間の経過を待つことなくさらにもう１台起動させる。
【００４８】
つまり、図２において、「１台起動」領域に入ることで１台を起動させても、なおその領域に留まる場合には、停止中の圧縮機２がある限り、連続起動防止時間ごとに１台ずつ圧縮機２を起動させる。また、その間、「さらに１台起動」領域に入れば、連続起動防止時間を経過しないでも、さらに１台を起動させる。
【００４９】
（１−３）圧力変化率ΔＰの絶対値が第二設定値ΔＰ２以上である場合。具体的には、ΔＰ≦−ΔＰ２である場合。
レシーバタンク３内の圧力下降時（圧力変化率ΔＰがマイナスの場合つまりΔＰ≦−ΔＰ２の場合）には、圧力センサ４の検出圧力Ｐが台数増加用圧力Ａとしての容量調整弁の制御範囲上限値ＰＨ以下、言い換えれば容量調整弁の制御範囲ＰＬ〜ＰＨであっても、１台起動させる。この場合も、１台起動させても容量調整弁の制御範囲ＰＬ〜ＰＨを維持する場合、所定の連続起動防止時間を経過するごとに１台起動させるが、即時増加用圧力Ｂとしての第一下限圧力ＰＬ１以下になれば、連続起動防止時間の経過を待つことなくさらにもう１台起動させる。
【００５０】
つまり、図２において「１台起動」領域に入ることで１台を起動させても、なおその領域に留まる場合には、停止中の圧縮機２がある限り、連続起動防止時間ごとに１台ずつ圧縮機２を起動させる。また、その間、「さらに１台起動」領域に入れば、連続起動防止時間を経過しないでも、さらに１台を起動させる。
【００５１】
（２）圧縮機２の運転台数の減少制御
圧力センサ４により空気圧力を監視して、たとえば、２台運転している場合には、１台当たりの負荷率が５０％以下になると１台停止させ、３台運転している場合には、１台当たりの負荷率が６７％以下になると１台停止させ、４台運転している場合には、１台あたりの負荷率が７５％以下になると１台停止させるというように、前述した数式１による停止負荷率を考慮して、圧縮機２の運転台数を減少させる。
【００５２】
これにより、１台だけ運転している場合には、負荷率が０〜１００％で運転され、２台運転している場合には、１台当たりの負荷率が５０〜１００％で運転され、３台運転している場合には、１台当たりの負荷率が６７〜１００％で運転されるというように、台数が増すほど高負荷で運転される。
【００５３】
圧力に基づく制御を行うには、前述した数式３（または数式２）により求められる運転台数に応じた台数減少用圧力Ｃ以上になれば、１台停止させればよい。たとえば、２台運転している場合には、「｛（上限圧力ＰＨ−下限圧力ＰＬ）÷２）｝＋下限圧力ＰＬ」以上になると、圧縮機２を１台停止させる。また、３台運転している場合には、「｛（上限圧力ＰＨ−下限圧力ＰＬ）÷３｝＋下限圧力ＰＬ」以上になると、圧縮機２を１台停止させるというように、運転中の台数に基づき数式３により台数減少用圧力Ｃが設定される。
【００５４】
ここで、圧力センサ４による検出圧力Ｐが台数減少用圧力Ｃ以上の状態を設定時間継続後に、圧縮機２の運転台数を減少させるのが好ましい。これにより、１台を停止させた後に次の１台を停止させるまでに規定の時間を要し、次々と過剰に停止させるおそれがない。
【００５５】
ところで、レシーバタンク３の圧力のみでは、圧縮空気利用機器における圧縮空気の実際の使用負荷は分からない。そこで、台数制御器５は、圧力センサ４の検出圧力に加えて、各圧縮機２からの圧縮空気の吐出流量、または各圧縮機２の回転数、使用電流もしくは使用電力に基づき、圧縮機２の運転台数を補正するようにしてもよい。
【００５６】
たとえば、各圧縮機２からレシーバタンク３への吐出配管に空気流量計を設置したり、レシーバタンク３から圧縮空気利用機器への吐出配管に空気流量計を設置したり、各圧縮機２の回転数や電流などを検出したりして、各圧縮機２の負荷率つまり空気負荷を把握する。そして、空気負荷に対応した圧縮機２の台数（能力）を設定しておき、過剰となる圧縮機２を停止させればよい。特に、図２の停止表から分かるように、台数が増加するほど台数減少用圧力Ｃの差異が狭くなり、最適動作台数がずれるおそれがあるので、各圧縮機２の消費電力などを監視し、台数減少用圧力または運転台数を補正してもよい。
【００５７】
あるいは、前記実施例では、レシーバタンク３の圧力により制御したが、場合により上述した空気流量にて制御してもよい。なお、電流の計測を行えば、空気負荷に対する電力消費を管理することができ、本発明の台数制御システム１の有無による省エネルギー効果をお知らせすることも可能となる。
【００５８】
また、台数制御器５は、各圧縮機２の使用電流または使用電力を監視し、使用電流または使用電力の少ない圧縮機２を優先して運転するようにしてもよい。さらに、配管の圧力損失、容量調整弁の誤差、機器同士の干渉などで、運転中の各圧縮機２が同じ吐出容量にならないおそれもあるので、各圧縮機２の消費電力を監視して、消費電力の少ない圧縮機を優先して動かす他、消費電力に一定以上の偏り（差異）がある場合には、お知らせを出して容量調整弁などのメンテナンスを促してもよい。
【００５９】
複数台を同時に運転する場合において、仮に１台だけを容量制御し他を全負荷運転させる場合、容量調整を１台のみで行っているので、空気使用量が急激に減少した場合に、レシーバタンク３内の圧力が過上昇するおそれがある。ところが、本実施例の構成によれば、複数台の圧縮機２を運転する場合でも、すべてを容量制御するので、空気使用量が急激に減少した場合でも、複数台の圧縮機２の容量制御機能が並行して作用することで、レシーバタンク３内の圧力が過上昇するのを防止することができる。たとえ空気使用量が突然に全くなくなったとしても、空気圧力が過上昇することはない。
【００６０】
複数台を同時に運転する場合において、仮に１台だけを容量制御し他を全負荷運転させる場合、各圧縮機２には全負荷運転に保持するためのフルロードロック機能が必要となる。ところが、この機能は圧縮機２に標準的に装備されている訳ではなく圧縮機２を改造する必要がある。しかしながら、本実施例のシステム１によれば、各圧縮機２にフルロードロック機能は不要であるから、各圧縮機２を改造する必要がない。
【００６１】
また、運転台数の増加に応じて台数減少用圧力Ｃを下げると、運転中の各圧縮機２の負荷率は前述したように上がり、言い換えれば、各圧縮機２は吐出圧力が低い側で運転することになる。そして、一般に、圧縮機２は吐出圧力が低い側で運転するほど高効率なので、台数減少用圧力Ｃを下げることで、運転効率を向上することができる。
【００６２】
本発明の圧縮機台数制御システム１は、前記実施例の構成に限らず適宜変更可能である。たとえば、各圧縮機２は、アンローダ機能を有していてもよい。その場合、前記実施例において、圧縮機２の起動と停止は、圧縮機２のロードとアンロードとすればよい。
【００６３】
また、各圧縮機２の容量制御の方法は、前記実施例のように圧縮機２の吸込側に設けた容量調整弁に限らず、従来公知の他の構成を採用することもできる。さらに、容量制御せずに、すべての圧縮機２を単にオンオフ制御やロード・アンロード制御するだけでもよい。
【００６４】
また、前記実施例では、各圧縮機２からの圧縮空気はレシーバタンク３を介して圧縮空気利用機器へ送り、そのレシーバタンク３に圧力センサ４を設けたが、レシーバタンク３以外に、各圧縮機２から圧縮空気が供給される箇所、あるいは圧縮空気利用機器へ圧縮空気を送る箇所に、圧力センサ４を設けてもよい。
【００６５】
さらに、前記実施例では、各圧縮機は互いに同一の構成および吐出容量としたが、場合によりこれらは異ならせてもよい。たとえば、他と比べて２倍の吐出容量を有した圧縮機が含まれる場合、その圧縮機は２台分として制御すればよい。
【符号の説明】
【００６６】
１ 圧縮機台数制御システム
２ 圧縮機
３ レシーバタンク
４ 圧力センサ
５ 台数制御器
Ａ 台数増加用圧力
Ｂ 即時増加用圧力
Ｃ 台数減少用圧力
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数台の圧縮機と、
これら圧縮機から圧縮空気が供給されると共に圧縮空気利用機器へ圧縮空気を送る箇所に設けられ、圧縮空気の圧力を検出する圧力センサと、
この圧力センサの検出圧力に基づき前記圧縮機の運転台数を変更する台数制御器とを備え、
前記台数制御器により運転台数を減少させるか否かの境界値としての台数減少用圧力は、運転台数が多いほど低くなるよう設定される
ことを特徴とする圧縮機台数制御システム。
【請求項２】
前記各圧縮機は、同時に複数台が運転される場合でもすべてが容量制御され、
停止時を負荷率０％、全負荷時を負荷率１００％とした場合に、運転中の前記圧縮機の１台当たりの負荷率が次式により求められる停止負荷率以下になると、運転中の１台を停止させる
ことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機台数制御システム。
停止負荷率（％）＝（運転台数−１）／運転台数×１００
【請求項３】
前記各圧縮機は、その吐出側の圧力を、下限圧力ＰＬと上限圧力ＰＨとの間に維持するように容量制御され、
運転台数に応じた停止負荷率で運転中の１台を停止させるために、前記台数減少用圧力は運転台数に基づき次式により設定される
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧縮機台数制御システム。
台数減少用圧力＝｛（上限圧力ＰＨ−下限圧力ＰＬ）÷運転台数｝＋下限圧力ＰＬ
【請求項４】
前記圧力センサによる検出圧力が前記台数減少用圧力以上の状態を設定時間継続後に、前記圧縮機の運転台数を減少させる
ことを特徴とする請求項３に記載の圧縮機台数制御システム。
【請求項５】
前記各圧縮機からの圧縮空気は、共通のレシーバタンクへ供給された後、一または複数の圧縮空気利用機器へ送られ、
前記圧力センサは、前記レシーバタンクに設置され、
前記台数制御器により運転台数を増加させるか否かの境界値としての台数増加用圧力は、前記圧力センサの検出圧力Ｐの圧力変化率ΔＰに基づき異なるよう設定され、
圧力変化率ΔＰの絶対値が第一設定値ΔＰ１未満である場合には、前記圧力センサの検出圧力Ｐが、前記台数増加用圧力としての第二下限圧力ＰＬ２以下になると１台起動させ、
圧力変化率ΔＰの絶対値が第一設定値ΔＰ１以上であるが第二設定値ΔＰ２未満である場合には、前記圧力センサの検出圧力Ｐが前記台数増加用圧力としての第一下限圧力ＰＬ１以下になると１台起動させ、それでも第一下限圧力ＰＬ１以下を維持する場合、所定の連続起動防止時間を経過するごとに１台起動させるが、前記第一下限圧力ＰＬ１よりも低圧の第二下限圧力ＰＬ２以下になれば、前記連続起動防止時間の経過を待つことなくさらに１台起動させ、
圧力変化率ΔＰの絶対値が第二設定値ΔＰ２以上である場合には、前記圧力センサの検出圧力Ｐが前記台数増加用圧力としての前記上限圧力ＰＨ以下であると１台起動させ、それでも前記上限圧力ＰＨ以下を維持する場合、所定の連続起動防止時間を経過するごとに１台起動させるが、前記上限圧力ＰＨよりも低圧の第一下限圧力ＰＬ１以下になれば、前記連続起動防止時間の経過を待つことなくさらにもう１台起動させる
ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の圧縮機台数制御システム。
【請求項６】
前記台数制御器は、前記圧力センサの検出圧力に加えて、前記各圧縮機からの圧縮空気の吐出流量、または前記各圧縮機の回転数、使用電流もしくは使用電力に基づき、前記圧縮機の運転台数を変更する
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧縮機台数制御システム。
【請求項７】
前記台数制御器は、前記各圧縮機の使用電流または使用電力を監視し、
使用電流または使用電力の少ない圧縮機を優先して運転する
ことを特徴とする請求項６に記載の圧縮機台数制御システム。
【請求項１】
複数台の圧縮機と、
これら圧縮機から圧縮空気が供給されると共に圧縮空気利用機器へ圧縮空気を送る箇所に設けられ、圧縮空気の圧力を検出する圧力センサと、
この圧力センサの検出圧力に基づき前記圧縮機の運転台数を変更する台数制御器とを備え、
前記台数制御器により運転台数を減少させるか否かの境界値としての台数減少用圧力は、運転台数が多いほど低くなるよう設定される
ことを特徴とする圧縮機台数制御システム。
【請求項２】
前記各圧縮機は、同時に複数台が運転される場合でもすべてが容量制御され、
停止時を負荷率０％、全負荷時を負荷率１００％とした場合に、運転中の前記圧縮機の１台当たりの負荷率が次式により求められる停止負荷率以下になると、運転中の１台を停止させる
ことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機台数制御システム。
停止負荷率（％）＝（運転台数−１）／運転台数×１００
【請求項３】
前記各圧縮機は、その吐出側の圧力を、下限圧力ＰＬと上限圧力ＰＨとの間に維持するように容量制御され、
運転台数に応じた停止負荷率で運転中の１台を停止させるために、前記台数減少用圧力は運転台数に基づき次式により設定される
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧縮機台数制御システム。
台数減少用圧力＝｛（上限圧力ＰＨ−下限圧力ＰＬ）÷運転台数｝＋下限圧力ＰＬ
【請求項４】
前記圧力センサによる検出圧力が前記台数減少用圧力以上の状態を設定時間継続後に、前記圧縮機の運転台数を減少させる
ことを特徴とする請求項３に記載の圧縮機台数制御システム。
【請求項５】
前記各圧縮機からの圧縮空気は、共通のレシーバタンクへ供給された後、一または複数の圧縮空気利用機器へ送られ、
前記圧力センサは、前記レシーバタンクに設置され、
前記台数制御器により運転台数を増加させるか否かの境界値としての台数増加用圧力は、前記圧力センサの検出圧力Ｐの圧力変化率ΔＰに基づき異なるよう設定され、
圧力変化率ΔＰの絶対値が第一設定値ΔＰ１未満である場合には、前記圧力センサの検出圧力Ｐが、前記台数増加用圧力としての第二下限圧力ＰＬ２以下になると１台起動させ、
圧力変化率ΔＰの絶対値が第一設定値ΔＰ１以上であるが第二設定値ΔＰ２未満である場合には、前記圧力センサの検出圧力Ｐが前記台数増加用圧力としての第一下限圧力ＰＬ１以下になると１台起動させ、それでも第一下限圧力ＰＬ１以下を維持する場合、所定の連続起動防止時間を経過するごとに１台起動させるが、前記第一下限圧力ＰＬ１よりも低圧の第二下限圧力ＰＬ２以下になれば、前記連続起動防止時間の経過を待つことなくさらに１台起動させ、
圧力変化率ΔＰの絶対値が第二設定値ΔＰ２以上である場合には、前記圧力センサの検出圧力Ｐが前記台数増加用圧力としての前記上限圧力ＰＨ以下であると１台起動させ、それでも前記上限圧力ＰＨ以下を維持する場合、所定の連続起動防止時間を経過するごとに１台起動させるが、前記上限圧力ＰＨよりも低圧の第一下限圧力ＰＬ１以下になれば、前記連続起動防止時間の経過を待つことなくさらにもう１台起動させる
ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の圧縮機台数制御システム。
【請求項６】
前記台数制御器は、前記圧力センサの検出圧力に加えて、前記各圧縮機からの圧縮空気の吐出流量、または前記各圧縮機の回転数、使用電流もしくは使用電力に基づき、前記圧縮機の運転台数を変更する
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧縮機台数制御システム。
【請求項７】
前記台数制御器は、前記各圧縮機の使用電流または使用電力を監視し、
使用電流または使用電力の少ない圧縮機を優先して運転する
ことを特徴とする請求項６に記載の圧縮機台数制御システム。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１３−２４１６３（Ｐ２０１３−２４１６３Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６０７６２（Ｐ２０１１−１６０７６２）
【出願日】平成２３年７月２２日（２０１１．７．２２）
【特許番号】特許第４９２４８５５号（Ｐ４９２４８５５）
【特許公報発行日】平成２４年４月２５日（２０１２．４．２５）
【出願人】（０００１７５２７２）三浦工業株式会社 (1,055)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２２日（２０１１．７．２２）
【特許番号】特許第４９２４８５５号（Ｐ４９２４８５５）
【特許公報発行日】平成２４年４月２５日（２０１２．４．２５）
【出願人】（０００１７５２７２）三浦工業株式会社 (1,055)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]