圧縮機装置及び圧縮機装置の制御方法
【課題】圧縮ガス運用機器の末端圧力等に応じて吐出圧力の設定目標値を自動調整することにより、応答遅れのない安定した動作で不要な電力消費を防止した、圧縮機装置とその制御方法を提供することにある。
【解決手段】圧縮ガス運用機器９に接続されるガスヘッダ８に設けられた圧力検出装置３２により末端圧力を検出し、前記検出した末端圧力と圧縮ガス吐出圧力の検出値を基に前記圧縮機における圧縮ガス吐出口と圧縮ガス運用機器９との間の圧力損失を算出し、前記算出した圧力損失と予め設定の末端圧力設定目標値とから目標吐出圧力を算出し、前記算出した目標吐出圧力を新たな吐出圧力設定目標値として容量制御する。
【解決手段】圧縮ガス運用機器９に接続されるガスヘッダ８に設けられた圧力検出装置３２により末端圧力を検出し、前記検出した末端圧力と圧縮ガス吐出圧力の検出値を基に前記圧縮機における圧縮ガス吐出口と圧縮ガス運用機器９との間の圧力損失を算出し、前記算出した圧力損失と予め設定の末端圧力設定目標値とから目標吐出圧力を算出し、前記算出した目標吐出圧力を新たな吐出圧力設定目標値として容量制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，回転数制御式圧縮機と、負荷運転と無負荷運転を繰返して容量制御するベースロード圧縮機とを制御する圧縮機装置及び圧縮機装置の制御方法に係わり、特に、圧縮ガス運用機器の末端圧力を考慮したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のインバータ駆動回転数制御式圧縮機の容量制御方法として、例えば、特許文献１に記載のように、電動機の回転数データまたはスクリュー圧縮機の負荷データによって、インバータの出力を制御する方法が提案されている。
【０００３】
また、特許文献２に記載のように、スクリュー圧縮機より吐出される圧縮ガスの圧力を検出し、設定圧力値との圧力差が最小になるように、インバータへの出力回転数を求めるＰＩＤ制御により、吐出ガス流量の自動調整を行なう方法が提案されている。
【０００４】
近年、省エネの観点より、無駄な高い圧力で運転することを避ける圧縮機の運転制御方式への要求が高まっている。例えば、特許文献３に記載のように、末端圧力を検出し、末端圧力が一定となるようにインバータによる駆動機の回転数制御を行なうことにより、圧縮機吐出風量を自動調整する容量制御方法が提案されている。
【０００５】
一方、特許文献４に記載のように、オンオフ式制御スクリュー圧縮機の圧力制御方法において、負荷運転と無負荷運転の時間から消費流量を計算し、圧縮ガス運用機器の末端圧力が一定となるように吐出圧力の上限圧力設定値と下限圧力設定値を自動調整し、消費流量が少ないときでも末端圧力を無駄に高いまま運転することなく、省エネ効果を高める方法が提案されている。
【０００６】
複数台の圧縮機を同時に制御する台数制御装置に関しては、特許文献５に記載のように、各圧縮機の負荷運転と無負荷運転の時間から消費流量を計算し、圧縮ガス運用機器の末端圧力が一定となるように圧縮機吐出圧力の上限圧力設定値と下限圧力設定値を自動調整し、消費流量が少ないときでも末端圧力を無駄に高いまま運転することなく、省エネ効果を高める方法が提案されている。
【０００７】
一方、少なくとも１台の回転数制御式圧縮機と回転数一定の複数台の圧縮機とを同時に制御する台数制御装置に関しては、特許文献６に記載のように、回転数制御式圧縮機を優先的に運転させて容量制御運転することにより、他の回転数一定の圧縮機を低い目標設定吐出圧力で運転することができ、その結果省エネ効果を高める方法が提案されている。
【０００８】
【特許文献１】特開昭５５−１６４７９２号公報
【特許文献２】特開平０６−０８１７８２号公報
【特許文献３】特開平０６−１７３８７８号公報
【特許文献４】特開平１１−３２４９６３号公報
【特許文献５】特開２００２−０９８０８４号公報
【特許文献６】特開２０００−１６１２３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１及び特許文献２には、圧縮機の吐出圧力を目標吐出圧力と一致するように容量調整を行なう方法が提案されているが、目標吐出圧力を圧縮ガスの運用状態によって変化させることは提案されていない。即ち、特許文献１及び特許文献２記載の方法では、ユーザ設備における圧縮ガス運用機器の消費流量が大きいほど、スクリュー圧縮機吐出口から圧縮ガス運用機器末端までの圧力損失が大きくなって末端圧力が低下するため、目標吐出圧力は予想される最大消費流量時に運用機器末端で必要最低圧力となるように十分大きく決められている。
【００１０】
このため、消費流量が少なくなると、スクリュー圧縮機吐出口から圧縮ガス運用機器の末端までの圧力損失が小さくなるため、末端圧力が必要以上に上昇する。従ってスクリュー圧縮機は本来必要な圧力よりも高い吐出圧力で運転されて不要な電力を消費し、また末端圧力が高いため、消費流量も必要以上に増加するという、省エネに反する不具合があった。
【００１１】
上記の問題点を解決する一つの方法として提案されている特許文献３に記載の方法では、検出した末端圧力で圧縮機の容量制御を行なうため、末端圧力検出位置と圧縮機吐出口との間の圧力損失が比較的大きい場合やガス貯槽が設置されている場合には、末端圧力検出位置の圧力変動に対する圧縮機吐出口の圧力変動の応答遅れが生じて、特に消費流量の変動が大きい場合には、圧縮機吐出圧力の変動が大きくなって末端圧力がオーバーシュート傾向となり不安定な運転状態となり省エネに反する不具合があった。
【００１２】
さらには、応答遅れにより不必要に圧縮機吐出圧力が上昇して圧縮動力が大きくなり、圧縮機の駆動機がオーバーロードして運転出来ない状態となる不具合があった。
【００１３】
一方、特許文献４には、所定時間内での全負荷運転時間の合計時間、又は全負荷運転と無負荷運転のサイクル時間から消費流量を算出して、圧縮ガス運用機器の末端圧力を一定に維持する方法が提案されている。しかし、全負荷運転と無負荷運転の過去の経緯から消費流量を算出して次の制御に備えているため、応答遅れがあり不安定な運転状態となり、省エネ運転に反する不具合があった。
【００１４】
また、特許文献５には、負荷運転の周期、又は負荷運転と無負荷運転のサイクル時間から負荷率を求めて、圧縮ガス運用機器の末端圧力を一定に維持する方法が提案されている。しかし、上記文献４と同様に負荷運転と無負荷運転の過去の経緯から消費流量を算出して次の制御に備えているため、応答遅れがあり不安定な運転状態となり省エネに反する不具合があった。
【００１５】
さらに、特許文献６には、少なくとも１台の回転数制御式圧縮機と回転数一定の圧縮機を複数台同時に制御する台数制御装置が提案されているが、目標吐出圧力を圧縮ガスの運用状態によって変化させることは提案されていない。
【００１６】
本発明の目的は、圧縮ガス運用機器の末端圧力等に応じて吐出圧力の設定目標値を自動調整することにより、応答遅れのない安定した動作で不要な電力消費を防止した、圧縮機装置とその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は主として次のような構成を有する。圧縮機の圧縮ガス吐出圧力の検出値に基づいて前記圧縮機の電動機回転数を制御して前記検出値が予め設定の吐出圧力設定目標値と一致するように容量制御される回転数制御式圧縮機と、負荷運転と無負荷運転を繰返して容量制御されるベースロード圧縮機と、上記各圧縮機とを制御する制御装置を備えた圧縮機装置であって、
前記制御装置は前記圧縮機の吐出口と圧縮ガス運用機器との間の圧力損失の大小に関係なく、圧縮ガス運用機器での末端圧力が一定となるように、前記圧縮機の吐出圧力設定目標値を自動調整する演算部を有する構成とする。
【００１８】
また、圧縮機の圧縮ガス吐出圧力を検出する吐出圧力検出装置と、この検出装置の吐出圧力の検出値に基づいて前記圧縮機の電動機回転数を制御して前記吐出圧力の検出値が予め設定の吐出圧力設定目標値と一致するように容量制御する回転数制御式圧縮機と、負荷運転と無負荷運転を繰返して容量制御するベースロード圧縮機と、圧縮ガス運用機器側に設けられた末端圧力検出装置と、上記各圧縮機を制御する制御装置を備えた圧縮機装置であって、
前記制御装置は前記末端圧力検出装置の末端圧力の検出値と前記吐出圧力検出装置の吐出圧力の検出値とから前記圧縮ガス吐出口と圧縮ガス運用機器との間の圧力損失を算出すると共に、前記圧力損失と予め設定された末端圧力設定目標値とから吐出圧力目標値を算出する演算式を記憶して演算を行う演算部を有し、前記演算部で算出した吐出圧力目標値を新たな吐出圧力設定目標値として前記圧縮機を容量制御する構成とする。
【００１９】
また、圧縮機の圧縮ガス吐出圧力を検出する吐出圧力検出装置と、圧縮機の圧縮ガスガス流量を検出するガス流量検出装置と、前記吐出圧力検出装置の吐出圧力の検出値に基づいて前記圧縮機の電動機回転数を制御して前記吐出圧力の検出値が予め設定の吐出圧力設定目標値と一致するように容量制御する回転数制御式圧縮機と、負荷運転と無負荷運転を繰返して容量制御するベースロード圧縮機と、圧縮ガス運用機器側に設けられた末端圧力検出装置と、上記各圧縮機を制御する制御装置を備えた圧縮機装置であって、
前記制御装置は前記吐出流量検出装置からの吐出流量の検出値と前記吐出圧力検出装置からの吐出圧力の検出値を基に、前記圧縮ガス吐出口と前記圧縮ガス運用機器との間の圧力損失を算出すると共に、前記圧力損失と予め設定の末端圧力設定目標値とから吐出圧力目標値を算出する演算式を記憶して演算を行う演算部を有し、前記演算部で算出した吐出圧力目標値を新たな吐出圧力設定目標値として前記圧縮機を容量制御する構成とする。
【００２０】
また、圧縮機の圧縮ガス吐出圧力を検出する吐出圧力検出装置と、この検出装置の吐出圧力の検出値に基づいて前記圧縮機の電動機回転数を制御して前記吐出圧力の検出値が予め設定の吐出圧力設定目標値と一致するように容量制御する回転数制御式圧縮機と、負荷運転と無負荷運転を繰返して容量制御するベースロード圧縮機と、圧縮ガス運用機器側に設けられた末端圧力検出装置と、上記各圧縮機を制御する制御装置を備えた圧縮機装置であって、
前記制御装置は前記回転数制御式圧縮機の回転数制御信号と前記ベースロード圧縮機の負荷運転状態信号とによりガス流量を算出すると共に、前記ガス流量と前記吐出圧力の検出値を基に前記圧縮ガス吐出口と前記圧縮ガス運用機器との間の圧力損失を算出し、更に前記圧力損失と予め設定の末端圧力設定目標値とから吐出圧力目標値を算出する演算式を記憶して演算を行う演算部を有し、前記演算部で算出した吐出圧力目標値を新たな吐出圧力設定目標値として前記圧縮機を容量制御する構成とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、末端圧力が一定となる容量制御によって、圧縮機の消費電力を低減して省エネ運転を行う際に、吐出圧力設定目標値を自動更新するので動作の応答遅れがなく安定した動作制御を行うことができ、省エネ効果を一層高めることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の実施形態について、図１〜図３を参照して以下に説明する。図１は、本発明の実施例を示す回転数制御式（容積形）圧縮機と、負荷運転と無負荷運転を繰返して容量制御するベースロード圧縮機と、前記の複数台の圧縮機を同時に制御する主制御装置を含む圧縮機設備（装置）の全体構成例を示す図である。
【００２３】
図２は、本発明の実施例を示す回転数制御式圧縮機と、負荷運転と無負荷運転を繰返して容量制御するベースロード圧縮機と、前記の複数台の圧縮機を同時に制御する主制御装置を含む圧縮機設備（装置）の他の全体構成例を示す図である。
【００２４】
図３は、本発明の実施例を示す回転数制御式圧縮機と、負荷運転と無負荷運転を繰返して容量制御するベースロード圧縮機と、前記の複数台の圧縮機を同時に制御する主制御装置を含む圧縮機設備（装置）のさらに他の全体構成例を示す図である。
【００２５】
まず、図１を参照して、実施例の圧縮機設備（装置）の全体構成を説明する。１は回転数制御式容積形圧縮機の１つであるインバータ駆動オイルフリースクリュー圧縮機、２ａ，２ｂは負荷運転と無負荷運転を繰返して容量制御するベースロード圧縮機の１つであるオイルフリースクリュー圧縮機である。
【００２６】
本実施例では説明を簡単にするために、インバータ駆動オイルフリースクリュー圧縮機が１台、負荷運転と無負荷運転を繰返して容量制御するオイルフリースクリュー圧縮機が２台という組合せであるが、それぞれ何台であっても制御可能である。２０は圧縮機１の制御装置、２１は圧縮機２ａ、２ｂの制御装置である。２２は各圧縮機の吐出口のガス配管に取り付けられている圧力検出装置であり、圧縮機１、２ａ、２ｂがそれぞれ単独運転する際にはこの圧力検出装置２２で検出した圧力値を基に容量制御運転を行う。
【００２７】
４は圧縮機１、２ａ、２ｂの吐出ガス配管を繋ぐ集合配管である。５はガス貯槽、６はガス分離装置または除湿装置、７はフィルタ、８はガスヘッダ、９は需要側の圧縮ガス運用機器であり、ここで、集合配管４、ガス貯槽５、ガス分離装置または除湿装置６、フィルタ７、ガスヘッダ８、需要側の圧縮ガス運用機器９は、需要側のユーザ設備を構成するものである。
【００２８】
３は複数台の圧縮機の容量制御を行う主制御装置であり、通常圧縮機吐出ガス配管の集合配管４またはガス貯槽５に設置した圧力検出装置３１にて検出した圧力を検出圧力信号４３として受け取り、その検出圧力信号４３を基に圧縮機１、２ａ、２ｂの容量制御を行う。この制御は主制御装置３からの回転数指令信号４１、負荷運転・無負荷運転指令信号４２ａ、４２ｂがそれぞれ制御装置２０、２１、２１に入力されて実行される。
【００２９】
本実施例に関する圧縮機設備は、大きく圧縮機１、２ａ、２ｂ、主制御装置３とユーザ設備４〜９から構成されるものである。
【００３０】
図２に示す圧縮機設備の全体構成は、図１に示す圧縮機設備の全体構成に対して、末端の圧縮ガス運用機器９に接続されるガスヘッダ８に圧力検出装置３２を設置し、ここで検出した末端圧力を検出圧力信号４４として主制御装置３へと送るためのシステムが追加されている。
【００３１】
図３に示す圧縮機設備の全体構成は、図１に示す圧縮機設備の全体構成に対して、圧力検出装置３１の設置されている集合配管４またはガス貯槽５の直後の２次側配管にガス流量検出装置３３を設置し、検出したユーザ設備４〜９内を流れるガス流量を検出ガス流量信号４５として制御装置３へと送るためのシステムが追加されている。
【００３２】
図１〜図３において、３ａは前記主制御装置３内に設けられた演算部であり、予め設定する圧力などの設定目標値と各種の算出式を記憶するメモリと、この算出式を用いて前記圧力検出装置３１、３２からの検出圧力信号４３、４４と、ガス流量検出装置３３からの検出ガス流量信号４５等に基き、圧力損失や圧力目標値を算出する演算器を内蔵する。
【００３３】
次に、本発明の実施形態に係る回転数制御式圧縮機１と、負荷運転と無負荷運転を繰返して容量制御するベースロード圧縮機２ａ、２ｂとを主制御装置３により同時に制御する動作について説明する。ここでは圧縮ガス運用機器の末端圧力が一定となるように容量制御を行おうとするものである。
【００３４】
本発明の第一の実施例について、図２と図５の動作ステップ（Ｓ）で説明する。圧縮ガス運用機器９の末端圧力Ｐｐを圧力検出装置３２により検出し（Ｓ１００）、末端圧力信号４４として主制御装置３へ出力する。また、主制御装置３には末端圧力設定目標値Ｐｐｔを、末端圧力を一定に保つ目標値として予め主制御装置３に入力記憶しておく（Ｓ１１３）。末端圧力設定目標値Ｐｐｔは、予め決められた圧縮機設備の末端機器９の最低動作（使用）圧力に対して、余裕を考慮した設計値によって設定される。
【００３５】
主制御装置３によって複数台の圧縮機の容量制御を行う際、インバータ駆動圧縮機１を容量調整機とし、負荷運転と無負荷運転を繰返して容量制御する圧縮機２ａ、２ｂはベースロード機として容量制御を行うこととする。
【００３６】
つまり、インバータ駆動圧縮機１は、吐出圧力Ｐｄが吐出圧力設定目標値Ｐｄｔと一致するように電動機回転数を変化させて吐出風量を調整するが（Ｓ１０６、Ｓ１１０）、インバータ駆動圧縮機１が全負荷運転状態で運転していても消費風量に対して圧縮機吐出風量が足りない場合には、圧縮機吐出圧力Ｐｄが吐出圧力設定目標値Ｐｄｔに対して低くなっていき、吐出圧力設定下限Ｐｄｌ以下となったとき（Ｓ１１１でｙｅｓ）、停止中または無負荷運転中のベースロード圧縮機を全負荷運転させ（Ｓ１１２）、逆にインバータ駆動圧縮機１が無負荷運転状態で運転していても消費風量に対して吐出風量が多い場合には、圧縮機吐出圧力Ｐｄが吐出圧力設定目標値Ｐｄｔに対して高くなっていき、吐出圧力設定上限Ｐｄｕ以上となったとき（Ｓ１０７でｙｅｓ）、全負荷運転中のベースロード圧縮機を１台無負荷運転または停止させるという制御を行う（Ｓ１０８）。
【００３７】
検出された末端圧力Ｐｐと末端圧力設定目標値Ｐｐｔの偏差ΔＰｐが最小となるように、吐出圧力設定目標値Ｐｄｔを自動調整する。以下に、吐出圧力設定目標値Ｐｄｔを自動調整するための吐出圧力目標値の算出方法を説明する。まず、検出した末端圧力Ｐｐと吐出圧力Ｐｄの差ΔＰｌを算出し（Ｓ１０２）、この差は圧縮機吐出口から圧縮ガス運用機器９の末端までの圧力損失ΔＰｌであるため、吐出圧力設定目標値Ｐｄｔは次式のように、末端圧力設定目標値Ｐｐｔに圧力損失ΔＰｌを加算した値とする。
Ｐｄｔ＝Ｐｐｔ＋ΔＰｌ＝Ｐｐｔ＋（Ｐｄ−Ｐｐ）
このように、圧力損失ΔＰｌに基づき吐出圧力設定目標値Ｐｄｔを自動更新することで調整し、この吐出圧力設定目標値Ｐｄｔを新たな目標値として容量制御することによって、末端圧力Ｐｐは設定標末端圧力Ｐｐｔで一定になるように容量制御されることとなる。
【００３８】
次に本発明の第二の実施例について、図３と図６の動作フローチャートのステップ（Ｓ）で説明する。図３に示すように、圧力検出装置３１の設置されている集合配管４またはガス貯槽５の直後の２次側配管にガス流量検出装置３３を設置し、ユーザ設備４〜９内を流れるガス流量Ｑｄを検出し（Ｓ２００）、検出ガス流量信号４５として制御装置３へと送る。
【００３９】
なお予め、ガス流量Ｑｄに対するユーザ設備４〜９内の圧力損失ΔＰｌとの関係は調べておくものとする。つまり、吐出流量Ｑｄ時の圧縮機吐出圧力Ｐｄ及び運用機器末端圧力Ｐｐを全負荷から低負荷まで測定し、各吐出流量Ｑｄ時の圧縮機吐出圧力Ｐｄと運用機器末端圧力Ｐｐとの差である圧力損失ΔＰｌを算出する計算式を決めて演算部２ａに記憶しておく。簡易的な計算式としては、一般的に、圧力損失ΔＰｌは吐出流量Ｑｄの２乗に比例するため、圧力損失ΔＰｌと吐出流量Ｑｄとの関係は次式となる。
ΔＰｌ∝（Ｑｄ）２
よって、全負荷時の圧力損失ΔＰｌｆと吐出流量Ｑｄｆを測定し、ある検出した吐出流量Ｑｄ時の圧力損失ΔＰｌは次式により算出できる。
ΔＰｌ＝（ΔＰｌｆ／（Ｑｄｆ）２）×（Ｑｄ）２
このように、圧縮機と圧縮機設備末端にある需要側の圧縮ガス運用機器９との間の予想圧力損失ΔＰｌが算出されると、運用機器末端圧力の予想値を算出することができ、運用機器末端圧力予想値が末端圧力目標値Ｐｐｔと等しくなるように、吐出圧力設定目標値Ｐｄｔを自動調整（自動更新）するものである。以上の様に、本発明の第二の実施例は、上述した第一の実施例で用いた末端圧力検出装置３２を用いることなく、ガス流量検出装置３３を利用してΔＰｌを算出し（Ｓ２０１）、この算出値に基づいて吐出圧力設定目標値Ｐｄｔを自動調整（自動更新）するものである。
【００４０】
次に本発明の第三の実施例について、図１と図７の動作フローチャートのステップ（Ｓ）で説明する。図１に示すように、前述の第二の実施例に対し、吐出流量Ｑｄを流量検出装置３３にて検出するのではなく、容量調整機となるインバータ駆動圧縮機１のインバータ指令周波数信号ｆとベースロード縮機２ａ、２ｂの負荷運転信号を検出することによって吐出流量Ｑｄｌを算出する。
【００４１】
インバータ駆動圧縮機１の吐出風量Ｑｄｌは、インバータ指令周波数ｆより電動機回転数Ｎｍを算出し、算出した電動機回転数Ｎｍよりロータ回転数Ｎｒｌ（複数段圧縮機の場合には１段目圧縮機のロータ回転数）を算出する。そして、算出したロータ回転数Ｎｒｌより吐出流量Ｑｄｌを算出する。電動機回転数Ｎｍと周波数ｆの関係式は以下となる。
Ｎｍ＝２×６０×ｆ×（１−ｓ）／Ｐ（Ｓ３０１）
ここで、Ｐは電動機の極数、ｓはすべり（スリップ）を示す。よって、例えば極数Ｐ＝２、すべりｓ＝０.０１５の電動機１８を６０Ｈｚで運転した場合には、電動機回転数Ｎｍ＝３５４６ｍｉｎ−１となる。ロータ回転数Ｎｒｌは、電動機１８と直結されている場合には電動機回転数と一致し、増速機によって増速している場合には増速ギヤ比に比例して速くなる。そして、図４に示すように、予めロータ回転数Ｎｒｌと体積効率ηｖの関係を求めておくと、圧縮機の吐出流量Ｑｄは以下の式で算出することができる。
Ｑｄｌ＝ηｖ×Ｖｔｈ×Ｎｒｌ×ｆ／ｆｍａｘ（Ｓ３０２）
ここで、Ｖｔｈは設計ロータ形状によって決まる理論押し除け量、ｆｍａｘは全負荷時のインバータ指令周波数を示す。
【００４２】
ベースロード圧縮機２ａ、２ｂの吐出風量Ｑｄ２については、各圧縮機２ａ、２ｂの負荷運転信号を検出することにより運転状態が負荷運転か無負荷運転（または停止）を確認し、予め制御装置３に各圧縮機２の全負荷運転時の吐出風量Ｑｄ２を設定しておくことにより、以下の式で算出することができる。
Ｑｄ２＝Ｑｄ２ａ×ｍａ+Ｑｄ２ｂ×ｍｂ＋…Ｑｄ２ｉ×ｍｉ
ここで、ｍは、各ベースロード機となる圧縮機の負荷運転状態を示し、負荷運転時はｍ＝１、無負荷運転時または停止時はｍ＝０とする。
【００４３】
そして、圧縮機の合計吐出流量Ｑｄは以下の式で算出することができる。
Ｑｄ＝Ｑｄ１＋Ｑｄ２
このように、第三の実施例では、容量調整機となるインバータ駆動圧縮機１のインバータ指令周波数信号ｆとベースロード圧縮機２ａ、２ｂの負荷運転信号を検出することによって吐出流量Ｑｄを算出し、この算出値に基づいて吐出圧力設定目標値Ｐｄｔを自動調整（自動更新）するものである。
【００４４】
本発明の第四の実施例では、上述した第二の実施例または第三の実施例の技術を利用するものであり、図２に示すように運用機器末端圧力Ｐｐを圧力検出装置３２により定期的に検出し、末端圧力信号として制御装置３へ送るシステムを追加する。この運用機器末端圧力Ｐｐの定期的検出は、圧力損失ΔＰｌが経時的に変化すると予想される時期毎に実施すればよく、定期的な保守点検時でも良い。この定期的検出によって、吐出圧力Ｐｄとの差であるΔＰｌが算出できるため、上述した第一の実施例に示したように、吐出圧力設定目標値Ｐｄｔが新たに求められる。
【００４５】
一方、上述した第二の実施例または第三の実施例において、吐出流量Ｑｄを計測または算出してΔＰｌが算出され、吐出圧力設定目標値Ｐｄｔが新たに求められる。したがって、第四の実施例で求められたΔＰｌやＰｄｔと、上述した第二の実施例または第三の実施例で求められたΔＰｌやＰｄｔとを比較することによって補正係数を求め、上述した第二の実施例または第三の実施例で求められたΔＰｌやＰｄｔをこの補正係数で自動補正することができ、より精度良く運用機器末端圧力が一定となる容量制御を行えるようになる。
【００４６】
なおここで、圧縮機吐出流量やインバータ指令周波数と負荷運転状態の検出を基にΔＰｌが算出されるため、実測値の吐出圧力Ｐｄと合わせて運用機器末端圧力予想値が算出されることとなる。そこで、第二の実施例または第三の実施例における末端圧力予想値と、第四の実施例で定期的に検出した末端圧力値とを比較して補正係数を求め、この補正係数でＰｄｔを自動補正（自動更新）しても良い。
【００４７】
このように、第四の実施例では、通常時には、第二の実施例や第三の実施例に示すように、圧縮機吐出流量やインバータ指令周波数と負荷運転状態の検出を基に末端圧力設定目標値Ｐｐｔを算出して容量制御するものであるが、これに加えて、定期的に末端圧量Ｐｐを検出することで、この検出した末端圧力に基づいて算出された吐出圧力設定目標値Ｐｄｔによって、前記通常時の吐出圧力設定目標値Ｐｄｔを更新（自動更新）して自動補正するものである。これによって、通常稼動している圧縮機吐出流量やインバータ指令周波数の実測値のずれを自動補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施例を示す圧縮機設備の全体構成図。
【図２】本発明の他の実施例を示す圧縮機設備の全体構成図。
【図３】本発明の更に他の実施例を示す圧縮機設備の全体構成図。
【図４】本発明の実施例に係るロータ回転数と体積効率の関係を示す図。
【図５】本発明の実施例の動作フローチャートを示す図。
【図６】本発明の他の実施例の動作フローチャートを示す図。
【図７】本発明の更に他の実施例の動作フローチャートを示す図。
【符号の説明】
【００４９】
１…回転数制御式圧縮機、２ａ、２ｂ…ベースロード圧縮機、３…主制御装置、３ａ…演算部、４…集合配管、５…ガス貯槽、６…ガス分離装置または除湿装置、７…フィルタ、８…ガスヘッダ、９…圧縮ガス運用機器、２０…回転数制御式圧縮機の制御装置、２１…ベースロード圧縮機の制御装置、２２…圧力検出装置（圧縮機個別設置）、３１…吐出圧力検出装置、３２…末端圧力検出装置、３３…ガス流量検出装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は，回転数制御式圧縮機と、負荷運転と無負荷運転を繰返して容量制御するベースロード圧縮機とを制御する圧縮機装置及び圧縮機装置の制御方法に係わり、特に、圧縮ガス運用機器の末端圧力を考慮したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のインバータ駆動回転数制御式圧縮機の容量制御方法として、例えば、特許文献１に記載のように、電動機の回転数データまたはスクリュー圧縮機の負荷データによって、インバータの出力を制御する方法が提案されている。
【０００３】
また、特許文献２に記載のように、スクリュー圧縮機より吐出される圧縮ガスの圧力を検出し、設定圧力値との圧力差が最小になるように、インバータへの出力回転数を求めるＰＩＤ制御により、吐出ガス流量の自動調整を行なう方法が提案されている。
【０００４】
近年、省エネの観点より、無駄な高い圧力で運転することを避ける圧縮機の運転制御方式への要求が高まっている。例えば、特許文献３に記載のように、末端圧力を検出し、末端圧力が一定となるようにインバータによる駆動機の回転数制御を行なうことにより、圧縮機吐出風量を自動調整する容量制御方法が提案されている。
【０００５】
一方、特許文献４に記載のように、オンオフ式制御スクリュー圧縮機の圧力制御方法において、負荷運転と無負荷運転の時間から消費流量を計算し、圧縮ガス運用機器の末端圧力が一定となるように吐出圧力の上限圧力設定値と下限圧力設定値を自動調整し、消費流量が少ないときでも末端圧力を無駄に高いまま運転することなく、省エネ効果を高める方法が提案されている。
【０００６】
複数台の圧縮機を同時に制御する台数制御装置に関しては、特許文献５に記載のように、各圧縮機の負荷運転と無負荷運転の時間から消費流量を計算し、圧縮ガス運用機器の末端圧力が一定となるように圧縮機吐出圧力の上限圧力設定値と下限圧力設定値を自動調整し、消費流量が少ないときでも末端圧力を無駄に高いまま運転することなく、省エネ効果を高める方法が提案されている。
【０００７】
一方、少なくとも１台の回転数制御式圧縮機と回転数一定の複数台の圧縮機とを同時に制御する台数制御装置に関しては、特許文献６に記載のように、回転数制御式圧縮機を優先的に運転させて容量制御運転することにより、他の回転数一定の圧縮機を低い目標設定吐出圧力で運転することができ、その結果省エネ効果を高める方法が提案されている。
【０００８】
【特許文献１】特開昭５５−１６４７９２号公報
【特許文献２】特開平０６−０８１７８２号公報
【特許文献３】特開平０６−１７３８７８号公報
【特許文献４】特開平１１−３２４９６３号公報
【特許文献５】特開２００２−０９８０８４号公報
【特許文献６】特開２０００−１６１２３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１及び特許文献２には、圧縮機の吐出圧力を目標吐出圧力と一致するように容量調整を行なう方法が提案されているが、目標吐出圧力を圧縮ガスの運用状態によって変化させることは提案されていない。即ち、特許文献１及び特許文献２記載の方法では、ユーザ設備における圧縮ガス運用機器の消費流量が大きいほど、スクリュー圧縮機吐出口から圧縮ガス運用機器末端までの圧力損失が大きくなって末端圧力が低下するため、目標吐出圧力は予想される最大消費流量時に運用機器末端で必要最低圧力となるように十分大きく決められている。
【００１０】
このため、消費流量が少なくなると、スクリュー圧縮機吐出口から圧縮ガス運用機器の末端までの圧力損失が小さくなるため、末端圧力が必要以上に上昇する。従ってスクリュー圧縮機は本来必要な圧力よりも高い吐出圧力で運転されて不要な電力を消費し、また末端圧力が高いため、消費流量も必要以上に増加するという、省エネに反する不具合があった。
【００１１】
上記の問題点を解決する一つの方法として提案されている特許文献３に記載の方法では、検出した末端圧力で圧縮機の容量制御を行なうため、末端圧力検出位置と圧縮機吐出口との間の圧力損失が比較的大きい場合やガス貯槽が設置されている場合には、末端圧力検出位置の圧力変動に対する圧縮機吐出口の圧力変動の応答遅れが生じて、特に消費流量の変動が大きい場合には、圧縮機吐出圧力の変動が大きくなって末端圧力がオーバーシュート傾向となり不安定な運転状態となり省エネに反する不具合があった。
【００１２】
さらには、応答遅れにより不必要に圧縮機吐出圧力が上昇して圧縮動力が大きくなり、圧縮機の駆動機がオーバーロードして運転出来ない状態となる不具合があった。
【００１３】
一方、特許文献４には、所定時間内での全負荷運転時間の合計時間、又は全負荷運転と無負荷運転のサイクル時間から消費流量を算出して、圧縮ガス運用機器の末端圧力を一定に維持する方法が提案されている。しかし、全負荷運転と無負荷運転の過去の経緯から消費流量を算出して次の制御に備えているため、応答遅れがあり不安定な運転状態となり、省エネ運転に反する不具合があった。
【００１４】
また、特許文献５には、負荷運転の周期、又は負荷運転と無負荷運転のサイクル時間から負荷率を求めて、圧縮ガス運用機器の末端圧力を一定に維持する方法が提案されている。しかし、上記文献４と同様に負荷運転と無負荷運転の過去の経緯から消費流量を算出して次の制御に備えているため、応答遅れがあり不安定な運転状態となり省エネに反する不具合があった。
【００１５】
さらに、特許文献６には、少なくとも１台の回転数制御式圧縮機と回転数一定の圧縮機を複数台同時に制御する台数制御装置が提案されているが、目標吐出圧力を圧縮ガスの運用状態によって変化させることは提案されていない。
【００１６】
本発明の目的は、圧縮ガス運用機器の末端圧力等に応じて吐出圧力の設定目標値を自動調整することにより、応答遅れのない安定した動作で不要な電力消費を防止した、圧縮機装置とその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は主として次のような構成を有する。圧縮機の圧縮ガス吐出圧力の検出値に基づいて前記圧縮機の電動機回転数を制御して前記検出値が予め設定の吐出圧力設定目標値と一致するように容量制御される回転数制御式圧縮機と、負荷運転と無負荷運転を繰返して容量制御されるベースロード圧縮機と、上記各圧縮機とを制御する制御装置を備えた圧縮機装置であって、
前記制御装置は前記圧縮機の吐出口と圧縮ガス運用機器との間の圧力損失の大小に関係なく、圧縮ガス運用機器での末端圧力が一定となるように、前記圧縮機の吐出圧力設定目標値を自動調整する演算部を有する構成とする。
【００１８】
また、圧縮機の圧縮ガス吐出圧力を検出する吐出圧力検出装置と、この検出装置の吐出圧力の検出値に基づいて前記圧縮機の電動機回転数を制御して前記吐出圧力の検出値が予め設定の吐出圧力設定目標値と一致するように容量制御する回転数制御式圧縮機と、負荷運転と無負荷運転を繰返して容量制御するベースロード圧縮機と、圧縮ガス運用機器側に設けられた末端圧力検出装置と、上記各圧縮機を制御する制御装置を備えた圧縮機装置であって、
前記制御装置は前記末端圧力検出装置の末端圧力の検出値と前記吐出圧力検出装置の吐出圧力の検出値とから前記圧縮ガス吐出口と圧縮ガス運用機器との間の圧力損失を算出すると共に、前記圧力損失と予め設定された末端圧力設定目標値とから吐出圧力目標値を算出する演算式を記憶して演算を行う演算部を有し、前記演算部で算出した吐出圧力目標値を新たな吐出圧力設定目標値として前記圧縮機を容量制御する構成とする。
【００１９】
また、圧縮機の圧縮ガス吐出圧力を検出する吐出圧力検出装置と、圧縮機の圧縮ガスガス流量を検出するガス流量検出装置と、前記吐出圧力検出装置の吐出圧力の検出値に基づいて前記圧縮機の電動機回転数を制御して前記吐出圧力の検出値が予め設定の吐出圧力設定目標値と一致するように容量制御する回転数制御式圧縮機と、負荷運転と無負荷運転を繰返して容量制御するベースロード圧縮機と、圧縮ガス運用機器側に設けられた末端圧力検出装置と、上記各圧縮機を制御する制御装置を備えた圧縮機装置であって、
前記制御装置は前記吐出流量検出装置からの吐出流量の検出値と前記吐出圧力検出装置からの吐出圧力の検出値を基に、前記圧縮ガス吐出口と前記圧縮ガス運用機器との間の圧力損失を算出すると共に、前記圧力損失と予め設定の末端圧力設定目標値とから吐出圧力目標値を算出する演算式を記憶して演算を行う演算部を有し、前記演算部で算出した吐出圧力目標値を新たな吐出圧力設定目標値として前記圧縮機を容量制御する構成とする。
【００２０】
また、圧縮機の圧縮ガス吐出圧力を検出する吐出圧力検出装置と、この検出装置の吐出圧力の検出値に基づいて前記圧縮機の電動機回転数を制御して前記吐出圧力の検出値が予め設定の吐出圧力設定目標値と一致するように容量制御する回転数制御式圧縮機と、負荷運転と無負荷運転を繰返して容量制御するベースロード圧縮機と、圧縮ガス運用機器側に設けられた末端圧力検出装置と、上記各圧縮機を制御する制御装置を備えた圧縮機装置であって、
前記制御装置は前記回転数制御式圧縮機の回転数制御信号と前記ベースロード圧縮機の負荷運転状態信号とによりガス流量を算出すると共に、前記ガス流量と前記吐出圧力の検出値を基に前記圧縮ガス吐出口と前記圧縮ガス運用機器との間の圧力損失を算出し、更に前記圧力損失と予め設定の末端圧力設定目標値とから吐出圧力目標値を算出する演算式を記憶して演算を行う演算部を有し、前記演算部で算出した吐出圧力目標値を新たな吐出圧力設定目標値として前記圧縮機を容量制御する構成とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、末端圧力が一定となる容量制御によって、圧縮機の消費電力を低減して省エネ運転を行う際に、吐出圧力設定目標値を自動更新するので動作の応答遅れがなく安定した動作制御を行うことができ、省エネ効果を一層高めることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の実施形態について、図１〜図３を参照して以下に説明する。図１は、本発明の実施例を示す回転数制御式（容積形）圧縮機と、負荷運転と無負荷運転を繰返して容量制御するベースロード圧縮機と、前記の複数台の圧縮機を同時に制御する主制御装置を含む圧縮機設備（装置）の全体構成例を示す図である。
【００２３】
図２は、本発明の実施例を示す回転数制御式圧縮機と、負荷運転と無負荷運転を繰返して容量制御するベースロード圧縮機と、前記の複数台の圧縮機を同時に制御する主制御装置を含む圧縮機設備（装置）の他の全体構成例を示す図である。
【００２４】
図３は、本発明の実施例を示す回転数制御式圧縮機と、負荷運転と無負荷運転を繰返して容量制御するベースロード圧縮機と、前記の複数台の圧縮機を同時に制御する主制御装置を含む圧縮機設備（装置）のさらに他の全体構成例を示す図である。
【００２５】
まず、図１を参照して、実施例の圧縮機設備（装置）の全体構成を説明する。１は回転数制御式容積形圧縮機の１つであるインバータ駆動オイルフリースクリュー圧縮機、２ａ，２ｂは負荷運転と無負荷運転を繰返して容量制御するベースロード圧縮機の１つであるオイルフリースクリュー圧縮機である。
【００２６】
本実施例では説明を簡単にするために、インバータ駆動オイルフリースクリュー圧縮機が１台、負荷運転と無負荷運転を繰返して容量制御するオイルフリースクリュー圧縮機が２台という組合せであるが、それぞれ何台であっても制御可能である。２０は圧縮機１の制御装置、２１は圧縮機２ａ、２ｂの制御装置である。２２は各圧縮機の吐出口のガス配管に取り付けられている圧力検出装置であり、圧縮機１、２ａ、２ｂがそれぞれ単独運転する際にはこの圧力検出装置２２で検出した圧力値を基に容量制御運転を行う。
【００２７】
４は圧縮機１、２ａ、２ｂの吐出ガス配管を繋ぐ集合配管である。５はガス貯槽、６はガス分離装置または除湿装置、７はフィルタ、８はガスヘッダ、９は需要側の圧縮ガス運用機器であり、ここで、集合配管４、ガス貯槽５、ガス分離装置または除湿装置６、フィルタ７、ガスヘッダ８、需要側の圧縮ガス運用機器９は、需要側のユーザ設備を構成するものである。
【００２８】
３は複数台の圧縮機の容量制御を行う主制御装置であり、通常圧縮機吐出ガス配管の集合配管４またはガス貯槽５に設置した圧力検出装置３１にて検出した圧力を検出圧力信号４３として受け取り、その検出圧力信号４３を基に圧縮機１、２ａ、２ｂの容量制御を行う。この制御は主制御装置３からの回転数指令信号４１、負荷運転・無負荷運転指令信号４２ａ、４２ｂがそれぞれ制御装置２０、２１、２１に入力されて実行される。
【００２９】
本実施例に関する圧縮機設備は、大きく圧縮機１、２ａ、２ｂ、主制御装置３とユーザ設備４〜９から構成されるものである。
【００３０】
図２に示す圧縮機設備の全体構成は、図１に示す圧縮機設備の全体構成に対して、末端の圧縮ガス運用機器９に接続されるガスヘッダ８に圧力検出装置３２を設置し、ここで検出した末端圧力を検出圧力信号４４として主制御装置３へと送るためのシステムが追加されている。
【００３１】
図３に示す圧縮機設備の全体構成は、図１に示す圧縮機設備の全体構成に対して、圧力検出装置３１の設置されている集合配管４またはガス貯槽５の直後の２次側配管にガス流量検出装置３３を設置し、検出したユーザ設備４〜９内を流れるガス流量を検出ガス流量信号４５として制御装置３へと送るためのシステムが追加されている。
【００３２】
図１〜図３において、３ａは前記主制御装置３内に設けられた演算部であり、予め設定する圧力などの設定目標値と各種の算出式を記憶するメモリと、この算出式を用いて前記圧力検出装置３１、３２からの検出圧力信号４３、４４と、ガス流量検出装置３３からの検出ガス流量信号４５等に基き、圧力損失や圧力目標値を算出する演算器を内蔵する。
【００３３】
次に、本発明の実施形態に係る回転数制御式圧縮機１と、負荷運転と無負荷運転を繰返して容量制御するベースロード圧縮機２ａ、２ｂとを主制御装置３により同時に制御する動作について説明する。ここでは圧縮ガス運用機器の末端圧力が一定となるように容量制御を行おうとするものである。
【００３４】
本発明の第一の実施例について、図２と図５の動作ステップ（Ｓ）で説明する。圧縮ガス運用機器９の末端圧力Ｐｐを圧力検出装置３２により検出し（Ｓ１００）、末端圧力信号４４として主制御装置３へ出力する。また、主制御装置３には末端圧力設定目標値Ｐｐｔを、末端圧力を一定に保つ目標値として予め主制御装置３に入力記憶しておく（Ｓ１１３）。末端圧力設定目標値Ｐｐｔは、予め決められた圧縮機設備の末端機器９の最低動作（使用）圧力に対して、余裕を考慮した設計値によって設定される。
【００３５】
主制御装置３によって複数台の圧縮機の容量制御を行う際、インバータ駆動圧縮機１を容量調整機とし、負荷運転と無負荷運転を繰返して容量制御する圧縮機２ａ、２ｂはベースロード機として容量制御を行うこととする。
【００３６】
つまり、インバータ駆動圧縮機１は、吐出圧力Ｐｄが吐出圧力設定目標値Ｐｄｔと一致するように電動機回転数を変化させて吐出風量を調整するが（Ｓ１０６、Ｓ１１０）、インバータ駆動圧縮機１が全負荷運転状態で運転していても消費風量に対して圧縮機吐出風量が足りない場合には、圧縮機吐出圧力Ｐｄが吐出圧力設定目標値Ｐｄｔに対して低くなっていき、吐出圧力設定下限Ｐｄｌ以下となったとき（Ｓ１１１でｙｅｓ）、停止中または無負荷運転中のベースロード圧縮機を全負荷運転させ（Ｓ１１２）、逆にインバータ駆動圧縮機１が無負荷運転状態で運転していても消費風量に対して吐出風量が多い場合には、圧縮機吐出圧力Ｐｄが吐出圧力設定目標値Ｐｄｔに対して高くなっていき、吐出圧力設定上限Ｐｄｕ以上となったとき（Ｓ１０７でｙｅｓ）、全負荷運転中のベースロード圧縮機を１台無負荷運転または停止させるという制御を行う（Ｓ１０８）。
【００３７】
検出された末端圧力Ｐｐと末端圧力設定目標値Ｐｐｔの偏差ΔＰｐが最小となるように、吐出圧力設定目標値Ｐｄｔを自動調整する。以下に、吐出圧力設定目標値Ｐｄｔを自動調整するための吐出圧力目標値の算出方法を説明する。まず、検出した末端圧力Ｐｐと吐出圧力Ｐｄの差ΔＰｌを算出し（Ｓ１０２）、この差は圧縮機吐出口から圧縮ガス運用機器９の末端までの圧力損失ΔＰｌであるため、吐出圧力設定目標値Ｐｄｔは次式のように、末端圧力設定目標値Ｐｐｔに圧力損失ΔＰｌを加算した値とする。
Ｐｄｔ＝Ｐｐｔ＋ΔＰｌ＝Ｐｐｔ＋（Ｐｄ−Ｐｐ）
このように、圧力損失ΔＰｌに基づき吐出圧力設定目標値Ｐｄｔを自動更新することで調整し、この吐出圧力設定目標値Ｐｄｔを新たな目標値として容量制御することによって、末端圧力Ｐｐは設定標末端圧力Ｐｐｔで一定になるように容量制御されることとなる。
【００３８】
次に本発明の第二の実施例について、図３と図６の動作フローチャートのステップ（Ｓ）で説明する。図３に示すように、圧力検出装置３１の設置されている集合配管４またはガス貯槽５の直後の２次側配管にガス流量検出装置３３を設置し、ユーザ設備４〜９内を流れるガス流量Ｑｄを検出し（Ｓ２００）、検出ガス流量信号４５として制御装置３へと送る。
【００３９】
なお予め、ガス流量Ｑｄに対するユーザ設備４〜９内の圧力損失ΔＰｌとの関係は調べておくものとする。つまり、吐出流量Ｑｄ時の圧縮機吐出圧力Ｐｄ及び運用機器末端圧力Ｐｐを全負荷から低負荷まで測定し、各吐出流量Ｑｄ時の圧縮機吐出圧力Ｐｄと運用機器末端圧力Ｐｐとの差である圧力損失ΔＰｌを算出する計算式を決めて演算部２ａに記憶しておく。簡易的な計算式としては、一般的に、圧力損失ΔＰｌは吐出流量Ｑｄの２乗に比例するため、圧力損失ΔＰｌと吐出流量Ｑｄとの関係は次式となる。
ΔＰｌ∝（Ｑｄ）２
よって、全負荷時の圧力損失ΔＰｌｆと吐出流量Ｑｄｆを測定し、ある検出した吐出流量Ｑｄ時の圧力損失ΔＰｌは次式により算出できる。
ΔＰｌ＝（ΔＰｌｆ／（Ｑｄｆ）２）×（Ｑｄ）２
このように、圧縮機と圧縮機設備末端にある需要側の圧縮ガス運用機器９との間の予想圧力損失ΔＰｌが算出されると、運用機器末端圧力の予想値を算出することができ、運用機器末端圧力予想値が末端圧力目標値Ｐｐｔと等しくなるように、吐出圧力設定目標値Ｐｄｔを自動調整（自動更新）するものである。以上の様に、本発明の第二の実施例は、上述した第一の実施例で用いた末端圧力検出装置３２を用いることなく、ガス流量検出装置３３を利用してΔＰｌを算出し（Ｓ２０１）、この算出値に基づいて吐出圧力設定目標値Ｐｄｔを自動調整（自動更新）するものである。
【００４０】
次に本発明の第三の実施例について、図１と図７の動作フローチャートのステップ（Ｓ）で説明する。図１に示すように、前述の第二の実施例に対し、吐出流量Ｑｄを流量検出装置３３にて検出するのではなく、容量調整機となるインバータ駆動圧縮機１のインバータ指令周波数信号ｆとベースロード縮機２ａ、２ｂの負荷運転信号を検出することによって吐出流量Ｑｄｌを算出する。
【００４１】
インバータ駆動圧縮機１の吐出風量Ｑｄｌは、インバータ指令周波数ｆより電動機回転数Ｎｍを算出し、算出した電動機回転数Ｎｍよりロータ回転数Ｎｒｌ（複数段圧縮機の場合には１段目圧縮機のロータ回転数）を算出する。そして、算出したロータ回転数Ｎｒｌより吐出流量Ｑｄｌを算出する。電動機回転数Ｎｍと周波数ｆの関係式は以下となる。
Ｎｍ＝２×６０×ｆ×（１−ｓ）／Ｐ（Ｓ３０１）
ここで、Ｐは電動機の極数、ｓはすべり（スリップ）を示す。よって、例えば極数Ｐ＝２、すべりｓ＝０.０１５の電動機１８を６０Ｈｚで運転した場合には、電動機回転数Ｎｍ＝３５４６ｍｉｎ−１となる。ロータ回転数Ｎｒｌは、電動機１８と直結されている場合には電動機回転数と一致し、増速機によって増速している場合には増速ギヤ比に比例して速くなる。そして、図４に示すように、予めロータ回転数Ｎｒｌと体積効率ηｖの関係を求めておくと、圧縮機の吐出流量Ｑｄは以下の式で算出することができる。
Ｑｄｌ＝ηｖ×Ｖｔｈ×Ｎｒｌ×ｆ／ｆｍａｘ（Ｓ３０２）
ここで、Ｖｔｈは設計ロータ形状によって決まる理論押し除け量、ｆｍａｘは全負荷時のインバータ指令周波数を示す。
【００４２】
ベースロード圧縮機２ａ、２ｂの吐出風量Ｑｄ２については、各圧縮機２ａ、２ｂの負荷運転信号を検出することにより運転状態が負荷運転か無負荷運転（または停止）を確認し、予め制御装置３に各圧縮機２の全負荷運転時の吐出風量Ｑｄ２を設定しておくことにより、以下の式で算出することができる。
Ｑｄ２＝Ｑｄ２ａ×ｍａ+Ｑｄ２ｂ×ｍｂ＋…Ｑｄ２ｉ×ｍｉ
ここで、ｍは、各ベースロード機となる圧縮機の負荷運転状態を示し、負荷運転時はｍ＝１、無負荷運転時または停止時はｍ＝０とする。
【００４３】
そして、圧縮機の合計吐出流量Ｑｄは以下の式で算出することができる。
Ｑｄ＝Ｑｄ１＋Ｑｄ２
このように、第三の実施例では、容量調整機となるインバータ駆動圧縮機１のインバータ指令周波数信号ｆとベースロード圧縮機２ａ、２ｂの負荷運転信号を検出することによって吐出流量Ｑｄを算出し、この算出値に基づいて吐出圧力設定目標値Ｐｄｔを自動調整（自動更新）するものである。
【００４４】
本発明の第四の実施例では、上述した第二の実施例または第三の実施例の技術を利用するものであり、図２に示すように運用機器末端圧力Ｐｐを圧力検出装置３２により定期的に検出し、末端圧力信号として制御装置３へ送るシステムを追加する。この運用機器末端圧力Ｐｐの定期的検出は、圧力損失ΔＰｌが経時的に変化すると予想される時期毎に実施すればよく、定期的な保守点検時でも良い。この定期的検出によって、吐出圧力Ｐｄとの差であるΔＰｌが算出できるため、上述した第一の実施例に示したように、吐出圧力設定目標値Ｐｄｔが新たに求められる。
【００４５】
一方、上述した第二の実施例または第三の実施例において、吐出流量Ｑｄを計測または算出してΔＰｌが算出され、吐出圧力設定目標値Ｐｄｔが新たに求められる。したがって、第四の実施例で求められたΔＰｌやＰｄｔと、上述した第二の実施例または第三の実施例で求められたΔＰｌやＰｄｔとを比較することによって補正係数を求め、上述した第二の実施例または第三の実施例で求められたΔＰｌやＰｄｔをこの補正係数で自動補正することができ、より精度良く運用機器末端圧力が一定となる容量制御を行えるようになる。
【００４６】
なおここで、圧縮機吐出流量やインバータ指令周波数と負荷運転状態の検出を基にΔＰｌが算出されるため、実測値の吐出圧力Ｐｄと合わせて運用機器末端圧力予想値が算出されることとなる。そこで、第二の実施例または第三の実施例における末端圧力予想値と、第四の実施例で定期的に検出した末端圧力値とを比較して補正係数を求め、この補正係数でＰｄｔを自動補正（自動更新）しても良い。
【００４７】
このように、第四の実施例では、通常時には、第二の実施例や第三の実施例に示すように、圧縮機吐出流量やインバータ指令周波数と負荷運転状態の検出を基に末端圧力設定目標値Ｐｐｔを算出して容量制御するものであるが、これに加えて、定期的に末端圧量Ｐｐを検出することで、この検出した末端圧力に基づいて算出された吐出圧力設定目標値Ｐｄｔによって、前記通常時の吐出圧力設定目標値Ｐｄｔを更新（自動更新）して自動補正するものである。これによって、通常稼動している圧縮機吐出流量やインバータ指令周波数の実測値のずれを自動補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施例を示す圧縮機設備の全体構成図。
【図２】本発明の他の実施例を示す圧縮機設備の全体構成図。
【図３】本発明の更に他の実施例を示す圧縮機設備の全体構成図。
【図４】本発明の実施例に係るロータ回転数と体積効率の関係を示す図。
【図５】本発明の実施例の動作フローチャートを示す図。
【図６】本発明の他の実施例の動作フローチャートを示す図。
【図７】本発明の更に他の実施例の動作フローチャートを示す図。
【符号の説明】
【００４９】
１…回転数制御式圧縮機、２ａ、２ｂ…ベースロード圧縮機、３…主制御装置、３ａ…演算部、４…集合配管、５…ガス貯槽、６…ガス分離装置または除湿装置、７…フィルタ、８…ガスヘッダ、９…圧縮ガス運用機器、２０…回転数制御式圧縮機の制御装置、２１…ベースロード圧縮機の制御装置、２２…圧力検出装置（圧縮機個別設置）、３１…吐出圧力検出装置、３２…末端圧力検出装置、３３…ガス流量検出装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機の圧縮ガス吐出圧力の検出値に基づいて前記圧縮機の電動機回転数を制御して前記検出値が予め設定の吐出圧力設定目標値と一致するように容量制御される回転数制御式圧縮機と、負荷運転と無負荷運転を繰返して容量制御されるベースロード圧縮機と、上記各圧縮機とを制御する制御装置を備えた圧縮機装置であって、
前記制御装置は前記圧縮機の吐出口と圧縮ガス運用機器との間の圧力損失の大小に関係なく、前記圧縮ガス運用機器での末端圧力が一定となるように、前記圧縮機の吐出圧力設定目標値を自動調整する演算部を有することを特徴とする圧縮機装置。
【請求項２】
圧縮機の圧縮ガス吐出圧力を検出する吐出圧力検出装置と、この検出装置の吐出圧力の検出値に基づいて前記圧縮機の電動機回転数を制御して前記吐出圧力の検出値が予め設定の吐出圧力設定目標値と一致するように容量制御する回転数制御式圧縮機と、負荷運転と無負荷運転を繰返して容量制御するベースロード圧縮機と、圧縮ガス運用機器側に設けられた末端圧力検出装置と、上記各圧縮機を制御する制御装置を備えた圧縮機装置であって、
前記制御装置は前記末端圧力検出装置の末端圧力の検出値と前記吐出圧力検出装置の吐出圧力の検出値とから前記圧縮ガス吐出口と圧縮ガス運用機器との間の圧力損失を算出すると共に、前記圧力損失と予め設定された末端圧力設定目標値とから吐出圧力目標値を算出する演算式を記憶して演算を行う演算部を有し、前記演算部で算出した吐出圧力目標値を新たな吐出圧力設定目標値として前記圧縮機を容量制御することを特徴とする圧縮機装置。
【請求項３】
圧縮機の圧縮ガス吐出圧力を検出する吐出圧力検出装置と、圧縮機の圧縮ガス流量を検出するガス流量検出装置と、前記吐出圧力検出装置の吐出圧力の検出値に基づいて前記圧縮機の電動機回転数を制御して前記吐出圧力の検出値が予め設定の吐出圧力設定目標値と一致するように容量制御する回転数制御式圧縮機と、負荷運転と無負荷運転を繰返して容量制御するベースロード圧縮機と、圧縮ガス運用機器側に設けられた末端圧力検出装置と、上記各圧縮機を制御する制御装置を備えた圧縮機装置であって、
前記制御装置は前記ガス流量検出装置からのガス流量の検出値と前記吐出圧力検出装置からの吐出圧力の検出値を基に、前記圧縮ガス吐出口と前記圧縮ガス運用機器との間の圧力損失を算出すると共に、前記圧力損失と予め設定の末端圧力設定目標値とから吐出圧力目標値を算出する演算式を記憶して演算を行う演算部を有し、前記演算部で算出した吐出圧力目標値を新たな吐出圧力設定目標値として前記圧縮機を容量制御することを特徴とする圧縮機装置。
【請求項４】
圧縮機の圧縮ガス吐出圧力を検出する吐出圧力検出装置と、この検出装置の吐出圧力の検出値に基づいて前記圧縮機の電動機回転数を制御して前記吐出圧力の検出値が予め設定の吐出圧力設定目標値と一致するように容量制御する回転数制御式圧縮機と、負荷運転と無負荷運転を繰返して容量制御するベースロード圧縮機と、圧縮ガス運用機器側に設けられた末端圧力検出装置と、上記各圧縮機を制御する制御装置を備えた圧縮機装置であって、
前記制御装置は前記回転数制御式圧縮機の回転数制御信号と前記ベースロード圧縮機の負荷運転状態信号とによりガス流量を算出すると共に、前記ガス流量と前記吐出圧力の検出値を基に前記圧縮ガス吐出口と前記圧縮ガス運用機器との間の圧力損失を算出し、更に前記圧力損失と予め設定の末端圧力設定目標値とから吐出圧力目標値を算出する演算式を記憶して演算を行う演算部を有し、前記演算部で算出した吐出圧力目標値を新たな吐出圧力設定目標値として前記圧縮機を容量制御することを特徴とする圧縮機装置。
【請求項５】
前記制御装置は前記末端圧力検出装置からの末端圧力の検出値と予め設定の末端圧力設定目標値を比較し、比較結果に基づいて前記演算部に記憶された演算式を補正することを特徴とする請求項３または４に記載の圧縮機装置。
【請求項６】
圧縮機の吐出圧力の検出値に基づいて前記圧縮機の電動機回転数を制御して前記吐出圧力の検出値が予め設定の吐出圧力設定目標値と一致するように回転数制御式圧縮機を容量制御すると共に、ベースロード圧縮機を負荷運転と無負荷運転とを繰返して容量制御する制御方法であって、
前記圧縮機の吐出口から圧縮ガスが供給される圧縮ガス運用機器側の末端圧力を検出するステップと、
前記検出した末端圧力の検出値と前記圧縮ガス吐出圧力の検出値を基に、前記圧縮機吐出口と圧縮ガス運用機器との間の圧力損失を算出するステップと、
前記算出した圧力損失と予め設定された設定目標末端圧力とから目標吐出圧力を求めるステップと、
前記求めた目標吐出圧力を新たな吐出圧力設定目標値として前記圧縮機を容量制御することを特徴とする圧縮機装置の制御方法。
【請求項７】
圧縮機の吐出圧力の検出値に基づいて前記圧縮機の電動機回転数を制御して前記吐出圧力の検出値が予め設定の吐出圧力設定目標値と一致するように回転数制御式圧縮機を容量制御すると共に、ベースロード圧縮機を負荷運転と無負荷運転とを繰返して容量制御する制御方法であって、
前記圧縮機の吐出口に設けられた流量検出装置によりガス流量を検出するステップと、
前記検出した吐出流量と前記圧縮ガス吐出圧力の検出値を基に、圧縮機吐出口と圧縮ガスが供給される圧縮ガス運用機器の間の圧力損失を算出するステップと、
前記算出した圧力損失と、前記圧縮ガス運用機器側の予め設定の末端圧力設定目標値とから吐出圧力目標値を算出するステップと、
前記算出した吐出圧力目標値を新たな吐出圧力設定目標値として前記圧縮機を容量制御することを特徴とする圧縮機装置の制御方法。
【請求項８】
圧縮機の吐出圧力の検出値に基づいて前記圧縮機の電動機回転数を制御して前記吐出圧力の検出値が予め設定の吐出圧力設定目標値と一致するように回転数制御式圧縮機を容量制御すると共に、ベースロード圧縮機を負荷運転と無負荷運転とを繰返して容量制御する制御方法であって、
前記回転数制御式圧縮機の回転数制御信号と前記ベースロード圧縮機の負荷運転状態信号に基づいて前記圧縮機のガス流量を算出するステップと、
前記算出した吐出流量と前記圧縮ガス吐出圧力の検出値とを基に、圧縮機吐出口と圧縮ガスが供給される圧縮ガス運用機器との間の圧力損失を算出するステップと、
前記算出した圧力損失と前記圧縮ガス運用機器側の予め設定の末端圧力設定目標値とから吐出圧力目標値を算出するステップと、
前記算出した吐出圧力目標値を新たな吐出圧力設定目標値として前記圧縮機を容量制御することを特徴とする圧縮機装置の制御方法。
【請求項１】
圧縮機の圧縮ガス吐出圧力の検出値に基づいて前記圧縮機の電動機回転数を制御して前記検出値が予め設定の吐出圧力設定目標値と一致するように容量制御される回転数制御式圧縮機と、負荷運転と無負荷運転を繰返して容量制御されるベースロード圧縮機と、上記各圧縮機とを制御する制御装置を備えた圧縮機装置であって、
前記制御装置は前記圧縮機の吐出口と圧縮ガス運用機器との間の圧力損失の大小に関係なく、前記圧縮ガス運用機器での末端圧力が一定となるように、前記圧縮機の吐出圧力設定目標値を自動調整する演算部を有することを特徴とする圧縮機装置。
【請求項２】
圧縮機の圧縮ガス吐出圧力を検出する吐出圧力検出装置と、この検出装置の吐出圧力の検出値に基づいて前記圧縮機の電動機回転数を制御して前記吐出圧力の検出値が予め設定の吐出圧力設定目標値と一致するように容量制御する回転数制御式圧縮機と、負荷運転と無負荷運転を繰返して容量制御するベースロード圧縮機と、圧縮ガス運用機器側に設けられた末端圧力検出装置と、上記各圧縮機を制御する制御装置を備えた圧縮機装置であって、
前記制御装置は前記末端圧力検出装置の末端圧力の検出値と前記吐出圧力検出装置の吐出圧力の検出値とから前記圧縮ガス吐出口と圧縮ガス運用機器との間の圧力損失を算出すると共に、前記圧力損失と予め設定された末端圧力設定目標値とから吐出圧力目標値を算出する演算式を記憶して演算を行う演算部を有し、前記演算部で算出した吐出圧力目標値を新たな吐出圧力設定目標値として前記圧縮機を容量制御することを特徴とする圧縮機装置。
【請求項３】
圧縮機の圧縮ガス吐出圧力を検出する吐出圧力検出装置と、圧縮機の圧縮ガス流量を検出するガス流量検出装置と、前記吐出圧力検出装置の吐出圧力の検出値に基づいて前記圧縮機の電動機回転数を制御して前記吐出圧力の検出値が予め設定の吐出圧力設定目標値と一致するように容量制御する回転数制御式圧縮機と、負荷運転と無負荷運転を繰返して容量制御するベースロード圧縮機と、圧縮ガス運用機器側に設けられた末端圧力検出装置と、上記各圧縮機を制御する制御装置を備えた圧縮機装置であって、
前記制御装置は前記ガス流量検出装置からのガス流量の検出値と前記吐出圧力検出装置からの吐出圧力の検出値を基に、前記圧縮ガス吐出口と前記圧縮ガス運用機器との間の圧力損失を算出すると共に、前記圧力損失と予め設定の末端圧力設定目標値とから吐出圧力目標値を算出する演算式を記憶して演算を行う演算部を有し、前記演算部で算出した吐出圧力目標値を新たな吐出圧力設定目標値として前記圧縮機を容量制御することを特徴とする圧縮機装置。
【請求項４】
圧縮機の圧縮ガス吐出圧力を検出する吐出圧力検出装置と、この検出装置の吐出圧力の検出値に基づいて前記圧縮機の電動機回転数を制御して前記吐出圧力の検出値が予め設定の吐出圧力設定目標値と一致するように容量制御する回転数制御式圧縮機と、負荷運転と無負荷運転を繰返して容量制御するベースロード圧縮機と、圧縮ガス運用機器側に設けられた末端圧力検出装置と、上記各圧縮機を制御する制御装置を備えた圧縮機装置であって、
前記制御装置は前記回転数制御式圧縮機の回転数制御信号と前記ベースロード圧縮機の負荷運転状態信号とによりガス流量を算出すると共に、前記ガス流量と前記吐出圧力の検出値を基に前記圧縮ガス吐出口と前記圧縮ガス運用機器との間の圧力損失を算出し、更に前記圧力損失と予め設定の末端圧力設定目標値とから吐出圧力目標値を算出する演算式を記憶して演算を行う演算部を有し、前記演算部で算出した吐出圧力目標値を新たな吐出圧力設定目標値として前記圧縮機を容量制御することを特徴とする圧縮機装置。
【請求項５】
前記制御装置は前記末端圧力検出装置からの末端圧力の検出値と予め設定の末端圧力設定目標値を比較し、比較結果に基づいて前記演算部に記憶された演算式を補正することを特徴とする請求項３または４に記載の圧縮機装置。
【請求項６】
圧縮機の吐出圧力の検出値に基づいて前記圧縮機の電動機回転数を制御して前記吐出圧力の検出値が予め設定の吐出圧力設定目標値と一致するように回転数制御式圧縮機を容量制御すると共に、ベースロード圧縮機を負荷運転と無負荷運転とを繰返して容量制御する制御方法であって、
前記圧縮機の吐出口から圧縮ガスが供給される圧縮ガス運用機器側の末端圧力を検出するステップと、
前記検出した末端圧力の検出値と前記圧縮ガス吐出圧力の検出値を基に、前記圧縮機吐出口と圧縮ガス運用機器との間の圧力損失を算出するステップと、
前記算出した圧力損失と予め設定された設定目標末端圧力とから目標吐出圧力を求めるステップと、
前記求めた目標吐出圧力を新たな吐出圧力設定目標値として前記圧縮機を容量制御することを特徴とする圧縮機装置の制御方法。
【請求項７】
圧縮機の吐出圧力の検出値に基づいて前記圧縮機の電動機回転数を制御して前記吐出圧力の検出値が予め設定の吐出圧力設定目標値と一致するように回転数制御式圧縮機を容量制御すると共に、ベースロード圧縮機を負荷運転と無負荷運転とを繰返して容量制御する制御方法であって、
前記圧縮機の吐出口に設けられた流量検出装置によりガス流量を検出するステップと、
前記検出した吐出流量と前記圧縮ガス吐出圧力の検出値を基に、圧縮機吐出口と圧縮ガスが供給される圧縮ガス運用機器の間の圧力損失を算出するステップと、
前記算出した圧力損失と、前記圧縮ガス運用機器側の予め設定の末端圧力設定目標値とから吐出圧力目標値を算出するステップと、
前記算出した吐出圧力目標値を新たな吐出圧力設定目標値として前記圧縮機を容量制御することを特徴とする圧縮機装置の制御方法。
【請求項８】
圧縮機の吐出圧力の検出値に基づいて前記圧縮機の電動機回転数を制御して前記吐出圧力の検出値が予め設定の吐出圧力設定目標値と一致するように回転数制御式圧縮機を容量制御すると共に、ベースロード圧縮機を負荷運転と無負荷運転とを繰返して容量制御する制御方法であって、
前記回転数制御式圧縮機の回転数制御信号と前記ベースロード圧縮機の負荷運転状態信号に基づいて前記圧縮機のガス流量を算出するステップと、
前記算出した吐出流量と前記圧縮ガス吐出圧力の検出値とを基に、圧縮機吐出口と圧縮ガスが供給される圧縮ガス運用機器との間の圧力損失を算出するステップと、
前記算出した圧力損失と前記圧縮ガス運用機器側の予め設定の末端圧力設定目標値とから吐出圧力目標値を算出するステップと、
前記算出した吐出圧力目標値を新たな吐出圧力設定目標値として前記圧縮機を容量制御することを特徴とする圧縮機装置の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−１３９６１（Ｐ２００９−１３９６１Ａ）
【公開日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１８００９４（Ｐ２００７−１８００９４）
【出願日】平成１９年７月９日（２００７．７．９）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月９日（２００７．７．９）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
【Ｆターム（参考）】
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