JP2010053733A - 空気圧縮機運転台数制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空気圧縮機の運転台数の制御に必要な指標の計測の再現性を確保し、施工性の向上を図り、イニシャルコストを削減する。
【解決手段】空気圧縮機１−１〜１−ｎに電力計４−１〜４−ｎを設ける。電力計４−１〜４−ｎによって計測される空気圧縮機１−１〜１−ｎの電力値Ｅpv１〜Ｅpvｎおよび圧力発信器３によって計測されるヘッダ３内の圧力値（ヘッダ圧の計測値）Ｐpvを空気圧縮機運転台数制御装置５へ送る。空気圧縮機運転台数制御装置５は、負荷が増大し、ヘッダ圧の計測値Ｐpvが増段圧力下限値ＰＬを下回った状態が所定時間以上継続し、かつロード状態にある全ての空気圧縮機１の電力値から求められる能力の余裕が閾値以下となった場合、停止状態にある空気圧縮機１の１台をロード状態とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、空気槽から負荷へ送り出される圧縮空気の状態に基づいて空気槽へ圧縮空気を送り込む空気圧縮機の運転台数を制御する空気圧縮機運転台数制御方法および装置に関するものである。

従来より、建物設備の動力用や計器用の圧縮空気の供給システムとして、圧縮空気を生成する複数の空気圧縮機と、これら空気圧縮機から送り出された圧縮空気が貯められる空気槽とを備え、空気槽から負荷へ送り出される圧縮空気の状態に基づいて空気圧縮機の運転台数を制御する空気圧縮機運転台数制御システムが用いられている。

この種のシステムとして、例えば、特許文献１に示された空気圧縮機運転台数制御システムでは、空気槽から送り出される負荷への圧縮空気の流量を計測し、この圧縮空気の計測流量が予め設定されている最寄りの増段流量に達した場合、ロード状態（圧縮空気を送り出している状態）にない空気圧縮機の何れか１つを、アンロード状態（運転されてはいるが圧縮空気を送り出していない状態）にある空気圧縮機を停止状態にある空気圧縮機よりも優先してロード状態とする一方、計測流量の前回値と今回値とから空気槽から送り出される負荷への圧縮空気の流量変化を求め、この圧縮空気の流量変化から現在の流量が最寄りの増段流量に達するまでの時間を増段点到達時間として算出し、この増段点到達時間が予め設定されている空気圧縮機の停止状態からの立ち上がり時間よりも短い場合、アンロード状態の空気圧縮機が１台もないことを前提として、複数の空気圧縮機のうち停止状態にある空気圧縮機の何れか１つをアンロード状態とするようにしている。

また、空気槽内の圧力を計測し、この計測圧力が予め設定されている圧力下限値以下となった場合、複数の空気圧縮機のうちロード状態にない空気圧縮機の何れか１つをアンロード状態にある空気圧縮機を優先してロード状態とするようにしている。また、空気槽から送り出される負荷への圧縮空気の流量を計測し、また空気槽内の圧力を計測し、空気槽内の計測圧力が予め設定されている圧力下限値以上ある状態で、負荷への圧縮空気の計測流量が予め設定されている最寄りの減段流量以下となった場合、あるいは空気槽内の計測圧力が予め設定されている圧力上限値以上となった場合、複数の空気圧縮機のうちロード状態にある空気圧縮機の何れか１つをアンロード状態とするようにしている。

この空気圧縮機運転台数制御システムでは、空気圧縮機の運転状態にロード状態とアンロード状態とを設け、空気圧縮機を停止状態からではなく、アンロード状態からロード状態に移行させることができるようにすることにより、負荷の変動に即座に対応することができる。

特開２００３−２１４３５４号公報

しかしながら、上述した特許文献１に示された空気圧縮機運転台数制御システムによると、空気槽内の圧力を計測するセンサ（圧力発信器）に加えて、空気槽から送り出される負荷への圧縮空気の流量を計測するための流量計が必要となり、効果を出すためには流量計測の再現性が必要である。流量計測の再現性を確保するためには設置位置の前後に直管部が必要となり設置位置の制約を受ける。また、施工時の手間や時間を要するため、この技術の導入の障壁を高くしている。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、空気圧縮機の運転台数の制御に必要な指標の計測の再現性を確保し、施工性の向上を図り、イニシャルコストを削減することができる空気圧縮機運転台数制御方法および装置を提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明は、圧縮空気を生成する複数の空気圧縮機と、これら空気圧縮機から送り出された圧縮空気が貯められる空気槽とを備え、空気槽から負荷へ送り出される圧縮空気の状態に基づいて空気圧縮機の運転台数を制御する空気圧縮機運転台数制御方法において、空気槽から送り出される負荷への圧縮空気の圧力を計測する圧力計測ステップと、空気圧縮機の各々について現在の電力の消費量を計測する電力計測ステップと、空気圧縮機の各々について計測された電力の消費量からその能力の余裕を算出する能力余裕算出ステップと、圧縮空気の圧力の計測値と空気圧縮機の能力の余裕とに基づいて空気圧縮機の運転台数を制御する運転台数制御ステップとを設けたものである。

本発明において、運転台数制御ステップでは、例えば、圧縮空気の圧力の計測値が予め設定されている第１の圧力閾値を下回った状態が所定時間以上継続し、かつ空気圧縮機毎の能力の余裕のうち圧縮空気を送り出しているロード状態にある全ての空気圧縮機の能力の余裕が予め設定されている最小能力余裕値以下となった場合、停止状態にある空気圧縮機の１台をロード状態とする。

このようにすると、負荷が増大し、圧縮空気の圧力の計測値が第１の圧力閾値（増段圧力下限値ＰＬ（例えば、ＰＬ＝０．５０ＭＰａ））を下回った状態が所定時間（例えば、６０秒）以上継続し、かつ、ロード状態にある全ての空気圧縮機の能力の余裕が最小能力余裕値以下（例えば、０％）以下となれば、停止状態にある空気圧縮機の１台がロード状態に切り替えられる。

この発明において、圧縮空気の圧力の計測値は既設の圧力発信器より得ることが可能であり、空気圧縮機の能力の余裕は、電力計を用いることによって得ることが可能である。電力計は、流量計よりも計測の再現性を確保するにあたって設置条件の制約が小さく、安価で施工性がよい。例えば、計測した電力をＥｐｖ、機器固有の定格電力をＥｃｓとした場合、空気圧縮機の能力の余裕ηはη＝（１−Ｅｐｖ／Ｅｃｓ）×１００〔％〕として得ることができる。これにより、流量計を用いることなく、施工性の向上を図り、イニシャルコストを削減することが可能となる。その結果、従来よりも導入の障壁が低くなる。

この発明において、空気槽とは、ヘッダであってもよく、空気圧縮機とヘッダとの間に設けられたタンクであってもよく、ヘッダとタンクとの組合せを空気槽としてもよい。また、空気圧縮機の能力の余裕は、電力計ではなく、電流計を用いることによって得ることも可能である。例えば、計測した電流をＩｐｖ、機器固有の定格電流をＩｃｓとした場合、空気圧縮機の能力の余裕ηはη＝（１−Ｉｐｖ／Ｉｃｓ）×１００〔％〕として得ることができる。このように、本発明では、電力Ｅｐｖに代えて電流Ｉｐｖを計測するようにしてもよい。本発明における電力の消費量の計測の定義には、電力Ｅｐｖの計測だけではなく、電流Ｉｐｖの計測も含まれるものである。

また、本発明において、運転台数制御ステップでは、例えば、圧縮空気を送り出しているロード状態にあった空気圧縮機が、運転されてはいるが圧縮空気を送り出していないアンロード状態に切り替えられ、そのアンロード状態が所定時間以上継続した場合、若しくは、空気圧縮機毎の能力の余裕のうちロード状態にある全ての空気圧縮機の能力の余裕が予め設定されている能力余裕の閾値を上回った状態が所定時間以上継続した場合に、アンロード状態にある空気圧縮機の１台を停止状態とする。

このようにすると、負荷が減少し、ロード状態からアンロード状態に切り替えられた空気圧縮機のアンロード状態が所定時間（例えば、５分）以上継続すると、アンロード状態にある空気圧縮機の１台が停止状態とされる。あるいは、負荷が減少し、ロード状態にある全ての空気圧縮機の能力の余裕が予め設定されている能力余裕の閾値（例えば、１５％）を上回った状態が所定時間（例えば、５分）以上継続すると、アンロード状態にある空気圧縮機の１台が停止状態とされる。

また、上述した停止状態からロード状態への切り替えとアンロード状態から停止状態への切り替えとを組み合せ、運転台数制御ステップにおいて、圧縮空気の圧力の計測値が予め設定されている第１の圧力閾値を下回った状態が所定時間以上継続し、かつ空気圧縮機毎の能力の余裕のうち圧縮空気を送り出しているロード状態にある全ての空気圧縮機の能力の余裕が予め設定されている最小能力余裕値以下となった場合、停止状態にある空気圧縮機の１台をロード状態とする一方、圧縮空気を送り出しているロード状態にあった空気圧縮機が、運転されてはいるが圧縮空気を送り出していないアンロード状態に切り替えられ、そのアンロード状態が所定時間以上継続した場合、若しくは、空気圧縮機毎の能力の余裕のうちロード状態にある全ての空気圧縮機の能力の余裕が予め設定されている能力余裕の閾値を上回った状態が所定時間以上継続した場合に、アンロード状態にある空気圧縮機の１台を停止状態とするようにしてもよい。

また、本発明において、圧縮空気の圧力の計測値の上昇傾向が所定時間（例えば、２０分）以上継続した場合、若しくは、圧縮空気の圧力の計測値が予め設定されている第１の圧力閾値よりも大きい第２の圧力閾値（アンロード切替圧力値ＰＨ（例えば、ＰＨ＝０．７５ＭＰａ））以上となった場合に、ロード状態にある空気圧縮機の１台をアンロード状態に切り替えるようにしてもよい。また、本発明において、圧縮空気の圧力の計測値が予め設定されている１の圧力閾値よりも大きく第２の圧力閾値よりも小さい第３の圧力閾値（ロード切替圧力値ＰＬＡ（例えば、ＰＬＡ＝０．５５ＭＰａ））以下の状態が所定時間（例えば、１秒）以上継続した場合に、アンロード状態にある空気圧縮機の１台をロード状態に切り替えるようにしてもよい。

また、ロード状態からアンロード状態に切り替えられた空気圧縮機のアンロード状態が所定時間（例えば、５分）以上継続した場合、若しくは、空気圧縮機毎の電力の消費量の計測値のうちロード状態にある全ての空気圧縮機の能力の余裕予め設定されている能力余裕の閾値（例えば、１５％）を上回った状態が所定時間（例えば、５分）以上継続した場合に、アンロード状態にある空気圧縮機の現在の台数が予め定められている最小運転台数（例えば、１台）を超えていることを条件として、そのアンロード状態にある空気圧縮機の１台を停止状態とするようにしてもよい。

また、本発明は、空気圧縮機運転台数制御方法としてではなく、空気圧縮機運転台数制御装置としても実現することが可能である。請求項８〜１４に係る発明は、請求項１〜７の空気圧縮機運転台数制御方法をそれぞれ空気圧縮機運転台数制御装置として実現したものである。

本発明によれば、空気槽から送り出される負荷への圧縮空気の圧力を計測し、空気圧縮機の各々について現在の電力の消費量を計測し、空気圧縮機の各々について計測された現在の電力の消費量からその能力の余裕を算出し、圧縮空気の圧力の計測値と空気圧縮機の能力の余裕とに基づいて空気圧縮機の運転台数を制御するようにしたので、圧縮空気の圧力の計測値が予め設定されている第１の圧力閾値を下回った状態が所定時間以上継続し、かつ空気圧縮機毎の能力の余裕のうち圧縮空気を送り出しているロード状態にある全ての空気圧縮機の能力の余裕が予め設定されている最小能力余裕値以下となった場合、停止状態にある空気圧縮機の１台をロード状態としたり、圧縮空気を送り出しているロード状態にあった空気圧縮機が、運転されてはいるが圧縮空気を送り出していないアンロード状態に切り替えられ、そのアンロード状態が所定時間以上継続した場合、若しくは、空気圧縮機毎の能力の余裕のうちロード状態にある全ての空気圧縮機の能力の余裕が予め設定されている能力余裕の閾値を上回った状態が所定時間以上継続した場合に、アンロード状態にある空気圧縮機の１台を停止状態としたりするようにして、流量計を用いることなく、既設の圧力発信器や安価で施工性のよい電力計などを用いて空気圧縮機の運転台数を抑制して制御することができるようになり、省エネルギーを図ることができる。また、導入の際に施工性の向上を図り、イニシャルコストを削減することができるようになる。

以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。図１はこの発明に係る空気圧縮機運転台数制御方法の実施に用いる空気圧縮機運転台数制御システムの一例を示す計装図である。

同図において、１−１〜１−ｎは圧縮空気を生成する空気圧縮機（コンプレッサ）、２は空気圧縮機１−１〜１−ｎからの圧縮空気が送り込まれるヘッダ、３はヘッダ２内の圧力を負荷への圧縮空気の圧力値Ｐpvとして計測する圧力発信器、４−１〜４−ｎは空気圧縮機１−１〜１−ｎの各々について現在の電力の消費量を電力値Ｅpv１〜Ｅpvｎとして計測する電力計、５は空気圧縮機運転台数制御装置である。

この実施の形態において、空気圧縮機１−１〜１−ｎは、メーカ・容量を問わないコンプレッサ群とされ、複数台の定速機またはインバータ機で構成されている。この例において、空気圧縮機１−１〜１−ｎは、メーカ・容量ともに同じ、定速機であるものとする。

空気圧縮機運転台数制御装置５は、圧力発信器３から送られてくる負荷への圧縮空気の圧力値（ヘッダ圧の計測値）Ｐpvと電力計４−１〜４−ｎから送られてくる空気圧縮機１−１〜１−ｎの電力値（電力の計測値）Ｅpv１〜Ｅpvｎを入力とし、この入力されるヘッダ圧の計測値Ｐpvと空気圧縮機１−１〜１−ｎの電力の計測値Ｅpv１〜Ｅpvｎとに基づいて空気圧縮機１−１〜１−ｎの運転台数を制御する。

空気圧縮機１（１−１〜１−ｎ）の運転状態には、従来例でも説明したように、「ロード状態」，「アンロード状態」，「停止状態」の３つがあり、空気圧縮機１が圧縮空気を送り出している状態をロード状態と呼び、空気圧縮機１が運転されてはいるが圧縮空気を送り出していない状態をアンロード状態と呼び、空気圧縮機１が運転されていない状態を停止状態と呼んでいる。

図２に空気圧縮機運転台数制御装置（以下、単に制御装置と呼ぶ）５の内部構成の概略を示す。制御装置５は、ＣＰＵ５−１とＲＯＭ５−２とＲＡＭ５−３とインターフェイス５−４〜５−６とを備えている。ＣＰＵ５−１には、インターフェイス５−４を介して圧力発信器３からのヘッダ圧の計測値Ｐpvが、インターフェイス５−５を介して電力計４−１〜４−ｎからの空気圧縮機１−１〜１−ｎの電力の計測値Ｅpv１〜Ｅpvｎが与えられる。ＣＰＵ５−１は、入力されるヘッダ圧の計測値Ｐpvおよび電力の計測値Ｅpv１〜Ｅpvｎに基づき、ＲＯＭ５−２に格納されているプログラムに従い、ＲＡＭ５−３にアクセスしながら処理を実行し、空気圧縮機１−１〜１−ｎへの制御指令を作る。

ＲＯＭ５−２には、前述したプログラムの他、後述する増段圧力下限値ＰＬ、強制増段圧力下限値Ｐ_LIM、アンロード切替圧力値ＰＨ、ロード切替圧力値ＰＬＡが設定されている。この例において、増段圧力下限値（第１の圧力閾値）ＰＬは０．５０ＭＰａ、強制増段圧力下限値Ｐ_LIMは０．４５ＭＰａ、アンロード切替圧力値（第２の圧力閾値）ＰＨは０．７５ＭＰａ、ロード切替圧力値（第３の圧力閾値）ＰＬＡは０．５５ＭＰａとされている。図３にこの増段圧力下限値ＰＬ、強制増段圧力下限値Ｐ_LIM、アンロード切替圧力値ＰＨ、ロード切替圧力値ＰＬＡの関係を示す。また、ＲＯＭ５−２には、後述するアンロード機の最小運転台数Ｎ_MINが設定されている。この例において、アンロード機の最小運転台数Ｎ_MINの設定台数は１台とされているものとする。

以下、図４に示す増減段ロジックのイメージ図および図５〜図８に示すフローチャートを参照しながら、ＣＰＵ５−１が実行する本実施の形態特有の処理動作について説明する。

〔停止→ロード運転切替〕
ＣＰＵ５−１は、所定周期で、圧力発信器３からのヘッダ圧の計測値Ｐpvおよび電力計４−１〜４−ｎからの空気圧縮機１−１〜１−ｎの電力の計測値Ｅpv１〜Ｅpvｎを読み込む（図５：ステップＳ１０１，Ｓ１０２）。

〔強制増段〕
今、空気圧縮機１−１がロード状態、空気圧縮機１−２〜１−ｎが停止状態にあるものとする。ヘッダ圧の計測値Ｐpvが強制増段圧力下限値ＰＬＩＭ以下であるものとする。この場合、ＣＰＵ５−１は、ヘッダ圧の計測値Ｐpvが強制増段圧力下限値Ｐ_LIM（０．４５ＭＰａ）を下回っている状態が一定時間（例えば、１秒）以上継続したことを確認して（ステップＳ１０３、Ｓ１０４のＹＥＳ）、空気圧縮機１−２〜１−ｎの内の１台、例えば、空気圧縮機１−２を停止状態からロード状態に切り替える（ステップＳ１０９、図４に示す矢印（１））。これにより、停止している空気圧縮機１−２の運転が開始され、空気圧縮機１−２が生成する圧縮空気がヘッダ２へ送り出される。

〔増段〕
今、空気圧縮機１−１がロード状態、空気圧縮機１−２〜１−ｎが停止状態にあるものとする。また、負荷の増大に伴い、ヘッダ圧が下降中であるものとする。

この場合、ＣＰＵ５−１は、ヘッダ圧の計測値Ｐpvが増段圧力下限値ＰＬ（０．５０ＭＰａ）を下回った状態が一定時間（６０秒）以上継続したか否かを確認する（ステップＳ１０５、Ｓ１０６）。

また、ロード状態にある全ての空気圧縮機１について、その電力の計測値から能力の余裕を求め、この能力余裕が０％以下であるか否かを確認する（ステップＳ１０７）。ここで、計測した電力をＥｐｖ、機器固有の定格電力をＥｃｓとした場合、空気圧縮機の能力の余裕ηは、η＝（１−Ｅｐｖ／Ｅｃｓ）×１００〔％〕として得ることができる。この場合、ロード状態にある空気圧縮機１は空気圧縮機１−１のみであるので、空気圧縮機１−１の能力の余裕が０％以下であるか否かを確認する。

ここで、ヘッダ圧の計測値Ｐpvが増段圧力下限値ＰＬを下回った状態が一定時間（６０秒）以上継続し、かつ空気圧縮機１−１の能力の余裕が０％以下であることを確認すると（ステップＳ１０８のＹＥＳ）、ＣＰＵ５−１は、空気圧縮機１−２〜１−ｎの内の１台、例えば、空気圧縮機１−２を停止状態からロード状態に切り替える（ステップＳ１０９、図４に示す矢印（１））。

これにより、需要側のヘッダ圧の情報だけではなく、ロード状態にある全ての空気圧縮機１のフル運転時の電力を元に増段が図られるようになり、無駄な運転をなくし、個々の空気圧縮機１の能力を最大限引き出した運転ができる。

〔ロード運転→アンロード運転切替〕
今、空気圧縮機１−１，１−２がロード状態、空気圧縮機１−３〜１−ｎが停止状態にあるものとする。また、負荷の減少に伴い、ヘッダ圧が上昇中であるものとする。

この場合、ＣＰＵ５−１は、所定周期で、圧力発信器３からのヘッダ圧の計測値Ｐpvを読み込み（図６：ステップＳ２０１）、ヘッダ圧の計測値Ｐpvとアンロード切替圧力値ＰＨ（０．７５ＭＰａ）とを比較し、ヘッダ圧の計測値Ｐpvがアンロード切替圧力値ＰＨを超えると（ステップＳ２０２のＹＥＳ）、ロード状態にある空気圧縮機１が１台以上あることを確認のうえ（ステップＳ２０６のＹＥＳ）、その内の１台をロード状態からアンロード状態に切り替える（ステップＳ２０７、図４に示す矢印（２ａ））。この場合、ロード状態にある空気圧縮機１は空気圧縮機１−１と１−２であるので、例えば、空気圧縮機１−２をロード状態からアンロード状態に切り替える。

また、ＣＰＵ５−１は、ステップＳ２０２の処理と並行して、ヘッダ圧の計測値Ｐpvの変化ΔＰ（ΔＰ＝今回値−前回値）を演算する（ステップＳ２０３）。ここで、０＜ΔＰの状態が一定時間（２０分）以上継続したことを確認すると（ステップＳ２０４、Ｓ２０５のＹＥＳ）、すなわちヘッダ圧の計測値Ｐpvの上昇傾向が一定時間（２０分）以上継続したことを確認すると、ＣＰＵ５−１は、ロード状態にある空気圧縮機１が１台以上あることを確認のうえ（ステップＳ２０６のＹＥＳ）、その内の１台をロード状態からアンロード状態に切り替える（ステップＳ２０７、図４に示す矢印（２ａ））。この場合、ロード状態にある空気圧縮機１は空気圧縮機１−１と１−２であるので、例えば、空気圧縮機１−２をロード状態からアンロード状態に切り替える。

これにより、ヘッダ圧がアンロード切替圧力値ＰＨに達する前に、ヘッダ圧の上昇傾向をもってロード状態の空気圧縮機１のアンロード状態への切り替えが行われるものとなり、省エネルギーとなる。

〔アンロード運転→ロード運転切替〕
今、空気圧縮機１−１がロード状態、空気圧縮機１−２がアンロード状態、空気圧縮機１−３〜１−ｎが停止状態にあるものとする。また、負荷の増大に伴い、ヘッダ圧が下降中であるものとする。

この場合、ＣＰＵ５−１は、所定周期で、圧力発信器３からのヘッダ圧の計測値Ｐpvを読み込み（図７：ステップＳ３０１）、ヘッダ圧の計測値Ｐpvとロード切替圧力値ＰＬＡ（０．５５ＭＰａ）とを比較し、ヘッダ圧の計測値Ｐpvがロード切替圧力値ＰＬＡを下回った状態が一定時間（１秒）以上継続すると（ステップＳ３０２、Ｓ３０３のＹＥＳ）、アンロード状態にある空気圧縮機１が１台以上あることを確認のうえ（ステップＳ３０４のＹＥＳ）、その内の１台をアンロード状態からロード状態に切り替える（ステップＳ３０５、図４に示す矢印（２ｂ））。この場合、アンロード状態にある空気圧縮機１は空気圧縮機１−２のみであるので、空気圧縮機１−２をアンロード状態からロード状態に切り替える。

〔アンロード運転→停止切替：場合１〕
今、空気圧縮機１−１がロード状態、空気圧縮機１−２がアンロード状態、空気圧縮機１−３〜１−ｎが停止状態にあるものとする。また、負荷の減少に伴い、ヘッダ圧が上昇中であるものとする。

ＣＰＵ５−１は、空気圧縮機１−２をロード状態からアンロード状態に切り替えると（図８：ステップＳ４０１）、そのアンロード状態の継続時間をチェックする（ステップＳ４０２）。ここで、空気圧縮機１−２のアンロード状態が一定時間（５分）以上継続すれば（ステップＳ４０２のＹＥＳ）、アンロード状態にある空気圧縮機１の現在の台数がアンロード機の最小運転台数Ｎ_MIN（Ｎ_MIN＝１台）を超えているか否かをチェックする（ステップＳ４０６）。

この場合、アンロード状態にある空気圧縮機１は空気圧縮機１−２のみであり、アンロード機の最小運転台数Ｎ_MINを超えていない。したがって、ＣＰＵ５−１は、空気圧縮機１−２を停止せず、空気圧縮機１−２のアンロード状態を継続させる。

このような状態で、今、ＣＰＵ５−１が空気圧縮機１−１をロード状態からアンロード状態に切り替えたとする。この場合、ＣＰＵ５−１は、空気圧縮機１−１のアンロード状態の継続時間をチェックする（ステップＳ４０２）。ここで、空気圧縮機１−１のアンロード状態が一定時間（５分）以上継続すると（ステップＳ４０２のＹＥＳ）、ＣＰＵ５−１は、アンロード状態にある空気圧縮機１の現在の台数がアンロード機の最小運転台数Ｎ_MINを超えているか否かをチェックする（ステップＳ４０６）。

この場合、アンロード状態にある空気圧縮機１は空気圧縮機１−１と１−２の２台であり、アンロード機の最小運転台数Ｎ_MIN（Ｎ_MIN＝１台）を超えている。したがって、ＣＰＵ５−１は、ステップＳ４０６のＹＥＳに応じて、ステップＳ４０７へ進み、アンロード状態にある空気圧縮機１−１および１−２の内の１台、例えば、空気圧縮機１−２をアンロード状態から停止状態に切り替える（図４に示す矢印（３））。これにより、アンロード状態の空気圧縮機の台数が規制され、すなわちアンロード運転台数の最小化が図られ、省エネルギーとなる。

〔アンロード運転→停止切替：場合２〕
一方、ＣＰＵ５−１は、ステップＳ４０１，Ｓ４０２の処理と並行して、電力計４−１〜４−ｎからの空気圧縮機１−１〜１−ｎの電力の計測値Ｅpv１〜Ｅpvｎを読み込み（ステップＳ４０３）、ロード状態にある全ての空気圧縮機１についてその能力の余裕を求め、この能力の余裕が予め定められている能力余裕の閾値（この例では、１５％）を上回っているか否かを確認する（ステップＳ４０４）。

今、空気圧縮機１−１がロード状態、空気圧縮機１−２，１−３がアンロード状態、空気圧縮機１−４（図示せず）〜１−ｎが停止状態にあるものとする。また、負荷の減少に伴い、ヘッダ圧が上昇中であるものとする。

この場合、ロード状態にある空気圧縮機１は空気圧縮機１−１のみであるので、ＣＰＵ５−１は、空気圧縮機１−１の能力の余裕が１５％を上回っているか否かを確認する。この状況下において、空気圧縮機１−１は、軽負荷状態となるので、その電力の消費量が減少して行く。

ここで、空気圧縮機１−１の能力の余裕が１５％を上回っている状態が一定時間（５分）以上継続すると（ステップＳ４０５のＹＥＳ）、ＣＰＵ５−１は、アンロード状態にある空気圧縮機１の現在の台数がアンロード機の最小運転台数Ｎ_MIN（Ｎ_MIN＝１台）を超えているか否かをチェックする（ステップＳ４０６）。

この例において、アンロード状態にある空気圧縮機１は空気圧縮機１−２と１−３の２台であり、アンロード機の最小運転台数Ｎ_MINを超えている。したがって、ＣＰＵ５−１は、ステップＳ４０６のＹＥＳに応じて、ステップＳ４０７へ進み、アンロード状態にある空気圧縮機１−２および１−３の内の１台、例えば、空気圧縮機１−３をアンロード状態から停止状態に切り替える（図４に示す矢印（３））。

これにより、ロード状態にある全ての空気圧縮機１の能力の余裕が１５％を上回っている状態が一定時間（５分）以上継続すれば、最小運転台数Ｎ_MINを超えてアンロード状態とされた空気圧縮機１が一定時間（５分）を待たずに早めに停止されるものとなり、省エネルギーとなる。

上述したＣＰＵ５−１の処理動作において、ステップＳ１０１，Ｓ２０１，Ｓ３０１での処理が本発明でいう圧力計測ステップに対応し、ステップＳ１０２，Ｓ４０３での処理が電力消費量計測ステップに対応し、ステップＳ１０７，Ｓ４０４での全ての空気圧縮機の能力の余裕を求める処理が能力余裕の算出処理に対応し、ステップＳ１０３〜Ｓ１０９での処理が運転台数制御ステップ中の第１の処理（停止ロード切替処理）に対応する。また、ステップＳ４０１，Ｓ４０２およびステップＳ４０４〜Ｓ４０７での処理が運転台数制御ステップ中の第２の処理（アンロード停止切替処理）に対応し、ステップＳ２０２〜Ｓ２０７での処理が運転台数制御ステップ中の第３の処理（ロードアンロード切替処理）に対応し、ステップＳ３０２〜Ｓ３０５での処理が運転台数制御ステップ中の第４の処理（アンロードロード切替処理）に対応する。

本実施の形態の空気圧縮機運転台数制御システムにおいて、ヘッダ圧の計測値Ｐpvは既設の圧力発信器３より得られ、空気圧縮機１−１〜１−ｎの電力の計測値Ｅpv１〜Ｅpvｎは、流量計よりも安価で施工性のよい電力計４−１〜４−ｎより得ることができる。このように、本実施の形態の空気圧縮機運転台数制御システムでは、流量計を用いることなく、既設の圧力発信器３や安価で施工性のよい電力計４−１〜４−ｎを用いて空気圧縮機１の運転台数を制御することができるので、施工性の向上が図られ、イニシャルコストが削減される。

図９にこの空気圧縮機運転台数制御システムにおける制御装置５の要部の機能ブロック図を示す。制御蔵置５は、ヘッダ圧を計測する差圧発信器３および空気圧縮機１−１〜１−ｎの電力値を計測する電力計４−１〜４−ｎをその構成要素とし、停止ロード切替部５Ａと、アンロード停止切替部５Ｂと、ロードアンロード切替部５Ｃと、アンロードロード切替部５Ｄとを備えている。

停止ロード切替部５Ａは、ヘッダ圧の計測値Ｐpvが増段圧力下限値ＰＬを下回った状態が所定時間（例えば、６０秒）以上継続し、かつ空気圧縮機１−１〜１−ｎのうちロード状態にある全ての空気圧縮機１の能力の余裕が０％以下となった場合、停止状態にある空気圧縮機１の１台をロード状態とする。

アンロード停止切替部５Ｂは、ロード状態からアンロード状態に切り替えられた空気圧縮機１のアンロード状態が所定時間（例えば、５分）以上継続した場合、若しくは、空気圧縮機１−１〜１−ｎのうちロード状態にある全ての空気圧縮機１の能力の余裕が１５％を上回った状態が所定時間（例えば、５分）以上継続した場合に、アンロード状態にある空気圧縮機１の現在の台数が最小運転台数Ｎ_MINを超えていることを条件として、そのアンロード状態にある空気圧縮機１の１台を停止状態とする。

ロードアンロード切替部５Ｃは、ヘッダ圧の計測値Ｐpvの上昇傾向が所定時間（例えば、２０分）以上継続した場合、若しくは、ヘッダ圧の計測値Ｐpvがアンロード切替圧力値ＰＨ以上となった場合に、ロード状態にある空気圧縮機１の１台をアンロード状態に切り替える。

アンロードロード切替部５Ｄは、ヘッダ圧の計測値Ｐpvがロード切替圧力値ＰＬＡ以下の状態が所定時間（例えば、１分）以上継続した場合に、アンロード状態にある空気圧縮機１の１台をロード状態に切り替える。

なお、上述した実施の形態では、ヘッダ２内の圧力を負荷への圧縮空気の圧力値Ｐpvとして計測するようにしたが、図１０に示すように負荷への圧縮空気の供給通路の末端に圧力発信器３を設け、例えば、任意の1系統の末端圧力を負荷への圧縮空気の圧力値Ｐpvとして計測したり、末端圧力の最小値を負荷への圧縮空気の圧力値Ｐpvとして計測したり、末端圧力の平均値を負荷への圧縮空気の圧力値Ｐpvとして計測したりするなど、少なくとも１系統の末端圧力を負荷への圧縮空気の圧力値Ｐpvとして計測するようにしてもよい。

また、図１１に示すように、空気圧縮機１−１〜１−ｎとヘッダ２との間にタンク６が設けられているような場合、ヘッダ２ではなく、タンク６に対して圧力発信器３を設け、タンク６内の圧力を負荷への圧縮空気の圧力値Ｐpvとして計測するようにしてもよい。この場合、タンク６あるいはタンク６とヘッダ３との組合せが本発明でいう空気槽に対応する。

また、上述した実施の形態では、電力計４−１〜４−ｎを用いて空気圧縮機１−１〜１−ｎの電力値Ｅpv１〜Ｅpvｎを計測するようにしたが、空気圧縮機１−１〜１−ｎに供給されている電流の値を計測するようにしてもよい。すなわち、電力計の代わりに電流計を用いるようにしてもよい。この場合、計測した電流をＩｐｖ、機器固有の定格電流をＩｃｓとすると、空気圧縮機１の能力の余裕ηはη＝（１−Ｉｐｖ／Ｉｃｓ）×１００〔％〕として得ることができる。

また、上述した実施の形態において、増段圧力下限値ＰＬ、強制増段圧力下限値Ｐ_LIM、アンロード切替圧力値ＰＨ、ロード切替圧力値ＰＬＡ、アンロード機の最小運転台数Ｎ_MINなどの数値は、あくまでも一例として示したものであって、これらの値に限られるものではない。また、これらの値を現地での調整項目としてもよい。また、アンロード機の最小運転台数Ｎ_MINは、必ずしも設けなくてもよい。

また、上述した実施の形態において、空気圧縮機１−１〜１−ｎに設けた電力計４−１〜４−ｎを用いて、台数制御導入前後の効果検証を行うようにしたり、日報・月報・年報等によるエネルギー管理を行うようにしてもよい。

本発明に係る空気圧縮機運転台数制御方法の実施に用いる空気圧縮機運転台数制御システムの一例を示す計装図である。 この空気圧縮機運転台数制御システムにおける空気圧縮機運転台数制御装置の内部構成の概略を示す図である。 この空気圧縮機運転台数制御装置において用いる増段圧力下限値ＰＬ、強制増段圧力下限値Ｐ_LIM、アンロード切替圧力値ＰＨ、ロード切替圧力値ＰＬＡの関係を示す図である。 この空気圧縮機運転台数制御装置におけるＣＰＵが実行する増減段ロジックのイメージ図である。 この空気圧縮機運転台数制御装置におけるＣＰＵが実行する停止→ロード運転切替時の処理動作を説明するためのフローチャートである。 この空気圧縮機運転台数制御装置におけるＣＰＵが実行するロード運転→アンロード運転切替時の処理動作を説明するためのフローチャートである。 この空気圧縮機運転台数制御装置におけるＣＰＵが実行するアンロード運転→ロード運転切替時の処理動作を説明するためのフローチャートである。 この空気圧縮機運転台数制御装置におけるＣＰＵが実行するアンロード運転→停止切替時の処理動作を説明するためのフローチャートである。 この空気圧縮機運転台数制御装置の要部の機能ブロック図である。 少なくとも１系統の末端圧力を負荷への圧縮空気の圧力値Ｐpvとして計測するようにした空気圧縮機運転台数制御システムの一例を示す計装図である。 空気圧縮機群とヘッダとの間にタンクが設けられている空気圧縮機運転台数制御システムへの適用例を示す計装図である。

符号の説明

１（１−１〜１−ｎ）…空気圧縮機、２…ヘッダ、３…圧力発信器、４（４−１〜４−ｎ）…電力計、５…空気圧縮機運転台数制御装置、５−１…ＣＰＵ、５−２…ＲＯＭ、５−３…ＲＡＭ、５−４〜５−６…インターフェイス、５Ａ…停止ロード切替部、５Ｂ…アンロード停止切替部、５Ｃ…ロードアンロード切替部、５Ｄ…アンロードロード切替部、６…タンク。

Claims (14)

1. 圧縮空気を生成する複数の空気圧縮機と、これら空気圧縮機から送り出された圧縮空気が貯められる空気槽とを備え、前記空気槽から負荷へ送り出される圧縮空気の状態に基づいて前記空気圧縮機の運転台数を制御する空気圧縮機運転台数制御方法において、
   前記空気槽から送り出される負荷への圧縮空気の圧力を計測する圧力計測ステップと、
   前記空気圧縮機の各々について現在の電力の消費量を計測する電力計測ステップと、
   前記空気圧縮機の各々について前記計測された電力の消費量からその能力の余裕を算出する能力余裕算出ステップと、
   前記圧縮空気の圧力の計測値と前記空気圧縮機の能力の余裕とに基づいて前記空気圧縮機の運転台数を制御する運転台数制御ステップと
   を備えることを特徴とする空気圧縮機運転台数制御方法。
2. 請求項１に記載された空気圧縮機運転台数制御方法において、
   前記運転台数制御ステップは、
   前記圧縮空気の圧力の計測値が予め設定されている第１の圧力閾値を下回った状態が所定時間以上継続し、かつ前記空気圧縮機毎の能力の余裕のうち圧縮空気を送り出しているロード状態にある全ての空気圧縮機の能力の余裕が予め設定されている最小能力余裕値以下となった場合、停止状態にある空気圧縮機の１台をロード状態とする
   ことを特徴とする空気圧縮機運転台数制御方法。
3. 請求項１に記載された空気圧縮機運転台数制御方法において、
   前記運転台数制御ステップは、
   圧縮空気を送り出しているロード状態にあった空気圧縮機が、運転されてはいるが圧縮空気を送り出していないアンロード状態に切り替えられ、そのアンロード状態が所定時間以上継続した場合、若しくは、前記空気圧縮機毎の能力の余裕のうちロード状態にある全ての空気圧縮機の能力の余裕が予め設定されている能力余裕の閾値を上回った状態が所定時間以上継続した場合に、アンロード状態にある空気圧縮機の１台を停止状態とする
   ことを特徴とする空気圧縮機運転台数制御方法。
4. 請求項１に記載された空気圧縮機運転台数制御方法において、
   前記運転台数制御ステップは、
   前記圧縮空気の圧力の計測値が予め設定されている第１の圧力閾値を下回った状態が所定時間以上継続し、かつ前記空気圧縮機毎の能力の余裕のうち圧縮空気を送り出しているロード状態にある全ての空気圧縮機の能力の余裕が予め設定されている最小能力余裕値以下となった場合、停止状態にある空気圧縮機の１台をロード状態とし、
   圧縮空気を送り出しているロード状態にあった空気圧縮機が、運転されてはいるが圧縮空気を送り出していないアンロード状態に切り替えられ、そのアンロード状態が所定時間以上継続した場合、若しくは、前記空気圧縮機毎の能力の余裕のうちロード状態にある全ての空気圧縮機の能力の余裕が予め設定されている能力余裕の閾値を上回った状態が所定時間以上継続した場合に、アンロード状態にある空気圧縮機の１台を停止状態とする
   ことを特徴とする空気圧縮機運転台数制御方法。
5. 請求項２〜４の何れか１項に記載された空気圧縮機運転台数制御方法において、
   前記運転台数制御ステップは、
   前記圧縮空気の圧力の計測値の上昇傾向が所定時間以上継続した場合、若しくは、前記圧縮空気の圧力の計測値が予め設定されている前記第１の圧力閾値よりも大きい第２の圧力閾値以上となった場合に、ロード状態にある空気圧縮機の１台をアンロード状態に切り替える
   ことを特徴とする空気圧縮機運転台数制御方法。
6. 請求項２〜４の何れか１項に記載された空気圧縮機運転台数制御方法において、
   前記運転台数制御ステップは、
   前記圧縮空気の圧力の計測値が予め設定されている前記第１の圧力閾値よりも大きく前記第２の圧力閾値よりも小さい第３の圧力閾値以下の状態が所定時間以上継続した場合に、アンロード状態にある空気圧縮機の１台をロード状態に切り替える
   ことを特徴とする空気圧縮機運転台数制御方法。
7. 請求項３又は４に記載された空気圧縮機運転台数制御方法において、
   前記運転台数制御ステップは、
   ロード状態からアンロード状態に切り替えられた空気圧縮機のアンロード状態が所定時間以上継続した場合、若しくは、前記空気圧縮機毎の能力の余裕のうちロード状態にある全ての空気圧縮機の能力の余裕が予め設定されている能力余裕の閾値を上回った状態が所定時間以上継続した場合に、アンロード状態にある空気圧縮機の現在の台数が予め定められている最小運転台数を超えていることを条件として、そのアンロード状態にある空気圧縮機の１台を停止状態とする
   ことを特徴とする空気圧縮機運転台数制御方法。
8. 圧縮空気を生成する複数の空気圧縮機と、これら空気圧縮機から送り出された圧縮空気が貯められる空気槽とを備え、前記空気槽から負荷へ送り出される圧縮空気の状態に基づいて前記空気圧縮機の運転台数を制御する空気圧縮機運転台数制御装置において、
   前記空気槽から送り出される負荷への圧縮空気の圧力を計測する圧力計測手段と、
   前記空気圧縮機の各々について現在の電力の消費量を計測する電力計測手段と、
   前記空気圧縮機の各々について前記計測された電力の消費量からその能力の余裕を算出する能力余裕算出手段と、
   前記圧縮空気の圧力の計測値と前記空気圧縮機の能力の余裕とに基づいて前記空気圧縮機の運転台数を制御する運転台数制御手段と
   を備えることを特徴とする空気圧縮機運転台数制御装置。
9. 請求項８に記載された空気圧縮機運転台数制御装置において、
   前記運転台数制御手段は、
   前記圧縮空気の圧力の計測値が予め設定されている第１の圧力閾値を下回った状態が所定時間以上継続し、かつ前記空気圧縮機毎の能力の余裕のうち圧縮空気を送り出しているロード状態にある全ての空気圧縮機の能力の余裕が予め設定されている最小能力余裕値以下となった場合、停止状態にある空気圧縮機の１台をロード状態とする
   ことを特徴とする空気圧縮機運転台数制御装置。
10. 請求項８に記載された空気圧縮機運転台数制御装置において、
    前記運転台数制御手段は、
    圧縮空気を送り出しているロード状態にあった空気圧縮機が、運転されてはいるが圧縮空気を送り出していないアンロード状態に切り替えられ、そのアンロード状態が所定時間以上継続した場合、若しくは、前記空気圧縮機毎の能力の余裕のうちロード状態にある全ての空気圧縮機の能力の余裕が予め設定されている能力余裕の閾値を上回った状態が所定時間以上継続した場合に、アンロード状態にある空気圧縮機の１台を停止状態とする
    ことを特徴とする空気圧縮機運転台数制御装置。
11. 請求項８に記載された空気圧縮機運転台数制御装置において、
    前記運転台数制御手段は、
    前記圧縮空気の圧力の計測値が予め設定されている第１の圧力閾値を下回った状態が所定時間以上継続し、かつ前記空気圧縮機毎の能力の余裕のうち圧縮空気を送り出しているロード状態にある全ての空気圧縮機の能力の余裕が予め設定されている最小能力余裕値以下となった場合、停止状態にある空気圧縮機の１台をロード状態とし、
    圧縮空気を送り出しているロード状態にあった空気圧縮機が、運転されてはいるが圧縮空気を送り出していないアンロード状態に切り替えられ、そのアンロード状態が所定時間以上継続した場合、若しくは、前記空気圧縮機毎の能力の余裕のうちロード状態にある全ての空気圧縮機の能力の余裕が予め設定されている能力余裕の閾値を上回った状態が所定時間以上継続した場合に、アンロード状態にある空気圧縮機の１台を停止状態とする
    ことを特徴とする空気圧縮機運転台数制御装置。
12. 請求項９〜１１の何れか１項に記載された空気圧縮機運転台数制御装置において、
    前記運転台数制御手段は、
    前記圧縮空気の圧力の計測値の上昇傾向が所定時間以上継続した場合、若しくは、前記圧縮空気の圧力の計測値が予め設定されている前記第１の圧力閾値よりも大きい第２の圧力閾値以上となった場合に、ロード状態にある空気圧縮機の１台をアンロード状態に切り替える
    ことを特徴とする空気圧縮機運転台数制御装置。
13. 請求項９〜１１の何れか１項に記載された空気圧縮機運転台数制御装置において、
    前記運転台数制御手段は、
    前記圧縮空気の圧力の計測値が予め設定されている前記第１の圧力閾値よりも大きく前記第２の圧力閾値よりも小さい第３の圧力閾値以下の状態が所定時間以上継続した場合に、アンロード状態にある空気圧縮機の１台をロード状態に切り替える
    ことを特徴とする空気圧縮機運転台数制御装置。
14. 請求項１０又は１１に記載された空気圧縮機運転台数制御装置において、
    前記運転台数制御手段は、
    ロード状態からアンロード状態に切り替えられた空気圧縮機のアンロード状態が所定時間以上継続した場合、若しくは、前記空気圧縮機毎の能力の余裕のうちロード状態にある全ての空気圧縮機の能力の余裕が予め設定されている能力余裕の閾値を上回った状態が所定時間以上継続した場合に、アンロード状態にある空気圧縮機の現在の台数が予め定められている最小運転台数を超えていることを条件として、そのアンロード状態にある空気圧縮機の１台を停止状態とする
    ことを特徴とする空気圧縮機運転台数制御装置。

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