JP4399655B2

JP4399655B2 - 圧縮空気製造設備

Info

Publication number: JP4399655B2
Application number: JP32655199A
Authority: JP
Inventors: 征和長谷; 優和青木; 洋幸松田
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 1999-11-17
Filing date: 1999-11-17
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2019-11-17
Also published as: JP2001140768A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動電動機の回転速度を変化させて圧縮機の容量を調整する可変速圧縮機と、全負荷で運転するかもしくは停止する定速圧縮機を複数台組み合わせた圧縮空気製造設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、圧縮機の容量制御方法に関しては、特開平９−２５０４８５号公報に開示された技術がある。上記公報には、圧縮機出口に圧縮空気出口圧力センサを設け、検出された圧縮空気出口圧力を入力としてＰＩＤ制御により圧縮機の回転数を変化させて容量制御を行う圧縮機が示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報開示の技術によれば、圧縮機を単独で運転する場合、従来の回転速度一定での吸込み絞り弁による容量制御方法に対し大きな消費動力の改善が得られるが、圧縮空気製造設備では圧縮機を複数台並列に接続して運転を行う場合があり、この場合には上記回転数を変化させて容量制御を行う圧縮機を並列運転しても、従来方式（回転速度一定での吸込み絞り弁による容量制御方法）の台数制御運転に対し大きな省電力効果が得られないという問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、複数台の圧縮機を並列に接続して運転する圧縮空気製造設備を、全体としての容量を変化させて運転することを可能にするとともに、その消費電力を、回転速度一定での吸込み絞り弁による容量制御方式の圧縮機を複数台並列して台数制御運転する場合に対し低減することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、圧縮空気製造設備を、電動機の回転速度を変えて容量制御する可変速圧縮機と、電動機の回転速度が一定である圧縮機（以下、定速圧縮機という）を並列に組み合わせて構成し、定速圧縮機は必要容量に応じて台数制御運転をするとともに、使用空気量の変動が前記定速圧縮機１台の100％容量に満たないとき、可変速圧縮機の回転数制御による容量制御を行う制御手段を設けたものである。
【０００６】
すなわち、本発明は、複数台の圧縮機を並列運転する場合、変動する負荷に応じて回転速度制御を行う圧縮機を１台に限定し、他の圧縮機は停止または全負荷運転で容量を制御することで、使用空気の容量と消費動力がほぼ直線的に変化する圧縮空気製造設備を実現する。
【０００７】
本発明においては、負荷の変動は可変速圧縮機の吐出圧力の変動として捉えられ、可変速圧縮機の吐出圧力は、該可変速圧縮機の吐出空気管に介装された逆止弁の２次側圧力として検出される。そして、検出された圧力を前記制御手段の入力として可変速圧縮機及び定速圧縮機が制御される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の実施の形態の圧縮空気製造設備の構成を示す。図３に、本実施の形態の圧縮空気製造設備の制御タイムチャートの例を示す。
【０００９】
本実施の形態の圧縮空気製造設備は、３台の圧縮機を使用した例である。図示の圧縮空気製造設備は、それぞれ圧縮機とその制御装置を備えた３基の圧縮機ユニットＡ，Ｂ，Ｃと、各圧縮機ユニットに圧縮空気管２Ａ，２Ｂ，２Ｃで接続され、吐出される圧縮空気を合流させて貯留する空気槽１とからなっている。
【００１０】
圧縮機ユニットＡは、電動機の回転速度（すなわち圧縮機の回転速度）を変化させて容量制御を行う可変速圧縮機である圧縮機Ａと、圧縮機Ａを制御する制御装置Ａと、圧縮機Ａの圧縮空気出口に接続された吐出空気管３Ａと、この吐出空気管３Ａに介装された逆止弁Ａと、逆止弁Ａより下流側（圧縮空気ユニットＡの圧縮空気出口より上流側）の吐出空気管３Ａに検出用配管を接続させた圧縮機Ａの圧力検出手段である圧力センサーＡと、を含んで構成され、圧力センサーＡの出力が前記制御装置Ａへ入力されるようになっている。圧縮機Ａは、吐出空気量が定格時の30％になったとき、容量制御下限回転数となる。
【００１１】
圧縮機ユニットＢ，Ｃは、それぞれ電動機の回転速度が一定であるように制御される定速圧縮機である圧縮機Ｂ，Ｃと、圧縮機Ｂ，Ｃをそれぞれ制御する制御装置Ｂ，Ｃと、圧縮機Ｂ，Ｃの圧縮空気出口に接続された吐出空気管３Ｂ，３Ｃと、この吐出空気管３Ｂ，３Ｃにそれぞれ介装された逆止弁Ｂ，Ｃと、前記吐出空気管３Ａの前記圧力センサーＡの検出用配管が接続された位置に検出用配管をそれぞれ接続した圧力検出手段である圧力センサーＢ，Ｃと、を含んで構成され、圧力センサーＢ，Ｃの出力がぞれぞれ前記制御装置Ｂ，Ｃへ入力されるようになっている。制御装置Ａ，Ｂ，Ｃをまとめて制御手段という。圧力センサーＡ，Ｂ，Ｃをまとめて圧力検知手段という。
【００１２】
各圧縮機ユニットの圧縮空気出口（すなわち吐出空気管３Ａ，３Ｂ，３Ｃの下流端）に接続された圧縮空気管２Ａ，２Ｂ，２Ｃは集合されて空気槽１に接続され、圧縮空気は空気槽１から圧縮空気使用ラインへと供給される。なお、場合によっては（例えば圧縮空気使用ラインの容量が十分大きい場合等）、圧縮空気使用ラインを空気槽１としてあつかってもよい。
【００１３】
本実施の形態では、前記圧力センサーＡの検出用配管の吐出空気管との接続部に、定速圧縮機である圧縮機Ｂと圧縮機Ｃの圧力検出手段である圧力センサーＢ、圧力センサーＣの検出用配管も同様に接続されている。圧縮機Ｂと圧縮機Ｃの圧力検出手段は圧力センサー以外の圧力スイッチでもかまわない。また、圧縮機Ｂと圧縮機Ｃの圧力検出手段の検出用配管は、それぞれの圧縮機の吐出空気管に介装された逆止弁２次側の吐出空気管に接続してもかまわないが、各圧縮機の吐出空気管に配置された逆止弁２次側の圧力は必ずしも一致しないから、本実施の形態のように、逆止弁Ａの２次側の圧力ですべての圧縮機を制御するようにするのが制御の整合の面で望ましい。この意味では、圧力センサーＡの出力をそのまま、圧縮機Ｂ，Ｃに入力する構成も可能であるが、圧力センサーの故障を考慮して、圧力センサ自体は個別に設け、センサ故障の場合のバックアップを容易にした。
【００１４】
本実施の形態では、３台の圧縮機出力をそれぞれ３７ｋＷとし、空気槽容量を１．２４ｍ³とした。また、圧縮機はすべて吸込み絞り弁によるアンロードを行うものとし、以下、吸込み絞り弁の開度を無段階に低下させていくアンロード方式をＵ式アンロード、吸込み絞り弁を閉鎖すると同時に圧縮機の吐出圧力の減圧（逆止弁上流側の減圧）を開始するアンロード方式をＩ式アンロード、アンロード以外の運転状態をロードと呼ぶ。
【００１５】
可変速圧縮機である圧縮機Ａの吐出圧力を一定以内にするための制御圧力設定を０．６２ＭＰａ（第１の圧力）とし（この圧力になるように圧縮機の回転数を変化させる）、圧縮機Ａの回転数制御下限回転数で、回転数を一定にして吸い込み絞り弁を閉鎖すると同時に、圧縮機の吐出圧力の減圧（逆止弁上流側の減圧）を開始するＩ式アンロード開始圧力設定を０．６５ＭＰａ（第２の圧力）とした。なお、Ｉ式アンロードからの復帰圧力設定を０．６２ＭＰａとした。
【００１６】
また、定速圧縮機である圧縮機Ｂの制御圧力設定（Ｉ式アンロード開始圧力設定）を０．６９ＭＰａ（第４の圧力）、Ｉ式アンロードからの復帰圧力設定・自動再起動の圧力設定を０．６０ＭＰａ、Ｕ式アンロードかかりだし圧力設定を０．６９ＭＰａとし、同じく定速圧縮機である圧縮機Ｃの制御圧力設定（Ｉ式アンロード開始圧力設定）を０．６７ＭＰａ（第3の圧力）、Ｉ式アンロードからの復帰圧力設定・自動再起動の圧力設定を０．５８ＭＰａ、Ｕ式アンロードかかりだし圧力設定を０．６９ＭＰａとした。
【００１７】
上記設定の場合に、圧縮機Ｂと圧縮機Ｃの復帰圧力設定・自動再起動の圧力設定を入れ替えてもかまわない。
【００１８】
図２に、上記設定された各圧力値の関連を示す。なお、圧縮機Ｂにおいては、制御圧力設定（Ｉ式アンロード開始圧力設定）とＵ式アンロードかかりだし圧力設定が同じ圧力になっているが、Ｉ式アンロードが先に起動されるようにしてある。
【００１９】
前記可変速圧縮機及び定速圧縮機に対する圧力設定は、次ぎのようになっている。すなわち、可変速圧縮機に対して回転数制御により維持すべき第１の圧力と、アンロードを開始する前記第1の圧力よりも高い第2の圧力が設定され、空気使用量が低下したときに最初に停止すべき定速圧縮機に対して前記第２の圧力よりも高い第３の圧力がアンロードを開始する圧力として設定され、空気使用量がさらに低下したときに次ぎに停止すべき定速圧縮機に対して前記第３の圧力よりも高い第４の圧力がアンロードを開始する圧力として設定され、前記第１、第２の定速圧縮機が停止から始動する圧力は、前記第１の圧力よりも低く設定されている。
【００２０】
この圧力設定により、使用空気量の変動幅が可変速圧縮機の100％容量未満のときは可変速圧縮機の容量を変化させて対応し、使用空気量の変動幅が可変速圧縮機の100％容量を越えた場合は、定速圧縮機の１台をアンロード（あるいは停止）もしくは始動させ、この定速圧縮機１台のアンロード（あるいは停止）もしくは始動による吐出空気量の不足もしくは過剰に対しては、可変速圧縮機の容量を変化させて対応することが可能となる。
【００２１】
図３に本実施の形態における制御タイムチャートの例を示す。図３の制御タイムチャートは、出力３７ｋＷの圧縮機Ａ，Ｂ，Ｃそれぞれの最大吐出空気量を１００％とし、３台で合計３００％としたときの、使用空気量比（使用空気量を前記最大吐出空気量３００％を基準にして示すパラメータ）が３００％から０％、０％から３００％に変化したときの空気槽圧力、可変速圧縮機である圧縮機Ａのインバーター出力周波数と消費電力比、定速圧縮機である圧縮機Ｂ、Ｃの消費電力費の変化を表している。
【００２２】
以下、図３により、使用空気量比の変化に伴なう圧縮機運転状態の変化につき説明する。圧縮機Ａ，Ｂ，Ｃがいずれも１００％出力、逆止弁Ａの２次側圧力（空気槽圧力を逆止弁Ａの２次側圧力とする）が０．６２ＭＰａで運転している状態からスタートする。
【００２３】
まず、図３のａのブロックで、逆止弁Ａの２次側圧力Ｐｏが０．６２ＭＰａで使用空気量比が３００％から２３０％に変化すると、２次側圧力Ｐｏが制御圧力設定０．６２ＭＰａを越えないように、可変速圧縮機である圧縮機Ａが回転数を低下させ容量を低下させて圧力を一定以内にすると共に消費動力を低下させる。一方、定速圧縮機である圧縮機Ｂ、Ｃは各制御圧力設定（圧縮機Ｂが０．６９ＭＰａ、圧縮機Ｃが０．６７ＭＰａ）よりも２次側圧力Ｐｏ（このとき、０．６２ＭＰａ）の方が低いためロードとなり、圧縮空気吐出量、消費電力は共にそれぞれ１００％で運転する。圧縮空気吐出量が低下すると、定速圧縮機の比動力が比例して悪くなるのに対し、可変速圧縮機の比動力はほとんど変わらないことはすでに公知のため説明は省略するが、２台の定速圧縮機Ｂ，Ｃは圧縮空気吐出量、消費電力共に１００％で運転のため比動力が最良であり、可変速圧縮機は圧縮空気吐出量を減少させると消費電力もほぼ比例で低下するため比動力が変わらず、省電力効果が大である。
【００２４】
図３のｂのブロックで、使用空気量比が２３０％、逆止弁Ａの２次側圧力Ｐｏが０．６２ＭＰａの状態から、さらに空気消費量が低下して使用空気量比が２００％に変化する。圧縮機Ａはすでに最低回転数（容量制御下限回転数）となっているため吐出空気量はそれ以上低減されず、使用空気量比が低下すると空気槽圧力（２次側圧力Ｐｏ）が次第に上昇する。２次側圧力Ｐｏが０．６５ＭＰａまで上昇すると、圧縮機ＡはＩ式アンロードとなる。しかし、圧縮機Ｂ、Ｃは各制御圧力設定よりも空気槽圧力の方がまだ低いためロードを持続し、圧縮空気吐出量、消費電力は共に１００％で運転する。
【００２５】
図３のｃのブロックで、使用空気量比が２００％未満になると、圧縮機Ｂ，Ｃがそれぞれ１００％容量で運転しているため、逆止弁Ａの２次側圧力Ｐｏは次第に上昇する。２次側圧力Ｐｏが０．６７ＭＰａを越えて上昇すると、圧縮機Ｃは制御圧力設定以上となりＩ式アンロードに切り替わる。Ｉ式アンロード中に３分以内に２次側圧力Ｐｏが０．５８ＭＰａまで低下すると圧縮機ＣはＩ式アンロードからロードに切り替わるが、図３の場合、Ｉ式アンロードに切り替わってから０．５８ＭＰａ以上が３分持続するため圧縮機Ｃは自動停止する。Ｉ式アンロード（停止）により圧縮機Ｃの圧縮空気吐出量が０％になると、圧縮空気吐出量は圧縮機Ｂの１００％分だけとなり、使用空気量比に対し、約１００％以下の圧縮空気吐出量が不足する。このため、逆止弁Ａの２次側圧力Ｐｏおよび空気槽圧力が低下する。逆止弁Ａの２次側圧力が０．６２ＭＰａ（圧縮機Ａの制御圧力設定値）以下まで低下すると、圧縮機ＡはＩ式アンロードから回転数制御（ロード）に切り替わり、回転数を上昇させ不足した空気量を補充する。不足した空気量を可変速圧縮機が補充するため、逆止弁Ａの２次側圧力はまた０．６２ＭＰａを維持する。２次側圧力Ｐｏは圧縮機Ｃの復帰圧力設定０．５８ＭＰａまで低下しないため、圧縮機Ｃはロードに切り替わらずにＩ式アンロードを経て自動停止する。また、圧縮機Ｂは、逆止弁Ａの２次側圧力Ｐｏが制御圧力設定０．６９ＭＰａまで上昇しないため、ロードを持続する。
【００２６】
図３のｄのブロックで使用空気量比が２００％から１３０％に変化すると、それに合わせて圧縮機Ａが回転数を低下させ、圧力を０．６２ＭＰａに一定以内にすると共に消費動力を低下させる。圧縮機Ｂは、圧縮機Ａの容量制御により２次側圧力Ｐｏが制御圧力設定０．６２ＭＰａに維持されるため、２次側圧力Ｐｏが圧縮機Ｂの制御圧力設定０．６９ＭＰａに達せず、ロードを持続する。
【００２７】
図３のｅのブロックで、逆止弁Ａの２次側圧力０．６２ＭＰａで使用空気量比が１３０％から１００％に変化すると、可変速圧縮機はすでに最低回転数となっているため、吐出空気量はそれ以上低下せず、使用空気量比が低下すると空気槽圧力（２次側圧力Ｐｏ）が次第に上昇する。２次側圧力Ｐｏが０．６５ＭＰａまで上昇すると、圧縮機ＡはＩ式アンロードとなる。一方、圧縮機Ｂは制御圧力設定（０．６９ＭＰａ）よりも空気槽圧力の方が低いためロードを持続する。この状態では、圧縮機Ｂのみが圧縮空気を吐出し、１００％の使用空気量比に対応している。
【００２８】
図３のｆのブロックで、使用空気量比が１００％未満になると、圧縮機Ｂが１００％の容量で運転しているため、逆止弁Ａの２次側圧力は次第に上昇する。２次側圧力Ｐｏが０．６９ＭＰａを越えると、圧縮機Ｂの制御圧力設定以上となり、圧縮機ＢはＩ式アンロードに切り替わる。圧縮機ＢがＩ式アンロードに切り替わって圧縮空気吐出量が０％になると、使用空気量比は０ではないから、圧縮空気吐出量が不足し、逆止弁Ａの２次側圧力および空気槽圧力が次第に低下する。逆止弁Ａの２次側圧力が０．６９ＭＰａから圧縮機Ａの制御圧力設定０．６２ＭＰａ以下にまで低下すると、圧縮機ＡはＩ式アンロードから回転数制御（ロード）に切り替わり、２次側圧力Ｐｏが制御圧力設定０．６２ＭＰａに達するまで回転数を上昇させ不足した空気量を補充する。不足した空気量を可変速圧縮機である圧縮機Ａが補充するため、逆止弁Ａの２次側圧力Ｐｏはまた０．６２ＭＰａまで上昇し、それを維持する。逆止弁Ａの２次側圧力Ｐｏは圧縮機Ｂの復帰圧力設定０．６０ＭＰａまで低下しないため、圧縮機Ｂはロードに切り替わらずにＩ式アンロードを持続する。
【００２９】
図３のｇのブロックで逆止弁Ａの２次側圧力が０．６２ＭＰａで使用空気量比が１００％から３０％に変化したとき、可変速圧縮機が回転数を低下させ圧力を一定以内にすると共に消費動力を低下させる。圧縮機ＢがＩ式アンロードになってから２次側圧力Ｐｏ＞０．５８ＭＰａの状態が３分持続するため、圧縮機ＢはＩ式アンロードから切り替わり自動停止する。
【００３０】
図３のｈのブロックで逆止弁Ａの２次側圧力０．６２ＭＰａで使用空気量比が３０％から０％に変化したときも、圧縮機Ａはすでに最低回転数となっているため吐出空気量はそれ以上低下せず、使用空気量比が低下すると空気槽圧力が次第に上昇する。２次側圧力Ｐｏが０．６５ＭＰａまで上昇すると、圧縮機ＡはＩ式アンロードとなる。圧縮機Ａのアンロードにより圧縮空気は空気槽１に供給されなくなるから、これ以降、２次側圧力Ｐｏ（空気槽圧力）は低下する一方であって上昇することはない。
【００３１】
図３のｉのブロックで逆止弁Ａの２次側圧力が０．６２ＭＰａ以下に低下するまでは圧縮機ＡはＩ式アンロードを持続する。
【００３２】
図３のｊのブロックで使用空気量比が０％を越えて増加すると、逆止弁Ａの２次側圧力が次第に低下し、０．６２ＭＰａよりも低下すると圧縮機ＡはＩ式アンロードから回転数制御に切り替わり、最低回転数で圧縮空気の吐出を開始する。ただし、使用空気量比が３０％以下では、圧縮機Ａの回転数は最低回転数に維持される。
【００３３】
図３のｋのブロックで使用空気量比が３０％から１００％まで変化すると、圧縮機Ａは最低回転数から最高回転数まで回転数を上昇させ、逆止弁Ａの２次側圧力を０．６２ＭＰａの一定範囲以内にすると共に圧縮空気吐出量を１００％まで増加させる。
【００３４】
図３のｌのブロックで使用空気量比が１００％の状態が持続すると、可変速圧縮機は最高回転数で回転数を一定としロードを持続する。
【００３５】
図３のｍのブロックで使用空気量比が１００％から１３０％に変化すると、逆止弁Ａの２次側圧力が次第に低下する。２次側圧力Ｐｏが０．６０ＭＰａに低下すると、圧縮機Ｂは自動再起動し、ロード状態となる。圧縮機Ｂがロードとなることで圧縮空気吐出量が１００％分増加するため、逆止弁Ａの２次側圧力は次第に上昇する。２次側圧力Ｐｏが０．６２ＭＰａを越えて上昇すると、圧縮機Ａは回転数を低下させて、さらなる逆止弁Ａの２次側圧力の上昇を抑制し、０．６２ＭＰａで安定させようと制御する。
【００３６】
図３のｎのブロックで使用空気量比が１３０％から２００％に変化すると、逆止弁Ａの２次側圧力は０．６２ＭＰａから低下しようとするため、圧縮機Ａは０．６２ＭＰａで安定させようと最高回転数まで回転数を上昇させる。
【００３７】
図３のｏのブロックで使用空気量比が２００％で持続すると、圧縮機Ａは最高回転数で回転数を一定とし１００％出力でのロードを持続し、圧縮機Ｂも１００％出力でのロードを持続する。
【００３８】
図３のｐのブロックで、使用空気量比が２００％から２３０％に変化すると、運転している圧縮機が2台だけなので圧縮空気吐出量が不足し、逆止弁Ａの２次側圧力Ｐｏは次第に低下する。２次側圧力Ｐｏが低下して０．５８ＭＰａになると、圧縮機Ｃの再起動圧力（復帰圧力）となって圧縮機Ｃは自動再起動し、ロード状態となる。圧縮機Ｃがロードとなることで圧縮空気吐出量が１００％分増加するため、圧縮空気吐出量が消費量よりも多くなり、逆止弁Ａの２次側圧力は次第に上昇する。２次側圧力Ｐｏが０．６２ＭＰａまで上昇すると、圧縮機Ａは回転数を低下させて、さらなる逆止弁Ａの２次側圧力の上昇を抑制し、０．６２ＭＰａで安定させようと制御する。圧縮機Ａの回転数が最低回転数になってもなお２次側圧力Ｐｏが０．６５ＭＰａまで上昇すると、圧縮機ＡはＩ式アンロードに切り替わる。図３のｐのブロックで使用空気量比が２００％以上２３０％未満で持続すると、圧縮機ＡはＩ式アンロードと最低回転数でのロードを繰り返し切り替える。
【００３９】
図３のｑのブロックで使用空気量比が２３０％から３００％に変化すると、逆止弁Ａの２次側圧力は０．６２ＭＰａから低下しようとするため、圧縮機Ａは０．６２ＭＰａで安定させようと最高回転数まで回転数を上昇させる。
【００４０】
以上ａからｑのブロックの動作のように、空気使用量が低下するときの制御の切り替わり時点では、定速圧縮機はアンロードに切り替わってしまうが、全体で比較するとロードまたは自動停止状態のどちらかである時間が大半である。定速圧縮機がロードまたは自動停止状態のどちらかであるということは比動力が最良であることで、使用空気量比の変化に対して可変速圧縮機が圧縮空気吐出量を調整していることと合わせると、３台共最大の省電力運転を行っていることがわかる。
【００４１】
本実施の形態では、可変速圧縮機である圧縮機Ａの制御の入力となる吐出圧力を逆止弁Ａの２次側で検出しているが、定速圧縮機である圧縮機Ｂ，Ｃの制御の入力となる吐出圧力をも逆止弁Ａの２次側で検出している。これは、可変速圧縮機の回転数が変化することによって、逆止弁Ａの２次側圧力と空気槽圧力の差圧も変化してしまうため、各圧縮機の圧力検出を各圧縮機の吐出空気管に設けられた逆止弁の２次側で検出するように構成すると、前記差圧を考慮して圧力設定幅を広くする必要がある。各圧縮機の圧力検出を空気槽圧力で検出すると、可変速圧縮機の圧縮機と空気槽の距離が長くなるため圧力変動に遅れが生じ、空気使用量比が一定であっても可変速圧縮機の回転数が圧力変動の遅れによりハンチングを繰り返し、空気槽圧力もハンチングを繰り返してしまう。
【００４２】
以上の理由から、複数台の定速圧縮機の制御の入力となる圧力は、可変速圧縮機の逆止弁２次側圧力で共に検出することが最良である。ただし、可変速圧縮機の逆止弁２次側圧力で共に検出しなくとも、省電力効果は十分に発揮できるため、各圧縮機ともそれぞれの吐出空気管に設けられた逆止弁の２次側で検出するようにしてもよい。
【００４３】
図５、図６に１台の圧縮機の使用空気量Ｑに対する消費動力Ｌの特性を示す。図は全負荷時の吐出し空気量を１００％、そのときの圧縮機の消費動力を１００％として示してある。
【００４４】
図５は圧縮機の回転速度が一定で吸込絞り方式で容量制御する圧縮機の消費動力特性を示し、図６は回転速度が可変の圧縮機を用い３０％〜１００％の空気量の範囲で回転速度制御を行い、３０％以下の領域では吸込絞りによる容量制御を行う圧縮機の消費動力特性を示している。
【００４５】
圧縮機１台で比較した場合には図６の方が大幅に容量制御特性が優れており、負荷変動時の電力消費は大きく改善できる。
【００４６】
一方、圧縮機の回転速度が一定の吸込絞り方式で容量制御する圧縮機を５台設置し、そのうち１台のみ吸込絞り方式での容量制御可能とし、他を全負荷運転か停止かで制御するようにした場合、図４の特性Ｂのような消費動力特性となり、このような運転方法は従来からも圧縮機の台数制御方式として採り入れられている。
【００４７】
また、回転速度制御機能を有する５台の圧縮機を単純に並列運転した場合の消費動力特性は図４の特性Ａのようになる。特性Ａと特性Ｂの比較においては、一部分Ｂの方が下回る（消費動力が小さくなる）場合があり、必ずしも回転速度制御方式を有する圧縮機の省電力面での優位性が発揮できない。
【００４８】
しかし前記実施の形態の圧縮空気製造設備では、１台の回転数制御により容量制御する可変速圧縮機に回転速度が一定の定速圧縮機を並列に組合せ、これらを予め圧縮機毎に設定した制御圧力に応じて、回転数による容量制御と台数制御を行う。これにより、図４の特性Ｃのような消費動力特性を得ることが可能になり、複数台の圧縮機で構成される圧縮空気製造設備においても、消費空気量に対してほぼ直線的に消費動力が低下するという理想的な特性を得ることができる。この場合、本実施の形態（すなわち特性Ｃ）は、特性Ｂの方式に対し、図４の中の傾斜部に相当する電力が節約される。前記実施の形態を、消費動力３７ｋＷの圧縮機５台で、そのうち１台が回転速度が可変の圧縮機、４台が回転速度が一定の圧縮機で構成した圧縮空気製造設備に当てはめると、最大１８ｋＷｈ（図５のＰ点と図６のＱ点の差分に相当）の省電力となる。
【００４９】
また、回転速度制御機能を有する圧縮機は吐出圧力を一定値にするように制御を行わせることができるため、この設定圧力を前記自動復帰圧力設定より少し高く設定しておけば、無駄な圧力上昇を防止し、この面でも消費電力を軽減することが可能である。
【００５０】
上記第１の実施の形態においては、可変速圧縮機である圧縮機Ａは、回転数制御の下限回転数になってもさらに２次側圧力Ｐｏが上昇する場合は、回転数を下限回転数に維持した状態で吸込み絞り弁を閉鎖すると同時に圧縮機の吐出圧力（逆止弁Ａの上流側圧力）を減圧するＩ式アンロードを行う構成になっているが、回転数制御の下限回転数になってもさらに２次側圧力Ｐｏが上昇する場合は、回転数を下限回転数に維持した状態で吸込み絞り弁を無段階に閉鎖して容量制御するＵ式アンロードを行う構成としてもよい。この場合も、圧縮機Ａはアンロード後、そのままアンロード運転を継続する。
【００５１】
さらに、可変速圧縮機である圧縮機Ａを、前記Ｉ式アンロードとＵ式アンロードの双方を行う構成とし、下限回転数の状態で、前記2次側圧力が所定の圧力に上昇したらＵ式アンロードを開始し、Ｕ式アンロード後所定の時間、例えば３分間、前記２次側圧力が予め設定された圧力を超えている場合、Ｉ式アンロードに切り替わるようにしてもよい。圧縮機ＡがＩ式アンロードに切り替わってからさらに、所定の時間、例えば３分間、前記２次側圧力が予め設定された圧力を超えている場合、前記第1の実施の形態と同様、運転中の定速圧縮機のいずれかがＩ式アンロードに切り替わるようにする。
【００５２】
なお、上記第1の実施の形態においては、回転数制御による容量制御が可能な可変速圧縮機を１台含む圧縮空気製造設備を示したが、可変速圧縮機を複数台設けて故障時のバックアップが可能な構成としてもよい。その場合は、バックアップ用の可変速圧縮機は、定速圧縮機と同様、通常時は１００％運転もしくはＩ式アンロード→停止で制御するようにし、回転数制御による容量制御を行う可変速圧縮機が故障した場合にのみ、回転数制御による容量制御を行うようにすればよい。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、使用空気量の変動に対応して直線的に消費動力を変化させ、容量制御に伴なう無駄な消費動力を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の圧縮空気製造設備の主要構成を示す系統図である。
【図２】図１に示す実施の形態の圧縮機の設定圧力の相互関係を示す図である。
【図３】図１に示す実施の形態の空気製造設備の制御の例を示す制御タイムチャートである。
【図４】本発明を５台の圧縮機からなる圧縮空気製造設備に適用した場合の消費動力特性を、従来技術と対比して示すグラフである。
【図５】回転速度一定で吸込み絞り方式で容量制御する圧縮機の消費動力特性の例を示すグラフである。
【図６】回転速度を変化させて容量制御を行う圧縮機の消費動力特性の例を示すグラフである。
【符号の説明】
１空気槽
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ圧縮空気管
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ吐出空気管

Claims

可変速電動機によって駆動され、回転速度を変化させて容量制御を行う可変速圧縮機と、前記可変速圧縮機と並列に設置されて回転速度が一定である定速圧縮機と、前記可変速圧縮機と前記定速圧縮機の吐出空気が導入される共通の配管または空気槽と、前記可変速圧縮機の吐出圧力を検知する圧力検知手段と、該圧力検知手段により検知した圧力を予め各圧縮機に対してそれぞれ異なる値に設定した制御圧力と比較して前記可変速圧縮機の容量制御及び前記定速圧縮機の停止または始動を行う制御手段と、を含んで構成された圧縮空気製造設備。
請求項１記載の圧縮空気機製造設備において、前記可変速圧縮機の圧縮空気出口に接続された吐出空気管に接続された検出用配管を有し、前記可変速圧縮機の吐出圧力を検知する第１の圧力センサーと、該第１の圧力センサーの検出用配管と前記吐出空気管とが接続された位置に接続された検出用配管を有する第２の圧力センサーとを備えてなり、前記制御手段は、前記第２の圧力センサーによって検知された圧力に基づいて前記定速圧縮機の停止または始動を行うことを特徴とする圧縮空気製造設備。
請求項１又は２に記載の圧縮空気製造設備において、前記制御手段は圧縮空気の使用量の変動が前記可変速圧縮機の回転数制御による容量制御で対応できないとき、前記定速圧縮機を停止もしくは起動して100％出力で運転するよう構成されているとともに、前記定速圧縮機の停止もしくは起動により使用空気量に対して吐出空気量の不足または過剰が生じた場合は、可変速圧縮機により吐出空気量の不足または過剰に対応するものであり、前記圧力検知手段は、定速圧縮機の制御に用いる圧力と可変速圧縮機の制御に用いる圧力を、同じ検出位置で検出するものであることを特徴とする圧縮空気製造設備。
前記請求項１〜３のいずれかに記載の圧縮空気製造設備において、可変速圧縮機は吸い込み絞り弁を備えており、制御手段は、可変速圧縮機を、電動機の回転速度を変化させて容量制御を行う回転数制御と、回転数制御の下限回転数で、回転数を一定にして吸い込み絞り弁を閉鎖すると同時に、圧縮機の吐出圧力を減圧することにより無負荷運転を行う容量制御を組み合わせた方式で制御する機能を備えていることを特徴とする圧縮空気製造設備。
前記請求項１〜３のいずれかに記載の圧縮空気製造設備において、可変速圧縮機は吸い込み絞り弁を備えており、制御手段は、可変速圧縮機を、電動機の回転速度を変化させて容量制御を行う回転数制御と、回転数制御の下限回転数で回転数を一定にして吸い込み絞り弁を無段階に閉鎖する容量制御を組み合わせた方式で制御する機能を備えたことを特徴とする圧縮空気製造設備。
可変速電動機によって駆動され、回転速度を変化させて容量制御を行う可変速圧縮機と、前記可変速圧縮機と並列に設置されて回転速度が一定である定速圧縮機と、前記可変速圧縮機と前記定速圧縮機の吐出空気が導入される共通の配管または空気槽と、前記可変速圧縮機の吐出圧力を検知する圧力検知手段と、該圧力検知手段により検知した圧力を予め各圧縮機に対してそれぞれ異なる値に設定した制御圧力と比較して前記可変速圧縮機の容量制御及び前記定速圧縮機のアンロード、停止及び始動を行う制御手段と、を含んで構成され、前記制御圧力は、前記可変速圧縮機に対して回転数制御により維持すべき第1の圧力と、アンロードを開始する前記第1の圧力よりも高い第2の圧力が設定され、空気使用量が低下したときに最初に停止すべき定速圧縮機に対して前記第２の圧力よりも高い第３の圧力がアンロードを開始する圧力として設定され、空気使用量がさらに低下したときに次に停止すべき定速圧縮機に対して前記第３の圧力よりも高い第４の圧力がアンロードを開始する圧力として設定され、前記第１、第2の定速圧縮機が停止から始動する圧力は、前記第1の圧力よりも低く設定されていることを特徴とする圧縮空気製造設備。
可変速電動機によって駆動され、回転速度を変化させて容量制御を行う可変速圧縮機と、前記可変速圧縮機と並列に設置されて回転速度が一定である定速圧縮機と、前記可変速圧縮機と前記定速圧縮機の吐出空気が導入される共通の配管または空気槽と、前記可変速圧縮機の圧縮空気出口に接続された吐出空気管と、該吐出空気管に介装された逆止弁と、前記吐出空気管の前記逆止弁より下流側に接続された検出用配管を備え、前記可変速圧縮機の吐出圧力を検知する圧力センサーと、該圧力センサーにより検知した圧力を予め各圧縮機に対してそれぞれ異なる値に設定した制御圧力と比較して前記可変速圧縮機の容量制御及び前記定速圧縮機の停止または始動を行う制御手段と、を含んで構成された圧縮空気製造設備。