JP4786443B2 - 圧縮空気製造設備 - Google Patents

Description

本発明は、インバータにより回転数が可変制御される電動機によって駆動される圧縮機を備えた圧縮空気製造設備に関する。

圧縮空気製造設備は、例えば容量制御を行う可変速圧縮機ユニットとして、空気を圧縮する圧縮機と、この圧縮機を駆動する電動機と、この電動機の回転数を可変制御するインバータと、圧縮機の吐出圧力を検出する圧力センサと、この圧力センサで検出した吐出圧力と制御圧力との偏差に基づき、インバータを介し電動機の回転数を可変制御する制御装置とを備えている。そして、複数の可変速圧縮機ユニットを備えた構成では、並列運転するものや交互・追従運転するものが知られている。また、例えば少なくとも１台の可変速圧縮機ユニットを含む複数の圧縮機ユニットを備えた構成では、１台の可変速圧縮機ユニットを、対応する電動機の回転数をインバータを介し可変制御して運転するとともに、それ以外の圧縮機ユニットを、対応する電動機の回転数を上限値として運転する全負荷運転状態又は停止状態に切り換える台数制御運転を行うものが知られている。

ところで、圧縮機から吐出された圧縮空気を供給先に供給する吐出空気系統の圧力損失は、圧縮機の吐出空気量及び供給先の使用空気量の変化に応じて変化する。そのため、一般に、吐出空気系統の下流側位置での末端圧力（供給圧力）が所望の圧力値以上となるように、吐出空気系統の最大圧力損失を見込んで、吐出空気系統の上流側位置での圧縮機の吐出圧力の制御範囲を設定する。このような圧縮空気製造設備では、所望の圧縮空気を得ることができるものの、例えば使用空気量が少ない（すなわち、圧縮機の吐出空気量が少なくなる）場合は、吐出空気系統の圧力損失が小さくなるにも拘わらず、圧縮機の吐出圧力の制御範囲が高く設定されたままなので、必要以上に圧縮機を駆動することとなり、余分な電力を消費していた。

そこでこれに対応するため、例えば圧力センサで検出した吐出空気系統の上流側位置での圧縮機の吐出圧力に応じて、吐出空気系統の下流側位置での末端圧力が所定範囲となるように、電動機の回転数を可変制御する制御装置が提唱されている（例えば、特許文献１参照）。詳しく説明すると、この制御装置は、仕様圧力時における吐出空気系統の圧力損失（＝上流側位置での圧縮機の吐出圧力−下流側位置での末端圧力）を予め記憶しており、圧力センサで検出した圧縮機の吐出圧力と仕様圧力との比により、吐出空気系統の圧力損失を演算するようになっている。そして、吐出空気系統の下流側位置での末端圧力の所定範囲に吐出空気系統の圧力損失の演算値を加算した圧縮機の吐出圧力の制御範囲を演算し、これに基づいて電動機の回転数を可変制御するようになっている。

特開２００４−１９０５８３号公報

しかしながら、上記従来技術には以下のような改善の余地があった。
すなわち、上記制御装置は、圧力センサで検出した圧縮機の吐出圧力に応じて吐出空気系統の圧力損失を演算し、これに基づき吐出空気系統の下流側位置での末端圧力が所定範囲となるように圧縮機の吐出圧力の制御範囲を変更する第１の機能と、圧力センサで検出した圧縮機の吐出圧力が第１の機能で変更した制御範囲となるように、電動機の回転数をインバータを介し可変制御する第２の機能とを備えている。ところが、この第１の機能は、第２の機能による制御量（圧縮機の吐出圧力）と操作量（電動機の回転数）との関係が十分に保たれていることを前提とするものであり、第１の機能による圧縮機の吐出圧力の収束性と第２の機能による電動機の回転数の収束性とが互いに影響を及ぼすようになっている。そのため、例えば使用空気量が大きく変動するような場合、圧縮機の吐出圧力及び電動機の回転数がハンチングを生じ、吐出空気系統の下流側位置での末端圧力すなわち供給圧力が不安定となっていた。

本発明は、上記従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、省エネ効果を得つつ、供給圧力の安定性を高めることができる圧縮空気製造設備を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機を駆動する電動機と、前記電動機の回転数を可変制御するインバータと、前記圧縮機の吐出側に接続された吐出空気系統と、前記圧縮機の吐出圧力を検出する圧力検出手段とを備えた圧縮空気製造設備であって、前記吐出空気系統の圧力損失を前記電動機の回転数に応じて演算し、これに基づき、前記吐出空気系統における前記圧力検出手段の検出位置より下流側位置での末端圧力が所定値となるように、前記圧縮機の吐出圧力に対する制御値を変更する制御範囲変更手段と、前記圧力検出手段で検出した前記圧縮機の吐出圧力が前記制御範囲変更手段で変更した制御値となるように、前記電動機の回転数を前記インバータを介し可変制御する回転数制御手段とを備える。
（２）上記（１）において、好ましくは、前記圧縮機のロード運転時に前記圧力検出手段で検出した前記圧縮機の吐出圧力がアンロード開始圧力まで上昇した場合に、前記圧縮機をアンロード運転に切り換え、前記圧縮機のアンロード運転時に前記圧力検出手段で検出した前記圧縮機の吐出圧力がロード復帰圧力まで降下した場合に、前記圧縮機をロード運転に切り換える運転切換手段を備え、前記制御範囲変更手段は、前記電動機の回転数に応じて演算した前記吐出空気系統の圧力損失に基づき、前記吐出空気系統の末端圧力が所定範囲となるように、前記アンロード開始圧力及び前記ロード復帰圧力を変更する。
（３）上記（２）において、好ましくは、前記運転切換手段は、前記圧縮機の停止時に前記圧力検出手段で検出した前記圧縮機の吐出圧力が運転復帰圧力まで降下した場合に、前記圧縮機を停止状態から運転状態に切り換えており、前記制御範囲変更手段は、前記電動機の回転数に応じて演算した前記吐出空気系統の圧力損失に基づき、前記吐出空気系統の末端圧力が所定範囲となるように、前記運転復帰圧力を変更する。

（４）上記目的を達成するために、また本発明は、空気を圧縮する複数の圧縮機と、前記複数の圧縮機をそれぞれ駆動する複数の電動機と、前記複数の圧縮機の吐出側に接続された吐出空気系統と、前記複数の圧縮機のうちいずれか１つである第１の圧縮機を、対応する前記電動機の回転数をインバータを介し可変制御して運転するとともに、それ以外の第２の圧縮機を、対応する前記電動機の回転数を上限値として運転する全負荷運転状態又は停止状態に切り換える台数制御手段と、前記第１の圧縮機の吐出圧力を検出する圧力検出手段とを備えた圧縮空気製造設備であって、前記吐出空気系統の圧力損失を、前記第１の圧縮機に対応する前記電動機の回転数及び前記第２の圧縮機に対応する前記電動機の回転数に応じて演算し、これに基づき、前記吐出空気系統における前記圧力検出手段の検出位置より下流側位置での末端圧力が所定値となるように、前記第１の圧縮機の吐出圧力に対する制御値を変更する制御範囲変更手段と、前記圧力検出手段で検出した前記第１の圧縮機の吐出圧力が前記制御範囲変更手段で変更した制御値となるように、前記第１の圧縮機に対応する前記電動機の回転数を前記インバータを介し可変制御する回転数制御手段とを備える。
（５）上記（４）において、好ましくは、前記第１の圧縮機のロード運転時に前記圧力検出手段で検出した前記第１の圧縮機の吐出圧力がアンロード開始圧力まで上昇した場合に、前記第１の圧縮機をアンロード運転に切り換え、前記第１の圧縮機のアンロード運転時に前記圧力検出手段で検出した前記第１の圧縮機の吐出圧力がロード復帰圧力まで降下した場合に、前記第１の圧縮機をロード運転に切り換える運転切換手段を備え、前記制御範囲変更手段は、前記第１の圧縮機に対応する前記電動機の回転数及び前記第２の圧縮機に対応する前記電動機の回転数に応じて演算した前記吐出空気系統の圧力損失に基づき、前記吐出空気系統の末端圧力が所定範囲となるように、前記アンロード開始圧力及び前記ロード復帰圧力を変更する。
（６）上記（５）において、好ましくは、前記運転切換手段は、前記複数の圧縮機の停止時に前記圧力検出手段で検出した前記第１の圧縮機の吐出圧力が運転復帰圧力まで降下した場合に、前記第１の圧縮機を停止状態から運転状態に切り換え、また前記第１の圧縮機の全負荷運転かつ少なくとも１つの前記第２の圧縮機の停止時に前記圧力検出手段で検出した前記第１の圧縮機の吐出圧力が運転復帰圧力まで降下した場合に、１つの前記第２の圧縮機を停止状態から全負荷運転状態に切り換えるとともに、前記第１の圧縮機を全負荷運転状態から低負荷運転状態に切り換えており、前記制御範囲変更手段は、前記第１の圧縮機に対応する前記電動機の回転数及び前記第２の圧縮機に対応する前記電動機の回転数に応じて演算した前記吐出空気系統の圧力損失に基づき、前記吐出空気系統の末端圧力が所定範囲となるように、前記運転復帰圧力を変更する。
（７）上記（４）〜（６）のいずれか１つにおいて、好ましくは、前記吐出空気系統は、各圧縮機から吐出された圧縮空気を各供給先にそれぞれ供給可能な複数の供給系統と、前記複数の供給系統に連通した連通配管と、前記連通配管を遮断可能な開閉弁とを有する。

（８）上記（１）〜（７）のいずれか１つにおいて、好ましくは、前記吐出空気系統は、圧力損失特性が経時変化する補器類を有し、前記制御範囲変更手段は、前記吐出空気系統の圧力損失を、前記補器類の圧力損失特性の経時変化に応じて補正する。

（９）上記目的を達成するために、また本発明は、空気を圧縮する複数の圧縮機と、前記複数の圧縮機をそれぞれ駆動する複数の電動機と、前記複数の圧縮機の吐出側に接続された吐出空気系統と、前記複数の圧縮機の吐出圧力をそれぞれ検出する複数の圧力検出手段とを備え、前記吐出空気系統は、各圧縮機から吐出された圧縮空気を各供給先にそれぞれ供給可能な複数の供給系統と、前記複数の供給系統に連通した連通配管と、前記連通配管に設けられ連通・遮断状態に切り換え可能な開閉弁とを有する、圧縮空気製造設備であって、前記開閉弁を連通状態に切り換えた場合、前記複数の圧縮機のうちいずれか１つである第１の圧縮機を、対応する前記電動機の回転数をインバータを介し可変制御して運転するとともに、それ以外の第２の圧縮機を、対応する前記電動機の回転数を上限値として運転する全負荷運転状態又は停止状態に切り換える台数制御運転を行い、一方、前記開閉弁を遮断状態に切り換えた場合、前記複数の圧縮機のそれぞれを、対応する電動機の回転数をインバータを介して可変制御する並列運転を行う運転制御手段と、前記台数制御運転時に、前記吐出空気系統の圧力損失を、前記第１の圧縮機に対応する前記電動機の回転数及び前記第２の圧縮機に対応する前記電動機の回転数に応じて演算し、これに基づき、前記吐出空気系統における前記圧力検出手段の検出位置より下流側位置での末端圧力が所定値となるように、前記第１の圧縮機の吐出圧力に対する制御値を変更する第１制御範囲変更手段と、前記台数制御運転時に、前記圧力検出手段で検出した前記第１の圧縮機の吐出圧力が前記第１制御範囲変更手段で変更した制御値となるように、前記第１の圧縮機に対応する前記電動機の回転数を前記インバータを介し可変制御する第１回転数制御手段と、前記並列運転時に、前記複数の供給系統のそれぞれの圧力損失を、対応する前記電動機の回転数に応じて演算し、これらに基づき、前記複数の供給系統のそれぞれにおける前記圧力検出手段の検出位置より下流側位置での末端圧力が所定値となるように、前記複数の圧縮機のそれぞれの吐出圧力に対する制御値を変更する第２制御範囲変更手段と、前記複数の圧力検出手段でそれぞれ検出した前記圧縮機の吐出圧力が前記第２制御範囲変更手段で変更した制御値となるように、対応する前記電動機の回転数を前記インバータを介し可変制御する第２回転数制御手段とを備える。

本発明によれば、省エネ効果を得つつ、供給圧力の安定性を高めることができる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

本発明の第１の実施形態を図１及び図２により説明する。
図１は、本実施形態による圧縮空気製造設備の全体構成を表す概略図である。なお、実線の矢印は空気の流れを表し、点線の矢印は電気信号の流れを表している。

この図１において、圧縮空気製造設備は、例えばオイルフリー式のスクリュー圧縮機１と、この圧縮機１を駆動する電動機２と、この電動機２の回転数を可変制御するインバータ３と、このインバータ３を制御する制御装置４と、圧縮機１の吸込側に設けた吸込み絞り弁５と、この吸込み絞り弁５の上流側に設けられ、大気中の粉塵等を取り除く吸込みフィルタ６と、圧縮機１の吐出側に接続され、圧縮機１から吐出された圧縮空気を供給先に供給する吐出空気系統７とを備えている。

吐出空気系統７には、逆止弁８と、この逆止弁８の下流側に配置され圧縮機１の吐出圧力を検出する圧力センサ９（圧力検出手段）と、この圧力センサ９の下流側に配置され十分な容量を有する空気槽１０と、この空気槽１０の下流側に配置され、圧縮空気中の粉塵等を取り除くエアフィルタ１１とが設けられている。

また、吐出空気系統７の逆止弁８の上流側には、圧縮機１から吐出された圧縮空気の一部を吸込み絞り弁５の操作用空気として導くための配管１２が接続されており、この配管１２には、制御装置４からの制御信号に応じて連通・遮断状態に切り換え可能な制御弁１３が設けられている。そして、例えば制御弁１３が遮断状態から連通状態に切り換えられた場合は、吸込み絞り弁５が駆動して圧縮機１の吸気を遮断し、圧縮機１を負荷運転（ロード運転）から無負荷運転（アンロード運転）に切り換えるようになっている。

なお、上記圧縮機１、電動機２、インバータ３、制御装置４、吸込み絞り弁４、吸込みフィルタ５、逆止弁８及び圧力センサ９を含む吐出空気系統７の一部、配管１２、制御弁１３等は筐体内に収納されており、圧縮機ユニット１４として構成されている。

本実施形態の要部である制御装置４は、まず第１の機能（制御範囲変更手段）として、吐出空気系統７の圧力損失ΔＰ（詳細には、吐出空気系統７における圧力センサ９の検出位置１５ａ（上流側位置）から下流側位置１５ｂまでの圧力損失）を電動機２の回転数Ｎに応じて演算し、これ基づき、吐出空気系統７の下流側位置１５ｂでの末端圧力が所定範囲となるように、吐出空気系統７の上流側位置１５ａでの圧縮機１の吐出圧力の制御範囲を変更するようになっている。以下、その詳細を説明する。

吐出空気系統７の圧力損失ΔＰは、圧縮機１の吐出空気量の二乗に比例する。制御装置４は、例えば圧縮機１の最大吐出空気量（言い換えれば、電動機２の最大回転数Ｎmax）時における吐出空気系統７の最大圧力損失ΔＰmaxを予め設定記憶しており、式（１）に示すように、吐出空気系統７の最大圧力損失ΔＰmaxに、圧縮機１の吐出空気量比に相当する電動機２の回転数比Ｎ／Ｎmax（例えば制御装置４から電動機２への回転数指令に相当）の二乗を積算することにより、吐出空気系統７の圧力損失ΔＰを算出するようになっている。
ΔＰ＝ΔＰmax×（Ｎ／Ｎmax）^２・・・（１）
そして、圧縮機１の吐出圧力の制御値Ｐ1は、末端圧力の所定の値Ｐ2（本実施形態では、吐出空気系統７の最大圧力損失ΔＰmaxを見越して予め設定された圧縮機１の吐出圧力の所定の制御設定値Ｐ1_0から最大圧力損失ΔＰmaxを差し引いた値）に圧力損失ΔＰを加算した値へ変更する（式（２）参照）。また、圧縮機１の吐出圧力の上限値Ｐ1uは、末端圧力の所定の上限値Ｐ2u（本実施形態では、吐出空気系統７の最大圧力損失ΔＰmaxを見越して予め設定された圧縮機１の吐出圧力の所定の上限設定値Ｐ1u_0から最大圧力損失ΔＰmaxを差し引いた値）に圧力損失ΔＰを加算した値へ変更する（式（３）参照）。また、圧縮機１の吐出圧力の下限値Ｐ1dは、末端圧力の所定の下限値Ｐ2d（本実施形態では、吐出空気系統７の最大圧力損失ΔＰmaxを見越して予め設定された圧縮機１の吐出圧力の所定の下限設定値Ｐ1d_0から最大圧力損失ΔＰmaxを差し引いた値）に上記圧力損失ΔＰを加算した値へ変更するようになっている（式（４）参照）。なお、圧縮機１の吐出圧力の所定の制御設定値Ｐ1_0、所定の上限設定値Ｐ1u_0、及び所定の下限設定値Ｐ1d_0は、制御装置４に予め設定記憶されている。
Ｐ1＝Ｐ2＋ΔＰ
＝Ｐ1_0−ΔＰmax＋ΔＰ・・・（２）
Ｐ1u＝Ｐ2u＋ΔＰ
＝Ｐ1u_0−ΔＰmax＋ΔＰ＝Ｐ1u_0＋（Ｐ1−Ｐ1_0）・・・（３）
Ｐ1d＝Ｐ2d＋ΔＰ
＝Ｐ1d_0−ΔＰmax＋ΔＰ＝Ｐ1d_0＋（Ｐ1−Ｐ1_0）・・・（４）
図２は、上記式（１）及び（２）の演算結果により得られる電動機２の回転数比Ｎ／Ｎmaxと圧縮機１の吐出圧力の制御値Ｐ1との関係を表す特性図である。なお、実線は圧縮機１の吐出圧力の制御値Ｐ1を表し、点線は吐出空気系統７の末端圧力を表している。

この図２において、圧縮機１の吐出圧力の所定の制御設定値Ｐ1_0＝０．６９ＭＰa、吐出空気系統７の最大圧力損失ΔＰmax＝０．２ＭＰa（すなわち、末端圧力の所定の値Ｐ2＝０．４９ＭＰa）に設定している。また、圧縮機１の吐出圧力の所定の上限設定値Ｐ1u_0＝０．７２ＭＰa、圧縮機１の吐出圧力の所定の下限設定値Ｐ1d_0＝０．６６ＭＰaに設定している。

そして、例えば電動機２の回転数比Ｎ／Ｎmax＝０．５であるときは、吐出空気系統７の圧力損失ΔＰ＝０．０５ＭＰaとなり、圧縮機１の吐出圧力の制御値Ｐ1＝０．５４となる。このとき、図示しないが、上記式（３）及び（４）の演算により、圧縮機１の吐出圧力の上限値Ｐ1u＝０．５７ＭＰaとなり、下限値Ｐ1d＝０．５１ＭＰaとなる。また、例えば電動機２の回転数比Ｎ／Ｎmax＝０．２であるときは、吐出空気系統７の圧力損失ΔＰ＝０．００８ＭＰaとなり、圧縮機１の吐出圧力の制御値Ｐ1＝０．４９８となる。このとき、図示しないが、上記式（３）及び（４）の演算により、圧縮機１の吐出圧力の上限値Ｐ1u＝０．５２８ＭＰa、下限値Ｐ1d＝０．４６８ＭＰaとなる。また、例えば電動機２の回転数比Ｎ／Ｎmax＝０であるときは、吐出空気系統７の圧力損失ΔＰ＝０ＭＰaとなり、圧縮機１の吐出圧力の制御値Ｐ1＝０．４９となる。このとき、図示しないが、上記式（３）及び（４）の演算により、圧縮機１の吐出圧力の上限値Ｐ1u＝０．５２ＭＰa、下限値Ｐ1d＝０．４６ＭＰaとなる。

図１に戻り、制御装置４は、第２の機能（回転数制御手段）として、圧力センサ９で検出した圧縮機１の吐出圧力が上述の演算した制御範囲となるように、電動機２の回転数Ｎをインバータ３を介し可変制御するようになっている。すなわち、制御装置４は、例えば圧力センサ９から入力した圧縮機１の吐出圧力と上述の演算した制御値Ｐ1との偏差に基づきＰＩＤ演算を行い、その演算値（電動機２への回転数指令０〜１）をインバータ３に出力し、インバータ３は、制御装置４からの演算値に応じた周波数をモータ２に出力し、モータ２の回転数を可変制御するようになっている。

本実施形態による圧縮空気製造設備の動作及び作用効果を説明する。なお、供給先の使用空気量比及び圧縮機１の吐出空気量比は、圧縮機１の最大吐出空気量を基準（１００％）として表す。

例えば使用空気量比が１００％であるときは、電動機２の回転数比Ｎ／Ｎmaxが１００％となり、圧縮機１の吐出空気量比が１００％となる。このとき、吐出空気系統７の圧力損失ΔＰ＝ΔＰmax＝０．２ＭＰaとなり、圧縮機１の吐出圧力は所定の制御設定値Ｐ1_0＝０．６９ＭＰaに維持される。その結果、吐出空気系統７の末端圧力は０．４９ＭＰaに維持される。

そして、例えば使用空気量比が１００％から２０％に変化すると、最初は圧縮機１の吐出空気量比が１００％であるから、圧縮機１の吐出圧力は上昇しようとする。制御装置４は、まず、圧力センサ９で検出した圧縮機１の吐出圧力と制御設定値Ｐ1_0との偏差に基づきＰＩＤ演算を行い、その演算値をインバータ３に出力して、電動機２の回転数Ｎを減少させる。その後、減少した電動機２の回転数Ｎに応じて上記式（１）より吐出空気系統７の圧力損失ΔＰを演算し、上記式（２）〜（４）より圧縮機１の吐出圧力の制御範囲（制御値Ｐ1、上限値Ｐ1u、及び下限値Ｐ1d）を演算する。さらに、圧力センサ９で検出した圧縮機１の吐出圧力と前述の演算した制御値Ｐ1との偏差に基づきＰＩＤ演算を行い、その演算値をインバータ３に出力して、例えば電動機２の回転数Ｎをさらに減少させる。このようにして制御装置４は、電動機２の回転数Ｎの可変制御と圧縮機１の吐出圧力の制御範囲の演算とを繰り返し行う。その結果、電動機２の回転数比Ｎ／Ｎmaxが２０％まで減少し、圧縮機１の吐出圧力が制御値Ｐ1＝０．４９８ＭＰaとなる。このとき、吐出空気系統７の圧力損失ΔＰ＝０．００８ＭＰaであり、吐出空気系統７の末端圧力は０．４９ＭＰaに維持される。

その後、例えば使用空気量比が２０％から０％の範囲で変化すると、電動機２の回転数比Ｎ／Ｎmaxが下限値２０％に達し、圧縮機１の吐出空気量比が２０％であるから、圧縮機１の吐出圧力は０．５２８ＭＰaまで上昇する（このとき、吐出空気系統７の末端圧力は０．５２ＭＰaまで上昇する）。制御装置４は、圧力センサ９で検出した圧縮機１の吐出圧力がアンロード開始圧力（本実施形態では、電動機２の回転数比Ｎ／Ｎmax＝０．２に応じて演算した圧縮機１の吐出圧力の上限値Ｐ１u＝０．５２８ＭＰa）以上であると判定し、制御弁１３を制御して吸込み絞り弁５を駆動させ、圧縮機１のアンロード運転に切り換える。

そして、圧縮機１のアンロード運転が継続されると、圧縮機１の吐出空気量比が０％であるから、圧縮機１の吐出圧力が０．４９８ＭＰaまで降下する。制御装置４は、圧力センサ９で検出した圧縮機１の吐出圧力がロード復帰圧力（本実施形態では、電動機２の回転数比Ｎ／Ｎmax＝０．２に応じて演算した圧縮機１の吐出圧力の制御値Ｐ1＝０．４９８ＭＰa）以下であると判定し、制御弁１３を制御して吸込み絞り弁５を解放させ、圧縮機１のロード運転に切り換える。

また、例えば使用空気量比が０％ではないにも拘わらず、圧縮機１を停止させているときは、圧縮機１の吐出空気量比が０％であるから、圧縮機１の吐出圧力が０．４６ＭＰaに降下する（このとき、吐出空気系統７の末端圧力は０．４６ＭＰaまで降下する）。制御装置４は、圧力センサ９で検出した圧縮機１の吐出圧力が運転復帰圧力（本実施形態では、電動機２の回転数比Ｎ／Ｎmax＝０に応じて演算した圧縮機１の吐出圧力の下限値Ｐ1d＝０．４６ＭＰa）以下であると判定し、圧縮機１の運転を再開させる。

以上のように本実施形態においては、制御装置４は、吐出空気系統７の圧力損失ΔＰを電動機２の回転数に応じて演算し、これに基づき吐出空気系統７の下流側位置１５ｂでの末端圧力が所定範囲（本実施形態では、０．４６ＭＰa〜０．５２ＭＰa）となるように圧縮機１の吐出圧力の制御範囲を変更する。そして、圧力センサ９で検出した圧縮機１の吐出圧力がその変更した制御範囲となるように、インバータ３を介し電動機２の回転数を可変制御する。これにより、吐出空気系統７の末端圧力を所定範囲に保ちながら、圧縮機１の動力を最小限に抑えることができ、省エネ効果を得ることができる。また、本実施形態においては、電動機２の回転数に応じて圧縮機１の吐出圧力の制御範囲を変更する機能と圧縮機１の吐出圧力に応じて電動機２の回転数を可変制御する機能は、互いにフィードバック制御機能として働くので、圧縮機１の吐出圧力及び電動機２の回転数の収束性を高めることができる。その結果、吐出空気系統７の末端圧力すなわち供給圧力を安定させることができる。したがって本実施形態においては、省エネ効果を得つつ、供給圧力の安定性を高めることができる。

なお、上記第１の実施形態においては、制御装置４は、圧縮機１のアンロード運転時に、上記式（１）に電動機２の回転数比Ｎ／Ｎmax＝０．２を代入して吐出空気系統７の圧力損失ΔＰの演算する場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば、制御装置４は、圧縮機１のアンロード運転の切り換えに応じ、上記式（１）に代入する電動機２の回転数比Ｎ／Ｎmax＝０．２をゼロに置き換えて演算してもよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。

本発明の第２の実施形態を図３及び図４により説明する。本実施形態は、複数の圧縮機ユニットを備えた場合の実施形態である。

図３は、本実施形態による圧縮空気製造設備の全体構成を表す概略図である。なお、上記第１の実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

この図３において、本実施形態の圧縮空気製造設備は、例えば２つの圧縮機ユニット１４Ａ，１４Ｂを備えており、これら圧縮機ユニット１４Ａ，１４Ｂは、上記圧縮機１４と同様、空気を圧縮する圧縮機１と、この圧縮機１を駆動する電動機２と、この電動機２の回転数を可変制御するインバータ３と、このインバータ３を制御する制御装置４と、圧縮機１の吸込側に設けた吸込み絞り弁５と、この吸込み絞り弁５の上流側に設けられ、大気中の粉塵等を取り除く吸込みフィルタ６とをそれぞれ備えている。

圧縮機ユニット１４Ａ，１４Ｂの圧縮機１の吐出側には吐出配管１６Ａ，１６Ｂがそれぞれ接続されており、吐出配管１６Ａ，１６Ｂには、逆止弁８と、この逆止弁８の下流側に配置され圧縮機１の吐出圧力を検出する圧力センサ９（圧力検出手段）とがそれぞれ設けられている。吐出配管１６Ａ，１６Ｂは供給配管１７に合流するように接続されており、供給配管１７には、十分な容量を有する空気槽１０と、この空気槽１０の下流側に配置され、圧縮空気中の粉塵等を取り除くエアフィルタ１１とが設けられている。そして、これら吐出配管１６Ａ，１６Ｂ及び供給配管１７が吐出空気系統１８を構成している。なお、本実施形態では、吐出空気系統１８における圧縮機ユニット１４Ａの圧力センサ９の検出位置１９ａ（上流側位置）から下流側位置１９ｂまでの圧力損失と、圧縮機ユニット１４Ｂの圧力センサ９の検出位置１９ｃ（上流側位置）から下流側位置１９ｂまでの圧力損失とがほぼ等しく、総称して吐出空気系統１８の圧力損失ΔＰとする。

また、圧縮機ユニット１４Ａ，１４Ｂの制御装置４を集中制御する外部制御装置２０が設けられている。この外部制御装置２０は、圧縮機ユニット１４Ａ，１４Ｂのうちのいずれか一方の圧縮機ユニット（以降、可変速側の圧縮機ユニットと称す）を、電動機２の回転数を可変制御して運転させるとともに、他方の圧縮機ユニット（以降、定速側の圧縮機ユニットと称す）を、可変速側の圧縮機ユニットの吐出空気量だけで補えない場合に電動機２の回転数を上限値とした全負荷運転状態に切り換え、可変速側の圧縮機ユニットの吐出空気量だけで補える場合は停止状態に切り換えて運転させるようになっている。また、外部制御装置２０は、可変速側の圧縮機ユニットと定速側の圧縮機ユニットとを、所定の周期毎に交替させるように制御している。その結果、例えば可変速側の圧縮機ユニットが頻繁に運転されるような場合でも、圧縮機ユニット１４Ａ，１４Ｂの運転時間が平準化されるようになっている。また、例えば何らかの理由で圧縮機ユニット１４Ａ，１４Ｂのうちいずれか一方が故障した場合、故障していない圧縮機ユニットを単独運転に切り換えるように制御している。

そして、本実施形態の大きな特徴として、外部制御装置２０は、圧縮機ユニット１４Ａの電動機２の回転数Ｎａ及び圧縮機ユニット１４Ｂの電動機２の回転数Ｎｂに応じて、吐出空気系統１８の圧力損失ΔＰを演算し、これに基づき、吐出空気系統１８の下流側位置１９ｂでの末端圧力が所定範囲となるように、可変速側の圧縮機ユニットにおける圧縮機１の吐出圧力の制御範囲を変更するようになっている。以下、その詳細を説明する。

吐出空気系統１８の圧力損失ΔＰは、圧縮機ユニット１４Ａ，１４Ｂの総吐出空気量の二乗に比例する。外部制御装置２０は、例えば圧縮機ユニット１４Ａ，１４Ｂの最大総吐出空気量（言い換えれば、圧縮機ユニット１４Ａの電動機２の最大回転数Ｎa_max及び圧縮機ユニット１４Ｂの電動機２の最大回転数Ｎb_max）時における吐出空気系統１８の最大圧力損失ΔＰmaxを予め設定記憶しており、式（５）に示すように、吐出空気系統１８の最大圧力損失ΔＰmaxに、圧縮機ユニット１４Ａ，１４Ｂの吐出空気量比にそれぞれ相当する電動機２の回転数比Ｎa／Ｎa_max，Ｎb／Ｎb_maxの平均値の二乗を積算することにより、吐出空気系統１８の圧力損失ΔＰを算出するようになっている。
ΔＰ＝ΔＰmax×｛（Ｎa／Ｎa_max＋Ｎb／Ｎb_max）／２｝^２・・・（５）
そして、例えば圧縮機ユニット１４Ａの電動機２の回転数Ｎaを可変制御させる場合、圧縮機ユニット１４Ａの吐出圧力の制御値Ｐ1は、末端圧力の所定の制御値Ｐ2に上記圧力損失ΔＰを加算した値へと変更する（上記式（２）参照）。また、圧縮機ユニット１４Ａの吐出圧力の上限値Ｐ1uは、末端圧力の所定の上限値Ｐ2uに上記圧力損失ΔＰを加算した値へと変更する（上記式（３）参照）。また、圧縮機ユニット１４Ａの吐出圧力の下限値Ｐ1dは、末端圧力の所定の下限値Ｐ2dに上記圧力損失ΔＰを加算した値へと変更するようになっている（上記式（４）参照）。

同様に、例えば圧縮機ユニット１４Ｂの電動機２の回転数を可変制御する場合、圧縮機ユニット１４Ｂの吐出圧力の制御値Ｐ1は、末端圧力の所定の制御値Ｐ2に圧力損失ΔＰを加算した値へと変更する（上記式（２）参照）。また、圧縮機ユニット１４Ｂの吐出圧力の上限値Ｐ1uは、末端圧力の所定の上限値Ｐ2uに圧力損失ΔＰを加算した値へと変更する（上記式（３）参照）。また、圧縮機ユニット１４Ｂの吐出圧力の下限値Ｐ1dは、末端圧力の所定の下限値Ｐ2dに圧力損失ΔＰを加算した値へと変更するようになっている（上記式（４）参照）。

そして、可変速側の圧縮機ユニットの制御装置４は、圧力センサ９で検出した圧縮機１の吐出圧力が外部制御装置２０で演算した制御範囲となるように、電動機２の回転数Ｎをインバータ３を介し可変制御するようになっている。

本実施形態による圧縮空気製造設備の動作及び作用効果を説明する。図４は、本実施形態における使用空気量比、圧縮機ユニット１４Ａ，１４Ｂにおける圧縮機１の吐出圧力、圧縮機ユニット１４Ａの電動機２の回転数比Ｎa／Ｎa_max、及び圧縮機ユニット１４Ｂの電動機２の回転数比Ｎb／Ｎb_maxの経時変化を表すタイムチャートである。なお、圧縮機ユニット１４Ａにおける圧縮機１の吐出圧力は、ブロックＡ〜Ｇに表し、圧縮機ユニット１４Ｂにおける圧縮機１の吐出圧力は、ブロックＨ〜Ｍに表している。

この図４において、圧縮機ユニット１４Ａ，１４Ｂにおける圧縮機１の吐出圧力の所定の制御設定値Ｐ1＝０．６９ＭＰa、所定の上限設定値Ｐ1u_0＝０．７２ＭＰa、所定の下限設定値Ｐ1d_0＝０．６６ＭＰa、吐出空気系統１８の最大圧力損失ΔＰmax＝０．２ＭＰaに設定している。また、供給先の使用空気量比及び圧縮機ユニット１４Ａ，１４Ｂの総吐出空気量比は、各圧縮機ユニットの最大吐出空気量を基準（１００％）として表す。

まず、使用空気量比が２００％から０％に変化するとき、圧縮機ユニット１４Ａの電動機２を可変制御させる場合について説明する。

使用空気量比が２００％であるときは、圧縮機ユニット１４Ａ，１４Ｂの電動機２の回転数比Ｎa／Ｎa_max，Ｎb／Ｎb_maxがそれぞれ１００％となり、圧縮機ユニット１４Ａ，１４Ｂの吐出空気量比がそれぞれ１００％となる。このとき、吐出空気系統１８の圧力損失ΔＰ＝ΔＰmax＝０．２ＭＰaである。そして、圧縮機ユニット１４Ａにおいて、圧縮機１の吐出圧力は所定の制御設定値Ｐ1_0＝０．６９ＭＰaに維持され、吐出空気系統１８の末端圧力は０．４９ＭＰaに維持される。

使用空気量比が２００％から１２０％に変化すると（図４中Ａブロック）、最初は圧縮機ユニット１４Ａ，１４Ｂの総吐出空気量比が２００％であるから、圧縮機ユニット１４Ａにおける圧縮機１の吐出圧力は上昇しようとする。そのため、まず、圧縮機ユニット１４Ａの制御装置４は、圧力センサ９で検出した圧縮機１の吐出圧力と制御設定値Ｐ1_0との偏差に基づきＰＩＤ演算を行い、その演算値をインバータ３に出力して電動機２の回転数Ｎaを減少させる。そして、外部制御装置２０は、圧縮機ユニット１４Ａ，１４Ｂの制御装置４から電動機２の回転数Ｎａ，Ｎbを取得し、これら電動機２の回転数Ｎa，Ｎbに応じて上記式（５）より吐出空気系統１８の圧力損失ΔＰを演算し、上記式（２）〜（４）より圧縮機ユニット１４Ａにおける圧縮機１の吐出圧力の制御範囲（制御値Ｐ1、上限値Ｐ1u、及び下限値Ｐ1d）を演算する。その後、圧縮機ユニット１４Ａの制御装置４は、圧力センサ９で検出した圧縮機１の吐出圧力と外部制御装置２０で演算した制御値Ｐ1との偏差に基づきＰＩＤ演算を行い、その演算値をインバータ３に出力して例えば電動機２の回転数Ｎaをさらに減少させる。このようにして、圧縮機ユニット１４Ａの制御装置４による電動機２の回転数Ｎaの可変制御と外部制御装置２０による圧縮機１の吐出圧力の制御範囲の演算とが繰り返し行われる。その結果、圧縮機ユニット１４Ａの電動機２の回転数比Ｎa／Ｎa_maxは２０％まで減少し、圧縮機ユニット１４Ａにおける圧縮機１の吐出圧力は制御値Ｐ1＝０．５６２ＭＰaとなる。このとき、吐出空気系統１８の圧力損失ΔＰ＝０．０７２ＭＰaであり、吐出空気系統１８の末端圧力は０．４９ＭＰaに維持される。

使用空気量比が１２０％から１００％の範囲で変化すると（図４中Ｂブロック）、圧縮機ユニット１４Ａの電動機２の回転数比Ｎa／Ｎa_maxが下限値２０％に達し、圧縮機ユニット１４Ａ，１４Ｂの総吐出空気量比が１２０％であるから、圧縮機ユニット１４Ａにおける圧縮機１の吐出圧力は０．５９２ＭＰaまで上昇する（このとき、吐出空気系統１８の末端圧力は０．５２ＭＰaまで上昇する）。外部制御装置２０は、圧縮機ユニット１４Ａにおける圧縮機１の吐出圧力がアンロード開始圧力（本実施形態では、圧縮機ユニット１４Ａの電動機２の回転数比Ｎa／Ｎa_max＝０．２及び圧縮機ユニット１４Ｂの電動機２の回転数比Ｎb／Ｎb_max＝１に応じて演算した圧縮機ユニット１４Ａにおける圧縮機１の吐出圧力の上限値Ｐ１u＝０．５９２ＭＰa）以上であると判定し、圧縮機ユニット１４Ａをアンロード運転に切り換えさせる。

圧縮機ユニット１４Ａのアンロード運転を継続させていると（図４中Ｃブロック）、圧縮機ユニット１４Ａ，１４Ｂの総吐出空気量比が１００％であるから、圧縮機ユニット１４Ａにおける圧縮機１の吐出圧力が０．５６２ＭＰaまで降下する。外部制御装置２０は、圧縮機ユニット１４Ａにおける圧縮機１の吐出圧力がロード復帰圧力（本実施形態では、圧縮機ユニット１４Ａの電動機２の回転数比Ｎa／Ｎa_max＝０．２及び圧縮機ユニット１４Ｂの電動機２の回転数比Ｎb／Ｎb_max＝１に応じて演算した圧縮機ユニット１４Ａにおける圧縮機１の吐出圧力の制御値Ｐ1＝０．５６２ＭＰa）に達するまでのアンロード運転時間を計測し、このアンロード運転時間が所定時間を越えた場合、圧縮機ユニット１４Ｂの電動機２を停止させるとともに、圧縮機ユニット１４Ａの電動機２の回転数比Ｎa／Ｎa_maxを１００％に切り換えさせる。

使用空気量比が１００％で継続されると（図４中Ｄブロック）、圧縮機ユニット１４Ａの制御装置４による電動機２の回転数Ｎaの可変制御と外部制御装置２０による圧縮機１の吐出圧力の制御範囲の演算とが繰り返し行われ、圧縮機ユニット１４Ａにおける圧縮機１の吐出圧力が制御値Ｐ1＝０．５４ＭＰaとなる。このとき、吐出空気系統１８の圧力損失ΔＰ＝０．０５ＭＰaであり、吐出空気系統１８の末端圧力は０．４９ＭＰaに維持されている。

使用空気量比が１００％から２０％に変化すると（図４中ブロックＥ）、圧縮機ユニット１４Ａの制御装置４による電動機２の回転数Ｎaの可変制御と外部制御装置２０による圧縮機１の吐出圧力の制御範囲の演算とが繰り返し行われ、圧縮機ユニット１４Ａの電動機２の回転数比Ｎa／Ｎa_maxは２０％まで減少し、圧縮機ユニット１４Ａにおける圧縮機１の吐出圧力は制御値Ｐ１＝０．４９２ＭＰaとなる。このとき、吐出空気系統１８の圧力損失ΔＰ＝０．００２ＭＰaであり、吐出空気系統１８の末端圧力は０．４９ＭＰaに維持される。

使用空気量比が２０％から０％の範囲で変化すると（図４中Ｆブロック）、圧縮機ユニット１４Ａの電動機２の回転数比Ｎa／Ｎa_maxが下限値２０％に達し、圧縮機ユニット１４Ａ，１４Ｂの総吐出空気量比が２０％であるから、圧縮機ユニット１４Ａにおける圧縮機１の吐出圧力は０．５２２ＭＰaまで上昇する（このとき、吐出空気系統１８の末端圧力は０．５２ＭＰaまで上昇する）。外部制御装置２０は、圧縮機ユニット１４Ａの圧力センサ９で検出した圧縮機１の吐出圧力がアンロード開始圧力（本実施形態では、圧縮機ユニット１４Ａの電動機２の回転数比Ｎa／Ｎa_max＝０．２及び圧縮機ユニット１４Ｂの電動機２の回転数比Ｎb／Ｎb_max＝０に応じて演算した圧縮機ユニット１４Ａにおける圧縮機１の吐出圧力の上限値Ｐ１u＝０．５２２ＭＰa）以上であると判定し、圧縮機ユニット１４Ａをアンロード運転に切り換えさせる。

圧縮機ユニット１４Ａのアンロード運転を継続させていると（図４中Ｇブロック）、圧縮機ユニット１４Ａ，１４Ｂの総吐出空気量比が０％であるから、圧縮機ユニット１４Ａにおける圧縮機１の吐出圧力が０．４９２ＭＰaまで降下する。外部制御装置２０は、圧縮機ユニット１４Ａの圧力センサ９で検出した圧縮機１の吐出圧力がロード復帰圧力（本実施形態では、圧縮機ユニット１４Ａの電動機２の回転数比Ｎa／Ｎa_max＝０．２及び圧縮機ユニット１４Ｂの電動機２の回転数比Ｎb／Ｎb_max＝０に応じて演算した圧縮機ユニット１４Ａにおける圧縮機１の吐出圧力の制御値Ｐ1＝０．４９２ＭＰa）に達するまでのアンロード運転時間を計測し、このアンロード運転時間が所定時間を越えた場合、圧縮機ユニット１４Ａの電動機２を停止させる。

次に、使用空気量比が０％から２００％に変化するとき、圧縮機ユニット１４Ｂの電動機２を可変制御させる場合について説明する。

使用空気量比が０％から２０％に変化すると（図４中ブロックＨ）、圧縮機ユニット１４Ａ，１４Ｂの総吐出空気量比が０％であるから、圧縮機ユニット１４Ｂにおける圧縮機１の吐出圧力が０．４６ＭＰaまで降下する（このとき、吐出空気系統１８の末端圧力は０．４６ＭＰaまで降下する）。外部制御装置２０は、圧縮機ユニット１４Ｂにおける圧縮機１の吐出圧力が運転復帰圧力（本実施形態では、圧縮機ユニット１４Ａの電動機２の回転数比Ｎa／Ｎa_max＝０及び圧縮機ユニット１４Ｂの電動機２の回転数比Ｎb／Ｎb_max＝０に応じて演算した圧縮機ユニット１４Ｂにおける圧縮機１の吐出圧力の下限値Ｐ1d＝０．４６ＭＰa）以下であると判定し、圧縮機ユニット１４Ｂの電動機２の回転数比Ｎb／Ｎmaxを２０％として駆動させる。

使用空気量比が２０％で継続されると（図４中ブロックＩ）、圧縮機ユニット１４Ｂの制御装置４による電動機２の回転数Ｎbの可変制御と外部制御装置２０による圧縮機１の吐出圧力の制御範囲の演算とが繰り返し行われ、圧縮機ユニット１４Ｂにおける圧縮機１の吐出圧力が制御値Ｐ1＝０．４９２ＭＰaとなる。このとき、吐出空気系統１８の圧力損失ΔＰ＝０．００２ＭＰaであり、吐出空気系統１８の末端圧力は０．４９ＭＰaに維持される。

使用空気量比が２０％から１００％に変化すると（図４中ブロックＪ）、圧縮機ユニット１４Ｂの制御装置４による電動機２の回転数Ｎbの可変制御と外部制御装置２０による圧縮機１の吐出圧力の制御範囲の演算とが繰り返し行われ、圧縮機ユニット１４Ｂの電動機２の回転数比Ｎb／Ｎb_maxは１００％まで増加し、圧縮機ユニット１４Ｂにおける圧縮機１の吐出圧力は制御値Ｐ１＝０．５４ＭＰaとなる。このとき、吐出空気系統１８の圧力損失ΔＰ＝０．０５ＭＰaであり、吐出空気系統１８の末端圧力は０．４９ＭＰaに維持されている。

使用空気量比が１００％から１２０％に変化すると（図４中ブロックＫ）、圧縮機ユニット１４Ｂの電動機２の回転数比Ｎb／Ｎb_maxが上限値１００％に達し、圧縮機ユニット１４Ａ，１４Ｂの総吐出空気量比が１００％であるから、圧縮機ユニット１４Ｂにおける圧縮機１の吐出圧力は０．５１ＭＰaまで降下する（このとき、吐出空気系統１８の末端圧力は０．４６ＭＰaまで降下する）。外部制御装置２０は、圧縮機ユニット１４Ｂの圧力センサ９で検出した圧縮機１の吐出圧力が運転復帰圧力（本実施形態では、圧縮機ユニット１４Ａの電動機２の回転数比Ｎa／Ｎa_max＝０及び圧縮機ユニット１４Ｂの電動機２の回転数比Ｎb／Ｎb_max＝１に応じて演算した圧縮機ユニット１４Ｂにおける圧縮機１の吐出圧力の下限値Ｐ1d＝０．５１ＭＰa）以下であると判定し、圧縮機ユニット１４Ａの電動機２の回転数比Ｎa／Ｎa_maxを１００％として駆動させるとともに、圧縮機ユニット１４Ｂの電動機２の回転数比Ｎb／Ｎb_maxを２０％に切り換えさせる。

使用空気量比が１２０％で継続されると（図４中ブロックＬ）、圧縮機ユニット１４Ｂの制御装置４による電動機２の回転数Ｎbの可変制御と外部制御装置２０による圧縮機１の吐出圧力の制御範囲の演算とが繰り返し行われ、圧縮機ユニット１４Ｂにおける圧縮機１の吐出圧力が制御値Ｐ1＝０．５６２ＭＰaとなる。このとき、吐出空気系統１８の圧力損失ΔＰ＝０．０７２ＭＰaであり、吐出空気系統１８の末端圧力は０．４９ＭＰaに維持される。

使用空気量比が１２０％から２００％に変化すると（図４中ブロックＭ）、圧縮機ユニット１４Ｂの制御装置４による電動機２の回転数Ｎbの可変制御と外部制御装置２０による圧縮機１の吐出圧力の制御範囲の演算とが繰り返し行われ、圧縮機ユニット１４Ｂの電動機２の回転数比Ｎb／Ｎb_maxは１００％まで増加し、圧縮機ユニット１４Ｂにおける圧縮機１の吐出圧力は制御値Ｐ1＝０．６９ＭＰaとなる。このとき、吐出空気系統１８の圧力損失ΔＰ＝０．２ＭＰaであり、吐出空気系統１８の末端圧力は０．４９ＭＰaに維持される。

以上のように本実施形態においては、外部制御装置２０は、吐出空気系統７の圧力損失ΔＰを圧縮機ユニット１４Ａ，１４Ｂの電動機２の回転数に応じて演算し、これに基づき吐出空気系統７の下流側位置１８ｂでの末端圧力が所定範囲（本実施形態では、０．４６ＭＰa〜０．５２ＭＰa）となるように可変速側の圧縮機ユニットにおける圧縮機１の吐出圧力の制御範囲を変更する。そして、可変速側の圧縮機ユニットの制御装置４は、圧力センサ９で検出した圧縮機１の吐出圧力が外部制御装置２０で変更した制御範囲となるように、インバータ３を介し電動機２の回転数を可変制御する。これにより、吐出空気系統７の末端圧力を所定範囲に保ちながら、圧縮機１の動力を最小限に抑えることができ、省エネ効果を得ることができる。また、本実施形態においては、圧縮機ユニット１４Ａ，１４Ｂにおける電動機２の回転数に応じて可変速側の圧縮機ユニットにおける圧縮機１の吐出圧力の制御範囲を変更する機能と、可変速側の圧縮機ユニットにおける圧縮機１の吐出圧力に応じて電動機２の回転数を可変制御する機能は、互いにフィードバック制御機能として働くので、可変速側の圧縮機ユニットにおける圧縮機１の吐出圧力及び電動機２の回転数の収束性を高めることができる。その結果、吐出空気系統７の末端圧力すなわち供給圧力を安定させることができる。したがって本実施形態においても、上記第１の実施形態同様、省エネ効果を得つつ、供給圧力の安定性を高めることができる。

なお、上記第２の実施形態においては、２台の圧縮機ユニット１４Ａ，１４Ｂを備えた構成とし、圧縮機ユニット１４Ａ，１４Ｂはともにインバータ３を介し電動機２の回転数を可変制御可能とする場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば３台以上の圧縮機ユニットを備えた構成としてもよい。また、例えば複数の圧縮機ユニットのうち少なくとも１台の圧縮機ユニットは、上記圧縮機ユニット１４Ａ，１４Ｂと同様、インバータ３を介し電動機２の回転数を可変制御可能とし、それ以外の圧縮機ユニットは、電動機２の回転数を固定にしてもよい。このような場合も、上記第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、上記第１及び第２の実施形態においては、特に説明しなかったが、吐出空気系統７，１８に設けたエアフィルタ１１は、粉塵等の付着の影響により圧力損失特性が経時変化する。そこでこれに対応するため、吐出空気系統７，１８の圧力損失ΔＰをエアフィルタ１１の圧力損失特性の経時変化に応じて補正してもよい。詳しく説明すると、例えば最大吐出空気量時におけるエアフィルタ１１の圧力損失が例えば３０日で０．０１ＭＰaずつ増加するような場合、タイマ機能によってエアフィルタ１１の圧力損失増加分ΔＰfを演算し、この圧力損失増加分ΔＰfを上記式（１）〜（５）における最大圧力損失ΔＰmaxに加算して補正する。また、例えばエアフィルタ１１を新品に交換した場合は、エアフィルタ１１の圧力損失増加分ΔＰf＝０に初期化する。なお、圧力損失特性が経時変化する吐出空気系統の補器類としては、エアフィルタ１１以外に、例えば油潤滑式の圧縮機を採用した場合のオイルフィルタ等もあり、このような場合にも適用することが可能である。このような変形例においても、上記第１及び第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。

本発明の第３の実施形態を図５により説明する。本実施形態は、複数の圧縮機ユニットに接続された吐出空気系統を分割可能な構成とした実施形態である。

図５は、本実施形態による圧縮空気製造設備の全体構成を表す概略図である。この図５において、上記第２の実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

本実施形態では、吐出空気系統２１は、圧縮機ユニット１４Ａの圧縮機１の吐出側に接続され、圧縮機１から吐出された圧縮空気を一の供給先に供給する供給系統２２Ａと、圧縮機ユニット１４Ｂの圧縮機１の吐出側に接続され、圧縮機１から吐出された圧縮空気を他の供給先に供給する供給系統２２Ｂとを有し、これら供給系統２２Ａ及び２２Ｂには、下流側に向かう順序で、逆止弁８、圧力センサ９、空気槽１０、及びエアフィルタ１１がそれぞれ設けられている。また、供給配管系統２２Ａの空気槽１０の上流側と供給配管系統２２Ｂの空気槽１０の上流側との間には連通配管２３Ａが接続され、供給配管系統２２Ａのエアフィルタ１１の下流側と供給配管系統２２Ｂのエアフィルタ１１の下流側との間には連通配管２３Ｂが接続されており、これら連通配管２３Ａ，２３Ｂには開閉弁２４がそれぞれ設けられている。なお、本実施形態では、吐出空気系統２１における圧縮機ユニット１４Ａの圧力センサ９の検出位置２５ａ（上流側位置）から下流側位置２５ｂまでの圧力損失と、圧縮機ユニット１４Ｂの圧力センサ９の検出位置２５ｃ（上流側位置）から下流側位置２５ｂまでの圧力損失とがほぼ等しく、総称して吐出空気系統２１の圧力損失ΔＰとする。

外部制御装置２０は、入力装置（図示せず）からの指令信号に応じた制御信号を開閉弁２３に出力し、開閉弁２３を連通・遮断状態に切り換えるようになっている。そして、例えば開閉弁２３を連通状態に切り換えた場合は、圧縮機ユニット１４Ａ，１４Ｂからの圧縮空気を合流させて供給先に供給する台数制御運転となり、上記第２の実施形態と同様な構成になる。すなわち、外部制御装置２０は、圧縮機ユニット１４Ａ，１４Ｂの電動機２の回転数Ｎa，Ｎbに応じて、可変速側の圧縮機ユニットにおける圧縮機１の吐出圧力の制御範囲を変更する。そして、可変速側の圧縮機ユニットの制御装置４は、圧力センサ９で検出した圧縮機１の吐出圧力が外部制御装置２０で変更した制御範囲となるように、インバータ３を介し電動機２の回転数を可変制御する。

一方、例えば開閉弁２３を遮断状態に切り換えた場合は、各圧縮機ユニットからの圧縮空気を各供給先にそれぞれ供給する並列運転となり、各圧縮機ユニットが上記第１の実施形態と同様な構成になる。すなわち、圧縮機ユニット１４Ａ，１４Ｂの各々において、制御装置４は、電動機２の回転数に応じて圧縮機１の吐出圧力の制御範囲を変更し、圧力センサ９で検出した圧縮機１の吐出圧力がその変更した制御範囲となるようにインバータ３を介し電動機２の回転数を可変制御する。

以上のように構成された本実施形態においても、上記第１及び第２の実施形態と同様、省エネ効果を得つつ、供給圧力の安定性を高めることができる。また、本実施形態においては、吐出空気系統２１を供給系統２２Ａ，２２Ｂに分割することが可能なので、圧縮空気の使用状況に容易に対応することができる。

本発明の圧縮空気製造設備の第１の実施形態の全体構成を表す概略図である。 本発明の圧縮空気製造設備の第１の実施形態における電動機の回転数比と圧縮機の吐出圧力の制御値との関係を表す特性図である。 本発明の圧縮空気製造設備の第２の実施形態の全体構成を表す概略図である。 本発明の圧縮空気製造設備の第２の実施形態における使用空気量比、圧縮機の吐出圧力、及び電動機の回転数比の経時変化を表すタイムチャートである。 本発明の圧縮空気製造設備の第３の実施形態の全体構成を表す概略図である。

符号の説明

１ 圧縮機
２ 電動機
３ インバータ
４ 制御装置（制御範囲変更手段、回転数制御手段）
７ 吐出空気系統
９ 圧力センサ（圧力検出手段）
１１ エアフィルタ（補器類）
１５ａ 上流側位置
１５ｂ 下流側位置
１８ 吐出空気系統
１９ａ 上流側位置
１９ｂ 下流側位置
１９ｃ 上流側位置
２０ 外部制御装置（制御範囲変更手段）

Claims (9)

1. 空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機を駆動する電動機と、前記電動機の回転数を可変制御するインバータと、前記圧縮機の吐出側に接続された吐出空気系統と、前記圧縮機の吐出圧力を検出する圧力検出手段とを備えた圧縮空気製造設備であって、
   前記吐出空気系統の圧力損失を前記電動機の回転数に応じて演算し、これに基づき、前記吐出空気系統における前記圧力検出手段の検出位置より下流側位置での末端圧力が所定値となるように、前記圧縮機の吐出圧力に対する制御値を変更する制御範囲変更手段と、
   前記圧力検出手段で検出した前記圧縮機の吐出圧力が前記制御範囲変更手段で変更した制御値となるように、前記電動機の回転数を前記インバータを介し可変制御する回転数制御手段とを備えたことを特徴とする圧縮空気製造設備。
2. 請求項１記載の圧縮空気製造設備において、
   前記圧縮機のロード運転時に前記圧力検出手段で検出した前記圧縮機の吐出圧力がアンロード開始圧力まで上昇した場合に、前記圧縮機をアンロード運転に切り換え、前記圧縮機のアンロード運転時に前記圧力検出手段で検出した前記圧縮機の吐出圧力がロード復帰圧力まで降下した場合に、前記圧縮機をロード運転に切り換える運転切換手段を備え、
   前記制御範囲変更手段は、前記電動機の回転数に応じて演算した前記吐出空気系統の圧力損失に基づき、前記吐出空気系統の末端圧力が所定範囲となるように、前記アンロード開始圧力及び前記ロード復帰圧力を変更することを特徴とする圧縮空気製造設備。
3. 請求項２記載の圧縮空気製造設備において、
   前記運転切換手段は、前記圧縮機の停止時に前記圧力検出手段で検出した前記圧縮機の吐出圧力が運転復帰圧力まで降下した場合に、前記圧縮機を停止状態から運転状態に切り換えており、
   前記制御範囲変更手段は、前記電動機の回転数に応じて演算した前記吐出空気系統の圧力損失に基づき、前記吐出空気系統の末端圧力が所定範囲となるように、前記運転復帰圧力を変更することを特徴とする圧縮空気製造設備。
4. 空気を圧縮する複数の圧縮機と、前記複数の圧縮機をそれぞれ駆動する複数の電動機と、前記複数の圧縮機の吐出側に接続された吐出空気系統と、前記複数の圧縮機のうちいずれか１つである第１の圧縮機を、対応する前記電動機の回転数をインバータを介し可変制御して運転するとともに、それ以外の第２の圧縮機を、対応する前記電動機の回転数を上限値として運転する全負荷運転状態又は停止状態に切り換える台数制御手段と、前記第１の圧縮機の吐出圧力を検出する圧力検出手段とを備えた圧縮空気製造設備であって、
   前記吐出空気系統の圧力損失を、前記第１の圧縮機に対応する前記電動機の回転数及び前記第２の圧縮機に対応する前記電動機の回転数に応じて演算し、これに基づき、前記吐出空気系統における前記圧力検出手段の検出位置より下流側位置での末端圧力が所定値となるように、前記第１の圧縮機の吐出圧力に対する制御値を変更する制御範囲変更手段と、
   前記圧力検出手段で検出した前記第１の圧縮機の吐出圧力が前記制御範囲変更手段で変更した制御値となるように、前記第１の圧縮機に対応する前記電動機の回転数を前記インバータを介し可変制御する回転数制御手段とを備えたことを特徴とする圧縮空気製造設備。
5. 請求項４記載の圧縮空気製造設備において、
   前記第１の圧縮機のロード運転時に前記圧力検出手段で検出した前記第１の圧縮機の吐出圧力がアンロード開始圧力まで上昇した場合に、前記第１の圧縮機をアンロード運転に切り換え、前記第１の圧縮機のアンロード運転時に前記圧力検出手段で検出した前記第１の圧縮機の吐出圧力がロード復帰圧力まで降下した場合に、前記第１の圧縮機をロード運転に切り換える運転切換手段を備え、
   前記制御範囲変更手段は、前記第１の圧縮機に対応する前記電動機の回転数及び前記第２の圧縮機に対応する前記電動機の回転数に応じて演算した前記吐出空気系統の圧力損失に基づき、前記吐出空気系統の末端圧力が所定範囲となるように、前記アンロード開始圧力及び前記ロード復帰圧力を変更することを特徴とする圧縮空気製造設備。
6. 請求項５記載の圧縮空気製造設備において、
   前記運転切換手段は、前記複数の圧縮機の停止時に前記圧力検出手段で検出した前記第１の圧縮機の吐出圧力が運転復帰圧力まで降下した場合に、前記第１の圧縮機を停止状態から運転状態に切り換え、また前記第１の圧縮機の全負荷運転かつ少なくとも１つの前記第２の圧縮機の停止時に前記圧力検出手段で検出した前記第１の圧縮機の吐出圧力が運転復帰圧力まで降下した場合に、１つの前記第２の圧縮機を停止状態から全負荷運転状態に切り換えるとともに、前記第１の圧縮機を全負荷運転状態から低負荷運転状態に切り換えており、
   前記制御範囲変更手段は、前記第１の圧縮機に対応する前記電動機の回転数及び前記第２の圧縮機に対応する前記電動機の回転数に応じて演算した前記吐出空気系統の圧力損失に基づき、前記吐出空気系統の末端圧力が所定範囲となるように、前記運転復帰圧力を変更することを特徴とする圧縮空気製造設備。
7. 請求項４〜６のいずれか１項記載の圧縮空気製造設備において、前記吐出空気系統は、各圧縮機から吐出された圧縮空気を各供給先にそれぞれ供給可能な複数の供給系統と、前記複数の供給系統に連通した連通配管と、前記連通配管を遮断可能な開閉弁とを有することを特徴とする圧縮空気製造設備。
8. 請求項１〜７のいずれか１項記載の圧縮空気製造設備において、前記吐出空気系統は、圧力損失特性が経時変化する補器類を有し、前記制御範囲変更手段は、前記吐出空気系統の圧力損失を、前記補器類の圧力損失特性の経時変化に応じて補正することを特徴とする圧縮空気製造設備。
9. 空気を圧縮する複数の圧縮機と、前記複数の圧縮機をそれぞれ駆動する複数の電動機と、前記複数の圧縮機の吐出側に接続された吐出空気系統と、前記複数の圧縮機の吐出圧力をそれぞれ検出する複数の圧力検出手段とを備え、
   前記吐出空気系統は、各圧縮機から吐出された圧縮空気を各供給先にそれぞれ供給可能な複数の供給系統と、前記複数の供給系統に連通した連通配管と、前記連通配管に設けられ連通・遮断状態に切り換え可能な開閉弁とを有する、圧縮空気製造設備であって、
   前記開閉弁を連通状態に切り換えた場合、前記複数の圧縮機のうちいずれか１つである第１の圧縮機を、対応する前記電動機の回転数をインバータを介し可変制御して運転するとともに、それ以外の第２の圧縮機を、対応する前記電動機の回転数を上限値として運転する全負荷運転状態又は停止状態に切り換える台数制御運転を行い、
   一方、前記開閉弁を遮断状態に切り換えた場合、前記複数の圧縮機のそれぞれを、対応する電動機の回転数をインバータを介して可変制御する並列運転を行う運転制御手段と、
   前記台数制御運転時に、前記吐出空気系統の圧力損失を、前記第１の圧縮機に対応する前記電動機の回転数及び前記第２の圧縮機に対応する前記電動機の回転数に応じて演算し、これに基づき、前記吐出空気系統における前記圧力検出手段の検出位置より下流側位置での末端圧力が所定値となるように、前記第１の圧縮機の吐出圧力に対する制御値を変更する第１制御範囲変更手段と、
   前記台数制御運転時に、前記圧力検出手段で検出した前記第１の圧縮機の吐出圧力が前記第１制御範囲変更手段で変更した制御値となるように、前記第１の圧縮機に対応する前記電動機の回転数を前記インバータを介し可変制御する第１回転数制御手段と、
   前記並列運転時に、前記複数の供給系統のそれぞれの圧力損失を、対応する前記電動機の回転数に応じて演算し、これらに基づき、前記複数の供給系統のそれぞれにおける前記圧力検出手段の検出位置より下流側位置での末端圧力が所定値となるように、前記複数の圧縮機のそれぞれの吐出圧力に対する制御値を変更する第２制御範囲変更手段と、
   前記複数の圧力検出手段でそれぞれ検出した前記圧縮機の吐出圧力が前記第２制御範囲変更手段で変更した制御値となるように、対応する前記電動機の回転数を前記インバータを介し可変制御する第２回転数制御手段とを備えたことを特徴とする圧縮空気製造設備。

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