JP2001132654A - 圧縮機の運転制御方法および装置 - Google Patents

圧縮機の運転制御方法および装置

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JP2001132654A JP31989599A JP31989599A JP2001132654A JP 2001132654 A JP2001132654 A JP 2001132654A JP 31989599 A JP31989599 A JP 31989599A JP 31989599 A JP31989599 A JP 31989599A JP 2001132654 A JP2001132654 A JP 2001132654A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数台並列接続の圧縮機の運転状態を負荷側
の消費流量変動に応じて制御するについて、流量計を不
要とすることができるようにする。 【解決手段】 容量調整が全負荷運転と無負荷運転の繰
り返しでなされるようになっている複数台の圧縮機A、
B、Cを並列に接続し、これら複数台の圧縮機により圧
縮気体が供給される負荷側での消費流量に応じて所定範
囲の圧力を保つ条件下で、各圧縮機に停止または全負荷
連続運転または容量調整運転の何れかの状態をとらせる
ように制御する運転制御方法において、任意の時点で任
意の時間Tをとり、その時間T内に運転されている一台
または複数台の圧縮機それぞれの全負荷容量とそれぞれ
の運転状態とから前記任意の時点での消費流量Qを求め
るようにしている

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、容量調整が全負荷
運転と無負荷運転の交互の繰り返しでなされるようにな
っている圧縮機を複数台並列に接続して用いる圧縮機設
備について、負荷側での消費流量に応じて各圧縮機の運
転状態を制御するための運転制御に関する。
【0002】
【従来の技術】複数台の圧縮機を並列に接続した圧縮機
設備においては、例えば圧縮機設備全体での消費電力を
最小に抑えるようにするために、負荷側での消費流量に
応じて各圧縮機の運転状態を制御する運転制御が行われ
ている。例えば特開昭56−77583号、特開昭62
−243995号、特開平1−100392号、それに
特開平9−72281号などの各公報に開示されるのが
そのような例である。これらの運転制御に関する従来技
術は、何れも負荷側での圧縮気体の消費流量の変動つま
り負荷変動に応じて各圧縮機の運転状態を制御するよう
にしており、そのために流量計を設け、この流量計で検
出した消費流量に基づいて制御を行うようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、複数台
並列接続の圧縮機に対する運転制御についての従来技術
は、何れも流量計で消費流量を検出し、これに基づいて
必要な制御を行うようにしている。このような技術によ
ると、圧縮機設備全体での消費電力を最小に抑えて省エ
ネを図ることなどができる。しかしその一方で、流量計
を設ける必要のあることから、圧縮機設備のコストを増
大させることにもなっている。すなわち流量計を設置す
る場合には、配管系の途中に流量計を組み込むととも
に、流量計を作動させるための電力を供給する電源線や
流量計からの信号を取り出す信号線などの配線をなす必
要があり、そのコストは無視できないものである。
【0004】したがって本発明の目的は、複数台並列接
続の圧縮機の運転状態を負荷側の消費流量変動に応じて
制御するについて、流量計を不要とすることができるよ
うにすることにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明では、容量調整が全負荷運転と無負荷運転の繰
り返しでなされるようになっている複数台の圧縮機を並
列に接続し、これら複数台の圧縮機により圧縮気体が供
給される負荷側での消費流量に応じて所定範囲の圧力を
保つ条件下で、各圧縮機に停止または全負荷連続運転ま
たは容量調整運転の何れかの状態をとらせるように制御
する運転制御方法において、任意の時点で任意の時間T
をとり、その時間T内に運転されている一台または複数
台の圧縮機それぞれの全負荷容量とそれぞれの運転状態
とから下記の式により前記任意の時点での消費流量Qを
求め、この消費流量Qに基づいて前記の制御をなすよう
にしたことを特徴としている。
【数3】 ただし、Q1 〜Qn は任意の時間T内で全負荷連続運転
されている各圧縮機の全負荷容量であり、Qn+1 〜Q
n+m は任意の時間T内で容量調整運転されている各圧縮
機の全負荷容量であり、tn+1 〜tn+m は容量調整運転
されている各圧縮機における時間T内での全負荷運転の
延べ時間である。
【0006】また上記目的を達成するために本発明で
は、容量調整が全負荷運転と無負荷運転の繰り返しでな
されるようになっている複数台の圧縮機を並列に接続
し、これら複数台の圧縮機により圧縮気体が供給される
負荷側での消費流量に応じて所定範囲の圧力を保つ条件
下で、各圧縮機に停止または全負荷連続運転または容量
調整運転の何れかの状態をとらせるように制御するため
の運転制御装置において、前記複数台の圧縮機それぞれ
の全負荷容量を記憶するための全負荷容量記憶手段と、
任意の時点で任意の時間Tをとり、その時間T内で容量
調整運転されている一台または複数台の圧縮機それぞれ
の容量調整運転状態における全負荷運転の延べ時間を求
める延べ時間積算手段と、前記任意の時間T内に運転さ
れている一台または複数台の圧縮機それぞれの全負荷容
量とそれぞれの運転状態とから下記の式により前記任意
の時点での消費流量Qを求める消費流量計算手段とを備
えたことを特徴としている。
【数4】 ただし、Q1 〜Qn は任意の時間T内で全負荷連続運転
されている各圧縮機の全負荷容量であり、Qn+1 〜Q
n+m は任意の時間T内で容量調整運転されている各圧縮
機の全負荷容量であり、tn+1 〜tn+m は容量調整運転
されている各圧縮機における時間T内での全負荷運転の
延べ時間である。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て説明する。図1に、本発明による圧縮機の運転制御方
法が適用される圧縮機設備の一例を示す。図の例では何
れも容量調整が全負荷運転と無負荷運転の繰り返しでな
されるタイプの圧縮機A、圧縮機Bおよび圧縮機Cの3
台が並列に接続されている。これらはそれぞれ全負荷容
量が異なっており、圧縮機Aは全負荷容量がQA で小容
量、圧縮機Bは全負荷容量がQ B で中容量、そして圧縮
機Cは全負荷容量がQC で大容量である。各圧縮機の吐
出流路はレシーバタンク1に接続する1本の流路に合流
させられており、レシーバタンク1からは図示せぬ負荷
に至る流路が延びている。各圧縮機から送り込まれる高
圧の空気を貯めるレシーバタンク1はその内部圧力を圧
力検出器2で常時検出できるようにされており、この圧
力検出器2の信号は制御装置3に入力される。そして制
御装置3は、圧力検出器2からの信号に基き、後述のよ
うにして各圧縮機の容量調整運転時における全負荷運転
と無負荷運転の繰り返しなどを制御する。また制御装置
3は、後述のようにして消費流量Qを求め、これに基づ
いて各圧縮機A、B、Cごとに停止あるいは全負荷連続
運転または容量調整運転を行わせる制御をなす。
【0008】ここで、全負荷運転と無負荷運転を交互に
繰返す方式で容量調整がなされるタイプの圧縮機の一般
的な構成について説明する。図2はそのような圧縮機に
おける空気系統と容量制御系のフローを示したものであ
る。全負荷運転状態では、吸入口4から吸入された空気
が吸入フィルター5を経て全開状態の吸入弁(オンオフ
式制御弁)6から圧縮機本体9へ入る。圧縮機本体9で
圧縮された高温高圧の空気は、逆止弁10とアフターク
ーラ11を通ってレシーバタンク12へ送り込まれる。
レシーバタンク12内に貯められた空気は、空気消費ラ
インを経て負荷側へ送られ、そこで消費される。このよ
うな全負荷運転がなされている状態では放風弁7は閉じ
ている。すなわちこの放風弁7は、油圧ピストン8によ
り吸入弁6と連動的に作動され、吸入弁6が開となる際
には閉となる。油圧ピストン8は、貯油槽13から油圧
ポンプ14と四方電磁弁15により供給される圧油によ
り作動させられ、全負荷運転状態では吸入弁6を開、放
風弁7を閉とする位置に押されている。
【0009】一般に全負荷運転時は、消費流量よりも圧
縮機吐出量の方が多く、レシーバタンク12を含む吐出
側配管系の圧力つまり吐出側圧力は上昇していく。この
吐出側圧力は圧力検出器16で検出されて制御装置17
へ送られる。制御装置17では、検出された吐出側圧力
Pが予め設定されている上限設定圧力(圧力設定値)P
maxに達すると、四方電磁弁15に指令を発して四方電
磁弁15の油通路を切り替え、油圧ピストン8を作動さ
せる。これにより吸入弁6が微開となると同時に放風弁
7が開となり、圧縮機9は無負荷運転状態となる。この
無負荷運転中に微開状態の吸入弁6から圧縮機9へ洩れ
込んだ空気は、圧縮機9から出た後、放風弁7を通り放
風サイレンサ18を通って大気に放風される。
【0010】無負荷運転状態では圧縮機本体9からレシ
ーバタンク12への空気の供給がなされない。したがっ
てレシーバタンク12内の空気が消費されていくのに伴
い、吐出側圧力Pが低下していく。そして予め設定して
ある下限設定圧力Pminまで低下すると、制御装置17
が四方電磁弁15を切り替えて再び全負荷運転状態に入
る。容量調整運転は、以上のような全負荷運転と無負荷
運転を吐出側圧力Pに応じて繰り返すことでなされる。
一方、容量調整運転でない全負荷連続運転の場合には、
吐出側圧力Pに関係なく全負荷運転が連続的に継続され
る。
【0011】次に、図1の圧縮機設備における運転制御
について説明する。3台の圧縮機A、B、Cは、負荷に
よる消費流量に応じて設備全体での消費電力が最小にな
るように、制御装置3により制御される。そのためには
負荷による消費流量についての情報を必要とする。本発
明ではこの情報を、各圧縮機について予め知ることので
きるそれぞれの全負荷容量(全負荷運転時の単位時間当
たりの吐出量)と、ある任意の時点における任意の時間
T内で運転されている各圧縮機の運転状態から計算によ
り求めるものとしている。以下、このことについて説明
する。
【0012】後述するように、設備全体での消費電力が
最小になるように制御される3台の圧縮機A、B、Cの
運転状態としては以下の3通りがあり得る。すなわち
3台とも運転され、その内の2台は全負荷連続運転で残
りの1台が容量調整運転である。2台だけ運転され、
その内の1台は全負荷連続運転で残りの1台が容量調整
運転である。1台だけ運転され、それが容量調整運転
とされる。これらは何れも容量調整運転の圧縮機を含ん
でいる。図3は、このような運転状態に制御されている
図1の圧縮機設備における圧力検出器2で得られるガス
圧力の変化の例を示したものである。レシーバタンク1
内の圧力が下限設定値Pminに達すると、点Poで容量調
整運転機が全負荷運転となり、上限設定値Pmaxに達す
ると、点Puで容量調整運転機が無負荷運転となり、こ
のような圧力の上下が上限設定値Pmaxと下限設定値Pm
inの間で繰り返される。すなわち所定の圧力を保つ条件
下では、容量調整運転されている圧縮機における容量調
整のための全負荷運転と無負荷運転の繰り返しは負荷に
よる消費流量により直接的に左右されている。したがっ
て全負荷連続運転している圧縮機による吐出量と容量調
整運転している圧縮機による吐出量が分かれば、これら
から消費流量を求めることができる。
【0013】全負荷連続運転している圧縮機による任意
の時点での吐出量は、予め知ることのできるその圧縮機
の全負荷容量として得られる。一方、容量調整運転して
いる圧縮機による吐出量は、そ圧縮機における前記時間
T内での全負荷運転の延べ時間tを例えば制御装置3に
設けた積算手段などにより求め、この延べ時間tの時間
Tに対する比率、つまり時間T内での平均容量調整率に
その圧縮機の全負荷容量を掛けることで得られる。例え
ば圧縮機Bが停止され、圧縮機Aが全負荷運転で圧縮機
Cが容量調整運転されている状態での消費流量Qは、Q
=QA +QC ×t/Tで示される。このことをさらに一
般化すると以下のようになる。すなわち全負荷運転と無
負荷運転を交互に繰返す方式で容量調整がなされるタイ
プの圧縮機がN(N>n+m)台並列に接続されて一つ
の圧縮機設備を構成しており、ある任意の時間T内にお
いて、その内のn台が全負荷連続運転であり、m台が容
量調整運転されているとすると、その時点での消費流量
Qは以下の式により求めることができる。
【数5】 ただし、Q1 〜Qn は任意の時間T内で全負荷連続運転
されている各圧縮機の全負荷容量であり、Qn+1 〜Q
n+m は任意の時間T内で容量調整運転されている各圧縮
機の全負荷容量であり、tn+1 〜tn+m は容量調整運転
されている各圧縮機における時間T内での全負荷運転の
延べ時間である。
【0014】次に、以上のようにして流量計などを用い
ることなく求めた消費流量に基づいて、設備全体での消
費電力が最小になるように圧縮機A、B、Cを制御する
制御内容について説明する。図4は、圧縮機A、B、C
について、それぞれの負荷流量(消費流量)と消費電力
の関係を示したものである。折曲線I は圧縮機Aの特
性、折曲線IIは圧縮機Bの特性、折曲線III は圧縮機C
の特性を示している。この例は同容量の圧縮機を複数台
組み合わせることを前提にしているが、圧縮機Aの場
合、消費流量が圧縮機Aの全負荷容量のQA 迄は1台運
転、それ以上では2台、3台運転となる。また、圧縮機
Bの場合、圧縮機Bの全負荷容量のQB 迄は1台運転、
それ以上は2台運転となる。さらに、圧縮機Cの場合も
同様、圧縮機Cの全負荷容量のQC 迄は1台運転とな
る。この例では、消費流量がQA に至る迄では圧縮機A
を1台運転した場合が最も消費電力が少なく、消費流量
がQA を超えQB に至る迄では圧縮機Bを1台運転した
場合が最も消費電力が少なく、また、消費流量がQB
超えQC に至る迄では圧縮機Cを1台運転した場合が最
も消費電力が少なくなる。
【0015】図5は、それぞれ全負荷容量が異なる圧縮
機A,B,Cを組み合わせて運転した場合の消費流量と
消費電力の関係を示した図である。例えば消費流量がQ
C +QA とQC +QB の間であるとすると、圧縮機の組
合わせ運転パターンとしては、圧縮機A、B、Cを3台
とも運転し圧縮機Cを容量調整運転する場合(図中のI
+II+III で示す)、圧縮機B、Cの2台を運転し圧縮
機Cを容量調整運転する場合(図中のII+III で示す)
あるいは圧縮機C、Bの2台を運転し圧縮機Bを容量調
整運転する場合(図中のIII +IIで示す)の3パターン
があり得る。そして大容量の圧縮機Cを全負荷連続運転
し圧縮機Bを容量調整運転する場合が、最も消費電力が
少なくて済む。その理由は、無負荷運転には電力ロスが
伴い、したがって容量の異なる圧縮機の何れか一方を容
量調整運転とする場合には、容量が小さくてその容量調
整運転時における無負荷運転時間が相対的に短い圧縮機
を容量調整運転とする方が電力ロスを小さくできるから
である。このことから複数台を同時運転し、その内の何
台かを容量調整運転とする場合には、その容量調整運転
における無負荷運転時間が相対的に短い、つまり負荷率
が相対的に高い圧縮機を優先的に容量調整運転に充てる
のが一般的に有利であるといえる。
【0016】図6は、図5と同様、圧縮機A、B、Cを
組合わせ運転した場合の消費流量と消費電力の関係を示
した図であるが、消費流量が減少し、QC とQC +QA
の間である場合を示す。この場合の圧縮機の組合わせ運
転パターンとしては、圧縮機A、B、Cの3台を運転し
圧縮機Cを容量調整運転する場合(図中のI +II+III
で示す)、圧縮機C、Bの2台を運転し圧縮機Bを容量
調整運転する場合(図中のIII +IIで示す)、圧縮機
A、Cの2台を運転し圧縮機Cを容量調整運転する場合
(図中のIII +I で示す)あるいは圧縮機C、Aの2台
を運転し圧縮機Aを容量調整運転する場合(図中のI +
III で示す)の4パターンがあり得る。そして上記と同
様の理由から、大容量の圧縮機Cを全負荷連続運転し小
容量の圧縮機Aを容量調整運転した場合が、最も消費電
力が少なくて済む。
【0017】本発明では以上のようにして、複数台の圧
縮機を並列に接続して構成される圧縮機設備について、
消費流量に応じて消費電力を最小とする各圧縮機の運転
状態の組み合わせを求め、これに基づいて各圧縮機を制
御する。そしてそこで必要になる実際の消費流量は上記
のようにして求める。消費流量に応じた各圧縮機の運転
状態の最善の組み合は、その都度求めるようにしてもよ
いが、予め求めてデータベース化して用いるようにする
のが、より好ましい。
【0018】図7は、本発明を適用した、全負荷容量が
異なる圧縮機A、B、Cを並列接続してなる圧縮機設備
における運転制御方法をフローチャートで示した図であ
る。消費流量は0から各圧縮機の全負荷容量の合計であ
るQA +QB +QC の最大流量迄変化するものとする。
第一例として、消費流量Qが(QC +QA )<Q<(Q
C +QB )である場合、つまり上記した圧縮機Cと圧縮
機Bを運転し、圧縮機Bを容量調整運転とすることで最
も消費電力を少なくすることのできる場合について説明
する。制御装置部3では、常に全負荷運転機と容量調整
機から上記のようにして消費流量を算出している。ま
ず、ステップ1では、Q>QC を判別するがQ>QC
あるので、次に圧縮機Cが運転中であるかどうかを判別
する。運転中でなければ運転しステップ2に進む。ステ
ップ2では、(Q−QC )>QB を判別するが、(Q−
C )<QB であり、ステップ3に進む。ステップ3で
は(Q−QC )>QA を判別するが、(Q−QC )>Q
A であるので、次に圧縮機Bが運転中であるかどうかを
判別する。運転中でなければ運転し、圧縮機Bを容量調
整運転機とし、且つ、圧縮機Aを停止する。次に第二例
として、消費流量が減少し、消費流量QがQC <Q<
(QC +QA )である場合、つまり上記した圧縮機Cと
圧縮機Aを運転し、圧縮機Aを容量調整運転とすること
で最も消費電力を少なくすることのできる場合について
説明する。消費流量QがQC <Q<(QC+QA )とな
った場合には、ステップ3で(Q−QC )>QA を判別
するが、(Q−QC )>QA でないので、圧縮機Bを停
止し、且つ、圧縮機Aを容量調整運転機とする。
【0019】以上のような制御を行う制御装置3は、圧
縮機A、B、Cそれぞれの全負荷容量を記憶するための
全負荷容量記憶手段と、予め設定されている時間Tにつ
いて、任意の時点ごとにその時間T内で容量調整運転さ
れている圧縮機の容量調整運転状態における全負荷運転
の延べ時間を求める延べ時間積算手段と、上記のように
して実際の消費流量を求める消費流量算出手段とを少な
くとも備え、さらに好ましくは、消費流量に応じて予め
求めた、全体の消費電力が最小となる圧縮機A、B、C
の運転状態の組み合わせに関するデータをデータベース
化して保存する運転状態組合せデータベースも備え、こ
のデータベースから、任意の時点で求めた消費流量Qに
対応する、最小電力消費のための運転状態の組み合わせ
を検索して用いるようにすることになる。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、複数台の
圧縮機が並列に接続された圧縮機設備において、設備全
体として消費電力が最小になるようにするなどのために
各圧縮機の運転状態を制御するのに必要な消費流量に関
する情報を各圧縮機の全負荷容量と容量調整運転時にお
ける当該圧縮機の延べ全負荷運転時間とから求めるよう
にしている。したがって本発明によれば、圧縮機設備の
コストアップ要因となる流量計などを不要とすることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による運転制御が適用される圧縮機設備
の一例についての構成図である。
【図2】容量調整が全負荷運転と無負荷運転の繰り返し
でなされるタイプの圧縮機における空気系統と容量制御
系の説明図である。
【図3】図1の圧縮機設備における圧力検出器で得られ
るガス圧力の変化の一例を示す線図である。
【図4】図1の圧縮機設備を形成する各圧縮機の消費流
量と消費電力の特性の一例を示す線図である。
【図5】図1の圧縮機設備における各圧縮機の組合せ運
転時の消費流量と消費電力の特性の一例を示す線図であ
る。
【図6】図1の圧縮機設備における各圧縮機の組合せ運
転時の消費流量と消費電力の特性の他の例を示す線図で
ある。
【図7】図1の圧縮機設備に本発明による運転制御を適
用する場合の制御内容についてのフローチャートであ
る。
【符号の説明】
2 圧力検出器 3 制御装置 A 圧縮機 B 圧縮機 C 圧縮機

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 容量調整が全負荷運転と無負荷運転の繰
    り返しでなされるようになっている複数台の圧縮機を並
    列に接続し、これら複数台の圧縮機により圧縮気体が供
    給される負荷側での消費流量に応じて所定範囲の圧力を
    保つ条件下で、各圧縮機に停止または全負荷連続運転ま
    たは容量調整運転の何れかの状態をとらせるように制御
    する運転制御方法において、任意の時点で任意の時間T
    をとり、その時間T内に運転されている一台または複数
    台の圧縮機それぞれの全負荷容量とそれぞれの運転状態
    とから下記の式により前記任意の時点での消費流量Qを
    求め、この消費流量Qに基づいて前記の制御をなすよう
    にしたことを特徴とする運転制御方法。 【数1】 ただし、Q1 〜Qn は任意の時間T内で全負荷連続運転
    されている各圧縮機の全負荷容量であり、Qn+1 〜Q
    n+m は任意の時間T内で容量調整運転されている各圧縮
    機の全負荷容量であり、tn+1 〜tn+m は容量調整運転
    されている各圧縮機における時間T内での全負荷運転の
    延べ時間である。
  2. 【請求項2】 全体の消費電力が最小となる各圧縮機の
    運転状態の組み合わせを消費流量に応じて求め、これに
    基づいて、実際の消費流量に応じた最小電力消費となる
    ように、各圧縮機に停止または全負荷運転または容量調
    整運転の何れかの状態をとらせるように制御する請求項
    1に記載の運転制御方法。
  3. 【請求項3】 容量調整が全負荷運転と無負荷運転の繰
    り返しでなされるようになっている複数台の圧縮機を並
    列に接続し、これら複数台の圧縮機により圧縮気体が供
    給される負荷側での消費流量に応じて所定範囲の圧力を
    保つ条件下で、各圧縮機に停止または全負荷連続運転ま
    たは容量調整運転の何れかの状態をとらせるように制御
    するための運転制御装置において、前記複数台の圧縮機
    それぞれの全負荷容量を記憶するための全負荷容量記憶
    手段と、任意の時点で任意の時間Tをとり、その時間T
    内で容量調整運転されている一台または複数台の圧縮機
    それぞれの容量調整運転状態における全負荷運転の延べ
    時間を求める延べ時間積算手段と、前記任意の時間T内
    に運転されている一台または複数台の圧縮機それぞれの
    全負荷容量とそれぞれの運転状態とから下記の式により
    前記任意の時点での消費流量Qを求める消費流量算出手
    段とを備えたことを特徴とする運転制御装置。 【数2】 ただし、Q1 〜Qn は任意の時間T内で全負荷連続運転
    されている各圧縮機の全負荷容量であり、Qn+1 〜Q
    n+m は任意の時間T内で容量調整運転されている各圧縮
    機の全負荷容量であり、tn+1 〜tn+m は容量調整運転
    されている各圧縮機における時間T内での全負荷運転の
    延べ時間である。
  4. 【請求項4】 消費流量に応じて予め求められた、全体
    の消費電力が最小となる各圧縮機の運転状態の組み合わ
    せに関するデータをデータベース化して保存する運転状
    態組合せデータベースをさらに備えている請求項3に記
    載の運転制御装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103225603A (zh) * 2013-03-14 2013-07-31 复盛实业(上海)有限公司 无线测控方法及系统
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