JP2001140768A - 圧縮空気製造設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数台の圧縮機を並列に運転する際の、動力
消費を低減する。 【解決手段】 駆動電動機の回転速度を変えて容量制御
する少なくとも１台の可変速圧縮機と、回転速度が一定
で全負荷運転または停止の２段階で容量制御する定速圧
縮機と、これら圧縮機の吐出空気が供給される空気槽
と、を含んで圧縮空気製造設備を構成し、前記空気槽圧
力の変化に応じて、可変速圧縮機の容量変更と定速圧縮
機の起動停止を順に行う制御手段を設けた。そして、可
変速圧縮機の容量変更が可能な範囲を越えて圧縮空気使
用量が変動したとき、定速圧縮機を順に起動、あるいは
停止して空気槽圧力を所定の範囲に維持するようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【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０．６５ＭＰ
ａ（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０．６９ＭＰ
ａ（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３０
０％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０．６７ＭＰ
ａ）よりも２次側圧力Ｐｏ（このとき、０．６２ＭＰ
ａ）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１０
０％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２
３０％、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２
００％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０．５８
ＭＰａ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１
００％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２０
０％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１０
０％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１
００％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０．６２ＭＰ
ａ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Ｐ
ｏ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３
０％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１０
０％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１０
０％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１
００％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１３
０％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２０
０％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１
００％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２
００％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２３
０％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１
００％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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松田 洋幸 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 製作所産業機器グループ内 Ｆターム(参考） 3H045 AA09 AA16 AA26 BA20 BA32 CA03 DA01 DA05 DA13 DA32 DA36 DA47 EA13 EA26 EA34

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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、圧縮機の吐出
   圧力を検知する圧力検知手段と、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
   比較して可変速圧縮機の容量制御及び定速圧縮機の停止
   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。
2. 【請求項２】 請求項１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。
3. 【請求項３】 前記請求項１〜２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。
4. 【請求項４】 前記請求項１〜２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。
5. 【請求項５】 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、圧縮機の吐出
   圧力を検知する圧力検知手段と、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
   比較して可変速圧縮機の容量制御及び定速圧縮機のアン
   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、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
   れていることを特徴とする圧縮空気製造設備。