JP2003140752A - 空気供給システムとその空気消費量計測方法および空気消費量計測装置、並びに空気供給システムの制御方法 - Google Patents
空気供給システムとその空気消費量計測方法および空気消費量計測装置、並びに空気供給システムの制御方法Info
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- JP2003140752A JP2003140752A JP2001338031A JP2001338031A JP2003140752A JP 2003140752 A JP2003140752 A JP 2003140752A JP 2001338031 A JP2001338031 A JP 2001338031A JP 2001338031 A JP2001338031 A JP 2001338031A JP 2003140752 A JP2003140752 A JP 2003140752A
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- Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)
- Flow Control (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 負荷が必要とする圧縮空気を確保しながらコ
ンプレッサを効率的に運転してその省エネルギ化を図る
ことのできる空気供給システムを提供する。 【解決手段】 コンプレッサから配管系を介して空気使
用機器に供給される圧縮空気の質量流量Ｑinを求める流
量計６と、前記配管系を介して前記負荷に供給される圧
縮空気の圧力Ｐを求める圧力計５と、この圧力計にて求
められる圧縮空気の圧力の変化分ΔＰを求める圧力変化
検出手段と、上記圧縮空気の質量流量Ｑinと圧縮空気の
圧力変化分ΔＰとに従って Ｑout＝Ｑin−ΔＰ／Ｃ （但し、Ｃ＝ＲＴ／Ｖ） なる制御量Ｑoutを前記空気使用機器による空気使用量
として求める。そしてこの制御量Ｑoutに従って前記コ
ンプレッサの作動を制御する。
ンプレッサを効率的に運転してその省エネルギ化を図る
ことのできる空気供給システムを提供する。 【解決手段】 コンプレッサから配管系を介して空気使
用機器に供給される圧縮空気の質量流量Ｑinを求める流
量計６と、前記配管系を介して前記負荷に供給される圧
縮空気の圧力Ｐを求める圧力計５と、この圧力計にて求
められる圧縮空気の圧力の変化分ΔＰを求める圧力変化
検出手段と、上記圧縮空気の質量流量Ｑinと圧縮空気の
圧力変化分ΔＰとに従って Ｑout＝Ｑin−ΔＰ／Ｃ （但し、Ｃ＝ＲＴ／Ｖ） なる制御量Ｑoutを前記空気使用機器による空気使用量
として求める。そしてこの制御量Ｑoutに従って前記コ
ンプレッサの作動を制御する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種の生産設備お
いて用いられる圧縮空気を生成するコンプレッサを、効
率的に運転してその省エネルギ化を図ることのできる空
気供給システムにに係り、特に空気使用機器における空
気消費量をリアルタイムに計測することのできる空気消
費量計測方法および計測装置、並びに空気供給システム
の制御方法に関する。
いて用いられる圧縮空気を生成するコンプレッサを、効
率的に運転してその省エネルギ化を図ることのできる空
気供給システムにに係り、特に空気使用機器における空
気消費量をリアルタイムに計測することのできる空気消
費量計測方法および計測装置、並びに空気供給システム
の制御方法に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】各種の生産設備においては、エア
ブロー用として、或いはエアシリンダの駆動源等として
圧縮空気が用いられる。圧縮空気はコンプレッサを用い
て生成され、一般的にはエアタンクに蓄積された後、所
定の配管系を介してエアシリンダ等の各種の負荷（空気
使用対象である機器）に供給される。
ブロー用として、或いはエアシリンダの駆動源等として
圧縮空気が用いられる。圧縮空気はコンプレッサを用い
て生成され、一般的にはエアタンクに蓄積された後、所
定の配管系を介してエアシリンダ等の各種の負荷（空気
使用対象である機器）に供給される。
【０００３】そして従来一般的には、エアタンクに蓄積
された圧縮空気の圧力をモニタし、この圧力に応じてコ
ンプレッサの作動を制御することで上記エアタンク、ひ
いてはその配管系に、例えば０.７ＭＰa以上の圧縮空気
を確保するようにしている。
された圧縮空気の圧力をモニタし、この圧力に応じてコ
ンプレッサの作動を制御することで上記エアタンク、ひ
いてはその配管系に、例えば０.７ＭＰa以上の圧縮空気
を確保するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで上述した如く
して負荷に供給する圧縮空気を確保するに際しては、一
般的には図６(ａ)に示すように配管系（エアタンク）の
圧縮空気の圧力Ｐが低下した時点でコンプレッサを起動
している。するとコンプレッサにて生成された圧縮空気
は、配管系内の圧力を高めながらエアタンクへ、更には
配管系を介して負荷へと供給され、図６(ｂ)に示すよう
にコンプレッサから吐出される圧縮空気の流量が一時的
に多くなる。即ち、配管系内における圧縮空気の圧力を
高める分だけ、コンプレッサから多量の圧縮空気が吐出
される。
して負荷に供給する圧縮空気を確保するに際しては、一
般的には図６(ａ)に示すように配管系（エアタンク）の
圧縮空気の圧力Ｐが低下した時点でコンプレッサを起動
している。するとコンプレッサにて生成された圧縮空気
は、配管系内の圧力を高めながらエアタンクへ、更には
配管系を介して負荷へと供給され、図６(ｂ)に示すよう
にコンプレッサから吐出される圧縮空気の流量が一時的
に多くなる。即ち、配管系内における圧縮空気の圧力を
高める分だけ、コンプレッサから多量の圧縮空気が吐出
される。
【０００５】この為、コンプレッサは、負荷が必要とす
る以上の圧縮空気を生成することになり、コンプレッサ
における消費エネルギ（消費電力）が多大なものとなる
ことが否めない。また負荷に供給される圧縮空気の流量
は、その圧力によって変化するので、単に圧縮空気の流
量（体積流量や質量流量）を検出してコンプレッサの作
動を制御するにも問題がある。
る以上の圧縮空気を生成することになり、コンプレッサ
における消費エネルギ（消費電力）が多大なものとなる
ことが否めない。また負荷に供給される圧縮空気の流量
は、その圧力によって変化するので、単に圧縮空気の流
量（体積流量や質量流量）を検出してコンプレッサの作
動を制御するにも問題がある。
【０００６】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たもので、その目的は、空気使用機器が必要とする圧縮
空気を確保しながらコンプレッサを効率的に運転してそ
の省エネルギ化を図ることのできる空気供給システムお
よびその制御方法を提供することにある。また上記目的
を達成するべく、空気使用機器において使用される空気
消費量をリアルタイムに計測することのできる空気消費
量計測方法および空気消費量計測装置を提供することを
目的としている。
たもので、その目的は、空気使用機器が必要とする圧縮
空気を確保しながらコンプレッサを効率的に運転してそ
の省エネルギ化を図ることのできる空気供給システムお
よびその制御方法を提供することにある。また上記目的
を達成するべく、空気使用機器において使用される空気
消費量をリアルタイムに計測することのできる空気消費
量計測方法および空気消費量計測装置を提供することを
目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
べく本発明に係る空気供給システムの空気消費量計測装
置は、配管系内における圧縮空気の圧力Ｐとその質量
（モル数ｎに比例）とが、空気の気体定数をＲ、温度を
Ｔ、配管系の容積をＶとしたとき、［ＲＴ／Ｖ］を係数
Ｃとして比例関係にあることに着目したもので、 コンプレッサから配管系を介して負荷に供給される
圧縮空気の質量流量Ｑinを求める流量計と、 前記配管系を介して前記負荷に供給される圧縮空気
の圧力Ｐを求める圧力計と、 この圧力計にて求められる圧縮空気の圧力の変化分
を求める圧力変化検出手段と 前記流量計にて求められた圧縮空気の質量流量Ｑin
と、前記圧力変化検出手段にて求められた圧縮空気の圧
力Ｐの変化分ΔＰとに従って空気消費量を求める空気消
費量検出手段と を備えたことを特徴としている。
べく本発明に係る空気供給システムの空気消費量計測装
置は、配管系内における圧縮空気の圧力Ｐとその質量
（モル数ｎに比例）とが、空気の気体定数をＲ、温度を
Ｔ、配管系の容積をＶとしたとき、［ＲＴ／Ｖ］を係数
Ｃとして比例関係にあることに着目したもので、 コンプレッサから配管系を介して負荷に供給される
圧縮空気の質量流量Ｑinを求める流量計と、 前記配管系を介して前記負荷に供給される圧縮空気
の圧力Ｐを求める圧力計と、 この圧力計にて求められる圧縮空気の圧力の変化分
を求める圧力変化検出手段と 前記流量計にて求められた圧縮空気の質量流量Ｑin
と、前記圧力変化検出手段にて求められた圧縮空気の圧
力Ｐの変化分ΔＰとに従って空気消費量を求める空気消
費量検出手段と を備えたことを特徴としている。
【０００８】そして空気供給システムの制御方法は、上
記空気消費量検出手段にて求められる空気使用量に基づ
いて前記コンプレッサの作動をフィードバック制御する
ことを特徴としている。より具体的には前記空気消費量
検出手段においては、空気の気体定数をＲ、温度をＴ、
配管系の容積をＶとしたとき、前記流量計にて求められ
る圧縮空気の質量流量Ｑinと、前記圧力変化検出手段に
より求められる圧縮空気の圧力Ｐの変化分ΔＰとから、 Ｑout ＝Ｑin−ΔＰ／（ＲＴ／Ｖ） として算出される空気量Ｑoutを空気使用量として求め
る。そしてこの空気使用量（空気量）Ｑoutを制御量と
して前記コンプレッサの作動をフィードバック制御する
ことを特徴としている。
記空気消費量検出手段にて求められる空気使用量に基づ
いて前記コンプレッサの作動をフィードバック制御する
ことを特徴としている。より具体的には前記空気消費量
検出手段においては、空気の気体定数をＲ、温度をＴ、
配管系の容積をＶとしたとき、前記流量計にて求められ
る圧縮空気の質量流量Ｑinと、前記圧力変化検出手段に
より求められる圧縮空気の圧力Ｐの変化分ΔＰとから、 Ｑout ＝Ｑin−ΔＰ／（ＲＴ／Ｖ） として算出される空気量Ｑoutを空気使用量として求め
る。そしてこの空気使用量（空気量）Ｑoutを制御量と
して前記コンプレッサの作動をフィードバック制御する
ことを特徴としている。
【０００９】ちなみに前記圧縮空気の質量流量は、ヒー
タ素子と、このヒータ素子を挟んで圧縮空気の通流方向
に設けられた一対の温度センサとを具備した熱式流量計
を用いて検出される。尚、コンプレッサのフィードバッ
ク制御は、複数台のコンプレッサを並列に用いる場合、
これらのコンプレッサを選択的に駆動する台数制御を含
む。
タ素子と、このヒータ素子を挟んで圧縮空気の通流方向
に設けられた一対の温度センサとを具備した熱式流量計
を用いて検出される。尚、コンプレッサのフィードバッ
ク制御は、複数台のコンプレッサを並列に用いる場合、
これらのコンプレッサを選択的に駆動する台数制御を含
む。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態に係る圧縮空気供給装置について説明する。図
１はこの実施形態に係る圧縮空気供給装置に全体的な概
略構成を示す図で、１ａ,１ｂ,〜１ｎは並列に設けられ
た複数台のコンプレッサ、２は上記各コンプレッサ１
ａ,１ｂ,〜１ｎからそれぞれ供給される圧縮空気を蓄え
るバッファとしてのエアタンクである。このエアタンク
２に蓄積された圧縮空気は、所定の配管系３を介してエ
アブロー機構やエアシリンダ装置等からなる複数の負荷
４ａ,４ｂ,〜４ｍにそれぞれ供給される。
実施形態に係る圧縮空気供給装置について説明する。図
１はこの実施形態に係る圧縮空気供給装置に全体的な概
略構成を示す図で、１ａ,１ｂ,〜１ｎは並列に設けられ
た複数台のコンプレッサ、２は上記各コンプレッサ１
ａ,１ｂ,〜１ｎからそれぞれ供給される圧縮空気を蓄え
るバッファとしてのエアタンクである。このエアタンク
２に蓄積された圧縮空気は、所定の配管系３を介してエ
アブロー機構やエアシリンダ装置等からなる複数の負荷
４ａ,４ｂ,〜４ｍにそれぞれ供給される。
【００１１】尚、前記エアタンク２には該エアタンク３
に蓄積された、ひいては前記配管系３に供給された圧縮
空気の圧力Ｐを検出する圧力計５が設けられている。ま
た配管系３には、該配管系３を介して前記各負荷４ａ,
４ｂ,〜４ｍに供給される圧縮空気の質量流量Ｑinを検
出する流量計６が組み込まれている。この質量流量Ｑin
を検出する流量計６は、例えば特許第３０９６８２０号
公報に詳しく紹介される熱式流量計からなる。即ち、熱
式流量計は、図２にその概略構成を示すように、例えば
２ｍｍ×２ｍｍ×０.５ｍｍなる大きさのシリコンチッ
プからなる所定の基台Ｂ上に設けた発熱抵抗体からなる
ヒータ素子Ｒｈを間にして、流体の通流方向Ｆに測温抵
抗体からなる一対の温度センサＲｕ,Ｒｄを設けた素子
構造を有する。そして上記ヒータ素子Ｒｈから発せられ
る熱の拡散度合い（温度分布）が前記流体（圧縮空気）
の通流によって変化することを利用し、前記一対の温度
センサＲｕ,Ｒｄの熱による抵抗値変化から前記流体の
質量流量Ｑinを検出するものとなっている。尚、図中Ｒ
ｒは、前記ヒータ素子Ｒｈから離れた位置に設けられた
測温抵抗体からなる温度センサであって、周囲温度Ｔの
計測に用いられる。
に蓄積された、ひいては前記配管系３に供給された圧縮
空気の圧力Ｐを検出する圧力計５が設けられている。ま
た配管系３には、該配管系３を介して前記各負荷４ａ,
４ｂ,〜４ｍに供給される圧縮空気の質量流量Ｑinを検
出する流量計６が組み込まれている。この質量流量Ｑin
を検出する流量計６は、例えば特許第３０９６８２０号
公報に詳しく紹介される熱式流量計からなる。即ち、熱
式流量計は、図２にその概略構成を示すように、例えば
２ｍｍ×２ｍｍ×０.５ｍｍなる大きさのシリコンチッ
プからなる所定の基台Ｂ上に設けた発熱抵抗体からなる
ヒータ素子Ｒｈを間にして、流体の通流方向Ｆに測温抵
抗体からなる一対の温度センサＲｕ,Ｒｄを設けた素子
構造を有する。そして上記ヒータ素子Ｒｈから発せられ
る熱の拡散度合い（温度分布）が前記流体（圧縮空気）
の通流によって変化することを利用し、前記一対の温度
センサＲｕ,Ｒｄの熱による抵抗値変化から前記流体の
質量流量Ｑinを検出するものとなっている。尚、図中Ｒ
ｒは、前記ヒータ素子Ｒｈから離れた位置に設けられた
測温抵抗体からなる温度センサであって、周囲温度Ｔの
計測に用いられる。
【００１２】さてこのように構成された圧縮空気の供給
装置において、この発明が特徴とするところは、前記圧
力計５にて検出される圧縮空気の圧力Ｐ、および前記流
量計６にて検出される圧縮空気の質量流量Ｑinに従い、
以下に説明するように負荷４ａ,４ｂ,〜４ｍにおける圧
縮空気の使用量Ｑoutを求め、この使用量Ｑoutに応じて
前記コンプレッサ１ａ,１ｂ,〜１ｎの作動をフィードバ
ック制御する制御系１０を備えている点にある。
装置において、この発明が特徴とするところは、前記圧
力計５にて検出される圧縮空気の圧力Ｐ、および前記流
量計６にて検出される圧縮空気の質量流量Ｑinに従い、
以下に説明するように負荷４ａ,４ｂ,〜４ｍにおける圧
縮空気の使用量Ｑoutを求め、この使用量Ｑoutに応じて
前記コンプレッサ１ａ,１ｂ,〜１ｎの作動をフィードバ
ック制御する制御系１０を備えている点にある。
【００１３】即ち、この制御系１０は、前記圧力計５に
て検出される配管系３における圧縮空気の圧力Ｐを微分
して、その時間微分値［dＰ／dｔ］を圧力Ｐの変化分Δ
Ｐとして求める圧力変化検出手段（微分手段）１１を備
える。更に制御系１０は、上記圧力変化分ΔＰに所定の
係数（１／Ｃ）を乗じる係数手段１２を備える。尚、上
記Ｃは、空気の気体定数をＲ、温度をＴ、配管系の容積
をＶとしたとき、［ＲＴ／Ｖ］として与えられる。
て検出される配管系３における圧縮空気の圧力Ｐを微分
して、その時間微分値［dＰ／dｔ］を圧力Ｐの変化分Δ
Ｐとして求める圧力変化検出手段（微分手段）１１を備
える。更に制御系１０は、上記圧力変化分ΔＰに所定の
係数（１／Ｃ）を乗じる係数手段１２を備える。尚、上
記Ｃは、空気の気体定数をＲ、温度をＴ、配管系の容積
をＶとしたとき、［ＲＴ／Ｖ］として与えられる。
【００１４】そして制御系１０は、更に上記係数手段１
２により所定の係数（１／Ｃ）を乗じた圧力変化分ΔＰ
×（１／Ｃ）と、前記流量計６にて検出された圧縮空気
の質量流量Ｑinとに従って圧縮空気の使用量Ｑoutを Ｑout ＝Ｑin−ΔＰ×（１／Ｃ）＝Ｑin−ΔＰ／（ＲＴ
／Ｖ） として求める差分手段１３を備える。このようにして求
められる圧縮空気の使用量Ｑoutが、前記コンプレッサ
１ａ,１ｂ,〜１ｎの作動を制御する制御部１４に対して
フィードバック制御量として与えられる。
２により所定の係数（１／Ｃ）を乗じた圧力変化分ΔＰ
×（１／Ｃ）と、前記流量計６にて検出された圧縮空気
の質量流量Ｑinとに従って圧縮空気の使用量Ｑoutを Ｑout ＝Ｑin−ΔＰ×（１／Ｃ）＝Ｑin−ΔＰ／（ＲＴ
／Ｖ） として求める差分手段１３を備える。このようにして求
められる圧縮空気の使用量Ｑoutが、前記コンプレッサ
１ａ,１ｂ,〜１ｎの作動を制御する制御部１４に対して
フィードバック制御量として与えられる。
【００１５】尚、制御部１４によるコンプレッサ１ａ,
１ｂ,〜１ｎの作動制御の形態については、従来より提
唱されているＰＩＤ制御等の手法を適宜採用すれば良
い。また各コンプレッサ１ａ,１ｂ,〜１ｎの運転能力を
それぞれ可変制御することのみならず、並列に設けられ
た複数台のコンプレッサ１ａ,１ｂ,〜１ｎを選択的に駆
動する台数制御を行っても良いことは言うまでもない。
１ｂ,〜１ｎの作動制御の形態については、従来より提
唱されているＰＩＤ制御等の手法を適宜採用すれば良
い。また各コンプレッサ１ａ,１ｂ,〜１ｎの運転能力を
それぞれ可変制御することのみならず、並列に設けられ
た複数台のコンプレッサ１ａ,１ｂ,〜１ｎを選択的に駆
動する台数制御を行っても良いことは言うまでもない。
【００１６】ここで上述したフィードバック制御の原理
について説明すると、配管系３における圧縮空気の状態
は、圧縮空気のモル数をｎとしたとき、気体の状態式か
ら ＰＶ ＝ ｎＲＴ …(１) として表され、この状態式を変形することでその圧力Ｐ
を Ｐ ＝ ｎ×（ＲＴ／Ｖ） …(２) として表すことができる。尚、圧縮空気の温度Ｔが一定
であると看做した場合、空気の気体定数Ｒ、および体積
（配管系３内の容積）Ｖがそれぞれ一定であることから
上記［ＲＴ／Ｖ］自体を一定の係数Ｃであると看做すこ
とができ、従って上式(２)を Ｐ ＝ ｎ×Ｃ …(２ａ) として表現することもできる。
について説明すると、配管系３における圧縮空気の状態
は、圧縮空気のモル数をｎとしたとき、気体の状態式か
ら ＰＶ ＝ ｎＲＴ …(１) として表され、この状態式を変形することでその圧力Ｐ
を Ｐ ＝ ｎ×（ＲＴ／Ｖ） …(２) として表すことができる。尚、圧縮空気の温度Ｔが一定
であると看做した場合、空気の気体定数Ｒ、および体積
（配管系３内の容積）Ｖがそれぞれ一定であることから
上記［ＲＴ／Ｖ］自体を一定の係数Ｃであると看做すこ
とができ、従って上式(２)を Ｐ ＝ ｎ×Ｃ …(２ａ) として表現することもできる。
【００１７】ここで上記モル数ｎに標準状態の気体体積
［２２.４Ｌ］（定数）を乗じることで配管３内におけ
る空気の標準状態での体積Ａを Ａ ＝ ２２.４×ｎ として求めることができる。従ってこの体積Ａを用いて
上式（２ａ）を表現すれば、 Ｐ ＝ Ａ×（Ｃ／２２.４） …(２ｂ) となり、係数Ｃを［Ｃ'＝Ｃ／２２.４］として置き換え
れば、 Ｐ ＝ Ａ×Ｃ' …(２ｃ) として整理することができる。
［２２.４Ｌ］（定数）を乗じることで配管３内におけ
る空気の標準状態での体積Ａを Ａ ＝ ２２.４×ｎ として求めることができる。従ってこの体積Ａを用いて
上式（２ａ）を表現すれば、 Ｐ ＝ Ａ×（Ｃ／２２.４） …(２ｂ) となり、係数Ｃを［Ｃ'＝Ｃ／２２.４］として置き換え
れば、 Ｐ ＝ Ａ×Ｃ' …(２ｃ) として整理することができる。
【００１８】ここで上式（２ｃ）を時間ｔで微分すると
dＰ／dｔ＝ dＡ／dｔ×Ｃ' …(３)
となり、配管中の空気の標準状態における体積変化量
［dＡ／dｔ］を［Ｑ］として置換すれば、上式（３）を dＰ／dｔ＝ Ｑ×Ｃ' …(３ａ) として表すことができる。
［dＡ／dｔ］を［Ｑ］として置換すれば、上式（３）を dＰ／dｔ＝ Ｑ×Ｃ' …(３ａ) として表すことができる。
【００１９】一方、配管中の空気の標準状態における体
積変化量Ｑは、配管中の空気質量の変化量Ｑnに比例
し、空気の標準状態の密度ρ（定数）として Ｑn ＝ Ｑ×ρ …(４) として表すことができる。従って上式（４）を前式
（３）に代入すると dＰ／dｔ＝ Ｑn×（Ｃ'／ρ） ＝ Ｑn×Ｃ" …(５) として示すことができる。つまり配管中の空気質量の変
化量Ｑｎは、前述した係数Ｃ（Ｃ"）に関して圧縮空気
の圧力Ｐの変化分ΔＰ（微分値；dＰ／dｔ）に比例して
いることを見出すことができる。
積変化量Ｑは、配管中の空気質量の変化量Ｑnに比例
し、空気の標準状態の密度ρ（定数）として Ｑn ＝ Ｑ×ρ …(４) として表すことができる。従って上式（４）を前式
（３）に代入すると dＰ／dｔ＝ Ｑn×（Ｃ'／ρ） ＝ Ｑn×Ｃ" …(５) として示すことができる。つまり配管中の空気質量の変
化量Ｑｎは、前述した係数Ｃ（Ｃ"）に関して圧縮空気
の圧力Ｐの変化分ΔＰ（微分値；dＰ／dｔ）に比例して
いることを見出すことができる。
【００２０】一方、上記配管中の空気質量の変化量Ｑｎ
は、或る時点においてコンプレッサ１ａ,１ｂ,〜１ｎが
配管系３に吐出している圧縮空気の吐出量（質量流量）
Ｑinと、配管系３から負荷４ａ,４ｂ,〜４ｍが使用して
いる圧縮空気の使用量（質量流量）Ｑoutとの差、即
ち、 Ｑｎ＝Ｑin−Ｑout …(６) として表し得る。
は、或る時点においてコンプレッサ１ａ,１ｂ,〜１ｎが
配管系３に吐出している圧縮空気の吐出量（質量流量）
Ｑinと、配管系３から負荷４ａ,４ｂ,〜４ｍが使用して
いる圧縮空気の使用量（質量流量）Ｑoutとの差、即
ち、 Ｑｎ＝Ｑin−Ｑout …(６) として表し得る。
【００２１】すると上式(５),(６)に着目すれば、負荷
４ａ,４ｂ,〜４ｍにおける圧縮空気の使用量Ｑoutは、 dＰ／dｔ（＝ΔＰ）＝Ｑｎ×Ｃ ＝（Ｑin−Ｑout）×Ｃ なる関係から、 Ｑout＝Ｑin−（dＰ／dｔ）／Ｃ ＝Ｑin−ΔＰ／Ｃ …(７) として求めることができる。
４ａ,４ｂ,〜４ｍにおける圧縮空気の使用量Ｑoutは、 dＰ／dｔ（＝ΔＰ）＝Ｑｎ×Ｃ ＝（Ｑin−Ｑout）×Ｃ なる関係から、 Ｑout＝Ｑin−（dＰ／dｔ）／Ｃ ＝Ｑin−ΔＰ／Ｃ …(７) として求めることができる。
【００２２】そして圧縮空気の圧力Ｐに変化がないと
き、つまり［dＰ／dｔ＝０］のときには、コンプレッサ
１ａ,１ｂ,〜１ｎが吐出している圧縮空気の吐出量Ｑin
と、負荷４ａ,４ｂ,〜４ｍが使用している圧縮空気の使
用量Ｑoutとが等しいことを意味する［Ｑout＝Ｑin］。
また負荷４ａ,４ｂ,〜４ｍが使用している圧縮空気の使
用量Ｑoutが０のときには［Ｑout＝０］、圧縮空気の圧
力Ｐの変化は、コンプレッサ１ａ,１ｂ,〜１ｎが吐出し
ている圧縮空気の吐出量Ｑinに応じたものとなる［dＰ
／dｔ＝Ｑin×Ｃ］。
き、つまり［dＰ／dｔ＝０］のときには、コンプレッサ
１ａ,１ｂ,〜１ｎが吐出している圧縮空気の吐出量Ｑin
と、負荷４ａ,４ｂ,〜４ｍが使用している圧縮空気の使
用量Ｑoutとが等しいことを意味する［Ｑout＝Ｑin］。
また負荷４ａ,４ｂ,〜４ｍが使用している圧縮空気の使
用量Ｑoutが０のときには［Ｑout＝０］、圧縮空気の圧
力Ｐの変化は、コンプレッサ１ａ,１ｂ,〜１ｎが吐出し
ている圧縮空気の吐出量Ｑinに応じたものとなる［dＰ
／dｔ＝Ｑin×Ｃ］。
【００２３】従ってコンプレッサ１ａ,１ｂ,〜１ｎが配
管系３に吐出している圧縮空気の吐出量（質量流量）Ｑ
inを流量計６を用いて求め、また配管系３に供給された
圧縮空気の圧力Ｐを圧力計５を用いて検出し、その圧力
の時間変化（時間微分値；dＰ／dｔ）を変化分ΔＰとし
て求めれば、これによって前式(６)に従って負荷４ａ,
４ｂ,〜４ｍが使用している圧縮空気の使用量（質量流
量）Ｑoutを求めることが可能となる。そして負荷４ａ,
４ｂ,〜４ｍが使用している圧縮空気の使用量（質量流
量）Ｑoutを補うべくコンプレッサ１ａ,１ｂ,〜１ｎの
作動を制御すれば、つまり上記質量流量Ｑoutを制御量
として、コンプレッサ１ａ,１ｂ,〜１ｎの作動をフィー
ドバック制御すれば、配管系３内における圧縮空気を、
図３に示すように略一定に保つことが可能となる。
管系３に吐出している圧縮空気の吐出量（質量流量）Ｑ
inを流量計６を用いて求め、また配管系３に供給された
圧縮空気の圧力Ｐを圧力計５を用いて検出し、その圧力
の時間変化（時間微分値；dＰ／dｔ）を変化分ΔＰとし
て求めれば、これによって前式(６)に従って負荷４ａ,
４ｂ,〜４ｍが使用している圧縮空気の使用量（質量流
量）Ｑoutを求めることが可能となる。そして負荷４ａ,
４ｂ,〜４ｍが使用している圧縮空気の使用量（質量流
量）Ｑoutを補うべくコンプレッサ１ａ,１ｂ,〜１ｎの
作動を制御すれば、つまり上記質量流量Ｑoutを制御量
として、コンプレッサ１ａ,１ｂ,〜１ｎの作動をフィー
ドバック制御すれば、配管系３内における圧縮空気を、
図３に示すように略一定に保つことが可能となる。
【００２４】従って負荷４ａ,４ｂ,〜４ｍが必要とする
圧縮空気の必要圧力Ｐneedに比較して、配管系３に供給
すべき圧縮空気の設定圧力Ｐsetを大きく設定する必要
がない。即ち、従来のようにコンプレッサ１ａ,１ｂ,〜
１ｎの起動に伴う圧縮空気の圧力変動を見込んで配管系
３に対する圧縮空気の設定圧力Ｐsetを大きく設定しな
くても、圧縮空気の必要圧力Ｐneedと同程度の設定圧力
Ｐset、或いは僅かに高い設定圧力Ｐsetの下でコンプレ
ッサ１ａ,１ｂ,〜１ｎの作動を効率的にフィードバック
制御することが可能となる。これ故、コンプレッサ１
ａ,１ｂ,〜１ｎの駆動に要するエネルギ（電気量）を大
幅に低減し、その省エネルギ化を図ることが可能とな
る。
圧縮空気の必要圧力Ｐneedに比較して、配管系３に供給
すべき圧縮空気の設定圧力Ｐsetを大きく設定する必要
がない。即ち、従来のようにコンプレッサ１ａ,１ｂ,〜
１ｎの起動に伴う圧縮空気の圧力変動を見込んで配管系
３に対する圧縮空気の設定圧力Ｐsetを大きく設定しな
くても、圧縮空気の必要圧力Ｐneedと同程度の設定圧力
Ｐset、或いは僅かに高い設定圧力Ｐsetの下でコンプレ
ッサ１ａ,１ｂ,〜１ｎの作動を効率的にフィードバック
制御することが可能となる。これ故、コンプレッサ１
ａ,１ｂ,〜１ｎの駆動に要するエネルギ（電気量）を大
幅に低減し、その省エネルギ化を図ることが可能とな
る。
【００２５】またこのような空気供給システムが適用さ
れる工場等においては、多少なりともその配管系３から
空気漏れが生じることが否めない。しかしこの空気漏れ
の分についても、前述したシステムによれば空気使用対
象機器による空気使用量と併せた総合的な空気消費量と
して検出することができるので、コンプレッサ１ａ,１
ｂ,〜１ｎを効率的に駆動して配管系３の圧縮空気の圧
力を安定に保つことができる。
れる工場等においては、多少なりともその配管系３から
空気漏れが生じることが否めない。しかしこの空気漏れ
の分についても、前述したシステムによれば空気使用対
象機器による空気使用量と併せた総合的な空気消費量と
して検出することができるので、コンプレッサ１ａ,１
ｂ,〜１ｎを効率的に駆動して配管系３の圧縮空気の圧
力を安定に保つことができる。
【００２６】尚、本発明は上述した実施形態に限定され
るものではない。例えば配管系３に組み込む流量計６と
して、従来一般的な体積流量計測用の差圧式、タービン
式、容積式、渦式、超音波式等の流量計を用いる場合に
は、例えば図４に示すように体積流量計６ａにて計測さ
れる圧縮空気の体積流量Ｑvを、変換器６ｂを用いて圧
縮空気の圧力Ｐと温度Ｔとに従い、前述した気体の状態
式に従って質量流量Ｑmに変換するようにすれば良い。
また質量量良計を用いる場合には、前述した熱式流量計
に代えてコリオリ式質量流量計を用いることも勿論可能
である。
るものではない。例えば配管系３に組み込む流量計６と
して、従来一般的な体積流量計測用の差圧式、タービン
式、容積式、渦式、超音波式等の流量計を用いる場合に
は、例えば図４に示すように体積流量計６ａにて計測さ
れる圧縮空気の体積流量Ｑvを、変換器６ｂを用いて圧
縮空気の圧力Ｐと温度Ｔとに従い、前述した気体の状態
式に従って質量流量Ｑmに変換するようにすれば良い。
また質量量良計を用いる場合には、前述した熱式流量計
に代えてコリオリ式質量流量計を用いることも勿論可能
である。
【００２７】また前記制御系１０をマイクロコンピュー
タ等により構成する場合には、例えば図５にその処理概
念を示すように、圧力計５にて求められる圧縮空気の圧
力Ｐを所定の周期毎にサンプリングすると共に［ステッ
プＳ１］、この圧力Ｐのサンプリングに同期して前記流
量計６にて求められる質量流量Ｑinをサンプリングする
［ステップＳ２］。次いで前記サンプリング点間におけ
る上記圧力Ｐの変化分ΔＰを求め［ステップＳ３］、更
にこの圧力変化分ΔＰに所定の係数１／Ｃ（＝Ｖ／Ｒ
Ｔ）を乗じる［ステップＳ４］。そして前記質量流量Ｑ
inと上記圧力変化分ΔＰを係数処理した値ΔＰ（１／
Ｃ）とから、コンプレッサ１ａ,１ｂ,〜１ｎに対するフ
ィードバック制御量として圧縮空気の使用量Ｑoutを求
める［ステップＳ５］ようにすれば良い。
タ等により構成する場合には、例えば図５にその処理概
念を示すように、圧力計５にて求められる圧縮空気の圧
力Ｐを所定の周期毎にサンプリングすると共に［ステッ
プＳ１］、この圧力Ｐのサンプリングに同期して前記流
量計６にて求められる質量流量Ｑinをサンプリングする
［ステップＳ２］。次いで前記サンプリング点間におけ
る上記圧力Ｐの変化分ΔＰを求め［ステップＳ３］、更
にこの圧力変化分ΔＰに所定の係数１／Ｃ（＝Ｖ／Ｒ
Ｔ）を乗じる［ステップＳ４］。そして前記質量流量Ｑ
inと上記圧力変化分ΔＰを係数処理した値ΔＰ（１／
Ｃ）とから、コンプレッサ１ａ,１ｂ,〜１ｎに対するフ
ィードバック制御量として圧縮空気の使用量Ｑoutを求
める［ステップＳ５］ようにすれば良い。
【００２８】更にはここでは圧縮空気の温度Ｔが一定で
あると看做してコンプレッサ１ａ,１ｂ,〜１ｎに対する
フィードバック制御量Ｑinを求めたが、温度Ｔに変化が
あるような場合には、図１に示すように補正手段１５を
用いて上述した如く求めた圧縮空気の使用量Ｑoutに対
して温度補正を施すようにすれば良い。尚、図１に示す
実施形態においては圧力計５と流量計６とをエアタンク
２の近傍に設置しているので、両者の計測結果には実質
的に時間差がないものとして取り扱うことができる。し
かし実際的には圧力計５と流量計６とが距離的に離れて
設置されることがあり、その計測に時間差が生じる場合
がある。このような場合においても前記補正手段１５を
用いて圧縮空気の使用量Ｑoutを補正するようにすれば
良い。
あると看做してコンプレッサ１ａ,１ｂ,〜１ｎに対する
フィードバック制御量Ｑinを求めたが、温度Ｔに変化が
あるような場合には、図１に示すように補正手段１５を
用いて上述した如く求めた圧縮空気の使用量Ｑoutに対
して温度補正を施すようにすれば良い。尚、図１に示す
実施形態においては圧力計５と流量計６とをエアタンク
２の近傍に設置しているので、両者の計測結果には実質
的に時間差がないものとして取り扱うことができる。し
かし実際的には圧力計５と流量計６とが距離的に離れて
設置されることがあり、その計測に時間差が生じる場合
がある。このような場合においても前記補正手段１５を
用いて圧縮空気の使用量Ｑoutを補正するようにすれば
良い。
【００２９】また前述した実施形態においては、コンプ
レッサ１をフィードバック制御する例について示した
が、予測制御等のフィードフォワード制御を用いること
も可能である。その他、本発明はその要旨を逸脱しない
範囲で種々変形して実施することができる。
レッサ１をフィードバック制御する例について示した
が、予測制御等のフィードフォワード制御を用いること
も可能である。その他、本発明はその要旨を逸脱しない
範囲で種々変形して実施することができる。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、圧
縮空気の質量流量に着目してコンプレッサの作動を制御
するので、コンプレッサから配管系を介して空気使用機
器に供給される圧縮空気の消費量をリアルタイムに計測
し、その圧力を容易に適正化することができる。この結
果、コンプレッサの駆動に要するエネルギ（電力量）を
低減してその省エネルギ化を効果的に図り得る。しかも
簡易にして効果的に圧縮空気の安定供給を実現すること
ができる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
縮空気の質量流量に着目してコンプレッサの作動を制御
するので、コンプレッサから配管系を介して空気使用機
器に供給される圧縮空気の消費量をリアルタイムに計測
し、その圧力を容易に適正化することができる。この結
果、コンプレッサの駆動に要するエネルギ（電力量）を
低減してその省エネルギ化を効果的に図り得る。しかも
簡易にして効果的に圧縮空気の安定供給を実現すること
ができる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
【図１】本発明の一実施形態に係る空気供給システムの
全体的な概略構成図。
全体的な概略構成図。
【図２】質量流量を計測する為の熱式流量計の例を示す
図。
図。
【図３】図１に示す空気供給システムにおける空気消費
量に基づくコンプレッサの制御による配管系での圧縮空
気の圧力変化の様子を示す図。
量に基づくコンプレッサの制御による配管系での圧縮空
気の圧力変化の様子を示す図。
【図４】質量流量を計測する流量計の別の構成例を示す
図。
図。
【図５】マイクロコンピュータによる空気使用量（制御
量）Ｑoutの算出手順の例を示す図。
量）Ｑoutの算出手順の例を示す図。
【図６】従来の空気供給システムにおける圧縮空気の圧
力変化とコンプレッサからの圧縮空気の吐出量（流量）
の変化の様子を示す図。
力変化とコンプレッサからの圧縮空気の吐出量（流量）
の変化の様子を示す図。
１ａ,１ｂ,〜１ｎ コンプレッサ
２ エアタンク
３ 配管系
４ａ,４ｂ,〜４ｍ 負荷
５ 圧力計
６ 流量計
１０ 制御系
１１ 微分手段（ΔＰ算出）
１２ 係数手段
１３ 差分手段
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 新井 敏也
東京都渋谷区渋谷２丁目12番19号 株式会
社山武内
Ｆターム(参考） 2F035 EA08
3H045 AA02 AA09 AA16 AA26 BA19
BA20 BA32 CA04 CA06 DA04
EA13 EA14 EA26 EA34
5H307 BB02 DD01 DD07 DD08 EE22
EE26 FF03 FF04 FF05 FF12
FF15 GG11 GG15 HH04 HH12
Claims (5)
- 【請求項１】 コンプレッサにより生成された圧縮空気
を所定の配管系を介して空気使用対象機器に供給する圧
縮空気供給システムの空気消費量計測方法であって、 前記配管系を介して前記空気使用対象に供給される圧縮
空気の質量流量と圧力変化とを求め、この質量流量と圧
力変化とに基づいて空気使用量を求めることを特徴とす
る空気供給システムの空気消費量計測方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の空気供給システムの空
気消費量計測方法にて求められる空気消費量に基づい
て、コンプレッサの動作を制御することを特徴とする空
気供給システムの制御方法。 - 【請求項３】 コンプレッサにより生成された圧縮空気
を所定の配管系を介して空気使用対象機器に供給する圧
縮空気供給システムの空気消費量計測装置であって、 前記配管系を介して前記空気使用対象に供給される圧縮
空気の質量流量を求める流量検出手段と、 前記配管系を介して前記空気使用対象に供給される圧縮
空気の圧力を求める圧力検出手段と、 この圧力検出手段にて求められた圧力の変化分を求める
圧力変化検出手段と、前記流量検出手段にて求められる
質量流量と前記圧力変化検出手段にて求められる圧力の
変化分とに基づいて空気消費量を検出する空気消費量検
出手段ととを具備したことを特徴とする空気供給システ
ムの空気使用量計測装置。 - 【請求項４】 前記圧縮空気の質量流量を求める流量計
は、ヒータ素子と、このヒータ素子を挟んで圧縮空気の
通流方向に設けられた一対の温度センサとを具備した熱
式流量計からなる請求項３に記載の空気供給システムの
空気使用量計測装置。 - 【請求項５】 請求項３または４に記載の空気供給シス
テムの空気使用量計測装置にて求められ空気消費量に基
づいて、前記コンプレッサを制御する制御手段を備えた
ことを特徴とする空気供給システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001338031A JP3891261B2 (ja) | 2001-11-02 | 2001-11-02 | 空気供給システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001338031A JP3891261B2 (ja) | 2001-11-02 | 2001-11-02 | 空気供給システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003140752A true JP2003140752A (ja) | 2003-05-16 |
| JP3891261B2 JP3891261B2 (ja) | 2007-03-14 |
Family
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001338031A Expired - Fee Related JP3891261B2 (ja) | 2001-11-02 | 2001-11-02 | 空気供給システム |
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Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005214137A (ja) * | 2004-01-30 | 2005-08-11 | Hitachi Ltd | 圧縮機 |
| JP2009524052A (ja) * | 2006-01-20 | 2009-06-25 | フィッシャー コントロールズ インターナショナル リミテッド ライアビリティー カンパニー | プロセスコントロール流体消費の測定システム |
| JP2011059005A (ja) * | 2009-09-11 | 2011-03-24 | Fukuoka Denki Kk | 流量計測ユニットおよびそれを用いる流量計測システム |
| JP2012067754A (ja) * | 2005-09-30 | 2012-04-05 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd | 空気圧縮装置の制御装置 |
| CN101672271B (zh) * | 2009-10-19 | 2012-05-23 | 北京乐普四方方圆科技股份有限公司(中国) | 一种具有恒压与休眠功能的空压机节能控制方法 |
| JP2012154294A (ja) * | 2011-01-28 | 2012-08-16 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd | 気体圧縮装置の制御装置 |
| WO2014073265A1 (ja) * | 2012-11-09 | 2014-05-15 | オムロン株式会社 | ライン制御装置、その制御方法、プログラム、および記憶媒体 |
| CN105022418A (zh) * | 2015-08-04 | 2015-11-04 | 衡阳中微科技开发有限公司 | 通过流量自动调节装置来稳定负压气力输送系统气流流量的方法 |
| CN114370949A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-04-19 | 贵州电网有限责任公司 | 一种压缩空气储能系统温度限制出力预测方法 |
-
2001
- 2001-11-02 JP JP2001338031A patent/JP3891261B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4584599B2 (ja) * | 2004-01-30 | 2010-11-24 | 株式会社日立製作所 | 圧縮機 |
| JP2005214137A (ja) * | 2004-01-30 | 2005-08-11 | Hitachi Ltd | 圧縮機 |
| JP2012067754A (ja) * | 2005-09-30 | 2012-04-05 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd | 空気圧縮装置の制御装置 |
| US8483998B2 (en) | 2006-01-20 | 2013-07-09 | Fisher Controls International Llc | In situ emission measurement for process control equipment |
| JP2009524052A (ja) * | 2006-01-20 | 2009-06-25 | フィッシャー コントロールズ インターナショナル リミテッド ライアビリティー カンパニー | プロセスコントロール流体消費の測定システム |
| JP2011059005A (ja) * | 2009-09-11 | 2011-03-24 | Fukuoka Denki Kk | 流量計測ユニットおよびそれを用いる流量計測システム |
| CN101672271B (zh) * | 2009-10-19 | 2012-05-23 | 北京乐普四方方圆科技股份有限公司(中国) | 一种具有恒压与休眠功能的空压机节能控制方法 |
| JP2012154294A (ja) * | 2011-01-28 | 2012-08-16 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd | 気体圧縮装置の制御装置 |
| WO2014073265A1 (ja) * | 2012-11-09 | 2014-05-15 | オムロン株式会社 | ライン制御装置、その制御方法、プログラム、および記憶媒体 |
| JP2014096048A (ja) * | 2012-11-09 | 2014-05-22 | Omron Corp | ライン制御装置、その制御方法、およびプログラム |
| CN105022418A (zh) * | 2015-08-04 | 2015-11-04 | 衡阳中微科技开发有限公司 | 通过流量自动调节装置来稳定负压气力输送系统气流流量的方法 |
| CN105022418B (zh) * | 2015-08-04 | 2018-12-14 | 衡阳中微科技开发有限公司 | 通过流量自动调节装置来稳定负压气力输送系统气流流量的方法 |
| CN114370949A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-04-19 | 贵州电网有限责任公司 | 一种压缩空气储能系统温度限制出力预测方法 |
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|---|---|
| JP3891261B2 (ja) | 2007-03-14 |
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