JP2005048755A - コンプレッサの台数制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】 複数台数のコンプレッサの運転に際し、特に駆動周波数可変を併用して、様々な負荷変動に応じて効率よくコンプレッサを稼働させるコンプレッサの台数制御システムを得る。
【解決手段】 複数台数の駆動周波数が一定とされた定速コンプレッサ１と、所定台数の駆動周波数が可変とされたインバータコンプレッサ２と、これら定速コンプレッサ１及びインバータコンプレッサ２の圧縮気体吐出側を共通接続して圧縮気体需要機器４側へ送気するエアー配管３と、エアー配管３の圧力を検出する圧力センサ５と、圧力センサ５が検出する圧力値によってインバータコンプレッサ２の駆動周波数を制御して常時容量調整を行い、インバータコンプレッサ２からの駆動周波数信号及び圧力センサ５の検出値に基づき定速コンプレッサ１の運転台数を制御する台数制御手段６とを備え、圧縮気体需要機器４に応じて最適の運転パターンに切り換えるものとした。
【選択図】 図１

Description

発明の詳細な説明

本発明は圧縮気体需要機器に圧縮空気を供給するための複数台数のコンプレッサの運転に際し、特に駆動周波数可変を併用して、様々な負荷変動に応じて効率よくコンプレッサを稼働させるコンプレッサの台数制御システムに関するものである。

工場空気源等、複数台のコンプレッサ（空気圧縮機）を併用して圧縮空気を発生させ、必要な圧力を確保しながら流量を調整して効率よく圧縮気体需要機器用の圧縮空気を確保するには、必要な圧力を維持することが重要であり、需要機器変動に応じてコンプレッサの運転台数を制御するものがあり、圧力を監視対象としてコンプレッサの起動又は停止を制御する構成が一般的である。圧力監視によらぬものとして、例えば特公平２−６１６３４号公報は、複数のコンプレッサに配管部を介して需要変動負荷を接続したものにおいて、所定時間内のコンプレッサより負荷への供給圧力の変化値を算出する圧力変化算出部と、コンプレッサよりの吐出流量と負荷へ配管部を介して実供給された供給流量との差である過不足流量を供給圧力変化値より算出する過不足流量算出部と、過不足流量と吐出流量から供給流量を算出する供給流量算出部とを備え、需要変動負荷の要求需要流量に応じてコンプレッサの台数制御を行うものがあり、また、特開平６−２４９１９０号公報は、圧送流量を検出する流量計と圧送流量に応じて必要な圧縮機の台数を選定し各圧縮機をロード、アンロード切換、或いは起動、停止させる台数制御盤と、吸込絞り弁による圧力一定制御の圧縮機複数台より構成され、圧縮機貯蔵用のレシーバタンクを用いずに圧送圧力を一定に保ちながら、圧送流量に応じて圧縮機の台数制御を行うものがある。

発明が解決しようとする課題

しかし、特公平２−６１６３４号公報では圧力変化算出部と過不足流量算出部と供給流量算出部とを備え、需要変動負荷の要求需要流量に応じて台数制御を行うもので、多数の流量計をつけることなく、また、圧力監視方式とも異なると記載されているが、圧力センサと流量計とを備えるものであり、極め細かな容量調整は望めない。また、特開平６−２４９１９０号公報ではロード、アンロード切換をおこない、レシーバタンクを用いずに圧送圧力を一定に保ちながら、圧送流量に応じて圧縮機の台数制御を行うものとしているが、吸込み気体流量を絞る吸込み絞り弁と、吐出気体を放風する放風弁と、吐出圧力を検出し制御する圧力調節計と、圧送流量を検出する流量計とを備える等、複雑な構成となるとともに、放風ロスを生じるいう問題があった。

更に、何れの例もコンプレッサの起動又は停止により段階的に容量調整をするので変動幅は粗いという欠点は共通である。また、圧力を監視て台数制御するもので、駆動周波数が可変とされたインバータコンプレッサを併用し、段階的でない容量調整を狙ったものがあるが、この発明は圧力を監視するだけでは、インバータコンプレッサが無駄な運転をするため、インバータコンプレッサの風量調節範囲を３０〜１００％の範囲を保つ様にインバータコンプレッサの周波数と圧力センサの圧力を併用して制御するものとした。

課題を解決するための手段

上記の課題を解決するために、本発明は複数台数の駆動周波数が一定とされた定速コンプレッサと、所定台数の駆動周波数が可変とされたインバータコンプレッサと、これら定速コンプレッサ及びインバータコンプレッサの圧縮気体吐出側を共通接続して圧縮気体需要機器側へ送気するエアー配管と、このエアー配管の圧力を検出する圧力センサと、この圧力センサが検出する圧力値によって前記インバータコンプレッサの駆動周波数を制御して常時容量調整を行い、このインバータコンプレッサからの駆動周波数信号及び前記圧力センサの検出値に基づき前記定速コンプレッサの運転台数を制御する台数制御手段とを備え、圧縮気体需要機器に応じて最適の運転パターンに切り換えるものとした。

また、前記台数制御手段は前記圧力センサが検出する圧力値が設定圧力より低くなればインバータコンプレッサの駆動周波数を上げ、設定圧力より高くなればインバータコンプレッサの駆動周波数を下げることにより前記インバータコンプレッサを常時容量調整用として運転し、このインバータコンプレッサからの駆動周波数信号が設定下限周波数を下回った時点、又は前記圧力センサの検出値が所定高位圧力値以上で運転中の定速コンプレッサ１台を即アンロードとして圧縮気体吐出量を減少させ、インバータコンプレッサからの駆動周波数信号が設定上限周波数を上回った時点、又は前記圧力センサの検出値が所定低位圧力値以下で定速コンプレッサのアンロード機１台を即オンロードとし、又はアンロード機がない場合は停止中の定速コンプレッサ１台を即起動して圧縮気体吐出量を増大させることにより定速コンプレッサをベースロードとして運転するとともに、さらに前記圧力センサの検出値が第２の所定高位圧力値以上で運転中の定速コンプレッサ１台を即アンロードとして圧縮気体吐出量を減少させ、又は前記圧力センサの検出値が第２又は第３の所定低位圧力値以下で定速コンプレッサのアンロード機１台を即オンロードとし、又はアンロード機がない場合は停止中の定速コンプレッサ１台を即起動して圧縮気体吐出量を増大させるものとするとよい。

以上の構成とすると、インバータコンプレッサの駆動周波数を検知し台数制御することにより、インバータコンプレッサの効率が高い部分だけの運転をすることで、能力を十分に発揮出来、また、むだな運転をなくすことが出来、更に圧力変動を抑えられ、圧力品質が高められ、ベースロードとしての定速コンプレッサの運転台数制御を行い、定速コンプレッサを余分に運転させることがなく、無駄なアンロード機をなくせるため、より省エネ効果が上げられ、また、インバータコンプレッサにより常時容量調整が行なわれるので、定速コンプレッサの起動頻度が抑えられて、起動衝撃による劣化や寿命えの悪影響が防がれる。

また、前記インバータコンプレッサは定速コンプレッサの２倍の風量を持たせたものとし、下限周波数については効率悪化部である不安定な３０％以下の風量領域を使用しないように設定すると、インバータコンプレッサの運転は効率が高い部分だけの運転となる。更に前記エアー配管と圧縮気体需要機器との間に圧縮気体貯蔵用の圧力タンクを介在させると、圧縮気体容量に余裕を持たせ圧力の変動を少なくすることが出来る。

以下本発明の一実施例を図により説明する。図１は本発明の一実施形態に係るコンプレッサの台数制御システムの構成図であり、図２は同システムにおける台数制御状況を示す図であり、図３は同じくインバータコンプレッサの制御状態を示す図であり、図４は同じく台数制御範囲を示す図であり、図５は同じく台数制御例を示すタイムチャートである。

図１において、１は複数台数（Ｎ台）の駆動周波数が一定とされた定速コンプレッサ（１−１、１−２、１−３、１−４・・１−Ｎ）であり、２は所定台数（容量により任意に定めた１台又は２台）の駆動周波数が可変とされたインバータコンプレッサ（２−１、２−２）であり、このインバータコンプレッサ２は前記定速コンプレッサ１の２倍の風量を持たせたものとし、不安定な３０％以下の風量領域を使用しないようにし、３はこれら定速コンプレッサ１及びインバータコンプレッサ２の圧縮気体吐出側を共通接続して負荷である圧縮気体需要機器４側へ送気するエアー配管であり、５はこのエアー配管３の圧力を検出する圧力センサであり、６はこの圧力センサ５が検出する圧力値（０〜１ＭＰａ、圧力信号４〜２０ｍＡ）によって前記インバータコンプレッサ２の駆動周波数（０〜６０Ｈｚ）を制御し、このインバータコンプレッサ２からの駆動周波数信号（４〜２０ｍＡ）及び前記圧力センサ５の検出値に基づき前記定速コンプレッサ１の運転台数を制御する台数制御手段であり、７は前記定速コンプレッサ１及びインバータコンプレッサ２の圧縮気体吐出側と圧縮気体需要機器４との間に設けた圧縮気体貯蔵用の圧力タンクであるが、ヘッダでもよく、圧縮気体容量に余裕を持たせ圧力の変動を少なくする。

図２は台数制御状況を示す図であり、２台のインバータコンプレッサ２を常時容量調整用として運転し、３台の定速コンプレッサ１を負荷に対するベースロードとして台数制御しながら運転している例である。図３はインバータコンプレッサの制御状態を示す図であり、図１に示したごとく２台のインバータコンプレッサ２には圧力タンク７に取付けた圧力センサ５の圧力信号を取り込み目標圧力たとえば０．５７ＭＰａとなるよう駆動周波数を制御されるとともに、２台のインバータコンプレッサ２からの駆動周波数信号を台数制御手段６に取り込み、インバータコンプレッサ２からの駆動周波数信号の上限、下限と圧力値を設定して台数制御を行うもので、２台のインバータコンプレッサ２は同時に起動し、図３のように上限周波数を越えた場合は定速コンプレッサ１を１台起動し、下限周波数を下回った場合は定速コンプレッサ１を１台停止する。下限周波数については効率悪化部を使用しないように設定する。

以下、上記構成からなる本実施例の動作について、台数制御範囲を示す図４及び台数制御例のタイムチャートを示す図５にて説明する。前記台数制御手段６は圧力センサ５の圧力信号Ｐが目標圧力（０．５７ＭＰａ）より低い場合は回転数を増大させて圧縮圧力を上昇させるよう２台のインバータコンプレッサ２の駆動周波数を上昇させ、圧力信号Ｐが目標圧力（０．５７ＭＰａ）より高い場合は回転数を減少させて圧縮圧力を低下させるよう２台のインバータコンプレッサ２の駆動周波数を降下させることにより、常時容量調整を行う。運転台数制御は、圧力上昇によりインバータコンプレッサ２の駆動周波数が下限周波数（３０．０Ｈｚ）を下回った時点、又は圧力信号ＰがＨ（０．５８ＭＰａ）以上となると、定速コンプレッサ１を１台アンロードし、停止制限タイマー及び、ＨＴタイマー経過後、アンロード機を停止する。更に圧力信号ＰがＨＨ（０．６０ＭＰａ）以上となると、即定速コンプレッサ１を１台アンロードし、ＨＴタイマー経過後、アンロード機を停止（Ｌ＜Ｐでタイマーカウント）する、すなわちアンロード効果待ち後、Ｈ以上の場合、アンロード機追加する。それでも圧力信号ＰがＰＨＨ（０．６０ＭＰａ）以上でありＨＨＴタイマー経過すると、アンロード機を停止（Ｈ＜Ｐでタイマーカウント）する、すなわちアンロード効果待ち後、ＨＨ以上の場合、アンロード機追加する。

一方、圧力降下によりインバータコンプレッサ２の駆動周波数が上限周波数（５３．０Ｈｚ）を上回った時点、又は圧力信号ＰがＬ（０．５６ＭＰａ）以下となると、即定速コンプレッサ１を１台オンロードし、また、アンロード機が無い場合は即１台起動する、すなわちオンロード効果待ち後、Ｌ以下の場合、オンロード機追加し、また、アンロード機が無い場合、ＬＴタイマー経過後１台起動する。更に圧力信号ＰがＬＬ（０．５４ＭＰａ）以下となると、即定速コンプレッサ１を１台オンロードし、また、アンロード機が無い場合は即１台起動する、すなわちオンロード効果待ち後、ＬＬ以下の場合、オンロード機追加し、また、アンロード機が無い場合、ＬＬＴタイマー経過後１台起動する。更に圧力信号ＰがＬＬＬ（０．５２ＭＰａ）以下で即定速コンプレッサ１を１台オンロードし、また、アンロード機が無い場合は即１台起動する、すなわちオンロード効果待ち後、ＬＬＬ以下の場合、オンロード機追加し、また、アンロード機が無い場合、ＬＬＬＴタイマー経過後１台起動する。また、急激な圧力変動により Ｌ→ＬＬ→ＬＬＬ となった場合、連続起動（５秒間隔）となる。

以上により、圧力を監視対象とする従来の台数制御に対して、本実施例は２台のインバータコンプレッサ２の駆動周波数を制御することにより常時容量調整を行うので、インバータコンプレッサ２の能力を十分に発揮出来、また、むだな運転をなくすことが出来、更に圧力変動を抑えられ、圧力品質が高められる。インバータコンプレッサ２の駆動周波数が下限周波数を下回った時点、又は圧力信号ＰがＨ以上となると、定速コンプレッサ１を１台アンロードし、停止制限タイマー及び、ＨＴタイマー経過後、アンロード機を停止し、更に圧力信号ＰがＨＨ以上となると、即定速コンプレッサ１を１台アンロードし、ＨＴタイマー経過後、アンロード機を停止し、一方、駆動周波数が上限周波数を上回った時点、又は圧力信号ＰがＬ以下となると、即定速コンプレッサ１を１台オンロードし、また、アンロード機が無い場合は即１台起動し、更に圧力信号ＰがＬＬ以下となると、即定速コンプレッサ１を１台オンロードし、また、アンロード機が無い場合は即１台起動し、更に圧力信号ＰがＬＬＬ以下で即定速コンプレッサ１を１台オンロードし、また、アンロード機が無い場合は即１台起動する等により、ベースロードとしての定速コンプレッサ１の運転台数制御を行うので、定速コンプレッサ１を余分に運転させることがなく、無駄なアンロード機をなくせるため、より省エネ効果が上げられ、また、インバータコンプレッサ２により常時容量調整が行なわれるので、定速コンプレッサ１の起動頻度が抑えられて、起動衝撃による劣化や寿命への悪影響が防がれる。また、インバータコンプレッサ２は定速コンプレッサ１の２倍の風量を持たせたものとし、下限周波数については効率悪化部である不安定な３０％以下の風量領域を使用しないように設定されているので、インバータコンプレッサ２の効率の悪い運転が無くなり、圧力最適化制御が可能となる。

発明の効果

本発明は、複数台数の駆動周波数が一定とされた定速コンプレッサと、所定台数の駆動周波数が可変とされたインバータコンプレッサと、これら定速コンプレッサ及びインバータコンプレッサの圧縮気体吐出側を共通接続して圧縮気体需要機器側へ送気するエアー配管と、このエアー配管の圧力を検出する圧力センサと、この圧力センサが検出する圧力値によって前記インバータコンプレッサの駆動周波数を制御して常時容量調整を行い、このインバータコンプレッサからの駆動周波数信号及び前記圧力センサの検出値に基づき前記定速コンプレッサの運転台数を制御する台数制御手段とを備え、圧縮気体需要機器に応じて最適の運転パターンに切り換えるものとしたから、インバータコンプレッサの効率が高い部分だけの運転をすることで、能力を十分に発揮出来、また、むだな運転をなくすことが出来、更に圧力変動を抑えられ、圧力品質が高められ、ベースロードとしての定速コンプレッサの運転台数制御を行い、定速コンプレッサを余分に運転させることがなく、無駄なアンロード機をなくせるため、より省エネ効果が上げられ、また、インバータコンプレッサにより常時容量調整が行なわれるので、定速コンプレッサの起動頻度が抑えられて、起動衝撃による劣化や寿命えの悪影響を防ぐことが出来るコンプレッサの台数制御システムが提供出来る。

また、前記台数制御手段は圧力センサが検出する圧力値が設定圧力より低くなればインバータコンプレッサの駆動周波数を上げ、設定圧力より高くなればインバータコンプレッサの駆動周波数を下げることによりインバータコンプレッサを常時容量調整用として運転し、インバータコンプレッサからの駆動周波数信号が設定下限周波数を下回った時点、又は圧力センサの検出値が所定高位圧力値以上で運転中の定速コンプレッサ１台を即アンロードとして圧縮気体吐出量を減少させ、インバータコンプレッサからの駆動周波数信号が設定上限周波数を上回った時点、又は圧力センサの検出値が所定低位圧力値以下で定速コンプレッサのアンロード機１台を即オンロードとし、又はアンロード機がない場合は停止中の定速コンプレッサ１台を即起動して圧縮気体吐出量を増大させることにより定速コンプレッサをベースロードとして運転するとともに、さらに圧力センサの検出値が第２の所定高位圧力値以上で運転中の定速コンプレッサ１台を即アンロードとして圧縮気体吐出量を減少させ、又は圧力センサの検出値が第２又は第３の所定低位圧力値以下で定速コンプレッサのアンロード機１台を即オンロードとし、又はアンロード機がない場合は停止中の定速コンプレッサ１台を即起動して圧縮気体吐出量を増大させるものとすると、インバータコンプレッサの能力を十分に発揮出来、また、むだな運転をなくすことが出来、更に圧力変動を抑えられ、圧力品質が高められ、ベースロードとしての定速コンプレッサの運転台数制御を行い、定速コンプレッサを余分に運転させることがなく、無駄なアンロード機をなくせるため、より省エネ効果が上げられ、また、インバータコンプレッサにより常時容量調整が行なわれるので、定速コンプレッサの起動頻度が抑えられて、起動衝撃による劣化や寿命えの悪影響を防ぐことが出来るコンプレッサの台数制御システムが提供出来る。

また、前記インバータコンプレッサは定速コンプレッサの２倍の風量を持たせたものとし、下限周波数については効率悪化部である不安定な３０％以下の風量領域を使用しないように設定すると、インバータコンプレッサは効率が高い部分だけの運転となり、更に前記エアー配管と圧縮気体需要機器との間に圧縮気体貯蔵用の圧力タンクを介在させると、圧縮気体容量に余裕を持たせ圧力の変動を少なくすることが出来るコンプレッサの台数制御システムが提供出来る。

本発明の一実施例を示すコンプレッサの台数制御システムの構成図である。 同システムにおける台数制御状況を示す図である。 同じくインバータコンプレッサの制御状態を示す図である。 同じく台数制御範囲を示す図である。 同じく台数制御例を示すタイムチャートである。

符号の説明

１ 定速コンブレッサ
２ インバータコンプレッサ
３ エアー配管
４ 圧気体需要機器
５ 圧力センサ
６ 台数制御手段
７ 圧力タンク

Claims (4)

1. 複数台数の駆動周波数が一定とされた定速コンプレッサと、所定台数の駆動周波数が可変とされたインバータコンプレッサと、これら定速コンプレッサ及びインバータコンプレッサの圧縮気体吐出側を共通接続して圧縮気体需要機器側へ送気するエアー配管と、このエアー配管の圧力を検出する圧力センサと、この圧力センサが検出する圧力値によって前記インバータコンプレッサの駆動周波数を制御して常時容量調整を行い、このインバータコンプレッサからの駆動周波数信号及び前記圧力センサの検出値に基づき前記定速コンプレッサの運転台数を制御する台数制御手段とを備え、圧縮気体需要機器に応じて最適の運転パターンに切り換えるものとしたことを特徴とするコンプレッサの台数制御システム。
2. 前記台数制御手段は前記圧力センサが検出する圧力値が設定圧力より低くなればインバータコンプレッサの駆動周波数を上げ、設定圧力より高くなればインバータコンプレッサの駆動周波数を下げることにより前記インバータコンプレッサを常時容量調整用として運転し、このインバータコンプレッサからの駆動周波数信号が設定下限周波数を下回った時点、又は前記圧力センサの検出値が所定高位圧力値以上で運転中の定速コンプレッサ１台を即アンロードとして圧縮気体吐出量を減少させ、インバータコンプレッサからの駆動周波数信号が設定上限周波数を上回った時点、又は前記圧力センサの検出値が所定低位圧力値以下で定速コンプレッサのアンロード機１台を即オンロードとし、又はアンロード機がない場合は停止中の定速コンプレッサ１台を即起動して圧縮気体吐出量を増大させることにより定速コンプレッサをベースロードとして運転するとともに、さらに前記圧力センサの検出値が第２の所定高位圧力値以上で運転中の定速コンプレッサ１台を即アンロードとして圧縮気体吐出量を減少させ、又は前記圧力センサの検出値が第２又は第３の所定低位圧力値以下で定速コンプレッサのアンロード機１台を即オンロードとし、又はアンロード機がない場合は停止中の定速コンプレッサ１台を即起動して圧縮気体吐出量を増大させるものとした請求項１記載のコンプレッサの台数制御システム。
3. 前記インバータコンプレッサは前記定速コンプレッサの２倍の風量を持たせたものとし、不安定な３０％以下の風量領域を使用しないようにした請求項１又は２記載のコンプレッサの台数制御システム。
4. 前記エアー配管と圧縮気体需要機器との間に圧縮気体貯蔵用の圧力タンクを介在させ、圧縮気体容量に余裕を持たせ圧力の変動を少なくした請求項１、２又は３記載のコンプレッサの台数制御システム。

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