JP2012154294A

JP2012154294A - 気体圧縮装置の制御装置

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Publication number: JP2012154294A
Application number: JP2011016423A
Authority: JP
Inventors: Norio Aoyanagi; 則夫青柳
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2011-01-28
Filing date: 2011-01-28
Publication date: 2012-08-16
Anticipated expiration: 2031-01-28
Also published as: JP5444264B2

Abstract

【課題】圧縮気体を使用した状態でタンクの増設等を行うことができる気体圧縮装置の制御装置を提供する。
【解決手段】空気圧縮装置１は、タンク８に個別に圧縮空気を供給する４台の圧縮機２Ａ〜２Ｄによって構成する。また、タンク８には、圧力センサ１３と温度センサ１４とを取付け、これらを圧縮機２Ａ〜２Ｄの制御回路７Ａ〜７Ｄに接続する。制御回路７Ａ〜７Ｄは、圧力Ｐが上限値Ｐmaxから下限値Ｐminに低下するまで圧縮機２Ａ〜２Ｄが停止したときの圧力減少時間ｔoffと、圧力Ｐが下限値Ｐminから上限値Ｐmaxに上昇するまで圧縮機２Ａ〜２Ｄが運転したときの圧力増加時間ｔonとを用いて、空気消費量Ｎoと等価的なタンク容量Ｖallとを演算する。そして、制御回路７Ａ〜７Ｄは、空気消費量Ｎoとタンク容量Ｖallに応じて上限値Ｐmaxを低下させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばタンクに圧縮気体を供給する気体圧縮装置の制御装置に関する。

一般に、タンクに圧縮空気を供給して貯留する空気圧縮装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１による空気圧縮装置では、圧力センサによってタンク内の圧力を検出すると共に、検出した圧力の増加率や減少率の大きさに応じて圧縮機の運転台数等を制御していた。即ち、タンク内の圧力の増加率や減少率はタンクからの圧縮空気の消費量に応じて変化するから、圧力の増加率や減少率から圧縮空気の消費量等を推定し、圧縮機の運転台数等を制御していた。

特開２００７-１２０４９７号公報

ところで、圧縮空気の使用状況等に応じてタンクを増設や変更を行うことがある。また、圧縮機の設置台数も変更することがある。例えばタンクの増設や変更を行った場合には、タンクの増設等を行う前に比べて、全てのタンクの容量を加算した全容量が変化する。このとき、制御装置は、タンクの全容量を用いて圧縮空気の消費量を演算しているから、タンクの全容量の変化に伴って、設置作業者等がその都度設置環境の設定情報を設定し直す必要があった。

また、特許文献１には、タンクから外部への圧縮空気の供給を停止することによって、タンクの全容量を自動的に検出する構成が開示されている。しかし、この場合には、タンクの増設等を行うために圧縮空気の供給を一旦停止する必要があり、例えば工場設備のように圧縮空気を常に使用している使用状況では工場設備全体も停止することになり、利便性が低いという問題があった。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、圧縮気体を使用した状態でタンクの増設等を行うことができる気体圧縮装置の制御装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明は、気体を圧縮して吐出する気体圧縮装置と、該気体圧縮装置による圧縮気体を貯留するタンクと、該タンク内の圧力を検出する圧力検出手段と、該圧力検出手段により検出された前記タンク内の圧力が予め定められた下限値に達したときに圧縮気体の供給量を増加させ、上限値に達したときに圧縮気体の供給量を減少させるように前記気体圧縮装置を制御する制御手段とを備えてなる気体圧縮装置の制御装置において、前記制御手段は、前記圧力検出手段によって検出されたタンク内の圧力が所定の第１圧力値から該第１圧力値より高い所定の第２圧力値に達するまでの増加率と、前記第２圧力値から前記第１圧力値に達するまでの減少率から、前記タンクの容量と圧縮気体の消費量とを演算し、該演算結果に基づいて前記上限値を変更することを特徴としている。

本発明によれば、圧縮気体を使用した状態でタンクの増設や変更を行うことができる。

本発明の実施の形態による空気圧縮装置を示す全体構成図である。図１中の空気圧縮装置による台数制御処理を示す流れ図である。図１中の空気圧縮装置による上限値の変更処理を示す流れ図である。図３中のタンク容量および空気消費量の演算処理を示す流れ図である。タンク容量および空気消費量の演算処理を行なったときに、圧力減少時間、圧力増加時間、空気消費量、タンク容量の統計分布を示す説明図である。実施の形態および従来技術による台数制御処理を用いた場合について、タンク内の圧力、消費電力、圧縮空気の供給量等の時間変化を示す特性線図である。本発明の第１の変形例として、タンクの圧力の増加率および減少率を計測する場合を示す説明図である。本発明の第２の変形例として、圧力増加時間および圧力減少時間を計測する場合を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態による気体圧縮装置としてタンクに対して個別に圧縮空気を供給する４台の圧縮機を用いて構成した場合を例に挙げ、添付図面に従って詳細に説明する。

まず、図１において、空気圧縮装置１は、４台の圧縮機２Ａ〜２Ｄによって構成されている。ここで、圧縮機２Ａは、電動モータ３Ａと、該電動モータ３Ａによって駆動される圧縮機本体４Ａと、該圧縮機本体４Ａから吐出された圧縮空気を一時的に貯留する一時貯留タンク５Ａとによって構成されている。また、他の圧縮機２Ｂ〜２Ｄも、圧縮機２Ａと同様に、電動モータ３Ｂ〜３Ｄ、圧縮機本体４Ｂ〜４Ｄ、一時貯留タンク５Ｂ〜５Ｄによってそれぞれ構成されている。そして、圧縮機２Ａ〜２Ｄは、例えば全て同じ吐出容量Ｆa〜Ｆd（例えばＦa〜Ｆd＝６０５（ＮＬ／ｍｉｎ））を有している。

また、各一時貯留タンク５Ａ〜５Ｄには、内部の圧力を検出する圧力センサ６Ａ〜６Ｄが取付けられている。さらに、各圧縮機２Ａ〜２Ｄには、電動モータ３Ａ〜３Ｄの運転、停止を制御する制御回路７Ａ〜７Ｄがそれぞれ設けられている。そして、制御回路７Ａ〜７Ｄは、例えば有線通信または無線通信を行なう各種の通信機能をそれぞれ有し、該通信機能を通じて相互に通信を行っている。

また、制御回路７Ａ〜７Ｄ間には、通信によって機種情報、稼動情報、異常情報、環境設定情報の４種類の情報が相互に伝送されている。これにより、制御回路７Ａ〜７Ｄは、これら４種類の情報を共有している。

このとき、機種情報は、電動モータ３Ａ〜３Ｄの容量（ｋＷ）、圧縮機本体４Ａ〜４Ｄの吐出流量（ＮＬ／ｍｉｎ）、一時貯留タンク５Ａ〜５Ｄの容量（Ｌ）、初期の一時貯留タンク５Ａ〜５Ｄを充填するための一時貯留タンク充填時間（ｓｅｃ）等である。

また、稼動情報は、各圧縮機２Ａ〜２Ｄの一般的な稼動時間（ｍｉｎ）、ＯＮ／ＯＦＦ回数（回）、後述するタンク容量Ｖall（Ｌ）およびその平均値Ａve（Ｖall）（Ｌ）、圧力増加時間ｔ_on（ｓｅｃ）、圧力減少時間ｔ_off（ｓｅｃ）、空気消費量Ｎo（Ｌ）およびその平均値Ａve（Ｎo）（Ｌ）等である。また、異常情報は、サーマルトリップエラー、ドライヤエラー等の圧縮機２Ａ〜２Ｄの運転に支障を来す情報である。

さらに、環境設定情報は、後述するタンク容量Ｖallの初期値Ｖall（０）（Ｌ）、台数制御対象となる圧縮機２Ａ〜２Ｄの台数（台）、マスターとスレーブとを切替えるまでのマスター切替時間（ｍｉｎ）、タンク８内の圧力Ｐの下限値Ｐmin（ＭＰａ）と上限値Ｐmax（ＭＰａ）である。そして、環境設定情報は、例えば設置作業者等が圧縮機２Ａ〜２Ｄを設置するときに、専用の入力端末（図示せず）を制御回路７Ａ〜７Ｄに接続して入力する。このとき、環境設定情報には、通信用の各圧縮機２Ａ〜２ＤのＩＤ（識別番号）、マスター／スレーブの設定等の情報も含まれる。

そして、制御回路７Ａ〜７Ｄは、分散方式による制御方式が採用され、いずれか１台をマスター（主機）、残余の３台をスレーブ（従機）として圧縮機２Ａ〜２Ｄの運転、停止を制御する。これにより、制御回路７Ａ〜７Ｄは、制御手段を構成し、後述するように、タンク８の圧力Ｐおよび圧力変化値ΔＰと、制御回路７Ａ〜７Ｄによって算出された空気消費量Ｎo、タンク容量Ｖall（Ｌ）の平均値Ａve（Ｖall）に応じて圧縮機２Ａ〜２Ｄの運転台数を増減させる台数制御処理を行っている。

タンク８は、一時貯留タンク５Ａ〜５Ｄから吐出された圧縮空気を収集して貯留する。該タンク８は、吐出配管９Ａ〜９Ｄを通じて一時貯留タンク５Ａ〜５Ｄに接続されると共に、各吐出配管９Ａ〜９Ｄの途中には逆止弁１０Ａ〜１０Ｄが設けられている。そして、タンク８には、取出し弁１２を備えた出力配管１１が取付けられている。これにより、タンク８は、出力配管１１を介して外部の空圧機器（図示せず）に接続されると共に、取出し弁１２を開弁することによって該空圧機器に向けて圧縮空気を供給するものである。

圧力センサ１３は、タンク８に接続された圧力検出手段を構成している。該圧力センサ１３は、タンク８内の圧縮空気の圧力Ｐを検出し、圧力Ｐに応じた圧力信号を出力する。

温度センサ１４は、タンク８に接続された温度検出手段を構成している。該温度センサ１４は、タンク８内の圧縮空気の温度Ｔを検出し、温度Ｔに応じた温度信号を出力する。

そして、圧力センサ１３と温度センサ１４とは、圧縮機２Ａ〜２Ｄの制御回路７Ａ〜７Ｄにそれぞれ接続されている。これにより、いずれの制御回路７Ａ〜７Ｄでも、タンク８内の圧力Ｐと温度Ｔを検知することができる構成となっている。

なお、圧力センサ１３と温度センサ１４とは、全ての制御回路７Ａ〜７Ｄにそれぞれ接続する構成に限らず、例えば制御回路７Ａにのみ接続する構成としてもよい。この場合、例えば制御回路７Ａ〜７Ｄをループ接続することによって、残余の制御回路７Ｂ〜７Ｄに対しても圧力信号、温度信号が出力されるものである。

本実施の形態による空気圧縮装置１は上述の如き構成を有するもので、次に、図１および図２を参照しつつ、タンク８の圧力Ｐ等に応じて圧縮機２Ａ〜２Ｄの運転台数を増加または減少させる台数制御処理について説明する。

なお、図２に示す台数制御処理は、予め決められたサンプリング周期Δｔ（例えばΔｔ＝１００ｍｓｅｃ）毎に行うものである。

まず、ステップ１では、圧力センサ１３からの圧力信号を用いて、一定のサンプリング周期Δｔで現在のタンク８の圧力Ｐ(t)を計測する。そして、ステップ２では、温度センサ１４からの温度信号を用いて、一定のサンプリング周期Δｔで現在のタンク８内の圧縮空気の温度Ｔを計測する。

次に、ステップ３では、以下の数１の式に示すように、現在の圧力Ｐ(t)と前回の圧力Ｐ(t-1)との差を演算し、圧力変化値ΔＰを求める。

次に、ステップ４では、圧力変化値ΔＰ、温度Ｔ、サンプリング周期Δｔ、タンク容量Ｖallの平均値Ａve（Ｖall）、圧縮空気の供給量Ｆ、気体定数Ｒ等を用いて状態方程式に基づく所定の演算処理を行なうことによって、圧縮空気の消費量Ｎを算出する。このとき、タンク容量Ｖallは、タンク８および一時貯留タンク５Ａ〜５Ｄの全ての容量を加えると共に、空気消費量Ｎoの平均値Ａve（Ｎo）による容量も加えた等価的な全容量である。また、平均値Ａve（Ｖall）は、後述するようにタンク容量Ｖallの演算回数での相加平均をとったものである。そして、タンク容量Ｖallの平均値Ａve（Ｖall）は、図４に示すタンク容量および空気消費量の演算処理によって算出される。また、圧縮空気の供給量Ｆは、圧縮機２Ａ〜２Ｄのうち運転中の圧縮機による吐出容量Ｆa〜Ｆdを加えた値である。

次に、ステップ５では、圧縮機２Ａ〜２Ｄのうち少なくとも１台の圧縮機が運転中か否かを判定する。ステップ５で「ＹＥＳ」と判定したときには、タンク８内に圧縮空気を供給している途中であるから、ステップ６でタンク８の圧力Ｐが上限値Ｐmax以上（Ｐ≧Ｐmax）になっているか否かを判定する。なお、ステップ６においては、後述の図３に示される上限値の変更処理により定められる上限値Ｐmaxを読込み、圧力Ｐの判定を行う。

そして、ステップ６で「ＹＥＳ」と判定したときには、圧力Ｐが上限値Ｐmax以上になっているから、ステップ７に移って全ての圧縮機２Ａ〜２Ｄの運転を停止し、ステップ１０でリターンする。

一方、ステップ６で「ＮＯ」と判定したときには、圧力Ｐが上限値Ｐmaxに到達していない。このため、ステップ９に移って、圧縮空気の消費量Ｎに応じた圧縮機２Ａ〜２Ｄの最適な運転台数を求める。具体的には、圧縮機２Ａ〜２Ｄの最適な運転台数は、電力消費量を低減するために、圧縮空気の供給量Ｆが消費量Ｎを上回る範囲でできるだけ少ない台数に設定される。そして、制御回路７Ａ〜７Ｄは、この運転台数に応じた圧縮機２Ａ〜２Ｄを駆動する。その後、ステップ１０に移ってリターンする。

また、ステップ５で「ＮＯ」と判定したときには、例えば圧力Ｐが上限値Ｐmaxに到達した後のように全ての圧縮機２Ａ〜２Ｄが停止しているから、ステップ８でタンク８の圧力Ｐが下限値Ｐminよりも低下（Ｐ＜Ｐmin）しているか否かを判定する。

そして、ステップ８で「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ９に移って圧縮空気の消費量Ｎに応じた圧縮機２Ａ〜２Ｄの最適な運転台数を求めて、この運転台数に応じた圧縮機２Ａ〜２Ｄを駆動する。その後、ステップ１０に移ってリターンする。

一方、ステップ８で「ＮＯ」と判定したときには、タンク８の圧力Ｐは下限値Ｐminよりも高く、タンク８内には外部に供給可能な圧縮空気が残存している。このため、全ての圧縮機２Ａ〜２Ｄを停止した状態に保持し、ステップ１０に移ってリターンする。

次に、図３を参照しつつ、台数制御処理で用いた上限値Ｐmaxを変更する上限値の変更処理について説明する。なお、図３中の上限値の変更処理は、例えば一定時間毎（数時間毎）またはタンクの増設等を行なう使用者の操作によって台数制御処理の途中で割込み処理されるものである。そして、上限値Ｐmaxが変更されると、その結果が台数制御処理に反映される構成となっている。

まず、ステップ１１では、空気圧縮装置１の運転を開始しているか否かを判定する。そして、ステップ１１で「ＮＯ」と判定したときには、そのままの状態で待機する。一方、ステップ１１で「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ１２に移って後述の図４に示すタンク容量および空気消費量の演算処理を行なう。

次に、ステップ１３では、ステップ１２で算出されたタンク容量Ｖallが判定用の容量として例えば初期値Ｖall（０）よりも大きい（Ｖall＞Ｖall（０））か否かを判定する。このとき、初期値Ｖall（０）は、例えば一時貯留タンク５Ａ〜５Ｄの容量の総和であり、例えば設置作業者等によって制御回路７Ａ〜７Ｄに予め入力されるものである。なお、判定用の容量は、初期値Ｖall（０）に限らず、初期値Ｖall（０）にタンク８の容量を加えた値でもよい。

ステップ１３で「ＮＯ」と判定したときには、ステップ１４に移ってステップ１２で算出された空気消費量Ｎoが予め決められた閾値ＮＴよりも大きい（Ｎo＞ＮＴ）か否かを判定する。このとき、閾値ＮＴは、初期値Ｖall（０）や吐出容量Ｆa〜Ｆd等を考慮して決められており、例えば１台分の吐出容量と同程度の値に設定されている。そして、ステップ１４で「ＹＥＳ」と判定したときには、空気消費量Ｎoが閾値ＮＴよりも大きいから、そのままの状態を維持してステップ１８に移行する。なお、閾値ＮＴは、１台分の吐出容量に限らず、４台分の吐出容量よりも小さい範囲で適宜設定されるものである。

一方、ステップ１４で「ＮＯ」と判定したときには、空気消費量Ｎoが閾値ＮＴよりも小さいから、上限値Ｐmaxを低下させても圧縮空気が不足することはないものと考えられる。このため、ステップ１５に移って、上限値Ｐmaxを予め決められた所定値αだけ低下させる。これにより、圧縮機２Ａ〜２Ｄは、上限値Ｐmaxの変更前に比べて低い圧力で駆動することができ、電力消費量を低減することができる。なお、所定値αは、例えば初期状態の上限値Ｐmax(０)と下限値Ｐminとの間の圧力差の５％程度の値とすることで、ステップ１５を繰り返し実行することで、徐々に上限値Ｐmaxを低下させることができる。また、所定値αは空気圧縮装置１の使用状況等に応じて適宜設定してもよく、さらに、上限値Ｐmaxの下限を定めてもよい。また、他の演算で上限値Ｐmaxを小さくしてもよい。そして、ステップ１５の処理を終了した後には、ステップ１８に移行する。

また、ステップ１３で「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ１６に移行し、ステップ１４と同様に空気消費量Ｎoが予め決められた閾値ＮＴよりも大きい（Ｎo＞ＮＴ）か否かを判定する。ステップ１６で「ＹＥＳ」と判定したときには、空気消費量Ｎoが予め決められた閾値ＮＴよりも大きいから、そのままの状態を維持してステップ１８に移行する。

一方、ステップ１６で「ＮＯ」と判定したときには、タンク容量Ｖallが判定用の容量（初期値Ｖall（０））よりも大きく、かつ空気消費量Ｎoが閾値ＮＴよりも小さい。このため、ステップ１７に移行して、以下の数２の式を用いて上限値Ｐmaxを低下させる。即ち、数２の式に示すように、ステップ１２の演算によって求めたタンク容量の平均値Ａve（Ｖall）と初期値Ｖall（０）との比率に応じて、初期状態の上限値Ｐmax(０)と下限値Ｐminとの間の圧力差を減少させる。そして、ステップ１７の処理を終了した後に、ステップ１８に移行する。

ステップ１８では、空気圧縮装置１が運転を停止しているか否かを判定する。ステップ１８で「ＮＯ」と判定したときには、ステップ１２以降の処理を繰り返す。一方、ステップ１８で「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ１９に移ってリターンする。

次に、図４を参照しつつ、図３中のステップ１２のタンク容量および空気消費量の演算処理について説明する。

まず、ステップ２１では、演算回数を記憶するカウンタｎを１に初期化する。ステップ２２では、圧力Ｐが上限値Ｐmax(０)まで上昇して圧縮機２Ａ〜２Ｄを全て停止させる圧縮機の停止処理を行なう。即ち、ステップ２２では、圧力センサ１３からの圧力信号を用いてタンク８の圧力Ｐを計測し、圧力Ｐが上限値Ｐmax(０)に到達していなければ、例えば全ての圧縮機２Ａ〜２Ｄを駆動して圧力Ｐを上限値Ｐmax(０)に到達させる。本実施の形態では、上限値Ｐmax(０)を所定の第２圧力値として用いている。そして、圧力Ｐが上限値Ｐmax(０)に到達すると、全ての圧縮機２Ａ〜２Ｄを停止させて、ステップ２３に移行する。

ステップ２３では、温度センサ１４からの温度信号を用いて圧縮機２Ａ〜２Ｄが上限値Ｐmax(０)で停止した直後のタンク８内の圧縮空気の温度Ｔ(Ｐmax)を計測する。

次に、ステップ２４では圧縮機２Ａ〜２Ｄが停止してからタンク８の圧力Ｐが下限値Ｐminまで低下して再起動するまでの停止時間を圧力減少時間ｔ_off（ｎ）として計測する。本実施の形態では、下限値Ｐminを所定の第１圧力値として用いている。このとき、圧力Ｐが低下するに従ってタンク８内の圧縮空気の温度も低下する。このため、ステップ２５では、圧縮機２Ａ〜２Ｄが再起動する直前に、タンク８内に残った圧縮空気の温度Ｔ（Ｐmin）を計測する。

次に、ステップ２６では、ステップ２４で計測された圧力減少時間ｔ_off（ｎ）を用いて、以下の数３の式に示すようにカウンタｎの回数分に応じた相加平均を演算し、平均値Ａve（ｔ_off）を求める。

次に、ステップ２７では、以下の数４の式に示すように、設定された上限値Ｐmax(０)および下限値Ｐminと、計測した温度Ｔ（Ｐmax）および温度Ｔ（Ｐmin）とを用いて、現在の空気消費量Ｎo（ｎ）を求める。なお、数４中のタンク容量Ｖall（ｎ−１）は、１回前に演算したタンク容量Ｖallを示し、Ｒは気体定数を示している。また、カウンタｎが初期値（ｎ＝１）の場合には、タンク容量Ｖall（ｎ−１）は、初期値Ｖall（０）として一時貯留タンク５Ａ〜５Ｄの容量の総和になる。

次に、ステップ２８では、数３の式と同様に、ステップ２７で計算された空気使用量Ｎｏ（ｎ）を以下の数５の式に示すようにカウンタｎの回数分に応じた相加平均を演算し、平均値Ａve（Ｎｏ）を求める。

次に、ステップ２９では、圧力Ｐが下限値Ｐminまで低下して圧縮機２Ａ〜２Ｄを全て運転させる圧縮機の運転処理を行なう。即ち、ステップ２９では、圧力センサ１３からの圧力信号を用いてタンク８の圧力Ｐを計測し、圧力Ｐが下限値Ｐminに到達していなければ、例えば全ての圧縮機２Ａ〜２Ｄを停止状態に保持して圧力Ｐが下限値Ｐminに到達するまで待機する。そして、圧力Ｐが下限値Ｐminに到達すると、全ての圧縮機２Ａ〜２Ｄを起動させて、ステップ３０に移行する。

ステップ３０では、全ての圧縮機２Ａ〜２Ｄが起動してから再度停止するまでの運転時間を圧力増加時間ｔ_on（ｎ）として計測する。ここで、タンク８内の圧力Ｐは、圧縮機２Ａ〜２Ｄの運転によって再び設定された上限値Ｐmaxになるまで加圧される。

そして、ステップ３１では、数３の式と同様に、ステップ３０で計測された圧力増加時間ｔ_on（ｎ）を用いて、以下の数６の式に示すようにカウンタｎの回数分に応じた相加平均を演算し、平均値Ａve（ｔ_on）を求める。

次に、ステップ３２では、以下の数７の式に示すように、設定された上限値Ｐmax(０)および下限値Ｐminと、計測した温度Ｔ（Ｐmin）とを用いて演算し、タンク容量Ｖall（ｎ）を求める。なお、数７中の初期値ｔ_on（０）は、空気消費量Ｎoが０（Ｎo＝０）の状態、即ち外部にタンク８をつながず、圧縮機２Ａ〜２Ｄ単体を運転した場合に、一時貯留タンク５Ａ〜５Ｄを下限値Ｐminから上限値Ｐmaxまで上昇するのに必要な一定の時間である。このため、数７の式の右辺第１項は、圧力増加時間ｔ_on（ｎ）と初期値ｔ_on（０）との比率に応じてタンク容量Ｖallの初期値Ｖall（０）から現在のタンク容量Ｖall（ｎ）を推定するものである。ここで、平均値Ａve（ｔ_on）は空気消費量Ｎoに応じて長くなるため、タンク容量Ｖall（ｎ）は、この空気消費量Ｎoも容量の一部として加算して推定されるものである。

そして、ステップ３３では、数３の式と同様に、タンク容量Ｖall（ｎ）を用いて、以下の数８の式に示すようにカウンタｎの回数分に応じた相加平均を演算し、平均値Ａve（Ｖall）を求める。

そして、ステップ３４でカウンタｎの値を１だけ加算した後、ステップ３５に移行する。ステップ３５では、現在のカウンタｎの値が特定の回数、例えば３０回より大きいか否かを判定し、「ＮＯ」と判定したときには、ステップ２２以降の演算処理を繰り返す。このとき、今回計算されたタンク容量Ｖall（ｎ）を用いて、次回の空気消費量Ｎo（ｎ＋１）を演算する。なお、ステップ３５で用いる特定の回数は、３０回に限らず、空気消費量Ｎoの平均値Ａve（Ｎo）およびタンク容量Ｖallの平均値Ａve（Ｖall）の推定精度等を考慮して適宜設定されるものである。

一方、ステップ３５で「ＹＥＳ」と判断したときには、ステップ３６に移行してリターンする。

なお、以上の演算処理では、タンク容量Ｖallと空気消費量Ｎoを交互に計算する演算処理の手法について説明したが、圧縮機２Ａ〜２Ｄに接続されたタンク８の容量は頻繁には変わらない。このことを考慮すると、ステップ３２でのタンク容量Ｖall（ｎ）の計算頻度は、ステップ２７での空気消費量Ｎo（ｎ）の計算に比して十分少なく（例えば１日に１回程度）してもよい。

また、前記実施の形態では、ステップ２９の圧縮機の運転処理において、圧力Ｐが下限値Ｐminに到達したときに、全ての圧縮機２Ａ〜２Ｄを運転する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えばステップ２７で算出した空気消費量Ｎo（ｎ）を上回る範囲で、圧縮機２Ａ〜２Ｄの運転台数を減少させる構成としてもよい。この場合、圧縮機２Ａ〜２Ｄの運転台数に応じて初期値ｔ_on（ｎ）は変化し、運転台数が少なくなるに従って初期値ｔ_on（ｎ）は大きくなるので、数７において、Ａve（ｔ_on）／ｔ_on（０）に運転台数に応じた係数を掛けてタンク容量Ｖall（ｎ）を補正する。

また、前記実施の形態では、圧力減少時間ｔ_off（ｎ）とタンク容量Ｖall（ｎ−１）から空気消費量Ｎo（ｎ）を演算し、算出した空気消費量Ｎo（ｎ）と圧力増加時間ｔ_on（ｎ）から新たなタンク容量Ｖall（ｎ）を演算する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば圧力減少時間ｔ_off（ｎ）と空気消費量Ｎo（ｎ）からタンク容量Ｖall（ｎ）を演算し、算出したタンク容量Ｖall（ｎ）と圧力増加時間ｔ_on（ｎ）から新たな空気消費量Ｎo（ｎ＋１）を演算するように順番を入れ替えても良い。

以上のようなタンク容量および空気消費量の演算処理を行なったときに、計測および演算された圧力減少時間ｔ_off（ｎ）、圧力増加時間ｔ_on（ｎ）、空気消費量Ｎo（ｎ）、タンク容量Ｖall（ｎ）を集計し、統計分布をグラフにすると図５のようになる。

ここで、タンク容量Ｖallの平均値Ａve（Ｖall）は、配管の容量と圧縮空気の平均的な消費量、即ち平均値Ａve（Ｎｏ）に基づく容量もタンク容量Ｖallの一部として演算されている。このため、圧縮機２Ａ〜２Ｄを動作させる場合には、単に手動でタンク容量Ｖallを制御回路７Ａ〜７Ｄに記憶させた場合に比べて、圧縮機２Ａ〜２Ｄの運転時間が長く、結果として圧縮空気の供給量Ｆと空気消費量Ｎoが近い値に制御されるため、空気圧縮装置１の消費電力を低減することができる。また、起動回数が少なくなることにより、圧縮機２Ａ〜２Ｄへの機械的な負荷を低減することができる。

また、タンク容量Ｖallの情報を手動で制御回路７Ａ〜７Ｄに記憶させる必要がない。このため、例えば図１中に二点差線で示すように、増設用のタンク１５をバルブ１６によってタンク８に接続または分離する構成とした場合でも、タンク容量Ｖallを演算して更新することができる。この結果、空気消費量Ｎoに応じてタンク容量Ｖallを変更したり、タンク１５の接続や分離（バルブ１６の開，閉）を行なうときでも、設置作業者によって情報の更新を行なうことなく、自動的にタンク容量Ｖallの値を変更することができる。

また、従来技術のように上限値Ｐmaxを一定にした場合と、本実施の形態のように上限値Ｐmaxの変更した場合とを比較した。その結果を図６に示す。なお、図６中の実線は、本実施の形態のように上限値Ｐmaxを変更して台数制御処理を行った場合のタンク８内の圧力Ｐ等を示している。一方、図６中の破線は、従来技術のように上限値Ｐmaxを一定にして台数制御処理を行った場合のタンク８内の圧力Ｐ等を示している。

図６に示すように、従来技術の場合には、タンク１５の増設後でも、上限値Ｐmaxは変更されず、増設前と同じ値になる。また、タンク容量Ｖallも、設置作業者によって手動入力されない限り、変更前の値に固定される。このため、従来技術では、タンク１５の増設によって圧力変化が緩やかになったときでも、変更前のタンク容量Ｖallに基づいて圧縮空気の消費量Ｎを演算するから、圧力Ｐが下限値Ｐminに到達すると、圧力変化に応じて少ない運転台数（例えば１台）の圧縮機を駆動する。しかし、圧縮機の運転を開始してもタンク１５の増設によって圧縮機の運転台数に見合った圧力増加が検出されない。このため、圧力上昇の途中で圧縮機の運転台数が増加する。そして、圧力Ｐが上限値Ｐmaxに到達すると、圧縮機は停止する。

一方、本実施の形態では、例えば図１中のタンク１５を増設した後には、タンク１５の容量を加えたタンク容量Ｖallを演算し、タンク容量Ｖallの演算結果に基づいて上限値Ｐmaxを変更する。具体的に説明すると、タンク１５を増設したときには、タンク容量Ｖallが増設前よりも大きくなるから、タンク８およびタンク１５に貯留される圧縮空気の容量も増加する。このため、制御回路７Ａ〜７Ｄは、上限値の変更処理を実行して、上限値Ｐmaxを低下させる。この結果、圧縮機２Ａ〜２Ｄは、変更前の上限値Ｐmaxに比べて下限値Ｐminに近い低圧で駆動するから、増設前に比べて消費電力が低下する。図６中で電力同士を比較すると、本実施の形態による電力が従来技術の電力よりも下回り、省電力効果が得られる（図６中で斜線模様部分）。

かくして、本実施の形態によれば、制御回路７Ａ〜７Ｄは、圧力センサ１３によって検出されたタンク８内の圧力Ｐが下限値Ｐminから上限値Ｐmaxに達するまでの増加率に応じた圧力増加時間ｔ_onと、上限値Ｐmaxから下限値Ｐminに達するまでの減少率に応じた圧力減少時間ｔ_offとに基づいて、空気消費量Ｎoとタンク容量Ｖallを演算することができる。このため、タンク容量Ｖallが増えた場合には、それまでに比して停止する上限値Ｐmaxを低くしたり、圧縮機２Ａ〜２Ｄの運転台数を減少させたりすることができる。これにより、空気消費量Ｎoおよびタンク容量Ｖallに応じて圧縮空気の供給量Ｆを調整することができる。この結果、空気圧縮装置１は空気消費量Ｎoを超えた不要な圧縮空気の吐出を抑制することができることから、空気圧縮装置１の消費電力を低減することができる。

また、圧縮空気の外部への供給を停止して測定することがなく、簡易的に空気消費量Ｎoとタンク容量Ｖallを演算することが可能となるため、空気圧縮装置１の使用を中断することなく、タンクの増設や変更を行うことができる。

また、タンク容量Ｖallを設置作業者が外部より設定する必要がなくなるため、使用者は、タンクの増設や容量変更等を容易に行うことができる。さらに、タンク容量Ｖallが変更された場合でも、空気消費量Ｎoに応じて上限値Ｐmaxを低く設定することが可能になる。この結果、圧縮機２Ａ〜２Ｄを圧力Ｐが低圧な状態で駆動することができ、より消費電力を低減することができる。従って、空気消費量Ｎoに応じたタンク容量Ｖallを使用することによって、繁閑期に応じた消費電力の抑制ができる。

さらに、空気消費量Ｎo、タンクの容量Ｖall、圧縮機２Ａ〜２Ｄの稼働頻度（ｔ_on／ｔ_off）等の算出された情報を記憶手段（例えば、ＥＥＰＲＯＭなど）に登録しておく構成としてもよい。この場合、空気消費量Ｎo、稼動頻度（ｔ_on／ｔ_off）、演算したタンク容量Ｖallを確認することによって、設置作業者が空気圧縮装置１の供給能力や稼働状況を把握でき、例えば使用者に対して圧縮機２Ａ〜２Ｄやタンク８の変更や増設の要否のように、使用者に最適な設備への変更の提案なども可能になる。

なお、前記実施の形態では、圧力減少時間ｔ_offと圧力増加時間ｔ_onとによって空気消費量Ｎoとタンク容量Ｖallとを演算する構成としている。しかし、タンク圧の時間当たりの減少率が大きいときには、圧力減少時間ｔ_offは短くなり、減少率が小さいときには、圧力減少時間ｔ_offは長くなる。同様に、タンク圧の時間当たりの増加率が大きいときには、圧力増加時間ｔ_onは短くなり、増加率が小さいときには、圧力増加時間ｔ_onは長くなる。このように、圧力Ｐの減少率と圧力減少時間ｔ_offとには一定の対応関係があると共に、圧力Ｐの増加率と圧力増加時間ｔ_onとにも一定の対応関係がある。このため、実質的に、圧力Ｐの変化率（増加率および減少率）の大きさに応じて、空気消費量Ｎoとタンク容量Ｖallとを演算する構成となっている。

また、前記実施の形態では圧縮機２Ａ〜２Ｄの運転時間（圧力増加時間ｔ_on）と停止時間（圧力減少時間ｔ_off）を用いてタンク容量Ｖallと空気消費量Ｎoを演算する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、図７の第１の変形例に示すように、ある特定のサンプリング周期Δｔ0でのタンク８内の圧力Ｐの増加率ΔＰuと減少率ΔＰdを用いて演算する手法としてもよく、図８の第２の変形例に示すように、所定の圧力差ΔＰ0での圧力増加時間Δｔ_onと圧力減少時間Δｔ_offを用いて演算する手法としても良い。この場合、圧力を上限値Ｐmaxと下限値Ｐminとの間で加圧および減圧をすることなく、圧力差ΔＰ0を得るのに必要なタンク容量Ｖallと空気消費量Ｎoを演算するための第１圧力値と第２圧力値を設定しても良い。

また、前記実施の形態では、一時貯留タンク５Ａ〜５Ｄを設けた場合を例に挙げて示したが、一時貯留タンク５Ａ〜５Ｄは必ずしも設ける必要はなく、タンク８のみとしてもよい。また、この場合、すべての機器を１つのパッケージに納め、一台の制御基板で制御してもよい。

また、前記実施の形態では、空気圧縮装置１は４台の圧縮機２Ａ〜２Ｄによって構成するものとした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば空気圧縮装置は１台、２台または３台の圧縮機によって構成してもよく、５台以上の圧縮機によって構成してもよい。空気圧縮装置を１台の圧縮機によって構成した場合には、台数制御ではなく、タンクの圧力が上限値に達したときに圧縮機を停止し、タンクの圧力が下限値に達したときに圧縮機を再起動する圧力開閉制御を行なうものである。

また、前記実施の形態では、空気圧縮装置１は４台の圧縮機２Ａ〜２Ｄによって構成するものとした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば空気圧縮装置を可変容量型の１台の圧縮機を用いて構成してもよい。また、空気圧縮装置として可変容量ポンプを用いる構成としてもよい。

また、前記実施の形態では、制御回路７Ａ〜７Ｄを用いて分散方式の台数制御処理を行う構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば各圧縮機２Ａ〜２Ｄの制御回路７Ａ〜７Ｄとは別に全体を集中的に管理する制御装置を設け、該制御装置を用いて集中方式の台数制御処理を行う構成としてもよい。

また、前記実施の形態による空気圧縮装置１は、４台の圧縮機の吐出容量Ｆa〜Ｆdを同一としたが、これに限らず、圧縮機毎に吐出容量の異なる圧縮を用いてもよい。この場合、圧縮機の組み合わせにより、より細かい制御が可能となる。

また、本発明の圧縮機として、レシプロ、スクリュウ、スクロール等の圧縮機を用いることができ、また、これらの圧縮機を組み合わせて用いてもよい。さらには、圧縮空気を増圧して吐出するブースタ式の圧縮機としても良い。

さらに、前記実施の形態では、圧縮機を運転と停止のいずれかとした例を示したが、レシプロ等アンロード運転が可能な圧縮機においては、運転台数を減少させる際に、所定時間はアンロード運転を行い、その後、停止するように構成してもよい。

さらに、前記実施の形態では、空気を圧縮する空気圧縮機の例を示したが、これに限らず、窒素や酸素等、気体を圧縮する気体圧縮装置に用いる構成としても良い。

１空気圧縮装置（気体圧縮装置）
２Ａ〜２Ｄ圧縮機
７Ａ〜７Ｄ制御回路（制御手段）
８，１５タンク
１３圧力センサ（圧力検出手段）
１４温度センサ（温度検出手段）

Claims

気体を圧縮して吐出する気体圧縮装置と、該気体圧縮装置による圧縮気体を貯留するタンクと、該タンク内の圧力を検出する圧力検出手段と、該圧力検出手段により検出された前記タンク内の圧力が予め定められた下限値に達したときに圧縮気体の供給量を増加させ、上限値に達したときに圧縮気体の供給量を減少させるように前記気体圧縮装置を制御する制御手段とを備えてなる気体圧縮装置の制御装置において、
前記制御手段は、前記圧力検出手段によって検出されたタンク内の圧力が所定の第１圧力値から該第１圧力値より高い所定の第２圧力値に達するまでの増加率と、前記第２圧力値から前記第１圧力値に達するまでの減少率から、前記タンクの容量と圧縮気体の消費量とを演算し、該演算結果に基づいて前記上限値を変更することを特徴とする気体圧縮装置の制御装置。
前記制御手段は、前記圧力検出手段によって検出されたタンク内の圧力の減少率と、前記演算によって算出されたタンクの容量とに基づいて圧縮気体の消費量を演算し、
前記圧力検出手段によって検出されたタンク内の圧力の増加率と、前記演算によって算出された圧縮気体の消費量とに基づいて前記タンクの容量を再度演算する構成としてなる請求項１に記載の気体圧縮装置の制御装置。
前記気体圧縮装置は、複数台の圧縮機を備え、
前記制御手段は、前記演算されたタンクの容量と圧縮気体の消費量に応じて、前記圧縮機の運転台数を変更する構成としてなる請求項１または２に記載の気体圧縮装置の制御装置。