JP2013217380A - 空気圧縮装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 流量センサを用いることなく、圧縮空気の消費量に応じて空気圧縮装置の吐出容量を制御し、消費電力を低減する。
【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。そして、制御回路７Ａ〜７Ｄは、圧力センサ１３による圧力Ｐm(t)と温度センサ１４による温度Ｔtとを用いて、タンク８の最低圧Ｐmin、最高圧Ｐmaxに到達するまでの時間ｔu，ｔdを演算する。このとき、時間ｔu，ｔdは、タンク８の圧力変化値ΔＰを用いて演算するから、圧縮空気の消費量に応じた値となる。このため、制御回路７Ａ〜７Ｄは、圧縮空気の消費量に応じて圧縮機２Ａ〜２Ｄの運転台数を制御することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばタンクに対して個別に圧縮空気を供給する複数台の圧縮機からなる空気圧縮装置に用いて好適な空気圧縮装置の制御装置に関する。

一般に、空気圧縮装置としてタンクに複数台の圧縮機が並列接続したものが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。この場合、タンク内の圧力を計測する圧力センサを設けると共に、該圧力センサによる圧力検出値と予め決められた複数の制御しきい値とを比較して、各圧縮機のロード／アンロードや起動／停止の制御を行う構成となっていた。これにより、タンク内の圧力に応じて圧縮機の運転台数を増減させ、タンクに供給する圧縮空気の吐出量を調整していた。

特開２００３-２１０７２号公報 特開２００３-３５２７３号公報

ところで、上述した従来技術では、タンク内の圧力検出値と制御圧力値とを比較して圧縮機の運転台数を制御していた。このため、例えばタンク内から消費する圧縮空気の消費量が非常に少ないにも拘わらず、所定の制御しきい値よりも低下したために、必要以上に多数の圧縮機を起動することがある。逆に、タンク内の圧力が最高圧に到達するまでは、圧縮空気の消費量に関係なく複数台の圧縮機を駆動することがあり、無駄な電力を消費するという問題もある。

一方、タンクの出力配管に流量センサを設けると共に、該流量センサを用いて圧縮空気の消費量を検出し、圧縮機の制御を圧縮空気の消費量に応じて行うことも可能である。しかし、この場合には、流量センサを新たに設ける必要があるのに加え、流量センサの設置工数が増加するから、製造コストが高くなるという問題がある。

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、流量センサを用いることなく、圧縮空気の消費量に応じて空気圧縮装置の吐出容量を制御し、消費電力を低減することができる空気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、空気を圧縮して吐出する複数台の空気圧縮装置と、該空気圧縮装置による圧縮空気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に応じて、前記複数台の空気圧縮装置の運転台数を増加または減少させることによって前記空気圧縮装置の吐出容量を制御する制御手段とを備えてなる空気圧縮装置の制御装置に適用される。

そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、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時間当たりの増加率の大きさに応じて、該増加率が大きい場合には小さい場合に比して前記空気圧縮装置の運転台数を減少させる傾向とすることにある。

請求項２の発明が採用する構成の特徴は、前記制御手段は、前記増加率の大きさに応じて、該増加率が大きい場合には小さい場合に比して前記空気圧縮装置の運転台数を減少させるタンク内の圧力を低くすることにある。

請求項３の発明が採用する構成の特徴は、前記制御手段は、前記増加率からタンク圧の上限圧に到達するまでの上限到達時間を算出し、該上限到達時間が所定の時間以下となった場合、前記空気圧縮装置の運転台数を減少させることにある。

請求項４の発明が採用する構成の特徴は、前記制御手段は、前記増加率の大きさに応じて、該増加率が大きくなるにつれ前記空気圧縮装置の運転台数を減少させるタンク内の圧力の閾値を低くすることにある。

請求項５の発明が採用する構成の特徴は、前記制御手段は、前記増加率が所定の増加率を超えたときに、前記空気圧縮装置の運転台数を減少させることにある。

請求項６の発明が採用する構成の特徴は、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時間当たりの減少率の大きさに応じて、該減少率が大きい場合には小さい場合に比して前記空気圧縮装置の運転台数を増加させる傾向とすることにある。

請求項７の発明が採用する構成の特徴は、前記制御手段は、前記複数台の空気圧縮装置のうち一の空気圧縮装置の運転時間と休止時間とからなる１周期が所定周期時間より短い場合、現在の運転状態を維持することにある。

請求項８の発明が採用する構成の特徴は、前記制御手段は、前記タンク内の圧力が所定の上限圧に達したときに、前記複数の空気圧縮装置の全てを停止させることにある。

請求項９の発明が採用する構成の特徴は、前記制御手段は、前記タンク内の圧力が所定の下限圧以下のときに、前記複数の空気圧縮装置の全てを運転させることにある。

請求項１の発明によれば、制御手段は、圧力検出手段によって検出されたタンク内の圧力の時間当たりの増加率の大きさに応じて、該増加率が大きい場合には小さい場合に比して空気圧縮装置の運転台数を減少させる傾向とする。このように構成することにより、圧縮空気の消費量に応じて空気圧縮装置の運転台数が調整され、これにより吐出容量を調整することができる。この結果、空気圧縮装置は圧縮空気の消費量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から、空気圧縮装置の消費電力を低減することができる。

また、タンク内の圧力を用いるので、タンクの出力配管に流量センサを設ける必要がない。また、圧力検出手段にはタンクに設けられた既存の圧力センサを用いることができるから、製造コストを低減することができる。

請求項２の発明によれば、制御手段は、増加率の大きさに応じて、該増加率が大きい場合には小さい場合に比して前記空気圧縮装置の運転台数を減少させるタンク内の圧力を低くする。これにより、圧縮空気の消費量に応じてタンク内圧を低くできるので、より空気圧縮装置の消費電力を低減することができる。

請求項３の発明によれば、制御手段は、増加率からタンク圧の上限圧に到達するまでの上限到達時間を算出し、該上限到達時間が所定の時間以下となった場合、前記空気圧縮装置の運転台数を減少させる。これにより、圧縮空気の消費量が少ないときは、タンク内圧力が低い圧力で、上限到達時間が所定以下となるので、結果として、タンク内圧力を低く抑えることができ、より空気圧縮装置の消費電力を低減することができる。

請求項４の発明によれば、制御手段は、増加率の大きさに応じて、該増加率が大きくなるにつれ前記空気圧縮装置の運転台数を減少させるタンク内の圧力の閾値を低くすることにより、増加率を低い値に抑えることができ、より空気圧縮装置の消費電力を低減することができる。

請求項５の発明によれば、制御手段は、増加率が所定の増加率を超えたときに、前記空気圧縮装置の運転台数を減少させることにより、増加率を低い値に抑えることができ、より空気圧縮装置の消費電力を低減することができる。

請求項６の発明によれば、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時間当たりの減少率の大きさに応じて、該減少率が大きい場合には小さい場合に比して前記空気圧縮装置の運転台数を増加させる傾向とする。このように構成することにより、圧縮空気の消費量に応じて空気圧縮装置の運転台数が調整され、これにより吐出容量を調整することができる。この結果、空気圧縮装置は圧縮空気の消費量が大きく減少率が大きい場合には空気圧縮装置の運転台数が増加されるので、タンク内の圧力が不足することを防止できる。

請求項７の発明によれば、制御手段は、前記複数台の空気圧縮装置のうち一の空気圧縮装置の運転時間と休止時間とからなる１周期が所定周期時間より短い場合、現在の運転状態を維持する。これにより、一の空気圧縮が短時間に運転と休止を繰り返すことを防止することができ、耐久性が向上する。

請求項８の発明によれば、制御手段は、タンク内の圧力が所定の上限圧に達したときに、前記複数の空気圧縮装置の全てを停止させることにより、タンク圧力が高くなりすぎることを防止する。

請求項９の発明によれば、制御手段は、タンク内の圧力が所定の下限圧以下のときに、前記複数の空気圧縮装置の全てを運転させる。これにより、タンク内の圧力が低くなりすぎたときには、一気にタンク圧を上昇させることができ、タンク内の空気不足という、あってはならない状態になることを防止する。

第１の実施の形態による空気圧縮装置をタンクに接続した状態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。 タンク内の圧力と温度との関係を示す温度テーブルの説明図である。 圧縮空気の供給量、消費量、タンク内の圧力等の時間変化を示す特性線図である。 第１の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のタンク内の圧力等の時間変化を示す特性線図である。 第２の実施の形態による空気圧縮装置をタンクに接続した状態を示す全体構成図である。 図６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。 圧縮空気の消費量と圧縮機の組み合わせとの関係を示す組み合わせテーブルの説明図である。 第２の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のタンク内の圧力、消費電力の時間変化を示す特性線図である。 第３の実施の形態による台数制御処理を示す流れ図である。 図１０中の圧力センサの故障診断処理を示す流れ図である。 第４の実施の形態による台数制御処理を示す流れ図である。 図１２中のタンク容量演算処理を示す流れ図である。 第５の実施の形態による台数制御処理を示す流れ図である。 第６の実施の形態による台数制御処理を示す流れ図である。 第６の実施の形態に用いられる圧力変化値ΔＰと圧縮機台数減少圧力閾値Ｈと圧縮機台数増加圧力閾値Ｌとの関係を示す制御マップである。

以下、本発明の実施の形態による空気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ないし図５は第１の実施の形態を示している。図において、１は４台の圧縮機２Ａ〜２Ｄによって構成された空気圧縮装置を示している。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とによって大略構成されている。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、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ＲＳ４８５等の通信部をそれぞれ有し、該通信部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）等である。また、稼動情報は、各圧縮機２Ａ〜２Ｄの稼動時間（ｍｉｎ）、ＯＮ／ＯＦＦ回数（回）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８の容量（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）、使用者によって設定されるタンク８内の最低圧Ｐmin（ＭＰａ）と最高圧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。

なお、環境設定情報は、専用の入力端末を使用せず、例えば制御回路７Ａ〜７Ｄに搭載された複数のスイッチ（図示せず）のＯＮ／ＯＦＦの組み合わせ条件によって入力する構成としてもよい。

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Ｐmおよび圧力変化値ΔＰ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。

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タンクで、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。

１３はタンク８に接続された圧力検出手段としての圧力センサで、該圧力センサ１３は、タンク８内の圧縮空気の圧力Ｐmを検出し、圧力Ｐmに応じた圧力信号を出力する。

１４はタンク８に接続された温度検出手段としての温度センサで、該温度センサ１４は、タンク８内の圧縮空気の温度Ｔtを検出し、温度Ｔt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Ｐmと温度Ｔt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４-２０ｍＡ電流ループ等のように制御回路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ないし図３を参照しつつ、タンク８の圧力Ｐm等に応じて圧縮機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（例えば１００ｍｓ）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で現在のタンク８の圧力Ｐm(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で現在のタンク８内の圧縮空気の温度Ｔt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Ｐm(t)と前回の圧力Ｐm(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、以下の数２の式に示すように、使用者が設定したタンク８の最低圧Ｐmin（下限圧）と現在の圧力Ｐm(t)との差を圧力変化値ΔＰで割ることによって、現在の運転状況で最低圧Ｐminに到達するまでの時間ｔd（下限到達時間）を求める。このとき、タンク８内の圧力Ｐm(t)が上昇するに従って、タンク８内の温度Ｔtも上昇する。このため、数２の式では、最低圧Ｐminでの温度Ｔ0と現在の温度Ｔtとを用いて、最低圧Ｐminに到達するまでの時間ｔdに対して温度補正を行っている。

なお、制御回路７Ａ〜７Ｄは、図３に示すように、タンク８内の圧力Ｐm(t)と温度Ｔ0との関係を示す温度テーブルを予め記憶しておく。これにより、制御回路７Ａ〜７Ｄは、最低圧Ｐminが使用者によって設定されると、この最低圧Ｐminに対応した温度Ｔ0を読み出すものである。

また、数２において、Ｓはサンプリング周期を示し、圧力変化値ΔＰをサンプリング周期Ｓ（例えば０．１秒）で割ることによって、単位時間（１秒）当たりの圧力変化に換算しているものである。これにより、時間ｔdも秒単位の値として算出される。

次に、ステップ５では、ステップ４と同様に、以下の数３の式に示すように、使用者が設定したタンク８の最高圧Ｐmax（上限圧）と現在の圧力Ｐm(t)との差を圧力変化値ΔＰで割ることによって、現在の運転状況で最高圧Ｐmaxに到達するまでの時間ｔu（上限到達時間）を求める。このときも、数２の式と同様に、温度Ｔ0，Ｔtを用いた温度補正を行うと共に、サンプリング周期Ｓを用いた秒単位への時間ｔuへの換算を行うものである。

次に、ステップ６では、現在のタンク８内の圧力Ｐm(t)が最低圧Ｐminよりも高圧か否か（Ｐm(t)＞Ｐmin）を判定する。そして、ステップ６で「ＮＯ」と判定したときには、タンク８内の圧力Ｐm(t)が最低圧Ｐminよりも低圧だから、ステップ７に移って４台の圧縮機２Ａ〜２Ｄが全て運転状態になるまで圧縮機２Ａ〜２Ｄを順次起動し、ステップ１４でリターンする。

一方、ステップ６で「ＹＥＳ」と判定したときには、タンク８内の圧力Ｐm(t)は最低圧Ｐminよりも高圧になっている。このため、ステップ８に移行して、現在の圧縮機２Ａ〜２Ｄの運転状態で最低圧Ｐminに到達するまでの時間ｔdが０秒から２秒までの間か否か（０＜ｔｄ＜２）を判定する。

そして、ステップ８で「ＹＥＳ」と判定したときには、圧縮空気の消費量が供給量よりも多く、２秒以内にタンク８内の圧力Ｐm(t)が最低圧Ｐminよりも低下するものと考えられる。このため、ステップ９に移って、圧縮機２Ａ〜２Ｄの運転台数を１台増加させる。このとき、マスター圧縮機２Ａが停止中の場合は、この圧縮機２Ａから起動する。一方、マスター圧縮機２Ａが運転中の場合は、予め決められた順番（例えば圧縮機２Ｂ→圧縮機２Ｃ→圧縮機２Ｄの順番）で停止中のスレーブ圧縮機２Ｂ〜２Ｄを起動する。そして、圧縮機２Ａ〜２Ｄの運転台数を１台増加した後は、ステップ１４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、圧力Ｐm(t)が上昇しているか、低下していても最低圧Ｐminに到達するまで２秒以上かかるものと考えられる。即ち、圧縮空気の消費量に見合った供給量が確保され、最低圧Ｐminに到達するまで十分に時間的な余裕が生じているものと考えられる。このため、ステップ１０に移って、現在のタンク８内の圧力Ｐm(t)が最高圧Ｐmaxよりも低圧か否か（Ｐm(t)＜Ｐmax）を判定する。

そして、ステップ１０で「ＮＯ」と判定したときには、タンク８内の圧力Ｐm(t)が最高圧Ｐmaxよりも高圧だから、ステップ１１に移って４台の圧縮機２Ａ〜２Ｄを全て停止状態になるまで圧縮機２Ａ〜２Ｄを順次停止し、ステップ１４でリターンする。

一方、ステップ１０で「ＹＥＳ」と判定したときには、タンク８内の圧力Ｐm(t)は最高圧Ｐmaxよりも低圧になっている。このため、ステップ１２に移行して、現在の圧縮機２Ａ〜２Ｄの運転状態で最高圧Ｐmaxに到達するまでの時間ｔuが０秒から１０秒までの間か否か（０＜ｔu＜１０）を判定する。

そして、ステップ１２で「ＹＥＳ」と判定したときには、圧縮空気の供給量が消費量よりも過剰に多く、１０秒以内にタンク８内の圧力Ｐm(t)が最高圧Ｐmaxよりも上昇するものと考えられる。このため、ステップ１３に移って、圧縮機２Ａ〜２Ｄの運転台数を１台減少させる。このとき、スレーブ圧縮機２Ｂ〜２Ｄのいずれかが運転中の場合は、予め決められた順番（例えば圧縮機２Ｄ→圧縮機２Ｃ→圧縮機２Ｂの順番）で運転中のスレーブ圧縮機２Ｂ〜２Ｄを停止する。一方、スレーブ圧縮機２Ｂ〜２Ｄのいずれも停止中の場合は、マスター圧縮機２Ａを停止する。そして、圧縮機２Ａ〜２Ｄの運転台数を１台減少させた後は、ステップ１４に移ってリターンする。

一方、ステップ１２で「ＮＯ」と判定したときには、圧力Ｐm(t)が低下しているか、上昇していても最高圧Ｐmaxに到達するまで１０秒以上かかるものと考えられる。即ち、圧縮空気の消費量に見合った供給量が確保され、最高圧Ｐmaxに到達するまで十分に時間的な余裕が生じているものと考えられる。このため、圧縮機２Ａ〜２Ｄの現在の運転状況を維持し、ステップ１４に移ってリターンする。

以上の台数制御処理では、圧縮機２Ａをマスター、圧縮機２Ｂ〜２Ｄをスレーブとして説明した。しかし、マスターとスレーブは、例えば使用者が設定した一定時間毎に順次切替わるものである。即ち、マスターは、圧縮機２Ａ→圧縮機２Ｂ→圧縮機２Ｃ→圧縮機２Ｄの順番で切替わり、圧縮機２Ｄの次は再び圧縮機２Ａに戻るものである。そして、マスターの切替えに伴って、スレーブの運転順序も順次切替わる。これにより、圧縮機２Ａ〜２Ｄの運転頻度が偏るのを防止することができ、耐久性を向上させることができる。

なお、圧縮機２Ａ〜２Ｄのうち１台に異常が生じたときには、異常が発生した圧縮機（例えば圧縮機２Ｄ）を台数制御から切離し、残余の３台の圧縮機（例えば圧縮機２Ａ〜２Ｃ）で台数制御を行う。２台の圧縮機に異常が生じた場合も同様に、残余の２台の圧縮機で台数を制御を行うものである。

次に、本実施の形態による台数制御処理を行ったときのタンク８内の圧力と圧縮空気の供給量および消費量との関係を検討した。その一例を図４に示す。なお、図４は予めタンク８内の圧力Ｐmを最低圧Ｐmin（使用者が設定した設備圧力）以上に昇圧した状態を示している。

図４に示すように、タンク８内の圧力Ｐmがゆっくり減少する場合（時間Ａまで）、即ち圧縮空気の供給量と消費量とがほぼ釣合っているものの僅かに消費量が上回っている場合は、現在の運転状態を維持しても圧力Ｐmが最低圧Ｐminよりも急激に低下することは無いものと予想できる。このため、この場合は、時間Ａで後２秒で最低圧Ｐminに達すので、圧縮機２Ａに加え圧縮機２Ｂを起動する。そして、時間Ｂまでタンク８内の圧力Ｐmが上昇する。一方、時間Ｂ−Ｃ間のように、タンク８内の圧力Ｐmが時間Ａまでより大きく減少する場合、即ち圧縮空気の供給量に対して消費量が多い場合は、現在の運転状態を維持すると、圧力Ｐmが最低圧Ｐminよりも低下して空圧機器が使用できなくなるものと予想される。このため、この場合には、時間Ａの圧力より高い圧力で圧縮機２Ｃが起動される。

また、時間Ｄ−Ｅ間のようにタンク８内の圧力Ｐmが急激に上昇する場合、即ち圧縮空気の供給量が消費量を大きく上回っている場合は、起動中の圧縮機を停止しても大きな圧力減少が無いことが予想できる。このため、この場合は、１０秒後に最高圧Ｐmaxに達すると予想される比較的低い圧力で圧縮機２Ａを停止する。その後、時間Ｅ−Ｆ間のようにタンク８内の圧力Ｐmがゆっくり上昇する場合、起動中の圧縮機を停止すると、消費量と供給量とのバランスが崩れて大きく圧力Ｐmが減少することが予想される。このため、この場合は、最高圧Ｐmax付近の比較的高い圧力でスレーブ圧縮機２Ｂを停止している（時間Ｆ）。

なお、上記説明においては、圧縮機２Ａ〜２Ｄのうち、同一圧縮機が短時間でＯＮ、ＯＦＦを繰り返すことを防止するため、圧縮機を起動する場合は、最も停止時間の長い圧縮機を起動させるようにしている。

また、従来技術による圧力しきい値によって圧縮機の台数を決定する制御と、本実施の形態による台数制御処理とを比較した。その結果を図５に示す。なお、図５中の実線は、本実施の形態による台数制御処理を行った場合のタンク８内の圧力Ｐmを示している。一方、図５中の点線は、従来技術による台数制御を行った場合のタンク８内の圧力Ｐm′を示している。

図５に示すように、本実施の形態による台数制御処理では、全体的に圧力Ｐmが低い領域、即ち消費電力が少ない領域で圧縮機２Ａ〜２Ｄを運転していることが分かる。また、図５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っている（図５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を用いて所定時間（サンプリング周期Ｓ）の前，後でタンク８内の圧力Ｐmの差を演算すると共に、この圧力変化値ΔＰを用いて空気圧縮装置１の吐出容量を設定している。具体的には、圧力変化値ΔＰを用いて最低圧Ｐminまでの時間ｔd（下限到達時間）と最高圧Ｐmaxまでの時間ｔu（上限到達時間）を演算し、これらの時間ｔu，ｔdを用いて圧縮機２Ａ〜２Ｄの運転台数を設定している。このとき、圧力変化値ΔＰは圧縮空気の供給量と消費量とに応じて変化するから、制御回路７Ａ〜７Ｄは、圧縮空気の消費量に応じて空気圧縮装置１の吐出容量を調整することができる。

また、従来技術では、タンク８内の圧力Ｐmと予め決められた圧力しきい値と比較して空気圧縮装置１の吐出容量を制御するのに対し、本実施の形態では、圧力変化値ΔＰに基づいて空気圧縮装置１の吐出容量を制御している。このため、本実施の形態では、圧力下降時でも圧縮空気の消費量が少ないときには、使用者の設備圧力（最低圧Ｐmin）付近まで圧縮機２Ａ〜２Ｄの起動を遅らせることができる。また、本実施の形態では、圧力上昇時に圧縮空気の消費量が少ないときには、最高圧Ｐmaxに到達する前に圧縮機２Ａ〜２Ｄを停止させることができる。この結果、空気圧縮装置１は圧縮空気の消費量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、制御回路７Ａ〜７Ｄは圧力変化値ΔＰを用いて空気圧縮装置１の吐出容量を設定するから、タンク８の出力配管１１に流量センサを設ける必要がない。また、タンク８に設けられた既存の圧力センサ１３を用いて空気圧縮装置１の吐出容量を制御することができるから、装置全体の製造コストを低減することができる。

また、制御回路７Ａ〜７Ｄは、圧力変化値ΔＰに加えて温度センサ１４による温度Ｔt（温度検出値）を用いて空気圧縮装置１の吐出容量を設定するから、温度Ｔtを用いて圧縮空気の消費量を正確に把握することができる。このため、制御回路７Ａ〜７Ｄは、最低圧Ｐmin、最高圧Ｐmaxまでの時間ｔu，ｔdを高精度に求めることができるから、空気圧縮装置１の吐出容量をより的確に設定することができ、省電力効果を高めることができる。

さらに、制御回路７Ａ〜７Ｄは、圧縮機２Ａ〜２Ｄの運転台数を増減させることによって空気圧縮装置１の吐出容量を設定する構成としたから、圧縮空気の消費量が供給量よりも多いときには圧縮機の運転台数を増加し、圧縮空気の消費量が供給量よりも少ないときには圧縮機の運転台数を減少させることができる。

また、圧縮機２Ａ〜２Ｄは１台ずつ起動することができる。このため、複数台の圧縮機２Ａ〜２Ｄが同時に起動したときには電源負荷が急激に増大するのに対し、このような電源負荷の急激な増大を防止することができる。

また、制御回路７Ａ〜７Ｄは、圧縮機２Ａ〜２Ｄの異常情報も通信により共有する構成としたから、異常が発生した圧縮機２Ａ〜２Ｄを台数制御から切離すことができる。このため、一部の圧縮機（例えば圧縮機２Ｄ）に異常が生じた場合でも、残余の圧縮機（例えば圧縮機２Ａ〜２Ｃ）を用いて台数制御を行うことができる。

なお、ステップ８の下限到達時間ｔdの所定範囲０から２秒と、ステップ１２の上限到達時間ｔuの所定範囲０から１０秒という値は、特にこの値に限らず、任意に設定すればよい。この下限側の時間（２秒）を大きくすることにより、タンクの平均圧力が増加し、上限側の時間（１０秒）を大きくすることにより、タンクの平均圧力が減少する。よって、この上限側の時間と下限側の時間の設定により、平均タンク圧が設定できる。

また、前記第１の実施の形態では、上限到達時間ｔuと下限到達時間ｔdとにより制御しているが、この制御は、タンク圧の時間当たりの増加率が大きい場合、上限到達時間ｔuが短くなり、タンク圧が低い状態であっても運転台数を減少させることになり、実質的に、変化率（増加率及び減少率）の大きさに応じて、圧縮機の運転台数を増減させることになっている。

なお、前記第１の実施の形態では、一時貯留タンク５Ａから５Ｄを設けた例を示したが、特に必要ではなく、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、前記第１の実施の形態では、ステップ２で温度を計測し、ステップ４、ステップ５で（Ｔ０−Ｔｔ）/Ｔｔという値を掛けることにより温度補正を行ったが、この温度補正はなくてもよく、この場合、ステップ２を削除し、ステップ４、ステップ５の（Ｔ０−Ｔｔ）/Ｔｔの掛算部分を削除すればよい。

次に、図６ないし図９は本発明の第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、制御回路は、圧力変化値とタンクの容量とを用いて圧縮空気の消費量を演算し、この消費量演算値よりも多く、かつ消費電力が最小となる圧縮機の組み合わせを選択して空気圧縮装置の吐出容量を設定する構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

２１は本実施の形態による空気圧縮装置で、該空気圧縮装置２１は、第１の実施の形態による空気圧縮装置１とほぼ同様に、４台の圧縮機２２Ａ〜２２Ｄによって構成されている。そして、これらの圧縮機２２Ａ〜２２Ｄは、電動モータ２３Ａ〜２３Ｄ、圧縮機本体２４Ａ〜２４Ｄ、一時貯留タンク２５Ａ〜２５Ｄ、圧力センサ２６Ａ〜２６Ｄ、制御回路２７Ａ〜２７Ｄとを備える構成となっている。

但し、第２の実施の形態による空気圧縮装置２１は、４台の圧縮機２２Ａ〜２２Ｄ（圧縮機本体２４Ａ〜２４Ｄ）の吐出容量Ｆa〜Ｆd（ＮＬ／ｍｉｎ）が互いに異なる点で、第１の実施の形態による空気圧縮装置１とは相違している。具体的には、圧縮機２２Ａの吐出容量Ｆaは６０５（ＮＬ／ｍｉｎ）、圧縮機２２Ｂの吐出容量Ｆbは８３０（ＮＬ／ｍｉｎ）、圧縮機２２Ｃの吐出容量Ｆcは１２２５（ＮＬ／ｍｉｎ）、圧縮機２２Ｄの吐出容量Ｆdは１７５０（ＮＬ／ｍｉｎ）にそれぞれ設定されている。これに伴い、圧縮機２２Ａ〜２２Ｄ（電動モータ２３Ａ〜２３Ｄ）の容量（ｋＷ）もそれぞれ異なる構成となっている。

本実施の形態による空気圧縮装置２１は上述の如き構成を有するもので、次に、本実施の形態による台数制御処理を図６ないし図８を参照しつつ説明する。

なお、図６に示す台数制御処理は、第１の実施の形態と同様に、予め決められたサンプリング周期Ｓ（例えば１００ｍｓ）毎に行うものである。

まず、ステップ２１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で現在のタンク８の圧力Ｐm(t)を計測する。そして、ステップ２２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で現在のタンク８内の圧縮空気の温度Ｔtを計測する。

次に、ステップ２３では、前述した数１の式を用いて、現在の圧力Ｐm(t)と前回の圧力Ｐm(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２４では、以下の数４の式に示すように、現在稼動している圧縮機２２Ａ〜２２Ｄの吐出容量Ｆa〜Ｆd（ＮＬ／ｍｉｎ）を加算し、空気圧縮装置２１から吐出されている１秒当たりの圧縮空気の供給量ｎ（ｍｏｌ／ｓ）を算出する。

次に、ステップ２５では、以下の数５の式に示すように、タンク８および一時貯留タンク２５Ａ〜２５Ｄのすべての容量を加えた全容量Ｖallとしたときに、この全容量Ｖall、圧力変化値ΔＰ、サンプリング周期Ｓ、気体定数Ｒ、温度Ｔtに基づいて１秒当たりの圧縮空気の変化量Δｎ（ｍｏｌ／ｓ）を算出する。

次に、ステップ２６では、以下の数６の式に示すように、圧縮空気の供給量ｎと変化量Δｎとの差を用いて圧縮空気の消費量ΔＦ（ＮＬ／ｍｉｎ）を演算する。

次に、ステップ２７では、現在のタンク８内の圧力Ｐm(t)が最低圧Ｐminよりも高圧か否か（Ｐm(t)＞Ｐmin）を判定する。そして、ステップ２７で「ＮＯ」と判定したときには、タンク８内の圧力Ｐm(t)が最低圧Ｐminよりも低圧だから、ステップ２８に移って４台の圧縮機２２Ａ〜２２Ｄが全て運転状態になるまで圧縮機２２Ａ〜２２Ｄを順次起動し、ステップ３２でリターンする。

一方、ステップ２７で「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ２９に移って、現在のタンク８内の圧力Ｐm(t)が最高圧Ｐmaxよりも低圧か否か（Ｐm(t)＜Ｐmax）を判定する。

そして、ステップ２９で「ＮＯ」と判定したときには、タンク８内の圧力Ｐm(t)が最高圧Ｐmaxよりも高圧だから、ステップ３０に移って４台の圧縮機２２Ａ〜２２Ｄを全て停止状態になるまで圧縮機２２Ａ〜２２Ｄを順次停止し、ステップ３２でリターンする。

一方、ステップ２９で「ＹＥＳ」と判定したときには、タンク８内の圧力Ｐm(t)は最高圧Ｐmaxよりも低圧になっている。このため、ステップ３１に移行して、制御回路２７Ａ〜２７Ｄは、図８に示すように、予めメモリー（図示せず）に記憶された消費量ΔＦと圧縮機２２Ａ〜２２Ｄの組み合わせテーブルに基づき、圧縮空気の消費量ΔＦに応じた圧縮機２２Ａ〜２２Ｄの組み合わせを選択する。そして、制御回路２７Ａ〜２７Ｄは、選択した圧縮機２２Ａ〜２２Ｄを運転状態にし、ステップ３２でリターンする。

本実施の形態による空気圧縮装置２１は上述のような台数制御処理を用いて駆動するものであり、次に、従来技術による圧力しきい値によって圧縮機の台数を決定する制御と、第２の実施の形態による台数制御処理とを比較した。その結果を図９に示す。

なお、図９中の実線は、本実施の形態による台数制御処理を行った場合のタンク８内の圧力Ｐmと消費電力ＰＷとをそれぞれ示している。一方、図９中の点線は、従来技術による台数制御を行った場合のタンク８内の圧力Ｐm′と消費電力ＰＷ′とをそれぞれ示している。

図９の結果より、本実施の形態による台数制御処理では、全体的に圧力Ｐmが低い領域、即ち消費電力が少ない領域で圧縮機２２Ａ〜２２Ｄを運転していることが分かる。また、従来技術による消費電力ＰＷ′に比べて、本実施の形態による消費電力ＰＷは全体的に少ないことが分かる。

かくして、このように構成される本実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、制御回路２７Ａ〜２７Ｄは圧力変化値ΔＰとタンク８等の全容量Ｖallとを用いて圧縮空気の消費量ΔＦを演算する構成としたから、消費量ΔＦに基づいて必要最小限の圧縮空気を吐出する圧縮機２２Ａ〜２２Ｄの組み合わせを選択することができる。この結果、任意の組み合わせで圧縮機２２Ａ〜２２Ｄの運転台数を増減させた場合に比べて、空気圧縮装置１の吐出容量をより適切に設定でき、消費電力を低減効果を高めることができる。

次に、図１０および図１１は本発明の第３の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、各圧縮機の圧力センサを用いてタンク内の圧力を検出できる構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

本実施の形態による空気圧縮装置１および台数制御処理は、第１の実施の形態とほぼ同様である。但し、台数制御処理において、ステップ１の圧力Ｐm(t)の計測処理とステップ２の温度Ｔtの計測処理との間に、ステップ４１の圧力センサ１３の故障診断処理を行う点で、第１の実施の形態とは異なっている。

ここで、本実施の形態では、イニシャル処理として、タンク８内の圧力Ｐm(t)を圧力センサ１３を用いて計測すると共に、例えば圧縮機２Ａの一時貯留タンク５Ａの圧力Ｐaを圧力センサ６Ａを用いて計測し、これらの圧力差ΔＰa（ΔＰa＝Ｐm(t)-Ｐa）を予めメモリー等に記憶しておく。

そして、ステップ４１の圧力センサ１３の故障診断処理に移行すると、図１１に示すように、まずステップ４２では、圧力センサ６Ａを用いて一時貯留タンク５Ａの圧力Ｐa(t)を計測する。

次に、ステップ４３では、タンク８内の圧力Ｐm(t)が一時貯留タンク５Ａの圧力Ｐa(t)に予め記憶しておいた圧力差ΔＰaを加えた値（Ｐa(t)＋ΔＰa）と同じ程度か否か（Ｐm(t)≒Ｐa(t)＋ΔＰa）を判定する。

そして、ステップ４３で「ＹＥＳ」と判定したときには、圧力センサ１３は正常に動作しているものと考えられるから、ステップ４４に移って演算用の圧力Ｐm(t)には圧力センサ１３による圧力Ｐm(t)を入力し、ステップ４５に移ってリターンする。これにより、制御回路７Ａ〜７Ｂは、圧力センサ１３による圧力Ｐm(t)を用いてステップ２以降の処理を行う。

一方、ステップ４３で「ＮＯ」と判定したときには、圧力センサ１３が故障している可能性があるから、ステップ４６に移って演算用の圧力Ｐm(t)には一時貯留タンク５Ａの圧力Ｐa(t)に予め記憶しておいた圧力差ΔＰaを加えた値（Ｐa(t)＋ΔＰa）を入力し、ステップ４５に移ってリターンする。これにより、制御回路７Ａ〜７Ｂは、一時貯留タンク５Ａの圧力Ｐa(t)に基づく圧力Ｐm(t)を用いてステップ２以降の処理を行う。

なお、一時貯留タンク５Ａの圧力Ｐa(t)に代えて、他の一時貯留タンク５Ｂ〜５Ｄの圧力Ｐb(t)〜Ｐd(t)を用いる構成としてもよい。また、圧力センサ１３による圧力Ｐm(t)が仕様範囲外の圧力（例えば１．３ＭＰａ）を検出した場合には、直ちにステップ４６以降の処理を行う構成としてもよい。さらに、ステップ４１の圧力センサ１３の故障診断処理は、サンプリング周期毎に行う構成としてもよく、一定周期（例えば数秒ないし数時間）毎に行う構成としてもよい。

かくして、本実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、圧力センサ１３の故障診断処理を行うから、圧力センサ１３に故障が生じたときには、各圧縮機２Ａ〜２Ｄの圧力センサ６Ａ〜６Ｄを用いてタンク８内の圧力Ｐm(t)を求めることができる。このため、圧力センサ１３に故障が生じたときでも、圧縮機２Ａ〜２Ｄの台数制御を行うことができ、信頼性を高めることができる。

なお、第３の実施の形態では、第１の実施の形態による台数制御処理に圧力センサ１３の故障診断処理を適用する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば第２の実施の形態による台数制御処理に圧力センサ１３の故障診断処理を適用する構成としてもよい。

次に、図１２および図１３は本発明の第４の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、タンクに圧縮空気を充填するときの圧力変化に基づいてタンクの容量を演算する構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前述した第２の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

本実施の形態による空気圧縮装置２１および台数制御処理は、第２の実施の形態とほぼ同様である。但し、台数制御処理において、ステップ２１の前にステップ５１のタンク容量演算処理を行う点で、第２の実施の形態とは異なっている。

そして、ステップ５１のタンク容量演算処理に移行すると、図１３に示すように、まずステップ５２では、タンク８の容量および一時貯留タンク２５Ａ〜２５Ｄの容量とを加えた全容量Ｖallが既知か否かを確認する。ここで、ステップ５２で「ＹＥＳ」と判定したときには、全容量Ｖallが予め入力または演算によって得られているから、ステップ５９に移ってそのままリターンする。

一方、ステップ５２で「ＮＯ」と判定したときには、タンク８の容量等が不明のために全容量Ｖallが不明な状態にあると考えられる。このため、ステップ５３に移って、取出し弁１２を閉弁し、圧縮機２Ａ〜２Ｄの一部または全部を起動してタンク８内を昇圧する。

次に、ステップ５４では、圧力センサ１３を用いて所定時間（例えばサンプリング周期Ｓ）の前，後でタンク８内の圧力Ｐm(t-1)，Ｐm(t)を計測する。そして、ステップ５５では、温度センサ１４を用いてタンク８内の圧縮空気の温度Ｔtを計測する。

次に、ステップ５６では、数１の式を用いて、圧力センサ１３による圧力Ｐm(t-1)，Ｐm(t)の差を演算し、圧力変化値ΔＰを算出する（ΔＰ＝Ｐm(t)-Ｐm(t-1)）。そして、ステップ５７では、数４の式を用いて、現在稼動している圧縮機２２Ａ〜２２Ｄの吐出容量Ｆa〜Ｆd（ＮＬ／ｍｉｎ）を加算し、空気圧縮装置２１から吐出されている１秒当たりの圧縮空気の供給量ｎ（ｍｏｌ／ｓ）を算出する。

次に、ステップ５８では、以下の数７の式を用いて、圧力変化値ΔＰ、サンプリング周期Ｓ、気体定数Ｒ、温度Ｔtに基づいて全容量Ｖallを算出する。そして、全容量Ｖallを算出した後は、ステップ５９に移ってリターンする。これにより、制御回路２７Ａ〜２７Ｄは、演算によって求めて全容量Ｖallを用いてステップ２１以降の処理を行うことができる。

なお、タンク８の容量を求める場合には、ステップ５８で求めた全容量Ｖallから各圧縮機２２Ａ〜２２Ｄの容量を差し引けばよい。

かくして、本実施の形態でも、第１，第２の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、タンク容量演算処理を行う構成としたから、タンク８に圧縮空気を充填するときに生じるタンク８の圧力変化を用いてタンク８等の全容量Ｖallを演算することができる。このため、タンク８等の容量が不明な場合でも、この全容量Ｖallと圧力変化値ΔＰとを用いて圧縮空気の消費量ΔＦを演算することができ、消費量ΔＦに基づいて圧縮機２２Ａ〜２２Ｄの台数制御を行うことができる。

なお、前記第１〜第４の実施の形態では、ステップ３，２３が圧力変化演算手段の具体例を示し、ステップ４〜１３，２４〜３１が吐出容量設定手段の具体例を示している。また、ステップ２４〜２６が消費量演算手段の具体例を示し、ステップ３１および図８の組み合わせテーブルが圧縮機選択手段の具体例を示している。さらに、ステップ５１（ステップ５２〜５９）がタンク容量演算手段の具体例を示している。

また、前記第１〜第４の実施の形態では、空気圧縮装置１，２１は４台の圧縮機２Ａ〜２Ｄ，２２Ａ〜２２Ｄ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。

また、前記第１〜第４の実施の形態では、空気圧縮装置１，２１は４台の圧縮機２Ａ〜２Ｄ，２２Ａ〜２２Ｄ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。

さらに、前記第１〜第４の実施の形態では、制御回路７Ａ〜７Ｄ，２７Ａ〜２７Ｄ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，２２Ａ〜２２Ｄの制御回路７Ａ〜７Ｄ，２７Ａ〜２７Ｄ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。

次に図１４に本発明の第５の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、制御方法が図２のものと異なるものである。なお、本実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その詳細な説明を省略するものとする。

図１４は第５の実施の形態による台数制御処理を示し、図１４に示す台数制御処理も、第１の実施の形態と同様に、予め決められたサンプリング周期Ｓ（例えば１００ｍｓ）毎に行うものである。

まず、ステップ６１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で現在のタンク８の圧力Ｐm(t)を計測する。

次に、ステップ６２では、現在の圧力Ｐm(t)と前回の圧力Ｐm(t-1)との差を演算し、圧力変化値ΔＰを求める。この圧力変化値ΔＰは、正の値であればサンプリング周期当たりの圧力の増加率、負の値であればサンプリング周期当たりの圧力の減少率となる。

次に、ステップ６３では、圧力Ｐm(t)が最低圧Ｐminよりも高圧か否かを判定する。そして、ステップ６３で「ＮＯ」と判定したときには、ステップ６４に移って４台の圧縮機２Ａ〜２Ｄが全て運転状態になるまで圧縮機２Ａ〜２Ｄを順次起動し、ステップ７２でリターンする。

一方、ステップ６３で「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ６５に移行して、圧力変化値ΔＰがあらかじめ設定された負の所定値（−Ａ）より大きいかを否かを判定する。ここで、ステップ６５で「ＹＥＳ」と判定した場合は、圧力変化値ΔＰが負の小さな値であり、これは、タンク圧の時間当たりの減少率が所定値Ａより小さいことを意味する。

ここで、所定値Ａは、タンク圧が最低圧Ｐmin付近における圧縮機一台がサンプリング周期稼動した際に変化する圧力変化値より若干小さい値とすることにより、一台稼動することによりタンク圧を増加方向にすることが可能となる。

そして、ステップ６５で「ＮＯ」と判定したときには、圧縮空気の消費量が供給量よりも多い場合であり、ステップ６６に移って、圧縮機２Ａ〜２Ｄの運転台数を１台増加させる。

一方、ステップ６５で「ＹＥＳ」と判定したときには、圧力Ｐm(t)が上昇しているか、低下していても減少率が小さいと考えられる。即ち、圧縮空気の消費量に見合った供給量が確保され、最低圧Ｐminに到達するまで十分に時間的な余裕が生じているものと考えられる。このため、ステップ６７に移って、現在のタンク８内の圧力Ｐm(t)が最高圧Ｐmaxよりも低圧か否かを判定する。

そして、ステップ６７で「ＮＯ」と判定したときには、タンク８内の圧力Ｐm(t)が最高圧Ｐmaxよりも高圧だから、ステップ６８に移って４台の圧縮機２Ａ〜２Ｄを全て停止状態になるまで圧縮機２Ａ〜２Ｄを直ちに停止し、ステップ７２でリターンする。

一方、ステップ６７で「ＹＥＳ」と判定したときには、タンク８内の圧力Ｐm(t)は最高圧Ｐmaxよりも低圧になっている。このため、ステップ６９に移行して、圧力変化値ΔＰがあらかじめ設定された所定値Ｂより小さいかを否かを判定する。ここで、ステップ６９で「ＮＯ」と判定した場合は、圧力変化値ΔＰが正の大きな値であり、これは、タンク圧の時間当たりの増加率が所定値Ｂより大きいことを意味する。

ここで、所定値Ｂは、タンク圧が最高圧Ｐmax付近における圧縮機一台がサンプリング周期稼動した際に変化する圧力変化値より若干大きい値とすることにより、一台運転を中止したとしてもタンク圧が減少することなく、増加方向を維持することが可能となる。

そして、ステップ６９で「ＮＯ」と判定したときには、圧縮空気の供給量が消費量よりも過剰に多いものと考えられる。このため、ステップ７１に移って、圧縮機２Ａ〜２Ｄの運転台数を１台減少させるのであるが、その前にステップ７０で、ステップ７１で停止させる停止圧縮機が、前回停止したときからの時間を積算した時間（運転時間と停止時間とからなる１周期）が所定時間（例えば１分）を経過したか否かを確認し、経過するまでは、前述の停止圧縮機を停止させない。

これは、あまりに短時間に停止運転を繰り返すと、モータやスイッチなどの機器の寿命が短くなってしまうためである。このため、ステップ７０で「ＮＯ」と判定したときには、停止圧縮機を保護するために所定時間が経過するまで、そのままの状態で待機する。

これに対し、ステップ７０で「ＹＥＳ」と判定したときには、停止圧縮機が前回停止したときから所定時間が経過しているから、ステップ７１に移行する。そして、ステップ７１では、スレーブ圧縮機２Ｂ〜２Ｄのいずれかが運転中の場合は、予め決められた順番（例えば圧縮機２Ｄ→圧縮機２Ｃ→圧縮機２Ｂの順番）で運転中のスレーブ圧縮機２Ｂ〜２Ｄを停止する。一方、スレーブ圧縮機２Ｂ〜２Ｄのいずれも停止中の場合は、マスター圧縮機２Ａを停止する。そして、圧縮機２Ａ〜２Ｄの運転台数を１台減少させた後は、ステップ７２に移ってリターンする。

一方、ステップ６９で「ＹＥＳ」と判定したときには、圧力Ｐm(t)が低下しているか、上昇していても最高圧Ｐmaxに到達するまでまだ時間がかかるものと考えられる。即ち、圧縮空気の消費量に見合った供給量が確保され、最高圧Ｐmaxに到達するまで十分に時間的な余裕が生じているものと考えられる。このため、圧縮機２Ａ〜２Ｄの現在の運転状況を維持し、ステップ７２に移ってリターンする。

かくして、本第５の実施の形態においては、タンク８内の圧力の増加率や減少率に応じて、運転台数を増加、減少させるので、増加率や減少率が小さくなり、結果として圧縮空気の供給量と消費量とが近い値に制御されるので、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、ステップ７０によって停止圧縮機の前回停止時から所定時間経過するまでは、次回の停止を行わないので、一の圧縮機が短時間に起動停止を繰り返すことを防止し、機器の寿命を延長させることができる。

なお、前記第５の実施の形態のステップ７０は、第１の実施の形態のステップ１３の前に入れてもよい。

次に図１５および図１６に本発明の第６の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、制御方法が図２および図１４と異なるものである。なお、本実施の形態では、前述した第１及び第５の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その詳細な説明を省略するものとする。

図１５は第６の実施の形態による台数制御処理を示し、図１５に示す台数制御処理も、第１の実施の形態と同様に、予め決められたサンプリング周期Ｓ（例えば１００ｍｓ）毎に行うものである。

まず、ステップ８１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で現在のタンク８の圧力Ｐm(t)を計測する。

次に、ステップ８２では、現在の圧力Ｐm(t)と前回の圧力Ｐm(t-1)との差を演算し、圧力変化値ΔＰを求める。この圧力変化値ΔＰは、正の値であればサンプリング周期当たりの圧力の増加率、負の値であればサンプリング周期当たりの圧力の減少率となる。

ステップ８３では、圧力変化値ΔＰから、圧縮機台数減少圧力閾値Ｈと、圧縮機台数増加圧力閾値Ｌとを決定する。これは、予め制御装置に図１６に示すマップを用意しておく。このマップにより圧力変化値ΔＰが正の値、すなわち増加しているときは、圧縮機台数減少圧力閾値Ｈを設定し、ΔＰが負の値、すなわち減少しているときは、圧縮機台数増加圧力閾値Ｌを設定する。圧縮機台数減少圧力閾値Ｈについては、圧力変化値ΔＰが大きい程（タンク圧の増加率が大きい程）、小さい値に設定される。一方、圧縮機台数増加圧力閾値Ｌについては、圧力変化値ΔＰが小さい程（タンク圧の減少率が大きい程）、大きい値に設定される。これは、変化率が大きいほど、早く、圧縮機の増減を行うことにより、圧縮空気の供給量と消費量とが近い値となるように制御するためである。

次に、ステップ８４では、圧力Ｐm(t)が最低圧Ｐminよりも高圧か否かを判定する。そして、ステップ８４で「ＮＯ」と判定したときには、ステップ８５に移って４台の圧縮機２Ａ〜２Ｄが全て運転状態になるまで圧縮機２Ａ〜２Ｄを順次起動し、ステップ９３でリターンする。

一方、ステップ８４で「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ８６に移行して、現在の圧力Ｐm(t)が圧縮機台数増加圧力閾値Ｌより高いかを否かを判定する。

そして、ステップ８６で「ＮＯ」と判定したときには、圧縮空気の消費量が供給量よりも多く、タンク圧の下限に近づきつつある場合であり、ステップ８７に移って、圧縮機２Ａ〜２Ｄの運転台数を１台増加させる。

一方、ステップ８６で「ＹＥＳ」と判定したときには、圧力Ｐm(t)が上昇しているか、低下していてもタンク圧がまだ高い状態にあると考えられる。即ち、圧縮空気の消費量に見合った供給量が確保され、最低圧Ｐminに到達するまで十分に時間的な余裕が生じているものと考えられる。このため、ステップ８８に移って、現在のタンク８内の圧力Ｐm(t)が最高圧Ｐmaxよりも低圧か否かを判定する。

そして、ステップ８８で「ＮＯ」と判定したときには、タンク８内の圧力Ｐm(t)が最高圧Ｐmaxよりも高圧だから、ステップ８９に移って４台の圧縮機２Ａ〜２Ｄを全て停止状態になるまで圧縮機２Ａ〜２Ｄを直ちに停止し、ステップ９３でリターンする。

一方、ステップ８８で「ＹＥＳ」と判定したときには、タンク８内の圧力Ｐm(t)は最高圧Ｐmaxよりも低圧になっている。このため、ステップ９０に移行して、現在の圧力Ｐm(t)が圧縮機台数減少圧力閾値Ｈより低いかを否かを判定する。

そして、ステップ９０で「ＮＯ」と判定したときには、圧縮空気の供給量が消費量よりも過剰に多いものと考えられる。このため、ステップ９２に移って、圧縮機２Ａ〜２Ｄの運転台数を１台減少させるのであるが、その前にステップ９１で、ステップ９２で停止させる停止圧縮機が、前回停止したときからの時間を積算した時間（運転時間と停止時間とからなる１周期）が所定時間（例えば１分）を経過したかを確認し、経過するまでは、前述の停止圧縮機を停止させない。

これは、あまりに短時間に停止運転を繰り返すと、モータやスイッチなどの機器の寿命が短くなってしまうためである。このため、ステップ９１で「ＮＯ」と判定したときには、停止圧縮機を保護するために所定時間が経過するまで、そのままの状態で待機する。

これに対し、ステップ９１で「ＹＥＳ」と判定したときには、停止圧縮機が前回停止したときから所定時間が経過しているから、ステップ９２に移行する。そして、ステップ９２では、スレーブ圧縮機２Ｂ〜２Ｄのいずれかが運転中の場合は、予め決められた順番（例えば圧縮機２Ｄ→圧縮機２Ｃ→圧縮機２Ｂの順番）で運転中のスレーブ圧縮機２Ｂ〜２Ｄを停止する。一方、スレーブ圧縮機２Ｂ〜２Ｄのいずれも停止中の場合は、マスター圧縮機２Ａを停止する。そして、圧縮機２Ａ〜２Ｄの運転台数を１台減少させた後は、ステップ９３に移ってリターンする。

一方、ステップ９０で「ＹＥＳ」と判定したときには、圧力Ｐm(t)が低下しているか、上昇していても最高圧Ｐmaxに到達するまでまだ時間がかかるものと考えられる。即ち、圧縮空気の消費量に見合った供給量が確保され、最高圧Ｐmaxに到達するまで十分に時間的な余裕が生じているものと考えられる。このため、圧縮機２Ａ〜２Ｄの現在の運転状況を維持し、ステップ９３に移ってリターンする。

かくして、本第６の実施の形態においては、タンク８内の圧力の増加率や減少率（圧力変化値ΔＰ）に応じて、運転台数を増加、減少させるための閾値Ｌ，Ｈを変更するので、増加率や減少率が小さくなり、結果として圧縮空気の供給量と消費量とが近い値に制御されるので、空気圧縮装置１の消費電力を低減することができる。

なお、前記第１，第３，第５，第６の実施の形態による空気圧縮装置は、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、上記各実施の形態では、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。

１，２１ 空気圧縮装置
２Ａ〜２Ｄ，２２Ａ〜２２Ｄ 圧縮機
７Ａ〜７Ｄ，２７Ａ〜２７Ｄ 制御回路（制御手段）
８ 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）

上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、空気を圧縮して吐出する複数台の空気圧縮装置と、該空気圧縮装置による圧縮空気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に応じて、前記複数台の空気圧縮装置の運転台数を増加または減少させることによって前記空気圧縮装置の吐出容量を制御する制御手段とを備えてなる空気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の時間当たりの増加率から前記タンク内の圧力が上限圧に到達するまでの上限到達時間を算出し、前記上限到達時間が所定の時間以下となった場合、前記空気圧縮装置の運転台数を減少させることを特徴としている。

請求項２の発明が採用する構成の特徴は、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時間当たりの増加率が所定値よりも大きい場合、前記空気圧縮装置の運転台数を減少させることにある。

請求項３の発明は、空気を圧縮して吐出する複数台の空気圧縮装置と、該空気圧縮装置による圧縮空気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に応じて、前記複数台の空気圧縮装置の運転台数を増加または減少させることによって前記空気圧縮装置の吐出容量を制御する制御手段とを備えてなる空気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の時間当たりの減少率から前記タンク内の圧力が下限圧に到達するまでの下限到達時間を算出し、前記下限到達時間が所定の時間以下となった場合、前記空気圧縮装置の運転台数を増加させることを特徴としている。

請求項４の発明が採用する構成の特徴は、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時間当たりの減少率が所定値よりも大きい場合、前記空気圧縮装置の運転台数を増加させることにある。

請求項５の発明が採用する構成の特徴は、前記制御手段は、前記複数台の空気圧縮装置のうち一の空気圧縮装置の運転時間と休止時間とからなる１周期が所定周期時間より短い場合、現在の運転状態を維持することにある。

請求項１の発明によれば、制御手段は、増加率からタンク圧の上限圧に到達するまでの上限到達時間を算出し、上限到達時間が所定の時間以下となった場合、空気圧縮装置の運転台数を減少させる。これにより、圧縮空気の消費量が少ないときは、タンク内圧力が低い圧力で、上限到達時間が所定以下となるので、結果として、タンク内圧力を低く抑えることができ、より空気圧縮装置の消費電力を低減することができる。

請求項３の発明によれば、制御手段は、減少率からタンク圧の下限圧に到達するまでの下限到達時間を算出し、下限到達時間が所定の時間以下となった場合、空気圧縮装置の運転台数を増加させる。これにより、圧縮空気の消費量に応じて空気圧縮装置の吐出容量を制御し、消費電力を低減しつつタンク内の圧力が不足することを防止できる。

なお、圧縮機２Ａ〜２Ｄのうち１台に異常が生じたときには、異常が発生した圧縮機（例えば圧縮機２Ｄ）を台数制御から切離し、残余の３台の圧縮機（例えば圧縮機２Ａ〜２Ｃ）で台数制御を行う。２台の圧縮機に異常が生じた場合も同様に、残余の２台の圧縮機で台数制御を行うものである。

図４に示すように、タンク８内の圧力Ｐmがゆっくり減少する場合（時間Ａまで）、即ち圧縮空気の供給量と消費量とがほぼ釣合っているものの僅かに消費量が上回っている場合は、現在の運転状態を維持しても圧力Ｐmが最低圧Ｐminよりも急激に低下することは無いものと予想できる。このため、この場合は、時間Ａまで後２秒で最低圧Ｐminに達するので、圧縮機２Ａに加え圧縮機２Ｂを起動する。そして、時間Ｂまでタンク８内の圧力Ｐmが上昇する。一方、時間Ｂ−Ｃ間のように、タンク８内の圧力Ｐmが時間Ａまでより大きく減少する場合、即ち圧縮空気の供給量に対して消費量が多い場合は、現在の運転状態を維持すると、圧力Ｐmが最低圧Ｐminよりも低下して空圧機器が使用できなくなるものと予想される。このため、この場合には、時間Ａの圧力より高い圧力で圧縮機２Ｃが起動される。

２１は本実施の形態による空気圧縮装置で、該空気圧縮装置２１は、第１の実施の形態による空気圧縮装置１とほぼ同様に、４台の圧縮機２２Ａ〜２２Ｄによって構成されている。そして、これらの圧縮機２２Ａ〜２２Ｄは、電動モータ２３Ａ〜２３Ｄ、圧縮機本体２４Ａ〜２４Ｄ、一時貯留タンク２５Ａ〜２５Ｄ、圧力センサ２６Ａ〜２６Ｄ、制御回路２７Ａ〜２７Ｄを備える構成となっている。

かくして、このように構成される本実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、制御回路２７Ａ〜２７Ｄは圧力変化値ΔＰとタンク８等の全容量Ｖallとを用いて圧縮空気の消費量ΔＦを演算する構成としたから、消費量ΔＦに基づいて必要最小限の圧縮空気を吐出する圧縮機２２Ａ〜２２Ｄの組み合わせを選択することができる。この結果、任意の組み合わせで圧縮機２２Ａ〜２２Ｄの運転台数を増減させた場合に比べて、空気圧縮装置１の吐出容量をより適切に設定でき、消費電力の低減効果を高めることができる。

Claims (9)

1. 空気を圧縮して吐出する複数台の空気圧縮装置と、該空気圧縮装置による圧縮空気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に応じて、前記複数台の空気圧縮装置の運転台数を増加または減少させることによって前記空気圧縮装置の吐出容量を制御する制御手段とを備えてなる空気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の時間当たりの増加率の大きさに応じて、該増加率が大きい場合には小さい場合に比して前記空気圧縮装置の運転台数を減少させる傾向とすることを特徴とする空気圧縮装置の制御装置。
2. 前記制御手段は、前記増加率の大きさに応じて、該増加率が大きい場合には小さい場合に比して前記空気圧縮装置の運転台数を減少させるタンク内の圧力を低くすることを特徴とする請求項１に記載の空気圧縮装置の制御装置。
3. 前記制御手段は、前記増加率からタンク圧の上限圧に到達するまでの上限到達時間を算出し、該上限到達時間が所定の時間以下となった場合、前記空気圧縮装置の運転台数を減少させることを特徴とする請求項２に記載の空気圧縮装置の制御装置。
4. 前記制御手段は、前記増加率の大きさに応じて、該増加率が大きくなるにつれ前記空気圧縮装置の運転台数を減少させるタンク内の圧力の閾値を低くすることを特徴とする請求項２に記載の空気圧縮装置の制御装置。
5. 前記制御手段は、前記増加率が所定の増加率を超えたときに、前記空気圧縮装置の運転台数を減少させることを特徴とする請求項１に記載の空気圧縮装置の制御装置。
6. 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時間当たりの減少率の大きさに応じて、該減少率が大きい場合には小さい場合に比して前記空気圧縮装置の運転台数を増加させる傾向とすることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の空気圧縮装置の制御装置。
7. 前記制御手段は、前記複数台の空気圧縮装置のうち一の空気圧縮装置の運転時間と休止時間とからなる１周期が所定周期時間より短い場合、現在の運転状態を維持することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の空気圧縮装置の制御装置。
8. 前記制御手段は、前記タンク内の圧力が所定の上限圧に達したときに、前記複数の空気圧縮装置の全てを停止させることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の空気圧縮装置の制御装置。
9. 前記制御手段は、前記タンク内の圧力が所定の下限圧以下のときに、前記複数の空気圧縮装置の全てを運転させることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の空気圧縮装置の制御装置。

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