JP5997626B2 - 圧縮空気供給システムおよび方法 - Google Patents
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Description
このような圧縮空気供給システムでは、運転コストの削減、CO2の排出量に代表される環境負荷の低減を目的として、負荷に対する圧縮空気の供給状況、例えば空気圧や空気流量の変動に応じて、各コンプレッサの運転を切替制御するようにしたものが提案されている(例えば、特許文献1など参照)。
したがって、上記圧縮空気供給システムでは、各コンプレッサの運転性能を考慮して予め優先順位や運用スケジュールを設定しておき、これら設定に基づいて、各コンプレッサの運転状態を、圧縮空気を吐出するロード状態、または圧縮空気を吐出しないアンロード状態へ切替制御するものとなっている。
[第1の実施の形態]
まず、図1を参照して、本発明の第1の実施の形態にかかる圧縮空気供給システム1について説明する。図1は、第1の実施の形態にかかる圧縮空気供給システムの構成を示すブロック図である。
この圧縮空気供給システム1には、主な機能部として、記憶部11、予定使用量学習部12、先行予測量計算部13、最低確保量計算部14、運転優先順位決定部15、最低起動台数計算部16、およびコンプレッサ制御部17が設けられている。
記憶部11で記憶する主な処理データとして、予定使用量データ11A、先行予測量データ11B、最低確保量データ11C、運転性能データ11D、運転優先順位データ11E、および最低起動台数データ11Fがある。
予定使用量データ11Aは、負荷6における圧縮空気の予定使用量の時刻変化を示すデータであり、予定使用量学習部12により計算されて、記憶部11に保存される。予定使用量データ11Aは、例えば図3に示すように、各時刻ごとに、当該時刻における負荷6での圧縮空気の予定使用量が登録されている。
図4は、運転性能データの説明図である。一般に、コンプレッサは、原点を基準として、吐出量の増加に応じて運転効率が単調増加し、最大吐出量(100%)に近づくに連れて運転効率が飽和する運転性能特性を有している。ここでは、運転効率[Nm3/kWh]を用いて説明したが、運転効率として、コンプレッサの電力原単位[kWh/Nm3]やCO2排出原単位[kg−CO2/Nm3]などの他の指標を用いてもよい。
図5は、運転優先順位データの構成例である。ここでは、コンプレッサ1A〜1Nごとに、当該コンプレッサの優先順位がそれぞれ登録されている。
具体的には、図2に示すように、各時刻における予定使用量Qaを、コンプレッサ1A〜1Nの起動所要時間以上の時間長を有する先行時間ΔT分だけ先行させて得られた先行予測量Qbから、補充供給量ΔQ分だけそれぞれ減算することにより、各時刻において最低確保すべき最低確保量Qcを計算し、この最低確保量Qcに基づいて、コンプレッサ1A〜1Nの最低起動台数Nminを計算するようにしたものである。
次に、本実施の形態にかかる圧縮空気供給システム1の動作について説明する。
まず、図6を参照して、圧縮空気供給システム1における処理データ計算処理について説明する。図6は、処理データ計算処理を示すフローチャートである。
圧縮空気供給システム1は、予め設定された時刻、あるいはオペレータ操作に応じて、図6の処理データ計算処理を実行する。ここでは、記憶部11に予測使用量データ11Aが予め登録されているものとする。
また、図6では、先行予測量データ11B、最低確保量データ11C、運転性能データ11D、運転優先順位データ11E、および最低起動台数データ11Fを一括して計算する場合を例として説明したが、これら処理データを計算するタイミングについては、これに限定されるものではなく、それぞれ個別のタイミングで計算してもよい。例えば、運転優先順位データ11Eや最低起動台数データ11Fについては、各時刻に合わせて逐次計算するようにしてもよい。
次に、図7を参照して、コンプレッサ制御部17における最低起動台数制御処理について説明する。図7は、最低起動台数制御処理を示すフローチャートである。
コンプレッサ制御部17は、コンプレッサの起動台数を制御する周期に応じて、図7の最低起動台数制御処理を実行する。ここでは、記憶部11に運転優先順位データ11Eおよび最低起動台数データ11Fが予め登録されているものとする。
一方、ステップ111において、N≧Nminの場合(ステップ111:NO)、コンプレッサ制御部17は、一連の最低起動台数制御処理を終了する。
次に、図8を参照して、コンプレッサ制御部17における圧力調整用台数制御処理について説明する。図8は、圧力調整用台数制御処理を示すフローチャートである。
コンプレッサ制御部17は、ヘッダ5でのヘッダ圧力Pを制御する周期に応じて、図8の圧力調整用台数制御処理を実行する。ここでは、記憶部11に運転優先順位データ11Eが予め登録されているものとする。
ここで、ステップ121において、P≦PLの状態が一定期間連続していない場合(ステップ121:NO)、一連の圧力調整用台数制御処理を終了する。
次に、図9を参照して、最低起動台数計算部16における最低起動台数計算処理について説明する。図9は、最低起動台数計算処理を示す説明図である。
なお、この最低起動台数計算処理において使用する、コンプレッサ1A〜1Nの基準風量運転時における個別基準吐出量は、100%風量運転時における吐出量を用いてもよく、圧縮空気供給システム1の運用に合わせて100%風量運転時以外の吐出量を用いてもよい。
次に、図10を参照して、運転優先順位決定部15における運転優先順位決定処理について説明する。図10は、運転優先順位決定処理を示す説明図である。
なお、この最低起動台数計算処理において使用する、コンプレッサ1A〜1Nの基準風量運転時における個別基準吐出量は、100%風量運転時における吐出量を用いてもよく、圧縮空気供給システム1の運用に合わせて100%風量運転時以外の吐出量を用いてもよい。
このように、本実施の形態は、最低確保量計算部14が、当該時刻Tより先行時間ΔTだけ後の時刻における予定使用量Qaから補充供給量ΔQ分だけそれぞれ減算することにより、各時刻において最低確保すべき最低確保量Qcを計算し、最低起動台数計算部16が、これら最低確保量Qcと各コンプレッサ1A〜1Nにおける圧縮空気の個別基準吐出量とに基づいて、各時刻について最低確保量Qcを供給するために起動しておくべきコンプレッサ1A〜1Nの最低起動台数Nminを計算し、コンプレッサ制御部17が、時刻ごとに、当該実起動台数Nが当該最低起動台数Nminに満たない場合には、当該実起動台数Nが当該最低起動台数Nminとなるまでコンプレッサ1A〜1Nを起動するようにしたものである。
したがって、時刻Tにコンプレッサを起動する際、運転優先順位決定部15で得られた時刻Tの運転優先順位に基づいて、起動するコンプレッサを選択すれば、予定時刻T’において用いるべきコンプレッサを、予定時刻T’より先行時間ΔTだけ手前の時刻Tの時点で、正確に起動しておくことができる。このため、予定時刻T’において、予定使用量Qaの圧縮空気を、高い運転効率で負荷6に供給することができる。
次に、本発明の第2の実施の形態にかかる圧縮空気供給システム1について説明する。
第1の実施の形態では、コンプレッサ制御部17において、コンプレッサ1A〜1Nの運転状態をロード状態/アンロード状態にそれぞれ切替制御する場合、運転優先順位データ11Eに基づき、切替制御するコンプレッサを選択する場合について説明した。この際、運転優先順位データ11Eを時刻ごとに再計算した場合、実際に起動されているコンプレッサと、新たな時刻における運転優先順位とが不一致となる場合が発生しうる。
次に、図11を参照して、本実施の形態にかかる圧縮空気供給システム1の動作として、コンプレッサ制御部17による運転状態入替処理について説明する。図11は、運転状態入替処理を示す説明図である。ここでは、4つのコンプレッサ1A,1B,1C,1Dを制御する場合を例として説明する。
時刻T0において、コンプレッサ1A,1B,1C,1Dの運転優先順位が「1」,「2」,「4」,「3」であり、このうちコンプレッサ1A,1B,1Dがロード状態にあり、コンプレッサ1Cがアンロード状態にある。したがって、これらコンプレッサ1A,1B,1C,1Dの運転優先順位と運転状態とは一致している。
その後、不一致が確認された時刻T1から、所定の判定期間以上経過した時刻T2まで、不一致状態が継続した場合、コンプレッサ制御部17は、コンプレッサ1A,1B,1C,1Dについて、運転状態の入れ替えを実行する。
このように、本実施の形態は、コンプレッサ制御部17が、コンプレッサのうち起動状態にある実起動コンプレッサの運転状態と運転優先順位決定部15で決定した運転優先順位とを時刻ごとに比較し、当該実起動コンプレッサの運転状態と当該運転優先順位との不一致状態が判定期間以上継続した場合、当該運転優先順位に一致するよう実起動コンプレッサの運転状態をロード状態/アンロード状態にそれぞれ切替制御するようにしたものである。
また、当該実起動コンプレッサと当該運転優先順位との不一致状態が判定期間以上継続した場合に、切替制御するようにしたので、コンプレッサの運転状態を安定して切替制御することができる。
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。
Claims (4)
- コンプレッサを並列運転して得た圧縮空気を集気しバッファで一時的に蓄積した後に負荷に供給する際、当該圧縮空気の供給圧力に応じて、前記コンプレッサを起動状態/停止状態にそれぞれ個別に切替制御するとともに、起動状態にある前記コンプレッサの運転状態をロード状態/アンロード状態にそれぞれ個別に切替制御する圧縮空気供給システムであって、
各時刻における前記負荷での前記圧縮空気の予定使用量を示す予定使用量データを記憶する記憶部と、
前記記憶部の前記予定使用量データから各時刻における予定使用量を読み出して、前記コンプレッサの起動所要時間以上の時間長を有する先行時間分だけ先行させることにより、各時刻における先行予測量を計算する先行予測量計算部と、
前記先行予測量計算部で計算した各時刻における前記先行予測量から、前記コンプレッサから圧縮空気の供給を新たに開始することなく前記バッファで補える圧縮空気量を示す補充供給量分それぞれ減算することにより、各時刻において最低確保すべき最低確保量を計算する最低確保量計算部と、
前記最低確保量計算部で計算した各時刻における前記最低確保量と前記各コンプレッサにおける前記圧縮空気の個別基準吐出量とに基づいて、各時刻について前記最低確保量を供給するために起動しておくべき前記コンプレッサの最低起動台数を計算する最低起動台数計算部と、
前記コンプレッサのうち起動状態にある実起動台数と前記最低起動台数計算部で計算した前記最低起動台数とを時刻ごとに比較し、当該実起動台数が当該最低起動台数に満たない場合には、当該実起動台数が当該最低起動台数となるまで前記コンプレッサを起動するコンプレッサ制御部と
を備えることを特徴とする圧縮空気供給システム。 - 請求項1に記載の圧縮空気供給システムにおいて、
前記記憶部は、前記コンプレッサごとに圧縮空気の吐出量とその吐出に関する運転効率との関係を示す運転性能データを記憶し、
前記先行予測量計算部で計算した前記先行予測量の供給に用いる前記コンプレッサについて、前記記憶部から読み出した前記運転性能データにおける前記各コンプレッサの運転効率を考慮した運転優先順位を、時刻ごとに決定する運転優先順位決定部とをさらに備え、
前記コンプレッサ制御部は、前記コンプレッサを停止状態から起動状態に切替制御する際、前記運転優先順位決定部で決定した当該時刻における運転優先順位に基づいて、停止状態にあるコンプレッサのうち優先順位の最も高いコンプレッサを起動状態に切替制御する
ことを特徴とする圧縮空気供給システム。 - 請求項2に記載の圧縮空気供給システムにおいて、
前記最低起動台数計算部は、前記運転優先順位決定部で得られた当該時刻における前記運転優先順位に基づいて順位の高い方から順にコンプレッサを選択するとともに、選択したこれらコンプレッサの個別基準吐出量の合計値を前記最低確保量と順に比較し、当該合計値が前記最低確保量以上となったときに選択されているコンプレッサの数を前記最低起動台数とすることを特徴とする圧縮空気供給システム。 - コンプレッサを並列運転して得た圧縮空気を集気しバッファで一時的に蓄積した後に負荷に供給する際、当該圧縮空気の供給圧力に応じて、前記コンプレッサを起動状態/停止状態にそれぞれ個別に切替制御するとともに、起動状態にある前記コンプレッサの運転状態をロード状態/アンロード状態にそれぞれ個別に切替制御する圧縮空気供給システムで用いられる圧縮空気供給方法であって、
記憶部が、各時刻における前記負荷での前記圧縮空気の予定使用量を示す予定使用量データを記憶する記憶ステップと、
先行予測量計算部が、前記記憶部の前記予定使用量データから各時刻における予定使用量を読み出して、前記コンプレッサの起動所要時間以上の時間長を有する先行時間分だけ先行させることにより、各時刻における先行予測量を計算する先行予測量計算ステップと、
最低確保量計算部が、前記先行予測量計算ステップで計算した各時刻における前記先行予測量から、前記コンプレッサから圧縮空気の供給を新たに開始することなく前記バッファで補える圧縮空気量を示す補充供給量分それぞれ減算することにより、各時刻において最低確保すべき最低確保量を計算する最低確保量計算ステップと、
最低起動台数計算部が、前記最低確保量計算ステップで計算した各時刻における前記最低確保量と前記各コンプレッサにおける前記圧縮空気の個別基準吐出量とに基づいて、各時刻について前記最低確保量を供給するために起動しておくべき前記コンプレッサの最低起動台数を計算する最低起動台数計算ステップと、
コンプレッサ制御部が、前記コンプレッサのうち起動状態にある実起動台数と前記最低起動台数計算ステップで計算した前記最低起動台数とを時刻ごとに比較し、当該実起動台数が当該最低起動台数に満たない場合には、当該実起動台数が当該最低起動台数となるまで前記コンプレッサを起動するコンプレッサ制御ステップと
を備えることを特徴とする圧縮空気供給方法。
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