KR101752163B1

KR101752163B1 - 유체 압축 시스템 및 그 제어 장치

Info

Publication number: KR101752163B1
Application number: KR1020157018429A
Authority: KR
Inventors: 치지아 렌; 히로노부 다카야스; 요시유키 가네모토
Original assignee: 가부시키가이샤 히다치 산키시스템
Priority date: 2013-02-08
Filing date: 2013-02-08
Publication date: 2017-06-29
Also published as: KR20170075814A; EP2955377A1; CN107939662A; US10514026B2; CN104968939A; CN104968939B; KR101790545B1; EP2955377B1; EP2955377A4; JP6200905B2; JPWO2014122764A1; US20150370265A1; WO2014122764A1; CN107939662B; KR20150092318A

Abstract

본 발명은 압축기의 설치 대수를 늘렸을 경우에 있어서도 급격한 유체 사용량의 변화에 대응해서 압축 유체를 공급할 수 있는 유체 압축 시스템 또는 그 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 유체를 압축하는 복수 대의 압축 장치와, 복수 대의 상기 압축 장치의 운전 대수를 제어하는 대수 제어 장치를 구비하고, 복수 대의 상기 압축 장치 중 적어도 1대는, 복수 대의 압축기 본체로 구성되며, 압축 유체의 사용량에 따라서 운전 대수를 변경하는 용량 제어 운전 또는 압축 유체의 사용량에 상관없이 운전 시의 출력을 변경하지 않는 고정 제어 운전을 행하고, 상기 대수 제어 장치는, 복수 대의 상기 압축 장치가 용량 제어 운전 또는 고정 제어 운전 중 어느 것을 행할지를 전환하는 것을 특징으로 하는 유체 압축 시스템을 제공한다.

Description

유체 압축 시스템 및 그 제어 장치{FLUID COMPRESSION SYSTEM AND CONTROL DEVICE THEREFOR}

본 발명은, 유체 압축 장치 및 그 제어 장치에 관한 것이다.

특허문헌 1에는, 탱크 내의 압력의 시간당의 증가율 또는 감소율에 따라서 복수 대의 압축기의 운전 대수(臺數)를 증가 또는 감소시키는 공기 압축 장치의 제어 장치가 기재되어 있다.

일본국 특개2007-120497호 공보

특허문헌 1의 공기 압축 장치의 제어 장치에서는, 모든 압축기를 운전시켜도 공기량이 충분치 않을 경우, 설치하는 압축기의 운전 대수를 더 늘리게 된다. 설치하는 압축기의 운전 대수를 늘렸을 경우, 모든 압축기를 특허문헌 1의 제어 장치에 의하여 제어하면, 모든 압축기가 정지 상태일 때에 1대씩 순차적으로 기동시키거나, 모든 압축기가 운전 상태일 때에 1대씩 순차적으로 정지시키거나 한다. 그 때문에, 급격한 공기 사용량의 변화에 대응해서 공기를 공급할 수 없었다.

상기 문제점을 감안하여, 본 발명은 압축기의 설치 대수를 늘렸을 경우에 있어서도 급격한 유체 사용량의 변화에 대응해서 압축 유체를 공급할 수 있는 유체 압축 시스템 또는 그 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 유체를 압축하는 복수 대의 압축 장치와, 복수 대의 상기 압축 장치의 운전 대수를 제어하는 대수 제어 장치를 구비하고, 복수 대의 상기 압축 장치 중 적어도 1대는, 복수 대의 압축기 본체로 구성되며, 압축 유체의 사용량에 따라서 운전 대수를 변경하는 용량 제어 운전 또는 압축 유체의 사용량에 상관없이 운전 시의 출력을 변경하지 않는 고정 제어 운전을 행하고, 상기 대수 제어 장치는, 복수 대의 상기 압축 장치가 용량 제어 운전 또는 고정 제어 운전 중 어느 것을 행할지를 전환하는 것을 특징으로 하는 유체 압축 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명은, 복수 대의 압축기 본체로 구성되며, 압축 유체의 사용량에 따라서 운전 대수를 변경하는 용량 제어 운전 또는 압축 유체의 사용량에 상관없이 운전 시의 출력을 변경하지 않는 고정 제어 운전을 행하는 적어도 1대의 압축 장치를 포함하는 복수 대의 압축 장치의 운전 대수를 제어하여, 상기 압축 장치가 용량 제어 운전 또는 고정 제어 운전 중 어느 것을 행할지를 제어하는 것을 특징으로 하는 유체 압축 시스템의 제어 장치를 제공한다.

본 발명에 따르면, 압축기의 설치 대수를 늘렸을 경우에 있어서도 급격한 유체 사용량의 변화에 대응해서 압축 유체를 공급할 수 있는 유체 압축 시스템 또는 그 제어 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1의 공기 압축 시스템의 구성을 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명의 실시예 1의 대수 제어 장치에 의한 압축 장치의 기동 또는 정지 제어의 처리를 나타내는 흐름도.
도 3은 본 발명의 실시예 1의 압축 장치에 의한 압축기 본체의 기동 또는 정지 제어의 처리를 나타내는 흐름도.
도 4는 본 발명의 실시예 1의 압축기 본체에 의한 압축 장치의 기동과 정지 시의 판정 타이밍도.
도 5는 본 발명의 실시예 1의 탱크 압력, 압축기 본체의 ON/OFF, 전력의 시간 변화를 나타내는 특성선도.
도 6은 본 발명의 실시예 2의 공기 압축 시스템의 구성을 나타내는 블록도.
도 7은 본 발명의 실시예 2의 대수 제어 장치에 의한 압축 장치의 기동 또는 정지 제어의 처리를 나타내는 흐름도.
도 8은 본 발명의 실시예 2의 압축 장치에 의한 압축기 본체의 기동 또는 정지 제어의 처리를 나타내는 흐름도.
도 9는 본 발명의 실시예 2의 압축기 본체와 압축 장치의 기동과 정지 시의 판정 타이밍도.
도 10은 본 발명의 실시예 2의 탱크 압력, 압축기 본체의 ON/OFF, 전력의 시간 변화를 나타내는 특성선도.

이하, 본 발명의 실시형태에 따른 유체 압축 시스템으로서 탱크에 대해 개별적으로 압축 공기를 공급하는 4대의 공기 압축 장치를 이용해서 구성한 경우를 예로 들어 첨부 도면에 따라서 상세히 설명한다.

[실시예 1]

도 1 내지 도 5를 이용해서 본 발명의 실시예 1의 공기 압축 시스템을 설명한다. 본 실시예에 있어서의 공기 압축 시스템의 구성을 도 1에 나타낸다. 도 1에 있어서, 대수 제어 장치(1)는 압축 장치(2A∼2D)의 운전 대수를 제어하는 장치이다. 공기 탱크(12)에 저축되어 있는 공기의 압력 P'(t)를 측정하는 수단인 압력 센서(15)를 구비하며, 측정한 압력을 전압 신호로 하여 제어 회로(16)에 도입하고, 제어 회로(16)의 아날로그/디지털 변환 회로를 통하여 디지털 신호로 변환한다. 그리고, 압력 측정값 P'(t)의 변화율을 이용하여 대수 제어 장치와 접속되는 압축 장치의 운전 대수를 제어하는 기능을 갖는다.

공기를 압축하는 압축 장치(2A)는 주로 3개의 공기를 압축하는 압축기 본체(31A∼33A)와, 3개의 압축기 본체를 구동시키는 모터(21A∼23A)와, 압축기 본체의 운전 대수를 제어하는 제어 회로(4A)와, 압축한 공기를 저축하는 탱크(5A)와, 탱크(5A)의 압력 P(t)를 측정하는 수단인 압력 센서(6A)에 의해 구성되어 있다. 제어 회로(4A)는 측정한 압력값을 기록하는 기능과, 각 압축기 본체(31A∼33A)의 누적 운전 시간을 기록하는 기능과, 각 압축기 본체(31A∼33A)를 구동시키는 모터(21A∼23A)의 운전, 정지를 제어하는 기능을 갖는다. 제어 회로(4A)는 측정한 압력값 P(t)를 이용해서 압축기 본체의 운전 대수를 제어한다. 또한, 사용자에 의하여 설정된 탱크(5A)의 하한 압력 Pmin과 상한 압력 Pmax는 제어 회로(4A)에 기록되어 있다.

그 밖의 압축 장치(2B∼2D)는 압축 장치(2A)와 마찬가지로, 각각 3개의 압축기 본체(31B∼33B, 31C∼33C, 31D∼33D)와 3개의 모터(21B∼23B, 21C∼23C, 21D∼23D)와 제어 회로(4B∼4D), 공기를 저축하는 탱크(5B∼5D), 공기 탱크의 압력을 측정하는 수단인 압력 센서(6B∼6D)에 의해 구성되어 있다.

압축 장치(2A∼2D)는 배선(7A∼7D, 8A∼8D, 9A∼9D, 17A∼17D)을 통해서 대수 제어 장치(1)와 접속되어 있다. 각 배선의 기능에 대하여 후술한다. 또한, 각 공기를 저축하는 탱크(5A∼5D)는 공기를 수송하는 배관(10A∼10D)을 통하여 공기 탱크(12)에 압축한 공기를 송출한다. 그리고, 탱크(12)에는 취출 밸브(13)를 구비한 출력 배관(14)이 부착되어 있다. 이것에 의해, 탱크(12)는 출력 배관(14)을 통하여 외부의 공압 기기(도시하지 않음)에 접속됨과 함께, 취출 밸브(13)를 개폐하는 것에 의하여 당해 공압 기기를 향해서 압축 공기를 공급하는 것이다. 또한, 공기 탱크(12)로부터 배관(25)을 통해서 대수 제어 장치(1)에 내장되는 압력 센서(15)와 접속된다.

압축 장치(2A∼2D)는 각각 독립적인 압축 장치이며 단독 운전도 가능하다. 대수 제어 장치(1)와 접속되는 배선(7A∼7D)을 통해서, 단독 운전할지 대수 제어 장치(1)에 의해 제어될지의 전환이 가능하다. 또한, 신호선(8A∼8D)은 대수 제어 장치(1)로부터 각 압축 장치에의 운전 신호선이며, 그 운전 신호를 받아 압축 장치(2A∼2D)가 기동, 정지를 행한다. 대수 제어 장치(1)는 신호선(9A∼9D)을 통해서 압축 장치(2A∼2D)에 대해 어느 제어 방식으로 운전할지의 명령을 보낸다. 압축 장치(2A∼2D)는 상기한 명령을 받아, 압축 장치(2A∼2D)의 운전 대수를 증감시키는 타이밍에서, 압축 공기의 사용량에 따라서 운전 대수를 변경하는 것에 의해, 토출 공기량(출력)을 변경하는 용량 제어 방식으로 운전하거나, 그렇지 않으면 압축 공기의 사용량에 상관없이 운전 시의 운전 대수를 변경하지 않고 토출 공기량(출력)이 일정해지는 고정 제어 방식으로 운전할지를 전환한다. 또한, 압축 장치(2A∼2D)에 이상이 발생했을 때에, 17A∼17D를 통해서 대수 제어 장치(1)에 신호를 보내고, 대수 제어 장치(1)는 그 신호를 받아 당해 압축 장치를 대수 제어 대상으로부터 제외하고, 대체된 압축 장치를 기동시키는 것이 가능하다.

또한, 공기 탱크(12)와 공기 탱크(5A∼5D)는 배관(10A∼10D)에 의해 접속되었기 때문에, 공기 탱크(12)의 압력 측정값 P'(t)와 공기 탱크(5A∼5D)의 압력 측정값 P(t)는 같은 값이다. 그리고, 공기 탱크(12)의 상한 압력값 Pmax와 하한 압력값 Pmin도 공기 탱크(5A∼5D)의 상한 압력값 Pmax와 하한 압력값 Pmin과 같은 값으로 설정한다.

본 실시예에 따른 공기 압축 시스템은 전술과 같은 구성을 갖는 것이다. 다음으로 도 1∼도 4를 참조하면서, 대수 제어 장치(1)와 압축 장치(2A∼2D) 각각의 압력 측정값 P'(t)와 P(t)를 이용하여 압축 장치(2A∼2D)의 운전 대수와 압축기 본체의 운전 대수의 제어 처리를 설명한다.

우선, 도 2를 참조하여 대수 제어 장치(1)가 압축 장치(2A∼2D)의 운전 대수를 증감시키는 제어 방법에 대하여 설명한다. 도 2에 나타내는 운전 제어 처리는 미리 정해진 샘플링 주기 Ts(예를 들면 200ms)마다 행하는 것이다.

스텝1에서는, 압력 센서(15)로부터의 압력 신호 P'(t)를 이용해서, 일정한 샘플링 주기 Ts로 현재의 공기 탱크(12) 내의 압력 P'(t)를 계측한다.

다음으로, 스텝2에서는, 현재 탱크 압력값 P'(t)가 미리 설정된 공기 탱크(12)의 하한 압력값 Pmin보다 작은지의 여부를 판정한다. 만약 「Yes」로 판정되었을 경우, 다음의 스텝3에서 압축 장치(2A∼2D)를 전대(全臺) 기동시킨다. 「No」로 판정되었을 경우, 다음의 스텝4에서 현재 압력값 P'(t)가 미리 설정된 공기 탱크(12)의 상한 압력값 Pmax 이상인지의 여부를 판정한다. 만약 「Yes」로 판정되었을 경우, 다음의 스텝5에서 압축 장치(2A∼2D)를 전대 정지시킨다. 「No」로 판정되었을 경우, 스텝6에서는 현재 측정한 압력 P'(t)와 지난번 측정한 압력값 P'(t-1)를 이용하여 수식 1에 의해서 탱크 압력 변화율 K'를 계산한다.

(수식 1)

K'=(P'(t)-P'(t-1))/Ts

스텝7에서는 상기 계산된 K'가 마이너스 값인지의 여부를 판정한다. 만약 「Yes」로 판정되었을 경우, 압력이 하강중이라는 것으로 스텝8로 이행한다. 「No」로 판정되었을 경우, 압력이 상승중이라는 것으로 스텝13으로 이행한다. 스텝8에서는, 수식 2를 이용해서, 하한 압력 Pmin과 현재의 압력 P'(t)의 차를 압력 변화율 K'로 나누는 것에 의하여, 현재의 상태로부터 하한 압력 Pmin에 도달할 때까지의 시간을 계산한다. 계산한 값을 Td'값으로 한다.

(수식 2)

Td'=(Pmin-P'(t))/K'

다음의 스텝9에서 Td'값이 미리 정한 Td' 문턱값(예를 들면 2초)보다 작은지의 여부를 판정한다. 만약 「No」로 판정되었을 경우, 스텝19로 이행하여 리턴한다. 만약 「Yes」로 판정되었을 경우, 스텝10에서 압축 장치(2A∼2D)의 운전 대수를 1대 증가 판정한다. 다음의 스텝11에서 누적 운전 시간 최단이며 정지중인 압축 장치(2A∼2D)를 우선적으로 기동시키고, 새로이 기동시킨 압축 장치(2A∼2D)를 용량 제어로 전환한다. 그리고, 스텝12에서는 그 밖의 운전 중인 압축 장치를 공기 토출량이 일정해지는 고정 제어로 전환한다. 마지막으로 스텝19로 이행하여 리턴한다.

스텝7에서 「No」로 판정되었을 경우, 스텝13으로 이행하여 압력 변화율 K'가 플러스인지의 여부를 판정한다. 만약 「No」로 판정되었을 경우, 스텝19로 이행하여 리턴한다. 만약 「Yes」로 판정되었을 경우 스텝14로 이행한다. 스텝14에서는, 상한 압력 Pmax와 현재의 압력 P'(t)의 차를 압력 변화율 K'로 나누는 것에 의하여, 현재의 상태로부터 상한 압력 Pmax까지 도달할 때까지의 시간을 계산한다. 계산한 값을 Tu'값으로 한다.

(수식 3)

Tu'=(Pmax-P'(t))/K'

다음의 스텝15에서는 Tu'값이 미리 정한 Tu' 문턱값(예를 들면 5초) 미만인지의 여부를 판정한다. 만약 「No」로 판정되었을 경우, 스텝19로 이행하여 리턴한다. 「Yes」로 판정되었을 경우, 스텝16에서 압축 장치(2A∼2D)의 운전 대수를 1대 감소 판정한다. 다음의 스텝17에서 용량 제어로 운전 중인 압축 장치(2A∼2D)를 정지시킨다. 그리고, 스텝18에서 운전 중인 압축 장치(2A∼2D) 중에서 누적 운전 시간 최장인 것을 우선적으로 용량 제어로 전환하고, 마지막으로 스텝19로 이행하여 리턴한다.

대수 제어 장치(1)는 이상의 대수 제어 처리에 의하여, 공기 사용량에 따라 공기 탱크의 상한압 Pmax에 도달하기 전에 압축 장치의 운전 대수를 감소시킬 수 있어, 높은 압력 영역의 운전을 피하여 헛된 소비 전력을 줄인다. 또한, 탱크의 하한 압력 Pmin에 도달하기 전에 압축 장치(2A∼2D)의 운전 대수를 증가시킴으로써 하한 압력 Pmin을 하회하지 않는다. 그리고, 운전 중에 반드시 1대의 용량 제어로 운전되는 압축 장치를 유지하는 것에 의하여, 세밀한 용량 제어가 가능하며 복수 대의 압축 장치가 동시에 용량 제어를 행할 때에 발생하는 간섭 현상도 방지할 수 있다.

지금부터, 도 3을 참조하면서, 압축 장치(2A∼2D) 내부의 압축기 본체의 운전 대수를 증감시키는 제어 방법에 대하여 설명한다. 예로서, 압축 장치(2A)가 용량 제어로 운전 중인 것으로 가정한다. 도 3에 나타내는 운전 제어 처리는 미리 정해진 샘플링 주기 Ts(예를 들면 200ms)마다 행하는 것이다.

스텝31에서는, 압력 센서(6A)로부터의 압력 신호를 이용해서 일정한 샘플링 주기 Ts로 현재의 공기 탱크(5A) 내의 압력 P(t)를 계측한다.

다음으로, 스텝32에서는, 현재 탱크 압력값 P(t)가 미리 설정된 공기 탱크(5A)의 하한 압력값 Pmin보다 작은지의 여부를 판정한다. 만약 「Yes」로 판정되었을 경우, 다음의 스텝33에서 압축기 본체(31A∼33A)를 전대 기동시킨다. 「No」로 판정되었을 경우, 다음의 스텝34에서 현재 압력값 P(t)가 미리 설정된 공기 탱크(5A)의 상한 압력값 Pmax 이상인지의 여부를 판정한다. 만약 「Yes」로 판정되었을 경우, 다음의 스텝35에서 압축기 본체(31A∼33A)를 전대 정지시킨다. 「No」로 판정되었을 경우, 스텝36에서 현재 측정한 압력 P(t)와 지난번 측정한 압력값 P(t-1)를 이용하여 수식 4에 의해서 탱크 압력 변화율 K를 계산한다.

(수식 4)

K=(P(t)-P(t-1))/Ts

스텝37에서 상기 계산된 K가 마이너스 값인지의 여부를 판정한다. 만약 「Yes」로 판정되었을 경우, 압력이 하강중이라는 것으로 스텝38로 이행한다. 「No」로 판정되었을 경우, 압력이 상승중이라는 것으로 스텝42로 이행한다. 스텝38에서는, 수식 5를 이용해서, 하한 압력 Pmin과 현재의 압력 P(t)의 차를 압력 변화율 K로 나누는 것에 의하여, 현재의 상태로부터 하한 압력 Pmin에 도달할 때까지의 시간을 계산한다. 계산한 값을 Td값으로 한다.

(수식 5)

Td=(Pmin-P(t))/K

다음의 스텝39에서 Td값이 미리 정한 Td 문턱값보다 작은지의 여부를 판정한다. 여기에서, 압축 장치 Td 문턱값과 대수 제어 장치측의 Td' 문턱값은 Td 문턱값>Td' 문턱값의 관계를 지니지 않으면 안 된다. 그 이유에 대하여 후술한다. 여기에서는 가령 Td 문턱값을 3초로 한다.

만약 스텝39에서 「No」로 판정되었을 경우, 스텝47로 이행하여 리턴한다. 만약 「Yes」로 판정되었을 경우, 스텝40에서 압축기 본체(31A∼33A)의 운전 대수를 1대 증가 판정한다. 다음의 스텝41에서 누적 운전 시간 최단이며 정지중인 압축기 본체를 기동시킨다. 마지막으로 스텝47로 이행하여 리턴한다.

Td 문턱값을 반드시 Td' 문턱값보다 크게 하지 않으면 안 되는 이유는, 만약 Td 문턱값을 Td' 문턱값과 같은 값으로 설정했을 경우, 압축 장치의 기동과 압축기 본체의 기동이 동시 발생한다는 제어의 간섭 현상이 일어나기 때문이다. 여기에서, Td 문턱값을 Td' 문턱값보다 크게 함으로써, 반드시 스텝39의 압축기 본체의 기동 판정은 스텝9의 압축 장치의 기동 판정보다 먼저 「Yes」로 판정되므로, 압축기 본체(31A∼33A)의 운전 대수의 증가는 압축 장치(2A∼2D)의 증가보다 먼저 행해지게 된다. 그 때문에, 압축기 본체 운전 대수의 증가와 압축 장치의 증가가 동시에 발생한다는 간섭 현상을 방지할 수 있다.

스텝37에서 「No」로 판정되었을 경우, 스텝42로 이행하여 압력 변화율 K가 플러스인지의 여부를 판정한다. 만약 「No」로 판정되었을 경우는, 압력이 변화없다는 것으로 스텝47로 이행하여 리턴한다. 만약 「Yes」로 판정되었을 경우, 압력이 상승중이라는 것으로 스텝43으로 이행한다. 스텝43에서는, 상한 압력 Pmax와 현재의 압력 P(t)의 차를 압력 변화율 K로 나누는 것에 의하여, 현재의 상태로부터 상한 압력 Pmax에까지 도달할 때까지의 시간을 계산한다. 계산한 값을 Tu값으로 한다.

(수식 6)

Tu=(Pmax-P(t))/K

다음의 스텝44에서 Tu값이 미리 정한 Tu 문턱값 미만인지의 여부를 판정한다. 여기에서, 압축 장치측 Tu 문턱값과 대수 제어 장치측의 Tu' 문턱값은 Tu 문턱값>Tu' 문턱값의 관계를 가지지 않으면 안 된다. 그 이유에 대하여 후술한다. 여기에서, 가령 Tu 문턱값을 10초로 한다.

만약 「No」로 판정되었을 경우, 스텝47로 이행하여 리턴한다. 「Yes」로 판정되었을 경우, 스텝45에서 압축기 본체(31A∼33A)의 운전 대수를 1대 감소 판정하고, 다음의 스텝46에서 운전 중인 누적 운전 시간 최장인 압축기 본체를 정지시킨다. 마지막으로 스텝47로 이행하여 리턴한다.

Tu 문턱값을 반드시 Tu' 문턱값보다 크게 하지 않으면 안 되는 이유는, 만약 Td 문턱값을 Td' 문턱값과 같은 값으로 설정했을 경우, 압축 장치의 정지와 압축기 본체의 정지가 동시에 발생한다는 제어의 간섭 현상이 일어나기 때문이다. 여기에서, Td 문턱값을 Td' 문턱값보다 크게 함으로써, 반드시 스텝44의 압축기 본체의 판정은 스텝15의 압축 장치의 정지 판정보다 먼저 「Yes」로 판정되므로, 압축기 본체(31A∼33A)의 운전 대수의 감소는 압축 장치(2A∼2D)의 감소보다 먼저 행해지게 된다. 그 때문에, 압축기 본체 운전 대수의 감소와 압축 장치의 감소가 동시에 발생한다는 간섭 현상을 방지할 수 있다.

지금부터, 도 4를 참조하면서, 공기 탱크(12)의 압력이 상승 또는 하강할 때에, 압축기 본체의 운전 대수의 증감 및 압축 장치 운전 대수의 증감 동작 타이밍에 대하여 설명한다. 예로서, 대수 제어 장치가 운전 중, 압축 장치(2A∼2D)가 1대도 운전되고 있지 않은 상태이며 압축 장치의 누적 운전 시간의 관계가 2A<2B<2C<2D이다. 탱크(12)의 압력이 하강하고 있는 상태를 전제로 하여 공기 압축 시스템 전체의 작용을 설명한다.

우선, 대수 제어 장치는 200ms마다 공기 탱크(12)의 압력 P'(t)를 이용하여 Td'값을 계산한다. Td'값이 2초 미만으로 되었을 때에, 대수 제어 장치가 누적 운전 시간 최단인 압축 장치(2A)를 기동시켜 용량 제어로 운전시킨다. 기동시킨 압축 장치(2A)는 탱크(5A)의 압력값 P(t)를 이용하여 Td값을 계산한다. 공기 탱크(5A)와 공기 탱크(12)는 배관에 의해 접속되어 있기 때문에, 각각의 압력값 P'(t)와 P(t)는 같은 값이다. 따라서, 계산된 Td값이 Td'값과 같은 값(2초 미만)이 되어, Td 문턱값(3초)보다 작기 때문에, 압축기 본체의 운전 대수의 증가가 필요한 것으로 판정하여 누적 운전 시간 최단인 압축기 본체를 기동시킨다. 그리고, 탱크 압력이 계속해서 내려가고 Td'값과 Td값은 200ms마다 갱신된다. 압축기 본체의 기동 판정용의 Td 문턱값(3초)이 압축 장치의 기동 판정용의 Td' 문턱값(2초)보다 크기 때문에, 압축기 본체의 운전 대수 증가의 판정은 항상 압축 장치의 운전 대수 증가의 판정보다 먼저 행해지게 된다. 따라서, 압축 장치의 운전 대수가 증가되기 전에 압축 장치(2A) 내부의 압축기 본체의 운전 대수가 먼저 증가된다.

압축 장치(2A) 내부의 압축기 본체(31A∼33A)가 전대 운전 상태이어도 압력 P'(t)가 계속해서 내려가면, 기동시킬 수 있는 압축기 본체가 존재하지 않기 때문에, Td값이 다시 Td 문턱값(3초)을 하회한다. 그 상황이 계속되면, Td'값이 Td' 문턱값(2초)을 하회하고, 대수 제어 장치는 압축 장치의 운전 대수의 증가를 판정하여, 누적 운전 시간 최단인 압축 장치(2B)를 기동시켜 용량 제어로 운전시키고, 압축 장치(2A)를 토출 공기량이 일정해지는 고정 제어로 운전시킨다. 기동시킨 압축 장치(2B)는 탱크(5B)의 압력값 P(t)를 이용하여 Td값을 계산한다. 이때, Td값이 2초 미만이며 Td 문턱값(3초)보다 작으므로, 압축 장치(2B)는 누적 운전 시간 최단인 압축기 본체를 기동시킨다.

만약 압력 P(t)가 상승하여 계산된 Tu가 Tu 문턱값(10초)보다 작아졌을 경우, 압축 장치(2B)는 압축기 본체의 운전 대수를 감소 판정하여 운전 중인 압축기 본체를 정지시킨다. 여기에서, 압축기 본체를 정지시켜도 압력이 계속해서 상승할 경우, 다시 Tu 문턱값(10초)보다 작아져도 압축 장치(2B) 내부의 압축기 본체가 모두 정지 상태이므로 아무것도 하지 않는다. 그 후, Tu'값이 Tu' 문턱값(5초)보다 작아졌을 때에, 대수 제어 장치가 압축 장치의 운전 대수를 감소시키는 것으로 판정하여, 용량 제어로 운전 중인 압축 장치(2B)를 정지시키고 압축 장치(2A)를 고정 제어로부터 용량 제어로 전환한다. 압축 장치(2A)가 용량 제어로 전환되면 Tu값을 계산한다. Tu값은 Tu'값과 같은 값(5초 미만)이고 Tu 문턱값(10초)보다 작기 때문에, 압축 장치(2A)는 압축기 본체의 운전 대수를 감소시키는 것으로 판정하여, 누적 운전 시간 최장인 압축기 본체를 정지시킨다. 그 후, 만약 압력이 계속해서 상승하면, 다시 Tu 문턱값(10초)에 걸려, 또 다른 1대의 압축기 본체를 정지시킨다. 그 후, Tu, Tu'값과 Td, Td'값에 의해 압축기 본체 또는 압축 장치의 운전 대수의 증감이 반복된다.

지금부터, 도 5를 참조하면서, 같은 공기 사용량(전체 토출량의 55%)의 상태에서, 종래기술을 사용한 경우와 본 실시예의 경우의 운전 패턴 및 소비 전력을 비교한다. 종래기술에서는 대수 제어 기능을 갖는 압축 장치를 대수 제어 장치로 한층 더 대수 제어할 경우, 서로 운전 대수의 증감을 간섭해 버리는 문제가 있기 때문에, 여기에서, 종래기술을 이용할 경우, 대수 제어 장치의 압축 장치 대수 제어 기능만을 행하고, 압축 장치에 있어서의 압축기 본체의 대수 제어를 무효로 하는 것을 전제로 한다.

우선, 종래기술의 경우와 본 실시예의 경우에 각각의 상한 압력 P'max와 Pmax를 설정할 필요가 있다. 압축기 본체를 구동시키는 모터(21A∼23A, 21B∼23B, 21C∼23C, 21D∼23D)는 정지 시의 역유기(逆誘起) 전압 및 기동시의 돌입 전류가 발생하기 때문에, 빈번하게 모터의 운전을 ON/OFF하면, 모터나 관련 배선이 타버릴 우려가 있다. 그 때문에, 모터를 보호하기 위하여, 정지→기동→정지의 시간은 최저 사이클 제한 시간 TC 이상이 될 필요가 있다. 그러므로, 일반적으로 상한 압력과 하한 압력의 차압을 가능한 한 넓게 설정하여, 차압의 넓이에서 최저 사이클 제어 시간 Tc 이상이 되도록 한다. 종래기술의 경우, 압축 장치 1대를 통째로 운전/정지시켜, 즉 압축기 본체 3대를 통째로 운전/정지시키기 때문에, 운전 ON/OFF 빈도를 억제하여 최저 사이클 제어 시간 Tc 이상으로 하기 위해서는 차압을 크게 설정할 필요가 있다. 한편, 본 실시예에서는, 압축기 본체 1대씩 운전/정지가 가능하므로, 종래기술에 비해 압력 변동이 적은 상태에서 장시간 운전할 수 있기 때문에, 상한 압력과 하한 압력의 차압을 작게 해도 문제없다.

그리고, 압축기 본체를 구동시키는 모터의 정지→기동→정지의 사이클이 같아지는 조건에서, 본 실시예와 종래기술의 운전 패턴을 비교한 결과를 도 5에 나타낸다. 본 실시예의 공기 압축 시스템의 운전 패턴은 실선으로 표시한다. 종래기술을 이용한 공기 압축 시스템의 운전 패턴은 점선으로 표시한다. 압력의 변화에 따른 압축 장치 및 압축기 본체의 운전 대수의 증감은 타이밍 차트로 나타내고, 소비 전력의 비교는 도 5의 최하부에 나타낸다.

우선, 공기 사용량이 전체 토출량의 55%인 경우, 본 실시예에서는, 압축 장치(2A와 2B)를 고정 제어로 운전시키고 압축 장치(2C)를 용량 제어로 운전시키는 것에 의해서, 압축기 본체의 운전 대수를 세밀하게 제어하여 토출 공기량을 미세 조정하는 것이 가능해졌다. 따라서, 압축기 본체는 6대∼7대로 운전된다. 한편, 종래기술에서는, 압축 장치를 1대 통째로 운전/정지시키기 때문에, 압축기 본체의 운전 대수가 6대∼9대로 변동하여, 본 실시예에 비해 2대분의 압축기 본체를 구동시키는 전력이 헛되이 소비되어 버린다.

그리고, 종래기술에서는 운전 사이클이 최소 사이클 시간 Tc 이상인 높은 압력 영역에서 운전되게 되어 한층 더 전력을 헛되이 소비하는 문제가 있다. 본 실시예에서는, 압축기 본체 대수를 1대씩 세밀하게 제어 가능하기 때문에, 최소 사이클 시간을 유지한 상태에서 낮은 압력 범위 내에서 운전할 수 있어, 에너지 절약 효과가 높다.

또한, 본 실시예에서는, 12대의 압축기 본체를 4대의 압축 장치에 집약할 수 있어, 12대의 압축기 본체를 1대의 압축 장치로 제어하는 경우보다도 배선 배관 작업의 공정수와 설치 스페이스를 저감할 수 있다.

또한, 12대의 압축기 본체를 1대의 압축 장치로 제어했을 경우, 전체 대수의 압축기 본체를 정지 또는 운전한 상태로부터 1대씩 순차적으로 압축기 본체를 정지할 필요가 있기 때문에, 공기 사용량이 급격히 변화했을 경우에 대응할 수 없었다. 한편, 본 실시예에서는 압축기 본체 대수를 1대씩 세밀하게 제어할 수 있음과 동시에 공기 사용량이 급격히 변화해도, 압축 장치가 압축기 본체의 대수를 증감시킴과 동시에, 대수 제어 장치가 압축 장치의 운전 대수도 증감시키므로, 공기 사용량의 급격한 변화에도 신속하게 대응할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 새로이 기동시킨 압축 장치를 용량 제어로 전환하는 것에 의해, 압축 시스템은 공기 사용량의 변화에 따라 연속적으로 압축기 본체의 증감이 가능해진다.

또한, 본 실시예에서는, 압축 장치의 기동은 누적 운전 시간이 짧은 순서로 행해지고, 정지는 누적 운전 시간이 긴 순서로 행해진다. 한편, 압축기 본체의 기동과 정지도 압축 장치와 같이, 누적 운전 시간에 따라 기동과 정지 순서가 정해진다. 그 때문에, 각 압축 장치의 누적 운전 시간이 평균화되고, 또한 압축 장치 내부의 압축기 본체의 누적 운전 시간도 평균화되므로, 부하의 편중으로 먼저 고장나는 압축기 본체가 존재하지 않기 때문에 기계의 메인터넌스가 용이해진다.

또한, 본 실시예에서는, 압축 장치에 이상이 발생했을 때에 신호선(17A∼17D)을 통해서 대수 제어 장치(1)에 알릴 수 있다. 대수 제어 장치(1)는 그들의 신호를 받아, 이상이 발생한 압축 장치를 대수 제어로부터 제외하고, 나머지 압축 장치로 대수 제어를 행할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 압축 장치(2A∼2D)의 운전 대수를 증가시키는 판정을 했을 때에, 정지중인 압축 장치로부터 누적 운전 시간 최단인 것을 최우선 기동시킨다. 그러나, 공기 사용량의 변동이 없이 압축 장치의 운전 상태가 계속되었을 경우, 운전 중인 압축 장치의 누적 시간이 정지중인 압축 장치 누적 시간을 초과해 버릴 가능성이 있어, 각 압축 장치의 운전 시간을 평균화하는 목적에 반하게 된다. 그 때문에, 본 실시예에서는, 압축 장치가 일정 시간(예를 들면 30분) 연속 운전되면, 정지중인 압축 장치 중에서 당해 압축 장치보다 누적 운전 시간이 짧은 것을 기동시키고, 당해 압축 장치를 정지시키는 운전 교대도 행한다. 그 때문에, 각 압축 장치의 누적 운전 시간이 연속 운전 상태에 있어서도 평균화되며, 또한 최대 차이는 30분 이내에 머무른다. 이것에 의해 기계의 메인터넌스가 더 용이해진다.

[실시예 2]

도 6 내지 도 10을 이용해서 본 발명의 실시예 2를 설명한다. 실시예 1과 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다. 본 실시예의 특징은, 복수 대의 압축기 본체를 가지며, 압축 공기의 사용량에 따라서 운전 대수를 변경하는 것에 의해, 토출 공기량(출력)을 변경하는 용량 제어 운전이 가능한 압축 장치와, 압축 공기의 사용량에 상관없이 운전 시의 운전 대수를 변경하지 않고, 운전 시의 공기 토출량(출력)이 일정해지는 고정 제어 운전만을 행하는 압축 장치에 의해 구성되는 점이다.

본 실시예의 공기 압축 시스템의 구성을 도 6에 나타낸다. 실시예 1과 마찬가지로, 대수 제어 장치(1), 압축 장치(2A∼2D)와 공기 탱크(12)에 의해 구성되어 있다. 대수 제어 장치(1)는 제어 회로(16)와 탱크(12)의 압력을 측정하는 압력 센서(15)에 의해 구성되며, 각 압축 장치(2A∼2D)에 대해, 운전·정지, 제어 방식을 전환하는 기능을 갖는다. 조합예로서, 압축 장치(2A∼2B)는 실시예 1의 공기 압축 시스템과 마찬가지로, 복수 대의 압축기 본체에 의해 구성되며, 공기 사용량에 따라, 압축기 본체의 운전 대수를 증감시키는 용량 제어 운전과 운전 시의 공기 토출량(출력)이 일정해지는 고정 제어 운전을 행한다. 압축 장치(2C와 2D)는 1대의 압축기 본체만 구성되며, 공기 토출량(출력)이 일정해지는 고정 제어 운전만을 행한다. 또한, 상기한 압축 장치(2A∼2D) 중에서 용량 제어 가능한 기종을 미리 대수 제어 장치(1)에 인식시킬 필요가 있다. 인식 방법으로서, 미리 기종을 설정하여 대수 제어 장치(1) 내부의 제어 회로(16)에 기종 정보를 저장시키는 방법이 있다. 혹은, 대수 제어 장치와 압축 장치를 접속했을 때에 자동적으로 기종을 인식시키는 방법도 있다.

도 7을 참조하여, 대수 제어 장치가 압축 장치의 운전 대수를 증감시키는 제어 방법에 대하여 설명한다. 도 7에 나타내는 대수 제어 처리는, 실시예 1과 마찬가지로, 미리 정해진 샘플링 주기 Ts(예를 들면 200ms)마다 행하는 것이다.

스텝51에서는, 실시예 1과 마찬가지로, 압력 센서(15)를 이용하여 일정 샘플링 주기 Ts로 현재의 공기 탱크(12) 내의 압력 P'(t)를 계측한다.

다음으로, 스텝52에서는, 현재 탱크 압력값 P'(t)가 미리 설정된 공기 탱크(12)의 하한 압력값 Pmin보다 작은지의 여부를 판정한다. 만약 「Yes」로 판정되었을 경우, 다음의 스텝53에서 압축 장치(2A∼2D)를 전대 기동시킨다. 「No」로 판정되었을 경우, 다음의 스텝54에서 현재 압력값 P'(t)가 미리 설정된 공기 탱크(12)의 상한 압력값 Pmax 이상인지의 여부를 판정한다. 만약 「Yes」로 판정되었을 경우, 다음의 스텝55에서 압축 장치(2A∼2D)를 전대 정지시킨다. 「No」로 판정되었을 경우, 스텝56에서 현재 측정한 압력 P'(t)와 지난번 측정한 압력값 P'(t-1)를 이용하여 전술한 수식 1에 의해서 탱크 압력 변화율 K'를 계산한다.

스텝57에서 상기 계산된 K'가 마이너스 값인지의 여부를 판정한다. 만약 「Yes」로 판정되었을 경우, 압력이 하강중이라는 것으로 스텝58로 이행한다. 「No」로 판정되었을 경우, 압력이 상승중이라는 것으로 스텝65로 이행한다. 스텝58에서는, 전술한 수식 2를 이용해서, 사용자가 설정한 탱크(12)의 최저 압력 Pmin(하한 압력)과 현재의 압력 P'(t)의 차를 압력 변화율 K'로 나누는 것에 의하여, 현재의 상태로부터 앞으로 몇 초 뒤에 하한 압력 Pmin까지 도달할지를 계산한다. 계산한 값을 Td'값으로 한다.

다음의 스텝59에서 Td'값이 미리 정한 Td' 문턱값(예를 들면 2초) 미만인지의 여부를 판정한다. 만약 「No」로 판정되었을 경우, 스텝73으로 이행하여 리턴한다. 만약 「Yes」로 판정되었을 경우, 스텝60에서 압축 장치(2A∼2D)의 운전 대수를 1대 증가시킨다. 다음의 스텝61에서는, 용량 제어 운전 중인 압축 장치가 있는지의 여부를 판정한다. 만약 「Yes」로 판정되었을 경우, 다음의 스텝62에서 누적 운전 시간 최단이며 정지중인 압축 장치를 기동시켜 공기 토출량이 일정해지는 고정 제어로 운전시킨다. 만약, 스텝61에서 「No」로 판정되었을 경우, 즉 용량 제어 운전 중인 압축 장치가 없으면(모든 압축 장치가 정지된 상태이면), 스텝63에서 운전 시간 최단인 용량 제어 운전이 가능한 압축 장치를 우선적으로 기동시키고, 그리고, 다음의 스텝64에서 기동시킨 압축 장치를 용량 제어로 전환한다. 마지막으로 스텝73으로 이행하여 리턴한다.

만약 스텝57에서 「No」로 판정되었을 경우, 스텝65로 이행하여 K'가 플러스 값인지의 여부를 판정한다. 만약 「No」로 판정되었을 경우, 즉 탱크(12)의 압력 변화없음이라는 것이므로, 그대로 스텝73으로 이행하여 리턴한다. 만약 스텝65에서 「Yes」로 판정되었을 경우, 탱크(12)의 압력이 상승중이라는 것이므로, 스텝66에서 앞으로 몇 초동안 이 상태가 계속되면, 미리 설정된 상한 압력 Pmax에 도달할 때까지의 시간인 Tu'값을 전술한 수식 3에 의해서 계산한다. 계산한 Tu'값을 스텝67에서 미리 정해진 Tu' 문턱값(예를 들면 5초)과 비교한다. 만약 「No」로 판정되었을 경우, 스텝73으로 이행하여 리턴한다. 만약 「Yes」로 판정되었을 경우, 다음의 스텝68에서 압축 장치(2A∼2D)의 운전 대수를 1대 감소시킨다. 다음의 스텝69에서는 고정 제어로 운전 중인 압축 장치가 있는지의 여부를 판정한다. 만약 「Yes」로 판정되었을 경우, 스텝70에서는, 고정 제어로 운전 중인 압축 장치 중에서 운전 시간 최장인 것을 정지시키고 스텝73으로 이행하여 리턴한다. 스텝71에서는, 용량 제어로 운전 중인 압축 장치가 있는지의 여부를 판정한다. 만약 스텝71에서 「No」로 판정되었을 경우, 용량 제어로 운전중인 압축 장치가 전부 정지했다는 것이므로, 아무것도 하지 않고 그대로 스텝73으로 이행하여 리턴한다. 만약 스텝71에서 「Yes」로 판정되었을 경우, 즉 용량 제어로 운전 중인 압축기만 남아 있기 때문에, 스텝72에서 해당 압축 장치를 정지시킨다. 마지막으로 스텝73으로 이행하여 리턴한다. 즉, 고정 제어로 운전 중인 압축 장치를 용량 제어로 운전 중인 압축 장치보다도 먼저 정지시킨다.

압축 장치가 압력의 변화에 따라 내부의 압축기 본체의 운전 대수를 증감시키는 처리를 도 8에 나타낸다. 이 처리도 일정 샘플링 시간 주기(Ts)(예를 들면 200ms)로 행한다. 그리고, 도 8의 처리는 전술한 도 3의 처리와 마찬가지의 처리이므로, 여기에서는 상세 설명을 생략한다.

지금부터, 도 9를 참조하면서, 압축기 본체의 증감이나 압축 장치의 증감 동작 타이밍에 대하여 설명한다. 예로서, 대수 제어 장치가 운전 중, 압축 장치(2A∼2D)가 1대도 운전되고 있지 않은 상태이며 압축 장치의 누적 운전 시간의 관계는 2A<2B<2C<2D이고, 탱크(12)의 압력이 하강하고 있는 상태를 전제로 하여 공기 압축 시스템 전체의 작용을 설명한다.

우선, 압력이 하강중이기 때문에, 대수 제어 장치는 공기 탱크(12)의 압력 P'(t)를 이용하여 Td'값을 계산한다. Td'값이 2초 미만으로 되었을 때에, 대수 제어 장치가 누적 운전 시간 최단인 용량 제어 가능한 압축 장치(2A)를 기동시켜 용량 제어로 운전시킨다.

기동시킨 압축 장치(2A)는 탱크(5A)의 압력값 P(t)를 이용하여 Td값을 계산한다. 압축 장치(2A)가 기동되었을 때에, 계산된 Td값은 Td'값과 같은 값(2초 미만)이며 Td 문턱값(3초)보다 작기 때문에, 압축 장치(2A)는 압축기 본체의 운전 대수의 증가가 필요한 것으로 판정하여 누적 운전 시간 최단인 압축기 본체를 기동시킨다. 그리고, 탱크 압력이 계속해서 내려가고 Td'값과 Td값은 200ms마다 갱신된다.

압축기 본체의 기동 판정용의 Td 문턱값(3초)이 압축 장치의 기동 판정용의 Td' 문턱값(2초)보다 크기 때문에, 압축기 본체의 운전 대수 증가의 판정은 항상 압축 장치의 운전 대수 증가의 판정보다 먼저 행해지게 된다. 따라서, 압축 장치의 운전 대수가 증가되기 전에 압축 장치(2A) 내부의 압축기 본체의 운전 대수가 먼저 증가된다.

압축 장치(2A) 내부의 압축기 본체(31A∼33A)가 전대 운전 상태이어도 압력 P'(t)가 계속해서 내려가면, 기동시킬 수 있는 압축기 본체가 존재하지 않기 때문에, Td값이 다시 Td 문턱값(3초)을 하회한다. 그 상황이 계속되면, Td'값이 Td' 문턱값(2초)을 하회하고, 대수 제어 장치는 압축 장치의 운전 대수의 증가를 판정하여, 정지중인 누적 운전 시간 최단인 압축 장치(2B)를 기동시켜 고정 제어로 운전시키고, 압축 장치(2A)는 용량 제어 운전인채로 한다.

만약, 압력 P'(t)가 계속해서 한층 더 하강하면, 압축 장치(2C, 2D)도 순차적으로 기동시켜 고정 제어로 운전한다. 만약, 압축 장치(2B)가 기동되어 압력 P'(t)가 상승하면, 압축 장치(2A)는 탱크(5A)의 압력값 P(t)를 이용하여 Tu값을 계산한다. Tu값이 Tu 문턱값(10초)보다 작아졌을 경우, 압축 장치(2A)가 압축기 본체의 운전 대수를 감소 판정하기 때문에, 운전 중인 압축기 본체를 1대씩 정지시킨다.

여기에서, 압축기 본체를 1대 정지시켜도 압력이 계속해서 상승할 경우, 압축 장치(2A) 내부의 압축기 본체가 순차적으로 정지된다. 모든 압축기 본체(21A∼23A)가 정지해도 계속해서 압력이 상승했을 경우, Tu'값이 Tu' 문턱값(5초)보다 작아졌을 때에, 대수 제어 장치가 압축 장치의 운전 대수를 감소시키는 것으로 판정하여, 고정 제어로 운전 중인 압축 장치(2B)를 정지시킨다. 그 후, 공기 사용량의 변화가 작을 때, 압축 장치(2A) 내부의 압축기 본체의 운전 대수를 증감시킴으로써 공기 토출량을 제어한다. 한편, 공기 사용량의 변화가 커서, 압축 장치(2A)의 용량 제어만으로 완벽히 대응할 수 없었을 경우, 압축 장치(2B∼2D) 운전 대수의 증감에 의해 토출량을 제어한다.

지금부터, 도 10을 참조하면서, 공기 사용량(전체 토출량의 55%)이 일정한 상태에서, 종래기술을 사용한 경우와 본 실시예의 경우의 운전 패턴 및 소비 전력을 비교한다. 종래기술에서는 대수 제어 기능을 갖는 압축 장치를 대수 제어 장치로 한층 더 대수 제어할 경우, 서로 운전 대수의 증감을 간섭해 버리는 문제가 있기 때문에, 여기에서는 종래기술을 이용할 경우, 대수 제어 장치의 압축 장치 대수 제어만을 행하고, 압축 장치에 있어서의 압축기 본체의 대수 제어를 행하지 않는 것을 전제로 한다.

우선, 종래기술의 경우와 본 실시예의 경우에 각각의 상한 압력 P'max와 Pmax를 설정할 필요가 있다. 압축기 본체를 구동시키는 모터(21A∼23A, 21B∼23B, 20C, 20D)는, 실시예 1에서 기술한 바와 같이, 모터를 보호하기 위하여, 정지→기동→정지의 시간은 최저 사이클 제한 시간 Tc 이상이 될 필요가 있다. 따라서, 일반적으로는 상한 압력과 하한 압력의 차압을 가능한 한 넓게 설정하여, 차압의 넓이에서 최저 사이클 제어 시간 Tc 이상이 되도록 한다. 종래기술의 경우, 압축 장치 1대를 통째로 운전/정지시켜, 즉 압축기 본체 3대를 통째로 운전/정지시키기 때문에, 운전 ON/OFF 빈도를 억제하여 최저 사이클 제어 시간 Tc 이상으로 하기 위해서는 차압을 크게 설정할 필요가 있다. 한편, 본 실시예에서는, 압축기 본체 1대씩 운전/정지가 가능하므로, 종래기술에 비해 압력 변동이 적은 상태에서 장시간 운전할 수 있기 때문에, 상한 압력과 하한 압력의 차압을 작게 해도 문제없다.

그리고, 압축기 본체를 구동시키는 모터의 정지→기동→정지의 사이클이 같아지는 조건에서, 본 실시예와 종래기술의 운전 패턴을 비교한 결과는 도 10에 나타낸다. 본 실시예의 공기 압축 시스템의 운전 패턴을 실선으로 표시한다. 종래기술을 이용한 공기 압축 시스템의 운전 패턴을 점선으로 표시한다. 압력의 변화에 따른 압축 장치 및 압축기 본체의 운전 대수의 증감은 타이밍 차트로 나타내고, 소비 전력의 비교는 도 10의 최하부에 나타낸다.

우선, 공기 사용량이 전체 토출량의 55%인 경우, 본 실시예에서는, 압축 장치(2B와 2C)를 고정 제어로 운전시키고 압축 장치(2A)를 용량 제어로 운전시키는 것에 의해서, 압축기 본체의 운전 대수를 세밀하게 제어하여 토출 공기량을 미세 조정하는 것이 가능해졌다. 한편, 종래기술에서는, 압축 장치 1대가 통째로 운전/정지되기 때문에, 본 실시예에 비해 2대분의 압축기 본체를 구동시키는 전력이 헛되이 소비되어 버린다.

그리고, 종래기술에서는 운전 사이클은 최소 사이클 시간 Tc 이상인 높은 압력 영역에서 운전되게 되어 전력이 헛되이 소비되는 문제가 있다. 본 실시예에서는, 압축기 본체를 1대씩 세밀하게 제어 가능하기 때문에, 최소 사이클 시간을 유지한 상태에서 낮은 압력 범위 내에서 운전할 수 있다. 종래기술에 비해 에너지 절약 효과가 높다.

또한, 본 실시예에서는, 실시예 1과 비교해서, 1대 이상의 대수 제어 가능한 압축 장치가 있으면, 고정 제어만인 압축 장치와 조합해서 세밀한 용량 제어가 가능해져, 에너지 절약 효과가 얻어짐과 동시에 공기 압축 시스템의 도입 비용도 삭감할 수 있다.

또한, 본 실시예에 따르면, 용량 제어 가능한 압축 장치를 우선적으로 기동시키고, 고정 제어만 가능한 압축 장치를 우선적으로 정지시키기 때문에, 세밀한 용량 제어가 가능해진다.

지금까지 설명해 온 실시예는, 모두 본 발명을 실시함에 있어서의 구체화의 일례를 나타낸 것에 지나지 않으며, 이들에 의하여 본 발명의 기술적 범위가 한정적으로 해석되지 않는다. 즉, 본 발명은 그 기술 사상, 또는 그 주요한 특징으로부터 일탈하지 않고 다양한 형태로 실시할 수 있다.

1 : 대수 제어 장치
2 : 압축 장치
4, 16 : 제어 회로
5, 12 : 공기 탱크
6, 15 : 압력 센서
20, 21, 22, 23 : 모터
30, 31, 32, 33 : 압축기 본체

Claims

유체를 압축하는 복수 대의 압축 장치와,
복수 대의 상기 압축 장치의 운전 대수(臺數)를 제어하는 대수 제어 장치를 구비하고,
복수 대의 상기 압축 장치 중 적어도 1대는, 복수 대의 압축기 본체로 구성되며, 압축 유체의 사용량에 따라서 운전 대수를 변경하는 용량 제어 운전 또는 압축 유체의 사용량에 상관없이 운전 시의 출력을 변경하지 않는 고정 제어 운전을 행하고,
상기 대수 제어 장치는, 복수 대의 상기 압축 장치가 용량 제어 운전 또는 고정 제어 운전 중 어느 것을 행할지를 전환하는 것을 특징으로 하는 유체 압축 시스템.
제 1 항에 있어서,
2대 이상의 상기 압축 장치는 복수 대의 압축기 본체로 구성되며, 상기 대수 제어 장치는 1대의 상기 압축 장치를 용량 제어 운전시키고, 다른 상기 압축 장치를 고정 제어 운전으로 하는 것을 특징으로 하는 유체 압축 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 대수 제어 장치는 새로이 기동시킨 상기 압축 장치를 용량 제어 운전시키는 것을 특징으로 하는 유체 압축 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 대수 제어 장치는, 상기 압축 장치의 운전 대수를 증감시키는 타이밍에서 용량 제어 운전 또는 고정 제어 운전을 전환하는 것을 특징으로 하는 유체 압축 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 대수 제어 장치는, 누적 운전 시간이 짧은 상기 압축 장치를 우선적으로 기동시키고, 누적 운전 시간이 긴 상기 압축 장치를 우선적으로 정지시키는 것을 특징으로 하는 유체 압축 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 대수 제어 장치는, 상기 압축 장치가 생성한 유체를 저류(貯留)하는 유체 탱크 내의 압력이 소정의 상한 압력값 또는 하한 압력값에 도달할 때까지의 시간이 제 1 문턱값 이하로 되면 상기 압축 장치의 운전 대수를 증감시키고, 상기 압축 장치는 상기 유체 탱크 내의 압력이 소정의 상한 압력값 또는 하한 압력값에 도달할 때까지의 시간이 상기 제 1 문턱값보다도 큰 제 2 문턱값 이하로 되면 상기 압축기 본체의 운전 대수를 증감시키는 것을 특징으로 하는 유체 압축 시스템.
제 1 항에 있어서,
복수 대의 상기 압축 장치 중 적어도 1대는, 압축 유체의 사용량에 상관없이, 운전 시의 출력을 변경하지 않는 고정 제어 운전을 행하는 것을 특징으로 하는 유체 압축 시스템.
제 7 항에 있어서,
복수 대의 상기 압축 장치 중, 용량 제어 운전 또는 고정 제어 운전을 행하는 압축 장치를, 고정 제어 운전을 행하는 압축 장치보다도 먼저 기동시키는 것을 특징으로 하는 유체 압축 시스템.
제 7 항에 있어서,
복수 대의 상기 압축 장치 중, 고정 제어 운전을 행하는 압축 장치를, 용량 제어 운전 또는 고정 제어 운전을 행하는 압축 장치보다도 먼저 정지시키는 것을 특징으로 하는 유체 압축 시스템.
복수 대의 압축기 본체로 구성되며, 압축 유체의 사용량에 따라서 운전 대수를 변경하는 용량 제어 운전 또는 압축 유체의 사용량에 상관없이 운전 시의 출력을 변경하지 않는 고정 제어 운전을 행하는 적어도 1대의 압축 장치를 포함하는 복수 대의 압축 장치의 운전 대수를 제어하여, 상기 압축 장치가 용량 제어 운전 또는 고정 제어 운전 중 어느 것을 행할지를 제어하는 것을 특징으로 하는 유체 압축 시스템의 제어 장치.
제 10 항에 있어서,
2대 이상의 상기 압축 장치는 복수 대의 압축기 본체로 구성되며, 상기 제어 장치는 1대의 상기 압축 장치를 용량 제어 운전시키고, 다른 상기 압축 장치를 고정 제어 운전으로 하는 것을 특징으로 하는 유체 압축 시스템의 제어 장치.
제 10 항에 있어서,
새로이 기동시킨 상기 압축 장치를 용량 제어 운전시키는 것을 특징으로 하는 유체 압축 시스템의 제어 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 압축 장치의 운전 대수를 증감시키는 타이밍에서 용량 제어 운전 또는 고정 제어 운전을 전환하는 것을 특징으로 하는 유체 압축 시스템의 제어 장치.
제 10 항에 있어서,
누적 운전 시간이 짧은 상기 압축 장치를 우선적으로 기동시키고, 누적 운전 시간이 긴 상기 압축 장치를 우선적으로 정지시키는 것을 특징으로 하는 유체 압축 시스템의 제어 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 압축 장치가 생성한 유체를 저류하는 유체 탱크 내의 압력이 소정의 상한 압력값 또는 하한 압력값에 도달할 때까지의 시간이 제 1 문턱값 이하로 되면 상기 압축 장치의 운전 대수를 증감시키고, 상기 압축 장치는 상기 유체 탱크 내의 압력이 소정의 상한 압력값 또는 하한 압력값에 도달할 때까지의 시간이 상기 제 1 문턱값보다도 큰 제 2 문턱값 이하로 되면 상기 압축기 본체의 운전 대수를 증감시키는 것을 특징으로 하는 유체 압축 시스템의 제어 장치.
제 15 항에 있어서,
복수 대의 상기 압축 장치 중 적어도 1대는, 압축 유체의 사용량에 상관없이, 운전 시의 출력을 변경하지 않는 고정 제어 운전을 행하고, 복수 대의 상기 압축 장치 중, 용량 제어 운전 또는 고정 제어 운전을 행하는 압축 장치를 고정 제어 운전을 행하는 압축 장치보다도 먼저 기동시키는 것을 특징으로 하는 유체 압축 시스템의 제어 장치.
제 15 항에 있어서,
복수 대의 상기 압축 장치 중 적어도 1대는, 압축 유체의 사용량에 상관없이, 운전 시의 출력을 변경하지 않는 고정 제어 운전을 행하고, 복수 대의 상기 압축 장치 중, 고정 제어 운전을 행하는 압축 장치를 용량 제어 운전 또는 고정 제어 운전을 행하는 압축 장치보다도 먼저 정지시키는 것을 특징으로 하는 유체 압축 시스템의 제어 장치.