特開 2024-22294 圧縮機システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024022294

(43)【公開日】2024-02-16

(54)【発明の名称】圧縮機システム

(51)【国際特許分類】

   F04B 49/06 20060101AFI20240208BHJP

【ＦＩ】

F04B49/06 341L

F04B49/06 341B

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022125768

(22)【出願日】2022-08-05

(71)【出願人】

【識別番号】521362885

【氏名又は名称】コベルコ・コンプレッサ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100145403

【弁理士】

【氏名又は名称】山尾 憲人

(74)【代理人】

【識別番号】100111039

【弁理士】

【氏名又は名称】前堀 義之

(74)【代理人】

【識別番号】100218132

【弁理士】

【氏名又は名称】近田 暢朗

(72)【発明者】

【氏名】吉岡 徹

【テーマコード（参考）】

3H145

【Ｆターム（参考）】

3H145AA05

3H145AA06

3H145AA16

3H145AA26

3H145AA42

3H145BA31

3H145CA04

3H145CA09

3H145CA12

3H145DA07

3H145DA13

3H145EA17

3H145EA45

(57)【要約】

【課題】圧縮機システムにおいて、ターボ圧縮機の応答速度を改善することを課題とする。
【解決手段】圧縮機システム１は、流体的に並列接続されたスクリュ圧縮機１２～１４およびターボ圧縮機１１を含む圧縮機群１０と、圧縮機群１０から吐出された空気を貯蔵するレシーバータンク２０と、レシーバータンク２０の内部の圧力を実測値として測定する圧力センサ２１と、実測値を受信するとともに実測値から調整値を算出する制御装置３０とを備える。スクリュ圧縮機１２～１４は、インバータ１３ａ，１４ａによる回転速度調整機能を有する変速型１３，１４および回転速度固定の定速型１２を含み、実測値を受信するとともに実測値を目標値に近づけるように駆動する。ターボ圧縮機１１は、吸込調整弁１１ａによる容量調整機能を有し、調整値を受信するとともに調整値を目標値に近づけるように駆動する。実測値がターボ圧縮機１１の定格吐出圧以下の場合、調整値は目標値からの乖離幅が実測値よりも大きくなるように算出される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体的に並列接続された少なくとも１台のスクリュ圧縮機および少なくとも１台のターボ圧縮機を含む圧縮機群と、
前記圧縮機群から吐出されたガスを貯蔵する蓄圧部と、
前記圧縮機群から吐出されたガスの圧力または前記蓄圧部の内部の圧力を実測値として測定する圧力センサと、
前記実測値を受信するとともに前記実測値から調整値を算出する制御装置と
を備え、
前記少なくとも１台のスクリュ圧縮機は、インバータによる回転速度調整機能を有する変速型および回転速度固定の定速型の少なくとも１種類を含み、前記実測値を受信するとともに前記実測値を目標値に近づけるように駆動し、
前記少なくとも１台のターボ圧縮機は、吸込調整弁による容量調整機能を有し、前記調整値を受信するとともに前記調整値を目標値に近づけるように駆動し、
前記実測値が前記ターボ圧縮機の定格吐出圧以下の場合、前記調整値は前記目標値からの乖離幅が前記実測値よりも大きくなるように算出される、圧縮機システム。

【請求項2】

前記実測値が前記定格吐出圧以下の場合、前記調整値は第１調整値として以下の式（１）で算出される、請求項１に記載の圧縮機システム。

Ｐａ１＝Ｐｍ－Ｋ１（Ｐｔ－Ｐｍ） （１）

Ｐａ１：第１調整値
Ｐｍ：実測値
Ｐｔ：目標値
Ｋ１：正の定数

【請求項3】

前記第１調整値が前記定格吐出圧よりも大きい場合、前記調整値は第２調整値として以下の式（２）で算出される、請求項２に記載の圧縮機システム。

Ｐａ２＝Ｐｍ－Ｋ２（Ｐｒ－Ｐｍ） （２）

Ｐａ２：第２調整値
Ｐｍ：実測値
Ｐｒ：ターボ圧縮機の定格吐出圧
Ｋ２：正の定数

【請求項4】

前記実測値が前記定格吐出圧よりも大きい場合、前記調整値は第３調整値として以下の式（３）で表される、請求項３に記載の圧縮機システム。

Ｐａ３＝Ｐｍ （３）

Ｐａ３：第３調整値
Ｐｍ：実測値

【請求項5】

前記圧縮機群に含まれる各圧縮機は、駆動下限に達したことを示す駆動下限信号を発信する機能と、負荷運転状態を保持するロードロック信号を受信する機能とを有し、
前記制御装置は、前記駆動下限信号を受信する機能と、前記駆動下限信号を発信した圧縮機に対して前記ロードロック信号を発信する機能とを有している、請求項１または２に記載の圧縮機システム。

【請求項6】

前記少なくとも１台のターボ圧縮機は、少なくとも前記定格吐出圧において前記少なくとも１台のスクリュ圧縮機よりも良好な比エネルギー性能を有し、
前記圧縮機群に含まれる各圧縮機は、無負荷運転を実行するアンロード信号を受信する機能を有し、
前記制御装置は、前記圧縮機群に含まれる負荷運転中の全圧縮機から前記駆動下限信号を受信すると負荷運転中の前記少なくとも１台のスクリュ圧縮機に対して前記ロードロック信号を停止するとともに前記アンロード信号を発信する機能を有している、請求項５に記載の圧縮機システム。

【請求項7】

前記少なくとも１台のターボ圧縮機は、前記制御装置から手動による起動および停止可能に構成され、
前記少なくとも１台のスクリュ圧縮機は、２台以上のスクリュ圧縮機を含み、
前記２台以上のスクリュ圧縮機のそれぞれは、前記制御装置によって起動回数または運転時間を均等に駆動される、請求項１または２に記載の圧縮機システム。

【請求項8】

前記圧縮機群に含まれる各圧縮機は、駆動上限に達したことを示す駆動上限信号を発信する機能と、停止中に次発機として起動する起動信号を受信する機能とを有し、
前記制御装置は、前記駆動上限信号を受信する機能と、前記圧縮機群に含まれる停止中の全圧縮機から前記駆動上限信号を受信すると前記圧縮機群に含まれる停止中の前記少なくとも１台のスクリュ圧縮機に前記負荷運転信号を発信する機能を有している、請求項１または２に記載の圧縮機システム。

【請求項9】

前記制御装置は、前記次発機への前記起動信号の発信から前記次発機による圧送によって前記実測値が上昇するまでの時間を待機時間として記憶し、前記次発機への前記起動信号を発信してから次々発機への前記起動信号を発信するまでに前記待機時間以上の時間間隔をあける、請求項８に記載の圧縮機システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧縮機システムに関する。

【背景技術】

【0002】

圧縮機システムは、スクリュ圧縮機およびターボ圧縮機などの複数種類の圧縮機を含むことがある。複数種類の圧縮機は消費動力や運転範囲などの点で様々に異なる特性を有するため、所望の運転状態を達成するためには異なる特性を考慮した運転が必要となる。

【0003】

特許文献１には、回転速度制御式容積形圧縮機（変速スクリュ圧縮機）とオンオフ式容積形圧縮機（定速スクリュ圧縮機）とターボ形圧縮機（ターボ圧縮機）の３種類の圧縮機を含む圧縮機システムが開示されている。当該圧縮機システムでは、各圧縮機の運転範囲を考慮し、消費風量に応じて駆動する圧縮機の組合せを変更することによって省エネルギー化を図っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３－１６７１９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ターボ圧縮機は、供給先の消費ガス量などの負荷変動信号に対して吸込調整弁を開閉することによって容量調整する機能を有している。しかし、吸込調整弁の開閉が負荷変動に対して遅れることがある。供給先の消費ガス量の減少に対して吸込調整弁による吸込ガス量の減少が追い付かない場合、ターボ圧縮機は過剰に吸い込んだ空気を外部へ放気して吐出圧力を一定に保つように運転するが、動力を無駄にすることになる。また、特に供給先の消費ガス量の増加に対して吸込調整弁による吸込ガス量の増加が追い付かない場合、吐出圧力が意図せず低下する。これに対し、スクリュ圧縮機は、負荷変動信号に対して追従性よく運転可能である。即ち、ターボ圧縮機は、スクリュ圧縮機よりも応答速度が遅い。

【0006】

上記のようにスクリュ圧縮機およびターボ圧縮機の応答速度の違いにより、スクリュ圧縮機およびターボ圧縮機を含む圧縮機システムでは、負荷変動信号に対してスクリュ圧縮機が先に調整し、ターボ圧縮機は著しく遅れて調整するか、または調整しないこともある。その結果、運転効率が低下することがある。特許文献１では、そのようなターボ圧縮機の応答速度の遅延を考慮しておらず、改善の余地がある。また、汎用の圧縮機は、種類によらず、容量制御信号を受ける機能を有していないものも多く、単に圧力値や消費ガス量といった負荷変動信号に基づいたフィードバック制御を行うものも多い。従って、特許文献１のように容量制御信号を基にした制御は、既存の汎用圧縮機に適用できないおそれがあり、改善の余地がある。

【0007】

本発明は、圧縮機システムにおいて、ターボ圧縮機の応答速度を改善することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、
流体的に並列接続された少なくとも１台のスクリュ圧縮機および少なくとも１台のターボ圧縮機を含む圧縮機群と、
前記圧縮機群から吐出されたガスを貯蔵する蓄圧部と、
前記圧縮機群から吐出されたガスの圧力または前記蓄圧部の内部の圧力を実測値として測定する圧力センサと、
前記実測値を受信するとともに前記実測値から調整値を算出する制御装置と
を備え、
前記少なくとも１台のスクリュ圧縮機は、インバータによる回転速度調整機能を有する変速型および回転速度固定の定速型の少なくとも１種類を含み、前記実測値を受信するとともに前記実測値を目標値に近づけるように駆動し、
前記少なくとも１台のターボ圧縮機は、吸込調整弁による容量調整機能を有し、前記調整値を受信するとともに前記調整値を前記目標値に近づけるように駆動し、
前記実測値が前記ターボ圧縮機の定格吐出圧以下の場合、前記調整値は前記目標値からの乖離幅が前記実測値よりも大きくなるように算出される、圧縮機システムを提供する。

【0009】

この構成によれば、少なくとも１台のスクリュ圧縮機に送信される実測値よりも、少なくとも１台のターボ圧縮機に送信される調整値の方が目標値からの乖離幅が大きくなる。従って、スクリュ圧縮機に対するターボ圧縮機の応答速度の遅延を改善できる。また、圧縮機群に送信される信号は、実測値および調整値といった圧力値である。従って、圧縮機群に含まれる圧縮機のそれぞれは複雑な容量制御信号を受ける機能を有していなくてもよく、既存の汎用圧縮機を使用できる。

【0010】

前記実測値が前記定格吐出圧以下の場合、前記調整値は第１調整値として以下の式（１）で算出されてもよい。

Ｐａ１＝Ｐｍ－Ｋ１（Ｐｔ－Ｐｍ） （１）

Ｐａ１：第１調整値
Ｐｍ：実測値
Ｐｔ：目標値
Ｋ１：正の定数

【0011】

この構成によれば、実測値がターボ圧縮機の定格吐出圧以下の場合、目標値からの乖離幅が大きくなるように実測値から調整値を第１調整値として具体的に算出できる。また、定数Ｋ１の値を調整することによりターボ圧縮機の柔軟な圧力調整が可能となり、好適な運転を実現できる。定数Ｋ１は、０より大きく１以下の値に設定されてもよい（０＜Ｋ１≦１）。

【0012】

前記第１調整値が前記定格吐出圧よりも大きい場合、前記調整値は第２調整値として以下の式（２）で算出されてもよい。

Ｐａ２＝Ｐｍ－Ｋ２（Ｐｒ－Ｐｍ） （２）

Ｐａ２：第２調整値
Ｐｍ：実測値
Ｐｒ：ターボ圧縮機の定格吐出圧
Ｋ２：正の定数

【0013】

この構成によれば、実測値がターボ圧縮機の定格吐出圧よりも大きい場合、定格吐出圧からの乖離幅が大きくなるように実測値から調整値を第２調整値として具体的に算出できる。多くのターボ圧縮機は、定格吐出圧を超過して運転すると、安全のために外部へと放気する。上記構成では、第１調整値が定格吐出圧を超過した場合でも第２調整値は定格吐出圧を超過しないため、ターボ圧縮機が外部へ放気することを防止でき、動力を無駄にすることを防止できる。定数Ｋ２は、０より大きく１未満の値に設定されてもよい（０＜Ｋ２＜１）。

【0014】

前記実測値が前記定格吐出圧よりも大きい場合、前記調整値は第３調整値として以下の式（３）で表されてもよい。

Ｐａ３＝Ｐｍ （３）

Ｐａ３：第３調整値
Ｐｍ：実測値

【0015】

この構成によれば、実測値がターボ圧縮機の定格吐出圧よりも大きい場合、実測値を第３調整値として具体的に算出できる。これにより、実測値が定格吐出圧を超過した場合、ターボ圧縮機が安全のために放気することを確保できる。

【0016】

前記圧縮機群に含まれる各圧縮機は、駆動下限に達したことを示す駆動下限信号を発信する機能と、負荷運転状態を保持するロードロック信号を受信する機能とを有してもよく、
前記制御装置は、前記駆動下限信号を受信する機能と、前記駆動下限信号を発信した圧縮機に対して前記ロードロック信号を発信する機能とを有してもよい。

【0017】

この構成によれば、応答速度が遅く、駆動下限に達するのが遅い圧縮機も駆動下限まで調整できる。従って、無負荷運転する圧縮機を少なくすることができ、省エネルギー化を図ることができる。特に、同種の圧縮機であっても個体差があり、当該個体差によって応答速度が異なる。このような個体差をも考慮した運転を実現できる。ここで、駆動下限とは、ターボ圧縮機においては容量下限を示し、変速型スクリュ圧縮機においては回転速度下限を示す。なお、定速型スクリュ圧縮機は、調整機能を有していないため、負荷運転中は常時駆動下限であるとしてもよい。

【0018】

前記少なくとも１台のターボ圧縮機は、少なくとも前記定格吐出圧において前記少なくとも１台のスクリュ圧縮機よりも良好な比エネルギー性能を有してもよく、
前記圧縮機群に含まれる各圧縮機は、無負荷運転を実行するアンロード信号を受信する機能を有し、
前記制御装置は、前記圧縮機群に含まれる負荷運転中の全圧縮機から前記駆動下限信号を受信すると負荷運転中の前記少なくとも１台のスクリュ圧縮機に対して前記ロードロック信号を停止するとともに前記アンロード信号を発信する機能を有してもよい。

【0019】

この構成によれば、比エネルギー性能が良好なターボ圧縮機を長く負荷運転できるため、省エネルギー化を図ることができる。ここで、比エネルギーは、圧縮機の全負荷時消費電力性能に関してＪＩＳ Ｂ ８３４１「容積形圧縮機－試験及び検査方法」で規定されており、値が小さいほど省エネルギーであることを示す指標である。

【0020】

前記少なくとも１台のターボ圧縮機は、前記制御装置から手動による起動および停止可能に構成されてもよく、
前記少なくとも１台のスクリュ圧縮機は、２台以上のスクリュ圧縮機を含んでもよく、
前記２台以上のスクリュ圧縮機のそれぞれは、前記制御装置によって起動回数または運転時間を均等に駆動されてもよい。

【0021】

この構成によれば、２台以上のスクリュ圧縮機の起動回数または運転時間を均等にできる。当該運転方法は、エンドレスサークル運転とも称される。また、ターボ圧縮機をエンドレスサークル運転に組み込まず、手動で起動および停止することで、ターボ圧縮機の起動頻度および停止頻度が過多になることを防止できる。

【0022】

前記圧縮機群に含まれる各圧縮機は、駆動上限に達したことを示す駆動上限信号を発信する機能と、停止中に次発機として起動する起動信号を受信する機能とを有してもよく、
前記制御装置は、前記駆動上限信号を受信する機能と、前記圧縮機群に含まれる負荷運転中の全圧縮機から前記駆動上限信号を受信すると前記圧縮機群に含まれる停止中の前記少なくとも１台のスクリュ圧縮機に前記起動信号を発信する機能を有してもよい。

【0023】

この構成によれば、供給先の消費ガス量が増加して運転中の圧縮機だけでは足りなくなった場合でも次発機を自動的に起動できる。また、運転中の圧縮機のいずれかが駆動上限に達していないにもかかわらず、次発機が起動されるのを防止できる。ここで、駆動上限とは、ターボ圧縮機においては容量上限を示し、変速スクリュ圧縮機において回転速度上限を示す。なお、定速型スクリュ圧縮機は、調整機能を有していないため、負荷運転中は常時駆動上限であるとしてもよい。

【0024】

前記制御装置は、前記次発機への前記起動信号の発信から前記次発機による圧送によって前記実測値が上昇するまでの時間を待機時間として記憶し、前記次発機への前記起動信号を発信してから次々発機への前記起動信号を発信するまでに前記待機時間以上の時間間隔をあけてもよい。

【0025】

この構成によれば、次発機による圧力上昇効果が発揮される前に次々発機を起動することを防止できるため、不必要に過剰な圧縮機の起動を防止できる。ここで、待機時間を規定する要因の１つである「実測値が上昇するまで」については、例えば、実測値の一定程度の上昇が検知されてから所定時間経過するまでとしてもよい。

【発明の効果】

【0026】

本発明によれば、圧縮機システムにおいて、ターボ圧縮機の応答速度を改善できる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本発明の一実施形態に係る圧縮機システムの概略構成図。

【図2】制御装置のブロック図。

【図3】調整値算出部の算出例を示すフローチャート。

【図4】一実施形態における各圧縮機の動作を示すグラフ。

【図5】比較例における各圧縮機の動作を示すグラフ。

【図6】一実施形態における実測値および調整値と時間の関係を示すグラフ。

【図7】比較例における実測値と時間の関係を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

【0029】

図１を参照して、圧縮機システム１は、圧縮機群１０と、レシーバータンク（蓄圧部）２０と、圧力センサ２１と、制御装置３０とを含んでいる。

【0030】

圧縮機群１０は、ターボ圧縮機１１と、定速型スクリュ圧縮機１２と、変速型スクリュ圧縮機１３，１４とを含んでいる。ターボ圧縮機１１、定速型スクリュ圧縮機１２、および変速型スクリュ圧縮機１３，１４は、流体的に並列接続されている。以下では、圧縮機群１０による圧縮対象ガスとして空気を例に説明するが、圧縮対象ガスの種類は特に限定されない。

【0031】

本実施形態では、ターボ圧縮機１１は、１台設けられている。ターボ圧縮機１１は、吸込調整弁１１ａを介して空気を吸い込み、吸い込んだ空気を遠心力によって圧縮する。吸込調整弁１１ａの無段階の開度調整によって吸い込む空気量を調整できる。即ち、ターボ圧縮機１１は、吸込調整弁１１ａによる容量調整機能を有している。ターボ圧縮機１１は、制御装置３０から後述する調整値を受信するとともに調整値を目標値に近づけるように駆動する。即ち、調整値が目標値から大きく乖離するほど調整値を目標値に速く近づけるように駆動する。ここで、目標値は、供給先の要求に応じて決まる圧力値である。また、ターボ圧縮機１１は、吐出空気量を供給先の消費空気量に合わせて調整する機能も有している。

【0032】

また、ターボ圧縮機１１は、定格吐出圧を超過して運転すると放気する機能を有している。定格吐出圧は、設計および使用上の基準となる圧力であり、定められた条件下で性能を保証できる上限圧力である。本実施形態におけるターボ圧縮機１１は、定格吐出圧において定速型スクリュ圧縮機１２および変速型スクリュ圧縮機１３，１４よりも良好な比エネルギー性能を有している。ここで、比エネルギーは、圧縮機の全負荷時消費電力性能に関してＪＩＳ Ｂ ８３４１「容積形圧縮機－試験及び検査方法」で規定されており、値が小さいほど省エネルギーであることを示す指標である。

【0033】

定速型スクリュ圧縮機１２は、スクリュロータを内部に有し、スクリュロータによって吸い込んだ空気を圧縮するが、スクリュロータの回転速度は固定されている。即ち、定速型スクリュ圧縮機１２は、一定の吐出容量を有する。定速型スクリュ圧縮機１２は、制御装置３０から後述する実測値を受信するとともに実測値を目標値に近づけるように駆動する。即ち、実測値が目標値から大きく乖離するほど実測値を目標値に速く近づけるように駆動する。

【0034】

変速型スクリュ圧縮機１３，１４は、スクリュロータを内部に有し、スクリュロータによって吸い込んだ空気を圧縮するが、スクリュロータの回転速度はインバータ１３ａ，１４ａによって調整可能である。即ち、変速型スクリュ圧縮機１３，１４は、インバータ１３ａ，１４ａによる回転速度調整機能をそれぞれ有し、可変の吐出容量を有している。変速型スクリュ圧縮機１３，１４は、制御装置３０から後述する実測値を受信するとともに実測値を目標値に近づけるように駆動する。即ち、実測値が目標値から大きく乖離するほど実測値を目標値に速く近づけるように駆動する。また、変速型スクリュ圧縮機１３，１４は、吐出空気量を供給先の消費空気量に合わせて調整する機能も有している。

【0035】

圧縮機群１０に含まれる圧縮機１１～１４のそれぞれは、駆動下限に達したことを示す駆動下限信号と、駆動上限に達したことを示す駆動上限信号を発信する機能と、後述する負荷運転状態を保持するロードロック信号を受信する機能とを有している。ここで、駆動下限とは、ターボ圧縮機においては容量下限を示し、変速型スクリュ圧縮機においては回転速度下限を示す。駆動上限とは、ターボ圧縮機においては容量上限を示し、変速型スクリュ圧縮機においては回転速度上限を示す。なお、定速型スクリュ圧縮機は、調整機能を有していないため、負荷運転中は常時、駆動上限かつ駆動下限であるとしてもよい。

【0036】

レシーバータンク２０は、圧縮空気を貯蔵するタンクである。レシーバータンク２０には、ターボ圧縮機１１から延びる吐出配管５ａと、定速型スクリュ圧縮機１２から延びる吐出配管５ｂと、変速型スクリュ圧縮機１３，１４からそれぞれ延びる吐出配管５ｃ，５ｄとが合流した母管５ｅが接続されている。レシーバータンク２０は、母管５ｅを介して圧縮機群１０から吐出された圧縮空気を供給される。レシーバータンク２０は、図示しない供給先に供給管５ｆを介して圧縮空気を適時供給する。本実施形態では、レシーバータンク２０は１基設けられているが、レシーバータンク２０の数は特に限定されない。また、レシーバータンク２０は蓄圧部の一例であるが、蓄圧部の態様はタンクに限定されず、蓄圧機能を達成可能な任意の態様であり得る。なお、母管５ｅには圧縮空気から水分を除去するドライヤを介設してもよく、供給管５ｆには圧縮空気から塵芥等の不要物を除去するフィルタを介設してもよい。

【0037】

本実施形態では、レシーバータンク２０に圧力センサ２１が取り付けられており、レシーバータンク２０内の圧力は圧力センサ２１によって測定される。代替的には、圧力センサ２１は母管５ｅに取り付けられ、母管５ｅ内の圧力が測定されてもよい。圧力センサ２１によって測定された圧力は、実測値として制御装置３０に送信される。

【0038】

制御装置３０は、演算処理および装置全体の制御を行う。制御装置３０は、例えば、ソフトウェアと協働して所定の機能を実現するＣＰＵ（Central Processing Unit)またはＭＰＵ(Micro Processing Unit）を含む。制御装置３０は、所定の機能を実現するように設計された専用の電子回路または再構成可能な電子回路等のハードウェア回路で構成されてもよいし、種々の半導体集積回路で構成されてもよい。種々の半導体集積回路としては、例えば、ＣＰＵ、ＭＰＵの他に、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、およびＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等が挙げられる。また、制御装置３０は、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶装置を含んでもよい。具体的には、制御装置３０は、例えば、デスクトップパソコン、ノートパソコン、ワークステーション、またはタブレット端末のような情報処理装置または同等の機能を有する制御盤やプリント基板等で構成され得る。

【0039】

制御装置３０は、格納されたデータやプログラムを読み出して種々の演算処理を行うことで、以下に説明する所定の機能を実現する。制御装置３０によって実行されるプログラムは、所定の通信規格にしたがい通信を行う通信部を利用して外部から提供されてもよいし、可搬性を有する記録媒体に格納されていてもよい。

【0040】

図２を参照して、本実施形態における制御装置３０は、機能的構成として、受信部３１と、調整値算出部３２と、ロードロック信号生成部３３と、アンロード信号生成部３４と、均等運転部３５と、起動信号生成部３６と、発信部３７とを含んでいる。これらは、上記ハードウェアおよびソフトウェアの協働により実現される。また、これらは、それぞれ対応する回路（circuitry）と読み替えられてもよい。

【0041】

受信部３１は、圧力センサ２１から実測値を受信する。また、受信部３１は、圧縮機群１０から、後述するように、駆動下限信号、駆動上限信号、起動回数、および運転時間等を受信する。

【0042】

調整値算出部３２は、実測値から調整値を算出する。調整値は、実測値がターボ圧縮機１１の定格吐出圧以下の場合、目標値からの乖離幅が実測値よりも大きくなるように算出される。

【0043】

図３を参照して、調整値算出部３２の算出例を詳細に説明する。

【0044】

調整値算出部３２は、実測値Ｐｍがターボ圧縮機１１の定格吐出圧Ｐｒ以下である否かを判断する（ステップＳ１）。実測値Ｐｍが定格吐出圧Ｐｒ以下である場合（Ｙ：ステップＳ１）、第１調整値Ｐａ１を以下の式（１）で算出し、第１調整値Ｐａ１を調整値とする（ステップＳ２）。ここで、式（１）において定数Ｋ１は、０より大きく１以下の値に設定されてもよい（０＜Ｋ１≦１）。

【0045】

Ｐａ１＝Ｐｍ－Ｋ１（Ｐｔ－Ｐｍ） （１）

Ｐａ１：第１調整値
Ｐｍ：実測値
Ｐｔ：目標値
Ｋ１：正の定数

【0046】

調整値算出部３２は、第１調整値Ｐａ１が定格吐出圧Ｐｒよりも大きいか否かを判断する（ステップＳ３）。第１調整値Ｐａ１が定格吐出圧Ｐｒよりも大きい場合（Ｙ：ステップＳ３）、第２調整値Ｐａ２を以下の式（２）で算出し、第２調整値Ｐａ２を調整値とする（ステップＳ４）。即ち、調整値を第１調整値Ｐａ１から第２調整値Ｐａ２に修正する（ステップＳ４）。なお、第１調整値Ｐａ１が定格吐出圧Ｐｒよりも大きくない場合（Ｎ：ステップＳ３）、調整値は第１調整値Ｐａ１のままである。ここで、式（２）において定数Ｋ２は、０より大きく１未満の値に設定されてもよい（０＜Ｋ２＜１）。

【0047】

Ｐａ２＝Ｐｍ－Ｋ２（Ｐｒ－Ｐｍ） （２）

Ｐａ２：第２調整値
Ｐｍ：実測値
Ｐｒ：ターボ圧縮機の定格吐出圧
Ｋ２：正の定数

【0048】

また、実測値Ｐｍが定格吐出圧Ｐｒ以下でない場合（Ｎ：ステップＳ１）、第３調整値Ｐａ３を以下の式（３）で算出し、第３調整値Ｐａ３を調整値とする（ステップＳ５）。即ち、調整値は、実測値と同じ値となる。

【0049】

Ｐａ３＝Ｐｍ （３）

Ｐａ３：第３調整値
Ｐｍ：実測値

【0050】

以上のように、調整値算出部３２は、第１調整値、第２調整値、または第３調整値を算出し、調整値として設定する。そして、当該調整値の算出および設定を圧縮機システム１の運転中に繰り返している。

【0051】

ロードロック信号生成部３３は、駆動下限信号を受信部３１にて受信すると、駆動下限信号を発信した圧縮機に負荷運転状態を保持させるロードロック信号を生成する。ここでの負荷運転状態は、駆動下限での運転状態としてもよい。

【0052】

アンロード信号生成部３４は、圧縮機群１０に含まれる負荷運転中の全圧縮機から駆動下限信号を受信部３１にて受信すると、負荷運転中の変速型スクリュ圧縮機１３，１４または定速型スクリュ圧縮機１２に対してロードロック信号を停止するとともに無負荷運転を実行するアンロード信号を生成する。換言すると、ターボ圧縮機１１は無負荷運転の優先順位として最も低く設定されており、先に変速型スクリュ圧縮機１３，１４または定速型スクリュ圧縮機１２を無負荷運転に切り替える。本実施形態では、変速型スクリュ圧縮機１３，１４を定速型スクリュ圧縮機１２に優先して無負荷運転させるためのアンロード信号を生成する。ただし、必要に応じて、定速型スクリュ圧縮機１２を変速型スクリュ圧縮機１３，１４に優先して無負荷運転させてもよい。

【0053】

起動信号生成部３６は、圧縮機群１０に含まれる負荷運転中の全圧縮機から駆動上限信号を受信部３１にて受信すると、圧縮機群１０に含まれる停止中の変速型スクリュ圧縮機１３，１４のいずれかまたは定速型スクリュ圧縮機１２を次発機として起動するための起動信号を生成する。換言すると、ターボ圧縮機１１は起動優先順位として最も低く設定されており、変速型スクリュ圧縮機１３，１４または定速型スクリュ圧縮機１２を先に起動する。本実施形態では、変速型スクリュ圧縮機１３，１４のいずれかを定速型スクリュ圧縮機１２に優先して次発機として起動するための起動信号を生成する。ただし、必要に応じて、定速型スクリュ圧縮機１２を変速型スクリュ圧縮機１３，１４に優先して次発機として起動してもよい。

【0054】

均等運転部３５は、受信部３１にて受信した変速型スクリュ圧縮機１３，１４の起動回数または運転時間を記憶し、当該起動回数または運転時間を均等にするように変速型スクリュ圧縮機１３，１４を駆動する。当該運転方法は、エンドレスサークル運転とも称される。また、定速型スクリュ圧縮機１２が複数設けられている場合には、均等運転部３５は、受信部３１にて受信した定速型スクリュ圧縮機１２の起動回数または運転時間を記憶し、当該起動回数または運転時間を均等にするようにしてもよい。即ち、変速型スクリュ圧縮機１３，１４および定速型スクリュ圧縮機１２のいずれもエンドレスサークル運転で駆動されてもよい。また、ターボ圧縮機１１は、台数に限らず、エンドレスサークル運転に組み込まれず、手動で起動および停止可能とされることが好ましい。

【0055】

発信部３７は、変速型スクリュ圧縮機１３，１４および定速型スクリュ圧縮機１２に対して実測値を送信し、ターボ圧縮機１１に対して調整値を送信する。また、発信部３７は、前述のように必要に応じて、駆動下限信号を発信した圧縮機に対して上記ロードロック信号を発信し、ロードロック信号を受けて負荷運転している圧縮機に対してアンロード信号を発信し、次発機に対して上記起動信号を発信する。

【0056】

また、制御装置３０は、上記次発機への起動信号発信から次発機による圧送によって実測値が上昇するまでの時間を待機時間として記憶し、次発機への起動信号を発信してから次々発機への起動信号を発信するまでに待機時間以上の時間間隔をあける。

【0057】

図４を参照して、本実施形態の圧縮機システムにおいて、時間とともに供給先の消費空気量が変化する場合の圧縮機１１～１４のそれぞれの運転状態の変化を説明する。

【0058】

図４では、横軸を時間とし、縦軸を空気量とした５つのグラフが示されている。５つのグラフの横軸の時間は、揃えられている。上から１番目のグラフは、変速型スクリュ圧縮機１３の吐出空気量（Ｖ１空気量）を示している。上から２番目のグラフは、変速型スクリュ圧縮機１４の吐出空気量（Ｖ２空気量）を示している。上から３番目のグラフは、定速型スクリュ圧縮機１２の吐出空気量（Ｓ空気量）を示している。上から４番目のグラフは、ターボ圧縮機１１の吐出空気量（Ｔ空気量）を示している。上から５番目のグラフは、実線Ｃ１で示す全ての圧縮機１１～１４の合計吐出空気量（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｓ＋Ｔ空気量）および破線Ｃ２で示す供給先の消費空気量を示している。

【0059】

図示の例では、変速型スクリュ圧縮機１３，１４の吐出空気量は２０～５０で可変であり、定速型スクリュ圧縮機１２の吐出空気量は５０で一定であり、ターボ圧縮機１１の吐出空気量は７０～１００で可変である。

【0060】

初期状態（時間ｔ＝０）では、全ての圧縮機１１～１４が駆動上限で駆動している（Ｖ１空気量＝５０、Ｖ２空気量＝５０、Ｓ空気量＝５０、Ｔ空気量＝１００）。初期状態以降では、供給先の消費空気量Ｃ２の減少に伴って、まずは応答速度の速い変速型スクリュ圧縮機１３，１４のそれぞれの吐出空気量が減少する。このとき、変速型スクリュ圧縮機１３は時間ｔ１で吐出空気量が２０まで減少する一方、変速型スクリュ圧縮機１４は時間ｔ２で吐出空気量が２０まで減少する。このように同種の圧縮機であっても個体差によって調整速度（応答速度）はわずかに異なる。

【0061】

時間ｔ１，ｔ２では、変速型スクリュ圧縮機１３，１４がそれぞれ駆動下限に達する（Ｖ１空気量＝２０、Ｖ２空気量＝２０）。このとき、駆動下限信号が変速型スクリュ圧縮機１３，１４のそれぞれから制御装置３０に発信され、制御装置３０から変速型スクリュ圧縮機１３，１４のそれぞれにロードロック信号が返信される。従って、変速型スクリュ圧縮機１３，１４は、時間ｔ１，ｔ２以降、駆動下限で負荷運転を維持する。

【0062】

時間ｔ３では、ターボ圧縮機１１の吐出空気量（Ｔ空気量）の減少が開始する。時間ｔ４では、ターボ圧縮機１１が駆動下限に達する（Ｔ空気量＝７０）。このとき、駆動下限信号がターボ圧縮機１１から制御装置３０に発信され、制御装置３０からロードロック信号がターボ圧縮機１１に返信される。従って、ターボ圧縮機１１は、時間ｔ４以降、駆動下限で負荷運転を維持する。詳細を後述するが、このとき、ターボ圧縮機１１は、実測値ではなく調整値に基づいた運転を実行している。

【0063】

時間ｔ４では、全ての圧縮機１１～１４が駆動下限に達する。なお、定速型スクリュ圧縮機１２は、吐出空気量５０で一定の運転を行っているが（Ｓ空気量＝５０）、駆動下限に達しているものとして駆動下限信号を制御装置３０に常時発信し、ロードロック信号を返信されている。そして、制御装置３０は、全ての圧縮機１１～１４から駆動下限信号を受信すると、変速型スクリュ圧縮機１３，１４に対してロードロック信号を停止するとともに無負荷運転に切り換えるアンロード信号を発信する。これにより、変速型スクリュ圧縮機１３，１４は、無負荷運転に切り替えられ、吐出空気量０となる。本実施形態では、変速型スクリュ圧縮機１３，１４は、無負荷運転後に停止される。なお、図示の例では、変速型スクリュ圧縮機１３，１４を２台同時に無負荷運転に切り替えているが、１台ずつ無負荷運転に切り替えてもよい。

【0064】

時間ｔ５では、供給先の消費空気量Ｃ２の増加に伴って、ターボ圧縮機１１の吐出空気量が増加する。時間ｔ６では、ターボ圧縮機１１が駆動上限に達する（Ｔ空気量＝１００）。このとき、駆動上限信号がターボ圧縮機１１から制御装置３０に発信される。

【0065】

時間ｔ６では、負荷運転中の全圧縮機１１，１２が駆動上限に達する（Ｓ空気量＝５０、Ｔ空気量＝１００）。なお、定速型スクリュ圧縮機１２は、吐出空気量５０で一定の運転を行っているが、駆動上限に達しているものとして駆動上限信号を制御装置３０に常時発信している。制御装置３０は負荷運転中の全圧縮機１１，１２から駆動上限信号を受信すると、停止中の変速型スクリュ圧縮機１３，１４のいずれか一方を次発機として起動するために起動信号を発信する。ここで、起動信号が発信される変速型スクリュ圧縮機１３，１４のいずれか一方は、均等運転部３５によってエンドレスサークル運転を考慮されたものである。

【0066】

制御装置３０は、上記次発機への起動信号から次発機による圧送によって実測値が上昇するまでの時間を待機時間として記憶し、次発機への起動信号を発信してから次々発機への起動信号を発信するまでに待機時間以上の時間間隔Δｔをあける。ここでは、実測値の一定程度の上昇が検知されてから所定時間経過するまで、即ち時間ｔ６から時間ｔ７まで待機する。

【0067】

時間ｔ７では、制御装置３０は、停止中の変速型スクリュ圧縮機１３，１４のいずれか他方を次々発機として起動するために起動信号を発信する。

【0068】

図５を参照して、本実施形態とは異なる比較例の圧縮機システムにおいて、時間とともに供給先の消費空気量が変化する場合の圧縮機１１～１４のそれぞれの運転状態の変化を説明する。図５の供給先の消費空気量の変化は、図４のものと同じである

【0069】

比較例の圧縮機システムは、本実施形態の圧縮機システム１と同様に、ターボ圧縮機１１、定速型スクリュ圧縮機１２、および変速型スクリュ圧縮機１３，１４を含むが、吐出空気量の調整方法が本実施形態の圧縮機システム１とは異なっている。比較例の圧縮機システムでは、ターボ圧縮機１１に対しても定速型スクリュ圧縮機１２および変速型スクリュ圧縮機１３，１４と同じく実測値が発信され、ターボ圧縮機１１の容量調整は実測値に基づいて実行される。即ち、比較例の圧縮機システムは、本実施形態における調整値に関する機能を有していない。

【0070】

図５のグラフの構成は図４のものと同じである。即ち、図５では、横軸を時間とし、縦軸を空気量とした５つのグラフが示されている。５つのグラフの横軸の時間は、揃えられている。上から１番目のグラフは、変速型スクリュ圧縮機１３の吐出空気量（Ｖ１空気量）を示している。上から２番目のグラフは、変速型スクリュ圧縮機１４の吐出空気量（Ｖ２空気量）を示している。上から３番目のグラフは、定速型スクリュ圧縮機１２の吐出空気量（Ｓ空気量）を示している。上から４番目のグラフは、ターボ圧縮機１１の吐出空気量（Ｔ空気量）を示している。上から５番目のグラフは、実線Ｃ１で示す全ての圧縮機１１～１４の合計吐出空気量（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｓ＋Ｔ空気量）および破線Ｃ２で示す供給先の消費空気量を示している。

【0071】

初期状態（時間ｔ＝０）では、全ての圧縮機１１～１４が駆動上限で駆動している（Ｖ１空気量＝５０、Ｖ２空気量＝５０、Ｓ空気量＝５０、Ｔ空気量＝１００）。初期状態以降では、供給先の消費空気量Ｃ２の減少に伴って、まずは応答速度の速い変速型スクリュ圧縮機１３，１４のそれぞれの吐出空気量が２０まで減少する。このとき、変速型スクリュ圧縮機１３は時間ｔ１で吐出空気量が２０まで減少する一方、変速型スクリュ圧縮機１４は時間ｔ２で吐出空気量が２０まで減少する。これらの状態変化は図４と同じである。

【0072】

時間ｔ１，ｔ２では、変速型スクリュ圧縮機１３，１４のそれぞれが駆動下限に達し（Ｖ１空気量＝２０、Ｖ２空気量＝２０）、駆動下限に達した直後に無負荷運転に切り替えられ、その後に停止される。即ち、比較例の圧縮機システムは、本実施形態における駆動下限信号やロードロック信号に関する機能を有していない。

【0073】

時間ｔ２以降、定速型スクリュ圧縮機１２だけでなくターボ圧縮機１１も吐出空気量一定の駆動をしている。比較例におけるターボ圧縮機１１は、調整値ではなく実測値に基づいて運転されるため、応答速度が遅く、吐出空気量が調整されない。結果として、ターボ圧縮機１１にて余剰運転が発生し、外部への放気が発生している（斜線領域Ｓ１参照）。

【0074】

時間ｔ６では、変速型スクリュ圧縮機１３，１４が起動される。このとき、本実施形態とは異なり待機時間を設定されていないため、変速型スクリュ圧縮機１３，１４が２台同時に起動され、余剰な空気量が生じている（斜線領域Ｓ２参照）。

【0075】

図６を参照して、本実施形態における実測値および調整値と時間の関係を説明する。また、図７を参照して、比較例における実測値と時間の関係を説明する。

【0076】

図６，７では、縦軸が圧力を示し、横軸が時間を示している。グラフ中の実線Ｐｍは実測値を示し、実線Ｐａは調整値を示している。破線Ｐｔは目標値を示し、一定値となっている。破線Ｐｒは、ターボ圧縮機１１の定格吐出圧を示している。なお、前述のように比較例では、調整値が使用されないため、図６の曲線Ｐａ（調整値）に対応する曲線は図７では示されていない。また、図６，７の曲線Ｐｍ（実測値）は、吐出空気量の調整方法が異なるため、同じ値を示すものではない。ただし、図６，７の破線Ｐｒは同じ値を示し、図６，７の破線Ｐｔも同じ値を示している。

【0077】

図６，７では、時間ｔ＝０において実測値Ｐｍと目標値Ｐｔが一致している。それ以降、実測値Ｐｍが一度上昇して目標値Ｐｔから乖離するが、圧縮機群１０の吐出空気量の調整によって実測値Ｐｍが減少して再び目標値Ｐｔに一致している。

【0078】

図６（本実施形態）では、実測値Ｐｍは、ターボ圧縮機１１の定格吐出圧Ｐｒを超えておらず、外部へと放気していない。時間ｔａまでは、調整値Ｐａが定格吐出圧Ｐｒを超えていないため、第１調整値Ｐａ１を上記式（１）によって算出し、第１調整値Ｐａ１を調整値Ｐａとして使用する。時間ｔａからｔｂまでの間、第１調整値Ｐａ１が定格吐出圧Ｐｒを超えているため、第２調整値Ｐａ２を上記式（２）によって算出し、第２調整値Ｐａ２を調整値Ｐａとして使用する。時間ｔｂ以降では、第１調整値Ｐａ１が定格吐出圧Ｐｒを超えていないため、第１調整値Ｐａ１を調整値Ｐａとして使用する。なお、詳細を図示しないが、仮に実測値Ｐｍがターボ圧縮機１１の定格吐出圧Ｐｒを超える場合、第３調整値Ｐａ３を式（３）によって算出し、第３調整値Ｐａ３調整値Ｐａとして使用する。

【0079】

図７（比較例）では、時間ｔｃからｔｄの間、実測値Ｐｍがターボ圧縮機１１の定格吐出圧Ｐｒを超えており、外部へと放気する（図５の領域Ｓ１に対応）。

【0080】

上記実施形態の圧縮機システム１によると、以下の作用効果を生じる。

【0081】

実測値よりも調整値の方が目標値からの乖離幅が大きくなる。従って、変速型スクリュ圧縮機１３，１４および定速型スクリュ圧縮機１２に対するターボ圧縮機の応答速度の遅延を改善できる。また、圧縮機群１０に送信される信号は、実測値および調整値といった圧力値である。従って、圧縮機群１０に含まれる圧縮機１１～１４のそれぞれは複雑な容量制御信号を受ける機能を有していなくてもよく、既存の汎用圧縮機を使用できる。

【0082】

調整値の算出を上記式（１）で規定しているため、実測値がターボ圧縮機１１の定格吐出圧以下の場合、目標値からの乖離幅が大きくなるように実測値から調整値を第１調整値として具体的に算出できる。また、定数Ｋ１の値を調整することによりターボ圧縮機１１の柔軟な圧力調整が可能となり、好適な運転を実現できる。

【0083】

調整値の算出を上記式（２）で規定しているため、実測値がターボ圧縮機１１の定格吐出圧よりも大きい場合、定格吐出圧からの乖離幅が大きくなるように実測値から調整値を第２調整値として具体的に算出できる。これにより、第１調整値が定格吐出圧を超過した場合でも第２調整値は定格吐出圧を超過しないため、ターボ圧縮機１１が外部へ放気することを防止でき、動力を無駄にすることを防止できる。

【0084】

調整値の算出を上記式（３）で規定しているため、実測値がターボ圧縮機１１の定格吐出圧よりも大きい場合、実測値を第３調整値として具体的に算出できる。これにより、実測値が定格吐出圧を超過した場合、ターボ圧縮機１１が安全のために放気することを確保できる。

【0085】

圧縮機システム１はロードロック信号生成部３３およびアンロード信号生成部３４に関する構成を有しているため、応答速度が遅く、駆動下限に達するのが遅い圧縮機も駆動下限まで調整できる。従って、無負荷運転する圧縮機を少なくすることができ、省エネルギー化を図ることができる。特に、同種の圧縮機であっても個体差があり、当該個体差によって応答速度が異なる。このような個体差をも考慮した運転を実現できる。

【0086】

無負荷運転させる優先順位として比エネルギー性能が良好なターボ圧縮機１１を最も低く設定しているため、比エネルギー性能が良好なターボ圧縮機を長く負荷運転でき、省エネルギー化を図ることができる。

【0087】

圧縮機システム１は均等運転部３５に関する構成を有しているため、エンドレスサークル運転によって、変速型スクリュ圧縮機１３，１４の起動回数または運転時間を均等にできる。また、ターボ圧縮機１１が２台以上設けられた場合でもターボ圧縮機１１をエンドレスサークル運転に組み込まずに手動で起動および停止することで、不必要に過剰に起動および停止することを防止できる。

【0088】

圧縮機システム１は起動信号生成部３６に関する構成を有しているため、供給先の消費空気量が増加して運転中の圧縮機だけでは足りなくなった場合でも次発機を自動的に起動できる。また、運転中の圧縮機のいずれかが駆動上限に達していないにもかかわらず、次発機が起動されるのを防止できる。

【0089】

制御装置３０が次発機への起動信号を発信してから次々発機への起動信号を発信するまでに待機時間以上の時間間隔Δｔをあけるため、次発機による圧力上昇効果が発揮される前に次々発機を起動することを防止でき、不必要に過剰な圧縮機の起動を防止できる。

【0090】

以上より、本発明の具体的な実施形態およびその変形例について説明したが、本発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。

【0091】

例えば、上記実施形態では、圧縮機群１０がターボ圧縮機１１と、定速型スクリュ圧縮機１２と、変速型スクリュ圧縮機１３，１４とを含む例を説明しているが、圧縮機の台数や種類は特に限定されない。流体的に並列接続された少なくとも１台のスクリュ圧縮機および少なくとも１台のターボ圧縮機が含まれていてもよい。特に、少なくとも１台のスクリュ圧縮機は、インバータによる回転速度調整機能を有する変速型および回転速度固定の定速型の少なくとも１種類が含まれていてもよい。

【0092】

また、制御装置３０において、ロードロック信号生成部３３、アンロード信号生成部３４、均等運転部３５、起動信号生成部３６に関する構成は、必要に応じて省略され得る。また、調整値算出部３２において、第２調整値や第３調整値の算出に関する構成は、必要に応じて省略され得る。

【符号の説明】

【0093】

１ 圧縮機システム
５ａ～５ｄ 吐出配管
５ｅ 母管
５ｆ 供給管
１０ 圧縮機群
１１ ターボ圧縮機
１１ａ 吸込調整弁
１２ 定速型スクリュ圧縮機
１３，１４ 変速型スクリュ圧縮機
１３ａ，１４ａ インバータ
２０ レシーバータンク（蓄圧部）
２１ 圧力センサ
３０ 制御装置
３１ 受信部
３２ 調整値算出部
３３ ロードロック信号生成部
３４ アンロード信号生成部
３５ 均等運転部
３６ 起動信号生成部
３７ 発信部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】