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1. WO2020129572 - 流体機械システム、及びその制御方法

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明 細 書

発明の名称 流体機械システム、及びその制御方法

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004  

先行技術文献

特許文献

0005  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0006   0007   0008   0009  

課題を解決するための手段

0010  

発明の効果

0011  

図面の簡単な説明

0012  

発明を実施するための形態

0013  

実施例 1

0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024  

実施例 2

0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032  

実施例 3

0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053  

符号の説明

0054  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10  

図面

1   2   3   4   5   6  

明 細 書

発明の名称 : 流体機械システム、及びその制御方法

技術分野

[0001]
 本発明は流体機械システムに係り、特に複数台の流体機械を制御する台数制御装置の制御方法に関する。

背景技術

[0002]
 気体圧縮装置などの産業機械は定期的なメンテナンスが欠かせない装置である一方、導入される顧客や用途によっては、メンテナンスのために停止させることが困難である場合がある。
[0003]
 そのため、生産設備の停止頻度を極力抑えるために、複数台設置された流体機械を同時期にメンテナンスや交換ができるような台数制御装置による制御方法として特許文献1などがある。
[0004]
 特許文献1には、複数台のポンプの台数を制御して水位または流量を制御するポンプの運転台数制御方法において、前記各ポンプの運転時間を積算し、運転時間積算値に基づき運転順序を決定し全てのポンプの運転時間と始動回数を均一化することを特徴としたポンプの運転台数制御方法について記載されている。

先行技術文献

特許文献

[0005]
特許文献1 : 特開昭58-161011公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0006]
 特許文献1では、設備の生産能力増強などに伴って圧縮気体の使用量が増え、気体圧縮装置を追加した場合、従来装置との運転時間さが大きく、また稼働率も高い場合、運転時間の長い装置が頻繁に運転と停止を繰り返したり、運転時間の短いものが常に運転し続けるといった特徴がある。
[0007]
 気体圧縮装置では、連続運転に伴う温度上昇に摺動部の摩耗劣化の加速を防ぐ目的などから、設備全体として余力がある場合には一定時間経過後に停止中の圧縮装置とローテーションさせて圧縮装置を停止させ冷却させることにより部品の寿命延長を図っている。
[0008]
 その場合、前記同様に設備全体としての稼働率が高い場合や、複数台のインバータ搭載圧縮装置を有する台数制御では運転時間の長いものであってもローテーションにより一定時間運転するため、運転時間を縮小させるが平準化が期待通り実現できずにメンテナンスの時期を同一にできない等の課題があった。
[0009]
 本発明の目的は、これらの課題に鑑み、流体機械の台数制御装置において、運転時間の異なる流体機械の台数制御においても運転時間の平準化をしつつ、すべての流体機械において運転停止による冷却時間を確保することが可能な制御方法を提供することである。

課題を解決するための手段

[0010]
 本発明は上記課題を解決するために、複数の流体機械と、流体機械の起動、停止を個別に制御可能な台数制御装置と、を備え、台数制御装置は、それぞれの流体機械に対し、当該流体機械および他の流体機械の総運転時間に基づき連続運転時間を設定し、運転している流体機械のうち、当該流体機械に設定された連続運転時間を経過した流体機械がある場合であって、停止中の流体機械がある場合は、停止中の流体機械を起動して当該流体機械を停止させる。

発明の効果

[0011]
 本発明によれば、流体機械の台数制御において、装置の運転時間が極端に異なる場合の組み合わせであっても、各流体機械の冷却に必要な停止時間を確保して摺動部品の摩耗劣化を抑えつつ、運転時間の平準化が可能な台数制御装置、及び、その制御方法を提供することができる。

図面の簡単な説明

[0012]
[図1] 実施例1の前提となる既存の気体圧縮装置の台数制御システム説明する図である。
[図2] 実施例1における気体圧縮装置追加後の台数制御システム説明する図である。
[図3] 実施例1における気体圧縮装置の運転時間の平準化の動作を示す運転パターン図である。
[図4] 実施例2における従来方式での運転パターン図である。
[図5] 実施例2における起動抑止制御付きの場合の動作を示す運転パターン図である。
[図6] 実施例2における起動抑止制御付きの場合の圧縮装置のローテーション機の選択と連続運転時間の設定および起動抑止の制御処理を示す流れ図である。

発明を実施するための形態

[0013]
 以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する
実施例 1
[0014]
 本実施例では、空気を圧縮する気体圧縮装置の台数制御装置を例に説明する。
[0015]
 図1は、本実施例における気体圧縮装置の台数制御装置のシステム構成図である。図1では、圧縮装置7A、7Bと圧縮装置の運転状態を制御する台数制御装置1と、前記圧縮装置から吐出される圧縮気体を貯留するタンク9で大略構成される。前記台数制御装置1は、前記タンク9に貯留された圧縮気体の圧力を計測する圧力センサ3と、その圧力情報によって複数の圧縮装置の運転台数や運転する圧縮機を決定する制御回路2、装置全体の作動状態を決定するための運転スイッチ4、停止スイッチ5から構成される。
[0016]
 台数制御装置1の運転スイッチ4が押下されると、台数制御装置1は圧縮装置7A、圧縮装置7Bの両方または一方を運転させ、圧縮装置から吐出されタンク9に貯留された圧縮気体の圧力を圧力センサ3で計測し、制御回路2で圧力に応じて圧縮装置の運転台数の増減及び運転する圧縮装置を選択する。
[0017]
 次に図2は、設備の生産能力増強などに伴って圧縮気体の使用量が増え、気体圧縮装置7Cを追加した場合の本発明の台数制御システム構成図を示す図である。図2において、新たに、連続運転時間設定手段20が制御回路2で動作している。このときの気体圧縮装置の運転パターンを図3に示す。
[0018]
 まず、運転スイッチ4が押下されて運転要求があった場合、制御回路2は圧縮装置を運転する前にどの圧縮装置を運転すべきか決定する。このとき圧縮装置7Cの運転時間が最も短く、圧縮装置7Aが一番長いことから、運転開始の順番を7C、7B、7Aと決定する。ここでいう運転時間とは、圧縮装置7が製造または販売されたときなどの所定の時から現在までの間に運転した時間の総和である総運転時間を指している。
[0019]
 次に連続運転時間設定手段20により各圧縮機の連続運転時間を決定する。この時、連続運転時間設定手段20は圧縮装置の運転時間が最も短いものをあらかじめ設定された標準運転時間Tcよりも長く、例えばTc×2として設定し、運転時間の最も長い圧縮装置の運転時間をTc/2として設定する。ここでいう連続運転時間とは、次に圧縮装置7が運転を始めてから次に運転を停止するまでの時間を指している。
[0020]
 ここで本実施例では3台の場合を例として記述しているが、2台または4台以上でもよく、その場合は最短および最短運転時間のものの運転時間を(2倍/半分)としているが、運転時間に応じて各台数ごとに所定の係数を設定してもよく、また、最大/最少運転時間のものだけに標準的な運転時間Tcに特定の乗数または除数を乗じた値を設定してもよい。
[0021]
 次にまず圧縮装置7Cの運転を開始し、圧力センサ3で計測される圧力があらかじめ設定された圧力に到達しない場合には、次に運転時間の短い圧縮装置7Bに対し連続運転時間Tcを設定し起動させる。
[0022]
 次に本状態において生成される圧縮気体と消費される圧縮気体が釣り合っている場合には運転を現在の運転継続し、あらかじめ設定された圧縮装置7Bの連続運転時間Tcが経過した場合、圧縮装置の切り替え判定処理を実施する。この時、圧縮装置7Aが待機状態であることから、制御回路2はローテーションが可能と判断し、制御回路2は再度各圧縮装置の運転時間から連続運転時間20で各圧縮装置の連続運転時間を再計算し設定する。
[0023]
 圧縮装置7Aは3台中一番運転時間が長いことから、連続運転時間にTc/2を設定し起動させると同時に圧縮装置7Bの運転を停止させる。
[0024]
 以下各圧縮装置7A、7B、7Cの連続運転時間経過時には、圧力と休止中の圧縮装置の有無に応じて次に起動させる圧縮装置の制御を実施することにより、圧縮装置の運転時間の平準化を実現しつつ、運転時間の短い圧縮装置も含めて全数適切な停止期間による冷却が実現でき圧縮装置の早期摩耗劣化を予防することが可能となり、長寿命化が期待できる
実施例 2
[0025]
 圧縮装置の制御においてローテーションや台数制御を実施する場合において2台の圧縮装置がほぼ同時に所定の運転時間に達した場合、図4に示すように圧縮装置7Cが停止した直後に再度圧縮装置7Aの交代機として運転する場合があり、十分な冷却期間を確保できないことがある。このとき、短時間に複数回の運転/停止動作が行われるために、騒音が発生する。そのため本実施例では圧縮装置の連続運転時間設定手段20に規定の運転時間に到達しても交代機が停止直後であった場合はローテーションを実施せず、運転を延長する機能を新たに追加する。
[0026]
 本実施例2について図5及び図6を基に説明する。連続運転時間設定手段20はまず、ステップ11にて運転中のいずれかの圧縮装置があらかじめ設定された連続運転時間が経過したか否か判定する。YESの場合には次にステップ12に移り、停止中の圧縮装置があるか否か判断し、YESと判断した場合には、ステップ13に移り、停止中の圧縮装置が所定の停止期間Th以上経過したか否かを判断する。ステップ13でYESと判断された場合には、ステップ14に移りローテーション処理を実施するが、ここでステップ11~ステップ13のいずれかでNoと判断された場合には、ステップ99に移りローテーション処理を実施せずにリターンする。
[0027]
 次のステップ14では、台数制御装置1に接続された圧縮装置すべての圧縮装置の総運転時間を計算しステップ15へ移る。
[0028]
 ステップ15では停止中の圧縮装置から一番運転時間の短い圧縮装置をローテーション機として選択しステップ16へ移る。
[0029]
 ステップ16では選択されたローテーション機の運転時間が圧縮装置の中で最短か否かを判定し、YESであった場合には次のステップ17へ移り、ローテーション機の連続運転時間をTc×2に設定してステップ18へ移り、Noであった場合には次のステップ26へ移る。
[0030]
 ステップ26では、ローテーション機の運転時間が圧縮装置の中で最長か否かを判定し、YESであった場合にはステップ27へ移り、ローテーション機の連続運転時間をTc/2に設定してステップ18へ移り、Noであった場合には連続運転時間にTcを設定しステップ18へ移る。
[0031]
 次のステップ18では、連続運転時間が経過した圧縮装置を停止させるとともに次のステップ19に移り、ステップ19においてローテーション機の運転を開始するとともにステップ16、26または36の判定処理にて決定された連続運転時間の計時を開始し、次のステップ99に移りリターンする。
[0032]
 かくして台数制御装置1、圧縮装置7A、7B、7Cの総運転時間に応じた連続運転時間を決定し運転するとともに、停止時に停止時間Thだけ再運転を抑止することによって、運転時間の平準化を実現しつつ、適切な冷却時間を確保することを可能となる。
実施例 3
[0033]
 従来技術や上記実施例1及び実施例2では、圧縮圧縮装置の連続運転時間は予め設定された係数を乗じて求めているが、総運転時間が極端に異なる場合には、総運転時間が最も長い圧縮装置がメンテナンス時間に到達するまでに圧縮装置の運転時間の平準化が完了しない場合も考えられる。そこで実施例3は各圧縮装置の総運転時間からメンテナンスまでの残余時間Tremainを計算し、平均残余時間Tremain_aveを計算し、残余時間Tremainと平均残余時間との比から各圧縮装置の運転時間を決定することで、総運転時間が最も長い圧縮装置がメンテンナス時間に到達する前に各圧縮装置の総運転時間の平準化が完了するように制御することが出来る。
[0034]
 具体的には、まず式(1)を演算し、各圧縮装置のメンテナンスまでの残余時間Tremainを計算する。
[0035]
[数1]


[0036]
 ここで、Tmnt:メンテナンス時間、Tope:圧縮装置の運転時間である。
[0037]
 次に各圧縮装置の残余時間Tremainから圧縮装置システム全体の平均残余時間Tremain_aveを求める。すなわち、式(2)を演算する。
[0038]
[数2]


[0039]
 ここで、Tremain_7A:圧縮装置7Aの残余時間、Tremain_7B:圧縮装置7Bの残余時間、Tremain_7C:圧縮装置7Cの残余時間である。
[0040]
 そして、運転時間の最も短い圧縮装置に対して、残余時間Tremainと平均残余時間Tremain_aveから連続運転時間Trun_longを求める。すなわち、式(3)を演算する。
[0041]
[数3]


[0042]
 ここで、Trun_long:運転時間の短い圧縮装置の連続運転時間、k:加速係数、Tc:標準連続運転時間である。
ただし、式(3)の演算の結果が本圧縮装置で想定している最大運転時間を超えている場合にはある所定の連続運転時間Trun_maxで固定とする。
[0043]
 次に、運転時間の最も長い圧縮装置に対して、残余時間Tremainと平均残余時間Tremain_aveから連続運転時間Trun_shortを求める。この時の演算式を式(4)に記す。
[0044]
[数4]


[0045]
 ただし、式(4)の演算の結果が本圧縮装置で想定している最小運転時間よりも小さくなってしまう場合には、ごく短時間で運転を終了してしまうことを防ぐために、ある所定の連続運転時間Trun_minで固定とすることによって、圧縮装置の頻繁なローテーションによる騒音・耳障り音や、突入電流による電気回路へのダメージあるいは電磁接触器の接点摩耗を防ぐ。
[0046]
 そして残りの圧縮装置に対しては、式(5)を用いて連続運転時間Trunを求める。
[0047]
[数5]


[0048]
 そして、式(3)、(4)、(5)で求めた連続運転時間Trunを図6のステップ17、27、37におけるTc×2、Tc/2、TcをそれぞれTrun_long、Trun_short、Trunに置換して運転制御を行う。
[0049]
 かくして、本発明によれば、運転時間が極端に異なる圧縮装置の組み合わせによる台数制御においても、運転時間の短い圧縮装置を優先的にかつ他の圧縮装置に比べて長時間連続運転させることができ、圧縮装置の台数制御装置においてメンテナンス時間までに運転時間を平準化可能な台数制御装置、及び、その制御方法を提供することができる。
[0050]
 上記の実施例において、台数制御装置1と複数の圧縮装置7とが1つのパッケージに収められた製品であるのか、複数のパッケージに収められた製品を組み合わせたシステムであるのかについては特に限定しない。すなわち、1つのパッケージ内に、台数制御装置1と複数の圧縮装置7とを備えた製品に上記の実施例で説明した制御を行い、例えば1台の圧縮装置7が故障により交換された場合や、販売時には空欄となっていたスペースに圧縮装置7を追加した場合に、各圧縮装置7の運転時間を平準化するように動作させることが出来る。また、既に1台以上のパッケージ型の圧縮装置7が動作している環境に新たにパッケージ型の圧縮装置7を追加した場合などに、パッケージ型の台数制御装置1を導入して各圧縮装置7の運転時間を平準化するように動作させることが出来る。
[0051]
 特に、台数制御装置1と複数の圧縮装置7とが全て別の製品として構成されたシステムの場合、各圧縮装置7はそれぞれが制御基板を有していることとなるが、台数制御装置1が備える制御回路2による運転、停止信号等に従って本実施例で説明したように動作するように構成される。また、各圧縮装置7は台数制御装置1から起動、停止信号等を受信する通信回線を介して現在の動作状況や、運転時間に関する情報を送信するように構成してもよいし、システム構築時にユーザが各圧縮装置7の運転時間を台数制御装置1に入力し、システム構築後は台数制御装置1の起動、停止信号に従って各圧縮装置1が運転していることを前提に台数制御装置1が各圧縮装置7の運転時間をカウントするように構成しても良い。
[0052]
 なお、本発明はツイン/シングルスクリュー式、レシプロ式、ターボ式などの圧縮装置を複数有する圧縮装置システムまたは圧縮装置のパッケージで採用可能である。また、圧縮装置としては空気のように混合気体を圧縮する圧縮装置や窒素ガスや酸素ガスなどの単一の気体を圧縮する圧縮装置にも採用可能である。さらに、本発明は圧縮装置以外にも冷凍機、ポンプなど同様の機構を有する流体機械を複数有するシステムまたはパッケージに採用することが可能である。
[0053]
 なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

符号の説明

[0054]
1:台数制御装置
2:制御回路
3:圧力センサ
4:運転スイッチ
5:停止スイッチ
7:圧縮装置
9:空気タンク
20:連続運転時間設定手段

請求の範囲

[請求項1]
 複数の流体機械と、
 前記流体機械の起動、停止を個別に制御可能な台数制御装置と、を備え、
 前記台数制御装置は、それぞれの流体機械に対し、当該流体機械および他の流体機械の総運転時間に基づき連続運転時間を設定し、
 運転している流体機械のうち、当該流体機械に設定された連続運転時間を経過した流体機械がある場合であって、停止中の流体機械がある場合は、停止中の流体機械を起動して当該流体機械を停止させる流体機械システム。
[請求項2]
 前記台数制御装置は、運転している流体機械のうち、当該流体機械に設定された連続運転時間を経過した流体機械がある場合、かつ停止中の流体機械がある場合であって、停止中の流体機械が停止してからの経過時間が所定時間より短い場合は、前記所定時間経過後に停止中の流体機械を起動して当該流体機械を停止させる請求項1に記載の流体機械システム。
[請求項3]
 前記台数制御装置は、それぞれの流体機械の連続運転時間を設定するにあたり、総運転時間の長い流体機械の連続運転時間を、総運転時間の短い流体機械の連続運転時間よりも短い時間とする請求項1に記載の流体機械システム。
[請求項4]
 前記台数制御装置は、それぞれの流体機械の連続運転時間を設定するにあたり、総運転時間の最も長い流体機械がメンテンナンス時間を迎える前に各流体機械の連続運転時間を設定する請求項3に記載の流体機械システム。
[請求項5]
 前記台数制御装置は、前記流体機械システムの起動時に前記連続運転時間が最も長い流体機械を最初に起動する請求項1に記載の流体機械システム。
[請求項6]
 複数の流体機械のそれぞれに対し、当該流体機械および他の流体機械の総運転時間に基づき連続運転時間を設定し、
 運転している流体機械のうち、当該流体機械に設定された連続運転時間を経過した流体機械がある場合であって、停止中の流体機械がある場合は、停止中の流体機械を起動して当該流体機械を停止させる流体機械システムの制御方法。
[請求項7]
 運転している流体機械のうち、当該流体機械に設定された連続運転時間を経過した流体機械がある場合、かつ停止中の流体機械がある場合であって、停止中の流体機械が停止してからの経過時間が所定時間より短い場合は、前記所定時間経過後に停止中の流体機械を起動して当該流体機械を停止させる請求項6に記載の流体機械システムの制御方法。
[請求項8]
 それぞれの流体機械の連続運転時間を設定するにあたり、総運転時間の長い流体機械の連続運転時間を、総運転時間の短い流体機械の連続運転時間よりも短い時間とする請求項6に記載の流体機械システムの制御方法。
[請求項9]
 それぞれの流体機械の連続運転時間を設定するにあたり、総運転時間の最も長い流体機械がメンテンナンス時間を迎える前に各流体機械の連続運転時間を設定する請求項8に記載の流体機械システムの制御方法。
[請求項10]
  前記流体機械システムの起動時に前記連続運転時間が最も長い流体機械を最初に起動する請求項6に記載の流体機械システムの制御方法。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]