本發(fā)明涉及一種具備多個渦旋壓縮機且能夠相對于頻繁的負載變動進行穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的壓縮氣體供給單元。

背景技術(shù)：
在通過壓縮氣體供給單元制造壓縮氣體而向需求目標(biāo)供給的情況下，在僅具備1臺壓縮機的壓縮氣體供給單元中，當(dāng)1臺壓縮機出現(xiàn)故障時，無法供給壓縮氣體。因此，已知有具備多臺壓縮機，根據(jù)負載(壓縮氣體需求量)控制運轉(zhuǎn)臺數(shù)并向需求目標(biāo)供給壓縮氣體的壓縮氣體供給單元。在所述的壓縮氣體供給單元中，通過將壓縮機的運轉(zhuǎn)臺數(shù)控制成必要最小限度，從而實現(xiàn)節(jié)能。在專利文獻1中公開了一種壓縮氣體供給單元，其具備貯存從多個壓縮機噴出的氣體的共用的貯存箱、檢測該貯存箱的壓力的壓力傳感器，通過貯存箱的壓力來掌握消耗氣體量的變化，根據(jù)該壓力傳感器的檢測值來控制壓縮機的驅(qū)動臺數(shù)?，F(xiàn)有，在具備多臺壓縮機的壓縮氣體供給單元中，通過相對于負載(壓縮氣體需求量)的變化而將壓縮機的噴出側(cè)合流配管或者貯存箱的壓力保持成需求目標(biāo)所要求的壓力，從而能夠供給需求目標(biāo)所要求的壓力的壓縮氣體。因此，設(shè)置壓縮機的轉(zhuǎn)速可變的變換器裝置，通過變換器裝置控制壓縮機的轉(zhuǎn)速，將壓縮機的噴出側(cè)壓力控制成需求目標(biāo)所期望的壓力。在壓縮空氣供給單元的負載低的情況下，能夠以低速旋轉(zhuǎn)來使壓縮機運轉(zhuǎn)，但低速旋轉(zhuǎn)存在效率差且消耗動力增大的問題。在專利文獻2中公開了一種，并列設(shè)置多臺由電動機驅(qū)動的螺旋壓縮機，并使其噴出空氣系統(tǒng)向一個配管或者空氣槽合流的壓縮空氣制造裝置。該壓縮空氣制造裝置具備：使各螺旋壓縮機的電動機的轉(zhuǎn)速可變的變換器裝置、設(shè)置在合流后的配管或者空氣槽上的壓力傳感器、以使該壓力傳感器的檢測值成為預(yù)先設(shè)定的上限壓力值和下限壓力值的范圍內(nèi)的方式控制多臺螺旋壓縮機的控制裝置。該控制裝置進而以使多臺螺旋壓縮機中的僅1臺通過變換器裝置來控制轉(zhuǎn)速，其它的螺旋壓縮機固定成全負載運轉(zhuǎn)地進行運轉(zhuǎn)或停止的方式進行控制。由此，使消耗動力與使用空氣量基本成線性比例，能夠減少消耗動力?！鞠刃屑夹g(shù)文獻】【專利文獻】【專利文獻1】日本特開2010-190197號公報【專利文獻2】日本特開平11-343986號公報【發(fā)明的概要】【發(fā)明要解決的課題】在專利文獻2中公開的壓縮空氣制造裝置與單純地控制多臺壓縮機的轉(zhuǎn)速的情況相比能夠減少消耗動力。但是，在負載頻繁地變動時，無法適應(yīng)負載的變化地控制各壓縮機的轉(zhuǎn)速，無法將壓縮機的噴出壓力穩(wěn)定控制成需求目標(biāo)要求的壓力。渦旋壓縮機具有為小型輕型，振動、噪聲少，且部件件數(shù)少，制作容易的優(yōu)點，作為小型壓縮機廣泛使用在車輛用制冷機和增壓器等中。此外，由于通過變換器裝置而具有與可變速相適應(yīng)的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性，因此可以與變換器裝置組合使用，相對于負載的頻繁變動的適應(yīng)性優(yōu)越。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明是鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的課題而作出的，其目的在于使得在作為壓縮機使用渦旋壓縮機且具備多臺渦旋壓縮機的壓縮氣體供給單元中，能夠與頻繁的負載變動相適應(yīng)地將壓縮氣體的噴出壓力穩(wěn)定控制成需求目標(biāo)的要求壓力，且能夠減少消耗動力。【用于解決課題的手段】本發(fā)明的壓縮氣體供給單元具備：多個渦旋壓縮機；能夠獨立地控制各渦旋壓縮機的轉(zhuǎn)速的變換器裝置；使該多個渦旋壓縮機的噴出氣體合流的配管或貯存箱；檢測該多個渦旋壓縮機的噴出壓力的壓力傳感器；控制變換器裝置而控制各渦旋壓縮機的轉(zhuǎn)速的控制裝置。并且，所述控制裝置具有：對多個渦旋壓縮機的上限轉(zhuǎn)速及下限轉(zhuǎn)速進行設(shè)定的上下限轉(zhuǎn)速設(shè)定機構(gòu)；根據(jù)壓縮氣體供給單元的負載算出多個渦旋壓縮機的合計轉(zhuǎn)速的算出機構(gòu)；將算出的合計轉(zhuǎn)速分配給各渦旋壓縮機而設(shè)定各渦旋壓縮機的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速設(shè)定機構(gòu)。通過所述上下限轉(zhuǎn)速設(shè)定機構(gòu)，設(shè)定渦旋壓縮機的上限轉(zhuǎn)速，并排除成為驅(qū)動渦旋壓縮機的電動機無法正常工作的過負載的轉(zhuǎn)速。此外，設(shè)定下限轉(zhuǎn)速，而排除極端地增大比能(消耗動力/噴出氣體量)的低轉(zhuǎn)速。通過所述算出機構(gòu)，根據(jù)壓縮氣體供給單元的負載算出多個渦旋壓縮機的合計轉(zhuǎn)速，并且通過所述轉(zhuǎn)速設(shè)定機構(gòu)將算出的合計轉(zhuǎn)速分配給各渦旋壓縮機而成為各渦旋壓縮機的轉(zhuǎn)速。由此，能夠?qū)u旋壓縮機的轉(zhuǎn)速維持在正常工作范圍且消耗動力小的范圍內(nèi)，并且能夠盡早設(shè)定與壓縮氣體供給單元的負載對應(yīng)的各渦旋壓縮機的轉(zhuǎn)速，因此能夠盡早將壓縮氣體的噴出壓力穩(wěn)定控制成需求目標(biāo)的要求壓力。此外，在通過算出機構(gòu)算出的算出合計轉(zhuǎn)速低于為全部渦旋壓縮機的上限轉(zhuǎn)速的合計的全部上限合計值時，轉(zhuǎn)速設(shè)定機構(gòu)使第一渦旋壓縮機的轉(zhuǎn)速降低算出合計轉(zhuǎn)速與全部上限合計值的差量，并使其他的渦旋壓縮機成為上限轉(zhuǎn)速，在所述差量超過第一渦旋壓縮機的上限轉(zhuǎn)速時，停止第一渦旋壓縮機，并使第二渦旋壓縮機的轉(zhuǎn)速降低所述差量與第一渦旋壓縮機的上限轉(zhuǎn)速的差。由此，能夠僅使一部分的渦旋壓縮機成為低轉(zhuǎn)速，使其他的渦旋壓縮機以高轉(zhuǎn)速進行運轉(zhuǎn)，因此能夠降低壓縮氣體供給單元的比能。如此，通過本發(fā)明，使用適于要求頻繁變更轉(zhuǎn)速的用途的渦旋壓縮機，能夠與負載的頻繁的變動相適應(yīng)地設(shè)定各渦旋壓縮機的轉(zhuǎn)速。因此，相對于負載的頻繁的變動也能夠穩(wěn)定地將壓縮氣體的噴出壓力控制成需求目標(biāo)的要求壓力，并且能夠?qū)崿F(xiàn)可減少消耗動力的壓縮氣體供給單元。在本發(fā)明中，在算出合計轉(zhuǎn)速與全部上限合計值的差量比第一渦旋壓縮機的上限轉(zhuǎn)速與下限轉(zhuǎn)速的第二差量大且比第一渦旋壓縮機的上限轉(zhuǎn)速小時，轉(zhuǎn)速設(shè)定機構(gòu)使第一渦旋壓縮機成為下限轉(zhuǎn)速，并使第二渦旋壓縮機的轉(zhuǎn)速降低所述差量與第二差量的差。由此，能夠減少成為低轉(zhuǎn)速的渦旋壓縮機的個數(shù)，減少消耗動力，并容易地使全部渦旋壓縮機的合計轉(zhuǎn)速與算出合計轉(zhuǎn)速一致。無潤滑運轉(zhuǎn)的渦旋壓縮機能夠供給完全不含有油霧的潔凈空氣，因此用于廣泛的用途中。然而，在無潤滑運轉(zhuǎn)的情況下，在壓縮室產(chǎn)生間隙，從該間隙漏出壓縮氣體，存在壓縮機的效率降低的問題。特別是，在低旋轉(zhuǎn)時，該趨勢加強。因此，將渦旋壓縮機的無潤滑運轉(zhuǎn)的下限轉(zhuǎn)速設(shè)定為比潤滑運轉(zhuǎn)的下限轉(zhuǎn)速高的轉(zhuǎn)速即可。由此，能夠防止無潤滑運轉(zhuǎn)下的渦旋壓縮機的效率降低，并抑制消耗動力的增加?！景l(fā)明效果】根據(jù)本發(fā)明，控制多個渦旋壓縮機的轉(zhuǎn)速的控制裝置具有：上下限轉(zhuǎn)速設(shè)定機構(gòu)；算出多個渦旋壓縮機的合計轉(zhuǎn)速的算出機構(gòu)；根據(jù)算出的合計轉(zhuǎn)速設(shè)定各渦旋壓縮機的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速設(shè)定機構(gòu)，因此，能夠盡早地與頻繁的負載變動相適應(yīng)地設(shè)定各渦旋壓縮機的轉(zhuǎn)速，因此能夠盡早地將壓縮氣體的噴出壓力穩(wěn)定控制成需求目標(biāo)的要求壓力。此外，能夠僅使一部分的渦旋壓縮機成為低轉(zhuǎn)速，且使其他的渦旋壓縮機以高轉(zhuǎn)速進行運轉(zhuǎn)，因此能夠降低壓縮氣體供給單元的比能。附圖說明圖1是本發(fā)明的第一實施方式的壓縮氣體供給單元的系統(tǒng)圖。圖2(A)是表示所述第一實施方式的控制方法的圖表，(B)是表示作為比較例的控制方法的圖表，(C)是表示使用1臺壓縮機并控制其轉(zhuǎn)速的現(xiàn)有方法的圖表。圖3是表示圖2所示的第一實施方式、比較例以及現(xiàn)有方法的消耗動力的線圖。圖4是表示本發(fā)明的第二實施方式的控制方法的圖表。具體實施方式以下，使用附圖所示的實施方式詳細說明本發(fā)明。其中，在該實施方式中記載的構(gòu)成部件的尺寸、材質(zhì)、形狀及其相對配置等只要沒有特別的特定記載，則并非將本發(fā)明的范圍僅限于此。(實施方式1)通過圖1～圖3說明將本發(fā)明用于具備無潤滑的渦旋型空氣壓縮機的壓縮氣體供給單元中的第一實施方式。在圖1中，壓縮氣體供給單元10具備1個貯存箱12和3臺渦旋壓縮機14a～c。各渦旋壓縮機14a～c的噴出路16a～c向主供給路18合流，且主供給路18與貯存箱12連接。從各渦旋壓縮機14a～c噴出的噴出氣體經(jīng)由主供給路18而暫時貯存在貯存箱12中。各渦旋壓縮機14a～c設(shè)置有驅(qū)動馬達20a～c和能夠無級地獨立控制驅(qū)動馬達20a～c的轉(zhuǎn)速的變換器裝置22a～c。在貯存箱12上設(shè)置有檢測貯存箱12內(nèi)的壓縮氣體的壓力的壓力傳感器24。在貯存箱12上設(shè)置有向需求目標(biāo)26供給壓縮氣體的供給路28，在供給路28上設(shè)置有電磁開閉閥30。在監(jiān)視室(省略圖示)設(shè)有控制裝置32，壓力傳感器24的檢測值向控制裝置32發(fā)送。通過控制裝置32控制變換器裝置22a～c，控制渦旋壓縮機14a～c的轉(zhuǎn)速，且控制電磁開閉閥30的開閉。通過控制裝置32將貯存箱12的壓縮氣體的壓力始終控制成需求目標(biāo)26所要求的壓力。控制裝置32具有：設(shè)定渦旋壓縮機14a～c的上限轉(zhuǎn)速以及下限轉(zhuǎn)速的上下限轉(zhuǎn)速設(shè)定部320、根據(jù)壓縮氣體供給單元10的負載算出與該負載對應(yīng)的渦旋壓縮機14a～c的合計轉(zhuǎn)速的合計轉(zhuǎn)速算出部322、將算出的合計轉(zhuǎn)速分配給各渦旋壓縮機，并設(shè)定各渦旋壓縮機的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速設(shè)定部324。圖2具體示出本發(fā)明、現(xiàn)有方法以及比較例的各渦旋壓縮機14a～c的控制。圖2表示各渦旋壓縮機14a～c的轉(zhuǎn)速、與該轉(zhuǎn)速對應(yīng)的驅(qū)動馬達20a～c的比能(每單位噴出空氣量的消耗電力)。轉(zhuǎn)速并非絕對值，以％來表示。例如，“轉(zhuǎn)速50％”是指在渦旋壓縮機14a～c的負載率為50％時所需要的驅(qū)動馬達20a～c的轉(zhuǎn)速。此外，整體轉(zhuǎn)速(％)表示渦旋壓縮機14a～c的合計轉(zhuǎn)速(％)除以渦旋壓縮機14a～c的個數(shù)得到的數(shù)值。在本實施方式中，通過上下限轉(zhuǎn)速設(shè)定部320，將渦旋壓縮機14a～c的負載率為100％時的驅(qū)動馬達20a～c的轉(zhuǎn)速(100％)作為上限轉(zhuǎn)速。由此，防止驅(qū)動馬達20a～c的轉(zhuǎn)速成為過負載區(qū)域，維持正常的工作。此外，在低轉(zhuǎn)速區(qū)域中，由于驅(qū)動馬達20a～c的比能極端地增大，因此根據(jù)與比能的關(guān)系設(shè)置下限轉(zhuǎn)速。通過上下限轉(zhuǎn)速設(shè)定部320，將下限轉(zhuǎn)速設(shè)定為與負載率30％相當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速(30％)。通過合計轉(zhuǎn)速算出部322，根據(jù)壓縮氣體供給單元10的負載率算出與該負載率對應(yīng)的各渦旋壓縮機14a～c的合計轉(zhuǎn)速。通過轉(zhuǎn)速設(shè)定部324，將通過合計轉(zhuǎn)速算出部322算出的合計轉(zhuǎn)速分配給各渦旋壓縮機14a～c，來設(shè)定各渦旋壓縮機14a～c的轉(zhuǎn)速。圖2(A)是表示本發(fā)明的各渦旋壓縮機14a～c的控制方法的圖表。在圖2(A)中，例如，在壓縮氣體供給單元10的負載率為100％時，整體轉(zhuǎn)速也為100％，此時，通過合計轉(zhuǎn)速算出部322算出的合計轉(zhuǎn)速為300％。通過轉(zhuǎn)速設(shè)定部324將該合計轉(zhuǎn)速分配給各渦旋壓縮機14a～c各100％，由此設(shè)定各渦旋壓縮機14a～c的轉(zhuǎn)速。此外，在壓縮氣體供給單元10的負載率為97％時，整體轉(zhuǎn)速也為97％，此時，合計轉(zhuǎn)速成為290％。將該合計轉(zhuǎn)速向1號機14a分配90％，并向2號機14b以及3號機14c各分配100％。如此，隨著整體負載率從100％降低，僅使1號機14a的轉(zhuǎn)速降低。隨著壓縮氣體供給單元10的負載率的降低，僅使1號機14a的轉(zhuǎn)速降低，且降低至作為下限轉(zhuǎn)速的30％。在負載率進一步降低時，使1號機14a停止，并且，在僅使1號機14a停止時仍不足夠時，使2號機14b的轉(zhuǎn)速降低。例如，在負載率為63％時，使1號機14a停止，并使2號機14b的轉(zhuǎn)速降低至90％。進而，當(dāng)負載率降低時，進一步降低2號機14b的轉(zhuǎn)速。當(dāng)負載率降低至43％(整體轉(zhuǎn)速43％)時，使2號機14b的轉(zhuǎn)速降低至30％，然后，負載率進一步降低，則使2號機14b停止，并降低3號機14c的轉(zhuǎn)速。圖2(B)表示使用1臺渦旋壓縮機而控制該渦旋壓縮機的轉(zhuǎn)速的現(xiàn)有的控制方法。圖2(C)表示使用具備3臺渦旋壓縮機的壓縮氣體供給單元，僅進行3臺渦旋壓縮機的轉(zhuǎn)速控制而不進行起動停止控制的控制方法(比較例)。在該比較例中，隨著壓縮氣體供給單元10的負載率的降低，僅使1號機14a的轉(zhuǎn)速降低，并降低至作為下限轉(zhuǎn)速的30％。在負載率進一步降低時，2號機14b的轉(zhuǎn)速逐漸降低至30％。當(dāng)負載率進一步降低時，使3號機14c的轉(zhuǎn)速逐漸降低至30％。與圖2(A)所示的本實施方式的不同之處在于，不使各渦旋壓縮機的轉(zhuǎn)速從30％開始進一步降低這一點。圖3是標(biāo)繪了圖2的(A)、(B)及(C)的圖表中所示的數(shù)值而成的線圖，橫軸表示整體轉(zhuǎn)速(％)，縱軸表示驅(qū)動馬達20a～c的比能(每單位噴出空氣量的消耗電力)或各渦旋壓縮機14a～c的轉(zhuǎn)速(％)。需要說明的是，轉(zhuǎn)速(％)唯一地與負載率(％)對應(yīng)。即，在負載率為30％時，轉(zhuǎn)速也為30％。圖3中，線A表示本實施方式的控制方法，線B表示圖2(B)所示的現(xiàn)有的控制方法，線C表示圖2(C)所示的比較例的控制方法。線X表示1號機14a，線Y表示2號機14b，線Z表示3號機14c。此外，當(dāng)各渦旋壓縮機14a～c的轉(zhuǎn)速小于30％時，各渦旋壓縮機14a～c停止，因此未圖示轉(zhuǎn)速小于30％的情況。根據(jù)本實施方式，能夠通過上下限轉(zhuǎn)速設(shè)定部320將各渦旋壓縮機14a～c的轉(zhuǎn)速維持在驅(qū)動馬達20a～c正常工作且比能(每單位噴出空氣量的消耗電力)低的區(qū)域。此外，通過合計轉(zhuǎn)速算出部322根據(jù)此時的壓縮氣體供給單元10的負載率算出與該負載率對應(yīng)的渦旋壓縮機14a～c的合計轉(zhuǎn)速，通過轉(zhuǎn)速設(shè)定部324將算出的合計轉(zhuǎn)速分配給各渦旋壓縮機14a～c，由此能夠盡早設(shè)定與壓縮氣體供給單元10的負載率對應(yīng)的各渦旋壓縮機14a～c的轉(zhuǎn)速。從而，能夠盡早地將壓縮氣體供給單元10的噴出壓力穩(wěn)定地供給成需求目標(biāo)26的要求壓力。此外，通過轉(zhuǎn)速設(shè)定部324以使僅一部分的渦旋壓縮機進行低旋轉(zhuǎn)且其他的渦旋壓縮機維持高轉(zhuǎn)速的方式設(shè)定各渦旋壓縮機14a～c的轉(zhuǎn)速，因此能夠降低驅(qū)動馬達20a～c的比能。由圖3可知，線A所示的本實施方式的控制方法與線B所示的現(xiàn)有方法以及線C所示的比較例相比，能夠在低轉(zhuǎn)速區(qū)域大幅度降低比能。此外，通過使下限轉(zhuǎn)速為30％，從而在無潤滑運轉(zhuǎn)的情況下也能夠抑制壓縮氣體從壓縮室漏出，實現(xiàn)高效的運轉(zhuǎn)，并且能夠抑制比能的增加。(實施方式2)接下來，根據(jù)圖4說明本發(fā)明的第二實施方式。本實施方式是使用圖1所示的壓縮氣體供給單元10進行的其它的運轉(zhuǎn)例。在本實施方式中，通上下限轉(zhuǎn)速設(shè)定部320使下限轉(zhuǎn)速MVmin為1000min-1，使上限轉(zhuǎn)速MVmax為3000min-1。在本實施方式中，渦旋壓縮機14a～c的合計上限轉(zhuǎn)速為9000min-1，在合計轉(zhuǎn)速從9000min-1降低至8500min-1時，使3號機14c的轉(zhuǎn)速從3000min-1降低至2500min-1。如此，根據(jù)合計轉(zhuǎn)速的降低而僅降低3號機14c的轉(zhuǎn)速。在3號機14c達到下限轉(zhuǎn)速MVmin后，當(dāng)合計轉(zhuǎn)速進一步降低500min-1時，使2號機14b的轉(zhuǎn)速降低500min-1。當(dāng)整體轉(zhuǎn)速進一步降低500min-1時，使2號機14b返回3000min-1，并使3號機14c停止。當(dāng)整體轉(zhuǎn)速進一步降低時，本次使2號機14b的轉(zhuǎn)速降低。根據(jù)本實施方式，在通過第一實施方式能夠獲得的作用效果的基礎(chǔ)上，能夠極力減少成為低轉(zhuǎn)速的渦旋壓縮機的個數(shù)，降低驅(qū)動馬達20a～c的比能，且全部渦旋壓縮機14a～c的合計轉(zhuǎn)速容易地與通過合計轉(zhuǎn)速算出部322算出的算出合計轉(zhuǎn)速一致。【工業(yè)上的可利用性】根據(jù)本發(fā)明，在具備多臺渦旋壓縮機的壓縮氣體供給單元中，相對于頻繁的負載變動也能夠進行始終保持成恒定的噴出壓力的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，且能夠減少消耗動力。