(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸流圧縮機（１０）及び遠心圧縮機（２０）を備えたコンプレッサアセンブリ（１）であって、前記軸流圧縮機（１０）及び前記遠心圧縮機（２０）は、駆動装置（６０）に連結可能な、共通の一つの駆動シャフト（３０）に軸方向において並んで配置されていて、それぞれが圧縮流体入口（１１、２１）及び圧縮流体出口（１２、２２）を有しているコンプレッサアセンブリ（１）において、
前記軸流圧縮機（１）が第１の制御手段を備えており、前記遠心圧縮機（２０）は第２の制御手段を備えていること、
前記第１及び前記第２の制御手段が別個に制御可能であるため、前記軸流圧縮機（１０）及び前記遠心圧縮機（２０）が別個に制御可能であること、ならびに
前記軸流圧縮機（１０）及び遠心圧縮機（２０）は、双方に共通の一つのハウジング（Ｇ）を有し、
前記軸流圧縮機（１０）が、前記軸流圧縮機（１０）の前記圧縮流体入口（１１）に供給された、第１の圧力値を持つ流体質量流（ＦＭＳ１)を、前記軸流圧縮機（１０）の前記圧縮流体出口（１２）において排出可能な、前記第１の圧力値より高い第２の圧力値を持つ流体質量流（ＦＭＳ２）に圧縮するように設定されていること、及び、前記遠心圧縮機（２０）は、前記遠心圧縮機（２０）の前記圧縮流体入口（２１）に供給された、第３の圧力値を持つ流体質量流（ＦＭＳ３）を、前記遠心圧縮機（２０）の前記圧縮流体出口（２２）において排出可能な、前記第２及び前記第３の圧力値より高い第４の圧力値を持つ流体質量流（ＦＭＳ４）に圧縮するように設定されており、
前記遠心圧縮機（２０）が、前記遠心圧縮機（２０）の圧縮流体入口（２１）を介して、前記軸流圧縮機（１０）の前記圧縮流体出口（１２）から排出される流体質量流（ＦＭＳ２）のおよそ３０％を受け入れること、を特徴とする、コンプレッサアセンブリ（１）。
【請求項２】
前記第２の制御手段が、前記遠心圧縮機（２０）の第１羽根車（２４）の前で前記遠心圧縮機（２０）の前記圧縮流体入口（２１）に配置されているインレットガイドベーン（２３）を備えていることを特徴とする、請求項１に記載のコンプレッサアセンブリ（１）。
【請求項３】
前記ハウジング（Ｇ）内において前記軸流圧縮機（１０）と前記遠心圧縮機（２０）との間で圧縮流体が移動することが回避されるようにシーリング材（Ｄ）が設けられていることを特徴とする、請求項１または２に記載のコンプレッサアセンブリ（１）。
【請求項４】
前記第１の圧力値がおよそ１ｂａｒであり、前記第２の圧力値がおよそ３．２ｂａｒであることを特徴とする、請求項１に記載のコンプレッサアセンブリ（１）。
【請求項５】
前記第３の圧力値が前記第２の圧力値とほぼ同じであることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のコンプレッサアセンブリ（１）。
【請求項６】
前記第３の圧力値がおよそ３ｂａｒであることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のコンプレッサアセンブリ（１）。
【請求項７】
前記第４の圧力値がおよそ５ｂａｒであることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のコンプレッサアセンブリ（１）。
【請求項８】
さらに流体脱湿装置（４０)が備わっており、該流体脱湿装置（４０）は第１の流体入口（４１）、第２の流体入口（４２）、流体出口（４３）を有していて、前記第１の流体入口（４１）を介して前記流体脱湿装置（４０）に供給された流体質量流（ＦＭＳ２）を脱湿するよう設定されているコンプレッサアセンブリ（１）において、
前記流体脱湿装置（４０）の前記第１の流体入口（４１）は、前記軸流圧縮機（１０）の前記圧縮流体出口（１２）に流体接続しており、また、前記流体脱湿装置（４０）の前記流体出口（４３）は前記遠心圧縮機（２０）の前記圧縮流体入口（２１）に流体接続されていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のコンプレッサアセンブリ（１）。
【請求項９】
前記流体脱湿装置（４０）は、前記第１の流体入口（４１）を介して前記流体脱湿装置（４０）に供給された前記流体質量流（ＦＭＳ２）を、前記流体脱湿装置（４０）の前記流体出口（４３）において、前記第１の流体入口（４１）を介して前記流体脱湿装置（４０）に供給された前記流体質量流（ＦＭＳ２）のおよそ３０％が完全に脱湿された流体質量流（ＦＭＳ３）として排出可能なように分配するよう設定されていることを特徴とする、請求項８に記載のコンプレッサアセンブリ（１）。
【請求項１０】
前記流体脱湿装置（４０）の前記第２の流体入口（４２）が、前記遠心圧縮機（２０）の前記圧縮流体出口（２２）に流体接続していることを特徴とする、請求項８又は９に記載のコンプレッサアセンブリ（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸流圧縮機及び遠心圧縮機を備えるコンプレッサアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１より、統合された一つの軸流ラジアルタービンが知られている。
【０００３】
特許文献２より、４段ギアターボコンプレッサ及びそれに前置された軸流圧縮機から構成されるコンプレッサ装置が知られている。
【０００４】
特許文献３より、軸方向及び半径方向の段を有する、多段の、中間冷却されるギアードターボコンプレッサが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許第５４７３５４号明細書
【特許文献２】独国特許第１６２８２４２号明細書
【特許文献３】独国特許第１９５９７５４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、さまざまなプロセスの要件に対応できる軸流圧縮機及び遠心圧縮機を備えた、コンパクトなコンプレッサアセンブリを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題は、請求項１に記載のコンプレッサアセンブリにより解決される。本発明の発展形は従属請求項により定義される。
【０００８】
本発明により軸流圧縮機及び遠心圧縮機を備えるコンプレッサアセンブリが提供され、該軸流圧縮機及び該遠心圧縮機は、駆動装置に連結可能な共通の一つの駆動軸に軸方向において並んで配置され、それぞれが圧縮流体入口及び圧縮流体出口を有し、軸流圧縮機には第１制御手段が設けられており、遠心圧縮機には第２制御手段が設けられており、該第１及び第２制御手段は、軸流圧縮機及び遠心圧縮機を別個に制御できるよう、別個に制御可能である。
【０００９】
本発明の解決法により、軸流圧縮機及び遠心圧縮機を備えるコンパクトなコンプレッサアセンブリが提供され、このとき軸流圧縮機及び遠心圧縮機は、さまざまなプロセスの要件に対応させることができる。これが達成できるのは特に、軸流圧縮機及び遠心圧縮機が共通の一つの駆動軸上に配置されていて、それぞれが別個に制御可能な制御手段を備えているためである。
【００１０】
本発明の一つの実施形態によると、第２の制御手段はインレットガイドベーンを備えており、該インレットガイドベーンは遠心圧縮機の第１羽根車の前で、遠心圧縮機の圧縮流体入口に配置されている。
【００１１】
本発明の一つの実施形態によると、軸流圧縮機及び遠心圧縮機は、これら２つに共通の一つのハウジングを有しており、その際、ハウジング内における軸流圧縮機と遠心圧縮機との間の圧縮流体移動が回避されるようシーリング材が設けられている。望ましくはこのシーリング材により、軸流圧縮機から遠心圧縮機への湿分移動が回避される。
【００１２】
ハウジングが共通であるため、別個の遠心圧縮機ハウジングならびに、別個の２つのコンプレッサハウジングを一つのシステム内で結合するとしたら必要となる、追加的なコンポーネント（たとえば中間ギアやカプリングなど）を回避することができる。その結果、全体のシステム又は本発明によるコンプレッサアセンブリを最適化されたコストで提供できる。
【００１３】
本発明の一つの実施形態によると軸流圧縮機は、軸流圧縮機の圧縮流体入口に供給された、第１の圧力値を持つ流体質量流を、軸流圧縮機の圧縮流体出口において排出可能な、前記第１の圧力値に対して高められた第２の圧力値を持つ流体質量流に圧縮するよう設定されており、遠心圧縮機は、遠心圧縮機の圧縮流体入口に供給された、第３の圧縮値を持つ流体質量流を、遠心圧縮機の圧縮流体出口において排出可能な、前記第２の圧力値及び前記第３の圧力値に対して高められた第４の圧力値を持つ流体質量流に圧縮するよう設定されている。
【００１４】
本発明の一つの実施形態によると、遠心圧縮機は、遠心圧縮機の圧縮流体入口を介して、軸流圧縮機の圧縮流体出口から排出された流体質量流のおよそ３０％を受け入れるよう設定されている。
【００１５】
本発明の一つの実施形態によると、第１の圧力値はおよそ１ｂａｒであり、第２の圧力値はおよそ３．２ｂａｒである。
【００１６】
本発明の一つの実施形態によると、第３の圧力値は第２の圧力値とほぼ同じである。
【００１７】
本発明の一つの実施形態によると、第３の圧力値はおよそ３ｂａｒである。
【００１８】
本発明の一つの実施形態によると、第４の圧力値はおよそ５ｂａｒである。
【００１９】
本発明の一つの実施形態によるとコンプレッサアセンブリはさらに流体脱湿装置を備えており、該流体脱湿装置は第１の流体入口、第２の流体入口、及び一つの流体出口を有していて、第１の流体入口を介して流体脱湿装置に供給された流体質量流を脱湿するよう設定されており、このとき、流体脱湿装置の第１の流体入口は軸流圧縮機の圧縮流体出口に流体接続されており、また、流体脱湿装置の流体出口は遠心圧縮機の圧縮流体入口に流体接続されている。
【００２０】
本発明の一つの実施形態によると、流体脱湿装置は、第１の流体入口を介して該流体脱湿装置に供給された流体質量流を、該流体脱湿装置の流体出口において、第１の流体入口を介して該流体脱湿装置に供給された流体質量流のおよそ３０％が完全に脱湿された流体質量流として排出可能になるように分配するよう設定されている
【００２１】
本発明の一つの実施形態によると、流体脱湿装置の第２の流体入口は遠心圧縮機の圧縮流体出口に流体接続されている。
【００２２】
まとめると、本発明の一つの実施形態による遠心圧縮機には、第１の半径方向羽根車の前にインレットガイドベーンが備わっており、このとき軸流圧縮機及び遠心圧縮機は、異なるプロセスに対応できるよう別個に制御される。本発明の一つの実施形態によると軸流圧縮機は、フィルタリングされた周囲空気を圧縮することによりいわゆるメイン・エアコンプレッサ（ＭＡＣ）として使用され、遠心圧縮機は、完全に乾燥された空気を圧縮するブースタ・エアコンプレッサ（ＢＡＣ）として使用される。このとき軸流圧縮機及び遠心圧縮機の質量流又は体積流は大きく異なり、本発明の一つの実施形態によると遠心圧縮機の流体質量流は軸流圧縮機の流体質量流の１／３又は３０％である。本発明の一つの実施形態によりさらに、軸流圧縮機から遠心圧縮機への湿分移動が確実に起こらないようにされる。本発明の一つの実施形態によるとさらに、一つのシステム内で２つの異なる圧縮機ハウジングを接続するには必要となる、別個の遠心圧縮機ハウジング及び追加的なコンポーネント（たとえば中間ギヤ及びカプリングなど）が回避される。その結果、そのシステム全体又は本発明のコンプレッサアセンブリをコスト最適化して提供することができる。
【００２３】
ここまでに挙げられていない実施形態において、軸流圧縮機及び遠心圧縮機は、コンプレッサアセンブリ内で共通の一つの駆動シャフトに配置することが可能である。
【００２４】
駆動シャフトのほぼ端部に、２つのベアリング位置を配置することができる。
【００２５】
これに代替的に、軸流圧縮機と遠心圧縮機との間で駆動シャフトにベアリング位置を設けないことも可能である。
【００２６】
駆動シャフトは、剛性ロータとして構成することができる。駆動シャフトは溶接接続又はフランジ接続として構成することができる。
【００２７】
駆動装置は、蒸気タービン、又は、ガスタービン、又は、エキスパンダ、又は、内燃機関、又は、電気モータとすることができる。このとき駆動装置はギアを有することができる。駆動装置はカプリング装置を有することができる。
【００２８】
制御手段は、ガイドベーン調整装置、又は、スロットル装置、又は、回転数制御装置とすることができる。
【００２９】
このとき遠心圧縮機の制御手段は、遠心圧縮機の第１羽根車の前で遠心圧縮機の圧縮流体入口に配置されたインレットガイドベーンを有することができる。
【００３０】
軸流圧縮機及び遠心圧縮機は、これら２つに共通の一つのハウジングを有することができ、その際ハウジング内で軸流圧縮機と遠心圧縮機との間での圧縮流体の移動をほぼ回避するよう、シーリング材が設けられている。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一つの実施形態によるコンプレッサアセンブリの図である。
【図２】図１のコンプレッサアセンブリの軸流圧縮機及び遠心圧縮機の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明について望ましい実施形態を用いて、付属の図を参照しながら詳細に説明する。
【００３３】
図１及び２に図示されたコンプレッサアセンブリ１は、一つの共通の駆動シャフト３０に軸方向において並んで配置された軸流圧縮機１０及び遠心圧縮機２０、及び、流体脱湿装置４０を備えている。
【００３４】
駆動シャフト３０は、カプリング装置５０を介して選択的に駆動装置６０に駆動的に連結可能であり、その際、駆動装置６０はギア６２、カプリング装置６３を有しており、これらを介して電気モータ６１が駆動的にギア６２に連結されている。
【００３５】
軸流圧縮機１０には圧縮流体入口１１及び圧縮流体出口１２が設けられている。遠心圧縮機２０には圧縮流体入口２１及び圧縮流体出口２２が設けられている。
【００３６】
流体脱湿装置４０には第１流体入口４１、第２流体入口４２、流体出口４３が設けられている。流体脱湿装置４０は、第１流体入口４１を介して流体脱湿装置４０に供給された流体質量流を脱湿するよう設定されており、また、流体出口４３において、第１流体入口４１を介して流体脱湿装置４０に供給された流体質量流のおよそ３０％が完全に脱湿された流体質量流として排出可能になるよう、第１流体入口４１を介して流体脱湿装置４０に供給された流体質量流を分配するよう設定されている。
【００３７】
流体脱湿装置４０の流体入口４１は軸流圧縮機１０の圧縮流体出口１２に流体接続されており、流体脱湿装置４０の第２流体入口４２は遠心圧縮機２０の圧縮流体出口２２に流体接続されており、流体脱湿装置４０の流体出口４３は遠心圧縮機２０の圧縮流体入口２１に流体接続されている。
【００３８】
軸流圧縮機１０の圧縮流体入口１１には、特定の湿分量を持つ周囲空気を圧縮流体としてフィルタ装置７０を介して供給可能である。しかし圧縮可能な流体はすべて圧縮流体として使用することができる。
【００３９】
軸流圧縮機１０は、調整可能なガイドベーン（図示されず）を有する第１の制御手段を備えている。遠心圧縮機２０は、調整可能なインレットガイドベーン２３を有する第２の制御手段を有しており、これらインレットガイドベーン２３は遠心圧縮機２０の第１の羽根車２４の前で遠心圧縮機２０の圧縮流体入口２１に配置されている。
【００４０】
第１及び第２の制御手段は、図示されていないアクチュエータを介して別個に制御可能であるため、軸流圧縮機１０及び遠心圧縮機２０は、特に、それぞれ輸送された流体質量流及びそれぞれの圧縮度に関して別個に制御可能である。
【００４１】
特に図２からわかるように軸流圧縮機１０及び遠心圧縮機２０はこれら二つに共通の一つのハウジングＧを備えており、ハウジングＧ内において軸流圧縮機１０と遠心圧縮機２０との間で圧縮流の移動が回避されるようシーリング材Ｄが設けられている。さらに詳しく言うと、本発明の一つの実施形態によるとシーリング材により、湿った空気が軸流圧縮機から遠心圧縮機に流れ込むことが回避される。
【００４２】
軸流圧縮機１０は、フィルタ装置７０から軸流圧縮機１０の圧縮流体入口１１に供給された、第１の圧力値を持つ流体質量流ＦＭＳ１を、軸流圧縮機１０の圧縮流体出口１２で排出可能な、この第１の圧力値より高められた第２の圧力値を持つ流体質量流ＦＭＳ２に圧縮するよう設定されている。軸流圧縮機１０の圧縮流体出口１２で排出可能な流体質量流ＦＭＳ２は、流体脱湿装置４０の第１流体入口４１に供給される。本発明の一つの実施形態によると第１圧力値はおよそ１ｂａｒ、第２圧力値はおよそ３．２ｂａｒである。
【００４３】
流体脱湿装置４０は、本発明の一つの実施形態によると純度の低い酸素を生成するための空気分離装置として構成されており、第１流体入口４１を介して軸流圧縮機１０から流体脱湿装置４０に供給される流体質量流ＦＭＳ２を、流体脱湿装置４０の流体出口４３において第１流体入口４１を介して軸流圧縮機１０から供給された流体質量流ＦＭＳ２のおよそ３０％が完全に脱湿された、第３の圧力値を持つ流体質量流ＦＭＳ３として排出可能になるように分配する。
【００４４】
完全に脱湿された流体質量流ＦＭＳ３は流体出口４３から、遠心圧縮機２０の圧縮流体入口２１へ供給される。
【００４５】
本発明の複数の実施形態によると第３の圧力値は第２の圧力値とほぼ同じで、特におよそ３ｂａｒである。
【００４６】
遠心圧縮機２０は、軸流圧縮機１０の圧縮流体出口１２から排出された流体質量流ＦＭＳ２のおよそ３０％、又は、流体脱湿装置４０の流体出口４３から供給された流体質量流ＦＭＳ３を、遠心圧縮機２０の圧縮流体入口２１を介して受け入れるよう設定されている。
【００４７】
遠心圧縮機２０はさらに、遠心圧縮機２０の圧縮流体入口２１に供給された、第３の圧力値を持つ流体質量流ＦＭＳ３を、第２の圧力値及び第３の圧力値より高められた第４の圧力値を持ち、遠心圧縮機２０の圧縮流体出口２２において排出可能な完全に乾燥した流体質量流ＦＭＳ４に圧縮するよう設定されている。
【００４８】
本発明の一つの実施形態によると第４の圧力値はおよそ５ｂａｒである。
【００４９】
本発明のさらなる複数の実施形態において、第１から第４の圧力値は、より高く、又は、より低くすることも可能であることに注意されたい。
【００５０】
遠心圧縮機２０の圧縮流体出口２２において排出可能な、完全に乾燥した流体質量流ＦＭＳ４は次に、流体脱湿装置４０の第２の流体入口４２を介して再び流体脱湿装置４０に供給される。
【００５１】
まとめると、本発明の一つの実施形態によると、遠心圧縮機２０は、第１の半径方向羽根車２４の前にインレットガイドベーン２３を備えており、その際、軸流圧縮機１０及び遠心圧縮機２０が圧縮システムの個々の圧縮機として別個に制御されるため、双方とも異なるプロセスに対応することができる。本発明の一つの実施形態によると、軸流圧縮機１０がフィルタ装置７０によりフィルタリングされた周囲空気を圧縮することにより、軸流圧縮機１０はいわゆるメイン・エアコンプレッサ（ＭＡＣ）として使用され、遠心圧縮機２０は、完全に乾燥された空気を圧縮するいわゆるブースタ・エアコンプレッサ（ＢＡＣ）として使用される。
【００５２】
軸流圧縮機１０及び遠心圧縮機２０の質量流又は体積流はこのとき有意に異なっており、本発明の一つの実施形態によると、遠心圧縮機２０の流体質量流ＦＭＳ３又はＦＭＳ４は、軸流圧縮機１０の流体質量流ＦＭＳ１又はＦＭＳ２（１００％）の１／３又は３０％である。また、本発明の一つの実施形態によるとシーリング材Ｄにより、軸流圧縮機１０から遠心圧縮機２０への湿分移動が確実に起こらないようにされる。
【００５３】
本発明の一つの実施形態によると軸流圧縮機１０及び遠心圧縮機２０は、双方に共通の一つのハウジングＧを有しており、それにより、遠心圧縮機２０のための別個のハウジング、及び、別個の２つの圧縮機ハウジングを一つの圧縮システム内で連結するなら必要となる追加的なコンポーネント（たとえば中間ギア及びカプリングなど）が回避される。その結果、全体の圧縮システム又は本発明のコンプレッサアセンブリ１を、コスト最適化して提供することが可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１    コンプレッサアセンブリ
１０  軸流圧縮機
１１  圧縮流体入口
１２  圧縮流体出口
２０  遠心圧縮機
２１  圧縮流体入口
２２  圧縮流体出口
２３  インレットガイドベーン
２４  第１羽根車
３０  駆動軸
４０  流体脱湿装置
４１  第１流体入口
４２  第２流体入口
４３  流体出口
５０  カプリング装置
６０  駆動装置
６１  電気モータ
６２  ギア
６３  カプリング装置
７０  フィルタ装置
Ｇ    ハウジング
Ｄ    シーリング材
ＦＭＳ１  流体質量流
ＦＭＳ２  流体質量流
ＦＭＳ３  流体質量流
ＦＭＳ４  流体質量流
【図１】
0005613758.tif 000002
【図２】
0005613758.tif 000003