(57)【要約】  本発明は静圧型空気軸受を有する流体圧縮機、静圧型空気軸受を有する流体圧縮機の制御システム、並びに圧縮機を制御する方法に関し、前記圧縮機において、静圧型空気軸受には圧縮流体アキュムレータ５から送給され、圧縮流体アキュムレータ５は圧縮機１００の動作中に充填され、それぞれの始動時に軸受の損傷を防止するために放出される。これらの目的は、ハウジング４内に配置された加圧チャンバＣと少なくとも一つの流体加圧装置１，２，１８を備える流体圧縮機によって達成されるが、ここで加圧チャンバＣは非加圧入口１０と加圧出口２０を有し、加圧装置１，２，１８は非加圧入口１０によって取り込まれた流体を圧縮して加圧出口２０を通して流体を放出し、加圧装置１，２，１８は少なくとも一つの静圧型空気軸受３を有し、静圧型空気軸受３はフローティング加圧領域３３を備え、前記圧縮機は前記加圧出口２０とフローティング加圧領域３３に流体的に結合可能な圧縮流体アキュムレータ５を備え、前記圧縮流体アキュムレータ５は圧縮機１００のハウジング４内に配置されている。圧縮機１００を制御するシステム及びそれぞれの制御方法がさらに開示される。
2009511803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧チャンバ（Ｃ）と少なくとも一つの流体加圧装置（１，２，１８）とを備えている流体圧縮機（１００）において、
前記加圧チャンバ（Ｃ）と前記加圧装置（１，２，１８）は、ハウジング（４）内に配置され、前記加圧チャンバ（Ｃ）は、非加圧入口（１０）と加圧出口（２０）とを備え、前記加圧装置（１，２，１８）は、前記非加圧入口（１０）によって取り込まれた流体を圧縮して前記加圧出口（２０）を通して前記流体を放出し、
前記加圧装置（１，２，１８）は少なくとも一つの静圧型空気軸受（３）を有し、前記静圧型空気軸受（３）がフローティング加圧領域（３３）を備え、
前記圧縮機は、
前記加圧出口（２０）及び前記フローティング加圧領域（３３）と流体的に結合可能な圧縮流体アキュムレータ（５）を備え、前記圧縮流体アキュムレータ（５）は、前記圧縮機（１００）の前記ハウジング（４）内にあり、かつ前記加圧出口（２０）の流体が送給されていることを特徴とする圧縮機（１００）。
【請求項２】
前記ハウジング（４）が囲い壁（４４）によって形成され、前記圧縮流体アキュムレータ（５）が前記ハウジング（４）の一体化部分として形成され、前記囲い壁（４４）の内側にあることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
【請求項３】
前記圧縮流体アキュムレータ（５）が前記加圧出口（２０）又は前記静圧型空気軸受（３）の前記フローティング領域（３３）に選択的に結合可能であるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧縮機。
【請求項４】
前記圧縮流体アキュムレータ（５）がアキュムレータチューブ（３２）及び軸受チューブ（３１）を通して前記静圧型空気軸受（３）の前記フローティング領域（３３）に結合可能であり、前記アキュムレータチューブ（３２）が第一の制御弁（８）を通して前記軸受チューブ（３１）に結合され、前記第一の制御弁（８）が前記アキュムレータチューブ（３２）内にあることを特徴とする請求項１、２、又は３に記載の圧縮機。
【請求項５】
前記圧縮流体アキュムレータ（５）が前記アキュムレータチューブ（３２）とコレクションパイピング（３０）を通して前記加圧出口（２０）に結合可能であり、前記アキュムレータチューブ（３２）が前記第一の制御弁（８）及び第二の制御弁（９）を通して前記コレクションパイピング（３０）に結合され、前記第二の制御弁（９）が前記コレクションパイピング（３０）内にあることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の圧縮機。
【請求項６】
前記圧縮機（１００）が動作している時に前記第一の制御弁（８）が前記圧縮流体アキュムレータ（５）を前記加圧出口（２０）に結合することを可能にすることを特徴とする請求項４又は５に記載の圧縮機。
【請求項７】
前記圧縮機（１００）が動作している時に前記静圧型空気軸受（３）の前記フローティング加圧領域（３３）が前記加圧出口（２０）に結合されることを特徴とする請求項４又は５に記載の圧縮機。
【請求項８】
前記圧縮機（１００）の始動前に、前記圧縮流体アキュムレータ（５）が前記静圧型空気軸受（３）の前記フローティング領域（３３）に結合され、前記第二の制御弁（９）が前記加圧出口（２０）への流体の通過に対して閉じられたままであり、前記圧縮機（１００）は前記静圧型空気軸受（３）が浮くのに必要な時間の後に始動されることを特徴とする請求項４又は５に記載の圧縮機。
【請求項９】
前記第一の制御弁（８）が遠隔システムによって制御可能な電気弁であることを特徴とする請求項６，７，又は８に記載の圧縮機。
【請求項１０】
前記第二の制御弁（９）は、前記加圧出口（２０）の流体が前記圧縮流体アキュムレータ（５）へ通過することを可能にする一方向弁であることを特徴とする請求項６，７，又は８に記載の圧縮機。
【請求項１１】
前記加圧装置がロータ（１，２）であり、前記ロータ（１，２）はシャフト（６）と連関しており、前記シャフト（６）が前記フローティング加圧領域（３３）に一対の静圧型空気軸受（３）を有することを特徴とする請求項１０に記載の圧縮機。
【請求項１２】
前記圧縮機がリニア圧縮機であり、前記加圧装置がシリンダ（１９）内に位置するピストン（１８）であり、前記ピストン（１８）が前記シリンダ（１９）内で動かされ、一対の静圧型空気軸受（３）を有することを特徴とする請求項１１に記載の圧縮機。
【請求項１３】
流体圧縮機（１００）を制御するための制御回路（８８）を備えている圧縮機制御システムであって、前記圧縮機が加圧チャンバ（Ｃ）と少なくとも一つの流体加圧装置（１，２，１８）とを備え、
前記加圧チャンバ（Ｃ）と前記加圧装置（１，２，１８）は、ハウジング（４）内に配置され、前記加圧チャンバ（Ｃ）は、非加圧入口（１０）と加圧出口（２０）を有し、前記加圧装置（１，２，１８）は前記非加圧入口（１０）によって取り込まれた流体を圧縮して前記加圧出口（２０）を通して前記流体を放出し、
前記加圧装置（１，２，１８）は少なくとも一つの静圧型空気軸受（３）を有し、前記静圧型空気軸受（３）がフローティング加圧領域（３３）を備え、
前記システムが、
前記ハウジング（４）と一体化された圧縮流体アキュムレータ（５）を前記加圧出口（２０）に又は前記圧縮流体アキュムレータ（５）を前記静圧型空気軸受（３）の前記フローティング領域（３３）に選択的に結合する第一の制御弁（８）及び第二の制御弁（９）を備え、
前記システムが、前記圧縮機が動作している時に前記圧縮流体アキュムレータ（５）を前記加圧出口（２０）及び前記静圧型空気軸受（３）の前記フローティング領域（３３）に結合するように構成されている、又は、前記圧縮機（１００）の始動の前に前記圧縮流体アキュムレータ（５）と前記静圧型空気軸受（３）の前記フローティング領域（３３）だけを結合するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項１４】
前記第一の制御弁（８）が前記制御回路（８８）と連関している電気弁であり、前記システムは、前記圧縮機（１００）の始動時に、前記制御回路（８８）が前記電気弁を開いて前記圧縮流体アキュムレータ（５）の内側に貯えられている圧縮流体を前記静圧型空気軸受（３）の前記フローティング領域（３３）に移動させ、前記圧縮機（１００）は前記静圧型空気軸受（３）が浮くために必要な時間が経過した後に始動されることを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記圧縮機の始動時に、前記加圧出口（２０）の流体の圧力が前記圧縮流体アキュムレータ（５）から放出される流体の圧力より高くなるまで、前記加圧出口（２０）への流体の通過に対して前記第二の制御弁（９）が閉じられたままであることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の圧縮機を始動させる方法において、
始動モードにおいて、前記圧縮流体アキュムレータ（５）からの通路を前記圧縮機の前記静圧型空気軸受（３）が浮くために必要とされる時間開くステップと、
前記加圧出口（２０）の圧力が前記圧縮流体アキュムレータ（５）から放出される流体の圧力より高くなるまで、前記第二の制御弁（９）を閉じておくステップと、
前記加圧出口（２０）における流体から前記圧縮流体アキュムレータ（５）に再充填するステップとを備えていることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静圧型空気軸受を有する流体圧縮機、静圧型空気軸受を有する流体圧縮機の制御システム、並びに圧縮機を制御する方法に関し、この流体圧縮機は、例えば、冷却システムに応用される遠心圧縮機又はリニア圧縮機であり、さらに前記装置の軸受における加圧の構造とそれぞれの制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
産業界では、例えば自動車産業で、遠心圧縮機がずっと前から使用されている。そのコンセプトは、他の圧縮機、例えば往復圧縮機やロータリー圧縮機などに比べて、きわめて単純である。しかし、その軸受システムは、正常な機能モードにおける30,000〜200,000 rpmの回転と推定される高速運転のためにきわめて複雑である。冷却サイクルにおける遠心圧縮機の利用は、軸受システムの技術的困難のために非常に稀である。
【０００３】
さらに遠心圧縮機に関して、これらは通常一段又は二段構造を有するが、設備の用途によって多段構造も含まれ、段数は電動機で作動されるシャフトに取り付けられるロータの数によって定められる。
【０００４】
従来技術では、シャフト・フローティングに関する軸受の問題を解決する一つの方法は、軸受に何も摩擦がない構造を得るために電磁軸受を使用してシャフトを浮かせておくことである。これは摩擦の問題を解決するが、特別な電気回路を必要とし、軸受に電磁界を発生させるために電流を流せるコイルを設ける必要がある。
【０００５】
その他の解決方法としては、圧縮機の運転の間加圧して浮かせ、摩擦を減らし、設備の使用寿命を延ばす静圧型空気軸受を使用することである。この方法では、例えば、ポンプを使用して圧縮機のスイッチが入る瞬間に（又は始動モードで）軸受を加圧して設備の早い摩耗を防ぐ必要がある。
【０００６】
この分野でこの問題を解決しようとしていると見られる方法が、EP 0 212 091明細書に記載されている。これは、内燃機関のターボ過給器で用いられる加圧軸受に関するものである。この特許の教示によれば、ターボ過給器の高温部と低温部の間に結合される貯蔵容器が設けられ、この貯蔵容器がターボ過給器によって加圧された空気を貯蔵して軸受を加圧しエンジンの始動と運転時の摩耗を防ぐ。
【０００７】
この方法の欠点の一つは、貯蔵容器と配管の組立を必要とすることであり、これにより、製造及び保守コストが増加する。
【発明の開示】
【０００８】
従来技術の問題を解決するために、本発明の目的は、一対の制御弁によって制御可能な従来の加圧貯蔵容器による軸受システムを備えている圧縮機、システム及びそれぞれの制御方法において、
単純化された軸受システムを実現し、
現行モデルの電磁軸受における全電気−電子制御システムを排除し、
製品のコストを下げ、
より競争力ある製品にし、
大規模生産のために製品をさらに単純にし、
圧縮機の体積を小さくできる、ものを提供することである。
【０００９】
これらの目的は、加圧チャンバと少なくとも一つの流体加圧装置を備えている流体圧縮機であって、加圧チャンバと加圧装置がハウジングの内側にあり、加圧チャンバが非加圧入口と加圧出口を有し、加圧装置が非加圧入口によって取り込まれた流体を圧縮して流体を加圧された出口を通して放出し、加圧装置が少なくとも一つの静圧型空気軸受を有し、静圧型空気軸受がフローティング加圧領域を備え、圧縮機が加圧された出口及びフローティング加圧領域と流体的に結合できる圧縮された流体アキュムレータを備え、圧縮された流体アキュムレータが圧縮機ハウジングの内側にあることを特徴とする流体圧縮機によって達成される。
【００１０】
さらに、本発明の目的は流体圧縮機を制御する制御回路を備えている圧縮機制御システムであって、圧縮機が加圧チャンバと少なくとも一つの流体加圧装置を備え、加圧チャンバと加圧装置がハウジングの内側にあり、加圧チャンバが非加圧入口と加圧出口を有し、加圧装置が非加圧入口によって取り込まれた流体を圧縮して流体を加圧された出口を通して放出し、加圧装置が少なくとも一つの静圧型空気軸受を有し、静圧型空気軸受がフローティング加圧領域を備え、システムがさらに、ハウジングに一体化された圧縮された流体アキュムレータを加圧された出口又は圧縮された流体アキュムレータを静圧型空気軸受のフローティング領域に選択的に結合する第一及び第二の制御弁と第二の制御弁を備え、圧縮機が動作している時に圧縮された流体アキュムレータを加圧出口及び静圧型空気軸受のフローティング領域に結合し、圧縮機の始動前には圧縮された流体アキュムレータと静圧型空気軸受のフローティング領域だけを結合するようにシステムが構成されていることを特徴とする圧縮機制御システムによって達成される。
【００１１】
やはり本発明の教示によれば、その目的はさらに、圧縮機を始動する方法であって、始動モードで、静圧型空気軸受が浮くために必要な時間圧縮された流体アキュムレータからの通路を開くステップと、加圧出口の圧力が圧縮された流体アキュムレータから放出される流体の圧力よりも高くなるまで第二の制御弁を閉じておくステップと、加圧出口の流体から圧縮された流体アキュムレータに再充填するステップとを備えている方法によって達成される。
【００１２】
本発明は、図面に示される実施形態に基づいてさらに詳しく説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１と２に見られるように、本発明の教示の一つの可能な実施形態は、本発明を例えば二段型遠心圧縮機に適用することである。このタイプの圧縮機は二段になっており、第一段の圧縮ロータ１は非加圧入口１０を通して流体（気体）を引き込む機能を有する：その後、流体は冷却回路（図示せず）のための第二段圧縮ロータ２によって加圧され加圧出口２０から出てゆく。二つの圧縮ロータ１、２は連関している、すなわち、同じシャフト６の端に固定され、そのシャフト６が電動モータ７によって駆動される。シャフト６は、また、一対の静圧型空気軸受３をフローティング加圧領域３３に有し、静圧を受けると浮き始める。
【００１４】
さらに、圧縮機１００はハウジング４で構成され、ハウジング４は外壁又は囲い壁４４を有し、それによって圧縮機１００が気密に閉じられる。
【００１５】
本発明の別の実施形態は、リニア圧縮機に適用される。この場合、違いは、遠心圧縮機で存在するシャフト６ではなく、ピストン１８の軸受システム自体に関する。図３に詳しく見られるように、リニア圧縮機では、加圧装置はシリンダ１９の内側に位置するピストン１８であり、ピストン１８はシリンダ１９の内側で電動モータ７によって動かされ、さらにピストン１８は一対の静圧型空気軸受に載っている。
【００１６】
一般に、同じ構成コンセプトが遠心圧縮機とリニア圧縮機に適用される、すなわち、両者はコンセプトとして同じ動作手段を有する。どちらの場合も、少なくとも一つの加圧チャンバＣが見られ、その中で流体が少なくとも一つの流体加圧装置によって、すなわち、ロータ１，２又はピストン１８の一つ以上によって圧縮され、方式に関わりなくハウジング４の中に配置され、加圧チャンバＣは非加圧入口１０と加圧出口２０を有し、流体（気体）は非加圧入口１０によって取り込まれ、加圧チャンバＣで圧縮され、加圧出口２０を通して放出される。
【００１７】
遠心圧縮機とリニア圧縮機の両方で軸受を浮かせるために、少なくとも一つの静圧型空気軸受３が設けられ、この静圧型空気軸受３はフローティング加圧領域３３を備え、圧縮機１００の動作中軸受を浮かせるためには流体をポンプでそこに送り込まなければならない。
【００１８】
本発明の教示によれば、従来技術の構造及び動作における問題を解決するために、加圧出口２０とフローティング加圧領域３３に流体的に結合された貯蔵容器（又は圧縮流体アキュムレータ５）を設けて、（i）圧縮機１００の動作中静圧型空気軸受３を浮かせ、同時に、（ii）圧縮流体アキュムレータ５に加圧出口２０で利用できる圧力を供給することが必要である。
【００１９】
さらに、従来技術におけるスペース、構成、保守及び製造に関する問題を解決するために、圧縮流体アキュムレータ５は、ハウジング４の内側にそれぞれの囲い壁４４の内部にハウジング４の一体化された部分を成すように配置し、ハウジング４が装填された流体の減少を小さくするだけでなく、圧縮流体アキュムレータ５の再充填に直ちに応答し、したがって、軸受３の加圧における効率を高めるようしなければならない。
【００２０】
圧縮流体アキュムレータ５、加圧出口２０及び静圧型空気軸受３のフローティング加圧領域３３の間の流体結合に関して、図１と２から、圧縮流体アキュムレータ５が加圧出口２０又は静圧型空気軸受３のフローティング加圧領域３３に選択的に結合できることが認められる。この意味で、圧縮流体アキュムレータ５は静圧型空気軸受３のフローティング領域３３にアキュムレータチューブ３２と軸受チューブ３１によって結合でき、アキュムレータチューブ３２は第一の制御弁８によって軸受チューブ３１に結合され、第一の制御弁８はアキュムレータチューブ３２内にある。圧縮流体アキュムレータ５と加圧出口２０の結合はアキュムレータチューブ３２とコレクションチューブ３０によってなされ、アキュムレータチューブ３２は第一の制御弁８と第二の制御弁９によってコレクションチューブ３０に結合され、第二の制御弁９はコレクションチューブ３０内にある。
【００２１】
動作を説明すると、第一の制御弁８は圧縮機１００が動作している時に圧縮流体アキュムレータを加圧出口２０に結合することを可能にし、静圧型空気軸受３のフローティング加圧領域３３も圧縮機１００が動作している時に加圧出口に結合され、圧縮流体アキュムレータ５は加圧出口２０と同じ圧力になり、充填されたままでとどまる。
【００２２】
この構成で、圧縮機１００が始動する前、圧縮流体アキュムレータ５は静圧型空気軸受３のフローティング加圧領域３３に結合され、第二の制御弁９は加圧出口２０への流体の通過に対して閉じたままであり、圧縮機１００は静圧型空気軸受３が浮くために通常約１秒である必要な時間が経過して始めて始動される。
【００２３】
弁のタイプに関して、第一の制御弁８としては、本発明の教示によれば、好ましくは外部システムによって制御できる電気弁（又はソレノイド弁）が用いられ、圧縮機１００の始動時に圧縮流体アキュムレータ５に貯えられている流体を放出し、さらに圧縮機１００の運転時にはそれぞれの再充填を制御する。
【００２４】
第二の制御弁９に関して説明すると、これは好ましくは加圧出口２０の流体が圧縮流体アキュムレータ５に通過することを可能にする一方向機械弁である。この一方向弁は、圧縮流体アキュムレータ５に貯えられた流体が圧縮機１００の始動時に加圧出口２０を通って流出するのを防ぐことを目的にし、同時に、圧縮機１００の運転時に圧縮機１００を再充填するために加圧出口２０で加圧流体の通過に対して開かれているように構成しなければならない。第二の制御弁９は、また、電気弁（又はソレノイド弁）で置き換えることもできるが、電気弁は本発明の目的を達成するために適当な瞬間に開かれなければならない。
【００２５】
本発明の圧縮機１００を制御するために、関連したシステムが設けられている。このシステムは、圧縮機１００の始動段階を制御し、さらに圧縮流体アキュムレータ５の充填段階を制御する電子制御回路８８を備えなければならない。したがって、既に述べたように本発明のシステムの制御回路８８は、第一の制御弁８と第二の制御弁９によって、圧縮流体アキュムレータ５を加圧出口２０に、あるいは圧縮流体アキュムレータ５を静圧型空気軸受３のフローティング領域３３に、選択的に結合しなければならず、特に、圧縮機１００が運転されている時に圧縮流体アキュムレータ５を加圧出口２０及び静圧型空気軸受３のフローティング領域３３に結合し、圧縮機１００の始動前には圧縮流体アキュムレータ５と静圧型空気軸受３のフローティング領域３３だけを結合するように構成されなければならない。
【００２６】
システムはさらに、圧縮機１００の始動時に、制御回路８８が電気弁を開き、圧縮流体アキュムレータ５に貯えられた圧縮流体が、少なくとも部分的に、静圧型空気軸受３のフローティング加圧領域３３に移され、静圧型空気軸受３が浮くために必要な時間が経過した後に初めて、すなわち、普通は圧縮流体アキュムレータ５が開かれてから約１秒以内に、圧縮機１００が始動される。この瞬間、第二の制御弁９は加圧出口２０への流体の通過に対して閉じたままであり、加圧出口２０の流体の圧力が圧縮流体アキュムレータ５から放出される流体の圧力よりも高くなるまで閉じられたままである。
【００２７】
システムの動作を圧縮機１００に適用することによって、以下のステップ、すなわち、
始動モードで、圧縮機１００の静圧型空気軸受３が浮くために必要な時間、圧縮流体アキュムレータ５からの通過を開放するステップと、
加圧出口２０の流体の圧力が圧縮流体アキュムレータ５から放出される流体の圧力よりも高くなるまで第二の制御弁９を閉じたままに保つステップと、
加圧出口２０の流体から圧縮流体アキュムレータ５に再充填するステップとが、圧縮機の始動で予見される。
【００２８】
好ましくは、圧縮流体アキュムレータの体積は、冷却回路の内側で循環する冷凍流体の全体積の約10%となるように構成されるが、圧縮機１００の条件と特性によって他の体積パーセンテージも可能である。従来技術によるシステムと比べた時の利点は顕著であり、冷却システムの圧縮機１００の設置のためのサイズ減少が達成されるだけでなく、例えば、冷凍機キャビネットに圧縮機１００を取り付けるための時間も、圧縮流体アキュムレータ５が既にハウジング４と一体化されているので短縮でき、さらに、貯蔵容器がハウジング４と別になっているシステムと比べた時に冷却流体の体積が小さくなり、圧縮機１００の製造と保守のコストが低下し、コスト節約が達成される。
【００２９】
好ましい実施形態の例を説明したが、本発明の範囲は他の可能な変型を包含し、添付された特許請求の範囲の内容と、それに含まれる可能な同等物によってのみ限定されることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明の一つの実施形態に係わる多段遠心圧縮機を示す概略断面図である。
【図２】図２は、本発明の一つの実施形態に係わる多段遠心圧縮機を示す概略断面図である。
【図３】図３は、本発明の別の実施形態に係わるリニア圧縮機を示す概略断面図である。
【図１】
2009511803.tif 000003
【図２】
2009511803.tif 000004
【図３】
2009511803.tif 000005
【国際調査報告】
2009511803.tif 000006
2009511803.tif 000007