(57)【要約】測定される出口温度(TO)が一定のヒステリシス温度上限(HMAX)に達すると、ただちに、圧縮機要素の実際の回転速度が、測定回転速度が最大回転速度(SMAX)に近い高速領域にあるときには速度ジャンプ(DS)により低下させられ、あるいは測定回転速度が最小回転速度(SMIN)に近い低速領域にあるときには速度ジャンプ(DS)により増大させられることを特徴とする改良された圧縮機である。
2005537423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、気体入口と気体出口とを有する圧縮機要素と、前記気体出口において出口温度(TO)を測定するセンサーと、前記圧縮機要素の回転速度(S)を測定するセンサーと、速度調節可能なモーターと、および該モーターのための制御装置(12)と、を備えた改良された圧縮機であって、
前記制御装置(12)と、前記出口温度(TO)を測定するセンサーおよび前記回転速度(S)を測定するセンサーとに接続された、いわゆるヒステリシスモジュール(13)を有する動的速度制限器を備え、
ここで、ヒステリシス温度上限(HMAX)と、最小回転速度(SMIN)および最大回転速度(SMAX)によって決定される許容最大速度範囲とが、前記ヒステリシスモジュールで定められ、
またここで、測定される出口温度(TO)が指定されたヒステリシス温度上限(HMAX)に達すると、ただちに、圧縮機要素の実際の回転速度が、測定回転速度が最大回転速度(SMAX)に近い高速領域にあるときには速度ジャンプ(DS)により低下させられ、あるいは測定回転速度が最小回転速度(SMIN)に近い低速領域にあるときには速度ジャンプ(DS)により増大させられる、
ことを特徴とする改良された圧縮機。
【請求項２】
ヒステリシス温度上限(HMAX)が、それよりも高温では圧縮機の損傷が起こる出口温度(TO)の最大許容臨界しきい値(TMAX)よりもやや低いこと、特に前記臨界しきい値(TMAX)よりも20℃低いことを特徴とする請求項１に記載の改良された圧縮機。
【請求項３】
ヒステリシス温度下限(HMIN)がヒステリシスモジュール(13)で定められ、ここで、測定される出口温度(TO)が指定されたヒステリシス温度下限(HMIN)に達すると、ただちに、圧縮機要素の実際の回転速度が、測定回転速度が臨界最大回転速度(SMAX)に近い最高速領域にあるときには増大させられ、あるいは測定回転速度が臨界最小回転速度(SMIN)に近い最低速領域にあるときには低下させられることを特徴とする請求項１または２に記載の改良された圧縮機。
【請求項４】
ヒステリシスモジュール(13)が、測定される出口温度(TO)がヒステリシス温度下限(HMIN)に達すると、ただちに、前記許容最大速度範囲の全体(SMAX〜SMIN)がふたたび使用できるようになるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の改良された圧縮機。
【請求項５】
ヒステリシス温度上限(HMAX)に達したときに、速度ジャンプ(DS)が調節できることを特徴とする請求項１に記載の改良された圧縮機。
【請求項６】
前記速度ジャンプ(DS)が調節でき、得られる出口温度(TO)の低下が常にヒステリシス温度上限(HMAX)とヒステリシス温度下限(HMIN)との差よりも小さくて、圧縮機の回転速度の周期的不安定挙動が防止されるようになっていることを特徴とする請求項３から５の中のいずれか１つに記載の改良された圧縮機。
【請求項７】
ヒステリシスモジュールが、出口温度(TO)が周期的に、すなわち1分間に少なくとも1回好ましくは連続的に、測定されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の改良された圧縮機。
【請求項８】
ヒステリシスモジュールが、出口温度(TO)がヒステリシス温度上限を超えると、ただちに出口温度(TO)の測定頻度が増大させられるように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の改良された圧縮機。
【請求項９】
圧縮機の低速領域においてヒステリシス温度上限(HMAX)に達することによって生じる回転速度の増大によって、運転圧の増大がもたらされ、それによって、警報と手動再始動を伴う望ましくない停止モードへの切換えなしで、圧縮機の自動アイドリング状態、場合によっては自動停止/再始動モードに導かれることを特徴とする請求項３に記載の改良された圧縮機。
【請求項１０】
モーターのための前記制御装置が少なくとも一つの安全装置を備えており、極端な状態(SMAX)となることが防止されることを特徴とする請求項１から９の中のいずれか１つに記載の改良された圧縮機。
【請求項１１】
動的速度制限器が、2.5よりも大きな速度範囲好ましくは2.7〜3.5の速度範囲でほぼ最適の圧縮機運転がなされるようにプログラムされることを特徴とする請求項１から１０の中のいずれか１つに記載の改良された圧縮機。
【請求項１２】
動的速度制限器が、少なくとも許容最大温度を、好ましくは150〜350℃さらに好ましくは200〜300℃に設定できるように調節できることを特徴とする請求項1から１１の中のいずれか１つに記載の改良された圧縮機。
【請求項１３】
請求項１から１２の中のいずれか１つに記載の改良された圧縮機によって気体を圧縮する方法。
【請求項１４】
請求項１から１２の中のいずれか１つに記載されている動的速度制限器または該制限器に属するヒステリシスモジュール(13)。
【請求項１５】
請求項１から１２の中のいずれか１つに記載の圧縮機の動的調節に適する動的速度制限器であって、
該速度制限器がヒステリシスモジュール13を有し、該モジュールが、回転速度(S)の関数としての出口温度TOを示す可能な出口温度曲線のためのメモリを有し、
ヒステリシス温度上限と下限(HMINとHMAX)が前記ヒステリシスモジュール(13)に設定され、また、前記温度上限および/または下限(HMIN、HMAX)に達したときの、調節できるかまたはできない回転速度(S)の速度ジャンプ(DS)が前記ヒステリシスモジュール(13)に設定されている、
ことを特徴とする動的速度制限器。
【請求項１６】
温度上限(HMAX)に達したときに、圧縮機の回転速度(S)が低速範囲(SMIN〜K)にあるか、高速範囲(L〜SMAX)にあるかを決定して、それぞれ正しい速度調節すなわち速度増大または速度低下を実現するためのメモリを有することを特徴とする請求項１５に記載の動的速度制限器。
【請求項１７】
圧縮機がそれ以前にアイドリングしていたときと同じ速度で自動再始動するためのメモリ(15)を有することを特徴とする請求項１５または１６に記載の動的速度制限器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機の改良に関する。
【０００２】
より詳しくは、本発明は、少なくとも、気体出口と気体入口とを有する圧縮機要素、前記気体出口において出口温度を測定するセンサーと、前記圧縮機要素の回転速度を測定するセンサーと、前記圧縮機要素を駆動する電子的に速度調節可能なモーターと、および該モーターのための制御装置と、を有するタイプの気体を圧縮するための圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００３】
周知のように、前記圧縮機は最大回転数と最小回転数との間の回転数から成る特定の最大速度範囲内で動作することができる。この速度範囲は、いくつかの要因の中でも特に回転部品の機械的限界に依存し、回転数がこの速度範囲を超えると、圧縮機に取り返しのつかない損傷が発生しうる。
【０００４】
前記速度範囲は、通常、最大回転数と最小回転数との比によって特徴づけられ、一般にこの比の値は大体3.2の付近にある。
【０００５】
やはり周知のように、高速領域および低速領域における圧縮機の急激な出力低下によって生じる現象によって、速度範囲にさらなる制限が課される。その結果、圧縮機の回転速度が前記最大または最小回転数に近づくと、圧縮気体の温度が、圧縮機要素の塗膜と圧縮機の下流の部品の塗膜とが熱で損傷を受けうるほどに、上昇しうる。実際にこれが起こるのは、圧縮機要素の出口の温度が許容最大臨界しきい値260〜265℃を超えたときである。
【０００６】
出力低下の影響を小さくし、圧縮機要素の出口における温度が前記しきい値よりも高くなるのを防止するために重要なのは、特に、温度上昇に影響を及ぼす環境がさらに悪くなっているとき、すなわち高い周囲温度の場合、新しい圧縮機の仕上がり度(finishing quality)があまり良くないとき、使用の進んだ圧縮機の摩耗が大きくなっているとき、その他の場合に、前記許容速度範囲をさらに制限することである。
【０００７】
固定速度制限器、特に回転速度に関して固定最小および最大しきい値を有する速度制限器を備えている前記タイプの圧縮機が知られている。この場合、最悪の環境が、前記固定しきい値決定のための基礎としてとられる。最悪の環境にあるというのは、圧縮機が最小生産能力、ある一定程度の摩耗、および最高許容周囲温度における運転状態にある場合である。
【０００８】
固定速度制限器を有するそのような公知の圧縮機の欠点は、最悪の環境を仮定し、最悪のケースにもとづいて決定される設定速度範囲が、それほど劣悪でない環境に対して制限的すぎるということであり、たとえば、圧縮機要素の出口における温度の前記臨界しきい値を超えることなく高速領域で運転することが原理的には可能な低温の場合に対して制限的すぎるということである。これは、前記最悪のケースとは異なる環境下では、送出気体流量に関する限り、前記圧縮機の能力が完全には使用できないということである。
【０００９】
そのような公知の圧縮機は、実際には、2.4程度の大きさの最大/最小回転速度比の速度範囲を有するが、有利な条件下では、速度範囲3.2が可能であると思われる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、前記その他の欠点を除去するために、圧縮機が置かれている状態と条件によらず、運転環境に応じて圧縮機の速度範囲を自動的に最大化する動的な速度制限器を有する圧縮機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するために、本発明は、
前記タイプの圧縮機を改良したものであって、
前記制御装置と、前記出口温度を測定するセンサーおよび前記回転速度を測定するセンサーとに接続された、いわゆるヒステリシスモジュールを有する動的速度制限器を備え、
ここで、ヒステリシス温度上限と、最小回転速度および最大回転速度によって決定される許容最大速度範囲とが、前記ヒステリシスモジュールで定められ、
またここで、測定される出口温度が指定されたヒステリシス温度上限に達すると、ただちに、圧縮機要素の実際の回転速度が、測定回転速度が最大回転速度に近い高速領域にあるときには速度ジャンプDSにより低下させられ、あるいは測定回転速度が最小回転速度に近い低速領域にあるときには速度ジャンプDSにより増大させられる、
ことを特徴とする改良された圧縮機、
を提供する。
【００１２】
本発明による動的速度制限器により、前記ヒステリシス温度上限が、好ましくは出口温度の許容最大臨界しきい値よりもやや低い、たとえば2℃低い温度に達すると、回転速度が自動的に正しい向きに調節されて、出口温度が低下させられるようになっている。
【００１３】
以上のように、速度制限は最悪のケースにもとづいてなされるのではなく、ある一定の有利な環境たとえば低周囲温度の場合には、圧縮機の回転速度は、回転部品による制限によって決定される全速度範囲にわたり、気体出力(the gas output)に関する限り、圧縮機の全利用可能能力が完全に利用できることになる。環境が悪くなると、たとえば周囲温度が上昇すると、速度範囲は、出口温度が前記臨界しきい値に達したとき、ただちに、自動的に調節されて、圧縮機の摩耗が進んでいる場合でも、決してこのしきい値を上回ることがないようにされる。
【００１４】
ヒステリシスモジュールにおいては、好ましくは、ヒステリシス温度下限も定められ、それによって、測定される出口温度がこの指定ヒステリシス温度下限に達すると、ただちに、前記許容最大速度範囲の全体がふたたび使用できるようになる。
【００１５】
これは、圧縮機の運転条件がより有利なものになると、圧縮機要素の出口の温度が低下し、ふたたび圧縮機の能力を完全に使用できる、という利点を与えるものである。
【００１６】
本発明は、本発明による圧縮機を使用する、気体の圧縮方法にも関する。圧縮機の運転が最適化されるので、圧縮機の望ましくない故障が少なくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の特徴をより十分に説明するために、以下、本発明の好ましい実施形態について、添付の図面を参照しつつ説明する。この実施形態は単なる例でありいかなる意味でも本発明を限定するものではない。
【００１８】
図１は、通常の圧縮機の圧縮機要素の出口における圧縮気体の温度曲線F1〜3を、圧縮機の回転数Sの関数として示す。これらの曲線は、許容最小回転速度SMINと許容最大回転速度SMAXとによって限られる許容最大速度範囲におけるものである。ここで、SMINとSMAXとは、いくつかの要因のうちでも特に回転部品の限界によって決定される。
【００１９】
図１には、三つの周囲温度、すなわち低温T1、高温T2、さらなる高温T3に関する、三つの出口温度曲線F1、F2、およびF3が示してある。
【００２０】
この図１からはっきりわかるように、各曲線F1、F2、F3は、大体平坦な中央部分1、ならびに急傾斜の部分2および3を有する。部分１は、周囲温度一定の場合には大体一定である出口温度を示し、部分2は、SMAXに近い圧縮機の高速領域にあり、部分3は、SMINに近い低速領域にある。
【００２１】
部分2と3がはっきり示すように、高速領域で回転数が増大するか、または低速領域で回転数が減少すると、圧縮機出力が大きく低下し、したがって出口温度TOが大きく増大する。
【００２２】
前記曲線F1、F2、F3は、他のパラメータ、たとえば特に運転圧、新しい圧縮機の仕上がり度(finishing degree)、使用の進んだ圧縮機の摩耗の関数でもある。この場合、仕上がりの良くない圧縮機または大きく摩耗した圧縮機では、これらの曲線は上方に移動する。
【００２３】
話を簡単にするために、以下では、これらの他のパラメータは一定であると仮定する。
【００２４】
図１には、圧縮機要素の塗膜および圧縮機下流の部品の塗膜が圧縮気体の強すぎる熱による損傷を受けることがないように、それよりも高温では圧縮機を停止しなければならない出口温度TOの臨界しきい値TMAXをも示す。
【００２５】
明らかに、この温度しきい値TMAXのため、周囲温度T1における圧縮機の許容速度範囲は、低い方のしきい値OG1と高い方のしきい値BG1とによって限られる。高温T2とT3では、圧縮機の許容速度範囲は小さくなり、それぞれ、OG2とBG2との間、およびOG3とBG3との間にある。
【００２６】
公知の圧縮機の場合、固定速度範囲の決定のための基礎として、最高許容周囲温度T3における最悪の状態が取られ、この固定速度範囲が、対応する低しきい値OG3と高しきい値BG3との間に設定される。
【００２７】
固定速度範囲OG3〜BG3を有するそのような通常の圧縮機とは異なり、本発明による圧縮機は、ヒステリシスモジュールを有する動的速度制限器を備え、該モジュールにおいて、好ましくはTMAXよりも2℃低いヒステリシス温度上限HMAXが定められ、またここで、測定される出口温度TOが指定されたヒステリシス温度上限に達すると、ただちに、圧縮機要素の実際の回転速度が、測定回転速度が高速領域にあるときには、調節可能な速度ジャンプDSにより低下させられ、あるいは測定回転速度が低速領域にあるときには速度ジャンプDSにより増大させられる。
【００２８】
本発明による動的な速度制限器を有する圧縮機の作動原理は簡単であり、以下で、これを、図２によって説明する。図２は、周囲温度32〜40℃における、圧縮機の高速領域のいくつかの出口温度曲線を示す。
【００２９】
たとえば、周囲温度34℃の状態Aおよび回転数SAから出発し、周囲温度が徐々に39℃に上昇するとする。圧縮機の回転数は最初そのままであり、出口温度TOが、動作点Bがヒステリシス温度上限HMAXとなる点まで徐々に上昇すると、ヒステリシスモジュールはただちに速度ジャンプDSにより本発明による圧縮機の回転数を減少させる。その結果、動作点はただちに点Cに移り、そのあと、周囲温度がさらに上昇すると、出口温度は一定回転数SCにおいてふたたび上昇し、点Dにおいてふたたび温度上限HMAXに達する。すると、ヒステリシスモジュールはジャンプDSによってさらなる速度調節を行い、動作点はただちに点Eに移り、そのあと、周囲温度がさらに上昇して39℃に達すると、動作点はさらに一定回転速度SEにおいて曲線F39上の点Fに移る。
【００３０】
明らかに、この場合、出口温度のしきい値TMAXに到達することはなく、また速度限界はより不利な環境たとえばより高い周囲温度に合わせて自動的に調節され、したがって速度限界は、通常の圧縮機のように、仮定された最悪の状況によって指示されるずっと小さな速度範囲に制限する必要がなくなる。
【００３１】
本発明においては、ヒステリシスモジュールにおいてヒステリシス温度下限HMINも定められ、測定される出口温度TOがこの温度下限HMINに達すると、ただちに、圧縮機要素の実際の回転速度は、測定回転速度が最高速領域にある場合には、増大させられ、測定回転速度が最低速領域にある場合には、低下させられる。
【００３２】
好ましくは、このヒステリシスモジュールは、測定される出口温度TOがヒステリシス温度下限HMINに達すると、ただちに、SMINとSMAXとの間の前記許容最大速度範囲の全体がふたたび使用できるようになるように、構成される。
【００３３】
先行動作点Fから出発し、周囲温度がたとえば32℃に低下したとすると、最初回転数SEは一定のままであるが、出口温度TOがHMINに達するまで低下すると、ヒステリシスモジュールは、本発明により、圧縮機の回転速度の上向き調節を行う。この調節は、曲線F32上の動作点Hにおいて許容最大回転数SMAXしたがって最大送出量が得られるか、または温度上限HMAXに達するか、これらのどちらか先に起こるほうまで行われる。
【００３４】
同様の調節原理は、最小回転速度SMINに近い圧縮機の最低速領域にも適用され、この場合、速度は、ヒステリシス温度上限HMAXに達するたびに、速度ジャンプDSにより増大させられる。これは、警報と手動再始動を伴う望ましくない停止モードへの切換えなしで、圧縮機の送出圧が、圧縮機の自動アイドリング状態、場合によっては圧縮機の自動停止/再始動モードまで上昇する、ということである。言い換えると、圧縮機のアイドリング速度が、周囲温度と圧縮機の状態との関数として調節される。
【００３５】
好ましくは、前記速度ジャンプDSは、与えられる出口温度TOの減少が、ヒステリシス温度上限HMAXとヒステリシス温度下限HMINとの差よりも常に小さくて、圧縮機の回転速度の周期的不安定挙動が防止されるように、設定される。
【００３６】
出口温度TOは、ある一定の頻度たとえば一分間に一回の頻度で測定される。
【００３７】
周囲温度が急に上昇した場合、この測定頻度が、速度範囲を十分速く調節するためには小さすぎるということがありうる。そのため、ジャンプDSによる速度調節のあとでも、測定される出口温度TOがヒステリシス温度上限HMAXよりも高い場合には、測定頻度を大きくし、ヒステリシスモジュールが速く反応して、出口温度がHMAXよりも低温になるまで、何回かの連続ジャンプDSができるようにする。
【００３８】
好ましくは、動的な速度制限器は、安全装置を備えている。この安全装置は、たとえば、速度が許容最大速度SMAXを超えること、かつ/または速度が許容最小速度SMINを下回ること、かつ/またはある時間許容最高温度を上回ること、かつ/またはその他がないようにするためのものである。
【００３９】
好ましくは、動的な速度制限器は、2.5よりも大きな速度範囲、好ましくは2.7〜3.5の速度範囲のほぼ最適な圧縮機動作が得られるようにプログラムされ、またこの速度制限器は、少なくとも許容最高温度を好ましくは150〜350℃さらに好ましくは200〜300℃の範囲に設定できるように調節できる。
【００４０】
図３は本発明による動的な速度制限器を模式的に示す。
【００４１】
この速度制限器は下記のものから成る。
温度センサーからの信号を受信する手段10と；
圧縮機の回転速度センサーからの信号を受信する手段11と；
モーターの速度を調節するための制御装置12と；（この装置は、圧縮機の回転要素を、たとえば圧縮機要素の負荷の関数として、回転部品の限界によって決定される指定最高速度範囲(SMIN〜SMAX)内で、駆動する。）
手段10と手段11の信号(出口温度TOと回転数S)に応じて速度を調節するためのヒステリシスモジュール13と；（このヒステリシスモジュール13は、場合によってはいくつかの出口温度曲線を記憶したメモリを有することができ、かつ/またはこのヒステリシスモジュール13は、制御装置12内にプログラムすることができる。）
たとえば出口温度TOが最高温度を超えると、ただちに圧縮機を停止するための安全手段14と；  そして、
最小速度を記憶するためのメモリ15：（この最小速度は圧縮機がアイドリングしたあと圧縮機を作業に戻す初期速度として使用される。また、この最小速度は、圧縮機の低回転速度領域におけるヒステリシスモジュール13による最後の速度調節のあとの最小速度、または1500〜2000回転/分の最小速度に対応する(また、この最小速度は後者の最小速度よりも大きなある速度、たとえば後者の最小速度よりも10〜30%大きな速度とすることもできる。最低は1750回転/分)。このメモリは、動的な速度調節が適用される低速領域および高速領域(SMIN〜KおよびL〜SMAX)を定める速度値をも記憶している。中間速度領域には、この制御は適用されない。出口温度TOに達すると、ただちに、HMAX値が、実際の速度が含まれる速度領域において決定され、必要な速度調節が行われる。すなわち、速度が低速領域(SMIN〜K)にあるか、高速領域(L〜SMAX)にあるかに応じて、それぞれ速度増大または速度減少が実行される。）
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】通常の圧縮機の出口温度を、圧縮機の回転速度の関数として示す。
【図２】最高速領域にある通常の圧縮機の出口温度を示す。
【図３】本発明による速度調節モジュールを示す。
【符号の説明】
【００４３】
1  温度曲線の中央部分
2  温度曲線の急傾斜部分
3  温度曲線の急傾斜部分
10  温度センサーからの信号を受信する手段
11  圧縮機の回転速度センサーからの信号を受信する手段
12  モーターの速度を調節するための制御装置
13  ヒステリシスモジュール
14  安全手段
15  メモリ
A  周囲温度34℃の動作点
B、C、D、E、F、G、H  動作点
DS  速度ジャンプ
F1、2、3、32、34、36、38、39、40  出口温度曲線
HMAX  ヒステリシス温度上限
HMIN  ヒステリシス温度下限
BG1、2、3  高い方のしきい値
OG1、2、3  低い方のしきい値
S  圧縮機の回転数、回転速度
SA、SC、SE  回転数、回転速度
SMAX  許容最大回転速度、許容最大回転数、極端な状態
SMIN  許容最小回転速度、許容最小回転数
SMIN〜K  低速領域
L〜SMAX  高速領域
T1、T2、T3  周囲温度(低温、高温、さらなる高温)
TMAX  温度しきい値
TO  出口温度
【図１】
2005537423.tif 000003
【図２】
2005537423.tif 000004
【図３】
2005537423.tif 000005
【国際調査報告】
2005537423.tif 000006
2005537423.tif 000007