(57)【要約】【課題】需要側へ圧縮気体を供給する圧縮装置をより省エネルギーにすることのできる手段を提供しようとする。【解決手段】従来の需要側へ圧縮気体を供給する圧縮装置にかわって、定格運転時に定格回転数で駆動され負荷運転の状態で圧縮気体を吐出し無負荷運転の状態で圧縮気体を吐出しないターボ圧縮機を備え、前記ターボ圧縮機の状態を前記負荷運転から前記無負荷運転にする際に、前記ターボ圧縮機の回転数を前記定格回転数から前記定格回転数より低い無負荷回転数に下げる、ものとした。【選択図】    図１
2005016414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
需要側へ圧縮気体を供給する圧縮装置であって、
定格運転時に定格回転数で駆動され負荷運転の状態で圧縮気体を吐出し無負荷運転の状態で圧縮気体を吐出しないターボ圧縮機を備え、
前記ターボ圧縮機の状態を前記負荷運転から前記無負荷運転にする際に、前記ターボ圧縮機の回転数を前記定格回転数から前記定格回転数より低い無負荷回転数に下げる、
ことを特徴とする圧縮装置。
【請求項２】
予め上限圧力を定め、
前記ターボ圧縮機の吐出圧力が前記上限圧力を上回ったときに、前記ターボ圧縮機の状態を前記負荷運転から前記無負荷運転にした後で、前記ターボ圧縮機の回転数を前記定格回転数から前記無負荷回転数に下げる、
ことを特徴とする請求項１に記載の圧縮装置。
【請求項３】
前記ターボ圧縮機の状態を前記無負荷運転から前記負荷運転にする際に、前記ターボ圧縮機の回転数を前記無負荷回転数から前記定格回転数に上げる、
ことを特徴とする請求項１または請求項２のうちのひとつに記載の圧縮装置。
【請求項４】
前記ターボ圧縮機の吐出した圧縮気体を一時貯留し需要側へ供給するレシーバタンクを備え、
予め前記上限圧力より低い下限圧力を定め、
前記レシーバタンクの圧力が前記下限圧力を下回ったときに、前記ターボ圧縮機の回転数を前記無負荷回転数から前記定格回転数に上げた後で、前記ターボ圧縮機の状態を前記無負荷運転から前記負荷運転にする、
ことを特徴とする請求項１または請求項２のうちのひとつに記載の圧縮装置。
【請求項５】
前記ターボ圧縮機の状態を前記無負荷運転にしてから前記負荷運転にするまでの時間である無負荷時間が長くなると前記定格回転数と前記無負荷回転数との差が大きくなる、
ことを特徴とする請求項３または請求項４のうちのひとつに記載の圧縮装置。
【請求項６】
需要側へ圧縮気体を供給する圧縮装置であって、
定格運転時に定格回転数で駆動され気体を吸入口から吸引し圧縮気体を吐出可能なターボ圧縮機と、
一方の口から気体を受け入れ他方の口を前記ターボ圧縮機の前記吸入口に連通する吸気開閉弁と、
を備え、
前記吸気開閉弁を閉じる際に、前記ターボ圧縮機の回転数を前記定格回転数から前記定格回転数より低い無負荷回転数に下げる、
ことを特徴とする圧縮装置。
【請求項７】
予め上限圧力を定め、
前記ターボ圧縮機の吐出圧力が前記上限圧力を上回ったときに、前記吸気開閉弁を閉じた後で、前記ターボ圧縮機の回転数を前記定格回転数から前記無負荷回転数に下げる、
ことを特徴とする請求項６に記載の圧縮装置。
【請求項８】
前記吸気開閉弁を開く際に、前記ターボ圧縮機の回転数を前記無負荷回転数から前記定格回転数に上げる、
ことを特徴とする請求項６または請求項７のうちのひとつに記載の圧縮装置。
【請求項９】
前記ターボ圧縮機の吐出した圧縮気体を一時貯留し需要側へ供給するレシーバタンクを備え、
予め前記上限圧力より低い下限圧力を定め、
前記レシーバタンクの圧力が下限圧力を下回ったときに、前記ターボ圧縮機の回転数を前記無負荷回転数から前記定格回転数に上げた後で、前記吸気開閉弁を開く、
ことを特徴とする請求項６または請求項７のうちのひとつに記載の圧縮装置。
【請求項１０】
前記吸気開閉弁を閉じてから開くまでの時間である無負荷時間が長くなると前記定格回転数と前記無負荷回転数との差が大きくなる、
ことを特徴とする請求項８または請求項９のうちのひとつに記載の圧縮装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、需要側へ圧縮気体を供給する圧縮装置に係る。特に圧縮のための制御手順に特徴のある圧縮装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラント等では、圧縮気体（特に圧縮空気）が多く使用されるので、プラント等は、圧縮気体を供給する圧縮装置を備える。
プラント等での圧縮気体の使用量は、プラントの稼働状況に応じて変動する。圧縮気体の需要が圧縮装置の定格風量よりも下回った際にも、圧縮装置を安定して運転することが求められる。
圧縮装置の形式の中に、多段のターボ圧縮機を利用したものがある。ターボ圧縮機を所定の風量（サージング限界風量という。）以下で使用すると、ターボ圧縮機の回転が不安定になる現象（サージング現象という。）が発生することが知られている。従って、ターボ圧縮機は、所定の値以下に吐出風量を下げることができない。
そこで、ターボ圧縮機を使用した圧縮装置では、出口側にレシーバタンクを設け、需要が下がった際の吐出圧力の上昇を検知し、ターボ圧縮機が圧縮気体の吐出を停止する（無負荷運転という。）。時間が経過して、レシーバタンク内の圧縮気体が消費されレシーバタンクの圧力が低下すると、ターボ圧縮機が圧縮気体の吐出を再開する（負荷運転という。）。
圧縮装置の吐出風量と需要側の消費量とが近接している場合には、ターボ圧縮機が負荷運転と無負荷運転とを頻繁に繰り返す。
ターボ圧縮機の状態が無負荷運転の場合であっても、ターボ圧縮機は回転を続けているので、回転に伴う機械ロスが発生してしまうという不具合があった。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−８９２８７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように需要側の需要風量が圧縮装置の定格風量より下回った際に、圧縮装置の動力を今以上に下げて省エネルギーにしたいという要請があった。
【０００５】
本発明は以上に述べた問題点に鑑み案出されたもので、需要側へ圧縮気体を供給する圧縮装置をより省エネルギーにすることのできる手段を提供しようとする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る需要側へ圧縮気体を供給する圧縮装置を、定格運転時に定格回転数で駆動され負荷運転の状態で圧縮気体を吐出し無負荷運転の状態で圧縮気体を吐出しないターボ圧縮機を備え、
前記ターボ圧縮機の状態を前記負荷運転から前記無負荷運転にする際に、前記ターボ圧縮機の回転数を前記定格回転数から前記定格回転数より低い無負荷回転数に下げる、ものとした。
【０００７】
上記本発明の構成により、定格運転時に定格回転数で駆動されるターボ圧縮機が負荷運転の状態で圧縮気体を吐出し無負荷運転の状態で圧縮気体を吐出せず、前記ターボ圧縮機の状態を前記負荷運転から前記無負荷運転にする際に、前記ターボ圧縮機の回転数を前記定格回転数から前記定格回転数より低い無負荷回転数に下げる、ので、ターボ圧縮機の状態を前記無負荷運転にした際に駆動に伴う機械ロスを小さくすることができる。
【０００８】
さらに、本発明に係る圧縮装置は、予め上限圧力を定め、前記ターボ圧縮機の吐出圧力が前記上限圧力を上回ったときに、前記ターボ圧縮機の状態を前記負荷運転から前記無負荷運転にした後で、前記ターボ圧縮機の回転数を前記定格回転数から前記無負荷回転数に下げる、のが好ましい。
上記本発明の構成により、前記ターボ圧縮機の吐出圧力が前記上限圧力を上回ったときに、前記ターボ圧縮機の状態を前記負荷運転から前記無負荷運転にした後で、前記ターボ圧縮機の回転数を前記定格回転数から前記無負荷回転数に下げるので、吐出圧力の上限を維持でき、ターボ圧縮機の回転数をスムースに変化させることができ、また前記ターボ圧縮機の状態を前記無負荷運転にした際の駆動に伴う機械ロスを小さくすることができる。
【０００９】
さらに、本発明に係る圧縮装置は、前記ターボ圧縮機の状態を前記無負荷運転から前記負荷運転にする際に、前記ターボ圧縮機の回転数を前記無負荷回転数から前記定格回転数に上げる、のが好ましい。
上記本発明の構成により、前記ターボ圧縮機の状態を前記無負荷運転から前記負荷運転にする際に、前記ターボ圧縮機の回転数を前記無負荷回転数から前記定格回転数に上げるので、ターボ圧縮機の状態が無負荷運転である間の駆動に伴う機械ロスを小さくすることができる。
【００１０】
さらに、本発明に係る圧縮装置は、前記ターボ圧縮機の吐出した圧縮気体を一時貯留し需要側へ供給するレシーバタンクを備え、予め前記上限圧力より低い下限圧力を定め、前記レシーバタンクの圧力が前記下限圧力を下回ったときに、前記ターボ圧縮機の回転数を前記無負荷回転数から前記定格回転数に上げた後で、前記ターボ圧縮機の状態を前記無負荷運転から前記負荷運転にする、のが好ましい。
上記本発明の構成により、レシーバタンクが前記ターボ圧縮機の吐出した圧縮気体を一時貯留し需要側へ供給し、前記レシーバタンクの圧力が前記下限圧力を下回ったときに、前記ターボ圧縮機の回転数を前記無負荷回転数から前記定格回転数に上げた後で、前記ターボ圧縮機の状態を前記無負荷運転から前記負荷運転にするので、圧縮気体の圧力を所定の範囲に収めることができ、ターボ圧縮機の回転数をスムースに変更でき、また前記ターボ圧縮機の状態を前記無負荷運転にした際の駆動に伴う機械ロスを小さくすることができる。
【００１１】
さらに、本発明に係る圧縮装置は、前記ターボ圧縮機の状態を前記無負荷運転にしてから前記負荷運転にするまでの時間である無負荷時間が長くなると前記定格回転数と前記無負荷回転数との差が大きくなる、のが好ましい。
上記本発明の構成により、前記ターボ圧縮機の状態を前記無負荷運転にしてから前記負荷運転にするまでの時間である無負荷時間が長くなると前記定格回転数と前記無負荷回転数との差が大きくなるので、無負荷時間が長い場合にターボ圧縮機の回転数をより低くすることができ、より機械ロスを小さくすることができる。
【００１２】
また、上記目的を達成するため、本発明に係る需要側へ圧縮気体を供給する圧縮装置を、定格運転時に定格回転数で駆動され気体を吸入口から吸入し圧縮気体を吐出可能なターボ圧縮機と、一方の口から気体を受け入れ他方の口を前記ターボ圧縮機の前記吸入口に連通する吸気開閉弁と、を備え、前記吸気開閉弁を閉じる際に、前記ターボ圧縮機の回転数を前記定格回転数から前記定格回転数より低い無負荷回転数に下げるものとした。
【００１３】
上記本発明の構成により、定格運転時に定格回転数で駆動されるターボ圧縮機が気体を吸入口から吸入し圧縮気体を吐出可能であり、吸気開閉弁が一方の口から気体を受け入れ他方の口を前記ターボ圧縮機の吸入口に連通し、前記吸気開閉弁を閉じる際に、前記ターボ圧縮機の回転数を前記定格回転数から前記定格回転数より低い無負荷回転数に下げるので、吸気開閉弁を閉じた際に駆動に伴う機械ロスを小さくすることができる。
【００１４】
さらに、本発明に係る圧縮装置は、予め上限圧力を定め、前記ターボ圧縮機の吐出圧力が前記上限圧力を上回ったときに、前記吸気開閉弁を閉じた後で、前記ターボ圧縮機の回転数を前記定格回転数から前記無負荷回転数に下げる、のが好ましい、
上記本発明の構成により、前記ターボ圧縮機の吐出圧力が前記上限圧力を上回ったときに、前記吸気開閉弁を閉じた後で、前記ターボ圧縮機の回転数を前記定格回転数から前記無負荷回転数に下げるので、圧縮気体の上限を維持でき、ターボ圧縮機の回転数をスムースに変化させることができ、また吸気開閉弁を閉じた際に駆動に伴う機械ロスを小さくすることができる。
【００１５】
さらに、本発明に係る圧縮装置は、前記吸気開閉弁を開く際に、前記ターボ圧縮機の回転数を前記無負荷回転数から前記定格回転数に上げる、のが好ましい。
上記本発明の構成により、前記吸気開閉弁を開く際に、前記ターボ圧縮機の回転数を前記無負荷回転数から前記定格回転数に上げるので、前記吸気開閉弁が開である間の駆動に伴う機械ロスを小さくすることができる。
【００１６】
さらに、本発明に係る圧縮装置は、前記ターボ圧縮機の吐出した圧縮気体を一時貯留し需要側へ供給するレシーバタンクを備え、予め前記上限圧力より低い下限圧力を定め、前記レシーバタンクの圧力が下限圧力を下回ったときに、前記ターボ圧縮機の回転数を前記無負荷回転数から前記定格回転数に上げた後で、前記吸気開閉弁を開く、のが好ましい。
上記本発明の構成により、レシーバタンクが前記ターボ圧縮機の吐出した圧縮気体を一時貯留し需要側へ供給し、前記レシーバタンクの圧力が下限圧力を下回ったときに、前記ターボ圧縮機の回転数を前記無負荷回転数から前記定格回転数に上げた後で、前記吸気開閉弁を開く、ので圧縮気体の圧力を所定の範囲に収めることができ、ターボ圧縮機の回転数をスムースに変更でき、また前記吸気開閉弁が開である間の駆動に伴う機械ロスを小さくすることができる。
【００１７】
さらに、本発明に係る圧縮装置は、前記吸気開閉弁を閉じてから開くまでの時間である無負荷時間が長くなると前記定格回転数と前記無負荷回転数との差が大きくなる、のが好ましい。
上記本発明の構成により、前記吸気開閉弁を閉じてから開くまでの時間である無負荷時間が長くなると前記定格回転数と前記無負荷回転数との差が大きくなるので、無負荷時間が長い場合にターボ圧縮機の回転数をより低くすることができ、より機械ロスを小さくすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１９】
本発明の実施形態に係る需要側へ圧縮気体を供給する圧縮装置を説明する。図１は、本発明の実施形態に係る圧縮装置の配管系統図である。
【００２０】
圧縮装置１は、需要側へ圧縮気体を供給する装置であって、原動機２とトルク伝達機構３とターボ圧縮機４とクーラ５と吸入フィルタ６とレシーバタンク７と吸気開閉弁８と放風弁９とディフューザ１０と逆止弁１１と圧力センサ１２と制御装置１３と原動機ドライバ１４と送気配管１５とで構成される。
【００２１】
原動機２は、ターボ圧縮機４を回転駆動させるものであり、例えば、誘導式電動機である。誘導式電動機は、駆動電源の周波数により決まる回転数（例えば、３６００ｒｐｍ）で回転する。原動機２の駆動軸は、後述するトルク伝達機構３に連結する。
【００２２】
トルク伝達機構３は、原動機２の出力トルクをターボ圧縮機４へ伝達する機構であり、ブルギアとピニオンギアとを持つ。
ピニオンギアとブルギアとが互いに噛み合って回転する。
原動機２の駆動軸がブルギアの回転軸に連結する。
ターボ圧縮機４の回転軸がピニオンギアの回転軸に連結する。
トルク伝達機構３は、原動機２の回転を増速してターボ圧縮機４に伝達する。
【００２３】
ターボ圧縮機４は、定格運転時に定格回転数で駆動され、気体を吸入口から吸引し圧縮気体を吐出口から吐出することのできるターボ式の圧縮機である。
ターボ圧縮機４の運転状態には、負荷運転と無負荷運転とがある。
状態が負荷運転のとき、ターボ圧縮機４は圧縮気体を吐出する。状態が無負荷運転のとき、ターボ圧縮機は圧縮気体を吐出しない。
ターボ圧縮機４は、第１段ターボ圧縮機４ａと第２段ターボ圧縮機４ｂとで構成される。
第１段ターボ圧縮機４ａが吸入口から気体を吸入し、第１段ターボ圧縮機４ａと第２段ターボ圧縮機４ｂとが気体を順番に圧縮し、第２段ターボ圧縮機４ｂが吐出口から圧縮気体を吐出する。
第１段ターボ圧縮機４ａの回転軸がピニオンギアの回転軸の一方の端部に連結し、第２段ターボ圧縮機４ｂの回転軸がピニオンギアの回転軸の他方の端部に連結する。
サージング現象がターボ式の圧縮機に発生することが知られている。サージング現象は、ターボ式の圧縮機をサージング限界風量より低い風量で運転した時に運転が不安定になる現象である。
サージング限界風量は、ターボ圧縮機の回転数と吐出圧力により定まる。回転数が一定である場合、吐出圧力が高くなるとサージング限界風量も大きくなる。
【００２４】
クーラ５は、圧縮気体を冷却する冷却器であり、インタークーラ５ａとアフタークーラ５ｂとで構成される。
インタークーラ５ａは、第１段ターボ圧縮機４ａから吐出した圧縮気体を受け入れて、圧縮気体を冷却した後、第２段ターボ圧縮機４ｂへ送る。
アフタークーラ５ｂは、第２段ターボ圧縮機４ｂから吐出した圧縮気体を受け入れて、圧縮気体を冷却した後、レシーバタンク７へ送る。
【００２５】
吸入フィルタ６は、圧縮装置１が取り込む気体をフィルタリングする装置である。例えば気体が空気であれば、吸入フィルタ６の入口が大気に開放され、吸入フィルタ６の出口が後述する吸気開閉弁８の入口に連通する。
【００２６】
レシーバタンク７は、圧縮気体を一時貯留した後、圧縮気体を需要側へ送る容器である。
レシーバタンク７の入口が、逆止弁１１の出口と連通する。
レシーバタンク７の出口が、送気配管１５と連通する。
圧縮気体がレシーバタンク１０で一時貯留するので、需要側へ送られる圧縮気体の圧力が安定する。
【００２７】
吸気開閉弁８は、一方の口から気体を受け入れ他方の口をターボ圧縮機７の吸気口に連通する開閉弁であり、例えばインレットガイドベーンである。開閉弁は、電気信号を受けると、その電気信号に対応して開口を開き、圧縮気体を通過させる。吸気開閉弁８は、ターボ圧縮機７へ吸気する気体の風量を調整する。吸気開閉弁８の入口が吸入フィルタ１１の出口に連通し、吸気開閉弁８の出口が第１段ターボ圧縮機４ａの吸気口に連通する。
吸気開閉弁８を開くと、ターボ圧縮機４が気体を吸気口から取り込まんで圧縮し、圧縮気体を吐出口から吐出する。この状態を負荷運転という。
吸気開閉弁８を閉じて全閉にすると、気体がターボ圧縮機４に取り込まれず、ターボ圧縮機４が空回りし、圧縮気体を吐出しない。この状態を無負荷運転という。
【００２８】
放風弁９は、一方の口にターボ圧縮機の吐出口からの圧縮気体を受け入れ、連他方の口から気体を放出する開閉弁である。例えば、開閉弁はオン信号を受けると全開し、オフ信号をうけると全閉する。
放風弁９が、一方の口をアフタークーラ５ｂの出口に連通し、他方の口を後述するデフューザ１０の入口に連通する。
吸気開閉弁８を全閉したときに、放風弁９の開度を大きくするのが好ましい。
【００２９】
ディフューザ１０は、放風弁９から放風された圧縮空気を大気圧に拡散させる装置である。
ディフューザ１０の入口が放風弁９の出口に連通し、出口が吸入フィルタ６と吸気開閉弁８を連通する配管に連通する。
【００３０】
逆止弁１１は、圧縮気体の逆方向への送気を防止する弁である。逆止弁１１の入口はアフタークーラ９ｂの出口に連通し、逆止弁１１の出口はレシーバタンク７の入口に連通する。
従って、ターボ圧縮機４の状態が無負荷運転になり吐出圧力が下がっても、圧縮装置１へ気体が逆送される恐れがない。
【００３１】
圧力センサ１２は、ターボ圧縮機７の吐出圧を検出し、圧力信号を制御装置１３へ送るセンサである。
例えば、圧力センサ１２は、逆止弁１１とレシーバタンク７とを連通する配管の途中に設けられる。従って、逆止弁１１が閉止した場合は、圧力センサ１２の検知する圧力は、レシーバタンク７の圧力を表す。
【００３２】
制御装置１３は、圧縮装置１を制御する装置であり、例えば、マイコン制御盤である。
制御装置１３は、圧力センサ１２からの圧力信号を入力し、所定の手順に従って、吸気開閉弁８と放風弁９と原動機ドライバ１４とを制御する。
【００３３】
原動機ドライバ１４は、制御装置１３の指令を受けて原動機２をドライブする装置であり、例えば、インバータ盤である。
インバータ盤は、制御装置１３からの回転数指令を受けて、インバータによるＰＷＭ制御により周波数を変化させた駆動電源を供給し主電動機２を所定の回転数で回転させる。
【００３４】
送気配管１５は、圧縮装置の供給する圧縮気体を需要側へ送気する配管である。送気配管１５の一方の端部がレシーバタンク７の出口に連通し、送気配管１５の他方の端部が需要側の受け入れ口に連通する。
【００３５】
次に、本発明の実施形態に係る圧縮装置の制御と作用を説明する。図２は、本発明の実施形態に係る圧縮装置の風量−圧力グラフ図である。図３は、本発明の実施形態に係る圧縮装置のタイムチャート図である。
【００３６】
原動機２が回転すると、第１段ターボ圧縮機４ａと第２段ターボ圧縮機４ｂとが回転する。
気体が、吸入フィルタ６から吸い込まれ、吸気開閉弁８を通って第１段ターボ圧縮機４ａの吸入口へ入る。気体は、第１段ターボ圧縮機４ａと第２段ターボ圧縮機４ｂとを順に通って、圧縮される。圧縮されたために昇温した圧縮空気は、インタークーラ５ａで冷却される。
第２段ターボ圧縮機４ｂを出た圧縮気体は、アフタークーラ５ｂを経て、レシーバタンク７へ入る。圧縮気体は、需要要求に応じて、送気配管１５を経て、需要側へ送られる。
【００３７】
制御装置１３は、圧力信号を入力し、圧縮装置を低圧制御または非サージ制御する。以下に、低圧制御と非サージ制御とに分けて制御を説明する。
図２では、ａ領域が圧縮装置の起動時の状態を示し、ｂ領域が需要側の消費気体量が定格風量よりも大きい場合を状態を示し、ｃ領域が定圧制御している状態を示し、ｄ領域とｅ点とが非サージ制御をしている状態を示す。
（定圧制御）
定圧制御の目的は、需要側の消費気体量の変動にあわせてターボ圧縮機の吐出風量を制御し、常にターボ圧縮機の吐出圧力を一定の値に保ち、ターボ圧縮機を安定して運転することである。
図２のｃ領域が、サージング現象が生じない範囲で、吐出風量を調整して吐出圧力を一定にする様子を示している。この吐出圧力を定圧圧力と呼ぶ。
制御装置１３は、圧力信号が予めセットされた定圧圧力になるように、吸気開閉弁８の開度を調整し、ターボ圧縮機４の吐出風量を増減させる。
定圧圧力は、ターボ圧縮機の仕様圧力またはこれ以下の希望使用圧力である。
需要側の消費気体量が減少すると、ターボ圧縮機の特性曲線に応じて吐出圧力が上昇する。制御装置１３は、この吐出圧力の上昇を検知し、吐出圧力が定圧圧力になるように吸気開閉弁８の開度を小さくする。ターボ圧縮機の吐出風量が減少し、吐出圧力が定圧圧力になる。
【００３８】
（非サージ制御）
非サージ制御の目的は、需要側での消費気体量が減少して、ターボ圧縮機の運転点がサージング領域に近づいた時に、吐出風量がサージ防止設定ラインを越えて少なくならないように吸気開閉弁を調製して、ターボ圧縮機のサージング現象の発生を防止することである。
予め、上限圧力Ｐｎと下限圧力Ｐｌとを定める。上限圧力Ｐｎは、定圧圧力より高い圧力である。下限圧力Ｐｌは、定圧圧力よりも低い圧力である。従って、下限圧力Ｐｌは、上限圧力Ｐｈよりも低い。
さらに、予め中間圧力Ｐｍを定める。中間圧力Ｐｍは、定圧圧力よりも低く下限圧力Ｐｌよりも高い圧力である。
図２のｄ領域が、非サージ制御をしている様子を示している。サージラインＸは、ターボ圧縮機の理論上のサージング現象をおこす境界である。サージコントロールＹは、サージラインにマージンを付加した制御用の設定ラインである。
制御装置１３は、吐出流量の低下を電動機の電流でとらえターボ圧縮機４の電流がサージ防止設定値以下となった場合に、吐出流量を確保するために、吸気開閉弁８の開度を徐々に増加させる。
サージ防止設定値は、吐出圧力が変化すればそれに応じて変化する。その設定値は、ターボ圧縮機特有のサージラインＸから求められ、検出している現在の吐出圧力から自動的に算出し、安全マージンを加えて得られる。
【００３９】
需要側の気体消費量がさらに減少し、吐出圧力が上限圧力Ｐｈを上回ると、ターボ圧縮機４の状態を無負荷運転にして圧縮気体を吐出しない様にする。
図２のｅ点が、吐出圧力が上限圧力Ｐｈを上回る状態を示している。
例えば、吸気開閉弁８を閉じると、ターボ圧縮機４へ吸気される気体が微小またはゼロになり、ターボ圧縮機４は空回りして無負荷運転の状態になる。
ターボ圧縮機４の状態が無負荷運転になった後で、ターボ圧縮機４の回転数を無負荷回転数にする。無負荷回転数は、定格回転数より低い予め定められた回転数である。
例えば、吸気開閉弁８を閉じて、所定の時間Ｔ１（例えば、２〜３秒）が経過してから、インバータ盤１４に指令を送り主電動機２の回転数を下げ、ターボ圧縮機４の回転数を無負荷回転数にする。
無負荷回転数は定格回転数よりも低いので、無負荷運転中のターボ圧縮機とトルク伝達機構と原動機の機械ロスが小さくなる。
【００４０】
ターボ圧縮機４の状態が無負荷運転になると、ターボ圧縮機の吐出圧力がレシーバタンク７の圧力よりも低くなり、逆止弁１１が閉止する。
需要側がレシーバタンク７に貯留された圧縮気体を需要側へ送気するにつれて、レシーバタンク７の圧力が低下する。
レシーバタンク７の圧力が下限圧力Ｐｌを下回ると、ターボ圧縮機４の状態を負荷運転にし、その際にターボ圧縮機４の回転数を定格回転数にする。
例えば、圧力センサ１２の検出する圧力が中間圧力Ｐｍになると、インバータ盤１４に指令を送り主電動機２の回転数を上げて、ターボ圧縮機４の回転数を定格回転数にする。
時間の経過と共に、レシーバタンク７の圧力が低下する。圧力センサ１２の検出する圧力が下限圧力Ｐｌになると、吸気開閉弁８を開いてターボ圧縮機４を負荷状態にする。
図２において、ａ領域が吸気開閉弁８を開いてターボ圧縮機４を負荷状態にする状態を表している。
【００４１】
ターボ圧縮機４の状態を前記無負荷運転にしてから前記負荷運転にするまでの時間である無負荷時間Ｔｍが長くなると前記定格回転数と前記無負荷回転数との差が大きくなるのが好ましい。
例えば、制御装置１３は、ターボ圧縮機４の状態を前記無負荷運転にしてから前記負荷運転にするまでの時間を無負荷時間として予め記録し、その無負荷時間に対応して、無負荷時間が長くなると前記定格回転数と前記無負荷回転数との差が大きくなる様に、無負荷回転数を予め設定する。
【００４２】
発明者らの試算によれば、ターボ圧縮機とトルク伝達機構と原動機の機械ロスは、定格動力の２０〜３０％である。機械ロスは回転数の２乗に比例するので、無負荷回転数を定格回転数の１／２すれば、機械ロスは１／４に低下し、大きな省エネルギー効果が期待できる。
【００４３】
上述の実施形態の圧縮装置を用いれば、以下の効果を発揮できる。
圧力センサが上限圧力Ｐｈに達したときに、吸気開閉弁８を閉じて、ターボ圧縮機の回転数を無負荷回転数に下げるので、ターボ圧縮機４が空運転をしている際の、ターボ圧縮機４とトルク伝達機構３と主電動機２の回転に伴う機械ロスを下げることができる。
また、上限圧力Ｐｈを適正に設定することで、サージング現象がターボ圧縮機に生ずるのを未然に防ぐことができる。
また、ターボ圧縮機と需要側の間にレシーバタンクを設け、圧力センサが下限圧力を下回ったときに、ターボ圧縮機の回転数を負荷回転数に上げて、吸気開閉弁を開くので、需要側への圧縮気体の供給がすくない時に、ターボ圧縮機４の機械ロスを小さくできる。
また、無負荷時間Ｔｍが長くなるにつれて無負荷回転数を低くなるように、無負荷回転数を予め定めるので、需要側への圧縮気体の供給が少ない時に、よりターボ圧縮機４の機械ロスを小さくできる。
また、圧力センサ１２が上限圧力Ｐｈに達したときに、吸気開閉弁８を閉じ、所定時間が経過した後に、ターボ圧縮機の回転数を無負荷回転数に下げるので、ターボ圧縮機の回転数をスムースに下げることができる。
また、圧力センサ１２が中間圧力Ｐｍに達したときに、ターボ圧縮機の回転数を負荷回転数に上げ、所定時間が経過して圧力センサ１２が下限圧力Ｐｌに達したときに、吸気開閉弁８を開くので、ターボ圧縮機の回転数をスムースに上げることができる。
【００４４】
本発明は以上に述べた実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で各種の変更が可能である。
原動機が主電動機であり、原動機ドライバがインバータ盤である例で説明したがこれに限定されず、例えば、ポールチェンジ可能な電動機を採用しポールチェンジにより回転数を変化させても、可変速機能を持つトルク伝達機構を設けて原動機とターボ圧縮機の間の増速比を変化させてもよい。
また、下限圧力と定圧圧力の間に位置する圧力である中間圧力を予め定め、
レシーバタンクの圧力が中間圧力を下回ったときに、ターボ圧縮機の回転数を無負荷回転数から定格回転数に上げ、さらに、レシーバタンクの圧力が下限圧力を下回ったときにターボ圧縮機の状態を無負荷運転から負荷運転にする様に説明したが、これに限定されず、レシーバタンクの圧力が下限圧力を下回ったときに、ターボ圧縮機の回転数を無負荷回転数から定格回転数に上げ、所定の時間が経過した後でターボ圧縮機の状態を無負荷運転から負荷運転にしてもよい。
また、放風弁のあとにディフューザを設けて、ディフューザの出口を吸入フィルタ６と吸気開閉弁８を連通する配管に連通する例で説明したがこれに限定されず、放風弁の後に放風サイレンサーを設け、放風サイレンサーの出口を大気に開放してもよい。
また、負荷制御において、吸気開閉弁の開度を調整して吐出圧力を一定にしたがこれに限定されず、吸気開閉弁の開度を一定にしてもよい。（これを全負荷制御という）
また、圧縮機が２段圧縮機の例で説明したがこれに限定されず、例えば、単段圧縮機、３段圧縮機、４段圧縮機、Ｎ段圧縮機でもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の需要側へ圧縮気体を供給する圧縮装置は、その構成により、以下の効果を有する。
ターボ圧縮機を無負荷運転にする際に、回転数を下げるので、ターボ圧縮機の状態を前記無負荷運転にした際に駆動に伴う機械ロスを小さくすることができる。
また、吐出圧力が上限圧力に達すると、ターボ圧縮機を無負荷運転にした後で回転数を下げるので、吐出圧力の上限を維持でき、ターボ圧縮機の回転数をスムースに変化させることができ、また前記ターボ圧縮機の状態を前記無負荷運転にした際の駆動に伴う機械ロスを小さくすることができる。
また、ターボ圧縮機を負荷運転にする際に、回転数を上げるので、ターボ圧縮機の状態が無負荷運転である間の駆動に伴う機械ロスを小さくすることができる。
また、前記レシーバタンクの圧力が前記下限圧力を下回ったときに、前記ターボ圧縮機の回転数を上げた後で、前記ターボ圧縮機を前記負荷運転にするので、圧縮気体の圧力を所定の範囲に収めることができ、ターボ圧縮機の回転数をスムースに変更でき、また前記ターボ圧縮機の状態が無負荷運転である間の駆動に伴う機械ロスを小さくすることができる。
また、無負荷時間が長くなると前記定格回転数と前記無負荷回転数との差が大きくなるので、無負荷時間が長い場合にターボ圧縮機の回転数をより低くすることができ、より機械ロスを小さくすることができる。
また、前記吸気開閉弁を閉じる際に、前記ターボ圧縮機の回転数を下げるので、吸気開閉弁を閉じた際に駆動に伴う機械ロスを小さくすることができる。
また、吐出圧力が前記上限圧力に達したときに、前記吸気開閉弁を閉じた後で、前記ターボ圧縮機の回転数を下げるので、圧縮気体の上限を維持でき、ターボ圧縮機の回転数をスムースに変化させることができ、また吸気開閉弁を閉じた際に駆動に伴う機械ロスを小さくすることができる。
また、前記吸気開閉弁を開く際に、前記ターボ圧縮機の回転数を上げるので、前記吸気開閉弁が開である間の駆動に伴う機械ロスを小さくすることができる。
また、前記レシーバタンクの圧力が下限圧力を下回ったときに、前記ターボ圧縮機の回転数を上げた後で、前記吸気開閉弁を開く、ので、圧縮気体の圧力を所定の範囲に収めることができ、ターボ圧縮機の回転数をスムースに変更でき、また前記吸気開閉弁が開である間の駆動に伴う機械ロスを小さくすることができる。
また、無負荷時間が長くなると前記定格回転数と前記無負荷回転数との差が大きくなるので、無負荷時間が長い場合にターボ圧縮機の回転数をより低くすることができ、より機械ロスを小さくすることができる。
従って、需要側へ圧縮気体を供給する圧縮装置をより省エネルギーにすることのできる手段を提供できる。
【００４６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る圧縮装置の配管系統図である。
【図２】本発明の実施形態に係る圧縮装置の風量−圧力グラフ図である。
【図３】本発明の実施形態に係る圧縮装置のタイムチャート図である。
【符号の説明】
１    圧縮装置
２    原動機（主電動機）
３    トルク伝達機構
４    ターボ圧縮機
４ａ  第１段ターボ圧縮機
４ｂ  第２段ターボ圧縮機
５    クーラ
５ａ  インタークーラ
５ｂ  アフタークーラ
６    吸入フィルタ
７    レシーバタンク
８    吸気開閉弁
９    放風弁
１０    ディフューザ
１１    逆止弁
１２    圧力センサ
１３    制御装置（マイコン制御盤）
１４    原動機ドライバ（インバータ盤）
１５    送気配管
【図１】
2005016414.tif 000003
【図２】
2005016414.tif 000004
【図３】
2005016414.tif 000005