(57)【要約】【課題】圧縮機が低回転数で回転するのを回避して圧縮機の長寿命化を図ることができるガス供給装置及びその制御方法を提供する。【解決手段】圧縮機７により圧縮されたガスを供給するガス供給装置１００において、圧縮機７から吐出されるガスが所定圧力となるように制御される圧縮機７の回転数が予め定めた下限側閾値を下回った場合に、この圧縮機７の吐出側のガスを吸込側に導くバイパス管２０に逃がして圧縮機７の吐出側のガス圧力を下げることで、圧縮機７の回転数を高くするようにした。【選択図】      図１
2005069013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機により圧縮されたガスを供給するガス供給装置において、
前記圧縮機の吐出側のガスを前記圧縮機の吸込側に導くバイパス管と、
このバイパス管に設けられたバイパス弁と、
前記圧縮機の回転数が予め定めた下限側閾値を下回った場合に、前記バイパス弁を開いて前記圧縮機の吐出側のガス圧力を下げる弁制御手段と、
前記圧縮機から吐出されるガスが所定圧力となるように前記圧縮機の回転数を制御する回転数制御手段と
を備えることを特徴とするガス供給装置
【請求項２】
前記バイパス管は分岐され、一の分岐管に前記バイパス弁が設けられ、他の分岐管にリリーフ弁が設けられることを特徴とする請求項１に記載のガス供給装置。
【請求項３】
前記回転数制御手段は、前記圧縮機の吐出側のガス圧力に基づいて、前記圧縮機の回転数を比例積分微分制御することを特徴とする請求項１又は２に記載のガス供給装置。
【請求項４】
前記回転数制御手段は、起動開始時からの経過時間に応じて前記圧縮機の回転数の上限値を切り換えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のガス供給装置。
【請求項５】
前記回転数制御手段は、起動開始時の前記上限値を、それ以降に設定する上限値よりも高い値に設定することを特徴とする請求項４に記載のガス供給装置。
【請求項６】
圧縮機により圧縮されたガスを供給するガス供給装置の制御方法において、
前記圧縮機から吐出されるガスが所定圧力となるように制御される前記圧縮機の回転数が予め定めた下限側閾値を下回った場合に、前記圧縮機の吐出側のガスを前記圧縮機の吸込側に導くバイパス管に逃がして前記圧縮機の吐出側のガス圧力を下げることを特徴とするガス供給装置の制御方法。
【請求項７】
前記圧縮機の回転数を、前記圧縮機の吐出側のガス圧力に基づいて比例積分微分制御することを特徴とする請求項６に記載のガス供給装置の制御方法。
【請求項８】
起動開始時からの経過時間に応じて前記圧縮機の回転数の上限値を切り換えることを特徴とする請求項６又は７に記載のガス供給装置の制御方法。
【請求項９】
起動開始時の前記上限値を、それ以降に設定する上限値よりも高い値に設定することを特徴とする請求項８に記載のガス供給装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機により圧縮されたガスをマイクロガスタービンなどのガス消費機器に供給するガス供給装置及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、都市ガス、ＬＰＧ、バイオガスなどのガスを、圧縮機で圧縮して所定圧力にし、このガスをマイクロガスタービン等のガス消費機器（負荷）に供給するガス供給装置が知られている（例えば、特許文献１）。この種のガス供給装置は、ガス消費機器に供給するガス圧力が略一定となるように、インバータ制御回路により圧縮機の回転数を制御している。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−１１０９９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種のガス供給装置は、起動時にガス圧力を所定圧力まで短時間で高めるために圧縮機の高速運転を実施する場合がある。しかしながら、この高速運転によりガス圧力が所定圧力まで高められてもガス消費機器側がガスを消費しなかった場合や、ガス消費機器側のガス消費量が急激に減少した場合、インバータ制御回路により圧縮機の回転数が安定回転困難な低回転数とされ、振動が生じるなどして圧縮機に故障や異常が発生するおそれがあった。
【０００５】
そこで、本発明は、圧縮機が低回転数で回転するのを回避して圧縮機の長寿命化を図ることができるガス供給装置及びその制御方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、圧縮機により圧縮されたガスを供給するガス供給装置において、前記圧縮機の吐出側のガスを前記圧縮機の吸込側に導くバイパス管と、このバイパス管に設けられたバイパス弁と、前記圧縮機の回転数が予め定めた下限側閾値を下回った場合に、前記バイパス弁を開いて前記圧縮機の吐出側のガス圧力を下げる弁制御手段と、前記圧縮機から吐出されるガスが所定圧力となるように前記圧縮機の回転数を制御する回転数制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成において、前記バイパス管は分岐され、一の分岐管に前記バイパス弁が設けられ、他の分岐管にリリーフ弁が設けられることを特徴とする。また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の構成において、前記回転数制御手段は、前記圧縮機の吐出側のガス圧力に基づいて、前記圧縮機の回転数を比例積分微分制御することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の構成において、前記回転数制御手段は、起動開始時からの経過時間に応じて前記圧縮機の回転数の上限値を切り換えることを特徴とする。また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の構成において、記回転数制御手段は、起動開始時の前記上限値を、それ以降に設定する上限値よりも高い値に設定することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項６に記載の発明は、圧縮機により圧縮されたガスを供給するガス供給装置の制御方法において、前記圧縮機から吐出されるガスが所定圧力となるように制御される前記圧縮機の回転数が予め定めた下限側閾値を下回った場合に、前記圧縮機の吐出側のガスを前記圧縮機の吸込側に導くバイパス管に逃がして前記圧縮機の吐出側のガス圧力を下げることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の構成において、前記圧縮機の回転数を、前記圧縮機の吐出側のガス圧力に基づいて比例積分微分制御することを特徴とする。また、請求項８に記載の発明は、請求項６又は７に記載の構成において、起動開始時からの経過時間に応じて前記圧縮機の回転数の上限値を切り換えることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の構成において、起動開始時の前記上限値を、それ以降に設定する上限値よりも高い値に設定することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳述する。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態に係るマイクロガスタービン用のガス供給装置を示す図である。
【００１４】
このガス供給装置１００は、都市ガス、ＬＰＧ、バイオガスなどのガスが供給されるガス入口１を有し、このガス入口１に供給されたガスを圧縮機７で圧縮し、一旦リザーバタンク１０に溜め、そこからガス消費機器（負荷）であるマイクロガスタービン（ＭＧＴ）１６に供給する装置である。
【００１５】
詳述すると、このガス供給装置１００は、ガス入口１から下流側に向けて低圧側圧力スイッチ２、塵埃除去用のストレーナ３、電磁弁（吸入遮断弁）４、逆止弁５が順に接続される。この逆止弁５には、ガス圧力を平衡圧とするバッファタンク６、レシプロ型圧縮機７が下流側に向けて順に接続され、更に逆止弁８、高圧側圧力スイッチ９、吐出圧力の脈動をなくすリザーバタンク１０が接続され、このリザーバタンク１０の出口にガス出口１３が設けられる。
【００１６】
低圧側圧力スイッチ２及び高圧側圧力スイッチ９は、内蔵する圧力センサ（不図示）にてガス圧力をそれぞれ検出し、各ガス圧力が予め定められた各閾値（設定値）を超えた場合にオンからオフへ、或いはオフからオンへ切り替わるスイッチである。これら圧力スイッチ２、９は、インバータ制御回路１５に接続される。
【００１７】
インバータ制御回路（回転数制御手段）１５は、圧縮機７の吐出側のガス圧力に応じて圧縮機７の回転数（回転周波数）を制御する。より具体的には、インバータ制御回路１５は、取得したガス圧力に基づき、取得したガス圧力と目標値との偏差ｅからＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ  Ｐｌｕｓ  Ｉｎｔｅｇｒａｌ  Ｐｌｕｓ  ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ：比例積分微分）演算を実行して圧縮機７の回転数を制御する。これにより、圧縮機７の吐出側のガス圧力を短時間でかつ精度良く目標値に近づけることができる。
【００１８】
また、このインバータ制御回路１５は、低圧側圧力スイッチ２及び高圧側圧力スイッチ９がオンの場合に圧縮機７を駆動する一方、オフになると圧縮機７の駆動を停止する。つまり、低圧側圧力スイッチ２及び高圧側圧力スイッチ９によってガスの吐出圧力の異常上昇や、吸込側ガスの圧力の異常低下を検出し、異常が検出された場合には圧縮機７を停止させて圧縮機７やガス消費機器の故障や異常を回避する。
【００１９】
本実施形態では、高圧側圧力スイッチ９が、検出したガス圧力に応じた値（例えば電圧値）の信号を出力する機能を具備し、インバータ制御回路１５は、この信号に基づいて圧縮機７の吐出側のガス圧力を取得する。なお、高圧側圧力スイッチ９に従来の圧力スイッチ（ガス圧力に応じてスイッチがオン／オフする機能のみの圧力スイッチ）を用いる場合は、圧縮機７の吐出側のガス圧力を検出する圧力センサを別途設け、インバータ制御回路１５が、この圧力センサを介してガス圧力を取得するようにすればよい。
【００２０】
また、このガス供給装置１００には、圧縮機７の吐出側のガスを圧縮機７の吸込側に導くバイパス管２０が設けられる。このバイパス管２０は、圧縮機７の吐出側のガスを逆止弁５とバッファタンク６との間に戻すため、このガスの脈動が逆止弁５の上流に影響を与えることが少なく、圧縮機７の吸込管内におけるガスの吸込流れに乱れを発生させることなく、圧縮機７から吐出されたガスの一部を吸込側に円滑に戻すことができる。
【００２１】
本実施形態では、このバイパス管２０を途中で複数本（例えば２本）に分岐し、一の分岐管（リリーフ回路）２２にリリーフ弁１２を設け、他の分岐管（バイパス戻し回路）２１にバイパスガス容量制御弁（バイパス弁）１１を設ける一方、このバイパスガス容量制御弁１１を制御する弁制御回路１７を設けている。この弁制御回路（弁制御手段）１７は、インバータ制御回路１５が制御する圧縮機７の回転数の情報を取得し、この情報に基づいてバイパスガス容量制御弁１１を制御する。
【００２２】
次に、本実施形態の動作を説明する。
【００２３】
このガス供給装置１００においては、電源が投入されて起動を開始すると、インバータ制御回路１５が、圧縮機７の回転数の上限値を予め定めた高速運転用設定値に設定し、ＰＩＤ制御によりガス圧力が所定圧力になるまで圧縮機７を高速運転する。そして、起動開始時から所定時間が経過すると、圧縮機７の回転数（回転周波数）の上限値を上記高速運転用設定値より低い値の通常運転用設定値に切り換える。
【００２４】
このように、起動時に高速運転を行うことで、起動開始時は低いガス圧力を短時間で高いガス圧力まで高めることができる。さらに、ＰＩＤ制御を行うことで、ガス圧力を短時間で精度良く目標値に近づけることができ、この結果、起動してから短時間で適正圧力のガスをガス消費機器に供給することができる。また、起動時以降は圧縮機７を高回転させて高負荷をかける場合を回避でき、圧縮機７の故障や不具合の発生を低減して長寿命化を図ることができる。
【００２５】
ところで、上記高速運転を行ってガス圧力を高めてもガス消費機器側がガスを消費しなかった場合やガス消費量が少ない場合、インバータ制御回路１５によって圧縮機７の回転数が圧縮機７に振動が生じる低い回転数に制御されるおそれがある。この場合、振動により圧縮機７に故障や異常が発生するおそれがある。
【００２６】
本実施形態では、弁制御回路１７が、インバータ制御回路１５が制御する圧縮機７の回転数の情報を取得して、この回転数が予め定めた下限側閾値を下回ったか否かを判別し、この下限側閾値を下回った場合にバイパスガス容量制御弁１１を開放する制御を行う。ここで、下限側閾値は、圧縮機７への耐久性への影響が少ない回転範囲の下限値若しくはこの下限値近傍の値に設定される。
【００２７】
これにより、圧縮機７の回転数が下限側閾値を下回った場合、圧縮機７から吐出されたガスの一部をバイパス管２０を介して吸込側に逃がし、圧縮機７の吐出側のガス圧力を下げることができる。吐出側のガス圧力が下げられると、インバータ制御回路１５は、ガス圧力を適正圧力にすべく圧縮機７の回転数を上げるので、圧縮機７の回転数を下限側閾値以上にすることができる。そして、弁制御回路１７は、インバータ制御回路１５が制御する圧縮機７の回転数が下限側閾値を上回ると、バイパスガス容量制御弁１１を閉じるようになっている。
【００２８】
一方、ガス消費機器側のガス消費が急激に減少する等の理由により圧縮機７の吐出側のガス圧力がＰＩＤ制御では対応し切れないほど急激に上昇した場合は、リリーフ弁１２が開いて、ガスの一部をバイパス管２０を介して吸込側に逃がす。これにより、ガス圧力の急激な上昇を抑制することができる。
【００２９】
また、リリーフ弁１２を開放しても圧力上昇が止まらない場合、ガス圧力が高圧側圧力スイッチ９がオフに切り替わる予め定めた閾値を超えると、高圧側圧力スイッチ９がオフとなり、インバータ制御回路１５により圧縮機７の駆動を停止する。この停止により圧縮機７の吐出側のガス圧力は降下に転じ、所定圧力に達した時点で高圧側圧力スイッチ９がオンとなり、圧縮機７の駆動が再開される。これにより、圧縮機７やガス消費機器に故障や異常が発生するのを確実に回避することができる。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態のガス供給装置１００は、圧縮機７の回転数が下限側閾値を下回った場合に、圧縮機７の吐出側のガスの一部をバイパス管２０を介して逃がしてガス圧力を下げて圧縮機７の回転数を高くするので、圧縮機７が下限側閾値以下の回転数で回転する場合を低減でき、圧縮機７が低い回転数で回転することによって生じる故障や異常を回避することができる。
【００３１】
また、起動開始時の圧縮機７の回転数の上限値を、それ以降に設定する上限値よりも高い値に設定することで、起動開始から短時間でガス圧力を高めることができると共に、それ以降に圧縮機７を高回転させる場合を回避でき、圧縮機７の故障や不具合の発生を低減することができる。従って、圧縮機７の長寿命化を図ることができる。
【００３２】
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、図１中における各回路構成Ａ、Ｂを別の回路構成としてもよい。
【００３３】
すなわち、図２は、バイパスガス容量制御弁１１からバッファタンク６への戻り部（回路構成Ａ）の各種変形例を示す。各種変形例において、ストレーナ３、電磁弁４、逆止弁５に関し、図２Ａ〜図２Ｃに示すように、種々の組み合わせが可能になる。図２Ａでは、ストレーナ３が省略され、このストレーナ３は、電磁弁４に内蔵されている。図２Ｂでは、電磁弁（吸入遮断弁）４が省略される。この場合、圧縮機７の停止と共に、この圧縮機７でガスが遮断される。図２Ｃでは、ストレーナ３と電磁弁（吸入遮断弁）４が省略され、逆止弁５にストレーナが内蔵される。この場合、図２Ｂと同様に、ガス遮断に関し、圧縮機７の停止と共に、この圧縮機７でガスが遮断される。図２Ａ〜図２Ｃでは、上述した合流管２３が、バッファタンク６の頂部に接続されている。この構成によると、圧縮機７の吸込側に戻される燃料ガスが、直接、バッファタンク６に戻されるため、燃料ガスの吐出脈動が、圧縮機７の吸込管内に殆ど影響を与えることがなく、燃料ガスの吸込流れに乱れを発生させる恐れが解消される。
【００３４】
図３は回路構成Ｂの変形例である。図１の例では、リリーフ弁１２を経たガスを圧縮機７の吸込側に戻したが、この変形例に示すように、リリーフ弁１２を経たガスを大気開放させてもよい。また、吐出圧力の脈動を防止するリザーバタンク１０は、これを省略してもよい。
【００３５】
また、上記実施形態では、起動開始時からの経過時間に応じて圧縮機７の回転数の上限値を２段階に切り換える場合について説明したが、３段階以上に切り換えてもよい。これにより、ガス昇圧時間の短縮化と、圧縮機７の保護との両立をより最適制御することが可能となる。
【００３６】
また、上記実施形態では、マイクロガスタービン用のガス供給装置１００に本発明を適用する場合について説明したが、他のガス消費機器にガスを供給するガス供給装置に広く適用が可能である。
【００３７】
また、本発明は、バイパスガス容量制御弁１１を制御するためのプログラムや、起動開始時からの経過時間に応じて圧縮機７の回転数の上限値を切り換えるためのプログラムを、磁気記録媒体、光記録媒体、半導体記録媒体などのコンピュータが読み取り可能な記録媒体に格納し、コンピュータが記録媒体からこのプログラムを読み取って実行するようにしてもよい。また、このプログラムをネットワーク上のサーバなどからダウンロードできるようにしてもよい。
【００３８】
【発明の効果】
上述したように本発明は、圧縮機が低回転数で回転することによって生じる故障や異常を回避することができる。また、起動開始から短時間でガス圧力を高めることができると共に、起動時以降に圧縮機を高回転させる場合を回避でき、圧縮機の故障や不具合の発生を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるガス供給装置の一実施形態を示す図である。
【図２】Ａ〜Ｃは、バイパスガス容量制御弁からバッファタンクへの戻り部の各種変形例を示す回路図である。
【図３】リリーフ弁を経たガスの戻り部の変形例を示す回路図である。
【符号の説明】
１  ガス入口
２  低圧側圧力スイッチ
３  ストレーナ
６  バッファタンク
７  圧縮機
８  逆止弁
９  高圧側圧力スイッチ
１０  リザーバタンク
１１  バイパスガス容量制御弁
１２  リリーフ弁
１３  ガス出口
１５  インバータ制御回路
１７  弁制御回路
２０  バイパス管
１００  ガス供給装置
【図１】
2005069013.tif 000003
【図２】
2005069013.tif 000004
【図３】
2005069013.tif 000005