(57)【要約】本発明は、圧縮空気を生成して配給するシステムに関する。該システムは、少なくとも一つの圧縮機（１）であって、該圧縮機に接続された、空気の取込みのための吸入管（２）、および前記少なくとも一つの圧縮機によって圧縮された空気のための送出管（３）を有する圧縮機（１）と、使用現場（５、６）に空気を配給するための、前記送出管（３）に接続された配給配管（４）とを有する。このシステムは、本発明により、さらに、吸入管（２）と少なくとも一つの使用現場（５）との間に配置され、該使用現場で減圧された空気を受取り、該空気を前記少なくとも一つの圧縮機（１）に送り返す戻り管（７）を有する。
2004522081.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮空気を生成して配給するシステムであって、
少なくとも一つの圧縮機（１；２１）であって、該圧縮機に接続された、空気の取込みのための吸入管（２；２２）、および前記少なくとも一つの圧縮機によって圧縮された空気のための送出管（３；２３）を有する圧縮機（１；２１）と、使用現場（５、６；２５）に空気を配給するための、前記送出管（３；２３）に接続された配給配管（４；２６）と、
を有するシステムにおいて、
さらに、吸入管（２；２２）と少なくとも一つの使用現場（５；２５）との間に配置され、該使用現場（５；２５）で減圧された空気を受取り、該空気を前記少なくとも一つの圧縮機（１；２１）に送り返す戻り管（７；２７）を有する、
ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
圧縮空気を生成して配給するシステムであって、
少なくとも一つの圧縮機（１；２１）であって、該圧縮機に接続された、吸入空気の取込みのための手段（２；２２）、および前記少なくとも一つの圧縮機によって圧縮された空気のための送出導管（３；２３）を有する圧縮機（１；２１）と、使用現場（５、６；２５）に空気を配給するための、前記送出導管（３；２３）に接続された配給配管（４；２６）と、
を有するシステムにおいて、
使用現場で減圧された空気を受取り、該空気を前記少なくとも一つの圧縮機（１；２１）に送り返す戻し手段（７；２７）を有する、
ことを特徴とするシステム。
【請求項３】
前記少なくとも一つの圧縮機（１；２１）の配送圧力が１５ｂａｒ以下であり、前記圧縮空気の加圧露点があらかじめたとえば＋２℃、−２０℃、または−４０℃と定められていることを特徴とする請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
さらに、前記システムを出て行った空気の補充のための手段（９〜１３；２４）を有することを特徴とする請求項１または２に記載のシステム。
【請求項５】
さらに、前記システムを出て行った空気の量を測定するための手段（１３；２４）を有することを特徴とする請求項１から４の中のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項６】
補充空気の加圧露点があらかじめたとえば＋２℃、−２０℃、または−４０℃と定められていることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
補充空気が、水分を含む未処理空気であることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項８】
さらに、補充空気の水分を減少させるため、たとえば乾燥機（９）などの手段を有することを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
戻り管（７；２７）が加圧されることを特徴とする請求項１および３から８の中のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項１０】
吸入空気の取込みのための手段（２）が吸入管（２）であることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項１１】
戻し手段が戻り管（７；２７）であることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項１２】
戻り管（７；２７）が吸入管（２；２２）と少なくとも一つの使用現場（５；２５）との間に配置されていることを特徴とする請求項２、１０および１１の中のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項１３】
戻し手段（７；２７）が加圧されることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、
圧縮空気を生成して配給するシステムであって、
少なくとも一つの圧縮機であって、該圧縮機に接続された、空気の取込みのための吸入管と、前記少なくとも一つの圧縮機によって圧縮された空気のための送出管とを有する圧縮機、および使用現場に空気を配給するための、前記送出管に接続された配給配管、
を有するシステム、
に関する。
【０００２】
また、本発明は、
圧縮空気を生成して配給するシステムであって、
少なくとも一つの圧縮機であって、該圧縮機に接続された、吸入空気の取込みのための手段と、前記少なくとも一つの圧縮機によって圧縮された空気のための送出導管とを有する圧縮機、および使用現場に空気を配給するための、前記送出導管に接続された配給配管、
を有するシステム、
に関する。
【０００３】
本発明は、たとえば、通常の圧力レベルが１０〜１５ｂａｒ以下であり、圧縮空気の加圧露点（ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ  ｄｅｗ  ｐｏｉｎｔ）が意図する用途に全般に適しており（すなわち、−４０℃ということさえある）、またマニホールドと配給配管との長さが数キロメートルでありうる産業用および装置用空気システムに関する。
【背景技術】
【０００４】
前記の通常の圧縮空気システムの場合、使用後、圧縮された後処理済みの空気は環境中に放出される。したがって、圧縮機は、一般に、吸入管を通じて環境から圧縮のための未処理空気を得ることになる。吸入空気はほこり粒子を含んでいるので、通常は吸入フィルターでまず最初にろ過してから、圧縮機に取り入れて使用するようにする必要がある。ろ過においては、フィルターの細かさとフィルターの汚れの程度とに応じて吸入管にある程度の負圧が発生し、そのため圧縮機で必要とするエネルギー量がある程度増大する。さらに、吸入フィルターはサービスと保守を必要とし、したがって圧縮空気の生成に余分の費用がかかる。また、吸入空気は、腐食性ガス成分を含んでいることも多く、該成分は吸入空気とともに圧縮機にはいり、圧縮時の加熱および濃度上昇に際して、圧縮機の空気圧縮スペースで腐食を引起しうる。
【０００５】
この点に関して、特に好ましくない状況は、油が腐食から保護しない、非潤滑式すなわち乾式のスクリュー圧縮機およびピストン圧縮機の場合に存在する。この腐食の問題を排除するためには、これらの圧縮機の内部部品を耐食性の材料で製造する。たとえば、非潤滑スクリュー圧縮機のスクリューユニットを、ケブラーその他の被膜で被覆するか、またはスクリューユニットを耐食性の材料で製造する。したがって、これらの圧縮機の価格は、たとえば、スクリュー要素の製造費が高くなるために、高くなる。
【０００６】
潤滑式のスクリュー圧縮機およびロータリー圧縮機においても、異物ガス要素が循環する冷却・シール用油に紛れ込んで、その特性を低下させ、したがって潤滑が劣化しうる。これが、油を割合にしばしば交換する必要があることの原因である。潤滑の場合、油は、多くの特殊な性質を有する必要があるため、割合に高価である。そのため、圧縮空気の生成には、たとえばスクリュー圧縮機で実施する場合、かなりの固定費と変動費とがかかる。
【０００７】
吸入空気は常に水分を含んでいる。空気は常に水蒸気を含んでいるからである。圧縮空気を使用するには、水分を除去しなければない、最大加圧露点がたとえば−２０℃、すなわち圧縮空気がこの温度よりも高い温度にあるとき配管内で水が凝結せず、したがって配管が凍結しない、という使用条件が考えられる。この目的のために、圧縮空気システムは、除水システムといろいろなタイプの乾燥機とを備えて、必要な加圧露点が実現されるようにしている。同じ目的のために、かなりの数の他の要素、たとえばいろいろなタイプの減水器（ｗａｔｅｒ  ｒｅｄｕｃｅｒ）、圧縮空気の温度を下げるためのアフタークーラー、およびいろいろなタイプのフィルター、が必要になる。これらの数は、たとえば圧縮機のタイプによる。除去される水の量は非常に大きくなることがあり、たとえば２４時間あたり１００リットルとなることがある。
【０００８】
たとえば油潤滑式圧縮機は、一般にいつでも、吸着乾燥機そのものの前に外部（圧縮機パッケージのあとに配置された）粗大および微細油分離フィルターを有する。さらに、これらの圧縮機の一部は、圧縮機パッケージ内にはいり込んだ液滴およびエアゾール油を分離するための内部分離フィルターを有する。多用される吸着乾燥機のあとに、ほこり分離フィルターも配置され、また場合によっては活性炭フィルターおよび細菌フィルターも配置される。油潤滑式スクリュー圧縮機は、圧縮機の油冷却器（ｏｉｌ  ｃｏｏｌｉｎｇ）から圧縮空気にはいり込んだ油と凝結水とを互いに分離するための油トラップ（油脂分離器）をも有する。凝結水は、この段階ではある程度の油残留分を含んでいるが、通常は、下水管に送られる。油トラップは、吸入空気とともに運ばれうる水汚染物質は除去しない。
【０００９】
前述のことは、圧縮空気の後処理と呼ばれており、この処理においては、固体粒子、油、および水が圧縮空気から除去される。これに使用される装置は、圧縮空気後処理システムと呼ばれている。もっとも普通の後処理システムは、きわめて普通に使用されるオイルシール式スクリュー圧縮機システムに見られる。この後処理システムの実質的に最も重要な要素は、乾燥機であるが、いくつかのフィルターその他の装置も油除去のために必要である。各ケースにおいて後処理中に前記物質を除去する程度は、必要な圧縮空気品質等級（ＩＳＯ  ８５７３ 標準規格による）に応じて変えられる。
【００１０】
圧縮空気の後処理は、圧縮空気の価格の約２５％を占める。これは、固定費をも含むが、主として変動費であり、そのうちではエネルギーの占める割合が大きい。たとえば、フィルターは、汚れの程度によるが、一般に、１，５００ｋＰａの総圧力損失を生じ、これは圧縮空気の生成に必要なエネルギーが約１０％増大することを意味する。圧縮機をこの圧力損失の大きさだけ大きな配送圧力で運転しなければならないからである。この後処理装置は多大のサービスと保守とを要し、したがって変動費が増大する。
【００１１】
潤滑式圧縮機、特にオイルシール式スクリュー圧縮機およびロータリー圧縮機の場合、圧縮空気の温度をあるレベル以下に下げることはできない。温度を下げすぎると、圧縮空気とともに吸入管からやってくる湿り空気が圧縮機内で凝結して水になり、冷却とシールのために使用している油がローターの回転につれて水とかき混ぜられて乳濁液になるからである。この乳濁液はペースト状であって、フィルターを詰まらせ、油トラップが必要な動作をしなくなる。油と水が、この装置では分離できない混合物を形成するからである。何もしないままにすると、時間の経過により、圧縮空気の生成が停止することになり、工場の生産操業が停止するということが起こりうる。
【００１２】
この理由により、これらの圧縮機においては、吸入空気の温度と圧縮機からの送出空気との温度を、吸入空気の温度にもよるが、一般に少なくとも＋６０℃に保たなければならない。そのため、圧縮空気の冷却を制御して、言い換えると、ローター間のスペース内に噴霧される低温冷却油の温度および／または体積流量を制御して、圧縮すべき空気の温度が低下しすぎないようにしなければならなくなる。これはまた、この圧縮機における圧縮過程が等エントロピー的であり、等エントロピー指数（ｉｓｅｎｔｒｏｐｉｃ  ｅｘｐｏｎｅｎｔ）が約１．３である、ということを意味する。この圧縮は、最小量のエネルギーしか必要とせず定温で実施される理想的な圧縮過程、言い換えると等温圧縮過程とは大きく異なるものである。これは圧縮機の比エネルギー消費量が大きいということを意味する。これらの圧縮機の等温効率はおそらく７０％の程度であり、したがってこれらの圧縮機においては、定温での理想的な圧縮に比して、約３０％分余計なエネルギーが消費されていることになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、前記問題が少なくとも大部分排除される圧縮空気システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この目的は、本発明により、圧縮空気を生成して配給するシステムであって、さらに、吸入管と少なくとも一つの使用現場との間に配置され、減圧された空気を受取り、該空気を前記少なくとも一つの圧縮機に送り返す戻り管を有する、ということを特徴とするシステムによって達成される。本発明のシステムの一つの実施態様は、使用現場で減圧された空気を受取り、該空気を前記少なくとも一つの圧縮機に送り返す戻し手段を有することを特徴とする。
【００１５】
このように、本発明の基本的なアイデアは、システム内で使用された空気の少なくとも一部をシステム内に残し、したがって何回の圧縮のあとでも乾燥させる必要がないようにするというものである。これは直接に費用節約をもたらす。システム内に残すことのできるシステム空気の量が大きいほど、節約も大きい。
【００１６】
本発明の圧縮空気システムにおいては、配給システムで使用された乾燥圧縮空気が（圧縮機）吸入空気として圧縮機に戻される。この圧縮すべき空気は、乾燥されていて高品質であり、オイルシール式および油冷却式スクリュー圧縮機およびロータリー圧縮機の圧縮熱の除去を、圧縮機内で圧縮が大体等温的に実施される程度まで、容易に改善することができる。ここでは、吸入空気の水分が圧縮機油の分離に伴う問題を引起しえないからである。このようにして、圧縮空気の生成に必要なエネルギー消費において、２０％までの節約が実現される。その他の利点としては、内部油分離システムを有するスクリュー圧縮機およびロータリー圧縮機における油分離の大きな改良がある。低い圧縮温度で噴霧された油は液滴またはエアゾールの形のまま残り、したがってすでに圧縮機の内部において圧縮空気からより容易に除去することができるからである。圧縮が等エントロピー的であり、したがって圧縮空気が高温である、従来の圧縮機の場合、油は蒸気として配管内にはいるため、油を完全に除去することはできず、またその油の量を減らすことだけでも特別なフィルターシステムが必要となる。
【００１７】
本発明の圧縮空気システムは完全に閉じたシステムとすることができるので、漏れがない場合には、外気とは異なるガスたとえば乾燥窒素ガスを媒質として使用することもできる。すべてのタイプの圧縮機が窒素ガスを圧縮することができる。システムに漏れがあれば、それは容易に検出・測定することができる。漏れは多くの方法で補うことができ、たとえば乾燥空気を生成する独立の小型圧縮機によって補うことができ、あるいは他の乾燥空気供給源がある場合、該供給源から補充空気を得ることによって補うことができる。その場合でも、乾燥空気循環をシステム内で維持することができる。
【００１８】
従来の開放型圧縮空気システムと異なり、水分が吸入空気とともにシステム内にはいるということがないので、安定した漏れのないシステムでは、後処理装置を必要としない。
【００１９】
オイルシール式スクリュー圧縮機の場合、油トラップも不要になる。その結果、圧縮機は低い圧力で運転することができる。従来の産業空気システムで１，５００ｋＰａもの大きさに達しうる、後処理装置の圧力損失がないからである。この圧力損失は、圧縮機生産量が約１０％低下するということを意味する。比エネルギーは、圧縮機の配送圧力が低下すると、大きく減少するからである。さらに、吸着乾燥機のエネルギー消費の大きな回復が不要になり、または冷却乾燥機の場合、冷却圧縮機の運転に必要な電気エネルギーが不要になる。
【００２０】
圧縮機の吸入空気接続部に接続できる戻り管も、明らかに機械的粒子を除去するための吸入空気フィルターを必要とせず、また腐食性ガスが吸入空気とともにシステムにはいるということがないので、圧縮機の内部部品が腐食されない。したがって、圧縮機を、非腐食保護の圧縮および排気（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）のスペースを有する安価な圧縮機とすることができる。吸入管から周囲に伝わる雑音も小さくなる。
【００２１】
圧縮空気生成用の圧縮機の吸入空気は通常できるだけ高い品質（すなわち、最小限のほこりしか含まず、腐食性ガスを含まず、内燃機関の排気ガスを含まない、その他）の空気を有する空間から取り込まれる。吸入管は、夏場の気温ができるだけ低い南または東に面する側に配置するのが最善である。これらの要因により、圧縮機または圧縮機中心の配置の選択が制限される。本発明の圧縮空気システムには、そのような制限は存在せず、圧縮機は自由にたとえば戸外に配置することができる。空気圧式の熱交換器を使用すれば、厳寒時でも故障の危険はない。この場合、圧縮すべき空気の加圧露点は十分に低いと考えられ、言い換えると、空気は乾燥していて、水が圧縮空気から凝結することはなく、また非常に低い氷点下の温度においてさえも凍結しない、と考えられる。
【００２２】
従来の圧縮空気システムの場合、圧縮空気後処理装置が所定の順序で必要になり、たとえば空気圧装置システムにおけるように加圧露点要件が−４０℃であり、オイルシール式スクリュー圧縮機が使用される場合が、そうである。この後処理装置は、吸入空気フィルター、圧力生成スクリューユニット、および二相油分離サイクロンとフィルターの組合せ、を含む一つのパッケージに一体化された圧縮機ユニット、ならびに圧縮空気タンク、油分離フィルター、微細な油分離フィルター、吸着乾燥機、およびほこりフィルターから成り、また場合によっては、活性炭フィルターと細菌フィルターとを有する。さらに、油トラップも必要である。本発明の圧縮空気システムは、該圧縮機がオイルシール式スクリュー圧縮機であり、吸入空気がその加圧露点が十分低くかつ機械的不純物を含まないように処理されるという特別なケースでの使用の場合、吸入空気フィルター、圧縮空気タンク、またはその他の圧力側フィルター（ｐｒｅｓｓｕｒｅ−ｓｉｄｅ  ｆｉｌｔｅｒ）を必要としない。この場合、吸着乾燥機と油トラップも不要である。したがって、すべての後処理装置が不要である。さらに、圧縮機の圧縮過程を、スクリュー要素の間で圧縮される空気に対する十分な油冷却の程度を改善することにより、大体等温的に実施することができる。これは、吸入空気に水分が含まれていないために、可能になる。この場合、圧縮機パッケージの内部油分離は、実質的にすべての油が分離されるように改良することができる。低圧縮温度であるため、油蒸気が発生しないからである。エネルギー節約のために、吸入管において大気圧よりも高い圧力を使用する場合、標準的な圧縮機、および循環圧縮機がブースター圧縮機である場合すなわち増圧圧縮機においては、簡単に吸入側の耐圧性を変えることができる。
【００２３】
本発明のシステムが漏れなしである場合、空気以外のガスを経済的に使用することもできる。そのようなガスの一つは窒素である。ここで述べるもののような閉じたシステムの場合、ガスを乾燥させるための手段は不要である。システムを使い始めるときにのみ、乾燥空気を使用することが必要になるか、またはシステムに送り込まれる空気を乾燥させるための別の手段が必要になる。
【００２４】
圧縮空気が戻り管に導かれる使用現場においても、本発明のシステムは、使用現場を通過したあと、空気圧が標準大気圧ではなく、該圧力よりもかなり高いような手順を可能にする。このとき、戻りサイクルに接続されるこのタイプの圧縮空気駆動装置は、最初１０ｂａｒの圧力を有し、そのあと３ｂａｒの圧力を有するようにすることができ、この場合この駆動装置の両側での圧力差は７ｂａｒである。圧縮機の特性により、圧縮空気圧を３ｂａｒから１０ｂａｒに上げる場合、圧縮空気圧を０ｂａｒから７ｂａｒに上げる場合に比して、エネルギーが約４０％少なくてすむ。このように、現場通過後、したがって圧縮機の吸入管において標準大気圧よりも高い圧力レベルを使用することにより、また、システムの運転費が大きく低下する。このことは、たとえば複動シリンダーの力がどちらの場合にも同じであるために、可能になる。
【００２５】
圧縮空気を回収できない圧縮空気駆動装置のため、たとえば吹出し、吹付け塗装、または空気圧パイプライン駆動のため、システムを完全には閉じることができない場合には、排出された空気を補充するための手段がシステムに必要である。そのような手段は、補充空気を供給するために前記少なくとも一つの圧縮機に接続された第二の吸入管とすることができ、この補充空気は、未処理の湿った戸外空気または乾燥された実質的に水分を含まない空気とすることができる。湿った空気を使用する場合、システムは乾燥機を必要とし、この湿った補充空気は、該乾燥機を通して、必要な露点を有するようにされる。この場合にも、システム内の空気の一部が置き換えられて乾燥される必要があるだけなので、システムの乾燥能力は、従来の圧縮空気システムの場合に比して、ずっと小さくてすむ。補充空気の取り込みは間欠的とすることができる。すなわち、戻り管の圧力が低下しすぎた場合にのみ、行われるようにすることができる。その場合、乾燥も間欠的に実施すればよく、運転費の大きな節約がもたらされる。
【００２６】
別の実施態様の場合、特に補充空気の必要量が大きい場合、吹出し駆動装置が必要とする空気は、乾燥機を有するおおもとの圧縮機によって供給される。この場合、循環圧縮機を有する閉じたシステムは、排出空気を補充できる駆動装置として使用することができる。この第二のシステムは、空気がすでに乾燥されているある領域の配給配管内にあるので、このシステムにおいては、乾燥機が不要である。このシステムの充填と該システムにおける漏れの適当な補充とは、従来システムの配給配管を使用して簡単に実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、圧縮空気を生成して配給する本発明のシステムについて、添付の図面を参照しつつ、さらに詳しく説明する。
【００２８】
図１は、例として、本発明のシステムの第一の実施形態の非常に簡単な略図を示す。この略図は、本発明にとって本質的な圧縮空気システムの要素のみを含む。したがって、簡明なように、圧縮空気システムの通常の、また場合によっては必要な装置、たとえば圧縮機で生成される空気のための後処理装置（たとえば、アフタークーラー、圧縮空気タンク、乾燥機、油分離器または他の固体粒子の分離装置）は示していない。
【００２９】
図１に概略を示すシステムは、接続された吸入管２および送出管３を有する圧縮機１を含む。送出管３は、圧縮空気配給配管４に接続され、該配管４は装置群５に至り、該装置群５からは送出空気を回収することができる。装置群５から、戻り管７が空気タンク８に導かれ、該タンク８は圧縮機１の吸入管２に接続されている。しかし、タンク８はこのシステムでは必ずしも使用する必要はなく、特に戻り管７の容積そのものが十分である場合にはそうである。このシステムが、破線と参照番号６で示す空気を回収できない駆動装置たとえば吹き出し駆動装置その他を有しない場合、このシステムは完全に閉じたシステムとすることができる。使用現場５に導かれた圧縮空気はそのあとすべて戻り管７によって回収され、圧縮機１に戻すことができる。このタイプのシステムは、通常の圧縮空気駆動装置においても、容易に使用することができる。たとえば、圧力低下した空気が排出される調節ユニットの制御弁から排出される空気を、循環圧縮機の戻り管に案内することが可能である。図１において、装置９は任意の適当な乾燥機を有する後処理装置を示し、必要であれば、圧縮空気は後処理のために該乾燥機を通すことができる。必要であれば、圧縮空気は該乾燥機を迂回することもできる。戻り管７、すなわち一つ以上の使用現場５で圧力低下した空気を受取り、該空気を少なくとも一つの圧縮機に戻すための手段は、この場合、圧縮空気を圧縮機の吸入側、すなわち吸入管に直接または間接に、戻す。吸入管は吸入空気を圧縮機に送るための手段である。図１において、戻り管７内の戻り空気はタンク８を通って吸入管にはいるので、たとえば、圧縮機が二段圧縮機である場合、戻り管内の戻り空気の戻りが、第一の圧縮機段と第二の圧縮機段との間の中間圧力タンクを通って、第二の圧縮機段の吸入側にいたるような実施形態を使用することができる。
【００３０】
本発明は、少なくとも一つの圧縮機１または２１を有する圧縮空気を生成して配給するシステムであって、該圧縮機が、吸入空気の取り込みのために該圧縮機に接続された手段２または２２、および前記少なくとも一つの圧縮機によって圧縮された空気のための送出導管３または２３、ならびに使用現場５、６、または２５に空気を配給するための、送出導管３または２３に接続された配給配管４または２６を有する、システムにおいても使用することができる。該システムは、さらに、使用現場で圧力低下した空気を受取り、該空気を前記少なくとも一つの圧縮機１または２１に送り返すための戻し手段７または２７を有する。吸入空気の取り込みのための手段２または２２は、吸入管２または２２から成り、戻し手段は戻り管７または２７から成る。
【００３１】
このシステムが完全に閉じていて、外部からの空気が必要でない場合、外部の水分はシステムにはいらず、したがってシステムが充填されたとき、十分に乾燥した空気を供給する乾燥機の必要がない。乾燥空気の充填は、適当な乾燥機を有する独立の充填システムによって実施することができ、あるいは生成時に水分を含まないように十分に乾燥された加圧空気を使用することによって実施することができる。図１のシステムはそのもっとも普通の形において、加圧ガスとして空気を収容しているが、駆動装置たとえば調節ユニットの構造により特に有利な場合には、このシステムの閉じた構造により、他のガスたとえば窒素を使用することもできる。
【００３２】
図１のシステムは原則的に乾燥機を有しておらず、その必要もないので、循環機能を有さず、システムの使用空気のすべてを常に乾燥させる必要のある従来のシステムに比して、圧縮空気生成費のうちの大きな部分たとえば四分の一を節約することができる。
【００３３】
図１のシステムでは、また、駆動装置の構造が高い圧力に適している場合、駆動装置の圧力レベルを上げることもできる。たとえば、このシステムを、圧縮機のあとの配給配管内での圧力がたとえば１４ｂａｒ、駆動装置のあとの戻り管内での圧力が７ｂａｒとなるように使用することができる。この場合、このシステムの圧縮機が必要とする電力は、このシステムを圧縮機のあとの圧力が７ｂａｒで戻り管内の圧力が０ｂａｒすなわち大気圧であるように使用した場合に必要とする電力のわずか約３０％になる。この数値は、システムの基底圧レベルを上昇させたときに実現できる費用節約の単なる一例である。しかし、通常の圧縮空気駆動装置は前記圧力での使用に適さないということにより、圧力レベルを前記のものよりも低く保たなければならないということがありそうである。いずれにしても、駆動装置のあとの所定の逆圧が大きくなるように通常の動作圧差を生成させることも大きな費用節約をもたらす。
【００３４】
図１の破線は、吹き出し駆動装置すなわち圧縮空気が回収できない駆動装置と想定される圧縮空気駆動装置６を示す。この場合、空気は該装置６を通ってシステムから逃げる。圧縮機１は、逃げた空気を補充するために、破線で示す第二の入口１０を備えている。通常の空気すなわち水分を含む空気がこの入口を通して取り込まれる場合、システムは、この補充空気の水分を除去するために、破線で示す、乾燥機を有する後処理装置９を備えていなければならない。このとき、やはり破線で示す弁１４が直接の管接続部３を閉鎖する。あらかじめ乾燥されている空気が入口１０に供給されるならば、もちろん乾燥機は必要でなく、あるいは乾燥機を迂回することができる。とにかく、後処理装置９の容量と水分除去能力とを著しく小さくすることができる。吹き出し駆動装置６が必要とする空気を乾燥するだけでよいからである。後処理装置９は、システムから空気を逃がす駆動装置が動作しているときだけ空気が後処理装置を通過するように、使用することもできる。すなわち、後処理装置は連続使用する必要がなく、これもエネルギーの節約になる。その場合、空気が後処理装置９を通らないために、圧力損失がない。
【００３５】
あるいは、吹き出し駆動装置６は、大部分の圧縮空気システム内に存在する漏れを表すと考えることもできる。システムがその他の点では完全に閉じている場合、システムの漏れは非常に容易かつ信頼性高く検出することができ、図１のシステムの漏れの大きさが測定できる。すなわち、管漏れが存在する場合、圧縮機１の配送圧力が一定に保たれているときには、圧縮機１の吸入側でただちに圧力低下が生じる。この圧力低下は容易に測定することができ、したがって、戻り管７とタンク８との合計容積が既知である場合には、システムから逃げる空気の量を決定することができる。可能な漏れ量または漏れ流量の簡単な測定は、従来の開放型圧縮空気システムに対する本発明の閉鎖型圧縮空気システムのもう一つの重要な利点となる。
【００３６】
起こりうる漏れは、圧縮機が第二の入口１０を有する場合、前記のやり方で補充することができる、あるいは後処理された乾燥空気を配給配管に供給することにより、補充することができる。図１の破線１１と１２がこの空気供給を示す。入口１１は使用現場５の前で配給配管に接続されており、入口１２は戻り管７に接続されている。前記の補充空気供給ルート１０、１１、および１２はすべて、ユニット１３にも接続されている。このユニット１３は計器であって、該ユニット１３を通過する空気体積流量および／または空気量を測定し、したがってシステムの漏れ流またはその量もしくは体積流量、または漏れと空気が回収できない駆動装置との両方によって消費される空気の体積流量または量、に関する情報を提供する。ユニット１３は、逆止弁、減圧弁、または圧力調節弁をも有し、必要であれば、該弁によって、外部空気供給源への接続部を、必要に応じて、開放または閉鎖することができ、あるいは補充空気が自動的にシステムにはいるようにすることができる。このシステムは、漏れを補充するために、図１に破線で示す代替ルートの一つを備えていなければならない。たとえば、入口１０を使用する場合、入口２は弁５０によって閉じられる。
【００３７】
上では、閉鎖システムにおいてどのように漏れが測定できるかということを説明した。同じ原理を、吹き出し駆動装置と起こりうる漏れとの両方によって消費される圧縮空気量または体積流量の測定にも使用することができる。吹き出し駆動装置によって必要とされる体積流量（これは市販の体積流量センサーによって簡単に測定される）が既知である場合、配管漏れ流量は、総体積流量から吹き出し駆動装置が必要とする体積流量を引くことによって得ることができる。したがって、配管漏れがないということがわかっている場合、この方法を、空気が回収できない駆動装置によって使用される圧縮空気体積流量または圧縮空気量を決定するのに使用することができる。
【００３８】
図２には、例として、本発明のシステムの第二の実施形態の非常に簡単な略図を示す。この図においては、システムの使用現場を、参照番号２５で示す。これらの現場においては、実質的に図１のそれに同じシステムが空気回収の可能な駆動装置２５のまわりに構築されている。このシステムは、配給配管２６を通して圧縮空気を駆動装置２５に供給する、吸入管２２と送出管２３とを有する少なくとも一つの圧縮機２１と、駆動装置を圧縮機２１の吸入管２２に接続する戻り管２７とを有する。吸入管２２は、たとえば、少なくとも一つの弁を有する装置２４によって工場の圧縮空気配給配管２０に接続されており、前記弁は、減圧弁または圧力調節弁とすることができ、必要であれば、該弁を通じて、追加の空気が吸入管２２内に送られる。
【００３９】
圧縮空気配給配管２０は、圧縮空気生成システムに属しており、該システムは、必要な場合、十分に大きな圧力たとえば８ｂａｒの、十分に低い露点を有する処理済み圧縮空気を供給する。この圧縮空気は、装置２４により、システムを充填するため、または起こりうる漏れを補充するために、圧縮機２１の吸入管２２に送り込むことができる。このとき、装置２４は、逆止弁、減圧弁、または圧力調節弁を有することができ、該弁によって、吸入管２２の圧力レベルをたとえば２ｂａｒに設定することができる。装置２４は、流量計をも有することができ、該流量計によって、補充空気の必要量すなわち圧縮機２１を含む閉鎖回路の漏れ量が、直接に決定される。前述のように、吸入管２２の圧力が２ｂａｒであり、圧縮機２１の配送圧力が９ｂａｒであるとすれば、７ｂａｒの圧力が使用現場２５に作用する。
【００４０】
配管２０内の空気はすでに乾燥しているので、装置２４によって接続されているこの閉鎖枝内に独立の乾燥機は必要でなく、圧縮機２１からの空気を空気回収のできる駆動装置２５に直接供給することができる。圧力低下した乾燥空気を、戻り管２７を通じて吸入管２２に戻すことにより、駆動装置２５を通って循環する空気の再乾燥の必要がなくなる。したがって、図２のシステムは、駆動装置２５からの空気の回収によって、図１のシステムに関して前述したものと同じ節約を実現する。
【００４１】
図２のシステムは、破線によって該システムに接続された要素をも有し、該要素は、圧縮機２１が何らかの理由で圧縮空気を生成できない状況に関係する。駆動装置２５の連続運転を確保すべき場合、安全構成が必要である。これは、重要な使用現場２５に対するいわゆる一次ネットワーク法（ｐｒｉｍａｒｙ  ｎｅｔｗｏｒｋ  ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ）によって実現される。その場合、使用現場２５での圧縮空気の使用可能性が、圧縮機２１が圧縮空気を生成できない場合でも、確保される。この一次ネットワーク解決策が選択できることは、従来の開放型圧縮空気システムに対する、本発明の閉鎖型圧縮空気システムのもう一つの利点である。圧縮機２１が損傷を受けた場合には、バイパスライン２８と該ラインの弁３０とによって圧縮機２１を迂回し、また装置２４を産業用空気ネットワーク２０への直接接続がなされるように制御することによって、ネットワーク２０の圧力が圧縮機の送出管２３内に直接加わるようにする。循環圧縮機が作動していないので、圧力低下した空気は、駆動装置２５を出たあと、送出管２９を通って、開放された該送出管の弁３２から出て行く。さらに、装置２４からの送出のためには、戻りライン２７の弁３１を閉じることにより該ラインとの接続を断ち、ネットワーク２０の圧力が送出管２９から逃げないようにする必要がある。このとき、システムは開放されている。駆動装置からの空気が循環のために回収されず、パイプライン２９と弁３２によって外部に導かれるからである。このとき、圧縮空気ネットワーク２０の圧力が圧縮空気駆動装置２５に作用し、したがって使用の中断は生じない。
【００４２】
図２のシステムは、圧力低下した圧縮空気が回収できる新しい使用現場がシステムに追加された場合、またはシステムがすでに回収を簡単なやり方で構成できる使用現場を有している場合、圧縮空気システムの能力を増大させる非常に有利な方法を提供するという点でも、興味がある。従来の開放型圧縮空気システムの能力がほぼ完全に使用されている場合、圧縮機の製造と後処理の能力を向上させるためには、非常に大きな投資が必要となりうる。図２の解決策を使用することにより、そのような大きな投資を避けることができる。なぜならば、この場合、駆動装置２５をシステムから分離してそれ自身の閉鎖サイクルとするか、または新しい駆動装置２５をシステムに加えるかするとき、基本システム２０の能力は増大させる必要がないからである。閉鎖サイクル内にあるこれらの駆動装置２５は、基本システム２０が必要とする空気の量を少しも増大させない。このようにして、基本システムの大きな能力向上を、後処理装置さえ必要としない安価な追加圧縮機２１の使用で置き換えることができる。
【００４３】
後処理済み圧縮空気（最高露点要件がたとえば＋２℃、−２０℃、または−４０℃）を必要とし、圧縮空気生成システムが油潤滑式スクリュー圧縮機またはロータリー圧縮機を有する、本発明の圧縮空気システムを全般的に考えてみると、後処理装置は事実上不要であり、したがって圧力損失が発生せず、そのためにエネルギー節約が約１５％になる。さらに、大体等温の圧縮を使用することができ、これは２５％のエネルギー節約を意味する。吸入管（＝戻り管）の圧力が２ｂａｒであり、圧縮機の配送圧力が９ｂａｒであって、使用現場のための７ｂａｒの圧力を生成させる場合、１５％を上回るエネルギー節約が達成される。前記節約のすべてを同一のシステムで実行できた場合、総節約は５０％を越える。他の圧縮機タイプにおいては、エネルギー節約は約２５％になる。これらの圧縮機では、油潤滑式スクリュー圧縮機およびロータリー圧縮機の場合と同様には圧縮過程を改良できないからである。この場合にも、後処理システムは不要である。
【００４４】
露点に関する要件が設定されておらず、圧縮機が油潤滑式スクリュー圧縮機またはロータリー圧縮機である場合、上と同じ結果が得られる。この場合にも、圧縮機において大体等温の圧縮過程を実現するためには、乾燥した吸入空気を使用する必要がある。エネルギー節約は前記と同じである。他のタイプの圧縮機を使用する場合、循環に乾燥空気を使用する必要はなく、湿った空気も適当である。そのような補充空気からの凝結水の除去は、望ましくかつ必要であれば、初歩的なやり方で実施することができ、たとえば通常の構造の減水器によって実施することができる。この場合、エネルギー節約は約２５％である。
【００４５】
また、注意すべきことは、どんな圧縮空気システムにおいても、既存の圧縮機を使用することにより、または循環専用の新しい一つまたは複数の圧縮機を使用することにより、循環をあるレベルで実施できるということである。本発明が適用できる可能性と程度とは、当該システムの構造とタイプによって決まる。
【００４６】
以上、圧縮空気を生成して配給する本発明のシステムを、例としてのいくつかの実施形態だけを用いて説明したが、これらのシステムは、特許請求の範囲で定められる保護の範囲を逸脱することなく、変形することができる、と理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明のシステムの第一の実施形態の非常に簡単な略図である。
【図２】本発明のシステムの第二の実施形態の非常に簡単な略図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  圧縮機
２  吸入管
３  送出管
４  圧縮空気配給配管
５  装置群（使用現場、駆動装置）
６  空気を回収できない駆動装置
７  戻り管
８  空気タンク
９  後処理装置
１０  第二の入口
１１、１２  空気供給ルート
１３  計器ユニット
１４  弁
２０  ネットワーク
２１  圧縮機
２２  吸入管
２３  送出管
２４  装置
２５  使用現場（駆動装置）
２６  配給配管
２７  戻り管
２８  バイパスライン
２９  送出管
３０  弁
３１  弁
３２  弁
５０  弁
【国際公開パンフレット】
2004522081.tif 000003
2004522081.tif 000004
2004522081.tif 000005
2004522081.tif 000006
2004522081.tif 000007
2004522081.tif 000008
2004522081.tif 000009
2004522081.tif 000010
2004522081.tif 000011
2004522081.tif 000012
2004522081.tif 000013
2004522081.tif 000014
2004522081.tif 000015
2004522081.tif 000016
2004522081.tif 000017
2004522081.tif 000018
2004522081.tif 000019
2004522081.tif 000020
2004522081.tif 000021
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004522081.tif 000022
2004522081.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】平成15年9月18日(2003.9.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮空気を生成して配給するシステムであって、
圧縮空気の供給源（２０）、
少なくとも一つの圧縮機（１；２１）であって、該圧縮機に接続された、圧縮空気の供給源（２０）からの空気の取込みのための吸入管（２２）、および前記少なくとも一つの圧縮機によって圧縮された空気のための送出管（２３）、を有する圧縮機、および
使用現場（２５）に空気を配給するための、前記送出管（２３）に接続された配給配管（２６）、
を有するシステムにおいて、さらに、
吸入管（２２）と少なくとも一つの使用現場（２５）との間に配置され、該使用現場で減圧された空気を受取り、該空気を前記少なくとも一つの圧縮機（２１）に送り返す戻り管（２７）、および
圧縮空気の供給源（２０）からの空気の取込みを制御するために、吸入管（２２）と圧縮空気の供給源（２０）との間に設けられる装置（２４）、
を有する、
ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
圧縮空気の供給源（２０）の圧縮空気の加圧露点があらかじめたとえば＋２℃、−２０℃、または−４０℃と定められていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記少なくとも一つの圧縮機（２１）の配送圧力が１５ｂａｒ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記装置（２４）が、前記少なくとも一つの圧縮機（２１）の吸入管（２２）に加わる圧力を設定する手段を有することを特徴とする請求項１から３の中のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項５】
さらに、戻り管（２７）から大気への接続部を開放する手段（３２）と戻り管（２７）を吸入管（２２）から分離する手段（３１）とを有することを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
さらに、前記少なくとも一つの圧縮機（２１）を迂回する手段（３０）を有することを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記装置（２４）が、圧縮空気の供給源（２０）から取り込まれる空気の量、すなわち、圧縮機（２１）がその吸入管および送出管（２２、２３）ならびに戻り管（２７）とともに形成する回路から出て行った空気の量、を測定する流量計を有することを特徴とする請求項１から６の中のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項８】
さらに、前記少なくとも一つの圧縮機（２１）の吸入管（２２）に加わっている圧力を測定する手段を有することを特徴とする請求項１から７の中のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項９】
前記少なくとも一つの圧縮機（２１）が油潤滑式スクリュー圧縮機またはロータリー圧縮機であることを特徴とする請求項１から８の中のいずれか１つに記載のシステム。
【国際調査報告】
2004522081.tif 000024
2004522081.tif 000025