【手続補正書】
【提出日】平成17年8月16日(2005.8.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】  明細書
【発明の名称】  多段コンプレッサ装置及びそのような多段コンプレッサ装置を調整する方法
【特許請求の範囲】
【請求項１】少なくとも二つの異なったコンプレッサ要素（１、２）と、少なくとも２つの速度が調節可能な別々の電動モータ（３、４）と、から構成されており、該コンプレッサ要素（１、２）が該電動モータ（３、４）によって駆動されており、それによって、一段目のコンプレッサ要素（１）の出口（８）が、連続した段の連続したコンプレッサ要素（２）の入口（１０）に接続されている多段コンプレッサ装置において、 電動モータ（３、４）は、ほぼ同一つの、また同じ呼称容量を有していて、ところで各モータ（３、４）とそれによって駆動されるコンプレッサ要素（１、２）との間に歯車変速機（１３、１４）が設けられていることを特徴とする多段コンプレッサ装置。
【請求項２】 二段から構成されており、また一方の歯車変速機（１３）は、特に低圧段のものは、対応したモータ（３）の回転速度に対して減速を行うが、ところが他方の歯車変速機（１４）は、即ち高圧段のものは、対応したモータ（４）の回転速度に対して増速を行うことを特徴とする請求項１に記載の多段コンプレッサ装置。
【請求項３】両方の歯車変速機（１３、１４）は、同一の一対の歯車を有し、該一対の歯車は、一方の歯車変速機（１３）において他方の歯車変速機（１４）に関して交換される小形と大形の歯車（１３Ａ、１３Ｂ）から成り、それによって、小形の歯車（１３Ａ、１４Ａ）は同一であり、また大形の歯車（１３Ｂ、１３Ｂ）も同一であることを特徴とする請求項２に記載の多段コンプレッサ装置。
【請求項４】 モータ（３、４）の設計回転速度は、二つのコンプレッサ要素（１、３）の最大回転速度の間で、好ましくはこれらの回転速度の間の中間に選定されることを特徴とする請求項２又は３に記載の多段コンプレッサ装置。
【請求項５】 電動モータ（３、４）は、それら自身の周波数調整器（５、６）に連結されており、その結果、周波数が、従って速度がモータ（３、４）毎に別々に調整されることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載の多段コンプレッサ装置。
【請求項６】 制御装置（１５）を有しており、該制御装置（１５）は、最終段の出口（１１）における圧力を計測する圧力計（１９）に連結されると共に、所望の出口圧を設定する手段（２１）に連結されており、また上記制御装置（１５）は、この圧力計（１９）によって計測された値と手段（２１）によって設定された所望の出力圧力を関数として周波数調整器（５、６）を制御することを特徴とする請求項５に記載の多段コンプレッサ装置。
【請求項７】 制御装置（１５）は、コンプレッサ要素（１、２）間における中間圧力を計測する圧力計（２３）に連結されていることを特徴とする請求項６に記載の多段コンプレッサ装置。
【請求項８】 クーラ（９）は、コンプレッサ要素（１、２）間に搭載されていることを特徴とする請求項１から７までのいずれか一つに記載の多段コンプレッサ装置。
【請求項９】 アフタークーラ（１２）は、最終コンプレッサ要素（２）の出口に搭載されていることを特徴とする請求項１から８までのいずれか一つに記載の多段コンプレッサ装置。
【請求項１０】多段コンプレッサ装置を調整する方法であって、該装置が、関連した周波数調整器（５、６）によって給電される電動モータ（３、４）をコンプレッサ要素（１、２）毎に有していて、その結果、周波数が、従って速度がモータ毎に別々に調整され、異なった段のモータ（３、４）間における速度比率は、連続して調節される方法において、同一の呼称容量を備えたモータ（３、４）が使用されることを特徴とする多段コンプレッサ装置の調整方法。
【請求項１１】 モータ（３、４）間の速度比率は、計測された出力圧力を関数としてコンプレッサ装置の各状態に対して決定されると共に、データバンクから採取されるか、又はアルゴリズムか、ファジー制御によって実時間で計算されることを特徴とする請求項１０に記載の多段コンプレッサ装置。
【請求項１２】 モータ（３、４）間の速度比率は、更に、二段の間で計測された中間圧力を関数として決定されることを特徴とする請求項１１に記載の多段コンプレッサ装置。
【請求項１３】 計測された出力圧力と所望の出力圧力との間の圧力差によって、即座にモータ（３、４）の一方の速度は適合され、それによって、このモータの速度と計測された出力圧力とを関数として、速度比率は、他方のモータの速度を変えるために調節されることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の多段コンプレッサ装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも二つの異なったコンプレッサ要素と、少なくとも二つの速度が調節可能な別々の電動モータと、から構成されていて、該コンプレッサ要素が該電動モータによって駆動されており、それによって、一段目のコンプレッサ要素の出口が、連続した段の連続したコンプレッサ要素の入口に接続されている多段コンプレッサ装置に関する。
【従来の技術】
【０００２】
体積流量及び圧力比とは異なり、そのような多段コンプレッサ装置の重量流量は、各段で一定となっている。
異なった体積流量及び圧力比によって、各コンプレッサ要素の速度は、異なっており、また出力圧力と最終の体積流量とにより決定されている。
【０００３】
可変速の幾つかの公知の二段コンプレッサ装置では、二段のコンプレッサ要素を駆動する手段は、大形のインバータか、又は周波数調整器によって駆動される単一の大形標準電動モータから構成されている。
このモータは、一つの大きな歯車を仲介することでコンプレッサ要素を駆動している。
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
コンプレッサ要素は、製造当初からの圧力比を有すると共に一段や数段で適用されるように設計された一連の要素の一部になっており、それによって、その際最少数のコンプレッサ要素しか空気容量の全領域に到達していない。
【０００５】
更に、大きな歯車を備えたより大きな電動モータの慣性力は比較的高く、その結果、コンプレッサ装置の応答は、モータが過大次元になっていなければ比較的遅くなる。
【０００６】
異なった段のコンプレッサ要素間の速度比率を一定にした結果、コンプレッサ装置の効率は、その完全な作動範囲に渡って制限されることになる。現在のコンプレッサ装置は、或る一つの適切に決められ出力圧力と体積流量に対してただ一つの最適効率を有するにすぎない。
【０００７】
神戸製鋼所の日本公開特許公報JP 07-158576 A号からは、二段コンプレッサ装置が公知となっており、その二つのコンプレッサ要素は別々のモータによって駆動され、それでモータの速度がインバータによって調節されるようになっている。実施例では、二つのインバータは、二段間の圧力を関数として同じ制御装置によって制御されている。実施例のもう一つ別の形では、インバータは、段間の圧力と高圧段の出口における圧力とを関数として別々の制御装置によって各々制御されている。
【０００８】
低圧段のコンプレッサ要素は、高圧段のコンプレッサ要素よりも大きく、またコンプレッサ要素の呼称回転速度は、異なっている。従って、高圧段のコンプレッサ要素は、歯車変速機によってまたより大形のモータによって駆動される低圧段のコンプレッサ要素よりも小形のモータによって変速機無しで駆動される。この構成は、比較的複雑で高価である。
【０００９】
日本公開特許公報JP 02-140477 A号も、二段コンプレッサ装置について記載しており、そこでは、二つのより小形のコンプレッサ要素が一つのハウジング内に搭載されていて、また速度がインバータによって別々に調整されるモータによって直接駆動されている。然し、そのようなコンプレッサ装置の効率は、最適なものではない。
【００１０】
石川島播磨重工業株式会社の日本公開特許公報JP 10-082391 A号から、二段コンプレッサ装置は周知であり、該装置の二つのコンプレッサ要素は別々のモータにより駆動される。モータ間の回転数比はデータバンクから採取され、測定された出口圧力及びコンプレッサの段の空気の吐出温度に基づき選択される。このことは、より効果的な運転を可能にするためである。
【００１１】
２つのモータの回転数比は、その時点でのコンプレッサ要素の特性に基づいて事前に計算される。
【００１２】
本発明は、上述の欠点を示すことが無く、比較的経済的で、最適の効率で簡単な方式で作動できる多段コンプレッサ装置を目指している。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、この目的は、請求項１に記載されているように、電動モータは、ほぼ同一の呼称容量又は電力を有していて、ところで各モータとそれによって駆動されるコンプレッサ要素との間に歯車変速機が設けられている多段コンプレッサ装置で達成される。
【００１４】
コンプレッサ要素は、最適の方式で運転できるようにするために異なっていると言う事実にも拘らず、然し、モータは同一である。従って、既に市販されている同じ形で同じ呼称容量を有したモータが使用され、それによって価格の低減ができる。
【００１５】
もし、コンプレッサ装置が、二段から、従って二つのコンプレッサ要素から構成されれば、これによって、一方の歯車変速機は、特に低圧段のものは、対応したモータの回転速度に対して減速を行うが、ところが他方の歯車変速機は、即ち高圧段のものは、対応したモータの回転速度に対して増速を行う。
【００１６】
モータを効果的に選択することで、両方の歯車変速機は、一方の歯車変速機において他方の歯車変速機に関して交換される大形と小形の歯車を有することができ、それによって、小形の歯車は同一であり、また、大形の歯車も同一である。
【００１７】
好ましくは、電動モータは、それら自身の周波数調整器に連結され、その結果周波数が、従って速度がモータ毎に別々に調整されることになる。
【００１８】
本発明は、更に、多段コンプレッサ装置を調整する方法であって、該装置が、関連した周波数調整器によって給電される電動モータをコンプレッサ要素毎に有しており、その結果、周波数が、従って速度がモータ毎に別々に調整され、また、異なった段のモータ間における速度比率は、連続的に調節される方法において、同一の呼称容量又は電力を備えたモータが使用される方法にも関する。
【００１９】
エネルギーの節約は、所望の出力圧力から離れて、コンプレッサ装置の最適な全体効率が得られるような方式で段間の速度比率を、従って異なった段間の圧力比を調節することで達成される。
コンプレッサ装置の最適な効率は、各段の速度を、従って各段に渡る圧力比を最適化することで得られる。
【００２０】
速度比率の調節中には、出力圧力が計測されて、それを関数としてモータの内の一つの速度が即座に適合化される。このモータは、大部分が『マスター』と呼ばれていて、低圧段のモータか、高圧段のモータのいずれかにすることができる。
各段における最適な速度は、従って圧力比は、公知であってデータバンクに存在しているか、又はアルゴリズムによって、例えばファジー制御によって実時間で計算される。
【００２１】
このモータの速度を変えた後は、最適な速度比率は、データバンクによって、又はアルゴリズムによって上記モータの速度と計測された出力圧力を関数として決定され、それで他方のモータの速度を適合化する。
好ましくは、モータ間の速度比率は、計測された出力圧力を関数としてコンプレッサ装置の各状態に対して決定されると共に、データバンクから採取されるか、又は実時間のアルゴリズムによって計算される。
【発明の実施の形態】
【００２２】
本発明の特徴をより良く示すことを意図して、これより以降、何ら制限的特色を持たない例示として、本発明に係る多段コンプレッサ装置とそのような多段コンプレッサ装置を調整する方法についての本発明の好適な実施形態を、そのような多段コンプレッサ装置を概略示している添付図面を参照にして説明する。
【００２３】
図１において、図示された二段コンプレッサ装置は、実質的に低圧段用の大型コンプレッサ要素１と高圧段用の小型コンプレッサ要素２と各々周波数調整器５、６によって給電される二つの電動モータ３、４とから構成されている。
両方のコンプレッサ要素１、２は、容積式コンプレッサ要素、即ちスクリュー式コンプレッサ要素となっている。
【００２４】
然し変形例では、それらは、更にヘリカルコンプレッサ要素等の他のコンプレッサ要素としたり、又はダイナミックコンプレッサ要素にすることもできる。
コンプレッサ要素１は、入口７と低圧出口８とを有しており、その低圧出口８は、クーラ９によって、高圧出口１１が設けられているコンプレッサ要素２の入口１０に接続されている。
図示された例では、アフタークーラ１２がこの出口に搭載されている。
【００２５】
両方のモータ３、４は、高速モータで、互いに同一であり、別言すると、それらは、同じ呼称容量を有している。
かくして、それらは、通常は更に同じロータと同じステータと同じ軸受とを有している。実際には、それらは、完全に同一にでき、従って同じ市販形式のものとすることができる。
【００２６】
コンプレッサ要素１は、モータ３に第一の小型の歯車変速機１３によって連結されており、それでコンプレッサ要素２は、モータ４に第二の小型の歯車変速機１４によって連結されている。
歯車変速機１３は、歯車ハウジング内に搭載された二つの歯車から構成されており、即ちモータ３の軸の歯車１３Ａをコンプレッサ要素１の駆動軸に固定された大きな歯車１３Ｂに係合していて、従って減速を行っている。
【００２７】
歯車変速機１４は、歯車変速機１３と同一であり、かくして更に大型歯車１４Ｂに係合している小型の歯車１４Ａを有しているが、然し歯車１４Ａ、１４Ｂは交換されており、別言すると、小型歯車１４Ａは、この場合はコンプレッサ要素２の駆動軸に固定されているのに対して、大型の歯車１４Ｂは、モータ４の軸と共に回転するようになっている。
歯車変速機１４は、かくして増速を行っている。
【００２８】
モータ３、４の呼称容量は、かくして実際には同じであり、最大容量を必要としているコンプレッサ要素を駆動するのに必要な最大容量に等しくなるように選択されている。
このような搭載構成では、最小のコンプレッサ要素２は、最大のコンプレッサ要素３よりも早く回転するので、モータ３、４の設計回転速度は、二つのコンプレッサ要素１、２の最大回転速度の間で選択され、好ましくはこれらの回転速度の間の中間に選択される。
【００２９】
これらのコンプレッサ要素１、２の正確な最大回転速度は、歯車変速機１３、１４によって得られる。
モータ３、４が同一であるばかりでなく、更に周波数調整器５、６も同一にでき、従って同じ容量を有することができる。
【００３０】
更に、コンプレッサ装置は、例えばＰＬＣ制御器等の制御装置１５を有しており、その制御装置１５は、一方でその出力部で二つの周波数調整器５、６に電気導線１６、１７によって接続され、また他方で第一入力部で回路１８によってコンプレッサ要素２の出口１１の圧力計１９に接続されると共に第二入力部で導線２０によって所望の出力圧力を設定する手段２１に接続されている。
【００３１】
変形例では、制御装置１５の第三入力部は、例えばクーラ９で示されているようなコンプレッサ要素１、２間の接続部に圧力計２３を備えた導線２２によって接続されている。
関連したモータ３又は４によって各コンプレッサ要素１、２を駆動することによって、このコンプレッサ要素１、２の各々の回転速度は、別々に調整される。
【００３２】
調整は、出口１１の圧力計１９によって計測された圧力と、例えばファジー制御等のアルゴリズムによる等して、手段２１によって調節される所望の、又は要請された出力圧力とを関数として周波数調整器５、６に影響する制御装置１５によって行われ、その結果、常にコンプレッサ装置の最適な効率が、それら段のモータ３、４の速度比率を連続的に最適に調節することで達成されることになる。
この調整では、圧力計２３によって計測された中間圧力も利用することができ、それでこの中間圧力は、圧力計１９によって計測された出力圧力と組み合わせて使用される。
【００３３】
周波数調整器５、６は、ただ一つのモータが設けられている場合に必要とされる容量のほんの半分だけとなっている同じ容量を有している。歯車ハウジング１３、１４は比較的小さく、また更にモータ３、４も比較的小さく、その結果、コンプレッサ装置は、大きくて高価な歯車ハウジングを備えた単一の大きなモータの場合よりも大きくはなく且つ重くはなくなる。
【００３４】
同じ容量の標準的なモータよりも小さく且つ軽い高速モータを使用することで、コンプレッサ装置は、よりコンパクトに且つより軽く組み立てられ、その結果必要な素材がより少なくなり、装置はより安価になり、それで、それに必要とされる床面積がより少なくなり、輸送コストが節約されることになる。よりコンパクトな高速モータを使用する更なる長所は、慣性力がより小さくなって、その結果として応答がより早くなる。
【００３５】
コンプレッサ装置は、同一のモータ３、４と同一の周波数調整器５、６と同一の歯車変速機１３、１４とから構成されているので、その設計は、比較的簡単で且つ経済的になっている。更に、保管の費用も節約される。
必要とされるモータの種類がより少なくなり、その結果必要なストックがより少なくてよく、モータはより大規模に連続して生産され、結果的により安価になる。
段数は二つに制限されることはない。各段や、各コンプレッサ要素に対して、可変速の別々のモータが設けられる。
【００３６】
コンプレッサ装置は、必ずしもコンプレッサ要素１、２の間にクーラ９を設ける必要がなく、またアフタークーラ１２も絶対に必要なものではない。
【００３７】
本発明は、これまでに説明して来た添付図面に示した実施例の形に決して制限されるものではなく、その反対に、そのような多段コンプレッサ装置とその調整の方法とは、特許請求の範囲の技術的範囲の記載を逸脱しない限り異なった変形例で実現され得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】  本発明に係る多段コンプレッサ装置の好適な実施形態を示す概略図である。