(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
船舶内に設置され、前記船舶のＬＮＧ貯槽から吸い込んだボイルオフガスである対象ガスを圧縮し、エンジンおよび発電機を含む需要先に供給する圧縮機ユニットであって、
前記対象ガスを圧縮して需要先に供給するスクリュ圧縮機と、
前記スクリュ圧縮機の吐出側流路に設けられ、前記需要先に供給されるガスの流量を取得する流量センサと、
特性データを記憶するデータ記憶部と、
前記スクリュ圧縮機から吐出される前記対象ガスの圧力を制御する制御部と、
を備え、
前記特性データは、
前記エンジンの負荷と圧力との関係を示す第１特性データと、
前記需要先の総要求流量と、前記総要求流量に対して前記スクリュ圧縮機の吐出側流路において必要とされる前記対象ガスの圧力との関係を示す第２特性データと、
を含み、
前記制御部は、前記エンジンから得られる負荷情報に基づき前記第１特性データから第１比較対象圧力を導出するとともに、前記流量センサから得られる前記総要求流量に基づき前記第２特性データから第２比較対象圧力を導出し、
第１比較対象圧力と第２比較対象圧力とで大きい方を設定圧力に設定し、前記設定圧力となるように前記スクリュ圧縮機を制御する、圧縮機ユニット。
【請求項２】
前記第１特性データは、負荷に対して圧力が直線的に増加する比例部を含み、
前記第２特性データは、前記需要先の総要求流量に対して前記対象ガスの圧力が直線的に増加する比例部を含む、請求項１に記載の圧縮機ユニット。
【請求項３】
前記エンジンの数が２以上であり、
前記制御部は、前記エンジンから得られる負荷情報のうち最も大きい負荷に基づき前記第１特性データから第１比較対象圧力を導出する、請求項１または２に記載の圧縮機ユニット。
【請求項４】
前記スクリュ圧縮機をバイパスするように吸込側流路と吐出側流路とを接続するバイパス流路と、前記バイパス流路上に設けられた開度調整可能なスピルバック弁とを有するスピルバック部をさらに備え、
前記スクリュ圧縮機は、前記対象ガスの処理量を調整するスライド弁を備え、
前記制御部は、前記データ記憶部に記憶された前記第１特性データと前記第２特性データとに基づいて前記スライド弁と前記スピルバック弁の開度を制御するように構成され、これにより前記スクリュ圧縮機から吐出される対象ガスの流量が制御される、
請求項１ないし３のいずれかに記載の圧縮機ユニット。
【請求項５】
前記スクリュ圧縮機をバイパスするように吸込側流路と吐出側流路とを接続するバイパス流路と、前記バイパス流路上に設けられた開度調整可能なスピルバック弁とを有するスピルバック部と、
前記スクリュ圧縮機を駆動する電動式のモータと、
前記モータの回転数を調整するインバータと、
をさらに備え、
前記制御部は、前記データ記憶部に記憶された前記第１特性データと前記第２特性データとに基づいて前記モータの回転数および前記スピルバック弁の開度を制御するように構成され、これにより前記スクリュ圧縮機から吐出される対象ガスの流量が制御される、
請求項１ないし３のいずれかに記載の圧縮機ユニット。
【請求項６】
船舶内に設置され、前記船舶のＬＮＧ貯槽から吸い込んだボイルオフガスである対象ガスを圧縮し、エンジンおよび発電機を含む需要先に供給するスクリュ圧縮機を含む圧縮機ユニットの制御をコンピュータに実行させる制御プログラムであって、
前記エンジンの負荷情報および前記需要先の総要求流量を受け付ける受付ステップと、
特性データに基づき、前記スクリュ圧縮機から吐出される前記対象ガスの吐出圧力を制御する制御ステップと、
を備え、
前記制御ステップで用いられる前記特性データは、
前記エンジンの負荷と圧力との関係を示す第１特性データと、
前記需要先の総要求流量と、前記総要求流量に対して前記スクリュ圧縮機の吐出側流路において必要とされる前記対象ガスの圧力との関係を示す第２特性データと、
を含み、
前記制御ステップは、前記エンジンから得られる負荷情報に基づき前記第１特性データから第１比較対象圧力を導出するとともに、前記流量センサから得られる前記総要求流量に基づき前記第２特性データから第２比較対象圧力を導出し、
第１比較対象圧力と第２比較対象圧力とで大きい方を設定圧力に設定し、前記設定圧力となるように前記スクリュ圧縮機を制御する、制御プログラム。
【請求項７】
船舶内に設置され、前記船舶のＬＮＧ貯槽から吸い込んだボイルオフガスである対象ガスを圧縮し、エンジンおよび発電機を含む需要先に供給するスクリュ圧縮機を含む圧縮機ユニットを制御する制御方法であって、
前記エンジンの負荷情報および前記需要先の要求流量を受け付ける受付ステップと、
特性データに基づき、前記スクリュ圧縮機から吐出される前記対象ガスの吐出圧力を制御する制御ステップと、
を備え、
前記制御ステップで用いられる前記特性データは、
前記エンジンの負荷と圧力との関係を示す第１特性データと、
前記需要先の総要求流量と、前記総要求流量に対して前記スクリュ圧縮機の吐出側流路において必要とされる前記対象ガスの圧力との関係を示す第２特性データと、
を含み、
前記制御ステップは、前記エンジンから得られる負荷情報に基づき前記第１特性データから第１比較対象圧力を導出するとともに、前記流量センサから得られる前記総要求流量に基づき前記第２特性データから第２比較対象圧力を導出し、
第１比較対象圧力と第２比較対象圧力とで大きい方を設定圧力に設定し、前記設定圧力となるように前記スクリュ圧縮機を制御する、制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機ユニット、圧縮機ユニットの制御プログラムおよび制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液化天然ガス（ＬＮＧ）の運搬船などにおいて、当該ＬＮＧを貯留するＬＮＧ貯槽で発生するボイルオフガス（ＢＯＧ）を船舶のエンジンに燃料として供給することが行われている（特許文献１）。特許文献１に開示された技術では、ＢＯＧはスクリュ圧縮機で圧縮されてからエンジンに供給される。
【０００３】
特許文献２には、スクリュ圧縮機を用いたガスの圧縮において、需要先に供給するガスの圧力が一定となるようにスクリュ圧縮機のスライド弁、およびスクリュ圧縮機をバイパスするように設けられたバイパス管のバイパス弁を制御する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３４８７５２号公報
【特許文献２】特開平２−２９４５９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ＬＮＧ運搬船では、エンジン以外にも発電機等の需要先がガス（ＢＯＧ）を必要とする場合がある。このため、スクリュ圧縮機では、全ての需要先で消費されるガスの総量を考慮して吐出圧力制御を行う必要がある。さらに、エンジンの負荷は変動することがあり、負荷の変動に応じてエンジンで必要となるガスの圧力も変動するため、スクリュ圧縮機はエンジン負荷に応じた吐出圧力制御も行う必要がある。
【０００６】
上記特許文献２に開示の技術では、吐出圧力が一定となるようにスライド弁およびバイパス弁を制御しているだけであるので、需要先の負荷変動に応じた吐出圧力変更依頼に対しては対応できない。
【０００７】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであって、需要先の要求に適切に応えたスクリュ圧縮機の吐出圧制御を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係る圧縮機ユニットは、船舶内に設置され、前記船舶のＬＮＧ貯槽から吸い込んだボイルオフガスである対象ガスを圧縮し、エンジンおよび発電機を含む需要先に供給する。本態様に係る圧縮機ユニットは、スクリュ圧縮機と、流量センサと、データ記憶部と、制御部とを備える。前記スクリュ圧縮機は、前記対象ガスを圧縮して需要先に供給する。前記流量センサは、前記スクリュ圧縮機の吐出側流路に設けられ、前記需要先に供給されるガスの流量を取得する。前記データ記憶部は、特性データを記憶する。前記制御部は、前記スクリュ圧縮機から吐出される前記対象ガスの圧力を制御する。
【０００９】
ここで、本態様に係る圧縮機ユニットにおいて、前記特性データは、第１特性データと、第２特性データとを含む。前記第１特性データは、前記エンジンの負荷と圧力との関係を示す特性データである。前記第２特性データは、前記需要先の総要求流量と、前記総要求流量に対して前記スクリュ圧縮機の吐出側流路において必要とされる前記対象ガスの圧力との関係を示す特性データである。
【００１０】
前記制御部は、前記エンジンから得られる負荷情報に基づき前記第１特性データから第１比較対象圧力を導出するとともに、前記流量センサから得られる前記総要求流量に基づき前記第２特性データから第２比較対象圧力を導出する。また、前記制御部は、第１比較対象圧力と第２比較対象圧力とで大きい方を設定圧力に設定し、前記設定圧力となるように前記スクリュ圧縮機を制御する。
【００１１】
上記態様に係る圧縮機ユニットでは、エンジンの要求流量に対応して第１特性データから導かれる第１比較対象圧力と、総要求流量に対して第２特性データから導かれる第２比較対象圧力のいずれか大きい方が、設定圧力として設定され、スクリュ圧縮機の吐出圧力が制御される。これにより、需要先全体が必要とするガスの流量を確保できるとともに、エンジンの負荷が変動してもエンジンの必要とするガスの流量を満足することができる。また、常に高い一定の吐出圧力を維持するように制御する場合と比べて、動力を削減する効果を得られる。
【００１２】
上記態様に係る圧縮機ユニットにおいて、前記第１特性データは、負荷に対して圧力が直線的に増加する比例部を含んでもよい。また、上記態様に係る圧縮機ユニットにおいて、前記第２特性データは、前記需要先の総要求流量に対して前記対象ガスの圧力が直線的に増加する比例部を含んでもよい。
【００１３】
上記態様に係る圧縮機ユニットでは、第１特性データおよび第２特性データが直線的な関係（一次関数の関係）を有するようにしているので、第１比較対象圧力および第２比較対象圧力をそれぞれ容易に導出することができる。
【００１４】
上記態様に係る圧縮機ユニットにおいて、前記エンジンの数が２以上であってもよい。また、上記態様に係る圧縮機ユニットにおいて、前記制御部は、前記エンジンから得られる負荷情報のうち最も大きい負荷に基づき前記第１特性データから第１比較対象圧力を導出してもよい。
【００１５】
上記態様に係る圧縮機ユニットでは、最も負荷の大きいエンジンに合わせて第１特性データから第１比較対象圧力を導出することにより、複数台のエンジンを有する場合であっても、エンジンに必要な圧力のガスを供給することができる。
【００１６】
上記態様に係る圧縮機ユニットにおいて、前記スクリュ圧縮機をバイパスするように吸込側流路と吐出側流路とを接続するバイパス流路と、前記バイパス流路上に設けられた開度調整可能なスピルバック弁とを有するスピルバック部をさらに備えてもよい。また、上記態様に係る圧縮機ユニットにおいて、前記スクリュ圧縮機は、前記対象ガスの処理量を調整するスライド弁を備えてもよい。また、前記制御部は、前記データ記憶部に記憶された前記第１特性データと前記第２特性データとに基づいて前記スライド弁と前記スピルバック弁の開度を制御するように構成されることにより前記スクリュ圧縮機から吐出される対象ガスの流量が制御されてもよい。
【００１７】
上記態様に係る圧縮機ユニットでは、スライド弁にスピルバック弁を併用することで、圧力および流量を適切に制御することができる。
【００１８】
上記態様に係る圧縮機ユニットにおいて、スピルバック部と、電動式のモータと、インバータとをさらに備えてもよい。前記スピルバック部は、前記スクリュ圧縮機をバイパスするように吸込側流路と吐出側流路とを接続するバイパス流路と、前記バイパス流路上に設けられた開度調整可能なスピルバック弁とを有してもよい。前記電動式のモータは、前記スクリュ圧縮機を駆動してもよい。前記インバータは、前記モータの回転数を調整してもよい。
【００１９】
また、前記制御部は、前記データ記憶部に記憶された前記第１特性データと前記第２特性データとに基づいて前記モータの回転数および前記スピルバック弁の開度を制御するように構成されることにより前記スクリュ圧縮機から吐出される対象ガスの流量が制御されてもよい。
【００２０】
上記態様に係る圧縮機ユニットでは、インバータを用いたモータの回転数制御とスピルバック弁を併用することで、圧力および流量を適切に制御することができる。
【００２１】
本発明の一態様に係る制御プログラムは、船舶内に設置され、前記船舶のＬＮＧ貯槽から吸い込んだボイルオフガスである対象ガスを圧縮し、エンジンおよび発電機を含む需要先に供給するスクリュ圧縮機を含む圧縮機ユニットの制御をコンピュータに実行させるプログラムである。本態様に係る制御プログラムは、受付ステップと、制御ステップとを備える。前記受付ステップは、前記エンジンの負荷情報および前記需要先の総要求流量を受け付けるステップである。前記制御ステップは、特性データに基づき、前記スクリュ圧縮機から吐出される前記対象ガスの吐出圧力を制御するステップである。
【００２２】
ここで、本態様に係る制御プログラムにおいて、前記制御ステップで用いられる前記特性データは、第１特性データと、第２特性データとを含む。前記第１特性データは、前記エンジンの負荷と圧力との関係を示す特性データである。前記第２特性データは、前記需要先の総要求流量と、前記総要求流量に対して前記スクリュ圧縮機の吐出側流路において必要とされる前記対象ガスの圧力との関係を示す特性データである。
【００２３】
前記制御ステップでは、前記エンジンから得られる負荷情報に基づき前記第１特性データから第１比較対象圧力を導出するとともに、前記流量センサから得られる前記総要求流量に基づき前記第２特性データから第２比較対象圧力を導出する。また、前記制御ステップでは、第１比較対象圧力と第２比較対象圧力とで大きい方を設定圧力に設定し、前記設定圧力となるように前記スクリュ圧縮機を制御する。
【００２４】
上記態様に係る制御プログラムでは、エンジンの要求流量に対応して第１特性データから導かれる第１比較対象圧力と、総要求流量に対して第２特性データから導かれる第２比較対象圧力のいずれか大きい方が、設定圧力として設定され、スクリュ圧縮機の吐出圧力が制御される。これにより、需要先全体が必要とするガスの流量を確保できるとともに、エンジンの負荷に応じた適切なガスの圧力も満足することができ、圧縮機ユニットにおける動力を削減する効果を得られる。
【００２５】
本発明の一態様に係る制御方法は、船舶内に設置され、前記船舶のＬＮＧ貯槽から吸い込んだボイルオフガスである対象ガスを圧縮し、エンジンおよび発電機を含む需要先に供給するスクリュ圧縮機を含む圧縮機ユニットを制御する方法である。本態様に係る制御方法は、受付ステップと、制御ステップとを備える。前記受付ステップは、前記エンジンの負荷情報および前記需要先の要求流量を受け付けるステップである。前記制御ステップは、特性データに基づき、前記スクリュ圧縮機から吐出される前記対象ガスの吐出圧力を制御するステップである。
【００２６】
ここで、本態様に係る制御方法において、前記制御ステップで用いられる前記特性データは、第１特性データと、第２特性データとを含む。前記第１特性データは、前記エンジンの負荷と圧力との関係を示す特性データである。前記第２特性データは、前記需要先の総要求流量と、前記総要求流量に対して前記スクリュ圧縮機の吐出側流路において必要とされる前記対象ガスの圧力との関係を示す特性データである。
【００２７】
前記制御ステップでは、前記エンジンから得られる負荷情報に基づき前記第１特性データから第１比較対象圧力を導出するとともに、前記流量センサから得られる前記総要求流量に基づき前記第２特性データから第２比較対象圧力を導出する。また、前記制御ステップでは、第１比較対象圧力と第２比較対象圧力とで大きい方を設定圧力に設定し、前記設定圧力となるように前記スクリュ圧縮機を制御する。
【００２８】
上記態様に係る制御方法では、エンジンの要求流量に対応して第１特性データから導かれる第１比較対象圧力と、総要求流量に対して第２特性データから導かれる第２比較対象圧力のいずれか大きい方が、設定圧力として設定され、スクリュ圧縮機の吐出圧力が制御される。これにより、需要先全体が必要とするガスの流量を確保できるとともに、エンジンの負荷に応じた適切なガスの圧力も満足することができ、圧縮機ユニットにおける動力を削減する効果を得られる。
【発明の効果】
【００２９】
上記の各態様では、需要先の要求に適切に応えたスクリュ圧縮機の吐出圧制御を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第１実施形態に係る圧縮機ユニットの構成を示す図である。
【図２】圧縮機ユニットにおける制御装置の一部構成を示すブロック図である。
【図３】エンジンの負荷と圧力との関係を示す第1特性データを例示する図である。
【図４】吐出圧力と総要求流量との関係を示す第２特性データを例示する図である。
【図５】吐出圧力制御のフローチャートである。
【図６】第１特性データと第２特性データとの関係を示す図である。
【図７】第２実施形態に係る圧縮機ユニットの一部構成を示す図である。
【図８】圧縮機ユニットの他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下では、本発明の実施形態について、図面を参酌しながら説明する。なお、以下で説明の形態は、本発明の構成および作用・効果を例示的に示すものであって、本発明は、その本質的な構成を除き何ら以下の形態に限定を受けるものではない。
【００３２】
［第１実施形態］
１．圧縮機ユニット２の構成
第１実施形態に係る圧縮機ユニット２の構成について、図１を用いて説明する。
【００３３】
図１に示すように、本実施形態に係る圧縮機ユニット２は、船舶１内に設置されている。船舶１は、圧縮機ユニット２の他に、需要先３およびＬＮＧ貯槽４を備える。圧縮機ユニット２は、スクリュ圧縮機２１、ガス流路２３，２４、流量センサ２９および制御部２８を有する。スクリュ圧縮機２１はスライド弁２２およびスピルバック部２５を備える。スライド弁２２は、スクリュ圧縮機２１に付帯されており、当該スクリュ圧縮機２１からガス流路２４に吐出されるＢＯＧ（ボイルオフガスであり、以下、単に「ガス」という。）の流量を調整するための弁である。スピルバック部２５は、バイパス流路２６とスピルバック弁２７とを有する。バイパス流路２６は、スクリュ圧縮機２１をバイパスするように吸込側のガス流路２３と吐出側のガス流路２４２４とを接続する。スピルバック弁２７は、バイパス流路２６に設けられており、バイパス流路２６を通りガス流路２４からガス流路２３へと還流されるガスの流量を調整する弁である。流量センサ２９は、スクリュ圧縮機２１の吐出側の流路２４（以下、「吐出側流路２４」と呼ぶ。）に設けられ、需要先３に供給される前のガスの流量を取得する。なお、図１では、流量センサ２９がバイパス流路２６よりも上流側に位置している。
【００３４】
需要先３は、船舶１を推進するためのエンジン３１および発電機３５から構成される。船舶１では、需要先制御装置３６が設けられる。なお、エンジン３１および発電機３５はそれぞれ複数個設けられる場合もある。
【００３５】
吐出側流路２４には分岐部３２が設けられている。分岐部３２は、発電機３５に接続された分岐流路３３と、分岐流路３３に設けられた切換弁３４とを有する。切替弁３４が開状態の場合には、スクリュ圧縮機２１から吐出されたガスは、エンジン３１と発電機３５との両方に供給される。これに対して、切替弁３４が閉状態の場合には、スクリュ圧縮機２１から吐出されたガスは、エンジン３１にのみ供給される。需要先制御装置３６は、切替弁３４の開閉制御を実行する。また、需要先制御装置３６は、圧縮機ユニット２の制御部２８に対してエンジン３１の負荷情報を送信する。負荷情報としては、例えばエンジン３１が消費するガスの流量や負荷割合であるが、本実施形態ではガスの流量（以下、「エンジン要求流量」という。）として説明する。また、以下の説明では、特に断りがない限り「流量」という用語は「質量流量」を意味している。
【００３６】
ＬＮＧ貯槽４は、内部にＬＮＧを貯留している。ガス流路２３は、ＬＮＧ貯槽４の上部に接続されている。ＬＮＧ貯槽４内で発生したガス（ＢＯＧ）は、ガス流路２３を通りスクリュ圧縮機２１に供給される。
【００３７】
２．制御部２８の構成
圧縮機ユニット２における制御部２８の構成について、図２を用いて説明する。本実施形態に係る圧縮機ユニット２の制御部２８は、吐出圧制御部２８１とデータ記憶部２８２と比較部２８３とを有する。なお、制御部２８は需要先制御装置３６と一体とされてもよい。吐出圧制御部２８１は、ＭＰＵ／ＣＰＵ、ＡＳＩＣ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含むマイクロプロセッサから構成されている。ＲＯＭには、圧縮機ユニット２の制御を実行するための制御プログラムが格納されている。データ記憶部２８２は、ＲＯＭ等の記憶媒体から構成されており、後述の特性データが記憶されている。そして、比較部２８３は、需要先３の負荷状況に応じて吐出圧力を演算して吐出圧制御部２８１に送信する。比較部２８３が行う演算処理については、後述する。
【００３８】
吐出圧制御部２８１は、比較部２８３にて算出された吐出圧力に基づいてスライド弁２２およびスピルバック弁２７の開度を制御する。吐出圧制御部２８１は、ＲＯＭに格納された制御プログラムを実行することにより、スライド弁２２およびスピルバック弁２７を制御する。スクリュ圧縮機２１の駆動時には、吐出圧力、すなわち、吐出側流路２４における圧力が安定している状態では、吐出圧制御部２８１は、スピルバック弁２７を所定開度（例えば、５％〜１５％の範囲で予め決められた開度）に維持している。これにより、吐出圧力を小さくする必要が生じた場合は、スピルバック弁２７の開度を大きくする。吐出圧力を大きくする必要が生じた場合は、スピルバック弁２７の開度を小さくする。なお、スクリュ圧縮機２１の駆動開始前にはスピルバック弁２７が全開状態とされており、これにより、スクリュ圧縮機２１の駆動開始時における負荷の低減を図ることが可能となる。
【００３９】
本実施形態に係るデータ記憶部２８２は、第１データ記憶部２８２ａと第２データ記憶部２８２ｂとを有する。これら第１および第２データ記憶部２８２ａ，２８２ｂに記憶されている特性データについて、次に説明する。
【００４０】
３．第１データ記憶部２８２ａに記憶されている第１特性データ
データ記憶部２８２における第１データ記憶部２８２ａに記憶されている第１特性データについて、図３を用いて説明する。第１特性データ９１１では、縦軸にエンジン要求流量（すなわち、エンジン３１の負荷）を示し、横軸にエンジン要求流量に対応するガスの圧力を示している。第１特性データ９１１では、下限である点ＰＴ１から直線的に、すなわち、エンジン要求流量の変化率が一定の一次関数の関係となる比例部ＬＮ１０のみで設定されている。比例部ＬＮ１０に基づき、エンジン要求流量に対するガスの圧力が決まっている。
【００４１】
４．第２データ記憶部２８２ｂに記憶されている第２特性データ
第２データ記憶部２８２ｂに記憶されている第２特性データ９１５について、図４を用いて説明する。第２特性データ９１５では、縦軸にエンジン３１及び発電機３５、すなわち、スクリュ圧縮機２１からガスを供給される全ての需要先からのガスの要求流量とバイパス流路２６を通りガス流路２４からガス流路２３へと還流されるガスの流量の和（以下、「総要求流量」と呼ぶ。）を示している。第２特性データ９１５の横軸にスクリュ圧縮機２１の吐出圧力を示している。図４における点ＰＴ１０から点ＰＴ３へと総要求流量が直線的に、すなわち、総要求流量の変化率が一定の一次関数の関係となる比例部ＬＮ１１のみで設定されている。比例部ＬＮ１１に基づき、総要求流量に対するスクリュ圧縮機２１の吐出圧力が決められる。
【００４２】
本実施形態では、比例部ＬＮ１１の傾きは、図３に示した各比例部ＬＮ１０の傾きよりも小さい。即ち、比例部ＬＮ１１における総要求流量の変化率は、図３の比例部ＬＮ１０におけるエンジン要求流量の変化率よりも小さい。ただし、比例部ＬＮ１１の傾きとＬＮ１０の傾きとの関係は上記に限られるものではない。
【００４３】
５．比較部２８３が実行する設定圧力Ｐｓｅｔの設定方法と圧力制御方法（圧縮機ユニット２の駆動時の制御）
圧縮機ユニット２の駆動時には、図５に示すように、第１特性データ９１１と、第２特性データ９１５とを読み込む（ステップＳ１０）。次に、制御部２８は、需要先制御装置３６からエンジン３１の負荷情報（エンジン要求流量）を取得する。また、図１の流量センサ２９に基づいて需要先３（エンジン３１および発電機３５）に供給される前のガスの流量が取得される（ステップＳ１１）。つまり、本実施形態に係る制御方法および制御プログラムには、前記エンジンの負荷情報および前記需要先の要求流量を受け付ける受付ステップが含まれる。ここで、流量センサ２９によって取得されるガスの流量は、需要先３で消費されるガスの流量とバイパス流路２６を通りガス流路２４からガス流路２３へと還流されるガスの流量の和を示しており、上述の総要求流量と捉えることができる。ただし、流量センサ２９から直接的に得られたデータに対し、必要な計算処理（例えば温度補正や体積流量から質量流量への変換）がなされた後のものが総要求流量とされることもある。
【００４４】
次に、比較部２８３は、第１特性データ９１１に基づきエンジン要求流量に対応する第１比較対象圧力Ｐ１を導出する（ステップＳ１２）。また、比較部２８３は、第２特性データ９１５に基づき総要求流量に対応する第２比較対象圧力Ｐ２を導出する（ステップＳ１３）。なお、ステップＳ１２はステップＳ１３の後又は同時に行われてもよい。
【００４５】
比較部２８３は、第１比較対象圧力Ｐ１と第２比較対象圧力Ｐ２との大小を比較する（ステップＳ１４）。第１比較対象圧力Ｐ１が第２比較対象圧力Ｐ２以上であると判断した場合には（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、第１比較対象圧力Ｐ１を設定圧力Ｐｓｅｔに設定する（ステップＳ１５）。
【００４６】
ここで、ステップＳ１２〜Ｓ１５の一例について図６を用いて説明する。図６は図３の第１特性データ９１１と、図４の第２特性データ９１５とを重ねて示す図である。
【００４７】
比較部２８３は、第１特性データ９１１（比例部ＬＮ１０）に基づきエンジン要求流量Ｆ１１から点ＰＴ１１における第１比較対象圧力Ｐ４１を導出する（ステップＳ１２）。また、第２特性データ９１５（比例部ＬＮ１１）に基づき、総要求流量Ｆ１２から点ＰＴ１２における第２比較対象圧力Ｐ４２を導出する（ステップＳ１３）。
【００４８】
第１比較対象圧力Ｐ４１と第２比較対象圧力Ｐ４２との大小を比較する（ステップＳ１４）。第１比較対象圧力Ｐ４１の方が大きいことが判る。すなわち、ステップＳ１４の時点においてスクリュ圧縮機２１から吐出されているガスの流量が、エンジン３１の要求流量を満足していないと判断される。このため、第１比較対象圧力Ｐ４１が設定圧力Ｐｓｅｔに設定される（ステップＳ１５）。そして、設定圧力Ｐｓｅｔに関する情報を吐出圧制御部２８１に送出する（ステップＳ１６）。吐出圧制御部２８１は、当該設定圧力Ｐｓｅｔとなるようにスライド弁２２およびスピルバック弁２７の開度を制御する（ステップＳ１７）。即ち、本実施形態に係る制御方法および制御プログラムには、需要先からの要求流量と、第１特性データ９１１および第２特性データ９１５とに基づいて、スクリュ圧縮機２１から吐出される対象ガスの吐出圧力を制御する制御ステップが含まれる。
【００４９】
ここで、一般的にスピルバック弁２７の方がスライド弁２２と比べて速やかに動作する。このため、例えば、スクリュ圧縮機２１の吐出側のガス流路２４における圧力を低下させようとする場合には、スピルバック弁２７の開度を上げて対象ガスをスクリュ圧縮機２１の吸込側に戻することにより、速やかに圧力を設定圧力Ｐｓｅｔまで低下させる。その間、スライド弁２２をアンロード側に移動させてスクリュ圧縮機２１から吐出される対象ガスの流量を減らすことができる。スライド弁２２のアンロード側への移動に伴い、スピルバック弁２７は元の開度状態に戻されることとなる。
【００５０】
スクリュ圧縮機２１の吐出側のガス流路２４における圧力を増加させようとする場合には、スピルバック弁２７を閉じて圧力を速やかに上昇させるとともに、その間にスライド弁２２をロード側に移動させてスクリュ圧縮機２１からの供給流量を増やすことができる。スライド弁２２のロード側への移動に伴い、スピルバック弁２７は元の開度状態に戻されることとなる。
【００５１】
ところで、図５のステップＳ１４において、比較部２８３が、第２比較対象圧力Ｐ２が第１比較対象圧力Ｐ１よりも大きいと判断した場合には（ステップＳ１４：Ｎｏ）、第２比較対象圧力Ｐ２を設定圧力Ｐｓｅｔに設定する（ステップＳ１７）。
【００５２】
この場合、図６に示す例を用いて説明すると、比較部２８３は、第１特性データ９１１（比例部ＬＮ１０）に基づき要求流量Ｆ１３から点ＰＴ１３における第１比較対象圧力Ｐ５１を導出する（ステップＳ１２）。また、第２特性データ９１５（比例部ＬＮ１１）に基づき、総要求流量Ｆ１４から点ＰＴ１４における第２比較対象圧力Ｐ５２を導出する（ステップＳ１３）。
【００５３】
第１比較対象圧力Ｐ５１と第２比較対象圧力Ｐ５２との大小を比較すると（ステップＳ１４）、第２比較対象圧力Ｐ５２の方が大きいことが判る。すなわち、ステップＳ１４の時点においてスクリュ圧縮機２１から吐出されているガスの流量が、エンジン３１の要求流量を満足していると判断されるので第２比較対象圧力Ｐ５２が設定圧力Ｐｓｅｔに設定（すなわち、現状維持）される（ステップＳ１８）。そして、設定圧力Ｐｓｅｔに関する情報を吐出圧制御部２８１に送出する（ステップＳ１６）。吐出圧制御部２８１は、当該設定圧力Ｐｓｅｔとなるようにスライド弁２２およびスピルバック弁２７の開度を制御する（ステップＳ１７）。
【００５４】
圧縮機ユニット２では、常時、図５の流れ（ステップＳ１０〜Ｓ１８）に基づいて設定圧力Ｐｓｅｔを導出し、吐出圧制御部２８１によりスライド弁２２およびスピルバック弁２７の開度の制御が繰り返されることとなる。
【００５５】
６．効果
本実施形態に係る圧縮機ユニット２では、エンジン３１の要求流量に対応して第１特性データ９１１から導かれる第１比較対象圧力Ｐ４１と、総要求流量に対して第２特性データ９１５から導かれる第２比較対象圧力Ｐ４２のいずれか大きい方が、設定圧力として吐出圧制御部２８１に出力され、スクリュ圧縮機２１の吐出圧力が制御される。これにより、需要先全体（すなわち、エンジン３１および発電機３５）が必要とするガスの流量を確保できるとともに、エンジン３１の負荷が変動してもエンジン３１の必要とするガスの流量を満足することができる。このように、圧縮機ユニット２では、需要先におけるガスの要求に適切に応えたスクリュ圧縮機の吐出圧制御を実現することができる。また、常に高い一定の吐出圧力を維持するように制御する場合と比べて、動力を削減する効果を得られる。
【００５６】
［変形例］
圧縮機ユニット２は、エンジン３１の数が２以上である船舶に利用されてもよい。この場合、制御部２８は需要先制御装置３６からそれぞれのエンジン３１の負荷情報を取得する。そして、比較部２８３は、エンジン３１から得られる負荷情報のうち最も大きい負荷情報に基づき第１特性データ９１１から第１比較対象圧力Ｐ１を導出する。このように、最も負荷の大きいエンジン３１に合わせて第１比較対象圧力Ｐ１を導出することにより、全てのエンジン３１に対して必要な圧力のガスを供給することができる。
【００５７】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態に係る圧縮機ユニット２の構成について、図７を用いて説明する。本実施形態に係る圧縮機ユニット２では、スクリュ圧縮機２１に電動式のモータ５１が接続されている。スクリュ圧縮機２１は、モータ５１の回転力の伝達により駆動される。モータ５１には、インバータ５２が接続されている。モータ５１の回転数は、制御部２８からの指令に基づくインバータ５２からの信号により制御される。圧縮機ユニット２では、スクリュ圧縮機２１の回転数が制御されることで、スクリュ圧縮機２１から吐出される対象ガスの流量が制御可能とされる。
【００５８】
本実施形態に係る圧縮機ユニット２における吐出圧制御部２８１（図２参照）が実行する需要先３へのガスの吐出圧制御についての詳細説明は省略するが、図５のステップＳ１７における制御対象がモータ５１の回転数とスピルバック弁２７である点に特徴を有する。より具体的には、スピルバック弁２７を閉じた状態で、インバータ５２によりスクリュ圧縮機２１の回転数が制御される。また、インバータ５２によって調整可能な回転数の範囲を超えてスクリュ圧縮機２１の圧力制御が必要となる場合には、スピルバック弁２７の開度調整により圧力制御が行われる。
【００５９】
本実施形態に係る圧縮機ユニット２は、インバータ５２が接続されたモータ５１によりスクリュ圧縮機２１が駆動される点を除き、上記第１実施形態と同様の構成を有する。また、吐出圧制御部２８１が実行する制御プログラムについても、基本的な構成が同じである。よって、本実施形態も、上記第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００６０】
今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと解されるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。したがって、以下の実施形態も本発明の範囲に含まれる。
【００６１】
図８に示すように、上記実施形態では、流量センサ２９が図１のバイパス流路２６よりも下流側、より正確には、バイパス流路２６よりも下流側であり、かつ、分岐流路３３よりも上流側に位置してもよい。この場合であっても、スピルバック弁２７の開度、スクリュ圧縮機２１の吸込圧および吐出圧に基づき、バイパス流路２６を通りガス流路２４からガス流路２３へと還流されるガスの流量を算出する事が可能である。
【００６２】
上記実施形態では、流量センサ２９に代えて、スクリュ圧縮機２１の吐出側のガス流路２４のうちエンジン３１に繋がる部分と、発電機３５に繋がる部分とにそれぞれ設けられた別の流量センサが用いられてもよい。すなわち、各需要先へ繋がる流路部分に流量センサが設けられてもよい。この場合、バイパス流路２６を通りガス流路２４からガス流路２３へと還流されるガスの流量は、上述のように算出されてもよいし、バイパス流路２６に流量センサを設けて当該流量センサから取得されてもよい。それぞれの流量センサが取得するガスの流量の総和に基づいて総要求流量を求めることができる。
【００６３】
さらに、上記実施形態では、各需要先の消費量の総和が、スクリュ圧縮機２１から吐出されるガスの流量と略等しいとみなせる場合は、総要求流量の算出において、バイパス流路２６を通りガス流路２４からガス流路２３へと還流されるガスの流量が加えられなくてもよい。
【００６４】
上記実施形態では、１つのスクリュ圧縮機２１を備えた構成を一例として採用したが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、２つ以上のスクリュ圧縮機を直列あるいは並列に接続した形態を採用することもできる。
【００６５】
上記実施形態に係る各圧縮機ユニット２が適用される船舶１では、ＢＯＧが供給される需要先３にエンジン３１と発電機３５とが設けられた構成を採用したが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、ＧＣＵ（Ｇａｓ  Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  Ｕｎｉｔ）や再液化設備が需要先として追加されてもよい。
【００６６】
上記実施形態における、第１比較対象圧力Ｐ１と第２比較対象圧力Ｐ２とを比較して大きい方の圧力をスクリュ圧縮機２１の設定圧力に設定する手法は、所定の吐出圧力の範囲に限定して実施されてもよい。上記範囲外においては、第１特性データ９１１のみに基づいてスクリュ圧縮機２１の吐出圧力が設定されてもよい。
【００６７】
上記実施形態では、当該圧縮機ユニット２の制御をコンピュータに実行させるための制御プログラムが吐出圧制御部２８１のＲＯＭに格納されていることとしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、制御プログラムをフレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、半導体メモリなどのコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納しておいてもよい。そして、吐出圧制御部２８１がこれらの記憶媒体にアクセス可能となるように構成しておけばよい。
【００６８】
上記実施形態では、必ずしも第１特性データ９１１および第２特性データ９１５の比例部は直線的に変化するものには限定されず、間欠的に変化していくものや、多次関数、指数関数、対数関数の関係をもったものとすることも可能である。
【００６９】
上記実施形態では、制御部２８１の構成として比較部２８３が省略された構成を採用し、圧縮機ユニット２が搭載される船舶１に応じて、乗員等のユーザが第１特性データ９１１および第２特性データ９１５を用いて設定圧力Ｐｓｅｔを設定し、圧縮機ユニット２に指令を送出してもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１  船舶
２  圧縮機ユニット
３  需要先
４  ＬＮＧ貯槽
２１  スクリュ圧縮機
２２  スライド弁
２５  スピルバック部
２６  バイパス流路
２７  スピルバック弁
２８  制御部
５１  モータ
５２  インバータ
２８１  吐出圧制御部
２８２  データ記憶部
２８３  比較部
９１１  第１特性データ
９１５  第２特性データ
ＬＮ１０  第１比例部
ＬＮ１１  第２比例部
【要約】
【課題】需要先の要求に適切に応えることができることを目的とする。
【解決手段】圧縮機ユニット２は、スライド弁２２が付帯されたスクリュ圧縮機２１と、制御部２８とを有する。制御部２８は、制御部とデータ記憶部とを有する。データ記憶部には、需要先の負荷に応じて設定され、エンジンの負荷と圧力との関係を示す第１特性データと、前記需要先の総要求流量と、前記総要求流量に対して前記スクリュ圧縮機の吐出側流路において必要とされる前記対象ガスの圧力との関係を示す第２特性データとが記憶されている。制御部は、需要先からの要求流量に基づき第１特性データから第１比較対象圧力を導出するとともに、第２特性データから第２比較対象圧力を導出し、第１比較対象圧力と第２比較対象圧力とで大きい方を設定圧力に設定し、前記設定圧力となるように前記スクリュ圧縮機を制御する。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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