(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転式のコンプレッサと、
前記コンプレッサの吐出側に接続され高温高圧の流体を冷却・凝縮するコンデンサと、
前記コンデンサの吐出側に接続され液化した流体を貯留する貯留槽と、
流入口から流体の流入を受け入れると共に上部でミスト・トラップされた前記流体を受け入れる前記コンプレッサの吸入側に接続されたサクションドラムと、
前記貯留槽の底部に接続され凝縮液の流体をサクションドラムへ供給する低温液供給ラインと、
前記コンプレッサの吐出側から分流した前記高温高圧の流体を前記サクションドラムの底部に噴射するリサイクルラインと、を備えたことを特徴とする余剰ガス利用型サージ回避コンプレッサシステム。
【請求項２】
前記サクションドラムに配設されて、内部の温度、圧力、液面の何れかを検知するセンサと、
前記センサの検出出力に基づいて前記低温液供給ラインおよび／またはリサイクルラインの流量を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の余剰ガス利用型サージ回避コンプレッサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、余剰ガス利用機能とサージ回避機能を付加し、冷媒または液化ガスを取り扱うコンプレッサシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＮＧは低温の液体のため、タンクを断熱材で覆っても、外部からの熱によってタンク内で自然に気化してしまう。この自然に気化したガスをボイルオフガス（boil off gas，以下、「ＢＯＧ」と略す）という。また、下記特許文献１には、ＬＮＧ貯蔵設備のＢＯＧ回収方法、に関する技術が開示されている。具体的には、ＬＮＧ貯蔵設備のＢＯＧをサクションドラムに供給し、ＬＮＧ液で冷却した後、複数台のコンプレッサで回収設備に送出するに際し、コンプレッサからの吐出ガスをその圧力に応じてサクションドラムにリサイクルさせると共に、リサイクルガスによる熱負荷変動に応じて、冷却用ＬＮＧ液のサクションドラムへの供給量を制御する、というものである。
【０００３】
一方、下記特許文献２には、圧縮機を駆動する原動機を連続運転させることにより停止時の起動準備等が不要となる、あるいは過負荷を低減することができ、且つ、ガス供給圧力を安定化することができる圧送方法、圧送装置、燃料ガス供給装置及びガス輸送ラインの中継基地に関する技術が開示されている。具体的には、圧縮機と、圧縮機の吸入口に接続された流体供給ラインと、圧縮機の吐出口に接続された出口ラインと、圧縮機の吸入口と吐出口とを接続するリサイクルラインと、リサイクルラインに介装されたリサイクル弁とを備えた流体の圧送方法において、出口ラインの圧力を検出して圧縮機及びリサイクル弁をフィードバック制御すると共に、流体供給ラインに入口流体圧力調整弁を備え、入口流体圧力調整弁より上流側の圧力を検出して入口流体圧力調整弁の開度を制御する、というものである。
【０００４】
また、下記特許文献３には、アンロード状態を長時間継続しても、シリンダ内を確実に冷却してピストンリングやブルリングの過熱を防止することができ、かつ無負荷時の駆動動力を低減することができる高圧圧縮設備とその無負荷運転方法に関する技術が開示されている。具体的には、複数のアンローダ付き吸入弁を有する高圧圧縮機と、高圧圧縮機で圧縮されたガスを冷却するアフタークーラと、アフタークーラを出た加圧ガスの逆流を防止して排出する逆止弁と、アフタークーラ出口と高圧圧縮機のガス入口とを連通するリサイクルラインと、リサイクルラインに設けた開閉弁と、開閉弁と高圧圧縮機のアンローダを制御する制御装置とを備える。無負荷運転時に、アンローダ付き吸入弁の一部をアンロード状態にし、残りの吸入弁を作動状態に保持して冷却した加圧ガスをリサイクルラインを通して高圧圧縮機のガス入口にリサイクルし、作動状態の吸入弁を通してシリンダ内を流通させる、というものである。
【特許文献１】特公昭６３−１６６４０号公報
【特許文献２】特開２００６-３１６６８７号公報
【特許文献３】特開２００６-１１５６６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、余剰ガス利用型サージ回避コンプレッサシステムという観点から、特許文献１〜３に記載された技術には、いまだ改善余地が残されていた。特に、サージ領域に突入することを回避する手段を講じたことに対する弊害として、下記の問題があった。
１）バイパスラインにクーラーを配設する場合は、スペースやコストの問題があった。
２）コンプレッサをオン／オフ制御する場合は、起動／停止に際してのエネルギーロスのほか、機械的ストレスが増大して設備寿命を縮めるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、以下の点で問題解決した余剰ガス利用型サージ回避コンプレッサシステムを提供することを目的とする。
１）バイパスラインのクーラーを省略することによってスペースやコストの面で簡素化する。
２）コンプレッサの頻繁なオン／オフ制御に伴う起動／停止のエネルギーロスをなくすほか、機械的ストレスをなくして設備寿命を伸ばす。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、第１の発明に係る余剰ガス利用型サージ回避コンプレッサシステムは、下記第１の手段を採用する。すなわち、回転式のコンプレッサと、前記コンプレッサの吐出側に接続され高温高圧の流体を冷却・凝縮するコンデンサと、前記コンデンサの吐出側に接続され液化した流体を貯留する貯留槽と、流入口から流体の流入を受け入れると共に上部でミスト・トラップされた前記流体を受け入れる前記コンプレッサの吸入側に接続されたサクションドラムと、前記貯留槽の底部に接続され凝縮液の流体をサクションドラムへ供給する凝縮液供給ラインと、前記コンプレッサの吐出側から分流した前記高温高圧の流体を前記サクションドラムの底部に噴射するリサイクルラインと、を採用した。
【０００８】
第１の発明に係る余剰ガス利用型サージ回避コンプレッサシステムによれば、ＢＯＧ等に代表される気体状態の流体（気体）、または飽和蒸気状態の流体（飽和蒸気）を回転式のコンプレッサによって凝縮する。凝縮されて気液混在する流体（気液混合体）を、コンデンサによって冷却・凝結して液化した流体（液体）にする。
【０００９】
また、コンデンサの吐出側で得られる凝縮された流体（液体）は貯留槽に貯留される。この流体（液体）は、貯留槽の底部から汲み出されて用途に応じた利用に供される。例えば、液化ガスの貯留・供給設備においてＢＯＧを液化処理する装置であれば、その液化ガスは消費に供される。
【００１０】
一方、消費とは別用途として、例えば、冷凍設備における冷媒の圧縮・膨張サイクルの用途であれば、貯留槽に常温で貯留された液体の冷媒が、チラー（膨張・吸熱部）を巡って膨張・吸熱後に気体状態の流体（気体）となってから、流入口を経由してサクションドラムへ戻される。サクションドラムは、貯留槽の底部に連通する凝縮液供給ラインおよび／または流入口から流体の供給を受けて気水分離する。
【００１１】
サクションドラムの気水分離機能によってミスト・トラップされた流体（気体）はコンプレッサの吸入側から吸入される。コンプレッサに吸入された流体（気体）は、凝縮されて前記同様のことが繰り返される。
【００１２】
一方、コンプレッサの吐出側とコンデンサの間から分岐されたリサイクルラインを通して圧送された高温高圧の流体（ガス）を、サクションドラムの底部に配設された噴射手段によって、貯留された流体（液体）中に噴射する。そうすると、高温高圧の流体（ガス）に潜在する顕熱が、サクションドラムの底部に貯留された流体（液体）に移動して気化を促すことにより、（１）冷却される。（２）リサイクルガス冷却のための新たな用役が不要になる。（３）サクションドラムにガスが供給されることにより、コンプレッサがサージ状態に陥る危険を回避することができる。このことから、以下の効果が導き出される
【００１３】
１）リサイクルライン（バイパスライン）のクーラーを省略することによって、スペースやコストの面で簡素化する。
２）コンプレッサの頻繁なオン／オフ制御に伴う起動／停止のエネルギーロスをなくすほか、機械的ストレスをなくして設備寿命を伸ばす。
【００１４】
また、第２の発明に係る余剰ガス利用型サージ回避コンプレッサシステムは、前記第１の手段に加えて下記第２の手段を採用する。すなわち、前記サクションドラムに配設されて、内部の温度、圧力、液面の何れかを検知するセンサと、前記センサの検出出力に基づいて前記凝縮液供給ラインおよび／またはリサイクルラインの流量を制御する制御手段と、を採用する。
【００１５】
第２の発明に係る余剰ガス利用型サージ回避コンプレッサシステムによれば、サクションドラムは、液面を一定に制御する制御手段によって、低温液供給ラインの流量が制御されるので、液面は一定に保持される。これに加えて、サクションドラムは、圧力を一定に制御する制御手段によって、リサイクルラインの流量も制御されるので、圧力も一定に保持される。そうすると、コンプレッサがサージ状態に陥る危険を、一層確実に回避することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、以下の点で問題解決した余剰ガス利用型サージ回避コンプレッサシステムを提供できる。
１）リサイクルライン（バイパスライン）のクーラーを省略することによって、スペースやコストの面で簡素化することが可能となる。
２）コンプレッサの頻繁なオン／オフ制御に伴う起動／停止のエネルギーロスをなくすほか、機械的ストレスをなくして設備寿命を伸ばすことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態（以下、「本実施形態」という）について、構成と動作を適宜織り交ぜて説明する。図１は、本実施形態に係る余剰ガス利用型サージ回避コンプレッサシステム（以下、「本システム」ともいう）Ｅの配管図である。
【００１８】
図１に示すように、本システムＥは、回転式のコンプレッサ１０→コンデンサ２→貯留槽３→低温液供給ライン４→サクションドラム６→コンプレッサ１０の流体循環回路によって主要構成され、冷凍設備等の熱交換サイクルのほか、液化ガスを圧縮・膨張するためのコンプレッサシステムを構成している。この本システムＥは、熱交換サイクルの冷媒としてのフロン、アンモニアを、図示せぬチラーを含む閉回路で循環させるほか、液化ガスであるＬＮＧ、液化窒素、液化酸素等を貯蔵し、消費に供するように取り扱うことが主な用途である。
【００１９】
特に、巨大ガスタンクを含むＬＮＧ貯蔵設備の場合は、外部からの熱によってタンク内で自然に気化するＢＯＧの凝結・液化が主用途となる。より詳しくは、ＢＯＧを流入口５からサクションドラム６へ導入すると、サクションドラム６の底部に所定の液面を維持するように貯留されたＬＮＧ液１Ｌの低温によってある程度まで冷却される。サクションドラム６の上部に連通するコンプレッサ１０で圧縮される。このコンプレッサ１０の吐出ガスを、その圧力に応じてサクションドラム６へ分流してリサイクルさせる。その際、リサイクルガスによる熱負荷変動に応じて、冷却用ＬＮＧ液のサクションドラムへの供給量を制御する。
【００２０】
ここで、コンプレッサ１０は、気体の状態である流体（以下、「気体」ともいう）１Ｇのみに対して圧縮を行なうことができる仕様であるため、飽和蒸気１Ｓならば対応可能であるが、気液混合状態の流体（以下、「気液混合体」ともいう）１Ｍであれば、サクションドラム６によって気液分離（以下、「ミスト・トラップ」ともいう）された気体１Ｇのみを、コンプレッサ１０の吸入側１２へと導入する。
【００２１】
コンデンサ２はコンプレッサ１０の吐出側１１に接続され吐出された飽和蒸気１Ｓまたは気液混合体１Ｍを冷却・凝縮して液化させる。貯留槽３はコンデンサ２の吐出側２１により液化された流体（以下、「液体」ともいう）１Ｌを貯留する。
【００２２】
サクションドラム６は、貯留槽３の底部に接続された低温液供給ライン４および／または流入口５から流体１Ｇ・１Ｓ・１Ｌの供給を受けて気液混合体１Ｍで充満する。この気液混合体１Ｍが重力によって気液分離され、上層部の気体１Ｇと底層部の液体１Ｌに分離されて一時貯留されている。
【００２３】
また、コンプレッサ１０の吐出側１１からリサイクルライン７を通して分流しバイパスされた高温高圧の気液混合体１Ｍが、サクションドラム６の底部に貯留された液体１Ｌ中に、噴射手段（ノズル等）８を介して噴射される。
【００２４】
そうすると、高温高圧の気液混合体１Ｍに潜在する潜熱が、貯留された液体１Ｌに移動して気化を促すことにより、コンデンサ２の手前で発生する排熱を回収するので、エネルギー効率を向上させるのみならず、コンプレッサ１０がサージ状態に陥る危険を回避することができる。
【００２５】
また、貯留槽３の底部からサクションドラム６に接続された低温液供給ライン４によって、低温の液体１Ｌが冷却用として適宜に供給される。なお、低温液供給ライン４には調節弁４１が介挿され、低温液供給ライン４の流量を制御する制御手段ＬＩＣにより調節弁４１の弁開度が制御されている。この調節弁４１は、サクションドラム６の液面を監視するように配設された液面検知用のセンサ９Ｂの検出出力に基づいた制御手段ＬＩＣの制御を受けるので、サクションドラム６は液面が一定に保持される。
【００２６】
そして、リサイクルライン７には調節弁７１が介挿され、リサイクルライン７の流量を制御する制御手段ＰＩＣにより調節弁７１の弁開度が制御されている。また、サクションドラム６に配設されて、その内部の圧力を検知するセンサ９Ｕの検出出力に基づいて制御手段ＰＩＣが制御動作するので、サクションドラム６は圧力が一定に保持される。
【００２７】
このように、サクションドラム６は、液面を一定に制御する制御手段ＬＩＣによって、低温液供給ライン４の流量が制御されるので、液面は一定に保持される。さらに、サクションドラム６は、圧力を一定に制御する制御手段ＰＩＣによって、リサイクルライン７の流量も制御されるので、圧力も一定に保持される。このことによって、コンプレッサ１０がサージ状態に陥る危険を一層確実に回避することができる。
【００２８】
本システムＥによれば、ＢＯＧ等に代表される気体１Ｇ、または飽和蒸気１Ｓを回転式のコンプレッサ１０によって凝縮する。この凝縮された気液混合体１Ｍを、コンデンサ２によって冷却・凝結・液化した液体１Ｌは貯留槽３に貯留される。この液体１Ｌは、貯留槽３の底部から汲み出されて用途に応じた利用に供される。例えば、液化ガスのＢＯＧを液化処理したのであれば消費に供される。
【００２９】
あるいは、消費とは異なる用途として、例えば、冷凍設備における冷媒の圧縮・膨張サイクルの用途であれば、チラーを巡らせる間に膨張して気化した気体１Ｇが、流入口５を経由してサクションドラム６へ流入されることによって閉回路を循環される。すなわち、サクションドラム６の気水分離機能によってミスト・トラップされた気体１Ｇはコンプレッサ１０の吸入側１２から吸入される。そして、以下の流体循環回路を循環する。
コンプレッサ１０→コンデンサ２→貯留槽３→サクションドラム６→コンプレッサ１０
【００３０】
なお、上述した実施の形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。また、各部の呼称に関しては、他の表現であっても実質同一であれば本発明に含まれるものと見なし得る。例えば、リサイクルライン７をバイパスライン７と読み替えても構わない。
【００３１】
要するに、コンプレッサ１０の吐出側１１とコンデンサ２の間から分岐されたリサイクルライン７を通してバイパスされた高温高圧の流体（気液混合体）１Ｍを、サクションドラム６の底部に配設された噴射手段８によって、サクションドラム６の底部に所定の深さ（液面）を保持して貯留された流体（液体）１Ｌ中に噴射するようにした技術はすべて本発明に含まれる。
【００３２】
本発明によれば、高温高圧の流体（気液混合体）１Ｍに潜在する潜熱が、サクションドラム６の底部に貯留された流体（液体）１Ｌに移動して気化を促すことにより、コンデンサ２の手前で発生する排熱を回収する。このことによってエネルギー効率が向上するのみならず、コンプレッサ２がサージ状態に陥る危険を回避することができる。このことから、以下の効果が導き出される
１）リサイクルライン（バイパスライン）７のクーラーを省略することによって、スペースやコストの面で簡素化することが可能となる。
２）コンプレッサ１０の頻繁なオン／オフ制御に伴う起動／停止のエネルギーロスをなくすほか、機械的ストレスをなくして設備寿命を伸ばすことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態に係る余剰ガス利用型サージ回避コンプレッサシステム（本システム）の概略構成を示す配管図である。
【符号の説明】
【００３４】
１，１Ｇ，１Ｓ，１Ｍ，１Ｌ…流体
１Ｇ…（気体）流体、
１Ｓ…（飽和蒸気）流体、
１Ｍ…（気液混合体）流体、
１Ｌ…（液体）流体、
２…コンデンサ、
３…貯留槽、
４…凝縮液供給ライン
５…流入口
６…サクションドラム、
７…リサイクルライン
８…噴射手段
９Ｕ，９Ｂ…（サクションドラム６に配設されて、内部の温度、圧力、液面の何れかを検知する）センサ、
１０…回転式のコンプレッサ、
１１…（コンプレッサ１０の）吐出側、
１２…（コンプレッサ１０の）吸入側、
２１…吐出側、
Ｅ…余剰ガス利用型サージ回避コンプレッサシステム、
【図１】
0004978361.tif 000002