JP2008507659A - 動的に制御される圧縮機 - Google Patents

Abstract

２台以上の圧縮機を備えたシステムにおいて、本発明は、複数台の圧縮機の吸込管又は吐出管のうち、それらの一方又は両方に、適切なサイズの容器又はタンクを提供する。この容器又はタンクは、第１圧縮機の状態が変化した場合に、それが他の圧縮機に即時的な影響を与えないように、この変化を弱める手段として機能する。
【選択図】図２

Description

本発明は圧縮機（コンプレッサ）に関する。詳しくは、本発明は動的に制御される圧縮機システム及び方法に関連する。

技術的に知られるように、遠心圧縮機は、コンプレッサマップと呼ばれる動作範囲をもち、これは、チョーク（ｃｈｏｋｅ）と称する状態及びサージ（ｓｕｒｇｅ）と称する別の状態によって制限される。

現在の遠心圧縮機は、サージポイント及びチョークポイントの範囲内で動作する場合にガスを送り込む。遠心圧縮機は、ほんの短時間でもサージ状態で動作したままになると、そのインペラが過熱して機械全体を損傷させてしまうことがある。圧縮機の製造業者は、各種のサージ検出装置、つまり、サージを検出した場合に機械を停止させて損傷を防ぐ装置を用いて、このような損傷状態での動作から圧縮機を保護しようと努めている。

エネルギーの節約を目的として、最近の遠心圧縮機は、その動作範囲を広げるために追加された速度制御部をもっており、この場合に、圧縮機の制御システムは動的なものとなった。この時点までの間、圧縮機はオン又はオフとされたが、圧縮機は、より知能的となり、制御部の動的性質によって、圧縮機は状態変化に対応することが可能になった。本出願人により、市場で現在入手可能な最新型では、遠心圧縮機が完全に動的な制御部をもち、インレットガイドベーンの速度及び位置を継続的に最適化して効率を最大にすることができる。このときまで、遠心圧縮機は、主として単一の圧縮機システムとされてきたが、近年では、２台の圧縮機が１台の機械に適用される場合に、これらが並行して運転され、（ＩＧＶ）の使用だけでローディング（負荷をかけること）やアンローディング（無負荷にすること）がなされ、１つのコントローラから制御されることで、ローディング及びアンローディングが同率かつ同時間で行われる。

現在、圧縮機は、性能を最大限に引き出すことを目的として、その速度を調整するとともに、必要な場合にインレットガイドベーンを動作させるための制御ユニットにプログラムされたコンプレッサマップをもっている。そのような動的制御システムでは、圧縮機がその動作パラメータを、システムの状態が変化する際や、システムの負荷が変化する際に適合させることを提供する。

１台の圧縮機を備えたシステムの場合、遠心圧縮機の動的制御、つまり、各種の動作状態及び容量要求においてその性能を最適化するために、速度及びインレットガイドベーン設定を積極的に変更する制御については、該圧縮機自身の制御論理によって処理される。

図１に示すように、第１圧縮機Ｃｏｍｐ１と第２圧縮機Ｃｏｍｐ２が、低圧側（吸込管）と高圧側（吐出管）との間で並列とされた、２台以上の圧縮機を備えたシステムにおいて、第１圧縮機の動作状態は、第２圧縮機のポンプ容量の変化によって直接的に影響を受ける。このことは、例えば、圧縮機の１つ、凝縮器又は蒸発器が適切なサイズでなく、圧縮機への配管及び圧縮機からの配管が独立に接続されていない場合や、複数台の圧縮機が並列に接続され、かつ圧縮機間の相互接続のポイントが共通のポイント又はパイプとされ、そして接続ポイントの容量が第１圧縮機の変化を補償するのに適切でなく、従って、これが第２圧縮機に即時的な効果をもつ場合に生じ得る。

それ自身が知能をもつ、このような複数台の圧縮機の場合には、広い動作範囲に亘って性能についての動的な制御を可能とする、遠心圧縮機システム及び方法が、この技術において現在必要である。

詳細には、複数の圧縮機によるシステムであって、低圧側と高圧側との間で並列とされた、少なくとも第１圧縮機及び第２圧縮機と、少なくとも第１圧縮機と第２圧縮機の吸込管及び吐出管の１つに接続された、１つ以上の慣性容器（ｉｎｅｒｔｉａ ｖｅｓｓｅｌ）と、を備え、この１つ以上の慣性容器が、少なくとも第１圧縮機と第２圧縮機の動作状態の変化を弱める手段として働くようにしたシステムが提供される。

さらには、低圧側と高圧側との間で並列とされた、２台以上の圧縮機を含む圧縮機システムを制御する方法であって、２台以上の圧縮機の１つの吸込管及び吐出管のうち、その少なくとも１つに対して、１つ以上の慣性容器を接続するステップを有する方法が提供される。

本発明の他の目的、利点、及び特徴は、添付図面に関連した例を用いて、実施形態についての限定的でない以下の記載を読む際に明らかとなる。

例えば、空調設備などの冷凍システムの場合、圧縮機の負荷は、時間と温度、従って圧力の関数として変化する。これらの変化は、圧縮機の動作に影響をもち、圧縮機は、これに応答して、その速度及びインレットガイドベーンを調整する。

このような動的な制御システムは、別のタイプの容積式圧縮機、例えば、往復式圧縮機、スクロール圧縮機、スクリュー圧縮機などを使った、従来のシステムに適用することができる。空気圧縮機の場合、圧縮機は、製造プロセスのような、それが適用される処理において負荷需要が変化するにつれて、これに応答する。

２台以上の圧縮機を備えたシステムにおいて、本発明は、複数台の圧縮機の吸込管又は吐出管の一方又は両方に、適切なサイズの容器又はタンクを提供するものであり、第１圧縮機の状態が変化した場合に、それが他の圧縮機に即時的な影響をもたないようにし、容器が当該変化を弱める手段として働くようにする。

図２は、第１圧縮機の動作変化が第２圧縮機に及ぼす影響を低減させるためのヘッダ配置を備えた、並列的な配管システムを示しており、共通の低圧タンク１２が圧縮機Ｃｏｍｐ１とＣｏｍｐ２の吸込管に接続されるとともに、高圧タンク１４が、圧縮機Ｃｏｍｐ１とＣｏｍｐ２の吐出管に接続されている。

図３に示す並列的な配管システムでは、補助タンクが、各圧縮機Ｃｏｍｐ１とＣｏｍｐ２の吐き出し配管１４ａ、１４ｂ、そして、吸い込み配管１２ａ、１２ｂに設けられており、第１圧縮機の動作変化による第２圧縮機への影響を低減する。

図４は、密封又は半密封とされた複数台の圧縮機のシステムを示している。このシステムでは、密封又は半密封とされた圧縮機において、圧縮機のハウジングが設けられており、これらのハウジングは、慣性タンクとして機能するように適切なサイズをもち、これによって外部の慣性タンクを設ける必要がなくなる。

図５は、同じハウジングを共有する２台の圧縮機を備えたシステムを示しており、このハウジングは、慣性タンクとして機能するように適切なサイズをもち、これによって外部の慣性タンクを設ける必要がなくなる。この種のシステムは、１つ以上の出口ポート及び入口ポートをもつことができる（図５Ａ及び５Ｂ参照）。

図６は、低圧及び高圧の慣性タンクが設けられた代替の実施形態を示している。これらの慣性タンクは設計上モジュール式とされ、フランジ継手又は、例えばＶｉｃｔｕａｌｉｃ社が提供する継手などによって接続され、入口管と出口管とが片側で接続される。

図７において、慣性タンクの入口管と出口管については、慣性タンクにおける任意の部分に接続することができる。モジュール式で組み立てられる場合、ガス分配のバランスをとり、個々の慣性タンクのサイズを小さくするために、入口管と出口管の接続については、スタックの中央で行われる。

注意すべきは、冷媒が１つ以上のポートのいずれかからシステムに出入りできることである。

図８に示すシステムでは、２台の圧縮機と、１つの凝縮器と、１つの蒸発器が、共通の凝縮器容器３２へと並列的に配管されるとともに、共通の蒸発器容器３０から並列的に配管されており、凝縮器と蒸発器は適切さサイズをもつが、これらは一般に要求されない。

当業者であれば分かるように、本発明は、複数台の動的に制御される圧縮機を用いて、１台の大型圧縮機から置き換える場合や、１つの入口ポイント及び１つの出口ポイントの一方又は両方を通して、吸込管及び吐出管を熱交換器に接続する必要がある場合の適用において使用できる。この例には、凝縮器への１つの入口と、蒸発器からの１つの出口をもった水冷器が挙げられる。圧縮装置が１台の圧縮機だけを必要する場合には問題ないが、要求される容量を得るために、２台以上の圧縮機を必要とする場合には、複数台の圧縮機を、技術的に通常行われる簡単な配管で繋ぐだけでは十分でない。配管の接続ポイントについては、システムで動作する他の圧縮機に即時的な影響を与えないように適切なサイズにする必要がある。

本発明は、２台以上の圧縮機を備えたシステムに適用することができる。例えば、図２乃至８のシステムについては、これらのシステムが最初に設置されるとき、あるいは、後日の必要に応じて別の圧縮機を追加することによって拡張し得る。また、各システムは、単一又は複数の吸込管及び吐出管を用いて配管される機能をもつことができる。

上記のように、本発明をその実施形態に従って説明してきたが、上記した発明の本質及び教示から離れることなく、本発明について変更することが可能である。

「従来技術」を付記した、技術的に公知の、並列に配管された複数の圧縮機の配管構成を示す図である。 本発明の実施形態によるシステムを示す図である。 本発明の他の実施形態によるシステムを示す図である。 本発明のさらに別の実施形態によるシステムを示す図である。 図４の実施形態の代替案を示す図である。 図４の実施形態の代替案を示す図である。 本発明のまたさらに別の実施形態によるシステムを示す図である。 図６の実施形態の代替案を示す図である。 共通の容器、つまり、凝縮器及び蒸発器へ、そしてこれらから並列的に配管された複数の圧縮機を備え、慣性タンクが多分必要でないシステムを示す図である。

Claims (12)

1. 複数の圧縮機によるシステムにおいて、
   低圧側と高圧側との間で並列とされた、少なくとも第１圧縮機及び第２圧縮機と、
   前記第１圧縮機及び第２圧縮機の吸込管及び吐出管の１つに接続された、少なくとも１つの慣性容器と、を備え、
   前記慣性容器が、前記第１圧縮機及び前記第２圧縮機の動作状態の変化を弱める手段として機能する、複数の圧縮機によるシステム。
2. 前記慣性容器が、前記第１圧縮機及び前記第２圧縮機の吸込管に接続された低圧タンクと、前記第１圧縮機及び前記第２圧縮機の吐出管に接続された高圧タンクと、を備える、請求項１に記載した複数の圧縮機によるシステム。
3. 前記第１圧縮機及び前記第２圧縮機のそれぞれが、低圧タンク及び高圧タンクに接続された、請求項１に記載した複数の圧縮機によるシステム。
4. 前記第１圧縮機及び前記第２圧縮機が、密封又は半密封とされた圧縮機から選択され、前記慣性容器が、前記第１圧縮機のハウジング及び前記第２圧縮機のハウジングを備える、請求項１に記載した複数の圧縮機によるシステム。
5. 前記第１圧縮機及び前記第２圧縮機が、共通のハウジングに収容され、前記慣性容器が該共通のハウジングによって形成される、請求項１に記載した複数の圧縮機によるシステム。
6. 前記慣性容器が、モジュール式低圧タンク及びモジュール式高圧タンクからなる、前記請求項１に記載した複数の圧縮機によるシステム。
7. 低圧側と高圧側との間で並列に配置された２台以上の圧縮機を含む圧縮機システムを制御する方法において、
   前記２台以上の圧縮機における、少なくとも１台の吸込管及び吐出管のうちの１つ以上に対して、少なくとも１つの慣性容器を接続するステップを有する方法。
8. 前記２台以上の圧縮機の吸込管に接続される共通の低圧タンクを接続すること及び前記２台以上の圧縮機の吐出管に接続される共通の高圧タンクを接続することを含む請求項７に記載の方法。
9. 前記２台以上の圧縮機の各々を、低圧タンク及び高圧タンクに接続することを含む請求項７に記載の方法。
10. 前記２台以上の圧縮機が、密封又は半密封とされた圧縮機から選択されるとともに、該圧縮機がそれぞれハウジングを有しており、前記方法は、各ハウジングを低圧側及び高圧側に接続することを含む請求項７に記載の方法。
11. 前記２台以上の圧縮機が共通のハウジングに収容されており、前記方法は、該共通のハウジングを、低圧側及び高圧側に接続することを含む請求項７に記載の方法。
12. モジュール式低圧タンクを低圧側に接続すること及びモジュール式高圧タンクを高圧側に接続することを含む請求項７に記載の方法。

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