[go: up one dir, main page]

JP6568874B2 - 気体を圧縮及び膨張させる装置及び異なる公称圧力水準の2つの配管網の圧力を制御する方法 - Google Patents

気体を圧縮及び膨張させる装置及び異なる公称圧力水準の2つの配管網の圧力を制御する方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6568874B2
JP6568874B2 JP2016568554A JP2016568554A JP6568874B2 JP 6568874 B2 JP6568874 B2 JP 6568874B2 JP 2016568554 A JP2016568554 A JP 2016568554A JP 2016568554 A JP2016568554 A JP 2016568554A JP 6568874 B2 JP6568874 B2 JP 6568874B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pressure
network
gas
pressure network
low
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2016568554A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2017518455A (ja
Inventor
カンプフォルト クリス ファン
カンプフォルト クリス ファン
クリストフ パスカル ヒュービン
クリストフ パスカル ヒュービン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Atlas Copco Airpower NV
Original Assignee
Atlas Copco Airpower NV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Atlas Copco Airpower NV filed Critical Atlas Copco Airpower NV
Publication of JP2017518455A publication Critical patent/JP2017518455A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6568874B2 publication Critical patent/JP6568874B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K13/00General layout or general methods of operation of complete plants
    • F01K13/02Controlling, e.g. stopping or starting
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C28/00Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids
    • F04C28/04Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids specially adapted for reversible pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D15/00Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/10Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/16Arrangement of bearings; Supporting or mounting bearings in casings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/08Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C18/12Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F04C18/14Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
    • F04C18/16Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with helical teeth, e.g. chevron-shaped, screw type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C28/00Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids
    • F04C28/28Safety arrangements; Monitoring
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/0042Driving elements, brakes, couplings, transmissions specially adapted for pumps
    • F04C29/0085Prime movers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/04Heating; Cooling; Heat insulation
    • F04C29/045Heating; Cooling; Heat insulation of the electric motor in hermetic pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/12Arrangements for admission or discharge of the working fluid, e.g. constructional features of the inlet or outlet
    • F04C29/124Arrangements for admission or discharge of the working fluid, e.g. constructional features of the inlet or outlet with inlet and outlet valves specially adapted for rotary or oscillating piston pumps
    • F04C29/126Arrangements for admission or discharge of the working fluid, e.g. constructional features of the inlet or outlet with inlet and outlet valves specially adapted for rotary or oscillating piston pumps of the non-return type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2240/00Components
    • F04C2240/30Casings or housings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2240/00Components
    • F04C2240/40Electric motor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2240/00Components
    • F04C2240/50Bearings

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)
  • Applications Or Details Of Rotary Compressors (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)

Description

本発明は、気体を圧縮及び膨張させる装置及び異なる公称圧力水準の2つのネットワークの圧力を制御する方法に関する。
工業環境において気体のネットワークは異なる圧力の連結ネットワークで使用されることが知られている。気体は例えば蒸気であり、圧縮空気、天然ガス、窒素ガス又は他のタイプのガスとすることがある。
ネットワークの圧力は、気体の供給と気体の消費との間のバランスにより得られ、それは、気体を、或る圧力から高圧へ「圧縮ステーション」によって圧縮するか、気体を、或る圧力から低圧へ「膨張ステーション」によって膨張するかのどちらかによって制御される。この膨張ステーションは、圧力差を機械及び/又は電気エネルギーに変換する単純な減圧弁又は膨張機とすることがある。
しかしながら、既知の装置又は機械は、気体を一方向に、減圧弁と膨張機の中で高圧から低圧へ又はコンプレッサーの中で低圧から高圧へ進めることができるだけである。
これは、膨張ステーションの場合、例えば、高圧ネットワーク内の気体需要の増加に柔軟に応答するため、低圧気体を逆方向に高圧気体へ圧縮することができない不利益がある。また、圧縮ステーションを、膨張ステーションとして使用することができず、又は、低圧ネットワーク内の需要増加に柔軟に応答することができない。
伝統的に、単独の圧縮ステーションと単独の膨張ステーションを備えた気体ネットワークは、エネルギーの貯蔵のために簡単に展開させることができない不利益がある。
知られているように、電気エネルギーは直接に貯蔵することができないし、もしこれが気体を圧縮するために使用され、エネルギー貯蔵量として気体ネットワークを使用し、後で膨張機を経てそれを膨張し直し発電するために使用されるなら、電気エネルギーの余剰時に有利だろう。
しかしながら、伝統的な装置は、作動が一方向であり、この目的のために使用することはできない。
そこで、また、ステーション内に2つ又はそれ以上の機械、例えば、少なくとも一つの膨張機と少なくとも一つの圧縮機を設置することがしばしば必要である。
それについての完全な設置と制御は、より複雑及び高価となり不利益である。
本発明の目的は、前述した不利益と他の不利益の少なくとも一つにおいて解決案を提供することである。
本発明の目的は、気体を圧縮及び膨張させる装置であって、装置は、二方向に駆動される装置を含み、装置は一方向に作動して気体を圧縮させ、装置は他方向に作動して気体を膨張させる装置である。
利点は、このような装置が両方向に作動することであり、本発明による装置は気体を膨張と圧縮の両方させることができることを意味する。
結果として、1つの機械を使用することにより異なる圧力の2つのネットワークを供給することができ、このように異なるネットワークの需要に、より柔軟に応答することができる。
利点は、この方法で、電気エネルギーの余剰か需要かどうかにより、ステーションを圧縮ステーション又は膨張ステーションとして使用することによって、気体ネットワークを電気エネルギーの余剰容量として使用することができることである。
これには費用を抑制できる追加の利点がある。
さらに、完全な設置はより単純である。相互作用が単独の圧縮機と膨張機との間に起こり得ないため制御もより単純である。
好ましくは、装置が、気体の膨張のために作動するとき、エネルギーを装置により気体から回復させることができる。
これは、伝統的な膨張機に類似しており、エネルギー損失が殆どない利点がある。
本発明は、それぞれ高圧ネットワークと低圧ネットワークに、別々の公称圧力水準を備えた2つのネットワークの圧力を制御する方法であって、両方の圧力ネットワークは、低圧ネットワークから高圧ネットワークへ気体を圧縮させる圧縮機としても働くことができ、且つ高圧ネットワークから低圧ネットワークへ気体を膨張させる膨張機としても働くことができる装置によって互いに接続され、装置を高圧ネットワーク及び/又は低圧ネットワークの圧力に基づき圧縮機又は膨張機として制御することからなる方法に関する。
このような方法は、例えば相互作用は単独の圧縮機と膨張機との間に起こり得ないため、単独の圧縮機と単独の膨張機を使用する方法よりかなり単純であるという利点がある。
その利点は、本発明による装置の上述した利点に類似している。
本発明の特徴をより良く示すために、本発明による装置のいくつかの好ましい実施形態及びそれによって適用される方法を、限定するいかなる扱いを受けることなく、添付図面を参照して一例として以下に説明する。
本発明による装置を示した概略図 図1の変形実施形態を示す図 本発明による方法を示す概略図
図1に示す装置1は、本質的に、二方向に駆動することができる装置2を含み、該装置は、一方向では気体を圧縮する圧縮機として働き、他方向では、気体を膨張する膨張機として働く。
この場合、装置2は、空気が例えば16バールである高圧ネットワーク3と空気が例えば4バールである低圧ネットワーク4との間にリンクを提供する。
この場合、必要ではないが、この装置は、2つの噛み合ったスクリュー5を備えた、適合したスクリュー式膨張機・圧縮機であり、スクリュー5は、2つの通路7a、7bを具備したハウジング6にある軸受に取り付けられる。
第一通路7aは低圧管8を経て低圧ネットワーク4に接続され、第二通路7bは高圧管9を経て高圧ネットワーク3に接続される。
スクリュー10を一方向又は他方向に回転させることによって、スクリュー式膨張・圧縮機2は第一通路7aから第二通路7bへ気体を圧縮することができ、又は第二通路7bから第二通路7aへ気体を膨張させることができる。
換言すれば、第一通路7aは、装置2が圧縮機として駆動されるとき流入口として働き、装置2が膨張機として駆動されるとき流出口として働く。
第二通路7bは、装置2が圧縮機として駆動されるとき流出口として働き、装置2が膨張機として駆動されるとき流入口として働く。
スクリュー5のローブは互いに噛み合い、ハウジング6と一緒になって、気密室10を構成し、気密室は、スクリュー5を一方向又は他方向に回転させるとき、第一通路7aから第二通路7bへ移動し又は逆に移動し、それによって、それぞれ、ますます小さく又は大きくなり、その結果、この気密室10に吸い込まれた気体はそれぞれ圧縮又は膨張される。
好ましくは、装置2は、装置2を駆動することができる両方向に必要な密封を確保する必要な二方向シールを備える。例えば、ハウジングのスクリュー5の軸受のために、使用される軸受は、装置2を駆動することができ両方向の回転を可能にする。
これらの手段は、不十分な密封又は軸受の摩擦損失による大きな損失なしに装置2が二方向に確実に作動することができる。
2つのスクリュー5の一つは、ハウジング6を貫いて外側へ延び、且つ、この場合、モーター13、この場合は電磁誘導モーター13の軸12に連結され、出力軸11に固定される。
モーター13は、装置が空気を圧縮するための圧縮機として作動するとき、装置を駆動するために使用される。
モーター13は、また、装置2が膨張機として作動するとき、出力軸11に加えた機械エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機として使用される。
エネルギーを回復させようとするとき、モーターが発電機として働くことができれば、電磁誘導モーター13の代わりに、他のタイプのモーターをも使用することができることは明らかである。
モーター13は、4象限コンバーター15を経て電気ネットワーク14に接続されており、かかるコンバーターは、電気ネットワーク14からエネルギーを引くことができ、装置1によって回復されたエネルギーを電気ネットワーク14へ供給することができる。
この場合、高圧ネットワーク3から装置2を経て低圧ネットワーク4へ気体の供給を制御する流入弁16は、高圧管9に固定される。
流入弁16と並列に言わばバイパス管17に、低圧ネットワーク4から高圧ネットワーク3へのみ気体の流れを万能にする逆止弁18が設けられる。これは装置2が圧縮機として作動しているときだけ、気体が逆止弁18を流通することができることを意味している。
この場合、装置2によって圧縮された気体を冷却する熱交換器19が逆止弁18と直列に設置される。
装置1は、装置1、より詳細には、モーター13と、高圧ネットワーク3と低圧ネットワーク4の圧力を制御する流入弁16とを制御する制御装置20を更に備える。
制御装置20は高圧ネットワーク3と低圧ネットワーク4の圧力を決定する手段21、22によって連結されている。
この場合、これらの手段21、22は、それらの信号を制御装置20へ送る圧力センサとして構成される。
装置1の作動はとても単純であり、次の通りである。
装置1の装置2は、膨張機又は圧縮機のいずれかとして駆動される。
装置2が膨張機として駆動されるとき、制御装置20は、略16バールの圧力である気体流Qを、高圧ネットワーク3から装置2の中を通らせるように流入弁16を制御する。逆止弁18は気体を高圧ネットワーク3から装置2へ流れさせない。
気体流Qは、装置2によって4バールの圧力に膨張され、それによってスクリュー5が作動され、気密室10は第二通路7bから第一通路7aへ移動し、それによってますます大きくなる。この方法で、気体流Qは4バールの低圧で低圧ネットワーク4に供給される。
2つのスクリュー5の内の一つは、出力軸11を駆動し、この場合、出力軸11により発電機として駆動させられる電磁誘導モーター13は、動力、又はかくして電気エネルギーを作り出す。
電力の形で回復したエネルギーは、4象限コンバーター15の手段によって電気ネットワーク14に供給される。
装置2が圧縮機として駆動されるとき、制御装置20は、電磁誘導モーター13を駆動し、スクリュー5の出力軸11は他の方向に駆動され、その結果、装置2は圧縮機として作動する。これによって、電磁誘導モーター13は、電気ネットワーク14から4象限コンバーター15を経てエネルギーを引く。
気体流Q´は、装置2によって低圧ネットワーク4から16バールの圧力に圧縮され、この場合、気密室10は第一通路7aから第二通路7bに移動し、それによってますます小さくなる。例えば、とりわけ熱交換器19に起こることがあるパイプ損失を考慮し、気体流Q´を16バールより幾分高い圧力に圧縮することも可能である。
知られているように、気体の温度は圧縮中増加する。
圧縮された気体が16バールより高い圧力で装置を出るとき、逆止弁18を経て高圧ネットワーク3に供給され、流入弁16は制御装置20によって完全に閉じられる。
気体が逆止弁18を通過する前に、圧縮後の気体を冷却するため気体は熱交換器19を経て通る。
流入弁16と逆止弁18は、装置の膨張機の作動と圧縮機の作動が良好に確実に進むようにし、流入弁16は膨張機の作動中流入する気体流を良好に確実に制御し、逆止弁18は高圧ネットワーク3へ圧縮気体の制約されてない流れを保証することは明らかである。
装置2は駆動される方向にかかわらず、シールと軸受は、各方向で十分な密封を保証し、ありうる摩擦損失を確実に最小にする。
制御装置20は、膨張機又は圧縮機のいずれかとして、装置2を駆動しなくてはならない方向を決定し、それによって、2つの独自のネットワーク3と4の圧力を制御するための本発明による方法を使用する。
この目的で、制御装置20は、高圧ネットワーク3と低圧ネットワーク4の圧力に基づいて装置2を制御するためのアルゴリズムを含み、アルゴリズムは方法のステップを実現する。
第一ステップにおいて、高圧ネットワーク3と低圧ネットワーク4の圧力は手段21と22によって決定される。
これらの圧力に基づいて、以下のステップの一つが実行される:
・高圧ネットワーク3の圧力が設定値PHAより低いとき、装置を圧縮機として制御する。
・低圧ネットワーク4の圧力が設定値PLAより低いとき、装置2を膨張機として制御する。
・低圧ネットワーク4と高圧ネットワーク3の両方の圧力が設定値PLAとPHAより低いとき、装置2の電源を切る。
・低圧ネットワーク4と高圧ネットワーク3の両方の圧力が設定値PLAとPHAより高いとき、選択により装置2を膨張機又は圧縮機として制御する。
このことは、図3に概略的に示している。グラフの水平軸は低圧ネットワーク4の圧力を示しており、PLは目標値又は低圧ネットワーク4の公称圧力水準であり、4バールに等しい。垂直軸は高圧ネットワーク3の圧力を示しており、16バールの公称圧力水準PHを示している。
4つの帯域IからIVをグラフに識別することができる。帯域Iにおいて低圧ネットワーク4と高圧ネットワーク3の圧力は設定値PLAとPHAより低く、これらの設定値PLAとPHAは、好ましくは目標値PLとPHの0.2バール以下である。
この帯域では、制御装置20は装置2の電源を切り、その結果、気体流Q又はQ´はネットワーク3と4との間で不可能である。
帯域IVでは、ネットワーク3と4の両方の圧力は、それぞれ設定値PHAとPLAより高い。制御装置20は、装置2を圧縮機又は膨張機のいずれかとして制御することができる。
例えば、電気ネットワーク14のために要求又は所望の動力又は電気エネルギーを決定すること、及び装置2を圧縮機又は膨張機として制御することをこの要求に基づいて選択してもよい。この方法で、電気ネットワーク14に接続される電気需要家の電力要求に応答することができる。
別の例として、設定値PLAと低圧ネットワーク4の圧力との差が、設定値PHAと高圧ネットワーク3との差より大きいとき、装置2を圧縮機として制御することを選択し、又、設定値PLAと低圧ネットワーク4の圧力との差が、設定値PHAと高圧ネットワーク3との差より小さいとき、装置2を膨張機として制御することを選択しても良い。
本発明を制限するものではないが、帯域IVにおける可能な制御のいくつかの他の可能性を以下に示す。
高圧ネットワーク3の圧力制御により、目標値PHが常に維持されるように制御装置20は装置2を制御する。高圧気体の大きな要求がある場合、装置2は圧縮機として作動し、低圧ネットワーク4から高圧ネットワーク3へ気体を圧縮する。高圧気体の要求が低下すると、次いで、第一の例では、装置2は、気体流Q´が減少するように減速する。要求がさらに低下すると、装置2は停止し、次いで高圧ネットワーク3の圧力が目標値PHで維持されるように高圧ネットワーク3から低圧ネットワーク4へ気体を膨張させる膨張機として作動し始める。
低圧ネットワーク4の圧力制御により、制御装置20は、上記した原理に類似している制御の適用によって目標値PLが常に維持されるように装置2を制御する。
エネルギー産出を最大にすることにより、制御装置20は、装置2ができるだけ多くのエネルギーを産出するように装置2を制御する。これは、装置2が常に膨張機として、好ましくは、エネルギー産出が最大である速度で駆動されることを意味する。このような制御は、両方のネットワーク3及び4の圧力がそれぞれ設定値PHA又はPLAよりも高い間維持される。
エネルギー消費を最大にすることにより、制御装置20は、装置2ができるだけ多くのエネルギーを消費するように装置2を制御する。これは、装置2が常に圧縮機として、好ましくは、エネルギー消費が最大になる速度で駆動されることを意味する。このような制御は、両方のネットワーク3及び4の圧力がそれぞれ設定値PHA又はPLAよりも高い間維持される。
高圧ネットワーク3の圧力が設定値PHAより低く、低圧ネットワーク4の圧力がPLAより高いとき、制御装置20は、このようにして低圧ネットワーク4から生じる気体を高圧ネットワーク3に提供するために装置2を圧縮機として制御する。これは図3のグラフに帯域IIに対応する。
この場合、低圧ネットワーク4の圧力が、PLAより高い予めの設定値PLBより高いという条件が満たされたときに、装置2は圧縮機として制御される。換言すれば、帯域Ibにおいて、装置2は圧縮機として作動せず、例えば、電源が切れている。
低圧ネットワーク4の圧力が設定値PLAより低く、高圧ネットワーク3の圧力はPHAより高いとき、制御装置20は、このようにして装置2を高圧ネットワーク3から生じる気体を低圧ネットワーク4に提供するために膨張機として制御する。これは図3のグラフに帯域IIIに対応する。
この場合、高圧ネットワーク3の圧力が、PHAより高い予めの設定値PHBより高いという圧力が満たされたときのみ、装置2は膨張機として制御される。換言すれば、帯域Iaにおいて、装置2は膨張機として作動せず、例えば、電源が切れている。
前述した予めの設定値PLBとPHBは、好ましくは目標値PHとPLの0.1バール以下である。
装置2の作動又は装置2が繰り返しオンオフされることにより一方のネットワークが低過ぎる圧力となることを防ぐために、設定値を使用することによって、一方のネットワーク自体が十分に高い圧力を有するとき、一方のネットワークは他方のネットワークにのみ供給することを確保する。
上記した設定値PLA、PHAと予めの設定値PLB、PHBは、ただの例であることは明らかである。例えば、目標値PL又はPHと等しい又は大きい値PLB又はPHBを選択することは可能である。
図2は、本発明による装置1の変形実施形態を示している。この場合、装置2を駆動することができる両方向において、この軸12を冷却するための冷却ファン23がモーター13の軸12の位置に設けられる。
更に、流入弁16は低圧管8に設けられ、この流入弁16と並列に逆止弁18のみが設けられ、熱交換器19は設けられていない。
装置1の残りについては、図1に示す装置1と同一である。
第3の変形実施形態は、図1の熱交換器19を高圧管9、高圧ネットワーク3側の装置2の隣に位置を変える構成である。図1の変形において、これは熱交換器19が装置2の左に配置されることを意味している。
熱交換器19は、装置2が圧縮機として作動する場合、圧縮後に気体を冷却するために使用され、並び、装置2が膨張機として作動する場合、前加熱するために使用される。
流入弁16と逆止弁18が別々に構成される例を示したけれども、これらの2つの弁16と18が一つのハウジングに固定されること又はこれらの2つの弁16および18の機能を組み合わせた1つの特別に制御される弁が使用されることは除外されない。
本発明は、一例として説明し、図面に示した実施形態に決して限定さることはないが、このような装置および方法は、本発明の範囲から逸脱することなく、あらゆる種類の変形形態で実現することができる。

Claims (19)

  1. 気体を圧縮及び膨張させる装置であって、
    装置(1)は、二方向に駆動される装置(2)を含み、
    前記装置(2)は一方向に作動して気体を圧縮させ、前記装置(2)は他方向に作動して気体を膨張させ、
    前記装置(1)は、前記装置(2)を高圧ネットワーク(3)に接続する高圧管(9)と、前記装置(2)を低圧ネットワーク(4)に接続する低圧管(8)とを含み、
    前記装置(2)は、該装置(2)が一方向に駆動されるとき、前記低圧ネットワーク(4)から前記高圧ネットワーク(3)へ気体を圧縮することができ、他方向に駆動されるとき、気体を前記高圧ネットワーク(3)から前記低圧ネットワーク(4)へ膨張させることができ、
    流入弁(16)は、前記高圧ネットワーク(3)から前記装置(2)を経て前記低圧ネットワーク(4)への気体の供給を制御するために、前記高圧管(9)又は前記低圧管(8)に固定され、
    この流入弁(16)と並列に逆止弁(18)を備え、この逆止弁(18)は前記低圧管(8)から前記高圧管(9)に気体を流れさせる装置。
  2. 前記装置(2)が気体の膨張のために作動するとき、エネルギーを前記装置(1)により気体から回復させることができる請求項1に記載の装置。
  3. 前記装置(2)は、2つの噛み合ったスクリュー(5)を備えた適合スクリュー式膨張−圧縮機であり、前記スクリューは2つの通路(7a、7b)を備えるハウジング(6)の軸受に取り付けられ、第一通路(7a)は、前記装置(2)が気体を圧縮させるために一方向に駆動されるか気体を膨張させるために他方向に駆動されるかにより流入口又は流出口として働き、第二通路(7b)は、前記装置(2)が気体を圧縮させるために一方向に駆動されるか気体を膨張させるために他方向に駆動されるかにより、流出口又は流入口として働く請求項1又は2記載の装置。
  4. 前記装置(2)は必要な二方向シールを備え、該シールは、前記装置(2)を駆動することができる両方向で必要な密封を確保する請求項1乃至3の何れか1項に記載の装置。
  5. 前記装置(2)は、前記装置(2)を駆動することができる両方向に回転を可能にする軸受を備える請求項1乃至4の何れか1項に記載の装置。
  6. 前記装置(1)は、前記装置(2)に接続される軸(12)を備えたモーター(13)を備え、前記装置(2)が作動して気体を圧縮するとき、前記モーター(13)は前記装置(2)を駆動するモーター(13)として働き、前記装置(2)が作動して気体を膨張させるとき、前記モーター(13)は気体からエネルギーを回復する発電機として働く請求項2乃至5の何れか1項に記載の装置。
  7. 前記モーター(13)は誘導モーター(13)である請求項6に記載の装置。
  8. 前記装置(1)は、前記装置(2)を駆動することができる両方向において、前記モーター(13)の前記軸(12)を冷却する冷却ファン(23)を備える請求項6又は7に記載の装置。
  9. 前記装置(1)は、前記装置(2)が作動して気体を膨張させるとき、前記装置(1)によって回復されたエネルギーを電気ネットワーク(14)へ供給し、前記装置(2)が作動して気体を圧縮するとき、前記装置(2)を駆動するエネルギーを前記電気ネットワーク(14)から引く4象限コンバーター(15)を備える請求項2乃至8の何れか1項に記載の装置。
  10. 前記流入弁(16)と前記逆止弁(18)は一つのハウジングに固定される請求項1に記載の装置。
  11. 熱交換器(19)は、前記装置(2)によって圧縮される気体を冷却するために、前記逆止弁(18)と直列に設置される請求項1又は10に記載の装置。
  12. 前記装置(1)は、前記高圧ネットワーク(3)と前記低圧ネットワーク(4)の圧力を制御するために前記装置(1)を制御する制御装置(20)を備える請求項1乃至11の何れか1項に記載の装置。
  13. 前記装置(1)は、前記高圧ネットワーク(3)と前記低圧ネットワーク(4)の前記圧力を決定するための手段(21、22)を備え、前記制御装置(20)は、前記高圧ネットワーク(3)と前記低圧ネットワーク(4)の前記圧力に基づいて決定された両方向の内の一つに前記装置(2)を駆動させるアルゴリズムを含む請求項12に記載の装置。
  14. 前記装置は、前記高圧ネットワーク(3)の側で、前記高圧管(9)に前記装置(2)のすぐ隣に熱交換器を備える請求項1乃至13の何れか1項に記載の装置。
  15. それぞれ高圧ネットワーク(3)と低圧ネットワーク(4)に、別々の公称圧力水準を備えた2つのネットワークの圧力を制御する方法であって、
    両方の圧力ネットワーク(3、4)は、前記低圧ネットワーク(4)から前記高圧ネットワーク(3)へ気体を圧縮させる圧縮機としても働くことができ、且つ前記高圧ネットワーク(3)から前記低圧ネットワーク(4)へ気体を膨張させる膨張機としても働くことができる装置(2)によって互いに接続され、
    前記装置(2)を前記高圧ネットワーク(3)及び/又は前記低圧ネットワーク(4)の圧力に基づいて圧縮機又は膨張機として制御することからなる方法。
  16. 前記方法は、前記高圧ネットワーク(3)と前記低圧ネットワーク(4)の圧力を決定するステップを含み、これに基づき次の何れかのステップを実行する、
    前記高圧ネットワーク(3)の圧力が設定値(PHA)より低いとき、前記装置を圧縮機として制御する、
    前記低圧ネットワーク(4)の圧力が設定値(PLA)より低いとき、前記装置(2)を膨張機として制御する、
    前記低圧ネットワーク(4)と前記高圧ネットワーク(3)の両方の圧力が設定値(PLA、PHA)より低いとき、前記装置(2)の電源を切る、
    前記低圧ネットワーク(4)と前記高圧ネットワーク(3)の両方の圧力が設定値(PLA、PHA)より高いとき、選択により前記装置(2)を膨張機又は圧縮機として制御する請求項15に記載の方法。
  17. 前記低圧ネットワーク(4)の圧力が予めの設定値(PLB)より高い場合のみ、前記装置(2)を圧縮機として制御し、前記高圧ネットワーク(4)の圧力が予めの設定値(PHB)より高い場合のみ、前記装置(2)を膨張機として制御する請求項16に記載の方法。
  18. 前記設定値(PLA、PHA)が、前記高圧ネットワーク(3)又は前記低圧ネットワーク(4)の公称圧力の値である目標値(PL、PH)よりも0.2バール小さい値以下の値であり、及び/又は、予めの設定値(PLB、PHB)が、前記高圧ネットワーク(3)又は前記低圧ネットワーク(4)の前記目標値(PL、PH)よりも0.1バール小さい値以下の値である請求項17に記載の方法。
  19. 請求項1乃至14の何れか1項による前記装置(1)が使用される請求項15乃至18の何れか1項に記載の方法。
JP2016568554A 2014-05-19 2015-05-11 気体を圧縮及び膨張させる装置及び異なる公称圧力水準の2つの配管網の圧力を制御する方法 Active JP6568874B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BE2014/0377A BE1021899B1 (nl) 2014-05-19 2014-05-19 Inrichting voor het comprimeren en het expanderen van gassen en werkwijze voor het regelen van de druk in twee netten met een verschillend nominaal drukniveau
BE2014/0377 2014-05-19
PCT/BE2015/000022 WO2015176143A1 (en) 2014-05-19 2015-05-11 Device for compressing and expanding a gas and method for controlling the pressure in two grids of a different nominal pressure level

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017518455A JP2017518455A (ja) 2017-07-06
JP6568874B2 true JP6568874B2 (ja) 2019-08-28

Family

ID=51352359

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016568554A Active JP6568874B2 (ja) 2014-05-19 2015-05-11 気体を圧縮及び膨張させる装置及び異なる公称圧力水準の2つの配管網の圧力を制御する方法

Country Status (8)

Country Link
US (1) US10697457B2 (ja)
EP (1) EP3146164B1 (ja)
JP (1) JP6568874B2 (ja)
KR (1) KR102113378B1 (ja)
CN (1) CN106460570B (ja)
BE (1) BE1021899B1 (ja)
BR (1) BR112016026943B1 (ja)
WO (1) WO2015176143A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7502229B2 (ja) 2021-05-06 2024-06-18 コベルコ・コンプレッサ株式会社 発電装置および発電方法
AU2022378642A1 (en) 2021-10-29 2024-05-09 Archrock Services, L.P. Emissions management modules and associated systems and methods

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3936239A (en) * 1974-07-26 1976-02-03 Dunham-Bush, Inc. Undercompression and overcompression free helical screw rotary compressor
US4209998A (en) 1978-12-21 1980-07-01 Dunham-Bush, Inc. Air source heat pump with displacement doubling through multiple slide rotary screw compressor/expander unit
US5903060A (en) * 1988-07-14 1999-05-11 Norton; Peter Small heat and electricity generating plant
US20040135436A1 (en) * 1998-04-02 2004-07-15 Gilbreth Mark G Power controller system and method
CN1193200C (zh) * 2002-12-16 2005-03-16 西安交通大学 一种制冷系统用转子压缩-膨胀机
JP2004232495A (ja) 2003-01-28 2004-08-19 Mikuni Corp 燃料供給システム
JP4078994B2 (ja) * 2003-01-28 2008-04-23 株式会社デンソー 流体機械および廃熱回収システム
US7399167B2 (en) 2003-01-28 2008-07-15 Denso Corporation Fluid machine operable in both pump mode and motor mode and waste heat recovering system having the same
US20040173379A1 (en) * 2003-03-04 2004-09-09 Sandvik Ab Hydraulically-operated control system for a screw compressor
CN2611645Y (zh) * 2003-04-07 2004-04-14 沈阳鼓风机股份有限公司 向心膨胀机与离心压缩机整合机组
JP3831736B2 (ja) * 2004-07-30 2006-10-11 三菱重工業株式会社 空気冷媒式冷却装置と空気冷媒式冷却装置を用いた空気冷媒冷熱システム
JP4549941B2 (ja) * 2004-10-05 2010-09-22 株式会社デンソー 複合流体機械
JP4765910B2 (ja) * 2006-11-24 2011-09-07 ダイキン工業株式会社 流体機械
US8177525B2 (en) * 2007-01-15 2012-05-15 Panasonic Corporation Expander-integrated compressor
FR2922608B1 (fr) * 2007-10-19 2009-12-11 Saipem Sa Installation et procede de stockage et restitution d'energie electrique a l'aide d'une unite de compression et detente de gaz a pistons
DE102008003664B4 (de) * 2008-01-09 2023-03-23 Robert Bosch Gmbh Bremssystem und Verfahren zum Betreiben eines Bremssystems
JP2013506078A (ja) * 2009-09-23 2013-02-21 ブライト エナジー ストレージ テクノロジーズ,エルエルピー. 水中圧縮流体エネルギ貯蔵システム
US20110094212A1 (en) * 2009-10-28 2011-04-28 Gabor Ast Compressed air energy storage system with reversible compressor-expander unit
GB201003105D0 (en) * 2010-02-24 2010-04-14 Isentropic Ltd Improved heat storage system
WO2011104556A2 (en) 2010-02-24 2011-09-01 Isentropic Limited Improved heat storage system
GB201012743D0 (en) * 2010-07-29 2010-09-15 Isentropic Ltd Valves
US9003763B2 (en) * 2012-10-04 2015-04-14 Lightsail Energy, Inc. Compressed air energy system integrated with gas turbine

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170009916A (ko) 2017-01-25
BR112016026943B1 (pt) 2023-04-11
BE1021899B1 (nl) 2016-01-25
EP3146164B1 (en) 2022-07-27
US20170122320A1 (en) 2017-05-04
JP2017518455A (ja) 2017-07-06
CN106460570A (zh) 2017-02-22
KR102113378B1 (ko) 2020-05-21
EP3146164A1 (en) 2017-03-29
CN106460570B (zh) 2018-09-18
BR112016026943A2 (pt) 2018-07-10
WO2015176143A1 (en) 2015-11-26
US10697457B2 (en) 2020-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2524144B1 (en) Integral compressor-expander
JP5495293B2 (ja) 圧縮機
JP4196307B1 (ja) 蒸気システム
US10358975B2 (en) Compressed air energy storage and power generation device
JP4240155B1 (ja) 蒸気システム
WO2017073433A1 (ja) ヒートポンプ
JP2017008727A (ja) 圧縮空気貯蔵発電装置及び圧縮空気貯蔵発電方法
WO2016203979A1 (ja) 圧縮空気貯蔵発電装置
JP6568874B2 (ja) 気体を圧縮及び膨張させる装置及び異なる公称圧力水準の2つの配管網の圧力を制御する方法
JP5568518B2 (ja) 蒸気駆動式圧縮装置
AU2007255673A1 (en) Refrigerating apparatus
JP2019015435A (ja) 空気調和装置
JP5747058B2 (ja) 圧縮機
US20150176489A1 (en) Unknown
JP6793616B2 (ja) 圧縮空気貯蔵発電装置及び圧縮空気貯蔵発電方法
JP2008019813A (ja) プロセス蒸気の制御装置
JP2009052489A (ja) 蒸気システム
JP6906013B2 (ja) ヒートポンプ
JP2024030252A (ja) 空気圧縮機の性能試験システムおよびエネルギー回収方法
GB2614564A (en) Multistage compression system
CN109026764A (zh) 一种应用在psa空气分离系统中的涡轮驱动离心鼓风机
JP2008121922A (ja) 冷凍サイクル装置

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170127

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20170426

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170915

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180702

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180628

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180928

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190117

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190417

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190704

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190805

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6568874

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250