JP2002508046A - コンプレッサシステム - Google Patents

コンプレッサシステム

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キルシュタン,ゲンテル
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カーテー キルシュタン テクノロギー エントビックラング ゲーエムベーハー
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Abstract

(57)【要約】 冷却水回路に水噴射冷却コンプレッサ(12)を備えるコンプレッサシステムは、冷却水の伝導度を決定する冷却水回路(20)内の測定装置(30)と、未脱塩水及び脱塩水を供給する水供給源(40)と、制御手段(70)とを備える。制御手段(70)は脱塩水と未脱塩水の導入を引き起こす。制御手段(70)は、伝導度が上限伝導度を越えたとき脱塩水を導入せしめ、伝導度が下限伝導度を下回ったとき未脱塩水を水供給源(40)から冷却水回路(20)に導入せしめる。それにより、冷却水のpH値と塩分は、冷却水による腐食と冷却水内の沈殿物とが減少するように制御される。

Description

【発明の詳細な説明】 コンプレッサシステム 本発明は、冷却水回路内の水噴射冷却コンプレッサを有するコンプレッサシス テムに関する。 このようなコンプレッサ組立体は、ガス媒体、特に空気を圧縮したり圧縮ガス と言ったガス媒体を供給するために使用される。水はコンプレッサをシールした り、潤滑したり、冷却したりするのに用いられ、油に比べて環境や健康に有害に ならないという利点がある。独国特許44 47 097号には水冷コンプレッサシステ ムが記載されており、コンプレッサはスクリュータイプのコンプレッサとして形 成されている。冷却水はコンプレッサのロータの部分に噴射され、コンプレッサ から離れた後、再び圧縮ガスから分離される。コンプレッサ内で加熱された水は 次に冷却手段に向かって案内される。冷却された冷却水は濾過され再度コンプレ ッサに供給される。この行程において、冷却水の種々のパラメータは冷却水の蒸 発または空気中から冷却水への湿気の吸収によって変化する。水の相対的塩分が 冷却水の蒸発によって上昇した場合は、狭いシールの隙間やシールリングに損傷 及び欠陥を生ぜしめる堆積沈殿物量が増加する。堆積物は分極手段によって低く 抑えられている。しかしながら、それは塩分の上昇を妨げない。一方、冷却水の 塩分が空気中の水分を吸収して減少した場合は、フリーな二酸化炭素を吸収する 冷却水の緩衝能力は減少する。しかしながら、緩衝(結合)されていない冷却水 のフリーな二酸化炭素は極めて活動的であり腐食性を有する。冷却水のPHバル ブもまた冷却水の蒸発,空気中から冷却水への湿気の吸収または銅イオン若しく は鉄イオンの吸収によって変化される。 冷却用の蒸留した水を使用するコンプレッサが、独国特許821 993号及び米国 特許722 524号から知られている。蒸留された水はむしろ高価であり、そのpH 値から考慮して極めて繊細なものである。 本発明の目的は、噴射冷却コンプレッサシステムにおいてその水質を上昇させ ることにある。 本発明によれば、目的は請求項第1項の特徴によって達成される。 本発明のコンプレッサシステムにおいて、冷却水回路は冷却水の伝導度の値を 決定する測定装置と、未脱塩水及び脱塩水、即ち脱イオンされていない水及び脱 イオンされた水を供給する水供給源とを有する。制御手段は伝導度が上限伝導度 を越えたとき脱塩水を導入せしめ、伝導度が下限を下回ったとき冷却水回路へ未 脱塩水を導入せしめる。従って、冷却水の塩分は、冷却水の伝導度が常に所定の 範囲内に維持するように制御される。伝導度はまた水のpH値と似ているものな ので、冷却水のpH値は水の伝導度を制御することによりそれが酸又はアルカリ の範囲に移動することなく、中性の範囲内に維持されるように制御され得る。 伝導度が下限伝導度より下回った場合に、未脱塩水が冷却水に加えられ、それ によって冷却水の伝導度が上昇し、その結果、冷却水の伝導度値は下限伝導度よ り上に再度上昇する。冷却液の伝導度を下限伝導度より上になるように制御する ことによって水のpH値の激しい減少は回避される。それによって、水のpH値 は、例えばpH6.5より多くなるように保持される。しかし、冷却水は活動的 でなく、それで冷却水回路内の冷却水による腐食は大きく減少される。 伝導度が上限伝導度を超えたとき、脱塩水は冷却水に加えられる。それによっ て、冷却水の伝導度は減少する。伝導度が上限伝導度より下がった後、脱塩水の 導入は再度停止される。冷却水に溶解され た塩によって冷却水は二酸化炭素を吸収することができ、空気が圧縮されたとき 、その吸収された二酸化炭素は大きな腐食力を有する。冷却水の塩分は、しかし 不定でなく、ある塩分濃度を超えたときに塩が沈澱する、即ち冷却水内で粒子状 に沈澱し、シールの隙間、ベアリングシール、スライドベアリング等に被害をも たらす。従って、冷却水内の塩分は限定されるべきで、それは上限伝導度によっ て決定される。 従って、2つの効果は冷却水の伝導度を所定の伝導度の範囲内に制御すること によって達成することができる。第1には、強酸の冷却水を無くし、それによっ て次に冷却水回路内の腐食を回避する。第2は、冷却水の塩分を限界値以下に保 持して堆積物の発生を無くし、それによって冷却回路内の可動部分の損傷又は不 良を無くす。それによって、コンプレッサシステムは、実施を進めることができ 、その中で腐食抵抗が低い材質を冷却水回路及びコンプレッサに用いることがで きる。冷却水はほとんど堆積物がないので、コンプレッサは極めて狭い隙間を有 するように設計することができ、その為例えば、スライドベアリングを有するよ うな設計をすることができる。従って、本発明による冷却水制御手段はガスコン プレッサシステムを効果的にしかも寿命を長くする為の必須条件を提供する。 好ましくは、水供給源は未脱塩水が供給される脱塩装置を含む。更に、脱塩装 置を迂回するバイパスと、脱塩装置又はバイパスをコンプレッサに接続するバル ブが設けられる。バルブは伝導度が下限値を下回るとき、脱塩装置で脱塩された 水をコンプレッサ又は冷却回路に供給するように切り替える。未脱塩水が冷却回 路に供給されるとき、バルブは、未脱塩水がバイパスを通って脱塩装置を越えて 案内され、コンプレッサ又は未脱塩状態の冷却水回路へ供給されるように切り替 えられる。脱塩装置又はバイパスに供給された未脱塩 水は、例えば公共飲料水網からの飲料水であり得る。好ましくは、脱塩装置はイ オン交換器又は逆浸透装置として提供される。 伝導度の全体の制御はフリッカー制御又は連続的な制御の形態をとり得る。好 ましくは、伝導度は25℃において10乃至20μS/cmの範囲で制御される ことができる。 好ましい実施例において、冷却水回路から水供給源入り口への戻り管が設けら れ、それを通って冷却水回路の水が水供給源へ供給されることができる。必要な ときには冷却水回路から来た冷却水は水供給源の脱塩装置で脱塩されることがで きる。この結果、冷却閉回路の冷却水は脱塩装置内のコンプレッサと並行な一区 間で脱塩され、更に冷却水回路に再度供給されることになる。従って、冷却水は 再利用される。脱塩装置にかかる小さな負担は、外部から供給された未脱塩水に よって生じる。例えば飲料水は、一般に比較的小範囲で脱塩されなければならな いときに限り冷却水回路の水として用いられる。 本発明の好ましい実施例では、水供給源の水はコンプレッサのガス引き込み管 に入る。従って、水供給源から来た水は冷却水回路には導かれない。その水はコ ンプレッサによって圧縮されたガスの圧力に近い圧を提供し、ほぼ外気圧に近い 圧が存在するコンプレッサのガス引き込み管に入る。このように、冷却水回路へ の水供給源の水の導入は、その圧縮なしに達成することができる。 好ましい実施例において、コンプレッサはスライドベアリングを含み、水供給 源の水はスライドベアリングに直接注入される。スライドベアリングへの水の注 入はコンプレッサが始動する前に実行される。従って、コンプレッサが始動した 際、スライドベアリングは水で満たされ、即ちその潤滑が確保される。それによ り強い摩擦を生じる乾き摩擦と滑り摩擦を含む混合摩擦は、コンプレッサの始動 時に無くすことができる。コンプレッサが始動した後、冷却回路内の圧力はコン プレッサ圧力まで上昇する。それは少し大きな圧力を有するだけの水供給源から 来る水が、それ以上冷却水回路に直接導かれないことに因る。従って、水供給源 からの水はコンプレッサの始動後にガス引き込み管に入る。 好ましい実施例において、冷却水回路は伝導度を測定する際に温度を補正する 温度センサを設ける。水の伝導度は温度に大きく依存しているので、測定された 伝導度の温度補正は測定を正常化するために要求される。従って、温度センサは 伝導度センサの位置に近づけて配置される。 好ましくは、水供給源は飲料水網に接続されている。それによって、水供給源 に供給されるべき未脱塩水は如何なる設置場所でも入手することができ、その水 の塩分によって、従って冷却水の伝導度を上昇することができる。飲料水網のシ ステム水圧は、未脱塩又は脱塩状態で水供給源に水を供給し、コンプレッサが始 動する前にガス引き込み管へ又はコンプレッサへ注入するために十分である。 本発明の実施例を図面を参照して詳細に記載する。 図はオイルのない圧縮空気を発生する為のコンプレッサシステム10の説明図 である。コンプレッサシステム10は電動モータ13で駆動されるコンプレッサ 12を含み、水噴射冷却スクリュータイプのコンプレッサとして設けられている 。スクリュータイプのコンプレッサ12はガス引き込み管14を介して空気を引 き込み、空気をおよそ8乃至10バールに圧縮する。コンプレッサ12内で圧縮 された空気は沈殿容器又は凝結容器16へ導かれ、そこからその空気は後の使用 の為に圧縮空気導管18を介して取り出すことができる。 コンプレッサシステム10は冷却水回路20を備え、その中のコ ンプレッサ12を冷却する冷却水は冷却されて浄化される。圧縮中に冷却水は水 噴射ノズルを介してスクリュータイプコンプレッサのローターの部分に注入され 、コンプレッサ12内のシールの隙間を封止し、コンプレッサ12の圧縮中に発 生した熱を吸熱したり放散したりする。 冷却水は凝結容器16内の圧縮空気から再度分離され、冷却水導管22を介し て冷却手段24に導かれる。凝結容器16と冷却手段24との間の冷却水導管2 2の中に粒子フィルタ26が配置され、そこで不純物や細かい粒子が冷却水から ろ過される。冷却水は冷却手段24を流れてスクリュータイプのコンプレッサ1 2で加熱された冷却水がそこで再び冷却される。その後、冷却された冷却水は分 極手段27を通過し、そこで2つの電極間で発生した電圧が冷却水内で溶解した 自然ミネラルをその対応する水酸化物に変化させ、それによって、沈殿物と付着 物を除くことができる。冷却水導管22の中には更に温度センサ28と伝導度セ ンサ30が配置されている。伝導度センサ30を通過する冷却水は冷却水導管2 2を通ってコンプレッサ12に流れる。コンプレッサの内部で冷却水は、一方で はノズルを介してスクリュータイプのコンプレッサ12のロータの部分に注入さ れ、他方ではベアリング導管32を介してスクリュータイプコンプレッサ12の スライドベアリングに注入される。ベアリング導管32の中に還流バルブ34と 電流継電器36が配置されている。 多量の冷却水が冷却水回路20内を循環しているとき、冷却水はドレインバル ブ24を使用してドレイン管23を介して冷却水導管22から排水されることが できる。 pH値センサ31は凝結容器16に設けられ、凝結容器16の冷却水のpH値 を測定する。 コンプレッサシステム10は更に水供給源40を備え、必要時には再利用され た水がそこから冷却水に供給されることができる。水供給源40は、水供給源4 0の出口42を介して冷却回路20に案内される脱塩水及び未脱塩水を供給する 働きをする。 飲料水網に接続される導管46からの水又は分岐導管48からの冷却水は、供 給導管44を介して水供給源40に任意に給水される。分岐導管48は分岐手段 27と温度センサ28との間で冷却水導管22から分岐する。それで冷却水の一 部はコンプレッサ12を迂回する分岐導管48を介して水供給源40から離れる ことができる。水供給源へ向かう通路で、制御バルブ50、還流バルブ34及び 粒子フィルタは、分岐導管48の途中に配置されている。飲料水導管46は停止 バルブ52を含み更に還流バルブ34を備え、水供給源40の方向へ向かって続 いている。 飲料水導管46と冷却水分岐導管48とは更に粒子フィルタ35が途中に配置 された供給導管44へ送り出す。供給導管44は最後に、混合層イオン交換器と して形成された脱塩装置54へ送り出す。脱塩装置54は逆浸透装置としても形 成できる。混合層イオン交換器54において、処理されるべき水の陽イオン及び 陰イオンのほとんど全てを回収する強酸及び強アルカリ交換器が使用される。水 は従って脱イオン、即ち脱塩され、伝導度は25℃において約0.1μS/cm 乃至0.2μS/cmである。従って、供給された脱イオンされていない水は脱 塩装置54で脱イオン化される。即ち90%を超えて脱塩され。従って、脱塩装 置54の出力導管55から出ていく脱イオンされた水は塩分が少なく、従って低 伝導度であると同時に低pH値である。 制御バルブ56は脱塩出力導管55の途中に配置され、それによって出力導管 55は開閉される。 バイパス58は脱塩装置54と並行して設けられて、バイパスは水供給源40 の供給導管44と水供給源40の出力導管42とを接続しており、脱塩装置54 を迂回する。バイパス58の途中には、制御バルブ60か配置されている。飲料 水供給導管44又は冷却水分岐導管48を通って水供給源40へ流れる水は、バ ルブ56、60の位置に応じて脱塩装置54を通過するか又は脱塩装置54を超 えて出力導管42へ直接通じることができる。 出力導管42は2本の分岐導管に分岐される。第1には、出力導管42は接続 導管62を介して冷却導管20のベアリング導管32へ連結されており、電流継 電器36の上流にベアリング導管32へ向けて送り出される。接続導管62内で は、還流バルブ34も設けられており、導管の通路の方向はベアリング導管32 へ向けた方向に選択される。第2には、水供給源40の出力導管42から通じる 引き込み口導管64は空気引き込み管14の水引き込み口65に通じる。引き込 み口導管64の途中には、還流バルブ34だけでなく制御バルブ66も設けられ ている。 pHセンサ31は凝縮容器16内のpH値を測定するのに用いられる。しかし ながら、pH値を測定することによって得られる結果は常に確かというわけでは なく、従って初期の制御変数として用いることができない。 膜フィルタ26は冷却システム内及び脱塩装置54内の細菌の野放しの発生を 防止する。 4個の制御バルブ50、56、60、66は全て電気制御線68を介して制御 手段70によって制御可能であり、即ち切換可能である。コンプレッサシステム 10の4個のセンサ26、28、30、36は測定線72を介して制御手段70 に接続されており、センサ26、28、30、36の測定データは制御手段70 によって受け られ入力される。 コンプレッサ12の稼動中に冷却水回路20内の冷却水循環は多くの影響を受 けやすい。それらの影響とは冷却水の構成及び特性を変化させつづけることであ る。化学的、電気化学的、及び物理的な過程はこの原因になる。それによって、 特にpH値及び冷却水の塩分は変化される。例えば、夏季の月、特に熱帯地域に おいて、空気中の多くの湿気は凝縮物として沈殿物に含まれており、コンプレッ サ12内及び凝縮容器16内の冷却水回路へ入る。それによって、冷却水はその 塩分に対して希釈され、冷却水の相対的な塩分は減少される。しかしながら、極 めて乾燥した冷却空気が圧縮されたとき、蒸発した水は冷却水から回収でき、圧 縮された過熱空気によって吸熱され熱放散される。それによって、水の相対的な 塩分は上昇する。極めて高い塩分は沈殿、即ち冷却水内に沈殿の堆積を引き起こ す。堆積はコンプレッサ12のシールの隙間、シール、バルブ等に損傷や欠陥を 生ぜしめる。塩分が極めて低い場合には、空気中に含まれた二酸化炭素の吸収に 対して冷却水の緩衝能力は減少する。冷却水の緩衝能力が低いとき、十分でない 二酸化炭素が圧縮空気から吸収される。フリーな二酸化炭素は冷却水内で緩衝さ れず、続いてpH値が低くなる。即ち冷却水は活動的で、腐食性を有する特性を 得る。 冷却水は腐食作用に関連してできるだけ中性で、pH値が約7を有するべきで ある。しかし、これらの値でも腐食は起こりうるので、pH値は6.5〜7.5 をはずれてはならない。 一般に、水の塩分は水の伝導率を測定することによって求められる。本実施例 では、冷却水の伝導度は常に10乃至20μS/cm(25℃時)であるべきで ある。伝導度は伝導度センサ30によって測定され、入力され、評価され、対応 する制御尺度に変換されて制御手段70で指示される。 伝導度センサ30で測定された伝導度の値は、温度センサ28で測定された温 度に応じて制御手段17内で補正、即ち正規化される。このことは温度に大きく 依存する水の伝導度として必要である。 上限伝導度の20μS/cmを超えたとき、制御手段70は脱塩装置54の出 力導管55にある制御バルブ56を開放する。それによって、未脱塩水は供給導 管44を通って脱塩装置54に流れ、脱塩される。脱塩、即ち脱イオンされた水 は水供給源出力導管42と引き込み口導管64とを介し、脱塩された水が空気引 き込み管14へ取り入れられる水引き込み口65へ流れる。脱塩された水は取り 込まれた空気と共にコンプレッサ12戻るように案内され、最後に凝縮容器16 内で圧縮空気から分離される。この経路によって、水は冷却水回路20へ戻り、 そこで塩分が変化する。この方法で脱塩された水は、伝導度センサで測定された 伝導度が再び上限伝導度の20μS/cmを下回るまで冷却水回路20に案内さ れる。 伝導度値が下限伝導度値10μS/cmより下に下がったとき、飲料水導管4 6からの未脱塩水は、制御バルブ60を開放することにより、脱塩装置54を介 さず、バイパス58を介して直接出力導管42に取り入れられる。未脱塩水はそ れからまた引き込み口導管64を介してガス引き込み管14へ取り入れられる。 伝導度の値が水供給源40の下限値より下がり脱塩水を使用すべきとき、導管 46からの飲料水又は分岐導管48を通る冷却水が脱塩される。上限伝導度を超 えたとき、即ち冷却水内の塩分が望まない挙動で上昇したとき、通常の稼動の場 合、水供給源40の分岐導管48を介して取り入れられる冷却水が脱塩される。 この過程で脱塩装置54上の負担はほとんどなく、その再生成の周期は長くなる 。水供給源40の水の取り入れは飲料水導管46および分岐導管48の制御バル ブ50、52を同様に制御することによって制御される。 pH値センサ31は凝縮容器16内の冷却水のpH値を連続的に測定する。p H値が6.5より下がったとき、水供給源40は、pH値が再度6.5を超える まで未脱塩水を冷却水回路へ供給する。しかしながら、pH値が7.5を超えた とき、脱塩装置54内で脱塩された水が冷却水回路20へ供給される。しかしな がら、pH値は常に、冷却水の予め設定された伝導度を維持するための範囲内に 補正されるだけである。このことは前もって設定された伝導度を維持することは pH値を制御することより優先されることを意味する。 コンプレッサ12が始動する前、即ち、コンプレッサ12のスライドベアリン グは、コンプレッサが稼動をはじめたときに強い磨耗を起こす混合摩擦を回避す る為に、ロータが回転し始める前に水を満たす必要がある。しかしながら、冷却 水回路20はまだ加圧されていないので、スライドベアリングは冷却水回路20 からの水で満たすことができない。 コンプレッサ12が稼動する前にコンプレッサ12のスライドベアリングを満 たすために、飲料水導管46によって供給された飲料水が用いられる。その水は 通常約3.5バールの圧力を有する。飲料水は公知の方法で水供給源40内に準 備され、約10乃至20μS/cmの範囲内の伝導度を有している。コンプレッ サ12のロータが始動できるのは、コンプレッサ12のスライドベアリングが水 で満たされた後のみである。 8乃至10バールの作動圧力はコンプレッサ内で急速に設定されるので、飲料 水網からの準備された水は、この目的には極めて低い3.5バールの水圧の為、 コンプレッサが始動した後はスライドベアリングへ給水されない。従って、コン プレッサ12が始動した後、スライドベアリングは、ベアリング導管32を介し てコンプレッサ12のスライドベアリングに給水される冷却水によって潤滑され る。 これは冷却水が常にコンプレッサ12の作動圧と似た圧力を与えることを可能に する。 スライドベアリングは水潤滑の不足に付いてはとても敏感であるので、ベアリ ング導管32を介したスライドベアリングへの流れは電流継電器36によって管 理されている。電流継電器36が水の流れが極めて小さいということを示した時 にはすぐに制御手段70はモータ13のスイッチを切り、その結果、コンプレッ サ12のロータは停止する。 20μS/cmの上限伝導度を超えて脱塩水が加えられ、予めセットされた時 間枠の範囲内で伝導度の十分な変更が起らなかった場合は、脱塩装置54の容量 分を使い果たしたことが推測される。この場合、制御手段70は表示装置(図示 せず)を介して脱塩装置40の枯渇を示し、必要ならば、コンプレッサ12のモ ータ13のスイッチを切る。 伝導度の測定を通じて冷却水の塩分を制御することによって、前述したように 、コンプレッサシステムは気候状態、飲料水の品質、設置場所、等に関りなく冷 却水の品質において高い要求を満たすように準備される。それによって、極めて 狭いシールの隙間を有するコンプレッサを実施することができる。更に、コンプ レッサシステムの腐食は冷却水のpH値を間接的に制御することによって回避す ることができる。従って、同時にシステムの耐用年数を増やしながら高品質でな く高価でもない材料を使用することができる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.冷却水回路(20)に水噴射冷却コンプレッサ(12)を備えるコンプレッ サシステムにおいて、 冷却水回路(20)内で冷却水の伝導度を決定する測定装置(30)と、 未脱塩水及び脱塩水を供給する水供給源(40)と、 伝導度が上限伝導度を越えたとき、前記水供給源(40)から前記冷却水回 路(20)へ脱塩水を導入せしめ、伝導度が下限を下回ったとき、前記水供給源 (40)から前記冷却水回路(20)へ未脱塩水を導入せしめる制御手段(70 )と、 を有することを特徴とするコンプレッサシステム。 2.前記水供給源(40)は、未脱塩水が供給される脱塩装置(54)と、該脱 塩装置(54)を迂回するバイパス(58)と、前記脱塩装置(54)又は前記 バイパス(58)のいずれかを前記コンプレッサに接続するために設けられたバ ルブ(56、60)とを備えることを特徴とする請求項1に記載のコンプレッサ システム。 3.前記冷却水回路(20)からの分岐導管(48)は前記水供給源(40)の 入り口(44)に設けられており、前記冷却水回路(20)からの水は前記分岐 導管(48)を介して前記水供給源(40)に供給され得ることを特徴とする請 求項1又は2に記載のコンプレッサシステム。 4.前記水供給源(40)から前記コンプレッサ(12)の引き込み管(14) へ通じる引き込み口導管(64)が設けられていることを特徴とする請求項1乃 至3の何れかに記載のコンプレッサシステム。 5.前記脱塩装置(54)はイオン交換器または逆浸透装置として設けてあるこ とを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載のコンプレッサシステム。 6.前記コンプレッサ(12)はスライドベアリングを備えており、前記水供給 源(40)の水は連結導管(62)を介して前記スライドベアリングに直接通流 することを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載のコンプレッサシステム。 7.制御手段(70)を設けており、前記コンプレッサの始動前に前記水供給源 (40)からの水を該コンプレッサ(12)の前記ベアリングに注入せしめ、コ ンプレッサが始動した後、水を前記引き込み管(14)に導入せしめることを特 徴とする請求項4乃至6の何れかに記載のコンプレッサシステム。 8.温度センサ(28)が前記冷却水回路(20)に設けられており、前記伝導 度を測定するときに温度を補正すべくなしてあることを特徴とする請求項1乃至 7の何れかに記載のコンプレッサシステム。 9.前記水供給源(40)は飲料水網に接続されていることを特徴とする請求項 1乃至8の何れかに記載のコンプレッサシステム。 10.前記冷却水のpH値を測定するpH値測定装置(31)が前記制御手段(7 0)に接続して設けられており、前記制御手段(70)は前記冷却水のpH値が 略7.0を維持するように前記水供給源(40)を制御することを特徴とする請 求項1乃至9の何れかに記載のコンプレッサシステム。
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