JP2003248516A - 流量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流体機械を制御するための計測点数を低減す
ることにより、制御系を簡単にして、その信頼性を向上
させることができる流量制御装置を提供する。 【解決手段】 流体機械１から圧送される流体の吐出流
量を計測する流量計測手段６と、該流量計測手段６の計
測結果に基づいて流体機械１の被駆動軸の回転数を制御
する制御器７とを備える流量制御装置において、流体機
械１の吐出通路３と吸込通路１ａとを連絡し、該吐出通
路３中の流体を吸込通路１ａに戻す還流通路１０を備
え、該還流通路１０に、流量計測手段６を配してある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、ガスター
ビン、燃料電池および燃焼装置などに燃料を圧送する流
体機械の吐出流量を制御する流量制御装置に関する。

【０００２】

【従来技術】従来より、省エネルギおよび流体の安定供
給などの観点から、流体機械から圧送される流体の吐出
流量が精度よく制御されることが望まれている。特に、
熱または電気容量が小さく、かつ、日または季節の負荷
変動が大きい分散型のコージェネレーション設備などに
使用される燃料供給用の流体機械は、設備全体の効率を
向上させるために、燃料の供給量が負荷変動に追従して
制御されることが望まれている。

【０００３】このような要望に応えて各種流体機械の流
量制御装置が提案されている。例えば、特開平５−１５
７０５９号公報に開示された流量制御装置は、重油など
の燃料を圧送する流体機械に関するものであって、その
吐出流量および吐出圧力を計測し、各計測結果のうちし
きい値を越えたものを制御変数として選択し、その制御
変数に基づいて流体機械の被駆動軸の回転数のフィード
バック制御を行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
流量制御装置は、流体機械の吐出流量および吐出圧力を
計測する計測手段、およびこれらに対応する発信器およ
び信号選択器など多くの計測機器を用いて複雑な制御を
行っている。そのため、制御系が複雑となり制御の信頼
性を劣化させる虞がある。

【０００５】本発明は、以上の問題点に鑑みてなされた
ものであり、計測点数を低減することにより、制御系を
簡単にして、その信頼性を向上させることができる流量
制御装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を以
下のような構成からなる流量制御装置によって解決する
ことができる。

【０００７】本発明は、流体機械から圧送される流体の
吐出流量を計測する流量計測手段と、該流量計測手段の
計測結果に基づいて流体機械の被駆動軸の回転数を制御
する制御器とを備える流量制御装置において、流体機械
の吐出通路と吸込通路とを連絡し、該吐出通路中の流体
を吸込通路に戻す還流通路を備え、該還流通路に、流量
計測手段を配してあることを特徴とする。

【０００８】まず、本発明に係る流量制御装置の原理に
ついて以下に説明する。例えば、流体機械が一定の吐出
流量で運転されているときに、流体の供給先が一方的に
流体の必要流量を変更するために弁などを開閉した場
合、流体機械から圧送される流体の吐出流量を変えなけ
れば、流体の余剰流量または不足流量に対応して流体機
械の吐出圧力が変動する。この場合、流体機械の吐出通
路と吸込通路とを連絡する還流通路の入口圧力と出口圧
力とが流体機械の吐出圧力と吸込圧力とにそれぞれ略等
しく、さらに、流体機械の吸込圧力が安定運転のために
略一定であるので、上記のように流体機械の吐出圧力が
変動した場合、該還流通路の入口圧力と出口圧力との差
圧も変動する。その結果、還流通路中の流体の流量も変
動する。さらに、この場合、還流通路の出口圧力が一定
であることから、ベルヌーイの定理（上記の差圧は、還
流通路中の流体の流量の略２乗に比例する。）によれ
ば、流体機械の吐出圧力が還流通路中の流体の流量の略
２乗に比例する。従って、還流通路中の流体の流量を一
定に維持するように、流体機械の被駆動軸の回転数を制
御することにより、流体機械の吐出流量と流体の使用先
での流体の必要流量とを一致させることができる。

【０００９】上記の原理を用いる本発明によれば、流量
計測手段が、流体機械の吐出通路（高圧側）から吸込通
路（低圧側）へ還流通路を介して流れる流体の流量を計
測しており、制御器が、該流量計測手段の計測結果に基
づいて流体機械の被駆動軸の回転数を制御し、その吐出
流量を調整している。このように制御変数が還流通路中
の流体の流量のみであるので、制御系が簡略化され、制
御の信頼性も向上させることができる。

【００１０】また、還流通路内の流体の流量計測に必要
な最少流量は、流体機械から圧送される流体の吐出流量
とは関係がなく、流体機械の吸込圧力と吐出圧力とから
定まるので、流体機械の吐出通路の内径に比べて還流通
路の内径を小さくすることができる。また、通常、流体
機械の吐出圧力と吸込圧力とはそれぞれ略一定であるの
で、流体機械から圧送される流体の吐出流量の多少によ
らず、還流通路の内径を固定とすることができる。これ
に対して、流体機械の吐出通路の内径は、流体機械から
圧送される流体の流量が多くなればなるほど大きくなる
ので、その場合には、従来のように流体機械の吐出通路
に流量計測手段を介在させる場合に比べて、還流通路に
介在させる流量制御手段を相対的に小さくすることがで
きる。その結果、流量計測手段のコストを低減すること
ができる。

【００１１】また、上記の流量計測手段は、還流通路中
の流体の流量を制限する絞り機構と、該絞り機構の流体
の流れ方向の前後の差圧を計測する差圧発信器とを備え
てもよい。該流量計測手段に代えて、還流通路中の流体
の流れに対して直列に配され、その流量を制限する２つ
の絞り機構と、該絞り機構間の圧力を計測する圧力発信
器とを備える流量計測手段を採用してもよい。これらの
流量計測手段は、流体機械の吐出圧力が還流通路中の流
体の流量の略２乗に比例することに着目したもので、こ
れらのうち、前者は、還流通路中の流体の流量に、後者
は、流体機械の吐出圧力にそれぞれ着目したものであ
る。ここで、後者において流体機械の吐出圧力を直接計
測せず、圧力発信器の取り付け位置より上流の還流通路
に一の絞り機構を設置する理由は、流体機械の流量制御
に外乱を与えるおそれのある流体機械の吐出通路中の短
周期の圧力変動を取り除き、安定した圧力を計測するた
めである。

【００１２】なお、上記流量計測手段として、還流通路
中の流体の流量を直接計測する場合には、その他の形式
のもの、例えばベンチュリ管、渦流量計、超音波流量
計、熱線流量計なども使用することができる。

【００１３】また、本発明は、絞り機構の流体の流れ方
向の前後に接続される貫流通路中の流体の温度を計測す
る温度計測手段をさらに備え、制御器が、該温度計測手
段の計測結果に基づいて流量計測手段の計測結果を補正
し、該補正結果に基づいて流体機械の被駆動軸の回転数
を制御してもよい。

【００１４】この構成によれば、制御器は、流量計測手
段によって計測される流体の流量を温度計測手段によっ
て計測された温度により補正してさらに正確な流体の流
量を計算することができる。その結果、該計算結果に基
づいた流体機械の被駆動軸の回転数の制御も精度良く行
うことができる。

【００１５】また、本発明に係る流量制御装置は、流体
機械から圧送される流体の吐出流量を計測する流量計測
手段と、該流量計測手段の計測結果に基づいて流体機械
の被駆動軸の回転数を制御する制御器とを備える流量制
御装置において、流量計測手段が、流体機械の吐出通路
に配された開度変更の可能な可変絞り機構と、該可変絞
り機構の流体の流れ方向の前後の差圧を計測する差圧発
信器とを備え、制御器が、差圧発信器の計測結果に基づ
いて、可変絞り機構の開度を変更し、流体機械の被駆動
軸の回転数を制御すべくなしてあることを特徴とする。

【００１６】この構成によれば、流体機械の吐出通路に
流量計測手段を直接設ける場合であっても、該流量計測
手段として可変速絞り機構を採用することにより、流体
機械から圧送される流体の吐出流量の変化に応じて、制
御器が可変絞り機構を開閉することができるので、固定
開度の絞り機構に比べて可変絞り機構に生ずる差圧（エ
ネルギ損失）を低減することができる。また、通常の固
定開度の絞り機構は、流量を精度よく計測できる範囲が
制限されており、その範囲を超えた場合には、計測精度
が劣化する虞があるが、可変絞り機構の場合には、流体
の流量を正確に測定できるように可変絞り機構の開度を
変えることができるので、計測精度は劣化することがな
い。その結果、流体機械の流量制御を精度よく行うこと
ができる。さらに、本発明に係る流量制御装置では、流
体機械から圧送される流体の流量のみを制御変数として
用いているので、制御系が複雑とはならず信頼性も向上
する。

【００１７】なお、このような可変絞り機構として、一
般に入手しやすく、かつ制御しやすい弁構造のものを採
用してもよい。また、可変絞り機構の開度は、流体機械
の吐出流量に応じて複数段階または連続に変化できるよ
うに制御器に予め記憶してあり、上記の流量計測手段に
より計測された流量に基づいて適宜変更される。

【００１８】また、上記流量計測手段が、可変絞り機構
の流体の流れ方向の前後に接続される流体機械の吐出通
路中の流体の温度を計測する温度計測手段をさらに備
え、制御器が、該温度計測手段の計測結果に基づいて流
量計測手段の計測結果を補正し、該計算結果に基づいて
流体機械の被駆動軸の回転数を制御することもできる。

【００１９】この構成によれば、制御器は、流量計測手
段によって計測される流体の流量を温度計測手段によっ
て計測された温度により補正してさらに正確な流体の流
量を計算することができる。その結果、該計算結果に基
づいた流体機械の被駆動軸の回転数の制御も精度良く行
うことができる。

【００２０】本発明に係る流量制御装置は、ガスタービ
ン駆動される発電機により発電する発電プラントから与
えられた情報を取得する情報取得手段と、該情報取得手
段が取得した情報に基づいて発電プラントに燃料を供給
するように、該発電プラントが備える燃料スクロール圧
縮機の回転数を制御する制御器とを備える流量制御装置
であって、上記の情報が、ガスタービンの回転数、並び
に発電機のトルクおよび発電量のうち少なくとも１つを
含むことを特徴とする。

【００２１】ここで、「燃料スクロール圧縮機」は、容
積式の圧縮機であり、各々の盤状体の一側に渦巻き状の
羽根を立設された固定スクロールと旋回スクロールとを
備え、双方のスクロールが向かい合い、それらの羽根が
噛合うことにより、羽根間に被圧縮空隙を形成してい
る。該燃料スクロール圧縮機は、旋回スクロールを旋回
することにより、前記被圧縮空隙を外側から内側に向け
て縮小し、前記圧縮空間内のガスを圧縮するものであ
る。

【００２２】また、燃料スクロール圧縮機の特徴は、以
下に示すとおりである。 （１）燃料スクロール圧縮機は、小流量かつ低圧力比の
圧縮機として適用できる。 （２）無給油式燃料スクロール圧縮機は、シール部など
に油を使用しないので油分離器を設置する必要がない。 （３）燃料スクロール圧縮機は、定容量式で、圧力脈動
が少ないので、圧力脈動低減用タンク等を設置する必要
がない。 （４）燃料スクロール圧縮機は構造が簡単であり、その
内部に近いところまで冷媒を流すことができるので、空
気冷却が容易である。その結果、冷却水供給設備が不要
となり、該冷却水供給設備の費用を削減することができ
る。なお、空気冷却用ファンは、燃料スクロール圧縮機
の駆動モータにより駆動されても、そのモータとは別体
のモータで駆動されても構わない。 （５）燃料スクロール圧縮機は、毎分数千回転で所要の
効率が得られるので、特殊なモータを必要としない。

【００２３】以上より、燃料スクロール圧縮機は、特
に、小型の発電プラントの燃料ガス圧縮機として適して
いる。また、本発明に係る流量制御装置では、発電プラ
ントの燃料消費量（流体機械の吐出流量）を決めるガス
タービンの回転数、並びに発電機のトルクおよび発電量
のうち少なくとも１つの情報に基づいて、流体機械の被
駆動軸の回転数（吐出流量）が直接制御されるので、流
体機械の流量制御の精度を向上させることができる。

【００２４】なお、通常、発電プラントでは、上記のガ
スタービンの回転数、並びに発電機のトルクおよび発電
量などを計測し運転制御している場合が多いので、その
場合には、改めてガスタービンの回転数、並びに発電機
のトルクおよび発電量などを計測する手段を設ける必要
がない。これにより、本発明に係る流量制御装置の計測
点数を低減することができ、さらにその費用も削減する
ことができる。

【００２５】本発明に係る流量制御装置は、上記の流量
制御装置に、流体機械の被駆動軸の回転数、回転位相、
入力電力、入力電流、吸込圧力および吐出圧力のうち少
なくとも１つを計測する計測手段をさらに備え、該計測
手段の計測結果に基づいて流体機械の被駆動軸の回転数
を制御することもできる。

【００２６】上記の計測項目は、いずれも流体機械の吐
出流量と一定の関係を有するので、これらの計測項目を
用いて流体機械の被駆動軸の回転数を制御することによ
り、流体機械の流量制御の精度をさらに向上させること
ができる。なお、上述の回転位相は、後述の可変速駆動
機がサーボモータである場合に適用される。

【００２７】また、上記の流体機械または燃料スクロー
ル圧縮機の駆動機は、サーボモータまたはインバータモ
ータなどの電動機であり、その出力軸の回転数は、別設
の可変速装置より変更される。ここで、「可変速装置」
とは、一般にインバータとコンバータとからなり、商用
の交流電源を一旦直流電力に変換し、その直流電力を用
いて所定の周波数の交流電力に変換するものである。

【００２８】また、電動機の駆動軸と流体機械の被駆動
軸とを同軸とし、駆動機を流体機械のケーシングに収納
してもよい。これにより、可変速駆動機用のケーシング
が削減されるので、流体機械を小型化することもでき
る。さらに、電動機の回転子または固定子を永久磁石に
置き換えることにより流体機械をさらに小型化すること
もできる。

【００２９】

【発明の実施形態】本発明に係る流量制御装置につい
て、図面を参照しながら説明する。

【００３０】（第１の実施の形態）図１は、本発明の第
１の実施の形態に係る流量制御装置が燃料供給システム
に適用された場合の系統図である。

【００３１】流体機械１には、吸込配管１ａを介して燃
料タンク２が接続されており、該燃料タンク２には、都
市ガス、天然ガス、水素、重油、灯油、ＬＰＧなどの燃
料が貯蔵されている。また、流体機械１は、吐出配管
３、逆止弁４、およびこの出口配管４ａを介して一また
は複数の燃焼器５と接続され、燃料タンク２から吸込配
管１ａを介して流体機械１に吸い込まれた燃料を昇圧し
た後、吐出配管３を介してそれぞれの燃焼器５に圧送し
ている。また、燃料供給が遮断された場合に対応して、
燃料戻り配管１１が、逆止弁４の出口配管４ａと流体機
械１の吸込配管１ａとを連絡している。さらに、流体機
械１には、インバータモータまたはサーボモータなどの
可変速駆動機９が連結されており、流体機械１の回転数
を変更することができるようになっている。これによ
り、流体機械１から燃焼器５に圧送される燃料の流量を
容易に変更することができる。

【００３２】なお、流体機械１は、その燃料が気体また
は液体かで異なるが、気体燃料用としては、レシプロ
式、スクリュー式、スクロール式、ターボ式などの燃料
ガス圧縮機であり、液体燃料用としては、プランジャー
式、スクリュー式、ギア式、ターボ式などの燃料ポンプ
である。

【００３３】また、流体機械１の吐出配管３から吸込配
管１ａまで還流通路１０が連絡しており、該還流通路１
０には、流量計測手段６が設けられ、還流通路１０中の
流体の流量を計測し、その流量信号６ａを後述の制御器
７に送信している。

【００３４】上記の流量計測手段６は、図２（ａ）に示
すように、絞り機構６ｂと差圧発信器６ｃとから構成さ
れており、絞り機構６ｂの上流および下流の配管１０に
は導圧配管６ｄの一端がそれぞれ接続され、各導圧配管
６ｄの他端が、差圧発信器６ｃの高圧側と低圧側とにそ
れぞれ接続されている。

【００３５】なお、本実施の形態に示す流量計測手段６
は、固定開度の絞り機構６ｂを使用しているが、これに
代えて、その他の形式のもの、例えばベンチュリ管、渦
流量計、超音波流量計、熱線流量計などを使用しても構
わない。

【００３６】また、図２（ｂ）に示すような別の流量計
測手段６を使用してもよい。該流量計測手段６は、第１
絞り機構６ｅ、第２絞り機構６ｆ、および圧力発信器６
ｈから構成される。両絞り機構６ｅ、６ｆ間の配管１０
には、導圧配管６ｇの一端が接続され、他端が圧力発信
器６ｈに接続される。なお、ここでは、絞り機構の数を
２つとしているが、これに限定するものではない。

【００３７】また、本実施の形態に係る流量制御装置の
制御系は、制御器７および可変速装置８から構成されて
おり、これらは通信可能に信号配線で接続されている。
それぞれの機器の作用は、以下の通りである。

【００３８】制御器７は、上記の流量計測手段６から送
信された流量信号６ａに基づいて、還流通路１０中の流
体の流量を演算し、さらに、その演算結果に基づいて流
体機械１の回転数信号７ａを演算してそれを可変速装置
８に送信する。

【００３９】一方、可変速装置８は、制御器７から送信
された回転数信号７ａに基づいて、商用の交流電力（周
波数５０Ｈｚ／６０Ｈｚ）を一旦直流電力に変換し、こ
れをさらに所定の周波数の交流電力８ａに変換して、上
記の可変速駆動機９に供給する。その結果、可変速駆動
機９の回転数が変更される。これにより、この可変速駆
動機９に連結される流体機械１の回転数も変更される。

【００４０】以上のように、還流通路１０中の流体の流
量に基づいて流体機械１の回転数のフィードバック制御
を行うことにより、流体機械１の流量制御が行われる。

【００４１】また、上記流量計測手段６によって計測さ
れた流量を補正し、流体機械１の流量制御精度をさらに
向上させるため、還流通路１０中の流体の温度を計測す
る温度発信器６ｔを設けてもよい。例えば、図２（ａ）
が示すように絞り機構６ｂの上流の配管１０に、または
図２（ｂ）が示すように第１絞り機構６ｅと第２絞り機
構６ｆとの間の配管１０に温度発信器６ｔを設けること
ができる。なお、温度発信器６ｔの取り付け場所として
は、上記差圧発信器６ｃの導圧配管６ｄまたは上記圧力
発信器６ｈの導圧配管６ｇが取り付けられる還流配管１
０の近傍が好ましい。

【００４２】このような構成によれば、上記温度発信器
６ｔにより計測された温度は、制御器７に送信され、該
制御器７は、前記温度を用いて上記の流量計測手段６か
ら送信された流量信号６ａに基づいて演算された還流通
路１０中の流体の流量を補正する。そして、制御器７
は、補正された流体の流量に基づいて流体機械１の回転
数信号７ａを演算してそれを可変速装置８に送信し、該
可変速装置８は上述したように可変速駆動機９の回転数
を変更する。これにより、流体機械１の回転数も変更さ
れる。

【００４３】（第２の実施の形態）図３は、本発明の第
２の実施の形態に係る流量制御装置が燃料供給システム
に適用された場合の系統図である。本実施の形態に係る
流量制御装置は、第１の実施の形態が還流通路１０に流
量計測手段６を設けているのに対して、流体機械１の吐
出配管３に流量計測手段６を備え、流体機械１から圧送
される流体の流量を直接計測することと、該流量計測手
段６が可変絞り機構６ｋを備え、流体機械１から圧送さ
れる流体の流量に応じて可変速絞り機構６ｋの開度を適
宜変更することができることとが異なる。なお、第１の
実施の形態と同様の部分には、同一符号を付し、その詳
細な説明は省略する。

【００４４】上記の流量計測手段６は、具体的には、図
４に示すように、可変絞り機構６ｋおよびその差圧を計
測する差圧発信器６ｃから構成されており、該可変絞り
機構６ｋの上流および下流の配管３には、導圧配管６ｄ
がそれぞれ接続され、差圧発信器６ｃの高圧側と低圧側
とにそれぞれ接続されている。なお、可変絞り機構６ｋ
としては、特に限定するものではないが、操作性がよく
入手し易い制御弁などを使用するとよい。

【００４５】また、本実施の形態に係る流量制御装置の
制御器７は、可変絞り機構６ｋの差圧によるエネルギ損
失を低く押さえるとともに、正確な流量計測を行うため
の差圧を確保することができるような複数段階の開度を
予め記憶している。なお、ここでは、可変絞り機構６ｋ
の開度として、複数段階に変化させる場合を示すが、可
変絞り機構６ｋの開度を連続的に変更させても構わな
い。

【００４６】この構成によれば、流体機械１の定常運転
において、制御器７は、計測された可変絞り機構６ｋの
流体の流れ方向の前後の差圧に基づいて可変速駆動機９
の回転数を演算し、この演算結果に基づいて流体機械１
の回転数を制御する。一方、この状態から燃焼器５の燃
料使用量が変更された場合、変更後の新たな燃料使用量
が、流体機械１から圧送される流体の設定流量として制
御器７に入力される。この場合、「流体機械１から圧送
される流体の設定流量」は、オペレータが、制御器７に
直接入力しても構わないが、流体機械１が組み込まれる
コージェネレーション設備などの設備から制御器７に自
動的に送信するようにしても構わない。そして、制御器
７は、上記の設定流量に基づいて可変絞り機構６ｋの開
度を演算し、その演算結果に基づいて可変絞り機構６ｋ
の開度を変更するとともに、開度変更後の可変絞り機構
６ｋの差圧に基づいて流体機械１の回転数を変更する。

【００４７】また、第１の実施の形態において述べたよ
うに、流量計測手段６により計測された流体機械１から
圧送される流体の流量をその流体の温度により補正する
こともできる。例えば、図４に示すように、差圧発信器
６ｃの導圧配管６ｄの上流側の吐出配管３に温度発信器
６ｔを取り付けることができる。なお、温度発信器６ｔ
の取り付け場所は、差圧発信器６ｃの導圧配管６ｄが取
り付けられている吐出配管３の近傍であることが好まし
い。

【００４８】（第３の実施の形態）図５は、本発明の第
３の実施の形態に係る流量制御装置が、ガスタービンを
用いたコージェネレーション設備の燃料供給システムに
適用された場合の系統図を示している。なお、第１の実
施の形態と同様の部分には、同一符号を付し、その詳細
な説明は省略する。

【００４９】上記のコージェネレーション設備は、熱出
力と電気出力とを供給することができる設備であり、図
５が示すように、空気圧縮機２１、ガスタービン２２、
および発電機２３などから構成される。

【００５０】上記の空気圧縮機２１、ガスタービン２
２、および発電機２３は、同軸で連結されており、燃焼
器２４とともに一体として形成され、該発電機２３は、
空気圧縮機２１の吸込側に連設されている。なお、図５
では、空気圧縮機２１の吸込配管（図示せず）と発電機
２１とが別設されているが、発電機２１を覆うように前
記吸込配管を配して空気圧縮機２１に吸込まれる空気Ａ
ＩＲでもって発電機２３を冷却しても構わない。

【００５１】また、空気圧縮機２１の吐出口は、配管２
１ａを介して予熱器２５と接続され、該予熱器２５は、
燃焼器２４と配管２１ｂとを介して接続されている。該
燃焼器２４は、空気圧縮機２１とガスタービン２２との
間に付設され、燃焼器２４の排気口はガスタービン２２
の吸込口に連通している。該ガスタービン２２の排気口
は、配管２２ａを介して予熱器２５と接続されており、
該予熱器２５は、配管２２ａを介して廃熱回収器２６と
接続され、該廃熱回収器２６には、配管２６ａが接続さ
れている。廃熱回収器２６は、配管２８ｂを介して給湯
設備２７と接続されている。該給湯設備２７と廃熱回収
器２６との間には、循環ポンプ２８が付設され、給湯設
備２７は、配管２７ａを介して循環ポンプ２８と接続さ
れている。該循環ポンプ２８は、配管２８ａを介して廃
熱回収設備２６と接続されている。なお、この例では、
給湯設備２７としているが、熱を利用できる冷暖房設備
などであっても構わない。

【００５２】この構成によれば、空気圧縮機２１により
吸い込まれた被圧縮空気ＡＩＲは、予熱器２５において
ガスタービン２２からの排気ガスと熱交換して加温され
た後、燃焼器２４に供給される。該燃焼器２４では、圧
縮加温された被圧縮空気ＡＩＲと後述の流体機械１から
供給される燃料とが混合され燃焼する。燃焼後の燃焼ガ
スは、ガスータービン２２に導入され、膨張して配管２
２ａから排気される。この際、ガスタービン２２では、
熱エネルギが回転エネルギに変換され、該回転エネルギ
によりガスタービン２２と同軸の発電機２３が回転し発
電する。また、ガスタービン２２から排気された高温の
排気ガスは、廃熱回収設備２６に導入され、給湯設備２
７の循環水と熱交換した後、大気中に放出される。

【００５３】一方、コージェネレーション設備の電気関
連設備は、発電量を制御する発電機盤１８と送電設備２
９などとから構成される。該発電機盤１８と発電機２３
との間、および発電機盤１８と送電設備２９との間は、
電力配線を介してそれぞれ接続され、発電機盤２３にお
いて電気の質を調整した後一般需要先に配電している。
また、発電機盤１８は、ガスタービン２２の回転数を計
測する計測器１９、および発電機２３のトルクまたは発
電量などを計測する計測器２０などと計測配線を介して
接続されており、各計測器１９、２０からの出力信号１
９ａ、２０ａなどを受信している。なお、通常、これら
の計測器１９、２０は、ガスタービン２２または発電機
２３を制御するためコージェネレーション設備に常設さ
れている。

【００５４】また、コージェネレーション設備の燃焼器
２４に燃料を供給する設備は、燃料タンク２、流体機械
１、これを駆動する可変速駆動機９、これに所定の周波
数の交流電力８ａを供給する可変速装置８、およびこれ
らを制御する制御器７などから構成される。制御器７
は、計測配線を介して発電機盤１８と接続され、発電機
２３のトルク若しくは発電量、またはガスタービン２２
の回転数などと流体機械１の回転数との関係を予め記憶
している。

【００５５】なお、小型のコージェネレーション設備の
流体機械１としては、少流量域で高効率な運転が可能で
あり、吐出圧力の変動が小さいスクロール圧縮機を使用
することが望ましい。

【００５６】この構成によれば、上記計測器１９、２０
において計測された発電機２３のトルク若しくは発電
量、またはガスタービン２２の回転数などのうち少なく
とも１つの出力信号１８ａが、発電機盤１８から制御器
７に送信され、その計測結果に基づいて流体機械１の回
転数が演算される。その後、可変速装置８が、演算され
た回転数に基づいて所定の周波数の交流電力８ａを演算
し、その演算された交流電力８ａが可変速駆動機９に供
給される。その結果、可変速駆動機９により駆動される
流体機械１の回転数が変わり、その吐出流量も変化す
る。この場合、流体機械１の燃料供給量と直接関係のあ
る発電機２３のトルクなどを流体機械１の流量制御装置
に使用しているので、正確な流量制御を行うことができ
る。

【００５７】さらに、流体機械１の流量制御の精度を上
げるために、流体機械１の運転にに関連する入力電力、
入力電流、回転数、回転位相、吸込圧力または吐出圧力
などの運転パラメータを計測し、その計測結果を制御器
７に入力して流体機械１の回転数を制御することも可能
である。

【００５８】具体的には、流体機械１への入力電力また
は入力電流を計測する計測器を可変速装置８に付設し、
ここで計測された入力電力または入力電流を出力信号８
ｂとして制御器７に送信する。または、流体機械１の回
転数または回転位相を計測する測定器１７を流体機械１
に付設し、その出力信号１７ａを制御器７に送信する。
そのほか、流体機械１の吸込配管１ａに吸込圧力計測器
１５を、または流体機械１の吐出配管３に吐出圧力計測
器１６を付設して、それぞれの出力信号１５ａ、１６ａ
を制御器７に送信することもできる。制御器７には、上
記の運転パラメータと上記のコージェネレーション設備
のガスタービン２２の回転数などとの関係が予め記憶さ
れている。但し、上記の運転パラメータの全てが、制御
器７に記憶される必要はなく、少なくとも１つが記憶さ
れていればよい。

【００５９】以上の構成によれば、例えば、流体機械１
の入力電力を一例して説明すると、まず、コージェネレ
ーション設備の発電機盤１８からの出力信号１８ａ（ガ
スタービン２２の回転数など）が制御器７に送信され
る。その後、制御器７では、これに対応する流体機械１
の入力電力の設定値が演算され、さらに、この演算結果
と計測された入力電力とが比較され、偏差が無くなるよ
うな流体機械１の回転数が演算される。その後、この演
算結果に基づいて演算された所定の周波数の交流電力８
ａが、可変速装置８から可変速駆動機９に送信され、そ
の回転数を変更する。このように、発電機盤１８からの
出力信号１８ａに基づいて流体機械１の回転数のフィー
ドバック制御を行うことによって、流体機械１から圧送
される流体の吐出流量の制御が行われる。

【００６０】

【発明の効果】本発明に係る流体機械の流体制御装置に
よれば、計測点数を低減することにより、制御系を簡単
にして、その信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態に係る流量制御装
置を燃料供給システムに適用した場合の系統図である。

【図２】 図１の流量制御装置に使用する流量計測手段
の系統図である。

【図３】 本発明の第２の実施の形態に係る流量制御装
置を燃料供給システムに適用した場合の系統図である。

【図４】 図３の流量制御装置に使用する流量計測手段
の系統図である。

【図５】 本発明の第３の実施の形態に係る流量制御装
置がガスタービンを用いたコージェネレーション設備の
燃料供給システムに適用された場合の系統図である

【符号の説明】 １ 流体機械 １ａ 吸込通路 ３ 吐出通路 ６ 流量計測手段 ６ｂ、６ｅ、６ｆ 絞り機構 ６ｃ 差圧発信器 ６ｈ 圧力発信器 ６ｋ 可変絞り機構 ６ｔ 温度発信器 ７ 制御器 ８ 可変速装置 ９ 可変速駆動機 １０ 還流通路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H045 AA03 AA05 AA09 AA12 AA24 BA19 CA01 CA07 CA29 DA07 5H307 AA03 AA12 BB04 CC13 DD12 EE22 FF03 FF12 FF13 FF15 FF28 GG11 HH04 JJ03

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体機械から圧送される流体の吐出流量
   を計測する流量計測手段と、該流量計測手段の計測結果
   に基づいて前記流体機械の被駆動軸の回転数を制御する
   制御器とを備える流量制御装置において、 前記流体機械の吐出通路と吸込通路とを連絡し、該吐出
   通路中の流体を前記吸込通路に戻す還流通路を備え、 該還流通路に、前記流量計測手段を配してあることを特
   徴とする流量制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の流量制御装置において、 前記流量計測手段が、前記還流通路中の流体の流れを制
   限する絞り機構と、該絞り機構の流体の流れ方向の前後
   の差圧を計測する差圧発信器とを備えることを特徴とす
   る流量制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の流量制御装置において、 前記流量計測手段が、前記還流通路中の流体の流れに対
   して直列に配され、その流量を制限する２つの絞り機構
   と、該絞り機構間の圧力を計測する圧力発信器とを備え
   ることを特徴とする流量制御装置。
4. 【請求項４】 請求項２乃至３のいずれかに記載の流量
   制御装置において、 前記絞り機構の流体の流れ方向の前後に接続される前記
   貫流通路中の流体の温度を計測する温度計測手段をさら
   に備え、 前記制御器が、該温度計測手段の計測結果に基づいて前
   記流量計測手段の計測結果を補正し、該補正結果に基づ
   いて前記流体機械の被駆動軸の回転数を制御すべくなし
   てあることを特徴とする流量制御装置。
5. 【請求項５】 流体機械から圧送される流体の吐出流量
   を計測する流量計測手段と、該流量計測手段の計測結果
   に基づいて前記流体機械の被駆動軸の回転数を制御する
   制御器とを備える流量制御装置において、 前記流量計測手段が、 前記流体機械の吐出通路に配された開度変更の可能な可
   変絞り機構と、 該可変絞り機構の流体の流れ方向の前後の差圧を計測す
   る差圧発信器とを備え、 前記制御器が、前記差圧発信器の計測結果に基づいて前
   記可変絞り機構の開度を変更し、前記流体機械の被駆動
   軸の回転数を制御すべくなしてあることを特徴とする流
   量制御装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の流量制御装置において、 前記流量計測手段が、前記可変絞り機構の流体の流れ方
   向の前後に接続される前記流体機械の吐出通路中の流体
   の温度を計測する温度計測手段をさらに備え、 前記制御器が、該温度計測手段の計測結果に基づいて前
   記流量計測手段の計測結果を補正し、該補正結果に基づ
   いて前記流体機械の被駆動軸の回転数を制御すべくなし
   てあることを特徴とする流量制御装置。
7. 【請求項７】 請求項５乃至６のいずれかに記載の流量
   制御装置において、 前記可変絞り機構が、弁構造を備えることを特徴とする
   流量制御装置。
8. 【請求項８】 ガスタービン駆動される発電機により発
   電する発電プラントから与えられた情報を取得する情報
   取得手段と、該情報取得手段が取得した情報に基づいて
   前記発電プラントに燃料を供給するように、該発電プラ
   ントが備える燃料スクロール圧縮機の入力回転数を制御
   する制御器とを備える流量制御装置であって、 前記情報が、前記ガスタービンの出力回転数、並びに前
   記発電機のトルクおよび発電量のうち少なくとも１つを
   含むことを特徴とする流量制御装置。
9. 【請求項９】 請求項１乃至８のいずれかに記載の流量
   制御装置において、 前記流体機械または前記燃料スクロール圧縮機の回転
   数、回転位相、入力電力、入力電流、吸込圧力および吐
   出圧力のうち少なくとも１つを計測する計測手段をさら
   に備え、 前記制御器が、前記計測手段の計測結果に基づいて前記
   流体機械または前記燃料スクロール圧縮機の回転数を制
   御すべくなしてあることを特徴とする流量制御装置。