JP2022112530A

JP2022112530A - 流体機械システム

Info

Publication number: JP2022112530A
Application number: JP2021006198A
Authority: JP
Inventors: 博信西森; Hironobu Nishimori; 隆史齋藤; Takashi Saito
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2021-01-19
Filing date: 2021-01-19
Publication date: 2022-08-03
Anticipated expiration: 2041-01-19
Also published as: WO2022158212A1; CN116710652A; JP7106691B1

Abstract

【課題】凍結等の防止に必要な熱量を他の流体機械の排風で賄う流体機械システム。【解決手段】流体を圧縮する圧縮機本体と、前記圧縮機本体を作動させる動力源とを有したパッケ－ジ型流体機械を複数有する流体機械システムであって、１の前記パッケージ型流体機械の排気口と、他の前記パッケージ型流体機械の排気口とを接続する循環路と、前記循環路の経路上に位置して、該循環路の外部に排気する排風の流れを許可及び制限する流路切替装置と、前記１のパッケージ型流体機械の排気口から排気された排風の少なくとも一部を、前記他のパッケージ型流体機械に流入させる。【選択図】図１

Description

本発明は、パッケージ型圧縮機システムに関し、一のパッケージ型圧縮機の排風を、他のパッケージ型圧縮機の加温に利用するパッケージ型圧縮機システムに関する。

特許文献１は、圧縮気体の冷却時に発生するドレンを凍結させることなく機外に排出する圧縮機構造を開示する。特許文献１は、「バイパス回路の一端をアフタークーラの一次側に連通すると共に、他端をドレンセパレータのドレン捕集部の下端に連通されたドレン回路に連通する。捕集部内のドレンは、ドレンセパレータ内の圧縮気体の一部と共に混合流体としてドレン回路内に排出されて絞りを通過した後に、前記バイパス回路を介して導入された温かい圧縮気体と合流する。そのため、その後の大気放出によっても前記混合流体中の圧縮気体が急激に圧力を低下することがなく、その結果、排気音が低減すると共に、ドレンの凍結が防止される。」と記載されている。

特開２００３－１７６７８４号公報

特許文献１にあるように、圧縮機といった流体機械の内部構造には凍結を許容できない箇所が存在する。流体機械の設置環境において、設置環境の外気温度は重要な条件であり、例えば、外気温度が氷点下になる場合には循環水や潤滑油の凍結や粘性増加及び電子機器の凍結なども懸念される。低温環境への設置に際し、凍結等の保護を効率的に行う技術が望まれる。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の技術を用いる。本願は上記課題を解決するための複数の技術を開示しているが、その一例として、流体を圧縮する圧縮機本体と、前記圧縮機本体を作動させる動力源とを有したパッケ－ジ型流体機械を複数有する流体機械システムであって、１の前記パッケージ型流体機械の排気口と、他の前記パッケージ型流体機械の排気口とを接続する循環路と、前記循環路の経路上に位置して、該循環路の外部に排気する排風の流れを許可及び制限する流路切替装置と、前記１のパッケージ型流体機械の排気口から排気された排風の少なくとも一部を、前記他のパッケージ型流体機械に流入させるものである。

本発明によれば、例えば氷点下環境など、外気温が低い場所に設置する流体機械システムにおいて、相対的に温度が高い排風を排気する流体機械の熱を、停止或いはより低負荷の他の流体機械の凍結防止に利用することができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施形態によるパッケージ形圧縮機システムの構成を示す模式図である。図１に示すパッケージ形圧縮機システムにおいて、一方のパッケージ型圧縮機の排風が、他方のパッケージ型圧縮機に流入する際の様を示す模式図である。図１に示すパッケージ形圧縮機システムにおいて、一方のパッケージ型圧縮機の排風と、他方のパッケージ型圧縮機の排風が外部ダクトの外部に排気される際の様を示す模式図である。

以下、本発明を実施するたもの形態について図面を用いて説明する。

図１に、本実施形態による圧縮機システムの概要構成を示す。圧縮機システムは、複数のパッケージ型圧縮機１a、１ｂを備え、これらの内部を流通する冷却風が、外部ダクト１６０を介して接続される構成を有する。以下、構成を説明するが、本実施例において、パッケージ圧縮機１ａ及び１ｂは、同一の圧縮機を適用するものとし、その説明も１ａについて主に行うものとする。

パッケージ形圧縮機１aは、駆動源１０１a、増速機１０２a、１段圧縮機１０３a、２段圧縮機１０４a等の構成部品が共通ベース（不図示）等に搭載され、側面（本実施例では四側面）及び天面にこれら構成部全体を覆うカバー１０５aを備える。

駆動源１０１aは、電動機であり回転力を増速機１０２aを介して１段圧縮機本体１０３a及び２段圧縮機本体１０４aに駆動力を提供する。本実施例では、電動機を駆動源とするが、本発明は内燃機関や風力や水力といった自然エネルギを利用する駆動源を適用することもできる。また、電動機１０１aは、カバー１０５aの外部から気体を内部に取り込む為の自励ファンを有するものとして説明するが、他励ファンを用いて外気の取り込みを行う構成であってもよい。

増速機１０２aは、例えばピニオンギヤやブルギヤの組み合わせからなり、１段圧縮機本体１０３a及び２段圧縮機本体aと機械的に接続することによってこれらの回転比を変更する。増速機１０２aはこれに限るものではなく、チェーンやベルト及びプーリ等を利用した動力伝達機構であってもよい。なお、本例では増速機１０２aを含む構成例であるが、本発明は、圧縮機本体と、駆動源とが上記の増速機構を使用しない直結構成を適用することもできる。

１段圧縮機本体１０３a及び２段圧縮機本体１０４aは、例えば、容積型の圧縮機構をそれぞれ有して２段圧縮機を構成する。容積型圧縮機としては、スクリュー、スクロール、レシプロ、クロー等といった種々の型式を適用することができる。なお、本発明はこれに限るものではなく、１段圧縮機本体１０３a及び２段圧縮機本体１０４a以外に更に圧縮機本体を備える多段構成でもよいし、１０３a及び１０４aが単段圧縮機として機能する構成であってもよい。

カバー１０５aは、側面或いは天面に、外部と連通する吸気口１０７a及び排気口１０８aを有する。吸気口１０７aは、電動機１０６aの反出力側からカバー１０５aの内部側に向かって外気を導入する内部吸気ダクト１０６aと接続する。電動機１０１aの自励ファンの回転によって外気がパッケージ型圧縮機１の内部に取り込まれるようになっている。吸気口１０７aから取り込まれた外気は、一部が電動機１０１a、増速機１０２a、１段圧縮機本体１０３a及び２段圧縮機本体１０４aといった構成要素の冷却風として利用され、一部が１段圧縮機本体の１０３aに吸気されるようになっている。なお、圧縮気体を冷却するための空冷式熱交換器を備える場合には、外気はこの熱交換にも利用されてもよい。

また、本実施例において、吸気口１０７aは、駆動源１０１aの下流側に配置し、排気口１０８aは圧縮機本体（１０３aや１０４a）側に配置するようになっている。即ち圧縮機は一般に、圧縮熱により電動機１０１aの発熱よりも、１段圧縮機本体１０３aや２段圧縮機本体１０４aの方が高温の発熱体となる傾向がある。よって、各構成部品に相対的に低温となる順番で外気による冷却を行うようになっている。

排気口１０８aは、カバー１０５aの内部に延伸する内部排気ダクト１０９aと接続され、パッケージ型圧縮機１の内部に取り込まれた外気（圧縮機本体が吸い込んだ外気を除く）が、パッケージ型圧縮機１の外部（口述する外部ダクト１５０a）に排気されるようになっている。

制御部１１０aは、パッケージ型圧縮機１aの種々制御を行う装置であり、例えば、演算装置とプログラムの協働によって実現される制御装置である（一部又は全部がアナログ構成のものであってもよい。）。電力変換装置１１１aは、制御部１１０aの指令に応じて、電動機１０１aに供給する電力のＯＮ・ＯＦＦや電力周波数を変更することで、パッケージ型圧縮機１を可変速運転させるようになっている。可変速運転とは、例えばＰ、ＰＩ、ＰＩＤ制御運転や負荷・無負荷運転等を含む。なお、制御部１１０aは、有線又は無線による通信回線を介した外部の制御装置として構成してもよい。

次いで、外部ダクト１５０及び流路切替装置１６０について説明する。外部ダクト１５０は、パッケージ型圧縮機１ａの排気口１０９ａと、パッケージ型圧縮機１ｂの排気口１０９ｂとを接続するようになっている。流路切替装置１６０は、外部ダクト１５０の途中流路に位置し、外部ダクト１５０内を流れる排風が外部ダクトの外部に排出されることを許可又は制限する流路切替機構である。本実施形態では、回転によって可倒する回転板を用いるものとするが、本発明は当該構成に限定されるものではない。外部ダクト１５は、その回転を手動或いは自動で切り替え可能とし、その回転角度（即ち外部ダクト内を流れる排風が外部ダクトの外部に吐き出される開度）も多段階に切り替えられるものである。

図２に、本実施形態の動作態様の概要を示す。まず、パッケージ型圧縮機１ａの稼働中（例えば全速運転中）には、排気口１０９ａから、内部の発熱体を冷却した高温の排風が外部ダクト１５０に吐き出される。このとき２段圧縮機本体１ｂが停止中或いは無負荷運転である場合、外気温度が所定温度以下であればパッケージ型圧縮機１ｂが備える電動機１０１ｂや圧縮機本体１０３ａ、１０４ｂといった構成要素は相対的に低温となる。かかる低温状態は、パッケージ圧縮機１ｂの構成要素の凍結や潤滑液（油や水）の粘性増加を招来し、起動或いは負荷運転への切り替えに対して負荷や不具合となる恐れもある。

そこで、本実施形態では、稼働により発熱量が相対的に高いパッケージ型圧縮機１ａの排風を、相対的に発熱量が低いパッケージ型圧縮機１ｂにダクト１５０を介して流入させ、加温することにより、パッケージ型圧縮機１ｂの起動や負荷運転への切り替え時に障害となる虞のある凍結や潤滑液の粘性増加を抑制することを特徴の一つとする。

より具体的には、流路切替装置１６０を「閉（外部ダクトから外部に排出することを禁止或いは制限）」することにより、パッケージ型圧縮機１ｂの排気口１０９ｂから、パッケージ型圧縮機１ａからの高温の排風の一部乃至全部がパッケージ型圧縮機１ｂに流れ、これの構成要素を加温するようになっている。

次いで、パッケージ型圧縮機１ｂも起動或いは負荷運転に移行する場合について説明する。
図３は、流路切替装置１６０を「開（全開）」とした場合の様を示す。この場合には、パッケージ型圧縮機１ａ・１ｂの排気口１０９ａ・１０９ｂから夫々流れ出た高温の冷却風が流路切替装置１６０によって外部ダクト１５０の外部に排出され、通常の冷却作用を期待することができる。

このように、本実施形態によれば、停止中或いは低負荷中のパッケージ型圧縮機１ｂを、相対的に発熱量の多い他のパッケージ型圧縮機１ａの高温排風によって勘弁に加温することができ、外気温に応じて機器保守と性能低下の抑制を簡便に行うことができる。特に、加温を必要とするパッケージ型圧縮機に対して、特段の加温機構やエネルギを追加することがなく、排熱を利用するため省エネ効果にも寄与するものである。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記種々の構成に限定されるものではなく、その趣旨の逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。例えば、パッケージ型圧縮機は２台に限定されるものではなく、３台以上から構成してもよいし、各パッケージ型圧縮機に使用される圧縮機本体の型式や定格仕様も必ずしも同一でなくてもよい。例えば一方の定格仕様が他方に比して大である場合には、流路切替装置１６０の開度を適宜調整し、過剰な加温とならないようにしてもよい。

また、複数のパッケージ型圧縮機が複数の吐出配管系に合流するいわゆる複数台数制御によって圧縮気体を生成するシステムである場合には、各パッケージ型圧縮機の稼働と停止の切り替えに応じて流路切替装置１６０の開度を自動的に可変とするようにしてもよい。

また、本実施形態では、大気（空気）から圧縮気体を生成する圧縮機本体について説明したが、他の気体を圧縮する流体機械であってもよい。

１ａ・１ｂ…パッケージ型圧縮機、１０１ａ・１０１ｂ…駆動源、１０２ａ・１０２ｂ…増速機、１０３ａ・１０３ｂ…１段圧縮機本体、１０４ａ・１０４ｂ…２段圧縮機本体、１０５ａ・１０５ｂ…カバー、１０６ａ・１０６ｂ…内部吸気ダクト、１０７ａ・１０７ｂ吸気口、１０８ａ・１０８ｂ…排気口、１０９ａ・１０９ｂ…内部排気ダクト、１０１ａ・１０１ｂ…制御部、１１１ａ・１１１ｂ…電力変換装置、１５０…外部ダクト、１６０流路切替装置

本発明は、流体機械システムに関する。

このように、本実施形態によれば、停止中或いは低負荷中のパッケージ型圧縮機１ｂを、相対的に発熱量の多い他のパッケージ型圧縮機１ａの高温排風によって簡便に加温することができ、外気温に応じて機器保守と性能低下の抑制を簡便に行うことができる。特に、加温を必要とするパッケージ型圧縮機に対して、特段の加温機構やエネルギを追加することがなく、排熱を利用するため省エネ効果にも寄与するものである。

Claims

流体を圧縮する圧縮機本体と、
前記圧縮機本体を作動させる動力源とを有したパッケ－ジ型流体機械を複数有する流体機械システムであって、
１の前記パッケージ型流体機械の排気口と、他の前記パッケージ型流体機械の排気口とを接続する循環路と、
前記循環路の経路上に位置して、該循環路の外部に排気する排風の流れを許可及び制限する流路切替装置と、
前記１のパッケージ型流体機械の排気口から排気された排風の少なくとも一部を、前記他のパッケージ型流体機械に流入させるものである流体機械システム。
請求項１に記載の流体機械システムであって、
前記１のパッケージ型流体機械が稼働中であり、前記他のパッケージ型流体機械が、停止或いは前記１のパッケージ型流体機械よりも低負荷である流体機械システム。
請求項１に記載の流体機械システムであって、
前記他のパッケージ型圧縮機が停止から稼働或いは無負荷運転から負荷運転に切り替わる際に、前記流路切替装置が、前記循環路の外部に排気する排風の流れを許可するものである流体機械システム。
請求項１に記載の流体機械システムであって、
前記パッケージ型流体機械の少なくとも１が、他のパッケージ型流体機械と定格仕様が異なるものである流体機械システム。
請求項１に記載の流体機械システムであって、
前記パッケージ型流体機械が、パッケージ型圧縮機であり、大気から圧縮気体を生成するものである流体機械システム。