JP2022500591A - オイル噴射式多段圧縮機デバイス及びこのような圧縮機デバイスを制御する方法 - Google Patents

Abstract

入口（４ａ）及び出口（５ａ）を有する少なくとも１つの低圧段圧縮機要素（２）と、入口（４ｂ）及び出口（５ｂ）を有する高圧段圧縮機要素（３）とを備え、低圧段圧縮機要素（２）の出口（５ａ）が導管（６）を介して高圧段圧縮機要素（３）の入口（４ｂ）に接続されるオイル噴射式多段圧縮機デバイスであって、低圧段圧縮機要素（２）と高圧段圧縮機要素（３）との間で導管（６）に中間冷却器（９）が設けられ、圧縮機デバイス（１）は、低圧段圧縮機要素（２）に噴射されるオイル量を制限するための制限器（１０）を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、オイル噴射式多段圧縮機に関する。

多段圧縮機デバイスはすでに公知であり、ガスが２又は３以上の段又は「多段」で圧縮され、２又は３以上の圧縮機要素が、順々に直列に配置される。
また、オイル噴射式多段圧縮機デバイスがすでに公知であり、この場合オイルである冷却媒体がガスを冷却するために使用される。

これは、第２の又は後続段の前でガスを冷却することで第２の及び後続段の消費が減少することになるので、効率が可能な限り改善される。
ガスの冷却、従って効率改善が、より良好になる。

冷却は、例えば追加的な能動冷却によって改善することができる。これは、単にガスから熱を奪う冷却媒体をシステムに加える代わりに、システムから熱を効果的に除去することを伴う。
このような能動冷却は、効率を高めるさらなる可能性を与える。

しかしながら、このことは、効率改善を損なうことになる冷却器における圧力損失が存在することになるので見受けられるほど単純ではない。
この圧力損失は、ガス内にオイルが存在することに起因して、特にオイルが空気よりも高い粘性をもつことに起因して増大する。圧力損失は、ガス内のオイルの品質に依存することになり、ガス内のオイルが増えると中間冷却器での圧力損失が大きくなる。

本発明の目的は、上記の圧力損失が問題にならないであろう能動冷却を有するオイル噴射式多段圧縮機デバイスを提供することによって上記及び他の欠点のうちの少なくとも１つに対する解決手法を提供することである。

本発明の主題は、入口及び出口を有する少なくとも１つの低圧段圧縮機要素と、入口及び出口を有する高圧段圧縮機要素とを備え、低圧段圧縮機要素の出口が導管を介して高圧段圧縮機要素の入口に接続されるオイル噴射式多段圧縮機デバイスであり、低圧段圧縮機要素と高圧段圧縮機要素との間で導管に中間冷却器が設けられ、圧縮機デバイスは、低圧段圧縮機要素に噴射されるオイル量を制限するための制限器を備える。

利点は、制限器が低圧段圧縮機要素に噴射されるオイル量を制限できる点である。
これにより中間冷却器での圧力損失が制限される。
従って、中間冷却器の圧力損失なしで又は限定された損失でもって高圧段のための能動的冷却の全ての利点を得ることができる。

制限器は、オイル供給導管の局部的くびれなどの多くの方法で実施することができる。
制限器は、好ましくはバルブで実施することができ、バルブは、常に必要以上ではない所要オイルの最小量のみが噴射されるように、低圧段圧縮機要素に噴射されるオイル量を調整することができる。
これは冷却器の圧力損失をさらにいっそう制限することになる。

必要であれば、バルブは、過熱を防止するためにより多くのオイルを噴射することができる。他のあらゆる事例で、最小噴射に切り替えることができる。

中間冷却器の存在は、従来はオイルで行われていた冷却を中間冷却器が肩代わりできるので、冷却のためのオイルがより少ないことを意味する。必要かつ噴射されるオイルが少ないので、中間冷却器での圧力損失も制限される。

圧縮機デバイスは、オイルを分離するために中間冷却器の上流側の導管に設けられたオイル分離器を備えることができる。
この利点は、圧力損失の問題を完全になくすことができるように、オイルが中間冷却器に全く又は実質的に全く流入しないことを保証できることである。

これは、中間冷却器で生じる何らかの凝縮液を分離する可能性にもつながる。
オイルが中間冷却器の前で分離されない場合、この凝縮液は、結果的にオイルになり別々に分離するのが難しいであろう。

また、本発明は、入口及び出口を有する少なくとも１つの低圧段圧縮機要素と、入口及び出口を有する高圧段圧縮機要素とを備え、低圧段圧縮機要素の出口が導管を介して高圧段圧縮機要素の入口に接続されるオイル噴射式多段圧縮機デバイスを制御する方法に関し、
低圧段圧縮機要素と高圧段圧縮機要素との間で導管に中間冷却器が設けられ、圧縮機デバイスは、低圧段圧縮機要素に噴射されるオイル量を制限するための制限器をさらに備え、本方法は、
−低圧段圧縮機要素の出口での出力、効率、又は温度を測定又は特定するステップと、
−測定又は特定された出力、効率、又は温度が所定値よりも大きい場合にバルブを開く又はさらに開くステップと、
−測定又は特定された出力、効率、又は温度が所定値に等しいか又はそれ未満の場合にバルブを閉じる又はさらに閉じるステップと、
を含む。

この方法の利点は、オイル噴射式多段圧縮機デバイスの利点と明らかに同様である。

本発明の特徴をさらに説明するために、添付図面を参照して包括的でない実施例として、本発明によるオイル噴射式多段圧縮機デバイス及びそれを制御するための方法の一部の好ましい実施形態が以下に記載される。

本発明によるオイル噴射式多段圧縮機デバイスの概略図を示す。

図１はオイル噴射式多段圧縮機デバイス１の概略図であり、２段又は「多段」を構成し、この場合、低圧段圧縮機要素２を備える低圧段及び高圧段圧縮機要素３を備える高圧段である。
両方の圧縮機要素２、３は、例えば、スクリュー圧縮機要素であるが、これは本発明では必須要件ではない。
また、圧縮機要素２、３は、圧縮機要素２、３にオイルを噴射するためのオイル回路を備える。明瞭化のために、これらのオイル回路は、図示されないか又は部分的に図示されている。

低圧段圧縮機要素２は、ガス用の入口４ａ及び圧縮ガス用の出口５ａを有する。
ガスの出口５ａは、導管６を介して高圧段圧縮機要素３の入口４ｂに接続される。

また、高圧段圧縮機要素３は出口５ｂを備え、出口５ｂは液体分離器７に接続される。
この液体分離器７の出口８は、最終冷却器に接続することができる。

中間冷却器９は、低圧段圧縮機要素２と高圧段圧縮機要素３との間で上記の導管６に組み込まれている。
また、圧縮機デバイス１は、低圧段圧縮機要素２に噴射されるオイル量を制限するための制限器１０を備える。
この場合、本発明では必須ではないが、この制限器１０はバルブ１０で実施され、噴射されるオイル量の調整を可能にすることができる。

もちろん、バルブ１０に代えて、バルブ１０が通常位置する箇所で導管を狭める形式の受動的な又は非調整可能な制限器１０を適用することは排除されない。
上記のバルブ１０は、開閉式の調整可能なバルブ又は連続的に調整可能なバルブとすることができる。

制御ユニット又は調整器１１は、バルブ１０を制御又は調整するために設けられる。
この場合、低圧段圧縮機要素２の出口５ａでの温度を特定又は測定することができる温度センサ１２も設けられている。このセンサ１２は、上記の制御ユニット又は調整器１１に接続される。
また、温度センサ１２の代わりに出力計又は効率計を使用することができる。

この場合、本発明では必須ではないが、圧縮機デバイス１は、低圧段圧縮機要素２に噴射されたオイルを分離するために中間冷却器９の上流側で導管６に設けられたオイル分離器１３を備える。
また、オイル導管１４が設けられており、オイル導管１４は、オイル分離器１３で分離されたオイルをこのオイル導管１４を介して低圧段圧縮機要素２に導くためにオイル分離器１３から低圧段圧縮機要素２に向かって延び、オイルはそこで低圧段圧縮機要素２の中に噴射されることになる。
これは、オイル導管１４が上記のバルブ１０に向かって延びることを意味する。

もしくは、このオイル導管１４は、オイル分離器１３から高圧段圧縮機要素３の下流側の液体分離器７に延びることも可能である。
このことは、このオイル導管１４ａを表す点線１４ａで概略的に示されている。
このようなオイル導管１４ａは、オイル分離器１３で分離されたオイルをこのオイル導管１４ａを介して液体分離器７に導くことになる。オイルを移動させるためにオイルポンプ１４ｂ又は同様のものを使用することは排除されない。

この場合、オイル導管１４にはオイル冷却器１５及び濾過器１６の両方が設けられることになる。
濾過器１６は、オイルが圧縮機要素２の中に再噴射される前にオイル内の不純物を濾過することができる。

また、オイル戻り導管１７が設けられており、オイル戻り導管１７は、液体分離器７から分岐１７ａで高圧段圧縮機要素３に向かい、分岐１７ｂで低圧段圧縮機要素２に向かう。
図１から分かるように、オイル導管１４は、分岐１７ｂに点Ｐで接続し、上記のオイル冷却器１５及び濾過器１６は、点Ｐの上流側のオイル導管１４に組み込まれる。

当然、このことは必須ではなく、オイル冷却器１５及び濾過器１６の両方はオイル導管１４の点Ｐの下流側に組み込むことができ、液体分離器７からのオイル及びイル分離器１３からのオイルの両方は、オイル冷却器１５及び濾過器１６のそれぞれで冷却及び濾過されるようになっている。
オイル導管１４ａを備える場合、これは同様にオイル冷却器１５及び濾過器１６を備える。

オイル噴射式多段圧縮機デバイス１の動作は非常に単純で以下に示す通りである。
動作時、圧縮されるガス、例えば空気は、低圧段圧縮機要素２の入口４ａを通って吸引され、最初の圧縮が行われることになる。

部分的に圧縮されたガスは、導管６を通過して中間冷却器９に流入し、ここで冷却され、次に、高圧段圧縮機要素３の入口４ｂに流入し、ここで次の圧縮が行われる。
低圧段圧縮機要素２及び高圧段圧縮機要素３の両方にオイルが噴射され、これは圧縮機要素２、３の潤滑及び冷却を可能にする。

圧縮ガスは、出口５ｂを通って高圧段圧縮機要素３から出てオイル分離器７に導かれる。
噴射されたオイルが分離され、次に、圧縮ガスは、消費者に供給される前に最終冷却器に導くことができる。

中間冷却器９で大きな圧力損失がないことを保証するために、バルブ１０は、低圧段圧縮機要素２の出口５ａの温度Ｔ_outletが特定値Ｔ_max未満のままであるように、制御ユニット１１で制御されることになる。
そのために、第１のステップは温度Ｔ_outletを特定することになる。
この温度Ｔ_outletは、この場合、センサ１２で直接測定されることになる。

しかしながら、この温度Ｔ_outletを特定するための他の方法があることは明らかである。例えば、この温度は、中間冷却器９の後の温度から特定又は計算すること、又は低圧段圧縮機要素２の環境パラメータ及び作動状態に基づくこともできる。

バルブ１０を制御する方法はさらに以下の通りである。すなわち、
−測定又は特定された温度Ｔ_outletが所定値Ｔ_maxよりも大きい場合、バルブ１０を開く又はさらに開くステップ、
−測定又は特定された温度Ｔ_outletが所定値Ｔ_maxに等しいか又はそれ未満の場合、バルブ１０を閉じる又はさらに閉じるステップ、
である。

このように、オイル又は追加のオイルは、温度が過度に高くならないように必要に応じて噴射することができる。
温度が十分に低下した時点で、オイル噴射は、低減又はさらに停止することができる。

バルブ１０が開閉式バルブの場合、オイルは噴射されるか否かの何れかになる。
バルブ１０が連続的に調整可能な場合、オイルの流量は、最新の要求に合うように精密に調節することができる。
この調整能力は、常に最小のオイル噴射が得られることを保証する。

上述の実施例でのバルブ１０の調整は、温度Ｔ_outletに基づいて行われるが、出力又は効率に基づいて行われることは排除されない。
この場合、バルブ１０は、中間冷却器９での大きな圧力損失がないことを保証するために出力又は効率が所定値Ｐ_max又はＥ_maxを上回ったままであるように制御ユニット１０によって制御されることになる。

バルブ１０の制御に加えて、この場合、本方法は、オイル分離器１３の助けによって低圧段圧縮機要素２の下流側及び中間冷却器９の上流側でオイルを分離するステップを含むこともできる。
この分離されたオイルは、次にオイル導管１４を介して低圧段圧縮機要素２に吐出されることになる。
オイル導管１４は、バルブ１０に達し最終的には低圧段圧縮機要素２に達するために戻り導管１７の分岐１７ｂに点Ｐで合流することになる。

もしくは、圧縮機デバイス１がオイル導管１４ａを備える場合、本方法は、低圧段圧縮機要素２の下流側及び中間冷却器９の上流側のオイルをオイル分離器１３を用いて分離し、続いてこのオイルを高圧段圧縮機要素３の下流側の液体分離器７にポンプ送給するステップを含むことができる。
この追加のステップにより、中間冷却器９での圧力損失が最小になるように、低圧段圧縮機要素２の最小噴射オイルでさえガスから除去されることになる。

このように、ガスは、高圧段圧縮機要素３に達する前に、著しい圧力損失、従って効率損失を伴うことなく中間冷却器９で常に能動的に冷却される。
能動的に冷却された空気は、次に、高圧段圧縮機要素３でさらに圧縮されることになり、中間冷却器９がない場合よりもはるかに高い性能がもたらされる。

本発明の他の態様は、圧縮機デバイスがオイル導管１４又は１４ａを含むオイル分離器１３だけを備え、オイル噴射を調整するバルブ１０を備えない態様である。
この場合、結果的に最小オイル噴射は行われず、低圧段圧縮機要素２に噴射された全てのオイルのみが、ガスが中間冷却器９に導かれる前にオイル分離器１３によって分離されることになる。

本発明は、例示的に説明されかつ図面に示され実施形態に限定されるものではないが、本発明によるオイル噴射式多段圧縮機デバイス及びこのような圧縮機デバイスを制御する方法は、本発明の範囲を逸脱することなく、様々な変形形態で実現することができる。

Claims (13)

1. 入口（４ａ）及び出口（５ａ）を少なくとも有する低圧段圧縮機要素（２）と、入口（４ｂ）及び出口（５ｂ）を有する高圧段圧縮機要素（３）とを備え、前記低圧段圧縮機要素（２）の前記出口（５ａ）が導管（６）を介して前記高圧段圧縮機要素（３）の前記入口（４ｂ）に接続されるオイル噴射式多段圧縮機デバイスであって、
   前記低圧段圧縮機要素（２）と前記高圧段圧縮機要素（３）との間で前記導管（６）に中間冷却器（９）が設けられ、前記圧縮機デバイス（１）は、前記低圧段圧縮機要素（２）に噴射されるオイル量を制限するための制限器（１０）を備える、
   ことを特徴とするオイル噴射式多段圧縮機デバイス。
2. 前記制限器（１０）は、バルブ（１０）である、
   請求項１に記載のオイル噴射式多段圧縮機デバイス。
3. 前記バルブ（１０）は、開閉式の調整可能なバルブである、
   請求項２に記載のオイル噴射式多段圧縮機デバイス。
4. 前記バルブ（１０）は、連続的に調整可能なバルブである、
   請求項２に記載のオイル噴射式多段圧縮機デバイス。
5. 前記圧縮機デバイス（１）は、オイルを分離するために前記中間冷却器（９）の上流側で前記導管（６）に設けられたオイル分離器（１３）を備える、
   請求項１から４のいずれか１項に記載のオイル噴射式多段圧縮機デバイス。
6. 前記圧縮機デバイス（１）は、前記オイル分離器（１３）から前記低圧段圧縮機要素（２）に延びるオイル導管（１４）を備える、
   請求項１から５のいずれか１項に記載のオイル噴射式多段圧縮機デバイス。
7. 前記圧縮機デバイス（１）は、前記オイル分離器（１３）から前記高圧段圧縮機要素（３）の下流側に設けられた液体分離器（７）に延びるオイル導管（１４ａ）を備える、
   請求項５又は６に記載のオイル噴射式多段圧縮機デバイス。
8. オイル冷却器（１５）及び／又は濾過器（１６）が、前記オイル導管（１４、１４ａ）に設けられる、
   請求項６又は７に記載のオイル噴射式多段圧縮機デバイス。
9. 前記圧縮機デバイス（１）は、前記低圧段圧縮機要素（２）の前記出口（５ａ）での温度（Ｔ_outlet）が特定値（Ｔ_max）未満のままであるように又は出力が最小であるように又は効率が最大であるように、前記制限器（１０）又はバルブ（１０）を調整又は制御するための制御ユニット又は調整器（１１）をさらに備える、
   請求項１から８のいずれか１項に記載のオイル噴射式多段圧縮機デバイス。
10. 前記圧縮機デバイス（１）は、前記低圧段圧縮機要素（２）の前記出口（５ａ）での温度（Ｔ_outlet）を直接測定する温度センサ（１２）を備え、又は前記温度（Ｔ_outlet）を他のパラメータから導く、
    請求項９に記載のオイル噴射式多段圧縮機デバイス。
11. 入口（４ａ）及び出口（５ａ）を有する少なくとも１つの低圧段圧縮機要素（２）と、入口（４ｂ）及び出口（５ｂ）を有する高圧段圧縮機要素（３）とを備え、前記低圧段圧縮機要素（２）の前記出口（５ａ）が導管（６）を介して前記高圧段圧縮機要素（３）の前記入口（４ｂ）に接続されるオイル噴射式多段圧縮機デバイスを制御する方法であって、
    前記低圧段圧縮機要素（２）と前記高圧段圧縮機要素（３）との間で前記導管（６）に中間冷却器（９）が設けられ、前記圧縮機デバイス（１）は、前記低圧段圧縮機要素（２）に噴射されるオイル量を制限するための制限器（１０）をさらに備え、前記方法は、
    −前記低圧段圧縮機要素（２）の前記出口（５ａ）での出力、効率、又は温度（Ｔ_outlet）を測定又は特定するステップと、
    −前記測定又は特定された出力、効率、又は温度（Ｔ_outlet）が所定値（Ｔ_max）よりも大きい場合に前記バルブ（１０）を開く又はさらに開くステップと、
    −前記測定又は特定された出力、効率、又は温度（Ｔ_outlet）が所定値（Ｔ_max）に等しいか又はそれ未満の場合に前記バルブ（１０）を閉じる又はさらに閉じるステップと、
    を含む、
    ことを特徴とする方法。
12. −前記低圧段圧縮機要素（２）の下流側及び前記中間冷却器（９）の上流側でオイルを分離するステップと、
    −前記分離されたオイルを前記低圧段圧縮機要素（２）に吐出するステップと、
    とを含む、
    請求項１１に記載の方法。
13. −前記低圧段圧縮機要素（２）の下流側及び前記中間冷却器（９）の上流側でオイルを分離するステップと、
    −前記分離されたオイルを前記高圧段圧縮機要素（３）の下流側の液体分離器（７）にポンプ送給するステップ、
    とを含む、
    請求項１１に記載の方法。

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