JP3581134B2

JP3581134B2 - Fuel gas compressor and fuel gas compressor system

Info

Publication number: JP3581134B2
Application number: JP2002023335A
Authority: JP
Inventors: 隆二堺; 時彦梅田; 龍雄藤井; 泉高木
Original assignee: Kawasaki Precision Machinery KK
Current assignee: Kawasaki Precision Machinery KK
Priority date: 2002-01-31
Filing date: 2002-01-31
Publication date: 2004-10-27
Anticipated expiration: 2022-01-31
Also published as: JP2003222087A

Description

【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、例えば、発電設備などに用いるガスタービン、マイクロガスタービン、燃料電池、ボイラ、またはその他の燃焼装置に燃料ガスを供給する燃料ガス圧縮機及びそれを備えた燃料ガス圧縮機システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、燃料ガス圧縮機は、中型または大型発電設備の燃料供給用として使用されており、その仕様は、風量が多くかつ吐出圧力が高いものである。そのため、燃料ガス圧縮機としては、ターボ圧縮機、スクリュー圧縮機、レシプロ圧縮機などが使用されている。
【０００３】
近年、発電出力１００ｋＷ前後の分散型コージェネレーション発電設備が普及し、このような設備に使用する燃料ガス圧縮機の仕様としては、小流量かつ低吐出圧力が要求されている。例えば、燃料ガスとして都市ガスを使用し、発電出力約３０ｋＷのマイクロガスタービンを使用したコージェネレーション発電設備の場合、燃料ガス圧縮機の流量は約１０Ｎｍ３／Ｈであり、吐出圧力が約６ｂａｒである。
【０００４】
このような小流量かつ低吐出圧力を満足する圧縮機としては、スクリュー圧縮機、レシプロ圧縮機、スクロール圧縮機が考えられる。ところが、スクリュー圧縮機は、小型になると所定のスクリュー製作精度を得ることが難しいので、高効率なものは得られない。また、レシプロ圧縮機は、吐出側の圧力脈動が大きく燃料ガスを燃焼するときに失火を起こしやすい。そのため、レシプロ圧縮機の吐出配管の途中には、脈動吸収用の容器が取り付けられているが、この構成では、圧縮機全体の設置面積が大きくなり、その設備費用も増加する。これに対して、スクロール圧縮機は、小流量、低吐出圧力に適しており、吐出側の圧力脈動も少ないので、小型の燃料ガス圧縮機として適している。ところが、実際に使用されているスクロール圧縮機は、被圧縮空隙のシール部の潤滑などに油が使用されており、この油が燃焼ガスに混入し、燃焼器用ガスバーナなどの閉塞などの問題を引き起こしていた。そこで、スクロール圧縮機では、吐出側に複数段の油分離器を設け、燃料ガス中の油含有量を許容値以下としている。そのため、大きな設置面積が必要とされ、かつ設備費も高くなっている。そこで、油を使わないスクロール圧縮機、いわゆる無給油式スクロール圧縮機が、燃料ガス圧縮機として適用されることが望まれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、無給油式スクロール圧縮機は、燃料ガスを密封するシール部などに油を使わないので、摩耗、経年劣化などによりシール部から燃料ガスが漏れる虞がある。従って、既存の無給油式スクロール圧縮機をそのまま使用することはできない。特に、燃料ガス圧縮機は、被圧縮ガスとして都市ガス、天然ガス、水素などの可燃性ガスが使用されているので、漏洩ガス対策が重要な課題である。
【０００６】
そこで、本発明は、燃料ガス圧縮機のケーシング内に非可燃性ガスを導入することによって、ケーシング内に漏洩する燃料ガスを簡単かつ安価に希釈して排出することができる燃料ガス圧縮機及びそれを備えた燃料ガス圧縮機システムを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、燃料ガス圧縮機の内部漏れまたは外部漏れした燃料ガスを非可燃性ガスにより希釈することに着目してなされたものである。
【０００８】
本発明は、一方の端部に開口を有する有底筒状のケーシングと、盤状体の一側に渦巻き状の羽根が立設され、該羽根を前記ケーシングの他方の端面側に向けて、前記開口部を覆い前記ケーシングの一部を形成する固定スクロールと、盤状体の一側に渦巻き状の羽根が立設され、該羽根が前記固定スクロールの羽根に向かい合って噛合する前記ケーシングの内部に設けられている旋回スクロールとを備える無給油式燃料ガス圧縮機において、非可燃性ガスを、前記ケーシングに設けた供給口から前記ケーシング内の空間へ導入し、前記ケーシングに設けた排出口から導出することによって、前記スクロール間に形成される被圧縮空隙から前記空間へ流れる燃料ガスを前記非可燃性ガスで希釈すべくなしてあることを特徴とする。
【０００９】
ここで、上記燃料ガス圧縮機は、いわゆるスクロール圧縮機であり、噛み合わされた旋回スクロールの羽根と固定スクロールの羽根との間に複数の被圧縮空隙が形成され、旋回スクロールが固定スクロールに対して公転することにより、被圧縮空隙が外側から内側に向かって次第に縮小され、被圧縮空隙内の燃料ガスを圧縮するものである。この被圧縮空隙からケーシング内の空間に燃料ガスが流れないように、旋回スクロールと固定スクロールとの合わせ面の外周部には、シール部材が付設されている。
【００１０】
本発明の構成では、さらに、ケーシング内の空間に供給口から非可燃性ガスが供給され、空間内に流れた燃料ガスを排出口から排出できるので、経年劣化または摩耗などによりシール部材を通じて前記空間内に燃料ガスが流れる場合であっても、希釈することができる。併せて、燃料ガスが圧縮されたときに発生する熱を、非可燃性ガスにより除去することも可能である。
【００１１】
また、本発明は、非可燃性ガスが、旋回スクロールの外周面に沿って流れるように構成することもできる。スクロール間に形成される被圧縮空隙から空間内へ流れる燃料ガスは、旋回スクロールの外周面に滞留しやすい点に着目し、この部分に非可燃性ガスを流すことにより、燃料ガスが、非可燃性ガスと混合され、希釈されるものである。
【００１２】
具体的には、例えば、本発明に係る燃料ガス圧縮機に、旋回スクロールの他側の外周部に突設された複数の撹拌羽根と、非可燃性ガスの供給口内面またはケーシング内面に設けられ、非可燃性ガスを旋回スクロールの外周面に沿って分流させる分流板とのうち少なくとも一つをさらに備えさせてもよい。
【００１３】
旋回スクロールの羽根が立設された面とは反対側の面（以下、背面と称する。）の外周部に複数の撹拌羽根を設けることにより、非可燃性ガスが羽根に沿って略放射方向に導かれ、旋回スクロールの外周面に滞留する燃料ガスと混合し、燃料ガスを希釈する。また、供給口またはケーシング内面に分流板を設ける場合には、供給口から供給される非可燃性ガスが、分流板により旋回スクロールの外周面に導かれるので、旋回スクロールの外周面に滞留する燃料ガスは、非可燃性ガスにより積極的に混合され、希釈される。
【００１４】
また、本発明は、ケーシングの外部に設けられ、非可燃性ガスの供給口に接続された非可燃性ガス供給用の第１供給手段をさらに備えることもできる。ここで、第１供給手段は、送風機または圧縮機など（以下、送風機などと称する。）である。これにより、送風機などは、燃料ガス圧縮機の運転とは独立して運転されるので、燃料ガス圧縮機が運転される前に非可燃性ガスを供給してケーシング内の空間に滞留する燃料ガスと混合し、燃料ガスを希釈して外部に排出することができる。そして、ケーシング内の空間の燃料ガス濃度が、燃料ガス圧縮機の起動前に低減される。これは、特に、後述の駆動機がケーシングに内蔵される場合に有効である。また、一般的に、燃料ガス圧縮機を使用するコージェネレーション設備などの発電設備では、発電機盤の換気ファン、空気圧縮機などの圧縮空気供給源を有する場合が多いので、新たに送風機などを設置することなく、各設備から空気などの非可燃性ガスを供給するための配管を設置するのみで非可燃性ガスを供給することができる。
【００１５】
また、本発明は、旋回スクロールの旋回軸にその出力端を接続された駆動機をさらに備えることもできる。その駆動機として、以下のような形式が挙げられる。
【００１６】
（１）本発明では、旋回スクロールの旋回軸に設けられた第１磁石と、駆動機により駆動され、ケーシングの外周を囲むように設けられた回転体と、第１磁石を取り囲むケーシングの外周面と非接触に、回転体の内面に固定された第２磁石とを備えることもできる。これにより、旋回軸に設けられた第１磁石と、回転体に設けられた第２磁石とが、相互に磁力により引きあい結合されているので、駆動機により回転体を駆動することにより旋回軸が駆動される。従って、この場合、旋回軸はケーシングの中に内蔵することができる。
【００１７】
（２）本発明では、駆動機は、旋回スクロールの旋回軸に直接的に設けられた回転子と、該回転子を囲むように、ケーシングの内面に固定された固定子とを設けることもできる。このように、燃料ガス圧縮機と駆動機とを一体化することにより、駆動機側のケーシングなどの部材を削減することができるので、燃料ガス圧縮機全体を小型化することができる。また、本発明では、ケーシング内の空間に漏れた燃料ガスが非可燃性ガスにより混合され、希釈されるので、燃料ガス（可燃性ガス）と固定子などとを遮断する特殊な構造を有しない駆動機を用いることができる。ここで、駆動機としては、一般の直流または交流電動機、さらに燃料ガス圧縮機の流量を可変にする場合には、インバータモータ、サーボモータなどが使用できる。
【００１８】
また、本発明では、上述の回転子および固定子は、電磁石に限定するものではなく、回転子または固定子のいずれか一方を永久磁石にすることもできる。一般的に、永久磁石は電磁石に比べて小さくできるので、上記回転子または固定子のいずれか一方を永久磁石にすることで、燃料ガス圧縮機全体をさらに小型化することができる。
【００１９】
（３）本発明では、旋回スクロールの旋回軸にその出力端を接続された膨張機をさらに備えることも可能である。これにより、燃料ガス圧縮機の駆動源として一般の電動機などの駆動機に代えて膨張機を用いることもできる。この膨張機は、供給された圧縮気体を膨張させることにより、圧縮気体の圧力エネルギーを回転運動エネルギーに変換する。その結果、膨張機と連結された旋回スクロールが回転して、被圧縮ガスを圧縮する。膨張機を駆動機と併設することも可能である。特に、圧縮気体の供給源を単独で設置せず、圧縮気体を他の設備から供給する場合には、他の設備を運転しなくても駆動機により燃料ガス圧縮機を運転することができる利点がある。なお、上記圧縮気体としては、空気などの非可燃性ガスが使用されるので、膨張機側に燃料ガスが漏洩する場合であっても、燃料ガスは、非可燃性ガスにより混合され、希釈される。
【００２０】
さらに、膨張機をケーシング内に収納し、該膨張機の排気口と、ケーシングの供給口とを所定の通路で接続することもできる。これにより、膨張機で膨張した非可燃性ガスがケーシング内の空間に流れた燃料ガスを希釈することができる。併せて、膨張した非可燃性ガスは温度が低いので、燃料ガスが圧縮されたときに発生する熱を除去することも可能である。
【００２１】
また、本発明は、ケーシングが分割構造を有する場合に、その機械継手部分を密封するように外部より覆うシールカバーと、該シールカバーに設けられ、非可燃性ガスを空間に対して供給・排出する供給口および排出口とをさらに備えることもできる。この構成によれば、機械継手部分の外部がシールカバーにより覆われ、その中に非可燃性ガスが供給されるので、機械継手部分の経年劣化などにより燃料ガスが漏れた場合であっても、機械継手部分に漏れた燃料ガスを希釈して排出することができる。
【００２２】
また、本発明は、固定スクロールの吸込口および吐出口のそれぞれに設けられた燃料ガス用の吸込通路および吐出通路と、各通路にそれぞれ介在された電磁式の遮断弁と、該遮断弁を収納する密閉容器と、該密閉容器に設けられ、非可燃性ガスを密閉容器に対して供給・排出するための供給口および排出口とをさらに備えることもできる。これにより、電磁式の遮断弁の軸封部から密閉容器内に流れる燃料ガスは、この密閉容器に導入される非可燃性ガスにより混合され、希釈されるので、上記遮断弁をその内部の電磁石と燃料ガスとを遮断する特殊な構造にする必要が無く、一般の電磁式の遮断弁を使用することができる。また、これに代えて、空気信号を用いて開閉する空気作動式のものを使用することもできる。この遮断弁として、汎用品を使用すれば入手が容易となる。
【００２３】
また、本発明は、空間内のいずれかの位置、または非可燃性ガスの排気通路のいずれかの位置に設けられ、燃料ガスの濃度を計測する第１ガス濃度計をさらに備えることもできる。これにより、燃料ガス圧縮機のケーシング内、シールカバー内、または密閉容器内の空間のガス濃度を容易に把握することができ、この結果に基づいて非可燃性ガスの供給量を調整することができる。さらに、測定されたガス濃度を指標として、上述の各スクロールの合わせ面に配置されるシール部材などの劣化についても判断することが可能である。
【００２４】
本発明は、旋回スクロールの旋回軸のケーシング内の部分に設けられ、旋回スクロールとの平衡を維持する複数の補償錘を備えることもできる。
【００２５】
旋回スクロールは旋回軸に対して偏心して取り付けられ、かつ旋回軸の軸心と固定スクロールの軸心とは一致しているので、旋回軸が自転することにより、旋回スクロールは固定スクロールに対して公転する。従って、旋回軸には、旋回スクロールの重量に対応する遠心力が作用する。この遠心力と平衡をとるために、つまり、回転重心と旋回軸心とを一致させるために、旋回軸に補償錘が設けられている。なお、この補償錘は、旋回スクロール本体に取り付けることができれば一番よいのであるが、構造的に取り付けることができないので、通常は旋回軸上で旋回スクロールに近い位置に取り付けてある。また、一般的に、スクロール圧縮機は、高効率かつ高圧力比を得るために、旋回軸の端部に旋回スクロールと補償錘を設けた片持ち支持状態となっている。このような構造ゆえ、旋回軸上における旋回スクロールおよび補償錘によるそれぞれの曲げモーメントの大きさに差ができ、その曲げモーメントの差が、旋回軸に振動を生じさせる。そこで、本発明では、この曲げモーメントの差を打ち消すようにケーシング内の旋回軸にさらに別の補償錘を設けてある。なお、旋回軸に回転子を有する場合には、回転子に補償錘を取り付けてもよい。
【００２６】
このようにケーシング内部の旋回スクロールの旋回軸に複数の補償錘を備えることにより、旋回軸の振動発生を抑制することができる。
【００２７】
また、本発明は、燃料ガス圧縮機を収納する筐体と、該筐体の外部に設けられた非可燃性ガス供給用の第２供給手段とをさらに備えることこともできる。ここで、第２圧送手段は、送風機などである。この送風機などは、筐体に付設しても、別設しても構わない。さらに、上述したようにこの燃料ガス圧縮機を使用する設備に空気供給源が備えられている場合には、それを第２供給手段として使用できる。
【００２８】
筐体に燃料ガス圧縮機を収納し、該筐体の外部に第２供給手段を設けることにより、筐体内に非可燃性ガスを供給することができる。燃料ガス圧縮機の機械継手などから筐体内に漏れた燃料ガスは、供給した非可燃性ガスにより希釈され、筐体の外部に排出される。その結果、燃料ガス圧縮機以外の設備に漏洩ガスが及ぶことはない。また、燃料ガス圧縮機に付属する機器が多い場合には、それぞれの機器をシールカバーで覆う必要がなく、費用削減につながる。さらに、筐体内は、非可燃性ガスにより浄化されているので、筐体内にある機器について燃料ガス（可燃性ガス）と遮断する特殊な構造を採る必要が無くなる。
【００２９】
また、本発明は、筐体内に設けられ、ケーシングから筐体内に流出する燃料ガスの濃度を計測する第２ガス濃度計をさらに備えることもできる。これにより、燃料ガス圧縮機などの外部から筐体内に流出する燃料ガスの濃度を把握することができるので、この筐体に供給する非可燃性ガスの量を調整する指標とすることも可能である。さらに、筐体内のガス濃度を指標として、燃料ガス圧縮機の機械継手部分の劣化についても早期に把握することが可能となる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明を図面に基づいて説明する。
【００３１】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る燃料ガス圧縮機の断面図を示す。燃料ガス圧縮機１は、段付円筒形状のケーシング１６を備えており、ケーシング１６の小径側の端部開口は、後述する旋回軸の挿通孔を有する円板状のカバー１６ａで覆われている。一方、ケーシング１６の大径側の端部開口は、固定スクロール１２で覆われており、これによって、該固定スクロール１２がケーシング１６の一部を構成している。
【００３２】
ここで、説明の都合上、以下、図１の右側を燃料ガス圧縮機１の前面側、図１の左側をその背面側と称する。
【００３３】
固定スクロール１２は、略円盤形状をなし、その背面の中央部には、雌型の渦巻き状の羽根１２ａが形成されている。
【００３４】
ケーシング１６内には、旋回スクロール１１が配され、該旋回スクロール１１は、略円盤形状をなし、その前面の中央部には、雄型の渦巻き状の羽根１１ａが形成されている。該羽根１１ａを立設した旋回スクロール１１と、固定スクロール１２とは、互いに向かい合うことによりそれらの羽根１１ａ、１２ａを噛合させている。旋回スクロール１１の羽根１１ａと固定スクロール１２の羽根１２ａとの間には、複数の被圧縮空隙（図示せず）が形成されている。
【００３５】
固定スクロール１２の背面の径方向外方の略平坦な部分（すなわち、羽根１２ａの周囲の部分）には、溝２１が周設され、該溝２１には、固体潤滑性のあるフッ素樹脂系の材料などから形成されたシール部材２１ａが内装されている。該シール部材２１ａは、旋回スクロール１１の前面の径方向外方の略平坦な部分（すなわち、羽根１１ａの周囲の部分）と当接されており、これにより、前記被圧縮空隙に封入される燃料ガスＦＧが外部に漏れないようになっている。
【００３６】
ケーシング１６内の旋回スクロール１１の背面側には、旋回軸１７が、ケーシング１６の小径側の軸心に沿って配置され、ケーシング１６の小径側の内面に嵌装された軸受１９ａ、１９ｂに軸支されている。旋回軸１７の一端（前面側）には、旋回軸１７から偏心して該旋回軸１７より小径の偏心軸１８が設けられ、該偏心軸１８は、旋回スクロール１１の背面の略中心部に軸受１９ｃを介して結合されている。また、偏心軸１８には、旋回スクロール１１の遠心力と釣り合うように、扇盤形状をなす第１補償錘２０が外嵌されている。なお、ここで示した第１補償錘２０の形状は一例であり、この形状に限定するものではない。
【００３７】
固定スクロール１２の前面には、燃料ガスＦＧの吸込口２２と吐出口２３とが設けられている。詳細には、吸込口２２は、固定スクロール１２の前面の外周部に設けられ、吐出口２３は、固定スクロール１２の前面の中央部に設けられており、これらは、旋回スクロール１１の羽根１１ａと固定スクロール１２の羽根１２ａとから形成される前記被圧縮空隙にそれぞれ連通している。
【００３８】
以上のような構成により、燃料ガスＦＧが、吸込口２２から前記被圧縮空隙に導入され、旋回スクロール１１の公転により前記被圧縮空隙が外側から内側に向かって縮小され、その内部に封入された燃料ガスＦＧが圧縮された後、吐出口２３に送り出される。ここで、燃料ガスＦＧは、都市ガス、天然ガス、水素などの可燃性ガスであり、ガスタービンを用いたコージェネレーション設備、燃料電池設備などに使用されている。
【００３９】
一方、固定スクロール１２をその一部とするケーシング１６内の、旋回スクロール１１の背面側には、所定の大きさの第１空間１３が設けられている。この第１空間１３に対応するケーシング１６の位置には、供給口１４および排出口１５が対向して設けられている。
【００４０】
供給口１４からは、非可燃性ガスＩＧが空間１３内に供給され、供給された非可燃性ガスＩＧは、旋回スクロール１１の背面側に沿って流れ、排出口１５から排出される。この際、非可燃性ガスＩＧは、シール部材２１ａの摩耗などによりシール部材２１ａを通じて第１空間１３内に漏れた燃料ガスＦＧと混合され、燃料ガスＦＧを希釈し、排出口１５から排出される。なお、この非可燃性ガスＩＧとしては、通常、空気、窒素ガスなど入手しやすいガスが使用される。
【００４１】
（第２の実施の形態）
図２は、第２の実施の形態に係る燃料ガス圧縮機１の断面図である。本実施の形態に係る燃料ガス圧縮機１は、上記の第１の実施の形態に対して、非可燃性ガスＩＧの供給口１４と排出口１５とのケーシング１６における穿孔位置が異なる。従って、第１の実施の形態に対応する部品には、同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４２】
軸受１９ａ、１９ｂの間のケーシング１６内には、所定の大きさの第２空間１３ａが設けられ、この第２空間１３ａに対応するケーシング１６の部分には、供給口１４が設けられている。軸受１９ｂは、ケーシング１６の内面に設けられた環状鍔部１６ａに支持されており、該環状鍔部１６ａが、第１空間１３と第２空間１３ａとの間を遮蔽している。該環状鍔部１６ａには、ケーシング１６の軸方向に貫通する一または複数の導入孔１４ｂが設けられ、第２空間１３ａと第１空間１３とを連通している。一方、ケーシング１６の大径側には、複数の排出口１５が周方向に等配されている。
【００４３】
なお、この例では、供給口１４がケーシング１６の小径側に設けられているので、非可燃性ガスＩＧは、第２空間１３ａを介して間接的に第１空間１３内に供給されるようになっているが、ケーシング１６の大径側に供給口１４を取り付け、旋回スクロール１１の背面の略中央部に非可燃性ガスＩＧを直接吹き付けるようにしても構わない。また、供給口１４の個数は、一個に限定するものではなく、複数個であっても構わない。
【００４４】
この第２の実施の形態に係る燃料ガス圧縮機１では、非可燃性ガスＩＧが供給口１４から第２空間１３ａ内に導入され、導入孔１４ｂを通り、図２中で矢符ＩＧ１で示す経路を辿って、旋回スクロール１１の背面の略中央部に吹き付けられる。その後、旋回スクロール１１の旋回により、非可燃性ガスＩＧは空間１３内を旋回しながら遠心力の作用する放射方向に流れる。この際、非可燃性ガスＩＧは、シール部材２１ａの摩耗などによりシール部材２１ａを通じて第１空間１３内に漏れた燃料ガスＦＧと混合され、燃料ガスＦＧを希釈し、排出口１５から排出される。さらに、この場合、非可燃性ガスＩＧが旋回スクロール１１の背面の中央部に直接的に噴射されているので、加熱された燃料ガスＦＧの冷却効果も得られる。
【００４５】
（第３の実施の形態）
図３〜図５は、第３の実施の形態に係る燃料ガス圧縮機１の旋回スクロール１１の背面側の部分的断面図である。本実施の形態に係る燃料ガス圧縮機１は、上記の第１の実施の形態に対して、旋回スクロール１１の外周面に沿って非可燃性ガスＩＧを流せるようにしたことのみが異なる。従って、上記の第１の実施の形態に対応する部品には、同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４６】
図３（ａ）は、図１に示した燃料ガス圧縮機１の旋回スクロール１１のＡ−Ａ矢視図である。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）の羽根側からのＣ部斜視図である。図３（ａ）に示すように、旋回スクロール１１の背面の外周部には、複数の撹拌羽根１１ｂが周設されている。その形状は、図３（ｂ）に示すように、略板状の直線羽根であり、旋回スクロール１１の周方向視で矩形状である。なお、ここでは、撹拌羽根１１ｂを一列周設しているが、その内側に複数列の撹拌羽根１１ｂをさらに周設しても構わない。また、撹拌羽根１１ｂの形状は、旋回スクロール１１の背面側から視て湾曲羽根など直線羽根以外の形状であってもよく、撹拌羽根１１ｂの周方向視の断面形状は、先細り矩形、半円など矩形以外の形状であっても構わない。
【００４７】
この撹拌羽根１１ｂは、旋回スクロール１１とともに旋回する。これにより、撹拌羽根１１ｂの周囲にある非可燃性ガスＩＧが撹拌されるとともに、一部の非可燃性ガスＩＧは、撹拌羽根１１ｂに沿って旋回スクロール１１の径方向外方に押し出される。この際、シール部材２１ａの摩耗などによりシール部材２１ａを通じて第１空間１３内に漏れた燃料ガスＦＧは、非可燃性ガスＩＧと混合し、希釈され、排出口１５から排出される。
【００４８】
図４（ａ）は、図１に示した燃料ガス圧縮機１のＢ部詳細図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＤ−Ｄ矢視図である。図４（ａ）に示すように、固定スクロール１２の背面の外周部１２ｂであって、旋回スクロール１１の作動域の外側の位置には、供給口１４を塞ぐように分流板２４が突設され、供給口１４からの非可燃性ガスＩＧの一部が堰きとめられるようになっている。また、図４（ｂ）に示すように、分流板２４は、ケーシング１６の内周面に沿った湾曲板形状をなしている。
【００４９】
供給口１４から供給される非可燃性ガスＩＧの一部は、分流板２４の外側の湾曲面に沿った図４中の矢符ＩＧ２で示す経路を辿って分流され、旋回スクロール１１の外周面に沿った方向に流れる。この際、シール部材２１ａの摩耗などによりシール部材２１ａを通じて第１空間１３内に漏れた燃料ガスＦＧは、非可燃性ガスＩＧと混合され、希釈される。非可燃性ガスＩＧ残りの部分は、図４中の矢符ＩＧ３で示す経路を辿って分流板２４の上部を越えて直進し、旋回スクロール１１の背面を冷却することもできる。
【００５０】
図５（ａ）は、図１に示した燃料ガス圧縮機１のＢ部詳細図である。また、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＥ−Ｅ矢視図である。図５（ａ）に示すように、旋回スクロール１１の背面の外周部に対向するケーシング１６の大径側の内面には、略矩形断面形状をなす分流板２５が周設されている。但し、図１に示したように、旋回スクロール１１の中心部には、上述の偏心軸１８など旋回する可動部品があるので、これらの作動領域の径方向外方に分流板２５が配置される。なお、分流板２５の断面形状は、矩形に限定するものではない。分流板２５を、図２（ｂ）示したように全周に設けても、また、複数個の湾曲状の分流板２５を周方向に配置しても、さらには、分流板２５を全周に設け、複数の径方向に貫通する孔を設けるようにしても構わない。
【００５１】
図５（ｂ）に示すように、供給口１４からの非可燃性ガスＩＧの一部は、図５中で矢符ＩＧ３で示す経路を辿って分流され、旋回スクロール１１の外周面に沿って流れる。この際、シール部材２１ａの摩耗などによりシール部材２１ａを通じて第１空間１３内に漏れた燃料ガスＦＧは、非可燃性ガスＩＧと混合され、希釈される。非可燃性ガスＩＧの残りの部分は、図５中で矢符ＩＧ４で示す経路を辿って直進し、旋回スクロール１１の背面に沿って流れる。これにより、旋回スクロール１１の背面を冷却することもできる。なお、旋回スクロール１１の外周面に沿って流れる非可燃性ガスＩＧの流量と、旋回スクロール１１の背面に沿って直進する非可燃性ガスＩＧの流量とは、分流板２５の高さを調整することにより容易に変更できる。
【００５２】
なお、ここでは、図示していないが、上記のような分流板を非可燃性ガスＩＧの供給口１４に取り付けてもよい。
【００５３】
（第４の実施の形態）
図６は、燃料ガス圧縮機１の駆動系と非可燃性ガスＩＧの供給系との構成を示す系統図であり、図６（ａ）には、ケーシング１６の外部より非可燃性ガスＩＧを供給することができる燃料ガス圧縮機１単体の構成を示し、図６（ｂ）には、燃料ガス圧縮機１を用いて燃料ガスＦＧを供給するコージェネレーション設備に適用した例を示してある。本実施の形態に係る燃料ガス圧縮機１は、第１の実施の形態とは、燃料ガス圧縮機１のケーシング１６の外部から非可燃性ガスＩＧを供給することができることのみが異なる。従って、第１の実施の形態に対応する部品には、同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５４】
図６（ａ）中、ＳＣは、燃料ガスＦＧを圧縮する固定スクロールおよび旋回スクロール（以下、スクロールと称する。）を示している。このスクロールＳＣの旋回軸１７は、電動機２６と連結されており、電動機２６の駆動により旋回軸１７が回転される。スクロールＳＣの吸込口２２と吐出口２３とには、吸込配管１００と吐出配管１０１とが接続されている。
【００５５】
また、空間１３内に非可燃性ガスＩＧを供給する供給口１４には、供給管１０２が接続され、該供給管１０２には、ケーシング１６とは別体の送風機１０４が接続されている。
【００５６】
非可燃性ガスＩＧは、送風機１０４によって吸い込まれ、昇圧された後、供給管１０２を介して第１空間１３内に供給される。第１空間１３内に漏れた燃料ガスＦＧは、非可燃性ガスＩＧと混合され、希釈される。ここで、送風機１０４がケーシング１６と別体とされているのは、スクロールＳＣの駆動に関係なく自由に非可燃性ガスＩＧを供給できるからである。これにより、スクロールＳＣの運転停止中に第１空間１３内に燃料ガスＦＧが漏れた場合であっても、スクロールＳＣ起動前に、第１空間１３内に非可燃性ガスＩＧを供給し漏れた燃料ガスＦＧを希釈して排出することができる。なお、ここでは、送風機１０５を別設する例を示したが、燃料ガス圧縮機１を使用する設備によっては、空気源を有する場合もあるので、その場合は、送風機１０４を改めて設ける必要はない。
【００５７】
その一例として、図６（ｂ）に示すようなコージェネレーション設備を挙げることができる。この設備は、空気圧縮機１１０、燃焼器１１１、ガスタービン１１２、発電機１１３、発電機盤１１４、燃焼ガス圧縮機１から構成され、これらのうち、空気圧縮機１１０、ガスタービン１１２、および発電機１１３は、同軸で連結され、一体とされている。
【００５８】
図６（ｂ）中、空気圧縮機１１０は、吸込配管１１６および吐出配管１０７を有し、吐出配管１０７は、燃焼器１１１に接続されている。該燃焼器１１１には、さらに燃焼ガス圧縮機１の吐出配管１０１が接続されている。燃焼器１１１の吐出配管１１８は、ガスタービン１１２と接続され、該ガスタービン１１２には、排気配管１１９が接続されている。
【００５９】
以上により、空気圧縮機１１０で昇圧された空気ＡＩＲと燃料ガス圧縮機１で昇圧された燃料ガスＦＧとが燃焼器１１１で混合され燃焼し、ガスタービン１１２に送られる。その後、燃焼した燃料ガスＦＧがガスタービン１１２で膨張し、排気配管１１９から排出される。このとき、ガスタービン１１２において、熱エネルギーが回転エネルギーに変換され、ガスタービン１１２と同軸の発電機１１３が回転し発電する。
【００６０】
一方、発電機１１３は、電力配線１１３ａを介して発電機盤１１４と接続され、該発電機盤１１４は、商用電源ＡＣおよび電力配線１１４ａを介して接続されている。発電機１３で発電された電気は、発電機盤１１４において、所定の周波数、電圧などに変換された後、商用電源ＡＣに供給される。また、発電機盤１１４には、送風機１１５が付設され、空気ＡＩＲを発電機盤１１４内に吸い込み、発電機盤１１４の発熱を取り除いている。
【００６１】
以上のように、コージェネレーション設備には、発電機盤１１４の送風機１１５または空気圧縮機１１０のような空気源が常設されている。この空気源から燃料ガス圧縮機１用の非可燃性ガスＩＧを供給することができる。具体的には、発電機盤１１４の送風機１１５と燃料ガス圧縮機１の空間１３とを、所定の配管１０３ａ、１０３ｃを介して接続する。空気圧縮機１１０と燃料ガス圧縮機１の空間１３とは、空気圧縮機１１０の吐出配管１１７から分岐した配管１０３ｂと配管１０３ｃとを介してそれぞれ接続することもできる。
【００６２】
これにより、非可燃性ガスである空気ＡＩＲは、送風機１１５または空気圧縮機１１０からそれぞれの配管１０３ａ〜１０３ｃを介してケーシング１６内の第１空間１３内に供給され、第１空間１３内に漏れた燃料ガスＦＧと混合され、燃料ガスを希釈する。
【００６３】
（第５の実施の形態）
図７（ａ）は、駆動機一体型とした本実施の形態に係る燃料ガス圧縮機１の断面図である。図７（ｂ）は、他の駆動機を示す図である。図８は、さらに別の駆動機を有する燃料ガス圧縮機１の系統図である。本実施の形態に係る燃料ガス圧縮機１は、上記の第１の実施の形態に対して、燃料ガス圧縮機１を駆動する駆動機の型式のみが異なる。従って、第１の実施の形態に対応する部分には、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００６４】
図７（ａ）に示すように、ケーシング１６の小径側の内部には、円筒形状をなす回転子３０が旋回軸１７に外嵌されている。また、該回転子３０を取り囲むように、円筒形状をなす固定子３１がケーシング１６の小径側の内面に固定されている。なお、回転子３０および固定子３１の形状は、円筒形状に限定するものではない。回転子３０および固定子３１は、それぞれ鉄心とこれに巻き付けた巻き線とからなり、全体として電動機を構成している。ここでは、回転子３０および固定子３１双方とも、電気駆動される場合を示すが、回転子３０または固定子３１のいずれか一方を永久磁石とすることも可能である。このように、ケーシング１６内に回転子３０および固定子３１が収納されることにより、回転子３０および固定子３１のケーシングを別に設ける必要がなくなるので、電動機付の燃料ガス圧縮機１を小型化することができる。
【００６５】
これらの回転子３０と固定子３１とに電気を供給することにより、反発または吸引の電磁力が発生し、この電磁力により旋回軸１７を回転させる。また、インバータ装置またはサーボ装置を併設し、所要の周波数の電気を回転子３０および固定子３１に供給すれば、旋回軸１７の回転速度を自由に調整することもできる。このように可変速な電動機を使用することにより、この電動機を内蔵した燃料ガス圧縮機１は、その吐出流量を容易に変更することもできる。
【００６６】
また、図７（ｂ）に示すような燃料ガス圧縮機１の駆動機も使用できる。図７（ｂ）中、第１永久磁石３２は、円筒状からなり、ケーシング１６の小径側の内部に配された旋回軸１７に外嵌されている。一方、回転体３４は、一端（図１に示した前面側）に開口を有する有底筒状をなし、該開口から底側に向けてケーシング１６の小径側が非接触で挿入されている。回転体３４の背面側の中央部には、回転軸が取り付けられ、この回転軸に電動機（図示せず）などが連結される。ケーシング１６の外周面と非接触であって、回転体３４の内周面の第１永久磁石３２に対応する位置には、円筒形状からなる第２永久磁石３３が周設される。なお、第１永久磁石３２および第２永久磁石３３のうち少なくとも一方を、電磁石で代用しても構わない。
【００６７】
以上の構成により、電動機などが回転すると、回転体３４が回転され、従って、第１永久磁石３２が回転される。第１永久磁石３２は、磁力により第２永久磁石３３と結合されているので、第２永久磁石３３も回転する。第２永久磁石３３が回転することにより、旋回軸１７を介して旋回スクロール１１が旋回駆動され、燃料ガスＦＧが圧縮される。
【００６８】
また、図８に示すように、膨張機ＥＴを駆動機として使用することもできる。膨張機ＥＴは、スクロールＳＣの旋回軸１７と同軸に連結され、スクロールＳＣと同一ケーシング１６内に収納されている。膨張機ＥＴには、吸入配管１２０と迂回配管１２１とが接続され、該迂回配管１２１には、その途中に調節弁１２２が設けられ、該調節弁１２２は、スクロールＳＣ側のケーシング１６に接続されている。なお、膨張機ＥＴとしては、スクロール式またはタービン式のものなどを採用することができる。ここでは、膨張機ＥＴとスクロールＳＣとを同一ケーシング１６内に収納する場合を示したが、膨張機ＥＴを別体としても構わない。
【００６９】
膨張機ＥＴの吸入配管１２０から導入された高圧の非可燃性ガスＩＧは、略大気圧まで膨張された後、迂回配管１２１を介して、第１空間１３内に導入され、排気配管１２３から導出される。
【００７０】
また、高圧の非可燃性ガスＩＧが膨張する際に、膨張機ＥＴに導入された非可燃性ガスＩＧが持っている熱エネルギーは、回転エネルギーに変換され、該回転エネルギーが、旋回軸１７を介してスクロールＳＣに伝達される。これにより、スクロールＳＣが旋回され、燃料ガスＦＧを吸込配管１２４から吸い込み、圧縮した後、吐出配管１２５から導出される。
【００７１】
また、膨張機ＥＴにより膨張され、温度が下がった非可燃性ガスＩＧが、第１空間１３内に供給されるので、漏れた燃料ガスＦＧの混合・希釈のみならず、スクロールＳＣの冷却にも寄与することもできる。なお、第４の実施の形態において示したコージェネレーション設備などの場合には、空気圧縮機１１０を常設しているので、ここで昇圧された空気ＡＩＲを膨張機ＥＴに使用することもできる。
【００７２】
（第６の実施の形態）
図９は、分割構造を有するケーシング１６と燃料ガスの吸込配管および吐出配管に介在する遮断弁とを密封する手段を備えた燃料ガス圧縮機１の構成を示す系統図である。図１０は、燃料ガス圧縮機１の全体を密封する手段を備えた燃料ガス圧縮機システムの構成を示す系統図である。本実施の形態に係る燃料ガス圧縮機１は、上記の第１の実施の形態に対して、燃料ガス圧縮機１の外部に漏れる燃料ガスＦＧを密封することができることのみが異なる。従って、第１の実施の形態に対応する部分には、同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００７３】
図９に示すように、ケーシング１６は、分割構造を有し、その接合部分には、例えば、フランジ継手またはねじ継手などの機械継手４３が設けられている。該機械継手４３を外部より覆うように、シールカバー４４がケーシング１６に周設されている。シールカバー４４は、機械継手４３から漏れた燃料ガスＦＧを溜められるように所定の空間を有し、その断面形状は、例えば、断面半円またはコの字型とされている。また、シールカバー４４には、供給配管１２２と排気配管１２３とが接続され、非可燃性ガスＩＧが供給・排気できるようになっている。供給配管１２２および排気配管１２３の個数は、一個または複数個のいずれであっても構わない。
【００７４】
また、図９に示すように、スクロールＳＣに接続された燃料ガスＦＧの吸込配管１００と吐出配管１０１とには、電磁式の遮断弁４１、４２がそれぞれ設けられている。該電磁式の遮断弁４１、４２およびこれらの遮断弁４１、４２に連設される前後配管の一部は、円筒状または箱状の密閉容器４０内に収納されている。該密閉容器４０には、非可燃性ガスＩＧを供給・排気する供給配管１２０と排気配管１２１とが接続されている。遮断弁４１、４２としては、燃料ガスＦＧと遮断する必要のない空気信号を用いて開閉する空気作動式のものを用いることも可能である。
【００７５】
このような構成により、非可燃性ガスＩＧが、シールカバー４４内および密閉容器４０内に供給され、機械継手４３、遮断弁４１、４２を通じて漏れた燃料ガスＦＧと混合され、燃料ガスＦＧを希釈した後、排気配管１２１、１２３から排出される。従って、燃料ガス圧縮機１の外部に燃料ガスＦＧが漏れるのを防止することができる。
【００７６】
図９では、燃料ガス圧縮機１の機械継手４３および遮断弁４１、４２の密閉手段について例示したが、これら以外に多数の部品が燃料ガス圧縮機１に取り付けられる場合には、図１０に示すように、これらの部品を含む燃料ガス圧縮機１全体を筐体６０で覆うこともできる。
【００７７】
筐体６０には、吸込口１３０が設けられ、該吸込口１３０に対向する筐体６０の位置には、送風機６１が設けられている。この例では、送風機６１を筐体６０と一体としているが、筐体６０と別体とすることも可能である。また、他に空気などの非可燃性ガスＩＧを供給することができる設備を有する場合には、送風機６１を設けずにこの設備を代用してもよい。
【００７８】
以上の構成により、空気ＡＩＲは、吸入口１３０より筐体６０内に導入され、燃料ガス圧縮機１などから筐体６０の内部空間６２に漏れた燃料ガスＦＧと混合され、燃料ガスを希釈し、送風機６１から筐体６０の外部へ排出される。
【００７９】
また、筐体６０、ケーシング１６、および排気配管１２３には、ガス濃度計５０〜５２がそれぞれ設けられ、筐体６０の内部空間６２、第１空間１３、および排気配管１２３内の燃料ガスＦＧの濃度を計測できるようになっている。該ガス濃度に基づいて、送風機６１の風量調整または断続運転などを行うこともできる。
【００８０】
（第７の実施の形態）
図１１は、旋回スクロール１１の旋回平衡を得るための補償錘を備えた燃料ガス圧縮機１の構成を示す断面図である。本実施の形態に係る燃料ガス圧縮機１は、上記の第１の実施の形態とは、旋回平衡をとるために別の補償錘を設けた点のみが異なる。従って、第１の実施の形態に対応する部品には、同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００８１】
図１１（ａ）に示すように、旋回軸１７の軸受１９ａ、１９ｂの間には、第２補償錘２０ａが外嵌されている。第１の実施の形態に示した第１補償錘２０と、第２補償錘２０ａとは、例えば、図１１（ｂ）に示すような扇盤状をなし、円弧状をなす部分２００は、他の部分に対して肉厚とされている。該他の部分には、旋回軸１７を挿入するための挿通孔２０１が穿設されている。なお、第２補償錘の形状は、図１１（ｂ）に示すような扇盤状に限定するものではない。
【００８２】
また、図７（ａ）に示した第５の実施の形態に係る燃料ガス圧縮機１のように、回転子３０がケーシング１６に内蔵されている構成にあっては、旋回軸１７に取り付けられている回転子３０の端面に補償錘２０ｂを設けてもよい。
【００８３】
次に、第１および第２補償錘２０、２０ａの作用について、図１１（ｃ）に基づいて詳述する。
【００８４】
図１１（ｃ）中、Ｗｓは、旋回スクロール１１に作用する遠心力、Ｗｃ１は、第１補償錘２０に作用する遠心力、Ｗｃ２は、第２補償錘２０ａに作用する遠心力、Ｌ１〜Ｌ３は、それぞれの遠心力の作用点と基準点との距離である。ここで、基準点は、曲げモーメントを計算する基準点であり、本図では、説明の都合上、軸受１９ｂのある位置とする。この場合には、以下の関係が成立する。
【００８５】
Ｗｓ＝Ｗｃ１（力の釣合い）・・・・（１）
Ｗｃ２・Ｌ３＝Ｗｓ・Ｌ１−Ｗｃ１・Ｌ２（曲げモーメントの釣合い）・・・・（２）
式（１）および式（２）から明らかなように、Ｌ１＝Ｌ２であれば、Ｗｃ２・Ｌ３の値が零であり、第２補償錘２０ａが不要であるが、一般的には、構造上、旋回スクロール１１の本体に第１補償錘２０を取り付けることができないので、Ｌ１＞Ｌ２となる。その結果、式（２）において、Ｗｃ２・Ｌ３＞０となり、第２補償錘２０ａを取り付けなければ、Ｗｃ２・Ｌ３に相当する曲げモーメントが旋回スクロール１１に作用する。その結果、旋回スクロール１１を端部に取り付けた片持ち支持の旋回軸１７が、曲げモーメント（Ｗｃ２・Ｌ３）の作用により振動する。
【００８６】
そこで、本実施の形態に係る燃料ガス圧縮機１では、上述したような第２補償錘２０ａを取り付け、式（２）において、Ｗｃ２・Ｌ３＝０となるようにしている。なお、第２補償錘２０ａの取付位置は、式（２）に基づいて適宜に決めることができる。
【００８７】
【発明の効果】
本発明に係る燃料ガス圧縮機及びそれを備えた燃料ガス圧縮機システムによれば、燃料ガス圧縮機のケーシング内の空間内に非可燃性ガスを導入し、その空間内に漏れた燃料ガスが、非可燃性ガスと混合され、希釈された後、排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る燃料ガス圧縮機の断面図である。
【図２】第２の実施の形態に係る燃料ガス圧縮機の断面図である。
【図３】旋回スクロールの背面に設けられた撹拌羽根の斜視図である。
【図４】旋回スクロールの背面側に取り付けた分流板の断面図である。
【図５】旋回スクロールの背面側に取り付けた別の分流板の断面図である。
【図６】ケーシングの外部より非可燃性ガスを供給する手段を備える燃料ガス圧縮機の系統図である。
【図７】駆動機一体型の燃料ガス圧縮機の断面図である。
【図８】膨張機を駆動機として使用する燃料ガス圧縮機の系統図である。
【図９】機械継手などを密封するシールカバーを備える燃料ガス圧縮機の系統図である。
【図１０】燃料ガス圧縮機などを密封する筐体を備える燃料ガス圧縮機システムの系統図である。
【図１１】旋回軸に複数の補償錘を備える燃料ガス圧縮機の断面図である。
【符号の説明】
１燃料ガス圧縮機
１１旋回スクロール
１１ａ旋回スクロールの羽根
１２固定スクロール
１２ａ固回スクロールの羽根
１３空間
１４供給口
１５排気口
１６ケーシング
１７旋回軸
ＩＧ非可燃性ガス
ＦＧ燃焼ガス[0001]
[Field of the Invention]
The present invention relates to, for example, a fuel gas compressor that supplies fuel gas to a gas turbine, a micro gas turbine, a fuel cell, a boiler, or another combustion device used for power generation equipment and the like, and a fuel gas compressor system including the same.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, fuel gas compressors have been used for supplying fuel to medium-sized or large-sized power generation facilities, and their specifications are such that the air volume is large and the discharge pressure is high. Therefore, as the fuel gas compressor, a turbo compressor, a screw compressor, a reciprocating compressor, or the like is used.
[0003]
In recent years, distributed cogeneration power generation equipment having a power generation output of about 100 kW has become widespread, and a small flow rate and a low discharge pressure are required as specifications of a fuel gas compressor used in such equipment. For example, in the case of a cogeneration power generation facility using city gas as a fuel gas and a micro gas turbine having a power generation output of about 30 kW, the flow rate of the fuel gas compressor is about 10 Nm3 / H, and the discharge pressure is about 6 bar. .
[0004]
Screw compressors, reciprocating compressors, and scroll compressors can be considered as compressors satisfying such a small flow rate and low discharge pressure. However, if the screw compressor is small, it is difficult to obtain a predetermined screw manufacturing accuracy, so that a highly efficient screw compressor cannot be obtained. Further, the reciprocating compressor has a large pressure pulsation on the discharge side, and easily misfires when fuel gas is burned. For this reason, a pulsation absorbing container is attached in the middle of the discharge pipe of the reciprocating compressor. However, in this configuration, the installation area of the entire compressor increases, and the equipment cost also increases. On the other hand, the scroll compressor is suitable for a small flow rate and a low discharge pressure, and has a small pressure pulsation on the discharge side. Therefore, the scroll compressor is suitable for a small fuel gas compressor. However, in the scroll compressors actually used, oil is used for lubricating the seals of the gaps to be compressed, and this oil mixes with the combustion gas, causing problems such as blockage of gas burners for combustors. I was Therefore, in the scroll compressor, a plurality of oil separators are provided on the discharge side, and the oil content in the fuel gas is set to an allowable value or less. Therefore, a large installation area is required, and equipment costs are also high. Therefore, it is desired that a scroll compressor that does not use oil, that is, a so-called oilless scroll compressor be applied as a fuel gas compressor.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the oilless scroll compressor does not use oil in a seal portion that seals the fuel gas, there is a possibility that the fuel gas leaks from the seal portion due to wear, aging, and the like. Therefore, the existing oilless scroll compressor cannot be used as it is. In particular, fuel gas compressors use flammable gas such as city gas, natural gas, and hydrogen as the gas to be compressed.
[0006]
Accordingly, the present invention provides a fuel gas compressor which can dilute and discharge fuel gas leaking into the casing simply and inexpensively by introducing a non-flammable gas into the casing of the fuel gas compressor and a fuel gas compressor therefor. It is an object of the present invention to provide a fuel gas compressor system provided with:
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention has been made by paying attention to diluting a fuel gas leaking inside or outside a fuel gas compressor with a non-flammable gas.
[0008]
In the present invention, a bottomed cylindrical casing having an opening at one end, and spiral blades are erected on one side of the disk-shaped body, and the blades are directed toward the other end surface side of the casing. A fixed scroll that covers the opening and forms a part of the casing, and an inside of the casing in which spiral blades are erected on one side of a disk-shaped body, and the blades face and mesh with the blades of the fixed scroll. And a revolving scroll provided in the refueling-type fuel gas compressor, wherein a non-flammable gas is introduced into a space in the casing from a supply port provided in the casing, and from a discharge port provided in the casing. By deriving the fuel gas, the fuel gas flowing from the compressed gap formed between the scrolls to the space is diluted with the non-flammable gas.
[0009]
Here, the fuel gas compressor is a so-called scroll compressor, in which a plurality of compressed air gaps are formed between the meshed orbiting scroll blades and the fixed scroll blades. By the orbit, the compressed space is gradually reduced from the outside to the inside, and the fuel gas in the compressed space is compressed. A seal member is provided on the outer peripheral portion of the mating surface of the orbiting scroll and the fixed scroll so that the fuel gas does not flow from the compressed space to the space in the casing.
[0010]
In the configuration of the present invention, furthermore, the non-flammable gas is supplied to the space in the casing from the supply port, and the fuel gas flowing into the space can be discharged from the discharge port. It can be diluted even when the fuel gas flows inside. At the same time, heat generated when the fuel gas is compressed can be removed by the non-flammable gas.
[0011]
Further, the present invention can be configured such that the non-flammable gas flows along the outer peripheral surface of the orbiting scroll. Paying attention to the fact that the fuel gas flowing into the space from the compressed gap formed between the scrolls tends to stay on the outer peripheral surface of the orbiting scroll, and by flowing the non-flammable gas into this portion, the fuel gas becomes non-flammable. It is mixed with a neutral gas and diluted.
[0012]
Specifically, for example, in the fuel gas compressor according to the present invention, a plurality of stirring blades protruding from the outer peripheral portion on the other side of the orbiting scroll, and provided on the inner surface of the supply port of the non-flammable gas or the inner surface of the casing. And at least one of a flow dividing plate for dividing the non-flammable gas along the outer peripheral surface of the orbiting scroll.
[0013]
By providing a plurality of agitating blades on an outer peripheral portion of a surface (hereinafter, referred to as a back surface) opposite to a surface on which the blades of the orbiting scroll are erected, the non-flammable gas flows in a substantially radial direction along the blades. The fuel gas is guided and mixed with the fuel gas remaining on the outer peripheral surface of the orbiting scroll to dilute the fuel gas. Further, in the case where the flow dividing plate is provided on the supply port or the inner surface of the casing, the non-flammable gas supplied from the supply port is guided to the outer peripheral surface of the orbiting scroll by the distribution plate, so that the fuel stagnating on the outer peripheral surface of the orbiting scroll. The gas is positively mixed and diluted by the non-flammable gas.
[0014]
Further, the present invention may further include a first supply means for supplying non-flammable gas, which is provided outside the casing and connected to a supply port for non-flammable gas. Here, the first supply means is a blower or a compressor (hereinafter, referred to as a blower or the like). As a result, since the blower and the like are operated independently of the operation of the fuel gas compressor, the non-flammable gas is supplied before the fuel gas compressor is operated, and the fuel gas remaining in the space in the casing is supplied. To dilute the fuel gas and discharge it to the outside. Then, the fuel gas concentration in the space in the casing is reduced before the fuel gas compressor is started. This is particularly effective when a driving device described later is incorporated in the casing. In general, power generation equipment such as cogeneration equipment that uses a fuel gas compressor often has a compressed air supply source such as a ventilation fan for the generator panel and an air compressor. Without installation, non-flammable gas can be supplied only by installing a pipe for supplying non-flammable gas such as air from each facility.
[0015]
In addition, the present invention may further include a driving machine whose output end is connected to a turning shaft of the orbiting scroll. The following types are mentioned as the driving machine.
[0016]
(1) In the present invention, a first magnet provided on a revolving shaft of a revolving scroll, a rotating body driven by a driving device and provided to surround an outer periphery of the casing, and an outer peripheral surface of the casing surrounding the first magnet And a second magnet fixed to the inner surface of the rotating body in a non-contact manner. Thus, since the first magnet provided on the rotating shaft and the second magnet provided on the rotating body are mutually attracted and coupled by magnetic force, the rotating body is driven by driving the rotating body by the driving device. Is driven. Thus, in this case, the pivot can be built into the casing.
[0017]
(2) In the present invention, the driving machine may include the rotor directly provided on the orbiting axis of the orbiting scroll, and the stator fixed to the inner surface of the casing so as to surround the rotor. . In this way, by integrating the fuel gas compressor and the drive unit, members such as the casing on the drive unit side can be reduced, and the entire fuel gas compressor can be reduced in size. Further, in the present invention, since the fuel gas leaked into the space in the casing is mixed and diluted by the non-flammable gas, there is no special structure for shutting off the fuel gas (flammable gas) from the stator and the like. A drive can be used. Here, as the driving machine, a general DC or AC motor, and when the flow rate of the fuel gas compressor is made variable, an inverter motor, a servomotor, or the like can be used.
[0018]
Further, in the present invention, the above-described rotor and stator are not limited to electromagnets, and one of the rotor and stator may be a permanent magnet. Generally, a permanent magnet can be made smaller than an electromagnet. Therefore, by using one of the rotor and the stator as a permanent magnet, the entire fuel gas compressor can be further downsized.
[0019]
(3) In the present invention, it is also possible to further include an expander having an output end connected to a turning shaft of the orbiting scroll. Thus, an expander can be used as a drive source of the fuel gas compressor in place of a drive such as a general electric motor. The expander converts the pressure energy of the compressed gas into rotational kinetic energy by expanding the supplied compressed gas. As a result, the orbiting scroll connected to the expander rotates to compress the compressed gas. An expander can be provided along with a drive unit. In particular, when a compressed gas supply source is not installed alone and compressed gas is supplied from another facility, the advantage that the fuel gas compressor can be operated by the driving machine without operating other facilities. There is. Since a non-flammable gas such as air is used as the compressed gas, even if the fuel gas leaks to the expander, the fuel gas is mixed and diluted with the non-flammable gas. You.
[0020]
Further, the expander can be housed in a casing, and the exhaust port of the expander and the supply port of the casing can be connected through a predetermined passage. Thereby, the non-flammable gas expanded by the expander can dilute the fuel gas flowing into the space in the casing. In addition, since the temperature of the expanded non-flammable gas is low, it is possible to remove heat generated when the fuel gas is compressed.
[0021]
Further, the present invention provides a seal cover for covering a mechanical joint portion from the outside when the casing has a divided structure, and a non-flammable gas supplied to and discharged from a space provided on the seal cover. And a supply port and a discharge port. According to this configuration, since the outside of the mechanical joint is covered with the seal cover and the non-flammable gas is supplied therein, even if the fuel gas leaks due to aging of the mechanical joint or the like, The fuel gas leaked to the mechanical joint can be diluted and discharged.
[0022]
The present invention also includes a suction passage and a discharge passage for a fuel gas provided at each of a suction opening and a discharge opening of a fixed scroll, an electromagnetic shutoff valve interposed in each passage, and the shutoff valve. And a supply port and a discharge port provided in the closed container for supplying and discharging the non-flammable gas to and from the closed container. As a result, the fuel gas flowing from the shaft sealing portion of the electromagnetic shut-off valve into the closed container is mixed and diluted by the non-flammable gas introduced into the closed container, so that the shut-off valve is connected to the electromagnet therein. There is no need to have a special structure for shutting off the fuel gas and the fuel gas, and a general electromagnetic shut-off valve can be used. Alternatively, an air-operated type that opens and closes using an air signal can be used. If a general-purpose product is used as this shut-off valve, it will be easy to obtain.
[0023]
Further, the present invention may further include a first gas concentration meter that is provided at any position in the space or at any position in the exhaust path of the non-flammable gas and measures the concentration of the fuel gas. Thereby, the gas concentration in the space in the casing, the seal cover, or the closed container of the fuel gas compressor can be easily grasped, and the supply amount of the non-flammable gas can be adjusted based on the result. it can. Further, it is also possible to determine the deterioration of the seal member or the like disposed on the mating surface of each of the scrolls using the measured gas concentration as an index.
[0024]
The present invention can also include a plurality of compensating weights provided in a portion of the orbiting shaft of the orbiting scroll in the casing to maintain balance with the orbiting scroll.
[0025]
The orbiting scroll is mounted eccentrically with respect to the orbiting axis, and since the axis of the orbiting axis and the axis of the fixed scroll coincide, the orbiting axis revolves, so that the orbiting scroll revolves with respect to the fixed scroll. I do. Therefore, a centrifugal force corresponding to the weight of the orbiting scroll acts on the orbiting axis. In order to balance the centrifugal force, that is, to match the center of rotation with the center of the turning axis, a compensation weight is provided on the turning axis. It is best if the compensating weight can be attached to the orbiting scroll main body, but since it cannot be structurally attached, it is usually attached on the orbiting axis at a position close to the orbiting scroll. In general, the scroll compressor is in a cantilever support state in which an orbiting scroll and a compensating weight are provided at the end of the orbiting shaft in order to obtain a high efficiency and a high pressure ratio. Due to such a structure, there is a difference in the magnitude of the bending moment between the orbiting scroll and the compensating weight on the orbiting axis, and the difference in the bending moment causes vibration on the orbiting axis. Therefore, in the present invention, another compensating weight is provided on the turning shaft in the casing so as to cancel the difference in bending moment. When the rotating shaft has a rotor, a compensation weight may be attached to the rotor.
[0026]
By providing a plurality of compensating weights on the orbiting axis of the orbiting scroll inside the casing, it is possible to suppress the occurrence of vibration of the orbiting axis.
[0027]
Further, the present invention may further include a housing for housing the fuel gas compressor, and a second supply unit for supplying non-flammable gas provided outside the housing. Here, the second pumping means is a blower or the like. This blower or the like may be attached to the housing or separately. Further, when the facility using the fuel gas compressor is provided with an air supply source as described above, it can be used as the second supply means.
[0028]
By storing the fuel gas compressor in the housing and providing the second supply means outside the housing, a non-flammable gas can be supplied into the housing. The fuel gas leaking into the housing from a mechanical joint of the fuel gas compressor or the like is diluted by the supplied non-flammable gas and discharged to the outside of the housing. As a result, the leaked gas does not reach equipment other than the fuel gas compressor. Further, when many devices are attached to the fuel gas compressor, it is not necessary to cover each device with a seal cover, which leads to cost reduction. Further, since the inside of the housing is purified by the non-flammable gas, it is not necessary to adopt a special structure for shutting off the equipment inside the housing from the fuel gas (flammable gas).
[0029]
In addition, the present invention may further include a second gas concentration meter that is provided in the housing and measures the concentration of the fuel gas flowing from the casing into the housing. This makes it possible to grasp the concentration of the fuel gas flowing into the housing from the outside such as the fuel gas compressor, so that it can be used as an index for adjusting the amount of non-flammable gas supplied to the housing. is there. Further, the deterioration of the mechanical joint portion of the fuel gas compressor can be grasped at an early stage by using the gas concentration in the housing as an index.
[0030]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The present invention will be described with reference to the drawings.
[0031]
(First Embodiment)
FIG. 1 shows a cross-sectional view of the fuel gas compressor according to the first embodiment. The fuel gas compressor 1 includes a stepped cylindrical casing 16, and an end opening on the small diameter side of the casing 16 is covered with a disk-shaped cover 16 a having a through hole for a rotating shaft described later. . On the other hand, the large-diameter end opening of the casing 16 is covered with the fixed scroll 12, whereby the fixed scroll 12 forms a part of the casing 16.
[0032]
Here, for convenience of explanation, the right side of FIG. 1 is hereinafter referred to as the front side of the fuel gas compressor 1, and the left side of FIG.
[0033]
The fixed scroll 12 has a substantially disk shape, and a female spiral blade 12a is formed at the center of the back surface thereof.
[0034]
The orbiting scroll 11 is disposed in the casing 16, and the orbiting scroll 11 has a substantially disk shape, and a male spiral blade 11a is formed at the center of the front surface thereof. The orbiting scroll 11 on which the blades 11a are erected and the fixed scroll 12 face each other so that the blades 11a and 12a mesh with each other. A plurality of compressed gaps (not shown) are formed between the blade 11a of the orbiting scroll 11 and the blade 12a of the fixed scroll 12.
[0035]
A groove 21 is provided in a substantially flat portion radially outward on the back surface of the fixed scroll 12 (that is, a portion around the blade 12a), and the groove 21 is made of a fluororesin-based material having solid lubricity. A seal member 21a made of a material or the like is provided therein. The seal member 21a is in contact with a substantially flat portion radially outward of the front surface of the orbiting scroll 11 (that is, a portion around the blade 11a), whereby the fuel sealed in the compressed space is formed. The gas FG does not leak to the outside.
[0036]
On the back side of the orbiting scroll 11 in the casing 16, the orbiting shaft 17 is arranged along the axis on the small diameter side of the casing 16, and pivots on bearings 19 a and 19 b fitted on the inner surface on the small diameter side of the casing 16. Supported. An eccentric shaft 18 eccentric from the orbiting shaft 17 and having a smaller diameter than the orbiting shaft 17 is provided at one end (front side) of the orbiting shaft 17. Are coupled through. A first compensation weight 20 having a fan shape is fitted on the eccentric shaft 18 so as to balance the centrifugal force of the orbiting scroll 11. The shape of the first compensating weight 20 shown here is an example, and the present invention is not limited to this shape.
[0037]
On the front surface of the fixed scroll 12, an inlet 22 and an outlet 23 for the fuel gas FG are provided. In detail, the suction port 22 is provided at the outer peripheral portion of the front surface of the fixed scroll 12, and the discharge port 23 is provided at the center portion of the front surface of the fixed scroll 12. Each of the fixed scrolls 12 communicates with the compressed space formed by the blades 12a.
[0038]
With the above-described configuration, the fuel gas FG is introduced into the compressed space from the suction port 22, and the compressed space is reduced from the outside to the inside by the revolution of the orbiting scroll 11, and is sealed therein. After the fuel gas FG is compressed, it is sent to the discharge port 23. Here, the fuel gas FG is a combustible gas such as city gas, natural gas, hydrogen, and the like, and is used in cogeneration equipment using a gas turbine, fuel cell equipment, and the like.
[0039]
On the other hand, a first space 13 having a predetermined size is provided on the back side of the orbiting scroll 11 in the casing 16 having the fixed scroll 12 as a part thereof. At a position of the casing 16 corresponding to the first space 13, a supply port 14 and a discharge port 15 are provided to face each other.
[0040]
The non-flammable gas IG is supplied from the supply port 14 into the space 13, and the supplied non-flammable gas IG flows along the back side of the orbiting scroll 11 and is discharged from the discharge port 15. At this time, the non-flammable gas IG is mixed with the fuel gas FG that has leaked into the first space 13 through the seal member 21a due to wear of the seal member 21a, dilutes the fuel gas FG, and is discharged from the discharge port 15. . Note that, as the non-flammable gas IG, an easily available gas such as air or nitrogen gas is usually used.
[0041]
(Second embodiment)
FIG. 2 is a sectional view of the fuel gas compressor 1 according to the second embodiment. The fuel gas compressor 1 according to the present embodiment is different from the first embodiment in the perforation position of the supply port 14 and the discharge port 15 of the non-flammable gas IG in the casing 16. Therefore, components corresponding to those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0042]
A second space 13a having a predetermined size is provided in the casing 16 between the bearings 19a and 19b, and a supply port 14 is provided in a portion of the casing 16 corresponding to the second space 13a. The bearing 19b is supported by an annular flange 16a provided on the inner surface of the casing 16, and the annular flange 16a shields between the first space 13 and the second space 13a. The annular flange 16a is provided with one or a plurality of introduction holes 14b penetrating in the axial direction of the casing 16, and communicates the second space 13a and the first space 13. On the other hand, on the large diameter side of the casing 16, a plurality of outlets 15 are equally arranged in the circumferential direction.
[0043]
In this example, since the supply port 14 is provided on the small diameter side of the casing 16, the non-flammable gas IG is indirectly supplied into the first space 13 via the second space 13a. However, the supply port 14 may be attached to the large diameter side of the casing 16 and the non-flammable gas IG may be directly blown to the substantially central portion on the back surface of the orbiting scroll 11. Further, the number of supply ports 14 is not limited to one, and may be plural.
[0044]
In the fuel gas compressor 1 according to the second embodiment, the non-flammable gas IG is introduced from the supply port 14 into the second space 13a, passes through the introduction hole 14b, and is indicated by an arrow IG1 in FIG. Following the path, the orbiting scroll 11 is sprayed at a substantially central portion on the back surface. Thereafter, by turning the orbiting scroll 11, the non-flammable gas IG flows in the radial direction in which centrifugal force acts while turning in the space 13. At this time, the non-flammable gas IG is mixed with the fuel gas FG that has leaked into the first space 13 through the seal member 21a due to wear of the seal member 21a, dilutes the fuel gas FG, and is discharged from the discharge port 15. . Further, in this case, since the non-flammable gas IG is directly injected into the central portion on the back surface of the orbiting scroll 11, a cooling effect of the heated fuel gas FG can be obtained.
[0045]
(Third embodiment)
FIGS. 3 to 5 are partial cross-sectional views of the back side of the orbiting scroll 11 of the fuel gas compressor 1 according to the third embodiment. The fuel gas compressor 1 according to the present embodiment differs from the first embodiment only in that the non-flammable gas IG can flow along the outer peripheral surface of the orbiting scroll 11. Therefore, the same reference numerals are given to the components corresponding to the above-described first embodiment, and the detailed description is omitted.
[0046]
FIG. 3A is a view of the orbiting scroll 11 of the fuel gas compressor 1 shown in FIG. FIG. 3B is a perspective view of a portion C from the blade side in FIG. 3A. As shown in FIG. 3A, a plurality of stirring blades 11 b are provided around the outer peripheral portion of the back surface of the orbiting scroll 11. As shown in FIG. 3 (b), the shape of the orbiting scroll 11 is rectangular when viewed in the circumferential direction. Here, the stirring blades 11b are provided in one row, but a plurality of rows of stirring blades 11b may be further provided inside the stirring blades 11b. The shape of the stirring blade 11b may be a shape other than a straight blade such as a curved blade when viewed from the back side of the orbiting scroll 11, and the cross-sectional shape of the stirring blade 11b in a circumferential direction may be a tapered rectangle, a semicircle, or the like. A shape other than a rectangle may be used.
[0047]
The stirring blade 11b turns with the turning scroll 11. Thus, the non-flammable gas IG around the stirring blade 11b is stirred, and a part of the non-flammable gas IG is pushed outward in the radial direction of the orbiting scroll 11 along the stirring blade 11b. At this time, the fuel gas FG that has leaked into the first space 13 through the seal member 21a due to wear of the seal member 21a or the like is mixed with the non-flammable gas IG, diluted, and discharged from the discharge port 15.
[0048]
FIG. 4A is a detailed view of a part B of the fuel gas compressor 1 shown in FIG. FIG. 4B is a view as viewed in the direction of the arrow D-D in FIG. As shown in FIG. 4A, a flow dividing plate 24 is protruded from an outer peripheral portion 12 b on the back surface of the fixed scroll 12 and outside the operation area of the orbiting scroll 11 so as to close the supply port 14. A part of the non-flammable gas IG from the supply port 14 is blocked. In addition, as shown in FIG. 4B, the flow dividing plate 24 has a curved plate shape along the inner peripheral surface of the casing 16.
[0049]
A part of the non-flammable gas IG supplied from the supply port 14 is divided by following the path indicated by the arrow IG2 in FIG. 4 along the curved surface outside the distribution plate 24, and the outer peripheral surface of the orbiting scroll 11 Flows in the direction along. At this time, the fuel gas FG that has leaked into the first space 13 through the seal member 21a due to wear of the seal member 21a or the like is mixed and diluted with the non-flammable gas IG. The remaining portion of the non-flammable gas IG may follow the path indicated by the arrow IG3 in FIG. 4 and proceed straight over the upper part of the flow dividing plate 24 to cool the rear surface of the orbiting scroll 11.
[0050]
FIG. 5A is a detailed view of a part B of the fuel gas compressor 1 shown in FIG. FIG. 5B is a view taken along the line EE in FIG. 5A. As shown in FIG. 5A, a flow dividing plate 25 having a substantially rectangular cross-sectional shape is provided around the inner surface on the large diameter side of the casing 16 facing the outer peripheral portion on the back surface of the orbiting scroll 11. However, as shown in FIG. 1, at the center of the orbiting scroll 11, there are movable parts such as the eccentric shaft 18 described above, so that the flow dividing plate 25 is arranged radially outward of these operating regions. . The cross-sectional shape of the flow dividing plate 25 is not limited to a rectangle. The distribution plate 25 may be provided on the entire circumference as shown in FIG. 2B, or a plurality of curved flow distribution plates 25 may be arranged in the circumferential direction. And a plurality of holes penetrating in the radial direction may be provided.
[0051]
As shown in FIG. 5B, a part of the non-flammable gas IG from the supply port 14 is diverted along a path indicated by an arrow IG <b> 3 in FIG. 5 and along the outer peripheral surface of the orbiting scroll 11. Flows. At this time, the fuel gas FG that has leaked into the first space 13 through the seal member 21a due to wear of the seal member 21a or the like is mixed and diluted with the non-flammable gas IG. The remaining portion of the non-flammable gas IG travels straight along the path indicated by the arrow IG4 in FIG. Thereby, the back of the orbiting scroll 11 can be cooled. The flow rate of the non-flammable gas IG flowing along the outer peripheral surface of the orbiting scroll 11 and the flow rate of the non-flammable gas IG traveling straight along the back surface of the orbiting scroll 11 adjust the height of the flow dividing plate 25. Can be easily changed.
[0052]
Although not shown here, such a flow dividing plate as described above may be attached to the supply port 14 for the non-flammable gas IG.
[0053]
(Fourth embodiment)
FIG. 6 is a system diagram showing a configuration of a drive system of the fuel gas compressor 1 and a supply system of the non-flammable gas IG. In FIG. FIG. 6B shows an example in which the fuel gas compressor 1 that can be supplied is applied to a cogeneration facility that supplies the fuel gas FG using the fuel gas compressor 1. The fuel gas compressor 1 according to the present embodiment is different from the first embodiment only in that the non-flammable gas IG can be supplied from outside the casing 16 of the fuel gas compressor 1. Therefore, components corresponding to those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0054]
In FIG. 6A, SC indicates a fixed scroll and an orbiting scroll (hereinafter, referred to as a scroll) for compressing the fuel gas FG. The turning shaft 17 of the scroll SC is connected to an electric motor 26, and the turning shaft 17 is rotated by driving the electric motor 26. A suction pipe 100 and a discharge pipe 101 are connected to the suction port 22 and the discharge port 23 of the scroll SC.
[0055]
Further, a supply pipe 102 is connected to a supply port 14 for supplying the non-flammable gas IG into the space 13, and a blower 104 separate from the casing 16 is connected to the supply pipe 102.
[0056]
The non-flammable gas IG is drawn into the first space 13 through the supply pipe 102 after being sucked by the blower 104 and pressurized. The fuel gas FG that has leaked into the first space 13 is mixed and diluted with the non-flammable gas IG. Here, the reason why the blower 104 is separate from the casing 16 is that the non-flammable gas IG can be freely supplied regardless of the driving of the scroll SC. As a result, even if the fuel gas FG leaks into the first space 13 while the operation of the scroll SC is stopped, the non-flammable gas IG is supplied into the first space 13 and leaked before the scroll SC is activated. The fuel gas FG can be diluted and discharged. Here, an example in which the blower 105 is provided separately is shown. However, some facilities using the fuel gas compressor 1 may have an air source. In such a case, it is not necessary to provide the blower 104 again. .
[0057]
One example is a cogeneration facility as shown in FIG. This equipment includes an air compressor 110, a combustor 111, a gas turbine 112, a generator 113, a generator panel 114, and a combustion gas compressor 1. Of these, the air compressor 110, the gas turbine 112, and the power generator The machine 113 is coaxially connected and integrated.
[0058]
6B, the air compressor 110 has a suction pipe 116 and a discharge pipe 107, and the discharge pipe 107 is connected to a combustor 111. The discharge pipe 101 of the combustion gas compressor 1 is further connected to the combustor 111. A discharge pipe 118 of the combustor 111 is connected to a gas turbine 112, and an exhaust pipe 119 is connected to the gas turbine 112.
[0059]
As described above, the air AIR pressurized by the air compressor 110 and the fuel gas FG pressurized by the fuel gas compressor 1 are mixed and burned in the combustor 111 and sent to the gas turbine 112. Thereafter, the burned fuel gas FG expands in the gas turbine 112 and is discharged from the exhaust pipe 119. At this time, in the gas turbine 112, heat energy is converted into rotational energy, and a generator 113 coaxial with the gas turbine 112 rotates to generate power.
[0060]
On the other hand, the generator 113 is connected to a generator panel 114 via a power line 113a, and the generator panel 114 is connected via a commercial power supply AC and a power line 114a. The electricity generated by the generator 13 is converted to a predetermined frequency, voltage, and the like in a generator panel 114 and then supplied to a commercial power supply AC. In addition, a blower 115 is attached to the generator panel 114 to suck air AIR into the generator panel 114 and remove heat generated by the generator panel 114.
[0061]
As described above, an air source such as the blower 115 of the generator board 114 or the air compressor 110 is permanently installed in the cogeneration facility. The non-flammable gas IG for the fuel gas compressor 1 can be supplied from this air source. Specifically, the blower 115 of the generator panel 114 and the space 13 of the fuel gas compressor 1 are connected via predetermined pipes 103a and 103c. The air compressor 110 and the space 13 of the fuel gas compressor 1 can be connected to each other via a pipe 103b and a pipe 103c branched from a discharge pipe 117 of the air compressor 110.
[0062]
Thereby, the air AIR, which is a non-flammable gas, is supplied from the blower 115 or the air compressor 110 into the first space 13 in the casing 16 via the respective pipes 103a to 103c, and leaks into the first space 13. Mixed with the fuel gas FG, thereby diluting the fuel gas.
[0063]
(Fifth embodiment)
FIG. 7A is a cross-sectional view of the fuel gas compressor 1 according to the present embodiment that is integrated with a driving machine. FIG. 7B is a diagram illustrating another driving device. FIG. 8 is a system diagram of the fuel gas compressor 1 having still another driving device. The fuel gas compressor 1 according to the present embodiment is different from the above-described first embodiment only in the type of the driving device that drives the fuel gas compressor 1. Therefore, the same reference numerals are given to portions corresponding to the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
[0064]
As shown in FIG. 7A, a cylindrical rotor 30 is externally fitted to the turning shaft 17 inside the casing 16 on the small diameter side. A cylindrical stator 31 is fixed to the inner surface of the casing 16 on the small diameter side so as to surround the rotor 30. The shapes of the rotor 30 and the stator 31 are not limited to cylindrical shapes. The rotor 30 and the stator 31 each include an iron core and a winding wound therearound, and constitute an electric motor as a whole. Here, a case is shown in which both the rotor 30 and the stator 31 are electrically driven, but one of the rotor 30 and the stator 31 may be a permanent magnet. Since the rotor 30 and the stator 31 are housed in the casing 16 as described above, it is not necessary to provide separate casings for the rotor 30 and the stator 31, so that the fuel gas compressor 1 with an electric motor can be downsized. can do.
[0065]
By supplying electricity to the rotor 30 and the stator 31, an electromagnetic force of repulsion or suction is generated, and the rotating shaft 17 is rotated by the electromagnetic force. In addition, if an inverter device or a servo device is provided and electric power of a required frequency is supplied to the rotor 30 and the stator 31, the rotation speed of the turning shaft 17 can be freely adjusted. By using such a variable speed motor, the discharge flow rate of the fuel gas compressor 1 incorporating this motor can be easily changed.
[0066]
Further, a driving device of the fuel gas compressor 1 as shown in FIG. 7B can also be used. In FIG. 7B, the first permanent magnet 32 has a cylindrical shape, and is externally fitted to the turning shaft 17 disposed inside the small diameter side of the casing 16. On the other hand, the rotating body 34 has a bottomed cylindrical shape having an opening at one end (the front side shown in FIG. 1), and the small diameter side of the casing 16 is inserted from the opening toward the bottom in a non-contact manner. A rotating shaft is attached to a central portion on the rear side of the rotating body 34, and an electric motor (not shown) and the like are connected to the rotating shaft. A cylindrical second permanent magnet 33 is provided around the inner peripheral surface of the rotating body 34 at a position that is not in contact with the outer peripheral surface of the casing 16 and that corresponds to the first permanent magnet 32. Note that at least one of the first permanent magnet 32 and the second permanent magnet 33 may be replaced by an electromagnet.
[0067]
With the above configuration, when the electric motor or the like rotates, the rotating body 34 rotates, and accordingly, the first permanent magnet 32 rotates. Since the first permanent magnet 32 is coupled to the second permanent magnet 33 by magnetic force, the second permanent magnet 33 also rotates. When the second permanent magnet 33 rotates, the orbiting scroll 11 is orbitally driven via the orbiting shaft 17, and the fuel gas FG is compressed.
[0068]
In addition, as shown in FIG. 8, the expander ET can be used as a driving device. The expander ET is coaxially connected to the turning shaft 17 of the scroll SC, and is housed in the same casing 16 as the scroll SC. A suction pipe 120 and a bypass pipe 121 are connected to the expander ET. The bypass pipe 121 is provided with a control valve 122 in the middle thereof, and the control valve 122 is connected to the casing 16 on the scroll SC side. ing. As the expander ET, a scroll type, a turbine type, or the like can be employed. Here, the case where the expander ET and the scroll SC are accommodated in the same casing 16 has been described, but the expander ET may be provided separately.
[0069]
The high-pressure non-flammable gas IG introduced from the suction pipe 120 of the expander ET is expanded into substantially the atmospheric pressure, then introduced into the first space 13 via the bypass pipe 121, and derived from the exhaust pipe 123. Is done.
[0070]
When the high-pressure non-flammable gas IG expands, the thermal energy of the non-flammable gas IG introduced into the expander ET is converted into rotational energy, and the rotational energy passes through the turning shaft 17. Via the scroll SC. As a result, the scroll SC is turned, and the fuel gas FG is drawn in from the suction pipe 124 and compressed, and then is drawn out from the discharge pipe 125.
[0071]
In addition, since the non-flammable gas IG that has been expanded by the expander ET and whose temperature has decreased is supplied into the first space 13, not only mixing and dilution of the leaked fuel gas FG but also cooling of the scroll SC. It can also contribute. In the case of the cogeneration facility or the like shown in the fourth embodiment, since the air compressor 110 is permanently installed, the air AIR pressurized here can be used for the expander ET.
[0072]
(Sixth embodiment)
FIG. 9 is a system diagram showing a configuration of the fuel gas compressor 1 including means for sealing the casing 16 having a divided structure and a shutoff valve interposed between the fuel gas suction pipe and the discharge pipe. FIG. 10 is a system diagram showing a configuration of a fuel gas compressor system including means for sealing the whole of the fuel gas compressor 1. The fuel gas compressor 1 according to the present embodiment differs from the first embodiment only in that the fuel gas FG leaking to the outside of the fuel gas compressor 1 can be sealed. Therefore, portions corresponding to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
[0073]
As shown in FIG. 9, the casing 16 has a divided structure, and a mechanical joint 43 such as a flange joint or a screw joint is provided at a joint portion thereof. A seal cover 44 is provided around the casing 16 so as to cover the mechanical joint 43 from outside. The seal cover 44 has a predetermined space so as to store the fuel gas FG leaked from the mechanical joint 43, and has a cross-sectional shape of, for example, a semicircle or a U-shape. The supply pipe 122 and the exhaust pipe 123 are connected to the seal cover 44 so that the non-flammable gas IG can be supplied and exhausted. The number of the supply pipe 122 and the exhaust pipe 123 may be one or more.
[0074]
Further, as shown in FIG. 9, electromagnetic shutoff valves 41 and 42 are provided in the suction pipe 100 and the discharge pipe 101 of the fuel gas FG connected to the scroll SC, respectively. The electromagnetic shut-off valves 41 and 42 and part of the front and rear pipes connected to the shut-off valves 41 and 42 are housed in a cylindrical or box-shaped closed container 40. A supply pipe 120 for supplying and exhausting the non-flammable gas IG and an exhaust pipe 121 are connected to the closed container 40. As the shutoff valves 41 and 42, an air-operated type that opens and closes using an air signal that does not need to be shut off from the fuel gas FG can be used.
[0075]
With such a configuration, the non-flammable gas IG is supplied into the seal cover 44 and the sealed container 40 and mixed with the fuel gas FG leaked through the mechanical joint 43 and the shut-off valves 41 and 42 to dilute the fuel gas FG. After that, it is discharged from the exhaust pipes 121 and 123. Therefore, leakage of the fuel gas FG to the outside of the fuel gas compressor 1 can be prevented.
[0076]
FIG. 9 illustrates the mechanical joint 43 of the fuel gas compressor 1 and the sealing means of the shut-off valves 41 and 42. However, when a number of other components are attached to the fuel gas compressor 1, FIG. As described above, the entire fuel gas compressor 1 including these components can be covered with the housing 60.
[0077]
The housing 60 is provided with a suction port 130, and a blower 61 is provided at a position of the housing 60 facing the suction port 130. In this example, the blower 61 is integrated with the housing 60, but may be separate from the housing 60. In the case where there is another facility capable of supplying a non-flammable gas IG such as air, the facility may be substituted without providing the blower 61.
[0078]
With the above configuration, the air AIR is introduced into the housing 60 from the suction port 130 and mixed with the fuel gas FG leaked from the fuel gas compressor 1 or the like into the internal space 62 of the housing 60 to dilute the fuel gas. Is discharged from the blower 61 to the outside of the housing 60.
[0079]
Further, gas densitometers 50 to 52 are provided in the housing 60, the casing 16, and the exhaust pipe 123, respectively, and the internal space 62, the first space 13, and the fuel gas FG The density can be measured. Based on the gas concentration, air volume adjustment or intermittent operation of the blower 61 can also be performed.
[0080]
(Seventh embodiment)
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration of the fuel gas compressor 1 provided with a compensating weight for obtaining the orbital balance of the orbiting scroll 11. The fuel gas compressor 1 according to the present embodiment is different from the above-described first embodiment only in that another compensating weight is provided in order to balance the rotation. Therefore, components corresponding to those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0081]
As shown in FIG. 11A, a second compensation weight 20a is fitted between the bearings 19a and 19b of the turning shaft 17. The first compensating weight 20 and the second compensating weight 20a shown in the first embodiment have, for example, a fan shape as shown in FIG. Is thickened. An insertion hole 201 for inserting the turning shaft 17 is formed in the other portion. The shape of the second compensating weight is not limited to a fan shape as shown in FIG.
[0082]
Further, in a configuration in which the rotor 30 is built in the casing 16 as in the fuel gas compressor 1 according to the fifth embodiment shown in FIG. A compensating weight 20b may be provided on the end face of the rotor 30 that is being used.
[0083]
Next, the operation of the first and second compensation weights 20 and 20a will be described in detail with reference to FIG.
[0084]
In FIG. 11C, Ws is a centrifugal force acting on the orbiting scroll 11, Wc1 is a centrifugal force acting on the first compensating weight 20, Wc2 is a centrifugal force acting on the second compensating weight 20a, L1 to L3. Is the distance between the point of action of each centrifugal force and the reference point. Here, the reference point is a reference point for calculating the bending moment, and in this drawing, for convenience of description, it is assumed to be a position where the bearing 19b is located. In this case, the following relationship is established.
[0085]
Ws = Wc1 (balance of force) (1)
Wc2 · L3 = Ws · L1-Wc1 · L2 (balance of bending moment) (2)
As is clear from the equations (1) and (2), if L1 = L2, the value of Wc2 · L3 is zero, and the second compensation weight 20a is unnecessary. Since the first compensation weight 20 cannot be attached to the main body of the orbiting scroll 11, L1> L2. As a result, in Expression (2), Wc2 · L3> 0, and if the second compensation weight 20a is not attached, a bending moment corresponding to Wc2 · L3 acts on the orbiting scroll 11. As a result, the cantilevered orbiting shaft 17 with the orbiting scroll 11 attached to the end vibrates due to the action of the bending moment (Wc2 · L3).
[0086]
Therefore, in the fuel gas compressor 1 according to the present embodiment, the above-described second compensating weight 20a is attached, and in the equation (2), Wc2 · L3 = 0. Note that the mounting position of the second compensation weight 20a can be appropriately determined based on the equation (2).
[0087]
【The invention's effect】
According to the fuel gas compressor and the fuel gas compressor system including the same according to the present invention, the non-flammable gas is introduced into the space in the casing of the fuel gas compressor, and the fuel gas leaked into the space is introduced. , Can be mixed with non-flammable gas, diluted and then discharged.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a fuel gas compressor according to a first embodiment.
FIG. 2 is a sectional view of a fuel gas compressor according to a second embodiment.
FIG. 3 is a perspective view of a stirring blade provided on a back surface of the orbiting scroll.
FIG. 4 is a sectional view of a flow dividing plate attached to the back side of the orbiting scroll.
FIG. 5 is a sectional view of another flow dividing plate attached to the back side of the orbiting scroll.
FIG. 6 is a system diagram of a fuel gas compressor including means for supplying a non-flammable gas from outside a casing.
FIG. 7 is a sectional view of a fuel gas compressor integrated with a driving device.
FIG. 8 is a system diagram of a fuel gas compressor using an expander as a driving device.
FIG. 9 is a system diagram of a fuel gas compressor including a seal cover for sealing a mechanical joint and the like.
FIG. 10 is a system diagram of a fuel gas compressor system including a casing that seals the fuel gas compressor and the like.
FIG. 11 is a sectional view of a fuel gas compressor including a plurality of compensating weights on a turning shaft.
[Explanation of symbols]
1 fuel gas compressor
11 Orbiting scroll
11a Orbiting scroll blades
12 Fixed scroll
12a Fixed-turn scroll blades
13 Space
14 Supply port
15 Exhaust port
16 Casing
17 Swivel axis
IG non-flammable gas
FG combustion gas

Claims

A bottomed cylindrical casing having an opening on one end surface, and spiral blades are erected on one side of the disk-shaped body, and cover the opening with the blades facing the other end surface side of the casing. Thereby, a fixed scroll that forms a part of the casing, and a spiral blade provided on the casing while being provided in the casing, are provided upright on one side of the disk-shaped body, and the blade faces the blade of the fixed scroll. An oilless fuel gas compressor comprising an orbiting scroll that meshes with
The non-flammable gas is introduced into a space in the casing from a supply port provided in the casing, and is led out from a discharge port provided in the casing, so that the compressed space formed between the scrolls into the space. A fuel gas compressor characterized in that a flowing fuel gas is diluted with the non-flammable gas.

The fuel gas compressor according to claim 1,
The fuel gas compressor according to claim 1, wherein the non-flammable gas flows along an outer peripheral surface of the orbiting scroll.

The fuel gas compressor according to any one of claims 1 to 2,
A plurality of stirring blades protruding from an outer peripheral portion on the other side of the orbiting scroll,
The fuel gas compressor further comprising at least one of a distribution plate provided in the supply port or the casing and configured to distribute the non-flammable gas along an outer peripheral surface of the orbiting scroll.

The fuel gas compressor according to any one of claims 1 to 3,
A fuel gas compressor, further comprising: a first supply unit for supplying the non-flammable gas, which is provided outside the casing and connected to the supply port.

The fuel gas compressor according to any one of claims 1 to 4,
A fuel gas compressor further comprising a drive unit having an output end connected to a turning shaft of the orbiting scroll.

The fuel gas compressor according to claim 5,
A first magnet provided on a revolving axis of the revolving scroll,
A rotating body provided so as to surround the outer periphery of the casing, and driven by the driving device;
The fuel gas compressor further comprising a second magnet fixed to an inner surface of the rotating body without contacting an outer peripheral surface of the casing surrounding the first magnet.

The fuel gas compressor according to claim 5,
The driving device includes:
A rotor provided directly on the orbiting axis of the orbiting scroll,
And a stator fixed to an inner surface of the casing so as to surround the rotor.

The fuel gas compressor according to claim 7,
A fuel gas compressor, wherein at least one of the rotor and the stator comprises a permanent magnet.

The fuel gas compressor according to claim 5,
A fuel gas compressor further comprising an expander having an output end connected to a turning shaft of the orbiting scroll.

The fuel gas compressor according to claim 9,
The expander is housed in the casing,
A fuel gas compressor, wherein an exhaust port of the expander and a supply port of the casing are connected by a predetermined passage.

The fuel gas compressor according to any one of claims 1 to 10,
A seal cover that covers a mechanical joint portion of the casing having a divided structure from outside so as to seal the mechanical joint portion,
A fuel gas compressor, further comprising a supply port and a discharge port provided on the seal cover for supplying and discharging the non-flammable gas to and from the space.

The fuel gas compressor according to any one of claims 1 to 11,
A fuel gas suction passage and a discharge passage connected to the fuel gas suction port and the discharge port of the fixed scroll, respectively;
An electromagnetic shut-off valve interposed in each passage,
A sealed container for storing the shut-off valve,
A fuel gas compressor, further comprising a supply port and a discharge port provided in the closed container for supplying and discharging a non-flammable gas to and from the closed container.

The combustion gas compressor according to claim 12,
The fuel gas compressor, wherein the shut-off valve is an air-operated type that opens and closes using an air signal.

The fuel gas compressor according to any one of claims 1 to 13,
Fuel gas compression provided at any position in the space, or at any position in the non-flammable gas discharge passage, for measuring the concentration of the fuel gas; Machine.

The fuel gas compressor according to any one of claims 1 to 14,
The fuel gas compressor further comprising a plurality of compensating weights provided at a portion of the orbiting shaft of the orbiting scroll in the casing and maintaining balance with the orbiting scroll.

A fuel gas compressor according to any one of claims 1 to 15,
A housing for housing the fuel gas compressor,
And a second supply means for supplying non-flammable gas provided outside the housing.

The fuel gas compressor system according to claim 16,
The fuel gas compressor system further comprising a second gas concentration meter that measures a concentration of the fuel gas flowing out of the casing into the casing.