JP4993329B2 - 往復動圧縮機により処理されるガス流量を連続調整するための装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、往復動圧縮機により処理されるガス流量を連続調整するための装置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
公知のように、往復動圧縮機は、流体を受け取ったときよりも高い圧力で圧縮性流体（ガス又は蒸気）を戻す作業機械である。
【０００３】
往復動圧縮機は、適当な時点において吐出環境或いは吸入環境に連通する少なくとも１つのシリンダで作動し、流体は吸入環境から吸入され、その後圧縮され、最終的に外部へ吐出される。
【０００４】
このような状況において、回転数を変えることなく、往復動圧縮機によって処理されるガス流量を、最大値（１００パーセントもしくは全負荷）に対して減少させる必要性は、かなり頻繁に生じる要求である。
【０００５】
特に、往復動圧縮機におけるガス流量の変動は次のように生じる。すなわち、第１に、断続的に生じるもので、これは、予め定められた「段階」もしくは流量の値においてのみ安定する可能性を意味する。
【０００６】
第二に、ガス流量の変動は連続的に生じることがあり、この場合には、調整領域において必要とされるどのような値でもカバーできる可能性がある。
【０００７】
特に技術水準について言及すると、現在では、往復動圧縮機の流量は次のシステムによって調整されている。
【０００８】
第１の公知のシステムは、バイパス弁による流量の再循環を備えている。実際には、このシステムは、必要量を超える流量を、調整弁の補助により、圧縮機の吐出部から、吸入ポイントまで再循環することからなる。
【０００９】
しかしながら、このシステムは、この再循環される流量を圧縮するために消費されたエネルギーが全て棄てられてしまうという欠点を備えている。
【００１０】
公知の技術による第２のシステムは、適切な弁リフタの使用によって、ピストンの１つ又は２つの表面の作用として理解されている効果を閉塞させることからなる。
【００１１】
実際は、この公知のシステムにおいては、調整は、圧縮機の１つ又はそれ以上のシリンダを消勢し、弁リフタとして知られている何らかの装置により、シリンダの圧縮位相の間に、吸入弁が再度閉じるのを機械的に防ぐことによって実施されている。
【００１２】
この方法によって、圧縮されたガスは圧縮位相の間にわたってシリンダから吸入ラインに逆流する。
【００１３】
しかしながら、吸入弁を通してのガスの逆流位相の間にエネルギーの損失がある。
【００１４】
加えて、流量は段階的（普通は流量の５０パーセント、７０パーセント、１００パーセントの値）においてのみ調整可能であり、従って、ほとんどの場合には、流量のより正確な調整を得たいのであれば、吸入点と吐出点の間にバイパスを加える必要がある。
【００１５】
公知の技術による第３のシステムは、吸入弁の閉鎖を遅延させる思想に基づいている。
【００１６】
このシステムは、弁リフタに機械的作用を加えて、圧縮位相の間に吸入弁の閉鎖を遅らせることからなる。
【００１７】
要約すると、圧縮位相の間に、シリンダに存在するガスの一部が、ピストンの経路の一部に沿って吸入ラインに逆流する。従って、吸入弁の閉鎖が遅れることにより流量の連続的調整が可能になる。
【００１８】
しかしながら、このシステムの主な欠点は、吸入弁を通して起こるガスの逆流によって生じるエネルギーの散逸である。
【００１９】
最後に、第４のシステムによるものは、付加デッドスペースの挿入である。
【００２０】
このシステムは、シリンダの基部に設けられる追加の抑止容積からなるものである。
【００２１】
これによって、オンオフ型の切り換えの場合には段階的に、容積の連続的な変化を行う場合には連続的に、流量の調整が可能となる。
【００２２】
この最後の例においては、デッドスペースは（圧縮シリンダと自由連通している）シリンダから構成されており、該シリンダ内にはピストンが摺動しており、ピストンの移動がデッドスペース自体の容積の変化を生じさせる。
【００２３】
この方法によって、ピストンの各位置がデッドスペースの値、従って流量の値に対応するものとなる。
【００２４】
圧縮シリンダと抑止容積との間に絞りが存在しないため、この容積に残存しているガスを圧縮するために消費されるエネルギーは、大きな損失を伴うことなく、再膨張時において完全に回復される。
【００２５】
デッドスペースを連続的に作動させることによって、調整領域にわたり流量を実際の所要量に適合させることができ、従って、バイパス、容積増大機構、もしくは弁閉鎖部の戻しによって流量の一部を再循環させることに伴うエネルギー損失を防ぐことができる。
【００２６】
現在のところ、シリンダには基部が設けられており、この基部にデッドスペースが備えられ、このデッドスペースは、シリンダの基部を閉鎖するピストンを操作ねじによって位置決めするはずみ車を用い、手動操作でのみ連続的に変化させることができるようになっている。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、上記の欠点を排除し、望ましくないエネルギーの散逸を防ぐことを可能にする、往復動圧縮機により処理されるガス流量を連続調整するための装置を提供することである。
【００２８】
本発明の別の目的は、弁リフタを排除することを可能にする、往復動圧縮機により処理されるガス流量を連続調整するための装置を示すことである。
【００２９】
本発明の更に別の目的は、再循環弁の全体もしくは一部の排除を可能にする、往復動圧縮機により処理されるガス流量を連続調整するための装置を示すことである。
【００３０】
本発明の別の目的は、経済的で、安全、かつ信頼性のある、往復動圧縮機により処理されるガス流量を連続調整するための装置を示すことである。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
本発明によるこの目的及び他の目的は、第1シリンダと組み合わされてある時間にわたり可変の圧力を生じることができる少なくとも1つの第１圧縮ピストンと、該第１ピストンと組み合わされている第1圧縮シリンダに自由連通している第２シリンダの内部で作動し、付加デッドスペースにおいて作動する第２ピストンとを備える往復動圧縮機により処理されるガス流量を連続調整するための装置であって、デッドスペースのピストンを移動させる第３流体機構的シリンダを備えており、該第３流体機構的シリンダは、デッドスペースの連続的変化を得るために、独立した流体システムから供給される加圧流体により作動させられる装置により達成される。
【００３２】
本発明の好ましい実施形態によると、流体システムは、油タンク、電気モータによって作動されるポンプ、アキュムレータ及び一対のオンオフ切換電磁弁を備えている。
【００３３】
本発明の別の好ましい実施形態によると、各々の切換電磁弁には、油圧システムから得られた加圧作動油が供給される。
【００３４】
加えて、油圧システムは、各々のオンオフ切換電磁弁のための濾過装置と圧力スイッチを備えている。
【００３５】
本発明の他の好ましい実施形態によると、電磁弁は、往復動圧縮機において得られる負のフィードバック信号に応じて、調整器によって制御されている。
【００３６】
より具体的には、負のフィードバック信号は、処理された吐出圧力又は流量を示す信号である。
【００３７】
本発明の更に別の好ましい実施形態によると、上述の装置は、調整された信号を電子コントローラに送信するための圧力又は流量トランスミッタを備えており、この電子コントローラは、予め設定したセットポイント値に基づいて、制御信号をオンオフ切換電磁弁に送信する。
【００３８】
特に、コントローラに設定されたセットポイントに応じて、付加デッドスペースの容積を変化させるために、トランスミッタがコントローラのセットポイントに一致する信号を送信するまで、電磁弁は流体機構的シリンダの２つの側のうち一方から加圧油流を流し、従ってもう一方を排出し、付加デッドスペースのピストンの運動を生じさせる。
【００３９】
トランスミッタは、電気ラインによってコントローラに接続されており、コントローラは電気ラインによってオンオフ切換電磁弁に接続され、次に該電磁弁は、一対の油圧ラインによって油圧的に流体機構的シリンダに接続されている。
【００４０】
ガス流量を連続調整するための装置は、機械が単相あるいは複相のいずれであるかを問わず往復型のピストンを有する全ての圧縮機に適用することが可能である。
【００４１】
本発明の更なる特徴は、本出願に添付されたその他の請求項に記載されている。
【００４２】
往復動圧縮機によって処理されるガス流量を連続調整するための本発明による装置の具体的な特徴及び利点は、添付の概略図を参照する非限定的な実施例によって提示されている、本発明の典型的な実施形態についての次の説明によってより明らかになるであろう。
【００４３】
【発明の実施の形態】
図を詳細に参照すると、往復動圧縮機により処理されるガス流量を連続調整するための本発明による装置は、参照番号１０によって全体が示されている。
【００４４】
本発明は、付加デッドスペース１１の連続的かつ自動的な実行によって構成されており、それはデッドスペースのピストン１３を移動させる流体機構的シリンダ１２の使用によって調整された手法で実施されている。
【００４５】
特に、流体機構的シリンダ１２は、図２に示す油圧回路図における参照番号１４に全体が示されている、独立した油圧システムから供給される加圧油によって作動する。
【００４６】
油圧システム１４は、オイルタンク１５、電気モータ１７によって作動するポンプ１６、アキュムレータ１８、並びにオンオフ型電磁弁１９及び２０を備えている。
【００４７】
また、油圧システム１４は、前記各オンオフ電磁弁１９及び２０のための濾過装置２１と圧力スイッチ２２を備えている。
【００４８】
電磁弁１９及び２０は、圧縮機において得られ、また、例えば処理された吐出圧力又は流量であり得る負のフィードバック信号に応じて、調整器によって調整される。
【００４９】
本発明による電気油圧式システムによって調整される基部は、機械が単相であるか複相であるかを問わず、往復型のピストンを備えた全ての圧縮機に適用可能である。
【００５０】
挿入される調整された基部の数は、往復動圧縮機のシリンダの数と、必要とされる調整の度合いと、位相の数に依存する。
【００５１】
図３は、装置１０の電気機械的及び油圧的ブロック図を示しており、往復動圧縮機に属している吸入ライン３３、吐出ライン３４及びピストン３５が示される。
【００５２】
実際には、往復動圧縮機は、第1シリンダ５１と組み合わされある時間にわたり可変の圧力を生じる少なくとも1つの圧縮ピストン３５と、第1圧縮シリンダ５１に自由連通している第２シリンダ５２の内部で作動する第２ピストン１３を備えている。
【００５３】
デッドスペース１１の連続的変化を得るために、ピストン１３は、付加デッドスペース１１において作動し、流体機構的シリンダ１２によって動かされ、次に流体機構的シリンダは、独立した油圧システム１４から供給される加圧流体によって作動される。
【００５４】
ここではまた、電気ライン３６によってコントローラ３１に接続されている、圧力又は流量トランスミッタとすることができるトランスミッタ３０がある。
【００５５】
次にコントローラ３１が、電気ライン３７によってオンオフ切換電磁弁１９及び２０に接続され、該電磁弁が、次に油圧ライン３８及び３９によって油圧的に流体機構的シリンダ１２に接続されている。
【００５６】
シリンダ１２のための位置トランスミッタ３２もまた、ライン５０によって流体機構的シリンダ１２に接続されている。
【００５７】
図３はまた、ガス流量を連続調整するための装置１０の機能を示している。
【００５８】
トランスミッタ３０（既に述べたように圧力または流量についてのものとすることができる）は、調整されるべき信号を電子コントローラ３１に送信し、該電子コントローラは、予め設定したセットポイント値に基づいて、指令信号を切換電磁弁１９、２０に送信する。
【００５９】
各切換電磁弁１９及び２０には、タンク１５、対応するモータ１７を備えるポンプ１６、及びアキュムレータ１８によって構成されている油圧システムから加圧作動油が供給される。
【００６０】
コントローラ３１に設定されたセットポイントに応じて、電磁弁１９及び２０は流体機構的シリンダ１２の２つの側のうち一方から加圧流体、例えば油を流し、従ってもう一方を排出する。
【００６１】
この事象が、トランスミッタ３０がコントローラ３１のセットポイントに一致する信号をコントローラに送信するまで、付加デッドスペース１１の容積を変化させる付加デッドスペース１１のピストン１３の運動を生じさせる。
【００６２】
この時点で、流体機構的シリンダ１２の位置トランスミッタ３２が、コントローラ３１にフィードバック信号を送る。
【００６３】
ここで、本発明によって得られる結果を検討すると、調整装置１０の導入によって、再循環弁の使用を部分的もしくは完全に排除するとともに、それに伴い実質的なエネルギーの節約が得られることが認められる。
【００６４】
いくつかの場合においては、弁リフタが存在している場合には、該弁リフタを排除することも可能である。
【００６５】
図４は、流量の調整のための次のシステムをエネルギー単位で比較している。
【００６６】
図４に示されている動力の必要量／流量のグラフは、破線４０によって示されている弁リフタによる段階的な調整、破線４１によって示されている吸入（逆流システム）の間の弁の閉鎖遅延による調整、そして実線４２によって示されている本発明によるデッドスペースによる調整を示している。
【００６７】
動力の必要量／流量のグラフは、吸収されるエネルギーの節約という意味において、可変の抑止容積を備えるシステムを採用することによって得られる利点を示している。
【００６８】
図４のグラフは、平均的な大きさを持ち、２つのシリンダと、およそ３の圧縮比を与えることによって天然ガスを処理する位相を備えた圧縮機について作られたものである。
【００６９】
可変デッドスペースを備えたシステムは、弁リフタを用いた段階的な調整に比べ平均１２パーセントのエネルギー節減を、逆流システムに比べ平均４パーセントのエネルギー節減を伴っている。
【００７０】
上記の説明により、本発明による、往復動圧縮機により処理されるガス流量を連続調整するための装置の特徴と利点が明らかにされている。
【００７１】
前記の利点をより正確かつ明確に定義するために、以下の結論点及びコメントをここで述べる。
【００７２】
第１に、説明した本発明により、提起される要求事項に応じてデッドスペースを正確に制御することが可能である。
【００７３】
加えて、このようにガス流量を連続的に調整することによって、公知の技術と比較して大幅なエネルギー節減がなされる。
【００７４】
そして、すべて連続的に、かつ自動的に、回転数を変更することなく、最高値（１００パーセントもしくは全負荷）と比べ、往復動圧縮機により処理されるガス流量を減少させることが可能である。
【００７５】
最後に、本発明の概念に固有である新規な原則から離れることなく、本発明の主題である往復動圧縮機によって処理されるガス流量を連続調整するための装置に他の多くの変更を加えることができることは明白である。
【００７６】
本発明の実施可能な実施形態においては、要求に応じていかなる材質、大きさ、形式も使用可能であり、技術的に均等の他のものと置き換えることも可能である。
【００７７】
本発明の技術的範囲は特許請求の範囲により定められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 往復動圧縮機によって処理されるガス流量を連続調整するための本発明による装置に属する流体機構的シリンダの部分断面図。
【図２】 往復動圧縮機によって処理されるガス流量を連続調整するための本発明による装置に関連する油圧ブロック図。
【図３】 ガス流量を連続調整するための本発明による装置のブロック図。
【図４】 本発明による装置を用いて得られる利点を示す、動力の使用量／流量のグラフ。
【符号の説明】
１４ 独立した油圧システム
１５ タンク
１６ ポンプ
１７ 電気モータ
１８ アキュムレータ
１９、２０ 切換電磁弁
２１ 濾過装置
２２ 圧力スイッチ

Claims (8)

1. 第１圧縮シリンダ（５１）と組み合わされてある時間にわたり可変の圧力を生じることができる少なくとも１つの第１圧縮ピストン（３５）と、前記第１圧縮シリンダ（５１）に自由連通している第２シリンダ（５２）の内部で作動し、該第２シリンダ内のデッドスペース（１１）に作用する、前記第１圧縮ピストンとは独立に作動される第２ピストン（１３）とを備える往復動圧縮機により処理されるガス流の流量を連続調整するための装置（１０）であって、
   前記第２ピストン（１３）を移動させる第３流体機構的シリンダ（１２）を備えており、
   該第３流体機構的シリンダ（１２）は、前記デッドスペース（１１）の連続的変化を得るために、独立した流体システム（１４）から供給される加圧流体により作動させられ、
   前記流体システム（１４）は、前記ガス流の圧力又は流量を示す電気的信号および前記ガス流の圧力又は流量について予め設定したセットポイント値に基づいて制御される少なくとも一対のオンオフ切換電磁弁（１９、２０）を備える
   ことを特徴とする装置（１０）。
2. 前記流体システム（１４）は、前記流体のためのタンク（１５）と、電気モータ（１７）によって作動されるポンプ（１６）を備えていることを特徴とする、請求項１に記載のガス流量を連続調整するための装置（１０）。
3. 前記電磁弁（１９、２０）は、前記往復動圧縮機で得られた負のフィードバック信号に基づき、調整器によって制御されることを特徴とする、請求項２に記載のガス流量を連続調整するための装置（１０）。
4. 前記負のフィードバック信号は処理された吐出圧力又は流量を示す信号であることを特徴とする、請求項３に記載のガス流量を連続調整するための装置（１０）。
5. 前記信号を電子コントローラ（３１）に送信するための圧力又は流量トランスミッタ（３０）を備えており、前記電子コントローラは、予め設定したセットポイント値に基づいて、指令信号を前記切換電磁弁（１９、２０）へ送信することを特徴とする、請求項３から請求項４のうちのいずれか１項に記載のガス流量を連続調整するための装置（１０）。
6. 前記コントローラ（３１）に設定されたセットポイントに応じて、前記デッドスペース（１１）の容積を変化させるために、前記トランスミッタ（３０）が前記コントローラ（３１）のセットポイントに一致する信号を前記コントローラ（３１）に送信するまで、前記電磁弁（１９、２０）は前記流体機構的シリンダ（１２）の２つの側のうち一方から前記加圧流体を流し、従ってもう一方を排出し、前記デッドスペース（１１）の前記ピストン（１３）の運動を生じさせることを特徴とする、請求項５に記載のガス流量を連続調整するための装置（１０）。
7. 前記トランスミッタ（３０）は、電気ライン（３６）によって前記コントローラ（３１）に接続されていることを特徴とする、請求項５又は６に記載のガス流量を連続調整するための装置（１０）。
8. 前記コントローラ（３１）は、電気ライン（３７）によって前記オンオフ切換電磁弁（１９、２０）に接続され、次に前記電磁弁は、一対の流体ライン（３８、３９）によって流体的に前記流体機構的シリンダ（１２）に接続されていることを特徴とする、請求項５から請求項７のうちのいずれか１項に記載のガス流量を連続調整するための装置（１０）。

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