JP7309685B2

JP7309685B2 - 圧縮機ユニット

Info

Publication number: JP7309685B2
Application number: JP2020211535A
Authority: JP
Inventors: 佳吾後藤
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2020-12-21
Filing date: 2020-12-21
Publication date: 2023-07-18
Anticipated expiration: 2040-12-21
Also published as: JP2022098155A

Description

本発明は、ターボ圧縮機からなる圧縮機本体を備える圧縮機ユニットに関する。

特許文献１には、ターボ圧縮機からなる圧縮機本体を備える圧縮機ユニットが開示されている。特許文献１に開示の圧縮機ユニットは、圧縮機本体の他に、圧縮機本体を駆動するモータと、モータに電気接続されたインバータと、ガス流路における圧縮機本体よりも上流側の部分に設けられた開閉弁（オン－オフ開閉弁）と、ガス流路における圧縮機本体よりも下流側の部分に設けられたレシーバタンクとを備えている。

特開２００５－１６４６４号公報

圧縮機ユニットに供給されるガスの圧力は、供給元の状況により変動する場合がある。このように供給ガスの圧力が変動した場合にも、圧縮機本体への供給が必要なガスの容量を確保することが必要となる。これは、圧縮機ユニットの制御を容易にするためである。

本発明は、供給されるガスの圧力が変動した場合にも、圧縮機本体へ供給されるガスの容量変動を小さく抑えることができて、制御が容易な圧縮機ユニットを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る圧縮機ユニットは、ガスを圧縮して需要先設備に供給する圧縮機ユニットである。本態様に係る圧縮機ユニットは、モータと、圧縮機本体と、インバータと、圧力調整弁と、制御部とを備える。前記圧縮機本体は、前記モータにより駆動されるターボ圧縮機からなる。前記インバータは、前記モータの回転数を制御する。前記圧力調整弁は、前記圧縮機本体の吸込側の流路に設けられている。前記制御部は、前記インバータおよび前記圧力調整弁を制御する。

前記制御部は、前記圧力調整弁よりも上流側での前記ガスの圧力が目標圧力以上のとき、前記モータの回転数が一定値となるように前記インバータを制御する。また、前記制御部は、前記圧力調整弁よりも上流側での前記ガスの圧力が目標圧力以上のとき、前記圧縮機本体に吸い込まれる前記ガスの圧力が一定となるように、前記圧力調整弁の開度を調整する。

前記制御部は、前記圧力調整弁よりも上流側での前記ガスの圧力が目標圧力よりも低いとき、前記圧力調整弁の開度を所定値で維持するとともに、前記圧縮機本体への前記ガスの吸込量が一定となるように、前記インバータを制御する。

上記態様に係る圧縮機ユニットでは、圧力調整弁よりも上流側（一次側）でのガスの圧力が目標圧力以上のとき、制御部は、モータの回転数が一定値となるようにインバータを制御するとともに、圧縮機本体に吸い込まれるガスの圧力が一定となるように圧力調整弁の開度を調整する。

一方、一次側でのガスの圧力が目標圧力よりも低いとき、制御部は、圧力調整弁の開度を所定値で維持するとともに、圧縮機本体へのガスの吸込量が一定となるようにインバータによりモータ回転数を一次側でのガスの圧力に基づく回転数に制御する。

よって、上記態様に係る圧縮機ユニットでは、一次側でのガスの圧力が変化しても、圧縮機本体へ供給されるガスの容量変動を小さく抑えることができる。

上記態様に係る圧縮機ユニットにおいて、前記制御部は、前記圧力調整弁よりも上流側での前記ガスの圧力が前記目標圧力よりも低いとき、前記モータの回転数がステップ状に変化するように前記インバータを制御してもよい。

上記態様に係る圧縮機ユニットでは、一次側でのガスの圧力が目標圧力よりも低いとき、制御部は、モータの回転数がガスの圧力に応じてステップ状に変化するようにインバータを制御する。このため、上記態様に係る圧縮機ユニットでは、一次側でのガスの圧力が目標圧力よりも低いときに、モータの回転数を連続的に変化させる場合に比べて、容易に制御することが可能となる。即ち、上記態様では、モータの回転数をステップ状に変化させることで、変化の途中に回転数が変化しない範囲（不感帯）を設けることができ、回転数の変動が収まってから次のステップへと回転数を増減することができる。

上記態様に係る圧縮機ユニットにおいて、バイパス路とバイパス弁とを有するバイパス部をさらに備えてもよい。前記バイパス路は、前記圧縮機本体および前記圧力調整弁をバイパスするように、前記圧力調整弁よりも上流側の部分と前記圧縮機本体よりも下流側の部分とを繋ぐように設けられてもよい。前記バイパス弁は、前記バイパス路中に設けられてもよい。

上記態様に係る圧縮機ユニットにおいて、前記制御部は、前記バイパス弁の開度も制御してもよい。前記制御部は、前記圧力調整弁よりも上流側での前記ガスの圧力が前記目標圧力よりも低い場合において、前記モータの回転数を増大させる際に、当該モータの回転数を増大させるのに先行して予め設定された所定量だけ前記バイパス部のバイパス弁を開いてもよい。また、前記制御部は、前記モータの回転数を減少させる際に、所定量だけ前記バイパス部のバイパス弁を閉じてもよい。

上記態様に係る圧縮機ユニットでは、一次側でのガスの圧力が目標圧力よりも低い場合において、モータの回転数を増大させる際に、バイパス弁を予め設定された所定量だけ開き、モータの回転数を減少させる際に、バイパス弁を上記所定量だけ開度を減少させることとしている。

ここで、一次側でのガスの圧力が目標圧力よりも低い場合に、二次側でのガスの容量を確保するためにガスの圧力に応じてモータの回転数を増加させるが、当該モータの回転数の増加により圧縮機本体から吐出されるガスの圧力が不安定になることが懸念される。

これに対して、上記態様に係る圧縮機ユニットでは、上記のようにモータの回転数を増加（減少）させる際に、回転数の増加（減少）に先行してバイパス弁の開度を僅かに開く（僅かに閉じる）こととしているので、圧縮機本体から吐出されるガスの圧力を安定化することができる。

上記態様に係る圧縮機ユニットにおいて、前記制御部は、前記バイパス弁の開度も制御してもよい。前記制御部は、前記圧力調整弁よりも上流側での前記ガスの圧力が前記目標圧力よりも低いときに、前記需要先設備でガスの負荷遮断が発生した場合に、前記圧縮機本体の吐出圧が低下するように前記バイパス部のバイパス弁を開いてもよい。また、前記制御部は、前記バイパス弁を開いてから所定時間が経過するまでの間、前記圧縮機本体の吸込圧の上昇に対して前記モータの回転数を一定に維持し、前記所定時間が経過してから前記圧縮機本体への前記ガスの吸込量が一定となるように、前記インバータを制御してもよい。

上記態様に係る圧縮機ユニットでは、一次側でのガスの圧力が目標圧力よりも低く、モータの回転数の増減により圧縮機本体へのガスの容量が制御されているときに、需要先設備でガスの負荷遮断が発生した場合に、制御部は、上述のようにインバータを制御する。即ち、上記のような負荷遮断が発生した場合には、制御部は、所定時間が経過するまでモータの回転数が負荷遮断に関する情報が入力される直前の状態で一定に維持されるようにインバータを制御することとしている。

需要先設備でガスの負荷遮断が発生した場合には、圧縮機本体から吐出されたガスはバイパス路を通り一次側に戻される。このため、バイパス路を通り戻されたガスにより、二次側でのガスの圧力が一時的に上昇することになる。

上記態様に係る圧縮機ユニットでは、上記のような二次側でのガスの圧力（吸込圧）の一時的な上昇が生じた場合にも、モータの回転数が変動しないように割り込み制御を行うものである。よって、上記態様に係る圧縮機ユニットでは、需要先設備でガスの負荷遮断が発生した場合にも、圧縮機本体の運転が不安定になってしまうのを抑制することができる。

上記の各態様に係る圧縮機ユニットでは、供給されるガスの圧力が変動した場合にも、圧縮機本体へ供給されるガスの容量変動を小さく抑えることができるため、制御が容易である。

本発明の実施形態に係る圧縮機ユニットの構成を示すブロック図である。制御部が実行する吸込側ガスの容量制御方法を示すフローチャートである。（ａ）は、一次側流路でのガス圧力と圧力調整弁の弁開度との関係の一例を示す図であり、（ｂ）は、一次側流路でのガス圧力とモータ回転数との関係の一例を示す図である。変形例１に係る圧縮機ユニットにおいて、制御部が実行するバイパス弁の開度制御方法を示すフローチャートである。変形例２に係る圧縮機ユニットにおいて、制御部が実行するバイパス弁およびインバータの制御方法を示すフローチャートである。

以下では、本発明の実施形態について、図面を参酌しながら説明する。なお、以下で説明の形態は、本発明の一例であって、本発明は、その本質的な構成を除き何ら以下の形態に限定を受けるものではない。

［実施形態］
１．圧縮機ユニット１の構成
本実施形態に係る圧縮機ユニット１の構成について、図１を用いて説明する。

図１に示すように、圧縮機ユニット１は、モータ１０と、圧縮機本体１１と、インバータ１２と、圧力調整弁１３と、圧力センサ１４と、制御部１５と、ガス流路ＬＮ１，ＬＮ２と、バイパス部１７とを備える。圧縮機本体１１にはモータ１０が接続されており、圧縮機本体１１はモータ１０により駆動される。

インバータ１２は、モータ１０に電気接続されている。また、インバータ１０は、電力供給源に電気接続されている。さらに、インバータ１２は、制御部１５に信号接続されており、制御部１５から入力される制御信号に従って、モータ１０の回転数を制御する。

圧縮機本体１１は、ターボ圧縮機からなり、吸込側のガス流路である吸込側ガス流路ＬＮ１から供給されたガスを吸い込み、当該吸い込んだガスを圧縮して吐出側のガス流路である吐出側ガス流路ＬＮ２に吐出する。

圧力調整弁１３は、吸込側ガス流路ＬＮ１に設けられている。圧力調整弁１３は、制御部１５に信号接続されており、制御部１５から入力される制御信号に従って、開度を調整する。なお、本明細書では、吸込側ガス流路ＬＮ１のうち、ガスの流れ方向において、圧力調整弁１３よりも上流側の部分を一次側流路ＬＮ１１とし、圧力調整弁１３と圧縮機本体１１との間の部分を二次側流路ＬＮ１２とする。

圧力センサ１４は、一次側流路ＬＮ１１に設けられている。圧力センサ１４は、制御部１５に信号接続されており、制御部１５に対して一次側流路ＬＮ１１中のガス圧力Ｐを示す情報を出力する。なお、圧力センサ１４から制御部１５へのガス圧力情報の出力は、時間的に連続的であってもよいし間欠的であってもよい。

制御部１５は、ＭＰＵ／ＣＰＵ、ＡＳＩＣ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含むマイクロプロセッサと、メモリとを有して構成されている。制御部１５は、メモリに予め格納されたファームウェア等を実行することにより、圧力センサ１４からのガス圧力情報を基に、インバータ１２の制御および圧力調整弁１３の開度制御を実行する。

バイパス部１７は、圧縮機本体１１から吐出されたガスの一部を一次側流路ＬＮ１１に戻すための部位である。バイパス部１７は、バイパス路ＬＮ３とバイパス弁１６とを有する。バイパス路ＬＮ３は、圧縮機本体１１と圧力調整弁１３とをバイパスするように、一次側流路ＬＮ１１と吐出側ガス流路ＬＮ２とを繋ぐように設けられている。

バイパス弁１６は、バイパス路ＬＮ３に設けられている。バイパス弁１６は、制御部１５に信号接続されている。制御部１５は、バイパス弁１６の開度制御も実行する。制御部１５は、需要先の需要量が圧縮機ユニット１が供給可能な最低供給流量を下回った場合に、余剰量をバイパス路ＬＮ３にて戻し、サージングの発生を防止する。

なお、本実施形態に係る圧縮機ユニット１は、発電設備で利用される燃料ガスや、化学プラントで利用されるＣＯ、硝酸、硫化水素などのガスの圧縮に利用される。

２．制御部１５が実行する吸込側ガスの容量制御
圧縮機ユニット１において、制御部１５が実行する吸込側ガスの容量制御方法について、図２および図３を用いて説明する。

図２に示すように、制御部１５は、圧力センサ１４からガス圧力Ｐの情報を取得する（ステップＳ１）。ガス圧力Ｐは、上述のように、ガスの流れ方向において、圧力調整弁１３よりも上流側である一次側流路ＬＮ１１中を流れるガスの圧力である。

次に、制御部１５は、ガス圧力Ｐがメモリに予め格納された目標圧力Ｐ_ｔｈ以上であるか否かを判定する（ステップＳ２）。ガス圧力Ｐが目標圧力Ｐ_ｔｈ以上である場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、図３（ｂ）に示すように、制御部１５は、モータ１０の回転数ＲＳが所定値ＲＳ_１で一定となるようにインバータ１２を制御する（ステップＳ３）。

また、ガス圧力Ｐが目標圧力Ｐ_ｔｈ以上である場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、制御部１５は、圧力調整弁１３の開度ＶＯを、ガス圧力Ｐに基づいて規定される開度ＶＯ（Ｐ）とする制御を実行する（ステップＳ４）。図３（ａ）に示すように、ガス圧力Ｐが目標圧力Ｐ_ｔｈよりも低い場合の弁開度ＶＯは開度ＶＯ_２で一定に設定される一方で、ガス圧力Ｐが目標圧力Ｐ_ｔｈ以上の場合の弁開度ＶＯはガス圧力Ｐに基づきＶＯ_１とＶＯ_２との間の値の弁開度ＶＯ（Ｐ）に設定される。ここで、本実施形態では、ＶＯ_１はＶＯ_２よりも小さい値である。図３（ａ）に示すように、ガス圧力Ｐが目標圧力Ｐ_ｔｈ以上である場合の圧力調整弁１３の弁開度ＶＯ（Ｐ）は、ガス圧力Ｐが高くなるに従って絞られるように（小さくなるように）制御される。

ここで、図３（ａ）に示すガス圧力Ｐと弁開度ＶＯ（Ｐ）との関係については、制御部１５のメモリに予め格納されている。

なお、本実施形態では、弁開度ＶＯ_２は一例として１００％の開度であり、弁開度ＶＯ_１は一例として圧力調整弁１３の最小開度（０％よりも大きい開度）である。

図２に戻って、ガス圧力Ｐが目標圧力Ｐ_ｔｈよりも低い場合（ステップＳ２：Ｎｏ）、制御部１５は、モータ１０の回転数ＲＳがガス圧力Ｐに基づく回転数ＲＳ（Ｐ）となるようにインバータ１２の制御を実行する（ステップＳ５）。図３（ｂ）に示すように、ガス圧力Ｐが目標圧力Ｐ_ｔｈよりも低い場合のモータ回転数ＲＳ（Ｐ）は、ガス圧力ＰがＰ_ｔｈからＰ_１へと低くなるに従ってＲＳ_１からＲＳ_６へとステップ状に増大するように設定されている。

図３（ｂ）に示すガス圧力Ｐとモータ１０の回転数ＲＳ（Ｐ）との関係についても、制御部１５のメモリに予め格納されている。

また、ガス圧力Ｐが目標圧力Ｐ_ｔｈよりも低い場合（ステップＳ２：Ｎｏ）、制御部１５は、弁開度ＶＯが所定値ＶＯ_２で維持されるように圧力調整弁１３を制御する（ステップＳ６）。なお、所定値ＶＯ_２は、上述のように、一例として１００％の開度である。

３．効果
本実施形態に係る圧縮機ユニット１では、圧力調整弁１３よりも上流側の一次側流路ＬＮ１１でのガス圧力Ｐが目標圧力Ｐ_ｔｈ以上のとき（図２のステップＳ２：Ｙｅｓのとき）、制御部１５は、モータの回転数ＲＳが所定値ＲＳ_１で一定となるようにインバータ１２を制御するとともに、圧縮機本体１１に吸い込まれるガスが流れる二次側流路ＬＮ１２でのガス圧力が一定となるように（図３（ａ）に示すように弁開度ＶＯがガス圧力Ｐに基づく弁開度ＶＯ（Ｐ）となるように）、圧力調整弁１３を制御する。

一方、一次側流路ＬＮ１１でのガス圧力Ｐが目標圧力Ｐ_ｔｈよりも低いとき（図２のステップＳ２：Ｎｏのとき）、制御部１５は、圧力調整弁１３の開度ＶＯを所定値ＶＯ_２（一例として１００％の開度）で維持するとともに、図３（ｂ）に示すようにモータ１０の回転数ＲＳがガス圧力Ｐに基づく回転数ＲＳ（Ｐ）となるように、即ち、ガス圧力Ｐが低くなるのに従って回転数ＲＳ（Ｐ）が増大するように、インバータ１２を制御する。これにより、圧縮機本体１１へのガスの吸込量を一定にすることができる。

よって、本実施形態に係る圧縮機ユニット１では、一次側流路ＬＮ１１でのガス圧力Ｐが変動しても、圧縮機本体１１に吸入されるガスの容量変動を小さく抑えることができる。

また、本実施形態に係る圧縮機ユニット１では、一次側流路ＬＮ１１でのガス圧力Ｐが目標圧力Ｐ_ｔｈよりも低いとき（図２のステップＳ２：Ｎｏのとき）、制御部１５は、図３（ｂ）に示すように、モータ１０の回転数ＲＳがステップ状に変化するようにインバータ１２を制御する。このため、圧縮機ユニット１では、一次側流路ＬＮ１１でのガス圧力Ｐが目標圧力Ｐ_ｔｈよりも低いときに、モータ１０の回転数ＲＳを連続的に変化させる場合に比べて、容易に制御することが可能となる。即ち、圧縮機ユニット１では、一次側流路ＬＮ１１でのガス圧力Ｐが目標圧力Ｐ_ｔｈよりも低い場合に、モータ１０の回転数ＲＳ（Ｐ）をガス圧力Ｐに基づきステップ状に変化させることで、変化の途中に回転数が変化しない範囲（ＲＳ_１，ＲＳ_２，ＲＳ_３，ＲＳ_４，ＲＳ_５，ＲＳ_６で回転数ＲＳが一定の範囲）を設けることができ、回転数ＲＳの変化に伴うガスの容量変動が収まってから次のステップへと回転数ＲＳを増減させることができる。例えば、ガス圧力ＰがＰ_４となったときにモータ１０の回転数ＲＳをＲＳ_４からＲＳ_５へと増大させ、ガス圧力ＰがＰ_４からＰ_３の間にあるときにはモータ１０の回転数ＲＳをＲＳ_５のまま維持する。このようにガス圧力Ｐが変動してもモータ１０の回転数ＲＳを変動させない不感帯を設けることで、回転数ＲＳの増減に伴うガスの容量変動を抑えることができる。

以上より、本実施形態に係る圧縮機ユニット１では、一次側流路ＬＮ１１のガス圧力Ｐが変動した場合にも、圧縮機本体１１へ供給されるガスの容量変動を小さく抑えることができ、制御が容易である。
［変形例１］
変形例１に係る圧縮機ユニット１において、制御部１５が実行するバイパス弁１６の開度制御方法について、図４を用いて説明する。なお、本変形例に係る圧縮機ユニット１の構成は、上記実施形態に係る圧縮機ユニット１と同じである。また、図２および図３を用いて説明した、制御部１５による吸込側ガスの容量制御についても、同じである。よって、以下では、制御部１５が実行するバイパス弁１６の開度制御方法に絞って説明する。

図４に示すように、制御部１５は、圧力センサ１４からガス圧力Ｐを示す情報を取得し（ステップＳ１１）、ガス圧力Ｐが目標圧力Ｐ_ｔｈより低いか否かを判定する（ステップＳ１２）。制御部１５は、ガス圧力Ｐが目標圧力Ｐ_ｔｈ以上と判定した場合には（ステップＳ１２：Ｎｏ）、制御をリターンする。

制御部１５は、ガス圧力Ｐが目標圧力Ｐ_ｔｈよりも低いと判定した場合には（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、モータ１０の回転数ＲＳを増大させる胸の指示があったか否かを判定する（ステップＳ１３）。制御部１５は、ガス圧力Ｐに基づきモータ１０の回転数ＲＳを増大させる旨の指示があったと判定した場合には（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、モータ１０の回転数ＲＳを増大させるのに先行して、バイパス弁１６を予め設定された所定量だけ開く（ステップＳ１４）。なお、ステップＳ１４では、バイパス弁１６を微開させる。この場合の微開量とは例えば１％～５％程度である。これにより、圧縮機本体１１から吐出されたガスの一部が一次側流路ＬＮ１１に戻される。

制御部１５は、バイパス弁１６を微開した後（ステップＳ１４の実行後）、モータ１０の回転数ＲＳをガス圧力Ｐに基づく回転数ＲＳ（Ｐ）に増大させる（ステップＳ１５）。

一方、制御部１５は、ガス圧力Ｐに基づきモータ１０の回転数ＲＳを増大させる旨の指示がないと判定した場合には（ステップＳ１３：Ｎｏ）、モータ１０の回転数ＲＳを減少させる旨の指示の有無を判定する（ステップＳ１６）。ステップＳ１３では、モータ回転数ＲＳがＲＳ_６からＲＳ_１に向けて減少させる旨の指示の有無を判定する。（図３（ｂ）を参照）。

制御部１５は、モータ１０の回転数ＲＳを減少させる旨の指示があったと判定した場合には（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）、バイパス弁１６の開度を所定量だけ減少させ（ステップＳ１７）、その後にモータ１０の回転数ＲＳを減少させる（ステップＳ１８）。換言すると、本変形例に係る圧縮機ユニット１における制御では、モータ１０の回転数ＲＳを減少させるのに先行して、バイパス弁１６の開度を微閉する。この場合の微閉量とは例えば１％～５％程度である。

制御部１５は、ステップＳ１６の判定において、モータ１０の回転数ＲＳを減少させる旨の指示がないと判定した場合には（ステップＳ１６：Ｎｏ）、制御をリターンする。

本変形例に係る圧縮ユニット１においても、上記実施形態に係る圧縮機ユニット１と同様の構成を有し、また、制御部１５が上記実施形態と同様の制御（図２および図３を用いて説明した制御）を実行するので、上記実施形態に係る圧縮機ユニット１と同様の効果を奏することができる。

また、本変形例に係る圧縮機ユニット１では、一次側流路ＬＮ１１でのガス圧力Ｐが目標圧力Ｐ_ｔｈよりも低い場合において（図４のステップＳ１２：Ｙｅｓ）、制御部１５は、モータ１０の回転数ＲＳを増大させる旨の指示があったか否かを判定する（図４のステップＳ１３：Ｙｅｓ）。そして、制御部１５は、ステップＳ１２，Ｓ１３がともにＹｅｓであると判定した場合には、モータ１０の回転数ＲＳを増大させるのに先行して、バイパス弁１６を予め設定された所定量だけ開く（ステップＳ１４）。なお、ステップＳ１４において、バイパス弁１６は、微開される。このように、バイパス弁１６を微開することで、圧縮機本体１１から吐出されたガスの一部が一次側流路ＬＮ１１に戻される。制御部１５は、上記のように吐出ガスの一部が一次側流路ＬＮ１１に戻される状態において、モータ１０の回転数ＲＳをガス圧力Ｐに基づく回転数ＲＳ（Ｐ）に増大させる（ステップＳ１５）。

ここで、一次側流路ＬＮ１１でのガス圧力Ｐが目標圧力Ｐ_ｔｈよりも低い場合に（図４のステップＳ１２：Ｙｅｓ）、二次側流路ＬＮ１２でのガスの容量を確保するためにモータ１０の回転数ＲＳをガス圧力Ｐに基づく回転数ＲＳ（Ｐ）に増大させるため、当該回転数ＲＳの増大により圧縮機本体１１から吐出側ガス流路ＬＮ２に吐出されるガスの圧力が変動することが懸念される。本変形例に係る圧縮機ユニット１では、上記のようにモータ１０の回転数ＲＳをガス圧力Ｐに基づいて増大させる場合に、モータ１０の回転数ＲＳを増大させるのに先行してバイパス弁１６を所定量だけ微開することとしているので、圧縮機本体１１から吐出されたガスの一部を一次側流路ＬＮ１１に戻すことができる。即ち、モータ１０の回転数ＲＳを増大させるのに先行してバイパス弁１６を微開させるフィードフォワード制御を実行することにより、モータ１０の回転数ＲＳを増大させる場合においても、圧縮機本体１１に吸い込まれる二次側流路ＬＮ１２でのガスの圧力変動を緩和することができる。

また、本変形例に係る圧縮機ユニット１では、モータ１０の回転数ＲＳを減少させる場合においても、モータ１０の回転数ＲＳを減少させるのに先行してバイパス弁１６の開度を微閉させるフィードフォワード制御を実行することとしている。よって、本変形例に係る圧縮機ユニット１では、モータ１０の回転数ＲＳを減少させる場合にも、圧縮機本体１１から吐出されるガスの圧力を安定化することができる。

［変形例２］
変形例２に係る圧縮機ユニット１において、制御部１５が実行するバイパス弁１６およびインバータ１２の制御方法について図５を用いて説明する。なお、本変形例に係る圧縮機ユニット１は、上記実施形態に係る圧縮機ユニット１と同様の構成を有する。また、本変形例に係る圧縮機ユニット１でも、上記実施形態および上記変形例１に係る圧縮機ユニット１の制御部１５が実行する各制御を実行する。以下では、本変形例に係る圧縮機ユニット１の制御部１５が実行する制御のうち、上記変形例１との差異だけを説明する。

本変形例に係る圧縮機ユニット１は、発電プラントのガスタービンに圧縮ガスを供給するユニットを一例として想定している。即ち、火力発電プラントのガスタービンが需要先設備に該当する。ここで、火力発電プラントのガスタービン等は緊急停止されることがあり、この場合には、圧縮機ユニット１に対して負荷遮断に関する情報が送られるようになっている。このような前提のもと、以下の説明を行う。

図５に示すように、制御部１５は、圧力センサ１４からガス圧力Ｐに係る情報を取得する（ステップＳ２１）。そして、制御部１５は、取得したガス圧力Ｐがメモリに予め格納された目標圧力Ｐ_ｔｈより低いか否かを判定する（ステップＳ２２）。制御部１５は、ガス圧力Ｐが目標圧力Ｐ_ｔｈ以上であると判定した場合には（ステップＳ２２：Ｎｏ）、制御をリターンする。

一方、制御部１５は、取得したガス圧力Ｐがメモリに予め格納された目標圧力Ｐ_ｔｈより低いと判定した場合には（ステップＳ２２：Ｙｅｓ）、需要先設備からガスの負荷遮断が発生したとの情報が入力されたか否かを判定する（ステップＳ２３）。制御部１５は、需要先設備からガスの負荷遮断が発生したとの情報が入力されていないと判定した場合には（ステップＳ２３：Ｎｏ）、制御をリターンする。

制御部１５は、ステップＳ２３において、需要先設備からガスの負荷遮断が発生した旨の情報が入力されたと判定した場合には（ステップＳ２３：Ｙｅｓ）、バイパス部１７のバイパス弁１６を開き（ステップＳ２４）、タイマーをＯＮにして計時を開始する（ステップＳ２５）。なお、タイマーについては、制御部１５に内蔵していてもよいし、外部に設けられたものであってもよい。

制御部１５は、タイマーがタイムアップするまでの間（ステップＳ２７：Ｎｏ）、モータ１０の回転数ＲＳを一定（ステップＳ２４の実行開始時の回転数）に維持するようにインバータ１２を制御する（ステップＳ２６）。そして、制御部１５は、タイマーがタイムアップすると（ステップＳ２７：Ｙｅｓ）、タイマーをＯＦＦにして計時を終了するとともに（ステップＳ２８）、モータ１０の回転数ＲＳがガス圧力Ｐに基づく回転数ＲＳ（Ｐ）となるようにインバータ１２を制御する（ステップＳ２９）。なお、ガス圧力Ｐに基づく回転数ＲＳ（Ｐ）は、図３（ｂ）に示した通りである。制御部１５は、ステップＳ２９の実行の後、制御をリターンする。

本変形例に係る圧縮機ユニット１では、ガス圧力Ｐが目標圧力Ｐ_ｔｈよりも低い場合であって（図５のステップＳ２２：Ｙｅｓ）、且つ、需要先設備からガスの負荷遮断が発生した場合に（図５のステップＳ２３：Ｙｅｓ）、所定時間Ｔ_ｔｈが経過するまでモータ１０の回転数を一定に維持する。なお、ステップＳ２２，Ｓ２３の判定がともに“Ｙｅｓ”の場合には、バイパス弁１６が開かれるので（ステップＳ２４）、圧縮機本体１１から吐出されたガスは一次側流路ＬＮ１１へと戻される。このため、バイパス路ＬＮ３を通り戻されたガスにより、二次側流路ＬＮ１２でのガスの圧力が一時的に上昇することになる。

本変形例に係る圧縮機ユニット１では、上記のような二次側流路ＬＮ１２でのガスの圧力（吸込圧）の一時的な上昇に対して、所定時間Ｔ_ｔｈだけモータ１０の回転数ＲＳを一定に維持する割り込み制御を行うものである。よって、本変形例に係る圧縮機ユニット１では、一次側流路ＬＮ１１でのガス圧力Ｐが目標圧力Ｐ_ｔｈよりも低く、且つ、モータ１０の回転数ＲＳの増減により圧縮機本体１１へのガスの容量が制御されているときに、需要先設備でガスの負荷遮断が発生した場合にも、圧縮機本体１１の運転が不安定になってしまうのを抑制することができる。

本変形例に係る圧縮機ユニット１は、ガス圧力Ｐが目標圧力Ｐ_ｔｈよりも低い場合に、モータ１０の回転数ＲＳをガス圧力Ｐに対して１次関数や対数関数などの滑らかな関係をもって規定された回転数ＲＳ（Ｐ）に設定されていてもよい。

［その他の変形例］
上記実施形態および上記変形例１，２では、図１に示したように圧縮機ユニット１が１つの圧縮機本体１１を備える構成を一例として採用することとしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。即ち、２つ以上の圧縮機本体を備える多段式の構成を採用することも可能である。

また、上記実施形態に係る圧縮機ユニット１では、バイパス部１７は必須の構成要件ではない。

また、図１では、圧縮機本体１１から吐出されたガスを冷却するためのクーラなどを図示していないが、吐出側ガス流路ＬＮ２にクーラを設けることも可能である。

また、上記実施形態および上記変形例１，２では、図３（ａ）における弁開度ＶＯ_２を一例として１００％の開度としたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。弁開度ＶＯ_２は、圧力調整弁１３の最小開度ＶＯ_１よりも大きい開度であればよい。

また、上記実施形態および上記変形例１では、図３（ｂ）に示したように、ガス圧力Ｐが目標圧力Ｐ_ｔｈよりも低い場合に、モータ１０の回転数ＲＳ（Ｐ）を一例として６段階のステップ状に増減させることとしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、５段階以下のステップ状に変化させることや、７段階以上のステップ状に変化させることも可能である。また、各ステップ間のガス圧力Ｐの間隔については、必ずしも均一とすることは必要ない。同様に、各ステップ間のモータ回転数ＲＳの間隔についても、必ずしも均一とすることは必要ない。

１圧縮機ユニット
１０モータ
１１圧縮機本体
１２インバータ
１３圧力調整弁
１５制御部
１６バイパス弁
１７バイパス部
ＬＮ１吸込側ガス流路
ＬＮ２吐出側ガス流路
ＬＮ３バイパス路
ＬＮ１１一次側流路
ＬＮ１２二次側流路

Claims

ガスを圧縮して需要先設備に供給する圧縮機ユニットであって、
モータと、
前記モータにより駆動されるターボ圧縮機からなる圧縮機本体と、
前記モータの回転数を制御するインバータと、
前記圧縮機本体の吸込側の流路に設けられた圧力調整弁と、
前記インバータおよび前記圧力調整弁を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記圧力調整弁よりも上流側での前記ガスの圧力が目標圧力以上のとき、前記モータの回転数が一定値となるように前記インバータを制御するとともに、前記圧縮機本体に吸い込まれる前記ガスの圧力が一定となるように、前記圧力調整弁の開度を調整し、
前記圧力調整弁よりも上流側での前記ガスの圧力が目標圧力よりも低いとき、前記圧力調整弁の開度を所定値で維持するとともに、前記圧縮機本体への前記ガスの吸込量が一定となるように、前記インバータを制御する、
圧縮機ユニット。
前記制御部は、前記圧力調整弁よりも上流側での前記ガスの圧力が前記目標圧力よりも低いとき、前記モータの回転数がステップ状に変化するように前記インバータを制御する、
請求項１に記載の圧縮機ユニット。
前記圧縮機本体および前記圧力調整弁をバイパスするように、前記圧力調整弁よりも上流側の部分と前記圧縮機本体よりも下流側の部分とを繋ぐバイパス路と、当該バイパス路中に設けられたバイパス弁とを有するバイパス部をさらに備え、
前記制御部は、
前記バイパス弁の開度も制御し、
前記圧力調整弁よりも上流側での前記ガスの圧力が前記目標圧力よりも低い場合において、前記モータの回転数を増大させる際に、当該モータの回転数を増大させるのに先行して予め設定された所定量だけ前記バイパス部のバイパス弁を開き、前記モータの回転数を減少させる際に、所定量だけ前記バイパス部のバイパス弁の閉じる、
請求項１または請求項２に記載の圧縮機ユニット。
前記圧縮機本体および前記圧力調整弁をバイパスするように、前記圧力調整弁よりも上流側の部分と前記圧縮機本体よりも下流側の部分とを繋ぐバイパス路と、当該バイパス路中に設けられたバイパス弁とを有するバイパス部をさらに備え、
前記制御部は、
前記バイパス弁の開度も制御し、
前記圧力調整弁よりも上流側での前記ガスの圧力が前記目標圧力よりも低いときに、前記需要先設備でガスの負荷遮断が発生した場合に、前記圧縮機本体の吐出圧が低下するように前記バイパス部のバイパス弁を開き、前記バイパス弁を開いてから所定時間が経過するまでの間、前記圧縮機本体の吸込圧の上昇に対して前記モータの回転数を一定に維持し、前記所定時間が経過してから前記圧縮機本体への前記ガスの吸込量が一定となるように、前記インバータを制御する、
請求項１または請求項２に記載の圧縮機ユニット。