JPH02191881A - 複合圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複合圧縮機に係り、特に省エネルギー特性に
優れたターボ圧縮機とスクリュー圧縮機とを組み合わせ
た複合圧縮機に関するものである６〔従来の技術〕 従来のスクリュー圧縮機の吐出量制御は、小形機ではオ
ン・オフ制御を、大形機では吸入弁閉塞による制御を行
っていた。また、スライド弁により容量制御を行ってい
る例もある。

動力源であるモータの回転数を変えることで吐出量を制
御することも知られている。モータの回転数を制御する
ためには、モータの種類に応じた制御装置が必要で、例
えば、インダクションモータを制御するためにはインバ
ータが必要である。

一方、例えば特開昭５８−１３１８７号公報に記載され
ているように、スクリュー圧縮機の吸込側にターボ圧縮
機を設け、２段圧縮機を構成するという技術もある。こ
の２段圧縮機の後段のスクリュー圧縮機は、制御を行わ
ずにぼぼ一定の速度で回転している。そして、前段のタ
ーボ圧縮機の回転速度を制御することにより、後段のス
クリュー圧縮機の吸入圧力を増減し、吐出量を制御して
いた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の従来技術は、それぞれに問題を持っている。

オン・オフ制御は応答が遅い。特に、装置に大きいほど
その傾向が強く、大形機では実用上オン・オフ制御をす
ることは極めて困難である。

また、吸入弁閉塞による容量制御はエネルギー効率が良
くない０例えば、吸入弁を閉めきって吐出空気を止めた
ときにも、軸動力は全負荷時の６５〜７５％までしか減
少せず動力が必要である。

このとき、スクリュー軸を回すために使オ〕れたエネル
ギーは無駄になってしまう。

さらに、スライド弁による容量制御は効率は良いが、機
構が複雑である。そのため、信頼性に心配が残り、ｌ＆
Ｉｉ造コストコストという問題点がある。

インバータなどの電力制御装置によりモータの回転数を
制御する方式は、エネルギー効率や応答性の面から優れ
た性能を持っており、スクリュー式以外の小容諷の圧縮
機に実用化されている。しかし、インバータは高価であ
り大きなスペースを必要とする。そのため、スクリュー
式が主流を占める５〜５０ｋＷクラスの大きさの圧縮機
には適用が難しい。

さて、特開昭５８−１３１８７号公報記載のスクリュー
圧縮機とターボ圧縮機との結合による２段圧縮機は、制
御特性、エルネギ−効率２機構の複雑さという問題点は
ない。また５タ一ボ圧縮機の回転数を制御するために、
インバータ等の電力制御装置が必要であるが、ターボ圧
縮機の圧縮比はスクリュー圧縮機の圧縮比に較べて小さ
いため、スクリュー圧縮機に対してターボ圧縮機の軸動
力は小さいので小形の電力制御装置ですむ。

しかし、この２段圧縮機は、前段のターボ圧縮機の回転
数を停止から最高速度まで変化させたとしても制御でき
る容景の範囲は狭い、なぜなら前段のターボ圧縮機の回
転を止めて後段のスクリュー圧縮機による圧縮のみを行
っても、吐出量は最高出力時の５０％程度までしか減少
しないからである。さらに吐出量を減らそうとすれば、
先に述べた方式のいずれかを兼用するしかないことにつ
いて配慮されていなかった。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになさ
れたもので、＊用吐出漱が装置の最大能力よりも少ない
ときに、無駄になってしまう電力を回収して再利用する
ことができ、圧縮機の効率を高め、ｆ；答速度などの制
御特性を良くしつる複数圧縮機を提供することを、その
目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために１本発明に係る複合圧縮機の
構成は、電動機によって駆動され、吸入口、吐出口を有
するケーシング内に互いに噛み合ニー圧縮機と、羽根車
を備え、回転軸方向に吸入口１羽根車の外周接線方向に
吐出口を有し、インバータ制御の速度可変電動機により
駆動されるターボ圧縮機と、羽根車を備え、羽根車の外
周接線方向に吸入口１回転軸方向に吐出口を有するター
ビン発電機と、このタービン発電機の発電した電力を上
記スクリュー圧縮機のｎ１＃機へ供給するための電圧変
換器と、上記スクリュー圧縮機の吸入口に対して、上記
ターボ圧縮機の吐出口、および上記タービン発電機の吐
出口の２者のうち、いずれか１つを連通ずる切替バルブ
手段を備えた配管系と、上記スクリュー圧縮機の吐出口
側に設けた吐出圧力検知器と、上記スクリュー圧縮機の
電源回路、上記ターボ圧縮機のインバータ、上記タービ
ン発＊＊の電圧変換器、上記切替バルブ手段、および上
記吐出圧力検知器のそれぞれと電気的に接続された制御
装置とを備え、需用吐ｔＩＳｍが多量のときは、切替バ
ルブ手段は上記スクリュー圧縮機と上記ターボ圧縮機と
を連通させ、ターボ圧縮機の回転数を最大とし、需用吐
出蓋が減少しだときは、前記ターボ圧縮機の回転数を遅
くシ、さらに需用吐出蓋が過多のときは、切替バルブ手
段は前記スクリュー圧縮機と上記タービン発電機とを連
通させるように制御回路を構成したものである。

また、上記複合圧縮機の構成に加えて、ターボ圧縮機の
吸入口とタービン発電機の吸入口とを結ぶ総合吸入口を
備え、切替バルブ手段を備えた配管系は、スクリュー圧
縮機の吸入口に対して、ターボ圧縮機の吐出口、タービ
ン発電機の吐出口。

および前記総合吸入口の３者のうち、いずれか１つを連
通ずるようにし、需要吐出量が多量、少量の中間の菫の
ときには、前記切替バルブ手段は、スクリュー圧縮機と
前記総合吸入口とを連通させるように制御回路を構成し
たものもある。

さらに、上記の構成に加えて、ターボ圧縮機とタービン
発電機とを兼用する装置であって、回転軸の両側に羽根
車および流体流通口を設け、ターボ圧縮機として動作す
るときは電動機として作動し、タービン発電機として動
作するときは発電機として作動する回転体要素を舘え、
前記流体流通口のうち、それぞれの回転軸方向口を連通
ずる配管系に圧縮用整流バルブ、それぞれの羽根車外周
の接線方向口を連通ずる配管系に発電用整流バルブを備
え、いずれの流体流通口も総合吸入口、ならびに切、替
バルブ手段を介してスクリュー圧縮機の吸入口へ連通で
きるように構成した複合圧縮機も本発明の技術範囲に属
している。

〔作用〕

上記の技術的手段による働きは下記のとおりである。

まず、基本的な第１の複合圧縮機の作用から説明する。

スクリュー圧縮機は、回転数やトルク等の制御を行すず
に単純に回転を維持する。

需用吐出量が多量に必要な場合には、切替バルブがスク
リュー圧縮機の吸入口とターボ圧縮機の吐出口とを連通
させる。同時に電力制御器であるインノ５−夕により可
変速のターボ圧縮機を最高回転数で回す、１段目がター
ボ式で２段目がスクリニー式の２段圧縮機が構成され、
総合吸入口から吸入された流体はターボ圧縮機で圧縮さ
れ、中間冷却器によって冷却され、スクリュー圧縮機で
さらに圧縮されて吐出される。吐出量が過剰となり減少
させたいときには、まずターボ圧縮機の回転数を低下さ
せる。

ターボ圧縮機の回転数を低下させて遂に停止させても、
なお吐出量が過剰という場合には、切替バルブを動かし
てターボ圧縮機の代りにタービン発電機の吐出口をスク
リュー圧縮機の吸入口に連通させる。スクリュー圧縮機
は依然として回転を続けるので、スクリュー圧縮機の吸
入口とタービン発電機の吐出口とを継なぐ配管内部は負
圧となる。ａ合吸入口から入った流体は負圧に引かれて
タービンを回転させ膨張する。そして、切替バルブを通
過したのち、スクリュ〒圧縮機により圧縮。

吐出される。タービンの回転によって発生した電力は電
圧変換器によって電圧や周波数などを変換されてスクリ
ュー圧縮機の電源装置へ送られ、スクリュー圧縮機を回
転するために使われる。また。

その電力は外部へ取り出して活用することもできる。電
力変換器はさらに発ｔｔａに対するインピーダンスを変
えることも可能で、それによってタービンの流体への抵
抗が可変であり、少流量時の吐出量の制御を行うことが
可能である。

制御装置は、圧力検出器からの情報と現在の吐、出量と
の関係から次の吐出量を決定し、それを実行するための
指示を切替バルブ、１１を源装置、電力制御ｉｌ器、１
１１力変換器等に送る。

次に、他の技術的手段を有する第２の複合圧縮機の作用
を説明する。ただし、その多くが第１の複合圧縮機の作
用と共通なので、相違している部分についてのみ記述す
る。

先の第１の複合圧縮機では、＊用吐出蓋が比較的多いと
きには、切替バルブがターボ圧縮機の吐出口を、吐出量
が比較的少ないときにはタービン発電機の吐出口を選択
してスクリュー圧縮機の吸入口と連通ずる。第２の複合
圧縮機では、これに加えて、吐出量が中程度のときには
、切替バルブが総合吸入口を選択し、総合吸入口から流
入した気体は直接スクリュー圧縮機へ送られる。

次に、さらに他の技術的手段を有する第３の複数圧縮機
の作用を説明する。ただし第１および第２の圧縮機の作
用と相違している部分についてのみ記述する。

電動機兼発電機は、ターボ圧縮機をｌＳＩ！動するとき
には電動機となり、ｔｔｔ力制御器であるインバータに
よって可変速で回転する。そのとき、電圧変換器とは電
気的に非接触状態となる。

電動機兼発電機がタービンによって回転させられるとき
には発■ヱ機となり、電圧変換器を経て電力をスクリュ
ー圧縮機の電源装置もしくは外部へ供給する。そのとき
、電力制御器とは電気的に非接続状態となる。

タービンは圧縮機として働くときは軸方向から流体を吸
入して回転による遠心力により接線方向へ吐出される。

一方、発電機を回すために働くときは流体を接線方向か
ら入れて羽根車を回して軸方向に排出される。

整流バルブはタービンが圧縮機として働くときは総合吸
入口とデイフユーザの軸方向の口を連通させ、発電機を
回すために働くときはデイフユーザの接線方向の口を連
通させる。

また、羽根車は軸方向あるいは半径方向に流体から力を
受けるが、第３の複合圧縮機で、回転軸の両側に左右対
称に羽根車を設けたものでは、軸方向の荷重は打ち消し
合い、軸受の寿命や信頼性が向上する。

〔実施例〕

以下、本発明の各実施例を第１図ないし第７図を参照し
て説明する。ただし、各実施例は空気圧縮機を例として
説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る複合圧縮機の構成図
である。

第１図において、１はスクリュー圧縮機、１０はケーシ
ング、１１は雌スクリユーロータ、１２は雄スクリユー
ロータ、１３は、スクリュー圧縮機の吸入口、１４は、
スクリュー圧縮機の吐出口、１５は変速歯車、１６は、
スクリュー圧縮機１を駆動する電動機、１７は、電動ｆ
ｉｌｅへ電力を供給する電源装置である。

２はターボ圧縮機、２０は、そのケーシング、２１は、
タービン圧縮機の羽根車、２２は、ターボ圧縮機２の回
転軸方向に形成された吸入口、２３は、前記羽根車２１
外周の接線方向に形成された吐出口、２４は、ターボ圧
縮機用の電動機、２５は中間冷却器、２６は、電力制御
器に係るインバータである。ターボ圧縮機２の電動機２
４はインバータ２６制御の可変速の電動機である。

３はタービン発Ｗｉ機、３０は、そのケーシング。

３１は、タービン発電機の羽根車、３２は、前記羽根車
３１外周の接線方向に形成された吸入口、３３は、回転
軸方向に形成齋れたタービン発電機の吐出口、３４は発
電機、３６は、タービン発電機３の発電した電力をスク
リュー圧縮機１の電動機１６へ供給するための電圧変換
器に係るコンバータである。

４は切替バルブ手段に係る切替バルブ装置、４１は圧縮
用切替バルブ、４２は発電用切替バルブである。

５は、制御装置に係る主制御機、５１は、スクリュー圧
縮機１の吐出口１４側に設けた圧力検知器、５２は、複
合圧縮機全体としての総合吸入口、５３はエアフィルタ
である。

第１図中の矢線は、白抜きは流体（空気）の流れ方向を
２実線は電力の流れを、破線は情報の流れを示している
。

スクリュー圧縮機１は、そのケーシング１０内に互いに
噛み合って回転する雌、雄スクリューロータ１１，１２
を配設しており、その回転にともなって空気を吸入口１
３から吸入して圧縮し吐出口１４へ吐出する。スクリュ
ーロータを回転させるための動力は変速歯車１５を介し
て電動機１６によって供給される。電動機１６へは電源
装置１７から電力が送られる６ スクリュー圧縮機１の吸入口１３へ通じる配管系には切
替バルブ装置４が取り付けられている。

すなわち、その中の圧縮用切替バルブ４１と発電用切替
バルブ４２の両者をそれぞれ具備した配管がスクリュー
圧縮機１の吸入口１３へ接続している。

圧縮用切替バルブ４１を具備した配管系の他端はターボ
圧縮機２の吐出口２３に接続しており。

その配管の途中に中間冷却器２５が配設されている。

ターボ圧縮機２は、ｍ＃機２４によって直接駆動される
羽根車２１によって、空気は一方向の吸入口２２から吸
入されて接線方向の吐出口２３から吐出される。１を動
機２４はインバータ２６によって制御され、主副Ｄ１機
５の指令する回転数で回転する。

一方、ｆＩ！電川電層バルブ４２備する配管系の、ター
ビン発電機３の吐出口３３へ接続する配管には断熱材３
５が巻き付けられている。

空気は吸入口３２から入り、羽根車３１を回転し吐出口
３３から排出される２羽根車３１の回転は発電機３４△
伝導されて発電し、その電力はコンバータ３６によって
電圧あるいは周波数などを変換する。

ターボ圧縮機２の吸入口２２とタービン発電機３の吸入
口３２とは共通の配管系にまとめられ総合吸入口５２が
構成される０本実施例は空気圧縮機の例なので、総合吸
入口５２の前にエアフィルタ５３を備えている。

電源装置１７．インバータ２６．コンバータ３６、切替
バルブ装置４は、主制御機５の指令によって動作するの
で電気通信線で結合されている。

また、スクリュー圧縮機１の吐出口１４の下流に備えら
れた圧力検出器７は配管を流れる空気の圧力を時々刻々
電気信号に変換し、主制御機５に送信する。そのため、
主制御機５との間に電気通信線を結線している。

電源装置１１７は、外部から電力を取り入れて、また、
コンバータ３６から出された電力を加えて電動機１６へ
送り、回転させる。スクリュー圧縮機の圧縮比は大きく
軸動力も多く必要なので、このとき流れる電流は大きい
、そのため、制御が困難なので、制御を行わず単純に回
転させる。したがって、スクリュー圧縮機１もほぼ定速
で回転することになる。

需用吐出ｍ（以下単に吐出量という）が多斌に必要とな
り、吐出圧力が減少すると圧力検出器５１が検知し、そ
の情報を主制御機５へ送る。主制御機５は、各部へ次の
ように指示を出し吐出量を増加させる。まず、圧縮用切
替バルブ４１を開くと同時に発電用切替バルブ４２を閉
じる。またインバータ２６へはＭ高回転数を指令し、イ
ンバータ２６から電動機２４へは高い周波数と十分な電
力が供給され、最高回転数で回転する。すると空気はエ
アフィルタ５３で清浄にされたのち、ターボ圧縮機２で
圧縮され、中間冷却器２５で冷却された上で、さらにス
クリュー圧縮機１で圧縮されて吐出される。

吐出量が十分で吐出圧力が上昇してくると圧力検出ＷＩ
５１が主制御機５にそれを知らせ、主制御機５はインバ
ータ２６ヘターボ圧縮機２の回転数を落とすよう指令を
出す。

ターボ圧縮機２の回転数を次第に落として逆に停止させ
て６°、なおも吐出量が過剰と判断されたときには、主
制御機５は次のように指令を出す。

まず１発電用切替バルブ４２を開き、圧縮機用切替バル
ブ４１を閉じる。すると、エアフィルタ５３を通って吸
入された空気はタービン発電機３の吸入口３２へ吸い込
まれ１羽根車３１を回転させたのち、発電用バルブ４２
を通ってスクリュー圧縮＠ｒにより圧縮される。ビービ
ン発電機３を通過した空気は断熱膨張に近い状態で圧力
が低下するので、エンタルピが減少している。この状態
を維持しながら、空気をスクリュー圧縮機１まで移送す
れば効率が良いので、外部から熱の侵入を防ぐ目的で断
熱材３５が配管に巻き付けられている。一方、９！電機
３４によって発電された電力はコンバータ３６で周波数
や電圧を変換される。コンバータ３６は発電機３４に対
するインピーダンスも主制御機５の指令に従って変える
ことができ、それによって発電機３４を回すのに必要な
トルクが変化するので、空気に対する流体力学的抵抗を
変化させて流諷を制御することができる。

本実施例によれば、圧縮比が大きく、大きな電力を扱う
スクリュー圧縮機の回転数を制御する必要がなく、小さ
な電力が駆動される圧縮比の小さなターボ圧縮機を制御
するだけで、需用側の吐出量を素早く増減し調整するこ
と−ができる。

また、無駄になる電力を回収、再利用できるので省エネ
ルギー、効率の点からも効果がある。

次に、第２図は、本発明の他の実施例に係る複数圧縮機
の構成図である０図中、第１図と同一符号のものは先の
実施例と同等部分であるから、その説明を省略する。

スクリュー圧縮機１の吸入口１３へ通じる配管系には切
替バルブ装置４Ａが設けられており、圧縮用切替パル１
４１１発電用切替バルブ４２のほかに直通用切替バルブ
４３の３者が接続されている。直通用切替バルブ４３を
具備する配管の反スクリュー圧縮機側は直通する配管に
よって総合吸入口５２へ接続されている。

吐出量が多く必要な場合には圧縮用切替バルブ４１が開
かれ、同時に発電用切替バルブ４２と直通用切替バルブ
４３は閉じられる。ターボ圧縮機２を動作させて吐出蓋
を増加させることは第１図の実施例と同様である。

吐出ｔが少なくて十分な場合にはＪＩＩ！電用切替にル
ブ４２が開かれ、同時に圧縮用切替バルブ４１と直通用
切替バルブ４３は閉じられる。タービン発電機３を動作
させて吐出量を減少させることは第１図の実施例と同様
である。

吐出蓋が多くも少なくもなく、上記いずれの方法でも吐
出蓋の調整が困難な値の場合には直通用切替バルブ４３
が開かれ、同時に圧縮用切替バルブ４１と発電用切替バ
ルブ４２が閉じられる。総合吸入口５２から吸入された
空気は直通用切替にルブ４３を経てスクリュー圧縮機１
へ送られて圧縮される。

第２図の実施例によれば、先の第１１！！！ｌの実施例
と同様の効果が期待されるほか、特に１本復合圧縮機が
最も頻繁に使われる需用吐出量で使われるときに直通用
切替バルブ４３が開かれるように設定しておけば、先の
実施例より効率がよい、なぜなら、空気はターボ圧縮機
２やタービン発電機３を通るよりもスクリュー圧縮機１
の吸入口１３へ直通する流路の方が流体力学的抵抗が少
ないからである。

次に、第３図は、本発明のさらに他の実施例に係る複合
圧縮機の構成図、第４１１１！ｌは、ターボ圧縮機兼タ
ービン発電機の他の実施例を示す縦断面図である１図中
、第１．２図と同一符号のものは先の各実施例と同等部
分であるから、その説明を省略する。

第３図において、６はターボ圧縮機兼タービン！電機、
６０はケーシング、６４は電動機兼発電機、６７は回転
軸である０回転軸６７の両側に羽根車および流体流通口
が左右対称に設けられている。第３図に示す回転軸６７
の左端にはターボ圧縮機の羽根車２１、右端にはタービ
ン発電機の羽根車３１が取付けられていて一緒に回転す
る１羽根車２１．３１の間には回転軸を共有する電動機
数９！電機６４が備えられている６また。タービン発電
機の吸入口３２と吐出口３３とを直結するバイパス配管
と配管の途中にバイパス弁６８が設けられている。

羽根車２１により圧縮を行うときには、インバータ２６
から電力を供給されて電動機兼発電機６４は電動機とし
て動作して羽根車２１を回転させる。一方、羽根車３１
の回転により９！電を行うときには、電動機兼発電機６
４は発電機として働き、発電された電力はコンバータ３
６へ送られる。

ターボ圧縮機が働き回転軸６７が回転しているときには
発電用羽根車３１も回転してしまい、回転を阻害する抵
抗になってしまう、そこで、ターボ圧縮機が働くときに
はバイパス弁６９を開いて羽根車３１の回転を阻害しな
いようにする。

なお、各羽根車２１．３１と電動機数９！電機６４との
間にクラッチを設けて、使わないときには回転を切断し
てもよい６ 第３図の実施例では、電動機と発電機を一台で兼用した
ので、第１図、第２ｗＩの実施例より圧縮機全体の軽蓋
化、小形化が可能であり、製造コストも低減できる。

羽根車２１と３１との最適回転速度は電動機兼発電機６
４への最適回転速度と一致しない場合がある。そのとき
には、第４図に示すように、ターボ圧縮機兼タービン発
電機６Ａを、ケーシング６０Ａ内に変速歯車６８を含む
構造とすればよい。

すなわち、ターボ圧縮機の羽根車２１とタービン発電機
の羽根車３１とは、同一回転軸６７に取り付けられてお
り、その回転軸６７の中央付近に変速歯車６８が設けら
れている。＊動機兼発電機６４とタービンの回転軸６７
は変速歯車６８を介して回転が伝達される。

次に、第５図は、本発明のさらに他の実施例に係る複合
圧縮機の構成図である０図中、第１，２゜３＠と同一符
号のものは先の各実施例と・同等部分であるから、その
説明を省略する。

ターボ圧縮機兼タービン発電機６Ｂのケーシング８０Ｂ
内部には、兼用タービンともいうべき同一形状の２つの
羽根車６１ａおよび６１ｂが備えられており１回転軸６
７の両端部に取り付けられている１回転軸６７の中央部
には電動機兼発電機６４がある０両側のデイフユーザ部
には、それぞれ回転軸方向口６２ａおよび６２ｂと、羽
根車外周の接線方向口６３８および６３ｂとが形成され
ている１回転軸方向ロ６２ａと６２ｂとは配管で接続さ
れ、さらにその配管は、切替バルブ装置４Ａの発電用切
替バルブ４２と整流バルブ装置７の圧縮用整流バルブ７
１の一端へ接続されている。

同様に、接線方向口６３ａと６３ｂとは配管で接続され
、さらにその配管は切替バルブ装［４Ａの圧縮用切替バ
ルブ４１と整流バルブ装置７の発電用整流バルブ７２の
一端へ接続されている。

整流バルブ装置の圧縮用整流バルブ７１１発電用整流バ
ルブ７２の他端は、両者とも総合吸入口５２へ接続され
ている。前記２つの整流バルブ７１．７２は共に主制御
機５の指令に従って開閉するものである。

需用の吐出産が多く、ターボ圧縮機兼タービン発電機電
機６をターボ圧縮機として働かせるときには、圧縮用整
流バルブ７１と圧縮用切替バルブ４１を開き、他のバル
ブは閉じられる。総合吸入口５２から吸い込まれた空気
は圧縮用整流バルブ７１を通って回転軸方向口６２ａお
よび６２ｂから２つの羽根車６１ａ、６１ｂに吸い込ま
れて圧縮され、接線方向口６３ａおよび６３ｂから吐出
される。さらに左右２つの流れが合流したのち圧縮用切
替バルブ４１を通ってスクリュー圧縮機１へ送られる。

このとき５電動機兼発電機６４は電動機として働き、左
右２つのターボ圧縮機（羽根車６１ａ、６１ｂ）を駆動
する。

吐出量が少なく、ターボ圧縮機兼タービン発電機６をタ
ービン発電機として働かせるときには、発電用整流バル
ブ７２と発電用切替バルブ４２を開き、他にバルブは閉
じられる。総合吸入口５２から吸い込まれた空気は発電
用ＩＩ流バルブ７２を通って接線方向口６３８および６
３ｂから入り。

羽根車６Ｌａ、６１ｂを回転させたのち回転軸方向口６
２ａおよび６２ｂから吐出され、左右２つの流れが合流
したのち発電用切替バルブ４２を通ってスクリュー圧縮
機１へ送られる。このとき、電動機兼発電機６４は発電
機として働き、発電した電力をコンバータ３６へ送る。

第５図の実施例では、圧縮用と発電用の羽根車を兼用し
ているので効率が少し低下するが、第３図の実施例で述
べたものよりも複合圧縮機全体としての軽猷化ならびに
小形化が可能である。

また１回転＃Ｉ６７の両側に同寸のタービン（羽根車）
が付けられ、同時に同じ使い方をするので、軸方向の力
は打ち消し合い、軸受の寿命ならびに信頼性が向上する
。

次に、第６図は、本発明のさらに他の実施例に係る複合
圧縮機の構成図、第７図は、第６図の装置のバルブ開閉
を示す説明図である１図中、第１図ないし第５図と同一
符号のものは各実施例と同等部であるから、その説明を
省略する。

総合吸入口５２には整流バルブ装置７の圧縮用整流バル
ブ７１と発を用整流バルブ７２の両者が接続されている
。圧縮用整流バルブ７１の他端は、右側タービンの回転
軸方向口６２ａ、置数バルブ装置８の平列バルブＡ８１
を経て左側タービンの回転軸方向口６２ｂ、および発電
用切替バルブ４２の３者へ接続されている。一方、発電
用整流バルブ７２の他端は、左側タービンの接線方向ロ
６３ｂ、直並バルブ装置８の並列バルブＢ８２を経て右
側タービンの接線方向口６３ａ、および圧縮用切替バル
ブ４１の３＃へ接続されている。

また、右側タービンの接線方向口６３ａと左側タービン
の回転軸方向口６２ｂとを結ぶ配管があり、その途中に
直披バルブ装［８の直列バルブ８３が備えられている。

並列バルブへ８１．並列バルブＢ８２．直列バルブ８３
からなる置数バルブ装置８は、主制御機５の指令に従っ
て各バルブの開閉を行う。

吐出量は少なくてもよいが、高い吐出圧を必要とする場
合には、２つのタービン（羽根車６１ａ。

６１ｂ）を直列にしてスクリュー圧縮機を加えた３段圧
縮機として使用する。そのときのバルブの開閉は第７図
の圧縮時の直列に従う、総合吸入口５２から吸い込まれ
た空気は、圧縮用整流バルブ７１を通り右側タービンの
回転軸方向口６２ａから羽根車６１ａへ入り、圧縮され
て接線方向口６３ａから出る。さらに直列バルブ８３を
通って左側タービンの回転軸方向口６２ｂから羽根車６
１ｂへ入り、圧縮されて接線方向口６３ｂから出て圧縮
用切替バルブ４１を経てスクリュー圧縮機１へ送られる
。

高い吐出圧よりも多電の吐出量が必要な場合には、２つ
のタービンを並列にして容濾を多くし、スクリュー圧縮
機を加えた２段圧縮機として使用する。そのときのバル
ブの開閉は第７図の圧縮機の並列に従う、総合吸入口５
２から吸い込まれた空気は圧縮用整流バルブ７１を通っ
たのも２手に分かれ、一方は右側タービンの回転軸方向
口６２ａへ流れ込み、他方は並列バルブＡ８１を経て左
側タービンの回転軸方向口６２ｂへ流れ込む、右側ター
ビンによって圧縮された空気は接線方向口６３ａから出
て並列バルブＢ８２を通り、左側タービンによって圧縮
されて接線方向口６３ｂから出た流れと合流する。そし
て圧縮用切替バルブ４１を通り、スクリュー圧縮機１へ
送られる。

吐出量が少なくてもよいときには、前述した実施例と同
様に吸い込まれた空気によりタービンを回して発電を行
う。

吐出片を最少にするときは、２つのタービンを直列にし
、バルブの開閉を第７図の発電時、直列に示したように
する。すると、吸入された空気は左タービン、右タービ
ンの順で通り抜けながら羽根車を回転し、スクリュー圧
縮機１に吸い込まれる。

吐出片が次に少ないときには２つのタービンを並列にし
てバルブの開閉を第７図の発電機、並列に示したように
する。すると、吸入された空気は２手に分れて左と右の
両タービンを通って羽根車を回し、再び合流した後にス
クリュー圧縮機１に吸い込まれる。

第６図の実施例では、吐出片や吐出圧を細やかに制御す
ることができ、また制御できる範囲も広い。

なお、上記の各実施例は、すべて空気托縮機を例にして
説明したが１本発明は空気以外の気体であっても差支え
ない、特に、空気を冷媒に置き換えた場合には、効率の
よい冷却装置を実現することができる。また、ヒートポ
ンプ用の圧縮機としても使用することができる。

〔発明の効果〕 以上述べたように、本発明によれば、需用吐出ｔが装置
の最大能力によりも少ないときに、無駄になってしまう
電力を回収して再利用することができ、圧縮機の効率を
高め、応答速度などの制御特性を良くしつる複合圧縮機
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の一実施例に係る複合圧縮機の構成図
、第２図は、本発明の他の実施例に係る複合圧縮機の構
成図、第３図は１本発明のさらに他の実施例に係る複合
圧縮機の構成図、第４図は。 ターボ圧縮機兼タービン発電機の他の実施例を示す縦断
面図、第５図および第６図は、いずれも本発明のさらに
他の実施例に係る複合圧縮機の構成図、第７図は、第６
図の装置のバルブ開閉を示す説明図である。 １・・・スクリュー圧縮機、２・・・ターボ圧縮機、３
・・・スクリュー発電機、４，４Ａ・・・切替バルブ装
置、５・・・主制御機、６．６Ａ、６Ｂ・・・ターボ圧
縮機兼タービン発電機、７・・・整流バルブ装置、８・
・・置数バルブ装置、１０・・・ケーシング、１１・・
・雌スクリユーロータ、１２・・・雄スクリユーロータ
、１３・・・スクリュー圧縮機の吸入口、１４・・・ス
クリュー圧縮機の吐出口、１６・・・電動機、１７・・
・電源装置、２１・・・ターボ圧縮機の羽根車、２２・
・・吸入口、２３・・・吐出口、２４・・・ｍ０機、２
６・・・インバータ、３１・・・羽根車、；３２・・・
吸入口、３３・・・吐出口、３４・・・電動機、３６・
・・コンバータ、４１・・・圧縮用切替バルブ、４２・
・・発電用切替バルブ、５１・・・圧力検出器、５２・
・・総合吸入口、６１ａ、６１ｂ・・・羽根車、６２ａ
、６２ｂ−回転軸方向口、６３ａ。 ６３ｂ・・・接線方向口、６４・・・電動機兼発電機、
６７・・・回転軸、７１・・・圧縮用整流バルブ、７２
・・・発電用整流バルブ、８１・・・並列バルブＡ、８
２・・・循 Ａ ６２ユ、ｔ２ｂ−−一日転曇白万幼口 ６５１１、乙３ト・−拷榛騰ｐ ７１・・−斤ｖｉ−９スハルフ。 ７２・−一号イ二檀１１１１１場ｉ汎ノ曹フ゛％ 固 ○ パルつ閏 ×・・・バルブ閂

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電動機によつて駆動され、吸入口、吐出口を有する
   ケーシング内に互いに噛み合つて回転する雌、雄ロータ
   を配設してなるスクリュー圧縮機と、 羽根車を備え、回転軸方向に吸入口、羽根車の外周接線
   方向に吐出口を有し、インバータ制御の速度可変電動機
   により駆動されるターボ圧縮機と、 羽根車を備え、羽根車の外周接線方向に吸入口、回転軸
   方向に吐出口を有するタービン発電機と、 このタービン発電機の発電した電力を上記スクリュー圧
   縮機の電動機へ供給するための電圧変換器と、 上記スクリュー圧縮機の吸入口に対して、上記ターボ圧
   縮機の吐出口、および上記タービン発電機の吐出口の２
   者のうち、いずれか１つを連通する切替バルブ手段を備
   えた配管系と、上記スクリュー圧縮機の吐出口側に設け
   た吐出圧力検知器と、 上記スクリュー圧縮機の電源回路、上記ターボ圧縮機の
   インバータ、上記タービン発電機の電圧変換器、上記切
   替バルブ手段、および上記吐出圧力検知器のそれぞれと
   電気的に接続された制御装置とを備え、 需用吐出量が多量のときは、切替バルブ手段は上記スク
   リュー圧縮機と上記ターボ圧縮機とを連通させ、ターボ
   圧縮機の回転数を最大とし、需用吐出量が減少したとき
   は、前記ターボ圧縮機の回転数を遅くし、さらに需用吐
   出量が過多のときは、切替バルブ手段は前記スクリュー
   圧縮機と上記タービン発電機とを連通させるように制御
   回路を構成したことを特徴とする複合圧縮機。 ２、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、ターボ
   圧縮機の吸入口とタービン発電機の吸入口とを結ぶ総合
   吸入口を備え、 切替バルブ手段を備えた配管系は、スクリュー圧縮機の
   吸入口に対して、ターボ圧縮機の吐出口、タービン発電
   機の吐出口、および前記総合吸入口の３者のうち、いず
   れか１つを連通するようにし、 需要吐出量が多量、少量の中間の量のときには、前記切
   替バルブ手段は、スクリュー圧縮機と前記総合吸入口と
   を連通させるように制御回路を構成したことを特徴とす
   る複合圧縮機。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項記載のもののい
   ずれかにおいて、 ターボ圧縮機とタービン発電機とを兼用する装置であつ
   て、回転軸の両側に羽根車および流体流通口を設け、タ
   ーボ圧縮機として動作するときは電動機として作動し、
   タービン発電機として動作するときは発電機として作動
   する回転体要素を備え、 前記流体流通口のうち、それぞれの回転軸方向口を連通
   する配管系に圧縮用整流バルブ、それぞれの羽根車外周
   の接線方向口を連通する配管系に発電用整流バルブを備
   え、いずれの流体流通口も総合吸入口、ならびに切替バ
   ルブ手段を介してスクリュー圧縮機の吸入口へ連通でき
   るように構成したことを特徴とする複合圧縮機。