JP5934074B2

JP5934074B2 - ガス圧縮機

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Publication number: JP5934074B2
Application number: JP2012228886A
Authority: JP
Inventors: 山本　健太郎; 健太郎山本; 裕治紙屋; 正彦高野
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2012-10-16
Filing date: 2012-10-16
Publication date: 2016-06-15
Anticipated expiration: 2032-10-16
Also published as: CN106907314A; CN103727016A; US9347338B2; JP2014080912A; CN106907314B; US20160230753A1; CN103727016B; US10030646B2; US20140102103A1

Description

本発明はガス圧縮機に関し、特にガス圧縮機からの排熱を回収して発電することを可能にしたガス圧縮機に関する。

工場全体で消費されるエネルギーのうち、空気圧縮機などのガス圧縮機によって消費されるエネルギーは、２０〜２５％に相当すると言われており、ガス圧縮機からの排熱を回収できれば、その効果は大きい。特に、地球温暖化問題を発端としたＣＯ_２排出量の削減目標達成のためにも、ガス圧縮機からの排熱を回収して利用することは、大きな効果がある。

ガス圧縮機は、空気などのガスを圧縮する圧縮機本体、この圧縮機本体を駆動するためのモータ、及び前記圧縮機本体での圧縮により発生する熱を冷却するための冷却系統などにより構成されている。また、ガス圧縮機では、前記モータへの入力電力を１００％とすると、前記冷却系統において冷却される熱量（排熱量）はそのうちの９０％以上にも相当し、その排熱は通常大気に放出されるので、非常に多くのエネルギー（熱量）が大気に排出されていることになる。この排熱量を低減するため、前記圧縮機本体やモータの高効率化が推進されているが、その効果は数％が限界であるため、ガス圧縮機からの排熱を有効利用することが求められる。

ガス圧縮機からの排熱の有効利用に関しては、暖房への利用、温水活用、ボイラーの給水予熱への活用などの事例があるが、今後の更なる進展として、低温蒸発媒体を使用したランキンサイクルを活用して発電することなどへの実用化も進むと予想される。

なお、この種の従来技術としては、特開２０１１−１２６５９号公報（特許文献１）に記載のものなどがある。この特許文献１のものは、圧縮機本体から吐出された圧縮空気を、ランキンサイクルの作動流体と熱交換させ、気化した作動流体で膨張機を駆動することによりランキンサイクルを成立させ、発電するものである。

特開２０１１−１２６５９号公報

上記特許文献１のものは、圧縮機本体で圧縮されて高温になった圧縮ガスでランキンサイクルの作動流体を加熱し、気化した作動流体で膨張機を駆動して発電するものであり、従来は大気に捨てられていたガス圧縮機の排熱を有効活用できるようにしている。しかし、発電した電力を、ガス圧縮機を構成している圧縮機ユニット内の冷却ファンなどの補器を駆動するための電源として利用することを考えた場合、特許文献１のものでは、ガス圧縮機の運転開始後、暫くの間は冷却ファンなどの補器を駆動するために十分な発電量が得られない。

また、ガス圧縮機の運転開始後も、ガス圧縮機で生成する圧縮ガスの量などにより、排熱量が変動するため、発電量も変動し、補器を駆動するための発電量が不足する場合も発生する。
従って、発電した電力を圧縮機ユニット内の冷却ファンなどの補器の駆動には利用し難いという課題がある。

なお、発電した電力を蓄電して利用したり、或いは商用電源に戻すことも考えられるが、蓄電するためには蓄電のための設備費用が必要であり、また商用電源に戻す場合には、パワーコンデイショナーの設置費用などが必要となる。

本発明の目的は、ガス圧縮機の排熱を熱源として発電し、その発電した電力を、ガス圧縮機内の補器の駆動に利用すると共に、発電量が不足する場合でも簡単な構成で補器の駆動を確実に行なうことのできるガス圧縮機を得ることにある。

上記課題を解決するため、本発明は、ガスを圧縮するための圧縮機本体を有する圧縮機ユニットと、前記圧縮機本体での圧縮作用により生じる排熱を利用して作動流体を気化させ、この作動流体を膨張させることにより駆動力を得て発電する発電装置とを備え、この発電装置で発電した電力をガス圧縮機内の電力消費機器の電源として利用するように構成されているガス圧縮機であって、前記電力消費機器に、前記発電装置で発電された電力と、商用電源からの電力を切り替えて供給可能にする切替装置と、前記発電装置における発電量または発電量に相関する値を検出し、これらの少なくとも何れかに基づいて、前記切替装置により、前記発電装置で発電された電力と商用電源からの電力を切り替える制御装置とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、ガス圧縮機の排熱を熱源として発電し、その発電した電力を、圧縮機ユニット内の補器の駆動に利用すると共に、発電量が不足する場合でも簡単な構成で補器の駆動を確実に行なえるガス圧縮機を得ることができる効果がある。

本発明のガス圧縮機の実施例１を示す系統図である。本発明のガス圧縮機の実施例２を示す系統図である。本発明のガス圧縮機の実施例３を示す系統図である。

以下、本発明のガス圧縮機の具体的実施例を、図面を用いて説明する。各図において、同一符号を付した部分は同一或いは相当する部分を示している。

図１は本発明のガス圧縮機の実施例１を示す系統図である。この実施例は、空気を圧縮して圧縮空気を得る油冷式のスクリュー圧縮機に本発明を適用した場合のものである。図において、２０は圧縮機ユニット、２１は発電装置であり、前記圧縮機ユニット２０及び前記発電装置２１は一つの筐体内に収容されて、１台の油冷式のガス圧縮機として構成されている。

前記圧縮機ユニット２０は、圧縮機本体３、油分離器（オイルタンク）６及び空冷熱交換器２４などにより構成された空冷方式のものである。また、前記発電装置２１は、ランキンサイクルを構成する排熱回収熱交換器１０、膨張機１６、凝縮器１４及び循環ポンプ１５と、前記膨張機で駆動される発電機１７などにより構成されている。

前記凝縮器１４を水冷方式とする場合には、循環する水を冷却するためのクーリングタワーを用いた冷却水系統が必要となるが、本実施例では冷却ファン１９による空冷方式としているので、凝縮器１４冷却用の冷却水系統を不要にできる。従って、発電装置２１を備えたガス圧縮機を、１つの筐体内に収容した閉じたシステムとしての発電装置内蔵形ガス圧縮機として構成することができる。

前記圧縮機本体３は主モータ４により駆動されるように構成されており、この主モータ４が駆動されると、前記圧縮機ユニット２０内に導入された空気（ガス）が、吸込フィルタ１及び吸込絞り弁２を介して前記圧縮機本体３内に吸引されて、圧縮される。また、前記圧縮機本体３内には、前記吸引された空気の圧縮過程中に、圧縮空気の冷却のために、油（潤滑油）が注入され、圧縮空気と注入された油は混合した状態で、前記圧縮機本体３の吐出口から吐出される。この油を含んだ圧縮空気は、吐出温度センサ（圧縮機本体出口温度センサ）（Ｔ１）５により温度が検出された後、前記油分離器６内に入り、ここで圧縮空気中の潤滑油は遠心分離され、圧縮空気から分離された油は前記油分離器６の下部に貯留される。

前記油分離器６内で油と分離された圧縮空気（圧縮ガス）は、油分離器６上部のガス配管（空気配管）８から流出して、前記発電装置２１の排熱回収熱交換器１０に流入する。一方、前記油分離器６下部に溜まった油は、油配管７から流出し、温調弁９により、油温が高い場合には前記排熱回収熱交換器１０に流れ、油温が低い場合にはオイルフィルタ１３側に直接流れて、圧縮機本体３内の圧縮過程中の圧縮室に注入され、圧縮空気の冷却が行われるように構成されている。

前記排熱熱交換器１０は前記ランキンサイクルの作動流体（水もしくは冷媒）を蒸発させる蒸発器として構成されており、このランキンサイクルの作動流体が循環している。そして、この作動流体は、前記高温の圧縮空気（圧縮ガス）及び油と熱交換して加熱され、気化する。また、この排熱熱交換器１０において、前記圧縮空気と油は前記作動流体により冷却されて、該排熱熱交換器１０から流出し、前記圧縮空気はガス出口温度センサ（ＴＡ）１１で温度を検出された後、前記空冷熱交換器２４に流入し、また前記油は油出口温度センサ（ＴＯ）１２で温度を検出された後、前記空冷熱交換器２４に流入する。

この空冷熱交換器２４に流入した圧縮空気は、該空冷熱交換器２４において、冷却ファン２５から送風される空気により更に冷却された後、圧縮機ユニット２０外部の需要先に供給される。前記空冷熱交換器２４の冷却ファン２５はファンモータ２６により駆動されるように構成されている。

一方、前記空冷熱交換器２４に流入した油も、該空冷熱交換器２４で冷却ファン２５から送風される空気により更に冷却された後、前記オイルフィルタ１３を介して圧縮機本体３内の圧縮過程中の圧縮室に注入され、圧縮空気の冷却が行われる。

前記発電装置２１は、前述したように、ランキンサイクルを構成する排熱回収熱交換器１０、膨張機１６、凝縮器１４及び循環ポンプ１５と、前記膨張機で駆動される発電機１７などで構成されている。即ち、前記排熱熱交換器１０では圧縮空気及び油との熱交換により作動流体を加熱して気化させ、この排熱回収熱交換器１０で気化した作動流体は前記膨張機１６で膨張することにより、駆動力を生成する。前記膨張機１６からの作動流体は前記凝縮器１４で冷却ファン１９から送風される空気により冷却されて液化する。この凝縮器１４で液化した作動流体は前記循環ポンプ１５で昇圧されて前記排熱回収熱交換器１０に供給されることでランキンサイクルを構成している。

前記膨張機６には、前記発電機１７が直結されている。発電機には直流発電機と交流発電機があるが、本実施例では直流発電機を使用した例について説明する。前記発電機１７が直流発電機であれば、得られる電力は直流であり、この電力を商用電源で駆動される前記ファンモータ２６や１８に供給するためには、商用電源と周波数を合わせた電力に変換する必要がある。このため、前記発電機１７からの直流電力を、交流変換器２７により直流から交流に変換する。

本実施例では、前記交流変換器２７から送電された交流電力を、切替スイッチ（ＳＷ１）２８を介して、前記空冷熱交換器２４の冷却ファン２５駆動用のファンモータ２６の動力源として利用できるように構成されている。また、前記ファンモータ２６は、前記切替スイッチ２８を介して商用電源２３にも接続されており、前記切替スイッチ２８により、前記ファンモータ２６の動力源を切り替えることができるように構成されている。

また、本実施例では、前記交流変換器２７から送電された交流電力を、切替スイッチ（ＳＷ２）２９を介して、前記凝縮器１４の冷却ファン１９駆動用のファンモータ１８の動力源として利用することもできるように構成されている。従って、前記ファンモータ１８は、前記切替スイッチ２９を介して前記商用電源２３にも接続されており、前記切替スイッチ２９により、前記ファンモータ１８の動力源を切り替えることもできるように構成されている。

これらの切替スイッチ（切替装置）２８，２９は制御装置３０により制御されるように構成されている。また、前記制御装置３０には、前記吐出温度センサ５、前記ガス出口温度センサ１１及び前記油出口温度センサ１２で検出された温度情報も入力されるように構成されている。

ガス圧縮機の運転開始（起動）直後は、前記排熱回収熱交換器１０に流入する圧縮空気と油の温度が低いため、この排熱回収熱交換器１０での熱交換量は少ない。従って、発電装置２１での発電は見込めないか前記ファンモータ２６や１８を駆動する電力としては少ないため、このような場合には、前記切替スイッチ２８，２９により、前記ファンモータ２６，１８には商用電源２３からの電力が供給されるようにする。即ち、前記切替スイッチ２８，２９は、前記交流変換器２７側がＯＦＦ、商用電源２３側がＯＮとなるように、前記制御装置３０により制御される。

運転開始から時間が経過していくと、前記排熱回収熱交換器１０に流入する圧縮空気と油の温度は次第に高くなるため、前記排熱回収熱交換器１０での熱交換量が多くなり、前記発電機１６での発電量も多くなっていく。

そこで、本実施例では、前記発電装置２１での発電量または発電量に相関する値を検出して、これらの値に基づいて、前記制御装置３０は、前記切替装置（切替スイッチ２８，２９）により、前記発電装置２１で発電された電力と商用電源２３から電力を切り替えるように構成している。即ち、図１に示す例では、前記発電量に相関する値として前記吐出温度センサ５で検知された値を用い、該吐出温度センサ５で検知された圧縮ガスや油の温度（値）に基づいて、前記制御装置３０は、前記吐出温度センサ５で検知された値が予め設定した値（設定温度）より高い場合は、前記切替スイッチ２８，２９を、交流変換器２７側がＯＮ、商用電源２３側がＯＦＦになるように制御する。これにより、前記ファンモータ１８，２６を、前記発電装置２１で発電した電力を利用して駆動することができる。

また、吐出温度センサ５で検知された値が前記予め設定した値（設定温度）よりも低い場合は、前記制御装置３０は、発電量が少なく前記ファンモータ１８，２６への供給電力としては不十分であると判断し、前記切替スイッチ２８，２９を、交流変換器２７側がＯＦＦ、商用電源２３側がＯＮになるよう制御する。

前記吐出温度センサ５で検知された温度と前記発電装置２１での発電量との関係は予め実験や演算で求めておき、前記ファンモータ１８，２６への供給電力として十分な発電量が得られる温度を予め前記設定温度として制御装置３０に記憶させておく。

なお、上述した実施例では、吐出温度センサ５で検知された温度（値）に応じて、前記制御装置３０により前記切替スイッチ２８，２９を制御する例について説明したが、前記吐出温度センサ５で検知された温度に加えて、前記ガス出口温度センサ（ＴＡ）１１または前記油出口温度センサ（ＴＯ）１２で検知された温度（値）も併用して、或いは前記ガス出口温度センサ１１及び前記油出口温度センサ１２の両方で検知された温度も併用して、前記制御装置３０により前記切替スイッチ２８，２９を制御するようにしても良い。このように構成すれば、前記吐出温度センサ５で検知された温度と、前記ガス出口温度センサ１１及び／または前記油温度センサ１２との温度差に基づいて、前記制御装置３０は前記発電装置２１での発電量を演算で求めることができる。

従って、この求められた発電量に応じて前記切替スイッチ２８，２９を制御するように構成することにより、発電量が所定値に達すれば前記ファンモータ１８，２６に対して発電装置２１で発電した電力を即座に供給でき、発電量が不足する場合には即座に商用電源に切り替えることができる。これにより、発電装置２１で発電した電力を最大限利用し、しかも前記ファンモータ１８，２６への電力供給不足となることも防止できる。

また、前記制御装置３０により前記切替スイッチ（切替装置）２８，２９を制御するのに、上述した例では何れも前記吐出温度センサ５で検出された値を用いているが、この代わりに、前記制御装置３０などにタイマーを備えておき、圧縮機起動後の時間に基づいて前記制御装置３０により前記切替スイッチ２８，２９を制御するように構成することも可能である。

即ち、予め実験などにより、圧縮機起動後の経過時間と、この経過時間に対する前記発電機１６での発電量の変化を求め、発電量が前記ファンモータ２６，１８を駆動する電力として十分な電力が得られるまでの時間を所定時間として、前記制御装置３０に記憶させておく。従って、この例では、前記圧縮機起動後の経過時間が発電量に相関する値となる。

このように構成することにより、圧縮機起動後、所定時間経過したことを、前記制御装置３０に内蔵させたタイマーなどで判定し、所定時間が経過すれば前記発電機１６から前記ファンモータ１８，２６への電力供給が可能となるので、前記制御装置３０は前記切替スイッチ２８，２９を、前記交流変換器２７側がＯＮ、商用電源２３側がＯＦＦになるよう制御する。このように、圧縮機起動後の時間を用いて前記切替スイッチ２８，２９を制御するように構成すれば、簡単な構成で制御可能となる。

この圧縮機起動後の時間により前記切替スイッチ２８，２９の切替制御をするものは、圧縮機起動後一定時間を経過すれば、前記発電装置２１での発電量が、圧縮機停止まで、前記ファンモータ１８，２６を駆動する電力として、常に十分な場合に有効である。発電量が不足することもある場合には、前記制御装置３０は前記吐出ガス温度センサ５で検出された温度も使用して、前記切替スイッチ２８，２９を制御すると良い。

上述した実施例は、発電装置２１で発電された電力を、前記空冷熱交換器２４の冷却ファン２５駆動用のファンモータ２６の動力源として利用すると共に、前記凝縮器１４の冷却ファン１９駆動用のファンモータ１８の動力源としても同時に利用することで説明した。しかし、発電される電力量との関係で、前記ファンモータ２６或いは１８の何れか一方の動力源として利用するようにしても良く、この場合前記切替スイッチは、発電した電力を利用する側にだけ設ければ良い。或いは、図１と同様に、切替スイッチ２８，２９の両方を設けておいて、発電量や必要に応じて前記ファンモータ１８，２６の両方、或いは一方に供給するように、前記制御装置３０で制御するようにしても良い。

また、上記実施例では、前記発電装置２１で発電された電力を、ガス圧縮機内の空冷熱交換器２４に送風する冷却ファン２５のファンモータ２６の動力源として、及び／またはランキンサイクルを構成している凝縮器１４に送風する冷却ファン１９のファンモータ１８の動力源として利用する例について説明したが、発電した電力の利用はこれらのファンモータに限定されるものではない。即ち、ガス圧縮機内の電力消費機器、例えば、ドライヤなどの補器が存在する場合には、その補器に発電した電力を供給するように構成しても良く、この場合にも前記ファンモータ１８，２６への電力供給と同様に切替スイッチを設けて、発電電源と商用電源とを切り替えて電力供給すれば良い。なお、圧縮機本体３を駆動する主モータ４用の補助電源として、該主モータ４に前記発電した電力を供給するように構成することも可能である。

更に、上記実施例では、前記制御装置３０は、発電量または発電量に相関する値を検出して、発電された電力と商用電源からの電力を切り替えるようにしている。しかし、前記ガス出口温度センサ１１や前記油出口温度センサ１２で検出された温度が予め定めた設定温度よりも低いような場合には、前記制御装置３０により、前記冷却ファン２５や１９を停止させることもできるように構成すれば、適切な温度の油を前記圧縮機本体３に戻したり、適切な温度の圧縮空気（圧縮ガス）を需要先に供給することが可能となる。

また、上記実施例では、前記発電機１７として直流発電機を使用した場合について説明したが、交流発電機を使用することも同様に可能である。交流発電機を使用する場合には、前記交流変換器２７を不要にできるが、交流発電機から得られる交流電源は、商用電源の周波数と同様の周波数が得られるようにする必要がある。

なお、本発明のガス圧縮機は、上記実施例１のような油冷式のガス圧縮機には限られず、オイルフリー（無給油式）のガス圧縮機であっても、ほぼ同様に実施できる。オイルフリーガス圧縮機とは、空気等のガスを圧縮する圧縮機本体、この圧縮機本体を駆動する主モータ（駆動装置）、前記圧縮機本体や該圧縮機本体から吐出されるガスを冷却する冷却機器などを備えているものである。そして、このオイルフリーガス圧縮機の場合には、圧縮機本体を冷却する冷却液や圧縮機本体から吐出される圧縮ガスからの排熱を利用して、ランキンサイクルを利用した発電装置で発電し、発電した電力を前記電力消費機器に供給するように構成すれば、上記実施例１とほぼ同様に実施可能である。

本発明のガス圧縮機の実施例２を図２の系統図により説明する。図２において、図１と同一符号を付した部分は同一または相当する部分を示しており、重複する部分の説明については省略する。

上記実施例１では、前記冷却ファン１９，２５の回転数が一定の一定速機である場合の例について説明したが、本実施例２は、前記冷却ファン１９，２５の回転数が、インバータ２２により可変速制御される油冷式のスクリュー圧縮機（ガス圧縮機）に本発明を適用したものである。即ち、商用電源２３からの電力は、前記インバータ２２を介して前記冷却ファン１９と２５に供給されるように構成されている。

前記商用電源２３からの電力は前記インバータ２２のコンバータ部２２ａで交流から直流に変換され、次にインバータ部２２ｂで任意の周波数の交流に変換されて、前記冷却ファン１９，２５のファンモータ１８，２６に供給される。前記インバータ部２２ｂでは制御装置３０からの指令に基づいて任意の周波数の電力が生成されるように構成されており、前記ファンモータ１８，２６は前記制御装置３０により任意の回転数に制御されることにより、凝縮器１４や空冷熱交換器２４での冷却量を調整できるように構成されている。

発電装置２１の発電機（本実施例では直流発電機）１７で生成された電力は、実施例１における前記交流変換器２７を介することなく、前記インバータ２２のインバータ部２２ｂに供給される。従って、前記インバータ部２２ｂには、商用電源２３からコンバータ部２２ａを介して供給される直流電力と、前記発電機１７からの直流電力とが供給される。そして、前記インバータ部２２ｂには、前記商用電源２３からの直流電力と前記発電機１７からの直流電力を切り替える切替装置が備えられている。この切替装置も、上記実施例１と同様に、前記発電装置２１における発電量や発電量に相関する値に基づいて、前記制御装置３０により、商用電源２３からの電力を利用するか、前記発電機１７からの電力を利用するかを制御される。その切り替えについては上記実施例１と同様である。

例えば、吐出温度センサ５で検出された温度情報に基づいて、発電量や発電量に相関する値が前記冷却ファン１９や２５を駆動するのに十分な発電量が得られていると判断される場合には、発電機１７からの電力を前記ファンモータ１８，２６に供給するように前記切替装置は前記制御装置３０により制御される。逆に、前記発電量が前記冷却ファン１９や２５を駆動するのに不十分であると判断される場合には前記商用電源２３からの電力を前記ファンモータ１８，２６に供給するように前記切替装置は前記制御装置３０により制御される。

また、上記実施例１と同様に、前記吐出温度センサ５だけでなく、前記ガス出口温度センサ１１や前記油出口温度センサ１２で検出される温度も併用することで、前記制御装置３０は発電装置２１での発電量を求め、その求められた発電量に応じて前記切替装置を切り替えるようにしても良い。更に、発電量に相関する値として、圧縮機起動後の経過時間を使用し、この経過時間に基づいて前記制御装置３０により前記切替装置を切り替え制御するように構成しても良い。

空気を圧縮して圧縮空気を得る油冷式のガス圧縮機の場合、需要先に供給する圧縮空気の温度を適切な温度とし、また油冷式ガス圧縮機の圧縮機本体３に戻す油の温度も適切な温度にして戻すことが好ましい。そこで、本実施例では、前記圧縮空気や油を適切な温度にするために、前記冷却ファン１９，２５が前記インバータ２２により回転数制御されるように構成されている。また、前記インバータ部２２ｂは、前記冷却ファン１９と前記冷却ファン２５の回転数を個別に制御できるように、２つの周波数を生成できるように構成されている。

即ち、排熱回収熱交換器１０から出た圧縮空気の温度を前記ガス出口温度センサ１１で検知し、また前記排熱回収熱交換器１０から出た油の温度を前記油出口温度センサ１２で検知して、これらの温度が所定の温度（或いは所定の温度範囲）になるように、冷却ファン２５の回転数が、前記制御装置３０により前記インバータ部２２ｂを介して制御される。

前記発電装置２１における冷却ファン１９については、前記吐出温度センサ５の温度に応じて回転数制御され、検出された吐出温度が所定温度以上の場合には定格回転数で運転されて、発電装置２１で最大の発電量が得られるように制御される。或いは、発電した電力が供給される、ガス圧縮機内の電力消費機器（この例では冷却ファン１９，２５）に供給する電力量として足りる発電量となるように回転数制御される。また、前記ガス出口温度センサ１１や前記油出口温度センサ１２で検知された温度が、前記所定の温度（或いは所定の温度範囲）以下となっている場合には、前記所定の温度（或いは所定の温度範囲）になるように、前記冷却ファン１９の回転数が制御される。

このように、需要先には圧縮空気を適切な温度にして供給し、また圧縮機本体３に戻す油の温度も適切な温度になるように前記冷却ファン１９，２５は制御され、この条件を満たすことを優先した上で、前記発電装置２１ではできるだけ多くの発電量或いは必要な発電量が得られるように、前記冷却ファン１９，２５の回転数が前記制御装置３０により制御されるように構成されている。なお、前記冷却ファン１９については、圧縮機本体３の回転中は常に一定速で運転され、前記圧縮機本体３が停止した場合は冷却ファン１９も停止するように簡素化した構成にしても良い。

このような本実施例２によれば、上記実施例１と同様の効果が得られると共に、前記冷却ファン１９，２５を回転数制御するように構成しているので、需要先に供給する圧縮空気の温度や、圧縮機本体３に戻す油の温度も適切な温度にして戻すことができる高性能なガス圧縮機が得られる。また、前記冷却ファン２５の回転数をできるだけ低く抑えることができるように、前記発電装置２１の冷却ファン１９の回転数を高い回転数で運転する構成にすることで、より多くの発電量を得ることもできる。また、本実施例では、発電機１７で生成された直流電力を前記インバータ部２２ｂに供給して交流に変換するので、実施例１で示したような交流変換器２７を不要にできるという効果も得られる。

なお、発電装置２１の発電機１７で生成された直流電力を、前記インバータ２２の直流部、即ちコンバータ部２２ａとインバータ部２２ｂの間に供給するように構成しても良い。この場合には、前記直流部に、商用電源２３からコンバータ２２ａを介して供給される直流電力と、前記発電機１７から供給される直流電力とを切り替える切替装置を設け、この切替装置は前記制御装置３０により切替制御されるように構成する。
その他の構成については図１に示す実施例１と同様であるので、それらの説明については省略する。

本発明のガス圧縮機の実施例３を図３の系統図により説明する。図３において、図１や図２と同一符号を付した部分は同一または相当する部分を示しており、重複する部分の説明については省略する。

上記実施例１、２のものでは、排熱回収熱交換器１０と空冷熱交換器２４の２つの熱交換器が直列に設置されているため、圧縮機本体３から吐出された圧縮空気や油は、前記排熱回収熱交換器１０で冷却され、更に前記空冷熱交換器２４で冷却される構成となっている。このように、前記圧縮空気や油の冷却は２度行われるように構成されている。

これに対し、本実施例３では、図３に示すように、前記圧縮空気及び油の冷却を排熱回収熱交換器１０のみで行うようにし、図１や図２に示す空冷熱交換器２４、冷却ファン２５及びファンモータ２６を無くすことで、構成を簡素化させたものである。また、本実施例では、ファンモータは発電装置２１のファンモータ１８だけになるから、インバータ部２２ｂの構成も簡略化できる。

即ち、本実施例３は、インバータ２２を設ける点では上記実施例２と同じであり、発電装置２１の発電機（直流発電機）１７で生成された電力は前記インバータ２２のインバータ部２２ｂに供給される。また、商用電源２３からの電力も、前記インバータ２２のコンバータ部２２ａで交流から直流に変換された後、インバータ部２２ｂに供給される。

従って、前記インバータ部２２ｂには、上記実施例２と同様に、前記商用電源２３からの直流電力と前記発電機１７からの直流電力を切り替える切替装置が備えられている。この切替装置も、上記実施例１や２と同様に、前記発電装置２１における発電量や発電量に相関する値に基づいて、制御装置３０により、商用電源２３からの電力を利用するか、発電機１７からの電力を利用するかを制御される。その切り替えについては上記実施例１や２と同様であるから説明を省略する。

前記インバータ部２２ｂでは、任意の周波数の交流に変換されて、前記冷却ファン１９のファンモータ１８に供給される。即ち、前記インバータ部２２ｂでは制御装置３０からの指令に基づいて任意の周波数の電力が生成されるように構成されており、前記ファンモータ１８は前記制御装置３０により任意の回転数に制御されることにより、凝縮器１４での冷却量を調整できるように構成されている。

上記実施例２では、前記インバータ部２２ｂが、前記冷却ファン１９と２５の回転数を個別に制御できるように、２つの周波数を生成する構成としているが、本実施例３の場合には、冷却ファン２５を無くしているので、前記インバータ部２２ｂは前記冷却ファン１９を制御する１つの周波数だけを生成すれば良いので、インバータ部２２ｂの構成も簡素化される。

空気を圧縮して圧縮空気を得る油冷式のガス圧縮機の場合、需要先に供給する圧縮空気の温度を適切な温度とし、また油冷式ガス圧縮機の圧縮機本体３に戻す油の温度も適切な温度にして戻すことが好ましい。そこで、本実施例３では、前記圧縮空気や油を適切な温度にするため、排熱回収熱交換器１０から出た圧縮空気の温度をガス出口温度センサ１１で検知し、また排熱回収熱交換器１０から出た油の温度を油出口温度センサ１２で検知して、これらの温度が所定の温度（或いは所定の温度範囲）になるように、冷却ファン１９の回転数が、前記制御装置３０により前記インバータ部２２ｂを介して制御される。

なお、前記油出口温度センサ１２で検出された温度を、前記ガス出口温度センサ１１で検出された温度に優先したり、或いは油出口温度センサ１２で検出された温度だけで、前記冷却ファン１９の回転数を制御しても良い。即ち、前記圧縮空気と油は同一の前記排熱回収熱交換器１０で冷却されているので、冷却後の前記圧縮空気と油の温度はほぼ同様の温度になるから、圧縮空気の温度に基づいて前記冷却ファン１９を制御することは必ずしも必要ない。また、前記ガス出口温度センサ１１で検出された温度を、前記油出口温度センサ１２で検出された温度に優先させて制御することも、同様に可能である。

このように、需要先には圧縮空気を適切な温度にして供給し、また圧縮機本体３に戻す油の温度も適切な温度になるように前記冷却ファン１９は制御され、この条件を満たすことを優先した制御が為される。このため、前記発電装置２１での発電量は前記冷却ファン１９の回転数に依存し、その発電量は、吐出温度センサ５で検知された温度と、前記ガス出口温度センサ１１及び前記油出口温度センサ１２で検知された温度との温度差から演算して求めることができる。

本実施例によれば、上記実施例２と同様の効果が得られると共に、空冷熱交換器２４、冷却ファン２５及びファンモータ２６が不要になるので、構成が大幅に簡素化され、また前記インバータ部２２ｂの構成も簡素化できるので、実施例２に比較して大幅なコスト低減を図ることができる。

また、需要先には圧縮空気を適切な温度にして供給し、また圧縮機本体３に戻す油の温度も適切な温度にしつつ、前記発電装置２１でもより多くの発電が可能となる。即ち、上記実施例１や２における空冷熱交換器２４で捨てられていた排熱を、本実施例３では、排熱回収熱交換器１０で回収する構成としているから、排熱回収熱交換器１０でより多くの排熱を回収することができるためである。
他の構成は上記実施例１や２と同様であるので、それらの説明については省略する。

上述した本発明の各実施例によれば、ガス圧縮機の排熱を熱源としてランキンサイクルを稼働して電力を得、その発電した電力をガス圧縮機内の補器（電力消費機器）の駆動に利用することができる。また、本発明の各実施例のものは、発電装置における発電量または発電量に相関する値を検出して、これらの値に基づいて、前記発電装置で発電された電力と商用電源からの電力を切り替える制御装置を備えている。従って、排熱量が変動して補器を駆動するための発電量が不足する場合が生じるガス圧縮機であっても、発電量が不足する場合には商用電源に切り替えて確実に前記補器を駆動することができる。このように、本実施例によれば、ガス圧縮機からの排熱を熱源として発電し、その発電した電力を、該ガス圧縮機内の補器の駆動に利用することのでき、しかもこのようなガス圧縮機を簡単な構成で容易に実現することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。また、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。更に、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１：吸込フィルタ、２：吸込絞り弁、３：圧縮機本体、４：主モータ、
５：吐出温度センサ、
６：油分離器（オイルタンク）、７：油配管、８：ガス配管（空気配管）、
９：温調弁、
１０：排熱回収熱交換器、
１１：ガス出口温度センサ（ＴＡ）、１２：油出口温度センサ（ＴＯ）、
１３：オイルフィルタ、
１４：凝縮器、１５：循環ポンプ、１６：膨張機、１７：発電機、
１８，２６：ファンモータ、１９，２５：冷却ファン、
２０：圧縮機ユニット、２１：発電装置、
２２：インバータ、２２ａ：インバータ部、２２ｂ：コンバータ部、
２３：商用電源、
２４：空冷熱交換器、
２８：切替スイッチ（ＳＷ１）（切替装置）、
２９：切替スイッチ（ＳＷ２）（切替装置）。

Claims

ガスを圧縮するための圧縮機本体を有する圧縮機ユニットと、前記圧縮機本体での圧縮作用により生じる排熱を利用して作動流体を気化させ、この作動流体を膨張させることにより駆動力を得て発電する発電装置とを備え、この発電装置で発電した電力をガス圧縮機内の電力消費機器の電源として利用するように構成されているガス圧縮機であって、
前記電力消費機器に、前記発電装置で発電された電力と、商用電源からの電力を切り替えて供給可能にする切替装置と、
前記発電装置における発電量または発電量に相関する値を検出し、これらの少なくとも何れかに基づいて、前記切替装置により、前記発電装置で発電された電力と商用電源からの電力を切り替える制御装置とを備える
ことを特徴とするガス圧縮機。
請求項１に記載のガス圧縮機であって、前記圧縮機本体から吐出された圧縮ガスの温度を検出する吐出温度センサを設け、前記制御装置は、ガス圧縮機の起動直後は、前記電力消費機器に前記商用電源からの電力を供給し、前記吐出温度センサで検出された温度が予め設定した設定温度以上になると、前記電力消費機器に前記発電装置から電力を供給するように切り替えることを特徴とするガス圧縮機。
請求項１に記載のガス圧縮機であって、前記制御装置は、圧縮機起動後の経過時間に基づいて前記切替装置を制御するように構成していることを特徴とするガス圧縮機。
請求項１に記載のガス圧縮機において、前記ガス圧縮機は、前記圧縮機本体から吐出された圧縮ガスから油を分離する油分離器と、この油分離器で油を分離された圧縮ガスを需要先に送るためのガス配管と、前記油分離器で分離された油を前記圧縮機に戻すための油配管とを備える油冷式ガス圧縮機であって、
前記発電装置は、前記油配管を流れる油と前記作動流体を熱交換させて、前記油を冷却すると共に作動流体を加熱して気化させるための排熱回収熱交換器と、この排熱熱交換器で気化された作動流体を膨張させて駆動される膨張機と、この膨張機からの前記作動流体を冷却して凝縮させるための凝縮器と、この凝縮器で凝縮された作動流体を前記排熱熱交換器に供給する循環ポンプとを備えてランキンサイクルを構成すると共に、前記膨張機により駆動されて発電する発電機を備えていることを特徴とするガス圧縮機。
請求項４に記載のガス圧縮機であって、前記油配管を流れる油を冷却するための空冷熱交換器と、この空冷熱交換器に冷却風を送るための冷却ファンを備えると共に、前記排熱回収熱交換器は前記空冷熱交換器の上流側に配置されていることを特徴とするガス圧縮機。
請求項５に記載の油冷式ガス圧縮機であって、前記空冷熱交換器は前記ガス配管を流れる圧縮ガスも冷却するものであり、前記排熱回収熱交換器は前記ガス配管を流れる圧縮ガスからも熱回収するものであることを特徴とするガス圧縮機。
請求項６に記載のガス圧縮機であって、前記圧縮機本体から吐出された圧縮ガスの温度を検出する吐出温度センサと、前記排熱回収熱交換器から出た油の温度を検出する油出口温度センサと、前記排熱回収熱交換器から出た圧縮ガスの温度を検出するガス出口温度センサとを備えていることを特徴とするガス圧縮機。
請求項７に記載のガス圧縮機であって、前記油出口温度センサで検出された油の温度と、前記ガス出口温度センサで検出された圧縮ガスの温度と、前記吐出温度センサで検出された圧縮機吐出温度に応じて、前記制御装置により前記切替装置を介して、前記発電装置で発電された電力と商用電源からの電力を切り替えることを特徴とするガス圧縮機。
請求項７に記載のガス圧縮機であって、前記制御装置は、前記吐出温度センサで検出された圧縮機吐出温度と、前記油出口温度センサで検出された油の温度と、前記ガス出口温度センサで検出された圧縮ガスの温度に基づいて前記発電装置で発電される発電量を演算し、この発電量が予め定めた発電量以上となっている場合には、発電された電力を前記前記電力消費機器に前記発電装置から電力を供給することを特徴とするガス圧縮機。
請求項５に記載のガス圧縮機であって、前記電力消費機器は、前記冷却ファンを駆動するファンモータであることを特徴とするガス圧縮機。
請求項１０に記載のガス圧縮機であって、前記発電機は直流発電機であり、前記冷却ファンを駆動するファンモータには、商用電源からインバータを介して電力が供給されることで回転数制御される構成にすると共に、前記発電装置で発電された直流電力も前記インバータに供給されるように構成し、更に前記インバータには、発電装置で発電された電力と商用電源からの電力を切り替えて前記ファンモータに供給する前記切替装置が組み込まれていることを特徴とするガス圧縮機。
請求項１１に記載のガス圧縮機であって、前記排熱回収熱交換器から出た油の温度を検出する油出口温度センサを備え、前記油出口温度センサで検出された油の温度に基づいて、この温度が所定の温度または所定の温度範囲となるように、前記制御装置は前記インバータを介して前記冷却ファンの回転数を制御することを特徴とするガス圧縮機。
請求項１２に記載のガス圧縮機であって、前記発電装置の凝縮器は冷却ファンから送風される空気で冷却されるように構成され、この凝縮器用の冷却ファンも前記インバータにより回転数が制御され、且つ前記インバータは、前記空冷熱交換器用の冷却ファンと前記凝縮器用の冷却ファンの回転数を個別に制御できるように、２つの周波数を生成できるように構成され、更に前記凝縮器用の冷却ファンは、前記油出口温度センサで検出された油の温度に基づいて制御されることを特徴とするガス圧縮機。
請求項４に記載のガス圧縮機であって、前記発電装置の凝縮器は冷却ファンから送風される空気で冷却されるように構成されると共に、前記電力消費機器は、前記冷却ファンを駆動するファンモータであることを特徴とするガス圧縮機。
請求項１４に記載のガス圧縮機であって、前記発電機は直流発電機であり、前記冷却ファンを駆動するファンモータには、商用電源からインバータを介して電力が供給されることで回転数制御される構成にすると共に、前記発電装置で発電された直流電力も前記インバータに供給されるように構成し、更に前記インバータには、発電装置で発電された電力と商用電源からの電力を切り替えて前記ファンモータに供給する前記切替装置が組み込まれていることを特徴とするガス圧縮機。
請求項１５に記載のガス圧縮機であって、前記排熱回収熱交換器から出た油の温度を検出するための油出口温度センサを備え、この油出口温度センサで検出された温度が所定の温度または所定の温度範囲となるように、前記凝縮器用の冷却ファンは前記インバータにより回転数が制御されることを特徴とするガス圧縮機。
請求項１に記載のガス圧縮機であって、前記発電装置は、前記圧縮機本体で圧縮された圧縮ガスと前記作動流体を熱交換させて、前記圧縮ガスを冷却すると共に作動流体を加熱して気化させるための排熱回収熱交換器と、この排熱熱交換器で気化された作動流体を膨張させて駆動される膨張機と、この膨張機からの前記作動流体を冷却して凝縮させるための凝縮器と、この凝縮器で凝縮された作動流体を前記排熱熱交換器に供給する循環ポンプとを備えてランキンサイクルを構成すると共に、前記膨張機により駆動されて発電する発電機を備えていることを特徴とするガス圧縮機。
請求項１７に記載のガス圧縮機であって、前記発電機は直流発電機であり、この直流発電機により発電された直流電力を、交流変換器を介して前記電力消費機器に供給されるように構成していることを特徴とするガス圧縮機。
請求項１８に記載のガス圧縮機であって、前記圧縮機ユニットは、前記圧縮機本体で圧縮されて吐出された圧縮ガスを冷却するための空冷熱交換器と、この空冷熱交換器に冷却風を送るための冷却ファンを備え、前記電力消費機器は、前記冷却ファンを駆動するファンモータであることを特徴とするガス圧縮機。
請求項１９に記載のガス圧縮機であって、前記発電機は直流発電機であり、前記冷却ファンを駆動するファンモータには、商用電源からインバータを介して電力が供給されることで回転数制御される構成にすると共に、前記発電装置で発電された直流電力も前記インバータに供給されるように構成し、更に前記インバータには、発電装置で発電された電力と商用電源からの電力を切り替えて前記ファンモータに供給する前記切替装置が組み込まれていることを特徴とするガス圧縮機。