JPH05187359A - ガス圧縮機のための蒸発式冷却器付過給器 - Google Patents
ガス圧縮機のための蒸発式冷却器付過給器Info
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- JPH05187359A JPH05187359A JP4184733A JP18473392A JPH05187359A JP H05187359 A JPH05187359 A JP H05187359A JP 4184733 A JP4184733 A JP 4184733A JP 18473392 A JP18473392 A JP 18473392A JP H05187359 A JPH05187359 A JP H05187359A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】既存の圧縮機の容量を増大させるための新規な
方法及び装置を提供すること。 【構成】ガス圧縮機の容量を増大させるための装置であ
って、ガス流を受取り、圧縮し、排出するための過給器
と、該過給器を前記圧縮機に接続するためのパイプと、
前記ガス流を冷却するために該パイプに接続されてお
り、該ガス流内へ液体を噴霧し、蒸発させるためのノズ
ルを含む蒸発式冷却器と、から成る装置。このガス圧縮
機は、中間冷却器と後冷却器を備えたものとし、該中間
冷却器及び後冷却器から凝縮液を収集してその凝縮液を
前記ガス流内へ噴霧するために前記ノズルへ戻すための
手段を設けることが好ましい。ノズルは、液体を平均直
径約4〜約12μの液滴に霧化するように寸法づけされ
た内部通路を有し、前記パイプは、前記ガス流内におけ
る該液滴の滞留時間を約0.1〜約0.5秒とする直径
及び長さを有するものとすることが好ましい。
方法及び装置を提供すること。 【構成】ガス圧縮機の容量を増大させるための装置であ
って、ガス流を受取り、圧縮し、排出するための過給器
と、該過給器を前記圧縮機に接続するためのパイプと、
前記ガス流を冷却するために該パイプに接続されてお
り、該ガス流内へ液体を噴霧し、蒸発させるためのノズ
ルを含む蒸発式冷却器と、から成る装置。このガス圧縮
機は、中間冷却器と後冷却器を備えたものとし、該中間
冷却器及び後冷却器から凝縮液を収集してその凝縮液を
前記ガス流内へ噴霧するために前記ノズルへ戻すための
手段を設けることが好ましい。ノズルは、液体を平均直
径約4〜約12μの液滴に霧化するように寸法づけされ
た内部通路を有し、前記パイプは、前記ガス流内におけ
る該液滴の滞留時間を約0.1〜約0.5秒とする直径
及び長さを有するものとすることが好ましい。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、空気圧縮機等のガス圧
縮機のための蒸発式冷却器付過給器に関する。
縮機のための蒸発式冷却器付過給器に関する。
【0002】
【従来の技術】空気圧縮機は、空気分離プラントやその
他のプラントへ圧縮空気を供給するために慣用されてい
る。プラントの容量が、最初に設置された空気圧縮機の
容量より大きくなることがしばしば起る。例えば、最初
の設置後何年か経って、プラントの生産速度の増大が必
要とされる場合が多く、そのために空気圧縮機の容量を
増大させる必要性が生じることが多い。
他のプラントへ圧縮空気を供給するために慣用されてい
る。プラントの容量が、最初に設置された空気圧縮機の
容量より大きくなることがしばしば起る。例えば、最初
の設置後何年か経って、プラントの生産速度の増大が必
要とされる場合が多く、そのために空気圧縮機の容量を
増大させる必要性が生じることが多い。
【0003】空気圧縮機の容量を増大させるために従来
から用いられてきた方法としては、既存の圧縮機を新し
い大きい圧縮機に代えること、既存の圧縮機に並列に補
完圧縮機を設置すること、既存の圧縮機をそれに流れ容
量の大きい内部部品を取付けることにより改装すること
等がある。プラントの空気圧縮機は、多くの場合、中間
冷却及び後冷却を伴う多段ユニットである。サイズは、
500HPから15,000HPの範囲である。
から用いられてきた方法としては、既存の圧縮機を新し
い大きい圧縮機に代えること、既存の圧縮機に並列に補
完圧縮機を設置すること、既存の圧縮機をそれに流れ容
量の大きい内部部品を取付けることにより改装すること
等がある。プラントの空気圧縮機は、多くの場合、中間
冷却及び後冷却を伴う多段ユニットである。サイズは、
500HPから15,000HPの範囲である。
【0004】従って、既存の圧縮機をより容量の大きい
新しい圧縮機と交換することは、そのために要する投資
コストが高いので経済的に正当化されないことが多い。
又、既存の圧縮機に流れ容量の大きい内部部品を取付け
て改装するのも、その圧縮機の初期コストの25〜30
%も占める主要な回転組立体の交換を伴うので、やはり
経済的にみて不都合であることが多い。従って、既存の
圧縮機に並列に補完圧縮機を設置する方法が、最も経済
的で、従って最も魅力的な選択として最も多く実施され
ている。
新しい圧縮機と交換することは、そのために要する投資
コストが高いので経済的に正当化されないことが多い。
又、既存の圧縮機に流れ容量の大きい内部部品を取付け
て改装するのも、その圧縮機の初期コストの25〜30
%も占める主要な回転組立体の交換を伴うので、やはり
経済的にみて不都合であることが多い。従って、既存の
圧縮機に並列に補完圧縮機を設置する方法が、最も経済
的で、従って最も魅力的な選択として最も多く実施され
ている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した従
来の方法に代わる、より魅力的で有利な方法及び装置を
提供することを課題とする。従って、本発明の目的は、
既存の圧縮機の容量を増大させるための新規な方法及び
装置を提供することである。
来の方法に代わる、より魅力的で有利な方法及び装置を
提供することを課題とする。従って、本発明の目的は、
既存の圧縮機の容量を増大させるための新規な方法及び
装置を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、ガス圧縮機のガス流容量を増大させるた
めの方法であって、該ガス圧縮機へガス流を過給し、蒸
発可能な液体を前記ガス流内へ供給して該ガス流を冷却
させ、前記液体を平均直径約4〜約20μの液滴に霧化
し、前記液滴を前記ガス流の流れ方向に対して約60°
未満の角度をなして該ガス流内へ上流側に向けて噴霧
し、前記ガス流が前記圧縮機に流入するまでの該ガス流
内における前記液滴の滞留時間を約0.05〜約1.0
秒とすることを特徴とする方法を提供する。
に、本発明は、ガス圧縮機のガス流容量を増大させるた
めの方法であって、該ガス圧縮機へガス流を過給し、蒸
発可能な液体を前記ガス流内へ供給して該ガス流を冷却
させ、前記液体を平均直径約4〜約20μの液滴に霧化
し、前記液滴を前記ガス流の流れ方向に対して約60°
未満の角度をなして該ガス流内へ上流側に向けて噴霧
し、前記ガス流が前記圧縮機に流入するまでの該ガス流
内における前記液滴の滞留時間を約0.05〜約1.0
秒とすることを特徴とする方法を提供する。
【0007】本発明は又、ガス圧縮機の容量を増大させ
るための装置であって、ガス流を受取り、圧縮し、排出
するための過給器と、該過給器を前記圧縮機に接続する
ためのパイプと、前記ガス流を冷却するために該パイプ
に接続されており、該ガス流内へ液体を噴霧し、蒸発さ
せるためのノズルを含む蒸発式冷却器と、から成る装置
を提供する。前記ガス圧縮機は、中間冷却器と後冷却器
を備えたものとし、該中間冷却器及び後冷却器から凝縮
液を収集してその凝縮液を前記ガス流内へ噴霧するため
に前記ノズルへ戻すための手段を設けることが好まし
い。前記ノズルは、液体を平均直径約4〜約12μの液
滴に霧化するように寸法づけされた内部通路を有し、前
記パイプは、前記ガス流内における該液滴の滞留時間を
約0.1〜約0.5秒とする直径及び長さを有している
ことが好ましい。前記ノズルは、前記パイプの壁に対し
て約60°未満の角度をなして上流側に向けて液体を噴
霧するように配向することが好ましい。
るための装置であって、ガス流を受取り、圧縮し、排出
するための過給器と、該過給器を前記圧縮機に接続する
ためのパイプと、前記ガス流を冷却するために該パイプ
に接続されており、該ガス流内へ液体を噴霧し、蒸発さ
せるためのノズルを含む蒸発式冷却器と、から成る装置
を提供する。前記ガス圧縮機は、中間冷却器と後冷却器
を備えたものとし、該中間冷却器及び後冷却器から凝縮
液を収集してその凝縮液を前記ガス流内へ噴霧するため
に前記ノズルへ戻すための手段を設けることが好まし
い。前記ノズルは、液体を平均直径約4〜約12μの液
滴に霧化するように寸法づけされた内部通路を有し、前
記パイプは、前記ガス流内における該液滴の滞留時間を
約0.1〜約0.5秒とする直径及び長さを有している
ことが好ましい。前記ノズルは、前記パイプの壁に対し
て約60°未満の角度をなして上流側に向けて液体を噴
霧するように配向することが好ましい。
【0008】
【実施例】図1を参照して説明すると、大気からの空気
が過給器12又は送風機によってフィルタ12を通して
吸引される。過給器12又は送風機は、比較的小さい圧
力比で空気を圧縮するものであり、通常、空気の圧力を
127〜2540mm(5〜100in)(水柱)だけ
昇圧し、その結果として空気流の温度を5.6〜16.
7℃(10〜30°F)上昇させる。適正な容量の過給
器12又は送風機は、いろいろメーカーから販売されて
いる多種類の容積型又は遠心型モデルから選択すること
ができるが、容量のある程度の変更が可能であるという
点で遠心型過給器が好ましい。
が過給器12又は送風機によってフィルタ12を通して
吸引される。過給器12又は送風機は、比較的小さい圧
力比で空気を圧縮するものであり、通常、空気の圧力を
127〜2540mm(5〜100in)(水柱)だけ
昇圧し、その結果として空気流の温度を5.6〜16.
7℃(10〜30°F)上昇させる。適正な容量の過給
器12又は送風機は、いろいろメーカーから販売されて
いる多種類の容積型又は遠心型モデルから選択すること
ができるが、容量のある程度の変更が可能であるという
点で遠心型過給器が好ましい。
【0009】過給空気流は、蒸発式冷却器14へ流入
し、そこから数段の圧縮段と中間冷却器18及び後冷却
器20を備えた主空気圧縮機16へ流入する。過給器1
2が運転されていないとき大気からの空気を過給器12
を通さずに直接蒸発式冷却器14へ流入させたいとき
は、バイパス導管24のバイパス弁22を開放すること
ができる。主空気圧縮機16を通して圧縮された空気
は、主空気圧縮機の後冷却器20からプロセス装置26
へ送られる。
し、そこから数段の圧縮段と中間冷却器18及び後冷却
器20を備えた主空気圧縮機16へ流入する。過給器1
2が運転されていないとき大気からの空気を過給器12
を通さずに直接蒸発式冷却器14へ流入させたいとき
は、バイパス導管24のバイパス弁22を開放すること
ができる。主空気圧縮機16を通して圧縮された空気
は、主空気圧縮機の後冷却器20からプロセス装置26
へ送られる。
【0010】一方、主空気圧縮機16の中間冷却器18
及び後冷却器20において圧縮空気流から分離された凝
縮液は、凝縮液収集タンク28内に収集され、凝縮液ポ
ンプ30によって導管を通して流れ制御弁32を経て蒸
発式冷却器14の霧化ノズル34へ移送され、該ノズル
を通して蒸発式冷却器14内の空気流に噴霧(スプレ
ー)される。凝縮液の霧化は、主空気圧縮機の後冷却器
20から導管36を通して抽出されフィルタ38及び制
御弁40を経てノズル34へ送られる圧縮空気によって
行われる。
及び後冷却器20において圧縮空気流から分離された凝
縮液は、凝縮液収集タンク28内に収集され、凝縮液ポ
ンプ30によって導管を通して流れ制御弁32を経て蒸
発式冷却器14の霧化ノズル34へ移送され、該ノズル
を通して蒸発式冷却器14内の空気流に噴霧(スプレ
ー)される。凝縮液の霧化は、主空気圧縮機の後冷却器
20から導管36を通して抽出されフィルタ38及び制
御弁40を経てノズル34へ送られる圧縮空気によって
行われる。
【0011】水の未蒸発液滴が主空気圧縮機のインペラ
にぶつかると、侵蝕や振動疲労の問題が生じるので好ま
しくない。従って、主空気圧縮機(以下、単に「空気圧
縮機」又は「圧縮機」とも称する)16への入口におけ
るガスの温度及び湿度をセンサ44によってモニター
し、その測定値を、凝縮液流れ制御弁32を調整する自
動制御器46で処理する。凝縮液流れ制御弁32と自動
制御器46を含むこの制御系は、2つの機能を果たす。
1つは、液滴をそれが空気圧縮機16に到達しないうち
に蒸発させることであり、他の1つは、ガス流を所望の
質量流量で送給し、しかも圧縮機16の消費電力を最少
限にすることである。圧縮機へのガス流の入口温度が低
いほど、質量流量が高くなり、消費電力が増大する。従
って、この制御系は、この論理に基づいて質量流量と消
費電力を狭い範囲内で制御することができる。
にぶつかると、侵蝕や振動疲労の問題が生じるので好ま
しくない。従って、主空気圧縮機(以下、単に「空気圧
縮機」又は「圧縮機」とも称する)16への入口におけ
るガスの温度及び湿度をセンサ44によってモニター
し、その測定値を、凝縮液流れ制御弁32を調整する自
動制御器46で処理する。凝縮液流れ制御弁32と自動
制御器46を含むこの制御系は、2つの機能を果たす。
1つは、液滴をそれが空気圧縮機16に到達しないうち
に蒸発させることであり、他の1つは、ガス流を所望の
質量流量で送給し、しかも圧縮機16の消費電力を最少
限にすることである。圧縮機へのガス流の入口温度が低
いほど、質量流量が高くなり、消費電力が増大する。従
って、この制御系は、この論理に基づいて質量流量と消
費電力を狭い範囲内で制御することができる。
【0012】蒸発式冷却器14は、過給器12の排出口
を空気圧縮機16の入口に接続する一定の長さのパイプ
によって構成するのが好ましい。スプレーノズル即ち霧
化ノズル34をこのパイプの側壁を貫通して配設する。
霧化ノズル34は、パイプの壁に対して60°未満の角
度をなして空気流の流れ方向42でみて上流側へ噴出す
るように配向される。図2及び3においては、ノズル3
4は、パイプの壁に対して好ましい45°の角度に取付
けられ、空気流内へその上流に向けて液滴を噴霧するよ
うに配向されており、それによって乱流と攪拌を誘起
し、スプレー(霧化された液滴)の蒸発を促進する。こ
れらのノズルは、供給された液体を圧縮空気で液滴の形
に霧化するように寸法づけされた内部通路を有してい
る。スプレーノズル34によるパイプ内の空気流の蒸発
式冷却は、複雑な過程である。液滴の蒸発速度は、その
液滴の粒度、パイプ内へ流入してくる空気流の温度及び
相対湿度、並びにノズルとパイプの物理的構成によって
相当に変化する。又、液滴の蒸発速度は、パイプ内を流
れる空気流の速度によっても僅かに変化する。従って、
蒸発式冷却器14の良好な性能を実現するには、液滴の
粒度範囲と、蒸発パイプ内の液滴の滞留時間との組合せ
が重要である。
を空気圧縮機16の入口に接続する一定の長さのパイプ
によって構成するのが好ましい。スプレーノズル即ち霧
化ノズル34をこのパイプの側壁を貫通して配設する。
霧化ノズル34は、パイプの壁に対して60°未満の角
度をなして空気流の流れ方向42でみて上流側へ噴出す
るように配向される。図2及び3においては、ノズル3
4は、パイプの壁に対して好ましい45°の角度に取付
けられ、空気流内へその上流に向けて液滴を噴霧するよ
うに配向されており、それによって乱流と攪拌を誘起
し、スプレー(霧化された液滴)の蒸発を促進する。こ
れらのノズルは、供給された液体を圧縮空気で液滴の形
に霧化するように寸法づけされた内部通路を有してい
る。スプレーノズル34によるパイプ内の空気流の蒸発
式冷却は、複雑な過程である。液滴の蒸発速度は、その
液滴の粒度、パイプ内へ流入してくる空気流の温度及び
相対湿度、並びにノズルとパイプの物理的構成によって
相当に変化する。又、液滴の蒸発速度は、パイプ内を流
れる空気流の速度によっても僅かに変化する。従って、
蒸発式冷却器14の良好な性能を実現するには、液滴の
粒度範囲と、蒸発パイプ内の液滴の滞留時間との組合せ
が重要である。
【0013】平均直径で約4〜約20μの範囲の液滴に
するのであれば、圧縮空気を用いて液体を霧化するタイ
プの霧化型スプレーノズルを使用することができる。直
径5μより小さい液滴とする場合は、超音波式ノズルの
使用を必要とされる。しかしながら、この用途のために
十分な量の液体を処理するには、それに要する超音波式
ノズルの本数が禁止的な多数となり、従ってコスト高と
なる。反対に、直径20μより大きい液滴にするのであ
れば、通常のスプレーノズルを使用することができる。
しかしながら、そのような大きな液滴を蒸発させるには
蒸発時間が長くなるので、それに要する蒸発パイプの長
さ及び直径寸法が禁止的な大きさとなり、従ってコスト
高となる。
するのであれば、圧縮空気を用いて液体を霧化するタイ
プの霧化型スプレーノズルを使用することができる。直
径5μより小さい液滴とする場合は、超音波式ノズルの
使用を必要とされる。しかしながら、この用途のために
十分な量の液体を処理するには、それに要する超音波式
ノズルの本数が禁止的な多数となり、従ってコスト高と
なる。反対に、直径20μより大きい液滴にするのであ
れば、通常のスプレーノズルを使用することができる。
しかしながら、そのような大きな液滴を蒸発させるには
蒸発時間が長くなるので、それに要する蒸発パイプの長
さ及び直径寸法が禁止的な大きさとなり、従ってコスト
高となる。
【0014】約4〜約20μの範囲の液滴サイズと、蒸
発式冷却器14の空気流内における液滴の滞留時間約
0.05〜約1.0秒とを組合せると、良好な作動条件
が得られることが判明した。なかんずく、約8〜約12
μの範囲の液滴サイズと、約0.2〜約0.4秒の滞留
時間との組合せが好ましい。
発式冷却器14の空気流内における液滴の滞留時間約
0.05〜約1.0秒とを組合せると、良好な作動条件
が得られることが判明した。なかんずく、約8〜約12
μの範囲の液滴サイズと、約0.2〜約0.4秒の滞留
時間との組合せが好ましい。
【0015】又、過度の圧力降下を回避するために蒸発
式冷却器14内の空気流の流速を約30.48m/秒
(100ft/秒)未満に制限することが望ましいこと
が判明した。空気流の流速は、特に、約4.572〜1
5.24m/秒(15〜50ft/秒)とするのが好ま
しい。
式冷却器14内の空気流の流速を約30.48m/秒
(100ft/秒)未満に制限することが望ましいこと
が判明した。空気流の流速は、特に、約4.572〜1
5.24m/秒(15〜50ft/秒)とするのが好ま
しい。
【0016】蒸発式冷却器14には新鮮な水を使用する
こともできるが、圧縮機16からの凝縮液を再循環さる
ことが好ましい。圧縮機16からの凝縮液は、清浄であ
り、溶存鉱物を含んでいない。従って、蒸発式冷却器1
4に新鮮な水を使用した場合の水の処理コスト及び蒸発
式冷却器14の内壁面等のスケール除去操作のためのコ
ストを省くことができる。
こともできるが、圧縮機16からの凝縮液を再循環さる
ことが好ましい。圧縮機16からの凝縮液は、清浄であ
り、溶存鉱物を含んでいない。従って、蒸発式冷却器1
4に新鮮な水を使用した場合の水の処理コスト及び蒸発
式冷却器14の内壁面等のスケール除去操作のためのコ
ストを省くことができる。
【0017】過給器12からの空気を冷却するための手
段として他のタイプの冷却器を使用することも可能であ
るが、蒸発式冷却器の使用に比べて望ましくない。例え
ば、過給空気を水で湿潤させたパッキング(充填物)の
床を通すことによって冷却させる方法は、本発明の蒸発
式冷却器に比べて、大きな容積と、複雑な機構と、高い
初期投下資本を必要とする。又、過給空気を冷媒で冷却
されるコイル又は管の外周面を被うようにして通す方法
も、やはり本発明の蒸発式冷却器に比べて、大きな容積
と、複雑な機構と、高い初期投下資本を必要とする。し
かも、その場合、圧縮機の振動が、パッキングや、コイ
ル又は管の突出表面に疲労及び破断を惹起することにな
る。その結果パッキングや、コイル又は管の突出表面か
ら生じた粒子が、圧縮機内へ搬入され、圧縮機を損傷す
る原因となる。
段として他のタイプの冷却器を使用することも可能であ
るが、蒸発式冷却器の使用に比べて望ましくない。例え
ば、過給空気を水で湿潤させたパッキング(充填物)の
床を通すことによって冷却させる方法は、本発明の蒸発
式冷却器に比べて、大きな容積と、複雑な機構と、高い
初期投下資本を必要とする。又、過給空気を冷媒で冷却
されるコイル又は管の外周面を被うようにして通す方法
も、やはり本発明の蒸発式冷却器に比べて、大きな容積
と、複雑な機構と、高い初期投下資本を必要とする。し
かも、その場合、圧縮機の振動が、パッキングや、コイ
ル又は管の突出表面に疲労及び破断を惹起することにな
る。その結果パッキングや、コイル又は管の突出表面か
ら生じた粒子が、圧縮機内へ搬入され、圧縮機を損傷す
る原因となる。
【0018】過給器12を作動させた状態で、主空気圧
縮機16が過給器の設置前と同じ出口圧で空気を送給す
るとすると、主空気圧縮機16は、より低い圧力比で作
動し、従ってより高い流量で空気を送給することにな
る。又、過給器12と蒸発式冷却器14を作動させた状
態で主空気圧縮機16を作動させると、主空気圧縮機1
6は、必然的により高い密度の空気流を吸気する。従っ
て、主空気圧縮機16は、高い質量流量の空気を圧縮
し、容量を増大させる。かくして、空気流の圧縮効率が
僅かに高められ、空気流の単位質量当りの圧縮に要する
電力所要量が少なくされる。
縮機16が過給器の設置前と同じ出口圧で空気を送給す
るとすると、主空気圧縮機16は、より低い圧力比で作
動し、従ってより高い流量で空気を送給することにな
る。又、過給器12と蒸発式冷却器14を作動させた状
態で主空気圧縮機16を作動させると、主空気圧縮機1
6は、必然的により高い密度の空気流を吸気する。従っ
て、主空気圧縮機16は、高い質量流量の空気を圧縮
し、容量を増大させる。かくして、空気流の圧縮効率が
僅かに高められ、空気流の単位質量当りの圧縮に要する
電力所要量が少なくされる。
【0019】ここに開示した本発明の装置は、作動容量
の60〜100%の調節を可能にする。これは、入口案
内羽根を調節することによって最高20%までの流れ容
量の調節を可能にされる標準の遠心圧縮機に比べて有利
である。
の60〜100%の調節を可能にする。これは、入口案
内羽根を調節することによって最高20%までの流れ容
量の調節を可能にされる標準の遠心圧縮機に比べて有利
である。
【0020】本発明の装置は、又、過給器を作動させず
に、主空気圧縮機を作動させることによって多少の、し
かし有意の容量調節を行うことができる。蒸発式冷却器
は、主空気圧縮機によって誘起される空気流の温度のあ
る程度の低下をもたらすことができるので、容量を僅か
に増大させることができる。過給器を作動させた状態
で、あるいは作動させない状態で得られる温度低下の度
合は、大気空気の相対湿度によって左右される。そし
て、温度低下の度合は、空気流内へ蒸発によって加える
ことができる水の量に影響する。
に、主空気圧縮機を作動させることによって多少の、し
かし有意の容量調節を行うことができる。蒸発式冷却器
は、主空気圧縮機によって誘起される空気流の温度のあ
る程度の低下をもたらすことができるので、容量を僅か
に増大させることができる。過給器を作動させた状態
で、あるいは作動させない状態で得られる温度低下の度
合は、大気空気の相対湿度によって左右される。そし
て、温度低下の度合は、空気流内へ蒸発によって加える
ことができる水の量に影響する。
【0021】以上、本発明は、空気の圧縮と、冷却のた
めに水を蒸発させることに関連して説明されたが、本発
明は、他のガス及び蒸発可能な液体にも適用し得ること
は明らかであろう。
めに水を蒸発させることに関連して説明されたが、本発
明は、他のガス及び蒸発可能な液体にも適用し得ること
は明らかであろう。
【0022】
【発明の効果】本発明の特徴は、機械的な複雑さをほと
んど付加しないことであり、従って、従来の方法に比べ
て設備コストを低く押えることができることである。本
発明の利点は、又、圧縮機の作動において作動動力の節
減を達成し、圧縮機の容量を、その性能を阻害すること
なく調節することができることである。本発明の作用効
果を理解するために、以下に具体的な例を参照して説明
する。
んど付加しないことであり、従って、従来の方法に比べ
て設備コストを低く押えることができることである。本
発明の利点は、又、圧縮機の作動において作動動力の節
減を達成し、圧縮機の容量を、その性能を阻害すること
なく調節することができることである。本発明の作用効
果を理解するために、以下に具体的な例を参照して説明
する。
【0023】比較例 今、電力消費量3,100Kwの中間冷却器付遠心式4
段主空気圧縮機が設置されているとする。この主空気圧
縮機は、相対湿度45%、温度21℃(75°F)、流
量35,375m3 /h(1,250,000cfh)
の空気を1.033Kg/cm2 (絶対圧)(14.7
psia)から5.9755Kg/cm2 (絶対圧)
(85psia)にまで圧縮する最大容量を有する。こ
の条件下で、この主空気圧縮機の単位電力消費量は、圧
縮される空気28.3m3 /h(1,000cfh)当
り2.48Kwである。この圧縮空気供給容量を43,
016m3 /h(1,520,000cfh)にまで2
0%増大する必要があるとする。この場合、本発明によ
れば、上述した吸気条件で空気を1.1740Kg/c
m2 (絶対圧)(16.7psia)(温度51.7
℃)にまで圧縮する79%の効率(断熱条件下で)を有
する過給器を設置する。この過給器の下流に蒸発式冷却
器を設置する。この蒸発式冷却器は、過給空器内へ水を
噴霧蒸発させ、空気の相対湿度を75%、温度を29.
4℃(85°F)にし、それによって14%の正味空気
密度の増大をもたらすものである。その結果、上記主空
気圧縮機は、5.9755Kg/cm2 (絶対圧)(8
5psia)の圧縮空気を送給し続け、上記過給のおか
げで13%低い圧力比で作動するので、必然的に6%高
い流量で圧縮空気を送給する。かくして、14%の正味
空気密度の増大と、6%の圧縮空気流量の増大とが相俟
って、必要とされた20%の圧縮空気供給容量の増大を
達成することができる。過給器と蒸発式冷却器の追加に
より、0.5%の効率改善が達成され、それによって主
空気圧縮機の単位電力消費量を圧縮される空気28.3
m3 /h(1,000cfh)当り2.468Kwにま
で減少させる。従って、圧縮空気供給容量を20%増大
させるのに必要とされる電力消費の総増大量は、650
Kwである。
段主空気圧縮機が設置されているとする。この主空気圧
縮機は、相対湿度45%、温度21℃(75°F)、流
量35,375m3 /h(1,250,000cfh)
の空気を1.033Kg/cm2 (絶対圧)(14.7
psia)から5.9755Kg/cm2 (絶対圧)
(85psia)にまで圧縮する最大容量を有する。こ
の条件下で、この主空気圧縮機の単位電力消費量は、圧
縮される空気28.3m3 /h(1,000cfh)当
り2.48Kwである。この圧縮空気供給容量を43,
016m3 /h(1,520,000cfh)にまで2
0%増大する必要があるとする。この場合、本発明によ
れば、上述した吸気条件で空気を1.1740Kg/c
m2 (絶対圧)(16.7psia)(温度51.7
℃)にまで圧縮する79%の効率(断熱条件下で)を有
する過給器を設置する。この過給器の下流に蒸発式冷却
器を設置する。この蒸発式冷却器は、過給空器内へ水を
噴霧蒸発させ、空気の相対湿度を75%、温度を29.
4℃(85°F)にし、それによって14%の正味空気
密度の増大をもたらすものである。その結果、上記主空
気圧縮機は、5.9755Kg/cm2 (絶対圧)(8
5psia)の圧縮空気を送給し続け、上記過給のおか
げで13%低い圧力比で作動するので、必然的に6%高
い流量で圧縮空気を送給する。かくして、14%の正味
空気密度の増大と、6%の圧縮空気流量の増大とが相俟
って、必要とされた20%の圧縮空気供給容量の増大を
達成することができる。過給器と蒸発式冷却器の追加に
より、0.5%の効率改善が達成され、それによって主
空気圧縮機の単位電力消費量を圧縮される空気28.3
m3 /h(1,000cfh)当り2.468Kwにま
で減少させる。従って、圧縮空気供給容量を20%増大
させるのに必要とされる電力消費の総増大量は、650
Kwである。
【0024】しかも、本発明の圧縮システムは、圧縮空
気供給容量を低下させた状態で作動することもできると
いう利点を有する。圧縮空気供給容量の減少調整は、実
施される蒸発冷却の量を調節することによって、あるい
は、過給器の作動を停止することによって行うことがで
きる。
気供給容量を低下させた状態で作動することもできると
いう利点を有する。圧縮空気供給容量の減少調整は、実
施される蒸発冷却の量を調節することによって、あるい
は、過給器の作動を停止することによって行うことがで
きる。
【0025】今、過給器と主圧縮機を接続する内径1.
016m(40in)、長さ4.572m(15ft)
のパイプから成る蒸発式冷却器が設置されているとす
る。このパイプの壁を貫通して10本のスプレーノズル
が装着され、パイプの壁に対して約45°の角度をなし
て上流側に向けて液体を噴霧するように配向されている
とする。これらのノズルは、水を平均直径10μの液滴
に霧化するものであり、流量0.125m3 /分(4.
42scfm)、圧力3.8665Kg/cm2(ゲー
ジ圧)(55psig)の空気を用いて、4.218K
g/cm2 (ゲージ圧)(60psig)の圧力で時間
当り37.1L(9.8ガロン)の水をスプレーする。
パイプ内を通る空気流中に滞留する液滴の滞留時間は
0.33秒である。主圧縮機の中間冷却器及び後冷却器
からの凝縮液を凝縮液タンクに収集し、凝縮液ポンプに
よってノズルへ移送する。この場合の、電力所要量の減
少、容量の調節可能性及び装置コストの節減等を考慮す
ると、この方法及び装置は、以下に述べる代替選択肢よ
り優れている。
016m(40in)、長さ4.572m(15ft)
のパイプから成る蒸発式冷却器が設置されているとす
る。このパイプの壁を貫通して10本のスプレーノズル
が装着され、パイプの壁に対して約45°の角度をなし
て上流側に向けて液体を噴霧するように配向されている
とする。これらのノズルは、水を平均直径10μの液滴
に霧化するものであり、流量0.125m3 /分(4.
42scfm)、圧力3.8665Kg/cm2(ゲー
ジ圧)(55psig)の空気を用いて、4.218K
g/cm2 (ゲージ圧)(60psig)の圧力で時間
当り37.1L(9.8ガロン)の水をスプレーする。
パイプ内を通る空気流中に滞留する液滴の滞留時間は
0.33秒である。主圧縮機の中間冷却器及び後冷却器
からの凝縮液を凝縮液タンクに収集し、凝縮液ポンプに
よってノズルへ移送する。この場合の、電力所要量の減
少、容量の調節可能性及び装置コストの節減等を考慮す
ると、この方法及び装置は、以下に述べる代替選択肢よ
り優れている。
【0026】1つの代替選択肢は、既存の圧縮機をそれ
に流れ容量の大きい新しいピニオン及びインペラを取付
けて改装することである。しかしながら、このようにし
て改装された圧縮機の効率は変わらず、単位電力消費量
も変わらない。従って、圧縮空気供給容量を20%増大
させるのに必要とされる電力消費の総増大量は、670
Kwとなる。又、この改装圧縮機は、特定の圧縮空気供
給容量で作動するものであり、圧縮空気供給容量を低下
させた状態で作動することはできない。即ち、実際上、
圧縮空気供給容量の減少調整能力をもっていない。又、
この改装圧縮機は、本発明に従ってなされた改変装置に
比べて、電力消費量及び装置コストが多少高い。
に流れ容量の大きい新しいピニオン及びインペラを取付
けて改装することである。しかしながら、このようにし
て改装された圧縮機の効率は変わらず、単位電力消費量
も変わらない。従って、圧縮空気供給容量を20%増大
させるのに必要とされる電力消費の総増大量は、670
Kwとなる。又、この改装圧縮機は、特定の圧縮空気供
給容量で作動するものであり、圧縮空気供給容量を低下
させた状態で作動することはできない。即ち、実際上、
圧縮空気供給容量の減少調整能力をもっていない。又、
この改装圧縮機は、本発明に従ってなされた改変装置に
比べて、電力消費量及び装置コストが多少高い。
【0027】もう1つの代替選択肢は、既存の主空気圧
縮機と並列に、圧縮空気供給容量の所要の増大を行うた
めの補完空気圧縮機を設置することである。しかしなが
ら、補完空気圧縮機は、サイズが小さいために、主空気
圧縮機より効率が低く、従って、その増大された分の空
気流を送給するのに必要とされる電力増加は700Kw
になる。この選択肢は、補完空気圧縮機の作動を停止す
ることによって圧縮空気供給容量を減少調整する能力を
有してはいるが、やはり本発明による改変装置に比べ
て、電力消費量及び装置コストが多少高い。
縮機と並列に、圧縮空気供給容量の所要の増大を行うた
めの補完空気圧縮機を設置することである。しかしなが
ら、補完空気圧縮機は、サイズが小さいために、主空気
圧縮機より効率が低く、従って、その増大された分の空
気流を送給するのに必要とされる電力増加は700Kw
になる。この選択肢は、補完空気圧縮機の作動を停止す
ることによって圧縮空気供給容量を減少調整する能力を
有してはいるが、やはり本発明による改変装置に比べ
て、電力消費量及び装置コストが多少高い。
【0028】以上、本発明を実施例に関連して説明した
が、本発明は、ここに例示した実施例の構造及び形態に
限定されるものではなく、本発明の精神及び範囲から逸
脱することなく、いろいろな実施形態が可能であり、い
ろいろな変更及び改変を加えることができることを理解
されたい。
が、本発明は、ここに例示した実施例の構造及び形態に
限定されるものではなく、本発明の精神及び範囲から逸
脱することなく、いろいろな実施形態が可能であり、い
ろいろな変更及び改変を加えることができることを理解
されたい。
【図1】図1は、本発明の装置の概略流れ図である。
【図2】図2は、過給器の後に接続された蒸発式冷却器
の長手断面図である。
の長手断面図である。
【図3】図3は、図2の蒸発式冷却器の線3−3に沿っ
てみた断面図である。
てみた断面図である。
12:過給器 14:蒸発式冷却器(パイプ) 16:主空気圧縮機(ガス圧縮機) 18:中間冷却器 20:後冷却器 28:凝縮液収集タンク 30:凝縮液ポンプ 34:ノズル 36:導管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェイムズ・リチャード・ウォレン アメリカ合衆国ニューヨーク州レイクビュ ー、オールド・レイクショー・ロード、エ ス6279
Claims (13)
- 【請求項1】ガス圧縮機の容量を増大させるための装置
であって、 (a) ガス流を受取り、圧縮し、排出するための過給器
と、 (b) 該過給器を前記圧縮機に接続するためのパイプと、
前記ガス流を冷却するために該パイプに接続されてお
り、該ガス流内へ液体を噴霧し、蒸発させるためのノズ
ルを含む蒸発式冷却器と、 から成る装置。 - 【請求項2】前記ガス圧縮機は、複数台の中間冷却器と
複数台の後冷却器を備えており、該中間冷却器及び後冷
却器から凝縮液を収集してその凝縮液を前記ガス流内へ
噴霧するために戻すための手段が設けられていることを
特徴とする請求項1に記載の装置。 - 【請求項3】前記ガスは、空気であり、該空気流を冷却
するための液体は水であることを特徴とする請求項2に
記載の装置。 - 【請求項4】前記ノズルは、液体を平均直径約4〜約2
0μの液滴に霧化するように寸法づけされた内部通路を
有しており、前記パイプは、前記ガス流内における該液
滴の滞留時間を約0.05〜約1.0秒とする直径及び
長さを有していることを特徴とする請求項1に記載の装
置。 - 【請求項5】前記ノズルは、液体を平均直径約8〜約1
2μの液滴に霧化するように寸法づけされた内部通路を
有しており、前記パイプは、前記ガス流内に置ける該液
滴の滞留時間を約0.2〜約0.4秒とする直径及び長
さを有していることを特徴とする請求項1に記載の装
置。 - 【請求項6】前記ガスは、前記蒸発式冷却器内において
約30.48m/秒(100ft/秒)未満の流速を有
することを特徴とする請求項1に記載の装置。 - 【請求項7】前記ガスは、前記蒸発式冷却器内において
約4.572〜15.24m/秒(15〜50ft/
秒)の流速を有することを特徴とする請求項1に記載の
装置。 - 【請求項8】前記ノズルは、前記パイプの壁に対して約
60°未満の角度をなして上流側に向けて液体を噴霧す
るように向けられていることを特徴とする請求項1に記
載の装置。 - 【請求項9】前記ノズルは、前記パイプの壁に対して約
45°未満の角度をなして上流側に向けて液体を噴霧す
るように向けられていることを特徴とする請求項1に記
載の装置。 - 【請求項10】前記ガス圧縮機は、複数台の中間冷却器
と1台の後冷却器を備えており、該中間冷却器及び後冷
却器から凝縮液を収集してその凝縮液を前記ガス流内へ
噴霧するために戻すための手段が設けられていることを
特徴とする請求項1に記載の装置。 - 【請求項11】ガス圧縮機のガス流容量を増大させるた
めの方法であって、 (a) 該ガス圧縮機へガス流を過給し、 (b) 蒸発可能な液体を前記ガス流内へ供給して該ガス流
を冷却させ、 (c) 前記液体を平均直径約4〜約20μの液滴に霧化
し、 (d) 前記液滴を前記ガス流の流れ方向に対して約60°
未満の角度をなして該ガス流内へ上流側に向けて噴霧
し、 (e) 前記ガス流が前記圧縮機に流入するまでの該ガス流
内における前記液滴の滞留時間を約0.05〜約1.0
秒とすることを特徴とする方法。 - 【請求項12】前記ガス圧縮機の中間冷却器と後冷却器
から凝縮液を収集し、該凝縮液を前記過給されるガス流
内へ噴霧するために戻す操作を含むことを特徴とする請
求項11に記載の方法。 - 【請求項13】前記ガスは、空気であり、該空気流を冷
却するための液体は水であることを特徴とする請求項1
2に記載の方法。
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19960723 |