蒸汽膨胀机驱动空气压缩装置.pdf

一种蒸汽膨胀机驱动空气压缩装置，包括以下的部件：容积型蒸汽膨胀机；被上述容积型蒸汽膨胀机驱动的容积型空气压缩机；能够调节上述容积型蒸汽膨胀机的吸气量的容量调节阀；检测上述容积型空气压缩机的排出侧的压力的压力检测器；以及控制装置，基于上述压力检测器的检测信号控制上述容量调节阀的开度以使上述容积型空气压缩机的排出侧的压力成为一定。通过这样的结构，提供不论蒸汽的使用量如何，能够稳定地回收压力差能量的蒸汽膨胀机驱动空气压缩装置。

1.  一种蒸汽膨胀机驱动空气压缩装置，包括以下的部件：
容积型蒸汽膨胀机；
被上述容积型蒸汽膨胀机驱动的容积型空气压缩机；
能够调节上述容积型蒸汽膨胀机的吸气量的容量调节阀；
检测上述容积型空气压缩机的排出侧的压力的压力检测器；
以及控制装置，基于上述压力检测器的检测信号控制上述容量调节阀的开度以使上述容积型空气压缩机的排出侧的压力成为一定。

2.  如权利要求1所述的蒸汽膨胀机驱动空气压缩装置，其特征在于，上述控制装置基于上述压力检测器的检测信号而PID控制上述容量调节阀的开度。

3.  如权利要求1所述的蒸汽膨胀机驱动空气压缩装置，其特征在于，上述容积型蒸汽膨胀机经由减速机而驱动上述容积型空气压缩机。

4.  如权利要求1所述的蒸汽膨胀机驱动空气压缩装置，其特征在于，上述容积型蒸汽膨胀机是螺杆膨胀机，上述容积型空气压缩机是螺杆压缩机。

5.  如权利要求1所述的蒸汽膨胀机驱动空气压缩装置，其特征在于，经由减压阀连接上述容量调节阀的上游和上述容积型蒸汽膨胀机的排出侧。

蒸汽膨胀机驱动空气压缩装置
技术领域
本发明涉及一种蒸汽膨胀机驱动空气压缩装置。
背景技术
在使用由锅炉产生的蒸汽的设备中，一般的情况是利用减压阀将锅炉产生的高压(例如1.2至1.6MPa)的蒸汽减压，并将低压(例如0.8至0.9MPa)的蒸汽向需要设备供给。因为若用减压阀将蒸汽减压则废弃蒸汽的压力差能量，所以希望回收该能量。
如特开2007-16614号那样，提出有利用螺杆式蒸汽膨胀机来驱动发电机从而将蒸汽的压力差能量作为电能而回收的装置。一般地，发电机需要以一定的速度运转，但是若将螺杆式蒸汽膨胀机的速度保持为一定，则低压侧的蒸汽压力变动。
螺杆式蒸汽膨胀机的速度控制如特开2007-16614号所述，一般的情况是控制设置在吸入侧的流量调节阀的开度以使排出压成为一定。因此，使用能够对应速度变化的发电机，控制使得螺杆式蒸汽膨胀机的排出压成为一定，由此能够对应蒸汽使用量的变化。
但是，在小规模的设备中，蒸汽使用量不稳定，所以若将螺杆式蒸汽膨胀机的排出侧的压力保持为一定，则螺杆式蒸汽膨胀机的转速的变动变得非常地大。由此，在蒸汽使用量降低时，存在螺杆式蒸汽膨胀机的输出扭矩不足而变得不能驱动发电机的情况。
在特开昭63-50692号公报中，记载有用螺杆式蒸汽膨胀机驱动螺杆式空气压缩机而压缩空气的装置。但是，在蒸汽使用量与压缩空气消耗量不存在比例关系的情况下，若将螺杆式蒸汽膨胀机的排出侧的压力保持为一定，则存在不能控制产生的压缩空气的量而对压缩空气产生过多或不足、压缩空气的压力变动的问题。
发明内容
鉴于上述问题点，本发明的目的在于提供一种蒸汽膨胀机驱动空气压缩装置，不论蒸汽的使用量如何，能够稳定地回收压力差能量。
为了解决上述问题，本发明的蒸汽膨胀机驱动空气压缩装置包括以下的部件：容积型蒸汽膨胀机；容积型空气压缩机，被上述容积型蒸汽膨胀机驱动；容量调节阀，能够调节上述容积型蒸汽膨胀机的吸气量；压力检测器，检测上述容积型空气压缩机的排出侧的压力；以及控制装置，基于上述压力检测器的检测信号而控制上述容量调节阀的开度以使上述容积型空气压缩机的排出侧的压力成为一定。
根据该结构，利用容量调节阀，将与容积型空气压缩机所需的驱动扭矩对应的量的蒸汽向容积型蒸汽膨胀机供给，因此能够稳定地驱动容积型空气压缩机。
此外，在本发明的蒸汽膨胀机驱动空气压缩装置中，上述控制装置可以基于上述压力检测器的检测信号而PID控制上述容量调节阀的开度。
根据该结构，能够使用广泛地通用的PID控制器，结构简单，低成本。
此外，在本发明的蒸汽膨胀机驱动空气压缩装置中，上述容积型蒸汽膨胀机可以经由减速机驱动上述容积型空气压缩机。
根据该结构，与容积型空气压缩机的负荷扭矩对应而选择减速机的减速比，由此机械效率变高。
此外，在本发明的蒸汽膨胀机驱动空气压缩装置中，上述容积型蒸汽膨胀机可以是螺杆膨胀机，上述容积型空气压缩机可以是螺杆压缩机。
根据该结构，因为螺杆膨胀机以及螺杆压缩机的扭矩变动较小，所以能够运转的压力范围较广，能够稳定运转。
此外，在本发明的蒸汽膨胀机驱动空气压缩装置中，可以经由减压阀连接上述容量调节阀的上游和上述容积型蒸汽膨胀机的排出侧。
根据该结构，在蒸汽的使用量较多的情况下，经由减压阀，能够旁通于蒸汽膨胀机驱动空气压缩装置而将必需的蒸汽向需要设备供给。
根据本发明，用容积型蒸汽膨胀机驱动容积型空气压缩机，调节设置在容积型蒸汽膨胀机的吸入侧的容量调节阀的开度以便将容积型空气压缩机的排出侧的压力保持为一定，因此能够将蒸汽的供给压力与使用压力的压差能量作为气压能量而稳定回收。
附图说明
图1是本发明的实施方式的蒸汽膨胀机驱动空气压缩装置的概略图。
具体实施方式
由此，参照附图说明本发明的实施方式。
图1表示本发明的一个实施方式的蒸汽膨胀机驱动空气压缩装置1的概要。蒸汽膨胀机驱动空气压缩装置1具有作为容积型蒸汽膨胀机的螺杆膨胀机(expander)2、作为容积型空气压缩机的螺杆压缩机3，螺杆膨胀机2的输出轴和螺杆压缩机3的输入轴经由减速机4连接。
在螺杆膨胀机2中，从未图示的锅炉经由疏水阀5以及容量调节阀6而供给高压蒸汽。螺杆膨胀机2将吸气的蒸汽的膨胀力转换为旋转力，将通过膨胀而被减压的低压蒸汽向未图示的需要设备供给。此外，蒸汽膨胀机驱动空气压缩装置1能够经由减压阀7而不经由螺杆膨胀机2地将高压蒸汽向低压侧供给。
螺杆压缩机3经由空气过滤器8而吸引空气并将其压缩而排出。螺杆压缩机3排出的压缩空气利用分离器9分离润滑油，利用后冷却器10被冷却而被向需要设备供给。
蒸汽膨胀机驱动空气压缩装置1在分离器9的出口配管上设置压力检测器11，利用PID控制装置12来PID控制容量调节阀6的开度，以使压力检测器11的检测压力变成既定的设定压力。
利用分离器9被分离的润滑油经由自动温度调节阀13、油冷却器14以及油过滤器15，供给向螺杆膨胀机2的轴承部以及螺杆压缩机3的转子室。此外，配设有电磁阀16，以便在螺杆膨胀机2停止时，能够立即停止向螺杆膨胀机2的轴承部的润滑油的供给。进而，向螺杆膨胀机2的轴承部供给的润滑油流入减速机4而润滑减速机4，从减速机4流出的润滑油经由逆止阀17而被向螺杆压缩机3的转子室供给。
在本实施方式的蒸汽膨胀机驱动空气压缩装置1中，在压缩空气的需要较少的情况下，压力检测器11的检测压力即螺杆压缩机3的排出侧的空气压上升，所以利用PID控制装置12，限制螺杆膨胀机2的吸入的容量调节阀6的开度，向螺杆膨胀机2的蒸汽供给量变少。由此，螺杆膨胀机2的转速减少，螺杆压缩机3的排出压也降低，因此螺杆压缩机3的排出侧的压力(向压缩空气的需要设备的供给压力)降低，恢复为既定的设定压力。
此外，在压缩空气的需要较多的情况下，螺杆压缩机3的排出侧的压力降低，所以利用PID控制装置12，较大地打开螺杆膨胀机2的吸入的容量调节阀6。由此，螺杆膨胀机2的转速增大，螺杆压缩机3的排出压也上升，因此压缩空气的供给压力上升，恢复设定压力。
若详细地说明，则作为容积型蒸汽膨胀机的螺杆膨胀机2的输出扭矩由吸入压力与排出压力的差决定。此外，同样地，作为容积型空气压缩机的螺杆压缩机3的驱动扭矩由吸气压力与排出压力的压差决定。由此，配合对于螺杆压缩机3的驱动必需的扭矩而调节容量调节阀6的开度从而使实质的螺杆膨胀机2的吸气压力降低，由此能够控制螺杆膨胀机2的输出，使希望的压力的压缩空气产生。
像这样，在本实施方式中，与压缩空气的压力对应而调节螺杆膨胀机2的蒸汽流量，因此能够将从锅炉供给的高压蒸汽与在常用设备使用的低压蒸汽的压差能量作为气压能量稳定地回收，并供给一定压力的压缩空气。
此外，在本实施方式中，减速机4减速以便在最适宜的条件下运转螺杆膨胀机2时的螺杆膨胀机2的输出成为对于利用螺杆压缩机3压缩空气而言最适宜的扭矩。由此，蒸汽膨胀机驱动空气压缩装置1整体的机械效率被最适宜化，提高能量回收效率。
此外，在本实施方式中，在与压缩空气的需要相比蒸汽的需要较多的情况下，能够经由减压阀7而将蒸汽向蒸汽需要设备供给。
本发明的蒸汽膨胀机驱动空气压缩装置使用与如蒸汽涡轮机这样的速度型的机器相比能够运转范围较广的容积型的蒸汽膨胀机以及空气压缩机，特别地使用旋转型且振动(基于旋转中的相位的扭矩变动)较小的螺杆膨胀机以及螺杆压缩机，由此不论压缩空气的需要变动如何，能够稳定运转。
此外，在本发明中，基于蒸汽膨胀机的吸气侧的容量调节阀的空气压缩机的排出侧的压力的控制不限于PID控制，也可以使用任意的控制。