Compressor system

【発明の詳細な説明】 コンプレッサシステム本発明は、冷却水回路内の水噴射冷却コンプレッサを有するコンプレッサシステムに関する。 このようなコンプレッサ組立体は、ガス媒体、特に空気を圧縮したり圧縮ガスと言ったガス媒体を供給するために使用される。 水はコンプレッサをシールしたり、潤滑したり、冷却したりするのに用いられ、油に比べて環境や健康に有害にならないという利点がある。 独国特許44 47 097号には水冷コンプレッサシステムが記載されており、コンプレッサはスクリュータイプのコンプレッサとして形成されている。 冷却水はコンプレッサのロータの部分に噴射され、コンプレッサから離れた後、再び圧縮ガスから分離される。 コンプレッサ内で加熱された水は次に冷却手段に向かって案内される。 冷却された冷却水は濾過され再度コンプレッサに供給される。 この行程において、冷却水の種々のパラメータは冷却水の蒸発または空気中から冷却水への湿気の吸収によって変化する。 水の相対的塩分が冷却水の蒸発によって上昇した場合は、狭いシールの隙間やシールリングに損傷及び欠陥を生ぜしめる堆積沈殿物量が増加する。 堆積物は分極手段によって低く抑えられている。 しかしながら、それは塩分の上昇を妨げない。 一方、冷却水の塩分が空気中の水分を吸収して減少した場合は、フリーな二酸化炭素を吸収する冷却水の緩衝能力は減少する。 しかしながら、緩衝（結合）されていない冷却水のフリーな二酸化炭素は極めて活動的であり腐食性を有する。 冷却水のＰＨバルブもまた冷却水の蒸発，空気中から冷却水への湿気の吸収または銅イオン若しくは鉄イオンの吸収によって変化される。 冷却用の蒸留した水を使用するコンプレッサが、独国特許821 993号及び米国特許722 524号から知られている。 蒸留された水はむしろ高価であり、そのｐＨ 値から考慮して極めて繊細なものである。 本発明の目的は、噴射冷却コンプレッサシステムにおいてその水質を上昇させることにある。 本発明によれば、目的は請求項第１項の特徴によって達成される。 本発明のコンプレッサシステムにおいて、冷却水回路は冷却水の伝導度の値を決定する測定装置と、未脱塩水及び脱塩水、即ち脱イオンされていない水及び脱イオンされた水を供給する水供給源とを有する。 制御手段は伝導度が上限伝導度を越えたとき脱塩水を導入せしめ、伝導度が下限を下回ったとき冷却水回路へ未脱塩水を導入せしめる。 従って、冷却水の塩分は、冷却水の伝導度が常に所定の範囲内に維持するように制御される。 伝導度はまた水のｐＨ値と似ているものなので、冷却水のｐＨ値は水の伝導度を制御することによりそれが酸又はアルカリの範囲に移動することなく、中性の範囲内に維持されるように制御され得る。 伝導度が下限伝導度より下回った場合に、未脱塩水が冷却水に加えられ、それによって冷却水の伝導度が上昇し、その結果、冷却水の伝導度値は下限伝導度より上に再度上昇する。 冷却液の伝導度を下限伝導度より上になるように制御することによって水のｐＨ値の激しい減少は回避される。 それによって、水のｐＨ値は、例えばｐＨ６．５より多くなるように保持される。 しかし、冷却水は活動的でなく、それで冷却水回路内の冷却水による腐食は大きく減少される。 伝導度が上限伝導度を超えたとき、脱塩水は冷却水に加えられる。 それによって、冷却水の伝導度は減少する。 伝導度が上限伝導度より下がった後、脱塩水の導入は再度停止される。 冷却水に溶解された塩によって冷却水は二酸化炭素を吸収することができ、空気が圧縮されたとき、その吸収された二酸化炭素は大きな腐食力を有する。 冷却水の塩分は、しかし不定でなく、ある塩分濃度を超えたときに塩が沈澱する、即ち冷却水内で粒子状に沈澱し、シールの隙間、ベアリングシール、スライドベアリング等に被害をもたらす。 従って、冷却水内の塩分は限定されるべきで、それは上限伝導度によって決定される。 従って、２つの効果は冷却水の伝導度を所定の伝導度の範囲内に制御することによって達成することができる。 第１には、強酸の冷却水を無くし、それによって次に冷却水回路内の腐食を回避する。 第２は、冷却水の塩分を限界値以下に保持して堆積物の発生を無くし、それによって冷却回路内の可動部分の損傷又は不良を無くす。 それによって、コンプレッサシステムは、実施を進めることができ、その中で腐食抵抗が低い材質を冷却水回路及びコンプレッサに用いることができる。 冷却水はほとんど堆積物がないので、コンプレッサは極めて狭い隙間を有するように設計することができ、その為例えば、スライドベアリングを有するような設計をすることができる。 従って、本発明による冷却水制御手段はガスコンプレッサシステムを効果的にしかも寿命を長くする為の必須条件を提供する。 好ましくは、水供給源は未脱塩水が供給される脱塩装置を含む。 更に、脱塩装置を迂回するバイパスと、脱塩装置又はバイパスをコンプレッサに接続するバルブが設けられる。 バルブは伝導度が下限値を下回るとき、脱塩装置で脱塩された水をコンプレッサ又は冷却回路に供給するように切り替える。 未脱塩水が冷却回路に供給されるとき、バルブは、未脱塩水がバイパスを通って脱塩装置を越えて案内され、コンプレッサ又は未脱塩状態の冷却水回路へ供給されるように切り替えられる。 脱塩装置又はバイパスに供給された未脱塩水は、例えば公共飲料水網からの飲料水であり得る。 好ましくは、脱塩装置はイオン交換器又は逆浸透装置として提供される。 伝導度の全体の制御はフリッカー制御又は連続的な制御の形態をとり得る。 好ましくは、伝導度は２５℃において１０乃至２０μＳ／ｃｍの範囲で制御されることができる。 好ましい実施例において、冷却水回路から水供給源入り口への戻り管が設けられ、それを通って冷却水回路の水が水供給源へ供給されることができる。 必要なときには冷却水回路から来た冷却水は水供給源の脱塩装置で脱塩されることができる。 この結果、冷却閉回路の冷却水は脱塩装置内のコンプレッサと並行な一区間で脱塩され、更に冷却水回路に再度供給されることになる。 従って、冷却水は再利用される。 脱塩装置にかかる小さな負担は、外部から供給された未脱塩水によって生じる。 例えば飲料水は、一般に比較的小範囲で脱塩されなければならないときに限り冷却水回路の水として用いられる。 本発明の好ましい実施例では、水供給源の水はコンプレッサのガス引き込み管に入る。 従って、水供給源から来た水は冷却水回路には導かれない。 その水はコンプレッサによって圧縮されたガスの圧力に近い圧を提供し、ほぼ外気圧に近い圧が存在するコンプレッサのガス引き込み管に入る。 このように、冷却水回路への水供給源の水の導入は、その圧縮なしに達成することができる。 好ましい実施例において、コンプレッサはスライドベアリングを含み、水供給源の水はスライドベアリングに直接注入される。 スライドベアリングへの水の注入はコンプレッサが始動する前に実行される。 従って、コンプレッサが始動した際、スライドベアリングは水で満たされ、即ちその潤滑が確保される。 それにより強い摩擦を生じる乾き摩擦と滑り摩擦を含む混合摩擦は、コンプレッサの始動時に無くすことができる。 コンプレッサが始動した後、冷却回路内の圧力はコンプレッサ圧力まで上昇する。 それは少し大きな圧力を有するだけの水供給源から来る水が、それ以上冷却水回路に直接導かれないことに因る。 従って、水供給源からの水はコンプレッサの始動後にガス引き込み管に入る。 好ましい実施例において、冷却水回路は伝導度を測定する際に温度を補正する温度センサを設ける。 水の伝導度は温度に大きく依存しているので、測定された伝導度の温度補正は測定を正常化するために要求される。 従って、温度センサは伝導度センサの位置に近づけて配置される。 好ましくは、水供給源は飲料水網に接続されている。 それによって、水供給源に供給されるべき未脱塩水は如何なる設置場所でも入手することができ、その水の塩分によって、従って冷却水の伝導度を上昇することができる。 飲料水網のシステム水圧は、未脱塩又は脱塩状態で水供給源に水を供給し、コンプレッサが始動する前にガス引き込み管へ又はコンプレッサへ注入するために十分である。 本発明の実施例を図面を参照して詳細に記載する。 図はオイルのない圧縮空気を発生する為のコンプレッサシステム１０の説明図である。 コンプレッサシステム１０は電動モータ１３で駆動されるコンプレッサ１２を含み、水噴射冷却スクリュータイプのコンプレッサとして設けられている。 スクリュータイプのコンプレッサ１２はガス引き込み管１４を介して空気を引き込み、空気をおよそ８乃至１０バールに圧縮する。 コンプレッサ１２内で圧縮された空気は沈殿容器又は凝結容器１６へ導かれ、そこからその空気は後の使用の為に圧縮空気導管１８を介して取り出すことができる。 コンプレッサシステム１０は冷却水回路２０を備え、その中のコンプレッサ１２を冷却する冷却水は冷却されて浄化される。 圧縮中に冷却水は水噴射ノズルを介してスクリュータイプコンプレッサのローターの部分に注入され、コンプレッサ１２内のシールの隙間を封止し、コンプレッサ１２の圧縮中に発生した熱を吸熱したり放散したりする。 冷却水は凝結容器１６内の圧縮空気から再度分離され、冷却水導管２２を介して冷却手段２４に導かれる。 凝結容器１６と冷却手段２４との間の冷却水導管２ ２の中に粒子フィルタ２６が配置され、そこで不純物や細かい粒子が冷却水からろ過される。 冷却水は冷却手段２４を流れてスクリュータイプのコンプレッサ１ ２で加熱された冷却水がそこで再び冷却される。 その後、冷却された冷却水は分極手段２７を通過し、そこで２つの電極間で発生した電圧が冷却水内で溶解した自然ミネラルをその対応する水酸化物に変化させ、それによって、沈殿物と付着物を除くことができる。 冷却水導管２２の中には更に温度センサ２８と伝導度センサ３０が配置されている。 伝導度センサ３０を通過する冷却水は冷却水導管２ ２を通ってコンプレッサ１２に流れる。 コンプレッサの内部で冷却水は、一方ではノズルを介してスクリュータイプのコンプレッサ１２のロータの部分に注入され、他方ではベアリング導管３２を介してスクリュータイプコンプレッサ１２のスライドベアリングに注入される。 ベアリング導管３２の中に還流バルブ３４と電流継電器３６が配置されている。 多量の冷却水が冷却水回路２０内を循環しているとき、冷却水はドレインバルブ２４を使用してドレイン管２３を介して冷却水導管２２から排水されることができる。 ｐＨ値センサ３１は凝結容器１６に設けられ、凝結容器１６の冷却水のｐＨ値を測定する。 コンプレッサシステム１０は更に水供給源４０を備え、必要時には再利用された水がそこから冷却水に供給されることができる。 水供給源４０は、水供給源４ ０の出口４２を介して冷却回路２０に案内される脱塩水及び未脱塩水を供給する働きをする。 飲料水網に接続される導管４６からの水又は分岐導管４８からの冷却水は、供給導管４４を介して水供給源４０に任意に給水される。 分岐導管４８は分岐手段２７と温度センサ２８との間で冷却水導管２２から分岐する。 それで冷却水の一部はコンプレッサ１２を迂回する分岐導管４８を介して水供給源４０から離れることができる。 水供給源へ向かう通路で、制御バルブ５０、還流バルブ３４及び粒子フィルタは、分岐導管４８の途中に配置されている。 飲料水導管４６は停止バルブ５２を含み更に還流バルブ３４を備え、水供給源４０の方向へ向かって続いている。 飲料水導管４６と冷却水分岐導管４８とは更に粒子フィルタ３５が途中に配置された供給導管４４へ送り出す。 供給導管４４は最後に、混合層イオン交換器として形成された脱塩装置５４へ送り出す。 脱塩装置５４は逆浸透装置としても形成できる。 混合層イオン交換器５４において、処理されるべき水の陽イオン及び陰イオンのほとんど全てを回収する強酸及び強アルカリ交換器が使用される。 水は従って脱イオン、即ち脱塩され、伝導度は２５℃において約０．１μＳ／ｃｍ 乃至０．２μＳ／ｃｍである。 従って、供給された脱イオンされていない水は脱塩装置５４で脱イオン化される。 即ち９０％を超えて脱塩され。 従って、脱塩装置５４の出力導管５５から出ていく脱イオンされた水は塩分が少なく、従って低伝導度であると同時に低ｐＨ値である。 制御バルブ５６は脱塩出力導管５５の途中に配置され、それによって出力導管５５は開閉される。 バイパス５８は脱塩装置５４と並行して設けられて、バイパスは水供給源４０ の供給導管４４と水供給源４０の出力導管４２とを接続しており、脱塩装置５４ を迂回する。 バイパス５８の途中には、制御バルブ６０か配置されている。 飲料水供給導管４４又は冷却水分岐導管４８を通って水供給源４０へ流れる水は、バルブ５６、６０の位置に応じて脱塩装置５４を通過するか又は脱塩装置５４を超えて出力導管４２へ直接通じることができる。 出力導管４２は２本の分岐導管に分岐される。 第１には、出力導管４２は接続導管６２を介して冷却導管２０のベアリング導管３２へ連結されており、電流継電器３６の上流にベアリング導管３２へ向けて送り出される。 接続導管６２内では、還流バルブ３４も設けられており、導管の通路の方向はベアリング導管３２ へ向けた方向に選択される。 第２には、水供給源４０の出力導管４２から通じる引き込み口導管６４は空気引き込み管１４の水引き込み口６５に通じる。 引き込み口導管６４の途中には、還流バルブ３４だけでなく制御バルブ６６も設けられている。 ｐＨセンサ３１は凝縮容器１６内のｐＨ値を測定するのに用いられる。 しかしながら、ｐＨ値を測定することによって得られる結果は常に確かというわけではなく、従って初期の制御変数として用いることができない。 膜フィルタ２６は冷却システム内及び脱塩装置５４内の細菌の野放しの発生を防止する。 ４個の制御バルブ５０、５６、６０、６６は全て電気制御線６８を介して制御手段７０によって制御可能であり、即ち切換可能である。 コンプレッサシステム１０の４個のセンサ２６、２８、３０、３６は測定線７２を介して制御手段７０ に接続されており、センサ２６、２８、３０、３６の測定データは制御手段７０ によって受けられ入力される。 コンプレッサ１２の稼動中に冷却水回路２０内の冷却水循環は多くの影響を受けやすい。 それらの影響とは冷却水の構成及び特性を変化させつづけることである。 化学的、電気化学的、及び物理的な過程はこの原因になる。 それによって、 特にｐＨ値及び冷却水の塩分は変化される。 例えば、夏季の月、特に熱帯地域において、空気中の多くの湿気は凝縮物として沈殿物に含まれており、コンプレッサ１２内及び凝縮容器１６内の冷却水回路へ入る。 それによって、冷却水はその塩分に対して希釈され、冷却水の相対的な塩分は減少される。 しかしながら、極めて乾燥した冷却空気が圧縮されたとき、蒸発した水は冷却水から回収でき、圧縮された過熱空気によって吸熱され熱放散される。 それによって、水の相対的な塩分は上昇する。 極めて高い塩分は沈殿、即ち冷却水内に沈殿の堆積を引き起こす。 堆積はコンプレッサ１２のシールの隙間、シール、バルブ等に損傷や欠陥を生ぜしめる。 塩分が極めて低い場合には、空気中に含まれた二酸化炭素の吸収に対して冷却水の緩衝能力は減少する。 冷却水の緩衝能力が低いとき、十分でない二酸化炭素が圧縮空気から吸収される。 フリーな二酸化炭素は冷却水内で緩衝されず、続いてｐＨ値が低くなる。 即ち冷却水は活動的で、腐食性を有する特性を得る。 冷却水は腐食作用に関連してできるだけ中性で、ｐＨ値が約７を有するべきである。 しかし、これらの値でも腐食は起こりうるので、ｐＨ値は６．５〜７．５ をはずれてはならない。 一般に、水の塩分は水の伝導率を測定することによって求められる。 本実施例では、冷却水の伝導度は常に１０乃至２０μＳ／ｃｍ（２５℃時）であるべきである。 伝導度は伝導度センサ３０によって測定され、入力され、評価され、対応する制御尺度に変換されて制御手段７０で指示される。 伝導度センサ３０で測定された伝導度の値は、温度センサ２８で測定された温度に応じて制御手段１７内で補正、即ち正規化される。 このことは温度に大きく依存する水の伝導度として必要である。 上限伝導度の２０μＳ／ｃｍを超えたとき、制御手段７０は脱塩装置５４の出力導管５５にある制御バルブ５６を開放する。 それによって、未脱塩水は供給導管４４を通って脱塩装置５４に流れ、脱塩される。 脱塩、即ち脱イオンされた水は水供給源出力導管４２と引き込み口導管６４とを介し、脱塩された水が空気引き込み管１４へ取り入れられる水引き込み口６５へ流れる。 脱塩された水は取り込まれた空気と共にコンプレッサ１２戻るように案内され、最後に凝縮容器１６ 内で圧縮空気から分離される。 この経路によって、水は冷却水回路２０へ戻り、 そこで塩分が変化する。 この方法で脱塩された水は、伝導度センサで測定された伝導度が再び上限伝導度の２０μＳ／ｃｍを下回るまで冷却水回路２０に案内される。 伝導度値が下限伝導度値１０μＳ/ｃｍより下に下がったとき、飲料水導管４ ６からの未脱塩水は、制御バルブ６０を開放することにより、脱塩装置５４を介さず、バイパス５８を介して直接出力導管４２に取り入れられる。 未脱塩水はそれからまた引き込み口導管６４を介してガス引き込み管１４へ取り入れられる。 伝導度の値が水供給源４０の下限値より下がり脱塩水を使用すべきとき、導管４６からの飲料水又は分岐導管４８を通る冷却水が脱塩される。 上限伝導度を超えたとき、即ち冷却水内の塩分が望まない挙動で上昇したとき、通常の稼動の場合、水供給源４０の分岐導管４８を介して取り入れられる冷却水が脱塩される。 この過程で脱塩装置５４上の負担はほとんどなく、その再生成の周期は長くなる。 水供給源４０の水の取り入れは飲料水導管４６および分岐導管４８の制御バルブ５０、５２を同様に制御することによって制御される。 ｐＨ値センサ３１は凝縮容器１６内の冷却水のｐＨ値を連続的に測定する。 ｐ Ｈ値が６．５より下がったとき、水供給源４０は、ｐＨ値が再度６．５を超えるまで未脱塩水を冷却水回路へ供給する。 しかしながら、ｐＨ値が７．５を超えたとき、脱塩装置５４内で脱塩された水が冷却水回路２０へ供給される。 しかしながら、ｐＨ値は常に、冷却水の予め設定された伝導度を維持するための範囲内に補正されるだけである。 このことは前もって設定された伝導度を維持することはｐＨ値を制御することより優先されることを意味する。 コンプレッサ１２が始動する前、即ち、コンプレッサ１２のスライドベアリングは、コンプレッサが稼動をはじめたときに強い磨耗を起こす混合摩擦を回避する為に、ロータが回転し始める前に水を満たす必要がある。 しかしながら、冷却水回路２０はまだ加圧されていないので、スライドベアリングは冷却水回路２０ からの水で満たすことができない。 コンプレッサ１２が稼動する前にコンプレッサ１２のスライドベアリングを満たすために、飲料水導管４６によって供給された飲料水が用いられる。 その水は通常約３．５バールの圧力を有する。 飲料水は公知の方法で水供給源４０内に準備され、約１０乃至２０μＳ／ｃｍの範囲内の伝導度を有している。 コンプレッサ１２のロータが始動できるのは、コンプレッサ１２のスライドベアリングが水で満たされた後のみである。 ８乃至１０バールの作動圧力はコンプレッサ内で急速に設定されるので、飲料水網からの準備された水は、この目的には極めて低い３．５バールの水圧の為、 コンプレッサが始動した後はスライドベアリングへ給水されない。 従って、コンプレッサ１２が始動した後、スライドベアリングは、ベアリング導管３２を介してコンプレッサ１２のスライドベアリングに給水される冷却水によって潤滑される。 これは冷却水が常にコンプレッサ１２の作動圧と似た圧力を与えることを可能にする。 スライドベアリングは水潤滑の不足に付いてはとても敏感であるので、ベアリング導管３２を介したスライドベアリングへの流れは電流継電器３６によって管理されている。 電流継電器３６が水の流れが極めて小さいということを示した時にはすぐに制御手段７０はモータ１３のスイッチを切り、その結果、コンプレッサ１２のロータは停止する。 ２０μＳ／ｃｍの上限伝導度を超えて脱塩水が加えられ、予めセットされた時間枠の範囲内で伝導度の十分な変更が起らなかった場合は、脱塩装置５４の容量分を使い果たしたことが推測される。 この場合、制御手段７０は表示装置（図示せず）を介して脱塩装置４０の枯渇を示し、必要ならば、コンプレッサ１２のモータ１３のスイッチを切る。 伝導度の測定を通じて冷却水の塩分を制御することによって、前述したように、コンプレッサシステムは気候状態、飲料水の品質、設置場所、等に関りなく冷却水の品質において高い要求を満たすように準備される。 それによって、極めて狭いシールの隙間を有するコンプレッサを実施することができる。 更に、コンプレッサシステムの腐食は冷却水のｐＨ値を間接的に制御することによって回避することができる。 従って、同時にシステムの耐用年数を増やしながら高品質でなく高価でもない材料を使用することができる。