特開 2024-30252 空気圧縮機の性能試験システムおよびエネルギー回収方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024030252

(43)【公開日】2024-03-07

(54)【発明の名称】空気圧縮機の性能試験システムおよびエネルギー回収方法

(51)【国際特許分類】

   F04B 51/00 20060101AFI20240229BHJP

【ＦＩ】

F04B51/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022132980

(22)【出願日】2022-08-24

(71)【出願人】

【識別番号】521362885

【氏名又は名称】コベルコ・コンプレッサ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100145403

【弁理士】

【氏名又は名称】山尾 憲人

(74)【代理人】

【識別番号】100111039

【弁理士】

【氏名又は名称】前堀 義之

(74)【代理人】

【識別番号】100218132

【弁理士】

【氏名又は名称】近田 暢朗

(72)【発明者】

【氏名】壷井 昇

(72)【発明者】

【氏名】中村 元

【テーマコード（参考）】

3H145

【Ｆターム（参考）】

3H145AA12

3H145AA26

3H145AA41

3H145CA09

3H145FA03

3H145FA12

(57)【要約】

【課題】 空気圧縮機の性能試験システムにおけるエネルギー効率を向上させる。
【解決手段】 性能試験システム１００が、空気圧縮機９の出口９ｃと接続可能であって空気圧縮機９により生成される圧縮空気が流れる流入ライン１０と、流入ライン１０内の圧縮空気の圧力Ｐ１を空気圧縮機９の定格圧力に調整する圧力調整弁１４と、流入ライン１０内の圧縮空気に基づいて空気圧縮機９の性能を測定する性能測定装置１３と、流入ライン１０の下流端と接続されて圧縮空気を貯留する蓄圧タンク２１と、蓄圧タンク２１と接続される流出ライン２０と、流出ライン２０上に介在して蓄圧タンク２１からの圧縮空気により駆動される膨張機２３と、膨張機２３により駆動される発電機２４と、膨張機２３および発電機２４の回転数を制御する回転数制御器２５と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

空気圧縮機が設置される設置部と、
前記設置部に設置された前記空気圧縮機の出口と接続可能な上流端を有し、前記空気圧縮機により生成される圧縮空気が流れるタンク流入ラインと、
前記タンク流入ライン内の前記圧縮空気の圧力を前記空気圧縮機の定格圧力に調整する圧力調整弁と、
前記タンク流入ライン内の前記圧縮空気に基づいて前記空気圧縮機の性能を測定する性能測定装置と、
前記タンク流入ラインの下流端と接続されるタンク入口を有し、前記圧縮空気を貯留する蓄圧タンクと、
前記蓄圧タンクのタンク出口と接続される上流端を有し、前記蓄圧タンクからの前記圧縮空気が流れるタンク流出ラインと、
前記流出ライン上に介在し、前記圧縮空気により駆動されて前記圧縮空気を膨張させる膨張機と、
前記膨張機により駆動される発電機と、
前記膨張機および前記発電機の回転数を制御する回転数制御器と、
を備える、空気圧縮機の性能試験システム。

【請求項2】

前記膨張機は、前記圧縮空気を膨張させると共に降温させ、
前記タンク流出ラインが、空調用の送風口と接続される、
請求項１に記載の空気圧縮機の性能試験システム。

【請求項3】

前記タンク流出ライン上で前記蓄圧タンクと前記膨張機との間に設けられ、前記蓄圧タンクからの前記圧縮空気の圧力または温度に応じて前記圧縮空気を減圧する減圧弁を更に備える、
請求項２に記載の空気圧縮機の性能試験システム。

【請求項4】

前記膨張機が、第１膨張機と、前記第１膨張機に対して前記タンク流出ラインの下流側に設けられた第２膨張機とを含み、
前記回転数制御器が、前記第１膨張機および前記第２膨張機の膨張比が同一となるようにして、前記第１膨張器の回転数と前記第２膨張器の回転数とを制御する、
請求項１に記載の空気圧縮機の性能試験システム。

【請求項5】

前記タンク流出ライン上で前記第１膨張機と前記第２膨張機との間に設けられ、前記第１膨張機から排出されて前記第２膨張機に供給されるエアを加熱する加熱器を更に備える、
請求項４に記載の空気圧縮機の性能試験システム。

【請求項6】

前記空気圧縮機は、ロータ、および前記ロータを回転駆動するアクチュエータを有し、
前記空気圧縮機の前記アクチュエータが、前記発電機により発生された電力に基づいて作動する、
請求項１に記載の空気圧縮機の性能試験システム。

【請求項7】

前記設置部、および前記タンク流入ラインの前記上流端が、複数設けられ、
前記複数の上流端が、前記複数の設置部それぞれに設置される前記空気圧縮機の前記出口それぞれと接続可能である、
請求項１に記載の空気圧縮機の性能試験システム。

【請求項8】

空気圧縮機により生成される圧縮空気の圧力が定格圧力となるようにして前記空気圧縮機を運転し、前記圧縮空気に基づいて前記空気圧縮機の性能を測定することと、
前記空気圧縮機により生成された前記圧縮空気を蓄圧タンクで貯留することと、
前記蓄圧タンクからの前記圧縮空気で膨張機を駆動し、前記膨張機で発電機を駆動することと、
前記膨張機および前記発電機の回転数を制御することと、
を備える、空気圧縮機の性能試験システムにおけるエネルギー回収方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、空気圧縮機の性能試験システム、および当該システムにおけるエネルギー回収方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、空気圧縮機の性能試験を行うシステムを開示している。圧縮空気の圧力が所定値以下であると、性能試験中に空気圧縮機で生成された圧縮空気を有効活用すべく、圧縮空気が、工場空気源ラインに誘導され、工場内の産業機器に供給される。圧縮空気の圧力が所定値を超えていると、産業機器を保護すべく、圧縮空気は、排出口に誘導され、大気へ放出される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５－３３７０８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記システムにおいては、圧縮空気が、高いエネルギーを有していると逆に、大気に放出されてしまう。よって、エネルギー回収効率に改善の余地がある。

【0005】

本発明は、空気圧縮機の性能試験システムからのエネルギー回収効率を向上させることを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の第１の態様は、空気圧縮機が設置される設置部と、前記設置部に設置された前記空気圧縮機の出口と接続可能な上流端を有し、前記空気圧縮機により生成される圧縮空気が流れるタンク流入ラインと、前記タンク流入ライン上に設けられ、前記圧縮空気の圧力を前記空気圧縮機の定格圧力に調整する圧力調整弁と、前記タンク流入ライン上に設けられ、前記圧縮空気に基づいて前記空気圧縮機の性能を測定する性能測定装置と、前記タンク流入ラインの下流端と接続されるタンク入口を有し、前記圧縮空気を貯留する蓄圧タンクと、前記蓄圧タンクのタンク出口と接続される上流端を有し、前記蓄圧タンクからの前記圧縮空気が流れるタンク流出ラインと、前記タンク流出ライン上に介在し、前記圧縮空気により駆動されて前記圧縮空気を膨張させる膨張機と、前記膨張機により駆動される発電機と、前記膨張機および前記発電機の回転数を制御する回転数制御器と、を備える、空気圧縮機の性能試験システムを提供する。

【0007】

上記構成によれば、空気圧縮機の性能試験に際して生成された圧縮空気が蓄圧タンクで貯留され、膨張機ひいては発電機が、蓄圧タンクに貯留されている圧縮空気により駆動される。高圧の圧縮空気からエネルギーを回収でき、空気圧縮機の性能試験システムにおけるエネルギー効率が向上する。

【0008】

前記膨張機が、前記圧縮空気を膨張させると共に降温させ、前記タンク流出ラインが、空調用の送風口と接続されてもよい。

【0009】

上記構成によれば、膨張機で降温されたエアが空調に利用されるため、空調設備の省エネルギー化を支援できる。

【0010】

空気圧縮機の性能試験システムが、前記タンク流出ライン上で前記蓄圧タンクと前記膨張機との間に設けられ、前記蓄圧タンクからの前記圧縮空気の圧力または温度に応じて前記圧縮空気を減圧する減圧弁を更に備えてもよい。

【0011】

上記構成によれば、膨張機での圧力降下量ひいては温度低下量を減圧弁で調整でき、膨張機から排出されるエアの温度を空調に適した温度に調整可能になる。

【0012】

前記膨張機が、第１膨張機と、前記第１膨張機に対して前記タンク流出ラインの下流側に設けられた第２膨張機とを含み、前記回転数制御器が、前記第１膨張機および前記第２膨張機の膨張比が同一となるようにして、前記第１膨張器の回転数と前記第２膨張器の回転数とを制御してもよい。

【0013】

上記構成によれば、膨張機を２段式で構成し、２つの膨張機の膨張比が互いに同一となるように調整されるため、エネルギー回収効率が向上する。

【0014】

空気圧縮機の性能試験システムが、前記タンク流出ライン上で前記第１膨張機と前記第２膨張機との間に設けられ、前記第１膨張機から排出されて前記第２膨張機に供給されるエアを加熱する加熱器を更に備えてもよい。

【0015】

上記構成によれば、第１膨張機で降温されたエアが加熱され、加熱されたエアが第２膨張機に供給されるので、第２膨張機から排出されるエアを適温に調整できる。また、発電機で回収される電力量が増加するため、エネルギー回収効率が向上する。

【0016】

前記空気圧縮機が、ロータ、および前記ロータを回転駆動するアクチュエータを有し、前記空気圧縮機の前記アクチュエータが、前記発電機により発生された電力に基づいて作動してもよい。

【0017】

上記構成によれば、性能試験の実行に必要とされる電力が、圧縮空気から回生された電力で賄われるため、空気圧縮機の性能試験システムの省エネルギー化が実現される。

【0018】

前記設置部、および前記タンク流入ラインの前記上流端が、複数設けられ、前記複数の上流端が、前記複数の設置部それぞれに設置される前記空気圧縮機の前記出口それぞれと接続可能であってもよい。

【0019】

上記構成によれば、複数台の空気圧縮機の性能試験を同時並行可能な性能試験システムにおいて、各空気圧縮機で生成された圧縮空気を蓄圧タンクで貯留でき、発電に有効活用できる。

【0020】

本発明の第２の態様は、空気圧縮機により生成される圧縮空気の圧力が定格圧力となるようにして前記空気圧縮機を駆動し、前記圧縮空気に基づいて前記空気圧縮機の性能を測定することと、前記空気圧縮機により生成された前記圧縮空気を蓄圧タンクで貯留することと、前記蓄圧タンクからの前記圧縮空気で膨張機を駆動し、前記膨張機で発電機を駆動することと、前記膨張機および前記発電機の回転数を制御することと、を備える、空気圧縮機の性能試験システムにおけるエネルギー回収方法を提供する。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、空気圧縮機の性能試験システムにおけるエネルギー効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の第１実施形態に係る空気圧縮機の性能試験システムを示す概念図。

【図2】第１実施形態に係る膨張機の作用を示すモリエル線図。

【図3】本発明の第２実施形態に係る空気圧縮機の性能試験システムを示す概念図。

【図4】第２実施形態に係る膨張機の作用を示すモリエル線図。

【図5】本発明の第３実施形態に係る空気圧縮機の性能試験システムを示す概念図。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。同一のまたは対応する要素には同一の参照符号を付し、説明の重複を省略する。

【0024】

（第１実施形態）
図１を参照して、第１実施形態に係る性能試験システム１００は、例えば、空気圧縮機９の製造工場内に導入され、当該製造工場で製造された未出荷の空気圧縮機９の性能を試験する。

【0025】

性能試験システム１００は、性能試験部１およびエネルギー回収部２を有する。性能試験部１は、国際規格あるいは日本産業規格等の所定規格に従って空気圧縮機９の性能試験を行う。エネルギー回収部２は、性能試験部１に付加されている。エネルギー回収部２は、性能試験中に空気圧縮機９により生成された圧縮空気のエネルギーを回収し、回収されたエネルギーを電力のような他のエネルギーに変換して再利用可能にする。

【0026】

性能試験部１は、設置部１１、冷却器１２、性能測定装置１３、圧力調整弁１４、およびタンク流入ライン１０を有する。エネルギー回収部２は、蓄圧タンク２１、圧力調整弁２２、膨張機２３、発電機２４、回転数制御器２５、およびタンク流出ライン２０を有する。

【0027】

性能試験の対象とされる空気圧縮機９は、設置部１１に設置される。試験済の空気圧縮機９は設置部１１から移送され、次の試験対象の空気圧縮機９が設置部１１に移送される。以下では、空気圧縮機９が設置部１１に設置されている状態を「設置状態」という。空気圧縮機９の形式は、軸流式ターボ形に限定されず、遠心式ターボ形でもよく容積形でもよい。

【0028】

空気圧縮機９は、ケーシング９ａ、入口９ｂ、出口９ｃ、ロータ９ｄ、およびアクチュエータ９ｅを有する。アクチュエータ９ｅは、例えば電気モータである。アクチュエータ９ｅは、ロータ９ｄを回転駆動する。これにより、空気圧縮機９は、入口９ｂを介してケーシング９ａ内に導入されたエアを圧縮し、出口９ｂを介して圧縮空気をケーシング９ａ外へ排出する。

【0029】

タンク流入ライン１０の上流端は、設置状態にある空気圧縮機９の出口９ｃと接続可能である。タンク流入ライン１０の上流端部は、例えば、可撓性を有するホースで構成される。空気圧縮機９が設置部１１に移送されると、作業員が、タンク流入ライン１０の上流端を空気圧縮機９の出口９ｃに接続する。空気圧縮機９で生成された圧縮空気は、タンク流入ライン１０を流れる。性能試験の終了後、作業員が、タンク流入ライン１０の上流端を出口９ｃから取り外す。

【0030】

冷却器１２、性能測定装置１３、および圧力調整弁１４は、空気圧縮機９から見てこの順番で、タンク流入ライン１０上に設けられる。冷却器１２は、タンク流入ライン１０を流れる圧縮空気を冷却する。圧力調整弁１４は、空気圧縮機９により生成される圧縮空気の圧力Ｐ１が空気圧縮機９の定格圧力となるように圧縮空気の圧力Ｐ１を調整する。定格圧力は、定められた条件下で空気圧縮機９の性能を保証できる最大圧力である。性能測定装置１３は、生成された圧縮空気に基づいて規格に従って空気圧縮機９の性能を測定する。

【0031】

蓄圧タンク２１は、タンク入口２１ａおよびタンク出口２１ｂを有する。タンク流入ライン１０の下流端が、タンク入口２１ａに接続される。性能測定装置１３および圧力調整弁１４を通過した圧縮空気が、蓄圧タンク２１内へ供給され、蓄圧タンク２１内に貯留される。圧縮空気の圧力は、性能測定装置１３および圧力調整弁１４を通過する過程で低下する。蓄圧タンク２１内の圧縮空気の圧力（以下、タンク圧Ｐ２１）は、定格圧力よりも低い。

【0032】

タンク出口２１ｂは、タンク流出ライン２０の上流端と接続される。圧力調整弁２２および膨張機２３は、蓄圧タンク２１から見てこの順番で、タンク流出ライン２０上に設けられる。タンク流出ライン２０は、蓄圧タンク２１から膨張機２３までの膨張機供給ライン２０ａと、膨張機２３から延びる膨張機排出ライン２０ｂとに分けることができる。膨張機供給ライン２０ａは、圧力調整弁２２の上流側の一次圧ライン２０ａ１と、圧力調整弁２２に対して下流側の二次圧ライン２０ａ２とに分けることができる。

【0033】

圧力調整弁２２は、蓄圧タンク２１からの圧縮空気を減圧し、膨張機２３に供給される圧縮空気の圧力を調整する。本実施形態では、膨張機２３は容積形（スクリュ式）であるが、回転式の任意の形式が採用され得る。膨張機２３は、入口２３ａ、出口２３ｂ、およびロータ２３ｃを有する。膨張機供給ライン２０ａ（二次圧ライン２０ａ２）の下流端が、入口２３ａに接続される。膨張機排出ライン２０ｂの上流端が、出口２３ｂに接続される。膨張機２３は、入口２３ａを介して供給された圧縮空気を膨張させ、出口２３ｂを介して膨張後のエアを排出する。膨張機２３から排出されたエアの圧力（以下、膨張機出口圧Ｐ２３ｂ）は、大気圧付近である。また、膨張機２３は、エアを膨張させると共に降温させる。

【0034】

流出ライン２０（膨張機排出ライン２０ｂ）の下流端部は、空調用の送風口８ａと接続される。送風口８ａは、空調ダクト８ｂを介し、製造工場に設けられた空調設備８の室外機８ｃと接続されている。送風口８ａは、空気圧縮機９の製造工場の内部に開放され、製造工場内に空調されたエアを吹き出す。これにより、製造工場の内気温が適温に調整される。膨張機排出ライン２０ｂは、例えば空調ダクト８ｂに接続される。膨張機２３で膨張および降温されたエアは、空調用のエアとして利用される。

【0035】

膨張機２３のロータ２３ｃは、発電機２４の回転軸２４ａと連結される。図１は、回転軸２４ａがロータ２３ｃと直結される旨を略示しているが、減速機もしくは増速機が、膨張機２３と発電機２４との間に介在してもよい。膨張機２３が作動すると、発電機２４が駆動されて交流電力を発生する。

【0036】

回転数制御器２５は、発電機２４の単位時間当たり回転数を制御する。発電機２４は膨張機２３と機械的に連結されていることから、回転数制御器２５は、膨張機２３の発電機２４に対する速比を考慮することで、発電機２４の回転数の制御を通じて膨張機２３の回転数を制御できる。回転数制御器２５は、一例として、インバータにより実現される。

【0037】

性能試験システム１００は、性能試験部１およびエネルギー回収部２の動作を制御するコントローラ３と、コントローラ３による制御に必要とされる情報を検出する各種センサ３１～３５とを備える。各種センサ３１～３５には、例えば、試験圧センサ３１、タンク圧センサ３２、膨張機入口圧センサ３３、回転数センサ３４、および温度センサ３５等が含まれる。コントローラ３は、一例として、圧力調整弁１４，２２および回転数制御器２５の動作を制御する。

【0038】

試験圧センサ３１は、空気圧縮機９により生成される圧縮空気９の圧力Ｐ１を検出する。試験圧センサ３１は、例えば、タンク流入ライン１０のうち性能試験部１の上流側で圧力Ｐ１を検出する。タンク圧センサ３２は、タンク圧Ｐ２１を検出する。タンク圧センサ３２は、例えば蓄圧タンク２１内もしくは一次圧ライン２０ａ１でタンク圧Ｐ２１を検出する。膨張機入口圧センサ３３は、膨張機２３に供給される圧縮空気の圧力（以下、膨張機入口圧Ｐ２３ａ）を検出する。膨張機入口圧センサ３３は、二次圧ライン２０ａ２で膨張機入口圧Ｐ２３ａを検出する。

【0039】

回転数センサ３４は、発電機２４および膨張機２３の回転数を検出する。回転数センサ３４は、ロータ２３ｃの回転速度を検出してもよく、回転軸２４ａの回転速度を検出してもよく、発電機２４で発生された交流の周波数を検出してもよい。これらのいずれか１つが検出されれば、コントローラ３は、膨張機２３と発電機２４との速比や発電機２４の極数に基づいて、発電機２４および膨張機２３の双方の回転数を検知可能である。温度センサ３５は、膨張機２３から排出されたエアの温度（以下、膨張機出口温度Ｔ２３ｂ）を検出する。

【0040】

コントローラ３は、試験圧センサ３１の検出結果を監視し、空気圧縮機９により生成される圧縮空気の圧力Ｐ１が定格圧力となるように圧力調整弁１４を制御する。コントローラ３は、センサ３２，３３により検出されるタンク圧Ｐ２１および膨張機入口圧Ｐ２３ａに基づき、膨張機入口圧Ｐ２３ａが所定値となるよう圧力調整弁２２を制御する。コントローラ３は、回転数センサ３４の検出結果を監視し、回転数が所定値で保たれるように回転数制御器２５を介して回転数をフィードバック制御する。回転数制御器２５の制御において、温度センサ３５の検出結果が参照されてもよい。

【0041】

図２では、膨張機２３の作用が、横軸に比エンタルピー（kJ/kg）をとり縦軸に絶対圧力（MPaA）をとったモリエル線図を用いて示されている。太実線が本実施形態を示し、二点鎖線が参考例を示す。破線は等エントロピー線であり、本実施形態および参考例の両方において全断熱効率ηａｄ（一例として０．６）が考慮される。膨張機出口圧Ｐ２３ｂは、本実施形態と参考例とで同じである。本実施形態および参考例のいずれにおいても、膨張機２３の入口２３ａにおける圧縮空気の温度（以下、膨張機入口温度Ｔ２３ａ）は、互いに同じであり、また、蓄圧タンク２１内の圧縮空気の温度と略同じである。

【0042】

参考例では、蓄圧タンク２１内の圧縮空気が、調圧あるいは減圧されずに、膨張機２３の入口２３ａに供給される。膨張機２３において、エアの圧力は、タンク圧Ｐ２１から膨張機出口圧Ｐ２３ｂまで低下する。このとき、比エンタルピーは、タンク２１内の圧縮空気が持つ初期値ｈ２１から出口値ｈ２３ｂrefまで低下する。

【0043】

膨張機２３における圧力降下量ΔＰrefが大きいことから（ΔＰref＝Ｐ２３ａ－Ｐ２３ｂ）、比エンタルピー差Δｈrefが大きくなる（Δｈref＝ｈ２１－ｈ２３ｂref）。その分、エネルギー回収量も大きくなるとも言えるが、膨張機出口温度Ｔ２３ｂrefは相当な低温となってしまう。

【0044】

単なる一例として、定格圧力が0.8MPaA、タンク圧Ｐ２１および膨張機入口圧Ｐ２３ａが0.7MPaA、膨張機出口圧Ｐ２３ｂが0.1MPaA、膨張機入口温度Ｔ２３ａが40℃である場合、参考例では、膨張機出口温度Ｔ２３ｂrefは－40.9℃となる。このため、空調用のエアとしての利用が難しい。

【0045】

これに対し、本実施形態では、圧力調整弁２２が、膨張機入口圧Ｐ２３ａがタンク圧Ｐ２１に対して低くなるように圧縮空気を減圧する。この減圧によって、圧縮空気が持つ比エンタルピーは、初期値ｈ２１から膨張機入口値ｈ２３ａへと変化するが、その変化量は小さい。

【0046】

膨張機２３において、エアの圧力は、膨張機入口圧Ｐ２３ａから膨張機出口圧Ｐ２３ｂまで低下する。膨張機２３における圧力降下量ΔＰが、参考例に対して小さい。そのため、比エンタルピーの膨張機出口値ｈ２３ｂが、参考例よりも大きくなり、比エンタルピー差Δｈは、参考例よりも小さくなる。圧縮空気から取り出されるエネルギー量が小さく、膨張機出口温度Ｔ２３ｂは、参考例の膨張機出口温度Ｔ２３refよりも高くなる。

【0047】

単なる一例として、膨張機入口圧Ｐ２３ａが0.2MPaAである場合、本実施形態では膨張機出口温度Ｔ２３ｂが6℃となり、膨張機入口圧Ｐ２３ａが0.3MPaAである場合、本実施形態では、膨張機出口温度Ｔ２３ｂが－11℃となる。この温度範囲であれば、空調用のエアとして好適に利用可能となり、空調設備８のエネルギー効率の向上を支援できる。

【0048】

発電機２４において圧縮空気から回生される電力（kW）は、比エンタルピー差Δｈと循環流量(kg/s)との積である。本システム１００においては、発電機２４が、タンク圧Ｐ２１が高い場合でも作動する。エネルギーを回収する機会が増え、性能試験システム１００のエネルギー効率が向上する。

【0049】

発電機２４で発生された電力は、給電線４を介して設置状態にある空気圧縮機９のアクチュエータ９ｅに供給される。発電機２４は、性能試験システム１００において空気圧縮機９の電源の少なくとも一部として機能する。性能試験の実行に必要とされる電力が、性能試験中に生成された圧縮空気から回生された電力で賄われ、性能試験システム１００の省エネルギー化を実現できる。

【0050】

（第２実施形態）
次に、上記実施形態との相違を中心に、第２実施形態について説明する。

【0051】

図３を参照して、本実施形態に係る性能試験システム１００のエネルギー回収部２においては、圧力調整弁２２（図１を参照）が省略されている。膨張機２３が、第１膨張機２３Ａおよび第２膨張機２３Ｂを含み、２段式で構成されている。第２膨張機２３Ｂは、第１膨張機２３Ａに対してタンク流出ライン２０の下流側に設けられる。膨張機供給ライン２０ａの下流端部は、第１膨張機２３Ａの入口２３Ａａに接続されている。膨張機排出ライン２０ｂの上流端部は、第２膨張機２３Ｂの出口２３Ｂｂに接続されている。

【0052】

第１膨張機２３Ａの出口２３Ａｂは、中間ライン２０ｃを介し、第２膨張機２３Ｂの入口２３Ｂａに接続されている。エネルギー回収部２は、加熱器２６を更に備える。加熱器２６は、第１膨張機２３Ａと第２膨張機２３Ｂとの間の中間ライン２０ｃ上に介在し、第１膨張機２３Ａから排出されて第２膨張機２３Ｂに供給されるエアを加熱する。

【0053】

本実施形態では、発電機２４が、第１膨張機２３Ａにより駆動される第１発電機２４Ａと、第２膨張機２３Ｂにより駆動される第２発電機２４Ｂとを含む。第１発電機２４Ａおよび第２発電機２４Ｂは、給電線４を介して設置状態にある空気圧縮機９のアクチュエータ９ｅと接続可能である。発電機２４は、第１実施形態と同様にして空気圧縮機９の電源として機能する。なお、第１膨張機２３Ａおよび第２膨張機２３Ｂによって１つの発電機を駆動するようにしてもよい。

【0054】

回転数制御器２５は、第１発電機２４Ａの回転数と第２発電機２４Ｂの回転数とを制御する。そのために、回転数センサ３４は、第１発電機２４Ａの回転数を検出する第１回転数センサ３４Ａと、第２発電機２４Ｂの回転数を検出する第２回転数センサ３４Ｂとを含む。コントローラ３は、２つの回転数センサ３４Ａ，３４Ｂの検出結果を参照し、第１膨張機２３Ａの膨張比と第２膨張機２３Ｂの膨張比とが互いに同一となるようにして、第１発電機２４Ａおよび第２発電機２４Ｂの回転数ひいては第１膨張機２３Ａおよび第２膨張機２３Ｂの回転数を制御する。膨張比は、膨張機入口圧Ｐ２３ａを膨張機出口圧Ｐ２３ｂで除算した値の平方根である。第１膨張機２３Ａの出口圧且つ第２膨張機２３Ｂの入口圧（以下、中間圧Ｐ２３ｃ）は、膨張機入口圧Ｐ２３ａと膨張機出口圧Ｐ２３ｂとの積の平方根となる。

【0055】

図４では、図２と同様にして、本実施形態に係る膨張機２３の作用が、参考例とともに示されている。参考例は、図２に示すものと同様である。

【0056】

本実施形態では、蓄圧タンク２１内の圧縮空気が、参考例と同様に減圧されることなく膨張機２３に供給される。まず、第１膨張機２３Ａで１段目の膨張が行われ、それにより、圧縮空気の圧力が、タンク圧Ｐ２１と同等の膨張機入口圧Ｐ２３ａから中間圧Ｐ２３ｃまで低下する。これにより、比エンタルピーが膨張機入口値ｈ２３ａから１段目出口値ｈ２３Ａｂまで低下し、エアの温度が膨張機入口温度Ｔ２３ａから１段目出口温度Ｔ２３Ａｂまで降下する。

【0057】

第１膨張機２３Ａから排出されたエアは、第２膨張機２３Ｂに供給される前に、加熱器２６で加熱される。これにより、エアの温度が１段目出口温度Ｔ２３Ａｂから２段目入口温度Ｔ２３Ｂａまで上昇する。温度上昇に伴い、比エンタルピーも、１段目出口値ｈ２３Ａｂから２段目出口値ｈ２３Ｂａまで上昇する。２段目入口温度Ｔ２３Ｂａおよび２段目入口値ｈ２３Ｂａは、膨張機入口温度Ｔ２３ａおよび膨張機入口値ｈ２３ａと略等しい。

【0058】

エアの加熱後、第２膨張機２３Ｂで２段目の膨張が行われ、それにより、圧縮空気の圧力が、中間圧Ｐ２３ｃから膨張機出口圧Ｐ２３ｂまで低下する。これにより、比エンタルピーが２段目入口値ｈ２３Ｂａから膨張機出口値Ｔ２３Ｂｂまで低下し、エアの温度が、２段目入口温度Ｔ２３Ｂａから膨張機出口温度Ｔ２３ｂまで低下する。

【0059】

発電機２４（第１発電機２４Ａおよび第２発電機２４Ｂ）において発生される電力は、第１膨張機２３Ａにおける比エンタルピー差ΔｈＡと、第２膨張機２３Ｂにおける比エンタルピー差ΔｈＢとの和に比例する。加熱の工程で増加されたエネルギーも回収可能となり、膨張機２３全体で生じる比エンタルピー差（ΔｈＡ＋ΔｈＢ）が、参考例の比エンタルピー差Δｈrefよりも大きくなる。そのため、本実施形態において発電機２４で回収される電力量は、比較例と比べて大きくなる。したがって、性能試験システム１００におけるエネルギー回収効率が一層向上する。

【0060】

単なる一例として、タンク圧Ｐ２１および膨張機入口圧Ｐ２３ａが0.7MPaA、膨張機出口圧Ｐ２３ｂが0.1MPaA、膨張機入口温度Ｔ２３ａが40℃の場合、中間圧Ｐ２３ｃは0.26MPaA、１段目出口温度Ｔ２３Ａｂが－6.9℃となる。２段目入口温度Ｔ２３Ｂａが40℃の場合、膨張機出口温度Ｔ２３ｂが－5℃となる。この温度範囲であれば、膨張機２３から排出されたエアを空調用のエアとして好適に利用できる。

【0061】

（第３実施形態）
次に、第１および第２実施形態に対する変更点を中心に、第３実施形態に係る性能試験システム１００について説明する。

【0062】

図５を参照して、膨張機２３が多段式である場合においても、蓄圧タンク２１と膨張機２３との間に圧力調整弁２２が設けられていてもよい。

【0063】

蓄圧タンク２１内の圧縮空気は、膨張ターボ発電機による電力回収のみならず、その他の用途で用いられてもよい。例えば、空気圧縮機９の製造設備に設けられている加工機や工作機械が空圧で駆動される場合において、蓄圧タンク２１内の圧縮空気が、これら空圧機器の駆動源として機能してもよい。

【0064】

本実施形態では、その一例として、圧縮空気が、製造設備内の機械加工機５９Ａの計装エアとして、また、空圧式インパクトレンチ５９Ｂの駆動源として利用される。性能試験システム１００は、蓄圧タンク２１をこれら空圧機器５９Ａ，５９Ｂに接続する機器ライン５０Ａ，５０Ｂを有する。蓄圧タンク２１は、膨張機２３用の前述したタンク出口２１ｂとは別に、取出口２１ｃＡ，２１ｃＢを有する。機器ライン５０Ａ，５０Ｂの上流端部は、取出口２３ｃＡ，２３ｃＢにそれぞれ接続され、下流端部は、空圧機器５９Ａ，５９Ｂにそれぞれ接続される。これにより、蓄圧タンク２１内の圧縮空気で製造設備内の空圧機器が駆動され、製造設備全体の省エネルギー化に貢献できる。

【0065】

この場合において、性能試験システム１００は、機器ライン５０Ａ，５０Ｂにそれぞれ介在する圧力調整弁５１Ａ，５１Ｂを有してもよい。圧力調整弁５１Ａ，５１Ｂの調圧機能もしくは減圧機能により、空圧機器それぞれに適した圧力のエアを空圧機器５９Ａ，５９Ｂに供給可能となる。

【0066】

性能試験システム１００の性能試験部１は、複数の設置部１１を備えてもよい。この場合、設置部１１が複数設けられ、タンク流入ライン１０の少なくとも上流端部が、複数の空気圧縮機９それぞれに対応するように複数設けられる。本実施形態では、設置部１１と同数のタンク流入ライン１０が、互いに独立している。蓄圧タンク２１が、複数のタンク入口を有し、複数のタンク流入ライン１０の下流端部が、複数のタンク入口２１ａそれぞれに接続されている。ただし、タンク流入ライン１０が単一の上流端部を有し、タンク流入ライン１０が、蓄圧タンク２１と複数の圧力調整弁１４との間で分岐／集合されていてもよい。

【0067】

このように構成されると、ある設置部１１で空気圧縮機９の交換作業を行っている間に、別の設置部１１で性能試験を実施でき、圧縮空気が蓄圧タンク２１内に絶え間なく供給されることができる。そのため、エネルギー回収部２も絶え間なく動作させることが可能となり、性能試験システム１００の動作効率が高くなる。

【0068】

これまで本発明の実施形態について説明したが、上記構成は本発明の趣旨の範囲内で適宜変更、追加および／または削除可能である。

【0069】

例えば、膨張機２３が多段式である場合、単一の発電機が複数の膨張機により駆動されてもよい。この場合、複数の膨張機２３のロータ２３ｃの回転を発電機２４の回転軸２４ａに入力させる動力伝達機構が設けられる。膨張機２３が多段式の場合、段数は２に限定されない。

【符号の説明】

【0070】

１００ 性能試験システム
１ 性能試験部
２ エネルギー回収部
３ コントローラ
４ 給電部
８ａ 送風口
９ 空気圧縮機
９ａ ケーシング
９ｂ 入口
９ｃ 出口
９ｅ アクチュエータ
１０ タンク流入ライン
２０ タンク流出ライン
２１ 蓄圧タンク
２２ 圧力調整弁（減圧弁）
２３ 膨張機
２３Ａ 第１膨張機
２３Ｂ 第２膨張機
２４ 発電機
２５ 回転数制御器
２６ 加熱器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】