特許 7551276 圧縮機及びシールガス流量調整方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-06

(45)【発行日】2024-09-17

(54)【発明の名称】圧縮機及びシールガス流量調整方法

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/10 20060101AFI20240909BHJP

   F16J 15/40 20060101ALI20240909BHJP

【ＦＩ】

F04D29/10 A

F16J15/40 Z

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2019005754

(22)【出願日】2019-01-17

(65)【公開番号】P2020112150

(43)【公開日】2020-07-27

【審査請求日】2021-10-26

【審判番号】

【審判請求日】2023-04-20

(73)【特許権者】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100137143

【弁理士】

【氏名又は名称】玉串 幸久

(72)【発明者】

【氏名】馬場 利秋

【合議体】

【審判長】窪田 治彦

【審判官】米倉 秀明

【審判官】北村 英隆

(56)【参考文献】

【文献】特開平０６－１７４１０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－１７０５９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－３０３９９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１０７６０９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

F04D 29/10

F16J 15/40

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転可能なロータ部と、
前記ロータ部と一体的に回転するシャフト部と、
前記シャフト部の周囲に配置され、前記ロータ部からのガスの漏洩を防止する軸封部と、
前記ロータ部の作動によって圧縮されたガスの一部をシールガスとして前記軸封部に供給するシールガス供給路と、
前記シールガス供給路を流れる前記シールガスの質量流量又は標準状態における体積流量を検出する流量センサと、
前記シールガス供給路を流れる前記シールガスの圧力を検出する圧力センサと、
前記シールガス供給路を流れる前記シールガスの温度を検出する温度センサと、
前記シールガス供給路上において前記流量センサ、前記圧力センサおよび前記温度センサよりも上流側に位置し、前記シールガス供給路を通して前記軸封部に供給されるシールガスの流量を調整する弁部材と、
前記流量センサ、前記圧力センサ及び前記温度センサの検出値を用いて、前記ロータ部の回転時におけるガス温度及びガス圧力での体積流量ＦＶ１を導出する体積流量導出部と、
定格運転状態で設定された前記弁部材の開度を、前記体積流量導出部によって得られた前記ロータ部の回転時におけるガス温度及びガス圧力での体積流量ＦＶ１に基づいて、前記軸封部に供給されるシールガスの流量が一定の範囲内となるように調整する弁制御部と、を備え、
前記弁制御部は、前記体積流量導出部によって得られた体積流量ＦＶ１が下限値ＬＦＶよりも低ければ、前記弁部材の開度を大きくし、前記体積流量導出部によって得られた体積流量ＦＶ１が上限値ＨＦＶよりも高ければ、前記弁部材の開度を小さくする、
圧縮機。

【請求項2】

請求項１に記載の圧縮機において、
前記流量センサは、標準状態における体積流量を検出するように構成され、
前記流量センサによって検出された標準状態における前記シールガスの前記体積流量の値から、前記シールガスの質量流量を求める質量流量導出部と、
前記ロータ部の回転時におけるガス温度及びガス圧力に基づき、予め用意された計算近似式又はデータベースを参照して、前記ロータ部の回転時におけるガス温度及びガス圧力でのシールガスの密度を求める密度導出部と、
をさらに備え、
前記体積流量導出部は、前記質量流量導出部によって求められた前記質量流量を、前記密度導出部によって求められた前記密度により除することにより、前記ロータ部の回転時におけるガス温度及びガス圧力での体積流量ＦＶ１を求めるように構成されている、
圧縮機。

【請求項3】

請求項１に記載の圧縮機において、
前記流量センサは、検出したガスの流量を標準状態における体積流量として出力するように構成され、
前記体積流量導出部は、前記流量センサから出力された標準状態における前記シールガスの前記体積流量を、ＰＶ／Ｔ＝ｋ（Ｐはガス圧力、Ｖはガス体積、Ｔはガスの絶対温度、ｋは定数）の関係を利用して、前記ロータ部の回転時におけるガス温度及びガス圧力での体積流量ＦＶ１を求めるように構成されている、
圧縮機。

【請求項4】

請求項１から３の何れか１項に記載の圧縮機において、
前記圧力センサ及び前記温度センサは、繰り返し検出値を出力し、
前記圧力センサ又は前記温度センサの検出値が異常値と判断されたときに、入力された前記検出値を用いずに、前回の検出値を保持する値修正部を備えている圧縮機。

【請求項5】

請求項１から４の何れか１項に記載の圧縮機において、
前記ロータ部の前段に配置され回転可能な前段ロータ部と、
前記前段ロータ部と一体的に回転する前段シャフト部と、
前記前段シャフト部の周囲に配置された前段軸封部と、
シールガスを前記前段軸封部に供給する前段供給路と、
前記前段供給路を通して前記前段軸封部に供給されるシールガスの流量を調整する前段弁部材と、
前記前段供給路を流れる前記シールガスの質量流量又は標準状態における体積流量を検出する前段流量センサと、
前記前段供給路を流れる前記シールガスの圧力を検出する前段圧力センサと、
前記前段供給路を流れる前記シールガスの温度を検出する前段温度センサと、
前記前段流量センサ、前記前段圧力センサ及び前記前段温度センサの検出値を用いて、前記前段ロータ部の回転時におけるガス温度及びガス圧力での体積流量を導出する前段体積流量導出部と、
定格運転状態で設定された前記前段弁部材の開度を、前記前段体積流量導出部によって得られた前記前段ロータ部の回転時におけるガス温度及びガス圧力での体積流量に基づいて、前記前段軸封部に供給されるシールガスの流量が一定の範囲内となるように調整する前段弁制御部と、をさらに備え、
前記前段弁制御部は、前記前段体積流量導出部によって得られた体積流量が下限値よりも低ければ、前記前段弁部材の開度を大きくし、前記前段体積流量導出部によって得られた体積流量が上限値よりも高ければ、前記前段弁部材の開度を小さくする、圧縮機。

【請求項6】

請求項１から５の何れか１項に記載の圧縮機において、
前記シールガス供給路に配置され、前記軸封部から前記ロータ部に向かってガスが流れることを制限する逆止弁をさらに備えている、圧縮機。

【請求項7】

請求項５に記載の圧縮機において、
前記前段供給路に配置され、前記前段軸封部から前記ロータ部に向かってガスが流れることを制限する前段逆止弁をさらに備えている、圧縮機。

【請求項8】

ロータ部のシャフト部に配置された軸封部に供給されるシールガスの流量を調整する方法であって、
前記ロータ部の作動によって圧縮されたガスの一部をシールガスとしてシールガス供給路を通して前記軸封部に供給し、
圧力センサによって、前記シールガス供給路を流れる前記シールガスの圧力を検出し、
温度センサによって、前記シールガス供給路を流れる前記シールガスの温度を検出し、
流量センサによって、前記シールガス供給路を流れる前記シールガスの質量流量又は標準状態における体積流量を検出し、
前記流量センサ、前記圧力センサ及び前記温度センサの検出値を用いて、前記ロータ部の回転時におけるガス温度及びガス圧力でのシールガスの体積流量ＦＶ１を求め、
前記ロータ部の回転時におけるガス温度及びガス圧力での前記体積流量ＦＶ１に基づいて、前記軸封部に供給されるシールガスの流量が一定の範囲内となるように、前記シールガス供給路において前記流量センサ、前記圧力センサおよび前記温度センサよりも上流側に配置された弁部材の開度であって定格運転状態で設定された前記開度を調整し、
前記求められた前記シールガスの体積流量ＦＶ１が下限値ＬＦＶよりも低ければ、前記弁部材の開度を大きくし、前記求められた前記シールガスの体積流量ＦＶ１が上限値ＨＦＶよりも高ければ、前記弁部材の開度を小さくする、シールガス流量調整方法。

【請求項9】

請求項８に記載のシールガス流量調整方法において、
前記流量センサから出力された標準状態における前記シールガスの前記体積流量の値から、前記シールガスの質量流量を求め、
前記ロータ部の回転時におけるガス温度及びガス圧力に基づき、予め用意された計算近似式又はデータベースを参照して、前記ロータ部の回転時におけるガス温度及びガス圧力でのシールガスの密度を求め、
前記ロータ部の回転時におけるガス温度及びガス圧力での前記体積流量ＦＶ１を求めるに際し、前記求められた前記質量流量を、前記求められた前記密度により除することにより、前記ロータ部の回転時におけるガス温度及びガス圧力での体積流量ＦＶ１を求める、シールガス流量調整方法。

【請求項10】

請求項８に記載のシールガス流量調整方法において、
前記ロータ部の回転時におけるガス温度及びガス圧力での前記体積流量ＦＶ１を求めるに際し、前記流量センサから出力された標準状態における前記シールガスの前記体積流量を、ＰＶ／Ｔ＝ｋ（Ｐはガス圧力、Ｖはガス体積、Ｔはガスの絶対温度、ｋは定数）の関係を利用して、前記ロータ部の回転時におけるガス温度及びガス圧力での体積流量ＦＶ１を求める、シールガス流量調整方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧縮機及びシールガス流量調整方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、圧縮機等の流体機械の回転軸とハウジングとの間の間隙をガスによって封止することが行われている。下記特許文献１では、軸封部に供給される封止ガスの圧力を検出する圧力センサと、封止ガスの温度を検出する温度センサとが設けられている。また、特許文献１には、圧縮機のプロセスガスで封止することも開示されている。下記特許文献２においても、圧縮機のプロセスガスをシールガスとして用いている。また、特許文献２においては、シールガスとして用いられるプロセスガスの温度を検出する温度センサと、同プロセスガスの圧力を検出する圧力センサと、同プロセスガスの流量を制御する流量制御デバイスと、が設けられている。

【0003】

特許文献２の流量制御デバイスは、例えば、計量オリフィスの前後で一定の差圧を維持することによって、通過するガスの体積を調節するデバイスによって構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００７－５２９６７４号公報

【文献】特開２０１３－２１００９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

圧縮機の回転軸の軸封止においては、シールガスラインに配置された流量計を用いて流量制御が行われる。この場合の制御目標値は、一般的に、標準状態における値（Ｎｍ^３／ｈ）、すなわち標準状態における体積流量、または、質量流量とされる。このような流量制御では、通常、圧縮機の定格運転状態において適正なシールガス量となるように、シールガスの流量調整用の弁の開度が設定される。しかし、圧縮機が定格運転状態とは温度や圧力が異なる状態で運転される場合において、流量調整用の弁の開度が定格運転状態で設定された開度のままだと、軸封部におけるシールガス量に過不足が生じてしまう。その結果、適正なシールが実現されない。

【0006】

本発明の目的は、標準状態における体積流量でシールガスの流量制御を行う場合であっても、適正流量のシールガスを軸封部に供給できるようにすることにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記の目的を達成するため、本発明は、回転可能なロータ部と、前記ロータ部と一体的に回転するシャフト部と、前記シャフト部の周囲に配置され、前記ロータ部からのガスの漏洩を防止する軸封部と、前記ロータ部の作動によって圧縮されたガスの一部をシールガスとして前記軸封部に供給するシールガス供給路と、前記シールガス供給路を流れる前記シールガスの質量流量又は標準状態における体積流量を検出する流量センサと、前記シールガス供給路を流れる前記シールガスの圧力を検出する圧力センサと、前記シールガス供給路を流れる前記シールガスの温度を検出する温度センサと、前記シールガス供給路上において前記流量センサ、前記圧力センサおよび前記温度センサよりも上流側に位置し、前記シールガス供給路を通して前記軸封部に供給されるシールガスの流量を調整する弁部材と、前記流量センサ、前記圧力センサ及び前記温度センサの検出値を用いて、前記ロータ部の回転時におけるガス温度及びガス圧力での体積流量ＦＶ１を導出する体積流量導出部と、定格運転状態で設定された前記弁部材の開度を、前記体積流量導出部によって得られた前記ロータ部の回転時におけるガス温度及びガス圧力での体積流量ＦＶ１に基づいて、前記軸封部に供給されるシールガスの流量が一定の範囲内となるように調整する弁制御部と、を備え、前記弁制御部は、前記体積流量導出部によって得られた体積流量ＦＶ１が下限値ＬＦＶよりも低ければ、前記弁部材の開度を大きくし、前記体積流量導出部によって得られた体積流量ＦＶ１が上限値ＨＦＶよりも高ければ、前記弁部材の開度を小さくする、圧縮機である。

【0008】

本発明では、流量センサは、シールガスの質量流量又は標準状態における体積流量を検出する。体積流量導出部は、流量センサ、圧力センサ及び温度センサの検出値からロータ部の回転時におけるガス温度及びガス圧力での体積流量ＦＶ１を導出する。弁制御部は、導出された体積流量ＦＶ１に基づいて、軸封部に供給されるシールガスの流量が一定の範囲内となるように弁部材の開度を調整する。したがって、ロータ部の作動によって圧縮されたガスの圧力（吐出圧力）やガス温度が定格運転のときの吐出圧力や温度から乖離していたとしても、適正なシールガス流量を得ることができる。しかも、シールガス供給路上において、弁部材が、流量センサ、圧力センサおよび温度センサよりも上流側に位置するため、シールガスの体積流量、圧力及び温度をそれぞれ、軸封部により近い位置で検出することができる。しかも、流量センサが弁部材よりも下流側に位置しているので、弁部材によって流量が調整された後のシールガスの体積流量を検知することができ、より適正なシールガス量を得ることができる。

【0009】

ここで、仮に、弁制御部が、標準状態におけるガスの体積流量に基づいて、弁部材の開度を調整するとした場合について考えてみる。この場合において、ロータ部の作動によって吐出されたガスの圧力（吐出圧力）やガス温度が定格運転のときの吐出圧力や温度から乖離していた場合には、適正なシールガス流量が得られないことが起こり得る。これは、定格運転が行われているときのガスを体積流量が所定の体積流量になるように予め弁部材の開度が設定されるため、定格運転から乖離した場合には、検知されたガス流量を標準状態での体積流量として出力する流量センサの出力値が実際のガス体積流量の値からずれることに起因する。

【0010】

前記流量センサは、標準状態における体積流量を検出するように構成されてもよい。前記圧縮機は、前記流量センサによって検出された標準状態における前記シールガスの前記体積流量の値から、前記シールガスの質量流量を求める質量流量導出部と、前記ロータ部の回転時におけるガス温度及びガス圧力に基づき、予め用意された計算近似式又はデータベースを参照して、前記ロータ部の回転時におけるガス温度及びガス圧力でのシールガスの密度を求める密度導出部と、をさらに備えてもよい。この場合、前記体積流量導出部は、前記質量流量導出部によって求められた前記質量流量を、前記密度導出部によって求められた前記密度により除することにより、前記ロータ部の回転時におけるガス温度及びガス圧力での体積流量ＦＶ１を求めるように構成されていてもよい。

【0011】

この態様では、流量センサから出力された標準状態におけるシールガスの体積流量に、標準状態でのガス密度を乗ずることにより、シールガスの質量流量が求まる。一方、密度導出部は、ロータ部の回転時の温度及び圧力下でのシールガスの密度を求める。体積流量導出部は、質量流量導出部による導出結果及び密度導出部による導出結果を用いて、シールガスの体積流量ＦＶ１を導出する。したがって、この圧縮機では、ボイル・シャルルの法則を利用しないため、シールガスが実在気体である場合にも、適正なシールガス流量を得ることができる。また、シールガスを理想気体として扱うことができる場合にも適正なシールガス流量を得ることができる。

【0012】

前記圧縮機において、前記流量センサは、検出したガスの流量を標準状態における体積流量として出力するように構成されてもよい。前記体積流量導出部は、前記流量センサから出力された標準状態における前記シールガスの前記体積流量を、ＰＶ／Ｔ＝ｋ（Ｐはガス圧力、Ｖはガス体積、Ｔはガスの絶対温度、ｋは定数）の関係を利用して、前記ロータ部の回転時におけるガス温度及びガス圧力での体積流量ＦＶ１を求めるように構成されていてもよい。

【0013】

この態様では、ガスの圧力等が変化した場合でもＰＶ／Ｔの値が一定で変化しないというボイル・シャルルの法則を利用して、シールガスの体積流量ＦＶ１を求める。すなわち、ガスが理想気体である場合には、ＰＶ／Ｔの値が一定値となるため、この関係を利用して、標準状態におけるシールガスの体積流量からロータ部の回転時におけるガス温度及びガス圧力での体積流量ＦＶ１を求めることができる。このため、シールガスを理想気体として扱うことができる場合において、ガスの密度に関する情報を用いなくても、適正なシールガス流量を得ることができる。

【0014】

前記圧縮機において、前記圧力センサ及び前記温度センサは、繰り返し検出値を出力してもよい。この場合、前記圧縮機は、前記圧力センサ又は前記温度センサの検出値が異常値と判断されたときに、入力された前記検出値を用いずに、前回の検出値を保持する値修正部を備えていてもよい。

【0015】

この態様では、圧力センサ又は温度センサの検出値が前回の検出値からかけ離れた異常値であった場合に、値修正部は、今回の検出値を用いるのではなく前回の検出値を保持する。したがって、圧力センサ又は温度センサの検出値がセンサの故障等によって突然、異常な値を出力した場合であっても、異常が検出される前の本来の値が値修正部によって出力される。したがって、体積流量導出部は、ガス圧力及びガス温度として正常な値を用いて、シールガスの体積流量を導出することができる。

【0016】

前記圧縮機は、前記ロータ部の前段に配置され回転可能な前段ロータ部と、前記前段ロータ部と一体的に回転する前段シャフト部と、前記前段シャフト部の周囲に配置された前段軸封部と、シールガスを前記前段軸封部に供給する前段供給路と、前記前段供給路を通して前記前段軸封部に供給されるシールガスの流量を調整する前段弁部材と、前記前段供給路を流れる前記シールガスの質量流量又は標準状態における体積流量を検出する前段流量センサと、前記前段供給路を流れる前記シールガスの圧力を検出する前段圧力センサと、前記前段供給路を流れる前記シールガスの温度を検出する前段温度センサと、前記前段流量センサ、前記前段圧力センサ及び前記前段温度センサの検出値を用いて、前記前段ロータ部の回転時におけるガス温度及びガス圧力での体積流量を導出する前段体積流量導出部と、定格運転状態で設定された前記前段弁部材の開度を、前記前段体積流量導出部によって得られた前記前段ロータ部の回転時におけるガス温度及びガス圧力での体積流量に基づいて、前記前段軸封部に供給されるシールガスの流量が一定の範囲内となるように調整する前段弁制御部と、をさらに備え、前記前段弁制御部は、前記前段体積流量導出部によって得られた体積流量が下限値よりも低ければ、前記前段弁部材の開度を大きくし、前記前段体積流量導出部によって得られた体積流量が上限値よりも高ければ、前記前段弁部材の開度を小さくしてもよい。

【0017】

この態様では、前段供給路を通して前段軸封部に供給されるシールガス流量がシールガス供給路を通して軸封部に供給されるシールガス流量と別個に制御される。このため、軸封部と前段軸部とにおいてそれぞれ適正なシールガス流量を得ることができる。

【0018】

前記流体機械において、前記流量センサ、前記圧力センサ及び前記温度センサは、前記シールガス供給路において、前記弁部材よりも下流側に配置されていてもよい。

【0019】

この態様では、シールガスの体積流量、圧力及び温度をそれぞれ、軸封部により近い位置で検出することができる。しかも、流量センサが弁部材よりも下流側に位置しているので、弁部材によって流量が調整された後のシールガスの体積流量を検知することができ、より適正なシールガス量を得ることができる。

【0020】

前記圧縮機は、前記シールガス供給路に配置され、前記軸封部から前記ロータ部に向かってガスが流れることを制限する逆止弁をさらに備えていてもよい。

【0021】

この態様では、シールガスの圧力が低下している場合であっても、軸封部からロータ部にシールガスが逆流することを防止することができる。したがって、軸封部でのガスシールを維持することができる。

【0022】

前記圧縮機は、前記前段供給路に配置され、前記前段軸封部から前記ロータ部に向かってガスが流れることを制限する前段逆止弁をさらに備えていてもよい。

【0023】

この態様では、シールガスの圧力が低下している場合であっても、前段軸封部から前段ロータ部にシールガスが逆流することを防止することができる。したがって、前段軸封部でのガスシールを維持することができる。

【0024】

本発明は、ロータ部のシャフト部に配置された軸封部に供給されるシールガスの流量を調整する方法であって、前記ロータ部の作動によって圧縮されたガスの一部をシールガスとしてシールガス供給路を通して前記軸封部に供給し、圧力センサによって、前記シールガス供給路を流れる前記シールガスの圧力を検出し、温度センサによって、前記シールガス供給路を流れる前記シールガスの温度を検出し、流量センサによって、前記シールガス供給路を流れる前記シールガスの質量流量又は標準状態における体積流量を検出し、前記流量センサ、前記圧力センサ及び前記温度センサの検出値を用いて、前記ロータ部の回転時におけるガス温度及びガス圧力でのシールガスの体積流量ＦＶ１を求め、前記ロータ部の回転時におけるガス温度及びガス圧力での前記体積流量ＦＶ１に基づいて、前記軸封部に供給されるシールガスの流量が一定の範囲内となるように、前記シールガス供給路において前記流量センサ、前記圧力センサおよび前記温度センサよりも上流側に配置された弁部材の開度であって定格運転状態で設定された前記開度を調整し、前記求められた前記シールガスの体積流量ＦＶ１が下限値ＬＦＶよりも低ければ、前記弁部材の開度を大きくし、前記求められた前記シールガスの体積流量ＦＶ１が上限値ＨＦＶよりも高ければ、前記弁部材の開度を小さくする、シールガス流量調整方法である。

【0025】

前記シールガス流量調整方法において、前記流量センサから出力された標準状態における前記シールガスの前記体積流量の値から、前記シールガスの質量流量を求め、前記ロータ部の回転時におけるガス温度及びガス圧力に基づき、予め用意された計算近似式又はデータベースを参照して、前記ロータ部の回転時におけるガス温度及びガス圧力でのシールガスの密度を求め、前記ロータ部の回転時におけるガス温度及びガス圧力での前記体積流量ＦＶ１を求めるに際し、前記求められた前記質量流量を、前記求められた前記密度により除することにより、前記ロータ部の回転時におけるガス温度及びガス圧力での体積流量ＦＶ１を求めてもよい。

【0026】

前記シールガス流量調整方法において、前記ロータ部の回転時におけるガス温度及びガス圧力での前記体積流量ＦＶ１を求めるに際し、前記流量センサから出力された標準状態における前記シールガスの前記体積流量を、ＰＶ／Ｔ＝ｋ（Ｐはガス圧力、Ｖはガス体積、Ｔはガスの絶対温度、ｋは定数）の関係を利用して、前記ロータ部の回転時におけるガス温度及びガス圧力での体積流量ＦＶ１を求めてもよい。

【発明の効果】

【0027】

以上説明したように、本発明によれば、標準状態における体積流量でシールガスの流量制御を行う場合であっても、適正流量のシールガスを軸封部に供給することができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】第１実施形態による圧縮機の概略図である。

【図2】前記圧縮機でのシールガスの流量調整方法を説明する図である。

【図3】第１実施形態の変形例による圧縮機の概略図である。

【図4】第２実施形態の圧縮機でのシールガスの流量調整方法を説明する図である。

【図5】第３本実施形態による圧縮機の概略図である。

【図6】第３実施形態の圧縮機でのシールガスの流量調整方法を説明する図である。

【図7】第１～第３実施形態の変形例による圧縮機の概略図である。

【図8】第４実施形態によるタービンの一部を概略的に説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

【0030】

第１実施形態では、流体を圧縮する圧縮機として構成された流体機械について説明する。図１は、第１実施形態に係る圧縮機１０の概略図である。図１に示すように、圧縮機１０は、第１ロータ部１１と、第２ロータ部１２と、第３ロータ部１３と、第１ロータ部１１に接続された第１シャフト部１４と、第２ロータ部１２に接続された第２シャフト部１５と、第３ロータ部１３に接続された第３シャフト部１６と、を備えている。また圧縮機１０は、第１～第３シャフト部１４～１６を駆動するための動力を発生する電動機１９と、電動機１９の動力を第１～第３シャフト部１４～１６に伝えるための伝動機構２０と、を備えている。

【0031】

伝動機構２０は、電動機１９に接続された伝動軸２０ａと、伝動軸２０ａに固定されたブルギア２０ｂと、ブルギア２０ｂに噛み合う第１ピニオンギア２０ｃと、ブルギア２０ｂに噛み合う第２ピニオンギア２０ｄと、を備えている。第１ピニオンギア２０ｃには、第１シャフト部１４及び第２シャフト部１５が結合している。第２ピニオンギア２０ｄには、第３シャフト部１６が結合している。したがって、電動機１９が作動すると、伝動機構２０を介して第１シャフト部１４、第２シャフト部１５及び第３シャフト部１６が回転する。これにより、第１ロータ部１１、第２ロータ部１２及び第３ロータ部１３も回転する。

【0032】

第１ロータ部１１、第２ロータ部１２及び第３ロータ部１３は、いずれもガスを圧縮するためのものであり、共通のハウジング２２に収められている。第１ロータ部１１とハウジング２２との間の空間が第１圧縮空間２２ａとなる。第２ロータ部１２とハウジング２２との間の空間が第２圧縮空間２２ｂとなる。第３ロータ部１３とハウジング２２との間の空間が第３圧縮空間２２ｃとなる。

【0033】

第１ロータ部１１は、本実施形態ではインペラによって構成されている。すなわち、第１ロータ部１１は遠心圧縮機の構成要素となっている。第１ロータ部１１が回転することにより、圧縮機１０の外部から吸入したガスが圧縮される。すなわち、ハウジング２２には、第１圧縮空間にガスを吸入する吸入路２２ｄが形成されている。

【0034】

第２ロータ部１２も本実施形態ではインペラによって構成されている。すなわち、第２ロータ部１２は遠心圧縮機の構成要素となっている。第２ロータ部１２が回転することにより、第１ロータ部１１によって圧縮されたガスがさらに圧縮される。すなわち、ハウジング２２には、第１圧縮空間２２ａから吐出されたガスを第２圧縮空間２２ｂに導入させる第１接続路２２ｅが形成されている。

【0035】

第３ロータ部１３も本実施形態ではインペラによって構成されている。すなわち、第３ロータ部１３は遠心圧縮機の構成要素となっている。第３ロータ部１３が回転することにより、第２ロータ部１２によって圧縮されたガスをさらに圧縮する。すなわち、ハウジング２２には、第２圧縮空間２２ｂから吐出されたガスを第３圧縮空間２２ｃに導入させる第２接続路２２ｆが形成されている。第３ロータ部１３の作動によって圧縮されたガスは、圧縮機１０の外部に排出される。すなわち、ハウジング２２には、圧縮されたガス排出路２２ｇが形成されている。

【0036】

なお、本実施形態では、第１～第３ロータ部１３がインペラによって構成された例を示すが、これに限られない。例えば、第１～第３ロータ部１３は、回転することによってガスを圧縮することができる構成であれば、スクリュー等の他のタイプのロータによって構成されていてもよい。

【0037】

第１シャフト部１４は第１ロータ部１１の背面に接続されており、第１シャフト部１４には第１軸封部２４が配置されている。遠心圧縮機１０では、インペラによって圧縮されたガスの一部がインペラの背面側を通って圧縮空間から漏れ出る可能性があるため、ガスの漏出を抑制するために軸封部が設けられている。同様に、第２ロータ部１２の背面に接続された第２シャフト部１５には第２軸封部２５が配置され、第３ロータ部１３の背面に接続された第３シャフト部１６には第３軸封部２６が配置されている。なお、第１シャフト部１４は第１ロータ部１１の背面に接続される構成に限られるものではなく、第１シャフト部１４は第１ロータ部１１を回転させることができるように第１ロータ部１１に接続されていればよい。第２シャフト部１５及び第３シャフト部１６についても同様である。

【0038】

第１軸封部２４は、第１シャフト部１４の外周面との間に封止室を形成するように第１シャフト部１４の周囲に設けられている。第１軸封部２４は、例えばラビリンスシールによって構成されているが、第１シャフト部１４の周囲に軸封室を形成するシールであれば、その他のタイプのシールによって構成されていてもよい。封止室には、後述するように、第３ロータ部１３で圧縮されたガスの一部が導入される。すなわち、第３圧縮空間から吐出されたガスの一部がシールガスとして用いられる。第２軸封部２５及び第３軸封部２６も第１軸封部２４と同様の構成を有している。なお、軸封部２４，２５，２６は、ラビリンスシールに代え、ドライガスシール又はカーボンパッキンシールによって構成されていてもよい。

【0039】

第３ロータ部１３から見れば、第２ロータ部１２は前段ロータ部として機能し、第２ロータ部１２から見れば、第１ロータ部１１は前段ロータ部として機能する。第２ロータ部１２が前段ロータ部として機能する場合、第２シャフト部１５は前段シャフト部として機能し、第２軸封部２５は前段軸封部として機能する。第１ロータ部１１が前段ロータ部として機能する場合、第１シャフト部１４は前段シャフト部として機能し、第１軸封部２４は前段軸封部として機能する。

【0040】

圧縮機１０は、第１軸封部２４にシールガスを供給するための第１シールガス供給部と、第２軸封部２５にシールガスを供給するための第２シールガス供給部と、第３軸封部２６にシールガスを供給するための第３シールガス供給部と、を備えている。

【0041】

第１シールガス供給部は、ガス排出路２２ｇから分岐する主流路２３に接続されたガス供給路（第１ガス供給路）２８を備えている。第１ガス供給路２８には、第３ロータ部１３によって圧縮されたガスの一部（シールガス）が流れる。第１ガス供給路２８は、第１軸封部２４にシールガスを供給するシールガス供給路又は前段供給路として機能する。なお、第１ガス供給路２８は、主流路２３に接続されるのではなく、ガス排出路２２ｇに接続されていてもよい。

【0042】

第１ガス供給路２８には、流量調整弁（第１調整弁）２９と逆止弁（第１逆止弁）３０とが配置されている。第１調整弁２９は、開度調整可能な弁によって構成されており、第１ガス供給路２８において第１軸封部２４に向けて流れるシールガスの流量を調整する。第１逆止弁３０は、ガス排出路２２ｇから第１軸封部２４に向かうシールガスの流れを許容する一方で、第１軸封部２４からガス排出路２２ｇに向かうシールガスの流れを阻止する。なお、第１ガス供給路２８は、第３ロータ部１３によって圧縮されたガスの一部をシールガスとして用いるのではなく、第１ロータ部１１によって圧縮されたガスの一部をシールガスとして用いる構成であってもよい。この場合、第１ガス供給路２８は、第１接続路２２ｅから分岐していてもよい。つまり、各圧縮段からのガスをその圧縮段の軸封部のシールガスとして用いてもよい。また、第１ガス供給路２８は、第２ロータ部１２によって圧縮されたガスの一部をシールガスとして用いる構成であってもよい。

【0043】

第２シールガス供給部は、主流路２３に接続されたガス供給路（第２ガス供給路）３２を備えている。第２ガス供給路３２には、第３ロータ部１３によって圧縮されたガスの一部（シールガス）が流れる。第２ガス供給路３２は、第２軸封部２５にシールガスを供給するシールガス供給路又は前段供給路として機能する。なお、第２ガス供給路３２は、主流路２３に接続されるのではなく、ガス排出路２２ｇに接続されていてもよい。

【0044】

第２ガス供給路３２には、流量調整弁（第２調整弁）３３と逆止弁（第２逆止弁）３４とが配置されている。第２調整弁３３は、開度調整可能な弁によって構成されており、第２ガス供給路３２において第２軸封部２５に向けて流れるシールガスの流量を調整する。第２逆止弁３４は、ガス排出路２２ｇから第２軸封部２５に向かうシールガスの流れを許容する一方で、第２軸封部２５からガス排出路２２ｇに向かうシールガスの流れを阻止する。なお、第２ガス供給路３２は、第１ガス供給路２８に接続されるのではなく、ガス排出路２２ｇから分岐するようにガス排出路２２ｇに接続されていてもよい。また、第２ガス供給路３２は、第３ロータ部１３によって圧縮されたガスの一部をシールガスとして用いるのではなく、第２ロータ部１２によって圧縮されたガスの一部をシールガスとして用いる構成であってもよい。この場合、第２ガス供給路３２は、第２接続路２２ｆから分岐していてもよい。つまり、各圧縮段からのガスをその圧縮段の軸封部のシールガスとして用いてもよい。

【0045】

第３シールガス供給部は、主流路２３に接続されたガス供給路（第３ガス供給路）３６を備えている。第３ガス供給路３６には、第３ロータ部１３で圧縮された後のガスの一部（シールガス）が流れる。第３ガス供給路３６は、第３軸封部２６にシールガスを供給するシールガス供給路として機能する。なお、第３ガス供給路３６は、主流路２３に接続されるのではなく、ガス排出路２２ｇに接続されていてもよい。

【0046】

第３ガス供給路３６には、流量調整弁（第３調整弁）３７と逆止弁（第３逆止弁）３８とが配置されている。第３調整弁３７は、開度調整可能な弁によって構成されており、第３ガス供給路３６において第３軸封部２６に向けて流れるシールガスの流量を調整する。第３逆止弁３８は、ガス排出路２２ｇから第３軸封部２６に向かうシールガスの流れを許容する一方で、第３軸封部２６からガス排出路２２ｇに向かうシールガスの流れを阻止する。なお、第３ガス供給路３６は、第２ガス供給路３２に接続されるのではなく、ガス排出路２２ｇから分岐するようにガス排出路２２ｇに接続されていてもよく、あるいは第１ガス供給路２８から分岐するように第１ガス供給路２８に接続されていてもよい。

【0047】

第３ガス供給路３６は、軸封部にシールガスを供給するシールガス供給路として機能する。この場合、第２ガス供給路３２又は第１ガス供給路２８は、前段軸封部にシールガスを供給する前段供給路として機能する。第３調整弁３７は弁部材として機能し、第２調整弁３３又は第１調整弁２９は前段弁部材として機能する。第２逆止弁３４又は第１逆止弁３０は、前段供給部が有する前段逆止弁として機能する。また、第２ガス供給路３２を、軸封部にシールガスを供給するシールガス供給路として見た場合には、第１ガス供給路２８は前段軸封部にシールガスを供給する前段供給路に該当する。この場合、第２調整弁３３は弁部材となり、第１調整弁２９は前段弁部材に該当する。第１逆止弁３０は、前段供給部が有する前段逆止弁となる。また、第１ガス供給路３２をシールガス供給路と見ることもできる。この場合、第１調整弁２９は弁部材として機能する。

【0048】

第１ガス供給路２８には、第１ガス供給路２８を流れるガスの圧力を検出する圧力センサ（第１圧力センサ）４１と、当該ガスの温度を検出する温度センサ（第１温度センサ）４２と、当該ガスの流量を検知する流量センサ（第１流量センサ）４３と、が配置されている。第１圧力センサ４１は、検出した圧力を示す信号を出力する。第１温度センサ４２は検出した温度を示す信号を出力する。第１流量センサ４３は、検知したガス流量を標準状態における体積流量の値で示す信号を出力する。例えば、第１流量センサ４３は、オリフィス式の流量計、ベンチュリ式の流量計、渦電流式の流量計、カルマン渦式の流量計、熱式の流量計等によって構成されてもよい。

【0049】

第１圧力センサ４１、第１温度センサ４２及び第１流量センサ４３は、何れも第１ガス供給路２８において、第１調整弁２９よりも下流側に配置されている。なお、第１圧力センサ４１、第１温度センサ４２及び第１流量センサ４３の配置順は任意である。

【0050】

第２ガス供給路３２には、第２ガス供給路３２を流れるガスの圧力を検出する圧力センサ（第２圧力センサ）４５と、当該ガスの温度を検出する温度センサ（第２温度センサ）４６と、当該ガスの流量を検知する流量センサ（第２流量センサ）４７と、が配置されている。第３ガス供給路３６には、第３ガス供給路３６を流れるガスの圧力を検出する圧力センサ（第３圧力センサ）４９と、当該ガスの温度を検出する温度センサ（第３温度センサ）５０と、当該ガスの流量を検知する流量センサ（第３流量センサ）５１と、が配置されている。第２圧力センサ４５及び第３圧力センサ４９は第１圧力センサ４１と同様の構成である。第２温度センサ４６及び第３温度センサ５０は第１温度センサ４２と同様の構成である。第２流量センサ４７及び第３流量センサ５１は第１流量センサ４３と同様の構成である。

【0051】

第２圧力センサ４５、第２温度センサ４６及び第２流量センサ４７は、何れも第２供給路において、第２調整弁３３よりも下流側に配置されている。また、第３圧力センサ４９、第３温度センサ５０及び第３流量センサ５１は、何れも第３供給路において、第３調整弁３７よりも下流側に配置されている。

【0052】

第３圧力センサ４９から見ると、第１圧力センサ４１又は第２圧力センサ４５は、前段供給部を流れるシールガスの圧力を検出する前段圧力センサとして機能する。また、第３温度センサ５０から見ると、第１温度センサ４２又は第２温度センサ４６は、前段供給部を流れる前記シールガスの温度を検出する前段温度センサとして機能する。また、第３流量センサ５１から見ると、第１流量センサ４３又は第２流量センサ４７は、前段供給部を流れるシールガスの流量を検知する前段流量センサとして機能する。なお、第１圧力センサ４１は第２圧力センサ４５に対しても前段圧力センサとして機能し、第１温度センサ４２は第２温度センサ４６に対しても前段温度センサとして機能し、第１流量センサ４３は第２流量センサ４７に対しても前段流量センサとして機能する。

【0053】

第１圧力センサ４１、第１温度センサ４２及び第１流量センサ４３から出力された信号は、第１コントローラ５５に入力される。第１コントローラ５５は、第１ガス供給路２８を通して第１軸封部２４に供給するシールガスの流量を調整するための制御を行う。第２圧力センサ４５、第２温度センサ４６及び第２流量センサ４７から出力された信号は、第２コントローラ５６に入力される。第２コントローラ５６は、第２ガス供給路３２を通して第２軸封部２５に供給するシールガスの流量を調整するための制御を行う。第３圧力センサ４９、第３温度センサ５０及び第３流量センサ５１から出力された信号は、第３コントローラ５７に入力される。第３コントローラ５７は、第３ガス供給路３６を通して第３軸封部２６に供給するシールガスの流量を調整するための制御を行う。なお、第１コントローラ５５、第２コントローラ５６及び第３コントローラ５７は、別個に構成されている必要はなく、１つのコントローラとして構成されてもよい。

【0054】

第１コントローラ５５は、記憶部（メモリーデバイス）、演算部（ＣＰＵ等）を備えた構成であって、記憶部に記録されたプログラムを実行することにより、所定の機能を発揮する。記憶部には、ガス温度及びガス圧力に応じてガス密度を抽出できるように、ガスの温度、圧力及び密度の関係を示す計算近似式又はデータベースが記憶されている。

【0055】

第１コントローラ５５が発揮する機能には、質量流量導出部５５ａ、密度導出部５５ｂ、体積流量導出部５５ｃ及び弁制御部５５ｄが含まれる。

【0056】

質量流量導出部５５ａは、第１流量センサ４３から出力された標準状態におけるガスの体積流量の値を質量流量の値に換算する。具体的には、標準状態におけるガスの体積流量に、標準状態におけるガスの密度（既知）を乗ずることにより、ガスの質量流量を求めることができる。なお、質量流量の値は、標準状態でも、圧縮機１０の運転時のガス温度及びガス圧力でも同じである。

【0057】

密度導出部５５ｂは、第１圧力センサ４１の検出値及び第１温度センサ４２の検出値を参照し、記憶部に記憶された計算近似式又はデータベースを用いて、圧縮機１０の運転時でのガス圧力及びガス温度におけるガスの密度を抽出する。

【0058】

体積流量導出部５５ｃは、質量流量導出部５５ａによって求められたガスの質量流量を、密度導出部５５ｂによって求められたガス密度によって除することにより、圧縮機１０の運転時におけるガス温度及びガス圧力でのシールガスの体積流量を求める。

【0059】

弁制御部５５ｄは、体積流量導出部５５ｃによって導出されたガスの体積流量に基づいて、第１軸封部２４に供給されるシールガスの流量が一定の範囲内となるように第１調整弁２９の開度を調整する。弁制御部５５ｄは、第１調整弁２９（前段弁部材）の開度を調整する前段弁制御部として機能する。

【0060】

第２コントローラ５６は、第２圧力センサ４５、第２温度センサ４６及び第２流量センサ４７から出力された信号を用いて、第２調整弁３３の開度を調整する制御を行う点で第１コントローラ５５の構成と異なるが、質量流量導出部５６ａ、密度導出部５６ｂ、体積流量導出部５６ｃ及び弁制御部５６ｄが含まれる点で第１コントローラ５５と同様の機能を有する。また第３コントローラ５７についても、第２コントローラ５６と同様、質量流量導出部５７ａ、密度導出部５７ｂ、体積流量導出部５７ｃ及び弁制御部５７ｄが含まれる点で第１コントローラ５５と同様の機能を有する。ここでは、第２コントローラ５６及び第３コントローラ５７についての詳細な説明は省略する。

【0061】

ここで、本実施形態による圧縮機１０での、圧縮機１０の軸封部２４，２５，２６に供給するシールガスの流量を調整する方法について、図２を参照しつつ説明する。

【0062】

電動機１９が作動すると、第１ロータ部１１、第２ロータ部１２及び第３ロータ部１３が作動する。ハウジング２２内に流入したガスは第１圧縮空間２２ａにおいて圧縮され、その後、第２圧縮空間２２ｂで圧縮された後、さらに第３圧縮空間２２ｃで圧縮され、ガス排出路２２ｇを通してハウジング２２の外部に吐出される。ガス排出路２２ｇを流れるガスの一部は、シールガスとして、第１ガス供給路２８を通して第１軸封部２４に供給され、第２ガス供給路３２を通して第２軸封部２５に供給され、第３ガス供給路３６を通して第３軸封部２６に供給される。

【0063】

第１ガス供給路２８を流れるガスの圧力が第１圧力センサ４１によって検出され、第２ガス供給路３２を流れるガスの圧力が第２圧力センサ４５によって検出され、第３ガス供給路３６を流れるガスの圧力が第３圧力センサ４９によって検出される（ステップＳＴ１）。また、第１ガス供給路２８を流れるガスの温度が第１温度センサ４２によって検出され、第２ガス供給路３２を流れるガスの温度が第２温度センサ４６によって検出され、第３ガス供給路３６を流れるガスの温度が第３温度センサ５０によって検出される（ステップＳＴ２）。また、第１ガス供給路２８のガスの流量が第１流量センサ４３によって検知され、第２ガス供給路３２のガスの流量が第２流量センサ４７によって検知され、第３ガス供給路３６のガスの流量が第３流量センサ５１によって検知される（ステップＳＴ３）。第１～第３流量センサ５１は、検知した流量を標準状態における体積流量として出力する。各センサから出力された信号は、第１～第３コントローラ５５，５６，５７の何れかに入力される。

【0064】

第１コントローラ５５では、第１流量センサ４３から出力された標準状態におけるシールガスの体積流量を、第１圧力センサ４１及び第１温度センサ４２によって検出された圧力及び温度に基づいて、圧縮機１０の運転時におけるガス温度及びガス圧力での体積流量に換算する。まず、第１コントローラ５５の質量流量導出部５５ａは、第１流量センサ４３の検出値（すなわち、標準状態におけるガスの体積流量の値）ＦＶ０に標準状態におけるガスの密度Ｄ０を乗ずることにより、ガスの質量流量ＦＭ０を算出する（ステップＳＴ４）。

【0065】

一方、第１コントローラ５５の密度導出部５５ｂは、第１圧力センサ４１の検出値及び第１温度センサ４２の検出値と、記憶部に記憶された計算近似式又はデータベースとを用いて、圧縮機１０の運転時でのガス圧力及びガス温度におけるガス密度Ｄ１を抽出する（ステップＳＴ５）。

【0066】

次に、第１コントローラ５５の体積流量導出部５５ｃは、ガスの質量流量ＦＭ０を抽出されたガス密度Ｄ１で除することにより、圧縮機１０の運転時におけるガス温度及びガス圧力でのシールガスの体積流量ＦＶ１を求める（ステップＳＴ６）。

【0067】

次に、第１コントローラ５５の弁制御部５５ｄは、シールガスの体積流量ＦＶ１に基づいて、第１軸封部２４に供給されるシールガスの流量が一定の範囲内となるように、第１調整弁２９の開度を調整する。具体的には、弁制御部５５ｄは、算出された体積流量ＦＶ１が、予め設定された体積流量の下限値ＬＦＶ以上であり且つ予め設定された体積流量の上限値ＨＦＶ以下であるかを判断する（ステップＳＴ７）。算出された体積流量ＦＶ１が下限値ＬＦＶよりも低ければ、第１調整弁２９の開度を大きくし、算出された体積流量ＦＶ１が上限値ＨＦＶよりも高ければ、第１調整弁２９の開度を小さくする（ステップＳＴ８）。一方、算出された体積流量ＦＶ１が下限値ＬＦＶから上限値ＨＦＶの範囲内であれば、第１調整弁２９の開度を維持する（ステップＳＴ９）。これにより、第１軸封部２４に供給されるシールガスの流量が一定の範囲内に調整される。

【0068】

第２コントローラ５６では、第１コントローラ５５による第１調整弁２９の開度の調整と実質的に同じ制御により、第２調整弁３３の開度を調整する制御が行われる。また、第３コントローラ５７でも、第１コントローラ５５による第１調整弁２９の開度の調整と実質的に同じ制御により、第３調整弁３７の開度を調整する制御が行われる。すなわち、第１調整弁２９の開度調整と、第２調整弁３３の開度調整と、第３調整弁３７の開度調整とは、互いに独立して行われる。

【0069】

以上説明したように、本実施形態によれば、第３コントローラ５７の体積流量導出部５７ｃが、第３流量センサ５１から出力された標準状態におけるシールガスの体積流量を、第３圧力センサ４９及び第３温度センサ５０によって測定された圧力及び温度に基づいて、圧縮機１０の運転時におけるガス温度及びガス圧力での体積流量に換算する。そして、弁制御部５７ｄは、この換算された体積流量に基づいて、第３調整弁３７の開度を調整する。したがって、第３ロータ部１３の作動によって圧縮されたガスの圧力（吐出圧力）やガス温度が定格運転のときの吐出圧力や温度から乖離していたとしても、適正なシールガス量を得ることができる。体積流量導出部５７ｃの前段体積流量導出部である第２コントローラ５６の体積流量導出部５６ｃにおいても、第２流量センサ４７、第２圧力センサ４５及び第２温度センサ４６の検出値に基づいて運転時のガス温度及びガス圧力での体積流量を導出する。この換算された体積流量に基づいて弁制御部５６ｄは第２調整弁３３の開度を調整する。体積流量導出部５７ｃの前段体積流量導出部である体積流量導出部５５ｃにおいても、運転時のガス温度及びガス圧力での体積流量に換算し、この換算された体積流量に基づいて弁制御部５５ｄは第１調整弁２９の開度を調整する。なお、第１コントローラ５５の体積流量導出部５５ｃは、第２コントローラ５６の体積流量導出部５６ｃに対しても前段体積流量導出部として機能する。

【0070】

第１～第３軸封部２４～２６に供給するシールガスの体積流量を調整する場合において、第１～第３軸封部２４～２６がラビリンスシールで構成されている場合には、ラビリンス部を通過するシールガスの流速を調整することができる。このため、体積流量を所定範囲に収めるように調整することにより、ラビリンス部におけるシールガスの通過流速を一定の範囲内に保つことが可能となり、その結果、適正なガスシールを実現することができる。ラビリンスシール以外のシールでも同様である。

【0071】

また本実施形態では、第１～第３流量センサ４３、４７，５１から出力された標準状態下でのガスの体積流量を一旦、質量流量に換算することにより、運転状態での体積流量を求めるようにしている。このため、シールガスが実在気体である場合に限らず、シールガスが理想気体であると仮定できる場合にも、適正なシールガス量を得ることができる。

【0072】

また本実施形態では、第２ガス供給路３２を通して第２軸封部２５に供給されるシールガス量が第３ガス供給路３６を通して第３軸封部２６に供給されるシールガス量と別個に制御される。また、第１ガス供給路２８を通して第１軸封部２４に供給されるシールガス量が第３ガス供給路３６を通して第３軸封部２６に供給されるシールガス量と別個に制御される。このため、各軸封部２４，２５，２６においてそれぞれ適正なシールガス量を得ることができる。

【0073】

また本実施形態では、第３流量センサ５１、第３圧力センサ４９及び第３温度センサ５０が第３ガス供給路３６において、第３調整弁３７よりも下流側に配置されている。このため、シールガスの体積流量、圧力及び温度をそれぞれ、第３軸封部２６により近い位置で検出することができる。しかも、第３流量センサ５１が第３調整弁３７よりも下流側に位置しているので、第３調整弁３７によって流量が調整された後のシールガスの体積流量を検知することができ、より適正なシールガス量を得ることができる。

【0074】

また本実施形態では、第３ガス供給路３６に第３逆止弁３８が配置されているので、第３ロータ部１３で圧縮されたガスの圧力が低下している場合であっても、第３軸封部２６から第３ロータ部１３にガスが逆流することを防止することができる。したがって、第３軸封部２６でのガスシールを維持することができる。

【0075】

本実施形態では、センサの検出値に基づいてシールガスの供給量を自動的に調整している。これに対し、手動弁の開度設定によりシールガスの流量が調節されている構成の場合には、圧縮機１０の吐出圧力が定格運転のときよりも低い場合や、吐出温度が定格運転のときよりも高い場合において、シールガスの流量が適正量よりも少なくなる。逆に、吐出圧力が高い場合には過剰にシールガスを流す恐れがある。つまり、シールガスとして吐出ガスが使用される場合には、吐出圧力や吐出温度が変動するとシールガスの流量も変動してしまう。例えば圧縮機が起動してから昇圧して、最終的に高圧のガスを吐出する定格運転に至るような場合には、シールガス供給路を流れるガスの圧力はこの過程で変化している。そのため、予め定格運転の状態で調整されていた手動弁の開度そのままでは、適正なシールガス量を常時供給することができない。

【0076】

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明は、前記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。

【0077】

図３に示すように、例えば、第１コントローラ５５の機能には、値修正部５５ｅが含まれていてもよい。同様に、第２コントローラ５６及び第３コントローラ５７にも値修正部５６ｅ、５７ｅが含まれていてもよい。

【0078】

値修正部５５ｅは、第１圧力センサ４１及び第１温度センサ４２の検出値が異常値と判断されるような値の場合に、正常値に修正する。具体的に、第１圧力センサ４１及び第１温度センサ４２は、所定時間毎に繰り返し検出値を示す信号を出力する。このため、値修正５５ｅは、第１圧力センサ４１及び第１温度センサ４２から信号が入力されるとその入力された信号が示す検出値を保持する。

【0079】

値修正部５５ｅは、入力された第１圧力センサ４１の検出値が前回の検出値から予め設定された閾値以上かけ離れていなければ、入力された信号が示す検出値を保持する。一方、値修正部５５ｅは、入力された第１圧力センサ４１の検出値が前回の検出値から予め設定された閾値以上かけ離れていた場合には、今回の検出値を保持するのではなく前回の検出値を保持したままにする。そして、値修正部５５ｅは、保持されている検出値を出力する。

【0080】

質量流量導出部５５ａ及び密度導出部５５ｂは、値修正部５５ｅから出力された検出値を、センサの検出値として採用する。なお、第２コントローラ５６及び第３コントローラ５７の値修正部５６ｅ、５７ｅについても同様である。

【0081】

この変形例では、圧力センサ４１，４５，４９又は温度センサ４２，４６，５０の検出値がセンサの故障等によって突然、異常な値を出力した場合であっても、本来の値が値修正部５５ｅ，５６ｅ，５７ｅによって出力される。したがって、体積流量導出部５５ｃ，５６ｃ，５７ｃは、ガス圧力及びガス温度として正常な値から得られる値を用いて、体積流量を導出することができる。

【0082】

前記実施形態では、コントローラ５５，５６，５７に記憶されたシールガスの密度を用いて、流量センサ４３，４７，５１によって検知されたガスの体積流量を一旦、質量流量に換算している。代替的に、第２実施形態として、質量流量に換算することなく、圧縮機１０の運転時におけるガス温度及びガス圧力での体積流量を導出する形態が説明される。なお、第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明を行う。

【0083】

第２実施形態では、第１コントローラ５５の体積流量導出部５５ｃは、第１圧力センサ４１から出力されたガス圧力の値及び第１温度センサ４２から出力されたガス温度の値を参照する。体積流量導出部５５ｃは、第１流量センサ４３から出力された標準状態におけるガスの体積流量の値から、参照したガス圧力及びガス温度での体積流量を算出する。このとき、体積流量導出部５５ｃは、第１温度センサ４２から出力された温度（℃）の値を、絶対温度（Ｋ）の値に変換して参照する。また、体積流量導出部５５ｃは、ボイル・シャルルの法則；ＰＶ／Ｔ＝ｋ（Ｐはガス圧力、Ｖはガス体積、Ｔはガスの絶対温度、ｋは定数）を利用して、第１流量センサ４３による出力値ＦＶ０から、第１圧力センサ４１による検出圧力Ｐ１及び第１温度センサ４２による検出温度の絶対温度Ｔ１でのガス体積流量ＦＶ１を求める。第１流量センサ４３による出力値ＦＶ０が、標準状態におけるガス体積流量であるため、標準状態におけるガス圧力Ｐ０及び標準状態における絶対温度Ｔ０を用いて、圧力Ｐ１及び温度Ｔ１でのガス体積流量ＦＶ１が求まる。なお、標準状態におけるガス圧力Ｐ０及び標準状態における絶対温度Ｔ０は既知である。

【0084】

そして、弁制御部５５ｄは、体積流量導出部５５ｃによって導出されたガスの体積流量ＦＶ１に基づいて、第１調整弁２９の開度を調整する。なお、第１コントローラ５５の機能には、質量流量導出部５５ａ及び密度導出部５５ｂが含まれていない。

【0085】

第２コントローラ５６及び第３コントローラ５７についても同様に構成されている。この場合でも、第１コントローラ５５、第２コントローラ５６及び第３コントローラ５７は別個に構成されていてもよく、あるいは１つのコントローラとして構成されていてもよい。

【0086】

ここで、第２実施形態による圧縮機１０での、圧縮機１０の軸封部２４，２５，２６に供給するシールガスの流量を調整する方法について、図４を参照しつつ説明する。

【0087】

第１～第３圧力センサ４１，４５，４９によってガス圧力が検出され（ステップＳＴ１）、第１～第３温度センサ４２，４６，５０によってガス温度が検出され（ステップＳＴ２）、第１～第３流量センサ４３，４７，５１によってガス流量が検出される（ステップＳＴ３）。第１～第３コントローラ５５，５６，５７において、体積流量導出部５５ｃ，５６，５７ｃは、第１～第３温度センサ４２，４６，５０から出力された温度（℃）の値を、絶対温度（Ｋ）の値に変換して参照する。体積流量導出部５５ｃ，５６，５７ｃは、ボイル・シャルルの法則を利用して、流量センサ４３、４７，５１による出力値ＦＶ０から、圧力センサ４１，４５，４９による検出圧力Ｐ１及び温度センサ４２，４６，５０による検出温度の絶対温度Ｔ１でのガス体積流量ＦＶ１を求める（ステップＳＴ１０）。そして、算出された体積流量ＦＶ１が上限値ＨＦＶ及び下限値ＬＦＶで規定される予め設定された範囲内に収まっているか判断され（ステップＳＴ７）、範囲内に収まっていなければ、第１～第３調整弁２９，３３，３７の開度が調整され（ステップＳＴ８）、範囲内に収まっていれば、開度は維持される（ステップＳＴ９）。

【0088】

第１実施形態及び第２実施形態では、流量センサ４３，４７，５１がシールガスの標準状態における体積流量を検出する構成である。これに対し、第３実施形態では、流量センサ４３，４７，５１がシールガスの質量流量を検出する構成である。例えば、第１流量センサ４３は、コリオリ流量計、オリフィス式の流量計、ベンチュリ式の流量計、渦電流式の流量計、カルマン渦式の流量計、熱式の流量計等によって構成され得る。

【0089】

図５に示すように、第３実施形態の第１コントローラ５５の機能には、密度導出部５５ｂ、体積流量導出部５５ｃ及び弁制御部５５ｄが含まれ、質量流量導出部５５ａは含まれていない。なお、第２コントローラ５６及び第３コントローラ５７についても同様である。第２コントローラ５６及び第３コントローラ５７の制御動作は、第１コントローラ５５と同様であるので、ここでは、第１コントローラ５５の機能についてのみ説明する。

【0090】

体積流量導出部５５ｃは、流量センサの検出値（ガスの質量流量）を、密度導出部５５ｂによって求められたガス密度によって除することにより、圧縮機１０の運転時におけるガス温度及びガス圧力でのシールガスの体積流量を求める。

【0091】

ここで、第３実施形態による圧縮機１０での、圧縮機１０の軸封部２４，２５，２６に供給するシールガスの流量を調整する方法について、図６を参照しつつ説明する。

【0092】

第１～第３圧力センサ４１，４５，４９によってガス圧力が検出され（ステップＳＴ１）、第１～第３温度センサ４２，４６，５０によってガス温度が検出され（ステップＳＴ２）、第１～第３流量センサ４３，４７，５１によってガス流量が検出される（ステップＳＴ３）。第１コントローラ５５において、体積流量導出部５５ｃは、流量センサの検出値（ガスの質量流量）を、密度導出部５５ｂによって求められたガス密度によって除することにより、第１圧力センサ４１による検出圧力Ｐ１及び第１温度センサ４２による検出温度の絶対温度Ｔ１でのガス体積流量ＦＶ１を求める（ステップＳＴ１１）。そして、算出された体積流量ＦＶ１が上限値ＨＦＶ及び下限値ＬＦＶで規定される予め設定された範囲内に収まっているか判断され（ステップＳＴ７）、範囲内に収まっていなければ、第１調整弁２９の開度が調整され（ステップＳＴ８）、範囲内に収まっていれば、開度は維持される（ステップＳＴ９）。なお、第２コントローラ５６では、第２圧力センサ４５、第２温度センサ４６及び第２流量センサ４７による検出値が用いられるが、基本的には、第１コントローラ５５と同様の演算が行われる。また、第３コントローラ５７では、第３圧力センサ４９、第３温度センサ５０及び第３流量センサ５１による検出値が用いられるが、基本的には、第１コントローラ５５と同様の演算が行われる。

【0093】

なお、第３実施形態において、第１流量センサ４３によって検出されたシールガスの質量流量を標準状態におけるシールガスの密度（既知）で除することにより、標準状態におけるシールガスの体積流量ＦＶ０を算出する換算部が含まれていてもよい。この場合、換算部によって得られた標準状態における体積流量ＦＶ０と、第１圧力センサ４１から出力されたガス圧力Ｐ１と、第１温度センサ４２から出力されたガス温度Ｔ１とに基づいて、検出されたガス圧力及びガス温度での体積流量が算出される。このとき、体積流量導出部５５ｃは、第１温度センサ４２から出力された温度（℃）の値を、絶対温度（Ｋ）の値に変換して参照する。また、体積流量導出部５５ｃは、ボイル・シャルルの法則を利用して、第１圧力センサ４１による検出圧力Ｐ１及び第１温度センサ４２による検出温度の絶対温度Ｔ１でのガス体積流量ＦＶ１を求める。換算部によって得られた体積流量ＦＶ０は標準状態におけるガス体積流量であるため、標準状態におけるガス圧力Ｐ０及び標準状態における絶対温度Ｔ０を用いて、圧力Ｐ１及び温度Ｔ１でのガス体積流量ＦＶ１が求められる。なお、標準状態におけるガス圧力Ｐ０及び標準状態における絶対温度Ｔ０は既知である。

【0094】

なお、前記第１～第３実施形態及びその変形例では、第１シールガス供給部、第２シールガス供給部及び第３シールガス供給部として、それぞれ第３ロータ部１３によって圧縮されたガスの一部をシールガスとして供給する構成としているが、これに限られない。例えば、シールガス供給部は、圧縮機１０の外部のガス供給源からシールガスを供給する構成であってもよい。

【0095】

前記第１～第３実施形態及びその変形例では、３つのロータ部を備えた構成であるが、これに限られない。１つ、２つ又は４つ以上のロータ部を備えた構成であってもよい。例えば、圧縮機１０が１つのロータ部を備えている構成では、当該ロータ部によって圧縮されたガスの一部がシールガスとして軸封部に供給される。この場合、第２、第３ガス供給部及び第２、第３コントローラ５６，５７は省略される。したがって、分岐することなくガス排出路２２ｇと軸封部とを接続する流路が、シールガス供給路となる。

【0096】

前記第１～第３実施形態及びその変形例では、流量センサ４３、４７，５１、圧力センサ４１，４５，４９及び温度センサ４２，４６，５０がガス供給路２８，３２，３６において、調整弁２９，３３，３７よりも下流側に配置されているが、これに限られるものではない。各センサが調整弁２９，３３，３７よりも上流側に配置されていてもよい。

【0097】

前記第１～第３実施形態及びその変形例では、第１～第３ガス供給路２８，３２，３６にそれぞれ逆止弁３０，３４，３８が配置されているが、何れかの逆止弁が省略されていてもよい。

【0098】

前記第１～第３実施形態及びその変形例では、第１調整弁２９、第２調整弁３３及び第３調整弁３７の何れもが、センサの検出値に応じて弁開度を自動的に調整する流量調整弁によって構成されているが、この構成に限られない。例えば、第３調整弁３７がセンサ４９，５０の検出値に応じて弁開度を自動的に調整する流量調整弁によって構成される一方で、第１調整弁２９及び第２調整弁３３が手動弁によって構成されていてもよい。この場合、図７に示すように、第３調整弁３７は、第３ガス供給路３６ではなく主流路２３に配置される。第３コントローラ５７は、センサ４９，５０の検出値を用いて、３段目のシールガス流量が所定範囲内に収まるように第３調整弁３７を制御する。一方、第１調整弁２９及び第２調整弁３３は一定開度とする。これにより、１段目及び２段目のシールガス流量が所定範囲内に収まる。この場合、第１圧力センサ４１、第１温度センサ４２、第２圧力センサ４５、第２温度センサ４６、第１コントローラ５５及び第２コントローラ５６が省略される構成となる。

【0099】

この構成において、第１調整弁２９に代えて、シールガス流量を減少させる絞り等の抵抗部が配置されてもよく、あるいは、第２調整弁３３に代えて、シールガス流量を減少させる絞り等の抵抗部が配置されてもよい。

【0100】

また、この構成において、第３圧力センサ４９及び第３温度センサ５０が省略されるとともに第１圧力センサ４１及び第１温度センサ４２が設けられてもよい。この場合、第３コントローラ５７は、これらセンサ４１，４２の検出値を用いて、３段目のシールガス流量が所定範囲内に収まるように第３調整弁３７を制御する。また、第１圧力センサ４１及び第１温度センサ４２に代えて第２圧力センサ４５、第２温度センサ４６が設けられ、第３コントローラ５７は、これらセンサ４５，４６の検出値を用いて第３調整弁３７を制御してもよい。

【0101】

また、第１調整弁２９及び第２調整弁３３が手動弁によって構成される構成において、第１圧力センサ４１、第１温度センサ４２、第２圧力センサ４５、第２温度センサ４６、第３圧力センサ４９及び第３温度センサ５０のうち、１組の温度センサ及び圧力センサの検出値のいずれかを用いて、第３調整弁３７が制御されてもよい。

【0102】

前記第１～第３実施形態及びその変形例では、シールガスが供給されるシャフト部１４～１６に接続されたロータ部１１～１３が圧縮機構のロータ部として構成されている。これに対し、第４実施形態では、シールガスが供給されるシャフト部に接続されたロータ部がタービンのロータ部として構成されている。

【0103】

具体的に、第４実施形態では、図８に示すように、第３ロータ部１３に接続された第３シャフト部１６には、ロータ部（第４ロータ部）１７がさらに接続されている。この第４ロータ部１７は、蒸気によって駆動されるタービンを構成している。すなわち、第４ロータ部１７は、羽根車によって構成されていて、第４ロータ部１７とハウジング２２との間の空間は作動空間２２ｈとなる。ハウジング２２の作動空間２２ｈ内に導入された蒸気によって第４ロータ部１７が回転することにより、第３ロータ部１３の回転が補助される。第３シャフト部１６は第４ロータ部１７と一体的に回転する。

【0104】

第３シャフト部１６には軸封部（第４軸封部）２７が配置されている。軸封部２７は、第３シャフト部１６の外周面との間に封止室を形成するように第３シャフト部１６の周囲に設けられている。

【0105】

軸封部２７にシールガスを供給するシールガス供給部は、主流路２３に接続されたガス供給路６０を備えている。なお、ガス供給路６０は、主流路２３から分岐するのではなく、別個のガス供給源からガスを供給する構成であってもよい。また、ガス供給路６０は、ガス排出路２２ｇに接続されていてもよい。

【0106】

ガス供給路６０には、開度調整可能な弁によって構成された流量調整弁（調整弁）６１と逆止弁６２とが配置されている。ガス供給路６０には、ガス供給路６０を流れるガスの圧力を検出する圧力センサ６３と、当該ガスの温度を検出する温度センサ６４と、当該ガスの流量を検知する流量センサ６５と、が配置されている。流量センサ６５は、第１実施形態の第１流量センサ４３と同様に、標準状態におけるガスの体積流量を検知するように構成されている。なお、この構成に代え、流量センサ６５は、第３実施形態の第１流量センサ４３と同様に、ガスの質量流量を検知するように構成されていてもよい。

【0107】

第４実施形態では、ガス供給路６０を通して軸封部２７に供給するシールガスの流量を調整するための制御を行うコントローラ（第４コントローラ）６６が設けられている。コントローラ６６が発揮する機能には、質量流量導出部６６ａ、密度導出部６６ｂ、体積流量導出部６６ｃ及び弁制御部６６ｄが含まれる。質量流量導出部６６ａは、流量センサ６５の検出値を用いる点で第１コントローラ５５の質量流量導出部５５ａと異なるが、実質的には、質量流量導出部５５ａと同様の機能を有する。密度導出部６６ｂは、圧力センサ６３及び温度センサ６４の検出値を用いる点で第１コントローラ５５の密度導出部５５ｂと異なるが、実質的には、密度導出部５５ｂと同様の機能を有する。体積流量導出部６６ｃは、質量流量導出部６６ａ及び密度導出部６６ｂの算出値を用いる点で第１コントローラ５５の体積流量導出部５５ｃと異なるが、実質的には、体積流量導出部５５ｃと同様の機能を有する。弁制御部６６ｄは、体積流量導出部６６ａの算出値を用いて流量調整弁６１を制御する点で第１コントローラ５５の弁制御部５５ｄと異なるが、実質的には、弁制御部５５ｄと同様の機能を有する。なお、コントローラ６６は、この構成に限られるものではなく、値修正部を有していてもよい。また、コントローラ６６は、第２実施形態と同様に、質量流量に換算することなく、圧縮機１０の運転時におけるガス温度及びガス圧力での体積流量を導出する制御を行う構成であってもよい。また、流量センサ６５が質量流量を検出する構成の場合、コントローラ６６は、第３実施形態と同様に、流量センサ４３，４７，５１の検出値（ガスの質量流量）と、圧力センサ４１，４５，４９及び温度センサ４２，４６，５０の検出値から得られるガス密度とを用いて、圧縮機１０の運転時におけるガス温度及びガス圧力でのシールガスの体積流量を求める構成であってもよい。

【符号の説明】

【0108】

１０ 圧縮機
１１ 第１ロータ部
１２ 第２ロータ部
１３ 第３ロータ部
１４ 第１シャフト部
１５ 第２シャフト部
１６ 第３シャフト部
１９ 電動機
２３ 主流路
２４ 第１軸封部
２５ 第２軸封部
２６ 第３軸封部
２８ 第１ガス供給路
２９ 第１調整弁
３０ 第１逆止弁
３２ 第２ガス供給路
３３ 第２調整弁
３４ 第２逆止弁
３６ 第３ガス供給路
３７ 第３調整弁
３８ 第３逆止弁
４１ 第１圧力センサ
４２ 第１温度センサ
４３ 第１流量センサ
４５ 第２圧力センサ
４６ 第２温度センサ
４７ 第２流量センサ
４９ 第３圧力センサ
５０ 第３温度センサ
５１ 第３流量センサ
５５ 第１コントローラ
５５ａ 質量流量導出部
５５ｂ 密度導出部
５５ｃ 体積流量導出部
５５ｄ 弁制御部
５６ 第２コントローラ
５６ａ 質量流量導出部
５６ｂ 密度導出部
５６ｃ 体積流量導出部
５６ｄ 弁制御部
５７ 第３コントローラ
５７ａ 質量流量導出部
５７ｂ 密度導出部
５７ｃ 体積流量導出部
５７ｄ 弁制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】