【圧縮機】往復動圧縮機の容量調整方式の特徴について解説

今回の記事では往復動圧縮機（レシプロコンプレッサー）の容量調整方式の特徴について解説します。

化学プラントやエネルギー設備で活用される往復動圧縮機ですが、適切な容量調整方式の選定は、プラントの安定操業や省エネルギーにおいて非常に重要です。

各容量調整方式には一長一短があります。調整精度・動力損失・機械的負荷・運転自動化の観点から、プロセス目的や設備制約に応じた多面的検討が不可欠です。

本記事では、各方式の特徴・制約・適用領域について、実務視点で整理します。

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ブロー・バイパス方式は、圧縮したガスの一部を放出（ブロー）または吸込側へ戻す（バイパス）ことで、容量を調整する方法です。
最終段または任意の段からブロー弁やバイパス管を設けることで、流量調整が可能になります。

いわゆるスピルバック制御がこの方式に該当します。スピルバック制御についてはこちらの記事を参照ください。

一般に、空気など安価なガスは「ブロー」、有価・危険性ガスは「バイパス」が選ばれます。

注意すべきは、バイパスするガスが再吸入時に加熱されている可能性です。等エンタルピ変化として処理されるため、冷却器の設置が推奨されます。
また、動力損失が大きいため、常時大幅なバイパス運転はコスト増につながる可能性があります。

小型または可搬式の圧縮機で採用される方式で、吸込管をバルブで閉じることで、吸入工程そのものを止める構成です。

シンプルで確実な方法ですが、閉鎖のタイミングや残圧排出設計は慎重に行う必要があります。

サクションバルブアンローダとも呼ばれる方式で、吸込弁を開放したままにし、吸込行程で流入したガスをそのまま吸込管に逆流させることで、実質的に圧縮を行わないようにする方式です。

この方式を採用する際は、シリンダ間の流体バランスやトルク変動への配慮が必要です。
不適切な切替は、機械負荷や異常振動を引き起こします。

タイムドバルブ方式とも呼ばれ、吸込弁の閉鎖タイミングを遅らせ、圧縮の有効行程を短縮することで容量を調整する、高度な方式です。

調整範囲は原理上30〜40%程度が下限とされますが、スプリング力を強化することで吸込弁開放型アンローダとして0%まで容量を落とすことも可能です。

シリンダのクリアランス（死容積）を可変に設計することで、吸込容積を物理的に減らし、実効容積を下げる方式です。

ただし、固定容積式では段階式になるため、連続調整を目指すなら可変式または他方式との併用が必要です。

圧縮機の容量は回転数に比例するため、原動機の回転数を制御することで調整が可能です。

注意点として、ターボ形原動機（例：蒸気タービン）は出力が回転数の3乗に比例するため、設計上の最大出力設定に慎重な検討が求められます。

圧力上昇時に圧縮機自体を停止する方式で、一般的には小型機（50kW程度まで）に限られて適用されます。

往復動圧縮機単独では困難な制御領域でも、ターボ形との組合せで広範囲な容量調整が可能になります。

(a) ターボ側は固定・往復側で調整
(b) ターボ側で吸込／吐出圧制御・往復側は変化に応答
(c) 両者併用

現場では、自動調整機器と連動した複雑な制御系が採用されており、性能曲線や所要動力とのバランス設計が肝要です。