(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機から吐出される圧縮空気とその冷却水とを熱交換するエアクーラと、
前記圧縮機の潤滑油とその冷却水とを熱交換するオイルクーラと、
前記各クーラを通された後の冷却水の温度に基づき、前記各クーラへ供給する冷却水の流量を調整する熱交給水量調整手段と
を備えることを特徴とする圧縮熱回収システム。
【請求項２】
前記圧縮機から前記オイルクーラへ潤滑油を送る油送り路と、前記オイルクーラから前記圧縮機へ潤滑油を戻す油戻し路とをバイパス路で接続し、
前記油送り路と前記バイパス路との分岐部、または前記油戻し路と前記バイパス路との合流部に、温調三方弁を設け、
この温調三方弁により、前記オイルクーラに通す潤滑油の流量を調整して、前記圧縮機内の潤滑油を設定温度に維持する
ことを特徴とする請求項１に記載の圧縮熱回収システム。
【請求項３】
直列に配置された前記両クーラに冷却水が通され、
前記両クーラを通過後の冷却水の温度に基づき、前記両クーラへの給水路に設けた熱交給水ポンプをインバータ制御するか、前記両クーラへの給水路に設けた電動弁の開度を調整する
ことを特徴とする請求項２に記載の圧縮熱回収システム。
【請求項４】
前記圧縮機は、蒸気を用いて動力を起こすスクリュ式蒸気エンジンにより駆動され、
前記両クーラで加温された冷却水を、前記スクリュ式蒸気エンジンの軸封部から漏れる蒸気でさらに加温し、
この加温後の冷却水の温度に基づき、前記熱交給水ポンプをインバータ制御するか、前記電動弁の開度を調整する
ことを特徴とする請求項３に記載の圧縮熱回収システム。
【請求項５】
前記圧縮熱回収システムの起動時、第一設定条件を満たすまで、前記各クーラへ冷却水を設定流量で流し、
前記第一設定条件を満たすと、前記各クーラを通された後の冷却水の温度に基づき、前記各クーラへの通水量を調整する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧縮熱回収システム。
【請求項６】
前記第一設定条件を満たすまでの前記各クーラへの通水量は、前記各クーラを通された後の冷却水の温度上昇に伴い増加するよう設定される
ことを特徴とする請求項５に記載の圧縮熱回収システム。
【請求項７】
前記圧縮熱回収システムの停止時、第二設定条件を満たすまで、前記各クーラへ冷却水を設定流量で流し、
前記第二設定条件を満たすと、前記各クーラへの通水を停止する
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧縮熱回収システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気圧縮機の圧縮熱回収システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、ボイラの給水タンクへの給水を用いて、圧縮空気の冷却や圧縮機の潤滑油の冷却を図ると共に、それにより給水タンクへの給水の加温を図ることで圧縮熱を回収するシステムが開示されている。具体的には、エアクーラとオイルクーラとを介してボイラの給水タンクへ水が供給され、エアクーラでは圧縮空気の冷却が図られる一方、オイルクーラでは圧縮機の潤滑油の冷却が図られ、各クーラにおいて給水タンクへの給水が加温される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−３８３８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、オイルクーラに通される潤滑油を所定温度に維持するように、給水タンクへの給水量を調整する構成である。従って、各クーラを通過後の水温は変動するため、ボイラへの給水以外の用途には利用しにくい場合があった。また、圧縮機の負荷によっては、各クーラを通過後の水が１００℃を超えてしまい、高温仕様の配管を必要としたり、蒸気化したりするものであった。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、圧縮機の負荷が変動しても、エアクーラやオイルクーラを通過後の水温の変動を抑制し、所望温度の温水を得ることにある。また、ボイラへの給水以外の用途にも対応可能な圧縮熱回収システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、圧縮機から吐出される圧縮空気とその冷却水とを熱交換するエアクーラと、前記圧縮機の潤滑油とその冷却水とを熱交換するオイルクーラと、前記各クーラを通された後の冷却水の温度に基づき、前記各クーラへ供給する冷却水の流量を調整する熱交給水量調整手段とを備えることを特徴とする圧縮熱回収システムである。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、各クーラを通過後の水温に基づき、各クーラへの給水量を調整するので、圧縮機の負荷変動があっても、水温の変動を抑制することができる。また、所望温度の水温を得ることができるので、ボイラへの給水以外の用途にも利用しやすい。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、前記圧縮機から前記オイルクーラへ潤滑油を送る油送り路と、前記オイルクーラから前記圧縮機へ潤滑油を戻す油戻し路とをバイパス路で接続し、前記油送り路と前記バイパス路との分岐部、または前記油戻し路と前記バイパス路との合流部に、温調三方弁を設け、この温調三方弁により、前記オイルクーラに通す潤滑油の流量を調整して、前記圧縮機内の潤滑油を設定温度に維持することを特徴とする請求項１に記載の圧縮熱回収システムである。
【０００９】
請求項２に記載の発明によれば、温調三方弁によりオイルクーラに通す潤滑油の流量を調整することで、圧縮機の潤滑油を所望温度に維持することができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、直列に配置された前記両クーラに冷却水が通され、前記両クーラを通過後の冷却水の温度に基づき、前記両クーラへの給水路に設けた熱交給水ポンプをインバータ制御するか、前記両クーラへの給水路に設けた電動弁の開度を調整することを特徴とする請求項２に記載の圧縮熱回収システムである。
【００１１】
請求項３に記載の発明によれば、エアクーラとオイルクーラとを直列に接続して、熱交給水ポンプをインバータ制御するか、給水路に設けた電動弁の開度を調整することで、簡易な構成で各クーラ通過後の水温を所望に維持することができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、前記圧縮機は、蒸気を用いて動力を起こすスクリュ式蒸気エンジンにより駆動され、前記両クーラで加温された冷却水を、前記スクリュ式蒸気エンジンの軸封部から漏れる蒸気でさらに加温し、この加温後の冷却水の温度に基づき、前記熱交給水ポンプをインバータ制御するか、前記電動弁の開度を調整することを特徴とする請求項３に記載の圧縮熱回収システムである。
【００１３】
請求項４に記載の発明によれば、スクリュ式蒸気エンジンの軸漏れ蒸気からの熱回収を図ることができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、前記圧縮熱回収システムの起動時、第一設定条件を満たすまで、前記各クーラへ冷却水を設定流量で流し、前記第一設定条件を満たすと、前記各クーラを通された後の冷却水の温度に基づき、前記各クーラへの通水量を調整することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧縮熱回収システムである。
【００１５】
請求項５に記載の発明によれば、圧縮熱回収システムの起動時に各クーラに強制的に通水することで、水温上昇の検知の遅れを防止できる。これにより、圧縮空気や潤滑油の所期の冷却を図ることができる。さらに、通水量は設定流量に制限されるので、冷却水が無駄に送られることも防止できる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、前記第一設定条件を満たすまでの前記各クーラへの通水量は、前記各クーラを通された後の冷却水の温度上昇に伴い増加するよう設定されることを特徴とする請求項５に記載の圧縮熱回収システムである。
【００１７】
請求項６に記載の発明によれば、水温の上昇に伴い通水量を増加させるので、圧縮空気や潤滑油の所期の冷却を図ることができる。
【００１８】
さらに、請求項７に記載の発明は、前記圧縮熱回収システムの停止時、第二設定条件を満たすまで、前記各クーラへ冷却水を設定流量で流し、前記第二設定条件を満たすと、前記各クーラへの通水を停止することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧縮熱回収システムである。
【００１９】
請求項７に記載の発明によれば、圧縮熱回収システムの停止時に各クーラに強制的に通水することで、圧縮空気や潤滑油の所期の冷却を図ることができる。さらに、通水量は設定流量に制限されるので、冷却水が無駄に送られることも防止できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、圧縮機の負荷が変動しても、エアクーラやオイルクーラを通過後の水温の変動を抑制し、所望温度の温水を得ることができる。また、ボイラへの給水以外の用途にも対応可能な圧縮熱回収システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の圧縮熱回収システムの一実施例を示す概略図である。
【図２】図１の圧縮熱回収システムの変形例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の圧縮熱回収システムの一実施例を示す概略図である。本実施例の圧縮熱回収システム１は、ボイラ２の給水タンク３への給水を用いて、圧縮空気の冷却と圧縮機４の潤滑油の冷却を図ると共に、それにより給水タンク３への給水の加温を図ることで圧縮熱を回収するシステムである。そのために、本実施例の圧縮熱回収システム１は、圧縮機４、エアクーラ５およびオイルクーラ６を主要部として備える。
【００２３】
圧縮機４は、その構成を特に問わないが、本実施例では油潤滑式で且つスクリュ式の空気圧縮機である。圧縮機４から吐出される圧縮空気は、エアクーラ５において所望温度に水冷された後、各種の圧縮空気利用機器（図示省略）へ送られる。一方、圧縮機４の潤滑油は、オイルクーラ６との間を循環して所望温度に水冷される。
【００２４】
圧縮機４は、本実施例では、蒸気エンジン７により駆動される。蒸気エンジン７は、蒸気を用いて動力を起こす装置である。蒸気エンジン７は、その構成を特に問わないが、本実施例ではスクリュ式の蒸気エンジンである。スクリュ式蒸気エンジンは、互いにかみ合うスクリュロータ間に蒸気が導入され、その蒸気によりスクリュロータを回転させつつ蒸気を膨張して減圧し、その際のスクリュロータの回転により動力を得る装置である。
【００２５】
蒸気エンジン７へは、給蒸路８を介して蒸気が供給され、排蒸路９を介して蒸気が排出される。給蒸路８に設けた給蒸弁１０の開閉または開度を調整することで、蒸気エンジン７の作動の有無または出力を調整できる。本実施例では、上述したように、圧縮機４は蒸気エンジン７により駆動されるが、電動機（図示省略）により補助駆動可能とされてもよい。あるいは、図１において蒸気エンジン７に代えて電動機を設置することで、圧縮機４は電動機により駆動されてもよい。なお、圧縮機４、蒸気エンジン７、エアクーラ５およびオイルクーラ６は、図１において一点鎖線で示すように、ユニット１１として構成されてもよい。
【００２６】
エアクーラ５は、圧縮空気とその冷却水との間接熱交換器である。具体的には、圧縮機４から吐出される圧縮空気は、オイルセパレータ（図示省略）を介してエアクーラ５へ送られ、エアクーラ５において水冷を図られた後、エアドライヤ（図示省略）にて水分除去され、圧縮空気利用機器（図示省略）へ送られる。
【００２７】
オイルクーラ６は、圧縮機４の潤滑油とその冷却水との間接熱交換器である。具体的には、圧縮機４とオイルクーラ６とは、油送り路１２と油戻し路１３とにより接続される。これにより、圧縮機４の潤滑油（本実施例のような油潤滑式の圧縮機の場合、より厳密には前記オイルセパレータで圧縮空気から分離された潤滑油）は、油送り路１２を介してオイルクーラ６へ送られ、オイルクーラ６において水冷を図られた後、油戻し路１３を介して圧縮機４本体へ戻される。
【００２８】
また、本実施例では、油送り路１２と油戻し路１３とは、バイパス路１４で接続される。そして、油送り路１２とバイパス路１４との分岐部には、温調三方弁１５が設けられる。この温調三方弁１５は、ワックス式のものが好適に用いられ、圧縮機４からの潤滑油の温度に基づき、潤滑油をオイルクーラ６へ送るか、オイルクーラ６を介さずにバイパス路１４を介して圧縮機４へ戻すかの分配割合を自力で調整する。これにより、オイルクーラ６へ通す潤滑油の流量を調整して、圧縮機４内の潤滑油を所望温度に維持することができる。
【００２９】
エアクーラ５およびオイルクーラ６は、給水タンク３への給水路１６の中途に順に設けられる。言い換えれば、給水タンク３への給水路１６には、エアクーラ５とオイルクーラ６とが直列に設けられる。従って、給水タンク３への給水は、エアクーラ５とオイルクーラ６とを順に介して、ボイラ２の給水タンク３へ供給される。なお、給水タンク３への給水は、ボイラ２への給水となるので、好適には脱気された軟水が用いられる。
【００３０】
各クーラ５，６を介した給水タンク３への給水量は、熱交給水量調整手段としてのインバータポンプにより変更可能とされる。具体的には、給水タンク３への給水路１６には、両クーラ５，６よりも上流側に熱交給水ポンプ１７が設けられており、この熱交給水ポンプ１７はインバータ１８により回転数を制御可能とされ、回転数を変更されることで各クーラ５，６への給水量が調整される。
【００３１】
この給水量は、両クーラ５，６を通過後の水温に基づき調整される。具体的には、給水タンク３への給水路１６には、オイルクーラ６より下流に温度センサ１９が設けられており、この温度センサ１９の検出信号に基づき、熱交給水ポンプ１７をインバータ制御して、給水量が調整される。温度センサ１９の検出温度を設定温度に維持するように熱交給水ポンプ１７による給水量を調整すれば、所望温度の温水を得ることができる。
【００３２】
給水タンク３には、各クーラ５，６を介した給水の他、補給水路２０を介しても給水可能とされる。この水もボイラ２への給水となることを考慮して、好適には脱気された軟水が用いられる。補給水路２０には補給水弁２１が設けられており、この補給水弁２１を開閉することで給水タンク３への給水の有無が切り替えられる。
【００３３】
各クーラ５，６を介した給水だけでは、圧縮機４の負荷によっては給水タンク３内の水量が所望に確保できないおそれがあるが、その場合には補給水路２０を介して直接に給水タンク３へ給水される。具体的には、給水タンク３には水位検出器２２が設けられており、この水位検出器２２による検出信号に基づき補給水弁２１を制御することで、給水タンク３内の水位は設定範囲に維持される。なお、給水タンク３には、所定以上の水を外部へあふれさせるオーバフロー路２３も設けられている。
【００３４】
給水タンク３内の貯留水は、所望により給水ポンプ２４および逆止弁２５を介してボイラ２へ供給される。その水は、ボイラ２において蒸気化され、ボイラ２からの蒸気は、蒸気エンジン７などの各種の蒸気利用機器へ送られる。
【００３５】
本実施例の圧縮熱回収システム１では、給水タンク３への給水は、エアクーラ５において圧縮空気の冷却を図り、またオイルクーラ６において潤滑油の冷却を図った後、給水タンク３へ供給される。この際、給水タンク３への給水は、エアクーラ５およびオイルクーラ６において圧縮熱を回収して加温される。このようにして、給水タンク３への給水により圧縮機４の潤滑油と圧縮空気との冷却を図ると共に、両クーラ５，６において給水タンク３への給水の加温を図ることができる。さらに、本実施例の圧縮熱回収システム１では、各クーラ５，６を通過後の水温を設定温度（たとえば８０℃）に維持するように、熱交給水ポンプ１７をインバータ制御することができ、それにより所望温度の温水を得ることができる。しかも、圧縮機４の潤滑油の冷却は、温調三方弁１５により自動で調整される。
【００３６】
本発明の圧縮熱回収システム１は、前記実施例の構成に限らず適宜変更可能である。特に、エアクーラ５とオイルクーラ６とを備え、これらクーラ５，６を通された後の水温に基づき各クーラ５，６への給水量を調整する構成であれば、その他の構成や制御は適宜に変更可能である。たとえば、前記実施例では、圧縮機４は蒸気エンジン７により駆動されたが、電動機により駆動される圧縮機４に対しても同様に適用できる。
【００３７】
また、前記実施例では、各クーラ５，６を通過後の加温された水は、ボイラ２への給水として用いたが、空調機や食品機械など、ボイラ給水以外の用途にも適用可能である。得られる温水の温度を所望に維持できるので、幅広い用途に適用できる。
【００３８】
また、前記実施例では、給水路１６にはエアクーラ５とオイルクーラ６とを順に設けたが、この設置順序は場合により逆にしてもよい。また、前記実施例では、給水路１６にはエアクーラ５とオイルクーラ６とを直列に設けたが、場合により並列に設けてもよい。その場合も、各クーラ５，６を通過後の水を合流させて、その水温に基づき各クーラ５，６への給水量を調整すればよい。この場合において、各クーラ５，６への給水量を個別に調整可能としてもよい。
【００３９】
また、前記実施例において、圧縮機４を複数段にしてもよい。たとえば、圧縮機４を二段にする場合、一段目の圧縮機４からの圧縮空気は、第一のエアクーラ（インタークーラ）５で水冷を図られた後、二段目の圧縮機４でさらに圧縮され、第二のエアクーラ（アフタークーラ）５で水冷を図られる。そして、この二つのエアクーラ５，５とオイルクーラ６とは、給水路１６に直列に設置してもよいし、それらの内の二つまたは全部を並列に設置してもよい。いずれの場合も、その設置順序は適宜に変更可能である。たとえば、オイルクーラ６、アフタークーラ（５）、インタークーラ（５）の順に冷却水が通される。
【００４０】
また、これと同様にして、圧縮機４は、油潤滑式に限らず、無潤滑式（オイルフリー式）とされてもよい。つまり、無潤滑式の圧縮機４の場合も、一段目の圧縮機４からの圧縮空気は、第一のエアクーラ（インタークーラ）５で水冷を図られた後、二段目の圧縮機４でさらに圧縮され、第二のエアクーラ（アフタークーラ）５で水冷を図られる。無潤滑式の圧縮機の場合、圧縮機本体には潤滑油はない訳であるが、ギア部分には潤滑油があり、この潤滑油は前記実施例と同様にオイルクーラ６で冷却を図ることができる。
【００４１】
また、前記実施例において、図１の二点鎖線で示すように、スクリュ式蒸気エンジン７からの軸漏れ蒸気で、給水タンク３への給水をさらに加温してもよい。具体的には、給水タンク３への給水路１６には、オイルクーラ６より下流に、さらに別の熱交換器２６が設けられる。そして、この熱交換器２６には、給水タンク３への給水が通されると共に、蒸気エンジン７からの軸漏れ蒸気が通される。これにより、給水タンク３への給水をさらに加温することができる。この場合、この熱交換器２６を通過後の水温に基づき、各クーラ５，６，２６への給水量を調整すればよい。これにより、軸漏れ蒸気の増減にも対応することができる。
【００４２】
また、前記実施例では、油送り路１２とバイパス路１４との分岐部に温調三方弁１５を設けたが、図２に示すように、油戻し路１３とバイパス路１４との合流部に温調三方弁１５を設けてもよい。この場合も、温調三方弁１５は、圧縮機４からの潤滑油の温度に基づき、潤滑油をオイルクーラ６へ送るか、オイルクーラ６を介さずにバイパス路１４を介して圧縮機４へ戻すかの分配割合を自力で調整する。これにより、オイルクーラ６へ通す潤滑油の流量を調整して、圧縮機４内の潤滑油を所望温度に維持することができる。
【００４３】
さらに、前記実施例では、熱交給水量調整手段として、熱交給水ポンプ１７をインバータ制御したが、図２に示すように、給水路１６には熱交給水ポンプ１７と電動弁２７とを直列に設けてもよい。この場合、熱交給水ポンプ１７はオンオフ制御され、電動弁２７は温度センサ１９の検出信号に基づき開度調整される。なお、図２では、熱交給水量調整手段の構成と温調三方弁１５の設置位置とにおいて図１と異なるが、熱交給水量調整手段の構成と温調三方弁１５の設置位置との内、いずれか一方のみを図１と異ならしてもよいのは言うまでもない。
【００４４】
ところで、圧縮熱回収システム１は、前述したように、温度センサ１９の検出温度に基づき両クーラ５，６への通水量を制御するが、圧縮熱回収システム１の冷態起動時には、水温上昇を検出するまでに多少の遅れを生じる。従って、起動してすぐに温度センサ１９による通水量制御を行うのでは、実際の通水が遅れ、圧縮空気や潤滑油の温度上昇を招くおそれがある。そこで、圧縮熱回収システム１の起動時には、第一設定条件を満たすまで、各クーラ５，６へ冷却水を設定流量で強制的に通水するのがよい。
【００４５】
たとえば、起動信号から所定時間を経過するか、温度センサ１９の検出温度が所定温度に上昇するまで、熱交給水ポンプ１７で少流量を送り出すか（図１）、電動弁２７を設定開度（典型的には最小開度）だけ開けばよい（図２）。そして、第一設定条件を満たした後は、温度センサ１９による通水量制御に切り替えればよい。
【００４６】
なお、第一設定条件を満たすまでの各クーラ５，６への通水量は、温度センサ１９の検出温度の上昇に伴い、通水量を増加させるようにしてもよい。つまり、温度センサ１９の検出温度の上昇に伴い、熱交給水ポンプ１７で送り出す水量を徐々に増加させるか（図１）、電動弁２７の開度を徐々に大きくすればよい（図２）。
【００４７】
このようにして起動時に各クーラ５，６に強制的に通水することで、温度センサ１９による検出遅れを防止することができる。これにより、圧縮空気や潤滑油の過度の温度上昇を防止することができる。また、通水量を制限することで、給水タンク３へ低温の水が無駄に供給されるおそれもない。
【００４８】
また、逆に、圧縮熱回収システム１の停止時、各クーラ５，６への通水をすぐに停止してしまうと、圧縮熱の回収が最後までできないおそれがある。特に、蒸気エンジン７への給蒸弁１０を閉じても、蒸気エンジン７内には蒸気が残っているので、これを前記熱交換器２６で回収するにしても、各クーラ５，６へ通水する必要がある。そこで、圧縮熱回収システム１の停止時、第二設定条件を満たすまで、各クーラ５，６へ冷却水を設定流量で強制的に通水するのがよい。
【００４９】
たとえば、停止信号から所定時間を経過するか、温度センサ１９の検出温度が所定温度に下がるまで、熱交給水ポンプ１７で少流量を送り出すか（図１）、電動弁２７を設定開度（典型的には最小開度）だけ開けばよい（図２）。そして、第二設定条件を満たした後は、各クーラ５，６への通水を完全に停止すればよい。
【００５０】
このようにして停止時に各クーラ５，６に強制的に通水することで、圧縮機４の潤滑油の冷却と、蒸気エンジン７内に残留する蒸気からの熱回収とを図ることができる。
【符号の説明】
【００５１】
１  圧縮熱回収システム
３  給水タンク
４  圧縮機
５  エアクーラ
６  オイルクーラ
７  蒸気エンジン
１２  油送り路
１３  油戻し路
１４  バイパス路
１５  温調三方弁
１６  給水路
１７  熱交給水ポンプ
１８  インバータ
１９  温度センサ
２６  熱交換器
２７  電動弁
【図１】
0005598724.tif 000002
【図２】
0005598724.tif 000003