(57)【要約】【課題】水添加式の圧縮機から熱回収して冷却液を加温可能な熱回収システムを提供する。【解決手段】セパレータタンク３は、水添加式の圧縮機２からの吐出流体を気水分離し、気相部に圧縮空気送出路４が接続される一方、液相部に圧縮機２への添加水戻し路６が接続される。アフタークーラ５は、圧縮空気送出路４に設けられ、圧縮空気と冷却液とを熱交換して、圧縮空気を冷却液で冷却する一方、冷却液を圧縮空気で加温する。水クーラ７は、添加水戻し路６に設けられ、添加水と冷却液とを熱交換して、添加水を冷却液で冷却する一方、冷却液を添加水で加温する。各クーラ５，７において、圧縮熱を冷却液の加温に用いて、熱回収を図ることができる。冷却液は、アフタークーラ５と水クーラ７とに、順に通されるのが好ましい。【選択図】図１
2018025346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水添加式の圧縮機からの吐出流体を気水分離し、気相部に圧縮空気の送出路が接続される一方、液相部に前記圧縮機への添加水の戻し路が接続されるセパレータタンクと、
前記圧縮空気の送出路に設けられ、圧縮空気と冷却液とを熱交換して、圧縮空気を冷却する一方、冷却液を加温する第一熱回収用熱交換器と、
前記添加水の戻し路に設けられ、添加水と冷却液とを熱交換して、添加水を冷却する一方、冷却液を加温する第二熱回収用熱交換器と
を備えることを特徴とする熱回収システム。
【請求項２】
前記冷却液は、前記第一熱回収用熱交換器と前記第二熱回収用熱交換器に、順に通され加温される
ことを特徴とする請求項１に記載の熱回収システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水添加式の圧縮機で生じた圧縮熱を回収できる熱回収システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、下記特許文献１の図１に開示されるように、一対のロータ（３７）がその両端を水潤滑滑り軸受（２）に支持されたスクリュー式の水潤滑空気圧縮機（１）と、この圧縮機（１）からの吐出流体（潤滑水と共に吐出される圧縮空気）を気水分離するセパレータ（６）と、このセパレータ（６）から圧縮機（１）のロータ間へ戻す水を冷却する空冷熱交換器（１０）と、セパレータ（６）からの圧縮空気を冷却するアフタークーラ（１１）とを備える空気圧縮システムが知られている。このシステムでは、空冷熱交換器（１０）から圧縮機（１）のロータ間への水配管（２２）には、軸受給水用水配管（２３）が分岐されており、分岐された水は、冷凍サイクル（２７）の吸熱用熱交換器（３３）を介するか、バイパス配管（２４）を介して、圧縮機（１）の軸受（２）へ供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−４３５８９号公報（段落［００１２］−［００１７］、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記特許文献１に記載の発明では、圧縮機で生じた圧縮熱は、空冷式の熱交換器（１０，１１）において外気へ捨てられており、熱回収されていない。仮に、前記熱交換器において、セパレータタンク（６）からの圧縮空気（または分離水）と通水とを熱交換して、圧縮熱を通水の加温に用いて熱回収するにしても、次のような課題が残る。
【０００５】
すなわち、圧縮空気と水とを熱交換して温水を製造する際、圧縮空気の温度は下げたいが、温水の温度は高めたいという要求がある。従って、圧縮空気の冷却と、通水の加温とを、効率よく実現する必要がある。なお、このことは、圧縮熱を回収して水を加温（温水を製造）する場合に限らず、圧縮熱により各種液体を加温する場合も同様である。
【０００６】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、水添加式の圧縮機から熱回収して冷却液を加温可能な熱回収システムを提供することにある。また、圧縮機から熱回収して冷却液を加温する際、圧縮空気の冷却と冷却液の加温とを、効率よく確実に行うことを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、水添加式の圧縮機からの吐出流体を気水分離し、気相部に圧縮空気の送出路が接続される一方、液相部に前記圧縮機への添加水の戻し路が接続されるセパレータタンクと、前記圧縮空気の送出路に設けられ、圧縮空気と冷却液とを熱交換して、圧縮空気を冷却する一方、冷却液を加温する第一熱回収用熱交換器と、前記添加水の戻し路に設けられ、添加水と冷却液とを熱交換して、添加水を冷却する一方、冷却液を加温する第二熱回収用熱交換器とを備えることを特徴とする熱回収システムである。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、第一熱回収用熱交換器において、圧縮空気と冷却液とを熱交換して、圧縮空気を冷却液で冷却できる一方、冷却液を圧縮空気で加温できる。また、第二熱回収用熱交換器において、添加水（セパレータタンクから圧縮機への給水）と冷却液とを熱交換して、添加水を冷却液で冷却できる一方、冷却液を添加水で加温できる。このようにして、水添加式の圧縮機の圧縮熱を冷却液の加温に用いて、熱回収することができる。
【０００９】
さらに、請求項２に記載の発明は、前記冷却液は、前記第一熱回収用熱交換器と前記第二熱回収用熱交換器に、順に通され加温されることを特徴とする請求項１に記載の熱回収システムである。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、第一熱回収用熱交換器と第二熱回収用熱交換器とに、冷却液を順に通して加温することができる。冷却液を先に第一熱回収用熱交換器に通すことで、比較的低温の冷却液で圧縮空気を所望に冷却することができる。そして、それにより加温された冷却液を第二熱回収用熱交換器に通すことで、冷却液をさらに昇温することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、水添加式の圧縮機から熱回収して冷却液を加温可能な熱回収システムを実現することができる。また、圧縮機から熱回収して冷却液を加温する際、圧縮空気の冷却と冷却液の加温とを、効率よく確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施例の熱回収システムを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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、本発明の一実施例の熱回収システム１を示す概略図である。
【００１４】
本実施例の熱回収システム１は、水添加式の圧縮機２と、この圧縮機２からの吐出流体を気水分離するセパレータタンク３と、このセパレータタンク３からの圧縮空気送出路４に設けられる第一熱回収用熱交換器としてのアフタークーラ５と、セパレータタンク３から圧縮機２への添加水戻し路６に設けられる第二熱回収用熱交換器としての水クーラ７とを主要部として備える。
【００１５】
圧縮機２は、水添加式の空気圧縮機である。圧縮機２は、その形式を特に問わないが、たとえばスクリュー式またはスクロール式とされる。水添加式の圧縮機２は、空気の吸込口に水（典型的には精製水（純水）または軟化水）が添加され、この添加水を圧縮室のシールや圧縮機構の冷却などに用いつつ、空気を圧縮して吐出する。この吐出時、圧縮空気と共に添加水も吐出される。
【００１６】
圧縮機２は、図示例では電気モータ８により駆動されるが、その他の原動機で駆動されてもよい。たとえば、圧縮機２は、蒸気モータ（蒸気エンジン）により駆動されてもよい。また、圧縮機２は、オンオフ制御されてもよいし、容量制御（出力調整）されてもよい。たとえば、圧縮機２は、電気モータ８をオンオフ制御されるか、電気モータ８の回転数をインバータ制御される。あるいは、蒸気モータの場合には、蒸気モータへの給蒸弁の開閉または開度が制御される。
【００１７】
圧縮機２を運転すると、外気がエアフィルタ９を介して吸込路１０から圧縮機２内へ吸い込まれるが、その際、詳細は後述するが、セパレータタンク３からの添加水戻し路６を介して水が設定流量で添加される。そして、圧縮機２において圧縮された空気は、添加水を伴いながら、セパレータタンク３へ吐出される。圧縮機２からセパレータタンク３への吐出路１１には、逆止弁１２が設けられる。
【００１８】
なお、水添加式の圧縮機２は、水潤滑式または水噴射式などということもできる（言い換えればこれらを含んでもよい）。また、ここでは、圧縮機２は、空気の吸込口に水が添加されるが、空気の吸込口以外に給水口を備え、この給水口に水が添加されてもよい。
【００１９】
セパレータタンク３は、圧縮機２からの吐出流体（添加水と共に吐出される圧縮空気）を受け入れて、気水分離する。つまり、圧縮機２からの吐出流体は、セパレータタンク３において、圧縮空気と分離水とに分けられる。これに伴い、セパレータタンク３内は、上方の気相部と、下方の液相部とに分かれる。
【００２０】
セパレータタンク３の気相部には、圧縮空気利用部への圧縮空気送出路４が接続される。圧縮空気送出路４には、セパレータタンク３の側から順に、一次圧調整弁１３とアフタークーラ５とが設けられる。一次圧調整弁１３は、圧縮機２の運転中、セパレータタンク３内を設定圧力以上に保持する弁である。ここでは、一次圧調整弁１３は、一次側（つまりセパレータタンク３側）の圧力に基づき、機械的に動作する自力弁とされるが、場合により、一次側の圧力をセンサで監視して、その検出圧力に基づき制御される電動弁であってもよい。その他、図示しないが、セパレータタンク３の気相部には、安全弁の他、外部へ排気用の放気弁が設けられるのがよい。
【００２１】
セパレータタンク３の液相部には、圧縮機２への添加水戻し路６が接続される。添加水戻し路６には、セパレータタンク３の側から順に、水クーラ７、水フィルタ１４および添加水弁１５が設けられる。圧縮機２の運転中、添加水弁１５を開けることで、セパレータタンク３内の貯留水を添加水戻し路６を介して、圧縮機２へ戻すことができる。その際、圧縮機２の運転による圧縮機２への吸込みと、セパレータタンク３内の加圧とにより、セパレータタンク３から圧縮機２へ添加水を戻すことができる。また、一次圧調整弁１３により、セパレータタンク３内は設定圧力以上に保持される上、後述するように、圧縮空気送出路４内の圧力（ひいてはセパレータタンク３内の圧力）は所望に維持されるので、添加水弁１５をオリフィスとして機能させつつ、設定流量で添加水を圧縮機２へ供給することができる。しかも、セパレータタンク３から圧縮機２へ添加水を供給する際、水フィルタ１４により夾雑物を除去することができる。
【００２２】
第一熱回収用熱交換器としてのアフタークーラ５は、圧縮空気と冷却水とを混ぜることなく熱交換して、圧縮空気を冷却水で冷却する一方、冷却水を圧縮空気で加温する。圧縮空気が有する圧縮熱を冷却水の加温に用いて、熱回収を図ることができる。
【００２３】
第二熱回収用熱交換器としての水クーラ７は、添加水（セパレータタンク３での分離水であり、圧縮機２への給水）と冷却水とを混ぜることなく熱交換して、添加水を冷却水で冷却する一方、冷却水を添加水で加温する。添加水が有する圧縮熱を冷却水の加温に用いて、熱回収を図ることができる。
【００２４】
なお、各クーラ５，７の冷却水として、用途に応じて、水道水の他、軟化水または精製水（純水）などを用いることができる。たとえば、熱回収システム１を用いて蒸気ボイラへの給水の予熱を行う場合、冷却水として、脱気処理された軟化水が用いられる。
【００２５】
冷却水は、本実施例では、アフタークーラ５と水クーラ７とに、直列に通される。この際、図示例のように、冷却水は、まずはアフタークーラ５に通された後、水クーラ７に通されるのがよい。具体的には、給水源からの冷却水は、入口路１６を介してアフタークーラ５へ供給され、アフタークーラ５に通された後、連通路１７を介して水クーラ７へ供給され、水クーラ７に通された後、出口路１８を介して温水利用部（たとえば蒸気ボイラの給水タンク）へ送られる。
【００２６】
アフタークーラ５および水クーラ７に対する冷却水の通水は、給水源からの給水圧で行ってもよいが、本実施例ではポンプ（図示省略）により行われる。ポンプは、入口路１６に設けられるが、場合により、連通路１７または出口路１８に設けられてもよい。
【００２７】
アフタークーラ５および水クーラ７に対する冷却水の通水は、好ましくは流量調整可能とされる。通水流量の調整のために、ポンプの回転数をインバータ制御してもよいが、本実施例では熱回収弁１９の開度を調整する。熱回収弁１９は、出口路１８に設けられるが、場合により、入口路１６または連通路１７に設けられてもよい。
【００２８】
圧縮機２の運転中、熱回収弁１９を開けてポンプを作動させることで、アフタークーラ５および水クーラ７に冷却水を通して、圧縮熱の回収を図ることができる。そして、冷却水の通水中、熱回収弁１９の開度を調整することで、冷却水の通水流量、ひいては出口路１８の出湯温度を調整することができる。
【００２９】
熱回収システム１は、さらに、給水路２０と排水路２１とを備える。給水路２０は、イオン交換装置（たとえば、混床式純水装置や硬水軟化装置）のような給水源からの水を、添加水として補給する手段である。本実施例では、給水源からの給水路２０は、圧縮機２への吸込路１０に接続される。そして、給水路２０には、給水弁２２が設けられる。
【００３０】
一方、排水路２１は、セパレータタンク３の底部に接続される。排水路２１には、排水弁２３が設けられており、排水弁２３を開けることで、セパレータタンク３内からの排水を図ることができる。
【００３１】
その他、セパレータタンク３には、水位検出器２４が設けられる。水位検出器２４は、その構成を特に問わないが、たとえばイオン類を含まない精製水・凝縮水の水位を検出可能なフロート式水位検出器とされる。また、セパレータタンク３からの圧縮空気送出路４には、一次圧調整弁１３よりも下流に、圧力センサ２５が設けられる。この圧力センサ２５により、圧縮空気の吐出圧（圧縮空気利用部への供給圧）を監視することができる。さらに、水クーラ７からの出口路１８には、温度センサ２６が設けられる。この温度センサ２６により、アフタークーラ５および水クーラ７で加温後の温水の温度を監視することができる。
【００３２】
次に、本実施例の熱回収システム１の動作について説明する。以下に述べる一連の制御は、基本的には、図示しない制御器により自動でなされる。つまり、制御器は、圧縮機２（具体的にはそのモータ８）、添加水弁１５、熱回収弁１９、給水弁２２、排水弁２３、水位検出器２４、圧力センサ２５および温度センサ２６などに接続されており、各センサ２４，２５，２６の検出信号などに基づき、圧縮機２や各弁１５，１９，２２，２３などを制御する。
【００３３】
まず、空気の流れについて説明する。圧縮機２の運転を開始すると、圧縮機２は、エアフィルタ９を介して空気を吸い込み、圧縮して吐出する。圧縮機２から吐出される圧縮空気は、セパレータタンク３から圧縮空気送出路４のアフタークーラ５を介して、圧縮空気利用部へ送られる。但し、圧縮空気送出路４には一次圧調整弁１３が設けられているので、運転開始直後のようにセパレータタンク３内の圧力が低い状態では、一次圧調整弁１３は閉じられており、圧縮空気利用部へ圧縮空気は送出されない。一次圧調整弁１３の一次側（つまりセパレータタンク３側）の圧力が設定圧力以上になると、一次圧調整弁１３が開いて、圧縮空気利用部へ圧縮空気が送出される。
【００３４】
圧縮機２の運転中、圧縮機２は、圧力センサ２５の検出圧力を目標圧力に維持するように、制御される。たとえば、圧縮機２のモータ８が、オンオフ制御されるか、インバータ制御される。なお、目標圧力は、一次圧調整弁１３の設定圧力よりも高い。従って、以後、基本的には、セパレータタンク３内は、目標圧力に維持される。
【００３５】
圧縮機２の運転中、添加水弁１５を開けることで、圧縮機２の吸込口に、設定流量で水を添加することができる。これにより、圧縮機２のシール、冷却および潤滑を図ることができる。圧縮機２からの圧縮空気は、添加水を伴った状態で、セパレータタンク３へ吐出される。そして、セパレータタンク３において気水分離が図られる。セパレータタンク３で気水分離後の圧縮空気は、圧縮空気送出路４から外部へ送出される。一方、セパレータタンク３で気水分離後の分離水は、圧縮機２への添加水として、添加水戻し路６を介して圧縮機２へ供給可能とされる。
【００３６】
圧縮機２の運転中（圧縮空気の製造中）、ポンプを作動させて、アフタークーラ５および水クーラ７に冷却水を通す。これにより、アフタークーラ５において、圧縮空気と冷却水とを熱交換して、圧縮空気を冷却水で冷却できる一方、冷却水を圧縮空気で加温できる。また、水クーラ７において、添加水（セパレータタンク３から圧縮機２への給水）と冷却水とを熱交換して、添加水を冷却水で冷却できる一方、冷却水を添加水で加温できる。このようにして、冷却水は、アフタークーラ５および水クーラ７で加温されて、出口路１８の下流の温水利用部へ送られる。この際、温度センサ２６の検出温度を設定温度に維持するように熱回収弁１９の開度を調整すれば、温水利用部へ設定温度の温水を供給することができる。
【００３７】
圧縮機２の運転中、セパレータタンク３内の水位は、設定水位に維持される。たとえば、水位検出器２４による検出水位が上限水位を上回ると、排水弁２３を開けて水位を所定まで下げる。逆に、水位検出器２４による検出水位が下限水位を下回ると、給水弁２２を開けて水位を所定まで上げる。給水弁２２の開放中、補給水は、圧縮機２を介してセパレータタンク３へ供給される。この間、添加水弁１５を閉鎖しておいてもよい。
【００３８】
前述したとおり、セパレータタンク３には、好ましくは、外部への放気弁（図示省略）が設けられる。その場合、圧縮機２の停止時、放気弁が開けられる。圧縮機２の停止中も放気弁を開けておくことで、圧縮機２の逆転を防止することができる。その後、圧縮機２の再起動時、放気弁が閉じられる。
【００３９】
本実施例の熱回収システム１によれば、アフタークーラ（第一熱回収用熱交換器）５および水クーラ（第二熱回収用熱交換器）７において、圧縮機２の圧縮熱を冷却水の加温に用いて、熱回収を図ることができる。その際、好ましくは、冷却水は、アフタークーラ５と水クーラ７とに順に通される。冷却水を先にアフタークーラ５に通すことで、比較的低温の冷却水で圧縮空気を所望に冷却することができる。そして、それにより加温された冷却水を水クーラ７に通すことで、冷却水をさらに昇温することができる。
【００４０】
本発明の熱回収システム１は、前記実施例の構成（制御を含む）に限らず適宜変更可能である。特に、（ａ）水添加式の圧縮機２からの吐出流体を気水分離し、気相部に圧縮空気送出路４が接続される一方、液相部に圧縮機２への添加水戻し路６が接続されるセパレータタンク３と、（ｂ）圧縮空気送出路４に設けられ、圧縮空気を冷却液で冷却するアフタークーラ５と、（ｃ）添加水戻し路６に設けられ、添加水を冷却液で冷却する水クーラ７とを備えるのであれば、その他の構成は特に問わない。
【００４１】
たとえば、前記実施例では、アフタークーラ５と水クーラ７とに、冷却水を直列に通したが、場合により並列に通してもよい。つまり、入口路１６の下流において、冷却水を二股に分岐させ、一方をアフタークーラ５に通し、他方を水クーラ７に通した後、合流させて出口路１８へ通してもよい。
【００４２】
また、前記実施例では、冷却水の通水中、温度センサ２６の検出温度に基づき熱回収弁１９の開度を調整したが、温度センサ２６の検出温度に基づきポンプをインバータ制御して、出湯温度を一定に制御してもよい。あるいは、場合により、このような出湯温度一定制御の実施を省略してもよい。
【００４３】
さらに、前記実施例では、アフタークーラ５や水クーラ７に水を通したが、場合により、水以外の液体を通してもよい。また、各クーラ５，７で熱回収して温水を製造する場合でも、次のように構成してもよい。すなわち、アフタークーラ５（および／または水クーラ７）と他の熱交換器（以下、通水加温用熱交換器という）との間で、たとえばエチレングリコールなどの不凍液または水を循環させ、この循環液と圧縮空気などをアフタークーラ５で熱交換する一方、前記循環液と通水とを通水加温用熱交換器において熱交換して、通水加温用熱交換器において通水を加温して温水を製造してもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１  熱回収システム
２  圧縮機
３  セパレータタンク
４  圧縮空気送出路
５  アフタークーラ（第一熱回収用熱交換器）
６  添加水戻し路
７  水クーラ（第二熱回収用熱交換器）
８  モータ
９  エアフィルタ
１０  吸込路
１１  吐出路
１２  逆止弁
１３  一次圧調整弁
１４  水フィルタ
１５  添加水弁
１６  入口路
１７  連通路
１８  出口路
１９  熱回収弁
２０  給水路
２１  排水路
２２  給水弁
２３  排水弁
２４  水位検出器
２５  圧力センサ
２６  温度センサ
【図１】
2018025346.tif 000003