(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却水と高温流体との間で熱交換を行って冷却水から温水を製造する熱交換器と、
前記熱交換器への冷却水が流通する冷却水ラインと、
前記熱交換器からの温水が流通する温水ラインと、
前記温水ラインに配置され、前記温水ラインの流路を絞ることにより前記熱交換器の内部の圧力を上昇させる圧力付与部と、
を備える熱回収システム。
【請求項２】
前記熱交換器は、直列に接続された複数の熱交換器からなり、
前記圧力付与部は、最も下流側に位置する前記熱交換器からの温水が流通する前記温水ラインに配置される請求項１に記載の熱回収システム。
【請求項３】
前記圧力付与部として前記温水ラインに配置され、弁開度を調節可能な比例制御弁と、
温水の温度を検出する温水温度検出部と、
温水の圧力を検出する温水圧力検出部と、
前記比例制御弁を制御する制御部と、を更に備え、
前記制御部は、
冷却水の溶存気体濃度を取得する溶存気体濃度取得部と、
前記溶存気体濃度取得部で取得された溶存気体濃度、及び前記温水温度検出部の検出温度に基づいて、温水の溶存気体濃度が冷却水の溶存気体濃度を上回ることのできる温水の目標圧力を算出する目標圧力算出部と、
前記温水圧力検出部の検出圧力が前記目標圧力となるように前記比例制御弁の弁開度を調節する弁開度調節部と、を有する請求項１又は２に記載の熱回収システム。
【請求項４】
冷却水の温度を検出する冷却水温度検出部を更に備え、
前記溶存気体濃度取得部は、
前記冷却水温度検出部の検出温度に基づいて、前記溶存気体濃度を取得する請求項３に記載の熱回収システム。
【請求項５】
前記弁開度調節部は、
前記温水温度検出部の検出温度が予め設定された目標温度以上になるように前記比例制御弁の弁開度を調節する
請求項３又は４に記載の熱回収システム。
【請求項６】
前記圧力付与部として前記温水ラインに配置されたオリフィスを備え、
前記オリフィスは、
予め設定された冷却水の溶存気体濃度、及び温水の目標温度に基づいて、温水の溶存気体濃度が冷却水の溶存気体濃度を上回ることのできる温水の目標圧力となるように、圧力損失が設定される請求項１又は２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、熱交換器を用いて冷却水から温水を製造する熱回収システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、加温対象の冷却水と高温流体との間で熱交換を行って冷却水から温水を製造する熱回収システムが知られている。この種の熱回収システムを開示するものとして例えば特許文献１や特許文献２がある。特許文献１，２に開示された熱回収システムは、いずれも給油式の空気圧縮機で生じる圧縮熱の回収を目的とするものであり、潤滑油と冷却水を熱交換すると共に、圧縮空気と冷却水を熱交換することにより、冷却水から温水を製造する。特に、特許文献１は、熱回収用の熱交換器として、プレート式熱交換器を用いることを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−０６７７４３号公報
【特許文献２】特開２０１２−０８７６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前述のプレート式熱交換器には、流体の温度差を大きく取るために、伝熱プレートに沿った流体の流れを折り返す多パス設計のものが存在する。このような熱交換器では、冷却水の流れがターンする箇所（特に、上昇流から下降流に転じる箇所）に気泡が溜まりやすく、この気泡の滞留によって伝熱プレートの腐食が生じてしまい、熱交換器のパンクに繋がることがある。熱交換器内で発生する気泡は、冷却水の加熱によって水中の溶存気体が分離したものであり、気体の溶解度が温度に依存する以上は避けられないものと考えられてきた。しかしながら、熱交換器のパンクによる修理・交換費用の発生は、熱回収のメリットを相殺してしまうため、溶存気体に起因する熱交換器の腐食を効果的に抑制することが望まれていた。
【０００５】
本発明は、熱交換器を組み込んだ熱回収システムにおいて、溶存気体に起因する熱交換器の腐食を効果的に抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、冷却水と高温流体との間で熱交換を行って冷却水から温水を製造する熱交換器と、前記熱交換器への冷却水が流通する冷却水ラインと、前記熱交換器からの温水が流通する温水ラインと、前記温水ラインに配置され、前記温水ラインの流路を絞ることにより前記熱交換器の内部の圧力を上昇させる圧力付与部と、を備える熱回収システムに関する。
【０００７】
前記熱交換器は、直列に接続された複数の熱交換器からなり、前記圧力付与部は、最も下流側に位置する前記熱交換器からの温水が流通する前記温水ラインに配置されることが好ましい。
【０００８】
前記熱回収システムは、前記圧力付与部として前記温水ラインに配置され、弁開度を調節可能な比例制御弁と、温水の温度を検出する温水温度検出部と、温水の圧力を検出する温水圧力検出部と、前記比例制御弁を制御する制御部と、を更に備え、前記制御部は、冷却水の溶存気体濃度を取得する溶存気体濃度取得部と、前記溶存気体濃度取得部で取得された溶存気体濃度、及び前記温水温度検出部の検出温度に基づいて、温水の溶存気体濃度が冷却水の溶存気体濃度を上回ることのできる温水の目標圧力を算出する目標圧力算出部と、前記温水圧力検出部の検出圧力が前記目標圧力となるように前記比例制御弁の弁開度を調節する弁開度調節部と、を有することが好ましい。
【０００９】
前記熱回収システムは、冷却水の温度を検出する冷却水温度検出部を更に備え、前記溶存気体濃度取得部は、前記冷却水温度検出部の検出温度に基づいて、前記溶存気体濃度を取得することが好ましい。
【００１０】
前記弁開度調節部は、前記温水温度検出部の検出温度が予め設定された目標温度以上になるように前記比例制御弁の弁開度を調節することが好ましい。
【００１１】
前記圧力付与部として前記温水ラインに配置されたオリフィスを備え、前記オリフィスは、予め設定された冷却水の溶存気体濃度、及び温水の目標温度に基づいて、温水の溶存気体濃度が冷却水の溶存気体濃度を上回ることのできる温水の目標圧力となるように、圧力損失が設定されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、熱交換器を組み込んだ熱回収システムにおいて、溶存気体に起因する熱交換器の腐食を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る熱回収システムの構成を模式的に示す図である。
【図２】第１実施形態の制御部と圧力付与に関わる構成との電気的な接続関係を示すブロック図である。
【図３】第１実施形態の比例制御弁による圧力付与の流れを示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態に係る熱回収システムの構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る熱回収システム１の構成を模式的に示す図である。図２は、第１実施形態の制御部９０と圧力付与に関わる構成との電気的な接続関係を示すブロック図である。本実施形態の熱回収システム１は、圧縮機ユニット１０と、熱回収ユニット２０と、ポンプユニット３０とから構成されている。熱回収システム１は、圧縮機ユニット１０で生じる圧縮熱を熱回収ユニット２０で回収することにより冷却水Ｗ１から温水Ｗ２を製造し、この温水Ｗ２をボイラ給水として蒸気ボイラ５へ供給するものである。
【００１５】
〔圧縮機ユニット１０〕
図１に示すように、圧縮機ユニット１０は、圧縮機１１と、オイルセパレータ１２と、第１エアクーラ１３と、第１オイルクーラ１４と、制御部９０と、を主要な構成要素として備える。これらの構成要素は、一つの筐体内に収められ、パッケージ化されている。
【００１６】
圧縮機１１は、スクリュー機構、スクロール機構、ロータリー機構等の空気圧縮機構（図示省略）を有している。圧縮機１１は、空気圧縮機構の駆動軸に接続されたモータ１５を駆動させることにより、外気を吸入・断熱圧縮して圧縮空気Ａ１を生成する。本実施形態の圧縮機１１は、給油式であって、圧縮空気Ａ１の生成過程で潤滑油Ｈ１を空気圧縮機構内に導入することにより、空気圧縮機構の冷却、即ち圧縮熱の除去を行う。なお、モータ１５は、電気駆動モータや蒸気駆動モータ等種々の駆動方式を採用できる。
【００１７】
圧縮機１１の吐出口には、圧縮空気Ａ１を送出するための送気ラインＬ１が接続されている。送気ラインＬ１には、上流側から順に、オイルセパレータ１２、第１エアクーラ１３、及びドライヤ１６が設けられている。オイルセパレータ１２は、圧縮機１１から吐出された圧縮空気Ａ１に含まれる潤滑油Ｈ１の分離器である。オイルセパレータ１２には、分離・回収された潤滑油Ｈ１を空気圧縮機構内に再導入するための送油ラインＬ２が接続されている。送油ラインＬ２には、上流側から順に、三方弁１７、及び第１オイルクーラ１４が設けられている。三方弁１７の残りポートには、第１オイルクーラ１４をバイパスさせて潤滑油Ｈ１を流通させるバイパスラインＬ３が接続されている。
【００１８】
第１エアクーラ１３は、送気ラインＬ１を流通する圧縮空気Ａ１（後述する第２エアクーラ２１で熱回収された後の圧縮空気Ａ１）を冷却するための熱交換器である。また、第１オイルクーラ１４は、送油ラインＬ２を流通する潤滑油Ｈ１（後述する第２オイルクーラ２２で熱回収された後の潤滑油Ｈ１）を冷却するための熱交換器である。第１エアクーラ１３及び第１オイルクーラ１４としては、例えば、シェルアンドチューブ式熱交換器を採用することができる。第１エアクーラ１３及び第１オイルクーラ１４には、圧縮機ユニット１０の外部に設置された冷却器２から供給される冷却水Ｗ３を循環流通させるための水循環ラインＬ４が接続されている。冷却器２は、例えばクーリングタワーである。なお、水循環ラインＬ４上では、圧縮空気Ａ１の冷却効率を高める観点から、第１エアクーラ１３を第１オイルクーラ１４よりも上流側に直列配置するのが好ましい。
【００１９】
ドライヤ１６は、送気ラインＬ１を流通する圧縮空気Ａ１（後述する第２エアクーラ２１で熱回収され、かつ第１エアクーラ１３で冷却された後の圧縮空気Ａ１）から水分を除去する。ドライヤ１６で乾燥された圧縮空気Ａ１は、圧縮空気利用機器（図示省略）に送られる。
【００２０】
〔熱回収ユニット２０〕
図１に示すように、熱回収ユニット２０は、第２エアクーラ２１と、第２オイルクーラ２２と、比例制御弁２３と、を主要な構成要素として備える。これらの構成要素は、一つの筐体内に収められ、パッケージ化されている。熱回収ユニット２０は、圧縮機ユニット１０とは別体に構成されているため、既設の圧縮機ユニット１０に対しても後付けが可能である。
【００２１】
熱回収ユニット２０は、圧縮空気Ａ１（高温流体）及び潤滑油Ｈ１（高温流体）の熱回収を行うため、送気ラインＬ１及び送油ラインＬ２の一部を熱回収ユニット２０内に組み込んでいる。具体的には、オイルセパレータ１２から延びる送気ラインＬ１は、第１エアクーラ１３に至る途中で圧縮機ユニット１０の外部に引き出され、熱回収ユニット２０の内部で適宜の位置に配設されたのちに、再び圧縮機ユニット１０の内部に戻されている。一方、オイルセパレータ１２から延びる送油ラインＬ２は、第１オイルクーラ１４に至る途中で圧縮機ユニット１０の外部に引き出され、熱回収ユニット２０の内部で適宜の位置に配設されたのちに、再び圧縮機ユニット１０の内部に戻されている。そして、熱回収ユニット２０の内部において、送気ラインＬ１には、第２エアクーラ２１が設けられ、送油ラインＬ２には、第２オイルクーラ２２が設けられている。
【００２２】
第２エアクーラ２１は、第１エアクーラ１３の上流側の送気ラインＬ１を流通する圧縮空気Ａ１の持つ圧縮熱を回収するための熱交換器である。また、第２オイルクーラ２２は、第１オイルクーラ１４の上流側の送油ラインＬ２を流通する潤滑油Ｈ１の持つ圧縮熱を回収するための熱交換器である。第２エアクーラ２１及び第２オイルクーラ２２としては、例えば、プレート式熱交換器を採用することができる。第２エアクーラ２１及び第２オイルクーラ２２には、冷却水Ｗ１を供給するための冷却水ラインＬ５が接続されている。また、第２オイルクーラ２２には、温水Ｗ２を取り出すための温水ラインＬ６が接続されている。なお、冷却水ラインＬ５上では、圧縮空気Ａ１の冷却効率を高める観点から、第２エアクーラ２１を第２オイルクーラ２２よりも上流側に直列配置するのが好ましい。
【００２３】
ここで、第２エアクーラ２１及び第２オイルクーラ２２は、いずれも冷却水Ｗ１と高温流体（圧縮空気Ａ１又は潤滑油Ｈ１）との間で熱交換を行って冷却水Ｗ１から温水Ｗ２を製造する熱交換器４０として備えられている。そして、冷却水ラインＬ５は、熱交換器４０への冷却水Ｗ１が流通する管路であり、温水ラインＬ６は、熱交換器４０からの温水Ｗ２が流通する管路である。
【００２４】
温水ラインＬ６には、第２オイルクーラ２２側から順に、温水圧力センサ２４（温水圧力検出部）、比例制御弁２３、温水温度センサ２５（温水温度検出部）が設けられている。温水圧力センサ２４は、温水Ｗ２の圧力を検出する。温水圧力センサ２４の検出圧力Ｐ２は、制御部９０に送信される。温水温度センサ２５は、温水Ｗ２の温度を検出する。温水温度センサ２５の検出温度Ｔ２は、制御部９０に送信される。比例制御弁２３は、熱交換器４０のうち、最も下流側に位置する第２オイルクーラ２２からの温水Ｗ２が流通する温水ラインＬ６に配置されている。比例制御弁２３は、弁開度を調節することにより温水Ｗ２の流量調節部として機能する。比例制御弁２３は、制御部９０と電気的に接続されており、制御部９０からの指令信号によって駆動される。
【００２５】
〔ポンプユニット３０〕
図１に示すように、ポンプユニット３０は、給水ポンプ３１を主要な構成要素として備える。これらの構成要素は、一つの筐体内に収められ、パッケージ化されている。ポンプユニット３０は、圧縮機ユニット１０とは別体に構成されているため、既設の圧縮機ユニット１０に対しても後付けが可能である。
【００２６】
冷却水ラインＬ５の上流側の端部は、給水ラインＬ７と接続されている。ポンプユニット３０は、この給水ラインＬ７に設けられている。ポンプユニット３０の内部において、給水ラインＬ７には、上流側から順に、冷却水温度センサ３２（冷却水温度検出部）、冷却水圧力センサ３３、及び給水ポンプ３１が設けられている。冷却水温度センサ３２は、給水ポンプ３１で加圧される前の冷却水Ｗ１の温度を検出する。冷却水温度センサ３２の検出温度Ｔ１は、制御部９０に送信される。冷却水圧力センサ３３は、給水ポンプ３１で加圧される前の冷却水Ｗ１の圧力を検出する。冷却水圧力センサ３３の検出圧力Ｐ１は、制御部９０に送信される。給水ポンプ３１は、熱交換器４０のうち、最も上流側に位置する第２エアクーラ２１に向けて冷却水Ｗ１を圧送する。給水ポンプ３１は制御部９０と電気的に接続されており、制御部９０からの指令信号によって駆動される。
【００２７】
本実施形態では、冷却水Ｗ１を圧送する給水ポンプ３１は、制御部９０によって定圧運転されている。そのため、後述するように、比例制御弁２３は、温水ラインＬ６の経路を絞ることにより熱交換器４０（第２エアクーラ２１及び第２オイルクーラ２２）の内部の圧力を上昇させる圧力付与部としても機能する。
【００２８】
〔蒸気ボイラ５及び付帯設備〕
ポンプユニット３０の下流側の給水ラインＬ７には、冷却水Ｗ１を軟水化するため、硬水軟化装置３が設けられている。冷却水Ｗ１は、硬水軟化装置３で軟水化された後、熱回収ユニット２０に送られる。
【００２９】
温水ラインＬ６の下流側の端部は、給水タンク４に接続されている。給水タンク４には、水位センサ４１が設けられる。水位センサ４１の検出水位は、制御部９０に送信される。蒸気ボイラ５と給水タンク４は、ボイラ給水ラインＬ８によって接続される。ボイラ給水ラインＬ８には、給水ポンプ４２及び逆止弁４３が設けられている。給水タンク４に貯留されている温水Ｗ２は、給水ポンプ４２の駆動により蒸気ボイラ５に送られる。蒸気ボイラ５では、ボイラ給水ラインＬ８を通じて送られた温水Ｗ２を加熱して蒸気を発生させる。発生した蒸気は、蒸気使用設備（図示省略）に供給される。
【００３０】
〔比例制御弁２３の弁開度制御〕
次に、制御部９０による比例制御弁２３の弁開度制御について説明する。図２に示すように、本実施形態の制御部９０は、目標温度設定部９１と、溶存気体濃度取得部９２と、目標圧力算出部９３と、弁開度調節部９４と、を備える。
【００３１】
目標温度設定部９１は、温水Ｗ２の目標温度Ｔ０（例えば、６５℃）を設定する。目標温度Ｔ０は、予め設定されるものでもよいし、蒸気ボイラ５の負荷（水の使用量）や給水タンク４内の水位のほか、圧縮機ユニット１０の運転状態に応じて設定されるものであってもよい。
【００３２】
溶存気体濃度取得部９２は、熱交換器４０の上流側の条件から冷却水Ｗ１の溶存気体濃度を算出する。水中の溶存気体濃度Ｃ及び水に対する気体溶解度Ｓは、冷却水Ｗ１の温度Ｔと圧力Ｐの関数ｆとして式（１）のように表すことができる。溶存気体濃度取得部９２は、冷却水温度センサ３２の検出温度Ｔ１及び冷却水圧力センサ３３の検出圧力Ｐ１をそれぞれ式（１）に代入し、冷却水Ｗ１の溶存気体濃度Ｃ１（ｍｇＯ２／Ｌ）を算出する。
Ｃ＝Ｓ＝ｆ（Ｔ，Ｐ）    …    （１）
なお、溶存気体濃度の算出対象となる気体は、空気のほか、空気の主要成分であって溶解度の温度依存性が高い酸素を例示することができる。
【００３３】
目標圧力算出部９３は、熱交換器４０から流出する温水Ｗ２から溶存気体が遊離しない（即ち、熱交換器４０の内部において気泡が発生しない）条件となる温水Ｗ２の目標圧力Ｐ０を冷却水Ｗ１の溶存気体濃度Ｃ１（ｍｇＯ２／Ｌ）、及び温水温度センサ２８の検出温度Ｔ２に基づいて算出する。具体的には、温水Ｗ２から溶存気体が遊離しない条件は、冷却水Ｗ１の溶存気体濃度Ｃ１よりも、温水Ｗ２の気体溶解度Ｓ２（＝溶存気体濃度Ｃ２）が大きくなること、即ちＳ２＞Ｃ１が成立することが条件となる。ここで、安全率α（例えば、１．０５〜１．２０の範囲）を置くことにより、Ｓ２＞Ｃ１の条件を満たす式（２）の関係が成立する。そして、式（２）で求めた温水Ｗ２の気体溶解度Ｓ２、及び温水温度センサ２８の検出温度Ｔ２をそれぞれ式（１）に代入すると、温水Ｗ２の溶存気体濃度Ｃ２が冷却水Ｗ１の溶存気体濃度Ｃ１を上回ることのできる温水Ｗ２の目標圧力Ｐ０が算出される。
Ｓ２＝Ｃ１×α    …    （２）
【００３４】
弁開度調節部９４は、温水圧力センサ２４の検出圧力Ｐ２に応じて比例制御弁２３の弁開度を調節する。具体的には、弁開度調節部９４は、温水圧力センサ２４の検出圧力Ｐ２をフィードバック値として、検出圧力Ｐ２が目標圧力Ｐ０になるように比例制御弁２３の弁開度を調節するＰＩＤ制御を行う。
【００３５】
また、弁開度調節部９４は、温水温度センサ２５の検出温度Ｔ２が目標温度設定部９１に設定された目標温度Ｔ０以上になるように比例制御弁２３の弁開度を調節する。具体的には、弁開度調節部９４は、温水圧力センサ２４の検出圧力Ｐ２が目標圧力Ｐ０になるように比例制御弁２３の弁開度を調節した後、温水温度センサ２５の検出温度Ｔ２が目標温度Ｔ０以上の場合には、調節済みの弁開度を保持する。一方、弁開度調節部９４は、温水圧力センサ２４の検出圧力Ｐ２が目標圧力Ｐ０になるように比例制御弁２３の弁開度を調節した後、温水温度センサ２５の検出温度Ｔ２が目標温度Ｔ０未満の場合には、温水温度センサ２８の検出温度Ｔ２をフィードバック値として、検出温度Ｔ２が目標温度Ｔ０になるように比例制御弁２３の弁開度を調節するＰＩＤ制御を行う。温水Ｗ２の温度を目標温度Ｔ０に向かって上昇させる場合、温水Ｗ２の流量を下げるために比例制御弁２３の弁開度を絞ることになるから、同時に熱交換器４０の内部圧力も高められることになる。その結果、熱交換器４０の内部で気泡の発生を抑制しつつ、所望温度の温水Ｗ２を製造することができる。
【００３６】
〔制御部９０による制御フロー例〕
次に、熱交換器４０の内部の圧力を目標圧力Ｐ０以上に維持する制御の流れの一例について説明する。図３は、第１実施形態の比例制御弁２３による圧力付与の流れを示すフローチャートである。
【００３７】
図３に示すように、弁開度調節部９４は、目標温度設定部９１により設定された目標温度Ｔ０を取得する（ステップＳ１０１）。次に、弁開度調節部９４は、目標圧力算出部９３により算出された温水Ｗ２の目標圧力Ｐ０を取得する（ステップＳ１０２）。前述したように、溶存気体濃度取得部９２は、冷却水Ｗ１側の温度・圧力条件（冷却水温度センサ３２の検出温度Ｔ１及び冷却水圧力センサ３３の検出圧力Ｐ１）に基づいて冷却水Ｗ１の溶存気体濃度Ｃ１を算出する。また、目標圧力算出部９３は、冷却水Ｗ１の溶存気体濃度Ｃ１と、温水Ｗ２側の温度条件（温水温度センサ２５の検出温度Ｔ２）とに基づいて温水Ｗ２の目標圧力Ｐ０を算出する。
【００３８】
弁開度調節部９４は、温水圧力センサ２４の検出圧力Ｐ２を取得し、この値が目標圧力Ｐ０になるように、比例制御弁２３の弁開度を操作する圧力フィードバック制御を行う（ステップＳ１０３）。圧力フィードバック制御では、ＰＩＤアルゴリズムにより弁開度（操作量）が逐次演算され、熱交換器４０の内部圧力が増減される。この際、熱交換器４０では、冷却水Ｗ１の流量が増減されることで高温流体からの伝熱量が変化し、温水Ｗ２の温度が変化することになる。
【００３９】
弁開度調節部９４は、圧力フィードバック制御の実行を開始してから所定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４の処理で所定時間が経過していない場合は、ステップＳ１０３に戻って圧力フィードバック制御を継続する。一方、ステップＳ１０４の処理で所定時間が経過した場合は、ステップＳ１０５の処理に移行する。
【００４０】
弁開度調節部９４は、温水温度センサ２５の検出温度Ｔ２を取得し、この値が目標温度Ｔ０未満であるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。ステップＳ１０５の処理で検出温度Ｔ２が目標温度Ｔ０以上の場合は、ステップＳ１０３に戻って圧力フィードバック制御を継続する。即ち、温水ラインＬ６の流路を絞ることにより、熱交換器４０を構成する第２エアクーラ２１及び第２オイルクーラ２２の内部圧力を上昇させ、温水Ｗ２から溶存気体が遊離しない状態を保持する。一方、ステップＳ１０５の処理で検出温度Ｔ２が目標温度Ｔ０未満の場合は、ステップＳ１０６の処理に移行する。
【００４１】
弁開度調節部９４は、温水温度センサ２５の検出温度Ｔ２を取得し、この値が目標温度Ｔ０になるように、比例制御弁２３の弁開度を操作する温度フィードバック制御を行う（ステップＳ１０６）。温度フィードバック制御では、ＰＩＤアルゴリズムにより弁開度（操作量）が逐次演算され、温水Ｗ２の流量が減少される。つまり、熱交換器４０では、内部圧力が高められたまま、冷却水Ｗ１の流量を減少されることで温水Ｗ２の温度が目標温度Ｔ０に向かって高められることになる。
【００４２】
弁開度調節部９４は、温度フィードバック制御の実行を開始してから所定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１０７）。ステップＳ１０７の処理で所定時間が経過していない場合は、ステップＳ１０６に戻って温度フィードバック制御を継続する。一方、ステップＳ１０７の処理で所定時間が経過した場合は、ステップＳ１０８の処理に移行する。
【００４３】
弁開度調節部９４は、温水圧力センサ２４の検出圧力Ｐ２を取得し、この値が目標圧力Ｐ０未満であるか否かを判定する（ステップＳ１０８）。ステップＳ１０８の処理で検出圧力Ｐ２が目標圧力Ｐ０以上の場合は、ステップＳ１０６に戻って温度フィードバック制御を継続する。即ち、熱交換器４０の内部で温水Ｗ２から溶存気体が遊離しない状態を保持する。一方、ステップＳ１０８の処理で検出圧力Ｐ２が目標圧力Ｐ０未満の場合は、熱交換器４０の内部で温水Ｗ２から溶存気体が遊離する状態になっているため、ステップＳ１０１に戻り、再びステップＳ１０３の処理で圧力フィードバック制御を実行する。
【００４４】
制御部９０は、ステップＳ１０１からステップＳ１０８の処理中に給水停止信号を受信すると、例えば割り込み処理等により給水停止制御を行う。給水停止信号としては、例えば、水位センサ４１によって上限設定水位に達したことを示す水位検出信号を用いることができる。給水停止制御では、給水ポンプ３１の停止及び比例制御弁２３を全閉状態にする処理を行う。一方、制御部９０は、給水停止中に給水開始信号を受信すると、給水開始制御を行う。給水開始信号としては、例えば、水位センサ４１によって下限設定水位に達したことを示す水位検出信号を用いることができる。給水開始後のステップＳ１０２では、直近に算出された目標圧力Ｐ０の値（例えば、給水停止直前の値）を用いるのが好ましい。直近に算出された目標圧力Ｐ０の値を用いることにより、熱交換器４０の内部圧力を速やかに高めることができる。
【００４５】
以上説明した第１実施形態の熱回収システム１によれば、以下のような効果を奏する。
即ち、熱回収システム１は、冷却水Ｗ１と高温流体（圧縮空気Ａ１、潤滑油Ｈ１）との間で熱交換を行って冷却水Ｗ１から温水Ｗ２を製造する熱交換器４０と、熱交換器４０への冷却水Ｗ１が流通する冷却水ラインＬ５と、熱交換器４０からの温水Ｗ２が流通する温水ラインＬ６と、温水ラインＬ６に配置され、温水ラインＬ６の流路を絞ることにより熱交換器４０（第２エアクーラ２１及び第２オイルクーラ２２）の内部の圧力を上昇させる圧力付与部としての比例制御弁２３と、を備える。
【００４６】
これにより、比例制御弁２３によって熱交換器４０の下流側の流路を狭めて圧力損失を大きくすることにより、熱交換器４０（第２エアクーラ２１及び第２オイルクーラ２２）の内部圧力を上昇させて熱交換器４０の内部を流通する水の気体溶解度Ｓを下げることができる。従って、冷却水Ｗ１の加熱によって水中の溶存気体が分離して気泡が生じる事態を効果的に抑制し、溶存気体に起因する熱交換器４０の腐食を防止できる。熱交換器４０の内部構造を変更する必要がなく、既存設備への適用も容易である。
【００４７】
また、本実施形態の熱交換器４０は、直列に接続された第２エアクーラ２１と第２オイルクーラ２２からなり、比例制御弁２３は、最も下流側に位置する第２オイルクーラ２２からの温水Ｗ２が流通する温水ラインＬ６に配置される。
【００４８】
これにより、最も下流側に位置する第２オイルクーラ２２の下流側に圧力付与部としての比例制御弁２３が配置されることになるので、第２オイルクーラ２２の内部圧力を上昇させるだけでなく、第２オイルクーラ２２の上流側にある第２エアクーラ２１の内部圧力を上昇させることができる。即ち、圧力付与部として一つの比例制御弁２３を配置することによって第２エアクーラ２１及び第２オイルクーラ２２（複数の熱交換器）の溶存気体に起因する内部配管の腐食を防止できる。
【００４９】
また、本実施形態の熱回収システム１は、弁開度を調節可能な比例制御弁２３と、温水Ｗ２の温度を検出する温水温度センサ２５と、温水Ｗ２の圧力を検出する温水圧力センサ２４と、圧力付与部としての比例制御弁２３を制御する制御部９０と、を備える。制御部９０は、冷却水Ｗ１の溶存気体濃度Ｃ１（気体溶解度Ｓ１）を取得する溶存気体濃度取得部９２と、溶存気体濃度取得部９２で取得された溶存気体濃度Ｃ１、及び温水温度センサ２５の検出温度Ｔ２に基づいて、温水Ｗ２の溶存気体濃度Ｃ２（気体溶解度Ｓ２）が冷却水Ｗ１の溶存気体濃度Ｃ１を上回ることのできる温水Ｗ２の目標圧力Ｐ０を算出する目標圧力算出部９３と、温水圧力センサ２４の検出圧力Ｐ２が目標圧力Ｐ０となるように比例制御弁２３の弁開度を調節する弁開度調節部９４と、を有する。
【００５０】
これにより、温水Ｗ２から溶存気体が遊離しない条件として設定される目標圧力Ｐ０以上になるように熱交換器４０内部の圧力が保持されるので、熱交換器４０の内部での気泡の発生をより一層確実に抑制できる。本実施形態では、出湯温度のフィードバック制御に用いられる比例制御弁２３を利用しているので、温度フィードバック制御を行う機器を備える従来の熱回収システムにも容易に適用することができる。
【００５１】
熱回収システム１は、冷却水Ｗ１の温度を検出する冷却水温度センサ３２を更に備え、溶存気体濃度取得部９２は、冷却水温度センサ３２の検出温度に基づいて、溶存気体濃度Ｃ１を取得する。
【００５２】
これにより、冷却水温度センサ３２の検出温度Ｔ１に基づいて溶存気体濃度Ｃ１が算出されるので、目標圧力Ｐ０の算出に実際の冷却水Ｗ１の温度を反映することができ、目標圧力Ｐ０に基づいた熱交換器４０内部の圧力上昇制御をより正確に行うことができる。
【００５３】
弁開度調節部９４は、温水温度センサ２５の検出温度Ｔ２が予め設定された目標温度Ｔ０以上になるように比例制御弁２３の弁開度を調節する。
【００５４】
これにより、温水Ｗ２から溶存気体が遊離しない状態を維持しつつ、所望温度の温水Ｗ２を製造することができる。
【００５５】
以上説明した第１実施形態の熱回収システム１の構成は、事情に応じて適宜変更することができる。例えば、第１実施形態では、温度センサや圧力センサを用いて間接的に溶存気体濃度を算出しているが、溶存酸素濃度センサ（ＤＯ計）を用いて直接的に冷却水Ｗ１又は温水Ｗ２又はこれら両方の溶存酸素濃度を測定して取得する構成としてもよい。
【００５６】
また、上記第１実施形態では、冷却水圧力センサ３３の検出圧力Ｐ１に基づいて溶存気体濃度を算出しているが、冷却水Ｗ１の圧力を大気圧（１ａｔｍ）とみなして溶存気体濃度を算出する構成としてもよい。例えば、給水ラインＬ７が接続される水源（図示省略）で冷却水Ｗ１がタンク受けされており、該タンクに接続される配管が密閉配管で大気圧下での飽和濃度とみなせる場合等である。また、冷却水Ｗ１の温度を季節や時間帯に応じた固定値（例えば、常温２０℃）として溶存気体濃度Ｃ１を算出する構成としてもよい。また、溶存気体濃度Ｃ１を一定の値（例えば、１ａｔｍ,２０℃の条件下で８．８４ｍｇ/Ｌの溶存酸素濃度）として目標圧力Ｐ０の算出を行ってもよい。また、熱交換器４０（第２エアクーラ２１及び第２オイルクーラ２２）での圧力損失は小さいので、熱交換器４０の二次側圧力≒一次側圧力とみなすこともできる。これを利用して冷却水ラインＬ５における給水ポンプ３１と熱交換器４０の間に圧力センサを配置し、この圧力センサの検出圧力を温水Ｗ２の圧力とみなして目標圧力Ｐ０と検出圧力Ｐ２の比較を行う構成としてもよい。また、図３を参照して説明した制御の流れは一例であり、処理の順番を入れ替えたり、並行処理を行ったりする等、制御方法は事情に応じて適宜変更することができる。
【００５７】
＜第２実施形態＞
第１実施形態では、圧力付与部として比例制御弁２３を用いる構成を例に本発明を説明したが、圧力付与部に比例制御弁２３以外のものを用いることもできる。次に、圧力付与部に比例制御弁２３以外のものを用いた熱回収システムの例として第２実施形態について説明する。図４は、本発明の第２実施形態に係る熱回収システム２０１の構成を模式的に示す図である。なお、第２実施形態において、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略することがある。
【００５８】
図４に示す熱回収システム２０１は、第１実施形態で熱交換器４０の内部の圧力を上昇させた比例制御弁２３に替わり、オリフィス２２３を用いた点が第１実施形態と異なっている。また、冷却水温度センサ３２及び冷却水圧力センサ３３が第１実施形態の構成から省略されている。
【００５９】
オリフィス２２３は、圧力付与部であり、温水ラインＬ６に配置される。本実施形態のオリフィス２２３は、熱交換器４０のうち最も下流側に位置する第２オイルクーラ２２の下流側に配置される。第２実施形態のオリフィス２２３は、温水ラインＬ６の流路を絞ることによって熱交換器４０（第２エアクーラ２１及び第２オイルクーラ２２）の内部圧力を上昇させるように構成される。オリフィス２２３に設定される圧力損失は、熱回収システム２０１の装置構成、配管構成及び使用環境等の使用条件に基づいて温水Ｗ２に対して目標圧力Ｐ０を付与するように設定される。
【００６０】
即ち、第２実施形態の熱回収システム２０１は、圧力付与部として温水ラインＬ６に配置されたオリフィス２２３を備え、オリフィス２２３は、予め設定された冷却水Ｗ１の溶存気体濃度Ｃ１（気体溶解度Ｓ１）、及び温水Ｗ２の目標温度Ｔ０に基づいて、温水Ｗ２の溶存気体濃度Ｃ２（気体溶解度Ｓ２）が冷却水Ｗ１の溶存気体濃度Ｃ１を上回ることのできる温水Ｗ２の目標圧力Ｐ０となるように、圧力損失が設定される。
【００６１】
これにより、使用条件等に基づいて圧力損失が設定されたオリフィス２２３により、温水Ｗ２から溶存気体が遊離しない条件である目標圧力Ｐ０以上になるよう熱交換器４０の内部の圧力が保持されるので、溶存気体に起因する熱交換器の腐食を確実に防止できる。熱交換器４０の構成を変更することなく腐食防止を実現できるので従来の設備にも容易に適用でき、熱交換器のパンクによる修理・交換費用の発生を抑制して熱回収システムの安定的な運用を実現できる。
【００６２】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
【００６３】
上記第２実施形態では圧力付与部としてオリフィス２２３を用いたが、オリフィス２２３に替えて温水ラインＬ６の配管距離を長くしたり、流路の径を細くしたりする等して圧力損失を生じさせ、熱交換器４０の内部の圧力を上昇させる構成としてもよい。
【００６４】
また、上記第１実施形態及び第２実施形態では、熱を回収する対象の高温流体として圧縮空気及び潤滑油を用いるものを例として説明したが、この構成に限定されるわけではなく、単独の熱交換器で熱回収を行う構成や圧縮空気又は潤滑油以外のガス媒体を高温流体として用いる構成に変更することができる。このように、本発明は、冷却水と高温流体との間で熱交換を行って冷却水から温水を製造する熱交換器を用いる種々の熱回収システムに適用することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１  熱回収システム
２１  第２エアクーラ（熱交換器）
２２  第２オイルクーラ（熱交換器）
２３  比例制御弁（圧力付与部）
２４  温水圧力センサ（温水圧力検出部）
２５  温水温度センサ（温水温度検出部）
３２  冷却水温度センサ（冷却水温度検出部）
３３  冷却水圧力センサ（冷却水温度検出部）
４０  熱交換器
９０  制御部
９１  目標温度設定部
９２  溶存気体濃度取得部
９３  目標圧力算出部
９４  弁開度調節部
２０１  熱回収システム
２２３  オリフィス（圧力付与部）
Ｌ５  冷却水ライン
Ｌ６  温水ライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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