(57)【要約】【課題】出湯温度に基づき熱交換器への通水量を制御するシステムにおいて、システム起動時の水温検知などのために熱交換器に通水させる流量を、簡易な構成および制御で設定する。【解決手段】制御器１２は、温度センサ８の検出温度に基づき流量調整弁６の開度を調整するが、その制御の前および／または後に、流量調整弁６を設定開度だけ開けて熱交換器７に設定流量を通水する。システム起動時など、所望時に、制御器１２は、流量センサ５で流量を監視しつつ流量調整弁６を徐々に開け、流量センサ５が設定流量を検知した時点の開度を設定開度として記憶しておく。そして、次回から熱交換器７に設定流量を通水する際には、流量センサ５を用いることなく流量調整弁６を設定開度だけ開ける。【選択図】図１
2013170749.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被冷却流体との熱交換器を介して給水タンクへ給水する給水路と、
この給水路に設けられる開度調整可能な流量調整弁と、
前記給水路に設けられる流量センサと、
前記熱交換器の出口側の水温を検出する温度センサと、
この温度センサの検出温度に基づき前記流量調整弁の開度を調整する制御器とを備え、
前記制御器は、前記温度センサの検出温度に基づく前記流量調整弁の開度調整制御の前および／または後に、前記流量調整弁を設定開度だけ開けて前記熱交換器に設定流量を通水し、
前記制御器は、前記流量センサで流量を監視しつつ前記流量調整弁を徐々に開け、前記流量センサが前記設定流量を検知した時点の開度を前記設定開度として記憶しておき、次回から前記熱交換器に前記設定流量を通水する際には、前記流量センサを用いることなく前記流量調整弁を前記設定開度だけ開ける
ことを特徴とする熱回収システム。
【請求項２】
前記流量調整弁は、入力される開度設定信号の大きさに比例して開度が大きくなるよう構成され、
前記制御器は、前記流量調整弁への開度設定信号としてランプ関数状出力を行い、前記流量センサが前記設定流量を検知した時点の開度設定信号を記憶しておき、次回から前記熱交換器に前記設定流量を通水する際には、前記流量センサを用いることなく前記記憶しておいた開度設定信号で前記流量調整弁を前記設定開度だけ開ける
ことを特徴とする請求項１に記載の熱回収システム。
【請求項３】
前記設定流量として、前記流量センサが有意に検知できる最低流量を用いる
ことを特徴とする請求項２に記載の熱回収システム。
【請求項４】
設定タイミングで、前記流量センサの検出信号に基づき前記開度設定信号を補正する
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の熱回収システム。
【請求項５】
前記熱交換器は、圧縮機の潤滑油を冷却するオイルクーラと、圧縮機からの圧縮空気を冷却するエアクーラとの内、一方または双方である
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱回収システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給水タンクへの給水で被冷却流体の冷却を図ると共に、被冷却流体の熱で給水タンクへの給水の加温を図り、被冷却流体から熱回収する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（７）への給水を用いて、圧縮空気の冷却や圧縮機（５）の潤滑油の冷却を図ると共に、それにより給水タンク（７）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（３２）とオイルクーラ（３１）とを介してボイラの給水タンク（７）へ水が供給され、エアクーラ（３２）では圧縮空気の冷却が図られる一方、オイルクーラ（３１）では圧縮機の潤滑油の冷却が図られ、各クーラ（３１，３２）において給水タンク（７）への給水が加温される。なお、括弧書きの符号は、特許文献１中における符号である。
【０００３】
この種の熱回収システムの改良として、出願人は、先に、熱交換器（エアクーラおよびオイルクーラ）の出口側の水温に基づき、熱交換器への通水量を調整して、所望温度の温水を得るシステムを提案している（下記特許文献２）。このシステムでは、熱交換器の出口側に設けた温度センサで出湯温度を監視しつつ、給水路に設けた流量調整弁の開度を調整して、熱交換器への通水量が調整される。
【０００４】
ところが、特許文献２に記載の熱回収システムでは、その請求項５にも記載のとおり、温度センサの検出温度に基づき流量調整弁の開度調整を行おうとしても、その前提として、予めある程度の流量で熱交換器に通水しておかなければ、そもそも温度センサにて水温を検知することができない。また、特許文献２に記載の熱回収システムでは、その請求項７にも記載のとおり、温度センサの検出温度に基づく流量調整弁の開度調整制御の終了に伴い直ちに熱交換器への通水を停止したのでは、熱回収にロスを生じるので、その後も所定の条件を満たすまで、ある程度の流量で熱交換器に通水するのが有効である。
【０００５】
いずれの場合も、設定流量で通水することで、給水に無駄を生じさせないことが必要である。また、熱交換器に設定流量を通水させる度に、流量センサにより流量調整弁の開度調整を行うことは、制御的に不経済である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−３８３８５号公報
【特許文献２】特開２０１１−２２６４６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、出湯温度に基づき熱交換器への通水量を制御するシステムにおいて、システム起動時の水温検知などのために熱交換器に通水させる流量を、簡易な構成および制御で設定することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、被冷却流体との熱交換器を介して給水タンクへ給水する給水路と、この給水路に設けられる開度調整可能な流量調整弁と、前記給水路に設けられる流量センサと、前記熱交換器の出口側の水温を検出する温度センサと、この温度センサの検出温度に基づき前記流量調整弁の開度を調整する制御器とを備え、前記制御器は、前記温度センサの検出温度に基づく前記流量調整弁の開度調整制御の前および／または後に、前記流量調整弁を設定開度だけ開けて前記熱交換器に設定流量を通水し、前記制御器は、前記流量センサで流量を監視しつつ前記流量調整弁を徐々に開け、前記流量センサが前記設定流量を検知した時点の開度を前記設定開度として記憶しておき、次回から前記熱交換器に前記設定流量を通水する際には、前記流量センサを用いることなく前記流量調整弁を前記設定開度だけ開けることを特徴とする熱回収システムである。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、被冷却流体との熱交換器を通過後の水温に基づき、熱交換器への通水量を調整することで、所望温度の温水を得ることができる。また、システムの起動時や停止時には熱交換器に設定流量を通水するが、その都度、流量センサを用いた調整を行うことなく、熱交換器に設定流量を通水することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記流量調整弁は、入力される開度設定信号の大きさに比例して開度が大きくなるよう構成され、前記制御器は、前記流量調整弁への開度設定信号としてランプ関数状出力を行い、前記流量センサが前記設定流量を検知した時点の開度設定信号を記憶しておき、次回から前記熱交換器に前記設定流量を通水する際には、前記流量センサを用いることなく前記記憶しておいた開度設定信号で前記流量調整弁を前記設定開度だけ開け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。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、流量調整弁への開度設定信号としてランプ関数状出力を用いて、容易に設定流量を定めることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、前記設定流量として、前記流量センサが有意に検知できる最低流量を用いることを特徴とする請求項２に記載の熱回収システムである。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、流量センサが有意に検知できる最低流量を設定流量とすることで、水の無駄を防止することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、設定タイミングで、前記流量センサの検出信号に基づき前記開度設定信号を補正することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の熱回収システムである。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、設定タイミングで設定流量を補正して、常に最適な流量で制御することができる。
【００１６】
さらに、請求項５に記載の発明は、前記熱交換器は、圧縮機の潤滑油を冷却するオイルクーラと、圧縮機からの圧縮空気を冷却するエアクーラとの内、一方または双方であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱回収システムである。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、給水タンクへの給水で、圧縮空気および／または圧縮機潤滑油の冷却を図ると共に、圧縮空気および／または圧縮機潤滑油の熱で、給水タンクへの給水を加温して圧縮熱の回収を図ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、出湯温度に基づき熱交換器への通水量を制御するシステムにおいて、システム起動時の水温検知などのために熱交換器に通水させる流量を、簡易な構成および制御で設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の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の熱回収システムの流量調整弁の設定開度の調整方法の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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、本発明の熱回収システム１の一実施例を示す概略図である。本実施例の熱回収システム１は、ボイラ２の給水タンク３への給水（以下、この給水をボイラ給水という。）を用いて、被冷却流体の冷却を図ると共に、被冷却流体の熱でボイラ給水の加温を図り、被冷却流体から熱回収するシステムである。
【００２１】
給水タンク３への給水路４には、給水タンク３へ向けて順に、流量センサ５、流量調整弁６、熱回収用の熱交換器７、温度センサ８が設けられる。但し、所望により、流量センサ５は、流量調整弁６より下流に設けてもよい。なお、ボイラ給水として、典型的には軟水が用いられ、軟水装置からの軟水が、原水圧またはポンプにより、給水路４に通される。
【００２２】
流量センサ５は、給水路４を介して給水タンク３へ供給されるボイラ給水の流量を検出する。流量センサ５は、一般に、その性能上、流量が極端に少なければ流量を検出できず、流量を増していくと流量を検出するものの所定流量までは信頼性の低い検出値となり、所定流量を超えると有意な（つまり信頼性のある）検出値となる。有意な検出値となる最低流量は、流量センサ５の仕様で決定されている。
【００２３】
流量調整弁６は、開度調整可能な弁であり、具体的にはモータバルブである。流量調整弁６の開度を調整することで、熱交換器７への通水量、ひいては給水路４を介した給水タンク３への給水量を調整することができる。なお、流量調整弁６は、図示例のように、熱交換器７より上流側に設置するのがよいが、場合により、熱交換器７より下流側に設置してもよい。
【００２４】
熱交換器７は、ボイラ給水と被冷却流体との熱交換器である。熱交換器７において、ボイラ給水により被冷却流体の冷却を図ると共に、被冷却流体によりボイラ給水の加温を図ることができる。なお、給水路４には熱交換器７を複数設置してもよく、たとえば二つの熱交換器７，７を直列または並列に設置してもよい。
【００２５】
被冷却流体は、特に問わないが、典型的には、圧縮機からの圧縮空気、および／または、圧縮機の潤滑油である。被冷却流体が圧縮機からの圧縮空気である場合、熱交換器７は、ボイラ給水で圧縮空気を冷却するエアクーラとなる。また、被冷却流体が圧縮機の潤滑油である場合、熱交換器７は、ボイラ給水で潤滑油を冷却するオイルクーラとなる。このようなエアクーラおよびオイルクーラは、給水路４に直列または並列に設置してもよい。また、圧縮機に既存の冷却系統（クーリングタワーとの間で冷却水を循環させるメインのエアクーラやオイルクーラ）はそのまま残しておき、メインのエアクーラへの送気路に前記熱交換器７を追加で設置したり、メインのオイルクーラへの送油路に前記熱交換器７を追加で設置したりしてもよい。その場合、熱交換器７への通水量に拘わらず、メインのエアクーラやオイルクーラにより、圧縮空気や潤滑油を所望温度まで確実に冷却することができる。
【００２６】
温度センサ８は、熱交換器７の出口側において水温を検出する。後述するように、本実施例の熱回収システム１は、基本的には、温度センサ８の検出温度を所望に維持するように流量調整弁６の開度を調整して、熱交換器７への通水量が調整される。なお、温度センサ８が信頼性のある温度を検出するための最低流量は、前述した流量センサ５が信頼性のある流量を検出するための最低流量よりも低い流量である。そのため、流量センサ５が有意な検出を行う領域では、温度センサ８も有意な検出を行うことができる。
【００２７】
給水タンク３は、前記給水路４からの水を貯留する。給水タンク３内の水は、適宜、給水ポンプ９および逆止弁１０を介してボイラ２へ供給され、ボイラ２において加熱され蒸気化される。給水タンク３には、蒸気使用設備からのドレンを回収してもよい。また、給水タンク３には、前記給水路４による給水だけでは所望水位を維持できない場合、別系統から給水されるのがよい。
【００２８】
給水タンク３には、水位センサ１１が設けられている。水位センサ１１は、その構成を特に問わず、たとえば電極式水位検出器、静電容量式水位検出器、またはフロート式水位検出器などを用いることができる。
【００２９】
流量センサ５、流量調整弁６、温度センサ８および水位センサ１１は、制御器１２に接続され、この制御器１２は、各センサ５，８，１１の検出信号などに基づき流量調整弁６を制御する。
【００３０】
制御器１２は、水位センサ１１で給水タンク３内の水位を監視し、典型的には、下限水位を下回ると流量調整弁６を開いて給水する一方、上限水位を上回ると流量調整弁６を閉じて給水を停止する。これにより、給水タンク３内の水位を所望範囲に維持する。
【００３１】
給水タンク３への給水中、制御器１２は、温度センサ８の検出温度に基づき、流量調整弁６の開度を調整する。典型的には、温度センサ８の検出温度を設定温度に維持するように、流量調整弁６の開度を調整する。これにより、所望温度の温水を製造することができる。
【００３２】
ところで、温度センサ８の検出温度に基づき流量調整弁６の開度調整を行おうとしても、その前提として、予めある程度の流量で熱交換器７に通水しておかなければ、そもそも温度センサ８にて水温を検知することができない。そのため、熱回収システム１の起動時（被冷却流体が圧縮空気や圧縮機潤滑油の場合には圧縮機の運転開始時）には、第一設定条件を満たすまで、熱交換器７に設定流量で通水するのがよい。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８の検出温度が所定温度に上昇するまで、熱交換器７に設定流量で通水するのがよい。そして、第一設定条件を満たした後は、温度センサ８により流量調整弁６の開度を調整する制御に切り替えればよい。
【００３３】
このようにして熱交換器７に通水することで、温度センサ８による検出遅れを防止することができ、被冷却流体の過度の温度上昇を防止することができる。さらに、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。
【００３４】
逆に、熱回収システム１の停止時（被冷却流体が圧縮空気や圧縮機潤滑油の場合には圧縮機の運転停止時）には、熱交換器７への通水をすぐに停止してしまうと、被冷却流体からの熱回収が最後までできないおそれがある。そこで、熱回収システム１の停止時には、第二設定条件を満たすまで、熱交換器７に設定流量で通水するのがよい。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８の検出温度が所定温度に下がるまで、熱交換器７に設定流量で通水するのがよい。そして、第二設定条件を満たした後は、流量調整弁６を閉じて、熱交換器７への通水を完全に停止すればよい。
【００３５】
いずれの場合も、流量調整弁６を設定開度だけ開けて熱交換器７に設定流量を通水することで、給水に無駄を生じさせないことが必要である。また、熱交換器７に設定流量を通水させる度に、流量センサ５を用いて流量調整弁６の開度を定めるのは、制御的に不経済である。そこで、本実施例の熱回収システム１では、以下のようにして、設定流量が定められる。
【００３６】
すなわち、制御器１２は、たとえば熱回収システム１の設置時（初回起動時）などに、流量センサ５で流量を監視しつつ流量調整弁６を徐々に開け、流量センサ５が設定流量を検知した時点の開度を設定開度として記憶しておく。そして、次回から熱交換器７に設定流量を通水する際には、流量センサ５を用いることなく流量調整弁６を前記設定開度だけ開ければよい。以下、より具体的に説明する。
【００３７】
図２は、流量調整弁６の設定開度の調整方法の一例を示す図であり、破線は、時間（横軸）と流量調整弁６の開度（左縦軸）との関係を示し、実線は、時間（横軸）と流量センサ５の検出流量（右縦軸）との関係を示している。なお、流量調整弁６の開度は、制御器１２から流量調整弁６への開度設定信号ともいうことができ、この開度設定信号として本実施例では電流値が用いられ、流量調整弁６へ電流値Ａ（たとえば４ｍＡ）を与えれば流量調整弁６は全閉（開度０％）となり、流量調整弁６へ電流値Ｂ（たとえば２０ｍＡ）を与えれば流量調整弁６は全開（開度１００％）となる。また、本実施例では、流量調整弁６は、入力される開度設定信号の大きさに比例して開度が大きくなるよう構成されている。
【００３８】
そして、流量調整弁６の設定開度を定めようとする際、制御器１２は、流量調整弁６への開度設定信号としてランプ関数状出力（言い換えれば一定速度のランプ出力）を行う。これにより、図２において破線で示すように、時間の経過と共に、流量調整弁６の開度が全閉状態から徐々に開けられる。
【００３９】
一方、図２において実線で示すように、流量センサ５の検出信号は、前述しように、流量調整弁６の開度が小さく流量が少ない領域（時間ｔ１までの領域）では、流量を検出しない。その後も流量を増していくと、流量センサ５は流量を検出するものの、所定流量Ｘまで（時間ｔ２まで）は信頼性の低い検出値となる。そして、所定流量Ｘを超えると有意な検出値となる。そこで、所定流量Ｘ以上の領域で設定流量を定めるのがよいが、水の無駄を防止するためには、流量センサ５が有意に検知できる最低流量Ｘを用いるのが好ましい。よって、本実施例では、最低流量Ｘを検出した際（時間ｔ２）の流量調整弁６への開度設定信号Ｃを、制御器１２は記憶する。そして、以後、熱交換器７に設定流量を通水する際には、制御器１２は、流量センサ５を用いることなく前記記憶しておいた開度設定信号Ｃで流量調整弁６を設定開度だけ開ければよい。
【００４０】
ところで、このような開度設定は、設定タイミングで補正するのが好ましい。給水条件（元圧）が、熱回収システム１の設置場所により異なり、周囲状況変化（設備側変動）、季節変化、経年変化などでも異なるため、設定流量の補正時期は、たとえば、設置試運転時、制御器１２への補正指示時、断水判定後、断水兆候検知時、一定期間経過時など、所望のタイミングで実施可能なことが好ましい。
【００４１】
補正についてさらに説明すると、制御器１２は、流量調整弁６を設定開度だけ開けている際、流量センサ５の検出流量が所定流量Ｘであるか否かを確認し、所定の許容範囲から外れている場合には、流量調整弁６の開度を増減して、流量センサ５の検出流量が所定流量Ｘになる開度に設定し直せばよい。あるいは、前述した初期設定と同様に、流量調整弁６の全閉状態から再度、設定し直してもよい。なお、流量調整弁６を設定開度だけ開けた後一定時間経過しても流量センサ５が流量を検知しない場合、開度を増加させる補正を行うが、所定開度を上限として、流量検知できない場合は、断水と判定してその旨ユーザに報知する。
【００４２】
本実施例の熱回収システム１によれば、被冷却流体との熱交換器７を通過後の水温に基づき、熱交換器７への通水量を調整することで、所望温度の温水を得ることができる。また、熱回収システム１の起動時や停止時などには、熱交換器７に設定流量を通水するが、その都度、流量センサ５を用いた調整を行うことなく、熱交換器７に設定流量を通水することができる。さらに、起動時やマニュアルトリガの他、現場の条件（元圧、背圧、差圧、圧損など）が変動した場合や、試運転時、断水判定時、アラーム判定によるリトライ自動復帰時などの所望タイミングで、設定流量の調整をすることができる。
【００４３】
本発明の熱回収システム１は、前記各実施例の構成に限らず適宜変更可能である。たとえば、前記実施例では、熱交換器７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。
【００４４】
また、前記実施例では、給水タンク３に水位センサ１１を設けたが、場合により、水位センサ１１の設置および水位センサ１１による制御を省略することができる。
【００４５】
また、前記実施例において、熱交換器７に通す被冷却流体は、圧縮空気や圧縮機潤滑油に限らず、工場などからの排温水など、特に問わない。
【００４６】
さらに、前記実施例では、流量センサ５が有意に検知できる最低流量Ｘを、設定流量としたが、流量センサ５が有意に検知できる最低流量Ｘを超える所定流量を、設定流量としてもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１  熱回収システム
２  ボイラ
３  給水タンク
４  給水路
５  流量センサ
６  流量調整弁
７  熱交換器
８  温度センサ
９  給水ポンプ
１０  逆止弁
１１  水位センサ
１２  制御器
【図１】
2013170749.tif 000003
【図２】
2013170749.tif 000004