JP2010270729A - 空気圧縮装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】空気を圧縮する過程で発生する熱を、利用しやすい形態で回収できる空気圧縮装置を提供する。
【解決手段】空気圧縮装置１は、オイルフリー圧縮機３，５と、オイルフリー圧縮機３，５の吐出した圧縮空気と給水との間で向流熱交換し、給水を蒸発させて蒸気を発生させる熱交換器からなる排熱ボイラ４，６とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気圧縮装置に関する。
空気圧縮機は、電動機の動力によって空気を圧縮するが、この圧縮は、空気の温度上昇を伴うポリトロープ変化となる。圧縮機としてスクリュ圧縮機を用いる場合、圧縮機の熱変形等の問題から、空気の吐出温度を２５０℃程度に抑える必要がある。
このため、高い圧縮比が必要である場合、空気圧縮装置は、スクリュ圧縮機を多段とし、中間に空気を冷却するインタークーラを設ける必要がある。また、高温の圧縮空気は、アフタークーラで冷却してから需要設備に供給される。
空気の圧縮行程において、空気に与えられる機械的エネルギーの大半は、熱エネルギーとなるので、圧縮機が空気に与えたエネルギーの殆どは、インタークーラやアフタークーラで空気を冷却することで廃棄されることになる。
特許文献１には、空気圧縮装置において、インタークーラやアフタークーラで圧縮空気を冷却した温水を熱源とする吸収式冷凍機を設けることによって、空気を圧縮する際に生じる熱エネルギーを回収する発明が記載されている。しかしながら、このシステムでは、熱エネルギーを冷熱に変換して回収するので、その用途が限定的であり、また、回収した熱量のうち相当量を凝縮潜熱として放出するため、十分に熱利用することが難しかった。
特開２００５−１９５２６５号公報
前記問題点に鑑みて、本発明は、空気を圧縮する過程で発生する熱を、利用しやすい形態で回収できる空気圧縮装置を提供することを課題とする。
前記課題を解決するために、本発明による空気圧縮装置は、オイルフリー圧縮機と、前記オイルフリー圧縮機の吐出した圧縮空気と給水との間で熱交換し、前記給水を蒸発させて蒸気を発生させる排熱ボイラとを有するものとする。
この構成によれば、圧縮空気の熱を蒸気エネルギーとして回収するので、用途が広く、回収した熱を有効に利用できる。
また、本発明の空気圧縮装置において、前記排熱ボイラは、前記圧縮空気と前記給水との間で向流熱交換を行う熱交換器であってもよい。
この構成によれば、圧縮空気の熱交換器出口温度を低く、蒸気温度を高くできる。
本発明によれば、排熱ボイラによって圧縮空気の熱を蒸気の熱エネルギーとして回収するので、用途が広く、回収した熱を有効に利用できる。
本発明の一実施形態の空気圧縮装置の構成図である。
これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１に、本発明の一つの実施形態である空気圧縮装置１を示す。
空気圧縮装置１は、吸込フィルタ２を介して外気を吸い込んで圧縮して吐出する第１段オイルフリースクリュ圧縮機３と、第１段オイルフリースクリュ圧縮機３の吐出した圧縮空気を熱源とし、水を加熱して蒸気を発生させる第１排熱ボイラ４と、第１排熱ボイラ４によって熱を奪われた圧縮空気をさらに圧縮する第２段オイルフリースクリュ圧縮機５と、第２段オイルフリースクリュ圧縮機５の吐出した圧縮空気を熱源とし、水を加熱して蒸気を発生させる第２排熱ボイラ６とを有する。
第１段オイルフリースクリュ圧縮機３は、例えば、出力５５ｋＷ、圧縮比２．８３、吸込容量２２ｍ３／ｍｉｎであり、約３０℃の外気を吸い込んでポリトロープ圧縮し、約２５０℃の圧縮空気を吐出する。
第１排熱ボイラ４は、第１段オイルフリースクリュ圧縮機３の吐出した圧縮空気と、給水との間で１パスの向流熱交換を行う熱交換器からなり、例えば、約２５℃の給水を加熱して蒸発させ、温度約１７５℃、圧力０．８ＭＰａＧの蒸気として流出させる。この第１排熱ボイラ４の蒸気発生量は、約３０ｋｇ／ｈｒとなる。
これにより、第１排熱ボイラ４を通過した圧縮空気は、約６０℃まで冷却される。換言すると、第１排熱ボイラ４は、第１段オイルフリースクリュ圧縮機３の吐出した圧縮空気を冷却するインタークーラとして機能する。
第２段オイルフリースクリュ圧縮機５は、例えば、出力５５ｋＷ、圧縮比２．８３、吸込容量７．９ｍ３／ｍｉｎであり、第１排熱ボイラ６を通過した圧縮空気を吸い込んでさらに圧縮して、圧力０．７ＭＰａＧ、流量２．８ｍ３／ｍｉｎの圧縮空気を、約２５０℃で吐出する。
第２排熱ボイラ６は、第２段オイルフリースクリュ圧縮機５の吐出した圧縮空気と、給水との間で１パスの向流熱交換を行う熱交換器からなり、第１排熱ボイラ４と同様に、約２５℃の給水を加熱して蒸発させ、温度約１７５℃、圧力０．８ＭＰａＧの蒸気として流出させる。この第２排熱ボイラ６の蒸気発生量は、約３０ｋｇ／ｈｒとなる。
これにより、第２排熱ボイラ６を通過した圧縮空気は、約５５℃まで冷却される。換言すると、第２排熱ボイラ６は、第２段オイルフリースクリュ圧縮機５の吐出した圧縮空気を冷却するアフタークーラとして機能する。第２排熱ボイラ６から流出した圧縮空気および蒸気は、それぞれ、需要設備に供給されて消費される。
本実施形態の空気圧縮装置１は、第１排熱ボイラ４および第２排熱ボイラ６において、６０ｋｇ／ｈｒ以上の蒸気を発生することができる。年間４０００時間運転するとして、蒸気単価を６￥／ｋｇとすると、年間約１６０万円の蒸気を発生することができる。
本実施形態において、第１排熱ボイラ４および第２排熱ボイラ６は、向流熱交換器である。向流熱交換を行うことにより、圧縮空気の入口温度近くまで蒸気温度を上昇させることができるので蒸気の用途が広がり、且つ、圧縮空気の出口温度を給水温度近くまで低下させることができるので、第２段オイルフリースクリュ圧縮機５等を異常過熱から保護できる。
このように、本発明によれば、空気の圧縮過程で発生する熱エネルギーを、需要の多い蒸気エネルギーとして回収できるので、回収したエネルギーを廃棄することなく有効に利用できる。
以上の実施形態では、２段圧縮式の空気圧縮装置１について説明したが、本発明では、１段圧縮式の空気圧縮装置において、アフタークーラとして排熱ボイラを用いるものであってもよい。
１…空気圧縮装置
３…第１段オイルフリースクリュ圧縮機
４…第１排熱ボイラ
５…第２段オイルフリースクリュ圧縮機
６…第２排熱ボイラ

Claims (2)

  1. オイルフリー圧縮機と、
    前記オイルフリー圧縮機の吐出した圧縮空気と給水との間で熱交換し、前記給水を蒸発させて蒸気を発生させる排熱ボイラとを有することを特徴とする空気圧縮装置。
  2. 前記排熱ボイラは、前記圧縮空気と前記給水との間で交流熱交換を行う熱交換器であることを特徴とする請求項１に記載の空気圧縮装置。
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