JP5851148B2 - 油冷式空気圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は油冷式ガス圧縮機に関し、特に油冷式の空気圧縮機からの排熱を回収できるようにしたものに関する。

工場全体で消費されるエネルギーのうち、空気圧縮機などのガス圧縮機によって消費される総合エネルギーは、２０〜２５％に相当すると言われており、ガス圧縮機からの排熱を回収する効果は大きい。特に、地球温暖化問題を発端としたＣＯ_２排出量の削減目標達成のためにも、ガス圧縮機からの排熱利用は、今後更に重要視されてくると予想される。

ガス圧縮機は、空気などのガスを圧縮する圧縮機本体、圧縮により発生する熱を吸収する冷却系統、圧縮機の駆動力源であるモータなどにより構成される。また、ガス圧縮機では、モータ入力電力を１００％とすると、冷却系統において吸収される熱量はそのうちの９０％以上にも相当し、その熱量は、通常外気に放出されており、非常に多くのエネルギーが大気に排出されている。排熱量を低減するため、圧縮機本体やモータの高効率化が推進されているが、その効果は数％が限界であり、ガス圧縮機からの排熱の有効利用が求められる。

ガス圧縮機からの排熱の有効利用に関しては、暖房への利用、温水活用、ボイラーの給水予熱への活用などの事例があるが、まだ検討の段階であると言える。
なお、この種従来技術としては特許第４３２９８７５号公報（特許文献１）に記載のものなどがある。この特許文献１のものは、蒸気を用いて圧縮機を駆動すると共に、圧縮機で発生する熱を、ボイラーに供給する水（給水）の予熱に利用して、ボイラーでの消費エネルギーを削減させるようにしたものである。

特許第４３２９８７５号公報

上記特許文献１のものでは、空気圧縮機で発生する熱を、ボイラーの給水予熱として活用しているもので、空気圧縮機の冷却系統として、１つの水冷冷却系統を有し、空気圧縮で発生した熱を前記水冷冷却系統の水で吸収し、この加熱された水を、ボイラーへの供給水と混合させることによりボイラー供給水温度を上昇させ、ボイラーでの消費エネルギーを削減するものである。

この発明のものでは、空気圧縮機で発生する熱量とボイラーでの使用負荷を考慮して制御する必要があり、その制御が難しいという課題がある。また、空気圧縮機の冷却系統が水冷のものにしか適用できず、冷却系統が空冷の空気圧縮機の場合には特許文献１記載の発明は適用できず、その場合には空気圧縮機からの排熱を有効活用ができないという課題もある。

また、従来の油冷式ガス圧縮機としては、圧縮機を冷却して加熱された油（潤滑油）、或いは圧縮機から吐出される圧縮ガスから排熱回収熱交換器を介して水を加熱し、排熱回収するものもあるが、排熱回収機器の負荷は変動し易く、排熱回収機器の負荷状況に応じて排熱回収熱交換器から出る油や圧縮ガスの温度は変動してしまう。また、圧縮ガスの需要先での使用状況により圧縮ガスの流量も大きく変動し、これによっても前記排熱回収熱交換器から出る油や圧縮空気の温度は変動する。このため、圧縮機冷却のために該圧縮機に戻される前記油の温度が変動し圧縮機の温度変動や、需要先に供給される圧縮ガスの温度変動も大きくなる。従って、圧縮機の信頼性確保や安定した温度の圧縮ガスの供給が困難であった。更に、油冷式ガス圧縮機と、このガス圧縮機の排熱を回収して有効活用するための排熱回収機器の使用負荷が一致しない場合、ガス圧縮機が保護装置により停止してしまうという課題もあった。

本発明の目的は、圧縮機を冷却して加熱された油（潤滑油）からの排熱回収を可能にすると共に、排熱回収機器の負荷状況が変動しても、圧縮機冷却のために圧縮機に戻される油の温度を制御して圧縮機の温度変動を抑えることができる油冷式ガス圧縮機を得ることにある。

上記課題を解決するため本発明は、圧縮機本体と、該圧縮機本体から吐出された圧縮空気から油を分離する油分離器と、この油分離器で油を分離された圧縮空気を需要先に送るための空気配管と、前記油分離器で分離された油を前記圧縮機に戻すための油配管とを備える油冷式空気圧縮機において、前記油配管を流れる油から熱回収するための排熱回収熱交換器と、前記排熱回収熱交換器の下流側に設けられ、前記排熱回収熱交換器を介して流れた油を冷却するための空冷熱交換器と、この空冷熱交換器に冷却風を送るための回転数制御可能な冷却ファンとを備え、前記冷却ファンは前記圧縮機本体から吐出される圧縮空気の温度が所定の範囲になるように回転数制御されることを特徴とする。

上記において、前記圧縮機本体から吐出された圧縮空気の温度を検出する吐出温度センサを設け、前記冷却ファンは前記吐出温度センサで検出された温度に応じて回転数制御されるようにすると良い。
また、前記空冷熱交換器は前記空気配管を流れる圧縮空気も冷却するものであり、前記排熱回収熱交換器は前記空気配管を流れる圧縮空気からも熱回収するものであることが好ましく、前記空冷熱交換器と、前記排熱回収熱交換器とは、前記油配管または前記空気配管に対して直列に接続されるようにすると良い。

更に、前記排熱回収熱交換器から出た圧縮空気の温度を検出する温度センサと、前記排熱回収熱交換器から出た油の温度を検出する温度センサを設け、これらの温度センサで検出された圧縮空気と油の温度と、前記吐出温度センサで検出された圧縮機吐出温度に応じて前記冷却ファンの回転数を制御することが好ましい。

なお、前記圧縮機本体、油分離器及び前記空冷熱交換器は１つの筐体内に収納されて圧縮機ユニットを構成し、前記排熱回収熱交換器は別の筐体内に収納されて排熱回収ユニットを構成し、前記圧縮機ユニットと排熱回収ユニットは配管接続されて構成されるようにしても良い。また、前記油冷式空気圧縮機は油冷式のスクリュー空気圧縮機であることが好ましい。

前記油分離器から出た油を前記排熱回収熱交換器に流さず直接前記空冷熱交換器に流すための油バイパス配管と、前記油分離器からの油を前記排熱回収熱交換器に流すか前記油バイパス配管に流すかを切り替える油切替弁を備えることが好ましく、また、前記油分離器から出た圧縮空気を前記排熱回収熱交換器に流さず直接前記空冷熱交換器に流すための空気バイパス配管と、前記油分離器からの圧縮空気を前記排熱回収熱交換器に流すか前記空気バイパス配管に流すかを切り替える空気切替弁も備えるようにすると更に良い。

前記排熱回収熱交換器には、外部の排熱回収機器から流体を導き、熱交換後の前記流体を前記排熱回収機器に戻すため循環配管が接続され、該循環配管には流水検知センサを備えるようにすれば、前記流水検知センサで検出された流水情報に基づいて前記油切替弁を制御することが可能となる。また、前記循環配管に温度センサを備えるようにすれば、この温度センサからの温度情報に基づいて前記油切替弁を制御することが可能となる。
前記循環配管には前記排熱回収機器が複数台並列に接続され、前記温度センサからの温度情報に基づいて切り替え接続されるように構成することもできる。

本発明によれば、圧縮機を冷却して加熱された油からの排熱回収が可能になると共に、排熱回収機器の負荷状況が変動しても、圧縮機冷却のために圧縮機に戻される油の温度を、冷却ファンの回転速度を制御することで迅速に変化させることができるので、圧縮機から吐出される圧縮空気の温度を所定の範囲に制御することが可能となる。この結果、圧縮機の温度変動を抑えることが可能な油冷式空気圧縮機を得ることができる。

本発明の油冷式ガス圧縮機の実施例１を示す系統図である。 本発明の油冷式ガス圧縮機の実施例２を示す系統図である。 本発明の油冷式ガス圧縮機の実施例３を示す系統図である。

以下、本発明の油冷式ガス圧縮機の実施例を、図面を用いて説明する。

図１は本発明の油冷式ガス圧縮機の実施例１を説明する系統図である。図において、３は圧縮機本体で、本実施例では油冷式のスクリュー空気圧縮機で構成されている。前記圧縮機本体３がモータ４により駆動されると、圧縮機ユニット２０内に吸込まれた空気（ガス）は、吸込フィルタ１及び吸込絞り弁２を介して圧縮機本体３内に吸引された後、圧縮されて吐出され、油分離器（オイルタンク）６に流入する。油分離器６の下部に溜まった油（潤滑油）は油配管７、温調弁９及びオイルフィルタ１６を介して、圧縮機本体３内の圧縮途中の圧縮室に注入され、圧縮空気の冷却が行われる。また、圧縮空気と注入された油とは混合した状態で、圧縮機本体３の吐出口から吐出される。この油を含んだ圧縮空気は、吐出温度センサ（圧縮機本体出口温度センサ）（Ｔ１）５により温度が検出された後油分離器６内に入り、油は圧縮空気から遠心分離されて、該油分離器６の下部に溜まる。

一方、油が分離された圧縮空気は、油分離器６上部のガス配管（空気配管）８から流出して、水冷熱交換器で構成された排熱回収熱交換器１０に流入する。前記油分離器６下部に溜まった油は油配管７から流出し、前記温調弁９により、油温が高い場合には排熱回収熱交換器１０側に流れ、油温が低い場合には前記オイルフィルタ１６側に直接流れるように構成されている。

前記排熱回収熱交換器１０は、排熱回収機器１９に接続されている。この排熱回収機器１９が稼動している場合、排熱回収機器１９はその冷却水（流体）を循環配管（冷却水入口配管１７及び冷却水出口配管１８）を介して前記排熱回収熱交換器１０に循環させており、排熱回収熱交換器１０の冷却水入口配管１７から前記冷却水を流入させて、冷却水出口配管１８から温水として回収することで、前記圧縮機本体３で発生する圧縮熱の熱量を排熱回収機器１９で回収するようにしている。即ち、前記排熱回収熱交換器１０では、油配管７を流れる高温の油及びガス配管８を流れる高温の圧縮空気と、排熱回収機器１９からの冷却水とが熱交換して、冷却水は加熱されると共に、前記圧縮空気と油は冷却される。

排熱回収熱交換器１０を出た圧縮空気は、温度センサ（ＴＡ）１１で温度を検出されて、空冷熱交換器１３に流れ、同様に油も、温度センサ（ＴＯ）１２で温度を検出されて、前記空冷熱交換器１３に流れる。この空冷熱交換器１３では、前記吐出温度センサ５で検出された圧縮機本体出口からの圧縮空気の吐出温度と、予め設定されている目標吐出温度との温度差が小さくなるように、前記温度センサ１１，１２で検出された圧縮空気と油の温度も考慮して、ファンモータ１５をインバータ制御する。これにより、冷却ファン１４の回転速度が変化されて、圧縮機に注入される油を適正な温度に冷却し、この冷却された油はオイルフィルタ１６を介して圧縮機本体３に注入される。なお、前記空冷熱交換器１３で更に冷却された圧縮空気は、圧縮機ユニット２０の外部に圧縮空気として供給される。

ファンモータ１５をインバータ制御して冷却ファン１４の回転速度を変化させる制御について詳しく説明する。前記排熱回収熱交換器１０での熱交換量が少ない場合（排熱回収器１９での排熱回収量が少ない場合）には、空冷熱交換器１３での熱交換量が増加するように、排熱回収熱交換器１０での熱交換量が多い場合には、空冷熱交換器１３での熱交換量が低減するように、前記冷却ファン１４の回転速度は制御される。前記排熱回収熱交換器１０及び前記空冷熱交換器１３でのそれぞれの熱交換許容量は、圧縮機本体３で発生する全熱量をそれぞれ単独で処理可能な容量に設計されている。このため、前記排熱回収熱交換器１０において最大の熱回収が行われた場合、該排熱回収熱交換器１０から出た油及び圧縮空気の温度は十分に冷却されているので、前記空冷熱交換器１３においてはファンモータ１５が停止される場合もある。

油冷式スクリュー空気圧縮機の場合、圧縮機ユニット２０に内に充填されている油の循環回数（圧縮機本体から吐出された油が再び圧縮機本体に戻る循環回数）は一般に２〜５回/分程度と多いため、前記冷却ファン１４の回転速度が変化すると前記吐出温度センサ５で検出される吐出圧縮空気の温度も比較的敏感に変化する。従って、吐出温度センサ５の温度に応じて、冷却ファン１４の回転速度を変化させるインバータ制御を行うことにより、圧縮機から吐出される圧縮空気の温度をほぼ目標吐出温度（所定範囲の吐出温度）に制御することが可能である。なお、本実施例では、温度センサ（ＴＡ）１１、温度センサ（ＴＯ）１２も設けているので、空冷熱交換器１３に流入する圧縮空気の温度及び油の温度がわかるから、これらの温度センサ１１，１２からの温度情報も考慮して前記冷却ファンの回転速度を調整することが可能となり、圧縮機本体から吐出される圧縮空気の温度をより迅速に精度良く目標温度に近づけることが可能となる。

図２は本発明の油冷式ガス圧縮機の実施例２を示す系統図である。図２において、図１と同一符号を付した部分は同一または相当する部分を示している。

上記実施例１では、圧縮機ユニット２０内に、圧縮機本体３、油分離器（オイルタンク）６、排熱回収熱交換器（水冷熱交換器）１０、空冷熱交換器１３などを設置している例について説明したが、この実施例２は、圧縮機ユニット２０の他に排熱回収ユニット２１を別に設けるようにしたものである。この排熱回収ユニット２１内には、排熱回収熱交換器（水冷熱交換器）１０、該排熱回収熱交換器１０を出た圧縮空気の温度を検出する温度センサ（ＴＡ）１１、同じく前記排熱回収熱交換器１０を出た油の温度を検出する温度センサ（ＴＯ）１２などが設けられている。一方、前記圧縮機ユニット２０には、圧縮機本体３、油分離器６、空冷熱交換器１３などが設けられ、実施例１とは異なり排熱回収熱交換器１０は設けられていない。前記排熱回収ユニット２１は前記圧縮機ユニット２０とは油配管７及びガス配管８で接続され、排熱回収機器１９とは循環配管（冷却水入口配管１７及び冷却水出口配管１８）で接続されている。他の構成については図１に示す実施例１と同様である。

本実施例では、圧縮機本体３、油分離器６及び空冷熱交換器１３を１つの筐体内に収納して圧縮機ユニット２０を構成し、排熱回収熱交換器１０は別の筐体内に収納されて排熱回収ユニット２１を構成している。そして、前記圧縮機ユニット２０と排熱回収ユニット２１は配管接続して構成されているので、実施例１と同様の効果が得られると共に、排熱回収ユニット２１が別部品となるため、圧縮機ユニット２０を小形化できるからその運搬などを容易に行うことができる。更に、排熱回収機器１９による排熱回収を行わない場合には、小形化された圧縮機ユニット２０のみを設置して運転できる効果がある。更に、圧縮機ユニット２０と排熱回収ユニット２１を別々に設置できるから設置の自由度も高くなる効果が得られる。

図３は本発明の油冷式ガス圧縮機の実施例３を示す系統図である。図３において、図１と同一符号を付した部分は同一または相当する部分を示している。

上記実施例１及び実施例２では、前記油分離器６を出た油と圧縮空気は、前記油配管７及びガス配管８を流れて前記排熱回収熱交換器１０に流入し、その後前記空冷熱交換器１３に流入するように構成しているが、この実施例３では、前記油と圧縮空気が、前記排熱回収熱交換器１０をバイパスして直接前記空冷熱交換器１３に流すこともできるように、油バイパス配管２２及びガスバイパス配管２３を設けている。また、油分離器６を出た油と圧縮空気を、排熱回収熱交換器１０側に流すか或いは直接空冷熱交換器１３側（即ち前記バイパス配管２２，２３側）に流すかを選択できるように、油切替弁とガス切替弁が設けられている。本実施例では、前記油切替弁を２個の二方弁（電磁弁）２４，２５により、また前記ガス切替弁を２個の二方弁（電磁弁）２６，２７によりそれぞれ構成している。即ち、前記油バイパス配管２２と該油バイパス配管分岐部下流の前記油配管７にそれぞれ二方弁２４，２５を設けて前記油切替弁を構成し、また前記ガスバイパス配管２３と該ガスバイパス配管分岐部下流の前記ガス配管７にそれぞれ二方弁２６，２７を設けて前記ガス切替弁を構成している。
なお、本実施例では、前記油切替弁及び前記ガス切替弁を、ぞれぞれ２個の二方弁を使用して構成した例を示しているが、２個の二方弁に代えて１個の三方弁によりそれぞれ構成するようにしても良い。

また、本実施例では、前記排熱回収機器１９と前記排熱回収熱交換器１０とを接続している循環配管（冷却水入口配管１７及び冷却水出口配管１８）に、流水の有無或いは流量を検知するための流水検知センサ（Ｐ）２８と、循環配管を流れる冷却水の温度を検知するための温度センサ（ＴＷ）２９が設けられている。なお、本実施例では、前記流水検知センサ２８及び前記温度センサ２９は循環配管の冷却水入口配管１７に設けているが、冷却水出口配管１８に設けるようにしても良い。

前記流水検知センサ２８としては、本実施例では圧力センサにより構成し、所定量以上の流水があれば、流水がない場合に比較し圧力が高くなることを利用して、該圧力の検出により流水の有無を検知するようにしている。なお、前記流水検知センサ２８は圧力センサに限らず、循環配管内を流れる冷却水の流量を測定するギアメータなどの容積形流量計や羽根車式流量計でも良く、流れていることを確認できるものであれば適用可能である。

前記温度センサ２９については、前記冷却水出口配管１８よりも前記冷却水入口配管１７の方に設けた方が、前記排熱回収機器１９から出た冷却水の温度を検出できるから、より高精度に排熱回収機器１９内の冷却水温度を知ることができる。

更に、本実施例では前記排熱回収機器１９を１台のみでなく、更にもう１台の排熱回収機器３０を設け、三方弁３１，３２を用いて、排熱回収機器１９または排熱回収機器３０の冷却水を、循環配管１７，１８を介して前記排熱熱交換器１０へ選択的に供給することができるように構成している。

３３は前記ファンモータ１５の回転数を制御する制御装置で、この制御装置３３には、前記吐出温度センサ５からの吐出温度情報、及び前記排熱回収熱交換器１０下流側における前記温度センサ１１，１２からの圧縮空気と油の温度情報が入力される。これらの温度情報に基づいて、前記制御装置３３は、前記吐出温度センサ５で検出される圧縮空気の吐出温度が予め設定されている目標吐出温度との温度差が小さくなるように、インバータ３４を介して前記ファンモータ１５を制御し、冷却ファン１４の回転数を変化させ、圧縮機に注入される油（油）を適正な温度に冷却する。この冷却された油はオイルフィルタ１６を介して圧縮機本体３に注入される。
なお、上記実施例１及び実施例２では、実施例３で説明した制御装置３３やインバータ３４を図示していないが、上記実施例１及び実施例２でも図３に示すような制御装置３３やインバータ３４は同様に備えられているものである。

３５は前記油切替弁２４，２５及び前記ガス切替弁２６，２７を制御するための制御装置で、この制御装置３５には、前記流水検知センサ２８からの流水情報と、前記温度センサ２９からの温度情報が入力される。
上記実施例１及び２のものでは、排熱回収機器１９からの冷却水が排熱回収熱交換器１０に供給されない場合（排熱回収機器１９と排熱回収熱交換器１０との間の循環水が停止した場合）でも、前記油分離器６からの高温の油や圧縮空気は油配管７やガス配管８を介して排熱熱交換器１０を流れる。このため、排熱回収熱交換器１０における冷却水が流れる通路内に残った水（冷却水）は、前記高温の油や圧縮空気により加熱されて蒸発することで塩分濃度が上昇し、その塩化物イオンの作用により、前記排熱回収熱交換器１０は局部腐食作用を受け、穴開き破損に至る可能性がある。

これに対し、本実施例３では、圧縮機ユニット２０内の前記循環配管（冷却水入口配管１７）に流水検知センサ２８を設けているので、排熱回収熱交換器１０への冷却水の循環の有無、または規定値以上の循環量があるかを前記制御装置３５で判断することができる。そして、循環が無い場合若しくは循環量が規定値以下であると判断された場合には、前記制御装置３５により、前記油切替弁（二方弁）２４，２５及び前記ガス切替弁（二方弁）２６，２７を制御して、油分離器６からの高温の油及び圧縮空気を、それぞれ油バイパス配管２２及びガスバイパス配管２３を介して前記空冷熱交換器１３に流すことができる。従って、前記排熱回収熱交換器１０には高温の油及び圧縮空気が流れないようにすることが可能となるから、排熱回収熱交換器１０が腐食するのを予防することができる。

なお、本実施例では前記制御装置３５により、前記油切替弁２４，２５及びガス切替弁２６，２７を自動的に切り替え制御するようにしているが、前記流水検知センサ２８での検知結果に応じて手動で前記油切替弁２４，２５及びガス切替弁２６，２７を切り替えるようにしても良い。

また、本実施例では、圧縮機ユニット２０内の前記冷却水入口配管１７に温度センサ２９も設け、排熱回収機器１９または３０と排熱回収熱交換器１０との間を循環する冷却水の温度（ＴＷ）も測定可能に構成している。これにより以下の効果が得られる。

前記排熱回収機器１９を貯温水タンクとし、その貯温水タンク内の冷却水（温水）を、前記循環配管１７，１８により前記排熱回収熱交換器１０に循環させることにより、排熱回収機器１９にとっての目標温度ＴＷ２まで温度上昇させて温水を得る場合を考える。この場合、前記温度センサ（ＴＷ）２９により循環配管を循環する冷却水の温度を検出できるから、前記貯温水タンク（排熱回収機器１９）内の冷却水（温水）が目標温度ＴＷ２になったかどうかを前記制御装置３５で判断することが可能となる。従って、制御装置３５は、前記貯温水タンク内の冷却水が目標温度ＴＷ２の温水になったと判断した場合、油切替弁２４，２５及び前記ガス切替弁２６，２７を切り替える（二方弁２４，２６を開、二方弁２５，２７を閉とする）。これにより、排熱回収熱交換器１０への高温の油と圧縮空気の循環を停止することができるから、前記貯温水タンク（排熱回収機器１９）内の温水の温度を目標温度ＴＷ２にすることができる。

また、前記貯温水タンク（排熱回収機器１９）内の温水温度が低下して、前記目標温度ＴＷ２よりも所定温度αだけ低い温度（ＴＷ２−α）になったことを前記温度センサ２９で検出した場合、前記制御装置３５は、前記油切替弁２４，２５及びガス切替弁２６，２７を切り替える（二方弁２４，２６を閉、二方弁２５，２７を開とする）。これにより、前記排熱回収熱交換器１０へ高温の油と圧縮空気を循環させることができ、前記貯温水タンク内の温水の温度を目標温度範囲に維持することが可能となる。

更に、圧縮機ユニット２０に接続されている前記排熱回収機器が複数台（排熱回収機器１９と３０）の場合、圧縮機ユニット２０に前記温度センサ２９を備えていることにより、この温度センサ２９からの温度情報に基づいて排熱回収機器１９，３０側の前記三方弁３１，３２を制御することが可能となる。即ち、１台目の排熱回収機器１９の冷却水を前記排熱回収熱交換器１０に循環させ、前記温度センサ２９により検知された温度が目標温度ＴＷ２になった場合、２台目の排熱回収機器３０の冷却水を前記排熱回収熱交換器１０に循環させるように切り替え制御することができ、複数台の排熱回収機器による排熱回収が可能となる。なお、前記排熱回収機器は２台に限らず、３台以上とすることも同様に可能である。

上述した各実施例において、前記排熱回収熱交換器１０はプレート式熱交換器により構成することが好ましい。また、前記プレート式熱交換器としては、油、圧縮空気、冷却水の３流体を１台のプレート式熱交換器で熱交換できるものが好ましいが、油と冷却水を熱交換するプレート式熱交換器と、圧縮空気と冷却水を熱交換するプレート式熱交換器の２台のプレート式熱交換器を組合せて排熱回収熱交換器１０を構成するようにしても良い。

また、上記排熱回収熱交換器１０では、油分離器からの高温の油と高温の圧縮空気の両方から熱回収するようにしているが、空気に比べて熱容量の大きい油からだけ熱回収するように構成しても良い。

なお、上記実施例では何れも排熱回収熱交換器１０を水冷熱交換器としているが、排熱回収熱交換器１０は水冷のものには限られず、空冷熱交換器としても同様に実施できるものである。
また、本発明の油冷式ガス圧縮機として油冷式のスクリュー空気圧縮機を例に挙げ説明したが、油冷式のガス圧縮機はスクリュー圧縮機に限られず、例えばスクロール圧縮機のような他の方式の圧縮機であっても同様に適用できる。

更に、油冷式ガス圧縮機で圧縮される媒体も空気には限られず、他のガスを圧縮する圧縮機でも同様に適用可能である。また、駆動源もモータ以外の他の駆動源、例えばエンジンやタービンなどでも良い。
なお、上記各実施例では、排熱回収熱交換器１０と空冷熱交換器１３をそれぞれ別々に構成している例について説明したが、前記２つの熱交換器を一体化して構成するようにしても良い。

以上説明したように、本実施例においては、油冷式ガス圧縮機の冷却系統として、主たる第１の冷却系統である空冷熱交換器１３の他に、第２の冷却系統である排熱回収熱交換器１０を備え、この排熱回収熱交換器１０の負荷変動、或いは使用、不使用に応じて、前記空冷熱交換器１３の冷却能力を調整するようにしているので、油冷式ガス圧縮機からの排熱を、前記排熱回収熱交換器１０により、排熱回収機器１９の負荷状況に合わせて必要なときに必要量の排熱回収を行うことができる。しかも、排熱回収機器１９の負荷や需要先に供給する圧縮空気量に拘らず、圧縮機の温度変動及び需要先に供給する圧縮空気の温度変動を小さく制御することが可能になる。

従って、本実施例によれば、圧縮機を冷却して加熱された油及び圧縮機から吐出された圧縮ガスから同時に熱回収することができるので、高い効率の排熱回収が可能となる。また、排熱回収機器の負荷状況が変動しても、圧縮機冷却のために圧縮機に戻される油の温度を、冷却ファンの回転速度を制御することで迅速に変化させることができるので、圧縮機から吐出される圧縮ガスの温度を目標温度に近づけることができる。この結果、圧縮機の温度変動を小さく抑えることができ、需要先に供給される圧縮ガスの温度変動も抑えて安定した温度の圧縮ガスを供給できる油冷式ガス圧縮機を得ることができる。

また、上記実施例３で説明したように、前記油バイパス配管２２、ガスバイパス配管２３、油切替弁２４，２５及びガス切替弁２６，２７を設け、更に前記循環配管１７，１８に、前記流水検知センサ２８或いは前記温度センサ２９を設けることにより、以下の効果を得ることができる。
前記流水検知センサ２８により、排熱回収熱交換器１０への冷却水の循環が無い若しくは規定量以下となったことを検知できるから、前記油切替弁及び前記ガス切替弁を制御することで、油分離器６からの油及び圧縮空気を、油バイパス配管及びガスバイパス配管を介して空冷熱交換器１３に流し、前記排熱回収熱交換器には流れないようにできる。これにより、前記排熱回収熱交換器が腐食して穴開き破損するのを予防することができる。

また、前記温度センサ２９により、循環配管を流れる冷却水温度を検出することで排熱回収機器１９内の冷却水が目標温度以上になったこと或いは目標温度よりも一定温度以上低下したことを判断でき、これに基づき前記油切替弁及びガス切替弁により排熱回収熱交換器１０への油と圧縮空気の循環を停止／供給できるから、前記排熱回収機器内の冷却水温度を需要先に供給するために必要な目標温度にしたり、目標温度範囲に維持することが可能となる。

１：吸込フィルタ、２：吸込絞り弁、３：圧縮機本体、４：主モータ、
５：吐出温度センサ、
６：油分離器（オイルタンク）、
７：油配管、８：ガス配管（空気配管）、
９：温調弁、
１０：排熱回収熱交換器（水冷熱交換器）、
１１：温度センサ（ＴＡ）、１２：温度センサ（ＴＯ）、
１３：空冷熱交換器、１４：冷却ファン、１５：ファンモータ、
１６：オイルフィルタ、
１７，１８：循環配管（１７：冷却水入口配管、１８：冷却水出口配管）、
１９，３０：排熱回収機器、
２０：圧縮機ユニット、２１：排熱回収ユニット、
２２：油バイパス配管、２３：ガスバイパス配管、
２４，２５：油切替弁（２４，２５：二方弁）、
２６，２７：ガス切替弁（２６，２７：二方弁）、
２８：流水検知センサ（Ｐ）、
２９：温度センサ（ＴＷ）、
３１，３２：三方弁、
３３，３５：制御装置、
３４：インバータ。

Claims (14)

1. 圧縮機本体と、該圧縮機本体から吐出された圧縮空気から油を分離する油分離器と、この油分離器で油を分離された圧縮空気を需要先に送るための空気配管と、前記油分離器で分離された油を前記圧縮機に戻すための油配管とを備える油冷式空気圧縮機において、
   前記油配管を流れる油から熱回収するための排熱回収熱交換器と、
   前記排熱回収熱交換器の下流側に設けられ、前記排熱回収熱交換器を介して流れた油を冷却するための空冷熱交換器と、
   この空冷熱交換器に冷却風を送るための回転数制御可能な冷却ファンとを備え、
   前記冷却ファンは前記圧縮機本体から吐出される圧縮空気の温度が所定の範囲になるように回転数制御される
   ことを特徴とする油冷式空気圧縮機。
2. 請求項１に記載の油冷式空気圧縮機において、前記圧縮機本体から吐出された圧縮空気の温度を検出する吐出温度センサを設け、前記冷却ファンは前記吐出温度センサで検出された温度に応じて回転数制御されることを特徴とする油冷式空気圧縮機。
3. 請求項２に記載の油冷式空気圧縮機において、前記空冷熱交換器は前記空気配管を流れる圧縮空気も冷却するものであり、前記排熱回収熱交換器は前記空気配管を流れる圧縮空気からも熱回収するものであることを特徴とする油冷式空気圧縮機。
4. 請求項３に記載の油冷式空気圧縮機において、前記空冷熱交換器と、前記排熱回収熱交換器とは、前記油配管または前記空気配管に対して直列に接続されていることを特徴とする油冷式空気圧縮機。
5. 請求項４に記載の油冷式空気圧縮機において、前記排熱回収熱交換器から出た圧縮空気の温度を検出する温度センサと、前記排熱回収熱交換器から出た油の温度を検出する温度センサを設け、これらの温度センサで検出された圧縮空気と油の温度と、前記吐出温度センサで検出された圧縮機吐出温度に応じて前記冷却ファンの回転数を制御することを特徴とする油冷式空気圧縮機。
6. 請求項１に記載の油冷式空気圧縮機において、前記圧縮機本体、油分離器及び前記空冷熱交換器は１つの筐体内に収納されて圧縮機ユニットを構成し、前記排熱回収熱交換器は別の筐体内に収納されて排熱回収ユニットを構成し、前記圧縮機ユニットと排熱回収ユニットは配管接続されて構成されていることを特徴とする油冷式空気圧縮機。
7. 請求項１に記載の油冷式空気圧縮機において、前記油冷式空気圧縮機は油冷式のスクリュー空気圧縮機であることを特徴とする油冷式空気圧縮機。
8. 請求項１に記載の油冷式空気圧縮機において、前記油分離器から出た油を前記排熱回収熱交換器に流さず直接前記空冷熱交換器に流すための油バイパス配管と、前記油分離器からの油を前記排熱回収熱交換器に流すか前記油バイパス配管に流すかを切り替える油切替弁を備えることを特徴とする油冷式空気圧縮機。
9. 請求項８に記載の油冷式空気圧縮機において、前記油分離器から出た圧縮空気を前記排熱回収熱交換器に流さず直接前記空冷熱交換器に流すための空気バイパス配管と、前記油分離器からの圧縮空気を前記排熱回収熱交換器に流すか前記空気バイパス配管に流すかを切り替える空気切替弁を備えることを特徴とする油冷式空気圧縮機。
10. 請求項８に記載の油冷式空気圧縮機において、前記排熱回収熱交換器には、外部の排熱回収機器から流体を導き、熱交換後の前記流体を前記排熱回収機器に戻すための循環配管が接続されており、前記循環配管には流水検知センサが備えられていることを特徴とする油冷式空気圧縮機。
11. 請求項１０に記載の油冷式空気圧縮機において、前記流水検知センサで検出された流水情報に基づいて前記油切替弁を制御するための制御装置を備えることを特徴とする油冷式空気圧縮機。
12. 請求項８に記載の油冷式空気圧縮機において、前記排熱回収熱交換器には、外部の排熱回収機器から流体を導き、熱交換後の前記流体を前記排熱回収機器に戻すための循環配管が接続されており、前記循環配管には温度センサが備えられていることを特徴とする油冷式空気圧縮機。
13. 請求項１２に記載の油冷式空気圧縮機において、前記循環配管に設けられている前記温度センサからの温度情報に基づいて前記油切替弁を制御するための制御装置を備えることを特徴とする油冷式空気圧縮機。
14. 請求項１２に記載の油冷式空気圧縮機において、前記循環配管には前記排熱回収機器が複数台並列に接続され、前記温度センサからの温度情報に基づいて切り替え接続されるように構成したことを特徴とする油冷式空気圧縮機。

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