JP6350815B2 - 熱回収システム - Google Patents

Description

本発明は、オイルフリー式の空気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。

従来、下記特許文献１の図２に開示されるように、圧縮機（２）からエアクーラ（８）への空気路（１２）に熱回収用熱交換器（９）を設ける一方、この熱回収用熱交換器（９）をバイパス路（２５）でバイパス可能とした熱回収システムが知られている。熱回収用熱交換器（９）では、圧縮空気と通水とを熱交換して、圧縮空気を冷却する一方、通水を加温できる。これにより、圧縮機（２）で生じた圧縮熱を、熱回収用熱交換器（９）において、給水タンク（５）への給水の加温に用いて、熱回収を図ることができる。

特開２０１２−８７６６４号公報

従来技術の場合、熱回収用熱交換器を通過後の温水の使用負荷や温水の温度に基づき、熱回収用熱交換器への通水の有無または量が変更される。ところが、オイルフリー式の圧縮機から吐出される圧縮空気の温度は２００℃近くの高温であるため、従来技術をオイルフリー式の圧縮機に適用すると、特に熱回収用熱交換器への通水停止中に不都合を生じるおそれがある。すなわち、熱回収用熱交換器への通水停止中に、高温の圧縮空気が熱回収用熱交換器に通されると、熱回収用熱交換器内に残った水を沸騰させるおそれがある。また、熱回収用熱交換器の通水側に水がなければ、空焚き状態となり、熱回収用熱交換器における熱応力が増大し、熱回収用熱交換器を破損させるおそれもある。熱回収用熱交換器への通水停止中、バイパス路に圧縮空気を通しても、バイパスされた圧縮空気が熱回収用熱交換器の出口側へ逆流するのを防止できない。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、熱回収用熱交換器への通水停止中、熱回収用熱交換器内の水の沸騰を防止すると共に、空焚きによる熱回収用熱交換器における熱応力の増大とそれによる破損を防止することにある。また、熱回収用熱交換器への通水停止中、圧縮機を作動させる場合には、熱回収用熱交換器の出口側から熱回収用熱交換器への圧縮空気の流入を防止することを課題とする。

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、オイルフリー式の圧縮機からの圧縮空気を冷却するエアクーラと、前記圧縮機から前記エアクーラへの空気路に設けられ、圧縮空気と通水とを熱交換して通水を加温する熱回収用熱交換器と、前記圧縮機から前記熱回収用熱交換器への空気路と、前記熱回収用熱交換器から前記エアクーラへの空気路とを接続するバイパス路とを備え、前記圧縮機の作動中、かつ前記熱回収用熱交換器への通水停止中、前記熱回収用熱交換器への圧縮空気の流入を遮断して、前記バイパス路に圧縮空気を通し、前記熱回収用熱交換器への通水開始から設定時間経過するまで、前記熱回収用熱交換器への通水停止状態への切替えは可能であるが、その後再び前記熱回収用熱交換器への通水開始状態への切替えが不能とされたことを特徴とする熱回収システムである。

請求項１に記載の発明によれば、熱回収用熱交換器への通水停止中、バイパス路に圧縮空気を通すが、熱回収用熱交換器への圧縮空気の流入を遮断する。このようにして、熱回収用熱交換器への通水停止中、熱回収用熱交換器への圧縮空気の流入を防止して、熱回収用熱交換器内の水の沸騰を防止できると共に、空焚きによる熱回収用熱交換器における熱応力の増大とそれによる破損を防止できる。
請求項１に記載の発明によれば、熱回収用熱交換器における熱回収の有無を切り替える弁が頻繁に動作するのを抑えることができる。

請求項２に記載の発明は、前記バイパス路が設置された熱回収システムにおいて、前記圧縮機の作動条件を満たすと、前記圧縮機を作動する一方、前記圧縮機の作動条件を満たさないと、前記圧縮機を停止し、前記圧縮機の作動中、前記熱回収用熱交換器への通水条件を満たすと、前記熱回収用熱交換器に通水する一方、前記熱回収用熱交換器への通水条件を満たさないと、前記熱回収用熱交換器への通水を停止す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。

請求項２に記載の発明によれば、熱回収用熱交換器への通水条件に関わらず、圧縮機の作動条件に基づき、圧縮機の発停が制御される。そして、圧縮機の作動中、熱回収用熱交換器への通水条件に基づき、熱回収用熱交換器への通水の有無が制御される。そのため、圧縮空気の使用負荷に対応できると共に、圧縮機の運転中、可能な限り圧縮熱の熱回収を図ることができる。そして、熱回収用熱交換器への通水停止中、バイパス路に圧縮空気を通すが、熱回収用熱交換器の入口側および出口側の空気路に設けた弁を閉じることで、熱回収用熱交換器への圧縮空気の流入を防止できる。これにより、熱回収用熱交換器への通水停止中、熱回収用熱交換器への圧縮空気の流入を防止して、熱回収用熱交換器内の水の沸騰を防止できると共に、空焚きによる熱回収用熱交換器における熱応力の増大とそれによる破損を防止できる。

請求項３に記載の発明は、前記バイパス路が設置された熱回収システムにおいて、前記バイパス路に設けられるバイパス弁と、前記圧縮機から前記熱回収用熱交換器への空気路の内、前記バイパス路との分岐部よりも下流に設けられる入口弁と、前記熱回収用熱交換器から前記エアクーラへの空気路の内、前記バイパス路との合流部よりも上流に設けられる出口弁とを備え、前記熱回収用熱交換器への通水中、前記入口弁および前記出口弁を開く一方、前記バイパス弁を閉じ、前記熱回収用熱交換器への通水停止中、前記バイパス弁を開く一方、前記入口弁および前記出口弁を閉じることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱回収システムである。

請求項３に記載の発明によれば、三つの二方弁（バイパス弁、入口弁、出口弁）を用いて、熱回収用熱交換器への通水中、圧縮空気を熱回収用熱交換器に通すがバイパス路には通さず、熱回収用熱交換器への通水停止中、圧縮空気をバイパス路に通すが熱回収用熱交換器には通さないよう制御できる。熱回収用熱交換器への通水停止中、熱回収用熱交換器への圧縮空気の流入を防止して、熱回収用熱交換器内の水の沸騰を防止できると共に、空焚きによる熱回収用熱交換器における熱応力の増大とそれによる破損を防止できる。

請求項４に記載の発明は、前記バイパス弁、前記入口弁および前記出口弁の設置に代えて、前記分岐部および前記合流部に、それぞれ三方弁が設けられ、この三方弁を制御して、前記熱回収用熱交換器への通水中、前記圧縮機からの圧縮空気を、前記熱回収用熱交換器を介して前記エアクーラに送る一方、前記バイパス路には送らず、前記熱回収用熱交換器への通水停止中、前記圧縮機からの圧縮空気を、前記バイパス路を介して前記エアクーラに送る一方、前記熱回収用熱交換器には送らないことを特徴とする請求項３に記載の熱回収システムである。

請求項４に記載の発明によれば、二つの三方弁を用いて、熱回収用熱交換器への通水中、圧縮空気を熱回収用熱交換器に通すがバイパス路には通さず、熱回収用熱交換器への通水停止中、圧縮空気をバイパス路に通すが熱回収用熱交換器には通さないよう制御できる。熱回収用熱交換器への通水停止中、熱回収用熱交換器への圧縮空気の流入を防止して、熱回収用熱交換器内の水の沸騰を防止できると共に、空焚きによる熱回収用熱交換器における熱応力の増大とそれによる破損を防止できる。

請求項５に記載の発明は、前記バイパス弁、前記入口弁および前記出口弁の設置に代えて、四方弁を備え、この四方弁は、四つの接続口にそれぞれ、前記圧縮機の出口側、前記熱回収用熱交換器の入口側、前記熱回収用熱交換器の出口側、および前記エアクーラの入口側が接続され、この四方弁を制御して、前記熱回収用熱交換器への通水中、前記圧縮機からの圧縮空気を、前記熱回収用熱交換器を介して前記エアクーラに送り、前記熱回収用熱交換器への通水停止中、前記圧縮機からの圧縮空気を、前記熱回収用熱交換器を介さずに前記エアクーラに送ることを特徴とする請求項３に記載の熱回収システムである。

請求項５に記載の発明によれば、一つの四方弁を用いて、熱回収用熱交換器への通水中、圧縮機からの圧縮空気を、熱回収用熱交換器を介してエアクーラに送り、熱回収用熱交換器への通水停止中、圧縮機からの圧縮空気を、熱回収用熱交換器を介さずにエアクーラに送るよう制御できる。熱回収用熱交換器への通水停止中、熱回収用熱交換器への圧縮空気の流入を防止して、熱回収用熱交換器内の水の沸騰を防止できると共に、空焚きによる熱回収用熱交換器における熱応力の増大とそれによる破損を防止できる。

請求項６に記載の発明は、前記圧縮機の作動中、前記熱回収用熱交換器への通水状態から通水停止状態へ切り替える際、前記バイパス弁を開いてから、前記入口弁および前記出口弁を閉じ、前記圧縮機の作動中、前記熱回収用熱交換器への通水停止状態から通水状態へ切り替える際、前記入口弁および前記出口弁を開いてから、前記バイパス弁を閉じることを特徴とする請求項３に記載の熱回収システムである。

請求項６に記載の発明によれば、熱回収用熱交換器への通水状態と通水停止状態とを切り替える際、熱回収用熱交換器経由とバイパス路経由との双方に一時的に圧縮空気が流れるよう制御することで、弁の動作遅れによる不都合を防止することができる。具体的には、熱回収用熱交換器経由からバイパス路経由に切り替える際、熱回収用熱交換器経由を遮断する前にバイパス路を開けることで、圧縮空気の流れが遮断されるのを防止できる。逆に、バイパス路経由から熱回収用熱交換器経由に切り替える際、バイパス路を遮断する前に熱回収用熱交換器経由を開けることで、圧縮空気の流れが遮断されるのを防止できる。

請求項７に記載の発明は、請求項３または請求項６において、前記入口弁の設置を省略するか、請求項４において、前記分岐部に設けられる三方弁の設置を省略したことを特徴とする熱回収システムである。

請求項７に記載の発明によれば、入口弁またはこれに代わる入口側三方弁の設置を省略して、構成を簡略化することができる。この場合でも、熱回収用熱交換器への通水停止中、熱回収用熱交換器の出口側から熱回収用熱交換器への圧縮空気の流入を防止することができる。

請求項８に記載の発明は、前記熱回収用熱交換器への通水中、前記熱回収用熱交換器の出口側水温が設定温度を超えると、前記圧縮機を停止することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱回収システムである。

請求項８に記載の発明によれば、熱回収用熱交換器への通水中、熱回収用熱交換器の出口側水温が設定温度を超えると圧縮機を停止することで、水の沸騰を防止できる。

さらに、請求項９に記載の発明は、前記圧縮機として、低段圧縮機と高段圧縮機とを備え、前記エアクーラとして、インタークーラとアフタークーラとを備え、前記熱回収用熱交換器として、第一熱回収用熱交換器と第二熱回収用熱交換器とを備え、前記低段圧縮機からの圧縮空気は、前記インタークーラを介して前記高段圧縮機へ送られ、前記高段圧縮機においてさらに圧縮された後、前記アフタークーラへ送られ、前記低段圧縮機から前記インタークーラへの空気路に、前記第一熱回収用熱交換器が設けられる一方、前記高段圧縮機から前記アフタークーラへの空気路に、前記第二熱回収用熱交換器が設けられ、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とには、設定順序で直列に水が通されるか、並列に水が通されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の熱回収システムである。

請求項９に記載の発明によれば、二段のオイルフリー式圧縮機の各段の圧縮機について、上述した各請求項に記載の発明を適用することができる。

本発明によれば、圧縮熱を通水の加温に用いて熱回収する熱回収システムにおいて、熱回収用熱交換器への通水停止中、熱回収用熱交換器内の水の沸騰を防止できると共に、空焚きによる熱回収用熱交換器における熱応力の増大とそれによる破損を防止できる。また、熱回収用熱交換器への通水停止中、圧縮機を作動させる場合には、熱回収用熱交換器の出口側から熱回収用熱交換器への圧縮空気の流入を防止することができる。

本発明の熱回収システムの実施例１を示す概略図である。 本発明の熱回収システムの実施例２を示す概略図である。 本発明の熱回収システムの実施例２の変形例を示す概略図であり、図２に対する変更箇所のみを示している。

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の実施例１を示す概略図である。

本実施例の熱回収システム１は、二段のオイルフリー式の電動空気圧縮機に適用される。この場合、圧縮機として、低段圧縮機２と高段圧縮機３とを備え、各圧縮機からの圧縮空気を冷却するエアクーラとして、インタークーラ４とアフタークーラ５とを備える。低段圧縮機２からの圧縮空気は、インタークーラ４を介して高段圧縮機３へ送られ、高段圧縮機３においてさらに圧縮された後、アフタークーラ５へ送られる。アフタークーラ５を通過後の圧縮空気は、所望によりドライヤやエアタンクを介して、各種の圧縮空気利用機器へ送られる。

このような二段のオイルフリー式の電動空気圧縮機において、本実施例の熱回収システム１は、各段の圧縮機２（または３）からの圧縮空気をエアクーラ４（または５）に通す前に熱回収用熱交換器６（または７）に通して、圧縮熱を回収する。すなわち、本実施例の熱回収システム１は、各段の圧縮機２，３で生じた圧縮熱を熱回収用熱交換器６，７において通水の加温に用いて、圧縮熱を回収する。熱回収用熱交換器として、第一熱回収用熱交換器６と第二熱回収用熱交換器７とを備える。

このように、本実施例の熱回収システム１は、外気を吸入し圧縮して吐出する低段圧縮機２と、この低段圧縮機２からの圧縮空気を冷却するインタークーラ４と、このインタークーラ４を通過後の圧縮空気をさらに圧縮する高段圧縮機３と、この高段圧縮機３からの圧縮空気を冷却するアフタークーラ５と、低段圧縮機２からインタークーラ４への空気路８に設けられる第一熱回収用熱交換器６と、高段圧縮機３からアフタークーラ５への空気路８に設けられる第二熱回収用熱交換器７とを備える。そして、低段圧縮機２からインタークーラ４への空気路８に設けた第一熱回収用熱交換器６と、高段圧縮機３からアフタークーラ５への空気路８に設けた第二熱回収用熱交換器７とにおいて、圧縮熱の回収を図ることができる。

インタークーラ４およびアフタークーラ５は、それぞれ、圧縮空気と冷却水とを混ぜることなく熱交換する間接熱交換器である。そのために、インタークーラ４およびアフタークーラ５の冷却水路４ａ，５ａには、冷却塔（クーリングタワー）との間で冷却水が循環される。この際、冷却塔からの冷却水は、インタークーラ４に通された後にアフタークーラ５に通されてもよいし、これとは逆に、アフタークーラ５に通された後にインタークーラ４に通されてもよい。あるいは、冷却塔からの冷却水は、インタークーラ４とアフタークーラ５とに並列に通されてもよい。

第一熱回収用熱交換器６および第二熱回収用熱交換器７は、それぞれ、圧縮空気と通水とを混ぜることなく熱交換する間接熱交換器である。そのために、第一熱回収用熱交換器６および第二熱回収用熱交換器７の通水路には、給水源（たとえば軟水器）から給水タンク９への給水が、給水路１０を介して通される。この際、給水源からの水は、図示例のように、第二熱回収用熱交換器７に通された後に第一熱回収用熱交換器６に通されてもよいし、これとは逆に、第一熱回収用熱交換器６に通された後に第二熱回収用熱交換器７に通されてもよい。あるいは、給水源からの水は、第一熱回収用熱交換器６と第二熱回収用熱交換器７とに並列に通されてもよい。いずれにしても、各熱回収用熱交換器６，７において、圧縮空気と通水とを熱交換して、圧縮空気を通水で冷却できる一方、通水を圧縮空気で加温できる。なお、給水タンク９内の貯留水は、その用途を特に問わないが、たとえばボイラへの給水として用いられる。

給水路１０を介した給水タンク９への給水の有無または流量は、変更可能である。本実施例では、給水路１０には、各熱回収用熱交換器６，７よりも上流に、給水弁１１が設けられている。給水弁１１の開閉を切り替えることで、各熱回収用熱交換器６，７への通水の有無、ひいては給水タンク９への給水の有無を切り替えることができる。また、給水弁１１の開度を調整することで、各熱回収用熱交換器６，７への通水流量、ひいては給水タンク９への給水流量を調整することができる。但し、このような給水弁１１の制御に代えてまたはこれに加えて、給水路１０に給水ポンプを設けて、その給水ポンプの発停または回転数を制御してもよい。

ところで、高段圧縮機３から圧縮空気が供給されるエアタンク（場合により管路でもよい）に圧力センサ（図示省略）を設けることで、圧縮空気の使用負荷を監視することができる。一方、給水タンク９に水位センサ１２を設けることで、給水タンク９内の温水の使用負荷を監視することができる。

また、給水タンク９への給水路１０の内、各熱回収用熱交換器６，７よりも下流に温度センサ１３を設けることで、給水タンク９への給水温度を監視することができる。さらに、給水路１０に流量計１４を設けることで、各熱回収用熱交換器６，７への通水流量、ひいては給水タンク９への給水流量を監視することができる。図示例では、給水弁１１のすぐ下流に、流量計１４が設けられている。

次に、本実施例の熱回収システム１の制御について説明する。以下に述べる一連の制御は、図示しない制御器により実行される。つまり、制御器は、各圧縮機２，３（より具体的にはそのモータ）、給水弁１１、上述した圧力センサ、水位センサ１２、温度センサ１３および流量計１４などに接続されており、各センサの検出信号などに基づき各圧縮機２，３および給水弁１１などを制御する。

制御器は、熱回収用熱交換器６，７への通水条件を満たすか否かと、圧縮機２，３の作動条件を満たすか否かとに基づき、給水弁１１と各圧縮機２，３とを制御する。

熱回収用熱交換器６，７への通水条件を満たすか否かは、典型的には、給水タンク９内の水位に基づき判定される。具体的には、水位センサ１２の検出信号に基づき、給水タンク９内の水位が下限水位を下回れば、通水条件を満たす（熱回収を許可する）と判定する一方、給水タンク９内の水位が上限水位を上回れば、通水条件を満たさない（熱回収を許可しない）と判定する。

圧縮機２，３の作動条件を満たすか否かは、典型的には、高段圧縮機３からの圧縮空気が供給されるエアタンク（または管路）の空気圧に基づき判定される。具体的には、前記圧力センサの検出信号に基づき、エアタンク内の圧力が下限圧力を下回れば、圧縮機２，３の作動条件を満たすと判定する一方、エアタンク内の圧力が上限圧力を上回れば、圧縮機２，３の作動条件を満たさないと判定する。

制御器は、熱回収用熱交換器６，７への通水条件を満たし、且つ圧縮機２，３の作動条件を満たすと判定すると、熱回収用熱交換器６，７に通水すると共に、圧縮機２，３を作動させる。具体的には、本実施例では、給水弁１１を開くと共に、圧縮機２，３のモータを作動させる。これにより、給水路１０を介して給水タンク９へ給水されると共に、圧縮空気が製造される。また、給水タンク９への給水は、熱回収用熱交換器６，７において、圧縮空気と熱交換して、圧縮空気を冷却する一方、自身は加温される。温度センサ１３の検出温度に基づき給水弁１１の開度を調整すれば、給水タンク９への給水温度を調整することができる。なお、熱回収用熱交換器６，７において圧縮空気を所定温度まで冷却できない場合、熱回収用熱交換器６，７よりも圧縮空気流の下流に設けられたエアクーラ（インタークーラ４またはアフタークーラ５）において、各段の圧縮空気は所定温度まで冷却される。

一方、制御器は、熱回収用熱交換器６，７への通水条件を満たさないと判定するか、圧縮機２，３の作動条件を満たさないと判定すると、熱回収用熱交換器６，７への通水を停止すると共に、圧縮機２，３を停止する。具体的には、本実施例では、給水弁１１を閉じると共に、圧縮機２，３のモータを停止させる。これにより、給水路１０を介した給水タンク９への給水が停止されると共に、圧縮空気の製造が停止される。なお、熱回収用熱交換器６，７への通水条件を満たさないが、圧縮機２，３の作動条件を満たす場合、圧縮空気利用機器には、図示しない別の圧縮機からの圧縮空気が供給されるのがよい。

本実施例では、熱回収用熱交換器６，７とは別にエアクーラ４，５を備えるので、本来、熱回収用熱交換器６，７への通水条件を満たさず熱回収用熱交換器６，７への通水が停止中でも、圧縮機２，３の作動条件を満たす場合には圧縮機２，３を作動させてエアクーラ４，５において圧縮空気を冷却できるが、熱回収用熱交換器６，７への通水条件を満たさない場合、圧縮機２，３の作動条件を満たす場合でも、敢えて圧縮機２，３を停止して、熱回収用熱交換器６，７への圧縮空気の流入を防止する。

本実施例の熱回収システム１によれば、熱回収用熱交換器６，７において圧縮熱を回収できると共に、熱回収用熱交換器６，７とは別にエアクーラ４，５を備えるので、熱回収用熱交換器６，７への通水量が少ない場合には、エアクーラ４，５において圧縮空気を所望に冷却できる。また、熱回収用熱交換器６，７への通水停止中、圧縮機２，３を停止することで、熱回収用熱交換器６，７への圧縮空気の流入を防止できる。このようにして、熱回収用熱交換器６，７への通水停止中、熱回収用熱交換器６，７への圧縮空気の流入を防止して、熱回収用熱交換器６，７内の水の沸騰を防止できると共に、空焚きによる熱回収用熱交換器６，７における熱応力の増大とそれによる破損を防止できる。

ところで、熱回収用熱交換器６，７への通水中、温度センサ１３の検出温度が設定温度を超えると、各圧縮機２，３を停止するのがよい。ここで、設定温度は、水の沸点に設定されるか、沸点よりも所定温度低い温度に設定される。熱回収用熱交換器６，７への通水中、熱回収用熱交換器６，７の出口側水温が設定温度を超えると圧縮機２，３を停止することで、水の沸騰を防止できると共に、熱回収用熱交換器６，７における熱応力の増大とそれによる破損を防止できる。

また、通水の沸騰を防止するための他の手段として、給水路１０を介した給水タンク９への給水に最低流量を保証してもよい。つまり、圧縮機２，３の作動中、給水弁１１を所定開度以上に開いて、熱回収用熱交換器６，７には、所定流量以上の水が常時通されるよう制御してもよい。圧縮機２，３の作動中、熱回収用熱交換器６，７に所定流量以上の水を常時通すことで、水の沸騰を防止できると共に、熱回収用熱交換器６，７における熱応力の増大とそれによる破損を防止できる。なお、通水流量は、流量計１４で監視することができ、流量計１４による検出流量が所定流量以上になるように給水弁１１を制御してもよい。また、給水タンク９には、上限水位以上の水を溢れされるオーバーフロー路（図示省略）を設けておくのが好ましい。

図２は、本発明の熱回収システム１の実施例２を示す概略図である。
本実施例２の熱回収システム１も、基本的には前記実施例１の熱回収システム１と同様である。そこで、以下では、両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。また、両実施例で共通の事項については、説明を省略する。

本実施例２では、各熱回収用熱交換器６，７について、その入口側の空気路８と出口側の空気路８とが、バイパス路１５（１５Ａ，１５Ｂ）で接続される。具体的には、次のとおりである。低段圧縮機２から第一熱回収用熱交換器６への空気路８と、第一熱回収用熱交換器６からインタークーラ４への空気路８とは、第一バイパス路１５Ａで接続される。同様に、高段圧縮機３から第二熱回収用熱交換器７への空気路８と、第二熱回収用熱交換器７からアフタークーラ５への空気路８とは、第二バイパス路１５Ｂで接続される。

本実施例２では、各熱回収用熱交換器６，７について、入口側の空気路８に入口弁１６（１６Ａ，１６Ｂ）が設けられ、出口側の空気路８に出口弁１７（１７Ａ，１７Ｂ）が設けられ、バイパス路１５（１５Ａ，１５Ｂ）にバイパス弁１８（１８Ａ，１８Ｂ）が設けられる。具体的には、次のとおりである。

低段圧縮機２から第一熱回収用熱交換器６への空気路８の内、第一バイパス路１５Ａとの分岐部よりも下流に、第一入口弁１６Ａが設けられる。また、第一熱回収用熱交換器６からインタークーラ４への空気路８の内、第一バイパス路１５Ａとの合流部よりも上流に、第一出口弁１７Ａが設けられる。さらに、第一バイパス路１５Ａに、第一バイパス弁１８Ａが設けられる。

同様に、高段圧縮機３から第二熱回収用熱交換器７への空気路８の内、第二バイパス路１５Ｂとの分岐部よりも下流に、第二入口弁１６Ｂが設けられる。また、第二熱回収用熱交換器７からアフタークーラ５への空気路８の内、第二バイパス路１５Ｂとの合流部よりも上流に、第二出口弁１７Ｂが設けられる。さらに、第二バイパス路１５Ｂに、第二バイパス弁１８Ｂが設けられる。

本実施例２でも、制御器は、熱回収用熱交換器６，７への通水条件を満たすか否かと、圧縮機２，３の作動条件を満たすか否かとに基づき、各圧縮機２，３と各弁１１，１６，１７，１８とを制御する。熱回収用熱交換器６，７への通水条件を満たすか否かの判定方法、および、圧縮機２，３の作動条件を満たすか否かの判定方法は、前記実施例１と同様である。

本実施例２では、制御器は、圧縮機２，３の作動条件を満たすと判定すると、圧縮機２，３を作動する一方、圧縮機２，３の作動条件を満たさないと判定すると、圧縮機２，３を停止する。そして、圧縮機２，３の作動中、熱回収用熱交換器６，７への通水条件を満たすと判定すると、熱回収用熱交換器６，７に通水する一方、熱回収用熱交換器６，７への通水条件を満たさないと判定すると、熱回収用熱交換器６，７への通水を停止する。また、熱回収用熱交換器６，７への通水中、入口弁１６（１６Ａ，１６Ｂ）および出口弁１７（１７Ａ，１７Ｂ）を開く一方、バイパス弁１８（１８Ａ，１８Ｂ）を閉じ、熱回収用熱交換器６，７への通水停止中、バイパス弁１８を開く一方、入口弁１６および出口弁１７を閉じる。

具体的には、制御器は、圧縮機２，３の作動条件を満たし、且つ熱回収用熱交換器６，７への通水条件を満たすと判定する場合、圧縮機２，３を作動させると共に、給水弁１１を開いて熱回収用熱交換器６，７に通水する。これにより、圧縮空気が製造されると共に、給水路１０を介して給水タンク９へ給水される。この際、入口弁１６および出口弁１７を開く一方、バイパス弁１８を閉じる。従って、低段圧縮機２からの圧縮空気は、第一バイパス路１５Ａを通らず第一熱回収用熱交換器６を介してインタークーラ４へ送られ、高段圧縮機３にてさらに圧縮された後、第二バイパス路１５Ｂを通らず第二熱回収用熱交換器７を介してアフタークーラ５へ送られる。

給水タンク９への給水は、熱回収用熱交換器６，７において、圧縮空気と熱交換して、圧縮空気を冷却する一方、自身は加温される。温度センサ１３の検出温度に基づき給水弁１１の開度を調整すれば、給水タンク９への給水温度を調整することができる。なお、熱回収用熱交換器６，７において圧縮空気を所定温度まで冷却できない場合、熱回収用熱交換器６，７よりも圧縮空気流の下流に設けられたエアクーラ（インタークーラ４またはアフタークーラ５）において、各段の圧縮空気は所定温度まで冷却される。

一方、制御器は、圧縮機２，３の作動条件を満たすが、熱回収用熱交換器６，７への通水条件を満たさないと判定する場合、圧縮機２，３を作動させるが、給水弁１１を閉じて熱回収用熱交換器６，７への通水を停止する。これにより、圧縮空気が製造されるが、給水路１０を介した給水タンク９への給水は停止される。この際、バイパス弁１８を開く一方、入口弁１６および出口弁１７を閉じる。従って、低段圧縮機２からの圧縮空気は、第一熱回収用熱交換器６を通らず第一バイパス路１５Ａを介してインタークーラ４へ送られ、高段圧縮機３にてさらに圧縮された後、第二熱回収用熱交換器７を通らず第二バイパス路１５Ｂを介してアフタークーラ５へ送られる。この場合、エアクーラ（インタークーラ４またはアフタークーラ５）において、各段の圧縮空気は所定温度まで冷却される。

また、制御器は、圧縮機２，３の作動条件を満たさないと判定する場合、熱回収用熱交換器６，７への通水条件を満たすか否かに関わらず、圧縮機２，３を停止すると共に、給水弁１１を閉じて熱回収用熱交換器６，７への通水を停止する。これにより、圧縮空気の製造が停止されると共に、給水路１０を介した給水タンク９への給水も停止される。なお、圧縮機２，３の作動条件を満たさないが、熱回収用熱交換器６，７への通水条件を満たす場合、給水タンク９には、図示しない別の給水系統から給水可能としてもよい。あるいは、圧縮機２，３が停止しているので熱回収用熱交換器６，７において給水の加温はできないが、給水路１０を介して給水タンク９へ給水可能としてもよい。

本実施例の熱回収システム１によれば、熱回収用熱交換器６，７への通水停止中で且つ圧縮機２，３の作動中、バイパス弁１８を開けてバイパス路１５に圧縮空気を通すが、入口弁１６および出口弁１７を閉じて熱回収用熱交換器６，７への圧縮空気の流入を防止できる。従って、熱回収用熱交換器６，７への通水停止中、熱回収用熱交換器６，７への圧縮空気の流入を防止して、熱回収用熱交換器６，７内の水の沸騰を防止できると共に、空焚きによる熱回収用熱交換器６，７における熱応力の増大とそれによる破損を防止できる。

ところで、圧縮機２，３の作動中、熱回収用熱交換器６，７への通水状態から通水停止状態へ切り替える際、先にバイパス弁１８を開いてから、入口弁１６および出口弁１７を閉じるのがよい。同様に、圧縮機２，３の作動中、熱回収用熱交換器６，７への通水停止状態から通水状態へ切り替える際、先に入口弁１６および出口弁１７を開いてから、バイパス弁１８を閉じるのがよい。熱回収用熱交換器６，７への通水状態と通水停止状態とを切り替える際、熱回収用熱交換器６，７経由とバイパス路１５Ａ，１５Ｂ経由との双方に一時的に圧縮空気が流れるよう制御することで、弁の動作遅れによる不都合、具体的には圧縮空気の流れが遮断されるのを防止できる。

また、圧縮機２，３の作動中、熱回収用熱交換器６，７への通水停止状態から通水状態へ切り替える際、給水弁１１を開いて、流量計１４で所定流量以上の通水を確認してから、入口弁１６および出口弁１７を開くのが好ましい。これにより、熱回収用熱交換器６，７への通水が停止中なのに熱回収用熱交換器６，７へ圧縮空気が流入するのを防止して、熱回収用熱交換器６，７内の水の沸騰を防止できると共に、空焚きによる熱回収用熱交換器６，７における熱応力の増大とそれによる破損を防止できる。同様の理由で、圧縮機２，３の作動中、熱回収用熱交換器６，７への通水状態から通水停止状態へ切り替える際、バイパス弁１８を開ける一方、入口弁１６および出口弁１７を閉じてから、給水弁１１を閉じるのが好ましい。

さらに、熱回収用熱交換器６，７への通水開始から設定時間経過するまで、熱回収用熱交換器６，７への通水停止状態への切替えは可能であるが、その後再び熱回収用熱交換器６，７への通水開始状態への切替えが不能としてもよい。具体的には、制御器は、入口弁１６および出口弁１７を開いた際にタイマカウントを開始し、設定時間経過するまでは、入口弁１６および出口弁１７の次回の開く動作を制限する。その間、入口弁１６および出口弁１７を閉じる一方、バイパス弁１８を開いた通水停止状態への移行自体は可能であるが、その後、再び、入口弁１６および出口弁１７を開く一方、バイパス弁１８を閉じた通水開始状態への移行は不能とされる。これにより、熱回収用熱交換器６，７における熱回収の有無を切り替える弁（入口弁１６、出口弁１７、バイパス弁１８）が頻繁に動作するのを抑えることができる。また、これに伴い、給水側の発停過多（給水弁１１の頻繁な開閉）も抑えることができる。

その他は、前記実施例１と同様である。たとえば、熱回収用熱交換器６，７への通水中、温度センサ１３の検出温度が設定温度を超えると、各圧縮機２，３を停止してもよい。

つぎに、本実施例２の変形例について説明する。ここでは、変形箇所のみを説明するが、その他の構成（制御を含む）は上述したものを適用できる。

≪変形例１≫
前記実施例２では、六つの二方弁を用いたが、四つの三方弁を用いて構成することもできる。この場合、各熱回収用熱交換器６，７について、入口弁１６、出口弁１７およびバイパス弁１８の設置に代えて、入口側三方弁と出口側三方弁とが用いられる。具体的には、次のとおりである。

低段圧縮機２から第一熱回収用熱交換器６への空気路８には、第一バイパス路１５Ａとの分岐部に、第一の入口側三方弁が設けられる一方、第一熱回収用熱交換器６からインタークーラ４への空気路８には、第一バイパス路１５Ａとの合流部に、第一の出口側三方弁が設けられる。また、高段圧縮機３から第二熱回収用熱交換器７への空気路８には、第二バイパス路１５Ｂとの分岐部に、第二の入口側三方弁が設けられる一方、第二熱回収用熱交換器７からアフタークーラ５への空気路８には、第二バイパス路１５Ｂとの合流部に、第二の出口側三方弁が設けられる。

各入口側三方弁は、圧縮機２，３からの圧縮空気を、熱回収用熱交換器６，７に送るか、バイパス路１５Ａ，１５Ｂに送るかを切り替える。各出口側三方弁は、バイパス路１５Ａ，１５Ｂからの圧縮空気をエアクーラ４，５に送るか、熱回収用熱交換器６，７からの圧縮空気をエアクーラ４，５に送るかを切り替える。

本変形例でも、前記実施例２と同様に制御される。すなわち、制御器は、前記各三方弁を制御して、熱回収用熱交換器６，７への通水中、圧縮機２，３からの圧縮空気を、熱回収用熱交換器６，７を介してエアクーラ４，５に送る一方、バイパス路１５Ａ，１５Ｂには送らず、熱回収用熱交換器６，７への通水停止中、圧縮機２，３からの圧縮空気を、バイパス路１５Ａ，１５Ｂを介してエアクーラ４，５に送る一方、熱回収用熱交換器６，７には送らない。

≪変形例２≫
前記実施例２では、六つの二方弁を用いたが、二つの四方弁を用いて構成することもできる。この場合、各熱回収用熱交換器６，７について、入口弁１６、出口弁１７およびバイパス弁１８の設置に代えて、四方弁１９が用いられる。具体的には、次のとおりである。

図３に示すように、第一の四方弁１９Ａは、四つの接続口にそれぞれ、低段圧縮機２の出口側、第一熱回収用熱交換器６の入口側、第一熱回収用熱交換器６の出口側、およびインタークーラ４の入口側が接続される。また、第二の四方弁１９Ｂは、四つの接続口にそれぞれ、高段圧縮機３の出口側、第二熱回収用熱交換器７の入口側、第二熱回収用熱交換器７の出口側、およびアフタークーラ５の入口側が接続される。

各四方弁１９は、圧縮機２，３の出口側を熱回収用熱交換器６，７の入口側と接続すると共に、熱回収用熱交換器６，７の出口側をエアクーラ４，５の入口側に接続した第一状態と、圧縮機２，３の出口側をエアクーラ４，５の入口側に接続すると共に、熱回収用熱交換器６，７の入口側と出口側とを接続した第二状態とを切り替える。

本変形例でも、前記実施例２と同様に制御される。すなわち、制御器は、前記各四方弁１９を制御して、熱回収用熱交換器６，７への通水中、圧縮機２，３からの圧縮空気を、熱回収用熱交換器６，７を介してエアクーラ４，５に送る一方、四方弁１９を介して直接には（つまり熱回収用熱交換器６，７を介さずに）エアクーラ４，５に送らず、熱回収用熱交換器６，７への通水停止中、圧縮機２，３からの圧縮空気を、四方弁１９を介して直接にエアクーラ４，５に送る一方、熱回収用熱交換器６，７には送らない。

本発明の熱回収システム１は、前記各実施例（変形例を含む）の構成に限らず適宜変更可能である。たとえば、前記各実施例において、給水タンク９への給水路１０には適宜、給水ポンプを設けてもよい。また、熱回収用熱交換器６，７に通す水量は、給水弁１１の開度調整により行ったが、これに代えて給水路１０に給水ポンプを設置して、この給水ポンプをインバータ制御して流量調整してもよい。

また、前記各実施例では、インタークーラ４およびアフタークーラ５は、圧縮機２，３からの圧縮空気を、冷却塔との間の循環水で冷却する水冷式としたが、インタークーラ４とアフタークーラ５との内、一方または双方は空冷式としてもよい。インタークーラ４および／またはアフタークーラ５を空冷式とする場合、その空冷式熱交換器において、圧縮機２，３からの圧縮空気をファンによる通風で冷却することになる。つまり、空冷式熱交換器において、圧縮機２，３からの圧縮空気と、ファンによる通風とを、混ぜることなく間接熱交換させてもよい。

また、前記各実施例では、熱回収用熱交換器６，７に、ボイラの給水タンク９への給水を通して、ボイラの給水の予熱を図る例を示したが、熱回収用熱交換器６，７に通す水の用途はこれに限らず適宜変更可能である。また、熱回収用熱交換器６，７への通水条件の有無は、場合により、熱回収用熱交換器６，７を通過後の温水を用いる温水使用設備からの信号を利用してもよい。

また、前記実施例２において、入口弁１６（またはこれに代わる入口側三方弁）は、場合により、その設置を省略してもよい。その場合でも、熱回収用熱交換器６，７への通水停止中で且つ圧縮機２，３の作動中には、熱回収用熱交換器６，７の出口側から熱回収用熱交換器６，７への圧縮空気の流入を防止することができる。

さらに、前記各実施例において、圧縮機２，３の段数は、適宜に変更可能である。たとえば、単段の圧縮機２，３であってもよい。その場合、前記各実施例において、二つの圧縮機２，３の内の一方の設置を省略し、それに伴い、その圧縮機２，３の直後に設置された熱回収用熱交換器６，７とエアクーラ４，５の設置を省略すればよい。たとえば、図１および図２において、高段圧縮機３、第二熱回収用熱交換器７およびアフタークーラ５の設置を省略することができる。逆に、図１および図２において、圧縮機を三段以上としてもよく、それに伴い、圧縮機、熱回収用熱交換器およびエアクーラのセットの設置台数を増やせばよい。

１ 熱回収システム
２ 低段圧縮機
３ 高段圧縮機
４ インタークーラ（エアクーラ）
５ アフタークーラ（エアクーラ）
６ 第一熱回収用熱交換器
７ 第二熱回収用熱交換器
８ 空気路
９ 給水タンク
１０ 給水路
１１ 給水弁
１２ 水位センサ
１３ 温度センサ
１４ 流量計
１５ バイパス路（１５Ａ：第一バイパス路、１５Ｂ：第二バイパス路）
１６ 入口弁（１６Ａ：第一入口弁、１６Ｂ：第二入口弁）
１７ 出口弁（１７Ａ：第一出口弁、１７Ｂ：第二出口弁）
１８ バイパス弁（１８Ａ：第一バイパス弁、１８Ｂ：第二バイパス弁）
１９ 四方弁（１９Ａ：第一四方弁、１９Ｂ：第二四方弁）

Claims (9)

1. オイルフリー式の圧縮機からの圧縮空気を冷却するエアクーラと、
   前記圧縮機から前記エアクーラへの空気路に設けられ、圧縮空気と通水とを熱交換して通水を加温する熱回収用熱交換器と、
   前記圧縮機から前記熱回収用熱交換器への空気路と、前記熱回収用熱交換器から前記エアクーラへの空気路とを接続するバイパス路とを備え、
   前記圧縮機の作動中、かつ前記熱回収用熱交換器への通水停止中、前記熱回収用熱交換器への圧縮空気の流入を遮断して、前記バイパス路に圧縮空気を通し、
   前記熱回収用熱交換器への通水開始から設定時間経過するまで、前記熱回収用熱交換器への通水停止状態への切替えは可能であるが、その後再び前記熱回収用熱交換器への通水開始状態への切替えが不能とされた
   ことを特徴とする熱回収システム。
2. 前記バイパス路が設置された熱回収システムにおいて、
   前記圧縮機の作動条件を満たすと、前記圧縮機を作動する一方、前記圧縮機の作動条件を満たさないと、前記圧縮機を停止し、
   前記圧縮機の作動中、前記熱回収用熱交換器への通水条件を満たすと、前記熱回収用熱交換器に通水する一方、前記熱回収用熱交換器への通水条件を満たさないと、前記熱回収用熱交換器への通水を停止する
   ことを特徴とする請求項１に記載の熱回収システム。
3. 前記バイパス路が設置された熱回収システムにおいて、
   前記バイパス路に設けられるバイパス弁と、
   前記圧縮機から前記熱回収用熱交換器への空気路の内、前記バイパス路との分岐部よりも下流に設けられる入口弁と、
   前記熱回収用熱交換器から前記エアクーラへの空気路の内、前記バイパス路との合流部よりも上流に設けられる出口弁とを備え、
   前記熱回収用熱交換器への通水中、前記入口弁および前記出口弁を開く一方、前記バイパス弁を閉じ、前記熱回収用熱交換器への通水停止中、前記バイパス弁を開く一方、前記入口弁および前記出口弁を閉じる
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱回収システム。
4. 前記バイパス弁、前記入口弁および前記出口弁の設置に代えて、前記分岐部および前記合流部に、それぞれ三方弁が設けられ、
   この三方弁を制御して、前記熱回収用熱交換器への通水中、前記圧縮機からの圧縮空気を、前記熱回収用熱交換器を介して前記エアクーラに送る一方、前記バイパス路には送らず、前記熱回収用熱交換器への通水停止中、前記圧縮機からの圧縮空気を、前記バイパス路を介して前記エアクーラに送る一方、前記熱回収用熱交換器には送らない
   ことを特徴とする請求項３に記載の熱回収システム。
5. 前記バイパス弁、前記入口弁および前記出口弁の設置に代えて、四方弁を備え、
   この四方弁は、四つの接続口にそれぞれ、前記圧縮機の出口側、前記熱回収用熱交換器の入口側、前記熱回収用熱交換器の出口側、および前記エアクーラの入口側が接続され、
   この四方弁を制御して、前記熱回収用熱交換器への通水中、前記圧縮機からの圧縮空気を、前記熱回収用熱交換器を介して前記エアクーラに送り、前記熱回収用熱交換器への通水停止中、前記圧縮機からの圧縮空気を、前記熱回収用熱交換器を介さずに前記エアクーラに送る
   ことを特徴とする請求項３に記載の熱回収システム。
6. 前記圧縮機の作動中、前記熱回収用熱交換器への通水状態から通水停止状態へ切り替える際、前記バイパス弁を開いてから、前記入口弁および前記出口弁を閉じ、
   前記圧縮機の作動中、前記熱回収用熱交換器への通水停止状態から通水状態へ切り替える際、前記入口弁および前記出口弁を開いてから、前記バイパス弁を閉じる
   ことを特徴とする請求項３に記載の熱回収システム。
7. 請求項３または請求項６において、前記入口弁の設置を省略するか、
   請求項４において、前記分岐部に設けられる三方弁の設置を省略した
   ことを特徴とする熱回収システム。
8. 前記熱回収用熱交換器への通水中、前記熱回収用熱交換器の出口側水温が設定温度を超えると、前記圧縮機を停止する
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱回収システム。
9. 前記圧縮機として、低段圧縮機と高段圧縮機とを備え、
   前記エアクーラとして、インタークーラとアフタークーラとを備え、
   前記熱回収用熱交換器として、第一熱回収用熱交換器と第二熱回収用熱交換器とを備え、
   前記低段圧縮機からの圧縮空気は、前記インタークーラを介して前記高段圧縮機へ送られ、前記高段圧縮機においてさらに圧縮された後、前記アフタークーラへ送られ、
   前記低段圧縮機から前記インタークーラへの空気路に、前記第一熱回収用熱交換器が設けられる一方、前記高段圧縮機から前記アフタークーラへの空気路に、前記第二熱回収用熱交換器が設けられ、
   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とには、設定順序で直列に水が通されるか、並列に水が通される
   ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の熱回収システム。

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