JP7302460B2 - 空気圧縮システム - Google Patents

Description

本発明は、空気圧縮システムに関する。

産業界で汎用されている油冷式空気圧縮機は、供給電力の１００％が熱エネルギー（主に圧縮熱と摩擦熱）に変換される。スクリュー圧縮機では、圧縮機本体から吐出される圧縮空気に１５～２０％の熱量が帯同し、圧縮機本体に循環されている潤滑油に７５～７０％の熱量が帯同するが、これらの熱量は未利用のまま、エアクーラおよびオイルクーラによって放出されている。
近年、工場など多くの事業所では、温室効果ガスである二酸化炭素の排出量削減を目的として、各種設備の付帯機器を高エネルギー効率のものに転換する取り組みを行っている。そこで、特許文献１に示されるように、圧縮空気の製造と同時に熱回収により温水を製造することのできるコジェネレーション形の空気圧縮システムが提案されている。

特開２０１２－６７７４３号公報

特許文献１に記載された空気圧縮システムは、潤滑油の返送ラインに熱回収用の水冷オイルクーラ（排熱回収熱交換器１０）と放熱用の空冷オイルクーラ（空冷熱交換器１３）が直列に設けられており、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、空冷オイルクーラの冷却ファンの回転数が制御されている。また、水冷オイルクーラの上流側には、圧縮空気から分離された潤滑油の一部を圧縮機本体の入口側に直接返送するための温調弁が設けられている。
このような構成の空気圧縮システムは、圧縮機本体の稼働中に冷却ファンが最低回転数以上で制御されることが普通であるため、水冷オイルクーラで熱回収後の潤滑油が空冷オイルクーラで必要以上に冷却されやすいという問題があった。潤滑油の過度な冷却が進むと温調弁を介した返油量が増えて水冷オイルクーラへの給油量が減ってしまうので、水冷オイルクーラでの熱回収量が減少し、省エネルギーのメリットが十分に得られなくなるおそれがある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、潤滑油から熱回収を行うように構成された空気圧縮システムにおいて、圧縮機本体に還流する潤滑油が過度に冷却されるのを防止することを目的とする。

本発明は、油冷式の圧縮機本体と、前記圧縮機本体から吐出された圧縮空気が流通する第１送気ラインと、前記第１送気ラインと接続され、圧縮空気から油を分離するオイルセパレータと、前記オイルセパレータの気相部に接続され、気液分離後の圧縮空気が流通する第２送気ラインと、前記オイルセパレータの液相部に接続され、気液分離後の潤滑油を前記圧縮機本体の吸気側に返送する返油ラインと、前記返油ラインに設けられた熱回収用の水冷オイルクーラと、前記水冷オイルクーラに冷却水を流通させる冷却水ラインと、前記冷却水ラインに設けられ、前記水冷オイルクーラに対する通水実行状態と通水停止状態とを切り替える通水切替手段と、前記水冷オイルクーラの下流側の前記返油ラインに設けられた放熱用の空冷オイルクーラと、前記返油ラインに接続され、前記空冷オイルクーラに対して潤滑油をバイパスさせる第１バイパスラインと、前記第１バイパスラインを開閉するバイパス弁と、前記返油ラインに接続され、前記水冷オイルクーラおよび前記空冷オイルクーラに対して潤滑油をバイパスさせる第２バイパスラインと、前記オイルセパレータで気液分離後の潤滑油の温度に応じて、前記水冷オイルクーラへの給油と前記第２バイパスラインへの給油の流量比を調整する温調弁と、前記通水切替手段および前記バイパス弁を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記通水切替手段が通水実行状態である場合に前記バイパス弁を開放し、前記通水切替手段が通水停止状態である場合に前記バイパス弁を閉鎖する制御を行う、空気圧縮システムに関する。

また、前記バイパス弁は、前記第１バイパスラインに設けられ、前記返油ラインおよび前記第１バイパスラインは、上流側始端部に前記水冷オイルクーラの出口管が接続され、下流側終端部に前記バイパス弁の入口ポートが接続されたストレート管と、前記ストレート管の中途部に組み込まれた分岐用のＴ字管と、前記空冷オイルクーラの入口管と、前記Ｔ字管の分岐ポートとを連通する連通管と、を含んで構成されることが好ましい。

また、前記空冷オイルクーラの上流側であって、前記第１バイパスラインの接続点よりも下流側の前記返油ラインを開閉する遮断弁と、前記通水切替手段、前記バイパス弁および前記遮断弁を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記通水切替手段が通水実行状態である場合に前記バイパス弁を開放すると共に前記遮断弁を閉鎖し、前記通水切替手段が通水停止状態である場合に前記バイパス弁を閉鎖すると共に前記遮断弁を開放することが好ましい。

また、前記水冷オイルクーラは、チタン製の伝熱プレートを積層したプレート式熱交換器であることが好ましい。

また、前記第２送気ラインに設けられた熱回収用の水冷エアクーラと、前記水冷エアクーラの下流側に設けられた放熱用の空冷エアクーラと、を備え、前記冷却水ラインは、前記水冷オイルクーラおよび前記水冷エアクーラに対して冷却水を直列または並列に流通させる接続構成であり、前記通水切替手段は、前記水冷オイルクーラおよび前記水冷エアクーラを同一の通水状態に切り替える手段であることが好ましい。

また、前記水冷オイルクーラを通過後の冷却水の出湯温度を検知する出湯温度センサを備え、前記通水切替手段は、通水状態の切り替えに加えて通水流量を調整可能に構成され、前記制御手段は、前記通水切替手段を通水実行状態に切り替え中、前記出湯温度センサが検知した出湯温度が目標出湯温度になるように通水流量を調整することが好ましい。

また、前記目標出湯温度は、第１目標出湯温度と、当該第１目標出湯温度よりも低い第２目標出湯温度と、を含み、前記制御手段は、前記第１目標出湯温度と前記第２目標出湯温度のいずれかを選択可能な目標出湯温度設定手段を備えることが好ましい。

また、前記圧縮機本体から圧縮空気と共に吐出された潤滑油の温度、または前記オイルセパレータで気液分離後の潤滑油の温度を検知する潤滑油温度センサを備え、前記通水切替手段は、通水状態の切り替えに加えて通水流量を調整可能に構成され、前記制御手段は、前記通水切替手段を通水実行状態に切り替え中、前記潤滑油温度センサの検知温度が目標油温度となるように通水流量を調整することが好ましい。

また、前記目標油温度は、第１目標油温度と、当該第１目標油温度よりも低い第２目標油温度と、を含み、前記制御手段は、前記第１目標油温度と前記第２目標油温度のいずれかを選択可能な目標油温度設定手段を備えることが好ましい。

また、前記制御手段は、上限通水流量と下限通水流量の範囲内で、前記通水切替手段により通水流量を調整することが好ましい。

また、前記制御手段は、前記潤滑油温度センサの検知温度が前記第１目標油温度を上回った状態で所定時間を経過した場合には、前記バイパス弁を閉鎖または開度調整することが好ましい。

本発明によれば、潤滑油から熱回収を行うように構成された空気圧縮システムにおいて、圧縮機本体に還流する潤滑油が過度に冷却されるのを防止することができる。

本発明の第１実施形態に係る空気圧縮システムを模式的に示す図である。 上記実施形態の制御部を示すブロック図である。 上記実施形態における通水切替制御およびバイパス弁制御のフローチャートである。 上記実施形態における出湯温度一定制御のフローチャートである。 上記実施形態における吐出温度一定制御のフローチャートである。 上記実施形態の空気圧縮システムの変形例を模式的に示す図である。 本発明の第２実施形態に係る空気圧縮システムを模式的に示す図である。 上記実施形態の空気圧縮システムの変形例を模式的に示す図である。

図１は、第１実施形態に係る空気圧縮システム１の構成を模式的に示す図である。図１に示すように、空気圧縮システム１は、圧縮機１０と、オイルセパレータ２０と、水冷オイルクーラ３０と、空冷オイルクーラ４０と、制御部２００と、を主要な構成要素として備える。
そして、本実施形態の空気圧縮システム１は、圧縮機１０から吐出された圧縮空気をオイルセパレータ２０に流し込む第１送気ラインＬ１０と、オイルセパレータ２０の気相部に接続された第２送気ラインＬ２０と、オイルセパレータ２０の液相部に接続され、潤滑油を圧縮機１０に返油する返油ラインＬ３０と、返油ラインＬ３０において、空冷オイルクーラ４０をバイパスする第１バイパスラインＬ３１と、返油ラインＬ３０において、水冷オイルクーラ３０および空冷オイルクーラ４０をバイパスする第２バイパスラインＬ３２と、を備える。また、圧縮機１０に空気を導入する空気導入ラインＬ４０を備える。
なお、本明細書における「ライン」とは、流路、経路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。

圧縮機１０の圧縮機本体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。圧縮機本体１１の空気圧縮機構の駆動軸に接続されたモータ１２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Ａ０を生成し、これを吐出する。本実施形態の圧縮機本体１１は、油冷式であって、給気と共に潤滑油Ｏ１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、すなわち圧縮熱の除去を行う。なお、モータ１２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。

圧縮機本体１１の吐出口には、圧縮機本体１１から吐出された圧縮空気Ａ０が流通する第１送気ラインＬ１０が接続されている。第１送気ラインＬ１０の下流側には、圧縮空気から潤滑油を分離する分離器としてのオイルセパレータ２０が接続されている。

オイルセパレータ２０の気相部には、気液分離後の圧縮空気Ａ１が流通する第２送気ラインＬ２０が接続されている。一方、オイルセパレータ２０の液相部には、気液分離後の潤滑油Ｏ１を圧縮機本体１１の吸気側に返送して空気圧縮機構内に再導入するための返油ラインＬ３０が接続されている。
オイルセパレータ２０の液相部には、気液分離後の潤滑油Ｏ１の潤滑油温度Ｔｏを測るための潤滑油温度センサ２１が設けられている。なお、潤滑油温度センサ２１は、潤滑油温度Ｔｏを測るためのセンサであり、圧縮機本体１１から吐出された気液分離前の潤滑油Ｏ１の温度（すなわち圧縮空気Ａ０の温度）を検知するものであってもよい。例えば、潤滑油温度センサ２１の配置位置は、圧縮機本体１１の吐出口～オイルセパレータ２０（気相部または液相部）～水冷オイルクーラ３０の入口までの第１送気ラインＬ１０または返油ラインＬ３０とすることができる。但し、安定した計測および適切な制御を考慮すれば、潤滑油温度センサ２１はオイルセパレータ２０の液相部か、オイルセパレータ２０の液相部～水冷オイルクーラ３０の入口までの返油ラインＬ３０に配置することが好ましい。

返油ラインＬ３０には、上流側から順に、温調弁５３、熱回収用の水冷オイルクーラ３０、および放熱用の空冷オイルクーラ４０が設けられている。

温調弁５３を構成する三方弁の分岐ポートには、水冷オイルクーラ３０および空冷オイルクーラ４０に対して潤滑油Ｏ１をバイパスさせる第２バイパスラインＬ３２が接続されている。温調弁５３は、オイルセパレータ２０で気液分離後の潤滑油Ｏ１の潤滑油温度に応じて、水冷オイルクーラ３０への給油と第２バイパスラインＬ３２への給油の流量比を調整する。

温調弁５３に適用可能な温度検知・駆動方式としては、感温筒式、ワックス式、バイメタル式等を例示することができる。また、温調弁５３に適用可能な弁構造としては、二方または三方スライド弁、三方ボール弁、三方プラグ弁等を例示することができる。なお、三方弁の場合は、図１に示されるように第２バイパスラインの分岐部に配置される。二方弁の場合は、第２バイパスラインの中途部に配置される。或いは、２個の二方弁を用いて、第２バイパスラインＬ３２の中途部と、返油ラインＬ３０における第２バイパスラインの分岐部の下流側に配置してもよい。

水冷オイルクーラ３０は、返油ラインＬ３０を流通する潤滑油Ｏ１の持つ圧縮熱を回収するための熱交換器である。水冷オイルクーラ３０には、冷却水Ｗ１を流通させる冷却水ラインＬ５０が接続されている。冷却水ラインＬ５０は、水冷オイルクーラ３０で加温される前の冷却水Ｗ１が流通する一次側ラインＬ５１と、水冷オイルクーラ３０で加温された後の冷却水（温水Ｗ２）が流通する二次側ラインＬ５２を備える。

ここで、水冷オイルクーラ３０は、冷却水Ｗ１と高温の潤滑油Ｏ１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として備えられている。水冷オイルクーラ３０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。好ましくは、チタン製の伝熱プレートを積層したプレート式熱交換器を採用する。このような熱交換器であれば、水冷オイルクーラ３０に供給する冷却水Ｗ１に残留塩素などの酸化剤や塩化物イオンなどの腐食性イオンが含まれている場合であっても、水冷オイルクーラ３０の伝熱面や接合面に生じる高温腐食を抑制することができる。

冷却水ラインＬ５０の一次側ラインＬ５１には、上流側から順に、給水ポンプ７１、水処理装置７２、および流量センサ７３が設けられている。また、冷却水ラインＬ５０の二次側ラインＬ５２には、上流側から順に、流量調整弁７４および出湯温度センサ７５が設けられている。

給水ポンプ７１および流量調整弁７４は、制御部２００と電気的に接続されており、制御部２００からの指令信号によって駆動される。水処理装置７２は、不純物の除去等の処理を行う。水処理装置７２は、例えば硬水軟化装置や給水ストレーナ等を含む。流量センサ７３は、冷却水Ｗ１の通水流量を検出する。流量センサ７３が検出した通水流量は、制御部２００に送信される。出湯温度センサ７５は、水冷オイルクーラ３０を通過後の冷却水、すなわち水冷オイルクーラ３０により加温された温水Ｗ２の出湯温度Ｔｗを検出する。出湯温度センサ７５が検出した出湯温度Ｔｗは、制御部２００に送信される。

本実施形態の給水ポンプ７１および流量調整弁７４は、水冷オイルクーラ３０に対する通水実行状態と通水停止状態とを切り替える通水切替手段として機能する。また、この通水切替手段は、水冷オイルクーラ３０に対する通水流量を調整する通水流量調整機能も有する。
例えば、流量調整可能な通水切替手段は、駆動周波数が固定の給水ポンプ７１と流量調整弁７４の併用により実現してもよい。例えばこの場合は、流量調整弁７４として比例制御弁（電動式または電磁式）を用いて、弁開度を調節することにより冷却水Ｗ１の通水流量を調整する。
また、流量調整可能な通水切替手段を、駆動周波数が可変の給水ポンプ（インバータ駆動ポンプ）７１により実現してもよい。この場合は、給水ポンプ７１は、インバータ（不図示）を介して制御部２００に電気的に接続されている。インバータは、給水ポンプ７１に周波数が変換された駆動電力を供給する電気回路であって、周波数指定信号に対応する駆動周波数の駆動電力を給水ポンプ７１に出力する。なお、給水ポンプ７１により通水流量を調整する態様の場合は、流量調整弁７４の設置を省略することもできる。或いは、流量調整弁７４に換えて、弁の開閉のみを行う開閉弁を設置し、これにより給水ポンプ７１を停止させる際の止水を行ってもよい。

水冷オイルクーラ３０で加温された後の温水Ｗ２は、冷却水ラインＬ５０の二次側ラインＬ５２を通じて、温水需要場所に供給される。
このように、本実施形態の空気圧縮システム１は、圧縮機１０で生じる圧縮熱を水冷オイルクーラ３０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を温水需要場所に供給することができる。

返油ラインＬ３０における、水冷オイルクーラ３０の下流側には、放熱用の空冷オイルクーラ４０が設けられている。空冷オイルクーラ４０は、熱交換器４１（プレートフィンやフィンチューブ等の集合体からなる熱交換コア）と、冷却ファン４２と、冷却ファン４２を回転させるためのファンモータ４３を備える。冷却ファン４２を回転させることにより、冷却ファン４２により送風された空気と、熱交換器４１の内部を流通する潤滑油Ｏ１との間で熱交換を行い、圧縮機本体１１の冷却に適した温度の潤滑油Ｏ１が生成される。
なお、冷却ファン４２により、空気圧縮システム１の他の部分を同時に冷却（例えば、制御ボックス）したり、換気（例えば、筐体内部）したりする態様を採用することもできる。この場合、圧縮機本体１１の稼働中は、冷却ファン４２が最低回転数以上で制御されることが普通である。

水冷オイルクーラ３０および空冷オイルクーラ４０を流通した潤滑油Ｏ１は、返油ラインＬ３０を通じて、再び圧縮機本体１１の内部に戻される。

返油ラインＬ３０における、熱回収用の水冷オイルクーラ３０と放熱用の空冷オイルクーラ４０の間には、バイパス分岐部６０が設けられており、このバイパス分岐部６０には、空冷オイルクーラ４０に対して潤滑油Ｏ１をバイパスさせる第１バイパスラインＬ３１が接続されている。そして、第１バイパスラインＬ３１には、第１バイパスラインＬ３１を開閉するバイパス弁５１が設けられている。

バイパス分岐部６０は、返油ラインＬ３０および第１バイパスラインＬ３１の一部として構成さており、ストレート管６１と、Ｔ字管６２と、連通管６３と、を備える。ストレート管６１は、上流側始端部に水冷オイルクーラ３０の出口管３０Ａが接続され、下流側終端部にバイパス弁５１の入口ポート５１Ａが接続されている。Ｔ字管６２は、ストレート管６１の中途部に組み込まれた分岐用の管である。連通管６３は空冷オイルクーラ４０の入口管４０Ａと、Ｔ字管６２の分岐ポート６２Ａとを連通する。なお、水冷オイルクーラ３０の出口管３０Ａとストレート管６１の上流側始端部は、他の配管を介して接続されていてもよい。

バイパス弁５１の開放時において、水冷オイルクーラ３０を通過した潤滑油Ｏ１のうち、第１バイパスラインＬ３１を流れる第１の分流は、ストレート管６１を介してバイパス弁５１に給油されるため、バイパス弁５１を通過する過程で比較的小さな摩擦損失を弁室内で受けるだけで済む。一方、返油ラインＬ３０を流れる第２の分流は、Ｔ字管６２を介して空冷オイルクーラ４０に給油されるため、Ｔ字管６２で分岐損失を受けるうえ、空冷オイルクーラ４０を通過する過程で比較的大きな摩擦損失を空冷オイルクーラ４０内で受けることになる。そのため、潤滑油Ｏ１の流量比は「第１の分流＞第２の分流」となって、大部分の潤滑油Ｏ１が第１バイパスラインＬ３１側を流れることなる。これにより、圧縮機本体１１に還流する潤滑油Ｏ１が過度に冷却されるのを防止するにあたって、空冷オイルクーラ４０側に遮断弁を設けることなく管路抵抗の調整のみで安価に目的を達成することができる。

次に、本実施形態の空気圧縮システム１の制御部２００について説明する。図２は、本実施形態の空気圧縮システム１の制御部２００のブロック図である。制御部２００（制御手段）は、通水切替制御部２１０と、バイパス弁制御部２２０と、通水流量制御部２３０と、目標出湯温度設定部２４０（目標出湯温度設定手段）と、出湯温度取得部２５０と、目標油温度設定部２６０（目標油温度設定手段）と、潤滑油温度取得部２７０と、記憶部２９０と、を備える。

［通水切替制御］
通水切替制御部２１０は、通水切替手段を通水実行状態に切り替える制御および通水停止状態に切り替える制御を行う。通水状態の切り替えは、流量調整弁７４の全開・全閉状態の切り替えによって行ってもよいし、給水ポンプ７１の運転・停止状態の切り替えによって行ってもよい。
なお、通水実行状態と通水停止状態の切り替え判定は、二次側ラインＬ５２に接続された貯湯タンク（図示省略）の水位情報に基づいて行うことができる。例えば、貯湯タンク内の水位が所定の減水水位（給湯開始水位）まで下降した場合には、通水停止状態から通水実行状態への切り替えタイミングと判定する。逆に、貯湯タンク内の水位が所定の満水水位（給湯停止水位）まで上昇した場合には、通水実行状態から通水停止状態への切り替えタイミングと判定する。

［バイパス弁制御の基本］
バイパス弁制御部２２０は、バイパス弁５１の開閉制御を行う。具体的には、バイパス弁制御部２２０は、通水切替手段が通水実行状態である場合にバイパス弁５１を開放し、通水切替手段が通水停止状態である場合にバイパス弁５１を閉鎖する。
このように、水冷オイルクーラ３０に冷却水Ｗ１を流して熱回収を行う場合にはバイパス弁５１を開放するように構成しているので、大部分（例えば９０％以上）の潤滑油Ｏ１が第１バイパスラインＬ３１を流れて空冷オイルクーラ４０への給油量は僅か（例えば１０％未満）となる。合流後の潤滑油Ｏ１は、空冷オイルクーラ４０での冷却の影響が最小限に抑えられているため、圧縮機本体１１に還流する潤滑油Ｏ１が過度に冷却されることなく適正温度範囲に保たれる。これにより、水冷オイルクーラへの給油量を減らすことなく所要の熱回収量を確保することができる。

また、バイパス弁５１の開放時、水冷オイルクーラ３０に供給される冷却水Ｗ１が低温である、或いは通水流量が多いなどの理由でオイルセパレータ２０から送出される潤滑油Ｏ１が冷えすぎた場合には、温調弁５３により水冷オイルクーラ３０に対して潤滑油Ｏ１の一部がバイパスされる。これにより、水冷オイルクーラ３０で積極的に熱回収を行いながら、圧縮機本体１１に返送される潤滑油Ｏ１を適正温度範囲に保つことができる。

なお、バイパス弁５１の開閉は、通水実行状態および通水停止状態の切り替えに伴う即時動作であってもよいし、漸次動作であってもよい。
即時動作の場合、通水切替手段が通水実行状態に切り替えられると同時に、或いは数秒程度の遅延時間後に、バイパス弁５１が開放される。また、通水切替手段が通水停止状態に切り替えられると同時に、或いは数秒程度の遅延時間後に、バイパス弁５１が閉鎖される。
漸次動作の場合、通水切替手段が通水実行状態に切り替えられ、かつ所定の条件（例えば、冷却水の温度条件等）を満たすとバイパス弁５１が開放される。また、通水切替手段が通水停止状態に切り替えられ、かつ所定の条件（例えば、冷却水の流量条件等）を満たすとバイパス弁５１が閉鎖される。

［通水流量制御の概要］
通水流量制御部２３０は、通水切替手段を通水実行状態に切り替え中、目標出湯温度Ｔｗｔと出湯温度Ｔｗの関係、或いは目標油温度Ｔｏｔと潤滑油温度Ｔｏの関係に基づき、通水流量を調整するための制御を行う。通水流量を調整は、給水ポンプ７１の周波数制御、或いは流量調整弁７４の弁開度制御により行うことができる。

目標出湯温度設定部２４０は、温水Ｗ２の目標出湯温度Ｔｗｔを設定する。目標出湯温度Ｔｗｔは、単一の設定値を用いてもよいが、第１目標出湯温度Ｔｗｔ１（上限出湯温度）と、この値よりも低い第２目標出湯温度Ｔｗｔ２（下限出湯温度）の２つの設定値を用いてもよい。この場合、目標出湯温度設定部２４０は、第１目標出湯温度Ｔｗｔ１と第２目標出湯温度Ｔｗｔ２のいずれかを選択可能に構成される。

出湯温度取得部２５０は、出湯温度センサ７５が検出した出湯温度Ｔｗを取得する。

目標油温度設定部２６０は、潤滑油Ｏ１の目標油温度Ｔｏｔ（熱回収前の高温潤滑油に対する目標温度）を設定する。目標油温度Ｔｏｔは、単一の設定値を用いてもよいが、第１目標油温度Ｔｏｔ１（上限油温度）と、この値よりも低い第２目標油温度Ｔｏｔ２（下限油温度）の２つの設定値を用いてもよい。この場合、目標油温度設定部２６０は、第１目標油温度Ｔｏｔ１と第２目標油温度Ｔｏｔ２のいずれかを選択可能に構成される。

潤滑油温度取得部２７０は、潤滑油温度センサ２１が検出した潤滑油温度Ｔｏを取得する。

［通水流量制御の詳細：出湯温度一定制御］
通水流量制御部２３０は、上述のとおり、通水切替手段を通水実行状態に切り替え中、目標出湯温度Ｔｗｔと出湯温度Ｔｗの関係に基づき、通水流量を調整するための制御を行う。具体的には、通水切替手段を通水実行状態に切り替え中、出湯温度センサ７５の検知した出湯温度Ｔｗが目標出湯温度Ｔｗｔになるように、流量調整弁７４の弁開度の調整または給水ポンプ７１の駆動周波数の調整を行う。

出湯温度一定制御では、例えば、出湯温度センサ７５の検出した出湯温度Ｔｗをフィードバック値として、出湯温度Ｔｗを目標出湯温度Ｔｗｔに収束させるように流量調整弁７４の弁開度または給水ポンプ７１の駆動周波数を調整するフィードバック制御を採用するのが好ましい。フィードバック制御は、比例制御（Ｐ制御）のほか、これに積分制御（Ｉ制御）および／または微分制御（Ｄ制御）を組み合わせた操作量の演算アルゴリズムを採用することができる。

ここで、第１目標出湯温度Ｔｗｔ１と第２目標出湯温度Ｔｗｔ２の２つの設定値を使い分ける場合について具体的に説明する。

第１目標出湯温度Ｔｗｔ１（上限出湯温度、例えば６５℃）は、水冷オイルクーラ３０内部での温水Ｗ２の沸騰や局所的な材料過熱を防止するための設定値である。出湯温度センサ７５の検知した出湯温度Ｔｗを第１目標出湯温度Ｔｗｔ１に収束させるように通水流量を調整することにより、水冷オイルクーラ３０の伝熱面や部材接合部に生じる熱応力が緩和され、材料劣化による破損を招くことなく安定した熱回収を実現することができる。

第２目標出湯温度Ｔｗｔ２（下限出湯温度、例えば５５℃）は、温水使用機器に所要・所望の性能を発揮させるための設定値である。出湯温度センサ７５の検知した出湯温度Ｔｗを第２目標出湯温度Ｔｗｔ２に収束させるように通水流量を調整することにより、温水Ｗ２をボイラ給水に利用する場合に、蒸気ボイラの燃料使用量を効果的に削減して省エネルギーに貢献することができる。

第１目標出湯温度Ｔｗｔ１と第２目標出湯温度Ｔｗｔ２は、目標出湯温度設定部２４０に対し、操作パネル等を介して手動により選択するように構成することができる。例えば、給湯流量よりも給湯温度を重視する温水需要場所に対しては第１目標出湯温度Ｔｗｔ１を選択し、給湯温度よりも給湯流量を重視する温水需要場所に対しては第２目標出湯温度Ｔｗｔ２を選択する。

また、第１目標出湯温度Ｔｗｔ１と第２目標出湯温度Ｔｗｔ２は、目標出湯温度設定部２４０の機能として自動により選択するように構成することもできる。さらに選択の際、出湯温度一定制御と吐出温度一定制御（後述）を切り替えて流量調整を行うようにしてもよい。例えば、目標出湯温度設定部２４０は、吐出温度一定制御を実行しているときに、冷却水の物理量（温度等）の変化に基づいて、第１目標出湯温度Ｔｗｔ１または第２目標出湯温度Ｔｗｔ２を選択する。そして、通水流量制御部２３０に対して吐出温度一定制御から出湯温度一定制御への切り替えを指令することにより、上限出湯温度または下限出湯温度の範囲外に出湯温度Ｔｗが逸脱することを抑制する。

更に、通水流量制御部２３０は、前述した出湯温度一定制御に替えて、次に説明する吐出温度一定制御を実行するように構成することができる。
なお、通水流量制御部２３０において、出湯温度一定制御と吐出温度一定制御は、常時いずれか一方の制御が実行されてもよいし、所定の条件に従って２つの制御が切り替えられながら実行されてもよい。

［通水流量制御の詳細：吐出温度一定制御］
通水流量制御部２３０は、上述のとおり、通水切替手段を通水実行状態に切り替え中、目標油温度Ｔｏｔと潤滑油温度Ｔｏの関係に基づき、通水流量を調整するための制御を行う。具体的には、通水切替手段を通水実行状態に切り替え中、潤滑油温度センサ２１の検知した潤滑油温度Ｔｏが目標潤滑油温度Ｔｏｔになるように、流量調整弁７４の弁開度の調整または給水ポンプ７１の駆動周波数の調整を行う。

吐出温度一定制御では、例えば、潤滑油温度センサ２１の検出した潤滑油温度Ｔｏをフィードバック値として、潤滑油温度Ｔｏを目標油温度Ｔｏｔに収束させるように流量調整弁７４の弁開度または給水ポンプ７１の駆動周波数を調整するフィードバック制御を採用するのが好ましい。フィードバック制御は、比例制御（Ｐ制御）のほか、これに積分制御（Ｉ制御）および／または微分制御（Ｄ制御）を組み合わせた操作量の演算アルゴリズムを採用することができる。

ここで、第１目標油温度Ｔｏｔ１と第２目標油温度Ｔｏｔ２の２つの設定値を使い分ける場合について具体的に説明する。

第１目標油温度Ｔｏｔ１（上限油温度、例えば８０℃）は、潤滑油および潤滑油に含まれる添加剤の高温劣化（熱分解や酸化等）を抑制するための設定値である。潤滑油温度センサ２１の検知した潤滑油温度Ｔｏを第１目標油温度Ｔｏｔ１に収束させるように通水流量を調整することにより、潤滑油メーカーの推奨交換時間が到来するまで潤滑油を変質させずに使用することができる。その結果、圧縮機本体１１の冷却・潤滑不良に起因する故障を回避することができる。

第２目標油温度Ｔｏｔ２（下限油温度、例えば７５℃）は、潤滑油に凝縮水（吸入された湿り空気が露点温度以下に冷却されて生じる水分）が混入することを抑制するための設定値である。潤滑油温度センサ２１の検知した潤滑油温度Ｔｏを第２目標油温度Ｔｏｔ２に収束させるように通水流量を調整することにより、潤滑油が性状変化を起こすことがない。その結果、圧縮機本体１１の冷却・潤滑不良に起因する故障を回避することができる。また、凝縮水に各種酸化性ガス（空気中の酸素ガス・炭酸ガス、工場内の排ガスから空気中に持ち込まれるＮＯｘ・ＳＯｘ等）が溶け込むこともないので、圧縮機構（スクリューロータや軸受等）の予期せぬ腐食を回避することもできる。

第１目標油温度Ｔｏｔ１と第２目標油温度Ｔｏｔ２は、目標油温度設定部２６０に対し、操作パネル等を介して手動により選択するように構成することができる。例えば、冷却水の給水温度が比較的高い夏季には熱回収後の潤滑油が高温になりやすいので第１目標油温度Ｔｏｔ１を選択し、冷却水の給水温度が比較的低い冬季には熱回収後の潤滑油が低温になりやすいので第２目標油温度Ｔｏｔ２を選択する。

また、第１目標油温度Ｔｏｔ１と第２目標油温度Ｔｏｔ２は、目標油温度設定部２６０の機能として自動により選択するように構成することもできる。さらに選択の際、吐出温度一定制御と出湯温度一定制御（前述）を切り替えて流量調整を行うようにしてもよい。例えば、目標油温度設定部２６０は、出湯温度一定制御を実行しているときに、潤滑油の物理量（温度等）の変化に基づいて、第１目標油温度Ｔｏｔ１または第２目標油温度Ｔｏｔ２を選択する。そして、通水流量制御部２３０に対して出湯温度一定制御から吐出温度一定制御への切り替えを指令することにより、上限油温度または下限油温度の範囲外に潤滑油温度Ｔｏが逸脱することを抑制する。

［通水流量制御の詳細：通水流量の制限］
通水流量制御部２３０は、出湯温度一定制御または吐出温度制御の実行中、上限通水流量Ｑｗ１と下限通水流量Ｑｗ２の範囲内で、通水切替手段により通水流量を調整する。

上限通水流量Ｑｗ１は、給水ポンプ７１（通水切替手段）の単位時間当たりの最大給水可能量もしくは温水需要場所における温水使用機器の単位時間当たりの最大使用量に基づく設定値である。上限通水流量Ｑｗ１を設定しておくことにより、温水需要量に対してバランスを欠くような過大な流量で給湯が実行されることがない。そのため、給水機器（インバータ駆動ポンプ、台数制御ポンプ等）の過負荷による性能低下や故障を防止することができる。また、上限通水流量Ｑｗ１は温水使用機器の温水需要量が増した状態を考慮して設定されるので、給湯量不足による温水使用機器の不測の停止が回避される。

下限通水流量Ｑｗ２は、冷却水ラインＬ５０に設けられる冷却水改質用の水処理装置７２（前記した硬水軟化装置や給水ストレーナ等）の処理性能を保証する単位時間当たりの最小通水量に基づく設定値である。下限通水流量Ｑｗ２を設定しておくことにより、水処理装置７２の不純物の除去・分離能力、すなわち処理後の水質が保証される。そのため、温水使用機器のみならず施設内の給湯配管の寿命を延ばすことができる。

なお、上限通水流量Ｑｗ１と下限通水流量Ｑｗ２の範囲内で通水流量を調整する上で、流量センサ７３の検出値を用いてもよい。この場合、流量センサ７３で監視しながら、上限通水流量Ｑｗ１と下限通水流量Ｑｗ２の範囲内で、比例制御弁からなる流量調整弁７４の開度を制御する。或いは、流量センサ７３で監視しながら、上限通水流量Ｑｗ１と下限通水流量Ｑｗ２の範囲内で、給水ポンプ７１の駆動周波数を制御する。

一方、流量センサ７３を使用しない場合は、上限通水流量Ｑｗ１に対応する比例制御弁からなる流量調整弁７４の上限開度、および、下限通水流量Ｑｗ２に対応する流量調整弁７４の下限開度を予め設定しておき、上限開度と下限開度の範囲内で流量調整弁７４の開度を制御してもよい。
また、上限通水流量Ｑｗ１に対応する給水ポンプ７１の上限駆動周波数、および、下限通水流量Ｑｗ２に対応する給水ポンプ７１の下限駆動周波数を予め設定しておき、上限駆動周波数と下限駆動周波数の範囲内で給水ポンプ７１の駆動周波数を制御してもよい。

なお、下限通水流量Ｑｗ２に到達しても、潤滑油温度Ｔｏが下限油温度（Ｔｏｔ２）を下回ったまま温調弁５３の設定温度（例えば、７０℃）まで下降した場合は、温調弁５３が返油動作を開始して水冷オイルクーラ３０への給油量を減少させる。

以上のように、本実施形態の通水流量制御部２３０は、目標出湯温度Ｔｗｔと出湯温度Ｔｗの関係に基づいて通水流量を調整するための制御を行う機能と、目標油温度Ｔｏｔと潤滑油温度Ｔｏの関係に基づいて通水流量を調整するための制御を行う機能を有している。これらの出湯温度一定制御機能および吐出温度一定制御機能は、ユーザーの指示に基づき、どちらかの機能を選択することができる。或いは、システムの状態（冷却水および／または潤滑油の物理量等）に応じて、どちらかの機能が自動的に選択されてもよい。

［バイパス弁制御の応用１］
バイパス弁制御部２２０は、潤滑油温度センサ２１が検知した潤滑油温度Ｔｏが第１目標油温度Ｔｏｔ１（上限油温度）を上回った状態で所定時間を経過した場合には、バイパス弁５１を強制的に閉鎖する。例えば、（ａ）潤滑油温度Ｔｏが８２℃以上となる状態がｔ１時間継続した場合、（ｂ）潤滑油温度Ｔｏが８５℃以上となる状態がｔ２時間継続した場合、（ｃ）潤滑油温度Ｔｏが９０℃以上となる状態がｔ３時間継続した場合のうち、いずれかの条件が成立した時点でバイパス弁５１を閉鎖する。本例でのバイパス弁５１としては、全開／全閉の二位置弁（電動式または電磁式）を用いる。
これにより、冷却水Ｗ１の通水流量を許容範囲内で最大まで増やしても水冷オイルクーラ３０主体では潤滑油Ｏ１を十分に冷却できない場合、バイパス弁５１の閉鎖により水冷オイルクーラ３０と空冷オイルクーラ４０の二段構えの冷却がなされる。よって、潤滑油Ｏ１を上限油温度（例えば、８０℃）未満まで確実に下降させることができる。

［バイパス弁制御の応用２］
バイパス弁制御部２２０は、潤滑油温度センサ２１が検知した潤滑油温度Ｔｏが第１目標油温度Ｔｏｔ１（上限油温度）を上回った状態で所定時間を経過した場合には、バイパス弁５１の開度を調整する。例えば、潤滑油温度Ｔｏが８２℃以上となる状態がｔ４時間継続した場合、バイパス弁５１の開度を７５％に調整し、潤滑油温度Ｔｏが８５℃以上となる状態がｔ５時間継続した場合、バイパス弁５１の開度を５０％に調整し、潤滑油温度Ｔｏが９０℃以上となる状態がｔ６時間継続した場合、バイパス弁５１の開度を２５％に調整する。本例でのバイパス弁５１としては、比例制御弁（電動式または電磁式）を用いる。
これにより、冷却水Ｗ１の通水流量を許容範囲内で最大まで増やしても水冷オイルクーラ３０主体では潤滑油Ｏ１を十分に冷却できない場合、バイパス弁５１の開度調整により水冷オイルクーラ３０と空冷オイルクーラ４０の二段構えの冷却がなされる。特に、潤滑油温度Ｔｏが高温であるほどバイパス弁５１の開度を段階的に小さくする設定により、水冷オイルクーラ３０での熱回収量を低下させることなく、空冷オイルクーラ４０の冷却効果を活用することができる。よって、潤滑油Ｏ１を上限油温度（例えば、８０℃）未満まで確実に下降させることができる。

なお、上述の応用１，２において、潤滑油温度Ｔｏ＞第１目標油温度Ｔｏｔ１となる状況が発生してしまう要因としては、冷却水Ｗ１の給水温度が高く、水冷による冷却能力が不足しているケースなどが考えられる。
そこで、バイパス弁５１の閉鎖時点または開度調整時点の冷却水Ｗ１の給水温度を基準として、この基準温度から所定温度差分（例えば、５℃分）だけ給水温度が低下した場合に、水冷オイルクーラ３０の冷却性能が回復したと判断し、再度バイパス弁５１を全開にする制御を行ってもよい。この場合は、冷却水ラインＬ５０の一次側ラインＬ５１に給水温度センサ（図示省略）を設置する。
また、バイパス弁５１の閉鎖時点または開度調整時点の圧縮機１０の負荷率を基準として、基準負荷率から所定負荷率差分（例えば、１０％分）だけ負荷率が低下した場合に、相対的に水冷オイルクーラ３０の冷却性能が回復したと判断し、再度バイパス弁５１を全開にする制御を行ってもよい。

［制御情報］
記憶部２９０は、第１目標出湯温度Ｔｗｔ１、第２目標出湯温度Ｔｗｔ２、第１目標油温度Ｔｏｔ１、第２目標油温度Ｔｏｔ２、上限通水流量Ｑｗ１、下限通水流量Ｑｗ２等の設定値のほか、制御に必要な種々の運転情報を記憶する。

次に、本実施形態の制御部２００による制御の流れの一例について説明する。図３は、通水切替制御およびバイパス弁制御のフローチャートである。図４Ａは、出湯温度一定制御のフローチャートであり、図４Ｂは、吐出温度一定制御のフローチャートである。

まず、図３の通水切替制御およびバイパス弁制御について詳述する。
ステップＳ１１おいて、制御部２００は、貯湯タンクの水位情報等に基づく給湯要求の有無を判定する。
給湯要求ありと判定された場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、通水切替制御部２１０は、通水切替手段を通水実行状態に切り替える。すなわち、ステップＳ１２において、通水切替制御部２１０は、流量調整弁７４を開放し、給水ポンプ７１を駆動する。
給湯要求なしと判定された場合（ステップＳ１１：ＮＯ）、通水切替制御部２１０は、通水切替手段を通水停止状態に切り替える。すなわち、ステップＳ１３において、通水切替制御部２１０は、給水ポンプ７１を停止し、流量調整弁７４を閉鎖する。

ステップＳ１４おいて、制御部２００は、バイパス弁５１の強制閉鎖フラグが１であるか否かを判定する。
強制閉鎖フラグが１であると判定された場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、バイパス弁５１を強制閉鎖する条件が成立した後であるので、バイパス弁制御部２２０は、ステップＳ１７においてバイパス弁５１を閉鎖する。
強制閉鎖フラグが１でない、すなわち０であると判定された場合（ステップＳ１４：ＮＯ）、バイパス弁５１を強制閉鎖する条件は成立していない（または、一旦強制閉鎖した後に解除条件が成立した）ので、ステップＳ１５の処理に移行する。

ステップＳ１５において、制御部２００は、通水実行状態であるか否かを判定する。ステップＳ１２において流量調整弁７４が開放され、給水ポンプ７１が駆動されている場合、通水実行状態の判定となる。一方、ステップＳ１３において給水ポンプ７１が停止され、流量調整弁７４が閉鎖されている場合、通水停止状態の判定となる。
通水実行状態と判定された場合（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、バイパス弁制御部２２０は、ステップＳ１６において、バイパス弁５１を開放する。すなわち、空冷オイルクーラ４０での放熱を抑制しつつ、水冷オイルクーラ３０での熱回収が促進されるように、潤滑油Ｏ１の流れを操作する。
通水停止状態と判定された場合（ステップＳ１５：ＮＯ）、バイパス弁制御部２２０は、ステップＳ１７において、バイパス弁５１を閉鎖する。すなわち、水冷オイルクーラ３０で熱回収されない状態であるので、空冷オイルクーラ４０での放熱が促進されるように、潤滑油Ｏ１の流れを操作する。

バイパス弁５１の開放後、潤滑油温度取得部２７０は、ステップＳ１８において、潤滑油温度センサ２１が検知した潤滑油温度Ｔｏを取得する。
バイパス弁制御部２２０は、ステップＳ１９において、バイパス弁５１を強制閉鎖する条件（潤滑油温度Ｔｏ＞第１目標油温度Ｔｏｔ１、かつ所定時間経過）が成立したか否かを判定する。
強制閉鎖の条件が成立したと判定された場合（ステップＳ１９：ＹＥＳ）、バイパス弁制御部２２０は、ステップＳ２０において、バイパス弁５１の強制閉鎖フラグに１をセットする。
強制閉鎖の条件が成立していないと判定された場合（ステップＳ１９：ＮＯ）、ステップＳ１１の処理に戻る。

バイパス弁５１の閉鎖後、バイパス弁制御部２２０は、ステップＳ２１において、バイパス弁５１の強制閉鎖解除の条件（冷却水Ｗ１の給水温度の低下や圧縮機１０の負荷率の低下等）が成立したか否かを判定する。
バイパス弁５１の強制閉鎖解除の条件が成立したと判定された場合（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、バイパス弁制御部２２０は、ステップＳ２２において、バイパス弁５１の強制閉鎖フラグに０をセットする。
バイパス弁５１の強制閉鎖解除の条件が成立していないと判定された場合（ステップＳ２１：ＮＯ）、ステップＳ１１の処理に戻る。

続いて、図４Ａの出湯温度一定制御について詳述する。
ステップＳ３１において、制御部２００は、通水実行状態であるか否かを判定する。具体的な判定条件は、ステップＳ１５で説明した通りである。
通水実行状態と判定された場合（ステップＳ３１：ＹＥＳ）、出湯温度取得部２５０は、ステップＳ３２において、出湯温度センサ７５が検知した出湯温度Ｔｗを取得する。
通水停止状態と判定された場合（ステップＳ３１：ＮＯ）、ステップＳ３１の処理を繰り返す。

ステップＳ３３において、通水流量制御部２３０は、出湯温度Ｔｗをフィードバック値（ＦＢ値）として、現在選択されている目標出湯温度Ｔｗｔ（第１目標出湯温度Ｔｗｔ１または第２目標出湯温度Ｔｗｔ２）との偏差を求めつつ、所定のアルゴリズムを使用して流量調整弁７４または給水ポンプ７１の操作量を演算する。
ステップＳ３４において、通水流量制御部２３０は、操作量の演算値に基づいて流量調整弁７４の開度調整または給水ポンプ７１の出力調整（駆動周波数調整）を実行する。ステップＳ３２からステップＳ３４までの処理が繰り返されることにより、冷却水Ｗ１の通水流量が連続的に調整され、出湯温度Ｔｗが目標出湯温度Ｔｗｔに収束する。

出湯温度一定制御の実行中、目標出湯温度設定部２４０は、目標出湯温度Ｔｗｔの変更要求の有無を監視する（ステップＳ３５）。目標出湯温度Ｔｗｔの変更要求は、操作パネルを介した外部入力、或いは冷却水の物理量の変化に基づく内部処理によって指示される。
変更要求ありと判定された場合（ステップＳ３５：ＹＥＳ）、目標出湯温度設定部２４０は、ステップＳ３６において、外部入力や内部処理の指示に応じて、第１目標出湯温度Ｔｗｔ１と第２目標出湯温度Ｔｗｔ２のいずれかを選択し、これを設定値として保持する。
変更要求なしと判定された場合（ステップＳ３５：ＮＯ）、目標出湯温度設定部２４０は、現在選択されている設定値をそのまま保持する。

続いて、図４Ｂの吐出温度一定制御について詳述する。
ステップＳ４１において、制御部２００は、通水実行状態であるか否かを判定する。具体的な判定条件は、ステップＳ１５で説明した通りである。
通水実行状態と判定された場合（ステップＳ４１：ＹＥＳ）、潤滑油温度取得部２７０は、ステップＳ４２において、潤滑油温度センサ２１が検知した潤滑油温度Ｔｏを取得する。
通水停止状態と判定された場合（ステップＳ４１：ＮＯ）、ステップＳ４１の処理を繰り返す。

ステップＳ４３において、通水流量制御部２３０は、潤滑油温度Ｔｏをフィードバック値（ＦＢ値）として、現在選択されている目標油温度Ｔｏｔ（第１目標油温度Ｔｏｔ１または第２目標油温度Ｔｏｔ２）との偏差を求めつつ、所定のアルゴリズムを使用して流量調整弁７４または給水ポンプ７１の操作量を演算する。
ステップＳ４４において、通水流量制御部２３０は、操作量の演算値に基づいて流量調整弁７４の開度調整または給水ポンプ７１の出力調整（駆動周波数調整）を実行する。ステップＳ４２からステップＳ４４までの処理が繰り返されることにより、冷却水Ｗ１の通水流量が連続的に調整され、潤滑油温度Ｔｏが目標油温度Ｔｏｔに収束する。

吐出温度一定制御の実行中、目標油温度設定部２６０は、目標油温度Ｔｏｔの変更要求の有無を監視する（ステップＳ４５）。目標油温度Ｔｏｔの変更要求は、操作パネルを介した外部入力、或いは潤滑油の物理量の変化に基づく内部処理によって指示される。
変更要求ありと判定された場合（ステップＳ４５：ＹＥＳ）、目標油温度設定部２６０は、ステップＳ４６において、外部入力や内部処理の指示に応じて、第１目標油温度Ｔｏｔ１と第２目標油温度Ｔｏｔ２のいずれかを選択し、これを設定値として保持する。
変更要求なしと判定された場合（ステップＳ４５：ＮＯ）、目標油温度設定部２６０は、現在選択されている設定値をそのまま保持する。

図５は、第１実施形態の空気圧縮システム１の変形例を模式的に示す図である。
本変形例においては、空冷オイルクーラ４０の上流側であって、第１バイパスラインＬ３１の接続点よりも下流側の返油ラインＬ３０を開閉する遮断弁５２が設けられている。本変形例においては、遮断弁５２は、連通管６３中に設けられている。

この場合、制御部２００は、通水切替手段およびバイパス弁５１に加えて、遮断弁５２も制御する。より詳細には、制御部２００（バイパス弁制御部２２０）は、通水切替手段が通水実行状態である場合にはバイパス弁５１を開放すると共に遮断弁５２を閉鎖し、通水切替手段が通水停止状態である場合にはバイパス弁５１を閉鎖すると共に遮断弁５２を開放する。

このように、水冷オイルクーラ３０に冷却水Ｗ１を流して熱回収を行う場合にはバイパス弁５１を開放すると共に遮断弁５２を閉鎖するように構成しているので、水冷オイルクーラ３０での熱回収量を高めることができる。また、空冷オイルクーラ４０での冷却量をゼロにすることができる。これにより、圧縮機本体１１に還流する潤滑油Ｏ１が過度に冷却されるのを防止するにあたって、バイパス弁５１の部材コストに加えて遮断弁５２の部材コストを許容することで容易に目的を達成することができる。また、水冷オイルクーラ３０で熱回収後の潤滑油Ｏ１が空冷オイルクーラ４０で必要以上に冷却され、潤滑油Ｏ１中でスラッジが析出するような状況も防ぐことができる。

なお、本変形例の場合、図３に示されるフローチャートにおいて、ステップＳ１６では、バイパス弁５１を開放すると共に遮断弁５２を閉鎖する。また、ステップＳ１７では、バイパス弁５１を閉鎖すると共に遮断弁５２を開放する。

なお、本変形例において、バイパス弁５１および遮断弁５２は、三方弁により構成することもできる。この三方弁は、Ｔ字管６２の分岐点に組み込まれることにより、第１バイパスラインＬ３１を開閉する弁機構と、空冷オイルクーラ４０の上流側の返油ラインＬ３０を開閉する弁機構として作用する。バイパス弁制御部２２０は、三方弁を操作することにより、潤滑油Ｏ１の流れを第１バイパスラインＬ３１を経由する循環ルート、または空冷オイルクーラ４０を経由する循環ルートに切り替える。

以上説明した第１実施形態の空気圧縮システム１によれば、以下のような効果を奏する。

（１）本実施形態の空気圧縮システム１は、油冷式の圧縮機本体１１と、圧縮機本体１１から吐出された圧縮空気Ａ０が流通する第１送気ラインＬ１０と、第１送気ラインＬ１０と接続され、圧縮空気Ａ０から油を分離するオイルセパレータ２０と、オイルセパレータ２０の気相部に接続され、気液分離後の圧縮空気Ａ１が流通する第２送気ラインＬ２０と、オイルセパレータ２０の液相部に接続され、気液分離後の潤滑油Ｏ１を圧縮機本体１１の吸気側に返送する返油ラインＬ３０と、返油ラインＬ３０に設けられた熱回収用の水冷オイルクーラ３０と、水冷オイルクーラ３０に冷却水Ｗ１を流通させる冷却水ラインＬ５０と、冷却水ラインＬ５０に設けられ、水冷オイルクーラ３０に対する通水実行状態と通水停止状態とを切り替える通水切替手段としての給水ポンプ７１および流量調整弁７４と、水冷オイルクーラ３０の下流側の返油ラインＬ３０に設けられた放熱用の空冷オイルクーラ４０と、返油ラインＬ３０に接続され、空冷オイルクーラ４０に対して潤滑油Ｏ１をバイパスさせる第１バイパスラインＬ３１と、第１バイパスラインＬ３１を開閉するバイパス弁５１と、返油ラインＬ３０に接続され、水冷オイルクーラ３０および空冷オイルクーラ４０に対して潤滑油Ｏ１をバイパスさせる第２バイパスラインＬ３２と、オイルセパレータ２０で気液分離後の潤滑油Ｏ１の温度に応じて、水冷オイルクーラ３０への給油と第２バイパスラインＬ３２への給油の流量比を調整する温調弁５３と、通水切替手段およびバイパス弁５１を制御する制御部２００と、を備え、制御部２００は、通水切替手段が通水実行状態である場合にバイパス弁５１を開放し、通水切替手段が通水停止状態である場合にバイパス弁５１を閉鎖する。
これにより、圧縮機本体１１に還流する潤滑油Ｏ１が過度に冷却されるのを防止することができる。より詳細には、水冷オイルクーラ３０に冷却水Ｗ１を流して熱回収を行う場合にはバイパス弁５１を開放するように構成しているので、大部分（例えば９０％以上）または全部の潤滑油Ｏ１が第１バイパスラインＬ３１を流れて空冷オイルクーラ４０への給油量は僅か（例えば１０％未満）またはゼロとなる。よって、合流後の潤滑油Ｏ１は、空冷オイルクーラ４０での冷却の影響が最小限に抑えられているため、圧縮機本体１１に還流する潤滑油Ｏ１が過度に冷却されることなく適正温度範囲に保たれる。これにより、水冷オイルクーラ３０への給油量を減らすことなく所要の熱回収量を確保することができる。
なお、この構成は、冷却ファン４２により、空気圧縮システム１の他の部分を同時に冷却（例えば、制御ボックス）したり、換気（例えば、筐体内部）したりする態様の場合に、特に有効である。この場合、圧縮機本体１１の稼働中は、冷却ファン４２が最低回転数以上で制御されることが普通であるが、この場合であっても、大部分または全部の潤滑油Ｏ１が第１バイパスラインＬ３１を流れることにより、圧縮機本体１１に還流する潤滑油Ｏ１が過度に冷却されるのを防止することができる。
なお、バイパス弁５１の開放時、水冷オイルクーラ３０に供給される冷却水Ｗ１が低温である、或いは通水流量が多いなどの理由でオイルセパレータ２０から送出される潤滑油Ｏ１が冷えすぎた場合には、温調弁５３により水冷オイルクーラ３０に対して潤滑油Ｏ１の一部がバイパスされる。これにより、水冷オイルクーラ３０で積極的に熱回収を行いながら、圧縮機本体１１に返送される潤滑油Ｏ１を適正温度範囲に保つことができる。

（２）本実施形態の空気圧縮システム１のバイパス弁５１は、第１バイパスラインＬ３１に設けられ、返油ラインＬ３０および第１バイパスラインＬ３１は、上流側始端部に水冷オイルクーラ３０の出口管３０Ａが接続され、下流側終端部にバイパス弁５１の入口ポート５１Ａが接続されたストレート管６１と、ストレート管６１の中途部に組み込まれた分岐用のＴ字管６２と、空冷オイルクーラ４０の入口管４０Ａと、Ｔ字管６２の分岐ポート６２Ａとを連通する連通管６３と、を含んで構成される。
これにより、バイパス弁５１の開放時において、水冷オイルクーラ３０を通過した潤滑油Ｏ１のうち、第１の分流は、ストレート管６１を介してバイパス弁５１に給油されるため、バイパス弁５１を通過する過程で比較的小さな摩擦損失を弁室内で受けるだけで済む。一方、第２の分流は、Ｔ字管６２を介して空冷オイルクーラ４０に給油されるため、Ｔ字管６２で分岐損失を受けるうえ、空冷オイルクーラ４０を通過する過程で比較的大きな摩擦損失を空冷オイルクーラ４０内で受けることになる。そのため、潤滑油Ｏ１の流量比は「第１の分流＞第２の分流」となって、大部分の潤滑油Ｏ１がバイパス側を流れることなる。これにより、圧縮機本体１１に還流する潤滑油Ｏ１が過度に冷却されるのを防止するにあたって、空冷オイルクーラ４０側に遮断弁を設けることなく管路抵抗の調整のみで安価に目的を達成することができる。

（３）本実施形態の空気圧縮システム１は、空冷オイルクーラ４０の上流側であって、第１バイパスラインＬ３１の接続点よりも下流側の返油ラインＬ３０を開閉する遮断弁５２と、通水切替手段、バイパス弁５１および遮断弁５２を制御する制御部２００と、を備え、制御部２００は、通水切替手段が通水実行状態である場合にバイパス弁５１を開放すると共に遮断弁５２を閉鎖し、通水切替手段が通水停止状態である場合にバイパス弁５１を閉鎖すると共に遮断弁５２を開放する。
このように、水冷オイルクーラ３０に冷却水Ｗ１を流して熱回収を行う場合にはバイパス弁５１を開放すると共に遮断弁５２を閉鎖するように構成しているので、水冷オイルクーラ３０での熱回収量を高めることができる。また、空冷オイルクーラ４０での冷却量をゼロにすることができる。これにより、圧縮機本体１１に還流する潤滑油Ｏ１が過度に冷却されるのを防止するにあたって、バイパス弁５１の部材コストに加えて遮断弁５２の部材コストを許容することで容易に目的を達成することができる。また、水冷オイルクーラ３０で熱回収後の潤滑油Ｏ１が空冷オイルクーラ４０で必要以上に冷却されて、潤滑油Ｏ１中でスラッジが析出するような状況も防ぐことができる。

（４）本実施形態の空気圧縮システム１の水冷オイルクーラ３０は、チタン製の伝熱プレートを積層したプレート式熱交換器である。
これにより、水冷オイルクーラ３０に供給する冷却水Ｗ１に残留塩素などの酸化剤や塩化物イオンなどの腐食性イオンが含まれている場合であっても、水冷オイルクーラ３０の伝熱面や接合部に生じる高温腐食を抑制することができる。

（５）本実施形態の空気圧縮システム１は、水冷オイルクーラ３０を通過後の冷却水Ｗ１の出湯温度Ｔ１を検知する出湯温度センサ７５を備え、通水切替手段は、通水状態の切り替えに加えて通水流量を調整可能に構成され、制御部２００は、通水切替手段を通水実行状態に切り替え中、出湯温度センサ７５が検知した出湯温度Ｔ１が目標出湯温度Ｔｗｔになるように通水流量を調整する。
これにより温水需要場所で求められる給湯温度で温水Ｗ２を安定供給することができる。

（６）本実施形態の空気圧縮システム１において、目標出湯温度Ｔｗｔは、第１目標出湯温度Ｔｗｔ１と、この第１目標出湯温度Ｔｗｔ１よりも低い第２目標出湯温度Ｔｗｔ２と、を含み、制御部２００は、第１目標出湯温度Ｔｗｔ１と第２目標出湯温度Ｔｗｔ２のいずれかを選択可能な目標出湯温度設定部２４０を備える。
これにより、第１目標出湯温度Ｔｗｔ１が選択された状態では、水冷オイルクーラ３０の伝熱面や部材接合部に生じる熱応力が緩和され、材料劣化による破損を招くことなく安定した熱回収を実現することができる。
また、第２目標出湯温度Ｔｗｔ２が選択された状態では、温水Ｗ２をボイラ給水に利用する場合に、蒸気ボイラの燃料使用量を効果的に削減して省エネルギーに貢献することができる。

（７）本実施形態の空気圧縮システム１は、圧縮機本体１１から圧縮空気Ａ１と共に吐出された潤滑油Ｏ１の温度、またはオイルセパレータ２０で気液分離後の潤滑油Ｏ１の温度を検知する潤滑油温度センサ２１を備え、通水切替手段は、通水状態の切り替えに加えて通水流量を調整可能に構成され、制御部２００は、通水切替手段を通水実行状態に切り替え中、潤滑油温度センサ２１の検知温度Ｔｏが目標油温度Ｔｏｔとなるように通水流量を調整する。
これにより、適正な潤滑油温度Ｔｏで潤滑油Ｏ１を安定的に循環することができる。

（８）本実施形態の空気圧縮システム１において、目標油温度Ｔｏｔは、第１目標油温度Ｔｏｔ１と、この第１目標油温度Ｔｏｔ１よりも低い第２目標油温度Ｔｏｔ２と、を含み、制御部２００は、第１目標油温度Ｔｏｔ１と第２目標油温度Ｔｏｔ２のいずれかを選択可能な目標油温度設定部２６０を備える。
これにより、第１目標油温度Ｔｏｔ１が選択された状態では、潤滑油メーカーの推奨交換時間が到来するまで潤滑油を変質させずに使用することができる。その結果、圧縮機本体１１の冷却・潤滑不良に起因する故障を回避することができる。
また、第２目標油温度Ｔｏｔ２が選択された状態では、潤滑油に凝縮水が混入して性状変化を起こすことがないので、圧縮機本体１１の冷却・潤滑不良に起因する故障を回避することができる。更に、凝縮水に各種酸化性ガス（空気中の酸素ガス・炭酸ガス、工場内の排ガスから空気中に持ち込まれるＮＯｘ・ＳＯｘ等）が溶け込むこともないので、圧縮機構（スクリューロータや軸受等）の予期せぬ腐食を回避することもできる。

（９）本実施形態の空気圧縮システム１の制御部２００は、上限通水流量Ｑｗ１と下限通水流量Ｑｗ２の範囲内で、通水切替手段により通水流量を調整する。
このような上限通水流量Ｑｗ１を設定しておくことにより、温水需要量に対してバランスを欠くような過大な流量で給湯が実行されることがない。そのため、給水機器（インバータ駆動ポンプ、台数制御ポンプ等）の過負荷による性能低下や故障を防止することができる。また、上限通水流量Ｑｗ１は温水使用機器の温水需要量が増した状態を考慮して設定されるので、給湯量不足による温水使用機器の不測の停止が回避される。
また、下限通水流量Ｑｗ２を設定しておくことにより、水処理装置７２の不純物の除去・分離能力、すなわち処理後の水質が保証される。そのため、温水使用機器のみならず施設内の給湯配管の寿命を延ばすことができる。

（１０）本実施形態の空気圧縮システム１の制御部２００は、潤滑油温度センサ２１の検知温度Ｔｏが第１目標油温度Ｔｏｔ１を上回った状態で所定時間を経過した場合には、バイパス弁５１を閉鎖または開度調整する。
これにより、冷却水Ｗ１の通水流量を許容範囲内で最大まで増やしても水冷オイルクーラ３０主体では潤滑油Ｏ１を十分に冷却できない場合、バイパス弁５１の閉鎖により水冷オイルクーラ３０と空冷オイルクーラ４０の二段構えの冷却がなされる。これにより、潤滑油Ｏ１を上限油温度（例えば、８０℃）未満まで確実に下降させることができる。

次に、第２実施形態について説明する。図６は、第２実施形態に係る空気圧縮システム１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。本実施形態の空気圧縮システム１においては、オイルセパレータ２０によって気液分離された後の圧縮空気Ａ１からも熱回収を行う。

図６に示すように、本実施形態の空気圧縮システム１は、第２送気ラインＬ２０に、熱回収用の水冷エアクーラ８０が設けられている。また、水冷エアクーラ８０の下流側には、放熱用の空冷エアクーラ９０が設けられている。水冷エアクーラ８０を通過した圧縮空気Ａ１は、空冷エアクーラ９０に導入され、更に冷却される。

水冷エアクーラ８０は、第２送気ラインＬ２０を流通する気液分離後の圧縮空気Ａ１の持つ圧縮熱を回収するための熱交換器である。水冷エアクーラ８０には、冷却水Ｗ１を流通させる冷却水ラインＬ５０が接続されている。ここで、水冷エアクーラ８０は、水冷オイルクーラ３０と共に、冷却水Ｗ１と高温流体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として備えられている。
ここで、冷却水ラインＬ５０は、水冷オイルクーラ３０および水冷エアクーラ８０に対して冷却水Ｗ１を並列に流通させる接続構成となっている。

そして、通水切替手段としての給水ポンプ７１および流量調整弁７４は、水冷オイルクーラ３０および水冷エアクーラ８０を同一の通水状態に切り替える手段となっている。
この水冷エアクーラ８０としては、例えば、チタン製の伝熱プレートを積層したプレート式熱交換器が用いられる。ただし、気液分離後の圧縮空気Ａ１は潤滑油に比べて温度が十分に低いので、例えばステンレス製の伝熱プレートを積層したプレート式熱交換器を用いてもよい。

空冷エアクーラ９０は、熱交換器９１（プレートフィンやフィンチューブ等の集合体からなる熱交換コア）と、冷却ファン９２と、冷却ファン９２を回転させるためのファンモータ９３を備える。冷却ファン９２を回転させることにより、冷却ファン９２により送風された空気と、熱交換器９１の内部を流通する圧縮空気Ａ１との間で熱交換を行い、圧縮空気Ａ１が冷却される。

なお、空冷エアクーラ９０の冷却ファン９２と、空冷オイルクーラ４０の冷却ファン４２を共通化し、一つの冷却ファンにより、空冷エアクーラ９０の熱交換器９１および空冷オイルクーラ４０の熱交換器４１を冷却する構成を採用してもよい。

以上の構成により、潤滑油Ｏ１および圧縮空気Ａ１の両方から熱回収して温水Ｗ２を製造するので、熱回収率を高めて更なる省エネルギーを図ることができる。

なお、不図示のドライヤを用いて、熱回収された第２送気ラインＬ２０を流通する圧縮空気Ａ１から水分を除去し、水分が除去されて乾燥した圧縮空気Ａ１を圧縮空気利用機器（不図示）に送り込んでもよい。

図７は、第２実施形態の空気圧縮システム１の変形例を模式的に示す図である。
本変形例においては、冷却水ラインＬ５０は、水冷オイルクーラ３０および水冷エアクーラ８０に対して冷却水Ｗ１を直列に流通させる接続構成となっている。このような構成においても、上述の効果と同様の効果を得ることができる。
なお、冷却水Ｗ１を直列に流す場合は、熱量の少ない圧縮空気Ａ１に対して先に水冷エアクーラ８０で熱回収を行い、次いで圧縮空気Ａ１よりも熱量の多い潤滑油Ｏ１に対して水冷オイルクーラ３０で熱回収を行うようにする。これにより、より効果的に熱回収を行うことができる。

以上説明した第２実施形態の空気圧縮システム１によれば、（１）～（１０）に加えて以下のような効果を奏する。

（１１）本実施形態の空気圧縮システム１は、第２送気ラインＬ２０に設けられた熱回収用の水冷エアクーラ８０と、水冷エアクーラ８０の下流側に設けられた放熱用の空冷エアクーラ９０と、を備え、冷却水ラインＬ５０は、水冷オイルクーラ３０および水冷エアクーラ８０に対して冷却水Ｗ１を直列または並列に流通させる接続構成であり、通水切替手段は、水冷オイルクーラ３０および水冷エアクーラ８０を同一の通水状態に切り替える手段である。
これにより、潤滑油Ｏ１および圧縮空気Ａ１の両方から熱回収して温水Ｗ２を製造するので、熱回収率を高めて更なる省エネルギーを図ることができる。

以上、本発明の給水システム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。

１ 空気圧縮システム
１０ 圧縮機
１１ 圧縮機本体
２０ オイルセパレータ
２１ 潤滑油温度センサ
３０ 水冷オイルクーラ
３０Ａ 出口菅
４０ 空冷オイルクーラ
４０Ａ 入口管
５１ バイパス弁
５１Ａ 入口ポート
５２ 遮断弁
５３ 温調弁
６０ バイパス分岐部
６１ ストレート管
６２ Ｔ字管
６２Ａ 分岐ポート
６３ 連通管
７１ 給水ポンプ（通水切替手段）
７２ 水処理装置
７３ 流量センサ
７４ 流量調整弁（通水切替手段）
７５ 出湯温度センサ
８０ 水冷エアクーラ
９０ 空冷エアクーラ
２００ 制御部（制御手段）
Ｌ１０ 第１送気ライン
Ｌ２０ 第２送気ライン
Ｌ３０ 返油ライン
Ｌ３１ 第１バイパスライン
Ｌ３２ 第２バイパスライン
Ｌ５０ 冷却水ライン
Ａ０ 気液分離前の圧縮空気
Ａ１ 気液分離後の圧縮空気
Ｏ１ 潤滑油
Ｗ１ 冷却水
Ｗ２ 温水

Claims (11)

1. 油冷式の圧縮機本体と、
   前記圧縮機本体から吐出された圧縮空気が流通する第１送気ラインと、
   前記第１送気ラインと接続され、圧縮空気から油を分離するオイルセパレータと、
   前記オイルセパレータの気相部に接続され、気液分離後の圧縮空気が流通する第２送気ラインと、
   前記オイルセパレータの液相部に接続され、気液分離後の潤滑油を前記圧縮機本体の吸気側に返送する返油ラインと、
   前記返油ラインに設けられた熱回収用の水冷オイルクーラと、
   前記水冷オイルクーラに冷却水を流通させる冷却水ラインと、
   前記冷却水ラインに設けられ、前記水冷オイルクーラに対する通水実行状態と通水停止状態とを切り替える通水切替手段と、
   前記水冷オイルクーラの下流側の前記返油ラインに設けられた放熱用の空冷オイルクーラと、
   前記返油ラインに接続され、前記空冷オイルクーラに対して潤滑油をバイパスさせる第１バイパスラインと、
   前記第１バイパスラインを開閉するバイパス弁と、
   前記返油ラインに接続され、前記水冷オイルクーラおよび前記空冷オイルクーラに対して潤滑油をバイパスさせる第２バイパスラインと、
   前記オイルセパレータで気液分離後の潤滑油の温度に応じて、前記水冷オイルクーラへの給油と前記第２バイパスラインへの給油の流量比を調整する温調弁と、
   前記通水切替手段および前記バイパス弁を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記通水切替手段が通水実行状態である場合に前記バイパス弁を開放し、前記通水切替手段が通水停止状態である場合に前記バイパス弁を閉鎖する、空気圧縮システム。
2. 前記バイパス弁は、前記第１バイパスラインに設けられ、
   前記返油ラインおよび前記第１バイパスラインは、
   上流側始端部に前記水冷オイルクーラの出口管が接続され、下流側終端部に前記バイパス弁の入口ポートが接続されたストレート管と、
   前記ストレート管の中途部に組み込まれた分岐用のＴ字管と、
   前記空冷オイルクーラの入口管と、前記Ｔ字管の分岐ポートとを連通する連通管と、を含んで構成される、請求項１に記載の空気圧縮システム。
3. 前記空冷オイルクーラの上流側であって、前記第１バイパスラインの接続点よりも下流側の前記返油ラインを開閉する遮断弁と、
   前記通水切替手段、前記バイパス弁および前記遮断弁を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記通水切替手段が通水実行状態である場合に前記バイパス弁を開放すると共に前記遮断弁を閉鎖し、前記通水切替手段が通水停止状態である場合に前記バイパス弁を閉鎖すると共に前記遮断弁を開放する、請求項１に記載の空気圧縮システム。
4. 前記水冷オイルクーラは、チタン製の伝熱プレートを積層したプレート式熱交換器である、請求項１～３のいずれか１項に記載の空気圧縮システム。
5. 前記第２送気ラインに設けられた熱回収用の水冷エアクーラと、
   前記水冷エアクーラの下流側に設けられた放熱用の空冷エアクーラと、を備え、
   前記冷却水ラインは、前記水冷オイルクーラおよび前記水冷エアクーラに対して冷却水を直列または並列に流通させる接続構成であり、
   前記通水切替手段は、前記水冷オイルクーラおよび前記水冷エアクーラを同一の通水状態に切り替える手段である、請求項１～３のいずれか１項に記載の空気圧縮システム。
6. 前記水冷オイルクーラを通過後の冷却水の出湯温度を検知する出湯温度センサを備え、
   前記通水切替手段は、通水状態の切り替えに加えて通水流量を調整可能に構成され、
   前記制御手段は、前記通水切替手段を通水実行状態に切り替え中、前記出湯温度センサが検知した出湯温度が目標出湯温度になるように通水流量を調整する、請求項１に記載の空気圧縮システム。
7. 前記目標出湯温度は、第１目標出湯温度と、当該第１目標出湯温度よりも低い第２目標出湯温度と、を含み、
   前記制御手段は、前記第１目標出湯温度と前記第２目標出湯温度のいずれかを選択可能な目標出湯温度設定手段を備える、請求項６に記載の空気圧縮システム。
8. 前記圧縮機本体から圧縮空気と共に吐出された潤滑油の温度、または前記オイルセパレータで気液分離後の潤滑油の温度を検知する潤滑油温度センサを備え、
   前記通水切替手段は、通水状態の切り替えに加えて通水流量を調整可能に構成され、
   前記制御手段は、前記通水切替手段を通水実行状態に切り替え中、前記潤滑油温度センサの検知温度が目標油温度となるように通水流量を調整する、請求項１に記載の空気圧縮システム。
9. 前記目標油温度は、第１目標油温度と、当該第１目標油温度よりも低い第２目標油温度と、を含み、
   前記制御手段は、前記第１目標油温度と前記第２目標油温度のいずれかを選択可能な目標油温度設定手段を備える、請求項８に記載の空気圧縮システム。
10. 前記制御手段は、上限通水流量と下限通水流量の範囲内で、前記通水切替手段により通水流量を調整する、請求項６～９のいずれか１項に記載の空気圧縮システム。
11. 前記制御手段は、前記潤滑油温度センサの検知温度が前記第１目標油温度を上回った状態で所定時間を経過した場合には、前記バイパス弁を閉鎖または開度調整する、請求項９に記載の空気圧縮システム。

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