JP7367040B2

JP7367040B2 - 熱回収装置

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Publication number: JP7367040B2
Application number: JP2021546531A
Authority: JP
Inventors: 岳廣松坂; 真克岡谷
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2019-09-18
Filing date: 2020-07-20
Publication date: 2023-10-23
Anticipated expiration: 2040-07-20
Also published as: WO2021053965A1; CN114375382A; US12092113B2; JPWO2021053965A1; CN114375382B; US20220341426A1; EP4033098A1; EP4033098A4

Description

本発明は、熱回収装置に関する。

従来、空気等の気体を圧縮する圧縮機において、圧縮後の高温の流体と、それよりも低温の冷却水との間で熱交換することで、高温流体から熱を回収し、温められた冷却水を有効利用する熱回収システムが知られている。この種の従来技術としては、例えば、特許文献１がある。

特許文献１においては、熱回収用熱交換器は、圧縮機からエアクーラへの空気路に設けられ、圧縮空気と水とを熱交換して温水を製造する。圧縮機から熱回収用熱交換器への空気路と、熱回収用熱交換器からエアクーラへの空気路とは、バイパス路で接続される。

圧縮機からの圧縮空気を熱回収用熱交換器に通すか、バイパス路に通すかを切り替え可能とされる。圧縮空気がバイパス路を通る場合、圧縮空気はエアクーラを通過し、その間に冷却水路より導入された冷却水で冷却される。圧縮空気から奪った熱によって温度の上昇した冷却水は冷却塔（クーリングタワー）により冷却され、再び冷却水路を循環する。

圧縮空気が空気路を通る場合、圧縮空気は熱回収用熱交換器を通過し、その間に圧縮空気の熱によって、給水路より導入された水を加温し、温水を製造する。

特開２０１６－７９８９４号公報

特許文献１では、冷却水路と給水路は分離されており、これらの水路間での熱交換は意図されていない。エアクーラを通過後の冷却水は温度が上昇するが、冷却塔で冷却されて再び冷却水路を通り、エアクーラへと通水される旨が記載されているのみで、エアクーラ通過後の温水から熱を回収するといった試みはなされていない。

一方で、給水源からの水は給水路を介して熱回収用熱交換器を通過し、その間に温水となるが、熱回収用熱交換器を通過前の水温はエアクーラを通過後の冷却水よりも温度が低い場合も想定される。

熱回収用熱交換器を通過前の水温がエアクーラを通過後の冷却水よりも温度が低ければ、なんらかの形式の熱交換器を介して高温水側から低温水側へ熱を移動させ、低温側の予熱を行うことも可能ではあるが、特許文献１ではそのような言及はなされていない。

このように、特許文献１では、水等の液体を予熱した上で、再度熱回収用熱交換器で加熱し、より高温の液体を供給可能することについては考慮されていない。

本発明の目的は、供給水を予熱した上で、再度熱回収用熱交換器で加熱し、より高温の供給水を供給可能することにある。

本発明の一態様の熱回収装置は、少なくとも一つの圧縮機に接続された熱回収装置であって、補助冷却を行う補助冷却用熱交換器と、供給水を加熱する熱回収用交換器と、前記供給水を予熱して前記熱回収用交換器に供給する予熱用熱交換器と、前記供給水を前記熱回収用交換器に供給する供給水経路と、前記供給水経路から分岐し、前記供給水を前記予熱用熱交換器に供給し、前記予熱用熱交換器で予熱した前記供給水を前記供給水経路に戻す予熱用バイパス経路とを有し、前記予熱用熱交換器は、前記補助冷却用熱交換器の出口側の冷却水と、前記予熱用バイパス経路を通った前記供給水とを互いに熱交換させることを特徴とする。

本発明の一態様の熱回収装置は、少なくとも一つの圧縮機に接続された熱回収装置であって、補助冷却を行う補助冷却用熱交換器と、供給水を加熱する熱回収用交換器と、前記供給水を予熱して前記熱回収用交換器に供給する予熱用熱交換器と、前記供給水を前記熱回収用交換器に供給する供給水経路と、前記供給水経路から分岐し、前記供給水を前記予熱用熱交換器に供給し、前記予熱用熱交換器で予熱した前記供給水を前記供給水経路に戻す予熱用バイパス経路とを有し、前記予熱用熱交換器は、外部から冷却水経路を通って供給された冷却水と、前記予熱用バイパス経路を通った前記供給水とを互いに熱交換させることを特徴とする。

本発明の一態様によれば、供給水を予熱した上で、再度熱回収用熱交換器で加熱し、より高温の供給水を供給することができる。

実施例１の熱回収システムを示す系統図である。熱回収システムによって得られる効果を示すグラフである。実施例２の熱回収システムを示す系統図である。実施例３の熱回収システムを示す系統図である。

以下、図面を用いて、実施例について説明する。なお、各図において同一符号を付した部分は同一或いは相当する部分を示している。

図１を参照して、実施例１の熱回収システムの構成について説明する。
図１は熱回収システムの系統図を示す。また、実施例１により得られる効果を図２を用いて説明する。
また、実施例１は、圧縮機ユニットとして水冷式の無給油式スクリュー圧縮機に本発明を適用した例を示すものである。

図１に示す無給油式スクリュー圧縮機は、気体（本実施例では空気）を吸入して圧縮し、吐出するように構成されているものである。
図１において、圧縮機ユニット００１には、空気経路４０１を通して空気を吸入し、所定の圧力まで圧縮し、吐出する単段式の圧縮機１００と、吐出された高温の圧縮空気を冷却する水冷式のアフタークーラ２０２を備える。圧縮機１００より下流の空気経路４０１上には、吐出された高温の圧縮空気温度を測定する吐出空気温度センサ５０１が設置されている。

また、圧縮機１００と、図示しない駆動機構を潤滑するための潤滑油を冷却する水冷式のオイルクーラ２０３を備え、潤滑油は潤滑油経路４０８を通して各部へ圧縮機ユニット００１の内部の必要に供給され循環される。圧縮機１００及びオイルクーラ２０３は、通常は第１冷却水経路４０２及び第１冷却水経路４０２から分岐するオイルクーラ冷却経路４０４を通る冷却水によって冷却され、この第１冷却水経路４０２内の冷却水は図示しない別置きのポンプで循環し、図示しない冷却塔などによって熱を外部に排出する。

一般的には、ポンプと冷却塔は、圧縮機ユニット００１及び後述する熱回収ユニット００２とは別の既設設備と共同使用されており、使用者が要求仕様として求めない限り、圧縮機ユニット００１または熱回収ユニット００２が、前記ポンプや前記冷却塔の運転を直接的に制御することは無い。ここで、熱回収ユニット００２は熱回収装置を構成する。

熱回収システムでは、圧縮機ユニット００１に熱回収ユニット００２が併設される。熱回収ユニット００２は熱回収用熱交換器２０５と、補助冷却用熱交換器２０６と、予熱用熱交換器２０７と、循環ポンプ１０３と、温度調節弁３０２と、制御弁３０３と、熱回収用冷却水温度センサ５０４、冷却水出口温度センサ５０５、供給水温度センサ５０６を備えている。

循環ポンプ１０３の吸込み側は、熱回収用熱交換器２０５の高温流体側出口側に接続される。また、循環ポンプ１０３の吐出し側と圧縮機ユニット００１内のアフタークーラ２０２の冷却水入口側とが接続され、アフタークーラ２０２の冷却水出口側と熱回収用熱交換器２０５の高温流体側入口側とが接続されることで、第２冷却水経路４０３が形成される。第２冷却水経路４０３の循環ポンプ１０３吐出し側には給水弁３０６が配置される。給水弁３０６は圧縮機ユニット００１の運転開始と連動して動作し、圧縮機ユニット００１の運転中は常時開となる。

供給水経路４０７は、外部から比較的低温の水等の液体が供給される経路であり、アフタークーラ２０２で高温の圧縮空気を冷却後、温度が上昇した第２冷却水経路４０３上の熱回収用熱交換器２０５の高温流体側を通過する高温の冷却水と熱交換し、加温されて再度外部の温水需要先へと戻っていく経路である。

供給水経路４０７を循環する液体は、用途としては特に限定されないが、例えば、ボイラ給水の予熱や、温水暖房、シャワーなど広範に利用され得る水などが例として挙げられる。

熱回収用熱交換器２０５の高温流体側出口には温度調節弁３０２が設けられている。温度調節弁３０２の下流側には熱回収用冷却水温度センサ５０４が設けられ、熱回収用冷却水温度センサ５０４で測定された温度が上昇するほど弁の開度が小さくなり、所定の熱回収用冷却水制御温度Ｔ_ＨＣでは弁が全閉となるように動作する。

補助冷却用バイパス経路４０６は、第２冷却水経路４０３上の熱回収用熱交換器２０５出口と温度調節弁３０２の間から分岐し、補助冷却用熱交換器２０６の高温流体側経路を介し、第２冷却水経路４０３上の温度調節弁３０２下流側と熱回収用冷却水温度センサ５０４の間に合流する。

熱回収用冷却水温度センサ５０４が測定した熱回収用冷却水温度Ｔ_Ｈ２に応じて、温度調節弁３０２が開度を自動調節し、第２冷却水経路４０３内の冷却水（熱回収用冷却水）の一部、または、全量が補助冷却用バイパス経路４０６に流れる。

補助冷却用熱交換器２０６の低温流体側経路には、前記冷却塔で冷却された低温の冷却水が第３冷却水経路４０５を通って供給され、補助冷却用バイパス経路４０６を経由してきた高温の冷却水と、第３冷却水経路４０５を経由してきた低温の冷却水との間で熱交換が行われる。従って、熱回収用冷却水温度センサ５０４で測定された熱回収用冷却水温度Ｔ_Ｈ２が所定の熱回収用冷却水制御温度Ｔ_ＨＣに達した場合、温度調節弁３０２は全閉となり、第２冷却水経路４０３上の冷却水は、熱回収用熱交換器２０５を通過した後に全量が補助冷却用熱交換器２０６で追加冷却され、第２冷却水経路４０３に戻ることになる。これによって、十分に冷却された冷却水がアフタークーラ２０２に供給されることとなり、アフタークーラ２０２出口の圧縮空気温度を常にある一定の温度以下に抑えることを目的としている。

第３冷却水経路４０５上の補助冷却用熱交換器２０６の低温流体側経路出口より下流には、予熱用熱交換器２０７の高温流体側経路入口が接続され、補助冷却用熱交換器２０６と予熱用熱交換器２０７の間には冷却水出口温度センサ５０５が設置される。

一方、供給水経路４０７上で、熱回収用熱交換器２０５の低温流体側入口より上流部では、予熱用バイパス経路４０９が分岐し、予熱用熱交換器２０７の低温流体側経路を介し、再び、前記分岐箇所より下流、かつ、熱回収用熱交換器２０５の低温流体側入口より上流部に合流する。また、前記予熱用バイパス経路４０９上の予熱用熱交換器２０７出口側に制御弁３０３を備える。供給水経路４０７から予熱用バイパス経路４０９が分岐する分岐点の上流側に、供給水温度センサ５０６を備える。

前記冷却水出口温度センサ５０５の測定した冷却水出口温度Ｔ_Ｃ２が、前記供給水温度センサ５０６の測定した供給水供給温度Ｔ_Ｕ１よりも高い場合、前記制御弁３０３が開となる動作をすることで、熱回収用熱交換器２０５に入る前の供給水経路４０７内の相対的に低温な水を予熱し、温度を上昇させることができる。

前記冷却水出口温度Ｔ_Ｃ２と供給水供給温度Ｔ_Ｕ１による制御弁３０３の開閉制御を行うことで、逆に冷却水出口温度Ｔ_Ｃ２のほうが低い場合に供給水供給温度Ｔ_Ｕ１を下げてしまい、熱回収用熱交換器２０５から出た後の供給水の温度を結果的に下げてしまうことを防ぐことができる。

図２では、供給水経路４０７内の水（供給水）の予熱を実施しない従来技術と、本発明の予熱を実施する場合において、熱回収用熱交換器２０５出口の供給水温度と、熱回収用冷却水温度を比較している。この比較において、前記従来技術と本発明との間で熱交換器の型式と、水の流量は同一条件である。

高温流体及び低温流体を流す方向は、交換熱量を大きくできる向流式とし、高温流体である熱回収用冷却水を熱回収用熱交換器２０５のＡ端からＢ端に流す場合、低温流体である供給水は熱回収用熱交換器２０５のＢ端からＡ端へと流す。

比較にあたっての温度条件は、高温流体（熱回収用冷却水）の熱回収用熱交換器２０５Ａ端の温度を従来技術及び実施例１の条件で共に固定とし、実施例１における低温流体（供給水）の熱回収用熱交換器２０５Ｂ端の温度は、従来技術の温度に供給水の予熱分の温度を加えた温度を与えた。なお、熱交換器の計算にあたって、Ａ端側とＢ端側の高温流体と低温流体の温度差は同じとなるようにしている。

Ｂ端の低温流体（供給水）温度が予熱された分上昇すると、Ａ端の低温流体（供給水）温度は前記従来技術条件の温度よりも高くなることが分かる。

これにより、供給水を使用する温水需要先の設備は、前記予熱を行わない場合と比較して、より高い温度の温水を利用することができ、温水を利用可能な用途も広がることが期待できる。

なお、第１冷却水経路４０２と第３冷却水系統４０５は、必ずしも各々が独立した回路を構成する必要はない。冷却水を冷却する図示しない冷却塔を互いに共用し、冷却塔の出口から本発明の熱回収システムへ至る共通の経路から第１冷却水経路４０２と第３冷却水経路が分岐する構成としても実施例１の機能には何ら影響がない。

また、熱交換器の方式は特定の方式に限定されないが、予熱用熱交換器２０７に関しては、高温流体である冷却水と低温流体である供給水の温度差はさほど大きくないため、交換熱量を増やせるように、熱交換器の外形寸法が比較的小型かつ伝熱面積を増加させることできるプレート式熱交換器とするのがより好適である。

このように、実施例１の熱回収システムは、吸入したガスを圧縮して圧縮ガスを吐出する圧縮機１００と、圧縮ガスを冷却するアフタークーラ２０２と、潤滑油を冷却するオイルクーラ２０３と、前記圧縮機１００及びオイルクーラ２０３に冷却水を供給する第１冷却水経路４０２と、循環ポンプ１０３により前記アフタークーラ２０２と熱回収用熱交換器２０５の間で冷却水を循環させる第２冷却水経路４０３と、前記熱回収用熱交換器２０５を介して第２冷却水経路４０３内の高温の冷却水と熱交換する供給水経路４０７と、第２冷却水経路４０３上の熱回収用熱交換器２０５出口より下流の温度を、前記圧縮機１００の運転に支障が無い温度まで第３冷却水経路４０５の冷却水で冷却するための補助冷却用熱交換器２０６を備え、前記補助冷却用熱交換器２０６へ冷却水をバイパスさせる補助冷却用バイパス経路４０６を備えた熱回収システムである。

前記第３冷却水経路４０５上の補助冷却用熱交換器２０６出口側の冷却水と、前記供給水経路４０７上の前記熱回収用熱交換器２０５入口より上流部から分岐した予熱用バイパス経路４０９を通った供給水が、予熱用熱交換器２０７を介して互いに熱交換する。

さらに、前記第３冷却水経路４０５上の前記補助冷却用熱交換器２０６出口に設けた温度センサ５０５の測定値Ｔ_Ｃ２が、前記予熱用バイパス経路４０９の分岐点より上流に設けた供給水温度センサ５０６の測定値Ｔ_Ｕ１よりも高い場合に、前記予熱用熱交換器２０７出口側の前記予熱用バイパス経路４０９上に設けられた制御弁３０３を開とする。

実施例１によれば、水冷式ガス圧縮機から圧縮ガスの熱を回収する熱回収システムにおいて、熱回収システムを冷却後の温度の上昇した冷却水と、温水として利用するために供給される相対的に低温の供給水とを熱交換器を介して互いに熱交換させ、供給水を予熱した上で再度熱回収システムの熱回収用熱交換器で加熱し、より高温の供給水を供給可能とする。これにより、通常は排熱されるだけの低温熱源からも熱回収することで熱回収システムの熱回収率を向上させることができる。

図３を参照して、実施例２の熱回収システムの構成について説明する。
図３は熱回収システムの系統図である。この図３において、図１と同一符号を付した部分は同一或いは相当する部分を示しており、実施例１と同様の部分については説明を省略する。

実施例２は、実施例１における圧縮機ユニット００１の構成を、低圧段圧縮機１０１及び高圧段圧縮機１０２と、低圧段圧縮機１０１から吐出された圧縮空気を冷却するインタークーラ２０１とを備えた２段式の無給油式空気圧縮機とした場合を示している。実施例１に記す単段式の圧縮機ユニットよりも大容量の圧縮空気を吐出する比較的大型の圧縮機ユニットに好適な構成である。

圧縮機ユニット００１に関して、第１冷却水系統４０２は、途中でオイルクーラ冷却経路４０４へ分岐しつつ、圧縮機１０１と圧縮機１０２へと冷却水を通水する。

第２冷却水経路４０３は、循環ポンプ１０３より吐出された冷却水を、インタークーラ２０１へ先に通水し、その後、アフタークーラ２０２へ通水する。インタークーラ２０１とアフタークーラ２０２で２段階に圧縮空気から冷却水が熱を貰い受け、熱回収用熱交換器２０５に送られる構成となっている。

第２冷却水経路４０３の冷却水を、インタークーラ２０１及びアフタークーラ２０２へ直列に通水させ、熱回収を行う方式の場合、実施例１に示す通水方法よりも取り出せる温水温度を高くすることでき、回収熱量が増加する。このとき、補助冷却用バイパス経路４０６を介して補助冷却用熱交換器２０６の高温流体側へ入る熱量も増えるため、結果的に第３冷却水経路４０５上の冷却水が貰い受ける熱量も増える。このため、実施例１の場合よりも、予熱用熱交換器２０７を介して、より大きな流量の供給水経路４０７の冷却水の予熱ができる。

第２冷却水経路４０３の冷却水を通水する順序としては、アフタークーラ２０２よりも先に、インタークーラ２０１へ冷却水を通水するほうが望ましい。２段式空気圧縮機の特性として、インタークーラ２０１の冷却能力が高いほど、圧縮空気は冷却され、体積が小さくなる。このため、高圧段圧縮機１０２に流入するまでに生じる圧力損失が小さく抑えられ、高圧段圧縮機１０２における消費動力が減少できる。

インタークーラ２０１への通水を先とすることで、アフタークーラ２０２への通水を先とする場合と比べて、低温の冷却水でインタークーラ２０１を通過する低圧段の圧縮空気を冷却することができる。このため、インタークーラ２０１の冷却性能の低下を防ぎ、圧縮機ユニット００１全体としての性能への影響を最小限に抑えることができる。

図４を参照して、実施例３の熱回収システムの構成について説明する。
図４は熱回収システムの系統図である。この図４において、図１及び図３と同一符号を付した部分は同一或いは相当する部分を示しており、実施例１及び２と同様の部分については説明を省略する。

実施例３は、第３冷却水経路４０５が熱回収ユニット００２より上流部で第１冷却水経路４０２から分岐する構成となっている。即ち、第１冷却水経路４０２と第３冷却水経路４０５は外部にある共通の冷却塔から低温の冷却水を供給されている。

第３冷却水経路４０５は、補助冷却用熱交換器２０６の下流で、圧縮機ユニット００１内部の機器を冷却後の第１冷却水経路４０２と合流する。同じ合流点からは、バイパス経路４１０が分岐し、予熱用熱交換器２０７の高温流体側出口より下流で第１冷却水経路に合流する。

バイパス経路４１０上には制御弁３０４が設置されている。また、第３冷却水経路４０５上の補助冷却用熱交換器２０６出口には逆止弁３０５が設けられ、高温となった第１冷却水経路４０２の冷却水が第３冷却水経路４０５側に逆流するのを防止する。

冷却水出口温度センサ５０５は、実施例１及び２に記載の位置から、前記第１冷却水経路と第３冷却水経路の合流箇所と、予熱用熱交換器２０７入口の間に設置される。

冷却水出口温度Ｔ_Ｃ２が供給水供給温度Ｔ_Ｕ１よりも高い場合、制御弁３０３を開とし、制御弁３０４を閉として、供給水の予熱を行う。冷却水出口温度Ｔ_Ｃ２が供給水供給温度Ｔ_Ｕ１よりも低い場合は、制御弁３０３を閉とし、制御弁３０４を開として、供給水の予熱は行わない。

また、熱回収用冷却水温度センサ５０４が測定する熱回収用冷却水温度Ｔ_Ｈ２が熱回収用冷却水上限温度Ｔ_ＨＬ以上となった場合は、制御弁３０３を閉とし、制御弁３０４を開として、供給水の予熱は行わないようにする制御とする。

実施例３では、第１冷却水経路の冷却水はオイルクーラ２０３、低圧段圧縮機１０１、高圧段圧縮機１０２を冷却するため、実施例１で示した単段式の圧縮機ユニット００１の場合よりも多くの熱量を回収でき、第３冷却水経路の冷却水が補助冷却用熱交換器２０６から貰い受ける熱量と合わせて、さらに予熱による温度上昇を増やせるか、もしくは、より大流量の供給水の予熱が可能となる。

さらに、実施例１及び実施例２では温度調節弁３０２が熱回収用冷却水を補助冷却用熱交換器２０６にバイパスしている間にのみ、供給水の予熱が可能である。実施例３の構成によれば、温度調節弁３０２がバイパスしていない間であっても、第１冷却水経路４０２の高温の冷却水を予熱用熱交換器２０７に通水可能であるため、より効果的に予熱が可能となる。

一方、圧縮機ユニット００１を冷却後の第１冷却水経路４０２の冷却水温度が何らかの原因で異常に高温となった場合、供給水の予熱が過剰となり、結果的に熱回収用熱交換器２０５と補助冷却用熱交換器２０６での熱回収水用冷却水の冷却が不足する。この結果、圧縮機ユニット００１に供給する熱回収用冷却水の温度が熱回収用冷却水上限温度Ｔ_ＨLを超えると、インタークーラ２０１の冷却性能が低下し、圧縮機ユニット００１に不具合を発生させる可能性がある。

これを防止するため、熱回収用冷却水温度Ｔ_Ｈ２が熱回収用冷却水上限温度Ｔ_ＨL以上となった場合は、制御弁３０３を閉とし、制御弁３０４を開として、供給水の予熱は行わないようにする制御とする。熱回収用冷却水上限温度Ｔ_ＨＬは、弁のハンチング等を防ぐために、裕度を考慮して温度調節弁が全閉となる温度の熱回収用冷却水制御温度Ｔ_ＨＣよりも若干高い温度に設定する。

実施例１、実施例２及び実施例３において、制御弁３０３を、三方向の流体経路のうち、共通の一方向と残りの二方向どちらかの間で通水、止水を切り替えることができる三方弁とし、供給水経路４０７と、予熱用熱交換器２０７の出口側の予熱用バイパス経路４０９の合流点に設置し、供給水を予熱する場合に、制御弁３０３を制御して、供給水経路４０７を流れる供給水の全量を予熱用熱交換器２０７へ通水させ、これを予熱し、熱回収用熱交換器２０５で再加熱する構成としてもよい。本構成により、供給水の全量を予熱用熱交換器２０７で予熱することができ、熱回収効率の向上が期待できる。一方で、予熱を行わない場合は、同様に制御弁３０３を制御し、予熱用熱交換器２０７側を止水し、供給水の全量を熱回収用熱交換器２０５に通水させる制御とする。

なお、本発明は前述の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記実施例では無給油式スクリュー圧縮機に本発明を適用した例について述べたが、これに限られず、油冷式スクリュー圧縮機、或いは水注入式スクリュー圧縮機にも同様に適用でき、更にスクロール圧縮機、ルーツブロワ、或いは過給機など、流体機械であれば同様に適用できる。

また、上述した実施例では、ロータ室に雄雌一対のスクリューロータを備えているスクリュー圧縮機の例について説明したが、スクリューロータが１つのシングルスクリュー圧縮機にも同様に適用できる。また、前記実施例１～３では、第１冷却水経路および第２冷却水経路４０３を循環する冷却水には水を使用した例を示したが、他にもアルコール類などの不凍液成分を含んだクーラント液や、油を使用する場合なども想定でき、冷却水として水のみに限定されるものではない。さらに、熱回収後に外部に供給する供給水経路４０７も、水だけに限らず、さまざまな流体が想定される。供給水に留まらず、「供給液」等と考えてよい。
ように、熱交換器の外形寸法が比較的小型かつ伝熱面積を増加させることできるプレート式熱交換器とするのがより好適である。

また、実施例２及び３においては、第２冷却水経路４０３上でインタークーラ２０１と、アフタークーラ２０２が直列に接続されているが、これらを並列に接続してもよい。第１冷却水経路４０２上の冷却水の通水順序は代表的なものであり、必ずしもこの順序に限られるものではなく、例えば、先に高圧段圧縮機１０２に通水した後、低圧段圧縮機１０１に通水する順序としてもよい。

実施例１～３では、予熱用熱交換器２０７は、熱回収ユニット００２に内蔵する構成としているが、熱回収ユニット００２の外部に別置きとする構成としても機能には何ら影響がない。

実施例１及び実施例２では、第１冷却水経路と第３冷却水経路を便宜上独立したように記載しているが、実施例３のように、外部の冷却塔を共用し、本熱回収システムの外で第１冷却水経路から第３冷却水経路が分岐し、再びお互いが合流するような経路であっても本発明の機能には影響を及ぼさない。

また、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

００１：圧縮機ユニット
００２：熱回収ユニット
１００：圧縮機（単段式）
１０１：低圧段圧縮機
１０２：高圧段圧縮機
１０３：循環ポンプ
２０１：インタークーラ
２０２：アフタークーラ
２０３：オイルクーラ
２０４：冷却用熱交換器
２０５：熱回収用熱交換器
２０６：補助冷却用熱交換器
２０７：予熱用熱交換器
３０１：給水弁
３０２：温度調節弁
３０３：制御弁
３０４：制御弁
３０５：逆止弁
４０１：空気経路
４０２：第１冷却水経路
４０３：第２冷却水経路
４０４：オイルクーラ冷却経路
４０５：第３冷却水経路
４０６：補助冷却用バイパス経路
４０７：供給水経路
４０８：潤滑油経路
４０９：予熱用バイパス経路
４１０：バイパス経路
５０１：吐出空気温度センサ又は低圧段吐出空気温度センサ
５０２：高圧段吸込空気温度センサ
５０３：高圧段吐出空気温度センサ
５０４：熱回収用冷却水温度センサ
５０５：冷却水出口温度センサ
５０６：供給水温度センサ

Claims

少なくとも一つの圧縮機に接続された熱回収装置であって、
補助冷却を行う補助冷却用熱交換器と、
供給水を加熱する熱回収用交換器と、
前記供給水を予熱して前記熱回収用交換器に供給する予熱用熱交換器と、
前記供給水を前記熱回収用交換器に供給する供給水経路と、
前記供給水経路から分岐し、前記供給水を前記予熱用熱交換器に供給し、前記予熱用熱交換器で予熱した前記供給水を前記供給水経路に戻す予熱用バイパス経路と、を有し、
前記予熱用熱交換器は、
前記補助冷却用熱交換器の出口側の冷却水と、前記予熱用バイパス経路を通った前記供給水とを互いに熱交換させ、
前記補助冷却用熱交換器の前記出口側に設けられた第１の温度センサと、
前記供給水経路の所定位置に設けられた第２の温度センサと、
前記予熱用バイパス経路の前記予熱用熱交換器の出口側に設けられた制御弁と、を更に有し、
前記制御弁は、前記第１の温度センサの検出温度が前記第２の温度センサの検出温度よりも高い場合に、前記制御弁を開とすることにより前記予熱用熱交換器で前記供給水の予熱を行うように制御することを特徴とする熱回収装置。
前記熱回収用交換器は、
前記予熱用熱交換器で予熱し前記予熱用バイパス経路を通って前記供給水経路に戻った前記供給水を再度加熱することを特徴とする請求項１に記載の熱回収装置。
前記第２の温度センサが設けられた前記所定位置は、前記供給水経路から前記予熱用バイパス経路が分岐する分岐点の上流側の位置であることを特徴とする請求項１に記載の熱回収装置。
前記熱回収用交換器の出口側に設けられた第３の温度センサを更に有し、
前記第３の温度センサの検出温度が所定の閾値以上となった場合、
前記制御弁を閉とすることにより前記予熱用熱交換器で前記供給水の予熱を行わないように制御することを特徴とする請求項１に記載の熱回収装置。
前記制御弁を三方向の流体出入口をもつ三方弁とし、
前記予熱用熱交換器で前記供給水の予熱を行う場合は、前記制御弁を制御することで、前記供給水の全量を前記予熱用熱交換器に通水することを特徴とする請求項１に記載の熱回収装置。
請求項１に記載の熱回収装置であって、
前記熱回収装置は、複数の前記圧縮機に接続されることを特徴とする熱回収装置。
少なくとも一つの圧縮機に接続された熱回収装置であって、
補助冷却を行う補助冷却用熱交換器と、
供給水を加熱する熱回収用交換器と、
前記供給水を予熱して前記熱回収用交換器に供給する予熱用熱交換器と、
前記供給水を前記熱回収用交換器に供給する供給水経路と、
前記供給水経路から分岐し、前記供給水を前記予熱用熱交換器に供給し、前記予熱用熱交換器で予熱した前記供給水を前記供給水経路に戻す予熱用バイパス経路と、を有し、
前記予熱用熱交換器は、
外部から冷却水経路を通って供給された冷却水と、前記予熱用バイパス経路を通った前記供給水とを互いに熱交換させ、
前記予熱用熱交換器の入口側に設けられた第１の温度センサと、
前記供給水経路の所定位置に設けられた第２の温度センサと、
前記予熱用バイパス経路の前記予熱用熱交換器の出口側に設けられた第１の制御弁と、
前記冷却水経路が分岐した冷却水バイパス経路に設けられた第２の制御弁と、を更に有し、
前記第１の温度センサの検出温度が前記第２の温度センサの検出温度よりも高い場合に、前記第１の制御弁を開とし前記第２の制御弁を閉とすることにより前記予熱用熱交換器で前記供給水の予熱を行うように制御することを特徴とする熱回収装置。
前記熱回収用交換器は、
前記予熱用熱交換器で予熱し前記予熱用バイパス経路を通って前記供給水経路に戻った前記供給水を再度加熱することを特徴とする請求項７に記載の熱回収装置。
前記第１の温度センサの検出温度が前記第２の温度センサの検出温度よりも低い場合に、前記第１の制御弁を閉とし前記第２の制御弁を開とすることにより前記予熱用熱交換器で前記供給水の予熱を行わないように制御することを特徴とする請求項７に記載の熱回収装置。
前記第２の温度センサが設けられた前記所定位置は、
前記供給水経路から前記予熱用バイパス経路が分岐する分岐点の上流側の位置であることを特徴とする請求項７に記載の熱回収装置。
前記熱回収用交換器の出口側に設けられた第３の温度センサを更に有し、
前記第３の温度センサの検出温度が所定の閾値以上となった場合、
前記第１の制御弁を閉とし前記第２の制御弁を開とすることにより前記予熱用熱交換器で前記供給水の予熱を行わないように制御することを特徴とする請求項７に記載の熱回収装置。
前記補助冷却用熱交換器の出口側に設けられ、前記冷却水経路を通る前記冷却水の逆流を防止する逆止弁を更に有することを特徴とする請求項７に記載の熱回収装置。
前記第１の制御弁を三方向の流体出入口をもつ三方弁とし、
前記予熱用熱交換器で前記供給水の予熱を行う場合は、前記第１の制御弁を制御することで、前記供給水の全量を前記予熱用熱交換器に通水することを特徴とする請求項７に記載の熱回収装置。
請求項７に記載の熱回収装置であって、
前記熱回収装置は、複数の前記圧縮機に接続されることを特徴とする熱回収装置。
少なくとも一つの圧縮機に接続された熱回収装置であって、
補助冷却を行う補助冷却用熱交換器と、
供給水を加熱する熱回収用交換器と、
前記供給水を予熱して前記熱回収用交換器に供給する予熱用熱交換器と、
前記供給水を前記熱回収用交換器に供給する供給水経路と、
前記供給水経路から分岐し、前記供給水を前記予熱用熱交換器に供給し、前記予熱用熱交換器で予熱した前記供給水を前記供給水経路に戻す予熱用バイパス経路と、を有し、
前記予熱用熱交換器は、
前記補助冷却用熱交換器の出口側の冷却水と、前記予熱用バイパス経路を通った前記供給水とを互いに熱交換させ、
前記熱回収用交換器の出口側に設けられた第３の温度センサを更に有し、
前記第３の温度センサの検出温度が所定の閾値以上となった場合、
前記予熱用バイパス経路の前記予熱用熱交換器の出口側に設けられた制御弁を閉とすることにより前記予熱用熱交換器で前記供給水の予熱を行わないように制御することを特徴とする熱回収装置。
少なくとも一つの圧縮機に接続された熱回収装置であって、
補助冷却を行う補助冷却用熱交換器と、
供給水を加熱する熱回収用交換器と、
前記供給水を予熱して前記熱回収用交換器に供給する予熱用熱交換器と、
前記供給水を前記熱回収用交換器に供給する供給水経路と、
前記供給水経路から分岐し、前記供給水を前記予熱用熱交換器に供給し、前記予熱用熱交換器で予熱した前記供給水を前記供給水経路に戻す予熱用バイパス経路と、を有し、
前記予熱用熱交換器は、
外部から冷却水経路を通って供給された冷却水と、前記予熱用バイパス経路を通った前記供給水とを互いに熱交換させ、
前記予熱用熱交換器の入口側に設けられた第１の温度センサと、
前記供給水経路の所定位置に設けられた第２の温度センサと、
前記予熱用バイパス経路の前記予熱用熱交換器の出口側に設けられた第１の制御弁と、
前記冷却水経路が分岐した冷却水バイパス経路に設けられた第２の制御弁と、を更に有し、
前記第１の温度センサの検出温度が前記第２の温度センサの検出温度よりも低い場合に、前記第１の制御弁を閉とし前記第２の制御弁を開とすることにより前記予熱用熱交換器で前記供給水の予熱を行わないように制御することを特徴とする熱回収装置。
少なくとも一つの圧縮機に接続された熱回収装置であって、
補助冷却を行う補助冷却用熱交換器と、
供給水を加熱する熱回収用交換器と、
前記供給水を予熱して前記熱回収用交換器に供給する予熱用熱交換器と、
前記供給水を前記熱回収用交換器に供給する供給水経路と、
前記供給水経路から分岐し、前記供給水を前記予熱用熱交換器に供給し、前記予熱用熱交換器で予熱した前記供給水を前記供給水経路に戻す予熱用バイパス経路と、を有し、
前記予熱用熱交換器は、
外部から冷却水経路を通って供給された冷却水と、前記予熱用バイパス経路を通った前記供給水とを互いに熱交換させ、
前記予熱用バイパス経路の前記予熱用熱交換器の出口側に設けられた第１の制御弁と、
前記冷却水経路が分岐した冷却水バイパス経路に設けられた第２の制御弁と、を更に有し、
前記熱回収用交換器の出口側に設けられた第３の温度センサを更に有し、
前記第３の温度センサの検出温度が所定の閾値以上となった場合、
前記第１の制御弁を閉とし前記第２の制御弁を開とすることにより前記予熱用熱交換器で前記供給水の予熱を行わないように制御することを特徴とする熱回収装置。