JPS5833364Y2 - 圧縮機等の排熱回収装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は単段又は多段式圧縮機又は送風機（以下圧縮機
等と称す）によって圧縮された気体に存在する熱エネル
ギをその熱を利用する利用系に最適な温度条件になる高
温状態で回収することができる排熱回収装置に関する。

圧縮機で空気を含む気体を圧縮すると、圧縮された気体
が高温になることはよく知られており、従来この高温の
圧縮気体を冷却器により単に冷却をなしていた。

特に多段式圧縮機にあっては圧縮効率を高めるために次
段へ給送される空気は次段の熱的設件条件等を考慮に入
れて冷却されていた。

このような冷却手段では、高温の圧縮空気のもつ熱エネ
ルギーは有効利用されることなく、無駄に大気中へ放出
されているのが実情である。

このようにして大気中へ放出される熱エネルギー量は圧
縮機において空気の圧縮に要したエネルギーの大部分、
すなわち約９０乃至９５％に相当する。

従って、省エネルギーの観点からすると、上述の高温圧
縮空気の処理方法は極めて効率の良くないものである。

これに加えて、クーリングタワーを用いた冷却手段では
冷却水中に大気中のダスＩ・等が混入して来る可能性が
あり、これによる冷却器の効率低下が生じて来るのを防
止するため、比較的短時間毎にダスト等の除去処理をす
る必要がある。

本考案の目的は圧縮機等から吐出される圧縮気体に含ま
れる排熱を、これを利用する利用系に求められる最適な
温度で回収することができると共に圧縮機等の運転に必
要な温度に圧縮気体を冷却することができる圧縮機等の
排熱回収装置を提供するものである。

以下、添付図面の参照の下に本考案の好適実施例を説明
する。

第１図は本考案の実施例を示す図である。

１は多段式圧縮機の排熱回収装置を示す。

Ｃ１は圧縮機第１段で、その吐出口は連絡路２で圧縮機
第２段Ｃ２の吸入口と連通されている。

連絡路２には圧縮機第２段Ｃ２のためのインタークーラ
３が介設されている。

圧縮機第２段Ｃ２の吐出口へ連結された吐出管４には空
気利用装置の必要性に応じてアフタークーラー５が介設
されている。

インタークーラ３及びアフタークーラ５はいづれも、そ
のシェルとフィン付チューブとの間の空間を空気又はガ
ス通路に割当て、チューブを排熱を回収するためのボイ
ラ水用と単に圧縮空気等の圧縮気体を冷却するための冷
却水用との２組に分けた構造のものである。

これら２組の熱交換器はいづれか一方のみで必要な冷却
能力を有するように作られている。

インタークーラー３のボイラ水用チューブ３ａとアフタ
ークーラ５のボイラ水用チューブ５ａとはボイラー給水
ポンプ６と共通給水管７との間に図示の如く並設されて
いる。

共通給水管７は図示しない回収熱を利用するための熱利
用装置（系）例えばボイラー又はボイラー給水設備へ連
通されている。

インタークーラ３の冷却水用チューブ３ｂ及びアフター
クーラ５の冷却水用チューブ５ｂはクーリングタワー８
の冷却水ポンプ８ａの吐出口とクーリングタワー８内の
散水管（明示せず）とへ、図示の如く、並設されている
。

冷却水用チューブ３ｂの流出側配管に冷却水流量調節弁
９が、又冷却水用チューブ５ｂの流出側配管に冷却水流
量調節弁１０が介設されている。

これらの調節弁９及び１０は夫々、温度制御系１１及び
１２によって２段式圧縮機の各段の吸入ガス又は空気温
度を一定値以下に保つために冷却水流量を調節する。

流量制御系１１は圧縮機第２段Ｃ２への連絡路２内の空
気又はガスの温度を検出する温度検出器１１ ａ及びこ
の温度検出器１１ ａの出力へ接続された空気（ガス）
温度調節計１１ ｂから構成されている。

又、流量制御系１２は吐出管４内の空気又はガスの温度
を検出する温度検出器１２ａ及びこの温度検出器１２ａ
の出力へ接続された空気（ガス）温度調節計１２ｂから
構成されている。

第１図中の８ｂはクーリングタワーファンである。

上述のインタークーラ４及びアフタークーラ５に対する
配管関係は比較的に低圧のボイラ等の場合に採用される
。

インタークーラ３及びアフタークーラ５からの温水を直
接高圧ボイラへ給水する場合にクーラのチューブに高圧
がかかるのを避けるため、インタークーラ３及びアフタ
ークーラ５の流出口を給水ポンプの吸入口へ連結しその
吐出口を高圧ボイラーへ連結するように、インタークー
ラ３及びアフタークーラ５の配管関係の変更を施せば、
これらクーラの水側耐圧を低下させつつ排熱回収の目的
を達威し得る。

この場合、クーラの水側圧力損失により給水ポンプの吸
入側圧力が非常に低くなる場合には、上記圧力損失に相
当するヘッドを与えるブースタポンプを両者間に介設す
れは゛よい。

上述の如く構成される排熱回収装置１の動作を以下に説
明する。

今、２段式圧縮機が定常運転に入っており、又インター
クーラ３及びアフタークーラ５から共通給水管７を経て
ボイラー（図示せず）へ給水される給水量はボイラーで
必要な量を自由に給水し得るものとする。

又、空気（ガス）温度調節計１１ ｂ及び１２ｂには夫
々設定値が予しめ設定されているものとする。

そして、ボイラーへの給水量が多くインタークーラ３及
びアフタークーラ５に於ける空気又はガスの冷却能力が
空気又はガスの温度を設定値以下になしうる状態での運
転状態にあるものとする。

このような運転状態にあると、いずれの温度制御系も動
作せず、従って冷却水流量調節弁９，１０は閉じられて
いる。

結果として、クーリングタワー８から大気中へ放出され
る熱エネルギーはなく、圧縮機及びボイラーの運転条件
によって決める熱エネルギーがボイラー水によってボイ
ラーへ運ばれる。

従って、それだけの熱エネルギーの回収が行われる。

このような排熱回収が続行されているときに、ボイラー
で消費しているボイラー水量が）威少する、換言すれば
各クーラの冷却能力の低下が生じて来ると、連絡路２又
は吐出管４内を流れる空気又はガスの温度が上昇する。

空気又はガスの温度は空気（ガス）温度検出器１１ａ、
１２ａによって検出され、その温度信号は冷却水流量調
節計１１ｂ、１２ｂに設定されている設定温度信号と絶
えず比較されている。

従って、上述のように空気又はガスの温度が上昇し、そ
の値が設定値を超えると、上昇した温度を設定温度以下
へ低下させるのに十分な信号が冷却水流量調節計１１ｂ
、１２ｂから発生される。

この信号に相当する弁開度だけ冷却水流量調節弁９，１
０が開弁され、冷却水が従来の装置と同様、チューブ３
ｂ、５ｂへ通水され、そしてクーリングタワー８を経て
循環される。

このようにして、インタークーラ３の出口温度は圧縮機
側の運転条件及びボイラ側の運転条件に左右されること
なく、冷却系統において独立して設定値より上昇しない
ように制御される。

上記冷却水による冷却は補助的に使用される。

従ってその清掃周期を長くすることが出来る。

ボイラー側のボイラー水使用量が再び増大すると、連絡
路内の空気又はガ賃の温度は設定値以下へ低下するので
、冷却水流量調節計１１ｂ、１２ｂがらは信号は発生さ
れなくなり、冷却水流量調節弁９．１０は閉弁される。

連絡路内を通過する空気又はガスはボイラー水のみによ
って冷却される。

換言すれば、クーラで熱交換された熱量は大気中へ放出
されることなく、その有効利用のためボイラー水へ与え
られて回収される。

ボイラー側でのボイラー水使用量が多いか、又は圧縮機
負荷が軽い場合には、ボイラー水のみによる冷却時に連
絡路を通る空気又はガスの温度は設定値以下へ低下する
。

このような空気又はガスの温度低下は、圧縮機の型式に
よってその下限はあるが、その下限限度内においてはそ
の低下度の大きいほど圧縮機駆動動力は少なくて済むと
いう効果が得られる。

上述の下限は次段への吸入容量の減少から来る不具合即
ち段間のマツチングが崩れサージングが生ずるという不
具合がら定められる。

このような制限を課せられるのは速度形圧縮機である。

従って、この圧縮機ではボイラー給水温度が特に低いか
、ボイラー給水量が特に多い場合には流量制限手段を採
用することが必要になる。

上記の説明では比較的に低温のボイラー給水を用いる場
合について説明したが、ボイラー給水として比較的高温
水である凝縮水を使用する場合は、蒸気の凝縮水にボイ
ラー補給水を補給しつつ混合して使用することも出来る
。

この場合には、クーラでのボイラー給水のみによる冷却
能力に低下が生ずるが、その不足分は上述のようにして
温度制御系による冷却能力を調節して確保することが出
来る。

従って、各段吐出空気又はガスの温度は設定値以下に保
つことが出来る。

次に、第２図を参照して変形実施例を説明する。

第２図は２段式圧縮機の排熱回収装置１′のインターク
ーラ３′及びアフタークーラ５′並びにその冷却配管系
統のみを示す。

その他の構成要素の第２図の各構成要素への接続関係は
第１図と同じである。

第２図におけるインタークーラ３′及びアフタークーラ
５′の構造はチューブが唯−組だけとされていることを
除いて第１図のインタークーラ３及びアフタークーラ５
と同じで・ある。

インタークーラ３′及びアフタークーラ５′のチューブ
流入端は図示の如く、逆止弁Ｂ１及びボイラー水供給弁
Ｂ２を介してボイラー水給水ポンプ（図示せず）へ連通
される一方、逆止弁ＣＷ１及び冷却水供給弁ＣＷ２を介
して冷却水給水ポンプ（図示せず）へ連通される如くし
てボイラー水供給系及び冷却水供給系へ並列接続されて
いる。

インタークーラ３′及びアフタークーラ５′のチューブ
流出端は図示の如く、ボイラー水排出弁Ｂ３及び逆止弁
Ｂ４を介してボイラー又はボイラー給水設備（図示せず
）へ連通されている一方、冷却水排出弁ＣＷ３を介して
クーリングタワーの散水管（図示せず）へ連通される如
くしてボイラー水排出系及び冷却水排出系へ並列接続さ
れている。

ボイラー水供給弁Ｂ２の上流側と逆止弁Ｂ４と下流側と
の間に、ボイラー水流量計Ｂ５．ボイラー水バイパス弁
Ｂ６及び逆止弁Ｂ７がこの順序で直列に連結されて、゛
並設されている。

ボイラー水供給弁Ｂ２及びボイラー水排出弁Ｂ３．並び
に冷却水供給弁ＣＷ２及び冷却水排出弁ＣＷ３へはシー
ケンス制御装置１３がらの夫々の弁開閉制御信号線が接
続されている。

弁開閉制御信号を発生するシーケンス制御装置１３は上
述のボイラー水流量計Ｂ５の出力を受けるべくこれに接
続されている外、ボイラー水流量計Ｂ５とボイラー水バ
イパス弁Ｂ６との間に介設されたボイラー水温度スイッ
チＤ１並びに連結路２に設けられた空気（ガス）温度ス
イッチＤ２及び吐出管４に設けられた空気（ガス）温度
スイッチＤ３へ接続されている。

以上の如く構成される２段式圧縮機の排熱回収装置１′
の動作を以下に説明する。

今、ボイラー水によって連結路２及び吐出管４を流れる
空気又はガスの冷却がなされる運転状態にあり、シーケ
ンス制御装置１３によってボイラー水バイパス弁Ｂｓ、
冷却水供給弁ＣＷ２及び冷却水排出弁ＣＷ３は閉弁され
ているものとする。

このような運転状態において、ボイラー側への給水流量
が減少するか、又はボイラー水給水側のボイラー水の温
度が上昇すると、いづれのクーラ３’、５’の冷却能力
が低下するからそれらの出口側の空気又はガスの温度が
上昇し、温度スイッチＤ２゜Ｄ３に予しめ設定されてい
る設定値を超えると、温度スイッチＤ ２ 、 Ｄ ３
が作動し、その表示信号がシーケンス制御装置１３へ与
えられる。

上記表示信号を受けたシーケンス制御装置１３はボイラ
ー水供給弁Ｂ２及びボイラー水排出弁Ｂ３へ閉弁信号を
送りこれらの弁を閉弁する一方、ボイラー水バイパス弁
Ｂ６へ開弁信号を送りこれを開弁じてボイラー側への給
水を継続すると共に冷却水供給弁ＣＷ２及び冷却水排出
弁ＣＷ３へ開弁信号を送りこれらの弁を開弁じ、各クー
ラへ冷却水を通水して各クーラの冷却能力を高める。

この運転状態においては、連絡路２．吐出管４内を流れ
る空気又はガスの保有する熱の回収はなくなる。

上述のような冷却水による冷却を惹起せしめたボイラー
側への減少した給水量が必要な冷却能力をクーラに回復
せしめ得る値まで増量したことがボイラー水流量計Ｂ５
によって検出されるか、又はボイラー水給水側の昇温し
たボイラー水温が必要な冷却能力をクーラに回復せしめ
得る値まで降温したことがボイラー水温度スイッチＤ１
によって検出されると、流量計Ｂ５又はスイッチＤ１か
らその表示信号が発生され、シーケンス制御装置１３へ
送られる。

すると、シーケンス制御装置１３から、先ず、開弁信号
がボイラー水供給弁Ｂ２へ送られ該弁が開弁されると共
に予じめ決められた時間後に閉弁信号が冷却水供給弁Ｃ
Ｗ２へ送られて該弁が閉弁される。

このような弁開閉制御により、不純物（ダスト・油脂分
等）を含む冷却水をその共通通水管部分から完全に排出
させることが出来る。

これにより、ボイラーチューブに損傷を与える虞れのあ
る冷却水はボイラーへ給水されない。

このような共通通水管路部分に残存していた冷却水の排
出完了後に、シーケンス制御装置１３から開弁信号がボ
イラー水排出弁Ｂ３へ送られて該弁を開弁させると共に
閉弁信号がボイラー水バイパス弁Ｂ６及び冷却水排出弁
ＣＷ３へ送られてこれらの弁を閉弁させる。

これらの弁開閉制御の完了により、冷却水による冷却モ
ード（非排熱回収モード）からボイラー水による冷却モ
ード（排熱回収モード）へ切替わる。

この変形実施例においても、圧縮過程で空気又はガスに
与えられた熱エネルギーを可及的に回収出来るし、又こ
のような排熱回収はその回収量を除けば圧縮機側及びボ
イラー側の運転制御とは無関係に（独立に）なし得る。

従って、排熱回収手段が付設されることによって圧縮機
及びボイラーの制御を変更することは全く必要としない
。

クーラへの冷却水の通水は補助的に用いられるから、そ
の清掃周期を長くし得る。

又、この実施例においても、ボイラー水による冷却度合
が高い場合に圧縮機等に与える悪影響を緩和する手段を
ボイラー水供給系に設ける必要がある。

又、ボイラー型式によってインタークーラ及びアフター
クーラの設置位置を第１図の実施例の場合と同様変更す
ることが必要になる。

上記いづれの実施例におけるクーラは水冷式クーラを例
にとって説明したが、圧縮機用オイルクーラ等であって
もよい。

又、多段式圧縮機でもよい。

冷却媒体は水に限定されるものではない。以上の説明か
ら明らかなように、本考案によれば次のような効果が得
られる。

（１）圧縮機の圧縮過程で圧縮気体に与えられた熱エネ
ルギーを排熱回収用熱交換器によって求められる値だけ
の高温度で回収して有効利用することができる。

（２）排熱回収用熱交換器の回収制御は圧縮機側及び排
熱利用装置側の運転制御とは独立させることができ、排
熱回収用熱交換器の設置によって圧縮機の運転条件及び
制御系を何んら変更することを要しない。

（３）冷却器による圧縮気体の冷却は補助的に使用され
るものであるから、クーラの清掃周期を長くし得、メン
テナンスコストの低減を達成し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例を示す図、第２図は本考案の変
形実施例を示す図である。 図中、Ｃ１は圧縮機第１段、Ｃ２は圧縮機第２段、１は
排熱回収装置、２は連絡路、３はインタークーラ、４は
吐出管、５はアフタークーラ、６はボイラー水給水ポン
プ、７は共通給水管である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 圧縮機等から吐出される圧縮気体を冷却すると共に排熱
   を回収する装置において、上記圧縮気体の通路内に設け
   られた圧縮気体を冷却すると共にこれより排熱を回収す
   るための排熱回収用熱交換器と該排熱回収用熱交換器と
   並設され、上記圧縮気体をクーリングタワー等に循環さ
   れた冷却水により冷却するための冷却器と、上記排熱回
   収用熱交換器によって熱回収されて冷却された圧縮気体
   の温度を検出し、検出温度と予め設定された圧縮気体の
   吐出設定温度とを比較し検出温度が上記設定温度を超え
   たときにのみ上記冷却器を作動させるための制御手段と
   を備えたことを特徴とする圧縮機等の排熱回収装置。