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1. WO2020195528 - 圧縮機システム、及び、その制御方法

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明 細 書

発明の名称 圧縮機システム、及び、その制御方法

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003  

先行技術文献

特許文献

0004  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0005   0006   0007  

課題を解決するための手段

0008  

発明の効果

0009  

図面の簡単な説明

0010  

発明を実施するための形態

0011  

実施例 1

0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029  

実施例 2

0030   0031   0032   0033  

実施例 3

0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040  

実施例 4

0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049  

実施例 5

0050   0051   0052   0053   0054  

実施例 6

0055   0056   0057   0058   0059   0060  

符号の説明

0061  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8  

明 細 書

発明の名称 : 圧縮機システム、及び、その制御方法

技術分野

[0001]
 本発明は気体圧縮機からの排熱を回収する圧縮機システムに関する。

背景技術

[0002]
 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液との間で熱交換することで、高温流体から熱を回収し、温められた冷却液を有効利用する圧縮機システムが知られている。
[0003]
 本技術分野における従来技術としては、特開2016-79894号公報(特許文献1)がある。特許文献1には、オイルフリー式の圧縮機からの圧縮空気を、冷却塔との間の循環水で冷却するか、ファンによる通風で冷却するエアクーラと、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熱回収用熱交換器と、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を接続するバイパス路とを備え、圧縮機からの圧縮空気をバイパス路に通さずに熱回収用熱交換器を介してエアクーラへ送る熱回収可能状態と、圧縮機からの圧縮空気を熱回収用熱交換器に通さずにバイパス路を介してエアクーラへ送る熱回収停止状態とを切り替え可能とされ、圧縮機は、ロード・アンロード機とされ、圧縮機がアンロード中、熱回収用熱交換器への圧縮空気の流通はないが、熱回収用熱交換器に通水可能とされた熱回収システム、が開示されている。

先行技術文献

特許文献

[0004]
特許文献1 : 特開2016-79894号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0005]
 特許文献1では、通常の空気路と熱回収用熱交換器へのバイパス路を設け、圧縮機がロード運転、または、アンロード運転をしているかによって、弁の開閉を制御して熱回収用熱交換器へ通水したり、通水を止めたりする運転を行い、熱回収用熱交換器へ通水するための給水ポンプの過剰な発停を抑えることを目的としている。
[0006]
 しかしながら、特許文献1では、圧縮機自体の冷却方法については言及されていない。一般的に、低圧段及び高圧段圧縮機自体も空冷式や液冷式等のなんらかの方式による冷却が必要であるが、特許文献1では、圧縮機を内包する圧縮機ユニットの設置場所の周囲温度が上昇するなどして、圧縮機が吐出する圧縮気体の温度が通常よりも高くなり、圧縮気体の警報温度に近づくような場合に、圧縮機と圧縮気体の冷却、及び、熱回収をどのように継続するか、または、停止するのかといった運転方法に関しての言及がなされていない。
[0007]
 また、熱回収用熱交換器に通水するための給水ポンプが故障するなどして熱回収用熱交換器へ給水できない場合に、圧縮気体の冷却をどのように継続するか、また、圧縮機の運転をどうするのかについて記述が無く、考慮されていない。

課題を解決するための手段

[0008]
 本発明は、その一例を挙げるならば、吸入した気体を圧縮して圧縮気体を吐出する圧縮機と、圧縮気体を冷却するアフタークーラと、第1のポンプにより圧縮機に冷却液を供給し冷却用熱交換器により冷却液を冷却する第1冷却液経路と、第2のポンプによりアフタークーラに冷却液を通し熱回収用熱交換器により冷却液から排熱を回収する第2冷却液経路とを備える圧縮機システムであって、第1冷却液経路と第2冷却液経路とを接続する複数のバイパス経路のうち、第1のポンプの吸込み側のバイパス経路に配置された第1の弁と、第1のポンプの吐出し側のバイパス経路に配置された第2の弁と、第1冷却液経路で第1のポンプからの冷却液の循環を制御する第1のポンプの吐出し側の第3の弁及び第1のポンプの吸込み側の第4の弁と、前記第1の弁と前記第2の弁と前記第3の弁と前記第4の弁を制御する制御部を有し、制御部は、第1の弁及び第2の弁を閉とし第3の弁及び第4の弁を開とする第1の制御と、第1の弁及び第2の弁を開とし第3の弁及び第4の弁を閉とする第2の制御を行う。

発明の効果

[0009]
 本発明によれば、圧縮気体が通常よりも高温な状態となる警報温度未満を可能な限り維持できるように圧縮機、圧縮気体、潤滑油を冷却しつつ、それらの高温熱源からの熱回収を継続することが可能な圧縮機システム、及び、その制御方法を提供できる。

図面の簡単な説明

[0010]
[図1] 実施例1における圧縮機システムの系統図である。
[図2] 実施例1における圧縮機システムの簡易な配線配管接続図である。
[図3] 実施例1における熱回収ユニットの制御装置が行う制御のフローチャートである。
[図4] 実施例2における圧縮機システムの系統図である。
[図5] 実施例3における圧縮機システムの系統図である。
[図6] 実施例4における圧縮機システムの系統図である。
[図7] 実施例5における圧縮機システムの系統図である。
[図8] 実施例6における圧縮機システムの系統図である。

発明を実施するための形態

[0011]
 以下、本発明の圧縮機システムの具体的実施例を、図面に基づいて説明する。
実施例 1
[0012]
 図1は、本実施例における圧縮機システムの系統図である。本実施例では、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を適用した例について説明する。また、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、吐出する水冷式気体圧縮機として構成されている。
[0013]
 図1において、圧縮機ユニット1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。
[0014]
 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1内部の必要な個所に供給、循環される。圧縮機100及びオイルクーラ203は、通常は第1冷却液経路402、及び、第1冷却液経路402から分岐するオイルクーラ冷却経路を通る冷却水によって冷却される。この第1冷却液経路402内の冷却水は冷却ポンプ103で循環し、クーリングタワー等に代表される冷却用熱交換器204で熱を外部に排出する。第1冷却液経路402においては、冷却ポンプ103の吐出し側に給水弁303が配置され、冷却ポンプ103の吸込み側の冷却用熱交換器204に冷却水が戻る経路上に給水弁304が配置される。
[0015]
 一般的には、冷却ポンプ103と冷却用熱交換器204は、本実施例における圧縮機ユニット1、及び、後述する熱回収ユニット2とは別の既設設備と共同使用されている。そのため、使用者が要求仕様として求めない限り、圧縮機ユニット1、または、熱回収ユニット2が、循環ポンプ104や冷却用熱交換器204の運転を直接的に制御することは無い。
[0016]
 本実施例の圧縮機システムでは、圧縮機ユニット1に熱回収ユニット2が併設される。熱回収ユニット2は熱回収用熱交換器205と、循環ポンプ104を備えており、循環ポンプ104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104の吐出し側と圧縮機ユニット1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の高温側流体入口側とが接続されることで、第2冷却液経路403が形成される。第2冷却液経路403の循環ポンプ104の吐出し側には給水弁306が配置される。給水弁306は循環ポンプ104に連動して動作し、循環ポンプ104の運転中は開となる。
[0017]
 熱回収用熱交換器205の低温側流体経路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冷却液経路403内の高温の循環水と熱交換し、加温されて再度外部へと戻っていく経路である。低温側流体経路407を循環する水は、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。
[0018]
 また、第1冷却液経路402上の圧縮機100の冷却水出口より下流から分岐し、第2冷却液経路403上のアフタークーラ202の冷却水出口より下流部に接続する第1バイパス経路405が形成される。また、第2冷却液経路403上のアフタークーラ202の冷却水入口より上流から分岐し、第1冷却液経路402上の給水弁303至近の下流部に接続する第2バイパス経路406が形成される。また、第1冷却液経路402と第2冷却液経路403は、第1バイパス経路405と第2バイパス経路406で互いに連通している。第1バイパス経路405上には電磁弁301が、第2バイパス経路406上には電磁弁302が設けられている。
[0019]
 図2は、本実施例における圧縮機システムの簡易な配線配管接続図である。図2において、圧縮機ユニット1には制御装置505が設けられる。制御装置505は、主に圧縮機100を駆動するための図示しない電動機の運転、停止と、回転速度制御やロード、アンロード運転切り替え等による吐出空気圧力制御などを行う。熱回収ユニット2には制御装置507が設けられる。制御装置507は、主に循環ポンプ104の運転、停止、回転速度制御などを担い、さらに、制御配線506、508を介して、各部の水経路上にある電磁弁301、302、給水弁303、304、306の開閉制御を行う。
[0020]
 図3は、本実施例における熱回収ユニット2の制御装置507が行う制御のフローチャートである。図3において、電源が投入されることで手順S101より制御を開始する。手順S102は、電磁弁301及び電磁弁302を閉とし、給水弁303及び304を開とする熱回収モードAを定義し、このときの制御装置507内部においてフラグをOFFに初期化する。次に、手順S103では、圧縮機ユニット1内の制御装置505から圧縮機ユニット1が運転を開始した信号を検知し、かつ、熱回収ユニット2内の循環ポンプ104が運転を開始した信号を検知する。そして、手順S104では、制御装置507内部のタイマー510がカウントする時間変数tをリセットした後、改めてカウントを開始する。
[0021]
 次に、手順S105では、圧縮機ユニット1からロード運転信号を検知したかどうかを判断し、検知していれば、手順S106へと進み、していなければ手順S109へ分岐する。
[0022]
 ロード運転信号を検知している場合、手順S106においては、吐出空気温度センサ501が検出する吐出空気温度Td1が、所定の温度閾値Tdxよりも小さい場合は手順S107へと進み、吐出空気温度Td1が、所定の温度閾値Tdx以上となる場合は、手順S110に分岐する。ここで、温度閾値Tdxは、吐出空気警報温度を表すTdaよりも若干低い温度(例えば、Tda=400℃に対し、395℃等)に設定することが望ましい。
[0023]
 手順S107では、タイマー510がカウントする時間変数tが所定の設定時間tcよりも大きいかどうかを判断し、大きければ手順S108へと進み、小さければ、手順S111へと分岐する。ここで、設定時間tcは熱回収モードA及びBの切り替え頻度を制限するために設定する時間であり、例えば3分間などに設定する。この設定時間tcを設けることで、電磁弁や給水弁の開閉頻度を抑え、部品寿命が極端に短くなることを抑制することができる。
[0024]
 手順S108では、電磁弁301及び電磁弁302を開とし、給水弁303及び304を閉とする状態を定義する熱回収モードBを開始し、このときフラグをONとする。手順S108を実行後、手順S105の手前へと戻る。
[0025]
 手順S109では、時間変数tが所定の設定時間tcよりも大きければ、手順S108へと進み、小さければ、手順S105の手前に戻る。手順S110では、時間変数tを一度リセットし、改めて、ゼロからカウントを再開する。
[0026]
 手順S111では、フラグをOFFとし、すなわち、熱回収モードAを実行する。熱回収モードAを実行する場合、冷却水の流れは第1冷却液経路402と、第2冷却液経路403がそれぞれ独立することになる。圧縮機100及びオイルクーラ203は、第1冷却液経路402を介し、外部の冷却用熱交換器204で行わる。第2冷却液経路ではアフタークーラ202の冷却は循環ポンプ104で循環される水によってのみ行われ、熱回収用熱交換器205において高温側流体である第2冷却液経路の水と、低温側流体経路407の水との間で熱交換が行われ、高温の圧縮空気から取り出した熱を温水として外部に供給することができる。
[0027]
 次に、熱回収モードAを実行する効果を以下に説明する。例えば、圧縮機ユニット1の設置環境の影響で周囲温度が上昇し、それに伴い、吐出される圧縮空気温度が上昇し、場合によっては吐出空気警報温度Tdaに達する恐れがある。その場合に、圧縮機100の過熱による故障を防ぐため、一般的には圧縮機ユニット1が排熱する熱量よりも十分大きな冷却能力をもつ冷却用熱交換器204で圧縮機100及びオイルクーラ203を安全に冷却しつつ、アフタークーラ202を通過して温度が上昇した第2冷却液経路内の冷却水から、熱回収用熱交換器205を介して低温側流体経路407内の低温側流体に熱を回収することができることになる。
[0028]
 次に、熱回収モードBを実行する効果を以下に説明する。例えば、需要先での使用空気量が少なく圧縮機100の負荷率が低く、圧縮機100の回転速度を落として吐出空気量を少なくしたり、アンロード運転に切り替わったりすることで吐出空気量がほとんど無いような運転状態においては、圧縮空気から回収できる熱量は大幅に少なくなる。その場合、圧縮機100ではロード運転、または、アンロード運転に関わらず冷却が必要であることから、熱回収モードBを実行することで、第1冷却液回路と第2冷却液回路が第1バイパス経路405、及び、第2バイパス経路406を介して互いに連通することになる。また、一方で、給水弁303及び304を閉じるため冷却用熱交換器204は機能的に切り離され、冷却水は循環ポンプ104のみで圧縮機ユニット1、及び、熱回収ユニット2の内部を循環させることができ、圧縮機100、アフタークーラ202、及び、オイルクーラ203をそれぞれ冷却し、温度の上昇した全ての冷却水から熱回収用熱交換器205を介して低温側流体経路407に熱を回収できる。従って、圧縮機100の負荷率が低い状態であっても、回収熱量の減少を抑制し、省エネとなる。また、ロード運転中の負荷率が100%に近い運転状態であっても、吐出空気温度Td1が温度閾値Tdx未満の条件を満たし、かつ、時間変数tが設定時間tcよりも大となる条件を満たしていれば、熱回収モードBを実行するため、圧縮機100の過熱といった信頼性に影響を及ぼすことなく、かつ、大きな熱量を回収することができ、大きな省エネ効果を得ることができる。
[0029]
 以上のように、本実施例によれば、圧縮機や圧縮気体、潤滑油を水で冷却する水冷式気体圧縮機において、圧縮気体が通常よりも高温な状態となる警報温度未満を可能な限り維持できるように効果的に圧縮機、圧縮気体、潤滑油を冷却しつつ、それらの高温熱源からの熱回収を継続することが可能な圧縮機システム、及び、その制御方法を提供できる。
実施例 2
[0030]
 図4は、本実施例における圧縮機システムの系統図である。図4において、実施例1の図1~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、その部分については説明を省略する。
[0031]
 本実施例では、第2冷却液経路403上において熱回収用熱交換器205入口及び出口を連通するバイパス経路410を備え、そのバイパス経路410上に温度調節弁308を設ける。温度調節弁308は低温側流体経路407上の熱回収用熱交換器205出口側の温度を測定する温度センサ504の低温側流体出口温度Tuが、所定の目標温度Tuxとなるように弁の開度を自動で調節する機能を備える。温度調節弁308を設ける目的は、低温側流体出口温度Tuがより早く目標温度Tuxに到達できるようにする効果を得るためである。
[0032]
 本実施例においては、温度調節弁308は、二方弁で、温度センサ504が測定した低温側流体出口温度Tuが目標温度Tuxに近づくに従って、温度調節弁308内部を満たす液体の体積が膨張することで弁体内部の開閉機構に力が作用し、弁の開度が徐々に小さくなり、目標温度Tuxに達すると完全に閉じる自力式のものを想定している。
[0033]
 低温側流体出口温度Tuが目標温度Tuxよりもまだ十分に低い場合、温度調節弁308は最大開度となり、この場合、バイパス経路410を成す配管直径と、第2冷却液経路403を成す配管直径の比に応じた相当流量分の冷却水が熱回収用熱交換器205を通らずに循環ポンプ104の吸込み側に戻り、再び吐出される。すると、熱回収用熱交換器205を一部の冷却水が通らないことになるため、熱交換されない温水が再度アフタークーラ202で高温の圧縮空気から熱をもらうことになる。この循環を継続していくことで、第2冷却液回路内の温度はより早く上昇し、それに伴って低温側流体出口温度Tuもより早く上昇していくことになる。低温側流体出口温度Tuが目標温度Tuxに近づくに従い、温度調節弁308の開度が小さくなっていくため、熱回収用熱交換器205を通る冷却水量が増えるため、第2冷却液回路内の冷却水温度の上昇は緩やかになり、それに応じて、低温側流体出口温度Tuの上昇も緩やかになる。従って、この温度調節弁308を設けることにより、低温側流体出口温度Tuがより早く目標温度Tuxに到達できるようにする効果がある。
実施例 3
[0034]
 図5は本実施例における圧縮機システムの系統図である。図5において、図1~図4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、その部分については説明を省略する。
[0035]
 本実施例は、圧縮機ユニット1を複数段の圧縮機で空気を所定の圧力まで圧縮する多段式の無給油式スクリュー圧縮機とした。図5に示すように、圧縮機システムは、低圧段圧縮機101と高圧段圧縮機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、高圧段圧縮機102から吐出された圧縮空気を冷却するアフタークーラ202を備える。また、空気経路401上には、低圧段圧縮機101からの吐出空気温度を測定する低圧段吐出空気温度センサ501と、インタークーラ201で冷却後、高圧段圧縮機102に吸い込まれる前の空気温度を測定する高圧段吸込空気温度センサ502と、高圧段圧縮機102からの吐出空気温度を測定する高圧段吐出空気温度センサ503を備えている。
[0036]
 実施例1ないし実施例2と同様に、本実施例においても第1冷却液経路402と第2冷却液経路403を備えている。また、第1冷却液経路402上の高圧段圧縮機102の冷却水出口より下流から分岐し、第2冷却液経路403上のアフタークーラ202の冷却水出口より下流の箇所に接続する第1バイパス経路405が形成される。また、第2冷却液経路403上のインタークーラ201の冷却水入口より上流から分岐し、第1冷却液経路402上の給水弁303至近の下流部に接続する第2バイパス経路406が形成される。そして、第1冷却液経路402と第2冷却液経路403は、第1バイパス経路405と第2バイパス経路406で互いに連通している。第1バイパス経路405上には電磁弁301が設けられ、第2バイパス経路406上には電磁弁302が設けられている。
[0037]
 熱回収モードAの場合、即ち、電磁弁301、及び、電磁弁302が閉で、給水弁303、及び、給水弁304が開である場合、第1冷却液経路402内の冷却水は、冷却ポンプ103によって、低圧段圧縮機101及び高圧段圧縮機102とオイルクーラ203へと送られる。一方、低圧段圧縮機101を通過した冷却水は高圧段圧縮機102を通った後、オイルクーラ203を通った冷却水と合流して冷却用熱交換器204へ送水される経路となっている。このとき、第2冷却液経路403内の冷却水は、循環ポンプ104によって、インタークーラ201へ送られ、その後、アフタークーラ202を通り、熱回収用熱交換器205を通り、低温側流体と熱交換後、再び循環ポンプ104で吐出される経路となっている。つまり、第1冷却液経路においては、低圧段圧縮機101と高圧段圧縮機102が直列に、また、第2冷却液経路においては、インタークーラ201とアフタークーラ202が直列に接続される構成となっている。
[0038]
 熱回収モードBの場合、即ち、電磁弁301、及び、電磁弁302が開で、給水弁303、及び、給水弁304が閉である場合は、低圧段圧縮機101、高圧段圧縮機102、インタークーラ201、アフタークーラ202、オイルクーラ203で加熱された冷却水の全てが熱回収用熱交換器205を介して低温側流体経路407と熱交換し、低温側流体を加温して供給することができる。
[0039]
 上記のように複数の圧縮機やクーラを直列に接続して冷却水を通す方法は、同じ流量の冷却水をこれらの要素を並列に接続して冷却水の通す方法よりも、高い冷却水温度を得られる。すなわち、熱回収用熱交換器205で熱交換した後の低温側流体温度も高い温度が得られるため、供給できる低温側流体の温度範囲を広くできる。
[0040]
 なお、本実施例における各々の弁の制御は、図3のフローチャートと同じ手順で実施することができる。ただし、圧縮空気の所定の温度閾値Tdxを、低圧段吐出空気警報温度Td1a及び高圧段吐出空気警報温度Td2aよりも低い温度、例えば、Td1a=215℃、Td2a=220℃、に対して、両方の警報温度よりも若干低い温度のTdx=210℃などに設定することが望ましい。この場合、低圧段吐出空気温度センサ501で測定した低圧段吐出空気温度Td1と、高圧段吸込空気温度センサ502で測定した高圧段吸込空気温度Td2を用いて、図3の手順S106における判断条件を、「Td1a<Tdx、かつ、Td2a<Tdx」とすることが望ましく、低圧段圧縮機101と高圧段圧縮機102の両方の過熱状態からの保護に寄与できる。
実施例 4
[0041]
 図6は本実施例における圧縮機システムの系統図である。図6において、図1~図5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、その部分については説明を省略する。
[0042]
 本実施例では、第2冷却液経路403上のアフタークーラ202冷却水出口と熱回収用熱交換器205入口の間から分岐し、第1冷却液経路402上の給水弁304の下流側と冷却用熱交換器204の間に合流するバイパス経路411を設け、前記バイパス経路411上に給水弁307を備えている。また、第2冷却液経路403上の熱回収用熱交換器205入口と出口の間の圧力差を検出するために、圧力差に応じて内部の電気回路を開閉する差圧スイッチ509と、熱回収用熱交換器205入口及び出口の圧力を差圧スイッチ509に導入する検出配管412を備えている。
[0043]
 万が一、循環ポンプ104が故障したり、熱回収用熱交換器205が内部で目詰まりを起こしたりした場合、熱回収モードA実行中はインタークーラ201及びアフタークーラ202の冷却が出来なくなる。また、熱回収モードB実行中は、上記クーラに加えて低圧段圧縮機101、高圧段圧縮機102、及び、オイルクーラ203の冷却が出来なくなってしまう。そのため、圧縮機ユニット1は重大な故障を防ぐために自動的に停止せざるを得なくなり、熱回収による温水供給よりも、相対的に重要な圧縮空気の供給が停止することになる。
[0044]
 本実施例は、上記のような事態を防ぎ、循環ポンプ104の故障等の不具合が発生した場合でも圧縮機ユニット1内部の各要素の冷却を確保し、圧縮空気の供給を継続させることを目的とした構成である。
[0045]
 本実施例における熱回収ユニットの制御装置507の行う制御としては、循環ポンプ104が故障して運転を停止したり、あるいは、熱回収用熱交換器205が内部で目詰まりを起こし、水が流れない場合を故障と判断する。すなわち、差圧スイッチ509により、通常、水が流れている場合は差圧があり差圧スイッチ509が作動しないが、水が流れない場合、差圧がゼロとなり差圧スイッチ509が作動し故障と判断する。その場合に、電磁弁301、電磁弁302、給水弁303、及び、給水弁307を開とし、給水弁304と給水弁306を閉とするバックアップ冷却モードを行う。
[0046]
 これにより、第1冷却液経路402と第2冷却液経路403は連通するが、全ての冷却水は冷却用熱交換器204で冷却されるため、圧縮機ユニット1内で冷却を必要とする要素は全て冷却されることになり、熱回収ユニット2側の不具合に起因した圧縮機ユニット1の停止を防ぐことができる。
[0047]
 なお、熱回収ユニット2側の不具合が解消され、故障信号等のリセットがなされない限りは、バックアップ冷却モードを継続することが望ましい。また、故障判断は、水が流れない場合を検出すればよいので上記差圧スイッチに換えて別の構成として断水検出装置としてもよい。
[0048]
 また、本実施例は、実施例3の図5をベースに、構成を追加した構成について説明したが、これに限定されるものでなく、実施例1や2の構成に同様の構成を追加してもよい。
[0049]
 以上のように、本実施例によれば、熱回収用熱交換器への給水ポンプが故障した場合等においても圧縮機、圧縮気体、潤滑油の冷却を継続できるようにすることができる。
実施例 5
[0050]
 図7は本実施例における圧縮機システムの系統図である。図7において、図1~図5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、その部分については説明を省略する。
[0051]
 図7において、第1バイパス経路405は、第1冷却液経路402上の低圧段圧縮機101冷却水出口から分岐し、第2冷却液経路上のインタークーラ201出口に合流するものとし、その第1バイパス経路405上に電磁弁301とその直後にオリフィス309を設ける。また、第1冷却液経路402上の高圧段圧縮機102冷却水出口からさらに第3バイパス経路409が分岐し、第2冷却液経路403上のアフタークーラ冷却水入口の上流部に合流し、この第3バイパス経路409上には電磁弁305を備える。
[0052]
 本実施例においては、熱回収モードAは、電磁弁301、電磁弁302、及び、電磁弁305を閉とし、かつ、給水弁303及び給水弁304を開とする制御を行なう。また、熱回収モードBにおいては、電磁弁301、電磁弁302、及び、電磁弁305を開とし、給水弁303及び給水弁304を閉とする制御を行う。
[0053]
 本実施例によれば、事前に把握している圧縮機やクーラの熱交換性能、冷却水経路の圧力損失等の諸元に応じて、オリフィス309の内径を事前に設計して組み込むことで、高圧段圧縮機102に流入する冷却水流量と、アフタークーラ202に流入する冷却水流量のそれぞれの最適な配分が得られる。
[0054]
 なお、本実施例において、実施例4の構成である、バイパス経路411、給水弁307、検出配管412、差圧スイッチ509を付加してもよい。
実施例 6
[0055]
 図8は本実施例における圧縮機システムの系統図である。図8において、図1~図5及び図7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、その部分については説明を省略する。
[0056]
 本実施例においては、実施例5の図7の構成において、実施例2と同様の温度調節弁308と、低温側流体経路407上の熱回収用熱交換器205出口に取り付けられた温度センサ504を備えている。従って、本実施例によれば、実施例5において実施例2と同様に、温度調節弁308を設けることにより、低温側流体出口温度Tuがより早く目標温度Tuxに到達できるようにする効果がある。
[0057]
 なお、本実施例において、実施例4の構成である、バイパス経路411、給水弁307、検出配管412、差圧スイッチ509を付加してもよい。
[0058]
 以上、実施例について説明したが、本発明は上記した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、上記実施例では、第1冷却液経路および第2冷却液経路を循環する冷却液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、冷却液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低温側流体も、水だけに限らず、さまざまな流体が想定される。
[0059]
 その他、バイパス経路の分岐位置は上記実施例のみに限定されるものではなく、内部の冷却液が流れる冷却用熱交換器ないし熱回収用熱交換器に向かって流れるようにバイパス経路が設けられ、二つの冷却液経路が互いに連通可能であればよい。
[0060]
 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。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、上記の制御装置は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し実行することによりソフトウェアで実現してもよいし、例えば集積回路で設計することによるハードウェアで実現してもよい。

符号の説明

[0061]
1:圧縮機ユニット、2: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:冷却ポンプ、104: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、301、302、305:電磁弁、303、304、306、307:給水弁、308:温度調節弁、309:オリフィス、401:空気経路、402:第1冷却液経路、403:第2冷却液経路、404:オイルクーラ冷却経路、405:第1バイパス経路、406:第2バイパス経路、407:低温側流体経路、408:潤滑油経路、409:第3バイパス経路、410、411:バイパス経路、412:検出配管、501:吐出空気温度センサ、または、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:温度センサ、505、507:制御装置、506、508:制御配線、509:差圧スイッチ、510:タイマー、Td1:吐出空気温度、または、低圧段吐出空気温度、Td2:高圧段吐出空気温度、Tdx:温度閾値、Tda:吐出空気警報温度、Td1a:低圧段吐出空気警報温度、Td2a:高圧段吐出空気警報温度、Tu:低温側流体温度、Tux:目標温度、tc:設定時間

請求の範囲

[請求項1]
 吸入した気体を圧縮して圧縮気体を吐出する圧縮機と、前記圧縮気体を冷却するアフタークーラと、第1のポンプにより前記圧縮機に冷却液を供給し冷却用熱交換器により冷却液を冷却する第1冷却液経路と、第2のポンプにより前記アフタークーラに冷却液を通し熱回収用熱交換器により冷却液から排熱を回収する第2冷却液経路とを備える圧縮機システムであって、
 前記第1冷却液経路と前記第2冷却液経路とを接続する複数のバイパス経路のうち、前記第1のポンプの吸込み側のバイパス経路に配置された第1の弁と、前記第1のポンプの吐出し側のバイパス経路に配置された第2の弁と、前記第1冷却液経路で前記第1のポンプからの冷却液の循環を制御する前記第1のポンプの吐出し側の第3の弁及び前記第1のポンプの吸込み側の第4の弁と、前記第1の弁と前記第2の弁と前記第3の弁と前記第4の弁を制御する制御部を有し、
 前記制御部は、前記第1の弁及び第2の弁を閉とし前記第3の弁及び第4の弁を開とする第1の制御と、前記第1の弁及び第2の弁を開とし前記第3の弁及び第4の弁を閉とする第2の制御を行うことを特徴とする圧縮機システム。
[請求項2]
 請求項1に記載の圧縮機システムであって、
 前記第2冷却液経路において、前記熱回収用熱交換器の入口と出口の間を連通する第2のバイパス経路を備え、該第2のバイパス経路上には前記熱回収用熱交換器の低温側流体出口の温度が目標温度となるように開度を調節する温度調節弁を備えることを特徴とする圧縮機システム。
[請求項3]
 請求項1に記載の圧縮機システムであって、
 前記圧縮機は、吸入した気体を多段階に圧縮する低圧段圧縮機と高圧段圧縮機からなり、前記低圧段圧縮機から吐出された圧縮気体を冷却するインタークーラと、高圧段圧縮機から吐出された圧縮気体を冷却するアフタークーラを備えることを特徴とする圧縮機システム。
[請求項4]
 請求項3に記載の圧縮機システムであって、
 前記第2のポンプの吸込み側の前記バイパス経路が、前記第1冷却液経路の低圧段圧縮機の下流で分岐し、前記第2のポンプの吸込み側の前記バイパス経路上に前記第1の弁と前記第1の弁の下流に絞り部を備え、前記第2冷却液経路の前記インタークーラ出口側と合流し、さらに、前記第1冷却液経路は前記高圧段圧縮機の下流から追加バイパス経路が分岐し、前記追加バイパス経路は前記第2冷却液経路上の前記インタークーラと前記アフタークーラの間に合流し、前記追加バイパス経路上に第5の弁を備え、
 前記制御部は、前記第1の弁と前記第2の弁と前記第5の弁を閉とし前記第3の弁及び第4の弁を開とする第1の制御と、前記第1の弁と前記第2の弁と前記第5の弁を開とし前記第3の弁及び第4の弁を閉とする第2の制御を行うことを特徴とする圧縮機システム。
[請求項5]
 請求項4に記載の圧縮機システムであって、
 前記第2冷却液経路において、前記熱回収用熱交換器の入口と出口の間を連通する第2のバイパス経路を備え、該第2のバイパス経路上には前記熱回収用熱交換器の低温側流体出口の温度が目標温度となるように開度を調節する温度調節弁を備えることを特徴とする圧縮機システム。
[請求項6]
 請求項1から3のいずれか1項に記載の圧縮機システムであって、
 前記第2のポンプ至近の吐出し側に配置される第6の弁を備え、前記第2冷却液経路上の前記アフタークーラの下流側と、前記第4の弁の下流側とを連通するバイパス経路上に第7の弁を備え、さらに、前記第2冷却液経路の断水を検出する断水検出装置を備え、
 前記制御部は、前記第2のポンプが故障、または、前記断水検出装置が作動した場合、前記第1の弁と前記第2の弁と前記第3の弁と前記第7の弁を開とし、前記第4の弁及び前記第6の弁を閉とする制御を行うことを特徴とする圧縮機システム。
[請求項7]
 請求項4または5に圧縮機システムであって、
 前記第2のポンプ至近の吐出し側に配置される第6の弁を備え、前記第2冷却液経路上の前記アフタークーラの下流側と、前記第4の弁の下流側とを連通するバイパス経路上に第7の弁を備え、さらに、前記第2冷却液経路の断水を検出する断水検出装置を備え、
 前記制御部は、前記第2のポンプが故障、または、前記断水検出装置が作動した場合、前記第1の弁と前記第2の弁と前記第3の弁と前記第5の弁と前記第7の弁を開とし、前記第4の弁及び前記第6の弁を閉とする制御を行うことを特徴とする圧縮機システム。
[請求項8]
 吸入した気体を圧縮して圧縮気体を吐出する圧縮機と、前記圧縮気体を冷却するアフタークーラと、第1のポンプにより前記圧縮機に冷却液を供給し冷却用熱交換器により冷却液を冷却する第1冷却液経路と、第2のポンプにより前記アフタークーラに冷却液を通し熱回収用熱交換器により冷却液から排熱を回収する第2冷却液経路とを備える圧縮機システムの制御方法であって、
 前記第1冷却液経路と前記第2冷却液経路とを接続するバイパス経路と、該バイパス経路に配置された弁を有し、
 前記吐出された圧縮気体の吐出気体温度が所定温度よりも高い場合は、前記弁を閉じて前記第1冷却液経路と前記第2冷却液経路をそれぞれ独立とする熱回収モードAとして制御し、前記吐出気体温度が前記所定温度よりも低い場合は、前記弁を開として前記第1冷却液経路と前記第2冷却液経路を連通する熱回収モードBとして制御することを特徴とする圧縮機システムの制御方法。
[請求項9]
 請求項8に記載の圧縮機システムの制御方法であって、
 前記熱回収モードAから前記熱回収モードBへの切り替えは、所定時間経過後に行なうことを特徴とする圧縮機システムの制御方法。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]