JP2012211712A - 液冷システム - Google Patents

Abstract

【課題】液冷式クーラの冷却液系統を用いて熱回収を図る。
【解決手段】液冷式のクーラ２を設けられた被冷却機器は、たとえば空気圧縮機３である。前記クーラ２は、空気圧縮機３からの圧縮空気を冷却するエアクーラと、空気圧縮機３の潤滑油を冷却するオイルクーラとの内、少なくとも一方を含む。クーラ２とクーリングタワー４との間で液体を循環する。クーラ２からクーリングタワー４への送液路に熱交換器９を設け、この熱交換器９において、クーラ２からの液体の熱で水を加熱して温水を製造する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液冷式のクーラを設けられた機器からの熱回収を図る液冷システムに関するものである。

従来、下記特許文献１に開示されるように、圧縮機（１）からの圧縮空気の吐出配管に、熱交換器（２）とアフタークーラ（３）とを設け、熱交換器（２）において圧縮熱の回収を図ると共に、クーリングタワー（４）からアフタークーラ（３）への給水量を調整して所望温度の圧縮空気を得るシステムが提案されている。

特開昭５８−６７９８１号公報（第２図）

しかしながら、従来技術では、圧縮機（１）からの圧縮空気の吐出配管に熱交換器（２）を設置して、定速ポンプ（７）による一定の通水量で熱回収を図る構成である。それ故、圧縮空気を所望温度まで冷却するために、圧縮空気は熱交換器（２）を通過後にアフタークーラ（３）にも通される必要があり、アフタークーラ（３）の冷却水系統を利用して熱回収を図るものではない。

本発明が解決しようとする課題は、液冷式クーラの冷却液系統を用いて、熱回収を図ることができる液冷システムを提供することにある。

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、液冷式のクーラを設けられた被冷却機器と、前記クーラとの間で液体が循環され、その循環液を冷却可能な液冷却装置と、前記クーラから前記液冷却装置への送液路に設けられ、前記クーラからの液体で被加熱流体を加熱する熱交換器とを備えることを特徴とする液冷システムである。

請求項１に記載の発明によれば、液冷式のクーラの冷却液系統を用いて、被冷却機器からの熱回収を図ることができる。

請求項２に記載の発明は、前記熱交換器において、前記被加熱流体としての水を、前記クーラからの液体と熱交換して温水を製造することを特徴とする請求項１に記載の液冷システムである。

請求項２に記載の発明によれば、被冷却機器から熱回収して温水を製造することができる。

請求項３に記載の発明は、ヒートポンプをさらに備え、このヒートポンプは、前記熱交換器としての蒸発器において循環液から熱をくみ上げて、凝縮器において水を加熱して温水を製造することを特徴とする請求項１に記載の液冷システムである。

請求項３に記載の発明によれば、被冷却機器からの熱をヒートポンプでくみ上げて温水を製造することができる。

請求項４に記載の発明は、前記被冷却機器は、空気圧縮機であり、前記クーラは、前記空気圧縮機からの圧縮空気を冷却するエアクーラと、前記空気圧縮機の潤滑油を冷却するオイルクーラとの内、少なくとも一方を含み、前記液冷却装置は、クーリングタワーとされ、前記製造された温水は、ボイラの給水タンクへ供給されることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の液冷システムである。

請求項４に記載の発明によれば、空気圧縮機の圧縮熱を回収して、ボイラへの給水の予熱を図ることができる。

さらに、請求項５に記載の発明は、前記熱交換器の入口における循環液の温度、前記熱交換器の出口における循環液の温度、または前記製造された温水の温度に基づき、前記クーラへの給液量を調整することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の液冷システムである。

請求項５に記載の発明によれば、被冷却機器を所望温度に冷却したり、熱交換器で循環液を所望温度に冷却したり、所望温度の温水を製造したりすることができる。

本発明によれば、液冷式クーラの冷却液系統を用いて、熱回収を図ることができる液冷システムを実現することができる。

本発明の液冷システムの実施例１を示す概略図である。 本発明の液冷システムの実施例２を示す概略図である。

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、本発明の液冷システム１の実施例１を示す概略図である。本発明の液冷システム１は、液冷式のクーラ２を設けられた被冷却機器（空気圧縮機３）を備える。クーラ２に通される液体は、特に問わないが、典型的には水（水溶液を含む）である。その場合、液冷式を水冷式、液冷システムを水冷システムということもできる。

被冷却機器は、特に問わないが、本実施例では空気圧縮機３である。この空気圧縮機３は、その駆動源を特に問わないが、たとえば電動機で駆動される。

空気圧縮機３が油潤滑式（給油式）である場合、空気圧縮機３からの圧縮空気は、オイルセパレータにて潤滑油の分離を図られた後、エアクーラを介して圧縮空気利用機器へ送られる。一方、オイルセパレータにて圧縮空気から分離された潤滑油は、適宜、オイルクーラへ送られ、所望の冷却を図られた後、空気圧縮機３へ戻される。本実施例の液冷システム１が対象とするクーラ２には、エアクーラとオイルクーラとの内、少なくとも一方が含まれる。なお、複数のクーラを設置する場合、それらは適宜の順序で直列に設置されるか、並列に設置される。並列に設置される場合、各クーラへの通液量を個別に調整可能とするのが好ましい。

空気圧縮機３が無潤滑式（ドライオイルフリー式）である場合、低段圧縮機と高段圧縮機とを備え、低段圧縮機からの圧縮空気は、第一エアクーラ（インタークーラ）を介して高段圧縮機へ送られ、高段圧縮機においてさらに圧縮された後、第二エアクーラ（アフタークーラ）を介して圧縮空気利用機器へ送られる。また、無潤滑式の空気圧縮機３の場合、圧縮機本体には潤滑油はない訳であるが、ギア部分には潤滑油があり、これを冷却したい場合がある。この場合、ギアボックス内の潤滑油は、適宜、オイルクーラへ送られ、所望の冷却を図られた後、ギア部へ戻される。本実施例の液冷システム１が対象とするクーラ２には、第一エアクーラ、第二エアクーラおよびオイルクーラの内、少なくとも一つが含まれる。

空気圧縮機３が水潤滑式である場合、空気圧縮機３からの圧縮空気は、セパレータにて気水分離を図られた後、通常はエアクーラを介することなく、圧縮空気利用機器へ送られる。一方、セパレータにて圧縮空気から分離された潤滑水は、適宜、ウォータークーラへ送られ、所望の冷却を図られた後、空気圧縮機３へ戻される。本実施例の液冷システム１が対象とするクーラ２には、ウォータークーラが含まれる。

クーラ２に通される液体（本実施例では水）は、液冷却装置で冷却可能とされる。液冷却装置は、特に問わないが、本実施例ではクーリングタワー４である。クーラ２とクーリングタワー４とは、第一送液路５と第二送液路６とを介して接続される。

第一送液路５にはポンプ７が設けられ、このポンプ７を作動させることで、クーラ２とクーリングタワー４との間で液体を循環させることができる。そして、その循環液は、クーリングタワー４で冷却可能とされる。

第二送液路６には、クーラ２からクーリングタワー４への液体で、被加熱流体を加熱する熱交換器９が設けられる。被加熱流体は、特に問わないが、本実施例では、水（軟水または純水を含む）とされる。この場合、熱交換器９において、被加熱流体としての水を、クーラ２からの液体と熱交換して温水を製造することができる。

ポンプ７からクーラ２への第一送液路５と、熱交換器９からクーリングタワー４への第二送液路６とは、バイパス路２３で接続される。バイパス路２３にはバルブ８が設けられており、このバルブ８の開閉または開度を調整することで、ポンプ７からクーラ２へ供給する液体の流量を調整することができる。たとえば、バルブ８を全閉すれば、ポンプ７からの液体の全部をクーラ２へ供給することができる。また、バルブ８を開ければ、ポンプ７からの液体の一部を、クーラ２を介さずにバイパス路２３を介してクーリングタワー４に戻すことができる。

このような構成の場合、クーリングタワー４に供給する液体の流量の変動を抑制して、クーリングタワー４の性能を維持できる。また、クーリングタワー４へ供給される液体の温度が高くなり過ぎるのを防止することもできる。さらに、ポンプ７からの液体の一部をバイパス路２３を介してクーリングタワー４へ戻すことで、クーラ２へ供給する液体の流量を制限して、クーラ２から熱交換器９へ供給される液体の温度を上げることができる。

熱交換器９にて製造される温水の用途は特に問わないが、本実施例では、ボイラ１１の給水タンク１２への給水とされる。給水タンク１２内の水は、給水ポンプ１３および逆止弁１４を介して、適宜ボイラ１１へ送られる。

本実施例の液冷システム１は、たとえば、次のようにして制御される。

（ａ）熱交換器９の入口側における循環液の温度に基づき、クーラ２への給液量を調整する。具体的には、クーラ２から熱交換器９への液体の温度を検出する第一温度センサ１５を設け、この第一温度センサ１５の検出温度に基づき、バルブ８の開度を調整して、クーラ２に通す液体の流量を調整すればよい。この場合、クーラ２において被冷却機器（３）または圧縮空気もしくは潤滑油などを所望温度に冷却することができる。

（ｂ）熱交換器９の出口側における循環液の温度に基づき、クーラ２への給液量を調整する。具体的には、熱交換器９からクーリングタワー４への第二送液路６であって、バイパス路２３との合流部よりも上流側に、液体の温度を検出する第二温度センサ１６を設け、この第二温度センサ１６の検出温度に基づき、バルブ８の開度を調整して、クーラ２に通す液体の流量を調整すればよい。この場合、クーラ２からの液体を熱交換器９で所望温度に冷却することができる。

（ｃ）熱交換器９で製造される温水の温度に基づき、クーラ２への給液量を調整する。具体的には、熱交換器９から吐出される温水の温度を検出する第三温度センサ１７を設け、この第三温度センサ１７の検出温度に基づき、バルブ８の開度を調整して、クーラ２に通す液体の流量を調整すればよい。この場合、熱交換器９において所望温度の温水を製造することができる。

図２は、本発明の液冷システム１の実施例２を示す概略図である。本実施例２の液冷システム１も、基本的には前記実施例１と同様である。そこで、以下においては、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。

前記実施例１では、熱交換器９において直接に温水を製造したが、本実施例２では、ヒートポンプ１８を介して温水を製造する。すなわち、本実施例２の液冷システム１は、蒸気圧縮式のヒートポンプ１８をさらに備える。

このヒートポンプ１８は、周知のとおり、圧縮機１９、凝縮器２０、膨張弁２１および蒸発器２２が順次環状に接続されて構成される。そして、蒸発器２２が前記熱交換器９とされ、蒸発器２２において循環液から熱をくみ上げて、凝縮器２０において水を加熱して温水を製造する。

本実施例２でも、得られる温水の用途は、特に問わないが、前記実施例１と同様に、たとえばボイラ１１の給水タンク１２へ供給されて使用される。その他の構成は、前記実施例１と同様のため、説明を省略する。なお、本実施例２の場合、凝縮器２０からの温水の温度に基づき、ヒートポンプ１８の圧縮機１９を制御してもよい。

ところで、前記実施例１では、バイパス路２３にバルブ８を設けて、クーラ２に通す液体の流量を調整したが、本実施例２では、第一送液路５とバイパス路２３との分岐部にバルブ８として三方弁８Ａを設けている。この場合も、前記実施例１と同様に、三方弁８Ａを制御することで、ポンプ７からクーラ２へ供給する液体の流量を調整することができる。

なお、図示例では、第一送液路５とバイパス路２３との分岐部に三方弁８Ａを設けたが、第二送液路６とバイパス路２３との合流部に三方弁８Ａを設けてもよい。また、前記実施例１において、本実施例２のようにバルブ８を三方弁８Ａから構成してもよいし、逆に、本実施例２において、前記実施例１のようにバイパス路２３に電動弁などのバルブ８を設けてもよい。

本発明の液冷システム１は、前記各実施例の構成に限らず適宜変更可能である。たとえば、被冷却機器として空気圧縮機３を例に説明したが、液冷式のクーラが設けられるその他の機器にも同様に適用可能である。

また、クーラ２に通される液体を冷却する液冷却装置は、クーリングタワー４としたが、クーラ２からの液体を冷却可能であれば、クーリングタワー４に限らない。その場合も、構成や制御は前記各実施例と同様である。

さらに、前記実施例２において、ヒートポンプ１８を多段または多元で構成することもできる。

１ 液冷システム
２ クーラ
３ 空気圧縮機（被冷却機器）
４ クーリングタワー（液冷却装置）
５ 第一送液路
６ 第二送液路
７ ポンプ
８ バルブ
９ 熱交換器
１１ ボイラ
１２ 給水タンク
１５ 第一温度センサ
１６ 第二温度センサ
１７ 第三温度センサ
１８ ヒートポンプ
２０ 凝縮器
２２ 蒸発器

Claims (5)

1. 液冷式のクーラを設けられた被冷却機器と、
   前記クーラとの間で液体が循環され、その循環液を冷却可能な液冷却装置と、
   前記クーラから前記液冷却装置への送液路に設けられ、前記クーラからの液体で被加熱流体を加熱する熱交換器と
   を備えることを特徴とする液冷システム。
2. 前記熱交換器において、前記被加熱流体としての水を、前記クーラからの液体と熱交換して温水を製造する
   ことを特徴とする請求項１に記載の液冷システム。
3. ヒートポンプをさらに備え、
   このヒートポンプは、前記熱交換器としての蒸発器において循環液から熱をくみ上げて、凝縮器において水を加熱して温水を製造する
   ことを特徴とする請求項１に記載の液冷システム。
4. 前記被冷却機器は、空気圧縮機であり、
   前記クーラは、前記空気圧縮機からの圧縮空気を冷却するエアクーラと、前記空気圧縮機の潤滑油を冷却するオイルクーラとの内、少なくとも一方を含み、
   前記液冷却装置は、クーリングタワーとされ、
   前記製造された温水は、ボイラの給水タンクへ供給される
   ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の液冷システム。
5. 前記熱交換器の入口における循環液の温度、前記熱交換器の出口における循環液の温度、または前記製造された温水の温度に基づき、前記クーラへの給液量を調整する
   ことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の液冷システム。

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