JP2006071129A - 二元冷凍機による水蒸気発生装置 - Google Patents

二元冷凍機による水蒸気発生装置 Download PDF

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育秀 太田
Isao Hirano
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    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B7/00—Compression machines, plants or systems, with cascade operation, i.e. with two or more circuits, the heat from the condenser of one circuit being absorbed by the evaporator of the next circuit

Abstract

【課題】
二元冷凍機の使用冷媒に毒性が殆どなく、しかも成績係数が良好で実用性の高い水蒸気発生装置を提供する。
【解決手段】
下元側圧縮機９の吐出側に一端が接続された冷媒往管１０の他端が、カスケードコンデンサ７の１次側流路入口７ｃに接続され、同出口７ｄに一端が接続された冷媒復管１１の他端が、減圧弁１３、蒸発器１４を介して下元側圧縮機９の吸入側に接続された下元側冷媒回路２と、上元側圧縮機３の吐出側に一端が接続された冷媒往管４の他端が、凝縮器５、減圧弁６を介して、前記カスケードコンデンサ７の２次側流路入口７ａに接続され、同出口７ｂに一端が接続された冷媒復管８の他端が上元側圧縮機３の吸入側に接続された上元側冷媒回路１を備え、前記上元側冷媒回路の冷媒を水とし、かつ下元側冷媒回路の冷媒をオクタフルオロ−シクロブタンとする構成とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は二元冷凍機によって水蒸気を発生させる装置に関する。
水蒸気を発生させる手段としては、従来から液化天然ガスや液化石油ガスあるいは灯油等の燃料を燃焼させて用いる蒸気ボイラや、このボイラによって発電機を駆動せしめて発生させた電気を用いる電気ボイラがあり、これら蒸気ボイラや電気ボイラが一般的であるが、ヒートポンプ式の二元冷凍機を利用して蒸気を発生させる装置も従来から考案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
しかしながら、二元冷凍機を用いる蒸気発生装置では蒸気ボイラや電気ボイラに比して成績係数（ＣＯＰ）が良好ではなかったり、あるいは成績係数が比較的良好であったとしても人体に対する毒性があったりと、実用化には問題がある。
特開平５−２７２８２６号公報（第１〜４頁、図１〜８） 特開２００４−１３２６４７号公報（第１〜１４頁、図１〜３）
本発明は、二元冷凍機の使用冷媒に毒性が殆どなく、しかも成績係数が良好で実用性の高い水蒸気発生装置を提供することを課題とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る水蒸気発生装置は、下元側圧縮機の吐出側に一端が接続された冷媒往管の他端が、カスケードコンデンサの１次側流路入口に接続され、同出口に一端が接続された冷媒復管の他端が、減圧弁、蒸発器を介して下元側圧縮機の吸入側に接続された下元側冷媒回路と、上元側圧縮機の吐出側に一端が接続された冷媒往管の他端が、凝縮器、減圧弁を介して、前記カスケードコンデンサの２次側流路入口に接続され、同出口に一端が接続された冷媒復管の他端が上元側圧縮機の吸入側に接続された上元側冷媒回路を備え、外部からの蒸気用水を前記上元側冷媒回路の凝縮器にて加熱して水蒸気を発生させるように構成され、前記上元側冷媒回路の冷媒を水とし、かつ下元側冷媒回路の冷媒をオクタフルオロ−シクロブタンとし、また、前記下元側冷媒回路におけるカスケードコンデンサと減圧弁の途中に予熱器を設け、この予熱器により、前記蒸気用水を予め昇温させてから上元側凝縮器にて蒸発させるようにした構成のものとしてある。
本発明の装置は上元側の冷媒を水、下元側の冷媒をオクタフルオロ−シクロブタン(ＲＣ３１８)としてあるので、いずれの冷媒も無毒、無害であり人体への悪影響がなく、しかも３．０以上の成績係数（ＣＯＰ）を期すことができ、実用性の高い水蒸気発生装置とすることができる。
また、下元側冷媒回路の蒸発器によって、例えば他プロセスからの排温水の冷却を行うなど排熱の有効利用を行うこともできるというメリットもある。
以下、本発明に係る装置の実施例を添付図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。
上元側冷媒回路１と下元側冷媒回路２は、それぞれ冷媒を水、オクタフルオロ−シクロブタン（以下、ＲＣ３１８と呼ぶ）としている。
前記上元側冷媒回路１は、上元側圧縮機３の吐出側に一端が接続された上元側冷媒往管４の他端が、凝縮器（ボイラ）５の１次側流路５ａおよび減圧弁６を介してカスケードコンデンサ７の２次側流路入口７ａに接続され、同出口７ｂに一端が接続された上元側冷媒復管８の他端が上元側圧縮機３の吸入側に接続されている。
また下元側冷媒回路２は、下元側圧縮機９の吐出側に一端が接続された下元側冷媒往管１０の他端が、前記カスケードコンデンサ７の１次側流路入口７ｃに接続され、同出口７ｄに一端が接続された下元側冷媒復管１１の他端が、予熱器１２の冷媒側流路１２ａ、減圧弁１３および蒸発器１４を経て下元側圧縮機９の吸入側に接続されている。
そして外部からの給水管１５が前記予熱器１２の蒸気用水側流路１２ｂを介して前記上元側冷媒回路２の凝縮器（ボイラ）５の２次側流路５ｂ入口に接続され、同出口に蒸気送出管１６の基端が接続されている。
次ぎに、上述のように構成された本発明の装置の作用について説明する。
下元側圧縮機９から吐出された高温冷媒（ＲＣ３１８）はカスケードコンデンサ７において上元側の冷媒（水）と熱交換して冷却された後、給水管１５からの蒸気用水と熱交換してさらに冷却され、減圧弁１３で減圧されてから蒸発器１４で外部の熱を奪い、下元側圧縮機９に戻される。
また、上元側圧縮機３から吐出された高温冷媒（水）は凝縮器５において蒸気用水と熱交換して冷却され、減圧弁６で減圧されてからカスケードコンデンサ７において下元側冷媒回路の冷媒（ＲＣ３１８）の熱を奪い、上元側圧縮機３に戻される。
しかして蒸気用水は、予熱器１２において下元側冷媒によりある程度昇温されてから上元側の熱交換器５にて上元側冷媒により加熱されて例えば１３０〜１４０℃程度の水蒸気となり、蒸気送出管１６によって外部に送出される。
本発明に係る装置の実施例を示す構成図。 本発明に係る装置における冷媒のＰＨ線図。
符号の説明
１ 上元側冷媒回路
２ 下元側冷媒回路
３ 上元側圧縮機
４ 上元側冷媒往管
５ 凝縮器（ボイラ）
６ 減圧弁
７ カスケードコンデンサ
８ 上元側冷媒復管
９ 下元側圧縮機
１０ 下元側冷媒往管
１１ 下元側冷媒復管
１２ 予熱器
１３ 減圧弁
１４ 蒸発器
１５ 給水管
１６ 蒸気送出管

Claims (2)

  1. 下元側圧縮機の吐出側に一端が接続された冷媒往管の他端が、カスケードコンデンサの１次側流路入口に接続され、同出口に一端が接続された冷媒復管の他端が、減圧弁、蒸発器を介して下元側圧縮機の吸入側に接続された下元側冷媒回路と、上元側圧縮機の吐出側に一端が接続された冷媒往管の他端が、凝縮器、減圧弁を介して、前記カスケードコンデンサの２次側流路入口に接続され、同出口に一端が接続された冷媒復管の他端が上元側圧縮機の吸入側に接続された上元側冷媒回路を備え、外部からの蒸気用水を前記上元側冷媒回路の凝縮器にて加熱して水蒸気を発生させるように構成され、前記上元側冷媒回路の冷媒を水とし、かつ下元側冷媒回路の冷媒をオクタフルオロ−シクロブタンとしてなる二元冷凍機による水蒸気発生装置。
  2. 前記下元側冷媒回路におけるカスケードコンデンサと減圧弁の途中に予熱器を設け、この予熱器により、前記蒸気用水を予め昇温させてから上元側凝縮器にて蒸発させるように構成してなる請求項１に記載の二元冷凍機による水蒸気発生装置。
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