JP2007120914A - 蒸気発生システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の蒸気発生システムは、被加熱媒体が流れる供給経路20と、ヒートポンプ10とを備えている。ヒートポンプ10は、作動媒体の流れ方向に並ぶ吸熱部11と、圧縮部12と、第1放熱部13Aと、第2放熱部13Bと、膨張部14とを有している。ヒートポンプ10における第2放熱部13B及び第1放熱部13Aがその順に、供給経路20内の被加熱媒体を加熱する。
【選択図】図1
Description
図1において、蒸気発生システムS1は、ヒートポンプ10と、被加熱媒体(本例では水)の供給経路20と、圧縮機30とを備えている。
タンク47または循環配管48には、加温部21からの水の供給口と、蒸気の排出口とが設けられる。循環配管48の入口端と出口端とはそれぞれタンク47に接続される。循環配管48の少なくとも一部が、ヒートポンプ10の第1放熱部13Aに隣接して配置される。循環配管48と第1放熱部13Aとを含んで第2熱交換器41が構成される。第2熱交換器41は、低温の流体(循環配管48内の水)と高温の流体(ヒートポンプ10内の作動流体)とが対向して流れる向流型の熱交換構造、あるいは、高温流体と低温流体とが並行して流れる並行流型の熱交換構造などを有する。ヒートポンプ10の第1放熱部13Aが、循環配管48の外周面や内部に配設された構成を採用してもよい。タンク47内には、循環配管48の出口端に隣接して、必要に応じて気液分離器49が配設される。
図2に示すように、水は、第1熱交換器40(図1参照)において沸点近くまで温度上昇した後、温度一定のまま第2熱交換器41において相変化する。このとき、大気圧(P1=1atm=約0.1MPa)に比べて低い負圧P0の状態において、飽和蒸気d0が発生する。飽和蒸気d0の温度は標準沸点よりも低い、例えば約90℃である。
図3において、蒸気発生システムS2は、ヒートポンプ50と、被加熱媒体(本例では水)の供給経路20と、多段式の圧縮部60とを備えている。
供給経路20の構成は、図1の蒸気発生システムS1のそれと同様である。ヒートポンプ50は、図1のヒートポンプ10と同様の構成に加え、バイパス経路51と、再生器52とを有する。以下の説明では、蒸気発生システムS2について、図1の蒸気発生システムS1と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
図8の蒸気発生システムS3は、図3の蒸気発生システムS2のヒートポンプ50から、バイパス経路51及び再生器52を省いたヒートポンプ70を有している。
図1の蒸気発生システムS1のCOPは3.07であった。図3の蒸気発生システムS2のCOPは、再熱2段が3.42、再熱4段で3.52であった。図8の蒸気発生システムS3のCOPは、再熱2段が3.21であった。
図9の蒸気発生システムS4は、図3の蒸気発生システムS2と比較して被加熱媒体(水)の入力温度が異なる(約60℃)。
図10の蒸気発生システムS5は、図3の蒸気発生システムS2の供給経路20から、圧縮機30を省いた供給経路80を有している。
Claims (14)
- 被加熱媒体の供給経路と、
ヒートポンプと、を備え、
前記ヒートポンプは、作動媒体の流れ方向に並ぶ吸熱部、圧縮部、第1放熱部、第2放熱部、及び膨張部を有し、
前記第2放熱部及び前記第1放熱部がその順に、前記供給経路内の前記被加熱媒体を加熱する、ことを特徴とする蒸気発生システム。 - 前記供給経路内の前記被加熱媒体が、前記第2放熱部からの熱によって沸点近くまで温度上昇し、前記第1放熱部からの熱によって相変化して蒸気になる、ことを特徴とする請求項1に記載の蒸気発生システム。
- 前記ヒートポンプは、前記第1放熱部からの前記作動媒体の一部が前記第2放熱部を迂回するバイパス経路をさらに有する、ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の蒸気発生システム。
- 前記バイパス経路は、入口端が前記ヒートポンプの主経路における前記第1放熱部と前記第2放熱部との間に接続され、出口端が前記ヒートポンプの主経路における前記第2放熱部と前記膨張部との間に接続される、ことを特徴とする請求項3に記載の蒸気発生システム。
- 前記ヒートポンプは、前記バイパス経路内の前記作動媒体によって、前記吸熱部からの前記作動媒体を加熱する再生器をさらに有する、ことを特徴とする請求項3または請求項4に記載の蒸気発生システム。
- 前記再生器は、前記ヒートポンプにおける前記吸熱部と前記圧縮部との間に配される、ことを特徴とする請求項5に記載の蒸気発生システム。
- 前記圧縮部が、前記作動媒体を多段に圧縮する構造を有し、
前記第2放熱部、前記第1放熱部、及び前記圧縮部の段間放熱部がその順に、前記供給経路内の前記被加熱媒体を加熱する、ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載の蒸気発生システム。 - 前記被加熱媒体が水であり、
前記作動媒体がアンモニアまたはフロン系媒体である、ことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれかに記載の蒸気発生システム。 - 前記供給経路上に配置され、前記ヒートポンプで加熱された前記被加熱媒体を圧縮する圧縮機をさらに備える、ことを特徴とする請求項1から請求項8のいずれかに記載の蒸気発生システム。
- 前記供給経路内の前記被加熱媒体が、前記ヒートポンプによる加熱で比較的低圧力かつ低温度の蒸気となり、前記圧縮機による圧縮で比較的高圧力かつ高温度の蒸気となる、ことを特徴とする請求項9に記載の蒸気発生システム。
- 前記供給経路における前記ヒートポンプによる加熱部位での内部圧力が大気圧に比べて低い、ことを特徴とする請求項9または請求項10に記載の蒸気発生システム。
- 前記供給経路内の前記被加熱媒体が、前記ヒートポンプによる加熱で大気圧に比べて低い負圧での飽和蒸気となり、前記圧縮機による圧縮で大気圧または大気圧よりも高い圧力での蒸気になる、ことを特徴とする請求項9から請求項11のいずれかに記載の蒸気発生システム。
- 前記供給経路における前記ヒートポンプによる加熱部位での内部空間が、前記圧縮機によって減圧される、ことを特徴とする請求項9から請求項12のいずれかに記載の蒸気発生システム。
- 前記被加熱媒体の蒸気に対して液状の前記被加熱媒体を供給するノズルを、さらに備えることを特徴とする請求項9から請求項13のいずれかに記載の蒸気発生システム。
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