JP2008164204A - Heat pump system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は圧縮機によって圧縮した作動媒体を熱源として利用するヒートポンプシステムに関する。 The present invention relates to a heat pump system that uses a working medium compressed by a compressor as a heat source.
ヒートポンプシステムには、外部熱源を利用して蒸発させた作動媒体を圧縮機で圧縮、昇温し、熱利用設備等に供給するものがある。このようなシステムにおける圧縮機には、圧縮機におけるエネルギー損失を低減するために一般的に潤滑油が供給されている。 In some heat pump systems, a working medium evaporated using an external heat source is compressed by a compressor, heated, and supplied to a heat utilization facility or the like. A compressor in such a system is generally supplied with lubricating oil in order to reduce energy loss in the compressor.
例えば、ターボ圧縮機を用いたシステムでは、圧縮機のロータの振動特性やロータ軸受の油膜特性等の問題から、給油に適した温度に保たれた潤滑油を軸受に供給する必要がある。軸受に供給された潤滑油はロータとの摩擦損失(軸受損失)等の機械損失により昇温されるので、再び圧縮機に供給するには所定の温度まで冷却しなければならない。そのため、ヒートポンプシステムには、昇温された潤滑油を油冷却器等で冷却しながら圧縮機に循環供給する給油系統が備えられている。 For example, in a system using a turbo compressor, it is necessary to supply lubricating oil maintained at a temperature suitable for oil supply to the bearing due to problems such as vibration characteristics of the rotor of the compressor and oil film characteristics of the rotor bearing. Since the lubricating oil supplied to the bearing is heated by mechanical loss such as friction loss with the rotor (bearing loss), it must be cooled to a predetermined temperature to be supplied to the compressor again. Therefore, the heat pump system is provided with an oil supply system that circulates and supplies the heated lubricating oil to the compressor while cooling it with an oil cooler or the like.
油冷却器で潤滑油を冷却する技術としては、冷却水と熱交換するものが一般的であるが、ヒートポンプシステムの作動媒体の一部を油冷却器に導いて潤滑油の冷媒とし、圧縮機の軸受で発生する機械損失分のエネルギーを作動媒体で回収することを図ったものがある(特許文献1等参照)。 As a technology for cooling the lubricating oil with the oil cooler, the one that exchanges heat with the cooling water is generally used. However, a part of the working medium of the heat pump system is led to the oil cooler to be a refrigerant for the lubricating oil, and the compressor In some cases, the working medium recovers the energy of the mechanical loss generated in the bearing (see Patent Document 1).
ところが、上記の技術では、油冷却器で冷媒として利用された作動媒体は、その後圧縮機に導かれている。そのため、圧縮機に導入される際の作動媒体の圧力及び温度が圧縮機の仕様(例えば、容量や回転数)によって決定される値に達するように、ポンプ等の圧力調節手段で適宜調整しなければならない。このようにポンプ等の機器を別途利用すると、ポンプ等がその駆動力等に使用する分だけ再びエネルギー損失が生じるので、結果として機械損失分のエネルギーから回収できるエネルギー量が減少してしまう。これはヒートポンプシステムのエネルギー効率を低下させる要因となる。 However, in the above technique, the working medium used as the refrigerant in the oil cooler is then led to the compressor. For this reason, the pressure and temperature of the working medium when introduced into the compressor must be appropriately adjusted by pressure adjusting means such as a pump so as to reach values determined by the specifications of the compressor (for example, capacity and rotation speed). I must. When a device such as a pump is separately used in this way, energy loss occurs again by the amount that the pump or the like uses for its driving force, and as a result, the amount of energy that can be recovered from the energy for mechanical loss decreases. This is a factor that reduces the energy efficiency of the heat pump system.
本発明の目的はエネルギー効率を向上させることができるヒートポンプシステムを提供することにある。 The objective of this invention is providing the heat pump system which can improve energy efficiency.
(1)本発明は、上記目的を達成するために、外部熱源が流通する管路が内部を通過し、作動媒体を加熱して蒸発させる蒸発器と、この蒸発器が蒸発させた作動媒体を圧縮する圧縮機と、この圧縮機によって圧縮された作動媒体を熱利用部に供給する蒸気供給管路と、前記圧縮機の潤滑油が流通し前記蒸発器の内部を通過した後に前記圧縮機と接続される管路を有し、前記圧縮機に潤滑油を循環供給する給油系統とを備えるものとする。 (1) In order to achieve the above object, the present invention provides an evaporator through which a pipe line through which an external heat source flows passes and heats the working medium to evaporate, and a working medium evaporated by the evaporator. A compressor that compresses, a steam supply line that supplies a working medium compressed by the compressor to a heat utilization unit, and the compressor after the lubricating oil of the compressor flows and passes through the interior of the evaporator, It has a pipe line to be connected and an oil supply system that circulates and supplies lubricating oil to the compressor.
(2)また、本発明は、上記目的を達成するために、外部熱源が流通する管路が内部を通過し、水を加熱して水蒸気にする蒸発器と、この蒸発器からの水蒸気を圧縮する圧縮機と、この圧縮機によって圧縮された水蒸気を熱利用部に供給する蒸気供給管路と、前記圧縮機の潤滑油が流通し前記蒸発器の内部を通過した後に前記圧縮機と接続される管路を有し、前記圧縮機に潤滑油を循環供給する給油系統とを備えるものとする。 (2) Further, in order to achieve the above-mentioned object, the present invention compresses the water vapor from the evaporator through which the pipe line through which the external heat source flows passes and heats the water into water vapor. Connected to the compressor after the lubricating oil of the compressor flows and passes through the inside of the evaporator. And an oil supply system that circulates and supplies lubricating oil to the compressor.
(3)上記(1)は、好ましくは、前記給油系統は、前記潤滑油が流通する管路が前記蒸発器を通過する部分から潤滑油流通方向の上流側に設けられ、潤滑油が貯留される油タンクを有しているものとする。 (3) In the above (1), preferably, the oil supply system is provided with an upstream side in a lubricating oil flow direction from a portion where a conduit through which the lubricating oil flows passes through the evaporator, and the lubricating oil is stored. Have an oil tank.
(4)上記(1)は、好ましくは、前記給油系統は、前記潤滑油が流通する管路が前記蒸発器を通過する部分から潤滑油流通方向の下流側に設けられ、潤滑油が貯留される油タンクを有しているものとする。 (4) In the above (1), preferably, the oil supply system is provided with a pipe line through which the lubricating oil circulates at a downstream side in a lubricating oil distribution direction from a portion passing through the evaporator, and the lubricating oil is stored. Have an oil tank.
(5)上記(1)は、好ましくは、前記給油系統は前記圧縮機及び前記圧縮機を駆動する原動機に潤滑油を供給するものとする。 (5) In the above (1), preferably, the oil supply system supplies lubricating oil to the compressor and a prime mover that drives the compressor.
(6)上記(1)は、好ましくは、前記給油系統は前記圧縮機のロータの軸受に潤滑油を供給するものとする。 (6) In the above (1), preferably, the oil supply system supplies lubricating oil to a bearing of a rotor of the compressor.
(7)上記(5)は、好ましくは、前記給油系統は前記原動機のロータの軸受に潤滑油を供給するものとする。 (7) In the above (5), preferably, the oil supply system supplies lubricating oil to a bearing of a rotor of the prime mover.
(8)上記(1)は、好ましくは、前記外部熱源が流通する管路は、前記蒸発器を通過する部分から外部熱源流通方向の上流側に設けられ、外部熱源の流量を調節する流量調節手段を有するものとする。 (8) In the above (1), preferably, the conduit through which the external heat source flows is provided on the upstream side in the external heat source flow direction from the portion passing through the evaporator, and the flow rate adjustment for adjusting the flow rate of the external heat source It shall have means.
(9)上記(1)は、好ましくは、前記蒸発器内では、前記外部熱源が流通する管路と前記潤滑油が流通する管路のうち内部を流通する媒体温度が高い方が前記圧縮機側に設けられているものとする。 (9) In the above (1), preferably, in the evaporator, the higher the temperature of the medium circulating through the pipe line through which the external heat source flows and the pipe line through which the lubricating oil flows, the compressor It shall be provided on the side.
本発明によれば、機械損失によって消費されるエネルギーを効率良く回収できるので、ヒートポンプシステムのエネルギー効率を向上させることができる。 According to the present invention, the energy consumed by the mechanical loss can be efficiently recovered, so that the energy efficiency of the heat pump system can be improved.
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の実施の形態であるヒートポンプシステムの全体構成図である。 FIG. 1 is an overall configuration diagram of a heat pump system according to an embodiment of the present invention.
図示されたヒートポンプシステムは、水(作動媒体)を供給する給水系統1と、給水系統1からの水を加熱して水蒸気にする蒸発器2、駆動力を発生する原動機3と、蒸発器2からの水蒸気を原動機3から与えられる駆動力によって圧縮する圧縮機4と、圧縮機4によって圧縮された水蒸気を供給する蒸気供給管路5と、蒸気供給管路5からの水蒸気を熱源として利用する熱利用設備(熱利用部)6と、圧縮機4及び原動機3に潤滑油を循環供給する給油系統7を主に備えている。
The illustrated heat pump system includes a
給水系統1は、液水が流通する給水管路10と、給水管路10の下流側に設けられた分岐点11と、分岐点11から延びる2つの給水管路12,13を備えている。分岐点11から延びる一方の給水管路12は流量調節弁14を介して蒸発器2に接続されており、他方の給水管路13はポンプ15及び流量調節弁16を介して混合器17に接続されている。
The
蒸発器2には、外部熱源が流通する熱源管路20、及び圧縮機4と原動機3に供給され昇温された潤滑油が流通する排油管路21(後述)が内部を通過するように設けられている。熱源管路20は、蒸発器2を通過する部分から外部熱源流通方向の上流側に設けられ、蒸発器2内を通過する外部熱源の流量を調節する流量調節弁22を有している。蒸発器2は、これら管路20,21内を流通する流体を熱源として水(作動媒体)を加熱し、水蒸気を発生させている。また、熱源管路20中の外部熱源としては比較的低温度なもので良く、例えば工場等の温排水が流通している。
The
ところで、外部熱源と潤滑油の温度差が原因で、管路20,21によってそれぞれ発生される水蒸気の状態が圧縮機4の設計仕様(例えば、容量や回転数)から決定されるもの(以下、設計値とする)と著しくかけ離れてしまう場合には、圧縮機4の運用性及び性能を大きく低下させる恐れがある。したがって、本実施の形態では、圧縮機入口における水蒸気の状態が少なくとも上記の設計値内に収まるように両者の温度差を保持している。
By the way, due to the temperature difference between the external heat source and the lubricating oil, the state of the water vapor generated by the
また、熱源管路20中の外部熱源の温度は、排油管路21を流通する潤滑油の温度(例えば、70〜90度)とできるだけ近いことが好ましい。これら2者の温度が近づけば近づくほど熱源管路20と排油管路21中の熱源によって蒸発器2内でそれぞれ発生される水蒸気の状態(例えば、エンタルピや過熱度)が同一のものとなる。これにより、管路20,21の熱源の温度は特に制御することなく、蒸発器2内で発生した水蒸気をそのまま圧縮機4に導入することができる。
Moreover, it is preferable that the temperature of the external heat source in the
また、蒸発器2内の液水の温度は、蒸発器2内部の圧力に対する沸点、すなわち飽和温度に相当するため、器内の圧力が低ければ低いほど液水の温度は下がることとなり、それに伴い熱源から回収できる熱量が増加する。つまり、別の言い方をすれば、蒸発器2内の圧力が低ければ低いほど、より低い温度の熱媒体を有効な熱源として活用することが可能となる。
Moreover, since the temperature of the liquid water in the
ここで、蒸発器2の構成について一例を挙げて更に詳しく説明する。
図2は本発明の実施の形態であるヒートポンプシステムに備えられた蒸発器1の概略構成図である。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付して説明は省略する(後の図も同様に扱う)。
Here, an example is given and the structure of the
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the
図2において、蒸発器2は、真空に耐え得るように設けられた圧力容器30と、圧力容器30内を通過するように配された熱源管路20及び排油管路21と、各管路20,21に取り付けられた複数のフィン(伝熱板)31を備えており、これらによってプレートフィン型熱交換器を構成している。
In FIG. 2, the
圧力容器30内には給水系統1から供給された水32(図1参照)が貯留されている。また、フィン31は、圧力容器30内において所定の間隔で適宜配置されており、圧力容器30内の水32(冷媒)と管路20,21中の熱源との熱交換を促進させている。
In the
また、蒸発器2にて発生する水蒸気の流量は熱源管路20と排油管路21内の熱源と蒸発器2内の水32との交換熱量によって決定されるが、これもまた圧縮機23の仕様(例えば、容量、回転数)によって決定される吸い込み量(設計値)に近づくように調節する必要がある。ここで、蒸発器2内の水32との交換熱量は、蒸発器2における各管路20,21内の熱源の伝熱面積と温度が同一の場合には、蒸発器2内に導かれる管路20,21内の熱源の流量で決定される。一般的に排油管路21の流量(即ち、圧縮機と原動機への潤滑油の供給量)は一義的に決定されるので、交換熱量を調節する際には熱源管路20内の熱源の流量を調節すれば良い。したがって、蒸発器2で発生される水蒸気流量が設計値に適合するように調節するには、熱源管路20内の熱源の流量を調節すれば良い。よって、本実質の形態において熱源管路20内の熱源の流量調節を行うには流量調節弁22を用いる。
The flow rate of water vapor generated in the
なお、図2に示した蒸発器では、熱源管路20が排油管路21の上方に配置されているが、両者を流通する熱源の温度差が少なからずある場合には、熱源の温度が高い方を蒸発器2の液相(水32)内における気相側(即ち、本実施の形態では上方)に配置すると良い。このように配置すると圧縮機4に近づくほど高温の熱源が配置されることになるので蒸発器2内における熱伝達効率が向上する。また、図2においては、管路20,21を上下に配置しているが、各管路20,21を流通する熱源温度が同程度の場合には、特にその配置方法に限定は無い。
In the evaporator shown in FIG. 2, the
原動機3は、圧縮機4のロータ40(後述)と連結されており、ロータ40を介して圧縮機4を駆動している。また、本実施の形態の原動機3は、回転軸(図示せず)と、この回転軸を支持する軸受(図示せず)を有しており、その図示しない軸受には給油系統7によって潤滑油が供給されている。なお、原動機3としては圧縮機4に駆動力(回転動力)を与えるものであれば足り、例えばタービン等の流体機械や、モータ等の電動機等がある。また、原動機3にはその駆動源となる電気、空気圧等を供給する供給系統(図示せず)が接続されている。
The
圧縮機4は、第1圧縮段42と、第2圧縮段43と、これら圧縮段42,43の回転軸であるロータ40と、ロータ40を支持する軸受44,45を備えている。第1圧縮段42は上流側において蒸発器2と接続され、下流側において混合器17と接続されている。また、第2圧縮段43は上流側において混合器17と接続され、下流側において上記供給管路5と接続されている。このように構成された圧縮機4は蒸発器2から供給される水蒸気を圧縮段42,43によって昇圧・昇温している。なお、本実施の形態では多段圧縮機を例に挙げて説明するが、本発明は圧縮機の段数によって限定されるものではない。
The
混合器17には分岐点11で分岐してポンプ15によって昇圧され、流量調節弁16によって流量調節された液水が給水管路13を介して供給されている。このように混合器17に供給される液水は、第1圧縮段42からの圧縮蒸気と混合して蒸発し、その蒸発潜熱によって第2圧縮段43に流入する水蒸気の温度を低下させる。一般に圧縮機は、同じ圧力比で比較した場合、吸気温度が低いほど圧縮動力が少なくなるという性質を持つため、混合器17で加えられた液水はその蒸発により質量流量の増加と圧縮動力の削減に寄与する。
The
蒸気供給管路5は、上流側において圧縮機4と接続され、下流側において熱利用設備6と接続されている。蒸気供給管路5内には圧縮機4によって圧縮された蒸気が流通しており、その蒸気は下流側の熱利用設備6に供給され熱源として利用される。なお、本文及び特許請求の範囲における「蒸気供給管路」という語句は、「液体が蒸発した『気体』を供給する管路」を示すものであり、特に「(水が蒸発した)水蒸気を供給する管路」のみを示すものではない。
The
給油系統7は、圧縮機4及び原動機3の潤滑油が貯留される油タンク50と、油タンク50内の潤滑油を圧送する油ポンプ51と、圧縮機4の軸受44,45及び駆動軸3の軸受に潤滑油を供給する給油管路52と、圧縮機4及び原動機3から排出された潤滑油を油タンク50に供給する排油管路21を備えている。
The
給油管路52は、潤滑油流通方向の上流側において油ポンプ51を介して油タンク50と接続され、下流側において分岐して圧縮機4の軸受44,45及び駆動軸3の軸受にそれぞれ接続されている。排油管路21は、上流側において圧縮機4の軸受44,45及び駆動軸3の軸受に接続され、下流側において蒸発器2の内部を通過した後に油タンク50と接続されている。
The
潤滑油が圧縮機4の軸受44,45及び駆動軸3の軸受に供給される際の温度は、ロータ40等の振動特性及び軸受44,45等の油膜特性の問題から、ある一定の温度範囲内で保たれる必要がある。本実施の形態では、軸受損失等の機械損失によって温度上昇した潤滑油を蒸発器2において水と熱交換させることによって給油に適した温度にまで冷却し、再度圧縮機4及び原動機3に供給するシステムが構成されている。
The temperature at which the lubricating oil is supplied to the
ところで、上記における蒸気供給管路5は、特許請求の範囲における「圧縮機によって圧縮された作動媒体を熱利用部に供給する蒸気供給管路」を構成し、熱源管路20は、特許請求の範囲における「外部熱源が流通する管路」を構成し、排油管路21は、特許請求の範囲における「前記圧縮機の潤滑油が流通し前記蒸発器の内部を通過した後に前記圧縮機と接続される管路」を構成している。
By the way, the
上記のように構成されるヒートポンプシステムにおいて、給水管路10を流通する液水は分岐点11において給水管路12と給水管路13に分岐する。給水管路12に導かれた液水は、流量調節弁14によって適宜流量調節された後に、蒸発器2に供給される。他方、給水管路13に導かれた液水は、ポンプ15によって昇圧された後に、流量調節弁16によって適宜流量調節された後に混合器17に供給される。
In the heat pump system configured as described above, the liquid water flowing through the
蒸発器2に供給された液水は、蒸発器2内に貯留された水32と合流し、熱源管路20を流通する外部熱源、及び排油管路21を流通する潤滑油によって加熱される。これら管路20,21内の熱源によって水32は蒸発して水蒸気となり、圧縮機4に供給される。
The liquid water supplied to the
圧縮機4導入された水蒸気は、まず、第1圧縮段42で圧縮されて、混合室17に導入される。混合室17に導入された蒸気は給水管路13を介して導入される液水と混合する。混合器17内に混合された液水は蒸発し、その蒸発潜熱によって水蒸気の温度を低下させて圧縮動力の削減に寄与するとともに、水蒸気の質量流量を増加させる。このように混合室17で液水と混合した水蒸気は第2圧縮段に導入される。
The water vapor introduced into the
第2圧縮段43に導入された水蒸気は、そこで更に圧縮、昇温されて、蒸気供給管路5に導かれる。このように圧縮機4によって圧縮、昇温された水蒸気は蒸気供給管路5を流通して熱利用設備6に供給される。
The water vapor introduced into the
一方、給油に適した温度(以下、給油温度(例えば、40〜60度)とする)で油タンク50内に充填されている潤滑油は、油ポンプ51に昇圧され、給油管路52を介して圧縮機4の軸受44,45、及び原動機3の軸受に供給される。各軸受に供給された潤滑油は、ロータ40との摩擦損失(軸受損失)等、圧縮機4及び原動機3で発生する機械損失により昇温(例えば、70〜90度)され、排油管路21に排出される。排油管路21に排出された潤滑油は、続いて蒸発器2内に導入され、水(冷媒)32と熱交換して給油温度まで冷却される。即ち、機械損失分のエネルギーはこの熱交換によってヒートポンプシステムの作動媒体である水によって回収される。給油温度まで冷却された潤滑油は蒸発器2を通過することにより再び油タンク50に戻される。
On the other hand, the lubricating oil filled in the
次に本実施の形態の効果について説明する。 Next, the effect of this embodiment will be described.
まず、本実施の形態の効果の理解を容易にするため、本実施の形態の比較例を説明する。 First, in order to facilitate understanding of the effects of the present embodiment, a comparative example of the present embodiment will be described.
図3は本発明の実施の形態の比較例であるヒートポンプシステムの全体構成図である。
図示されたヒートポンプシステムは本実施の形態と異なる給油系統を備えている。この比較例における給油系統107は、圧縮機4及び原動機3の軸受に潤滑油を供給する給油管路152と、給油管路152の途中に設けられ、温度上昇した潤滑油を冷却水で冷却する油冷却器100と、圧縮機4及び原動機3の軸受で温度上昇された潤滑油を油タンク50に供給する排油管路121を有している。このように、比較例のヒートポンプシステムは、給水系統1、蒸発器2等とは独立した油冷却器100を使用して潤滑油の冷却を行っている。
FIG. 3 is an overall configuration diagram of a heat pump system which is a comparative example of the embodiment of the present invention.
The illustrated heat pump system includes an oil supply system different from the present embodiment. The
ここで、この比較例のヒートポンプシステムの動作係数(ε1)を求める。 Here, the operation coefficient (ε1) of the heat pump system of this comparative example is obtained.
ヒートポンプシステムの動作係数εは、一般的に、圧縮機の原動機による入力仕事Lに対する有効な加熱出力Q2の割合で定義され、下記の式(1)で表される。 The operating coefficient ε of the heat pump system is generally defined by the ratio of the effective heating output Q2 to the input work L by the prime mover of the compressor, and is expressed by the following formula (1).
図4は比較例のヒートポンプシステムにおける熱収支の概略図である。
この図に示されるように、比較例における有効な加熱出力Q2を求める際に用いる要素には、蒸発器2における熱源管路20内の外部熱源からの入力熱(Q1)と、圧縮機4の圧縮機効率(η)及び原動機3による入力仕事(L1)と、圧縮機4及び原動機3における機械損失(Loss)がある。これにより、上記の比較例における有効な加熱出力Q2は下記の式(2)で表される。
FIG. 4 is a schematic view of the heat balance in the heat pump system of the comparative example.
As shown in this figure, the elements used to determine the effective heating output Q2 in the comparative example include the input heat (Q1) from the external heat source in the
したがって、上記の比較例のヒートポンプシステムの動作係数ε1は、上記式(1)及び式(2)によって最終的に下記の式(3)で表される。
Therefore, the operating coefficient ε1 of the heat pump system of the comparative example is finally expressed by the following equation (3) by the above equations (1) and (2).
この式(3)から明らかなように、上記のように独立して油冷却器を設けて潤滑油の冷却を行う場合には、機械損失Loss分だけ加熱出力Q2が低減してしまい、動作係数が低減してしまう。
As is clear from this equation (3), when the oil cooler is provided independently to cool the lubricating oil as described above, the heating output Q2 is reduced by the mechanical loss Loss, and the operating coefficient is reduced. Will be reduced.
この点を改良した技術として、ヒートポンプシステムの作動媒体の一部をバイパスして油冷却器に導いて潤滑油の冷媒とし、上記の比較例における機械損失Loss分のエネルギーの回収を図ったものがある(特許文献1等参照)。 As a technology that improves this point, a part of the working medium of the heat pump system is bypassed and led to an oil cooler to be used as a lubricant for the lubricating oil, which recovers energy for the mechanical loss Loss in the above comparative example. Yes (see Patent Document 1).
ところが、この技術では、油冷却器で冷媒として利用された作動媒体は、その後圧縮機に導かれている。そのため、圧縮機に導入される際の作動媒体の圧力及び温度が圧縮機の仕様(例えば、容量や回転数)によって決定される値に達するように、ポンプ等の圧力調節手段で適宜調整しなければならない。このようにポンプ等の機器を別途利用すると、ポンプ等がその駆動力等に使用する分だけ再びエネルギー損失が生じるので、結果として機械損失分のエネルギーから回収できるエネルギー量が減少してしまう。また、この技術では、最初の比較例と同様に油冷却器を備えているため、ヒートポンプシステムの設置面積が増大してしまうという問題も抱えている。 However, in this technique, the working medium used as the refrigerant in the oil cooler is then led to the compressor. For this reason, the pressure and temperature of the working medium when introduced into the compressor must be appropriately adjusted by pressure adjusting means such as a pump so as to reach values determined by the specifications of the compressor (for example, capacity and rotation speed). I must. When a device such as a pump is separately used in this way, energy loss occurs again by the amount that the pump or the like uses for its driving force, and as a result, the amount of energy that can be recovered from the energy for mechanical loss decreases. Moreover, since this technique includes an oil cooler as in the first comparative example, it also has a problem that the installation area of the heat pump system increases.
これらの技術に対して、本実施の形態のヒートポンプシステムは、圧縮機4及び原動機3の潤滑油が流通し蒸発器2の内部を通過する排油管路21と、圧縮機4及び原動機3の軸受と接続され給油温度まで冷却された潤滑油が流通する給油管路52とを有し、圧縮機4に潤滑油を循環供給する給油系統7を備えている。
In contrast to these technologies, the heat pump system according to the present embodiment is configured such that the lubricating oil from the
このように排油管路21を蒸発器2の内部を通過させることにより、圧縮機4及び原動機3から排出される潤滑油を蒸発器2内の水と熱交換させることができるので、機械損失分のエネルギーを効率良く回収することができる。このように本発明によれば、機械損失によって消費されるエネルギーを効率良く回収できるので、ヒートポンプシステムのエネルギー効率を向上させることができる。
By passing the
また、本実施の形態においては、蒸発器2で発生される水蒸気の状態が圧縮機4の設計値内に収まるように潤滑油と外部熱源の温度差を保持しているので、圧縮機4の設計値に適合させるためのポンプ等の圧力調節手段を別途設ける必要もない。これにより、比較例のようにポンプ等の圧力調節手段の駆動力のために系のエネルギーが消費されることがなくなるので、比較例より効率の高いシステムを構築することができる。なお、上記の説明では作動媒体が水の場合について説明したが、この他にも、水を使用した場合と同様の比較的低温度の熱源が利用可能なものであれば良い。
Further, in the present embodiment, the temperature difference between the lubricating oil and the external heat source is maintained so that the state of the water vapor generated in the
ここで、本実施の形態のヒートポンプシステムの動作係数(ε2)を求め、比較例の動作係数ε1との比較を行う。 Here, the operation coefficient (ε2) of the heat pump system of the present embodiment is obtained and compared with the operation coefficient ε1 of the comparative example.
図5は本実施の形態のヒートポンプシステムにおける熱収支の概略図である。この図に示されるように、本実施の形態における有効な加熱出力Q2を求める際に用いる要素には、図4で示したものに加えて、蒸発器2における排油管路21内の潤滑油からの入力熱(Lossに相当)がある。これにより、本実施の形態における有効な加熱出力Q2は下記の式(4)で表される。
FIG. 5 is a schematic diagram of the heat balance in the heat pump system of the present embodiment. As shown in this figure, the elements used when obtaining the effective heating output Q2 in the present embodiment include, in addition to those shown in FIG. 4, the lubricating oil in the
この式(4)が示すように、本実施の形態では圧縮機4及び原動機3の機械損失Lossを蒸発器2で回収するため、有効な加熱出力Q2は比較例に比べ機械損失Loss分多くなっている。したがって、本実施の形態のヒートポンプシステムの動作係数ε2は、上記式(1)及び式(4)によって最終的に下記の式(5)で表される。
As shown in this equation (4), in the present embodiment, the mechanical loss Loss of the
この式(5)が示すように、本実施の形態によれば、有効な加熱出力Q2が比較例のものより多くなるので、ヒートポンプシステムの動作係数εを増加することができる。したがって、ヒートポンプシステムのエネルギー効率を向上させることができる。
As shown in this equation (5), according to the present embodiment, since the effective heating output Q2 is larger than that of the comparative example, the operation coefficient ε of the heat pump system can be increased. Therefore, the energy efficiency of the heat pump system can be improved.
また、本実施の形態は、機械損失によって温度上昇した潤滑油を蒸発器2で冷却しているので、油冷却器等の冷却装置を別途設ける必要もない。したがって、本実施の形態によれば、プラント設置面積を縮小できるので、システムの製作及び設置にかかる費用を低減することができる。
Further, in this embodiment, since the lubricating oil whose temperature has increased due to mechanical loss is cooled by the
ところで、上記で説明した実施の形態では、排油管路21を蒸発器2の内部を通過させることによって潤滑油の冷却を行っているが、潤滑油を冷却する(機械損失を回収する)構成はこれのみに限られない。以下に、その構成を上記の実施の形態の変形例として説明する。
By the way, in embodiment mentioned above, although lubricating oil is cooled by allowing the inside of the
図6は本発明の実施の形態の変形例であるヒートポンプシステムの全体構成図である。 FIG. 6 is an overall configuration diagram of a heat pump system which is a modification of the embodiment of the present invention.
この図が示すヒートポンプシステムの給油系統7Aは、潤滑油流通方向の上流側において油ポンプ51を介して油タンク50と接続され、下流側において蒸発器2の内部を通過した後に圧縮機4及び原動機3の軸受に接続された給油管路52Aと、上流側において圧縮機4及び原動機3の軸受に接続され、下流側において油タンク50と接続された排油管路21Aを備えている。即ち、本変形例は、上記の実施の形態と比較して、一度油タンク50で貯留させた潤滑油を圧縮機4及び原動機に供給する際に冷却する点において異なっている。
The
このように構成しても、機会損失分のエネルギーを蒸発器2内の作動媒体を介して回収することができるので、上記の場合と同様の効果を得ることができる。したがって、蒸発器2や油タンク50等の配置の関係、又はこれらを接続する配管の都合等、状況に適したものを上記の実施の形態及びその変形例から適宜選択してシステムを構成することができる。
Even if comprised in this way, since the energy for an opportunity loss can be collect | recovered via the working medium in the
なお、上記の各実施の形態においては、給油温度に保持された潤滑油が流通する管路を圧縮機4及び原動機3の軸受に接続し、主に軸受損失を回収する構成について説明したが、この管路を圧縮機4及び原動機3の軸受以外の箇所に接続して他の要因から発生する機械損失を回収するように構成しても勿論良い。また、上記の各実施の形態では、給油管路を圧縮機4と原動機3の両方に接続したが、どちらか一方に接続するように構成しても良いことは言うまでもない。
In each of the above embodiments, the configuration in which the conduit through which the lubricating oil maintained at the oil supply temperature flows is connected to the bearings of the
2 蒸発器
3 原動機
4 圧縮機
5 蒸気供給管路
6 熱利用設備
7 給油系統
7A 給油系統
20 熱源管路
21 排油管路
21A 排油管路
22 流量調節弁
40 ロータ
44 軸受
45 軸受
50 油タンク
52 給油管路
52A 給油管路
2
Claims (9)
この蒸発器が蒸発させた作動媒体を圧縮する圧縮機と、
この圧縮機によって圧縮された作動媒体を熱利用部に供給する蒸気供給管路と、
前記圧縮機の潤滑油が流通し前記蒸発器の内部を通過した後に前記圧縮機と接続される管路を有し、前記圧縮機に潤滑油を循環供給する給油系統とを備えることを特徴とするヒートポンプシステム。 An evaporator through which a pipe line through which an external heat source flows passes through and heats the working medium to evaporate;
A compressor for compressing the working medium evaporated by the evaporator;
A steam supply line for supplying the working medium compressed by the compressor to the heat utilization unit;
A lubricating oil supply system having a pipe line connected to the compressor after the lubricating oil of the compressor flows and passes through the inside of the evaporator, and the lubricating oil is circulated and supplied to the compressor. Heat pump system.
この蒸発器からの水蒸気を圧縮する圧縮機と、
この圧縮機によって圧縮された水蒸気を熱利用部に供給する蒸気供給管路と、
前記圧縮機の潤滑油が流通し前記蒸発器の内部を通過した後に前記圧縮機と接続される管路を有し、前記圧縮機に潤滑油を循環供給する給油系統とを備えることを特徴とするヒートポンプシステム。 An evaporator through which an external heat source flows and heats the water into water vapor;
A compressor for compressing the water vapor from the evaporator;
A steam supply line for supplying water vapor compressed by the compressor to the heat utilization unit;
A lubricating oil supply system having a pipe line connected to the compressor after the lubricating oil of the compressor flows and passes through the inside of the evaporator, and the lubricating oil is circulated and supplied to the compressor. Heat pump system.
前記給油系統は、前記潤滑油が流通する管路が前記蒸発器を通過する部分から潤滑油流通方向の上流側に設けられ、潤滑油が貯留される油タンクを有していることを特徴とするヒートポンプシステム。 The heat pump system according to claim 1,
The oil supply system has an oil tank in which a pipeline through which the lubricating oil flows is provided on the upstream side in the lubricating oil distribution direction from a portion passing through the evaporator, and the lubricating oil is stored. Heat pump system.
前記給油系統は、前記潤滑油が流通する管路が前記蒸発器を通過する部分から潤滑油流通方向の下流側に設けられ、潤滑油が貯留される油タンクを有していることを特徴とするヒートポンプシステム。 The heat pump system according to claim 1,
The oil supply system includes an oil tank in which a pipeline through which the lubricating oil flows is provided downstream from a portion passing through the evaporator in a lubricating oil flowing direction, and the lubricating oil is stored. Heat pump system.
前記給油系統は前記圧縮機及び前記圧縮機を駆動する原動機に潤滑油を供給することを特徴とするヒートポンプシステム。 The heat pump system according to claim 1,
The heat supply system, wherein the oil supply system supplies lubricating oil to the compressor and a prime mover that drives the compressor.
前記給油系統は前記圧縮機のロータの軸受に潤滑油を供給することを特徴とするヒートポンプシステム。 The heat pump system according to claim 1,
The heat pump system, wherein the oil supply system supplies lubricating oil to a bearing of a rotor of the compressor.
前記給油系統は前記原動機のロータの軸受に潤滑油を供給することを特徴とするヒートポンプシステム。 The heat pump system according to claim 5, wherein
The heat pump system, wherein the oil supply system supplies lubricating oil to a bearing of a rotor of the prime mover.
前記外部熱源が流通する管路は、前記蒸発器を通過する部分から外部熱源流通方向の上流側に設けられ、外部熱源の流量を調節する流量調節手段を有することを特徴とするヒートポンプシステム。 The heat pump system according to claim 1,
The pipe through which the external heat source flows is provided on the upstream side in the external heat source flow direction from the portion passing through the evaporator, and has a flow rate adjusting means for adjusting the flow rate of the external heat source.
前記蒸発器内では、前記外部熱源が流通する管路と前記潤滑油が流通する管路のうち内部を流通する媒体温度が高い方が前記蒸発器の液相内における気相側に設けられていることを特徴とするヒートポンプシステム。 The heat pump system according to claim 1,
In the evaporator, the higher the temperature of the medium flowing through the pipe line through which the external heat source flows and the pipe line through which the lubricating oil flows is provided on the gas phase side in the liquid phase of the evaporator. A heat pump system characterized by
Priority Applications (1)
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JP2006352668A JP2008164204A (en) | 2006-12-27 | 2006-12-27 | Heat pump system |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010070703A1 (en) * | 2008-12-16 | 2010-06-24 | 社団法人日本銅センター | Steam generator |
JP2015206486A (en) * | 2014-04-17 | 2015-11-19 | 三浦工業株式会社 | steam system |
JP2015206490A (en) * | 2014-04-17 | 2015-11-19 | 三浦工業株式会社 | steam system |
WO2023050844A1 (en) * | 2021-09-30 | 2023-04-06 | 青岛海尔空调电子有限公司 | Method and apparatus for controlling hot water supply device, and hot water supply device |
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2006
- 2006-12-27 JP JP2006352668A patent/JP2008164204A/en active Pending
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