JP2010043800A - Vapor generation system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vapor generation system capable of stably exhibiting high energy efficiency. <P>SOLUTION: The vapor generation system includes a heat pump 10 through which first fluid flows, an evaporation unit 20 through which second fluid flows, and a heat recovery mechanism 80. The heat pump 10 includes a heat absorbing part 11, a compression part 12, heat radiation parts 13A, 13B and 13E, and an expansion part 14. The second fluid receiving transmission heat from the first fluid is evaporated in the evaporation unit 20. The heat recovery mechanism 80 includes a warmer 41 for warming the second fluid flowing to an evaporation part 22 by the first fluid from the heat radiation part 13B, a regenerator 18 for warming the first fluid flowing to the compression part 12 by the first fluid from the heat radiation part 13B, and an intermediate cooler 83 for cooling the first fluid flowing through a stage space of the compression part 12 by the first fluid from the heat radiation part 13B. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、蒸気生成システムに関する。   The present invention relates to a steam generation system.

特許文献1には、ヒートポンプからの伝達熱によって蒸気を生成する蒸気生成システムが開示されている。
特開2007−120914号公報
Patent Document 1 discloses a steam generation system that generates steam by heat transferred from a heat pump.
JP 2007-120914 A

ヒートポンプを用いた蒸気生成システムでは、吸熱部に供給される熱媒体の温度及び流量の少なくとも1つに応じて成績係数(COP:coefficient of performance)が変化する場合がある。   In a steam generation system using a heat pump, a coefficient of performance (COP) may change according to at least one of the temperature and flow rate of the heat medium supplied to the heat absorption unit.

本発明は、高いエネルギー効率を安定的に発揮することができる蒸気生成システムを提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the steam production system which can exhibit high energy efficiency stably.

本発明の態様に従えば、第1流体が流れるヒートポンプであり、吸熱部、圧縮部、放熱部、及び膨張部を含む前記ヒートポンプと、第2流体が流れる蒸発ユニットであり、前記第1流体からの伝達熱を受けた前記第2流体が蒸発する蒸発部を含む前記蒸発ユニットと、前記蒸発部に向かう前記第2流体を前記放熱部からの前記第1流体が暖める加温器、前記圧縮部に向かう前記第1流体を前記放熱部からの前記第1流体が暖める再生器、及び前記圧縮部の段間を流れる前記第1流体を前記放熱部からの前記第1流体が冷却する中間冷却器を含む熱回収機構と、を備えることを特徴とする蒸気生成システムが提供される。   According to the aspect of the present invention, the heat pump is a heat pump through which the first fluid flows, the heat pump including the heat absorption unit, the compression unit, the heat radiation unit, and the expansion unit, and the evaporation unit through which the second fluid flows. The evaporating unit including an evaporating unit that evaporates the second fluid that has received the heat of transmission; the heater that heats the first fluid from the heat dissipating unit toward the evaporating unit; and the compressing unit A regenerator that warms the first fluid from the heat radiating section toward the first fluid, and an intermediate cooler that cools the first fluid flowing between the stages of the compression section by the first fluid from the heat radiating section A steam generation system comprising: a heat recovery mechanism including:

この蒸気生成システムによれば、加温器、再生器、及び中間冷却器にて作動流体の熱が有効利用され、したがって、高いエネルギー効率を安定的に発揮することができる。   According to this steam generation system, the heat of the working fluid is effectively used in the heater, the regenerator, and the intercooler, and therefore high energy efficiency can be stably exhibited.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、第1実施形態にかかる蒸気生成システムを示す概略図である。図1において、蒸気生成システムS1は、作動流体(加熱媒体、第1流体)が流れるヒートポンプ10と、被加熱流体(被加熱媒体、第2流体)の供給系20(蒸発ユニット)と、制御装置70とを備える。本実施形態において、蒸気生成システムS1はさらに、それぞれ後述する熱交換器41(加温器)、再生器18、及び中間冷却器83を有する熱回収機構80を備える。本実施形態において、被加熱流体は水である。制御装置70は、システム全体を統括的に制御する。蒸気生成システムS1の構成は、蒸気生成システムS1の設計要求に応じて様々に変更可能である。   FIG. 1 is a schematic diagram showing a steam generation system according to the first embodiment. In FIG. 1, a steam generation system S1 includes a heat pump 10 through which a working fluid (a heating medium, a first fluid) flows, a supply system 20 (evaporation unit) for a heated fluid (a heated medium, a second fluid), and a control device. 70. In the present embodiment, the steam generation system S1 further includes a heat recovery mechanism 80 having a heat exchanger 41 (a warmer), a regenerator 18, and an intercooler 83, which will be described later. In the present embodiment, the fluid to be heated is water. The control device 70 comprehensively controls the entire system. The configuration of the steam generation system S1 can be variously changed according to the design requirements of the steam generation system S1.

ヒートポンプ10は、蒸発、圧縮、凝縮、及び膨張の各工程からなるサイクルにより、低温の物体から熱を汲み上げ、高温の物体に熱を与える装置である。ヒートポンプは一般に、エネルギー効率が比較的高く、結果として、二酸化炭素等の排出量が比較的少ないという利点を有する。   The heat pump 10 is a device that pumps heat from a low-temperature object and applies heat to a high-temperature object by a cycle including evaporation, compression, condensation, and expansion processes. A heat pump generally has the advantage of relatively high energy efficiency and, as a result, relatively low emissions of carbon dioxide and the like.

本実施形態において、ヒートポンプ10は、吸熱部11、圧縮部12、放熱部(第1放熱部13A、第2放熱部13B、第3放熱部13E)、及び膨張部14を有し、これらは導管を介して接続されている。   In the present embodiment, the heat pump 10 includes a heat absorbing portion 11, a compressing portion 12, a heat radiating portion (a first heat radiating portion 13A, a second heat radiating portion 13B, a third heat radiating portion 13E), and an expansion portion 14, which are conduits. Connected through.

吸熱部11では、主経路15内を流れる作動流体がサイクル外の熱源の熱を吸収する。本実施形態において、ヒートポンプ10の吸熱部11は、冷熱供給装置90の放熱管91に熱的に接続されている。冷熱供給装置90において、放熱管91を流れる媒体(冷媒など)の熱(温排熱)がヒートポンプ10の吸熱部11に吸収される。冷却された媒体が冷熱供給装置90から所定の設備に供給される。ヒートポンプ10の吸熱部11が大気など他の熱源の熱を吸収する構成とすることもできる。   In the heat absorption part 11, the working fluid flowing in the main path 15 absorbs heat from a heat source outside the cycle. In the present embodiment, the heat absorption unit 11 of the heat pump 10 is thermally connected to the heat radiating pipe 91 of the cold heat supply device 90. In the cold heat supply device 90, the heat (heat exhaust heat) of the medium (refrigerant or the like) flowing through the heat radiating pipe 91 is absorbed by the heat absorption unit 11 of the heat pump 10. The cooled medium is supplied from the cold heat supply device 90 to a predetermined facility. The heat absorption part 11 of the heat pump 10 can also be configured to absorb the heat of other heat sources such as the atmosphere.

圧縮部12は、圧縮機等によって作動流体を圧縮する。この際、通常、作動流体の温度が上がる。本実施形態において、圧縮部12は、作動流体を複数段に圧縮する多段圧縮構造を有し、すなわち、第1圧縮部12A及び第2圧縮部12Bを含む2段圧縮構造を有する。圧縮の段数は、蒸気生成システムS1の仕様に応じて設定され、2、3、4、5、6、7、8、9、あるいは10以上である。圧縮部12は、軸流圧縮機、遠心圧縮機、レシプロ式圧縮機、ロータリー式圧縮機などの様々な圧縮機のうち、作動流体の圧縮に適するものが適用される。圧縮機には動力が供給される。圧縮部12は、各圧縮部12A及び12Bに対応する回転数が個々に制御される多軸圧縮構造を有することができる。あるいは、圧縮部12は、同軸圧縮構造を有することができる。圧縮部12の圧縮比(圧力比)は、蒸気生成システムS1の仕様に応じて設定される。   The compression unit 12 compresses the working fluid by a compressor or the like. At this time, the temperature of the working fluid usually increases. In this embodiment, the compression unit 12 has a multistage compression structure that compresses the working fluid into a plurality of stages, that is, has a two-stage compression structure including a first compression unit 12A and a second compression unit 12B. The number of stages of compression is set according to the specification of the steam generation system S1, and is 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, or 10 or more. Among the various compressors such as an axial flow compressor, a centrifugal compressor, a reciprocating compressor, and a rotary compressor, a compressor suitable for compressing a working fluid is applied. Power is supplied to the compressor. The compression unit 12 may have a multiaxial compression structure in which the rotation speeds corresponding to the compression units 12A and 12B are individually controlled. Alternatively, the compression unit 12 can have a coaxial compression structure. The compression ratio (pressure ratio) of the compression unit 12 is set according to the specification of the steam generation system S1.

放熱部13A、13B、13Eは、圧縮部12で圧縮された作動流体が流れる導管を有し、主経路15内を流れる作動流体の熱をサイクル外の熱源に与える。本実施形態において、作動流体の流れ方向に沿って、3つの放熱部13A,13B,及び13Eが実質的に直列に配置されている。放熱部の数は、蒸気生成システムS1の仕様に応じて設定され、3、4、5、6、7、8、9、10、あるいは11以上である。第1放熱部13Aは圧縮部12Aと12Bとの段間に配置され、第2放熱部13Bは圧縮部12Bの下流位置に配置され、第3放熱部13Eは、第2放熱部13Bの下流位置に配置される。   The heat radiating parts 13A, 13B, and 13E have a conduit through which the working fluid compressed by the compressing part 12 flows, and give the heat of the working fluid flowing in the main path 15 to a heat source outside the cycle. In the present embodiment, three heat radiating portions 13A, 13B, and 13E are arranged substantially in series along the flow direction of the working fluid. The number of heat radiation units is set according to the specification of the steam generation system S1, and is 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, or 11 or more. The first heat radiating portion 13A is disposed between the compression portions 12A and 12B, the second heat radiating portion 13B is disposed at the downstream position of the compression portion 12B, and the third heat radiating portion 13E is disposed at the downstream position of the second heat radiating portion 13B. Placed in.

膨張部14は、減圧弁またはタービン等によって作動流体を膨張させる。この際、通常、作動流体の温度が下がる。タービンを使用した場合には膨張部14から動力を取り出すことができ、その動力を例えば圧縮部12に供給してもよい。ヒートポンプ10に使用される作動流体として、フロン系媒体(HFC 245fa、R134aなど)、アンモニア、水、二酸化炭素、空気などの公知の様々な熱媒体が、蒸気生成システムS1の仕様及び熱バランスなどに応じて用いられる。ヒートポンプ10の放熱部13A,13Bを流れる作動流体の少なくとも一部が超臨界状態であってもよい。   The expansion unit 14 expands the working fluid by a pressure reducing valve, a turbine, or the like. At this time, the temperature of the working fluid usually decreases. When a turbine is used, power can be taken out from the expansion unit 14, and the power may be supplied to the compression unit 12, for example. As a working fluid used in the heat pump 10, various known heat media such as a fluorocarbon medium (HFC 245fa, R134a, etc.), ammonia, water, carbon dioxide, air, etc. are used for the specification and heat balance of the steam generation system S1. Used accordingly. At least a part of the working fluid flowing through the heat radiating portions 13A and 13B of the heat pump 10 may be in a supercritical state.

本実施形態において、ヒートポンプ10はさらに、バイパス経路17と、再生器18とを有する。バイパス経路17の入口端がヒートポンプ10の主経路15における放熱部13A,13Bと第3放熱部13Eとの間の導管に流体的に接続される。バイパス経路17の出口端が主経路15における第3放熱部13Eと膨張部14との間の導管に流体的に接続される。バイパス経路17の入口に、作動流体のバイパス流量を制御する流量制御弁を設けることができる。バイパス経路17において、第1及び第2放熱部13A,13Bからの作動流体の一部が、第3放熱部13Eを迂回し、膨張部14の手前で第3放熱部13Eからの作動流体と合流する。第1及び第2放熱部13A,13Bからの別の作動流体は、第3放熱部13Eを流れ、後述する熱交換器41においてその作動流体と供給系20内の水とが熱交換する。   In the present embodiment, the heat pump 10 further includes a bypass path 17 and a regenerator 18. The inlet end of the bypass path 17 is fluidly connected to a conduit between the heat radiation parts 13A and 13B and the third heat radiation part 13E in the main path 15 of the heat pump 10. The outlet end of the bypass path 17 is fluidly connected to a conduit between the third heat radiating part 13 </ b> E and the expansion part 14 in the main path 15. A flow rate control valve for controlling the bypass flow rate of the working fluid can be provided at the inlet of the bypass passage 17. In the bypass path 17, part of the working fluid from the first and second heat radiating portions 13 </ b> A and 13 </ b> B bypasses the third heat radiating portion 13 </ b> E and merges with the working fluid from the third heat radiating portion 13 </ b> E before the expansion portion 14. To do. Another working fluid from the first and second heat radiating portions 13A and 13B flows through the third heat radiating portion 13E, and heat exchange is performed between the working fluid and water in the supply system 20 in the heat exchanger 41 described later.

再生器18は、バイパス経路17の導管の一部と、ヒートポンプ10の主経路15の導管(吸熱部11と圧縮部12との間の導管)の一部とが熱的に接続された構成を有する。例えば、両導管が互いに接触あるいは隣接して配置される。ヒートポンプ10において、吸熱部11からの作動流体に比べて、第1及び第2放熱部13A,13Bからの作動流体は高温である。再生器18において、バイパス経路17を流れる第1及び第2放熱部13A,13Bからの作動流体と、ヒートポンプ10の主経路15を流れる吸熱部11からの作動流体とが熱交換する。この熱交換により、バイパス経路17内の作動流体の温度が降下し、主経路15内の作動流体の温度が上昇する。再生器18は、低温の流体(主経路15内の作動流体)と高温の流体(バイパス経路17内の作動流体)とが対向して流れる向流型の熱交換方式を有することができる。あるいは、再生器18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方式を有してもよい。   The regenerator 18 has a configuration in which a part of the conduit of the bypass path 17 and a part of the conduit of the main path 15 of the heat pump 10 (the conduit between the heat absorption unit 11 and the compression unit 12) are thermally connected. Have. For example, both conduits are placed in contact with or adjacent to each other. In the heat pump 10, the working fluid from the first and second heat radiating units 13 </ b> A and 13 </ b> B is hotter than the working fluid from the heat absorbing unit 11. In the regenerator 18, the working fluid from the first and second heat radiating parts 13 </ b> A and 13 </ b> B flowing through the bypass path 17 and the working fluid from the heat absorbing part 11 flowing through the main path 15 of the heat pump 10 exchange heat. By this heat exchange, the temperature of the working fluid in the bypass path 17 is lowered, and the temperature of the working fluid in the main path 15 is raised. The regenerator 18 can have a countercurrent heat exchange system in which a low-temperature fluid (working fluid in the main passage 15) and a high-temperature fluid (working fluid in the bypass passage 17) flow in opposition. Alternatively, the regenerator 18 may have a parallel flow type heat exchange system in which a high-temperature fluid and a low-temperature fluid flow in parallel.

本実施形態において、ヒートポンプ10はさらに、圧縮機30の段間を流れる作動流体を冷却するための中間冷却器83を有する。本実施形態において、中間冷却器83は、第2放熱部13Bからの作動流体の一部を減圧する減圧弁(膨張弁)84と、第2放熱部13Bからの作動流体の一部を減圧弁84に導く導管85と、減圧弁84からの作動流体を貯溜するタンク86と、タンク86内の気相部から圧縮部12に作動流体を導く導管87と、タンク86内の液相部から膨張部14に作動流体を導く導管88とを有する。   In the present embodiment, the heat pump 10 further includes an intermediate cooler 83 for cooling the working fluid flowing between the stages of the compressor 30. In the present embodiment, the intercooler 83 includes a pressure reducing valve (expansion valve) 84 that decompresses part of the working fluid from the second heat radiating part 13B, and a part of the working fluid from the second heat radiating part 13B. 84, a conduit 86 for storing the working fluid from the pressure reducing valve 84, a conduit 87 for guiding the working fluid from the gas phase portion in the tank 86 to the compression portion 12, and an expansion from the liquid phase portion in the tank 86. And a conduit 88 for guiding the working fluid to the section 14.

本実施形態において、導管85の入口端がバイパス経路17の導管に流体的に接続される。他の実施形態において、導管85の入口端はヒートポンプ10の主経路15における放熱部13A,13Bと第3放熱部13Eとの間の導管に流体的に接続できる。導管85の入口に、作動流体のバイパス流量を制御する流量制御弁を設けることができる。本実施形態において、導管85の出口端が減圧弁84の入口部に流体的に接続される。減圧弁84の出口部は、タンク86に流体的に接続される。   In this embodiment, the inlet end of the conduit 85 is fluidly connected to the conduit of the bypass path 17. In another embodiment, the inlet end of the conduit 85 can be fluidly connected to the conduit between the heat radiating portions 13A, 13B and the third heat radiating portion 13E in the main path 15 of the heat pump 10. A flow rate control valve for controlling the bypass flow rate of the working fluid can be provided at the inlet of the conduit 85. In this embodiment, the outlet end of the conduit 85 is fluidly connected to the inlet of the pressure reducing valve 84. The outlet of the pressure reducing valve 84 is fluidly connected to the tank 86.

導管87の入口端がタンク86の気相位置に流体的に接続される。導管87の出口端が第1圧縮部12Aと第2圧縮部12Bとの間の段間に流体的に接続される。より具体的には、導管87の出口端は、第2圧縮部12Bの入口付近(第1放熱部13Aと第2圧縮部12Bとの間)に流体的に接続される。導管88の入口端がタンク86の液相位置に流体的に接続される。導管88の出口端が膨張部14又はその近傍に流体的に接続される。   The inlet end of conduit 87 is fluidly connected to the gas phase location of tank 86. The outlet end of the conduit 87 is fluidly connected between the stages between the first compression portion 12A and the second compression portion 12B. More specifically, the outlet end of the conduit 87 is fluidly connected to the vicinity of the inlet of the second compression portion 12B (between the first heat radiation portion 13A and the second compression portion 12B). The inlet end of the conduit 88 is fluidly connected to the liquid phase position of the tank 86. The outlet end of the conduit 88 is fluidly connected to or near the expansion portion 14.

中間冷却器83において、第2放熱部13B(第2圧縮部12B)からの作動流体の一部が減圧弁84に向けて導管85を流れる。減圧弁84において、作動流体は、所定の圧力に減圧される。本実施形態において、作動流体は、第1圧縮部12Aと第2圧縮部12Bとの間の段間内の圧力と実質的に同程度の圧力に減圧される。減圧された作動流体の温度が降下する。例えば、減圧弁84の入口における流体温度は約102℃であり、出口における流体温度は約70℃である。上記数値は理解を助けるための一例であって本発明はこれに限定されない。タンク86内に、飽和液(液相)と飽和蒸気(気相)とが貯溜される。   In the intercooler 83, part of the working fluid from the second heat radiating unit 13 </ b> B (second compression unit 12 </ b> B) flows through the conduit 85 toward the pressure reducing valve 84. In the pressure reducing valve 84, the working fluid is depressurized to a predetermined pressure. In the present embodiment, the working fluid is depressurized to a pressure substantially equal to the pressure in the interstage between the first compression unit 12A and the second compression unit 12B. The temperature of the decompressed working fluid drops. For example, the fluid temperature at the inlet of the pressure reducing valve 84 is about 102 ° C., and the fluid temperature at the outlet is about 70 ° C. The above numerical values are examples for helping understanding, and the present invention is not limited to these. Saturated liquid (liquid phase) and saturated vapor (gas phase) are stored in the tank 86.

ここで、本実施形態において、膨張部14は、第1膨張弁14A及び第2膨張弁14Bを有する。第1膨張弁14Aは、第3放熱部13Eからの作動流体とバイパス経路17からの作動流体との合流地点の下流位置に配置される。第1膨張弁14Aの出口圧力は、減圧弁84の出口圧力と実質的に同程度(すなわち、第1圧縮部12Aと第2圧縮部12Bとの間の段間内の圧力と実質的に同程度)である。第2膨張弁14Bは、第1膨張弁14Aの下流位置に配置される。第1膨張弁14Aと第2膨張弁14Bとの間の導管14Zに中間冷却器83の導管88の出口端が流体的に接続される。導管14Zにおいて、第1膨張弁14Aからの作動流体と中間冷却器83からの飽和液とが合流する。合流した流体が第2膨張弁14Bに入る。第2膨張弁14Bはその流体をさらに減圧する。   Here, in the present embodiment, the expansion portion 14 includes a first expansion valve 14A and a second expansion valve 14B. 14 A of 1st expansion valves are arrange | positioned in the downstream position of the confluence | merging point of the working fluid from the 3rd thermal radiation part 13E, and the working fluid from the bypass path | route 17. FIG. The outlet pressure of the first expansion valve 14A is substantially the same as the outlet pressure of the pressure reducing valve 84 (that is, substantially the same as the pressure in the interstage between the first compressor 12A and the second compressor 12B). Degree). The second expansion valve 14B is disposed at a downstream position of the first expansion valve 14A. The outlet end of the conduit 88 of the intercooler 83 is fluidly connected to the conduit 14Z between the first expansion valve 14A and the second expansion valve 14B. In the conduit 14Z, the working fluid from the first expansion valve 14A and the saturated liquid from the intercooler 83 merge. The merged fluid enters the second expansion valve 14B. The second expansion valve 14B further depressurizes the fluid.

中間冷却器83において、タンク86から導管87を介して飽和蒸気が圧縮部12の段間に向けて流れる。圧縮部12の段間に飽和蒸気が供給されることにより、段間を流れる作動流体の温度が下がる。例えば、第1放熱部13Aからの作動流体の温度は約102℃であり、冷却流体が投入された後の作動流体の温度(第2圧縮部12Bの入口温度)は約95℃である。上記数値は理解を助けるための一例であって本発明はこれに限定されない。多段圧縮機において、効果的な中間冷却は、圧縮動力の低減に有利である。   In the intercooler 83, saturated steam flows from the tank 86 through the conduit 87 toward the stage of the compression unit 12. By supplying saturated steam between the stages of the compressing unit 12, the temperature of the working fluid flowing between the stages decreases. For example, the temperature of the working fluid from the first heat radiating unit 13A is about 102 ° C., and the temperature of the working fluid after the cooling fluid is introduced (the inlet temperature of the second compression unit 12B) is about 95 ° C. The above numerical values are examples for helping understanding, and the present invention is not limited to these. In multistage compressors, effective intercooling is advantageous for reducing compression power.

供給系20(蒸発ユニット)は、加温部21と、蒸発部22と、必要に応じて、圧縮機30(吸引装置)と、蒸発部22と圧縮機30とを流体的に接続するダクト23と、必要に応じて流体駆動部(不図示)とを有する。   The supply system 20 (evaporation unit) includes a heating unit 21, an evaporation unit 22, and, if necessary, a compressor 30 (a suction device), and a duct 23 that fluidly connects the evaporation unit 22 and the compressor 30. And a fluid drive unit (not shown) as necessary.

加温部21は、ヒートポンプ10の第3放熱部13Eに熱的に接続されかつ供給源(不図示)からの水が流れる導管を含む。加温部21と第3放熱部13Eとを含んで熱交換器41(加温器、熱交換装置)が構成される。すなわち、熱交換器41は、供給系20の導管の一部(加温部21)と、ヒートポンプ10の主経路15の導管の一部(第3放熱部13E)とが熱的に接続された構成を有する。熱交換器41は、低温の流体(供給系20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方式を有することができる。あるいは、熱交換器41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方式を有してもよい。本実施形態において、熱交換器41の熱交換構造として、公知の様々なものを採用することができる。加温部21の導管と第3放熱部13Eの導管とは互いに接触あるいは隣接して配置される。例えば、第3放熱部13Eの導管を、加温部21の導管の外周面や内部に配設することができる。加温部21において、ヒートポンプ10の第3放熱部13Eからの伝達熱によって、供給系20内の水が温度上昇する。   The heating unit 21 includes a conduit that is thermally connected to the third heat radiating unit 13E of the heat pump 10 and through which water from a supply source (not shown) flows. A heat exchanger 41 (a warmer, a heat exchange device) is configured including the heating unit 21 and the third heat radiation unit 13E. That is, in the heat exchanger 41, a part of the conduit of the supply system 20 (heating unit 21) and a part of the conduit of the main path 15 of the heat pump 10 (third heat radiation unit 13E) are thermally connected. It has a configuration. The heat exchanger 41 can have a countercurrent heat exchange system in which a low-temperature fluid (water in the supply system 20) and a high-temperature fluid (working fluid in the heat pump 10) face each other. Alternatively, the heat exchanger 41 may have a parallel flow type heat exchange system in which a high-temperature fluid and a low-temperature fluid flow in parallel. In the present embodiment, various known heat exchange structures of the heat exchanger 41 can be employed. The conduit of the heating unit 21 and the conduit of the third heat radiating unit 13E are arranged in contact with or adjacent to each other. For example, the conduit of the third heat radiating portion 13E can be disposed on the outer peripheral surface or inside of the conduit of the warming portion 21. In the heating unit 21, the temperature of the water in the supply system 20 rises due to the heat transferred from the third heat radiating unit 13 </ b> E of the heat pump 10.

蒸発部22は、少なくとも液状の被加熱流体(水)を貯溜するタンク47と、タンク47に流体的に接続された循環導管48とを有する。加温部21とタンク47との間には、必要に応じて脱気槽(不図示)と、流体駆動部(不図示)とが配置される。タンク47は、必要に応じて、液面を計測するレベルセンサ50と、気液分離器(不図示)とを有することができる。   The evaporation unit 22 includes a tank 47 that stores at least a liquid to-be-heated fluid (water), and a circulation conduit 48 that is fluidly connected to the tank 47. A deaeration tank (not shown) and a fluid drive unit (not shown) are arranged between the heating unit 21 and the tank 47 as necessary. The tank 47 can have a level sensor 50 for measuring the liquid level and a gas-liquid separator (not shown) as required.

タンク47または循環導管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。循環導管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。循環導管48は、ヒートポンプ10の第1放熱部13A及び第2放熱部13Bに熱的に接続される被加熱管51と、必要に応じて、ポンプ(不図示)と、バルブ(不図示)とを有する。被加熱流体(水)の熱対流及び/又は外部との差圧などを利用してポンプを省いてもよい。   The tank 47 or the circulation conduit 48 is provided with a water supply port from the heating unit 21 and a steam discharge port. The inlet end and the outlet end of the circulation conduit 48 are each connected to a tank 47. The circulation conduit 48 includes a heated pipe 51 that is thermally connected to the first heat radiating portion 13A and the second heat radiating portion 13B of the heat pump 10, a pump (not shown), and a valve (not shown) as necessary. Have The pump may be omitted by utilizing thermal convection of the fluid to be heated (water) and / or differential pressure with the outside.

本実施形態において、被加熱管51と第1放熱部13Aと第2放熱部13Bとを含んで熱交換器45(熱交換装置)が構成される。すなわち、熱交換器45において、ヒートポンプ10の第1放熱部13A及び第2放熱部13Bと蒸発部22の被加熱管51とが熱的に接続される。第1放熱部13A及び第2放熱部13Bを流れる作動流体からの熱が被加熱管51を流れる水に伝わる。熱交換器45は、低温の流体(被加熱管51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方式を有することができる。あるいは、熱交換器41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方式を有してもよい。熱交換器41の熱交換構造として、公知の様々なものを採用することができる。ヒートポンプ10の第1放熱部13A又は第2放熱部13Bの導管と、被加熱管51とは互いに接触あるいは隣接して配置される。例えば、ヒートポンプ10の第1放熱部13A又は第2放熱部13Bの導管を、被加熱管51の外周面や内部に配設することができる。   In this embodiment, the heat exchanger 45 (heat exchange apparatus) is comprised including the to-be-heated tube 51, the 1st heat radiating part 13A, and the 2nd heat radiating part 13B. That is, in the heat exchanger 45, the first heat radiating part 13A and the second heat radiating part 13B of the heat pump 10 and the heated pipe 51 of the evaporation part 22 are thermally connected. Heat from the working fluid flowing through the first heat radiating portion 13 </ b> A and the second heat radiating portion 13 </ b> B is transferred to the water flowing through the heated pipe 51. The heat exchanger 45 can have a countercurrent heat exchange system in which a low-temperature fluid (water in the heated pipe 51) and a high-temperature fluid (working fluid in the heat pump 10) flow opposite to each other. Alternatively, the heat exchanger 41 may have a parallel flow type heat exchange system in which a high-temperature fluid and a low-temperature fluid flow in parallel. As the heat exchange structure of the heat exchanger 41, various known ones can be adopted. The conduit of the first heat radiating part 13A or the second heat radiating part 13B of the heat pump 10 and the heated pipe 51 are arranged in contact with or adjacent to each other. For example, the conduit of the first heat radiating part 13 </ b> A or the second heat radiating part 13 </ b> B of the heat pump 10 can be disposed on the outer peripheral surface or inside of the heated pipe 51.

蒸発部22において、加温部21で温度上昇した水が供給口を介してタンク47に供給され、タンク47及び循環導管48内に水が貯溜される。タンク47内の液面が所定範囲内になるように、タンク47への水の供給量が制御される。例えば、レベルセンサ50の計測結果に基づいて、タンク47への水の供給量が制御される。   In the evaporation unit 22, the water whose temperature has increased in the heating unit 21 is supplied to the tank 47 through the supply port, and the water is stored in the tank 47 and the circulation conduit 48. The amount of water supplied to the tank 47 is controlled so that the liquid level in the tank 47 falls within a predetermined range. For example, the amount of water supplied to the tank 47 is controlled based on the measurement result of the level sensor 50.

タンク47は、ダクト23を介して圧縮機30に流体的に接続されている。タンク47の内部空間は、タンク47の排出口及びダクト23を介して圧縮機30によって吸引される。圧縮機30の吸引作用により、蒸発部22の内部空間が減圧されている。熱を受けた被加熱管51内の水は、少なくとも一部が蒸発する。   The tank 47 is fluidly connected to the compressor 30 via the duct 23. The internal space of the tank 47 is sucked by the compressor 30 through the discharge port of the tank 47 and the duct 23. Due to the suction action of the compressor 30, the internal space of the evaporator 22 is decompressed. At least a part of the water in the heated pipe 51 that has received heat evaporates.

圧縮機30は、供給系20上に配設され、その配設位置はタンク47に対して下流である。圧縮機30としては、軸流圧縮機、遠心圧縮機、レシプロ式圧縮機、ロータリー式圧縮機などの様々な圧縮機が適用され、蒸気圧縮に適するものが用いられる。   The compressor 30 is disposed on the supply system 20 and is disposed downstream of the tank 47. As the compressor 30, various compressors such as an axial flow compressor, a centrifugal compressor, a reciprocating compressor, and a rotary compressor are applied, and those suitable for vapor compression are used.

圧縮機30は、タンク47の内部空間を吸引し、タンク47からの蒸気を圧縮し、昇圧した蒸気を下流に流す。すなわち、タンク47内の蒸気は、ダクト23内を圧縮機30に向けて流れ、外部に向けて出力される。蒸気生成システムS1からの熱流体(蒸気)は、外部の所定施設、例えば食品製造設備、電子機器製造プラント、その他製造設備、調理施設、空調設備、発電プラントなどに供給される。なお、他の実施形態において、圧縮機30を省くこともできる。   The compressor 30 sucks the internal space of the tank 47, compresses the steam from the tank 47, and flows the pressurized steam downstream. That is, the steam in the tank 47 flows in the duct 23 toward the compressor 30 and is output to the outside. The thermal fluid (steam) from the steam generation system S1 is supplied to a predetermined external facility such as a food manufacturing facility, an electronic device manufacturing plant, other manufacturing facilities, a cooking facility, an air conditioning facility, and a power plant. In other embodiments, the compressor 30 may be omitted.

圧縮機30及び/又は供給系20には、蒸気に対して水を供給するノズル35が、必要に応じて配設される。ノズル35の配設位置は、例えば、圧縮機30の入口及び/又は出口である。圧縮機30が多段式である場合には、ノズル35を圧縮機30の段間に配設することができる。圧縮機30の圧縮比(圧力比)は、蒸気生成システムS1の仕様に応じて設定される。ノズル35とタンク47の液相位置とが導管36を介して流体的に接続することができる。この導管構成では、比較的高温であるタンク47内の液体がノズル35への供給に有効利用される。ノズル35からの液体の排出(スプレイ)には、ポンプ(不図示)などの動力源を用いてもよく、導管36の入口と出口との圧力差を利用してもよい。   In the compressor 30 and / or the supply system 20, a nozzle 35 that supplies water to the steam is disposed as necessary. The arrangement position of the nozzle 35 is, for example, an inlet and / or an outlet of the compressor 30. When the compressor 30 is a multistage type, the nozzle 35 can be disposed between the stages of the compressor 30. The compression ratio (pressure ratio) of the compressor 30 is set according to the specification of the steam generation system S1. The nozzle 35 and the liquid phase position of the tank 47 can be fluidly connected via a conduit 36. In this conduit configuration, the liquid in the tank 47 having a relatively high temperature is effectively used for supplying the nozzle 35. For discharging (spraying) the liquid from the nozzle 35, a power source such as a pump (not shown) may be used, or a pressure difference between the inlet and the outlet of the conduit 36 may be used.

本実施形態において、圧縮機30による吸引作用により、供給系20におけるヒートポンプ10による加熱部位での内部空間、すなわちタンク47の内部空間が減圧される。タンク47の内部圧力が大気圧に比べて低い負圧(陰圧)となるように、供給系20上の制御弁(流量制御弁など。不図示)や圧縮機30が制御される。この制御は、例えば、タンク47の内部圧力を計測するセンサ(不図示)の計測結果に基づいて行われる。   In the present embodiment, due to the suction action by the compressor 30, the internal space at the heating site by the heat pump 10 in the supply system 20, that is, the internal space of the tank 47 is decompressed. Control valves (such as a flow rate control valve, not shown) and the compressor 30 on the supply system 20 are controlled so that the internal pressure of the tank 47 becomes a negative pressure (negative pressure) lower than the atmospheric pressure. This control is performed based on a measurement result of a sensor (not shown) that measures the internal pressure of the tank 47, for example.

このように、本実施形態においては、供給系20内の水が、ヒートポンプ10からの熱伝達によって蒸気になる。まず、熱交換器41において、供給系20内の水がヒートポンプ10の第3放熱部13Eからの熱伝達によって沸点近くまで温度上昇する。その後、熱交換器45において、第1及び第2放熱部13A及び13Bからの熱伝達によってその水が相変化して蒸発する。水の顕熱加熱が主に熱交換器41(加温器)において行われ、水の潜熱加熱が主に熱交換器45において行われる。熱交換器41が顕熱交換に適した形態であり、熱交換器45が潜熱交換に適した形態であるといった、装置構成の最適化が図られ、これに応じて、好ましい加熱プロセスを経て蒸気が発生する。   Thus, in the present embodiment, the water in the supply system 20 becomes steam by heat transfer from the heat pump 10. First, in the heat exchanger 41, the temperature of the water in the supply system 20 rises to near the boiling point due to heat transfer from the third heat radiating portion 13E of the heat pump 10. Thereafter, in the heat exchanger 45, the water undergoes phase change and evaporates due to heat transfer from the first and second heat radiating portions 13A and 13B. Sensible heat heating of water is mainly performed in the heat exchanger 41 (heater), and latent heat heating of water is mainly performed in the heat exchanger 45. The apparatus configuration is optimized such that the heat exchanger 41 is in a form suitable for sensible heat exchange and the heat exchanger 45 is in a form suitable for latent heat exchange. Occurs.

ボイラのエネルギー効率が一般に約0.7〜0.8(70〜80%)であるのに対して、ヒートポンプのエネルギー効率としての成績係数(COP:coefficient of performance)は一般に2.5〜5.0である。本実施形態において、顕熱交換及び潜熱交換に対応してヒートポンプが個別の加熱部を有することにより、より高いエネルギー効率で蒸気を発生させることができる。   The energy efficiency of the boiler is generally about 0.7 to 0.8 (70 to 80%), whereas the coefficient of performance (COP) as the energy efficiency of the heat pump is generally 2.5 to 5. 0. In this embodiment, steam can be generated with higher energy efficiency because the heat pump has individual heating units corresponding to sensible heat exchange and latent heat exchange.

本実施形態において、熱回収機構80は、作動流体の余剰熱をリカバーする。前述したように、熱回収機構80は、蒸発部22に向かう水を第2放熱部13Bからの作動流体が暖める熱交換器41(加温器)と、圧縮部12に向かう作動流体を第2放熱部13Bからの作動流体が暖める再生器18と、圧縮部12の段間を流れる作動流体を第2放熱部13Bからの作動流体が冷却する中間冷却器83とを有する。   In the present embodiment, the heat recovery mechanism 80 recovers excess heat of the working fluid. As described above, the heat recovery mechanism 80 includes the heat exchanger 41 (warming device) that warms the working fluid from the second heat radiating unit 13B to the water that is directed to the evaporation unit 22, and the second working fluid that is directed to the compression unit 12. The regenerator 18 warms the working fluid from the heat radiating unit 13B, and the intermediate cooler 83 that cools the working fluid flowing between the stages of the compression unit 12 with the working fluid from the second heat radiating unit 13B.

本実施形態において、第2放熱部13Bからの作動流体が、熱交換器41(加温器)、再生器18、及び中間冷却器83に分配される。熱交換器41(加温器)、再生器18、及び中間冷却器83のそれぞれにおいて、作動流体の余剰熱が有効利用される。第2放熱部13Bからの作動流体の熱配分、すなわち、熱交換器41(加温器)、再生器18、及び中間冷却器83における作動流体の流量配分は、蒸気生成システムS1の仕様及び熱バランスなどに応じて設定される。本実施形態において、熱交換器41及び再生器18における必要熱が先に定められ、残りの熱が中間冷却器83に利用される。   In the present embodiment, the working fluid from the second heat radiating unit 13 </ b> B is distributed to the heat exchanger 41 (heater), the regenerator 18, and the intercooler 83. In each of the heat exchanger 41 (heater), the regenerator 18, and the intercooler 83, surplus heat of the working fluid is effectively used. The heat distribution of the working fluid from the second heat radiating unit 13B, that is, the flow distribution of the working fluid in the heat exchanger 41 (heater), the regenerator 18, and the intercooler 83 is determined by the specifications and heat of the steam generation system S1. It is set according to the balance. In the present embodiment, the necessary heat in the heat exchanger 41 and the regenerator 18 is determined first, and the remaining heat is used for the intercooler 83.

図2は、蒸気生成システムの比較例を示す。図2のシステムは、図1の蒸気生成システムS1の中間冷却器83を省いた構成を有する。数値計算により、図2のシステムに比べて、図1のシステムS1のCOPの向上が確認された。例えば、冷熱供給装置90から吸熱部11への温排熱の入力温度が35℃、作動流体がR134aのとき、COPの向上率は約3%である。特に、温排熱の入力温度が比較的低い場合において、中間冷却器83が余剰熱を好ましく有効利用できる場合がある。   FIG. 2 shows a comparative example of the steam generation system. The system of FIG. 2 has a configuration in which the intercooler 83 of the steam generation system S1 of FIG. 1 is omitted. By numerical calculation, it was confirmed that the COP of the system S1 of FIG. 1 was improved compared to the system of FIG. For example, when the input temperature of the heat exhaust heat from the cold heat supply device 90 to the heat absorption unit 11 is 35 ° C. and the working fluid is R134a, the COP improvement rate is about 3%. In particular, when the input temperature of the warm exhaust heat is relatively low, the intermediate cooler 83 may be able to effectively use the excess heat.

図3A及び3Bは、図1の蒸気生成システムS1において、余剰熱の配分を調節する調節器77の一例を示す模式図である。図3A及び3Bにおいて、調節器77は、加温器(熱交換器41)、再生器18、及び中間冷却器83に対する、第2放熱部13Bからの作動流体の流量配分を調節可能な流量制御弁75及び76を含む。図3Aにおいて、吸熱部11に供給される外部からの熱量に関する情報(例えば、吸熱部11に供給される熱媒体の温度及び/又は流量に関する情報)が制御装置70に送られる。制御装置70は、少なくともその情報に基づき、調節器77(流量制御弁75及び76)を制御する。例えば、吸熱部11に供給される温排熱の温度に応じて、中間冷却器83への作動流体の流量が変化する。熱配分のための情報は、吸熱部11からの情報に限定されず、例えば、蒸気温度に関する情報など他の情報が利用可能である。図3Bにおいて、制御装置70は、熱交換器41(加温器)及び再生器18における必要熱を決定し、決定された各必要熱に応じて調節器77(流量制御弁75及び76)を制御する。調節器77において、それぞれ必要熱に応じた流量の作動流体が熱交換器41及び再生器18に流れ、残りの作動流体が中間冷却器83に流れる。すなわち、第2放熱部13Bから出る熱媒体のすべての熱量のうち、熱交換器41(加温器)及び再生器18で使用された分の残り分が中間冷却器83で使用される。調節器77での熱配分により、蒸気生成システムS1の熱バランスの最適化が可能となる。   3A and 3B are schematic views showing an example of a regulator 77 that adjusts the distribution of surplus heat in the steam generation system S1 of FIG. 3A and 3B, the regulator 77 is a flow rate control capable of adjusting the flow distribution of the working fluid from the second heat radiating unit 13B to the heater (heat exchanger 41), the regenerator 18, and the intercooler 83. Valves 75 and 76 are included. In FIG. 3A, information related to the amount of heat supplied from the outside supplied to the heat absorbing unit 11 (for example, information related to the temperature and / or flow rate of the heat medium supplied to the heat absorbing unit 11) is sent to the control device 70. The control device 70 controls the regulator 77 (flow rate control valves 75 and 76) based on at least the information. For example, the flow rate of the working fluid to the intercooler 83 changes according to the temperature of the warm exhaust heat supplied to the heat absorption unit 11. The information for heat distribution is not limited to the information from the heat absorption part 11, For example, other information, such as the information regarding steam temperature, can be used. In FIG. 3B, the controller 70 determines the required heat in the heat exchanger 41 (heater) and the regenerator 18, and adjusts the controller 77 (flow control valves 75 and 76) according to the determined required heat. Control. In the regulator 77, the working fluid having a flow rate corresponding to the necessary heat flows to the heat exchanger 41 and the regenerator 18, and the remaining working fluid flows to the intercooler 83. That is, the remaining amount of the heat used in the heat exchanger 41 (heater) and the regenerator 18 is used in the intermediate cooler 83 out of the total amount of heat of the heat medium output from the second heat radiating unit 13B. The heat distribution in the regulator 77 can optimize the heat balance of the steam generation system S1.

図1に戻り、本実施形態において、バイパス経路17を介して作動流体の一部が熱交換器41を迂回するから、熱交換器41に入る作動流体の流量の最適化が図られる。これは、作動流体の保有熱を有効に使う上で有利である。   Returning to FIG. 1, in this embodiment, part of the working fluid bypasses the heat exchanger 41 via the bypass path 17, so that the flow rate of the working fluid entering the heat exchanger 41 is optimized. This is advantageous in effectively using the retained heat of the working fluid.

バイパス経路17を流れる作動流体は、再生器18において、ヒートポンプ10の主経路15を流れる吸熱部11からの作動流体と熱交換する。この熱交換により、バイパス経路17内の作動流体の温度が降下し(例えば約38℃)、ヒートポンプ10の主経路15内の作動流体の温度が上昇する(例えば約94℃)。圧縮部12に対する作動流体の入力温度の上昇により、圧縮部12の動力の低減化が図られる。   The working fluid flowing through the bypass path 17 exchanges heat with the working fluid from the heat absorbing section 11 flowing through the main path 15 of the heat pump 10 in the regenerator 18. By this heat exchange, the temperature of the working fluid in the bypass passage 17 is lowered (for example, about 38 ° C.), and the temperature of the working fluid in the main passage 15 of the heat pump 10 is raised (for example, about 94 ° C.). Due to the increase in the input temperature of the working fluid to the compression unit 12, the power of the compression unit 12 is reduced.

また、本実施形態において、再生器18で温度降下したバイパス経路17内の作動流体は、膨張部14の手前で、ヒートポンプ10の主経路15を流れる熱交換器41(第3放熱部13E)からの作動流体と合流する。前述したように、熱交換器41からの作動流体の出力温度は比較的低く設定される。膨張部14に対する作動流体の入力温度の降下により、作動流体の液ガス比の最適化が図られ、その結果、吸熱部11においてサイクル外の熱源(冷熱供給装置90の放熱管91を流れる媒体)から有効に熱が吸収される。   Further, in the present embodiment, the working fluid in the bypass passage 17 whose temperature has dropped in the regenerator 18 is from the heat exchanger 41 (third heat radiating portion 13E) flowing in the main passage 15 of the heat pump 10 before the expansion portion 14. It merges with the working fluid. As described above, the output temperature of the working fluid from the heat exchanger 41 is set to be relatively low. By reducing the input temperature of the working fluid to the expansion section 14, the liquid-gas ratio of the working fluid is optimized, and as a result, the heat source outside the cycle in the heat absorbing section 11 (medium flowing through the heat radiating pipe 91 of the cold heat supply device 90). Effectively absorbs heat.

また、本実施形態において、圧縮部12が多段式である点からも、エネルギー効率の向上が図られる。すなわち、多段式の圧縮部12の段間の放熱部13A,13Bの熱が奪われることによって、作動流体の圧縮過程における作動流体の温度上昇が抑制され、その結果、圧縮部12の圧縮効率の向上及び圧縮機の動力の低減化が図られる。圧縮に伴う作動流体の温度上昇と、段間の放熱部(13A,13B)における作動流体の温度降下との繰り返しの数(再熱の段数)は、2、3、4、5、6、7、8、9、あるいは10以上である。再熱の段数が装置構成上の制約の範囲内で多いのが、エネルギー効率の向上に有利である。   In the present embodiment, the energy efficiency is also improved from the point that the compression unit 12 is a multistage type. That is, the heat of the heat radiating portions 13A and 13B between the stages of the multistage compression unit 12 is deprived, thereby suppressing the temperature rise of the working fluid in the compression process of the working fluid. Improvement and reduction of compressor power can be achieved. The number of repetitions of the temperature rise of the working fluid due to compression and the temperature drop of the working fluid in the heat radiating section (13A, 13B) between the stages (the number of reheating stages) is 2, 3, 4, 5, 6, 7 , 8, 9, or 10 or more. It is advantageous for improving energy efficiency that the number of stages of reheating is large within the range of restrictions on the apparatus configuration.

また、本実施形態において、多段式の圧縮部12に対する作動流体の入力温度が再生器18によって高められている点も、圧縮部12の動力低減に有利である。また、段間の放熱部13A,13Bの冷却を利用して、被加熱流体である水を加熱する点からも、熱の有効利用が図られる。   In the present embodiment, the fact that the input temperature of the working fluid to the multistage compression unit 12 is increased by the regenerator 18 is also advantageous in reducing the power of the compression unit 12. Moreover, effective use of heat is also achieved from the point of heating water that is a fluid to be heated by using cooling of the heat radiation portions 13A and 13B between the stages.

このように、本実施形態において、蒸発生成に用いた後の作動流体が水の加温、作動流体の再生、及び中間冷却に用いられることにより、熱の有効利用が図られる。   As described above, in the present embodiment, the working fluid used for the evaporation generation is used for heating water, regenerating the working fluid, and intermediate cooling, so that the heat can be effectively used.

また、本実施形態において、供給系20内の水が、ヒートポンプ10(放熱部13A、13B)からの熱伝達によって比較的低圧力かつ低温度の蒸気となり、圧縮機30による圧縮で比較的高圧力かつ高温度の蒸気とすることができる。すなわち、ヒートポンプ10で加熱された水が、圧縮機30による圧縮によってさらに加熱され、これにより、高温蒸気が発生できる。   In the present embodiment, the water in the supply system 20 becomes steam having a relatively low pressure and low temperature due to heat transfer from the heat pump 10 (heat radiating portions 13A and 13B), and is relatively high pressure due to compression by the compressor 30. And it can be high temperature steam. That is, the water heated by the heat pump 10 is further heated by the compression by the compressor 30, whereby high-temperature steam can be generated.

図4は、蒸気生成システムS1における、蒸気生成プロセスの状態変化の一例を示す T-s 線図である。図4に示すように、水は、温度上昇した後、温度一定のまま相変化する。このとき、大気圧(P1=1atm=約0.1MPa)に比べて低い負圧Pの状態において、飽和蒸気dが発生する。飽和蒸気dの温度は標準沸点よりも低い。 FIG. 4 is a Ts diagram showing an example of a state change of the steam generation process in the steam generation system S1. As shown in FIG. 4, after the temperature rises, the water changes its phase while keeping the temperature constant. At this time, saturated steam d 0 is generated in a state of negative pressure P 0 which is lower than atmospheric pressure (P 1 = 1 atm = about 0.1 MPa). Temperature of saturated steam d 0 is lower than the standard boiling point.

次に、その飽和蒸気dは、圧縮機30(図1参照)による圧縮で比較的高圧力かつ高温の蒸気(過熱蒸気e)になる。すなわち、その圧縮に伴って、蒸気が温度上昇する。過熱蒸気eの圧力Pは大気圧よりも高い、例えば0.8MPaである。 Next, the saturated steam d 0 becomes relatively high-pressure and high-temperature steam (superheated steam e 2 ) by compression by the compressor 30 (see FIG. 1). That is, the vapor rises in temperature with the compression. The pressure P 2 of the superheated steam e 2 is greater than atmospheric pressure, for example, 0.8 MPa.

例えば、0.8MPaの過熱蒸気eを定圧下で冷却することにより、約160℃の飽和蒸気を得ることができる(図4の破線a)。同様に、大気圧(約0.1MPa)の過熱蒸気を定圧下で冷却することにより、約100℃の飽和蒸気dを得ることができる。上記数値は理解のための一例であって本発明はこれに限定されない。 For example, a saturated steam of about 160 ° C. can be obtained by cooling the superheated steam e 2 of 0.8 MPa under a constant pressure (dashed line a in FIG. 4). Similarly, saturated steam d 1 of about 100 ° C. can be obtained by cooling superheated steam at atmospheric pressure (about 0.1 MPa) under constant pressure. The above numerical values are examples for understanding, and the present invention is not limited thereto.

過熱蒸気から飽和蒸気への冷却に、液状の水または温水を直接混入することにより、蒸気のボリュームが増加する。この場合、例えば、圧縮機30の出口において蒸気に対して水または温水が供給される。   By directly mixing liquid water or hot water into the cooling from superheated steam to saturated steam, the volume of steam is increased. In this case, for example, water or hot water is supplied to the steam at the outlet of the compressor 30.

水または温水の供給量及びタイミングの最適化により、比較的低圧力かつ低温度の飽和蒸気dから比較的高圧力かつ高温度の飽和蒸気dへの変化を、より直接的にできる。例えば、圧縮機30の入口で適量の水または温水が蒸気に供給されることにより、圧縮機30の入口での飽和蒸気dが、圧縮機30の出口で飽和蒸気dに変化する(図4の破線c(スプレー)及びc(圧縮))。または、圧縮機30の中間で圧縮機30の段落ごとに適量の水または温水が蒸気に供給されることにより、圧縮機30の入口での飽和蒸気dが、圧縮機30の出口で飽和蒸気dに変化する(図4の破線b)。すなわち、圧縮機30による圧縮と水または温水による冷却との組み合わせの最適化により、効率良く圧縮機30から飽和状態に近い蒸気を排出することができる。 By optimizing the supply amount and timing of water or hot water, the change from the relatively low pressure and low temperature saturated steam d 0 to the relatively high pressure and high temperature saturated steam d 2 can be made more direct. For example, when an appropriate amount of water or hot water is supplied to the steam at the inlet of the compressor 30, the saturated steam d 0 at the inlet of the compressor 30 changes to saturated steam d 2 at the outlet of the compressor 30 (FIG. 4 dashed lines c 1 (spray) and c 2 (compression). Alternatively, when an appropriate amount of water or hot water is supplied to the steam for each stage of the compressor 30 in the middle of the compressor 30, the saturated steam d 0 at the inlet of the compressor 30 becomes saturated steam at the outlet of the compressor 30. changes to d 2 (dashed line b in FIG. 4). That is, by optimizing the combination of compression by the compressor 30 and cooling by water or warm water, steam close to a saturated state can be efficiently discharged from the compressor 30.

このように、本実施形態では、ヒートポンプ10及び圧縮機30による順次加熱により、飽和蒸気及び過熱蒸気のいずれも容易に発生させることができる。つまり、蒸気生成システムS1は、蒸気仕様に対する柔軟性が高い。   Thus, in this embodiment, both saturated steam and superheated steam can be easily generated by sequential heating by the heat pump 10 and the compressor 30. That is, the steam generation system S1 is highly flexible with respect to the steam specifications.

また、本実施形態において、蒸気発生のための加熱過程の一部を圧縮機30が補うから、高いCOPでヒートポンプ10が使用される。したがって、蒸気生成システムS1は、全体としての一次エネルギーの節減が期待される。   Moreover, in this embodiment, since the compressor 30 supplements a part of heating process for steam generation, the heat pump 10 is used with high COP. Therefore, the steam generation system S1 is expected to save primary energy as a whole.

次に、本発明の第2実施形態について図面を参照して説明する。   Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図5は、第2実施形態にかかる蒸気生成システムS2を示す概略図である。以下の説明では、上記実施形態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。   FIG. 5 is a schematic diagram showing a steam generation system S2 according to the second embodiment. In the following description, the same components as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.

図5に示すように、本実施形態において、蒸気生成システムS2は、図1の蒸気生成システムS1と異なり、圧縮部12が3段を有する。すなわち、圧縮部12は、第1圧縮部12A、第2圧縮部12B、及び第3圧縮部12Cを含む3段圧縮構造を有する。圧縮部12は、各圧縮部12A、12B、12Cに対応する回転数が個々に制御される多軸圧縮構造を有することができる。あるいは、圧縮部12は、同軸圧縮構造を有することができる。圧縮部12の圧縮比(圧力比)は、蒸気生成システムS2の仕様に応じて設定される。   As shown in FIG. 5, in this embodiment, the steam generation system S2 is different from the steam generation system S1 in FIG. 1, and the compression unit 12 has three stages. That is, the compression unit 12 has a three-stage compression structure including a first compression unit 12A, a second compression unit 12B, and a third compression unit 12C. The compression unit 12 can have a multiaxial compression structure in which the rotation speeds corresponding to the compression units 12A, 12B, and 12C are individually controlled. Alternatively, the compression unit 12 can have a coaxial compression structure. The compression ratio (pressure ratio) of the compression unit 12 is set according to the specification of the steam generation system S2.

本実施形態において、作動流体の流れ方向に沿って、4つの放熱部13A,13B,13C、及び13Eが実質的に直列に配置されている。放熱部13Aは圧縮部12Aと12Bとの段間に配置され、放熱部13Bは圧縮部12Bと12Cとの間に配置され、放熱部13Cは圧縮部12Cの下流位置に配置され、放熱部13Eは、放熱部13Cの下流位置に配置される。   In the present embodiment, four heat radiating portions 13A, 13B, 13C, and 13E are substantially arranged in series along the flow direction of the working fluid. The heat radiating portion 13A is disposed between the compression portions 12A and 12B, the heat radiating portion 13B is disposed between the compression portions 12B and 12C, the heat radiating portion 13C is disposed at a downstream position of the compression portion 12C, and the heat radiating portion 13E. Is disposed downstream of the heat dissipating part 13C.

加温部21は、ヒートポンプ10の放熱部13Eに隣接して配置されかつ供給源(不図示)からの水が流れる導管を含む。加温部21と放熱部13Eとを含んで熱交換器41が構成される。加温部21において、ヒートポンプ10の放熱部13Eからの熱伝達によって、供給系20内の水が温度上昇する。   The heating unit 21 includes a conduit disposed adjacent to the heat radiating unit 13E of the heat pump 10 and through which water from a supply source (not shown) flows. A heat exchanger 41 is configured including the heating unit 21 and the heat dissipation unit 13E. In the heating unit 21, the temperature of the water in the supply system 20 rises due to heat transfer from the heat radiating unit 13 </ b> E of the heat pump 10.

蒸発部22は、少なくとも液状の被加熱流体(水)を貯溜するタンク47と、タンク47に流体的に接続された循環導管(第1循環導管48A、第2循環導管48B、第3循環導管48C)とを有する。タンク47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。タンク47は、必要に応じて、液面を計測するレベルセンサ50と、気液分離器(不図示)とを有する。   The evaporation section 22 includes a tank 47 that stores at least a liquid fluid to be heated (water), and circulation conduits (first circulation conduit 48A, second circulation conduit 48B, and third circulation conduit 48C) that are fluidly connected to the tank 47. ). The tank 47 is provided with a water supply port from the heating unit 21 and a steam discharge port. The tank 47 includes a level sensor 50 that measures the liquid level and a gas-liquid separator (not shown) as necessary.

本実施形態において、1つのタンク47に対して各循環導管48A,48B,48Cが流体的に接続されている。すなわち、循環導管48A〜48Cの各入口端と各出口端とがタンク47に流体的に接続される。循環導管の数は、蒸気生成システムS2の仕様に応じて設定され、2、3、4、5、6、7、8、9、あるいは10以上である。第1循環導管48Aは、ヒートポンプ10の放熱部13Aに隣接して配置される被加熱管51Aと、必要に応じてポンプ(不図示)とを有する。同様に、第2循環導管48Bは、ヒートポンプ10の放熱部13Bに隣接して配置される被加熱管51Bと、必要に応じてポンプ(不図示)とを有する。第3循環導管48Cは、ヒートポンプ10の放熱部13Cに隣接して配置される被加熱管51Cと、必要に応じてポンプ(不図示)とを有する。本実施形態において、被加熱管51A〜51Cは、個々に独立してタンク47に流体的に接続される。被加熱管51A〜51Cは、タンク47及び供給系20に対して並列に配置される。被加熱流体(水)の熱対流及び/又は外部との差圧などを利用してポンプを省いてもよい。   In the present embodiment, each circulation conduit 48A, 48B, 48C is fluidly connected to one tank 47. That is, each inlet end and each outlet end of the circulation conduits 48 </ b> A to 48 </ b> C are fluidly connected to the tank 47. The number of circulation conduits is set according to the specification of the steam generation system S2, and is 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, or 10 or more. 48 A of 1st circulation conduit | pipe has 51 A of to-be-heated pipe | tubes arrange | positioned adjacent to the thermal radiation part 13A of the heat pump 10, and a pump (not shown) as needed. Similarly, the 2nd circulation conduit 48B has the to-be-heated pipe | tube 51B arrange | positioned adjacent to the thermal radiation part 13B of the heat pump 10, and a pump (not shown) as needed. The third circulation conduit 48 </ b> C includes a heated pipe 51 </ b> C disposed adjacent to the heat radiating portion 13 </ b> C of the heat pump 10 and a pump (not shown) as necessary. In the present embodiment, the heated tubes 51 </ b> A to 51 </ b> C are fluidly connected to the tank 47 independently of each other. The heated pipes 51 </ b> A to 51 </ b> C are arranged in parallel to the tank 47 and the supply system 20. The pump may be omitted by utilizing thermal convection of the fluid to be heated (water) and / or differential pressure with the outside.

被加熱管51Aと放熱部13Aとを含んで熱交換器42が構成される。同様に、被加熱管51Bと放熱部13Bとを含んで熱交換器43が構成される。被加熱管51Cと放熱部13Cとを含んで熱交換器44が構成される。熱交換器42〜44は、低温の流体(被加熱管51A〜51C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方式を有することができる。熱交換器42〜44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方式を有してもよい。熱交換器42〜44の熱交換構造として、公知の様々なものを採用することができる。例えば、ヒートポンプ10の各放熱部13A,13B,13Cの導管を、被加熱管51A,51B,51Cの外周面や内部に配設することができる。   A heat exchanger 42 is configured including the heated tube 51A and the heat radiating portion 13A. Similarly, the heat exchanger 43 is configured including the heated tube 51B and the heat radiating portion 13B. A heat exchanger 44 is configured including the heated tube 51C and the heat radiating portion 13C. The heat exchangers 42 to 44 have a counter-current heat exchange system in which a low-temperature fluid (water in the heated pipes 51A to 51C) and a high-temperature fluid (a working fluid in the heat pump 10) flow opposite to each other. Can do. The heat exchangers 42 to 44 may have a parallel flow type heat exchange system in which a high-temperature fluid and a low-temperature fluid flow in parallel. Various known heat exchange structures for the heat exchangers 42 to 44 can be employed. For example, the conduits of the heat radiating portions 13A, 13B, and 13C of the heat pump 10 can be disposed on the outer peripheral surface and inside of the heated tubes 51A, 51B, and 51C.

蒸発部22において、加温部21で温度上昇した水が供給口を介してタンク47に供給され、タンク47及び循環導管48A〜48C内に水が貯溜される。タンク47内の液面が所定範囲内になるように、タンク47への水の供給量が制御される。ヒートポンプ10の放熱部13A〜13Cからの熱伝達によって被加熱管51A〜51C内の水が加熱され、その水の少なくとも一部が蒸発する。タンク47は、ダクト23を介して圧縮機30に流体的に接続されている。タンク47の内部空間は、タンク47の排出口及びダクト23を介して圧縮機30によって吸引される。タンク47内の蒸気は、ダクト23内を圧縮機30に向けて流れる。   In the evaporation unit 22, the water whose temperature has increased in the heating unit 21 is supplied to the tank 47 through the supply port, and water is stored in the tank 47 and the circulation conduits 48 </ b> A to 48 </ b> C. The amount of water supplied to the tank 47 is controlled so that the liquid level in the tank 47 falls within a predetermined range. The water in the heated pipes 51A to 51C is heated by heat transfer from the heat radiation portions 13A to 13C of the heat pump 10, and at least a part of the water evaporates. The tank 47 is fluidly connected to the compressor 30 via the duct 23. The internal space of the tank 47 is sucked by the compressor 30 through the discharge port of the tank 47 and the duct 23. The steam in the tank 47 flows in the duct 23 toward the compressor 30.

本実施形態において、熱回収機構80は、蒸発部22に向かう水を放熱部13Cからの作動流体が暖める熱交換器41(加温器)と、圧縮部12に向かう作動流体を放熱部13Cからの作動流体が暖める再生器18と、圧縮部12の段間を流れる作動流体を放熱部13Cからの作動流体が冷却する中間冷却器83とを有する。   In the present embodiment, the heat recovery mechanism 80 includes a heat exchanger 41 (a warmer) that warms the working fluid from the heat radiating unit 13C to water that is directed to the evaporation unit 22, and a working fluid that is directed to the compression unit 12 from the heat radiating unit 13C. A regenerator 18 that warms the working fluid, and an intermediate cooler 83 that cools the working fluid flowing between the stages of the compression unit 12 from the heat radiating unit 13C.

本実施形態において、中間冷却器83は、2つの減圧弁(膨張弁)84A,84Bと、タンク86と、導管85,87A,87B,88とを有する。   In the present embodiment, the intercooler 83 includes two pressure reducing valves (expansion valves) 84A and 84B, a tank 86, and conduits 85, 87A, 87B, and 88.

本実施形態において、導管85の入口端がバイパス経路17の導管に流体的に接続される。他の実施形態において、導管85の入口端はヒートポンプ10の主経路15における放熱部13A,13B,13Cと放熱部13Eとの間の導管に流体的に接続できる。導管85の入口に、作動流体のバイパス流量を制御する流量制御弁を設けることができる。本実施形態において、導管85の出口端が減圧弁84Bの入口部に流体的に接続される。減圧弁84Bの出口部は、タンク86Bに流体的に接続される。また、別の減圧弁84Aの入口部がタンク86Bの液相位置に流体的に接続され、その減圧弁84Aの出口部が別のタンク86Aに流体的に接続される。   In this embodiment, the inlet end of the conduit 85 is fluidly connected to the conduit of the bypass path 17. In other embodiments, the inlet end of the conduit 85 can be fluidly connected to the conduit between the heat dissipating parts 13A, 13B, 13C and the heat dissipating part 13E in the main path 15 of the heat pump 10. A flow rate control valve for controlling the bypass flow rate of the working fluid can be provided at the inlet of the conduit 85. In the present embodiment, the outlet end of the conduit 85 is fluidly connected to the inlet portion of the pressure reducing valve 84B. The outlet of the pressure reducing valve 84B is fluidly connected to the tank 86B. Further, the inlet portion of another pressure reducing valve 84A is fluidly connected to the liquid phase position of the tank 86B, and the outlet portion of the pressure reducing valve 84A is fluidly connected to another tank 86A.

導管87Aの入口端がタンク86Aの気相位置に流体的に接続される。導管87Aの出口端が第1圧縮部12Aと第2圧縮部12Bとの間の段間に流体的に接続される。より具体的には、導管87の出口端は、第2圧縮部12Bの入口付近(放熱部13Aと第2圧縮部12Bとの間)に流体的に接続される。導管87Bの入口端がタンク86Bの気相位置に流体的に接続される。導管87Bの出口端が第2圧縮部12Bと第3圧縮部12Cとの間の段間に流体的に接続される。より具体的には、導管87Bの出口端は、第3圧縮部12Cの入口付近(放熱部13Bと第3圧縮部12Cとの間)に流体的に接続される。導管88の入口端がタンク86Aの液相位置に流体的に接続される。導管88の出口端が膨張部14又はその近傍に流体的に接続される。   The inlet end of conduit 87A is fluidly connected to the gas phase location of tank 86A. The outlet end of the conduit 87A is fluidly connected between the stages between the first compression portion 12A and the second compression portion 12B. More specifically, the outlet end of the conduit 87 is fluidly connected to the vicinity of the inlet of the second compression section 12B (between the heat radiation section 13A and the second compression section 12B). The inlet end of conduit 87B is fluidly connected to the gas phase location of tank 86B. The outlet end of the conduit 87B is fluidly connected between the stages between the second compression portion 12B and the third compression portion 12C. More specifically, the outlet end of the conduit 87B is fluidly connected to the vicinity of the inlet of the third compression portion 12C (between the heat dissipation portion 13B and the third compression portion 12C). The inlet end of conduit 88 is fluidly connected to the liquid phase position of tank 86A. The outlet end of the conduit 88 is fluidly connected to or near the expansion portion 14.

図5の中間冷却器83において、放熱部13C(第3圧縮部12C)からの作動流体の一部が減圧弁84Bに向けて導管85を流れる。減圧弁84Bにおいて、作動流体は、第2圧縮部12Bと第3圧縮部12Cとの間の段間内の圧力と実質的に同程度の圧力に減圧される。減圧された作動流体の温度が降下する。タンク86B内に、飽和液(液相)と飽和蒸気(気相)とが貯溜される。また、タンク86Bからの飽和液が減圧弁84Aに入る。減圧弁84Aにおいて、作動流体は、第1圧縮部12Aと第2圧縮部12Bとの間の段間内の圧力と実質的に同程度の圧力にさらに減圧される。減圧された作動流体の温度が降下する。タンク86A内に、飽和液(液相)と飽和蒸気(気相)とが貯溜される。   In the intercooler 83 of FIG. 5, a part of the working fluid from the heat radiating portion 13C (third compression portion 12C) flows through the conduit 85 toward the pressure reducing valve 84B. In the pressure reducing valve 84B, the working fluid is reduced to a pressure substantially equal to the pressure in the interstage between the second compression portion 12B and the third compression portion 12C. The temperature of the decompressed working fluid drops. Saturated liquid (liquid phase) and saturated vapor (gas phase) are stored in the tank 86B. Further, the saturated liquid from the tank 86B enters the pressure reducing valve 84A. In the pressure reducing valve 84A, the working fluid is further reduced to a pressure substantially equal to the pressure in the interstage between the first compression portion 12A and the second compression portion 12B. The temperature of the decompressed working fluid drops. Saturated liquid (liquid phase) and saturated vapor (gas phase) are stored in the tank 86A.

中間冷却器83において、タンク86A,86Bから導管87A,87Bを介して飽和蒸気が圧縮部12の2つの段間に向けてそれぞれ流れる。圧縮部12の段間に飽和蒸気が供給されることにより、段間を流れる作動流体の温度が下がる。多段圧縮機において、効果的な中間冷却は、圧縮動力の低減に有利である。   In the intercooler 83, saturated steam flows from the tanks 86 </ b> A and 86 </ b> B through the conduits 87 </ b> A and 87 </ b> B toward the two stages of the compression unit 12. By supplying saturated steam between the stages of the compressing unit 12, the temperature of the working fluid flowing between the stages decreases. In multistage compressors, effective intercooling is advantageous for reducing compression power.

本実施形態において、放熱部13Cからの作動流体は、高圧側(後側)の段間に対応した中間冷却器83Bに投入される。中間冷却器83Bのドレンは減圧弁でさらに減圧され、低圧側(前側)の段間に対応した中間冷却器83Aに投入される。中間冷却器83Aのタンク86Aから圧縮部12の段間(前側の段間)に供給される冷却流体の流量は、中間冷却器83Bのタンク86Bから圧縮部12の段間(後側の段間)に供給される冷却流体の流量に比べて少ない。中間冷却器83において、圧縮部12の複数の段間に適した状態にそれぞれ冷却流体が調整されることにより、効果的な中間冷却が実現される。   In the present embodiment, the working fluid from the heat radiating portion 13C is put into an intermediate cooler 83B corresponding to the high pressure side (rear side) stage. The drain of the intercooler 83B is further depressurized by the pressure reducing valve, and is put into the intercooler 83A corresponding to the low pressure side (front side) stage. The flow rate of the cooling fluid supplied from the tank 86A of the intermediate cooler 83A to the stage of the compression unit 12 (between the front stage) is between the stage of the compression unit 12 from the tank 86B of the intermediate cooler 83B (between the rear stage). ) Less than the flow rate of the cooling fluid supplied. In the intercooler 83, the cooling fluid is adjusted to a state suitable for a plurality of stages of the compression unit 12, thereby realizing effective intercooling.

本実施形態において、供給系20が複数の被加熱管(蒸発管)51A〜51Cを有することから、エネルギー効率の向上が図られる。被加熱管では、水の流れの方向に沿って、液体に対する気体(蒸気)の比率が高くなり、蒸気発生の進行に伴って、熱伝達率が低下する場合がある。管内では、質量及びボリュームとして水が支配的であるのが好ましい。供給系20が複数の被加熱管51A〜51Cを有することにより、気体の比率が高い水に対する加熱が回避され、その結果、蒸気生成に伴う熱伝達率の低下が抑制される。また、熱交換面積の拡大のために被加熱管(蒸発管)の長さを長くすると、管の入口部と出口部との圧力差が大きくなり、管に水を流すための必要動力が増える可能性がある。複数の被加熱管(蒸発管)51A〜51Cが個々に独立していると差圧が小さくて済み、熱交換面積の拡大に伴う水輸送動力の増加が抑制される。被加熱管51A〜51Cが並列配置されていることは、独立した配管構成を実現しやすく、装置の簡素化に有利である。   In the present embodiment, since the supply system 20 includes a plurality of heated tubes (evaporation tubes) 51A to 51C, energy efficiency can be improved. In the heated tube, the ratio of the gas (vapor) to the liquid increases along the direction of water flow, and the heat transfer rate may decrease as the generation of the vapor progresses. Within the tube, it is preferred that water be dominant as mass and volume. Since the supply system 20 includes the plurality of heated pipes 51A to 51C, heating of water with a high gas ratio is avoided, and as a result, a decrease in heat transfer coefficient associated with steam generation is suppressed. Also, if the length of the heated tube (evaporation tube) is increased in order to increase the heat exchange area, the pressure difference between the inlet and outlet of the tube increases, and the power required to flow water through the tube increases. there is a possibility. When the plurality of heated pipes (evaporation pipes) 51A to 51C are independent from each other, the differential pressure is small, and an increase in water transport power accompanying expansion of the heat exchange area is suppressed. The arrangement of the heated pipes 51A to 51C in parallel facilitates the realization of an independent piping configuration and is advantageous for simplification of the apparatus.

また、本実施形態において、独立した複数の被加熱管(蒸発管)51A〜51Cを供給系20が有することにより、熱バランス制御の向上が図られる。ヒートポンプ10においては、放熱部13A〜13Cの間で、作動媒体の状態(圧力など)が異なる。各放熱部13A〜13Cに対応する複数の被加熱管(蒸発管)51A〜51Cを流れる水の単位時間あたりの流量が個々に制御されることにより、放熱部13A〜13Cを有する多段式の圧縮部12における再熱制御の最適化が図られる。   In the present embodiment, the supply system 20 includes a plurality of independent heated pipes (evaporation pipes) 51A to 51C, thereby improving the heat balance control. In the heat pump 10, the state (pressure etc.) of a working medium differs between the thermal radiation parts 13A-13C. The multi-stage compression having the heat radiation portions 13A to 13C is achieved by individually controlling the flow rate per unit time of the water flowing through the plurality of heated tubes (evaporation tubes) 51A to 51C corresponding to the heat radiation portions 13A to 13C. The reheat control in the unit 12 is optimized.

図6は、被加熱管(蒸発管)51Aにおける水の流量を制御する構成の一例を示す。ヒートポンプ10において、被加熱管51Aに対応する第1放熱部13Aの出口温度を計測するセンサ71が設けられている。制御装置70は、センサ71の計測結果に基づいて、被加熱管51A用のポンプ52Aを介して被加熱管51Aを流れる単位時間あたりの水の流量を制御する。これにより、第1放熱部13Aにおける作動媒体の出口温度を目標値に設定することができる。第1放熱部13Aの入口温度を計測するセンサ72を用いてもよい。図5において、他の被加熱管51B,51C及び対応する放熱部13B,13Cもこれと同様の構成を採用することができる。   FIG. 6 shows an example of a configuration for controlling the flow rate of water in the heated pipe (evaporating pipe) 51A. The heat pump 10 is provided with a sensor 71 that measures the outlet temperature of the first heat radiating portion 13A corresponding to the heated tube 51A. The control device 70 controls the flow rate of water per unit time flowing through the heated pipe 51A via the pump 52A for the heated pipe 51A based on the measurement result of the sensor 71. Thereby, the exit temperature of the working medium in the first heat radiating portion 13A can be set to the target value. You may use the sensor 72 which measures the inlet_port | entrance temperature of 13 A of 1st thermal radiation parts. In FIG. 5, the other heated pipes 51B and 51C and the corresponding heat radiation portions 13B and 13C can adopt the same configuration.

上記説明において使用した数値及び図面に記載した温度は一例であって、本発明はこれに限定されない。   The numerical values used in the above description and the temperatures described in the drawings are examples, and the present invention is not limited thereto.

以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれら実施例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付の請求の範囲によってのみ限定される。   The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to these embodiments. Additions, omissions, substitutions, and other modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. The present invention is not limited by the above description, but only by the appended claims.

第1実施形態にかかる蒸気生成システムを示す概略図である。1 is a schematic diagram showing a steam generation system according to a first embodiment. 蒸気生成システムの比較例を示す概略図である。It is the schematic which shows the comparative example of a steam production | generation system. 熱配分を調節する調節器の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the adjuster which adjusts heat distribution. 熱配分を調節する調節器の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the adjuster which adjusts heat distribution. 蒸気生成システムによる水の状態変化の一例を示す T-s 線図である。It is a Ts diagram which shows an example of the state change of the water by a steam production | generation system. 第2実施形態にかかる蒸気生成システムを示す概略図である。It is the schematic which shows the steam production | generation system concerning 2nd Embodiment. 蒸発管における水の流量を制御する構成の一例を示す。An example of the structure which controls the flow volume of the water in an evaporation pipe is shown.

符号の説明Explanation of symbols

S1,S2…蒸気生成システム、10…ヒートポンプ、11…吸熱部、12,12A,12B,12C…圧縮部、13A,13B,13C,13E…放熱部、14…膨張部、14A,14B…膨張弁、15…主経路、17…バイパス経路、18…再生器、20…供給系(蒸発ユニット)、21…加温部、22…蒸発部、23…ダクト、30…圧縮機、35…ノズル、41…熱交換器(加温器)、42,43,44…熱交換器、47…タンク、70…制御装置、80…熱回収機構、83,83A,83B…中間冷却器、84,84A,84B…減圧弁、86,86A,86B…タンク。   S1, S2 ... Steam generation system, 10 ... Heat pump, 11 ... Endothermic part, 12, 12A, 12B, 12C ... Compression part, 13A, 13B, 13C, 13E ... Radiation part, 14 ... Expansion part, 14A, 14B ... Expansion valve , 15 ... main path, 17 ... bypass path, 18 ... regenerator, 20 ... supply system (evaporation unit), 21 ... heating unit, 22 ... evaporation unit, 23 ... duct, 30 ... compressor, 35 ... nozzle, 41 ... Heat exchanger (warmer), 42, 43, 44 ... Heat exchanger, 47 ... Tank, 70 ... Control device, 80 ... Heat recovery mechanism, 83, 83A, 83B ... Intermediate cooler, 84, 84A, 84B ... pressure reducing valve, 86, 86A, 86B ... tank.

Claims (9)

第1流体が流れるヒートポンプであり、吸熱部、圧縮部、放熱部、及び膨張部を含む前記ヒートポンプと、
第2流体が流れる蒸発ユニットであり、前記第1流体からの伝達熱を受けた前記第2流体が蒸発する蒸発部を含む前記蒸発ユニットと、
前記蒸発部に向かう前記第2流体を前記放熱部からの前記第1流体が暖める加温器、前記圧縮部に向かう前記第1流体を前記放熱部からの前記第1流体が暖める再生器、及び前記圧縮部の段間を流れる前記第1流体を前記放熱部からの前記第1流体が冷却する中間冷却器を含む熱回収機構と、
を備えることを特徴とする蒸気生成システム。
A heat pump through which the first fluid flows, the heat pump including a heat absorption part, a compression part, a heat radiation part, and an expansion part;
An evaporation unit through which a second fluid flows, the evaporation unit including an evaporation unit in which the second fluid that has received heat transferred from the first fluid evaporates;
A heater for warming the first fluid from the heat dissipating part to the second fluid going to the evaporation part, a regenerator for warming the first fluid from the heat dissipating part to the first fluid going to the compression part, and A heat recovery mechanism including an intermediate cooler that cools the first fluid flowing between the stages of the compression unit by the first fluid from the heat dissipation unit;
A steam generation system comprising:
前記圧縮部は、複数段を有する多段圧縮機を含み、
前記中間冷却器は、前記放熱部からの前記第1流体の一部を減圧して前記圧縮部の段間に供給することを特徴とする請求項1に記載の蒸気生成システム。
The compression unit includes a multistage compressor having a plurality of stages,
2. The steam generation system according to claim 1, wherein the intermediate cooler decompresses a part of the first fluid from the heat radiating unit and supplies the depressurized fluid between the stages of the compression unit.
前記中間冷却器は、前記放熱部からの前記第1流体の一部を減圧する減圧弁と、前記減圧弁からの前記第1流体を貯溜するタンクと、前記タンク内の気相部から前記圧縮部に前記第1流体を導く導管と、を含むことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の蒸気生成システム。   The intermediate cooler includes a pressure reducing valve that depressurizes a part of the first fluid from the heat radiating part, a tank that stores the first fluid from the pressure reducing valve, and a compression from the gas phase part in the tank. The steam generation system according to claim 1, further comprising a conduit for guiding the first fluid to a section. 前記減圧弁は、前記圧縮部の段間内の圧力に応じて前記放熱部からの前記第1流体の一部を減圧することを特徴とする請求項3に記載の蒸気生成システム。   The steam generation system according to claim 3, wherein the pressure reducing valve depressurizes a part of the first fluid from the heat radiating unit according to a pressure in an interstage of the compression unit. 前記膨張部は、前記加温器からの前記作動流体と前記再生器からの前記作動流体とを含む流体が膨張する第1膨張弁と、前記第1膨張弁からの前記作動流体と前記中間冷却器からの流体とを含む流体が膨張する第2膨張弁とを含むことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の蒸気生成システム。   The expansion section includes a first expansion valve in which a fluid containing the working fluid from the heater and the working fluid from the regenerator expands, the working fluid from the first expansion valve, and the intermediate cooling. The steam generation system according to claim 1, further comprising a second expansion valve that expands fluid including fluid from the vessel. 前記熱回収機構は、前記加温器、前記再生器、及び前記中間冷却器に対する、前記放熱部からの前記第1流体の熱配分を調節する調節器をさらに含むことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の蒸気生成システム。   The heat recovery mechanism further includes an adjuster for adjusting heat distribution of the first fluid from the heat radiating unit to the heater, the regenerator, and the intercooler. The steam generation system according to claim 5. 前記調節器は、前記ヒートポンプの前記吸熱部に供給される熱媒体の温度及び流量の少なくとも1つに応じて前記熱配分を調節することを特徴とする請求項6に記載の蒸気生成システム。   The steam generator system according to claim 6, wherein the adjuster adjusts the heat distribution according to at least one of a temperature and a flow rate of a heat medium supplied to the heat absorption unit of the heat pump. 前記調節器は、前記加温部並びに前記再生部で必要とされる熱量に応じて前記熱配分を調節することを特徴とする請求項6に記載の蒸気生成システム。   The steam generation system according to claim 6, wherein the adjuster adjusts the heat distribution according to an amount of heat required in the heating unit and the regeneration unit. 前記蒸発部で蒸発した前記第2流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生成システム。   The steam generation system according to any one of claims 1 to 8, further comprising a compressor that compresses the second fluid evaporated in the evaporation section.
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