JP2012215319A - Steam generating system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a steam generating system of high efficiency by reducing temperature difference in pumping up by a heat pump.SOLUTION: This steam generating system includes a first heat pump 2 of single stage or multiple stages, and a second heat pump 3 having the number of stages more than that of the first heat pump 2. Heat source fluid is successively passed through an evaporator 7 of the lowermost stage of the first heat pump 2 and an evaporator 11B of the lowermost stage of the second heat pump 3. The water is heated to generate steam in a condenser 5 of the uppermost stage of the first heat pump 2 and a condenser 9A of the uppermost stage of the second heat pump 3.

Description

本発明は、ヒートポンプを用いて蒸気を発生させる蒸気発生システムに関するものである。   The present invention relates to a steam generation system that generates steam using a heat pump.

従来、下記特許文献1に開示されるように、蒸発器において排温水等から熱をくみ上げ、凝縮器において水を加熱して蒸気を発生させるヒートポンプが知られている。   Conventionally, as disclosed in Patent Document 1 below, there is known a heat pump that draws heat from waste water or the like in an evaporator and heats water in a condenser to generate steam.

また、下記特許文献2に開示されるように、ヒートポンプを上下複数段で構成し、上下のヒートポンプを接続する熱交換器(下段ヒートポンプの凝縮器であり且つ上段ヒートポンプの蒸発器でもある。)を通して給水を加熱し、最上段のヒートポンプの凝縮器から蒸気を取り出すシステムも提案されている。   Further, as disclosed in Patent Document 2 below, the heat pump is configured in a plurality of upper and lower stages, and through a heat exchanger (a condenser of the lower heat pump and an evaporator of the upper heat pump) that connects the upper and lower heat pumps. A system has also been proposed in which the feed water is heated and steam is extracted from the condenser of the uppermost heat pump.

さらに、下記特許文献3に開示されるように、ヒートポンプを左右並列に設置し、各ヒートポンプの凝縮器に水を順に通して高温水を得る装置も提案されている。   Furthermore, as disclosed in Patent Document 3 below, a device has also been proposed in which heat pumps are installed in parallel on the left and right sides, and water is passed through the condensers of each heat pump in order to obtain high-temperature water.

特開昭58−40451号公報(第2図)JP 58-40451 (Fig. 2) 特開2006−348876号公報(図1、図2)JP 2006-348876 A (FIGS. 1 and 2) 実開昭60−23669号公報(第2図)Japanese Utility Model Publication No. 60-23669 (Fig. 2)

しかしながら、前記特許文献1に記載の発明のように、単段のヒートポンプを用いるだけでは、熱をくみ上げる温度差、つまり蒸発器側と凝縮器側との温度差が大きく、ヒートポンプの効率が悪い。   However, just using a single-stage heat pump as in the invention described in Patent Document 1, the temperature difference that pumps heat, that is, the temperature difference between the evaporator side and the condenser side is large, and the efficiency of the heat pump is poor.

また、前記特許文献2に記載の発明のように、ヒートポンプを単に上下複数段に設置しても、最下段の蒸発器からだけ熱をくみ上げるのでは、前記特許文献1に記載の発明と同様に、ヒートポンプ全体で見た場合のくみ上げる温度差が大きく、ヒートポンプの効率向上に限界がある。   Further, as in the invention described in Patent Document 2, even if heat pumps are simply installed in a plurality of upper and lower stages, heat is drawn only from the lowermost evaporator, as in the invention described in Patent Document 1. The temperature difference to be pumped when viewed from the whole heat pump is large, and there is a limit to improving the efficiency of the heat pump.

また、前記特許文献3に記載の発明のように、ヒートポンプを左右並列に設置しても、左右のヒートポンプが同一構成で、最下段の蒸発器からだけ熱をくみ上げるのでは、前記特許文献2に記載の発明と同様に、くみ上げる温度差が大きく、ヒートポンプの効率向上に限界がある。   Moreover, even if the heat pumps are installed in parallel on the left and right as in the invention described in Patent Document 3, the left and right heat pumps have the same configuration, and heat is drawn only from the lowermost evaporator. Similar to the described invention, the temperature difference to be pumped is large, and there is a limit to improving the efficiency of the heat pump.

さらに、熱源流体が温水や排ガスなどであり、ヒートポンプに熱(顕熱)を与えつつ自身は温度低下を伴う場合、左右同一構成で並列に設置されたヒートポンプに熱源流体を通すだけでは、下流側のヒートポンプでは熱源流体の温度が低下してしまうので、これを考慮する必要もある。   Furthermore, when the heat source fluid is warm water or exhaust gas, etc., and the temperature itself decreases while giving heat (sensible heat) to the heat pump, simply passing the heat source fluid through the heat pumps installed in parallel with the same configuration on the left and right In this heat pump, since the temperature of the heat source fluid is lowered, it is necessary to consider this.

本発明が解決しようとする課題は、システム全体で見た場合におけるくみ上げ温度差を低減し、それによりシステムの効率向上を図ることにある。また、熱源流体がヒートポンプに顕熱を与える場合、それに伴う温度低下にも対応できる蒸気発生システムを提供することを課題とする。   The problem to be solved by the present invention is to reduce the pumping temperature difference when viewed from the whole system, thereby improving the efficiency of the system. Moreover, when a heat source fluid gives sensible heat to a heat pump, it aims at providing the steam generation system which can respond also to the temperature fall accompanying it.

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、単段または複数段の第一ヒートポンプと、この第一ヒートポンプより段数の多い第二ヒートポンプとを備え、前記第一ヒートポンプの最下段の蒸発器と、前記第二ヒートポンプの最下段の蒸発器とに、熱源流体が順に通され、前記第一ヒートポンプの最上段の凝縮器と、前記第二ヒートポンプの最上段の凝縮器とにおいて、水を加熱して蒸気を発生させることを特徴とする蒸気発生システムである。   The present invention has been made to solve the above problems, and the invention according to claim 1 includes a single-stage or multiple-stage first heat pump, and a second heat pump having a larger number of stages than the first heat pump. The heat source fluid is sequentially passed through the lowermost evaporator of the first heat pump and the lowermost evaporator of the second heat pump, and the uppermost condenser of the first heat pump and the second heat pump. In the uppermost condenser, the steam generation system is characterized in that steam is generated by heating water.

請求項1に記載の発明によれば、第一ヒートポンプの最下段の蒸発器と、第二ヒートポンプの最下段の蒸発器とから熱をくみ上げて、第一ヒートポンプの最上段の凝縮器と、第二ヒートポンプの最上段の凝縮器とにおいて、蒸気を発生させることができる。この際、熱源流体は、第一ヒートポンプの最下段の蒸発器を通された後、第二ヒートポンプの最下段の蒸発器に通される。そして、第二ヒートポンプの段数を第一ヒートポンプより多くしておくことで、第一ヒートポンプにおいて熱源流体が冷やされた分を第二ヒートポンプがカバーして、第一ヒートポンプを通過後の熱源流体からも再び熱をくみ上げることができる。また、第一ヒートポンプでは、くみ上げる温度差を低減することができ、その分だけ圧縮機の電力を少なくでき、蒸気発生システムの効率を向上することができる。   According to the first aspect of the present invention, heat is pumped from the lowermost evaporator of the first heat pump and the lowermost evaporator of the second heat pump, and the uppermost condenser of the first heat pump; Steam can be generated in the uppermost condenser of the two heat pump. At this time, the heat source fluid passes through the lowermost evaporator of the first heat pump and then passes through the lowermost evaporator of the second heat pump. And by keeping the number of stages of the second heat pump more than that of the first heat pump, the second heat pump covers the amount of the heat source fluid cooled in the first heat pump, and also from the heat source fluid after passing through the first heat pump. You can pump up the heat again. Further, in the first heat pump, the temperature difference to be pumped can be reduced, the power of the compressor can be reduced by that amount, and the efficiency of the steam generation system can be improved.

請求項2に記載の発明は、前記第一ヒートポンプは、単段のヒートポンプから構成され、前記第二ヒートポンプは、二段のヒートポンプを備え、前記第一ヒートポンプの蒸発器と、前記第二ヒートポンプの下段の蒸発器とに順に通される熱源流体から熱をくみ上げ、前記第二ヒートポンプの上段の凝縮器と、前記第一ヒートポンプの凝縮器とにおいて、水を加熱して蒸気を発生させることを特徴とする請求項1に記載の蒸気発生システムである。   According to a second aspect of the present invention, the first heat pump includes a single-stage heat pump, the second heat pump includes a two-stage heat pump, the evaporator of the first heat pump, and the second heat pump. Heat is drawn from a heat source fluid that is sequentially passed to a lower evaporator, and water is heated to generate steam in the upper condenser of the second heat pump and the condenser of the first heat pump. The steam generation system according to claim 1.

請求項2に記載の発明によれば、単段のヒートポンプと二段のヒートポンプとを少なくとも備え、その各最下段の蒸発器に熱源流体を順に通して、各最上段の凝縮器において蒸気を発生させることができる。   According to the second aspect of the present invention, at least a single-stage heat pump and a two-stage heat pump are provided, and the heat source fluid is sequentially passed through the lowermost evaporators to generate steam in the uppermost condensers. Can be made.

請求項3に記載の発明は、前記第二ヒートポンプは、並列に設置された複数のヒートポンプから構成され、この複数のヒートポンプは、各最下段の蒸発器に熱源流体が順に通され、この熱源流体が通される順に段数が多くなるよう構成され、各最上段の凝縮器において水を加熱して蒸気を発生させることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の蒸気発生システムである。   According to a third aspect of the present invention, the second heat pump includes a plurality of heat pumps installed in parallel, and the heat source fluids are sequentially passed through the lowermost evaporators, and the heat source fluids. The steam generation system according to claim 1, wherein the steam generation system is configured such that the number of stages increases in order of passage of water, and steam is generated by heating water in each of the uppermost condensers.

請求項3に記載の発明によれば、蒸気発生システム全体でみると、単段または複数段で構成される三つ以上のヒートポンプを備えることになる。そして、この複数のヒートポンプは、各最下段の蒸発器に熱源流体が順に通され、この熱源流体が通される順に段数が多くなるよう構成され、各最上段の凝縮器において水を加熱して蒸気を発生させることができる。   According to invention of Claim 3, when it sees in the whole steam generation system, it will be provided with three or more heat pumps comprised by a single stage or multiple stages. The plurality of heat pumps are configured so that the heat source fluid is sequentially passed through the lowermost evaporators, and the number of stages is increased in the order in which the heat source fluids are passed, and water is heated in each uppermost condenser. Steam can be generated.

請求項4に記載の発明は、前記第二ヒートポンプを構成する複数のヒートポンプは、各最下段の蒸発器に熱源流体が順に通され、この熱源流体が通される順に一段ずつ段数が多くなるよう構成され、各最上段の凝縮器において水を加熱して蒸気を発生させることを特徴とする請求項3に記載の蒸気発生システムである。   According to a fourth aspect of the present invention, in the plurality of heat pumps constituting the second heat pump, the heat source fluid is sequentially passed through each lowermost evaporator, and the number of stages is increased step by step in the order in which the heat source fluid is passed. The steam generation system according to claim 3, wherein the steam generation system is configured to generate steam by heating water in each uppermost condenser.

請求項4に記載の発明によれば、熱源流体が通される順に一段ずつ段数が多くなるよう構成することで、簡易な構成で効率よく熱をくみ上げて蒸気を発生させることができる。   According to the fourth aspect of the present invention, it is possible to efficiently generate heat and generate steam with a simple configuration by increasing the number of stages one by one in the order in which the heat source fluid is passed.

請求項5に記載の発明は、前記第一ヒートポンプの最上段の凝縮器と、前記第二ヒートポンプの最上段の凝縮器とにおいて、水を加熱して同一圧力の蒸気を発生させることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の蒸気発生システムである。   The invention according to claim 5 is characterized in that in the uppermost condenser of the first heat pump and the uppermost condenser of the second heat pump, water is heated to generate steam of the same pressure. The steam generation system according to any one of claims 1 to 4.

請求項5に記載の発明によれば、第一ヒートポンプの最上段の凝縮器と、第二ヒートポンプの最上段の凝縮器とにおいて、同一圧力の蒸気を発生させることができる。   According to the fifth aspect of the present invention, steam having the same pressure can be generated in the uppermost condenser of the first heat pump and the uppermost condenser of the second heat pump.

請求項6に記載の発明は、前記第一ヒートポンプおよび/または前記第二ヒートポンプは、複数段の場合、隣接する段のヒートポンプ同士が次の(a)〜(c)のいずれかの関係で接続されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の蒸気発生システムである。
(a)下段ヒートポンプの圧縮機からの冷媒と上段ヒートポンプの膨張弁からの冷媒とを受けて、両冷媒を混ぜることなく熱交換する間接熱交換器を備え、この間接熱交換器が下段ヒートポンプの凝縮器であると共に上段ヒートポンプの蒸発器である。
(b)下段ヒートポンプの圧縮機からの冷媒と上段ヒートポンプの膨張弁からの冷媒とを受けて、両冷媒を直接に接触させて熱交換する中間冷却器を備え、この中間冷却器が下段ヒートポンプの凝縮器であると共に上段ヒートポンプの蒸発器である。
(c)下段ヒートポンプの圧縮機からの冷媒と上段ヒートポンプの膨張弁からの冷媒とを受けて、両冷媒を直接に接触させて熱交換すると共に、この両冷媒と上段ヒートポンプの凝縮器から膨張弁を介することなく下段ヒートポンプの膨張弁へ供給される冷媒とを混ぜることなく熱交換する中間冷却器を備え、この中間冷却器が下段ヒートポンプの凝縮器であると共に上段ヒートポンプの蒸発器である。
In the invention according to claim 6, when the first heat pump and / or the second heat pump has a plurality of stages, the heat pumps of adjacent stages are connected to each other by any one of the following relationships (a) to (c). The steam generation system according to any one of claims 1 to 5, wherein:
(A) An indirect heat exchanger that receives the refrigerant from the compressor of the lower heat pump and the refrigerant from the expansion valve of the upper heat pump and exchanges heat without mixing the two refrigerants is provided. It is a condenser and an evaporator of the upper heat pump.
(B) An intermediate cooler that receives the refrigerant from the compressor of the lower heat pump and the refrigerant from the expansion valve of the upper heat pump and exchanges heat by bringing both refrigerants into direct contact with each other. It is a condenser and an evaporator of the upper heat pump.
(C) The refrigerant from the compressor of the lower heat pump and the refrigerant from the expansion valve of the upper heat pump are received, the two refrigerants are brought into direct contact and heat exchange is performed, and the expansion valve An intermediate cooler that exchanges heat without mixing with the refrigerant supplied to the expansion valve of the lower heat pump without passing through the intermediate heat exchanger is provided, and this intermediate cooler is a condenser of the lower heat pump and an evaporator of the upper heat pump.

請求項6に記載の発明によれば、第一ヒートポンプおよび/または第二ヒートポンプを複数段で構成することができ、隣接する段のヒートポンプ同士を間接熱交換器または中間冷却器で接続して、蒸気発生システムを構成することができる。   According to the invention described in claim 6, the first heat pump and / or the second heat pump can be configured in a plurality of stages, and the heat pumps of adjacent stages are connected by an indirect heat exchanger or an intercooler, A steam generation system can be configured.

請求項7に記載の発明は、次の(a)〜(f)の内、いずれか一以上のサブ熱交換器を備え、前記第二ヒートポンプの最上段の凝縮器と、第一サブ熱交換器が設置される場合にはその第一サブ熱交換器と、前記第一ヒートポンプの最上段の凝縮器と、第二サブ熱交換器が設置される場合にはその第二サブ熱交換器とへの水や蒸気の流通順序について、第一サブ熱交換器および/または第二サブ熱交換器が設置される場合にはこのサブ熱交換器を前記各ヒートポンプの最上段の凝縮器よりも先になるように設定され、前記第一ヒートポンプの最下段の蒸発器と、第三サブ熱交換器が設置される場合にはその第三サブ熱交換器と、前記第二ヒートポンプの最下段の蒸発器と、第四サブ熱交換器が設置される場合にはその第四サブ熱交換器とへの熱源流体の流通順序について、前記第二ヒートポンプの最下段の蒸発器が後になるように設定されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の蒸気発生システムである。
(a)前記第二ヒートポンプの最上段の凝縮器から膨張弁への冷媒と水との第一サブ熱交換器。
(b)前記第一ヒートポンプの最上段の凝縮器から膨張弁への冷媒と水との第二サブ熱交換器。
(c)前記第一ヒートポンプの最下段の蒸発器から圧縮機への冷媒と熱源流体との第三サブ熱交換器。
(d)前記第二ヒートポンプの最下段の蒸発器から圧縮機への冷媒と熱源流体との第四サブ熱交換器。
(e)前記第二ヒートポンプが複数段の場合において隣接する段のヒートポンプの冷媒同士を間接熱交換する場合には、下段ヒートポンプの圧縮機から凝縮器への冷媒と上段ヒートポンプの蒸発器から圧縮機への冷媒との第五サブ熱交換器。
(f)前記第一ヒートポンプが複数段の場合において隣接する段のヒートポンプの冷媒同士を間接熱交換する場合には、下段ヒートポンプの圧縮機から凝縮器への冷媒と上段ヒートポンプの蒸発器から圧縮機への冷媒との第六サブ熱交換器。
Invention of Claim 7 is equipped with any one or more sub heat exchangers among the following (a)-(f), and the uppermost stage condenser of said 2nd heat pump, and 1st sub heat exchange The first sub heat exchanger when the heat exchanger is installed, the uppermost condenser of the first heat pump, and the second sub heat exchanger when the second sub heat exchanger is installed, When the first sub heat exchanger and / or the second sub heat exchanger are installed, the sub heat exchanger is placed before the uppermost condenser of each heat pump. When the lowermost evaporator of the first heat pump and the third sub heat exchanger are installed, the third sub heat exchanger and the lowermost evaporation of the second heat pump are set. And heat to the fourth sub heat exchanger, if installed. The flow order of the fluid, a steam generating system according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the bottom of the evaporator of the second heat pump is set to be later.
(A) A first sub heat exchanger of refrigerant and water from the uppermost condenser of the second heat pump to the expansion valve.
(B) A second sub heat exchanger of refrigerant and water from the uppermost condenser of the first heat pump to the expansion valve.
(C) A third sub heat exchanger for the refrigerant and the heat source fluid from the lowermost evaporator of the first heat pump to the compressor.
(D) A fourth sub heat exchanger for the refrigerant and the heat source fluid from the lowermost evaporator of the second heat pump to the compressor.
(E) In the case where the second heat pump has a plurality of stages, in the case of indirect heat exchange between the refrigerants of the adjacent heat pumps, the refrigerant from the compressor of the lower heat pump to the condenser and the evaporator of the upper heat pump to the compressor The fifth sub heat exchanger with refrigerant to.
(F) In the case where the first heat pump has a plurality of stages, in the case of indirect heat exchange between the refrigerants of the adjacent heat pumps, the refrigerant from the compressor of the lower heat pump to the condenser and the evaporator of the upper heat pump to the compressor The sixth sub heat exchanger with refrigerant to.

請求項7に記載の発明によれば、第一サブ熱交換器を冷媒の過冷却器としたり、第二サブ熱交換器を冷媒の過冷却器としたり、第三サブ熱交換器を冷媒の過熱器としたり、第四サブ熱交換器を冷媒の過熱器としたり、さらに第五サブ熱交換器や第六サブ熱交換器を適宜設置したりして、蒸気発生システムの効率を向上することができる。   According to the invention of claim 7, the first sub heat exchanger is a refrigerant subcooler, the second sub heat exchanger is a refrigerant subcooler, or the third sub heat exchanger is a refrigerant subcooler. To improve the efficiency of the steam generation system by using a superheater, making the fourth sub heat exchanger a refrigerant superheater, and installing a fifth sub heat exchanger and a sixth sub heat exchanger as appropriate Can do.

さらに、請求項8に記載の発明は、前記熱源流体は、蒸気使用設備からのドレンとされることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の蒸気発生システムである。   Further, the invention according to claim 8 is the steam generation system according to any one of claims 1 to 7, wherein the heat source fluid is drain from a steam using facility.

請求項8に記載の発明によれば、蒸気使用設備からのドレンから熱回収して、蒸気を発生させることができる。   According to the invention described in claim 8, steam can be generated by recovering heat from the drain from the steam-using facility.

本発明によれば、システム全体で見た場合におけるくみ上げ温度差を低減し、それによりシステムの効率向上を図ることができる。また、熱源流体がヒートポンプに顕熱を与える場合、それに伴う温度低下にも対応することができる。   According to the present invention, it is possible to reduce the difference in pumping temperature when viewed from the whole system, thereby improving the efficiency of the system. Further, when the heat source fluid gives sensible heat to the heat pump, it is possible to cope with a temperature drop associated therewith.

本発明の蒸気発生システムの実施例1を示す概略図である。It is the schematic which shows Example 1 of the steam generation system of this invention. 第一サブ熱交換器と、第二ヒートポンプの上段の凝縮器と、第二サブ熱交換器と、第一ヒートポンプの凝縮器とへの水や蒸気の流通順序を示す図である。It is a figure which shows the distribution | circulation order of water and a vapor | steam to the 1st sub heat exchanger, the upper stage condenser of a 2nd heat pump, the 2nd sub heat exchanger, and the condenser of a 1st heat pump. 第三サブ熱交換器と、第一ヒートポンプの蒸発器と、第四サブ熱交換器と、第二ヒートポンプの下段の蒸発器とへの熱源流体の流通順序を示す図である。It is a figure which shows the distribution | circulation order of the heat source fluid to the 3rd sub heat exchanger, the evaporator of a 1st heat pump, the 4th sub heat exchanger, and the evaporator of the lower stage of a 2nd heat pump. 第五サブ熱交換器と、第二ヒートポンプの下段の凝縮器との関係を示す図であり、第二ヒートポンプの下段の冷媒の流通順序を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a 5th sub heat exchanger and the lower condenser of a 2nd heat pump, and is a figure which shows the distribution | circulation order of the refrigerant | coolant of the lower stage of a 2nd heat pump. 本発明の蒸気発生システムと、従来公知の2段ヒートポンプとの成績係数を比較したグラフである。It is the graph which compared the coefficient of performance of the steam generation system of this invention, and a conventionally well-known two-stage heat pump. 理想サイクルのT−S線図である。It is a TS diagram of an ideal cycle. 従来公知の単段のヒートポンプ(逆カルノーサイクル)のT−S線図である。It is a TS diagram of a conventionally known single stage heat pump (reverse Carnot cycle). 本実施例の蒸気発生システムのT−S線図である。It is a TS diagram of the steam generation system of a present Example. 図7において、ヒートポンプの段数を増やした場合を示している。FIG. 7 shows a case where the number of stages of the heat pump is increased. 本発明の蒸気発生システムの実施例2を示す概略図である。It is the schematic which shows Example 2 of the steam generation system of this invention. 本発明の蒸気発生システムの実施例3を示す概略図である。It is the schematic which shows Example 3 of the steam generation system of this invention. 第二ヒートポンプを三段にした例を示す図である。It is a figure which shows the example which made the 2nd heat pump into 3 steps | paragraphs. 第二ヒートポンプを、並列に設置された複数のヒートポンプから構成した例を示す図である。It is a figure which shows the example which comprised the 2nd heat pump from the several heat pump installed in parallel. 第一ヒートポンプを単段、第二ヒートポンプを三段にした場合のT−S線図である。It is a TS diagram at the time of making the first heat pump into a single stage and the second heat pump into three stages. 第一ヒートポンプを単段、第二ヒートポンプを二段、第三ヒートポンプを三段とした場合のT−S線図である。It is a TS diagram at the time of having a 1st heat pump as a single stage, a 2nd heat pump as 2 stages, and a 3rd heat pump as 3 stages. 実施例1の蒸気発生システムを用いた蒸気システムの一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the steam system using the steam generation system of Example 1. FIG. 図13の蒸気システムの変形例を示す概略図である。It is the schematic which shows the modification of the steam system of FIG.

本発明の蒸気発生システムは、単段または複数段で構成されるヒートポンプを複数備える。そして、この複数のヒートポンプは、各最下段の蒸発器に熱源流体が順に通され、この熱源流体が通される順に段数が多くなる(典型的には一段ずつ段数が多くなる)よう構成され、各最上段の凝縮器において水を加熱して蒸気(典型的には同一圧力の蒸気)を発生させる。
以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
The steam generation system of the present invention includes a plurality of heat pumps configured by a single stage or a plurality of stages. The plurality of heat pumps are configured so that the heat source fluid is sequentially passed through each lowermost evaporator, and the number of stages is increased in order in which the heat source fluid is passed (typically, the number of stages is increased by one stage). In each uppermost condenser, water is heated to generate steam (typically steam at the same pressure).
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の蒸気発生システム1の実施例1を示す概略図である。
本実施例の蒸気発生システム1は、第一ヒートポンプ2と第二ヒートポンプ3とを並列に備える。
FIG. 1 is a schematic diagram showing Example 1 of the steam generation system 1 of the present invention.
The steam generation system 1 of the present embodiment includes a first heat pump 2 and a second heat pump 3 in parallel.

第一ヒートポンプ2は、蒸気圧縮式のヒートポンプであり、本実施例では単段のヒートポンプから構成される。具体的には、第一ヒートポンプ2は、圧縮機4、凝縮器5、膨張弁6および蒸発器7が順次環状に接続されて構成される。そして、圧縮機4は、ガス冷媒を圧縮して高温高圧にする。また、凝縮器5は、圧縮機4からのガス冷媒を凝縮液化する。さらに、膨張弁6は、凝縮器5からの液冷媒を通過させることで、冷媒の圧力と温度とを低下させる。そして、蒸発器7は、膨張弁6からの冷媒の蒸発を図る。   The first heat pump 2 is a vapor compression heat pump, and is constituted by a single-stage heat pump in this embodiment. Specifically, the first heat pump 2 is configured by sequentially connecting a compressor 4, a condenser 5, an expansion valve 6 and an evaporator 7 in an annular shape. The compressor 4 compresses the gas refrigerant to a high temperature and a high pressure. The condenser 5 condenses and liquefies the gas refrigerant from the compressor 4. Furthermore, the expansion valve 6 allows the liquid refrigerant from the condenser 5 to pass therethrough, thereby reducing the pressure and temperature of the refrigerant. The evaporator 7 evaporates the refrigerant from the expansion valve 6.

従って、第一ヒートポンプ2は、蒸発器7において、冷媒が外部から熱を奪って気化する一方、凝縮器5において、冷媒が外部へ放熱して凝縮することになる。これを利用して、第一ヒートポンプ2は、蒸発器7において、熱源流体から熱をくみ上げ、凝縮器5において、水を加熱して蒸気を発生させる。   Accordingly, in the first heat pump 2, the refrigerant takes the heat from the outside and vaporizes in the evaporator 7, while in the condenser 5, the refrigerant dissipates heat to the outside and condenses. Utilizing this, the first heat pump 2 draws up heat from the heat source fluid in the evaporator 7 and heats water in the condenser 5 to generate steam.

熱源流体(各ヒートポンプ2,3の熱源)は、特に問わないが、各ヒートポンプ2,3に顕熱を与えるもの、すなわち各ヒートポンプ2,3に熱を与えつつ自身は温度低下を伴う流体が好適に用いられる。たとえば、蒸気使用設備からのドレンや、ボイラなどからの排ガスが用いられる。   The heat source fluid (the heat source of each heat pump 2, 3) is not particularly limited, but is preferably a fluid that gives sensible heat to each heat pump 2, 3, that is, a fluid that itself lowers the temperature while giving heat to each heat pump 2, 3. Used for. For example, drainage from steam using facilities, exhaust gas from boilers, etc. are used.

なお、ヒートポンプ2の回路には、所望により、圧縮機4の出口側に油分離器を設置したり、凝縮器5の出口側に受液器を設置したり、圧縮機4の入口側にアキュムレータを設置したり、凝縮器5から膨張弁6への冷媒と蒸発器7から圧縮機4への冷媒とを混ぜることなく熱交換する液ガス熱交換器を設置したりしてもよい。このことは、第一ヒートポンプ2に限らず、第二ヒートポンプ3についても同様である。また、第一ヒートポンプ2や第二ヒートポンプ3が複数段の場合には、それを構成する各段のヒートポンプについても同様である。   In the circuit of the heat pump 2, an oil separator is installed on the outlet side of the compressor 4, a liquid receiver is installed on the outlet side of the condenser 5, or an accumulator is installed on the inlet side of the compressor 4 as desired. Or a liquid gas heat exchanger that exchanges heat without mixing the refrigerant from the condenser 5 to the expansion valve 6 and the refrigerant from the evaporator 7 to the compressor 4 may be installed. This applies not only to the first heat pump 2 but also to the second heat pump 3. Moreover, when the 1st heat pump 2 and the 2nd heat pump 3 are a multistage, it is the same also about the heat pump of each stage which comprises it.

第二ヒートポンプ3は、蒸気圧縮式のヒートポンプであり、本実施例では上下二段のヒートポンプ3A,3Bから構成される。第二ヒートポンプ3を構成する上下各段のヒートポンプ3A,3Bは、基本的には前述した単段の第一ヒートポンプ2と同様の構成である。つまり、それぞれ、圧縮機8A,8B、凝縮器9A,9B、膨張弁10A,10Bおよび蒸発器11A,11Bが順次環状に接続されて構成される。   The second heat pump 3 is a vapor compression heat pump, and in the present embodiment, is composed of upper and lower two-stage heat pumps 3A and 3B. The upper and lower heat pumps 3A and 3B constituting the second heat pump 3 have basically the same configuration as the single-stage first heat pump 2 described above. That is, the compressors 8A and 8B, the condensers 9A and 9B, the expansion valves 10A and 10B, and the evaporators 11A and 11B are sequentially connected in a ring shape.

そして、上下各段のヒートポンプ3A,3B同士は、次のようにして接続される。すなわち、下段ヒートポンプ3Bの圧縮機8Bからの冷媒と上段ヒートポンプ3Aの膨張弁10Aからの冷媒とを受けて、両冷媒を混ぜることなく熱交換する間接熱交換器12を備え、この間接熱交換器12が下段ヒートポンプ3Bの凝縮器9Bであると共に上段ヒートポンプ3Aの蒸発器11Aとされる。従って、第二ヒートポンプ3は、下段の蒸発器11Bにおいて、熱源流体から熱をくみ上げ、上段の凝縮器9Aにおいて、水を加熱して蒸気を発生させる。   Then, the heat pumps 3A and 3B at the upper and lower stages are connected as follows. In other words, the indirect heat exchanger 12 is provided which receives the refrigerant from the compressor 8B of the lower heat pump 3B and the refrigerant from the expansion valve 10A of the upper heat pump 3A and exchanges heat without mixing both refrigerants. Reference numeral 12 denotes a condenser 9B of the lower heat pump 3B and an evaporator 11A of the upper heat pump 3A. Accordingly, the second heat pump 3 draws up heat from the heat source fluid in the lower evaporator 11B, and heats water to generate steam in the upper condenser 9A.

なお、典型的には、第二ヒートポンプ3の上段の膨張弁10Aから圧縮機8Aへの冷媒の圧力および温度は、第一ヒートポンプ2の膨張弁6から圧縮機4への冷媒の圧力および温度と同一とされる。この場合、第二ヒートポンプ3の上段ヒートポンプ3Aと、第一ヒートポンプ2とは、同一の構成とすることができる。そして、第一ヒートポンプ2の蒸発器7と、第二ヒートポンプ3の下段の蒸発器11Bとを順に通される熱源流体は、第一ヒートポンプ2において冷やされた分を第二ヒートポンプ3の下段ヒートポンプ3Bがカバーして、第二ヒートポンプ3の上段の膨張弁10Aから圧縮機8Aへの冷媒の圧力および温度を、第一ヒートポンプ2の膨張弁6から圧縮機4への冷媒の圧力および温度と同一とする。また、第一ヒートポンプ2の凝縮器5と、第二ヒートポンプ3の上段の凝縮器9Aとにおいて、水を加熱して同一圧力の蒸気(許容圧力範囲内の蒸気を含む)を発生させることができる。この場合、第一ヒートポンプ2の高温側の冷媒温度をT1、低温側の冷媒温度をT1´とし、第二ヒートポンプ3の高温側の冷媒温度をT2とした場合、T1´<T2<(T1+(T1−T1´))の関係にある。   Typically, the pressure and temperature of the refrigerant from the upper expansion valve 10 </ b> A of the second heat pump 3 to the compressor 8 </ b> A are the pressure and temperature of the refrigerant from the expansion valve 6 of the first heat pump 2 to the compressor 4. Identical. In this case, the upper heat pump 3A of the second heat pump 3 and the first heat pump 2 can have the same configuration. The heat source fluid passed through the evaporator 7 of the first heat pump 2 and the lower evaporator 11B of the second heat pump 3 in order is cooled by the first heat pump 2, and the lower heat pump 3B of the second heat pump 3 is used. And the pressure and temperature of the refrigerant from the upper expansion valve 10A of the second heat pump 3 to the compressor 8A are the same as the pressure and temperature of the refrigerant from the expansion valve 6 to the compressor 4 of the first heat pump 2. To do. Further, in the condenser 5 of the first heat pump 2 and the upper condenser 9A of the second heat pump 3, water can be heated to generate steam of the same pressure (including steam within the allowable pressure range). . In this case, if the refrigerant temperature on the high temperature side of the first heat pump 2 is T1, the refrigerant temperature on the low temperature side is T1 ′, and the refrigerant temperature on the high temperature side of the second heat pump 3 is T2, then T1 ′ <T2 <(T1 + ( T1-T1 ′)).

但し、第二ヒートポンプ3の上段の膨張弁10Aから圧縮機8Aへの冷媒の圧力および温度は、第一ヒートポンプ2の膨張弁6から圧縮機4への冷媒の圧力および温度と異ならせてもよい。また、第一ヒートポンプ2の凝縮器5と、第二ヒートポンプ3の上段の凝縮器9Aとにおいて、異なる圧力または温度を出力するようにしてもよい。さらに、各ヒートポンプ2,3A,3Bの冷媒は、同一でもよいし、異ならせてもよい。なお、用いる冷媒は、特に問わないが、炭素数が4以上のハイドロフルオロカーボン(HFC)(たとえばR−365mfc)またはこれに水および/または消火液を加えたもの、アルコール(たとえばエチルアルコール、メチルアルコールまたはトリフルオロエタノール(TFE))またはこれに水および/または消火液を加えたもの、または水(たとえば純水または軟水)が好適に用いられる。   However, the pressure and temperature of the refrigerant from the upper expansion valve 10A of the second heat pump 3 to the compressor 8A may be different from the pressure and temperature of the refrigerant from the expansion valve 6 of the first heat pump 2 to the compressor 4. . Moreover, you may make it output a different pressure or temperature in the condenser 5 of the 1st heat pump 2, and the condenser 9A of the upper stage of the 2nd heat pump 3. FIG. Furthermore, the refrigerant of each heat pump 2, 3A, 3B may be the same or different. The refrigerant to be used is not particularly limited, but a hydrofluorocarbon (HFC) having 4 or more carbon atoms (for example, R-365mfc) or a mixture obtained by adding water and / or a fire extinguishing liquid, alcohol (for example, ethyl alcohol, methyl alcohol). Alternatively, trifluoroethanol (TFE)) or water added with water and / or a fire extinguishing liquid, or water (for example, pure water or soft water) is preferably used.

蒸気発生システム1には、以下に述べる各種のサブ熱交換器13〜17の内、いずれか一以上のサブ熱交換器を設置してもよい。
(a)第一サブ熱交換器13は、第二ヒートポンプ3の上段の凝縮器9Aから膨張弁10Aへの冷媒と水との間接熱交換器であり、冷媒の過冷却器として機能する。
(b)第二サブ熱交換器14は、第一ヒートポンプ2の凝縮器5から膨張弁6への冷媒と水との間接熱交換器であり、冷媒の過冷却器として機能する。
(c)第三サブ熱交換器15は、第一ヒートポンプ2の蒸発器7から圧縮機4への冷媒と熱源流体との間接熱交換器であり、冷媒の過熱器として機能する。
(d)第四サブ熱交換器16は、第二ヒートポンプ3の下段の蒸発器11Bから圧縮機8Bへの冷媒と熱源流体との間接熱交換器であり、冷媒の過熱器として機能する。
(e)第五サブ熱交換器17は、第二ヒートポンプ3の下段の圧縮機8Bから凝縮器9Bへの冷媒と上段の蒸発器11Aから圧縮機8Aへの冷媒との間接熱交換器である。
The steam generation system 1 may be provided with one or more sub heat exchangers among various sub heat exchangers 13 to 17 described below.
(A) The first sub heat exchanger 13 is an indirect heat exchanger of refrigerant and water from the upper condenser 9A to the expansion valve 10A of the second heat pump 3, and functions as a refrigerant subcooler.
(B) The 2nd sub heat exchanger 14 is an indirect heat exchanger of the refrigerant | coolant and water from the condenser 5 of the 1st heat pump 2 to the expansion valve 6, and functions as a subcooler of a refrigerant | coolant.
(C) The third sub heat exchanger 15 is an indirect heat exchanger between the refrigerant and the heat source fluid from the evaporator 7 of the first heat pump 2 to the compressor 4 and functions as a refrigerant superheater.
(D) The fourth sub heat exchanger 16 is an indirect heat exchanger between the refrigerant and the heat source fluid from the lower evaporator 11B to the compressor 8B of the second heat pump 3, and functions as a refrigerant superheater.
(E) The fifth sub heat exchanger 17 is an indirect heat exchanger between the refrigerant from the lower compressor 8B to the condenser 9B and the refrigerant from the upper evaporator 11A to the compressor 8A. .

次に、水や蒸気の流通経路について説明する。
第二ヒートポンプ3の上段の凝縮器9Aと、所望により設置される第一サブ熱交換器13と、第一ヒートポンプ2の凝縮器5と、所望により設置される第二サブ熱交換器14とは、適宜の順序で設置され、水が供給されて蒸気を導出するが、その流通経路については、図2に示すいずれかが用いられる。
Next, water and steam distribution channels will be described.
The upper condenser 9A of the second heat pump 3, the first sub heat exchanger 13 installed if desired, the condenser 5 of the first heat pump 2, and the second sub heat exchanger 14 installed if desired. These are installed in an appropriate order, and water is supplied to derive the steam. Any one of the distribution channels shown in FIG. 2 is used.

図2は、所望により設置される第一サブ熱交換器13と、第二ヒートポンプ3の上段の凝縮器9Aと、所望により設置される第二サブ熱交換器14と、第一ヒートポンプ2の凝縮器5とへの水や蒸気の流通順序を示す図である。図中の番号は、各熱交換器13,9A,14,5への流通順序を示しており、番号が0とはその熱交換器を設置しないことを示している。また、同一番号は、並列に設置することを示しているが、同一番号の熱交換器同士は互いに入れ替え可能である。なお、各ヒートポンプ2,3の凝縮器5,9Aは、図示例ではそれぞれ一つずつ設置しているが、直列または並列に複数の熱交換器から構成してもよい。   FIG. 2 shows the first sub heat exchanger 13 installed as desired, the upper condenser 9 </ b> A of the second heat pump 3, the second sub heat exchanger 14 installed as desired, and the condensation of the first heat pump 2. It is a figure which shows the distribution | circulation order of the water and steam to the container 5. FIG. The numbers in the figure indicate the order of distribution to the heat exchangers 13, 9A, 14, and 5, and the number 0 indicates that the heat exchanger is not installed. Moreover, although the same number has shown installing in parallel, the heat exchangers of the same number can be mutually replaced. In addition, although the condensers 5 and 9A of each heat pump 2 and 3 are each installed one by one in the example of illustration, you may comprise from a some heat exchanger in series or parallel.

具体例をいくつか説明すると、たとえば1行目には、1−2−1−2とある。すなわち、第一サブ熱交換器13が1、第二ヒートポンプ3の上段の凝縮器9Aが2、第二サブ熱交換器14が1、第一ヒートポンプ2の凝縮器5が2である。この場合、水や蒸気は、第一サブ熱交換器13と第二サブ熱交換器14とを並列に通された後、第二ヒートポンプ3の上段の凝縮器9Aと第一ヒートポンプ2の凝縮器5とを並列に通される。この際、第一サブ熱交換器13を通過後に第二ヒートポンプ3の上段の凝縮器9Aを通されるものと、第二サブ熱交換器14を通過後に第一ヒートポンプ2の凝縮器5を通されるものとを並列させてもよい。さらに、前述したように、同一番号の熱交換器同士は互いに入れ替え可能であるから、順位番号が2番同士の第二ヒートポンプ3の上段の凝縮器9Aと第一ヒートポンプ2の凝縮器5とを入れ替えて、第一サブ熱交換器13を通過後に第一ヒートポンプ2の凝縮器5を通されるものと、第二サブ熱交換器14を通過後に第二ヒートポンプ3の上段の凝縮器9Aを通されるものとを並列させてもよい。   Several specific examples will be described. For example, the first line is 1-2-1-2. That is, the first sub heat exchanger 13 is 1, the upper condenser 9A of the second heat pump 3 is 2, the second sub heat exchanger 14 is 1, and the condenser 5 of the first heat pump 2 is 2. In this case, water and steam are passed through the first sub heat exchanger 13 and the second sub heat exchanger 14 in parallel, and then the upper condenser 9 </ b> A of the second heat pump 3 and the condenser of the first heat pump 2. 5 is passed in parallel. At this time, after passing through the first sub heat exchanger 13, it passes through the upper condenser 9 </ b> A of the second heat pump 3, and after passing through the second sub heat exchanger 14, passes through the condenser 5 of the first heat pump 2. May be paralleled. Further, as described above, the heat exchangers having the same number can be interchanged with each other, and therefore the upper condenser 9A of the second heat pump 3 and the condenser 5 of the first heat pump 2 having the second order number are connected. After passing through the first sub heat exchanger 13, the condenser 5 of the first heat pump 2 is passed through, and after passing through the second sub heat exchanger 14, the condenser 9A in the upper stage of the second heat pump 3 is passed through. May be paralleled.

また、5行目には、1−3−2−4とある。すなわち、第一サブ熱交換器13が1、第二ヒートポンプ3の上段の凝縮器9Aが3、第二サブ熱交換器14が2、第一ヒートポンプ2の凝縮器5が4である。この場合、水や蒸気は、第一サブ熱交換器13、第二サブ熱交換器14、第二ヒートポンプ3の上段の凝縮器9A、第一ヒートポンプ2の凝縮器5を順に通される。   The fifth line is 1-3-2-4. That is, the first sub heat exchanger 13 is 1, the upper condenser 9A of the second heat pump 3 is 3, the second sub heat exchanger 14 is 2, and the condenser 5 of the first heat pump 2 is 4. In this case, water and steam are sequentially passed through the first sub heat exchanger 13, the second sub heat exchanger 14, the upper condenser 9 </ b> A of the second heat pump 3, and the condenser 5 of the first heat pump 2.

さらに、10行目には、1−2−0−2とある。すなわち、第一サブ熱交換器13が1、第二ヒートポンプ3の上段の凝縮器9Aが2、第二サブ熱交換器14が0、第一ヒートポンプ2の凝縮器5が2である。この場合、第二サブ熱交換器14は設置されず、水や蒸気は、第一サブ熱交換器13を通された後、第二ヒートポンプ3の上段の凝縮器9Aと第一ヒートポンプ2の凝縮器5とを並列に通される。   Furthermore, in the 10th line, it is 1-2-0-2. That is, the first sub heat exchanger 13 is 1, the upper condenser 9A of the second heat pump 3 is 2, the second sub heat exchanger 14 is 0, and the condenser 5 of the first heat pump 2 is 2. In this case, the second sub heat exchanger 14 is not installed, and water and steam are passed through the first sub heat exchanger 13 and then condensed in the upper condenser 9A and the first heat pump 2 of the second heat pump 3. The device 5 is passed in parallel.

いずれにしても、基本的には、水や蒸気の流通順序について、第一サブ熱交換器13および/または第二サブ熱交換器14が設置される場合にはこのサブ熱交換器13,14を各ヒートポンプ2,3の凝縮器5,9Aよりも先になるように設定するのが好ましい。   In any case, basically, when the first sub heat exchanger 13 and / or the second sub heat exchanger 14 are installed with respect to the flow order of water and steam, the sub heat exchangers 13 and 14 are installed. Is preferably set before the condensers 5 and 9A of the heat pumps 2 and 3.

ところで、第二ヒートポンプ3の上段の凝縮器9Aと、所望により設置される第一サブ熱交換器13と、第一ヒートポンプ2の凝縮器5と、所望により設置される第二サブ熱交換器14とには、前述したように適宜の順序で水および/または蒸気が通されるが、通常、これら熱交換器を順に流通しつつ水が徐々に加熱されて、最下流の熱交換器から飽和蒸気が導出される。但し、各凝縮器5,9Aそれぞれにおいて、互いに同一圧力または異なる圧力の蒸気を発生させてもよい。   By the way, the upper condenser 9A of the second heat pump 3, the first sub heat exchanger 13 installed if desired, the condenser 5 of the first heat pump 2, and the second sub heat exchanger 14 installed if desired. As described above, water and / or steam are passed in an appropriate order as described above. Normally, water is gradually heated while sequentially passing through these heat exchangers, and is saturated from the most downstream heat exchanger. Steam is derived. However, in each of the condensers 5 and 9A, vapors having the same pressure or different pressures may be generated.

次に、熱源流体の流通経路について説明する。
第一ヒートポンプ2の蒸発器7と、所望により設置される第三サブ熱交換器15と、第二ヒートポンプ3の下段の蒸発器11Bと、所望により設置される第四サブ熱交換器16とは、適宜の順序で設置され、熱源流体が通されるが、その流通経路については、図3に示すいずれかが用いられる。
Next, the flow path of the heat source fluid will be described.
The evaporator 7 of the first heat pump 2, the third sub heat exchanger 15 installed if desired, the lower evaporator 11B of the second heat pump 3, and the fourth sub heat exchanger 16 installed if desired. These are installed in an appropriate order, and the heat source fluid is passed therethrough, and any of those shown in FIG.

図3は、所望により設置される第三サブ熱交換器15と、第一ヒートポンプ2の蒸発器7と、所望により設置される第四サブ熱交換器16と、第二ヒートポンプ3の下段の蒸発器11Bとへの熱源流体の流通順序を示す図である。図中の番号は、各熱交換器15,7,16,11Bへの流通順序を示しており、番号が0とはその熱交換器を設置しないことを示している。また、同一番号は、並列に設置することを示しているが、同一番号の熱交換器同士は互いに入れ替え可能である。なお、各ヒートポンプ2,3Bの蒸発器7,11Bは、図示例ではそれぞれ一つずつ設置しているが、直列または並列に複数の熱交換器から構成してもよい。   FIG. 3 shows the third sub heat exchanger 15 installed if desired, the evaporator 7 of the first heat pump 2, the fourth sub heat exchanger 16 installed if desired, and the lower stage evaporation of the second heat pump 3. It is a figure which shows the distribution | circulation order of the heat source fluid to the container 11B. The numbers in the figure indicate the distribution order to each heat exchanger 15, 7, 16, 11B, and the number 0 indicates that the heat exchanger is not installed. Moreover, although the same number has shown installing in parallel, the heat exchangers of the same number can be mutually replaced. In addition, although the evaporators 7 and 11B of each heat pump 2 and 3B are each installed in the example of illustration, you may comprise from a some heat exchanger in series or in parallel.

具体例をいくつか説明すると、たとえば1行目には、1−2−3−4とある。すなわち、第三サブ熱交換器15が1、第一ヒートポンプ2の蒸発器7が2、第四サブ熱交換器16が3、第二ヒートポンプ3の下段の蒸発器11Bが4である。この場合、熱源流体は、第三サブ熱交換器15、第一ヒートポンプ2の蒸発器7、第四サブ熱交換器16、第二ヒートポンプ3の下段の蒸発器11Bを順に通される。   Several specific examples will be described. For example, the first line is 1-2-3-4. That is, the third sub heat exchanger 15 is 1, the evaporator 7 of the first heat pump 2 is 2, the fourth sub heat exchanger 16 is 3, and the lower evaporator 11B of the second heat pump 3 is 4. In this case, the heat source fluid is sequentially passed through the third sub heat exchanger 15, the evaporator 7 of the first heat pump 2, the fourth sub heat exchanger 16, and the lower evaporator 11 </ b> B of the second heat pump 3.

また、2行目には、1−2−1−3とある。すなわち、第三サブ熱交換器15が1、第一ヒートポンプ2の蒸発器7が2、第四サブ熱交換器16が1、第二ヒートポンプ3の下段の蒸発器11Bが3である。この場合、熱源流体は、第三サブ熱交換器15と第四サブ熱交換器16とを並列に通された後、第一ヒートポンプ2の蒸発器7と、第二ヒートポンプ3の下段の蒸発器11Bとを順に通される。   The second line is 1-2-1-3. That is, the third sub heat exchanger 15 is 1, the evaporator 7 of the first heat pump 2 is 2, the fourth sub heat exchanger 16 is 1, and the lower evaporator 11B of the second heat pump 3 is 3. In this case, the heat source fluid is passed through the third sub heat exchanger 15 and the fourth sub heat exchanger 16 in parallel, and then the evaporator 7 of the first heat pump 2 and the lower evaporator of the second heat pump 3. 11B in order.

さらに、4行目には、1−2−0−3とある。すなわち、第三サブ熱交換器15が1、第一ヒートポンプ2の蒸発器7が2、第四サブ熱交換器16が0、第二ヒートポンプ3の下段の蒸発器11Bが3である。この場合、第四サブ熱交換器16は設置されず、熱源流体は、第三サブ熱交換器15を通された後、第一ヒートポンプ2の蒸発器7と、第二ヒートポンプ3の下段の蒸発器11Bとを順に通される。   In the fourth line, it is 1-2-0-3. That is, the third sub heat exchanger 15 is 1, the evaporator 7 of the first heat pump 2 is 2, the fourth sub heat exchanger 16 is 0, and the lower evaporator 11B of the second heat pump 3 is 3. In this case, the fourth sub heat exchanger 16 is not installed, and the heat source fluid passes through the third sub heat exchanger 15 and then evaporates in the lower stage of the evaporator 7 of the first heat pump 2 and the second heat pump 3. It passes through the vessel 11B in order.

いずれにしても、基本的には、熱源流体の流通順序について、第二ヒートポンプ3の下段の蒸発器11Bが後になるように設定されるのが好ましい。言い換えれば、熱源流体は、第一ヒートポンプ2の蒸発器7を通された後、第二ヒートポンプ3の下段の蒸発器11Bに通される。   In any case, basically, it is preferable that the lower-stage evaporator 11B of the second heat pump 3 is set behind the flow sequence of the heat source fluid. In other words, the heat source fluid passes through the evaporator 7 of the first heat pump 2 and then passes through the lower evaporator 11 </ b> B of the second heat pump 3.

図4は、所望により設置される第五サブ熱交換器17と、第二ヒートポンプ3の下段の凝縮器9B(上段の蒸発器11A)との関係を示す図であり、第二ヒートポンプ3の下段の冷媒の流通順序を示す図である。図中の番号は、各熱交換器17,12への流通順序を示しており、番号が0とはその熱交換器を設置しないことを示している。   FIG. 4 is a view showing the relationship between the fifth sub heat exchanger 17 installed as desired and the lower condenser 9B (upper evaporator 11A) of the second heat pump 3, and the lower part of the second heat pump 3. It is a figure which shows the distribution order of the refrigerant | coolant. The numbers in the figure indicate the order of distribution to the heat exchangers 17 and 12, and the number 0 indicates that the heat exchanger is not installed.

具体的に説明すると、1行目には、1−2とある。すなわち、第五サブ熱交換器17が1、第二ヒートポンプ3の下段の凝縮器9Bが2である。この場合、第二ヒートポンプ3の下段の圧縮機8Bからの冷媒は、第五サブ熱交換器17に通された後、凝縮器9Bに通されて膨張弁10Bへ送られる。なお、第二ヒートポンプ3の上段の膨張弁10Aからの冷媒は、蒸発器11Aに通された後、第五サブ熱交換器17に通されて圧縮機8Aへ送られる。   More specifically, the first line is 1-2. That is, the fifth sub heat exchanger 17 is 1, and the lower condenser 9B of the second heat pump 3 is 2. In this case, the refrigerant from the lower compressor 8B of the second heat pump 3 is passed through the fifth sub heat exchanger 17, and then passed through the condenser 9B and sent to the expansion valve 10B. Note that the refrigerant from the upper expansion valve 10A of the second heat pump 3 passes through the evaporator 11A, and then passes through the fifth sub heat exchanger 17 and is sent to the compressor 8A.

また、2行目には、0−1とある。すなわち、第五サブ熱交換器17が0、第二ヒートポンプ3の下段の凝縮器9Bが1である。この場合、第五サブ熱交換器17は設置されず、第二ヒートポンプ3の下段の圧縮機8Bからの冷媒は、凝縮器9Bを通された後、膨張弁10Bへ送られる。なお、第二ヒートポンプ3の上段の膨張弁10Aからの冷媒は、蒸発器11Aに通された後、圧縮機8Aへ送られる。   The second line is 0-1. That is, the fifth sub heat exchanger 17 is 0, and the lower condenser 9B of the second heat pump 3 is 1. In this case, the fifth sub heat exchanger 17 is not installed, and the refrigerant from the lower compressor 8B of the second heat pump 3 is sent to the expansion valve 10B after passing through the condenser 9B. Note that the refrigerant from the upper expansion valve 10A of the second heat pump 3 is passed through the evaporator 11A and then sent to the compressor 8A.

本実施例の蒸気発生システム1は、前述したとおり、熱源流体として、たとえばドレンが用いられる。一例として、158℃のドレンが、第一ヒートポンプ2の蒸発器7に供給され125℃で排出された後、第二ヒートポンプ3の下段の蒸発器11Bに供給されて80℃で排出される。第一ヒートポンプ2は、低温側(圧縮機4の入口側)の冷媒温度が120℃、高温側(圧縮機4の出口側)の冷媒温度が163℃とされ、凝縮器5では158℃の蒸気を発生させる。第二ヒートポンプ3の下段ヒートポンプ3Bは、低温側(圧縮機8Bの入口側)の冷媒温度が75℃とされ、上段ヒートポンプ3Aは、低温側(圧縮機8Aの入口側)の冷媒温度が120℃、高温側(圧縮機8Aの出口側)の冷媒温度が163℃とされ、凝縮器9Aでは158℃の蒸気を発生させる。この場合、前述したように、第一ヒートポンプ2と、第二ヒートポンプ3の上段ヒートポンプ3Aとは対応している。   In the steam generation system 1 of the present embodiment, for example, drain is used as the heat source fluid as described above. As an example, drain of 158 ° C. is supplied to the evaporator 7 of the first heat pump 2 and discharged at 125 ° C., and then supplied to the lower evaporator 11 B of the second heat pump 3 and discharged at 80 ° C. The first heat pump 2 has a refrigerant temperature of 120 ° C. on the low temperature side (inlet side of the compressor 4) and a refrigerant temperature of 163 ° C. on the high temperature side (outlet side of the compressor 4). Is generated. The lower heat pump 3B of the second heat pump 3 has a refrigerant temperature of 75 ° C. on the low temperature side (the inlet side of the compressor 8B), and the upper heat pump 3A has a refrigerant temperature of 120 ° C. on the low temperature side (the inlet side of the compressor 8A). The refrigerant temperature on the high temperature side (the outlet side of the compressor 8A) is 163 ° C., and the condenser 9A generates 158 ° C. steam. In this case, as described above, the first heat pump 2 and the upper heat pump 3A of the second heat pump 3 correspond to each other.

本実施例の蒸気発生システム1によれば、熱源流体は、第一ヒートポンプ2の蒸発器7を通された後、第二ヒートポンプ3の下段の蒸発器11Bに通される。そして、第二ヒートポンプ3の段数を第一ヒートポンプ2より多くしておくことで、第一ヒートポンプ2において冷やされた分を第二ヒートポンプ3がカバーすることができる。また、第一ヒートポンプ2では、くみ上げる温度差を低減することができ、その分だけ圧縮機4の電力を少なくでき、蒸気発生システム1の効率を向上することができる。   According to the steam generation system 1 of the present embodiment, the heat source fluid passes through the evaporator 7 of the first heat pump 2 and then passes through the lower evaporator 11 </ b> B of the second heat pump 3. And the 2nd heat pump 3 can cover the part cooled in the 1st heat pump 2 by making the stage number of the 2nd heat pump 3 more than the 1st heat pump 2. FIG. Moreover, in the 1st heat pump 2, the temperature difference which pumps up can be reduced, the electric power of the compressor 4 can be decreased by that much, and the efficiency of the steam generation system 1 can be improved.

言い換えれば、蒸気発生システム1は、くみ上げるエネルギーの一部(典型的には半分)が中段からくみ上げることになるので、成績係数を増加させることができる。また、最下段からくみ上げるエネルギーを減らす(典型的には半分にする)ことができるので、低段側(第二ヒートポンプ3の下段ヒートポンプ3B)の圧縮機8Bの容量を小さくすることができる。   In other words, the steam generation system 1 can increase the coefficient of performance because a part (typically half) of the energy to be pumped is pumped from the middle stage. Moreover, since the energy pumped from the lowest stage can be reduced (typically halved), the capacity of the compressor 8B on the lower stage side (lower heat pump 3B of the second heat pump 3) can be reduced.

図5は、本実施例の蒸気発生システム1と、従来公知の2段ヒートポンプとの成績係数を比較したグラフである。図中、実線が本実施例の蒸気発生システム1を示しており、破線が従来公知の2段のヒートポンプを示している。また、ここでは熱源流体としてドレンを用いた場合を示しており、第二ヒートポンプ3の下段の蒸発器11Bを通過後の最終的なドレン温度を横軸とし、理論上の成績係数を縦軸としている。なお、冷媒はR−365mfcであり、また、前述した条件、つまり初期温度158℃のドレンを用い158℃(5kgf/cm(G))の蒸気を発生させる場合について検討した。 FIG. 5 is a graph comparing the coefficient of performance between the steam generation system 1 of the present embodiment and a conventionally known two-stage heat pump. In the figure, the solid line shows the steam generation system 1 of the present embodiment, and the broken line shows a conventionally known two-stage heat pump. Further, here, the case where drain is used as the heat source fluid is shown, and the final drain temperature after passing through the lower evaporator 11B of the second heat pump 3 is taken as the horizontal axis, and the theoretical coefficient of performance is taken as the vertical axis. Yes. Note that the refrigerant is R-365mfc, and the above-described conditions, that is, the case of generating steam at 158 ° C. (5 kgf / cm 2 (G)) using a drain having an initial temperature of 158 ° C. was studied.

この図に示すように、熱源流体(ドレン)の温度に拘わらず、本実施例の蒸気発生システム1による方が、従来公知の2段のヒートポンプよりも効率が高くなる。なお、従来公知の2段ヒートポンプとは、いわば図1において第一ヒートポンプ2の設置を省略して、第二ヒートポンプ3のみの状態と同等である。   As shown in this figure, regardless of the temperature of the heat source fluid (drain), the steam generation system 1 of this embodiment is more efficient than the conventionally known two-stage heat pump. Note that the conventionally known two-stage heat pump is equivalent to the state of only the second heat pump 3 by omitting the installation of the first heat pump 2 in FIG.

図6Aは、熱を与えられる流体の入口部の状態がTの飽和水、熱を与えられる流体の出口部の状態がTの飽和蒸気であり(つまり熱を与えられる流体は潜熱を与えられる)、熱を与える流体の入口部の状態がTの飽和水、熱を与える流体の出口部の状態がTの過冷却水(つまり熱を与える流体は顕熱を奪われる)の条件において、理想的に熱をくみ上げる場合(以下、理想サイクルという。)のT−S線図である。つまり、縦軸が温度、横軸がエントロピーを示している。 Figure 6A is a saturated water condition T h of the inlet portion of the fluid given thermal state of the outlet portion of the fluid supplied heat is saturated vapor of the T h (i.e. fluid given heat gives latent heat The condition of the saturated fluid having the inlet of the fluid supplying the heat is T h and the state of the supercooled water having the outlet of the fluid supplying the fluid being T 1 (that is, the fluid applying the heat is deprived of sensible heat) 2 is a TS diagram when ideally pumping heat (hereinafter referred to as an ideal cycle). That is, the vertical axis represents temperature and the horizontal axis represents entropy.

この理想サイクルつまり実線で囲まれた三角形の面積が、前記条件を実現するための最小動力(理想動力)となる。そして、このときの成績係数COP=2×(T/(T−T))となる。 This ideal cycle, that is, the area of a triangle surrounded by a solid line, is the minimum power (ideal power) for realizing the above condition. The coefficient of performance COP at this time is 2 × (T h / (T h −T l )).

一方、図6Bは、従来公知の単段のヒートポンプ(逆カルノーサイクル)のT−S線図である。但し、図6Bは、膨張弁出口損失、圧縮機過熱損失は無視し、熱交換性能を無限大とした場合を示している。この場合、成績係数COP=T/(T−T)となる。二点鎖線Aで示すように、ヒートポンプを上下二段にしても同様である。 On the other hand, FIG. 6B is a TS diagram of a conventionally known single-stage heat pump (reverse Carnot cycle). However, FIG. 6B shows a case where the expansion valve outlet loss and the compressor overheating loss are ignored and the heat exchange performance is infinite. In this case, the coefficient of performance COP = T h / (T h -T l). As indicated by a two-dot chain line A, the same applies even if the heat pump is vertically arranged in two stages.

図6Aと図6Bとを比較すると、図6Bの四角形の面積から図6Aの三角形の面積を引いた分が、理想サイクルと比べて余分な動力といえ、その分だけ成績係数は低下する。   Comparing FIG. 6A and FIG. 6B, it can be said that the area obtained by subtracting the area of the triangle of FIG. 6A from the area of the square of FIG.

一方、図7は、本実施例の蒸気発生システムのT−S線図である。この場合、成績係数COP=(4/3)×(T/(T−T))となる。つまり、従来公知の単段のヒートポンプの効率の4/3倍となる。なお、T=(T+T)/2、S=(S+S)/2とした。図6Bと比べて、右下の箇所が欠けることで、この分だけ動力を軽減して、効率を増すことができる。 On the other hand, FIG. 7 is a TS diagram of the steam generation system of the present embodiment. In this case, the coefficient of performance COP = (4/3) × (T h / (T h −T l )). That is, it becomes 4/3 times the efficiency of a conventionally known single-stage heat pump. Note that T m = (T h + T l ) / 2 and S m = (S 1 + S 2 ) / 2. Compared to FIG. 6B, the lower right portion is missing, so that the power can be reduced by this amount and the efficiency can be increased.

さて、図7では、段数を二段としたが、段数を増やせば、図8に示すように、サイクルで囲まれる面積をさらに少なくすることができ、蒸気発生システム1の効率をさらに向上することができる。段数を無限大とした場合、理論上、COP=2×(T/(T−T))となる。つまり、従来公知の単段のヒートポンプの効率の2倍とできる。段数を増やした蒸気発生システム1の具体的構成については、後述する。 In FIG. 7, the number of stages is two. However, if the number of stages is increased, the area surrounded by the cycle can be further reduced as shown in FIG. 8, and the efficiency of the steam generation system 1 can be further improved. Can do. When the number of stages is infinite, theoretically, COP = 2 × (T h / (T h −T l )). That is, the efficiency of the conventionally known single-stage heat pump can be doubled. A specific configuration of the steam generation system 1 with the increased number of stages will be described later.

図9は、本発明の蒸気発生システム1の実施例2を示す概略図である。本実施例2の蒸気発生システム1は、基本的には前記実施例1と同様である。そこで、以下においては、両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。   FIG. 9 is a schematic diagram showing Example 2 of the steam generation system 1 of the present invention. The steam generation system 1 according to the second embodiment is basically the same as the first embodiment. Therefore, in the following description, differences between the two will be mainly described, and corresponding portions will be described with the same reference numerals.

本実施例2では、第二ヒートポンプ3の構成において、前記実施例1と異なる。前記実施例1では、上段ヒートポンプ3Aと下段ヒートポンプ3Bとを間接熱交換器12で接続したが、本実施例2では、上段ヒートポンプ3Aと下段ヒートポンプ3Bとを中間冷却器18で接続している。   The second embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the second heat pump 3. In the first embodiment, the upper heat pump 3A and the lower heat pump 3B are connected by the indirect heat exchanger 12, but in the second embodiment, the upper heat pump 3A and the lower heat pump 3B are connected by the intermediate cooler 18.

具体的には、下段ヒートポンプ3Bの圧縮機8Bからの冷媒と上段ヒートポンプ3Aの膨張弁10Aからの冷媒とを受けて、両冷媒を直接に接触させて熱交換する中間冷却器18を備え、この中間冷却器18が下段ヒートポンプ3Bの凝縮器9Bであると共に上段ヒートポンプ3Aの蒸発器11Aとされる。より詳細には、中間冷却器18として中空タンク(直接熱交換器)が用いられ、下段ヒートポンプ3Bの圧縮機8Bからの冷媒と、上段ヒートポンプ3Aの膨張弁10Aからの冷媒とを受け入れて、タンク内で直接に接触させることにより、下段ヒートポンプ3Bの圧縮機8Bからの冷媒の凝縮と、上段ヒートポンプ3Aの膨張弁10Aからの冷媒の気化とを図る。そして、それにより得られる液冷媒を下段ヒートポンプ3Bの膨張弁10Bへ送る一方、ガス冷媒は上段ヒートポンプ3Aの圧縮機8Aへ送ればよい。   Specifically, an intermediate cooler 18 is provided that receives the refrigerant from the compressor 8B of the lower heat pump 3B and the refrigerant from the expansion valve 10A of the upper heat pump 3A, and directly contacts both refrigerants to exchange heat. The intermediate cooler 18 is the condenser 9B of the lower heat pump 3B and the evaporator 11A of the upper heat pump 3A. More specifically, a hollow tank (direct heat exchanger) is used as the intermediate cooler 18 and receives the refrigerant from the compressor 8B of the lower heat pump 3B and the refrigerant from the expansion valve 10A of the upper heat pump 3A. The refrigerant is condensed directly from the compressor 8B of the lower heat pump 3B and vaporized from the expansion valve 10A of the upper heat pump 3A. The liquid refrigerant thus obtained is sent to the expansion valve 10B of the lower heat pump 3B, while the gas refrigerant may be sent to the compressor 8A of the upper heat pump 3A.

このような構成に伴い、本実施例2では、第五サブ熱交換器17は設置されない。なお、下段ヒートポンプ3Bの圧縮機8Bからの冷媒は、中間冷却器18への供給に代えてまたはこれに加えて、二点鎖線Aで示すように、上段ヒートポンプ3Aの圧縮機8Aの入口側へ供給してもよい。
また、下段ヒートポンプ3Bの圧縮機8Bからの冷媒は、中間冷却器18への供給に代えて、二点鎖線Aで示すように、上段ヒートポンプ3Aの圧縮機8Aの入口側へ供給した場合には、これに加えて中間冷却器18の液相部を下段ヒートポンプ3Bの圧縮機8Bの出口側へ接続してもよい。
あるいは、下段ヒートポンプ3Bの圧縮機8Bからの冷媒は、中間冷却器18への供給に代えてまたはこれに加えて、二点鎖線Bで示すように、上段ヒートポンプ3Aの膨張弁10Aから中間冷却器18への冷媒流路に合流させてもよい。その他の構成は、前記実施例1と同様のため、説明を省略する。
With such a configuration, the fifth sub heat exchanger 17 is not installed in the second embodiment. The refrigerant from the compressor 8B of the lower heat pump 3B is supplied to the inlet side of the compressor 8A of the upper heat pump 3A as shown by a two-dot chain line A instead of or in addition to the supply to the intermediate cooler 18. You may supply.
Further, when the refrigerant from the compressor 8B of the lower heat pump 3B is supplied to the inlet side of the compressor 8A of the upper heat pump 3A, as indicated by a two-dot chain line A, instead of being supplied to the intermediate cooler 18, In addition, the liquid phase part of the intercooler 18 may be connected to the outlet side of the compressor 8B of the lower heat pump 3B.
Alternatively, the refrigerant from the compressor 8B of the lower heat pump 3B is replaced with or supplied from the intermediate cooler 18, as indicated by a two-dot chain line B, from the expansion valve 10A of the upper heat pump 3A to the intermediate cooler. 18 may be merged into the refrigerant flow path to 18. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted.

図10は、本発明の蒸気発生システム1の実施例3を示す概略図である。本実施例3の蒸気発生システム1は、基本的には前記実施例1と同様である。そこで、以下においては、両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。   FIG. 10 is a schematic diagram showing Example 3 of the steam generation system 1 of the present invention. The steam generation system 1 according to the third embodiment is basically the same as the first embodiment. Therefore, in the following description, differences between the two will be mainly described, and corresponding portions will be described with the same reference numerals.

本実施例3では、第二ヒートポンプ3の構成において、前記実施例1と異なる。前記実施例1では、上段ヒートポンプ3Aと下段ヒートポンプ3Bとを間接熱交換器12で接続したが、本実施例3では、上段ヒートポンプ3Aと下段ヒートポンプ3Bとを中間冷却器19で接続している。   The third embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the second heat pump 3. In the first embodiment, the upper heat pump 3A and the lower heat pump 3B are connected by the indirect heat exchanger 12, but in the third embodiment, the upper heat pump 3A and the lower heat pump 3B are connected by the intermediate cooler 19.

具体的には、下段ヒートポンプ3Bの圧縮機8Bからの冷媒と上段ヒートポンプ3Aの膨張弁10Aからの冷媒とを受けて、両冷媒を直接に接触させて熱交換すると共に、この両冷媒と上段ヒートポンプ3Aの凝縮器9Aから膨張弁10Aを介することなく下段ヒートポンプ3Bの膨張弁10Bへ供給される冷媒とを混ぜることなく熱交換する中間冷却器19を備え、この中間冷却器19が下段ヒートポンプ3Bの凝縮器9Bであると共に上段ヒートポンプ3Aの蒸発器11Aである。より詳細には、中間冷却器19として、第一領域19Aと第二領域19Bの各流体を混ぜることなく熱交換する間接熱交換器が用いられ、第一領域19Aにおいて、下段ヒートポンプ3Bの圧縮機8Bからの冷媒と上段ヒートポンプ3Aの膨張弁10Aからの冷媒とが直接に熱交換される一方、第二領域19Bに、上段ヒートポンプ3Aの凝縮器9Aから膨張弁10Aを介することなく冷媒を通して、下段ヒートポンプ3Bの膨張弁10Bへ供給すればよい。この場合、下段ヒートポンプ3Bの圧縮機8Bからの冷媒は、中間冷却器19において上段ヒートポンプ3Aの膨張弁10Aからの冷媒で中間冷却を図られた後、上段ヒートポンプ3Aの圧縮機8Aにおいてさらに高圧高温のガス冷媒とされ、上段ヒートポンプ3Aの凝縮器9Aにて凝縮される。そして、その液冷媒の一部は、上段ヒートポンプ3Aの膨張弁10Aを介して、中間冷却器19の第一領域19Aへ送られる一方、残りの液冷媒は、中間冷却器19の第二領域19Bを介して、下段ヒートポンプ3Bの膨張弁10Bで減圧され、下段ヒートポンプ3Bの蒸発器11Bにおいて気化した後、再び下段ヒートポンプ3Bの圧縮機8Bへ戻される。   Specifically, the refrigerant from the compressor 8B of the lower heat pump 3B and the refrigerant from the expansion valve 10A of the upper heat pump 3A are received, and both the refrigerants are brought into direct contact to exchange heat, and both the refrigerant and the upper heat pump are exchanged. An intermediate cooler 19 for exchanging heat without mixing the refrigerant supplied to the expansion valve 10B of the lower heat pump 3B without passing through the expansion valve 10A from the condenser 9A of 3A is provided, and this intermediate cooler 19 is connected to the lower heat pump 3B. The condenser 9B and the evaporator 11A of the upper heat pump 3A. More specifically, an indirect heat exchanger that exchanges heat without mixing the fluids of the first region 19A and the second region 19B is used as the intermediate cooler 19, and the compressor of the lower heat pump 3B is used in the first region 19A. While the refrigerant from 8B and the refrigerant from the expansion valve 10A of the upper heat pump 3A are directly heat-exchanged, the refrigerant passes through the second region 19B from the condenser 9A of the upper heat pump 3A without passing through the expansion valve 10A. What is necessary is just to supply to the expansion valve 10B of the heat pump 3B. In this case, the refrigerant from the compressor 8B of the lower heat pump 3B is subjected to intermediate cooling with the refrigerant from the expansion valve 10A of the upper heat pump 3A in the intermediate cooler 19, and then further pressurized and heated in the compressor 8A of the upper heat pump 3A. And is condensed in the condenser 9A of the upper heat pump 3A. A part of the liquid refrigerant is sent to the first region 19A of the intermediate cooler 19 via the expansion valve 10A of the upper heat pump 3A, while the remaining liquid refrigerant is sent to the second region 19B of the intermediate cooler 19. Then, the pressure is reduced by the expansion valve 10B of the lower heat pump 3B, vaporized in the evaporator 11B of the lower heat pump 3B, and then returned to the compressor 8B of the lower heat pump 3B again.

このような構成に伴い、本実施例3では、第五サブ熱交換器17は設置されない。なお、下段ヒートポンプ3Bの圧縮機8Bからの冷媒は、中間冷却器18への供給に代えてまたはこれに加えて、二点鎖線Aで示すように、上段ヒートポンプ3Aの中間冷却器18から圧縮機8Aへの冷媒流路へ供給するか、二点鎖線Bで示すように、上段ヒートポンプ3Aの膨張弁10Aから中間冷却器18への冷媒流路に合流させてもよい。その他の構成は、前記実施例1と同様のため、説明を省略する。   With such a configuration, the fifth sub heat exchanger 17 is not installed in the third embodiment. The refrigerant from the compressor 8B of the lower heat pump 3B is supplied from the intermediate cooler 18 of the upper heat pump 3A to the compressor as indicated by a two-dot chain line A instead of or in addition to the supply to the intermediate cooler 18. The refrigerant may be supplied to the refrigerant flow path to 8A or may be joined to the refrigerant flow path from the expansion valve 10A of the upper heat pump 3A to the intermediate cooler 18 as indicated by a two-dot chain line B. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted.

前記各実施例では、第一ヒートポンプ2を単段で構成し、第二ヒートポンプ3を上下二段のヒートポンプ3A,3Bで構成したが、第二ヒートポンプ3の段数が第一ヒートポンプ2の段数よりも多い限り、各ヒートポンプ2,3の段数は適宜に変更可能である。なお、複数段(多段)のヒートポンプには、図9の第二ヒートポンプ3のような一元多段のヒートポンプの他、図1の第二ヒートポンプ3のような複数元(多元)のヒートポンプ、あるいは両者の組合せのヒートポンプが含まれる。   In each said Example, although the 1st heat pump 2 was comprised by the single stage and the 2nd heat pump 3 was comprised by heat pump 3A, 3B of 2 steps | paragraphs, the stage number of the 2nd heat pump 3 is more than the stage number of the 1st heat pump 2. As long as there are many, the number of stages of the heat pumps 2 and 3 can be changed as appropriate. In addition, in the multistage (multistage) heat pump, in addition to a single multistage heat pump such as the second heat pump 3 in FIG. 9, a multiple (multiple) heat pump such as the second heat pump 3 in FIG. A combination heat pump is included.

図11は、第二ヒートポンプ3を三段にした例を示している。ここでは、上下に隣接するヒートポンプ同士は、前記実施例1と同様の間接熱交換器12で接続されているが、一部または全部は、前記実施例2または前記実施例3と同様の中間冷却器18,19で接続されてもよい。つまり、第一ヒートポンプ2や第二ヒートポンプ3を上下複数段にする場合、隣接する上下のヒートポンプ同士は、図1、図9および図10の第二ヒートポンプ3に示されるいずれの関係で接続してもよい。   FIG. 11 shows an example in which the second heat pump 3 is arranged in three stages. Here, the heat pumps adjacent to each other in the vertical direction are connected by the indirect heat exchanger 12 similar to that in the first embodiment, but part or all of the heat pumps is the same as in the second embodiment or the third embodiment. The devices 18 and 19 may be connected. That is, when the first heat pump 2 and the second heat pump 3 are arranged in a plurality of upper and lower stages, the adjacent upper and lower heat pumps are connected by any relationship shown in the second heat pump 3 of FIGS. 1, 9, and 10. Also good.

第二ヒートポンプ3を複数段にする場合において、第一サブ熱交換器13を設置しようとするときは、第一サブ熱交換器13は最上段のヒートポンプ3Aに設置すればよい。同様に、第一ヒートポンプ2を複数段にする場合において、第二サブ熱交換器14を設置しようとするときは、第二サブ熱交換器14は最上段のヒートポンプに設置すればよい。   In the case where the second heat pump 3 has a plurality of stages, when the first sub heat exchanger 13 is to be installed, the first sub heat exchanger 13 may be installed in the uppermost heat pump 3A. Similarly, when the first heat pump 2 has a plurality of stages, when the second sub heat exchanger 14 is to be installed, the second sub heat exchanger 14 may be installed in the uppermost heat pump.

また、第一ヒートポンプ2を複数段にする場合において、第三サブ熱交換器15を設置しようとするときは、第三サブ熱交換器15は最下段のヒートポンプに設置すればよい。同様に、第二ヒートポンプ3を複数段にする場合において、第四サブ熱交換器16を設置しようとするときは、第四サブ熱交換器16は最下段のヒートポンプ3Bに設置すればよい。   In addition, when the first heat pump 2 has a plurality of stages, when the third sub heat exchanger 15 is to be installed, the third sub heat exchanger 15 may be installed in the lowermost heat pump. Similarly, when the second heat pump 3 has a plurality of stages, when the fourth sub heat exchanger 16 is to be installed, the fourth sub heat exchanger 16 may be installed in the lowermost heat pump 3B.

さらに、第二ヒートポンプ3を複数段にする場合において、隣接する段のヒートポンプの冷媒同士を間接熱交換する場合には、下段ヒートポンプの圧縮機(8)から凝縮器(9)への冷媒と上段ヒートポンプの蒸発器(11)から圧縮機(8)への冷媒との第五サブ熱交換器17を設けてもよい。同様に、第一ヒートポンプ2を複数段にする場合において、隣接する段のヒートポンプの冷媒同士を間接熱交換する場合には、下段ヒートポンプの圧縮機(4)から凝縮器(5)への冷媒と上段ヒートポンプの蒸発器(7)から圧縮機(4)への冷媒との第六サブ熱交換器を設けてもよい。その他の構成は、前記各実施例と同様のため、説明を省略する。   Furthermore, in the case where the second heat pump 3 has a plurality of stages, when the refrigerant of the heat pumps of adjacent stages is indirectly heat-exchanged, the refrigerant and the upper stage from the compressor (8) to the condenser (9) of the lower stage heat pump You may provide the 5th sub heat exchanger 17 with the refrigerant | coolant from the evaporator (11) of a heat pump to a compressor (8). Similarly, in the case where the first heat pump 2 has a plurality of stages, when indirect heat exchange is performed between the refrigerants of the adjacent heat pumps, the refrigerant from the compressor (4) to the condenser (5) of the lower heat pump You may provide the 6th sub heat exchanger with the refrigerant | coolant from the evaporator (7) of an upper stage heat pump to a compressor (4). Other configurations are the same as those in the above embodiments, and thus the description thereof is omitted.

前記各実施例において、第二ヒートポンプ3を、並列に設置された複数のヒートポンプ3,3,…から構成してもよい。言い換えれば、前記各実施例において、第一ヒートポンプ2や第二ヒートポンプ3に加えて、第三ヒートポンプを設けてもよい他、さらに第四ヒートポンプ、第五ヒートポンプ、…というように、全体としてn個(n≧2)のヒートポンプを並列に設置してもよい。この場合も、このn個のヒートポンプは、各最下段の蒸発器7,16に熱源流体が順に通され、この熱源流体が通される順に段数が多くなるよう(好ましくは一段ずつ多くなるよう)構成され、各最上段の凝縮器5,9Aにおいて水を加熱して蒸気を発生させればよい。   In each said Example, you may comprise the 2nd heat pump 3 from several heat pump 3, 3, ... installed in parallel. In other words, in each of the above-described embodiments, in addition to the first heat pump 2 and the second heat pump 3, a third heat pump may be provided, and the fourth heat pump, the fifth heat pump,. You may install the heat pump of (n> = 2) in parallel. Also in this case, in the n heat pumps, the heat source fluid is sequentially passed through the lowermost evaporators 7 and 16, and the number of stages is increased in order in which the heat source fluid is passed (preferably, the number is increased by one). What is necessary is just to heat the water in each of the uppermost condensers 5 and 9A and generate steam.

図12Aは、第二ヒートポンプを、並列に設置された複数のヒートポンプ3,20から構成した例を示している。言い換えれば、単段の第一ヒートポンプ2、これより段数の多い第二ヒートポンプ3、これより段数の多い第三ヒートポンプ20が並列に設置されて構成される。この際、第一ヒートポンプ2、第二ヒートポンプ3、第三ヒートポンプ20は、一段ずつ段数が多くなるよう構成されるのがよい。すなわち、典型的には、図示例のように、第一ヒートポンプ2は単段のヒートポンプ、第二ヒートポンプ3は二段のヒートポンプ、第三ヒートポンプ20は三段のヒートポンプから構成される。   FIG. 12A shows an example in which the second heat pump is composed of a plurality of heat pumps 3 and 20 installed in parallel. In other words, a single-stage first heat pump 2, a second heat pump 3 with a higher number of stages, and a third heat pump 20 with a higher number of stages are installed in parallel. At this time, the first heat pump 2, the second heat pump 3, and the third heat pump 20 are preferably configured to increase the number of stages one by one. That is, typically, as shown in the drawing, the first heat pump 2 is composed of a single-stage heat pump, the second heat pump 3 is composed of a two-stage heat pump, and the third heat pump 20 is composed of a three-stage heat pump.

一段ずつ段数を多くする理由は、次のとおりである。すなわち、図12Bは、第一ヒートポンプ2を単段、第二ヒートポンプ3を三段にした場合のT−S線図であり、図12Cは、第一ヒートポンプ2を単段、第二ヒートポンプ3を二段、第三ヒートポンプ20を三段とした場合のT−S線図である。図12Bと図12Cとを比較した場合、ハッチングを施した損失分の面積は、図12Cの方が少なくできる。よって、蒸気発生システム1の各ヒートポンプは、一段ずつ増やすのが好ましいことになる。   The reason why the number of steps is increased step by step is as follows. 12B is a TS diagram when the first heat pump 2 has a single stage and the second heat pump 3 has three stages. FIG. 12C shows the first heat pump 2 with a single stage and the second heat pump 3 with a second stage. It is a TS diagram at the time of using two stages and the third heat pump 20 as three stages. When comparing FIG. 12B and FIG. 12C, the area of the loss that is hatched can be reduced in FIG. 12C. Therefore, it is preferable to increase each heat pump of the steam generation system 1 by one stage.

いずれのヒートポンプ2,3,20も、上下に隣接するヒートポンプ同士は、前記実施例1と同様の間接熱交換器12で接続されているが、一部または全部は、前記実施例2または前記実施例3と同様の中間冷却器18,19で接続されてもよい。つまり、各ヒートポンプを上下複数段にする場合、隣接する上下のヒートポンプ同士は、図1、図9および図10の第二ヒートポンプ3に示されるいずれの関係で接続してもよい。その他の構成は、前記各実施例と同様のため、説明を省略する。   In any of the heat pumps 2, 3, and 20, the heat pumps vertically adjacent to each other are connected by the indirect heat exchanger 12 similar to that of the first embodiment, but a part or all of the heat pumps are the same as those in the second embodiment or the second embodiment The intermediate coolers 18 and 19 similar to those in Example 3 may be connected. That is, when making each heat pump into a plurality of upper and lower stages, the adjacent upper and lower heat pumps may be connected in any relationship shown in the second heat pump 3 of FIGS. 1, 9 and 10. Other configurations are the same as those in the above embodiments, and thus the description thereof is omitted.

図13は、前記実施例1の蒸気発生システム1を用いた蒸気システム21の一例を示す概略図である。ここでは、説明の便宜上、第一ヒートポンプ2の最下段の蒸発器7と、所望により設置される第三サブ熱交換器15と、第二ヒートポンプ3の最下段の蒸発器11Bと、所望により設置される第四サブ熱交換器16とを、熱くみ上げ用熱交換器(7,15,11B,16)ということにする。また、第二ヒートポンプ3の最上段の凝縮器9Aと、所望により設置される第一サブ熱交換器13と、第一ヒートポンプ2の最上段の凝縮器5と、所望により設置される第二サブ熱交換器14とを、蒸気発生用熱交換器(9A,13,5,14)ということにする。   FIG. 13 is a schematic diagram showing an example of a steam system 21 using the steam generation system 1 of the first embodiment. Here, for convenience of explanation, the lowermost evaporator 7 of the first heat pump 2, the third sub heat exchanger 15 installed if desired, the lowermost evaporator 11B of the second heat pump 3, and the optional installation. The fourth sub heat exchanger 16 is referred to as a heat pump for heat pumping (7, 15, 11B, 16). Further, the uppermost condenser 9A of the second heat pump 3, the first sub heat exchanger 13 installed if desired, the upper condenser 5 of the first heat pump 2, and the second sub installed optionally. The heat exchanger 14 is referred to as a steam generating heat exchanger (9A, 13, 5, 14).

蒸気システム21は、蒸気発生システム1とボイラ22とを備える。
蒸気発生システム1は、実施例1の構成を用いているが、前述したその他の実施例の構成のものを用いてもよい。いずれにしても、蒸気発生システム1は、熱くみ上げ用熱交換器(7,15,11B,16)においてドレンの熱をくみ上げて、蒸気発生用熱交換器(9A,13,5,14)において水を加熱して蒸気を発生させる。そのために、熱くみ上げ用熱交換器(7,15,11B,16)には、蒸気使用設備23からのドレンが通される。熱くみ上げ用熱交換器(7,15,11B,16)としての各蒸発器7,11Bや各サブ熱交換器15,16へのドレンの通し方は、図3に基づき説明したとおりである。
The steam system 21 includes a steam generation system 1 and a boiler 22.
The steam generation system 1 uses the configuration of the first embodiment, but the configuration of the other embodiments described above may be used. In any case, the steam generation system 1 pumps up the heat of the drain in the heat pump for heat pump (7, 15, 11B, 16), and in the heat exchanger for steam generation (9A, 13, 5, 14). Water is heated to generate steam. For this purpose, the drain from the steam using facility 23 is passed through the heat pump for heat pumping up (7, 15, 11B, 16). The way of draining the evaporators 7 and 11B and the sub heat exchangers 15 and 16 as the heat pumps for heat pumping (7, 15, 11B, 16) is as described with reference to FIG.

一方、蒸気発生用熱交換器(9A,13,5,14)には、給水ポンプ24により水が供給可能とされ、蒸気発生用熱交換器(9A,13,5,14)には所望量の水が貯留される。具体的には、純水または軟水、あるいはこれに代えてまたはこれに混ぜられて、蒸気使用設備23からのドレンが、給水ポンプ24、給水弁25、逆止弁26を介して、蒸気発生用熱交換器(9A,13,5,14)に供給される。蒸気発生用熱交換器(9A,13,5,14)としての各凝縮器9A,5や各サブ熱交換器13,14への水や蒸気の通し方は、図2に基づき説明したとおりである。   On the other hand, water can be supplied to the steam generating heat exchanger (9A, 13, 5, 14) by the water supply pump 24, and a desired amount is supplied to the steam generating heat exchanger (9A, 13, 5, 14). Of water is stored. Specifically, pure water or soft water, or instead of or mixed with this, drain from the steam using facility 23 is generated for steam generation via the feed water pump 24, feed water valve 25, and check valve 26. It is supplied to the heat exchanger (9A, 13, 5, 14). The way of passing water and steam to the condensers 9A, 5 and the sub heat exchangers 13, 14 as the heat exchangers for steam generation (9A, 13, 5, 14) is as described based on FIG. is there.

ボイラ22は、典型的には燃料焚きボイラまたは電気ボイラである。燃料焚きボイラは、燃料の燃焼により水を蒸気化する装置であり、蒸気圧を所望に維持するように、燃焼の有無や量が調整される。また、電気ボイラは、電気ヒータにより水を蒸気化する装置であり、蒸気圧を所望に維持するように、電気ヒータへの給電の有無や量が調整される。ボイラ22には、給水ポンプ27と逆止弁28とを介して水が供給可能とされ、ボイラ22の缶体内の水位は所望に維持される。   The boiler 22 is typically a fuel-fired boiler or an electric boiler. A fuel-fired boiler is a device that vaporizes water by burning fuel, and the presence or amount of combustion is adjusted so as to maintain the vapor pressure as desired. The electric boiler is a device that vaporizes water using an electric heater, and the presence or amount of power supplied to the electric heater is adjusted so as to maintain the vapor pressure as desired. Water can be supplied to the boiler 22 via the feed water pump 27 and the check valve 28, and the water level in the boiler body of the boiler 22 is maintained as desired.

蒸気発生用熱交換器(9A,13,5,14)からの蒸気路29と、ボイラ22からの蒸気路30とは、合流するよう構成される。この合流は、蒸気ヘッダを用いて行うこともできる。また、蒸気発生用熱交換器(9A,13,5,14)からの蒸気路29には、合流部よりも上流側に、逆止弁31が設けられる。これにより、蒸気発生システム1が停止中、ボイラ22からの蒸気が蒸気発生用熱交換器(9A,13,5,14)へ逆流するのが防止される。   The steam path 29 from the steam generating heat exchanger (9A, 13, 5, 14) and the steam path 30 from the boiler 22 are configured to merge. This merging can also be performed using a steam header. Further, a check valve 31 is provided in the steam path 29 from the steam generating heat exchanger (9A, 13, 5, 14) on the upstream side of the junction. This prevents the steam from the boiler 22 from flowing backward to the steam generating heat exchanger (9A, 13, 5, 14) while the steam generating system 1 is stopped.

さらに、ボイラ22からの蒸気路30には、合流部よりも上流側に、ボイラ蒸気供給弁32が設けられる。ボイラ蒸気供給弁32は、図示例では自力式の減圧弁(二次圧力調整弁)とされる。なお、ボイラ蒸気供給弁32より上流側は、下流側よりもボイラ22により高圧に維持される。   Further, a boiler steam supply valve 32 is provided in the steam path 30 from the boiler 22 on the upstream side of the junction. In the illustrated example, the boiler steam supply valve 32 is a self-reducing pressure reducing valve (secondary pressure regulating valve). The upstream side of the boiler steam supply valve 32 is maintained at a higher pressure by the boiler 22 than the downstream side.

蒸気発生システム1やボイラ22からの蒸気は、一または複数の蒸気使用設備23へ送られる。蒸気使用設備23のドレンは、第一蒸気トラップ33を介して、中空容器状のセパレータタンク34へ排出される。セパレータタンク34には、上部に第一流路35が接続され、下部に第二流路36が接続される。   Steam from the steam generation system 1 or the boiler 22 is sent to one or a plurality of steam use facilities 23. The drain of the steam using facility 23 is discharged to the separator container 34 having a hollow container shape through the first steam trap 33. A first flow path 35 is connected to the upper part of the separator tank 34 and a second flow path 36 is connected to the lower part.

第一流路35には、セパレータタンク34の側から順に、熱くみ上げ用熱交換器(7,15,11B,16)と第二蒸気トラップと37が設けられる。このような構成であるから、蒸気使用設備23のドレンは、第一蒸気トラップ33により低圧下に排出された後、熱くみ上げ用熱交換器(7,15,11B,16)を通過後に、第二蒸気トラップ37によりさらに低圧下(典型的には大気圧下)に排出される。つまり、蒸気使用設備23のドレンは、第一蒸気トラップ33を介して排出されることにより、フラッシュ蒸気およびその凝縮水となり、熱くみ上げ用熱交換器(7,15,11B,16)に通されて冷却(過冷却を含む)された後、第二蒸気トラップ37から排出される。このような構成の場合、熱くみ上げ用熱交換器(7,15,11B,16)において冷媒に熱を与える流体は、大気圧を超える圧力で、100℃を超える温度に維持できる。なお、第二蒸気トラップ37からの排水は、そのまま捨ててもよいし、ボイラ22および/または蒸気発生用熱交換器(9A,13,5,14)への給水タンク38へ供給してもよいし、このような給水タンク38を介さずに蒸気発生用熱交換器(9A,13,5,14)への給水として用いてもよい。   The first flow path 35 is provided with a heat pump (7, 15, 11B, 16), a second steam trap, and 37 in order from the separator tank 34 side. With this configuration, the drain of the steam using facility 23 is discharged under a low pressure by the first steam trap 33, and then passes through the heat pump for heat pumping (7, 15, 11B, 16). The gas is further discharged under a low pressure (typically atmospheric pressure) by the two vapor trap 37. That is, the drain of the steam use facility 23 is discharged through the first steam trap 33 to become flash steam and its condensed water, and is passed through the heat pump for heat pumping (7, 15, 11B, 16). After being cooled (including supercooling), it is discharged from the second steam trap 37. In such a configuration, the fluid that gives heat to the refrigerant in the heat pump for heat pumping (7, 15, 11B, 16) can be maintained at a temperature exceeding 100 ° C. at a pressure exceeding atmospheric pressure. The waste water from the second steam trap 37 may be discarded as it is, or may be supplied to the water supply tank 38 to the boiler 22 and / or the steam generating heat exchanger (9A, 13, 5, 14). However, the steam supply heat exchanger (9A, 13, 5, 14) may be used as water supply without using the water supply tank 38.

一方、第二流路36には、排出弁39が設けられる。排出弁39は、図示例では自力式の減圧弁(一次圧力調整弁)とされる。このような構成であるから、蒸気使用設備23のドレンは、第一蒸気トラップ33により低圧下に排出された後、排出弁39によりさらに低圧下(典型的には大気圧下)に排出可能とされる。そして、排出弁39からの流体は、そのまま捨ててもよいし、ボイラ22および/または蒸気発生用熱交換器(9A,13,5,14)への給水タンク38へ供給してもよいし、このような給水タンク38を介さずに蒸気発生用熱交換器(9A,13,5,14)への給水として用いてもよい。   On the other hand, the second flow path 36 is provided with a discharge valve 39. In the illustrated example, the discharge valve 39 is a self-reducing pressure reducing valve (primary pressure regulating valve). With such a configuration, the drain of the steam using facility 23 can be discharged to a lower pressure (typically atmospheric pressure) by the discharge valve 39 after being discharged to a lower pressure by the first steam trap 33. Is done. Then, the fluid from the discharge valve 39 may be discarded as it is, or may be supplied to the water supply tank 38 to the boiler 22 and / or the heat exchanger (9A, 13, 5, 14) for generating steam, You may use as water supply to the heat exchanger (9A, 13, 5, 14) for steam generation, without passing through such a water supply tank 38. FIG.

さらに、緊急時や停電時のために、第一流路35には、セパレータタンク34と熱くみ上げ用熱交換器(7,15,11B,16)との間に、ノーマルクローズド型の電磁弁40を設ける一方、第二流路36には、排出弁39と並行に、ノーマルオープン型の電磁弁41を設けるのが好ましい。この場合、通常時には、第一流路35の電磁弁40は開かれた状態に維持され、第二流路36の電磁弁41は閉じられた状態に維持される。そして、緊急時や停電時には、第一流路35の電磁弁40が閉じられ、第二流路36の電磁弁41が開かれるので、蒸気使用設備23からのドレンは、熱くみ上げ用熱交換器(7,15,11B,16)を介さずに排出される。   Further, in case of an emergency or power failure, a normally closed electromagnetic valve 40 is provided in the first flow path 35 between the separator tank 34 and the heat pump for heat pumping (7, 15, 11B, 16). On the other hand, the second flow path 36 is preferably provided with a normally open electromagnetic valve 41 in parallel with the discharge valve 39. In this case, normally, the electromagnetic valve 40 of the first flow path 35 is maintained in an open state, and the electromagnetic valve 41 of the second flow path 36 is maintained in a closed state. In an emergency or a power failure, the electromagnetic valve 40 in the first flow path 35 is closed and the electromagnetic valve 41 in the second flow path 36 is opened, so that the drain from the steam use facility 23 is heated by a heat exchanger for heat pumping ( 7, 15, 11B, 16) without discharging.

蒸気発生用熱交換器(9A,13,5,14)へは、純水もしくは軟水、蒸気使用設備23からのドレン、またはこのようなドレンと純水もしくは軟水との混合水が供給される。そのための給水系統は特に問わないが、たとえば、以下の構成とすることができる。なお、蒸気使用設備23からのドレンは、液体のみの状態の他、気液二相の状態(大気圧を超える状態のドレンをそれより低圧下に放出した場合に生じるフラッシュ蒸気とその凝縮水)であってもよい。
(A)二点鎖線Aで示すように、セパレータタンク34で分離された液体からなるドレンを、排出弁39より上流側から、給水ポンプ24の入口側へ供給する。
(B)二点鎖線Bで示すように、熱くみ上げ用熱交換器(7,15,11B,16)を通過後のドレンを、第二蒸気トラップ37より上流側から、給水ポンプ24の入口側へ供給する。なお、熱くみ上げ用熱交換器(7,15,11B,16)は複数の熱交換器から構成されるが、二点鎖線B´で示すように、一部の熱交換器を通過後にドレンを分岐させて、給水ポンプ24の入口側へ供給してもよい。
(C)二点鎖線Cで示すように、熱くみ上げ用熱交換器(7,15,11B,16)を通過後のドレンを、第二蒸気トラップ37より下流側から、給水ポンプ24の入口側へ供給する。
(D)図13下部の破線領域に示すように、第二蒸気トラップ37からのドレン、および/または、排出弁39からのドレンなどを、一旦、給水タンク38に溜め、この給水タンク38内の水を、給水ポンプ24の入口側へ供給する。給水タンク38には、蒸気使用設備23からのドレンの他、純水または軟水が適宜供給されてもよい。
(E)前記A〜Dのいずれか二以上の組合せでもよい。この場合、二以上の給水路が合流して蒸気発生用熱交換器(9A,13,5,14)へ給水されるが、各給水路内の圧力が異なる場合には、各給水路が合流した後に給水ポンプ24を設けるのではなく、合流部より手前において各給水路に給水ポンプを設ければよい。
The steam generating heat exchanger (9A, 13, 5, 14) is supplied with pure water or soft water, drain from the steam using facility 23, or mixed water of such drain and pure water or soft water. Although the water supply system for that is not particularly limited, for example, the following configuration can be adopted. It should be noted that the drain from the steam using equipment 23 is in a liquid-only state or in a gas-liquid two-phase state (flash steam and its condensed water generated when a drain exceeding the atmospheric pressure is discharged under a lower pressure). It may be.
(A) As indicated by a two-dot chain line A, the drain consisting of the liquid separated in the separator tank 34 is supplied from the upstream side of the discharge valve 39 to the inlet side of the water supply pump 24.
(B) As shown by a two-dot chain line B, the drain after passing through the heat exchanger (7, 15, 11B, 16) for hot pumping is supplied from the upstream side of the second steam trap 37 to the inlet side of the feed water pump 24. To supply. The heat pump for heat pumping (7, 15, 11B, 16) is composed of a plurality of heat exchangers, but as shown by a two-dot chain line B ′, the drain is passed through a part of the heat exchangers. It may be branched and supplied to the inlet side of the water supply pump 24.
(C) As shown by a two-dot chain line C, the drain after passing through the heat exchanger (7, 15, 11B, 16) for hot pumping is supplied from the downstream side of the second steam trap 37 to the inlet side of the feed water pump 24. To supply.
(D) As shown in the broken line area at the bottom of FIG. 13, the drain from the second steam trap 37 and / or the drain from the discharge valve 39 is once accumulated in the water supply tank 38, Water is supplied to the inlet side of the feed pump 24. In addition to the drain from the steam use facility 23, pure water or soft water may be appropriately supplied to the water supply tank 38.
(E) Any two or more combinations of A to D may be used. In this case, two or more water supply channels join together to supply water to the steam generating heat exchangers (9A, 13, 5, 14). However, if the pressure in each water supply channel is different, each water supply channel joins However, instead of providing the water supply pump 24, a water supply pump may be provided in each water supply channel before the junction.

蒸気発生用熱交換器(9A,13,5,14)からの蒸気とボイラ22からの蒸気との合流蒸気の圧力を検出可能な位置には、圧力センサからなる第一センサ42が設けられる。また、熱くみ上げ用熱交換器(7,15,11B,16)を通過する流体の圧力または温度を検出可能に、圧力センサまたは温度センサからなる第二センサ43が設けられる。そして、蒸気発生システム1は、第一センサ42と第二センサ43との一方または双方の検出値に基づき制御される。   A first sensor 42 including a pressure sensor is provided at a position where the pressure of the combined steam of the steam from the steam generating heat exchanger (9A, 13, 5, 14) and the steam from the boiler 22 can be detected. Moreover, the 2nd sensor 43 which consists of a pressure sensor or a temperature sensor is provided so that the pressure or temperature of the fluid which passes the heat exchanger (7, 15, 11B, 16) for hot pumping up can be detected. The steam generation system 1 is controlled based on one or both of the detected values of the first sensor 42 and the second sensor 43.

たとえば、第一センサ42の検出圧力に基づき、各最上段のヒートポンプの圧縮機(第一ヒートポンプ2の圧縮機4、第二ヒートポンプ3の上段の圧縮機8A)を制御すると共に、それより下段の各ヒートポンプの圧縮機(第二ヒートポンプ3の下段の圧縮機8B)は、その段の凝縮器9Bまたは一つ上段の蒸発器11Aの冷媒の圧力に基づき制御すればよい。   For example, based on the detected pressure of the first sensor 42, the compressors of the uppermost heat pumps (the compressor 4 of the first heat pump 2 and the upper compressor 8 </ b> A of the second heat pump 3) are controlled. The compressor of each heat pump (the lower compressor 8B of the second heat pump 3) may be controlled based on the refrigerant pressure of the condenser 9B of that stage or the evaporator 11A of the upper stage.

あるいは、第二センサ43の検出圧力または検出温度に基づき、各最下段のヒートポンプの圧縮機(第一ヒートポンプ2の圧縮機4、第二ヒートポンプ3の下段の圧縮機8B)を制御すると共に、それより上段の各ヒートポンプの圧縮機(第二ヒートポンプ3の上段の圧縮機8A)は、その段の蒸発器11Aまたは一つ下段の凝縮器9Bの冷媒の圧力または温度に基づき制御すればよい。   Alternatively, based on the detected pressure or detected temperature of the second sensor 43, the compressor of each lowermost heat pump (the compressor 4 of the first heat pump 2, the lower compressor 8B of the second heat pump 3) is controlled, The compressors of the upper heat pumps (the upper compressor 8A of the second heat pump 3) may be controlled based on the refrigerant pressure or temperature of the evaporator 11A of the upper stage or the condenser 9B of the lower stage.

図14は、図13の蒸気システム21の変形例を示す概略図である。図14の蒸気システム21も、基本的には図13と同様である。そこで、以下においては、両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。   FIG. 14 is a schematic diagram showing a modification of the steam system 21 of FIG. The steam system 21 of FIG. 14 is basically the same as that of FIG. Therefore, in the following description, differences between the two will be mainly described, and corresponding portions will be described with the same reference numerals.

本変形例では、蒸気使用設備23のドレンは、一旦、ドレン貯留部としてのバッファタンク44に溜められる。そして、バッファタンク44のドレンは、第一流路35により熱くみ上げ用熱交換器(7,15,11B,16)へ供給可能とされると共に、第三流路45により熱くみ上げ用熱交換器(7,15,11B,16)を介することなく排出可能とされる。   In the present modification, the drain of the steam using facility 23 is temporarily stored in the buffer tank 44 serving as a drain storage unit. The drain of the buffer tank 44 can be supplied to the heat pump for heat pump (7, 15, 11B, 16) by the first flow path 35, and the heat pump for heat pump ( 7, 15, 11B, 16) and can be discharged.

具体的には、バッファタンク44には、下部に第一流路35が接続され、それより上部に第三流路45が接続される。第一流路35には、バッファタンク44の側から順に、導入弁46、熱くみ上げ用熱交換器(7,15,11B,16)および第二蒸気トラップ37が設けられる。導入弁46は、本変形例では自力式の減圧弁(二次圧力調整弁)とされる。   Specifically, a first flow path 35 is connected to the lower part of the buffer tank 44, and a third flow path 45 is connected to the upper part thereof. In the first flow path 35, an introduction valve 46, a heat pump (7, 15, 11B, 16) and a second steam trap 37 are provided in this order from the buffer tank 44 side. In the present modification, the introduction valve 46 is a self-reducing pressure reducing valve (secondary pressure regulating valve).

このような構成であるから、蒸気使用設備23のドレンは、導入弁46により低圧下に排出された後、熱くみ上げ用熱交換器(7,15,11B,16)を通過後に、第二蒸気トラップ37によりさらに低圧下(典型的には大気圧下)に排出される。そして、第二蒸気トラップ37からの排水は、そのまま捨ててもよいし、ボイラ22および/または蒸気発生用熱交換器(9A,13,5,14)への給水タンク38へ供給してもよいし、このような給水タンク38を介さずに蒸気発生用熱交換器(9A,13,5,14)への給水として用いてもよい。   With such a configuration, the drain of the steam using facility 23 is discharged under a low pressure by the introduction valve 46, and then passes through the heat pump for heat pumping (7, 15, 11B, 16), and then the second steam. The trap 37 discharges further under low pressure (typically under atmospheric pressure). The waste water from the second steam trap 37 may be discarded as it is, or may be supplied to the water supply tank 38 to the boiler 22 and / or the steam generating heat exchanger (9A, 13, 5, 14). However, the steam supply heat exchanger (9A, 13, 5, 14) may be used as water supply without using the water supply tank 38.

一方、第三流路45には、第三蒸気トラップ47が設けられる。バッファタンク44に対して第三流路45は第一流路35よりも上方に接続されているので、バッファタンク44からオーバーフローするドレンが第三流路45から排出される。そして、その排水は、第三蒸気トラップ47を介して排出される。そして、第三蒸気トラップ47からの排水は、そのまま捨ててもよいし、ボイラ22および/または蒸気発生用熱交換器(9A,13,5,14)への給水タンク38へ供給してもよいし、このような給水タンク38を介さずに蒸気発生用熱交換器(9A,13,5,14)への給水として用いてもよい。   On the other hand, a third steam trap 47 is provided in the third flow path 45. Since the third flow path 45 is connected to the buffer tank 44 above the first flow path 35, the drain overflowing from the buffer tank 44 is discharged from the third flow path 45. Then, the waste water is discharged through the third steam trap 47. The waste water from the third steam trap 47 may be discarded as it is, or may be supplied to the water supply tank 38 to the boiler 22 and / or the steam generating heat exchanger (9A, 13, 5, 14). However, the steam supply heat exchanger (9A, 13, 5, 14) may be used as water supply without using the water supply tank 38.

さらに、緊急時や停電時のために、第一流路35には、導入弁46とバッファタンク44との間に、ノーマルクローズド型の電磁弁40を設けるのが好ましい。この場合、通常時には、第一流路35の電磁弁40は開かれた状態に維持される。そして、緊急時や停電時には、第一流路35の電磁弁40が閉じられるので、蒸気使用設備23のドレンは、第三流路45により熱くみ上げ用熱交換器(13,9A,14,5)を介さずに排出される。   Furthermore, it is preferable to provide a normally closed electromagnetic valve 40 between the introduction valve 46 and the buffer tank 44 in the first flow path 35 for an emergency or power failure. In this case, normally, the electromagnetic valve 40 of the first flow path 35 is maintained in an open state. In the event of an emergency or a power failure, the solenoid valve 40 of the first flow path 35 is closed, so that the drain of the steam using facility 23 is heated by the third flow path 45 (13, 9A, 14, 5). It is discharged without going through.

本変形例の場合も、蒸気発生用熱交換器(9A,13,5,14)へは、純水もしくは軟水、蒸気使用設備23からのドレン、またはこのようなドレンと純水もしくは軟水との混合水が供給される。そのための給水系統は特に問わないが、たとえば、図13の場合と同様に、以下の構成とすることができる。
(A)二点鎖線Aで示すように、バッファタンク44からのドレンを、導入弁46より上流側(電磁弁40を設ける場合は、それより上流側または下流側のいずれでもよい。)から、給水ポンプ24の入口側へ供給する。
(B)二点鎖線Bで示すように、熱くみ上げ用熱交換器(7,15,11B,16)を通過後のドレンを、第二蒸気トラップ37より上流側から、給水ポンプ24の入口側へ供給する。なお、熱くみ上げ用熱交換器(7,15,11B,16)は複数の熱交換器から構成されるが、二点鎖線B´で示すように、一部の熱交換器を通過後にドレンを分岐させて、給水ポンプ24の入口側へ供給してもよい。
(C)二点鎖線Cで示すように、熱くみ上げ用熱交換器(7,15,11B,16)を通過後のドレンを、第二蒸気トラップ37より下流側から、給水ポンプ24の入口側へ供給する。
(D)図14下部の破線領域に示すように、第二蒸気トラップ37からのドレン、および/または、第三蒸気トラップ47からのドレンなどを、一旦、給水タンク38に溜め、この給水タンク38内の水を、給水ポンプ24の入口側へ供給する。給水タンク38には、蒸気使用設備23からのドレンの他、純水または軟水が適宜供給されてもよい。なお、給水タンク38は、図13の場合もであるが、上方へ開口せず大気圧を超える圧力でドレンを貯留可能としてもよい。
(E)前記A〜Dのいずれか二以上の組合せでもよい。この場合、二以上の給水路が合流して蒸気発生用熱交換器(9A,13,5,14)へ給水されるが、各給水路内の圧力が異なる場合には、各給水路が合流した後に給水ポンプ24を設けるのではなく、合流部より手前において各給水路に給水ポンプを設ければよい。
Also in this modification, the steam generating heat exchanger (9A, 13, 5, 14) is supplied with pure water or soft water, drain from the steam using facility 23, or such drain and pure water or soft water. Mixed water is supplied. Although the water supply system for that is not ask | required in particular, For example, it can be set as the following structures similarly to the case of FIG.
(A) As shown by a two-dot chain line A, drain from the buffer tank 44 is upstream from the introduction valve 46 (in the case where the electromagnetic valve 40 is provided, it may be either upstream or downstream from it). Supply to the inlet side of the feed water pump 24.
(B) As shown by a two-dot chain line B, the drain after passing through the heat exchanger (7, 15, 11B, 16) for hot pumping is supplied from the upstream side of the second steam trap 37 to the inlet side of the feed water pump 24. To supply. The heat pump for heat pumping (7, 15, 11B, 16) is composed of a plurality of heat exchangers, but as shown by a two-dot chain line B ′, the drain is passed through a part of the heat exchangers. It may be branched and supplied to the inlet side of the water supply pump 24.
(C) As shown by a two-dot chain line C, the drain after passing through the heat exchanger (7, 15, 11B, 16) for hot pumping is supplied from the downstream side of the second steam trap 37 to the inlet side of the feed water pump 24. To supply.
(D) As shown in the broken line area at the bottom of FIG. 14, the drain from the second steam trap 37 and / or the drain from the third steam trap 47 and the like are once stored in the water tank 38. The water inside is supplied to the inlet side of the water supply pump 24. In addition to the drain from the steam use facility 23, pure water or soft water may be appropriately supplied to the water supply tank 38. Although the water supply tank 38 is also in the case of FIG. 13, it may be possible to store drainage at a pressure exceeding the atmospheric pressure without opening upward.
(E) Any two or more combinations of A to D may be used. In this case, two or more water supply channels join together to supply water to the steam generating heat exchangers (9A, 13, 5, 14). However, if the pressure in each water supply channel is different, each water supply channel joins However, instead of providing the water supply pump 24, a water supply pump may be provided in each water supply channel before the junction.

本発明の蒸気発生システム1は、前記各実施例の構成に限らず、適宜変更可能である。たとえば、蒸気発生システム1の適用例として、図13および図14に示す蒸気システム21を用いたが、これ以外のシステムにも適用可能なことは言うまでもない。また、蒸気発生システム1の熱源として、蒸気使用設備23からのドレンを用いた例を説明したが、ドレンに限らず、たとえば、ボイラなどからの排ガス、その排ガスの冷却水として用いた水、工場などから排出される排温水、圧縮機の冷却水として用いた水、エンジン(圧縮機などの駆動装置)のオイルクーラにおいて冷却水として用いた水、エンジンのジャケットの冷却水として用いた水などを用いてもよい。   The steam generation system 1 of the present invention is not limited to the configuration of each of the above embodiments, and can be changed as appropriate. For example, as an application example of the steam generation system 1, the steam system 21 shown in FIGS. 13 and 14 is used, but it goes without saying that the system can be applied to other systems. Moreover, although the example which used the drain from the steam use equipment 23 was demonstrated as a heat source of the steam generation system 1, it is not restricted to a drain, For example, the water used as the exhaust water from a boiler etc., the cooling water of the exhaust gas, a factory Waste water discharged from the water, water used as cooling water for compressors, water used as cooling water in oil coolers of engines (drive devices such as compressors), water used as cooling water for engine jackets, etc. It may be used.

さらに、蒸気発生システム1は、熱源流体の温度を下げながら、その熱で蒸気を発生させる場合に限らない。たとえば、蒸気使用設備23からの排蒸気を熱源流体として用いてもよい。その場合、たとえば図1において、第一ヒートポンプ2の第三サブ熱交換器15および蒸発器7には排蒸気が通され、この蒸発器7を通過後に蒸気トラップ、オリフィスまたは減圧弁により減圧され、第二ヒートポンプ3の第四サブ熱交換器16および最下段の蒸発器11Bに通されてもよい。排蒸気の流路には、第二ヒートポンプ3の最下段の蒸発器11Bの出口側にも蒸気トラップなどを設けてもよいし、設けなくてもよい。つまり、第二ヒートポンプ3の最下段の蒸発器11Bを通過する蒸気は、大気圧を超える状態としてもよいし、大気圧としてもよい。なお、第三サブ熱交換器15および第四サブ熱交換器16の一方または双方は省略可能であることは言うまでもない。   Furthermore, the steam generation system 1 is not limited to the case where steam is generated by the heat while lowering the temperature of the heat source fluid. For example, exhaust steam from the steam use facility 23 may be used as the heat source fluid. In that case, for example, in FIG. 1, exhaust steam is passed through the third sub heat exchanger 15 and the evaporator 7 of the first heat pump 2, and after passing through the evaporator 7, the pressure is reduced by a steam trap, an orifice or a pressure reducing valve, It may be passed through the fourth sub heat exchanger 16 and the lowermost evaporator 11B of the second heat pump 3. A steam trap or the like may or may not be provided on the outlet side of the lowermost evaporator 11B of the second heat pump 3 in the exhaust steam flow path. That is, the steam passing through the lowermost evaporator 11B of the second heat pump 3 may be in a state exceeding atmospheric pressure or may be atmospheric pressure. Needless to say, one or both of the third sub heat exchanger 15 and the fourth sub heat exchanger 16 can be omitted.

1 蒸気発生システム
2 第一ヒートポンプ
3 第二ヒートポンプ
4 (第一ヒートポンプの)圧縮機
5 (第一ヒートポンプの)凝縮器
6 (第一ヒートポンプの)膨張弁
7 (第一ヒートポンプの)蒸発器
8(8A,8B) (第二ヒートポンプの)圧縮機
9(9A,9B) (第二ヒートポンプの)凝縮器
10(10A,10B) (第二ヒートポンプの)膨張弁
11(11A,11B) (第二ヒートポンプの)蒸発器
12 間接熱交換器
13 第一サブ熱交換器
14 第二サブ熱交換器
15 第三サブ熱交換器
16 第四サブ熱交換器
17 第五サブ熱交換器
18 中間冷却器
19 中間冷却器
21 蒸気システム
23 蒸気使用設備
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Steam generation system 2 1st heat pump 3 2nd heat pump 4 (1st heat pump) compressor 5 (1st heat pump) condenser 6 (1st heat pump) expansion valve 7 (1st heat pump) evaporator 8 ( 8A, 8B) Compressor 9 (9A, 9B) Condenser 10 (10A, 10B) (Second heat pump) Expansion valve 11 (11A, 11B) (Second heat pump) (Second heat pump) Evaporator 12 Indirect heat exchanger 13 First sub heat exchanger 14 Second sub heat exchanger 15 Third sub heat exchanger 16 Fourth sub heat exchanger 17 Fifth sub heat exchanger 18 Intermediate cooler 19 Intermediate Cooler 21 Steam system 23 Steam use equipment

Claims (8)

単段または複数段の第一ヒートポンプと、
この第一ヒートポンプより段数の多い第二ヒートポンプとを備え、
前記第一ヒートポンプの最下段の蒸発器と、前記第二ヒートポンプの最下段の蒸発器とに、熱源流体が順に通され、
前記第一ヒートポンプの最上段の凝縮器と、前記第二ヒートポンプの最上段の凝縮器とにおいて、水を加熱して蒸気を発生させる
ことを特徴とする蒸気発生システム。
A single-stage or multi-stage first heat pump;
With a second heat pump with more stages than this first heat pump,
The heat source fluid is sequentially passed through the lowermost evaporator of the first heat pump and the lowermost evaporator of the second heat pump,
Steam generated by heating water in the uppermost condenser of the first heat pump and the uppermost condenser of the second heat pump.
前記第一ヒートポンプは、単段のヒートポンプから構成され、
前記第二ヒートポンプは、二段のヒートポンプを備え、
前記第一ヒートポンプの蒸発器と、前記第二ヒートポンプの下段の蒸発器とに順に通される熱源流体から熱をくみ上げ、
前記第二ヒートポンプの上段の凝縮器と、前記第一ヒートポンプの凝縮器とにおいて、水を加熱して蒸気を発生させる
ことを特徴とする請求項1に記載の蒸気発生システム。
The first heat pump is composed of a single-stage heat pump,
The second heat pump includes a two-stage heat pump,
Heat is drawn from the heat source fluid that is passed through the evaporator of the first heat pump and the lower evaporator of the second heat pump,
The steam generation system according to claim 1, wherein steam is generated by heating water in the upper condenser of the second heat pump and the condenser of the first heat pump.
前記第二ヒートポンプは、並列に設置された複数のヒートポンプから構成され、
この複数のヒートポンプは、各最下段の蒸発器に熱源流体が順に通され、この熱源流体が通される順に段数が多くなるよう構成され、各最上段の凝縮器において水を加熱して蒸気を発生させる
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の蒸気発生システム。
The second heat pump is composed of a plurality of heat pumps installed in parallel,
The plurality of heat pumps are configured such that the heat source fluid is sequentially passed through each lowermost evaporator and the number of stages is increased in the order in which the heat source fluid is passed. It generates. The steam generation system of Claim 1 or Claim 2 characterized by the above-mentioned.
前記第二ヒートポンプを構成する複数のヒートポンプは、各最下段の蒸発器に熱源流体が順に通され、この熱源流体が通される順に一段ずつ段数が多くなるよう構成され、各最上段の凝縮器において水を加熱して蒸気を発生させる
ことを特徴とする請求項3に記載の蒸気発生システム。
The plurality of heat pumps constituting the second heat pump are configured such that the heat source fluid is sequentially passed through each lowermost evaporator, and the number of stages is increased one by one in the order in which the heat source fluid is passed. The steam generating system according to claim 3, wherein water is heated to generate steam.
前記第一ヒートポンプの最上段の凝縮器と、前記第二ヒートポンプの最上段の凝縮器とにおいて、水を加熱して同一圧力の蒸気を発生させる
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の蒸気発生システム。
The steam at the same pressure is generated by heating water in the uppermost condenser of the first heat pump and the uppermost condenser of the second heat pump. The steam generation system according to item 1.
前記第一ヒートポンプおよび/または前記第二ヒートポンプは、複数段の場合、隣接する段のヒートポンプ同士が次の(a)〜(c)のいずれかの関係で接続される
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の蒸気発生システム。
(a)下段ヒートポンプの圧縮機からの冷媒と上段ヒートポンプの膨張弁からの冷媒とを受けて、両冷媒を混ぜることなく熱交換する間接熱交換器を備え、この間接熱交換器が下段ヒートポンプの凝縮器であると共に上段ヒートポンプの蒸発器である。
(b)下段ヒートポンプの圧縮機からの冷媒と上段ヒートポンプの膨張弁からの冷媒とを受けて、両冷媒を直接に接触させて熱交換する中間冷却器を備え、この中間冷却器が下段ヒートポンプの凝縮器であると共に上段ヒートポンプの蒸発器である。
(c)下段ヒートポンプの圧縮機からの冷媒と上段ヒートポンプの膨張弁からの冷媒とを受けて、両冷媒を直接に接触させて熱交換すると共に、この両冷媒と上段ヒートポンプの凝縮器から膨張弁を介することなく下段ヒートポンプの膨張弁へ供給される冷媒とを混ぜることなく熱交換する中間冷却器を備え、この中間冷却器が下段ヒートポンプの凝縮器であると共に上段ヒートポンプの蒸発器である。
When the first heat pump and / or the second heat pump is a plurality of stages, adjacent stage heat pumps are connected to each other in any one of the following (a) to (c). The steam generation system according to any one of 1 to 5.
(A) An indirect heat exchanger that receives the refrigerant from the compressor of the lower heat pump and the refrigerant from the expansion valve of the upper heat pump and exchanges heat without mixing the two refrigerants is provided. It is a condenser and an evaporator of the upper heat pump.
(B) An intermediate cooler that receives the refrigerant from the compressor of the lower heat pump and the refrigerant from the expansion valve of the upper heat pump and exchanges heat by bringing both refrigerants into direct contact with each other. It is a condenser and an evaporator of the upper heat pump.
(C) The refrigerant from the compressor of the lower heat pump and the refrigerant from the expansion valve of the upper heat pump are received, the two refrigerants are brought into direct contact and heat exchange is performed, and the expansion valve An intermediate cooler that exchanges heat without mixing with the refrigerant supplied to the expansion valve of the lower heat pump without passing through the intermediate heat exchanger is provided, and this intermediate cooler is a condenser of the lower heat pump and an evaporator of the upper heat pump.
次の(a)〜(f)の内、いずれか一以上のサブ熱交換器を備え、
前記第二ヒートポンプの最上段の凝縮器と、第一サブ熱交換器が設置される場合にはその第一サブ熱交換器と、前記第一ヒートポンプの最上段の凝縮器と、第二サブ熱交換器が設置される場合にはその第二サブ熱交換器とへの水や蒸気の流通順序について、第一サブ熱交換器および/または第二サブ熱交換器が設置される場合にはこのサブ熱交換器を前記各ヒートポンプの最上段の凝縮器よりも先になるように設定され、
前記第一ヒートポンプの最下段の蒸発器と、第三サブ熱交換器が設置される場合にはその第三サブ熱交換器と、前記第二ヒートポンプの最下段の蒸発器と、第四サブ熱交換器が設置される場合にはその第四サブ熱交換器とへの熱源流体の流通順序について、前記第二ヒートポンプの最下段の蒸発器が後になるように設定される
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の蒸気発生システム。
(a)前記第二ヒートポンプの最上段の凝縮器から膨張弁への冷媒と水との第一サブ熱交換器。
(b)前記第一ヒートポンプの最上段の凝縮器から膨張弁への冷媒と水との第二サブ熱交換器。
(c)前記第一ヒートポンプの最下段の蒸発器から圧縮機への冷媒と熱源流体との第三サブ熱交換器。
(d)前記第二ヒートポンプの最下段の蒸発器から圧縮機への冷媒と熱源流体との第四サブ熱交換器。
(e)前記第二ヒートポンプが複数段の場合において隣接する段のヒートポンプの冷媒同士を間接熱交換する場合には、下段ヒートポンプの圧縮機から凝縮器への冷媒と上段ヒートポンプの蒸発器から圧縮機への冷媒との第五サブ熱交換器。
(f)前記第一ヒートポンプが複数段の場合において隣接する段のヒートポンプの冷媒同士を間接熱交換する場合には、下段ヒートポンプの圧縮機から凝縮器への冷媒と上段ヒートポンプの蒸発器から圧縮機への冷媒との第六サブ熱交換器。
Among the following (a) to (f), one or more sub heat exchangers are provided,
When the uppermost condenser of the second heat pump and the first sub heat exchanger are installed, the first sub heat exchanger, the uppermost condenser of the first heat pump, and the second sub heat exchanger When the exchanger is installed, the flow order of water and steam to the second sub heat exchanger is determined when the first sub heat exchanger and / or the second sub heat exchanger is installed. The sub heat exchanger is set to precede the condenser at the top of each heat pump,
When the lowermost evaporator of the first heat pump and the third sub heat exchanger are installed, the third sub heat exchanger, the lowermost evaporator of the second heat pump, and the fourth sub heat When the exchanger is installed, the flow order of the heat source fluid to the fourth sub heat exchanger is set so that the lowermost evaporator of the second heat pump comes later. Item 7. The steam generation system according to any one of Items 1 to 6.
(A) A first sub heat exchanger of refrigerant and water from the uppermost condenser of the second heat pump to the expansion valve.
(B) A second sub heat exchanger of refrigerant and water from the uppermost condenser of the first heat pump to the expansion valve.
(C) A third sub heat exchanger for the refrigerant and the heat source fluid from the lowermost evaporator of the first heat pump to the compressor.
(D) A fourth sub heat exchanger for the refrigerant and the heat source fluid from the lowermost evaporator of the second heat pump to the compressor.
(E) In the case where the second heat pump has a plurality of stages, in the case of indirect heat exchange between the refrigerants of the adjacent heat pumps, the refrigerant from the compressor of the lower heat pump to the condenser and the evaporator of the upper heat pump to the compressor The fifth sub heat exchanger with refrigerant to.
(F) In the case where the first heat pump has a plurality of stages, in the case of indirect heat exchange between the refrigerants of the adjacent heat pumps, the refrigerant from the compressor of the lower heat pump to the condenser and the evaporator of the upper heat pump to the compressor The sixth sub heat exchanger with refrigerant to.
前記熱源流体は、蒸気使用設備からのドレンとされる
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の蒸気発生システム。
The steam generation system according to any one of claims 1 to 7, wherein the heat source fluid is drain from a facility using steam.
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