JP2014169824A - Feedwater heating system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ヒートポンプを用いた給水加温システムに関するものである。 The present invention relates to a feed water heating system using a heat pump.
従来、下記特許文献1に開示されるように、ボイラ(24)の給水タンク(23)への給水を、ヒートポンプ(12)を用いて加温できるシステムが知られている。また、出願人は、この従来技術に比べてヒートポンプの効率をさらに向上した給水加温システムを提案し、既に特許出願を済ませている(特願2012−79191)。 Conventionally, as disclosed in Patent Document 1 below, a system capable of heating water supplied to a water supply tank (23) of a boiler (24) using a heat pump (12) is known. In addition, the applicant has proposed a feed water warming system in which the efficiency of the heat pump is further improved as compared with this prior art, and has already filed a patent application (Japanese Patent Application No. 2012-79191).
この出願中の給水加温システムは、ヒートポンプと給水タンクとを備え、給水路を介した給水タンクへの給水は、廃熱回収熱交換器、過冷却器および凝縮器を順に通される。廃熱回収熱交換器は、給水路を介した給水タンクへの給水と、蒸発器を通過後の熱源流体との間接熱交換器であり、過冷却器は、給水路を介した給水タンクへの給水と、凝縮器から膨張弁への冷媒との間接熱交換器である。給水路を介した給水タンクへの給水中、ヒートポンプを運転すると共に、ヒートポンプの凝縮器の出口側水温を設定温度に維持するように、凝縮器への通水量を調整するのが好ましい。 The water supply warming system in this application includes a heat pump and a water supply tank, and water supplied to the water supply tank via the water supply path is sequentially passed through a waste heat recovery heat exchanger, a supercooler, and a condenser. The waste heat recovery heat exchanger is an indirect heat exchanger between the water supply to the water supply tank via the water supply channel and the heat source fluid after passing through the evaporator, and the supercooler to the water supply tank via the water supply channel Indirect heat exchanger between the water supply and the refrigerant from the condenser to the expansion valve. It is preferable to adjust the amount of water flow to the condenser so that the heat pump is operated during water supply to the water supply tank via the water supply path, and the outlet water temperature of the condenser of the heat pump is maintained at the set temperature.
本発明が解決しようとする課題は、ヒートポンプを用いた給水加温システムにおいて、蒸気エンジンを用いて圧縮機を駆動することで、消費電力の削減を図ることにある。 The problem to be solved by the present invention is to reduce power consumption by driving a compressor using a steam engine in a feed water heating system using a heat pump.
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、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が順次環状に接続されて冷媒を循環させ、前記蒸発器に通される熱源流体から熱をくみ上げ、前記凝縮器に通される水を加温するヒートポンプと、廃熱回収熱交換器、過冷却器および前記凝縮器を順に通されて給水路により給水可能な給水タンクと、この給水タンクからの給水を加熱して蒸気にするボイラと、このボイラからの蒸気を用いて動力を起こす蒸気エンジンとを備え、前記廃熱回収熱交換器は、前記給水路を介した前記給水タンクへの給水と、前記蒸発器を通過後の熱源流体との間接熱交換器であり、前記過冷却器は、前記給水路を介した前記給水タンクへの給水と、前記凝縮器から前記膨張弁への冷媒との間接熱交換器であり、前記蒸気エンジンにより前記圧縮機を駆動することを特徴とする給水加温システムである。 The present invention has been made to solve the above problems, and the invention according to claim 1 is characterized in that a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator are sequentially connected in an annular manner to circulate a refrigerant, and the evaporation. Heat is pumped from the heat source fluid that is passed through the condenser, and the heat pump that heats the water that is passed through the condenser, the waste heat recovery heat exchanger, the supercooler, and the condenser are passed through the water supply passage in order. A water supply tank, a boiler that heats the water supplied from the water supply tank to steam, and a steam engine that uses the steam from the boiler to generate power, and the waste heat recovery heat exchanger includes the water supply An indirect heat exchanger for supplying water to the water supply tank via a channel and a heat source fluid after passing through the evaporator, the supercooler supplying water to the water tank via the water supply channel, Between the refrigerant from the condenser to the expansion valve A heat exchanger, a water heating system, characterized by driving the compressor by the steam engine.
請求項1に記載の発明によれば、給水路を介した給水タンクへの給水は、廃熱回収熱交換器、過冷却器および凝縮器を順に通される一方、ヒートポンプの熱源流体は、蒸発器および廃熱回収熱交換器を順に通される。蒸発器を通過後の熱源流体の熱や、凝縮器を通過後の冷媒の熱を用いて、凝縮器への給水を予熱しておくことで、ヒートポンプの効率を向上することができる。また、ヒートポンプの圧縮機は、蒸気エンジンにより駆動されるので、消費電力の削減を図ることができる。 According to the first aspect of the present invention, water supplied to the water supply tank via the water supply passage is sequentially passed through the waste heat recovery heat exchanger, the subcooler, and the condenser, while the heat source fluid of the heat pump is evaporated. Through the heat exchanger and the waste heat recovery heat exchanger. The efficiency of the heat pump can be improved by preheating the feed water to the condenser using the heat of the heat source fluid after passing through the evaporator and the heat of the refrigerant after passing through the condenser. Moreover, since the compressor of the heat pump is driven by a steam engine, it is possible to reduce power consumption.
請求項2に記載の発明は、前記蒸気エンジンで使用後の蒸気は、次の(a)〜(c)の内、いずれかに用いられることを特徴とする請求項1に記載の給水加温システムである。
(a)前記蒸気エンジンで使用後の蒸気は、前記給水路または前記給水タンク内に噴き込まれるか、前記給水路または前記給水タンク内の水と間接熱交換して、前記給水路または前記給水タンク内の水を加温する。
(b)前記蒸気エンジンで使用後の蒸気は、前記蒸発器より上流側において、熱源流体に噴き込まれるか、熱源流体と間接熱交換して、熱源流体を加温する。
(c)前記蒸気エンジンで使用後の蒸気は、そのまままたは昇圧されて、蒸気使用設備へ供給される。
Invention of
(A) Steam after use in the steam engine is injected into the water supply channel or the water supply tank, or indirectly exchanges heat with water in the water supply channel or the water supply tank, so that the water supply channel or the water supply water is supplied. Warm the water in the tank.
(B) The steam after use in the steam engine is injected into the heat source fluid or indirectly heat-exchanged with the heat source fluid on the upstream side of the evaporator to heat the heat source fluid.
(C) The steam after use in the steam engine is supplied to the steam using facility as it is or after being pressurized.
請求項2に記載の発明によれば、蒸気エンジンで使用後の蒸気を用いて、(a)給水タンクへの給水または給水タンク内の貯留水を加温したり、(b)蒸発器への熱源流体を加温したり、(c)蒸気使用設備への蒸気を確保したりすることができる。
According to invention of
請求項3に記載の発明は、前記給水路を介した前記給水タンクへの給水中、前記ヒートポンプを運転すると共に、前記ヒートポンプの凝縮器の出口側水温を設定温度に維持するように、前記凝縮器への通水量を調整することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の給水加温システムである。
According to a third aspect of the present invention, the water is supplied to the water supply tank via the water supply channel, the heat pump is operated, and the outlet side water temperature of the condenser of the heat pump is maintained at a set temperature. The feed water warming system according to
請求項3に記載の発明によれば、給水路を介した給水タンクへの給水中、凝縮器の出口側水温を設定温度に維持するように、凝縮器への通水量(給水路を介した給水タンクへの給水流量)を調整することで、給水源の水温や熱源流体の温度に拘わらず、所望温度の温水を得ることができる。さらに、凝縮器の出口側水温を設定温度に維持するために、ヒートポンプを制御するのではなく、凝縮器への通水量を制御するので、ヒートポンプを高効率な高負荷で運転したり、給水タンクの水位などに応じて負荷調整したりできる。 According to the third aspect of the present invention, the amount of water flow to the condenser (via the water supply channel) is maintained so that the water temperature on the outlet side of the condenser is maintained at the set temperature during the water supply to the water supply tank via the water supply channel. Regardless of the water temperature of the water supply source or the temperature of the heat source fluid, hot water having a desired temperature can be obtained by adjusting the water supply flow rate to the water supply tank. In addition, in order to maintain the outlet water temperature of the condenser at the set temperature, the heat pump is not controlled, but the amount of water flow to the condenser is controlled, so that the heat pump can be operated with a high efficiency and high load, The load can be adjusted according to the water level.
請求項4に記載の発明は、前記給水タンクの水位に基づき、前記蒸気エンジンへの給蒸を制御することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の給水加温システムである。
Invention of
請求項4に記載の発明によれば、給水タンクの水位に基づいて、蒸気エンジンへの給蒸を制御してヒートポンプの出力を変更することができる。 According to the fourth aspect of the present invention, the output of the heat pump can be changed by controlling the steam supply to the steam engine based on the water level of the water supply tank.
さらに、請求項5に記載の発明は、前記給水路を介した前記給水タンクへの給水中、給水流量を所定に保持した状態で、前記ヒートポンプの凝縮器出口側の水温または圧縮機出口側の冷媒圧力もしくは冷媒温度に基づき、前記蒸気エンジンへの給蒸を制御することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の給水加温システムである。
Further, the invention according to
請求項5に記載の発明によれば、給水路を介した給水タンクへの給水中、ヒートポンプの凝縮器出口側の水温に基づき、蒸気エンジンへの給蒸を制御してヒートポンプの出力を調整することで、所望温度の温水を得ることができる。また、圧縮機出口側の冷媒圧力もしくは冷媒温度に基づき制御しても、凝縮器における冷媒温度を所望に維持して、結果として所望温度の温水を得ることができる。 According to the fifth aspect of the present invention, the water supply to the water supply tank through the water supply channel, the steam supply to the steam engine is controlled based on the water temperature on the condenser outlet side of the heat pump, and the output of the heat pump is adjusted. Thus, hot water having a desired temperature can be obtained. Moreover, even if it controls based on the refrigerant | coolant pressure or refrigerant | coolant temperature by the side of a compressor, the refrigerant | coolant temperature in a condenser can be maintained as desired, and hot water of desired temperature can be obtained as a result.
本発明によれば、ヒートポンプを用いた給水加温システムにおいて、蒸気エンジンを用いて圧縮機を駆動することで、消費電力の削減を図ることができる。 According to the present invention, in a feed water warming system using a heat pump, power consumption can be reduced by driving a compressor using a steam engine.
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。
図1は、本発明の給水加温システム1の一実施例を示す概略図である。
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of a feed water warming system 1 of the present invention.
本実施例の給水加温システム1は、ボイラ2の給水タンク3への給水をヒートポンプ4で加温できるシステムであり、ボイラ2への給水を貯留する給水タンク3と、この給水タンク3への給水を貯留する補給水タンク5と、この補給水タンク5から給水タンク3への給水を加温するヒートポンプ4と、このヒートポンプ4の熱源としての熱源水(たとえば廃温水)を貯留する熱源水タンク6とを備える。
The feed water warming system 1 of the present embodiment is a system that can heat the feed water to the feed water tank 3 of the
ボイラ2は、蒸気ボイラであり、給水タンク3からの給水を加熱して蒸気にする。ボイラ2は、典型的には、蒸気の圧力を所望に維持するように、燃焼量を調整される。また、ボイラ2は、缶体内の水位を所望に維持するように、給水タンク3からボイラ2への給水路またはボイラ2の内部に設けたポンプ7が制御される。ボイラ2からの蒸気は、各種の蒸気使用設備へ送られるが、蒸気使用設備からのドレン(蒸気の凝縮水)を給水タンク3へ戻してもよい。詳細は後述するが、この種の蒸気使用設備の一つとして、ヒートポンプ4を駆動するための蒸気エンジン(スチームモータ)8がある。
The
給水タンク3は、補給水タンク5から、ヒートポンプ4を介して給水路9により給水可能であると共に、ヒートポンプ4を介さずに補給水路10により給水可能である。給水路9に設けた給水ポンプ11と、補給水路10に設けた補給水ポンプ12との作動を制御することで、給水路9と補給水路10との内、いずれか一方または双方を介して、補給水タンク5から給水タンク3へ給水可能である。
The water supply tank 3 can supply water from the make-
給水ポンプ11は、本実施例では、インバータにより回転数を制御可能とされる。給水ポンプ11の回転数を変更することで、給水路9を介した給水タンク3への給水流量を調整することができる。一方、補給水ポンプ12は、本実施例では、オンオフ制御される。
In this embodiment, the
補給水タンク5は、給水タンク3への給水を貯留する。補給水タンク5への給水として、本実施例では軟水が用いられる。すなわち、軟水器(図示省略)にて水中の硬度分を除去された軟水は、補給水タンク5に供給され貯留される。補給水タンク5の水位に基づき軟水器からの給水を制御することで、補給水タンク5の水位は所望に維持される。
The
ヒートポンプ4は、蒸気圧縮式のヒートポンプであり、圧縮機13、凝縮器14、膨張弁15および蒸発器16が順次環状に接続されて構成される。そして、圧縮機13は、ガス冷媒を圧縮して高温高圧にする。また、凝縮器14は、圧縮機13からのガス冷媒を凝縮液化する。さらに、膨張弁15は、凝縮器14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16は、膨張弁15からの冷媒の蒸発を図る。
The
従って、ヒートポンプ4は、蒸発器16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14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、本実施例では、ヒートポンプ4は、蒸発器16において、熱源水から熱をくみ上げ、凝縮器14において、給水路9の水を加温する。
Therefore, in the
ヒートポンプ4は、さらに、凝縮器14と膨張弁15との間に、過冷却器17を備えるのが好ましい。過冷却器17は、凝縮器14から膨張弁15への冷媒と、凝縮器14への給水との間接熱交換器である。過冷却器17により、凝縮器14への給水で、凝縮器14から膨張弁15への冷媒を過冷却することができると共に、凝縮器14から膨張弁15への冷媒で、凝縮器14への給水を加温することができる。ヒートポンプ4の冷媒は、好適には、凝縮器14において潜熱を放出し、過冷却器17において顕熱を放出する。
It is preferable that the
つまり、凝縮器14において、ガス冷媒は凝縮して液冷媒となり、その液冷媒が過冷却器17に供給されて、過冷却器17において、液冷媒はさらに冷却(過冷却)される。冷媒の凝縮用と過冷却用とで熱交換器を分けることで、熱交換器の設計が容易となり、熱交換器を簡易な構造で小型化でき、コスト削減を図ることができる。また、汎用の熱交換器の利用も可能となる。
That is, in the
その他、ヒートポンプ4には、圧縮機13の入口側にアキュムレータを設置したり、圧縮機13の出口側に油分離器を設置したり、凝縮器14の出口側(凝縮器14と過冷却器17との間)に受液器を設置したりしてもよい。
In addition, in the
ヒートポンプ4の圧縮機13は、蒸気エンジン8により駆動される。本実施例では、ヒートポンプ4の圧縮機13は、蒸気エンジン8のみで駆動されるが、場合により、蒸気エンジン8に加えて電気モータでも駆動可能とされてもよい。その場合、蒸気エンジン8と電気モータとの駆動割合を適宜に調整すればよい。
The
蒸気エンジン8は、蒸気を用いて動力を起こす装置である。蒸気エンジン8には、給蒸路18を介して蒸気が供給され、排蒸路19を介して蒸気が排出される。蒸気エンジン8への蒸気として、ボイラ2からの蒸気を用いることができる。
The
蒸気エンジン8への給蒸路18には、給蒸弁20が設けられている。給蒸弁20の開閉を切り替えて、蒸気エンジン8ひいてはヒートポンプ4(圧縮機13)の作動の有無を切り替えることができる。また、給蒸弁20の開度を調整することで、蒸気エンジン8ひいてはヒートポンプ4(圧縮機13)の出力を調整することができる。なお、ボイラ2から蒸気エンジン8への給蒸路18には、所望により、蒸気ヘッダを設けたり、減圧弁を設けたりしてもよいことは言うまでもない。また、蒸気エンジン8への給蒸制御は、場合により、排蒸路19に設けた弁により行ってもよい。
A
蒸気エンジン8で使用後の蒸気は、排蒸路19を介して導出され、たとえば、次のとおり用いることができる。
The steam after use in the
(A)実線Aに示すように、給水路9の内、凝縮器14より下流において、給水路9内に蒸気エンジン8からの蒸気を噴き込むか、給水路9の水と蒸気エンジン8からの蒸気とを間接熱交換して、給水路9を介した給水タンク3への給水を加温する。
(A) As shown by the solid line A, the steam from the
(B)二点鎖線Bに示すように、給水タンク3内に蒸気エンジン8からの蒸気を噴き込むか、給水タンク3内の水と蒸気エンジン8からの蒸気とを間接熱交換して、給水タンク3内の貯留水を加温する。
(B) As shown by a two-dot chain line B, water from the
(C)二点鎖線Cに示すように、熱源水タンク6内に蒸気エンジン8からの蒸気を噴き込むか、熱源水タンク6内の熱源水と蒸気エンジン8からの蒸気とを間接熱交換して、熱源水タンク6内の熱源水を加温する。但し、このような熱源水の加温は、熱源水タンク6ではなく、熱源水タンク6から蒸発器16への熱源供給路21において行ってもよい。つまり、熱源供給路21の内、蒸発器16より上流において、熱源供給路21内に蒸気エンジン8からの蒸気を噴き込むか、熱源供給路21の熱源水と蒸気エンジン8からの蒸気とを間接熱交換して、熱源供給路21を介した蒸発器16への熱源水を加温してもよい。
(C) As indicated by a two-dot chain line C, the steam from the
(D)二点鎖線Dに示すように、蒸気エンジン8で使用後の蒸気を、排蒸路19を介してそのまま蒸気使用設備へ供給するか、蒸気エゼクタなどにより昇圧して蒸気使用設備へ供給する。この際、蒸気ヘッダを介してもよいことは勿論である。
(D) As shown by a two-dot chain line D, the steam after use in the
給水加温システム1は、さらに、廃熱回収熱交換器22を備えるのが好ましい。この廃熱回収熱交換器22は、過冷却器17への給水と、蒸発器16を通過後の熱源水との間接熱交換器である。従って、給水路9の水は、廃熱回収熱交換器22、過冷却器17および凝縮器14へと順に通されることになる。一方、熱源水タンク6の熱源水は、熱源供給路21を介して、蒸発器16を通された後、廃熱回収熱交換器22に通される。
It is preferable that the feed water heating system 1 further includes a waste heat
熱源水タンク6は、ヒートポンプ4の熱源としての熱源水を貯留する。熱源水とは、たとえば廃温水(工場などから排出される温水)である。なお、熱源水タンク6には、熱源水の供給路23が設けられると共に、所定以上の水をあふれさせるオーバーフロー路24が設けられている。
The heat
熱源水タンク6の熱源水は、熱源供給路21を介して、ヒートポンプ4の蒸発器16を通された後、廃熱回収熱交換器22を通される。熱源供給路21には、蒸発器16より上流側に熱源供給ポンプ25が設けられており、この熱源供給ポンプ25を作動させることで、熱源水タンク6からの熱源水を、蒸発器16と廃熱回収熱交換器22とに順に通すことができる。
The heat source water in the heat
蒸発器16を先に通した後に廃熱回収熱交換器22に熱源水を通すことで、廃熱回収熱交換器22を先に通した後に蒸発器16に熱源水を通す場合と比較して、蒸発器16における冷媒の蒸発温度(つまり蒸発圧力)を高めることができ、圧縮機13の圧力比を小さくすることができ、省エネルギーを図ることができる。
By passing the heat source water through the waste heat
給水路9には、凝縮器14の出口側に、出湯温度センサ26が設けられる。出湯温度センサ26は、凝縮器14を通過後の水温を検出する。出湯温度センサ26の検出温度に基づき、給水ポンプ11が制御される。ここでは、給水ポンプ11は、出湯温度センサ26の検出温度を設定温度(出湯温度設定値)に維持するようにインバータ制御される。つまり、給水路9を介した給水タンク3への給水は、出湯温度センサ26の検出温度を設定温度に維持するように、流量が調整される。
In the water supply passage 9, a hot
給水タンク3には、水位検出器27が設けられる。この水位検出器27は、その構成を特に問わず、たとえば、電極式水位検出器または静電容量式水位検出器を用いることができる。
A
熱源水タンク6には、熱源水の有無を確認するために、水位検出器28が設けられる。この水位検出器28は、その構成を特に問わないが、本実施例では電極式水位検出器とされる。この場合、熱源水タンク6には、低水位検出電極棒29が差し込まれており、熱源水の水位が設定を下回っていないかを監視する。
The heat
熱源水タンク6には、熱源水の温度を検出する熱源温度センサ30が設けられる。但し、熱源温度センサ30は、熱源水タンク6から蒸発器16への熱源供給路21に設けてもよい。
The heat
次に、本実施例の給水加温システム1の制御(運転方法)について説明する。以下に説明する一連の制御は、図示しない制御器を用いて自動でなされる。 Next, control (operation method) of the feed water heating system 1 of the present embodiment will be described. A series of control described below is automatically performed using a controller (not shown).
給水タンク3には、給水路9を介して給水可能であると共に補給水路10を介しても給水可能であるが、通常は、給水路9を介した給水が優先されるように制御されるのが好ましい。たとえば、給水タンク3の水位を設定範囲に維持するように、給水路9を介した給水を制御するが、それでは給水タンク3の水位が設定範囲を維持できない場合には、補給水路10を介しても給水タンク3へ給水するのが好ましい。このような制御は、給水タンク3に設けた水位検出器27の検出信号に基づき、給水ポンプ11と補給水ポンプ12とを制御することで行うことができる。
Although it is possible to supply water to the water supply tank 3 via the water supply channel 9 and also to supply water via the
給水路9を介した給水中、ヒートポンプ4を運転すると共に、熱源供給ポンプ25を作動させる。ヒートポンプ4は、その圧縮機13の作動の有無により、運転と停止が切り替えられる。また、ヒートポンプ4は、給水タンク3の水位に基づき出力を制御されるのがよい。
During the water supply through the water supply path 9, the
ヒートポンプ4の発停や出力の制御は、前述したように、給蒸弁20による蒸気エンジン8への給蒸を制御することで行われる。給水タンク3内の水位が低いほど、蒸気エンジン8ひいてはヒートポンプ4の出力を上げるように、給蒸弁20の開度を調整するのがよい。この際、蒸気エンジン8の出力は、段階的に切り替えてもよいし、連続的に調整してもよい。たとえば、ヒートポンプ4は、高負荷運転(典型的には全負荷運転=100%出力)、低負荷運転(たとえば50%出力)および停止(0%出力)の三位置で制御される。
As described above, the start and stop of the
給水路9を介した給水中、給水ポンプ11は、出湯温度センサ26の検出温度を設定温度に維持するように、回転数をインバータ制御される。その結果、ヒートポンプ4の出力が大きいほど多い流量で、給水路9を介して給水タンク3へ給水可能となる。
During the water supply through the water supply path 9, the
ヒートポンプ4を運転して、補給水タンク5から給水路9を介して給水タンク3へ給水する際、補給水タンク5からの給水は、廃熱回収熱交換器22、過冷却器17および凝縮器14により徐々に加温されて、設定温度で給水タンク3へ供給される。給水タンク3とヒートポンプ4(凝縮器14)との間で水を循環させる場合と比較して、補給水タンク5から給水タンク3への一回の通過(ワンススルー)で給水を加温するので、ヒートポンプ4を通過する前後の給水の温度差を確保して、ヒートポンプ4の成績係数(COP)の向上を図ることができる。また、各熱交換器をコンパクトに構成することもできる。
When the
また、ヒートポンプ4の運転中、つまり給水路9を介した給水タンク3への給水中、熱源水タンク6の水温を熱源温度センサ30で監視して、その温度に基づきヒートポンプ4の出力を調整してもよい。ヒートポンプ4の熱源としての熱源水の温度が高温なほど、ヒートポンプ4の出力を下げることができる。熱源水の温度を考慮してヒートポンプ4の出力を調整することで、熱源水の温度変化に拘わらず、給水路9を介した給水タンク3への給水流量を安定させることができる。
Further, during operation of the
さらに、ヒートポンプ4の運転中、熱源水タンク6の水位が下がり、低水位検出電極棒29が水位を検知しなくなると、ヒートポンプ4の運転を停止すると共に、熱源供給ポンプ25を停止して蒸発器16への熱源水の供給を停止するのがよい。これにより、ヒートポンプ4を無駄に運転するのが防止される。また、同様に、ヒートポンプ4の運転中(つまり給水路9を介した給水タンク3への給水制御中)、万一、給水路9を通る給水の量が設定を下回ると、ヒートポンプ4の運転を停止すると共に、熱源供給ポンプ25を停止して蒸発器16への熱源水の供給を停止するのがよい。
Further, when the water level of the heat
さて、以上の実施例では、給水路9を介した給水タンク3への給水中、ヒートポンプ4を運転すると共に、出湯温度センサ26の検出温度を設定温度に維持するように、給水ポンプ11をインバータ制御して、給水路9を介した給水タンク3への給水流量を調整した。また、その際、好ましくは、給水タンク3の水位に基づいて、蒸気エンジン8への給蒸量を調整して、蒸気エンジン8による圧縮機13の負荷を調整した。但し、このような制御に代えて、次のような制御を行ってもよい。
In the above embodiment, the
すなわち、給水路9を介した給水タンク3への給水中、給水ポンプ11による給水路9を介した給水タンク3への給水流量を所定の一定流量に保持した状態で、ヒートポンプ4の凝縮器14出口側の水温または圧縮機13出口側の冷媒圧力もしくは冷媒温度に基づき、蒸気エンジン8への給蒸量を調整してもよい。具体的には、出湯温度センサ26の検出温度を設定温度に維持するように、給蒸弁20を制御するか、圧縮機13の出口側に設けた圧力センサ31または温度センサの検出温度を設定温度に維持するように、給蒸弁20を制御すればよい。凝縮器14出口側の水温に基づく制御は、直接的に所望温度の温水を得る制御となる。また、圧縮機13出口側の冷媒圧力または冷媒温度に基づく制御は、凝縮器14における冷媒の飽和温度を所望に維持し、間接的に所望温度の温水を得る制御となる。
That is, the
本発明の給水加温システム1は、前記実施例の構成に限らず、適宜変更可能である。たとえば、前記実施例では、給水路9を介した給水タンク3への給水流量を調整するために、給水ポンプ11をインバータ制御したが、給水ポンプ11をオンオフ制御しつつ、給水路9に設けたバルブの開度を調整してもよい。つまり、出湯温度センサ26の検出温度などに基づき給水路9を介した給水の流量を調整可能であれば、その流量調整方法は適宜に変更可能である。
The feed water warming system 1 of the present invention is not limited to the configuration of the above embodiment, and can be changed as appropriate. For example, in the above-described embodiment, the
また、ヒートポンプ4は、単段に限らず複数段とすることもできる。ヒートポンプ4を複数段にする場合、隣接する段のヒートポンプ同士は、間接熱交換器を用いて接続されてもよいし、直接熱交換器(中間冷却器)を用いて接続されてもよい。後者の場合、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とされる。このように、複数段(多段)のヒートポンプには、一元多段のヒートポンプの他、複数元(多元)のヒートポンプ、あるいはそれらの組合せのヒートポンプが含まれる。
Further, the
また、給水タンク3に、凝縮器14を介して給水路9により給水可能であると共に、凝縮器14を介さずに補給水路10により給水可能であれば、給水路9や補給水路10の具体的構成は、前記実施例の構成に限らず適宜変更可能である。たとえば、前記実施例では、給水路9と補給水路10とは、それぞれ補給水タンク5と給水タンク3とを接続するように並列に設けたが、給水路9と補給水路10との一端部(補給水タンク5側の端部)と他端部(給水タンク3側の端部)の一方または双方は、共通の管路としてもよい。言い換えれば、補給水路10の一端部は、補給水タンク5に接続するのではなく、給水路9から分岐するように設けてもよいし、補給水路10の他端部は、給水タンク3に接続するのではなく、給水タンク3の手前において給水路9に合流するように設けてもよい。補給水路10の一端部を、補給水タンク5に接続するのではなく、給水路9から分岐するように設ける場合、その分岐部より下流において、給水路9に給水ポンプ11を設ける一方、補給水路10に補給水ポンプ12を設ければよいが、分岐部よりも上流側の共通管路にのみポンプを設けて、分岐部より下流の給水路9および/または補給水路10に設けたバルブの開度を調整することで、給水路9や補給水路10を通る流量を調整してもよい。
In addition, if water can be supplied to the water supply tank 3 through the water supply channel 9 via the
また、前記実施例では、給水タンク3への給水を貯留するために補給水タンク5を設置したが、場合により補給水タンク5の設置を省略して、給水源から直接に給水路9および補給水路10に水を通してもよい。
Moreover, in the said Example, although the
また、前記実施例では、給水路9および/または補給水路10を介して、補給水タンク5から給水タンク3へ給水可能としたが、これら給水は、軟水器から直接に行ってもよい。たとえば、図1において、給水路9および補給水路10の基端部をまとめて軟水器に接続し、給水ポンプ11の設置を省略する代わりに給水路9に設けた電動弁(モータバルブ)の開度を調整し、補給水ポンプ12の設置を省略する代わりに補給水路10に設けた電磁弁の開閉を制御すればよい。
Moreover, in the said Example, although the water supply from the
また、前記実施例では、ボイラ2の給水タンク3への給水をヒートポンプ4で加温できるシステムについて説明したが、給水タンク3の貯留水の利用先は、ボイラ2に限らず適宜に変更可能である。そして、場合により、補給水タンク5や補給水路10を省略してもよい。
Moreover, although the said Example demonstrated the system which can heat the water supply to the feed water tank 3 of the
さらに、前記実施例では、ヒートポンプ4の熱源として熱源水を用いた例について説明したが、ヒートポンプ4の熱源流体として、熱源水に限らず、空気や排ガスなど各種の流体を用いることができる。但し、熱源流体は、蒸発器16においてヒートポンプ4の冷媒に熱(顕熱)を与えつつ自身は温度低下を伴い、その後、廃熱回収熱交換器22において給水に熱(顕熱)を与えつつ自身は温度低下を伴う流体が好ましい。
Furthermore, although the said Example demonstrated the example which used heat-source water as a heat source of the
1 給水加温システム
2 ボイラ
3 給水タンク
4 ヒートポンプ
5 補給水タンク
6 熱源水タンク
8 蒸気エンジン
9 給水路
10 補給水路
11 給水ポンプ
12 補給水ポンプ
13 圧縮機
14 凝縮器
15 膨張弁
16 蒸発器
17 過冷却器
18 給蒸路
19 排蒸路
20 給蒸弁
21 熱源供給路
22 廃熱回収熱交換器
26 出湯温度センサ
27 水位検出器
31 圧力センサ(または温度センサ)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Supply
Claims (5)
廃熱回収熱交換器、過冷却器および前記凝縮器を順に通されて給水路により給水可能な給水タンクと、
この給水タンクからの給水を加熱して蒸気にするボイラと、
このボイラからの蒸気を用いて動力を起こす蒸気エンジンとを備え、
前記廃熱回収熱交換器は、前記給水路を介した前記給水タンクへの給水と、前記蒸発器を通過後の熱源流体との間接熱交換器であり、
前記過冷却器は、前記給水路を介した前記給水タンクへの給水と、前記凝縮器から前記膨張弁への冷媒との間接熱交換器であり、
前記蒸気エンジンにより前記圧縮機を駆動する
ことを特徴とする給水加温システム。 A compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator are sequentially connected in an annular manner to circulate the refrigerant, draw up heat from a heat source fluid that passes through the evaporator, and heat water that passes through the condenser When,
A water supply tank through which a waste heat recovery heat exchanger, a supercooler and the condenser are passed in order and can be supplied by a water supply channel;
A boiler that heats the feed water from this feed tank to steam,
A steam engine that generates power using steam from this boiler,
The waste heat recovery heat exchanger is an indirect heat exchanger between the water supply to the water supply tank via the water supply channel and the heat source fluid after passing through the evaporator,
The supercooler is an indirect heat exchanger between the water supplied to the water supply tank via the water supply passage and the refrigerant from the condenser to the expansion valve,
The compressor is driven by the steam engine.
ことを特徴とする請求項1に記載の給水加温システム。
(a)前記蒸気エンジンで使用後の蒸気は、前記給水路または前記給水タンク内に噴き込まれるか、前記給水路または前記給水タンク内の水と間接熱交換して、前記給水路または前記給水タンク内の水を加温する。
(b)前記蒸気エンジンで使用後の蒸気は、前記蒸発器より上流側において、熱源流体に噴き込まれるか、熱源流体と間接熱交換して、熱源流体を加温する。
(c)前記蒸気エンジンで使用後の蒸気は、そのまままたは昇圧されて、蒸気使用設備へ供給される。 The feed water heating system according to claim 1, wherein the steam after use in the steam engine is used in any one of the following (a) to (c).
(A) Steam after use in the steam engine is injected into the water supply channel or the water supply tank, or indirectly exchanges heat with water in the water supply channel or the water supply tank, so that the water supply channel or the water supply water is supplied. Warm the water in the tank.
(B) The steam after use in the steam engine is injected into the heat source fluid or indirectly heat-exchanged with the heat source fluid on the upstream side of the evaporator to heat the heat source fluid.
(C) The steam after use in the steam engine is supplied to the steam using facility as it is or after being pressurized.
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の給水加温システム。 Adjusting the amount of water flow to the condenser so that the water temperature at the outlet side of the condenser of the heat pump is maintained at a set temperature while operating the heat pump during water supply to the water supply tank via the water supply channel. The feed water warming system according to claim 1 or 2, wherein
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の給水加温システム。 The feed water heating system according to any one of claims 1 to 3, wherein steam supply to the steam engine is controlled based on a water level of the feed water tank.
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の給水加温システム。 The steam engine is based on the water temperature on the condenser outlet side of the heat pump or the refrigerant pressure or refrigerant temperature on the compressor outlet side while maintaining a predetermined water supply flow rate while supplying water to the water supply tank via the water supply channel. The feed water warming system according to claim 1, wherein steaming to the water is controlled.
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