JP2014194316A - Water supply and 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.
ヒートポンプを用いた給水加温システムでは、ヒートポンプの熱源として、たとえば工場などから排出される廃温水を用いることができる。しかしながら、廃温水は、蒸気使用設備における蒸気のドレンのように100℃近い高温のものから、クーリングタワーなどにおける40℃程度の低温のものまで多岐にわたる。 In a feed water heating system using a heat pump, for example, waste warm water discharged from a factory or the like can be used as a heat source of the heat pump. However, the waste hot water ranges from a high temperature close to 100 ° C. like a steam drain in a steam using facility to a low temperature of about 40 ° C. in a cooling tower or the like.
ヒートポンプは、基本的には、熱源温度(廃温水温度)が高いほど、効率がよくなるが、廃温水の温度に拘わらず全ての廃温水を一つのタンクに集めて利用するのでは、廃温水の温度が平均化され、高温の廃温水が存在してもそれを有効に活かせない。前記出願中の発明のように、廃熱回収熱交換器を備える場合には、なおさらである。 Basically, the higher the heat source temperature (waste water temperature), the higher the efficiency of the heat pump. However, regardless of the temperature of the waste warm water, all waste warm water is collected in one tank and used. The temperature is averaged, and even if hot waste water exists, it cannot be used effectively. This is especially true when a waste heat recovery heat exchanger is provided, as in the above-mentioned invention.
そこで、本発明が解決しようとする課題は、高温の熱源流体を有効活用できる給水加温システムを提供することにある。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a feed water heating system capable of effectively utilizing a high-temperature heat source fluid.
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給水路の水を加温するヒートポンプと、前記蒸発器への熱源流体を貯留する第一タンクと、この第一タンクの熱源流体より高温の熱源流体を貯留する第二タンクとを備え、前記蒸発器へ供給する熱源流体として、前記第一タンク内の熱源流体と前記第二タンク内の熱源流体とを切替可能とされた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. A heat pump that draws heat from the heat source fluid passed through the evaporator and heats the water in the water supply passage that is passed through the condenser; a first tank that stores the heat source fluid to the evaporator; and A second tank for storing a heat source fluid having a temperature higher than that of the heat source fluid, and the heat source fluid supplied to the evaporator can be switched between the heat source fluid in the first tank and the heat source fluid in the second tank. This is a water supply heating system characterized by that.
請求項1に記載の発明によれば、熱源流体の貯留タンクとして第一タンクと第二タンクとを備え、第一タンクには比較的低温の熱源流体が貯留され、第二タンクには比較的高温の熱源流体が貯留される。そして、蒸発器へ供給する熱源流体として、第一タンクの熱源流体と第二タンクの熱源流体とを切替可能であるから、比較的高温の熱源流体が存在する場合には、それをヒートポンプの熱源として用いることができる。このようにして、高温の熱源流体を有効活用することができ、それにより、システム効率を向上することができる。 According to the first aspect of the present invention, the first tank and the second tank are provided as the heat source fluid storage tank, the relatively low temperature heat source fluid is stored in the first tank, and the second tank is relatively A hot heat source fluid is stored. Since the heat source fluid supplied to the evaporator can be switched between the heat source fluid of the first tank and the heat source fluid of the second tank, when there is a relatively high temperature heat source fluid, the heat source fluid of the heat pump is used. Can be used as In this way, a high-temperature heat source fluid can be effectively utilized, thereby improving system efficiency.
請求項2に記載の発明は、前記凝縮器への給水と前記凝縮器からの冷媒とを熱交換する過冷却器と、前記蒸発器からの熱源流体と前記過冷却器への給水とを熱交換する廃熱回収熱交換器とをさらに備え、前記第二タンクからの熱源流体を前記蒸発器に供給中、前記廃熱回収熱交換器からの熱源流体が戻し温度以上か否かにより、その熱源流体を前記第一タンクへ供給するか否かを切り替え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。 According to a second aspect of the present invention, the supercooler for exchanging heat between the water supplied to the condenser and the refrigerant from the condenser, the heat source fluid from the evaporator and the water supplied to the subcooler are heated. A waste heat recovery heat exchanger to be replaced, while supplying the heat source fluid from the second tank to the evaporator, depending on whether the heat source fluid from the waste heat recovery heat exchanger is equal to or higher than the return temperature, It is a feed water heating system of Claim 1 which switches whether a heat source fluid is supplied to a said 1st tank.
請求項2に記載の発明によれば、給水路を介した給水は、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、第二タンクからの熱源流体を蒸発器に供給中、廃熱回収熱交換器からの熱源流体が戻し温度以上であれば、その熱源流体を第一タンクへ供給して、他のヒートポンプの熱源などに用いることができる。 According to the second aspect of the present invention, the water supplied through the water supply channel is passed through the waste heat recovery heat exchanger, the subcooler and the condenser in turn, while the heat source fluid of the heat pump is the evaporator and the waste heat. The recovered heat exchanger is passed through in order. 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. If the heat source fluid from the second tank is being supplied to the evaporator and the heat source fluid from the waste heat recovery heat exchanger is above the return temperature, the heat source fluid is supplied to the first tank and the other heat pump It can be used as a heat source.
請求項3に記載の発明は、前記ヒートポンプと前記廃熱回収熱交換器とを備えたヒートポンプユニットを複数備え、その複数のヒートポンプユニットの内、少なくとも一つのヒートポンプユニットには、前記第二タンクからの熱源流体が供給可能とされる一方、残りのヒートポンプユニットには、前記第一タンクからの熱源流体が供給可能とされたことを特徴とする請求項2に記載の給水加温システムである。
The invention according to
請求項3に記載の発明によれば、複数のヒートポンプユニットの内、少なくとも一つのヒートポンプユニットには、第二タンクからの熱源流体が供給可能とされ、その使用後の熱源流体が戻し温度以上であれば、その熱源流体を第一タンクへ供給して、他のヒートポンプユニットにおいて用いることができる。 According to the third aspect of the present invention, the heat source fluid from the second tank can be supplied to at least one heat pump unit among the plurality of heat pump units, and the heat source fluid after use is at a return temperature or higher. If so, the heat source fluid can be supplied to the first tank and used in other heat pump units.
さらに、請求項4に記載の発明は、前記第一タンクと前記第二タンクとは共通タンクとされており、この共通タンクへの熱源流体の供給路として、温度の異なる熱源流体を通す複数の供給路が設けられており、前記複数の供給路の内、温度の高い方の熱源流体が通される供給路には、前記共通タンクへ熱源流体を入れる前に前記蒸発器へ熱源流体を通すための分岐路が設けられてい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。
Furthermore, in the invention according to
請求項4に記載の発明によれば、第一タンクと第二タンクとに分けることなく、請求項1〜3のいずれか1項に記載の発明と同様の作用効果を実現することができる。 According to the fourth aspect of the present invention, the same effect as that of the first aspect of the present invention can be realized without dividing the first tank and the second tank.
本発明によれば、高温の熱源流体を有効活用できる給水加温システムを実現することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the feed water heating system which can utilize a high temperature heat source fluid effectively is realizable.
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。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の給水加温システム1の実施例1を示す概略図である。
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への給水を加温するシステムであり、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4と、この補給水タンク4から給水タンク3への給水を加温する一または複数のヒートポンプユニット5と、このヒートポンプユニット5の熱源としての熱源水(たとえば廃温水)を貯留する第一タンク6および第二タンク7とを備える。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a first embodiment of a feed water warming system 1 of the present invention.
The feed water warming system 1 of the present embodiment is a system that warms feed water to the
ヒートポンプユニット5の台数は、特に問わないが、ここでは二台設置されている。また、各ヒートポンプユニット5の構成は、本実施例では互いに同一とされている。但し、場合により、各ヒートポンプユニット5は、たとえば定格出力が互いに異なってもよい。
Although the number of
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8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(図示省略)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。なお、図示例では、ボイラ2は一台のみ示されるが、複数台あってもよい。
The
給水タンク3は、補給水タンク4から、ヒートポンプユニット5を介して給水路9により給水可能であると共に、ヒートポンプユニット5を介さずに補給水路10により給水可能である。各ヒートポンプユニット5は、補給水タンク4から給水タンク3への給水が並列に通されるように設けられる。図示例の場合、補給水タンク4からの給水路9は、二股に分岐して各ヒートポンプユニット5に接続され、各ヒートポンプユニット5からの管路は、合流して給水タンク3に接続される。
The
各ヒートポンプユニット5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とを制御することで、各ヒートポンプユニット5を介した給水路9による給水タンク3への給水と、ヒートポンプユニット5を介さない補給水路10による給水タンク3への給水とを制御することができる。
By controlling the
各ヒートポンプユニット5は、ヒートポンプ13と給水ポンプ11とを備える。給水ポンプ11は、それが設置されたヒートポンプユニット5を介した給水タンク3への給水の有無の他、本実施例では給水流量も変更可能とされる。具体的には、本実施例の給水ポンプ11は、インバータにより回転数を変更可能とされ、回転数を変更することで、そのヒートポンプユニット5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。
Each
補給水タンク4は、給水タンク3への給水を貯留する。補給水タンク4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4に供給され貯留される。補給水タンク4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4の水位は所望に維持される。
The
各ヒートポンプ13は、蒸気圧縮式のヒートポンプであり、圧縮機14、凝縮器15、膨張弁16および蒸発器17が順次環状に接続されて構成される。そして、圧縮機14は、ガス冷媒を圧縮して高温高圧にする。また、凝縮器15は、圧縮機14からのガス冷媒を凝縮液化する。さらに、膨張弁16は、凝縮器15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17は、膨張弁16からの冷媒の蒸発を図る。
Each
従って、各ヒートポンプ13は、蒸発器17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15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、各ヒートポンプ13は、蒸発器17において、熱源水から熱をくみ上げ、凝縮器15において、給水路9の水を加温する。
Accordingly, in each of the
各ヒートポンプ13は、さらに、凝縮器15と膨張弁16との間に、過冷却器18を備えるのが好ましい。過冷却器18は、凝縮器15から膨張弁16への冷媒と、凝縮器15への給水との間接熱交換器である。過冷却器18により、凝縮器15への給水で、凝縮器15から膨張弁16への冷媒を過冷却することができると共に、凝縮器15から膨張弁16への冷媒で、凝縮器15への給水を加温することができる。各ヒートポンプ13の冷媒は、好適には、凝縮器15において潜熱を放出し、過冷却器18において顕熱を放出する。
Each
つまり、凝縮器15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18に供給されて、過冷却器18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、各ヒートポンプ13には、圧縮機14の入口側にアキュムレータを設置したり、圧縮機14の出口側に油分離器を設置したり、凝縮器15の出口側(凝縮器15と過冷却器18との間)に受液器を設置したりしてもよい。
In addition, in each
ところで、各ヒートポンプ13は、その出力を変更可能とされるのがよい。本実施例では、圧縮機14のモータの電源周波数ひいては回転数をインバータで変更することで、ヒートポンプ13の出力を変更することができる。たとえば、ヒートポンプ13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。
By the way, each
各ヒートポンプユニット5は、さらに、廃熱回収熱交換器19を備えるのが好ましい。この廃熱回収熱交換器19は、過冷却器18への給水と、蒸発器17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19、過冷却器18および凝縮器15へと順に通されることになる。一方、第一タンク6または第二タンク7の熱源水は、熱源供給路20を介して、蒸発器17を通された後、廃熱回収熱交換器19に通される。この際、本実施例では、各ヒートポンプユニット5には並列に熱源水が供給され、各ヒートポンプユニット5において、蒸発器17と廃熱回収熱交換器19とに順に熱源水が通される。
Each
第一タンク6および第二タンク7は、ヒートポンプ13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。廃温水には、蒸気使用設備における蒸気のドレンのように100℃近い高温のものから、クーリングタワーなどにおける40℃程度の低温のものまで、様々な温度のものがあり得る。従って、温度を考慮せずに、各種の熱源水を一つのタンクに集めてしまっては、比較的高温の熱源水を有効活用できない。そこで、本実施例では、熱源水を温度に応じて複数のタンク6,7に分けて貯留して、使い分けることとする。具体的には、所定温度未満の比較的低温の熱源水を第一タンク6に貯留し、所定温度以上の比較的高温の熱源水を第二タンク7に貯留して、比較的高温の熱源水は高温のままでヒートポンプ13の熱源として利用可能とする。
The
第一タンク6には、比較的低温の熱源水の供給路21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22が設けられている。一方、第二タンク7には、比較的高温の熱源水の供給路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。なお、第二タンク7からオーバーフロー路24を介してあふれる熱源水は、第一タンク6へ供給されるようにしてもよい。
The
第一タンク6の熱源水は、熱源供給路20を介して、各ヒートポンプユニット5に並列に供給可能とされる。図示例では、第一タンク6からの熱源供給路20は、分岐して各ヒートポンプユニット5に接続される。その分岐後の熱源供給路20の内、図1において右側のヒートポンプユニット5への熱源供給路20Aには、第二タンク7からの熱源供給路20Bが合流するよう接続されている。そして、その接続部には給水三方弁25が設けられている。この給水三方弁25は、右側のヒートポンプユニット5への熱源水として、第一タンク6内の熱源水を供給するか、第二タンク7内の熱源水を供給するかを切り替える。
The heat source water in the
各ヒートポンプユニット5への熱源水の通水は、各ヒートポンプユニット5に設けた熱源供給ポンプ26により制御される。つまり、図1において、右側の熱源供給ポンプ26を作動させれば、右側のヒートポンプユニット5に熱源水を通すことができ、左側の熱源供給ポンプ26を作動させれば、左側のヒートポンプユニット5に熱源水を通すことができる。各ヒートポンプユニット5において、熱源水は、蒸発器17を通された後、廃熱回収熱交換器19を通され、熱源排出路27を介して排出される。
The flow of the heat source water to each
図1において、右側のヒートポンプユニット5からの熱源排出路27には、第一タンク6への熱源戻し路28が分岐して設けられている。そして、その分岐部には排水三方弁29が設けられている。この排水三方弁29は、右側のヒートポンプユニット5で使用後の熱源水を、そのまま排水するか、第一タンク6へ供給するかを切り替える。右側のヒートポンプユニット5には、第二タンク7に貯留された比較的高温の熱源水を供給できるが、その場合、ヒートポンプユニット5で使用後の熱源水を所望により第一タンク6へ供給して、他のまたは同じヒートポンプユニット5にて再利用することが可能となる。
In FIG. 1, the heat
ここでは、右側のヒートポンプユニット5からの熱源排出路27に設けた温度センサ30により、そのヒートポンプユニット5にて使用後の熱源水の温度TH´を監視し、その温度が第一タンク6に設けた温度センサ31による貯留水の温度TTよりも高ければ(TH´>TT)、右側のヒートポンプユニット5で使用後の熱源水を第一タンク6へ供給し、そうでないなら、排水するように、排水三方弁29を切り替える。
Here, the
ところで、本実施例では、給水路9には、各ヒートポンプユニット5の出口側(つまり各凝縮器15の出口側)に、出湯温度センサ32が設けられる。出湯温度センサ32は、凝縮器15を通過後の水温TWを検出する。各ヒートポンプユニット5では、出湯温度センサ32の検出温度TWに基づき、給水ポンプ11が制御されるのがよい。ここでは、給水ポンプ11は、出湯温度センサ32の検出温度TWを設定温度(たとえば75℃)に維持するようにインバータ制御される。つまり、各給水路9を介した給水タンク3への給水は、出湯温度センサ32の検出温度TWを設定温度に維持するように、流量が調整される。
By the way, in the present Example, the hot
給水タンク3には、水位検出器(図示省略)が設けられる。この水位検出器は、その構成を特に問わないが、本実施例では、水位に応じた出力を得られるアナログ式の水位検出器とされる。つまり、水位検出器は、給水タンク3内の水位を連続的に検出する。具体的には、給水タンク3内の水位に応じて水圧が変わることを利用した水圧式の水位検出器を用いることができるが、これに代えて圧力センサを用いることもできる。あるいは、静電容量式の水位検出器を用いることもできる。但し、水位検出器は、このようなアナログ式のものに限らず、場合により、電極式水位検出器を用いることもできる。
The
第一タンク6および第二タンク7には、それぞれ、熱源水の有無を確認するために、水位検出器(図示省略)が設けられる。この水位検出器は、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、熱源水の水位が設定を下回っていないかを監視する。
The
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、ヒートポンプユニット5を介して給水路9により給水可能であると共に、ヒートポンプユニット5を介さずに補給水路10により給水可能であるが、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を介した給水を後述のように制御するが、給水タンク3の水位が所定よりも下がれば、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。
The
本実施例の給水加温システム1は、給水タンク3内の貯留水の使用負荷に応じて、ヒートポンプ13の運転台数および/または出力が変更される。給水タンク3内の貯留水の使用負荷は、給水タンク3に設けた水位検出器により監視される。給水タンク3の水位が下限水位を下回ると、給水路9を介した給水タンク3への給水を開始し、水位が下がるほど、ヒートポンプ13の運転台数および/または出力を増加させて、給水タンクへの出湯量を増加させる。逆に、給水タンクの水位の回復時、水位が上がるほど、ヒートポンプ13の運転台数および/または出力を減少させて、給水タンク3への出湯量を減少させ、上限水位を上回ると、すべてのヒートポンプ13を停止し、給水路9を介した給水タンク3への給水を停止する。
In the feed water warming system 1 of the present embodiment, the number and / or output of the
各ヒートポンプユニット5において、ヒートポンプ13の稼働中、給水ポンプ11と熱源供給ポンプ26とを作動させる。この際、給水ポンプ11は、出湯温度センサ32の検出温度TW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13の高負荷運転時は低負荷運転時よりも多い流量で、給水路9を介して給水タンク3へ給水可能となる。
In each
本実施例の給水加温システム1では、図1において、左右にヒートポンプユニット5を備えるが、右側のヒートポンプユニット5には、熱源水として、第一タンク6内の比較的低温の熱源水か、第二タンク7内の比較的高温の熱源水かを、給水三方弁25により切り替えて供給可能とされる。そして、できるだけ右側のヒートポンプユニット5の稼働を優先し、その熱源水として、第二タンク7内の比較的高温の熱源水を用いるのが好ましい。
In the feed water warming system 1 of the present embodiment, in FIG. 1,
たとえば、複数のヒートポンプユニット5の内、給水タンク3の水位との関係で、一部のヒートポンプユニット5を稼働させる状態では、第二タンク7内の貯留水を供給可能なヒートポンプユニット(図1では右側のヒートポンプユニット)5を稼働させて、できるだけ高温の熱源水を用いるように制御するのが好ましい。比較的高温の熱源水を用いることで、システム効率を向上することができる。なお、第一タンク6や第二タンク7は、それぞれ水位検出器により熱源水の有無が監視され、たとえば第二タンク7の熱源水がなくなれば、第一タンク6からの熱源水を供給し、両方の熱源水がなくなれば、ヒートポンプ13の運転を停止するのがよい。
For example, a heat pump unit capable of supplying stored water in the
また、ヒートポンプ13へ供給中の熱源水の温度に基づき、ヒートポンプ13の出力(圧縮機14の回転数)を調整してもよい。熱源水の温度が高い程、ヒートポンプ13の出力を下げることができる。
Further, the output of the heat pump 13 (the number of rotations of the compressor 14) may be adjusted based on the temperature of the heat source water being supplied to the
図1において右側のヒートポンプユニット5に、第二タンク7内の比較的高温の熱源水を供給中、そのヒートポンプユニット5の出口側における熱源水温度TH´を監視し、その温度が所定の戻し温度(本実施例では第一タンク6の貯留水の水温TT)よりも高ければ(TH´>TT)、右側のヒートポンプユニット5で使用後の熱源水を第一タンク6へ戻し、そうでないなら、そのまま排水するのが好ましい。
In FIG. 1, while the relatively high temperature heat source water in the
ヒートポンプ13を運転して、補給水タンク4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4からの給水は、廃熱回収熱交換器19、過冷却器18および凝縮器15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13(凝縮器15)との間で水を循環させる場合と比較して、補給水タンク4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13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13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
図2は、本発明の給水加温システム1の実施例2を示す概略図である。本実施例2の給水加温システム1も、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. 2 is a schematic diagram showing Example 2 of the feed water heating system 1 of the present invention. The feed water heating system 1 of the second embodiment is basically the same as that of 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.
前記実施例1では、熱源水の貯留タンクとして、第一タンク6と第二タンク7とを備えたが、本実施例2では一つの共通タンク33から構成される。この共通タンク33には、比較的低温(所定温度未満)の熱源水の供給路21と、比較的高温(所定温度以上)の熱源水の供給路23とが設けられる。そして、比較的高温の熱源水の供給路23には、共通タンク33の手前において分岐路34が設けられている。そして、この分岐路34は、共通タンク33から右側のヒートポンプユニット5への熱源供給路20Aに接続されており、その接続部に給水三方弁25が設けられている。つまり、分岐路34は、前記実施例1における第二タンク7からの熱源供給路20Bに相当する。また、分岐路34の基端部には、切替三方弁35が設けられており、この切替三方弁35により、熱源水を共通タンク33へ供給するか、分岐路34を介してヒートポンプユニット5へ供給するかを切替可能とされている。
In the first embodiment, the
本実施例の場合、切替三方弁35および給水三方弁25により、比較的高温の熱源水を、共通タンク33を介さずに右側のヒートポンプ13へ供給するか、共通タンク33を介して各ヒートポンプ13へ供給するかを切り替えることができる。たとえば、熱源水の供給路21,23にそれぞれ温度センサ36,37を設けて熱源水の温度TL,THを監視し、比較的高温の熱源水の温度THが比較的低温の熱源水の温度TLよりも高いか(TH>TL)、所定温度以上高い場合(TH>TL+ΔT)、共通タンク33を経ることなく直接にヒートポンプユニット5に通すのが好ましい。そして、その場合において、ヒートポンプユニット5で使用後の温度TH´が所定の戻し温度(本実施例では共通タンク33の貯留水の水温TT)よりも高ければ(TH´>TT)、使用後の熱源水を熱源戻し路28を介して共通タンク33へ供給して、他のまたは同じヒートポンプユニット5への熱源として用いるのが好ましい。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。
In the case of the present embodiment, the switching three-
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、前記実施例において、ヒートポンプユニット5は、2台に限らず3台以上であってもよいし、1台のみであってもよい。また、前記実施例では、複数のヒートポンプユニット5の内、一つにのみ比較的高温の熱源水を供給可能としたが、二つ以上や全部のヒートポンプユニット5に比較的高温の熱源水を供給可能としてもよい。そして、比較的高温の熱源水が供給可能なヒートポンプユニット5の出口側には、所望により熱源水を熱源戻し路28を介して第一タンク6(実施例1)や共通タンク33(実施例2)へ供給可能としておくのが好ましい。
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 said Example, the
また、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、各ヒートポンプユニット5において、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32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。
Moreover, in the said Example, in order to adjust the water supply flow volume to the
また、各ヒートポンプユニット5において、ヒートポンプ13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13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, in each
また、給水タンク3に、ヒートポンプユニット5を介して給水路9により給水可能であると共に、ヒートポンプユニット5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4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4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4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4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
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4を設置したが、場合により補給水タンク4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4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
さらに、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13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、給水タンク3を省略したり、補給水タンク4や補給水路10を省略したりしてもよい。
Furthermore, although the said Example demonstrated the system which can heat the water supply to the
1 給水加温システム
2 ボイラ
3 給水タンク
4 補給水タンク
5 ヒートポンプユニット
6 第一タンク
7 第二タンク
9 給水路
11 給水ポンプ
13 ヒートポンプ
14 圧縮機
15 凝縮器
16 膨張弁
17 蒸発器
18 過冷却器
19 廃熱回収熱交換器
20 熱源供給路
21 比較的低温の熱源水の供給路
23 比較的高温の熱源水の供給路
25 給水三方弁
26 熱源供給ポンプ
27 熱源排出路
28 熱源戻し路
29 排水三方弁
33 共通タンク
34 分岐路
35 切替三方弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Feed
Claims (4)
前記蒸発器への熱源流体を貯留する第一タンクと、
この第一タンクの熱源流体より高温の熱源流体を貯留する第二タンクとを備え、
前記蒸発器へ供給する熱源流体として、前記第一タンク内の熱源流体と前記第二タンク内の熱源流体とを切替可能とされた
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 the heat source fluid that passes through the evaporator, and add water in the water supply passage that passes through the condenser. A heat pump to heat,
A first tank for storing a heat source fluid to the evaporator;
A second tank for storing a heat source fluid having a temperature higher than that of the heat source fluid of the first tank,
The feed water heating system, wherein the heat source fluid supplied to the evaporator can be switched between the heat source fluid in the first tank and the heat source fluid in the second tank.
前記蒸発器からの熱源流体と前記過冷却器への給水とを熱交換する廃熱回収熱交換器とをさらに備え、
前記第二タンクからの熱源流体を前記蒸発器に供給中、前記廃熱回収熱交換器からの熱源流体が戻し温度以上か否かにより、その熱源流体を前記第一タンクへ供給するか否かを切り替える
ことを特徴とする請求項1に記載の給水加温システム。 A subcooler for exchanging heat between the water supplied to the condenser and the refrigerant from the condenser;
A waste heat recovery heat exchanger that exchanges heat between the heat source fluid from the evaporator and the feed water to the subcooler;
Whether or not to supply the heat source fluid to the first tank depending on whether or not the heat source fluid from the waste heat recovery heat exchanger is higher than a return temperature while supplying the heat source fluid from the second tank to the evaporator The feed water heating system according to claim 1, wherein:
その複数のヒートポンプユニットの内、少なくとも一つのヒートポンプユニットには、前記第二タンクからの熱源流体が供給可能とされる一方、残りのヒートポンプユニットには、前記第一タンクからの熱源流体が供給可能とされた
ことを特徴とする請求項2に記載の給水加温システム。 A plurality of heat pump units including the heat pump and the waste heat recovery heat exchanger are provided,
The heat source fluid from the second tank can be supplied to at least one of the plurality of heat pump units, while the heat source fluid from the first tank can be supplied to the remaining heat pump units. The feed water heating system according to claim 2, wherein:
この共通タンクへの熱源流体の供給路として、温度の異なる熱源流体を通す複数の供給路が設けられており、
前記複数の供給路の内、温度の高い方の熱源流体が通される供給路には、前記共通タンクへ熱源流体を入れる前に前記蒸発器へ熱源流体を通すための分岐路が設けられている
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。 The first tank and the second tank are a common tank,
As the supply path of the heat source fluid to the common tank, there are provided a plurality of supply paths through which the heat source fluids having different temperatures pass.
The supply path through which the heat source fluid having a higher temperature among the plurality of supply paths is passed is provided with a branch path for passing the heat source fluid to the evaporator before the heat source fluid is put into the common tank. The feed water warming system according to any one of claims 1 to 3, wherein:
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