JP2015055461A - Feed water 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(2)の給水タンク(3)への給水を、ヒートポンプ(4)を用いて加温できるシステムが知られている。このシステムでは、給水路(8)を介した給水タンク(3)への給水は、廃熱回収熱交換器(12)、過冷却器(17)および凝縮器(14)を順に通される。廃熱回収熱交換器(12)は、給水路(8)を介した給水タンク(3)への給水と、蒸発器(16)を通過後の熱源流体との間接熱交換器であり、過冷却器(17)は、給水路(8)を介した給水タンク(3)への給水と、凝縮器(14)から膨張弁(15)への冷媒との間接熱交換器である。給水路(8)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、ヒートポンプ(4)の凝縮器(14)の出口側水温を目標温度に維持するように、給水ポンプ(10)をインバータ制御して、給水路(8)を介した給水タンク(3)への給水流量が調整される。 Conventionally, as disclosed in Patent Document 1 below, a system capable of heating water supplied to a water supply tank (3) of a boiler (2) using a heat pump (4) is known. In this system, water supplied to the water supply tank (3) via the water supply channel (8) is passed through the waste heat recovery heat exchanger (12), the supercooler (17), and the condenser (14) in this order. The waste heat recovery heat exchanger (12) is an indirect heat exchanger for supplying water to the water supply tank (3) through the water supply channel (8) and the heat source fluid after passing through the evaporator (16). The cooler (17) is an indirect heat exchanger for supplying water to the water supply tank (3) via the water supply channel (8) and refrigerant from the condenser (14) to the expansion valve (15). While supplying water to the water supply tank (3) through the water supply channel (8), operating the heat pump (4), and maintaining the outlet side water temperature of the condenser (14) of the heat pump (4) at the target temperature, The feed water flow rate to the feed water tank (3) through the feed water channel (8) is adjusted by inverter control of the feed water pump (10).
しかしながら、特に冷態起動時、ヒートポンプの冷媒は加温されていない上、熱源流体の温度も常温まで下がっている場合がある(特に冬季)。そのような場合、蒸発器における冷媒の凝縮により、ヒートポンプを作動させると、圧縮機を損傷させるおそれがある。 However, especially during cold start, the heat pump refrigerant is not heated, and the temperature of the heat source fluid may be lowered to room temperature (particularly in winter). In such a case, if the heat pump is operated due to the condensation of the refrigerant in the evaporator, the compressor may be damaged.
一方、熱源流体の温度が高いと、熱源流体の温度によっては、廃熱回収熱交換器において給水と熱源流体とを熱交換すれば足り、ヒートポンプを運転する必要がない場合がある。 On the other hand, if the temperature of the heat source fluid is high, depending on the temperature of the heat source fluid, it may be sufficient to exchange heat between the water supply and the heat source fluid in the waste heat recovery heat exchanger, and there is a case where it is not necessary to operate the heat pump.
また、熱源流体の温度が高まった場合、ヒートポンプを停止しなければ、圧縮機を損傷するおそれが出てくる。但し、そのような場合に、常に、給水加温システム全体を停止してしまうと、高温の熱源流体からの熱回収を図れないことになる。 Further, when the temperature of the heat source fluid increases, the compressor may be damaged unless the heat pump is stopped. However, in such a case, if the entire feed water heating system is always stopped, heat recovery from the high-temperature heat source fluid cannot be achieved.
さらに、凝縮器の出口側水温を目標温度に維持するように、給水路を介した給水タンクへの給水流量を調整する場合、ヒートポンプの停止の有無によらず、目標温度を一定に維持すると、ヒートポンプの停止中、給水路を介した給水タンクへの給水流量が減り、熱源流体からの熱回収量も減ることになる。 Furthermore, when adjusting the feed water flow rate to the feed water tank via the feed water path so that the outlet water temperature of the condenser is maintained at the target temperature, regardless of whether the heat pump is stopped or not, While the heat pump is stopped, the water supply flow rate to the water supply tank via the water supply channel is reduced, and the amount of heat recovered from the heat source fluid is also reduced.
そこで、本発明が解決しようとする課題は、圧縮機の保護を図りながら、熱源流体の温度に応じて最適な条件で給水を加温できる給水加温システムを提供することにある。また、好ましくは、給水路を介した給水タンクへの給水流量をある程度以上に確保して、熱源流体からの熱回収を図ることができる給水加温システムを提供することを課題とする。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a feed water heating system capable of heating feed water under optimum conditions according to the temperature of the heat source fluid while protecting the compressor. It is also an object of the present invention to provide a feed water heating system that can secure a feed water flow rate to a feed water tank through a feed water channel to a certain level or more and can recover heat from a 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水を加温するヒートポンプと、前記凝縮器を介して給水路により給水可能な給水タンクと、前記凝縮器より上流側の前記給水路の水と、前記蒸発器を通過後の熱源流体とを熱交換する廃熱回収熱交換器とを備え、冷態起動時、前記蒸発器への熱源流体の供給を開始後、前記蒸発器への熱源流体温度が下限温度未満であれば、前記ヒートポンプを停止しておき、下限温度以上になれば、前記ヒートポンプを起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. A heat pump that draws heat from the heat source fluid that is passed through the condenser and heats the water that is passed through the condenser; a water supply tank that is capable of supplying water through the condenser through a water supply path; and an upstream side of the condenser A waste heat recovery heat exchanger for exchanging heat between the water in the water supply channel and the heat source fluid after passing through the evaporator, and after starting the supply of the heat source fluid to the evaporator at the time of cold start, When the heat source fluid temperature to the evaporator is lower than the lower limit temperature, the heat pump is stopped, and when the temperature becomes equal to or higher than the lower limit temperature, the heat pump is started.
請求項1に記載の発明によれば、冷態起動時、蒸発器への熱源流体温度が下限温度以上になるまで、ヒートポンプを停止しておくことで、圧縮機の保護を図ることができる。 According to the first aspect of the present invention, the compressor can be protected by stopping the heat pump until the temperature of the heat source fluid to the evaporator becomes equal to or higher than the lower limit temperature at the time of cold start.
請求項2に記載の発明は、前記ヒートポンプを一旦起動後は、前記給水路を介した前記給水タンクへの給水中、前記蒸発器への熱源流体温度が下限温度未満になっても、前記ヒートポンプの作動を継続す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, once the heat pump is started, the heat pump is supplied even when the heat source fluid temperature to the evaporator becomes lower than the lower limit temperature during the water supply to the water supply tank via the water supply channel. The feed water heating system according to claim 1, wherein the operation is continued.
請求項2に記載の発明によれば、ヒートポンプを一旦起動後は、蒸発器への熱源流体温度が下限温度未満になっても、ヒートポンプの作動を継続することで、システムを安定的に稼働させて、温水を得ることができる。なお、ヒートポンプを一旦起動後は、ヒートポンプの冷媒は冷態起動時よりも加温されているから、ヒートポンプの作動を継続しても、圧縮機を損傷するおそれはない。 According to the second aspect of the present invention, once the heat pump is started, the system can be operated stably by continuing the operation of the heat pump even if the heat source fluid temperature to the evaporator becomes lower than the lower limit temperature. Hot water can be obtained. Note that once the heat pump is started, the refrigerant of the heat pump is warmed more than when the heat pump is started, so there is no risk of damaging the compressor even if the operation of the heat pump is continued.
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、前記蒸発器への熱源流体温度が前記下限温度よりも高い温度である設定温度未満であれば、前記ヒートポンプを作動させた状態で、前記凝縮器の出口側水温を第一目標温度に維持するように、前記給水路を介した前記給水タンクへの給水流量を調整し、前記給水路を介した前記給水タンクへの給水中、前記蒸発器への熱源流体温度が設定温度以上になると、前記ヒートポンプを停止させた状態で、前記凝縮器の出口側水温を前記第一目標温度よりも低い第二目標温度に維持するように、前記給水路を介した前記給水タンクへの給水流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, if the heat source fluid temperature to the evaporator is lower than a set temperature that is higher than the lower limit temperature during water supply to the water supply tank via the water supply channel, the heat pump The water supply flow rate to the water supply tank via the water supply path is adjusted so that the outlet side water temperature of the condenser is maintained at the first target temperature in a state where the water supply is operated, and the water supply via the water supply path is adjusted. When the temperature of the heat source fluid to the evaporator becomes equal to or higher than a set temperature during the water supply to the tank, the outlet water temperature of the condenser is lower than the first target temperature with the heat pump stopped. The feed water warming system according to
請求項3に記載の発明によれば、蒸発器への熱源流体温度が設定温度未満であれば、ヒートポンプを作動させた状態で、凝縮器の出口側水温を第一目標温度に維持するように、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。一方、蒸発器への熱源流体温度が設定温度以上になると、ヒートポンプを停止させるので、圧縮機の保護を図ることができる。但し、その場合でも、廃熱回収熱交換器において、給水と熱源流体とを熱交換して、熱源流体からの熱回収を図ることができる。しかも、凝縮器の出口側水温の制御目標温度を、第一目標温度よりも低い第二目標温度に切り替えることで、給水路を介した給水タンクへの給水流量をある程度以上に確保して、熱源流体からの熱回収を有効に図ることができる。 According to the third aspect of the present invention, when the heat source fluid temperature to the evaporator is lower than the set temperature, the outlet water temperature of the condenser is maintained at the first target temperature while the heat pump is operated. 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 flow rate of the water supply to the water supply tank via the water supply channel. On the other hand, when the heat source fluid temperature to the evaporator is equal to or higher than the set temperature, the heat pump is stopped, so that the compressor can be protected. However, even in that case, heat recovery from the heat source fluid can be achieved by exchanging heat between the water supply and the heat source fluid in the waste heat recovery heat exchanger. In addition, by switching the control target temperature of the outlet water temperature of the condenser to the second target temperature lower than the first target temperature, the water supply flow rate to the water supply tank via the water supply channel is ensured to some extent, and the heat source Heat recovery from the fluid can be effectively achieved.
請求項4に記載の発明は、前記凝縮器の出口側水温を前記第二目標温度に維持するように、前記給水路を介した前記給水タンクへの給水流量を調整中、前記蒸発器への熱源流体温度が設定温度未満を設定時間継続した場合には、前記ヒートポンプを作動させて、前記凝縮器の出口側水温を前記第一目標温度に維持するように、前記給水路を介した前記給水タンクへの給水流量を調整する制御に切り替えることを特徴とする請求項3に記載の給水加温システムである。
According to a fourth aspect of the present invention, during adjustment of the feed water flow rate to the feed water tank via the feed water channel so as to maintain the outlet side water temperature of the condenser at the second target temperature, When the heat source fluid temperature is less than the set temperature for a set time, the water supply via the water supply path is operated so as to maintain the outlet side water temperature of the condenser at the first target temperature by operating the heat pump. 4. The feed water heating system according to
請求項4に記載の発明によれば、蒸発器への熱源流体温度が所定に下がると、ヒートポンプを停止させた出湯温度一定制御から、ヒートポンプを稼働させた出湯温度一定制御へ戻すことができる。 According to the fourth aspect of the present invention, when the heat source fluid temperature to the evaporator is lowered to a predetermined level, it is possible to return from the hot water temperature constant control in which the heat pump is stopped to the hot water temperature constant control in which the heat pump is operated.
請求項5に記載の発明は、前記凝縮器の出口側水温を前記第二目標温度に維持するように、前記給水路を介した前記給水タンクへの給水流量を調整中、前記蒸発器への熱源流体温度が設定温度よりも低い所定温度未満になった場合には、前記ヒートポンプを作動させて、前記凝縮器の出口側水温を前記第一目標温度に維持するように、前記給水路を介した前記給水タンクへの給水流量を調整する制御に切り替えることを特徴とする請求項3に記載の給水加温システムである。
According to a fifth aspect of the present invention, while adjusting the feed water flow rate to the feed water tank via the feed water channel so as to maintain the outlet side water temperature of the condenser at the second target temperature, When the heat source fluid temperature becomes lower than a predetermined temperature lower than a set temperature, the heat pump is operated to pass the water supply path so as to maintain the outlet side water temperature of the condenser at the first target temperature. The feed water heating system according to
請求項5に記載の発明によれば、蒸発器への熱源流体温度が所定に下がると、ヒートポンプを停止させた出湯温度一定制御から、ヒートポンプを稼働させた出湯温度一定制御へ戻すことができる。 According to the fifth aspect of the present invention, when the heat source fluid temperature to the evaporator is lowered to a predetermined level, it is possible to return from the hot water temperature constant control in which the heat pump is stopped to the hot water temperature constant control in which the heat pump is operated.
請求項6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、前記蒸発器への熱源流体温度が前記設定温度よりも高い上限温度以上になると、前記ヒートポンプを停止すると共に、前記蒸発器への熱源流体の供給も停止することを特徴とする請求項3〜5のいずれか1項に記載の給水加温システムである。
According to a sixth aspect of the present invention, when the heat source fluid temperature to the evaporator becomes equal to or higher than the upper limit temperature higher than the set temperature during water supply to the water supply tank via the water supply channel, the heat pump is stopped. The supply water heating system according to any one of
請求項6に記載の発明によれば、蒸発器への熱源流体温度が上限温度以上になると、ヒートポンプを停止すると共に、蒸発器への熱源流体の供給も停止することで、給水加温システムの保護を図ることができる。 According to the sixth aspect of the present invention, when the heat source fluid temperature to the evaporator becomes equal to or higher than the upper limit temperature, the heat pump is stopped and the supply of the heat source fluid to the evaporator is also stopped. Protection can be achieved.
さらに、請求項7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の有無は、前記給水タンクの水位に基づき切り替えられることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の給水加温システムである。 Furthermore, in the invention described in claim 7, the presence or absence of water supply to the water supply tank via the water supply path is switched based on the water level of the water supply tank. It is a water supply heating system as described in an item.
請求項7に記載の発明によれば、給水タンクの水位に基づき、給水路を介した給水タンクへの給水を制御することで、給水タンク内の水位を所望に維持することができる。 According to invention of Claim 7, the water level in a water supply tank can be maintained as desired by controlling the water supply to a water supply tank via a water supply path based on the water level of a water supply tank.
本発明によれば、圧縮機の保護を図りながら、熱源流体の温度に応じて最適な条件で給水を加温できる給水加温システムを実現することができる。また、給水路を介した給水タンクへの給水流量をある程度以上に確保して、熱源流体からの熱回収を図ることも可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the feed water heating system which can heat feed water on optimal conditions according to the temperature of a heat source fluid is achieved, protecting a compressor. In addition, it is possible to secure a water supply flow rate to the water supply tank via the water supply channel to a certain level or more to recover heat from the heat source fluid.
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
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(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。あるいは、蒸気使用設備からのドレンは、熱源水タンク6へ供給してもよい。
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8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9により給水可能である。給水路8に設けた給水ポンプ10と、補給水路9に設けた補給水ポンプ11との作動を制御することで、給水路8と補給水路9との内、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
給水ポンプ10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10の回転数を変更することで、給水路8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11は、本実施例では、オンオフ制御される。
In the present 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12、凝縮器13、膨張弁14および蒸発器15が順次環状に接続されて構成される。そして、圧縮機12は、ガス冷媒を圧縮して高温高圧にする。また、凝縮器13は、圧縮機12からのガス冷媒を凝縮液化する。さらに、膨張弁14は、凝縮器13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15は、膨張弁14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15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13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15において、熱源水から熱をくみ上げ、凝縮器13において、給水路8の水を加温する。
Therefore, in the
ヒートポンプ4は、さらに、凝縮器13と膨張弁14との間に、過冷却器16を備えるのが好ましい。過冷却器16は、凝縮器13より上流側の給水路8の水と、凝縮器13から膨張弁14への冷媒との間接熱交換器である。過冷却器16により、凝縮器13への給水で、凝縮器13から膨張弁14への冷媒を過冷却することができると共に、凝縮器13から膨張弁14への冷媒で、凝縮器13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13において潜熱を放出し、過冷却器16において顕熱を放出する。
It is preferable that the
つまり、凝縮器13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16に供給されて、過冷却器16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12の入口側にアキュムレータを設置したり、圧縮機12の出口側に油分離器を設置したり、凝縮器13の出口側(凝縮器13と過冷却器16との間)に受液器を設置したりしてもよい。
In addition, in the
ところで、ヒートポンプ4は、その出力を変更可能とされてもよい。たとえば、圧縮機12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4の出力を変更することができる。但し、以下においては、ヒートポンプ4は、圧縮機12のモータの電源周波数が一定に維持され、一定出力で運転される例について説明する。
By the way, the
本実施例の給水加温システム1は、さらに廃熱回収熱交換器17を備える。この廃熱回収熱交換器17は、過冷却器16より上流側の給水路8の水と、蒸発器15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8の水は、廃熱回収熱交換器17、過冷却器16および凝縮器13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18を介して、蒸発器15を通された後、廃熱回収熱交換器17に通される。
The feed water heating system 1 of the present embodiment 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19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20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18を介して、ヒートポンプ4の蒸発器15に通された後、廃熱回収熱交換器17に通される。熱源供給路18には、蒸発器15より上流側に熱源供給ポンプ21が設けられており、この熱源供給ポンプ21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15と廃熱回収熱交換器17とに順に通すことができる。
The heat source water in the heat
蒸発器15を先に通した後に廃熱回収熱交換器17に熱源水を通すことで、廃熱回収熱交換器17を先に通した後に蒸発器15に熱源水を通す場合と比較して、蒸発器15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12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
給水タンク3には、水位検出器22が設けられる。この水位検出器22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、給水タンク3には、長さの異なる複数の電極棒23〜26が、その下端部の高さ位置を互いに異ならせて差し込まれて保持されている。本実施例では、給水ポンプ10制御用の給水開始電極棒23と給水停止電極棒24の他、補給水ポンプ11制御用の補給水開始電極棒25と補給水停止電極棒26が、給水タンク3に挿入されている。この際、詳細は後述するが、給水停止電極棒24、補給水停止電極棒26、給水開始電極棒23、補給水開始電極棒25の順に、下端部の高さ位置を低くして、給水タンク3に挿入されている。
The
各電極棒23〜26は、その下端部が水に浸かるか否かにより、下端部における水位の有無を検出する。以下において、給水開始電極棒23が検出する水位を給水開始水位H1、給水停止電極棒24が検出する水位を給水停止水位H2、補給水開始電極棒25が検出する水位を補給水開始水位H3、補給水停止電極棒26が検出する水位を補給水停止水位H4という。
Each electrode rod 23-26 detects the presence or absence of the water level in a lower end part by whether the lower end part is immersed in water. In the following, the water level detected by the water supply
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28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
給水路8には、凝縮器13の出口側に、出湯温度センサ29が設けられる。出湯温度センサ29は、凝縮器13を通過後の水温を検出する。出湯温度センサ29の検出温度に基づき、給水ポンプ10が制御される。ここでは、給水ポンプ10は、出湯温度センサ29の検出温度を目標温度に維持するようにインバータ制御される。これにより、給水路8を介した給水タンク3への給水は、出湯温度センサ29の検出温度を目標温度に維持するように、流量が調整される。
In the
熱源供給路18には、蒸発器15の入口側に、熱源温度センサ30が設けられる。熱源温度センサ30は、蒸発器15へ供給される熱源水の温度を検出する。但し、熱源温度センサ30は、場合により、熱源水タンク6に設けられてもよい。詳細は後述するが、熱源温度センサ30の検出温度に基づき、ヒートポンプ4(より具体的には圧縮機12)の発停と、前記目標温度の変更が可能とされる。
A 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への給水は、給水タンク3に設けた水位検出器22の検出信号に基づき、給水ポンプ10と補給水ポンプ11とを制御することでなされる。つまり、給水路8を介した給水タンク3への給水は、給水タンク3内の水位が給水開始水位H1を下回ると開始し、この給水開始水位H1よりも高い給水停止水位H2を上回ると停止する。また、補給水路9を介した給水タンク3への給水は、給水タンク3内の水位が補給水開始水位H3を下回ると開始し、この補給水開始水位H3よりも高い補給水停止水位H4を上回ると停止する。ここで、補給水開始水位H3は、給水開始水位H1よりも低く設定され、補給水停止水位H4は、給水開始水位H1よりも高いが給水停止水位H2よりも低く設定される。
Water supply to the
このような構成であるから、いま、給水停止電極棒24が水位を検知しているとすると、給水タンク3の水位が十分にあるとして、給水ポンプ10を停止すると共に、補給水ポンプ11も停止している。給水タンク3からボイラ2への給水により、給水タンク3の水位が下がり、給水開始電極棒23が水位を検知しなくなると、給水ポンプ10を作動させる。これにより、給水路8を介して給水タンク3に給水されるが、給水停止電極棒24が水位を検知すると、給水ポンプ10を停止する。一方、給水ポンプ10を作動させても、給水タンク3の水位を回復できず、給水タンク3の水位がさらに下がり、補給水開始電極棒25が水位を検知しなくなると、補給水ポンプ11も作動させる。これにより、補給水路9を介しても給水タンク3に給水されるが、給水タンク3の水位が回復して、補給水停止電極棒26が水位を検知すると、補給水ポンプ11を停止し、さらに水位が回復して、給水停止電極棒24が水位を検知すると、給水ポンプ10を停止する。なお、給水ポンプ10を作動させて、給水路8を介した給水タンク3への給水中、熱源供給ポンプ21も作動させる。
With this configuration, if the water supply
本実施例では、補給水停止水位H4は、給水開始水位H1よりも高いが給水停止水位H2よりも低く設定される。その結果、給水開始水位H1と給水停止水位H2との間の水位域と、補給水開始水位H3と補給水停止水位H4との間の水位域とは、一部が重複することになる。そのため、給水開始水位H1と給水停止水位H2との水位差や、補給水開始水位H3と補給水停止水位H4との水位差を、それぞれ確保し易い。これに伴い、給水ポンプ10や補給水ポンプ11の発停回数を従来技術に比べて少なくすることができる。さらに、従来技術と比べて補給水停止水位H4が比較的高いので、給水タンク3への給水速度を速めることができると共に、給水タンク3には比較的多めの水を貯留できる。よって、給水タンク3内の貯水量が不足するおそれはなく、最も重要なボイラ2やその蒸気使用設備の稼働を優先することができる。また、給水タンク3を空の状態から満水にするまでの時間を短縮することができる。
In this embodiment, the makeup water stop water level H4 is set higher than the feed water start water level H1 but lower than the feed water stop water level H2. As a result, the water level region between the water supply start water level H1 and the water supply stop water level H2 and the water level region between the makeup water start water level H3 and the makeup water stop water level H4 partially overlap each other. Therefore, it is easy to ensure the water level difference between the water supply start water level H1 and the water supply stop water level H2, and the water level difference between the makeup water start water level H3 and the makeup water stop water level H4. In connection with this, the frequency | count of start / stop of the
ところで、給水開始水位H1と補給水開始水位H3との水位差は、給水開始水位H1と給水停止水位H2との水位差よりも小さく設定するのが好ましい。給水開始水位H1と補給水開始水位H3とを近づけることで、給水路8を介した給水と補給水路9を介した給水との双方を実行させ易くすることができる。これにより、給水タンク3への給水速度を速めることができる。
By the way, it is preferable to set the water level difference between the water supply start water level H1 and the makeup water start water level H3 smaller than the water level difference between the water supply start water level H1 and the water supply stop water level H2. By bringing the water supply start water level H1 and the makeup water start water level H3 close to each other, both the water supply through the
ヒートポンプ4は、後述するように、所定の場合に作動する。ヒートポンプ4は、その圧縮機12の作動の有無により、運転と停止が切り替えられる。ヒートポンプ4の運転中、圧縮機12は、モータの電源周波数が一定に維持され、一定出力を維持される。
As will be described later, the
給水ポンプ10は、作動中、出湯温度センサ29の検出温度を目標温度に維持するように、回転数をインバータ制御される。後述するように、状況に応じて、目標温度は変更される。
During operation, the
前述したように、本実施例の給水加温システム1では、給水タンク3内の水位に基づき、給水路8を介した給水タンク3への給水が制御されるが、給水路8を介した給水タンク3への給水中、熱源温度センサ30により蒸発器15への熱源流体温度を監視し、その温度が設定温度以上になると、ヒートポンプ4を停止させるのがよい。その場合でも、給水タンク3内の水位に基づく給水条件が満たされる限りは、給水路8を介して給水タンク3へ給水する。
As described above, in the feed water warming system 1 of the present embodiment, water supply to the
より詳細には、本実施例では、次のように制御される。すなわち、給水路8を介した給水タンク3への給水中、熱源温度センサ30の検出温度が設定温度(たとえば60℃)未満であれば、ヒートポンプ4を作動させた状態で、出湯温度センサ29の検出温度を第一目標温度(たとえば75℃)に維持するように、給水ポンプ10をインバータ制御して、給水路8を介した給水タンク3への給水流量を調整する(第一制御)。なお、ここでは、第一目標温度は、前記設定温度よりも高い温度とされる。
More specifically, in the present embodiment, control is performed as follows. That is, if the temperature detected by the heat
このような第一制御中、熱源温度センサ30の検出温度が設定温度(たとえば60℃)以上になると、第二制御に切り替える。第二制御では、ヒートポンプ4を停止させる。その場合でも、給水タンク3内の水位に基づく給水条件が満たされる限りは、給水路8を介して給水タンク3へ給水するが、凝縮器13の出口側水温の制御目標温度を下げるのが好ましい。つまり、出湯温度センサ29の検出温度を第一目標温度よりも低い第二目標温度(たとえば60℃)に維持するように、給水ポンプ10をインバータ制御して、給水路8を介した給水タンク3への給水流量を調整する。なお、ここでは、第二目標温度は、前記設定温度と同一温度とされるが、場合により、前記設定温度よりも低い温度とされてもよい。
During the first control, when the detected temperature of the heat
このように、蒸発器15への熱源流体温度が設定温度未満であれば、ヒートポンプ4を作動させた状態で、凝縮器13の出口側水温を第一目標温度に維持するように、給水路8を介した給水タンク3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。一方、蒸発器15への熱源流体温度が設定温度以上になると、ヒートポンプ4を停止させるので、圧縮機12の保護を図ることができる。但し、その場合でも、廃熱回収熱交換器17において、給水と熱源流体とを熱交換して、熱源流体からの熱回収を図ることができる。しかも、凝縮器13の出口側水温の制御目標温度を、第一目標温度よりも低い第二目標温度に切り替えることで、給水路8を介した給水タンク3への給水流量をある程度以上に確保して、熱源流体からの熱回収を有効に図ることができる。
Thus, if the heat source fluid temperature to the
第二制御から第一制御への切替えは、次のように行われる。すなわち、ヒートポンプ4を停止した状態で、出湯温度センサ29の検出温度を第二目標温度に維持するように、給水路8を介した給水タンク3への給水流量を調整中(つまり第二制御中)、熱源温度センサ30の検出温度が設定温度未満を設定時間(たとえば60秒)継続した場合には、第一制御に戻される。つまり、ヒートポンプ4を再起動して、出湯温度センサ29の検出温度を第一目標温度に維持するように、給水路8を介した給水タンク3への給水流量を調整する制御に切り替えればよい。
Switching from the second control to the first control is performed as follows. That is, while the
但し、第二制御から第一制御への切替えは、次のように行ってもよい。すなわち、ヒートポンプ4を停止した状態で、出湯温度センサ29の検出温度を第二目標温度に維持するように、給水路8を介した給水タンク3への給水流量を調整中(つまり第二制御中)、熱源温度センサ30の検出温度が設定温度よりも低い所定温度(たとえば58℃)未満になった場合には、第一制御に戻される。つまり、ヒートポンプ4を再起動して、出湯温度センサ29の検出温度を第一目標温度に維持するように、給水路8を介した給水タンク3への給水流量を調整する制御に切り替えればよい。
However, switching from the second control to the first control may be performed as follows. That is, while the
いずれにしても、蒸発器15への熱源流体温度が所定に下がると、ヒートポンプ4を停止させた第二制御から、ヒートポンプ4を稼働させた第一制御に戻すことができる。このようにして、蒸発器15への熱源流体温度に応じて、第一制御と第二制御との切り替えが行われる。
In any case, when the heat source fluid temperature to the
但し、給水路8を介した給水タンク3への給水中、熱源温度センサ30の検出温度が前記設定温度よりも高い上限温度(たとえば65℃)以上になると、給水加温システム1の稼働を停止するのがよい。具体的には、ヒートポンプ4を停止すると共に、熱源供給ポンプ21を停止して蒸発器15への熱源流体の供給も停止する。さらに、給水ポンプ10も停止するのがよい。このようにして、蒸発器15への熱源流体温度が過度に上昇した場合には、給水加温システム1の稼働を停止することで、給水加温システム1の保護を図ることができる。なお、ここでは、上限温度は、前記設定温度よりも高いが、前記第一目標温度よりも低い温度とされる。
However, when the temperature detected by the heat
その他、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28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21を停止して蒸発器15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、給水路8を介した給水タンク3への給水中、万一、給水路8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21を停止して蒸発器15への熱源水の供給を停止するのがよい。
In addition, when the water level of the heat
ところで、給水加温システム1の冷態起動時(たとえば給水加温システム1の休止時間が所定よりも長い場合や、熱源水タンク6内の熱源水が常温程度まで冷えた場合など)は、給水タンク3内の水位に基づき、給水路8を介した給水が開始されると共に、熱源供給ポンプ21の作動により蒸発器15への熱源流体の供給が開始される際、次のように制御するのが好ましい。つまり、熱源温度センサ30の検出温度が下限温度(たとえば35℃)未満であれば、ヒートポンプ4を停止しておき、下限温度以上になれば、ヒートポンプ4を起動して、前記第一制御を実行する。冷態起動時、蒸発器15への熱源流体温度が下限温度以上になるまで、ヒートポンプ4を停止しておくことで、圧縮機12の保護を図ることができる。なお、下限温度は、前記設定温度や前記各目標温度よりも低い温度とされる。
By the way, when the feed water warming system 1 is cold-started (for example, when the pause time of the feed water warming system 1 is longer than a predetermined time or when the heat source water in the heat
なお、ヒートポンプ4を一旦起動後は、給水路8を介した給水タンク3への給水中、熱源温度センサ30の検出温度が下限温度未満になっても、給水路8を介した給水タンク3への給水が継続する限り、ヒートポンプ4の作動を継続するのが好ましい。ヒートポンプ4を一旦起動後は、ヒートポンプ4の冷媒は冷態起動時よりも加温されているから、ヒートポンプ4の作動を継続しても、圧縮機12を損傷するおそれはない。なお、制御器は、熱源温度センサ30の検出温度が下限温度未満になった旨を表示手段などに出力して、ユーザにお知らせするのが好ましい。
Once the
本発明の給水加温システムは、前記実施例の構成に限らず、適宜変更可能である。特に、ヒートポンプ4と、給水タンク3と、廃熱回収熱交換器17とを備えた給水加温システム1において、冷態起動時、蒸発器15への熱源流体の供給を開始後、蒸発器15への熱源流体温度が下限温度未満であれば、ヒートポンプ4を停止しておき、下限温度以上になれば、ヒートポンプ4を起動するのであれば、その他の構成および制御は適宜に変更可能である。たとえば、前記実施例において、過冷却器16の設置を省略してもよい。また、補給水ポンプ11を備えた補給水路9は、場合により省略可能である。
The feed water heating system of the present invention is not limited to the configuration of the above embodiment, and can be changed as appropriate. In particular, in the feed water heating system 1 including the
また、実施例では、給水路8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10をインバータ制御したが、給水ポンプ10をオンオフ制御しつつ、給水路8に設けた弁の開度を調整してもよい。つまり、出湯温度センサ29の検出温度などに基づき給水路8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。
Further, in the embodiment, the
また、前記実施例の場合、給水タンク3に、凝縮器13を介して給水路8により給水可能であると共に、凝縮器13を介さずに補給水路9により給水可能であれば、給水路8や補給水路9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8と補給水路9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8と補給水路9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9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8から分岐するように設けてもよいし、補給水路9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8に合流するように設けてもよい。補給水路9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8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8に給水ポンプ10を設ける一方、補給水路9に補給水ポンプ11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8および/または補給水路9に設けた弁の開度を調整することで、給水路8や補給水路9を通る流量を調整してもよい。
In the case of the above embodiment, if 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8および補給水路9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8および/または補給水路9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8および補給水路9の基端部をまとめて軟水器に接続し、給水ポンプ10の設置を省略する代わりに給水路8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11の設置を省略する代わりに補給水路9に設けた電磁弁の開閉を制御すればよい。
Moreover, in the said Example, although it was made possible to supply water 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。
Moreover, although the said Example demonstrated the system which can heat the water supply to the
また、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。
Moreover, although the said Example demonstrated the example using heat-source water as a heat source of the
また、前記実施例では、ヒートポンプ4を運転する際、圧縮機12のモータの電源周波数を一定に維持したが、場合により、圧縮機12の吐出圧を所定に維持するように制御してもよい。あるいは、給水タンク3内の水位または蒸発器15への熱源流体温度に基づき、圧縮機12の出力を調整してもよい。
Moreover, in the said Example, when operating 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、低段ヒートポンプの圧縮機からの冷媒と高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、この中間冷却器が低段ヒートポンプの凝縮器であると共に高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
さらに、前記実施例では、ヒートポンプ4の圧縮機12は、電気モータにより駆動されたが、圧縮機12の駆動源は特に問わない。たとえば、圧縮機12は、電気モータに代えてまたはそれに加えて、蒸気を用いて動力を起こすスチームモータ(蒸気エンジン)に駆動されたり、ガスエンジンにより駆動されたりしてもよい。
Furthermore, in the said Example, although 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
7 ポンプ
8 給水路
9 補給水路
10 給水ポンプ
11 補給水ポンプ
12 圧縮機
13 凝縮器
14 膨張弁
15 蒸発器
16 過冷却器
17 廃熱回収熱交換器
18 熱源供給路
19 熱源水の供給路
20 オーバーフロー路
21 熱源供給ポンプ
22 水位検出器
23 給水開始電極棒
24 給水停止電極棒
25 補給水開始電極棒
26 補給水停止電極棒
27 水位検出器
28 低水位検出電極棒
29 出湯温度センサ
30 熱源温度センサ
H1 給水開始水位
H2 給水停止水位
H3 補給水開始水位
H4 補給水停止水位
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Supply
Claims (7)
前記凝縮器を介して給水路により給水可能な給水タンクと、
前記凝縮器より上流側の前記給水路の水と、前記蒸発器を通過後の熱源流体とを熱交換する廃熱回収熱交換器とを備え、
冷態起動時、前記蒸発器への熱源流体の供給を開始後、前記蒸発器への熱源流体温度が下限温度未満であれば、前記ヒートポンプを停止しておき、下限温度以上になれば、前記ヒートポンプを起動する
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 capable of supplying water by a water supply channel via the condenser;
A waste heat recovery heat exchanger for exchanging heat between the water in the water supply channel upstream of the condenser and the heat source fluid after passing through the evaporator;
At the time of cold start, after starting the supply of the heat source fluid to the evaporator, if the heat source fluid temperature to the evaporator is less than the lower limit temperature, the heat pump is stopped, A feed water heating system characterized by starting a heat pump.
ことを特徴とする請求項1に記載の給水加温システム。 Once the heat pump is started, the operation of the heat pump is continued even when the temperature of the heat source fluid to the evaporator becomes lower than the lower limit temperature during the water supply to the water supply tank via the water supply channel. The feed water heating system according to claim 1.
前記給水路を介した前記給水タンクへの給水中、前記蒸発器への熱源流体温度が設定温度以上になると、前記ヒートポンプを停止させた状態で、前記凝縮器の出口側水温を前記第一目標温度よりも低い第二目標温度に維持するように、前記給水路を介した前記給水タンクへの給水流量を調整する
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。 If the heat source fluid temperature to the evaporator is lower than a set temperature that is higher than the lower limit temperature during water supply to the water supply tank via the water supply channel, the condensation is performed while the heat pump is operated. Adjusting the water supply flow rate to the water supply tank via the water supply path so as to maintain the outlet water temperature of the vessel at the first target temperature,
When the heat source fluid temperature to the evaporator is equal to or higher than a set temperature during water supply to the water supply tank via the water supply channel, the water temperature on the outlet side of the condenser is set to the first target with the heat pump stopped. The feed water heating system according to claim 1 or 2, wherein a feed water flow rate to the feed water tank via the feed water channel is adjusted so as to maintain a second target temperature lower than a temperature.
ことを特徴とする請求項3に記載の給水加温システム。 While adjusting the feed water flow rate to the feed water tank via the feed water channel so that the outlet water temperature of the condenser is maintained at the second target temperature, the heat source fluid temperature to the evaporator is set to be lower than a set temperature. Control that adjusts the feed water flow rate to the feed water tank via the feed water path so that the heat pump is operated and the outlet side water temperature of the condenser is maintained at the first target temperature when the time continues. The feed water warming system according to claim 3, wherein the feed water warming system is switched to.
ことを特徴とする請求項3に記載の給水加温システム。 While adjusting the feed water flow rate to the feed water tank via the feed water channel so that the outlet water temperature of the condenser is maintained at the second target temperature, the heat source fluid temperature to the evaporator is lower than the set temperature When the temperature is lower than a predetermined temperature, the heat pump is operated, and the water supply flow rate to the water supply tank via the water supply path is adjusted so that the outlet water temperature of the condenser is maintained at the first target temperature. It switches to the control to adjust. The feed water heating system of Claim 3 characterized by the above-mentioned.
ことを特徴とする請求項3〜5のいずれか1項に記載の給水加温システム。 When the heat source fluid temperature to the evaporator becomes equal to or higher than the upper limit temperature higher than the set temperature during water supply to the water supply tank via the water supply channel, the heat pump is stopped and the heat source fluid to the evaporator Supply also stops. The feed water heating system of any one of Claims 3-5 characterized by the above-mentioned.
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の給水加温システム。 The water supply / warming system according to any one of claims 1 to 6, wherein the presence or absence of water supply to the water supply tank via the water supply path is switched based on a water level of the water supply tank.
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