JP2015127594A - ボイラ給水システム - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートポンプによってボイラ給水を加温するに当たり、年間を通して効率的にボイラ給水を加温することが出来るとともに、ヒートポンプの設備費及び消費電力を低減可能なボイラ給水システムを提供すること。
【解決手段】ボイラ１に給水するためのボイラ給水システム１０であって、ボイラに供給するボイラ給水を貯留可能な給水タンク１２と、給水タンクに貯留されているボイラ給水をボイラに供給するためのボイラ給水路３０と、排熱源２から排出される冷却水を熱源としてボイラ給水を加温するためのヒートポンプ１４と、排熱源から排出される冷却水と、ヒートポンプで加温される前のボイラ給水とを熱交換するための熱交換器１６とを含む。
【選択図】図１

Description

本開示は、ボイラに給水するためのボイラ給水システムに関し、詳しくは、排熱源から排出される冷却水を熱源としてボイラに供給するボイラ給水を加温するためのヒートポンプを備えるボイラ給水システムに関する。

発電プラントや各種の工場設備では、冷熱源として、冷却塔などで冷却した冷却水を循環利用する。発電プラントにおいては、蒸気タービンから排出される排気蒸気を凝縮する復水器を冷却するための冷熱源として冷却水が利用される。また、各種の工場設備では、製品の洗浄や冷却などの様々な用途において冷却水が利用されている。これら復水器や工場設備などの排熱源から排出される冷却水は、一般に３０〜４０℃程度と低温なため、従来は未利用のまま排出されていた。ところが近年、この低温の冷却水が有する熱エネルギーを有効に利用するために、ヒートポンプの利用が考えられている。

例えば、特許文献１には、復水器から排出される冷却水の熱エネルギーをヒートポンプで汲み上げ、その熱エネルギーによってボイラ給水を加温するシステムが開示されている。このようなシステムによれば、従来は未利用のまま排出されていた冷却水の熱エネルギーを有効利用することで、ボイラ効率を高めることが出来る。

特開２００７−２０５１８７号公報

ところで、発電プラントや工場設備等の排熱源から排出される冷却水の水温は、発電工程や製造工程などのプロセスに依存しているため、年間を通してそれほど大きくは変動しない。これに対してボイラ給水の水温は、給水タンクなどに貯留された状態で外部に保管されるため、外気温の影響を受け易く、排熱源から排出される冷却水よりも年間を通しての水温の変動幅が大きい。特に、ボイラ給水の原水として、河川から取水した水、海水を淡水化した水、湖沼から取水した水などを利用する場合には、これらの自然由来の原水は水温の季節変動が大きいため、その傾向が顕著である。

ヒートポンプは、低温条件下において加熱能力や成績係数（ＣＯＰ）が低下することが知られている。このため、ヒートポンプで通常よりも低温の水を加温する場合、加熱能力やＣＯＰが通常よりも低下してしまう。よって、年間を通して効率的にボイラ給水を加温するためには、ヒートポンプで加温する前のボイラ給水の水温を所定温度以上に維持する必要がある。

本発明の少なくとも一つの実施形態は、上述したような従来の課題に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、ヒートポンプによってボイラ給水を加温するに当たり、年間を通して効率的にボイラ給水を加温することが出来るとともに、ヒートポンプの設備費及び消費電力を低減可能なボイラ給水システムを提供することにある。

（１）本発明の少なくとも一つの実施形態は、
ボイラに給水するためのボイラ給水システムであって、
前記ボイラに供給するボイラ給水を貯留可能な給水タンクと、
前記給水タンクに貯留されている前記ボイラ給水を前記ボイラに供給するためのボイラ給水路と、
排熱源から排出される冷却水を熱源として前記ボイラ給水を加温するためのヒートポンプと、
前記排熱源から排出される前記冷却水と、前記ヒートポンプで加温される前のボイラ給水とを熱交換するための熱交換器と、を含む。

本発明の少なくとも一つの実施形態にかかるボイラ給水システムは、発電プラントの復水器や各種の工場設備などの排熱源から排出される冷却水を熱源としてボイラ給水を加温するためのヒートポンプを含んでいる。このようなボイラ給水システムによれば、ヒートポンプによって回収した冷却水の熱エネルギーによってボイラ給水を加温することで、ボイラ効率を高めることが出来る。

しかも、上記（１）の実施形態のボイラ給水システムは、排熱源から排出される冷却水と、ヒートポンプで加熱される前のボイラ給水とを熱交換するための熱交換器を含んでいる。排熱源から排出される冷却水の水温は、一般に年間を通して３０〜４０℃程度とあまり変動しないのに対し、給水タンクに貯留されているボイラ給水の水温は、例えば冬季は０〜２０℃程度、夏季は２０〜４０℃程度と、季節によって大きく変動する。したがって、排熱源から排出される冷却水と、ヒートポンプで加温される前のボイラ給水とを熱交換させ、ヒートポンプに供給される前のボイラ給水を予め所定温度まで加温することで、年間を通してヒートポンプによってボイラ給水を効率的に加温することが出来る。またこれにより、ヒートポンプの設備費及び消費電力を低減可能なボイラ給水システムを提供することが出来る。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載のボイラ給水システムにおいて、給水タンクに貯留されているボイラ給水は、排熱源から排出される冷却水よりも年間を通しての水温の変動幅が大きい。

上述したとおり、本発明の少なくとも一つの実施形態にかかるボイラ給水システムによれば、熱交換器によってヒートポンプに供給される前のボイラ給水を予め所定温度まで加温することが出来るため、年間を通してヒートポンプに行ってボイラ給水を効率的に加温することが出来る。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載のボイラ給水システムにおいて、ボイラ給水システムが、排熱源から排出される冷却水を分水する分水手段と、分水手段によって分水される冷却水を熱交換器に供給するための第１冷却水路とをさらに含む。そして分水手段は、分水する冷却水の流量を調節可能に構成される。

上記（３）の実施形態によれば、冷却水を分水する分水手段が、その分水する冷却水の流量を調節可能に構成される。分水手段で分水された冷却水の少なくとも一部は、第１冷却水路を介して熱交換器に供給される。よって、このような実施形態によれば、例えば熱交換器に供給されるボイラ給水の温度や流量に応じて、分水手段によって分水する冷却水の流量を調節することが可能となる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（３）に記載のボイラ給水システムにおいて、ボイラ給水システムが、分水手段によって分水される冷却水の熱エネルギーをヒートポンプに供給するための第２冷却水路をさらに含む。

上記（４）の実施形態によれば、分水手段で分水された冷却水の熱エネルギーの少なくとも一部は、第２冷却水路を介してヒートポンプに供給される。よって、このような実施形態によれば、例えばヒートポンプに供給されるボイラ給水の温度や流量に応じて、分水手段によって分水する冷却水の流量を調節することが可能となる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（４）に記載のボイラ給水システムにおいて、第２冷却水路は、分水手段によって分水される冷却水をヒートポンプに供給することで、この冷却水の熱エネルギーをヒートポンプに供給するように構成される

（６）幾つかの実施形態では、上記（４）に記載のボイラ給水システムにおいて、ボイラ給水システムが、第２熱交換器と、第２熱交換器とヒートポンプとの間を熱媒体が循環して流れるように構成される循環流路とをさらに含む。第２冷却水路は、分水手段によって分水される冷却水を第２熱交換器に供給するように構成される。そして、ヒートポンプは、第２熱交換器において冷却水と熱交換される熱媒体を介して、冷却水を熱源としてボイラ給水を加温するように構成される。

上記（５）の実施形態によれば、冷却水の熱エネルギーをヒートポンプによって直接回収することが出来る。このため、上記（６）の実施形態のように第２熱交換器を設ける必要がなく、システムを簡素化することが出来る。

上記（６）の実施形態によれば、第２熱交換器、及びこの第２熱交換器とヒートポンプとの間を熱媒体が循環して流れる循環流路をさらに含むため、熱媒体を介して冷却水の熱エネルギーを間接的に回収し、ボイラ給水を加温することが出来る。このため、例えば冷却水の水質が悪く、冷却水をヒートポンプに直接供給することが出来ないような場合であっても、冷却水の熱エネルギーをヒートポンプによって間接的に回収し、ボイラ給水を加温することが出来る。

（７）幾つかの実施形態では、上記（４）に記載のボイラ給水システムにおいて、ボイラ給水路は、給水タンクからボイラに供給されるボイラ給水が熱交換器をバイパス可能に構成される。そして、本実施形態のボイラ給水システムは、ボイラ給水が熱交換器をバイパスするか否かを切り替え可能な第１切替手段をさらに含む。

上記（７）の実施形態によれば、ボイラ給水が熱交換器をバイパスするか否かを第１切替手段によって切り替えることが出来る。したがって、例えば、熱交換器が故障した場合や、冷却水の水温がボイラ給水との熱交換に適さない場合などに、熱交換器をバイパスするようにボイラ給水を流すことが出来る。

（８）幾つかの実施形態では、上記（７）に記載のボイラ給水システムにおいて、ボイラ給水路は、給水タンクからボイラに供給されるボイラ給水がヒートポンプをバイパス可能に構成される。そして、本実施形態のボイラ給水システムは、ボイラ給水がヒートポンプをバイパスするか否かを切り替え可能な第２切替手段をさらに含む。

上記（８）の実施形態によれば、ボイラ給水がヒートポンプをバイパスするか否かを第２切替手段によって切り替えることが出来る。したがって、例えば、ヒートポンプが故障した場合などに、ヒートポンプをバイパスするようにボイラ給水を流すことが出来る。

（９）幾つかの実施形態では、上記（７）に記載のボイラ給水システムにおいて、ボイラ給水システムは、排熱源から排出される冷却水の水温を測定可能な冷却水温測定手段と、給水タンクに貯留されるボイラ給水、又は熱交換器よりも上流側のボイラ給水路を流れるボイラ給水、の水温を測定可能なボイラ給水温測定手段と、少なくとも第１切替手段における切り替えを制御可能な制御装置とをさらに含む。そして、制御装置は、冷却水温測定手段で測定される冷却水の水温が、ボイラ給水温測定手段で測定されるボイラ給水の水温よりも低い時には、給水タンクからボイラに供給されるボイラ給水が熱交換器をバイパスするように、第１切替手段を切り替えるように構成される。

上記（９）の実施形態によれば、冷却水の水温が熱交換器に供給されるボイラ給水の水温よりも低い時には、ボイラ給水が熱交換器をバイパスするように、制御装置によって第１切替手段が切り替えられる。このため、熱交換器において、ボイラ給水とボイラ給水よりも低温の冷却水とが熱交換して逆にボイラ給水の水温が下がってしまうことを防止することが出来る。

ここで本明細書における「熱交換器」とは、温度の高い流体から低い流体へと一方向にのみ熱を移動させるための機器を指す。よって、熱媒体の気化熱と凝縮熱とを利用することで、温度の高い流体から低い流体へと熱を移動させるだけでなく、温度の低い流体から高い流体へと熱を移動させることも可能なヒートポンプは、本明細書の「熱交換器」には含まれない。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（９）に記載のボイラ給水システムにおいて、制御装置は、分水手段の作動を制御することで、分水手段によって分水される冷却水の流量を調節可能に構成される。そして、制御装置は、ボイラ給水温測定手段で測定されるボイラ給水の水温、冷却水温測定手段で測定される冷却水の水温とボイラ給水温測定手段で測定されるボイラ給水の水温との温度差、の少なくともいずれか一方に応じて、分水手段によって分水される冷却水の流量を調節するように構成される。

上記（１０）の実施形態によれば、ボイラ給水温測定手段で測定されるボイラ給水の水温、及び冷却水温測定手段で測定される冷却水の水温とボイラ給水温測定手段で測定されるボイラ給水の水温との温度差、の少なくともいずれか一方に応じて、分水手段によって分水される冷却水の流量が調節される。
したがって、例えば、ボイラ給水温測定手段で測定されるボイラ給水の水温が低い場合は分水する冷却水の流量を増やし、反対に、ボイラ給水温測定手段で測定されるボイラ給水の水温が高い場合は分水する冷却水の流量を減らすことが出来る。また、冷却水の水温とボイラ給水の水温との温度差（冷却水の水温＞ボイラ給水の水温）が小さい場合は、分水する冷却水の流量を増やし、反対に、冷却水の水温とボイラ給水の水温との温度差（冷却水の水温＞ボイラ給水の水温）が大きい場合は、分水する冷却水の流量を減らすことが出来る。このように、本実施形態によれば、ボイラ給水を所定の温度に加温するために必要な分だけの冷却水を分水することが可能となる。

本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、ヒートポンプによってボイラ給水を加温するに当たり、年間を通して効率的にボイラ給水を加温することが出来るとともに、ヒートポンプの設備費及び消費電力を低減可能なボイラ給水システムを提供することが出来る。

本発明の少なくとも一実施形態にかかるボイラ給水システムを示した全体模式図である。 本発明の一実施形態にかかるボイラ給水システムを示した全体模式図である。 本発明の一実施形態にかかるボイラ給水システムを示した全体模式図である。 制御装置の機能を説明するためのブロック図である。 第１切替手段制御部における切り替え動作を説明するためのフロー図である。 分水流量制御部における制御動作を説明するためのフロー図である。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいてより詳細に説明する。
ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は、本発明の少なくとも一実施形態にかかるボイラ給水システムを示した全体模式図である。
本実施形態のボイラ給水システム１０Ａは、ボイラ１に給水するためのシステムであり、図１に示すように、給水タンク１２と、ボイラ給水路３０と、ヒートポンプ１４と、熱交換器１６と、を少なくとも含むように構成される。

給水タンク１２は、ボイラ１に供給するボイラ給水を貯留可能なタンクである。ボイラ１は、供給されたボイラ給水を加熱して蒸気を生成する。ボイラ１で生成された蒸気は、蒸気管路３によって例えば蒸気タービン（不図示）などの蒸気エネルギーを必要とする場所に供給される。ボイラ給水は、例えば河川から取水した水、海水を淡水化した水、湖沼から取水した水などの自然由来の原水を純水製造装置（不図示）で浄化することで製造される。また、ボイラ給水は、例えば復水器で凝縮される凝縮水などを含んでいてもよい。

図示した実施形態では、給水タンク１２に貯留されているボイラ給水の水温を２５℃と表示している。しかしながら、この給水タンク１２に貯留されているボイラ給水は、給水タンク１２に貯留された状態で外部に保管されるため、外気温の影響を受け易く、後述する排熱源２から排出される冷却水よりも年間を通しての水温の変動幅が大きい。特に、河川から取水した水、海水を淡水化した水、湖沼から取水した水などを利用する場合には、これらの自然由来の原水は水温の季節変動が大きいため、その傾向が顕著である。

ボイラ給水路３０は、給水タンク１２に貯留されているボイラ給水をボイラ１に供給するための管路である。本実施形態のボイラ給水路３０は、給水タンク１２から後述する熱交換器１６までの第１区間（３０Ａ）、熱交換器１６から後述するヒートポンプ１４までの第２区間（３０Ｂ）、ヒートポンプ１４から脱気器６までの第３区間（３０Ｃ）、及び脱気器６からボイラ１までの第４区間（３０Ｄ）の４つの区間に区分することができる。第１区間には第１給水ポンプ２３が設置されており、給水タンク１２に貯留されているボイラ給水を加圧して熱交換器１６に供給する。また、第３区間には第２給水ポンプ２５が設置されており、ヒートポンプ１４を通過して流れるボイラ給水を加圧して脱気器６に供給する。

符号５は抽気管路である。抽気管路５は、蒸気管路３から分岐し、蒸気管路３を流れる蒸気の一部を脱気器６へと供給するための管路である。この抽気された蒸気の蒸気エネルギーによって、脱気器６においてボイラ給水が例えば１４０℃まで加温される。後述するように、ヒートポンプ１４によってボイラ給水を８０℃まで加温することで、ボイラ給水を１４０℃まで加温するのに必要な蒸気量を減少させることが出来る。そして、脱気器６でボイラ給水に含まれる酸素が除去された後、第４区間を通ってボイラ１にボイラ給水が供給される。

ヒートポンプ１４は、排熱源２から排出される冷却水を熱源としてボイラ給水を加温するためのものである。ヒートポンプ１４は、装置内部に熱媒体が循環する循環路と、熱媒体を圧縮するコンプレッサと、圧縮された熱媒体を膨張させる膨張弁とを備えている。そして、熱媒体の気化熱と凝縮熱とを利用することで、冷却水から汲み上げた熱エネルギーをボイラ給水へと供給し、ボイラ給水を目標温度まで加温するように構成されている。

図示した実施形態では、熱エネルギーが汲み上げられることで、冷却水の温度が３８℃から３３℃まで低下する一方、ボイラ給水は３５℃から８０℃まで加温されている。

排熱源２は、発電プラントや各種の工場設備において冷熱源として冷却水を利用するものであり、例えば、蒸気タービンから排出される排気蒸気を凝縮する復水器や、製品の洗浄や冷却などの様々な用途で冷却水を利用する各種の工場設備がこれに当る。排熱源２から排出される冷却水は、冷却塔４における大気との熱交換によって冷却された後、再び排熱源２に供給される。排熱源２と冷却塔４の間には、冷却水が循環して流れる冷却水循環流路３２が設けられている。符号２１は、冷却塔４で冷却された冷却水を加圧して排熱源２へと供給する冷却水循環ポンプ２１である。

図示した実施形態では、排熱源２から排出される冷却水の水温は３８℃となっている。この排熱源２から排出される冷却水の水温は、発電工程や製造工程などのプロセスに依存しているため、昼夜および年間を通してそれほど大きくは変動しない。一般に３０〜４０℃程度である。

熱交換器１６は、排熱源２から排出される冷却水と、ヒートポンプ１４で加温される前のボイラ給水とを熱交換するためのものである。この熱交換器１６は、温度の高い流体から低い流体へと一方向にのみ熱を移動させるように構成されている。

図示した実施形態では、水温の高い冷却水（３８℃）と水温の低いボイラ給水（２５℃）とが熱交換し、ボイラ給水が２５℃から３５℃まで加温される。一方、冷却水は、３８℃から３３℃まで水温が低下している。

冷却水循環流路３２の排熱源２の下流側、且つ冷却塔４の上流側（図中のＡ地点）からは、冷却水分水路３４が分岐している。この冷却水分水路３４は、その下流（図中のＢ地点）において、さらに第１冷却水路３４Ｂと第２冷却水路３４Ｃの２本の水路に分岐している。そして、Ａ地点からＢ地点までの冷却水分水路３４（３４Ａ）には、軸流ポンプ２９が設置されており、この軸流ポンプ２９が駆動することで、冷却水循環流路３２を流れる冷却水が冷却水分水路３４（３４Ａ）に分水される。また、この軸流ポンプ２９のポンプ回転数等の駆動状態を制御することで、分水する冷却水の流量を調節することが出来るようになっている。すなわち本実施形態では、この軸流ポンプ２９によって、排熱源２から排出される冷却水を分水し、且つ分水する冷却水の流量を調節可能とする分水手段が構成されている。

第１冷却水路３４Ｂは、熱交換器１６と接続している。そして、上述した軸流ポンプ２９（分水手段）によって分水される冷却水の少なくとも一部を熱交換器１６に供給するように構成されている。熱交換器１６に供給され、ヒートポンプ１４で加温される前のボイラ給水と熱交換した冷却水は、冷却水循環流路３２のＡ地点よりも下流側に戻される。

第２冷却水路３４Ｃは、ヒートポンプ１４と接続している。そして、上述した軸流ポンプ２９（分水手段）によって分水される冷却水の少なくとも一部をヒートポンプ１４に供給するように構成されている。ヒートポンプ１４に供給され、熱エネルギーが汲み上げられた冷却水は、冷却水循環流路３２のＡ地点よりも下流側に戻される。

このように構成される本実施形態のボイラ給水システム１０Ａは、排熱源２から排出される冷却水を熱源としてボイラ給水を加温するためのヒートポンプ１４を含んでいる。このため、ヒートポンプ１４によって回収した冷却水の熱エネルギーによってボイラ給水を加温することで、ボイラ効率を高めることが出来る。または、抽気する蒸気量を減少させることが出来る。

しかも、本実施形態のボイラ給水システム１０Ａは、排熱源２から排出される冷却水と、ヒートポンプ１４で加熱される前のボイラ給水とを熱交換するための熱交換器１６を含んでいる。排熱源２から排出される冷却水の水温は、一般に年間を通して３０〜４０℃程度とあまり変動しないのに対し、給水タンク１２に貯留されているボイラ給水の水温は、例えば冬季は０〜２０℃程度、夏季は２０〜４０℃程度と、季節によって大きく変動する。したがって、排熱源２から排出される冷却水と、ヒートポンプ１４で加温される前のボイラ給水とを熱交換させ、ヒートポンプ１４に供給される前のボイラ給水を予め所定温度まで加温することで、年間を通してヒートポンプ１４によってボイラ給水を効率的に加温することが出来る。またこれにより、ヒートポンプ１４の設備費及び消費電力を低減可能なボイラ給水システム１Ａを提供することが出来る。

また幾つかの実施形態では、上述したように、ボイラ給水システム１０Ａが、排熱源２から排出される冷却水を分水する分水手段２９と、分水手段２９によって分水される冷却水を熱交換器１６に供給するための第１冷却水路３４Ｂとをさらに含んでいる。そして分水手段２９は、分水する冷却水の流量を調節可能に構成される。

このような実施形態によれば、例えば熱交換器１６に供給されるボイラ給水の温度や流量に応じて、分水手段２９によって分水する冷却水の流量を調節することが出来る。このため、ボイラ給水の温度や流量が変化した場合であっても、分水手段２９を適宜制御することで、ヒートポンプ１４に供給される前のボイラ給水を所定温度まで加温するのに必要な量の冷却水を熱交換器１６に供給することが出来る。

また幾つかの実施形態では、上述したように、ボイラ給水システム１０Ａが、分水手段２９によって分水される冷却水をヒートポンプ１４に供給するための第２冷却水路３４Ｃをさらに含んでいる。

このような実施形態によれば、例えばヒートポンプ１４に供給されるボイラ給水の温度や流量に応じて、分水手段２９によって分水する冷却水の流量を調節することが出来る。このため、ボイラ給水の温度や流量が変化した場合であっても、分水手段２９を適宜制御することで、ヒートポンプ１４に供給されるボイラ給水を目標温度まで加温するのに必要な量の冷却水を熱交換器１６に供給することが出来る。

図２は、本発明の一実施形態にかかるボイラ給水システムを示した全体模式図である。本実施形態のボイラ給水システム１０Ｂは、上述した実施形態のボイラ給水システム１０Ａと基本的には同様の構成を有している。よって、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

本実施形態のボイラ給水システム１０Ｂは、図２に示したように、第２熱交換器１８と、第２熱交換器１８とヒートポンプ１４との間を循環水（熱媒体）が循環して流れるように構成される循環流路３６とをさらに含んでいる。循環流路３６には、循環水を循環して流すための循環ポンプ２７が配置されている。第２冷却水路３４Ｃは、分水手段２９によって分水される冷却水の少なくとも一部を第２熱交換器１８に供給するように構成されている。そして、ヒートポンプ１４は、第２熱交換器１８において冷却水と熱交換される循環水（熱媒体）を介して、冷却水を熱源としてボイラ給水を加温するように構成される。

図示した実施形態では、水温の高い冷却水（３８℃）と水温の低い循環水（３０℃）とが熱交換し、循環水が３０℃から３５℃まで加温される。そして、３５℃まで加温された循環水は、ヒートポンプ１４においてその熱エネルギーが汲み上げられ、その水温が３５℃から３０℃まで低下する。そして再び第２熱交換器１８に供給される。一方、ボイラ給水は、循環水から汲み上げられた熱エネルギーによって、ヒートポンプ１４において３５℃から８０℃まで加温される。

このようなボイラ給水システム１０Ｂによれば、第２熱交換器１８、及びこの第２熱交換器１８とヒートポンプ１４との間を熱媒体が循環して流れる循環流路３６をさらに含むため、熱媒体を介して冷却水の熱エネルギーを間接的に回収し、ボイラ給水を加温することが出来る。このため、例えば冷却水の水質が悪く、冷却水をヒートポンプ１４に直接供給することが出来ないような場合であっても、冷却水の熱エネルギーをヒートポンプ１４によって間接的に回収し、ボイラ給水を加温することが出来る。

一方、上述したボイラ給水システム１０Ａによれば、冷却水の熱エネルギーをヒートポンプ１４によって直接回収することが出来る。このため、ボイラ給水システム１０Ｂのように第２熱交換器１８を設ける必要がなく、システムを簡素化することが出来る。

図３は、本発明の一実施形態にかかるボイラ給水システムを示した全体模式図である。本実施形態のボイラ給水システム１０Ｃは、上述した実施形態のボイラ給水システム１０Ａ及び１０Ｂと基本的には同様の構成を有している。よって、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

本実施形態のボイラ給水システム１０Ｃでは、図３に示したように、ボイラ給水路３０が、給水タンク１２からボイラ１に供給されるボイラ給水が熱交換器１６を迂回して流れるように形成された第１バイパス路３０ａをさらに備えている。そして、本実施形態のボイラ給水システム１０Ｃは、ボイラ給水が熱交換器１６をバイパスするか否かを切り替え可能な第１切替手段２２をさらに含んでいる。この第１切替手段２２は、給水タンク１２から供給されるボイラ給水を熱交換器１６側に流すか、第１バイパス路３０ａに流すかを切り替え可能に構成された、例えば三方弁から構成される。

このような実施形態によれば、ボイラ給水が熱交換器１６をバイパスするか否かを第１切替手段２２によって切り替えることが出来る。したがって、例えば、熱交換器１６が故障した場合や、冷却水の水温がボイラ給水との熱交換に適さない場合などに、熱交換器１６をバイパスするようにボイラ給水を流すことが出来る。

また、本実施形態のボイラ給水システム１０Ｃでは、図３に示したように、ボイラ給水路３０が、給水タンク１２からボイラ１に供給されるボイラ給水がヒートポンプ１４を迂回して流れるように形成された第２バイパス路３０ｂをさらに備えている。そして、本実施形態のボイラ給水システム１０Ｃは、ボイラ給水がヒートポンプ１４をバイパスするか否かを切り替え可能な第２切替手段２４をさらに含んでいる。この第２切替手段２４は、上述した第１切替手段と同様、給水タンク１２から供給されるボイラ給水をヒートポンプ１４側に流すか、第２バイパス路３０ｂに流すかを切り替え可能に構成された、例えば三方弁から構成される。

このような実施形態によれば、ボイラ給水がヒートポンプ１４をバイパスするか否かを第２切替手段２４によって切り替えることが出来る。したがって、例えば、ヒートポンプ１４が故障した場合などに、ヒートポンプ１４をバイパスするようにボイラ給水を流すことが出来る。

また、本実施形態のボイラ給水システム１０Ｃでは、図３に示したように、排熱源２から排出される冷却水の水温を測定可能な冷却水温測定手段２８と、給水タンク１２に貯留されているボイラ給水の水温を測定可能なボイラ給水温測定手段２６と、第１切替手段２２及び第２切替手段２４における切り替え、並びに分水手段２９の作動を制御可能な制御装置２０とをさらに含んでいる。なお、ボイラ給水温測定手段２６は、給水タンク１２に貯留されているボイラ給水の水温でなくとも、熱交換器１６よりも上流側のボイラ給水路３０を流れるボイラ給水の水温を測定できるように構成されていればよい。

制御装置２０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、およびＩ／Ｏインターフェイスなどからなるマイクロコンピュータとして構成されている。

図４は、制御装置の機能を説明するためのブロック図である。図４に示したように、制御装置２０は、第１切替手段２２における切り替えを制御するための第１切替手段制御部２０Ａと、第２切替手段２４における切り替えを制御するための第２切替手段制御部２０Ｂと、分水手段２９の作動を制御するための分水手段制御部２０Ｃと、ボイラ給水温測定手段２６で測定されるボイラ給水の水温と、冷却水温測定手段２８で測定される冷却水の水温とを比較するための水温比較部２０Ｄと、分水手段２９によって分水される冷却水の流量を演算する分水流量演算部２０Ｅと、を備えている。

そして、上述した第１切替手段制御部２０Ａは、冷却水温測定手段２８で測定される冷却水の水温が、ボイラ給水温測定手段２６で測定されるボイラ給水の水温よりも低いと水温比較部２０Ｄにおいて判断された時には、給水タンク１２からボイラ１に供給されるボイラ給水が熱交換器１６をバイパスするように、第１切替手段２２を切り替えるように構成される。

図５は、第１切替手段制御部における切り替え動作を説明するためのフロー図である。図５に示したように、先ず、ボイラ給水温測定手段２６及び冷却水温測定手段２８によって、ボイラ給水温及び冷却水温をそれぞれ測定し、測定した水温を制御装置２０に送信する（Ｓ５１）。そして、上述した水温比較部２０Ｄにおいて、測定されたボイラ給水温と冷却水温とを比較する（Ｓ５２）。そして、冷却水の水温がボイラ給水の水温よりも低い時（冷却水温＜ボイラ給水温）に、第１切替手段制御部２０Ａによって、給水タンク１２からボイラ１に供給されるボイラ給水が熱交換器１６をバイパスするように、第１切替手段２２が切り替えられる（Ｓ５３）。冷却水の水温がボイラ給水の水温よりも高い時（冷却水温＞ボイラ給水温）は、第１切替手段２２は切り替えられず、給水タンク１２からボイラ１に供給されるボイラ給水は、第１バイパス路３０ａには流れずにそのまま熱交換器１６側を流れる（Ｓ５２においてＮｏの場合）。

このような実施形態によれば、冷却水の水温が熱交換器１６に供給されるボイラ給水の水温よりも低い時には、ボイラ給水が熱交換器１６をバイパスするように、制御装置２０の第１切替手段制御部２０Ａによって第１切替手段２２が切り替えられる。このため、熱交換器１６において、ボイラ給水とボイラ給水よりも低温の冷却水とが熱交換して逆にボイラ給水の水温が下がってしまうことを防止することが出来る。

また、上述した分水流量演算部２０Ｅは、ボイラ給水温測定手段２６で測定されるボイラ給水の水温、及び冷却水温測定手段２８で測定される冷却水の水温とボイラ給水温測定手段２６で測定されるボイラ給水の水温との温度差、の少なくともいずれか一方に応じて、分水手段２９によって分水される冷却水の流量を演算するように構成されている。

例えば、給水タンク１２から供給されるボイラ給水の温度が低い時（例えば０℃）には、熱交換器１６においてボイラ給水を所定温度（例えば３５℃）まで加温するのに必要な冷却水の流量、及びヒートポンプ１４においてにおいてボイラ給水を目標温度（例えば８０℃）まで加温するのに必要な冷却水の流量は、ボイラ給水量を一定とした場合に、給水タンク１２から供給されるボイラ給水の温度が高い時（例えば２５℃）と比べて多くなる。
このような場合、分水流量演算部２０Ｅは、分水手段２９によって分水される冷却水の流量が多くなるように演算する。分水手段制御部２０Ｃは、この演算結果に基づいて分水手段２９を制御し、分水手段２９によって分水する冷却水の流量を調節する。

反対に、給水タンク１２から供給されるボイラ給水の温度が高い時（例えば２５℃）には、熱交換器１６においてボイラ給水を所定温度（例えば３５℃）まで加温するのに必要な冷却水の流量、及びヒートポンプ１４においてにおいてボイラ給水を目標温度（例えば８０℃）まで加温するのに必要な冷却水の流量は、ボイラ給水量を一定とした場合に、給水タンク１２から供給されるボイラ給水の温度が低い時（例えば０℃）と比べて少なくなる。
このような場合、分水流量演算部２０Ｅは、分水手段２９によって分水される冷却水の流量が少なくなるように演算する。分水手段制御部２０Ｃは、この演算結果に基づいて分水手段２９を制御し、分水手段２９によって分水する冷却水の流量を調節する。

また例えば、冷却水の水温と給水タンク１２から供給されるボイラ給水の水温との温度差（冷却水の水温＞ボイラ給水の水温）が小さい時（例えば３℃）には、熱交換器１６においてボイラ給水を所定温度（例えば３５℃）まで加温するのに必要な冷却水の流量、及びヒートポンプ１４においてにおいてボイラ給水を目標温度（例えば８０℃）まで加温するのに必要な冷却水の流量は、ボイラ給水量を一定とした場合に、給水タンク１２から供給されるボイラ給水の水温と冷却水の水温との温度差が大きい時（例えば８℃）と比べて多くなる。
このような場合、分水流量演算部２０Ｅは、分水手段２９によって分水される冷却水の流量が多くなるように演算する。分水手段制御部２０Ｃは、この演算結果に基づいて分水手段２９を制御し、分水手段２９によって分水する冷却水の流量を調節する。

反対に、冷却水の水温と給水タンク１２から供給されるボイラ給水の水温との温度差（冷却水の水温＞ボイラ給水の水温）が大きい時（例えば８℃）には、熱交換器１６においてボイラ給水を所定温度（例えば３５℃）まで加温するのに必要な冷却水の流量、及びヒートポンプ１４においてにおいてボイラ給水を目標温度（例えば８０℃）まで加温するのに必要な冷却水の流量は、ボイラ給水量を一定とした場合に、給水タンク１２から供給されるボイラ給水の水温と冷却水の水温との温度差が小さい時（例えば３℃）と比べて少なくなる。
このような場合、分水流量演算部２０Ｅは、分水手段２９によって分水される冷却水の流量が少なくなるように演算する。分水手段制御部２０Ｃは、この演算結果に基づいて分水手段２９を制御し、分水手段２９によって分水する冷却水の流量を調節する。

図６は、分水流量制御部における制御動作を説明するためのフロー図である。図６に示したように、先ず、ボイラ給水温測定手段２６及び冷却水温測定手段２８によって、ボイラ給水温及び冷却水温をそれぞれ測定し、測定した水温を制御装置２０に送信する（Ｓ６１）。そして、上述した分水流量演算部２０Ｅにおいて、測定されたボイラ給水温が所定温度よりも低いか高いか、又は冷却水温とボイラ給水温との温度差が所定温度差よりも小さいか大きいか、を判定する（Ｓ６２）。そして、ボイラ給水温が所定温度よりも低い、又は冷却水温とボイラ給水温との温度差が所定温度差よりも小さい場合は、上述したように、分水流量演算部２０Ｅにおいて、分水される冷却水の流量が多くなるような演算がなされる。そしてこの演算された分水量に基づき、分水手段制御部２０Ｃによって分水流量が多くなるように分水手段２９を制御する（Ｓ６３）。一方、ボイラ給水温が所定温度よりも高い、又は冷却水温とボイラ給水温との温度差が所定温度差よりも大きい場合は、上述したように、分水流量演算部２０Ｅにおいて、分水される冷却水の流量が少なくなるような演算がなされる。そしてこの演算された分水量に基づき、分水手段制御部２０Ｃによって分水流量が少なくなるように分水手段２９を制御する（Ｓ６４）。

このような実施形態によれば、ボイラ給水の水温、及び冷却水の水温とボイラ給水の水温との温度差、の少なくともいずれか一方に応じて、分水手段２９によって分水される冷却水の流量を調節することで、ボイラ給水を所定の温度に加温するのに必要な冷却水量だけを無駄なく分水することが可能となる。

以上、本発明の好ましい形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではない。例えば上述した実施形態を組み合わせても良く、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。

本発明の少なくとも一実施形態は、ボイラに給水するためのボイラ給水システムとして、ボイラを備える発電プラントや各種の工場において好適に用いることが出来る。

１ ボイラ
２ 排熱源
３ 蒸気管路
４ 冷却塔
５ 抽気管路
６ 脱気器
１０Ａ〜１０Ｃ ボイラ給水システム
１２ 給水タンク
１４ ヒートポンプ
１６ 熱交換器
１８ 第２熱交換器
２０ 制御装置
２０Ａ 第１切替手段制御部
２０Ｂ 第２切替手段制御部
２０Ｃ 分水手段制御部
２０Ｄ 水温比較部
２０Ｅ 分水流量演算部
２１ 冷却水循環ポンプ
２２ 第１切替手段
２３ 第１給水ポンプ
２４ 第２切替手段
２５ 第２給水ポンプ
２６ ボイラ給水温測定手段
２７ 循環ポンプ
２８ 冷却水温測定手段
２９ 軸流ポンプ（分水手段）
３０ ボイラ給水路
３０ａ 第１バイパス路
３０ｂ 第２バイパス路
３２ 冷却水循環流路
３４、３４Ａ 冷却水分水路
３４Ｂ 第１冷却水路
３４Ｃ 第２冷却水路
３６ 循環流路

Claims (10)

1. ボイラに給水するためのボイラ給水システムであって、
   前記ボイラに供給するボイラ給水を貯留可能な給水タンクと、
   前記給水タンクに貯留されている前記ボイラ給水を前記ボイラに供給するためのボイラ給水路と、
   排熱源から排出される冷却水を熱源として前記ボイラ給水を加温するためのヒートポンプと、
   前記排熱源から排出される前記冷却水と、前記ヒートポンプで加温される前のボイラ給水とを熱交換するための熱交換器と、を含む
   ボイラ給水システム。
2. 前記給水タンクに貯留されている前記ボイラ給水は、前記排熱源から排出される前記冷却水よりも年間を通しての水温の変動幅が大きい
   請求項１に記載のボイラ給水システム。
3. 前記排熱源から排出される前記冷却水を分水する分水手段と、
   前記分水手段によって分水される前記冷却水を前記熱交換器に供給するための第１冷却水路と、をさらに含み、
   前記分水手段は、分水する前記冷却水の流量を調節可能に構成される
   請求項１に記載のボイラ給水システム。
4. 前記分水手段によって分水される前記冷却水の熱エネルギーを前記ヒートポンプに供給するための第２冷却水路をさらに含む
   請求項３に記載のボイラ給水システム。
5. 前記第２冷却水路は、前記分水手段によって分水される前記冷却水を前記ヒートポンプに供給することで、該冷却水の熱エネルギーを前記ヒートポンプに供給するように構成される
   請求項４に記載のボイラ給水システム。
6. 第２熱交換器と、
   前記第２熱交換器と前記ヒートポンプとの間を熱媒体が循環して流れるように構成される循環流路と、をさらに含み、
   前記第２冷却水路は、前記分水手段によって分水される前記冷却水を前記第２熱交換器に供給するように構成され、
   前記ヒートポンプは、前記第２熱交換器において前記冷却水と熱交換される前記熱媒体を介して、前記冷却水を熱源として前記ボイラ給水を加温するように構成される
   請求項４に記載のボイラ給水システム。
7. 前記ボイラ給水路は、前記給水タンクから前記ボイラに供給される前記ボイラ給水が前記熱交換器をバイパス可能に構成され、
   前記ボイラ給水が前記熱交換器をバイパスするか否かを切り替え可能な第１切替手段をさらに含む
   請求項４に記載のボイラ給水システム。
8. 前記ボイラ給水路は、前記給水タンクから前記ボイラに供給される前記ボイラ給水が前記ヒートポンプをバイパス可能に構成され、
   前記ボイラ給水が前記ヒートポンプをバイパスするか否かを切り替え可能な第２切替手段をさらに含む
   請求項７に記載のボイラ給水システム。
9. 前記排熱源から排出される前記冷却水の水温を測定可能な冷却水温測定手段と、
   前記給水タンクに貯留される前記ボイラ給水、又は前記熱交換器よりも上流側の前記ボイラ給水路を流れる前記ボイラ給水、の水温を測定可能なボイラ給水温測定手段と、
   少なくとも前記第１切替手段における切り替えを制御可能な制御装置と、をさらに含み、
   前記制御装置は、前記冷却水温測定手段で測定される前記冷却水の水温が、前記ボイラ給水温測定手段で測定される前記ボイラ給水の水温よりも低い時には、前記給水タンクから前記ボイラに供給される前記ボイラ給水が前記熱交換器をバイパスするように、前記第１切替手段を切り替えるように構成される
   請求項７に記載のボイラ給水システム。
10. 前記制御装置は、
    前記分水手段の作動を制御することで、前記分水手段によって分水される前記冷却水の流量を調節可能に構成されるとともに、
    前記ボイラ給水温測定手段で測定される前記ボイラ給水の水温、及び前記冷却水温測定手段で測定される前記冷却水の水温と前記ボイラ給水温測定手段で測定される前記ボイラ給水の水温との温度差、の少なくともいずれか一方に応じて、前記分水手段によって分水される前記冷却水の流量を調節するように構成される
    請求項９に記載のボイラ給水システム。

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