JP5136968B2 - 蒸気発生システム - Google Patents
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Description
(a)前記第二ヒートポンプの圧縮機からの冷媒と前記第一ヒートポンプの膨張弁からの冷媒とを受けて、両冷媒を混ぜることなく熱交換する間接熱交換器を備え、この間接熱交換器が前記第二ヒートポンプの凝縮器であると共に前記第一ヒートポンプの第一蒸発器である。
(b)前記第二ヒートポンプの圧縮機からの冷媒と前記第一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、この中間冷却器が前記第二ヒートポンプの凝縮器であると共に前記第一ヒートポンプの第一蒸発器である。
(c)前記第二ヒートポンプの圧縮機からの冷媒と前記第一ヒートポンプの膨張弁からの冷媒とを受けて、両冷媒を直接に接触させて熱交換すると共に、この両冷媒と前記第一ヒートポンプの凝縮器から膨張弁を介することなく前記第二ヒートポンプの膨張弁へ供給される冷媒とを混ぜることなく熱交換する中間冷却器を備え、この中間冷却器が前記第二ヒートポンプの凝縮器であると共に前記第一ヒートポンプの第一蒸発器である。
(a)下段ヒートポンプの圧縮機からの冷媒と上段ヒートポンプの膨張弁からの冷媒とを受けて、両冷媒を混ぜることなく熱交換する間接熱交換器を備え、この間接熱交換器が下段ヒートポンプの凝縮器であると共に上段ヒートポンプの蒸発器である。
(b)下段ヒートポンプの圧縮機からの冷媒と上段ヒートポンプの膨張弁からの冷媒とを受けて、両冷媒を直接に接触させて熱交換する中間冷却器を備え、この中間冷却器が下段ヒートポンプの凝縮器であると共に上段ヒートポンプの蒸発器である。
(c)下段ヒートポンプの圧縮機からの冷媒と上段ヒートポンプの膨張弁からの冷媒とを受けて、両冷媒を直接に接触させて熱交換すると共に、この両冷媒と上段ヒートポンプの凝縮器から膨張弁を介することなく下段ヒートポンプの膨張弁へ供給される冷媒とを混ぜることなく熱交換する中間冷却器を備え、この中間冷却器が下段ヒートポンプの凝縮器であると共に上段ヒートポンプの蒸発器である。
(a)前記第一ヒートポンプの最上段の凝縮器から膨張弁への冷媒と水との第一サブ熱交換器。
(b)前記第二ヒートポンプの最下段の蒸発器から圧縮機への冷媒と熱源流体との第二サブ熱交換器。
(c)前記第一蒸発器が間接熱交換器である場合において、前記第一ヒートポンプの最下段の膨張弁から圧縮機への冷媒と、前記第二ヒートポンプの圧縮機から第一蒸発器への冷媒との第三サブ熱交換器。
(d)前記第一ヒートポンプの最下段の膨張弁から圧縮機への冷媒と熱源流体との第四サブ熱交換器。
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。
(a)第一サブ熱交換器14は、第一ヒートポンプ2の凝縮器5から膨張弁6への冷媒と水との間接熱交換器であり、第一ヒートポンプ2の冷媒の過冷却器として機能する。
(b)第二サブ熱交換器15は、第二ヒートポンプ3の蒸発器12から圧縮機9への冷媒と熱源流体との間接熱交換器であり、第二ヒートポンプ3の冷媒の過熱器として機能する。
(c)第三サブ熱交換器16は、第一蒸発器7が間接熱交換器13である場合において、第一ヒートポンプ2の膨張弁6から圧縮機4への冷媒と、第二ヒートポンプ3の圧縮機9から第一蒸発器7への冷媒との間接熱交換器であり、第一ヒートポンプ2の冷媒の過熱器として機能する。
(d)第四サブ熱交換器17は、第一ヒートポンプ2の膨張弁6から圧縮機4への冷媒と熱源流体との間接熱交換器であり、第一ヒートポンプ2の冷媒の過熱器として機能する。
第一ヒートポンプ2の凝縮器5と、所望により設置される第一サブ熱交換器14とは、水が供給されて蒸気が導出される。この水や蒸気の流通順序について、第一サブ熱交換器14が設置される場合には、この第一サブ熱交換器14を第一ヒートポンプ2の凝縮器5よりも先になるように設定する。そして、通常、第一ヒートポンプ2の凝縮器5から飽和蒸気を導出する。なお、各ヒートポンプ2,3の凝縮器5,10は、図示例ではそれぞれ一つずつ設置しているが、直列または並列に複数の熱交換器から構成してもよい。
第一ヒートポンプ2の第二蒸発器8と、所望により設置される第四サブ熱交換器17と、第二ヒートポンプ3の蒸発器12と、所望により設置される第二サブ熱交換器15とは、適宜の順序で設置され、熱源流体が通されるが、その流通経路については、図2に示すいずれかが用いられる。
蒸気発生システム1は、実施例1の構成を用いているが、前述したその他の実施例の構成のものを用いてもよい。いずれにしても、蒸気発生システム1は、熱くみ上げ用熱交換器(8,17,12,15)においてドレンの熱をくみ上げて、蒸気発生用熱交換器(5,14)において水を加熱して蒸気を発生させる。そのために、熱くみ上げ用熱交換器(8,17,12,15)には、蒸気使用設備29からのドレンが通される。熱くみ上げ用熱交換器(8,17,12,15)としての各蒸発器8,12や各サブ熱交換器17,15へのドレンの通し方は、図2に基づき説明したとおりである。
(A)二点鎖線Aで示すように、セパレータタンク40で分離された液体からなるドレンを、排出弁45より上流側から、給水ポンプ30の入口側へ供給する。
(B)二点鎖線Bで示すように、熱くみ上げ用熱交換器(8,17,12,15)を通過後のドレンを、第二蒸気トラップ43より上流側から、給水ポンプ30の入口側へ供給する。なお、熱くみ上げ用熱交換器(8,17,12,15)は複数の熱交換器から構成されるが、二点鎖線B´で示すように、一部の熱交換器を通過後にドレンを分岐させて、給水ポンプ30の入口側へ供給してもよい。
(C)二点鎖線Cで示すように、熱くみ上げ用熱交換器(8,17,12,15)を通過後のドレンを、第二蒸気トラップ43より下流側から、給水ポンプ30の入口側へ供給する。
(D)図30下部の破線領域に示すように、第二蒸気トラップ43からのドレン、および/または、排出弁45からのドレンなどを、一旦、給水タンク44に溜め、この給水タンク44内の水を、給水ポンプ30の入口側へ供給する。給水タンク44には、蒸気使用設備29からのドレンの他、純水または軟水が適宜供給されてもよい。
(E)前記A〜Dのいずれか二以上の組合せでもよい。この場合、二以上の給水路が合流して蒸気発生用熱交換器(5,14)へ給水されるが、各給水路内の圧力が異なる場合には、各給水路が合流した後に給水ポンプ30を設けるのではなく、合流部より手前において各給水路に給水ポンプを設ければよい。
(A)二点鎖線Aで示すように、バッファタンク50からのドレンを、導入弁52より上流側(電磁弁46を設ける場合は、それより上流側または下流側のいずれでもよい。)から、給水ポンプ30の入口側へ供給する。
(B)二点鎖線Bで示すように、熱くみ上げ用熱交換器(8,17,12,15)を通過後のドレンを、第二蒸気トラップ43より上流側から、給水ポンプ30の入口側へ供給する。なお、熱くみ上げ用熱交換器(8,17,12,15)は複数の熱交換器から構成されるが、二点鎖線B´で示すように、一部の熱交換器を通過後にドレンを分岐させて、給水ポンプ30の入口側へ供給してもよい。
(C)二点鎖線Cで示すように、熱くみ上げ用熱交換器(8,17,12,15)を通過後のドレンを、第二蒸気トラップ43より下流側から、給水ポンプ30の入口側へ供給する。
(D)図31下部の破線領域に示すように、第二蒸気トラップ43からのドレン、および/または、第三蒸気トラップ53からのドレンなどを、一旦、給水タンク44に溜め、この給水タンク44内の水を、給水ポンプ30の入口側へ供給する。給水タンク44には、蒸気使用設備29からのドレンの他、純水または軟水が適宜供給されてもよい。なお、給水タンク44は、図30の場合もであるが、上方へ開口せず大気圧を超える圧力でドレンを貯留可能としてもよい。
(E)前記A〜Dのいずれか二以上の組合せでもよい。この場合、二以上の給水路が合流して蒸気発生用熱交換器(8,17,12,15)へ給水されるが、各給水路内の圧力が異なる場合には、各給水路が合流した後に給水ポンプ30を設けるのではなく、合流部より手前において各給水路に給水ポンプを設ければよい。
2 第一ヒートポンプ
3 第二ヒートポンプ
4 (第一ヒートポンプの)圧縮機
5 (第一ヒートポンプの)凝縮器
6 (第一ヒートポンプの)膨張弁
7 (第一ヒートポンプの)第一蒸発器
8 (第一ヒートポンプの)第二蒸発器
9 (第二ヒートポンプの)圧縮機
10 (第二ヒートポンプの)凝縮器
11 (第二ヒートポンプの)膨張弁
12 (第二ヒートポンプの)蒸発器
13 間接熱交換器
14 第一サブ熱交換器
15 第二サブ熱交換器
16 第三サブ熱交換器
17 第四サブ熱交換器
18 中間冷却器
19 中間冷却器
22 セパレータ
27 蒸気システム
29 蒸気使用設備
Claims (12)
- 単段または複数段で構成され、少なくとも最下段に第一蒸発器と第二蒸発器とを有する第一ヒートポンプと、
単段または複数段で構成され、前記最下段の第一蒸発器を兼ねる最上段の凝縮器を介して前記第一ヒートポンプと接続される第二ヒートポンプとを備え、
前記第一ヒートポンプの第二蒸発器と、前記第二ヒートポンプの最下段の蒸発器とに、熱源流体が順に通され、
前記第一ヒートポンプの最上段の凝縮器において、水を加熱して蒸気を発生させる
ことを特徴とする蒸気発生システム。 - 前記第二ヒートポンプは、単段のヒートポンプから構成され、
前記第一ヒートポンプの第二蒸発器と、前記第二ヒートポンプの最下段の蒸発器とに順に通される熱源流体から熱をくみ上げ、
前記第一ヒートポンプの最上段の凝縮器において、水を加熱して蒸気を発生させる
ことを特徴とする請求項1に記載の蒸気発生システム。 - 前記第一ヒートポンプは、複数段のヒートポンプから構成され、その内の一部または全部のヒートポンプは、蒸発器として前記第一蒸発器と前記第二蒸発器とを備え、
前記各第一蒸発器は、隣接する上下のヒートポンプ同士を接続し、
熱源流体は、上段のヒートポンプから順次下段のヒートポンプへと、前記各第二蒸発器を順に通される
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の蒸気発生システム。 - 前記第一ヒートポンプを構成する各段のヒートポンプは、蒸発器として前記第一蒸発器と前記第二蒸発器とを備える
ことを特徴とする請求項3に記載の蒸気発生システム。 - 前記第一ヒートポンプを構成する単段または複数段のヒートポンプの内、前記第一蒸発器と前記第二蒸発器とを有する段のヒートポンプは、その膨張弁から圧縮機への冷媒流路に、前記第一蒸発器と前記第二蒸発器とが直列または並列に設置されるか、凝縮器から圧縮機への冷媒流路に、第一膨張弁および前記第一蒸発器と、第二膨張弁および前記第二蒸発器とが並列に設置される
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の蒸気発生システム。 - 前記第一ヒートポンプと前記第二ヒートポンプとは、次の(a)〜(c)のいずれかの関係で接続される
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の蒸気発生システム。
(a)前記第二ヒートポンプの圧縮機からの冷媒と前記第一ヒートポンプの膨張弁からの冷媒とを受けて、両冷媒を混ぜることなく熱交換する間接熱交換器を備え、この間接熱交換器が前記第二ヒートポンプの凝縮器であると共に前記第一ヒートポンプの第一蒸発器である。
(b)前記第二ヒートポンプの圧縮機からの冷媒と前記第一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、この中間冷却器が前記第二ヒートポンプの凝縮器であると共に前記第一ヒートポンプの第一蒸発器である。
(c)前記第二ヒートポンプの圧縮機からの冷媒と前記第一ヒートポンプの膨張弁からの冷媒とを受けて、両冷媒を直接に接触させて熱交換すると共に、この両冷媒と前記第一ヒートポンプの凝縮器から膨張弁を介することなく前記第二ヒートポンプの膨張弁へ供給される冷媒とを混ぜることなく熱交換する中間冷却器を備え、この中間冷却器が前記第二ヒートポンプの凝縮器であると共に前記第一ヒートポンプの第一蒸発器である。 - 前記第一ヒートポンプおよび/または前記第二ヒートポンプは、複数段の場合、隣接する段のヒートポンプ同士が次の(a)〜(c)のいずれかの関係で接続される
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の蒸気発生システム。
(a)下段ヒートポンプの圧縮機からの冷媒と上段ヒートポンプの膨張弁からの冷媒とを受けて、両冷媒を混ぜることなく熱交換する間接熱交換器を備え、この間接熱交換器が下段ヒートポンプの凝縮器であると共に上段ヒートポンプの蒸発器である。
(b)下段ヒートポンプの圧縮機からの冷媒と上段ヒートポンプの膨張弁からの冷媒とを受けて、両冷媒を直接に接触させて熱交換する中間冷却器を備え、この中間冷却器が下段ヒートポンプの凝縮器であると共に上段ヒートポンプの蒸発器である。
(c)下段ヒートポンプの圧縮機からの冷媒と上段ヒートポンプの膨張弁からの冷媒とを受けて、両冷媒を直接に接触させて熱交換すると共に、この両冷媒と上段ヒートポンプの凝縮器から膨張弁を介することなく下段ヒートポンプの膨張弁へ供給される冷媒とを混ぜることなく熱交換する中間冷却器を備え、この中間冷却器が下段ヒートポンプの凝縮器であると共に上段ヒートポンプの蒸発器である。 - 前記第一ヒートポンプと前記第二ヒートポンプとが、請求項6の(b)の関係で接続される場合、前記第二ヒートポンプの圧縮機からの冷媒は、前記中間冷却器へ供給するのに代えてまたはそれに加えて、前記中間冷却器から圧縮機への冷媒流路へ供給する
ことを特徴とする請求項6に記載の蒸気発生システム。 - 前記第一ヒートポンプと前記第二ヒートポンプとが、請求項6の(c)の関係で接続される場合、前記第二ヒートポンプの圧縮機からの冷媒は、前記中間冷却器へ供給するのに代えてまたはそれに加えて、前記第一ヒートポンプの中間冷却器から圧縮機への冷媒流路、または、膨張弁から中間冷却器もしくは圧縮機への冷媒流路へ供給する
ことを特徴とする請求項6に記載の蒸気発生システム。 - 前記第一ヒートポンプと前記第二ヒートポンプとが、請求項6の(c)の関係で接続される場合、前記第一ヒートポンプの膨張弁からの冷媒を気液分離するセパレータを備え、
このセパレータで分離された気相分を前記第二蒸発器から圧縮機までの冷媒流路へ供給する
ことを特徴とする請求項6に記載の蒸気発生システム。 - 次の(a)〜(d)の内、いずれか一以上のサブ熱交換器を備え、
前記第一ヒートポンプの最上段の凝縮器と、第一サブ熱交換器が設置される場合にはその第一サブ熱交換器とへの水や蒸気の流通順序について、前記第一サブ熱交換器が設置される場合にはこの第一サブ熱交換器が先になるように設定され、
前記第一ヒートポンプの第二蒸発器と、第四サブ熱交換器が設置される場合にはその第四サブ熱交換器と、前記第二ヒートポンプの最下段の蒸発器と、第二サブ熱交換器が設置される場合にはその第二サブ熱交換器とへの熱源流体の流通順序について、前記第二ヒートポンプの最下段の蒸発器が後になるように設定され、
前記第一ヒートポンプの第一蒸発器と、第三サブ熱交換器が設置される場合にはその第三サブ熱交換器と、前記第一ヒートポンプの第二蒸発器と、第四サブ熱交換器が設置される場合にはその第四サブ熱交換器とへの冷媒の流通順序について、前記第一蒸発器および前記第二蒸発器を、前記第三サブ熱交換器および前記第四サブ熱交換器よりも先になるように設定される
ことを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の蒸気発生システム。
(a)前記第一ヒートポンプの最上段の凝縮器から膨張弁への冷媒と水との第一サブ熱交換器。
(b)前記第二ヒートポンプの最下段の蒸発器から圧縮機への冷媒と熱源流体との第二サブ熱交換器。
(c)前記第一蒸発器が間接熱交換器である場合において、前記第一ヒートポンプの最下段の膨張弁から圧縮機への冷媒と、前記第二ヒートポンプの圧縮機から第一蒸発器への冷媒との第三サブ熱交換器。
(d)前記第一ヒートポンプの最下段の膨張弁から圧縮機への冷媒と熱源流体との第四サブ熱交換器。 - 前記熱源流体は、蒸気使用設備からのドレンとされる
ことを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の蒸気発生システム。
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