JP5305099B2 - Water cooling equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、空調や食品冷却の他、エンジンの冷却などのために冷水を得たり、工場などからの廃温水を冷却したりする水冷却装置に関するものである。 The present invention relates to a water cooling apparatus that obtains cold water for cooling an engine or cooling waste water from a factory or the like in addition to air conditioning and food cooling.
従来、下記特許文献1に開示されるように、冷凍機を用いて冷水を得る水冷却装置が知られている。しかしながら、冷凍機の凝縮器は、熱量を大量に大気中に捨てるので、この点で改善の余地がある。仮に冷凍機の凝縮器からの放熱を用いて蒸気を得ようとしても、水以外の冷媒による冷凍機の場合、その冷媒の臨界温度は低温領域にあることから、得られる蒸気温度に限界がある。
Conventionally, as disclosed in
本発明が解決しようとする課題は、冷凍機を用いた水冷却装置において、凝縮器の熱の有効利用を図り、エネルギー効率を向上することにある。また、装置の大型化を防止しつつ、幅広い温度領域の蒸気を得ることを課題とする。 The problem to be solved by the present invention is to improve the energy efficiency by effectively utilizing the heat of the condenser in a water cooling device using a refrigerator. It is another object of the present invention to obtain steam in a wide temperature range while preventing the apparatus from becoming large.
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、貯水部内の気体を吸引排出して、前記貯水部内を減圧すると共に、前記貯水部から吸引した水蒸気を圧縮する蒸気圧縮機と、冷媒圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が順次環状に接続されて構成されたヒートポンプとを備え、前記凝縮器は、前記ヒートポンプの冷媒と前記貯水部の水との間接熱交換器とされ、前記蒸発器は、前記ヒートポンプの冷媒と冷却しようとする水との間接熱交換器とされ、前記蒸気圧縮機からの蒸気は、ボイラへの給水タンクへ供給されることを特徴とする水冷却装置である。
請求項2に記載の発明は、貯水部内の気体を吸引排出して、前記貯水部内を減圧すると共に、前記貯水部から吸引した水蒸気を圧縮する蒸気圧縮機と、冷媒圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が順次環状に接続されて構成されたヒートポンプとを備え、前記凝縮器は、前記ヒートポンプの冷媒と前記貯水部の水との間接熱交換器とされ、前記蒸発器は、前記ヒートポンプの冷媒と冷却しようとする水との間接熱交換器とされ、前記蒸気圧縮機からの蒸気は、補給水と間接熱交換して前記貯水部へ供給され、その補給水は、前記蒸気圧縮機からの蒸気との間接熱交換により蒸気化されることを特徴とする水冷却装置である。
請求項3に記載の発明は、貯水部内の気体を吸引排出して、前記貯水部内を減圧すると共に、前記貯水部から吸引した水蒸気を圧縮する蒸気圧縮機と、冷媒圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が順次環状に接続されて構成されたヒートポンプとを備え、前記凝縮器は、前記ヒートポンプの冷媒と前記貯水部の水との間接熱交換器とされ、前記蒸発器は、前記ヒートポンプの冷媒と冷却しようとする水との間接熱交換器とされ、前記蒸気圧縮機からの蒸気は、補給水と間接熱交換して前記貯水部へ供給され、その補給水は、前記蒸気圧縮機からの蒸気との間接熱交換により加温されて、ボイラへの給水タンクへ供給されることを特徴とする水冷却装置である。
請求項4に記載の発明は、貯水部内の気体を吸引排出して、前記貯水部内を減圧すると共に、前記貯水部から吸引した水蒸気を圧縮する蒸気圧縮機と、冷媒圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が順次環状に接続されて構成されたヒートポンプとを備え、前記凝縮器は、前記ヒートポンプの冷媒と前記貯水部の水との間接熱交換器とされ、前記蒸発器は、前記ヒートポンプの冷媒と冷却しようとする水との間接熱交換器とされ、前記蒸気圧縮機と前記冷媒圧縮機との一方または双方が、蒸気を用いて動力を起こす蒸気エンジンにより駆動され、前記蒸気圧縮機からの蒸気は、補給水と間接熱交換して前記貯水部へ供給され、その補給水は、前記蒸気圧縮機からの蒸気との間接熱交換により蒸気化されて、前記蒸気エンジンにて使用後の蒸気が供給される箇所へ供給されるか、前記蒸気圧縮機からの蒸気との間接熱交換により加温されて、前記蒸気エンジンへ蒸気を供給するボイラへの給水タンクへ供給されることを特徴とする水冷却装置である。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the invention according to
The invention according to
The invention according to
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a steam compressor, a refrigerant compressor, a condenser, and an expansion unit that sucks and discharges the gas in the water storage unit and depressurizes the water storage unit and compresses the water vapor sucked from the water storage unit. A heat pump configured such that a valve and an evaporator are sequentially connected in an annular manner, the condenser being an indirect heat exchanger between the refrigerant of the heat pump and the water of the water storage unit, and the evaporator being the heat pump An indirect heat exchanger between the refrigerant and water to be cooled, and one or both of the steam compressor and the refrigerant compressor are driven by a steam engine that generates power using steam, and the steam compressor The steam from is supplied to the water storage part through indirect heat exchange with make-up water, and the make-up water is vaporized by indirect heat exchange with steam from the steam compressor and used in the steam engine. The steam It is supplied to a supply point or heated by indirect heat exchange with steam from the steam compressor and supplied to a water supply tank to a boiler that supplies steam to the steam engine. Water cooling device.
請求項1〜4に記載の発明によれば、ヒートポンプの蒸発器を用いて水(工場排水などでもよい)を冷却することができる。その一方、ヒートポンプの凝縮器を用いて貯水部の水を加温し、さらに貯水部内の水を蒸気圧縮機により蒸気化できる。貯水部内の水は、ヒートポンプの冷媒との熱交換により加温を図られるが、蒸気圧縮機による減圧で冷却も図られるので、凝縮器における水と冷媒との熱交換は有効になされる。
請求項1に記載の発明によれば、蒸気圧縮機により得られる蒸気を給水タンクへ吹き込んで、ボイラの給水の予熱を図ることができる。
請求項2に記載の発明によれば、蒸気圧縮機により得られる蒸気を用いて、補給水を蒸気化し、その蒸気を各種の蒸気利用機器において利用することができる。蒸気圧縮機からの蒸気を直接に蒸気利用機器へ送る場合と比べて、蒸気利用機器へ送り込む蒸気の質を維持しやすい。
請求項3に記載の発明によれば、蒸気圧縮機により得られる蒸気を用いて、ボイラの給水の予熱を図ることができる。蒸気圧縮機からの蒸気を直接に給水タンクへ送る場合と比べて、水質の管理が容易となる。
請求項4に記載の発明によれば、蒸気エンジンを用いることで、電動機のみを用いる場合と比べて、蒸気圧縮機の駆動コストを低減することができる。また、蒸気圧縮機からの蒸気と間接熱交換される補給水は、蒸気化されて蒸気エンジンにて使用後の蒸気が供給される箇所へ供給されるか、加温されて蒸気エンジンへ蒸気を供給するボイラへの給水タンクへ供給されるので、一層効率がよい。しかも、蒸気圧縮機からの蒸気を直接に蒸気利用機器へ送ったり、蒸気圧縮機からの蒸気を直接に給水タンクへ送ったりする場合と比べて、蒸気または水の管理が容易である。
According to invention of Claims 1-4 , water (factory waste water etc.) can be cooled using the evaporator of a heat pump. On the other hand, the water in the water storage section can be heated using the condenser of the heat pump, and the water in the water storage section can be vaporized by the steam compressor . The water in the water storage section is heated by heat exchange with the refrigerant of the heat pump, but is also cooled by decompression by the steam compressor, so heat exchange between the water and the refrigerant in the condenser is effective.
According to the first aspect of the present invention, steam obtained by the steam compressor can be blown into the feed water tank to preheat boiler feed water.
According to invention of
According to the third aspect of the present invention, the boiler feed water can be preheated using the steam obtained by the steam compressor. Compared with the case where the steam from the steam compressor is sent directly to the water supply tank, the water quality can be easily managed.
According to the fourth aspect of the present invention, the driving cost of the steam compressor can be reduced by using the steam engine as compared with the case of using only the electric motor. In addition, makeup water that is indirectly heat-exchanged with steam from the steam compressor is either vaporized and supplied to a location where steam after use is supplied by the steam engine, or heated to supply steam to the steam engine. Since it is supplied to the water supply tank to the boiler to be supplied, it is more efficient. In addition, it is easier to manage steam or water than when steam from the steam compressor is sent directly to the steam utilization device or steam from the steam compressor is sent directly to the water supply tank.
請求項5に記載の発明は、水が貯留される貯水タンクをさらに備え、この貯水タンクが、前記貯水部とされ、前記凝縮器は、冷媒流路と水流路とを有する間接熱交換器とされ、前記冷媒流路には、前記ヒートポンプの冷媒が通され、前記水流路と前記貯水タンクとの間で、前記貯水タンク内の水が循環されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の水冷却装置である。
The invention according to
請求項5に記載の発明によれば、凝縮器とは別に貯水タンクを備える。貯水タンク内の飽和蒸気温度は蒸気圧縮機により調整できるが、凝縮器にて加温される水の温度を、貯水タンク内の飽和蒸気温度よりも高くすれば、貯水タンク内でフラッシュ蒸気を生じさせ、蒸気の発生を促すことができる。
According to invention of
請求項6に記載の発明は、前記凝縮器は、中空タンクとその内側に設けられる管路とから構成され、前記中空タンクと前記管路との内、一方に前記ヒートポンプの冷媒が通され、他方に水が貯留されて前記貯水部とされることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の水冷却装置である。
Invention of Claim 6 is comprised from the hollow tank and the pipe line provided in the inside of the said condenser, The refrigerant | coolant of the said heat pump is let through one side of the said hollow tank and the said pipe line, The water cooling device according to any one of
請求項6に記載の発明によれば、貯水タンクを別途設けることなく、簡易な構成で水冷却装置を実現することができる。 According to the sixth aspect of the present invention, a water cooling device can be realized with a simple configuration without separately providing a water storage tank.
請求項7に記載の発明は、前記中空タンクに水が貯留される一方、前記管路に前記ヒートポンプの冷媒が通され、前記中空タンク内は、中途まで水が貯留されて、液相部と気相部とに分けられ、前記管路は、少なくとも一部が前記中空タンク内の気相部に配置され、この気相部に配置された管路へ向けて、前記中空タンク内の貯留水が噴霧されることを特徴とする請求項6に記載の水冷却装置である。
In the invention according to
請求項7に記載の発明によれば、冷媒が通される管路へ向けて水を噴霧することで、蒸気の発生を一層促すことができる。
According to invention of
請求項8に記載の発明は、前記凝縮器は、冷媒流路と水流路とを有する間接熱交換器とされ、前記冷媒流路には、前記ヒートポンプの冷媒が通され、前記水流路には、水が貯留されて前記貯水部とされることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の水冷却装置である。
In the invention according to
請求項8に記載の発明によれば、貯水タンクを別途設けることなく、簡易な構成で水冷却装置を実現することができる。
According to invention of
請求項9に記載の発明は、前記ヒートポンプとしての第一ヒートポンプの他に、一または複数段の追加ヒートポンプをさらに備え、前記第一ヒートポンプの蒸発器は、前記第一ヒートポンプの冷媒と冷却しようとする水との間接熱交換器とされる代わりに、前記第一ヒートポンプの冷媒と最上段の前記追加ヒートポンプの冷媒との間接熱交換器とされて、最上段の前記追加ヒートポンプの凝縮器でもあり、最下段の前記追加ヒートポンプの蒸発器は、最下段の前記追加ヒートポンプの冷媒と冷却しようとする水との間接熱交換器とされることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の水冷却装置である。
The invention according to
請求項9に記載の発明によれば、ヒートポンプを複数段とすることで、圧縮比を抑えることができ、各段のヒートポンプの圧縮機や蒸発器などの構成を小型化することができる。
According to invention of
請求項10に記載の発明は、前記蒸気圧縮機にて圧縮される蒸気には、前記蒸気圧縮機自体またはその前段もしくは後段において注水されることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の水冷却装置である。
Invention of
請求項10に記載の発明によれば、蒸気圧縮機またはその前段もしくは後段における注水量を調整することで、所望の蒸気を得ることができる。
According to invention of
さらに、請求項11に記載の発明は、前記蒸気圧縮機は、前記貯水部内の気体を気水分離器を介して吸引排出し、前記気水分離器にて分離された水は、ボイラへの給水タンクへ供給されるか、ボイラへの給水と間接熱交換されて前記貯水部へ戻されることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の水冷却装置である。
Furthermore, in the invention described in
請求項11に記載の発明によれば、ヒートポンプの凝縮器から蒸気と熱水とを得ることができ、熱水を用いて、ボイラへの給水の予熱を図ることができる。 According to the eleventh aspect of the present invention, steam and hot water can be obtained from the condenser of the heat pump, and the hot water can be used to preheat water to the boiler.
本発明によれば、冷凍機を用いた水冷却装置において、凝縮器の熱の有効利用を図り、エネルギー効率を向上することができる。また、ヒートポンプで予熱後の水を蒸気圧縮機で蒸気化することで、幅広い温度領域の蒸気を得ることができると共に、装置の大型化を防止することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the water cooling apparatus using a refrigerator, the effective use of the heat of a condenser can be aimed at and energy efficiency can be improved. Moreover, by vaporizing water after preheating with a heat pump with a steam compressor, steam in a wide temperature range can be obtained, and an increase in size of the apparatus can be prevented.
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、本発明の水冷却装置の実施例1が適用された蒸気利用システムの一例を示す概略図である。この蒸気利用システム1は、ボイラ2と、このボイラ2からの蒸気を用いて動力を起こす蒸気エンジン3と、この蒸気エンジン3により駆動される蒸気圧縮機4および冷媒圧縮機5と、この冷媒圧縮機5を含んで構成されるヒートポンプ6と、このヒートポンプ6の凝縮器7との間で水を循環可能な貯水タンク8とを備える。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a steam utilization system to which the first embodiment of the water cooling device of the present invention is applied. The
ボイラ2は、蒸気ボイラであれば、その構成を特に問わない。ボイラ2には、給水タンク9からの水が、給水路10を介して供給される。給水路10には、給水ポンプ11が設けられており、この給水ポンプ11の作動の有無により、ボイラ2への給水の有無が切り替えられる。給水タンク9は、補給水路12から適宜水が供給されて、所望水位に維持される。給水タンク9への補給水路12には純水装置または軟水装置(図示省略)が備えらており、純水または軟水が給水タンク9に供給される。なお、給水タンク9には、蒸気利用機器からドレンを回収してもよい。
If the
ボイラ2に供給された水は、ボイラ2で蒸気化される。ボイラ2からの蒸気は、所望により蒸気ヘッダ(図示省略)を介して、一または複数の各種の蒸気利用機器(図示省略)へ送られる。
The water supplied to the
この種の蒸気利用機器の一つとして、蒸気エンジン3がある。蒸気エンジン3は、蒸気を用いて動力を起こす原動機であれば、その構成を特に問わないが、たとえばスクリュ式蒸気エンジンとされる。スクリュ式蒸気エンジンは、中空のケーシング内に、互いにかみ合うようスクリュロータが設けられて構成される。スクリュロータ間には蒸気が導入され、スクリュロータの回転が図られる。そして、このスクリュロータの回転により、回転動力が出力される。この間、蒸気は、蒸気エンジン3を通過することで、膨張して減圧される。
One type of steam utilization equipment is a
蒸気エンジン3には、ボイラ2からの蒸気が給蒸路13を介して供給される。蒸気エンジン3への給蒸路13には、給蒸弁14が設けられる。この給蒸弁14の開閉または開度を調整することで、蒸気エンジン3の作動の有無または出力を調整できる。
Steam from the
蒸気エンジン3は、供給される蒸気により回転駆動力を得る装置であるが、蒸気エンジン3において蒸気は膨張して減圧される。従って、蒸気エンジン3は、各圧縮機4,5の駆動源としてだけでなく、減圧弁としても機能する。これにより、蒸気エンジン3にて使用後の蒸気は、減圧弁通過後の蒸気として、各種の蒸気利用機器において、そのまま利用することもできる。そのために、蒸気エンジン3にて使用後の蒸気は、排蒸路15を介して蒸気利用機器へ送られる。
The
蒸気エンジン3への給蒸路13と蒸気エンジン3からの排蒸路15とは、バイパス路16で接続される。このバイパス路16には、バイパス弁17が設けられる。バイパス弁17は、好適には自力式の減圧弁とされ、二次側(蒸気の下流側)の蒸気圧を所定に維持するように、機械的に自力で開度を調整する。このようなバイパス路16を設けておけば、バイパス弁17の二次側の蒸気利用機器に安定して蒸気を供給することができる。たとえば、給蒸弁14を閉じて蒸気エンジン3を停止した状態でも、バイパス路16を介して蒸気利用機器に蒸気を供給することができる。
The
蒸気圧縮機4は、その構成を特に問わず、また段数も問わない。たとえば、羽根車式(たとえば軸流式または遠心式)の圧縮機と、その後段にさらに容積式(たとえばスクリュ式)の圧縮機を設けてもよい。蒸気圧縮機4は、貯水タンク8内の気体を、吸入路18を介して吸引排出して、貯水タンク8内を減圧する。貯水タンク8内が減圧されることで、貯水タンク8内の水は沸騰を図られる。この沸騰による水蒸気と、後述のフラッシュ蒸気とを、蒸気圧縮機4は吸引圧縮して吐出する。蒸気圧縮機4から吐出された蒸気は、吐出路19を介して各種の蒸気利用機器(蒸気圧縮機4を駆動する蒸気エンジン3以外の蒸気利用機器)へ送られて使用される。図示例では、この吐出路19は、蒸気エンジン3からの排蒸路15と合流して、蒸気利用機器へ蒸気を供給する。つまり、蒸気圧縮機4からの吐出路19は、蒸気利用機器への給蒸路ともいえる。
The
貯水タンク8からの水蒸気は、蒸気圧縮機4において圧縮され、本来は過熱蒸気となる。従って、蒸気圧縮機4からは過熱蒸気を得てもよいが、蒸気圧縮機4自体またはその前段(蒸気圧縮機4への吸込側)もしくは後段(蒸気圧縮機4からの吐出側)において適宜注水して飽和蒸気を得てもよい。また同様に、蒸気圧縮機4自体またはその前段もしくは後段において適宜注水して、所望の過熱度の過熱蒸気を得てもよい。つまり、注水量を調整することにより、所望の蒸気を得ることができる。但し、典型的には、蒸気圧縮機4またはその前段もしくは後段への注水により、飽和蒸気を得る構成とされる。この際、蒸気圧縮機4の前段に注水するのが好ましいが、ここでは説明の便宜上、図1において注水路20として示すように、蒸気圧縮機4へ注水するものとして説明する。注水路20には注水弁21が設けられており、この注水弁21により蒸気圧縮機4への注水量を調整できる。
The water vapor from the
ところで、貯水タンク8は、内部空間の減圧に耐える中空容器であり、貯水部として機能する。貯水タンク8は、補水路22から適宜水が供給されて、所望水位に維持される。たとえば、貯水タンク8に設けた水位センサ23により補水弁24を制御して、貯水タンク8内の水位は所望に維持される。貯水タンク8内の水は、蒸気圧縮機4により蒸気化され、蒸気利用機器で使用された後、ドレンとして給水タンク9へ戻されてボイラ2へ供給され得る点を考慮すると、この場合には、貯水タンク8内の水は純水または軟水とするのが好ましい。また、同様の理由で、蒸気圧縮機4において注水される水も、純水または軟水とするのが好ましい。
By the way, the
貯水タンク8は、中途まで水が貯留され、気相部と液相部とに分けられる。貯水タンク8の気相部は、前述したように吸入路18を介して、蒸気圧縮機4の吸入口に接続される。これにより、蒸気圧縮機4により貯水タンク8内の気体を吸引排出して、貯水タンク8内を減圧することができる。貯水タンク8内を減圧すると、貯水タンク8内の貯留水は蒸発を促され、その気化潜熱により貯留水の冷却が図られる。従って、後述するように、貯水タンク8の水とヒートポンプ6の冷媒との熱交換は、凝縮器7において有効になされる。
The
蒸気圧縮機4および冷媒圧縮機5は、蒸気エンジン3で駆動される。図では、蒸気エンジン3の出力軸と各圧縮機4,5の入力軸とが共通の軸として示されるが、減速歯車などを介して別個の軸としてもよいのは言うまでもない。また、各圧縮機4,5は、蒸気エンジン3に代えてまたはこれに加えて、電動機で駆動可能としてもよい。
The
ヒートポンプ6は、冷媒圧縮機5、凝縮器7、膨張弁25および蒸発器26が順次環状に接続されて構成される。冷媒圧縮機5は、冷媒を圧縮して高温高圧の気体にする。冷媒圧縮機5からの気化冷媒は、凝縮器7へ送られる。凝縮器7は、冷媒圧縮機5からの気化冷媒を凝縮液化する。凝縮器7からの液化冷媒は、膨張弁25へ送られる。膨張弁25は、凝縮器7からの液化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26は、膨張弁25からの冷媒を蒸発させる。
The
ヒートポンプ6には、冷媒として水以外が用いられる。ヒートポンプ6の冷媒は、水よりも臨界温度が低く、たとえばフロン系冷媒、ハイドロカーボン系冷媒、アンモニアや二酸化炭素といった自然冷媒である。
The
凝縮器7についてさらに詳細に説明すると、凝縮器7は、冷媒流路と水流路とを有し、冷媒と水とを混ぜることなく熱交換する間接熱交換器である。冷媒圧縮機5からの冷媒は、凝縮器7の冷媒流路を通され、膨張弁25へ送られる。一方、貯水タンク8内の水は、凝縮器7の水流路を通され、貯水タンク8へ戻される。
The
具体的には、貯水タンク8と凝縮器7とは、タンク水供給路27とタンク水戻し路28とを介して接続されている。そして、タンク水供給路27には、タンク水送水ポンプ29が設けられている。従って、貯水タンク8内の水は、タンク水供給路27を介して凝縮器7へ供給され、凝縮器7の水流路を通されて、タンク水戻し路28を介して貯水タンク8へ戻される。このようにして、凝縮器7においては、冷媒の冷却を図る一方、水の加温を図ることができる。
Specifically, the
ところで、貯水タンク8内を蒸気圧縮機により減圧する一方、凝縮器7において加温された水を貯水タンク8内へ戻すので、貯水タンク8内には、いわゆるフラッシュ蒸気が生じる。この際、タンク水戻し路28の中途や貯水タンク8への開口部にノズルチップなどの圧損部を設けておけば、貯水タンク8の側でのみフラッシュ蒸気を生じさせることができる。但し、このような圧損部の設置は任意である。また、タンク水戻し路28からの温水は、貯水タンク8の液相部に排出してもよいが、フラッシュ蒸気を多く生じさせるには、貯水タンク8の気相部に吐出するのが好ましい。この際、貯水タンク8の気相部に噴霧すれば、一層蒸発が促される。
By the way, the
蒸発器26についてさらに詳細に説明すると、蒸発器26も、冷媒流路と水流路とを有し、冷媒と水とを混ぜることなく熱交換する間接熱交換器である。膨張弁25からの冷媒は、蒸発器26の冷媒流路を通され、冷媒圧縮機5へ送られる。一方、蒸発器26の水流路には、水が通され、その水は、空調機や食品機械などの各種の冷却器(図示省略)で使用される。たとえば、空調機の室内機(ファンコイルユニット)を冷却器として、この冷却器に蒸発器26からの水を冷水供給路30を介して供給し、冷却器にて使用後の水は冷水戻し路31を介して蒸発器26へ戻される。冷水供給路30には冷水送水ポンプ32が設けられており、この冷水送水ポンプ32の作動の有無により、蒸発器26と冷却器との間の水の循環の有無を切り替えることができる。また、冷水送水ポンプ32をインバータ制御するか、冷水供給路30または冷水戻し路31に設けた流量調整弁の開度を調整することにより、蒸発器26から冷却器へ供給する水の流量を調整することができる。
The
ところで、蒸発器26と冷却器との間で水を循環させる以外に、蒸発器26からの冷水を冷却器にて使い捨ててもよい。つまり、冷水戻し路31を給水源からの給水路として用い、その給水を蒸発器26にて冷却して冷水とし、その冷水を冷水供給路30を介して冷却器へ供給してもよい。そして、その冷水は、食材の冷却などで使用されるが、使用後の水は、蒸発器26へ戻さなくてもよい。
By the way, in addition to circulating water between the evaporator 26 and the cooler, the cold water from the
水冷却装置は、さらに制御器(図示省略)を備える。本実施例では、制御器は、給蒸弁14、注水弁21、補水弁24、ヒートポンプ6(特に冷媒圧縮機5および膨張弁25)、タンク水送水ポンプ29および冷水送水ポンプ32などの他、各種のセンサに接続され、このセンサによる検出信号などに基づき、前記各手段を制御する。たとえば、制御器は、蒸発器26から冷却器へ供給する冷水の温度および/または流量を監視しつつ冷水送水ポンプ32をインバータ制御することで、冷却器へ供給する冷水の温度や流量を所望に維持する。
The water cooling device further includes a controller (not shown). In this embodiment, the controller includes a
センサによる検出対象としては、貯水タンク(貯水部)8から蒸気圧縮機4へ供給される蒸気の流量、蒸気圧縮機4から吐出される蒸気の圧力または温度、蒸発器26から冷却器へ供給される冷水の温度、蒸発器26から冷却器へ供給される冷水の流量、貯水タンク8内の温度(貯水タンク8内の水温でもよいし、また貯水タンク8内の温度ではなく圧力でもよい)、貯水タンク8へ供給される補給水の流量、貯水タンク8内の水位などの内、いずれか一以上が採用される。
The detection target by the sensor includes the flow rate of the steam supplied from the water storage tank (water storage unit) 8 to the
一方、制御対象としては、蒸気圧縮機4(具体的には蒸気圧縮機4への注水量)、冷媒圧縮機5(具体的には冷媒圧縮機5の容量)、膨張弁25、冷水送水ポンプ32、タンク水送水ポンプ29、補水弁24などの内、いずれか一以上が採用される。
On the other hand, control targets include a steam compressor 4 (specifically, the amount of water injected into the steam compressor 4), a refrigerant compressor 5 (specifically, the capacity of the refrigerant compressor 5), an
本実施例の水冷却装置によれば、蒸気エンジン3により各圧縮機4,5を駆動するので、ランニングコストの低減を図ることができる。また、凝縮器7、貯水タンク8および蒸気圧縮機4を用いることで、冷水製造時の廃熱で蒸気を発生させることができる。
According to the water cooling apparatus of the present embodiment, since the
また、本実施例によれば、ヒートポンプ6で予熱後の水を蒸気圧縮機4で蒸気化するので、ヒートポンプだけを用いる場合よりも高温領域の蒸気を得ることができる。すなわち、たとえばフロン系冷媒(たとえばR−245fa)による冷凍機の凝縮器の放熱を利用して蒸気を得ようとしても、その冷媒の臨界温度が低い(150℃程度)ため、低温領域での蒸気(実用的には110〜130℃程度)を得るのが限界であるが、本実施例によれば、ヒートポンプ6で予熱後の水を蒸気圧縮機4で蒸気化するので、より高温領域での蒸気を得ることもできる。
Moreover, according to the present Example, since the water after preheating with the
しかも、本実施例によれば、ヒートポンプ6で予熱後の水を蒸気圧縮機4で蒸気化するので、ヒートポンプ6による予熱がない場合と比較して、蒸気圧縮機4など装置全体の構成が大型化するおそれがない。ヒートポンプ6の冷媒として水以外(たとえばフロン系冷媒)を用いる場合、水に比べて密度が比較的大きいので圧縮比が小さくて済み、圧縮機などの機器が大型化するおそれはないが、上述したように高温領域の蒸気を得られない。一方、ヒートポンプ6の冷媒として水を用いる場合には、上述したように高温領域の蒸気は得られるが、密度が比較的小さいので圧縮比を大きくしなければならず、圧縮機や蒸発器などの機器が大型化する不都合がある。ところが、本実施例では、水以外の冷媒を用いたヒートポンプ6と、このヒートポンプ6により予熱後の水を蒸気化する蒸気圧縮機4とが用いられる。低温領域では水以外の冷媒を用い、高温領域では水を用いることで、装置の大型化を防止しつつ、高温領域の蒸気を得ることができる。
In addition, according to the present embodiment, since the water preheated by the
図2は、本発明の水冷却装置の実施例2が適用された蒸気利用システムの一例を示す概略図である。本実施例2の水冷却装置および蒸気利用システム1は、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 view showing an example of a steam utilization system to which the second embodiment of the water cooling device of the present invention is applied. The water cooling device and the
前記実施例1では、蒸気圧縮機4からの蒸気は、蒸気利用機器へ送られて使用されたが、本実施例2では、蒸気圧縮機4からの蒸気は、ボイラ2の給水タンク9内に吹き込まれる。これにより、ボイラ2の給水の予熱を図ることができる。蒸気圧縮機4からの蒸気を給水タンク9へ供給することは、前記実施例1に限らず、後述の実施例5以降の各実施例にも同様に適用可能である。その他の構成および制御は、前記実施例1と同様のため、説明は省略する。
In the said Example 1, the steam from the
図3は、本発明の水冷却装置の実施例3が適用された蒸気利用システムの一例を示す概略図である。本実施例3の水冷却装置および蒸気利用システム1は、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. 3 is a schematic view showing an example of a steam utilization system to which the third embodiment of the water cooling device of the present invention is applied. The water cooling device and the
前記実施例1では、蒸気圧縮機4からの蒸気は、蒸気利用機器へ送られて使用されたが、本実施例3では、蒸気圧縮機4からの蒸気は、補給水との間接熱交換器33を介して、貯水部としての貯水タンク8へ供給される。この間接熱交換器33では、蒸気圧縮機4からの蒸気で、補給水(純水または軟水)が加熱され、蒸気化される。そして、その蒸気は、蒸気エンジン3からの排蒸路15と合流するなどして、蒸気利用機器へ送られる。蒸気圧縮機4からの蒸気を直接に蒸気利用機器へ送る場合と比べて、蒸気の質の管理が容易となる。
In the first embodiment, the steam from the
本実施例3の場合、貯水タンク8内の水は閉回路を流れるので、蒸気圧縮機4において水を注入する場合には、貯水タンク8などから適宜排水可能とするのがよい。また、逆に、前記実施例1と同様に、貯水タンク8に補水路22を設けてもよい。蒸気圧縮機4からの蒸気で補給水を蒸気化することは、前記実施例1に限らず、後述の実施例5以降の各実施例にも同様に適用可能である。その他の構成および制御は、前記実施例1と同様のため、説明は省略する。
In the case of the third embodiment, the water in the
図4は、本発明の水冷却装置の実施例4が適用された蒸気利用システムの一例を示す概略図である。本実施例4の水冷却装置および蒸気利用システム1は、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. 4 is a schematic diagram illustrating an example of a steam utilization system to which a water cooling device according to a fourth embodiment of the present invention is applied. The water cooling device and the
前記実施例1では、蒸気圧縮機4からの蒸気は、蒸気利用機器へ送られて使用されたが、本実施例4では、蒸気圧縮機4からの蒸気は、補給水との間接熱交換器33を介して、貯水部としての貯水タンク8へ供給される。この間接熱交換器33では、蒸気圧縮機4からの蒸気で、補給水(純水または軟水)が加熱される。そして、このようにして加熱された水は、ボイラ2の給水タンク9へ供給される。このようにして、ボイラ2への給水の予熱を図ることができる。蒸気圧縮機4からの蒸気を直接に給水タンク9へ送る場合と比べて、水質の管理が容易となる。
In the first embodiment, the steam from the
本実施例4の場合、貯水タンク8内の水は閉回路を流れるので、蒸気圧縮機4において水を注入する場合には、貯水タンク8などから適宜排水可能とするのがよい。また、逆に、前記実施例1と同様に、貯水タンク8に補水路22を設けてもよい。間接熱交換器33を用いて、蒸気圧縮機4からの蒸気でボイラ2への給水を予熱することは、前記実施例1に限らず、後述の実施例5以降の各実施例にも同様に適用可能である。その他の構成および制御は、前記実施例1と同様のため、説明は省略する。
In the case of the present Example 4, since the water in the
ところで、本実施例4や前記実施例3のように、貯水タンク8内の水を閉回路で流す場合、ヒートポンプ6の冷媒管路に万一、亀裂が発生し、漏れ出した冷媒が水に混入しても、その水は直接に使用される蒸気とはならないので、不都合が回避される。特に、蒸気圧縮機4からの蒸気で、ボイラ2の給水の予熱を図ろうとする場合に有効である。なぜなら、フロン系冷媒を用いた場合、一般にフロン系冷媒には圧縮機自体の保護を目的として油を含ませるため、ボイラ給水に油分が混入してしまうと、フォーミング(泡立ち)を起こしやすくなるが、本実施例の構成によれば、そのような事態を未然に防止できることになる。
By the way, when the water in the
図5は、本発明の水冷却装置の実施例5が適用された蒸気利用システムの一例を示す概略図である。本実施例5の水冷却装置および蒸気利用システム1は、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. 5 is a schematic diagram illustrating an example of a steam utilization system to which a water cooling device according to a fifth embodiment of the present invention is applied. The water cooling device and the
前記実施例1では、凝縮器7とは別に貯水タンク8を設けたが、本実施例5では、貯水タンク8を凝縮器7に組み込んでいる。具体的には、凝縮器7は、中空タンク34とその内側に設けられる管路35とから構成される。そして、本実施例5では、中空タンク34が前記実施例1における貯水タンク8と同様に貯水部とされる。すなわち、中空タンク34は、吸入路18を介して蒸気圧縮機4に接続されており、蒸気圧縮機4により減圧可能とされる。また、中空タンク34には、補水路22を介して水が供給可能とされる。一方、中空タンク34内の管路35には、ヒートポンプ6の冷媒が通される。この管路35は、中空タンク34内の水に浸漬されている。従って、ヒートポンプ6の冷媒は、中空タンク34内の管路35を通過中、中空タンク34内の水と熱交換して冷却を図られる。逆に、中空タンク34内の水は、ヒートポンプ6の冷媒により、加温を図られる。その他の構成および制御は、前記実施例1と同様のため、説明は省略する。
In the first embodiment, the
図6は、本発明の水冷却装置の実施例6が適用された蒸気利用システムの一例を示す概略図であり、一部を省略して示している。本実施例6の水冷却装置および蒸気利用システムは、基本的には前記実施例5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. 6 is a schematic diagram illustrating an example of a steam utilization system to which a sixth embodiment of the water cooling device of the present invention is applied, and a part thereof is omitted. The water cooling device and the steam utilization system of the sixth embodiment are basically the same as those of the fifth 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5では、凝縮器7を中空タンク34とその内側を通される管路35とから構成して、中空タンク34に水を貯留する一方、管路35にヒートポンプ6の冷媒を通した。これに対し、本実施例6では、凝縮器7を中空タンク34とその内側を通される管路35とから構成する点は同じであるが、中空タンク34にヒートポンプ6の冷媒を通す一方、管路35の一部または全部に水を貯留して貯水部とした。
In the fifth embodiment, the
本実施例6では、補水路22から前記管路35へ直接に水が供給される。その管路35内の水は、中空タンク34内の冷媒と間接熱交換して加温される。その管路35の上部には、前記各実施例と同様に、吸入路18を介して蒸気圧縮機4が接続されており、貯水部からの水蒸気が蒸気圧縮機4へ吸入される。その他の構成および制御は、前記実施例5と同様のため、説明は省略する。
In the sixth embodiment, water is directly supplied from the
図7は、本発明の水冷却装置の実施例7が適用された蒸気利用システムの一例を示す概略図であり、一部を省略して示している。本実施例7の水冷却装置および蒸気利用システムは、基本的には前記実施例5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. 7 is a schematic view showing an example of a steam utilization system to which a water cooling device according to a seventh embodiment of the present invention is applied, and a part thereof is omitted. The water cooling device and the steam utilization system of the seventh embodiment are basically the same as those of the fifth 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5では、凝縮器7は、中空タンク34とその内側を通される管路35とから構成したが、本実施例7では、凝縮器7は、二つの管路36,37を有する間接熱交換器とされ、一方の管路36を水流路とし、他方の管路37を冷媒流路として使用される。冷媒流路には、前記実施例5と同様にヒートポンプの冷媒が通され、水流路には、前記実施例6と同様に水が貯留される。なお、間接熱交換器は、要は冷媒流路と水流路とを有し、冷媒と水とを間接熱交換すればよいので、プレート式熱交換器も含まれる。
In the fifth embodiment, the
本実施例7では、水流路を構成する管路36には、補水路22から直接に水が供給される。そして、水流路を構成する管路36内の水は、他方の管路37内の冷媒と間接熱交換して加温される。さらに、その管路36の上部には、前記各実施例と同様に、吸入路18を介して蒸気圧縮機4が接続されており、貯水部からの水蒸気が蒸気圧縮機4へ吸入される。その他の構成および制御は、前記実施例5と同様のため、説明は省略する。
In the seventh embodiment, water is directly supplied from the
図8は、本発明の水冷却装置の実施例8が適用された蒸気利用システムの一例を示す概略図であり、一部を省略して示している。本実施例8の水冷却装置および蒸気利用システムは、基本的には前記実施例5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. 8 is a schematic diagram showing an example of a steam utilization system to which the eighth embodiment of the water cooling device of the present invention is applied, and a part thereof is omitted. The water cooling device and the steam utilization system of the eighth embodiment are basically the same as those of the fifth 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.
本実施例8は、中空タンク34内に管路35を配置し、この管路35内にヒートポンプ6の冷媒を通す点では、前記実施例5と共通する。ただ、本実施例8では、管路35の全部(場合により一部でもよい)が、貯留水に浸漬されずに、中空タンク34の気相部に配置される。そして、中空タンク34内の水は、循環ポンプ38により、中空タンク34上部のノズル39から下方へ噴霧される。つまり、気相部に配置された管路35へ向けて、ノズル39から水が噴霧される。噴霧されることで水の蒸発が促され、その蒸発潜熱による冷媒の冷却が一層促される。その他の構成および制御は、前記実施例5と同様のため、説明は省略する。
The eighth embodiment is common to the fifth embodiment in that the
図9は、本発明の水冷却装置の実施例9が適用された蒸気利用システムの一例を示す概略図であり、一部を省略して示している。本実施例9の水冷却装置および蒸気利用システムは、基本的には前記実施例5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. 9 is a schematic view showing an example of a steam utilization system to which the ninth embodiment of the water cooling device of the present invention is applied, and a part of the system is omitted. The water cooling device and the steam utilization system of the ninth embodiment are basically the same as those of the fifth 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.
本実施例9は、蒸発器26の構成において、前記実施例5と異なる。すなわち、前記実施例5では、中空タンク40内に管路41を通し、その管路41にヒートポンプ6の冷媒を通す一方、中空タンク40には水を循環させたが、本実施例9では、中空タンク40内にヒートポンプ6の冷媒を通し、管路41内に水を通した。その他の構成および制御は、前記実施例5と同様のため、説明は省略する。本実施例9の蒸発器26の構成は、前記実施例5に限らず、その他の実施例においても同様に適用可能であることは言うまでもない。
The ninth embodiment is different from the fifth embodiment in the configuration of the
図10は、本発明の水冷却装置の実施例10が適用された蒸気利用システムの一例を示す概略図であり、一部を省略して示している。本実施例10の水冷却装置および蒸気利用システムは、基本的には前記実施例5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. 10 is a schematic diagram illustrating an example of a steam utilization system to which the water cooling device according to the tenth embodiment of the present invention is applied, and a part thereof is omitted. The water cooling device and the steam utilization system of the tenth embodiment are basically the same as those of the fifth 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.
本実施例10は、蒸発器26の構成において、前記実施例5と異なる。すなわち、前記実施例5では、蒸発器26は中空タンク40とその内側を通される管路41とから構成したが、本実施例10では、蒸発器26は、二つの管路42,43を有する間接熱交換器とされ、一方の管路42を水流路とし、他方の管路43を冷媒流路として使用される。冷媒流路には、前記実施例5と同様にヒートポンプ6の冷媒が通され、水流路には、前記実施例9と同様に水が通される。その他の構成および制御は、前記実施例5と同様のため、説明は省略する。本実施例10の蒸発器26の構成は、前記実施例5に限らず、その他の実施例においても同様に適用可能であることは言うまでもない。
The tenth embodiment is different from the fifth embodiment in the configuration of the
図11は、本発明の水冷却装置の実施例11が適用された蒸気利用システムの一例を示す概略図であり、一部を省略して示している。本実施例11の水冷却装置および蒸気利用システムは、基本的には前記実施例5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. 11 is a schematic view showing an example of a steam utilization system to which an
本実施例11では、中空タンク34への補水路22には、補水弁24の代わりに、送水ポンプ51が設けられ制御される。つまり、中空タンク34へは、送水ポンプ51を介して、水が供給可能とされる。送水ポンプ51は、オンオフ制御されてもよいし、流量調整可能にインバータ制御されてもよい。あるいは、送水ポンプ51に加えて補水弁を設けて、送水ポンプ51を作動させた状態で補水弁の開度を調整することで、中空タンク34への給水量の調整を図ってもよい。
In the eleventh embodiment, a
また、本実施例11では、蒸気圧縮機4は、中空タンク34内の気体を、気水分離器52を介して吸引排出する。つまり、蒸気圧縮機4への吸入路18の中途に気水分離器52が設けられており、気水分離器52において液滴の分離が図られた蒸気が、蒸気圧縮機4へ供給される。そして、蒸気圧縮機4から吐出される蒸気は、蒸気利用機器へ送られる。
In
一方、気水分離器52で分離された水は、スチームトラップ53を介して導出される。その水の利用方法は、特に問わないが、ここではボイラ2への給水の予熱に用いられる。具体的には、スチームトラップ53を介して導出される水は、ボイラ2への給水タンク9へ供給される。気水分離器52からの水は、熱水であるから、ボイラ2への給水の予熱を図ることができる。その他の構成および制御は、前記実施例5と同様のため、説明は省略する。
On the other hand, the water separated by the
図12は、本発明の水冷却装置の実施例12が適用された蒸気利用システムの一例を示す概略図であり、一部を省略して示している。本実施例12の水冷却装置および蒸気利用システムは、基本的には前記実施例5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。なお、本実施例12は、前記実施例11の変形例ともいえる。 FIG. 12 is a schematic diagram illustrating an example of a steam utilization system to which the water cooling device according to the twelfth embodiment of the present invention is applied, and a part thereof is omitted. The water cooling device and the steam utilization system of the twelfth embodiment are basically the same as those of the fifth 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. The twelfth embodiment can be said to be a modification of the eleventh embodiment.
本実施例12では、蒸気圧縮機4は、中空タンク34内の気体を、気水分離器52を介して吸引排出する。つまり、蒸気圧縮機4への吸入路18の中途に気水分離器52が設けられており、気水分離器52において液滴の分離が図られた蒸気が、蒸気圧縮機4へ供給される。
In the twelfth embodiment, the
気水分離器52で分離された水は、スチームトラップ53を介して導出される。この水は、前記実施例11では、ボイラ2への給水タンク9へそのまま供給されたが、本実施例12では、気水分離器52からの水は、補給水との間接熱交換器54を介して、貯水部としての中空タンク34へ戻される。間接熱交換器54から中空タンク34への送水路には、送水ポンプ51が設けられている。
The water separated by the
間接熱交換器54では、気水分離器52からの熱水で、補給水(純水または軟水)が加熱される。そして、このようにして加熱された水は、ボイラ2の給水タンク9へ供給される。このようにして、ボイラ2への給水の予熱を図ることができる。気水分離器52からの水を直接に給水タンク9へ送る場合と比べて、水質の管理が容易となる。
In the
また、本実施例12では、蒸気圧縮機4から吐出される蒸気は、実施例3や実施例4と同様に、補給水との間接熱交換器33を介して、貯水部としての中空タンク34へ供給される。たとえば、前記実施例3と同様に、間接熱交換器33では、蒸気圧縮機4からの蒸気で、補給水(純水または軟水)が加熱され、蒸気化される。そして、その蒸気は、蒸気エンジン3からの排蒸路15と合流するなどして、蒸気利用機器へ送られる。あるいは、前記実施例4と同様に、間接熱交換器33では、蒸気圧縮機4からの蒸気で、補給水(純水または軟水)が加熱され、このようにして加熱された水を、ボイラ2の給水タンク9へ供給してもよい。いずれの場合も、間接熱交換器33で熱交換後の蒸気の凝縮水は、スチームトラップ55および送水ポンプ51を介して、中空タンク34へ戻される。その他の構成および制御は、前記実施例5と同様のため、説明は省略する。
Further, in the twelfth embodiment, the steam discharged from the
本発明の水冷却装置は、前記各実施例の構成に限らず、適宜変更可能である。たとえば、前記各実施例では、蒸気圧縮機4および冷媒圧縮機5の双方が蒸気エンジン3により駆動されたが、一方または双方が電動機により駆動されてもよい。たとえば、前記実施例1において、蒸気圧縮機4および冷媒圧縮機5の双方を電動機で駆動してもよい。その際、図13に示すように、両圧縮機4,5を共通の電動機44で駆動してもよいし、図14に示すように、各圧縮機4,5を個別に電動機44,44で駆動してもよい。また、図14において、一方または双方の電動機44を、蒸気エンジン3としてもよい。このような変更は、前記実施例1に限らず、その他の実施例も同様に可能である。なお、図13および図14は、圧縮機4,5の駆動部のみを示しており、他の構成は省略している。
The water cooling device of the present invention is not limited to the configuration of each of the embodiments described above, and can be changed as appropriate. For example, in each of the above embodiments, both the
また、前記各実施例において、ヒートポンプ6を複数段としてもよい。たとえば、図15に示すように、前記ヒートポンプ6としての第一ヒートポンプ45の他に、第二ヒートポンプ46をさらに備えてもよい。第二ヒートポンプ46も第一ヒートポンプ45と同様の構成であり、冷媒圧縮機47、凝縮器48、膨張弁49および蒸発器50が順次環状に接続されて構成される。また、各ヒートポンプ45,46の冷媒は、所望の凝縮器48の凝縮温度、所望の蒸発器50の蒸発温度に応じて適宜選定することができる。
In each of the above embodiments, the
そして、第一ヒートポンプ45の凝縮器7は、第一ヒートポンプ45の冷媒と貯水タンク8の水との間接熱交換器とされる。また、第一ヒートポンプ45の蒸発器26は、第二ヒートポンプ46の凝縮器48でもあり、第一ヒートポンプ45の冷媒と第二ヒートポンプ46の冷媒との間接熱交換器とされる。そして、第二ヒートポンプ46の蒸発器50は、第二ヒートポンプ46の冷媒と冷却器への水との間接熱交換器とされる。その他の構成および制御は、前記実施例1などと同様である。
The
ヒートポンプを複数段とすることで、圧縮比を抑えることができ、各段のヒートポンプの圧縮機や蒸発器などの構成を小型化することができる。すなわち、一段のヒートポンプでは、圧縮比が高くなり効率が悪くなるが、複数段とすることで、最適な圧縮比で運転することが可能となる。 By making the heat pump into a plurality of stages, the compression ratio can be suppressed, and the configuration of the compressors and evaporators of the heat pumps in each stage can be reduced in size. That is, in a single-stage heat pump, the compression ratio becomes high and the efficiency becomes poor, but by using a plurality of stages, it becomes possible to operate at an optimal compression ratio.
なお、図15では、図14と同様に、各圧縮機4,5,47が電動機44により駆動されるが、図1と同様に蒸気エンジン3により駆動されてもよいことは勿論である。また、図15では図14のヒートポンプを複数段とした例を示したが、ヒートポンプを複数段とすることは、その他の実施例にも同様に適用可能である。
In FIG. 15, the
さらに、図15では、第一ヒートポンプ45に第二ヒートポンプ46のみを設けたが、ヒートポンプの段数をさらに増やしてもよい。すなわち、第一ヒートポンプ45の他に、第二または第三以降のヒートポンプ(これを「追加ヒートポンプ」と呼ぶことにする)をさらに備えてもよい。その場合、第一ヒートポンプ45の蒸発器26は、第一ヒートポンプ45の冷媒と最上段の追加ヒートポンプの冷媒との間接熱交換器とされて、最上段の追加ヒートポンプの凝縮器でもある。また、最下段の追加ヒートポンプの蒸発器は、最下段の追加ヒートポンプの冷媒と冷却器への水との間接熱交換器とされる。なお、最上段と最下段の各ヒートポンプに挟まれるヒートポンプは、凝縮器が一つ上段のヒートポンプの蒸発器でもあり、蒸発器が一つ下段のヒートポンプの凝縮器でもある。
Further, in FIG. 15, only the
最後に、本発明の水冷却装置は、空調や食品冷却など以外に、エンジンなどの比較的高温物の冷却に用いてもよい。たとえば、ガスエンジンに前記冷却器としてジャケットを設け、このジャケットに本発明の水冷却装置で得られた冷水またはそれと熱交換された冷媒を通して、ガスエンジンの冷却を図ってもよい。 Finally, the water cooling device of the present invention may be used for cooling a relatively high temperature object such as an engine in addition to air conditioning and food cooling. For example, a jacket may be provided as the cooler in the gas engine, and the gas engine may be cooled through cold water obtained by the water cooling device of the present invention or a refrigerant exchanged with the jacket through the jacket.
さらに、本発明の水冷却装置は、工場などから排出される温水を冷却するのにも用いることができる。たとえば、工場から60〜100℃の廃温水が大量に出る場合があるが、それらは従来、水を再利用する場合には、大型のクーリングタワーで冷却しており、水を再利用しない場合には、法規制により40℃未満に冷却しなければならない関係上、工業用水(水道水)を混ぜることで冷却した後、河川などへ排水されている。 Furthermore, the water cooling device of the present invention can also be used to cool hot water discharged from a factory or the like. For example, there is a case where a large amount of waste water at 60 to 100 ° C. comes out from a factory. However, when water is reused, it is conventionally cooled by a large cooling tower, and when water is not reused. Because it must be cooled to less than 40 ° C. due to legal regulations, it is cooled by mixing industrial water (tap water) and then drained into rivers and the like.
ところが、このような廃温水の冷却に、本発明の水冷却装置を用いることができる。具体的には、たとえば実施例11や実施例12において、ヒートポンプ6の蒸発器26に、工場からの高温の排水を流し、蒸発器26において冷却後、再利用または河川などへ排水すればよい。このようにすれば、クーリングタワーが不要となり、イニシャルコストやランニングコストの低減を図ることができ、また冷却用水の削減を図ることができる。しかも、廃温水の冷却時に得られるエネルギーにより、蒸気や熱水を得ることもできる。
However, the water cooling device of the present invention can be used for cooling such waste warm water. Specifically, for example, in Example 11 or Example 12, high temperature waste water from the factory may be flowed to the
1 蒸気利用システム
2 ボイラ
3 蒸気エンジン
4 蒸気圧縮機
5 冷媒圧縮機
6 ヒートポンプ
7 凝縮器
8 貯水タンク(貯水部)
9 給水タンク
18 吸入路
19 吐出路
20 注水路
21 注水弁
25 膨張弁
26 蒸発器
30 冷水供給路
33 間接熱交換器
34 中空タンク
35 管路
38 循環ポンプ
39 ノズル
45 第一ヒートポンプ
46 第二ヒートポンプ(追加ヒートポンプ)
48 (第二ヒートポンプの)凝縮器
50 (第二ヒートポンプの)蒸発器
52 気水分離器
54 間接熱交換器
DESCRIPTION OF
9
48 (second heat pump) condenser 50 (second heat pump)
Claims (11)
冷媒圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が順次環状に接続されて構成されたヒートポンプとを備え、
前記凝縮器は、前記ヒートポンプの冷媒と前記貯水部の水との間接熱交換器とされ、
前記蒸発器は、前記ヒートポンプの冷媒と冷却しようとする水との間接熱交換器とされ、
前記蒸気圧縮機からの蒸気は、ボイラへの給水タンクへ供給される
ことを特徴とする水冷却装置。 A vapor compressor that sucks and discharges the gas in the water storage unit, depressurizes the water storage unit, and compresses the water vapor sucked from the water storage unit;
A refrigerant compressor, a condenser, an expansion valve, and a heat pump configured by sequentially connecting an evaporator in an annular shape,
The condenser is an indirect heat exchanger between the refrigerant of the heat pump and the water of the water reservoir,
The evaporator is an indirect heat exchanger between the refrigerant of the heat pump and water to be cooled ,
Steam from the steam compressor is supplied to a water supply tank for a boiler .
冷媒圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が順次環状に接続されて構成されたヒートポンプとを備え、
前記凝縮器は、前記ヒートポンプの冷媒と前記貯水部の水との間接熱交換器とされ、
前記蒸発器は、前記ヒートポンプの冷媒と冷却しようとする水との間接熱交換器とされ、
前記蒸気圧縮機からの蒸気は、補給水と間接熱交換して前記貯水部へ供給され、
その補給水は、前記蒸気圧縮機からの蒸気との間接熱交換により蒸気化される
ことを特徴とする水冷却装置。 A vapor compressor that sucks and discharges the gas in the water storage unit, depressurizes the water storage unit, and compresses the water vapor sucked from the water storage unit;
A refrigerant compressor, a condenser, an expansion valve, and a heat pump configured by sequentially connecting an evaporator in an annular shape,
The condenser is an indirect heat exchanger between the refrigerant of the heat pump and the water of the water reservoir,
The evaporator is an indirect heat exchanger between the refrigerant of the heat pump and water to be cooled ,
The steam from the steam compressor is supplied to the water storage unit through indirect heat exchange with makeup water,
The makeup water is vaporized by indirect heat exchange with steam from the steam compressor .
冷媒圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が順次環状に接続されて構成されたヒートポンプとを備え、
前記凝縮器は、前記ヒートポンプの冷媒と前記貯水部の水との間接熱交換器とされ、
前記蒸発器は、前記ヒートポンプの冷媒と冷却しようとする水との間接熱交換器とされ、
前記蒸気圧縮機からの蒸気は、補給水と間接熱交換して前記貯水部へ供給され、
その補給水は、前記蒸気圧縮機からの蒸気との間接熱交換により加温されて、ボイラへの給水タンクへ供給される
ことを特徴とする水冷却装置。 A vapor compressor that sucks and discharges the gas in the water storage unit, depressurizes the water storage unit, and compresses the water vapor sucked from the water storage unit;
A refrigerant compressor, a condenser, an expansion valve, and a heat pump configured by sequentially connecting an evaporator in an annular shape,
The condenser is an indirect heat exchanger between the refrigerant of the heat pump and the water of the water reservoir,
The evaporator is an indirect heat exchanger between the refrigerant of the heat pump and water to be cooled ,
The steam from the steam compressor is supplied to the water storage unit through indirect heat exchange with makeup water,
The makeup water is heated by indirect heat exchange with steam from the steam compressor and supplied to a water supply tank to a boiler .
冷媒圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が順次環状に接続されて構成されたヒートポンプとを備え、
前記凝縮器は、前記ヒートポンプの冷媒と前記貯水部の水との間接熱交換器とされ、
前記蒸発器は、前記ヒートポンプの冷媒と冷却しようとする水との間接熱交換器とされ、
前記蒸気圧縮機と前記冷媒圧縮機との一方または双方が、蒸気を用いて動力を起こす蒸気エンジンにより駆動され、
前記蒸気圧縮機からの蒸気は、補給水と間接熱交換して前記貯水部へ供給され、
その補給水は、前記蒸気圧縮機からの蒸気との間接熱交換により蒸気化されて、前記蒸気エンジンにて使用後の蒸気が供給される箇所へ供給されるか、前記蒸気圧縮機からの蒸気との間接熱交換により加温されて、前記蒸気エンジンへ蒸気を供給するボイラへの給水タンクへ供給される
ことを特徴とする水冷却装置。 A vapor compressor that sucks and discharges the gas in the water storage unit, depressurizes the water storage unit, and compresses the water vapor sucked from the water storage unit;
A refrigerant compressor, a condenser, an expansion valve, and a heat pump configured by sequentially connecting an evaporator in an annular shape,
The condenser is an indirect heat exchanger between the refrigerant of the heat pump and the water of the water reservoir,
The evaporator is an indirect heat exchanger between the refrigerant of the heat pump and water to be cooled ,
One or both of the steam compressor and the refrigerant compressor are driven by a steam engine that generates power using steam,
The steam from the steam compressor is supplied to the water storage unit through indirect heat exchange with makeup water,
The make-up water is vaporized by indirect heat exchange with the steam from the steam compressor, and is supplied to a place where used steam is supplied by the steam engine, or the steam from the steam compressor is supplied. The water cooling device is heated by indirect heat exchange with the steam engine and supplied to a water supply tank to a boiler that supplies steam to the steam engine .
この貯水タンクが、前記貯水部とされ、
前記凝縮器は、冷媒流路と水流路とを有する間接熱交換器とされ、
前記冷媒流路には、前記ヒートポンプの冷媒が通され、
前記水流路と前記貯水タンクとの間で、前記貯水タンク内の水が循環される
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の水冷却装置。 A water storage tank for storing water;
This water storage tank is the water storage part,
The condenser is an indirect heat exchanger having a refrigerant channel and a water channel,
The refrigerant flow path is passed through the refrigerant of the heat pump,
The water cooling device according to any one of claims 1 to 4 , wherein water in the water storage tank is circulated between the water flow path and the water storage tank.
前記中空タンクと前記管路との内、一方に前記ヒートポンプの冷媒が通され、他方に水が貯留されて前記貯水部とされる
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の水冷却装置。 The condenser is composed of a hollow tank and a pipe line provided inside the hollow tank,
The refrigerant of the heat pump is passed through one of the hollow tank and the conduit, and water is stored in the other to serve as the water storage section . The water cooling apparatus as described.
前記中空タンク内は、中途まで水が貯留されて、液相部と気相部とに分けられ、
前記管路は、少なくとも一部が前記中空タンク内の気相部に配置され、
この気相部に配置された管路へ向けて、前記中空タンク内の貯留水が噴霧される
ことを特徴とする請求項6に記載の水冷却装置。 While water is stored in the hollow tank, the refrigerant of the heat pump is passed through the pipeline,
Inside the hollow tank, water is stored halfway, and is divided into a liquid phase part and a gas phase part,
The pipe line is at least partially arranged in a gas phase part in the hollow tank,
The water cooling device according to claim 6 , wherein the water stored in the hollow tank is sprayed toward a pipe line disposed in the gas phase portion.
前記冷媒流路には、前記ヒートポンプの冷媒が通され、
前記水流路には、水が貯留されて前記貯水部とされる
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の水冷却装置。 The condenser is an indirect heat exchanger having a refrigerant channel and a water channel,
The refrigerant flow path is passed through the refrigerant of the heat pump,
The water cooling device according to any one of claims 1 to 4, wherein water is stored in the water flow path to serve as the water storage section.
前記第一ヒートポンプの蒸発器は、前記第一ヒートポンプの冷媒と冷却しようとする水との間接熱交換器とされる代わりに、前記第一ヒートポンプの冷媒と最上段の前記追加ヒートポンプの冷媒との間接熱交換器とされて、最上段の前記追加ヒートポンプの凝縮器でもあり、
最下段の前記追加ヒートポンプの蒸発器は、最下段の前記追加ヒートポンプの冷媒と冷却しようとする水との間接熱交換器とされる
ことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の水冷却装置。 In addition to the first heat pump as the heat pump, further comprising one or more additional heat pumps,
The evaporator of the first heat pump is an indirect heat exchanger between the refrigerant of the first heat pump and the water to be cooled, and instead of the refrigerant of the first heat pump and the refrigerant of the uppermost additional heat pump. As an indirect heat exchanger, it is also a condenser of the uppermost additional heat pump,
Evaporator of the additional heat pump lowest stage, to any one of claims 1 to 8, characterized in that it is an indirect heat exchanger with water to be cooled and refrigerant of the additional heat pump of the lowermost The water cooling apparatus as described.
ことを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の水冷却装置。 The water cooling device according to any one of claims 1 to 9 , wherein the steam compressed by the steam compressor is injected with water in the steam compressor itself or in a preceding stage or a subsequent stage thereof.
前記気水分離器にて分離された水は、ボイラへの給水タンクへ供給されるか、ボイラへの給水と間接熱交換されて前記貯水部へ戻される
ことを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の水冷却装置。 The steam compressor sucks and discharges the gas in the water storage section through a steam separator,
Water separated in the gas-water separator, claims 1 to 10, characterized in that either supplied to the water tank to the boiler, which is water and indirect heat exchange to a boiler back into the reservoir The water cooling device according to any one of the above.
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