JP5594645B2

JP5594645B2 - 蒸気システム

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Publication number: JP5594645B2
Application number: JP2010155972A
Authority: JP
Inventors: 真嘉金丸; 昭典川上; 昭生森田
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2010-07-08
Filing date: 2010-07-08
Publication date: 2014-09-24
Anticipated expiration: 2030-07-08
Also published as: JP2012017701A

Description

本発明は、ヒートポンプおよび／または蒸気圧縮機と、排ガスボイラとを備えた蒸気システムに関するものである。

従来、下記特許文献１において、ヒートポンプ（１０）と排ガスボイラ（１３０）とを用いた蒸気発生システム（Ｓ１）が提案されている。この蒸気発生システム（Ｓ１）は、ヒートポンプ（１０）と、第１蒸気発生装置（ＳＴ１）と、ガスタービン装置（１００）と、第２蒸気発生装置（ＳＴ２）とを備える。そして、第１蒸気発生装置（ＳＴ１）は、ヒートポンプ（１０）からの熱伝達によって蒸気を発生させ、第２蒸気発生装置（ＳＴ２）は、ガスタービン装置（１００）からの排熱を用いて蒸気を発生させる。また、ガスタービン装置（１００）によって、ヒートポンプ（１０）の圧縮機（１２）が駆動される。

特開２００８−４５８０７号公報（請求項１、請求項２、段落番号００１５、００２９、図１）

しかしながら、特許文献１に記載の発明は、蒸気圧縮機（３０）による昇圧と、ノズル（３５）による注水とにより、所望の蒸気を得ようとするものである。しかも、その［００２５］に記載のとおり、蒸気圧縮機（３０）は、タンク（４７）内の圧力に基づき制御される。従って、蒸気使用設備における蒸気の使用負荷の変化に応じて、蒸気圧縮機（３０）からの蒸気量や、排ガスボイラ（１３０）からの蒸気量を調整できるものではない。

本発明が解決しようとする課題は、ヒートポンプおよび／または蒸気圧縮機と、排ガスボイラとを備える蒸気システムであって、蒸気の使用負荷の変化に対応できるようにすることにある。

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、ヒートポンプまたは蒸気圧縮機と、排ガスボイラとを備え、前記ヒートポンプは、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、前記凝縮器において冷媒と水とを熱交換して蒸気を発生させ、前記蒸気圧縮機は、蒸気を吸入し圧縮して吐出し、前記排ガスボイラは、前記圧縮機または前記蒸気圧縮機を駆動するエンジンからの排ガスを用いて蒸気を発生させ、前記凝縮器または前記蒸気圧縮機からの蒸気に、前記排ガスボイラからの蒸気が合流するよう構成され、この合流蒸気の圧力を検出可能な位置に圧力センサが設けられ、この圧力センサの検出圧力に基づき、前記エンジンを制御し、前記凝縮器または前記蒸気圧縮機からの蒸気と、前記排ガスボイラからの蒸気とに、ボイラからの蒸気がボイラ蒸気供給弁を介して合流するよう構成され、前記圧力センサは、前記凝縮器または前記蒸気圧縮機からの蒸気と、前記排ガスボイラからの蒸気と、前記ボイラからの蒸気との合流蒸気の圧力を検出可能な位置に設けられ、前記エンジンは、前記圧力センサの検出圧力を第一設定圧力に維持するよう制御され、前記ボイラ蒸気供給弁は、それより下流側の圧力を第二設定圧力に維持するよう開閉または開度が調整され、前記第二設定圧力は、前記第一設定圧力よりも低く設定されることを特徴とする蒸気システムである。
請求項２に記載の発明は、ヒートポンプまたは蒸気圧縮機と、排ガスボイラとを備え、前記ヒートポンプは、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、前記凝縮器において冷媒と水とを熱交換して蒸気を発生させ、前記蒸気圧縮機は、蒸気を吸入し圧縮して吐出し、前記排ガスボイラは、前記圧縮機または前記蒸気圧縮機を駆動するエンジンからの排ガスを用いて蒸気を発生させ、前記凝縮器または前記蒸気圧縮機からの蒸気に、前記排ガスボイラからの蒸気が合流するよう構成され、この合流蒸気の圧力を検出可能な位置に圧力センサが設けられ、この圧力センサの検出圧力に基づき、前記エンジンを制御し、前記凝縮器または前記蒸気圧縮機からの蒸気と、前記排ガスボイラからの蒸気とに、ボイラからの蒸気が合流するよう構成され、前記圧力センサは、前記凝縮器または前記蒸気圧縮機からの蒸気と、前記排ガスボイラからの蒸気と、前記ボイラからの蒸気との合流蒸気の圧力を検出可能な位置に設けられ、前記エンジンは、前記圧力センサの検出圧力を第一設定圧力に維持するよう制御され、前記ボイラは、前記圧力センサの検出圧力を第二設定圧力に維持するよう制御され、前記第二設定圧力は、前記第一設定圧力よりも低く設定されることを特徴とする蒸気システムである。

請求項１および請求項２に記載の発明によれば、ヒートポンプまたは蒸気圧縮機と、それを駆動するエンジンからの排ガスを用いた排ガスボイラとを備え、ヒートポンプまたは蒸気圧縮機からの蒸気と、排ガスボイラからの蒸気とを合流させ、その蒸気圧に基づきエンジンを制御することで、所望の蒸気圧の蒸気を得ることができる。これにより、蒸気使用設備における蒸気の使用負荷の変化に対応することも可能となる。たとえば、蒸気使用設備における蒸気の使用が停止から再開するか増加すれば、圧力センサの検出圧力が下がるので、エンジンの駆動を再開するかその回転速度を上げて、凝縮器または蒸気圧縮機と、排ガスボイラとからの蒸気供給を再開するか増加させればよい。逆に、蒸気使用設備における蒸気の使用が停止するか減少すれば、圧力センサの検出圧力が上がるので、エンジンを停止するかその回転速度を下げて、凝縮器または蒸気圧縮機と、排ガスボイラとからの蒸気供給を停止させるか減少させればよい。

請求項３に記載の発明は、前記エンジンは、前記圧縮機または前記蒸気圧縮機を駆動すると共に、発電機を駆動することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蒸気システムである。

請求項３に記載の発明によれば、エンジンにより発電機を駆動させて発電を行うことができる。

請求項４に記載の発明は、前記凝縮器または前記蒸気圧縮機からの蒸気と、前記排ガスボイラからの蒸気との合流部に、エゼクタが設けられ、このエゼクタは、前記排ガスボイラからの蒸気をノズルから噴出させることで、前記凝縮器または前記蒸気圧縮機からの蒸気を吸引して、前記ノズルからの蒸気と混合して吐出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の蒸気システムである。

請求項４に記載の発明によれば、凝縮器または蒸気圧縮機からの蒸気を、エゼクタで昇圧して蒸気使用設備へ供給することができる。そのため、エゼクタでの昇圧がない場合と比較して、凝縮器または蒸気圧縮機の出口における蒸気圧を下げることができ、ヒートポンプの効率を向上したり、ヒートポンプまたは蒸気圧縮機の大型化を防止したりすることができる。しかも、蒸気の使用負荷の変化に応じた蒸気を、蒸気使用設備へ供給することができる。

さらに、請求項５に記載の発明は、前記凝縮器からの蒸気は、蒸気圧縮機で昇圧されて、前記排ガスボイラからの蒸気と合流し、この合流蒸気の圧力を検出可能な位置に、前記圧力センサが設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の蒸気システムである。

請求項５に記載の発明によれば、ヒートポンプからの蒸気を蒸気圧縮機で昇圧して送り出すことができる。

本発明によれば、ヒートポンプおよび／または蒸気圧縮機と、排ガスボイラとを備える蒸気システムであって、蒸気の使用負荷の変化に対応可能となる。

本発明の蒸気システムの実施例１を示す概略図である。圧力センサの検出圧力、エンジンの作動状態、およびボイラ蒸気供給弁の開閉状態の対応関係を示す概略図である。本発明の蒸気システムの実施例２を示す概略図である。

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、本発明の蒸気システムの実施例１を示す概略図である。
本実施例の蒸気システム１は、温水、空気または排ガスなどから熱をくみ上げて蒸気を発生させるヒートポンプ２と、このヒートポンプ２の圧縮機３を駆動するエンジン４と、このエンジン４からの排ガスを用いて蒸気を発生させる排ガスボイラ５とを備える。

ヒートポンプ２は、蒸気圧縮式のヒートポンプであり、圧縮機３、凝縮器６、膨張弁７および蒸発器８が順次環状に接続されて構成される。そして、圧縮機３は、ガス冷媒を圧縮して高温高圧にする。また、凝縮器６は、圧縮機３からのガス冷媒を凝縮液化する。さらに、膨張弁７は、凝縮器６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８は、膨張弁７からの冷媒の蒸発を図る。

従って、ヒートポンプ２は、蒸発器８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６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、ヒートポンプ２は、蒸発器８において、温水（たとえば工場などから排出される排温水）、空気（外気の他、空気圧縮機からの吐出空気のように熱を持った空気を含む）、または排ガスなどから熱をくみ上げ、凝縮器６において、水を加温して蒸気を発生させる。凝縮器６への給水としては、凝縮器６を構成する熱交換器内へのスケール（水中の硬度分が析出したもの）の付着を防止するために、純水または軟水であるのが好ましい。

凝縮器６は、冷媒と水とを混ぜることなく熱交換する構成であれば、その具体的構成を特に問わない。たとえば、プレート式熱交換器またはシェルアンドチューブ式熱交換器が用いられる。凝縮器６には、第一給水路９を介して水が供給される。凝縮器６への給水を制御することで、凝縮器６内には所望量の水が貯留される。凝縮器６内の水は、冷媒と熱交換して蒸気化され、その蒸気は、第一蒸気路１０へ導出される。

蒸発器８は、温水、空気または排ガスなどの熱源流体と、ヒートポンプ２の冷媒とを混ぜることなく熱交換する構成であれば、その具体的構成を特に問わない。蒸発器８には、熱源流体の供給路１１と排出路１２とが設けられており、熱源流体が通される。

ヒートポンプ２に用いる冷媒は、特に問わないが、炭素数が４以上のハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）またはこれに水および／または消火液を加えたもの、アルコール（たとえばエチルアルコールまたはメチルアルコール）またはこれに水および／または消火液を加えたもの、または水（たとえば純水または軟水）が好適に用いられる。

ヒートポンプ２には、凝縮器６から膨張弁７への冷媒と蒸発器８から圧縮機３への冷媒とを混ぜることなく熱交換する液ガス熱交換器（図示省略）を設けてもよい。これにより、蒸発器８から圧縮機３への冷媒は、凝縮器６から膨張弁７への冷媒で過熱される。このようにして、圧縮機３の入口側のエンタルピを高めて、そしてそれにより圧縮機３の出口側のエンタルピも高めることで、ヒートポンプ２の成績係数（ＣＯＰ）を高めることができる。しかも、圧縮機３へ液冷媒が供給される不都合も防止できる。

ヒートポンプ２には、凝縮器６と膨張弁７との間に、所望によりサブクーラ１３を設けてもよい。サブクーラ１３は、凝縮器６から膨張弁７への冷媒と、凝縮器６への給水とを混ぜることなく熱交換する。サブクーラ１３により、凝縮器６への給水で、凝縮器６から膨張弁７への冷媒を過冷却することができると共に、凝縮器６から膨張弁７への冷媒で、凝縮器６への給水を加温することができる。また、冷媒と水との熱交換は、顕熱による熱交換部としてのサブクーラ１３と、主として潜熱による熱交換部としての凝縮器６とに分けられるので、伝熱効率を向上することができる。

液ガス熱交換器とサブクーラ１３との双方を設ける場合、凝縮器６からの冷媒は、液ガス熱交換器を通過後にサブクーラ１３に通してもよいし、サブクーラ１３を通過後に液ガス熱交換器に通してもよいし、液ガス熱交換器とサブクーラ１３とに並行に通してもよい。

エンジン４は、典型的にはガスエンジンまたはディーゼルエンジンである。エンジン４は、オンオフ制御されるか、出力つまり回転速度を調整可能とされる。エンジン４は、圧縮機３を駆動すると共に、所望により発電機１４も駆動する。図示例の場合、エンジン４は、圧縮機３を駆動すると共に、たとえばベルト伝動機構１５を介して発電機１４も駆動する。発電機１４で発電した電力で、蒸気システム１の各機器に必要な電力を賄うのが好ましい。

エンジン４の潤滑油は、オイルクーラ１６との間で循環され、オイルクーラ１６において冷却水により冷却を図られる。また、エンジン４は、それを覆うジャケット１７に冷却水が通されて、冷却を図られる。

エンジン４からの排ガスは、煙道１８および煙突１９を介して、外部へ排出される。煙道１８には、エンジン４の側から順に、排ガスボイラ５と、所望により温水器２０とが設けられる。

排ガスボイラ５には、第二給水路２１を介して水が供給される。排ガスボイラ５への給水を制御することで、排ガスボイラ５内には所望量の水が貯留される。排ガスボイラ５内の水は、エンジン４からの排ガスにより加温されて蒸気化され、その蒸気は、第二蒸気路２２へ導出される。

温水器２０は、排ガスボイラ５を通過後の排ガスとその冷却水との熱交換器である。温水器２０において、排ガスの一層の冷却が図られる一方、水の加温が図られる。

排ガスボイラ５からの第二蒸気路２２は、凝縮器６からの第一蒸気路１０と合流するよう構成される。この合流は、蒸気ヘッダを用いて行うこともできる。また、この合流は、二点鎖線で示すように、エゼクタ２３により行ってもよい。この場合、排ガスボイラ５からの蒸気をエゼクタ２３のノズルへ供給して、ノズルから噴出させることで、凝縮器６からの蒸気がエゼクタ２３へ吸引され、ノズルからの蒸気と混合して吐出される。

なお、第一蒸気路１０には、第二蒸気路２２との合流部よりも上流側に、逆止弁２４を設けておくのが好ましい。これにより、ヒートポンプ２が停止中、ヒートポンプ２の凝縮器６へ蒸気が逆流するのが防止される。また、同様に、第二蒸気路２２には、第一蒸気路１０との合流部より上流側に、逆止弁（図示省略）を設けておくのが好ましい。これにより、排ガスボイラ５が停止中、排ガスボイラ５へ蒸気が逆流するのが防止される。

凝縮器６からの蒸気と排ガスボイラ５からの蒸気との合流蒸気の圧力を検出可能な位置には、圧力センサ２５が設けられる。本実施例では、第一蒸気路１０と第二蒸気路２２とが合流された後の第三蒸気路２６（エゼクタ２３が設けられる場合にはエゼクタ２３からの排蒸路でもある）に、圧力センサ２５が設けられるが、第一蒸気路１０からの蒸気と第二蒸気路２２からの蒸気とを蒸気ヘッダで合流させる場合、その蒸気ヘッダに圧力センサ２５を設けてもよい。また、合流蒸気の圧力を検出可能であれば、第一蒸気路１０の内、合流部よりも上流側に設けてもよいし、第二蒸気路２２の内、合流部よりも上流側に設けてもよい。この際、第一蒸気路１０に逆止弁２４が設けられる場合には、その逆止弁２４より下流側に圧力センサ２５が設けられ、第二蒸気路２２に逆止弁が設けられる場合には、その逆止弁より下流側に圧力センサ２５が設けられる。

ところで、二点鎖線で示すように、排ガスボイラ５とは別にボイラ２７を設け、このボイラ２７からの蒸気を、凝縮器６からの蒸気や排ガスボイラ５からの蒸気に合流可能としてもよい。図示例では、ボイラ２７からの第四蒸気路２８は、第三蒸気路２６と合流するよう構成されるが、第一蒸気路１０または第二蒸気路２２と合流するよう構成されてもよい。また、第一蒸気路１０からの蒸気、第二蒸気路２２からの蒸気、および第四蒸気路２８からの蒸気を、共通の蒸気ヘッダで合流させ、この蒸気ヘッダから第三蒸気路２６を介して蒸気使用設備へ蒸気を供給するようにしてもよい。なお、ボイラ２７を設置する場合、圧力センサ２５は、凝縮器６からの蒸気と、排ガスボイラ５からの蒸気と、ボイラ２７からの蒸気との合流蒸気の圧力を検出可能な位置に設けられる。

排ガスボイラ５とは別に設けられるボイラ２７は、典型的には燃料焚きボイラまたは電気ボイラである。燃料焚きボイラは、燃料の燃焼により水を蒸気化する装置であり、蒸気圧を所望に維持するように、燃焼の有無や量が調整される。また、電気ボイラは、電気ヒータにより水を蒸気化する装置であり、蒸気圧を所望に維持するように、電気ヒータへの給電の有無や量が調整される。

本実施例では、ボイラ２７からの第四蒸気路２８には、合流部よりも上流側に、ボイラ蒸気供給弁２９が設けられる。ボイラ蒸気供給弁２９は、図示例では自力式の減圧弁（二次圧力調整弁）とされる。但し、ボイラ蒸気供給弁２９は、圧力センサ２５の検出圧力に基づき制御される電磁弁または電動弁であってもよい。なお、ボイラ蒸気供給弁２９より上流側は、下流側よりもボイラ２７により高圧に維持される。

前述したように、オイルクーラ１６、エンジン４のジャケット１７、温水器２０には、それぞれ水（冷却水）が通されるが、その内のいずれかを通過後の水を蒸発器８に通してもよい（図１においてＡ部をＢ１部へ接続）。つまり、オイルクーラ１６、エンジン４のジャケット１７、または温水器２０を通過することで加温された水を、蒸発器８に通して冷媒の加温に用いてもよい。但し、蒸発器８には、工場などからの排温水の他、空気または排ガスなどを通してもよいことは、前述したとおりである。

また、凝縮器６への第一給水路９に、間接熱交換器３０（以下、第一給水予熱器という）を設置して、オイルクーラ１６、エンジン４のジャケット１７、または温水器２０のいずれかを通過後の水を、第一給水予熱器３０に通してもよい（図１においてＡ部をＢ２部へ接続）。つまり、オイルクーラ１６、エンジン４のジャケット１７、または温水器２０を通過することで加温された水を、第一給水予熱器３０に通して、凝縮器６への給水の加温に用いてもよい。但し、第一給水予熱器３０を設置することに代えてまたはそれに加えて、オイルクーラ１６、エンジン４のジャケット１７、または温水器２０のいずれかを通過することで加温された水を、凝縮器６への給水として直接に用いてもよい。

さらに、排ガスボイラ５への第二給水路２１に、間接熱交換器３１（以下、第二給水予熱器という）を設置して、オイルクーラ１６、エンジン４のジャケット１７、または温水器２０のいずれかを通過後の水を、第二給水予熱器３１に通してもよい（図１においてＡ部をＢ３部へ接続）。つまり、オイルクーラ１６、エンジン４のジャケット１７、または温水器２０を通過することで加温された水を、第二給水予熱器３１に通して、排ガスボイラ５への給水の加温に用いてもよい。但し、第二給水予熱器３１を設置することに代えてまたはそれに加えて、オイルクーラ１６、エンジン４のジャケット１７、または温水器２０のいずれかを通過することで加温された水を、排ガスボイラ５への給水として直接に用いてもよい。

本実施例の蒸気システム１では、圧力センサ２５の検出圧力に基づき、エンジン４が制御される。典型的には、圧力センサ２５の検出圧力を所望に維持するように、エンジン４の作動の有無を切り替えるか、エンジン４の回転速度を調整する。たとえば、蒸気使用設備における蒸気の使用が停止から再開するか増加すれば、圧力センサ２５の検出圧力が下がるので、エンジン４の駆動を再開するかその回転速度を上げて、凝縮器６や排ガスボイラ５からの蒸気供給を再開するか増加させればよい。逆に、蒸気使用設備における蒸気の使用が停止するか減少すれば、圧力センサ２５の検出圧力が上がるので、エンジン４を停止するかその回転速度を下げて、凝縮器６や排ガスボイラ５からの蒸気供給を停止させるか減少させればよい。

以下、ボイラ２７を併設した蒸気システム１の動作の一例について説明する。
図２は、圧力センサ２５の検出圧力、エンジン４の作動状態、およびボイラ蒸気供給弁２９の開閉状態の対応関係を示す概略図である。ここでは、エンジン４は、第一設定圧力Ｐ１でオンオフされ、ボイラ蒸気供給弁２９は、第二設定圧力Ｐ２で開閉される。

具体的には、圧力センサ２５の検出圧力が第二設定圧力Ｐ２未満であると、エンジン４は駆動されており、エンジン４によりヒートポンプ２の圧縮機３が駆動されて、凝縮器６から蒸気を発生させる一方、エンジン４からの排ガスが排ガスボイラ５へ供給され、その排ガスの熱により、排ガスボイラ５から蒸気を発生させる状態にある。また、ボイラ蒸気供給弁２９は開放しており、ボイラ２７からも蒸気が供給される。つまり、第二設定圧力Ｐ２未満では、凝縮器６、排ガスボイラ５およびボイラ２７からの蒸気が蒸気使用設備へ供給される。

そして、第二設定圧力Ｐ２以上になると、ボイラ蒸気供給弁２９が閉鎖し、ボイラ２７からの蒸気供給は停止され、凝縮器６と排ガスボイラ５とから蒸気供給される。圧力センサ２５の検出圧力が第一設定圧力Ｐ１以上になると、エンジン４が停止され、ヒートポンプ２が停止される。これにより、凝縮器６からの蒸気供給が停止されると共に、排ガスボイラ５からの蒸気供給も停止される。

一方、圧力センサ２５の検出圧力が第一設定圧力Ｐ１未満になると、エンジン４が駆動されて、凝縮器６と排ガスボイラ５とから蒸気供給され、その後、凝縮器６と排ガスボイラ５とによる蒸気だけでは賄い切れず、第二設定圧力Ｐ２未満になると、ボイラ蒸気供給弁２９が開放して、ボイラ２７からも蒸気供給される。

なお、エンジン４の作動中、発電機１４により発電がなされる。また、ボイラ蒸気供給弁２９が自力式の減圧弁の場合、ボイラ蒸気供給弁２９は、これらの動作を機械的に自力で行う。但し、ボイラ蒸気供給弁２９を電磁弁や電動弁により構成し、圧力センサ２５の検出圧力に基づき、第二設定圧力Ｐ２でボイラ蒸気供給弁２９を開閉したり、開度調整したりしてもよい。

前記各設定圧力Ｐ１，Ｐ２には、所望によりそれぞれディファレンシャル（動作隙間）が設定されるのは言うまでもない。たとえば、第一設定圧力Ｐ１について、第一上限圧力Ｐ１Ｈと第一下限圧力Ｐ１Ｌ（但しＰ１Ｌ＜Ｐ１Ｈ）とを設定し、圧力上昇時、圧力センサ２５の検出圧力が第一上限圧力Ｐ１Ｈ以上になるとエンジン４を停止させ、圧力下降時、圧力センサ２５の検出圧力が第一下限圧力Ｐ１Ｌ未満になるとエンジン４を駆動する。

また、第二設定圧力Ｐ２について、第二上限圧力Ｐ２Ｈと第二下限圧力Ｐ２Ｌ（但しＰ２Ｌ＜Ｐ２Ｈ）とを設定し、圧力上昇時、第二上限圧力Ｐ２Ｈ以上になるとボイラ蒸気供給弁２９を閉鎖し、圧力下降時、第二下限圧力Ｐ２Ｌ未満になるとボイラ蒸気供給弁２９を開放する。

ところで、エンジン４は、その駆動と停止のオンオフ制御でなく、回転速度を調整されることで、比例制御やＰＩＤ制御されてもよい。つまり、エンジン４は、圧力センサ２５の検出圧力を第一設定圧力Ｐ１に維持するように、比例制御またはＰＩＤ制御されてもよい。

さらに、ボイラ蒸気供給弁２９は、それより下流側の圧力に基づき自力で開閉したり、圧力センサ２５の検出圧力に基づき開閉される以外に、圧力センサ２５の検出圧力に基づき開度調整されてもよい。その場合、圧力センサ２５の検出圧力を第二設定圧力Ｐ２に維持するように、比例制御やＰＩＤ制御により、ボイラ蒸気供給弁２９の開度を調整すればよい。

いずれにしても、第一設定圧力Ｐ１よりも第二設定圧力Ｐ２を低く設定しておくことで、ヒートポンプ２や排ガスボイラ５による蒸気発生を、ボイラ２７による蒸気発生よりも優先させることができる。つまり、ヒートポンプ２および排ガスボイラ５により蒸気発生させ、それでは足りない場合に、ボイラ２７からも蒸気供給することができる。

ところで、ボイラ蒸気供給弁２９の設置を省略する代わりに、圧力センサ２５の検出圧力に基づき、ボイラ２７を制御してもよい。この場合、図２において、ボイラ２７は、第二設定圧力Ｐ２でオンオフ（第二設定圧力Ｐ２（第二上限圧力Ｐ２Ｈ）以上でオフし第二設定圧力Ｐ２（第二下限圧力Ｐ２Ｌ）未満でオン）するか、圧力センサ２５の検出圧力を第二設定圧力Ｐ２に維持するように燃焼量などを調整すればよい。ボイラ蒸気供給弁２９の設置を省略する代わりに、圧力センサ２５の検出圧力に基づきボイラ２７を制御する場合、ボイラ２７からの第四蒸気路２８には、逆止弁を設けておくのが好ましい。これにより、ボイラ２７が停止中、ボイラ２７へ蒸気が逆流するのが防止される。

図３は、本発明の蒸気システム１の実施例２を示す概略図である。本実施例２の蒸気システム１も、基本的には前記実施例１の蒸気システム１と同様である。そこで、以下で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。

前記実施例１では、蒸気システム１はヒートポンプ２を備えたが、本実施例では、ヒートポンプ２に代えて蒸気圧縮機３２を備える。そして、その蒸気圧縮機３２からの蒸気が、排ガスボイラ５からの蒸気や、ボイラ２７からの蒸気に合流可能とされる。

蒸気圧縮機３２は、蒸気を吸入し圧縮して吐出する装置である。蒸気圧縮機３２は、その構成を特に問わないが、たとえばスクリュ式の蒸気圧縮機とされる。スクリュ式の蒸気圧縮機は、互いにかみ合って回転するスクリュロータ間に蒸気を吸入して、スクリュロータの回転により圧縮して吐出する装置である。但し、蒸気圧縮機３２は、蒸気を圧縮して吐出するものであれば、スクリュ式に限らず、レシプロ式などであってもよい。

蒸気圧縮機３２は、供給路３３を介して蒸気を吸入し、圧縮して吐出する。より具体的には、図示例の場合、蒸気圧縮機３２は、供給路３３を介して、中空容器状のセパレータタンク３４と接続されている。そして、セパレータタンク３４には、流入路３５を介して蒸気（たとえばフラッシュ蒸気、未利用蒸気、低圧蒸気）が供給される。その蒸気の凝縮水は、セパレータタンク３４からの排出路３６を介して適宜排水され、蒸気が供給路３３を介して蒸気圧縮機３２へ供給される。このように、セパレータタンク３４は、気液分離部として機能する。なお、セパレータタンク３４に代えて、単にＴ字継手を用いてもよい。

蒸気使用設備のドレンからフラッシュ蒸気を生成して、そのフラッシュ蒸気を蒸気圧縮機３２で昇圧する例について説明する。この場合、蒸気使用設備のドレンは、第一蒸気トラップ（図示省略）を介して、流入路３５からセパレータタンク３４へ排出される。高圧高温のドレンが第一蒸気トラップを介して低圧下に排出されることで、フラッシュ蒸気およびその凝縮水となり、セパレータタンク３４で気液分離が図られる。そして、蒸気圧縮機３２は、セパレータタンク３４内の蒸気を吸入し圧縮して吐出する。一方、セパレータタンク３４で分離された水は、排出路３６から適宜排水される。そのために、セパレータタンク３４からの排出路３６には、第二蒸気トラップ（図示省略）を設けておくのが好ましい。

前記実施例１における圧縮機３に代えて、本実施例２では蒸気圧縮機３２をエンジン４が駆動する以外、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。

本発明の蒸気システム１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、ヒートポンプ２（または蒸気圧縮機３２）と排ガスボイラ５とに加えてボイラ２７を設置する例について説明したが、場合によりボイラ２７やボイラ蒸気供給弁２９の設置および制御は省略することができる。

また、前記実施例１において、凝縮器６からの第一蒸気路１０に蒸気圧縮機を設置し、凝縮器６からの蒸気を蒸気圧縮機で昇圧して、排ガスボイラ５からの蒸気などに合流させてもよい。この場合、蒸気圧縮機は、ヒートポンプ２の圧縮機３と連動するように、エンジン４により駆動してもよいし、ヒートポンプ２の圧縮機３とは異なる動力源で駆動してもよい。

さらに、前記実施例２の蒸気圧縮機３２、または前記実施例１において凝縮器６の出口側に設けられる蒸気圧縮機には、その入口もしくは出口において、適宜注水を図ってもよい。

１蒸気システム
２ヒートポンプ
３圧縮機
４エンジン
５排ガスボイラ
６凝縮器
７膨張弁
８蒸発器
１４発電機
２３エゼクタ
２５圧力センサ
２７ボイラ
２９ボイラ蒸気供給弁
３２蒸気圧縮機
Ｐ１第一設定圧力
Ｐ２第二設定圧力

Claims

ヒートポンプまたは蒸気圧縮機と、排ガスボイラとを備え、
前記ヒートポンプは、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、前記凝縮器において冷媒と水とを熱交換して蒸気を発生させ、
前記蒸気圧縮機は、蒸気を吸入し圧縮して吐出し、
前記排ガスボイラは、前記圧縮機または前記蒸気圧縮機を駆動するエンジンからの排ガスを用いて蒸気を発生させ、
前記凝縮器または前記蒸気圧縮機からの蒸気に、前記排ガスボイラからの蒸気が合流するよう構成され、
この合流蒸気の圧力を検出可能な位置に圧力センサが設けられ、
この圧力センサの検出圧力に基づき、前記エンジンを制御し、
前記凝縮器または前記蒸気圧縮機からの蒸気と、前記排ガスボイラからの蒸気とに、ボイラからの蒸気がボイラ蒸気供給弁を介して合流するよう構成され、
前記圧力センサは、前記凝縮器または前記蒸気圧縮機からの蒸気と、前記排ガスボイラからの蒸気と、前記ボイラからの蒸気との合流蒸気の圧力を検出可能な位置に設けられ、
前記エンジンは、前記圧力センサの検出圧力を第一設定圧力に維持するよう制御され、
前記ボイラ蒸気供給弁は、それより下流側の圧力を第二設定圧力に維持するよう開閉または開度が調整され、
前記第二設定圧力は、前記第一設定圧力よりも低く設定される
ことを特徴とする蒸気システム。
ヒートポンプまたは蒸気圧縮機と、排ガスボイラとを備え、
前記ヒートポンプは、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、前記凝縮器において冷媒と水とを熱交換して蒸気を発生させ、
前記蒸気圧縮機は、蒸気を吸入し圧縮して吐出し、
前記排ガスボイラは、前記圧縮機または前記蒸気圧縮機を駆動するエンジンからの排ガスを用いて蒸気を発生させ、
前記凝縮器または前記蒸気圧縮機からの蒸気に、前記排ガスボイラからの蒸気が合流するよう構成され、
この合流蒸気の圧力を検出可能な位置に圧力センサが設けられ、
この圧力センサの検出圧力に基づき、前記エンジンを制御し、
前記凝縮器または前記蒸気圧縮機からの蒸気と、前記排ガスボイラからの蒸気とに、ボイラからの蒸気が合流するよう構成され、
前記圧力センサは、前記凝縮器または前記蒸気圧縮機からの蒸気と、前記排ガスボイラからの蒸気と、前記ボイラからの蒸気との合流蒸気の圧力を検出可能な位置に設けられ、
前記エンジンは、前記圧力センサの検出圧力を第一設定圧力に維持するよう制御され、
前記ボイラは、前記圧力センサの検出圧力を第二設定圧力に維持するよう制御され、
前記第二設定圧力は、前記第一設定圧力よりも低く設定される
ことを特徴とする蒸気システム。
前記エンジンは、前記圧縮機または前記蒸気圧縮機を駆動すると共に、発電機を駆動する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蒸気システム。
前記凝縮器または前記蒸気圧縮機からの蒸気と、前記排ガスボイラからの蒸気との合流部に、エゼクタが設けられ、
このエゼクタは、前記排ガスボイラからの蒸気をノズルから噴出させることで、前記凝縮器または前記蒸気圧縮機からの蒸気を吸引して、前記ノズルからの蒸気と混合して吐出する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の蒸気システム。
前記凝縮器からの蒸気は、蒸気圧縮機で昇圧されて、前記排ガスボイラからの蒸気と合流し、
この合流蒸気の圧力を検出可能な位置に、前記圧力センサが設けられる
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の蒸気システム。