JP5762042B2 - Hot water production supply unit - Google Patents

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Description

本発明は、蒸気の熱から温水を製造するとともに製造した温水を供給するための温水製造供給ユニットに関する。   The present invention relates to a hot water production and supply unit for producing hot water from the heat of steam and supplying the produced hot water.

近年、沸点の低い作動媒体を利用することで低温熱源からエネルギーを取り出し、タービン発電機を稼動させることで電力を生み出すバイナリー発電システムという省エネルギーシステムが注目されている。これまであまり有効利用されてこなかった２００℃以下の工場排熱や原動機排熱といった低温熱源を発電に有効利用しようとする技術である。作動媒体としては、フロンなどの沸点の低い媒体が使用される。   In recent years, an energy saving system called a binary power generation system that draws energy from a low-temperature heat source by using a working medium having a low boiling point and generates electric power by operating a turbine generator has attracted attention. This is a technology for effectively using low-temperature heat sources such as factory exhaust heat below 200 ° C. and prime mover exhaust heat, which have not been effectively used so far, for power generation. As the working medium, a medium having a low boiling point such as Freon is used.

バイナリー発電システムの周辺技術として、例えば特許文献１に記載されたものが提案されている。特許文献１に記載された技術は、給油式スクリュータービンを用いたバイナリー発電システムにおいて、油分離タンクの入口側と出口側との圧力差を利用して油タンクに潤滑油を充填するというものである。これにより、油タンクへ潤滑油をスムーズに追加できる、と称されている。   As a peripheral technology of the binary power generation system, for example, one described in Patent Document 1 has been proposed. The technique described in Patent Document 1 is to fill a lubricating oil into an oil tank using a pressure difference between an inlet side and an outlet side of an oil separation tank in a binary power generation system using an oil supply type screw turbine. is there. Thereby, it is said that lubricating oil can be smoothly added to the oil tank.

一方、バイナリー発電システムにおいては、２００℃以下の蒸気で作動媒体を直接加熱する方法を採用することも可能であるが、作動媒体の加熱の安定性を担保するため、蒸気で水を加熱して高温の温水を製造し、製造した高温温水で作動媒体を加熱する方法のほうがシステムは安定する。   On the other hand, in a binary power generation system, it is possible to employ a method in which the working medium is directly heated with steam of 200 ° C. or less. However, in order to ensure the stability of heating of the working medium, water is heated with steam. The system is more stable when the hot water is produced and the working medium is heated with the produced hot water.

特開平１１−１０１１０６号公報JP-A-11-101106

ここで、８０℃以下の温水の製造供給装置は、例えば温水暖房装置用途などとして実用化されている。しかしながら、より高温の例えば８５℃以上の温水の製造には、８０℃以下の温水を製造する際には大きな問題とならなかった、温水ポンプ入口での温水のキャビテーションの防止が大きな技術課題となる。   Here, the production and supply device for hot water of 80 ° C. or less has been put into practical use, for example, as a hot water heating device. However, in the production of hot water having a higher temperature, for example, 85 ° C. or higher, prevention of cavitation of hot water at the inlet of the hot water pump, which was not a major problem when producing hot water of 80 ° C. or less, is a major technical issue. .

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、温水ポンプ入口での温水のキャビテーションを防止できる構成を備えることで蒸気の熱から高温の温水を安定して製造供給することができる温水製造供給ユニットを提供することである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to stably manufacture and supply high-temperature hot water from the heat of steam by providing a configuration capable of preventing cavitation of hot water at the hot water pump inlet. It is to provide a hot water production supply unit that can.

本発明は、蒸気と温水とを間接接触させることで温水を加熱する熱交換器と、前記熱交換器に接続される蒸気供給管路と、前記熱交換器に接続される蒸気排出管路と、前記熱交換器と熱負荷装置との間を接続する温水移送管路と、前記蒸気供給管路に取り付けられる蒸気流量制御弁と、前記温水移送管路に取り付けられる温水ポンプと、前記温水ポンプに冷却水を供給する冷却水供給手段と、前記温水移送管路のうち前記温水ポンプの温水吸込側に分岐管路を介して接続され、当該温水吸込側に圧力を与えるための位置水頭を有する水タンクと、前記温水移送管路のうち前記温水吸込側に取り付けられる温度センサーと、前記温度センサーの検出値が所定の値となるように、前記蒸気流量制御弁の開度を調整して前記熱交換器に供給する蒸気の流量を制御する温水温度制御部と、を備える温水製造供給ユニットである。   The present invention includes a heat exchanger that heats hot water by indirectly contacting steam and hot water, a steam supply line connected to the heat exchanger, and a steam discharge line connected to the heat exchanger. , A hot water transfer pipe connecting between the heat exchanger and the heat load device, a steam flow rate control valve attached to the steam supply pipe, a hot water pump attached to the hot water transfer pipe, and the hot water pump A cooling water supply means for supplying cooling water to the hot water transfer pipe and a hot water suction side of the hot water pump via a branch pipe and a position head for applying pressure to the hot water suction side Adjusting the degree of opening of the steam flow control valve so that the detected value of the water tank, the temperature sensor attached to the hot water suction side of the hot water transfer pipe, and the detected value of the temperature sensor becomes a predetermined value Steam supplied to heat exchanger And hot water temperature control unit for controlling the flow rate, a hot-water production and supply unit comprising a.

温水の温度が高くなるほど、水の沸点と温水温度との差が小さくなり、温水ポンプ吸込側で液圧が低下した際に、温水の気化に起因するキャビテーションが起こり易くなる。この構成によると、温度センサー、蒸気流量制御弁、および温水温度制御部により、温水の温度が所定の値よりも高く上昇することを防止できる。また、温水ポンプの温水吸込側に圧力を与えるための位置水頭を有する水タンクを設けることで、温水ポンプ吸込側での液圧低下を防止できる。これらの結果、温水ポンプにおけるキャビテーションの発生を抑制できる。   The higher the temperature of the hot water, the smaller the difference between the boiling point of the water and the temperature of the hot water, and the cavitation due to the evaporation of the hot water is more likely to occur when the hydraulic pressure is reduced on the hot water pump suction side. According to this configuration, the temperature sensor, the steam flow rate control valve, and the hot water temperature control unit can prevent the temperature of the hot water from rising higher than a predetermined value. Further, by providing a water tank having a position head for applying pressure to the hot water suction side of the hot water pump, it is possible to prevent a decrease in hydraulic pressure on the hot water pump suction side. As a result, the occurrence of cavitation in the hot water pump can be suppressed.

また本発明において、前記水タンクは、一定の前記位置水頭を維持するためのオーバーフロー水排出機構および自動給水機構を備えていることが好ましい。   In the present invention, it is preferable that the water tank includes an overflow water discharge mechanism and an automatic water supply mechanism for maintaining the constant position head.

温水の密度は温水の温度により異なるため、温水移送管路に分岐管路を介して接続された水タンク内の液位は、温水の温度変化により変動しようとする。この構成によると、オーバーフロー水排出機構および自動給水機構により、水タンク内の液位を一定に保つことができる。その結果、水タンクによる温水ポンプにおけるキャビテーションの発生防止効果を安定して得ることができる。   Since the density of the hot water differs depending on the temperature of the hot water, the liquid level in the water tank connected to the hot water transfer pipe via the branch pipe tends to fluctuate due to the temperature change of the hot water. According to this configuration, the liquid level in the water tank can be kept constant by the overflow water discharge mechanism and the automatic water supply mechanism. As a result, the effect of preventing the occurrence of cavitation in the hot water pump by the water tank can be stably obtained.

さらに本発明において、前記温水温度制御部は、前記温度センサーの検出値が８５℃〜９５℃の範囲の中の所定の値となるように温度設定されていることが好ましい。   Furthermore, in the present invention, it is preferable that the temperature of the hot water temperature control unit is set so that a detection value of the temperature sensor becomes a predetermined value in a range of 85 ° C to 95 ° C.

例えば、バイナリー発電システムに本発明の温水製造供給ユニットを適用して作動媒体を温水で加熱する場合、発電効率の観点から８５℃以上の温水を用いることが望ましい。一方、９５℃を超える温度では、温水ポンプにおけるキャビテーションが発生しやすい。この構成によると、８５℃〜９５℃の範囲の中の所定の値の温水温度となり、熱エネルギーを有効に活用しやすい温度の温水を製造することができる。また、温水ポンプにおけるキャビテーションの発生を防止できる。   For example, when the working water supply unit of the present invention is applied to a binary power generation system and the working medium is heated with warm water, it is desirable to use warm water of 85 ° C. or higher from the viewpoint of power generation efficiency. On the other hand, at temperatures exceeding 95 ° C., cavitation in the hot water pump tends to occur. According to this configuration, the hot water temperature has a predetermined value in the range of 85 ° C. to 95 ° C., and hot water having a temperature at which it is easy to effectively use thermal energy can be manufactured. Moreover, generation | occurrence | production of the cavitation in a hot water pump can be prevented.

さらに本発明において、前記蒸気排出管路に取り付けられるスチームトラップをさらに備え、前記スチームトラップで分離されたドレン水を蒸気原料として再利用することが好ましい。   Furthermore, in the present invention, it is preferable that a steam trap attached to the steam discharge pipe is further provided, and the drain water separated by the steam trap is reused as a steam raw material.

蒸気中にはアルカリ成分が含まれることが多い。そのため、熱交換後の蒸気が凝縮したドレン水にはアルカリ成分が混入していることが多い。このドレン水を排水として排出する場合、排水処理に係るコストが必要となって、その結果、ランニングコストが上昇する。この構成によると、排水処理に係るコストを抑えることができ、ランニングコストの低減を図ることができる。   The steam often contains an alkali component. Therefore, an alkaline component is often mixed in the drain water in which the steam after heat exchange is condensed. When discharging this drain water as waste water, the cost concerning waste water treatment is needed, and as a result, running cost rises. According to this structure, the cost concerning wastewater treatment can be suppressed and the running cost can be reduced.

さらに本発明において、前記熱交換器と前記スチームトラップとの間の前記蒸気排出管路に圧力センサーが取り付けられており、前記圧力センサーの検出値が前記スチームトラップの下流側のドレン水の水頭に相当する圧力値よりも高くなるように、前記温水ポンプの流量を制御する温水流量制御部をさらに備えることが好ましい。   Furthermore, in the present invention, a pressure sensor is attached to the steam exhaust line between the heat exchanger and the steam trap, and the detected value of the pressure sensor is at the head of the drain water downstream of the steam trap. It is preferable to further include a hot water flow rate control unit that controls the flow rate of the hot water pump so as to be higher than the corresponding pressure value.

スチームトラップ上流側の熱交換器で蒸気と温水とが熱交換する結果、蒸気温度が低下して蒸気の一部が液化する。スチームトラップ上流側の蒸気排出管路の蒸気圧力が、スチームトラップ下流側のドレン水の水頭に相当する圧力値以下に低下すると、分離されたドレン水を再利用するために送液するための圧力が不足する。この構成によると、スチームトラップの下流側に増圧ポンプを設けることなく、ドレン水を送液することができる。   As a result of the heat exchange between the steam and hot water in the heat exchanger upstream of the steam trap, the steam temperature is lowered and a part of the steam is liquefied. When the steam pressure in the steam discharge pipe upstream of the steam trap falls below the pressure value corresponding to the head of the drain water downstream of the steam trap, the pressure to send the separated drain water for reuse Is lacking. According to this configuration, drain water can be fed without providing a pressure increasing pump downstream of the steam trap.

本発明によれば、温水ポンプの温水吸込側に圧力を与えるための位置水頭を有する水タンク、および前記した温水温度制御部を、温水製造供給ユニットに設けることで、蒸気の熱から高温の温水を安定して製造供給することができる温水製造供給ユニットとすることができる。   According to the present invention, the water tank having a position head for applying pressure to the hot water suction side of the hot water pump and the hot water temperature control unit described above are provided in the hot water production supply unit, so that the hot water is heated from the heat of the steam. It can be set as the warm water production supply unit which can manufacture and supply stably.

本発明の一実施形態に係る温水製造供給ユニットを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the hot water manufacture supply unit which concerns on one Embodiment of this invention.

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下に説明する温水製造供給ユニットは、バイナリー発電システム、温水暖房装置、温水加熱システムなどに広く適用することができるものである。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. The hot water production and supply unit described below can be widely applied to binary power generation systems, hot water heating devices, hot water heating systems, and the like.

図１に示すように、温水製造供給ユニット１は、熱交換器２、蒸気供給管路１１、蒸気排出管路１２、温水循環管路１４、温水温度制御部９、および温水流量制御部１０などを具備してなる。   As shown in FIG. 1, the hot water production and supply unit 1 includes a heat exchanger 2, a steam supply pipe 11, a steam discharge pipe 12, a hot water circulation pipe 14, a hot water temperature controller 9, a hot water flow controller 10, and the like. It comprises.

熱交換器２は、蒸気と温水とを間接接触させることで温水を加熱する蒸気−温水熱交換器である。熱交換器２には、蒸気供給管路１１、蒸気排出管路１２、および温水循環管路１４が接続されている。   The heat exchanger 2 is a steam-warm water heat exchanger that heats warm water by indirectly contacting steam and warm water. A steam supply line 11, a steam discharge line 12, and a hot water circulation line 14 are connected to the heat exchanger 2.

蒸気供給管路１１は、ボイラー６からの蒸気を熱交換器２に供給するための管路であり、一端がボイラー６に接続され、他端が熱交換器２に接続されている。蒸気供給管路１１には、その上流側（ボイラー６側）から順に、減圧弁２１、圧力計Ｐ、温度計Ｔ、流量計２２、蒸気流量制御弁２３、および安全弁２４が取り付けられている。蒸気流量制御弁２３は、電動弁であってもよいし、電磁弁であってもよいし、空気作動弁であってもよい。   The steam supply pipe 11 is a pipe for supplying steam from the boiler 6 to the heat exchanger 2, and one end is connected to the boiler 6 and the other end is connected to the heat exchanger 2. A pressure reducing valve 21, a pressure gauge P, a thermometer T, a flow meter 22, a steam flow control valve 23, and a safety valve 24 are attached to the steam supply pipe 11 in order from the upstream side (boiler 6 side). The steam flow control valve 23 may be an electric valve, an electromagnetic valve, or an air operated valve.

蒸気排出管路１２は、温水との熱交換を終えた蒸気を熱交換器２から排出するための管路であり、一端が熱交換器２に接続され、他端がスチームトラップ２６に接続されている。この蒸気排出管路１２には、蒸気と、蒸気の一部が凝縮した水（ドレン水）が流れる。また、熱交換器２とスチームトラップ２６との間には圧力センサー２５が取り付けられている。なお、スチームトラップとは、蒸気中から凝縮したドレン水だけを排出して蒸気はほとんど漏らさない構造を有するものである。スチームトラップは、メカニカルスチームトラップ、サーモスタチックスチームトラップなどに大別され、このうちメカニカルスチームトラップには、逆バケット型と呼ばれるものがある。本実施形態の場合、スチームトラップ２６として、逆バケット型のメカニカルスチームトラップが適している（後述のスチームトラップ２７についても同様）。   The steam discharge pipe 12 is a pipe for discharging the steam after heat exchange with the hot water from the heat exchanger 2, one end connected to the heat exchanger 2, and the other end connected to the steam trap 26. ing. The steam and water (drain water) in which a part of the steam is condensed flow through the steam discharge pipe 12. A pressure sensor 25 is attached between the heat exchanger 2 and the steam trap 26. The steam trap has a structure in which only drain water condensed from the steam is discharged and the steam hardly leaks. Steam traps are broadly classified into mechanical steam traps, thermostatic steam traps, and the like. Among these, mechanical steam traps include a so-called reverse bucket type. In the present embodiment, a reverse bucket type mechanical steam trap is suitable as the steam trap 26 (the same applies to the steam trap 27 described later).

ここで、スチームトラップ２６と脱気タンク５とはドレン水管路１３を介して接続されている。ドレン水管路１３は、脱気タンク５の上方から当該脱気タンク５に接続され、スチームトラップ２６で蒸気から分離されたドレン水がその自圧を利用して流れるようにされている。本実施形態では、このような態様で、スチームトラップ２６で分離されたドレン水を脱気タンク５へ戻してボイラー６で使用する蒸気原料として再利用している。蒸気中にはアルカリ成分が含まれることが多い。そのため、熱交換後の蒸気が凝縮したドレン水にはアルカリ成分が混入していることが多い。本実施形態によると、蒸気中に含まれるアルカリ成分が系外に排出されないため、アルカリ成分を含む廃液の処理が不要になり、ランニングコストの低減が可能となる。   Here, the steam trap 26 and the deaeration tank 5 are connected via a drain water conduit 13. The drain water pipe 13 is connected to the deaeration tank 5 from above the deaeration tank 5 so that the drain water separated from the steam by the steam trap 26 flows using its own pressure. In this embodiment, in such a manner, the drain water separated by the steam trap 26 is returned to the degassing tank 5 and reused as a steam raw material used in the boiler 6. The steam often contains an alkali component. Therefore, an alkaline component is often mixed in the drain water in which the steam after heat exchange is condensed. According to this embodiment, since the alkali component contained in the steam is not discharged out of the system, the treatment of the waste liquid containing the alkali component becomes unnecessary, and the running cost can be reduced.

蒸気の発生および発生した蒸気の熱交換器２への供給について説明する。脱気タンク５にて溶存ガスが抜けた水がボイラー６に送られ、ボイラー６にて加熱されることで蒸気が発生する。発生した蒸気は、減圧弁２１により圧力が低下した後、蒸気流量制御弁２３を介して熱交換器２に供給される。熱交換器２に供給される蒸気の量は、流量計２２にて把握でき、蒸気の温度および圧力は、それぞれ、温度計Ｔおよび圧力計Ｐで把握することができる。   Generation of steam and supply of the generated steam to the heat exchanger 2 will be described. The water from which the dissolved gas has escaped in the degassing tank 5 is sent to the boiler 6 and heated by the boiler 6 to generate steam. The generated steam is supplied to the heat exchanger 2 through the steam flow rate control valve 23 after the pressure is reduced by the pressure reducing valve 21. The amount of steam supplied to the heat exchanger 2 can be grasped by the flow meter 22, and the temperature and pressure of the steam can be grasped by the thermometer T and the pressure gauge P, respectively.

なお、減圧弁２１の上流側の蒸気供給管路１１から管路が分岐され、その管路にスチームトラップ２７が取り付けられている。このスチームトラップ２７は、熱交換器２に蒸気を供給しない場合（例えば、蒸気流量制御弁２３を全閉にした状態）に機能するものであり、ここで分離したドレン水は、管路３６を介して脱気タンク５またはドレンピット７に流れ込むようになっている。スチームトラップ２７と脱気タンク５との間にはバルブ３４が設けられ、スチームトラップ２７とドレンピット７との間にはバルブ３５が設けられている。   A pipe is branched from the steam supply pipe 11 on the upstream side of the pressure reducing valve 21, and a steam trap 27 is attached to the pipe. The steam trap 27 functions when steam is not supplied to the heat exchanger 2 (for example, when the steam flow control valve 23 is fully closed), and the drain water separated here passes through the pipe 36. Through the deaeration tank 5 or the drain pit 7. A valve 34 is provided between the steam trap 27 and the deaeration tank 5, and a valve 35 is provided between the steam trap 27 and the drain pit 7.

次に、温水循環管路１４は、熱交換器２と熱負荷装置８との間で温水を循環させるための管路であり、熱交換器２および熱負荷装置８に接続されている。この温水循環管路１４は、温水移送管路１４ａと、温水戻し管路１４ｂとからなる。温水移送管路１４ａは、熱交換器２で蒸気にて加熱された温水を熱交換器２から熱負荷装置８へ送るための管路であり、温水戻し管路１４ｂは、熱負荷装置８にて抜熱された温水を熱負荷装置８から熱交換器２へ戻すための管路である。なお、熱負荷装置８は、例えば、温水とフロンとを間接接触させることでフロンを加熱する温水−フロン熱交換器である。   Next, the hot water circulation pipe 14 is a pipe for circulating hot water between the heat exchanger 2 and the heat load device 8, and is connected to the heat exchanger 2 and the heat load device 8. The hot water circulation pipe 14 includes a hot water transfer pipe 14a and a hot water return pipe 14b. The hot water transfer pipe 14 a is a pipe for sending hot water heated by steam in the heat exchanger 2 from the heat exchanger 2 to the heat load device 8, and the hot water return pipe 14 b is connected to the heat load device 8. This is a pipe line for returning the hot water that has been extracted from the heat load device 8 to the heat exchanger 2. The heat load device 8 is, for example, a hot water-Freon heat exchanger that heats Freon by indirectly contacting hot water and Freon.

温水移送管路１４ａには、その上流側（熱交換器２側）から順に、温度センサー２８、温水ポンプ３、および流量センサー２９が取り付けられている。温水ポンプ３は、熱交換器２と熱負荷装置８との間で温水を循環させるための循環ポンプであり、当該温水ポンプ３には給水管３１が接続されている。給水管３１は、本発明に係る冷却水供給手段に相当する。給水管３１には水圧がかかっている。温水ポンプ３には例えば８５℃以上の高温の温水が流れるため、温水ポンプ３は給水管３１からの冷却水により冷却される。なお、温水ポンプ３の冷却に使用された冷却水は、温水とともに温水循環管路１４内を循環する。   A temperature sensor 28, a hot water pump 3, and a flow rate sensor 29 are attached to the hot water transfer pipe line 14a in order from the upstream side (the heat exchanger 2 side). The hot water pump 3 is a circulation pump for circulating hot water between the heat exchanger 2 and the heat load device 8, and a water supply pipe 31 is connected to the hot water pump 3. The water supply pipe 31 corresponds to the cooling water supply means according to the present invention. Water pressure is applied to the water supply pipe 31. Since hot water having a temperature of, for example, 85 ° C. or higher flows through the hot water pump 3, the hot water pump 3 is cooled by cooling water from the water supply pipe 31. In addition, the cooling water used for cooling the hot water pump 3 circulates in the hot water circulation conduit 14 together with the hot water.

熱交換器２と温水ポンプ３との間の温水移送管路１４ａであって、温水ポンプ３の吸込側部分には分岐管路１５の一端が接続されている。そして分岐管路１５は、温水ポンプ３の吸込側部分から上方に延在し、分岐管路１５の他端は膨張タンク４の底に接続されている。すなわち、膨張タンク４は、温水循環管路１４よりも上方に配置される。膨張タンク４は、温水ポンプ３の吸込側に圧力（液圧）を与えるための位置水頭（液体ヘッド）を有する水タンクであり、本実施形態では、給水管３２を介して内部に水（常温水または温水）が張られている。このように、膨張タンク４は、温水移送管路１４ａのうち温水ポンプ３の温水吸込側に分岐管路１５を介して接続され、当該温水吸込側に圧力を与えるための位置水頭（液体ヘッド）を有するように配置・水張りされている。   One end of a branch pipe 15 is connected to the suction side portion of the hot water pump 3, which is a hot water transfer pipe 14 a between the heat exchanger 2 and the hot water pump 3. The branch pipe 15 extends upward from the suction side portion of the hot water pump 3, and the other end of the branch pipe 15 is connected to the bottom of the expansion tank 4. That is, the expansion tank 4 is disposed above the hot water circulation conduit 14. The expansion tank 4 is a water tank having a position head (liquid head) for applying pressure (hydraulic pressure) to the suction side of the hot water pump 3, and in this embodiment, water (room temperature) is provided through a water supply pipe 32. Water or warm water). In this way, the expansion tank 4 is connected to the hot water suction side of the hot water pump 3 in the hot water transfer pipe 14a via the branch pipe 15, and a position head (liquid head) for applying pressure to the hot water suction side. It is arranged and watered to have

ここで、温水の温度が高くなるほど、水の沸点と温水温度との差が小さくなり、温水ポンプ３吸込側で液圧が低下した際に、温水の気化に起因するキャビテーションが起こり易くなる。本実施形態のように、温水ポンプ３の温水吸込側に圧力を与えるための位置水頭（液体ヘッド）を有する膨張タンク４を設けることで、温水ポンプ３吸込側での液圧低下を防止でき、キャビテーションの発生を抑制できる。なお、キャビテーション防止に必要な液体ヘッド（膨張タンク４の液面レベルと温水ポンプ３吸込部のレベルとの差）の値は、温水ポンプ３の吸込能力、および設定した温水温度（温水移送管路１４ａを流れる温水の温度）から計算される。   Here, the higher the temperature of the warm water, the smaller the difference between the boiling point of the water and the temperature of the warm water, and the cavitation due to the vaporization of the warm water is likely to occur when the hydraulic pressure is reduced on the suction side of the warm water pump 3. As in this embodiment, by providing the expansion tank 4 having a position head (liquid head) for applying pressure to the hot water suction side of the hot water pump 3, it is possible to prevent a decrease in hydraulic pressure on the hot water pump 3 suction side, The occurrence of cavitation can be suppressed. Note that the value of the liquid head (difference between the liquid level of the expansion tank 4 and the level of the hot water pump 3 suction portion) necessary for preventing cavitation is the suction capacity of the hot water pump 3 and the set hot water temperature (hot water transfer line). The temperature of the hot water flowing through 14a).

給水管３２には水圧がかかっている。また、膨張タンク４内には、例えばフロート弁（不図示）が入れられている。蒸発などにより膨張タンク４内の液位が下がるとフロート弁が作動して給水管３２から膨張タンク４に自動で給水され、膨張タンク４内の液位が上がると、フロート弁が作動して給水管３２からの給水が自動で止まる（自動給水機能）。給水管３２およびフロート弁は、本発明に係る自動給水機構に相当する。なお、フロート弁の代わりに、フロートスイッチおよび電磁弁を用いて給水管３２を開閉させてもよい。さらには、フロートスイッチの代わりに電極（水位計）を用いてもよい。   Water pressure is applied to the water supply pipe 32. In addition, for example, a float valve (not shown) is placed in the expansion tank 4. When the liquid level in the expansion tank 4 decreases due to evaporation or the like, the float valve operates to automatically supply water to the expansion tank 4 from the water supply pipe 32. When the liquid level in the expansion tank 4 increases, the float valve operates to supply water. Water supply from the pipe 32 automatically stops (automatic water supply function). The water supply pipe 32 and the float valve correspond to the automatic water supply mechanism according to the present invention. Instead of the float valve, the water supply pipe 32 may be opened and closed using a float switch and an electromagnetic valve. Furthermore, an electrode (water level meter) may be used instead of the float switch.

また、膨張タンク４の側面上方には孔が開けられ、そこにオーバーフロー排水管３３が水平に取り付けられている。前記したように、温水ポンプ３の冷却に使用された冷却水は、温水とともに温水循環管路１４内を循環する。そのため、温水循環管路１４を循環する音水量が増加していく。このとき、余剰の温水がオーバーフロー排水管３３から自然流下で排水される。オーバーフロー排水管３３は、本発明に係るオーバーフロー水排出機構に相当する。   In addition, a hole is formed above the side surface of the expansion tank 4, and an overflow drain pipe 33 is horizontally attached thereto. As described above, the cooling water used for cooling the hot water pump 3 circulates in the hot water circulation conduit 14 together with the hot water. Therefore, the amount of sound water circulating through the hot water circulation conduit 14 increases. At this time, excess hot water is drained from the overflow drain pipe 33 in a natural flow. The overflow drain pipe 33 corresponds to the overflow water discharge mechanism according to the present invention.

ここで、温水の密度は温水の温度により異なるため、温水移送管路１４ａに分岐管路１５を介して接続された膨張タンク４内の液位は、温水の温度変化により変動しようとする。また、温水ポンプ３の起動時・停止時などにも膨張タンク４内の液位が変動することがある。例えば、温水ポンプ３の起動時や、熱負荷装置８の負荷が変動した場合などの非定常の運転時には、温水循環量が一時的に低下する場合がある。本発明に係る温水製造供給ユニット１では、オーバーフロー水排出機構および自動給水機構により、このような場合（運転状態）においても膨張タンク４内の液位を一定に保つことができ、膨張タンク４による温水ポンプ３におけるキャビテーションの発生防止効果を安定して得ることができる。   Here, since the density of the hot water differs depending on the temperature of the hot water, the liquid level in the expansion tank 4 connected to the hot water transfer pipe 14a via the branch pipe 15 tends to fluctuate due to the temperature change of the hot water. Also, the liquid level in the expansion tank 4 may fluctuate when the hot water pump 3 is started or stopped. For example, when the hot water pump 3 is started or during an unsteady operation such as when the load of the heat load device 8 fluctuates, the hot water circulation amount may temporarily decrease. In the hot water production and supply unit 1 according to the present invention, the liquid level in the expansion tank 4 can be kept constant even in such a case (operating state) by the overflow water discharge mechanism and the automatic water supply mechanism. The effect of preventing the occurrence of cavitation in the hot water pump 3 can be obtained stably.

温水戻し管路１４ｂには、その上流側（熱負荷装置８側）から順に、安全弁３０、および温度計Ｔが取り付けられている。この温度計Ｔにより、熱交換器２に戻る温水の温度（熱交換器２入口の温水の温度）を把握できる。   A safety valve 30 and a thermometer T are attached to the warm water return line 14b in order from the upstream side (the heat load device 8 side). With this thermometer T, the temperature of the hot water returning to the heat exchanger 2 (the temperature of the hot water at the inlet of the heat exchanger 2) can be grasped.

ここで、温水製造供給ユニット１は、温水温度制御部９、および温水流量制御部１０を備えている。温水温度制御部９、および温水流量制御部１０は、電気回路やプログラムが書き込まれたシーケンサであって電気盤などに収容される。   Here, the hot water production and supply unit 1 includes a hot water temperature control unit 9 and a hot water flow rate control unit 10. The hot water temperature control unit 9 and the hot water flow rate control unit 10 are sequencers in which electric circuits and programs are written, and are accommodated in an electric panel or the like.

温水温度制御部９は、熱負荷装置８に供給する温水の温度（熱交換器２出口の温水の温度）を制御するための制御部である。この温水温度制御部９は、温度センサー２８の検出値が、例えば８５℃〜９５℃の範囲の中の所定の値となるように、蒸気流量制御弁２３の開度を調整して熱交換器２に供給する蒸気の流量を制御するように構成されている。温水温度制御部９には、温度センサー２８からの電気信号（温度検出信号）が取り込まれるとともに、蒸気流量制御弁２３からの電気信号（開度信号）が取り込まれる。温水温度制御部９は、温度センサー２８および蒸気流量制御弁２３からの電気信号に基づいて蒸気流量制御弁２３の開度を制御する。   The hot water temperature control unit 9 is a control unit for controlling the temperature of the hot water supplied to the heat load device 8 (the temperature of the hot water at the outlet of the heat exchanger 2). The hot water temperature control unit 9 adjusts the opening degree of the steam flow control valve 23 so that the detection value of the temperature sensor 28 becomes a predetermined value within a range of, for example, 85 ° C. to 95 ° C. It is comprised so that the flow volume of the vapor | steam supplied to 2 may be controlled. The hot water temperature control unit 9 receives an electric signal (temperature detection signal) from the temperature sensor 28 and an electric signal (opening signal) from the steam flow control valve 23. The hot water temperature control unit 9 controls the opening degree of the steam flow control valve 23 based on electric signals from the temperature sensor 28 and the steam flow control valve 23.

前記したように、温水の温度が高くなるほど、水の沸点と温水温度との差が小さくなり、温水ポンプ３吸込側で液圧が低下した際に、温水の気化に起因するキャビテーションが起こり易くなる。本実施形態では、温水温度制御部９により、温水の温度が所定の値よりも高く上昇することを防止でき、温水ポンプ３吸込側への膨張タンク４による圧付与と合わせて、温水ポンプ３におけるキャビテーションの発生を有効に防止できる。   As described above, the higher the temperature of the hot water, the smaller the difference between the boiling point of the water and the temperature of the hot water. . In the present embodiment, the hot water temperature control unit 9 can prevent the temperature of the hot water from rising higher than a predetermined value, and in addition to the application of pressure by the expansion tank 4 to the hot water pump 3 suction side, The occurrence of cavitation can be effectively prevented.

ここで、バイナリー発電システムに本実施形態の温水製造供給ユニット１を適用してフロンなどの作動媒体を温水で加熱する場合、発電効率の観点から８５℃以上の温水を用いることが望ましい。一方、９５℃を超える温度では、温水ポンプ３におけるキャビテーションが発生しやすい。すなわち、温水温度制御部９で、８５℃〜９５℃の範囲の中の所定の温度に温水温度を制御することで、熱エネルギーを有効に活用しやすい温度の温水を製造することができる。また、温水ポンプにおけるキャビテーションの発生も防止できる。   Here, when the hot water production supply unit 1 of this embodiment is applied to a binary power generation system and a working medium such as Freon is heated with warm water, it is desirable to use warm water of 85 ° C. or higher from the viewpoint of power generation efficiency. On the other hand, at a temperature exceeding 95 ° C., cavitation in the hot water pump 3 tends to occur. That is, by controlling the hot water temperature to a predetermined temperature in the range of 85 ° C. to 95 ° C. with the hot water temperature control unit 9, it is possible to produce hot water having a temperature at which it is easy to effectively use thermal energy. Moreover, generation | occurrence | production of the cavitation in a hot water pump can also be prevented.

温水流量制御部１０は、熱負荷装置８に供給する温水の流量を制御するための制御部である。この温水流量制御部１０は、流量センサー２９の検出値に基づいて温水ポンプ３の流量を制御するように構成されるとともに、かつ、圧力センサー２５の検出値がスチームトラップ２６の下流側のドレン水の水頭に相当する圧力値よりも高くなるように、温水ポンプ３の流量を制御するようにも構成されている。温水流量制御部１０には、圧力センサー２５からの電気信号（圧力検出信号）が取り込まれるとともに、流量センサー２９からの電気信号（流量検出信号）が取り込まれている。温水流量制御部１０は、圧力センサー２５および流量センサー２９からの電気信号に基づいて温水ポンプ３の回転数を制御する。なお、回転数を制御できない温水ポンプを用いる場合は、温水ポンプの吐出側に例えば電動弁を設け、この電動弁の開度を制御することで温水ポンプの流量を制御する。   The hot water flow rate control unit 10 is a control unit for controlling the flow rate of hot water supplied to the heat load device 8. The hot water flow rate control unit 10 is configured to control the flow rate of the hot water pump 3 based on the detection value of the flow sensor 29, and the detection value of the pressure sensor 25 is drain water downstream of the steam trap 26. The flow rate of the hot water pump 3 is also controlled to be higher than the pressure value corresponding to the water head. The hot water flow rate control unit 10 receives an electrical signal (pressure detection signal) from the pressure sensor 25 and an electrical signal (flow rate detection signal) from the flow rate sensor 29. The hot water flow rate control unit 10 controls the number of revolutions of the hot water pump 3 based on electric signals from the pressure sensor 25 and the flow rate sensor 29. When using a hot water pump whose rotation speed cannot be controlled, for example, an electric valve is provided on the discharge side of the hot water pump, and the flow rate of the hot water pump is controlled by controlling the opening degree of the electric valve.

スチームトラップ２６上流側の熱交換器２で蒸気と温水とが熱交換する結果、熱交換器２から排出される蒸気の温度が低下してその一部が液化する。蒸気排出管路１２の蒸気圧力が、スチームトラップ２６と脱気タンク５との間（ドレン水管路１３）のドレン水の水頭（液体ヘッド）に相当する圧力値以下に低下すると、分離されたドレン水を再利用するために脱気タンク５に送液するための圧力が不足する。本実施形態では、圧力センサー２５の検出値がスチームトラップ２６の下流側のドレン水の水頭に相当する圧力値よりも高くなるように、温水流量制御部１０が温水ポンプ３の流量を制御するので、ドレン水管路１３に増圧ポンプを設けることなくドレン水を送液することができる。例えば、圧力センサー２５の検出値が予め設定した圧力値以下になる場合は、温水ポンプ３の流量を低下させる。これにより、熱交換器２における蒸気から温水への熱移動量が低下して、熱交換器２出口側（蒸気排出管路１２）でのドレン水送液に必要な蒸気圧力を保持することができる。   As a result of the heat exchange between the steam and the hot water in the heat exchanger 2 on the upstream side of the steam trap 26, the temperature of the steam discharged from the heat exchanger 2 is lowered and a part of it is liquefied. When the steam pressure in the steam discharge pipe 12 drops below the pressure value corresponding to the drain water head (liquid head) between the steam trap 26 and the deaeration tank 5 (drain water pipe 13), the separated drain is separated. The pressure for feeding the deaeration tank 5 to recycle water is insufficient. In the present embodiment, the hot water flow rate control unit 10 controls the flow rate of the hot water pump 3 so that the detection value of the pressure sensor 25 is higher than the pressure value corresponding to the head of drain water downstream of the steam trap 26. The drain water can be fed without providing a pressure increasing pump in the drain water pipe 13. For example, when the detected value of the pressure sensor 25 is equal to or lower than a preset pressure value, the flow rate of the hot water pump 3 is decreased. As a result, the amount of heat transfer from the steam to the hot water in the heat exchanger 2 is reduced, and the steam pressure necessary for drain water feeding on the outlet side of the heat exchanger 2 (steam discharge pipe 12) can be maintained. it can.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することが可能なものである。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made as long as they are described in the claims. .

１：温水製造供給ユニット
２：熱交換器
３：温水ポンプ
４：膨張タンク（水タンク）
５：脱気タンク
６：ボイラー
７：ドレンピット
８：熱負荷装置
９：温水温度制御部
１０：温水流量制御部
１１：蒸気供給管路
１２：蒸気排出管路
１４：温水循環管路
１４ａ：温水移送管路
１４ｂ：温水戻し管路
１５：分岐管路
２３：蒸気流量制御弁
２５：圧力センサー
２６：スチームトラップ
２８：温度センサー
３１：給水管（冷却水供給手段） 1: Hot water production supply unit 2: Heat exchanger 3: Hot water pump 4: Expansion tank (water tank)
5: Deaeration tank 6: Boiler 7: Drain pit 8: Thermal load device 9: Hot water temperature control unit 10: Hot water flow rate control unit 11: Steam supply pipe 12: Steam discharge pipe 14: Hot water circulation pipe 14a: Hot water Transfer line 14b: Hot water return line 15: Branch line 23: Steam flow rate control valve 25: Pressure sensor 26: Steam trap 28: Temperature sensor 31: Water supply pipe (cooling water supply means)

Claims (3)

蒸気と温水とを間接接触させることで温水を加熱する熱交換器と、
前記熱交換器に接続される蒸気供給管路と、
前記熱交換器に接続される蒸気排出管路と、
前記熱交換器と、作動媒体を温水で加熱する又は温水を加熱源とする熱負荷装置との間を接続する温水移送管路と、
前記蒸気供給管路に取り付けられる蒸気流量制御弁と、
前記温水移送管路に取り付けられる温水ポンプと、
前記温水ポンプに冷却水を供給する冷却水供給手段と、
前記温水移送管路のうち前記温水ポンプの温水吸込側に分岐管路を介して接続され、当該温水吸込側に圧力を与えるための位置水頭を有する水タンクと、
前記温水移送管路のうち前記温水吸込側に取り付けられる温度センサーと、
前記温度センサーの検出値が所定の値となるように、前記蒸気流量制御弁の開度を調整して前記熱交換器に供給する蒸気の流量を制御する温水温度制御部と、
前記蒸気排出管路に取り付けられるスチームトラップと、
前記熱交換器と前記スチームトラップとの間の前記蒸気排出管路に取り付けられる圧力センサーと、
前記圧力センサーの検出値が前記スチームトラップの下流側のドレン水の水頭に相当する圧力値よりも高くなるように、前記温水ポンプの流量を制御する温水流量制御部と、
を備え、
前記スチームトラップで分離されたドレン水を蒸気原料として再利用する、温水製造供給ユニット。 A heat exchanger that heats the hot water by indirectly contacting the steam and the hot water;
A steam supply line connected to the heat exchanger;
A steam discharge line connected to the heat exchanger;
A hot water transfer pipe that connects between the heat exchanger and a heat load device that heats the working medium with hot water or uses hot water as a heating source;
A steam flow control valve attached to the steam supply line;
A hot water pump attached to the hot water transfer conduit;
Cooling water supply means for supplying cooling water to the hot water pump;
A water tank connected to the hot water suction side of the hot water pump among the hot water transfer pipes via a branch pipe, and having a position head for applying pressure to the hot water suction side;
A temperature sensor attached to the hot water suction side of the hot water transfer pipe;
A hot water temperature control unit that controls the flow rate of steam supplied to the heat exchanger by adjusting the opening of the steam flow control valve so that the detection value of the temperature sensor becomes a predetermined value;
A steam trap attached to the steam discharge line;
A pressure sensor attached to the steam exhaust line between the heat exchanger and the steam trap;
A hot water flow rate controller that controls the flow rate of the hot water pump so that the detected value of the pressure sensor is higher than the pressure value corresponding to the head of drain water downstream of the steam trap;
With
A hot water production and supply unit that reuses drain water separated by the steam trap as a steam raw material . 請求項１に記載の温水製造供給ユニットにおいて、
前記水タンクは、一定の前記位置水頭を維持するためのオーバーフロー水排出機構および自動給水機構を備えていることを特徴とする、温水製造供給ユニット。 In the hot water production and supply unit according to claim 1,
The hot water production and supply unit, wherein the water tank includes an overflow water discharge mechanism and an automatic water supply mechanism for maintaining a constant head position. 請求項１または２に記載の温水製造供給ユニットにおいて、
前記温水温度制御部は、前記温度センサーの検出値が８５℃〜９５℃の範囲の中の所定の値となるように温度設定されていることを特徴とする、温水製造供給ユニット。 In the hot water production and supply unit according to claim 1 or 2,
The hot water temperature control unit is a hot water production and supply unit, wherein the temperature is set so that a detection value of the temperature sensor becomes a predetermined value in a range of 85 ° C to 95 ° C.
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