JP5949383B2 - 蒸気発生システム - Google Patents

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Description

本発明は、蒸気圧縮機とヒートポンプとの内、少なくとも蒸気圧縮機を備えて構成される蒸気発生システムに関するものである。
従来、下記特許文献1に開示されるように、蒸発器(1)において排温水等から熱をくみ上げ、凝縮器(3)において水を加熱して蒸気を発生させるヒートポンプが知られている。
また、下記特許文献2に開示されるように、ヒートポンプを上下複数段(HP1,HP2)で構成し、上下のヒートポンプを接続する熱交換器(HE1)を通して給水を加熱し、最上段のヒートポンプ(HP2)の凝縮器(HE2)から蒸気を取り出すシステムも提案されている。
さらに、下記特許文献3に開示されるように、ヒートポンプ(10,10´)を左右並列に設置し、各ヒートポンプの凝縮器(12,12´)に水を通して高温水を得る装置も提案されている。
特開昭58−40451号公報(第2図) 特開2006−348876号公報(図1) 実開昭60−23669号公報(第2図) 特開2011−153760号公報(図1)
しかしながら、前記特許文献1に記載の発明のように、単段のヒートポンプを用いるだけでは、熱をくみ上げる温度差、つまり蒸発器側と凝縮器側との温度差が大きく、ヒートポンプの効率が悪い。
また、前記特許文献2に記載の発明のように、ヒートポンプを単に上下複数段に設置しても、最下段の蒸発器からだけ熱をくみ上げるのでは、前記特許文献1に記載の発明と同様に、ヒートポンプ全体で見た場合のくみ上げる温度差が大きく、ヒートポンプの効率向上に限界がある。
また、前記特許文献3に記載の発明のように、ヒートポンプを左右並列に設置しても、左右のヒートポンプが同一構成で、最下段の蒸発器からだけ熱をくみ上げるのでは、前記特許文献2に記載の発明と同様に、くみ上げる温度差が大きく、ヒートポンプの効率向上に限界がある。
さらに、熱源流体がヒートポンプに熱(顕熱)を与えつつ自身は温度低下を伴う場合、左右同一構成で並列に設置されたヒートポンプに熱源流体を通すだけでは、下流側のヒートポンプでは熱源流体の温度が低下してしまうので、これを考慮する必要もある。
本発明が解決しようとする課題は、システム全体で見た場合におけるくみ上げ温度差を低減し、それによりシステムの効率向上を図ることにある。また、熱源流体が顕熱を放出する場合、それに伴う温度低下にも対応できる蒸気発生システムを提供することを課題とする。特に、そのようなシステムを、蒸気圧縮機とヒートポンプとの内、少なくとも蒸気圧縮機を用いて実現することを課題とする。
なお、前記特許文献4には、第一段圧縮機(2)と第二段圧縮機(3)とを備えた二段圧縮装置が開示されているが、圧縮空気製造用の空気圧縮機であり、また圧縮機を単純に二段に接続しているに過ぎない。
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、第一蒸気発生部と第二蒸気発生部とを備え、第一蒸気発生部と第二蒸気発生部との内、一方または双方は、ドレン排出機構を介して排出される流体の気液分離部から蒸気を吸入し圧縮して吐出する蒸気圧縮機から構成され、第一蒸気発生部と第二蒸気発生部との内、一方のみが蒸気圧縮機から構成される場合、他方は、蒸発器から熱をくみ上げて凝縮器において水を加熱して蒸気を発生させるヒートポンプから構成され、第二蒸気発生部を構成する蒸気圧縮機またはヒートポンプの段数は、第一蒸気発生部を構成する蒸気圧縮機またはヒートポンプの段数よりも多く、第一のドレン排出機構を介して排出される流体は、第一蒸気発生部の気液分離部または蒸発器に送られた後、第二のドレン排出機構を介して第二蒸気発生部の気液分離部または蒸発器に送られることを特徴とする蒸気発生システムである。
仮に、第一蒸気発生部と第二蒸気発生部との双方がヒートポンプから構成されているとする(特願2011−79369および特願2011−79370対応)。つまり、第一蒸気発生部が第一ヒートポンプから構成され、第二蒸気発生部が第二ヒートポンプから構成され、第二ヒートポンプは第一ヒートポンプより段数が多いとする。そして、第一ヒートポンプの最下段の蒸発器と、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、第一ヒートポンプの最上段の凝縮器と、第二ヒートポンプの最上段の凝縮器とにおいて、水を加熱して蒸気を発生させるとする。この場合、第二ヒートポンプの段数を第一ヒートポンプの段数より多くしておくことで、第一ヒートポンプにおいて熱源流体が冷やされた分を第二ヒートポンプがカバーして、第一ヒートポンプを通過後の熱源流体からも再び熱をくみ上げることができる。また、第一ヒートポンプでは、くみ上げる温度差を低減することができ、その分だけ圧縮機の電力を少なくでき、蒸気発生システムの効率を向上することができる。
請求項1に記載の発明によれば、事実上、これら先願発明と同様の作用効果を、蒸気圧縮機を用いて実現することができる。すなわち、詳細は後述するが、蒸気圧縮機からの蒸気が蒸気使用設備にて使用され凝縮し、そのドレンがドレン排出機構を介して気液分離部へ排出され、再び蒸気圧縮機にて圧縮される蒸気システムを観察すると、蒸気は、蒸気圧縮機で圧縮され、蒸気使用設備で凝縮され、ドレン排出機構で膨張され、気液分離部で蒸発されることになる。つまり、ヒートポンプの冷媒と同様の作用を行っており、ヒートポンプに代えて蒸気圧縮機を用いることができることになる。言い換えれば、第一蒸気発生部と第二蒸気発生部との内、少なくとも一方を、ヒートポンプに代えて蒸気圧縮機を用いて構成することができる。
請求項2に記載の発明は、第一蒸気発生部は、単段の蒸気圧縮機から構成され、第二蒸気発生部は、上下二段のヒートポンプから構成され、蒸気使用設備から第一のドレン排出機構を介して排出される流体は、第一蒸気発生部の気液分離部に送られた後、第二のドレン排出機構を介して第二蒸気発生部の下段ヒートポンプの蒸発器に送られ、第一蒸気発生部の蒸気圧縮機からの蒸気と、第二蒸気発生部の上段ヒートポンプの凝縮器からの蒸気とは、合流されて蒸気使用設備へ送られ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である。
請求項2に記載の発明によれば、単段の蒸気圧縮機と、上下二段のヒートポンプとを用いて、システム全体で見た場合におけるくみ上げ温度差を低減し、それによりシステムの効率向上を図ることができる。
請求項3に記載の発明は、第二蒸気発生部は、並列に設置された複数のヒートポンプから構成され、前記二段のヒートポンプの他に、三段以上のヒートポンプを備え、この複数のヒートポンプは、各最下段の蒸発器に前記流体が順に通され、この流体が通される順に段数が多くなるよう構成され、各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2に記載の蒸気発生システムである。
請求項3に記載の発明によれば、蒸気発生システム全体でみると、単段の蒸気圧縮機、二段のヒートポンプ、および三段以上のヒートポンプを備えることになる。そして、この複数のヒートポンプは、各最下段の蒸発器に熱源流体が順に通され、この熱源流体が通される順に段数が多くなるよう構成され、各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ができる。
請求項4に記載の発明は、第一蒸気発生部は、単段の蒸気圧縮機から構成され、第二蒸気発生部は、下段蒸気圧縮機からの蒸気を上段蒸気圧縮機でさらに圧縮して吐出するように、上下二段の蒸気圧縮機から構成され、蒸気使用設備から第一のドレン排出機構を介して排出される流体は、第一蒸気発生部の気液分離部に送られた後、第二のドレン排出機構を介して第二蒸気発生部の気液分離部に送られ、第一蒸気発生部の蒸気圧縮機からの蒸気と、第二蒸気発生部の上段蒸気圧縮機からの蒸気とは、合流されて蒸気使用設備へ送られ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である。
請求項4に記載の発明によれば、単段の蒸気圧縮機と、上下二段の蒸気圧縮機とを用いて、システム全体で見た場合におけるくみ上げ温度差を低減し、それによりシステムの効率向上を図ることができる。
請求項5に記載の発明は、第二蒸気発生部の上段蒸気圧縮機を省略する代わりに、下段蒸気圧縮機からの蒸気は、第一蒸気発生部の蒸気圧縮機へ送られることを特徴とする請求項4に記載の蒸気発生システムである。
請求項5に記載の発明によれば、一部の蒸気圧縮機を共通化することで、簡易な構成とすることができる。
さらに、請求項6に記載の発明は、第二蒸気発生部は、ドレン排出機構を介して排出される流体の気液分離部と、この気液分離部から気体を吸入し圧縮して吐出する蒸気圧縮機とのセットを、複数備え、第二蒸気発生部の各蒸気圧縮機は、下段から上段へ向けて蒸気圧を段階的に高めるように直列に接続され、第二蒸気発生部の各気液分離部には、上段から下段へ向けて液体が順に送られることを特徴とする請求項5に記載の蒸気発生システムである。
請求項6に記載の発明によれば、蒸気発生システム全体でみると、三段以上の蒸気圧縮機を備えて構成されることになる。これにより、システム効率をさらに向上することができる。
本発明によれば、システム全体で見た場合におけるくみ上げ温度差を低減し、それによりシステムの効率向上を図ることができる。また、熱源流体が顕熱を放出する場合、それに伴う温度低下にも対応することができる。しかも、そのようなシステムを、蒸気圧縮機とヒートポンプとの内、少なくとも蒸気圧縮機を用いて実現することができる。
先の出願に開示した蒸気発生システムの一例を示す概略図である。 理想サイクルのT−S線図である。 従来公知の単段のヒートポンプ(逆カルノーサイクル)のT−S線図である。 図1の蒸気発生システムのT−S線図である。 図4において、ヒートポンプの段数を増やした場合を示す図である。 蒸気圧縮機を用いた蒸気システムを示す概略図である。 本発明の蒸気発生システムの実施例1を示す概略図である。 本発明の蒸気発生システムの実施例2を示す概略図である。 本発明の蒸気発生システムの実施例3を示す概略図である。 本発明の蒸気発生システムの実施例4を示す概略図であり、一部を省略して示している。 本発明の蒸気発生システムの実施例5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。
本発明の蒸気発生システムは、出願人が先に提案し特許出願中の蒸気発生システム(特願2011−79369、特願2011−79370)の変形例である。そこで、まずはこの先の出願の発明について簡単に説明し、その後、本発明の実施例について説明する。
図1は、先の出願に開示した蒸気発生システム1の一例を示す概略図である。この蒸気発生システム1は、第一蒸気発生部2と第二蒸気発生部3とを備える。第一蒸気発生部2は第一ヒートポンプ4から構成され、第二蒸気発生部3は第二ヒートポンプ5から構成される。第一ヒートポンプ4と第二ヒートポンプ5とは、並列に設置されている。
第一ヒートポンプ4は、蒸気圧縮式のヒートポンプであり、ここでは単段のヒートポンプから構成される。具体的には、第一ヒートポンプ4は、圧縮機6、凝縮器7、膨張弁8および蒸発器9が順次環状に接続されて構成される。第一ヒートポンプ4は、蒸発器9において、熱源流体から熱をくみ上げ、凝縮器7において、水を加熱して蒸気を発生させる。
第一ヒートポンプ4の回路には、所望により、圧縮機6の出口側に油分離器を設置したり、凝縮器7の出口側に受液器を設置したり、圧縮機6の入口側にアキュムレータを設置したり、凝縮器7から膨張弁8への冷媒と蒸発器9から圧縮機6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を設置したりしてもよい。このことは、第一ヒートポンプ4に限らず、第二ヒートポンプ5など、本明細書で述べる他のヒートポンプについても同様である。また、第一ヒートポンプ4や第二ヒートポンプ5などが複数段の場合には、それを構成する各段のヒートポンプについても同様である。
第二ヒートポンプ5は、蒸気圧縮式のヒートポンプであり、ここでは上下二段のヒートポンプ5A,5Bから構成される。第二ヒートポンプ5を構成する上下各段のヒートポンプ5A,5Bは、基本的には前述した単段の第一ヒートポンプ4と同様の構成である。つまり、それぞれ、圧縮機10A,10B、凝縮器11A,11B、膨張弁12A,12Bおよび蒸発器13A,13Bが順次環状に接続されて構成される。上下のヒートポンプ5A,5Bは、間接熱交換器14で接続されており、下段ヒートポンプ5Bの凝縮器11Bは、上段ヒートポンプ5Aの蒸発器13Aでもある。第二ヒートポンプ5は、下段ヒートポンプ5Bの蒸発器13Bにおいて、熱源流体から熱をくみ上げ、上段ヒートポンプ5Aの凝縮器11Aにおいて、水を加熱して蒸気を発生させる。
但し、上下のヒートポンプ5A,5Bは、間接熱交換器14に限らず、中間冷却器(直接熱交換器など)で接続されてもよい。つまり、複数段(多段)のヒートポンプには、一元多段のヒートポンプの他、複数元(多元)のヒートポンプ、あるいは両者の組合せのヒートポンプが含まれる。このことは、本明細書で述べる他の複数段のヒートポンプについても同様である。
ところで、典型的には、第二ヒートポンプ5の上段の膨張弁12Aから圧縮機10Aへの冷媒の圧力および温度は、第一ヒートポンプ4の膨張弁8から圧縮機6への冷媒の圧力および温度と同一とされる。この場合、第二ヒートポンプ5の上段ヒートポンプ5Aと、第一ヒートポンプ4とは、同一の構成とすることができる。そして、第一ヒートポンプ4の蒸発器9と、第二ヒートポンプ5の下段の蒸発器13Bとを順に通される熱源流体は、第一ヒートポンプ4において冷やされた分を第二ヒートポンプ5の下段ヒートポンプ5Bがカバーして、第二ヒートポンプ5の上段の膨張弁12Aから圧縮機10Aへの冷媒の圧力および温度を、第一ヒートポンプ4の膨張弁8から圧縮機6への冷媒の圧力および温度と同一とする。また、第一ヒートポンプ4の凝縮器7と、第二ヒートポンプ5の上段の凝縮器11Aとにおいて、水を加熱して同一圧力の蒸気(許容圧力範囲内の蒸気を含む)を発生させる。
熱源流体は、特に問わないが、各ヒートポンプ4,5に顕熱を与えるもの、すなわち各ヒートポンプ4,5に熱を与えつつ自身は温度低下を伴う流体が好適に用いられる。後述する各実施例において、熱源流体は、蒸気使用設備からのドレンである。
熱源流体は、第一ヒートポンプ4の蒸発器9を通された後、第二ヒートポンプ5の下段の蒸発器13Bに通される。第二ヒートポンプ5の段数を第一ヒートポンプ4の段数より多くしておくことで、第一ヒートポンプ4において冷やされた分を第二ヒートポンプ5がカバーすることができる。また、第一ヒートポンプ4では、くみ上げる温度差を低減することができ、その分だけ圧縮機6の電力を少なくでき、蒸気発生システム1の効率を向上することができる。
言い換えれば、蒸気発生システム1は、くみ上げるエネルギーの一部(典型的には半分)を中段からくみ上げることになるので、成績係数を増加させることができる。また、蒸気発生システム1を全体で見た場合、最下段からくみ上げるエネルギーを減らす(典型的には半分にする)ことができるので、低段側(第二ヒートポンプ5の下段ヒートポンプ5B)の圧縮機10Bの容量を小さくすることができる。
図2は、熱を与えられる流体の入口部の状態がTの飽和水、熱を与えられる流体の出口部の状態がTの飽和蒸気であり(つまり熱を与えられる流体は潜熱を与えられる)、熱を与える流体の入口部の状態がTの飽和水、熱を与える流体の出口部の状態がTの過冷却水(つまり熱を与える流体は顕熱を奪われる)の条件において、理想的に熱をくみ上げる場合(以下、理想サイクルという。)のT−S線図である。つまり、縦軸が温度、横軸がエントロピーを示している。
この理想サイクルつまり実線で囲まれた三角形の面積が、前記条件を実現するための最小動力(理想動力)となる。そして、このとき、成績係数COP=2×(T/(T−T))となる。
一方、図3は、従来公知の単段のヒートポンプ(逆カルノーサイクル)のT−S線図である。但し、図3は、膨張弁出口損失、圧縮機過熱損失は無視し、熱交換性能を無限大とした場合を示している。この場合、成績係数COP=T/(T−T)となる。二点鎖線Aで示すように、ヒートポンプを上下二段にしても同様である。
図2と図3とを比較すると、図3の四角形の面積から図2の三角形の面積を引いた分が、理想サイクルと比べて余分な動力といえ、その分だけ成績係数は低下する。
一方、図4は、図1の蒸気発生システム1のT−S線図である。この場合、成績係数COP=(4/3)×(T/(T−T))となる。つまり、従来公知の単段のヒートポンプの効率の4/3倍となる。なお、T=(T+T)/2、S=(S+S)/2とした。図3と比べて、右下の箇所が欠けることで、この分だけ動力を軽減して、効率を増すことができる。
さて、図4では、段数を二段としたが、段数を増やせば、図5に示すように、サイクルで囲まれる面積をさらに少なくすることができ、蒸気発生システム1の効率をさらに向上することができる。段数を無限大とした場合、理論上、COP=2×(T/(T−T))となる。つまり、従来公知の単段のヒートポンプの効率の2倍とできる。
本発明の蒸気発生システムは、上述した先の出願に開示した蒸気発生システム1において、ヒートポンプ4,5の一部または全部を、図6に示す蒸気システム15にしたものということができる。
図6は、蒸気圧縮機16を用いた蒸気システム15を示す概略図である。この蒸気システム15では、蒸気を圧縮して吐出する蒸気圧縮機16と、この蒸気圧縮機16からの蒸気が用いられる蒸気使用設備17と、この蒸気使用設備17からドレン(蒸気の凝縮水)を排出するドレン排出機構18と、このドレン排出機構18から排出される流体の気液分離部19とを備える。
気液分離部19は、単なるT字配管部などでもよいが、典型的には中空タンクを備え、ドレン排出機構18からのドレンを受け入れる。ドレンは、ドレン排出機構18を通過することでフラッシュ(つまり減圧されることで蒸気化)し、気液分離部19にて気液分離を図られる。気液分離部19の上部には、蒸気圧縮機16への吸入路20が接続されており、気液分離部19の下部には、ドレン排出機構21を介して排出路22が接続されている。
各ドレン排出機構18,21は、典型的にはスチームトラップであるが、これに代えてまたはこれに加えて、バルブ、オリフィスまたはキャピラリチューブなどの圧損要素でもよい。たとえば、図6では、蒸気使用設備17から気液分離部19への管路には、ドレン排出機構18としてスチームトラップを設けているが、そのスチームトラップより下流に、所望により減圧弁などの圧損要素をさらに設けてもよい。
さて、図6の蒸気システム15を観察した場合、蒸気は、蒸気圧縮機16で圧縮され、蒸気使用設備17で凝縮され、ドレン排出機構(前記圧損要素)18で膨張され、気液分離部19で蒸発される。従って、ヒートポンプの冷媒と同様の作用を行っており、図6の蒸気システム15をヒートポンプと等価とみることができる。よって、後述する各実施例に示すように、上述した先の出願に開示の蒸気発生システム1において、一部または全部のヒートポンプサイクルに代えて、図6に示す蒸気システム15を適用することができる。以下、本発明の蒸気発生システムの具体的な実施例について説明する。なお、互いに対応する箇所には同一の符号を付して説明し、その箇所の説明を省略することがある。
図7は、本発明の蒸気発生システム1の実施例1を示す概略図である。
本実施例の蒸気発生システム1は、第一蒸気発生部2と第二蒸気発生部3とを備え、第一蒸気発生部2は単段の蒸気圧縮機23を備えて構成され、第二蒸気発生部3は上下二段のヒートポンプ5A,5Bを備えて構成される。つまり、図1の蒸気発生システム1において、第一蒸気発生部2を蒸気圧縮機23で構成したものに相当する。
第一蒸気発生部2は、蒸気使用設備17から第一ドレン排出機構24を介して排出される流体の気液分離部25と、この気液分離部25から蒸気を吸入し圧縮して吐出する蒸気圧縮機23とを備える。蒸気圧縮機23からの蒸気は、逆止弁26を介して、蒸気使用設備17へ送られる。なお、気液分離部25で分離された液体は、第二ドレン排出機構27を介して排出され、第二蒸気発生部3へ送られる。
第二蒸気発生部3は、上下二段のヒートポンプ5A,5Bから構成される。具体的には、上段ヒートポンプ5Aと下段ヒートポンプ5Bとを備え、各段のヒートポンプ5A,5Bは、圧縮機10A,10B、凝縮器11A,11B、膨張弁12A,12Bおよび蒸発器13A,13Bが順次環状に接続されて構成される。上下のヒートポンプ5A,5Bは、図示例では間接熱交換器14で接続されており、下段ヒートポンプ5Bの凝縮器11Bは、上段ヒートポンプ5Aの蒸発器13Aでもある。
下段ヒートポンプ5Bの蒸発器13Bには、第二ドレン排出機構27からのドレンが通される。そして、第二蒸気発生部3は、下段ヒートポンプ5Bの蒸発器13Bにおいて、ドレンから熱をくみ上げ、上段ヒートポンプ5Aの凝縮器11Aにおいて、水を加熱して蒸気を発生させる。その蒸気は、第一蒸気発生部2からの蒸気と合流して、蒸気使用設備17へ送られる。
第一蒸気発生部2からの蒸気と第二蒸気発生部3からの蒸気とを蒸気使用設備17へ送る蒸気路28には、ボイラ(図示省略)からの蒸気路29が合流される。ボイラからの蒸気路29には、減圧弁30が設けられており、この減圧弁30は、それより下流側の蒸気圧を所望に維持するように、機械的に自力で開閉または開度を調整する。従って、第一蒸気発生部2からの蒸気や第二蒸気発生部3からの蒸気だけでは、蒸気使用設備17への蒸気が不足する場合には、ボイラからの蒸気が供給されることで、蒸気使用設備17へ安定して蒸気を供給することができる。
図7では、第一蒸気発生部2を単段の蒸気圧縮機23で構成し、第二蒸気発生部3を上下二段のヒートポンプ5A,5Bで構成したが、第二蒸気発生部3を構成するヒートポンプの段数が第一蒸気発生部2を構成する蒸気圧縮機の段数よりも多い限り、蒸気圧縮機やヒートポンプの段数は適宜に変更可能である。
また、第二蒸気発生部3は、並列に設置された複数のヒートポンプから構成してもよい。たとえば、図7に示される二段のヒートポンプ5(5A,5B)の他に、三段以上のヒートポンプを設けてもよい。この場合も、この並列設置された複数のヒートポンプは、各最下段の蒸発器に熱源流体が順に通され、この熱源流体が通される順に段数が多くなるよう(好ましくは一段ずつ多くなるよう)構成され、各最上段の凝縮器において水を加熱して蒸気を発生させればよい。
図8は、本発明の蒸気発生システム1の実施例2を示す概略図である。
本実施例の蒸気発生システム1は、第一蒸気発生部2と第二蒸気発生部3とを備え、第一蒸気発生部2は単段の蒸気圧縮機23を備えて構成され、第二蒸気発生部3は上下二段の蒸気圧縮機31(31A,31B)を備えて構成される。つまり、図1の蒸気発生システム1において、第一蒸気発生部2を蒸気圧縮機23で構成すると共に、第二蒸気発生部3を蒸気圧縮機31で構成したものに相当する。
第一蒸気発生部2は、蒸気使用設備17から第一ドレン排出機構24を介して排出される流体の第一気液分離部25と、この第一気液分離部25から逆止弁32を介して蒸気を吸入し圧縮して吐出する第一蒸気圧縮機23とを備える。第一蒸気圧縮機23からの蒸気は、逆止弁26を介して、蒸気使用設備17へ送られる。なお、第一気液分離部25で分離された液体は、第二ドレン排出機構27を介して排出され、第二蒸気発生部3へ送られる。
第二蒸気発生部3は、第一気液分離部25から第二ドレン排出機構27を介して排出される流体の第二気液分離部33と、この第二気液分離部33から蒸気を吸入し圧縮して吐出する上下二段の第二蒸気圧縮機31(31A,31B)とを備える。この際、第二気液分離部33からの蒸気を吸入し圧縮して吐出する下段蒸気圧縮機31Bと、この下段蒸気圧縮機31Bから逆止弁34を介して蒸気を吸入し圧縮して吐出する上段蒸気圧縮機31Aとを備える。上段蒸気圧縮機31Aからの蒸気は、逆止弁35を介して、蒸気使用設備17へ送られる。なお、第二気液分離部33で分離された液体は、第三ドレン排出機構36を介して排出され、たとえばボイラの給水タンクへ供給される。
このように、本実施例では、第一蒸気発生部2は、単段の第一蒸気圧縮機23から構成され、第二蒸気発生部3は、下段蒸気圧縮機31Bからの蒸気を上段蒸気圧縮機31Aでさらに圧縮して吐出するように、上下二段の第二蒸気圧縮機31A,31Bから構成される。そして、第一蒸気発生部2の第一蒸気圧縮機23からの蒸気と、第二蒸気発生部3の上段蒸気圧縮機31Aからの蒸気とは、合流されて蒸気使用設備17へ送られる。
第一蒸気発生部2からの蒸気と第二蒸気発生部3からの蒸気とを蒸気使用設備17へ送る蒸気路28には、ボイラ(図示省略)からの蒸気路29が合流される。ボイラからの蒸気路29には、減圧弁30が設けられており、この減圧弁30は、それより下流側の蒸気圧を所望に維持するように、機械的に自力で開閉または開度を調整する。従って、第一蒸気発生部2からの蒸気や第二蒸気発生部3からの蒸気だけでは、蒸気使用設備17への蒸気が不足する場合には、ボイラからの蒸気が供給されることで、蒸気使用設備17へ安定して蒸気を供給することができる。
図9は、本発明の蒸気発生システム1の実施例3を示す概略図である。
本実施例3の蒸気発生システム1は、基本的には前記実施例2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。
本実施例3の蒸気発生システム1は、前記実施例2の蒸気発生システム1において、第二蒸気発生部3の上段蒸気圧縮機31Aを省略する代わりに、下段蒸気圧縮機31Bからの蒸気を、逆止弁34を介して第一蒸気発生部2の第一蒸気圧縮機23へ供給するものである。これにより、第一蒸気発生部2は第一蒸気圧縮機23を備え、第二蒸気発生部3は第二蒸気圧縮機31を備え、これら蒸気圧縮機23,31が直列に接続された形となる。
そして、第二蒸気圧縮機31は、第二気液分離部33からの蒸気を圧縮して吐出し、第一蒸気圧縮機23は、第二蒸気圧縮機31からの蒸気と第一気液分離部25からの蒸気とを圧縮して吐出する。その他の構成は、前記実施例2と同一であるため、説明は省略する。
図10は、本発明の蒸気発生システム1の実施例4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4の蒸気発生システム1は、基本的には前記実施例3(または実施例2)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。
本実施例4では、第二蒸気発生部3は、ドレン排出機構27(36,36´)を介して排出される流体の気液分離部33(38)と、この気液分離部33(38)から逆止弁39(40)を介して蒸気を吸入し圧縮して吐出する蒸気圧縮機31(37)とのセットを、複数備える。そして、第二蒸気発生部3の各蒸気圧縮機31,37は、下段から上段へ向けて蒸気圧を段階的に高めるように直列に接続され、第二蒸気発生部3の各気液分離部33,38には、上段から下段へ向けて液体が順に送られる。
言い換えれば、前記実施例3では、蒸気発生システム1全体で見た場合、上下二段の蒸気圧縮機23,31で構成されたが、本実施例4では、蒸気圧縮機の段数をさらに増やしたものである。つまり、第一蒸気圧縮機23や第二蒸気圧縮機31に加えて、第三蒸気圧縮機37を設けてもよい他、さらに第四蒸気圧縮機、第五蒸気圧縮機、…というように、全体としてn個(n≧2)の蒸気圧縮機を設置してもよい。この場合も、このn個の蒸気圧縮機は、下段の蒸気圧縮機からの蒸気を、順次、上段の蒸気圧縮機で圧縮して吐出するように、直列に接続される。また、最下段の蒸気圧縮機は、最下段の気液分離部からの蒸気を圧縮して吐出し、それより上段の各段の蒸気圧縮機は、その段の気液分離部からの蒸気と一つ下段の蒸気圧縮機からの蒸気とを圧縮して吐出する。各段の気液分離部には、一つ上段の気液分離部からのドレンが、ドレン排出機構を介して供給される。
図11は、本発明の蒸気発生システム1の実施例5を示す概略図である。
本実施例の蒸気発生システム1は、第一蒸気発生部2と第二蒸気発生部3とを備え、第一蒸気発生部2は単段のヒートポンプ4を備えて構成され、第二蒸気発生部3は上下二段の蒸気圧縮機31(31A,31B)を備えて構成される。つまり、図1の蒸気発生システム1において、第二蒸気発生部3を蒸気圧縮機31で構成したものに相当する。
第一蒸気発生部2は、単段のヒートポンプ4から構成される。具体的には、圧縮機6、凝縮器7、膨張弁8および蒸発器9が順次環状に接続されて構成される。このヒートポンプ4の蒸発器9には、蒸気使用設備17から第一ドレン排出機構24を介して排出されるドレンが通される。このようにして蒸発器9において、ドレンから熱をくみ上げ、凝縮器7において、水を加熱して蒸気を発生させる。その蒸気は、蒸気使用設備17へ送られる。なお、蒸発器9を通過後のドレンは、第二ドレン排出機構27を介して排出され、第二蒸気発生部3の気液分離部33へ送られる。
第二蒸気発生部3は、上下二段、言い換えれば直列に接続された蒸気圧縮機31A,31Bを備える。下段蒸気圧縮機31Bは、気液分離部33から蒸気を吸入し圧縮して吐出する。上段蒸気圧縮機31Aは、下段蒸気圧縮機31Bからの蒸気を、逆止弁34を介して吸入し圧縮して吐出する。上段蒸気圧縮機31Aからの蒸気は、逆止弁35を介して蒸気使用設備17へ送られる。この際、第二蒸気発生部3からの蒸気は、第一蒸気発生部2からの蒸気と合流して、蒸気使用設備17へ送られる。
本実施例でも、前記各実施例と同様に、第一蒸気発生部2からの蒸気と第二蒸気発生部3からの蒸気とを蒸気使用設備17へ送る蒸気路28には、ボイラ(図示省略)からの蒸気路29が合流される。なお、第二蒸気発生部3の気液分離部33で分離された液体は、第三ドレン排出機構36を介して排出される。
本発明の蒸気発生システム1は、前記各実施例の構成に限らず、適宜変更可能である。特に、第一蒸気発生部2と第二蒸気発生部3とを備え、その内の少なくとも一方が蒸気圧縮機を備えて構成され、残りがヒートポンプから構成され、第二蒸気発生部3を構成する蒸気圧縮機またはヒートポンプの段数が、第一蒸気発生部2を構成する蒸気圧縮機またはヒートポンプの段数よりも多ければ、その他の構成は適宜に変更可能である。たとえば、第一蒸気発生部2や第二蒸気発生部3に加えて、第三蒸気発生部や第四蒸気発生部などを並列に備えてもよい。その場合において、ドレンが通される下流に行くに従って段数が増すのであれば、各蒸気発生部を蒸気圧縮機で構成すするか、ヒートポンプで構成するかは適宜に変更可能である。
1 蒸気発生システム
2 第一蒸気発生部
3 第二蒸気発生部
4 第一ヒートポンプ
5 第二ヒートポンプ
6 圧縮機
7 凝縮器
8 膨張弁
9 蒸発器
10A,10B 圧縮機
11A,11B 凝縮器
12A,12B 膨張弁
13A,13B 蒸発器
17 蒸気使用設備
23 第一蒸気圧縮機
24 第一ドレン排出機構
25 第一気液分離部
27 第二ドレン排出機構
28 蒸気路
31 第二蒸気圧縮機
31A 上段蒸気圧縮機
31B 下段蒸気圧縮機
33 第二気液分離部
36 第三ドレン排出機構
37 第三蒸気圧縮機
38 第三気液分離部

Claims (6)

  1. 第一蒸気発生部と第二蒸気発生部とを備え、
    第一蒸気発生部と第二蒸気発生部との内、一方または双方は、ドレン排出機構を介して排出される流体の気液分離部から蒸気を吸入し圧縮して吐出する蒸気圧縮機から構成され、
    第一蒸気発生部と第二蒸気発生部との内、一方のみが蒸気圧縮機から構成される場合、他方は、蒸発器から熱をくみ上げて凝縮器において水を加熱して蒸気を発生させるヒートポンプから構成され、
    第二蒸気発生部を構成する蒸気圧縮機またはヒートポンプの段数は、第一蒸気発生部を構成する蒸気圧縮機またはヒートポンプの段数よりも多く、
    第一のドレン排出機構を介して排出される流体は、第一蒸気発生部の気液分離部または蒸発器に送られた後、第二のドレン排出機構を介して第二蒸気発生部の気液分離部または蒸発器に送られる
    ことを特徴とする蒸気発生システム。
  2. 第一蒸気発生部は、単段の蒸気圧縮機から構成され、
    第二蒸気発生部は、上下二段のヒートポンプから構成され、
    蒸気使用設備から第一のドレン排出機構を介して排出される流体は、第一蒸気発生部の気液分離部に送られた後、第二のドレン排出機構を介して第二蒸気発生部の下段ヒートポンプの蒸発器に送られ、
    第一蒸気発生部の蒸気圧縮機からの蒸気と、第二蒸気発生部の上段ヒートポンプの凝縮器からの蒸気とは、合流されて蒸気使用設備へ送られる
    ことを特徴とする請求項1に記載の蒸気発生システム。
  3. 第二蒸気発生部は、並列に設置された複数のヒートポンプから構成され、前記二段のヒートポンプの他に、三段以上のヒートポンプを備え、
    この複数のヒートポンプは、各最下段の蒸発器に前記流体が順に通され、この流体が通される順に段数が多くなるよう構成され、各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2に記載の蒸気発生システム。
  4. 第一蒸気発生部は、単段の蒸気圧縮機から構成され、
    第二蒸気発生部は、下段蒸気圧縮機からの蒸気を上段蒸気圧縮機でさらに圧縮して吐出するように、上下二段の蒸気圧縮機から構成され、
    蒸気使用設備から第一のドレン排出機構を介して排出される流体は、第一蒸気発生部の気液分離部に送られた後、第二のドレン排出機構を介して第二蒸気発生部の気液分離部に送られ、
    第一蒸気発生部の蒸気圧縮機からの蒸気と、第二蒸気発生部の上段蒸気圧縮機からの蒸気とは、合流されて蒸気使用設備へ送られる
    ことを特徴とする請求項1に記載の蒸気発生システム。
  5. 第二蒸気発生部の上段蒸気圧縮機を省略する代わりに、下段蒸気圧縮機からの蒸気は、第一蒸気発生部の蒸気圧縮機へ送られる
    ことを特徴とする請求項4に記載の蒸気発生システム。
  6. 第二蒸気発生部は、ドレン排出機構を介して排出される流体の気液分離部と、この気液分離部から気体を吸入し圧縮して吐出する蒸気圧縮機とのセットを、複数備え、
    第二蒸気発生部の各蒸気圧縮機は、下段から上段へ向けて蒸気圧を段階的に高めるように直列に接続され、
    第二蒸気発生部の各気液分離部には、上段から下段へ向けて液体が順に送られる
    ことを特徴とする請求項5に記載の蒸気発生システム。
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