JP5971088B2 - ボイラ給水加熱システム - Google Patents

Description

この発明は、給水をヒートポンプで加熱してボイラ給水タンクへ送水するボイラ給水加熱システムに関する。

ボイラの燃焼効率を向上させるために給水を加熱するといったことが行われている。従来、給水を加熱する手段として、ヒートポンプの使用が知られており、ヒートポンプを使用し給水を加熱してボイラ給水タンクへ送水するものとして、給水を貯水するクッションタンクと、前記クッションタンクから供給される給水を貯水する給水タンクと、前記給水タンクから供給される給水を加熱して蒸気を発生する蒸気ボイラと、ヒートポンプの凝縮器からの放熱と熱交換して、前記クッションタンクから供給される給水を加熱して、再び前記クッションタンクへ送水するヒートポンプ給湯機と、を備え、前記給水タンクは、貯水量が第１貯水量を下回ると前記クッションタンクからの送水が開始するとともに、前記第１貯水量より多い第２貯水量を上回ると前記クッションタンクからの送水が停止する構成であり、前記ヒートポンプ給湯機は、前記クッションタンク内の貯水温度が第１温度を下回ると前記クッションタンク内の給水を加熱して再度前記クッションタンク内に供給する循環加熱運転を開始するとともに、前記クッションタンク内の貯水温度が第１温度よりも高い第２温度を上回ると前記循環加熱運転を停止するようになっている蒸気発生システムがある（例えば、特許文献１参照。）。

この蒸気発生システムでは、給水はヒートポンプ給湯機で加熱されて供給源の給水温度より高温となって前記クッションタンク内に貯えられ、この高温となった給水が前記給水タンク内に供給され、前記給水タンク内に貯えられた高温の給水が蒸気ボイラに供給されることにより、ボイラの燃焼効率が向上する。

特開２０１０−２５４３１号公報

上記の特許文献１に記載された蒸気発生システムでは、供給源の給水温度については全く考慮されていない。気象条件等により供給源の給水温度は一様ではなく、供給源の給水温度が高い場合、給水をヒートポンプを通さず直接ボイラに供給した場合のボイラだけのコストと、給水をヒートポンプで加熱し、この加熱した給水をボイラに供給した場合のヒートポンプとボイラのコストを比較したとき、供給源から給水を直接ボイラに供給した場合の方が低コストになることがわかった。

特許文献１に記載された蒸気発生システムでは、常に給水をヒートポンプで加熱し、この加熱した給水をボイラに供給するようになっているので、供給源の給水温度が高い場合、むしろコスト高になってしまうといった問題がある。
また、特許文献１に記載された蒸気発生システムでは、前記ヒートポンプ給湯機は、前記クッションタンク内の貯水温度が第１温度を下回ると前記クッションタンク内の給水を加熱して再度前記クッションタンク内に供給する循環加熱運転を開始するとともに、前記クッションタンク内の貯水温度が第１温度よりも高い第２温度を上回ると前記循環加熱運転を停止するようになっており、そしてヒートポンプにおける圧縮機の負荷率については考慮されていないので、前記クッションタンク内の貯水温度の変化により圧縮機は頻繁に発停を繰り返し、無駄なエネルギーを消費する場合があるといった問題がある。

本発明の目的は、低コストでボイラの燃焼効率の向上を図ることができるボイラ給水加熱システムを提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、給水源から給水をボイラ給水タンクへ送水する第一送水ラインと第二送水ラインとを有し、前記第二送水ラインを流れる給水をヒートポンプで加熱して前記ボイラ給水タンクへ送水する給水加熱システムであって、予め給水源の給水の温度として、特定な温度を閾値として設定し、給水源の給水温度が閾値以上であるときは、前記第一送水ラインからの送水運転を優先し、閾値未満であるときは、前記第二送水ラインからの送水運転を優先するようにしたことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、給水源の給水温度が閾値以上であるときは、前記第一送水ラインからの送水運転を優先し、閾値未満であるときは、前記第二送水ラインからの送水運転を優先するようにしたので、給水源の給水温度に応じて、低コストでボイラの燃焼効率の向上を図ることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の、前記ボイラ給水タンク内に、水位の低い方から第１水位、第２水位を設定しておき、前記ボイラ給水タンク内の水位が前記第２水位を超えたときには、優先して送水運転している前記第一送水ラインまたは第二送水ラインの送水運転を停止し、前記ボイラ給水タンク内の水位が前記第１水位を下回ったときには、前記第一送水ラインおよび第二送水ラインの双方の送水運転を開始し、また、前記ボイラ給水タンク内の水位が前記第１水位を超えたときには、優先度の高い前記第一送水ラインまたは第二送水ラインの送水運転を続け、優先度の低い前記第一送水ラインまたは第二送水ラインの送水運転を停止するようにしたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、前記ボイラ給水タンク内の水位が前記第２水位を超えたときには、優先して送水運転している前記第一送水ラインまたは第二送水ラインの送水運転を停止することにより、前記ボイラ給水タンク内への過剰給水を防止することができ、前記ボイラ給水タンク内の水位が前記第１水位を下回ったときには、前記第一送水ラインおよび第二送水ラインの双方の送水運転を開始することにより、前記ボイラ給水タンク内の給水減少によるボイラへの給水不足を防止することができ、また、前記ボイラ給水タンク内の水位が前記第１水位を超えたときには、優先度の高い前記第一送水ラインまたは第二送水ラインの送水運転を続け、優先度の低い前記第一送水ラインまたは第二送水ラインの送水運転を停止するようにしたので、給水源の給水温度に応じて優先される送水運転を再開することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の、前記ボイラ給水タンク内に、前記第１水位より高く、前記第２水位よりも低い水位として第３水位を設定しておき、前記ボイラ給水タンク内の水位が前記第３水位を下回った時には、優先度の高い前記第一送水ラインまたは第二送水ラインの送水運転を開始し、前記ボイラ給水タンク内の水位が前記第３水位を超えたときには、さらに優先して送水運転している前記第一送水ラインまたは第二送水ラインの送水運転を続けるようにしたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、前記ボイラ給水タンク内の水位が前記第３水位を下回った時には、優先度の高い前記第一送水ラインまたは第二送水ラインの送水運転を開始するので、前記ボイラ給水タンク内の給水減少によるボイラへの給水不足を防止することができ、しかも送水運転は給水源の給水温度に応じて優先される送水運転なので、低コストでボイラの燃焼効率の向上が維持され、前記ボイラ給水タンク内の水位が前記第３水位を超えたときには、さらに優先して送水運転している前記第一送水ラインまたは第二送水ラインの送水運転を続けるようにしたので、給水源の給水温度に応じて優先される送水運転により給水を前記ボイラ給水タンクに、前記ボイラ給水タンク内の水位が前記第２水位を超える迄供給することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１に記載の、前記第二送水ラインの出口側の給水温度を設定しておき、前記第二送水ラインの出口側の給水温度が設定温度になるように、前記ヒートポンプの圧縮機の負荷率を制御する制御部を備えたことを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、前記第二送水ラインの出口側の給水温度を設定しておき、前記第二送水ラインの出口側の給水温度が設定温度になるように、前記ヒートポンプの圧縮機の負荷率を制御する制御部を備えたので、給水源の給水温度が閾値未満であるときの第二送水ラインの送水運転で、給水源の給水温度の変化に応じて前記ヒートポンプの圧縮機の駆動エネルギーが増減されることになり、圧縮機の駆動エネルギーの無駄な消費が抑制されることになるので低コスト化を図ることができる。

本発明によれば、給水源から給水をボイラ給水タンクへ送水する第一送水ラインと第二送水ラインとを有し、前記第二送水ラインを流れる給水をヒートポンプで加熱して前記ボイラ給水タンクへ送水する給水加熱システムであって、予め給水源の給水の温度として、特定な温度を閾値として設定し、給水源の給水温度が閾値以上であるときは、前記第一送水ラインからの送水運転を優先し、閾値未満であるときは、前記第二送水ラインからの送水運転を優先するようにしたので、閾値として設定する給水源の給水温度を、例えば、給水をヒートポンプを通さず直接ボイラに供給した場合のボイラだけのエネルギーコストと、給水をヒートポンプで加熱し、この加熱した給水をボイラに供給した場合のヒートポンプとボイラのエネルギーコストとの分岐温度とすることにより、低コストでボイラの燃焼効率の向上を図ることができる。

本発明に係るボイラ給水加熱システムの実施の形態の第１例を示す概略構成図である。 本発明に係るボイラ給水加熱システムの実施の形態の第２例を示す概略構成図である。

以下、本発明に係るボイラ給水加熱システムを実施するための形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係るボイラ給水加熱システムの実施の形態の第１例を示す概略構成図である。
本例のボイラ給水加熱システムは、水道水、工業用水、地下水等の給水源から供給される源水が貯留されている源水タンク（図示せず）と接続する主送水ライン１と、主送水ライン１を経て給水源から供給される給水をボイラ給水タンク２へ送水する第一送水ライン３と第二送水ライン４とを有している。主送水ライン１は、主送水ライン１を流れる給水を軟水する軟水化処理部５と、軟水化処理部５で軟水化処理された給水を貯留する軟水タンク６を備えており、軟水タンク６に第一送水ライン３と第二送水ライン４とが接続している。第一送水ライン３と第二送水ライン４はそれぞれ給水をボイラ給水タンク２へ送水するポンプ７，８を備えている。

また、本例のボイラ給水加熱システムは第二送水ライン４を流れる給水を加熱するヒートポンプ９を備えている。ヒートポンプ９は、本例では、蒸気圧縮式のヒートポンプであり、圧縮機１０、凝縮器１１、膨張弁１２、蒸発器１３が順次環状に接続されて構成されている。
第二送水ライン４には、第二送水ライン４を流れる給水とヒートポンプ９の凝縮器１１を流れる圧縮機１０で圧縮された冷媒とを熱交換する熱交換器１４が設けられている。
また、軟水タンク６には、軟水タンク６内に貯留されている給水の温度を検出する第一温度検出手段１５が設けられ、第二送水ライン４には、出口側、即ち熱交換器１４の下流側を流れる給水の温度を検出する第二温度検出手段１６が設けられている。

また、本例では、ボイラ給水タンク２内に、水位の低い方から第１水位Ｌ１、第２水位Ｌ２が設定されている。第１水位Ｌ１は、ボイラ給水タンク２に給水を供給しないとボイラ１７に供給する給水に不足の発生が予想されるボイラ給水タンク２内に貯留されている給水の水位として、また第２水位Ｌ２は、ボイラ給水タンク２に給水を続けると、ボイラ給水タンク２の容量を超えてしまうことが予想されるボイラ給水タンク２内に貯留されている給水の水位として設定されている。

ボイラ給水タンク２内に貯留された給水の第１水位Ｌ１、第２水位Ｌ２は、第一水位検出手段１８、第二水位検出手段１９で検出される。本例では、第一水位検出手段１８、第二水位検出手段１９は、第１水位Ｌ１、第２水位Ｌ２の位置に応じた長さの電極棒１８ａ，１９ａを有し、電極棒１８ａ，１９ａと給水との接触によりそれぞれの水位が検出できるような構成となっており、ボイラ給水タンク２に、電極棒１８ａ，１９ａがボイラ給水タンク２の内側へ突出するように取り付けられている。本例では、第一水位検出手段１８、第二水位検出手段１９として、電極棒１８ａ，１９ａが使用されているが、水位を検出できるものであれば、これに限られない。

また、本例では、次のような制御機能を有する制御部２０を備えている。
第一制御機能として、予め給水源の給水の温度として、特定な温度を閾値として設定し、給水源の給水温度が閾値以上であるときは、第一送水ライン３からの送水運転を優先し、閾値未満であるときは、第二送水ライン４からの送水運転を優先するように制御する。
本例では、第一温度検出手段１５で検出された軟水タンク６内に貯留されている給水の温度が閾値以上であるときは、第一送水ライン３に備えたポンプ７を駆動（第一送水ライン３の送水運転）し、閾値未満であるときは第二送水ライン４に備えたポンプ８を駆動（第二送水ライン４の送水運転）するように制御する。

予め給水源の給水の温度として、特定な温度として設定される閾値は、以下のようにして設定される。
給水をヒートポンプ９を通さず直接ボイラ１７に供給した場合、即ち第一送水ライン３からの送水運転の場合のボイラ１７だけのエネルギーコストと、給水をヒートポンプ９で加熱し、この加熱した給水をボイラ１７に供給した場合、第二送水ライン４からの送水運転の場合のヒートポンプ９とボイラ１７のエネルギーコストとを給水の温度条件を変えて比較し、両送水運転の場合のエネルギーコストが概ね同等のコストとなる温度を求め、この温度を閾値と定義し設定する。

第二制御機能として、第一制御機能で制御される優先度の高い第一送水ライン３または第二送水ライン４の送水運転により、ボイラ給水タンク２内に供給された給水の水位が第２水位Ｌ２を超えたことを第二水位検出手段１９が検出したときには、優先して送水運転している第一送水ライン３または第二送水ライン４の送水運転を停止し、ボイラ給水タンク２内の給水の水位が第１水位Ｌ１を下回ったときには、第一送水ライン３および第二送水ライン４の双方の送水運転を開始し、また、ボイラ給水タンク２内に供給された給水の水位が第１水位Ｌ１を超えたときには、優先度の高い第一送水ライン３または第二送水ライン４の送水運転を続け、優先度の低い第一送水ライン３または第二送水ライン４の送水運転を停止するように制御する。

また、本例では、予め第二送水ライン４の出口側、即ち熱交換器１４の下流側を流れる給水の温度を設定しておき、第二温度検出手段１６で第二送水ライン４の出口側を流れる給水の温度を検出し、この給水温度が設定温度になるように、ヒートポンプ９の圧縮機１０の負荷率を制御する制御部２１を備えている。

以上のように構成した本例のボイラ給水加熱システムによれば、運転開始時に、第一温度検出手段１５が軟水タンク６内に貯留されている給水の温度を検出し、制御部２０の第一制御機能に制御されて、検出された軟水タンク６内に貯留されている給水の温度が閾値以上であるときは、第一送水ライン３に備えたポンプ７が駆動し、第一送水ライン３の送水運転により軟水タンク６から給水をボイラ給水タンク２に供給される。また、給水の温度が閾値未満であるときは第二送水ライン４に備えたポンプ８が駆動し、第二送水ライン４の送水運転により給水は第二送水ライン４を流れ、第二送水ライン４を流れる給水は熱交換器１４でヒートポンプ９の凝縮器１１を流れる圧縮機１０で圧縮された冷媒と熱交換して加熱され、高温となってボイラ給水タンク２に供給される。
このように給水源、即ち軟水タンク６内に貯留されている給水の温度に応じて、低コストでボイラ１７の燃焼効率の向上が図れる。

また、本例では、第二送水ラインの送水運転の際、第二温度検出手段１６で第二送水ライン４の出口側を流れる給水の温度を検出し、制御部２１により第二送水ライン４の出口側を流れる給水の温度が予め設定された温度となるように、ヒートポンプ９の圧縮機１０の負荷率を制御するので、給水源の給水温度の変化に応じてヒートポンプ９の圧縮機１０の駆動エネルギーが増減されることになり、圧縮機１０の駆動エネルギーの無駄な消費が抑制される。

また、本例では、第一制御機能で制御される優先度の高い第一送水ライン３または第二送水ライン４の送水運転により、ボイラ給水タンク２内に供給された給水の水位が第２水位Ｌ２を超えたことを第二水位検出手段１９が検出すると、制御部２０の第二制御機能に制御されて、優先して送水運転している第一送水ライン３のポンプ７または第二送水ライン４のポンプ８の駆動が停止し、即ち第一送水ライン３または第二送水ライン４の送水運転が停止し、ボイラ給水タンク２内への過剰給水が防止される。

また、ボイラ給水タンク２内の給水の水位が第１水位Ｌ１を下回ったときには、第一送水ライン３および第二送水ライン４の双方の送水運転が開始し、ボイラ給水タンク２内の給水減少によるボイラ１７への給水不足が防止される。また、ボイラ給水タンク２内に供給された給水の水位が第１水位Ｌ１を超えたときには、優先度の高い第一送水ライン３または第二送水ライン４の送水運転を続け、優先度の低い第一送水ライン３または第二送水ライン４の送水運転が停止し、給水源の給水温度に応じて優先される送水運転が再開される。

図２は本発明に係るボイラ給水加熱システムの実施の形態の第２例を示す概略構成図である。
本例のボイラ給水加熱システムは、前記第１例と基本構成において変わるところが無く、第１例と同一の構成については同一の符号を付し、その詳細は第１例の説明を援用する。
本例のボイラ給水加熱システムは、ボイラ給水タンク２内に、第１水位Ｌ１より高く、第２水位Ｌ２よりも低い水位として第３水位Ｌ３が設定されている。本例では、第３水位Ｌ３は第１水位Ｌ１と第２水位Ｌ２の中間位置に設定されている。
ボイラ給水タンク２内に貯留された給水の第３水位Ｌ３は、第三水位検出手段２２で検出される。本例では、第三水位検出手段２２は、第１水位Ｌ１、第２水位Ｌ２を検出する第一水位検出手段１８、第二水位検出手段１９と同様に、第３水位Ｌ３の位置に応じた長さの電極棒２２ａを有し、電極棒２２ａと給水との接触により水位が検出できるような構成となっており、ボイラ給水タンク２に、電極棒２２ａがボイラ給水タンク２の内側へ突出するように取り付けられている。

また、本例では、次のような制御機能を有する制御部２３を備えている。
第一制御機能として、第１例の制御部２０が有する第一制御機能と同一の制御機能を有しており、この詳細は第１例の制御部２０の説明を援用する。
第二制御機能として、第１例の制御部２０が有する第二制御機能に加え、さらに、ボイラ給水タンク２内の水位が第３水位Ｌ３を下回った時には、優先度の高い第一送水ライン３または第二送水ライン４の送水運転を開始し、ボイラ給水タンク２内の水位が第３水位Ｌ３を超えたときには、さらに優先して送水運転している第一送水ライン３または第二送水ライン４の送水運転を続けるように制御する。
その他の構成は第１例と同様なので、第１例の説明を援用する。

以上のように構成した本例のボイラ給水加熱システムによれば、ボイラ給水タンク２内の水位が第３水位Ｌ３を下回ったことを第三水位検出手段２２が検出すると、制御部２３の第二制御機能に制御されて、第一制御機能で制御された優先度の高い前記第一送水ライン３または第二送水ライン４の送水運転が開始し、ボイラ給水タンク２内の給水減少によるボイラ１７への給水不足が防止され、しかも送水運転は給水源の給水温度に応じて優先される送水運転なので、ボイラ１７の燃焼効率の向上が維持される。そして、ボイラ給水タンク内２の水位が第３水位Ｌ３を超えたときには、さらに優先して送水運転している第一送水ライン３または第二送水ライン４の送水運転を続けるようにしたので、給水源の給水温度に応じて優先される送水運転により給水をボイラ給水タンク２にボイラ給水タンク内２の水位が第２水位Ｌ２を超える迄供給することができる。
その他の作用効果は第１例と同様なので、第１例の説明を援用する。

１ 主送水ライン
２ ボイラ給水タンク
３ 第一送水ライン
４ 第二送水ライン
５ 軟水化処理部
６ 軟水タンク
７、８ ポンプ
９ ヒートポンプ
１０ 圧縮機
１１ 凝縮器
１２ 膨張弁
１３ 蒸発器
１４ 熱交換器
１５ 第一温度検出手段
１６ 第二温度検出手段
１７ ボイラ
１８ 第一水位検出手段
１８ａ 電極棒
１９ 第二水位検出手段
１９ａ 電極棒
２０、２１ 制御部
２２ 第三水位検出手段
２２ａ 電極棒
２３ 制御部

Claims (4)

1. 給水源から給水をボイラ給水タンクへ送水する第一送水ラインと第二送水ラインとを有し、前記第二送水ラインを流れる給水をヒートポンプで加熱して前記ボイラ給水タンクへ送水する給水加熱システムであって、
   予め給水源の給水の温度として、特定な温度を閾値として設定し、給水源の給水温度が閾値以上であるときは、前記第一送水ラインからの送水運転を優先し、閾値未満であるときは、前記第二送水ラインからの送水運転を優先するようにしたことを特徴とするボイラ給水加熱システム。
2. 前記ボイラ給水タンク内に、水位の低い方から第１水位、第２水位を設定しておき、前記ボイラ給水タンク内の水位が前記第２水位を超えたときには、優先して送水運転している前記第一送水ラインまたは第二送水ラインの送水運転を停止し、前記ボイラ給水タンク内の水位が前記第１水位を下回ったときには、前記第一送水ラインおよび第二送水ラインの双方の送水運転を開始し、また、前記ボイラ給水タンク内の水位が前記第１水位を超えたときには、優先度の高い前記第一送水ラインまたは第二送水ラインの送水運転を続け、優先度の低い前記第一送水ラインまたは第二送水ラインの送水運転を停止するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のボイラ給水加熱システム。
3. 前記ボイラ給水タンク内に、前記第１水位より高く、前記第２水位よりも低い水位として第３水位を設定しておき、前記ボイラ給水タンク内の水位が前記第３水位を下回った時には、優先度の高い前記第一送水ラインまたは第二送水ラインの送水運転を開始し、前記ボイラ給水タンク内の水位が前記第３水位を超えたときには、さらに優先して送水運転している前記第一送水ラインまたは第二送水ラインの送水運転を続けるようにしたことを特徴とする請求項２に記載のボイラ給水加熱システム。
4. 前記第二送水ラインの出口側の給水温度を設定しておき、前記第二送水ラインの出口側の給水温度が設定温度になるように、前記ヒートポンプの圧縮機の負荷率を制御する制御部を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載のボイラ給水加熱システム。

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