JP6394896B2 - Steam generation system - Google Patents
Steam generation system Download PDFInfo
- Publication number
- JP6394896B2 JP6394896B2 JP2015003047A JP2015003047A JP6394896B2 JP 6394896 B2 JP6394896 B2 JP 6394896B2 JP 2015003047 A JP2015003047 A JP 2015003047A JP 2015003047 A JP2015003047 A JP 2015003047A JP 6394896 B2 JP6394896 B2 JP 6394896B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- water
- water level
- condenser
- steam
- downcomer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 409
- 238000010025 steaming Methods 0.000 claims description 43
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims description 27
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 18
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 7
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 15
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 10
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 9
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 7
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 4
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 4
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 239000008400 supply water Substances 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 2
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 210000000476 body water Anatomy 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000003958 fumigation Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Control Of Steam Boilers And Waste-Gas Boilers (AREA)
Description
本発明は、ヒートポンプを用いて蒸気を発生させる蒸気発生システムに関するものである。 The present invention relates to a steam generation system that generates steam using a heat pump.
従来、下記特許文献1の第2図に示されるように、ヒートポンプ(10)の蒸発器(蒸発部1)において排温水から熱をくみ上げ、凝縮器(凝縮部3)において水を加熱して蒸気を発生させ、その蒸気を、気水分離器(16)を介して取出口(17)から取り出す蒸気発生システムが知られている。
Conventionally, as shown in FIG. 2 of
この種の蒸気発生システムでは、凝縮器内の水位を上げ過ぎると、蒸気と共に缶水が持ち出されて、蒸気の乾き度を低下させる一方、凝縮器内の水位を下げ過ぎると、缶水の循環比(NCR)が低くなり、凝縮器内にスケール(水中の硬度成分が炭酸イオンやシリカ等と結合して析出したもの)が付着し易いし、圧縮機の吐出圧が高くなり過ぎて、ヒートポンプの運転ができなくなるおそれもある。そこで、凝縮器内の水位制御をいかに行うかが重要となる。 In this type of steam generation system, if the water level in the condenser is raised too much, the can water is taken out together with the steam, reducing the dryness of the steam, while if the water level in the condenser is lowered too much, the circulation of the can water is reduced. The ratio (NCR) is low, scale (water hardness components are precipitated by combining with carbonate ions, silica, etc.) tends to adhere to the condenser, and the discharge pressure of the compressor becomes too high. There is also a risk that it will be impossible to drive. Therefore, how to control the water level in the condenser is important.
燃料焚きのボイラについては、下記特許文献2の図1に示されるように、缶体(20)内の水位を外部水位検出手段(50)で検出して、その検出水位に応じて給水手段(60)を制御することが知られている。この特許文献2に記載の発明では、上部ヘッダ(24)内に気水分離器を内蔵し、上部ヘッダ(24)内下部と下部ヘッダ(22)とを連通する降水管(84)と、外部水位検出手段(50)による検出水位に基づき給水手段(60)を制御する制御手段(70)とを備える。制御手段(70)は、外部水位検出手段(50)の検出水位が第一設定水位を超えると、缶体内水位が低下するように給水手段(60)を制御する第一制御と、検出水位が第一設定水位より低い第二設定水位以下になると、缶体内水位が上昇するように給水手段(60)を制御する第二制御とを行う。そして、第一設定水位が乾き度限界水位に設定される一方、第二設定水位が過熱度限界水位以上であって、降水管(84)による缶水の循環比(特許文献2の段落[0050])を設定値以上とする水位に設定される。
As for the fuel-fired boiler, as shown in FIG. 1 of
しかしながら、前記特許文献2に記載のような燃料焚きのボイラの水位制御を、ヒートポンプ式の蒸気発生システムにそのまま適用することはできない。特に、設定水位に維持するように給水手段を制御するだけでは、蒸気発生システムの起動時、起蒸に伴い(言い換えれば凝縮器内の水の沸騰開始に伴い)、凝縮器内の貯留水のボイド分(気泡が占める割合)が増加して水位が上がるので、蒸気と共に缶水が持ち出されて、蒸気の乾き度を低下させることになる。また、ヒートポンプ式の蒸気発生システムの場合、燃料焚きボイラのように伝熱面が燃焼ガスで過熱されるおそれがないので、起蒸前の水位を定常時(起蒸後)よりも高めておく必要もない。
However, the water level control of a fuel-fired boiler as described in
そこで、本発明が解決しようとする課題は、特に起蒸に伴う蒸気の乾き度の低下を防止できるヒートポンプ式の蒸気発生システムを提供することにある。また、缶水の循環比を適正に維持して、蒸気の乾き度の低下を防止できると共に、凝縮器内にスケールが付着するのを防止できるヒートポンプ式の蒸気発生システムを提供することを課題とする。 Accordingly, the problem to be solved by the present invention is to provide a heat pump type steam generation system capable of preventing a decrease in the degree of dryness of steam particularly accompanying steaming. It is another object of the present invention to provide a heat pump type steam generation system capable of appropriately maintaining the circulation ratio of can water to prevent a decrease in the dryness of steam and preventing the scale from adhering to the condenser. To do.
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、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貯留水とを熱交換して、貯留水を加熱して蒸気を発生させるヒートポンプと、前記凝縮器からの気水混合体を気水分離して、蒸気を出口管へ導出する一方、分離水を降水管により前記凝縮器へ戻す気水分離器と、この気水分離器内および/または前記降水管内の水位を検出する水位検出器と、前記降水管または前記気水分離器を介して前記凝縮器へ給水する給水手段と、前記降水管または前記気水分離器を介して前記凝縮器から排水するか、前記降水管または前記気水分離器を介さずに前記凝縮器から排水するブロー手段と、前記給水手段および前記ブロー手段を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記ヒートポンプの作動中において、(i)前記凝縮器の起蒸前、前記気水分離器内および/または前記降水管内の水位を第一設定水位に維持するように、前記水位検出器の検出信号に基づき前記給水手段および前記ブロー手段を制御し、(ii)前記凝縮器の起蒸後、前記気水分離器内および/または前記降水管内の水位を前記第一設定水位よりも高い第二設定水位に維持するように、前記水位検出器の検出信号に基づき前記給水手段および前記ブロー手段を制御する;または、前記降水管による缶水の循環比を設定値に維持するように、前記給水手段および前記ブロー手段を制御することを特徴とする蒸気発生システムである。
The present invention has been made to solve the above problems, and the invention according to
請求項1に記載の発明によれば、気水分離器や降水管内の水位を設定水位に維持するように、給水手段だけでなくブロー手段も制御するので、特に起蒸に伴い(言い換えれば凝縮器内の水の沸騰開始に伴い)、凝縮器内の貯留水のボイド分(気泡が占める割合)が増加して水位が上がろうとしても、ブロー手段により排水することで、蒸気の乾き度を所望に維持することができる。この際、水位検出器は、凝縮器そのものではなく、気水分離器や降水管内の水位を検出するので、沸騰による影響を抑えて、水位の監視を容易に確実に行える。 According to the first aspect of the present invention, not only the water supply means but also the blow means are controlled so as to maintain the water level in the steam separator and the downcomer at the set water level. When the water in the condenser increases (the ratio of bubbles) and the water level rises as the water level rises (with the start of boiling of the water in the vessel) Can be maintained as desired. At this time, the water level detector detects the water level in the air / water separator and the downcomer, not the condenser itself, so that the influence of boiling can be suppressed and the water level can be easily and reliably monitored .
請求項1に記載の発明によれば、起蒸前の第一設定水位を、起蒸後の第二設定水位よりも低く設定しておくことで、起蒸に伴い凝縮器内の貯留水のボイド分が増加して水位が上がっても、所望の乾き度の蒸気を導出することができる。この際、起蒸後の第二設定水位は、所定の乾き度を得られる水位に設定されており、起蒸前の第一設定水位は、起蒸に伴い(つまり貯留水の沸騰開始に伴い)第二設定水位になる水位に設定されているのが好ましい。これにより、起蒸に伴い、ブロー手段により排水する必要がない。言い換えれば、制御手段は、水位検出器の検出信号に基づき給水手段を制御するだけでも足りるよう構成することもできる。なお、ヒートポンプ式の蒸気発生システムの場合、燃料焚きボイラのように伝熱面が燃焼ガスで過熱されるおそれがないので、起蒸前の第一設定水位を起蒸後の第二設定水位よりも低く設定しておいても、不都合はない。
According to the invention described in
請求項1に記載の発明によれば、起蒸後には、缶水の循環比を設定値に維持するように制御することで、蒸気の乾き度を所望に維持しつつ、凝縮器内へのスケールの付着を防止することができる。 According to the first aspect of the present invention, after steaming, by controlling so that the circulation ratio of the can water is maintained at a set value, while maintaining the steam dryness as desired, Scale adhesion can be prevented.
さらに、請求項2に記載の発明は、前記制御手段は、前記凝縮器の起蒸後、前記給水手段による給水温(T1)、前記気水分離器により気水分離された分離水の水温(T2)または蒸気の圧力(P)、および前記降水管による前記凝縮器への戻り水温(T3)に基づき、前記循環比を監視す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。
Furthermore, the invention according to
請求項2に記載の発明によれば、所定箇所の温度または圧力に基づき、循環比を容易に監視して制御することができる。 According to the second aspect of the present invention, the circulation ratio can be easily monitored and controlled based on the temperature or pressure at a predetermined location.
本発明の蒸気発生システムによれば、起蒸に伴う蒸気の乾き度の低下を防止することができる。また、缶水の循環比を適正に維持して、蒸気の乾き度の低下を防止できると共に、凝縮器内にスケールが付着するのを防止できる。 According to the steam generation system of the present invention, it is possible to prevent a decrease in the dryness of steam accompanying steaming. In addition, the circulation ratio of can water can be properly maintained to prevent a decrease in the dryness of the steam and to prevent the scale from adhering to the condenser.
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、本発明の一実施例の蒸気発生システム1を示す概略図である。
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a
本実施例の蒸気発生システム1は、蒸気圧縮式のヒートポンプ2を備える。このヒートポンプ2は、圧縮機3、凝縮器4、膨張弁5および蒸発器6を順次環状に接続されて、冷媒を循環させる。詳細は後述するが、ヒートポンプ2は、凝縮器4において冷媒と貯留水とを熱交換して、貯留水を加熱して蒸気を発生させる。
The
蒸気発生システム1は、さらに、凝縮器4からの気水混合体を気水分離する気水分離器7と、気水分離器7内の水位を検出する水位検出器8と、凝縮器4へ給水する給水手段9と、凝縮器4から排水するブロー手段10と、水位検出器8の検出信号などに基づき前記各手段9,10を制御する制御手段(図示省略)とを備える。
The
ヒートポンプ2は、本実施例では単段のヒートポンプから構成される。具体的には、前述したとおり、圧縮機3、凝縮器4、膨張弁5および蒸発器6が順次環状に接続されて、冷媒を循環させる。この内、圧縮機3は、ガス冷媒を圧縮して高温高圧にする。凝縮器4は、圧縮機3からのガス冷媒を凝縮する。さらに、膨張弁5は、凝縮器4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6は、膨張弁5からの冷媒の蒸発を図る。なお、膨張弁5として、場合により、キャピラリーチューブなどを用いることもできる。
The
ヒートポンプ2では、蒸発器6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4において、冷媒が外部へ放熱して液化する。これを利用して、ヒートポンプ2は、蒸発器6において、熱源流体から熱をくみ上げ、凝縮器4において、水を加熱して蒸気を発生させる。
In the
凝縮器4は、ヒートポンプ2の冷媒と貯留水とを混ぜることなく熱交換する間接熱交換器である。本実施例では、凝縮器4は、中途まで水が貯留され、その貯留水が冷媒で加熱され蒸気化される。その蒸気は、気水分離器7を介して、各種の蒸気使用設備(図示省略)へ送られる。
The
蒸発器6は、ヒートポンプ2の冷媒と熱源流体とを混ぜることなく熱交換する間接熱交換器である。熱源流体は、特に問わないが、たとえば、蒸気使用設備からのドレン、燃焼装置からの排ガス、工場などから排出される排温水、またはオイルフリー式圧縮機からの高温の圧縮空気もしくはその冷却水が用いられる。
The
なお、ヒートポンプ2の回路には、所望により、圧縮機3の出口側に油分離器を設置したり、凝縮器4の出口側に受液器を設置したり、圧縮機3の入口側にアキュムレータを設置したり、凝縮器4から膨張弁5への冷媒と蒸発器6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を設置したりしてもよい。その他、冷媒の過冷却器として、ヒートポンプ2の凝縮器4から膨張弁5への冷媒と凝縮器4への給水との間接熱交換器を設置したり、冷媒の過熱器として、ヒートポンプ2の蒸発器6から圧縮機3への冷媒と熱源流体との間接熱交換器を設置したりしてもよい。
In the circuit of the
気水分離器7は、凝縮器4から入口管11を介して導入された気水混合体(湿り蒸気)を気水分離して、乾き度を向上した蒸気を出口管12へ導出する一方、分離水を降水管13により凝縮器4へ戻す。本実施例では、遠心式の気水分離器7とされ、上下方向へ沿って円筒状の胴14を有し、この胴14の周側壁に接線方向に接続された入口管11を介して、凝縮器4の上部から気水混合体が胴14内へ導入される。胴14内へ導入された気水混合体は、胴14内で旋回し、その遠心力で水滴は胴14の周側壁に当たって下方へ脱落し、そのようにして乾き度を向上された蒸気が、胴14の上部に接続された出口管12から導出される。出口管12には、逆止弁15が設けられている。一方、胴14の下部は、降水管13を介して凝縮器4の下部(貯水部)に接続されている。
The
水位検出器8は、本実施例では、気水分離器7内の水位を検出する。但し、水位検出器8は、場合により、降水管13内の水位を検出するか、気水分離器7と降水管13とに跨った領域の水位を検出してもよい。
In this embodiment, the
水位検出器8は、その構成を特に問わないが、本実施例では、水位に応じた出力を得られるアナログ式の水位検出器とされる。たとえば、静電容量式の水位検出器とされ、気水分離器7内の水位を連続的に検出する。但し、水位検出器8は、このようなアナログ式のものに限らず、場合により、電極式水位検出器などを用いることもできる。電極式水位検出器の場合、検出したい水位の数に応じて、一または複数の電極棒を用いて、水位が各電極棒の下端部を下回っているか否かで、下端部における水位の有無を検出する。
The configuration of the
図示例では、水位検出器8は、気水分離器7の胴14外に、水位検出筒16を備え、その水位検出筒16に、水位検出棒(電極棒)17が差し込まれて、静電容量式(または電極式)の水位検出器が構成されている。水位検出筒16は、上端部が、上部連通管18を介して気水分離器7の胴14の上部に接続される一方、下端部が、下部連通管19を介して降水管13に接続されている。
In the illustrated example, the
給水手段9は、凝縮器4の下部(貯水部)へ給水する手段である。この際、給水手段9は、降水管13または気水分離器7を介して凝縮器4へ給水してもよいし、降水管13または気水分離器7を介さずに凝縮器4へ直接に給水してもよい。特に、後述する第三制御を実施する場合、給水手段9は、降水管13または気水分離器7を介して凝縮器4へ給水する手段とされる。
The water supply means 9 is means for supplying water to the lower part (water storage part) of the
給水手段9は、降水管13もしくは気水分離器7または凝縮器4への給水路20を備える。この給水路20は、図示例では、降水管13(の垂直管部)の下部に接続されている。この場合、給水路20からの給水は、降水管13を介して、凝縮器4へも給水される。給水路20には、下流へ向けて、給水ポンプ21と逆止弁22とが順に設けられている。給水ポンプ21を作動させることで、降水管13や凝縮器4などへ給水することができる。なお、給水ポンプ21は、オンオフ制御されるが、場合により、インバータにより回転数を制御されるか、そのようなインバータ制御を行う代わりに、給水路20に電動弁を設けてその開度を調整することで、給水流量を調整可能としてもよい。
The water supply means 9 includes a
ブロー手段10は、凝縮器4の下部(貯水部)から排水する手段である。この際、ブロー手段10は、降水管13または気水分離器7を介して凝縮器4から排水してもよいし、降水管13または気水分離器7を介さずに凝縮器4から直接に排水してもよい。
The blow means 10 is means for draining from the lower part (water storage part) of the
ブロー手段10は、降水管13もしくは気水分離器7または凝縮器4からの排水路23を備える。この排水路23は、図示例では、降水管13(の垂直管部)の下部に接続されている。この場合、凝縮器4内の貯留水も、降水管13を介して、排水路23へ排水される。排水路23には、排水弁24が設けられている。排水弁24を開くことで、降水管13や凝縮器4などから排水することができる。なお、排水弁24は、オンオフ制御されるが、場合により開度を調整されることで、排水流量を調整可能としてもよい。
The blow means 10 includes a
その他、本実施例の蒸気発生システム1は、所望により、蒸気圧や水温などを監視する各種センサが設けられる。図示例では、圧力センサ25の他、第一温度センサ26、第二温度センサ27および第三温度センサ28が設けられている。
In addition, the
圧力センサ25は、生成した蒸気の圧力Pを検出する。図示例では、気水分離器7からの出口管12の内、逆止弁15の上流側に、圧力センサ25が設けられる。
The pressure sensor 25 detects the pressure P of the generated steam. In the illustrated example, a pressure sensor 25 is provided on the upstream side of the
第一温度センサ26は、給水手段9による給水の水温T1を検出する。図示例では、給水路20には、逆止弁22の上流側に、第一温度センサ26が設けられる。
The
第二温度センサ27は、気水分離器7により気水分離された分離水の水温T2を検出する。図示例では、降水管13の上部(気水分離器7の出口側)に、第二温度センサ27が設けられる。
The second temperature sensor 27 detects the water temperature T 2 of the separated water that has been separated into the steam by the
第三温度センサ28は、降水管13による凝縮器4への戻り水温T3を検出する。図示例では、降水管13の下部(凝縮器4への入口側)に、第三温度センサ28が設けられる。
The
但し、いずれのセンサを設置するか(あるいは用いるか)は、後述する制御の種類に応じて変更される。特に、後述する第三制御を実施する場合、各温度センサ26〜28を設置するのがよい(但し第二温度センサ27に代えてまたはそれに加えて圧力センサ25を用いてもよい)が、その他の制御の場合、必ずしも各センサ25〜28を設置する必要はない。
However, which sensor is installed (or used) is changed according to the type of control described later. In particular, when performing the third control described later, it is preferable to install each of the
また、これら以外のセンサを設置してもよく、たとえば、熱源流体が通される熱源流体路29には、蒸発器6の出口側における熱源流体の温度を検出する第四温度センサ(図示省略)を設けてもよい。また、後述するように、凝縮器4からの起蒸(つまり貯留水の沸騰開始による蒸気発生)を検出するセンサや、凝縮器4内の貯留水の水温を検出するセンサなどを、前記各センサ25〜28とは別に設けてもよい。
Further, a sensor other than these may be installed. For example, a fourth temperature sensor (not shown) for detecting the temperature of the heat source fluid on the outlet side of the
制御手段は、前記各センサ25〜28の検出信号などに基づき、給水手段9やブロー手段10などを制御する制御器(図示省略)である。具体的には、制御器は、水位検出器8と、所望により圧力センサ25や各温度センサ26〜28が設置される場合にはこれらセンサの他、ヒートポンプ2(特に圧縮機3)、給水ポンプ21および排水弁24などに接続されており、以下に述べるような各種制御を実行する。ここでは、第一制御、第二制御および第三制御の内、いずれか一以上の制御を実行可能に構成される。
The control means is a controller (not shown) that controls the water supply means 9, the blow means 10, and the like based on the detection signals of the sensors 25 to 28. Specifically, the controller includes the
なお、以下では、気水分離器7内の水位を監視して制御する例を示しているが、前述したように、気水分離器7内の水位に代えてまたはこれに加えて降水管13内の水位を監視して制御する場合もあり得る。水位を上昇させた場合の乾き度の低下と、水位を低下させた場合の循環比の低下に伴う凝縮器4内へのスケールの付着のおそれなどを考慮して、制御目標水位としての設定水位が定められ、その設定水位の高さに応じて水位検出器8が設けられる。
In the following, an example in which the water level in the
また、以下において、起蒸とは、凝縮器4内の貯留水の沸騰開始時であり、起蒸に至ったことは、凝縮器4内圧力または凝縮器4内水温、あるいは、凝縮器4内圧力と凝縮器4内水温の双方で検出することができる。起蒸前の給水時、気水分離器7や凝縮器4内に空気があると、給水により圧力が上がるので、凝縮器4内の圧力と水温との双方を用いて判定することで、精度よく起蒸を検出することができる。但し、第一制御については、起蒸を特に検出することなく、制御することができる。なお、凝縮器4内圧力は、前記圧力センサ25により検出することができ、凝縮器4内水温は、前記第三温度センサ28または前記第二温度センサ27により推定してもよいし、凝縮器4に別途設けた温度センサにより検出してもよい。
In the following, the term “steaming” refers to the start of boiling of the stored water in the
≪第一制御≫
第一制御では、ヒートポンプ2の作動中、凝縮器4からの起蒸前および起蒸後、気水分離器7内の水位を設定水位(後述する第二制御の第二設定水位H2に対応する水位)に維持するように、水位検出器8の検出信号に基づき給水手段9およびブロー手段10を制御する。水位を上げるには、給水手段9により給水すればよく、逆に、水位を下げるには、ブロー手段10により排水するか、蒸気生成中なら給水手段9による給水を停止するか、給水手段9による給水流量を低下させればよい。
≪First control≫
In the first control, during the operation of the
第一制御について具体的に説明すると、まず、蒸気発生システム1の起動時、凝縮器4から蒸気が発生していない起蒸前(言い換えれば凝縮器4内の水の沸騰開始前)、水位検出器8が設定水位(H2)を検出するまで給水手段9により給水して、凝縮器4内の貯留水をヒートポンプ2で加熱する。
The first control will be described in detail. First, when the
ヒートポンプ2は、圧縮機3を作動させることで稼働する。ヒートポンプ2をどのように運転するかは、特に限定されない。たとえば、圧縮機3のモータを定速で回転させてもよいし、蒸発器6の出口側の熱源流体温度が所定温度になるように、圧縮機3のモータの回転数をインバータ制御してもよい。あるいは、得られる蒸気が所定圧力になるように、圧縮機3をオンオフ制御またはインバータ制御してもよい。
The
ヒートポンプ2の運転に伴い、凝縮器4内の貯留水は昇温し、やがて沸騰し、蒸気化する。起蒸に伴い(言い換えれば凝縮器4内の水の沸騰開始に伴い)、凝縮器4内の貯留水のボイド分(気泡が占める割合)が増加して水位が上がろうとするが、その際、通常、ブロー手段10により排水することで、気水分離器7内の水位は設定水位(H2)に維持される。
Accompanying the operation of the
気水分離器7の出口管12からは、所定圧力の蒸気が導出される。蒸気生成に伴い、気水分離器7内の水位が低下すれば、給水手段9により給水され、気水分離器7内の水位は設定水位(H2)に維持される。つまり、第一制御では、典型的には、起蒸直後(沸騰開始時)には、ブロー手段10による排水で設定水位(H2)を維持するが、その後は、ブロー手段10を用いずに、蒸気生成に伴う水位の低下分だけ給水手段9により給水することで、設定水位(H2)に維持することができる。
A steam having a predetermined pressure is led out from the
なお、特に、水位検出器8が電極棒の下端部での水位の有無を検出する電極式水位検出器の場合、水位上昇に伴う給水の停止と、水位下降に伴う給水の開始との間に、適宜のディファレンシャル(動作隙間)を設けてもよいのはもちろんである。たとえば、水位上昇時、水位検出器8が水位を検出すると給水を停止する一方、水位下降時、水位検出器8が水位を検出しなくなってから設定時間経過すると給水を開始してもよい。もちろん、これと同様の制御を、下端部の高さを異ならせた二本の電極棒を用いて実施してもよく、その場合、上方の電極棒が水位を検出すると給水を停止する一方、下方の電極棒が水位を検出しなくなると給水を開始する。一方、特に、水位検出器8が水位を連続的に検出できる静電容量式水位検出器の場合、上述したのと同様に給水ポンプ21をオンオフ制御する以外に、設定水位(H2)に維持するようにPIDアルゴリズム等を用いて給水ポンプ21の回転数をインバータ制御してもよい。
In particular, in the case where the
第一制御によれば、気水分離器7内の水位を設定水位(H2)に維持することで、蒸気の乾き度を所望に維持することができる。水位検出器8は、凝縮器4そのものではなく、気水分離器7内の水位を検出するので、沸騰による影響を抑えて、水位の監視を容易に確実に行える。また、起蒸の前後で設定水位を変えないことで、水位制御を簡易に行える。
According to the first control, the dryness of the steam can be maintained as desired by maintaining the water level in the
≪第二制御≫
第二制御も、基本的には前記第一制御と同様であるため、ここでは両者の異なる点を中心に説明し、同様の箇所については説明を省略する。
≪Second control≫
Since the second control is basically the same as the first control, the description will focus on the differences between them, and the description of the same parts will be omitted.
第二制御では、前記設定水位は、凝縮器4からの起蒸前と起蒸後で異なる水位とされる。具体的には、起蒸前の第一設定水位H1と、起蒸後の第二設定水位H2とが設定されており、第一設定水位H1は第二設定水位H2よりも低く設定されている。第一設定水位H1があまりに低いと、圧縮機3の吐出圧が高くなり過ぎて、ヒートポンプ2の運転ができなくなるおそれがあるので、これを防止できる範囲で第一設定水位H1が規定される。一方、第二設定水位H2は、蒸気の乾き度を所定値以上にすることが可能な水位に設定される。
In the second control, the set water level is set to different water levels before and after steaming from the
第二制御では、まず、蒸気発生システム1の起動時、凝縮器4から蒸気が発生していない起蒸前(言い換えれば凝縮器4内の水の沸騰開始前)、水位検出器8が第一設定水位H1を検出するまで給水手段9により給水して、凝縮器4内の貯留水をヒートポンプ2で加熱する。
In the second control, first, when the
ヒートポンプ2の運転に伴い、凝縮器4内の貯留水は昇温し、やがて沸騰し、蒸気化する。起蒸に伴い(言い換えれば凝縮器4内の水の沸騰開始に伴い)、凝縮器4内の貯留水のボイド分(気泡が占める割合)が増加して水位が上がろうとするが、その際、制御目標水位を、第一設定水位H1から第二設定水位H2に切り替える。この際、ブロー手段10による排水を行うことなく、第二設定水位H2を目標水位とする制御に移行できるように、各設定水位を定めておくのが好ましい。
Accompanying the operation of the
そして、起蒸後(沸騰開始後)には、第二設定水位H2を維持するように、基本的には給水手段9を制御する。このように、第二制御では、起蒸直後(沸騰開始時)には、ブロー手段10による排水を行うことなく対応でき、その後も、基本的にはブロー手段10を用いずに、蒸気発生に伴う水位の低下分だけ給水手段9により給水することで、設定水位に維持することができる。言い換えれば、制御手段は、水位検出器8の検出信号に基づき給水手段9を制御するだけでも足りるよう構成することもできる。
And after steaming (after the start of boiling), the water supply means 9 is basically controlled so as to maintain the second set water level H2. As described above, in the second control, immediately after steaming (at the start of boiling), it is possible to cope without draining by the blowing means 10, and thereafter, basically without using the blowing means 10, steam generation is possible. The set water level can be maintained by supplying water by the water supply means 9 by the amount corresponding to the decrease in the water level. In other words, the control means can be configured to be sufficient only to control the water supply means 9 based on the detection signal of the
第二制御によれば、起蒸前の第一設定水位H1を、起蒸後の第二設定水位H2よりも低く設定しておくことで、起蒸に伴い凝縮器4内の貯留水のボイド分が増加して水位が上がっても、所望の乾き度の蒸気を導出することができる。この際、起蒸後の第二設定水位H2は、所定の乾き度を得られる水位に設定されており、起蒸前の第一設定水位H1は、前述したとおり、起蒸に伴い(つまり貯留水の沸騰開始に伴い)第二設定水位H2になる水位に設定されるのが好ましい。これにより、起蒸に伴い、ブロー手段10により排水する必要がなく、省エネルギー化を図ることができる。
According to the second control, by setting the first set water level H1 before steaming to be lower than the second set water level H2 after steaming, the voids of the stored water in the
≪第三制御≫
第三制御も、基本的には前記第一制御(または第二制御)と同様であるため、ここでは両者の異なる点を中心に説明し、同様の箇所については説明を省略する。
≪Third control≫
Since the third control is basically the same as the first control (or the second control), the description will focus on the differences between them, and the description of the same parts will be omitted.
第三制御では、凝縮器4からの起蒸前、気水分離器7内の水位を設定水位(前記第一設定水位H1または前記第二設定水位H2)に維持する一方、降水管13による缶水の循環比を設定値に維持するように、給水手段9およびブロー手段10を制御する。つまり、起蒸までは水位に基づき制御するのに対し、起蒸後には水位ではなく循環比に基づき制御する。但し、起蒸後の制御中、乾き度を所定以上に維持する観点から、気水分離器7内の水位が第二設定水位H2を上限に制御するのが好ましい。
In the third control, before steaming from the
循環比とは、(蒸発量+降水量)/(給水量)で定義される。蒸発量は、気水分離器7からの蒸気流出量であり、降水量は、降水管13を通して流下する缶水(循環水)の量である。ここで、定常時、蒸発量=給水量となり、降水量が増加するにつれて循環比が大きくなる。
The circulation ratio is defined by (evaporation + precipitation) / (water supply). The amount of evaporation is the amount of steam outflow from the
循環比について、さらに具体的に説明すると、給水路20を介した降水管13への給水流量をG1(水温T1)、気水分離器7から降水管13への流量をG2(蒸気の飽和温度T2)、降水管13から凝縮器4への流量(給水合流後の流量)をG3(水温T3)、缶水の定圧比熱をCpとすると、エネルギー保存の法則から、次式が成立する。
The circulation ratio will be described more specifically. The feed water flow rate to the
[数1] CpG1T1+CpG2T2=CpG3T3
[Number 1] C p G 1 T 1 + C p G 2
ここで、G3=G1+G2の関係を利用すると、循環比として、以下の関係式が導出される。 Here, when the relationship of G 3 = G 1 + G 2 is used, the following relational expression is derived as the circulation ratio.
[数2] 循環比=(G1+G2)/G1=(T2−T1)/(T2−T3) [Equation 2] Circulation ratio = (G 1 + G 2 ) / G 1 = (T 2 −T 1 ) / (T 2 −T 3 )
すなわち、給水手段9による給水温(つまり第一温度センサ26の検出温度)T1、気水分離器7により気水分離された分離水の水温(つまり第二温度センサ27の検出温度)T2、および降水管13による凝縮器4への戻り水温(つまり第三温度センサ28の検出温度)T3に基づき、循環比を監視することができる。但し、飽和蒸気については、温度と圧力とが所定の関係にあるから、気水分離器7により気水分離された分離水の水温(つまり第二温度センサ27の検出温度)T2に代えて、気水分離器7内の蒸気の圧力(つまり圧力センサ25の検出圧力)Pを監視して、それに基づき循環比を求めることもできる。
That is, the temperature of the water supplied by the water supply means 9 (that is, the detected temperature of the first temperature sensor 26) T 1 , and the temperature of the separated water separated by the steam separator 7 (that is, the detected temperature of the second temperature sensor 27) T 2. , and based on the T 3 (the temperature detected by the words third temperature sensor 28)
いずれにしても、第三制御によれば、所定箇所の温度または圧力に基づき、循環比を容易に監視して制御することができる。具体的には、循環比を設定値に維持するように、給水手段9およびブロー手段10を制御する。循環比が低下すれば、水位を上げるように制御する一方、循環比が上昇すれば、水位を下げるように制御する。前記各制御と同様に、水位を上げるには、給水手段9により給水すればよく、逆に、水位を下げるには、ブロー手段10により排水するか、給水手段9による給水を停止するか、給水手段9による給水流量を低下させればよい。
In any case, according to the third control, the circulation ratio can be easily monitored and controlled based on the temperature or pressure at a predetermined location. Specifically, the water supply means 9 and the blow means 10 are controlled so as to maintain the circulation ratio at the set value. If the circulation ratio decreases, control is performed to increase the water level, while if the circulation ratio increases, control is performed to decrease the water level. Similarly to the above-described controls, the water level may be raised by the water supply means 9, and conversely, the water level may be lowered by draining by the blow means 10, stopping the water supply by the water supply means 9, What is necessary is just to reduce the feed water flow rate by the
もちろん、このような各所の温度や圧力に基づき循環比を把握して制御する以外に、給水量および/または蒸発量と、降水量とを、流量計で検出して、これら検出流量に基づき循環比を把握して制御してもよい。 Of course, in addition to grasping and controlling the circulation ratio based on the temperature and pressure at each location, the water supply and / or evaporation and precipitation are detected by a flow meter, and the circulation is based on these detected flow rates. The ratio may be grasped and controlled.
本発明の蒸気発生システム1は、前記実施例の構成(制御を含む)に限らず、適宜変更可能である。特に、凝縮器4において貯留水を加熱して蒸気を発生させるヒートポンプ2と、凝縮器4からの気水混合体を気水分離する気水分離器7と、気水分離器7内および/または降水管13内の水位を検出する水位検出器8と、凝縮器4へ直接または間接的に給水する給水手段9と、凝縮器4から直接または間接的に排水するブロー手段10と、これら手段を制御する制御手段とを備え、制御手段は、ヒートポンプ2の作動中、凝縮器4からの起蒸前および/または起蒸後、気水分離器7内および/または降水管13内の水位を設定水位に維持するように、給水手段9および/またはブロー手段10を制御するのであれば、その他の構成は適宜に変更可能である。
The
たとえば、前記実施例では、凝縮器4とは別に気水分離器7を設けたが、場合により、凝縮器4の上部に気水分離器7を一体的に設けてもよい。たとえば、前述した特許文献2に記載の缶体は、燃焼ガスと水との熱交換器といえるが、これを冷媒と水との熱交換器として用いて、凝縮器4としてもよい。このような構成とする場合、気水分離器7の胴14は、下部が凝縮器4の貯水部と連通され、胴14内には、貯水部からの蒸気を気水分離する適宜のバッフル板が設けられており、乾き度を向上した蒸気を上部から導出する。そして、胴14の下部と凝縮器4の下部とが、降水管13で接続される。また、水位検出器8は、通常、降水管13の水位を検出する。
For example, although the steam /
また、前記実施例では、ブロー手段10による排水は、外部へ捨てる例を示したが、排水をタンクに貯留しておき、次回の給水手段9による給水には、前記タンク内の貯留水を優先して供給するようにしてもよい。 Moreover, in the said Example, although the waste_water | drain by the blow means 10 was thrown away outside, the waste_water | drain was stored in the tank, and the stored water in the said tank has priority over the water supply by the next water supply means 9. May be supplied.
さらに、ヒートポンプ2は、単段に限らず複数段とすることもできる。ヒートポンプ2を複数段にする場合、隣接する段のヒートポンプ同士は、間接熱交換器を用いて接続されてもよいし、直接熱交換器(中間冷却器)を用いて接続されてもよい。後者の場合、低段(低温側)ヒートポンプの圧縮機からの冷媒と高段(高温側)ヒートポンプの膨張弁からの冷媒とを受けて、両冷媒を直接に接触させて熱交換する中間冷却器を備え、この中間冷却器が低段ヒートポンプの凝縮器であると共に高段ヒートポンプの蒸発器とされる。このように、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、あるいはそれらの組合せのヒートポンプが含まれる。そして、ヒートポンプ2が複数段の場合、典型的には、最低段の蒸発器6において熱源流体から熱をくみ上げて、最高段の凝縮器4において貯留水を加熱して蒸気を発生させる。
Furthermore, the
1 蒸気発生システム
2 ヒートポンプ
3 圧縮機
4 凝縮器
5 膨張弁
6 蒸発器
7 気水分離器
8 水位検出器
9 給水手段
10 ブロー手段
11 入口管
12 出口管
13 降水管
14 胴
15 逆止弁
16 水位検出筒
17 水位検出棒
18 上部連通管
19 下部連通管
20 給水路
21 給水ポンプ
22 逆止弁
23 排水路
24 排水弁
25 圧力センサ
26 第一温度センサ
27 第二温度センサ
28 第三温度センサ
29 熱源流体路
H1 第一設定水位
H2 第二設定水位
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記凝縮器からの気水混合体を気水分離して、蒸気を出口管へ導出する一方、分離水を降水管により前記凝縮器へ戻す気水分離器と、
この気水分離器内および/または前記降水管内の水位を検出する水位検出器と、
前記降水管または前記気水分離器を介して前記凝縮器へ給水する給水手段と、
前記降水管または前記気水分離器を介して前記凝縮器から排水するか、前記降水管または前記気水分離器を介さずに前記凝縮器から排水するブロー手段と、
前記給水手段および前記ブロー手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記ヒートポンプの作動中において、
(i)前記凝縮器の起蒸前、前記気水分離器内および/または前記降水管内の水位を第一設定水位に維持するように、前記水位検出器の検出信号に基づき前記給水手段および前記ブロー手段を制御し、
(ii)前記凝縮器の起蒸後、前記気水分離器内および/または前記降水管内の水位を前記第一設定水位よりも高い第二設定水位に維持するように、前記水位検出器の検出信号に基づき前記給水手段および前記ブロー手段を制御する;または、前記降水管による缶水の循環比を設定値に維持するように、前記給水手段および前記ブロー手段を制御する
ことを特徴とする蒸気発生システム。 A compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator that are sequentially connected in an annular manner to circulate the refrigerant, heat exchange between the refrigerant and the stored water in the condenser, and heat the stored water to generate steam; ,
An air-water separator that separates the air-water mixture from the condenser and discharges steam to an outlet pipe, while returning the separated water to the condenser via a downpipe; and
A water level detector for detecting the water level in the steam separator and / or the downcomer,
Water supply means for supplying water to the condenser via the downcomer or the steam separator ;
Blow means for draining from the condenser through the downcomer or the steam separator, or for draining from the condenser without going through the downcomer or the steam separator ,
Control means for controlling the water supply means and the blow means,
The control means, during operation of the heat pump ,
(I) Before the steaming of the condenser, the water supply means and the water supply means based on the detection signal of the water level detector so as to maintain the water level in the steam separator and / or the downcomer at the first set water level Control the blowing means ,
(Ii) detection of the water level detector so that the water level in the steam separator and / or the downcomer pipe is maintained at a second set water level higher than the first set water level after the condenser is steamed; Steam is controlled to control the water supply means and the blow means based on a signal; or to control the water supply means and the blow means so as to maintain a circulation ratio of can water by the downcomer at a set value. Generating system.
ことを特徴とする請求項1に記載の蒸気発生システム。 The control means, after steaming of the condenser, water supply temperature (T1) by the water supply means, water temperature (T2) of the separated water separated by the steam separator, or steam pressure (P), and The steam generation system according to claim 1 , wherein the circulation ratio is monitored based on a return water temperature (T3) to the condenser by the downcomer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015003047A JP6394896B2 (en) | 2015-01-09 | 2015-01-09 | Steam generation system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015003047A JP6394896B2 (en) | 2015-01-09 | 2015-01-09 | Steam generation system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016128727A JP2016128727A (en) | 2016-07-14 |
JP6394896B2 true JP6394896B2 (en) | 2018-09-26 |
Family
ID=56384245
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015003047A Active JP6394896B2 (en) | 2015-01-09 | 2015-01-09 | Steam generation system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6394896B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111433514B (en) * | 2018-09-05 | 2022-04-08 | 富士电机株式会社 | Heat pump type steam generator |
JP7135618B2 (en) * | 2018-09-07 | 2022-09-13 | 富士電機株式会社 | Steam generating heat pump device |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5593902B2 (en) * | 2010-07-15 | 2014-09-24 | 富士電機株式会社 | Heat pump steam generator |
-
2015
- 2015-01-09 JP JP2015003047A patent/JP6394896B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2016128727A (en) | 2016-07-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5605991B2 (en) | Steam generator | |
RU2417344C2 (en) | Device and procedure for control of cooling systems | |
TWI558962B (en) | Constant temperature liquid circulation device and its operation method | |
JP2008298308A (en) | Supply water preheating boiler | |
JP6394896B2 (en) | Steam generation system | |
JP6297072B2 (en) | Heat pump type water heater | |
CN112823261B (en) | Outdoor unit and refrigeration cycle device provided with same | |
JP5834625B2 (en) | Heat pump water heater | |
JP5560515B2 (en) | Steam production system and startup control method for steam production system | |
JPWO2017081781A1 (en) | Waste heat recovery heat pump device | |
JP2015081708A (en) | Water supply heating system | |
JP2017161105A (en) | Heat pump type steam generator | |
JP2017146032A (en) | Feedwater heating system | |
JP6465218B2 (en) | Waste heat recovery heat pump device | |
JP5605557B2 (en) | Heat pump steam generator | |
JP7056246B2 (en) | Heat pump steam generation system | |
JP5052631B2 (en) | Heat pump type hot water supply device | |
JP6844256B2 (en) | Steam generation system | |
JP7172265B2 (en) | heat pump equipment | |
KR20140093846A (en) | An air conditioner and a control method the same | |
WO2015170564A1 (en) | Drain recovery device | |
JP5962971B2 (en) | Water heating system | |
JP6337062B2 (en) | Absorption heat pump | |
JP2013238336A (en) | Water supply heating system | |
JP6083509B2 (en) | Water heating system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20171020 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180627 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180629 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180724 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20180801 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20180814 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6394896 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |