JP6447769B2 - Operation method of heat pump steam generator and heat pump steam generator - Google Patents

Operation method of heat pump steam generator and heat pump steam generator Download PDF

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Description

本発明は、工場排水などから排熱を回収して蒸気を生成するヒートポンプ式蒸気生成装置に関する。   The present invention relates to a heat pump type steam generator that recovers exhaust heat from factory wastewater and generates steam.

蒸気生成装置の一つとして、ヒートポンプを利用したヒートポンプ式蒸気生成装置がある。ヒートポンプ式蒸気生成装置は、工場排水や使用済冷却水などの排温水から排熱を回収して蒸気を生成するものであって、ボイラ設備等を利用して蒸気を発生させる燃焼系蒸気生成装置に比べて、ランニングコストが低く、COの排出量を低減できるなどのメリットがある。 As one of the steam generators, there is a heat pump steam generator using a heat pump. A heat pump steam generator is a combustion system steam generator that generates steam by recovering waste heat from waste water such as factory effluent and used cooling water, and generates steam using boiler equipment, etc. Compared to the above, there are advantages such as low running cost and reduced CO 2 emission.

ヒートポンプ装置では、圧縮された高温の冷媒を熱媒体として使用するが、通常は冷媒の温度や圧力を測定し、そこから計算される過熱度が常に一定以上の値を保つよう制御されている。   In a heat pump device, a compressed high-temperature refrigerant is used as a heat medium. Usually, the temperature and pressure of the refrigerant are measured, and the degree of superheat calculated from the refrigerant is controlled so as to always maintain a certain value or more.

しかし、ヒートポンプ式蒸気生成装置を長時間停止した後に起動する場合、装置各部の温度が室温に近い状態にあるため、排熱を回収し蒸発した気体が、圧縮機内で冷却されて凝縮し、液圧縮による機器損傷の原因となる。   However, when starting the heat pump type steam generator after it has been stopped for a long time, the temperature of each part of the device is in a state close to room temperature, so the gas that has recovered the exhaust heat and evaporated is cooled and condensed in the compressor, Causes equipment damage due to compression.

このような問題を解決するために、特許文献1ではヒートポンプ式蒸気生成装置を長時間停止した後に起動する場合、排熱回収器で排温水から冷媒へ移動する熱量を制御することで、装置を低い気体冷媒温度で予熱運転し、圧縮機内で気体冷媒が凝縮することによる液圧縮を防止している。   In order to solve such a problem, in Patent Document 1, when the heat pump type steam generator is started after being stopped for a long time, the amount of heat transferred from the exhaust water to the refrigerant is controlled by the exhaust heat recovery device. Preheating operation is performed at a low gas refrigerant temperature, and liquid compression due to condensation of the gas refrigerant in the compressor is prevented.

特開2008−8595号公報JP 2008-8595 A

しかしながら、特許文献1に係る装置では、蒸気生成装置の被加熱水である水の比熱が大きいため、装置の昇温が阻害され、定常運転が可能になるまでの起動時間が長いという欠点がある。   However, the apparatus according to Patent Document 1 has a disadvantage that since the specific heat of water that is water to be heated of the steam generation apparatus is large, the temperature rise of the apparatus is hindered and the startup time is long until steady operation is possible. .

したがって本発明の目的は、定常運転が可能となるまでの起動時間を短縮することができる、ヒートポンプ式蒸気生成装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a heat pump type steam generator capable of shortening the start-up time until steady operation is possible.

上記目的を達成するため、本発明に係るヒートポンプ式蒸気生成装置の運転方法では、被加熱水排出条件が成立した場合に前記ヒートポンプ式蒸気生成装置内から被加熱水を排出し、
前記被加熱水の排出完了後、該被加熱水を排出する経路を閉止し、前記ヒートポンプサイクルが稼働し、被加熱水供給条件が成立した時点から前記ヒートポンプ式蒸気生成装置への前記被加熱水の供給を開始することを特徴とする。
In order to achieve the above object, in the operation method of the heat pump steam generator according to the present invention, when the heated water discharge condition is satisfied, the heated water is discharged from the heat pump steam generator ,
After completing the discharge of the heated water, the path for discharging the heated water is closed, the heat pump cycle is operated, and the heated water supply condition to the heated pump steam generator is established from the time when the heated water supply condition is satisfied. Is started .

また、本発明に係るヒートポンプ式蒸気生成装置は、排熱回収器、圧縮機、凝縮器、絞り膨張器が設けられ、その順に冷媒が循環流通するヒートポンプ部と、前記温水を前記排熱回収器に供給する温水供給部と、前記凝縮器に被加熱水を供給し、該凝縮器から出力される該被加熱水に基づいて蒸気を生成する蒸気生成部と、少なくとも前記凝縮器内の前記被加熱水を排出する排出部と、前記排出部に設けられ、前記被加熱水の排出時に開き、排出完了後に閉じる開閉弁と、被加熱水排出条件が成立した時点から前記凝縮器に前記被加熱水の供給を開始する制御部とを備えることを特徴とする。
Moreover, the heat pump steam generator according to the present invention is provided with an exhaust heat recovery device, a compressor, a condenser, and a throttle expander, and in that order, a heat pump portion in which a refrigerant circulates and the hot water into the exhaust heat recovery device A hot water supply unit that supplies water to the condenser, a steam generation unit that generates steam based on the heated water output from the condenser, and at least the target water in the condenser A discharge unit that discharges heated water ; an on- off valve that is provided in the discharge unit and opens when the heated water is discharged; and closes after the discharge is completed; and when the heated water discharge condition is satisfied, the condenser is heated And a controller for starting the supply of water .

本発明によれば、ヒートポンプ式蒸気発生装置の起動時間を短縮し、さらに昇温に必要な、排熱回収器に供給される排温水量を最小限にすることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the starting time of a heat pump type steam generator can be shortened, and also the amount of waste heat water supplied to a waste heat recovery device required for temperature rising can be minimized.

本発明の実施形態であるヒートポンプ式蒸気生成装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the heat pump type steam generator which is an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態における起動時の給水制御のフローチャートである。It is a flowchart of the water supply control at the time of starting in embodiment of this invention. 本発明の変形例における起動時の給水制御のフローチャートである。It is a flowchart of the water supply control at the time of starting in the modification of this invention.

まず、本発明に係るヒートポンプ式蒸気生成装置の第一の実施形態について説明する。図1は第一の実施形態における、ヒートポンプ式蒸気生成装置の概略構成図である。このヒートポンプ装置1は、大きく分けてヒートポンプ部100、温水供給部200、蒸気生成部300、排出部400、制御部500からなる。   First, a first embodiment of a heat pump steam generator according to the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a heat pump type steam generator in the first embodiment. The heat pump apparatus 1 is roughly divided into a heat pump unit 100, a hot water supply unit 200, a steam generation unit 300, a discharge unit 400, and a control unit 500.

ヒートポンプ部100では循環流通している冷媒を介し、温水供給部200を流通する温水から熱を回収するとともに、蒸気生成部300を流通する被加熱水に冷媒の熱を伝熱するように構成されている。   The heat pump unit 100 is configured to collect heat from the hot water flowing through the hot water supply unit 200 and transfer the heat of the refrigerant to the heated water flowing through the steam generation unit 300 via the circulating refrigerant. ing.

ヒートポンプ部100には、排熱回収器110、圧縮機120、凝縮器130、絞り膨張器140が設けられ、その順に冷媒が循環流通するように冷媒流路L10により接続されている。また、凝縮器130と絞り膨張器140の間には、冷媒状態を測定するための温度計150および圧力計160が、圧縮機120と凝縮器130の間には温度計170がそれぞれ設けられている。   The heat pump unit 100 is provided with an exhaust heat recovery device 110, a compressor 120, a condenser 130, and a throttle expander 140, which are connected by a refrigerant flow path L10 so that the refrigerant circulates and flows in that order. Further, a thermometer 150 and a pressure gauge 160 for measuring the refrigerant state are provided between the condenser 130 and the throttle expander 140, and a thermometer 170 is provided between the compressor 120 and the condenser 130, respectively. Yes.

温水供給部200は、工場排水などの温水を系外から温水供給流路L20aを経由して排熱回収器110に導入し、冷媒へ熱を伝達する。熱交換に用いられた温水は温水排出流路L20bを経由して、系外へ排出される。   The hot water supply unit 200 introduces hot water such as factory wastewater from outside the system into the exhaust heat recovery device 110 via the hot water supply flow path L20a, and transfers heat to the refrigerant. The warm water used for heat exchange is discharged out of the system via the warm water discharge channel L20b.

蒸気生成部300には、供給水ポンプP31、凝縮器130、気液分離器310が設けられている。被加熱水である供給水は外部の給水源より供給水流路L30によって凝縮器130へ供給される。   The steam generation unit 300 is provided with a feed water pump P31, a condenser 130, and a gas-liquid separator 310. Supply water as heated water is supplied from an external water supply source to the condenser 130 through a supply water flow path L30.

凝縮器130で供給水から生成された熱水と蒸気の気液二相流は、被分離流体流路L40を通って、気液分離器310に供給される。   The gas-liquid two-phase flow of hot water and steam generated from the supply water in the condenser 130 is supplied to the gas-liquid separator 310 through the separated fluid flow path L40.

気液分離器310の上部には、蒸気流路L50が接続されており、蒸気利用設備610に蒸気を供給する。また、気液分離器310の下部には、循環熱水流路L70が接続されており、凝縮器130手前の供給水流路L30に熱水を戻している。   A steam flow path L50 is connected to the upper part of the gas-liquid separator 310 to supply steam to the steam utilization facility 610. In addition, a circulating hot water flow path L70 is connected to the lower part of the gas-liquid separator 310, and hot water is returned to the supply water flow path L30 before the condenser 130.

排水部400は、被分離流体流路L40より排水流路L60が分岐され、凝縮器130より被加熱水を排出する。排水流路L60には電磁弁410が設けられている。   In the drainage section 400, the drainage flow path L60 is branched from the separated fluid flow path L40, and the heated water is discharged from the condenser 130. A solenoid valve 410 is provided in the drainage channel L60.

制御部500は、例えばCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Randam Access Memory)などを備えた、図示しないマイクロコンピューターにより構成される。マイクロコンピューターはROMに記憶されているプログラムを読みだして実行し、ヒートポンプ部100に設けられた温度計150、温度計170および圧力計160などの検出部で検出された測定値を入力し、もしくは内部に備えたタイマに基づき供給水ポンプP31の回転数や電磁弁410、絞り膨張器140の開度、圧縮機120の回転数を制御している。   The control unit 500 includes a microcomputer (not shown) including, for example, a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Randam Access Memory), and the like. The microcomputer reads and executes a program stored in the ROM, and inputs measurement values detected by detection units such as a thermometer 150, a thermometer 170, and a pressure gauge 160 provided in the heat pump unit 100, or Based on a timer provided therein, the rotational speed of the feed water pump P31, the opening degree of the electromagnetic valve 410, the throttle expander 140, and the rotational speed of the compressor 120 are controlled.

次に、本発明のヒートポンプ式蒸気生成装置の動作について、熱の流れに沿って説明する。   Next, operation | movement of the heat pump type steam generation apparatus of this invention is demonstrated along the flow of heat.

(冷媒について)
冷媒は、排熱回収器110で温水供給流路L20aから供給された温水との熱交換により加温されて気体となり、圧縮機120へ送られる。気体状態となった冷媒は、圧縮機120で気体のまま圧縮され、高温高圧となり、凝縮器130へ送られる。
(About refrigerant)
The refrigerant is heated by heat exchange with the hot water supplied from the hot water supply flow path L <b> 20 a in the exhaust heat recovery device 110, becomes a gas, and is sent to the compressor 120. The refrigerant in a gaseous state is compressed as a gas by the compressor 120, becomes a high temperature and a high pressure, and is sent to the condenser 130.

高温高圧の冷媒は、凝縮器130内で供給水流路L30から供給された供給水との熱交換により凝縮され、液体となる。液体となった冷媒は、絞り膨張器140において減圧されたのち、再び排熱回収器110へ導入される。   The high-temperature and high-pressure refrigerant is condensed by heat exchange with the supply water supplied from the supply water flow path L30 in the condenser 130 to become a liquid. The refrigerant that has become liquid is decompressed in the expansion expander 140 and then introduced again into the exhaust heat recovery unit 110.

ここで挙げられた絞り膨張器140としては、電子膨張弁が最も好適であるが、用途や構成に合わせ、手動膨張弁、定圧膨張弁、温度膨張弁、オリフィス、キャピラリーなどを適宜選択しても良い。   An electronic expansion valve is most suitable as the throttle expander 140 listed here, but a manual expansion valve, a constant pressure expansion valve, a temperature expansion valve, an orifice, a capillary, etc. may be appropriately selected according to the application and configuration. good.

(供給水について)
供給水は、給水源から供給水ポンプP31で供給され、気液分離器310から循環熱水流路L70を介して送られてくる熱水(循環熱水)と合流し、混合熱水となり、凝縮器130へ導入される。凝縮器130に導入された混合熱水は、高温高圧状態の冷媒との熱交換により加熱され、熱水及び蒸気の気液二相流になり、被分離流体流路L40を経由して気液分離器310に導入される。
(About supply water)
Supply water is supplied from a water supply source by a supply water pump P31, and merged with hot water (circulated hot water) sent from the gas-liquid separator 310 via a circulating hot water flow path L70 to become mixed hot water, which is condensed. Introduced into the vessel 130. The mixed hot water introduced into the condenser 130 is heated by heat exchange with the refrigerant in a high-temperature and high-pressure state, becomes a gas-liquid two-phase flow of hot water and steam, and passes through the separated fluid flow path L40. Introduced into the separator 310.

気液分離器310に導入された熱水及び蒸気の気液二相流は、蒸気と熱水とに分離される。気液分離器310の気相部に貯留された蒸気は、蒸気流路L50を経由して蒸気利用設備610に供給される。また、気液分離器310の液相部に貯留された熱水は、循環熱水流路L70を経由して供給水流路L30内へ合流される。   The gas-liquid two-phase flow of hot water and steam introduced into the gas-liquid separator 310 is separated into steam and hot water. The steam stored in the gas phase portion of the gas-liquid separator 310 is supplied to the steam utilization facility 610 via the steam flow path L50. Moreover, the hot water stored in the liquid phase part of the gas-liquid separator 310 is merged into the supply water flow path L30 via the circulating hot water flow path L70.

ここで、前記気液二相流については、圧力を加え高圧熱水の状態で移送しても良い。この場合には気液分離手段として、気液分離器の代わりにフラッシュタンクを設け、減圧により高圧熱水を気化させた上で気液分離を行っても良い。   Here, the gas-liquid two-phase flow may be transferred in a state of applying high pressure and high-pressure hot water. In this case, a flash tank may be provided as a gas-liquid separator instead of the gas-liquid separator, and the gas-liquid separation may be performed after vaporizing high-pressure hot water by decompression.

被分離流体流路L40からは排水流路L60が分岐され、被加熱水を外部に排出する。
この排水流路L60は、凝縮器130内の被加熱水を大気圧開放により自然排出できるように配置するのが望ましい。凝縮器130の最も低い位置より分岐させることで、大気解放による自然排水により、確実に凝縮器から排水を行うことができる。
凝縮器130内から排水されれば、分岐位置はこれに限定されない。また、別途排水ポンプを設けて能動的に水を排出してもよい。この場合、排水流路L60の分岐位置にかかわらず、凝縮器130内の水を速やかに排水できる。
この排水流路L60は、被分離流体流路L40ではなく、図1の破線で示されるように、供給水流路L30、気液分離器310、循環熱水流路L70のいずれかから分岐してもよい。また、排水流路L60をこれらのうち2ヶ所以上から分岐させてもよく、その場合、途中で合流させてもよい。
また、凝縮器130前後にバルブを設け、凝縮器130内を隔離させた上で凝縮器130内の非加熱水を排出しても良い。この場合、排水対象となる部位が凝縮器130内のみとなるため、排水にかかる時間を短縮することができる。
A drainage channel L60 is branched from the separated fluid channel L40, and the heated water is discharged to the outside.
It is desirable that the drainage flow path L60 be arranged so that the water to be heated in the condenser 130 can be discharged naturally by opening the atmospheric pressure. By branching from the lowest position of the condenser 130, the drainage from the condenser can be reliably performed by the natural drainage by the open air.
If it drains from the inside of the condenser 130, a branch position is not limited to this. Further, a water drain pump may be provided to discharge water actively. In this case, the water in the condenser 130 can be quickly drained regardless of the branch position of the drainage flow path L60.
This drainage flow path L60 is branched from any one of the supply water flow path L30, the gas-liquid separator 310, and the circulating hot water flow path L70 as shown by the broken line in FIG. Good. Moreover, the drainage flow path L60 may be branched from two or more of these, and in that case, it may be merged in the middle.
Further, a valve may be provided before and after the condenser 130 to isolate the inside of the condenser 130 and then discharge the non-heated water in the condenser 130. In this case, since the site | part used as drainage becomes only in the condenser 130, the time concerning drainage can be shortened.

次に、本装置の第一の実施形態における起動時の給水制御フローについて、図2のフローチャートを用いて説明する。   Next, the water supply control flow at the time of starting in 1st embodiment of this apparatus is demonstrated using the flowchart of FIG.

まず、装置起動時に被加熱水排水条件を満たしているかどうか判定が行われる(S1)。この判定は、温度計150、温度計170、圧力計160の指示値のいずれか、または温度と圧力を組み合わせて求められる過冷却度の値が基準となる。温度もしくは圧力を基準とした場合、測定値が所定値以上であれば高温起動、所定値未満であれば低温起動が選択される。また、過冷却度を基準とした場合、過冷却度が所定値以上であれば低温起動、所定値未満であれば高温起動が選択される。過冷却度とは、ある圧力における液の飽和温度と測定した冷媒温度との温度差である。ある圧力における液の飽和温度は、圧力温度表などから求めることが可能である。凝縮器130出口における冷媒の過冷却度を一定未満に制御することで、絞り膨張器140において冷媒を確実に気化させることが可能となる。
この基準となる値は設計値より、もしくは運用、装置の構成より適宜設定される。
First, it is determined whether the heated water drainage condition is satisfied when the apparatus is activated (S1). This determination is based on one of the indicated values of the thermometer 150, the thermometer 170, and the pressure gauge 160, or the value of the degree of supercooling obtained by combining temperature and pressure. When temperature or pressure is used as a reference, high temperature start is selected if the measured value is equal to or greater than a predetermined value, and low temperature start is selected if the measured value is less than the predetermined value. When the degree of supercooling is used as a reference, low temperature activation is selected if the degree of supercooling is equal to or higher than a predetermined value, and high temperature activation is selected if it is less than the predetermined value. The degree of supercooling is the temperature difference between the liquid saturation temperature at a certain pressure and the measured refrigerant temperature. The saturation temperature of the liquid at a certain pressure can be obtained from a pressure temperature table or the like. By controlling the degree of supercooling of the refrigerant at the outlet of the condenser 130 to be less than a certain level, the refrigerant can be reliably vaporized in the throttle expander 140.
The reference value is set as appropriate from the design value or from the operation and configuration of the apparatus.

高温起動と判定された場合は、直ちに通常運転へ移行する。また、低温起動と判定された場合、排水処理を開始する。   If it is determined that the start is high temperature, the system immediately shifts to normal operation. Moreover, when it determines with low temperature starting, a waste_water | drain process is started.

低温起動では、まず電磁弁410を開き、排水処理を行う(S2)。用途や設置場所に応じて電磁弁410の代わりに手動弁、三方弁などを適宜採用してもよい。   In the cold start, first, the electromagnetic valve 410 is opened to perform drainage treatment (S2). A manual valve, a three-way valve, or the like may be appropriately employed instead of the electromagnetic valve 410 depending on the application or installation location.

排水処理が完了する(S3)と、電磁弁410を閉じる(S4)。排水完了条件が満たされていない場合は、条件が満たされるまで、このステップで待機する。この排水処理の完了条件としては、排水開始後あらかじめ設定された時間が経過した場合、もしくは凝縮器130と気液分離器310の水位が連動している場合は、気液分離器310の水位があらかじめ設定した値未満のレベルを示した場合などである。後者を採用する場合、気液分離器には差圧式のレベル計を設けることが望ましい。   When the waste water treatment is completed (S3), the electromagnetic valve 410 is closed (S4). If the drainage completion condition is not satisfied, the process waits at this step until the condition is satisfied. As a condition for completing this wastewater treatment, when a preset time has elapsed after the start of drainage, or when the water level of the condenser 130 and the gas-liquid separator 310 is interlocked, the water level of the gas-liquid separator 310 is This is the case when the level is less than a preset value. When employing the latter, it is desirable to provide a differential pressure type level meter in the gas-liquid separator.

排水完了後、圧縮機120が起動される(S5)。圧縮機120が起動すると、ヒートポンプ部100では冷媒の流通が開始される。ただし、ここでは被加熱水が排水されているため、冷媒の熱はヒートポンプ部100の各部を予熱するために用いられる。十分にヒートポンプ部100が予熱され、被加熱水供給条件が成立(S6)すると、供給水ポンプP31が起動される(S7)。被加熱水供給条件が満たされていない場合は、条件が満たされるまでこのステップで待機する。
この被加熱水供給条件としては、温度計150で計測された冷媒の温度があらかじめ設定された温度以上になった場合が挙げられる。この温度計150の位置は、圧縮機120と絞り膨張器140の間から適宜選択することができる。
また、凝縮器130入口と出口の2ヶ所で冷媒の温度を測定し、その温度差を被加熱水供給条件の判定基準としても良い。この場合、2台の温度計の温度差が一定未満になった場合に、凝縮器が十分に予熱されたと判断して供給水ポンプP31を起動させる。
また、温度計150と圧力計160の値から凝縮器130出口における冷媒の過冷却度を求め、被加熱水供給条件の判定基準としても良い。この場合、過冷却度が一定未満になった場合に、供給水ポンプP31を起動させる。温度計150の位置は圧縮機120から絞り膨張器140の間より適宜選択され、圧力計160の位置は、凝縮器130から絞り膨張器140の間より適宜選択される。
After the drainage is completed, the compressor 120 is started (S5). When the compressor 120 is activated, the heat pump unit 100 starts the circulation of the refrigerant. However, since the water to be heated is drained here, the heat of the refrigerant is used to preheat each part of the heat pump unit 100. When the heat pump unit 100 is sufficiently preheated and the heated water supply condition is satisfied (S6), the supply water pump P31 is activated (S7). If the heated water supply condition is not satisfied, the process waits at this step until the condition is satisfied.
As this heating water supply condition, the case where the temperature of the refrigerant | coolant measured with the thermometer 150 becomes more than the preset temperature is mentioned. The position of the thermometer 150 can be appropriately selected from between the compressor 120 and the throttle expander 140.
Further, the temperature of the refrigerant may be measured at two places, the inlet and the outlet of the condenser 130, and the temperature difference may be used as a criterion for determining the heated water supply condition. In this case, when the temperature difference between the two thermometers is less than a certain level, it is determined that the condenser has been sufficiently preheated, and the feed water pump P31 is activated.
Alternatively, the degree of supercooling of the refrigerant at the outlet of the condenser 130 may be obtained from the values of the thermometer 150 and the pressure gauge 160, and used as a criterion for determining the heated water supply condition. In this case, when the degree of supercooling becomes less than a certain level, the supply water pump P31 is activated. The position of the thermometer 150 is appropriately selected from between the compressor 120 and the throttle expander 140, and the position of the pressure gauge 160 is appropriately selected from between the condenser 130 and the throttle expander 140.

また、排水完了後のタイマ設定により、被加熱水供給条件の判定基準としても良い。この場合、排水完了後タイマが一定の時間経過した場合に、凝縮器が十分に予熱されたと判断して供給水ポンプP31を起動させる。
被加熱水排出条件と、被加熱水供給条件は同じ検出部の値を参照しても良く、異なる検出部を用いても良い。また、その組合せも自由であり、設計や運転状況に応じて適宜選択することが可能である。
Moreover, it is good also as a judgment criterion of to-be-heated water supply conditions by the timer setting after drainage completion. In this case, when the timer has elapsed after completion of drainage, it is determined that the condenser has been sufficiently preheated, and the feed water pump P31 is activated.
The heated water discharge condition and heated water supply condition may refer to the same value of the detection unit, or different detection units may be used. Moreover, the combination is also free and can be selected as appropriate according to the design and operating conditions.

凝縮器130へ供給される給水量は供給水ポンプP31の回転数をインバータで可変とし、制御部500からの信号に基づいて制御を行うことで、連続的に調整される。または、図示しない電磁弁を供給水流路L30に設け、この電磁弁の開度を制御することにより流量を調整しても良い。   The amount of water supplied to the condenser 130 is continuously adjusted by making the rotation speed of the supply water pump P31 variable by an inverter and performing control based on a signal from the control unit 500. Alternatively, an electromagnetic valve (not shown) may be provided in the supply water flow path L30, and the flow rate may be adjusted by controlling the opening degree of the electromagnetic valve.

具体的な制御としては、例えば、温度計150、圧力計160の計測値から冷媒の過冷却度を求め、冷媒の過冷却度が一定になるよう、供給水ポンプP31の回転数または電磁弁の開度をPID制御することにより、凝縮器130から排出される冷媒が液状態を維持するようにする(S8)。   As specific control, for example, the degree of supercooling of the refrigerant is obtained from the measured values of the thermometer 150 and the pressure gauge 160, and the rotation speed of the supply water pump P31 or the solenoid valve is adjusted so that the degree of supercooling of the refrigerant becomes constant. By controlling the opening degree by PID, the refrigerant discharged from the condenser 130 is maintained in a liquid state (S8).

通常運転開始条件が成立(S9)すると、通常運転へと移行する。通常運転開始条が満たされていない場合は、条件が満たされるまでこのステップで待機する。この通常運転開始条件としては、温度計150、もしくは温度計170で計測された冷媒の温度があらかじめ設定された温度以上になった場合、温度計150と圧力計160の値から求められた、凝縮器130出口における冷媒の過冷却度が一定未満になった場合などが挙げられる。
通常運転時は、供給水の質量Q1が、蒸気流路L50から取り出される蒸気の質量Q2および排水流路L60から排水される質量Q3との合計量となるように制御される場合が多い。
When the normal operation start condition is satisfied (S9), the operation shifts to the normal operation. If the normal operation start condition is not satisfied, the process waits at this step until the condition is satisfied. The normal operation start condition is the condensation obtained from the values of the thermometer 150 and the pressure gauge 160 when the temperature of the refrigerant measured by the thermometer 150 or the thermometer 170 is equal to or higher than a preset temperature. For example, when the degree of supercooling of the refrigerant at the outlet of the vessel 130 becomes less than a certain level.
During normal operation, the mass Q1 of the supplied water is often controlled to be the total amount of the mass Q2 of the steam taken out from the steam channel L50 and the mass Q3 drained from the drain channel L60.

続いて、本装置起動時の給水制御フローの変形例について、図3のフローチャートを用いて説明する。機器構成については第一の実施形態と同様のため説明を省略する。   Next, a modified example of the water supply control flow at the time of starting the apparatus will be described with reference to the flowchart of FIG. Since the device configuration is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.

変形例では、排水処理は装置起動時でなく、運転停止中に行われる。
運転停止中に被加熱水排出条件が成立した場合(S1)、排水処理を開始する(S2)。被加熱水排出条件が成立する前に起動指令があった場合(S11)は、起動後直ちに通常運転へ移行する。どちらの条件も成立していない場合は、どちらかの条件が満たされるまでこのステップで待機する。
この被加熱水排出条件としては、運転停止後あらかじめ設定した時間が経過した場合、運転停止中に温度計150、圧力計160で計測された値のいずれかがあらかじめ設定した値を下回った場合、もしくは温度計150で測定された温度および圧力計160で測定された圧力から求められた冷媒の過冷却度が一定値以上になった場合などである。この条件が成立した場合、排水処理が開始される。
In a modified example, the waste water treatment is performed when the operation is stopped, not when the apparatus is activated.
When the heated water discharge condition is satisfied during the operation stop (S1), the waste water treatment is started (S2). If there is a start command before the heated water discharge condition is satisfied (S11), the operation shifts to normal operation immediately after the start. If neither condition is satisfied, the process waits at this step until either condition is satisfied.
As this heated water discharge condition, when a preset time has elapsed after the operation stop, when any of the values measured by the thermometer 150 and the pressure gauge 160 during the operation stop falls below a preset value, Or it is the case where the degree of supercooling of the refrigerant obtained from the temperature measured by the thermometer 150 and the pressure measured by the pressure gauge 160 becomes a certain value or more. When this condition is satisfied, the waste water treatment is started.

排水が完了した段階で起動指令(S12)がなければ、排水完了後に装置は停止し、次回起動時は圧縮機120を起動する段階(S5)から開始される。排水処理中に装置が起動された場合は、排水処理完了を待って圧縮機120が起動される。以降の動作は第一の実施形態と同様である。   If there is no start command (S12) at the stage where drainage is completed, the apparatus stops after the drainage is completed, and the next start is started from the stage (S5) where the compressor 120 is started. When the apparatus is activated during the wastewater treatment, the compressor 120 is activated after completion of the wastewater treatment. Subsequent operations are the same as those in the first embodiment.

この変形例では、装置起動時に排水処理完了を待つ必要が無くなるため、さらなる起動時間の短縮が可能となる。   In this modified example, it is not necessary to wait for the completion of the waste water treatment when the apparatus is activated, so that the activation time can be further shortened.

以上のように、本発明に係るヒートポンプ装置は、被加熱水に吸収される熱量を最小限に抑えつつ、ヒートポンプサイクルが正常に運転されるよう制御を行うことで、起動時の昇温効率を高めることができ、短時間で起動可能なヒートポンプ式蒸気生成装置を提供することができる。   As described above, the heat pump device according to the present invention controls the heat pump cycle to operate normally while minimizing the amount of heat absorbed by the water to be heated. It is possible to provide a heat pump type steam generator that can be increased and can be started in a short time.

1:ヒートポンプ装置
100:ヒートポンプ部
110:排熱回収器
120:圧縮機
130:凝縮器
140:絞り膨張器
150:温度計(凝縮器〜絞り膨張器間)
160:圧力計
170:温度計(圧縮機〜凝縮器間)
200:温水供給部
300:蒸気生成部
310:気液分離器
400:排出部
410:電磁弁
500:制御部
610:蒸気利用設備
L10:冷媒流路
L20a:温水供給流路
L20b:温水排出流路
L30:供給水流路
L40:被分離流体流路
L50:蒸気流路
L60:排水流路
L70:循環熱水流路
P31:供給水ポンプ
1: Heat pump device 100: Heat pump unit 110: Waste heat recovery device 120: Compressor 130: Condenser 140: Throttle expander 150: Thermometer (between condenser and throttle expander)
160: Pressure gauge 170: Thermometer (between compressor and condenser)
200: Hot water supply unit 300: Steam generation unit 310: Gas-liquid separator 400: Discharge unit 410: Solenoid valve 500: Control unit 610: Steam use facility L10: Refrigerant flow path L20a: Hot water supply flow path L20b: Hot water discharge flow path L30: Supply water flow path L40: Separation fluid flow path L50: Steam flow path L60: Drainage flow path L70: Circulating hot water flow path P31: Supply water pump

Claims (12)

ヒートポンプサイクルを用いて温水から冷媒に熱を回収し、回収した熱を前記冷媒から被加熱水に伝達し、
蒸気を生成するヒートポンプ式蒸気生成装置の運転方法において、
被加熱水排出条件が成立した場合に前記ヒートポンプ式蒸気生成装置内から前記被加熱水を排出し、
前記被加熱水の排出条件が成立後、該被加熱水を排出する経路を閉止し、
前記ヒートポンプサイクルが稼働し、被加熱水供給条件が成立した時点から前記ヒートポンプ式蒸気生成装置への前記被加熱水の供給を開始する
ことを特徴とする、ヒートポンプ式蒸気生成装置の運転方法。
Heat is recovered from the hot water to the refrigerant using a heat pump cycle, and the recovered heat is transferred from the refrigerant to the heated water.
In the operation method of the heat pump type steam generator for generating steam,
When the heated water discharge condition is satisfied, the heated water is discharged from the heat pump steam generator ,
After the discharge condition of the heated water is satisfied, the path for discharging the heated water is closed,
The supply of the heated water to the heat pump type steam generating device is started from the time when the heat pump cycle is operated and the heated water supply condition is satisfied . how to drive.
前記ヒートポンプサイクルの停止中もしくは起動時に、前記被加熱水排出条件に基づいて前記ヒートポンプ式蒸気生成装置の状態を判断し、判断結果に基づいて前記被加熱水の排出を行うことを特徴とする、請求項1に記載のヒートポンプ式蒸気生成装置の運転方法。   When the heat pump cycle is stopped or started, the state of the heat pump steam generator is determined based on the heated water discharge condition, and the heated water is discharged based on the determination result. The operation method of the heat pump type | formula steam generator of Claim 1. 温水から冷媒に熱を回収し、回収した熱を前記冷媒から被加熱水に伝達して蒸気を生成するヒートポンプ式蒸気生成装置において、
排熱回収器、圧縮機、凝縮器、絞り膨張器が設けられ、その順に冷媒が循環流通するヒートポンプ部と、
前記温水を前記排熱回収器に供給する温水供給部と、
前記凝縮器に被加熱水を供給し、該凝縮器から出力される該被加熱水に基づいて蒸気を生成する蒸気生成部と、
被加熱水排出条件が成立したことにより少なくとも前記凝縮器内の前記被加熱水を排出する排出部と、
前記排出部に設けられ、前記被加熱水の排出時に開き、排出条件が成立した後に閉じる開閉弁と、
前記ヒートポンプサイクルを稼働させ、被加熱水供給条件が成立した時点から前記凝縮器に前記被加熱水の供給を開始する制御部と、
を備えることを特徴とする、ヒートポンプ式蒸気生成装置。
In a heat pump type steam generator that recovers heat from hot water to a refrigerant and generates the steam by transferring the recovered heat from the refrigerant to heated water.
A heat pump unit provided with an exhaust heat recovery unit, a compressor, a condenser, and a throttle expander, in which refrigerant flows and circulates in that order;
A hot water supply unit for supplying the hot water to the exhaust heat recovery unit;
A steam generator for supplying heated water to the condenser and generating steam based on the heated water output from the condenser;
A discharge unit that discharges at least the heated water in the condenser when the heated water discharge condition is satisfied,
An on-off valve that is provided in the discharge unit, opens when the heated water is discharged, and closes after a discharge condition is satisfied;
A controller that operates the heat pump cycle and starts supplying the heated water to the condenser from the time when the heated water supply condition is established;
A heat pump steam generator characterized by comprising:
前記ヒートポンプサイクルの停止中もしくは起動時に、前記ヒートポンプ式蒸気生成装置の状態を判断し、前記被加熱水排出条件が成立した場合、前記凝縮器から前記被加熱水の排出を行うことを特徴とする、請求項3に記載のヒートポンプ式蒸気生成装置。 When the heat pump cycle is stopped or started, the state of the heat pump steam generator is determined, and when the heated water discharge condition is satisfied, the heated water is discharged from the condenser. The heat pump type steam generator according to claim 3. 前記ヒートポンプサイクル内の圧縮機出口と絞り膨張器入口間のいずれかにおける第1冷媒温度が第1の判定値未満となった場合に、前記被加熱水の排出を行うことを特徴とする、請求項3または4に記載のヒートポンプ式蒸気生成装置。   The discharge of the heated water is performed when the first refrigerant temperature in either the compressor outlet or the throttle expander inlet in the heat pump cycle becomes less than a first determination value. Item 5. The heat pump steam generator according to Item 3 or 4. 前記ヒートポンプサイクル内の圧縮機出口と絞り膨張器入口間のいずれかにおける第1冷媒圧力が第2の判定値未満となった場合に、前記被加熱水の排出を行うことを特徴とする、請求項3または4に記載のヒートポンプ式蒸気生成装置。   The discharge of the heated water is performed when the first refrigerant pressure in any of the compressor outlet and the throttle expander inlet in the heat pump cycle becomes less than a second determination value. Item 5. The heat pump steam generator according to Item 3 or 4. 前記ヒートポンプサイクル内の圧縮機出口と絞り膨張器入口間のいずれかにおける第2冷媒温度と凝縮器出口の第2冷媒圧力から求められた過冷却度が第3の判定値以上となった場合に、前記被加熱水の排出を行うことを特徴とする、請求項3または4に記載のヒートポンプ式蒸気生成装置。   When the degree of supercooling obtained from the second refrigerant temperature and the second refrigerant pressure at the condenser outlet at either the compressor outlet or the throttle expander inlet in the heat pump cycle is equal to or higher than the third determination value. The heat pump steam generator according to claim 3 or 4, wherein the heated water is discharged. 前記ヒートポンプサイクル停止後の経過時間が第4の判定値以上となった時に、前記被加熱水の排出を行うことを特徴とする、請求項3または4に記載のヒートポンプ式蒸気生成装置。   The heat pump steam generator according to claim 3 or 4, wherein when the elapsed time after the heat pump cycle is stopped is equal to or greater than a fourth determination value, the water to be heated is discharged. 前記経過時間を測定するタイマを備えることを特徴とする、請求項8に記載の前記ヒートポンプ式蒸気生成装置。   The heat pump type steam generator according to claim 8, further comprising a timer for measuring the elapsed time. 前記排出部の配管は、前記凝縮器内の被加熱水が大気圧開放により自然排出される位置から分岐されることを特徴とする、請求項3乃至9のいずれか1項に記載のヒートポンプ式蒸気生成装置。   The heat pump system according to any one of claims 3 to 9, wherein the pipe of the discharge unit is branched from a position where the water to be heated in the condenser is naturally discharged by opening the atmospheric pressure. Steam generator. 前記排出部の配管は、前記凝縮器内の被加熱水をポンプにより能動的に排出できる位置から分岐されることを特徴とする、請求項3乃至9のいずれか1項に記載のヒートポンプ式蒸気生成装置。   The heat pump steam according to any one of claims 3 to 9, wherein the pipe of the discharge unit is branched from a position where the heated water in the condenser can be actively discharged by a pump. Generator. 前記絞り膨張器は、電子膨張弁、手動膨張弁、定圧膨張弁、温度膨張弁、オリフィス、キャピラリーのいずれか一つであることを特徴とする請求項3乃至11のいずれか1項に記載のヒートポンプ式蒸気生成装置。   12. The throttle expansion device according to claim 3, wherein the expansion device is one of an electronic expansion valve, a manual expansion valve, a constant pressure expansion valve, a temperature expansion valve, an orifice, and a capillary. Heat pump steam generator.
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