JP6696226B2 - Heat pump type steam generator - Google Patents
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Description
本発明は、温水から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 steam generator that recovers heat from hot water to generate steam.
蒸気生成装置の一つとして、工場排水や使用済冷却水等の排温水等の温水から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がある(例えば特許文献1参照)。ヒートポンプ式蒸気生成装置は、ヒートポンプ部の蒸発器を排熱回収器として機能させ、ここで熱源となる温水から熱を冷媒に回収し、回収した熱を利用して凝縮器で被加熱水を加熱して蒸気を生成するため、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やCO2の排出量を低減できるメリットがある。この際、蒸発器で排熱を回収された熱源温水は、例えば70℃程度の温度を有するものの、そのまま外部に排出されている。 As one of the steam generators, there is a heat pump type steam generator that recovers heat from hot water such as factory wastewater and waste hot water such as used cooling water (see Patent Document 1, for example). The heat pump type steam generator makes the evaporator of the heat pump function as an exhaust heat recovery device, where heat is recovered from the hot water that is the heat source into the refrigerant, and the recovered heat is used to heat the water to be heated by the condenser. Since the steam is generated in this manner, there is an advantage that the running cost and the amount of CO 2 emission can be reduced as compared with a combustion-type steam generator that generates steam by using a boiler facility or the like. At this time, the heat-source hot water whose exhaust heat is recovered by the evaporator has a temperature of, for example, about 70 ° C., but is discharged to the outside as it is.
ところで、このようなヒートポンプ部に用いられる圧縮機では、運転中に高温になり過ぎた場合には内部に封入されたオイルが劣化し或いは内部に設けられた樹脂部品やゴム部品の劣化が促進される一方、停止中に低温になり過ぎた場合は起動時間が増加するという問題を生じることがある。特に、上記のようなヒートポンプ式蒸気生成装置の圧縮機は蒸気生成のための高温冷媒を生成する必要があり、内部温度が上昇し易い傾向にある。 By the way, in the compressor used in such a heat pump unit, when the temperature becomes too high during operation, the oil enclosed inside is deteriorated or the deterioration of resin parts and rubber parts provided inside is accelerated. On the other hand, if the temperature becomes too low during the stop, the start-up time may increase. In particular, the compressor of the heat pump type steam generator as described above needs to generate a high temperature refrigerant for steam generation, and the internal temperature tends to rise easily.
本発明は、上記従来技術の課題を考慮してなされたものであり、圧縮機をその動作に適した温度付近に保つ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を目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems of the conventional art, and an object of the present invention is to provide a heat pump type steam generator capable of maintaining the temperature of a compressor near a temperature suitable for its operation.
本発明に係るヒートポンプ式蒸気生成装置は、冷媒を圧縮する圧縮機、該圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器、該凝縮器を出た冷媒を減圧する膨張機構、及び、温水から回収した熱で冷媒を蒸発させる蒸発器を環状に接続したヒートポンプ部と、前記凝縮器に被加熱水を供給し、該被加熱水を前記冷媒によって加熱して蒸気を生成する蒸気生成部と、前記蒸発器に温水を供給する温水供給経路と、前記蒸発器から温水を排出する排水供給経路と、前記排水供給経路に排出された温水が持つ熱を前記圧縮機に供給する排熱供給部とを備えることを特徴とする。 The heat pump type steam generator according to the present invention is a compressor that compresses a refrigerant, a condenser that condenses the refrigerant compressed by the compressor, an expansion mechanism that decompresses the refrigerant that has exited the condenser, and recovery from hot water. A heat pump unit that annularly connects an evaporator that evaporates a refrigerant with the heat, a heated water is supplied to the condenser, and a steam generation unit that heats the heated water by the refrigerant to generate steam, and A hot water supply path for supplying hot water to the evaporator, a drainage supply path for discharging hot water from the evaporator, and an exhaust heat supply section for supplying heat of the hot water discharged to the drainage supply path to the compressor. It is characterized by being provided.
このような構成によれば、従来は蒸発器で排熱回収後に外部に排出していた蒸発器を出た熱源温水の有する熱を排熱供給部によって圧縮機に供給する。このため、装置の運転時及び停止時を問わず、圧縮機をその動作に適した温度付近に保つことができる。 With such a configuration, the heat of the heat source hot water exiting the evaporator, which is conventionally discharged to the outside after recovering the exhaust heat by the evaporator, is supplied to the compressor by the exhaust heat supply unit. Therefore, the compressor can be maintained near the temperature suitable for its operation regardless of whether the apparatus is operating or stopped.
前記排熱供給部は、前記圧縮機の加熱及び冷却のために、前記温水が持つ熱を前記圧縮機に供給する構成であってもよい。 The exhaust heat supply unit may be configured to supply the heat of the hot water to the compressor in order to heat and cool the compressor.
前記排熱供給部は、装置起動時は前記圧縮機を加熱し、通常運転時は前記圧縮機を冷却するために、前記温水が持つ熱を前記圧縮機に供給する構成であってもよい。すなわち、例えば当該ヒートポンプ式蒸気生成装置の場合、温水供給経路から蒸発器に供給される温水の温度が80℃程度であるとすると、蒸発器から排水供給経路に排出される温水の温度は70℃程度となり、運転時の圧縮機の温度は100℃程度となる。このため、装置の運転時には、排熱供給部を介して蒸発器から出た温水で圧縮機を適切に冷却することができる。一方、装置の停止時には、排熱供給部を介して蒸発器から出た温水で圧縮機を適切に保温することができる。 The exhaust heat supply unit may be configured to supply the heat of the hot water to the compressor in order to heat the compressor when the device is activated and to cool the compressor during normal operation. That is, for example, in the case of the heat pump steam generator, if the temperature of the hot water supplied to the evaporator from the hot water supply path is about 80 ° C, the temperature of the hot water discharged from the evaporator to the drainage supply path is 70 ° C. The temperature of the compressor during operation is about 100 ° C. Therefore, during operation of the device, the compressor can be appropriately cooled by the hot water discharged from the evaporator via the exhaust heat supply unit. On the other hand, when the apparatus is stopped, the compressor can be appropriately kept warm by the hot water discharged from the evaporator via the exhaust heat supply unit.
前記排熱供給部は、前記圧縮機の筐体に対して接触配置され、前記排水供給経路から排出された温水が供給される圧縮機用熱交換器を有し、前記圧縮機用熱交換器では、前記排水供給経路を流れる温水と前記筐体との間で熱交換が行われる構成であってもよい。これにより、蒸発器を出た温水の熱を圧縮機に直接的に効率よく伝達することができ、高い冷却効率及び高い保温効率が得られる。 The exhaust heat supply unit includes a compressor heat exchanger that is disposed in contact with the compressor casing and is supplied with the hot water discharged from the drainage supply path, and the compressor heat exchanger. Then, heat exchange may be performed between the hot water flowing through the drainage supply path and the casing. As a result, the heat of the hot water discharged from the evaporator can be directly and efficiently transferred to the compressor, and high cooling efficiency and high heat retention efficiency can be obtained.
前記圧縮機が前記圧縮機用熱交換器の上面に載置された構成であってもよい。そうすると圧縮機と圧縮機用熱交換器とで効率よく熱交換を行うことができる。 The compressor may be mounted on the upper surface of the compressor heat exchanger. Then, heat can be efficiently exchanged between the compressor and the heat exchanger for the compressor.
前記排熱供給部は、前記圧縮機の起動前及び起動時の少なくとも一方では該圧縮機を加熱し、前記圧縮機の通常運転時は該圧縮機を冷却するために、前記温水が持つ熱を前記圧縮機に供給する構成であってもよい。そうすると、圧縮機を適切に冷却及び加熱することができる。 The exhaust heat supply unit heats the compressor before and / or at the time of starting the compressor, and cools the compressor during normal operation of the compressor in order to cool the heat of the hot water. It may be configured to supply to the compressor. Then, the compressor can be appropriately cooled and heated.
前記排熱供給部は前記オイルへ選択的に熱を供給するものであり、前記排熱供給部は、前記オイルを循環させるオイル循環経路と、前記オイル循環経路に設けられ、前記排水供給経路から排出された温水が供給されるオイル熱交換器とを有し、前記オイル熱交換器では、前記排水供給経路を流れる温水と前記オイル循環経路を流れるオイルとの間で熱交換が行われる構成であってもよい。 The exhaust heat supply unit is for selectively supplying heat to the oil, and the exhaust heat supply unit is provided in an oil circulation path for circulating the oil and the oil circulation path, An oil heat exchanger to which the discharged hot water is supplied is provided, and in the oil heat exchanger, heat exchange is performed between the hot water flowing through the drainage supply path and the oil flowing through the oil circulation path. It may be.
前記オイル循環経路及び前記オイル熱交換器は、前記圧縮機の筐体外に設けられた構成であってもよい。 The oil circulation path and the oil heat exchanger may be provided outside the casing of the compressor.
前記排熱供給部は、前記排水供給経路に設けられ、該排水供給経路を流れる温水を放熱させる放熱用熱交換器と、該放熱用熱交換器を通した空気を前記圧縮機に供給する送風ファンとを有する構成であってもよい。そうすると、圧縮機に対して常時温水の熱を利用した一定温度の空気を送風して圧縮機を適切に冷却及び加熱することができる。 The exhaust heat supply unit is provided in the drainage supply path, and radiates heat to radiate the hot water flowing through the drainage supply path, and a blower that supplies air passing through the heat dissipation heat exchanger to the compressor. A configuration including a fan may be used. Then, it is possible to constantly blow the air of a constant temperature using the heat of the hot water to the compressor to appropriately cool and heat the compressor.
前記送風ファンは、前記圧縮機の筐体外周面に対して前記空気を送風する構成であってもよい。 The blower fan may be configured to blow the air to the outer peripheral surface of the casing of the compressor.
前記圧縮機は、その筐体の外壁面を通過して筐体外に突出した回転軸が外部の駆動源によって回転駆動される開放型圧縮機であり、前記送風ファンは、前記圧縮機の筐体に設けられた軸挿通孔と前記回転軸との間を気密する軸シール部に向かって送風可能に設けられた構成であってもよい。そうすると、特に熱に弱い軸シール部を適切な温度に保持することが可能となる。 The compressor is an open type compressor in which a rotating shaft that passes through an outer wall surface of the housing and projects to the outside of the housing is rotationally driven by an external drive source, and the blower fan is a housing of the compressor. It may be configured such that air can be blown toward a shaft seal portion that hermetically seals between the shaft insertion hole provided in the and the rotary shaft. Then, it becomes possible to keep the shaft seal portion, which is particularly vulnerable to heat, at an appropriate temperature.
前記送風ファンは、前記圧縮機の筐体内部に前記空気を送風する構成であってもよい。 The blower fan may be configured to blow the air inside the casing of the compressor.
前記排熱供給部は、前記圧縮機で熱が吸収された前記温水を再度前記蒸発器に供給する構成であってもよい。そうすると、熱源温水の利用効率が向上し、例えば熱源温水の供給量が少ない設置環境等でも高い熱効率で当該ヒートポンプ式蒸気生成装置を運転することができる。 The exhaust heat supply unit may be configured to supply the hot water, the heat of which has been absorbed by the compressor, to the evaporator again. Then, the utilization efficiency of the heat source hot water is improved, and for example, the heat pump steam generator can be operated with high heat efficiency even in an installation environment where the supply amount of the heat source hot water is small.
本発明によれば、従来は蒸発器で排熱回収後に外部に排出していた蒸発器を出た熱源温水の有する熱を排熱供給部によって圧縮機に供給する。このため、装置の運転時及び停止時を問わず、圧縮機をその動作に適した温度付近に保つことができる。 According to the present invention, the heat of the heat source hot water exiting the evaporator, which has been conventionally discharged to the outside after recovering the exhaust heat by the evaporator, is supplied to the compressor by the exhaust heat supply unit. Therefore, the compressor can be maintained near the temperature suitable for its operation regardless of whether the apparatus is operating or stopped.
以下、本発明に係るヒートポンプ式蒸気生成装置について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, a heat pump type steam generator according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, with reference to preferred embodiments.
図1は、本発明の第1の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置10の回路構造を模式的に示す構成図である。ヒートポンプ式蒸気生成装置10は、工場排水等の温水から回収した排熱を利用して水蒸気を生成するシステムであり、生成した水蒸気は乾燥装置や殺菌装置等の外部の蒸気利用設備に送られる。
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a circuit structure of a heat
先ず、ヒートポンプ式蒸気生成装置10の回路構造の構成例について説明する。
First, a configuration example of the circuit structure of the heat
図1に示すように、ヒートポンプ式蒸気生成装置10は、水を蒸発させて水蒸気を生成し、外部へと送り出す蒸気生成部12と、温水供給経路14によって供給される温水(熱源温水)から熱を回収し、この熱を蒸気生成部12での蒸気生成のための熱源として供給するヒートポンプ部16と、システムの制御を行う制御部18とを備える。蒸気生成部12、ヒートポンプ部16及び制御部18は、例えば直方体形状に構成された装置筐体20の内部に収容されている。
As shown in FIG. 1, the heat
ヒートポンプ部16は、冷媒を圧縮する圧縮機21と、圧縮機21で圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器22と、凝縮器22を出た冷媒を減圧する膨張機構24と、温水から熱を回収して冷媒を蒸発させる蒸発器26とを冷媒配管27を用いて環状に接続し、冷媒を循環させる冷凍サイクル装置である。本実施形態では、凝縮器22の出口側と膨張機構24の入口側との間に給水を予備加熱する加熱器28を接続している。膨張機構24は、例えば電子膨張弁であり、制御部18の制御下に開度を調整可能である。なお、制御部18は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等の処理装置にプログラムを実行させること、すなわちソフトウェアにより実現してもよいし、IC(Integrated Circuit)等のハードウェアにより実現してもよいし、ソフトウェア及びハードウェアを併用して実現してもよい。
The
圧縮機21で圧縮されて高温高圧となった冷媒は、凝縮器22で蒸気生成部12を循環する水と熱交換して冷却され凝縮する。凝縮器22を出た冷媒は、加熱器28で給水管30aを流れる水を予熱してさらに冷却された後、膨張機構24で断熱膨張され、蒸発器26で温水供給経路14を流れる温水から吸熱して蒸発して圧縮機21に戻る。圧縮機21は、制御部18の制御下に、その吸入側や吐出側の冷媒の圧力及び温度に基づきインバータを介してその運転回転数が制御される。圧縮機21の吸入側と吐出側との間は、電磁弁29を設けたバイパス配管27aで繋がれている。電磁弁29は、当該ヒートポンプ式蒸気生成装置10の通常運転時には閉制御される一方、起動時に制御部18によって開制御される。これにより圧縮機21での起動時の液圧縮を防止しつつ起動時間を短縮できる。バイパス配管27aは省略してもよい。
The refrigerant that has been compressed by the
蒸気生成部12は、ヒートポンプ部16を循環する冷媒を熱源として水を蒸発させて蒸気を生成する凝縮器22と、凝縮器22で生成される水蒸気と水を含む気液二相流を蒸気と水とに分離する水蒸気分離器31と、水蒸気分離器31で分離された水を給水管30aから供給される被加熱水と合流させて凝縮器22に導入する循環管30bと、凝縮器22からの気液二相流を水蒸気分離器31へと導く蒸気管30cと、水蒸気分離器31で分離された蒸気を外部の蒸気利用設備へと送り出す送出管30dとを有する。
The
水蒸気分離器31は、鉛直方向に沿った円筒状容器で構成され、下端壁に接続された循環管30bに接続された給水管30aから水が給水補給されることで容器内部に水を貯留する。給水管30aは、図示しない水道管や水タンクからの水(被加熱水)を給水ポンプ32によって循環管30bまで導入する。給水ポンプ32は制御部18によって運転制御される。循環管30bは、水蒸気分離器31の下端壁から凝縮器22までを連通する経路である。蒸気管30cは、凝縮器22から水蒸気分離器31の上部側壁までを連通し、気液二相流が流通する経路である。
The
送出管30dは、水蒸気分離器31の上端壁に接続され、蒸気管30cから当該水蒸気分離器31内に供給され、ここで水が分離された後の蒸気を外部に送り出す経路である。送出管30dには、制御部18の制御下にその開度が適宜調整されることにより、当該ヒートポンプ式蒸気生成装置10から外部に送り出される蒸気の流量や圧力を制御する圧力調整弁34が設けられている。
The
蒸気生成部12では、水蒸気分離器31の水面と凝縮器22の水面との高低差により、水蒸気分離器31から凝縮器22へと循環管30bを介して水が供給されると共に、凝縮器22で生成された水蒸気が蒸気管30cから水蒸気分離器31を介して送出管30dへと送り出されるサーモサイフォン回路が形成される。その結果、循環管30b、蒸気管30c及び水蒸気分離器31で形成される水循環系統内に循環ポンプ等の動力源を設けることなく、水を循環させることができる。以下では、水が液相から気相に相変化しつつ流通する給水管30a、循環管30b、蒸気管30c及び送出管30dについて、まとめて水配管30と呼ぶこともある。
In the
温水供給経路14は蒸発器26に温水を供給する配管であり、外部の温水タンク等の温水供給源から供給される温水を所定の流量で送水する図示しない温水ポンプが設けられる。蒸発器26を出た温水は三方弁35によって選択的に2方に分岐される。三方弁35で分岐した一方の排水供給経路36は、圧縮機21近傍に設置された排熱供給部38に接続された配管である。三方弁35で分岐した他方の排水経路39は、温水を外部に排出する配管である。三方弁35及び排水経路39を設けず、蒸発器26を出た全ての排水を排水供給経路36から排熱供給部38に流通させる構成としてもよい。また、排熱供給部38を出た温水を再び温水供給経路14に戻す循環経路40を設けてもよい。
The hot
図2は、装置筐体20の内部構造を模式的に示す側面断面図であり、図3は、装置筐体20の内部構造を模式的に示す平面断面図である。
FIG. 2 is a side sectional view schematically showing the internal structure of the
図2及び図3に示すように、装置筐体20は、脚部41を介して地面や床面上に設置される箱状構造である。装置筐体20は、正面に設けられた開口を扉42によって開閉可能である一方、正面以外の5面(上面、底面、背面、左右側面)がパネル43によって閉塞されている。装置筐体20の内部には、蒸気生成部12及びヒートポンプ部16を構成する各機器や配管等が収容されている。扉42の外面には、操作者が当該ヒートポンプ式蒸気生成装置10の制御部18に対する各種設定や運転指令等を行う際に操作する操作盤44aが設けられている。扉42の内面には、制御部18を構成する各種電装部品を収納した電装ボックス44が取り付けられている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
ヒートポンプ部16は、圧縮機21及びその駆動用のモータ21aが装置筐体20の底面上で正面側(扉42側)に沿って左右に並んで配置され、凝縮器22が装置筐体20の底面上で圧縮機21の背面側に配置されている。蒸発器26及び加熱器28は装置筐体20の底面より上方に梁材等を用いて並んで配設されている。図3に示す平面視において、蒸発器26がモータ21aの背面側に位置し、加熱器28が蒸発器26の側部に位置している。本実施形態では、別体のモータ21aからの動力がベルト45及びプーリ21bを介して伝達される開放型構造の圧縮機21を用いている。圧縮機21は、モータ21aを一体に組み込んだ密閉型構造であってもよい。
In the
蒸気生成部12では、水蒸気分離器31が装置筐体20の底面より上方に梁材等を用いて配設され、凝縮器22の上部に位置している。図3に示す平面視において、水蒸気分離器31は圧縮機21の背面側であって加熱器28の側部に位置している。
In the
排熱供給部38は、装置筐体20の底面上に設置され、その上面に圧縮機21が載置されるプレート状の圧縮機用熱交換器46を有する。圧縮機用熱交換器46は、入口側に蒸発器26からの排水供給経路36が接続され、出口側には装置外部へ温水を排出するための排水経路47又は循環経路40が接続される(図1も参照)。排水経路47と循環経路40との間に三方弁を設置し、排水経路47又は循環経路40に選択的に温水を流通可能としてもよい。
The exhaust
図4は、圧縮機用熱交換器46の構成を模式的に示す斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view schematically showing the configuration of the
図2に示すように、圧縮機用熱交換器46は、圧縮機21を装置筐体20の底面上で支持するベースプレートとして機能する熱交換器である。圧縮機用熱交換器46は、例えば蛇行した流路46a間にフィンを介在させたフィンアンドチューブ型の熱交換器である。
As shown in FIG. 2, the
圧縮機用熱交換器46はその上面に圧縮機21が載置されることで該圧縮機21の筐体21cと接触配置される。これにより、圧縮機用熱交換器46は排水供給経路36から流路46aに流入した温水と圧縮機21の筐体21cとの間での熱交換を行うことができる。
The
以上のように、本実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置10は、ヒートポンプ部16の蒸発器26に温水を供給する温水供給経路14と、蒸発器26から温水を排出する排水供給経路36と、排水供給経路36に排出された温水が持つ熱を圧縮機21に供給する排熱供給部38とを備える。
As described above, the heat
従って、当該ヒートポンプ式蒸気生成装置10では、従来は蒸発器26で排熱回収後に外部に排出していた蒸発器26を出た熱源温水の有する熱を排熱供給部38によって圧縮機21に供給することができる。このため、装置の運転時及び停止時を問わず、圧縮機21をその動作に適した温度付近に保つことができる。
Therefore, in the heat
すなわち、例えば当該ヒートポンプ式蒸気生成装置10の場合、温水供給経路14から蒸発器26に供給される温水の温度は80℃程度であり、蒸発器26から排水供給経路36に排出される温水の温度は70℃程度であり、運転時の圧縮機21の筐体21cの温度は100℃程度となる。このため、装置の運転時には、排熱供給部38を介して蒸発器26から出た温水で圧縮機21を適切に冷却することができる。その結果、圧縮機21の筐体21cの温度が運転中に過度に高温(例えば、120℃以上)となって内部の樹脂部品等が劣化することを防止できる。一方、装置の停止時(起動前)は、排熱供給部38を介して蒸発器26から出た温水で圧縮機21を適切に保温することができる。その結果、圧縮機21の筐体21cの温度が運転停止中に常温(例えば、25℃以下)となって内部に封入されたオイルの粘度が上昇し、次の起動時にオイルの潤滑不全による不具合を生じたり、起動時間が増加したりする問題を回避できる。また、起動時には既に圧縮機21が適度に保温された状態にあると共に、温水によってさらに加熱されるため、その起動時間の短縮効果も得られる。
That is, for example, in the case of the heat
換言すれば、排熱供給部38は、圧縮機21の加熱及び冷却のために温水が持つ熱を圧縮機21に供給する機能を有し、具体的には圧縮機21の起動前及び起動時は圧縮機21を加熱し、通常運転時は圧縮機21を冷却するために、温水が持つ熱を圧縮機21に供給する。なお、排熱供給部38は、圧縮機21の起動前及び起動時の少なくとも一方で該圧縮機21を加熱すれば、オイルの潤滑不全の防止効果や起動時間の短縮効果を得ることができる。このように、当該ヒートポンプ式蒸気生成装置10では、その熱源となる温水を圧縮機21の保温水或いは冷却水として利用することができ、高い熱効率が得られる。
In other words, the exhaust
当該ヒートポンプ式蒸気生成装置10の排熱供給部38は、圧縮機21の筐体21cに対して接触配置され、排水供給経路36から排出された温水が供給される圧縮機用熱交換器46を有し、圧縮機用熱交換器46では排水供給経路36を流れる温水と筐体21cとの間で熱交換が行われる。これにより、蒸発器26を出た温水の熱を圧縮機21に直接的に効率よく伝達することができ、高い冷却効率及び高い保温効率が得られる。
The exhaust
当該ヒートポンプ式蒸気生成装置10では、圧縮機21が圧縮機用熱交換器46の上面に載置されている。このため、圧縮機21と圧縮機用熱交換器46とで効率よく熱交換を行うことができる。また、一般的に圧縮機21の筐体21cの下部にあるオイル室を圧縮機用熱交換器46で効率よく冷却し或いは保温することができる。
In the heat
なお、例えば当該ヒートポンプ式蒸気生成装置10の運転時に排熱供給部38を通過した温水は圧縮機21からの熱を受けて再び蒸発器26で排熱回収が可能な温度(例えば80℃程度)まで加熱されている場合がある。そこで、このように排熱供給部38を通過して温度上昇した温水を上記した循環経路40から再び温水供給経路14へと戻すことも可能である。これにより、熱源温水の利用効率が向上し、例えば熱源温水の供給量が少ない設置環境等でも高い熱効率でヒートポンプ式蒸気生成装置10を運転することができる。
Note that, for example, the hot water that has passed through the exhaust
図5は、第2の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置10Aにおける装置筐体20の内部構造を模式的に示す平面断面図である。なお、この第2の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置10Aにおいて、上記した第1の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置10と同一又は同様な機能を有する要素には同一の符号を付してその詳細な説明を省略し、後述する第3〜第4の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置10B〜10Cについても同様とする。
FIG. 5 is a plan sectional view schematically showing the internal structure of the
図5に示すように、第2の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置10Aは、上記した第1の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置10の排熱供給部38と構成の異なる排熱供給部38Aを備える。なお、図5中の参照符号48は、圧縮機21を載置するためのベースプレートであり、図2に示す圧縮機用熱交換器46のような熱交換器としての機能は持っていない。
As shown in FIG. 5, the heat
排熱供給部38Aは、圧縮機21のオイルを循環させるオイル循環経路50と、オイル循環経路50に設けられ、排水供給経路36から排出された温水が供給されるオイル熱交換器52とを有する。オイル循環経路50は、圧縮機21の筐体21c内に封入されたオイルをオイルポンプ54の動力で筐体21cのオイル熱交換器52へと流通させ、オイル熱交換器52を出たオイルを再び筐体21c内に戻す経路である。オイル熱交換器52は、排水供給経路36を流れる温水とオイル循環経路50を流れるオイルとの間で熱交換を行う熱交換器である。
The exhaust
従って、当該ヒートポンプ式蒸気生成装置10Aでは、従来は蒸発器26で排熱回収後に外部に排出していた蒸発器26を出た熱源温水の有する熱を排熱供給部38Aによって圧縮機21のオイルに対して供給することができる。このため、上記した第1の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置10の場合と同様に、装置の運転時及び停止時を問わず、圧縮機21をその動作に適した温度付近に保つことができる。
Therefore, in the heat
すなわち、例えば当該ヒートポンプ式蒸気生成装置10Aの運転時の圧縮機21の筐体21c内のオイルの温度は90〜95℃程度となる。このため、装置の運転時には、排熱供給部38Aを介して温水で圧縮機21のオイルを適切に冷却することができる。また、装置の停止時には、排熱供給部38Aを介して温水で圧縮機21のオイルを適切に保温することができる。
That is, for example, the temperature of the oil in the
当該ヒートポンプ式蒸気生成装置10Aでは、オイル循環経路50及びオイル熱交換器52は、圧縮機21の筐体21c外に設けられているため、その装置構成を簡素化できる。なお、オイル熱交換器52を筐体21c内に設け、このオイル熱交換器52に対して排水供給経路36からの温水を供給する構成としてもよい。
In the heat
図6は、第3の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置10Bにおける装置筐体20の内部構造を模式的に示す平面断面図である。
FIG. 6 is a plan sectional view schematically showing the internal structure of the
図6に示すように、第3の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置10Bは、上記した第1の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置10の排熱供給部38と構成の異なる排熱供給部38Bを備える。
As shown in FIG. 6, the heat
排熱供給部38Bは、圧縮機21のシリンダヘッド21dの周囲に設けられたシリンダヘッド熱交換器60を有する。シリンダヘッド熱交換器60は、圧縮機21のシリンダヘッド21dの周囲であって圧縮室(図示せず)を除く部分を囲むように設置されている。シリンダヘッド熱交換器60は、排水供給経路36を流れる温水とシリンダヘッド21dとの間で熱交換を行う熱交換器である。
The exhaust
従って、当該ヒートポンプ式蒸気生成装置10Bでは、従来は蒸発器26で排熱回収後に外部に排出していた蒸発器26を出た熱源温水の有する熱を排熱供給部38Bによって圧縮機21のシリンダヘッド21dに対して供給することができる。このため、上記した第1の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置10の場合と同様に、装置の運転時及び停止時を問わず、圧縮機21をその動作に適した温度付近に保つことができる。
Therefore, in the heat
すなわち、例えば当該ヒートポンプ式蒸気生成装置10Bの運転時の圧縮機21のシリンダヘッド21dの温度はその冷媒吐出温度(例えば130℃程度)に近い温度となる。このため、装置の運転時には、排熱供給部38Bを介して温水で圧縮機21のシリンダヘッド21dを適切に冷却することができる。また、装置の停止時には、排熱供給部38Bを介して温水で圧縮機21のシリンダヘッド21dを適切に保温することができる。
That is, for example, the temperature of the
図7は、第4の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置10Cにおける要部を模式的に示した側面断面図である。
FIG. 7 is a side sectional view schematically showing a main part of a heat
図7に示すように、第4の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置10Cは、上記した第1の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置10の排熱供給部38と構成の異なる排熱供給部38Cを備える。
As shown in FIG. 7, the heat
排熱供給部38Cは、排水供給経路36に設けられ、排水供給経路36を流れる温水を放熱させる放熱用熱交換器70と、放熱用熱交換器70を通した空気を圧縮機21に供給する送風ファン72とを有する。送風ファン72は、圧縮機21の筐体21cの外壁面21eを通過して筐体21c外に突出した回転軸(クランクシャフト)21fの外周面に羽根を設けた構成である。送風ファン72は、圧縮機21の筐体21cに設けられた軸挿通孔21gと回転軸21fとの間を気密する軸シール部21hに向かって送風可能に設けられている。
The exhaust
このようなヒートポンプ式蒸気生成装置10Cでは、送風ファン72によって吸引される外気Aは、放熱用熱交換器70を通過すると共にプーリ21bの開口や周囲を通過して軸シール部21hに送風される。従って、従来は蒸発器26で排熱回収後に外部に排出していた蒸発器26を出た熱源温水の有する熱を排熱供給部38Cによって圧縮機21の筐体21c及び軸シール部21hに対して供給することができる。このため、上記した第1の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置10の場合と同様に、装置の運転時及び停止時を問わず、圧縮機21及びその軸シール部21hをその動作に適した温度付近に保つことができる。
In such a heat
特に、開放型構造である圧縮機21の軸シール部21hは、その磨耗の問題が懸念材料としてあり、この部分は特に熱に弱い。そこで、放熱用熱交換器70を通過することで、温水と同程度の温度(例えば70℃程度)に調整された外気Aによって送風することで、軸シール部21hを適切な温度に保持することが可能となる。
In particular, the
当該ヒートポンプ式蒸気生成装置10Cでは、送風ファン72を回転軸21fと一体的に設けたことで、送風ファン72の駆動用の別動力が不要となる。勿論、送風ファン72は、回転軸21fに一体的に設けず、例えば放熱用熱交換器70とプーリ21bとの間に配置してもよい(図7中に2点鎖線で示す送風ファン72参照)。そうすると、圧縮機21の運転停止中にも送風ファン72によって圧縮機21への送風による保温を行うことができる。図8に示すように、送風ファン72をプーリ21bの内周に一体的に組み込んだ構成としてもよい。また、図9に示すように、放熱用熱交換器70及び送風ファン72は、圧縮機21の筐体21c内に搭載されてもよい。
In the heat
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that the present invention can be freely modified without departing from the gist of the present invention.
例えば上記各実施形態における排熱供給部38,38A〜38Cは、複数を組み合わせて同時に用いてもよい。
For example, the exhaust
10,10A〜10C ヒートポンプ式蒸気生成装置
12 蒸気生成部
14 温水供給経路
16 ヒートポンプ部
18 制御部
20 装置筐体
21 圧縮機
21a モータ
21b プーリ
21c 筐体
21d シリンダヘッド
21e 外壁面
21f 回転軸
21g 軸挿通孔
21h 軸シール部
22 凝縮器
24 膨張機構
26 蒸発器
27 冷媒配管
28 加熱器
31 水蒸気分離器
36 排水供給経路
38,38A〜38C 排熱供給部
39,47 排水経路
40 循環経路
46 圧縮機用熱交換器
50 オイル循環経路
52 オイル熱交換器
60 シリンダヘッド熱交換器
70 放熱用熱交換器
72 送風ファン
10, 10A to 10C Heat pump
Claims (11)
前記凝縮器に被加熱水を供給し、該被加熱水を前記冷媒によって加熱して蒸気を生成する蒸気生成部と、
前記蒸発器に温水を供給する温水供給経路と、
前記蒸発器から温水を排出する排水供給経路と、
前記排水供給経路に排出された温水が持つ熱を前記圧縮機に供給する排熱供給部と、
を備え、
前記排熱供給部は、前記圧縮機の加熱及び冷却のために、前記温水が持つ熱を前記圧縮機に供給するものであり、
前記排熱供給部は、前記圧縮機の起動前及び起動時の少なくとも一方では該圧縮機を加熱し、前記圧縮機の通常運転時は該圧縮機を冷却するために、前記温水が持つ熱を前記圧縮機に供給することを特徴とするヒートポンプ式蒸気生成装置。 A compressor that compresses the refrigerant, a condenser that condenses the refrigerant compressed by the compressor, an expansion mechanism that decompresses the refrigerant that exits the condenser, and an evaporator that evaporates the refrigerant with the heat recovered from the hot water. A heat pump part connected to
Supplying water to be heated to the condenser, a steam generation unit that heats the water to be heated by the refrigerant to generate steam,
A hot water supply path for supplying hot water to the evaporator;
A drainage supply path for discharging hot water from the evaporator,
An exhaust heat supply unit for supplying the heat of the hot water discharged to the drainage supply path to the compressor,
Equipped with
The exhaust heat supply unit supplies heat of the hot water to the compressor in order to heat and cool the compressor.
The exhaust heat supply unit heats the compressor before and / or at the time of starting the compressor, and cools the compressor during normal operation of the compressor in order to cool the heat of the hot water. heat pump vapor generating apparatus characterized that you supplied to the compressor.
前記排熱供給部は、前記圧縮機の筐体に対して接触配置され、前記排水供給経路から排出された温水が供給される圧縮機用熱交換器を有し、
前記圧縮機用熱交換器では、前記排水供給経路を流れる温水と前記筐体との間で熱交換が行われることを特徴とするヒートポンプ式蒸気生成装置。 The heat pump steam generator according to claim 1 ,
The exhaust heat supply unit is arranged in contact with the casing of the compressor, and has a compressor heat exchanger to which hot water discharged from the drainage supply path is supplied,
In the heat exchanger for a compressor, heat exchange is performed between the hot water flowing through the drainage supply path and the casing.
前記圧縮機が前記圧縮機用熱交換器の上面に載置されていることを特徴とするヒートポンプ式蒸気生成装置。 The heat pump type steam generator according to claim 2 ,
A heat pump steam generator, wherein the compressor is mounted on an upper surface of the compressor heat exchanger.
前記排熱供給部は、前記圧縮機の内部に封入されたオイル、前記圧縮機のシリンダヘッドの少なくとも一方へ熱を供給することを特徴とするヒートポンプ式蒸気生成装置。 The heat pump steam generator according to claim 1 ,
The heat pump type steam generator, wherein the exhaust heat supply unit supplies heat to at least one of an oil sealed inside the compressor and a cylinder head of the compressor.
前記凝縮器に被加熱水を供給し、該被加熱水を前記冷媒によって加熱して蒸気を生成する蒸気生成部と、
前記蒸発器に温水を供給する温水供給経路と、
前記蒸発器から温水を排出する排水供給経路と、
前記排水供給経路に排出された温水が持つ熱を前記圧縮機に供給する排熱供給部と、
を備え、
前記排熱供給部は、前記圧縮機の内部に封入されたオイルへ選択的に熱を供給するものであり、
前記排熱供給部は、前記オイルを循環させるオイル循環経路と、前記オイル循環経路に設けられ、前記排水供給経路から排出された温水が供給されるオイル熱交換器とを有し、
前記オイル熱交換器では、前記排水供給経路を流れる温水と前記オイル循環経路を流れるオイルとの間で熱交換が行われることを特徴とするヒートポンプ式蒸気生成装置。 A compressor that compresses the refrigerant, a condenser that condenses the refrigerant compressed by the compressor, an expansion mechanism that decompresses the refrigerant that exits the condenser, and an evaporator that evaporates the refrigerant with the heat recovered from the hot water. A heat pump part connected to
Supplying water to be heated to the condenser, a steam generation unit that heats the water to be heated by the refrigerant to generate steam,
A hot water supply path for supplying hot water to the evaporator;
A drainage supply path for discharging hot water from the evaporator,
An exhaust heat supply unit for supplying the heat of the hot water discharged to the drainage supply path to the compressor,
Equipped with
The exhaust heat supply unit selectively supplies heat to the oil sealed inside the compressor ,
The exhaust heat supply unit has an oil circulation path for circulating the oil, and an oil heat exchanger provided in the oil circulation path and supplied with hot water discharged from the drainage supply path.
In the oil heat exchanger, a heat pump type steam generator, wherein heat is exchanged between hot water flowing through the drainage supply path and oil flowing through the oil circulation path.
前記オイル循環経路及び前記オイル熱交換器は、前記圧縮機の筐体外に設けられることを特徴とするヒートポンプ式蒸気生成装置。 The heat pump steam generator according to claim 5 ,
The heat pump type steam generator, wherein the oil circulation path and the oil heat exchanger are provided outside the casing of the compressor.
前記凝縮器に被加熱水を供給し、該被加熱水を前記冷媒によって加熱して蒸気を生成する蒸気生成部と、
前記蒸発器に温水を供給する温水供給経路と、
前記蒸発器から温水を排出する排水供給経路と、
前記排水供給経路に排出された温水が持つ熱を前記圧縮機に供給する排熱供給部と、
を備え、
前記排熱供給部は、前記排水供給経路に設けられ、該排水供給経路を流れる温水を放熱させる放熱用熱交換器と、該放熱用熱交換器を通した空気を前記圧縮機に供給する送風ファンとを有することを特徴とするヒートポンプ式蒸気生成装置。 A compressor that compresses a refrigerant, a condenser that condenses the refrigerant compressed by the compressor, an expansion mechanism that decompresses the refrigerant that exits the condenser, and an evaporator that evaporates the refrigerant with the heat recovered from hot water. A heat pump part connected to
Supplying water to be heated to the condenser, a steam generation unit that heats the water to be heated by the refrigerant to generate steam,
A hot water supply path for supplying hot water to the evaporator;
A drainage supply path for discharging hot water from the evaporator,
An exhaust heat supply unit for supplying the heat of the hot water discharged to the drainage supply path to the compressor,
Equipped with
The exhaust heat supply unit is provided in the drainage supply path, and radiates heat to radiate the hot water flowing in the drainage supply path, and a blower that supplies the compressor with the air that has passed through the heat dissipation heat exchanger. A heat pump type steam generator, comprising: a fan.
前記送風ファンは、前記圧縮機の筐体外周面に対して前記空気を送風することを特徴とするヒートポンプ式蒸気生成装置。 The heat pump type steam generator according to claim 7 ,
The heat pump type steam generating device, wherein the blower fan blows the air to an outer peripheral surface of a casing of the compressor.
前記圧縮機は、その筐体の外壁面を通過して筐体外に突出した回転軸が外部の駆動源によって回転駆動される開放型圧縮機であり、
前記送風ファンは、前記圧縮機の筐体に設けられた軸挿通孔と前記回転軸との間を気密する軸シール部に向かって送風可能に設けられていることを特徴とするヒートポンプ式蒸気生成装置。 The heat pump steam generator according to claim 8 ,
The compressor is an open type compressor in which a rotating shaft passing through an outer wall surface of the housing and protruding to the outside of the housing is rotationally driven by an external drive source,
The heat pump type steam generator, wherein the blower fan is provided so as to blow air toward a shaft seal portion that hermetically seals between a shaft insertion hole provided in the casing of the compressor and the rotary shaft. apparatus.
前記送風ファンは、前記圧縮機の筐体内部に前記空気を送風することを特徴とするヒートポンプ式蒸気生成装置。 The heat pump steam generator according to claim 7 ,
The heat pump type steam generator, wherein the blower fan blows the air into the casing of the compressor.
前記排熱供給部は、前記圧縮機で熱が吸収された前記温水を再度前記蒸発器に供給することを特徴とするヒートポンプ式蒸気生成装置。 In heat pump type steam generating device according to claim 1-10,
The heat pump steam generator, wherein the exhaust heat supply unit supplies the hot water, the heat of which is absorbed by the compressor, to the evaporator again.
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