JP7056246B2 - Heat pump steam generation system - Google Patents

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Description

本発明は、熱源温水の温度応答性を高くしつつ、該熱源温水の高温化に伴うヒートポンプの運転停止を簡易に防止することができるヒートポンプ式蒸気生成システムに関する。 The present invention relates to a heat pump type steam generation system capable of easily preventing the operation of the heat pump from being stopped due to a high temperature of the heat source hot water while increasing the temperature responsiveness of the heat source hot water.

蒸気生成装置の一つとして、ヒートポンプ装置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等の排温水(温水)から排熱を回収して蒸気を生成するものである。すなわち、ヒートポンプ式蒸気生成装置は、ヒートポンプ装置の蒸発器を排熱回収器として機能させ、ここで排温水から排熱を冷媒に回収し、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COの排出量を低減できるメリットがある。 As one of the steam generators, there is a heat pump type steam generator using a heat pump device. The heat pump type steam generator recovers waste heat from waste hot water (hot water) such as factory wastewater and used cooling water to generate steam. That is, in the heat pump type steam generator, the evaporator of the heat pump device functions as an exhaust heat recovery device, the exhaust heat is recovered from the exhaust hot water to the refrigerant, and the recovered heat is used to collect the heated water in the condenser. Since steam is generated by heating, there is an advantage that running cost and CO 2 emissions can be reduced as compared with a combustion system steam generator that generates steam by using boiler equipment or the like.

例えば特許文献1には、ヒートポンプ式蒸気生成装置において、熱源となる温水を熱源水タンク(温水タンク)に貯留しておき、この温水タンクから排熱回収器に供給する構成が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a configuration in which hot water as a heat source is stored in a heat source water tank (hot water tank) in a heat pump type steam generator and supplied from this hot water tank to an exhaust heat recovery device.

特開2013-210118号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-210118

ところで、熱源温水タンクから複数台のヒートポンプに熱源温水を供給する場合や、熱源温水をヒートポンプ以外の熱利用設備などにも供給するようなシステム構成において、熱源温水の需要が増加して給水量が増加した場合、給水に対する加熱が間に合わず熱源温水の温度が低下してしまう場合があるため、応答性の高い加熱手段が必要となる。 By the way, in the case of supplying heat source hot water from a heat source hot water tank to a plurality of heat pumps, or in a system configuration in which heat source hot water is also supplied to heat utilization equipment other than the heat pump, the demand for heat source hot water increases and the amount of water supplied increases. If it increases, the temperature of the heat source hot water may drop because the heating for the water supply may not be in time, so a highly responsive heating means is required.

熱源温水の温度が低下した場合はヒートポンプの熱効率が悪化する一方、熱源温水タンク内が過剰に加熱され、ヒートポンプに供給される熱源温水の温度が所定温度、例えば90℃を超えると、ヒートポンプが高温により緊急停止してしまう場合がある。 When the temperature of the heat source hot water drops, the thermal efficiency of the heat pump deteriorates, while when the inside of the heat source hot water tank is overheated and the temperature of the heat source hot water supplied to the heat pump exceeds a predetermined temperature, for example, 90 ° C., the heat pump becomes hot. May cause an emergency stop.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、熱源温水の温度応答性を高くしつつ、該熱源温水の高温化に伴うヒートポンプの運転停止を簡易に防止することができるヒートポンプ式蒸気生成システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and it is possible to easily prevent the heat pump from stopping due to the high temperature of the heat source hot water while increasing the temperature response of the heat source hot water. The purpose is to provide a system.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるヒートポンプ式蒸気生成システムは、ヒートポンプを用いて熱源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し、生成した蒸気を熱利用設備に供給するヒートポンプ式蒸気生成システムであって、供給水を熱源温水タンクに供給する給水部と、前記熱源温水タンク内の供給水を所定温度に加熱して前記熱源温水とする加熱部と、前記熱源温水を前記ヒートポンプの蒸発器に供給して冷媒を加熱する蒸発器供給ラインと、前記熱源温水タンク内の供給水の温度を検出する温度センサと、を備え、前記加熱部とは別に、生成した蒸気の少なくとも一部を加熱蒸気として前記熱源温水タンクに供給する加熱蒸気供給機構を含み、前記加熱蒸気供給機構は、前記加熱蒸気の前記熱源温水タンクへの供給を制御可能な加熱蒸気弁を有し、前記温度センサが前記所定温度に基づいて設定された蒸気加熱停止温度を超える温度を検出した場合、前記加熱蒸気弁を閉制御して前記加熱蒸気の前記熱源温水タンクへの供給を停止することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the heat pump type steam generation system according to the present invention recovers heat from the heat source hot water to the refrigerant by using the heat pump, and the recovered heat is converted from the refrigerant to the heated water. It is a heat pump type steam generation system that transfers steam to generate steam and supplies the generated steam to heat utilization equipment. Detects the temperature of the heating unit that heats to a temperature to make the heat source hot water, the evaporator supply line that supplies the heat source hot water to the evaporator of the heat pump to heat the refrigerant, and the temperature of the supply water in the heat source hot water tank. A temperature sensor is provided, and separately from the heating unit, the heating steam supply mechanism for supplying at least a part of the generated steam as heating steam to the heat source hot water tank is included, and the heating steam supply mechanism is of the heating steam. It has a heated steam valve that can control the supply to the heat source hot water tank, and when the temperature sensor detects a temperature exceeding the steam heating stop temperature set based on the predetermined temperature, the heated steam valve is closed and controlled. Then, the supply of the heated steam to the heat source hot water tank is stopped.

また、本発明にかかるヒートポンプ式蒸気生成システムは、上記の発明において、前記加熱蒸気供給機構は、前記加熱蒸気を外気に排出可能とする蒸気排出弁を有し、前記温度センサが前記所定温度に基づいて設定された蒸気排出温度を超える温度を検出した場合、前記蒸気排出弁を開として前記加熱蒸気を外気に排出する制御を行う切替弁制御部を備えたことを特徴とする。 Further, in the heat pump type steam generation system according to the present invention, in the above invention, the heated steam supply mechanism has a steam discharge valve capable of discharging the heated steam to the outside air, and the temperature sensor reaches the predetermined temperature. When a temperature exceeding the steam discharge temperature set based on the above is detected, the steam discharge valve is opened to provide a switching valve control unit that controls to discharge the heated steam to the outside air.

また、本発明にかかるヒートポンプ式蒸気生成システムは、上記の発明において、前記ヒートポンプの出力を制御するヒートポンプ出力制御部をさらに備え、該ヒートポンプ出力制御部は、前記温度センサが前記蒸気排出温度を超える温度を検出した場合、前記ヒートポンプの出力を通常運転時よりも低減することを特徴とする。 Further, in the above invention, the heat pump type steam generation system according to the present invention further includes a heat pump output control unit that controls the output of the heat pump, and in the heat pump output control unit, the temperature sensor exceeds the steam discharge temperature. When the temperature is detected, the output of the heat pump is reduced as compared with the normal operation.

また、本発明にかかるヒートポンプ式蒸気生成システムは、上記の発明において、前記蒸発器から排出された熱源温水の少なくとも一部を前記熱源温水タンクに戻す熱源温水戻しラインを備えたことを特徴とする。 Further, the heat pump type steam generation system according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the heat source hot water return line for returning at least a part of the heat source hot water discharged from the evaporator to the heat source hot water tank is provided. ..

また、本発明にかかるヒートポンプ式蒸気生成システムは、上記の発明において、前記熱源温水を前記被加熱水として前記ヒートポンプの凝縮器に直接供給可能な被加熱水供給ラインをさらに備えることを特徴とする。 Further, the heat pump type steam generation system according to the present invention is further provided with a heated water supply line capable of directly supplying the heat source hot water as the heated water to the condenser of the heat pump in the above invention. ..

本発明によれば、温度センサが所定温度に基づいて設定された蒸気加熱停止温度を超える温度を検出した場合、加熱蒸気弁を閉制御して加熱蒸気の熱源温水タンクへの供給を停止するようにしているので、熱源温水の温度応答性を高くしつつ、該熱源温水の高温化に伴うヒートポンプの運転停止を簡易に防止することができる。 According to the present invention, when the temperature sensor detects a temperature exceeding the steam heating stop temperature set based on a predetermined temperature, the heating steam valve is closed and controlled to stop the supply of the heating steam to the heat source hot water tank. Therefore, it is possible to easily prevent the operation of the heat pump from being stopped due to the increase in temperature of the heat source hot water while increasing the temperature responsiveness of the heat source hot water.

図1は、本本発明の実施の形態に係るヒートポンプ式蒸気生成システムの構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a heat pump type steam generation system according to an embodiment of the present invention. 図2は、図1に示した水位制御部による水位制御処理手順を示すフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart showing a water level control processing procedure by the water level control unit shown in FIG. 図3は、水位レベルに対する給水量の関係の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of the relationship between the water supply amount and the water level. 図4は、図1に示した温度制御部による温度制御処理手順を示すフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart showing a temperature control processing procedure by the temperature control unit shown in FIG. 図5は、熱源温水温度に対するヒートポンプ出力の関係の一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of the relationship between the heat pump output and the heat source hot water temperature.

以下、添付図面を参照してこの発明を実施するための形態について説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

<全体構成>
図1は、本発明の実施の形態に係るヒートポンプ式蒸気生成システム10の構成を示す図である。ヒートポンプ式蒸気生成システム10は、熱源温水から熱を回収し、回収した熱を利用して水蒸気を生成するシステムであり、生成した水蒸気は洗浄施設などの外部の熱利用設備100に送られる。
<Overall configuration>
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a heat pump type steam generation system 10 according to an embodiment of the present invention. The heat pump type steam generation system 10 is a system that recovers heat from heat source hot water and uses the recovered heat to generate steam, and the generated steam is sent to an external heat utilization facility 100 such as a cleaning facility.

図1に示すように、ヒートポンプ式蒸気生成システム10は、蒸気生成のための熱源として供給するヒートポンプ20、蒸気生成時に用いる気液分離器30、熱源温水を貯留する熱源温水タンク40、制御部60を有する。熱源温水タンク40に貯留される熱源温水は、蒸発器供給ラインL3を介したヒートポンプ20の熱源、被加熱水供給ラインL4を介した蒸気生成のための被加熱水の熱源として供給される。制御部60は、ヒートポンプ20の運転制御、熱源温水の水位制御、熱源温水の温度制御などを行う。 As shown in FIG. 1, the heat pump type steam generation system 10 includes a heat pump 20 supplied as a heat source for steam generation, a gas-liquid separator 30 used for steam generation, a heat source hot water tank 40 for storing heat source hot water, and a control unit 60. Have. The heat source hot water stored in the heat source hot water tank 40 is supplied as a heat source of the heat pump 20 via the evaporator supply line L3 and as a heat source of the heated water for steam generation via the heated water supply line L4. The control unit 60 controls the operation of the heat pump 20, controls the water level of the heat source hot water, controls the temperature of the heat source hot water, and the like.

ヒートポンプ20は、熱源温水から熱を回収して冷媒を加熱する蒸発器21と、蒸発器21で加熱された冷媒を圧縮する圧縮機22と、圧縮機22で圧縮された冷媒を放熱させて凝縮させる凝縮器23と、凝縮器23から出力された冷媒を膨張させる絞り膨張器24とを順に冷媒配管で環状に接続し、冷媒を循環させる冷凍サイクル装置である。 The heat pump 20 dissipates and condenses the evaporator 21 that recovers heat from the heat source hot water to heat the refrigerant, the compressor 22 that compresses the refrigerant heated by the evaporator 21, and the refrigerant compressed by the compressor 22. This is a refrigerating cycle device in which the condenser 23 for making the condenser 23 and the throttle expander 24 for expanding the refrigerant output from the condenser 23 are sequentially connected in an annular shape by a refrigerant pipe to circulate the refrigerant.

圧縮機22で圧縮されて高温高圧となった冷媒は、凝縮器23において被加熱水供給ラインL4及び被加熱水供給ポンプP2から供給され、気液分離器30を介した循環ラインL5で循環する被加熱水と熱交換して冷却され凝縮する。凝縮器23から出力された冷媒は電子膨張弁である絞り膨張器24で絞り膨張され、蒸発器21において、蒸発器供給ラインL3及び熱源温水供給ポンプP1を介して供給される熱源温水から吸熱して蒸発し、再び圧縮機22へと戻る。 The refrigerant compressed by the compressor 22 to a high temperature and high pressure is supplied from the heated water supply line L4 and the heated water supply pump P2 in the condenser 23, and circulates in the circulation line L5 via the gas-liquid separator 30. It exchanges heat with the water to be heated, is cooled, and condenses. The refrigerant output from the condenser 23 is throttled and expanded by the throttle expander 24 which is an electronic expansion valve, and in the evaporator 21, heat is absorbed from the heat source hot water supplied via the evaporator supply line L3 and the heat source hot water supply pump P1. Evaporates and returns to the compressor 22 again.

気液分離器30は、鉛直方向に沿った円筒状容器で構成され、下部壁に接続された循環ラインL5に接続された被加熱水供給ラインL4から被加熱水が給水補給されることで容器内部に水を貯留する。被加熱水供給ラインL4の被加熱水は、熱源温水タンク40の熱源温水である。なお、被加熱水は、熱源温水ではなく、図示しない水道管や水タンク等の給水源の水であってもよい。 The gas-liquid separator 30 is composed of a cylindrical container along the vertical direction, and the container is supplied with heated water from a heated water supply line L4 connected to a circulation line L5 connected to a lower wall. Store water inside. The heated water of the heated water supply line L4 is the heat source hot water of the heat source hot water tank 40. The heated water may not be hot water from a heat source, but may be water from a water supply source such as a water pipe or a water tank (not shown).

気液分離器30の上端壁には、生成した水蒸気を外部の熱利用設備100側へと送り出す蒸気送出ラインL6が接続されている。凝縮器23を出た水と水蒸気とが混在した二相流は、凝縮器23の出口側の循環ラインL5から気液分離器30内に導入され、ここで水が分離された後の水蒸気が蒸気送出ラインL6へと送り出される。 A steam delivery line L6 that sends the generated steam to the external heat utilization equipment 100 side is connected to the upper end wall of the gas-liquid separator 30. The two-phase flow in which water and steam from the condenser 23 are mixed is introduced into the gas-liquid separator 30 from the circulation line L5 on the outlet side of the condenser 23, where the steam after the water is separated is released. It is sent to the steam delivery line L6.

蒸気送出ラインL6に送り出された蒸気は、蒸気圧縮機P3によって圧縮されて昇圧される。昇圧された蒸気は、蒸気送出ラインL7を介して熱利用設備100側に送出されるとともに、リリーフ弁V2によって余剰蒸気が切替弁V12側に送出される。切替弁V12は、余剰蒸気ラインL8を介した熱源温水タンク40への供給と、余剰蒸気の排水とを切り替える。なお、蒸気送出ラインL7から供給される蒸気は、例えば120℃である。 The steam sent out to the steam delivery line L6 is compressed by the steam compressor P3 and boosted. The boosted steam is sent to the heat utilization equipment 100 side via the steam delivery line L7, and the surplus steam is sent to the switching valve V12 side by the relief valve V2. The switching valve V12 switches between supply to the heat source hot water tank 40 via the surplus steam line L8 and drainage of the surplus steam. The steam supplied from the steam delivery line L7 is, for example, 120 ° C.

熱源温水タンク40には、給水部である、給水ラインL1及び給水弁V1を介して、市水などの供給水(軟水)が供給される。熱源温水タンク40内には、熱源温水を加熱するヒーター41、熱源温水の温度を検出する温度センサ52、熱源温水の水位を検出する水位センサ50が配置される。熱源温水は、上記した蒸発器供給ラインL3、被加熱水供給ラインL4を介して、それぞれ蒸発器21、凝縮器23に供給される。 Supply water (soft water) such as city water is supplied to the heat source hot water tank 40 via a water supply line L1 and a water supply valve V1 which are water supply units. In the heat source hot water tank 40, a heater 41 for heating the heat source hot water, a temperature sensor 52 for detecting the temperature of the heat source hot water, and a water level sensor 50 for detecting the water level of the heat source hot water are arranged. The heat source hot water is supplied to the evaporator 21 and the condenser 23, respectively, via the above-mentioned evaporator supply line L3 and heated water supply line L4.

蒸発器21に供給され吸熱された熱源温水は、熱源温水戻しラインL13を介して熱源温水タンク40に戻される。なお、蒸発器21に供給され吸熱された熱源温水は、熱源温水タンク40に戻さず、外部に排水してもよい。また、上記のように、切替弁V12及び余剰蒸気ラインL8を介して余剰蒸気が熱源温水タンク40に供給される。 The endothermic hot water supplied to the evaporator 21 is returned to the heat source hot water tank 40 via the heat source hot water return line L13. The heat source hot water supplied to the evaporator 21 and absorbed heat may be drained to the outside without returning to the heat source hot water tank 40. Further, as described above, the surplus steam is supplied to the heat source hot water tank 40 via the switching valve V12 and the surplus steam line L8.

熱源温水タンク40の上部には、オーバーフロー排出ラインL2が接続されている。オーバーフロー排出ラインL2は、熱源温水タンク40のオーバーフローを防止するための排出ラインであり、熱源温水タンク40内の熱源温水の水位が所定以上に上昇した際に上昇分の熱源温水を外部に排出するものである。 An overflow discharge line L2 is connected to the upper part of the heat source hot water tank 40. The overflow discharge line L2 is a discharge line for preventing the overflow of the heat source hot water tank 40, and discharges the increased heat source hot water to the outside when the water level of the heat source hot water in the heat source hot water tank 40 rises above a predetermined level. It is a thing.

制御部60には、ヒートポンプ20、ヒーター41、水位センサ50、温度センサ52、給水弁V1、切替弁V12、熱源温水供給ポンプP1、被加熱水供給ポンプP2が接続される。制御部60は、水位制御部61、温度制御部62、切替弁制御部63、及びヒートポンプ出力制御部64を有する。 A heat pump 20, a heater 41, a water level sensor 50, a temperature sensor 52, a water supply valve V1, a switching valve V12, a heat source hot water supply pump P1, and a heated water supply pump P2 are connected to the control unit 60. The control unit 60 includes a water level control unit 61, a temperature control unit 62, a switching valve control unit 63, and a heat pump output control unit 64.

水位制御部61は、水位センサ50が検出した水位をもとに給水弁V1の開口を制御し、熱源温水タンク40への給水量を制御する。温度制御部62は、温度センサ52が検出する温度をもとに、ヒーター41への通電量を制御して熱源温水への加熱量を制御する。温度制御部62は、熱源温水を所定温度、例えば80℃に制御する。なお、供給水の温度は、80℃未満である。 The water level control unit 61 controls the opening of the water supply valve V1 based on the water level detected by the water level sensor 50, and controls the amount of water supplied to the heat source hot water tank 40. The temperature control unit 62 controls the amount of electricity supplied to the heater 41 based on the temperature detected by the temperature sensor 52 to control the amount of heat to the heat source hot water. The temperature control unit 62 controls the heat source hot water to a predetermined temperature, for example, 80 ° C. The temperature of the supply water is less than 80 ° C.

切替弁制御部63は、温度センサ52が所定温度に基づいて設定された蒸気加熱停止温度を超える温度を検出した場合、余剰蒸気ラインL8を介した余剰蒸気の熱源温水タンク40への供給を停止する切替制御を行う。また、切替弁制御部63は、温度センサ52が所定温度に基づいて設定された蒸気排出温度を超える温度を検出した場合、切替弁V12の蒸気排出側を開として余剰蒸気を外気に排出する制御を行う。これにより、熱源温水の高温化が防止され、ヒートポンプ20の運転を継続することができる。なお、切替弁制御部63は、温度センサ52が所定温度に基づいて設定された蒸気加熱停止温度を超える温度を検出した場合、切替弁V12を切り替えて余剰蒸気を、図示しない余剰蒸気ラインを介して熱利用設備100側に供給するようにしてもよい。これにより、余剰蒸気を有効利用することができる。 When the temperature sensor 52 detects a temperature exceeding the steam heating stop temperature set based on the predetermined temperature, the switching valve control unit 63 stops the supply of the surplus steam to the heat source hot water tank 40 via the surplus steam line L8. Perform switching control. Further, when the temperature sensor 52 detects a temperature exceeding the steam discharge temperature set based on the predetermined temperature, the switching valve control unit 63 opens the steam discharge side of the switching valve V12 to discharge excess steam to the outside air. I do. As a result, the temperature of the heat source hot water is prevented from becoming high, and the operation of the heat pump 20 can be continued. When the switching valve control unit 63 detects a temperature exceeding the steam heating stop temperature set based on the predetermined temperature, the switching valve control unit 63 switches the switching valve V12 to send excess steam via a surplus steam line (not shown). It may be supplied to the heat utilization equipment 100 side. As a result, the surplus steam can be effectively used.

ヒートポンプ出力制御部64は、例えば通常運転時、圧縮行程中の冷媒が所定の過熱度以上になるように圧縮機22の駆動回転数及び絞り膨張器24の開度を調整する過熱度制御で運転される。この過熱度制御は、例えば圧縮機22の吸入側、吐出側の一方若しくは両方に設けられた図示しない圧力センサ及び温度センサの検出値(吸入圧及び吸入温度、吐出圧及び吐出温度)に基づき実行される。なお、ヒートポンプ出力制御部64は、後述するように、温度センサ52が蒸気排出温度を超える温度を検出した場合、ヒートポンプ20の出力を通常運転時よりも低減し、余剰蒸気の排出を抑える制御を行う。 For example, during normal operation, the heat pump output control unit 64 operates under superheat control that adjusts the drive rotation speed of the compressor 22 and the opening degree of the throttle expander 24 so that the refrigerant in the compression stroke has a predetermined superheat level or higher. Will be done. This superheat degree control is executed based on the detection values (suction pressure and suction temperature, discharge pressure and discharge temperature) of a pressure sensor and a temperature sensor (not shown) provided on one or both of the suction side and the discharge side of the compressor 22, for example. Will be done. As will be described later, when the temperature sensor 52 detects a temperature exceeding the steam discharge temperature, the heat pump output control unit 64 reduces the output of the heat pump 20 as compared with the normal operation to suppress the discharge of excess steam. conduct.

なお、水位制御は、温度制御部62内の水位制御を優先する水位制御がなされる。 The water level is controlled by giving priority to the water level control in the temperature control unit 62.

<水位制御処理>
次に、図2に示したフローチャートを参照して水位制御部61による水位制御処理手順について説明する。図2に示すように、まず、水位制御部61は、給水初期設定として1.5L/minの供給量を設定する(ステップS101)。その後、水位センサ50から熱源温水の現在の水位レベルを取得する(ステップS102)。その後、図3に示した水位レベルに対する給水量の関係をもとに、取得した水位レベルに対する給水量に設定する制御を行い(ステップS103)、ステップS104に移行する。
<Water level control process>
Next, the water level control processing procedure by the water level control unit 61 will be described with reference to the flowchart shown in FIG. As shown in FIG. 2, first, the water level control unit 61 sets a supply amount of 1.5 L / min as the initial water supply setting (step S101). After that, the current water level of the heat source hot water is acquired from the water level sensor 50 (step S102). After that, based on the relationship of the water supply amount with respect to the water level shown in FIG. 3, control for setting the water supply amount with respect to the acquired water level level is performed (step S103), and the process proceeds to step S104.

ステップS104では、水位制御処理の終了指示があったか否かを判定し、終了指示がない場合(ステップS104,No)には、ステップS102に移行して上述した処理を続行し、終了指示があった場合(ステップS104,Yes)には、本処理を終了する。 In step S104, it is determined whether or not there is an end instruction for the water level control process, and if there is no end instruction (steps S104, No), the process proceeds to step S102 to continue the above-mentioned process, and the end instruction is given. In the case (step S104, Yes), this process is terminated.

図3に示した水位レベルに対する給水量の関係では、水位レベルが20%から90%の間、給水量を2.5L/minとし、水位レベルが90%から95%の間、水位レベルの増大に応じて給水量を0に設定し、水位レベルが95%から100%の間では、供給量を0に設定している。図3に示した水位レベルに対する給水量の関係では、水位レベルが90%まで比較的大きな給水量とし、適切な水位レベルを90%から95%の間としている。このような水位制御を行うことによって、水位レベルを迅速に90%から95%の間に保つことができる。 Regarding the relationship of the water supply amount with respect to the water level shown in FIG. 3, the water level is set to 2.5 L / min while the water level is between 20% and 90%, and the water level is increased between 90% and 95%. The water supply amount is set to 0 according to the above, and the supply amount is set to 0 when the water level level is between 95% and 100%. Regarding the relationship between the water supply amount and the water level shown in FIG. 3, the water supply amount is relatively large up to 90%, and the appropriate water level is between 90% and 95%. By performing such water level control, the water level can be quickly maintained between 90% and 95%.

なお、水位レベルが20%以下になった場合には、ヒートポンプ20を緊急停止させる異常処理を行う。 When the water level becomes 20% or less, an abnormal process for urgently stopping the heat pump 20 is performed.

<温度制御処理>
次に、図4に示したフローチャートを参照して温度制御部62による温度制御処理手順について説明する。図4に示すように、まず、温度制御部62は、初期温度設定として熱源温水温度を80℃に設定する(ステップS201)。その後、温度制御部62は、温度センサ52が検出した温度(熱源温水温度)が80℃以下であるか否かを判定する(ステップS202)。
<Temperature control processing>
Next, the temperature control processing procedure by the temperature control unit 62 will be described with reference to the flowchart shown in FIG. As shown in FIG. 4, first, the temperature control unit 62 sets the heat source hot water temperature to 80 ° C. as the initial temperature setting (step S201). After that, the temperature control unit 62 determines whether or not the temperature (heat source hot water temperature) detected by the temperature sensor 52 is 80 ° C. or lower (step S202).

熱源温水温度が80℃以下の場合(ステップS202,Yes)には、ヒーター41への通電をONにし(ステップS203)、さらに切替弁V12を熱源温水側(余剰蒸気ラインL8側)に切り替え(ステップS204)、余剰蒸気を用いて熱源温水を加熱し、ステップS207に移行する。 When the heat source hot water temperature is 80 ° C. or lower (step S202, Yes), the energization to the heater 41 is turned on (step S203), and the switching valve V12 is switched to the heat source hot water side (surplus steam line L8 side) (step). S204), the heat source hot water is heated using the surplus steam, and the process proceeds to step S207.

一方、熱源温水温度が80℃以下でない場合(ステップS202,No)には、ヒーター41への通電をOFFにし(ステップS205)、さらに切替弁V12を蒸気排出側に切り替え(ステップS206)、余剰蒸気を熱源温水側に供給しないように、ステップS207に移行する。このときの温度(80℃)は、加熱蒸気停止温度である。なお、上記したように、余剰蒸気は蒸気排出側ではなく、熱利用設備100側に供給するようにしてもよい。 On the other hand, when the heat source hot water temperature is not 80 ° C. or lower (step S202, No), the energization to the heater 41 is turned off (step S205), the switching valve V12 is further switched to the steam discharge side (step S206), and the surplus steam. The process proceeds to step S207 so as not to supply the heat source to the hot water side. The temperature (80 ° C.) at this time is the heated steam stop temperature. As described above, the surplus steam may be supplied to the heat utilization equipment 100 side instead of the steam discharge side.

ステップS207では、図5に示した熱源温水温度に対するヒートポンプ出力の関係をもとに、ヒートポンプ出力制御部64に対してヒートポンプ出力制御を行わせ、ステップS208に移行する。 In step S207, the heat pump output control unit 64 is made to control the heat pump output based on the relationship of the heat pump output with respect to the heat source hot water temperature shown in FIG. 5, and the process proceeds to step S208.

ステップS208では、温度制御処理の終了指示があったか否かを判定し、終了指示がない場合(ステップS208,No)には、ステップS202に移行して上述した処理を続行し、終了指示があった場合(ステップS208,Yes)には、本処理を終了する。 In step S208, it is determined whether or not there is an end instruction for the temperature control process, and if there is no end instruction (steps S208, No), the process proceeds to step S202 to continue the above-mentioned process, and the end instruction is given. In the case (step S208, Yes), this process is terminated.

図5に示した熱源温水温度に対するヒートポンプ出力の関係では、熱源温水温度が81℃まで、ヒートポンプ出力を100%に設定し、熱源温水温度が81℃から86℃の間、熱源温水温度の上昇とともに、ヒートポンプ出力を小さくし、熱源温水温度が86℃では、ヒートポンプ出力を50%に設定している。さらに、熱源温水温度が86℃以上では、ヒートポンプ出力を50%一定に設定している。このようなヒートポンプ出力制御を行うことによって、熱源温水温度が80℃(所定温度)に基づいて設定された蒸気排出温度(81℃)を超える温度である場合、常に出力される余剰蒸気による熱源温水の温度上昇を抑えることができる。 Regarding the relationship of the heat pump output with respect to the heat source hot water temperature shown in FIG. 5, the heat source hot water temperature is set to 81 ° C., the heat pump output is set to 100%, the heat source hot water temperature is between 81 ° C. and 86 ° C., and the heat source hot water temperature rises. , The heat pump output is reduced, and when the heat source hot water temperature is 86 ° C., the heat pump output is set to 50%. Further, when the heat source hot water temperature is 86 ° C. or higher, the heat pump output is set to be constant at 50%. By performing such heat pump output control, when the heat source hot water temperature exceeds the steam discharge temperature (81 ° C) set based on 80 ° C (predetermined temperature), the heat source hot water by the surplus steam that is always output is always output. It is possible to suppress the temperature rise of.

なお、切替弁制御部63の切替弁V12に対する切替制御と、ヒートポンプ出力制御部64による出力低減制御とは、双方の制御を行ってもよいし、いずれか一方の制御のみを行ってよい。 Both the switching control of the switching valve control unit 63 for the switching valve V12 and the output reduction control by the heat pump output control unit 64 may be performed, or only one of them may be controlled.

また、上述した切替弁V12は、1つの弁で、余剰蒸気を熱源温水側と蒸気排出側とに切り替えるようにしていたが、これに限らず、切替弁V12に替えて、余剰蒸気を熱源温水側に供給する加熱蒸気弁と、余剰蒸気を蒸気排出側の外気に排出可能にする蒸気排出弁との2つの独立した弁によって構成してもよい。なお、上記したように蒸気排出弁は、熱利用設備100に余剰蒸気を供給するものであってもよい。あるいは、蒸気排出弁の下流側に、上記排出側の外気に排出するか、熱利用設備100側に供給するかの切替を行う切替弁を設けるようにしてもよい。また、切替弁V12を介して熱源温水側に供給される余剰蒸気(加熱蒸気)は、生成した蒸気の一部であればよく、余剰蒸気の全てである必要はない。 Further, the above-mentioned switching valve V12 is designed to switch the surplus steam between the heat source hot water side and the steam discharge side with one valve, but the present invention is not limited to this, and the surplus steam is replaced with the switching valve V12 to be the heat source hot water. It may be composed of two independent valves, a heated steam valve for supplying to the side and a steam discharge valve for allowing excess steam to be discharged to the outside air on the steam discharge side. As described above, the steam discharge valve may supply excess steam to the heat utilization equipment 100. Alternatively, a switching valve may be provided on the downstream side of the steam discharge valve to switch between discharging the outside air on the discharge side and supplying the heat to the heat utilization equipment 100 side. Further, the surplus steam (heated steam) supplied to the hot water side of the heat source via the switching valve V12 may be a part of the generated steam, and does not have to be all of the surplus steam.

本実施の形態では、余剰蒸気が熱源温水を加熱し続け、冷却手段がない場合、熱源温水が所定温度を超えやすくなり、所定温度を超えるとヒートポンプ20が運転できなくなるが、切替弁制御部63により余剰蒸気の排気及びヒートポンプ出力制御部64による余剰蒸気の発生低減を行うようにしているので、熱源温水が所定温度を超えにくくなり、ヒートポンプ20の運転を継続して行うことができる。 In the present embodiment, the excess steam continues to heat the heat source hot water, and if there is no cooling means, the heat source hot water tends to exceed the predetermined temperature, and if the temperature exceeds the predetermined temperature, the heat pump 20 cannot be operated. Since the excess steam is exhausted and the generation of excess steam is reduced by the heat pump output control unit 64, the heat source hot water is less likely to exceed the predetermined temperature, and the heat pump 20 can be continuously operated.

また、本実施の形態では、切替弁V12の切替を、余剰蒸気の流量を計測する流量計などを用いず、温度センサ52が検出する温度をもとに行っているので、簡易な構成で切替弁V12の切替制御を行うことができる。切替弁V12の切替制御は、温度が所定温度を超える場合、余剰蒸気が供給されているものとみなすことができることに基づいている。 Further, in the present embodiment, the switching valve V12 is switched based on the temperature detected by the temperature sensor 52 without using a flow meter or the like for measuring the flow rate of excess steam, so that the switching is performed with a simple configuration. Switching control of the valve V12 can be performed. The switching control of the switching valve V12 is based on the fact that when the temperature exceeds a predetermined temperature, it can be considered that excess steam is being supplied.

さらに、本実施の形態では、熱源温水が軟水器などを通した水道水などの供給水(軟水)であり、不純物が少ないものを用いているが、これに限らず、工場排水などの廃熱排水を利用してもよい。 Further, in the present embodiment, the heat source hot water is supply water (soft water) such as tap water passed through a water softener or the like, and water with few impurities is used. You may use drainage.

また、余剰蒸気を熱源温水タンク40に供給しているため、省エネルギー効果が得られるとともに、ヒーター41などの加熱手段の加熱容量を抑えることができる。 Further, since the surplus steam is supplied to the heat source hot water tank 40, an energy saving effect can be obtained and the heating capacity of the heating means such as the heater 41 can be suppressed.

なお、蒸発器21に供給された熱源温水は、吸熱後、熱源温水タンク40に戻されるので、省エネルギー効果を得ることができる。 The heat source hot water supplied to the evaporator 21 is returned to the heat source hot water tank 40 after absorbing heat, so that an energy saving effect can be obtained.

また、熱源温水の加熱は、ヒーター41に限らず、他の加熱手段を用いてもよい。例えば、熱交換器を介して工場排水などの廃熱排水の熱量で加熱してもよい。 Further, the heating of the heat source hot water is not limited to the heater 41, and other heating means may be used. For example, it may be heated by the amount of heat of waste heat wastewater such as factory wastewater via a heat exchanger.

さらに、上記の実施の形態で図示した各構成は機能概略的なものであり、必ずしも物理的に図示の構成をされていることを要しない。すなわち、各装置及び構成要素の分散・統合の形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を各種の使用状況などに応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。 Further, each configuration shown in the above-described embodiment is a schematic function, and does not necessarily have to be physically illustrated. That is, the form of distribution / integration of each device and component is not limited to the one shown in the figure, and all or part of them may be functionally or physically distributed / integrated in any unit according to various usage conditions. Can be configured.

10 ヒートポンプ式蒸気生成システム
20 ヒートポンプ
21 蒸発器
22 圧縮機
23 凝縮器
24 絞り膨張器
30 気液分離器
40 熱源温水タンク
41 ヒーター
50 水位センサ
52 温度センサ
60 制御部
61 水位制御部
62 温度制御部
63 切替弁制御部
64 ヒートポンプ出力制御部
100 熱利用設備
L1 給水ライン
L13 熱源温水戻しライン
L2 オーバーフロー排出ライン
L3 蒸発器供給ライン
L4 被加熱水供給ライン
L5 循環ライン
L6,L7 蒸気送出ライン
L8 余剰蒸気ライン
P1 熱源温水供給ポンプ
P2 被加熱水供給ポンプ
P3 蒸気圧縮機
V1 給水弁
V12 切替弁
V2 リリーフ弁
10 Heat pump type steam generation system 20 Heat pump 21 Evaporator 22 Compressor 23 Condenser 24 Squeeze expander 30 Gas-liquid separator 40 Heat source Hot water tank 41 Heater 50 Water level sensor 52 Temperature sensor 60 Control unit 61 Water level control unit 62 Temperature control unit 63 Switching valve control unit 64 Heat pump output control unit 100 Heat utilization equipment L1 Water supply line L13 Heat source hot water return line L2 Overflow discharge line L3 Evaporator supply line L4 Heated water supply line L5 Circulation line L6, L7 Steam delivery line L8 Surplus steam line P1 Heat source Hot water supply pump P2 Heated water supply pump P3 Steam compressor V1 Water supply valve V12 Switching valve V2 Relief valve

Claims (4)

ヒートポンプを用いて熱源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し、生成した蒸気を熱利用設備に供給するヒートポンプ式蒸気生成システムであって、
供給水を熱源温水タンクに供給する給水部と、
前記熱源温水タンク内の供給水を所定温度に加熱して前記熱源温水とする加熱部と、
前記熱源温水を前記ヒートポンプの蒸発器に供給して冷媒を加熱する蒸発器供給ラインと、
前記熱源温水タンク内の供給水の温度を検出する温度センサと、
を備え、
前記加熱部とは別に、生成した蒸気の少なくとも一部を加熱蒸気として前記熱源温水タンクに供給する加熱蒸気供給機構を含み、
前記加熱蒸気供給機構は、前記加熱蒸気の前記熱源温水タンクへの供給を制御可能な加熱蒸気弁を有し、
前記温度センサが前記所定温度に基づいて設定された蒸気加熱停止温度を超える温度を検出した場合、前記加熱蒸気弁を閉制御して前記加熱蒸気の前記熱源温水タンクへの供給を停止し、
前記加熱蒸気供給機構は、前記加熱蒸気を外気に排出可能とする蒸気排出弁を有し、
前記温度センサが前記所定温度に基づいて設定された蒸気排出温度を超える温度を検出した場合、前記蒸気排出弁を開として前記加熱蒸気を外気に排出する制御を行う切替弁制御部を備えたことを特徴とするヒートポンプ式蒸気生成システム。
It is a heat pump type steam generation system that recovers heat from the heat source hot water to the refrigerant using a heat pump, transfers the recovered heat from the refrigerant to the heated water to generate steam, and supplies the generated steam to the heat utilization equipment. hand,
The water supply unit that supplies the supply water to the heat source hot water tank,
A heating unit that heats the supply water in the heat source hot water tank to a predetermined temperature to make the heat source hot water.
An evaporator supply line that supplies the heat source hot water to the evaporator of the heat pump to heat the refrigerant, and
A temperature sensor that detects the temperature of the supply water in the heat source hot water tank, and
Equipped with
In addition to the heating unit, it includes a heating steam supply mechanism that supplies at least a part of the generated steam as heating steam to the heat source hot water tank.
The heated steam supply mechanism has a heated steam valve capable of controlling the supply of the heated steam to the heat source hot water tank.
When the temperature sensor detects a temperature exceeding the steam heating stop temperature set based on the predetermined temperature, the heating steam valve is closed and controlled to stop the supply of the heating steam to the heat source hot water tank.
The heated steam supply mechanism has a steam discharge valve that allows the heated steam to be discharged to the outside air.
When the temperature sensor detects a temperature exceeding the steam discharge temperature set based on the predetermined temperature, the steam discharge valve is opened to provide a switching valve control unit that controls to discharge the heated steam to the outside air. A heat pump type steam generation system featuring.
前記ヒートポンプの出力を制御するヒートポンプ出力制御部をさらに備え、該ヒートポンプ出力制御部は、前記温度センサが前記蒸気排出温度を超える温度を検出した場合、前記ヒートポンプの出力を通常運転時よりも低減することを特徴とする請求項に記載のヒートポンプ式蒸気生成システム。 Further, the heat pump output control unit for controlling the output of the heat pump is further provided, and when the temperature sensor detects a temperature exceeding the steam discharge temperature, the heat pump output control unit reduces the output of the heat pump as compared with the normal operation. The heat pump type steam generation system according to claim 1 . 前記蒸発器から排出された熱源温水の少なくとも一部を前記熱源温水タンクに戻す熱源温水戻しラインを備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載のヒートポンプ式蒸気生成システム。 The heat pump type steam generation system according to claim 1 or 2 , further comprising a heat source hot water return line for returning at least a part of the heat source hot water discharged from the evaporator to the heat source hot water tank. 前記熱源温水を前記被加熱水として前記ヒートポンプの凝縮器に直接供給可能な被加熱水供給ラインをさらに備えることを特徴とする請求項1~のいずれか一つに記載のヒートポンプ式蒸気生成システム。 The heat pump type steam generation system according to any one of claims 1 to 3 , further comprising a heated water supply line capable of directly supplying the heat source hot water as the heated water to the condenser of the heat pump. ..
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