JP7135618B2 - 蒸気生成ヒートポンプ装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施の形態である蒸気生成ヒートポンプ装置1の構成を示す回路図である。図1に示すように蒸気生成ヒートポンプ装置1は、ヒートポンプ部10及び蒸気生成部20有する。
次に、図2に示したフローチャートを参照して、制御部Cによる下部配管L4への被加熱水の流量制御手順について説明する。図2に示すように、制御部Cは、まず圧力検出センサ25の検出結果をもとに、水蒸気分離器22内の圧力Pを検出する(ステップS101)。その後、この圧力Pに対応する飽和温度Tsを算出する(ステップS102)。その後、制御部Cは、温度検出センサ26が検出した予熱配管L3内の温度Tを取得する(ステップS103)。
上記の実施の形態では、被加熱水を増大させる場合、回転数を所定量Δω分、段階的に増大させる処理を繰り返し行うようにしたが、本変形例1では、温度Tの上昇に伴って規定した給水ポンプ21の回転数と関係をもとに、給水ポンプ21の回転数制御を行うようにしている。
図6は、変形例2である蒸気生成ヒートポンプ装置2の構成を示す回路図である。上記の実施の形態または変形例1では、温度検出センサ26が検出した温度Tをもとに被加熱水が飽和状態とならないようにしていたが、本変形例2では、図6に示すように、気泡検出センサ30を設け、予熱配管L3内の被加熱水に気泡が生じているか否かを直接検出するようにしている。気泡検出センサ30は、例えば、被加熱水にレーザ光を照射し、その透過あるいは反射した画像をもとに気泡の有無を検出するもでもよいし、静電容量センサを用いて気泡の有無を検出するものであってもよい。
次に、変形例3について説明する。図8は、変形例3である蒸気生成ヒートポンプ装置3の構成を示す回路図である。上記の実施の形態または変形例1,2では、いずれも給水ポンプ21の回転数を制御して被加熱水の流量増大を行っていたが、本変形例3では、流量調整弁31を給水ポンプ21の下流に設け、被加熱水の流量増大制御を行うようにしている。なお、その他の構成は、図1に示した蒸気生成ヒートポンプ装置1と同じ構成である。
次に、変形例4について説明する。図10は、変形例4である蒸気生成ヒートポンプ装置4の構成を示す回路図である。本変形例4では、下部配管L4の温度が飽和温度に近い、あるいは飽和温度になった場合、給水ポンプ21の回転数の上昇や流量調整弁31の開度を大きくすることによって、被加熱水の流量増大を図って被加熱水の温度を低くするのではなく、予熱配管L3の被加熱水の供給を下部配管L4から水蒸気分離器22側に切り替えることによって、サーモサイフォン回路RTの循環速度低下による熱交換率の低下を防止するようにしている。
次に、変形例5について説明する。図12は、変形例5である蒸気生成ヒートポンプ装置5の構成を示す回路図である。本変形例5では、変形例4において変形例2と同様に、温度検出センサ26に替えて気泡検出センサ30を用いて、下部配管L4の温度が飽和温度に近い、あるいは飽和温度になったか否かを判定するようにしている。
次に、変形例6について説明する。図14は、変形例6である蒸気生成ヒートポンプ装置6の構成を示す回路図である。本変形例6では、温度検出センサ26や気泡検出センサ30などの飽和状態検出センサを用いず、被加熱水のうち、気泡を含まない水の状態であるものは下部配管L4に供給し、水蒸気の状態であるものは水蒸気分離器22に供給する前段水蒸気分離器50を設けている。
7 温水流通経路
8 冷媒循環経路
9a 給水経路
9b 循環水経路
9c 送出経路
10 ヒートポンプ部
11 圧縮機
12 凝縮器
13 過冷却器
14 膨張弁
15 蒸発器
20 蒸気生成部
21 給水ポンプ
22 水蒸気分離器
23 流量調整弁
24 水位検出センサ
24a 上位水位検出センサ
24b 基準水位検出センサ
25 圧力検出センサ
26 温度検出センサ
30 気泡検出センサ
31 流量調整弁
40,41 開閉弁
50 前段水蒸気分離器
51 ガス抜き弁
52 ボール
53 絞り
54 筒状部材
C 制御部
L1 前段給水配管
L2 後段給水配管
L3 予熱配管
L4 下部配管
L5 上部配管
L6 送出配管
L7 外部送出配管
L31 前段予熱配管
L32 後段予熱配管
L33 分岐配管
P 圧力
P1 下部接続点
P31 分岐点
RT サーモサイフォン回路
ST0 水位制御状態
ST1 回転数上昇状態
T 温度
T1 第1設定温度
T2 第2設定温度
Ts 飽和温度
ΔT1,ΔT2 所定温度差
Δω 所定量
ω,ω0 回転数
ωs 一定回転数
Claims (4)
- 熱源水から回収した熱で低圧冷媒を蒸発させる蒸発器と、低圧冷媒を高圧冷媒に圧縮する圧縮機と、高圧冷媒を凝縮させ被加熱水を加熱して沸騰させる凝縮器と、前記凝縮器によって凝縮された冷媒を過冷却して前記被加熱水を予熱する過冷却器と、前記過冷却器から導入される冷媒を減圧膨張して前記蒸発器に導出する膨張弁とを有したヒートポンプ部と、
前記凝縮器で沸騰した被加熱水を蒸気と水とに分離する水蒸気分離器と前記凝縮器との上部及び下部をそれぞれ上部配管と下部配管で連通し、前記水蒸気分離器内の水を前記下部配管を介して前記凝縮器に導出するとともに、前記凝縮器で沸騰した水蒸気を前記上部配管を介して前記水蒸気分離器に導出して外部出力するサーモサイフォン回路と、前記被加熱水を前記過冷却器に導入する給水ポンプと、前記過冷却器で予熱された前記被加熱水を前記下部配管を介して前記サーモサイフォン回路に供給する予熱配管とを有した蒸気生成部と、
を備えた蒸気生成ヒートポンプ装置であって、
前記予熱配管内における被加熱水の状態を検出する被加熱水状態検出センサと、
前記予熱配管上に設けられた第1の開閉弁と、
前記予熱配管上であって前記過冷却器と前記第1の開閉弁との間の分岐点から前記水蒸気分離器に接続する分岐配管と、
前記分岐配管上に設けられた第2の開閉弁と、
前記被加熱水状態検出センサによって検出された前記被加熱水の状態が飽和状態に近い状態あるいは飽和状態である場合、前記第1の開閉弁を閉にするとともに前記第2の開閉弁を開にして前記過冷却器から供給される前記被加熱水を前記水蒸気分離器に供給する切替制御を行う制御部と、
を備えることを特徴とする 蒸気生成ヒートポンプ装置。 - 前記被加熱水状態検出センサは、前記予熱配管内の被加熱水の温度を検出する温度検出センサであることを特徴とする請求項1に記載の蒸気生成ヒートポンプ装置。
- 前記被加熱水状態検出センサは、前記予熱配管内の気泡を検出する気泡検出センサであることを特徴とする請求項1または2に記載の蒸気生成ヒートポンプ装置。
- 熱源水から回収した熱で低圧冷媒を蒸発させる蒸発器と、低圧冷媒を高圧冷媒に圧縮する圧縮機と、高圧冷媒を凝縮させ被加熱水を加熱して沸騰させる凝縮器と、前記凝縮器によって凝縮された冷媒を過冷却して前記被加熱水を予熱する過冷却器と、前記過冷却器から導入される冷媒を減圧膨張して前記蒸発器に導出する膨張弁とを有したヒートポンプ部と、
前記凝縮器で沸騰した被加熱水を蒸気と水とに分離する水蒸気分離器と前記凝縮器との上部及び下部をそれぞれ上部配管と下部配管で連通し、前記水蒸気分離器内の水を前記下部配管を介して前記凝縮器に導出するとともに、前記凝縮器で沸騰した水蒸気を前記上部配管を介して前記水蒸気分離器に導出して外部出力するサーモサイフォン回路と、前記被加熱水を前記過冷却器に導入する給水ポンプと、前記過冷却器で予熱された前記被加熱水を前記下部配管を介して前記サーモサイフォン回路に供給する予熱配管とを有した蒸気生成部と、
を備えた蒸気生成ヒートポンプ装置であって、
前記予熱配管に前段水蒸気分離器を備え、
前記前段水蒸気分離器は、前記過冷却器から供給された被加熱水を水と水蒸気とに分離し、前記水を前記予熱配管に供給するとともに前記水蒸気を前記水蒸気分離器に供給することを特徴とする蒸気生成ヒートポンプ装置。
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