JP2009103421A

JP2009103421A - Heat pump system

Info

Publication number: JP2009103421A
Application number: JP2007278284A
Authority: JP
Inventors: Takuya Yoshida; 卓弥吉田; Akira Nishiguchi; 章西口; Tatsuro Yashiki; 達朗矢敷; Takanori Shibata; 貴範柴田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2007-10-26
Filing date: 2007-10-26
Publication date: 2009-05-14

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat pump system capable of stably supplying steam of a desired pressure to a demand side by control corresponding to change of a production amount of steam due to temperature fluctuation of a heat source. <P>SOLUTION: The heat pump system includes an evaporator 1 vaporizing water by heat from the heat source and producing steam, a compressor 2 compressing the steam produced by the evaporator 1, and a pipe 3 supplying the steam compressed by the compressor 2 to a steam utilizing facility. The system includes a flow rate measuring means 13 for measuring a steam flow rate flowing into the compressor 2, and a controller 14 including the measured steam flow rate into an input signal and including a rotational frequency command value of the compressor into an output signal. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、蒸気を供給するヒートポンプシステムに関わる。 The present invention relates to a heat pump system for supplying steam.

近年、エネルギー有効利用の観点から、今まであまり有効利用されていなかった工場や変電所，ビルなどの排熱を、排熱利用装置により有効利用することが推進されている。この排熱利用装置の一つとしてヒートポンプシステムがある。 In recent years, from the viewpoint of effective use of energy, it has been promoted that exhaust heat from factories, substations, buildings, and the like that have not been used so much so far is effectively used by an exhaust heat utilization device. There is a heat pump system as one of the exhaust heat utilization devices.

このようなシステム構成について、例えば特開２００７−１０２４３号公報では、安定運転を目的に、生成した蒸気を分岐させて蒸発器に導く戻り流路を設置する技術や、これを用いた運転方法が開示されている。 With regard to such a system configuration, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-10243, for the purpose of stable operation, there is a technique for branching the generated steam and installing a return flow path that leads to the evaporator, and an operation method using the same. It is disclosed.

特開２００７−１０２４３号公報JP 2007-10243 A

しかし、排熱を利用するヒートポンプシステムにおいて、熱源の温度変動による蒸気の生成量の変化に対応した制御については充分に検討されていない。 However, in a heat pump system using exhaust heat, control corresponding to a change in the amount of steam generated due to temperature fluctuations of the heat source has not been sufficiently studied.

本発明の目的は、熱源の温度変動による蒸気の生成量の変化に対応した制御により、所望の圧力の蒸気を需要先に安定的に供給することができるヒートポンプシステムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a heat pump system capable of stably supplying steam having a desired pressure to a demand destination through control corresponding to a change in the amount of steam generated due to temperature variation of a heat source.

上記目的を達成するために、本発明は、熱源からの熱で水を蒸発させて蒸気を生成する蒸発器と、前記蒸発器で生成された蒸気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された蒸気を蒸気利用施設に供給する配管を備えたヒートポンプシステムにおいて、前記圧縮機に流入する蒸気流量を計測する流量計測手段と、該計測された蒸気流量を入力信号に含み、前記圧縮機の回転数指令値を出力信号に含む制御装置を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides an evaporator that evaporates water with heat from a heat source to generate steam, a compressor that compresses steam generated by the evaporator, and a compressor that compresses the steam. In the heat pump system including a pipe for supplying the steam to the steam utilization facility, the flow rate measuring means for measuring the flow rate of the steam flowing into the compressor, the measured steam flow rate being included in the input signal, A control device that includes a rotation speed command value in an output signal is provided.

本発明によると、熱源の温度変動による蒸気の生成量の変化に対応した制御により、所望の圧力の蒸気を需要先に安定的に供給することができるヒートポンプシステムを提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the heat pump system which can supply the vapor | steam of desired pressure stably to a demand destination by control corresponding to the change of the production amount of the steam by the temperature fluctuation of a heat source can be provided.

製紙工場や清掃工場等の蒸気需要先に蒸気を供給する場合、蒸気ボイラを用いるのが現在の主流である。工場等に供給される蒸気はその用途が明確である場合が多く、所望の蒸気圧，蒸気供給量を満たす仕様のボイラの設置が要求される。また、蒸気需要先は、蒸気供給量が調整可能であることを求められる場合もある。そのためボイラは蒸気供給量を±２０％程度調整可能であることが望ましい。 When supplying steam to a steam demand destination such as a paper mill or a cleaning factory, a steam boiler is currently used. The use of steam supplied to factories and the like is often clear, and it is required to install a boiler with specifications that satisfy the desired steam pressure and steam supply amount. Further, the steam demand destination may be required to be able to adjust the steam supply amount. Therefore, it is desirable that the boiler can adjust the steam supply amount by about ± 20%.

これらの要件を満たすための技術として、ボイラで生成される蒸気の圧力や流量を制御する技術が知られている。この制御技術には、ボイラの燃焼を制御しコントロールするものや給水ポンプを制御してボイラ水位を設定値に保持するものがある。また近年、エネルギー有効利用の観点から、今まであまり有効利用されていなかった工場や変電所，ビルなどの排熱を、排熱利用装置により有効利用することが推進されている。この排熱利用装置の一つとしてヒートポンプシステムがある。 As a technique for satisfying these requirements, a technique for controlling the pressure and flow rate of steam generated in a boiler is known. This control technology includes one that controls and controls the combustion of the boiler and one that controls the feed water pump to maintain the boiler water level at a set value. Further, in recent years, from the viewpoint of effective energy use, it has been promoted to effectively use waste heat from factories, substations, buildings, etc., which has not been so much used until now, using waste heat utilization devices. There is a heat pump system as one of the exhaust heat utilization devices.

発明者らはこのような背景の下、需要先へ蒸気を供給するに際しヒートポンプシステムを用いることの有効性について検討を重ね、以下の知見を得た。 Under these circumstances, the inventors have repeatedly studied the effectiveness of using a heat pump system when supplying steam to a customer and obtained the following knowledge.

ヒートポンプシステムを利用して蒸気需要先に蒸気を供給する場合、水を作動媒体とし、排熱を熱源とする蒸発器を備え、蒸発器で生成した蒸気を圧縮機で昇温昇圧し、昇温昇圧された高温高圧の蒸気を需要先へ供給するシステムを用いることができればエネルギー効率の点で有利である。また、圧縮機の作動流体が水蒸気であると、別の作動流体を用いる場合と比べ、媒体重量あたりに搬送できるエネルギー量を飛躍的に向上できるという利点もある。 When supplying steam to a steam customer using a heat pump system, an evaporator with water as a working medium and exhaust heat as a heat source is provided, and the temperature of the steam generated by the evaporator is raised and raised with a compressor. It would be advantageous in terms of energy efficiency if a system for supplying pressurized high-temperature and high-pressure steam to a customer can be used. Further, when the working fluid of the compressor is water vapor, there is an advantage that the amount of energy that can be transported per weight of the medium can be dramatically improved as compared with the case where another working fluid is used.

ただしこのシステムを用いるためには、排熱の温度が常に変動しているという問題に対処する必要がある。ここで、発明者らは次の点に注目した。熱源である排熱の温度変動は、蒸発器で生成される蒸気の量や圧力，温度の変動につながる。なお定常運転中、通常は蒸発器内には常に液体が存在しており、蒸発器内の相対湿度は常に略１００％である。そのため蒸発器で生成される蒸気の圧力と温度は、どちらかが定まればもう一方は一義的に定まるという関係にある。圧縮機は作動流体がある一定の圧力，流量のときに最適な運転ができるよう設定されているため、蒸気量や蒸気圧力の変動により圧縮機の運用性は低下する。また蒸気の流量，圧力の変動はサージ発生等の危険性を高め、圧縮機の信頼性を低下させる。 However, in order to use this system, it is necessary to deal with the problem that the temperature of the exhaust heat is constantly fluctuating. Here, the inventors paid attention to the following points. The temperature fluctuation of exhaust heat, which is a heat source, leads to fluctuations in the amount, pressure, and temperature of steam generated in the evaporator. During steady operation, normally there is always liquid in the evaporator, and the relative humidity in the evaporator is always about 100%. For this reason, the pressure and temperature of the steam generated in the evaporator are in a relationship that if one is determined, the other is uniquely determined. Since the compressor is set so that it can be optimally operated when the working fluid is at a certain pressure and flow rate, the operability of the compressor deteriorates due to fluctuations in the amount of steam and the steam pressure. In addition, fluctuations in steam flow and pressure increase the risk of surges and reduce the reliability of the compressor.

この問題は、排熱を熱源として利用するヒートポンプシステム特有の問題である。前述の蒸気ボイラは蒸気供給のために運転されるため、蒸気供給の際に最適となるような制御が容易である。一方、ヒートポンプシステムを用いる場合、熱源である排熱は蒸気供給のために発生させる熱ではなく別系統で発生した熱である。この熱は副次的に利用されるものであり、ヒートポンプシステムの運転に合わせて排熱の温度を制御することは困難である。 This problem is specific to a heat pump system that uses exhaust heat as a heat source. Since the steam boiler described above is operated for supplying steam, it is easy to perform control that is optimal when supplying steam. On the other hand, when the heat pump system is used, the exhaust heat that is a heat source is not generated for supplying steam but generated by another system. This heat is used as a secondary effect, and it is difficult to control the temperature of exhaust heat in accordance with the operation of the heat pump system.

後述する各実施例は、上記問題点、すなわちヒートポンプシステムを用いた蒸気供給システムにおいて熱源の温度変動により生じる種々の問題を解決するための構成やその作用，効果を説明するためのものである。 Each embodiment to be described later is for explaining the above-described problem, that is, a configuration for solving various problems caused by temperature fluctuations of the heat source in the steam supply system using the heat pump system, and its operation and effect.

（比較例のヒートポンプシステム）
本発明のヒートポンプシステムを説明するにあたり、まず、比較例のヒートポンプシステムを図６を用いて説明する。 (Comparative heat pump system)
In describing the heat pump system of the present invention, first, a heat pump system of a comparative example will be described with reference to FIG.

図６は、比較例であるヒートポンプシステムの構成を示す。比較例のヒートポンプシステムは、熱源である排熱温水４からの熱で水を蒸発させて蒸気を生成する蒸発器１と、蒸発器１で生成された蒸気を圧縮する圧縮機２と、圧縮機２で圧縮された蒸気を蒸気利用施設に供給する蒸気供給配管３を基本構成要素としている。これらで構成される系を制御するために、蒸発器１の出口に備えられた圧力センサ６と、圧力センサ６で計測された圧力信号を受け取る給水制御装置７と、給水制御装置７からの指令信号を受けて補給水５の流量を調整するポンプ８を備えている。 FIG. 6 shows a configuration of a heat pump system as a comparative example. A heat pump system of a comparative example includes an evaporator 1 that generates steam by evaporating water with heat from exhaust heat water 4 that is a heat source, a compressor 2 that compresses steam generated by the evaporator 1, and a compressor The steam supply pipe 3 for supplying the steam compressed in 2 to the steam utilization facility is a basic component. In order to control the system constituted by these, a pressure sensor 6 provided at the outlet of the evaporator 1, a water supply control device 7 that receives a pressure signal measured by the pressure sensor 6, and a command from the water supply control device 7 A pump 8 that adjusts the flow rate of the makeup water 5 in response to the signal is provided.

次に、排熱温水４の温度や流量が変動した場合について説明する。排熱温水４の温度の変動や、流量の変動は、共に排熱温水４の熱量の変動につながる。そのため、以下、排熱温水４温度や流量の変動を、熱量の変動と総称する。 Next, the case where the temperature and flow rate of the exhaust heat hot water 4 are changed will be described. Both fluctuations in the temperature and flow rate of the exhaust heat hot water 4 lead to fluctuations in the amount of heat of the exhaust heat hot water 4. Therefore, hereinafter, fluctuations in the temperature and flow rate of the exhaust heat hot water 4 are collectively referred to as fluctuations in the amount of heat.

排熱温水４の熱量の変動に対する、比較例のヒートポンプシステムの制御と動作は以下のようになる。例えば、排熱温水４の熱量が減少した場合、補給水５の流量が変化せずそのままであれば、蒸発器１に流入した補給水は、蒸発に必要な飽和温度まで昇温されにくくなり、瞬間的に蒸気の発生量が減少し、圧縮機２に供給される蒸気の圧力が低下する。この蒸気圧力の変化は、圧力センサ６の計測値を受け取る給水制御装置７で、蒸気圧力の制御設定値からの低下として検出される。給水制御装置７では、検出された圧力低下量に応じて、ポンプ８に送る補給水５の流量を減らすべく、流量指令値を低下させる。流量指令値が低下すると、ポンプ８が蒸発器１に流入させる補給水５の流量が減るため、蒸発器１内に供給された補給水が昇温されやすくなる。そうすると下がっていた蒸気圧力が上昇する。 Control and operation of the heat pump system of the comparative example with respect to fluctuations in the amount of heat of the exhaust heat water 4 are as follows. For example, when the amount of heat of the exhaust heat hot water 4 is reduced, if the flow rate of the makeup water 5 remains unchanged, the makeup water that has flowed into the evaporator 1 is less likely to be heated to the saturation temperature necessary for evaporation, The amount of steam generated decreases instantaneously, and the pressure of the steam supplied to the compressor 2 decreases. This change in the steam pressure is detected as a decrease from the control set value of the steam pressure by the water supply control device 7 that receives the measurement value of the pressure sensor 6. In the water supply control device 7, the flow rate command value is reduced in order to reduce the flow rate of the makeup water 5 sent to the pump 8 according to the detected pressure drop amount. When the flow rate command value decreases, the flow rate of the makeup water 5 that the pump 8 flows into the evaporator 1 decreases, so that the makeup water supplied into the evaporator 1 is easily heated. As a result, the steam pressure that has fallen increases.

上昇後の蒸気圧力が制御設定値よりもまだ低ければ、この情報が再び圧力センサ６を介して給水制御装置７で検出され、ポンプ８を介して補給水５の流量がさらに絞られる。逆に、蒸気圧力が制御設定値よりも高ければ、補給水５の供給量は増加する。圧力センサ６の検出値が制御設定値を中心とする許容上下範囲内に維持されるよう、このような一連の操作が繰り返される。この一連の操作の繰り返しはＰＩＤ制御などの公知の制御方法で実現される。給水制御装置７の内部に備えられた制御盤には、この具体的な制御ロジックが実装されている。 If the steam pressure after the rise is still lower than the control set value, this information is detected again by the water supply control device 7 via the pressure sensor 6, and the flow rate of the makeup water 5 is further reduced via the pump 8. On the contrary, if the steam pressure is higher than the control set value, the supply amount of the makeup water 5 increases. Such a series of operations is repeated so that the detection value of the pressure sensor 6 is maintained within the allowable vertical range centered on the control set value. This series of operations is repeated by a known control method such as PID control. A specific control logic is mounted on a control panel provided in the water supply control device 7.

以上説明した、比較例のヒートポンプシステムによる制御によれば、排熱温水４の熱量が変動した場合、すなわち温度または流量の少なくとも一方が変動した場合においても圧縮機２に流入する蒸気の圧力の変動を抑制することができる。 According to the control by the heat pump system of the comparative example described above, the change in the pressure of the steam flowing into the compressor 2 even when the amount of heat of the exhaust hot water 4 changes, that is, when at least one of the temperature or the flow rate changes. Can be suppressed.

ところが、以下に述べるような問題もある。第一に、需要先へ所望の圧力・温度の蒸気を安定的に供給できないという問題が挙げられる。これは、排熱温水４の熱量変動に応じて実行される給水流量制御装置７による補給水５の流量制御の結果、蒸発器１での蒸気発生量が変動し、圧縮機２に供給される蒸気流量が変動するために、圧縮機の出口圧力・温度が変化するためである。 However, there are problems as described below. First, there is a problem in that steam having a desired pressure and temperature cannot be stably supplied to a customer. This is because the amount of steam generated in the evaporator 1 fluctuates as a result of the flow rate control of the makeup water 5 by the feed water flow rate control device 7 executed in accordance with the heat amount fluctuation of the exhaust heat water 4 and is supplied to the compressor 2. This is because the outlet pressure / temperature of the compressor changes because the steam flow rate fluctuates.

第二は、圧縮機がサージしたりするなど動作が不安定になる危険性が増加して信頼性が低下するという問題がある。これは、圧縮機２に供給される蒸気流量が変動することにより、圧縮機２の動作点が計画点からずれ、サージやチョーク、前段旋回失速などの動作が不安定化する領域に接近する可能性が増すためである。 Secondly, there is a problem that the reliability is lowered due to an increased risk of unstable operation such as a surge of the compressor. This is because the operating point of the compressor 2 deviates from the planned point due to fluctuations in the flow rate of the steam supplied to the compressor 2, and it is possible to approach a region where operations such as surge, choke, and pre-stage rotation stall become unstable. This is because the property increases.

第三は、圧縮機の効率が低下することである。これは、圧縮機２に供給される蒸気流量が変動することにより、圧縮機の動作点が計画点からずれることによるものである。圧縮機運転の計画点は通常、効率が最高になる動作点に設定されているため、計画点からずれると効率が低下する。 Thirdly, the efficiency of the compressor is reduced. This is because the operating point of the compressor deviates from the planned point due to fluctuations in the flow rate of steam supplied to the compressor 2. Since the planned point for compressor operation is normally set to the operating point where the efficiency is highest, the efficiency decreases when the planned point deviates from the planned point.

以上の課題を解決するために考え出された本発明の実施例であるヒートポンプシステムについて、以下説明する。 The heat pump system which is an embodiment of the present invention conceived for solving the above problems will be described below.

（実施例１）
本発明の実施例１について説明する。図１は、本発明の実施例１であるヒートポンプシステムの構成を示す。本システムは、上述の図６で示した比較例であるヒートポンプシステムの構成要素に加え、排熱温水４の熱量を計測する手段である熱量計測手段１０と、計測された熱量の信号を入力として受け、圧縮機２の駆動用モータ９に伝達する回転数指令値を出力する制御装置１１を備えている。 (Example 1)
Example 1 of the present invention will be described. FIG. 1 shows the configuration of a heat pump system that is Embodiment 1 of the present invention. In addition to the components of the heat pump system which is the comparative example shown in FIG. 6 described above, this system receives as input the calorific value measuring means 10 which is a means for measuring the calorific value of the exhaust heat hot water 4 and a signal of the measured calorific value. And a control device 11 for outputting a rotation speed command value transmitted to the drive motor 9 of the compressor 2.

熱量計測手段１０は、具体的には公知のセンサや演算装置を組み合わせて実現できる。例えば、排熱温水４の系統に備えられた温度センサ１０１（図示省略）と、同じく排熱温水４の系統に備えられた流量計１０２（図示省略）と、該温度センサ１０１の計測値を入力として排熱温水４の比エンタルピを出力する換算手段１０３（図示省略）と、該換算手段１０３から出力された排熱温水の比エンタルピと前記流量計１０２で計測された流量を乗算して排熱温水４の熱量流量を出力する熱量流量計算手段１０４（図示省略）によって、前記熱量計測手段１０を構成することができる。ただし熱量計測手段１０はこの例に限らず、公知のセンシング技術や演算技術により排熱温水４の熱量流量を特定ないし推定する機能を有するものであればよい。 Specifically, the calorific value measuring means 10 can be realized by combining known sensors and arithmetic devices. For example, a temperature sensor 101 (not shown) provided in the system of the exhaust heat hot water 4, a flow meter 102 (not shown) provided in the system of the exhaust heat hot water 4, and a measured value of the temperature sensor 101 are input. The conversion means 103 (not shown) for outputting the specific enthalpy of the exhaust heat hot water 4 as the output, the specific enthalpy of the exhaust heat hot water output from the conversion means 103 and the flow rate measured by the flow meter 102 are multiplied to exhaust heat. The calorific value measuring means 10 can be configured by a calorific flow rate calculating means 104 (not shown) that outputs the calorific value flow of the hot water 4. However, the calorific value measuring means 10 is not limited to this example, and any calorific value measuring means 10 may be used as long as it has a function of specifying or estimating the calorific flow rate of the exhaust hot water 4 by a known sensing technique or calculation technique.

図２を用い、回転数制御装置の詳細を示す。図２は、本発明の実施例１であるヒートポンプシステムの制御装置１１の構成を示す。制御装置１１は、あらかじめ需要先の所望蒸気条件、例えば温度や単位時間当たりの流量等を満たすように定められた目標圧力比３３と、熱量計測手段１０で計測された熱量３１とを入力として受け取り、この２つの入力条件下における圧縮機２の回転数指令値３６を出力するものである。主要な内部回路として、蒸発量演算回路２１と、回転数決定回路２３と、圧縮機性能演算回路２２と、出力回路２４を備えている。以下に各内部回路の機能と、これらを組み合わせて実行される回転数制御の仕組みを述べる。 Details of the rotation speed control device will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows the configuration of the control device 11 of the heat pump system that is Embodiment 1 of the present invention. The control device 11 receives as input the target pressure ratio 33 that is determined in advance so as to satisfy the desired steam conditions of the customer, for example, the temperature and the flow rate per unit time, and the heat quantity 31 measured by the heat quantity measuring means 10. The rotational speed command value 36 of the compressor 2 under these two input conditions is output. As main internal circuits, an evaporation amount calculation circuit 21, a rotation speed determination circuit 23, a compressor performance calculation circuit 22, and an output circuit 24 are provided. The function of each internal circuit and the mechanism of the rotational speed control executed by combining these will be described below.

はじめに、蒸発量演算回路２１では、前記熱量計測手段１０で計測された排熱温水４の熱量３１を入力として受けて、この排熱条件下での蒸気発生量の予測値を演算して、蒸気量３２として出力する。この演算は、記号P_evapratorが蒸発器１の蒸気圧力の制御設定値、ｆ（P_evaprator）が圧力を入力として蒸気の比エンタルピを出力する蒸気物性関数、h_steamが蒸発器１の蒸気の比エンタルピ、Q_sourceが排熱温水４の熱量３１、G_steamが蒸発器１での蒸気発生量（蒸気量３２）を表すとして、次式（１）（２）によって実行される。 First, the evaporation amount calculation circuit 21 receives the amount of heat 31 of the waste heat hot water 4 measured by the heat amount measuring means 10 as an input, calculates a predicted value of the amount of steam generated under this waste heat condition, Output as quantity 32. In this calculation, the symbol P_evaprator is the steam pressure control setting value of the evaporator 1, f (P_evaprator) is the steam physical function that outputs the specific enthalpy of steam with the pressure as input, h_steam is the specific enthalpy of the steam of the evaporator 1, Q_source Is represented by the following equations (1) and (2), where G_steam represents the amount of steam generated in the evaporator 1 (steam amount 32).

h_steam＝ｆ（P_evaprator）（１）
G_steam＝Q_source／h_steam （２）
一方、回転数決定回路２３は、後述する圧縮機性能演算回路２２から出力された圧力比３５と目標圧力比３３を入力として受け、この２つの圧力比の偏差があらかじめ定めた所望の範囲内にあるかどうか判定し（以下、圧力比判定と呼ぶ）、範囲内にない場合はこの偏差に応じて圧縮機２の回転数をもとの設定から変更し回転数３４として出力する。範囲内にある場合は、後述する出力回路２４に制御を渡す。回転数を変更して出力する場合の演算内容は、後に図３を用いて説明する。 h_steam = f (P_evaprator) (1)
G_steam = Q_source / h_steam (2)
On the other hand, the rotational speed determination circuit 23 receives a pressure ratio 35 and a target pressure ratio 33 output from the compressor performance calculation circuit 22 described later as inputs, and the deviation between the two pressure ratios falls within a predetermined desired range. If it is not within the range, the rotational speed of the compressor 2 is changed from the original setting according to this deviation and output as the rotational speed 34. If it is within the range, control is passed to the output circuit 24 described later. The calculation contents when the rotation speed is changed and output will be described later with reference to FIG.

ここで、回転数決定回路２３と圧縮機性能演算回路２２は、圧力比３５が戻されるフローによって、繰り返し計算のループを構成しているわけであるが、回転数決定回路２３に戻される圧力比３５がまだ一度も出力されていない１回目の計算では、回転数決定回路２３は、あらかじめ前記目標圧力比３３に応じて定められた回転数３４を出力する。 Here, the rotational speed determination circuit 23 and the compressor performance calculation circuit 22 constitute a loop of repeated calculation according to the flow in which the pressure ratio 35 is returned, but the pressure ratio returned to the rotational speed determination circuit 23. In the first calculation in which 35 has not been output yet, the rotational speed determination circuit 23 outputs the rotational speed 34 determined in advance according to the target pressure ratio 33.

また、回転数を変更して出力する場合の、上記「もとの設定」とは、圧力比３５の戻りがまだ出力されていない１回目の計算では、あらかじめ目標圧力比３３に応じて定められた回転数３４をさし、圧力比３５の戻りが存在する２回目以降の繰り返しにおいては、前回の繰り返しで回転数決定回路２３から出力された回転数３４をさす。 In addition, the above-mentioned “original setting” in the case where the rotation speed is changed and output is determined in advance according to the target pressure ratio 33 in the first calculation in which the return of the pressure ratio 35 is not yet output. In the second and subsequent iterations in which the return of the pressure ratio 35 exists, the revolution number 34 output from the revolution number determination circuit 23 in the previous iteration is indicated.

圧縮機性能演算回路２２は、蒸発量演算回路２１から出力された蒸発量３２と、前記回転数決定回路２３から出力された回転数３４を入力として受け、この入力条件下での圧縮機２の圧力比の予想値を演算して圧力比３５として出力する。圧縮機２の圧力比の予想値を計算する演算の内容は、後に図３を用いて説明する。 The compressor performance calculation circuit 22 receives the evaporation amount 32 output from the evaporation amount calculation circuit 21 and the rotation speed 34 output from the rotation speed determination circuit 23 as inputs, and the compressor 2 operates under this input condition. The predicted value of the pressure ratio is calculated and output as the pressure ratio 35. The contents of the calculation for calculating the expected value of the pressure ratio of the compressor 2 will be described later with reference to FIG.

出力回路２４は、回転数決定回路２３の圧力比判定で圧力比３５と目標圧力比３３の偏差があらかじめ定めた範囲内にあると判定されたときの回転数を、回転数指令値３６として制御装置１１の外部に出力する。この回転数指令値３６は圧縮機２を駆動するモータ９に伝達され、圧縮機２が指令値３６の回転数で運転される。 The output circuit 24 controls, as the rotational speed command value 36, the rotational speed when the pressure ratio determination of the rotational speed determination circuit 23 determines that the deviation between the pressure ratio 35 and the target pressure ratio 33 is within a predetermined range. Output to the outside of the device 11. The rotational speed command value 36 is transmitted to the motor 9 that drives the compressor 2, and the compressor 2 is operated at the rotational speed of the command value 36.

以上に述べた制御装置１１は、具体的には入出力端子と内部回路を有する制御盤として実現され、熱量３１と目標圧力比３３は制御盤への入力信号であり、蒸発量演算回路２１ならびに回転数決定回路２３，圧縮機性能演算回路２２，出力回路２４は制御盤内に実装された内部演算回路であり、蒸気量３２ならびに回転数３４，圧力比３５は前記内部演算回路間でやり取りされる内部入出力信号であり、回転数指令値３６は制御盤からの出力信号である。本実施例ではわかりやすく内部を分割したものについて説明したが、制御装置１１は同等機能の演算可能なものが実装されていればよく、内部構成はこれに限られるものでない。 Specifically, the control device 11 described above is realized as a control panel having input / output terminals and an internal circuit, and the heat quantity 31 and the target pressure ratio 33 are input signals to the control panel, and the evaporation amount calculation circuit 21 and The rotation speed determination circuit 23, the compressor performance calculation circuit 22, and the output circuit 24 are internal calculation circuits mounted in the control panel, and the steam amount 32, the rotation speed 34, and the pressure ratio 35 are exchanged between the internal calculation circuits. The rotational speed command value 36 is an output signal from the control panel. In the present embodiment, an example in which the inside is divided is described in an easy-to-understand manner. However, it is only necessary that the control device 11 be capable of calculating an equivalent function, and the internal configuration is not limited to this.

なお本実施例において、制御される回転数の内容、すなわち圧縮機２の駆動モータ９に伝達される回転数の制御指令値３６は、圧縮機２の回転数として述べた。しかし、これは簡単のため圧縮機２とモータ９が同軸上にあり同じ回転数である場合を前提としたものである。圧縮機２と駆動モータ９の間にギアなどの駆動力伝達手段を介しており回転数が異なる場合、実際にモータ９に伝達される指令値は、圧縮機２の回転数が制御指令値３６になるようなモータ９の回転数指令値であってもよい。この場合、圧縮機２について、あらかじめ既知の対応関係に基づいて構築された回転数を入力とし、対応するモータ９の回転数を出力する回転数変換回路を、制御装置１１もしくは、モータ９に備えられた制御装置（図示省略）に設けるとよい。さらにこの回転数変換回路に対し、回転数指令値３６（図５）を入力信号として伝達し、出力されたモータ回転数指令値をモータ９の制御装置に伝達するように回路を構成するとよい。 In the present embodiment, the contents of the controlled rotational speed, that is, the rotational speed control command value 36 transmitted to the drive motor 9 of the compressor 2 is described as the rotational speed of the compressor 2. However, for the sake of simplicity, it is assumed that the compressor 2 and the motor 9 are coaxial and have the same rotational speed. When the rotational speed is different between the compressor 2 and the drive motor 9 via a driving force transmission means such as a gear, the command value actually transmitted to the motor 9 is the control command value 36. The rotational speed command value of the motor 9 may be In this case, the control device 11 or the motor 9 is provided with a rotation speed conversion circuit that inputs the rotation speed that is constructed based on a known correspondence relationship in advance for the compressor 2 and outputs the rotation speed of the corresponding motor 9. It may be provided in a control device (not shown). Further, the circuit may be configured to transmit the rotational speed command value 36 (FIG. 5) as an input signal to the rotational speed conversion circuit and transmit the output motor rotational speed command value to the control device of the motor 9.

以上に述べた本発明の制御装置１１は、以上に述べた一連の計算の繰り返し（すなわち、圧力比３５が圧縮機性能演算回路２２から回転数決定回路２３に戻され、回転数決定回路２３で圧力比判定されるループ）によって、排熱温水４の熱量変動に応じて、圧縮機２の圧力比３５があらかじめ定めた目標値３３の許容範囲内になるような圧縮機２の回転数３４の指令値３６を演算できる。この回転数指令値３６がモータ９に伝達されて圧縮機２が運転されるので、本発明は、排熱温水４の条件の変動によらず、所望の圧力の蒸気を需要先に安定的に供給できる。 The control device 11 of the present invention described above repeats the series of calculations described above (that is, the pressure ratio 35 is returned from the compressor performance calculation circuit 22 to the rotation speed determination circuit 23, and the rotation speed determination circuit 23 By the pressure ratio determination loop), the rotational speed 34 of the compressor 2 is such that the pressure ratio 35 of the compressor 2 falls within the predetermined allowable range of the target value 33 according to the heat amount fluctuation of the exhaust heat water 4. The command value 36 can be calculated. Since the rotation speed command value 36 is transmitted to the motor 9 and the compressor 2 is operated, the present invention can stably supply steam at a desired pressure to a demand destination regardless of fluctuations in the conditions of the exhaust heat water 4. Can supply.

続いて、図３を用いて前記圧縮機性能演算回路２２の演算内容と、前記回転数決定回路２３の回転数変更の演算内容を説明する。図３は、本発明の実施例１であるヒートポンプシステムの蒸気流量と圧力比の関係を示す。 Next, the calculation contents of the compressor performance calculation circuit 22 and the calculation contents of the rotation speed change of the rotation speed determination circuit 23 will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows the relationship between the steam flow rate and the pressure ratio of the heat pump system that is Embodiment 1 of the present invention.

まず、前記圧縮機性能演算回路２２における演算内容を説明する。圧縮機性能演算回路２２は前述のように、蒸発量３２と回転数３４を入力として受け、この入力条件下での圧縮機２の圧力比を予想する演算を実行して結果を圧力比３５として出力する。このために、該圧縮機性能演算回路２２の内部では、図３で示すような圧縮機２の性能の特性関数（以下、性能特性関数）を用いて圧縮機の動作点を特定し、この動作点での圧縮機の性能を出力する。図３では、横軸の蒸気流量が、蒸気量３２に対応し、曲線ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの５ケースで例示した回転数が、それぞれ回転数３４に対応する。縦軸の圧力比が圧力比３５に対応する。ここでいう「対応」とは、数量の一致とは限らず、無次元化などの換算をする場合を含むとする。 First, calculation contents in the compressor performance calculation circuit 22 will be described. As described above, the compressor performance calculation circuit 22 receives the evaporation amount 32 and the rotational speed 34 as inputs, executes a calculation for predicting the pressure ratio of the compressor 2 under the input conditions, and sets the result as the pressure ratio 35. Output. For this purpose, in the compressor performance calculation circuit 22, the operating point of the compressor is specified by using the performance characteristic function (hereinafter referred to as performance characteristic function) of the compressor 2 as shown in FIG. Outputs compressor performance in terms of points. In FIG. 3, the steam flow rate on the horizontal axis corresponds to the steam amount 32, and the rotational speeds exemplified in the five cases of the curves a, b, c, d, and e correspond to the rotational speed 34, respectively. The pressure ratio on the vertical axis corresponds to the pressure ratio 35. Here, “correspondence” is not limited to the coincidence of quantities, and includes the case of conversion such as non-dimensionalization.

図３においては蒸気量３２に対応する蒸気流量における、回転数３４に対応する回転数を示す曲線上の点が、圧縮機２の運転点として特定される。例えば図３中で、蒸気流量がＳ１で回転数がａの場合、運転点はＩとなる。こうして運転点が特定されると、運転点に対応する縦軸目盛からこのときの圧力比が特定される。また、図３中の等効率線の配置に対する運転点の位置から圧縮機効率が特定される。 In FIG. 3, a point on the curve indicating the rotational speed corresponding to the rotational speed 34 at the steam flow rate corresponding to the steam volume 32 is specified as the operating point of the compressor 2. For example, in FIG. 3, when the steam flow rate is S1 and the rotational speed is a, the operating point is I. When the operating point is specified in this way, the pressure ratio at this time is specified from the vertical scale corresponding to the operating point. Further, the compressor efficiency is specified from the position of the operating point with respect to the arrangement of the isoefficiency lines in FIG.

性能特性関数は、このようにして、入力される蒸気量３２と回転数３４の条件下における、圧縮機の圧力比３５と圧縮機効率の予想値を特定する。圧縮機性能演算回路２２はこの性能特性関数の演算によって得られた圧力比を、圧力比３５として出力する。 The performance characteristic function thus identifies the compressor pressure ratio 35 and the expected value of the compressor efficiency under the conditions of the input steam quantity 32 and the rotational speed 34. The compressor performance calculation circuit 22 outputs the pressure ratio obtained by the calculation of the performance characteristic function as a pressure ratio 35.

この性能特性関数は、具体的には、ターボ機械についての熱力学的あるいは空力的な理論式や経験式にもとづくコンピュータシミュレータションプログラムとして実装するか、あるいは圧縮機２の設計情報に基づいて作成された図３に示したようなグラフを数表化したデジタルデータとして実装することができる。数表化されたデジタルデータとして実装する場合は、入力された蒸気量３２と回転数３４に応じて数表データを補間し、対応する圧力比と効率を出力するように数表データとの入出力を構成するとよい。数表データの補間は例えば多次元スプラインなどの公知の補間アルゴリズムを用いて実装できる。 Specifically, the performance characteristic function is implemented as a computer simulation program based on a thermodynamic or aerodynamic theoretical formula or empirical formula for the turbomachine, or is created based on the design information of the compressor 2. It is possible to mount the graph as shown in FIG. When implemented as digitalized data, the numerical table data is interpolated according to the input steam amount 32 and the rotational speed 34, and the numerical table data is input so as to output the corresponding pressure ratio and efficiency. Configure the output. The interpolation of numerical table data can be implemented using a known interpolation algorithm such as a multidimensional spline.

次に、回転数決定回路２３の回転数変更の演算内容を説明する。前提として、図３中の点Ｉは計画運転点を示すものとする。計画運転点Ｉは、通常、効率が最高になる運転領域に設定されており、図３でも等効率線の効率が最も高い領域にあることでこれを示している。 Next, the calculation content of the rotation speed change of the rotation speed determination circuit 23 will be described. As a premise, point I in FIG. 3 indicates a planned operation point. The planned operation point I is normally set in an operation region where the efficiency is highest, and this is shown in FIG. 3 by being in the region where the efficiency of the iso-efficiency line is highest.

この計画運転点Ｉに対して、排熱温水４の熱量３１が変動して、例えば減少すると、蒸発器１で発生する蒸気量３２として減少した値が蒸発量演算回路２１で予測される。このように減少した蒸気量３２の値を入力として受け取った圧縮機性能演算回路２２では、性能特性関数の曲線で表される動作点上を運転点が移動する。図３から読み取れるように、計画運転点Ｉの蒸気流量はＳ１であるが、これがＳ２まで減少したとすると、圧縮機の運転点は動作線ａに沿って点Ｉから点IIに移動する。この結果、圧力比が目標圧力比３３よりも高くなる。また、運転点が、効率低下する等効率線の外周方向に移動しているので、効率も低くなる。また、図３に示すサージング線（一点破線）に近づくため、運転の安定性と信頼性が低下する。このように運転点が当初の計画点からずれると様々な問題が起こる。本実施例ではサージの危険性が増すが、条件変動の内容によってはチョーキング、前段旋回失速など運転の安定性と信頼性を損なう領域に近づく危険性も増える。 When the amount of heat 31 of the exhaust hot water 4 fluctuates with respect to the planned operating point I and decreases, for example, the amount of steam 32 generated in the evaporator 1 is predicted by the evaporation amount calculation circuit 21. In the compressor performance calculation circuit 22 that has received the value of the reduced steam amount 32 as an input, the operating point moves on the operating point represented by the curve of the performance characteristic function. As can be seen from FIG. 3, the steam flow rate at the planned operation point I is S1, but if this is reduced to S2, the operation point of the compressor moves from the point I to the point II along the operation line a. As a result, the pressure ratio becomes higher than the target pressure ratio 33. Further, since the operating point moves in the outer peripheral direction of the isoefficiency line that decreases in efficiency, the efficiency also decreases. Moreover, since it approaches the surging line (one-dot broken line) shown in FIG. 3, the stability and reliability of the operation are lowered. In this way, various problems occur when the operating point deviates from the original planned point. In this embodiment, the risk of surge increases, but depending on the contents of the condition change, there is an increased risk of approaching a region that impairs operational stability and reliability, such as choking and pre-stage stall.

このような問題に対して、本実施例のヒートポンプシステムでは、圧縮機の回転数を線ａから線ｂの値に変更する。このように回転数をａからｂに下げると、圧力比が目標圧力比３３に保つことができるだけでなく、この操作では運転点が図に示すように等効率線上を効率の高い方に移動するので圧縮機効率も向上する。 For such a problem, in the heat pump system of the present embodiment, the rotation speed of the compressor is changed from the value of line a to the value of line b. Thus, when the rotational speed is decreased from a to b, not only can the pressure ratio be maintained at the target pressure ratio 33, but in this operation, the operating point moves on the isoefficiency line to the higher efficiency as shown in the figure. Therefore, the compressor efficiency is also improved.

この回転数の変更の計算は、圧力比が目標値３３に対応する図中の水平線と、蒸気量がＳ２に対応する垂線が交わる交点に対して、この交点に同時に交わっている回転数曲線の回転数値を計算する演算として実行される。例えば、図２において回転数３４を初期値ａから繰り返し計算のたびに一定量ずつ減少させて、回転数決定回路２３から圧縮機性能演算回路２２までの繰り返しループを実行し、計算された圧力比３５が目標圧力比３３に対してあらかじめ定めた許容偏差範囲内になるまでこれを繰り返すのが最も単純な方法である。このような演算は、コンピュータによる公知の繰り返し計算や数表補間のアルゴリズムによって実現できる。 The calculation of the change in the rotational speed is performed by calculating the rotational speed curve simultaneously intersecting the intersection point where the horizontal line in the drawing corresponding to the pressure ratio corresponding to the target value 33 and the perpendicular corresponding to the steam amount corresponding to S2 intersect. This is executed as an operation for calculating the rotation value. For example, in FIG. 2, the rotational speed 34 is decreased from the initial value a by a fixed amount every time it is repeatedly calculated, and a repeated loop from the rotational speed determination circuit 23 to the compressor performance calculation circuit 22 is executed to calculate the calculated pressure ratio. The simplest method is to repeat this until 35 falls within a predetermined allowable deviation range with respect to the target pressure ratio 33. Such an operation can be realized by a known iterative calculation or numerical table interpolation algorithm by a computer.

本制御回路１１は、このように、圧縮機性能演算回路２２に備えられた性能特性関数の出力結果を用いて、回転数決定回路２３を利用して回転数を調整することにより、排熱源の熱量が変動しても、圧縮機の圧力比をあらかじめ定めた範囲内の値に保って運用できる。このため、サージやチョーク，前段旋回失速などの、信頼性を低下させる現象が発生する運転領域に近づく危険性を抑制でき、運転の安定性と信頼性を向上できる。またこの回転数の調整により運転点が効率の高い領域に移動させることができるので、圧縮機効率の低下を抑制できる。 In this way, the control circuit 11 adjusts the rotational speed using the rotational speed determination circuit 23 using the output result of the performance characteristic function provided in the compressor performance arithmetic circuit 22, thereby Even if the amount of heat fluctuates, the compressor pressure ratio can be kept at a value within a predetermined range. For this reason, it is possible to suppress the risk of approaching the operation region in which a phenomenon that reduces reliability, such as a surge, choke, and front-stage turning stall, can be suppressed, and the stability and reliability of operation can be improved. Further, since the operating point can be moved to a region with high efficiency by adjusting the rotational speed, it is possible to suppress a decrease in compressor efficiency.

また、以上説明した本実施例のヒートポンプシステムでは、蒸気の圧力の安定化を計測値とコンピュータモデルを用いた制御によって実現している。そのため、追加流路等を設けることによる設置スペースの増大や設備コストの上昇，メンテナンスの煩雑を招くことなく、設備構成をシンプルに保ったまま実施できる。 Further, in the heat pump system of the present embodiment described above, stabilization of the steam pressure is realized by control using measured values and a computer model. For this reason, the installation configuration can be kept simple without increasing the installation space due to the provision of an additional flow path or the like, increasing the equipment cost, and causing troublesome maintenance.

（実施例２）
次に、本発明の実施例２について説明する。図４は、本発明の実施例２であるヒートポンプシステムの構成を示す。実施例１と構成が同じ部分については、説明を省略する。以下に構成が異なる箇所の内容を説明する。 (Example 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 shows the configuration of a heat pump system that is Embodiment 2 of the present invention. A description of the same components as those in the first embodiment will be omitted. The contents of the different parts will be described below.

実施例２のヒートポンプシステムは、前述の実施例１（図１）と異なり、前記熱量計測手段１０を備えていない。代わりに、圧縮機２に流入する蒸気の流量を計測する手段である流量計測手段１３を備えている。流量計測手段１３で計測された蒸気流量の信号は制御装置１４に入力として伝達される。流量計測手段１３には、公知の蒸気流量計を用いることができる。 The heat pump system according to the second embodiment is different from the first embodiment (FIG. 1) and does not include the calorific value measuring means 10. Instead, a flow rate measuring means 13 which is a means for measuring the flow rate of the steam flowing into the compressor 2 is provided. A signal of the steam flow rate measured by the flow rate measuring means 13 is transmitted to the control device 14 as an input. A known steam flow meter can be used as the flow rate measuring means 13.

図４に示す通り、制御装置１４に入力される情報が流量計測手段１３で計測された蒸気流量であることにともない、本実施例の制御装置１４の構成内容は図５に示すようになる。 As shown in FIG. 4, the information input to the control device 14 is the steam flow rate measured by the flow rate measuring means 13, and the configuration content of the control device 14 of this embodiment is as shown in FIG. 5.

図５は、本発明の実施例２であるヒートポンプシステムの制御装置１４の構成を示す。本実施例の制御装置１４の構成は実施例１の制御装置１１の構成（図２）とほぼ同様であるが、圧縮機性能演算回路２２に入力される信号が異なる。すなわち、実施例１の制御装置１１では前記蒸発量演算回路２１の演算によって予測された蒸気量３２が圧縮機性能演算回路２２に入力されていたが、これに対し、図５で示す本実施例の制御装置１４では、流量計測手段１３で計測された圧縮機流入蒸気流量３８が入力される。 FIG. 5 shows the configuration of the control device 14 of the heat pump system that is Embodiment 2 of the present invention. The configuration of the control device 14 of the present embodiment is substantially the same as the configuration of the control device 11 of the first embodiment (FIG. 2), but the signal input to the compressor performance calculation circuit 22 is different. That is, in the control device 11 of the first embodiment, the steam amount 32 predicted by the calculation of the evaporation amount calculation circuit 21 is input to the compressor performance calculation circuit 22, but on the other hand, this embodiment shown in FIG. , The compressor inflow steam flow rate 38 measured by the flow rate measuring means 13 is input.

このように、制御装置１４に入力する信号を流量計測手段１３の計測値とすることにより、本実施例のヒートポンプシステムには以下の長所と効果がある。（１）計測手段に関し、上述の実施例１で用いていた熱量計測手段１０が不要となる。熱量計測手段１０は、上述したように例えば流量計と温度計とこれらの計測値に基づく熱量計算回路から構成されるが、本実施例の蒸気流量計測手段は蒸気流量計のみで構成できるため、計測手段の構成を第一例よりも簡素化できる。（２）制御装置について、実施例１における蒸発量演算回路２１が不要となり、制御装置の内部構成を簡素化できる。（３）制御装置１４の処理内容が、蒸発器に関する演算（図２における蒸発量演算回路２１による演算）を必要とせず、圧縮機２についての処理（圧縮機性能演算回路２２と回転数決定回路２３による演算）に限られるため、制御回路の設計だけでなく、実装や調整など、運用も容易になる。（４）制御装置１４内の圧縮機性能演算回路２２に入力される蒸気流量の信号が、実施例１のように熱量計測値３１にもとづいて蒸発量演算回路２１で予測された値３２でなく、実際に流量計測手段１３で計測された値であるため、圧縮機性能演算回路２２の出力内容、ひいては該制御装置１４全体で計算されて出力される回転数指令値３６の精度が向上する。この結果、より安定的で信頼性が高く、かつ高効率なヒートポンプシステムの運用が実現できる。（５）制御装置１４の処理内容が、圧縮機２の制御に関わる演算のみであり、他の機器の制御や計測情報を必要としないので、蒸発器１や補給水５の制御に関わる方法や手段がどのようなものであってもこれに依存することなく、任意の蒸発器及び給水の制御方法・手段に対して幅広く適用できる。このような理由により、本実施例では任意の給水流量制御方法に対応した実装，運用が可能なため、給水流量制御に関わる圧力センサや給水制御装置について、図２に示した実施例１と同じ構成に限定されることはない。そのため、図４においてこれらに対応する構成の図示を省略した。 Thus, by using the signal input to the control device 14 as the measurement value of the flow rate measuring means 13, the heat pump system of the present embodiment has the following advantages and effects. (1) With respect to the measuring means, the calorific value measuring means 10 used in the first embodiment is not required. As described above, the calorie measuring means 10 is composed of, for example, a flow meter, a thermometer, and a calorific value calculation circuit based on these measured values, but the steam flow measuring means of this embodiment can be composed of only a steam flow meter. The configuration of the measuring means can be simplified as compared with the first example. (2) For the control device, the evaporation amount calculation circuit 21 in the first embodiment is not required, and the internal configuration of the control device can be simplified. (3) The processing content of the control device 14 does not require computation relating to the evaporator (calculation by the evaporation amount computation circuit 21 in FIG. 2), and processing for the compressor 2 (compressor performance computation circuit 22 and rotation speed determination circuit) Therefore, not only the design of the control circuit, but also the operation such as mounting and adjustment becomes easy. (4) The steam flow rate signal input to the compressor performance calculation circuit 22 in the control device 14 is not the value 32 predicted by the evaporation calculation circuit 21 based on the calorific value 31 as in the first embodiment. Since the value is actually measured by the flow rate measuring means 13, the output content of the compressor performance calculation circuit 22, and thus the accuracy of the rotational speed command value 36 calculated and output by the entire control device 14 is improved. As a result, a more stable, reliable and highly efficient heat pump system operation can be realized. (5) Since the processing content of the control device 14 is only the calculation related to the control of the compressor 2 and does not require the control of other equipment and measurement information, the method related to the control of the evaporator 1 and the makeup water 5 Whatever means is used, the present invention can be widely applied to any evaporator and water supply control method and means without depending on the means. For this reason, the present embodiment can be mounted and operated in accordance with an arbitrary water supply flow rate control method. Therefore, the pressure sensor and the water supply control device related to the water supply flow rate control are the same as those in the first embodiment shown in FIG. The configuration is not limited. Therefore, illustration of the structure corresponding to these is omitted in FIG.

以上説明したように、各実施例のヒートポンプシステムは、熱源である排熱温水４からの熱で水を蒸発させて蒸気を生成する蒸発器１と、蒸発器１で生成された蒸気を圧縮する圧縮機２とを備えたヒートポンプシステムにおいて、蒸気流量または熱源の熱量に基づいて、圧縮機２の回転数を制御する制御装置を備えている。このように構成することで、熱源の熱量の変動により、蒸発器１で生成される蒸気量に変動があった場合でも、所望の圧力の蒸気を需要先に安定的に供給することができる。 As described above, the heat pump system of each embodiment compresses the steam generated by the evaporator 1 that generates water by evaporating water with heat from the exhaust heat water 4 that is a heat source, and the steam generated by the evaporator 1. The heat pump system including the compressor 2 includes a control device that controls the rotation speed of the compressor 2 based on the steam flow rate or the heat amount of the heat source. With such a configuration, even when the amount of steam generated by the evaporator 1 varies due to variation in the amount of heat from the heat source, it is possible to stably supply steam at a desired pressure to the customer.

この制御装置は、圧縮機２の圧力比が、需要先の要求する圧力に対応した所望の範囲になるよう回転数を制御するよう構成されていることが望ましい。 This control device is preferably configured to control the rotational speed so that the pressure ratio of the compressor 2 falls within a desired range corresponding to the pressure required by the customer.

具体的には、以下のような構成を採用することが考えられる。 Specifically, it is possible to adopt the following configuration.

蒸気流量に基づいて制御する場合には、圧縮機２に流入する蒸気流量を計測する流量計測手段１３と、計測された蒸気流量を入力信号に含み、圧縮機２の回転数指令値３６を出力信号に含む制御装置１４を備えるのがよい。また、制御装置１４は、流量計測手段１３で計測された蒸気流量を入力したときに圧力比３５が出力される圧縮機性能演算回路２２と、圧力比が、あらかじめ定められた範囲内になるように圧縮機性能演算回路２２への入力回転数を特定して出力する回転数決定回路２３とを備えてもよい。 When controlling based on the steam flow rate, the flow rate measuring means 13 for measuring the steam flow rate flowing into the compressor 2 and the measured steam flow rate are included in the input signal, and the rotational speed command value 36 of the compressor 2 is output. A control device 14 included in the signal may be provided. Further, the control device 14 has a compressor performance calculation circuit 22 that outputs a pressure ratio 35 when the steam flow rate measured by the flow rate measurement means 13 is input, and the pressure ratio is within a predetermined range. In addition, a rotation speed determination circuit 23 that specifies and outputs the input rotation speed to the compressor performance calculation circuit 22 may be provided.

さらに、蒸気流量と回転数を入力信号に含み、圧力比を出力信号に含む圧縮機性能演算回路２２と、圧縮機性能演算回路２２から出力された圧力比３５と目標圧力比３３とを入力信号として含み、該二つの圧力比の偏差が所望の範囲内にない場合には、圧縮機性能演算回路２２への入力信号とするために変更した回転数３４を出力し、該二つの圧力比の偏差が所望の範囲内にある場合には、変更なき回転数を出力する回転数決定回路２３と、回転数決定回路２３から出力された前記変更なき回転数を入力信号として含み、回転数指令値３６を出力信号として含む出力回路２４とを備えることもできる。この場合、回転数決定回路２３は、圧縮機性能演算回路２２から出力された圧力比の入力がない場合には、圧縮機性能演算回路２２への入力信号とするために目標圧力比３３に対応した回転数を出力するよう構成されていてもよい。圧縮機性能演算回路２２は、圧縮機２の性能特性関数の演算により圧力比を得られるよう構成されていてもよい。 Further, the compressor performance calculation circuit 22 including the steam flow rate and the rotation speed in the input signal and the pressure ratio in the output signal, and the pressure ratio 35 and the target pressure ratio 33 output from the compressor performance calculation circuit 22 are input signals. If the deviation between the two pressure ratios is not within the desired range, the rotation speed 34 changed to be an input signal to the compressor performance calculation circuit 22 is output, and the two pressure ratios When the deviation is within a desired range, the rotational speed determination circuit 23 that outputs the rotational speed without change, and the rotational speed without change output from the rotational speed determination circuit 23 as an input signal, the rotational speed command value And an output circuit 24 including 36 as an output signal. In this case, when there is no input of the pressure ratio output from the compressor performance calculation circuit 22, the rotation speed determination circuit 23 corresponds to the target pressure ratio 33 to be used as an input signal to the compressor performance calculation circuit 22. It may be configured to output the rotated number. The compressor performance calculation circuit 22 may be configured to obtain a pressure ratio by calculation of the performance characteristic function of the compressor 2.

熱源である排熱温水４の熱量に基づいて圧縮機２の回転数を制御する場合には、熱交換前の段階での熱源の熱量をもとに制御できるため、蒸発器１での熱交換後の蒸気流量に基づいて制御する場合に比べ、熱源の熱量変動に対してより反応性の高い制御が可能となる。この場合、以下のような構成を採用することが考えられる。 When the rotational speed of the compressor 2 is controlled based on the amount of heat of the exhaust heat water 4 that is a heat source, it can be controlled based on the amount of heat of the heat source at the stage before heat exchange. Compared with the case where the control is performed based on the subsequent steam flow rate, the control with higher reactivity with respect to the heat amount fluctuation of the heat source becomes possible. In this case, it is conceivable to adopt the following configuration.

蒸発器１内の水と熱交換する前の排熱温水４の熱量を計測する熱量計測手段１０と、計測された熱量を入力信号に含み、圧縮機２の回転数指令値３６を出力信号に含む制御装置１１を備えるのがよい。また、制御装置１１は、熱量３１を入力信号に含み、蒸気量３２を出力信号に含む蒸発量演算回路２１と、蒸発量演算回路２１で出力された蒸気量３２と回転数とを入力信号に含み、圧力比を出力信号に含む圧縮機性能演算回路２２と、圧縮機性能演算回路２２から出力された圧力比と目標圧力比３３とを入力信号として含み、該二つの圧力比の偏差が所望の範囲内にない場合には、前記圧縮機性能演算回路２２への入力信号とするために変更した回転数３４を出力し、該二つの圧力比の偏差が所望の範囲内にある場合には、変更なき回転数を出力する回転数決定回路２３と、回転数決定回路２３から出力された変更なき回転数を入力信号として含み、回転数指令値３６を出力信号として含む出力回路２４とを備えることもできる。 The calorific value measuring means 10 for measuring the calorific value of the exhaust heat water 4 before exchanging heat with the water in the evaporator 1, the measured calorific value included in the input signal, and the rotational speed command value 36 of the compressor 2 as the output signal It is good to provide the control apparatus 11 containing. Further, the control device 11 includes, as input signals, the evaporation amount calculation circuit 21 including the heat amount 31 as an input signal and the vapor amount 32 as an output signal, and the vapor amount 32 and the rotation speed output from the evaporation amount calculation circuit 21. A compressor performance calculation circuit 22 including a pressure ratio in an output signal, and a pressure ratio output from the compressor performance calculation circuit 22 and a target pressure ratio 33 as input signals, and a deviation between the two pressure ratios is desired. If the difference between the two pressure ratios is within the desired range, the rotation speed 34 changed to be an input signal to the compressor performance calculation circuit 22 is output. A rotation speed determination circuit 23 that outputs the rotation speed without change, and an output circuit 24 that includes the rotation speed without change output from the rotation speed determination circuit 23 as an input signal and includes a rotation speed command value 36 as an output signal. You can also.

以上説明した各実施例のヒートポンプシステムを用いて、蒸気流量または熱源の熱量に基づいて、圧縮機２の回転数を制御することにより、以下の効果を得ることもできる。 The following effects can also be obtained by controlling the rotation speed of the compressor 2 based on the steam flow rate or the heat quantity of the heat source using the heat pump system of each embodiment described above.

排熱源の熱量変動に対応して、圧縮機の圧力比をあらかじめ定めた範囲内にするような圧縮機の回転数が、制御回路内に設けた回転数決定回路によって特定され、この回転数を指令値として圧縮機が運転されるよう構成すれば、排熱条件の変動によらず、所望の圧力・温度の蒸気を需要先に安定的に供給できる。 Corresponding to the heat quantity fluctuation of the exhaust heat source, the rotation speed of the compressor that makes the pressure ratio of the compressor within a predetermined range is specified by the rotation speed determination circuit provided in the control circuit, and this rotation speed is determined. If the compressor is configured to operate as a command value, steam having a desired pressure and temperature can be stably supplied to a demand destination regardless of fluctuations in exhaust heat conditions.

圧縮機の圧力比をあらかじめ定めた所望の範囲で運用すれば、サージやチョーク、前段旋回失速などの、信頼性を低下させる現象が発生する運転領域に近づく危険性を抑制できる。これにより、運転の安定性と信頼性を向上できる。 If the pressure ratio of the compressor is operated within a predetermined desired range, it is possible to suppress the risk of approaching an operating region in which a phenomenon that reduces reliability, such as surge, choke, and front-stage turning stall, occurs. Thereby, the stability and reliability of driving can be improved.

排熱源の熱量変動により圧縮機の運転点が計画点からずれても、圧力比をあらかじめ定めた所望の範囲で運用できるように回転数を調整できるので、圧縮機効率の低下を抑制できる。 Even if the operating point of the compressor deviates from the planned point due to fluctuations in the amount of heat of the exhaust heat source, the rotation speed can be adjusted so that the pressure ratio can be operated within a predetermined range, so that a reduction in compressor efficiency can be suppressed.

蒸気の圧力又は温度の安定化を、計測値を用いた制御によって実現すれば、追加流路等を設けることによる設置スペースの増大や設備コストの上昇を招くことなく、設備構成をシンプルに保ったまま実施できる。 If stabilization of steam pressure or temperature is achieved by control using measured values, the equipment configuration can be kept simple without increasing the installation space and equipment costs by providing additional flow paths. Can be implemented as is.

本発明の実施例１であるヒートポンプシステムの構成を示す。1 shows a configuration of a heat pump system that is Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施例１であるヒートポンプシステムの制御装置１１の構成を示す。The structure of the control apparatus 11 of the heat pump system which is Example 1 of this invention is shown. 本発明の実施例１であるヒートポンプシステムの蒸気流量と圧力比の関係を示す。The relationship of the steam flow rate and pressure ratio of the heat pump system which is Example 1 of this invention is shown. 本発明の実施例２であるヒートポンプシステムの構成を示す。The structure of the heat pump system which is Example 2 of this invention is shown. 本発明の実施例２であるヒートポンプシステムの制御装置１４の構成を示す。The structure of the control apparatus 14 of the heat pump system which is Example 2 of this invention is shown. 比較例であるヒートポンプシステムの構成を示す。The structure of the heat pump system which is a comparative example is shown.

符号の説明Explanation of symbols

１蒸発器
２圧縮機
３配管
４排熱温水
９モータ
１０熱量計測手段
１１，１４制御装置
１３流量計測手段
２１蒸発量演算回路
２２圧縮機性能演算回路
２３回転数決定回路
２４出力回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Evaporator 2 Compressor 3 Piping 4 Waste heat water 9 Motor 10 Heat quantity measurement means 11, 14 Control device 13 Flow rate measurement means 21 Evaporation amount calculation circuit 22 Compressor performance calculation circuit 23 Rotation speed determination circuit 24 Output circuit

Claims

熱源からの熱で水を蒸発させて蒸気を生成する蒸発器と、前記蒸発器で生成された蒸気を圧縮する圧縮機とを備えたヒートポンプシステムにおいて、
蒸気流量または熱源の熱量に基づいて、前記圧縮機の回転数を制御する制御装置を備えたことを特徴とするヒートポンプシステム。 In a heat pump system comprising an evaporator that evaporates water with heat from a heat source to generate steam, and a compressor that compresses the steam generated by the evaporator,
A heat pump system comprising a control device for controlling the rotation speed of the compressor based on a steam flow rate or a heat quantity of a heat source.

請求項１に記載のヒートポンプシステムにおいて、
前記制御装置は、前記圧縮機の圧力比が所望の範囲になるよう回転数を制御するよう構成されていることを特徴とするヒートポンプシステム。 The heat pump system according to claim 1,
The said control apparatus is comprised so that rotation speed may be controlled so that the pressure ratio of the said compressor may become a desired range, The heat pump system characterized by the above-mentioned.

熱源からの熱で水を蒸発させて蒸気を生成する蒸発器と、前記蒸発器で生成された蒸気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された蒸気を蒸気利用施設に供給する配管を備えたヒートポンプシステムにおいて、
前記圧縮機に流入する蒸気流量を計測する流量計測手段と、該計測された蒸気流量を入力信号に含み、前記圧縮機の回転数指令値を出力信号に含む制御装置を備えたことを特徴とするヒートポンプシステム。 An evaporator that evaporates water with heat from a heat source to generate steam, a compressor that compresses steam generated by the evaporator, and a pipe that supplies the steam compressed by the compressor to a steam utilization facility In the heat pump system provided,
A flow rate measuring means for measuring a flow rate of steam flowing into the compressor, and a control device including the measured steam flow rate in an input signal and including a rotation speed command value of the compressor in an output signal, Heat pump system.

請求項３に記載のヒートポンプシステムにおいて、
前記制御装置は、
前記流量計測手段で計測された蒸気流量を入力したときに圧力比が出力される圧縮機性能演算回路と、前記圧力比が、あらかじめ定められた範囲内になるように圧縮機性能演算回路への入力回転数を特定して出力する回転数決定回路とを備えたことを特徴とするヒートポンプシステム。 In the heat pump system according to claim 3,
The controller is
A compressor performance calculation circuit that outputs a pressure ratio when the steam flow rate measured by the flow rate measuring means is input, and a compressor performance calculation circuit that allows the pressure ratio to be within a predetermined range. A heat pump system comprising: a rotational speed determination circuit that specifies and outputs an input rotational speed.

請求項３に記載のヒートポンプシステムにおいて、
前記制御装置は、
蒸気流量と回転数を入力信号に含み、圧力比を出力信号に含む圧縮機性能演算回路と、
該圧縮機性能演算回路から出力された圧力比と目標圧力比とを入力信号として含み、該二つの圧力比の偏差が所望の範囲内にない場合には、前記圧縮機性能演算回路への入力信号とするために変更した回転数を出力し、該二つの圧力比の偏差が所望の範囲内にある場合には、変更なき回転数を出力する回転数決定回路と、
該回転数決定回路から出力された前記変更なき回転数を入力信号として含み、回転数指令値を出力信号として含む出力回路と
を備えたことを特徴とするヒートポンプシステム。 In the heat pump system according to claim 3,
The controller is
A compressor performance calculation circuit including the steam flow rate and the rotation speed in the input signal and the pressure ratio in the output signal;
When the pressure ratio output from the compressor performance calculation circuit and the target pressure ratio are included as input signals, and the deviation between the two pressure ratios is not within a desired range, the input to the compressor performance calculation circuit A rotational speed determination circuit that outputs the rotational speed changed to be a signal and outputs the rotational speed without change when the deviation between the two pressure ratios is within a desired range;
A heat pump system comprising: an output circuit that includes the rotation speed output from the rotation speed determination circuit as an input signal and includes a rotation speed command value as an output signal.

請求項５に記載のヒートポンプシステムにおいて、
前記回転数決定回路は、該圧縮機性能演算回路から出力された圧力比の入力がない場合には、前記圧縮機性能演算回路への入力信号とするために前記目標圧力比に対応した回転数を出力するよう構成されていることを特徴とするヒートポンプシステム。 In the heat pump system according to claim 5,
When there is no input of the pressure ratio output from the compressor performance calculation circuit, the rotation speed determination circuit has a rotation speed corresponding to the target pressure ratio to be used as an input signal to the compressor performance calculation circuit. The heat pump system is configured to output power.

請求項５に記載のヒートポンプシステムであって、
前記圧縮機性能演算回路は、前記圧縮機の性能特性関数の演算により圧力比を得られるよう構成されていることを特徴とするヒートポンプシステム。 The heat pump system according to claim 5,
The compressor performance calculation circuit is configured to obtain a pressure ratio by calculating a performance characteristic function of the compressor.

排熱温水との熱交換により水を蒸発させて蒸気を生成する蒸発器と、前記蒸発器で生成された蒸気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された蒸気を蒸気利用施設に供給する配管を備えたヒートポンプシステムにおいて、
熱交換前の前記排熱温水の熱量を計測する熱量計測手段と、該計測された熱量を入力信号に含み、前記圧縮機の回転数指令値を出力信号に含む制御装置を備えたことを特徴とするヒートポンプシステム。 An evaporator that evaporates water by heat exchange with exhaust hot water, generates steam, a compressor that compresses steam generated by the evaporator, and supplies steam that is compressed by the compressor to a steam utilization facility In the heat pump system with piping to
A calorific value measuring means for measuring the calorific value of the waste heat hot water before heat exchange, and a control device that includes the measured calorific value in an input signal and includes a rotation speed command value of the compressor in an output signal are provided. And heat pump system.

請求項８に記載のヒートポンプシステムにおいて、
前記制御装置は、
前記熱量を入力信号に含み、蒸気量を出力信号に含む蒸発量演算回路と、
該蒸発量演算回路で出力された前記蒸気量と回転数とを入力信号に含み、圧力比を出力信号に含む圧縮機性能演算回路と、
該圧縮機性能演算回路から出力された圧力比と目標圧力比とを入力信号として含み、該二つの圧力比の偏差が所望の範囲内にない場合には、前記圧縮機性能演算回路への入力信号とするために変更した回転数を出力し、該二つの圧力比の偏差が所望の範囲内にある場合には、変更なき回転数を出力する回転数決定回路と、
該回転数決定回路から出力された前記変更なき回転数を入力信号として含み、回転数指令値を出力信号として含む出力回路と
を備えたことを特徴とするヒートポンプシステム。 The heat pump system according to claim 8,
The controller is
An evaporation amount calculation circuit including the amount of heat in an input signal and the amount of steam in an output signal;
A compressor performance calculation circuit including the steam amount and the rotation speed output by the evaporation amount calculation circuit in an input signal and a pressure ratio in an output signal;
When the pressure ratio output from the compressor performance calculation circuit and the target pressure ratio are included as input signals, and the deviation between the two pressure ratios is not within a desired range, the input to the compressor performance calculation circuit A rotational speed determination circuit that outputs the rotational speed changed to be a signal and outputs the rotational speed without change when the deviation between the two pressure ratios is within a desired range;
A heat pump system comprising: an output circuit that includes the rotation speed output from the rotation speed determination circuit as an input signal and includes a rotation speed command value as an output signal.

熱源からの熱で水を蒸発させて蒸気を生成する蒸発器と、前記蒸発器で生成された蒸気を圧縮する圧縮機とを備えたヒートポンプシステムに用いられる制御装置であって、
蒸気流量または前記熱源の熱量に基づいて、前記圧縮機の回転数を制御するよう構成されたことを特徴とする制御装置。 A control device used in a heat pump system comprising an evaporator that evaporates water with heat from a heat source to generate steam, and a compressor that compresses the steam generated by the evaporator,
A control device configured to control the rotation speed of the compressor based on a steam flow rate or a heat quantity of the heat source.

熱源からの熱で、蒸発器で水を蒸発させて蒸気を生成し、生成された蒸気を圧縮機で圧縮するヒートポンプシステムの制御方法であって、
蒸気流量または前記熱源の熱量に基づいて、前記圧縮機の回転数を制御することを特徴とするヒートポンプシステムの制御方法。 A method of controlling a heat pump system in which water is evaporated by an evaporator to generate steam with heat from a heat source, and the generated steam is compressed by a compressor,
A control method of a heat pump system, wherein the number of revolutions of the compressor is controlled based on a steam flow rate or a heat quantity of the heat source.