JP2012037095A - 蒸気冷水併給装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】エネルギー効率の向上を効果的に図ることができながら、装置の性能低下を防止することができ、蒸気だけでなく、冷水をも発生させて蒸気及び冷水の両者を供給する。
【解決手段】圧縮機1、凝縮器2、膨張弁3、蒸発器4の順に冷媒Rを循環させる圧縮式のヒートポンプ回路5が備えられ、圧縮機1は、エンジン8にて発生される駆動力にて駆動自在に構成され、凝縮器2は、供給される水を冷媒Rにて加熱して蒸気T3を発生自在に構成され、エンジン8の排熱を回収した排熱回収熱媒Uを蒸発器4に供給自在な排熱回収熱媒供給手段9を備え、ヒートポンプ回路5において膨張弁3と蒸発器4との間に、供給される水を冷媒Rにて冷却して冷水S2を発生自在な冷水発生器6が備えられ、凝縮器2にて発生される蒸気T3と冷水発生器6にて発生される冷水S2とを供給自在な蒸気冷水併給形式に構成されている。
【選択図】図1
【解決手段】圧縮機1、凝縮器2、膨張弁3、蒸発器4の順に冷媒Rを循環させる圧縮式のヒートポンプ回路5が備えられ、圧縮機1は、エンジン8にて発生される駆動力にて駆動自在に構成され、凝縮器2は、供給される水を冷媒Rにて加熱して蒸気T3を発生自在に構成され、エンジン8の排熱を回収した排熱回収熱媒Uを蒸発器4に供給自在な排熱回収熱媒供給手段9を備え、ヒートポンプ回路5において膨張弁3と蒸発器4との間に、供給される水を冷媒Rにて冷却して冷水S2を発生自在な冷水発生器6が備えられ、凝縮器2にて発生される蒸気T3と冷水発生器6にて発生される冷水S2とを供給自在な蒸気冷水併給形式に構成されている。
【選択図】図1
Description
本発明は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器の順に冷媒を循環させる圧縮式のヒートポンプ回路が備えられ、そのヒートポンプ回路により蒸気及び冷水を発生させ、その発生させた蒸気及び冷水を供給自在な蒸気冷水併給装置に関する。
従来、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器の順に冷媒を循環させる圧縮式のヒートポンプ回路が備えられ、そのヒートポンプ回路により蒸気を発生させ、その発生させた蒸気を所望の箇所に供給自在な蒸気供給装置が知られている。
この蒸気供給装置では、蒸気殺菌や加熱、及び、洗浄等の工程を行うことで発生した排温水を蒸発器に供給し、蒸発器においてその排温水にて冷媒を加熱している。そして、ヒートポンプ回路では、蒸発器にて排温水から吸熱した熱を凝縮器にて放熱することで、凝縮器に供給される水を加熱して蒸気を発生させ、その発生された蒸気を所望の箇所に供給している(例えば、特許文献1、2参照。)。
この蒸気供給装置では、蒸気殺菌や加熱、及び、洗浄等の工程を行うことで発生した排温水を蒸発器に供給し、蒸発器においてその排温水にて冷媒を加熱している。そして、ヒートポンプ回路では、蒸発器にて排温水から吸熱した熱を凝縮器にて放熱することで、凝縮器に供給される水を加熱して蒸気を発生させ、その発生された蒸気を所望の箇所に供給している(例えば、特許文献1、2参照。)。
上記特許文献1、2に記載の装置では、蒸発器に供給される排温水の熱を用いて、凝縮器にて供給される水を加熱して蒸気を発生させており、ヒートポンプ回路の熱源を排温水とすることで、エネルギー効率の向上を図るようにしている。しかしながら、圧縮機の駆動力等、ヒートポンプ回路を運転させるための動力に加えて、ヒートポンプ回路の熱源をも、装置の外部から与えなければならず、エネルギー効率の向上を図るためには限界があった。そして、排温水は、蒸気殺菌や加熱、及び、洗浄等の各工程を行うことで発生するが、各工程での状況によって発生する排温水の温度が大きく変動する。例えば、排温水の温度は、50〜80℃の範囲で変動する。それ故に、蒸発器にて冷媒が排温水から吸熱する熱量が大きく変動することになり、ヒートポンプ回路での熱の授受状態が不安定になってしまい、凝縮器にて発生される蒸気の発生量の低下やヒートポンプ回路を運転させるために必要となる駆動力の増大等を招き、装置の性能が低下してしまう虞がある。
また、上記特許文献1、2に記載の装置では、凝縮器にて蒸気を発生させているだけで、蒸気を供給するための専用の装置となっている。しかしながら、例えば、蒸気の供給先となる工場等では、機器を冷却することが必要であったり、一年を通じて冷房を行う場合もあり、機器を冷却するため及び冷房を行うための冷熱源が必要となっている。そこで、蒸気だけでなく、冷熱源としての冷水も供給可能とする装置が求められるが、上記特許文献1、2に記載の装置では、その要求に応えることができなかった。
本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、エネルギー効率の向上を効果的に図ることができながら、装置の性能低下を防止することができ、蒸気だけでなく、冷水をも発生させて蒸気及び冷水の両者を供給自在な蒸気冷水併給装置を提供する点にある。
この目的を達成するために、本発明に係る蒸気供給装置の第1特徴構成は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器の順に冷媒を循環させる圧縮式のヒートポンプ回路が備えられ、前記圧縮機は、エンジンにて発生される駆動力にて駆動自在に構成され、前記凝縮器は、供給される水を冷媒にて加熱して蒸気を発生自在に構成され、前記エンジンの排熱を回収した排熱回収熱媒を前記蒸発器に供給自在な排熱回収熱媒供給手段を備え、前記ヒートポンプ回路において前記膨張弁と前記蒸発器との間に、供給される水を冷媒にて冷却して冷水を発生自在な冷水発生器が備えられ、前記凝縮器にて発生される蒸気と前記冷水発生器にて発生される冷水とを供給自在な蒸気冷水併給形式に構成されている点にある。
本特徴構成によれば、圧縮機がエンジンにて発生される駆動力にて駆動自在であるので、ヒートポンプ回路を運転させるための動力は、エンジンにて与えることができる。排熱回収熱媒供給手段は、そのエンジンの排熱を回収した排熱回収熱媒を蒸発器に供給するので、蒸発器において排熱回収熱媒にて冷媒を加熱し、凝縮器においてその冷媒にて水を加熱して蒸気を発生させることができる。このようにして、ヒートポンプ回路を運転させるための動力を与えるエンジンの排熱を熱源として蒸気を発生させることができるので、エンジンは、ヒートポンプ回路を運転させるための動力を与えるだけでなく、ヒートポンプ回路の熱源としても使用することができ、エネルギー効率の向上を図ることができる。そして、エンジンの排熱の熱量は、比較的安定していることから、排熱回収熱媒供給手段が、エンジンから回収する排熱の熱量は比較的安定したものとなる。したがって、蒸発器にて熱媒が排熱回収熱媒から吸熱する熱量も安定したものとなって、ヒートポンプ回路での熱の授受状態の安定化を図ることができ、装置の性能低下を防止することができる。しかも、冷水発生器では、供給される水を冷媒にて冷却して冷水を発生することができるので、その発生された冷水を冷熱源として用いて、機器の冷却や冷房等を行うことができる。
このようにして、本特徴構成によれば、エネルギー効率の向上を効果的に図ることができながら、装置の性能低下を防止することができ、蒸気だけでなく、冷水をも発生させて蒸気及び冷水の両者を供給自在な蒸気冷水併給装置を実現できる。
このようにして、本特徴構成によれば、エネルギー効率の向上を効果的に図ることができながら、装置の性能低下を防止することができ、蒸気だけでなく、冷水をも発生させて蒸気及び冷水の両者を供給自在な蒸気冷水併給装置を実現できる。
本発明に係る蒸気供給装置の第2特徴構成は、前記ヒートポンプ回路における冷媒は、プロパンである点にある。
本特徴構成によれば、凝縮器にて蒸気を発生させるとともに、冷水発生器にて冷水を発生させるための冷媒として、好適なプロパンを用いることができる。したがって、蒸気及び冷水の両者を的確に発生させることができる。
本発明に係る蒸気供給装置の第3特徴構成は、前記エンジンは、そのエンジンの回転速度を一定の目標回転速度とする定格運転を行うように構成されている点にある。
本特徴構成によれば、エンジンが定格運転を行うことで、エンジンの運転が安定しており、そのエンジンにて圧縮機を駆動させてヒートポンプ回路を運転させるので、ヒートポンプ回路の運転を安定して行うことができる。しかも、エンジンが定格運転を行うので、排熱回収熱媒供給手段が、エンジンから回収する排熱の熱量が安定したものとなり、蒸発器にて熱媒が排熱回収熱媒から吸熱する熱量も安定したものとなる。よって、ヒートポンプ回路での熱の授受状態の安定化を的確に図ることができ、装置の性能低下を確実に防止することができる。
本発明に係る蒸気冷水併給装置の実施形態について図面に基づいて説明する。
本発明に係る蒸気冷水併給装置100には、図1に示すように、圧縮機1、凝縮器2、膨張弁3、蒸発器4の順に冷媒Rを循環させる圧縮式のヒートポンプ回路5が備えられている。ここで、ヒートポンプ回路5における冷媒Rは、プロパンである。ヒートポンプ回路5において膨張弁3と蒸発器4との間に、供給される水S1を冷媒Rにて冷却して冷水S2を発生自在な冷水発生器6が備えられ、ヒートポンプ回路5において凝縮器4と膨張弁3との間に、供給される水T1を冷媒Rにて加熱して温水T2を発生する温水発生器7が備えられている。そして、温水発生器7にて発生された温水T2を凝縮器2に供給自在となっており、凝縮器2は、供給される水T2(温水)を冷媒R1にて加熱して蒸気T3を発生自在に構成されている。
本発明に係る蒸気冷水併給装置100には、図1に示すように、圧縮機1、凝縮器2、膨張弁3、蒸発器4の順に冷媒Rを循環させる圧縮式のヒートポンプ回路5が備えられている。ここで、ヒートポンプ回路5における冷媒Rは、プロパンである。ヒートポンプ回路5において膨張弁3と蒸発器4との間に、供給される水S1を冷媒Rにて冷却して冷水S2を発生自在な冷水発生器6が備えられ、ヒートポンプ回路5において凝縮器4と膨張弁3との間に、供給される水T1を冷媒Rにて加熱して温水T2を発生する温水発生器7が備えられている。そして、温水発生器7にて発生された温水T2を凝縮器2に供給自在となっており、凝縮器2は、供給される水T2(温水)を冷媒R1にて加熱して蒸気T3を発生自在に構成されている。
圧縮機1は、エンジン8にて発生される駆動力にて駆動自在に構成されており、この蒸気冷水併給装置100には、エンジン8の排熱を回収した排熱回収熱媒Uを蒸発器4に供給自在な排熱回収熱媒供給手段9が備えられている。排熱回収熱媒供給手段9は、エンジン8を冷却させるためのエンジン冷却水を排熱回収熱媒Uとしており、エンジン冷却部10と蒸発器4との間で排熱回収熱媒U(エンジン冷却水)を循環させるエンジン冷却水循環路11と、そのエンジン冷却水循環路11に備えられたエンジン冷却水循環ポンプ12とから構成されている。エンジン冷却部10は、例えば、シリンダヘッドやシリンダブロック等に排熱回収熱媒Uを通流させることによりエンジン8を冷却させるように構成されている。これにより、排熱回収熱媒供給手段9は、エンジン冷却部10を通過してエンジン8の排熱を回収した排熱回収熱媒Uを蒸発器4に循環供給して、蒸発器4において排熱回収熱媒Uにて冷媒Rを加熱自在に構成されている。
エンジン8は、通常の4サイクルエンジンと同様の構成を有しており、燃料ガス(例えば天然ガス)と空気の混合気を燃焼室に吸気したのち、燃焼室において混合気を圧縮し、その後、燃焼室において混合気を点火して燃焼膨張させ、燃焼により発生した排ガスを排気路に排気させている。図示は省略するが、圧縮機1は、ベルトとプーリ等から構成された動力伝達機構を介してエンジン8のクランク軸等のエンジン出力軸に接続されており、エンジン8の軸出力により圧縮機1を駆動自在に構成されている。エンジン8の運転は、蒸気冷水併給装置100の運転を制御する運転制御装置13により制御されている。そして、図示は省略するが、エンジン出力軸の回転速度を検出する回転速度センサが設けられており、運転制御装置13は、例えば、回転速度センサの検出情報に基づいて、エンジン出力軸の回転速度を目標回転速度の一定速度とする定格運転にてエンジン8を運転させるように構成されている。
蒸気冷水併給装置100には、温水発生器7に水T1を供給する第1供給路14が備えられ、その第1供給路14には、第1供給ポンプ15が備えられている。この第1供給路14は、温水発生器7に水T1を供給するとともに、温水発生器7の出口側と凝縮器2の入口側とを接続しており、温水発生器7にて発生された温水T2を凝縮器2に供給自在に構成されている。さらに、第1供給路14は、凝縮器2にて発生された蒸気T3を蒸気使用箇所である所望の箇所に供給自在に構成されている。
蒸気冷水併給装置100には、冷水発生器6に水S1を供給する第2供給路16が備えられ、その第2供給路16には、第2供給ポンプ17が備えられている。第2供給路16は、冷水発生器6にて発生された冷水S2を冷水使用箇所である所望の箇所に供給自在に構成されている。ここで、例えば、機器等を冷却するための機器冷却箇所を冷水使用箇所として、冷水発生器6にて発生された冷水S2をそのまま機器冷却箇所に供給することができる。また、空調を行うときの冷熱源として、空調装置を冷水使用箇所として、冷水発生器6にて発生された冷水S2を冷熱源として空調装置に供給することができる。この場合、空調装置としては、例えば、吸収式ヒートポンプ装置等を適応することができる。
運転制御装置13による蒸気冷水併給装置100の運転について、図1及び図2に基づいて説明する。ここで、図2は、ヒートポンプ回路5における圧力−エンタルピーの関係を示すph線図である。
運転制御装置13は、エンジン8を運転させて圧縮機1を駆動させるとともに、エンジン冷却水循環ポンプ12、第1供給ポンプ15及び第2供給ポンプ17を作動させて、蒸気冷水併給装置100を運転させる。ヒートポンプ回路5では、圧縮機1にて冷媒Rが圧縮されるので、冷媒Rが高温高圧の状態となる(例えば、冷媒Rの温度が127℃、冷媒Rの圧力が2.0MPaとなる、図中A点)。その高温高圧の冷媒Rは、凝縮器2に供給されて放熱して冷媒Rの温度が低下し、凝縮器2を通過した冷媒Rが温水発生器7に供給されて放熱して冷媒Rの温度がさらに低下する(例えば、温度が127℃から57℃に低下する、図中B点)。一方、温水発生器7には、冷媒Rの放熱対象として第1供給路14により水T1(例えば、50℃の水)が供給されているので、温水発生器7では、冷媒Rにて水T1が加熱されて温水T2が発生される。そして、凝縮器2には、冷媒Rの放熱対象として第1供給路14により温水発生器7にて発生された温水T2が供給されているので、凝縮器2では、冷媒Rにて温水T2が加熱されて蒸気T3(例えば、120℃の蒸気)が発生される。
運転制御装置13は、エンジン8を運転させて圧縮機1を駆動させるとともに、エンジン冷却水循環ポンプ12、第1供給ポンプ15及び第2供給ポンプ17を作動させて、蒸気冷水併給装置100を運転させる。ヒートポンプ回路5では、圧縮機1にて冷媒Rが圧縮されるので、冷媒Rが高温高圧の状態となる(例えば、冷媒Rの温度が127℃、冷媒Rの圧力が2.0MPaとなる、図中A点)。その高温高圧の冷媒Rは、凝縮器2に供給されて放熱して冷媒Rの温度が低下し、凝縮器2を通過した冷媒Rが温水発生器7に供給されて放熱して冷媒Rの温度がさらに低下する(例えば、温度が127℃から57℃に低下する、図中B点)。一方、温水発生器7には、冷媒Rの放熱対象として第1供給路14により水T1(例えば、50℃の水)が供給されているので、温水発生器7では、冷媒Rにて水T1が加熱されて温水T2が発生される。そして、凝縮器2には、冷媒Rの放熱対象として第1供給路14により温水発生器7にて発生された温水T2が供給されているので、凝縮器2では、冷媒Rにて温水T2が加熱されて蒸気T3(例えば、120℃の蒸気)が発生される。
ヒートポンプ回路5に戻り、温水発生器7を通過した冷媒Rは、膨張弁3にて膨張されて低温低圧の状態となる(例えば、冷媒Rの温度が7℃、冷媒Rの圧力が0.8MPa、図中C点)。その低温低圧の冷媒Rは、冷水発生器6に供給されて吸熱して冷媒Rの温度が上昇し、冷水発生器6を通過した冷媒Rが蒸発器4に供給されて吸熱して冷媒Rの温度がさらに上昇する(例えば、冷媒Rの温度が、冷水発生器6にて17℃に上昇され、蒸発器4にて87℃に上昇される、図中D点)。一方、冷水発生器7には、冷媒Rの吸熱対象として第2供給路16により水S1(例えば、20℃の水)が供給されているので、冷水発生器7では、冷媒Rにて水S1が冷却されて冷水S2(例えば、10℃の水)が発生される。そして、蒸発器4には、冷媒Rの吸熱対象としてエンジン冷却水循環路11により排熱回収熱媒U(例えば、80〜90℃のエンジン冷却水)が供給されているので、蒸発器4では、排熱回収熱媒Uにて冷媒Rが加熱される。
上述の如く、本発明に係る蒸気冷水併給装置100は、凝縮器2にて蒸気T3を発生しその発生した蒸気T3を第1供給路14にて所望の箇所に供給するとともに、冷水発生器6にて冷水を発生しその発生した冷水S2を第2供給路16にて所望の箇所に供給するように構成されている。これにより、本発明に係る蒸気冷水併給装置100は、蒸気T3だけでなく、冷水S2をも供給自在な蒸気冷水併給形式に構成されている。
そして、本発明に係る蒸気冷水併給装置100では、蒸発器4に対してエンジン8の排熱を回収した排熱回収熱媒U(エンジン冷却水)を供給しており、ヒートポンプ回路5における凝縮器2にて蒸気T3を発生するための熱源として、エンジン8の排熱を回収した排熱回収熱媒U(エンジン冷却水)を用いている。そして、エンジン8の排熱を回収した排熱回収熱媒U(エンジン冷却水)の温度は、温度差が小さい所定範囲内(例えば、80〜90℃の温度範囲)となっていることから、蒸発器4において冷媒Rが吸熱する吸熱量が大きく変動するのを防止することができ、ヒートポンプ回路5での熱の授受状態の安定化を図ることができる。
そして、本発明に係る蒸気冷水併給装置100では、蒸発器4に対してエンジン8の排熱を回収した排熱回収熱媒U(エンジン冷却水)を供給しており、ヒートポンプ回路5における凝縮器2にて蒸気T3を発生するための熱源として、エンジン8の排熱を回収した排熱回収熱媒U(エンジン冷却水)を用いている。そして、エンジン8の排熱を回収した排熱回収熱媒U(エンジン冷却水)の温度は、温度差が小さい所定範囲内(例えば、80〜90℃の温度範囲)となっていることから、蒸発器4において冷媒Rが吸熱する吸熱量が大きく変動するのを防止することができ、ヒートポンプ回路5での熱の授受状態の安定化を図ることができる。
ここで、運転制御装置13は、例えば、回転速度センサの検出情報に基づいて、エンジン出力軸の回転速度を目標回転速度の一定速度とする定格運転にてエンジン8を運転させている。これにより、排熱回収熱媒Uにて回収されるエンジン8の排熱の熱量が大きく変動することなく、蒸発器4に供給される排熱回収熱媒Uの温度が安定したものとなる。よって、ヒートポンプ回路5での熱の授受状態をより一層安定させることができ、エンジン8の排熱を有効に且つ効率よく活用することができながら、蒸気T3と冷水S2とを供給することができ、装置の性能向上を図ることができる。
〔別実施形態〕
(1)上記実施形態では、ヒートポンプ回路5における冷媒Rをプロパンとしたが、例えば、フロン系の冷媒等、各種の冷媒を適応することができる。
(1)上記実施形態では、ヒートポンプ回路5における冷媒Rをプロパンとしたが、例えば、フロン系の冷媒等、各種の冷媒を適応することができる。
本発明は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器の順に冷媒を循環させる圧縮式のヒートポンプ回路が備えられ、エネルギー効率の向上を効果的に図ることができながら、装置の性能低下を防止することができ、蒸気だけでなく、冷水をも発生させて蒸気及び冷水の両者を供給自在な各種の蒸気冷水併給装置に適応可能である。
1 圧縮機
2 凝縮器
3 膨張弁
4 蒸発器
5 ヒートポンプ回路
6 冷水発生器
8 エンジン
9 排熱回収熱媒供給手段
R 冷媒
S2 冷水
T3 蒸気
U 排熱回収熱媒
2 凝縮器
3 膨張弁
4 蒸発器
5 ヒートポンプ回路
6 冷水発生器
8 エンジン
9 排熱回収熱媒供給手段
R 冷媒
S2 冷水
T3 蒸気
U 排熱回収熱媒
Claims (3)
- 圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器の順に冷媒を循環させる圧縮式のヒートポンプ回路が備えられ、前記圧縮機は、エンジンにて発生される駆動力にて駆動自在に構成され、前記凝縮器は、供給される水を冷媒にて加熱して蒸気を発生自在に構成され、前記エンジンの排熱を回収した排熱回収熱媒を前記蒸発器に供給自在な排熱回収熱媒供給手段を備え、前記ヒートポンプ回路において前記膨張弁と前記蒸発器との間に、供給される水を冷媒にて冷却して冷水を発生自在な冷水発生器が備えられ、前記凝縮器にて発生される蒸気と前記冷水発生器にて発生される冷水とを供給自在な蒸気冷水併給形式に構成されている蒸気冷水併給装置。
- 前記ヒートポンプ回路における冷媒は、プロパンである請求項1に記載の蒸気冷水併給装置。
- 前記エンジンは、そのエンジンの回転速度を一定の目標回転速度とする定格運転を行うように構成されている請求項1又は2に記載の蒸気冷水併給装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014173741A (ja) * | 2013-03-06 | 2014-09-22 | Miura Co Ltd | 給水加温システム |
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2010
- 2010-08-04 JP JP2010175646A patent/JP2012037095A/ja active Pending
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JP2014173741A (ja) * | 2013-03-06 | 2014-09-22 | Miura Co Ltd | 給水加温システム |
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