JP2012215319A - 蒸気発生システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】単段または複数段の第一ヒートポンプ2と、この第一ヒートポンプ2より段数の多い第二ヒートポンプ3とを備える。第一ヒートポンプ2の最下段の蒸発器7と、第二ヒートポンプ3の最下段の蒸発器11Bとに、熱源流体が順に通される。第一ヒートポンプ2の最上段の凝縮器5と、第二ヒートポンプ3の最上段の凝縮器9Aとにおいて、水を加熱して蒸気を発生させる。
【選択図】図1
Description
(a)下段ヒートポンプの圧縮機からの冷媒と上段ヒートポンプの膨張弁からの冷媒とを受けて、両冷媒を混ぜることなく熱交換する間接熱交換器を備え、この間接熱交換器が下段ヒートポンプの凝縮器であると共に上段ヒートポンプの蒸発器である。
(b)下段ヒートポンプの圧縮機からの冷媒と上段ヒートポンプの膨張弁からの冷媒とを受けて、両冷媒を直接に接触させて熱交換する中間冷却器を備え、この中間冷却器が下段ヒートポンプの凝縮器であると共に上段ヒートポンプの蒸発器である。
(c)下段ヒートポンプの圧縮機からの冷媒と上段ヒートポンプの膨張弁からの冷媒とを受けて、両冷媒を直接に接触させて熱交換すると共に、この両冷媒と上段ヒートポンプの凝縮器から膨張弁を介することなく下段ヒートポンプの膨張弁へ供給される冷媒とを混ぜることなく熱交換する中間冷却器を備え、この中間冷却器が下段ヒートポンプの凝縮器であると共に上段ヒートポンプの蒸発器である。
(a)前記第二ヒートポンプの最上段の凝縮器から膨張弁への冷媒と水との第一サブ熱交換器。
(b)前記第一ヒートポンプの最上段の凝縮器から膨張弁への冷媒と水との第二サブ熱交換器。
(c)前記第一ヒートポンプの最下段の蒸発器から圧縮機への冷媒と熱源流体との第三サブ熱交換器。
(d)前記第二ヒートポンプの最下段の蒸発器から圧縮機への冷媒と熱源流体との第四サブ熱交換器。
(e)前記第二ヒートポンプが複数段の場合において隣接する段のヒートポンプの冷媒同士を間接熱交換する場合には、下段ヒートポンプの圧縮機から凝縮器への冷媒と上段ヒートポンプの蒸発器から圧縮機への冷媒との第五サブ熱交換器。
(f)前記第一ヒートポンプが複数段の場合において隣接する段のヒートポンプの冷媒同士を間接熱交換する場合には、下段ヒートポンプの圧縮機から凝縮器への冷媒と上段ヒートポンプの蒸発器から圧縮機への冷媒との第六サブ熱交換器。
以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
本実施例の蒸気発生システム1は、第一ヒートポンプ2と第二ヒートポンプ3とを並列に備える。
(a)第一サブ熱交換器13は、第二ヒートポンプ3の上段の凝縮器9Aから膨張弁10Aへの冷媒と水との間接熱交換器であり、冷媒の過冷却器として機能する。
(b)第二サブ熱交換器14は、第一ヒートポンプ2の凝縮器5から膨張弁6への冷媒と水との間接熱交換器であり、冷媒の過冷却器として機能する。
(c)第三サブ熱交換器15は、第一ヒートポンプ2の蒸発器7から圧縮機4への冷媒と熱源流体との間接熱交換器であり、冷媒の過熱器として機能する。
(d)第四サブ熱交換器16は、第二ヒートポンプ3の下段の蒸発器11Bから圧縮機8Bへの冷媒と熱源流体との間接熱交換器であり、冷媒の過熱器として機能する。
(e)第五サブ熱交換器17は、第二ヒートポンプ3の下段の圧縮機8Bから凝縮器9Bへの冷媒と上段の蒸発器11Aから圧縮機8Aへの冷媒との間接熱交換器である。
第二ヒートポンプ3の上段の凝縮器9Aと、所望により設置される第一サブ熱交換器13と、第一ヒートポンプ2の凝縮器5と、所望により設置される第二サブ熱交換器14とは、適宜の順序で設置され、水が供給されて蒸気を導出するが、その流通経路については、図2に示すいずれかが用いられる。
第一ヒートポンプ2の蒸発器7と、所望により設置される第三サブ熱交換器15と、第二ヒートポンプ3の下段の蒸発器11Bと、所望により設置される第四サブ熱交換器16とは、適宜の順序で設置され、熱源流体が通されるが、その流通経路については、図3に示すいずれかが用いられる。
また、下段ヒートポンプ3Bの圧縮機8Bからの冷媒は、中間冷却器18への供給に代えて、二点鎖線Aで示すように、上段ヒートポンプ3Aの圧縮機8Aの入口側へ供給した場合には、これに加えて中間冷却器18の液相部を下段ヒートポンプ3Bの圧縮機8Bの出口側へ接続してもよい。
あるいは、下段ヒートポンプ3Bの圧縮機8Bからの冷媒は、中間冷却器18への供給に代えてまたはこれに加えて、二点鎖線Bで示すように、上段ヒートポンプ3Aの膨張弁10Aから中間冷却器18への冷媒流路に合流させてもよい。その他の構成は、前記実施例1と同様のため、説明を省略する。
蒸気発生システム1は、実施例1の構成を用いているが、前述したその他の実施例の構成のものを用いてもよい。いずれにしても、蒸気発生システム1は、熱くみ上げ用熱交換器(7,15,11B,16)においてドレンの熱をくみ上げて、蒸気発生用熱交換器(9A,13,5,14)において水を加熱して蒸気を発生させる。そのために、熱くみ上げ用熱交換器(7,15,11B,16)には、蒸気使用設備23からのドレンが通される。熱くみ上げ用熱交換器(7,15,11B,16)としての各蒸発器7,11Bや各サブ熱交換器15,16へのドレンの通し方は、図3に基づき説明したとおりである。
(A)二点鎖線Aで示すように、セパレータタンク34で分離された液体からなるドレンを、排出弁39より上流側から、給水ポンプ24の入口側へ供給する。
(B)二点鎖線Bで示すように、熱くみ上げ用熱交換器(7,15,11B,16)を通過後のドレンを、第二蒸気トラップ37より上流側から、給水ポンプ24の入口側へ供給する。なお、熱くみ上げ用熱交換器(7,15,11B,16)は複数の熱交換器から構成されるが、二点鎖線B´で示すように、一部の熱交換器を通過後にドレンを分岐させて、給水ポンプ24の入口側へ供給してもよい。
(C)二点鎖線Cで示すように、熱くみ上げ用熱交換器(7,15,11B,16)を通過後のドレンを、第二蒸気トラップ37より下流側から、給水ポンプ24の入口側へ供給する。
(D)図13下部の破線領域に示すように、第二蒸気トラップ37からのドレン、および/または、排出弁39からのドレンなどを、一旦、給水タンク38に溜め、この給水タンク38内の水を、給水ポンプ24の入口側へ供給する。給水タンク38には、蒸気使用設備23からのドレンの他、純水または軟水が適宜供給されてもよい。
(E)前記A〜Dのいずれか二以上の組合せでもよい。この場合、二以上の給水路が合流して蒸気発生用熱交換器(9A,13,5,14)へ給水されるが、各給水路内の圧力が異なる場合には、各給水路が合流した後に給水ポンプ24を設けるのではなく、合流部より手前において各給水路に給水ポンプを設ければよい。
(A)二点鎖線Aで示すように、バッファタンク44からのドレンを、導入弁46より上流側(電磁弁40を設ける場合は、それより上流側または下流側のいずれでもよい。)から、給水ポンプ24の入口側へ供給する。
(B)二点鎖線Bで示すように、熱くみ上げ用熱交換器(7,15,11B,16)を通過後のドレンを、第二蒸気トラップ37より上流側から、給水ポンプ24の入口側へ供給する。なお、熱くみ上げ用熱交換器(7,15,11B,16)は複数の熱交換器から構成されるが、二点鎖線B´で示すように、一部の熱交換器を通過後にドレンを分岐させて、給水ポンプ24の入口側へ供給してもよい。
(C)二点鎖線Cで示すように、熱くみ上げ用熱交換器(7,15,11B,16)を通過後のドレンを、第二蒸気トラップ37より下流側から、給水ポンプ24の入口側へ供給する。
(D)図14下部の破線領域に示すように、第二蒸気トラップ37からのドレン、および/または、第三蒸気トラップ47からのドレンなどを、一旦、給水タンク38に溜め、この給水タンク38内の水を、給水ポンプ24の入口側へ供給する。給水タンク38には、蒸気使用設備23からのドレンの他、純水または軟水が適宜供給されてもよい。なお、給水タンク38は、図13の場合もであるが、上方へ開口せず大気圧を超える圧力でドレンを貯留可能としてもよい。
(E)前記A〜Dのいずれか二以上の組合せでもよい。この場合、二以上の給水路が合流して蒸気発生用熱交換器(9A,13,5,14)へ給水されるが、各給水路内の圧力が異なる場合には、各給水路が合流した後に給水ポンプ24を設けるのではなく、合流部より手前において各給水路に給水ポンプを設ければよい。
2 第一ヒートポンプ
3 第二ヒートポンプ
4 (第一ヒートポンプの)圧縮機
5 (第一ヒートポンプの)凝縮器
6 (第一ヒートポンプの)膨張弁
7 (第一ヒートポンプの)蒸発器
8(8A,8B) (第二ヒートポンプの)圧縮機
9(9A,9B) (第二ヒートポンプの)凝縮器
10(10A,10B) (第二ヒートポンプの)膨張弁
11(11A,11B) (第二ヒートポンプの)蒸発器
12 間接熱交換器
13 第一サブ熱交換器
14 第二サブ熱交換器
15 第三サブ熱交換器
16 第四サブ熱交換器
17 第五サブ熱交換器
18 中間冷却器
19 中間冷却器
21 蒸気システム
23 蒸気使用設備
Claims (8)
- 単段または複数段の第一ヒートポンプと、
この第一ヒートポンプより段数の多い第二ヒートポンプとを備え、
前記第一ヒートポンプの最下段の蒸発器と、前記第二ヒートポンプの最下段の蒸発器とに、熱源流体が順に通され、
前記第一ヒートポンプの最上段の凝縮器と、前記第二ヒートポンプの最上段の凝縮器とにおいて、水を加熱して蒸気を発生させる
ことを特徴とする蒸気発生システム。 - 前記第一ヒートポンプは、単段のヒートポンプから構成され、
前記第二ヒートポンプは、二段のヒートポンプを備え、
前記第一ヒートポンプの蒸発器と、前記第二ヒートポンプの下段の蒸発器とに順に通される熱源流体から熱をくみ上げ、
前記第二ヒートポンプの上段の凝縮器と、前記第一ヒートポンプの凝縮器とにおいて、水を加熱して蒸気を発生させる
ことを特徴とする請求項1に記載の蒸気発生システム。 - 前記第二ヒートポンプは、並列に設置された複数のヒートポンプから構成され、
この複数のヒートポンプは、各最下段の蒸発器に熱源流体が順に通され、この熱源流体が通される順に段数が多くなるよう構成され、各最上段の凝縮器において水を加熱して蒸気を発生させる
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の蒸気発生システム。 - 前記第二ヒートポンプを構成する複数のヒートポンプは、各最下段の蒸発器に熱源流体が順に通され、この熱源流体が通される順に一段ずつ段数が多くなるよう構成され、各最上段の凝縮器において水を加熱して蒸気を発生させる
ことを特徴とする請求項3に記載の蒸気発生システム。 - 前記第一ヒートポンプの最上段の凝縮器と、前記第二ヒートポンプの最上段の凝縮器とにおいて、水を加熱して同一圧力の蒸気を発生させる
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の蒸気発生システム。 - 前記第一ヒートポンプおよび/または前記第二ヒートポンプは、複数段の場合、隣接する段のヒートポンプ同士が次の(a)〜(c)のいずれかの関係で接続される
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の蒸気発生システム。
(a)下段ヒートポンプの圧縮機からの冷媒と上段ヒートポンプの膨張弁からの冷媒とを受けて、両冷媒を混ぜることなく熱交換する間接熱交換器を備え、この間接熱交換器が下段ヒートポンプの凝縮器であると共に上段ヒートポンプの蒸発器である。
(b)下段ヒートポンプの圧縮機からの冷媒と上段ヒートポンプの膨張弁からの冷媒とを受けて、両冷媒を直接に接触させて熱交換する中間冷却器を備え、この中間冷却器が下段ヒートポンプの凝縮器であると共に上段ヒートポンプの蒸発器である。
(c)下段ヒートポンプの圧縮機からの冷媒と上段ヒートポンプの膨張弁からの冷媒とを受けて、両冷媒を直接に接触させて熱交換すると共に、この両冷媒と上段ヒートポンプの凝縮器から膨張弁を介することなく下段ヒートポンプの膨張弁へ供給される冷媒とを混ぜることなく熱交換する中間冷却器を備え、この中間冷却器が下段ヒートポンプの凝縮器であると共に上段ヒートポンプの蒸発器である。 - 次の(a)〜(f)の内、いずれか一以上のサブ熱交換器を備え、
前記第二ヒートポンプの最上段の凝縮器と、第一サブ熱交換器が設置される場合にはその第一サブ熱交換器と、前記第一ヒートポンプの最上段の凝縮器と、第二サブ熱交換器が設置される場合にはその第二サブ熱交換器とへの水や蒸気の流通順序について、第一サブ熱交換器および/または第二サブ熱交換器が設置される場合にはこのサブ熱交換器を前記各ヒートポンプの最上段の凝縮器よりも先になるように設定され、
前記第一ヒートポンプの最下段の蒸発器と、第三サブ熱交換器が設置される場合にはその第三サブ熱交換器と、前記第二ヒートポンプの最下段の蒸発器と、第四サブ熱交換器が設置される場合にはその第四サブ熱交換器とへの熱源流体の流通順序について、前記第二ヒートポンプの最下段の蒸発器が後になるように設定される
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の蒸気発生システム。
(a)前記第二ヒートポンプの最上段の凝縮器から膨張弁への冷媒と水との第一サブ熱交換器。
(b)前記第一ヒートポンプの最上段の凝縮器から膨張弁への冷媒と水との第二サブ熱交換器。
(c)前記第一ヒートポンプの最下段の蒸発器から圧縮機への冷媒と熱源流体との第三サブ熱交換器。
(d)前記第二ヒートポンプの最下段の蒸発器から圧縮機への冷媒と熱源流体との第四サブ熱交換器。
(e)前記第二ヒートポンプが複数段の場合において隣接する段のヒートポンプの冷媒同士を間接熱交換する場合には、下段ヒートポンプの圧縮機から凝縮器への冷媒と上段ヒートポンプの蒸発器から圧縮機への冷媒との第五サブ熱交換器。
(f)前記第一ヒートポンプが複数段の場合において隣接する段のヒートポンプの冷媒同士を間接熱交換する場合には、下段ヒートポンプの圧縮機から凝縮器への冷媒と上段ヒートポンプの蒸発器から圧縮機への冷媒との第六サブ熱交換器。 - 前記熱源流体は、蒸気使用設備からのドレンとされる
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の蒸気発生システム。
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