JP4853125B2 - Steam generation system - Google Patents

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Description

本発明は、蒸気発生システムに関する。   The present invention relates to a steam generation system.

蒸気発生システムとしては、ボイラで燃料を燃焼させて被加熱媒体を加熱する構成が一般的に知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−２４９４５０号公報 As a steam generation system, generally known is a configuration in which a heated medium is heated by burning fuel in a boiler (see, for example, Patent Document 1).
JP-A-6-249450

ボイラのエネルギー効率は一般に約０．８（８０％）である。環境問題に対する意識の高まりとともに、蒸気発生システムに関して、より一層のエネルギー効率の向上が望まれている。   The energy efficiency of the boiler is generally about 0.8 (80%). With increasing awareness of environmental issues, further improvements in energy efficiency are desired for steam generation systems.

本発明は、上述する事情に鑑みてなされたものであり、エネルギー効率の高い蒸気発生システムを提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the situation mentioned above, and aims at providing a steam generation system with high energy efficiency.

本発明の蒸気発生システムは、作動媒体が流れるヒートポンプと、被加熱媒体が流れる供給経路でありかつ前記ヒートポンプからの熱伝達によって前記被加熱媒体が蒸発する複数の蒸発管を有する前記供給経路と、を備えることを特徴とする。   The steam generation system of the present invention is a heat pump through which a working medium flows, a supply path through which a medium to be heated flows, and the supply path having a plurality of evaporation pipes through which the medium to be heated evaporates by heat transfer from the heat pump; It is characterized by providing.

この蒸気発生システムによれば、ヒートポンプを用いることにより、ボイラに比べて高いエネルギー効率が得られる。また、この蒸気発生システムにおいて、供給経路が複数の蒸発管を有するから、被加熱媒体の蒸発プロセスの制御性の向上が図られる。   According to this steam generation system, high energy efficiency can be obtained by using a heat pump as compared with a boiler. In this steam generation system, since the supply path has a plurality of evaporation pipes, the controllability of the evaporation process of the heated medium can be improved.

この蒸気発生システムにおいて、前記供給経路は、前記被加熱媒体を貯溜しかつ前記複数の蒸発管に流体的に接続されるタンクを有する構成にできる。   In this steam generation system, the supply path may have a tank that stores the medium to be heated and is fluidly connected to the plurality of evaporation pipes.

この場合、前記タンクは、前記複数の蒸発管に対応する複数の個別タンクを有する構成にできる。   In this case, the tank may have a plurality of individual tanks corresponding to the plurality of evaporation pipes.

この蒸気発生システムにおいて、前記供給経路は、前記複数の蒸発管の各々における前記被加熱媒体の流量を制御する流量制御手段を有する構成にできる。   In this steam generation system, the supply path may have a flow rate control unit that controls the flow rate of the heated medium in each of the plurality of evaporation pipes.

この蒸気発生システムにおいて、前記ヒートポンプは、前記複数の蒸発管に対応する複数の放熱部を有する構成にできる。   In this steam generation system, the heat pump may have a plurality of heat radiation portions corresponding to the plurality of evaporation tubes.

この蒸気発生システムにおいて、前記ヒートポンプは、前記作動媒体を多段に圧縮する構造を有する構成にできる。   In this steam generation system, the heat pump may have a structure that compresses the working medium in multiple stages.

この蒸気発生システムにおいて、前記ヒートポンプは、前記被加熱媒体の前記複数の蒸発管への流入前に、前記被加熱媒体を加温する加温用放熱部を有する構成にできる。   In this steam generation system, the heat pump can be configured to have a heating heat dissipation unit that heats the heated medium before the heated medium flows into the plurality of evaporation tubes.

この蒸気発生システムにおいて、前記ヒートポンプは、前記作動媒体の圧縮前に、前記作動媒体を予熱する再生器を有する構成にできる。   In this steam generation system, the heat pump may include a regenerator that preheats the working medium before the working medium is compressed.

この蒸気発生システムにおいて、前記複数の蒸発管の内部圧力が大気圧に比べて低いのが好ましい。   In this steam generation system, it is preferable that the internal pressure of the plurality of evaporation pipes is lower than the atmospheric pressure.

この蒸気発生システムにおいて、前記供給経路上における前記複数の蒸発管の下流位置に配置され、前記被加熱媒体を圧縮する圧縮機をさらに備えることができる。   The steam generation system may further include a compressor that is disposed at a downstream position of the plurality of evaporation pipes on the supply path and compresses the heated medium.

この場合、前記蒸発管内の前記被加熱媒体が、前記ヒートポンプからの熱伝達によって比較的低圧力かつ低温度の蒸気となり、前記圧縮機による圧縮で比較的高圧力かつ高温度の蒸気となるようにできる。   In this case, the medium to be heated in the evaporation pipe becomes steam at a relatively low pressure and low temperature by heat transfer from the heat pump, and becomes steam at a relatively high pressure and temperature by compression by the compressor. it can.

この蒸気発生システムにおいて、前記被加熱媒体の蒸気に対して液状の前記被加熱媒体を供給するノズルをさらに備えることができる。   The steam generation system may further include a nozzle that supplies the liquid medium to be heated to the vapor of the medium to be heated.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１は、第１実施形態にかかる蒸気発生システムを示す概略図である。図１において、蒸気発生システムＳ１は、ヒートポンプ１０と、被加熱媒体（水）の供給経路２０と、圧縮機３０とを備える。蒸気発生システムＳ１の構成は、蒸気発生システムＳ１の設計要求に応じて様々に変更可能である。   FIG. 1 is a schematic view showing a steam generation system according to the first embodiment. In FIG. 1, the steam generation system S <b> 1 includes a heat pump 10, a heating medium (water) supply path 20, and a compressor 30. The configuration of the steam generation system S1 can be variously changed according to the design requirements of the steam generation system S1.

ヒートポンプ１０は、蒸発、圧縮、凝縮、及び膨張の各工程からなるサイクルにより、低温の物体から熱を汲み上げ、高温の物体に熱を与える装置である。ヒートポンプは一般に、エネルギー効率が比較的高く、結果として、二酸化炭素等の排出量が比較的少なく、環境に優しいという利点を有する。   The heat pump 10 is a device that pumps heat from a low-temperature object and applies heat to a high-temperature object by a cycle including evaporation, compression, condensation, and expansion processes. Heat pumps generally have the advantage of being relatively high in energy efficiency and, as a result, relatively low in emissions of carbon dioxide and the like and being environmentally friendly.

具体的に、ヒートポンプ１０は、吸熱部１１、圧縮部１２、放熱部（第１放熱部１３Ａ、第２放熱部１３Ｂ、第３放熱部１３Ｃ、第４放熱部１３Ｄ、第５放熱部１３Ｅ）、及び膨張部１４を有し、これらは配管を介して接続されている。   Specifically, the heat pump 10 includes a heat absorbing part 11, a compressing part 12, a heat radiating part (first heat radiating part 13A, second heat radiating part 13B, third heat radiating part 13C, fourth heat radiating part 13D, fifth heat radiating part 13E), And the expansion part 14 is provided, and these are connected via piping.

吸熱部１１では、主経路１５内を流れる作動媒体がサイクル外の熱源（例えば大気）の熱を吸収する。圧縮部１２は、圧縮機等によって作動媒体を圧縮する。この際、通常、作動媒体の温度が上がる。   In the heat absorption part 11, the working medium flowing in the main path 15 absorbs heat from a heat source outside the cycle (for example, the atmosphere). The compression unit 12 compresses the working medium using a compressor or the like. At this time, the temperature of the working medium usually increases.

本実施形態において、圧縮部１２は、作動媒体を多段に圧縮する構造を有する。図１に示す圧縮部１２は、第１圧縮部１２Ａ、第２圧縮部１２Ｂ、第３圧縮部１２Ｃ、及び第４圧縮部１２Ｄを含む４段圧縮構造を有する。圧縮の段数は、蒸気発生システムＳ１の仕様に応じて設定され、２、３、４、５、６、７、８、９、あるいは１０以上である。圧縮部１２は、軸流圧縮機、遠心圧縮機、レシプロ式圧縮機、ロータリー式圧縮機などの様々な圧縮機のうち、作動媒体の圧縮に適する圧縮機を有する。圧縮機には動力が供給される。圧縮部１２は、各圧縮部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄに対応する回転数が個々に制御される多軸圧縮構造を有することができる。あるいは、圧縮部１２は、同軸圧縮構造を有することができる。各圧縮部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄの圧縮比（圧力比）は、蒸気発生システムＳ１の仕様に応じて設定される。   In the present embodiment, the compression unit 12 has a structure for compressing the working medium in multiple stages. The compression unit 12 illustrated in FIG. 1 has a four-stage compression structure including a first compression unit 12A, a second compression unit 12B, a third compression unit 12C, and a fourth compression unit 12D. The number of stages of compression is set according to the specification of the steam generation system S1, and is 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, or 10 or more. The compression unit 12 includes a compressor suitable for compressing a working medium among various compressors such as an axial flow compressor, a centrifugal compressor, a reciprocating compressor, and a rotary compressor. Power is supplied to the compressor. The compression unit 12 can have a multiaxial compression structure in which the rotation speeds corresponding to the compression units 12A, 12B, 12C, and 12D are individually controlled. Alternatively, the compression unit 12 can have a coaxial compression structure. The compression ratio (pressure ratio) of each compression part 12A, 12B, 12C, 12D is set according to the specification of the steam generation system S1.

放熱部１３Ａ〜１３Ｅは、圧縮部１２で圧縮された作動媒体が流れる配管を有し、主経路１５内を流れる作動媒体の熱をサイクル外の熱源に与える。本実施形態において、作動媒体の流れ方向に沿って、５つの放熱部１３Ａ〜１３Ｅが直列に配置されている。放熱部の数は、蒸気発生システムＳ１の仕様に応じて設定され、３、４、５、６、７、８、９、１０、あるいは１１以上である。第１放熱部１３Ａは圧縮部１２Ａと１２Ｂとの段間に配置され、第２放熱部１３Ｂは圧縮部１２Ｂと１２Ｃとの段間に配置され、第３放熱部１３Ｃは圧縮部１２Ｃと１２Ｄとの段間に配置され、第４放熱部１３Ｄは圧縮部１２Ｄの下流位置に配置され、第５放熱部１３Ｅは、第４放熱部１３Ｄの下流位置に配置される。   The heat radiating units 13A to 13E have a pipe through which the working medium compressed by the compressing unit 12 flows, and gives the heat of the working medium flowing in the main path 15 to a heat source outside the cycle. In the present embodiment, five heat radiating portions 13A to 13E are arranged in series along the flow direction of the working medium. The number of heat radiation units is set according to the specification of the steam generation system S1, and is 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, or 11 or more. 13A of 1st thermal radiation parts are arrange | positioned between the stages of compression part 12A and 12B, 13B of 2nd thermal radiation parts are arrange | positioned between the stage of compression parts 12B and 12C, and 13C of 3rd thermal radiation parts are the compression parts 12C and 12D. The fourth heat dissipating part 13D is disposed at a downstream position of the compression part 12D, and the fifth heat dissipating part 13E is disposed at a downstream position of the fourth heat dissipating part 13D.

膨張部１４は、減圧弁またはタービン等によって作動媒体を膨張させる。この際、通常、作動媒体の温度が下がる。タービンを使用した場合には膨張部１４から動力を取り出すことができ、その動力を例えば圧縮部１２に供給してもよい。ヒートポンプ１０に使用される作動媒体として、フロン系媒体（HFC 245faなど）、アンモニア、水、二酸化炭素、空気などの公知の様々な熱媒体が、蒸気発生システムＳ１の仕様及び熱バランスなどに応じて用いられる。   The expansion unit 14 expands the working medium using a pressure reducing valve, a turbine, or the like. At this time, the temperature of the working medium usually decreases. When a turbine is used, power can be taken out from the expansion unit 14, and the power may be supplied to the compression unit 12, for example. As a working medium used for the heat pump 10, various known heat mediums such as a chlorofluorocarbon medium (HFC 245fa, etc.), ammonia, water, carbon dioxide, air, and the like are used according to the specifications and heat balance of the steam generation system S1. Used.

本実施形態において、ヒートポンプ１０はさらに、バイパス経路１７と、再生器１８とを有する。バイパス経路１７の入口端がヒートポンプ１０の主経路１５における第４放熱部１３Ｄと第５放熱部１３Ｅとの間の配管に接続される。バイパス経路１７の出口端が主経路１５における第５放熱部１３Ｅと膨張部１４との間の配管に接続される。バイパス経路１７の入口に、作動媒体のバイパス流量を制御する流量制御弁を設けることができる。バイパス経路１７において、第４放熱部１３Ｄからの作動媒体の一部が、第５放熱部１３Ｅを迂回し、膨張部１４の手前で第５放熱部１３Ｅからの作動媒体と合流する。第４放熱部１３Ｄからの残りの作動媒体は、第５放熱部１３Ｅを流れ、第１熱交換器４１においてその作動媒体と供給経路２０内の水とが熱交換する。   In the present embodiment, the heat pump 10 further includes a bypass path 17 and a regenerator 18. The inlet end of the bypass path 17 is connected to a pipe between the fourth heat radiating part 13D and the fifth heat radiating part 13E in the main path 15 of the heat pump 10. An outlet end of the bypass path 17 is connected to a pipe between the fifth heat radiating part 13 </ b> E and the expansion part 14 in the main path 15. A flow rate control valve for controlling the bypass flow rate of the working medium can be provided at the inlet of the bypass path 17. In the bypass path 17, a part of the working medium from the fourth heat radiating part 13 </ b> D bypasses the fifth heat radiating part 13 </ b> E and merges with the working medium from the fifth heat radiating part 13 </ b> E before the expansion part 14. The remaining working medium from the fourth heat radiating section 13D flows through the fifth heat radiating section 13E, and the working medium and the water in the supply path 20 exchange heat in the first heat exchanger 41.

再生器１８は、バイパス経路１７の配管の一部と、ヒートポンプ１０の主経路１５の配管（吸熱部１１と圧縮部１２との間の配管）の一部とが、互いに隣接して配置された構成を有する。ヒートポンプ１０において、吸熱部１１からの作動媒体に比べて、第４放熱部１３Ｄからの作動媒体は高温である。再生器１８において、バイパス経路１７を流れる第４放熱部１３Ｄからの作動媒体と、ヒートポンプ１０の主経路１５を流れる吸熱部１１からの作動媒体とが熱交換する。この熱交換により、バイパス経路１７内の作動媒体の温度が降下し、主経路１５内の作動媒体の温度が上昇する。再生器１８は、低温の流体（主経路１５内の作動媒体）と高温の流体（バイパス経路１７内の作動媒体）とが対向して流れる向流型の熱交換方式を有することができる。再生器１８は、高温流体と低温流体とが並行して流れる並行流型の熱交換方式を有してもよい。   In the regenerator 18, a part of the pipe of the bypass path 17 and a part of the pipe of the main path 15 of the heat pump 10 (the pipe between the heat absorption part 11 and the compression part 12) are arranged adjacent to each other. It has a configuration. In the heat pump 10, the working medium from the fourth heat radiating unit 13 </ b> D is hotter than the working medium from the heat absorbing unit 11. In the regenerator 18, the working medium from the fourth heat radiating unit 13 </ b> D flowing through the bypass path 17 and the working medium from the heat absorbing unit 11 flowing through the main path 15 of the heat pump 10 exchange heat. By this heat exchange, the temperature of the working medium in the bypass path 17 is lowered, and the temperature of the working medium in the main path 15 is raised. The regenerator 18 may have a countercurrent heat exchange system in which a low-temperature fluid (a working medium in the main path 15) and a high-temperature fluid (a working medium in the bypass path 17) face each other. The regenerator 18 may have a parallel flow type heat exchange system in which a high-temperature fluid and a low-temperature fluid flow in parallel.

供給経路２０は、加温部２１と、蒸発部２２と、蒸発部２２と圧縮機３０とを流体的に接続するダクト２３とを有する。   The supply path 20 includes a heating unit 21, an evaporation unit 22, and a duct 23 that fluidly connects the evaporation unit 22 and the compressor 30.

加温部２１は、ヒートポンプ１０の第５放熱部１３Ｅに隣接して配置されかつ供給源（不図示）からの水が流れる配管を含む。加温部２１と第５放熱部１３Ｅとを含んで第１熱交換器４１が構成される。第１熱交換器４１は、低温の流体（供給経路２０内の水）と高温の流体（ヒートポンプ１０内の作動流体）とが対向して流れる向流型の熱交換方式を有することができる。第１熱交換器４１は、高温流体と低温流体とが並行して流れる並行流型の熱交換方式を有してもよい。第１熱交換器４１の熱交換構造として、公知の様々なものを採用することができる。例えば、ヒートポンプ１０の第５放熱部１３Ｅの配管を、加温部２１の配管の外周面や内部に配設することができる。加温部２１において、ヒートポンプ１０の第５放熱部１３Ｅからの熱伝達によって、供給経路２０内の水が温度上昇する。   The heating unit 21 includes a pipe that is disposed adjacent to the fifth heat radiation unit 13E of the heat pump 10 and through which water from a supply source (not shown) flows. The 1st heat exchanger 41 is comprised including the heating part 21 and the 5th thermal radiation part 13E. The first heat exchanger 41 can have a countercurrent heat exchange system in which a low-temperature fluid (water in the supply path 20) and a high-temperature fluid (working fluid in the heat pump 10) flow in opposition. The first heat exchanger 41 may have a parallel flow type heat exchange system in which a high-temperature fluid and a low-temperature fluid flow in parallel. As the heat exchange structure of the first heat exchanger 41, various known ones can be adopted. For example, the pipe of the fifth heat radiating part 13 </ b> E of the heat pump 10 can be arranged on the outer peripheral surface or inside of the pipe of the heating part 21. In the heating unit 21, the temperature of water in the supply path 20 rises due to heat transfer from the fifth heat radiating unit 13 </ b> E of the heat pump 10.

蒸発部２２は、少なくとも液状の被加熱媒体（水）を貯溜するタンク４７と、タンク４７に流体的に接続された循環配管（第１循環配管４８Ａ、第２循環配管４８Ｂ、第３循環配管４８Ｃ、第４循環配管４８Ｄ）とを有する。タンク４７には、加温部２１からの水の供給口と、蒸気の排出口とが設けられる。タンク４７は、必要に応じて、液面を計測するレベルセンサ５０と、気液分離器（不図示）とを有する。   The evaporating unit 22 includes a tank 47 that stores at least a liquid heated medium (water), and circulation pipes fluidly connected to the tank 47 (first circulation pipe 48A, second circulation pipe 48B, and third circulation pipe 48C). 4th circulation piping 48D). The tank 47 is provided with a water supply port from the heating unit 21 and a steam discharge port. The tank 47 includes a level sensor 50 that measures the liquid level and a gas-liquid separator (not shown) as necessary.

本実施形態において、１つのタンク４７に対して各循環配管４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃ，４８Ｄが流体的に接続されている。すなわち、循環配管４８Ａ〜４８Ｄの各入口端と各出口端とがタンク４７に流体的に接続される。循環配管の数は、蒸気発生システムＳ１の仕様に応じて設定され、２、３、４、５、６、７、８、９、あるいは１０以上である。第１循環配管４８Ａは、ヒートポンプ１０の第１放熱部１３Ａに隣接して配置される蒸発管５１Ａと、必要に応じてポンプ５２Ａとを有する。同様に、第２循環配管４８Ｂは、ヒートポンプ１０の第２放熱部１３Ｂに隣接して配置される蒸発管５１Ｂと、必要に応じてポンプ５２Ｂとを有する。第３循環配管４８Ｃは、ヒートポンプ１０の第３放熱部１３Ｃに隣接して配置される蒸発管５１Ｃと、必要に応じてポンプ５２Ｃとを有し、第４循環配管４８Ｄは、ヒートポンプ１０の第４放熱部１３Ｄに隣接して配置される蒸発管５１Ｄと、必要に応じてポンプ５２Ｄとを有する。本実施形態において、蒸発管５１Ａ〜５１Ｄは、個々に独立してタンク４７に流体的に接続される。蒸発管５１Ａ〜５１Ｄは、タンク４７及び供給経路２０に対して並列に配置される。被加熱媒体（水）の熱対流及び／又は外部との差圧などを利用してポンプ５２Ａ〜５２Ｄの少なくとも１つを省いてもよい。   In the present embodiment, each circulation pipe 48 </ b> A, 48 </ b> B, 48 </ b> C, 48 </ b> D is fluidly connected to one tank 47. That is, each inlet end and each outlet end of the circulation pipes 48 </ b> A to 48 </ b> D are fluidly connected to the tank 47. The number of circulation piping is set according to the specification of the steam generation system S1, and is 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, or 10 or more. 48 A of 1st circulation piping has the evaporation pipe | tube 51A arrange | positioned adjacent to the 1st thermal radiation part 13A of the heat pump 10, and the pump 52A as needed. Similarly, the 2nd circulation piping 48B has the evaporation pipe | tube 51B arrange | positioned adjacent to the 2nd thermal radiation part 13B of the heat pump 10, and the pump 52B as needed. The third circulation pipe 48 </ b> C includes an evaporation pipe 51 </ b> C disposed adjacent to the third heat radiation part 13 </ b> C of the heat pump 10 and a pump 52 </ b> C as necessary, and the fourth circulation pipe 48 </ b> D is the fourth circulation pipe 48 </ b> D. It has the evaporation pipe 51D arrange | positioned adjacent to the thermal radiation part 13D, and the pump 52D as needed. In the present embodiment, the evaporation pipes 51 </ b> A to 51 </ b> D are individually fluidly connected to the tank 47. The evaporation pipes 51 </ b> A to 51 </ b> D are arranged in parallel to the tank 47 and the supply path 20. At least one of the pumps 52A to 52D may be omitted by using thermal convection of the medium to be heated (water) and / or differential pressure with the outside.

蒸発管５１Ａと第１放熱部１３Ａとを含んで第２熱交換器４２が構成される。同様に、蒸発管５１Ｂと第２放熱部１３Ｂとを含んで第３熱交換器４３が構成される。蒸発管５１Ｃと第３放熱部１３Ｃとを含んで第４熱交換器４４が構成され、蒸発管５１Ｄと第４放熱部１３Ｄとを含んで第５熱交換器４５が構成される。第２〜第５熱交換器４２〜４５は、低温の流体（蒸発管５１Ａ〜５１Ｄ内の水）と高温の流体（ヒートポンプ１０内の作動流体）とが対向して流れる向流型の熱交換方式を有することができる。第２〜第５熱交換器４２〜４５は、高温流体と低温流体とが並行して流れる並行流型の熱交換方式を有してもよい。第２〜第５熱交換器４２〜４５の熱交換構造として、公知の様々なものを採用することができる。例えば、ヒートポンプ１０の各放熱部１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄの配管を、蒸発管５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄの外周面や内部に配設することができる。   A second heat exchanger 42 is configured including the evaporation pipe 51A and the first heat radiation part 13A. Similarly, the 3rd heat exchanger 43 is comprised including the evaporation pipe | tube 51B and the 2nd thermal radiation part 13B. A fourth heat exchanger 44 is configured including the evaporation pipe 51C and the third heat radiating portion 13C, and a fifth heat exchanger 45 is configured including the evaporation pipe 51D and the fourth heat radiating portion 13D. The second to fifth heat exchangers 42 to 45 are counter-current heat exchanges in which a low-temperature fluid (water in the evaporation pipes 51A to 51D) and a high-temperature fluid (working fluid in the heat pump 10) face each other. You can have a scheme. The second to fifth heat exchangers 42 to 45 may have a parallel flow type heat exchange system in which a high-temperature fluid and a low-temperature fluid flow in parallel. Various known heat exchange structures for the second to fifth heat exchangers 42 to 45 can be employed. For example, the pipes of the heat radiating portions 13A, 13B, 13C, and 13D of the heat pump 10 can be disposed on the outer peripheral surface and the inside of the evaporation pipes 51A, 51B, 51C, and 51D.

蒸発部２２において、加温部２１で温度上昇した水が供給口を介してタンク４７に供給され、タンク４７及び循環配管４８Ａ〜４８Ｄ内に水が貯溜される。タンク４７内の液面が所定範囲内になるように、タンク４７への水の供給量が制御される。例えば、レベルセンサ５０の計測結果に基づいて、タンク４７への水の供給量が制御される。ヒートポンプ１０の第１〜第４放熱部１３Ａ〜１３Ｄからの熱伝達によって蒸発管５１Ａ〜５１Ｄ内の水が加熱され、その水の少なくとも一部が蒸発する。タンク４７は、ダクト２３を介して圧縮機３０に流体的に接続されている。タンク４７の内部空間は、タンク４７の排出口及びダクト２３を介して圧縮機３０によって吸引される。タンク４７内の蒸気は、ダクト２３内を圧縮機３０に向けて流れる。   In the evaporation unit 22, the water whose temperature has increased in the heating unit 21 is supplied to the tank 47 through the supply port, and the water is stored in the tank 47 and the circulation pipes 48 </ b> A to 48 </ b> D. The amount of water supplied to the tank 47 is controlled so that the liquid level in the tank 47 falls within a predetermined range. For example, the amount of water supplied to the tank 47 is controlled based on the measurement result of the level sensor 50. The water in the evaporation pipes 51A to 51D is heated by heat transfer from the first to fourth heat radiation portions 13A to 13D of the heat pump 10, and at least a part of the water is evaporated. The tank 47 is fluidly connected to the compressor 30 via the duct 23. The internal space of the tank 47 is sucked by the compressor 30 through the discharge port of the tank 47 and the duct 23. The steam in the tank 47 flows in the duct 23 toward the compressor 30.

圧縮機３０は、供給経路２０上に配設され、その配設位置はタンク４７に対して下流である。圧縮機３０としては、軸流圧縮機、遠心圧縮機、レシプロ式圧縮機、ロータリー式圧縮機などの様々な圧縮機が適用され、蒸気圧縮に適するものが用いられる。圧縮機３０は、タンク４７からの蒸気を圧縮し、昇圧した蒸気を下流に流す。   The compressor 30 is disposed on the supply path 20 and is disposed downstream of the tank 47. As the compressor 30, various compressors such as an axial flow compressor, a centrifugal compressor, a reciprocating compressor, and a rotary compressor are applied, and those suitable for vapor compression are used. The compressor 30 compresses the steam from the tank 47 and flows the pressurized steam downstream.

圧縮機３０（または供給経路２０）には、蒸気に対して水を供給するノズル３５が、必要に応じて配設される。ノズル３５の配設位置は、例えば、圧縮機３０の入口及び／又は出口である。圧縮機３０が多段式である場合には、ノズル３５を圧縮機３０の段間に配設することもできる。ノズル３５とタンク４７の液相位置とが配管３６を介して流体的に接続された配管を構成することができる。この配管構成では、比較的高温であるタンク４７内の液体がノズル３５への供給に有効利用される。ノズル３５からの液体の排出（スプレイ）には、ポンプ３７などの動力源を用いてもよく、配管３６の入口と出口との圧力差を利用してもよい。   In the compressor 30 (or the supply path 20), a nozzle 35 that supplies water to the steam is disposed as necessary. The arrangement position of the nozzle 35 is, for example, an inlet and / or an outlet of the compressor 30. In the case where the compressor 30 is a multistage type, the nozzle 35 may be disposed between the stages of the compressor 30. A pipe in which the nozzle 35 and the liquid phase position of the tank 47 are fluidly connected via the pipe 36 can be configured. In this piping configuration, the liquid in the tank 47 having a relatively high temperature is effectively used for supply to the nozzle 35. For discharging (spraying) the liquid from the nozzle 35, a power source such as a pump 37 may be used, or a pressure difference between the inlet and the outlet of the pipe 36 may be used.

圧縮機３０による吸引作用により、供給経路２０におけるヒートポンプ１０による加熱部位での内部空間、すなわちタンク４７の内部空間が減圧される。タンク４７の内部圧力が大気圧に比べて低い負圧（陰圧）となるように、供給経路２０上の制御弁（流量制御弁など。不図示）や圧縮機３０が制御される。この制御は、例えば、タンク４７の内部圧力を計測するセンサ（不図示）の計測結果に基づいて行われる。   Due to the suction action by the compressor 30, the internal space at the heating portion by the heat pump 10 in the supply path 20, that is, the internal space of the tank 47 is decompressed. Control valves (such as a flow control valve, not shown) and the compressor 30 on the supply path 20 are controlled so that the internal pressure of the tank 47 becomes a negative pressure (negative pressure) lower than the atmospheric pressure. This control is performed based on a measurement result of a sensor (not shown) that measures the internal pressure of the tank 47, for example.

また、タンク４７及びヒートポンプ１０は、タンク４７の内部空間が負圧状態において、水が蒸発するように設計（容量設計、能力設計など）されている。ヒートポンプ１０の成績係数は、被加熱媒体（水）の入力温度と出力温度との差に応じて変化し、その温度差が過度に大きいと成績係数（ＣＯＰ）が低下する場合がある。タンク４７の内部空間が負圧状態であるという条件により、加熱温度領域（入出力温度差）を比較的狭く設定し、高いＣＯＰでのヒートポンプ１０の使用が可能である。例えば、水の入力温度は約２０℃であり、蒸発部２２からの水の出力温度は約９０℃である。   The tank 47 and the heat pump 10 are designed (capacity design, capacity design, etc.) so that water evaporates when the internal space of the tank 47 is in a negative pressure state. The coefficient of performance of the heat pump 10 changes according to the difference between the input temperature and the output temperature of the medium to be heated (water), and if the temperature difference is excessively large, the coefficient of performance (COP) may decrease. Under the condition that the internal space of the tank 47 is in a negative pressure state, the heating temperature region (input / output temperature difference) is set to be relatively narrow, and the heat pump 10 can be used at a high COP. For example, the input temperature of water is about 20 ° C., and the output temperature of water from the evaporator 22 is about 90 ° C.

このように、本実施形態においては、供給経路２０内の水が、ヒートポンプ１０からの熱伝達によって蒸気になる。まず、第１熱交換器４１において、供給経路２０内の水がヒートポンプ１０の第５放熱部１３Ｅからの熱伝達によって沸点近くまで温度上昇する。その後、第２〜第５熱交換器４２〜４５において、第１〜第４放熱部１３Ａ〜１３Ｄからの熱伝達によってその水が相変化して蒸発する。つまり、水の顕熱加熱が第１熱交換器４１において行われ、水の潜熱加熱が第２〜第５熱交換器４２〜４５において行われる。その結果、第１熱交換器４１が顕熱交換に適した形態であり、第２〜第５熱交換器４２〜４５が潜熱交換に適した形態であるといった、装置構成の最適化が図られ、これに応じて、好ましい加熱プロセスを経て蒸気が発生する。   Thus, in this embodiment, the water in the supply path 20 becomes steam by heat transfer from the heat pump 10. First, in the first heat exchanger 41, the temperature of the water in the supply path 20 rises to near the boiling point by heat transfer from the fifth heat radiating portion 13E of the heat pump 10. Thereafter, in the second to fifth heat exchangers 42 to 45, the water undergoes phase change and evaporates by heat transfer from the first to fourth heat radiating units 13A to 13D. That is, the sensible heat of water is performed in the first heat exchanger 41, and the latent heat of water is heated in the second to fifth heat exchangers 42 to 45. As a result, the apparatus configuration can be optimized such that the first heat exchanger 41 is in a form suitable for sensible heat exchange, and the second to fifth heat exchangers 42 to 45 are in form suitable for latent heat exchange. In response, steam is generated through a preferred heating process.

ボイラのエネルギー効率が一般に約０．８（８０％）であるのに対して、ヒートポンプのエネルギー効率としての成績係数（ＣＯＰ：coefficient of performance）は一般に２．５〜５．０である。ヒートポンプの成績係数は、被加熱媒体（水）の入出力温度差に応じて変化し、比較的高い入出力温度差においてその成績係数が低下する傾向がある。本実施形態において、顕熱交換及び潜熱交換に対応してヒートポンプが個別の加熱部を有することにより、ボイラに比べて高いエネルギー効率で蒸気を発生させることができる。   The energy efficiency of the boiler is generally about 0.8 (80%), whereas the coefficient of performance (COP) as the energy efficiency of the heat pump is generally 2.5 to 5.0. The coefficient of performance of the heat pump changes according to the input / output temperature difference of the medium to be heated (water), and the coefficient of performance tends to decrease at a relatively high input / output temperature difference. In this embodiment, steam can be generated with higher energy efficiency than a boiler because the heat pump has individual heating units corresponding to sensible heat exchange and latent heat exchange.

また、本実施形態において、供給経路２０内の水が、ヒートポンプ１０（放熱部１３Ａ〜１３Ｅ）からの熱伝達によって比較的低圧力かつ低温度の蒸気となり、圧縮機３０による圧縮で比較的高圧力かつ高温度の蒸気となる。すなわち、ヒートポンプ１０で加熱された水が、圧縮機３０による圧縮によってさらに加熱され、これにより、１００℃以上の高温蒸気が発生する。蒸気発生システムＳ１からの蒸気は、外部の所定施設、例えば製造プラント、調理施設、空調設備、発電プラントなどに供給される。   Further, in the present embodiment, the water in the supply path 20 becomes steam having a relatively low pressure and low temperature by heat transfer from the heat pump 10 (heat dissipating units 13 </ b> A to 13 </ b> E). And it becomes high temperature steam. That is, the water heated by the heat pump 10 is further heated by the compression by the compressor 30, thereby generating high-temperature steam at 100 ° C. or higher. The steam from the steam generation system S1 is supplied to a predetermined external facility such as a manufacturing plant, a cooking facility, an air conditioning facility, a power plant, and the like.

図２は、蒸気発生システムＳ１による水の状態変化の一例を示す Ｔ-ｓ 線図である。図２に示すように、水は、第１熱交換器４１（図１参照）において沸点近くまで温度上昇した後、温度一定のまま第２〜第５熱交換器４２〜４５において相変化する。このとき、大気圧（Ｐ１＝１atm＝約０．１ＭＰａ）に比べて低い負圧Ｐ０の状態において、飽和蒸気ｄ０が発生する。飽和蒸気ｄ０の温度は標準沸点よりも低い、例えば約９０℃である。 FIG. 2 is a Ts diagram illustrating an example of a state change of water by the steam generation system S1. As shown in FIG. 2, after the temperature rises to near the boiling point in the first heat exchanger 41 (see FIG. 1), water undergoes a phase change in the second to fifth heat exchangers 42 to 45 while the temperature remains constant. At this time, saturated steam d 0 is generated in a state of negative pressure P 0 that is lower than atmospheric pressure (P 1 = 1 atm = about 0.1 MPa). Temperature of saturated steam d 0 is lower than the standard boiling point, such as about 90 ° C..

次に、その飽和蒸気ｄ０は、圧縮機３０（図１参照）による圧縮で比較的高圧力かつ高温の蒸気（過熱蒸気ｅ２）になる。すなわち、上記圧縮に伴って、蒸気が温度上昇する。過熱蒸気ｅ２の圧力Ｐ２は大気圧よりも高い、例えば０．８ＭＰａである。 Next, the saturated steam d 0 becomes relatively high-pressure and high-temperature steam (superheated steam e 2 ) by compression by the compressor 30 (see FIG. 1). That is, the temperature of the steam rises with the compression. The pressure P 2 of the superheated steam e 2 is greater than atmospheric pressure, for example, 0.8 MPa.

０．８ＭＰａの過熱蒸気ｅ２を定圧下で冷却することにより、約１６０℃の飽和蒸気を得ることができる（図２の破線ａ）。同様に、大気圧（約０．１ＭＰａ）の過熱蒸気を定圧下で冷却することにより、約１００℃の飽和蒸気ｄ１を得ることができる。 A saturated steam of about 160 ° C. can be obtained by cooling the superheated steam e 2 of 0.8 MPa under a constant pressure (dashed line a in FIG. 2). Similarly, saturated steam d 1 at about 100 ° C. can be obtained by cooling superheated steam at atmospheric pressure (about 0.1 MPa) under constant pressure.

過熱蒸気から飽和蒸気への冷却に、液状の水または温水を直接混入することにより、蒸気のボリュームが増加する。この場合、例えば、圧縮機３０の出口において蒸気に対して水または温水が供給される。   By directly mixing liquid water or hot water into the cooling from superheated steam to saturated steam, the volume of steam is increased. In this case, for example, water or hot water is supplied to the steam at the outlet of the compressor 30.

また、水または温水の供給量及びタイミングの最適化により、比較的低圧力かつ低温度の飽和蒸気ｄ０から比較的高圧力かつ高温度の飽和蒸気ｄ２への変化を、より直接的にできる。例えば、圧縮機３０の入口で適量の水または温水が蒸気に供給されることにより、圧縮機３０の入口での飽和蒸気ｄ０が、圧縮機３０の出口で飽和蒸気ｄ２に変化する（図２の破線ｃ１（スプレー）及びｃ２（圧縮））。または、圧縮機３０の中間で圧縮機３０の段落ごとに適量の水または温水が蒸気に供給されることにより、圧縮機３０の入口での飽和蒸気ｄ０が、圧縮機３０の出口で飽和蒸気ｄ２に変化する（図２の破線ｂ）。すなわち、圧縮機３０による圧縮と水または温水による冷却との組み合わせの最適化により、効率良く圧縮機３０から飽和状態に近い蒸気を排出することができる。 Further, by optimizing the supply amount and timing of water or hot water, the change from the relatively low pressure and low temperature saturated steam d 0 to the relatively high pressure and high temperature saturated steam d 2 can be made more direct. . For example, when an appropriate amount of water or hot water is supplied to the steam at the inlet of the compressor 30, the saturated steam d 0 at the inlet of the compressor 30 changes to saturated steam d 2 at the outlet of the compressor 30 (FIG. 2 broken lines c1 (spray) and c2 (compression)). Alternatively, when an appropriate amount of water or hot water is supplied to the steam for each stage of the compressor 30 in the middle of the compressor 30, the saturated steam d 0 at the inlet of the compressor 30 becomes saturated steam at the outlet of the compressor 30. changes to d 2 (dashed line b in FIG. 2). That is, by optimizing the combination of compression by the compressor 30 and cooling by water or warm water, steam close to a saturated state can be efficiently discharged from the compressor 30.

このように、本実施形態において、図１に示すヒートポンプ１０による２段加熱と圧縮機３０による加熱とを含む３段順次加熱により、飽和蒸気及び過熱蒸気のいずれも容易に発生させることができる。すなわち、ヒートポンプ１０による加熱で大気圧に比べて低い負圧での飽和蒸気を発生させた後、圧縮機３０による圧縮で大気圧または大気圧よりも高い圧力での過熱蒸気または飽和蒸気を発生させることができる。つまり、蒸気発生システムＳ１は、蒸気仕様に対する柔軟性が高い。   Thus, in this embodiment, both saturated steam and superheated steam can be easily generated by three-stage sequential heating including two-stage heating by the heat pump 10 and heating by the compressor 30 shown in FIG. That is, after generating saturated steam at a negative pressure lower than the atmospheric pressure by heating by the heat pump 10, superheated steam or saturated steam at a pressure higher than atmospheric pressure or atmospheric pressure is generated by compression by the compressor 30. be able to. That is, the steam generation system S1 is highly flexible with respect to the steam specifications.

また、本実施形態において、蒸気発生のための加熱過程の一部を圧縮機３０が補うから、高いＣＯＰでヒートポンプ１０が使用され、したがって、蒸気発生システムＳ１は、全体としての一次エネルギーの節減が期待される。すなわち、被加熱媒体（水）に対する比較的高温域の加熱に圧縮機３０を利用することは、熱伝達のみを利用した加熱と比較して、温度上昇の短時間化及び熱損失の抑制に有利である。   Further, in this embodiment, since the compressor 30 compensates for a part of the heating process for generating steam, the heat pump 10 is used with a high COP. Therefore, the steam generation system S1 has an overall reduction in primary energy. Be expected. That is, the use of the compressor 30 for heating in a relatively high temperature range with respect to the medium to be heated (water) is advantageous in shortening the temperature rise and suppressing heat loss compared to heating using only heat transfer. It is.

また、本実施形態において、バイパス経路１７を介して作動媒体の一部が第１熱交換器４１を迂回するから、第１熱交換器４１に入る作動媒体の流量の最適化が図られる。これは、作動媒体の保有熱を有効に使う上で有利である。   Moreover, in this embodiment, since a part of working medium bypasses the 1st heat exchanger 41 via the bypass path | route 17, optimization of the flow volume of the working medium which enters the 1st heat exchanger 41 is achieved. This is advantageous in effectively using the retained heat of the working medium.

また、本実施形態において、バイパス経路１７を介して作動媒体の一部が第１熱交換器４１を迂回することにより、第１熱交換器４１への作動媒体の流入量が制御され、その結果、第１熱交換器４１及び第２熱交換器４２（第３〜第５熱交換器４３〜４５）のそれぞれに対して、必要に応じた熱量を有する作動媒体が供給される。   Moreover, in this embodiment, when a part of working medium bypasses the 1st heat exchanger 41 via the bypass path | route 17, the inflow amount of the working medium to the 1st heat exchanger 41 is controlled, As a result The working medium having an amount of heat as required is supplied to each of the first heat exchanger 41 and the second heat exchanger 42 (third to fifth heat exchangers 43 to 45).

バイパス経路１７を流れる作動媒体は、再生器１８において、ヒートポンプ１０の主経路１５を流れる吸熱部１１からの作動媒体と熱交換する。この熱交換により、バイパス経路１７内の作動媒体の温度が降下し（例えば約２０℃）、ヒートポンプ１０の主経路１５内の作動媒体の温度が上昇する（例えば約９５℃）。圧縮部１２に対する作動媒体の入力温度の上昇により、圧縮部１２の動力の低減化が図られる。   The working medium flowing through the bypass path 17 exchanges heat with the working medium from the heat absorbing unit 11 flowing through the main path 15 of the heat pump 10 in the regenerator 18. By this heat exchange, the temperature of the working medium in the bypass path 17 is lowered (for example, about 20 ° C.), and the temperature of the working medium in the main path 15 of the heat pump 10 is raised (for example, about 95 ° C.). Due to the increase in the input temperature of the working medium to the compression unit 12, the power of the compression unit 12 is reduced.

なお、作動媒体のバイパス量は、被加熱媒体及び作動媒体の各物性値（比熱など）に応じて定められる。被加熱媒体が水でありかつ、作動媒体がフロン系媒体又はアンモニアである場合には、第２〜第５熱交換器４２〜４５における作動媒体の単位時間あたりの流量に対して、バイパス量がモル比で５０％程度であるのが好ましい。この場合、顕熱及び潜熱のそれぞれにおいて水と作動媒体との間の熱バランスが良い。さらに、再生器１８における作動媒体同士の熱バランスも良い。   Note that the amount of bypass of the working medium is determined according to each physical property value (such as specific heat) of the medium to be heated and the working medium. When the medium to be heated is water and the working medium is a chlorofluorocarbon medium or ammonia, the bypass amount is set to the flow rate per unit time of the working medium in the second to fifth heat exchangers 42 to 45. The molar ratio is preferably about 50%. In this case, the heat balance between water and the working medium is good in each of sensible heat and latent heat. Furthermore, the heat balance between the working media in the regenerator 18 is good.

また、本実施形態において、再生器１８で温度降下したバイパス経路１７内の作動媒体（例えば約２０℃）は、膨張部１４の手前で、ヒートポンプ１０の主経路１５を流れる第１熱交換器４１（第５放熱部１３Ｅ）からの作動媒体と合流する。前述したように、第１熱交換器４１からの作動媒体の出力温度は比較的低く設定される（例えば約３０℃）。膨張部１４に対する作動媒体の入力温度の降下により、作動媒体の液ガス比の最適化が図られ、その結果、吸熱部１１においてサイクル外の熱源（例えば大気）から有効に熱が吸収される。   In the present embodiment, the working medium (for example, about 20 ° C.) in the bypass passage 17 whose temperature has dropped in the regenerator 18 is in front of the expansion unit 14 and flows through the main passage 15 of the heat pump 10. It merges with the working medium from the (fifth heat radiation part 13E). As described above, the output temperature of the working medium from the first heat exchanger 41 is set to be relatively low (for example, about 30 ° C.). The liquid gas ratio of the working medium is optimized by the decrease in the input temperature of the working medium to the expansion unit 14, and as a result, the heat absorption unit 11 effectively absorbs heat from a heat source (for example, the atmosphere) outside the cycle.

このように、本実施形態において、水の蒸発に用いた後の作動媒体が水の加温と作動媒体の再生とに用いられることにより、熱の有効利用が図られる。   As described above, in the present embodiment, the working medium after being used for water evaporation is used for warming water and regenerating the working medium, thereby effectively using heat.

また、本実施形態において、圧縮部１２が多段式である点からも、エネルギー効率の向上が図られる。すなわち、多段式の圧縮部１２の段間の放熱部１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃの熱が奪われることとによって、作動媒体の圧縮過程における作動媒体の温度上昇が抑制され、その結果、圧縮部１２の圧縮効率の向上及び圧縮機の動力の低減化が図られる。圧縮に伴う作動媒体の温度上昇と、段間の放熱部（１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ）における作動媒体の温度降下との繰り返しの数（再熱の段数）は、２、３、４、５、６、７、８、９、あるいは１０以上である。再熱の段数が装置構成上の制約の範囲内で多いのが、エネルギー効率の向上に有利である。   In the present embodiment, the energy efficiency is also improved from the point that the compression unit 12 is a multistage type. That is, the heat dissipation of the heat radiation portions 13A, 13B, and 13C between the stages of the multistage compression unit 12 is deprived, so that the temperature increase of the working medium in the compression process of the working medium is suppressed. The compression efficiency is improved and the power of the compressor is reduced. The number of repetitions of the temperature rise of the working medium accompanying compression and the temperature drop of the working medium in the heat radiating section (13A, 13B, 13C) between the stages is 2, 3, 4, 5, 6 , 7, 8, 9, or 10 or more. It is advantageous for improving energy efficiency that the number of stages of reheating is large within the range of restrictions on the apparatus configuration.

また、本実施形態において、多段式の圧縮部１２に対する作動媒体の入力温度が再生器１８によって高められている点も、圧縮部１２の動力低減に有利である。また、段間の放熱部１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃの冷却を利用して、被加熱媒体である水を加熱する点からも、熱の有効利用が図られる。   In the present embodiment, the point that the input temperature of the working medium to the multistage compression unit 12 is increased by the regenerator 18 is also advantageous in reducing the power of the compression unit 12. Further, effective use of heat can be achieved from the point of heating water that is a medium to be heated by using cooling of the heat radiation portions 13A, 13B, and 13C between the stages.

また、本実施形態において、供給経路２０が複数の蒸発管５１Ａ〜５１Ｄを有することからも、エネルギー効率の向上が図られる。蒸発管では、水の流れの方向に沿って、液体に対する気体（蒸気）の比率が高くなり、蒸気発生の進行に伴って、熱伝達率が低下する。蒸発管内では、質量及びボリュームとして水が支配的であるのが好ましい。供給経路２０が複数の蒸発管５１Ａ〜５１Ｄを有することにより、気体の比率が高い水に対する加熱が回避され、その結果、蒸気発生に伴う熱伝達率の低下が抑制される。また、熱交換面積の拡大のために蒸発管の長さを長くすると、蒸発管の入口部と出口部との圧力差が大きくなり、蒸発管に水を流すための必要動力が増える可能性がある。複数の蒸発管５１Ａ〜５１Ｄが個々に独立していると差圧が小さくて済み、熱交換面積の拡大に伴う水輸送動力の増加が抑制される。蒸発管５１Ａ〜５１Ｄが並列配置されていることは、複数の蒸発管５１Ａ〜５１Ｄが個々に独立した構成を実現しやすく、装置の簡素化に有利である。   In the present embodiment, since the supply path 20 includes the plurality of evaporation pipes 51A to 51D, the energy efficiency can be improved. In the evaporation pipe, the ratio of the gas (vapor) to the liquid increases along the direction of water flow, and the heat transfer coefficient decreases as the generation of the vapor progresses. In the evaporator tube, it is preferable that water is dominant as a mass and a volume. Since the supply path 20 includes the plurality of evaporation pipes 51A to 51D, heating of water with a high gas ratio is avoided, and as a result, a decrease in heat transfer coefficient due to steam generation is suppressed. In addition, if the length of the evaporation pipe is increased in order to increase the heat exchange area, the pressure difference between the inlet and outlet of the evaporation pipe increases, which may increase the power required to flow water through the evaporation pipe. is there. If the plurality of evaporation pipes 51A to 51D are individually independent, the differential pressure may be small, and an increase in water transport power accompanying the expansion of the heat exchange area is suppressed. The fact that the evaporation tubes 51A to 51D are arranged in parallel facilitates the achievement of a configuration in which the plurality of evaporation tubes 51A to 51D are individually independent, which is advantageous for simplification of the apparatus.

また、本実施形態において、独立した複数の蒸発管５１Ａ〜５１Ｄを供給経路２０が有することにより、熱バランス制御の向上が図られる。ヒートポンプ１０においては、放熱部１３Ａ〜１３Ｄの間で、作動媒体の状態（圧力など）が異なる。各放熱部１３Ａ〜１３Ｄに対応する複数の蒸発管５１Ａ〜５１Ｄを流れる水の単位時間あたりの流量が個々に制御されることにより、放熱部１３Ａ〜１３Ｄを有する多段式の圧縮部１２における再熱制御の最適化が図られる。   In the present embodiment, the supply path 20 includes a plurality of independent evaporation pipes 51A to 51D, thereby improving the heat balance control. In the heat pump 10, the state (pressure etc.) of a working medium differs between the thermal radiation parts 13A-13D. Reheating in the multistage compression unit 12 having the heat radiation units 13A to 13D is achieved by individually controlling the flow rate per unit time of the water flowing through the plurality of evaporation pipes 51A to 51D corresponding to the heat radiation units 13A to 13D. The control is optimized.

図３は、蒸発管５１Ａにおける水の流量を制御する構成の一例を示す。ヒートポンプ１０において、蒸発管５１Ａに対応する第１放熱部１３Ａの出口温度を計測するセンサ７１が設けられている。制御装置７０は、センサ７１の計測結果に基づいて、蒸発管５１Ａ用のポンプ５２Ａを介して蒸発管５１Ａを流れる単位時間あたりの水の流量を制御する。これにより、第１放熱部１３Ａにおける作動媒体の出口温度を目標値に設定することができる。第１放熱部１３Ａの入口温度を計測するセンサ７２を用いてもよい。図１において、他の蒸発管５１Ｂ〜蒸発管５１Ｄ及び対応する放熱部１３Ｂ〜１３Ｄもこれと同様の構成を採用することができる。   FIG. 3 shows an example of a configuration for controlling the flow rate of water in the evaporation pipe 51A. The heat pump 10 is provided with a sensor 71 that measures the outlet temperature of the first heat radiating portion 13A corresponding to the evaporation pipe 51A. The control device 70 controls the flow rate of water per unit time flowing through the evaporation pipe 51A via the pump 52A for the evaporation pipe 51A based on the measurement result of the sensor 71. Thereby, the exit temperature of the working medium in the first heat radiating portion 13A can be set to the target value. You may use the sensor 72 which measures the inlet_port | entrance temperature of 13 A of 1st thermal radiation parts. In FIG. 1, the other evaporation pipes 51 </ b> B to 51 </ b> D and the corresponding heat radiation portions 13 </ b> B to 13 </ b> D can adopt the same configuration.

図４は、第２実施形態にかかる蒸気発生システムを示す概略図である。以下の説明では、蒸気発生システムＳ２について、図１に示す第１実施形態の蒸気発生システムＳ１と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略または簡略化する。   FIG. 4 is a schematic view showing a steam generation system according to the second embodiment. In the following description, for the steam generation system S2, the same components as those in the steam generation system S1 of the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.

図４に示すように、蒸気発生システムＳ２は、第１実施形態と異なり、供給経路２０における水を貯溜するタンクが、複数の蒸発管５１Ａ〜５１Ｄに対応する複数の個別タンク４７Ａ〜４７Ｄを有する。ヒートポンプ１０の構成は、第１実施形態のそれと同様である。   As shown in FIG. 4, in the steam generation system S2, unlike the first embodiment, the tank for storing water in the supply path 20 has a plurality of individual tanks 47A to 47D corresponding to the plurality of evaporation pipes 51A to 51D. . The configuration of the heat pump 10 is the same as that of the first embodiment.

供給経路２０は、加温部２１と、蒸発部２２と、蒸発部２２と圧縮機３０とを流体的に接続するダクト２３とを有する。蒸発部２２は、少なくとも液状の被加熱媒体（水）を貯溜するタンク（第１タンク４７Ａ、第２タンク４７Ｂ、第３タンク４７Ｃ、第４タンク４７Ｄ）と、各タンク４７Ａ〜４７Ｄに流体的に接続された循環配管（第１循環配管４８Ａ、第２循環配管４８Ｂ、第３循環配管４８Ｃ、第４循環配管４８Ｄ）とを有する。各タンク４７Ａ〜４７Ｄには、加温部２１からの水の供給口と、蒸気の排出口とが設けられる。タンク４７Ａ〜４７Ｄは、必要に応じて、液面を計測するレベルセンサ５０Ａ〜５０Ｄと、気液分離器（不図示）とを有する。   The supply path 20 includes a heating unit 21, an evaporation unit 22, and a duct 23 that fluidly connects the evaporation unit 22 and the compressor 30. The evaporating unit 22 fluidizes the tanks (first tank 47A, second tank 47B, third tank 47C, fourth tank 47D) for storing at least a liquid heated medium (water), and each of the tanks 47A to 47D. It has connected circulation piping (the 1st circulation piping 48A, the 2nd circulation piping 48B, the 3rd circulation piping 48C, and the 4th circulation piping 48D). Each of the tanks 47A to 47D is provided with a water supply port from the heating unit 21 and a steam discharge port. The tanks 47A to 47D include level sensors 50A to 50D that measure the liquid level and a gas-liquid separator (not shown) as necessary.

本実施形態において、第１タンク４７Ａに対して、蒸発管５１Ａを有する第１循環配管４８Ａが流体的に接続されている。すなわち、第１循環配管４８Ａの各入口端と各出口端とが第１タンク４７Ａに流体的に接続される。同様に、第２タンク４７Ｂに対して蒸発管５１Ｂを有する第２循環配管４８Ｂが流体的に接続されている。第３タンク４７Ｃに蒸発管５１Ｃを有する第３循環配管４８Ｃが流体的に接続され、第４タンク４７Ｄに蒸発管５１Ｄを有する第４循環配管４８Ｄが流体的に接続されている。タンク及び循環配管（蒸発管）の数は、蒸気発生システムＳ２の仕様に応じて設定され、２、３、４、５、６、７、８、９、あるいは１０以上である。本実施形態において、タンク４７Ａ〜４７Ｄと蒸発管５１Ａ〜５１Ｄの各ペアが、供給経路２０に対して並列に配置される。   In the present embodiment, a first circulation pipe 48A having an evaporation pipe 51A is fluidly connected to the first tank 47A. That is, each inlet end and each outlet end of the first circulation pipe 48A are fluidly connected to the first tank 47A. Similarly, a second circulation pipe 48B having an evaporation pipe 51B is fluidly connected to the second tank 47B. A third circulation pipe 48C having an evaporation pipe 51C is fluidly connected to the third tank 47C, and a fourth circulation pipe 48D having an evaporation pipe 51D is fluidly connected to the fourth tank 47D. The number of tanks and circulation pipes (evaporation pipes) is set according to the specification of the steam generation system S2, and is 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, or 10 or more. In the present embodiment, each pair of the tanks 47 </ b> A to 47 </ b> D and the evaporation tubes 51 </ b> A to 51 </ b> D is arranged in parallel with the supply path 20.

供給経路２０において、加温部２１で温度上昇した水が分岐して各タンク４７Ａ〜４７Ｄに供給され、各タンク４７Ａ〜４７Ｄ及び各循環配管４８Ａ〜４８Ｄ内に水が貯溜される。供給経路２０は、各タンク４７Ａ〜４７Ｄへの水の供給量を制御するバルブ８０Ａ〜８０Ｄを有する。各タンク４７Ａ〜４７Ｄ内の液面が所定範囲内になるように、バルブ８０Ａ〜８０Ｄを介して各タンク４７Ａ〜４７Ｄへの水の供給量が制御される。例えば、レベルセンサ５０Ａ〜５０Ｄの計測結果に基づいて、各タンク４７Ａ〜４７Ｄへの水の供給量が制御される。ヒートポンプ１０の第１〜第４放熱部１３Ａ〜１３Ｄからの熱伝達によって蒸発管５１Ａ〜５１Ｄ内の水が加熱され、その水の少なくとも一部が蒸発する。各タンク４７Ａ〜４７Ｄは、ダクト２３を介して圧縮機３０に流体的に接続されている。タンク４７Ａ〜４７Ｄの内部空間は、各タンク４７Ａ〜４７Ｄの排出口及びダクト２３を介して圧縮機３０によって吸引される。   In the supply path 20, the water whose temperature has risen in the heating unit 21 is branched and supplied to the tanks 47 </ b> A to 47 </ b> D, and water is stored in the tanks 47 </ b> A to 47 </ b> D and the circulation pipes 48 </ b> A to 48 </ b> D. The supply path 20 includes valves 80A to 80D that control the amount of water supplied to the tanks 47A to 47D. The amount of water supplied to each of the tanks 47A to 47D is controlled via the valves 80A to 80D so that the liquid levels in the tanks 47A to 47D are within a predetermined range. For example, the amount of water supplied to each of the tanks 47A to 47D is controlled based on the measurement results of the level sensors 50A to 50D. The water in the evaporation pipes 51A to 51D is heated by heat transfer from the first to fourth heat radiation portions 13A to 13D of the heat pump 10, and at least a part of the water is evaporated. Each tank 47 </ b> A to 47 </ b> D is fluidly connected to the compressor 30 via the duct 23. The internal spaces of the tanks 47 </ b> A to 47 </ b> D are sucked by the compressor 30 through the discharge ports and the ducts 23 of the tanks 47 </ b> A to 47 </ b> D.

圧縮機３０（または供給経路２０）には、蒸気に対して水を供給するノズル３５が、必要に応じて配設される。ノズル３５の配設位置は、例えば、圧縮機３０の入口及び／又は出口である。圧縮機３０が多段式である場合には、ノズル３５を圧縮機３０の段間に配設することもできる。ノズル３５と少なくとも１つのタンク４７Ａ〜４７Ｄの液相位置とが配管３６を介して流体的に接続された配管を構成することができる。この配管構成では、比較的高温である少なくとも１つのタンク４７Ａ〜４７Ｄ内の液体がノズル３５への供給に有効利用される。ノズル３５からの液体の排出（スプレイ）には、ポンプ３７などの動力源を用いてもよく、配管３６の入口と出口との圧力差を利用してもよい。   In the compressor 30 (or the supply path 20), a nozzle 35 that supplies water to the steam is disposed as necessary. The arrangement position of the nozzle 35 is, for example, an inlet and / or an outlet of the compressor 30. In the case where the compressor 30 is a multistage type, the nozzle 35 may be disposed between the stages of the compressor 30. A pipe in which the nozzle 35 and the liquid phase position of at least one of the tanks 47 </ b> A to 47 </ b> D are fluidly connected via the pipe 36 can be configured. In this piping configuration, the liquid in the at least one tank 47 </ b> A to 47 </ b> D having a relatively high temperature is effectively used for supply to the nozzle 35. For discharging (spraying) the liquid from the nozzle 35, a power source such as a pump 37 may be used, or a pressure difference between the inlet and the outlet of the pipe 36 may be used.

本実施形態においても、第１実施形態と同様に、供給経路２０内の水が、ヒートポンプ１０（放熱部１３Ａ〜１３Ｅ）からの熱伝達によって比較的低圧力かつ低温度の蒸気となり、圧縮機３０による圧縮で比較的高圧力かつ高温度の蒸気となる。蒸気発生システムＳ２からの蒸気は、外部の所定施設、例えば製造プラント、調理施設、空調設備、発電プラントなどに供給される。本実施形態では、複数の個別タンク４７Ａ〜４７Ｄを有することにより、蒸気需要の変動に対する柔軟性が高い。   Also in the present embodiment, as in the first embodiment, the water in the supply path 20 becomes steam at a relatively low pressure and low temperature due to heat transfer from the heat pump 10 (heat radiation units 13A to 13E), and the compressor 30 It becomes a steam of relatively high pressure and high temperature by compression by. The steam from the steam generation system S2 is supplied to a predetermined external facility such as a manufacturing plant, a cooking facility, an air conditioning facility, a power generation plant, and the like. In this embodiment, by having a plurality of individual tanks 47A to 47D, flexibility with respect to fluctuations in steam demand is high.

上記説明において使用した数値及び図面に記載した温度は一例であって、本発明はこれに限定されない。   The numerical values used in the above description and the temperatures described in the drawings are examples, and the present invention is not limited thereto.

以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれら実施例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付の請求の範囲によってのみ限定される。   The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to these embodiments. Additions, omissions, substitutions, and other modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. The present invention is not limited by the above description, but only by the appended claims.

第１実施形態にかかる蒸気発生システムを示す概略図である。It is the schematic which shows the steam generation system concerning 1st Embodiment. 蒸気発生システムによる水の状態変化の一例を示す Ｔ-ｓ 線図である。It is a Ts diagram which shows an example of the state change of the water by a steam generation system. 蒸発管における水の流量を制御する構成の一例を示す。An example of the structure which controls the flow volume of the water in an evaporation pipe is shown. 第２実施形態にかかる蒸気発生システムを示す概略図である。It is the schematic which shows the steam generation system concerning 2nd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

Ｓ１，Ｓ２…蒸気発生システム、１０…ヒートポンプ、１１…吸熱部、１２…圧縮部、１３Ａ…第１放熱部、１３Ｂ…第２放熱部、１３Ｃ…第３放熱部、１３Ｄ…第４放熱部、１３Ｅ…第５放熱部、１４…膨張部、１５…主経路、１７…バイパス経路、１８…再生器、２０…供給経路、２１…加温部、２２…蒸発部、２３…ダクト、３０…圧縮機、３５…ノズル、４１〜４５…熱交換器、タンク…４７、４７Ａ…第１タンク、４７Ｂ…第２タンク、４７Ｃ…第３タンク、４７Ｄ…第４タンク、４８Ａ〜４８Ｄ…循環配管、５０…レベルセンサ、５１Ａ〜５１Ｄ…蒸発管、７０…制御装置、７１，７２…センサ。
S1, S2 ... Steam generation system, 10 ... Heat pump, 11 ... Heat absorption part, 12 ... Compression part, 13A ... First heat radiation part, 13B ... Second heat radiation part, 13C ... Third heat radiation part, 13D ... Fourth heat radiation part, 13E ... 5th heat dissipation part, 14 ... Expansion part, 15 ... Main path, 17 ... Bypass path, 18 ... Regenerator, 20 ... Supply path, 21 ... Heating part, 22 ... Evaporation part, 23 ... Duct, 30 ... Compression 35, nozzle, 41-45, heat exchanger, tank ... 47, 47A ... first tank, 47B ... second tank, 47C ... third tank, 47D ... fourth tank, 48A-48D ... circulation piping, 50 ... level sensors, 51A to 51D ... evaporating tubes, 70 ... control devices, 71, 72 ... sensors.

Claims (12)

作動媒体が流れるヒートポンプと、
被加熱媒体が流れる供給経路であり、前記ヒートポンプからの熱伝達によって前記被加熱媒体が蒸発する複数の蒸発管を有する前記供給経路と、
を備え、
前記ヒートポンプは、前記作動媒体を多段に圧縮する圧縮部を有し、
前記圧縮部の段間に配置される複数の放熱部からの熱によってそれぞれ前記複数の蒸発管内の前記被加熱媒体が潜熱加熱されることを特徴とする蒸気発生システム。 A heat pump through which the working medium flows;
A supply path through which the medium to be heated flows, the supply path having a plurality of evaporation pipes in which the medium to be heated evaporates by heat transfer from the heat pump;
Equipped with a,
The heat pump has a compression unit that compresses the working medium in multiple stages,
Wherein said each of the plurality of evaporation tubes by the heat from a plurality of heat radiating portion disposed between the stages of compression section heated medium is latent heating steam generating system according to claim Rukoto. 前記供給経路は、前記被加熱媒体を貯溜しかつ前記複数の蒸発管に流体的に接続されるタンクを有す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。   The steam generation system according to claim 1, wherein the supply path has a tank that stores the medium to be heated and is fluidly connected to the plurality of evaporation pipes. 前記タンクは、前記複数の蒸発管が流体的に接続される１つのタンクを有することを特徴とする請求項２に記載の蒸気発生システム。  The steam generation system according to claim 2, wherein the tank has one tank to which the plurality of evaporation pipes are fluidly connected. 前記タンクは、前記複数の蒸発管に対応する複数の個別タンクを有し、
前記複数の個別タンクの内部空間が互いにつながっていることを特徴とする請求項２に記載の蒸気発生システム。 The tank, have a plurality of individual tanks corresponding to the plurality of evaporation pipes,
The steam generation system according to claim 2, wherein internal spaces of the plurality of individual tanks are connected to each other . 前記供給経路は、前記複数の蒸発管の各々における前記被加熱媒体の流量を制御する流量制御手段を有することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の蒸気発生システム。 The steam generation system according to any one of claims 1 to 4 , wherein the supply path includes a flow rate control unit that controls a flow rate of the heated medium in each of the plurality of evaporation pipes. 前記ヒートポンプは、前記複数の蒸発管に対応する複数の放熱部を有することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の蒸気発生システム。 The heat pump, steam generating system according to any of claims 1 5, characterized in that it comprises a plurality of heat radiation portions corresponding to the plurality of evaporation pipes. 前記ヒートポンプは、前記被加熱媒体の前記複数の蒸発管への流入前に、前記被加熱媒体を加温する加温用放熱部を有することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の蒸気発生システム。   The said heat pump has a thermal radiation part for a heating which heats the said to-be-heated medium before the inflow of the to-be-heated medium to these several evaporation pipes. Steam generation system. 前記ヒートポンプは、前記作動媒体の圧縮前に、前記作動媒体を予熱する再生器を有することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の蒸気発生システム。   The steam generation system according to claim 1, wherein the heat pump includes a regenerator that preheats the working medium before the working medium is compressed. 前記複数の蒸発管の内部圧力が大気圧に比べて低いことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の蒸気発生システム。   The steam generation system according to claim 1, wherein an internal pressure of the plurality of evaporation pipes is lower than an atmospheric pressure. 前記供給経路上における前記複数の蒸発管の下流位置に配置され、前記被加熱媒体を圧縮する圧縮機をさらに備えることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の蒸気発生システム。   The steam generation system according to any one of claims 1 to 9, further comprising a compressor that is disposed downstream of the plurality of evaporation pipes on the supply path and compresses the medium to be heated. 前記蒸発管内の前記被加熱媒体が、前記ヒートポンプからの熱伝達によって比較的低圧力かつ低温度の蒸気となり、前記圧縮機による圧縮で比較的高圧力かつ高温度の蒸気となることを特徴とする請求項１０に記載の蒸気発生システム。   The medium to be heated in the evaporation pipe becomes steam at a relatively low pressure and low temperature by heat transfer from the heat pump, and becomes steam at a relatively high pressure and high temperature by compression by the compressor. The steam generation system according to claim 10. 前記被加熱媒体の蒸気に対して液状の前記被加熱媒体を供給するノズルをさらに備えることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の蒸気発生システム。   The steam generation system according to any one of claims 1 to 11, further comprising a nozzle that supplies the liquid to-be-heated medium with respect to the steam of the medium to be heated.
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