JP5601580B2 - Feed water heating system - Google Patents
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Description
この発明は、ボイラなどの給水対象機器への給水をヒートポンプにより加熱する給水加熱システムに関する。 The present invention relates to a feed water heating system that heats feed water to a water feed target device such as a boiler with a heat pump.
この種の給水加熱システムは、特許文献１などにて知られている。この特許文献１の給水加熱システムは、ボイラへの給水をヒートポンプの冷媒の凝縮熱により加熱するものである。図８の比較システムに示すように、この特許文献１のヒートポンプ（Ｈ）を水熱源式として、ボイラへの給水をヒートポンプ（Ｈ）の冷媒の凝縮熱で加熱する熱交換器（Ｎ）を凝縮器（Ｇ）と別に設け、熱交換器（Ｎ）と凝縮器（Ｇ）との間を水等の熱媒体を循環させるシステムとして構成することが考えられる。
This type of feed water heating system is known from
こうした比較システム（以下、比較例という。）においては、つぎのような課題がある。すなわち、ヒートポンプ（Ｈ）の熱源水出口温度をTa、熱交換器（Ｎ）の給水入口温度をT1とすると、T1＜Taの時、利用できる顕熱が残っているにも拘わらず、その顕熱を利用していないので、ヒートポンプの必要加熱量が多くなる。また、必要加熱量を同じとすると、加熱する給水の流量が少なくなる。 Such a comparison system (hereinafter referred to as a comparative example) has the following problems. That is, assuming that the heat source water outlet temperature of the heat pump (H) is Ta and the feed water inlet temperature of the heat exchanger (N) is T 1 , even though sensible heat remains available when T 1 <Ta, Since the sensible heat is not utilized, the required heating amount of the heat pump increases. Moreover, if the required heating amount is the same, the flow rate of the water supply to be heated is reduced.
この発明が解決しようとする課題は、ヒートポンプの必要加熱量を少なくするか、または加熱する給水の流量を多くすることである。 The problem to be solved by the present invention is to reduce the required heating amount of the heat pump or to increase the flow rate of the feed water to be heated.
この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、冷媒の蒸発により熱源水から吸熱する水熱源式のヒートポンプと、給水を前記ヒートポンプの冷媒の凝縮熱で加熱する第一熱交換器とを備える給水加熱システムであって、前記第一熱交換器の給水経路上流側で前記第一熱交換器への給水を熱源水により加熱する第二熱交換器を備え、前記第二熱交換器で熱交換する熱源水が前記ヒートポンプから流出する熱源水であり、前記第二熱交換器を熱源水経路側でバイパスするバイパス路と、前記第二熱交換器への熱源水の供給および供給停止を制御し、その停止時に熱源水を前記バイパス路に流す弁と、前記弁の開閉を制御する制御器とを備え、前記制御器は、前記第二熱交換器の給水入口温度が前記ヒートポンプの熱源水出口温度より高いとき、前記第二熱交換器への熱源水の供給を停止するように前記弁を制御し、前記第二熱交換器から前記第一熱交換器への給水経路に、給水の合流および分岐はないことを特徴としている。
The present invention has been made to solve the above problems, and the invention according to
請求項１に記載の発明によれば、前記第一熱交換器の給水経路上流側で前記給水対象機器への給水を熱源水により加熱する第二熱交換器を備えるので、前記ヒートポンプの必要加熱量を少なくできるか、または加熱する給水の流量を多くすることができる。
According to invention of
請求項１に記載の発明によれば、前記第二熱交換器の給水入口温度が前記ヒートポンプの熱源水出口温度より高いとき、前記第二熱交換器において前記ヒートポンプの熱源水により給水を冷却することを防止できるという効果を奏する。
According to the invention of
この発明によれば、ヒートポンプの必要加熱量を少なくするか、または加熱する給水の流量を多くすることができるという効果を奏する。 According to this invention, there is an effect that the required heating amount of the heat pump can be reduced or the flow rate of the water supply to be heated can be increased.
つぎに、この発明の実施の形態について説明する。この発明の実施の形態は、蒸気ボイラや温水ボイラの給水を加熱する給水加熱システムに好適に実施される。 Next, an embodiment of the present invention will be described. Embodiment of this invention is implemented suitably for the feed water heating system which heats the feed water of a steam boiler or a hot water boiler.
この実施の形態の給水加熱システムは、冷媒の蒸発により熱源水から吸熱する水熱源式のヒートポンプと、給水を前記ヒートポンプの冷媒の凝縮熱で加熱する第一熱交換器とを備えている。前記給水は、給水使用部，給水対象機器へ供給される。 The feed water heating system of this embodiment includes a water heat source type heat pump that absorbs heat from the heat source water by evaporation of the refrigerant, and a first heat exchanger that heats the feed water with the heat of condensation of the refrigerant of the heat pump. The water supply is supplied to a water supply use unit and a water supply target device.
この実施の形態の特徴部分は、前記第一熱交換器の給水経路上流側で前記第一熱交換器への給水を熱源水により加熱する第二熱交換器を備えるところにある。すなわち、前記第一熱交換器の給水経路上流側に熱源水によりプレ加熱（予熱）する第二熱交換器を設けている。 The characteristic part of this embodiment lies in that a second heat exchanger that heats water supplied to the first heat exchanger with heat source water is provided upstream of the water supply path of the first heat exchanger. That is, a second heat exchanger that is preheated (preheated) with heat source water is provided on the upstream side of the water supply path of the first heat exchanger.
この実施の形態の給水加熱システムによれば、前記第一熱交換器の上流側で給水が予熱され、同じ前記第一熱交換器の給水出口温度とするための前記第一熱交換器での必要加熱量，すなわち前記ヒートポンプの必要加熱量（必要加熱能力と称することができる。）が少なくなる。また、前記ヒートポンプにより給水を所定温度上昇させるために必要な熱量である必要加熱量を同じとした場合、前記第一熱交換器において加熱する給水の流量が多くなる。 According to the feed water heating system of this embodiment, the feed water is preheated on the upstream side of the first heat exchanger, and in the first heat exchanger for the same feed water outlet temperature of the first heat exchanger. The required heating amount, that is, the required heating amount of the heat pump (which can be referred to as required heating capacity) is reduced. Moreover, when the required heating amount, which is the amount of heat required for raising the feed water to a predetermined temperature by the heat pump, is the same, the flow rate of the feed water heated in the first heat exchanger increases.
この給水加熱システムにおいては、前記第二熱交換器への熱源水の供給は、つぎの二つの態様とすることができる。第一の態様は、前記第二熱交換器で熱交換する熱源水が前記ヒートポンプから流出する熱源水となるように構成するものである。第二の態様は、前記第二熱交換器で熱交換する熱源水が前記ヒートポンプへ流入する前の熱源水となるように構成するものである。第一の態様は、熱源水の水量が少ないシステムに好適であり、第二の態様は、熱源水の水量が多いシステムに好適である。 In this feed water heating system, the heat source water can be supplied to the second heat exchanger in the following two modes. A 1st aspect is comprised so that the heat source water which heat-exchanges with said 2nd heat exchanger turns into heat source water which flows out out of the said heat pump. A 2nd aspect is comprised so that the heat source water which heat-exchanges with said 2nd heat exchanger may become heat source water before flowing in into the said heat pump. The first aspect is suitable for a system having a small amount of heat source water, and the second aspect is suitable for a system having a large amount of heat source water.
この実施の形態の給水加熱システムにおいては、好ましくは、前記第二熱交換器に流入する給水温度（前記第二熱交換器の給水入口温度）と、前記ヒートポンプの熱源水出口温度との関係で前記第二熱交換器への熱源水の流入を制御するように構成する。この実施の形態においては、前記ヒートポンプの熱源水出口温度は、前記第二熱交換器の熱源水入口温度と等価であるとして、前記第二熱交換器の熱源水入口温度を含むものである。 In the feed water heating system of this embodiment, preferably, the relationship between the feed water temperature flowing into the second heat exchanger (the feed water inlet temperature of the second heat exchanger) and the heat source water outlet temperature of the heat pump. The inflow of heat source water to the second heat exchanger is controlled. In this embodiment, the heat source water outlet temperature of the heat pump is equivalent to the heat source water inlet temperature of the second heat exchanger, and includes the heat source water inlet temperature of the second heat exchanger.
前記第一の態様で熱源水を供給する場合は、前記第二熱交換器を熱源水経路側でバイパスするバイパス路と、前記第二熱交換器への熱源水の供給および供給停止を制御し、その停止時に熱源水を前記バイパス路に流す弁と、前記弁の開閉を制御する制御器とを備え、前記制御器は、前記第二熱交換器の給水入口温度が前記ヒートポンプの熱源水出口温度より高いとき、前記第二熱交換器への熱源水の供給を停止するように前記弁を制御するように構成する。 When supplying the heat source water in the first aspect, the bypass path bypassing the second heat exchanger on the heat source water path side, and the supply and stop of supply of the heat source water to the second heat exchanger are controlled. And a valve that controls the opening and closing of the valve when the heat source water flows to the bypass passage, and the controller has a feed water inlet temperature of the second heat exchanger that is a heat source water outlet of the heat pump. When the temperature is higher than the temperature, the valve is controlled to stop the supply of the heat source water to the second heat exchanger.
前記第二の態様で熱源水を供給する場合も、前記第二熱交換器を熱源水経路側でバイパスするバイパス路と、前記第二熱交換器への熱源水の供給および停止を制御し、その停止時に熱源水を前記バイパス路に流す弁と、前記弁の開閉を制御する制御器とを備え、前記制御器は、前記第二熱交換器の給水入口温度が前記熱源水温度より高いとき、前記第二熱交換器への熱源水の供給を停止するように前記弁を制御するように構成する。この第二の態様においては、前記バイパス路を設けることなく、前記弁の開閉により、前記第二熱交換器への熱源水の供給を停止するように構成することができる。 Even when supplying the heat source water in the second aspect, the bypass path bypassing the second heat exchanger on the heat source water path side, and the supply and stop of the heat source water to the second heat exchanger are controlled, A valve that causes the heat source water to flow to the bypass passage when the operation is stopped, and a controller that controls opening and closing of the valve, and the controller is configured such that the feed water inlet temperature of the second heat exchanger is higher than the heat source water temperature. The valve is controlled to stop the supply of the heat source water to the second heat exchanger. In this second aspect, the supply of heat source water to the second heat exchanger can be stopped by opening and closing the valve without providing the bypass passage.
このように前記第二熱交換器への熱源水の供給を制御することにより、前記第二熱交換器へ流入する熱源水により、前記第二熱交換器へ流入する給水を冷却して、前記第二熱交換器の給水出口温度が低下することが防止される。給水出口温度が低下すると前記ヒートポンプの必要加熱量が増加する不都合が生ずるが、この不都合を防止できる。 By controlling the supply of heat source water to the second heat exchanger in this way, the heat source water flowing into the second heat exchanger cools the feed water flowing into the second heat exchanger, and It is prevented that the feed water outlet temperature of the second heat exchanger decreases. When the feed water outlet temperature is lowered, there is an inconvenience that the required heating amount of the heat pump increases, but this inconvenience can be prevented.
この実施の形態においては、好ましくは、前記第二熱交換器へ供給する熱源水の量を調整するように構成する。具体的には、前記ヒートポンプから前記第二熱交換器への熱源水の流入経路と前記バイパス路との両方、または一方に流量調整機構（圧損調整機構と称することができる。）を備える。前記弁を、前記流入経路と前記バイパス路とに跨って設ける三方弁とする場合は、前記流入経路に流れる流量と前記バイパス路に流れる流量とを調整可能な三方弁とする。また、前記第二態様において、前記バイパス路を設けない場合は、前記弁に流量調整機能を持たせることができる。 In this embodiment, it is preferable that the amount of heat source water supplied to the second heat exchanger is adjusted. Specifically, a flow rate adjusting mechanism (which can be referred to as a pressure loss adjusting mechanism) is provided in both or one of the inflow path and the bypass path of the heat source water from the heat pump to the second heat exchanger. When the valve is a three-way valve provided across the inflow path and the bypass path, the valve is a three-way valve capable of adjusting the flow rate flowing in the inflow path and the flow rate flowing in the bypass path. In the second aspect, when the bypass path is not provided, the valve can have a flow rate adjusting function.
ここで、この実施の形態の構成要素を説明する。前記ヒートポンプは、冷媒を圧縮する圧縮機，冷媒が凝縮する凝縮器，冷媒が蒸発する蒸発器などを備え、蒸発器の熱源を熱源水とする水熱源式であれば特定の構成のものに限定されない。熱源水は、前記ヒートポンプの熱源となる水であって、工業用水，井戸水，水道水だけでなく、前記ヒートポンプの蒸発器および前記第二熱交換器に対し腐食,スケール付着等による寿命・効率低下を発生させない水質であれば、種々の装置の排水とすることができる。 Here, the components of this embodiment will be described. The heat pump includes a compressor that compresses the refrigerant, a condenser that condenses the refrigerant, an evaporator that evaporates the refrigerant, and the like, and is limited to a specific configuration as long as it is a water heat source type in which the heat source of the evaporator is a heat source water. Not. The heat source water is water that becomes the heat source of the heat pump. Not only industrial water, well water, tap water, but also the life and efficiency of the heat pump evaporator and the second heat exchanger due to corrosion, scale adhesion, etc. If it is the water quality which does not generate | occur | produce, it can be set as the waste_water | drain of various apparatuses.
前記第一熱交換器は、前記ヒートポンプの凝縮器として、この凝縮器の冷媒と給水とを間接的に熱交換して加熱するように構成するか、または前記第一熱交換器を前記凝縮器と
別に設け、前記第一熱交換器と前記凝縮器との間を水等の熱媒体を循環させ、この熱媒体と第一熱交換器の給水とを間接的に熱交換して加熱するように構成することができる。
The first heat exchanger is configured to indirectly heat-exchange and heat the refrigerant and feed water of the condenser as the condenser of the heat pump, or the first heat exchanger is the condenser A heat medium such as water is circulated between the first heat exchanger and the condenser, and the heat medium and the feed water of the first heat exchanger are indirectly heat-exchanged and heated. Can be configured.
この第一熱交換器にて加熱された給水は、給水使用部や、給水対象機器へ供給される。この給水対象機器は、蒸気ボイラ，温水ボイラ（温水器）などであり、実施の形態の給水を加熱する手段は、バーナ，電気ヒータなどとすることができる。 The water supply heated by this 1st heat exchanger is supplied to a water supply utilization part or a water supply object apparatus. The water supply target device is a steam boiler, a hot water boiler (hot water heater), or the like, and the means for heating the water supply in the embodiment can be a burner, an electric heater, or the like.
前記第二熱交換器は、熱源水と給水とを間接的に熱交換させて、熱源水により給水を予備加熱するものであれば、特定の構成のものに限定されない。 The second heat exchanger is not limited to a specific configuration as long as it indirectly exchanges heat between the heat source water and the feed water and preheats the feed water with the heat source water.
前記弁は、好ましくは、前記第二熱交換器への熱源水の流入経路に設ける開閉弁とするが、この流入経路と前記バイパス路とに跨って設け、熱源水の流れを前記流入経路または前記バイパス路に選択的に切り替える三方弁とすることができる。これらの弁は、好ましくは、前述のように、前記第二熱交換器への熱源水の流量を調整する機能を持った弁とする。 The valve is preferably an on-off valve provided in the inflow path of the heat source water to the second heat exchanger, but is provided across the inflow path and the bypass path, and the flow of the heat source water is the inflow path or A three-way valve can be selectively switched to the bypass path. These valves are preferably valves having a function of adjusting the flow rate of the heat source water to the second heat exchanger as described above.
この実施の形態の給水加熱システムは、ボイラの給水加熱システムとして構成することができる。この場合、前記給水対象機器がボイラとなる。このボイラの給水加熱システムにおいては、好ましくは、制御器により、前記第二熱交換器の給水入口温度から前記第一熱交換器の給水出口温度まで所定温度上昇させるに必要なコストが、前記ボイラによるコストよりも前記ヒートポンプによるコストが小さいとき、前記ヒートポンプを運転するように構成する。このように構成することにより、低コストでシステムを運転することができる。 The feed water heating system of this embodiment can be configured as a boiler feed water heating system. In this case, the water supply target device is a boiler. In this boiler feed water heating system, it is preferable that the controller has a cost required to raise a predetermined temperature from the feed water inlet temperature of the second heat exchanger to the feed water outlet temperature of the first heat exchanger. When the cost by the heat pump is smaller than the cost by, the heat pump is operated. With this configuration, the system can be operated at a low cost.
この発明の実施例１の給水加熱システムを図面に従い説明する。図１は、この発明の実施例１の給水加熱システム１の概略構成図であり、図２は、同実施例１の制御手順を説明するフローチャート図であり、図３は、同実施例１の給水加熱システム１の図１と異なる動作を説明する図である。
The feed water heating system of Example 1 of this invention is demonstrated according to drawing. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a feed
（実施例１の構成）
この実施例１の給水加熱システム１は、図１を参照して、冷媒の蒸発により熱源水から吸熱する水熱源式のヒートポンプ２と、給水をヒートポンプ２の冷媒の凝縮熱で加熱する第一熱交換器３と、第一熱交換器３の給水経路４上流側で第一熱交換器４への給水を、熱源水経路５を流れる熱源水により加熱する第二熱交換器６と、熱源水の流れを制御する第一制御器７とを含んで構成されている。図１および図３において、実線矢示は、給水経路４における給水の流れ方向を示し、破線矢示は、熱源水経路５における熱源水の流れ方向を示している。
(Configuration of Example 1)
Referring to FIG. 1, the feed
ヒートポンプ２は、水熱源式で、圧縮機（図示省略）にて圧縮した冷媒が凝縮する凝縮器８，冷媒が蒸発する蒸発器９などを備えている。凝縮器８は、ヒートポンプ２の冷媒回路の一部を構成する冷媒側熱交換部８ａと、熱媒体としての水が循環する循環経路１０の一部を構成する熱媒体側熱交換部８ｂとを含んで構成されている。循環経路１０には、ヒートポンプ２が運転されるとき駆動されるポンプ（図示省略）を備えている。図１および図３において、一点鎖線矢示は、循環経路１０における熱媒体の流れ方向を示している。
The
蒸発器９は、ヒートポンプ２の冷媒回路の一部を構成する冷媒側熱交換部９ａと、この冷媒側熱交換部９ａと間接熱交換を行うための、熱源水経路５の一部を構成する熱源水側熱交換部９ｂとを含んで構成されている。蒸発器９の熱源水入口（ヒートポンプ２の熱源水入口）１１には、熱源水の供給源（図示省略）と接続される第一配管１２が接続され、
蒸発器９の熱源水出口（ヒートポンプ２の熱源水出口）１３には、第二配管１４が接続されている。
The
A
第一熱交換器３は、給水経路４の一部を構成する給水側熱交換部３ａと、この給水側熱交換部３ａと間接熱交換を行うための、循環経路１０の一部を構成する熱媒体側熱交換部３ｂとを含んで構成されている。第一熱交換器３の給水出口１５には、給水対象機器（図示省略）と接続される第三配管１６が接続され、第一熱交換器３の給水入口１７には、第四配管１８が接続されている。
The
第二熱交換器６は、給水経路４の一部を構成する給水側熱交換部６ａと、この給水側熱交換部６ａと間接熱交換を行うための、熱源水経路５の一部を構成する熱源水側熱交換部６ｂとを含んで構成されている。第二熱交換器６の給水出口１９には、第四配管１８が接続され、第二熱交換器６の給水入口２１には、給水源（図示省略）と接続される第五配管２０が接続されている。
The
第二熱交換器６の熱源水入口２２は、熱源水の流れを制御する開閉弁２３を設けた第二配管１４と接続され、熱源水出口２４は、熱源水を排出する第六配管２５と接続されている。第二配管１４と第六配管２５との間には、第二熱交換器６の熱源水側熱交換部６ｂおよび開閉弁２３をバイパスするバイパス路としての第七配管２６が接続されている。
The heat
第一制御器７は、第二熱交換器６の給水入口温度T1を検出する第一温度センサ２７，ヒートポンプ２の熱源水出口温度Taを検出する第二温度センサ２８からの信号を入力して、予め記憶した制御手順に基づき、開閉弁２３を制御する。この制御手順は、給水入口温度T1が熱源水出口温度Taより低いとき、開閉弁２３を開くように構成され、具体的な手順を図２に示す。第一温度センサ２７は、給水入口温度T1として第五配管２０の水温を検出し、第二温度センサ２８は、熱源水出口温度Taとして第二配管１４の温度を検出する。なお、第二温度センサ２８は、第二熱交換器６の熱源水入口２２近くに設けることができる。
The first controller 7 inputs signals from the
ところで、図１を参照して、第二配管１４と、第七配管２６には、それぞれ流量調整機構としての第一流量調整弁２９，第二流量調整弁３０を設けている。これは、開閉弁２３が開いたときの第二熱交換器６へ流れる熱源水の経路の圧損と第七配管２６へ流れる熱源水の経路の圧損とを調整して、第二熱交換器６へ流れる熱源水の流量を確保するためのものである。なお、第一流量調整弁２９，第二流量調整弁３０を省略することができる。その場合は、前記両経路の圧損を計算し、配管などの径を設計しておく必要がある。
By the way, with reference to FIG. 1, the
（実施例１の動作）
つぎに、実施例１の動作を図面に基づき説明する。図２を参照して、第一制御器７は、処理ステップＳ１（以下、処理ステップＳＮは、単にＳＮと称する。）で、給水入口温度T1＜熱源水出口温度Taを判定する。ＹＥＳが判定される，すなわちヒートポンプ２から流出する熱源水により、第二熱交換器６を流れる給水を加熱して昇温可能と判断されると、Ｓ２へ移行して、開閉弁２３を開く。
(Operation of Example 1)
Next, the operation of the first embodiment will be described with reference to the drawings. Referring to FIG. 2, first controller 7 determines feed water inlet temperature T 1 <heat source water outlet temperature Ta in process step S1 (hereinafter, process step SN is simply referred to as SN). When YES is determined, that is, when it is determined that the temperature of the water supplied through the
その結果、第二熱交換器６では、ヒートポンプ２から流出した熱源水により、給水が加熱された後、第一熱交換器３へ流入する。第二熱交換器６の給水出口温度T2は、給水入口温度T1より所定温度高くなっている。第一熱交換器３では、ヒートポンプ２の凝縮器８により加熱された循環経路１０を循環する熱媒体により給水が加熱され、給水出口温度T2より所定温度高い給水出口温度T3の給水が給水対象機器へ供給される。
As a result, in the
T1≧Taとなると、Ｓ１にてＮＯが判定され、Ｓ３へ移行して、開閉弁２３を閉じる。その結果、熱源水は、図３に示すように、第二熱交換器６を流れることなく、第七配管２６
を流れる。その結果、ヒートポンプ２から流出する熱源水により、第二熱交換器６において給水が冷却されることが防止される。
When T 1 ≧ Ta, NO is determined in S1, the process proceeds to S3, and the on-off
Flowing. As a result, the feed water is prevented from being cooled in the
T1＜Ta−△Tとなると、Ｓ４でＹＥＳが判定され、Ｓ２へ移行して、開閉弁２３を開き、熱源水による、給水の予熱が再開される。△Tは、開閉弁２３の頻繁な開閉を防止するためのディファレンシャルである。
When T 1 <Ta−ΔT, YES is determined in
この実施例１によれば、ヒートポンプ２の必要加熱量Qを改善することができる。すなわち、図８に示す対比例に比べ、T1からT3に加熱する為のヒートポンプの必要加熱量Qを(T3−T2)／(T3−T1)倍と小さくできる。
According to the first embodiment, the necessary heating amount Q of the
その理由は、つぎの通りである。給水の密度ρ、比熱C、流量Vとした場合、
対比例のヒートポンプ（Ｈ）の必要加熱量：Q1＝ρCV（T3−T1）となり、
実施例１のヒートポンプ２の必要加熱量：Q2＝ρCV（T3−T2）となる。なお、ヒートポンプ（Ｈ）とヒートポンプ２とは同じものであり、熱交換器（Ｎ）と第一熱交換器３とは同じものとする。
よって、実施例１は、対比例と比べ、ヒートポンプの必要加熱量を、Q2／Q1＝ (T3−T2)／(T3−T1)倍と小さくできる。
The reason is as follows. When the density ρ, specific heat C, and flow rate V of the water supply are
Necessary heating amount of proportional heat pump (H): Q 1 = ρCV (T 3 -T 1 )
Necessary heating amount of the
Therefore, in Example 1, the required heating amount of the heat pump can be reduced to Q 2 / Q 1 = (T 3 −T 2 ) / (T 3 −T 1 ) times as compared with the comparative example.
また、実施例１と対比例とで必要加熱量Qを同じとした場合、実施例１の流量をV’対比例の流量をVとすると、
ρCV（T3−T1）＝ρCV’（T3−T2）となるから、V’／ V＝(T3−T1)／(T3−T2)となる。
よって、実施例１は、対比例と比べて、流量を(T3−T1)／(T3−T2)倍に多くすることができる。なお、第二熱交換器６にて昇温作用が行われている場合は、(T3−T1)＞(T3−T2)である。
今、T1=5℃、T2＝35℃、T3=75℃とした場合、ヒートポンプ２の必要加熱量Qを(T3−T2)／(T3−T1)＝4／7倍と小さくできる。
Further, in the case where the required heating amount Q is the same in Example 1 and in proportion, if the flow rate in Example 1 is V ′, the flow rate in proportion to V ′ is V,
Since ρCV (T 3 −T 1 ) = ρCV ′ (T 3 −T 2 ), V ′ / V = (T 3 −T 1 ) / (T 3 −T 2 ).
Therefore, in Example 1, the flow rate can be increased by (T 3 −T 1 ) / (T 3 −T 2 ) times as compared with the proportionality. In the case where the temperature raising action is performed in the
When T 1 = 5 ° C., T 2 = 35 ° C., and T 3 = 75 ° C., the required heating amount Q of the
さらに、実施例１によれば、給水温度の変動に対するヒートポンプの負荷変動を改善することができる。ヒートポンプは、負荷変動に対して圧縮機の回転数,冷媒の流量等により制御を行うが,負荷変動(負荷変動率)が大きいと運転が不安定となる。また、ヒートポンプのCOP(消費電力あたりの加熱能力)は,高負荷のほうが高くため、ヒートポンプは負荷変動が少ない高負荷で運転することが望ましい。 Furthermore, according to Example 1, the load fluctuation of the heat pump with respect to the fluctuation of the feed water temperature can be improved. The heat pump controls the load fluctuation according to the rotation speed of the compressor, the flow rate of the refrigerant, etc., but the operation becomes unstable when the load fluctuation (load fluctuation rate) is large. In addition, since the COP (heating capacity per power consumption) of the heat pump is higher at higher loads, it is desirable to operate the heat pump at higher loads with less load fluctuation.
負荷変動の改善について、具体的に説明する。実施例１によれば、対比例と比べ給水温度T1の変動によるヒートポンプ２の負荷変動を
β2／β1＝(1−α3)α2／(1−α1)・(T3−T1)／(T3−T2)倍と小さくできる。
その為、ヒートポンプを高い負荷率で運転できる。
ここで、対比例の負荷変動率：β1＝(1−α1)／(T3−T1)△tであり、実施例１の負荷変動率：β2＝(1−α3)α2／(T3−T2)△tである。
但し、α1、α2、α3は、つぎの通りとする。
α1＝(Tb−T3)／(Tb−T1)
α2＝(Ta−T2)／(Ta−T1)
α3＝(Tb−T3)／(Tb−T2)
The improvement of load fluctuation will be specifically described. According to the first embodiment, the load fluctuation of the
Therefore, the heat pump can be operated at a high load factor.
Here, the proportional load fluctuation rate: β 1 = (1−α 1 ) / (T 3 −T 1 ) Δt, and the load fluctuation rate of Example 1: β 2 = (1−α 3 ) α 2 / (T 3 −T 2 ) Δt.
However, α 1 , α 2 , and α 3 are as follows.
α 1 = (Tb−T 3 ) / (Tb−T 1 )
α 2 = (Ta−T 2 ) / (Ta−T 1 )
α 3 = (Tb−T 3 ) / (Tb−T 2 )
対比例の負荷変動率β1は、つぎのようにして求めることができる。
対比例の場合、給水温度T1が△ｔ変動した場合の各温度は、つぎの通りとなる。
T1’＝T1＋△t
T3’＝T3＋α1△t
α1＝(Tb−T3)／(Tb−T1)により、給水温度T1’の場合のヒートポンプの必要加熱量Q1’は、次式で表わされる。
Q1’＝ρCV（T3’−T1’）＝ρCV(T3−T1＋(α1−1)△t)
よって、対比例の負荷変動率β1は、次式で表すことができる。
β1＝1−Q1’／Q1＝(1−α1)／(T3−T1)・△t
The proportional load fluctuation rate β 1 can be obtained as follows.
In the case of proportionality, each temperature when the feed water temperature T 1 fluctuates by Δt is as follows.
T 1 '= T 1 + △ t
T 3 '= T 3 + α 1 △ t
The α 1 = (Tb-T 3 ) / (Tb-T 1), feedwater temperature T 1 'required heating amount to Q 1 heat pump in the case of' it is expressed by the following equation.
Q 1 '= ρCV (T 3 ' −T 1 ') = ρCV (T 3 −T 1 + (α 1 −1) △ t)
Therefore, the proportional load fluctuation rate β 1 can be expressed by the following equation.
β 1 = 1−Q 1 '/ Q 1 = (1−α 1 ) / (T 3 −T 1 ) ・ Δt
同様に、実施例１の負荷変動率β2は、つぎのようにして求めることができる。
実施例１の場合、給水温度T1が△ｔ変動した場合の各温度はつぎの通りとなる。
T1’＝T1＋△t
T2’＝T2＋α2△t
T3’＝T3＋α2α3△t
α2＝(Ta−T2)／(Ta−T1)
とα3＝(Tb−T3)／(Tb−T2)により、給水温度T1’の場合のヒートポンプ２の必要加熱量Q2’は、次式で表わされる。
Q2’＝ρCV（T3’−T2’）＝ρCV (T3−T2＋(α3−1)α2△t)
よって、実施例１の負荷変動率β2は、次式で表すことができる。
β2＝1−Q2’／Q2＝(1−α3)α2／(T3−T2)・△t
Similarly, the load fluctuation rate β 2 of the first embodiment can be obtained as follows.
In the case of Example 1, each temperature when the feed water temperature T 1 fluctuates by Δt is as follows.
T 1 '= T 1 + △ t
T 2 '= T 2 + α 2 △ t
T 3 '= T 3 + α 2 α 3 △ t
α 2 = (Ta−T 2 ) / (Ta−T 1 )
And α 3 = (Tb−T 3 ) / (Tb−T 2 ), the required heating amount Q 2 ′ of the
Q 2 '= ρCV (T 3 ' −T 2 ') = ρCV (T 3 −T 2 + (α 3 −1) α 2 Δt)
Therefore, the load fluctuation rate β 2 of the first embodiment can be expressed by the following equation.
β 2 = 1−Q 2 '/ Q 2 = (1−α 3 ) α 2 / (T 3 −T 2 ) ・ Δt
今、T1＝5℃、T2＝35℃、T3＝75℃、Ta＝40℃、Tb＝80℃とした場合、
α1＝(Tb−T2)／(Tb−T1)＝1/15
α2＝(Ta−T3)／(Ta−T2)
＝1/7
α3＝(Tb−T3)／(Tb−T1)
＝1/9
となることから、
対比例の負荷変動比β1＝(1−α1)／(T3−T1)△t＝1/75△tとなり、一方、実施例１の負荷変動比β2＝(1−α3)α2／(T3−T2)△t＝
1/315△tとなる。
以上より、対比例と比べ給水温度の変動によるヒートポンプの負荷変動をβ2／β1 ＝5/21＝0.238倍と小さくすることができる。
If T 1 = 5 ° C, T 2 = 35 ° C, T 3 = 75 ° C, Ta = 40 ° C, Tb = 80 ° C,
α 1 = (Tb−T 2 ) / (Tb−T 1 ) = 1/15
α 2 = (Ta−T 3 ) / (Ta−T 2 )
= 1/7
α 3 = (Tb−T 3 ) / (Tb−T 1 )
= 1/9
Because
The proportional load fluctuation ratio β 1 = (1−α 1 ) / (T 3 −T 1 ) Δt = 1 / 75Δt, while the load fluctuation ratio β 2 of Example 1 = (1−α 3 ) α 2 / (T 3 −T 2 ) Δt =
1/315 △ t.
From the above, the load fluctuation of the heat pump due to the fluctuation of the feed water temperature can be reduced to β 2 / β 1 = 5/21 = 0.238 times as compared with the proportionality.
その結果、T1＝5℃の時のヒートポンプ２の負荷率を100%とすると、給水が工業用水等で給水温度T1が5〜25℃に変動する場合のヒートポンプ２の負荷率は、対比例の場合、100〜73.3％(＝1-20/75)で変動するが、実施例１の場合、100〜93.7％(＝1-20/315)となり、ヒートポンプを高い負荷率で運転できる。
As a result, assuming that the load factor of the
（ボイラの給水加熱システム）
つぎに、この実施例１のボイラの給水加熱システムへの適用例を図４および図５に基づき説明する。図４は、実施例１の給水加熱システム１を備えるボイラの給水加熱システムの概略構成図であり、図５は、同ボイラの給水加熱システムの制御手順を説明するフローチャート図である。図４において、給水加熱システム１は、図１〜図３で説明したものと同じである。
(Boiler feed water heating system)
Next, an application example of the boiler of the first embodiment to the feed water heating system will be described with reference to FIGS. FIG. 4: is a schematic block diagram of the feed water heating system of a boiler provided with the feed
図４を参照して、第三配管１６はボイラ３１の給水管である第八配管３２と接続している。また、第八配管３２は、バッファタンク３３，給水タンク３４，給水ポンプ３５を介して第五配管２０と接続されている。
With reference to FIG. 4, the
第一制御器７は、図２の制御手順に加えて、ボイラ３１の第二制御器３６から信号を得て、ヒートポンプ２を制御する信号をヒートポンプ２に設けた第三制御器３７へ送り、ヒートポンプ２を制御するヒートポンプ制御手順などを実行するように構成されている。ヒートポンプ制御手順は、第二熱交換器６の給水入口温度T1から第一熱交換器３の給水出口温度T3まで上昇させるに必要なコストが、ボイラ３１によって上昇させるコストC1よりもヒートポンプ２によって上昇させるコストC2の方がり小さいとき、ヒートポンプ２を運転する制御手順であり、その制御手順を図５に示す。
In addition to the control procedure of FIG. 2, the first controller 7 obtains a signal from the
まず、ボイラの給水加熱システムの全体的動作を説明する。ボイラ３１に内蔵の給水ポンプ（図示省略）が駆動されると、給水タンク３４内の給水は、給水ポンプ３５によって、給水加熱システム１へ送られ、前述した給水加熱が行われる。加熱された給水は、ボイラ３１へ供給される。ボイラ３１の給水ポンプが停止すると、給水加熱システム１から流出する給水は、バッファタンク３３を介して給水タンク３４へ送られ、給水加熱システム１−バッファタンク３３−給水タンク３４−給水加熱システム１と循環して、給水タンク３４への蓄熱運転が行われる。第一制御器７は、第一温度センサ２７により検出される温度が設定値以上となると、ヒートポンプ２をＯＦＦする制御を行う。このとき、給水ポンプ３５は運転を続け、第二熱交換器６による熱交換を継続する。この給水ポンプ３５の運転を継続する場合、インバータ制御などにより回転数を減少させて運転することができる。
First, the overall operation of the boiler feed water heating system will be described. When a feed water pump (not shown) built in the
つぎに、ヒートポンプ制御手順による動作を図５に基づき説明する。Ｓ５で、C1＞C2が判定されると、Ｓ６へ移行して、ヒートポンプ２をＯＮ（運転）する。Ｓ５で、ＮＯが判定されるとＳ７へ移行して、ヒートポンプ２をＯＦＦ（停止）し、Ｓ８でC1＜C2−△cが判定されると、ヒートポンプ２の運転が再開される。△cは、ＯＮ−ＯＦＦ制御のディファレンシャルである。ヒートポンプ２がＯＦＦ時には、給水タンク３４の給水は、給水加熱システム１の第二熱交換器７で加熱されることなく、ボイラ３１へ送られることになる。以上の制御により、低コストの給水加熱システム１の運転が実現される。
Next, the operation according to the heat pump control procedure will be described with reference to FIG. If it is determined in S5 that C 1 > C 2 , the process proceeds to S6 and the
ここで、ボイラ３１によるコストC1とヒートポンプ２によるコストC2は、例えば、つぎのようにして求める。ボイラ３１によるコストC1は、下記の式でボイラ３１への給水温度がT1、T3の時にそれぞれ計算した燃料使用料金をC1(T1)、C1(T3)とするとC1＝C1(T1)−C1(T3)となる。
燃料使用料金(円/h)＝燃料使用量(Nm3/h)×燃料単価(円/ Nm3)
燃料使用量(Nm3/h)＝燃料熱量(J/h)÷低位発熱量(J/Nm3)
燃料熱量(J/h)＝実際蒸発量(kg/h)×（蒸気の比エンタルピ(J/kg)−給水の比エンタルピ(J/kg)）÷ボイラ効率
また、ヒートポンプ２によるコストC1は、次式で求める。
電気代(円/h)＝給水加熱システム１の消費電力(kW)×電力単価(kW/円)
Here, the cost C 1 by the
Fuel usage fee (yen / h) = fuel consumption (Nm 3 / h) x fuel unit price (yen / Nm 3 )
Fuel consumption (Nm 3 / h) = Fuel heat (J / h) ÷ Lower heating value (J / Nm 3 )
Fuel heat (J / h) = actual evaporation (kg / h) x (specific enthalpy of steam (J / kg)-specific enthalpy of water supply (J / kg)) / boiler efficiency Cost C 1 by
Electricity cost (yen / h) = Power consumption of feed water heating system 1 (kW) x Unit price of electricity (kW / yen)
この発明は、前記実施例１に限定されないものであり、図６に示す給水加熱システム１とすることができる。実施例２において、実施例１と異なるのは、つぎの構成である。実施例１では、第二熱交換器６の熱源水をヒートポンプ２から流出する熱源水としているのに対して、実施例２では、第一配管１２から分岐した第九配管３８によって、ヒートポンプ２に流れる前の熱源水を第二熱交換器６へ供給するように構成している点である。そして、第九配管３８に開閉弁２３を設けて、第二熱交換器６の熱源水入口２２へ接続するとともに、第二温度センサ２８を第九配管３８を流れる熱源水温度を検出するように第九配管３８に設けている。その他の構成は、実施例１と同様であるので、同じ符号を付して説明を省略する。この実施例２の動作は、図２の制御手順で制御され、実施例１と同じである。
This invention is not limited to the said Example 1, It can be set as the feed
ここで、実施例１と実施例２との効果の比較を行う。実施例１のメリットは、熱源水の水量が少なくて済むことである。デメリットは、つぎの通りである。Ta＜熱源水温度となるため、第二熱交換器６の出口温度T2（第一熱交換器３の入口温度）が実施例２より低くなる。その為,熱源水温度が同じ場合、実施例２よりヒートポンプ２の必要加熱量Qは多くなる。
Here, the effect of Example 1 and Example 2 is compared. The merit of Example 1 is that the amount of heat source water is small. The disadvantages are as follows. Since Ta <heat source water temperature, the outlet temperature T 2 of the second heat exchanger 6 (the inlet temperature of the first heat exchanger 3) is lower than that of the second embodiment. Therefore, when the heat source water temperature is the same, the required heating amount Q of the
一方、実施例２のメリットは、つぎの通りである。Ta＝熱源水温度となるため、第二熱交換器６の出口温度T2（第一熱交換器３の入口温度）は実施例１より高くなる。その為,熱源水温度が同じ場合、実施例１よりヒートポンプ２の必要加熱量Qが少なくなる。デメリットは、熱源水の水量を多く必要とすることである。
On the other hand, the merit of Example 2 is as follows. Since Ta = heat source water temperature, the outlet temperature T 2 of the second heat exchanger 6 (the inlet temperature of the first heat exchanger 3) is higher than that of the first embodiment. Therefore, when the heat source water temperature is the same, the required heating amount Q of the
つぎに、この発明の実施例３を図７に基づき説明する。この実施例３において、図１に示す実施例１と異なるのは、実施例１の第一熱交換器３をヒートポンプ２の凝縮器とした点である。すなわち、第一熱交換器３の給水を循環経路１０の熱媒体により間接的に加熱するのではなく、ヒートポンプ２の冷媒で直接的加熱するように構成している。その他の構成は、実施例１と同様であるので、同じ符号を付して説明を省略する。
Next,
１ 給水加熱システム
２ ヒートポンプ
３ 第一熱交換器
４ 給水経路
５ 熱源水経路
６ 第二熱交換器
７ 第一制御器（制御器）
２３ 開閉弁（弁）
２６ 第七配管（バイパス路）
DESCRIPTION OF
23 On-off valve (valve)
26 Seventh piping (bypass)
Claims (1)
前記第一熱交換器の給水経路上流側で前記第一熱交換器への給水を熱源水により加熱する第二熱交換器を備え、
前記第二熱交換器で熱交換する熱源水が前記ヒートポンプから流出する熱源水であり、前記第二熱交換器を熱源水経路側でバイパスするバイパス路と、前記第二熱交換器への熱源水の供給および供給停止を制御し、その停止時に熱源水を前記バイパス路に流す弁と、前記弁の開閉を制御する制御器とを備え、
前記制御器は、前記第二熱交換器の給水入口温度が前記ヒートポンプの熱源水出口温度より高いとき、前記第二熱交換器への熱源水の供給を停止するように前記弁を制御し、
前記第二熱交換器から前記第一熱交換器への給水経路に、給水の合流および分岐はない
ことを特徴とする給水加熱システム。 A water heating system comprising a water heat source type heat pump that absorbs heat from the heat source water by evaporation of the refrigerant, and a first heat exchanger that heats the feed water with heat of condensation of the refrigerant of the heat pump,
A second heat exchanger that heats water supplied to the first heat exchanger with heat source water on the upstream side of the water supply path of the first heat exchanger ;
The heat source water that exchanges heat with the second heat exchanger is heat source water that flows out of the heat pump, and a bypass path that bypasses the second heat exchanger on the heat source water path side, and a heat source to the second heat exchanger A valve for controlling supply and stop of water supply, and supplying heat source water to the bypass path at the time of stop, and a controller for controlling opening and closing of the valve;
The controller controls the valve to stop the supply of heat source water to the second heat exchanger when the feed water inlet temperature of the second heat exchanger is higher than the heat source water outlet temperature of the heat pump ;
A feed water heating system characterized in that there is no merging or branching of feed water in a feed water path from the second heat exchanger to the first heat exchanger .
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