JP7230604B2 - Heat pump steam generator - Google Patents
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Description
本発明は、冷媒サイクルの凝縮器に水を流通させることで蒸気を生成するヒートポンプ式蒸気生成装置に関する。 The present invention relates to a heat pump steam generator that generates steam by circulating water through a condenser of a refrigerant cycle.
従来より、工場排水や下水排水等の温排水から排熱を回収し、水蒸気を生成するヒートポンプ式蒸気生成装置が利用されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a heat-pump type steam generator that generates steam by recovering exhaust heat from thermal waste water such as factory waste water and sewage waste water has been used.
例えば、特許文献1にはヒートポンプ装置が開示されている。このヒートポンプ装置では、凝縮器に対して圧縮機で圧縮された冷媒が供給されるとともに、ポンプによって被加熱水が供給される。凝縮器で冷媒と熱交換して加熱された被加熱水は水蒸気(気相)と熱水(液相)の二相流となって被加熱水蒸気分離器に入る。二相流は水蒸気分離器で気相と液相とに分離され、水蒸気だけが取り出されて外部の蒸気利用設備へと供給される。
For example,
ヒートポンプ式蒸気生成装置でより多くの蒸気が必要とされる場合には、特許文献2のように必要な蒸気量に応じて2つの凝縮器を並列に設けることが考えられる。この特許文献2の回路では2つの凝縮器から出た冷媒は1系統に合流した後に1つの膨張弁で膨張する。 When a heat pump type steam generator requires a larger amount of steam, it is conceivable to provide two condensers in parallel according to the required amount of steam as in Patent Document 2. In the circuit of Patent Document 2, the refrigerants discharged from the two condensers are expanded by one expansion valve after joining one system.
ところで複数の凝縮器が並列に設けられている回路では管路抵抗などの影響から系統ごとの冷媒流量や給水量の不均等が発生することがあり、このような場合に凝縮器内での熱交換量が設計上の好適点から外れてしまい装置の運転効率が低下する懸念がある。特に、複数の凝縮器から出た冷媒が1つの系統に合流した後に1つの膨張弁で膨張させる回路においては、凝縮器毎の冷媒量の調整ができず、不均等を是正することは困難であり、運転効率の低下が懸念される。 By the way, in a circuit where multiple condensers are installed in parallel, uneven refrigerant flow rates and water supply amounts may occur due to the effects of pipe resistance, etc. In such cases, the heat in the condenser There is a concern that the replacement amount will deviate from the optimum design point, and the operating efficiency of the apparatus will decrease. In particular, in a circuit where the refrigerant from multiple condensers joins one system and then expands with one expansion valve, the amount of refrigerant for each condenser cannot be adjusted, making it difficult to correct unevenness. There is a concern that the operating efficiency will decrease.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、複数の凝縮器が設けられる場合において運転効率の高いヒートポンプ式蒸気生成装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a heat pump steam generating apparatus with high operational efficiency when a plurality of condensers are provided.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるヒートポンプ式蒸気生成装置は、制御部と、外部熱源により冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器で蒸発した冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された冷媒を分岐する分岐経路と、前記分岐経路で分岐された冷媒をそれぞれ被加熱水と熱交換させる複数の凝縮器と、前記複数の凝縮器にそれぞれ対応して対応する前記凝縮器から導出された冷媒を膨張させる開度可変の複数の膨張弁と、前記複数の膨張弁で膨張した冷媒を合流させて前記蒸発器に導く合流経路とを備えたヒートポンプ部と、前記凝縮器と、前記凝縮器から導出された二相流が流通する二相流経路と、前記二相流経路から供給された二相流を気相と液相とに分離する水蒸気分離器と、前記水蒸気分離器で分離された液相を前記凝縮器に導入する戻り経路と、外部からの被加熱水を前記戻り経路に供給する給水経路と、前記水蒸気分離器で分離された気相を外部に送出する蒸気送出経路とを備えた蒸気生成部と、前記複数の凝縮器の熱交換量にかかる状態量を検出する検出手段と、を備え、前記制御部は、前記検出手段から得られる前記状態量に基づき、前記複数の膨張弁を個別に開度制御することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a heat pump steam generator according to the present invention includes a control unit, an evaporator that evaporates a refrigerant using an external heat source, and a compressor that compresses the refrigerant evaporated in the evaporator. A compressor, a branch path that branches the refrigerant compressed by the compressor, a plurality of condensers that exchange the heat of the refrigerant branched in the branch path with the water to be heated, and the plurality of condensers. a heat pump comprising: a plurality of expansion valves with variable opening degrees for expanding the refrigerant discharged from the corresponding condensers; a section, the condenser, a two-phase flow path through which the two-phase flow derived from the condenser flows, and water vapor for separating the two-phase flow supplied from the two-phase flow path into a gas phase and a liquid phase. a separator, a return path for introducing the liquid phase separated by the steam separator into the condenser, a water supply path for supplying heated water from the outside to the return path, and a steam generation unit including a steam delivery path for delivering a gas phase to the outside; and detection means for detecting a state quantity related to heat exchange amounts of the plurality of condensers, wherein the control unit includes the detection means The opening degrees of the plurality of expansion valves are individually controlled based on the state quantity obtained from the above.
前記制御部は、前記検出手段によって検出された前記状態量から求められる前記熱交換量が相対的に多い前記凝縮器を特定し、特定された前記凝縮器に対応した前記膨張弁の開度を相対的に減少させてもよい。 The control unit identifies the condenser with the relatively large amount of heat exchange obtained from the state quantity detected by the detection means, and adjusts the opening degree of the expansion valve corresponding to the identified condenser. It may be relatively decreased.
前記状態量は前記凝縮器から導出される冷媒温度であり、前記検出手段は前記冷媒温度を検出する温度検出手段であり、前記制御部は、前記冷媒温度が相対的に高い前記凝縮器に対応した前記膨張弁の開度を減少させる開度減少制御か、前記冷媒温度が相対的に低い前記凝縮器に対応した前記膨張弁の開度を増加させる開度増加制御かの少なくとも一方を行ってもよい。 The state quantity is the refrigerant temperature derived from the condenser, the detection means is temperature detection means for detecting the refrigerant temperature, and the control unit corresponds to the condenser having a relatively high refrigerant temperature. at least one of opening degree reduction control for reducing the opening degree of the expansion valve that has been opened, and opening degree increase control for increasing the opening degree of the expansion valve corresponding to the condenser having a relatively low refrigerant temperature. good too.
前記状態量は前記凝縮器に導入される被加熱水流量であり、前記検出手段は前記凝縮器の入口側における前記被加熱水流量を検出する流量検出手段であり、前記制御部は、前記被加熱水流量が相対的に大きい前記凝縮器に対応した前記膨張弁の開度を増加させる開度増加制御か、前記被加熱水流量が相対的に小さい前記凝縮器に対応した前記膨張弁の開度を減少させる開度減少制御かの少なくとも一方を行ってもよい。 The state quantity is the flow rate of the heated water introduced into the condenser, the detection means is flow rate detection means for detecting the flow rate of the heated water on the inlet side of the condenser, and the control unit opening degree increase control for increasing the opening degree of the expansion valve corresponding to the condenser having a relatively large flow rate of the heated water, or opening the expansion valve corresponding to the condenser having a relatively small flow rate of the heated water; At least one of opening degree reduction control for reducing the degree of opening may be performed.
前記状態量は前記凝縮器に導入される被加熱水の熱流量であり、前記検出手段は前記凝縮器の入口側における前記熱流量を検出する熱流量検出手段であり、前記制御部は、前記熱流量が相対的に大きい前記凝縮器に対応した前記膨張弁の開度を増加させる開度増加制御か、前記熱流量が相対的に小さい前記凝縮器に対応した前記膨張弁の開度を減少させる開度減少制御かの少なくとも一方を行ってもよい。 The state quantity is the heat flow rate of the water to be heated introduced into the condenser, the detection means is heat flow rate detection means for detecting the heat flow rate on the inlet side of the condenser, and the control unit comprises the Opening degree increase control for increasing the opening degree of the expansion valve corresponding to the condenser having a relatively large heat flow rate, or decreasing the opening degree of the expansion valve corresponding to the condenser having a relatively small heat flow rate. At least one of the opening degree reduction control that causes the
本発明にかかるヒートポンプ式蒸気生成装置では、複数の膨張弁が、それぞれ対応する凝縮器の熱交換量がバランスする方向に調整され、運転効率が高まる。 In the heat pump steam generator according to the present invention, the plurality of expansion valves are adjusted in such a direction that the heat exchange amounts of the corresponding condensers are balanced, thereby increasing the operating efficiency.
以下に、本発明にかかるヒートポンプ式蒸気生成装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, embodiment of the heat pump type steam generator concerning this invention is described in detail based on drawing. In addition, this invention is not limited by this embodiment.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置10Aの回路図である。ヒートポンプ式蒸気生成装置10Aは、外部熱源により冷媒を蒸発させる蒸発器12と、蒸発した冷媒を圧縮する圧縮機14と、圧縮されて高温高圧となった冷媒を分岐点(分岐経路)P1で分岐させてそれぞれ被加熱水と熱交換させる2つの蒸気生成系統部16a,16bと、全体の統括的な制御を行う制御部18とを備える。蒸気生成系統部16a,16bで熱交換をした冷媒は合流点(合流経路)P2で合流して蒸発器12に戻され、冷媒の循環回路が形成されている。圧縮機14の出口経路には冷媒の温度を検出する温度計20と、圧力を検出する圧力計22とが設けられ、それぞれの検出信号は制御部18に供給される。圧縮機14は制御部18によって回転数が制御される。
(First embodiment)
FIG. 1 is a circuit diagram of a heat
ヒートポンプ式蒸気生成装置10Aは、排水経路24で供給される排温水を蒸発器12で外部熱源として利用して冷媒を蒸発させ、給水経路26から供給される被加熱水を蒸気生成系統部16a、16bで高温冷媒を用いて蒸発させ、生成した水蒸気を蒸気送出経路28から外部の蒸気利用設備側へと送り出す。
The heat
蒸気生成系統部16aは、分岐点P1から分岐した冷媒が供給される凝縮器30aと、該凝縮器30aで熱交換をして温度が低下した冷媒を膨張させる開度可変の膨張弁32aと、給水経路26の分岐点P3で分岐した被加熱水を凝縮器30aに給水・供給する給水ポンプ34aと、凝縮器30aで冷媒と熱交換された二相流を気相と液相とに分離する水蒸気分離器36aと、水蒸気分離器36aの気体出口36aaから出た蒸気の圧力を調整する圧力調整弁38aとを有する。
The vapor
凝縮器30aから導出された二相流は二相流経路31aを流通して水蒸気分離器36aに供給される。水蒸気分離器36aで分離された液相は液相出口36abから戻り経路33aを流通して凝縮器30aに戻される。外部からの被加熱水は給水ポンプP34aから吐出され、給水経路35aを通って合流点P5で戻り経路33aに合流・供給される。圧力調整弁38aで圧力を調整された蒸気は合流点P4に供給される。凝縮器30aと膨張弁32aとの間には冷媒温度を検出する温度計(温度検出手段)40aが設けられている。温度計40aによる温度信号は制御部18に供給される。給水ポンプ34aの吐出量は制御部18によって調整可能である。膨張弁32aの開度は制御部18によって調整可能である。なお、図1では制御部18と接続される信号線のうち代表的に膨張弁32a,32bとの接続線だけを破線で示している。図3も同様である
The two-phase flow derived from the
蒸気生成系統部16bは蒸気生成系統部16aと同様の回路であって、該蒸気生成系統部16aと並列に構成されている。蒸気生成系統部16aにおける凝縮器30a、二相流経路31a、膨張弁32a、戻り経路33a、給水ポンプ34a、給水経路35a、水蒸気分離器36a、圧力調整弁38a、気体出口36aa、液体出口36abおよび温度計40aは、蒸気生成系統部16bにおける凝縮器30b、二相流経路31b、膨張弁32b、戻り経路33b、給水ポンプ34b、給水経路35b、水蒸気分離器36b、圧力調整弁38b、気体出口36ba、液体出口36bbおよび温度計(温度検出手段)40bに相当し、それぞれ同様の作用をする。蒸気生成系統部16bは、分岐点P3で分岐した水を凝縮器30bで蒸発させて水蒸気分離器36b、圧力調整弁38bを介して合流点P4に供給する。蒸気生成系統部16aおよび蒸気生成系統部16bで生成された蒸気は合流点P4で合流し、蒸気送出経路28から送出される。
The steam
水蒸気分離器36a,36bには図示しない水位計が設けられており、内部の水位を検出して制御部18に供給する。給水ポンプ34aは、水蒸気分離器36aの水位が一定となるように制御部18によって吐出量が調整される。給水ポンプ34bは、水蒸気分離器36bの水位が一定となるように制御部18によって吐出量が調整される。
The
ヒートポンプ式蒸気生成装置10Aでは、蒸発器12と、圧縮機14と、分岐経路である分岐点P1と、凝縮器30a,30bと、膨張弁32a,32bと、合流経路である合流点P2とを含むヒートポンプ部が形成されている。また、ヒートポンプ式蒸気生成装置10Aでは、凝縮器30a,30bと、二相流経路31a,31bと、水蒸気分離器36a,36bと、戻り経路33a,33bと、給水経路35a,35bと、蒸気送出経路28とを含む蒸気生成部が形成されている。なお、この蒸気生成部は蒸気生成系統部16a,16bとは異なる。蒸気生成系統部16a,16bは発明が理解されやすいようにヒートポンプ部の一部と蒸気生成部の一部とを縦割り的に区分けしたものである。
The heat
図2は、ヒートポンプ式蒸気生成装置10Aにおける制御部18による制御手順のフローチャートである。図2に示す手順は微小時間毎に繰り返し実行される。
FIG. 2 is a flow chart of a control procedure by the control unit 18 in the heat
図2のステップS1において、温度計40aから凝縮器30aと膨張弁32aとの間の冷媒温度(状態量)Taを取得するとともに、温度計40bから凝縮器30bと膨張弁32bとの間の冷媒温度(状態量)Tbを取得する。
In step S1 of FIG. 2, the refrigerant temperature (state quantity) Ta between the
ステップS2において、取得した2つの冷媒温度Taと冷媒温度Tbとの平均温度TAを求める。つまり、TA=(Ta+Tb)/2である。蒸気生成部がN系統(N>2)設けられている場合には、蒸気の平均温度TAは各系統の冷媒温度の合計をNで除算すればよい。 In step S2, an average temperature TA of the obtained two refrigerant temperatures Ta and Tb is obtained. That is, TA=(Ta+Tb)/2. When N systems (N>2) of steam generators are provided, the average temperature TA of the steam can be obtained by dividing the total refrigerant temperature of each system by N.
ステップS3において、膨張弁32aの開度Vaoと膨張弁32bの開度Vboとを次の式によって求める。開度Vao,Vboは値が大きいほど開度が大きいものとする。
Vao=Vo+(TA-Ta)K
Vbo=Vo+(TA-Tb)K
In step S3, the opening degree Vao of the
Vao = Vo + (TA - Ta) K
Vbo=Vo+(TA-Tb)K
ここで、定数Voは、ヒートポンプ式蒸気生成装置10Aにおける冷媒回路で好適となる設計上の過熱度を実現するための膨張弁32aおよび膨張弁32bの計算値開度である。膨張弁32aと膨張弁32bは同じものであり、また凝縮器30aと凝縮器30bとは同じものであることから定数Voも共通の値となるが、仮に膨張弁32aと膨張弁32bとが異なる仕様である場合、または凝縮器30aと凝縮器30bとが異なる仕様である場合には定数Voも個別の値としてもよい。
Here, the constant Vo is the calculated opening degree of the
定数Kは、冷媒温度Taと冷媒温度Tbとの温度差ΔT1について、単位温度当たりの膨張弁32a,32bの開度変化の変換定数である。定数Kは、例えば実験値である。定数Voおよび定数Kは制御部18の記憶部に予め記憶されている。定数Voおよび定数Kはヒートポンプ式蒸気生成装置10Aの状態(例えば起動直後の状態と定常運転時の状態)によって変化する変数としてもよい。
A constant K is a conversion constant of a change in opening degree of the
ステップS4において、開度Vaoとなるように膨張弁32aの開度調整を行うとともに、開度Vboとなるように膨張弁32bの開度調整を行う。
In step S4, the opening degree of the
つまり、制御部18は、冷媒温度Taと冷媒温度Tbのうち相対的に高い方の系統の膨張弁32aまたは32bの開度を減少させる開度減少制御と、相対的に低い方の系統の膨張弁32aまたは32bの開度を増加させる開度増加制御と、の両方を行う。条件によっては開度増加制御と開度減少制御のいずれか一方を行ってもよい。
That is, the control unit 18 performs opening reduction control to reduce the opening of the
さらに、ヒートポンプ式蒸気生成装置10Aにおける冷媒回路で好適となる過熱度を実現させる場合の凝縮器30a,30bと膨張弁32a,32bとの間の好適温度Tdを記憶しておき、該好適温度Tdと平均温度TAとの温度差ΔT2に基づいて上記の2式、つまりVao=Vo+(TA-Ta)K、および、Vbo=Vo+(TA-Tb)Kを補正してもよい。
Further, a suitable temperature Td between the
このように構成されるヒートポンプ式蒸気生成装置10Aでは、蒸気生成系統部16aと蒸気生成系統部16bとが並列に設けられており、凝縮器30aと凝縮器30bとに流れる冷媒流量は管路抵抗などの影響から不均等となることがあり得るが、蒸気生成系統部16aと蒸気生成系統部16bとにそれぞれ設けられた膨張弁32aおよび膨張弁32bにより個別の調整が可能となっている。
In the heat pump
また、制御部18は、冷媒温度Ta,Tbに基いて、蒸気生成系統部16aの凝縮器30aと蒸気生成系統部16bの凝縮器30bとの熱交換量がバランスする方向に膨張弁32a,32bを個別に開度制御する。これによって、冷媒回路上で好適な過熱度に近づき、運転効率が高まる。
Further, based on the refrigerant temperatures Ta and Tb, the control unit 18 adjusts the
ヒートポンプ式蒸気生成装置10Aでは、2つの蒸気生成系統部16aおよび16bが設けられていることから、蒸気生成系統部が1つの場合と比較してより多くの蒸気を生成することができる。さらに、必要とされる蒸気量が大きい場合でも蒸気生成系統部を複数設けることにより、圧力容器である水蒸気分離器は蒸気生成系統部毎に分散設置されることから1つあたりのサイズが過大になることがない。
Since the heat pump
なお、上記のヒートポンプ式蒸気生成装置10Aでは2つの蒸気生成系統部16aおよび16bが設けられている例を示したが、このような蒸気生成系統部は3以上設けられていてもよい。
Although the above heat
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置10Bについて説明する。ヒートポンプ式蒸気生成装置10Bにおいて上記のヒートポンプ式蒸気生成装置10Aと同様の構成箇所については同符号を付してその詳細な説明を省略する。
(Second embodiment)
Next, a heat
図3は、本発明の第2の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置10Bの回路図である。ヒートポンプ式蒸気生成装置10Bは上記のヒートポンプ式蒸気生成装置10Aにおける蒸気生成系統部16a、16bを蒸気生成系統部42a,42bで置き換えたものである。
FIG. 3 is a circuit diagram of a heat
蒸気生成系統部42aは蒸気生成系統部16aの構成要素に加えて、給水ポンプ34aの吐出量Laを検出する流量計(流量検出手段)44aと、圧力調整弁38aの吐出蒸気量を検出する流量計(流量検出手段)46aとを有する。蒸気生成系統部42bは蒸気生成系統部16bの構成要素に加えて、給水ポンプ34bの吐出量Lbを検出する流量計(流量検出手段)44bと、圧力調整弁38bの吐出蒸気量を検出する流量計(流量検出手段)46bとを有する。図3において流量計44a,44b,46a,46bは計測する対象の管路に対するT字分岐部に設けられているが、対象管路に対して直列的に設けられていてもよい。
In addition to the constituent elements of the steam
流量計44a,44bはそれぞれ合流点P5よりも上流側に設けられている。流量計46a,46bはそれぞれ合流点P4よりも上流側に設けられている。ヒートポンプ式蒸気生成装置10Bはさらに給水経路26の水温を検出する温度計48を備える。温度計48は分岐点P3よりも上流側に設けられている。流量計44a,44b、流量計46a,46b、温度計48の各検出信号は制御部18に供給される。ヒートポンプ式蒸気生成装置10Bの蒸気生成系統部42a,42bでは上記のヒートポンプ式蒸気生成装置10Aにおける温度計40a,40bは必ずしも必要はないが、仕様によっては設けてもよい。
The
図4は、ヒートポンプ式蒸気生成装置10Bにおける制御部18による制御手順のフローチャートである。図4に示す手順は微小時間毎に繰り返し実行される。
FIG. 4 is a flow chart of a control procedure by the control unit 18 in the heat
図4のステップS11において、流量計44aから給水ポンプ34aの吐出量(状態量)Laを取得するとともに、流量計44bから給水ポンプ34bの吐出量(状態量)Lbを取得する。
In step S11 of FIG. 4, the discharge amount (state quantity) La of the
ステップS12において、取得した2つの吐出量Laと吐出量Lbとから各系統における一定時間あたりの給水量(被加熱水流量)Vsa,Vsbを次の式によって求める。
Vsa=∫La
Vsb=∫Lb
In step S12, from the obtained two discharge amounts La and Lb, the water supply amounts (heated water flow amounts) Vsa and Vsb per fixed time in each system are obtained by the following equations.
Vsa = ∫La
Vsb = ∫Lb
ここでの積分記号∫は一定時間あたりの定積分を示す。つまり、給水量Vsa,Vsbは吐出量La,Lbの移動平均の定数倍となり、実質的には平均値である。 The integral symbol ∫ here indicates a definite integral per fixed time. That is, the water supply amounts Vsa and Vsb are constant multiples of the moving averages of the discharge amounts La and Lb, and are substantially average values.
ステップS13において、給水量Vsaおよび給水量Vsbのいずれか大きい方を基準給水量VBとする。つまり、VB=Max(Vsa,Vsb)である。 In step S13, the larger one of the water supply amount Vsa and the water supply amount Vsb is set as the reference water supply amount VB. That is, VB=Max(Vsa, Vsb).
ステップS14において、膨張弁32aの開度Vaoと膨張弁32bの開度Vboとを次の式によって求める。また、上記の通り定数Voは計算値開度であり、定数Kは変換定数である。
Vao=Vo-(VB-Vsa)K
Vbo=Vo-(VB-Vsb)K
In step S14, the opening degree Vao of the
Vao=Vo-(VB-Vsa)K
Vbo=Vo-(VB-Vsb)K
ステップS15において、開度Vaoとなるように膨張弁32aの開度調整を行うとともに、開度Vboとなるように膨張弁32bの開度調整を行う。なお、ステップS14における2つの式のいずれか一方は括弧内が0となるため、求められる値はVoと等しくなる。したがって、ここでは2つの凝縮器30aおよび凝縮器30bのうち熱交換量が相対的に多い方を特定し、特定された一方に対応した膨張弁32aまたは膨張弁32bの開度を減少させ、他方については開度固定となる。つまり、膨張弁32aおよび膨張弁32bのうち一方の開度を他方に対して相対的に減少させる。
In step S15, the opening degree of the
このようなヒートポンプ式蒸気生成装置10Bでは、制御部18は、給水量Vsaと給水量Vsbのうち相対的に大きい系統の膨張弁32aまたは32bの開度を増加させる開度増加制御を行い、相対的に小さい系統の膨張弁32aまたは32bは定数Voとしている。ヒートポンプ式蒸気生成装置10Bでは、制御部18は、給水量Vsaと給水量Vsbのうち相対的に大きい系統の膨張弁32aまたは32bの開度を増加させる開度増加制御か相対的に小さい系統の膨張弁32aまたは32bの開度を減少させる開度減少制御かの少なくとも一方を行うようにしてもよい。
In such a heat
つまり、制御部18は、給水量Vsa,Vsbに基いて、蒸気生成系統部42aの凝縮器30aと蒸気生成系統部42bの凝縮器30bとの熱交換量がバランスする方向に膨張弁32a,32bを個別に開度制御する。これによって、冷媒回路上で好適な過熱度に近づき、運転効率が高まる。
That is, the control unit 18 controls the
また、ヒートポンプ式蒸気生成装置10Bにおける冷媒回路で好適となる設計上の過熱度を実現させる場合の給水ポンプ34a,34bの好適吐出量Ldを記憶しておき、該好適吐出量Ldと平均吐出量((Vsa+Vsb)/2)との温度差ΔLに基づいて上記の2式、つまりVao=Vo-(VB-Vsa)K、およびVbo=Vo-(VB-Vsb)Kを補正してもよい。
In addition, a suitable discharge amount Ld of the
図4に示す処理では、ステップS11において流量計44a,44bから給水ポンプ34a、34bの吐出量La,Lbを取得してこれらの信号値に基づいて開度Vao,Vboを求めたが、流量計46a、46bによる圧力調整弁38a,38bの吐出量(被加熱水流量)に基づいて処理をしてもよい。ある程度の時間スパンでは入力側の給水ポンプ34aの吐出量と出力側の圧力調整弁38aの吐出量とは同じであり、入力側の給水ポンプ34bの吐出量と出力側の圧力調整弁38bの吐出量とは同じためであり、それぞれ蒸気生成系統部42a,42bを流通する水量であるためである。
In the process shown in FIG. 4, in step S11, the discharge amounts La and Lb of the
また、吐出量La,Lbの流量検出手段は流量計44a,44bに限らず、給水ポンプ34a,34bが容積型である場合には制御部18からのインバータ速度制御による運転周波数から推定してもよい。さらに、水蒸気分離器36a、36bの水位がそれぞれ一定となるように給水ポンプ34a,34bの吐出量が制御されているため、水蒸気分離器36a,36bの水位に応じて給水ポンプ34a,34bの吐出量を決定している場合は、水蒸気分離器36a,36bに設けられた水位計の値を被加熱水流量の流量検出手段としてもよい。
Further, the means for detecting the discharge amounts La and Lb is not limited to the
さらに、蒸気生成系統部42a,42bを流通する水量に替えて、蒸気生成系統部42a,42bを流れる水の熱流量Qa,Qbに基づいて開度Vao,Vboを求めてもよい。この場合、図4に示す処理で吐出量La,Lbを熱流量Qa,Qbで置き換え、さらに定数Kを適宜調整すればよい。熱流量Qa,Qbは、吐出量La,Lbと給水経路26の水温(つまり、温度計48の検出値)とによって求めることができる。
Further, instead of the amount of water flowing through the steam
ヒートポンプ式蒸気生成装置10Bは2つの蒸気生成系統部42a,42bを備えているが、蒸気生成系統部は3以上でもよい。この場合、ステップS13では3以上の流量から最大のものを選択してVBとすればよい。
The heat
上記のように、本実施の形態にかかるヒートポンプ式蒸気生成装置10A,10Bでは、2つの蒸気生成系統部16a,16bまたは42a,42bを備えており、それぞれに
凝縮器30a,30bの熱交換量にかかる状態量を検出している。ここで熱交換量にかかる状態量とは、凝縮器30a,30bにおける冷媒と被加熱水との熱交換量によって変動する物理量であり、少なくとも凝縮器30aと凝縮器30bとの熱交換量の大小を推定可能な物理量である。
As described above, the heat
本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。 It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be freely modified without departing from the gist of the present invention.
10A,10B ヒートポンプ式蒸気生成装置
12 蒸発器
14 圧縮機
16a,16b,42a,42b 蒸気生成系統部
18 制御部
24 排水経路
26 給水経路
28 蒸気送出経路
30a,30b 凝縮器
32a,32b 膨張弁
34a,34b 給水ポンプ
36a,36b 水蒸気分離器
38a,38b 圧力調整弁
40a,40b 温度計
44a,44b,46a,46b 流量計
La,Lb 吐出量
Qa,Qb 熱流量
Ta,Tb 冷媒温度
Vao,Vbo 開度
10A, 10B heat
Claims (4)
外部熱源により冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器で蒸発した冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された冷媒を分岐する分岐経路と、前記分岐経路で分岐された冷媒をそれぞれ被加熱水と熱交換させる複数の凝縮器と、前記複数の凝縮器にそれぞれ対応して対応する前記凝縮器から導出された冷媒を膨張させる開度可変の複数の膨張弁と、前記複数の膨張弁で膨張した冷媒を合流させて前記蒸発器に導く合流経路とを備えたヒートポンプ部と、
前記凝縮器と、前記凝縮器から導出された二相流が流通する二相流経路と、前記二相流経路から供給された二相流を気相と液相とに分離する水蒸気分離器と、前記水蒸気分離器で分離された液相を前記凝縮器に導入する戻り経路と、外部からの被加熱水を前記戻り経路に供給する給水経路と、前記水蒸気分離器で分離された気相を外部に送出する蒸気送出経路とを備えた蒸気生成部と、
前記複数の凝縮器の熱交換量にかかる状態量を検出する検出手段と、
を備え、
前記制御部は、前記検出手段から得られる前記状態量に基づき、該状態量から求められる前記熱交換量が相対的に多い前記凝縮器を特定し、特定された前記凝縮器に対応した前記膨張弁の開度を相対的に減少させるように前記複数の膨張弁を個別に開度制御することを特徴とするヒートポンプ式蒸気生成装置。 a control unit;
An evaporator that evaporates the refrigerant by an external heat source, a compressor that compresses the refrigerant evaporated by the evaporator, a branch path that branches the refrigerant compressed by the compressor, and a refrigerant branched by the branch path, respectively. a plurality of condensers for exchanging heat with water to be heated; a plurality of expansion valves with variable opening degrees for expanding refrigerant drawn from the condensers corresponding to the plurality of condensers; and the plurality of expansion valves. a heat pump unit including a confluence path for merging the refrigerant expanded by the valve and leading it to the evaporator;
the condenser, a two-phase flow path through which the two-phase flow derived from the condenser flows, and a steam separator that separates the two-phase flow supplied from the two-phase flow path into a gas phase and a liquid phase. a return path for introducing the liquid phase separated by the steam separator into the condenser; a water supply path for supplying heated water from the outside to the return path; and a gas phase separated by the steam separator. a steam generation unit including a steam delivery path for delivering to the outside;
detection means for detecting a state quantity related to heat exchange amounts of the plurality of condensers;
with
The control unit identifies the condenser with the relatively large amount of heat exchange obtained from the state quantity based on the state quantity obtained from the detection means, and the expansion corresponding to the identified condenser 1. A heat pump steam generator , wherein the opening degrees of the plurality of expansion valves are individually controlled so as to relatively decrease the opening degrees of the valves .
前記検出手段は前記冷媒温度を検出する温度検出手段であり、
前記制御部は、前記冷媒温度が相対的に高い前記凝縮器に対応した前記膨張弁の開度を減少させる開度減少制御か、前記冷媒温度が相対的に低い前記凝縮器に対応した前記膨張弁の開度を増加させる開度増加制御かの少なくとも一方を行うことを特徴とする請求項1に記載のヒートポンプ式蒸気生成装置。 The state quantity is the refrigerant temperature derived from the condenser,
The detection means is temperature detection means for detecting the refrigerant temperature,
The control unit performs opening degree reduction control for reducing the opening degree of the expansion valve corresponding to the condenser having a relatively high refrigerant temperature, or the expansion valve corresponding to the condenser having a relatively low refrigerant temperature. 2. The heat pump steam generator according to claim 1 , wherein at least one of opening degree increasing control for increasing the opening degree of the valve is performed.
前記検出手段は前記凝縮器の入口側における前記被加熱水流量を検出する流量検出手段であり、
前記制御部は、前記被加熱水流量が相対的に大きい前記凝縮器に対応した前記膨張弁の開度を増加させる開度増加制御か、前記被加熱水流量が相対的に小さい前記凝縮器に対応した前記膨張弁の開度を減少させる開度減少制御かの少なくとも一方を行うことを特徴とする請求項1に記載のヒートポンプ式蒸気生成装置。 The state quantity is the heated water flow rate introduced into the condenser,
The detection means is flow rate detection means for detecting the flow rate of the heated water on the inlet side of the condenser,
The control unit performs opening degree increase control to increase the opening degree of the expansion valve corresponding to the condenser having a relatively large flow rate of the heated water, or to the condenser having a relatively small flow rate of the heated water. 2. The heat pump steam generator according to claim 1, wherein at least one of opening degree reduction control for reducing the opening degree of the corresponding expansion valve is performed.
前記検出手段は前記凝縮器の入口側における前記熱流量を検出する熱流量検出手段であり、
前記制御部は、前記熱流量が相対的に大きい前記凝縮器に対応した前記膨張弁の開度を増加させる開度増加制御か、前記熱流量が相対的に小さい前記凝縮器に対応した前記膨張弁の開度を減少させる開度減少制御かの少なくとも一方を行うことを特徴とする請求項1に記載のヒートポンプ式蒸気生成装置。 The state quantity is the heat flow rate of the heated water introduced into the condenser,
The detection means is heat flow detection means for detecting the heat flow on the inlet side of the condenser,
The control unit performs opening degree increase control for increasing the opening degree of the expansion valve corresponding to the condenser having a relatively large heat flow rate, or the expansion valve corresponding to the condenser having a relatively small heat flow rate. 2. The heat pump steam generator according to claim 1, wherein at least one of opening reduction control for reducing the opening of the valve is performed.
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