JPH0670540B2

JPH0670540B2 - 廃熱回収装置

Info

Publication number: JPH0670540B2
Application number: JP59230284A
Authority: JP
Inventors: 政則田中; 雅之武石; 厚志前原; 秋一高田; 康夫小川
Original assignee: Ebara Corp; Hokuetsu Industries Co Ltd
Current assignee: Ebara Corp; Airman Corp
Priority date: 1984-11-02
Filing date: 1984-11-02
Publication date: 1994-09-07
Anticipated expiration: 2009-09-07
Also published as: JPS61110857A

Description

【発明の詳細な説明】（イ）発明の目的産業上の利用分野本発明は、工場等から排出される多量の蒸気や高温水か
らエネルギーを再利用することができる形で回収する技
術に関する。

従来技術廃熱を回収して、これを再利用する手段の一つとして、
たとえば下記のような技術が知られている。

すなわち、熱媒体としてフロン系冷媒を使用し、熱交換
器を通してこの冷媒を廃流体で加熱してガス化し、その
ガス圧を利用してエネルギーを取出すとか、前記ガスを
液化させるときの潜熱を利用するとかの方法が行われて
いる。

この方式によれば、装置から排出される高温流体が多少
汚れていても作動可能である利点がある一方、次のよう
な欠点がある。

（１）熱交換設備が効果になる。

（２）ガス化温度が低く、圧縮機を駆動する動力が大き
くなる。

（３）フロン系冷媒を使用する場合、フロン系冷媒の熱
安定性の悪さ（110〜120℃前後で分解してしまう。）な
どが原因して負荷温度を余り高くすることができない。

また、スクリュ圧縮機を用いて冷媒を圧縮するときは、
ロータ歯形間のガス漏れをシールするため、その作用空
間に油を注入するので、この油のため、（４）冷媒の分解温度が下がる。

（５）冷媒および油が劣化する。

（６）油と冷媒との分離装置が必要になる。

さらに、次のような装置において、以下のような作用が
行われていることが知られている。

工場等から排出される多量の廃水蒸気を液噴射型スクリ
ュ圧縮機を通して圧縮して高温高圧蒸気とし、これを熱
交換器に導入して負荷流体（他のシステム中の水蒸気ま
たはその他の流体等）を高温化させると共に、前記熱交
換器で復水した温水の一部を、それぞれ圧縮機の吸入締
切り後の作用空間内に噴射して同空間形成の際生じる隙
間の液封を行う一方、前記圧縮機のロータの軸受部の軸
封装置の液封および冷却に利用する。すなわち、（ａ）第１図は同廃熱回収装置の基本的系統Ａを示すも
のであって、図中、二重線を表わした管路は水蒸気通路
で矢印方向に流れるもの、一重の線で表わした管路は温
水路で、これも前同様矢印方向に流れることを示す。

以下に例示した各過程における流体の特徴を表わす具体
的数値は、この種の装置の作用の理解を助けるために挙
げただけであって、本件技術の特性が必ずしも前述数値
によって限定されるものでないことに留意されたい。

同図中、１は液噴射型スクリュ圧縮機で、電動モータ３
により駆動される。

４は熱交換器で、他のシステム中で流通する約100〜120
℃の水蒸気等よりなる（廃熱回収用の）負荷流体の通路
18が組込まれている。

工場等から排出される多量の100℃,1ataの水蒸気は管路
６を通って圧縮機１の吸込側７に送り込まれ、ここで圧
縮されて、たとえば約5.5ata,280℃の水蒸気となって、
その吐出側11から管路12を介して熱交換器４に送られ、
管路21を通る負荷流体、たとえば100〜120℃の負荷流体
を暖め、これを150℃前後に加熱する。同時に、その熱
交換によって冷された水蒸気は復水して5.5ata,155℃の
温水となり管路13を通り、その一部はバルブ５を介して
排出口19側より再利用先に送られる。一方、管路13から
分岐した管路14を通って前記スクリュ圧縮機１側に送り
込まれる温水は、圧縮機の圧縮効率を向上させるため
に、同圧縮機の吸入締切り後の作用空間に射出して同空
間を形成する際に生じる隙間、すなわちロータ歯形およ
び端面の間を液封して低圧部と高圧部との間で圧縮ガス
の漏洩が起らないようノズル16から噴射させ、また、ス
クリュ・ロータの軸受部の軸封装置の液封や摩擦熱の除
去のために管路14から分岐した管路24を通して流通させ
る。

その際、熱交換器４から復水した温水は5.5ataの圧力を
保っているために、該圧縮機の作用空間内には改めて加
圧することなしに射出することが可能である。

また、前記温水は155℃の温度で熱交換器４から供給さ
れるが軸封装置の摩擦に基く温度上昇は、これを十分上
回るため、その冷却効果は必要にして充分である。

上記基本的系統、作用に加えて、熱交換器を通って復水
した温水の他の一部をエコノマイザ（膨張弁と分離器と
からなる）に導入し、そこでフラッシュさせて気・液分
離した蒸気は依然圧力が高いので、そのままに圧縮機の
作用空間に回収・供給し、分離した温水の一部は圧縮機
の作用空間の前述液封とロータ軸受部の軸封装置の液封
および冷却に利用すると共に、圧縮の駆動動力を軽減さ
せ、省エネルギー運転を可能にする。

前記スクリュ圧縮機が低圧縮手段とよりなるものにあっ
ては、前記熱交換器で復水した温水の一部を高圧縮手段
の吸入締切り後の作用空間に供給すると共に、前記エコ
ノマイザで分離した蒸気を高圧縮手段の吸入側または作
用空間内に供給する一方、温水の一部を低圧縮手段の作
用空間内に噴射して、同空間形成の際に生じる隙間の液
封と軸封装置の液封および冷却用に利用する。

（ｂ）第２図は、別の基本的系統Ｂを示し、上述の系統
Ａ（第１図）に備えた圧縮機を、低圧縮手段と高圧縮手
段とにより構成される圧縮機に換えた場合を示すもの
で、図中、系統Ａと同一符合を付した部材は、系統Ａに
関するその説明と名称、構成・効果を同じくするから、
これについての説明は省略する。

１および２は、液噴射型スクリュ圧縮機で、１は低圧縮
手段、２は高圧縮手段で、電動モータ３によって駆動さ
れる。前記圧縮機は、低圧縮手段、高圧縮手段を一体に
して同一軸で駆動する構造にしてもよく、また、各々を
分離し共通のモータによりタンデム型に駆動してもよ
い。

同系統Ｂにおいて、工場等から排出される多量の100℃,
1ataの水蒸気は、管路６を通って圧縮機の低圧縮手段１
の吸込側７に送り込まれ、そこで圧縮されて、たとえ
ば、約23ataの水蒸気となって吐出側８に排出し、管路
９を介して高圧縮手段２の吸込側10に送り込まれ、ここ
で、さらに圧縮され55ata,280℃の水蒸気となって、そ
の吐出側11から管路12を介して、熱交換器４に送られ、
系統Ａと同様に管路21を通る負荷流体、たとえば100〜1
20℃の負荷流体を暖め、これを150℃前後に加熱する。

同時に、その熱交換作用によって冷された水蒸気は復水
して、5.5ata,155℃の温水となり管路13を通り、その一
部はバルブ５を介して排出口側19を通り再利用先に送ら
れる。

一方、管路13から、それぞれ分岐する管路14および15を
通って前記圧縮手段１および２の吸入締切り後の作用空
間に射出して系統Ａの説明で述べたと同様に、同空間を
形成する際に生じる隙間、すなわち、ロータ歯形間、シ
リンダ内壁とロータ歯形および端面の間を液封して低圧
部と高圧部との間で圧縮ガスの漏洩が起らないようノズ
ル16および17から噴射させ、また、スクリュ・ロータの
軸受部の軸封装置の液封や摩擦熱の除去のために、それ
ぞれ管路14および15から分岐した管路24および25を通し
て流通させる。

その際、熱交換器４から復水した温水は5.5ataの圧力を
保っているため、いずれの圧縮機の作用空間にも、改め
て加圧すること無く供給することが可能である。

発明が解決しようとする問題点本発明は、比較的簡単な装置でありながら、より高温度
での運転を可能とし、このため廃熱の回収効率が優秀
で、より高温の負荷流体が得られ、しかも運転コストを
低くすることができるヒートポンプを提供することを目
的とする。

すなわち、上記装置において廃蒸気を液噴射型スクリュ
圧縮機で加圧した後、熱交換器に導き、負荷流体と熱交
換して復水した温水の一部を圧縮機の作用空間の液封と
軸封装置の液封および冷却用とし、他の一部をエコノマ
イザを通して気液分離し、その蒸気を再度圧縮機の作用
空間に導入することによって、該圧縮機の駆動力を軽減
し、省エネルギー効果を得ることができるヒートポンプ
を提供するものである。また、復水した温水の利用およ
び運転コストの低減を図るようにしたヒートポンプを実
現しようとするものである。

別の目的は、エコノマイザからの温水と前記廃蒸気また
は廃高温水を、フラッシュタンクにおいて直接接触させ
て蒸気を発生させることにより、安価で省エネルギー効
果を得る前述、廃熱回収装置を提供することにある。

さらに、その他の目的および効果は、本発明の特許請求
の範囲、発明の詳細な説明および添付図面の説明を検討
することにより明らかになろう。

（ロ）発明の構成問題点を解決するための手段上述目的を達成するために本発明は、それぞれ下記の事
項より構成されることを要件とする。

（１）廃棄された水蒸気をスクリュ圧縮機を介して断熱
圧縮してから熱交換器を通して負荷流体を加熱し、これ
を他のシステム中で再利用する一方、前記熱交換器内で
復水してできた温水の一部を吸入締切り後の前記圧縮機
の作用空間に噴射して、同空間形成の際に生じる作用空
間の隙間の液封と、同圧縮機の軸封装置の液封および冷
却用に供すると共に、他の一部の温水を膨張弁を介して
分離器に導き、これを水蒸気と温水とに分離して、その
水蒸気を前記圧縮機の吸入締切り後の作用空間内に供給
するようにしたことを特徴とする廃熱回収装置。

（２）廃棄された水蒸気をフラッシュタンクに供給して
水蒸気と温水とに分離し、そこで分離された廃棄水蒸気
をスクリュ圧縮機に送り込むようにすると共に、分離器
内で分離されてできた温水の一部を前記フラッシュタン
クに供給して、これを同様水蒸気と温水とに分離し、そ
れらの廃棄水蒸気をあわせてスクリュ圧縮機に送り込む
ようにしたことを特徴とする上記第（１）項記載の廃熱
回収装置。

（３）スクリュ圧縮機は、低圧縮手段と高圧縮手段とよ
りなり、熱交換器内で復水した温水の一部を高圧縮手段
の吸入締切り後の同圧縮機の作用空間に供給すると共
に、膨張弁を通り分離器で分離した水蒸気を高圧縮手段
の吸入側または作用空間内に供給する一方、そこで分離
した温水の一部を締切り後の低圧縮手段の作用空間に噴
射して同空間形成の際に生じる作用空間の隙間の液封と
同手段の軸封装置の液封および冷却用に利用することよ
りなる上記第（１）項または第（２）項記載の廃熱回収
装置。

（４）膨張弁を通り分離器内で分離された温水は、熱交
換器を通る負荷流体を予熱した後に、圧縮機およびフラ
ッシュタンク内に供給することよりなる上記第（１）
項，第（２）項または第（３）項記載の廃熱回収装置。

作用本発明は、それぞれ上記のような構成要件から形成され
ているので、その装置の中で基本的には次のような作用
が行われる。

工場等から排出される多量の廃水蒸気を液噴射型スクリ
ュ圧縮機を通して圧縮して高温高圧蒸気とし、これを熱
交換器に導入して負荷流体（他のシステム中の水蒸気ま
たはその他の流体等）を高温化させると共に、前記熱交
換器で復水した温水は相変らず高温、高圧を保っている
ので、その一部を、それぞれ圧縮機の吸入締切り後の作
用空間内に噴射して同空間形成の際生じる隙間の液封を
行う一方、前記圧縮機のロータの軸受部の軸封装置の液
封および冷却に利用する。

他の余った一部の温水は他の用途に再利用される。

すなわち、上記基本的作用に加えて、熱交換器を通って
復水した温水の他の一部をエコノマイザに導入し、そこ
でフラッシュさせて気・液分離した蒸気は依然圧力が高
いので、そのままに圧縮機の作用空間に回収・供給し、
そこで分離した温水の一部は排出するようにして、圧縮
の駆動動力を軽減させ、省エネルギー運転を可能にす
る。

また、前記スクリュ圧縮機が低圧縮手段と高圧縮手段と
よりなるものにあっては、熱交換器で復水した温水の一
部を高圧縮手段の吸入締切り後の作用空間に供給すると
共に、前記エコノマイザで分離した蒸気を高圧縮手段の
吸入側または作用空間内に供給する一方、温水の一部を
低圧縮手段の作用空間内に噴射して、同空間形成の際に
生じる隙間の液封と軸封装置の液封および冷却用に利用
する。

前述作用に加えて、排出水蒸気を圧縮機に直接供給する
ことを止め、前記圧縮機手前にフラッシュタンクを連結
すると共に、ここにエコノマイザから排出された温水を
導入してフラッシュさせ、気・液分離してできた水蒸気
を、さきの排出水蒸気と合流して圧縮機に供給するよう
にし、廃熱回収効率を向上し、運転コストを低下させる
ことも行われる。

加えて、前記エコノマイザとフラッシュタンクとの間に
第２の熱交換器（予熱器）を設け、エコノマイザで復水
した温水により第１の熱交換器に導かれる負荷流体を予
熱することにより、さらに熱回収効果を高めることも可
能である。

実施例１以下に述べる本発明廃熱回収装置の各実施例を構成する
各部材は、本発明出願当時の技術レベルの範囲内で適宜
の設計変更が可能であることに鑑みれば、格別の理由を
示すことなしに本実施例の構成のみに基づいて本発明の
要旨を限定して解すべきでない。

第３図は、本発明装置の一実施例の系統図を示すもので
あり、図中、前記系統Ａの記載と同一符合を付した部材
は、同図における説明のそれと同一名称、同一構造、効
果を奏するものであるから、その説明は省略する。

熱交換器４内で復水して生じた5.5ata,155℃の温水の一
部は、管路13および15を通って系統Ａの作用と同様に、
圧縮機１の吸入締切り後の作用空間にノズル17を介し
て、また、そのスクリュ・ロータの軸受部の軸封装置の
液封および冷却のために管路15から分岐する管路25を通
して流通させるが、他の一部は膨張弁26を通して減圧
し、2.75ata,≒130℃のフラッシュ水を管路28を介して
分離器27に導入し気・液分離させ、ガス化した約2.75at
a,130℃の水蒸気は管路29を通して圧縮機１の気圧相当
の作用空間に、2.75ata,130℃の温水は管路30、バルブ
５を介して排出口19から再利用先に送られる。

上述のうち膨張弁26を分離器27に内蔵し両者を一体化し
たエコノマイザに置き換えても同様の作用、効果を奏す
ることは云うまでもない。

また、本実施例装置においては、熱交換器４で復水した
温水の一部を管路13および15を介して圧縮機１の作用空
間および軸封装置に流通させているが、これを止め、管
路30から分岐させた管路を用いて、その温水を前記圧縮
機に流通させても同様な効果を奏する。

実施例２第４図は、圧縮機を低圧縮手段と高圧縮手段とにより構
成した前記系統Ｂの廃熱回収装置を基礎とした他の実施
例であって、図中、系統Ｂに付したものと同一の符合を
施した部材は、それぞれ、その説明中に記載した部材と
同一名称、同一構造および効果を有するものであるか
ら、その説明は省略する。

図中、熱交換器４内で復水して生じた5.5ata,155℃の温
水の一部は、管路13および15を通って実施例１の場合と
同様に高圧縮手段２の吸入締切り後の作用空間にノズル
17を介して、また、そのスクリュ・ロータの軸受部の軸
封装置の液封および冷却のために管路15から分岐した管
路25を通して流通させる一方、他の一部は前記実施例１
と同様に膨張弁26,管路28を介して分離器27に導入し、
気・液分離させ、ガス化した約2.75ata,130℃の水蒸気
は管路29を通して高圧縮手段２の吸入側または気圧相当
の作用空間に、分離した2.75ata,130℃の温水は管路30
を通し、さらに管路14,ノズル16を介して低圧縮手段１
の作用空間の隙間を液封し、管路24を通して、そのスク
リュ・ロータの軸受部の軸封装置の液封および冷却用に
供給し、さらに余剰分はバルブ５を通して排出口19より
再利用先に送られる。

実施例３第５図は、本発明廃熱回収装置の、その他の実施例の系
統図を示すもので、本実施例装置中に使用する圧縮機
は、低圧縮手段と高圧縮手段とより構成される圧縮機で
あるか否かにかかわらず、その実質的作用、効果は同一
であるので、本説明中では前者の圧縮機を用いた場合の
廃熱回収装置について述べる。

また、図中、実施例２の説明の際に用いたものと同一符
合を付した部材は、実施例２のそれと構成、効果におい
て同一であるから再説しない。

本実施例では、工場等から排出される多量の100℃,1ata
前後の廃高温水を管路６を介して圧縮手段１および２に
供給する前にフラッシュタンク35に導入してスプレー管
22によりタンク内にスプレーする一方、分離器27内で分
離した2.75ata,130℃の温水を管路30,32を通して前記フ
ラッシュタンク35内に供給し、スプレー管36よりフラッ
シュタンク内に流入しフラッシュさせ、発生蒸気を管路
６から送り込まれる熱源蒸気と合流させ管路38を通じて
圧縮機１の吸気口側７に供給する。

なお、この際、タンク35内にエリミネータ37を施して前
記フラッシュした水蒸気内に含まれる液滴を除去した後
の蒸気を圧縮機内に吸入されるよう構成する。

この際スプレー管36よりの高温水と管路６よりの廃蒸気
または高温水は直接接触して熱交換されるので熱交換器
の損失が発生しない。

フラッシュタンク35内にできた温水はバルブ５を介して
排出口19側から再利用先に送られる。

実施例４本発明装置の別の実施例は、次のとおりである。

第５図に示す実施例３の系統図において、分離機27から
管路30を通して供給される2.75ata,130℃の温水は管路1
4および32を介して圧縮機１およびフラッシュタンク35
に導入する前に、予熱器39を通して、熱交換器４に送り
込まれる負荷流体を予熱する。

このシステムは負荷流体入口温度が低いときに特に有効
である。その他の構成は実施例５と変りがない。

（ハ）発明の効果本発明廃熱回収装置は、以上述べたとおりの構成および
作用を有するので、（１）従来のフロンガスでは実現不可能な高温（110〜1
20℃以上）の作動媒体（負荷流体）が得られる。

（２）圧縮媒体が水蒸気のため、熱交換器内で復水した
温水には固形不純物等は一切含まれないので該不純物の
除去装置を必要とせず、圧縮機の作用空間形成の際に生
じる隙間の液封用に直接使用することができる。

また、スクリュ・ロータ軸の軸封装置の液封および冷却
用にするので、軸封部の温度上昇による焼付けを防止で
き、かつ、従来の油と冷媒を用いた装置のような油水分
離装置が不要である。

（３）復水した温水の余剰分には油分（他の成分）を含
まないので、そのままの形で廃棄可能。

（４）圧縮機の作用空間に、吸入した水蒸気よりも高温
・高圧の復水した温水を噴射・注入しているので廃温水
の熱および圧力エネルギーを有効に回収することができ
る。

（５）圧縮機にはフロン等の冷媒ガスおよびスクリュ・
ロータ間の液封用潤滑油を使用しないので、従来のこの
種熱回収装置に比べ運転コストが低い。

（６）熱交換器で復水した温水の一部を分離器またはエ
コノマイザやフラッシュタンク内でフラッシュさせて得
られた高温、高圧の蒸気を圧縮機の吸入締切り後の作用
空間側に導入することにより、該フラッシュガスの導入
分に相当するエネルギーだけ圧縮機の駆動動力が軽減
し、省エネルギーが可能となる。

（７）たとえ廃水蒸気中に固形不純物等が混入していて
も、中間にフラッシュタンクを連結して、ガス化した媒
体を圧縮機側に導入するので、フィルター等が不用であ
る。

また、フラッシュタンクには伝熱面がなく直接接触方式
であるため熱損失がなく設備が安価である。

等々、この種の廃熱回収装置として格別に顕著な効果を
奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１および第２図は、この種装置の基本的系統図であっ
て、第３図から第５図に示す系統図は、それぞれ本発明
廃熱回収装置の典型的な実施例である。符号の説明１および２……液噴射式スクリュ圧縮機３……原動機（駆動用モータ）４……交換器５……バルブ６……廃水蒸気供給管 16および17……噴射ノズル 18……負荷流体供給管 19……排出管 20……フラッシュガス供給口 22および36……スプレー管 24および25……軸封装置冷却管路 26……膨張弁 27……分離器 35……フラッシュタンク 37……エリミネータ 39……予熱器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者前原厚志新潟県西蒲原郡分水町大字砂子塚字上川原 411番地１ (72)発明者高田秋一東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内 (72)発明者小川康夫東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内 (56)参考文献特開昭56−24001（ＪＰ，Ａ) 特開昭51−138582（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−107102（ＪＰ，Ａ) 特公昭58−1346（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】廃棄された水蒸気をスクリュ圧縮機を介し
て断熱圧縮してから熱交換器を通して負荷流体を加熱
し、これを他のシステム中で再利用する一方、前記熱交
換器内で復水してできた温水の一部を吸入締切り後の前
記圧縮機の作用空間に噴射して、同空間形成の際に生じ
る作用空間の隙間の液封と、同圧縮機の軸封装置の液封
および冷却用に供すると共に、他の一部の温水を膨張弁
を介してに導き、これを水蒸気と温水とに分離して、そ
の水蒸気を前記圧縮機の吸入締切り後の作用空間内に供
給するようにしたことを特徴とする廃熱回収装置。
【請求項２】廃棄された水蒸気をフラッシュタンクに供
給して水蒸気と温水とに分離し、そこで分離された廃棄
水蒸気をスクリュ圧縮機に送り込むようにすると共に、
分離器内で分離されてできた温水の一部を前記フラッシ
ュタンクに供給して、これを同様水蒸気と温水とに分離
し、それらの廃棄水蒸気をあわせてスクリュ圧縮機に送
り込むようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第
（１）項記載の廃熱回収装置。
【請求項３】スクリュ圧縮機は、低圧縮手段と高圧縮手
段とよりなり、熱交換器内で復水した温水の一部を高圧
縮手段の吸入締切り後の同圧縮機の作用空間に供給する
と共に、膨張弁を通り分離器で分離した水蒸気を高圧縮
手段の吸入側または作用空間内に供給する一方、そこで
分離した温水の一部を締切り後の低圧縮手段の作用空間
に噴射して同空間形成の際に生じる作用空間の隙間の液
封と同手段の軸封装置の液封および冷却用に利用するこ
とよりなる特許請求の範囲第（１）項または第（２）項
記載の廃熱回収装置。
【請求項４】膨張弁を通り分離器内で分離された温水
は、熱交換器を通る負荷流体を予熱した後に、圧縮機お
よびフラッシュタンク内に供給することよりなる特許請
求の範囲第（１）項，第（２）項または第（３）項記載
の廃熱回収装置。