(57)【要約】【課題】ヒートポンプとボイラとを備える蒸気発生システムであって、駆動手段の排熱を回収して給水を加温し、さらにヒートポンプで加温することによって、高効率なシステムを提供すること。【解決手段】燃焼室を有するボイラ２と、冷媒を圧縮する圧縮機４および冷媒を膨張させる膨張弁１３を備えたヒートポンプ３と、ヒートポンプ３の圧縮機４を駆動させるエンジン５と、エンジン５から発生する熱を回収し、ボイラ２への給水と熱交換することにより給水を加温する第一熱交換器７と、圧縮機４で圧縮された冷媒とボイラ２への給水とを熱交換することにより給水を加温する第二熱交換器８とを備える蒸気発生システム１である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室を有するボイラと、
冷媒を圧縮する圧縮機および冷媒を膨張させる膨張弁を備えたヒートポンプと、
前記ヒートポンプの圧縮機を駆動させる駆動手段と、
前記駆動手段から発生する熱を回収し、前記ボイラへの給水と熱交換することにより給水を加温する第一熱交換器と、
前記圧縮機で圧縮された冷媒と前記ボイラへの給水とを熱交換することにより給水を加温する第二熱交換器とを備える
ことを特徴とする蒸気発生システム。
【請求項２】
前記駆動手段は、駆動に伴い排ガスを発生するエンジンであり、
前記エンジンから発生する排ガスの熱を回収し、排ガスの熱を前記ボイラへの給水と熱交換することにより給水を加温する第三熱交換器を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の蒸気発生システム。
【請求項３】
前記ボイラが燃焼することによって発生する排ガスの熱を回収し、排ガスの熱を前記ボイラへの給水と熱交換することにより給水を加温する第四熱交換器を備える
ことを特徴とする請求項１または２に記載の蒸気発生システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプとボイラとを備えた蒸気発生システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、下記特許文献１に開示されるように、ボイラへの給水を、ヒートポンプを用いて加温することにより、エネルギーの向上を図れることが知られている。また、下記特許文献２に開示されるように、ガスヒートポンプの駆動手段であるガスエンジンから発生した排ガスの熱を回収することにより、排熱の有効利用を行うことが知られている。
【０００３】
特許文献１に記載の発明には、ボイラとヒートポンプとを備える蒸気システムにおいて、ヒートポンプを利用してボイラへの給水を加温することによるエネルギー効率の向上については提案されているものの、ガス駆動のヒートポンプの駆動手段から発生する排熱の有効利用の考慮はされていない。
【０００４】
特許文献２に記載の発明には、ヒートポンプの圧縮機を駆動させる駆動手段の排ガスの熱により、オイルセパレータを加熱し、オイルセパレータ内のブローバイガスに結露が生じるのを防ぐといった排熱の有効利用について提案されているものの、排ガスの熱で給水を加温することや、駆動手段であるガスエンジンから発生する排ガス以外の排熱を利用することについては考慮されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３０８１６４号公報
【特許文献２】特開平６−１３７７０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来、ボイラとヒートポンプとを備える蒸気システムにおいて、ガス駆動のヒートポンプの場合、ヒートポンプの圧縮機を駆動させる駆動手段の排熱は、ボイラへの給水を加温するために使用されていなかった。
【０００７】
また、ヒートポンプの圧縮機を駆動させる駆動手段の排熱を、駆動手段から発生する排ガスの熱だけでなく、駆動によって加温されたエンジンオイルやガスエンジンの冷却水からも熱回収するようには構成されていないので、駆動手段の排熱を充分に回収しているとはいえない。
【０００８】
本発明の課題は、ヒートポンプとボイラとを備える蒸気発生システムであって、駆動手段の排熱を回収して給水を加温し、さらにヒートポンプで加温することによって、高効率なシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、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、燃焼室を有するボイラと、冷媒を圧縮する圧縮機および冷媒を膨張させる膨張弁を備えたヒートポンプと、前記ヒートポンプの圧縮機を駆動させる駆動手段と、前記駆動手段から発生する熱を回収し、前記ボイラへの給水と熱交換することにより給水を加温する第一熱交換器と、前記圧縮機で圧縮された冷媒と前記ボイラへの給水とを熱交換することにより給水を加温する第二熱交換器とを備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、ボイラへの給水は、第一熱交換器で駆動手段から発生する熱によって加温され、さらに第二熱交換器でヒートポンプの圧縮機で圧縮された冷媒によって加温される。これにより、駆動手段から発生する熱とヒートポンプの圧縮熱を用いて給水を加温することで、高効率なシステムを得ることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の、前記駆動手段は、駆動に伴い排ガスを発生するエンジンであり、前記エンジンから発生する排ガスの熱を回収し、排ガスの熱を前記ボイラへの給水と熱交換することにより給水を加温する第三熱交換器を備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１記載の効果に加え、エンジンから発生する排ガスの熱を回収し、排ガスの熱をボイラへの給水と熱交換することで給水を加温することにより、ボイラ給水温度の向上が図れ、高いシステム効率を得ることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の、前記ボイラが燃焼することによって発生する排ガスの熱を回収し、排ガスの熱を前記ボイラへの給水と熱交換することにより給水を加温する第四熱交換器を備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２の効果に加え、ボイラの燃焼室から発生する排ガスの熱を回収し、ボイラの排ガスの熱をボイラへの給水と熱交換することで給水を加温することにより、ボイラ給水温度の向上が図れ、高いシステム効率を得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ヒートポンプとボイラとを備える蒸気発生システムであって、駆動手段から排熱を回収して、高効率なシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る蒸気発生システムの実施の形態の一例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る蒸気発生システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係る蒸気発生システムの実施の形態の一例を示す概略構成図である。
本例の蒸気発生システム１は、ボイラ２と、ボイラ２への給水を加温するヒートポンプ３と、このヒートポンプ３の圧縮機４を駆動する駆動手段としてのエンジン５とを備えている。
【００１９】
ボイラ２は、蒸気ボイラであり、給水源（図示省略）からの給水を加熱して蒸気を生成するものである。ボイラ２は、燃焼室（図示省略）を有しており、バーナによる燃焼量を調整することで、蒸気の圧力を所望の圧力に維持する。ボイラ２で生成された蒸気は、各蒸気使用設備（図示省略）に送られる。
【００２０】
ボイラ２に給水する給水路６には、本例では、後述する第一熱交換器７と、第二熱交換器８と、第三熱交換器９と、第四熱交換器１０とが、給水源から順に設けられている。また、ボイラ２は、燃焼することによって発生する排ガスを排出するボイラ排ガスライン１１を設けている。また、給水路６を流れる給水は、第一熱交換器７、第二熱交換器８、第三熱交換器９、第四熱交換器１０およびボイラ２へのスケールの付着を防止するために、純水または軟水であることが好ましい。
【００２１】
ヒートポンプ３は、本例では、蒸気圧縮式のヒートポンプであり、圧縮機４、凝縮器１２、膨張弁１３、蒸発器１４が順次環状に接続されて構成されている。本例では、蒸発器１４に熱源となる空気、温水またはボイラ２の排ガス等の熱源流体の供給路１５と排出路１６とが接続している。ヒートポンプ３の圧縮機４を駆動させるエンジン５は、本例では、ガスエンジンまたはディーゼルエンジンであり、駆動に伴い排ガスを発生する。
また、エンジン５には、エンジン５から発生する排ガスを外部に排出するエンジン排ガスライン１７が備えられる。
【００２２】
前記した第一熱交換器７にあっては、ヒートポンプ３の圧縮機４を駆動するエンジン５から放出される放熱と給水路６を流れる給水とを熱交換するものである。本例では、第一熱交換器７は、エンジン５を冷却する冷却水及び冷却油と給水とを熱交換するものであり、冷却水循環路１８と給水路６との間に冷却水熱交換器７ａを設け、冷却油循環路１９と給水路６との間に冷却油熱交換器７ｂを設け、この冷却水熱交換器７ａと冷却油熱交換器７ｂとで第一熱交換器７を構成している。なお、本例における第一熱交換器７は、冷却水熱交換器７ａと、冷却油熱交換器７ｂの順で給水が加温される構成となっているがこれに限られるものではなく、順番を入れ替えてもよい。また、本例における第一熱交換器７は、冷却水熱交換器７ａと、冷却油熱交換器７ｂは給水路６に対して直列で設けられているがこれに限られるものではなく、並列に設けてもよい。
【００２３】
第一熱交換器７で構成される冷却水熱交換器７ａと、冷却油熱交換器７ｂは、エンジン５の排熱となる流体と水とを混ぜることなく熱交換する構成であれば、その具体的構成を特に問わない。例えば、プレート式熱交換器またはシェルアンドチューブ式熱交換器が用いられる。
【００２４】
第二熱交換器８にあっては、ヒートポンプ３を流れる圧縮機４で圧縮された冷媒と給水路６を流れる給水とを熱交換するものであり、ヒートポンプ３と給水路６との間に設けられている凝縮器１２で構成されている。第二熱交換器８は、冷媒と水とを混ぜることなく熱交換する構成であれば、その具体的構成を特に問わない。例えば、プレート式熱交換器またはシェルアンドチューブ式熱交換器が用いられる。
【００２５】
第三熱交換器９にあっては、ヒートポンプ３の圧縮機４を駆動するエンジン５から排出される排ガスの排熱と給水路６を流れる給水とを熱交換するものであり、エンジン排ガスライン１７と給水路６との間に設けられている。第三熱交換器９は、排ガスと水とを混ぜることなく熱交換する構成であれば、具体的構成に限定しない。例えば、プレート式熱交換器またはシェルアンドチューブ式熱交換器が用いられる。
【００２６】
第四熱交換器１０にあっては、ボイラ２が燃焼することによって発生する排ガスと給水路６を流れる給水とを熱交換するものであり、ボイラ排ガスライン１１と給水路６との間に設けられている。第四熱交換器１０は、排ガスと水とを混ぜることなく熱交換する構成であれば、具体的構成に限定しない。例えば、プレート式熱交換器またはシェルアンドチューブ式熱交換器が用いられる。
【００２７】
本例では、給水路６を流れる給水は、第一熱交換器７で熱交換して加温され、次に、第二熱交換器８で熱交換して加温され、次に、第三熱交換器９で熱交換して加温され、次に、第四熱交換器１０で熱交換して加温されるように構成されている。
【００２８】
以上のように構成した本例の蒸気発生システムによれば、給水路６を流れる給水を、給水源から第一熱交換器７でヒートポンプ３の圧縮機４を駆動するエンジン５から放出される放熱と熱交換して加温し、次に、第二熱交換器８でヒートポンプ３の凝縮器１２を流れる圧縮機４で圧縮された冷媒と熱交換して加温し、次に、第三熱交換器９でヒートポンプ３の圧縮機４を駆動するエンジン５から排出される排ガスの排熱と熱交換して加温し、次に、第四熱交換器１０でボイラ２が燃焼することによって発生する排ガスと熱交換して加温するので、ボイラ給水温度の向上が図れ、また、エンジン５から放出される放熱と、エンジン５から排出される排ガスの排熱と、ボイラ２から排出される排ガスの排熱を有効に利用して給水を加温するので、その分ヒートポンプ３の圧縮機４の出力を抑えることが可能となり、ヒートポンプ３の耐久性の向上が図れると共に、圧縮機４を駆動するエンジン５の燃料の低減が図れる。
【００２９】
なお、本例では、給水路６を流れる給水の加温順序として、第一熱交換器７、第二熱交換器８、第三熱交換器９、第四熱交換器１０の順序で加温するように構成されているが、この順序に限られるものではない。給水路６を流れる給水の加温順序は、第一熱交換器７、第二熱交換器８、第三熱交換器９、第四熱交換器１０における給水と熱交換するそれぞれの熱源の温度の高低により決められるものであり、その順序は、給水路６の下流側の熱交換器の熱源の温度が、上流側の熱交換器で熱交換された給水温度より高いものとなるように順序立てして構成される。
【符号の説明】
【００３０】
１    蒸気発生システム
２    ボイラ
３    ヒートポンプ
４    圧縮機
５    エンジン
６    給水路
７    第一熱交換器
７ａ  冷却水熱交換器
７ｂ  冷却油熱交換器
８    第二熱交換器
９    第三熱交換器
１０    第四熱交換器
１１    ボイラ排ガスライン
１２    凝縮器
１３    膨張弁
１４    蒸発器
１５    熱源流体供給路
１６    熱源流体排出路
１７    エンジン排ガスライン
１８    冷却水循環路
１９    冷却油循環路
【図１】
2014070750.tif 000003