(57)【要約】【課題】予備加熱器を有する給水加熱器において、給水量が変動した場合であっても安定して最大限の給水量を予備加熱器に投入する予備加熱器を提供する。【解決手段】給水ライン１上に給水入口２から給水出口３に向かってバイパスライン分岐５と、流速計６と、予備加熱器７と、前記バイパスライン分岐８と、主加熱器９と、前記バイパスライン上に制御弁１０とを備える給水加熱器において、流速計６と制御弁１０に接続され、流速計６の値が予め設定した閾値に近づくと制御手段１１は制御弁１０を徐々に開けることで給水の一部をバイパスライン４に流し常に安定した量の給水を予備加熱器７に投入する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水ライン上に給水入口から給水出口に向かって、バイパスライン分岐点と、流速計と、予備加熱器と、バイパスライン合流点と、主加熱器と、前記バイパスライン分岐点から前記バイパスライン合流点まで接続されたバイパスラインと、前記バイパスライン上に設置された制御弁と、
を備える給水加熱器において、
前記流速計と前記制御弁に接続され、前記流速計の値が予め設定した閾値に近づくと前記制御弁を徐々に開ける制御を行う制御手段と、
を備えることを特徴とする給水加熱器。
【請求項２】
前記バイパスライン上であって、前記制御弁と前記バイパスライン合流点の間に配管狭窄手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の給水加熱器。
【請求項３】
前記予備加熱器はヒートポンプであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の給水加熱器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給水を予備加熱器で加熱した後、更に主加熱器で所定温度まで加熱する給水加熱器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般にボイラに代表される給水を加熱する給水加熱器は、主加熱器の他に省エネルギーを目的としてエコノマイザのような予備加熱器が設置されることが多い。
【０００３】
給水はまずエコノマイザのような予備加熱器にてある程度の温度まで加熱され、その後にボイラ本体の加熱器のような主加熱器に投入されることで所定温度まで加熱される。
【０００４】
この予備加熱器では熱源として排熱が利用されることが多い。予備加熱器で排熱を利用することで、主加熱器で使用されるエネルギー量を削減することができ、これにより給水加熱器のシステム全体としてのエネルギー効率を向上させている。
【０００５】
しかし給水加熱器に投入される給水量は、加熱された給水を利用する設備からの要求により変動することが多い。
【０００６】
給水加熱器で加熱する給水量に変動が発生すると、その変動に応じてエコノマイザのような予備加熱器の加熱量を調整する必要がある。もし給水量の変動と予備加熱器での加熱量の調整が上手くいかないと、例えば予備加熱器での加熱過多により予備加熱器で蒸気が発生し、主加熱器の焼損などのダメージを与える可能性があるためである。
【０００７】
そこで特許文献１のように給水加熱器にダメージを与えることのないよう予備加熱器での加熱量を調整するため予備加熱器の熱交換動作を行う熱回収装置などが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−６９５１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし特許文献１に記載の熱回収装置では、給水量が大幅に変動すると給水の流速も大幅に遅くなる、あるいは早くなることで予備加熱器での加熱を十分に行うことができない可能性があり、そのため給水加熱器のシステム全体としての効率が悪化するという課題がある。
【００１０】
また従来、予備加熱器はエコノマイザのような排熱回収を目的とする熱交換器の設置が主流であったが、熱交換による排熱回収は既に相当の設備で導入されており、従来からある手法である熱交換器による排熱回収が導入できる余地は少なくなっている。
【００１１】
しかし近年のヒートポンプ技術の進展により、これまでは熱交換器では回収の難しかった例えば１００℃以下の低温排熱も実現可能となり、今後のボイラ給水の予備加熱は排熱回収を目的とした熱交換器に加えて低温排熱を回収するヒートポンプの導入も進展していくものと予想される。
【００１２】
ここでヒートポンプは排熱を回収することにより投入した電力量に比べて数倍の熱量（一般的には投入電力量の３〜６倍）の加熱が可能であり、ヒートポンプによる予備加熱を最大限に行うことができれば給水加熱器全体としてのエネルギー効率が向上することになる。
【００１３】
そのため給水量が変動した場合であっても常にヒートポンプに投入できる最大限の給水量を維持することが望ましいが、特許文献１に記載の熱回収装置では予備加熱装置に一定の給水量を維持することは難しい。
【００１４】
本発明はこのような課題に鑑み、給水量の大幅な変動があっても予備加熱器に投入する給水量を最大限に維持することで給水加熱器のエネルギー効率を良好に保つ給水加熱器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
（１）  本発明にかかる給水加熱器は、給水ライン上に給水入口から給水出口に向かって、バイパスライン分岐点と、流速計と、予備加熱器と、バイパスライン合流点と、主加熱器と、前記バイパスライン分岐点から前記バイパスライン合流点まで接続されたバイパスラインと、前記バイパスライン上に設置された制御弁と、を備える給水加熱器において、前記流速計と前記制御弁に接続され、前記流速計の値が予め設定した閾値に近づくと前記制御弁を徐々に開ける制御を行う制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明にかかる給水加熱器は、バイパスライン分岐と予備加熱器の間に備えられた流速計で給水の流速を計測するという簡単な方法で予備加熱器に投入する給水量を測定し、給水量が予備加熱器に投入できる上限に近づくと給水の一部をバイパスラインに流すことで常に予備加熱器へ投入する給水量を最大限維持することが可能である。
【００１７】
（２）  また本発明にかかる給水加熱器は、（１）に記載の給水加熱器において、前記バイパスライン上であって、前記制御弁と前記バイパスライン分岐の間に配管狭窄手段を備えることを特徴とする。
【００１８】
本発明にかかる給水加熱器は、制御弁の開度が小さいうちは制御弁での圧力損失が大きいため予備加熱器で加熱された給水の圧力の方がバイパスラインを通って流れる給水の圧力よりも高いので主加熱器には予備加熱器で加熱された給水が優先して流れることになる。
【００１９】
しかし制御弁の開度が大きくなるとそれに応じて制御弁部での圧力損失も小さくなり、制御弁部での圧力損失が予備加熱器で発生する圧力損失を下回る場合がある。
【００２０】
そのため予備加熱器で加熱された給水を常にバイパスラインを通って流れた給水よりも優先して主加熱器に投入するため、制御弁とバイパスラインの間に制限オリフィスなどの配管狭窄手段を設置する。
【００２１】
これによりバイパスラインを流れる給水の圧力を常に予備加熱器を通過した給水の圧力よりも低く保ち、制御弁の開度に関わらず常に予備加熱器で加熱された給水が優先して主加熱器に投入される。
【００２２】
（３）  また本発明にかかる給水加熱器は、（１）または（２）に記載の給水加熱器において、前記予備加熱器はヒートポンプであることを特徴とする。
【００２３】
本発明に係る予備加熱器がヒートポンプの場合、ヒートポンプでは投入電力量に対して数倍（一般的には３〜６倍）の熱量で加熱することが可能であり、高いエネルギー効率の給水加熱器を実現することが可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
（１）に記載の給水加熱器によれば、給水量の変動があった場合であっても給水加熱器に投入する給水量を最大限に維持することが可能である。
【００２５】
（２）に記載の給水加熱器によれば、（１）に記載の給水加熱器の発明の効果に加えて制御弁の開度に関わらず、常に主加熱器にはバイパス弁を通過した給水よりも予備加熱器で加熱された給水を優先して投入することができるので、予備加熱器での加熱を最大限に維持することが可能となる。
【００２６】
（３）に記載の給水加熱器によれば、（１）または（２）に記載の給水加熱器の発明の効果に加えて、ヒートポンプによる予備加熱を行うことで高いエネルギー効率の給水加熱器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１実施形態にかかる給水加熱器の概略構成を示す図である。
【図２】第２実施形態にかかる給水加熱器の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下に添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明する。かかる実施形態は発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００２９】
（第１実施形態）
【００３０】
まず本発明の第１実施形態の構成について図１を参照しながら説明する。
【００３１】
図１の給水加熱器１００は給水ライン１上に給水入口２と給水出口３を備え、給水入口２から給水出口３に向かって順に、バイパスライン４の分岐点であるバイパスライン分岐点５、流速計６、予備加熱器７、バイパスライン合流点８と主加熱器９を有している。
【００３２】
またバイパスライン４上に制御弁１０を備え、流速計６で計測された値に応じて制御弁１０の開度を制御する制御手段１１を有している。
【００３３】
次に第１実施形態の動作について説明する。
【００３４】
給水ライン１に設けられた給水入口２から給水が投入され、流速計６で流速が計測される。制御手段１１には流速計６で計測された流速について予め閾値が設定されており、その閾値は予備加熱器に投入できる給水の上限値となっている。
【００３５】
流速計６で計測された流速が予め設定された閾値以下の場合には制御手段１１は制御弁１０を全閉とし、投入された給水は全て予備加熱器７で加熱された後、主加熱器９にて更に所定の温度まで加熱され給水は給水出口３から排出される。
【００３６】
しかし流速計６で計測された流速が予め設定された閾値に近づく、すなわち予備加熱器に投入できる給水量の上限に近づくと、制御部１１はバイパスライン４上の制御弁１０を徐々に開け、給水の一部はバイパスライン分岐５からバイパスライン４に流される。
【００３７】
制御部１１は流速計６の値が予め設定された閾値を上回らないように制御弁１０の開度を調節し、
予備加熱器７への投入給水量が上限値を超えないように調整する。
【００３８】
バイパスライン４へ流れた給水はバイパスライン８にて予備加熱器７で加熱された給水と合流し、主加熱器９にて所定の温度まで加熱され、給水出口３から排出される。
【００３９】
第１実施形態の効果について説明する。
【００４０】
この給水加熱器１００では、予備加熱器７の上流の流速を計測し、流速に応じてバイパスライン４上の制御弁１０の開度を調整するという比較的簡単な方法で予備加熱器７へ投入する給水量を最大限に維持することができ、給水加熱器全体としてのエネルギー効率を高く保つことが可能となる。
【００４１】
（第２実施形態）
【００４２】
次に本発明に係る第２実施形態について図２を参照しながら第１実施形態と異なる点について説明する。
【００４３】
第２実施形態の構成で第１実施形態と異なっているのは制御弁１０の下流であってバイパスライン合流点８の上流に配管狭窄手段１２を有している点である。
【００４４】
第２実施形態の動作は基本的に第１実施形態と同じであるが、第１実施形態では制御弁１０の開度が大きくなると、制御弁１０での圧力損失が小さくなり予備加熱器７で発生する圧力損失を下回る可能性がある。
【００４５】
そのため制御弁の下流であってバイパスライン合流点の間に配管狭窄手段を設置し、常に給水の圧力損失がバイパスライン４を流れる場合よりも予備加熱器７を流れる場合の方が小さくする。
【００４６】
これによりバイパスライン合流点８において予備加熱器７を流れる給水の方がバイパスライン４を流れる給水よりも優先して流れることとなり、結果として常に予備加熱器７に最大限の給水を投入することが可能となる。
【００４７】
なおこの配管狭窄手段は、制限オリフィスや小径配管を使用するなど、配管の断面積を配管狭窄手段以外の部分よりも小さくできれば何でも良い。
【００４８】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明した。
【００４９】
当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範囲内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、予備加熱器をもつボイラ等の給水加熱器において給水の流量が変化した場合であっても安定した流量を予備加熱器に投入することで、高いエネルギー効率を保つことのできる給水加熱器として利用することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１００：給水加熱器、１１０：給水加熱器、１：給水ライン、２：給水入口、３：給水出口、４：バイパスライン、５：バイパスライン分岐点、６：流速計、７：予備加熱器、８：バイパスライン合流点、９：主加熱器、１０：制御弁、１１：制御手段、１２：配管狭窄手段
【図１】
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【図２】
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