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公開番号2024083505
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-06-21
出願番号2024062145,2020028564
出願日2024-04-08,2020-02-21
発明の名称給水加温システム
出願人三浦工業株式会社
代理人個人,個人
主分類F24H 1/00 20220101AFI20240614BHJP(加熱;レンジ;換気)
要約【課題】ヒートポンプ回路と熱回収用熱交換器を併用した給水加温システムにおいて、一層の高効率化を図る。
【解決手段】給水加温システム1であって、圧縮機11、凝縮器12、膨張弁13および蒸発器14が冷媒循環ラインL9により環状に接続され、圧縮機11の駆動により凝縮器12で温熱を取り出す蒸気圧縮式のヒートポンプ回路10と、熱回収用熱交換器40と、熱回収用熱交換器40および蒸発器14の順に熱源流体を流通させる熱源流体ラインL5と、熱回収用熱交換器40および凝縮器12の順に給水W1を流通させる給水ラインL1と、圧縮機11に流入するガス冷媒Rの過熱度に基づいて制御され、冷媒流量を調整する冷媒流量調整手段と、凝縮器12から流出する給水W1の出湯温度に基づいて制御され、給水流量を調整する給水流量調整手段と、冷媒流量調整手段および給水流量調整手段を制御する制御手段と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が冷媒循環ラインにより環状に接続され、前記圧縮機の駆動により前記凝縮器で温熱を取り出す蒸気圧縮式のヒートポンプ回路と、
熱回収用熱交換器と、
前記熱回収用熱交換器および前記蒸発器の順に熱源流体を流通させる熱源流体ラインと、
前記熱回収用熱交換器および前記凝縮器の順に給水を流通させる給水ラインと、
前記圧縮機に流入するガス冷媒の過熱度に基づいて制御され、冷媒流量を調整する冷媒流量調整手段と、
前記凝縮器から流出する給水の出湯温度に基づいて制御され、給水流量を調整する給水流量調整手段と、
前記冷媒流量調整手段および給水流量調整手段を制御する制御手段と、を備える給水加温システム。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
前記熱源流体ラインは、前記熱回収用熱交換器で熱源流体と給水をカウンターフローで熱交換させた後、前記蒸発器で熱源流体と液冷媒をカウンターフローで熱交換させる接続構成である、請求項１に記載の給水加温システム。
【請求項３】
前記圧縮機に流入するガス冷媒の吸込温度を検知する吸込温度センサと、
前記蒸発器から流出するガス冷媒の蒸気圧力を検知する蒸気圧力センサと、
前記凝縮器から流出する給水の出湯温度を検知する出湯温度センサと、を備え、
前記制御手段は、
前記蒸気圧力センサの検知圧力から液冷媒の蒸発温度を求めると共に、前記吸込温度センサの検知温度から前記蒸発温度を差し引いてガス冷媒の過熱度を算出し、当該算出過熱度が目標過熱度になるように前記冷媒流量調整手段を制御し、
前記出湯温度センサの検知温度が目標出湯温度になるように前記給水流量調整手段を制御する、請求項１または請求項２に記載の給水加温システム。
【請求項４】
前記蒸発器に流入する前の熱源流体の温度を検知する熱源温度センサを備え、
前記制御手段は、前記熱源温度センサの検知温度に応じて前記目標過熱度を設定する、請求項３に記載の給水加温システム。
【請求項５】
前記制御手段は、前記熱源温度センサの検知温度の変動が大きいと判定した場合、前記目標過熱度を大きくする、請求項４に記載の給水加温システム。
【請求項６】
前記制御手段は、前記熱源温度センサの検知温度が安定していると判定した場合、前記目標過熱度を小さくする、請求項４または請求項５に記載の給水加温システム。
【請求項７】
前記凝縮器に流入する前の給水の温度を検知する給水温度センサを備え、
前記制御手段は、前記給水温度センサの検知温度に応じて前記目標出湯温度を設定する、請求項３～６のいずれか１項に記載の給水加温システム。
【請求項８】
前記凝縮器に流入する前の給水の温度を検知する給水温度センサを備え、
前記目標出湯温度は、上限値と下限値の間の値に設定可能であり、前記下限値は、前記給水温度センサの検知温度に所定値を加えた値であって、前記給水温度センサの検知温度が高くなるほど高い値である、請求項３～６のいずれか１項に記載の給水加温システム。
【請求項９】
前記熱回収用熱交換器に対して給水をバイパス、および／または、前記熱回収用熱交換器に対して熱源流体をバイパスさせる１本ないし２本のバイパスラインと、
給水および熱源流体を同時に前記熱回収用熱交換器に流通させる給水予熱モードと、給水および熱源流体の少なくとも一方を前記バイパスラインに流通させる予熱停止モードと、を切り替える予熱モード切替手段と、を備える、
請求項１～８のいずれか１項に記載の給水加温システム。
【請求項１０】
前記熱回収用熱交換器に流入する前の給水の温度を検知する熱交換器流入前給水温度センサと、
前記熱回収用熱交換器に流入する前の熱源流体の温度を検知する熱交換器流入前熱源温度センサと、を備え、
前記制御手段は、
前記熱交換器流入前給水温度センサによる第１検知温度と、前記熱交換器流入前熱源温度センサによる第２検知温度と、を比較し、
前記第１検知温度が前記第２検知温度を下回っている場合には、前記給水予熱モードを実行させるように予熱モード切替手段を制御し、
前記第１検知温度が前記第２検知温度を上回っている場合には、前記予熱停止モードを実行させるように予熱モード切替手段を制御する、
請求項９に記載の給水加温システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、給水加温システムに関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、工場などの事業所では、温室効果ガスである二酸化炭素の排出量削減を目的として、各種設備で廃棄されている未利用熱を活用する取り組みが進められている。そこで、特許文献１および特許文献２に示されるように、廃温水を熱源とするヒートポンプ回路によりボイラ給水を加温し、ボイラの燃料使用量を削減する未利用熱活用システム（給水加温システム）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１３－２１０１１８号公報
特開２０１４－１６９８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１、２に記載された給水加温システムは、ボイラ給水の加温だけでなく、様々な生産プロセスにおける用水の加温にも適用できるものである。特許文献１に係るシステムは、蒸発器および熱回収用熱交換器の順に熱源流体（廃温水）を流通させると共に、熱回収用熱交換器、過冷却器および凝縮器の順に給水（冷水）を流通させる構成である。この構成により、特許文献１に係るシステムでは、熱回収用熱交換器および過冷却器のない従来型のヒートポンプシステムに比べてＣＯＰ（成績係数：エネルギー消費効率）を格段に高めることに成功している。その一方で、このシステムは、熱源流体の温度が比較的低温（例えば４０℃以下）になると、熱回収用熱交換器の効力がなくなるという課題を有していた。
これに対し、特許文献２に係るシステムは、熱回収用熱交換器よび蒸発器の順に熱源流体（廃温水）を流通させる構成としている。この構成により、特許文献２に係るシステムでは、熱源流体の温度が給水よりも高ければ、熱回収用熱交換器の効力を最大限に発揮させることができる。特許文献２に係るシステムは、幅広い温度領域の熱源流体に対して高いＣＯＰで熱回収を可能とするものであるが、ハイレベルの二酸化炭素排出量削減目標を掲げている事業場向けに更なる高効率化が望まれている。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、ヒートポンプ回路と熱回収用熱交換器を併用した給水加温システムにおいて、一層の高効率化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が冷媒循環ラインにより環状に接続され、前記圧縮機の駆動により前記凝縮器で温熱を取り出す蒸気圧縮式のヒートポンプ回路と、熱回収用熱交換器と、前記熱回収用熱交換器および前記蒸発器の順に熱源流体を流通させる熱源流体ラインと、前記熱回収用熱交換器および前記凝縮器の順に給水を流通させる給水ラインと、前記圧縮機に流入するガス冷媒の過熱度に基づいて制御され、冷媒流量を調整する冷媒流量調整手段と、前記凝縮器から流出する給水の出湯温度に基づいて制御され、給水流量を調整する給水流量調整手段と、前記冷媒流量調整手段および給水流量調整手段を制御する制御手段と、を備える給水加温システムに関する。
【０００７】
また、前記熱源流体ラインは、前記熱回収用熱交換器で熱源流体と給水をカウンターフローで熱交換させた後、前記蒸発器で熱源流体と液冷媒をカウンターフローで熱交換させる接続構成であることが好ましい。
【０００８】
また、前記圧縮機に流入するガス冷媒の吸込温度を検知する吸込温度センサと、前記蒸発器から流出するガス冷媒の蒸気圧力を検知する蒸気圧力センサと、前記凝縮器から流出する給水の出湯温度を検知する出湯温度センサと、を備え、前記制御手段は、前記蒸気圧力センサの検知圧力から液冷媒の蒸発温度を求めると共に、前記吸込温度センサの検知温度から前記蒸発温度を差し引いてガス冷媒の過熱度を算出し、当該算出過熱度が目標過熱度になるように前記冷媒流量調整手段を制御し、前記出湯温度センサの検知温度が目標出湯温度になるように前記給水流量調整手段を制御することが好ましい。
【０００９】
また、前記蒸発器に流入する前の熱源流体の温度を検知する熱源温度センサを備え、前記制御手段は、前記熱源温度センサの検知温度に応じて前記目標過熱度を設定することが好ましい。
【００１０】
また、前記制御手段は、前記熱源温度センサの検知温度の変動が大きいと判定した場合、前記目標過熱度を大きくすることが好ましい。
（【００１１】以降は省略されています）

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