JP2012117760A

JP2012117760A - ヒートポンプ及び熱供給システム

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Publication number: JP2012117760A
Application number: JP2010268544A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Umezawa; 修一梅沢
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Priority date: 2010-12-01
Filing date: 2010-12-01
Publication date: 2012-06-21
Anticipated expiration: 2030-12-01
Also published as: JP5605191B2

Abstract

【課題】エネルギー効率が高いヒートポンプを提供する。
【解決手段】ヒートポンプ（１０）は、吸熱部（１２）と、圧縮部（１４）と、放熱部（１６）と、膨張部（１８）と、戻り経路（３０）と、エジェクタ（３７）とを備える。戻り経路は、放熱部に向かう圧縮部の出口からの流体の一部を、圧縮部の入口に戻す。エジェクタは、圧縮部の入口に流体的に接続される。エジェクタにおいて、戻り経路からの流体が高圧流体として入力されかつ、吸熱部からの流体が低圧流体として入力される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートポンプ及び熱供給システムに関する。

熱供給システムとしては、ボイラで生成した蒸気の熱を対象物に伝える構成が一般的に知られている（例えば、特許文献１参照）。また、ヒートポンプあるいは冷凍機の媒体の熱を対象物に伝える構成が知られている。

特開平６−２４９４５０号公報

本発明の態様は、エネルギー効率の高いヒートポンプ及び熱供給システムを提供することを目的とする。

本発明の態様に従えば、吸熱部と、圧縮部と、放熱部と、膨張部と、前記放熱部に向かう前記圧縮部の出口からの流体の一部を、前記圧縮部の入口に戻す戻り経路と、前記圧縮部の入口に流体的に接続されるエジェクタであり、前記戻り経路からの前記流体が高圧流体として入力されかつ、前記吸熱部からの前記流体が低圧流体として入力される前記エジェクタと、を備える、ヒートポンプが提供される。

本発明の別の態様に従えば、熱需要部としての外部装置に熱を供給するために、上記態様のヒートポンプを備える、熱供給システムが提供される。

上記のヒートポンプ及び熱供給システムによれば、圧縮部の入口でのエジェクタの適用により、圧縮機の動力が軽減され、エネルギー効率の向上が図られる。

一実施形態を示す概略図である。ヒートポンプにおける圧縮機の性能曲線の一例を示す図である。ヒートポンプにおける低温熱源の温度と部分負荷効率との関係を示す図である。エジェクタの構成の一例を示す模式図である。試算結果に基づく、負荷率と圧縮部の動力との関係を示すグラフ図である。上記試算結果に基づく、負荷率とＣＯＰとの関係を示すグラフ図である。変形実施形態を示す図である。別の変形実施形態を示す図である。熱供給システムを示す概略図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、ヒートポンプ１０を示す概略図である。

ヒートポンプ１０は、蒸発、圧縮、凝縮、及び膨張の各工程からなるサイクルにより、作動流体の状態変化を利用して複数の物体間で熱の授受を行う回路である。ヒートポンプサイクルは一般に、エネルギー効率が比較的高いという利点を有する。

本実施形態において、ヒートポンプ１０は、吸熱部１２、圧縮部１４、放熱部１６、及び膨張部１８を有し、これらは導管を介して接続されている。ヒートポンプ１０において、導管内を作動流体が流れる。また、ヒートポンプ１０は、制御装置２０を備える。制御装置２０は、ヒートポンプ１０を統括的に制御することができる。

吸熱部１２では、主経路２５を流れる作動流体がサイクル外の熱源（低温熱源）の熱を吸収する。本実施形態において、ヒートポンプ１０の吸熱部１２は、その内部で作動流体が蒸発する蒸発器を含む。外部からの熱がヒートポンプ１０の吸熱部１２に吸収される。

圧縮部１４は、圧縮機等によって作動流体を圧縮する。この際、通常、作動流体の温度が上がる。圧縮部１４は、単段圧縮構造、又は作動流体を複数段に圧縮する多段圧縮構造を有することができる。圧縮の段数は、ヒートポンプ１０の仕様に応じて設定され、１、２、３、４、５、６、７、８、９、あるいは１０以上にできる。圧縮部１４は、軸流圧縮機、遠心圧縮機、レシプロ式圧縮機、ロータリー式圧縮機などの様々な圧縮機のうち、作動流体の圧縮に適するものが適用される。圧縮機には動力が供給される。多段圧縮構造を有する圧縮部１４において、多軸圧縮構造又は同軸圧縮構造が適用可能である。

放熱部１６は、圧縮部１４で圧縮された作動流体が流れる導管を有し、主経路２５内を流れる作動流体の熱をサイクル外の熱源（被加熱流体）に与える。本実施形態において、ヒートポンプ１０の放熱部１６は、その内部で作動流体が凝縮する凝縮器を含む。放熱部の数は、ヒートポンプ１０の仕様に応じて設定され、１、２、３、４、５、６、７、８、９、あるいは１０以上にできる。

膨張部１８は、減圧弁（膨張弁）またはタービン等によって作動流体を膨張させる。この際、通常、作動流体の温度が下がる。タービンを使用した場合には膨張部１８から動力を取り出すことができ、その動力を例えば圧縮部１４に供給してもよい。ヒートポンプ１０に使用される作動流体として、フロン系媒体（HFC 245fa、R134aなど）、アンモニア、水、二酸化炭素、空気などの公知の様々な熱媒体が、ヒートポンプ１０及び／又はヒートポンプ１０を含むシステムの仕様及び熱バランスなどに応じて用いられる。ヒートポンプ１０の放熱部１６を流れる作動流体の少なくとも一部が超臨界状態であってもよい。

本実施形態において、制御装置２０は、ヒートポンプ１０を、部分負荷状態を含む全負荷と無負荷の間の負荷状態で運転制御することができる。図２は、ヒートポンプにおける圧縮機の性能曲線の一例を示す図である。一般に、ヒートポンプにおいては、図２及び図３に示すように、低温熱源の温度によって性能曲線が変化する場合がある。また、一般に、ヒートポンプのＣＯＰは負荷によって異なる。また、一般に、ヒートポンプにおいて、部分負荷効率が定負荷効率より高いケースがある。つまり、ヒートポンプの出力比率を下げたほうが全体効率が比較的高くなるケースがある。具体的には、低温熱源の温度が高い場合、すなわち、圧力比が小さい場合、部分負荷の効率が比較的高くなるケースがある。本実施形態において、ヒートポンプ１０の部分負荷運転を含めてシステムＳ１全体を制御することにより、エネルギー効率の向上が図られる。

本実施形態において、ヒートポンプ１０は、圧縮部１４の出口から放熱部１６に向かう作動流体の一部を圧縮部１４の入口に戻す戻り経路３０を備える。戻り経路３０の一端は、圧縮部１４の出口と放熱部１６の入口とをつなぐ配管２７に設けられた分岐部３１に流体的に接続される。戻り経路３０の他端は、吸熱部１２の出口と圧縮部１４の入口とを流体的につなぐ配管２９に設けられた合流部３３に流体的に接続される。

分岐部３１を介して、圧縮部１４からの作動流体の少なくとも一部を放熱部１６に導くことができる。また、分岐部３１を介して、圧縮部１４からの作動流体の一部を戻り経路３０に導くことができる。本実施形態において、分岐部３１は、所定の分岐比（絞り）に切り換え可能な弁３５を有する。弁３５における分岐比率（主流から分岐される作動流体の割合）は、ヒートポンプ１０及び／又はヒートポンプ１０を含むシステムの仕様及び熱バランスなどに応じて設定され、例えば、約０、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、又は９５％にできる。

合流部３３において、戻り経路３０からの作動流体と、吸熱部１２からの作動流体とを混合することができる。本実施形態において、合流部３３は、エジェクタ３７を有する。エジェクタ３７には、高圧流体として、戻り経路３０を経由した圧縮部１４の出口（分岐部３１）からの作動流体が入力されるとともに、低圧流体として、吸熱部１２の出口からの作動流体が入力される。

図４は、エジェクタ３７の構成の一例を示す模式図である。図４において、エジェクタ３７は、本体部４１と、ノズル部４３とを有する。ノズル部４３は、本体部４１に比べて小さい径の筒形状を有し、本体部４１の内部に配される。本体部４１は、ノズル部４３の少なくとも一部を囲む筒状形状を有する。また、ノズル部４３は、本体部４１の内部空間で開放される開口４５を有する。図４において、本体部４１は、軸方向（流れ方向）に沿って変化する流路断面積を有する。一例において、本体部４１における流路断面積は、流体の入口から徐々に小さくなり、軸方向に関してノズル部４３の開口４５の配置位置の近傍で、最小となる。また、本体部４１における流路断面積は、その最小位置から出口に向かって徐々に大きくなる。

エジェクタ３７において、ノズル部４３の内側の流路を、吸熱部１２からの作動流体が流れる。また、ノズル部４３と本体部４１との間に形成された流路（ノズル部４３の外側の流路）を、圧縮部１４の出口（分岐部３１）からの作動流体が流れる。エジェクタ３７は、図４の構成に限定されず、様々な構成が適用可能である。

本実施形態において、エジェクタ３７の出口において、高圧流体の効果によって、吸熱部１２の出口に比べて高い圧力が得られる。その結果、圧縮部１４（圧縮機）の動力を軽減し、部分負荷時のヒートポンプ１０の成績係数（ＣＯＰ：coefficient of performance）の向上を図ることが可能となる。

部分負荷運転と圧縮部入口のエジェクタとの組み合わせの効果について試算した例を以下に示す。部分負荷運転における負荷率が、（ａ）２５％、（ｂ）５０％、及び（ｃ）７５％の場合についてそれぞれ試算した。上記各負荷率において、絞りの割合（主流から分岐される作動流体の割合）は、それぞれ（ａ）７５％、（ｂ）５０％、及び（ｃ）２５％、である。圧縮部入口、断熱点、及び圧縮部出口のエンタルピをそれぞれ４２３．４４ｋＪ／ｋｇ、４４０．４７ｋＪ／ｋｇ、及び４４４．７３ｋＪ／ｋｇ、とした。なお、ｐ１、ｐ２、ｐ３、ｐ４：圧力、ρ１、ρ２、ρ３、ρ４：密度、ｈ１、ｈ２、ｈ３、ｈ４：エンタルピ、ｖ１、ｖ２、ｖ３、ｖ４：流速、である。ベルヌーイの定理、及びエネルギー保存則等により以下が導き出される。

（ａ）負荷率が２５％の場合、圧縮機からの作動流体について、圧縮機出口において、ｐ１：３２４４ｋＰａ、ρ１：１７８．４９ｋｇ／ｍ^３、ｈ１：４４４．７３ｋＪ／ｋｇ、ｖ１：０ｍ／ｓ、流量比（絞り）：７５％である。また、エジェクタ内において、ｐ２：１３１８ｋＰａ、ρ２：５８．２４ｋＪ／ｍ^３、ｈ２：４４４．７３ｋＪ／ｋｇ、ｖ２：１９２．８５ｍ／ｓ、である。また、エジェクタのノズル部の開口近傍において、ｐ２：１３１８ｋＰａ、ρ２：５８．２４ｋｇ／ｍ^３、ｈ２：４４４．７３ｋＪ／ｋｇ、ｖ２：１６７．０１ｍ／ｓ、である。一方、吸熱部（蒸発器）からの作動流体について、吸熱部出口（蒸発器出口）において、ｐ３：１３１８ｋＰａ、ρ３：６６．２７ｋｇ／ｍ^３、ｈ３：４２３．４４ｋＪ／ｋｇ、ｖ３：０ｍ／ｓ、である。また、エジェクタのノズル部の開口近傍において、ｐ３：１３１８ｋＰａ、ρ３：６６．２７ｋｇ／ｍ^３、ｈ３：４２３．４４ｋＪ／ｋｇ、ｖ３：１６７．０１ｍ／ｓ、である。混合流体について、混合直後において、ｐ３：１３１８ｋＰａ、ρ３：６１．８９ｋｇ／ｍ^３、ｈ３：４３９．４１ｋＪ／ｋｇ、ｖ３：１６７．０１ｍ／ｓ、流量比：１００％、である。また、流路が拡大したエジェクタの出口において、ｐ４：２６０２．２２ｋＰａ、ρ４：１０８．２９ｋｇ／ｍ^３、ｈ４：４３９．４１ｋＪ／ｋｇ、ｖ４：０ｍ／ｓ、流量比：１００％、である。圧縮部の動力は、エジェクタを適用しない場合、２１．２９ｋＪ／ｋｇ、エジェクタを適用した場合、５．３２ｋＪ／ｋｇ、である。

（ｂ）負荷率が５０％の場合、圧縮機からの作動流体について、圧縮機出口において、ｐ１：３２４４ｋＰａ、ρ１：１７８．４９ｋｇ／ｍ^３、ｈ１：４４４．７３ｋＪ／ｋｇ、ｖ１：０ｍ／ｓ、流量比（絞り）：５０％である。また、エジェクタ内において、ｐ２：１３１８ｋＰａ、ρ２：５８．２４ｋＪ／ｍ^３、ｈ２：４４４．７３ｋＪ／ｋｇ、ｖ２：１９２．８５ｍ／ｓ、である。また、エジェクタのノズル部の開口近傍において、ｐ２：１３１８ｋＰａ、ρ２：５８．２４ｋｇ／ｍ^３、ｈ２：４４４．７３ｋＪ／ｋｇ、ｖ２：１３６．３６ｍ／ｓ、である。一方、吸熱部（蒸発器）からの作動流体について、吸熱部出口（蒸発器出口）において、ｐ３：１３１８ｋＰａ、ρ３：６６．２７ｋｇ／ｍ^３、ｈ３：４２３．４４ｋＪ／ｋｇ、ｖ３：０ｍ／ｓ、である。また、エジェクタのノズル部の開口近傍において、ｐ３：１３１８ｋＰａ、ρ３：６６．２７ｋｇ／ｍ^３、ｈ３：４２３．４４ｋＪ／ｋｇ、ｖ３：１３６．３６ｍ／ｓ、である。混合流体について、混合直後において、ｐ３：１３１８ｋＰａ、ρ３：６１．８９ｋｇ／ｍ^３、ｈ３：４３４．０９ｋＪ／ｋｇ、ｖ３：１３６．３６ｍ／ｓ、流量比：１００％、である。また、流路が拡大したエジェクタの出口において、ｐ４：２０８２ｋＰａ、ρ４：１０８．２９ｋｇ／ｍ^３、ｈ４：４３４．０９ｋＪ／ｋｇ、ｖ４：０ｍ／ｓ、流量比：１００％、である。圧縮部の動力は、エジェクタを適用しない場合、２１．２９ｋＪ／ｋｇ、エジェクタを適用した場合、１０．６５ｋＪ／ｋｇ、である。

（ｃ）負荷率が７５％の場合、圧縮機からの作動流体について、圧縮機出口において、ｐ１：３２４４ｋＰａ、ρ１：１７８．４９ｋｇ／ｍ^３、ｈ１：４４４．７３ｋＪ／ｋｇ、ｖ１：０ｍ／ｓ、流量比（絞り）：２５％である。また、エジェクタ内において、ｐ２：１３１８ｋＰａ、ρ２：５８．２４ｋＪ／ｍ^３、ｈ２：４４４．７３ｋＪ／ｋｇ、ｖ２：１９２．８５ｍ／ｓ、である。また、エジェクタのノズル部の開口近傍において、ｐ２：１３１８ｋＰａ、ρ２：５８．２４ｋｇ／ｍ^３、ｈ２：４４４．７３ｋＪ／ｋｇ、ｖ２：９６．４２ｍ／ｓ、である。一方、吸熱部（蒸発器）からの作動流体について、吸熱部出口（蒸発器出口）において、ｐ３：１３１８ｋＰａ、ρ３：６６．２７ｋｇ／ｍ^３、ｈ３：４２３．４４ｋＪ／ｋｇ、ｖ３：０ｍ／ｓ、である。また、エジェクタのノズル部の開口近傍において、ｐ３：１３１８ｋＰａ、ρ３：６６．２７ｋｇ／ｍ^３、ｈ３：４２３．４４ｋＪ／ｋｇ、ｖ３：９６．４２ｍ／ｓ、である。混合流体について、混合直後において、ｐ３：１３１８ｋＰａ、ρ３：６１．８９ｋｇ／ｍ^３、ｈ３：４２８．７６ｋＪ／ｋｇ、ｖ３：９６．４２ｍ／ｓ、流量比：１００％、である。また、流路が拡大したエジェクタの出口において、ｐ４：１６６０．４９ｋＰａ、ρ４：８０．８３ｋｇ／ｍ^３、ｈ４：４２８．７６ｋＪ／ｋｇ、ｖ４：０ｍ／ｓ、流量比：１００％、である。圧縮部の動力は、エジェクタを適用しない場合、２１．２９ｋＪ／ｋｇ、エジェクタを適用した場合、１５．９７ｋＪ／ｋｇ、である。

図５は、上記試算結果に基づく、負荷率と圧縮部の動力との関係を示すグラフ図である。図６は、上記試算結果に基づく、負荷率とＣＯＰとの関係を示すグラフ図である。図５において、エジェクタの適用により、部分負荷時における圧縮部（圧縮機）の動力が軽減されていることが示されている。図６において、エジェクタの適用により、部分負荷時におけるＣＯＰが向上していることが示されている。

図７は、図１に示したヒートポンプ１０の変形実施形態を示す図である。以下の説明では、上記実施形態（図１）と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略または簡略化する。

図７に示すヒートポンプ１０Ａにおいて、合流部３３は、複数のエジェクタ（補エジェクタ）３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃと、弁３８Ａ、３８Ｂと、バイパス経路３９とを有する。エジェクタ３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃは、互いに異なるノズル形状を有する。バイパス経路３９は、エジェクタ３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃを経由せずに、吸熱部１２と圧縮部１４とを流体的に接続し、吸熱部１２からの作動流体をエジェクタ３７Ａ−３７Ｃを経由せずに圧縮部１４に導く。バイパス経路３９において、吸熱部１２からの作動流体が、エジェクタ３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃを迂回し、圧縮部１４に向かう。弁３８Ａ又は３８Ｂは、戻り経路３０又は吸熱部１２からの作動流体の行き先を、エジェクタ３７Ａ、エジェクタ３７Ｂ、エジェクタ３７Ｃ、及びバイパス経路３９の中から選択するための、切り換え機構を有する。

本実施形態において、制御装置２０は、システムの仕様、熱バランス、部分負荷率などに応じて、弁３８Ａ、３８Ｂを切り換え制御し、戻り経路３０から圧縮部１４への作動流体の経路、及び吸熱部１２から圧縮部１４への作動流体の経路を設定できる。一例において、部分負荷運転の場合に、エジェクタ３７Ａ、エジェクタ３７Ｂ、又はエジェクタ３７Ｃを経由する経路が選択され、全負荷運転の場合に、エジェクタを経由せずにバイパス経路３９を経由する経路が選択される。部分負荷率などに応じてエジェクタ３７Ａ、３７Ｂ、及び３７Ｃの中から圧縮部１４の動力軽減に最適なものを選択できる。ヒートポンプ１０Ａにおいて、エジェクタのノズル形状の最適化により、エネルギー効率のさらなる向上が図られる。

図８は、図１に示したヒートポンプ１０の別の変形実施形態を示す図である。以下の説明では、上記実施形態（図１）と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略または簡略化する。

図８に示すヒートポンプ１０Ｂは、放熱部１６の出口に設けられた分岐部５１と、分岐部５１と戻り経路３０とを流体的に接続する配管５３とを備える。

分岐部５１を介して、放熱部１６からの作動流体の少なくとも一部を膨張部１８に導くことができる。また、膨張部１８に向かう放熱部１６からの作動流体の一部を、分岐部５１及び配管５３を介して、戻り経路３０に導くことができる。本実施形態において、分岐部５１は、所定の分岐比（絞り）に切り換え可能な弁５５を有する。弁５５における分岐比率（主流から分岐される作動流体の割合）は、ヒートポンプ１０及び／又はヒートポンプ１０を含むシステムの仕様及び熱バランスなどに応じて設定され、例えば、約０、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、又は９５％にできる。

本実施形態において、制御装置２０は、システムの仕様、熱バランス、部分負荷率などに応じて、弁５５を切り換え制御し、放熱部１６からの作動流体の一部を戻り経路３０を介して圧縮部１４の入口に戻すことができる。放熱部１６の熱交換性能が低下した場合などに、こうした流れ制御を行うことにより、ＣＯＰの低下を抑制できる。

図９は、図１に示したヒートポンプ１０を備える熱供給システムＳ１を示す概略図である。

図９に示すように、熱供給システムＳ１は、作動流体（第１流体）が流れるヒートポンプ１０（排熱回収型ヒートポンプ）と、低温熱源装置（排熱回収装置、熱回収装置）１５０と、制御装置２０と、を備える。制御装置２０は、システム全体を統括的に制御する。システムＳ１の構成は、設計要求に応じて様々に変更可能である。

本実施形態において、熱供給システムＳ１からの熱が熱需要部としての外部装置１９０に供給される。本実施形態において、ヒートポンプ１０は、外部装置１９０（排熱源）からの排熱の少なくとも一部を利用可能な排熱回収型のヒートポンプである。他の実施形態において、ヒートポンプ１０は、外部装置１９０以外の他の排熱源からの排熱の少なくとも一部を利用可能な構成にできる。本実施形態において、ヒートポンプ１０は、作動流体の熱を用いて空気供給路１１５を流れる被加熱流体（第２流体、空気など）を加熱することができる。

本実施形態において、ヒートポンプ１０の吸熱部は、低温熱源装置１５０を介して、外部装置１９０からの排出流体（排ガス、排出空気）の熱（排熱）を吸収（回収）することができる。本実施形態において、ヒートポンプ１０の吸熱部は、低温熱源装置１５０の放熱部（低温熱供給配管１１９）に熱的に接続され、その内部で作動流体が蒸発する蒸発器を含む。低温熱源装置１５０の放熱部を流れる媒体の熱がヒートポンプ１０の吸熱部に吸収される。ヒートポンプ１０の吸熱部が大気など他の熱源の熱を追加的に吸収する構成とすることもできる。ヒートポンプ１０は、バイパス経路、流量センサ、流路制御弁などをさらに有することができる。

ヒートポンプ１０で加熱された空気が流れる空気供給路１１５は、被加熱流体が流れる導管、ポンプやブロアなどの流体駆動機器、流体制御用の弁、フィルタなどのガス処理装置などを必要に応じて有することができる。

本実施形態において、空気供給路１１５からの被加熱流体（乾燥用空気）の出力温度は、熱需要に応じて変化できる。出力温度は、例えば、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、又は２００℃以上にできる。

追加的に、熱供給システムＳ１は、補助熱源（補熱供給装置）を備えることができる。補助熱源として、ボイラ、電気ヒータ、及び／又は他の熱装置を用いることができる。ボイラは、油やガスなどの燃料を燃焼させてその燃焼熱によって熱媒体（水など）を加熱する。ボイラとしては公知の様々な形態が適用可能である。

本実施形態において、外部装置１９０は、例えば、被加熱流体（第２流体）が供給され、対象物が加熱される加熱室である。本実施形態において、被加熱流体（第２流体）は空気である。本実施形態において、ヒートポンプ１０（及び／又は補助熱源）によって加熱された高温の空気が外部装置１９０に供給される。外部装置１９０において、高温空気からの熱が対象物に伝わる。

本実施形態において、外部装置（加熱室）１９０において、加熱された空気からの熱が直接的又は間接的に対象物に伝わる。例えば、外部装置１９０において、加熱された空気が対象物に直接的に接することができる。あるいは、外部装置１９０おいて、加熱された空気と対象物との間に別の物質が介在することができる。

本実施形態において、加熱対象物は産業部品や産業材料である。例えば、外部装置（加熱室）１９０において、産業部品又は産業材料の少なくとも一部が乾燥処理される。あるいは、外部装置１９０において、産業部品又は産業材料の少なくとも一部が熱処理される。なお、汚泥、紙、木材、樹脂、薬剤、薬品、砂、家庭ごみ、産業ごみ、工芸品、工芸材料、電気部品、電気機器、塗装物、産業用衣類、機械部品、機械製品、食料、食材、食料品など、様々な物体を加熱対象にできる。他の実施形態において、被加熱流体は乾燥用以外の空気、あるいは空気以外の流体にできる。空気以外の被加熱流体としては、例えば、水、圧縮水、薬品、粘性液などが挙げられる。また、他の実施形態において、外部装置（加熱室）９０は、乾燥装置、及び／又は乾燥装置以外の他の熱利用装置を含むことができる。

外部装置１９０は、流体入口部、流体出口部、排気ルート、及び必要に応じて不図示の移送装置を有する。一例において、移送装置は、コンベア、搬送車、搬送ロボットなどの様々な形態を有することができる。移送装置によって、加熱対象物が外部装置（加熱室）１９０内に投入されるとともに、外部装置１９０から取り出される。代替的又は追加的に、外部装置１９０は、加熱後の対象物の出力のために、ゲート式、旋回式などの形態を有する出力部を備えることができる。加熱した対象物の出力部は、必要に応じて加熱した対象物に化学処理などの所定の処理を行う機構を有することができる。

本実施形態において、必要に応じて、移送装置は、外部装置（加熱室）１９０内で、加熱対象物を移動させることができる。外部装置１９０は、必要に応じて、不図示の脱水装置をさらに有し、それによって対象物を脱水することができる。脱水の際、対象物に必要に応じて凝集剤を添加することができる。脱水は、遠心式、加圧式、圧搾式、振動式など、対象物に応じて様々な形態が適用可能である。脱水により、対象物の容量が減少する。また、外部装置１９０は、必要に応じて、外部装置１９０に入る前の対象物に熱を与える予熱室をさらに有することができる。

排熱回収装置としての低温熱源装置１５０は、外部装置１９０（及び必要に応じて別の熱装置（不図示））からの排熱を回収する熱回収部を有する。追加的に、低温熱源装置１５０は、熱回収部からの回収熱を少なくとも一時的に蓄える蓄熱槽と、放熱部とを有する構成にできる。

低温熱源装置１５０の熱回収部は、外部装置（加熱室）１９０（及び別の熱装置）からの排気が流れる排熱回収配管（排気管）１１７と、排熱回収配管と熱的に接続され、熱媒体が流れる吸熱導管とを有する。他の実施形態において、熱回収部は、排気を介さずに、外部装置１９０（及び別の熱装置）からの排熱を回収する構成にできる。

本実施形態において、前述したように、ヒートポンプ１０の圧縮部入口でのエジェクタの適用により、部分負荷運転時における圧縮機の動力が軽減される。したがって、本実施形態によれば、ヒートポンプ１０の部分負荷運転と圧縮部入口でのエジェクタを用いた流体制御により、システムＳ１全体のエネルギー効率の向上が図られる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されることはない。上記説明において使用した数値は一例であって、本発明はこれに限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付の請求の範囲によってのみ限定される。

Ｓ１：熱供給システム、１０、１０Ａ、１０Ｂ：ヒートポンプ、１２：吸熱部、１４：圧縮部、１６：放熱部、１８：膨張部、２０：制御装置、２５：主経路、３０：戻り経路、３１：分岐部、３３：合流部、３５：弁、３７：エジェクタ、３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃ：エジェクタ（補エジェクタ）３８：弁、３９：バイパス経路、４１：本体部、４３：ノズル部、４５：開口。

Claims

吸熱部と、
圧縮部と、
放熱部と、
膨張部と、
前記放熱部に向かう前記圧縮部の出口からの流体の一部を、前記圧縮部の入口に戻す戻り経路と、
前記圧縮部の入口に流体的に接続されるエジェクタであり、前記戻り経路からの前記流体が高圧流体として入力されかつ、前記吸熱部からの前記流体が低圧流体として入力される前記エジェクタと、
を備える、ことを特徴とするヒートポンプ。
部分負荷状態を含む全負荷と無負荷の間の負荷状態で運転制御する制御装置をさらに備える、ことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ。
前記エジェクタは、互いにノズル形状が異なり、そのうちの１つが選択的に使用される複数の補エジェクタを含む、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のヒートポンプ。
前記エジェクタを経由せずに、前記吸熱部からの前記流体を前記圧縮部に導くバイパス経路をさらに備える、ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のヒートポンプ。
前記膨張部に向かう前記放熱部の出口からの前記流体の一部を、前記戻り経路に導く配管をさらに備える、ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のヒートポンプ。
熱需要部としての外部装置に熱を供給するために、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のヒートポンプを備えることを特徴とする熱供給システム。
前記ヒートポンプは、排熱源からの排熱の少なくとも一部が入力可能である排熱回収型のヒートポンプである、ことを特徴とする請求項６に記載の熱供給システム。
前記ヒートポンプに対する低温側に補熱を供給可能な補助熱源、をさらに備えることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の熱供給システム。