JP2017156055A - ヒートポンプ式蒸気生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機をその動作に適した温度付近に保つことができるヒートポンプ式蒸気生成装置を提供する。【解決手段】ヒートポンプ式蒸気生成装置１０は、冷媒を圧縮する圧縮機２１、圧縮機２１で圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器２２、凝縮器２２を出た冷媒を減圧する膨張機構２４、及び、温水から回収した熱で冷媒を蒸発させる蒸発器２６を環状に接続したヒートポンプ部１６と、凝縮器２２に被加熱水を供給し、被加熱水を冷媒によって加熱して蒸気を生成する蒸気生成部１２と、蒸発器２６に温水を供給する温水供給経路１４と、蒸発器２６から温水を排出する排水供給経路３６と、排水供給経路３６に排出された温水が持つ熱を圧縮機２１に供給する排熱供給部３８とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、温水から熱を回収して蒸気を生成するヒートポンプ式蒸気生成装置に関する。

蒸気生成装置の一つとして、工場排水や使用済冷却水等の排温水等の温水から熱を回収して蒸気を生成するヒートポンプ式蒸気生成装置がある（例えば特許文献１参照）。ヒートポンプ式蒸気生成装置は、ヒートポンプ部の蒸発器を排熱回収器として機能させ、ここで熱源となる温水から熱を冷媒に回収し、回収した熱を利用して凝縮器で被加熱水を加熱して蒸気を生成するため、ボイラ設備等を利用して蒸気を発生させる燃焼系蒸気生成装置に比べてランニングコストやＣＯ_２の排出量を低減できるメリットがある。この際、蒸発器で排熱を回収された熱源温水は、例えば７０℃程度の温度を有するものの、そのまま外部に排出されている。

特開２０１２−２４７１４６号公報

ところで、このようなヒートポンプ部に用いられる圧縮機では、運転中に高温になり過ぎた場合には内部に封入されたオイルが劣化し或いは内部に設けられた樹脂部品やゴム部品の劣化が促進される一方、停止中に低温になり過ぎた場合は起動時間が増加するという問題を生じることがある。特に、上記のようなヒートポンプ式蒸気生成装置の圧縮機は蒸気生成のための高温冷媒を生成する必要があり、内部温度が上昇し易い傾向にある。

本発明は、上記従来技術の課題を考慮してなされたものであり、圧縮機をその動作に適した温度付近に保つことができるヒートポンプ式蒸気生成装置を提供することを目的とする。

本発明に係るヒートポンプ式蒸気生成装置は、冷媒を圧縮する圧縮機、該圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器、該凝縮器を出た冷媒を減圧する膨張機構、及び、温水から回収した熱で冷媒を蒸発させる蒸発器を環状に接続したヒートポンプ部と、前記凝縮器に被加熱水を供給し、該被加熱水を前記冷媒によって加熱して蒸気を生成する蒸気生成部と、前記蒸発器に温水を供給する温水供給経路と、前記蒸発器から温水を排出する排水供給経路と、前記排水供給経路に排出された温水が持つ熱を前記圧縮機に供給する排熱供給部とを備えることを特徴とする。

このような構成によれば、従来は蒸発器で排熱回収後に外部に排出していた蒸発器を出た熱源温水の有する熱を排熱供給部によって圧縮機に供給する。このため、装置の運転時及び停止時を問わず、圧縮機をその動作に適した温度付近に保つことができる。

前記排熱供給部は、前記圧縮機の加熱及び冷却のために、前記温水が持つ熱を前記圧縮機に供給する構成であってもよい。

前記排熱供給部は、装置起動時は前記圧縮機を加熱し、通常運転時は前記圧縮機を冷却するために、前記温水が持つ熱を前記圧縮機に供給する構成であってもよい。すなわち、例えば当該ヒートポンプ式蒸気生成装置の場合、温水供給経路から蒸発器に供給される温水の温度が８０℃程度であるとすると、蒸発器から排水供給経路に排出される温水の温度は７０℃程度となり、運転時の圧縮機の温度は１００℃程度となる。このため、装置の運転時には、排熱供給部を介して蒸発器から出た温水で圧縮機を適切に冷却することができる。一方、装置の停止時には、排熱供給部を介して蒸発器から出た温水で圧縮機を適切に保温することができる。

前記排熱供給部は、前記圧縮機の筐体に対して接触配置され、前記排水供給経路から排出された温水が供給される圧縮機用熱交換器を有し、前記圧縮機用熱交換器では、前記排水供給経路を流れる温水と前記筐体との間で熱交換が行われる構成であってもよい。これにより、蒸発器を出た温水の熱を圧縮機に直接的に効率よく伝達することができ、高い冷却効率及び高い保温効率が得られる。

前記圧縮機が前記圧縮機用熱交換器の上面に載置された構成であってもよい。そうすると圧縮機と圧縮機用熱交換器とで効率よく熱交換を行うことができる。

前記排熱供給部は、前記圧縮機の起動前及び起動時の少なくとも一方では該圧縮機を加熱し、前記圧縮機の通常運転時は該圧縮機を冷却するために、前記温水が持つ熱を前記圧縮機に供給する構成であってもよい。そうすると、圧縮機を適切に冷却及び加熱することができる。

前記排熱供給部は前記オイルへ選択的に熱を供給するものであり、前記排熱供給部は、前記オイルを循環させるオイル循環経路と、前記オイル循環経路に設けられ、前記排水供給経路から排出された温水が供給されるオイル熱交換器とを有し、前記オイル熱交換器では、前記排水供給経路を流れる温水と前記オイル循環経路を流れるオイルとの間で熱交換が行われる構成であってもよい。

前記オイル循環経路及び前記オイル熱交換器は、前記圧縮機の筐体外に設けられた構成であってもよい。

前記排熱供給部は、前記排水供給経路に設けられ、該排水供給経路を流れる温水を放熱させる放熱用熱交換器と、該放熱用熱交換器を通した空気を前記圧縮機に供給する送風ファンとを有する構成であってもよい。そうすると、圧縮機に対して常時温水の熱を利用した一定温度の空気を送風して圧縮機を適切に冷却及び加熱することができる。

前記送風ファンは、前記圧縮機の筐体外周面に対して前記空気を送風する構成であってもよい。

前記圧縮機は、その筐体の外壁面を通過して筐体外に突出した回転軸が外部の駆動源によって回転駆動される開放型圧縮機であり、前記送風ファンは、前記圧縮機の筐体に設けられた軸挿通孔と前記回転軸との間を気密する軸シール部に向かって送風可能に設けられた構成であってもよい。そうすると、特に熱に弱い軸シール部を適切な温度に保持することが可能となる。

前記送風ファンは、前記圧縮機の筐体内部に前記空気を送風する構成であってもよい。

前記排熱供給部は、前記圧縮機で熱が吸収された前記温水を再度前記蒸発器に供給する構成であってもよい。そうすると、熱源温水の利用効率が向上し、例えば熱源温水の供給量が少ない設置環境等でも高い熱効率で当該ヒートポンプ式蒸気生成装置を運転することができる。

本発明によれば、従来は蒸発器で排熱回収後に外部に排出していた蒸発器を出た熱源温水の有する熱を排熱供給部によって圧縮機に供給する。このため、装置の運転時及び停止時を問わず、圧縮機をその動作に適した温度付近に保つことができる。

本発明の第１の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置の回路構造を模式的に示す構成図である。 装置筐体の内部構造を模式的に示す側面断面図である。 装置筐体の内部構造を模式的に示す平面断面図である。 圧縮機用熱交換器の構成を模式的に示す斜視図である。 第２の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置における装置筐体の内部構造を模式的に示す平面断面図である。 第３の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置における装置筐体の内部構造を模式的に示す平面断面図である。 第４の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置における要部を模式的に示した側面断面図である。 図７に示すヒートポンプ式蒸気生成装置の変形例を示す図である。 図７に示すヒートポンプ式蒸気生成装置の別の変形例を示す図である。

以下、本発明に係るヒートポンプ式蒸気生成装置について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置１０の回路構造を模式的に示す構成図である。ヒートポンプ式蒸気生成装置１０は、工場排水等の温水から回収した排熱を利用して水蒸気を生成するシステムであり、生成した水蒸気は乾燥装置や殺菌装置等の外部の蒸気利用設備に送られる。

先ず、ヒートポンプ式蒸気生成装置１０の回路構造の構成例について説明する。

図１に示すように、ヒートポンプ式蒸気生成装置１０は、水を蒸発させて水蒸気を生成し、外部へと送り出す蒸気生成部１２と、温水供給経路１４によって供給される温水（熱源温水）から熱を回収し、この熱を蒸気生成部１２での蒸気生成のための熱源として供給するヒートポンプ部１６と、システムの制御を行う制御部１８とを備える。蒸気生成部１２、ヒートポンプ部１６及び制御部１８は、例えば直方体形状に構成された装置筐体２０の内部に収容されている。

ヒートポンプ部１６は、冷媒を圧縮する圧縮機２１と、圧縮機２１で圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器２２と、凝縮器２２を出た冷媒を減圧する膨張機構２４と、温水から熱を回収して冷媒を蒸発させる蒸発器２６とを冷媒配管２７を用いて環状に接続し、冷媒を循環させる冷凍サイクル装置である。本実施形態では、凝縮器２２の出口側と膨張機構２４の入口側との間に給水を予備加熱する加熱器２８を接続している。膨張機構２４は、例えば電子膨張弁であり、制御部１８の制御下に開度を調整可能である。なお、制御部１８は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の処理装置にプログラムを実行させること、すなわちソフトウェアにより実現してもよいし、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等のハードウェアにより実現してもよいし、ソフトウェア及びハードウェアを併用して実現してもよい。

圧縮機２１で圧縮されて高温高圧となった冷媒は、凝縮器２２で蒸気生成部１２を循環する水と熱交換して冷却され凝縮する。凝縮器２２を出た冷媒は、加熱器２８で給水管３０ａを流れる水を予熱してさらに冷却された後、膨張機構２４で断熱膨張され、蒸発器２６で温水供給経路１４を流れる温水から吸熱して蒸発して圧縮機２１に戻る。圧縮機２１は、制御部１８の制御下に、その吸入側や吐出側の冷媒の圧力及び温度に基づきインバータを介してその運転回転数が制御される。圧縮機２１の吸入側と吐出側との間は、電磁弁２９を設けたバイパス配管２７ａで繋がれている。電磁弁２９は、当該ヒートポンプ式蒸気生成装置１０の通常運転時には閉制御される一方、起動時に制御部１８によって開制御される。これにより圧縮機２１での起動時の液圧縮を防止しつつ起動時間を短縮できる。バイパス配管２７ａは省略してもよい。

蒸気生成部１２は、ヒートポンプ部１６を循環する冷媒を熱源として水を蒸発させて蒸気を生成する凝縮器２２と、凝縮器２２で生成される水蒸気と水を含む気液二相流を蒸気と水とに分離する水蒸気分離器３１と、水蒸気分離器３１で分離された水を給水管３０ａから供給される被加熱水と合流させて凝縮器２２に導入する循環管３０ｂと、凝縮器２２からの気液二相流を水蒸気分離器３１へと導く蒸気管３０ｃと、水蒸気分離器３１で分離された蒸気を外部の蒸気利用設備へと送り出す送出管３０ｄとを有する。

水蒸気分離器３１は、鉛直方向に沿った円筒状容器で構成され、下端壁に接続された循環管３０ｂに接続された給水管３０ａから水が給水補給されることで容器内部に水を貯留する。給水管３０ａは、図示しない水道管や水タンクからの水（被加熱水）を給水ポンプ３２によって循環管３０ｂまで導入する。給水ポンプ３２は制御部１８によって運転制御される。循環管３０ｂは、水蒸気分離器３１の下端壁から凝縮器２２までを連通する経路である。蒸気管３０ｃは、凝縮器２２から水蒸気分離器３１の上部側壁までを連通し、気液二相流が流通する経路である。

送出管３０ｄは、水蒸気分離器３１の上端壁に接続され、蒸気管３０ｃから当該水蒸気分離器３１内に供給され、ここで水が分離された後の蒸気を外部に送り出す経路である。送出管３０ｄには、制御部１８の制御下にその開度が適宜調整されることにより、当該ヒートポンプ式蒸気生成装置１０から外部に送り出される蒸気の流量や圧力を制御する圧力調整弁３４が設けられている。

蒸気生成部１２では、水蒸気分離器３１の水面と凝縮器２２の水面との高低差により、水蒸気分離器３１から凝縮器２２へと循環管３０ｂを介して水が供給されると共に、凝縮器２２で生成された水蒸気が蒸気管３０ｃから水蒸気分離器３１を介して送出管３０ｄへと送り出されるサーモサイフォン回路が形成される。その結果、循環管３０ｂ、蒸気管３０ｃ及び水蒸気分離器３１で形成される水循環系統内に循環ポンプ等の動力源を設けることなく、水を循環させることができる。以下では、水が液相から気相に相変化しつつ流通する給水管３０ａ、循環管３０ｂ、蒸気管３０ｃ及び送出管３０ｄについて、まとめて水配管３０と呼ぶこともある。

温水供給経路１４は蒸発器２６に温水を供給する配管であり、外部の温水タンク等の温水供給源から供給される温水を所定の流量で送水する図示しない温水ポンプが設けられる。蒸発器２６を出た温水は三方弁３５によって選択的に２方に分岐される。三方弁３５で分岐した一方の排水供給経路３６は、圧縮機２１近傍に設置された排熱供給部３８に接続された配管である。三方弁３５で分岐した他方の排水経路３９は、温水を外部に排出する配管である。三方弁３５及び排水経路３９を設けず、蒸発器２６を出た全ての排水を排水供給経路３６から排熱供給部３８に流通させる構成としてもよい。また、排熱供給部３８を出た温水を再び温水供給経路１４に戻す循環経路４０を設けてもよい。

図２は、装置筐体２０の内部構造を模式的に示す側面断面図であり、図３は、装置筐体２０の内部構造を模式的に示す平面断面図である。

図２及び図３に示すように、装置筐体２０は、脚部４１を介して地面や床面上に設置される箱状構造である。装置筐体２０は、正面に設けられた開口を扉４２によって開閉可能である一方、正面以外の５面（上面、底面、背面、左右側面）がパネル４３によって閉塞されている。装置筐体２０の内部には、蒸気生成部１２及びヒートポンプ部１６を構成する各機器や配管等が収容されている。扉４２の外面には、操作者が当該ヒートポンプ式蒸気生成装置１０の制御部１８に対する各種設定や運転指令等を行う際に操作する操作盤４４ａが設けられている。扉４２の内面には、制御部１８を構成する各種電装部品を収納した電装ボックス４４が取り付けられている。

ヒートポンプ部１６は、圧縮機２１及びその駆動用のモータ２１ａが装置筐体２０の底面上で正面側（扉４２側）に沿って左右に並んで配置され、凝縮器２２が装置筐体２０の底面上で圧縮機２１の背面側に配置されている。蒸発器２６及び加熱器２８は装置筐体２０の底面より上方に梁材等を用いて並んで配設されている。図３に示す平面視において、蒸発器２６がモータ２１ａの背面側に位置し、加熱器２８が蒸発器２６の側部に位置している。本実施形態では、別体のモータ２１ａからの動力がベルト４５及びプーリ２１ｂを介して伝達される開放型構造の圧縮機２１を用いている。圧縮機２１は、モータ２１ａを一体に組み込んだ密閉型構造であってもよい。

蒸気生成部１２では、水蒸気分離器３１が装置筐体２０の底面より上方に梁材等を用いて配設され、凝縮器２２の上部に位置している。図３に示す平面視において、水蒸気分離器３１は圧縮機２１の背面側であって加熱器２８の側部に位置している。

排熱供給部３８は、装置筐体２０の底面上に設置され、その上面に圧縮機２１が載置されるプレート状の圧縮機用熱交換器４６を有する。圧縮機用熱交換器４６は、入口側に蒸発器２６からの排水供給経路３６が接続され、出口側には装置外部へ温水を排出するための排水経路４７又は循環経路４０が接続される（図１も参照）。排水経路４７と循環経路４０との間に三方弁を設置し、排水経路４７又は循環経路４０に選択的に温水を流通可能としてもよい。

図４は、圧縮機用熱交換器４６の構成を模式的に示す斜視図である。

図２に示すように、圧縮機用熱交換器４６は、圧縮機２１を装置筐体２０の底面上で支持するベースプレートとして機能する熱交換器である。圧縮機用熱交換器４６は、例えば蛇行した流路４６ａ間にフィンを介在させたフィンアンドチューブ型の熱交換器である。

圧縮機用熱交換器４６はその上面に圧縮機２１が載置されることで該圧縮機２１の筐体２１ｃと接触配置される。これにより、圧縮機用熱交換器４６は排水供給経路３６から流路４６ａに流入した温水と圧縮機２１の筐体２１ｃとの間での熱交換を行うことができる。

以上のように、本実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置１０は、ヒートポンプ部１６の蒸発器２６に温水を供給する温水供給経路１４と、蒸発器２６から温水を排出する排水供給経路３６と、排水供給経路３６に排出された温水が持つ熱を圧縮機２１に供給する排熱供給部３８とを備える。

従って、当該ヒートポンプ式蒸気生成装置１０では、従来は蒸発器２６で排熱回収後に外部に排出していた蒸発器２６を出た熱源温水の有する熱を排熱供給部３８によって圧縮機２１に供給することができる。このため、装置の運転時及び停止時を問わず、圧縮機２１をその動作に適した温度付近に保つことができる。

すなわち、例えば当該ヒートポンプ式蒸気生成装置１０の場合、温水供給経路１４から蒸発器２６に供給される温水の温度は８０℃程度であり、蒸発器２６から排水供給経路３６に排出される温水の温度は７０℃程度であり、運転時の圧縮機２１の筐体２１ｃの温度は１００℃程度となる。このため、装置の運転時には、排熱供給部３８を介して蒸発器２６から出た温水で圧縮機２１を適切に冷却することができる。その結果、圧縮機２１の筐体２１ｃの温度が運転中に過度に高温（例えば、１２０℃以上）となって内部の樹脂部品等が劣化することを防止できる。一方、装置の停止時（起動前）は、排熱供給部３８を介して蒸発器２６から出た温水で圧縮機２１を適切に保温することができる。その結果、圧縮機２１の筐体２１ｃの温度が運転停止中に常温（例えば、２５℃以下）となって内部に封入されたオイルの粘度が上昇し、次の起動時にオイルの潤滑不全による不具合を生じたり、起動時間が増加したりする問題を回避できる。また、起動時には既に圧縮機２１が適度に保温された状態にあると共に、温水によってさらに加熱されるため、その起動時間の短縮効果も得られる。

換言すれば、排熱供給部３８は、圧縮機２１の加熱及び冷却のために温水が持つ熱を圧縮機２１に供給する機能を有し、具体的には圧縮機２１の起動前及び起動時は圧縮機２１を加熱し、通常運転時は圧縮機２１を冷却するために、温水が持つ熱を圧縮機２１に供給する。なお、排熱供給部３８は、圧縮機２１の起動前及び起動時の少なくとも一方で該圧縮機２１を加熱すれば、オイルの潤滑不全の防止効果や起動時間の短縮効果を得ることができる。このように、当該ヒートポンプ式蒸気生成装置１０では、その熱源となる温水を圧縮機２１の保温水或いは冷却水として利用することができ、高い熱効率が得られる。

当該ヒートポンプ式蒸気生成装置１０の排熱供給部３８は、圧縮機２１の筐体２１ｃに対して接触配置され、排水供給経路３６から排出された温水が供給される圧縮機用熱交換器４６を有し、圧縮機用熱交換器４６では排水供給経路３６を流れる温水と筐体２１ｃとの間で熱交換が行われる。これにより、蒸発器２６を出た温水の熱を圧縮機２１に直接的に効率よく伝達することができ、高い冷却効率及び高い保温効率が得られる。

当該ヒートポンプ式蒸気生成装置１０では、圧縮機２１が圧縮機用熱交換器４６の上面に載置されている。このため、圧縮機２１と圧縮機用熱交換器４６とで効率よく熱交換を行うことができる。また、一般的に圧縮機２１の筐体２１ｃの下部にあるオイル室を圧縮機用熱交換器４６で効率よく冷却し或いは保温することができる。

なお、例えば当該ヒートポンプ式蒸気生成装置１０の運転時に排熱供給部３８を通過した温水は圧縮機２１からの熱を受けて再び蒸発器２６で排熱回収が可能な温度（例えば８０℃程度）まで加熱されている場合がある。そこで、このように排熱供給部３８を通過して温度上昇した温水を上記した循環経路４０から再び温水供給経路１４へと戻すことも可能である。これにより、熱源温水の利用効率が向上し、例えば熱源温水の供給量が少ない設置環境等でも高い熱効率でヒートポンプ式蒸気生成装置１０を運転することができる。

図５は、第２の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置１０Ａにおける装置筐体２０の内部構造を模式的に示す平面断面図である。なお、この第２の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置１０Ａにおいて、上記した第１の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置１０と同一又は同様な機能を有する要素には同一の符号を付してその詳細な説明を省略し、後述する第３〜第４の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置１０Ｂ〜１０Ｃについても同様とする。

図５に示すように、第２の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置１０Ａは、上記した第１の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置１０の排熱供給部３８と構成の異なる排熱供給部３８Ａを備える。なお、図５中の参照符号４８は、圧縮機２１を載置するためのベースプレートであり、図２に示す圧縮機用熱交換器４６のような熱交換器としての機能は持っていない。

排熱供給部３８Ａは、圧縮機２１のオイルを循環させるオイル循環経路５０と、オイル循環経路５０に設けられ、排水供給経路３６から排出された温水が供給されるオイル熱交換器５２とを有する。オイル循環経路５０は、圧縮機２１の筐体２１ｃ内に封入されたオイルをオイルポンプ５４の動力で筐体２１ｃのオイル熱交換器５２へと流通させ、オイル熱交換器５２を出たオイルを再び筐体２１ｃ内に戻す経路である。オイル熱交換器５２は、排水供給経路３６を流れる温水とオイル循環経路５０を流れるオイルとの間で熱交換を行う熱交換器である。

従って、当該ヒートポンプ式蒸気生成装置１０Ａでは、従来は蒸発器２６で排熱回収後に外部に排出していた蒸発器２６を出た熱源温水の有する熱を排熱供給部３８Ａによって圧縮機２１のオイルに対して供給することができる。このため、上記した第１の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置１０の場合と同様に、装置の運転時及び停止時を問わず、圧縮機２１をその動作に適した温度付近に保つことができる。

すなわち、例えば当該ヒートポンプ式蒸気生成装置１０Ａの運転時の圧縮機２１の筐体２１ｃ内のオイルの温度は９０〜９５℃程度となる。このため、装置の運転時には、排熱供給部３８Ａを介して温水で圧縮機２１のオイルを適切に冷却することができる。また、装置の停止時には、排熱供給部３８Ａを介して温水で圧縮機２１のオイルを適切に保温することができる。

当該ヒートポンプ式蒸気生成装置１０Ａでは、オイル循環経路５０及びオイル熱交換器５２は、圧縮機２１の筐体２１ｃ外に設けられているため、その装置構成を簡素化できる。なお、オイル熱交換器５２を筐体２１ｃ内に設け、このオイル熱交換器５２に対して排水供給経路３６からの温水を供給する構成としてもよい。

図６は、第３の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置１０Ｂにおける装置筐体２０の内部構造を模式的に示す平面断面図である。

図６に示すように、第３の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置１０Ｂは、上記した第１の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置１０の排熱供給部３８と構成の異なる排熱供給部３８Ｂを備える。

排熱供給部３８Ｂは、圧縮機２１のシリンダヘッド２１ｄの周囲に設けられたシリンダヘッド熱交換器６０を有する。シリンダヘッド熱交換器６０は、圧縮機２１のシリンダヘッド２１ｄの周囲であって圧縮室（図示せず）を除く部分を囲むように設置されている。シリンダヘッド熱交換器６０は、排水供給経路３６を流れる温水とシリンダヘッド２１ｄとの間で熱交換を行う熱交換器である。

従って、当該ヒートポンプ式蒸気生成装置１０Ｂでは、従来は蒸発器２６で排熱回収後に外部に排出していた蒸発器２６を出た熱源温水の有する熱を排熱供給部３８Ｂによって圧縮機２１のシリンダヘッド２１ｄに対して供給することができる。このため、上記した第１の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置１０の場合と同様に、装置の運転時及び停止時を問わず、圧縮機２１をその動作に適した温度付近に保つことができる。

すなわち、例えば当該ヒートポンプ式蒸気生成装置１０Ｂの運転時の圧縮機２１のシリンダヘッド２１ｄの温度はその冷媒吐出温度（例えば１３０℃程度）に近い温度となる。このため、装置の運転時には、排熱供給部３８Ｂを介して温水で圧縮機２１のシリンダヘッド２１ｄを適切に冷却することができる。また、装置の停止時には、排熱供給部３８Ｂを介して温水で圧縮機２１のシリンダヘッド２１ｄを適切に保温することができる。

図７は、第４の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置１０Ｃにおける要部を模式的に示した側面断面図である。

図７に示すように、第４の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置１０Ｃは、上記した第１の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置１０の排熱供給部３８と構成の異なる排熱供給部３８Ｃを備える。

排熱供給部３８Ｃは、排水供給経路３６に設けられ、排水供給経路３６を流れる温水を放熱させる放熱用熱交換器７０と、放熱用熱交換器７０を通した空気を圧縮機２１に供給する送風ファン７２とを有する。送風ファン７２は、圧縮機２１の筐体２１ｃの外壁面２１ｅを通過して筐体２１ｃ外に突出した回転軸（クランクシャフト）２１ｆの外周面に羽根を設けた構成である。送風ファン７２は、圧縮機２１の筐体２１ｃに設けられた軸挿通孔２１ｇと回転軸２１ｆとの間を気密する軸シール部２１ｈに向かって送風可能に設けられている。

このようなヒートポンプ式蒸気生成装置１０Ｃでは、送風ファン７２によって吸引される外気Ａは、放熱用熱交換器７０を通過すると共にプーリ２１ｂの開口や周囲を通過して軸シール部２１ｈに送風される。従って、従来は蒸発器２６で排熱回収後に外部に排出していた蒸発器２６を出た熱源温水の有する熱を排熱供給部３８Ｃによって圧縮機２１の筐体２１ｃ及び軸シール部２１ｈに対して供給することができる。このため、上記した第１の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置１０の場合と同様に、装置の運転時及び停止時を問わず、圧縮機２１及びその軸シール部２１ｈをその動作に適した温度付近に保つことができる。

特に、開放型構造である圧縮機２１の軸シール部２１ｈは、その磨耗の問題が懸念材料としてあり、この部分は特に熱に弱い。そこで、放熱用熱交換器７０を通過することで、温水と同程度の温度（例えば７０℃程度）に調整された外気Ａによって送風することで、軸シール部２１ｈを適切な温度に保持することが可能となる。

当該ヒートポンプ式蒸気生成装置１０Ｃでは、送風ファン７２を回転軸２１ｆと一体的に設けたことで、送風ファン７２の駆動用の別動力が不要となる。勿論、送風ファン７２は、回転軸２１ｆに一体的に設けず、例えば放熱用熱交換器７０とプーリ２１ｂとの間に配置してもよい（図７中に２点鎖線で示す送風ファン７２参照）。そうすると、圧縮機２１の運転停止中にも送風ファン７２によって圧縮機２１への送風による保温を行うことができる。図８に示すように、送風ファン７２をプーリ２１ｂの内周に一体的に組み込んだ構成としてもよい。また、図９に示すように、放熱用熱交換器７０及び送風ファン７２は、圧縮機２１の筐体２１ｃ内に搭載されてもよい。

なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。

例えば上記各実施形態における排熱供給部３８，３８Ａ〜３８Ｃは、複数を組み合わせて同時に用いてもよい。

１０，１０Ａ〜１０Ｃ ヒートポンプ式蒸気生成装置
１２ 蒸気生成部
１４ 温水供給経路
１６ ヒートポンプ部
１８ 制御部
２０ 装置筐体
２１ 圧縮機
２１ａ モータ
２１ｂ プーリ
２１ｃ 筐体
２１ｄ シリンダヘッド
２１ｅ 外壁面
２１ｆ 回転軸
２１ｇ 軸挿通孔
２１ｈ 軸シール部
２２ 凝縮器
２４ 膨張機構
２６ 蒸発器
２７ 冷媒配管
２８ 加熱器
３１ 水蒸気分離器
３６ 排水供給経路
３８，３８Ａ〜３８Ｃ 排熱供給部
３９，４７ 排水経路
４０ 循環経路
４６ 圧縮機用熱交換器
５０ オイル循環経路
５２ オイル熱交換器
６０ シリンダヘッド熱交換器
７０ 放熱用熱交換器
７２ 送風ファン

Claims (13)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機、該圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器、該凝縮器を出た冷媒を減圧する膨張機構、及び、温水から回収した熱で冷媒を蒸発させる蒸発器を環状に接続したヒートポンプ部と、
   前記凝縮器に被加熱水を供給し、該被加熱水を前記冷媒によって加熱して蒸気を生成する蒸気生成部と、
   前記蒸発器に温水を供給する温水供給経路と、
   前記蒸発器から温水を排出する排水供給経路と、
   前記排水供給経路に排出された温水が持つ熱を前記圧縮機に供給する排熱供給部と、
   を備えることを特徴とするヒートポンプ式蒸気生成装置。
2. 請求項１に記載のヒートポンプ式蒸気生成装置において、
   前記排熱供給部は、前記圧縮機の加熱及び冷却のために、前記温水が持つ熱を前記圧縮機に供給することを特徴とするヒートポンプ式蒸気生成装置。
3. 請求項２に記載のヒートポンプ式蒸気生成装置において、
   前記排熱供給部は、前記圧縮機の起動前及び起動時の少なくとも一方では該圧縮機を加熱し、前記圧縮機の通常運転時は該圧縮機を冷却するために、前記温水が持つ熱を前記圧縮機に供給することを特徴とするヒートポンプ式蒸気生成装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートポンプ式蒸気生成装置において、
   前記排熱供給部は、前記圧縮機の筐体に対して接触配置され、前記排水供給経路から排出された温水が供給される圧縮機用熱交換器を有し、
   前記圧縮機用熱交換器では、前記排水供給経路を流れる温水と前記筐体との間で熱交換が行われることを特徴とするヒートポンプ式蒸気生成装置。
5. 請求項４に記載のヒートポンプ式蒸気生成装置において、
   前記圧縮機が前記圧縮機用熱交換器の上面に載置されていることを特徴とするヒートポンプ式蒸気生成装置。
6. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートポンプ式蒸気生成装置において、
   前記排熱供給部は、前記圧縮機の内部に封入されたオイル、前記圧縮機のシリンダヘッドの少なくとも一方へ熱を供給することを特徴とするヒートポンプ式蒸気生成装置。
7. 請求項６に記載のヒートポンプ式蒸気生成装置において、
   前記排熱供給部は前記オイルへ選択的に熱を供給するものであり、
   前記排熱供給部は、前記オイルを循環させるオイル循環経路と、前記オイル循環経路に設けられ、前記排水供給経路から排出された温水が供給されるオイル熱交換器とを有し、
   前記オイル熱交換器では、前記排水供給経路を流れる温水と前記オイル循環経路を流れるオイルとの間で熱交換が行われることを特徴とするヒートポンプ式蒸気生成装置。
8. 請求項７に記載のヒートポンプ式蒸気生成装置において、
   前記オイル循環経路及び前記オイル熱交換器は、前記圧縮機の筐体外に設けられることを特徴とするヒートポンプ式蒸気生成装置。
9. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートポンプ式蒸気生成装置において、
   前記排熱供給部は、前記排水供給経路に設けられ、該排水供給経路を流れる温水を放熱させる放熱用熱交換器と、該放熱用熱交換器を通した空気を前記圧縮機に供給する送風ファンとを有することを特徴とするヒートポンプ式蒸気生成装置。
10. 請求項９に記載のヒートポンプ式蒸気生成装置において、
    前記送風ファンは、前記圧縮機の筐体外周面に対して前記空気を送風することを特徴とするヒートポンプ式蒸気生成装置。
11. 請求項１０に記載のヒートポンプ式蒸気生成装置において、
    前記圧縮機は、その筐体の外壁面を通過して筐体外に突出した回転軸が外部の駆動源によって回転駆動される開放型圧縮機であり、
    前記送風ファンは、前記圧縮機の筐体に設けられた軸挿通孔と前記回転軸との間を気密する軸シール部に向かって送風可能に設けられていることを特徴とするヒートポンプ式蒸気生成装置。
12. 請求項９に記載のヒートポンプ式蒸気生成装置において、
    前記送風ファンは、前記圧縮機の筐体内部に前記空気を送風することを特徴とするヒートポンプ式蒸気生成装置。
13. 請求項１〜１２に記載のヒートポンプ式蒸気生成装置において、
    前記排熱供給部は、前記圧縮機で熱が吸収された前記温水を再度前記蒸発器に供給することを特徴とするヒートポンプ式蒸気生成装置。

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