JP5605557B2 - ヒートポンプ式蒸気発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、排温水、空気または排ガスなどを熱源としてヒートポンプを用いて蒸気を発生させるヒートポンプ式蒸気発生装置に関するものである。

従来、下記特許文献１に開示されるように、蒸発器である熱交換器（１０）において、工場の排温水などから熱を吸収し、凝縮器である熱交換器（５）において、蒸気を発生させるヒートポンプ式蒸気発生装置が提案されている。

この種のヒートポンプ式蒸気発生装置では、ヒートポンプの冷媒に、圧縮機の油が混入するおそれがある。従って、凝縮器において冷媒と水とを熱交換して蒸気を発生させる場合、万一、凝縮器が破損すると、油を含んだ蒸気が蒸気使用設備へ供給されてしまう。そうなると、蒸気使用設備からのドレンを回収してボイラへの給水に再利用している場合、油の混入が原因で泡立ちが生じ、蒸気の乾き度を低下させる不都合がある。また、蒸気使用設備が食品機械などの場合、そもそも油を含んだ蒸気を蒸気使用設備へ送ること自体が好ましくない。

特開２０１０−３８３９１号公報

本発明が解決しようとする課題は、万一、蒸気発生用の熱交換器が破損しても、蒸気へ油が混入するのを防止することにある。

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、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が順次環状に接続されて冷媒を循環させ、前記凝縮器において前記冷媒と流体とを熱交換して流体の加熱を図るヒートポンプと、前記流体と水とを熱交換して蒸気を発生させる蒸気発生器とを備え、前記凝縮器は、前記冷媒と前記流体との熱交換器であり、前記蒸気発生器は、前記流体と水との熱交換器であり、前記流体は、前記凝縮器と前記蒸気発生器との間を循環し、この循環路には、圧縮機が設けられておらず、前記ヒートポンプの運転中、前記流体の圧力は、前記凝縮器における冷媒の圧力よりも低く、前記ヒートポンプの運転中、前記流体の圧力は、前記蒸気発生器からの蒸気の圧力よりも低いことを特徴とするヒートポンプ式蒸気発生装置である。

請求項１に記載の発明によれば、凝縮器において冷媒と流体とを熱交換して流体の加熱を図り、その加熱された流体と水とを蒸気発生器において熱交換して蒸気を発生させるので、凝縮器または蒸気発生器が万一破損しても、ヒートポンプの冷媒が蒸気に混入するおそれがない。ヒートポンプの冷媒には、圧縮機の油が混入するおそれがあり、その油が万一蒸気に混入すると、蒸気使用設備のドレンを回収してボイラへの給水に用いる場合に、泡立つという不都合があるが、蒸気への油の混入を防止することで、そのような不都合を確実に防止することができる。

請求項１に記載の発明によれば、圧縮機を用いることなく、凝縮器と蒸気発生器との間で流体を循環させ、その循環流体を介して、凝縮器からの放熱を蒸気発生器の水に伝えて蒸気を発生させることができる。
請求項１に記載の発明によれば、万一、凝縮器が損傷した場合でも、ヒートポンプの回路内に、凝縮器と蒸気発生器との間の循環流体が流れ込むのを防止することができる。
請求項１に記載の発明によれば、万一、蒸気発生器が損傷した場合でも、蒸気発生器からの蒸気に、循環流体が混入するのを防止することができる。

請求項２に記載の発明は、前記蒸気発生器から前記凝縮器への前記流体の戻り路には、ポンプが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式蒸気発生装置である。

請求項２に記載の発明によれば、凝縮器と蒸気発生器との間を相変化せずに循環する液体を用いる場合に限らず、凝縮器において気化し蒸気発生器において液化する流体を用いる場合でも、蒸気発生器から凝縮器への戻り路にポンプを設けておくことで、凝縮器と蒸気発生器との間で確実に流体を循環させることができる。

請求項３に記載の発明は、前記流体は、前記凝縮器において気化する一方、前記蒸気発生器において液化する流体であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヒートポンプ式蒸気発生装置である。

請求項３に記載の発明によれば、凝縮熱伝達を用いて、蒸気発生器において効率よく流体から水に伝熱して、水を蒸気化することができる。

請求項４に記載の発明は、前記流体の圧力および温度を検出し、その検出温度から求められる飽和圧力を、検出圧力と比較して、前記流体への異流体の混入を検知するか、前記流体の圧力および温度を検出し、その検出圧力から求められる飽和温度を、検出温度と比較して、前記流体への異流体の混入を検知することを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ式蒸気発生装置である。

請求項４に記載の発明によれば、流体の気相部と液相部とが共存する飽和状態では、圧力と温度とは所定の関係にあることを利用して、温度センサによる検出温度から換算した飽和圧力を、圧力センサによる検出圧力と比較するか、圧力センサによる検出圧力から換算した飽和温度を、温度センサによる検出温度と比較して、その圧力差または温度差が設定範囲を超えると、凝縮器と蒸気発生器との間の流体循環路に異流体が混入したと検知することができる。

請求項５に記載の発明は、前記流体は、前記凝縮器と前記蒸気発生器との間を相変化せずに循環する液体であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヒートポンプ式蒸気発生装置である。

請求項５に記載の発明によれば、凝縮器と蒸気発生器との間の循環流体として液体を相変化させることなく用いて、蒸気発生器において蒸気を発生させることができる。

請求項６に記載の発明は、前記流体の圧力を検出し、その検出圧力に基づき、前記流体への異流体の混入を検知することを特徴とする請求項５に記載のヒートポンプ式蒸気発生装置である。

請求項６に記載の発明によれば、凝縮器における冷媒の圧力、蒸気発生器における蒸気の圧力、凝縮器と蒸気発生器との間の循環流体の圧力に差を設けている場合、凝縮器または蒸気発生器が破損すると、流体伝熱部の熱交流体の循環路内の圧力が変化するので、それを検知することで、熱交流体への異流体の混入を検知することができる。

請求項７に記載の発明は、前記流体の循環路に、油センサおよび／または水センサを設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のヒートポンプ式蒸気発生装置である。

請求項７に記載の発明によれば、凝縮器と蒸気発生器との間の循環冷媒に油または水が混入したことをセンサで検知することができる。

請求項８に記載の発明は、前記蒸気発生器からの蒸気路に、油センサを設けたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のヒートポンプ式蒸気発生装置である。

請求項８に記載の発明によれば、蒸気発生器からの蒸気に油が混入したことをセンサで検知することができる。

請求項９に記載の発明は、前記凝縮器は、プレート式熱交換器であり、前記蒸気発生器は、シェルアンドチューブ式熱交換器であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のヒートポンプ式蒸気発生装置である。

請求項９に記載の発明によれば、凝縮器には、比較的小型で高強度のプレート式熱交換器を用い、蒸気発生器には、スケールの付着に強いシェルアンドチューブ式熱交換器を用いて、ヒートポンプ式蒸気発生装置を構成することができる。

さらに、請求項１０に記載の発明は、前記ヒートポンプが単段の場合、その圧縮機はオイルフリー式の圧縮機とされ、前記ヒートポンプが複数段の場合、最上段の圧縮機はオイルフリー式の圧縮機とされることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のヒートポンプ式蒸気発生装置である。

請求項１０に記載の発明によれば、ヒートポンプの圧縮機として、オイルフリー式の圧縮機を用いることで、万一、凝縮器および蒸気発生器が破損しても、蒸気への油の混入を確実に防止することができる。

本発明によれば、万一、蒸気発生用の熱交換器が破損しても、蒸気へ油が混入するのが防止される。

本発明のヒートポンプ式蒸気発生装置の一実施例を示す概略図である。 図１のヒートポンプ式蒸気発生装置の変形例１を示す概略図である。 図１のヒートポンプ式蒸気発生装置の変形例２を示す概略図である。 図１のヒートポンプ式蒸気発生装置の変形例３を示す概略図である。 図１のヒートポンプ式蒸気発生装置の変形例４を示す概略図である。 図１のヒートポンプ式蒸気発生装置の変形例５を示す概略図である。

以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明のヒートポンプ式蒸気発生装置の一実施例を示す概略図である。

本実施例のヒートポンプ式蒸気発生装置１は、ヒートポンプ２で熱をくみ上げ、その熱を流体伝熱部３により蒸気発生器４に伝え、蒸気発生器４において水を加熱して蒸気を発生させる。

ヒートポンプ２は、蒸気圧縮式のヒートポンプであり、圧縮機５、凝縮器６、膨張弁７および蒸発器８が順次環状に接続されて構成され、冷媒を循環させる。そして、圧縮機５は、ガス冷媒を圧縮して高温高圧にする。また、凝縮器６は、圧縮機５からのガス冷媒を凝縮させる。さらに、膨張弁７は、凝縮器６からの液冷媒を通過させることで、冷媒の圧力と温度とを低下させる。そして、蒸発器８は、膨張弁７からの冷媒を蒸発させる。

従って、蒸発器８において、冷媒が外部から熱を奪って気化する一方、凝縮器６において、冷媒が外部へ放熱して液化することになる。これを利用して、ヒートポンプ２は、蒸発器８において、温水（たとえば工場などから排出される排温水）、空気（外気の他、空気圧縮機からの吐出空気のように熱を持った空気を含む）、排ガス、または蒸気使用設備からのドレンのフラッシュ蒸気などの熱源流体から熱をくみ上げ、凝縮器６において、流体伝熱部３の熱交流体を加熱する。

ヒートポンプ２は、単段に限らず、複数段でもよい。複数段のヒートポンプには、多段のヒートポンプの他、多元のヒートポンプも含まれる。ヒートポンプ２が複数段の場合、最下段（低温側）の蒸発器８において、熱源流体から熱をくみ上げ、最上段（高温側）の凝縮器６において、熱交流体を加熱する。以下、特に明示のない限り、ヒートポンプ２は単段であるとして説明するが、ヒートポンプ２が複数段の場合にも、同様に適用可能である。

単段のヒートポンプ２、または複数段のヒートポンプ２の内の一部または全部のヒートポンプにおいて、凝縮器６から膨張弁７への冷媒と蒸発器８から圧縮機５への冷媒とを混ぜることなく熱交換する液ガス熱交換器（図示省略）を設けてもよい。液ガス熱交換器を設けた場合、圧縮機５の入口側のエンタルピを高めて、それにより圧縮機５の出口側のエンタルピも高めることで、ヒートポンプ２の成績係数（ＣＯＰ）を高めることができる。しかも、圧縮機５へ液冷媒が供給される不都合も防止できる。

圧縮機５は、圧縮機本体とその駆動装置とを備え、駆動装置はエンジン（典型的にはガスエンジンまたはディーゼルエンジン）および／またはモータから構成される。圧縮機５の制御の具体的態様としては、たとえば、駆動装置がオンオフ制御される。あるいは、圧縮機本体と駆動装置との間に、駆動装置から圧縮機本体への動力伝達装置（クラッチおよび／または変速機）を設けておき、駆動装置から圧縮機本体への動力伝達の有無や量を変更するように、動力伝達装置が制御される。あるいは、駆動装置を構成するモータをインバータで制御して、モータの回転速度を変える。あるいは、駆動装置を構成するエンジンのアクセルを制御して、エンジンの出力を変える。あるいは、圧縮機本体の冷媒吐出流量（吸込側を調整することにより吐出流量を変える場合も含む）を機械的に調整するために、圧縮機本体が制御される。これらの内、複数のものを組み合わせて、圧縮機５を制御してもよい。

凝縮器６は、ヒートポンプ２の冷媒と流体伝熱部３の熱交流体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。たとえば、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。また、蒸発器８も同様に、温水、空気または排ガスなどの熱源流体と、ヒートポンプ２の冷媒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。

蒸気発生器４は、ヒートポンプ２の凝縮器６において加熱された熱交流体により、水を加熱して蒸気を発生させる。蒸気発生器４は、熱交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。たとえば、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。

蒸気発生器４には、給水路９を介して水が供給可能とされ、所望量の水が貯留される。典型的には、蒸気発生器４内の水位に基づき、給水路９の弁および／またはポンプを制御することで、蒸気発生器４には所望量の水が貯留される。蒸気発生器４への給水としては、通常、軟水または純水が用いられる。蒸気発生器４において、水は熱交流体により加熱され蒸気化される。そして、その蒸気は、蒸気路１０を介して、各種の蒸気使用設備へ送られる。

蒸気発生器４からの蒸気には、ボイラ（典型的には燃料焚きボイラ）からの蒸気が合流するよう構成されてもよい。たとえば、ヒートポンプ２の熱源が足りず、蒸気発生器４からの蒸気だけでは足りない場合、ボイラからの蒸気を用いて、蒸気使用設備へ安定して蒸気を供給することができる。

流体伝熱部３は、ヒートポンプ２の凝縮器６における冷媒からの熱を、熱交流体を介して、蒸気発生器４における水に伝える。本実施例では、凝縮器６と蒸気発生器４との間を、供給路１１と戻り路１２とを介して接続することで、熱交流体を循環させる。つまり、凝縮器６において冷媒から熱を奪って加熱された熱交流体は、供給路１１を介して蒸気発生器４に供給され、蒸気発生器４において水を加熱して蒸気を発生させる一方、蒸気発生器４において熱交流体は熱を奪われ、戻り路１２を介して凝縮器６へ戻される。

熱交流体は、油分を含まない流体であり、たとえばハイドロフルオロカーボンの内、比較的高沸点のものを利用することができる。

熱交流体は、凝縮器６において気化する一方、蒸気発生器４において液化する流体とすることができる。この場合、凝縮器６と蒸気発生器４との間で、熱交流体を自然循環させることもできるが、戻り路１２にポンプ１３を設けて強制循環させてもよい。後者の場合、蒸気発生器４において凝縮された熱交流体は、ポンプ１３で凝縮器６へ送られ、凝縮器６において気化されて、再び蒸気発生器４へ送られる。なお、ポンプ１３としては、キャンドモータポンプが好適に用いられる。

一方、熱交流体は、凝縮器６と蒸気発生器４との間を相変化せずに循環する液体であってもよい。つまり、熱交流体は、沸騰することなく、凝縮器６と蒸気発生器４との間を循環してもよい。この場合、供給路１１または戻り路１２には、熱交流体を強制循環させるためのポンプ１３が設けられる。

ヒートポンプ２などを運転させることによるヒートポンプ式蒸気発生装置１の運転中、熱交流体の圧力（流体伝熱部３の循環路内の圧力）は、凝縮器６における冷媒の圧力よりも低くなるのが好ましい。これにより、万一、凝縮器６が損傷した場合でも、ヒートポンプ２の回路内に、熱交流体が流れ込むのが防止される。なお、凝縮器６における冷媒の圧力は、圧縮機５の出口から膨張弁７の入口までのいずれの箇所で検出してもよい。

さらに、ヒートポンプ式蒸気発生装置１の運転中、熱交流体の圧力は、蒸気発生器４からの蒸気の圧力よりも低くなるのが好ましい。これにより、万一、蒸気発生器４が損傷した場合でも、蒸気発生器４からの蒸気に、熱交流体が混入するのが防止される。

特に、ヒートポンプ式蒸気発生装置１の運転中、凝縮器６における冷媒の圧力、蒸気発生器４における蒸気の圧力、流体伝熱部３の熱交流体の圧力が、順に低くなるよう設計されるのが好ましい。つまり、熱交流体は、常用の温度（ヒートポンプ式蒸気発生装置１の運転中）において、ヒートポンプ２の冷媒や、蒸気発生器４からの蒸気よりも、圧力が低くなる物質を使用するのが好ましい。

ところで、仮に流体伝熱部３がなく、ヒートポンプ２の凝縮器６で直接に蒸気を発生させる場合、圧縮機５がオイルフリー式でないと、圧縮機５の油がヒートポンプ２の冷媒に混入し、凝縮器６が破損した場合に、油を含んだ蒸気が蒸気使用設備へ供給されてしまう。そして、蒸気使用設備からのドレンを回収してボイラへの給水に再利用すると、油の混入が原因で、泡立ちが生じ、蒸気の乾き度を低下させる不都合がある。ところが、本実施例のように、圧縮機を含まない流体伝熱部３を介して蒸気を発生させる場合、万一、凝縮器６や蒸気発生器４が破損しても、蒸気に油が混入するおそれがない。なお、万一、蒸気に熱交流体が混入し、その蒸気が食品機械などに使用されても安全なように、熱交流体を食品添加物から構成するのが好ましい。

上記と同様の理由で、ヒートポンプ２の圧縮機５は、オイルフリー式の圧縮機が好ましい。この場合において、ヒートポンプ２が単段の場合、その圧縮機５はオイルフリー式の圧縮機とされ、ヒートポンプ２が複数段の場合、少なくとも最上段においてオイルフリー式の圧縮機とされ、好ましくは全段においてオイルフリー式の圧縮機とされる。オイルフリー式の圧縮機とすれば、万一、凝縮器６および蒸気発生器４が破損しても、蒸気への油の混入が確実に防止される。

ところで、蒸気発生用の熱交換器は、スケール（水中の硬度分が析出したもの）の付着との関係で、等価直径の大きい方が好ましい。本実施例では、ヒートポンプ２から流体伝熱部３へ伝熱し、その流体伝熱部３の熱交流体と水とを蒸気発生器４で熱交換するので、凝縮器６においてスケールの付着は問題とならない。よって、凝縮器６を構成する熱交換器は、流体伝熱部３を設けずに凝縮器６で水を蒸気化する場合の熱交換器と比較して、小さな等価直径のものを用いることができる。また、ヒートポンプ２から流体伝熱部３へ一旦圧力を下げて伝熱し、その流体伝熱部３の熱交流体と水とを蒸気発生器４で熱交換するので、蒸気発生器４を構成する熱交換器は、流体伝熱部３を設けずに凝縮器６で水を蒸気化する場合の熱交換器と比較して、強度を下げることができ、小型化できる。

たとえば、プレート式熱交換器とシェルアンドチューブ式熱交換器とを比較した場合、同じ熱交換量を確保しようとすると、プレート式熱交換器の方が小型化できる上、高強度である。但し、蒸気発生用の熱交換器として用いる場合、スケールの付着との関係で、シェルアンドチューブ式熱交換器の方が有利である。これを前提に考察すると、もしヒートポンプ２の凝縮器６において直接に水を加熱して蒸気を発生させようとすると、スケールの付着との関係でシェルアンドチューブ式熱交換器が有利であるが、プレート式熱交換器に比べ強度が劣り、また大型化する不都合がある。ところが、凝縮器６における冷媒の圧力に比べ、流体伝熱部３の熱交流体の圧力を下げ、その流体伝熱部３の熱交流体と水とを蒸気発生器４で熱交換すれば、圧力を一旦下げる分、蒸気発生器４として、スケールの付着に強いシェルアンドチューブ式熱交換器を使用しやすい。また、凝縮器６には、比較的小型で高強度のプレート式熱交換器を用いることができる。但し、凝縮器６および蒸気発生器４を構成する各熱交換器は、その形式を特に問わないことは前述したとおりである。

ヒートポンプ式蒸気発生装置１は、典型的には、蒸気発生器４からの蒸気圧に基づき、圧縮機５が制御される。そのために、蒸気発生器４またはそこからの蒸気路１０には、蒸気圧センサ１４が設けられ、制御器１５は、蒸気圧センサ１４の検出圧力に基づき、圧縮機５を制御する。たとえば、蒸気圧センサ１４の検出圧力を設定値に維持するように、蒸気圧センサ１４の検出圧力に基づき圧縮機５が制御される。ここで、設定値とは、ある程度幅のある設定範囲であってもよいことは言うまでもない。但し、蒸発器８の入口または出口における熱源流体の圧力または温度に基づき、圧縮機５を制御してもよい。

熱交流体が相変化（凝縮器６において気化し蒸気発生器４において液化）する場合、流体伝熱部３に圧力センサ１６およぶ温度センサ１７を設け、熱交流体の圧力および温度を検出し、その検出温度から求められる飽和圧力を、検出圧力と比較して、熱交流体（流体伝熱部３内ともいえる）への異流体の混入を検知してもよい。あるいは、熱交流体の圧力および温度を検出し、その検出圧力から求められる飽和温度を、検出温度と比較して、熱交流体への異流体の混入を検知してもよい。

つまり、熱交流体の気相部と液相部とが共存する飽和状態では、圧力と温度とは所定の関係にあるので、温度センサ１７による検出温度から換算した飽和圧力を、圧力センサ１６による検出圧力と比較するか、圧力センサ１６による検出圧力から換算した飽和温度を、温度センサ１７による検出温度と比較して、その圧力差または温度差が設定範囲を超えると、流体伝熱部３の熱交流体の循環路に異流体が混入したと検知する。

なお、圧力センサ１６や温度センサ１７は、その設置位置を特に問わないが、図示例では凝縮器６から蒸気発生器４への供給路１１に設けられている。また、異流体とは、流体伝熱部３の熱交流体とは異なる液体および／または気体をいい、たとえば、水、油、空気である。

熱交流体が相変化しない場合、流体伝熱部３に圧力センサ１６を設け（温度センサ１７の設置は不要）、熱交流体の圧力を検出し、その検出圧力に基づき、熱交流体への異流体の混入を検知してもよい。つまり、前述したように、凝縮器６における冷媒の圧力、蒸気発生器４における蒸気の圧力、流体伝熱部３の熱交流体の圧力に差を設けている場合、凝縮器６または蒸気発生器４が破損すると、流体伝熱部３の熱交流体の循環路内の圧力が変化するので、それを検知することで、熱交流体への異流体の混入を検知することができる。なお、このような異流体の検知方法は、熱交流体が相変化する場合にも同様に適用可能である。

その他、熱交流体の循環路に、油センサおよび／または水センサ（いずれも図示省略）を設けて、流体伝熱部３への油や水の進入を検知してもよい。この際、軟水は電気を通すことを利用し、水センサとして電気伝導度センサを用いることもできる。また、これに代えてまたはこれに加えて、蒸気発生器４からの蒸気路１０に、油センサ（図示省略）を設けて、蒸気への油の進入を検知してもよい。

図２から図６は、前記実施例のヒートポンプ式蒸気発生装置１の変形例を示す概略図である。これら各変形例のヒートポンプ式蒸気発生装置１も、基本的には前記実施例と同様である。そこで、以下においては、両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。なお、図２から図４においては、凝縮器６から蒸気発生器４への流体伝熱部３のみを示しており、他の構成は省略して示している。

図２の変形例１では、熱交流体は、凝縮器６と蒸気発生器４との間を相変化せずに液体のまま循環する。また、凝縮器６と蒸気発生器４との間の循環路には、膨張タンク１８が設けられている。図示例では、凝縮器６から蒸気発生器４への供給路１１に膨張タンク１８を設けているが、蒸気発生器４から凝縮器６への戻り路１２に膨張タンク１８を設けてもよい。膨張タンク１８は、熱交流体の体積変化による循環路内の圧力変動を吸収して、圧力を所望に維持するために設けられる。膨張タンク１８は、その構成を特に問わないが、たとえば熱交流体を溜める液相部と、その上方に位置してダイヤフラムにて仕切られる気相部とから構成され、周知のものが用いられる。

図３の変形例２では、蒸気発生器４が凝縮器６より上方に配置される。そして、熱交流体は、凝縮器６において気化する一方、蒸気発生器４において液化する。この場合、凝縮器６において気化した熱交流体は、上方の蒸気発生器４へ進み、蒸気発生器４において水を加熱し凝縮して、下方の凝縮器６へ戻される。蒸気発生器４から凝縮器６への戻り路１２にポンプ１３を設ければ、一層円滑に熱交流体が循環される。

図４の変形例３では、前記変形例２において、凝縮器６から蒸気発生器４への供給路１１に気液分離器１９を設けている。この場合、凝縮器６からの熱交流体は、気液分離器１９において気液分離を図られ、気体のみが蒸気発生器４へ送られる。そして、蒸気発生器４において熱交流体は凝縮し、液体となって凝縮器６へ戻される。また、気液分離器１９において分離された液体も、凝縮器６へ戻される。この変形例３においても、蒸気発生器４や気液分離器１９から凝縮器６への戻り路１２，２０に、ポンプ１３を設けてもよい。

図５の変形例４では、凝縮器６と流体伝熱部３と蒸気発生器４とが一体型に構成される。具体的には、ヒートポンプ２の冷媒が通される冷媒管路２１と、蒸気化する水が供給される水管路２２とが、共通のタンク２３内に配置されている。タンク２３内には、中途まで熱交流体が貯留されており、その液相部に冷媒管路２１が配置される一方、気相部に水管路２２が配置されている。この場合、冷媒管路２１を通る冷媒により、液相部の熱交流体の蒸発が促され、蒸発した熱交流体は、水管路２２で凝縮して再び液相部へ戻される。水管路２２においては、熱交流体の凝縮潜熱により水が加熱され、蒸発を促され、その蒸気は蒸気路１０から導出される。従って、タンク２３の下部は、凝縮器６として機能し、タンク２３の上部は蒸気発生器４として機能する。

図６の変形例５では、前記変形例４において、冷媒管路２１が完全に液相部に浸かっていない点が異なる。この場合、タンク２３の下部の熱交流体の液は、冷媒ポンプ２４を介してノズル２５から冷媒管路２１へ向けて噴霧される。これにより、冷媒と熱交流体との一層の熱交換が促される。そして、蒸発した熱交流体は、水管路２２を加熱して、内部の水を蒸気化する。

本発明のヒートポンプ式蒸気発生装置１は、前記実施例およびその変形例の構成に限らず、適宜変更可能である。特に、ヒートポンプ２の凝縮器６において冷媒と熱交流体とを熱交換し、それにより加熱された熱交流体と水とを蒸気発生器４において熱交換し、蒸気発生器４において蒸気を発生させる構成であれば、ヒートポンプ２、流体伝熱部３、蒸気発生器４の構成は適宜に変更可能である。たとえば、ヒートポンプ２には、圧縮機５の出口側に油分離器を設置したり、凝縮器６の出口側に受液器を設置したり、圧縮機５の入口側にアキュムレータを設置したりしてもよい。

１ ヒートポンプ式蒸気発生装置
２ ヒートポンプ
３ 流体伝熱部
４ 蒸気発生器
５ 圧縮機
６ 凝縮器
７ 膨張弁
８ 蒸発器
１０ 蒸気路
１１ 供給路
１２ 戻り路
１３ ポンプ
１４ 蒸気圧センサ
１６ 圧力センサ
１７ 温度センサ

Claims (10)

1. 圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が順次環状に接続されて冷媒を循環させ、前記凝縮器において前記冷媒と流体とを熱交換して流体の加熱を図るヒートポンプと、
   前記流体と水とを熱交換して蒸気を発生させる蒸気発生器とを備え、
   前記凝縮器は、前記冷媒と前記流体との熱交換器であり、
   前記蒸気発生器は、前記流体と水との熱交換器であり、
   前記流体は、前記凝縮器と前記蒸気発生器との間を循環し、
   この循環路には、圧縮機が設けられておらず、
   前記ヒートポンプの運転中、前記流体の圧力は、前記凝縮器における冷媒の圧力よりも低く、
   前記ヒートポンプの運転中、前記流体の圧力は、前記蒸気発生器からの蒸気の圧力よりも低い
   ことを特徴とするヒートポンプ式蒸気発生装置。
2. 前記蒸気発生器から前記凝縮器への前記流体の戻り路には、ポンプが設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式蒸気発生装置。
3. 前記流体は、前記凝縮器において気化する一方、前記蒸気発生器において液化する流体である
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヒートポンプ式蒸気発生装置。
4. 前記流体の圧力および温度を検出し、その検出温度から求められる飽和圧力を、検出圧力と比較して、前記流体への異流体の混入を検知するか、
   前記流体の圧力および温度を検出し、その検出圧力から求められる飽和温度を、検出温度と比較して、前記流体への異流体の混入を検知する
   ことを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ式蒸気発生装置。
5. 前記流体は、前記凝縮器と前記蒸気発生器との間を相変化せずに循環する液体である
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヒートポンプ式蒸気発生装置。
6. 前記流体の圧力を検出し、その検出圧力に基づき、前記流体への異流体の混入を検知する
   ことを特徴とする請求項５に記載のヒートポンプ式蒸気発生装置。
7. 前記流体の循環路に、油センサおよび／または水センサを設けた
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のヒートポンプ式蒸気発生装置。
8. 前記蒸気発生器からの蒸気路に、油センサを設けた
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のヒートポンプ式蒸気発生装置。
9. 前記凝縮器は、プレート式熱交換器であり、
   前記蒸気発生器は、シェルアンドチューブ式熱交換器である
   ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のヒートポンプ式蒸気発生装置。
10. 前記ヒートポンプが単段の場合、その圧縮機はオイルフリー式の圧縮機とされ、
    前記ヒートポンプが複数段の場合、最上段の圧縮機はオイルフリー式の圧縮機とされる
    ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のヒートポンプ式蒸気発生装置。

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