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公開番号2024168644
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-05
出願番号2023085499
出願日2023-05-24
発明の名称ヒートポンプ式蒸気生成装置
出願人富士電機株式会社
代理人弁理士法人酒井国際特許事務所
主分類F24H 4/02 20220101AFI20241128BHJP(加熱;レンジ;換気)
要約【課題】ヒートポンプの起動から設定温度の蒸気を生成するまでの起動時間を短縮する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】冷媒を圧縮する圧縮機12、圧縮機12で圧縮された冷媒を被加熱水と熱交換して凝縮させる凝縮器13、凝縮器13で凝縮した冷媒を減圧する膨張弁14、および膨張弁14で膨張した冷媒を排温水から回収した熱により蒸発させる蒸発器11を環状に接続したヒートポンプ部10と、凝縮器13に被加熱水を供給し、該被加熱水を冷媒によって加熱し、加熱された被加熱水を飽和水蒸気と温水とに分離する水蒸気分離器21を介して温水を被加熱水に合流して循環させるとともに水蒸気分離器21を介して飽和水蒸気を外部に出力する蒸気生成部20と、を備え、ヒートポンプ部10の起動時に、凝縮器13から水蒸気分離器21に送出される気液二相水の熱エネルギーを排温水に加えて排温水を加温する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機、該圧縮機で圧縮された冷媒を被加熱水と熱交換して凝縮させる凝縮器、該凝縮器で凝縮した冷媒を減圧する膨張機構、および該膨張機構で膨張した冷媒を熱源媒体から回収した熱により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、加熱された前記被加熱水を飽和水蒸気と温水とに分離する水蒸気分離器を介して前記温水を前記被加熱水に合流して循環させるとともに前記水蒸気分離器を介して前記飽和水蒸気を外部に出力する蒸気生成部と、
を備え、
前記ヒートポンプ部の起動時に、前記凝縮器から前記水蒸気分離器に送出される気液二相水の熱エネルギーを前記熱源媒体に加えて該熱源媒体を加温することを特徴とするヒートポンプ式蒸気生成装置。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記凝縮器の被加熱水出口と前記水蒸気分離器とを接続する蒸気生成配管と、
前記蒸気生成配管の途中に設けた分岐点から、前記熱源媒体を前記蒸発器に供給する熱源媒体配管の合流点に接続されたバイパス配管と、
前記分岐点と前記水蒸気分離器との間に設けられた第１開閉弁と、
前記分岐点と前記合流点との間に設けられた第２開閉弁と、
前記凝縮器の被加熱水出口の温度である第１温度を計測する第１温度センサと、
前記合流点の上流における前記熱源媒体の温度である第２温度を計測する第２温度センサと、
前記ヒートポンプ部の起動後、前記第１温度が前記第２温度以上になった場合、前記第１開閉弁を閉にするとともに前記第２開閉弁を開にし、前記バイパス配管を介して前記気液二相水を前記熱源媒体に供給し、前記第１温度が設定出力蒸気温度に達した場合、前記第１開閉弁を開にするとともに前記第２開閉弁を閉にして前記飽和水蒸気を外部に出力する制御部と、
を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式蒸気生成装置。
【請求項３】
前記凝縮器の被加熱水出口と前記水蒸気分離器とを接続する蒸気生成配管と、
前記蒸気生成配管の途中に設けた分岐点と合流点とを接続するバイパス配管と、
前記熱源媒体を前記蒸発器に供給する熱源媒体配管と、
前記熱源媒体配管を流れる熱源媒体と前記バイパス配管を流れる前記気液二相水との熱交換を行い、前記熱源媒体を加熱する加熱器と、
前記合流点と前記分岐点との間に設けられた第１開閉弁と、
前記バイパス配管に設けられた第２開閉弁と、
前記凝縮器の被加熱水出口の温度である第１温度を計測する第１温度センサと、
前記加熱器の上流における前記熱源媒体の温度である第２温度を計測する第２温度センサと、
前記ヒートポンプ部の起動後、前記第１温度が前記第２温度以上になった場合、前記第１開閉弁を閉にするとともに前記第２開閉弁を開にし、前記バイパス配管を介して前記気液二相水を前記加熱器に供給し、前記第１温度が設定出力蒸気温度に達した場合、前記第１開閉弁を開にするとともに前記第２開閉弁を閉にして前記飽和水蒸気を外部に出力する制御部と、
を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式蒸気生成装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記ヒートポンプ部の起動後、前記第１温度が前記第２温度以上になった場合、前記第１開閉弁を閉にするとともに前記第２開閉弁を開にし、前記バイパス配管を介して前記気液二相水を前記熱源媒体に供給し、前記第１温度が前記圧縮機の駆動容量に応じて予め設定された切替温度以上になった場合、前記第１開閉弁を開にするとともに前記第２開閉弁を閉にし、前記第１温度が設定出力蒸気温度に達した場合、前記水蒸気分離器に接続され飽和水蒸気を外部出力する飽和水蒸気出力配管に設けられた圧力調整弁を開にすることを特徴とする請求項２または３に記載のヒートポンプ式蒸気生成装置。
【請求項５】
前記熱源媒体は、排温水であることを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載のヒートポンプ式蒸気生成装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプの起動から設定温度の蒸気を生成するまでの起動時間を短縮することができるヒートポンプ式蒸気生成装置に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
蒸気生成装置の一つとして、ヒートポンプ装置を利用したヒートポンプ式蒸気生成装置がある。ヒートポンプ式蒸気生成装置は、工場排水や使用済冷却水等の排温水（温水）から排熱を回収して蒸気を生成するものである。すなわち、ヒートポンプ式蒸気生成装置は、ヒートポンプ装置の蒸発器を排熱回収器として機能させ、ここで排温水から排熱を冷媒に回収し、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。
【０００３】
なお、特許文献１には、生成蒸気のうちの余剰蒸気を熱源温水タンクに供給し、熱源温水タンクに貯留された所定温度の熱源温水を蒸発器に供給するヒートポンプ式蒸気生成システムが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１９－１５８１７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ヒートポンプ式蒸気生成装置では、蒸発器において熱源媒体から取り込む熱エネルギーと、圧縮機の回転数を高くして圧縮動力を高める際に消費する電気エネルギーが変換された熱エネルギーとを合算した熱エネルギーが冷媒を介して凝縮器に供給され、この凝縮器に供給された冷媒の熱エネルギーを用いて被加熱水を蒸発させて蒸気を生成する。
【０００６】
ここで、ヒートポンプの蒸発器に供給される排温水などの熱源媒体は、通常、蒸発器の冷媒温度よりも温度が高いが低温度あるいは低流量などの低熱エネルギー状態である。しかも、ヒートポンプ起動時は、蒸発器から十分に蒸発していない低圧冷媒を取り込むことによって発生する液バックを防止するため、圧縮機の回転数増大によって圧縮動力を高くすることができず、圧縮機が冷媒に供給する熱エネルギーも少ない。この結果、ヒートポンプ起動時では凝縮器に供給する熱エネルギーが少ないため、ヒートポンプを起動してから設定温度の蒸気を生成するまでの起動時間が長いという課題があった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ヒートポンプの起動から設定温度の蒸気を生成するまでの起動時間を短縮する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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかか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被加熱水と熱交換して凝縮させる凝縮器、該凝縮器で凝縮した冷媒を減圧する膨張機構、および該膨張機構で膨張した冷媒を熱源媒体から回収した熱により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、加熱された前記被加熱水を飽和水蒸気と温水とに分離する水蒸気分離器を介して前記温水を前記被加熱水に合流して循環させるとともに前記水蒸気分離器を介して前記飽和水蒸気を外部に出力する蒸気生成部と、を備え、前記ヒートポンプ部の起動時に、前記凝縮器から前記水蒸気分離器に送出される気液二相水の熱エネルギーを前記熱源媒体に加えて該熱源媒体を加温することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明にかかるヒートポンプ式蒸気生成装置は、上記の発明において、前記凝縮器の被加熱水出口と前記水蒸気分離器とを接続する蒸気生成配管と、前記蒸気生成配管の途中に設けた分岐点から、前記熱源媒体を前記蒸発器に供給する熱源媒体配管の合流点に接続されたバイパス配管と、前記分岐点と前記水蒸気分離器との間に設けられた第１開閉弁と、前記分岐点と前記合流点との間に設けられた第２開閉弁と、前記凝縮器の被加熱水出口の温度である第１温度を計測する第１温度センサと、前記合流点の上流における前記熱源媒体の温度である第２温度を計測する第２温度センサと、前記ヒートポンプ部の起動後、前記第１温度が前記第２温度以上になった場合、前記第１開閉弁を閉にするとともに前記第２開閉弁を開にし、前記バイパス配管を介して前記気液二相水を前記熱源媒体に供給し、前記第１温度が設定出力蒸気温度に達した場合、前記第１開閉弁を開にするとともに前記第２開閉弁を閉にして前記飽和水蒸気を外部に出力する制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明にかかるヒートポンプ式蒸気生成装置は、上記の発明において、前記凝縮器の被加熱水出口と前記水蒸気分離器とを接続する蒸気生成配管と、前記蒸気生成配管の途中に設けた分岐点と合流点とを接続するバイパス配管と、前記熱源媒体を前記蒸発器に供給する熱源媒体配管と、前記熱源媒体配管を流れる熱源媒体と前記バイパス配管を流れる前記気液二相水との熱交換を行い、前記熱源媒体を加熱する加熱器と、前記合流点と前記分岐点との間に設けられた第１開閉弁と、前記バイパス配管に設けられた第２開閉弁と、前記凝縮器の被加熱水出口の温度である第１温度を計測する第１温度センサと、前記加熱器の上流における前記熱源媒体の温度である第２温度を計測する第２温度センサと、前記ヒートポンプ部の起動後、前記第１温度が前記第２温度以上になった場合、前記第１開閉弁を閉にするとともに前記第２開閉弁を開にし、前記バイパス配管を介して前記気液二相水を前記加熱器に供給し、前記第１温度が設定出力蒸気温度に達した場合、前記第１開閉弁を開にするとともに前記第２開閉弁を閉にして前記飽和水蒸気を外部に出力する制御部と、を備えることを特徴とする。
（【００１１】以降は省略されています）

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