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公開番号2025091086
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-18
出願番号2023206083
出願日2023-12-06
発明の名称蒸気発生装置
出願人三浦工業株式会社
代理人弁理士法人酒井国際特許事務所
主分類F22B 3/02 20060101AFI20250611BHJP(蒸気発生)
要約【課題】外気や温排水をヒートポンプの熱源流体として利用するとともに、蒸気使用機器に適した圧力及び温度の蒸気を高効率に発生する蒸気発生装置を提供すること。
【解決手段】蒸気発生装置100は、冷媒圧縮機2、冷媒凝縮器3、冷媒膨張弁4、及び冷媒蒸発器5が冷媒循環流路1により環状に接続され、冷媒圧縮機2の駆動により冷媒凝縮器3で蒸気を発生させるヒートポンプ200と、冷媒凝縮器3から送出された蒸気を圧縮して過熱蒸気を生成させる蒸気圧縮機10と、蒸気圧縮機10から吐出された過熱蒸気を冷却媒体により冷却して飽和蒸気を生成する熱交換器20と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
冷媒圧縮機、冷媒凝縮器、冷媒膨張弁、及び冷媒蒸発器が冷媒循環流路により環状に接続され、前記冷媒圧縮機の駆動により前記冷媒凝縮器で蒸気を発生させるヒートポンプと、
前記冷媒凝縮器から送出された蒸気を圧縮して過熱蒸気を生成させる蒸気圧縮機と、
前記蒸気圧縮機から吐出された過熱蒸気を冷却媒体により冷却して飽和蒸気を生成する熱交換器と、を備える、
蒸気発生装置。
続きを表示（約 290 文字）【請求項２】
前記蒸気圧縮機は、複数段の蒸気圧縮機を含み、
前記熱交換器は、各段の蒸気圧縮機から吐出された過熱蒸気を冷却媒体によりそれぞれ冷却する複数個の熱交換器を含む、
請求項１に記載の蒸気発生装置。
【請求項３】
複数段の前記蒸気圧縮機の段数は、少なくとも最下流側に位置する前記熱交換器において、大気圧力以上の飽和蒸気が生成されるように設定される、
請求項２に記載の蒸気発生装置。
【請求項４】
前記熱交換器は、過熱蒸気と冷却水との直接熱交換器である、
請求項１～３のいずれか一項に記載の蒸気発生装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示する技術は、蒸気発生装置に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、工場等で蒸気を必要とする場合、重油、灯油、及びメタンガス等に代表される化石燃料の燃焼によって蒸気を発生させる燃焼式ボイラが使用されている。燃焼式ボイラは、化石燃料の燃焼により多くの二酸化炭素を排出するので、地球温暖化防止の観点から好ましくない。
【０００３】
そのため、特許文献１及び特許文献２に開示されているように、ヒートポンプを使用して蒸気を発生させるヒートポンプ式の蒸気発生装置が発案されている。しかし、ヒートポンプ式の蒸気発生装置は、燃焼式ボイラほど普及していない。
【０００４】
ヒートポンプ式の蒸気発生装置が普及していない原因として、ボイラ相当の圧力及び温度の蒸気を発生できる高温用ヒートポンプの開発が技術的に困難であることが挙げられる。特に、冷媒圧縮機の高温耐久性及び地球温暖化係数の低い冷媒の入手困難性等が挙げられる。更に、以下に考察する理由が存在する。
【０００５】
燃焼式ボイラの利点は、燃焼ガス温度が蒸気温度に比べて非常に高いことにある。ボイラ給水の圧力はポンプ等で容易に上昇させることができるので、高い圧力のボイラ給水を高い燃焼ガス温度で沸騰させれば、高温高圧の蒸気を容易に発生させることができる。多くの工場で使用される燃焼式ボイラにおいて、ボイラ出口の蒸気の圧力（運転圧力）は、例えば０．８ＭＰａ（約１７０℃）程度に設定される。ボイラ出口相当の温度が必要な蒸気使用機器には、ボイラ出口の圧力を維持した状態で蒸気が供給される。ボイラ出口よりも低い温度が適する蒸気使用機器には、減圧操作を介してより低い圧力の蒸気が供給される。ボイラ出口よりも低い圧力は、例えば０．３ＭＰａ（約１３３℃）程度である。このように、燃焼式ボイラの利用においては、供給される蒸気の圧力を変化させたり、複数の圧力で蒸気を供給したりすることが容易である。
【０００６】
蒸気圧縮式のヒートポンプは、冷媒圧縮機に入力された電力の数倍の加熱能力を発揮できるので、省エネルギー及び地球温暖化防止の観点から好ましい。そのため、ヒートポンプは、温水の生成に多く使用されている。しかし、ヒートポンプは、蒸気の生成にはあまり使用されていない。高温用ヒートポンプの開発上の問題は既に述べたが、それ以外にも以下のような理由がある。
【０００７】
第１の理由として、ある温度の熱源流体に対してヒートポンプにより発生させる蒸気の圧力を高くすると、低温である熱源流体と高温である蒸気との熱落差が大きくなる。大きな熱落差は、ヒートポンプの成績係数（ＣＯＰ：Coefficient of Performance）を小さくするため、ヒートポンプを利用するメリットが少なくなる。
【０００８】
第２の理由として、燃焼式ボイラのように０．８ＭＰａ程度の蒸気を発生するヒートポンプを製造し、そのヒートポンプで０．８ＭＰａ（約１７０℃）の高圧蒸気と０．３ＭＰａ（約１３３℃）の低圧蒸気とを得る場合、成績係数（ＣＯＰ）は高圧蒸気を発生させる条件で決まる。そのため、ヒートポンプが低圧蒸気の発生に使用される場合であっても、より多くの電力を消費し、成績係数（ＣＯＰ）が低下する条件で運転することになるため、ヒートポンプを利用するメリットが少なくなる。
【０００９】
特許文献１，２に開示されているように、ヒートポンプでくみ上げた熱を利用して発生させた蒸気を蒸気圧縮機で断熱圧縮して昇圧する方式は従来から発案されている。しかし、この方式はあまり使われていない。その理由は以下の点にある。
【００１０】
低圧蒸気を断熱圧縮して一般的な燃焼式ボイラのボイラ出口相当の圧力（０．８ＭＰａ）まで上昇させると、最も効率の良い等エントロピー的な圧縮でも、過熱度が非常に大きい蒸気（すなわち、エンタルピーが過大な蒸気）が発生する。これは、蒸気圧縮機に入力する電力の増大を意味するので、省エネルギーの観点から好ましくない。
【先行技術文献】
【特許文献】
（【００１１】以降は省略されています）

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