(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
常温以上の温度を有する被圧縮気体を圧縮する給油式圧縮機、前記圧縮機から吐出される前記被圧縮気体から油を分離して前記圧縮機に戻す油分離回収器、該圧縮機で圧縮された被圧縮気体を液化させて放熱する凝縮器、該凝縮で液化された被圧縮気体を減圧する減圧装置、及び該減圧装置で減圧された液化された被圧縮気体に吸熱させて蒸発させる蒸発器を被圧縮気体循環経路上で直列に接続し、これら機器に前記被圧縮気体を循環させるヒートポンプ装置において、
加熱して気体状態にあるハイドロカーボンを前記圧縮機へ吸入される前記被圧縮気体として用いるとともに、吐出温度が１５０〜２００℃となる圧縮比で前記圧縮機を圧縮させることができるように設定し、
前記圧縮機の吸入側に設けた熱交換器及び該熱交換器を迂回するように形成されたバイパス回路に設けられたバイパス弁を含んでなる前記被圧縮気体の加熱手段と、前記熱交換器の運転調整及び前記バイパス弁の開度調整により前記圧縮機に吸入されるハイドロカーボンの温度を制御可能な吸入温度制御手段とを設け、該吸入温度制御手段により前記加熱手段を加熱制御して、前記ハイドロカーボンを気体状態に加熱制御させ、
更に蒸留塔が設けられた加熱回路を流れる蒸留対象物を前記凝縮器で前記被圧縮気体と熱交換することにより共沸混合蒸気を生成し、該共沸混合蒸気を前記蒸発器で前記被圧縮気体と熱交換して液化することにより蒸留することを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項２】
常温以上の温度を有する被圧縮気体を圧縮する給油式圧縮機、前記圧縮機から吐出される前記被圧縮気体から油を分離して前記圧縮機に戻す油分離回収器、該圧縮機で圧縮された被圧縮気体を液化させて放熱する凝縮器、該凝縮で液化された被圧縮気体を減圧する減圧装置、及び該減圧装置で減圧された液化された被圧縮気体に吸熱させて蒸発させる蒸発器を被圧縮気体循環経路上で直列に接続し、これら機器に前記被圧縮気体を循環させるヒートポンプ装置において、
加熱して気体状態にあるハイドロカーボンを前記圧縮機へ吸入される前記被圧縮気体として用いるとともに、吐出温度が１５０〜２００℃となる圧縮比で前記圧縮機を圧縮させることができるように設定し、
前記圧縮機の吸入側に設けた熱交換器及び該熱交換器を迂回するように形成されたバイパス回路に設けられたバイパス弁を含んでなる前記被圧縮気体の加熱手段と、前記熱交換器の運転調整及び前記バイパス弁の開度調整により前記圧縮機に吸入されるハイドロカーボンの温度を制御可能な吸入温度制御手段とを設け、該吸入温度制御手段により前記加熱手段を加熱制御して、前記ハイドロカーボンを気体状態に加熱制御させ、
更に前記加熱手段の下流側且つ前記圧縮機の上流側に、前記被圧縮気体に含まれる液化ガスを貯留するノックアウトドラムを備えることを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項３】
前記被圧縮気体は、Ｃ４〜Ｃ７のハイドロカーボン冷媒であり、前記吸入温度制御手段により前記ハイドロカーボンを６０〜１００℃に加熱して圧縮機への吸入気体として用いることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ装置。
【請求項４】
前記圧縮機の吐出温度を検出する温度センサーと、
前記温度センサーの目標温度が１５０〜２００℃に設定されるとともに、前記温度センサーの検出値が前記目標温度となるように前記吸入温度制御手段に指令を出し、前記ハイドロカーボンの圧縮機への吸入温度を制御することを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ装置。
【請求項５】
常温以上の温度を有する被圧縮気体を圧縮する給油式圧縮機、前記圧縮機から吐出される前記被圧縮気体から油を分離して前記圧縮機に戻す油分離回収器、該圧縮機で圧縮された被圧縮気体を液化させて放熱する凝縮器、該凝縮で液化された被圧縮気体を減圧する減圧装置、及び該減圧装置で減圧された液化された被圧縮気体に吸熱させて蒸発させる蒸発器を被圧縮気体循環経路上で直列に接続し、これら機器に前記被圧縮気体を循環させるヒートポンプ装置の運転方法において、
加熱して気体状態にあるハイドロカーボンを前記圧縮機へ吸入される前記被圧縮気体として用いるとともに、吐出温度が１５０〜２００℃となる圧縮比で前記圧縮機を運転させ、
前記圧縮機の吸入側に設けた熱交換器及び該熱交換器を迂回するように形成されたバイパス回路に設けられたバイパス弁を含んでなる前記被圧縮気体の加熱手段により、前記圧縮機に吸入されるハイドロカーボンの温度を気体状態に維持させて加熱制御させ、
更に蒸留塔が設けられた加熱回路を流れる蒸留対象物を前記凝縮器で前記被圧縮気体と熱交換することにより共沸混合蒸気を生成し、該共沸混合蒸気を前記蒸発器で前記被圧縮気体と熱交換して液化することにより蒸留することを特徴とするヒートポンプ装置の運転方法。
【請求項６】
常温以上の温度を有する被圧縮気体を圧縮する給油式圧縮機、前記圧縮機から吐出される前記被圧縮気体から油を分離して前記圧縮機に戻す油分離回収器、該圧縮機で圧縮された被圧縮気体を液化させて放熱する凝縮器、該凝縮で液化された被圧縮気体を減圧する減圧装置、及び該減圧装置で減圧された液化された被圧縮気体に吸熱させて蒸発させる蒸発器を被圧縮気体循環経路上で直列に接続し、これら機器に前記被圧縮気体を循環させるヒートポンプ装置の運転方法において、
加熱して気体状態にあるハイドロカーボンを前記圧縮機へ吸入される前記被圧縮気体として用いるとともに、吐出温度が１５０〜２００℃となる圧縮比で前記圧縮機を運転させ、
前記圧縮機の吸入側に設けた熱交換器及び該熱交換器を迂回するように形成されたバイパス回路に設けられたバイパス弁を含んでなる前記被圧縮気体の加熱手段により、前記圧縮機に吸入されるハイドロカーボンの温度を気体状態に維持させて加熱制御させ、
更に前記加熱手段の下流側且つ前記圧縮機の上流側に設けられたノックアウトドラムによって、前記被圧縮気体に含まれる液化ガスを除去することを特徴とするヒートポンプ装置の運転方法。
【請求項７】
前記ハイドロカーボンを、前記加熱手段により圧縮機の吸入圧力における沸点以上まで加熱した後、前記圧縮機の運転を行うことを特徴とする請求項５記載のヒートポンプ装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ装置及びヒートポンプ装置の運転方法に関するものであり、特に圧縮機の吐出温度が１５０℃以上の高温であっても熱効率の向上が可能であるとともに、安定運転が可能であるヒートポンプ装置及びヒートポンプ装置の運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
給油式スクリュー圧縮機及び該給油式スクリュー圧縮機を用いたヒートポンプが知られている。給油式スクリュー圧縮機は、スクリュー圧縮機内の軸受潤滑部、ロータ室等の給油箇所に油を給油し、スクリュー圧縮機の吐出口から圧縮ガスとともに給油した油を吐出し、該吐出された圧縮ガスと油の混合物をオイルセパレータにて気液分離し、回収した油を油冷却器で冷却した後、再度前記給油箇所に給油する油循環系統を設けることで、油を循環使用するものである。【０００３】
このような、給油式スクリュー圧縮機及び該給油式スクリュー圧縮機を用いたヒートポンプにおいては、性能の向上が求められている。性能の向上を図った給油式スクリュー圧縮機を用いたヒートポンプに関する技術として、特許文献１には、オイルセパレータからスクリュー圧縮機の給油箇所への油系統に油冷却器を設けず、油の冷却の必要時に一部の油を冷媒系に混入させて冷媒で冷却してスクリュー圧縮機に同伴する技術が開示されている。特許文献１に開示された技術によれば、油冷却器を設けないため、油冷却器で熱を捨てることがなくなり、ヒートポンプ全体における熱効率が高いという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２４３１８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで近年、高温用ヒートポンプにおいて、熱媒体のスクリュー圧縮機吐出温度が１２０℃を超える排熱利用１２０℃超えヒートポンプが要求されている。また、蒸留塔塔頂から排出されたガスをスクリュー圧縮機で再圧縮して、該再圧縮による圧縮熱を従来のスチームの代わりとしてリボイラーにて焚き上げる、所謂ＶＲＣ（ベーパーリコンプレッション）においては、熱媒体のスクリュー圧縮機吐出温度が１５０℃以上となる１５０℃超えヒートポンプが要求されている。【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された技術においては、スクリュー圧縮機吐出温度が前述のような１２０℃超え、さらには１５０℃超えのヒートポンプについては想定されていない。そのため、スクリュー圧縮機吐出温度が１２０℃超え、さらには１５０℃超えとなるような系に適用する場合、熱媒体の変性、スクリュー圧縮機の耐熱、スクリュー圧縮機内での油の流通などに課題が残る。【０００７】
従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、油冷却器を設けないことで熱効率の向上を図るとともに、熱媒体のスクリュー圧縮機吐出温度が１５０℃以上の高温においても使用可能なヒートポンプ及びその運転方法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】
上記課題を解決するため本発明においては、常温以上の温度を有する被圧縮気体を圧縮する給油式圧縮機、前記圧縮機から吐出される前記被圧縮気体から油を分離して前記圧縮機に戻す油分離回収器、該圧縮機で圧縮された被圧縮気体を液化させて放熱する凝縮器、該凝縮で液化された被圧縮気体を減圧する減圧装置、及び該減圧装置で減圧された液化された被圧縮気体に吸熱させて蒸発させる蒸発器を被圧縮気体循環経路上で直列に接続し、これら機器に前記被圧縮気体を循環させるヒートポンプ装置において、加熱して気体状態にあるハイドロカーボンを前記圧縮機へ吸入される前記被圧縮気体として用いるとともに、吐出温度が１５０〜２００℃となる圧縮比で前記圧縮機を圧縮させることができるように設定し、前記圧縮機の吸入側に設けた熱交換器及び該熱交換器を迂回するように形成されたバイパス回路に設けられたバイパス弁を含んでなる前記被圧縮気体の加熱手段と、前記熱交換器の運転調整及び前記バイパス弁の開度調整により前記圧縮機に吸入されるハイドロカーボンの温度を制御可能な吸入温度制御手段とを設け、該吸入温度制御手段により前記加熱手段を加熱制御して、前記ハイドロカーボンを気体状態に加熱制御させることを要旨とする。
そして本第１の装置発明は、前記要旨に加えて、蒸留塔が設けられた加熱回路を流れる蒸留対象物を前記凝縮器で前記被圧縮気体と熱交換することにより共沸混合蒸気を生成し、該共沸混合蒸気を前記蒸発器で前記被圧縮気体と熱交換して液化することにより蒸留するものである。
また、本第２の装置発明は、前記要旨に加えて、前記加熱手段の下流側且つ前記圧縮機の上流側に、前記被圧縮気体に含まれる液化ガスを貯留するノックアウトドラムを更に備えるものである。
【０００９】
前記熱媒体の圧縮機からの吐出温度を１５０〜２００℃とすることで、給油式圧縮機に供給する油も含めた熱バランスが出来る。これにより、前記油分離回収器によって分離されて圧縮機に戻す油を冷却するオイルクーラーを設ける必要がなくなる。従って、圧縮機に係る装置全体がコンパクト化するとともに、オイルクーラーで熱を放出する必要がないためＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ｏｆ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）が向上する。
なお、前記圧縮機内において、１５０℃以上の高温に晒される部品は、１５０℃以上の高温に対する耐熱性を有する材料を使用して作成する必要がある。また、前記油も前記圧縮機の運転中は１５０℃以上の高温下に常に晒されるため、１５０℃以上の高温下で分解劣化しない油を使用する必要がある。【００１０】
また、前記吸入温度制御手段を設けることで、圧縮機内及び圧縮機から吐出される熱媒体と油の混合物の温度を適正に制御することができる。これにより、圧縮機内が必要以上に高温になり、圧縮機各要素部品や油が高温により劣化することを防止することができ、安全運転が可能である。【００１１】
また、前記熱媒体は、ハイドロカーボン冷媒であるとよく、さらに好ましくはＣ４〜Ｃ７のハイドロカーボンであるとよく、例えばｎ−ヘキサン、ｎ―ペンタン又はイソペンタンを使用するとよい。【００１２】
また、前記圧縮機の吐出温度を検出する温度センサーと、前記温度センサーの目標温度が設定されるとともに、前記吸入温度制御手段に指令を出し、前記温度センサーの検出値が前記目標温度とするように前記圧縮機への熱媒体の吸入温度を制御する温度制御手段を設けるとよい。【００１３】
これにより、圧縮機の吐出温度を目標温度となるように、吸入温度を制御することで、圧縮機の吐出温度が必要以上の高温となり、圧縮機各要素部品や油が高温により劣化することをさらに確実に防止することができる。
なお、圧縮機の吐出温度とは、圧縮機から吐出される前記熱媒体と油の混合物の温度をいうが、該温度は前記油分離回収器の下部にできる油溜まり部の温度と同値である。そのため、前記温度センサーは前記油分離回収器の油溜まり部の温度を検出するものとすることができる。【００１４】
また、課題を実現するための方法の発明として、常温以上の温度を有する被圧縮気体を圧縮する給油式圧縮機、前記圧縮機から吐出される前記被圧縮気体から油を分離して前記圧縮機に戻す油分離回収器、該圧縮機で圧縮された被圧縮気体を液化させて放熱する凝縮器、該凝縮で液化された被圧縮気体を減圧する減圧装置、及び該減圧装置で減圧された液化された被圧縮気体に吸熱させて蒸発させる蒸発器を被圧縮気体循環経路上で直列に接続し、これら機器に前記被圧縮気体を循環させるヒートポンプ装置の運転方法において、加熱して気体状態にあるハイドロカーボンを前記圧縮機へ吸入される前記被圧縮気体として用いるとともに、吐出温度が１５０〜２００℃となる圧縮比で前記圧縮機を運転させ、前記圧縮機の吸入側に設けた熱交換器及び該熱交換器を迂回するように形成されたバイパス回路に設けられたバイパス弁を含んでなる前記被圧縮気体の加熱手段により、前記圧縮機に吸入されるハイドロカーボンの温度を気体状態に維持させて加熱制御させることを要旨とする。
そして本第１の方法発明は、前記要旨に加えて、蒸留塔が設けられた加熱回路を流れる蒸留対象物を前記凝縮器で前記被圧縮気体と熱交換することにより共沸混合蒸気を生成し、該共沸混合蒸気を前記蒸発器で前記被圧縮気体と熱交換して液化することにより蒸留するものである。
また、本第２の方法発明は、前記要旨に加えて、前記加熱手段の下流側且つ前記圧縮機の上流側に設けられたノックアウトドラムによって、前記被圧縮気体に含まれる液化ガスを除去するものである。
【００１５】
また、前記熱媒体を、前記圧縮機の吸入圧力における沸点以上まで加温して暖気運転をした後、前記保温運転を行う。
前記熱媒体としては例えばｎ−ヘキサン、ｎ―ペンタン又はイソペンタンなどのハイドロカーボンを使用することができる。これらは、常温における沸点が低いため、起動時においては液化している可能性が高い。そこで、暖気運転を行うことで、液体の熱媒体が圧縮機に混入することを防止することができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上記載のごとく本発明によれば、油冷却器を設けないことで熱効率の向上を図るとともに、熱媒体のスクリュー圧縮機吐出温度が１５０℃以上の高温においても使用可能なヒートポンプ及びその運転方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施例１に係るヒートポンプ及びその周辺設備に係る概略図である。
【図２】スクリュー圧縮機への吸入ガス温度制御に係る構成図である。
【図３】実施例１におけるスクリュー圧縮機の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【実施例１】
【００１９】
図１は、実施例に係るヒートポンプ及びその周辺設備に係る概略図である。図１に基づいて装置の構成について説明する。図１において、１はヒートポンプであり、ヒートポンプ１は循環回路２上に、スクリュー圧縮機４、凝縮器６、タンク８及び蒸発器１０が配置されて構成されている。ヒートポンプ１は、熱媒体が、循環回路２を通りスクリュー圧縮機４→凝縮器６→タンク８→蒸発器１０→スクリュー圧縮機４の順に循環するようになっている。前記熱媒体としては、スクリュー圧縮機４への吸入温度を６０〜１００℃とし、スクリュー圧縮機４からの吐出温度を１５０〜１６０℃となる圧縮比で圧縮させることができる熱媒体を使用し、具体的にはＣ４〜Ｃ７のハイドロカーボン、特にｎ−ヘキサン、ｎ−ペンタン、イソペンタンなどを使用することができる。また、図１において１２は蒸留塔であり、本実施例においては蒸留塔１２は共沸混合物である蒸留対象物を蒸留するものである。【００２０】
次に図１を用いて装置の動作について説明する。
まず、ヒートポンプ１の動作について説明する。
後述する共沸混合蒸気により熱を奪われた熱媒体は、６０〜１００℃のガスとなってスクリュー圧縮機４に吸入される。スクリュー圧縮機４に吸入された熱媒体は、吐出温度が１５０〜１６０℃となるまで圧縮されて、凝縮器６へ送られる。【００２１】
凝縮器６へは、蒸留塔１２から後述する液体状態の蒸留対象物が送られる。
凝縮器６では、前記熱媒体と、前記液体状態の蒸留対象物が熱交換する。該熱交換により熱媒体は冷却されて液化し、タンク８へ送られる。【００２２】
タンク８へ送られた液体の熱媒体は、タンク８で減圧されて蒸発器１０へ送られる。
蒸発器１０では、前記熱媒体は、蒸留塔１２の塔頂からの後述する共沸混合蒸気と熱交換する。該熱交換により熱媒体は加温されて気化し、６０〜１００℃のガスとなってスクリュー圧縮機４に戻る。【００２３】
一方、蒸留塔１２では、蒸留塔１２内の液体状態の蒸留対象物の一部は、加熱回路１４内を循環している。加熱回路１４内を循環する前記液体状態の蒸留対象物の一部は、加熱回路１４上に設置された凝縮器６で、前記熱媒体と熱交換することで加熱されて蒸留塔１２で行われる蒸留に必要な熱が供給される。即ち、凝縮器６がリボイラーの役割を果たしている。【００２４】
加熱回路１４内を循環する液体の蒸留対象物に、リボイラーの役割を果たす凝縮器６で前記熱媒体より熱が供給されることで、共沸混合物である蒸留対象物の一部は共沸混合蒸気となる。該共沸混合蒸気は、蒸留塔１２の塔頂より蒸発器１０へ送られる。蒸発器１０へ送られた共沸混合蒸気は、蒸発器１０でタンク８から送られた液体の熱媒体と熱交換する。該熱交換により、前述の通り熱媒体は加温されて気化するとともに、共沸混合蒸気は冷却されて液化し、分離層１６へ送られる。分離層１６へ送られた共沸混合物は、分離層１６で液−液の２相に分離される。分離槽１６で分離される液相のうち、エントレーナーを主成分とする相は、蓄積不純物除去のために蒸留塔１２とは別の蒸留塔（不図示）などへ供給され、必要に応じて蓄積不純物濃度を低減して蒸留塔１２へ戻される。また、分離層１６で分離される液相のうち、共沸蒸留によって濃度を低減させたい不純物を主成分とする相は、所望する還流比を達成するために、その一部がライン１８を通って蒸留塔１２へ戻される。【００２５】
以上のような構成、動作において、前記熱媒体には前述の通り、スクリュー圧縮機４への吸入温度を６０〜１００℃とし、スクリュー圧縮機４からの吐出温度を１５０〜１６０℃となる圧縮比で圧縮させることができる熱媒体、具体的にはＣ４〜Ｃ７のハイドロカーボン、特にｎ−ヘキサン、ｎ−ペンタン、イソペンタンなどを使用する。ｎ−ヘキサン、ｎ−ペンタン、イソペンタンなどのＣ４〜Ｃ７のハイドロカーボンは何れも沸点が低く、常温で液化しやすいため、図１に示した装置の起動前に加温する必要がある。
また、運転中においてもスクリュー圧縮機２への吸入ガス温度が低下して液化しないように、スクリュー圧縮機２への吸入ガス温度を制御する必要がある。
さらに、スクリュー圧縮機各要素部品及び潤滑油を１５０〜１６０℃となる高温下で使用限界を超えず、安全に運用する必要がある。従って、スクリュー圧縮機４の吐出ガス温度が急激に上昇しないようにする必要があり、そのためにスクリュー圧縮機４の吸入ガス温度を適切に制御する必要がある。【００２６】
図２は、スクリュー圧縮機への吸入ガス温度制御に係る構成図である。なお、図２に係る各装置、設備はスクリュー圧縮機４を除き、図１には図示を省略している。
まず、図２を用いてスクリュー圧縮機への給油について説明する。
スクリュー圧縮機は、雌、雄二つの歯形を持つロータのかみ合いによりガスの吸込み、圧縮、吐出しの３工程によりガスの圧縮を行っている。前記ロータかみ合い部への油の噴射により、雄ロータによる雌ロータの駆動を可能にするとともに、ロータ間隙間その他の隙間のガスシール性を高め、圧縮ガスの冷却による効率向上とを可能とし、高い体積効率及び断熱効率のもとに高速回転で大容量のガスの処理ができ、磨耗部分も少なく、一段の圧力比が高く取れ、しかも液戻りによる影響も受けにくい。そのため、スクリュー圧縮機へ給油する。【００２７】
オイルセパレータ４２内に貯留された油は、オイルポンプ４６によってスクリュー圧縮機４に送液され、スクリュー圧縮機４内のロータかみ合い部等の給油箇所に給油される。スクリュー圧縮機４に給油された油は、スクリュー圧縮機４の中で熱媒体のガスに混入されスクリュー圧縮機４から吐出されるガスに混入される。次いで、スクリュー圧縮機４から吐出された圧縮ガスと油の混合物は、オイルセパレータ４２に送られる。圧縮ガスと油の混合物は、オイルセパレータ４２で気液分離され、油は再度ポンプ４４によってスクリュー圧縮機４に送液され、熱媒体のガスは図１に示した凝縮器６へ送られる。
なお、ここで使用する油は、スクリュー圧縮機４の運転中は１５０℃以上の高温下に常に晒されるため、１５０℃以上の高温下で分解劣化しない油を使用する必要がある。【００２８】
次に、図２を用いてスクリュー圧縮機への吸入ガス温度制御について説明する。
オイルセパレータ４２の液相部の温度を検出可能な温度センサー４４により、オイルセパレータ４２の液相部、即ち油の温度を検出する。温度センサー４４により検出された温度は温度調節計２２に取り込まれる。なお、温度センサー４４で検出される温度は、圧縮機４から吐出されるガス温度と同値とみなすことができる。【００２９】
温度調節計２２には、予めオイルセパレータ４４の液相部の温度、即ち圧縮機４から吐出されるガス温度の目標値（例えば１６０℃）が設定されている。温度調節計２２は、温度センサー４４により検出された温度と、前記目標値を比較して適切な吸入温度を算出し、熱媒体の循環回路２上であり圧縮機４の吸入側に設けられた熱交換器２４及び熱交換器２４のバイパス回路上に設けられたバイパス弁２６の調整を行う。熱交換器２４は、熱媒体の温度調整が可能なものであれば特に限定されるものではなく、例えばファンコントロールによる空冷式の熱交換器や、冷却水量コントロールによる水冷式の熱交換器などを使用することができる。【００３０】
図２に示したスクリュー圧縮機への吸入ガス温度制御に係る構成では、温度センサー４４で検出される温度が、温度調節計に設定された目標値（例えば１６０℃）よりも高い場合には、熱交換器２４の運転調整及びバイパス弁２６の開度調整により吸入ガス温度を下げるように調整し、一方、温度センサー４４で検出される温度が、温度調節計２２に設定された目標値（例えば１６０℃）よりも低い場合には、熱交換器２４の運転調整及びバイパス弁２６の開度調整により吸入ガス温度を上げるように調整することで、スクリュー圧縮機各要素部品及び潤滑油を高温下で使用限界を超えず、安全に運用することができる。【００３１】
なお、前述の通り、熱媒体としては例えばｎ−ヘキサン、ｎ−ペンタン、イソペンタンなどＣ４〜Ｃ７のハイドロカーボンを使用するが、これらは何れも沸点が低く液化しやすいため、吸入ガス温度が急激に低下してガスが凝縮する可能性がある。その場合であっても、凝縮したガスがスクリュー圧縮機４に入らないように、熱交換器２４の下流側且つスクリュー圧縮機４の上流側にノックアウトドラム（ＫＯドラム）２８を設置しておくことが望ましい。【００３２】
さらに、図２に示した構成は、装置起動時における暖気運転時にも使用することができる。この場合、まず油のみを圧縮機４→オイルセパレータ４２→オイルポンプ４６の順に循環させる。次に例えばタンク８に設けたヒーター（不図示）などで加温した熱媒体を、温度センサー４４の温度を監視しながら温度調節計２２により熱交換器２４、バイパス弁を調整しながらスクリュー圧縮機４に吸入していく。【００３３】
図３は、実施例におけるスクリュー圧縮機４の断面図である。図３において、１０１はケーシングである。ケーシング１内には、歯数の異なるヘリカルギヤが形成された雄ロータ２及び雌ロータ３が噛み合わされ互いに逆回転可能にして収納されている。【００３４】
１０７及び１０９は雄ロータ側の軸受で、雄ロータ１０２の軸は、軸受１０７及び１０９により夫々ケーシング１０１に回転自在に支持されている。１０８及び１１０は雌ロータ側の軸受で、雌ロータ１０３の軸は、軸受１０８及び１１０により夫々ケーシング１０１に回転自在に支持されている。
１１１は雄ロータ側のスラスト軸受で、雄ロータ１０２のスラスト荷重は、雄ロータ１０２の軸及びスラスト軸受１１１を介してケーシング１０１で支承するようになっている。また、１１２は雌ロータ側のスラスト軸受で、雌ロータ１０３のスラスト荷重は、雌ロータ１０３の軸及びスラスト軸受１１２を介してケーシング１０１で支承するようになっている。
また、１１３は雄ロータ１０２の軸封を行うメカニカルシャフトシールである。【００３５】
１１４はバランスピストンで、スラスト荷重が大きくなる駆動側の雄ロータ１０２の軸の反駆動側軸端部に固着され、前記ケーシング１０１内に形成されたシリンダ内に往復摺動可能に嵌合されている。【００３６】
かかるスクリュー圧縮機４の運転時において、スクリュー圧縮機４に導入されたガス状の熱媒体は、互いに逆回転せしめられる雄ロータ１０２と雌ロータ１０３との間の隙間容積変化によって圧縮されて吐出される。
雄ロータ１０２及び雌ロータ１０３の回転に伴う隙間容積変化によって発生するスラスト荷重は、雄ロータ１０２側においては、雄ロータ１０２の軸及びスラスト軸受１１１を介してケーシング１０１で支承し、雌ロータ１０３側においては、雌ロータ１０３の軸及びスラスト軸受１１２を介してケーシング１０１で支承する。【００３７】
図３に示したスクリュー圧縮機４において、雄ロータ１０２、雌ロータ１０３、軸受１０７、１０８、１０９、１１０、スラスト軸受１１１、１１２、メカニカルシャフトシール１１３及びバランスピストン１１４については、熱媒体の圧縮、オイルの導入により熱媒体の圧縮機吐出温度である１５０〜１６０℃程度の高温に晒されるため、前記各スクリュー圧縮機の構成部品を１５０〜１６０℃程度の高温に対する耐熱性を有する材料を使用して作成する必要がある。【００３８】
さらに、雄ロータ１０２及び雌ロータ１０３が必要以上の高温に晒されないために、ケーシング１０１と雄ロータ１０２とのクリアランス、及びケーシング１０１と雌ロータ１０３とのクリアランスを調整することができる。
一例として、ロータとケーシングの間のクリアランスと、ロータ外径で表すロータクリアランス比を０．００２０（＝２０／１００００）とするとロータ（雄ロータ１０２、雌ロータ１０３）の温度の上昇を小さく抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
油冷却器を設けないことで熱効率の向上を図るとともに、熱媒体のスクリュー圧縮機吐出温度が１５０℃以上の高温においても使用可能なヒートポンプ及びその運転方法として使用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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