(57)【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、及び、前記蒸発器から温水を排出する温水排出経路を有する温水供給部と、
を備えるヒートポンプ式蒸気生成装置であって、
前記蒸発器は、前記温水供給経路からの温水が流通して前記温水排出経路へと排出されるように並列された複数の温水経路と、前記冷媒が流通して各温水経路を流れる温水と該冷媒とを熱交換させる冷媒経路とを有し、
前記温水排出経路には、該温水排出経路を流れる温水に圧力損失を付与し、前記複数の温水経路に略均等に温水を流通させる流体抵抗部が設けられ、
前記流体抵抗部は、第１の流体抵抗部と、前記温水排出経路における前記第１の流体抵抗部よりも下流に設けられた第２の流体抵抗部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。
【請求項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、
前記複数の温水経路は、前記温水供給経路に入口マニホールド部を介して接続され、前記流体抵抗部の圧力損失は、前記蒸発器の出口側での圧力損失が前記入口マニホールド部での圧力損失よりも大きくなるように設定されることを特徴とするヒートポンプ式蒸気生成装置。
【請求項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、
前記複数の温水経路は、前記温水排出経路に出口マニホールド部を介して接続されることを特徴とするヒートポンプ式蒸気生成装置。
【請求項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、
前記蒸発器は、前記温水供給経路が上側、前記温水排出経路が下側に設けられ、前記冷媒の供給経路が下側、前記冷媒の排出経路が上側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。
【請求項５】
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、
前記蒸発器は、前記温水供給経路が上側、前記温水排出経路が下側に設けられ、
前記第１の流体抵抗部は、前記温水排出経路の管路よりも内径が小さい細管路であり、
前記第２の流体抵抗部は、前記温水排出経路を前記蒸発器の前記温水排出経路の出口ポートより所定の長さだけ立ち上げ、前記蒸発器を液封する立ち上げ配管であり、
前記第１の流体抵抗部で付与される圧力損失は前記第２の流体抵抗部で付与される圧力損失よりも大きいことを特徴とするヒートポンプ式蒸気生成装置。
【請求項６】
請求項５に記載のヒートポンプ式蒸気生成装置において、
前記第１の流体抵抗部は、前記細管路の内径及び長さを調整することにより圧力損失を所定の値とすることを特徴とするヒートポンプ式蒸気生成装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載のヒートポンプ式蒸気生成装置において、
前記第２の流体抵抗部は、前記立ち上げ配管の立ち上げ長さを調整することにより圧力損失を所定の値とすることを特徴とするヒートポンプ式蒸気生成装置。
【請求項８】
請求項５〜７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、
前記立ち上げ配管が、前記蒸発器の前記温水供給経路の入口ポートよりも高い位置まで立ち上げられることを特徴とするヒートポンプ式蒸気生成装置。
【請求項９】
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生成装置において、
前記第１の流体抵抗部は、前記温水排出経路の出口ポート近傍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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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ＣＯ２の排出量を低減できるメリットがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１７９２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のようなヒートポンプ式蒸気生成装置では、蒸発器におけるヒートポンプ部の冷媒と温水供給部の温水との間での熱交換性能が低下した場合には、装置全体の効率も低下することになる。このため、蒸発器の内部では冷媒や温水を円滑に且つ均等に流通させる必要があるが、一般的なプレート型熱交換器等では特に温水側での分配不良を生じ易く、熱交換性能が低下し装置全体の効率も低下することがある。
【０００５】
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、蒸発器での温水と冷媒との間の熱交換性能を向上させ、装置性能を向上させ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】
【０００６】
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、及び、前記蒸発器から温水を排出する温水排出経路を有する温水供給部とを備えるヒートポンプ式蒸気生成装置であって、前記温水排出経路に設けられ、該温水排出経路を流れる温水に圧力損失を付与する第１の流体抵抗部と、前記温水排出経路における前記第１の流体抵抗部よりも下流に設けられ、該温水排出経路を流れる温水に圧力損失を付与する第２の流体抵抗部とを有し、前記第１の流体抵抗部で付与される圧力損失は前記第２の流体抵抗部で付与される圧力損失よりも大きいことを特徴とする。
【０００７】
このような構成によれば、蒸発器からの温水排出経路に流体抵抗部を設けて流れる温水に効率的に圧力損失を生じさせることで、流体抵抗部より上流側での温水の圧力が上昇し、蒸発器内部での温水の分流が確保される。これにより、蒸発器内に流入した温水がその内部を略均等に流通するため、温水と冷媒との間の熱交換性能が向上し、ヒートポンプ部や蒸気生成部での出力や効率が向上し、装置性能が向上する。
【０００８】
前記温水供給経路は前記蒸発器の上側に接続される一方、前記温水排出経路は前記蒸発器の下側に接続され、前記第１の流体抵抗部は、前記温水排出経路の管路よりも内径が小さい細管路であり、前記第２の流体抵抗部は、前記温水排出経路を前記蒸発器の前記温水排出経路の出口ポートより所定の長さだけ立ち上げた立ち上げ配管で構成してもよい。
【０００９】
前記第１の流体抵抗部は、前記細管路の内径及び長さを調整することにより圧力損失を所定の値とする構成としてもよい。
【００１０】
前記第２の流体抵抗部は、前記立ち上げ配管の立ち上げ長さを調整することにより圧力損失を所定の値とする構成としてもよい。
【００１１】
前記立ち上げ配管が、前記蒸発器の前記温水供給経路の入口ポートよりも高い位置まで立ち上げられる構成としてもよい。
【００１２】
前記第１の流体抵抗部は、前記温水排出経路の出口ポート近傍に設けられる構成としてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、蒸発器からの温水排出経路に流体抵抗部を設けて流れる温水に効率的に圧力損失を生じさせることで、流体抵抗部より上流側での温水の圧力が上昇し、蒸発器内部での温水の分流が確保される。これにより、蒸発器内に流入した温水がその内部を略均等に流通するため、温水と冷媒との間の熱交換性能が向上し、ヒートポンプ部や蒸気生成部での出力や効率が向上し、装置性能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】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全体構成図である。
【図２】蒸発器の構成例を模式的に示す説明図である。
【図３】図１に示すヒートポンプ式蒸気生成装置の流体抵抗部の構成例を模式的に示す説明図である。
【図４】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における変形例に係る流体抵抗部を備えた蒸発器を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置の全体構成図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置の全体構成図である。
【図７】制御部による弁の開度調整の制御フローの一例を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第４の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置の蒸発器周辺を表す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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の全体構成図である。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排熱を回収し、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。
【００１７】
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、温水供給部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とを備える。
【００１８】
ヒートポンプ部１６は、冷媒を圧縮する圧縮機２０と、圧縮機２０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、手動膨張弁、定圧膨張弁、温度膨張弁、オリフィス、キャピラリー等から適宜選定することができる。
【００１９】
圧縮機２０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で給水経路３０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で温水供給部１４の温水供給経路３２ａから流入する温水から吸熱して蒸発し、圧縮機２０へと戻る。
【００２０】
圧縮機２０は図示しない制御部の制御下に、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（ＩＮＶ）４０を介してその運転回転数が制御される。
【００２１】
蒸発器２６は、例えば図２に示すように温水供給部１４を流れる温水が流通する複数の温水経路３４と、ヒートポンプ部１６の冷媒回路を流れる冷媒が流通する複数の冷媒経路３５とを対向配置したプレート型熱交換器である。上部の一側部に設けられた入口ポート３６ａから流入した温水は、奥側へと流れつつ分流して各温水経路３４を流れ、冷媒経路３５を流れる冷媒と熱交換した後、下部の一側部に設けられた出口ポート３６ｂから排出される。また、下部の一側部に設けられた入口ポート３７ａから流入した冷媒は、奥側へと流れつつ分流して各冷媒経路３５を流れ、温水経路３４を流れる温水と熱交換した後、上部の一側部に設けられた出口ポート３７ｂから排出される。このように、蒸発器２６では温水供給経路３２ａが上側、温水排出経路３２ｂが下側に設けられている。
【００２２】
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で生成される水と蒸気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４２と、水蒸気分離器４２で分離された蒸気を外部の蒸気利用設備に供給する蒸気供給経路４４と、水蒸気分離器４２で分離された水を給水経路３０から供給される水と合流させて凝縮器２２から水蒸気分離器４２へと導く水循環経路４６とを有する。
【００２３】
水蒸気分離器４２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水循環経路４６に接続された給水経路３０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。給水経路３０は、図示しない水道管や水タンクからの水（給水）を給水ポンプ４８によって加熱器２８を経て水循環経路４６まで導入する。給水ポンプ４８はインバータ（ＩＮＶ）５２を介してその運転回転数が制御される。水蒸気分離器４２には、内部の蒸気圧が所定圧力以上になった際に開放される圧力逃がし弁５４が接続されている。
【００２４】
水循環経路４６は、水蒸気分離器４２の下端壁から凝縮器２２までを連通する液管４６ａと、凝縮器２２から水蒸気分離器４２の上部側壁までを連通する蒸気管４６ｂとから構成されている。液管４６ａには水が流通し、蒸気管４６ｂには水及び蒸気を含む気液二相流が流通する。液管４６ａには循環ポンプ５６が設けられている。循環ポンプ５６はインバータ（ＩＮＶ）５８を介してその運転回転数が制御される。
【００２５】
蒸気供給経路４４は、水蒸気分離器４２の上端壁に接続され、蒸気管４６ｂから当該水蒸気分離器４２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。蒸気供給経路４４には、流れる蒸気の圧力を調整する圧力調整弁６０が設置されている。圧力調整弁６０の開度を適宜調整することにより、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できる。
【００２６】
温水供給部１４は、蒸発器２６に温水を供給する温水供給経路３２ａと、蒸発器２６から温水を排出する温水排出経路３２ｂとを有する。温水供給経路３２ａは、その下流端が蒸発器２６の入口ポート３６ａに接続される。温水排出経路３２ｂは、その上流端が蒸発器２６の出口ポート３６ｂに接続される。
【００２７】
温水供給経路３２ａには、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温水ポンプ６２が設けられている。温水ポンプ６２はインバータ（ＩＮＶ）６４を介してその運転回転数が制御されることで蒸発器２６に供給する温水の流量を調整することができる。温水ポンプ６２の下流側の温水供給経路３２ａに流量計６５を設け、その検出値に基づいて温水ポンプ６２を駆動制御してもよい。
【００２８】
温水排出経路３２ｂには、流れる温水に圧力損失を付与する流体抵抗部６６が設けられている。図３に示すように、流体抵抗部６６は、温水排出経路３２ｂの管路６８の途中に接続された細管路７０によって構成されている。細管路７０は、管路６８よりも内径が小さく形成され、一定長さに設定された管路であり、蒸発器２６から流出して管路６８を流れる温水に圧力損失を付与する。大きな圧力損失を付与したい場合にオリフィスを用いて１点のみで圧力損失を付与した場合、オリフィスにかかる圧力負荷が過大となり、装置の信頼性が損なわれる恐れがある。また、配管径を絞りすぎると流量などの面で制約が生じる場合がある。そのため、細管路７０の内径のみならず、長さも調整することにより圧力損失を所望の値に設定している。細管路７０の内径及び長さは、付与したい圧力損失の量、温水排出経路３２ｂの配管径、温水排出経路３２ｂを流通する温水量等を考慮し、適宜設定される。これにより、流体抵抗部６６の上流側、つまり温水供給経路３２ａ及び蒸発器２６の内部を流れる温水の圧力が、流体抵抗部６６の下流側を流れる温水の圧力よりも大きくなる。
【００２９】
以上のように構成されたヒートポンプ式蒸気生成装置１０では、その定常運転時、ヒートポンプ部１６によって温水供給部１４の温水供給経路３２ａを流れる温水の熱を蒸発器２６で冷媒に回収し、冷媒に回収した熱を凝縮器２２で蒸気生成部１２の給水経路３０を流れる水に移動させて蒸気を生成する。これにより、排熱を効率的に回収して利用し、高い省エネ性能が発揮される。
【００３０】
この際、温水供給経路３２ａから蒸発器２６の入口ポート３６ａに流入した温水は、図２に示すように手前側から奥側へと温水経路３４上部のマニホールド空間を流通しながら分配されて各温水経路３４を流通する。ところが、仮に上記のような流体抵抗部６６を温水排出経路３２ｂに設けていない構成の場合は、入口ポート３６ａから流入した温水は最も圧力損失の少ない経路、つまり入口ポート３６ａに近い温水経路３４（図２中で右側の温水経路３４）に偏って流通し、入口ポート３６ａから離れた温水経路３４（図２中で左側の温水経路３４）への流通量が低下する分配不良を生じる。この分配不良を生じると、温水の流通量が低下した温水経路３４では温水と冷媒との間の熱交換が十分に行われず、蒸発器２６全体としての熱交換性能が低下し、ヒートポンプ部１６や蒸気生成部１２を含めた装置全体の効率低下の要因となる。
【００３１】
そこで、本実施形態では、温水排出経路３２ｂに流体抵抗部６６を設けて流れる温水に圧力損失を生じさせている。これにより、流体抵抗部６６より上流側での温水の圧力が上昇して蒸発器２６内部での温水の分流が改善されるため、入口ポート３６ａから蒸発器２６内に流入した温水は各温水経路３４を略均等に流通し、各冷媒経路３５を流れる冷媒との間の熱交換性能が確保される。また、流体抵抗部６６を管路６８の途中に接続した細管路７０で構成しているため、低コストで簡素な構成でありながらも十分な圧力損失を生じさせることができる。
【００３２】
この場合、蒸発器２６の入口側のマニホールド空間での圧力損失よりも蒸発器２６の出口側での圧力損失が大きくなるように流体抵抗部６６を設けることで、分配不良の問題が緩和され、各温水経路３４に略均等に温水を流通させることが可能となる。
【００３３】
なお、流体抵抗部６６による圧力損失によって温水ポンプ６２による温水の流量が低下した場合は熱交換性能が低下することになる。そこで、温水ポンプ６２は、流体抵抗部６６による目標圧力損失が付与される条件で目標とする流量が得られるよう、予め実験等によって得られた流量を発生する運転回転数に設定しておくとよい。つまり、流体抵抗部６６を構成する細管路７０の内径や長さは、設定する目標圧力損失に基づき設定すればよい。勿論、流量計６５での検出値が目標とする流量となるようにインバータ６４を介して温水ポンプ６２の運転回転数を制御してもよい。また温水排出経路３２ｂを、流体抵抗部６６を設けない経路と流体抵抗部６６を設けた経路とに分岐させ、これらを切り替える構成としてもよい。この場合、分岐経路の切替手段としては手動弁、電磁弁、三方弁等を適宜選択することができる。
【００３４】
図４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における変形例に係る流体抵抗部６６ａを備えた蒸発器２６ａを示す図である。図４に示す蒸発器２６ａでは、温水供給経路３２ａが上側、温水排出経路３２ｂが下側に設けられると共に、温水排出経路３２ｂが蒸発器２６ａの出口ポート３６ｂから所定の長さだけ立ち上げられた立ち上げ配管により流体抵抗部６６ａを形成している。圧力損失は、流体抵抗部６６ａの立ち上げ長さを調整することにより所望の値に設定することができる。この構成によっても流体抵抗部６６ａでの圧力損失により、蒸発器２６ａでの温水の分配不良の問題を緩和できる。
【００３５】
また、流体抵抗部６６ａは、温水供給経路３２ａの入口ポート３６ａよりも高い位置まで立ち上げる構成としてもよい。このような構成とすることで、流体抵抗を付与するとともに蒸発器２６ａ内を液封し、温水排出経路３２ｂからのエア混入を防止する効果も得ることができる。
【００３６】
図５は、本発明の第２の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置１０Ａの全体構成図である。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及び効果を奏する要素には同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略し、以下同様とする。
【００３７】
図５に示すように、このヒートポンプ式蒸気生成装置１０Ａは、図１に示すヒートポンプ式蒸気生成装置１０の流体抵抗部６６（６６ａ）に代えて、手動又は電動で開度調整可能な弁（流体抵抗調整弁）７２によって構成された流体抵抗部７４を備える。
【００３８】
従って、ヒートポンプ式蒸気生成装置１０Ａでは、流体抵抗部７４を構成する弁７２の開度を調整することで、温水排出経路３２ｂでの温水の流れを絞り、所望の圧力損失を付与することができる。これにより、例えばヒートポンプ式蒸気生成装置１０Ａの要求出力が異なり、温水ポンプ６２による温水流量が異なる状況等であっても弁７２の開度を調整するだけで柔軟に対応することができ、高い汎用性が得られる。このように、このヒートポンプ式蒸気生成装置１０Ａの場合には、目標となる流量の温水に対して目標となる圧力損失を容易に付与することができるため、装置毎に異なる仕様或いは同じ装置であってもそのときに必要な出力等に応じて温水ポンプ６２の流量と弁７２の開度とを調整することで、常に蒸発器２６内での高い分流性能を確保することができる。
【００３９】
図６は、本発明の第３の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置１０Ｂの全体構成図である。
【００４０】
図６に示すように、このヒートポンプ式蒸気生成装置１０Ｂは、図５に示すヒートポンプ式蒸気生成装置１０Ａの流体抵抗部７４に代えて、弁７２の開度を圧力センサ７６，７７の検出値に基づき調整する制御部７８を有した流体抵抗部８０を備える。
【００４１】
圧力センサ（供給側圧力センサ）７６は、温水供給経路３２ａに設けられ、蒸発器２６の上流側での温水の圧力を検出する。圧力センサ（排出側圧力センサ）７７は、温水排出経路３２ｂにおける流体抵抗部８０の下流側に設けられ、蒸発器２６（流体抵抗部８０）の下流側での温水の圧力を検出する。制御部７８は、圧力センサ７６，７７からの検出値に基づいて蒸発器２６（流体抵抗部８０）の上流側と下流側での圧力差を算出し、その算出した圧力差に基づき弁７２の開度を調整する。つまり、圧力センサ７６，７７に代えて、これら２点での圧力差を直接的に算出可能なセンサを用いてもよい。
【００４２】
図７は、制御部７８による弁７２の開度調整の制御フローの一例を示すフローチャートである。図７に示すように、制御部７８は、圧力センサ７６，７７の検出値を取得すると（ステップＳ１）、続いて圧力センサ７６，７７の検出値に基づいた圧力差を算出し、算出した圧力差が設定値より大きいか否かを判定する（ステップＳ２）。この設定値は、当該ヒートポンプ式蒸気生成装置１０Ｂでの温水の目標流量に対応した圧力損失の設定値（目標値）である。
【００４３】
圧力差が設定値より大きい場合は（ステップＳ２のＹｅｓ）、弁７２の開度を増大させることで流体抵抗部８０での圧力損失を低減させ、その結果として圧力差を低減させて設定値に近づける制御を実行し（ステップＳ３）、処理を終了するか或いはステップＳ１に戻る。一方、圧力差が設定値以下である場合は（ステップＳ２のＮｏ）、次に圧力差が設定値未満であるか否かを判定する（ステップＳ４）。そして、圧力差が設定値未満である場合は（ステップＳ４のＹｅｓ）、弁７２の開度を低減させることで流体抵抗部８０での圧力損失を増大させ、その結果として圧力差を増大させて設定値に近づける制御を実行し（ステップＳ５）、処理を終了するか或いはステップＳ１に戻る。また、圧力差が設定値未満でない場合、つまり圧力差が設定値と同一である場合は（ステップＳ４のＮｏ）、そのまま処理を終了するか或いはステップＳ１に戻る。なお、ステップＳ２，Ｓ４の設定値は、その所定値の前後をある程度含む所定範囲であってもよい。この場合、圧力差が所定範囲の上限値を超えた場合に弁７２の開度を増大させ、圧力差が所定範囲の下限値未満となった場合に弁７２の開度を低減させ、圧力差が所定範囲内の場合は現在の弁７２の開度を維持する。
【００４４】
従って、ヒートポンプ式蒸気生成装置１０Ｂでは、流体抵抗部８０を構成する弁７２の開度を圧力センサ７６，７７の検出値に基づき調整することで、温水に対して常に目標とする圧力損失を付与することができ、蒸発器２６での分流性能を一層向上させることができる。また、このヒートポンプ式蒸気生成装置１０Ｂの場合には、例えばヒートポンプ部１６での出力に応じ、制御部７８又は別の制御部によってインバータ６４を介して温水ポンプ６２による温水の流量を制御しつつ、その制御後の流量に応じた圧力損失を付与できるように弁７２の開度調整を行うこともでき、一層高い汎用性が得られ、装置の効率も向上する。
【００４５】
なお、例えば流体抵抗部８０の下流側が大気解放されている場合等であってそこでの温水の圧力が既知である場合には、圧力センサ７７を省略してもよい。この場合、制御部７８は、圧力センサ７６の検出値と流体抵抗部８０の下流側の既知の圧力とに基づき圧力差を算出して弁７２の開度調整を行えばよい。また、流体抵抗部８０の下流側の温水の圧力が既知である場合は圧力差の算出を行わず、圧力センサ７６の検出値に基づき弁７２の開度調整を行う構成としてもよい。
【００４６】
図８は、本発明の第４の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置１０Ｃの蒸発器２６ｂ及び流体抵抗部８２周辺を示す斜視図である。
【００４７】
図８に示すように、このヒートポンプ式蒸気生成装置１０Ｃは、温水排出経路３２ｂに、温水排出経路３２ｂの他の管路よりも内径が小さい細管路により構成される第１の流体抵抗部８４及び立ち上げ配管により構成される第２の流体抵抗部８６を有する流体抵抗部８２を備える。流体抵抗部を複数に分割することで、各流体抵抗部（本実施形態では流体抵抗部８４，８６）にかかる圧力負荷を分散させることができ、装置の信頼性向上及び長寿命化の効果を得ることができる。第２の流体抵抗部８６は、温水供給経路の入口ポート３６ａよりも高い位置まで立ち上げることで、流体抵抗を付与すると共に蒸発器２６ｂ内を液封し、温水排出経路３２ｂからのエア混入を防止する効果も得ることができる。なお、温水供給経路３２ａにはエア抜き機構８８が設けられており、温水供給経路３２ａ及び蒸発器２６ｂ内に混入した空気を排出することができる。このエア抜き機構８８は、自動排気弁、手動弁等から適宜選択することができる。エア抜き機構８８を設ける位置は、温水供給経路３２ａ及び蒸発器２６ｂ内に混入した空気が適切に排出されるように配置されていれば特に限定されないが、蒸発器２６ｂに混入した空気を効率的に排出できるよう、入口ポート３６ａ付近に設けるのがより望ましい。
【００４８】
第１の流体抵抗部８４及び第２の流体抵抗部８６はこの実施形態の組み合わせに限られず、細管路、弁、立ち上げ配管等を自由に組み合わせることができる。この場合、細管路を複数設ける、或いは調節弁を複数設ける等、同一種類の流体抵抗部を繰り返す構成としてもよい。また、立ち上げ配管を細管路で構成する、或いは立ち上げ配管に弁を設ける等、複数の要素を統合した流体抵抗部としてもよい。
【００４９】
第１の流体抵抗部８４で付与される圧力損失は、第２の流体抵抗部８６で付与される圧力損失よりも大きいことが望ましい。第１の流体抵抗部８４及び／又は第２の流体抵抗部８６が圧力損失を可変とできる調節弁等から構成される場合は、温水流量が不足する等、所定値以上の圧力損失が必要とされた場合のみ第１の流体抵抗部８４で付与される圧力損失を第２の流体抵抗部８６で付与される圧力損失より大きくするような構成としてもよい。
【００５０】
また、３つ以上の流体抵抗部を組み合わせる構成としてもよい。複数の流体抵抗部を設けることにより、各流体抵抗部にかかる圧力負荷がより分散されるため、さらに装置の信頼性向上及び長寿命化の効果を得ることができる。この場合は、最上流に位置する流体抵抗部で付与される圧力損失が最も大きくなるようにすることが特に望ましい。
【００５１】
また、第１の流体抵抗部８４は、温水排出経路３２ｂにおける蒸発器２６ｂの近傍に設けられることが望ましい。これにより、流体の条件や他の構成要素の影響を最小限にして、圧力損失を所望の値にすることができる。さらに、温水排出経路３２ｂの出口ポート３６ｂの継手部分に流体抵抗部を接続した場合、流体抵抗部用の継手を個別に追加する必要がないため、水漏れや配管損傷などのリスクを低減できる。この場合、第１の流体抵抗部８４が蒸発器２６ｂの近傍に設けられるとは、出口ポート３６ｂに第１の流体抵抗部８４を直結した構成や出口ポート３６ｂと第１の流体抵抗部８４との間に装置の構成上必要な配管部分（継手部分）以外を含まず、実質的に直結した構成を含む。
【００５２】
以上のように、各実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置１０（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ）では、蒸発器２６（２６ａ，２６ｂ）からの温水を排出する温水排出経路３２ｂに該温水排出経路３２ｂを流れる温水に圧力損失を付与する流体抵抗部６６（６６ａ，７４，８０，８２）を設けている。なお、流体抵抗部６６（７４，８０，８２）は、蒸発器２６の出口ポート３６ｂに設置した場合であっても、実質的に温水排出経路３２ｂに設置したことと同じである。
【００５３】
このように、温水排出経路３２ｂに流体抵抗部６６（６６ａ，７４，８０，８２）を設けて流れる温水に圧力損失を生じさせることで、流体抵抗部６６（６６ａ，７４，８０，８２）より上流側での温水の圧力が上昇して蒸発器２６（２６ａ，２６ｂ）内部での温水の分流が確保される。これにより、蒸発器２６（２６ａ，２６ｂ）内に流入した温水はその内部を略均等に流通するため、温水と冷媒との間の熱交換性能が向上し、ヒートポンプ部１６や蒸気生成部１２での出力や効率が向上し、装置性能が向上する。
【００５４】
特に、ヒートポンプ式蒸気生成装置１０Ｃでは、流体抵抗部８２を上流側の第１の流体抵抗部８４と下流側の第２の流体抵抗部８６とで構成し、第１の流体抵抗部８４で付与される圧力損失が第２の流体抵抗部８６で付与される圧力損失よりも大きい構成としている。これにより、流体抵抗部８２を構成する各流体抵抗部８４，８６にかかる圧力負荷を分散させることができ、装置の信頼性向上及び長寿命化を図ることができると共に、温水排出経路３２ｂを流れる温水に効率的に圧力損失を生じさせることができる。
【００５５】
但し、上記各実施形態の構成のように流体抵抗部６６（６６ａ，７４，８０，８２）によって圧力損失を増大させる場合、温水の流量は低下することから、その流量維持のために温水ポンプ６２の運転回転数を増大させる必要があり、その動力が増加する。その反面、蒸発器２６（２６ａ，２６ｂ）の下流側において流体抵抗部６６（６６ａ，７４，８０，８２）により圧力損失を増大させることで、蒸発器２６（２６ａ，２６ｂ）での温水の分流を改善してその熱交換性能を向上させることができ、圧縮機２０の冷媒吸入温度・吸入圧力が上昇し、圧縮比低減による圧縮機２０の動力の低下や、冷媒循環量増加による出力増加に伴う圧縮機２０の運転回転数の低減が図られ、ヒートポンプ部１６や蒸気生成部１２での効率が向上する。この結果、温水ポンプ６２の動力増加に比べて圧縮機２０の動力低下（ヒートポンプ部１６での出力増大）の効果の影響が大きくなるため、装置全体としての効率が向上することになる。
【００５６】
上記第３の実施形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置１０Ｂでは、圧力センサ７６，７７の検出値に基づき弁７２の開度を調整する構成としたが、例えば温水供給経路３２ａを流れる温水の流通状態として、圧力ではなく流量計６５によって測定される流量を用い、その検出値に応じて弁７２の開度を調整してもよい。すなわち、温水ポンプ６２による温水の流量と弁７２の開度による圧力損失との関係から、温水の流量に応じた最適な圧力損失を生じる弁７２の開度も設定可能であることから、弁７２の開度を温水の流量に応じて調整することも可能である。さらには、温水ポンプ６２を用いない構成の場合には、温水源からの温水流量の変動が大きくなるため、この場合も流量計６５によって検出される温水の流通状態（流量）に応じて弁７２の開度調整を行ってもよい。
【００５７】
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。
【符号の説明】
【００５８】
１０，１０Ａ〜１０Ｃ  ヒートポンプ式蒸気生成装置
１２  蒸気生成部
１４  温水供給部
１６  ヒートポンプ部
２０  圧縮機
２２  凝縮器
２４  膨張機構
２６，２６ａ，２６ｂ  蒸発器
２８  加熱器
３０  給水経路
３２ａ  温水供給経路
３２ｂ  温水排出経路
３４  温水経路
３５  冷媒経路
３６ａ，３７ａ  入口ポート
３６ｂ，３７ｂ  出口ポート
４２  水蒸気分離器
４４  蒸気供給経路
４６  水循環経路
６２  温水ポンプ
６５  流量計
６６，６６ａ，７４，８０，８２  流体抵抗部
６８  管路
７０  細管路
７２  弁
７６，７７  圧力センサ
７８  制御部
８４  第１の流体抵抗部
８６  第２の流体抵抗部
８８  エア抜き機構
【要約】
【課題】蒸発器での温水と冷媒との間の熱交換性能を向上させ、装置性能を向上させ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】ヒートポンプ式蒸気生成装置１０Ｃは、ヒートポンプ部１６の蒸発器２６ｂに温水を供給する温水供給経路３２ａ及び蒸発器２６ｂから温水を排出する温水排出経路３２ｂを有し、温水排出経路３２ｂに設けられ、温水排出経路３２ｂを流れる温水に圧力損失を付与する第１の流体抵抗部８４と、温水排出経路３２ｂにおける第１の流体抵抗部８４よりも下流に設けられ、温水排出経路３２ｂを流れる温水に圧力損失を付与する第２の流体抵抗部８６とを有し、第１の流体抵抗部８４で付与される圧力損失は第２の流体抵抗部８６で付与される圧力損失よりも大きい。
【選択図】図８【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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