JP2013213593A - 蒸気製造システム、および蒸気製造システムの立ち上げ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】システムの円滑な立ち上げを可能としつつ、低コストにて定常運転を可能とする蒸気製造システムを提供する。
【解決手段】冷媒を凝縮することにより温水を気化する蒸気発生器４を有するヒートポンプ１４と、該蒸気発生器４の水または蒸気側の下流側に設置された気液分離器１１と、該蒸気発生器４から該気液分離器１１までを接続する蒸気配管１０と、該気液分離器１１から該蒸気発生器４までを接続する温水配管１４とを有し、自然循環により温水または蒸気を循環する蒸気製造システム１００において、前記温水配管１４には、前記温水配管１４をバイパスするバイパス管２５と、該バイパス管２５に設けられた温水循環ポンプ２４と、強制送水モードと自然循環モードとの間で切り替え可能な切り替え弁とが設けられる、ことを特徴とする蒸気製造システム１００。
【選択図】図１

Description

本発明は、蒸気製造システム、および蒸気製造システムの立ち上げ制御方法に関し、より詳細には、システムの円滑な立ち上げを可能としつつ、低コストにて定常運転を可能とする蒸気製造システム、およびヒートポンプサイクルの圧縮機の健全性を確保することにより、円滑な立ち上げを可能とする蒸気製造システムの立ち上げ制御方法に関する。

従来から、たとえば特許文献１および特許文献２に示すように、ヒートポンプを利用した蒸気製造システムが多用途に用いられている。
この蒸気製造システムは、冷媒を凝縮することにより温水を気化する蒸気発生器を有するヒートポンプと、蒸気発生器の水・蒸気側の下流側に設置された気液分離器と、蒸気発生器から該気液分離器までを接続する蒸気配管と、気液分離器から蒸気発生器までを接続する温水配管とを有し、自然循環により温水または蒸気を循環するようにしている。
この場合、気液分離器は、発生蒸気中の液滴を分離し、供給蒸気の乾き度を高めたり、あるいは蒸気系統内の保有水量の監視等の目的で設置される。
このような蒸気製造システムによれば、ヒートポンプサイクルを運転しつつ、蒸気製造側を運転することにより、蒸気発生器において、ヒートポンプサイクルの冷媒を凝縮することにより蒸気製造側の温水を気化して、蒸気を連続的に製造することが可能である。

しかしながら、このような蒸気製造システムには、その立ち上げ運転について、以下のような技術的問題点が存する。
具体的には、このような蒸気製造システムを起動する際、ヒートポンプサイクルを蒸気製造側より先に起動する必要があるところ、蒸気製造側の立ち上げ前、すなわち蒸気系統の水を循環させずにヒートポンプサイクルを起動すると、蒸気発生器内の保有水と、気液分離器、蒸気発生器と気液分離器とを接続する配管内の保有水との間に温度差が生じる。

より詳細には、蒸気発生器内の保有水は、ヒートポンプの冷媒により加熱され高温となる一方、気液分離器、蒸気発生器と気液分離器とを接続する配管内の保有水は、低温のままである。
このような温度差が大きくなると、あるいは蒸気発生器内に気泡が発生し始めると、蒸気製造回路中の自然循環による推進力が、回路内の抵抗より大きくなり、気液分離器、蒸気発生器と気液分離器とを接続する配管内の低温の保有水が蒸気発生器内に流入し、それにより蒸気発生器内の高温の保有水が排出される（以降、この現象を蒸気発生器内の水の入れ替わりと称する）。
このような蒸気発生器内の水の入れ替わりは、温度差が大きい初期の時点では、急激的、かつ間欠的に発生することがある。

ヒートポンプサイクルの冷媒の高圧は、蒸気発生器内の水温に大きな影響を受けることから、蒸気発生器内の水温低下によりヒートポンプサイクルの高圧は急激に低下し、これに伴う運転状態の不安定に起因して液圧縮が発生し、場合により、圧縮機の損傷あるいは耐久性の低下を引き起こす。
このようなヒートポンプサイクルの冷媒圧力の急激な変化に対して、ヒートポンプサイクルの膨張弁の適切な開度調整では、対応することが技術的に困難である。
特開２００７−２３２３５７ 特開２０１０−２７６３０４

以上の技術的問題点に鑑み、本発明の目的は、システムの円滑な立ち上げを可能としつつ、低コストにて定常運転を可能とする蒸気製造システムを提供することにある。
以上の技術的問題点に鑑み、本発明の目的は、ヒートポンプサイクルの圧縮機２２の健全性を確保することにより、円滑な立ち上げを可能とする蒸気製造システムの立ち上げ制御方法を提供することにある。

上記課題を達成するために、本発明の蒸気製造システムは、
冷媒を凝縮することにより温水を気化する蒸気発生器を有するヒートポンプと、
該蒸気発生器の水又は蒸気側の下流側に設置された気液分離器と、
該蒸気発生器から該気液分離器までを接続する蒸気配管と、
該気液分離器から該蒸気発生器までを接続する温水配管とを有し、
自然循環により温水または蒸気を循環する蒸気製造システムにおいて、
前記温水配管には、前記温水配管をバイパスするバイパス管と、該バイパス管に設けられた温水循環ポンプと、強制送水モードと自然循環モードとの間で切り替え可能な切り替え弁とが設けられる、構成としている。

以上の構成を有する蒸気製造システムによれば、蒸気製造側において強制送水モードと自然循環モードとを切り替え可能であり、立ち上げ運転においては、温水循環ポンプを利用して、強制送水モードにより温水を送水し、たとえばヒートポンプサイクル側を起動前に、温水循環ポンプを起動して、強制送水モードにて蒸気製造回路内で温水を循環させることにより、蒸気製造システムの立ち上がりの安定性を実現することが可能であり、一方、定常運転においては、温水循環ポンプを温水配管のバイパス管に設置することにより、自然循環モードによる送水に対する抵抗を排除することで、温水循環ポンプを停止して自然循環モードにより温水を円滑に送水することにより、温水循環ポンプの電力消費を抑えて省エネが可能であるとともに、定常運転でも温水循環ポンプを用いて送水するとすれば、キャビテーションの発生を防止する観点からＮＰＳＨの低い高価な特殊送水ポンプを用いる必要が生じ得るところ、定常時、あるいは温水がポンプの吸い込みでキャビテーションを引き起こす可能性のある温度領域において、このようなポンプを用いることなく、低コストにて蒸気製造システムの立ち上がりの安定性を実現することが可能である。
ここに、本明細書において、定常運転とは、外乱が系に入力されない限り、負荷に応じて収束した安定な運転状態を意味し、立ち上がり運転とは、系の起動からこのような定常運転までの運転状態を意味するものとして用いる。

また、前記気液分離器は、前記蒸気発生器より上方に設置され、それにより自然循環モードを可能とするのが好ましい。

上記課題を達成するために、本発明の蒸気製造システムの立ち上げ制御方法は、
請求項１に記載の蒸気製造システムの立ち上げ制御方法において、
温水循環ポンプを起動して、強制送水モードにて蒸気製造回路内で温水を循環させる段階と、
ヒートポンプサイクル側を起動後、圧縮機による冷媒の吐出圧力が所定圧力に達したら、温水循環ポンプを停止する段階と、を有し、それにより、蒸気製造側を自然循環モードに切り替える構成としている。

上記課題を達成するために、本発明の蒸気製造システムの立ち上げ制御方法は、
請求項１に記載の蒸気製造システムの立ち上げ制御方法において、
温水循環ポンプを起動して、強制送水モードにて蒸気製造回路内で温水を循環させる段階と、
ヒートポンプサイクル側を起動後、タイマーによる所定カウント数達成後に、温水循環ポンプを停止する段階と、を有し、それにより、
蒸気製造側を自然循環モードに切り替える構成としている。

上記課題を達成するために、本発明の蒸気製造システムの立ち上げ制御方法は、
請求項１に記載の蒸気製造システムの立ち上げ制御方法において、
ヒートポンプサイクル側を起動前に、温水循環ポンプを起動して、強制送水モードにて蒸気製造回路内で温水を循環させる段階と、
ヒートポンプサイクル側を起動後、蒸気製造側の保有水の温度差が所定値まで減じた後に、温水循環ポンプを停止する段階と、を有し、それにより、
蒸気製造側を自然循環モードに切り替える構成としている。

さらに、蒸気製造側の保有水の温度差が所定値まで減じた際、温水循環ポンプ５０を停止する前に、保有水の温度が蒸気製造側全体でほぼ均一となっていることを確認する段階を有するのが好ましい。

上記課題を達成するために、本発明の蒸気製造システムの立ち上げ制御方法は、
冷媒を凝縮することにより温水を気化する蒸気発生器を有するヒートポンプと、
該蒸気発生器の水又は蒸気側の下流側に設置された気液分離器と、
該蒸気発生器から該気液分離器までを接続する蒸気配管と、
該気液分離器から該蒸気発生器までを接続する温水配管と、
該温水配管に設置した温水循環ポンプとを有する蒸気製造システムの立ち上げ制御方法において、
温水循環ポンプを起動して、強制送水モードにて蒸気製造回路内で温水を循環させる段階と、
ヒートポンプサイクル側を起動後、圧縮機による冷媒の吐出圧力が所定圧力に達したら、温水循環ポンプを停止する段階と、
を有する構成としている。

さらに、前記蒸気製造回路内における温水の循環段階は、ヒートポンプサイクル側を起動前に行ってもよい。

上記課題を達成するために、本発明の蒸気製造システムは、
冷媒を凝縮することにより温水を気化する蒸気発生器を有するヒートポンプと、
該蒸気発生器の水又は蒸気側の下流側に設置された気液分離器と、
該蒸気発生器から該気液分離器までを接続する蒸気配管と、
該気液分離器から該蒸気発生器までを接続する温水配管とを有し、
自然循環により温水または蒸気を循環する蒸気製造システムにおいて、
前記温水配管には、前記温水配管をバイパスするバイパス管が設けられ、該バイパス管がバイパスする前記温水配管の部分には、温水循環ポンプが設けられ、該バイパス管には、前記気液分離器から前記蒸気発生器への流れを許容する逆止弁が設けられる、構成としている。

上記課題を達成するために、本発明の蒸気製造システムは、
冷媒を凝縮することにより温水を気化する蒸気発生器を有するヒートポンプと、
該蒸気発生器の水又は蒸気側の下流側に設置された気液分離器と、
該蒸気発生器から該気液分離器までを接続する蒸気配管と、
該気液分離器から該蒸気発生器までを接続する温水配管とを有し、
自然循環により温水または蒸気を循環する蒸気製造システムにおいて、
前記温水配管には、前記温水配管をバイパスするバイパス管が設けられ、該バイパス管がバイパスする前記温水配管の部分には、温水循環ポンプが設けられ、該バイパス管の前記気液分離器寄りの前記温水配管には、前記気液分離器から前記蒸気発生器への流れを許容する逆止弁が設けられる、構成としている。

本発明に係る蒸気製造システムの実施形態を図面を参照しながら、以下に詳細に説明する。
蒸気製造システムは、概略的には、冷媒を凝縮することにより温水を気化する蒸気発生器４を有するヒートポンプと、蒸気発生器４の水又は蒸気側の下流側に設置された気液分離器１１と、蒸気発生器４から気液分離器１１までを接続する蒸気配管１０と、気液分離器１１から蒸気発生器４までを接続する温水配管１４とを有し、自然循環により温水または蒸気を循環するように構成している。

より具体的には、ヒートポンプについて、圧縮機１の吐出側に一端が接続された冷媒往管３の他端は、油分離器２、第１熱交換器を構成する蒸気発生器４、受液器５、第２熱交換器を構成する給水過熱器１８、温水発生器６、膨張弁７を経て蒸発器８の１次側入口に接続され１次側出口に一端が接続された冷媒復管１７の他端が圧縮機１の吸入側に接続され、これらにより冷媒回路を構成している。

蒸気発生器４はシェルアンドプレート熱交換器で構成してあり、高温、高圧下での信頼性の高い使用が可能であり、２次側流路であるプレートまわりのシェル内に水（温水）を流通させ、１次側流路であるプレート内を流れる冷媒の熱により、プレートまわりのシェル内で蒸気を発生させ、発生した蒸気はプレート間をスムーズに流通して送出されるようにしている。なお、気液分離器１１内には、例えばフロート式、超音波式、電極式などの公知のタイプの２次側の液位を検出する液位検出器を設けている。

蒸気発生器４の２次側出口に一端が接続された蒸気送出管１０の他端は、給水用気液分離器１１の気相に接続され、給水用気液分離器１１において蒸気中に含まれるあるいは蒸気の凝縮により一部が液化した水が分離されて貯留されるように構成されていて、気相に一端が臨む蒸気供給管１２
の他端が弁（図示せず） を介して蒸気を必要とする設備に導かれる。
なお、蒸気製造システム１００により製造した蒸気は、温水製造用途（洗浄用、茹で用、各種ウォーマー用）、食品の蒸し工程、殺菌工程、煮釜のジャケット加熱、化学プラントｍｐ反応炉加熱制御用、暖房空調用等多数の用途に用いられる。

また、給水用気液分離器１１の液相に一端が接続された温水戻し管１４の他端は、逆止弁１５
を介して蒸気発生器４の２次側入口に接続されている。
さらに、温水戻し管１４には、温水戻し管１４をバイパスするバイパス管２５と、バイパス管２５に設けられた温水循環ポンプ２４とが設けられる。これにより、逆止弁１５が、強制送水モードと自然循環モードとの間で切り替え可能な切り替え弁として機能する。すなわち、強制送水モードの場合は、温水循環ポンプ２４を起動するとともに逆止弁１５
で給水用気液分離器１１側への逆流が防止され、給水用気液分離器１１からの温水をバイパス管２５を介して温水循環ポンプ２４により強制的に送水するようにし、一方、自然循環モードの場合は、温水循環ポンプ２４を停止するとともに逆止弁１５が開き、給水用気液分離器１１からの温水をバイパス管２５を通さずに温水戻し管１４を通じて重力により蒸気発生器４に送るようにし、それにより蒸気発生器４内で発生した蒸気は、押し出されて蒸気送出管１０を通じて給水用気液分離器１１まで送られ、全体として自然循環させるようにしている。なお、バイパス管２５に設置された温水循環ポンプ２４自体が、温水がバイパス管２５を流れる際の抵抗となっている。

このために、給水用気液分離器１１は蒸気発生器４よりも高い位置に設けてあって、給水用気液分離器１１から蒸気発生器４に戻される温水は、ポンプ等の動力を用いることなく重力によって流れるように構成してあり、動力エネルギーの低減を達成可能としている。

給水用気液分離器１１には、例えば電極式の液位検出器を設けてあり、液位検出器により検出される液位に基いて外部からの所要量の給水が行われるように構成してあり、電極式以外に超音波式やフロート式を使用してもよい。

温水発生器６の２次側入口には、外部からの給水管１５
がポンプ（図示せず） を介して接続されている。給水過熱器１８の２次側入口には、外部からの給水管１９
がポンプ（図示せず） を介して接続され、給水過熱器１８の２次側出口には、給水管１３が接続され、給水管１３は温水戻し管１４に接続されている。

蒸発器８の２次側には排温水の供給管２２と排水管２３が接続されていて、排温水の残留熱が熱回収器８の１次側を流通する冷媒に回収されるようにしている。

次に、以上の構成を有する蒸気製造システム１００について、その立ち上がりの制御方法を含め、その作用について、図２を参照しながら説明する。
まず、強制送水モードによる立ち上げ運転について説明する。

図２において、ステップ１ないしステップ３に示すように、温水循環ポンプ２４を利用して、強制送水モードにより温水を送水し、ヒートポンプサイクル側を起動前に、温水循環ポンプ２４を起動して、強制送水モードにて蒸気製造回路内で温水を循環させる。
これにより、従来のように、蒸気製造回路内で温水を循環させる前にヒートポンプサイクル側を起動することに起因して、蒸気発生器４内の保有水と、蒸気発生器４外の水との間に急激な温度差が生じ、そのためにいわゆる蒸気発生器４内の水の入れ替わりが発生するのを未然に防止することが可能である。
次いで、ステップ４において、ヒートポンプサイクル側を起動する。
より詳細には、圧縮機１から吐出された高温ガス冷媒は、油分離器２を経て蒸気発生器４に送られ、蒸気発生器４においてプレートまわりのシェル内を流通する温水と熱交換して凝縮して送出され、温水は冷媒の潜熱によって蒸発させられる。

蒸気発生器４において凝縮した冷媒は受液器５に貯留され、受液器５内の液相から液冷媒だけが、給水過熱器１８および温水発生器６に送られ、温水発生器６内にて、ポンプの駆動により外部から供給される水と顕熱交換し、過冷却される。

過冷却された冷媒は膨張弁７を経て蒸発器８に送られ、熱回収器内にて排温水などの外部熱源からの熱を回収して排温水を冷却するとともに冷媒自身は気化し、冷媒復管１７によって圧縮機１の吸入側に戻される。

なお、膨張弁７の開度は、例えば冷媒復管１７における圧縮機１の吸入口近傍あるいは蒸発器８の出口近傍に設けた感温筒（図示せず）により検出した温度に基づいて、過熱度が、たとえば１０
℃ 以上となるように制御され、これにより、圧縮機１への液バックを防止できるようにしてある。

蒸気発生器４において発生した蒸気は、蒸気送出管１０により給水用気液分離器１１に送られ、蒸気中に含まれる水などの液分は分離され、気相の高温蒸気だけが蒸気供給管１２によって外部に送り出され、その送出量は弁によって調節される。

気液分離器１１内の液相の温水は、温水戻し管１４によって蒸気発生器４に戻され、再び加熱されて給水用気液分離器１１へと送出される。

ステップ５ないしステップ７に示すように、圧縮機１による冷媒の吐出圧力が所定圧力に達したら、温水循環ポンプ２４を停止して、自然循環モードに切り替える。
より具体的には、温水循環ポンプ２４を停止することにより逆止弁１５が開き、給水用気液分離器１１からの温水をバイパス管２５を通さずに温水戻し管１４を通じて重力により蒸気発生器４に送るようにし、それにより蒸気発生器４内で発生して蒸気は、押し出されて蒸気送出管１０を通じて給水用気液分離器１１まで送られ、全体として自然循環させるようにしている。

これにより、定常時、あるいは温水がポンプの吸い込みでキャビテーションを引き起こす可能性のある温度領域において、ＮＰＳＨの低い高価な特殊送水ポンプを用いることなく、低コストにて蒸気製造システム１００の立ち上がりの安定性を実現することが可能である。

図２において、強制送水モードから自然循環モードに移行するに際し、ヒートポンプサイクル起動後温水循環ポンプ２４を停止するのに、圧縮機２２による冷媒の吐出圧力が所定圧力を超えることを条件としていたが、これに限定されることなく、以下のような変形例が考えられる。
図５においては、ヒートポンプサイクル起動後、タイマーによる所定カウント数達成後に、温水循環ポンプ２４を停止している。所定カウント数は、蒸気製造システム１００の立上がりの安定性を実現する観点から、いわゆる蒸気発生器４内の水の入れ替わりを防止するように試行錯誤により定めてもよい。
図６においては、ヒートポンプサイクル起動後、蒸気製造側の保有水の温度差が所定値まで減じた後に、温水循環ポンプ２４を停止している。この場合、蒸気製造側の保有水の温度差が所定値まで減じたら、温水循環ポンプ２４を停止する前に、保有水の温度が蒸気製造側全体でほぼ均一になっていることを確認するようにしている。保有水の所定温度差は、図５と同様に、蒸気製造システム１００の立上がりの安定性を実現する観点から、いわゆる蒸気発生器４内の水の入れ替わりを防止するように試行錯誤により定めてもよい。

また、本実施形態の蒸気製造システム１００においては、以上説明した作用によって蒸気と温水を発生する構成となっているが、冬期における装置の運転開始初期などにおいて、蒸気発生器４と気液分離器１１並びにこれらを接続する蒸気系統配管内の温度が低下しる
ていると、蒸気が発生するまでに必要な熱量が大きくなり、装置の立ち上がりが遅くなる。
このために、変形例として、給水用気液分離器１１における液相内に設けたヒータ（図示せず）
により、装置の運転停止中において液相を加熱し、蒸気発生器４に戻す温水の温度を高温一定に維持するようにしてもよい。

本件出願人は、本実施形態の蒸気製造システム１００における立ち上げ運転に対する効果を確認するために、試験を行った。すなわち、蒸気製造システム１００の立ち上がりの際、従来のように、ヒートポンプ１４側を先に起動して、蒸気発生側を自然循環モードにより立ち上げる場合と、今回のように、強制送水モードにより立ち上げる場合とを比較して、いわゆる蒸気発生器４内の水の入れ替わりの発生に起因する各種特性データの変化を測定した。測定対象は、気液分離器出口温水温度、蒸気発生器入口温水温度、蒸気発生器出口蒸気温度、蒸気発生器入口冷媒温度、蒸気発生器出口冷媒温度、冷凍機ロード、圧縮機吐出側冷媒圧力、圧縮機吸入側冷媒圧力、および給水流量である。

図３は、本実施例による試験結果であり、図４は比較例としての、従来例による試験結果である。図３によれば、蒸気系統の温度がいずれも、均一に上昇する一方、冷凍サイクルも安定しており、良好な立ち上がり特性を示していることがわかる。それに対して、図４によれば、蒸気系統の温度が蒸気系統内で温度分布を生じながら上昇し、変動を繰り返しながら安定化している一方、気液分離内の温水が蒸気発生器４に流れ込み、蒸気発生器４内の温度が急低下しており、これは冷媒側にも影響を及ぼし、冷凍サイクルが不安定となって液バックを生じている。

以上の構成を有する蒸気製造システム１００によれば、蒸気製造側において強制送水モードと自然循環モードとを切り替え可能であり、立ち上げ運転においては、温水循環ポンプ２４を利用して、強制送水モードにより温水を送水し、たとえばヒートポンプサイクル側を起動前に、温水循環ポンプ２４を起動して、強制送水モードにて蒸気製造回路内で温水を循環させることにより、蒸気製造システム１００の立ち上がりの安定性を実現することが可能であり、一方、定常運転においては、温水循環ポンプ２４を温水配管１４のバイパス管２５に設置することにより、自然循環モードによる送水に対する抵抗を排除することで、温水循環ポンプ２４を停止して自然循環モードにより温水を円滑に送水することにより、温水循環ポンプ２４の電力消費を抑えて省エネが可能であるとともに、定常運転でも温水循環ポンプ２４を用いて送水するとすれば、キャビテーションの発生を防止する観点からＮＰＳＨの低い高価な特殊送水ポンプを用いる必要が生じ得るところ、定常時、あるいは温水がポンプの吸い込みでキャビテーションを引き起こす可能性のある温度領域において、このようなポンプを用いることなく、低コストにて蒸気製造システム１００の立ち上がりの安定性を実現することが可能である。

変形例として、バイパス管２５がバイパスする温水配管１４の部分に、温水循環ポンプ２４を設け、バイパス管２５には、気液分離器１１から蒸気発生器４への流れを許容する逆止弁を設け、それにより、強制送水モードにおいては、バイパス管２５を利用して温水循環ポンプ２４により強制送水し、その際、バイパス管２５がバイパスする温水配管１４の部分を気液分離器１１に向かう温水の流れは、逆止弁により防止し、一方自然循環モードにおいては、バイパス管２５に設置された温水循環ポンプ２４が抵抗となって、バイパス管２５を流れずに、自然循環するようにしてもよい。
あるいは、逆止弁をバイパス管２５に設けずに、バイパス管２５の気液分離器１１寄りの温水配管１４に、気液分離器１１から蒸気発生器４への流れを許容する逆止弁を設けてもよい。

以上、本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の範囲から逸脱しない範囲内において、当業者であれば、種々の修正あるいは変更が可能である。
たとえば、本実施形態において、蒸気発生器４の下流側に、給水加熱器１８および温水発生器６をこの順に配置するものとして説明したが、それに限定されることなく、温水発生器６を単に省略してもよいし、あるいは温水発生器６を省略する代わりに、温水発生器６の出口側に三方弁を設けて、適宜温水として外部に提供するか、蒸気発生器４に接続して、装置の運転中においても蒸気発生器４に戻す温水の温度が一定に維持されるようにしてもよい。

また、たとえば、本実施形態において、温水配管１４にバイパス管２５を設け、そこに温水循環ポンプ２４を設ける場合を説明したが、それに限定されることなく、停止時に温水循環ポンプ２４に温水の自然循環に対して支障のない程度の抵抗しか存在しない場合、あるいは多少の抵抗があっても、ポンプの押し込み揚程が十分大きく温水の自然循環に対して支障のない場合には、バイパス管２５を設けずに、温水循環ポンプ２４を温水配管１４に直接設けるのでもよい。

さらにまた、本実施形態においては、いずれも単段構成の冷媒回路としてあるが、二段等の多段冷凍サイクルや二元等の多元冷凍サイクルで構成してもよい。

本発明の第１実施形態に係る蒸気製造システム１００の系統図である。 本発明の第１実施形態に係る蒸気製造システム１００の立ち上がり制御方法を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係る蒸気製造システム１００において、蒸気製造系統の立ち上がり特性データの時間変化を示すグラフである。 従来の係る蒸気製造システム１００において、蒸気製造系統の立ち上がり特性データの時間変化を示すグラフである。 本発明の第１実施形態に係る蒸気製造システム１００の立ち上がり制御方法の変形例を示す図２と同様なフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係る蒸気製造システム１００の立ち上がり制御方法の変形例を示す図２と同様なフローチャートである。

１ 圧縮機
２ 油分離器
３ 冷媒往管
４ 蒸気発生器
５ 受液器
７ 膨張弁
８ 蒸発器
１０ 蒸気送出管
１１ 気液分離器
１２ 蒸気供給管
１４ 温水配管
１５ 逆止弁
２２ 供給管
２３ 排水管
２４ 温水循環ポンプ
２５ バイパス管

Claims (10)

1. 冷媒を凝縮することにより温水を気化する蒸気発生器を有するヒートポンプと、
   該蒸気発生器の水又は蒸気側の下流側に設置された気液分離器と、
   該蒸気発生器から該気液分離器までを接続する蒸気配管と、
   該気液分離器から該蒸気発生器までを接続する温水配管とを有し、
   自然循環により温水または蒸気を循環する蒸気製造システムにおいて、
   前記温水配管には、前記温水配管をバイパスするバイパス管と、該バイパス管に設けられた温水循環ポンプと、強制送水モードと自然循環モードとの間で切り替え可能な切り替え弁とが設けられる、ことを特徴とする蒸気製造システム。
2. 冷媒を凝縮することにより温水を気化する蒸気発生器を有するヒートポンプと、
   該蒸気発生器の水又は蒸気側の下流側に設置された気液分離器と、
   該蒸気発生器から該気液分離器までを接続する蒸気配管と、
   該気液分離器から該蒸気発生器までを接続する温水配管とを有し、
   自然循環により温水または蒸気を循環する蒸気製造システムにおいて、
   前記温水配管には、前記温水配管をバイパスするバイパス管が設けられ、該バイパス管がバイパスする前記温水配管の部分には、温水循環ポンプが設けられ、該バイパス管には、前記気液分離器から前記蒸気発生器への流れを許容する逆止弁が設けられる、ことを特徴とする蒸気製造システム。
3. 冷媒を凝縮することにより温水を気化する蒸気発生器を有するヒートポンプと、
   該蒸気発生器の水又は蒸気側の下流側に設置された気液分離器と、
   該蒸気発生器から該気液分離器までを接続する蒸気配管と、
   該気液分離器から該蒸気発生器までを接続する温水配管とを有し、
   自然循環により温水または蒸気を循環する蒸気製造システムにおいて、
   前記温水配管には、前記温水配管をバイパスするバイパス管が設けられ、該バイパス管がバイパスする前記温水配管の部分には、温水循環ポンプが設けられ、該バイパス管の前記気液分離器寄りの前記温水配管には、前記気液分離器から前記蒸気発生器への流れを許容する逆止弁が設けられる、ことを特徴とする蒸気製造システム。
4. 前記気液分離器は、前記蒸気発生器より上方に設置され、それにより自然循環モードを可能とする、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の蒸気製造システム
5. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の蒸気製造システムの立ち上げ制御方法において、
   温水循環ポンプを起動して、強制送水モードにて蒸気製造回路内で温水を循環させる段階と、
   ヒートポンプサイクル側を起動後、圧縮機による冷媒の吐出圧力が所定圧力に達したら、温水循環ポンプを停止する段階と、を有し、それにより、蒸気製造側を自然循環モードに切り替えることを特徴とする蒸気製造システムの立ち上げ制御方法。
6. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の蒸気製造システムの立ち上げ制御方法において、
   温水循環ポンプを起動して、強制送水モードにて蒸気製造回路内で温水を循環させる段階と、
   ヒートポンプサイクル側を起動後、タイマーによる所定カウント数達成後に、温水循環ポンプを停止する段階と、を有し、それにより、
   蒸気製造側を自然循環モードに切り替えることを特徴とする蒸気製造システムの立ち上げ制御方法。
7. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の蒸気製造システムの立ち上げ制御方法において、
   温水循環ポンプを起動して、強制送水モードにて蒸気製造回路内で温水を循環させる段階と、
   ヒートポンプサイクル側を起動後、蒸気製造側の保有水の温度差が所定値まで減じた後に、温水循環ポンプを停止する段階と、を有し、それにより、
   蒸気製造側を自然循環モードに切り替えることを特徴とする蒸気製造システムの立ち上げ制御方法。
8. さらに、蒸気製造側の保有水の温度差が所定値まで減じた際、温水循環ポンプを停止する前に、保有水の温度が蒸気製造側全体でほぼ均一となっていることを確認する段階を有する、請求項７に記載の蒸気製造システムの立ち上げ制御方法。
9. 冷媒を凝縮することにより温水を気化する蒸気発生器を有するヒートポンプと、
   該蒸気発生器の水又は蒸気側の下流側に設置された気液分離器と、
   該蒸気発生器から該気液分離器までを接続する蒸気配管と、
   該気液分離器から該蒸気発生器までを接続する温水配管と、
   該温水配管に設置した温水循環ポンプとを有する蒸気製造システムの立ち上げ制御方法において、
   温水循環ポンプを起動して、強制送水モードにて蒸気製造回路内で温水を循環させる段階と、
   ヒートポンプサイクル側を起動後、圧縮機による冷媒の吐出圧力が所定圧力に達したら、温水循環ポンプを停止する段階と、
   を有することを特徴とする蒸気製造システムの立ち上げ制御方法。
10. 前記蒸気製造回路内における温水の循環段階は、ヒートポンプサイクル側を起動前に行う、請求項５、６、７、９いずれかに記載の蒸気製造システムの立ち上げ制御方法。
    

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