JP5590313B2 - 蒸気システム - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプおよび蒸気圧縮機の一方または双方と、ボイラとを備えた蒸気システムに関するものである。

従来、下記特許文献１に開示されるように、ヒートポンプ（１０）、蒸気圧縮機（３０）、および排ガスボイラ（１３０）を備えた蒸気システム（Ｓ１）が提案されている。

特開２００８−４５８０７号公報

しかしながら、従来技術では、その［００２５］に記載のとおり、蒸気圧縮機（３０）は、タンク（４７）内の圧力に基づき制御される。従って、蒸気使用設備における蒸気の使用負荷の変化に応じて、蒸気圧縮機（３０）からの蒸気量や、排ガスボイラ（１３０）からの蒸気量を調整できるものではない。また、蒸気圧縮機（３０）からの蒸気圧と、排ガスボイラ（１３０）からの蒸気圧とに差がある場合に、これを是正する手段がない。

本発明が解決しようとする課題は、蒸気の使用負荷の変化に対応できる蒸気システムを提供することにある。また、ヒートポンプまたは蒸気圧縮機からの蒸気圧と、ボイラからの蒸気圧とに差があっても、蒸気使用設備へ安定した蒸気圧の蒸気を供給可能とすることを課題とする。

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、ヒートポンプまたは蒸気圧縮機と、エゼクタと、第一センサおよび第二センサとを備え、前記ヒートポンプは、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が順次環状に接続されて冷媒を循環させ、前記凝縮器において前記冷媒と水とを熱交換して蒸気を発生させ、前記蒸気圧縮機は、蒸気を吸入し圧縮して吐出し、前記エゼクタは、ボイラからの蒸気をノズルから噴出させることで、前記凝縮器または前記蒸気圧縮機からの蒸気を吸引して、前記ノズルからの蒸気と混合して吐出し、前記第一センサは、前記エゼクタの出口側の蒸気の圧力を検出し、前記第二センサは、前記エゼクタの吸引部への蒸気の圧力を検出し、前記第一センサの検出値に基づき前記ノズルへの給蒸を制御し、前記第二センサの検出値に基づき前記圧縮機または前記蒸気圧縮機を制御することを特徴とする蒸気システムである。

請求項１に記載の発明によれば、凝縮器または蒸気圧縮機からの蒸気を、エゼクタで昇圧して蒸気使用設備へ供給することができる。そのため、エゼクタでの昇圧がない場合と比較して、凝縮器または蒸気圧縮機の出口における蒸気圧を下げることができ、ヒートポンプの効率を向上したり、ヒートポンプまたは蒸気圧縮機の大型化を防止したりすることができる。しかも、蒸気の使用負荷の変化に応じた蒸気を、蒸気使用設備へ供給することができる。

請求項２に記載の発明は、前記第一センサの検出値に基づき、前記ノズルへの給蒸路に設けた給蒸弁を制御するか、および／または前記ノズルのノド部の大きさを変更するノド部調整機構を制御することを特徴とする請求項１に記載の蒸気システムである。

請求項２に記載の発明によれば、給蒸弁および／またはノド部調整機構を用いて、エゼクタのノズルへの給蒸、ひいてはエゼクタの作動を制御することができる。

請求項３に記載の発明は、前記ノズルへの給蒸路と前記エゼクタからの排蒸路とを結ぶバイパス路と、このバイパス路に設けられるバイパス弁とを備え、前記ノズルへの給蒸路には、前記給蒸弁が設けられる場合、その給蒸弁より上流側から分岐するよう前記バイパス路が設けられ、前記給蒸弁または前記ノド部調整機構は、前記第一センサの検出値を第一設定値に維持するよう制御され、前記バイパス弁は、それより下流側の圧力を第二設定値に維持するよう開閉または開度が調整され、前記第二設定値は、前記第一設定値よりも低く設定されることを特徴とする請求項２に記載の蒸気システムである。

請求項３に記載の発明によれば、蒸気使用設備へは、ヒートポンプまたは蒸気圧縮機からエゼクタを介した蒸気の他、ボイラからエゼクタを介することなくバイパス弁を介した蒸気が供給可能とされる。これにより、蒸気使用設備へ安定して蒸気を供給することができる。しかも、バイパス弁の設定圧力を、エゼクタの制御圧力よりも下げておくことで、ヒートポンプまたは蒸気圧縮機からエゼクタを介した蒸気供給を、ボイラからバイパス弁を介した蒸気供給よりも優先することができる。

請求項４に記載の発明は、前記ヒートポンプおよび前記蒸気圧縮機の双方を備え、前記蒸気圧縮機は、前記凝縮器からの蒸気を吸入し圧縮して吐出し、前記エゼクタは、前記ボイラからの蒸気を前記ノズルから噴出させることで、前記蒸気圧縮機からの蒸気を吸引して、前記ノズルからの蒸気と混合して吐出し、前記第二センサの検出値に基づき前記蒸気圧縮機を制御し、前記凝縮器の冷媒の圧力、またはその凝縮器から前記蒸気圧縮機へ送られる蒸気の圧力に基づき前記圧縮機を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の蒸気システムである。

請求項４に記載の発明によれば、ヒートポンプで発生させた蒸気を、蒸気圧縮機で昇圧して、エゼクタの吸引部へ供給することができる。しかも、エゼクタの吸引部側の圧力を基準に制御することで、エゼクタの作動を安定させることができる。

請求項５に記載の発明は、前記第二センサに代えてまたはこれに加えて、第三センサを備え、この第三センサは、前記蒸発器に通されるか通された前記ヒートポンプの熱源流体の圧力または温度を検出するか、前記蒸気圧縮機入口側の流体の圧力または温度を検出し、前記第三センサの検出値に基づき前記圧縮機または前記蒸気圧縮機を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の蒸気システムである。

請求項５に記載の発明によれば、ヒートポンプの熱源流体の圧力または温度、あるいは蒸気圧縮機の入口側の流体の圧力または温度に基づき、ヒートポンプや蒸気圧縮機を制御することができる。これにより、たとえば蒸発器に通される流体を所望温度まで冷却することも可能となる。

請求項６に記載の発明は、前記ヒートポンプおよび前記蒸気圧縮機の双方を備え、前記蒸気圧縮機は、前記凝縮器からの蒸気を吸入し圧縮して吐出し、前記エゼクタは、前記ボイラからの蒸気を前記ノズルから噴出させることで、前記蒸気圧縮機からの蒸気を吸引して、前記ノズルからの蒸気と混合して吐出し、前記第三センサの検出値に基づき前記圧縮機を制御し、前記凝縮器の冷媒の圧力、またはその凝縮器から前記蒸気圧縮機へ送られる蒸気の圧力に基づき前記蒸気圧縮機を制御することを特徴とする請求項５に記載の蒸気システムである。

請求項６に記載の発明によれば、ヒートポンプで発生させた蒸気を、蒸気圧縮機で昇圧して、エゼクタの吸引部へ供給することができる。しかも、ヒートポンプの熱源流体の圧力または温度を基準に制御することで、その圧力または温度を調整することができる。

請求項７に記載の発明は、前記第二センサの検出値に基づき、第三上限値と第三下限値との範囲で、且つその第三上限値を設定値として、前記圧縮機または前記蒸気圧縮機を比例制御またはＰＩＤ制御するか、前記第三センサの検出値に基づき、第四上限値と第四下限値との範囲で、且つその第四下限値を設定値として、前記圧縮機または前記蒸気圧縮機を比例制御またはＰＩＤ制御し、設定タイミングで前記各センサによる現在値に基づき、次式により第一偏差率と第二偏差率とを求め、前記第二センサによる制御と前記第三センサによる制御との内、偏差率の小さい方で制御することを特徴とする請求項５に記載の蒸気システムである。
第一偏差率＝（第三上限値−現在値）／（第三上限値−第三下限値）
第二偏差率＝（現在値−第四下限値）／（第四上限値−第四下限値）

偏差率が小さいほど、目標値に近いので、圧縮機または蒸気圧縮機の操作量は小さくなる。仮に、偏差率が大きい方、つまり操作量が大きい方で圧縮機または蒸気圧縮機を制御しようとすると、偏差率が小さい方、つまり操作量が小さい方は目標値にすぐに到達してしまうことになる。ところが、請求項７に記載の発明によれば、偏差率の小さい方の制御に適宜切り替えて制御することで、圧縮機または蒸気圧縮機が停止する頻度を少なくすることができる。また、停止するにしても、停止状態へ緩やかに移行することができる。さらに、圧力制御か温度制御かを手動設定する必要もない。

請求項８に記載の発明は、前記第二センサの検出値に基づき、第三上限値と第三下限値との範囲で、且つその第三上限値を設定値として、前記圧縮機または前記蒸気圧縮機を比例制御またはＰＩＤ制御するか、前記第三センサの検出値に基づき、第四上限値と第四下限値との範囲で、且つその第四下限値を設定値として、前記圧縮機または前記蒸気圧縮機を比例制御またはＰＩＤ制御し、設定タイミングで前記各センサによる現在値に基づき、前記第二センサによる制御における前記圧縮機または前記蒸気圧縮機の操作量と、前記第三センサによる制御における前記圧縮機または前記蒸気圧縮機の操作量とを求め、前記第二センサによる制御と前記第三センサによる制御との内、操作量の小さい方で制御することを特徴とする請求項５に記載の蒸気システムである。

仮に、操作量が大きい方で圧縮機または蒸気圧縮機を制御しようとすると、操作量が小さい方は目標値にすぐに到達してしまうことになる。ところが、請求項８に記載の発明によれば、操作量の小さい方の制御に適宜切り替えて制御することで、圧縮機または蒸気圧縮機が停止する頻度を少なくすることができる。また、停止するにしても、停止状態へ緩やかに移行することができる。さらに、圧力制御か温度制御かを手動設定する必要もない。

請求項９に記載の発明は、前記ヒートポンプおよび前記蒸気圧縮機の双方を備え、前記蒸気圧縮機は、前記凝縮器からの蒸気を吸入し圧縮して吐出し、前記エゼクタは、前記ボイラからの蒸気を前記ノズルから噴出させることで、前記蒸気圧縮機からの蒸気を吸引して、前記ノズルからの蒸気と混合して吐出し、前記凝縮器の冷媒の圧力、またはその凝縮器から前記蒸気圧縮機へ送られる蒸気の圧力を検出する第四センサを備え、前記第二センサの検出値に基づき、第三上限値と第三下限値との範囲で、且つその第三上限値を設定値として、前記蒸気圧縮機を比例制御またはＰＩＤ制御するか、前記第三センサの検出値に基づき、第四上限値と第四下限値との範囲で、且つその第四下限値を設定値として、前記圧縮機を比例制御またはＰＩＤ制御し、前記第二センサの検出値に基づき前記蒸気圧縮機を制御する場合、前記第四センサの検出値に基づき前記圧縮機を制御し、前記第三センサの検出値に基づき前記圧縮機を制御する場合、前記第四センサの検出値に基づき前記蒸気圧縮機を制御し、設定タイミングで前記各センサによる現在値に基づき、次式により第一偏差率と第二偏差率とを求め、前記第二センサによる制御と前記第三センサによる制御との内、偏差率の小さい方で制御することを特徴とする請求項５に記載の蒸気システムである。
第一偏差率＝（第三上限値−現在値）／（第三上限値−第三下限値）
第二偏差率＝（現在値−第四下限値）／（第四上限値−第四下限値）

請求項９に記載の発明によれば、ヒートポンプで発生させた蒸気を、蒸気圧縮機で昇圧して、エゼクタの吸引部へ供給することができる。そして、この場合においても、偏差率に応じて、第二センサによる制御と第三センサによる制御とを適宜切り替えて制御することができる。

さらに、請求項１０に記載の発明は、前記ヒートポンプおよび前記蒸気圧縮機の双方を備え、前記蒸気圧縮機は、前記凝縮器からの蒸気を吸入し圧縮して吐出し、前記エゼクタは、前記ボイラからの蒸気を前記ノズルから噴出させることで、前記蒸気圧縮機からの蒸気を吸引して、前記ノズルからの蒸気と混合して吐出し、前記凝縮器の冷媒の圧力、またはその凝縮器から前記蒸気圧縮機へ送られる蒸気の圧力を検出する第四センサを備え、前記第二センサの検出値に基づき、第三上限値と第三下限値との範囲で、且つその第三上限値を設定値として、前記蒸気圧縮機を比例制御またはＰＩＤ制御するか、前記第三センサの検出値に基づき、第四上限値と第四下限値との範囲で、且つその第四下限値を設定値として、前記圧縮機を比例制御またはＰＩＤ制御し、前記第二センサの検出値に基づき前記蒸気圧縮機を制御する場合、前記第四センサの検出値に基づき前記圧縮機を制御し、前記第三センサの検出値に基づき前記圧縮機を制御する場合、前記第四センサの検出値に基づき前記蒸気圧縮機を制御し、設定タイミングで、前記第二センサによる制御における前記蒸気圧縮機の第一操作量（ｙ１）と、前記第三センサによる制御における前記圧縮機の第二操作量（ｙ２）とから、前記第一操作量（ｙ１）の前記第二操作量（ｙ２）に対する比の値（ｙ１／ｙ２）を求め、この値が予め設定された定数未満なら、前記第二センサによる制御を行う一方、前記定数以上なら前記第三センサによる制御を行うことを特徴とする請求項５に記載の蒸気システムである。

請求項１０に記載の発明によれば、ヒートポンプで発生させた蒸気を、蒸気圧縮機で昇圧して、エゼクタの吸引部へ供給することができる。そして、この場合においても、操作量に応じて、第二センサによる制御と第三センサによる制御とを適宜切り替えて制御することができる。

本発明によれば、蒸気の使用負荷の変化に対応できる蒸気システムを実現することができる。また、ヒートポンプまたは蒸気圧縮機からの蒸気圧と、ボイラからの蒸気圧とに差があっても、エゼクタを用いることで、蒸気使用設備へ安定した蒸気圧の蒸気を供給可能とできる。

本発明の蒸気システムの実施例１を示す概略図である。 第一センサの検出圧力、給蒸弁の開閉状態、およびバイパス弁の開閉状態の対応関係を示す概略図である。 図２の変形例を示す図である。 第二センサの検出圧力、および圧縮機の動作状態の対応関係を示す概略図である。 図４の変形例を示す図である。 第三センサの検出圧力または検出温度、および圧縮機の動作状態の対応関係を示す概略図である。 図６の変形例を示す図である。 本発明の蒸気システムの実施例２を示す概略図である。 本発明の蒸気システムの実施例３を示す概略図である。 本発明の蒸気システムの実施例４を示す概略図である。

以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の蒸気システムの実施例１を示す概略図である。
本実施例の蒸気システム１は、ヒートポンプ２とボイラ３とエゼクタ４とを備える。

ヒートポンプ２は、蒸気圧縮式のヒートポンプであり、圧縮機５、凝縮器６、膨張弁７および蒸発器８が順次環状に接続されて構成される。そして、圧縮機５は、ガス冷媒を圧縮して高温高圧にする。また、凝縮器６は、圧縮機５からのガス冷媒を凝縮液化する。さらに、膨張弁７は、凝縮器６からの液冷媒を通過させることで、冷媒の圧力と温度とを低下させる。そして、蒸発器８は、膨張弁７からの冷媒の蒸発を図る。

従って、ヒートポンプ２は、蒸発器８において、冷媒が外部から熱を奪って気化する一方、凝縮器６において、冷媒が外部へ放熱して凝縮することになる。これを利用して、ヒートポンプ２は、蒸発器８において、温水（たとえば工場などから排出される排温水）、空気（外気の他、空気圧縮機からの吐出空気のように熱を持った空気を含む）、または排ガスなどから熱をくみ上げ、凝縮器６において、水を加温して蒸気を発生させる。凝縮器６への給水としては、凝縮器６を構成する熱交換器内へのスケール（水中の硬度分が析出したもの）の付着を防止するために、純水または軟水であるのが好ましい。

ヒートポンプ２に用いる冷媒は、特に問わないが、炭素数が４以上のハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）またはこれに水および／または消火液を加えたもの、アルコール（たとえばエチルアルコールまたはメチルアルコール）またはこれに水および／または消火液を加えたもの、または水（たとえば純水または軟水）が好適に用いられる。

ヒートポンプ２は、単段に限らず、複数段でもよい。ヒートポンプ２が複数段の場合も、それを構成する各段のヒートポンプ２は、基本的には図１に示される単段のヒートポンプ２と同様である。ヒートポンプ２を複数段にする場合、隣接する段のヒートポンプ２，２同士は、間接熱交換器を用いて接続されてもよいし、直接熱交換器（中間冷却器）を用いて接続されてもよい。前者の場合、下段ヒートポンプ２の圧縮機５からの冷媒と上段ヒートポンプ２の膨張弁７からの冷媒とを受けて、両冷媒を混ぜることなく熱交換する間接熱交換器を備え、この間接熱交換器が下段ヒートポンプ２の凝縮器６であると共に上段ヒートポンプ２の蒸発器８となる。一方、後者の場合、下段ヒートポンプ２の圧縮機５からの冷媒と上段ヒートポンプ２の膨張弁７からの冷媒とを受けて、両冷媒を直接に接触させて熱交換する中間冷却器を備え、この中間冷却器が下段ヒートポンプ２の凝縮器６であると共に上段ヒートポンプ２の蒸発器８となる。

このように、複数段（多段）のヒートポンプ２には、複数元（多元）のヒートポンプ、一元多段のヒートポンプ、あるいはそれらの組合せのヒートポンプが含まれる。いずれにしても、ヒートポンプ２が複数段の場合、最下段のヒートポンプ２の蒸発器８において、外部から熱をくみ上げ、最上段のヒートポンプ２の凝縮器６において、水を加温して蒸気を発生させる。以下、特に明示のない限り、単に蒸発器８というときは、ヒートポンプ２が複数段の場合は最下段のヒートポンプ２の蒸発器８をいい、また単に凝縮器６というときは、ヒートポンプ２が複数段の場合は最上段のヒートポンプ２の凝縮器６をいう。

単段のヒートポンプ２、または複数段のヒートポンプ２の内の一部または全部のヒートポンプ２において、凝縮器６から膨張弁７への冷媒と蒸発器８から圧縮機５への冷媒とを混ぜることなく熱交換する液ガス熱交換器（図示省略）を設けてもよい。液ガス熱交換器を設けることで、蒸発器８から圧縮機５への冷媒は、凝縮器６から膨張弁７への冷媒で過熱される。このようにして、圧縮機５の入口側のエンタルピを高めて、そしてそれにより圧縮機５の出口側のエンタルピも高めることで、ヒートポンプ２の成績係数（ＣＯＰ）を高めることができる。しかも、圧縮機５へ液冷媒が供給される不都合も防止できる。但し、複数段のヒートポンプ２の場合、最上段のヒートポンプ２には液ガス熱交換器を設けない方がよい。高温高圧となる最上段のヒートポンプ２には液ガス熱交換器を設けないことで、圧縮機５の出口側の温度上昇を防止することができ、圧縮機５の潤滑油の劣化を防止することができる。

単段のヒートポンプ２、または複数段のヒートポンプ２の内の最上段のヒートポンプ２において、凝縮器６と膨張弁７との間に、所望によりサブクーラ９を設けてもよい。サブクーラ９は、凝縮器６から膨張弁７への冷媒と、凝縮器６への給水とを混ぜることなく熱交換する間接熱交換器である。サブクーラ９により、凝縮器６への給水で、凝縮器６から膨張弁７への冷媒を過冷却することができると共に、凝縮器６から膨張弁７への冷媒で、凝縮器６への給水を加温することができる。また、冷媒と水との熱交換は、顕熱による熱交換部としてのサブクーラ９と、主として潜熱による熱交換部としての凝縮器６とに分けられるので、伝熱効率を向上することができる。

液ガス熱交換器とサブクーラ９との双方を設ける場合、凝縮器６からの冷媒は、液ガス熱交換器を通過後にサブクーラ９に通してもよいし、サブクーラ９を通過後に液ガス熱交換器に通してもよいし、液ガス熱交換器とサブクーラ９とに並行に通してもよい。

圧縮機５は、圧縮機本体とその駆動装置とを備え、駆動装置はエンジン（典型的にはガスエンジンまたはディーゼルエンジン）および／またはモータから構成される。圧縮機５の制御の具体的態様としては、たとえば、駆動装置がオンオフ制御される。あるいは、圧縮機本体と駆動装置との間に、駆動装置から圧縮機本体への動力伝達装置（クラッチおよび／または変速機）を設けておき、駆動装置から圧縮機本体への動力伝達の有無や量を変更するように、動力伝達装置が制御される。あるいは、駆動装置を構成するモータをインバータで制御して、モータの回転数（回転速度ともいえる）を変える。あるいは、駆動装置を構成するエンジンのアクセルを制御して、エンジンの出力を変える。あるいは、圧縮機本体の冷媒吐出流量（吸込側を調整することにより吐出流量を変える場合も含む）を機械的に調整するために、圧縮機本体が制御される。これらの内、複数のものを組み合わせて、圧縮機５を制御してもよい。なお、駆動装置としてモータを用いる場合、後述するＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池）の電力でモータを駆動してもよい。

凝縮器６は、冷媒と水とを混ぜることなく熱交換する構成であれば、その具体的構成を特に問わない。たとえば、プレート式熱交換器またはシェルアンドチューブ式熱交換器が用いられる。また、蒸発器８も同様に、温水、空気または排ガスなどの熱源流体と、ヒートポンプ２の冷媒とを混ぜることなく熱交換する構成であれば、その具体的構成を特に問わない。

凝縮器６には給水路１０を介して水が供給可能とされ、凝縮器６には所望量の水が貯留される。本実施例では、給水路１０には、給水ポンプ１１、給水弁１２、逆止弁１３、さらに所望によりサブクーラ９が設けられており、これらを順に介して凝縮器６に水が供給される。この場合、給水ポンプ１１を作動させた状態で、凝縮器６内の水位に基づき給水弁１２の開閉を制御すればよい。たとえば、下限水位になれば給水弁１２を開け、上限水位になれば給水弁１２を閉じればよい。但し、給水弁１２の設置を省略する代わりに、水位に比例した信号を得ることができる静電容量式の水位検出器を用いて、給水ポンプ１１をインバータ制御して、凝縮器６内に所望量の水を貯留してもよい。

ボイラ３は、典型的には燃料焚きボイラまたは電気ボイラである。燃料焚きボイラは、燃料の燃焼により水を蒸気化する装置であり、蒸気圧を所望に維持するように、燃焼の有無や量が調整される。また、電気ボイラは、電気ヒータにより水を蒸気化する装置であり、蒸気圧を所望に維持するように、電気ヒータへの給電の有無や量が調整される。

但し、ボイラ３は、燃料焚きボイラまたは電気ボイラに限らず、廃熱ボイラであってもよい。廃熱ボイラは、廃熱を用いて水を蒸気化する装置であり、蒸気圧を所望に維持するように、廃熱ボイラへの廃熱の供給の有無や量が調整可能とされるのがよい。廃熱ボイラの場合、その熱源は特に問わず、たとえば、圧縮機５のエンジンなどからの排ガス、またはＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池）からの廃熱を用いることができる。

ボイラ３からの第一蒸気路１４と、凝縮器６からの第二蒸気路１５とは、エゼクタ４を介して合流するよう構成される。エゼクタ４は、周知のとおりノズル１６とディフューザ１７とを備え、高圧の蒸気をノズル１６からディフューザ１７へ向けて噴出させることで、吸引部１８から低圧の蒸気を吸引して、両蒸気を混合して吐出する。ここでは、第一蒸気路１４がノズル１６に接続され、第二蒸気路１５が吸引部１８に接続される。よって、第一蒸気路１４を、ノズル１６への給蒸路ということができ、第二蒸気路１５を、エゼクタ４への吸引路ということができる。

このような構成であるから、ボイラ３からの蒸気がノズル１６へ吹き込まれることで、凝縮器６からの蒸気がエゼクタ４へ吸引される。そして、両蒸気は、混合され、エゼクタ４から第三蒸気路１９へ吐出される。よって、第三蒸気路１９を、エゼクタ４からの排蒸路ということができる。

エゼクタ４において、第一蒸気路１４からの蒸気は減圧される一方、第二蒸気路１５からの蒸気は昇圧される。そして、第三蒸気路１９の蒸気は、一または複数の各種の蒸気使用設備２０（図１０）へ送られる。

ノズル１６からの蒸気の噴出の有無や量は、調整可能とされる。たとえば、第一蒸気路１４に給蒸弁２１を設け、この給蒸弁２１の開閉または開度が調整可能とされる。あるいは、ノズル１６のノド部の大きさを変更可能にノド部調整機構２２を設け、このノド部調整機構２２を操作することで、ノド部を通る蒸気の有無や量が調整可能とされる。ノド部調整機構２２は、その具体的構成を特に問わないが、たとえばニードル弁のように、ノズル１６のノド部に対しニードルを進退させて、ノド部の断面積を変更可能に構成される。これらの内、複数のものを組み合わせて、ノズル１６への給蒸を制御してもよい。

第一蒸気路１４と第三蒸気路１９とは、エゼクタ４を介して接続されると共に、好ましくはバイパス路２３を介しても接続される。第一蒸気路１４に給蒸弁２１が設けられる場合、給蒸弁２１より上流側の第一蒸気路１４と、第三蒸気路１９とが、バイパス路２３で接続される。

バイパス路２３には、バイパス弁２４が設けられる。バイパス弁２４は、本実施例では自力式の減圧弁（二次圧力調整弁）とされる。なお、バイパス弁２４より上流側は、下流側よりもボイラ３により高圧に維持される。

エゼクタ４からの蒸気とバイパス弁２４からの蒸気との合流蒸気の圧力を検出可能な位置には、圧力センサからなる第一センサ２５が設けられる。第一センサ２５は、図示例では、第三蒸気路１９の内、バイパス路２３が接続される箇所よりも上流側に設けられているが、バイパス路２３が接続される箇所よりも下流側に設けたり、バイパス路２３の内、バイパス弁２４より下流側に設けたりしてもよい。また、エゼクタ４からの蒸気とバイパス路２３からの蒸気とを蒸気ヘッダで合流させる場合、その蒸気ヘッダに第一センサ２５を設けてもよい。

第二蒸気路１５にも、圧力センサからなる第二センサ２６が設けられる。第二センサ２６は、凝縮器６にて発生させた蒸気の圧力、言い換えれば、エゼクタ４へ吸引される蒸気の圧力を検出する。

蒸発器８には温水、空気または排ガスなどの熱源流体が通されるが、その熱源流体の蒸発器８への供給路２７または蒸発器８からの排出路２８には、圧力センサまたは温度センサからなる第三センサ２９が設けられる。たとえば、蒸発器８において温水の冷却を図ろうとする場合、蒸発器８からの排出路２８に温度センサからなる第三センサ２９を設けるのが好ましい。

本実施例では、第一センサ２５の検出値に基づき、給蒸弁２１および／またはノド部調整機構２２が制御される。さらに、第二センサ２６と第三センサ２９との一方または双方の検出値に基づき、圧縮機５が制御される。なお、給蒸弁２１とノド部調整機構２２との内、一方は適宜その設置と制御を省略することができる。以下では、ノド部調整機構２２の設置を省略して、給蒸弁２１を制御する場合について説明するが、ノド部調整機構２２を設置して、給蒸弁２１の制御に代えてまたはそれに加えて、ノド部調整機構２２を同様に制御してもよい。

以下、（１）第一センサ２５による制御、（２）第二センサ２６による制御、（３）第三センサ２９による制御、（４）第二センサ２６と第三センサ２９との切替制御、について順に説明する。この内、第一センサ２５による制御は、第二センサ２６による制御や第三センサ２９による制御と並行して行うことができる。なお、第二センサ２６による制御を行う場合には、所望により第三センサ２９の設置を省略することができ、逆に、第三センサ２９による制御を行う場合には、所望により第二センサ２６の設置を省略することができる。

〈（１）第一センサ２５による制御〉
図２は、第一センサ２５の検出圧力、給蒸弁２１の開閉状態、およびバイパス弁２４の開閉状態の対応関係を示す概略図である。ここでは、給蒸弁２１は、第一設定値（第一設定圧力）Ｐ１で開閉され、バイパス弁２４は、第二設定値（第二設定圧力）Ｐ２で開閉される。

具体的には、バイパス弁２４の下流側の圧力が第二設定値Ｐ２未満であると、給蒸弁２１およびバイパス弁２４の双方が開放している。これにより、エゼクタ４およびバイパス路２３からの蒸気が蒸気使用設備２０へ供給される。そして、第二設定値Ｐ２以上になると、バイパス弁２４が閉鎖し、バイパス路２３からの蒸気供給は停止され、エゼクタ４から蒸気供給される。第一センサ２５の検出圧力が第一設定値Ｐ１以上になると、給蒸弁２１が閉鎖し、エゼクタ４からの蒸気供給も停止される。そして、第一センサ２５の検出圧力が第一設定値Ｐ１未満になると、給蒸弁２１が開放してエゼクタ４が作動し、その後、エゼクタ４からの蒸気だけでは賄い切れず、第二設定値Ｐ２未満になると、バイパス弁２４が開放してバイパス路２３からも蒸気供給される。なお、バイパス弁２４が自力式の減圧弁の場合、バイパス弁２４は、これらの動作を機械的に自力で行う。

第一設定値Ｐ１および第二設定値Ｐ２には、所望によりそれぞれディファレンシャル（動作隙間）が設定されるのは言うまでもない。また、給蒸弁２１は、その開閉だけでなく、比例制御やＰＩＤ制御により開度調整されてもよい。さらに、バイパス弁２４は、電磁弁や電動弁により構成されてもよく、その場合、第一センサ２５の検出圧力に基づき、開閉されてもよいし、比例制御やＰＩＤ制御により開度調整されてもよい。

これらの場合について、図３に基づき説明する。なお、図３では、第一設定値Ｐ１のディファレンシャル（または比例帯）Ｐ１Ｈ〜Ｐ１Ｌと、第二設定値Ｐ２のディファレンシャル（または比例帯）Ｐ２Ｈ〜Ｐ２Ｌとはオーバーラップしていないが、一部をオーバーラップさせてもよい。つまり、第二上限圧力Ｐ２Ｈは、第一下限圧力Ｐ１Ｌよりも高圧に設定されてもよい。

まず、第一設定値Ｐ１および第二設定値Ｐ２に、それぞれディファレンシャルが設定されたオンオフ制御を説明する。この場合、第一設定値Ｐ１については、第一上限圧力Ｐ１Ｈと第一下限圧力Ｐ１Ｌとが設定され、圧力上昇時、第一センサ２５の検出圧力が第一上限圧力Ｐ１Ｈ以上になると給蒸弁２１が閉鎖し、圧力下降時、第一センサ２５の検出圧力が第一下限圧力Ｐ１Ｌ未満になると給蒸弁２１が開放する。また、第二設定値Ｐ２については、第二上限圧力Ｐ２Ｈと第二下限圧力Ｐ２Ｌとが設定され、圧力上昇時、第二上限圧力Ｐ２Ｈ以上になるとバイパス弁２４が閉鎖し、圧力下降時、第二下限圧力Ｐ２Ｌ未満になるとバイパス弁２４が開放する。

次に、給蒸弁２１やバイパス弁２４を比例制御する場合の一例について説明する。この場合、第一センサ２５の検出圧力に基づき、第一上限圧力Ｐ１Ｈと第一下限圧力Ｐ１Ｌとの範囲で、且つその第一上限圧力Ｐ１Ｈを設定値（目標値）として給蒸弁２１を比例制御する。また、第一センサ２５の検出圧力に基づき、第二上限圧力Ｐ２Ｈと第二下限圧力Ｐ２Ｌとの範囲で、且つその第二上限圧力Ｐ２Ｈを設定値（目標値）としてバイパス弁２４を比例制御する。ここで、第一上限圧力Ｐ１Ｈ以上では、給蒸弁２１は全閉し、第一下限圧力Ｐ１Ｌ未満では、給蒸弁２１は全開する。また、第二上限圧力Ｐ２Ｈ以上では、バイパス弁２４は全閉し、第二下限圧力Ｐ２Ｌ未満では、バイパス弁２４は全開する。なお、比例制御ではなくＰＩＤ制御を行ってもよい。

いずれにしても、第二設定値Ｐ２を第一設定値Ｐ１よりも低く設定しておくことで、エゼクタ４からの蒸気供給、言い換えればヒートポンプ２からの蒸気供給を優先しつつ、蒸気使用設備２０へ蒸気を安定して供給することができる。つまり、エゼクタ４からの蒸気供給を優先させつつ、それでは足りない場合にバイパス路２３からの蒸気を蒸気使用設備２０へ送ることができる。

〈（２）第二センサ２６による制御〉
図４は、第二センサ２６の検出圧力、および圧縮機５の動作状態の対応関係を示す概略図である。ここでは、圧縮機５は、第三設定値（第三設定圧力）Ｐ３でオンオフされる。具体的には、第二センサ２６の検出圧力が第三設定値Ｐ３未満であると、圧縮機５を駆動して、ヒートポンプ２で蒸気を発生させる一方、第二センサ２６の検出圧力が第三設定値Ｐ３以上になると、圧縮機５を停止して、ヒートポンプ２からの蒸気発生を停止する。

第三設定値Ｐ３には、所望によりディファレンシャル（動作隙間）が設定されるのは言うまでもない。また、圧縮機５は、その駆動と停止のオンオフ制御でなく、たとえば回転数を調整されることで、比例制御やＰＩＤ制御されてもよい。この場合について、図５に基づき説明する。なお、図５において、第三上限圧力Ｐ３Ｈと第三下限圧力Ｐ３Ｌとの範囲が、第三設定値Ｐ３のディファレンシャルまたは比例帯である。

まず、第三設定値Ｐ３に、ディファレンシャルが設定されたオンオフ制御を説明する。この場合、第三設定値Ｐ３については、第三上限圧力Ｐ３Ｈと第三下限圧力Ｐ３Ｌとが設定され、圧力上昇時、第三上限圧力Ｐ３Ｈ以上になると圧縮機５が停止し、圧力下降時、第三下限圧力Ｐ３Ｌ未満になると圧縮機５が駆動する。

次に、圧縮機５を比例制御する場合の一例について説明する。この場合、第二センサ２６の検出圧力に基づき、第三上限圧力Ｐ３Ｈと第三下限圧力Ｐ３Ｌとの範囲で、且つその第三上限圧力Ｐ３Ｈを設定値（目標値）として圧縮機５を比例制御する。ここで、第三上限圧力Ｐ３Ｈ以上では、圧縮機５は停止し、第三下限圧力Ｐ３Ｌ未満では、圧縮機５は全負荷運転する。なお、比例制御ではなくＰＩＤ制御を行ってもよい。

ところで、ヒートポンプ２が複数段の場合において、第二センサ２６の検出圧力に基づき制御する場合、たとえば、最上段のヒートポンプ２の圧縮機５は、第二センサ２６の検出圧力に基づき制御され、それより下段の各ヒートポンプ２の圧縮機５は、それぞれ対応する段のヒートポンプ２の凝縮器６における冷媒（または一つ上段のヒートポンプ２の蒸発器８における冷媒）の圧力または温度に基づき制御すればよい。このような制御は、後述する第二センサ２６と第三センサ２９との切替制御において、第二センサ２６による制御を実施する際にも同様である。

〈（３）第三センサ２９による制御〉
図６は、第三センサ２９の検出圧力または検出温度、および圧縮機５の動作状態の対応関係を示す概略図である。ここでは、圧縮機５は、第四設定値（第四設定圧力Ｐ４または第四設定温度Ｔ４）でオンオフされる。

なお、以下では、第三センサ２９が圧力センサとされ、第四設定値が圧力値Ｐ４として設定され、圧縮機５が圧力制御される場合について説明するが、第三センサ２９が温度センサとされ、第四設定値が温度値Ｔ４として設定され、圧縮機５が温度制御されてもよい。その場合、Ｐ４をＴ４、ＰＨをＴＨと読み替えれば、同様に制御可能である。

第三センサ２９の検出圧力が第四設定値Ｐ４未満であると、ヒートポンプ２を運転しても所望の蒸気を得られないとして、圧縮機５を停止している。そして、第三センサ２９の検出圧力が第四設定値Ｐ４以上になると、圧縮機５を駆動させ、ヒートポンプ２で蒸気を発生させる。その後、万一、第三センサ２９の検出圧力がさらに上昇して上端値ＰＨ以上になると、圧縮機５を強制停止してもよい。一方、第三センサ２９の検出圧力が第四設定値Ｐ４未満になると、圧縮機５を停止させる。

第四設定値Ｐ４には、所望によりディファレンシャル（動作隙間）が設定されるのは言うまでもない。また、圧縮機５は、その駆動と停止のオンオフ制御でなく、たとえば回転数を調整されることで、比例制御やＰＩＤ制御されてもよい。この場合について、図７に基づき説明する。なお、図７において、第四上限圧力Ｐ４Ｈと第四下限圧力Ｐ４Ｌとの範囲が、第四設定値Ｐ４のディファレンシャルまたは比例帯である。

まず、第四設定値Ｐ４に、ディファレンシャルが設定されたオンオフ制御を説明する。この場合、第四設定値Ｐ４については、第四上限圧力Ｐ４Ｈと第四下限圧力Ｐ４Ｌとが設定され、圧力上昇時、第四上限圧力Ｐ４Ｈ以上になると圧縮機５が駆動し、圧力下降時、第四下限圧力Ｐ４Ｌ未満になると圧縮機５が停止する。

次に、圧縮機５を比例制御する場合の一例について説明する。この場合、第三センサ２９の検出圧力に基づき、第四上限圧力Ｐ４Ｈと第四下限圧力Ｐ４Ｌとの範囲で、且つその第四下限圧力Ｐ４Ｌを設定値（目標値）として圧縮機５を比例制御する。ここで、第四下限圧力Ｐ４Ｌ未満では、圧縮機５は停止し、第四上限圧力Ｐ４Ｈ以上では、圧縮機５は全負荷運転する。なお、比例制御ではなくＰＩＤ制御を行ってもよい。

ところで、ヒートポンプ２が複数段の場合において、第三センサ２９の検出圧力または検出温度に基づき制御する場合、たとえば、最下段のヒートポンプ２の圧縮機５は、第三センサ２９の検出圧力または検出温度に基づき制御され、それより上段の各ヒートポンプ２の圧縮機５は、それぞれ対応する段のヒートポンプ２の蒸発器８における冷媒（または一つ下段のヒートポンプ２の凝縮器６における冷媒）の圧力または温度に基づき制御すればよい。このような制御は、後述する第二センサ２６と第三センサ２９との切替制御において、第三センサ２９による制御を実施する際も同様である。

〈（４）第二センサ２６と第三センサ２９との切替制御〉
第二センサ２６と第三センサ２９との切替制御は、図５による制御と、図７による制御との組合せといえる。具体的には、まず、圧縮機５は、第二センサ２６の検出圧力に基づき、第三上限圧力Ｐ３Ｈと第三下限圧力Ｐ３Ｌとの範囲で、且つその第三上限圧力Ｐ３Ｈを設定値として比例制御可能とされる。また、圧縮機５は、第三センサ２９の検出圧力に基づき、第四上限圧力Ｐ４Ｈと第四下限圧力Ｐ４Ｌとの範囲で、且つその第四下限圧力Ｐ４Ｌを設定値として比例制御可能とされる。そして、設定タイミング（たとえば設定時間ごと）で、次式により第一偏差率η１と第二偏差率η２とを求め、第二センサ２６による制御と第三センサ２９による制御との内、偏差率の小さい方の制御に適宜切り替えて、圧縮機５を制御すればよい。具体的には、η１＜η２の関係にある場合、第二センサ２６の検出圧力に基づき圧縮機５を比例制御すればよく、η１＞η２の関係にある場合、第三センサ２９の検出圧力に基づき圧縮機５を比例制御すればよい。なお、次式において、現在圧力Ｐは、第二センサ２６により検出され、現在圧力Ｐ´は、第三センサ２９により検出される。

第一偏差率η１＝（第三上限圧力Ｐ３Ｈ−現在圧力Ｐ）／（第三上限圧力Ｐ３Ｈ−第三下限圧力Ｐ３Ｌ）
第二偏差率η２＝（現在圧力Ｐ´−第四下限圧力Ｐ４Ｌ）／（第四上限圧力Ｐ４Ｈ−第四下限圧力Ｐ４Ｌ）

偏差率が小さいほど、目標値に近いので、圧縮機５の操作量は小さくなる。仮に、偏差率が大きい方、つまり操作量が大きい方で圧縮機５を制御しようとすると、偏差率が小さい方、つまり操作量が小さい方は目標値にすぐに到達してしまうことになる。ところが、偏差率の小さい方の制御に適宜切り替えて制御することで、圧縮機５が停止する頻度を少なくすることができる。また、停止するにしても、停止状態へ緩やかに移行することができる。さらに、圧力制御か温度制御かを手動設定する必要もない。

なお、第三センサ２９による制御では、第三センサ２９が圧力センサとされ、第四設定値が圧力値Ｐ４（第四上限圧力Ｐ４Ｈ，第四下限圧力Ｐ４Ｌ）で設定される場合について説明したが、第三センサ２９が温度センサとされ、第四設定値が温度値Ｔ４（第四上限温度Ｔ４Ｈ，第四下限温度Ｔ４Ｌ）で設定されてもよい。その場合、現在温度Ｔ´を第三センサ２９により検出して、次式を用いて第二偏差率η２を算出して、同様に制御すればよい。

第二偏差率η２＝（現在温度Ｔ´−第四下限温度Ｔ４Ｌ）／（第四上限温度Ｔ４Ｈ−第四下限温度Ｔ４Ｌ）

なお、第三上限圧力Ｐ３Ｈを第三上限値、第三下限圧力Ｐ３Ｌを第三下限値、第四上限圧力Ｐ４Ｈおよび第四上限温度Ｔ４Ｈを第四上限値、第四下限圧力Ｐ４Ｌおよび第四下限温度Ｔ４Ｌを第四下限値、第二センサ２６および第三センサ２９の各検出値を現在値ということで、第一偏差率η１と第二偏差率η２の算定式を次のようにまとめることができる。

第一偏差率η１＝（第三上限値−現在値）／（第三上限値−第三下限値）
第二偏差率η２＝（現在値−第四下限値）／（第四上限値−第四下限値）

第二センサ２６による制御と第三センサ２９による制御とは、上述したように偏差率に基づき切り替える以外に、圧縮機５の操作量に基づき切り替えてもよい。この場合も、圧縮機５は、第二センサ２６の検出圧力に基づき、第三上限圧力Ｐ３Ｈと第三下限圧力Ｐ３Ｌとの範囲で、且つその第三上限圧力Ｐ３Ｈを設定値として比例制御またはＰＩＤ制御可能とされる。また、圧縮機５は、第三センサ２９の検出圧力（または検出温度）に基づき、第四上限圧力Ｐ４Ｈ（または第四上限温度Ｔ４Ｈ）と第四下限圧力Ｐ４Ｌ（または第四下限温度Ｔ４Ｌ）との範囲で、且つその第四下限圧力Ｐ４Ｌ（または第四下限温度Ｔ４Ｌ）を設定値として比例制御またはＰＩＤ制御可能とされる。そして、設定タイミング（たとえば設定時間ごと）で、第二センサ２６による制御における圧縮機５の操作量と、第三センサ２９による制御における圧縮機５の操作量とを求め、第二センサ２６による制御と第三センサ２９による制御との内、操作量の小さい方で圧縮機５を制御すればよい。たとえば、第二センサ２６による制御では操作量Ｘとする必要がある一方、第三センサ２９による制御では操作量Ｙとする必要がある場合において、Ｘ＜Ｙの関係にある場合、第二センサ２６の検出圧力に基づき圧縮機５を制御すればよく、Ｘ＞Ｙの関係にある場合、第三センサ２９の検出圧力（または検出温度）に基づき圧縮機５を制御すればよい。

なお、操作量に基づき切替制御する場合において、ヒートポンプ２が複数段の場合、設定タイミング（たとえば設定時間ごと）で、第二センサ２６による制御における最上段の圧縮機５の操作量（第一操作量ｙ１）と、第三センサ２９による制御における最下段の圧縮機５の操作量（第二操作量ｙ２）とから、第一操作量ｙ１の第二操作量ｙ２に対する比の値ｙ１／ｙ２を求め、この値が予め設定された定数未満なら、第二センサ２６による制御を行う一方、前記定数以上なら第三センサ２９による制御を行えばよい。

図８は、本発明の蒸気システム１の実施例２を示す概略図である。本実施例２の蒸気システム１も、基本的には前記実施例１と同様である。そこで、以下においては、両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。

前記実施例１では、蒸気システム１はヒートポンプ２を備えたが、本実施例２では、ヒートポンプ２に代えて蒸気圧縮機３０を備える。そして、前記実施例１では、エゼクタ４は、ヒートポンプ２の凝縮器６からの蒸気を吸引して吐出したが、本実施例２では、エゼクタ４は、蒸気圧縮機３０からの蒸気を吸引して吐出する。

蒸気圧縮機３０は、蒸気を吸入し圧縮して吐出する装置である。蒸気圧縮機３０は、その構成を特に問わないが、たとえばスクリュ式の蒸気圧縮機とされる。スクリュ式の蒸気圧縮機は、互いにかみ合って回転するスクリュロータ間に蒸気を吸入して、スクリュロータの回転により圧縮して吐出する装置である。但し、蒸気圧縮機３０は、蒸気を圧縮して吐出するものであれば、スクリュ式に限らず、レシプロ式などであってもよい。

蒸気圧縮機３０は、蒸気圧縮機本体とその駆動装置とを備え、駆動装置はエンジン（典型的にはガスエンジンまたはディーゼルエンジン）および／またはモータから構成される。蒸気圧縮機３０の制御の具体的態様としては、たとえば、駆動装置がオンオフ制御される。あるいは、蒸気圧縮機本体と駆動装置との間に、駆動装置から蒸気圧縮機本体への動力伝達装置（クラッチおよび／または変速機）を設けておき、駆動装置から蒸気圧縮機本体への動力伝達の有無や量を変更するように、動力伝達装置が制御される。あるいは、駆動装置を構成するモータをインバータで制御して、モータの回転数を変える。あるいは、駆動装置を構成するエンジンのアクセルを制御して、エンジンの出力を変える。これらの内、複数のものを組み合わせて、蒸気圧縮機３０を制御してもよい。なお、駆動装置としてモータを用いる場合、ＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池）の電力でモータを駆動してもよい。

本実施例２では、蒸気圧縮機３０は、供給路２７を介して蒸気を吸入し、圧縮して吐出する。より具体的には、図示例の場合、蒸気圧縮機３０は、供給路２７を介して、中空容器状のセパレータタンク３１と接続されている。そして、セパレータタンク３１には、流入路３２を介して蒸気（たとえばフラッシュ蒸気、未利用蒸気、低圧蒸気）が供給される。その蒸気の凝縮水は、セパレータタンク３１からの排出路３３を介して適宜排水され、蒸気が供給路２７を介して蒸気圧縮機３０へ供給される。このように、セパレータタンク３１は、気液分離部として機能する。

本実施例２では、第二センサ２６は、蒸気圧縮機３０からエゼクタ４の吸引部１８への第二蒸気路１５に設けられる。また、第三センサ２９は、セパレータタンク３１、またはセパレータタンク３１から蒸気圧縮機３０への供給路２７に設けられる。

本実施例２でも、第一センサ２５の検出値に基づき、給蒸弁２１および／またはノド部調整機構２２が制御される。また、第二センサ２６と第三センサ２９との一方または双方の検出値に基づき、蒸気圧縮機３０が制御される。具体的には、（１）第一センサ２５による制御の他、（２）第二センサ２６による制御、（３）第三センサ２９による制御、（４）第二センサ２６と第三センサ２９との切替制御のいずれかが行われる。この内、第一センサ２５による制御は、前記実施例１と同様であり、また、第二センサ２６や第三センサ２９を用いた制御やその切替制御は、前記実施例１におけるヒートポンプ２の圧縮機５を制御することに代えて、本実施例２では蒸気圧縮機３０を制御する点が異なる。その他の構成および制御は、前記実施例１と同様のため、説明を省略する。

ところで、蒸気圧縮機３０は、単段に限らず複数段としてもよく、その場合、最下段の蒸気圧縮機３０は、セパレータタンク３１からの蒸気を吸入し圧縮して吐出し、それより上段の各蒸気圧縮機３０は、一つ下段の蒸気圧縮機３０からの蒸気を吸入し圧縮して吐出し、最上段の蒸気圧縮機３０からの蒸気がエゼクタ４の吸引部１８へ送られる。そして、第二センサ２６の検出圧力に基づき制御する場合、たとえば、最上段の蒸気圧縮機３０は、第二センサ２６の検出圧力に基づき制御され、それより下段の各蒸気圧縮機３０は、その出口側の蒸気圧に基づき制御すればよい。また、第三センサ２９の検出圧力または検出温度に基づき制御する場合、たとえば、最下段の蒸気圧縮機３０は、第三センサ２９の検出圧力または検出温度に基づき制御され、それより上段の各蒸気圧縮機３０は、その入口側の蒸気圧に基づき制御すればよい。この場合も、前記実施例１におけるヒートポンプ２の圧縮機５を制御することに代えて、本実施例２では蒸気圧縮機３０を制御する点が異なるだけで、前記実施例１におけるヒートポンプ２が複数段の場合と同様に制御できる。

図９は、本発明の蒸気システム１の実施例３を示す概略図である。本実施例３の蒸気システム１も、基本的には前記実施例１および前記実施例２と同様である。そこで、以下においては、両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。また、前記実施例１や前記実施例２と同様の構成および制御については、説明を省略する。

前記実施例１では、蒸気システム１はヒートポンプ２を備え、前記実施例２では、蒸気システム１は蒸気圧縮機３０を備えたが、本実施例３では、ヒートポンプ２と蒸気圧縮機３０との双方を備える。具体的には、前記実施例１において、第二蒸気路１５に蒸気圧縮機３０を設け、ヒートポンプ２の凝縮器６からの蒸気を蒸気圧縮機３０で昇圧して、エゼクタ４の吸引部１８へ吐出する構成である。

本実施例３では、前記実施例１と同様に、エゼクタ４からの第三蒸気路１９に第一センサ２５が設けられると共に、蒸気圧縮機３０からエゼクタ４の吸引部１８への第二蒸気路１５に第二センサ２６が設けられる。また、ヒートポンプ２の蒸発器８への供給路２７または蒸発器８からの排出路２８に、第三センサ２９が設けられる。さらに、ヒートポンプ２の凝縮器６から蒸気圧縮機３０への第四蒸気路３４に第四センサ３５が設けられる。なお、第一センサ２５、第二センサ２６および第四センサ３５は、圧力センサとされ、第三センサ２９は、圧力センサまたは温度センサとされる。但し、第四センサ３５は、ヒートポンプ２の凝縮器６の冷媒の圧力を検出するセンサであってもよい。その際、凝縮器６の冷媒の圧力は、圧縮機５出口から膨張弁７入口までのいずれの箇所で検出してもよい。

本実施例３でも、第一センサ２５の検出値に基づき、給蒸弁２１および／またはノド部調整機構２２が制御される。また、第二センサ２６と第三センサ２９との一方または双方の検出値に基づき、圧縮機５や蒸気圧縮機３０が制御される。具体的には、（１）第一センサ２５による制御の他、（２）第二センサ２６による制御、（３）第三センサ２９による制御、（４）第二センサ２６と第三センサ２９との切替制御のいずれかが行われる。この内、第一センサ２５による制御は、前記実施例１と同様であり、また、第二センサ２６や第三センサ２９を用いた制御やその切替制御は、前記実施例１におけるヒートポンプ２が複数段の場合において、最上段のヒートポンプ２に代えて蒸気圧縮機３０が設置され、最上段のヒートポンプ２の圧縮機５を制御することに代えて蒸気圧縮機３０を同様に制御すればよい。

すなわち、第二センサ２６による制御では、蒸気圧縮機３０は、第二センサ２６の検出圧力に基づき制御され、ヒートポンプ２の圧縮機５は、第四センサ３５の検出圧力に基づき制御される。また、第三センサ２９による制御では、ヒートポンプ２の圧縮機５は、第三センサ２９の検出圧力または検出温度に基づき制御され、蒸気圧縮機３０は、第四センサ３５の検出圧力に基づき制御される。

そして、第二センサ２６による制御では、前記実施例１と同様に、蒸気圧縮機３０を第三設定値Ｐ３でオンオフ制御したり、第三設定値Ｐ３に維持するように比例制御またはＰＩＤ制御したりすればよい。この際、上述したように、ヒートポンプ２の圧縮機５は、第四センサ３５の検出圧力に基づき制御される。

また、第三センサ２９による制御では、前記実施例１と同様に、圧縮機５を第四設定値Ｐ４（Ｔ４）でオンオフ制御したり、第四設定値Ｐ４（Ｔ４）に維持するように比例制御またはＰＩＤ制御したりすればよい。この際、上述したように、蒸気圧縮機３０は、第四センサ３５の検出圧力に基づき制御される。
その他の構成および制御は、前記実施例１と同様のため、説明を省略する。

図１０は、本発明の蒸気システム１の実施例４を示す概略図である。本実施例４の蒸気システム１も、基本的には前記実施例１と同様である。そこで、以下においては、両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。

本実施例４では、ヒートポンプ２の熱源として、蒸気使用設備２０のドレンが用いられる。具体的構成について説明すると、まず、蒸気使用設備２０のドレンは、第一蒸気トラップ３６を介して、セパレータタンク３１に排出される。セパレータタンク３１には、上部に蒸発器８への供給路２７が接続され、下部に排出路３３が接続される。

セパレータタンク３１は、供給路２７を介して蒸発器８が設けられる。また、蒸発器８からの排出路２８には、第二蒸気トラップ３７が設けられる。このような構成であるから、蒸気使用設備２０のドレンは、第一蒸気トラップ３６により低圧下に排出された後、蒸発器８を通過後に、第二蒸気トラップ３７によりさらに低圧の大気圧下に排出される。つまり、蒸気使用設備２０のドレンは、第一蒸気トラップ３６を介して排出されることにより、フラッシュ蒸気およびその凝縮水となり、蒸発器８においてさらに凝縮を図られた後、第二蒸気トラップ３７から排出される。このような構成の場合、蒸発器８において冷媒に熱を与える流体は、大気圧を超える圧力で、１００℃を超える温度に維持できる。

第二蒸気トラップ３７からの排水は、凝縮器６やボイラ３への給水タンク３８に戻される。この際、サブヒータ３９により、第二蒸気トラップ３７からの排水で、膨張弁７から蒸発器８への冷媒の加温を図ってもよい。サブヒータ３９は、膨張弁７から蒸発器８への冷媒と、第二蒸気トラップ３７からの排水とを混ぜることなく熱交換する間接熱交換器である。なお、給水タンク３８の水は、給水ポンプ１１、給水弁１２、逆止弁１３およびサブクーラ９を介して凝縮器６へ供給可能とされると共に、給水ポンプ４０と逆止弁４１とを介してボイラ３へ供給可能とされる。

一方、セパレータタンク３１からの排出路３３には、排出弁４２が設けられ、排出弁４２からの流体は、給水タンク３８へ戻される。排出弁４２は、本実施例では自力式の減圧弁（一次圧力調整弁）とされるが、第三センサ２９の検出値に基づき開閉または開度調整される弁であってもよい。なお、排出弁４２と並行に、蒸気トラップ（図示省略）を設けてもよい。この場合、この蒸気トラップから液体だけを排出することで、蒸発器８への供給路２７に蒸気だけを送ることができる。

第三センサ２９の検出値に基づき圧縮機５を制御するための第四設定圧力Ｐ４は、排出弁４２の設定圧力（開弁圧力）よりも低く設定される。排出弁４２は、それより上流側の圧力が設定圧力以上で開放することで、ヒートポンプ２の保護が図られる。

緊急時や停電時のために、蒸発器８への供給路２７には、ノーマルクローズド型の電磁弁４３を設ける一方、セパレータタンク３１からの排出路３３には、排出弁４２と並行に、ノーマルオープン型の電磁弁４４を設けるのが好ましい。この場合、通常時には、供給路２７の電磁弁４３は開かれた状態に維持され、排出路３３の電磁弁４４は閉じられた状態に維持される。そして、緊急時や停電時には、供給路２７の電磁弁４３が閉じられ、排出路３３の電磁弁４４が開かれるので、蒸気使用設備２０からのドレンは、蒸発器８を介さずに排出される。

蒸発器８の入口側または出口側において、熱源流体の圧力または温度を検出可能に、圧力センサまたは温度センサからなる第三センサ２９が設けられる。本実施例では、第三センサ２９は、セパレータタンク３１と蒸発器８との間に設けられるが、蒸発器８と第二蒸気トラップ３７との間に設けたり、セパレータタンク３１に設けたりしてもよい。その他の構成および制御は、前記実施例１と同様のため、説明を省略する。

ところで、本実施例４において、図示例では、第二蒸気トラップ３７を設けて、蒸発器８内を流れる流体を大気圧以上に保持したが、場合により、第二蒸気トラップ３７を省略して、蒸発器８からの排出路２８の先端を大気圧にそのまま開口してもよい。その場合、第三センサ２９は、蒸発器８の出口側において、凝縮水の温度を計測する温度センサとするのがよい。

また、蒸発器８に通す流体の流量を調整可能であれば、図示例の構成に限らず適宜変更可能である。たとえば、第一蒸気トラップ３６に代えて、ドレンを溜めるバッファタンクと導入弁とを設けてもよい。導入弁は、自力式の減圧弁（二次圧力調整弁）とされるが、第三センサ２９の検出値に基づき開閉または開度調整される弁であってもよい。そして、蒸気使用設備２０のドレンは、バッファタンクから導入弁を介して、供給路２７により蒸発器８へ供給可能とされると共に、バッファタンクから導入弁や蒸発器８を介することなく排出可能とされる。このような構成の場合、第三センサ２９の検出値に基づき圧縮機５を制御するための第四設定値Ｐ４は、導入弁の設定圧力（閉弁圧力）よりも低く設定される。導入弁は、それより下流側の圧力が設定圧力以上で閉鎖することで、ヒートポンプ２の保護が図られる。

さらに、本実施例４では、前記実施例１の応用例として、ヒートポンプ２の蒸発器８への熱源として、蒸気使用設備２０のドレンの廃熱を用いる例を説明したが、前記実施例２の応用例として、蒸気圧縮機３０の入口側に設けたセパレータタンク３１に、蒸気使用設備２０のドレンを供給して、そのフラッシュ蒸気を蒸気圧縮機３０で昇圧してもよい。

本発明の蒸気システム１は、前記各実施例の構成に限らず、適宜変更可能である。たとえば、第三センサ２９の検出値が低いために、ヒートポンプ２や蒸気圧縮機３０が停止している場合には、給蒸弁２１を閉鎖するよう制御してもよい。

また、前記実施例３では、単段のヒートポンプ２と単段の蒸気圧縮機３０とを組み合わせた例を説明したが、前記実施例１および前記実施例２で述べたのと同様に、一方または双方を複数段としてもよい。その場合も、実施例１で述べたヒートポンプ２が複数段の場合と同様に制御することができる。つまり、制御については、蒸気圧縮機３０を、ヒートポンプ２の圧縮機５と同等にとらえることができる。

また、前記各実施例において、蒸気圧縮機３０またはその入口もしくは出口において、適宜注水を図ってもよい。この際、その蒸気圧縮機３０の回転数に基づき、あるいは蒸気圧縮機３０の入口側または出口側の蒸気圧と蒸気圧縮機３０の回転数とに基づき、注水量を調整するのがよい。たとえば、前記実施例２では、蒸気圧縮機３０の回転数、および所望によりさらに第二センサ２６または第三センサ２９の検出値に基づき、蒸気圧縮機３０への注水量を調整すればよい。

１ 蒸気システム
２ ヒートポンプ
３ ボイラ
４ エゼクタ
５ 圧縮機
６ 凝縮器
７ 膨張弁
８ 蒸発器
１４ 第一蒸気路
１５ 第二蒸気路
１６ ノズル
１８ 吸引部
１９ 第三蒸気路
２１ 給蒸弁
２２ ノド部調整機構
２３ バイパス路
２４ バイパス弁
２５ 第一センサ
２６ 第二センサ
２９ 第三センサ
３０ 蒸気圧縮機
Ｐ１ 第一設定値
Ｐ２ 第二設定値
Ｐ３Ｈ 第三上限圧力（第三上限値）
Ｐ３Ｌ 第三下限圧力（第三下限値）
Ｐ４Ｈ 第四上限圧力（第四上限値）
Ｐ４Ｌ 第四下限圧力（第四下限値）
Ｔ４Ｈ 第四上限温度（第四上限値）
Ｔ４Ｌ 第四下限温度（第四下限値）

Claims (10)

1. ヒートポンプまたは蒸気圧縮機と、エゼクタと、第一センサおよび第二センサとを備え、
   前記ヒートポンプは、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が順次環状に接続されて冷媒を循環させ、前記凝縮器において前記冷媒と水とを熱交換して蒸気を発生させ、
   前記蒸気圧縮機は、蒸気を吸入し圧縮して吐出し、
   前記エゼクタは、ボイラからの蒸気をノズルから噴出させることで、前記凝縮器または前記蒸気圧縮機からの蒸気を吸引して、前記ノズルからの蒸気と混合して吐出し、
   前記第一センサは、前記エゼクタの出口側の蒸気の圧力を検出し、
   前記第二センサは、前記エゼクタの吸引部への蒸気の圧力を検出し、
   前記第一センサの検出値に基づき前記ノズルへの給蒸を制御し、
   前記第二センサの検出値に基づき前記圧縮機または前記蒸気圧縮機を制御する
   ことを特徴とする蒸気システム。
2. 前記第一センサの検出値に基づき、前記ノズルへの給蒸路に設けた給蒸弁を制御するか、および／または前記ノズルのノド部の大きさを変更するノド部調整機構を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の蒸気システム。
3. 前記ノズルへの給蒸路と前記エゼクタからの排蒸路とを結ぶバイパス路と、
   このバイパス路に設けられるバイパス弁とを備え、
   前記ノズルへの給蒸路には、前記給蒸弁が設けられる場合、その給蒸弁より上流側から分岐するよう前記バイパス路が設けられ、
   前記給蒸弁または前記ノド部調整機構は、前記第一センサの検出値を第一設定値に維持するよう制御され、
   前記バイパス弁は、それより下流側の圧力を第二設定値に維持するよう開閉または開度が調整され、
   前記第二設定値は、前記第一設定値よりも低く設定される
   ことを特徴とする請求項２に記載の蒸気システム。
4. 前記ヒートポンプおよび前記蒸気圧縮機の双方を備え、
   前記蒸気圧縮機は、前記凝縮器からの蒸気を吸入し圧縮して吐出し、
   前記エゼクタは、前記ボイラからの蒸気を前記ノズルから噴出させることで、前記蒸気圧縮機からの蒸気を吸引して、前記ノズルからの蒸気と混合して吐出し、
   前記第二センサの検出値に基づき前記蒸気圧縮機を制御し、
   前記凝縮器の冷媒の圧力、またはその凝縮器から前記蒸気圧縮機へ送られる蒸気の圧力に基づき前記圧縮機を制御する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の蒸気システム。
5. 前記第二センサに代えてまたはこれに加えて、第三センサを備え、
   この第三センサは、前記蒸発器に通されるか通された前記ヒートポンプの熱源流体の圧力または温度を検出するか、前記蒸気圧縮機入口側の流体の圧力または温度を検出し、
   前記第三センサの検出値に基づき前記圧縮機または前記蒸気圧縮機を制御する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の蒸気システム。
6. 前記ヒートポンプおよび前記蒸気圧縮機の双方を備え、
   前記蒸気圧縮機は、前記凝縮器からの蒸気を吸入し圧縮して吐出し、
   前記エゼクタは、前記ボイラからの蒸気を前記ノズルから噴出させることで、前記蒸気圧縮機からの蒸気を吸引して、前記ノズルからの蒸気と混合して吐出し、
   前記第三センサの検出値に基づき前記圧縮機を制御し、
   前記凝縮器の冷媒の圧力、またはその凝縮器から前記蒸気圧縮機へ送られる蒸気の圧力に基づき前記蒸気圧縮機を制御する
   ことを特徴とする請求項５に記載の蒸気システム。
7. 前記第二センサの検出値に基づき、第三上限値と第三下限値との範囲で、且つその第三上限値を設定値として、前記圧縮機または前記蒸気圧縮機を比例制御またはＰＩＤ制御するか、
   前記第三センサの検出値に基づき、第四上限値と第四下限値との範囲で、且つその第四下限値を設定値として、前記圧縮機または前記蒸気圧縮機を比例制御またはＰＩＤ制御し、
   設定タイミングで前記各センサによる現在値に基づき、次式により第一偏差率と第二偏差率とを求め、前記第二センサによる制御と前記第三センサによる制御との内、偏差率の小さい方で制御する
   ことを特徴とする請求項５に記載の蒸気システム。
   第一偏差率＝（第三上限値−現在値）／（第三上限値−第三下限値）
   第二偏差率＝（現在値−第四下限値）／（第四上限値−第四下限値）
8. 前記第二センサの検出値に基づき、第三上限値と第三下限値との範囲で、且つその第三上限値を設定値として、前記圧縮機または前記蒸気圧縮機を比例制御またはＰＩＤ制御するか、
   前記第三センサの検出値に基づき、第四上限値と第四下限値との範囲で、且つその第四下限値を設定値として、前記圧縮機または前記蒸気圧縮機を比例制御またはＰＩＤ制御し、
   設定タイミングで前記各センサによる現在値に基づき、前記第二センサによる制御における前記圧縮機または前記蒸気圧縮機の操作量と、前記第三センサによる制御における前記圧縮機または前記蒸気圧縮機の操作量とを求め、前記第二センサによる制御と前記第三センサによる制御との内、操作量の小さい方で制御する
   ことを特徴とする請求項５に記載の蒸気システム。
9. 前記ヒートポンプおよび前記蒸気圧縮機の双方を備え、
   前記蒸気圧縮機は、前記凝縮器からの蒸気を吸入し圧縮して吐出し、
   前記エゼクタは、前記ボイラからの蒸気を前記ノズルから噴出させることで、前記蒸気圧縮機からの蒸気を吸引して、前記ノズルからの蒸気と混合して吐出し、
   前記凝縮器の冷媒の圧力、またはその凝縮器から前記蒸気圧縮機へ送られる蒸気の圧力を検出する第四センサを備え、
   前記第二センサの検出値に基づき、第三上限値と第三下限値との範囲で、且つその第三上限値を設定値として、前記蒸気圧縮機を比例制御またはＰＩＤ制御するか、
   前記第三センサの検出値に基づき、第四上限値と第四下限値との範囲で、且つその第四下限値を設定値として、前記圧縮機を比例制御またはＰＩＤ制御し、
   前記第二センサの検出値に基づき前記蒸気圧縮機を制御する場合、前記第四センサの検出値に基づき前記圧縮機を制御し、
   前記第三センサの検出値に基づき前記圧縮機を制御する場合、前記第四センサの検出値に基づき前記蒸気圧縮機を制御し、
   設定タイミングで前記各センサによる現在値に基づき、次式により第一偏差率と第二偏差率とを求め、前記第二センサによる制御と前記第三センサによる制御との内、偏差率の小さい方で制御する
   ことを特徴とする請求項５に記載の蒸気システム。
   第一偏差率＝（第三上限値−現在値）／（第三上限値−第三下限値）
   第二偏差率＝（現在値−第四下限値）／（第四上限値−第四下限値）
10. 前記ヒートポンプおよび前記蒸気圧縮機の双方を備え、
    前記蒸気圧縮機は、前記凝縮器からの蒸気を吸入し圧縮して吐出し、
    前記エゼクタは、前記ボイラからの蒸気を前記ノズルから噴出させることで、前記蒸気圧縮機からの蒸気を吸引して、前記ノズルからの蒸気と混合して吐出し、
    前記凝縮器の冷媒の圧力、またはその凝縮器から前記蒸気圧縮機へ送られる蒸気の圧力を検出する第四センサを備え、
    前記第二センサの検出値に基づき、第三上限値と第三下限値との範囲で、且つその第三上限値を設定値として、前記蒸気圧縮機を比例制御またはＰＩＤ制御するか、
    前記第三センサの検出値に基づき、第四上限値と第四下限値との範囲で、且つその第四下限値を設定値として、前記圧縮機を比例制御またはＰＩＤ制御し、
    前記第二センサの検出値に基づき前記蒸気圧縮機を制御する場合、前記第四センサの検出値に基づき前記圧縮機を制御し、
    前記第三センサの検出値に基づき前記圧縮機を制御する場合、前記第四センサの検出値に基づき前記蒸気圧縮機を制御し、
    設定タイミングで、前記第二センサによる制御における前記蒸気圧縮機の第一操作量（ｙ１）と、前記第三センサによる制御における前記圧縮機の第二操作量（ｙ２）とから、前記第一操作量（ｙ１）の前記第二操作量（ｙ２）に対する比の値（ｙ１／ｙ２）を求め、この値が予め設定された定数未満なら、前記第二センサによる制御を行う一方、前記定数以上なら前記第三センサによる制御を行う
    ことを特徴とする請求項５に記載の蒸気システム。

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