JP5614711B2

JP5614711B2 - 蒸気システム

Info

Publication number: JP5614711B2
Application number: JP2010155968A
Authority: JP
Inventors: 真嘉金丸; 昭典川上; 昭生森田
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2010-07-08
Filing date: 2010-07-08
Publication date: 2014-10-29
Anticipated expiration: 2030-07-08
Also published as: JP2012017700A

Description

本発明は、蒸気圧縮機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。

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。

請求項１に記載の発明は、蒸気を吸入し圧縮して吐出する蒸気圧縮機と、この蒸気圧縮機の出口側において蒸気の圧力を検出する第一センサとを備え、この第一センサの検出値に基づき前記蒸気圧縮機を制御する蒸気システムにおいて、前記蒸気圧縮機からの蒸気に、ボイラからの蒸気がボイラ蒸気供給弁を介して合流するよう構成され、前記第一センサは、前記蒸気圧縮機からの蒸気と前記ボイラからの蒸気との合流蒸気の圧力を検出可能な位置に設けられ、前記蒸気圧縮機は、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、前記ボイラ蒸気供給弁は、それより下流側の圧力を第三設定値に維持するよう開閉または開度が調整され、前記第三設定値は、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蒸気システムである。

請求項１に記載の発明によれば、蒸気圧縮機とボイラの双方から蒸気使用設備へ蒸気が供給可能とされ、しかもボイラからの蒸気路に設けたボイラ蒸気供給弁の設定圧力を、蒸気圧縮機の制御圧力よりも下げておくことで、蒸気圧縮機の運転を優先することができる。また、蒸気圧縮機から蒸気を吐出できないか、あるいは蒸気圧縮機からの蒸気だけでは足りない状況になっても、ボイラから蒸気使用設備へ安定して蒸気を供給することができる。

請求項２に記載の発明は、蒸気を吸入し圧縮して吐出する蒸気圧縮機と、この蒸気圧縮機の出口側において蒸気の圧力を検出する第一センサとを備え、この第一センサの検出値に基づき前記蒸気圧縮機を制御する蒸気システムにおいて、前記蒸気圧縮機からの蒸気に、ボイラからの蒸気が合流するよう構成され、前記第一センサは、前記蒸気圧縮機からの蒸気と前記ボイラからの蒸気との合流蒸気の圧力を検出可能な位置に設けられ、前記蒸気圧縮機は、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、前記ボイラは、前記第一センサの検出値を第三設定値に維持するよう制御され、前記第三設定値は、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蒸気システムである。

請求項２に記載の発明によれば、蒸気圧縮機とボイラの双方から蒸気使用設備へ蒸気が供給可能とされ、しかもボイラの設定圧力を、蒸気圧縮機の制御圧力よりも下げておくことで、蒸気圧縮機の運転を優先することができる。また、蒸気圧縮機から蒸気を吐出できないか、あるいは蒸気圧縮機からの蒸気だけでは足りない状況になっても、ボイラから蒸気使用設備へ安定して蒸気を供給することができる。

請求項３に記載の発明は、蒸気を吸入し圧縮して吐出する蒸気圧縮機と、この蒸気圧縮機の出口側において蒸気の圧力を検出する第一センサとを備え、この第一センサの検出値に基づき前記蒸気圧縮機を制御する蒸気システムにおいて、単段または複数段の蒸気圧縮式ヒートポンプをさらに備え、単段または最下段のヒートポンプの蒸発器に熱源流体が通され、単段または最上段のヒートポンプの凝縮器において、冷媒と水とを熱交換して蒸気を発生させ、この凝縮器からの蒸気を、前記蒸気圧縮機が吸入し圧縮して吐出し、単段または最上段のヒートポンプの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三センサを備え、前記第一センサの検出値に基づき前記蒸気圧縮機を制御すると共に、単段または最上段のヒートポンプの圧縮機は、前記第三センサの検出値に基づき制御され、それより下段の各ヒートポンプの圧縮機は、その段の凝縮器または一つ上段の蒸発器の冷媒の圧力に基づき制御されることを特徴とする蒸気システムである。

請求項３に記載の発明によれば、単段または複数段のヒートポンプと蒸気圧縮機とを備える蒸気システムにおいて、最上段の蒸気圧縮機の出口側の蒸気の圧力に基づき制御することができる。

請求項４に記載の発明は、蒸気を吸入し圧縮して吐出する蒸気圧縮機と、この蒸気圧縮機の出口側において蒸気の圧力を検出する第一センサとを備え、この第一センサの検出値に基づき前記蒸気圧縮機を制御する蒸気システムにおいて、単段または複数段の蒸気圧縮式ヒートポンプをさらに備え、単段または最下段のヒートポンプの蒸発器に熱源流体が通され、単段または最上段のヒートポンプの凝縮器において、冷媒と水とを熱交換して蒸気を発生させ、この凝縮器からの蒸気を、前記蒸気圧縮機が吸入し圧縮して吐出し、単段または最下段のヒートポンプの蒸発器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する第二センサと、単段または最上段のヒートポンプの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三センサとを備え、前記第一センサに基づく制御に代えて、前記第二センサの検出値に基づき単段または最下段のヒートポンプの圧縮機を制御すると共に、それより上段の各ヒートポンプの圧縮機は、その段の蒸発器または一つ下段の凝縮器の冷媒の圧力に基づき制御され、前記蒸気圧縮機は、前記第三センサの検出値に基づき制御されることを特徴とする蒸気システムである。

請求項４に記載の発明によれば、単段または複数段のヒートポンプと蒸気圧縮機とを備える蒸気システムにおいて、ヒートポンプの熱源流体の圧力または温度に基づき制御することができる。

請求項５に記載の発明は、蒸気を吸入し圧縮して吐出する蒸気圧縮機と、この蒸気圧縮機の出口側において蒸気の圧力を検出する第一センサとを備え、この第一センサの検出値に基づき前記蒸気圧縮機を制御する蒸気システムにおいて、複数段の蒸気圧縮機を備え、前記各蒸気圧縮機は、一つ下段の蒸気圧縮機からの蒸気を吸入し圧縮して吐出し、前記第一センサは、最上段の蒸気圧縮機の出口側において蒸気の圧力を検出することを特徴とする蒸気システムである。

請求項５に記載の発明によれば、複数段の蒸気圧縮機により、蒸気を効率よく昇圧することができる。

請求項６に記載の発明は、前記第一センサの検出値に基づき最上段の蒸気圧縮機を制御すると共に、それより下段の各蒸気圧縮機は、その出口側の蒸気の圧力に基づき制御され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、複数段の蒸気圧縮機を備える蒸気システムにおいて、最上段の蒸気圧縮機の出口側の蒸気の圧力に基づき制御することができる。

請求項７に記載の発明は、最下段の蒸気圧縮機の入口側において圧力または温度を検出する第二センサを備え、前記第一センサに基づく制御に代えて、前記第二センサの検出値に基づき最下段の蒸気圧縮機を制御すると共に、それより上段の各蒸気圧縮機は、その入口側の蒸気の圧力に基づき制御され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７に記載の発明によれば、複数段の蒸気圧縮機を備える蒸気システムにおいて、最下段の蒸気圧縮機の入口側の圧力または温度に基づき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。

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、ボイラ蒸気供給弁の開閉状態、および蒸気圧縮機の動作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または検出温度、および蒸気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。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、蒸気圧縮機２を備え、好ましくはさらにボイラ３を備える。

蒸気圧縮機２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２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２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２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２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（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。これらの内、複数のものを組み合わせて、蒸気圧縮機２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。

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、蒸気圧縮機２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。

蒸気圧縮機２からの第一蒸気路４と、ボイラ３からの第二蒸気路５とは、合流するよう構成される。この合流は、蒸気ヘッダを用いて行うこともできる。そして、蒸気圧縮機２やボイラ３からの蒸気は、一または複数の蒸気使用設備（図示省略）へ送られる。

本実施例では、第一蒸気路４には、合流部よりも上流側に、逆止弁６が設けられる。これにより、蒸気圧縮機２が停止中、ボイラ３からの蒸気が蒸気圧縮機２へ逆流するのが防止される。

また、本実施例では、第二蒸気路５には、合流部よりも上流側に、ボイラ蒸気供給弁７が設けられる。ボイラ蒸気供給弁７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、ボイラ蒸気供給弁７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。

蒸気圧縮機２からの蒸気とボイラ３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８が設けられる。本実施例では、第一蒸気路４と第二蒸気路５とが合流された後の第三蒸気路９に、第一センサ８が設けられるが、蒸気圧縮機２からの蒸気とボイラ３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８を設けてもよい。また、合流蒸気の圧力を検出可能であれば、第一蒸気路４の内、合流部よりも上流側に設けてもよいし、第二蒸気路５の内、合流部よりも上流側に設けてもよい。但し、第一蒸気路４に逆止弁６を設ける場合には、逆止弁６より下流側に設けられ、第二蒸気路５にボイラ蒸気供給弁７または後述する逆止弁を設ける場合には、ボイラ蒸気供給弁７または逆止弁より下流側に設けられる。

蒸気圧縮機２は、供給路１０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２は、中空容器状のセパレータタンク１１と、供給路１０を介して接続されている。そして、セパレータタンク１１には、流入路１２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、その蒸気の凝縮水は、セパレータタンク１１から排出路１３を介して適宜排水され、蒸気が供給路１０を介して蒸気圧縮機２へ送られる。このように、セパレータタンク１１は、気液分離部として機能する。なお、セパレータタンク１１に代えて、単にＴ字継手を用いてもよい。

蒸気使用設備のドレンからフラッシュ蒸気を生成して、そのフラッシュ蒸気を蒸気圧縮機２で昇圧する例について説明する。この場合、蒸気使用設備のドレンは、第一蒸気トラップ（図示省略）を介して、流入路１２からセパレータタンク１１へ排出される。高圧高温のドレンが第一蒸気トラップを介して低圧下に排出されることで、フラッシュ蒸気およびその凝縮水となり、セパレータタンク１１で気液分離が図られる。そして、蒸気圧縮機２は、セパレータタンク１１内の蒸気を吸入し圧縮して吐出する。一方、セパレータタンク１１で分離された水は、排出路１３から適宜排水される。そのために、セパレータタンク１１からの排出路１３には、第二蒸気トラップ（図示省略）を設けておくのが好ましい。

セパレータタンク１１内の圧力または温度を検出可能な位置には、圧力センサまたは温度センサからなる第二センサ１４が設けられる。本実施例では、第二センサ１４は、セパレータタンク１１に設けられるが、場合により、蒸気圧縮機２への供給路１０に設けてもよい。

蒸気圧縮機２は、第一センサ８と第二センサ１４との一方または双方の検出値に基づき制御される。具体的には、（１）第一センサ８による制御、（２）第二センサ１４による制御、（３）第一センサ８と第二センサ１４との切替制御のいずれかが行われる。以下、それぞれの制御について、順に説明する。なお、第一センサ８による制御を行う場合には、所望により第二センサ１４の設置を省略することができ、逆に、第二センサ１４による制御を行う場合には、所望により第一センサ８の設置を省略することができる。

〈（１）第一センサ８による制御〉
図２は、第一センサ８の検出圧力、ボイラ蒸気供給弁７の開閉状態、および蒸気圧縮機２の動作状態の対応関係を示す概略図である。ここでは、蒸気圧縮機２は、第一設定値（第一設定圧力）Ｐ１でオンオフされ、ボイラ蒸気供給弁７は、第三設定値（第三設定圧力）Ｐ３で開閉される。

具体的には、第一センサ８の検出圧力が第三設定値Ｐ３未満であると、蒸気圧縮機２は駆動されていると共にボイラ蒸気供給弁７は開放している。これにより、蒸気圧縮機２およびボイラ３からの蒸気が蒸気使用設備へ供給される。そして、第三設定値Ｐ３以上になると、ボイラ蒸気供給弁７が閉鎖し、ボイラ３からの蒸気供給は停止され、蒸気圧縮機２から蒸気供給される。第一センサ８の検出圧力が第一設定値Ｐ１以上になると、蒸気圧縮機２が停止し、蒸気圧縮機２からの蒸気供給も停止される。そして、第一センサ８の検出圧力が第一設定値Ｐ１未満になると、蒸気圧縮機２が駆動され、その後、蒸気圧縮機２による蒸気だけでは賄い切れず、第三設定値Ｐ３未満になると、ボイラ蒸気供給弁７が開いてボイラ３からも蒸気が供給される。なお、ボイラ蒸気供給弁７が自力式の減圧弁の場合、ボイラ蒸気供給弁７は、これらの動作を機械的に自力で行う。

第一設定値Ｐ１および第三設定値Ｐ３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、蒸気圧縮機２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。さらに、ボイラ蒸気供給弁７を電磁弁や電動弁により構成し、第一センサ８の検出圧力に基づき、第三設定値Ｐ３でボイラ蒸気供給弁７を開閉したり、第三設定値Ｐ３に維持するようにボイラ蒸気供給弁７を開度調整したりしてもよい。

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、第三設定値Ｐ３のディファレンシャル（または比例帯）Ｐ３Ｈ〜Ｐ３Ｌ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、第三上限圧力Ｐ３Ｈ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および第三設定値Ｐ３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８の検出圧力が第一上限圧力Ｐ１Ｈ以上になると蒸気圧縮機２が停止し、圧力下降時、第一センサ８の検出圧力が第一下限圧力Ｐ１Ｌ未満になると蒸気圧縮機２が駆動する。また、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以上になるとボイラ蒸気供給弁７が閉鎖し、圧力下降時、第三下限圧力Ｐ３Ｌ未満になるとボイラ蒸気供給弁７が開放する。

次に、蒸気圧縮機２とボイラ蒸気供給弁７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８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）として蒸気圧縮機２を比例制御する。また、第一センサ８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）としてボイラ蒸気供給弁７を比例制御する。ここで、第一上限圧力Ｐ１Ｈ以上では、蒸気圧縮機２は停止し、第一下限圧力Ｐ１Ｌ未満では、蒸気圧縮機２は全負荷運転する。また、第三上限圧力Ｐ３Ｈ以上では、ボイラ蒸気供給弁７は全閉し、第三下限圧力Ｐ３Ｌ未満では、ボイラ蒸気供給弁７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、第三設定値Ｐ３を第一設定値Ｐ１よりも低く設定しておくことで、蒸気圧縮機２の運転を優先しつつ、蒸気使用設備へ蒸気を安定して供給することができる。つまり、蒸気圧縮機２の運転を優先させつつ、それでは足りない場合にボイラ３からの蒸気を蒸気使用設備へ送ることができる。

いずれの場合も、第二センサ１４により圧力または温度を監視し、この圧力または温度が下端値未満になると、蒸気圧縮機２を運転しても所望の蒸気を得られないので、蒸気圧縮機２を停止させるのがよい。

ところで、ボイラ蒸気供給弁７の設置を省略する代わりに、第一センサ８の検出圧力に基づき、ボイラ３を制御してもよい。この場合、図２において、蒸気圧縮機２は、第一設定値Ｐ１でオンオフされ、ボイラ３は、第三設定値Ｐ３でオンオフされる。

具体的には、第一センサ８の検出圧力が第三設定値Ｐ３未満であると、蒸気圧縮機２は駆動されていると共にボイラ３も駆動されている。これにより、蒸気圧縮機２およびボイラ３からの蒸気が蒸気使用設備へ供給される。そして、第三設定値Ｐ３以上になると、ボイラ３が停止し、蒸気圧縮機２から蒸気供給される。第一センサ８の検出圧力が第一設定値Ｐ１以上になると、蒸気圧縮機２が停止し、蒸気圧縮機２からの蒸気供給も停止される。そして、第一センサ８の検出圧力が第一設定値Ｐ１未満になると、蒸気圧縮機２が駆動され、その後、蒸気圧縮機２による蒸気だけでは賄い切れず、第三設定値Ｐ３未満になると、ボイラ３が駆動してボイラ３からも蒸気が供給される。

この場合も、図３と同様に、第一設定値Ｐ１および第三設定値Ｐ３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、蒸気圧縮機２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。また、ボイラ３も、オンオフ制御（たとえば燃料焚きボイラでは燃焼とその停止）ではなく、三位置制御（たとえば燃料焚きボイラでは高燃焼、低燃焼、停止）、または比例制御やＰＩＤ制御（たとえば燃料焚きボイラでは燃焼量の調整）されてもよい。なお、燃料焚きボイラを三位置制御する場合、低燃焼時の設定圧が第三設定値Ｐ３に相当し、高燃焼時の設定圧はそれより低圧に設定される。

まず、第一設定値Ｐ１および第三設定値Ｐ３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８の検出圧力が第一上限圧力Ｐ１Ｈ以上になると蒸気圧縮機２が停止し、圧力下降時、第一センサ８の検出圧力が第一下限圧力Ｐ１Ｌ未満になると蒸気圧縮機２が駆動する。また、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以上になるとボイラ３が停止し、圧力下降時、第三下限圧力Ｐ３Ｌ未満になるとボイラ３が駆動する。

次に、蒸気圧縮機２とボイラ３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８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）として蒸気圧縮機２を比例制御する。また、第一センサ８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）としてボイラ３を比例制御する。これには、燃料焚きボイラの場合には燃焼量を調整し、電気ボイラの場合には電気ヒータへの給電量を調整し、廃熱ボイラの場合には供給熱量を調整すればよい。ここで、第一上限圧力Ｐ１Ｈ以上では、蒸気圧縮機２は停止し、第一下限圧力Ｐ１Ｌ未満では、蒸気圧縮機２は全負荷運転する。また、第三上限圧力Ｐ３Ｈ以上では、ボイラ３は停止し、第三下限圧力Ｐ３Ｌ未満では、ボイラ３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、ボイラ蒸気供給弁７の設置を省略する代わりに、第一センサ８の検出圧力に基づきボイラ３を制御する場合、ボイラ３からの第二蒸気路５には、蒸気圧縮機２からの第一蒸気路４との合流部よりも上流側に、逆止弁を設けておくのが好ましい。これにより、ボイラ３が停止中、蒸気圧縮機２からの蒸気がボイラ３へ逆流するのが防止される。

〈（２）第二センサ１４による制御〉
図４は、第二センサ１４の検出圧力または検出温度、および蒸気圧縮機２の動作状態の対応関係を示す概略図である。ここでは、蒸気圧縮機２は、第二設定値（第二設定圧力Ｐ２または第二設定温度Ｔ２）でオンオフされる。

なお、以下では、第二センサ１４が圧力センサとされ、第二設定値が圧力値Ｐ２として設定され、蒸気圧縮機２が圧力制御される場合について説明するが、第二センサ１４が温度センサとされ、第二設定値が温度値Ｔ２として設定され、蒸気圧縮機２が温度制御されてもよい。その場合、Ｐ２をＴ２、ＰＨをＴＨと読み替えれば、同様に制御可能である。

第二センサ１４の検出圧力が第二設定値Ｐ２未満であると、蒸気圧縮機２を運転しても所望の蒸気を得られないとして、蒸気圧縮機２を停止している。そして、第二センサ１４の検出圧力が第二設定値Ｐ２以上になると、蒸気圧縮機２を駆動させ、蒸気圧縮機２から蒸気を送り出す。その後、万一、第二センサ１４の検出圧力がさらに上昇して上端値ＰＨ以上になると、蒸気圧縮機２を強制停止してもよい。一方、第二センサ１４の検出圧力が第二設定値Ｐ２未満になると、蒸気圧縮機２を停止させる。

第二設定値Ｐ２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、蒸気圧縮機２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、第二上限圧力Ｐ２Ｈと第二下限圧力Ｐ２Ｌとの範囲が、第二設定値Ｐ２のディファレンシャルまたは比例帯である。

まず、第二設定値Ｐ２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以上になると蒸気圧縮機２が駆動し、圧力下降時、第二下限圧力Ｐ２Ｌ未満になると蒸気圧縮機２が停止する。

次に、蒸気圧縮機２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１４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、且つその第二下限圧力Ｐ２Ｌを設定値（目標値）として蒸気圧縮機２を比例制御する。ここで、第二下限圧力Ｐ２Ｌ未満では、蒸気圧縮機２は停止し、第二上限圧力Ｐ２Ｈ以上では、蒸気圧縮機２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。

いずれの場合も、第一センサ８により蒸気圧を監視し、この圧力が上端値以上になると、蒸気圧縮機２を運転して蒸気を発生させる必要はないので、蒸気圧縮機２を停止させるのがよい。

第二センサ１４の検出圧力に基づき蒸気圧縮機２を制御する場合、第一センサ８の検出圧力に基づき蒸気圧縮機２を制御する場合のように、蒸気圧縮機２にて発生させる蒸気量を直接には制御できないが、前述したようにボイラ蒸気供給弁７などにより、ボイラ３からの蒸気供給を調整することで、蒸気使用設備へは安定して蒸気を供給することができる。

〈（３）第一センサ８と第二センサ１４との切替制御〉
第一センサ８と第二センサ１４との切替制御は、図３による制御と、図５による制御との組合せといえる。具体的には、まず、蒸気圧縮機２は、第一センサ８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を設定値として比例制御可能とされる。また、蒸気圧縮機２は、第二センサ１４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、且つその第二下限圧力Ｐ２Ｌ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、第一センサ８による制御と第二センサ１４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、蒸気圧縮機２を制御すればよい。具体的には、η１＜η２の関係にある場合、第一センサ８の検出圧力に基づき蒸気圧縮機２を比例制御すればよく、η１＞η２の関係にある場合、第二センサ１４の検出圧力に基づき蒸気圧縮機２を比例制御すればよい。なお、次式において、現在圧力Ｐは、第一センサ８により検出され、現在圧力Ｐ´は、第二センサ１４により検出される。

第一偏差率η１＝（第一上限圧力Ｐ１Ｈ−現在圧力Ｐ）／（第一上限圧力Ｐ１Ｈ−第一下限圧力Ｐ１Ｌ）
第二偏差率η２＝（現在圧力Ｐ´−第二下限圧力Ｐ２Ｌ）／（第二上限圧力Ｐ２Ｈ−第二下限圧力Ｐ２Ｌ）

偏差率が小さいほど、目標値に近いので、蒸気圧縮機２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蒸気圧縮機２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、蒸気圧縮機２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。

この制御中、第二センサ１４の検出圧力が下端値未満になったり、第二センサ１４の検出圧力が上端値以上になったり、第一センサ８の検出圧力が上端値以上になったりすると、蒸気圧縮機２を停止させるのがよい。なお、比例制御ではなくＰＩＤ制御を行ってもよい。

また、第二センサ１４による制御では、第二センサ１４が圧力センサとされ、第二設定値が圧力値Ｐ２（第二上限圧力Ｐ２Ｈ，第二下限圧力Ｐ２Ｌ）で設定される場合について説明したが、第二センサ１４が温度センサとされ、第二設定値が温度値Ｔ２（第二上限温度Ｔ２Ｈ，第二下限温度Ｔ２Ｌ）で設定されてもよい。その場合、現在温度Ｔ´を第二センサ１４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´−第二下限温度Ｔ２Ｌ）／（第二上限温度Ｔ２Ｈ−第二下限温度Ｔ２Ｌ）

なお、第一上限圧力Ｐ１Ｈを第一上限値、第一下限圧力Ｐ１Ｌを第一下限値、第二上限圧力Ｐ２Ｈおよび第二上限温度Ｔ２Ｈを第二上限値、第二下限圧力Ｐ２Ｌおよび第二下限温度Ｔ２Ｌを第二下限値、第一センサおよび第二センサ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＝（第一上限値−現在値）／（第一上限値−第一下限値）
第二偏差率η２＝（現在値−第二下限値）／（第二上限値−第二下限値）

第一センサ８による制御と第二センサ１４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、蒸気圧縮機２の操作量に基づき切り替えてもよい。この場合も、蒸気圧縮機２は、第一センサ８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を設定値として比例制御またはＰＩＤ制御可能とされる。また、蒸気圧縮機２は、第二センサ１４の検出圧力（または検出温度）に基づき、第二上限圧力Ｐ２Ｈ（または第二上限温度Ｔ２Ｈ）と第二下限圧力Ｐ２Ｌ（または第二下限温度Ｔ２Ｌ）との範囲で、且つその第二下限圧力Ｐ２Ｌ（または第二下限温度Ｔ２Ｌ）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、第一センサ８による制御における蒸気圧縮機２の操作量と、第二センサ１４による制御における蒸気圧縮機２の操作量とを求め、第一センサ８による制御と第二センサ１４による制御との内、操作量の小さい方で蒸気圧縮機２を制御すればよい。たとえば、第一センサ８による制御では操作量Ｘとする必要がある一方、第二センサ１４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、第一センサ８の検出圧力に基づき蒸気圧縮機２を制御すればよく、Ｘ＞Ｙの関係にある場合、第二センサ１４の検出圧力（または検出温度）に基づき蒸気圧縮機２を制御すればよい。

第一センサ８による制御と第二センサ１４による制御とを操作量に基づき切り替える場合も、前述した偏差率に基づき切り替える場合と同様に、蒸気圧縮機２が停止する頻度を少なくすることができると共に、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。

図６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。

本実施例２の蒸気システム１は、蒸気圧縮機２の入口側に、蒸気圧縮式のヒートポンプ１５を備える。蒸気圧縮式のヒートポンプ１５は、周知のとおり、圧縮機１６、凝縮器１７、膨張弁１８および蒸発器１９が順次環状に接続されて構成される。そして、圧縮機１６は、ガス冷媒を圧縮して高温高圧にする。また、凝縮器１７は、圧縮機１６からのガス冷媒を凝縮液化する。さらに、膨張弁１８は、凝縮器１７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１９は、膨張弁１８からの冷媒の蒸発を図る。

従って、ヒートポンプ１５は、蒸発器１９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１７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１５は、蒸発器１９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１７において、水を加温して蒸気を発生させる。凝縮器１７への給水としては、凝縮器１７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。

圧縮機１６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１６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１６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。

凝縮器１７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。凝縮器１７には給水路２０を介して水が供給可能とされ、凝縮器１７には所望量の水が貯留される。そして、その水が、ヒートポンプ１５の冷媒で加熱され、蒸気化される。

蒸発器１９は、温水、空気または排ガスなどの熱源流体と、ヒートポンプ１５の冷媒とを混ぜることなく熱交換する構成であれば、凝縮器１７の場合と同様に、その具体的構成を特に問わない。

ヒートポンプ１５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１５には、凝縮器１７から膨張弁１８への冷媒と、蒸発器１９から圧縮機１６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１９から圧縮機１６への冷媒は、凝縮器１７から膨張弁１８への冷媒で過熱される。このようにして、圧縮機１６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１６の出口側のエンタルピも高めることで、ヒートポンプ１５の成績係数（ＣＯＰ）を高めることができる。しかも、圧縮機１６へ液冷媒が供給される不都合も防止できる。

ヒートポンプ１５には、凝縮器１７と膨張弁１８との間に、所望によりサブクーラ２１を設けてもよい。サブクーラ２１は、凝縮器１７から膨張弁１８への冷媒と、凝縮器１７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２１により、凝縮器１７への給水で、凝縮器１７から膨張弁１８への冷媒を過冷却することができると共に、凝縮器１７から膨張弁１８への冷媒で、凝縮器１７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２１と、主として潜熱による熱交換部としての凝縮器１７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２１との双方を設ける場合、凝縮器１７からの冷媒は、液ガス熱交換器を通過後にサブクーラ２１に通してもよいし、サブクーラ２１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２１とに並行に通してもよい。

ヒートポンプ１５には、膨張弁１８と蒸発器１９との間に、所望によりサブヒータ（図示省略）を設けてもよい。サブヒータは、膨張弁１８から蒸発器１９への冷媒と、蒸発器１９を通された後の熱源流体とを混ぜることなく熱交換する間接熱交換器である。サブヒータにより、蒸発器１９を通された後の熱源流体で、膨張弁１８から蒸発器１９への冷媒の加温を図ることができる。

ヒートポンプ１５は、以上のような構成であるから、温水、空気または排ガスなどの熱源流体が蒸発器１９に通され、熱源流体から熱をくみ上げ、凝縮器１７において水を加熱して蒸気を発生させる。そして、その蒸気は、供給路１０を介して蒸気圧縮機２へ送られ、蒸気圧縮機２は、その蒸気を吸入し圧縮して吐出する。

本実施例２の場合、蒸発器１９への熱源流体の供給路２２、または蒸発器１９からの熱源流体の排出路２３に、圧力センサまたは温度センサからなる第二センサ１４が設けられる。たとえば、蒸気使用設備のドレンが、第一蒸気トラップ（図示省略）を介してフラッシュ蒸気およびその凝縮水とされた後、少なくともその蒸気が蒸発器１９に通され、蒸発器１９を通過後に第二蒸気トラップ（図示省略）を介して大気圧下に排出される場合には、蒸発器１９の入口側または出口側において、両蒸気トラップ間の圧力または温度を検出するように第二センサ１４を設ければよい。また、その第二蒸気トラップの設置を省略する場合や、単に蒸発器１９に温水を通す場合には、蒸発器１９からの排出路２３に温度センサからなる第二センサ１４を設けるのが好ましい。

また、本実施例２の場合、凝縮器１７から蒸気圧縮機２への蒸気の供給路１０には、圧力センサからなる第三センサ２４が設けられる。但し、この第三センサ２４は、凝縮器１７と蒸気圧縮機２との間の蒸気圧を監視するのではなく、ヒートポンプ１５の凝縮器１７の冷媒の圧力を監視してもよい。凝縮器１７の冷媒の圧力は、圧縮機１６出口から膨張弁１８入口までのいずれの箇所で検知してもよい。

本実施例２でも、（１）第一センサ８による制御、（２）第二センサ１４による制御、（３）第一センサ８と第二センサ１４との切替制御のいずれかが行われる。

〈（１）第一センサ８による制御〉
第一センサ８による制御は、基本的には前記実施例１と同様に、第一センサ８の検出圧力に基づき、蒸気圧縮機２とボイラ蒸気供給弁７を制御すればよい。この際、前記実施例１と同様、ボイラ蒸気供給弁７は、第一センサ８の検出圧力に基づき制御される以外に、自力式の減圧弁により構成されてもよい。また、ボイラ蒸気供給弁７を設置してこれを制御する代わりに、ボイラ蒸気供給弁７の設置を省略して、ボイラ３自体を制御してもよい。

図６において破線で示すように、第一センサ８の検出圧力に基づき蒸気圧縮機２を制御する場合、ヒートポンプ１５の圧縮機１６は、第三センサ２４の検出圧力に基づき制御される。第三センサ２４の検出圧力に基づき圧縮機１６を制御する場合の目標圧力は、予め設定されている。

〈（２）第二センサ１４による制御〉
第二センサ１４による制御は、前記実施例１では、第二センサ１４の検出値に基づき蒸気圧縮機２を制御したが、本実施例２では、第二センサ１４の検出値に基づきヒートポンプ１５の圧縮機１６が制御される。つまり、図４において、蒸気圧縮機２ではなく、ヒートポンプ１５の圧縮機１６が、第二設定値（第二設定圧力Ｐ２または第二設定温度Ｔ２）でオンオフされる。

すなわち、第二センサ１４の検出圧力が第二設定値Ｐ２未満であると、圧縮機１６を運転しても所望の蒸気を得られないとして、圧縮機１６を停止している。そして、第二センサ１４の検出圧力が第二設定値Ｐ２以上になると、圧縮機１６を駆動させ、凝縮器１７にて蒸気を発生させる。その後、万一、第二センサ１４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１６を強制停止してもよい。一方、第二センサ１４の検出圧力が第二設定値Ｐ２未満になると、圧縮機１６を停止させる。

また、第二設定値Ｐ２に、ディファレンシャルが設定されたオンオフ制御の場合、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以上になると圧縮機１６が駆動し、圧力下降時、第二下限圧力Ｐ２Ｌ未満になると圧縮機１６が停止する。

また、圧縮機１６を比例制御またはＰＩＤ制御する場合、第二センサ１４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、且つその第二下限圧力Ｐ２Ｌを設定値（目標値）として圧縮機１６を制御する。ここで、第二下限圧力Ｐ２Ｌ未満では、圧縮機１６は停止し、第二上限圧力Ｐ２Ｈ以上では、圧縮機１６は全負荷運転する。

以上では、第二センサ１４は圧力センサとされ、第二設定値が圧力値Ｐ２として設定され、圧縮機１６が圧力制御される場合について説明したが、第二センサ１４が温度センサとされ、第二設定値が温度値Ｔ２として設定され、圧縮機１６が温度制御されてもよい。

図６において一点鎖線で示すように、第二センサ１４の検出値に基づき圧縮機１６を制御する場合、蒸気圧縮機２は、第三センサ２４の検出値に基づき制御される。第三センサ２４の検出値に基づき蒸気圧縮機２を制御する場合の目標圧力は、予め設定されている。

〈（３）第一センサ８と第二センサ１４との切替制御〉
第一センサ８と第二センサ１４との切替制御は、本実施例２における上述した第一センサ８による制御と、本実施例２における上述した第二センサ１４による制御との切替制御であり、その切り替えの仕方は、前記実施例１と同様である。

すなわち、第一センサ８による制御では、蒸気圧縮機２は、第一センサ８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を設定値として比例制御またはＰＩＤ制御可能とされる。そして、この際、ヒートポンプ１５の圧縮機１６は、第三センサ２４の検出圧力に基づき制御される。

一方、第二センサ１４による制御では、ヒートポンプ１５の圧縮機１６は、第二センサ１４の検出圧力（または検出温度）に基づき、第二上限圧力Ｐ２Ｈ（または第二上限温度Ｔ２Ｈ）と第二下限圧力Ｐ２Ｌ（または第二下限温度Ｔ２Ｌ）との範囲で、且つその第二下限圧力Ｐ２Ｌ（または第二下限温度Ｔ２Ｌ）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、この際、蒸気圧縮機２は、第三センサ２４の検出圧力に基づき制御される。

そして、設定タイミング（たとえば設定時間ごと）で、前記実施例１と同様に、第一偏差率η１と第二偏差率η２とを求め、第一センサ８による制御と第二センサ１４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制御すればよい。この場合、第一偏差率η１は、蒸気圧縮機２について求められ、第二偏差率η２は、圧縮機１６について求められることになる。

また、前記実施例１と同様、偏差率η１，η２に基づき切り替える以外に、蒸気圧縮機２および圧縮機１６の操作量に基づき切り替えてもよい。この場合、設定タイミング（たとえば設定時間ごと）で、第一センサ８による制御における蒸気圧縮機２の操作量（第一操作量ｙ１）と、第二センサ１４による制御における圧縮機１６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、第一センサ８による制御を行う一方、前記定数以上なら第二センサ１４による制御を行えばよい。その他の構成および制御は、前記実施例１と同様のため、説明は省略する。

図７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。

前記実施例２では、ヒートポンプ１５は単段とされたが、本実施例３では、ヒートポンプ１５が複数段とされる。図示例では、ヒートポンプ１５（１５Ａ，１５Ｂ）は二段とされるが、三段以上に構成してもよい。

ヒートポンプ１５が複数段の場合も、それを構成する各段のヒートポンプ１５は、基本的には図６で示した単段のヒートポンプ１５と同様である。ヒートポンプ１５を複数段にする場合、隣接する段のヒートポンプ１５，１５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１５Ａの圧縮機１６Ａからの冷媒と上段ヒートポンプ１５Ｂの膨張弁１８Ｂ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１５Ａの凝縮器１７Ａであると共に上段ヒートポンプ１５Ｂの蒸発器１９Ｂとなる。一方、後者の場合、下段ヒートポンプ１５Ａの圧縮機１６Ａからの冷媒と上段ヒートポンプ１５Ｂの膨張弁１８Ｂ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１５Ａの凝縮器１７Ａであると共に上段ヒートポンプ１５Ｂの蒸発器１９Ｂとなる。

このように、複数段（多段）のヒートポンプ１５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１５が複数段の場合、最下段のヒートポンプ１５Ａの蒸発器１９Ａにおいて、外部から熱をくみ上げ、最上段のヒートポンプ１５Ｂの凝縮器１７Ｂにおいて、水を加温して蒸気を発生させる。

なお、複数段のヒートポンプ１５の内の一部または全部のヒートポンプ１５において、所望により前述した液ガス熱交換器を設けてもよい。また、複数段のヒートポンプ１５の内の最上段のヒートポンプ１５Ｂにおいて、凝縮器１７Ｂと膨張弁１８Ｂとの間に、所望により前述したサブクーラ２１を設けてもよい。さらに、複数段のヒートポンプ１５の内の最下段のヒートポンプ１５Ａにおいて、膨張弁１８Ｂと蒸発器１９Ｂとの間に、所望により前述したサブヒータを設けてもよい。

本実施例３の場合、第二センサ１４は、最下段のヒートポンプ１５Ａの蒸発器１９Ａ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する。また、第三センサ２４は、最上段のヒートポンプ１５Ｂの凝縮器１７Ｂから蒸気圧縮機２への蒸気の圧力、または最上段のヒートポンプ１５Ｂの凝縮器１７Ｂの冷媒の圧力を検出する。

本実施例３でも、（１）第一センサ８による制御、（２）第二センサ１４による制御、（３）第一センサ８と第二センサ１４との切替制御のいずれかが行われる。

〈（１）第一センサ８による制御〉
第一センサ８による制御は、本実施例３でも、第一センサ８の検出値に基づき蒸気圧縮機２が制御される。その制御の具体的内容は、前記実施例２で述べたのと同様である。そして、図７において破線で示すように、第一センサ８の検出値に基づき蒸気圧縮機２を制御する場合、最上段のヒートポンプ１５Ｂの圧縮機１６Ｂは、第三センサ２４の検出値に基づき制御され、それより下段の各ヒートポンプ１５Ａの圧縮機１６Ａは、その段の凝縮器１７Ａまたは一つ上段の蒸発器１９Ｂの冷媒の圧力（冷媒圧センサ２５の検出値）に基づき制御される。なお、後述する第二センサ１４による制御でも同様であるが、凝縮器１７の冷媒の圧力は、圧縮機１６出口から膨張弁１８入口までのいずれの箇所で検知してもよく、また蒸発器１９の冷媒の圧力は、膨張弁１８出口から圧縮機１６入口までのいずれの箇所で検知してもよい。

〈（２）第二センサ１４による制御〉
第二センサ１４による制御は、本実施例３では、第二センサ１４の検出値に基づき最下段のヒートポンプ１５Ａの圧縮機１６Ａが制御される。その制御の具体的内容は、前記実施例２で述べたのと同様である。そして、図７において一点鎖線で示すように、第二センサ１４の検出値に基づき最下段のヒートポンプ１５Ａの圧縮機１６Ａを制御する場合、それより上段の各ヒートポンプ１５Ｂの圧縮機１６Ｂは、その段の蒸発器１９Ｂまたは一つ下段の凝縮器１７Ａの冷媒の圧力（冷媒圧センサ２５の検出値）に基づき制御され、蒸気圧縮機２は、第三センサ２４の検出値に基づき制御される。

〈（３）第一センサ８と第二センサ１４との切替制御〉
第一センサ８と第二センサ１４との切替制御は、本実施例３における上述した第一センサ８による制御と、本実施例３における上述した第二センサ１４による制御との切替制御であり、その切り替えの仕方は、前記実施例２と同様である。すなわち、蒸気圧縮機２について求めた第一偏差率η１と、最下段のヒートポンプ１５Ａの圧縮機１６Ａについて求めた第二偏差率η２との内、偏差率の小さい方の制御に適宜切り替えればよい。あるいは、第一センサ８による制御における蒸気圧縮機２の操作量（第一操作量ｙ１）と、第二センサ１４による制御における最下段のヒートポンプ１５Ａの圧縮機１６Ａ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、第一センサ８による制御を行う一方、前記定数以上なら第二センサ１４による制御を行えばよい。その他の構成および制御は、前記実施例２と同様のため、説明は省略する。

図８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、基本的には前記各実施例（特に前記実施例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。

前記実施例１では、蒸気圧縮機２は単段とされたが、本実施例４では、蒸気圧縮機２は複数段とされる。図示例では、蒸気圧縮機２（２Ａ，２Ｂ）は二段とされるが、三段以上に構成してもよい。

蒸気圧縮機２が複数段の場合、最下段の蒸気圧縮機２Ａは、セパレータタンク１１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２Ｂは、一つ下段の蒸気圧縮機２Ａからの蒸気を吸入し圧縮して吐出する。

本実施例４の場合、第二センサ１４は、実施例１と同様に、セパレータタンク１１またはそこから最下段の蒸気圧縮機２Ａへの供給路１０に設けられる。

本実施例４でも、（１）第一センサ８による制御、（２）第二センサ１４による制御、（３）第一センサ８と第二センサ１４との切替制御のいずれかが行われる。

〈（１）第一センサ８による制御〉
第一センサ８による制御は、本実施例３では、第一センサ８の検出値に基づき最上段の蒸気圧縮機２Ｂが制御される。そして、図８において破線で示すように、第一センサ８の検出値に基づき最上段の蒸気圧縮機２Ｂを制御する場合、それより下段の各蒸気圧縮機２Ａは、その出口側の蒸気の圧力（図示例では第四センサ２６の検出値）に基づき制御される。制御の具体的内容は、ヒートポンプ１５の圧縮機１６に代えて蒸気圧縮機２を制御する点が異なるだけで、前記実施例２や前記実施例３で述べたのと同様である。

〈（２）第二センサ１４による制御〉
第二センサ１４による制御は、本実施例３では、第二センサ１４の検出値に基づき最下段の蒸気圧縮機２Ａが制御される。そして、図８において一点鎖線で示すように、第二センサ１４の検出値に基づき最下段の蒸気圧縮機２Ａを制御する場合、それより上段の各蒸気圧縮機２Ａは、その入口側の蒸気の圧力（図示例では第四センサ２６の検出値）に基づき制御される。制御の具体的内容は、ヒートポンプ１５の圧縮機１６に代えて蒸気圧縮機２を制御する点が異なるだけで、前記実施例２や前記実施例３で述べたのと同様である。

〈（３）第一センサ８と第二センサ１４との切替制御〉
第一センサ８と第二センサ１４との切替制御は、本実施例４における上述した第一センサ８による制御と、本実施例４における上述した第二センサ１４による制御との切替制御であり、その切り替えの仕方は、前記実施例２や前記実施例３と同様である。すなわち、最上段の蒸気圧縮機２Ｂについて求めた第一偏差率η１と、最下段の蒸気圧縮機２Ａについて求めた第二偏差率η２との内、偏差率の小さい方の制御に適宜切り替えればよい。あるいは、第一センサ８による制御における最上段の蒸気圧縮機２Ａの操作量（第一操作量ｙ１）と、第二センサ１４による制御における最下段の蒸気圧縮機２Ｂ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、第一センサ８による制御を行う一方、前記定数以上なら第二センサ１４による制御を行えばよい。その他の構成および制御は、前記実施例２や前記実施例３と同様のため、説明は省略する。

前記実施例１では、単段の蒸気圧縮機２、前記実施例２では、単段の蒸気圧縮機２と単段のヒートポンプ１５、前記実施例３では、単段の蒸気圧縮機２と複数段のヒートポンプ１５Ａ，１５Ｂ、前記実施例４では、複数段の蒸気圧縮機２Ａ，２Ｂを備える構成について説明したが、複数段の蒸気圧縮機２Ａ，２Ｂと単段または複数段のヒートポンプ１５（１５Ａ，１５Ｂ）を備える構成としてもよい。すなわち、図６および図７において、蒸気圧縮機２を図８のように複数段としてもよい。

そして、第一センサ８の検出値に基づき最上段の蒸気圧縮機２Ｂを制御する場合、それより下段の各蒸気圧縮機２Ａは、その出口側の蒸気の圧力に基づき制御される。そして、図６に示すように、ヒートポンプ１５が単段の場合には、そのヒートポンプ１５の圧縮機１６は、第三センサ２４の検出値に基づき制御され、図７に示すように、ヒートポンプ１５が複数段の場合には、最上段のヒートポンプ１５Ｂの圧縮機１６Ｂは、第三センサ２４の検出値に基づき制御され、それより下段の各ヒートポンプ１５Ａの圧縮機１６Ａは、その段の凝縮器１７Ａまたは一つ上段の蒸発器１９Ｂの冷媒の圧力に基づき制御される。

また、ヒートポンプ１５が単段の場合には、第二センサ１４の検出値に基づき単段のヒートポンプ１５の圧縮機１６を制御すると共に、最下段の蒸気圧縮機２Ａは、第三センサ２４の検出値に基づき制御され、それより上段の各蒸気圧縮機２Ｂは、その入口側の蒸気の圧力に基づき制御される。一方、ヒートポンプ１５が複数段の場合には、第二センサ１４の検出値に基づき最下段のヒートポンプ１５Ａの圧縮機１６Ａを制御すると共に、それより上段の各ヒートポンプ１５Ｂの圧縮機１６Ｂは、その段の蒸発器１９Ｂまたは一つ下段の凝縮器１７Ａの冷媒の圧力に基づき制御され、最下段の蒸気圧縮機２Ａは、第三センサ２４の検出値に基づき制御され、それより上段の各蒸気圧縮機２Ｂは、その入口側の蒸気の圧力に基づき制御される。

そして、この場合も、第一センサ８と第二センサ１４との切替制御を、前記各実施例と同様に行うことができる。このように、蒸気圧縮機２とヒートポンプ１５の段数は特に問わず、制御については、蒸気圧縮機２と、ヒートポンプ１５の圧縮機１６とを、同等にとらえることができる。

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。特に、前記各実施例では、蒸気圧縮機２にボイラ３を併設した例を示したが、ボイラ３は必ずしも必要ではない。すなわち、前記各実施例では、蒸気圧縮機２からの蒸気にボイラ３からの蒸気を合流するよう構成したが、ボイラ３からの蒸気の合流は適宜省略可能である。

また、前記各実施例において、蒸気圧縮機２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２の回転数に基づき、あるいは蒸気圧縮機２の入口側または出口側の蒸気圧と蒸気圧縮機２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１では、蒸気圧縮機２の回転数、および所望によりさらに第一センサ８または第二センサ１４の検出値に基づき、蒸気圧縮機２への注水量を調整すればよい。

１蒸気システム
２蒸気圧縮機
３ボイラ
７ボイラ蒸気供給弁
８第一センサ
１４第二センサ
１５ヒートポンプ
１６圧縮機
１７凝縮器
１８膨張弁
１９蒸発器
２４第三センサ
２５冷媒圧センサ

Claims

蒸気を吸入し圧縮して吐出する蒸気圧縮機と、
この蒸気圧縮機の出口側において蒸気の圧力を検出する第一センサとを備え、
この第一センサの検出値に基づき前記蒸気圧縮機を制御する蒸気システムにおいて、
前記蒸気圧縮機からの蒸気に、ボイラからの蒸気がボイラ蒸気供給弁を介して合流するよう構成され、
前記第一センサは、前記蒸気圧縮機からの蒸気と前記ボイラからの蒸気との合流蒸気の圧力を検出可能な位置に設けられ、
前記蒸気圧縮機は、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、
前記ボイラ蒸気供給弁は、それより下流側の圧力を第三設定値に維持するよう開閉または開度が調整され、
前記第三設定値は、前記第一設定値よりも低く設定される
ことを特徴とする蒸気システム。
蒸気を吸入し圧縮して吐出する蒸気圧縮機と、
この蒸気圧縮機の出口側において蒸気の圧力を検出する第一センサとを備え、
この第一センサの検出値に基づき前記蒸気圧縮機を制御する蒸気システムにおいて、
前記蒸気圧縮機からの蒸気に、ボイラからの蒸気が合流するよう構成され、
前記第一センサは、前記蒸気圧縮機からの蒸気と前記ボイラからの蒸気との合流蒸気の圧力を検出可能な位置に設けられ、
前記蒸気圧縮機は、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、
前記ボイラは、前記第一センサの検出値を第三設定値に維持するよう制御され、
前記第三設定値は、前記第一設定値よりも低く設定される
ことを特徴とする蒸気システム。
蒸気を吸入し圧縮して吐出する蒸気圧縮機と、
この蒸気圧縮機の出口側において蒸気の圧力を検出する第一センサとを備え、
この第一センサの検出値に基づき前記蒸気圧縮機を制御する蒸気システムにおいて、
単段または複数段の蒸気圧縮式ヒートポンプをさらに備え、
単段または最下段のヒートポンプの蒸発器に熱源流体が通され、
単段または最上段のヒートポンプの凝縮器において、冷媒と水とを熱交換して蒸気を発生させ、
この凝縮器からの蒸気を、前記蒸気圧縮機が吸入し圧縮して吐出し、
単段または最上段のヒートポンプの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三センサを備え、
前記第一センサの検出値に基づき前記蒸気圧縮機を制御すると共に、単段または最上段のヒートポンプの圧縮機は、前記第三センサの検出値に基づき制御され、それより下段の各ヒートポンプの圧縮機は、その段の凝縮器または一つ上段の蒸発器の冷媒の圧力に基づき制御される
ことを特徴とする蒸気システム。
蒸気を吸入し圧縮して吐出する蒸気圧縮機と、
この蒸気圧縮機の出口側において蒸気の圧力を検出する第一センサとを備え、
この第一センサの検出値に基づき前記蒸気圧縮機を制御する蒸気システムにおいて、
単段または複数段の蒸気圧縮式ヒートポンプをさらに備え、
単段または最下段のヒートポンプの蒸発器に熱源流体が通され、
単段または最上段のヒートポンプの凝縮器において、冷媒と水とを熱交換して蒸気を発生させ、
この凝縮器からの蒸気を、前記蒸気圧縮機が吸入し圧縮して吐出し、
単段または最下段のヒートポンプの蒸発器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する第二センサと、
単段または最上段のヒートポンプの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三センサとを備え、
前記第一センサに基づく制御に代えて、前記第二センサの検出値に基づき単段または最下段のヒートポンプの圧縮機を制御すると共に、それより上段の各ヒートポンプの圧縮機は、その段の蒸発器または一つ下段の凝縮器の冷媒の圧力に基づき制御され、前記蒸気圧縮機は、前記第三センサの検出値に基づき制御される
ことを特徴とする蒸気システム。
蒸気を吸入し圧縮して吐出する蒸気圧縮機と、
この蒸気圧縮機の出口側において蒸気の圧力を検出する第一センサとを備え、
この第一センサの検出値に基づき前記蒸気圧縮機を制御する蒸気システムにおいて、
複数段の蒸気圧縮機を備え、
前記各蒸気圧縮機は、一つ下段の蒸気圧縮機からの蒸気を吸入し圧縮して吐出し、
前記第一センサは、最上段の蒸気圧縮機の出口側において蒸気の圧力を検出する
ことを特徴とする蒸気システム。
前記第一センサの検出値に基づき最上段の蒸気圧縮機を制御すると共に、それより下段の各蒸気圧縮機は、その出口側の蒸気の圧力に基づき制御される
ことを特徴とする請求項５に記載の蒸気システム。
最下段の蒸気圧縮機の入口側において圧力または温度を検出する第二センサを備え、
前記第一センサに基づく制御に代えて、前記第二センサの検出値に基づき最下段の蒸気圧縮機を制御すると共に、それより上段の各蒸気圧縮機は、その入口側の蒸気の圧力に基づき制御される
ことを特徴とする請求項５に記載の蒸気システム。