(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒体の循環流路に、前記熱媒体を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器にて蒸発された熱媒体を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された熱媒体を凝縮する凝縮器と、前記蒸発器と前記凝縮器との間に配置される膨張弁とが設置されるヒートポンプであって、
前記凝縮器から前記蒸発器に前記熱媒体を強制流動させる送液ポンプと、
ヒートポンプの起動時に、先に前記蒸発器にて前記熱媒体を蒸発させ、後に前記送液ポンプを駆動する制御処理装置と、
前記送液ポンプに供給される前記熱媒体の温度及び圧力を測定する測定手段とを備え、
前記制御処理装置は、前記送液ポンプがキャビテーションを起こさない駆動条件を予め記憶し、前記測定手段の測定結果と予め記憶する前記駆動条件とに基づいて前記送液ポンプを駆動するか否かの判断を行う
ことを特徴とするヒートポンプ。
【請求項２】
前記制御処理装置は、前記測定手段から得られる前記熱媒体の温度に基づいて飽和圧力を算出し、当該飽和圧力と前記測定手段から得られる前記熱媒体の圧力との差が前記駆動条件である前記送液ポンプの有効吸込ヘッドを超えたときに前記送液ポンプを駆動することを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ。
【請求項３】
熱媒体の循環流路に、前記熱媒体を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器にて蒸発された熱媒体を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された熱媒体を凝縮する凝縮器と、前記蒸発器と前記凝縮器との間に配置される膨張弁とが設置されるヒートポンプであって、
前記凝縮器から前記蒸発器に前記熱媒体を強制流動させる送液ポンプと、
ヒートポンプの起動時に、先に前記蒸発器にて前記熱媒体を蒸発させ、後に前記送液ポンプを駆動する制御処理装置と、
前記圧縮機に供給される前記熱媒体の温度を測定する温度計とを備え、
前記制御処理装置は、前記圧縮機が起動可能となる圧縮機入口温度を予め記憶し、前記送液ポンプを駆動した後であって前記温度計から得られる前記熱媒体の温度が前記圧縮機入口温度を超えたときに前記圧縮機を起動する
ことを特徴とするヒートポンプ。
【請求項４】
熱媒体の循環流路に、前記熱媒体を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器にて蒸発された熱媒体を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された熱媒体を凝縮する凝縮器と、前記蒸発器と前記凝縮器との間に配置される膨張弁とが設置されるヒートポンプの起動方法であって、
先に前記蒸発器にて前記熱媒体を蒸発させ、後に前記凝縮器から前記蒸発器に前記熱媒体を強制流動させる送液ポンプを駆動することを特徴とするヒートポンプの起動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ及びヒートポンプの起動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、圧縮式ヒートポンプでは、代替フロン等の冷媒（熱媒体）が流れる循環流路に、蒸発器と、圧縮機と、凝縮器と、膨張弁とが設置されている。このような圧縮式ヒートポンプにおいては、蒸発器に供給される熱源の熱によって冷媒が蒸発され、蒸発した冷媒が圧縮機で圧縮された後に凝縮器で凝縮され、凝縮されることで液化された冷媒が膨張弁を介して減圧されてから再び蒸発器に供給される。熱源の熱は、蒸発器で冷媒に吸熱された後、冷媒が凝縮されるときに放熱される。すなわち、圧縮式ヒートポンプは、実質的に蒸発器から凝縮器に熱の移送を行う。
【０００３】
ところで、ヒートポンプが停止しているときには、冷媒の流れがなく、圧縮機や蒸発器から圧縮機に到達する配管が冷えた状態となっている。このため、ヒートポンプの起動時には、蒸発器にて蒸発した冷媒が、圧縮機や圧縮機に到達する配管で冷やされて凝縮し、圧縮機に冷媒の液滴が吸入されて圧縮機に悪影響を与える恐れがある。例えば、ターボ式の圧縮機を用いている場合には、冷媒の液滴が圧縮機インペラに衝突し、圧縮機インペラが損耗につながる恐れがある。
【０００４】
そこで、例えば、特許文献１では、圧縮機を起動する前に蒸発器に熱源を投入し、蒸発した冷媒によって圧縮機や圧縮機に到達する配管を予熱し、予熱が完了してから圧縮機を起動することが提案されている。
【０００５】
ところが、予熱のときに生成される蒸気は、ヒートポンプが停止しているときに蒸発器の内部に液体として溜まっていた冷媒が蒸発したものである。このため、冷媒が圧縮機へと流出するに連れて蒸発器内部の冷媒が減少し、蒸気の発生が止まってしまう。このような事態を解消し、継続して充分な予熱を行うためには、蒸発器に冷媒を補充する必要がある。例えば、自然循環によって凝縮器側から液体の冷媒を蒸発器に供給する方法も考えられるが、装置が大型になり、時間もかかる。そこで、特許文献１では、限られた大きさの装置で短時間のうちに予熱を完了するために、送液ポンプを設置し、凝縮器側から蒸発器に液体の冷媒を強制流動させて蒸発器に送り、蒸発器に対して液体の冷媒を補充している。このような送液ポンプは、例えば、蒸発器において冷媒の沸騰が始まると同時に駆動される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１２７８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、凝縮器側においては、液体の冷媒と気体の冷媒とが飽和状態で共存している。このため、冷媒が送液ポンプにて減圧されると、直ちに飽和圧力を下回ることで容易に沸騰し、送液ポンプがキャビテーションを起こしやすくなる。このため、キャビテーションを起こし難い型式の送液ポンプを使うことが考えられるが、このような型式の送液ポンプは、液封性や耐蝕性に優れないものが多い。一方、冷媒の外界への漏洩を極力抑えつつ、必要十分な揚程及び送液量を得たい場合、磁気カップリング等のシール機構で完全に液封することが可能で、かつ揚程及び送液量が十分に得られるターボ式送液ポンプ等を用いることが望ましい。しかし、このような液封性及び耐蝕性に優れ十分な揚程及び送液量を得られる型式の送液ポンプはキャビテーションの発生しやすいものが多く、安定した運転が難しかった。
【０００８】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、凝縮器側から送液ポンプを用いて蒸発器に液体の熱媒体を補充しながら圧縮機等の予熱を行うことで短時間にて起動を完了するヒートポンプにおいて、送液ポンプにおけるキャビテーションの発生を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。
【００１０】
第１の発明は、熱媒体の循環流路に、上記熱媒体を蒸発させる蒸発器と、上記蒸発器にて蒸発された熱媒体を圧縮する圧縮機と、上記圧縮機で圧縮された熱媒体を凝縮する凝縮器と、上記蒸発器と上記凝縮器との間に配置される膨張弁とが設置されるヒートポンプであって、上記凝縮器から上記蒸発器に上記熱媒体を強制流動させる送液ポンプと、ヒートポンプの起動時に、先に上記蒸発器にて上記熱媒体を蒸発させ、後に上記送液ポンプを駆動する制御処理装置とを備えるという構成を採用する。
【００１１】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記送液ポンプに供給される上記熱媒体の温度及び圧力を測定する測定手段を備え、上記制御処理装置が、上記送液ポンプがキャビテーションを起こさない駆動条件を予め記憶し、上記測定手段の測定結果と予め記憶する上記駆動条件とに基づいて上記送液ポンプを駆動するか否かの判断を行うという構成を採用する。
【００１２】
第３の発明は、上記第２の発明において、上記制御処理装置が、上記測定手段から得られる上記熱媒体の温度に基づいて飽和圧力を算出し、当該飽和圧力と上記測定手段から得られる上記熱媒体の圧力との差が上記駆動条件である上記送液ポンプの有効吸込ヘッドを超えたときに上記送液ポンプを駆動するという構成を採用する。
【００１３】
第４の発明は、上記第１〜第３いずれかの発明において、上記圧縮機に供給される上記熱媒体の温度を測定する温度計を備え、上記制御処理装置が、上記圧縮機が起動可能となる圧縮機入口温度を予め記憶し、上記送液ポンプを駆動した後であって上記温度計から得られる上記熱媒体の温度が上記圧縮機入口温度を超えたときに上記圧縮機を起動するという構成を採用する。
【００１４】
第５の発明は、熱媒体の循環流路に、上記熱媒体を蒸発させる蒸発器と、上記蒸発器にて蒸発された熱媒体を圧縮する圧縮機と、上記圧縮機で圧縮された熱媒体を凝縮する凝縮器と、上記蒸発器と上記凝縮器との間に配置される膨張弁とが設置されるヒートポンプの起動方法であって、先に上記蒸発器にて上記熱媒体を蒸発させ、後に上記凝縮器から上記蒸発器に上記熱媒体を強制流動させる送液ポンプを駆動するという構成を採用する。
【発明の効果】
【００１５】
常温状態（ヒートポンプが停止している状態）から予熱のために蒸発器に熱源が投入されて熱媒体が蒸発されると、蒸発器に溜まった液体の熱媒体が蒸発し、蒸発器の内部が昇圧する。このように蒸発器内部の圧力が上昇すると、凝縮器側に貯留される液体の熱媒体の上面が押圧され、空間的に繋がる凝縮器や送液ポンプにおける液体の熱媒体の圧力も直ちに蒸発器内部の圧力と同じとなる。
【００１６】
また、蒸発器の内部温度は、液体の熱媒体が蒸発する温度まで上昇している。このため、蒸発器と空間的に繋がる凝縮器や送液ポンプも、蒸発器の熱が伝わり、加熱される。ただし、凝縮器側で貯留された液体の熱媒体の全体が瞬時に加熱されるわけではなく、温度の伝わりは、圧力と比較して緩やかとなる。
【００１７】
したがって、常温状態（ヒートポンプが停止している状態）から予熱のために蒸発器に熱源が投入されて熱媒体が蒸発され始めると、送液ポンプにおける熱媒体の圧力は蒸発器内部の熱媒体の圧力と同期して上昇し、送液ポンプにおける熱媒体の温度は蒸発器内部の熱媒体の温度と同期せずに徐々に高くなる。この結果、送液ポンプにおける熱媒体の圧力は、送液ポンプの熱媒体の温度が蒸発器内部の熱媒体の温度に近づいて充分に高くなるまでの間、飽和圧力を上回ることになる。すなわち、送液ポンプには、加圧された液体の熱媒体が供給されることなる。よって、送液ポンプにて多少熱媒体が減圧されても、熱媒体が沸騰することがない。
【００１８】
本発明によれば、ヒートポンプの起動時に、先に蒸発器にて熱媒体を蒸発させ、後に送液ポンプを駆動する。このため、蒸発器にて蒸発された熱媒体が圧縮機等を予熱している間、加圧された液体の熱媒体が送液ポンプに供給されることになり、送液ポンプにおけるキャビテーションの発生を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態におけるヒートポンプの概略構成を示すシステムフロー図である。
【図２】本発明の一実施形態におけるヒートポンプの起動方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態におけるヒートポンプの変形例を示すシステムフロー図であり、（ａ）が容積式の圧縮機を用いたヒートポンプを示し、（ｂ）が受液器の機能を有する凝縮器を用いたヒートポンプを示す。
【図４】本発明の一実施形態におけるヒートポンプの変形例が備える配管の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明に係るヒートポンプ及びヒートポンプの起動方法の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００２１】
図１は、本実施形態のヒートポンプ１の概略構成を示すシステムフロー図である。この図に示すように、本実施形態のヒートポンプ１は、循環流路２と、蒸発器３と、ターボ圧縮機４（圧縮機）と、バイパス部５と、凝縮器６と、受液器７と、切替流路部８と、膨張弁９と、温度計１０と、測定部１１（測定手段）と、制御処理装置１２とを備えている。
【００２２】
循環流路２は、冷媒Ｘ（熱媒体）を循環させて流すための流路であり、蒸発器３、ターボ圧縮機４と、凝縮器６、受液器７と、切替流路部８と、膨張弁９とを繋いでいる。蒸発器３は、循環流路２の途中部位に配置されており、外部から供給される低温熱源Ｙ（熱源）と、循環流路２を流れる液体の冷媒Ｘ（以下、冷媒液Ｘ１と称する）との間で熱交換を行うことによって、冷媒液Ｘ１を蒸発させて、冷媒Ｘの蒸気（以下、冷媒ガスＸ２と称する）を生成する。なお、冷媒Ｘとしては、例えば、代替フロンが用いられる。また、低温熱源Ｙとしては、例えば、工場等から出る排熱から得られる比較的温度が低い低温蒸気や、この低温蒸気よりもさらに温度が低い温水や温風が用いられる。ただし、低温熱源Ｙに限らず、高温の蒸気等を熱源として用いることが可能である。
【００２３】
ターボ圧縮機４は、循環流路２の途中部位であって、蒸発器３の下流側に配置されている。このターボ圧縮機４は、外部電源によって圧縮機インペラを回転駆動することにより気体の圧縮を行うターボ式の圧縮機であり、蒸発器３にて生成された冷媒ガスＸ２を圧縮する。バイパス部５は、ターボ圧縮機４の下流側から上流側に接続されるバイパス流路５ａと、このバイパス流路５ａの途中部位に配置される第１開閉バルブ５ｂとを備えている。このようなバイパス部５は、第１開閉バルブ５ｂを開放したときのみ、ターボ圧縮機４から吐出された冷媒ガスＸ２の一部をターボ圧縮機４に返流することによって、起動時におけるターボ圧縮機４のサージングを防止する。
【００２４】
凝縮器６は、循環流路２の途中部位に配置されており、ターボ圧縮機４の下流側に配置されている。この凝縮器６は、外部から供給される水Ｚと、循環流路２を流れる冷媒ガスＸ２との間で熱交換を行うことによって、水Ｚを加熱して蒸気Ｚ１（あるいは温水）を生成すると共に、冷媒ガスＸ２を凝縮させて冷媒液Ｘ１とする。受液器７は、循環流路２の途中部位に配置されており、凝縮器６の下流側かつ下方に設置されている。この受液器７は、凝縮器６から排出された冷媒液Ｘ１を一時的に貯留するタンクであり、上部から供給される冷媒液Ｘ１を一時的に貯留して底部から排出する。
【００２５】
切替流路部８は、循環流路２の途中部位であって、受液器７の下流側に配置されている。この切替流路部８は、ヒートポンプ１の定常時に冷媒液Ｘ１を流す第１流路８ａと、第１流路の途中部位に設置される第２開閉バルブ８ｂと、ヒートポンプ１を起動するときに冷媒液Ｘ１を流す第２流路８ｃと、第２流路８ｃの途中部位に設置される第３開閉バルブ８ｄと、第２流路８ｃの途中部位であって第３開閉バルブ８ｄの下流側に配置される送液ポンプ８ｅとを備えている。この送液ポンプ８ｅは、ヒートポンプ１を起動するときのみに駆動され、受液器７に貯留された冷媒液Ｘ１を蒸発器３に強制流動させて補充する。
【００２６】
膨張弁９は、循環流路２の途中部位であって、切替流路部８と蒸発器３との間に配置されている。この膨張弁９は、ターボ圧縮機４で圧縮されることにより昇圧した冷媒Ｘ（冷媒液Ｘ１）を減圧するものである。
【００２７】
温度計１０は、ターボ圧縮機４の入口に配置されており、ターボ圧縮機４に供給される冷媒ガスＸ２の温度を計測して出力する。測定部１１は、切替流路部８の入口に配置されており、切替流路部８に供給される冷媒液Ｘ１の圧力を計測して出力する圧力計１１ａと、切替流路部８に供給される冷媒液Ｘ１の温度を計測して出力する温度計１１ｂとを備えている。すなわち、測定部１１は、送液ポンプ８ｅに供給される冷媒液Ｘ１の温度及び圧力を測定する。
【００２８】
制御処理装置１２は、ターボ圧縮機４、バイパス部５、切替流路部８と、温度計１０と、測定部１１とに電気的に接続されており、ヒートポンプ１の全体を制御するものである。本実施形態において制御処理装置１２は、停止されていたヒートポンプ１を起動する起動運転と、ヒートポンプ１で熱の移送を行う定常運転とを行う。
【００２９】
この制御処理装置１２は、起動運転にて、先に蒸気器にて冷媒液Ｘ１を蒸発させ、後に送液ポンプ８ｅを駆動する。この起動運転については、後にフローチャートを参照してより詳細について説明する。また、制御処理装置１２は、起動運転にて、送液ポンプ８ｅがキャビテーションを起こさない駆動条件として、送液ポンプの有効吸込ヘッドを記憶している。このような制御処理装置１２は、測定部１１の温度計１１ｂから得られる冷媒液Ｘ１の温度に基づいて送液ポンプ８ｅでの飽和圧力を算出し、当該飽和圧力と測定部１１の圧力計１１ａから得られる冷媒液Ｘ１の圧力との差が有効吸込ヘッドを超えたときに送液ポンプ８ｅを駆動する。すなわち、制御処理装置１２は、起動運転にて、測定部１１の測定結果（圧力計１１ａの測定結果と、温度計１１ｂの測定結果）と予め記憶する有効吸込ヘッドとに基づいて送液ポンプ８ｅを駆動するか否かの判断を行う。
【００３０】
また、制御処理装置１２は、ターボ圧縮機４が起動可能となる圧縮機入口温度を予め記憶している。このような制御処理装置１２は、起動運転にて、送液ポンプ８ｅを駆動した後であって、温度計１０から得られる冷媒ガスＸ２の温度が、ターボ圧縮機４が起動可能となる圧縮機入口温度を超えたときにターボ圧縮機４を起動する。
【００３１】
このような構成を有する本実施形態のヒートポンプ１は、定常運転時には、制御処理装置１２の制御の下、第１開閉バルブ５ｂによってバイパス流路５ａが閉鎖され、第１流路８ａが開放され、第３開閉バルブ８ｄによって第２流路８ｃが閉鎖された状態とされる。そして、蒸発器３にて低温熱源Ｙの熱によって冷媒液Ｘ１が蒸発されることにより冷媒ガスＸ２が生成され、この冷媒ガスＸ２がターボ圧縮機４で圧縮される。ターボ圧縮機４で圧縮された冷媒ガスＸ２は、凝縮器６にて水Ｚを加熱して蒸気Ｚ１とすることで冷却されて凝縮し、冷媒液Ｘ１となる。この冷媒液Ｘ１は、受液器７にて一旦貯留された後、切替流路部８の第１流路８ａを通り、膨張弁９で減圧されてから、再び蒸発器３に戻される。なお、定常運転時における冷媒Ｘの流れは、主としてターボ圧縮機４が冷媒ガスＸ２を圧縮して下流側に圧送することによって形成されている。ヒートポンプ１は、このような定常運転を行うことによって、低温熱源Ｙから水Ｚに熱を移送する。
【００３２】
次に、図２のフローチャートを参照して、本実施形態のヒートポンプ１の起動運転（起動方法）について説明する。なお、ヒートポンプ１を起動するときには、その前においてヒートポンプ１が停止された状態であるため、冷媒Ｘは、常温であり、冷媒液Ｘ１となっている。このような冷媒液Ｘ１は、例えば、蒸発器３、凝縮器６、受液器７に溜まっている。
【００３３】
まず、図２に示すように、ヒートポンプ１の起動準備を開始する（ステップＳ１）。ここでは、制御処理装置１２が、外部からの指令等に基づいて、第１開閉バルブ５ｂ、第２開閉バルブ８ｂ及び第３開閉バルブ８ｄを制御することにより、バイパス流路５ａを開放し、第１流路８ａを閉鎖し、第２流路８ｃを開放する。
【００３４】
続いて、蒸発器３を低温熱源Ｙで加熱する（ステップＳ２）。ここでは、制御処理装置１２が、例えば、低温熱源Ｙの流れを調節するバルブ（不図示）を制御することによって、低温熱源Ｙが蒸発器３に流れ込むようにする。このように、蒸発器３が低温熱源Ｙで加熱されることによって、蒸発器３に溜まった冷媒液Ｘ１が沸騰する（ステップＳ３）。そして、冷媒ガスＸ２が生成される。
【００３５】
このように蒸発器３にて冷媒液Ｘ１が蒸発されて冷媒ガスＸ２が生成されると、蒸発器３の内部が昇圧する。蒸発器３内部の圧力が上昇すると、凝縮器６や受液器７に貯留される冷媒液Ｘ１の上面が押圧され、空間的に繋がる凝縮器６や送液ポンプ８ｅにおける冷媒液Ｘ１の圧力も直ちに蒸発器内部の圧力と同じとなる。したがって、常温状態（ヒートポンプが停止している状態）から予熱のために蒸発器３に低温熱源Ｙが投入されて冷媒液Ｘ１が蒸発され始めると、送液ポンプ８ｅにおける冷媒液Ｘ１の圧力は蒸発器３内部の冷媒ガスＸ２の圧力と同期して上昇していく。
【００３６】
一方、送液ポンプ８ｅにおける冷媒液Ｘ１の温度は蒸発器３内部の冷媒ガスＸ２の温度と同期せずに徐々に高くなる。これは、凝縮器６や受液器７で貯留された冷媒液Ｘ１の全体が蒸発器３の昇温に伴って瞬時に加熱されるわけではなく、温度の伝わりが圧力と比較して緩やかなためである。この結果、送液ポンプ８ｅにおける冷媒液Ｘ１の圧力は、送液ポンプ８ｅの冷媒液Ｘ１の温度が蒸発器３内部の冷媒ガスＸ２の温度に近づいて充分に高くなるまでの間、飽和圧力を上回ることになる。すなわち、送液ポンプ８ｅには、加圧された冷媒液Ｘ１が供給されることとなる。
【００３７】
このように、送液ポンプ８ｅに飽和圧力を上回る圧力となった冷媒液Ｘ１が供給されている状態にて、制御処理装置１２は、送液ポンプ８ｅの上流側における冷媒液Ｘ１の温度から求まる飽和圧力と、実際の冷媒液Ｘ１の圧力との差が予め記憶する有効吸込ヘッドを超えているか否かを判断する（ステップＳ４）。ここでは、制御処理装置１２は、測定部１１の温度計１１ｂから得られた温度に基づいて冷媒液Ｘ１の飽和圧力を算出する。また、制御処理装置１２は、測定部１１の圧力計１１ａから得られた圧力を実際の冷媒液Ｘ１の圧力とする。そして、制御処理装置１２は、算出した飽和圧力と圧力計１１ａから得られた圧力との差を算出し、有効吸込ヘッドと比較する。
【００３８】
そして、制御処理装置１２は、ステップＳ４にて飽和圧力と実際の圧力との差が有効吸込ヘッドを超えていないと判断した場合には、ステップＳ２に戻り、蒸発器３の加熱を続ける。一方、制御処理装置１２は、ステップＳ４にて飽和圧力と実際の圧力との差が有効吸込ヘッドを超えたと判断した場合には、第３開閉バルブ８ｄを開けると共に第２開閉バルブ８ｂを閉め、さらに低温熱源Ｙによる蒸発器３の加熱を続けながら送液ポンプ８ｅを駆動する（ステップＳ５）。
【００３９】
このように送液ポンプ８ｅが駆動されることによって、受液器７に貯留された冷媒液Ｘ１が蒸発器３に向けて強制流動され、蒸発器３に冷媒液Ｘ１が補充される。ここで、送液ポンプ８ｅに供給される冷媒液Ｘ１は上述のように飽和圧力よりも圧力が高く、加圧されている。このため、送液ポンプ８ｅにて多少冷媒液Ｘ１が減圧されても、冷媒液Ｘ１が沸騰することがなく、送液ポンプ８ｅでキャビテーションが発生することを防止することができる。
【００４０】
続いて、制御処理装置１２は、ターボ圧縮機４の入口温度が、ターボ圧縮機４の運転が可能な温度まで上昇したか否かを判断する（ステップＳ６）。ここでは、制御処理装置１２は、温度計１０から得られた温度をターボ圧縮機４の入口温度とし、この温度が予め記憶するターボ圧縮機４が起動可能となる圧縮機入口温度を超えたときに、ターボ圧縮機４の運転が可能な温度まで上昇したと判断する。
【００４１】
そして、制御処理装置１２は、ステップＳ６にて、ターボ圧縮機４の入口温度が、ターボ圧縮機４の運転が可能な温度まで上昇していないと判断した場合には、ステップＳ５に戻り、蒸発器３の加熱を続ける。一方、制御処理装置１２は、ステップＳ６にて、ターボ圧縮機４の入口温度が、ターボ圧縮機４の運転が可能な温度まで上昇していると判断した場合には、送液ポンプ８ｅを停止し、第３開閉バルブ８ｄを閉め、第２開閉バルブ８ｂを開け（ステップＳ７）、さらにターボ圧縮機４を起動する（ステップＳ８）。なお、制御処理装置１２は、ステップＳ７及びステップＳ８が完了した後に、ターボ圧縮機４でのサージングを防ぐように制御しながら第１開閉バルブ５ｂを閉める。これによって、蒸発器３にて発生した冷媒ガスＸ２がターボ圧縮機４に供給され、ヒートポンプ１は定常運転に移行する。
【００４２】
以上のような本実施形態のヒートポンプ１及びヒートポンプ１の起動方法によれば、ヒートポンプ１の起動時に、先に蒸発器３にて冷媒液Ｘ１を蒸発させ、後に送液ポンプ８ｅを駆動する。このため、蒸発器３にて蒸発された冷媒液Ｘ１がターボ圧縮機４やターボ圧縮機４に至る配管を予熱している間、加圧された冷媒液Ｘ１が送液ポンプ８ｅに供給されることになり、送液ポンプ８ｅにおけるキャビテーションの発生を防止することが可能となる。また、送液ポンプ８ｅが駆動された後は、冷媒液Ｘ１が蒸発器３に補充され続けることから、常に蒸発器３にて冷媒ガスＸ２を生成することができ、ターボ圧縮機４等の予熱を短時間で完了することができる。
【００４３】
また、本実施形態のヒートポンプ１では、制御処理装置１２が、送液ポンプ８ｅがキャビテーションを起こさない駆動条件（有効吸込ヘッド）を予め記憶し、測定部１１の測定結果と予め記憶する有効吸込ヘッドとに基づいて送液ポンプ８ｅを駆動するか否かの判断を行う。このため、送液ポンプ８ｅがキャビテーションを起こさない条件が整ってから送液ポンプ８ｅを駆動することができ、より確実に送液ポンプ８ｅにおけるキャビテーションの発生を防止することが可能となる。
【００４４】
また、本実施形態のヒートポンプ１では、送液ポンプ８ｅがキャビテーションを起こさない駆動条件を有効吸込ヘッドとし、制御処理装置１２が、測定部１１から得られる冷媒液Ｘ１の温度に基づいて飽和圧力を算出し、当該飽和圧力と測定部１１から得られる冷媒液Ｘ１の圧力との差が有効吸込ヘッドを超えたときに送液ポンプ８ｅを駆動する。このように、キャビテーションの発生する条件を直接的に示す有効吸込ヘッドを基準として送液ポンプ８ｅを駆動するか否かの判断が行うことができ、より確実に送液ポンプ８ｅにおけるキャビテーションの発生を防止することが可能となる。
【００４５】
また、本実施形態のヒートポンプ１では、制御処理装置１２が、ターボ圧縮機４が起動可能となる圧縮機入口温度を予め記憶し、送液ポンプ８ｅを駆動した後であって温度計１０から得られる冷媒液Ｘ２の温度がターボ圧縮機４の入口温度を超えたときにターボ圧縮機４を起動する。このため、ターボ圧縮機４にて冷媒ガスＸ２が凝縮して液滴になることを確実に防止でき、ターボ圧縮機４において圧縮機インペラが損耗することを確実に防止することができる。
【００４６】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００４７】
例えば、上記実施形態においては、ターボ圧縮機４を用いる構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、スクリュー式やレシプロ式といった容積式の圧縮機１３を用いることも可能である。このような容積式の圧縮機１３は、サージングが起きない。このため、図３（ａ）に示すように、バイパス部５を省略することができる。容積式の圧縮機１３を用いた場合であっても、冷媒ガスＸ２が凝縮されて圧縮機１３に液滴が流れ込むと、圧縮機１３の運転状態に支障を来たす可能性がある。このため、本発明を適用し、送液ポンプ８ｅでのキャビテーションを防止しつつ短時間で圧縮機１３を予熱することによるメリットは大きい。
【００４８】
また、例えば、図３（ｂ）に示すように、受液器７の機能を有する凝縮器１４（例えば、管外凝縮するシェルアンドチューブ型の凝縮器）を設置し、受液器７を省略する構成も考えられる。このような構成を採用することにより、受液器７を省略し、ヒートポンプ１の装置サイズを小さくすると共に廉価なヒートポンプ１とすることができる。
【００４９】
また、例えば、冷媒Ｘの量が少なく、受液器７に溜まる冷媒液Ｘ１の量が少ないときには、図４に示すように、受液器７に換えて、途中部位を上下に蛇行させた大口径の配管１５を設置しても良い。このような場合には、例えば、循環流路２の一部によって配管１５を形成することができ、受液器７を設置するよりも、ヒートポンプ１の装置サイズを小さくすると共に廉価なヒートポンプ１とすることができる。
【符号の説明】
【００５０】
１……ヒートポンプ、２……循環流路、３……蒸発器、４……ターボ圧縮機（圧縮機）、５……バイパス部、５ａ……バイパス流路、５ｂ……第１開閉バルブ、６……凝縮器、７……受液器、８……切替流路部、８ａ……第１流路、８ｂ……第２開閉バルブ、８ｃ……第２流路、８ｄ……第３開閉バルブ、８ｅ……送液ポンプ、９……膨張弁、１０……温度計、１１……測定部（測定手段）、１１ａ……圧力計、１１ｂ……温度計、１２……制御処理装置、１３……圧縮機、１４……凝縮器、１５……配管、Ｘ……冷媒（熱媒体）、Ｘ１……冷媒液、Ｘ２……冷媒ガス、Ｙ……低温熱源（熱源）、Ｚ……水、Ｚ１……蒸気
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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