(57)【要約】  本発明は蒸気生成ヒートポンプ及び蒸気生成ヒートポンプの運転制御方法に関し、蒸気生成ヒートポンプ（１０）は、圧縮機（１６）や凝縮器（１８）を有する冷媒サイクル装置（１４）と、気液分離器（３８）や蒸気圧縮機（４０）を有する蒸気生成装置（１２）とを備え、蒸気生成装置（１２）には、気液分離器（３８）の蒸気出口に接続され、蒸気圧縮機（４０）が設けられた蒸気送出配管（５４）と、蒸気送出配管（５４）における蒸気圧縮機（４０）の上流側と下流側とを接続するバイパス配管（６２）と、一端が蒸気送出配管（５４）に接続され、他端が大気開放弁（７６）を介して大気開放された大気開放配管６４とが備えられている。
2015068531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、該圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、該凝縮器で凝縮された冷媒を膨張させる膨張弁と、該膨張弁を出た冷媒を蒸発させる蒸発器とを有する冷媒サイクル装置と、
前記凝縮器に水を流通させて前記冷媒と熱交換させることで水蒸気を生成し、該生成した水蒸気を気液分離器に通して水を分離した後、蒸気圧縮機で昇圧して送り出す蒸気生成装置と、
を備えた蒸気生成ヒートポンプであって、
前記蒸気生成装置は、前記気液分離器の蒸気出口側に接続され、前記蒸気圧縮機が設けられた蒸気送出経路と、
前記蒸気送出経路における前記蒸気圧縮機の上流側と下流側とを接続するバイパス経路と、
一端が前記蒸気送出経路に接続され、他端が大気開放弁を介して大気開放された大気開放経路と、
を備えることを特徴とする蒸気生成ヒートポンプ。
【請求項２】
請求項１記載の蒸気生成ヒートポンプにおいて、
当該蒸気生成ヒートポンプの運転停止後に、前記大気開放弁を開制御し、前記気液分離器内を大気開放するように制御する制御装置を備えることを特徴とする蒸気生成ヒートポンプ。
【請求項３】
請求項２記載の蒸気生成ヒートポンプにおいて、
前記蒸気送出経路には、前記気液分離器からの水蒸気の流入を制御する蒸気流入制御弁が設けられており、
前記制御装置は、当該蒸気生成ヒートポンプの起動時に、前記蒸気流入制御弁を閉制御し、前記バイパス経路を開放して前記蒸気圧縮機を運転するバイパス循環運転を行うことで前記蒸気圧縮機の出口側温度が所定温度以上となった後、前記バイパス経路を閉止すると共に前記蒸気流入制御弁を開制御することを特徴とする蒸気生成ヒートポンプ。
【請求項４】
請求項３記載の蒸気生成ヒートポンプにおいて、
前記制御装置は、前記バイパス循環運転によって前記蒸気圧縮機の出口側温度が所定温度以上となり、前記バイパス経路を閉止すると共に前記蒸気流入制御弁を開制御した後、前記大気開放弁を所定時間開制御することを特徴とする蒸気生成ヒートポンプ。
【請求項５】
圧縮機と、該圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、該凝縮器で凝縮された冷媒を膨張させる膨張弁と、該膨張弁を出た冷媒を蒸発させる蒸発器とを有する冷媒サイクル装置と、
前記凝縮器に水を流通させて前記冷媒と熱交換させることで水蒸気を生成し、該生成した水蒸気を気液分離器に通して水を分離した後、蒸気圧縮機で昇圧して送り出す蒸気生成装置と、
を備えた蒸気生成ヒートポンプの運転制御方法であって、
前記蒸気生成装置は、前記気液分離器の蒸気出口側に接続され、前記蒸気圧縮機が設けられた蒸気送出経路と、
前記蒸気送出経路における前記蒸気圧縮機の上流側と下流側とを接続するバイパス経路と、
一端が前記蒸気送出経路に接続され、他端が大気開放弁を介して大気開放された大気開放経路とを備え、
前記蒸気生成ヒートポンプの運転停止後に、前記大気開放弁を開制御し、前記気液分離器内を大気開放することを特徴とする蒸気生成ヒートポンプの運転制御方法。
【請求項６】
請求項５記載の蒸気生成ヒートポンプの運転制御方法において、
前記蒸気送出経路には、前記気液分離器からの水蒸気の流入を制御する蒸気流入制御弁が設けられており、
前記蒸気生成ヒートポンプの起動時に、前記蒸気流入制御弁を閉制御し、前記バイパス経路を開放して前記蒸気圧縮機を運転するバイパス循環運転を行うことで前記蒸気圧縮機の出口側温度が所定温度以上となった後、前記バイパス経路を閉止すると共に前記蒸気流入制御弁を開制御することを特徴とする蒸気生成ヒートポンプの運転制御方法。
【請求項７】
請求項６記載の蒸気生成ヒートポンプの運転制御方法において、
前記バイパス循環運転によって前記蒸気圧縮機の出口側温度が所定温度以上となり、前記バイパス経路を閉止すると共に前記蒸気流入制御弁を開制御した後、前記大気開放弁を所定時間開制御することを特徴とする蒸気生成ヒートポンプの運転制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒サイクル装置の凝縮器に水を流通させることで蒸気を生成する蒸気生成ヒートポンプ及び蒸気生成ヒートポンプの運転制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、工場排水や下水排水等の温排水から排熱を回収し、水蒸気を生成する蒸気生成ヒートポンプが利用されている。蒸気生成ヒートポンプでは、生成した水蒸気をそのままの圧力で外部に送り出す構成だけでなく、生成した水蒸気を蒸気圧縮機で昇圧し、高圧の水蒸気として外部に送り出す構成も採用されている。【０００３】
例えば、特許文献１，２には、ヒートポンプ装置（冷媒サイクル装置）の凝縮器で加熱された水が水蒸気と熱水の２相流となって気液分離器に入り、ここで水蒸気と熱水が分離されることにより、水蒸気だけが取り出されて蒸気圧縮機で昇圧された後、外部の蒸気利用設備へと供給される構成の蒸気生成ヒートポンプが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２４７１４６号公報
【特許文献２】特開２０１０−１６４２２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記のような蒸気生成ヒートポンプでは、その運転停止後、経路内の温度が低下すると、気液分離器及び該気液分離器から水蒸気を送り出す配管等の内部の水蒸気の圧力が大気圧以下まで低下した負圧状態となる。そうすると、給水側の水が気液分離器内へと吸い込まれて気液分離器内の水位が急上昇し、その後の再起動に不具合を生じる可能性がある。【０００６】
一方、蒸気生成ヒートポンプの起動時には、蒸気圧縮機やこれに接続された配管内の温度が凝縮器で生成される水蒸気の温度よりも低くなっている。このため、装置の起動直後に生成された水蒸気が温度の低い蒸気圧縮機に導入されてしまうと、ここで凝縮し、蒸気圧縮機が液圧縮となって破損等を生じる原因となる。【０００７】
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、運転停止後や起動時に生じる不具合を回避することができる蒸気生成ヒートポンプ及び蒸気生成ヒートポンプの運転制御方法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】
【０００８】
本発明に係る蒸気生成ヒートポンプは、圧縮機と、該圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、該凝縮器で凝縮された冷媒を膨張させる膨張弁と、該膨張弁を出た冷媒を蒸発させる蒸発器とを有する冷媒サイクル装置と、前記凝縮器に水を流通させて前記冷媒と熱交換させることで水蒸気を生成し、該生成した水蒸気を気液分離器に通して水を分離した後、蒸気圧縮機で昇圧して送り出す蒸気生成装置とを備えた蒸気生成ヒートポンプであって、前記蒸気生成装置は、前記気液分離器の蒸気出口側に接続され、前記蒸気圧縮機が設けられた蒸気送出経路と、前記蒸気送出経路における前記蒸気圧縮機の上流側と下流側とを接続するバイパス経路と、一端が前記蒸気送出経路に接続され、他端が大気開放弁を介して大気開放された大気開放経路とを備える。【０００９】
また、本発明に係る蒸気生成ヒートポンプの運転制御方法は、圧縮機と、該圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、該凝縮器で凝縮された冷媒を膨張させる膨張弁と、該膨張弁を出た冷媒を蒸発させる蒸発器とを有する冷媒サイクル装置と、前記凝縮器に水を流通させて前記冷媒と熱交換させることで水蒸気を生成し、該生成した水蒸気を気液分離器に通して水を分離した後、蒸気圧縮機で昇圧して送り出す蒸気生成装置とを備えた蒸気生成ヒートポンプの運転制御方法であって、前記蒸気生成装置は、前記気液分離器の蒸気出口側に接続され、前記蒸気圧縮機が設けられた蒸気送出経路と、前記蒸気送出経路における前記蒸気圧縮機の上流側と下流側とを接続するバイパス経路と、一端が前記蒸気送出経路に接続され、他端が大気開放弁を介して大気開放された大気開放経路とを備え、前記蒸気生成ヒートポンプの運転停止後に、前記大気開放弁を開制御し、前記気液分離器内を大気開放することを特徴とする。【００１０】
このような構成及び方法によれば、蒸気送出経路に大気開放経路を設けたことにより、運転停止後に大気開放経路を開放して蒸気送出経路や気液分離器の内部を大気開放することができる。これにより、運転停止後に蒸気送出経路や気液分離器の内部が負圧となり、給水側の水が気液分離器内に吸い込まれ、その後の再起動に不具合を生じることを防止できる。さらに、蒸気送出経路には、蒸気圧縮機をバイパスするバイパス経路が接続されているため、運転が停止され低温状態にある蒸気圧縮機を起動時にバイパス経路を用いて暖機することができる。これにより、低温状態にある蒸気圧縮機に生成された水蒸気が導入され、液圧縮を生じることを防止できる。【００１１】
当該蒸気生成ヒートポンプの運転停止後に、前記大気開放弁を開制御し、前記気液分離器内を大気開放するように制御する制御装置を備えてもよい。【００１２】
また、前記蒸気送出経路には、前記気液分離器からの水蒸気の流入を制御する蒸気流入制御弁が設けられており、前記制御装置は、当該蒸気生成ヒートポンプの起動時に、前記蒸気流入制御弁を閉制御し、前記バイパス経路を開放して前記蒸気圧縮機を運転するバイパス循環運転を行うことで前記蒸気圧縮機の出口側温度が所定温度以上となった後、前記バイパス経路を閉止すると共に前記蒸気流入制御弁を開制御するようにしてもよい。【００１３】
前記制御装置は、前記バイパス循環運転によって前記蒸気圧縮機の出口側温度が所定温度以上となり、前記バイパス経路を閉止すると共に前記蒸気流入制御弁を開制御した後、前記大気開放弁を所定時間開制御するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、蒸気送出経路に大気開放経路を設けたことにより、運転停止後に経路内が負圧となることを防止できる。さらに、蒸気送出経路には、蒸気圧縮機をバイパスするバイパス経路が接続されているため、運転が停止され低温状態にある蒸気圧縮機にある蒸気圧縮機に起動直後に生成された水蒸気が導入され、液圧縮を生じることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る蒸気生成ヒートポンプの全体構成図である。
【図２】図２は、図１に示す蒸気生成ヒートポンプの通常運転時の制御状態を示す説明図である。
【図３】図３は、図２に示す状態から蒸気生成ヒートポンプの運転を停止して所定時間経過した後の制御状態を示す説明図である。
【図４】図４は、図３に示す状態から蒸気生成ヒートポンプの運転を開始した直後の制御状態を示す説明図である。
【図５】図５は、図４に示す状態から所定時間経過した後の制御状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る蒸気生成ヒートポンプについて、その運転制御方法を例示し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。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係る蒸気生成ヒートポンプ１０の全体構成図である。蒸気生成ヒートポンプ１０は、工場排水等の温排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蒸気利用設備に送られる。
【００１８】
図１に示すように、蒸気生成ヒートポンプ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装置１２と、温排水から排熱を回収し、この排熱を蒸気生成装置１２での蒸気生成のための熱源として供給する冷媒サイクル装置１４と、システムの制御を行うコントローラ１５とを備える。
【００１９】
先ず、冷媒サイクル装置１４は、圧縮機１６と、圧縮機１６の吐出側に接続される凝縮器１８と、凝縮器１８の出口側に接続される膨張弁２０と、膨張弁２０の出口側に接続される蒸発器２２とを有し、冷媒を循環させる冷凍回路（ヒートポンプ）である。
【００２０】
圧縮機１６で圧縮されて高温高圧となった冷媒は、凝縮器１８で蒸気生成装置１２を循環する水（給水）と熱交換して冷却され凝縮する。凝縮器１８を出た冷媒は、加熱器２４で給水配管２６を流れる水を予熱してさらに冷却された後、膨張弁２０で断熱膨張され、蒸発器２２で排水配管２８を流れる温排水から吸熱して蒸発し、アキュムレータ３０を経て再び圧縮機１６へと戻る。このような冷媒サイクル装置１４としては、公知の冷凍回路を用いることができる。
【００２１】
圧縮機１６は、コントローラ１５の制御下に、その吐出側に設けられた圧力センサ（ＰＣ）３２の検出値（吐出圧）に基づき、インバータ（ＩＮＶ）３４を介して駆動回転数が制御される。膨張弁２０は、コントローラ１５の制御下に、圧縮機１６の吐出側に設けられた温度センサ（ＴＣ）３６の検出値（吐出温度）に基づき、開度が制御される。
【００２２】
次に、蒸気生成装置１２は、容器内部に水を貯留する気液分離器３８と、前記冷媒サイクル装置１４を循環する冷媒を熱源として水を蒸発させる蒸発器として機能する前記凝縮器１８と、気液分離器３８から送り出される水蒸気を圧縮して昇圧する蒸気圧縮機４０とを備える。気液分離器３８と凝縮器１８との間は、気液分離器３８の下端壁から凝縮器１８を介して気液分離器３８の上部側壁までを接続する循環配管４２によって連通されている。
【００２３】
気液分離器３８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循環配管４２に接続された給水配管２６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。給水配管２６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４４によって加熱器２４を経て循環配管４２（気液分離器３８）まで導入する。給水ポンプ４４は、コントローラ１５の制御下に、気液分離器３８内に貯留された水の水位を測定する水位センサ（ＬＣ）４６の検出値（水位）に基づき、インバータ（ＩＮＶ）４８を介して駆動回転数が制御される。気液分離器３８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４９が接続されている。
【００２４】
循環配管４２は、気液分離器３８の下端壁から凝縮器１８までを連通する液管４２ａと、凝縮器１８から気液分離器３８の上部側壁までを連通する蒸気管４２ｂとから構成されている。液管４２ａには水が流通し、蒸気管４２ｂには水蒸気及び水を含む２相流が流通する。液管４２ａには循環ポンプ５０が設けられている。循環ポンプ５０は、コントローラ１５の制御下に、インバータ（ＩＮＶ）５２を介して駆動回転数が制御される。
【００２５】
気液分離器３８の上端壁には、蒸気管４２ｂから当該気液分離器３８内に供給され、ここで水が分離された後の水蒸気が送り出される蒸気送出配管５４が接続されている。蒸気送出配管５４は、当該蒸気生成ヒートポンプ１０で生成した水蒸気を外部の蒸気利用設備側へと送り出すための経路（蒸気送出経路）である。
【００２６】
凝縮器１８は、例えば、プレート型熱交換器であり、冷媒サイクル装置１４側の冷媒が流通する熱媒体通路と、蒸気生成装置１２側の水（及び蒸気）が流通する水通路とが交互に積層配置されている。凝縮器１８では、冷媒と水とが対向流となって熱交換することにより、水が蒸発して水蒸気が生成される。液管４２ａから凝縮器１８に流入した水は、凝縮器１８で加熱されて水蒸気と水の２相流となって蒸気管４２ｂへと流通し、気液分離器３８で水蒸気と水とに分離され、水蒸気は蒸気送出配管５４へと送り出され、水は気液分離器３８内に貯留される。
【００２７】
蒸気送出配管５４には、上流側から下流側に向かって順に、自動開閉弁５６と、蒸気圧縮機４０と、自動開閉弁５８と、調節弁６０とが設置されている。蒸気送出配管５４における自動開閉弁５６と自動開閉弁５８との間には、蒸気圧縮機４０をバイパスするためのバイパス配管６２と、当該蒸気送出配管５４内を大気開放するための大気開放配管６４とが接続されている。
【００２８】
自動開閉弁５６，５８は、コントローラ１５の制御下に開閉制御される電磁弁である。気液分離器３８からの水蒸気の出口すぐに設置された自動開閉弁５６は、蒸気送出配管５４内への水蒸気の流入を制御する蒸気流入制御弁として機能する。調節弁６０は、コントローラ１５によってその開度が制御可能な開度制御弁である。調節弁６０の開度を適宜制御することにより、当該蒸気生成ヒートポンプ１０から外部に送り出される水蒸気の流量や圧力を制御できる。
【００２９】
蒸気圧縮機４０は、コントローラ１５の制御下に、圧力センサ（ＰＣ）６６で測定される気液分離器３８内の蒸気圧力と、圧力センサ（ＰＣ）６８で測定される調節弁６０の下流側での蒸気圧力とに基づき、インバータ（ＩＮＶ）７０を介して駆動回転数が制御され、吸引した水蒸気を圧縮・昇圧して送り出す。蒸気圧縮機４０の下流側には、当該蒸気圧縮機４０から吐出される水蒸気の温度を測定する温度センサ（Ｔ）７２が設けられている。
【００３０】
バイパス配管（バイパス経路）６２は、蒸気送出配管５４における蒸気圧縮機４０の上流側と下流側とを接続するものであり、途中にバイパス開閉弁７４が設けられている。バイパス開閉弁７４は、コントローラ１５の制御下に開閉制御される電磁弁である。詳細は後述するが、バイパス配管６２は、当該蒸気生成ヒートポンプ１０の起動時に開放され、通常運転時には閉止されている。
【００３１】
大気開放配管（大気開放経路）６４は、蒸気送出配管５４及び気液分離器３８内を大気開放する際に用いられるものであり、途中に大気開放弁７６が設けられている。大気開放弁７６は、コントローラ１５の制御下に開閉制御される電磁弁である。大気開放配管６４は、一端が蒸気送出配管５４の蒸気圧縮機４０の下流側であってバイパス配管６２の下流側接続部の上流側となる位置に接続され、他端が大気開放弁７６を介して大気開放されている。詳細は後述するが、大気開放配管６４は、当該蒸気生成ヒートポンプ１０の運転停止後や起動時に開放され、通常運転時には閉止されている。大気開放配管６４は、蒸気送出経路５４と直接的に接続されず、バイパス配管６２に接続されることで間接的に蒸気送出経路５４と接続されてもよい。
【００３２】
コントローラ１５は、当該蒸気生成ヒートポンプ１０の全体的な制御を行う制御装置であり、圧縮機１６及び蒸気圧縮機４０等の駆動制御を行うと共に自動開閉弁５６等の開閉制御も行う。
【００３３】
従って、このような蒸気生成ヒートポンプ１０では、排水配管２８を流れる温排水の熱を回収し、回収した熱を凝縮器１８によって水に移動させて水蒸気を生成することで排熱を効率的に回収して利用することができ、高い省エネ性能を有する。
【００３４】
次に、以上のように構成される蒸気生成ヒートポンプ１０の運転制御方法及びその作用効果について、図２〜図５を参照して説明する。
【００３５】
図２は、図１に示す蒸気生成ヒートポンプ１０の通常運転時の制御状態を示す説明図であり、図３は、図２に示す状態から蒸気生成ヒートポンプ１０の運転を停止して所定時間経過した後の制御状態を示す説明図であり、図４は、図３に示す状態から蒸気生成ヒートポンプ１０の運転を開始した直後（起動時）の制御状態を示す説明図であり、図５は、図４に示す状態から所定時間経過した後の制御状態を示す説明図である。図２〜図５では、各要素の制御状態を明示するために、圧縮機１６、蒸気圧縮機４０、給水ポンプ４４及び循環ポンプ５０については運転中の状態を「ＯＮ」、運転停止中の状態を「ＯＦＦ」と図示し、自動開閉弁５６，５８、バイパス開閉弁７４、大気開放弁７６及び調節弁６０については開いている状態を「丸印（○）」、閉じている状態を「バツ印（×）」、適宜開閉される状態を「三角印（△）」（図４参照）で図示している。
【００３６】
先ず、蒸気生成ヒートポンプ１０が通常運転されている状態では、コントローラ１５の制御下に、図２に示すように、圧縮機１６、蒸気圧縮機４０、給水ポンプ４４及び循環ポンプ５０が運転され、自動開閉弁５６，５８及び調節弁６０が開かれる一方、バイパス開閉弁７４及び大気開放弁７６が閉じられてバイパス配管６２及び大気開放配管６４が閉止されている。これにより、循環ポンプ５０によって循環配管４２を循環する水（給水）は凝縮器１８で蒸発して水蒸気となり、気液分離器３８から蒸気送出配管５４へと導入され、蒸気圧縮機４０によって昇圧された後、調節弁６０から外部の蒸気利用設備へと送り出される。
【００３７】
次に、通常運転状態にある蒸気生成ヒートポンプ１０の運転を停止した場合には、コントローラ１５の制御下に、図２に示す制御状態から圧縮機１６、蒸気圧縮機４０、給水ポンプ４４及び循環ポンプ５０の運転が停止され、調節弁６０が閉じられる。そうすると、凝縮器１８への熱入力がなくなることから、循環配管４２、気液分離器３８及び蒸気送出配管５４内に残留している水蒸気の温度が次第に低下する。このため、この残留している水蒸気が凝縮し始め、循環配管４２、気液分離器３８及び蒸気送出配管５４内の圧力が次第に低下する。例えば、通常運転時には気液分離器３８内の蒸気圧力はゲージ圧１００ｋＰａ程度で制御されるが、運転停止後には大気圧以下（負圧）まで低下する。そうすると、給水ポンプ４４の隙間を通して給水配管２６から水が吸い込まれ、気液分離器３８内の水位が急上昇して内部が水で満たされてしまい、その後の起動が難しくなる等の不具合を生じる可能性がある。
【００３８】
そこで、本実施形態では、運転停止後、コントローラ１５が圧力センサ６６によって経路内の圧力を監視する。そして、圧力センサ６６の検出値が所定圧力（例えば、大気圧又は大気圧より多少低い圧力）以下となった際、図３に示すように、コントローラ１５の制御下に大気開放弁７６を開いて大気開放配管６４を開放し、さらにバイパス開閉弁７４を開いてバイパス配管６２を開放する。すなわち、循環配管４２、気液分離器３８及び蒸気送出配管５４内を大気開放する。これにより、経路内が大気圧になって安定するため、経路内が負圧（真空状態）になり、給水配管２６から過剰な水が吸い込まれて不具合を生じることが防止される（負圧防止動作）。大気開放後、コントローラ１５によって大気開放弁７６が閉じられる。なお、運転停止直後は経路内の蒸気圧力が高いため、すぐに大気開放すると高圧の蒸気が大気開放配管６４から噴出する恐れがある。このため、本実施形態では、運転停止後、経路内が大気圧程度になってから負圧防止動作（大気開放）を行うものとしている。
【００３９】
ところで、本実施形態では、大気開放配管６４を蒸気圧縮機４０の下流側に設置しているため、このような負圧防止動作時にバイパス配管６２も開放する必要がある。一方、大気開放配管６４を蒸気圧縮機４０の上流側に設置してもよく、この場合にはバイパス配管６２を開放せずに経路内を大気開放することができる。
【００４０】
続いて、運転停止後に各部が冷えて常温となった状態から蒸気生成ヒートポンプ１０を起動した場合、コントローラ１５の制御下に、圧縮機１６、蒸気圧縮機４０、給水ポンプ４４及び循環ポンプ５０が運転される。ところが、この起動直後の状態では、凝縮器１８において次第に水が加熱されて水蒸気が生成されるが、蒸気圧縮機４０及びその前後の蒸気送出配管５４内の温度は低いままとなっている。そのため、仮に、この起動直後の状態から蒸気圧縮機４０に水蒸気が導入されてしまうと、導入された水蒸気が冷やされて凝縮し、蒸気圧縮機４０が液圧縮となって破損する可能性がある。
【００４１】
そこで、本実施形態では、蒸気生成ヒートポンプ１０の起動時に、蒸気圧縮機４０を暖機するアイドリング運転を実施する。すなわち、蒸気生成ヒートポンプ１０の起動後、温度センサ７２で検出される蒸気圧縮機４０からの吐出温度が所定温度（例えば、通常の運転時の吐出温度）未満である場合、コントローラ１５は、図４に示すように、バイパス開閉弁７４を開いてバイパス配管６２を開放する一方、自動開閉弁５６，５８を閉じる。これにより、自動開閉弁５６，５８の間にバイパス配管６２によるループ経路が形成される。蒸気圧縮機４０が運転されると、このループ経路内の空気がバイパス配管６２によって蒸気圧縮機４０に繰り返し循環されて温度上昇する（アイドリング動作、バイパス循環運転）。この際、大気開放弁７６が適宜開閉制御されることにより大気開放配管６４が開閉され、ループ経路内に適宜外気が導入される。
【００４２】
このアイドリング動作により、温度センサ７２によって検出される温度が所定温度以上となり、蒸気圧縮機４０が十分に暖まったことが確認されると、コントローラ１５は、図５に示すように、今度は自動開閉弁５６を開く一方、バイパス開閉弁７４を閉じてバイパス配管６２を閉止する。これにより、蒸気圧縮機４０の前後を循環していた空気は、気液分離器３８から供給される水蒸気によって蒸気圧縮機４０から大気開放配管６４を介して大気中に排出され、蒸気圧縮機４０の前後の配管内に混入していた空気が水蒸気に置換される（空気排出動作）。この空気排出動作は、上記した負圧防止動作及びアイドリング動作によって経路内に混入した空気を系外に排出し、当該蒸気生成ヒートポンプ１０から蒸気利用設備へと送り出される蒸気に空気が混入することを防止するためのものである。この際、空気排出動作時の大気開放弁７６の開時間は、気液分離器３８、蒸気送出配管５４及びバイパス配管６２の内部容積が既知であり、蒸気圧縮機４０の駆動回転数によって排出される空気の体積が計算可能であるため、経路内の空気を確実に排出可能な時間に設定されればよい。
【００４３】
空気排出動作が完了した後は、図２に示すように、再び自動開閉弁５８及び調節弁６０を開き、大気開放弁７６を閉じて大気開放配管６４を閉止することにより、当該蒸気生成ヒートポンプ１０の通常運転が行われる。
【００４４】
以上のように、本実施形態に係る蒸気生成ヒートポンプ１０は、冷媒サイクル装置１４と、蒸気生成装置１２とを備え、蒸気生成装置１２には、気液分離器３８の蒸気出口側に接続され、蒸気圧縮機４０が設けられた蒸気送出配管５４と、蒸気送出配管５４における蒸気圧縮機４０の上流側と下流側とを接続するバイパス配管６２と、一端が蒸気送出配管５４に接続され、他端が大気開放弁７６を介して大気開放された大気開放配管６４とが備えられている。
【００４５】
このように、蒸気生成ヒートポンプ１０では、蒸気送出配管５４に大気開放配管６４を設けたことにより、運転停止後に大気開放配管６４を開放して経路内を大気開放することができる。これにより、蒸気送出配管５４や気液分離器３８の内部が負圧となり、給水配管２６側の水が気液分離器３８内に吸い込まれ、その後の再起動に不具合を生じることを防止できる。さらに、蒸気生成ヒートポンプ１０では、蒸気圧縮機４０をバイパスするバイパス配管６２を備えるため、運転が停止され低温状態にある蒸気圧縮機４０を起動時にバイパス配管６２を用いて暖機することができる。これにより、低温状態にある蒸気圧縮機４０に凝縮器１８で生成された水蒸気が導入され、液圧縮を生じることを防止できる。
【００４６】
当該蒸気生成ヒートポンプ１０には、運転停止後に大気開放弁７６を開制御し、気液分離器３８内を大気開放するように制御するコントローラ１５を備える。このため、運転停止後の経路内の負圧防止動作をコントローラ１５によって運転制御できる。
【００４７】
当該蒸気生成ヒートポンプ１０において、蒸気送出配管５４には、気液分離器３８からの水蒸気の流入を制御する蒸気流入制御弁となる自動開閉弁５６が設けられている。そして、コントローラ１５は、運転開始時に、自動開閉弁５６を閉制御し、バイパス配管６２を開放して蒸気圧縮機４０を運転するバイパス循環運転（アイドリング動作）を行うことで蒸気圧縮機４０の出口側温度が所定温度以上となった後、バイパス配管６２を閉止すると共に自動開閉弁５６を開制御する。従って、起動時に蒸気圧縮機４０を暖機するアイドリング動作をコントローラ１５によって運転制御できる。
【００４８】
また、コントローラ１５は、アイドリング動作の終了後、蒸気送出配管５４への蒸気流入制御弁となる自動開閉弁５６を開制御して水蒸気の導入を開始した後、大気開放弁７６を所定時間開制御して経路内を大気開放する。これにより、負圧防止動作やアイドリング動作によって経路内に混入した空気を系外に排出し、当該蒸気生成ヒートポンプ１０から蒸気利用設備へと送り出される蒸気に空気が混入することを防止することができる。
【００４９】
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】
【００５０】
１０  蒸気生成ヒートポンプ
１２  蒸気生成装置
１４  冷媒サイクル装置
１５  コントローラ
１６  圧縮機
１８  凝縮器
２０  膨張弁
２２  蒸発器
２４  加熱器
２６  給水配管
２８  排水配管
３８  気液分離器
４０  蒸気圧縮機
４２  循環配管
４２ａ  液管
４２ｂ  蒸気管
４４  給水ポンプ
５０  循環ポンプ
５４  蒸気送出配管
５６，５８  自動開閉弁
６０  調節弁
６２  バイパス配管
６４  大気開放配管
７４  バイパス開閉弁
７６  大気開放弁
【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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【国際調査報告】
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