JP2018105596A - 蒸気生成システム - Google Patents

Abstract

【課題】熱源温水からヒートポンプで回収した熱を被加熱水に伝熱することで蒸気を生成する複数台の蒸気生成装置を並列運転する際、蒸気生成装置の発停頻度を低下させて蒸気生成装置の寿命を長くするとともに信頼性を高めること。【解決手段】複数台の蒸気生成装置それぞれに供給する熱源温水を貯留する温水タンク３と、温水タンク３の貯留量を測定する水位センサ６と、複数台の蒸気生成装置２に熱源温水Ｗを供給するポンプ４と、水位センサ６で測定した貯留量に基づいてポンプ４から供給する熱源温水Ｗの流量を均等分配する制御を行い、各蒸気生成装置２に対する熱源温水Ｗの均等分配流量が運転停止設定値未満となった場合に、複数台の蒸気生成装置２の内の運転状態にある１台に対して熱源温水Ｗの供給および運転を停止させる制御部１０と、を備える。運転停止設定値は、圧縮機が液バックを発生しない下限回転数をもとに設定される。【選択図】図１

Description

本発明は、熱源温水からヒートポンプで回収した熱を被加熱水に伝熱することで蒸気を生成する複数台の蒸気生成装置を並列運転する際、蒸気生成装置の発停頻度を低下させて蒸気生成装置の寿命を長くするとともに信頼性を高めることができる蒸気生成システムに関する。

蒸気生成装置の一つとして、工場排水や使用済冷却水等の排温水等の温水から熱を回収して蒸気を生成するヒートポンプ式蒸気生成装置がある（特許文献１参照）。ヒートポンプ式蒸気生成装置は、ヒートポンプ部の蒸発器を排熱回収器として機能させ、ここで熱源温水から熱を冷媒に回収し、回収した熱を利用して凝縮器で被加熱水を加熱して蒸気を生成するため、ボイラ設備等を利用して蒸気を発生させる燃焼系蒸気生成装置に比べてランニングコストやＣＯ_２の排出量を低減できるメリットがある。

特開２０１２−３２１３６号公報

ところで、排温水などの熱源温水を用いて複数の蒸気生成装置を並列運転する蒸気生成システムは、供給すべき熱源温水を貯留する温水タンクの水位が低下した場合、複数の蒸気生成装置のうちの１つを停止させるとともに熱源温水の供給を停止させ、残りの蒸気生成装置でシステムの運転を継続し、水位が復帰した場合、停止していた蒸気生成装置の運転を再開する台数制御運転を行うのが一般的である。

しかしながら、この台数制御運転では、蒸気生成装置の起動、停止が頻繁に行われるので、圧縮機を含む蒸気生成装置の寿命が短くなり、システムの信頼性が低下する。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、熱源温水からヒートポンプで回収した熱を被加熱水に伝熱することで蒸気を生成する複数台の蒸気生成装置を並列運転する際、蒸気生成装置の発停頻度を低下させて蒸気生成装置の寿命を長くするとともに信頼性を高めることができる蒸気生成システムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる蒸気生成システムは、熱源温水からヒートポンプで回収した熱を被加熱水に伝熱することで蒸気を生成する複数台の蒸気生成装置を並列に接続した蒸気生成システムであって、前記複数台の蒸気生成装置それぞれに供給する前記熱源温水を貯留する温水タンクと、前記温水タンクの貯留量を測定する貯留量測定部と、前記複数台の蒸気生成装置に前記熱源温水を供給する温水供給部と、前記貯留量測定部で測定した貯留量に基づいて前記温水供給部から供給する前記熱源温水の流量を均等分配する制御を行い、各蒸気生成装置に対する前記熱源温水の均等分配流量が運転停止設定値未満となった場合に、前記複数台の蒸気生成装置の内の運転状態にある１台に対して前記熱源温水の供給および運転を停止させる制御部と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる蒸気生成システムは、上記の発明において、前記制御部は、前記均等分配流量が前記運転停止設定値よりも大きい運転制限設定値未満となった場合に、前記均等分配流量により定まる前記蒸気生成装置の出力上限値以下であって、前記ヒートポンプが有する圧縮機の最低回転数と前記均等分配流量とにより定まる前記蒸気生成装置の出力下限値以上を蒸気出力指令値として前記蒸気生成装置へ指令することを特徴とする。

また、本発明にかかる蒸気生成システムは、上記の発明において、前記運転制限設定値は、前記蒸気生成装置の定格出力維持限界流量に基づいて設定されることを特徴とする。

また、本発明にかかる蒸気生成システムは、上記の発明において、前記運転停止設定値は、前記均等分配流量および前記熱源温水の温度によって求まる、前記圧縮機入口側の冷媒圧力の下限値をもとに設定されることを特徴とする。

また、本発明にかかる蒸気生成システムは、上記の発明において、前記制御部は、前記均等分配流量が前記運転停止設定値よりも大きい運転開始設定値以上となった場合に、前記複数台の蒸気生成装置の内の運転状態にある１台に対して前記熱源温水の供給および運転を開始させることを特徴とする。

また、本発明にかかる蒸気生成システムは、上記の発明において、前記制御部は、前記均等分配流量が前記運転制限設定値よりも所定値大きい運転開始設定値以上となった場合に、前記複数台の蒸気生成装置の内の運転状態にある１台に対して前記熱源温水の供給および運転を開始させることを特徴とする。

また、本発明にかかる蒸気生成システムは、上記の発明において、前記蒸気生成装置の圧縮機を停止する場合、最低回転数で一定時間運転継続後、停止することを特徴とする。

また、本発明にかかる蒸気生成システムは、上記の発明において、前記蒸気生成装置の圧縮機を起動する場合、最大出力で起動させることを特徴とする。

本発明によれば、制御部が、各蒸気生成装置に対する熱源温水の均等分配流量が、定格出力維持限界流量未満になっても運転停止設定値未満となるまで運転を維持し、運転停止設定値未満となってはじめて、複数台の蒸気生成装置の内の運転状態にある１台に対して熱源温水の供給および運転を停止させるようにしているので、蒸気生成装置の発停頻度を低下でき、蒸気生成装置の寿命を長くするとともに信頼性を高めることができる。

図１は、本発明の実施の形態である蒸気生成システムの全体構成を示すブロック図である。 図２は、図１に示した蒸気生成装置の構成を示すブロック図である。 図３は、各蒸気生成装置に供給される均等分配流量に対する蒸気出力及び圧縮機回転数の変化を示す図である。 図４は、制御部による蒸気生成システムの運転制御処理手順を示すフローチャートである。 図５は、蒸気生成システムの運転制御処理の一例を示すタイミングチャートである。

以下、添付図面を参照してこの発明を実施するための形態について説明する。

（全体構成）
図１は、本発明の実施の形態である蒸気生成システム１の全体構成を示すブロック図である。蒸気生成システム１は、工場排水等の熱源温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外部の蒸気利用設備に送られる。

図１に示すように、蒸気生成システム１は、熱源温水Ｗからヒートポンプで回収した熱を被加熱水に伝熱することで蒸気Ｈを生成する複数台の蒸気生成装置２（２ａ〜２ｄ）が並列に接続される。熱源温水Ｗとしては、冷却水や蒸気ドレンなどが例として挙げられる。各蒸気生成装置２には、熱源温水Ｗを貯留するバッファタンクとしての温水タンク３から、ポンプ４を介して熱源温水Ｗが供給される。この温水タンク３を設けることによって、各蒸気生成装置２での熱源温水Ｗの需要が一時的に増加した場合でも、熱源温水Ｗを安定して供給することができる。この結果、熱源温水Ｗの供給量変動に伴う蒸気生成システム１の蒸気出力変動を抑えることができる。

温水タンク３には、水位センサ６が設けられる。水位センサ６は、温水タンク３に貯留される熱源温水Ｗの貯留量を測定する。また、ポンプ４と各蒸気生成装置２との間には流量調整弁５（５ａ〜５ｄ）が設けられる。制御部１０は、水位センサ６が検知した温水タンク３の貯留量の増減に対応してポンプ４が供給する熱源温水Ｗの流量を増減する。また、制御部１０は、各流量調整弁５を調整して、各蒸気生成装置２に対して均等配分された流量の熱源温水Ｗを供給する。さらに制御部１０は、各蒸気生成装置２に対して均等配分された熱源温水Ｗの流量（均等分配流量Ｆ）をもとに、各蒸気生成装置２の運転制御を行う。この運転制御の詳細については後述する。

なお、温水タンク３には、温度センサ７が設けられる。温度センサ７は、温水タンク３内に貯留される熱源温水Ｗの温度を検出し、その検出結果を制御部１０に送出する。各蒸気生成装置２に供給される熱源温水Ｗは、各蒸気生成装置２に熱を供給するものであり、各蒸気生成装置２に供給される熱流量は、熱源温水Ｗの流量と温度とに依存する。制御部１０は、この熱源温水Ｗの温度を加味して各蒸気生成装置２に供給される熱流量を調整する必要がある。この実施の形態では、説明の便宜上、熱源温水Ｗの温度が一定とし、熱源温水Ｗの流量を制御することによって、各蒸気生成装置２に対する熱流量が制御されるものとして説明する。

（蒸気生成装置の構成）
図２は、図１に示した蒸気生成装置２の構成を示すブロック図である。図２に示すように、蒸気生成装置２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部１２と、温水供給部１４によって供給される熱源温水Ｗから熱を回収し、この熱を蒸気生成部１２での蒸気生成のための熱源として供給するヒートポンプ部１６と、制御部１８とを備える。

ヒートポンプ部１６は、冷媒を圧縮する圧縮機２０と、圧縮機２０で圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器２２と、凝縮器２２を出た冷媒を減圧する膨張機構２４と、熱源温水Ｗから熱を回収して冷媒を蒸発させる蒸発器２６とを環状に接続したヒートポンプサイクルを有したヒートポンプ装置である。本実施の形態では、凝縮器２２の出口側と膨張機構２４の入口側との間に加熱器２８を接続している。膨張機構２４は、例えば電子膨張弁である。

圧縮機２０で圧縮されて高温高圧となった冷媒は、凝縮器２２で蒸気生成部１２を循環する水と熱交換して冷却され凝縮する。凝縮器２２を出た冷媒は、加熱器２８で給水経路３０を流れる水を予熱してさらに冷却された後、膨張機構２４で断熱膨張され、蒸発器２６で温水供給部１４の温水経路３２を流れる熱源温水Ｗから吸熱して蒸発して圧縮機２０へと戻る。

ヒートポンプ部１６の冷媒経路には、圧縮機２０の吸入側の冷媒の圧力及び温度をそれぞれ検出する吸入圧力センサ３４及び吸入温度センサ３５と、圧縮機２０の吐出側の冷媒の圧力及び温度をそれぞれ検出する吐出圧力センサ３６及び吐出温度センサ３７と、膨張機構２４の入口側の冷媒の温度を検出する入口温度センサ３８と、蒸発器２６の本体温度を検出する蒸発器本体温度センサ２９とが設置されている。圧縮機２０は制御部１８の制御下に、各センサ３４〜３８の検出値に基づきインバータ（ＩＮＶ）４０を介して圧縮機２０の運転回転数を制御する。

蒸気生成部１２は、ヒートポンプ部１６を循環する冷媒を熱源として水を蒸発させて蒸気を生成する凝縮器２２と、凝縮器２２で生成される水と蒸気を含む気液二相流を蒸気と水とに分離する水蒸気分離器４２と、水蒸気分離器４２で分離された蒸気を外部の蒸気利用設備に供給する蒸気供給経路４４と、水蒸気分離器４２で分離された水を給水経路３０から供給される水と合流させて凝縮器２２から水蒸気分離器４２へと導く水循環経路４６とを有する。

水蒸気分離器４２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水循環経路４６に接続された給水経路３０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。給水経路３０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４８によって加熱器２８を経て水循環経路４６まで導入する。給水ポンプ４８は制御部１８の制御下に、水蒸気分離器４２内に貯留された水の水位を測定する水位センサ５０の検出値（水位）に基づきインバータ（ＩＮＶ）５２を介してその運転回転数が制御される。水蒸気分離器４２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５４が接続されている。

水循環経路４６は、水蒸気分離器４２の下端壁から凝縮器２２までを連通する液管４６ａと、凝縮器２２から水蒸気分離器４２の上部側壁までを連通する蒸気管４６ｂとから構成されている。液管４６ａには水が流通し、蒸気管４６ｂには水及び蒸気を含む気液二相流が流通する。液管４６ａには循環ポンプ５６が設けられている。循環ポンプ５６は制御部１８の制御下に、インバータ（ＩＮＶ）５８を介してその運転回転数が制御される。

蒸気供給経路４４は、水蒸気分離器４２の上端壁に接続され、蒸気管４６ｂから当該水蒸気分離器４２内に供給され、ここで水が分離された後の蒸気Ｈを外部に送り出す経路である。蒸気供給経路４４には、流れる蒸気Ｈの圧力を調整する圧力調整弁６０が設置されている。圧力調整弁６０は、制御部１８の制御下に、圧力センサ６２で測定される水蒸気分離器４２内の蒸気圧力に基づきその開度が調整される。圧力調整弁６０の開度を適宜調整することにより、蒸気生成装置２から外部に送り出される蒸気Ｈの流量や圧力を制御できる。蒸気供給経路４４を流れる蒸気の圧力を調整する蒸気圧力調整手段としては、圧力調整弁６０に代えて又はこれと共に蒸気を圧縮する蒸気圧縮機を用いてもよい。

制御部１８は、制御部１０からの出力指令値が示す蒸気出力となるように、圧縮機２０の運転回転数を制御する。なお、制御部１８は、さらに給水ポンプ４８、循環ポンプ５６及び圧力調整弁６０の制御を行う。また、制御部１８は、各センサ３４〜３８の検出値に基づき圧縮機２０の運転制御を行うことで、ヒートポンプ部１６の加熱出力を制御する。すなわち、制御部１８は、各センサ３４〜３８の検出値をもとに、圧縮機２０の吐出側から膨張機構２４の入口側までの冷媒のエンタルピ差と、ヒートポンプサイクルの冷媒循環量との積であるヒートポンプ加熱出力を算出し、この算出したヒートポンプ加熱出力が目標加熱出力となるように、圧縮機２０の運転回転数を制御する。

（蒸気生成装置の運転制御の概要）
図３は、各蒸気生成装置２に供給される均等分配流量Ｆに対する蒸気出力Ｐ及び圧縮機回転数ωの変化を示す図である。各蒸気生成装置２は、均等分配流量Ｆが、Ｆ２の時が定格出力維持限界流量となる。すなわち、均等分配流量ＦがＦ２未満の場合は、圧縮機２０を最大回転数で運転しても、定格出力Ｐｒでの蒸気出力ができなくなり、蒸気出力Ｐが低下する。また、圧縮機２０の回転数を低下させるほど、各蒸気生成装置２での運転効率は上昇するため、定格出力を確保できない場合は、蒸気出力指令値を定格出力よりも低い値に設定することで、運転効率を重視した制御を行うことができる。本実施の形態では、定格出力維持限界流量Ｆ２を運転制限設定値として制御を行っているが、運転制限設定値はそれに限定されず、定格出力維持限界流量Ｆ２に基づき異なる値を設定してもよい。

また、均等分配流量Ｆが流量（運転停止設定値）Ｆ１未満になると、圧縮機２０吸入側の圧力が低下し、十分な吸入過熱度を確保できなくなるため、圧縮機２０で液バックが生じやすくなる。このため、制御部１０は、均等分配流量Ｆが運転停止設定値Ｆ１未満となった場合に、複数台の蒸気生成装置２の内の運転状態にある１台に対して熱源温水Ｗの供給および運転を停止させる制御を行う。すなわち、制御部１０は、均等分配流量Ｆが運転制限設定値Ｆ２未満となって定格出力Ｐｒを出力できない状態になっても運転を停止せず、運転停止設定値Ｆ１まで運転を継続する。なお、運転停止設定値Ｆ１は、均等分配流量Ｆおよび熱源温水Ｗの温度によって求まる、圧縮機２０の入口側における冷媒圧力の下限値をもとに設定することができる。

また、制御部１０は、均等分配流量Ｆが運転停止設定値Ｆ１よりも大きい運転制限設定値Ｆ２未満となった場合に、均等分配流量Ｆにより定まる蒸気生成装置２の出力上限値Ｐｕ以下であって、ヒートポンプ部１６が有する圧縮機２０の最低回転数ωｄと均等分配流量Ｆとにより定まる蒸気生成装置２の出力下限値Ｐｄ以上を蒸気出力指令値として蒸気生成装置２へ指令する。すなわち、制御部１０は、均等分配流量Ｆが運転制限設定値Ｆ２と運転停止設定値Ｆ１との間である場合、出力上限値Ｐｕと出力下限値Ｐｄとに挟まれた領域Ｅ１内となる蒸気出力指令値を制御部１８に出力する。この領域Ｅ１内における蒸気出力指令値の変化は、均等分配流量Ｆの変化と、領域Ｅ２における圧縮機回転数ωの変化とに依存する。なお、出力上限値Ｐｕは、圧縮機２０が最大回転数ωｕのときであり、領域Ｅ１内では、大きな蒸気出力Ｐを得ることができるが、効率を優先する場合には、その優先度に応じて圧縮機２０の圧縮機回転数ωを小さくすればよい。

一方、制御部１０は、均等分配流量Ｆが運転停止設定値Ｆ１よりも大きい運転開始設定値Ｆ３以上となった場合に、複数台の蒸気生成装置２の内の運転状態にある１台に対して熱源温水Ｗの供給および運転を開始させる制御を行う。なお、この実施の形態では、運転開始設定値Ｆ３を運転制限設定値Ｆ２よりも所定流量分、大きい値としている。

（蒸気生成システムの運転制御処理）
ここで、図４に示したフローチャートを参照して、制御部１０による蒸気生成システム１の運転制御処理手順について説明する。まず、制御部１０は、温水タンク３の貯留量に応じた流量をポンプ４で供給するとともに、流量調整弁５を調整して各蒸気生成装置２に供給される熱源温水Ｗを均等配分する（ステップＳ１０１）。

その後、各蒸気生成装置２の均等分配流量Ｆが運転制限設定値Ｆ２未満か否かを判断する（ステップＳ１０２）。均等分配流量Ｆが運転制限設定値Ｆ２未満である場合（ステップＳ１０２，Ｙｅｓ）には、各蒸気生成装置２が領域Ｅ１内での蒸気出力Ｐとする、蒸気出力制限制御処理を行う（ステップＳ１０３）。その後、制御部１０は、均等分配流量Ｆが運転停止設定値Ｆ１未満であるか否かを判断する（ステップＳ１０４）。

均等分配流量Ｆが運転停止設定値Ｆ１未満である場合（ステップＳ１０４，Ｙｅｓ）には、運転状態になる１台に対する熱源温水Ｗの供給及び運転を停止し（ステップＳ１０５）、ステップＳ１０９に移行する。なお、熱源温水Ｗの供給停止を行うタイミングと、運転停止を行うタイミングは同時である必要はない。例えば、熱源温水Ｗの供給停止と同時に、圧縮機２０の回転数を最低回転数にするとともに、給水ポンプ４８、循環ポンプ５６を停止させることで、アイドリング運転を行い、熱源温水Ｗを供給停止してから一定時間の間、均等分配流量Ｆが運転停止設定値Ｆ１まで回復しなかった場合にのみ、運転停止を行うような制御としてもよい。

一方、均等分配流量Ｆが運転制限設定値Ｆ２未満でない場合（ステップＳ１０２，Ｎｏ）には、さらに、均等分配流量Ｆが運転開始設定値Ｆ３以上であるか否かを判断する（ステップＳ１０６）。均等分配流量Ｆが運転開始設定値Ｆ３以上である場合（ステップＳ１０６，Ｙｅｓ）には、さらに、運転停止状態の蒸気生成装置２があるか否かを判断する（ステップＳ１０７）。運転停止状態の蒸気生成装置２がある場合（ステップＳ１０７，Ｙｅｓ）には、運転停止状態にある１台に対する熱源温水Ｗの供給及び運転を開始し（ステップＳ１０８）、ステップＳ１０９に移行する。

また、均等分配流量Ｆが運転開始設定値Ｆ３以上でない場合（ステップＳ１０６，Ｎｏ）、あるいは、運転停止状態の蒸気生成装置２がない場合（ステップＳ１０７，Ｎｏ）には、そのままステップＳ１０９に移行する。

ステップＳ１０９では、システム停止の指示があったか否かを判断する。システム停止の指示がない場合（ステップＳ１０９，Ｎｏ）には、ステップＳ１０１に移行して上述した処理を繰り返す。一方、システム停止の指示があった場合（ステップＳ１０９，Ｙｅｓ）には、システムの保護停止を行って（ステップＳ１１０）、本処理を終了する。

なお、蒸気生成装置２の運転停止に伴う圧縮機２０の停止時は、最低回転数で一定時間運転継続後に停止させることが好ましい。例えば、最低回転数４０Ｈｚで３０秒間、運転した後、圧縮機２０を停止させる。これは、圧縮機２０の機器保護のためである。また、蒸気生成装置２の運転開始に伴う圧縮機２０の起動時は、最大出力で起動させることが好ましい。

（蒸気生成システムの運転制御処理の一例）
ここで、図５に示したタイミングチャートを参照して、蒸気生成システム１の運転制御処理の一例について説明する。図５では、温水タンク３への受給水量の時間変化に対する蒸気生成装置２ａの均等分配流量Ｆ，蒸気出力Ｐ，圧縮機回転数ωの時間変化、蒸気生成装置２ｂ，２ｃの均等分配流量Ｆ、蒸気生成装置２ｄの均等分配流量Ｆ，蒸気出力Ｐ，圧縮機回転数ωの時間変化を示している。

まず、時点ｔ１で均等分配流量Ｆが運転制限設定値Ｆ２（＝１５００ｋｇ／ｈ）未満になると各蒸気生成装置２ａ〜２ｄは、蒸気出力制限制御処理を行う。図５では、圧縮機回転数ωを最大回転数ωｕとして蒸気出力Ｐを出力上限値Ｐｕで運転している。その後、時点ｔ２でも、均等分配流量Ｆが運転停止設定値Ｆ１（＝５００ｋｇ／ｈ）以上の１０００ｋｇ／ｈであるため、全ての蒸気生成装置２ａ〜２ｄが蒸気出力制限制御処理で運転されている。そして、時点ｔ３で均等分配流量Ｆが運転停止設定値Ｆ１（＝５００ｋｇ／ｈ）未満となって、蒸気生成装置２の１台である蒸気生成装置２ｄに対して熱源温水Ｗの供給及び運転を停止している。蒸気生成装置２ｄの運転停止に伴い、蒸気生成装置２ｄの均等分配流量Ｆは０となり、圧縮機回転数ωも０となる。

時点ｔ３では、蒸気生成装置２ｄへの熱源温水Ｗの供給が停止されるため、他の蒸気生成装置２ａ〜２ｃに供給される均等分配流量Ｆが増大する。その後、さらに均等分配流量Ｆが減少し、時点ｔ４で均等分配流量Ｆが運転停止設定値Ｆ１（＝５００ｋｇ／ｈ）未満となると、運転状態となっている蒸気生成装置２の１台である蒸気生成装置２ｃに対する熱源温水Ｗの供給及び運転が停止される。

時点ｔ４では、蒸気生成装置２ｃへの熱源温水Ｗの供給が停止されるため、他の蒸気生成装置２ａ，２ｂに供給される均等分配流量Ｆが増大する。その後、さらに均等分配流量Ｆが減少し、時点ｔ５で均等分配流量Ｆが運転停止設定値Ｆ１（＝５００ｋｇ／ｈ）未満となると、運転状態となっている蒸気生成装置２の１台である蒸気生成装置２ｂに対する熱源温水Ｗの供給及び運転が停止される。

その後、時点ｔ６で均等分配流量Ｆが増大し、時点ｔ７で均等分配流量Ｆが運転制限設定値Ｆ２（＝１５００ｋｇ／ｈ）以上となって蒸気生成装置２ａは定格出力Ｐｒの蒸気出力Ｐとなる。

その後、さらに均等分配流量Ｆが増大し、時点ｔ８で均等分配流量Ｆが運転開始設定値Ｆ３（＝２０００ｋｇ／ｈ）以上となり、運転停止状態の１台である蒸気生成装置２ｂの運転を開始させる。これに伴い、蒸気生成装置２ａ，２ｂの均等分配流量Ｆは減少し、運転制限設定値Ｆ２未満となって蒸気出力制限制御処理で運転される。その後、均等分配流量Ｆが増大し、時点ｔ９で均等分配流量Ｆが運転制限設定値Ｆ２以上となって蒸気出力Ｐが定格出力Ｐｒとなる。

その後、さらに均等分配流量Ｆが増大し、時点ｔ１０で均等分配流量Ｆが運転開始設定値Ｆ３（＝２０００ｋｇ／ｈ）以上となり、運転停止状態の１台である蒸気生成装置２ｃの運転を開始させる。これに伴い、蒸気生成装置２ａ，２ｂ，２ｃの均等分配流量Ｆは減少し、運転制限設定値Ｆ２未満となって蒸気出力制限制御処理で運転される。その後、均等分配流量Ｆが増大し、時点ｔ１１で均等分配流量Ｆが運転制限設定値Ｆ２以上となって蒸気出力Ｐが定格出力Ｐｒとなる。

その後、さらに均等分配流量Ｆが増大し、時点ｔ１２で均等分配流量Ｆが運転開始設定値Ｆ３（＝２０００ｋｇ／ｈ）以上となり、運転停止状態の１台である蒸気生成装置２ｄの運転を開始させる。これに伴い、蒸気生成装置２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの均等分配流量Ｆは減少し、運転制限設定値Ｆ２未満となって蒸気出力制限制御処理で運転される。その後、均等分配流量Ｆが増大し、時点ｔ１３で均等分配流量Ｆが運転制限設定値Ｆ２以上となって蒸気出力Ｐが定格出力Ｐｒとなる。これによって、全ての蒸気生成装置２が定格運転状態となる。

なお、図５において、時点ｔ１〜ｔ７の期間ΔＴ１、時点ｔ８，ｔ９の期間ΔＴ２、時点ｔ１０，ｔ１１の期間ΔＴ３、時点ｔ１２，ｔ１３の期間ΔＴ４では、蒸気出力制限制御処理で運転されている。

本実施の形態では、並列運転される各蒸気生成装置２が定格運転できない状態、すなわち均等分配流量Ｆが運転制限設定値Ｆ２未満となっても運転停止設定値Ｆ１未満となるまで蒸気生成装置２の運転を停止せず、運転を継続するようにしているので、蒸気生成装置２の運転停止、開始に伴う圧縮機２０の発停頻度が低くなり、圧縮機２０を含む蒸気生成装置２の寿命が長くなり、システムの信頼性が高くなる。

１ 蒸気生成システム
２，２ａ〜２ｄ 蒸気生成装置
３ 温水タンク
４ ポンプ
５，５ａ〜５ｄ 流量調整弁
６，５０ 水位センサ
７ 温度センサ
１０，１８ 制御部
１２ 蒸気生成部
１４ 温水供給部
１６ ヒートポンプ部
２０ 圧縮機
２２ 凝縮器
２４ 膨張機構
２６ 蒸発器
２８ 加熱器
２９ 蒸発器本体温度センサ
３０ 給水経路
３２ 温水経路
３４ 吸入圧力センサ
３５ 吸入温度センサ
３６ 吐出圧力センサ
３７ 吐出温度センサ
３８ 入口温度センサ
４２ 水蒸気分離器
４４ 蒸気供給経路
４６ 水循環経路
４８ 給水ポンプ
５０ 水位センサ
５４ 圧力逃がし弁
５６ 循環ポンプ
６０ 圧力調整弁
６２ 圧力センサ
Ｅ１，Ｅ２ 領域
Ｆ 均等分配流量
Ｆ１ 運転停止設定値
Ｆ２ 定格出力維持限界流量、運転制限設定値
Ｆ３ 運転開始設定値
Ｈ 蒸気
Ｐ 蒸気出力
Ｐｄ 出力下限値
Ｐｒ 定格出力
Ｐｕ 出力上限値
ｔ１〜ｔ１３ 時点
Ｗ 熱源温水
ΔＴ１〜ΔＴ４ 期間
ω 圧縮機回転数
ωｄ 最低回転数
ωｕ 最大回転数

Claims (8)

1. 熱源温水からヒートポンプで回収した熱を被加熱水に伝熱することで蒸気を生成する複数台の蒸気生成装置を並列に接続した蒸気生成システムであって、
   前記複数台の蒸気生成装置それぞれに供給する前記熱源温水を貯留する温水タンクと、
   前記温水タンクの貯留量を測定する貯留量測定部と、
   前記複数台の蒸気生成装置に前記熱源温水を供給する温水供給部と、
   前記貯留量測定部で測定した貯留量に基づいて前記温水供給部から供給する前記熱源温水の流量を均等分配する制御を行い、各蒸気生成装置に対する前記熱源温水の均等分配流量が運転停止設定値未満となった場合に、前記複数台の蒸気生成装置の内の運転状態にある１台に対して前記熱源温水の供給および運転を停止させる制御部と、
   を備えたことを特徴とする蒸気生成システム。
2. 前記制御部は、前記均等分配流量が前記運転停止設定値よりも大きい運転制限設定値未満となった場合に、前記均等分配流量により定まる前記蒸気生成装置の出力上限値以下であって、前記ヒートポンプが有する圧縮機の最低回転数と前記均等分配流量とにより定まる前記蒸気生成装置の出力下限値以上を蒸気出力指令値として前記蒸気生成装置へ指令することを特徴とする請求項１に記載の蒸気生成システム。
3. 前記運転制限設定値は、前記蒸気生成装置の定格出力維持限界流量に基づいて設定されることを特徴とする請求項２に記載の蒸気生成システム。
4. 前記運転停止設定値は、前記均等分配流量および前記熱源温水の温度によって求まる、前記圧縮機入口側の冷媒圧力の下限値をもとに設定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の蒸気生成システム。
5. 前記制御部は、前記均等分配流量が前記運転停止設定値よりも大きい運転開始設定値以上となった場合に、前記複数台の蒸気生成装置の内の運転状態にある１台に対して前記熱源温水の供給および運転を開始させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の蒸気生成システム。
6. 前記制御部は、前記均等分配流量が前記運転制限設定値よりも所定値大きい運転開始設定値以上となった場合に、前記複数台の蒸気生成装置の内の運転状態にある１台に対して前記熱源温水の供給および運転を開始させることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載の蒸気生成システム。
7. 前記蒸気生成装置の圧縮機を停止する場合、最低回転数で一定時間運転継続後、停止することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の蒸気生成システム。
8. 前記蒸気生成装置の圧縮機を起動する場合、最大出力で起動させることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の蒸気生成システム。

Images