JP6645624B1 - ヒートポンプ式蒸気生成装置 - Google Patents

Abstract

スケールの付着を防止するため、熱源水から冷媒に熱を吸収し、冷媒が吸収した熱を被加熱水に伝達することにより蒸気の生成を行うヒートポンプ式蒸気生成装置であって、蒸発器、圧縮機、凝縮器及び膨張機構の間に順次冷媒が循環流通されるヒートポンプ部と、蒸発器に対して熱源水を流通させる熱源水供給部と、凝縮器に対して外部から導入された被加熱水を流通させることによって蒸気を生成する蒸気生成部と、運転停止指令が与えられた場合、蒸気生成部に対して外部からの被加熱水の導入流量を増大させる希釈処理を実施する制御部を備える。

Description

本発明は、ヒートポンプ式蒸気生成装置に関するものである。

蒸気生成装置の一つとして、ヒートポンプサイクルを利用したヒートポンプ式蒸気生成装置がある。ヒートポンプ式蒸気生成装置では、工場排水や使用済冷却水等の排熱源水から熱を回収して蒸気を生成するようにしている。この種のヒートポンプ式蒸気生成装置によれば、ボイラ設備等のように燃料の燃焼熱を利用した燃焼系蒸気生成装置に比べてランニングコストが低く、二酸化炭素の排出量も低減できる等のメリットがある。

ところで、蒸気の原料となる被加熱水には、シリカ（二酸化ケイ素）等のスケール原因物質が含まれている。このため、蒸気を連続生成した場合には、被加熱水のスケール原因物質が濃縮され、スケール付着の原因となる。こうした問題を防止するため、被加熱水が貯留される水蒸気分離器にブローダウン流路を設け、水蒸気分離器に貯留された被加熱水をブローダウン流路から定期的に、または一時的に外部に排水するようにしたものが提供されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−２４７１４６号公報

しかしながら、スケール原因物質が濃縮された状態では、単に被加熱水を外部に排水したとしても、被加熱水に触れていた部分についてはスケールが析出する事態を招来する懸念がある。

本発明は、上記実情に鑑みて、スケール付着を防止することのできるヒートポンプ式蒸気生成装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明に係るヒートポンプ式蒸気生成装置は、冷媒が熱源水から熱を吸収し、吸収した熱を被加熱水に伝達することにより蒸気の生成を行うヒートポンプ式蒸気生成装置であって、蒸発器、圧縮機、凝縮器及び膨張機構の間に順次冷媒が循環流通されるヒートポンプ部と、前記蒸発器に対して熱源水を流通させる熱源水供給部と、前記凝縮器に対して外部から導入された被加熱水を流通させることによって蒸気を生成する蒸気生成部と、運転停止指令が与えられた場合、前記蒸気生成部に対して外部から被加熱水を導入する希釈処理を実施する制御部を備えたことを特徴とする。

また本発明は、上述したヒートポンプ式蒸気生成装置において、記制御部は、予め設定した希釈処理終了条件が成立した場合に前記希釈処理を終了し、前記蒸気生成部の被加熱水を外部に排水する排水処理を実施することを特徴とする。

また本発明は、上述したヒートポンプ式蒸気生成装置において、前記制御部は、前記蒸気生成部の被加熱水が予め設定した水量を超えた場合、または前記希釈処理が予め設定した時間継続された場合、または前記蒸気生成部の被加熱水に含まれるスケール原因物質が予め設定した濃度を下回った場合、前記希釈処理終了条件が成立し
たと判断することを特徴とする。

また本発明は、上述したヒートポンプ式蒸気生成装置において、前記制御部は、予め設定した排水処理終了条件が成立した場合に前記排水処理を終了して前記蒸気生成部を密閉状態とする密閉処理を実施することを特徴とする。

また本発明は、上述したヒートポンプ式蒸気生成装置において、記制御部は、前記蒸気生成部の圧力が予め設定した値まで低下した場合、あるいは前記排水処理が予め設定した時間継続された場合に前記排水処理終了条件が成立したと判断することを特徴とする。

また本発明は、上述したヒートポンプ式蒸気生成装置において、記制御部は、運転停止指令が与えられた場合、前記圧縮機の吸入圧力が予め設定した値を下回るまでの間、前記膨張機構を閉じた状態で前記圧縮機の運転を行うポンプダウン処理を実施することを特徴とする。

また本発明は、上述したヒートポンプ式蒸気生成装置において、前記制御部は、前記圧縮機の吸入圧力が予め設定した値を下回った場合にポンプダウン処理を終了することを特徴とする。

また本発明は、上述したヒートポンプ式蒸気生成装置において、記制御部は、前記ポンプダウン処理が終了するまで前記希釈処理を継続して実施し、かつ前記蒸気生成部の被加熱水が予め設定した水量を超えた場合、あるいは前記希釈処理が予め設定した時間継続された場合、前記被加熱水を外部に排水する排水処理を実施することを特徴とする。

また本発明は、上述したヒートポンプ式蒸気生成装置において、記制御部は、前記蒸気生成部の圧力が予め設定した値まで低下した場合、あるいは前記排水処理が予め設定した時間継続された場合に、前記排水処理を終了して前記蒸気生成部を密閉状態とする密閉処理を実施することを特徴とする。

また本発明は、上述したヒートポンプ式蒸気生成装置において、前記制御部は、起動指令が与えられた場合、前記圧縮機から前記膨張機構までの冷媒圧力が予め設定した値を超えた際に前記蒸気生成部に対する外部からの被加熱水の導入を開始することを特徴とする。

また本発明は、上述したヒートポンプ式蒸気生成装置において、前記制御部は、起動指令が与えられた場合、前記蒸発器の温度が予め設定した値に到達した際に前記圧縮機の運転を開始することを特徴とする。

本発明によれば、運転停止指令が与えられた場合に外部から導入される被加熱水の流量を増大するようにしているため、被加熱水に含まれるスケール原因物質が希釈され、スケールが付着する事態をより確実に防止することが可能となる。

図１は、本発明の実施の形態１であるヒートポンプ式蒸気生成装置の構成を示す図である。 図２は、図１のヒートポンプ式蒸気生成装置に適用する蒸気生成部の構成を模式的に示す図である。 図３は、図１に示す制御部が実施する蒸気生成処理の一例を示すフローチャートである。 図４は、図３に示した起動処理の内容を示すフローチャートである。 図５は、図３に示した運転停止処理の内容を示すフローチャートである。 図６は、図５に示した希釈密閉処理の内容を示すフローチャートである。 図７は、図５に示したポンプダウン処理の内容を示すフローチャートである。 図８は、本発明の実施の形態２であるヒートポンプ式蒸気生成装置の構成を示す図である。 図９は、実施の形態２で実施される起動処理の内容を示すフローチャートである。 図１０は、実施の形態２で実施される運転停止処理の内容を示すフローチャートである。 図１１は、実施の形態２で実施される希釈密閉処理の内容を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照しながら本発明に係るヒートポンプ式蒸気生成装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１であるヒートポンプ式蒸気生成装置の構成を示すものである。ここで例示するヒートポンプ式蒸気生成装置は、工場排水等の排温水（熱源水）から排熱を回収し、回収した排熱を利用して蒸気を生成するもので、排温水を流通させる熱源水供給部Ａと、外部から導入された被加熱水を流通する蒸気生成部Ｂと、これら熱源水供給系Ａ及び蒸気生成部Ｂの間に介在するヒートポンプ部Ｃとを備えている。

熱源水供給部Ａは、温水流通経路１において排温水を流通するものである。図には明示していないが、温水流通経路１の上流には、温水タンク及び温水供給ポンプが設けられている。この熱源水供給部Ａでは、温水供給ポンプの運転により、温水タンクに貯留されている排温水が所定の流量で温水供給経に流通されることになる。

蒸気生成部Ｂは、蒸気を生成するための被加熱水を流通するもので、水蒸気分離器１０を備えている。水蒸気分離器１０は、鉛直方向に沿った円筒状容器によって構成したものである。この水蒸気分離器１０には、圧力センサ及び水位センサ１２が設けてあるとともに、送出経路１３及び循環水経路１４が設けてある。圧力センサ１１は、水蒸気分離器１０の内部の圧力を検出するものであり、水位センサ１２は、水蒸気分離器１０に貯留された被加熱水の水位を検出するものである。これらのセンサ１１，１２の検出結果は、後述する制御部２０に送信される。

送出経路１３は、図示せぬ外部の蒸気利用設備に接続されたもので、水蒸気分離器１０の上端において内部に連通している。この送出経路１３には、送出弁１５が設けてある。送出弁１５は、与えられた指令に応じて開度を変更することにより、送出経路１３の圧力を調整することのできる圧力調整弁である。この送出弁１５は、全閉指令が与えられた場合、送出経路１３を遮断することが可能である。なお、送出経路１３を遮断する機能は、送出弁１５が備えている必要はなく、専用の開閉弁を追加するようにしても良い。

循環水経路１４は、一端が水蒸気分離器１０の下端部において内部に連通し、かつ他端が水蒸気分離器１０の上部周面において内部に連通したものである。この循環水経路１４には、給水経路３０、第１ブローダウン経路４０及び第２ブローダウン経路５０が接続してある。

給水経路３０は、外部の給水源から循環水経路１４に被加熱水を供給するもので、給水弁３１及び給水ポンプ３２を備えている。給水弁３１は、与えられた指令に応じて開度を変更することにより給水経路３０を開閉する開閉弁である。給水弁３１を開いた状態で給水ポンプ３２が運転されると、給水経路３０を通じて外部の被加熱水を循環水経路１４に供給することができる。循環水経路１４に供給される被加熱水の流量は、給水ポンプ３２の回転数を制御することによって変更することができる。給水ポンプ３２によって供給される被加熱水の流量が変更された場合には、水蒸気分離器１０に貯留される被加熱水の水位も変化することになる。

第１ブローダウン経路４０及び第２ブローダウン経路５０は、それぞれが循環水経路１４の被加熱水を外部に排水するためのものである。第１ブローダウン経路４０には第１開閉弁４１が設けてあり、第２ブローダウン経路５０には第２開閉弁５１及び逆止弁５２が設けてある。図には明示していないが、第１ブローダウン経路４０としては、第２ブローダウン経路５０よりも大きな内径を有したものを適用している。

第１開閉弁４１及び第２開閉弁５１は、それぞれ与えられた指令に応じて開度を変更することにより、対応するブローダウン経路４０，５０を開閉する開閉弁である。逆止弁５２は、第２ブローダウン経路５０において循環水経路１４から外部への被加熱水の通過のみを許容するものである。図２に示すように、第１ブローダウン経路４０は、循環水経路１４において給水経路３０の接続部位よりも下流側でもっとも低位となる位置に接続してある。第２ブローダウン経路５０は、循環水経路１４において水蒸気分離器１０と給水経路３０との間に接続してある。図には明示していないが、それぞれのブローダウン経路４０，５０の開口端部には、排水タンクが接続してある。

ヒートポンプ部Ｃは、循環する冷媒により、熱源水供給部Ａの温水流通経路１を流通する排温水の熱を、蒸気生成部Ｂの循環水経路１４を流通する被加熱水に伝達するものである。本実施の形態１のヒートポンプ部Ｃは、図１に示すように、冷媒循環経路６０によって順次接続された蒸発器６１、圧縮機６２、凝縮器６３、過冷却器６４、膨張機構６５を備えている。蒸発器６１は、熱源水供給部Ａの温水流通経路１において流通される排温水との間で熱交換を行うことにより、流通する冷媒を蒸発させるものである。圧縮機６２は、蒸発器６１を通過した後の冷媒を圧縮するものである。凝縮器６３は、圧縮機６２から吐出された冷媒と、循環水経路１４を流通する被加熱水との間で熱交換を行うものである。過冷却器６４は、凝縮器６３を通過した後の冷媒と、給水経路３０を流通する被加熱水との間において熱交換を行うものである。膨張機構６５は、過冷却器６４を通過した後の冷媒を減圧するものである。本実施の形態１では、膨張機構６５として、与えられた指令に応じて開度を変更することのできる電子膨張弁を適用している。この膨張機構６５は、全閉指令が与えられた場合に冷媒循環経路６０を遮断することが可能である。

図２からも明らかなように、凝縮器６３は、水蒸気分離器１０よりも高さ方向で低位置に設置されている。より具体的に説明すると、凝縮器６３は、被加熱水の吐出口６３ａが、水蒸気分離器１０に貯留された被加熱水の水面よりも低位置となるように、水蒸気分離器１０との高さ方向の位置が規定された状態で設置してある。これにより、蒸気生成部Ｂにおいては、水蒸気分離器１０の水位と、凝縮器６３の水位との間に水位差Ｗ（水面のヘッド差）が形成され、サーモサイフォン現象により、別途循環ポンプを要することなく、水蒸気分離器１０の被加熱水を確実に凝縮器６３に循環させることが可能である。

上述のヒートポンプ部Ｃには、図１に示すように、吸入圧力センサ６６、吐出圧力センサ６７、吸入温度センサ６８及び蒸発器温度センサ６９が設けてある。吸入圧力センサ６６は、圧縮機６２へ吸入される冷媒の圧力を検出するもので、吐出圧力センサ６７は、圧縮機６２から吐出された冷媒の圧力を検出するものである。吸入温度センサ６８は、圧縮
機６２へ吸入される冷媒の温度を検出するもので、蒸発器温度センサ６９は、蒸発器６１の表面温度を検出するものである。蒸発器６１の表面温度とは、例えばフロンドカバーとバックカバーとの間に複数の伝熱プレートを重ね合わせて冷媒の流路と、排温水の流路とが交互に形成されたブレージングプレート式蒸発器の場合、冷媒及び排温水の供給側となるフロントカバーの温度である。これら吸入圧力センサ６６の検出結果、吐出圧力センサ６７の検出結果、吸入温度センサ６８の検出結果及び蒸発器温度センサ６９の検出結果は、それぞれ制御部２０に与えられることになる。

制御部２０は、図示せぬ起動スイッチ、起動タイマ、運転停止スイッチ等の操作入力部から入力された操作指令、あるいは上述した圧力センサ１１、水位センサ１２、吸入圧力センサ６６、吐出圧力センサ６７、蒸発器温度センサ６９等の状態検出部から検出結果が与えられると、予めメモリ（図示せぬ）に格納されたプログラムやデータに基づいて圧縮機６２、膨張機構６５、給水ポンプ３２、送出弁１５、給水弁３１、第１開閉弁４１、第２開閉弁５１の制御を行うものである。この制御部２０は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の処理装置にプログラムを実行させること、すなわち、ソフトウェアにより実現しても良いし、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等のハードウェアにより実現しても良い。また、ソフトウェア及びハードウェアを併用して制御部２０を実現しても良い。

図３〜図７は、制御部２０が所定のサイクルタイムで繰り返し実行する蒸気生成処理の内容を示すものである。以下、これらのフローチャートを適宜参照し、制御部２０で実施される蒸気生成処理の内容について説明する。なお、以下においては便宜上、ヒートポンプ式蒸気生成装置は運転停止状態にあるものとする。この運転停止状態では、膨張機構６５、送出弁１５、給水弁３１、第１開閉弁４１及び第２開閉弁５１がそれぞれ全閉状態にあり、かつ給水ポンプ３２及び圧縮機６２がそれぞれ停止されている。蒸気生成部Ｂにおいては、すべての経路が空の状態となっている。一方、熱源水供給部Ａにおいては、図示せぬ温水供給ポンプが常時運転されており、温水タンクの排温水が温水流通経路１を流通した状態にある。なお、運転停止状態においては、必ずしも経路が空の状態である必要はなく、通常運転時と比較して被加熱水の量が減少していれば良く、経路内の一部に被加熱水が残っていても構わない。

図３に示すように、蒸気生成処理においては、制御部２０によって運転開始指令の有無が監視されている（ステップＳ１）。運転開始指令とは、例えば図示しない起動スイッチの操作によって出力されるものや起動タイマのタイムアップによって出力されるものがある。制御部２０は、運転開始指令を受信しない場合、以降の処理を実施することなく今回の処理を終了する（ステップＳ１：ＮＯ）。

これに対して運転開始指令を受信すると（ステップＳ１：ＹＥＳ）、制御部２０は、起動処理を実施する（ステップＳ２）。起動処理において制御部２０は、図４に示すように、蒸発器温度センサ６９を通じて蒸発器６１の表面温度Ｔ１を取得し（ステップＳ１１）、取得した表面温度Ｔ１が予め設定した起動許容温度Ｔ０（例えば６０℃）に到達した時点で圧縮機６２の運転を開始する（ステップＳ１２）。

このヒートポンプ式蒸気生成装置では、上述したように、熱源水供給部Ａにおいて温水流通経路１に排温水が常時流通しているため、起動開始時においても排温水によって蒸発器６１が昇温されている。このため、通常においては、運転開始指令が与えられた時点で既に蒸発器６１の表面温度Ｔ１が起動許容温度Ｔ０を超えた状態にあり、手順が直ちにステップＳ１３に移行して圧縮機６２の運転が開始されることになる。

圧縮機６２の運転を開始した制御部２０は、吐出圧力センサ６７を通じて圧縮機６２か
ら吐出される冷媒の圧力Ｐ１を取得し（ステップＳ１４）、取得した冷媒の圧力Ｐ１が予め設定した運転許容圧力Ｐ０に到達するまで給水待機状態となる（ステップＳ１５）。従って、蒸気生成部Ｂにおいては、給水弁３１が全閉状態で、給水ポンプ３２が停止状態に維持されるため、循環水経路１４に対して被加熱水が供給されることはない。

これに対して圧縮機６２から吐出される冷媒の圧力Ｐ１が運転許容圧力Ｐ０に到達した場合（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、制御部２０は、給水弁３１を開くとともに、給水ポンプ３２の運転を開始し、さらに、第２ブローダウン経路５０の第２開閉弁５１を開く処理を実施し（ステップＳ１６）、今回の起動処理を終了する。これにより、給水経路３０を通じて外部の被加熱水が循環水経路１４に供給されるとともに、水蒸気分離器１０及び循環水経路１４を循環する被加熱水の一部が第２ブローダウン経路５０を通じて一定量ずつ外部に排水される。

被加熱水が供給された状態で圧縮機６２が運転されると、ヒートポンプ部Ｃにおいて高圧の気相冷媒が凝縮器６３に供給され、この気相冷媒と凝縮器６３を通過する被加熱水との間において熱交換が行われる。この結果、被加熱水が加熱されるとともに、気相の冷媒が凝縮されて液相の冷媒となる。加熱された被加熱水は、水蒸気分離器１０において重力により分離され、液相部分が下方に貯留されて再び蒸気生成に供される。一方、被加熱水の加熱によって生成された蒸気は、水蒸気分離器１０の上方に貯留された状態となる。従って、送出弁１５を適宜開閉すれば、送出経路１３を通じて蒸気利用設備に蒸気を供給することができる。

凝縮器６３を通過した高圧の液相冷媒は、過冷却器６４を通過する際に給水経路３０を通過する被加熱水との間において熱交換され、さらに膨張機構６５において減圧された後、蒸発器６１に供給される。蒸発器６１に供給された低圧冷媒は、排温水との間の熱交換により蒸発し、圧縮機６２に供給されることになる。

以降、このヒートポンプ式蒸気生成装置では、ヒートポンプ部Ｃにおいて冷媒が循環することにより、熱源水供給部Ａの温水流通経路１を流通する排温水の熱が、蒸気生成部Ｂの循環水経路１４を流通する被加熱水に伝達され、被加熱水から順次蒸気が生成されることになる。

この間、循環水経路１４を循環する被加熱水は、第２ブローダウン経路５０を通じて一定の少量ずつ外部に排水されるため、スケール原因物質が過剰に濃縮されるおそれがなく、蒸気生成部Ｂにおいてスケールが析出する事態を防止することが可能となる。なお、第２ブローダウン経路５０については、常時第２開閉弁５１を開いた状態としても、逆止弁５２が機能するため、蒸気生成部Ｂに対して外部から水や空気が流入するおそれはない。

蒸発器６１の表面温度Ｔ１が起動許容温度Ｔ０に到達していない場合に圧縮機６２の運転を開始しないのは、冷媒が液相のままで圧縮機６２に供給される事態を未然に防止するためである。つまり、運転開始指令を受信した時点で熱源水供給部Ａの温水流通経路１に排温水が流通していない場合には、蒸発器６１の表面温度Ｔ１が起動許容温度Ｔ０に到達するまで圧縮機６２の運転が開始されないことになり、液相の冷媒が圧縮機６２に供給されるおそれがない。また、圧縮機６２から吐出される冷媒の圧力Ｐ１が予め設定した運転許容圧力Ｐ０に到達しない場合に、循環水経路１４に被加熱水を供給しないのは、冷媒循環経路６０を循環する冷媒をヒートポンプ部Ｃ各部の予熱に利用するためである。これにより、ヒートポンプ部Ｃの各部を短時間に昇温することができ、その後に被加熱水を供給することで蒸気の生成を短時間に開始することが可能となる。

図３に示すように、上述の蒸気生成中においては、制御部２０により通常運転が行われ
、後述する運転停止指令が入力されるまで給水ポンプ３２の回転数制御が繰り返し行われている（ステップＳ３）。この給水ポンプ３２の回転数制御は、予めメモリに格納した凝縮器６３の熱交換量（負荷）と水蒸気分離器１０の水位との相関関係を示す相関データに基づき、凝縮器６３において蒸気の生成効率が最大となるように実施される。なお、通常運転時の制御詳細は、目的に応じて一般的な加熱出力制御、蒸気量制御、水量一定制御、圧力一定制御等が適宜選択可能であり、ここでの詳細説明は省略する。

すなわち、凝縮器６３の内部においては、循環水経路１４が下方から上方に向かって順に、被加熱水の液相と、被加熱水及び蒸気が混在する気液混合相と、蒸気の気相との三層状態となっている。一般に被加熱水は、液相の状態では伝熱性が悪いため熱交換効率が低く、気液混合相の状態でもっとも伝熱性が良好となって熱交換効率が高くなる。従って、凝縮器６３の内部において気液混合相の割合が最適となるように凝縮器６３に流入する被加熱水の流量を制御することで、凝縮器６３で生成される蒸気の量と凝縮器６３へ供給される被加熱水の量とを一致させ、凝縮器６３において蒸気の生成効率を最大化することができる。

例えば、凝縮器６３における冷媒と被加熱水との間の熱交換量が小さい状態で凝縮器６３に供給される被加熱水の流量が大きくなると、凝縮器６３において被加熱水（液相）の割合が増えて水位が上昇し、結果として生成される蒸気の量が低下する。一方、凝縮器６３における冷媒と被加熱水との間の熱交換量が大きい状態で凝縮器６３に供給される被加熱水の流量が小さくなると、凝縮器６３において被加熱水がすべて蒸発することになり、結果として生成される蒸気が十分量とならない。また、凝縮器６３において冷媒と被加熱水との間の熱交換量が大きい状態であっても、凝縮器６３に供給される被加熱水の流量が過剰に大きくなると、一部の被加熱水は蒸発せず、気液混合相の状態で水蒸気分離器１０に供給されることになる。

上述のヒートポンプ式蒸気生成装置では、凝縮器６３の高さ位置を水蒸気分離器１０よりも下方に配置して水位差Ｗを形成している。従って、給水ポンプ３２の回転数制御によって外部からの被加熱水の導入流量を調整し、水蒸気分離器１０の水位を変化させれば、水位差Ｗに基づいて凝縮器６３へ供給される被加熱水の流量が変更されるため、凝縮器６３における蒸気の生成効率を最大化することができる。

上述の制御を行うため、制御部２０には、凝縮器６３における被加熱水と冷媒との間の熱交換量と、その熱交換量のときに蒸気の生成効率が最大となる水位（つまり、凝縮器６３への水の供給流量）との相関関係を示す相関データがメモリに格納してある。熱交換量と水位との相関関係は、実験を行うことにより取得することができる。この相関データは、例えば、表形式のものであっても良いし、数式やグラフ形式のものでも良い。より具体的には、熱交換量が増加した場合に水蒸気分離器１０の水位を高くし、熱交換量が減少した場合に水蒸気分離器１０の水位を低くするという内容である。凝縮器６３の熱交換量が増加した場合には、水蒸気分離器１０の水位を高くすることで、凝縮器６３への被加熱水の供給量を増やし、凝縮器６３で気液混合相を適正量に維持しつつ蒸気の生成を促進して蒸気の生成効率及び生成量を最大化する。一方、凝縮器６３の熱交換量が減少した場合には、水蒸気分離器１０の水位を低くすることで、凝縮器６３に過剰に被加熱水が供給されることを防止し、気液混合相を適正量に維持しつつ蒸気の生成を促進して蒸気の生成効率及び生成量を最大化する。

制御部２０は、例えば、現在の凝縮器６３の熱交換量を取得すると、相関データに基づいてその熱交換量の際に蒸気の生成効率が最大となる水蒸気分離器１０の水位を導出し、水位センサ１２を通じて取得される水蒸気分離器１０の水位が相関データから導出した水位と一致するように給水ポンプ３２の回転数制御を行う。

水位の制御の指標となる凝縮器６３での被加熱水と冷媒との間の熱交換量の具体的なパラメータとしては、例えば、冷媒から凝縮器６３へ入力される熱量が用いられる。冷媒から凝縮器６３に入力される熱量が得られれば、この入力熱量における凝縮器６３への最適な被加熱水の供給流量が決まるため、この供給流量が得られる水位となるように給水ポンプ３２の回転数を制御することになる。入力熱量は、圧縮機６２の排除容積が既知のため、例えば、ヒートポンプ部Ｃの圧縮機６２に対する冷媒の吸入圧力、冷媒の吸入温度、圧縮機６２の回転数を取得することにより、凝縮器６３への冷媒循環量を演算することができ、この冷媒循環量から推定することが可能である。冷媒の吸入圧力及び吸入温度はそれぞれ吸入圧力センサ６６及び吸入温度センサ６８を通じて制御部２０が取得可能であり、圧縮機６２の回転数は制御部２０において既知である。また、凝縮器６３での被加熱水と冷媒との間の熱交換量の別のパラメータとしては、送出経路１３から外部に送り出される蒸気の流量を用いても良い。送出経路１３から送出される蒸気の流量は、例えば、送出経路１３に流量計（図示せず）を設置することによって検出することが可能である。送出経路１３から送り出される蒸気の流量が取得できれば、蒸気の送出流量と凝縮器６３に循環供給される被加熱水の流量とを一致させるように、水蒸気分離器１０の水位を制御すれば良い。この場合、制御部２０は、蒸気の送出流量と水位との相関関係のデータに基づき、蒸気の送出流量が増加した際には、水位を上昇させる制御を行って循環する被加熱水の量を増やす。一方、蒸気の送出流量が減少した際には、水位を低下させる制御を行って凝縮器６３に過剰に被加熱水が供給されることを防止し、気液混合相を適正量に維持する制御を行う。なお、図４に示すステップＳ１６において給水弁３１を開いた際に仮に循環水経路１４が負圧であったとしても、上述のように給水ポンプ３２の回転数が制御されているため、循環水経路１４に対して過度に被加熱水が流入されることはない。

図３に示すように、上述した給水ポンプ３２の回転数制御の間、制御部２０は、運転停止指令の有無を監視し（ステップＳ４）、運転停止指令を受信した場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、手順をステップＳ５の運転停止処理に移行する。運転停止指令とは、例えば、図示しない停止スイッチの操作によって出力されるものがある。

運転停止処理において制御部２０は、図５に示すように、蒸気生成部Ｂの希釈密閉処理（ステップＳ２１）及びヒートポンプ部Ｃのポンプダウン処理を行う（ステップＳ２２）。なお、本実施の形態では希釈密閉処理とポンプダウン処理とを同時に実施するようにしているが、これらの処理も順番に実施するシーケンス処理としても良いし、それぞれの処理を独立して実施するようにしても良い。例えば、希釈密閉処理を開始した後、予め設定した時間の経過後にポンプダウン処理を開始しても良い。この場合、ポンプダウン処理を開始する以前に凝縮器６３の温度が低下するため、ポンプダウン処理を実施する際に凝縮器６３において冷媒を確実に凝縮させることが可能となる。

希釈密閉処理では、図６に示すように、制御部２０から給水ポンプ３２に対して運転指令、例えば回転数を最大とする指令が与えられる（ステップＳ３１）。これにより、給水経路３０を通じて被加熱水が供給されるため、水蒸気分離器１０に貯留される被加熱水の水位も上昇することになる（希釈処理）。

次いで、制御部２０は、水位センサ１２を通じて取得した水蒸気分離器１０の水位Ｌ１が予め設定した希釈停止水位Ｌ０に到達したか否かを監視する（ステップＳ３２→ステップＳ３３）。この希釈停止水位Ｌ０は、凝縮器６３からの循環水経路１４と水蒸気分離器１０との接続位置よりも高い水位に設定されることが望ましい。また、水蒸気分離器１０が被加熱水で満たされるような水位に設定しても良い。このような設定にすることにより、循環水経路１４全体のスケール原因物質濃度を確実に希釈することができる。水蒸気分離器１０の水位Ｌ１が希釈停止水位Ｌ０に到達していない場合、制御部２０は、給水ポン
プ３２の運転を継続する（ステップＳ３３：ＮＯ）。

一方、水蒸気分離器１０の水位Ｌ１が希釈停止水位Ｌ０に到達すると（ステップＳ３３：ＹＥＳ）、制御部２０は、給水ポンプ３２を停止するとともに、第１ブローダウン経路４０の第１開閉弁４１を開く処理を行う（ステップＳ３４）。この結果、循環水経路１４及び水蒸気分離器１０に貯留されている被加熱水が第１ブローダウン経路４０を通じて外部に排水される（排水処理）。上述したように、第１ブローダウン経路４０は、第２ブローダウン経路５０よりも内径が大きいため、被加熱水が単位時間当たりに外部に排水される流量も大きなものとなる。

ここで、外部に排水される被加熱水は、運転停止指令を受信する以前に蒸気生成部Ｂに貯留されていたものに対して、運転停止指令を受信した後に給水ポンプ３２を通じて外部から導入されたものとの混合物となる。従って、運転停止指令を受信するまで蒸気生成を繰り返し行うことによって循環水経路１４の被加熱水にスケール原因物質が濃縮されていたとしても、運転停止指令の受信後に外部から導入された被加熱水によって希釈されることになる。これにより、希釈された状態で第１ブローダウン経路４０から被加熱水が外部に排水されるため、被加熱水が接触していた部分についてもその後にスケールが析出するおそれがなくなる等、蒸気生成部Ｂにスケールが付着する事態をより確実に防止することができるようになる。

なお、水蒸気分離器１０の水位Ｌ１が希釈停止水位Ｌ０となった場合（希釈処理終了条件が成立）に、給水ポンプ３２を停止して希釈処理を終了するようにしているが、必ずしもこれに限定されない。例えば、被加熱水の流量から蒸気生成部Ｂにおける被加熱水の水量を算出し、算出した水量が予め設定した水量となった場合に希釈処理終了条件が成立したとして給水ポンプ３２を停止しても良いし、水蒸気分離器１０から循環水経路１４と給水経路３０との合流点までに貯留された被加熱水に含まれるスケール原因物質を検出し、その検出結果が予め設定した濃度を下回った場合に希釈処理終了条件が成立したとして給水ポンプ３２を停止しも良い。さらに、循環水経路１４から被加熱水の一部を排出した後に希釈処理を開始しても良く、希釈された被加熱水の一部を排出した後に再度給水ポンプ３２を運転して希釈処理を複数回繰り返しても良い。

第１開閉弁４１を開いた後、制御部２０は、圧力センサ１１を通じて取得する水蒸気分離器１０の内部圧力Ｐ２が予め設定した排水終了圧力Ｐ３まで低下したか否かを監視する（ステップＳ３５→ステップＳ３６）。排水終了圧力Ｐ３は、水蒸気分離器１０及び循環水経路１４の被加熱水がすべて排水された際の水蒸気分離器１０の圧力よりもわずかに大きい値に設定されるものである。具体的は大気圧よりもわずかに大きな値に設定すれば良い。

制御部２０は、ステップＳ３５において取得した水蒸気分離器１０の内部圧力Ｐ２が排水終了圧力Ｐ３まで低下した場合（排水処理終了条件成立）、送出弁１５、給水弁３１、第１開閉弁４１、第２開閉弁５１をすべて閉じる密閉処理を行い（ステップＳ３６→ステップＳ３７）、今回の希釈密閉処理を終了する。これにより、蒸気生成部Ｂの内部が密閉された状態となる。従って、仮に運転停止中の温度低下によって循環水経路１４の圧力が低下した場合であっても、外部から水や空気が流入するおそれはない。なお、排水処理を終了する条件としては、必ずしも上記のものに限らず、例えば、排水処理が予め設定した時間継続された場合に排水を終了するようにしても良い。この場合、蒸気生成部Ｂ内に被加熱水の一部が残っていても構わない。

一方、運転停止処理で実施されるポンプダウン処理では、図７に示すように、まず、制御部２０から膨張機構６５に対して開度を全閉とする指令が与えられる（ステップＳ４１
）。ヒートポンプ部Ｃにおいては、圧縮機６２の運転が継続しているため、膨張機構６５が全閉状態となると、冷媒循環経路６０の冷媒が圧縮機６２から膨張機構６５までの間に貯留され、膨張機構６５から圧縮機６２までの間は冷媒がほとんどなくなった状態となる。上述したように、ヒートポンプ部Ｃでポンプダウン処理が実施される間、蒸気生成部Ｂにおいては希釈処理を実施している。従って、凝縮器６３において冷媒が凝縮されるため、ポンプダウン処理を効率良く行うことが可能である。

上述のポンプダウン処理の間、制御部２０は、吸入圧力センサ６６を通じて取得される冷媒の圧力Ｐ４が予め設定した終了許可圧力Ｐ５を下回ったか否かを監視している（ステップＳ４２→ステップＳ４３）。制御部２０は、ステップＳ４２において取得した冷媒の圧力Ｐ４が終了許可圧力Ｐ５を下回った場合に圧縮機６２の運転を停止してポンプダウン処理を終了し（ステップＳ４４）、今回のポンプダウン処理を終了する。

このように、上記のヒートポンプ式蒸気生成装置では、運転を停止する際に希釈処理を実施し、外部から蒸気生成部Ｂに導入する被加熱水の流量を増大するようにしている。従って、蒸気生成部Ｂにおいては、スケール原因物質が希釈されることになり、スケールが付着する事態をより確実に防止することが可能となる。

また、希釈密閉処理においては、蒸気生成部Ｂの被加熱水を外部に排水した後に循環水経路１４を密閉するようにしている。このため、循環水経路１４で水蒸気が凝縮する等して圧力が下がった場合であっても外部からの水や空気の流入が防止される。さらに、次回の起動時には、ヒートポンプ部Ｃにおいて圧縮機６２が運転されて冷媒が循環されている状態においても、凝縮器６３において被加熱水との間の熱交換は行われない。つまり、循環する冷媒は、ヒートポンプ部Ｃの各部を予熱するために用いられる。従って、循環水経路１４に被加熱水がある場合に比べてヒートポンプ部Ｃの各部の温度が早く上昇することになり、起動時間の短縮化を図ることが可能となる。

また、運転を停止する際には、ヒートポンプ部Ｃにおいて冷媒を圧縮機６２から膨張機構６５までの間に貯留するようにしているため、換言すれば起動時において蒸発器６１に液相冷媒が貯留されていないため、圧縮機６２の運転を開始した場合に液相冷媒が吸入される事態を防止することができる。

なお、上述した希釈処理においては、希釈した蒸気生成部Ｂの被加熱水を外部に排水するようにしているが、必ずしも外部に排水する必要はなく、希釈した状態のままで運転を停止するようにしても良い。また、希釈処理は、ポンプダウン処理が終了するまで給水ポンプ３２の運転を継続するとともに第１開閉弁４１を開くことにより、循環水経路１４に被加熱水を循環させるようにしても良い。この場合には、ポンプダウン処理を実施している間、凝縮器６３においてヒートポンプ部Ｃの冷媒を凝縮させる効果がより顕著となる。さらに、希釈処理とポンプダウン処理とは、必ずしも同時に開始する必要はなく、希釈処理を開始した後、ポンプダウン処理を開始するようにしても良い。この場合、ポンプダウン処理は、例えば、希釈処理を開始した後、凝縮器６３の温度が予め設定した値を下回った時点で開始したり、希釈処理が予め設定した時間継続された後に開始すれば良い。このように、ポンプダウン処理を実施する以前において希釈処理を予め開始しておけば、凝縮器６３を流通する被加熱水の温度が低下するため、ヒートポンプ部Ｃの冷媒をより効率的に凝縮することが可能となる。

（実施の形態２）
実施の形態２では、（１）希釈処理中や排水処理中に起動指令があった場合、（２）排水処理開始後の時間経過により排水処理を終了し、蒸気生成部Ｂ内に被加熱水の一部が残った状態で装置を停止した場合、（３）緊急停止等の理由により、通常の排水処理を経ず
に装置を停止した場合等、循環水経路１４及び水蒸気分離器１０にそれぞれ被加熱水が残留した状態で装置の起動を行った場合に実施する制御について説明を行う。

図８は、上述した制御を行うヒートポンプ式蒸気生成装置の構成を示すものである。ここで例示するヒートポンプ式蒸気生成装置は、実施の形態１と同様の構成を有したもので、実施の形態１とは、圧縮機６２から凝縮器６３までの間の冷媒循環経路６０に吐出温度センサ１６１を追加した点、過冷却器６４と膨張機構６５との間の冷媒循環経路６０に過冷却温度センサ１６２及び過冷却圧力センサ１６３を追加した点が異なる。以下、実施の形態１と異なる点について詳述し、実施の形態１と同様の構成については同一の符号を付してそれぞれの詳細説明を省略する。

吐出温度センサ１６１は、圧縮機６２から吐出された冷媒の温度を検出するものであり、過冷却温度センサ１６２は、過冷却器６４を通過した後の冷媒の温度を検出するものである。過冷却圧力センサ１６３は、過冷却器６４を通過した後の冷媒の圧力を検出するものである。これら吐出温度センサ１６１の検出結果、過冷却温度センサ１６２の検出結果、過冷却圧力センサ１６３の検出結果は、それぞれ制御部２０に与えられることになる。

図９〜図１１は、実施の形態２の制御部２０が所定のサイクルタイムで繰り返し実行する蒸気生成処理において、実施の形態１と異なるもののみを示したものである。以下、これらの図９〜図１１に示すフローチャート及び実施の形態１で示した図３のフローチャートを適宜参照し、制御部２０で実施される蒸気生成処理の内容を実施の形態１と異なる点について主に説明する。なお、以下においては便宜上、ヒートポンプ式蒸気生成装置が運転停止状態にあり、膨張機構６５、送出弁１５、給水弁３１、第１開閉弁４１及び第２開閉弁５１がそれぞれ全閉され、かつ給水ポンプ３２及び圧縮機６２がそれぞれ停止しているものとする。蒸気生成部Ｂにおいては、循環水経路１４及び水蒸気分離器１０にそれぞれ被加熱水が残留したままとなっている。

図９は、図３に示す蒸気生成処理において運転開始指令の受信後に実施の形態２で実施される起動処理の内容を示したものである。この起動処理では、まず、制御部２０によって予め設定した被加熱水排水条件が成立するか否かの判定が行われる（ステップＳ５１）。この判定では、蒸気生成部Ｂに被加熱水が残留されている可能性を考慮し、過冷却温度センサ１６２、吐出温度センサ１６１、過冷却圧力センサ１６３を通じて検出される冷媒の温度及び圧力のいずれか、またはこれらの温度及び圧力の組み合せから求められる冷媒の過冷却度の値を基準として被加熱水の排水の要否を決定する。

蒸気生成部Ｂ内に被加熱水が残留した状態で装置を起動した場合の処理について例示する。冷媒の温度もしくは圧力を判断基準とした場合には、検出値が予め設定した値以上であれば排水処理を行うことなくそのままの起動（高温起動）とする。この高温起動では、装置を停止してから間もない状態等、装置全体を予熱する必要がない場合、排水処理を待つことなくすぐに起動処理を行うことができる。一方、検出値が予め設定した値を下回る場合は排水処理を行った後の起動（低温起動）とする。この低温起動では、装置を停止した後に時間が経過し、装置が常温まで冷却されている場合に、起動時間の長大化を防止するための処理を行う。すなわち、起動処理を実施する前に被加熱水の排水処理を行うことにより装置全体の熱容量を低下させ、起動処理の際の装置の昇温時間を短縮化する。冷媒の過冷却度を判断基準とした場合には、求められた過冷却度が予め設定した値以上であれば低温起動し、求められた過冷却度が予め設定した値を下回れば高温起動する。過冷却度とは、ある圧力における冷媒の飽和温度と、検出した過冷却液冷媒温度との温度差である。ある圧力における冷媒の飽和温度は、圧力温度表等から求めることができる。凝縮器６３を通過した冷媒の過冷却度を一定値未満に制御することにより、膨張機構６５において冷媒を確実に気化させることが可能となる。これらの基準となる値は設計値によって設定
しても良いし、運用もしくは装置の構成によって適宜設定しても良い。

上述の判定において被加熱水排水条件が成立したと判定されると（ステップＳ５１：ＹＥＳ）、制御部２０により、低温起動を実施すべく手順がステップＳ５２に移行され、蒸気生成部Ｂにおいて第１開閉弁４１が開かれて被加熱水の排水処理が実施される。

排水処理を実施している間、制御部２０は、予め設定した排水処理の完了条件が成立したか否かを監視する（ステップＳ５３）。排水処理の完了条件としては、例えば排水を開始してからの経過時間とすれば良い。つまり、排水を開始してからの経過時間が予め設定した時間となった場合に排水処理が完了したと判断することができる。あるいは凝縮器６３の水位と水蒸気分離器１０の水位とが連動している場合には、水蒸気分離器１０の水位が予め設定した値を下回ったことを条件として排水処理が完了したと判断しても良い。排水処理の完了条件が成立した場合には、制御部２０によって第１開閉弁４１が閉じた状態となる（ステップＳ５３：ＹＥＳ→ステップＳ５４）。この結果、蒸気生成部Ｂにおいては、貯留されていた被加熱水のほぼすべてが外部に排水された状態となる。

次いで制御部２０は、蒸発器温度センサ６９を通じて蒸発器６１の表面温度Ｔ１を取得し（ステップＳ５５）、取得した表面温度Ｔ１が予め設定した起動許容温度Ｔ０（例えば６０℃）に到達しているか否かを判断する（ステップＳ５６）。実施の形態１と同様、熱源水供給部Ａにおいて温水流通経路１に排温水が流通している場合には、運転開始指令が与えられた時点で既に蒸発器６１の表面温度Ｔ１が起動許容温度Ｔ０を超えた状態にあり、手順が直ちにステップＳ５７に移行して圧縮機６２の運転が開始されることになる。

圧縮機６２の運転を開始した制御部２０は、吐出圧力センサ６７を通じて圧縮機６２から吐出される冷媒の圧力Ｐ１を取得し（ステップＳ５８）、取得した冷媒の圧力Ｐ１が予め設定した運転許容圧力Ｐ０に到達するまで給水待機状態となる（ステップＳ５９）。従って、蒸気生成部Ｂにおいては、給水弁３１が全閉状態で、給水ポンプ３２が停止状態に維持されるため、循環水経路１４に対して被加熱水が供給されることはない。

これに対して圧縮機６２から吐出される冷媒の圧力Ｐ１が運転許容圧力Ｐ０に到達した場合（ステップＳ５９：ＹＥＳ）、制御部２０は、給水弁３１を開くとともに、給水ポンプ３２の運転を開始し、さらに、第２ブローダウン経路５０の第２開閉弁５１を開く処理を実施し（ステップＳ６０）、今回の起動処理を終了する。これにより、給水経路３０を通じて外部の被加熱水が循環水経路１４に供給されるとともに、水蒸気分離器１０及び循環水経路１４を循環する被加熱水の一部が第２ブローダウン経路５０を通じて一定量ずつ外部に排水される。

被加熱水が供給された状態で圧縮機６２が運転されると、ヒートポンプ部Ｃにおいて高圧の気相冷媒が凝縮器６３に供給され、この気相冷媒と凝縮器６３を通過する被加熱水との間において熱交換が行われる。この結果、被加熱水が加熱されるとともに、気相の冷媒が凝縮されて液相の冷媒となる。加熱された被加熱水は、水蒸気分離器１０において重力により分離され、液相部分が下方に貯留されて再び蒸気生成に供される。一方、被加熱水の加熱によって生成された蒸気は、水蒸気分離器１０の上方に貯留された状態となる。従って、送出弁１５を適宜開閉すれば、送出経路１３を通じて蒸気利用設備に蒸気を供給することができる。

凝縮器６３を通過した高圧の液相冷媒は、過冷却器６４を通過する際に給水経路３０を通過する被加熱水との間において熱交換され、さらに膨張機構６５において減圧された後、蒸発器６１に供給される。蒸発器６１に供給された低圧冷媒は、排温水との間の熱交換により蒸発し、圧縮機６２に供給されることになる。

以降、このヒートポンプ式蒸気生成装置では、ヒートポンプ部Ｃにおいて冷媒が循環することにより、熱源水供給部Ａの温水流通経路１を流通する排温水の熱が、蒸気生成部Ｂの循環水経路１４を流通する被加熱水に伝達され、被加熱水から順次蒸気が生成されることになる。

この間、循環水経路１４を循環する被加熱水は、第２ブローダウン経路５０を通じて一定の少量ずつ外部に排水されるため、スケール原因物質が過剰に濃縮されるおそれがなく、蒸気生成部Ｂにおいてスケールが析出する事態を防止することが可能となる。なお、第２ブローダウン経路５０については、常時第２開閉弁５１を開いた状態としても、逆止弁５２が機能するため、蒸気生成部Ｂに対して外部から水や空気が流入するおそれはない。

なお、被加熱水の供給を開始する条件としては、必ずしも圧縮機６２から吐出される冷媒の圧力が運転許容圧力Ｐ０に到達した場合に限らない。例えば、過冷却温度センサ１６２を通じて取得した冷媒の温度が予め設定した温度以上になった場合が挙げられる。冷媒の温度を検出する過冷却温度センサ１６２の配設位置は、圧縮機６２から膨張機構６５までの間であれば、その他の部位に設けられていても良い。

また、吐出温度センサ１６１を通じて取得される凝縮器６３入口の冷媒温度及び過冷却温度センサ１６２を通じて取得される凝縮器６３出口の冷媒温度との差を被加熱水供給条件の判定基準としても良い。この場合、２つの温度センサ１６１，１６２の検出する温度差が一定値未満になった時点で凝縮器６３が十分に予熱されたと判断し、給水ポンプ３２の運転を開始すれば良い。

さらに、過冷却温度センサ１６２の検出結果と過冷却圧力センサ１６３の検出結果とから凝縮器６３の出口における冷媒の過冷却度を求め、被加熱水供給条件の判定基準としても良い。この場合、過冷却度が一定値未満になった場合に、給水ポンプ３２の運転を開始すれば良い。なお、過冷却温度センサ１６２の検出結果に換えて、吐出温度センサ１６１の検出結果を利用しても良い。つまり、過冷却温度センサ１６２の位置は圧縮機６２から膨張機構６５の間において適宜選択することができる。過冷却圧力センサ１６３の位置については、凝縮器６３から膨張機構６５の間において適宜選択することができる。

また、排水完了後にタイマ設定を行うことにより、被加熱水の供給を開始する条件の判定基準としても良い。この場合、排水完了後、タイマに設定した時間が経過した場合に、凝縮器６３が十分に予熱されたと判断して給水ポンプ３２の運転を開始すれば良い。

なお、被加熱水排水条件と被加熱水供給条件とは、同一の検出結果を参照して成立の可否を判断しても良いし、異なる検出結果を用いて成立の可否を判断しても良い。また、判断基準となる検出結果の組み合せは自由であり、設計や運転状況に応じて適宜選択すれば良い。

一方、ステップＳ５１において被加熱水排水条件が成立していないと判定されると、制御部２０により、高温起動を実施すべく手順がステップＳ６１に移行され、直ちに給水弁３１が開くとともに、圧縮機６２及び給水ポンプ３２の運転が開始され、さらに、第２ブローダウン経路５０の第２開閉弁５１が開かれることになる。これによりヒートポンプ部Ｃにおいて冷媒が循環するとともに、蒸気生成部Ｂにおいて被加熱水が循環されることになり、熱源水供給部Ａの温水流通経路１を流通する排温水の熱が、蒸気生成部Ｂの循環水経路１４を流通する被加熱水に伝達され、被加熱水から順次蒸気が生成されることになる。

なお、上述の蒸気生成中においては、実施の形態１と同様、制御部２０により、後述する運転停止指令が入力されるまで給水ポンプ３２の回転数制御が繰り返し行われている。給水ポンプ３２の回転数制御は、実施の形態１と同様であるため、詳細説明は省略する。

上述した給水ポンプ３２の回転数制御の間、制御部２０は、図３に示すように、運転停止指令を受信した場合、運転停止処理を実施する。図１０は、図３に示す蒸気生成処理において運転停止指令の受信後に実施の形態２で実施される運転停止処理の内容を示したものである。この運転停止処理では、制御部２０によって、蒸気生成部Ｂの希釈密閉処理が行われるとともに（ステップＳ７１）、ヒートポンプ部Ｃのポンプダウン処理が行われる（ステップＳ２２）。ポンプダウン処理については、実施の形態１と同様であるため、詳細説明は省略する（図７参照）。

一方、希釈密閉処理では、図１１に示すように、制御部２０から給水ポンプ３２に対して回転数を増大させる指令、例えば回転数を最大とする指令が与えられる（ステップＳ８１）。これにより、給水経路３０を通じた被加熱水の供給が増大するため、水蒸気分離器１０に貯留される被加熱水の水位も上昇することになる（希釈処理）。

次いで、制御部２０は、水位センサ１２を通じて取得した水蒸気分離器１０の水位Ｌ１が予め設定した希釈停止水位Ｌ０に到達したか否かを監視する（ステップＳ８２→ステップＳ８３）。水蒸気分離器１０の水位Ｌ１が希釈停止水位Ｌ０に到達していない場合、制御部２０は、給水ポンプ３２の運転を継続する（ステップＳ８３：ＮＯ）。

一方、水蒸気分離器１０の水位Ｌ１が希釈停止水位Ｌ０に到達すると（ステップＳ８３：ＹＥＳ）、制御部２０は、給水ポンプ３２を停止し、さらに送出弁１５、給水弁３１、第１開閉弁４１、第２開閉弁５１をすべて閉じる密閉処理を行い（ステップＳ８４）、今回の希釈密閉処理を終了する。これにより、蒸気生成部Ｂの内部が密閉された状態となる。従って、仮に温度低下によって循環水経路１４の圧力が低下した場合であっても、外部からの水や空気の流入が防止される。

ここで、上述の希釈処理が実施された場合、蒸気生成部Ｂにおいては、運転停止指令を受信する以前に貯留されていた被加熱水に対して、運転停止指令を受信した後に給水ポンプ３２の回転数増大によって外部から大量に導入された被加熱水が混合されることになる。従って、運転停止指令を受信するまで蒸気生成を繰り返し行うことによって循環水経路１４の被加熱水にスケール原因物質が濃縮されていたとしても、運転停止指令の受信後に外部から大量に導入された被加熱水によって希釈されることになる。これにより、蒸気生成部Ｂにスケールが付着する事態をより確実に防止することができるようになる。

希釈密閉処理及びポンプダウン処理が終了した後においては、図１０に示すように、制御部２０によって被加熱水排水条件が成立するか否かの判断が行われ（ステップＳ７２）、被加熱水排水条件が成立した場合、排水処理が開始される（ステップＳ７３）。被加熱水排水条件としては、（１）運転停止後に予め設定した時間が経過した場合、（２）運転停止中に過冷却温度センサ１６２、過冷却圧力センサ１６３で検出された値のいずれかが予め設定した値を下回った場合、（３）過冷却温度センサ１６２で検出された温度及び過冷却圧力センサ１６３で検出された圧力から求められる冷媒の過冷却度が一定値以上になった場合、がある。これらの条件が成立した場合には、第１開閉弁４１が開いた状態となり、循環水経路１４及び水蒸気分離器１０の被加熱水が第１ブローダウン経路４０を通じて外部に排水されることになる。被加熱水の排水が完了した場合には、制御部２０によって第１開閉弁４１が閉じた状態となる。なお、この排水処理は省略可能である。排水処理を省略した場合には、希釈処理後の被加熱水を蒸気生成部Ｂ内に残留させたまま装置を停止し、起動時において上述した排水要否の判定を行う。運転停止時において蒸気生成部Ｂ
の被加熱水を排水した場合には、次回の起動時において被加熱水排水条件が成立しているか否かの判定を省略し、図９において手順をステップＳ５５に移行し、蒸発器６１の表面温度Ｔ１が予め設定した起動許容温度Ｔ０に到達しているか否かの判断を行う手順から起動処理を行えば良い。

上記のように排水処理を実施した場合には、次回の起動時にヒートポンプ部Ｃにおいて圧縮機６２が運転されて冷媒が循環されていても、凝縮器６３において被加熱水との間の熱交換が行われない。つまり、循環する冷媒は、ヒートポンプ部Ｃの各部を予熱するために用いられる。従って、循環水経路１４に被加熱水がある場合に比べてヒートポンプ部Ｃの各部の温度が早く上昇することになり、次の起動時間を短縮することができるようになる。また、運転停止時に蒸気生成部Ｂに被加熱水が滞留しないため、スケールが付着する事態をより確実に防止することが可能となる。なお、ステップＳ７２において被加熱水排水条件が成立していないと判断した場合には、上述の排水処理を実施することなく今回の運転停止処理を終了する。

なお、上述した実施の形態１及び実施の形態２では、運転停止指令を受信した場合に必ず希釈処理を実施するようにしているが、本発明はこれに限定されない。例えば、運転停止指令が与えられた場合に蒸気生成部Ｂに貯留されている被加熱水のスケール原因物質を検出し、検出したスケール原因物質の濃度が予め設定した値を超えていた場合にのみ希釈処理を実施するようにしても良い。こうした処理を行えば、例えば、運転開始指令が与えられた後にすぐに運転停止指令が与えられた場合、希釈処理を省略することが可能であり、運転停止完了までの時間が短縮化できるという効果がある。

１ 温水流通経路
１０ 水蒸気分離器
１１ 圧力センサ
１２ 水位センサ
１３ 送出経路
１４ 循環水経路
１５ 送出弁
２０ 制御部
３０ 給水経路
３１ 給水弁
３２ 給水ポンプ
４０ 第１ブローダウン経路
４１ 第１開閉弁
５０ 第２ブローダウン経路
５１ 第２開閉弁
５２ 逆止弁
６０ 冷媒循環経路
６１ 蒸発器
６２ 圧縮機
６３ 凝縮器
６３ａ 吐出口
６４ 過冷却器
６５ 膨張機構
６６ 吸入圧力センサ
６７ 吐出圧力センサ
６８ 吸入温度センサ
６９ 蒸発器温度センサ
１６１ 吐出温度センサ
１６２ 過冷却温度センサ
１６３ 過冷却圧力センサ
Ａ 熱源水供給部
Ｂ 蒸気生成部
Ｃ ヒートポンプ部

Claims (16)

1. 冷媒が循環される凝縮器に対して外部から導入された被加熱水を流通させることによって蒸気を生成する蒸気生成部と、
   蒸発器、圧縮機、前記凝縮器及び膨張機構の間に順次冷媒が循環流通されるヒートポンプ部とを備えたヒートポンプ式蒸気生成装置であって、
   前記蒸気生成部は、
   前記凝縮器で加熱された被加熱水を液相及び蒸気に分離する水蒸気分離器と、
   前記凝縮器及び前記水蒸気分離器の間に被加熱水を循環させる循環水経路と、
   外部の給水源から前記循環水経路に被加熱水を供給する給水経路と
   を備えたものであり、
   運転停止指令が与えられた場合、前記蒸気生成部に対して外部から被加熱水を導入する希釈処理を実施し、かつ前記圧縮機の吸入圧力が予め設定した値を下回るまでの間、前記膨張機構を閉じた状態で前記圧縮機の運転を行うポンプダウン処理を実施する制御部を備え、
   前記制御部は、前記ポンプダウン処理が終了するまで前記希釈処理を継続して実施し、かつ予め設定した希釈処理終了条件が成立した場合に、前記被加熱水を外部に排水する排水処理を実施することを特徴とするヒートポンプ式蒸気生成装置。
2. 前記制御部は、予め設定した排水処理終了条件が成立した場合に前記排水処理を終了して前記蒸気生成部を密閉状態とする密閉処理を実施することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式蒸気生成装置。
3. 前記制御部は、前記圧縮機の吸入圧力が予め設定した値を下回った場合にポンプダウン処理を終了することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式蒸気生成装置。
4. 前記制御部は、起動指令が与えられた場合、前記圧縮機から前記膨張機構までの冷媒圧力が予め設定した値を超えた際に前記蒸気生成部に対する外部からの被加熱水の導入を開始することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式蒸気生成装置。
5. 前記制御部は、起動指令が与えられた場合、前記蒸発器の温度が予め設定した値に到達した際に前記圧縮機の運転を開始することを特徴とする請求項４に記載のヒートポンプ式蒸気生成装置。
6. 前記蒸気生成部は、
   前記循環水経路において一端が前記給水経路の接続部位よりも下流側に設けられ、他端が外部に開放された第１ブローダウン経路と、
   前記循環水経路において一端が水蒸気分離器と給水経路との間に接続され、他端が弁を介して外部に開放された第２ブローダウン経路と
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式蒸気生成装置。
7. 前記第１ブローダウン経路は、前記第２ブローダウン経路よりも内径が大きいことを特徴とする請求項６に記載のヒートポンプ式蒸気生成装置。
8. 前記凝縮器は、被加熱水の吐出口が前記水蒸気分離器に貯留された被加熱水の水面よりも低位置となるよう前記水蒸気分離器との高さ位置が規定された状態で設置されていることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式蒸気生成装置。
9. 冷媒が循環される凝縮器に対して外部から導入された被加熱水を流通させることによって蒸気を生成する蒸気生成部と、蒸発器、圧縮機、前記凝縮器及び膨張機構の間に順次冷媒が循環流通されるヒートポンプ部とを備え、
   前記蒸気生成部は、
   前記凝縮器で加熱された被加熱水を液相及び蒸気に分離する水蒸気分離器と、
   前記凝縮器及び前記水蒸気分離器の間に被加熱水を循環させる循環水経路と、
   外部の給水源から前記循環水経路に被加熱水を供給する給水経路と
   を備えたヒートポンプ式蒸気生成装置の制御方法であって、
   運転停止指令が与えられた場合、前記圧縮機の吸入圧力が予め設定した値を下回るまでの間、前記膨張機構を閉じた状態で前記圧縮機の運転を行うポンプダウン処理を実施するとともに、前記ポンプダウン処理が終了するまで前記蒸気生成部に対して外部から被加熱水を導入する希釈処理を実施し、予め設定した希釈処理終了条件が成立した場合に、前記被加熱水を外部に排水する排水処理を実施することを特徴とするヒートポンプ式蒸気生成装置の制御方法。
10. 前記希釈処理終了条件は、前記蒸気生成部の被加熱水が予め設定した水量を超えた場合、前記希釈処理が予め設定した時間継続された場合、前記蒸気生成部の被加熱水に含まれるスケール原因物質が予め設定した濃度を下回った場合、のいずれかであることを特徴とする請求項９に記載のヒートポンプ式蒸気生成装置の制御方法。
11. 前記水蒸気分離器の水位が、前記凝縮器からの前記循環水経路と前記水蒸気分離器との接続位置よりも高い位置に設定された希釈停止水位に到達した場合に前記希釈処理を終了することを特徴とする請求項９に記載のヒートポンプ式蒸気生成装置の制御方法。
12. 予め設定した排水処理終了条件が成立した場合に前記排水処理を終了して前記蒸気生成部を密閉状態とする密閉処理を実施することを特徴とする請求項９に記載のヒートポンプ式蒸気生成装置の制御方法。
13. 前記排水処理終了条件は、前記蒸気生成部の圧力が予め設定した値まで低下した場合、あるいは前記排水処理が予め設定した時間継続された場合、の何れかであることを特徴とする請求項１２に記載のヒートポンプ式蒸気生成装置の制御方法。
14. 前記圧縮機の吸入圧力が予め設定した値を下回った場合にポンプダウン処理を終了することを特徴とする請求項９に記載のヒートポンプ式蒸気生成装置の制御方法。
15. 起動指令が与えられた場合、前記圧縮機から前記膨張機構までの冷媒圧力が予め設定した値を超えた際に前記蒸気生成部に対する外部からの被加熱水の導入を開始することを特徴とする請求項９に記載のヒートポンプ式蒸気生成装置の制御方法。
16. 起動指令が与えられた場合、前記蒸発器の温度が予め設定した値に到達した際に前記圧縮機の運転を開始することを特徴とする請求項９に記載のヒートポンプ式蒸気生成装置の制御方法。

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