特開 2024-168644 ヒートポンプ式蒸気生成装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024168644

(43)【公開日】2024-12-05

(54)【発明の名称】ヒートポンプ式蒸気生成装置

(51)【国際特許分類】

   F24H 4/02 20220101AFI20241128BHJP

   F24H 15/219 20220101ALI20241128BHJP

   F24H 15/31 20220101ALI20241128BHJP

   F24H 1/00 20220101ALI20241128BHJP

   F24H 15/10 20220101ALI20241128BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20241128BHJP

   F22B 3/00 20060101ALI20241128BHJP

【ＦＩ】

F24H4/02 B

F24H15/219

F24H15/31

F24H1/00 631Z

F24H15/10

F25B1/00 399Y

F22B3/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023085499

(22)【出願日】2023-05-24

(71)【出願人】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】安嶋 賢哲

(72)【発明者】

【氏名】吉田 時空

(72)【発明者】

【氏名】藤本 裕地

【テーマコード（参考）】

3L122

【Ｆターム（参考）】

3L122AA03

3L122AA23

3L122AC14

3L122BC17

3L122BC18

3L122BC19

3L122BC20

3L122CA01

3L122DA22

3L122DA23

(57)【要約】

【課題】ヒートポンプの起動から設定温度の蒸気を生成するまでの起動時間を短縮することができるヒートポンプ式蒸気生成装置を提供する。
【解決手段】冷媒を圧縮する圧縮機１２、圧縮機１２で圧縮された冷媒を被加熱水と熱交換して凝縮させる凝縮器１３、凝縮器１３で凝縮した冷媒を減圧する膨張弁１４、および膨張弁１４で膨張した冷媒を排温水から回収した熱により蒸発させる蒸発器１１を環状に接続したヒートポンプ部１０と、凝縮器１３に被加熱水を供給し、該被加熱水を冷媒によって加熱し、加熱された被加熱水を飽和水蒸気と温水とに分離する水蒸気分離器２１を介して温水を被加熱水に合流して循環させるとともに水蒸気分離器２１を介して飽和水蒸気を外部に出力する蒸気生成部２０と、を備え、ヒートポンプ部１０の起動時に、凝縮器１３から水蒸気分離器２１に送出される気液二相水の熱エネルギーを排温水に加えて排温水を加温する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

冷媒を圧縮する圧縮機、該圧縮機で圧縮された冷媒を被加熱水と熱交換して凝縮させる凝縮器、該凝縮器で凝縮した冷媒を減圧する膨張機構、および該膨張機構で膨張した冷媒を熱源媒体から回収した熱により蒸発させる蒸発器を環状に接続したヒートポンプ部と、
前記凝縮器に被加熱水を供給し、該被加熱水を前記冷媒によって加熱し、加熱された前記被加熱水を飽和水蒸気と温水とに分離する水蒸気分離器を介して前記温水を前記被加熱水に合流して循環させるとともに前記水蒸気分離器を介して前記飽和水蒸気を外部に出力する蒸気生成部と、
を備え、
前記ヒートポンプ部の起動時に、前記凝縮器から前記水蒸気分離器に送出される気液二相水の熱エネルギーを前記熱源媒体に加えて該熱源媒体を加温することを特徴とするヒートポンプ式蒸気生成装置。

【請求項2】

前記凝縮器の被加熱水出口と前記水蒸気分離器とを接続する蒸気生成配管と、
前記蒸気生成配管の途中に設けた分岐点から、前記熱源媒体を前記蒸発器に供給する熱源媒体配管の合流点に接続されたバイパス配管と、
前記分岐点と前記水蒸気分離器との間に設けられた第１開閉弁と、
前記分岐点と前記合流点との間に設けられた第２開閉弁と、
前記凝縮器の被加熱水出口の温度である第１温度を計測する第１温度センサと、
前記合流点の上流における前記熱源媒体の温度である第２温度を計測する第２温度センサと、
前記ヒートポンプ部の起動後、前記第１温度が前記第２温度以上になった場合、前記第１開閉弁を閉にするとともに前記第２開閉弁を開にし、前記バイパス配管を介して前記気液二相水を前記熱源媒体に供給し、前記第１温度が設定出力蒸気温度に達した場合、前記第１開閉弁を開にするとともに前記第２開閉弁を閉にして前記飽和水蒸気を外部に出力する制御部と、
を備え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。

【請求項3】

前記凝縮器の被加熱水出口と前記水蒸気分離器とを接続する蒸気生成配管と、
前記蒸気生成配管の途中に設けた分岐点と合流点とを接続するバイパス配管と、
前記熱源媒体を前記蒸発器に供給する熱源媒体配管と、
前記熱源媒体配管を流れる熱源媒体と前記バイパス配管を流れる前記気液二相水との熱交換を行い、前記熱源媒体を加熱する加熱器と、
前記合流点と前記分岐点との間に設けられた第１開閉弁と、
前記バイパス配管に設けられた第２開閉弁と、
前記凝縮器の被加熱水出口の温度である第１温度を計測する第１温度センサと、
前記加熱器の上流における前記熱源媒体の温度である第２温度を計測する第２温度センサと、
前記ヒートポンプ部の起動後、前記第１温度が前記第２温度以上になった場合、前記第１開閉弁を閉にするとともに前記第２開閉弁を開にし、前記バイパス配管を介して前記気液二相水を前記加熱器に供給し、前記第１温度が設定出力蒸気温度に達した場合、前記第１開閉弁を開にするとともに前記第２開閉弁を閉にして前記飽和水蒸気を外部に出力する制御部と、
を備え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。

【請求項4】

前記制御部は、前記ヒートポンプ部の起動後、前記第１温度が前記第２温度以上になった場合、前記第１開閉弁を閉にするとともに前記第２開閉弁を開にし、前記バイパス配管を介して前記気液二相水を前記熱源媒体に供給し、前記第１温度が前記圧縮機の駆動容量に応じて予め設定された切替温度以上になった場合、前記第１開閉弁を開にするとともに前記第２開閉弁を閉にし、前記第１温度が設定出力蒸気温度に達した場合、前記水蒸気分離器に接続され飽和水蒸気を外部出力する飽和水蒸気出力配管に設けられた圧力調整弁を開にすることを特徴とする請求項２または３に記載のヒートポンプ式蒸気生成装置。

【請求項5】

前記熱源媒体は、排温水であ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ヒートポンプ式蒸気生成装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ヒートポンプの起動から設定温度の蒸気を生成するまでの起動時間を短縮することができるヒートポンプ式蒸気生成装置に関する。

【背景技術】

【0002】

蒸気生成装置の一つとして、ヒートポンプ装置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は、工場排水や使用済冷却水等の排温水（温水）から排熱を回収して蒸気を生成するものである。すなわち、ヒートポンプ式蒸気生成装置は、ヒートポンプ装置の蒸発器を排熱回収器として機能させ、ここで排温水から排熱を冷媒に回収し、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。

【0003】

なお、特許文献１には、生成蒸気のうちの余剰蒸気を熱源温水タンクに供給し、熱源温水タンクに貯留された所定温度の熱源温水を蒸発器に供給するヒートポンプ式蒸気生成システムが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９－１５８１７３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、ヒートポンプ式蒸気生成装置では、蒸発器において熱源媒体から取り込む熱エネルギーと、圧縮機の回転数を高くして圧縮動力を高める際に消費する電気エネルギーが変換された熱エネルギーとを合算した熱エネルギーが冷媒を介して凝縮器に供給され、この凝縮器に供給された冷媒の熱エネルギーを用いて被加熱水を蒸発させて蒸気を生成する。

【0006】

ここで、ヒートポンプの蒸発器に供給される排温水などの熱源媒体は、通常、蒸発器の冷媒温度よりも温度が高いが低温度あるいは低流量などの低熱エネルギー状態である。しかも、ヒートポンプ起動時は、蒸発器から十分に蒸発していない低圧冷媒を取り込むことによって発生する液バックを防止するため、圧縮機の回転数増大によって圧縮動力を高くすることができず、圧縮機が冷媒に供給する熱エネルギーも少ない。この結果、ヒートポンプ起動時では凝縮器に供給する熱エネルギーが少ないため、ヒートポンプを起動してから設定温度の蒸気を生成するまでの起動時間が長いという課題があった。

【0007】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ヒートポンプの起動から設定温度の蒸気を生成するまでの起動時間を短縮することが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。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるヒートポンプ式蒸気生成装置は、冷媒を圧縮する圧縮機、該圧縮機で圧縮された冷媒を被加熱水と熱交換して凝縮させる凝縮器、該凝縮器で凝縮した冷媒を減圧する膨張機構、および該膨張機構で膨張した冷媒を熱源媒体から回収した熱により蒸発させる蒸発器を環状に接続したヒートポンプ部と、前記凝縮器に被加熱水を供給し、該被加熱水を前記冷媒によって加熱し、加熱された前記被加熱水を飽和水蒸気と温水とに分離する水蒸気分離器を介して前記温水を前記被加熱水に合流して循環させるとともに前記水蒸気分離器を介して前記飽和水蒸気を外部に出力する蒸気生成部と、を備え、前記ヒートポンプ部の起動時に、前記凝縮器から前記水蒸気分離器に送出される気液二相水の熱エネルギーを前記熱源媒体に加えて該熱源媒体を加温することを特徴とする。

【0009】

また、本発明にかかるヒートポンプ式蒸気生成装置は、上記の発明において、前記凝縮器の被加熱水出口と前記水蒸気分離器とを接続する蒸気生成配管と、前記蒸気生成配管の途中に設けた分岐点から、前記熱源媒体を前記蒸発器に供給する熱源媒体配管の合流点に接続されたバイパス配管と、前記分岐点と前記水蒸気分離器との間に設けられた第１開閉弁と、前記分岐点と前記合流点との間に設けられた第２開閉弁と、前記凝縮器の被加熱水出口の温度である第１温度を計測する第１温度センサと、前記合流点の上流における前記熱源媒体の温度である第２温度を計測する第２温度センサと、前記ヒートポンプ部の起動後、前記第１温度が前記第２温度以上になった場合、前記第１開閉弁を閉にするとともに前記第２開閉弁を開にし、前記バイパス配管を介して前記気液二相水を前記熱源媒体に供給し、前記第１温度が設定出力蒸気温度に達した場合、前記第１開閉弁を開にするとともに前記第２開閉弁を閉にして前記飽和水蒸気を外部に出力する制御部と、を備えることを特徴とする。

【0010】

また、本発明にかかるヒートポンプ式蒸気生成装置は、上記の発明において、前記凝縮器の被加熱水出口と前記水蒸気分離器とを接続する蒸気生成配管と、前記蒸気生成配管の途中に設けた分岐点と合流点とを接続するバイパス配管と、前記熱源媒体を前記蒸発器に供給する熱源媒体配管と、前記熱源媒体配管を流れる熱源媒体と前記バイパス配管を流れる前記気液二相水との熱交換を行い、前記熱源媒体を加熱する加熱器と、前記合流点と前記分岐点との間に設けられた第１開閉弁と、前記バイパス配管に設けられた第２開閉弁と、前記凝縮器の被加熱水出口の温度である第１温度を計測する第１温度センサと、前記加熱器の上流における前記熱源媒体の温度である第２温度を計測する第２温度センサと、前記ヒートポンプ部の起動後、前記第１温度が前記第２温度以上になった場合、前記第１開閉弁を閉にするとともに前記第２開閉弁を開にし、前記バイパス配管を介して前記気液二相水を前記加熱器に供給し、前記第１温度が設定出力蒸気温度に達した場合、前記第１開閉弁を開にするとともに前記第２開閉弁を閉にして前記飽和水蒸気を外部に出力する制御部と、を備えることを特徴とする。

【0011】

また、本発明にかかるヒートポンプ式蒸気生成装置は、上記の発明において、前記制御部は、前記ヒートポンプ部の起動後、前記第１温度が前記第２温度以上になった場合、前記第１開閉弁を閉にするとともに前記第２開閉弁を開にし、前記バイパス配管を介して前記気液二相水を前記熱源媒体に供給し、前記第１温度が前記圧縮機の駆動容量に応じて予め設定された切替温度以上になった場合、前記第１開閉弁を開にするとともに前記第２開閉弁を閉にし、前記第１温度が設定出力蒸気温度に達した場合、前記水蒸気分離器に接続され飽和水蒸気を外部出力する飽和水蒸気出力配管に設けられた圧力調整弁を開にすることを特徴とする。

【0012】

また、本発明にかかるヒートポンプ式蒸気生成装置は、上記の発明において、前記熱源媒体は、排温水であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、ヒートポンプ部の起動時に、凝縮器から水蒸気分離器に送出される気液二相水の熱エネルギーを熱源媒体に加えて加温することにより、ヒートポンプの起動から設定温度の蒸気を生成するまでの起動時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、本発明の実施の形態に係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】図２は、起動制御部による起動制御処理手順を示すフローチャートである。

【図3】図３は、起動制御部による起動制御処理の一例を示すタイミングチャートである。

【図4】図４は、本発明の実施の形態の変形例に係るヒートポンプ式蒸気生成装置の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

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。

【0016】

<全体構成>
図１は、本発明の実施の形態に係るヒートポンプ式蒸気生成装置１の構成を示す図である。ヒートポンプ式蒸気生成装置１は、排温水から熱を回収し、回収した熱を利用して飽和水蒸気を生成し、図示しない外部の熱利用設備などに出力する装置である。排温水は工場などから供給される熱源媒体である。

【0017】

図１に示すように、ヒートポンプ式蒸気生成装置１は、蒸気生成のための熱源として供給するヒートポンプ部１０、および、ヒートポンプ部１０の凝縮器１３により被加熱水を加熱して飽和水蒸気を生成する蒸気生成部２０を有する。

【0018】

ヒートポンプ部１０は、冷媒を圧縮する圧縮機１２、圧縮機１２で圧縮された冷媒を被加熱水と熱交換して凝縮させる凝縮器１３、凝縮器１３で凝縮した冷媒を減圧する膨張機構である膨張弁１４、および、膨張弁１４で膨張した冷媒を熱源媒体から回収した熱により蒸発させる蒸発器１１を環状に接続したヒートポンプサイクルを形成する。

【0019】

蒸気生成部２０は、凝縮器１３に被加熱水を供給し、この被加熱水を凝縮器１３の冷媒によって加熱し、加熱された被加熱水を飽和水蒸気と温水とに分離する水蒸気分離器２１を介して温水を被加熱水に合流して循環させるとともに、水蒸気分離器２１を介して飽和水蒸気を外部に出力する。

【0020】

蒸気生成部２０は、被加熱水と水蒸気分離器２１から分離された液相の温水とを合流点Ｐ１０において合流させて凝縮器１３の被加熱水入口に導入する。凝縮器１３に導入された被加熱水は加熱され、加熱された気液二相水は蒸気生成配管ＬＡを介して水蒸気分離器２１に導入される。水蒸気分離器２１に導入された気液二相水は飽和水蒸気と温水とに気液分離され、液相の温水は合流点Ｐ１０に導出され、サーモサイフォン循環を行う。一方、水蒸気分離器２１の飽和水蒸気は、圧力調整弁Ｖ２０を介して外部に出力される。圧力調整弁Ｖ２０は、定常運転時は開となり、装置停止時は閉となっている。

【0021】

凝縮器１３の被加熱水出口と水蒸気分離器２１とを接続する蒸気生成配管ＬＡの途中に設けた分岐点Ｐ１と水蒸気分離器２１との間には第１開閉弁ＳＶ１が設けられる。この第１開閉弁ＳＶ１は、定常運転時及び装置停止時は開状態となっている。

【0022】

分岐点Ｐ１と、排温水を蒸発器１１に供給する熱源媒体配管Ｌ１０の途中に設けられた合流点Ｐ２との間にはバイパス配管Ｌ２０が設けられる。バイパス配管Ｌ２０は、ヒートポンプ部１０の起動時に凝縮器１３から出力された気液二相水を排温水に加えて排温水の温度を上昇させるための配管である。バイパス配管Ｌ２０には、第２開閉弁ＳＶ２が設けられるとともに、第２開閉弁ＳＶ２の下流には逆止弁２５が設けられる。第２開閉弁ＳＶ２は、定常運転時及び装置停止時は閉状態となっている。

【0023】

蒸気生成配管ＬＡの被加熱水出口側には、気液二相水の温度である第１温度（出力温度）Ｔ１を計測する第１温度センサＳ１が設けられる。また、熱源媒体配管Ｌ１０の合流点Ｐ２の上流側には、排温水の温度である第２温度（排温水温度）Ｔ２を計測する第２温度センサＳ２が設けられる。

【0024】

制御部Ｃは、ヒートポンプ部１０及び蒸気生成部２０の運転制御を行う。制御部Ｃは、定常運転時には、蒸発器１１の出口冷媒温度や出口冷媒圧力、温度センサＳ３が計測する蒸発器１１の入口の排温水温度Ｔ３、圧縮機１２の入口冷媒温度及び入口冷媒圧力並びに出口冷媒温度及び出口冷媒圧力、凝縮器１３の入口冷媒温度及び入口冷媒圧力並びに出口冷媒温度及び出口冷媒圧力、膨張弁１４の出口冷媒温度及び出口冷媒圧力などをもとに、圧縮機１２の回転数を制御するとともに膨張弁１４の開度を制御する。また、制御部Ｃは、定常運転時に、水蒸気分離器２１から出力される飽和水蒸気の温度及び圧力をもとに、圧力調整弁Ｖ２０の開度を調整する。

【0025】

制御部Ｃは、起動制御部Ｃ１を有する。起動制御部Ｃ１は、ヒートポンプ部１０の起動後、第１温度Ｔ１が第２温度Ｔ２以上になった場合、第１開閉弁ＳＶ１を閉にするとともに第２開閉弁ＳＶ２を開にし、バイパス配管Ｌ２０を介して気液二相水を排温水に供給し、第１温度Ｔ１が圧縮機１２の駆動容量に応じて予め設定された切替温度Ｔｂ以上になった場合、第１開閉弁ＳＶ１を開にするとともに第２開閉弁ＳＶ２を閉にし、第１温度Ｔ１が設定出力蒸気温度Ｔｃに達した場合、圧力調整弁Ｖ２０を開にする。

【0026】

＜起動制御処理＞
図２は、起動制御部Ｃ１による起動制御処理手順を示すフローチャートである。図２に示すように、初期状態として、第１開閉弁ＳＶ１は開状態、第２開閉弁ＳＶ２及び圧力調整弁Ｖ２０は閉状態になっている（ステップＳ１００）。そして。起動制御部Ｃ１は、ヒートポンプ起動指令を受けると、出力温度（第１温度）Ｔ１が排温水温度（第２温度）Ｔ２以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。出力温度Ｔ１が排温水温度Ｔ２以上でない場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、本判定処理を繰り返す。

【0027】

一方、出力温度Ｔ１が排温水温度Ｔ２以上である場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、第１開閉弁ＳＶ１を閉にするとともに第２開閉弁ＳＶ２を開にし（ステップＳ１０２）、バイパス配管Ｌ２０を介して気液二相水を排温水に供給する。

【0028】

その後、起動制御部Ｃ１は、出力温度Ｔ１が切替温度Ｔｂ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。出力温度Ｔ１が切替温度Ｔｂ以上でない場合（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、本判定処理を繰り返す。一方、出力温度Ｔ１が切替温度Ｔｂ以上である場合（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、第１開閉弁ＳＶ１を開にするとともに第２開閉弁ＳＶ２を閉にし（ステップＳ１０４）、バイパス配管Ｌ２０を介した気液二相水の排温水への供給を停止し、気液二相水を水蒸気分離器２１側に導出する。

【0029】

その後、起動制御部Ｃ１は、出力温度Ｔ１が設定出力蒸気温度Ｔｃに達したか否かを判定する（ステップＳ１０５）。出力温度Ｔ１が設定出力蒸気温度Ｔｃに達していない場合（ステップＳ１０５：Ｎｏ）、本判定処理を繰り返す。一方、出力温度Ｔ１が設定出力蒸気温度Ｔｃに達した場合（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、圧力調整弁Ｖ２０を開にし（ステップＳ１０６）、本処理を終了する。

【0030】

なお、出力温度Ｔ１が設定出力蒸気温度Ｔｃよりも低い切替温度Ｔｂにおいて第１開閉弁ＳＶ１の開制御及び第２開閉弁ＳＶ２の閉制御を行うのは、圧縮機１２の駆動容量に応じて設定されたものであり、圧縮機１２の駆動容量が小さい場合に圧縮機１２が過負荷状態になるからである。すなわち、蒸発器１１に導入される排温水温度Ｔ３が上昇し過ぎると、制御部Ｃは、この温度上昇に伴って圧縮機１２の駆動モータの回転数を上昇させる制御が行われ、インバータに流れる電流が定格電流を超えて駆動モータが過負荷状態になり、圧縮機１２が正常駆動できなくなるおそれがあるからである。通常、ヒートポンプ部１０の小型化のため、圧縮機１２は定常状態に対応した最小の駆動動力となるように設計されている。

【0031】

＜起動制御処理の一例＞
図３は、起動制御部Ｃ１による起動制御処理の一例を示すタイミングチャートである。なお、図３（ａ）は、従来の起動制御処理を示し、図３（ｂ）は、本実施の形態による起動制御処理を示している。

【0032】

図３（ｂ）に示すように、時点ｔ０においてヒートポンプ起動指令を受けると、第１開閉弁ＳＶ１を開、第２開閉弁ＳＶ２を閉、圧力調整弁Ｖ２０を閉として圧縮機１２を駆動する。この時点ｔ０における出力温度Ｔ１は初期出力温度Ｔａ、例えば２０℃である。この時点ｔ０における初期出力温度Ｔａは排温水温度Ｔ２（排温水温度Ｔ３）よりも低い。

【0033】

その後、時点ｔ１において出力温度Ｔ１が排温水温度Ｔ２に達すると、第１開閉弁ＳＶ１を閉にするとともに第２開閉弁ＳＶ２を開にする。これにより、排温水に気液二相水が加えられ、排温水温度Ｔ３の温度が上昇するとともに、排温水の流量が増大する。すなわち、排温水の熱エネルギーが増大する。この排温水の熱エネルギーの増大に伴い、蒸発器１１から出力される冷媒の温度および圧力を上昇することができる。この冷媒の温度上昇および圧力上昇に伴って、圧縮機１２の吸入密度の増大により駆動動力も増大し、圧縮機１２が消費する電気エネルギーが増大し、結果的に圧縮機１２が冷媒に与える熱エネルギーが増大する。この結果、排温水から取り込んだ熱エネルギーと圧縮機１２が生成する熱エネルギーとの合算した熱エネルギーが凝縮器１３に与えられ、被加熱水を加熱する熱エネルギーが増大し、出力温度Ｔ１の温度上昇が速くなる。

【0034】

その後、時点ｔ２において出力温度Ｔ１が切替温度Ｔｂに達すると、第１開閉弁ＳＶ１を開にするとともに第２開閉弁ＳＶ２を閉にする。これにより、排温水に加えられる気液二相水の供給が停止される。この時点ｔ２では、排温水温度Ｔ３は十分に温度が高くなっているため、出力温度Ｔ１は、サーモサイフォン循環により高くなる。そして、時点ｔ３において出力温度Ｔ１が設定出力蒸気温度Ｔｃ、例えば１２０℃に達した場合、圧力調整弁Ｖ２０を開にし、装置の起動を完了し、定常運転に移行する。

【0035】

一方、図３（ａ）に示す従来の起動制御処理では、時点ｔ３より後の時点ｔ４において出力温度Ｔ１が設定出力蒸気温度Ｔｃに達して装置の起動が完了する。この結果、本実施の形態では、従来の起動制御処理に比して装置の起動時間を短くすることができる。例えば、従来の装置の起動時間が３０分である場合、本実施の形態を適用すると、約５分程度の時間Δｔ分、装置の起動時間を短縮することができる。

【0036】

本実施の形態では、飽和水蒸気の熱エネルギーに比して熱エネルギーが高い蒸気生成部２０の気液二相水を排温水に加えるようにしているため、装置の起動時間を短くすることができる。また、気液二相水の熱エネルギーは飽和水蒸気の熱エネルギーよりも高く、圧縮機１２による熱エネルギー増大の相乗効果もあって、飽和水蒸気を排温水に加える場合よりも装置の起動時間を短くすることができる。

【0037】

また、本実施の形態では、気液二相水と排温水とを合流させるようにしているため、水蒸気と液相の排温水との合流時に発生する大きな騒音を低減することができ、消音装置が不要になる。

【0038】

なお、起動制御部Ｃ１は、圧縮機１２の駆動容量が大きい場合、第１温度Ｔ１が切替温度Ｔｂではなく、設定出力蒸気温度Ｔｃに達した場合に、第１開閉弁ＳＶ１の開制御及び第２開閉弁ＳＶ２の閉制御を行うようにしてもよい。この場合、起動制御部Ｃ１は、ヒートポンプ部１０の起動後、第１温度Ｔ１が第２温度Ｔ２以上になった場合、第１開閉弁ＳＶ１を閉にするとともに第２開閉弁ＳＶ２を開にし、バイパス配管Ｌ２０を介して気液二相水を排温水に供給し、第１温度Ｔ１が設定出力蒸気温度Ｔｃに達した場合、第１開閉弁ＳＶ１を開にするとともに第２開閉弁ＳＶ２を閉にして飽和水蒸気を外部に出力する。

【0039】

この場合、圧縮機１２の駆動動力が大きいため、図３（ｂ）に示すように、出力温度Ｔ１´は、出力温度Ｔ１に比べて温度上昇が高く、時点ｔ３よりも早い時点で装置の起動が完了する。

【0040】

＜変形例＞
図４は、本発明の実施の形態の変形例に係るヒートポンプ式蒸気生成装置２の構成を示す図である。図４に示すように、本変形例のヒートポンプ式蒸気生成装置２は、バイパス配管Ｌ２０に替えて、熱源媒体配管Ｌ１０に加熱器３０を設け、気液二相水を加熱器３０にバイパスするバイパス配管ＬＢを設けている。

【0041】

バイパス配管ＬＢは、蒸気生成配管ＬＡの途中に設けた分岐点Ｐ１と合流点Ｐ３とを接続する。加熱器３０は、熱源媒体配管Ｌ１０を流れる排温水とバイパス配管ＬＢを流れる気液二相水との熱交換を行い、排温水を加熱する。第１開閉弁ＳＶ１は、合流点Ｐ３と分岐点Ｐ１との間に設けられる。第２開閉弁ＳＶ２は、バイパス配管ＬＢに設けられ、例えば分岐点Ｐ１と加熱器３０との間に設けられる。第１温度センサＳ１は、凝縮器１３の被加熱水出口の温度である第１温度Ｔ１を計測する。第２温度センサＳ２は、加熱器３０の上流（入口）側における排温水の温度である第２温度Ｔ２を計測する。その他の構成は、実施の形態と同じである。また、起動制御部Ｃ１による起動制御処理も実施の形態と同じである。

【0042】

本変形例では、気液二相水を排温水に直接、合流させて加熱するのではなく、加熱器３０を介して排温水を加熱している。ただし、排温水の流量増加はない。

【0043】

本変形例では、気液二相水と排温水とが直接、接触しないため、熱源媒体として、温水に限らない他の液相媒体や蒸気などの気相媒体を用いることができる。

【0044】

また、気液二相水と排温水とが直接、混合しないため、騒音は生じず、実施の形態と同様に消音装置は不要である。

【0045】

なお、上記の実施の形態及び変形例による起動制御処理は、定常運転時における排温水の極端な温度低下に伴うヒートポンプ部１０の停止を防止するため、起動制御処理と同様に気液二相水による排温水の加温を行うようにしてもよい。

【0046】

また、上記の実施の形態及び変形例で図示した各構成は機能概略的なものであり、必ずしも物理的に図示の構成をされていることを要しない。すなわち、各装置及び構成要素の分散・統合の形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を各種の使用状況などに応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。

【符号の説明】

【0047】

１，２ ヒートポンプ式蒸気生成装置
１０ ヒートポンプ部
１１ 蒸発器
１２ 圧縮機
１３ 凝縮器
１４ 膨張弁
２０ 蒸気生成部
２１ 水蒸気分離器
２５ 逆止弁
３０ 加熱器
Ｃ 制御部
Ｃ１ 起動制御部
Ｌ１０ 熱源媒体配管
Ｌ２０，ＬＢ バイパス配管
ＬＡ 蒸気生成配管
Ｐ１ 分岐点
Ｐ２，Ｐ３，Ｐ１０ 合流点
Ｓ１ 第１温度センサ
Ｓ２ 第２温度センサ
Ｓ３ 温度センサ
ＳＶ１ 第１開閉弁
ＳＶ２ 第２開閉弁
ｔ０～ｔ４ 時点
Ｔ１ 第１温度（出力温度）
Ｔ２ 第２温度（排温水温度）
Ｔａ 初期出力温度
Ｔｂ 切替温度
Ｔｃ 設定出力蒸気温度
Ｖ２０ 圧力調整弁
Δｔ 時間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】