特開 2024-171814 蒸気発生装置

(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】P2024171814

(43)【公開日】2024-12-12

(54)【発明の名称】蒸気発生装置

(51)【国際特許分類】

   F22B 35/04 20060101AFI20241205BHJP

   F22B 33/18 20060101ALI20241205BHJP

   F22B 1/16 20060101ALI20241205BHJP

   F22B 3/04 20060101ALI20241205BHJP

【ＦＩ】

F22B35/04

F22B33/18

F22B1/16 Z

F22B3/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023089054

(22)【出願日】2023-05-30

(71)【出願人】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】米田 広

(72)【発明者】

【氏名】関谷 禎夫

(72)【発明者】

【氏名】川村 浩伸

(72)【発明者】

【氏名】豊田 浩之

(72)【発明者】

【氏名】薛 シュン

【テーマコード（参考）】

3L021

【Ｆターム（参考）】

3L021AA02

3L021BA08

3L021CA01

3L021DA04

3L021EA04

3L021FA02

(57)【要約】

【課題】安定的に（円滑に）起動することができる蒸気発生装置を提供する。
【解決手段】蒸気発生装置１０Ｄは、各部の動作を制御する制御部２５と、水から低圧蒸気を生成する蒸発器１１と、低圧蒸気を圧縮して高圧蒸気を生成する圧縮機１２と、蒸発器の内圧を検知する圧力検知手段（蒸発器圧力センサ２１）と、蒸気を通す蒸気配管ＳＰ（吸込配管１５、吐出配管１６）と、圧縮機への気体の流入量を調節する第１種弁Ｖ１（吸込絞り弁１８）と蒸気配管と大気とを連通する第２種弁Ｖ２（空気流入弁２６、大気開放弁２７）のいずれか一方又は双方の弁と、を有する。制御部は、装置の起動時に、蒸発器の内圧が所定の圧力範囲内となるように、第１種弁と第２種弁のいずれか任意の弁の開度を調整する。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

各部の動作を制御する制御部と、
水から低圧蒸気を生成する蒸発器と、
前記低圧蒸気を圧縮して高圧蒸気を生成する圧縮機と、
前記蒸発器の内圧を検知する圧力検知手段と、
蒸気を通す蒸気配管と、
前記圧縮機への気体の流入量を調節する第１種弁と前記蒸気配管と大気とを連通する第２種弁のいずれか一方又は双方の弁と、を有し、
前記制御部は、装置の起動時に、前記蒸発器の内圧が所定の圧力範囲内となるように、前記第１種弁と前記第２種弁のいずれか任意の弁の開度を調整する
ことを特徴とする蒸気発生装置。

【請求項2】

請求項１に記載の蒸気発生装置において、
前記第１種弁として、前記蒸発器と前記圧縮機とを接続する吸込配管の途中に設けられた吸込絞り弁を備え、
前記制御部は、装置の起動時に、前記蒸発器の内圧が所定の圧力範囲内となるように、前記吸込絞り弁の開度を調整する
ことを特徴とする蒸気発生装置。

【請求項3】

請求項１に記載の蒸気発生装置において、
前記第２種弁として、前記蒸発器と前記圧縮機とを接続する吸込配管の途中に設けられた空気流入弁を備え、
前記制御部は、装置の起動時に、前記蒸発器の内圧が所定の圧力範囲内となるように、前記空気流入弁の開度を調整する
ことを特徴とする蒸気発生装置。

【請求項4】

請求項１に記載の蒸気発生装置において、
前記第２種弁として、前記蒸発器と前記圧縮機とを接続する吸込配管の途中に設けられた空気流入弁と、前記圧縮機と蒸気受入機器とを接続する吐出配管の途中に設けられた大気開放弁と、を備え、
前記制御部は、装置の起動時に、前記大気開放弁を開弁した後に、前記蒸発器の内圧が所定の圧力範囲内となるように、前記空気流入弁の開度を調整する
ことを特徴とする蒸気発生装置。

【請求項5】

請求項４に記載の蒸気発生装置において、
前記吐出配管上の前記大気開放弁よりも下流側に設けられた蒸気供給弁を備え、
前記制御部は、装置の起動時に、前記大気開放弁を開弁した後に、前記蒸発器の内圧が所定の圧力範囲内となるように、前記空気流入弁の開度を調整し、前記空気流入弁を全閉してから前記蒸気供給弁を開弁し、前記大気開放弁を閉弁する
ことを特徴とする蒸気発生装置。

【請求項6】

請求項１に記載の蒸気発生装置において、
前記第１種弁として、前記蒸発器と前記圧縮機とを接続する吸込配管の途中に設けられた吸込絞り弁を備え、
前記第２種弁として、前記蒸発器と前記圧縮機とを接続する吸込配管の途中に設けられた空気流入弁と、前記圧縮機と蒸気受入機器とを接続する吐出配管の途中に設けられた大気開放弁と、を備え、
前記制御部は、装置の起動時に、前記大気開放弁を開弁した後に、前記吸込絞り弁を開弁し、前記蒸発器の内圧が所定の圧力範囲内となるように、前記空気流入弁の開度を調整する
ことを特徴とする蒸気発生装置。

【請求項7】

請求項６に記載の蒸気発生装置において、
前記吐出配管上の前記大気開放弁よりも下流側に設けられた蒸気供給弁を備え、
前記制御部は、装置の起動時に、前記大気開放弁を開弁した後に、前記吸込絞り弁を開弁し、前記蒸発器の内圧が所定の圧力範囲内となるように、前記空気流入弁の開度を調整し、前記空気流入弁を全閉してから前記蒸気供給弁を開弁し、前記大気開放弁を閉弁する
ことを特徴とする蒸気発生装置。

【請求項8】

請求項６に記載の蒸気発生装置において、
前記吐出配管上の前記大気開放弁よりも下流側に設けられた蒸気供給弁を備え、
前記制御部は、装置の停止時に、前記蒸気供給弁と前記吸込絞り弁を閉弁した後に、前記空気流入弁と前記大気開放弁を開弁した状態を所定時間保持する
ことを特徴とする蒸気発生装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蒸気発生装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、地球温暖化の防止やカーボンニュートラル社会の実現に向けて、機器の省エネルギー化や高効率化がますます重要となってきている。工場などの製造現場においては、熱源として蒸気が用いられることが多く、その蒸気を生成するための燃焼式ボイラに関しては、化石燃料の燃焼によらない蒸気発生装置への置き換えが求められていくものと考えられる。このような背景の下、蒸気ボイラの熱源として、ガスや重油等を用いる燃焼器に代わる構成を有するものが開発されてきている。

【0003】

特許文献１には、温水等の熱源流体を熱源として蒸発器において低圧蒸気を発生させ、その蒸気を昇圧する蒸気システムが提案されている。この蒸気システムでは、昇圧装置の起動時に、低圧蒸気の圧力が予め設定された起動時目標圧力となるように熱源流体の流量を制御する技術が開示されている。この発明では、前記の通り熱源流体の流量の制御により低圧蒸気の圧力を制御するため、配管の熱容量や配管内部の熱源流体の熱容量が大きい場合には、制御の遅れが増大し、蒸発器内部の水の温度が急低下し、蒸発器内部の水の温度が定常運転の温度に収束するまでの時間が長くなったり、蒸発圧力が変動する可能性があり、装置の円滑な起動が行えなくなる可能性がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１６－２１７５５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

蒸気発生装置は、起動時に、蒸発器内部の気体が圧縮機に吸引されて、蒸発器の内部で蒸発が始まる。すると、蒸発前の水の熱容量により瞬時に蒸発が起こるが、熱源媒体からの受熱に遅れが生じる。従来の蒸気発生装置は、熱源媒体からの受熱に遅れにより、蒸発器内部の水の温度が過度に低下してしまい、安定的に起動できない可能性がある。

【0006】

本発明は、装置の起動時に、蒸発器の内圧（内部の圧力）を所定の圧力範囲内に保持することで、蒸発器内部の水の温度の過度な低下を防止して、安定的に（円滑に）起動することができる蒸気発生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】

【0007】

前記目的を達成するため、本発明は、蒸気発生装置であって、各部の動作を制御する制御部と、水から低圧蒸気を生成する蒸発器と、前記低圧蒸気を圧縮して高圧蒸気を生成する圧縮機と、前記蒸発器の内圧を検知する圧力検知手段と、蒸気を通す蒸気配管と、前記圧縮機への気体の流入量を調節する第１種弁と前記蒸気配管と大気とを連通する第２種弁のいずれか一方又は双方の弁と、を有し、前記制御部は、装置の起動時に、前記蒸発器の内圧が所定の圧力範囲内となるように、前記第１種弁と前記第２種弁のいずれか任意の弁の開度を調整する構成とする。
その他の手段は、後記する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、装置の起動時に、蒸発器の内圧を所定の圧力範囲内に保持することができるため、蒸発器内部の水の温度の過度な低下を防止することができ、安定的に（円滑に）起動することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１実施形態に係る蒸気発生装置の構成図である。

【図2】第１実施形態に係る蒸気発生装置の起動時の動作を示すフローチャートである。

【図3】第２実施形態に係る蒸気発生装置の構成図である。

【図4】第２実施形態に係る蒸気発生装置の起動時の動作を示すフローチャートである。

【図5】第３実施形態に係る蒸気発生装置の構成図である。

【図6】第３実施形態に係る蒸気発生装置の起動時の動作を示すフローチャートである。

【図7】第４実施形態に係る蒸気発生装置の構成図である。

【図8】第４実施形態に係る蒸気発生装置の起動時の動作を示すフローチャートである。

【図9】本発明の第４実施形態の、蒸気発生装置の停止時の動作を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態（以下、「本実施形態」と称する）について詳細に説明する。なお、各図は、本発明を十分に理解できる程度に、概略的に示しているに過ぎない。よって、本発明は、図示例のみに限定されるものではない。また、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。

【0011】

以下の説明では、蒸気を通す配管を「蒸気配管ＳＰ（図１、図３、図５、図７）」とし、圧縮機１２への気体の流入量を調節する弁を「第１種弁Ｖ１（図１、図７）」とし、蒸気配管ＳＰと大気とを連通する弁を「第２種弁Ｖ２（図３、図５、図７）」として説明する。

【0012】

第１実施形態から第５実施形態に係る蒸気発生装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ、１０Ｄは、第１種弁Ｖ１と第２種弁のいずれか一方又は双方の弁を有する構成になっている。第１実施形態に係る蒸気発生装置１０Ａ（図１）は、第１種弁Ｖ１として吸込絞り弁１８を有する構成になっている。第２実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｂ（図３）は、第２種弁Ｖ２として空気流入弁２６を有する構成になっている。第３実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｃ（図５）は、第２種弁Ｖ２として空気流入弁２６と大気開放弁２７とを有する構成になっている。第４実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｄ（図７）は、第１種弁Ｖ１として吸込絞り弁１８を有するとともに、第２種弁Ｖ２として空気流入弁２６と大気開放弁２７とを有する構成になっている。

【0013】

［第１実施形態］
＜蒸気発生装置の構成＞
以下、図１を参照して、本第１実施形態に係る蒸気発生装置１０Ａの構成について説明する。図１は、本第１実施形態に係る蒸気発生装置１０Ａの構成図である。前記した通り、本第１実施形態に係る蒸気発生装置１０Ａは、第１種弁Ｖ１（圧縮機１２への気体の流入量を調節する弁）として吸込絞り弁１８を有する構成になっている。

【0014】

図１に示すように、本実施形態の蒸気発生装置１０Ａは、蒸発器１１と、圧縮機１２と、制御部２５と、吸込絞り弁１８と、を備えており、蒸発器１１は、熱源媒体流路１４と、水を供給する給水配管１３と、蒸発器１１の内部の圧力（内圧）を検知する圧力検知手段である蒸発器圧力センサ２１と、を有している。

【0015】

熱源媒体流路１４は、熱源媒体が蒸発器１１の内部を通過する熱源配管であり、熱源媒体と蒸発器１１内部の水との間で熱交換が行われるように構成されている。本実施形態において、熱源媒体は工場で排出される８０℃程度の排温水であるが、例えば機器の冷却水や潤滑油等でも構わない。蒸発器１１内部の水は、内部の液面がほぼ一定となるように給水弁２８により外部から供給される。

【0016】

蒸発器１１と圧縮機１２とは、吸込配管１５により接続され、吸込配管１５の途中には開度が制御可能な吸込絞り弁１８が配置されている。圧縮機１２の吐出側と蒸気受入機器１７（例えば熱風発生装置等の蒸気利用機器や、蒸気を一時的に蓄えるヘッダやアキュムレータ等）とは、吐出配管１６により接続されている。吸込配管１５と吐出配管１６とは、蒸気を通す蒸気配管ＳＰを構成している。

【0017】

吐出配管１６の途中には、蒸気供給弁１９が配置されており、圧縮機１２と蒸気供給弁１９との間には、吐出圧力センサ２３が配置されている。また、蒸気供給弁１９と蒸気受入機器１７との間には、供給蒸気圧力センサ２４が配置されている。

【0018】

また、熱源媒体流路１４には、熱源媒体の温度を検出する熱源温度センサ２０が配置されており、蒸発器１１には、内部の水の温度を検出する蒸発器温度センサ２２が配置されている。

【0019】

制御部２５は、電気配線等（図示せず）により、各種のセンサからの信号や、運転指令を受け取り、内蔵されたプログラムにより、圧縮機１２や弁などの各種アクチュエータの制御を行う。

【0020】

＜蒸気発生装置の起動時の動作＞
以下、図２を参照して、蒸気発生装置１０Ａの起動時の動作について説明する。図２は、蒸気発生装置１０Ａの起動時の動作を示すフローチャートである。蒸気発生装置１０Ａの動作は主に制御部２５によって行われる。ここでは、初期状態において、蒸気供給弁１９が閉じており、吸込絞り弁１８が任意の開度で開いているものとして説明する。

【0021】

図２に示すように、蒸気発生装置１０Ａの制御部２５は、外部から起動指令を受けると、蒸発器１１が暖機されているか否かを判定する（ステップＳ１０１）。例えば、制御部２５は、熱源媒体と蒸発器１１内部の水の温度が一定以上であるか否かを判定することで、蒸発器１１が暖機されているか否かを判定する。本実施形態では、一例として、源媒体と蒸発器１１内部の水の温度が例えば７０℃以上であるか否かを判定することで、蒸発器１１が暖機されているか否かを判定するものとして説明する。

【0022】

蒸発器１１の暖機が完了すると、制御部２５は、圧縮機１２を起動させる（ステップＳ１０２）。そして、吐出圧力センサ２３で計測される吐出圧力が供給蒸気圧力以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。

【0023】

ステップＳ１０３の判定で、吐出圧力が供給蒸気圧力以上であると判定される場合（“Ｙｅｓ”の場合）に、制御部２５は、蒸気供給弁１９を開弁する（ステップＳ１０４）。一方、ステップＳ１０３の判定で、吐出圧力が供給蒸気圧力未満であると判定される場合（“Ｎｏ”の場合）に、蒸気発生装置１０Ａの処理はステップＳ１０５に進む。

【0024】

ステップＳ１０２で圧縮機１２が起動することにより、蒸発器１１内部の気体が圧縮機１２に吸引されて、蒸発器１１の内圧が低下していく。その際に、蒸発器１１の内圧が極度に低下しないように、制御部２５は、予め定めた所定の圧力範囲を目標とし、蒸発器１１の内圧が所定の圧力範囲に入るように、吸込絞り弁１８の開度を調整する（ステップＳ１０５）。本実施形態では、一例として、圧力範囲が例えば絶対圧で約０．０２ＭＰａから約０．０５ＭＰａの間であるものとして説明する。ちなみに、大気圧は、絶対圧で０．１０１３ＭＰａである。

【0025】

このように蒸気発生装置１０Ａは、ステップＳ１０５で吸込絞り弁１８を用いて蒸発器１１の内圧（吸込配管１５の内圧）を直接的に制御するため、応答性の高い制御が可能であり、精度の高い圧力調整が実現できる。

【0026】

ステップＳ１０５の後、制御部２５は、吸込絞り弁１８の開度が全開になっているか否かを判定する（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０６の判定で、吸込絞り弁１８の開度が全開になっていると判定される場合（“Ｙｅｓ”の場合）に、蒸気発生装置１０Ａの起動が完了となるため、制御部２５は、一連のルーチンの処理を終了する。この場合に、蒸気発生装置１０Ａの動作は通常運転へと移行する。一方、ステップＳ１０６の判定で、吸込絞り弁１８の開度が全開になっていないと判定される場合（“Ｎｏ”の場合）に、蒸気発生装置１０Ａの処理はステップＳ１０３に戻る。この場合に、制御部２５は、ステップＳ１０３からステップＳ１０６までの処理を、起動時に繰り返す。

【0027】

このような蒸気発生装置１０Ａは、圧縮機１２と各種弁とが制御されることにより、起動時の蒸発器１１の内圧が精度よく所定の圧力範囲内に保たれる。そのため、蒸気発生装置１０Ａは、蒸発器１１内部の水温の急低下や蒸発器１１内部の圧力（内圧）の変動（ハンチング）を防止することができる。このような蒸気発生装置１０Ａは、安定的に（円滑に）起動することができる。

【0028】

なお、本実施形態では、圧縮機１２の吐出側に蒸気供給弁１９と２つの圧力センサ（吐出圧力センサ２３と供給蒸気圧力センサ２４）を設置して、２つの圧力センサ（吐出圧力センサ２３と供給蒸気圧力センサ２４）の値をもとに蒸気供給弁１９を開弁している。しかしながら、これらの仕組みを逆止弁に置き換えて構成してもよい。また、制御の判定に用いる温度や圧力の値は、必ずしも本実施形態に掲載した値に制限されるものではなく、熱源媒体の温度や流量、目標とする運転状態に応じて任意に設定することができる。

【0029】

［第２実施形態］
以下、図３を参照して、本第２実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｂの構成について説明する。図３は、本第２実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｂの構成図である。前記した通り、本第２実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｂは、第２種弁Ｖ２として空気流入弁２６を有する構成になっている。

【0030】

図３に示すように、本第２実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｂは、第１実施形態に係る蒸気発生装置１０Ａ（図１参照）と比較すると、以下の点で相違する。
（１）吸込配管１５の途中に設けられていた吸込絞り弁１８が削除されている点。
（２）第１種弁Ｖ１としての吸込絞り弁１８の代わりに、第２種弁Ｖ２（蒸気配管ＳＰと大気とを連通する弁）として、吸込配管１５の途中に空気流入弁２６を有する点。

【0031】

空気流入弁２６は、開度を調整可能な弁であり、開放されることにより、大気の空気を吸込配管１５に流入させる。本第２実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｂは、その他の部分については、第１実施形態に係る蒸気発生装置１０Ａ（図１）と同様である。

【0032】

以下、図４を参照して、蒸気発生装置１０Ｂの起動時の動作について説明する。図４は、蒸気発生装置１０Ｂの起動時の動作を示すフローチャートである。ここでは、初期状態において、蒸気供給弁１９が閉じており、空気流入弁２６が任意の開度で開いているものとして説明する。また、ここでは、本第２実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｂの動作について、第１実施形態に係る蒸気発生装置１０Ａ（図２）と相違する動作を重点的に説明し、第１実施形態に係る蒸気発生装置１０Ａ（図２）と同様の動作については説明を省略する（以下、他の実施形態においても同様。）。

【0033】

図４に示すように、蒸気発生装置１０Ｂの制御部２５は、外部から起動指令を受けると、図２に示すステップＳ１０１からステップＳ１０４までの処理と同様に、ステップＳ２０１からステップＳ２０４までの処理を行う。

【0034】

そして、ステップＳ２０４の後、又は、ステップＳ２０３の判定で、吐出圧力が供給蒸気圧力未満であると判定される場合（“Ｎｏ”の場合）に、蒸発器１１の内圧が極度に低下しないように、制御部２５は、予め定めた所定の圧力範囲を目標とし、蒸発器１１の内圧が所定の圧力範囲に入るように、空気流入弁２６の開度を調整する（ステップＳ２０５）。本実施形態では、一例として、圧力範囲が例えば絶対圧で約０．０２ＭＰａから約０．０５ＭＰａの間であるものとして説明する。

【0035】

このように蒸気発生装置１０Ｂは、ステップＳ２０５で空気流入弁２６を用いて蒸発器１１の内圧（吸込配管１５の内圧）を直接的に制御するため、応答性の高い制御が可能であり、精度の高い圧力調整が実現できる。

【0036】

ステップＳ２０５の後、制御部２５は、空気流入弁２６の開度が全閉になっているか否かを判定する（ステップＳ２０６）。ステップＳ２０６の判定で、空気流入弁２６の開度が全閉になっていると判定される場合（“Ｙｅｓ”の場合）に、蒸気発生装置１０Ｂの起動が完了となるため、制御部２５は、一連のルーチンの処理を終了する。この場合に、蒸気発生装置１０Ｂの動作は通常運転へと移行する。一方、ステップＳ２０６の判定で、空気流入弁２６の開度が全閉になっていないと判定される場合（“Ｎｏ”の場合）に、蒸気発生装置１０Ｂの処理はステップＳ２０３に戻る。この場合に、制御部２５は、ステップＳ２０３からステップＳ２０６までの処理を、起動時に繰り返す。

【0037】

このような蒸気発生装置１０Ｂは、圧縮機１２と各種弁とが制御されることにより、起動時の蒸発器１１の内圧が精度よく所定の圧力範囲内に保たれる。そのため、蒸気発生装置１０Ｂは、蒸発器１１内部の水温の急低下や蒸発器１１内部の圧力（内圧）の変動（ハンチング）を防止することができる。このような蒸気発生装置１０Ｂは、安定的に（円滑に）起動することができる。

【0038】

また、本第２実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｂは、蒸発器１１と圧縮機１２との間に直列に挿入された吸込絞り弁１８がないため、吸込配管１５の流動抵抗を低減して、蒸気流動時の圧力低下を最小限に抑えることができる。このような本第２実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｂは、第１実施形態に係る蒸気発生装置１０Ａ（図１）と比べて、圧縮機１２の動力を低減することができるため、蒸気受入機器１７により効率よく蒸気を供給することができる。さらに、本第２実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｂは、起動中の圧縮機１２の吸込み圧力が蒸発器１１の内圧とほぼ同等となる。このような本第２実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｂは、圧縮機１２の吸込み圧力の最低値を予め規定することができる。そのため、本第２実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｂは、圧縮機１２の吸込み圧力が過度に低下することによる軸封装置の不具合等が発生することを抑制することができる。このような本第２実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｂは、より高い効率と信頼性を確保しつつ、安定的に（円滑に）起動することができる。

【0039】

［第３実施形態］
以下、図５を参照して、本第３実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｃの構成について説明する。図５は、本第３実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｃの構成図である。前記した通り、本第３実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｃは、第２種弁Ｖ２として空気流入弁２６と大気開放弁２７とを有する構成になっている。

【0040】

図５に示すように、本第３実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｃは、第２実施形態に係る蒸気発生装置１０Ａ（図１参照）と比較すると、第２種弁Ｖ２として、空気流入弁２６に加えて、圧縮機１２と吐出圧力センサ２３との間に、大気開放弁２７を有する点で相違している。

【0041】

大気開放弁２７は、開度を調整可能な弁であり、開放されることにより、吐出配管１６内部の蒸気（圧縮機１２によって圧縮された高圧蒸気）の一部を大気に放出させる。本第３実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｃは、その他の部分については、第２実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｂ（図３）と同様である。

【0042】

以下、図６を参照して、蒸気発生装置１０Ｃの起動時の動作について説明する。図６は、蒸気発生装置１０Ｃの起動時の動作を示すフローチャートである。ここでは、初期状態において、蒸気供給弁１９と大気開放弁２７が閉じており、空気流入弁２６が任意の開度で開いているものとして説明する。

【0043】

図６に示すように、蒸気発生装置１０Ｃの制御部２５は、外部から起動指令を受けると、蒸発器１１が暖機されているか否かを判定する（ステップＳ３０１）。ステップＳ３０１の処理は、図２に示すステップＳ１０１の処理及び図４に示すステップＳ２０１の処理と同様である。

【0044】

蒸発器１１の暖機が完了すると、制御部２５は、大気開放弁２７を開弁して（ステップＳ３０２）、圧縮機１２を起動させる（ステップＳ３０３）。

【0045】

ステップＳ３０２で圧縮機１２が起動することにより、蒸発器１１内部の気体が圧縮機１２に吸引されて、蒸発器１１の内圧が低下していく。その際に、蒸発器１１の内圧が極度に低下しないように、制御部２５は、予め定めた所定の圧力範囲を目標とし、蒸発器１１の内圧が所定の圧力範囲に入るように、空気流入弁２６の開度を調整する（ステップＳ３０４）。本実施形態では、一例として、圧力範囲が例えば絶対圧で約０．０２ＭＰａから約０．０５ＭＰａの間であるものとして説明する。

【0046】

このように蒸気発生装置１０Ｃは、ステップＳ３０４で空気流入弁２６を用いて蒸発器１１の内圧（吸込配管１５の内圧）を直接的に制御するため、応答性の高い制御が可能であり、精度の高い圧力調整が実現できる。

【0047】

ステップＳ３０４の後、制御部２５は、空気流入弁２６の開度を確認が全閉になっているか否かを判定する（ステップＳ３０５）。ステップＳ３０５の判定で、空気流入弁２６の開度が全閉になっていないと判定される場合（“Ｎｏ”の場合）に、蒸気発生装置１０Ｃの処理はステップＳ３０４に戻る。この場合に、制御部２５は、ステップＳ３０４からステップＳ３０５までの処理を繰り返す。一方、ステップＳ３０５の判定で、空気流入弁２６の開度が全閉になっていると判定される場合（“Ｙｅｓ”の場合）に、蒸気配管ＳＰ内部の蒸気の状態が一定になるように、そのまま所定時間（好ましくは一定時間）待機する（ステップＳ３０６）。本実施形態では、一例として待機時間が例えば１０秒程度であるものとして説明する。

【0048】

ステップＳ３０６の後、制御部２５は、蒸気供給弁１９を開弁（ステップＳ３０７）し、さらに、大気開放弁２７を閉弁する（ステップＳ３０８）。これにより、蒸気発生装置１０Ｃの起動が完了となるため、制御部２５は、一連のルーチンの処理を終了する。

【0049】

このような蒸気発生装置１０Ｃは、圧縮機１２と各種弁とが制御されることにより、起動時の蒸発器１１の内圧が精度よく所定の圧力範囲内に保たれる。そのため、蒸気発生装置１０Ｃは、蒸発器１１内部の水温の急低下や蒸発器１１内部の圧力（内圧）の変動（ハンチング）を防止することができる。このような蒸気発生装置１０Ｃは、安定的に（円滑に）起動することができる。

【0050】

また、本第３実施形態では、空気流入弁２６が全閉でない場合（ステップＳ３０５の判定で“Ｎｏ”の場合）に、つまり、圧縮機１２の吐出流体に空気が含まれている場合に、蒸気発生装置１０Ｃは、蒸気受入機器１７に蒸気を供給しない。このような蒸気発生装置１０Ｃは、蒸気受入機器１７への空気の混入が制限される場合にも、用いることができる。このような蒸気発生装置１０Ｃは、第２実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｂと同様に高い効率と信頼性を確保しつつ、安定的に（円滑に）起動することができるとともに、第２実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｂよりも供給蒸気の高い品質を確保することができる。

【0051】

［第４実施形態］
以下、図７を参照して、本第４実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｄの構成について説明する。図７は、本第４実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｄの構成図である。前記した通り、本第４実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｄは、第１種弁Ｖ１として吸込絞り弁１８を有するとともに、第２種弁Ｖ２として空気流入弁２６と大気開放弁２７とを有する構成になっている。

【0052】

図７に示すように、本第４実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｄは、第３実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｃ（図５参照）と比較すると、第２種弁Ｖ２としての空気流入弁２６と大気開放弁２７に加えて、第１種弁Ｖ１（圧縮機１２への気体の流入量を調節する弁）として吸込絞り弁１８を有する点で相違している。本第４実施形態に係る蒸気発生装置１０ＤＣは、その他の部分については、第３実施形態に係る蒸気発生装置１０（図５）と同様である。

【0053】

以下、図８を参照して、蒸気発生装置１０Ｄの起動時の動作について説明する。図８は、蒸気発生装置１０Ｄの起動時の動作を示すフローチャートである。ここでは、初期状態において、吸込絞り弁１８と蒸気供給弁１９と大気開放弁２７が閉じており、空気流入弁２６が任意の開度で開いているものとして説明する。

【0054】

図８に示すように、蒸気発生装置１０Ｄの制御部２５は、外部から起動指令を受けると、図６に示すステップＳ３０１からステップＳ３０２までの処理と同様に、ステップＳ４０１からステップＳ４０２までの処理を行う。

【0055】

そして、ステップＳ４０２の後、制御部２５は、吸込絞り弁１８を開弁する（ステップＳ４０３）。ステップＳ４０３の後、制御部２５は、図６に示すステップＳ３０３からステップＳ３０８までの処理と同様に、ステップＳ４０４からステップＳ４０９までの処理を行う。

【0056】

このような本第４実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｄは、第３実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｃ（図５参照）と同様に、空気流入弁２６が全閉でない場合（ステップＳ４０６の判定で“Ｎｏ”の場合）に、つまり、圧縮機１２の吐出流体に空気が含まれている場合に、蒸気受入機器１７に蒸気を供給しない。そのため、本第４実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｄは、第３実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｃ（図５参照）と同様に、蒸気受入機器１７への空気の混入が制限される場合にも、用いることができる。このような本第４実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｄは、第３実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｃと同様に、高い効率と信頼性を確保しつつ、安定的に（円滑に）起動することができるとともに、第２実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｂよりも供給蒸気の高い品質を確保することができる。

【0057】

なお、蒸気発生装置１０Ｄは、装置の停止時に図９に示すような制御を行うとよい。以下、図９を参照して、蒸気発生装置１０Ｄの停止時の動作について説明する。図９は、蒸気発生装置１０Ｄの停止時の動作を示すフローチャートである。

【0058】

図９に示すように、蒸気発生装置１０Ｄの制御部２５は、外部から停止指令を受けると、大気開放弁２７を開弁し（ステップＳ４１１）、蒸気供給弁１９を閉弁する（ステップＳ４１２）。その後、制御部２５は、空気流入弁２６を開弁し（ステップＳ４１３）、吸込絞り弁１８を閉弁する（ステップＳ４１４）。これにより、蒸気発生装置１０Ｄは、圧縮機１２で空気を吸入し圧縮して大気に開放する運転となる。

【0059】

蒸気発生装置１０Ｄは、この運転状態で所定時間（好ましくは一定時間）待機する（ステップＳ４１５）。これにより、蒸気発生装置１０Ｄは、空気流入弁２６と大気開放弁２７を開弁した状態を所定時間（好ましくは一定時間）保持する。本実施形態では、この待機時間が約３分であるものとして説明する。

【0060】

ステップＳ４１５の後、制御部２５は、圧縮機１２を停止させ（ステップＳ４１６）、空気流入弁２６と大気開放弁２７を閉弁する（ステップＳ４１７，Ｓ４１８）。これにより、蒸気発生装置１０Ｄの停止が完了となるため、制御部２５は、一連のルーチンの処理を終了する。

【0061】

蒸気発生装置１０Ｄは、装置の停止時に、蒸気供給弁１９と吸込絞り弁１８を閉弁した後に、空気流入弁２６と大気開放弁２７を開弁した状態を所定時間保持することで、空気のみを圧縮して所定時間運転する。そのため、このような蒸気発生装置１０Ｄは、装置の停止前に圧縮機１２内部の水分の多くを外部に排出することができるため、内部の腐食などに起因する寿命の低下を最小限に抑えることができる。

【0062】

＜蒸気発生装置の主な特徴＞
（１）図１、図３、図５、図７に示すように、第１から第４実施形態に係る蒸気発生装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄは、各部の動作を制御する制御部２５と、水から低圧蒸気を生成する蒸発器１１と、低圧蒸気を圧縮して高圧蒸気を生成する圧縮機１２と、蒸発器１１の内圧を検知する圧力検知手段と、蒸気を通す蒸気配管ＳＰ（吸込配管１５、吐出配管１６）と、圧縮機１２への気体の流入量を調節する第１種弁Ｖ１（吸込絞り弁１８（図１、図７））と蒸気配管ＳＰと大気とを連通する第２種弁Ｖ２（空気流入弁２６（図３、図５、図７）、大気開放弁２７（図５、図７））のいずれか一方又は双方の弁と、を有する。制御部２５は、装置の起動時に、蒸発器１１の内圧が所定の圧力範囲内となるように、第１種弁Ｖ１と第２種弁Ｖ２のいずれか任意の弁の開度を調整する。

【0063】

このような第１から第４実施形態に係る蒸気発生装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄは、装置の起動時に、蒸発器１１の内圧を所定の圧力範囲内に保持することができるため、蒸発器１１内部の水の温度の過度な低下を防止することができ、安定的に（円滑に）起動することができる。

【0064】

（２）図１に示すように、第１実施形態に係る蒸気発生装置１０Ａは、第１種弁Ｖ１として、蒸発器１１と圧縮機１２とを接続する吸込配管１５の途中に設けられた吸込絞り弁１８を備える。図２に示すように、第１実施形態に係る蒸気発生装置１０Ａにおいて、制御部２５は、装置の起動時に、蒸発器１１の内圧が所定の圧力範囲内となるように、吸込絞り弁１８の開度を調整する構成であるとよい。

【0065】

このような第１実施形態に係る蒸気発生装置１０Ａは、装置の起動時に、蒸発器１１の内圧を所定の圧力範囲内に保持することができるため、蒸発器１１内部の水の温度の過度な低下を防止することができ、安定的に（円滑に）起動することができる。

【0066】

（３）図３に示すように、第２実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｂにおいて、第２種弁Ｖ２として、蒸発器１１と圧縮機１２とを接続する吸込配管１５の途中に設けられた空気流入弁２６を備える。図４に示すように、第２実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｂにおいて、制御部２５は、装置の起動時に、蒸発器１１の内圧が所定の圧力範囲内となるように、空気流入弁２６の開度を調整する構成であるとよい。

【0067】

このような第２実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｂは、装置の起動時に、蒸発器１１の内圧を所定の圧力範囲内に保持することができるため、蒸発器１１内部の水の温度の過度な低下を防止することができ、安定的に（円滑に）起動することができる。

【0068】

（４）図５に示すように、第３実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｃは、第２種弁Ｖ２として、蒸発器１１と圧縮機１２とを接続する吸込配管１５の途中に設けられた空気流入弁２６と、圧縮機１２と蒸気受入機器１７とを接続する吐出配管１６の途中に設けられた大気開放弁２７と、を備える。図５に示すように、第３実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｃにおいて、制御部２５は、装置の起動時に、大気開放弁２７を開弁した後に、蒸発器１１の内圧が所定の圧力範囲内となるように、空気流入弁２６の開度を調整する構成であるとよい。

【0069】

このような第３実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｃは、装置の起動時に、蒸発器１１の内圧を所定の圧力範囲内に保持することができるため、蒸発器１１内部の水の温度の過度な低下を防止することができ、安定的に（円滑に）起動することができる。

【0070】

（５）図５に示すように、第３実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｃは、吐出配管１６上の大気開放弁２７よりも下流側に設けられた蒸気供給弁１９を備える。図５に示すように、第３実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｃにおいて、制御部２５は、装置の起動時に、大気開放弁２７を開弁した後に、蒸発器１１の内圧が所定の圧力範囲内となるように、空気流入弁２６の開度を調整し、空気流入弁２６を全閉してから蒸気供給弁１９を開弁し、大気開放弁２７を閉弁する構成であるとよい。

【0071】

このような第３実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｃは、装置の起動時に、蒸発器１１の内圧を所定の圧力範囲内に保持することができるため、蒸発器１１内部の水の温度の過度な低下を防止することができ、安定的に（円滑に）起動することができる。

【0072】

（６）図７に示すように、第４実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｄは、第１種弁Ｖ１として、蒸発器１１と圧縮機１２とを接続する吸込配管１５の途中に設けられた吸込絞り弁１８を備え、第２種弁Ｖ２として、蒸発器１１と圧縮機１２とを接続する吸込配管１５の途中に設けられた空気流入弁２６と、圧縮機１２と蒸気受入機器１７とを接続する吐出配管１６の途中に設けられた大気開放弁２７と、を備える。図８に示すように、第４実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｄにおいて、制御部２５は、装置の起動時に、大気開放弁２７を開弁した後に、吸込絞り弁１８を開弁し、蒸発器１１の内圧が所定の圧力範囲内となるように、空気流入弁２６の開度を調整する構成であるとよい。

【0073】

このような第４実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｄは、装置の起動時に、蒸発器１１の内圧を所定の圧力範囲内に保持することができるため、蒸発器１１内部の水の温度の過度な低下を防止することができ、安定的に（円滑に）起動することができる。

【0074】

（７）図７に示すように、第４実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｄは、吐出配管１６上の大気開放弁２７よりも下流側に設けられた蒸気供給弁１９を備える。図８に示すように、第４実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｄにおいて、制御部２５は、装置の起動時に、大気開放弁２７を開弁した後に、吸込絞り弁１８を開弁し、蒸発器１１の内圧が所定の圧力範囲内となるように、空気流入弁２６の開度を調整し、空気流入弁２６を全閉してから蒸気供給弁１９を開弁し、大気開放弁２７を閉弁する構成であるとよい。

【0075】

このような第４実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｄは、装置の起動時に、蒸発器１１の内圧を所定の圧力範囲内に保持することができるため、蒸発器１１内部の水の温度の過度な低下を防止することができ、安定的に（円滑に）起動することができる。

【0076】

（８）図７に示すように、第４実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｄは、吐出配管１６上の大気開放弁２７よりも下流側に設けられた蒸気供給弁１９を備える。図９に示すように、第４実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｄにおいて、制御部２５は、装置の停止時に、蒸気供給弁１９と吸込絞り弁１８を閉弁した後に、空気流入弁２６と大気開放弁２７を開弁した状態を所定時間（好ましくは一定時間）保持する構成であるとよい。

【0077】

このような第４実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｄは、装置の停止時に、蒸気供給弁１９と吸込絞り弁１８を閉弁した後に、空気流入弁２６と大気開放弁２７を開弁した状態を所定時間保持することで、空気のみを圧縮して所定時間運転する。このような第４実施形態に係る蒸気発生装置１０Ｄは、装置の停止前に圧縮機１２内部の水分の多くを外部に排出することができるため、内部の腐食などに起因する寿命の低下を最小限に抑えることができる。

【0078】

本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施形態の構成の一部を他の構成に置き換えることが可能であり、また、実施形態の構成に他の構成を加えることも可能である。また、各構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【符号の説明】

【0079】

１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ 蒸気発生装置
１１ 蒸発器
１２ 圧縮機
１３ 給水配管
１４ 熱源媒体流路
１５ 吸込配管
１６ 吐出配管
１７ 蒸気受入機器
１８ 吸込絞り弁
１９ 蒸気供給弁
２０ 熱源温度センサ
２１ 蒸発器圧力センサ（圧力検知手段）
２２ 蒸発器温度センサ
２３ 吐出圧力センサ
２４ 供給蒸気圧力センサ
２５ 制御部
２６ 空気流入弁
２７ 大気開放弁
２８ 給水弁
ＳＰ 蒸気配管
Ｖ１ 第１種弁
Ｖ２ 第２種弁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】