(57)【要約】【課題】ヒートポンプ装置の過冷却器を介して予熱された被加熱水をサーモサイフォン回路に供給して水蒸気を発生する場合であっても、サーモサイフォン回路を循環する被加熱水とヒートポンプ装置の凝縮器との熱交換効率の低下を防止することができる蒸気生成ヒートポンプ装置を提供すること。【解決手段】予熱配管Ｌ３内の被加熱水が飽和状態に近い状態あるいは飽和状態を検出する温度検出センサ２６と、温度検出センサ２６の検出結果に基づいて、給水ポンプ２１から供給される被加熱水の流量を変化させる制御部Ｃと、を備える。【選択図】図１
2020041724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源水から回収した熱で低圧冷媒を蒸発させる蒸発器と、低圧冷媒を高圧冷媒に圧縮する圧縮機と、高圧冷媒を凝縮させ被加熱水を加熱して沸騰させる凝縮器と、前記凝縮器によって凝縮された冷媒を過冷却して前記被加熱水を予熱する過冷却器と、前記過冷却器から導入される冷媒を減圧膨張して前記蒸発器に導出する膨張弁とを有したヒートポンプ部と、
前記凝縮器で沸騰した被加熱水を蒸気と水とに分離する水蒸気分離器と前記凝縮器との上部及び下部をそれぞれ上部配管と下部配管で連通し、前記水蒸気分離器内の水を前記下部配管を介して前記凝縮器に導出するとともに、前記凝縮器で沸騰した水蒸気を前記上部配管を介して前記水蒸気分離器に導出して外部出力するサーモサイフォン回路と、前記被加熱水を前記過冷却器に導入する給水ポンプと、前記過冷却器で予熱された前記被加熱水を前記下部配管を介して前記サーモサイフォン回路に供給する予熱配管とを有した蒸気生成部と、
を備えた蒸気生成ヒートポンプ装置であって、
前記予熱配管内における被加熱水の状態を検出する被加熱水状態検出センサと、
前記被加熱水状態検出センサの検出結果に基づいて、前記給水ポンプから供給される前記被加熱水の流量を変化させる 制御部と、
を備えたことを特徴とする蒸気生成ヒートポンプ装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記被加熱水状態検出センサによって検出された前記被加熱水の状態が飽和状態に近い状態あるいは飽和状態である場合、前記給水ポンプの回転数を制御して前記給水ポンプから供給される前記被加熱水の流量を増大させることを特徴とする請求項１に記載の蒸気生成ヒートポンプ装置。
【請求項３】
前記予熱配管に流量調整弁を設け、
前記制御部は、前記被加熱水状態検出センサによって検出された前記被加熱水の状態が飽和状態に近い状態あるいは飽和状態である場合、前記流量調整弁の開度を調整して前記給水ポンプから供給される被加熱水の流量を増大させることを特徴とする請求項１に記載の蒸気生成ヒートポンプ装置。
【請求項４】
前記被加熱水状態検出センサは、前記予熱配管内の被加熱水の温度を検出する温度検出センサ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蒸気生成ヒートポンプ装置。
【請求項５】
前記被加熱水状態検出センサは、前記予熱配管内の気泡を検出する気泡検出センサ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蒸気生成ヒートポンプ装置。
【請求項６】
熱源水から回収した熱で低圧冷媒を蒸発させる蒸発器と、低圧冷媒を高圧冷媒に圧縮する圧縮機と、高圧冷媒を凝縮させ被加熱水を加熱して沸騰させる凝縮器と、前記凝縮器によって凝縮された冷媒を過冷却して前記被加熱水を予熱する過冷却器と、前記過冷却器から導入される冷媒を減圧膨張して前記蒸発器に導出する膨張弁とを有したヒートポンプ部と、
前記凝縮器で沸騰した被加熱水を蒸気と水とに分離する水蒸気分離器と前記凝縮器との上部及び下部をそれぞれ上部配管と下部配管で連通し、前記水蒸気分離器内の水を前記下部配管を介して前記凝縮器に導出するとともに、前記凝縮器で沸騰した水蒸気を前記上部配管を介して前記水蒸気分離器に導出して外部出力するサーモサイフォン回路と、前記被加熱水を前記過冷却器に導入する給水ポンプと、前記過冷却器で予熱された前記被加熱水を前記下部配管を介して前記サーモサイフォン回路に供給する予熱配管とを有した蒸気生成部と、
を備えた蒸気生成ヒートポンプ装置であって、
前記予熱配管上に設けられた第１の開閉弁と、
前記予熱配管上であって前記過冷却器と前記第１の開閉弁との間の分岐点から前記水蒸気分離器に接続する分岐配管と、
前記分岐配管上に設けられた第２の開閉弁と、
を備え、
前記制御部は、前記被加熱水状態検出センサによって検出された前記被加熱水の状態が飽和状態に近い状態あるいは飽和状態である場合、前記第１の開閉弁を閉にするとともに前記第２の開閉弁を開にして前記過冷却器から供給される前記被加熱水を前記水蒸気分離器に供給する切替制御を行うことを特徴とする 蒸気生成ヒートポンプ装置。
【請求項７】
前記被加熱水状態検出センサは、前記予熱配管内の被加熱水の温度を検出する温度検出センサであることを特徴とする請求項６に記載の蒸気生成ヒートポンプ装置。
【請求項８】
前記被加熱水状態検出センサは、前記予熱配管内の気泡を検出する気泡検出センサであることを特徴とする請求項６または７に記載の蒸気生成ヒートポンプ装置。
【請求項９】
熱源水から回収した熱で低圧冷媒を蒸発させる蒸発器と、低圧冷媒を高圧冷媒に圧縮する圧縮機と、高圧冷媒を凝縮させ被加熱水を加熱して沸騰させる凝縮器と、前記凝縮器によって凝縮された冷媒を過冷却して前記被加熱水を予熱する過冷却器と、前記過冷却器から導入される冷媒を減圧膨張して前記蒸発器に導出する膨張弁とを有したヒートポンプ部と、
前記凝縮器で沸騰した被加熱水を蒸気と水とに分離する水蒸気分離器と前記凝縮器との上部及び下部をそれぞれ上部配管と下部配管で連通し、前記水蒸気分離器内の水を前記下部配管を介して前記凝縮器に導出するとともに、前記凝縮器で沸騰した水蒸気を前記上部配管を介して前記水蒸気分離器に導出して外部出力するサーモサイフォン回路と、前記被加熱水を前記過冷却器に導入する給水ポンプと、前記過冷却器で予熱された前記被加熱水を前記下部配管を介して前記サーモサイフォン回路に供給する予熱配管とを有した蒸気生成部と、
を備えた蒸気生成ヒートポンプ装置であって、
前記予熱配管に前段水蒸気分離器を備え、
前記前段水蒸気分離器は、前記過冷却器から供給された被加熱水を水と水蒸気とに分離し、前記水を前記予熱配管に供給するとともに前記水蒸気を前記水蒸気分離器に供給することを特徴とする蒸気生成ヒートポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ装置の過冷却器を介して予熱された被加熱水をサーモサイフォン回路に供給して水蒸気を発生する場合であっても、サーモサイフォン回路を循環する被加熱水とヒートポンプ装置の凝縮器との熱交換効率の低下を防止することができる蒸気生成ヒートポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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から熱を回収して蒸気を発生する蒸気生成ヒートポンプ装置がある。蒸気生成ヒートポンプ装置は、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水蒸気を生成するため、ボイラ設備等を利用して水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ＣＯ２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、過冷却器を設け、凝縮器で凝縮した冷媒と、被加熱水である給水とを熱交換する蒸気生成システムが記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、水を貯留する気液分離器と、冷媒が流通するヒートポンプの凝縮器（蒸発器）とを備え、前記気液分離器と前記蒸発器の上部及び下部をそれぞれ上部配管と下部配管で連通することにより、気液分離器内の水を前記下部配管を介して蒸発器に供給すると共に前記冷媒との熱交換によって蒸発させ、該蒸発器で生成した水蒸気を前記上部配管を介して気液分離器に供給すると共に、該気液分離器から送り出すサーモサイフォン回路を形成した蒸気生成装置が記載されている。また、前記サーモサイフォン回路には水を供給するための給水配管が接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１７３７４３号公報
【特許文献２】特許第５９６７３１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献２に記載されたサーモサイフォン回路に導入される水（被加熱水）の流量は、気液分離器（水蒸気分離器）の水位制御に用いられていた。一方、ヒートポンプ装置の凝縮器出口の過冷却度はヒートポンプサイクルの効率に大きく影響するため、大きな過冷却度を確保できる構造とするため、特許文献１に記載されているように、サーモサイフォン回路に導入される被加熱水を、凝縮器の後段に設けられた過冷却器の冷媒と熱交換させて過冷却度を大きくするようにしていた。
【０００７】
しかし、サーモサイフォン回路に被加熱水を導入する前に、被加熱水を過冷却器で加熱する場合、環境条件等の変化等により、過冷却器出口の被加熱水が飽和温度以上になり、被加熱水が沸騰し、予期しない気泡等がサーモサイフォン回路に流入してしまう場合がある。サーモサイフォン回路は、ヒートポンプ装置の凝縮器の冷媒との熱交換で加熱された被加熱水が膨張や気泡の発生により鉛直上方に移動して循環するものである。ここで、サーモサイフォン回路の鉛直下部で、凝縮器との熱交換前に気泡が発生した被加熱水が流入すると、気泡が発生した被加熱水は水蒸気分離器側に上昇してしまう。この結果、サーモサイフォン回路の循環方向に抵抗が生じ、サーモサイフォン回路の循環速度が阻害され、被加熱水の循環流量が減少することにより、凝縮器における被加熱水と冷媒との熱交換効率が低下してしまう。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ヒートポンプ装置の過冷却器を介して予熱された被加熱水をサーモサイフォン回路に供給して水蒸気を発生する場合であっても、サーモサイフォン回路を循環する被加熱水とヒートポンプ装置の凝縮器との熱交換効率の低下を防止することができる蒸気生成ヒートポンプ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】
【０００９】
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ヒートポンプ装置は、熱源水から回収した熱で低圧冷媒を蒸発させる蒸発器と、低圧冷媒を高圧冷媒に圧縮する圧縮機と、高圧冷媒を凝縮させ被加熱水を加熱して沸騰させる凝縮器と、前記凝縮器によって凝縮された冷媒を過冷却して前記被加熱水を予熱する過冷却器と、前記過冷却器から導入される冷媒を減圧膨張して前記蒸発器に導出する膨張弁とを有したヒートポンプ部と、前記凝縮器で沸騰した被加熱水を蒸気と水とに分離する水蒸気分離器と前記凝縮器との上部及び下部をそれぞれ上部配管と下部配管で連通し、前記水蒸気分離器内の水を前記下部配管を介して前記凝縮器に導出するとともに、前記凝縮器で沸騰した水蒸気を前記上部配管を介して前記水蒸気分離器に導出して外部出力するサーモサイフォン回路と、前記被加熱水を前記過冷却器に導入する給水ポンプと、前記過冷却器で予熱された前記被加熱水を前記下部配管を介して前記サーモサイフォン回路に供給する予熱配管とを有した蒸気生成部と、を備えた蒸気生成ヒートポンプ装置であって、前記予熱配管内における被加熱水の状態を検出する被加熱水状態検出センサと、前記被加熱水状態検出センサの検出結果に基づいて、前記給水ポンプから供給される前記被加熱水の流量を変化させる制御部と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明にかかる蒸気生成ヒートポンプ装置は、上記の発明において、前記制御部は、前記被加熱水状態検出センサによって検出された前記被加熱水の状態が飽和状態に近い状態あるいは飽和状態である場合、前記給水ポンプの回転数を制御して前記給水ポンプから供給される前記被加熱水の流量を増大させることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明にかかる蒸気生成ヒートポンプ装置は、上記の発明において、前記予熱配管に流量調整弁を設け、前記制御部は、前記被加熱水状態検出センサによって検出された前記被加熱水の状態が飽和状態に近い状態あるいは飽和状態である場合、前記流量調整弁の開度を調整して前記給水ポンプから供給される被加熱水の流量を増大させることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明にかかる蒸気生成ヒートポンプ装置は、上記の発明において、前記被加熱水状態検出センサは、前記予熱配管内の被加熱水の温度を検出する温度検出センサであることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明にかかる蒸気生成ヒートポンプ装置は、上記の発明において、前記被加熱水状態検出センサは、前記予熱配管内の気泡を検出する気泡検出センサであることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明にかかる蒸気生成ヒートポンプ装置は、熱源水から回収した熱で低圧冷媒を蒸発させる蒸発器と、低圧冷媒を高圧冷媒に圧縮する圧縮機と、高圧冷媒を凝縮させ被加熱水を加熱して沸騰させる凝縮器と、前記凝縮器によって凝縮された冷媒を過冷却して前記被加熱水を予熱する過冷却器と、前記過冷却器から導入される冷媒を減圧膨張して前記蒸発器に導出する膨張弁とを有したヒートポンプ部と、前記凝縮器で沸騰した被加熱水を蒸気と水とに分離する水蒸気分離器と前記凝縮器との上部及び下部をそれぞれ上部配管と下部配管で連通し、前記水蒸気分離器内の水を前記下部配管を介して前記凝縮器に導出するとともに、前記凝縮器で沸騰した水蒸気を前記上部配管を介して前記水蒸気分離器に導出して外部出力するサーモサイフォン回路と、前記被加熱水を前記過冷却器に導入する給水ポンプと、前記過冷却器で予熱された前記被加熱水を前記下部配管を介して前記サーモサイフォン回路に供給する予熱配管とを有した蒸気生成部と、を備えた蒸気生成ヒートポンプ装置であって、前記予熱配管上に設けられた第１の開閉弁と、前記予熱配管上であって前記過冷却器と前記第１の開閉弁との間の分岐点から前記水蒸気分離器に接続する分岐配管と、前記分岐配管上に設けられた第２の開閉弁と、を備え、前記制御部は、前記被加熱水状態検出センサによって検出された前記被加熱水の状態が飽和状態に近い状態あるいは飽和状態である場合、前記第１の開閉弁を閉にするとともに前記第２の開閉弁を開にして前記過冷却器から供給される前記被加熱水を前記水蒸気分離器に供給する切替制御を行うことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明にかかる蒸気生成ヒートポンプ装置は、上記の発明において、前記被加熱水状態検出センサは、前記予熱配管内の被加熱水の温度を検出する温度検出センサであることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明にかかる蒸気生成ヒートポンプ装置は、上記の発明において、前記被加熱水状態検出センサは、前記予熱配管内の気泡を検出する気泡検出センサであることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明にかかる蒸気生成ヒートポンプ装置は、上記の発明において、前記予熱配管上に設けられた第１の開閉弁と、前記予熱配管上であって前記過冷却器と前記第１の開閉弁との間の接続点から前記水蒸気分離器に接続する分岐配管と、前記分岐配管上に設けられた第２の開閉弁と、を備え、前記制御部は、前記被加熱水状態検出センサによって検出された前記被加熱水の状態が飽和状態に近い状態あるいは飽和状態である場合、前記第１の開閉弁を閉にするとともに前記第２の開閉弁を開にして前記過冷却器から供給される前記被加熱水を前記水蒸気分離器に供給する切替制御を行うことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明にかかる蒸気生成ヒートポンプ装置は、熱源水から回収した熱で低圧冷媒を蒸発させる蒸発器と、低圧冷媒を高圧冷媒に圧縮する圧縮機と、高圧冷媒を凝縮させ被加熱水を加熱して沸騰させる凝縮器と、前記凝縮器によって凝縮された冷媒を過冷却して前記被加熱水を予熱する過冷却器と、前記過冷却器から導入される冷媒を減圧膨張して前記蒸発器に導出する膨張弁とを有したヒートポンプ部と、前記凝縮器で沸騰した被加熱水を蒸気と水とに分離する水蒸気分離器と前記凝縮器との上部及び下部をそれぞれ上部配管と下部配管で連通し、前記水蒸気分離器内の水を前記下部配管を介して前記凝縮器に導出するとともに、前記凝縮器で沸騰した水蒸気を前記上部配管を介して前記水蒸気分離器に導出して外部出力するサーモサイフォン回路と、前記被加熱水を前記過冷却器に導入する給水ポンプと、前記過冷却器で予熱された前記被加熱水を前記下部配管を介して前記サーモサイフォン回路に供給する予熱配管とを有した蒸気生成部と、を備えた蒸気生成ヒートポンプ装置であって、前記予熱配管に前段水蒸気分離器を備え、前記前段水蒸気分離器は、前記過冷却器から供給された被加熱水を水と水蒸気とに分離し、前記水を前記予熱配管に供給するとともに前記水蒸気を前記水蒸気分離器に供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ヒートポンプ装置の過冷却器を介して予熱された被加熱水をサーモサイフォン回路に供給して水蒸気を発生する場合であっても、サーモサイフォン回路を循環する被加熱水とヒートポンプ装置の凝縮器との熱交換効率の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態である蒸気生成ヒートポンプ装置の構成を示す回路図である。
【図２】図２は、制御部による下部配管への被加熱水の流量制御手順を示すフローチャートである。
【図３】図３は、制御部が行う下部配管への被加熱水の流量制御を説明する説明図である。
【図４】図４は、変形例１の制御部による下部配管への被加熱水の流量制御手順を示すフローチャートである。
【図５】図５は、変形例１の制御部による下部配管への供給数の流量制御の一例を説明する説明図である。
【図６】図６は、変形例２である蒸気生成ヒートポンプ装置の構成を示す回路図である。
【図７】図７は、変形例２の制御部による下部配管への被加熱水の流量制御手順を示すフローチャートである。
【図８】図８は、変形例３である蒸気生成ヒートポンプ装置の構成を示す回路図である。
【図９】図９は、変形例３の制御部による下部配管への被加熱水の流量制御手順を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、変形例４である蒸気生成ヒートポンプ装置の構成を示す回路図である。
【図１１】図１１は、変形例４の制御部による下部配管への被加熱水の流量制御手順を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、変形例５である蒸気生成ヒートポンプ装置の構成を示す回路図である。
【図１３】図１３は、変形例５の制御部による下部配管への被加熱水の流量制御手順を示すフローチャートである。
【図１４】図１４は、変形例６である蒸気生成ヒートポンプ装置の構成を示す回路図である。
【図１５】図１５は、前段水蒸気分離器の詳細構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
＜装置構成＞
図１は、本発明の実施の形態である蒸気生成ヒートポンプ装置１の構成を示す回路図である。図１に示すように蒸気生成ヒートポンプ装置１は、ヒートポンプ部１０及び蒸気生成部２０有する。
【００２３】
ヒートポンプ部１０は、温水流通経路７を流通する工場排水等の排温水（熱源水）から回収した熱で低圧冷媒を蒸発させる蒸発器１５と、蒸発器１５から導入される低圧冷媒を高圧冷媒に圧縮する圧縮機１１と、圧縮機１１によって圧縮された高圧冷媒を凝縮させ被加熱水としての被加熱水を加熱して沸騰させる凝縮器１２と、凝縮器１２によって凝縮された冷媒を過冷却して被加熱水を予熱する過冷却器１３と、過冷却器１３から導入される冷媒を減圧膨張して蒸発器１５に導出する膨張機構としての膨張弁１４とを有し、冷媒循環経路８によって順次接続されるヒートポンプサイクルを構成している。
【００２４】
蒸気生成部２０は、凝縮器１２で沸騰した被加熱水を水蒸気と水とに分離する水蒸気分離器２２と凝縮器１２との上部及び下部をそれぞれ上部配管Ｌ５と下部配管Ｌ４で連通し、水蒸気分離器２２内の水を、下部配管Ｌ４を介して凝縮器１２に導出するとともに、凝縮器１２で沸騰した水蒸気を、上部配管Ｌ５を介して水蒸気分離器２２に導出して外部の蒸気利用設備に出力するサーモサイフォン回路ＲＴと、過冷却器１３に被加熱水を導入する給水ポンプ２１と、過冷却器１３で予熱された被加熱水を、下部配管Ｌ４の下部接続点Ｐ１を介してサーモサイフォン回路ＲＴに供給する予熱配管Ｌ３とを有する。なお、水蒸気分離器２２から導出される水蒸気は、送出配管Ｌ６、流量調整弁２３、外部送出配管Ｌ７を介して外部出力される。また、給水ポンプ２１は、前段給水配管Ｌ１を介して供給される被加熱水を、後段給水配管Ｌ２を介して過冷却器１３に供給する。前段給水配管Ｌ１、給水ポンプ２１、後段給水配管Ｌ２、過冷却器１３及び予熱配管Ｌ３は、給水経路９ａを形成する。下部配管Ｌ４、凝縮器１２、上部配管Ｌ５及び水蒸気分離器２２は、循環水経路９ｂを形成する。送出配管Ｌ６、流量調整弁２３及び外部送出配管Ｌ７は、送出経路９ｃを形成する。
【００２５】
蒸気生成部２０は、予熱配管Ｌ３内の被加熱水の温度を検出する温度検出センサ２６を有する。温度検出センサ２６は、予熱配管Ｌ３内の被加熱水が飽和状態に近い状態あるいは飽和状態を検出する飽和状態検出センサとして機能する。また、水蒸気分離器２２には、水蒸気分離器２２内の圧力を検出する圧力検出センサ２５を有する。さらに、水蒸気分離器２２には、水位検出センサ２４を有する。水位検出センサ２４は、上位水位を検出する上位水位検出センサ２４ａと基準水位検出センサ２４ｂとを有する。
【００２６】
また、蒸気生成部２０は、制御部Ｃを有する。制御部Ｃは、圧力検出センサ２５が検出した圧力をもとに、検出した圧力の飽和温度を算出する。飽和温度は、液相の水と気相の水とが共存している飽和状態の温度である。また、制御部Ｃは、温度検出センサ２６が検出した温度が、飽和温度に近い、あるいは飽和温度であるかを判定する。制御部Ｃは、温度検出センサ２６が検出した温度が、飽和温度に近い、あるいは飽和温度である場合には、給水ポンプ２１の回転数を増大して被加熱水の流量を増大させる制御を行う。これにより、過冷却器１３における被加熱水の単位流量に対する熱交換量が小さくなり、予熱配管内の被加熱水の温度が低くなり、被加熱水が飽和状態となるのを防止できる。
【００２７】
なお、制御部Ｃは、水位検出センサ２４が検知する水位をもとに給水ポンプ２１の回転数を制御して被加熱水の流量調整を行う。制御部Ｃは、基準水位検出センサ２４ｂが検出する水位が基準水位未満になると、被加熱水の流量を増大させ、上位水位検出センサ２４ａが検出する水位が上位水位以上になると、被加熱水の流量を減少させる。
【００２８】
＜下部配管への被加熱水の流量制御＞
次に、図２に示したフローチャートを参照して、制御部Ｃによる下部配管Ｌ４への被加熱水の流量制御手順について説明する。図２に示すように、制御部Ｃは、まず圧力検出センサ２５の検出結果をもとに、水蒸気分離器２２内の圧力Ｐを検出する（ステップＳ１０１）。その後、この圧力Ｐに対応する飽和温度Ｔｓを算出する（ステップＳ１０２）。その後、制御部Ｃは、温度検出センサ２６が検出した予熱配管Ｌ３内の温度Ｔを取得する（ステップＳ１０３）。
【００２９】
その後、制御部Ｃは、温度Ｔが第１設定温度Ｔ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。第１設定温度Ｔ１は、飽和温度Ｔｓから所定温度差ΔＴ１分、減算した値であり、飽和温度Ｔｓよりも低い温度である。すなわち、第１設定温度Ｔ１は、被加熱水が飽和状態に近い温度である。
【００３０】
温度Ｔが第１設定温度Ｔ１以上である場合（ステップＳ１０４，Ｙｅｓ）には、給水ポンプ２１の回転数を所定量Δω分、上昇させて被加熱水の流量を増大させる（ステップＳ１０５）。
【００３１】
その後、制御部Ｃは、温度Ｔが第２設定温度Ｔ２未満になったか否かを判定する（ステップＳ１０６）。第２設定温度Ｔ２は、飽和温度Ｔｓから所定温度差ΔＴ２分、減算した値であり、所定温度差ΔＴ２は、所定温度差ΔＴ１よりも大きい値である。すなわち、第２設定温度Ｔ２は、第１設定温度Ｔ１よりも小さい値である。
【００３２】
温度Ｔが第２設定温度Ｔ２未満になっていない場合（ステップＳ１０６，Ｎｏ）には、ステップＳ１０５に移行して、さらに給水ポンプ２１の回転数を所定量Δω分、上昇させて被加熱水の流量をさらに増大させる処理を繰り返す。これにより、予熱配管Ｌ３内の被加熱水の温度は低くなり、被加熱水が飽和状態となるのを防止することができる。
【００３３】
温度Ｔが第２設定温度Ｔ２を超えた場合（ステップＳ１０６，Ｙｅｓ）には、水位検出センサ２４を用いた水位制御処理を行って（ステップＳ１０７）、本処理を終了する。
【００３４】
一方、温度Ｔが第１設定温度Ｔ１以上でない場合（ステップＳ１０４，Ｎｏ）には、ステップＳ１０７に移行して、水位検出センサ２４を用いた水位制御処理を続行して、本処理を終了する。
【００３５】
本処理では、温度Ｔが飽和温度Ｔｓよりも小さい第１設定温度Ｔ１のときに、被加熱水の流量増大処理を行っているので、温度Ｔが飽和温度Ｔｓに達する前に、被加熱水が飽和状態となるのを未然に防止することができる。なお、上記処理は、所定時間ごとに繰り返し処理を行う。
【００３６】
なお、第１設定温度Ｔ１及び第２設定温度Ｔ２を設定したのは、制御上におけるチャタリングを防止するためである。図３は、制御部Ｃが行う下部配管Ｌ４への被加熱水の流量制御を説明する説明図である。図３に示すように、温度Ｔが第１設定温度Ｔ１になると、水位制御状態ＳＴ０から回転数上昇状態ＳＴ１に移行し、被加熱水の流量を増大させる。この被加熱水の流量増大によって温度Ｔは降下するが、水位制御状態ＳＴ０に戻るのは、第１設定温度Ｔ１より低い第２設定温度Ｔ２となったときである。これにより、水位制御状態ＳＴ０と回転数上昇状態ＳＴ１との状態移行が頻繁に起こらないようにしている。
【００３７】
なお、第１設定温度Ｔ１は、飽和温度Ｔｓ未満でなく、飽和温度Ｔｓとしてもよい。また、第２設定温度Ｔ２も飽和温度Ｔｓとしてもよい。
【００３８】
＜変形例１＞
上記の実施の形態では、被加熱水を増大させる場合、回転数を所定量Δω分、段階的に増大させる処理を繰り返し行うようにしたが、本変形例１では、温度Ｔの上昇に伴って規定した給水ポンプ２１の回転数と関係をもとに、給水ポンプ２１の回転数制御を行うようにしている。
【００３９】
図４は、変形例１の制御部Ｃによる下部配管Ｌ４への被加熱水の流量制御手順を示すフローチャートである。なお、図４のステップＳ２０１〜Ｓ２０４、Ｓ２０７は、図２に示したステップＳ１０１〜Ｓ１０４、Ｓ１０７と同じである。本変形例１では、温度Ｔが第１設定温度Ｔ１以上となった場合（ステップＳ２０４）、給水ポンプ２１の回転数を温度Ｔに応じて上昇する（ステップＳ２０５）。その後、制御部Ｃは、温度Ｔが第１設定温度Ｔ１未満になったか否かを判定する（ステップＳ２０６）。そして、温度Ｔが第１設定温度Ｔ１以上である限り（ステップＳ２０６，Ｎｏ）、ステップＳ２０５の処理を繰り返し、温度Ｔが第１設定温度Ｔ１未満である場合（ステップＳ２０６，Ｙｅｓ）には、ステップＳ２０７に移行し、水位検出センサ２４を用いた水位制御処理を行う。
【００４０】
図５は、変形例１の制御部Ｃによる下部配管Ｌ４への供給数の流量制御の一例を説明する説明図である。図５に示すように、予め温度Ｔと、給水ポンプ２１の回転数ωとの関係を保持しておき、制御部Ｃは、検出した温度Ｔが第１設定温度Ｔ１以上となると、温度Ｔの増大とともに、回転数ωを、水位制御処理時の回転数ω０から連続的に増大するようにしている。なお、図５では、温度Ｔが飽和温度Ｔｓを超えると、回転数ωを一定回転数ωｓとしている。
【００４１】
＜変形例２＞
図６は、変形例２である蒸気生成ヒートポンプ装置２の構成を示す回路図である。上記の実施の形態または変形例１では、温度検出センサ２６が検出した温度Ｔをもとに被加熱水が飽和状態とならないようにしていたが、本変形例２では、図６に示すように、気泡検出センサ３０を設け、予熱配管Ｌ３内の被加熱水に気泡が生じているか否かを直接検出するようにしている。気泡検出センサ３０は、例えば、被加熱水にレーザ光を照射し、その透過あるいは反射した画像をもとに気泡の有無を検出するもでもよいし、静電容量センサを用いて気泡の有無を検出するものであってもよい。
【００４２】
図７は、変形例２の制御部Ｃによる下部配管Ｌ４への被加熱水の流量制御手順を示すフローチャートである。図７に示すように、制御部Ｃは、気泡検出センサ３０が気泡を検出したか否かを判定する（ステップＳ３０１）。気泡検出センサ３０が気泡を検出した場合（ステップＳ３０１，Ｙｅｓ）には、給水ポンプ２１の回転数を所定量Δω分、上昇する（ステップＳ３０２）。
【００４３】
その後、制御部Ｃは、さらに、気泡検出センサ３０が気泡を検出しているか否かを判定する（ステップＳ３０３）。気泡検出センサ３０が気泡を検出している場合（ステップＳ３０３，Ｙｅｓ）、ステップＳ３０２に移行し、給水ポンプ２１の回転数を所定量Δω分、上昇する処理を繰り返す。
【００４４】
一方、気泡検出センサ３０が気泡を検出していない場合（ステップＳ３０３，Ｎｏ）には、水位検出センサ２４を用いた水位制御処理を行って（ステップＳ３０４）、本処理を終了する。なお、気泡検出センサ３０が気泡を検出していない場合（ステップＳ３０１，Ｎｏ）には、そのまま水位検出センサ２４を用いた水位制御処理を続行して（ステップＳ３０４）、本処理を終了する。
【００４５】
＜変形例３＞
次に、変形例３について説明する。図８は、変形例３である蒸気生成ヒートポンプ装置３の構成を示す回路図である。上記の実施の形態または変形例１，２では、いずれも給水ポンプ２１の回転数を制御して被加熱水の流量増大を行っていたが、本変形例３では、流量調整弁３１を給水ポンプ２１の下流に設け、被加熱水の流量増大制御を行うようにしている。なお、その他の構成は、図１に示した蒸気生成ヒートポンプ装置１と同じ構成である。
【００４６】
図９は、変形例３の制御部Ｃによる下部配管Ｌ４への被加熱水の流量制御手順を示すフローチャートである。なお、図９のステップＳ４０１〜Ｓ４０４、Ｓ４０６、Ｓ４０７は、図４に示したステップＳ２０１〜Ｓ２０４、Ｓ２０６、Ｓ２０７と同じである。本変形例３では、温度Ｔが第１設定温度Ｔ１以上となった場合（ステップＳ４０４）、制御部Ｃは、温度Ｔに応じて流量調整弁３１の開度を大きくして被加熱水の流量を増大させる（ステップＳ４０５）ようにしている。
【００４７】
＜変形例４＞
次に、変形例４について説明する。図１０は、変形例４である蒸気生成ヒートポンプ装置４の構成を示す回路図である。本変形例４では、下部配管Ｌ４の温度が飽和温度に近い、あるいは飽和温度になった場合、給水ポンプ２１の回転数の上昇や流量調整弁３１の開度を大きくすることによって、被加熱水の流量増大を図って被加熱水の温度を低くするのではなく、予熱配管Ｌ３の被加熱水の供給を下部配管Ｌ４から水蒸気分離器２２側に切り替えることによって、サーモサイフォン回路ＲＴの循環速度低下による熱交換率の低下を防止するようにしている。
【００４８】
このため、図１０に示すように、前段予熱配管Ｌ３１を後段予熱配管Ｌ３２と分岐配管Ｌ３３とに分岐する分岐点Ｐ３１と下部配管Ｌ４の下部接続点Ｐ１との間に開閉弁４０を設けるとともに、分岐点Ｐ３１から水蒸気分離器２２間を接続する分岐配管Ｌ３３上に開閉弁４１を設けている。
【００４９】
制御部Ｃは、下部配管Ｌ４の温度が飽和温度に近い、あるいは飽和温度になった場合、開状態の開閉弁４０を閉にするとともに、閉状態の開閉弁４１を開にし、被加熱水を水蒸気分離器２２側に供給する切替制御を行う。
【００５０】
図１１は、変形例４の制御部Ｃによる下部配管Ｌ４への被加熱水の流量制御手順を示すフローチャートである。なお、図１１のステップＳ５０１〜Ｓ５０４、Ｓ５０６、Ｓ５０８は、図１に示したステップＳ１０１〜Ｓ１０４、Ｓ１０６、Ｓ１０７と同じである。本変形例４では、温度Ｔが第１設定温度Ｔ１以上となった場合（ステップＳ５０４）、制御部Ｃは、開閉弁４０を閉にし、開閉弁４１を開にして被加熱水を水蒸気分離器２２側に切り替えて供給する（ステップＳ５０５）。その後、温度Ｔが第２設定温度未満であるか否かを判定する（ステップＳ５０６）。
【００５１】
温度Ｔが第２設定温度を超えている場合（ステップＳ５０６，Ｎｏ）には、ステップＳ５０５の状態を維持し、温度Ｔが第２設定温度未満である場合（ステップＳ５０６，Ｙｅｓ）には、開閉弁４０を開にし、開閉弁４１を閉にして被加熱水を下部配管Ｌ４側に切り替えて供給する（ステップＳ５０７）。その後、水位検出センサ２４を用いた水位制御処理を行って（ステップＳ５０８）、本処理を終了する。
【００５２】
＜変形例５＞
次に、変形例５について説明する。図１２は、変形例５である蒸気生成ヒートポンプ装置５の構成を示す回路図である。本変形例５では、変形例４において変形例２と同様に、温度検出センサ２６に替えて気泡検出センサ３０を用いて、下部配管Ｌ４の温度が飽和温度に近い、あるいは飽和温度になったか否かを判定するようにしている。
【００５３】
図１３は、変形例５の制御部Ｃによる下部配管Ｌ４への被加熱水の流量制御手順を示すフローチャートである。図１３に示すように、制御部Ｃは、気泡検出センサ３０が気泡を検出したか否かを判定する（ステップＳ６０１）。気泡検出センサ３０が気泡を検出した場合（ステップＳ６０１，Ｙｅｓ）には、開閉弁４０を閉にし、開閉弁４１を開にして被加熱水を水蒸気分離器２２側に切り替えて供給する（ステップＳ６０２）。
【００５４】
その後、制御部Ｃは、さらに、気泡検出センサ３０が気泡を検出しているか否かを判定する（ステップＳ６０３）。気泡検出センサ３０が気泡を検出している場合（ステップＳ６０３，Ｙｅｓ）、ステップＳ６０２の状態を維持し、気泡検出センサ３０が気泡を検出していない場合（ステップＳ６０３，Ｎｏ）には、開閉弁４０を開にし、開閉弁４１を閉にして被加熱水を下部配管Ｌ４側に切り替えて供給する（ステップＳ６０４）。
【００５５】
その後、制御部Ｃは、水位検出センサ２４を用いた水位制御処理を行って（ステップＳ６０５）、本処理を終了する。なお、気泡検出センサ３０が気泡を検出していない場合（ステップＳ６０１，Ｎｏ）には、そのまま水位検出センサ２４を用いた水位制御処理を続行して（ステップＳ６０５）、本処理を終了する。
【００５６】
＜変形例６＞
次に、変形例６について説明する。図１４は、変形例６である蒸気生成ヒートポンプ装置６の構成を示す回路図である。本変形例６では、温度検出センサ２６や気泡検出センサ３０などの飽和状態検出センサを用いず、被加熱水のうち、気泡を含まない水の状態であるものは下部配管Ｌ４に供給し、水蒸気の状態であるものは水蒸気分離器２２に供給する前段水蒸気分離器５０を設けている。
【００５７】
このため、予熱配管Ｌ３を、過冷却器１３側の前段予熱配管Ｌ３１と下部配管Ｌ４側の後段予熱配管Ｌ３２とに分離し、前段予熱配管Ｌ３１と後段予熱配管Ｌ３２との間に前段水蒸気分離器５０を配置する。後段予熱配管Ｌ３２は、前段水蒸気分離器５０内の水を下部配管Ｌ４側に供給する。また、前段水蒸気分離器５０と水蒸気分離器２２とを接続する分岐配管Ｌ３３を設け、分岐配管Ｌ３３は、前段水蒸気分離器５０内の水蒸気を水蒸気分離器２２側に供給する。これにより、下部配管Ｌ４に気泡を含んだ被加熱水が供給されることが防止され、サーモサイフォン回路ＲＴの循環速度低下による熱交換率の低下を防止することができる。
【００５８】
なお、図１５は、前段水蒸気分離器５０の詳細構成を示す断面図である。図１５に示すように、前段水蒸気分離器５０の鉛直上方には、ガス抜き弁５１が設けられている。ガス抜き弁５１は、上端側に絞り５３を有する筒状部材５４内で水に浮かぶボール５２が挿入されている。前段水蒸気分離器５０の水位が低い場合、ボール５２は絞り５３を閉塞せず、水蒸気は分岐配管Ｌ３３を介して水蒸気分離器２２側に供給される。一方、前段水蒸気分離器５０内の水位が高くなると、ボール５２は絞り５３を閉塞し、水が水蒸気分離器２２側に供給されることはない。
【００５９】
本変形例６は、前段水蒸気分離器５０を設けることによって、気泡を含まない水を下部配管Ｌ４側に確実に供給できるとともに、予熱時に発生した水蒸気は水蒸気分離器２２側に供給されるのでエネルギー効率を高めることができる。
【００６０】
なお、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】
【００６１】
１〜６  蒸気生成ヒートポンプ装置
７  温水流通経路
８  冷媒循環経路
９ａ  給水経路
９ｂ  循環水経路
９ｃ  送出経路
１０  ヒートポンプ部
１１  圧縮機
１２  凝縮器
１３  過冷却器
１４  膨張弁
１５  蒸発器
２０  蒸気生成部
２１  給水ポンプ
２２  水蒸気分離器
２３  流量調整弁
２４  水位検出センサ
２４ａ  上位水位検出センサ
２４ｂ  基準水位検出センサ
２５  圧力検出センサ
２６  温度検出センサ
３０  気泡検出センサ
３１  流量調整弁
４０，４１  開閉弁
５０  前段水蒸気分離器
５１  ガス抜き弁
５２  ボール
５３  絞り
５４  筒状部材
Ｃ  制御部
Ｌ１  前段給水配管
Ｌ２  後段給水配管
Ｌ３  予熱配管
Ｌ４  下部配管
Ｌ５  上部配管
Ｌ６  送出配管
Ｌ７  外部送出配管
Ｌ３１  前段予熱配管
Ｌ３２  後段予熱配管
Ｌ３３  分岐配管
Ｐ  圧力
Ｐ１  下部接続点
Ｐ３１  分岐点
ＲＴ  サーモサイフォン回路
ＳＴ０  水位制御状態
ＳＴ１  回転数上昇状態
Ｔ  温度
Ｔ１  第１設定温度
Ｔ２  第２設定温度
Ｔｓ  飽和温度
ΔＴ１，ΔＴ２  所定温度差
Δω  所定量
ω，ω０  回転数
ωｓ  一定回転数
【図１】
2020041724.tif 000003
【図２】
2020041724.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2020041724.tif 000007
【図６】
2020041724.tif 000008
【図７】
2020041724.tif 000009
【図８】
2020041724.tif 000010
【図９】
2020041724.tif 000011
【図１０】
2020041724.tif 000012
【図１１】
2020041724.tif 000013
【図１２】
2020041724.tif 000014
【図１３】
2020041724.tif 000015
【図１４】
2020041724.tif 000016
【図１５】
2020041724.tif 000017