JP2009180396A - Steam producing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蒸気製造装置に関するものである。 The present invention relates to a steam production apparatus.
従来、蒸気を製造する蒸気製造装置としては、ボイラで燃料を燃焼させた熱を利用して蒸気を生成する構成が一般的に知られている。工場等の生産プロセスで使用される蒸気はボイラにより生成される(例えば、特許文献1参照)。
ボイラから得られる蒸気のエネルギは、燃料を燃焼させて得られたエネルギから損失分を減じたもので示されるため、燃料のエネルギを上回ることがない。また、ボイラを用いて蒸気を製造する場合には、不純物が大量に含まれる水を使用することができないため、多量の工業用水が用いられることから水道費用が嵩むといった問題がある。そこで、ボイラに代わる新たな蒸気製造装置の提供が望まれている。 The energy of the steam obtained from the boiler is indicated by the loss obtained by subtracting the loss from the energy obtained by burning the fuel, and therefore does not exceed the energy of the fuel. In addition, when steam is produced using a boiler, water containing a large amount of impurities cannot be used, so that a large amount of industrial water is used, resulting in an increase in water costs. Thus, it is desired to provide a new steam production apparatus that replaces the boiler.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、蒸気製造時における水道費用を削減できる蒸気製造装置を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a situation, Comprising: It aims at providing the steam manufacturing apparatus which can reduce the water supply expense at the time of steam manufacture.
上記課題を解決するために、本発明の蒸気製造装置は、環境水の水面より高い位置に設けられ前記環境水を貯留する環境水貯留部を有し、該環境水貯留部に充填した前記環境水の液面を水頭圧により下降させることで前記環境水貯留部内を減圧するとともに前記環境水を蒸発させる蒸発器と、該蒸発器から導かれた蒸気を圧縮する圧縮手段と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, the steam production apparatus of the present invention has an environmental water storage section that is provided at a position higher than the surface of the environmental water and stores the environmental water, and the environment filled with the environmental water storage section An evaporator for reducing the inside of the environmental water storage unit by lowering the liquid level of the water by the water head pressure and evaporating the environmental water; and a compression means for compressing the vapor led from the evaporator. Features.
本発明の蒸気製造装置によれば、水頭圧により発生させた蒸気を圧縮することにより、所望の温度及び圧力の蒸気を高いエネルギ効率にて得ることが可能となる。また、環境水から蒸気生成を行うことができるので、ボイラに比べて工業用水の利用量を削減することができる。 According to the steam production apparatus of the present invention, it is possible to obtain steam having a desired temperature and pressure with high energy efficiency by compressing steam generated by water head pressure. Moreover, since steam can be generated from environmental water, the amount of industrial water used can be reduced compared to boilers.
また、上記蒸気製造装置においては、前記多段圧縮構造は多段に配置された圧縮機から構成され、前段圧縮機により圧縮した前記蒸気が後段圧縮機に導かれるのが好ましい。さらに、前記圧縮機の少なくとも一つは、回転により前記蒸気を圧縮する羽根車が多段に設けられた多段羽根車を備え、前段羽根車により圧縮した前記蒸気が後段羽根車に導かれるようにしてもよい。
このようにすれば、蒸発器からの蒸気を多段で圧縮することで蒸気を所望の圧力まで確実に加圧することができる。また、多段羽根車により多段の圧縮が可能とされるので、圧縮機単体としての圧力比を向上させることができる。
Moreover, in the said steam production apparatus, it is preferable that the said multistage compression structure is comprised from the compressor arrange | positioned in multistage, and the said steam compressed by the front | former stage compressor is guide | induced to a back | latter stage compressor. Further, at least one of the compressors includes a multi-stage impeller provided with multi-stage impellers for compressing the steam by rotation so that the steam compressed by the front-stage impeller is guided to the rear-stage impeller. Also good.
If it does in this way, a vapor | steam can be reliably pressurized to a desired pressure by compressing the vapor | steam from an evaporator in multistage. Moreover, since multistage compression is enabled by the multistage impeller, the pressure ratio of the compressor alone can be improved.
また、上記蒸気製造装置においては、前記前段圧縮機と前記後段圧縮機との間、及び前記前段羽根車と前記後段羽根車との間の少なくとも一方には、前段の圧縮工程により生成される過熱蒸気を冷却する中間冷却器が設けられるのが好ましい。
この構成によれば、前段の圧縮機又は前段羽根車で圧縮される際に過熱状態とされる過熱蒸気を冷却して後段の圧縮機又は後段羽根車に導くことで圧縮手段全体としての効率を向上させることができる。
In the steam production apparatus, at least one of the pre-stage compressor and the rear-stage compressor, and at least one of the front-stage impeller and the rear-stage impeller, the superheat generated by the front-stage compression process is generated. An intercooler for cooling the steam is preferably provided.
According to this configuration, the efficiency of the entire compression means is improved by cooling the superheated steam that is overheated when compressed by the front stage compressor or front stage impeller and guiding it to the rear stage compressor or rear stage impeller. Can be improved.
さらに、前記中間冷却器は外部から前記中間冷却器は外部から前記過熱蒸気を冷却する冷却水が供給される容器を有し、前記冷却水は前記過熱蒸気に接触することで蒸発して蒸気を発生させるとともに蒸発潜熱により前記過熱蒸気を冷却させるのが望ましい。
この構成によれば、冷却水は過熱蒸気を冷却するとともに蒸気発生源として機能させることが可能となる。また、例えば過熱蒸気を飽和温度近くまで冷却する際には、冷却水から多量の蒸気を発生させることができる。さらに、過熱蒸気を冷却する過程において容器内に供給される冷却水が蒸発して蒸気となるため、水が無駄に消費されることが防止される。
Furthermore, the intermediate cooler has a container to which cooling water for cooling the superheated steam is supplied from the outside, and the cooling water evaporates by contacting the superheated steam to generate steam. It is desirable to generate and cool the superheated steam by latent heat of vaporization.
According to this configuration, the cooling water can cool the superheated steam and function as a steam generation source. For example, when cooling superheated steam to near saturation temperature, a large amount of steam can be generated from the cooling water. Furthermore, since the cooling water supplied into the container evaporates into steam in the process of cooling the superheated steam, it is possible to prevent water from being wasted.
また、上記蒸気製造装置においては、前記蒸発器は、前記環境水貯留部内の前記環境水における凍結を防止する凍結防止手段を備えるのが好ましい。
この構成によれば、環境水の凍結が防止されるため、外部温度が低い環境下に環境水貯留部を配置することで蒸気を製造することができる。
Moreover, in the said steam manufacturing apparatus, it is preferable that the said evaporator is equipped with the freezing prevention means which prevents the freezing in the said environmental water in the said environmental water storage part.
According to this configuration, since the environmental water is prevented from freezing, steam can be produced by arranging the environmental water storage section in an environment where the external temperature is low.
また、上記蒸気製造装置においては、前記凍結防止手段は、前記環境水を外部から前記環境水貯留部内に供給する環境水供給機構を含むのが好ましい。
環境水貯留部内の環境水は蒸気発生時の蒸発潜熱により冷却されて温度低下が生じる。これに対し、外部から供給される環境水は環境水貯留部内の環境水に比べて温度が高くなる。したがって、外部から環境水を供給することで環境水貯留部内における凍結を防止する凍結防止手段として機能させることができる。よって、凍結防止手段を簡便な構成で提供することができる。
Moreover, in the said steam manufacturing apparatus, it is preferable that the said freeze prevention means contains the environmental water supply mechanism which supplies the said environmental water in the said environmental water storage part from the outside.
The environmental water in the environmental water reservoir is cooled by the latent heat of vaporization when the steam is generated, causing a temperature drop. On the other hand, the temperature of the environmental water supplied from the outside is higher than that of the environmental water in the environmental water reservoir. Therefore, it can be made to function as a freeze prevention means which prevents freezing in an environmental water storage part by supplying environmental water from the outside. Therefore, the freeze prevention means can be provided with a simple configuration.
また、上記蒸気製造装置においては、前記凍結防止手段は、前記環境水貯留部に挿通される配管を有し、該配管は、内部に前記環境水貯留部に貯留される前記環境水に対して高温の水が流されるとともに前記環境水と熱交換後の前記水を取り出し可能に構成されるのが好ましい。
配管内を流れる水は環境水貯留部内の環境水が温められることで凍結が防止される一方、環境水との熱交換により冷却される。本発明は、熱交換後の配管内の水が取り出し可能とされるので、蒸気を製造する一方、冷水を製造することもできる。
Moreover, in the said steam manufacturing apparatus, the said freeze prevention means has piping inserted in the said environmental water storage part, This piping is with respect to the said environmental water stored in the said environmental water storage part inside. It is preferable that high-temperature water is allowed to flow and the water after heat exchange with the environmental water can be taken out.
Water flowing in the pipe is prevented from freezing by warming the environmental water in the environmental water storage section, and is cooled by heat exchange with the environmental water. In the present invention, since water in the pipe after heat exchange can be taken out, while producing steam, cold water can also be produced.
また、上記蒸気製造装置においては、前記蒸発器は、前記環境水貯留部内に水を散布する水散布手段を備えるのが好ましい。
この構成によれば、環境水貯留部内への散布水からも蒸気を得ることが可能となり、環境水貯留部内における環境水の蒸発を促進させることができる。
Moreover, in the said steam manufacturing apparatus, it is preferable that the said evaporator is equipped with the water spraying means which sprays water in the said environmental water storage part.
According to this configuration, it is possible to obtain steam also from the sprayed water into the environmental water storage part, and it is possible to promote the evaporation of environmental water in the environmental water storage part.
また、上記蒸気製造装置においては、前記環境水として、地下水、海水、及び工業排水のいずれかを用いるのが好ましい。
この構成によれば、蒸気生成用の水として地下水、海水、工業用水等の環境水が用いられることで、蒸気生成時に工業用水を多量に使用するボイラに比べて水道費用を大幅に削減することができる。
Moreover, in the said steam manufacturing apparatus, it is preferable to use any of groundwater, seawater, and industrial waste water as said environmental water.
According to this configuration, environmental water such as groundwater, seawater, and industrial water is used as water for steam generation, which greatly reduces water costs compared to boilers that use a large amount of industrial water during steam generation. Can do.
本発明によれば、水頭圧により環境水から得た蒸気を圧縮することで高いエネルギ効率で所望の蒸気を得られることができ、蒸気製造時に使用される工業用水の量をボイラに比べて大幅に削減できる。 According to the present invention, desired steam can be obtained with high energy efficiency by compressing steam obtained from environmental water by water head pressure, and the amount of industrial water used at the time of steam production is significantly larger than that of boilers. Can be reduced.
以下、本発明に係る蒸気製造装置の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。 Hereinafter, an embodiment of a steam production apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the scale of each member is appropriately changed to make each member a recognizable size.
(第一実施形態)
図1は、本発明の第一実施形態に係る蒸気製造装置の構成を模式的に示す図である。図1に示されるように、蒸気製造装置1は、環境水から蒸気を発生させる蒸発器2と、蒸発器2で発生させた蒸気を圧縮する圧縮手段3とを備える。環境水としては、地下水、海水、工業排水を例示することができる(本実施形態は海水を用いた)。なお、本実施形態に係る蒸気製造装置1は、ボイラに代わり、工場等の生産プロセスにおいて使用される蒸気を製造するための装置である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a steam production apparatus according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
図2は蒸発器2の構成を示す模式図である。図2に示されるように、蒸発器2は、環境水を貯留するタンク(環境水貯留部)10を有している。このタンク10は、海水面よりも高い位置に設けられる。蒸発器2は、タンク10内に充填した海水の液面を水頭圧により下降させることでタンク10内を減圧するとともに海水を蒸発させて蒸気を発生させるものである。なお、本実施形態において、海水の温度は10.0℃とする。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the
タンク10の上部側面には、第一配管11が設けられており、この第一配管11は圧縮手段3へと接続される。また、タンク10の下面側には第二配管12が設けられており、この第二配管12は海水中に挿入されている。上記第一配管11及び第二配管12には、不図示のバルブが設けられており、これにより第一、第二配管11,12内の流路の開閉操作が可能とされている。
A
ここで、タンク10内で海水が蒸発する原理について説明する。はじめに、第一、第二配管11,12の流路を閉じ、タンク10及び第二配管12に海水を充填する。続いて、海水が充填された状態のタンク10において、第ニ配管12の流路を開く。すると、タンク10内の海水の液面が自重により低下し始め、やがて海水面の低下が停止する。
Here, the principle that seawater evaporates in the
具体的には、タンク10の内部は海水面の低下に伴って減圧されて低真空状態となり、これにより海水が蒸発し始める。そして、タンク10内の圧力が飽和蒸気圧(温度10℃に対応)に到達すると海水面の低下が停止する。なお、このように水頭差を利用することでタンク10内の海水を蒸発させるためには、タンク10の上部を少なくとも10m以上の高度のある場所に配置すればよい。
Specifically, the inside of the
タンク10内の圧力が海水の蒸発に伴って海水の温度(10。0℃)に対応する飽和蒸気圧(1.23kPa)に到達した後、第一配管11の流路を開くことで圧縮手段3内に飽和蒸気(圧力1.23kPa)が導かれる。
After the pressure in the
また、本実施形態に係る蒸発器2は、タンク10内に水を散布する水散布手段13を備えている。この水散布手段13は、タンク10内に常温、常圧の水を水滴Dとして散布するものである。これにより、散布された水滴Dからも蒸気を得ることが可能となり、タンク10内における蒸気の発生を促進させることができる。よって、液面からの蒸発量が不足しているような場合においても十分な量の蒸気を発生させることができる。
Further, the
ところで、タンク10内の海水は、蒸発潜熱により熱が奪われ水温が低下する可能性がある。特にタンク10が外部温度の低い場所に配置される場合は、タンク10内の海水が凍結する可能性が高まる。そこで、本実施形態においては、蒸発器2にタンク10内の海水の凍結を防止する凍結防止手段14を備えている。
By the way, the seawater in the
この凍結防止手段14は、タンク10の底面側に挿通される第三配管(配管)15と、この第三配管15における流量を調整する流量調整バルブB1とを備えている。第三配管15内にはタンク10内に貯留されている海水に比べて温度の高い水(温水)が流れるようになっている。このような温水としてはタンク10内の海水よりも温度の高い水であれば種々のものを用いることができる(例えば、本実施形態では工場等で得られた排水を例示できる)。このとき、第三配管15内を流れる水とタンク10内の海水との間で熱交換が生じ、タンク10内の海水は温められることで凍結が防止される一方、第三配管15内を流れる水は冷却されて温度が低下する。また、第三配管15の下流側には、熱交換後の水を取り出し可能とする取り出し部50が設けられている。この取り出し部50としては、例えばバルブ等が用いられる。この構成により、本実施形態に係る蒸気製造装置1は、蒸気を製造する一方、冷水も製造可能となっている。また、蒸気製造装置1は上記凍結防止手段14を備えることで、外部温度が低い環境下においてもタンク10内の海水が凍結することなく、良好に蒸気を発生させることが可能となっている。なお、タンク10内の海水が凍結しない程度の温度が保てる場合は、流量調整バルブB1を閉じることでタンク10内への温水の供給を中止すればよい。
The freeze prevention means 14 includes a third pipe (pipe) 15 inserted through the bottom side of the
また、本発明においては、上記凍結防止手段14として、図3に示されるようなタンク10内に外部から海水を供給する海水供給機構17を用いてもよい。この海水供給機構17は、海水面から海水を吸引する吸引ポンプPと、この吸引ポンプPにより吸引した海水をタンク10に供給する配管18とを備えている。吸引ポンプPは、タンク10内の海水面の高さを略一定に保ち、これにより蒸気発生量を安定させることで圧縮手段3への負荷を軽減できるようになっている。なお、配管18における吸引ポンプPと蒸発器2との間には、海水の逆流を防止する逆流防止弁(不図示)が設けられている。
In the present invention, a
ここで、基準面における海水は蒸発潜熱の影響を受けることがないため、タンク10内の海水に比べて温度が高くなっている。よって、タンク10内に挿通された配管18を介して、タンク10内の海水に熱を伝えることで海水の凍結を防止できる。したがって、この構成によれば、熱媒体として海水を配管18内に供給するといった簡便な構成により、海水供給機構17を凍結防止手段14として機能させることが可能となる。
Here, since the seawater on the reference surface is not affected by the latent heat of vaporization, the temperature is higher than the seawater in the
(圧縮手段)
続いて、上記圧縮手段3の構成について説明する。図4は圧縮手段3の構成を示す模式図である。本実施形態に係る圧縮手段3は、蒸発器2により発生された低圧(1.23kPa)の蒸気を圧縮することで所望の温度及び圧力の蒸気を生成するものである。
(Compression means)
Then, the structure of the said compression means 3 is demonstrated. FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of the compression means 3. The compression means 3 according to the present embodiment generates steam at a desired temperature and pressure by compressing low-pressure (1.23 kPa) steam generated by the
本実施形態に係る圧縮手段3は、上述したような入口に導かれた10.0℃の蒸気を出口から120℃の蒸気として排出するように構成される。100℃以上の蒸気は大気圧(101kPa)以上の圧力となるため、吸引ポンプ等を用いることなく容易に外部に取り出し可能となる。なお、本発明により得られる蒸気が100℃以上に限られることはなく、上述した吸引ポンプ等を用いることで100℃以下の蒸気も外部に取り出すことができるのはもちろんである。 The compression means 3 which concerns on this embodiment is comprised so that 10.0 degreeC vapor | steam guide | induced to the inlets as mentioned above may be discharged | emitted as 120 degreeC vapor | steam from an exit. Since steam at 100 ° C. or higher has a pressure of atmospheric pressure (101 kPa) or higher, it can be easily taken out without using a suction pump or the like. In addition, the vapor | steam obtained by this invention is not restricted to 100 degreeC or more, Of course, the vapor | steam below 100 degreeC can also be taken out outside by using the suction pump etc. which were mentioned above.
本実施形態に係る蒸気製造装置1では、圧縮手段3により大気圧(101kPa)以上の蒸気を製造するため、圧縮手段全体として高い圧縮比が要求される。そこで、図4に示されるように圧縮手段3は蒸気を多段で圧縮する多段圧縮構造を備えている。
In the
具体的に本実施形態では、圧縮機を多段(5段)で配置することで多段圧縮構造が構成される。なお、本実施形態においては、圧縮手段3全体としての総合効率が64.5%とされる。また、圧縮手段3全体としての圧縮比は、2.76に設定される。また、第一段圧縮機22の駆動力は100kWとされ、第二段圧縮機23の駆動力は112kWとされ、第三段圧縮機24の駆動力は125kWとされ、第四段圧縮機24の駆動力は140kWとされ、第五段圧縮機26の駆動力は157kWとされる。
Specifically in this embodiment, a multistage compression structure is comprised by arrange | positioning a compressor by multistage (5 stages). In the present embodiment, the overall efficiency of the compression means 3 as a whole is 64.5%. The compression ratio of the compression means 3 as a whole is set to 2.76. The driving power of the
本実施形態に係る多段圧縮構造は、蒸発器3側から一段圧縮機22、ニ段圧縮機23、三段圧縮機24、四段圧縮機25、五段圧縮機26を多段(5段)で配置することで構成される。各圧縮機22,23,24,25,26は、遠心圧縮機として機能するものであり、羽根車を回転させることで羽根車とケーシングとの間に形成される流路に導いた蒸気を圧縮するようになっている。
The multi-stage compression structure according to the present embodiment includes a single-
蒸発器2からの蒸気は、第一段圧縮機22で圧縮されることで圧力が高められる。このとき、蒸発器2からは1556Kg(1時間あたり;以下の説明においては、Kg/hと称す)の蒸気が第一段圧縮機22内に送りこまれる。具体的に本実施形態では、蒸発器2からの蒸気(温度:10.0℃、蒸気圧:1.23kPa)は、第一段圧縮機22により圧縮されて温度が89.7℃、蒸気圧が3.39kPaの蒸気となる。第一段圧縮機22による圧縮後の蒸気は過熱状態となっている。
The vapor from the
そこで、本実施形態に係る蒸気製造装置1は、第一段圧縮機22と第ニ段圧縮機23との間に第一段圧縮機22により圧縮された蒸気(過熱蒸気)を中間冷却する第一中間冷却器27を備える。図5は第一中間冷却器27の概略構成を示す図である。第一中間冷却器27は、図5に示されるように冷却水が貯留される容器40を備えている。この容器40には配管47が設けられており、この配管47を介して内部に冷却水を供給可能となっている。この冷却水としては不純物含有量の少ない工業用水が使用される。この第一中間冷却器27は、容器40内に導入される過熱蒸気を冷却水に直接接触させることにより、蒸気の温度を所定の飽和温度まで冷却可能とするものである。なお、過熱蒸気を冷却する工程においては、容器40内に供給される冷却水が蒸発して蒸気を発生させるとともに蒸発潜熱により過熱蒸気を冷却することができる。すなわち、第一中間冷却器27は、蒸気発生源としても機能する。このように容器40内に供給される冷却水は蒸発して蒸気となるため、水が無駄に消費されることが無い。
Therefore, the
また、配管47には流量を調整する電磁バルブB2が設けられ、これにより容器40内に供給する冷却水の量が制御可能となっている。また、第一中間冷却器27は、上記電磁バルブB2に電気的に接続されるフロートスイッチFを備えている。フロートスイッチFは容器40内における冷却水の水面高さを検出可能とするものである。よって、中間冷却器27は、フロートスイッチFの検出結果に基づき、容器40内における冷却水の水面高さが一定になるように電磁バルブB2の開閉を制御するようになっている。なお、中間冷却器の構成はこれに限定されることはなく、例えば容器40の上面側から散水することで過熱蒸気を冷却するようにしてもよい。
Further, the piping 47 is provided with an electromagnetic valve B2 for adjusting the flow rate, whereby the amount of cooling water supplied into the
具体的に第一中間冷却器27は、容器40の内部が出口42から排出される蒸気温度の飽和蒸気圧力(温度:26.2℃、圧力:3.39kPa)に保持されている。そして、第一段圧縮機22により圧縮された過熱蒸気は入口41から容器40内に導かれ、冷却水に接触することで上記飽和蒸気(温度:26.2℃、圧力:3.39kPa)として出口42から排出される。このように過熱蒸気を冷却し、飽和蒸気圧を次段の圧縮機に導くことで圧縮効率を高めることができる。なお、第一中間冷却器27における冷却工程では、容器40内に供給される工業用水(10.0℃、75Kg/h)が蒸発することで出口42から蒸気として排出される。これにより、第一中間冷却器27は、第ニ段圧縮機23内に1631Kg/hの蒸気を送り込むことができる。
Specifically, in the first
第一中間冷却器27から送り込まれた飽和蒸気は第二段圧縮機23で同様に圧縮されることで、温度が110.6℃、蒸気圧が9.39kPaの蒸気となる。第二段圧縮機23による圧縮後の蒸気は過熱状態となっている。
The saturated steam sent from the first
また、第二段圧縮機23と第三段圧縮機24との間には、第二中間冷却器28が設けられる。この第二中間冷却器28は、上記第一中間冷却器27と同一構成からなるものである。そのため、以下の説明では同一部材について同一符号を付して説明する。この第二中間冷却器28における容器40の内部圧力は、出口42から排出される蒸気温度の飽和蒸気圧力(温度:44.6℃、圧力:9.37kPa)に保持されている。そして、第ニ中間冷却器28により圧縮された過熱蒸気は容器40内で冷却され、上記飽和蒸気(温度:44.6℃、圧力:9.37kPa)として出口42から排出される。なお、第二中間冷却器28における冷却工程では、工業用水(10.0℃、81Kg/h)が蒸発することで出口42から蒸気として排出される。これにより、第二中間冷却器28は、第三段圧縮機24内に1712Kg/hの蒸気を送り込むことができる。
A second
第三中間冷却器29から送り込まれた飽和蒸気は第三段圧縮機24で同様に圧縮されることで、温度が134.0℃、蒸気圧が25.9kPaの蒸気となる。第三段圧縮機24による圧縮後の蒸気は過熱状態となっている。
The saturated steam sent from the third
また、第三段圧縮機24と第四段圧縮機25との間には、第三中間冷却器29が設けられる。この第三中間冷却器29は、上記第一、第二中間冷却器27、28と同一構成からなるものである。そのため、以下の説明では同一部材について同一符号を付して説明する。この第三中間冷却器29における容器40の内部圧力は、出口42から排出される蒸気温度の飽和蒸気圧力(温度:65.7℃、圧力:25.9kPa)に保持されている。そして、第三中間冷却器29により圧縮された過熱蒸気は容器40内で冷却され、上記飽和蒸気(温度:65.7℃、圧力:25.9kPa)として出口42から排出される。なお、第三中間冷却器29における冷却工程では、工業用水(10.0℃、88Kg/h)が蒸発することで出口42から蒸気として排出される。これにより、第三中間冷却器29は、第四段圧縮機25内に1800Kg/hの蒸気を送り込むことができる。
A third
第三中間冷却器29から送り込まれた飽和蒸気は第四段圧縮機25で同様に圧縮されることで、温度が160.3℃、蒸気圧が71.5kPaの蒸気となる。第四段圧縮機25による圧縮後の蒸気は過熱状態となっている。
The saturated steam sent from the third
また、第四段圧縮機25と第五段圧縮機26との間には、第四中間冷却器30が設けられる。この第四中間冷却器30は、上記第一、第二、第三中間冷却器27、28、29と同一構成からなるものである。そのため、以下の説明では同一部材について同一符号を付して説明する。この第四中間冷却器30における容器40の内部圧力は、出口42から排出される蒸気温度の飽和蒸気圧力(温度:90.3℃、圧力:71.5kPa)に保持されている。そして、第四中間冷却器30により圧縮された過熱蒸気は容器40内で冷却され、上記飽和蒸気(温度:90.3℃、圧力:71.5kPa)として出口42から排出される。なお、第四中間冷却器30における冷却工程では、工業用水(10.0℃、96Kg/h)が蒸発することで出口42から蒸気として排出される。これにより、第四中間冷却器30は、第五段圧縮機26内に1896Kg/hの蒸気を送り込むことができる。
A fourth
第四中間冷却器30から送り込まれた飽和蒸気は第五段圧縮機26で同様に圧縮されることで、温度が190.7℃、蒸気圧が197.4kPaの蒸気となる。第五段圧縮機26による圧縮後の蒸気は過熱状態となっている。
The saturated steam fed from the fourth
圧縮手段3は、第五段圧縮機26からの過熱蒸気を冷却して所定の温度及び圧力の蒸気を生成する蒸気発生部31を含む。蒸気発生部31は、例えば上記第一〜第四中間冷却器27,28,29,30と同様に過熱蒸気を冷却する構成となっている。
The compression means 3 includes a
蒸気発生部31は、第五段圧縮機26から導かれた過熱蒸気を冷却し、温度が120℃、圧力が197.4kPaの飽和蒸気を生成する。なお、蒸気発生部31における冷却工程では、工業用水(10.0℃、104Kg/h)が蒸発することで蒸気として排出される。これにより、圧縮手段3は、蒸発器2により発生された蒸気を圧縮することで2000Kg/hの蒸気を製造することが可能となる。
The
以上述べたように、本実施形態に係る蒸気製造装置1は、10.0℃の海水(使用量;1556kg/h)から2000kg/hの蒸気(120℃、197.4kPa)を製造することができる。なお、蒸気製造装置1における圧縮機動力は合計で634kWとなる。本実施形態においては、上述したように圧縮機の総合効率が64.5%とされるため、COP(成績係数;得られたエネルギ/投入エネルギ)が2.33となり、従来のボイラと比較しても高いエネルギ効率を得ることができる。
As described above, the
また、蒸気製造装置1における工業用水の使用量は合計で444kg/hとなる(中間冷却器27〜30及び蒸気発生部31における合計使用量)。したがって、製造装置1は、蒸気生成時に使用する全ての水のうち海水が占める割合(海水使用率)が77.8%となる。したがって、蒸気発生時に多量の工業用水が必要とされるボイラに比べ、蒸気生成時に必要とされる工業用水の量を大幅に削減することができる。
Moreover, the usage-amount of the industrial water in the
図6は本実施形態と同様の構成を有する蒸気製造装置において、圧縮手段を構成する圧縮機の段数、タンク10内の海水温度(入口温度)、及び蒸気出力温度を変化させた場合のシミュレーション結果を示すものである。図6(a)中、圧縮機段数が5段の場合は、上述の実施形態に係る蒸気製造装置1に対応するものである。
FIG. 6 shows a simulation result when the number of compressor stages constituting the compression means, the seawater temperature (inlet temperature) in the
一般的に、圧縮機における圧力比を低く設定した場合(圧縮機の段数を増やす)、圧縮機の効率(COP)が向上するものの、圧縮機の段数が増加することで装置のコストが上昇する。本シミュレーションでは圧縮段数を5段に設定した場合に高いCOPが得られるような条件(圧力比)を算出している。 Generally, when the pressure ratio in the compressor is set low (increasing the number of stages of the compressor), the efficiency (COP) of the compressor is improved, but the cost of the apparatus increases due to the increase in the number of stages of the compressor. . In this simulation, a condition (pressure ratio) is calculated so that a high COP is obtained when the number of compression stages is set to five.
図6(a)に示されるように、蒸発器2で発生させた蒸気を4段階で圧縮する場合、圧縮比が3.56の場合に上記実施形態と同条件の蒸気が得られる(COP;2.31)。また、蒸発器2で発生させた蒸気を6段階で圧縮する場合、圧縮比が2.33の場合に上記実施形態と同条件の蒸気が得られる(COP;2.28)。
As shown in FIG. 6 (a), when the steam generated in the
一方、上述した実施形態のように蒸発器2で発生させた蒸気を5段階で圧縮する場合、各圧縮比は2.76であり、COPは2.33となっている。すなわち、上述した実施形態に係る構成(5段圧縮)は高いエネルギ効率で所望の蒸気を得ることが確認できる。
On the other hand, when the steam generated in the
図6(b)〜(h)は、圧縮機の形式による最適な圧力比、蒸気製造装置の入口及び出口における蒸気の温度により最適な段数を選定するためのシミュレーション結果を示すものである。図6(b)〜(h)においても同様に、5段圧縮を行う場合に最も高いエネルギ効率が得られることが分かる。したがって、図6に示されるシミュレーション結果に基づいて圧縮手段3を設計すれば、低コスト且つエネルギ効率の高い蒸気製造装置を提供することができる。 FIGS. 6B to 6H show simulation results for selecting the optimum number of stages according to the optimum pressure ratio according to the compressor type and the temperature of the steam at the inlet and outlet of the steam production apparatus. Similarly, in FIGS. 6B to 6H, it can be seen that the highest energy efficiency can be obtained when five-stage compression is performed. Therefore, if the compression means 3 is designed based on the simulation results shown in FIG. 6, a low-cost and energy-efficient steam production apparatus can be provided.
なお、上記説明では、蒸発器2で発生させた蒸気を5段階の圧縮機で圧縮する場合について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、圧縮機の形式による最適な圧力比、蒸気製造装置の入口及び出口における蒸気の温度により最適な段数を適宜設定することができるのは当然である。
In the above description, the case where the steam generated in the
(第二実施形態)
次に本発明の蒸気製造装置における第二実施形態について説明する。本実施形態においては、圧縮手段3の構成が上記実施形態と異なっている。なお、それ以外の構成については同一構成を有するため、同一の部材については同一符号を付し、その詳細な説明については省略若しくは簡略化する。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the steam production apparatus of the present invention will be described. In this embodiment, the structure of the compression means 3 differs from the said embodiment. In addition, since it has the same structure about the structure other than that, the same code | symbol is attached | subjected about the same member and the detailed description is abbreviate | omitted or simplified.
図7は本実施形態に係る圧縮手段3の構成を示すものである。本実施形態においては、多段圧縮構造が前段圧縮機120と後段圧縮機121とを備える。蒸発器2側に配置される上段圧縮機120は、後段圧縮機121に比べて大型のものが用いられる。
FIG. 7 shows the configuration of the compression means 3 according to this embodiment. In the present embodiment, the multistage compression structure includes a
上記前段圧縮機120は、回転により蒸気を圧縮する羽根車が多段に設けられた多段羽根車を備えている。すなわち、前段圧縮機120は多段(本実施形態では2段)の遠心圧縮機として機能するものであり、第一段羽根車122(前段羽根車)と第二段羽根車(後段羽根車)123とが設けられた多段羽根車130を備える。第一段羽根車122と第二段羽根車123とは、不図示の回転軸を介して互いが連結されており同一の回転数で回転するようになっている。
The
前段圧縮機120において、第一段羽根車122が回転すると、蒸発器2からの蒸気が圧縮される。また、第一段羽根車122と第二段羽根車123との間に、第一段羽根車22により圧縮された蒸気を中間冷却する第一中間冷却器127を備える。この第一中間冷却器127は、上述した実施形態に係る中間冷却器27,28,29,30と同一構成からなるものである。第一中間冷却器127を通った蒸気は、第二段羽根車123に導かれることで2段階で圧縮される。その後、加圧された蒸気は後段圧縮機121に導かれる。
When the
また、本実施形態に係る蒸気製造装置は、前段圧縮機120と後段圧縮機121との間に第ニ中間冷却器128を備えており、前段圧縮機120により圧縮された過熱蒸気を冷却した後、後段圧縮機21内に導く。なお、第一中間冷却器128は、上述した実施形態に係る中間冷却器27,28,29,30と同一構成からなるものである。
Moreover, the steam production apparatus according to the present embodiment includes the second
後段圧縮機121は、前段圧縮機120と同様、多段(本実施形態では3段)の遠心圧縮機として機能するものであり、第三段羽根車124と第四段羽根車125と第五段羽根車126とが設けられた多段羽根車134を備える。なお、後段圧縮機121は、多段羽根車134以外の基本構成は上記前段圧縮機120と共通である。
The rear-
後段圧縮機121において、第三段羽根車124が回転すると、前段圧縮機120からの飽和蒸気が圧縮されて圧力が高められる。
また、本実施形態では、第三段羽根車124と第四段羽根車125との間に第三段羽根車124により圧縮された蒸気を中間冷却する上記第三中間冷却器129を備えており、第三段羽根車124により圧縮された過熱蒸気を冷却した後、第四後羽根車125へと導く。
When the
In the present embodiment, the
また、第四羽根車125と第五段羽根車126との間に第四段羽根車125により圧縮された蒸気を中間冷却する上記第四中間冷却器130を備えており、第四段羽根車125により圧縮された過熱蒸気を冷却した後、第五後羽根車126へと導く。
Further, the
このように本実施形態においては、前段圧縮機120から導かれた蒸気は、後段圧縮機121により3段階で圧縮される。すなわち、本実施形態においては、蒸発器2で発生した蒸気は前段圧縮機120及び後段圧縮機121によって、合計5段階で圧縮される。
Thus, in the present embodiment, the steam guided from the
また、圧縮手段3は、後段圧縮機121からの過熱蒸気を冷却して所定の温度及び圧力の蒸気を生成する上記蒸気発生部31を含む。本実施形態に係る蒸気製造装置においても、上記実施形態と同様に蒸気生成時に環境水が利用可能とされるのでボイラに比べて工業用水の利用量を削減することができる。
The
なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能である。例えば、上記実施形態では、蒸気発生部29を通った蒸気のみが取り出せる構成としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、前段圧縮機20及び後段圧縮機21間、及び各羽根車間において蒸気を導く配管に蒸気取り出し口を設ける構成を採用することができる。この場合、上記中間冷却器27,28,29,30で冷却された後、或いは冷却前の蒸気を取り出すことができる。このようにすれば、複数種の圧力を同時に得ることが可能とされる蒸気製造装置を提供することができる。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, In the range which does not deviate from the meaning of this invention, it can change suitably. For example, in the above-described embodiment, only the steam that has passed through the
1…蒸気製造装置、2…蒸発器、3…圧縮手段、10…タンク(環境水貯留部)、13…水散布手段、14…凍結防止手段、17…海水供給機構(環境水供給機構)、22…第一段圧縮機、23…第二段圧縮機、24…第三段圧縮機、25…第四段圧縮機、26…第五段圧縮機、27…第一中間冷却器、28…第二中間冷却器、29…第三中間冷却器、30…第四中間冷却器、120…前段圧縮機、121…後段圧縮機、122…第一段羽根車、123…第二段羽根車、124…第三段羽根車、125…第四段羽根車、126…第五段羽根車、127,128,129…中間冷却器、130…多段羽根車、134…多段羽根車
DESCRIPTION OF
Claims (10)
該蒸発器から導かれた蒸気を圧縮する圧縮手段と、を備えることを特徴とする蒸気製造装置。 The environmental water storage unit is provided at a position higher than the surface of the environmental water, and stores the environmental water. An evaporator that depressurizes the inside and evaporates the environmental water;
And a compressing means for compressing the steam guided from the evaporator.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008017936A JP2009180396A (en) | 2008-01-29 | 2008-01-29 | Steam producing device |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016128746A (en) * | 2012-03-29 | 2016-07-14 | 三井造船株式会社 | Superheated steam generator |
CN110407271A (en) * | 2019-08-06 | 2019-11-05 | 生态环境部华南环境科学研究所 | A kind of desalination plant |
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2008
- 2008-01-29 JP JP2008017936A patent/JP2009180396A/en active Pending
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CN110407271B (en) * | 2019-08-06 | 2020-03-20 | 生态环境部华南环境科学研究所 | Sea water desalting device |
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