JP2010059824A

JP2010059824A - 蒸気圧縮方法及び蒸気圧縮機

Info

Publication number: JP2010059824A
Application number: JP2008225035A
Authority: JP
Inventors: Toshikuni Ohashi; 俊邦大橋
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2008-09-02
Filing date: 2008-09-02
Publication date: 2010-03-18

Abstract

【課題】簡単な構成で、メンテナンス性が良く、安価に、高圧蒸気を生成することができる蒸気圧縮方法及び蒸気圧縮機を提供する。
【解決手段】複数の貯留空間１を有し、供給側弁２１を備え貯留空間１に蒸気を供給する蒸気供給流路２を各貯留空間１に連通させ、吐出側弁３１を備え貯留空間１の蒸気を吐出する蒸気吐出流路３を各貯留空間１の上端部に連通させ、作動液搬送手段４１を備え貯留空間１に作動液Ｌを流出入させる作動液流路４の一端を各貯留空間１の下端部に連通させ、作動液流路４の他端を他の貯留空間１に連通した作動液流路４の他端と連通させる。一の貯留空間１の作動液Ｌを排出すると共に該貯留空間１の吐出側弁３１を閉じ、該貯留空間１の供給側弁２１を開いて低圧蒸気Ｖ_Ｌを該貯留空間１に供給して前記供給側弁２１を閉じ、他の貯留空間１に貯留している作動液Ｌを一の貯留空間１に流入させて圧縮することで高圧蒸気を生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、低圧蒸気を圧縮して高圧蒸気を生成する蒸気圧縮方法及び蒸気圧縮機に関するものである。

従来より、低圧蒸気を圧縮して高圧蒸気を生成するには、例えば特許文献１記載のようなスクリュー形蒸気圧縮機が良く利用されている。スクリュー形蒸気圧縮機は、シリンダと、シリンダ内で回転するロータ軸と、ロータ軸に取り付けられたスクリューブレードとを有し、ロータ軸を回転させることで、作動媒体の蒸気を吸入し、圧縮して吐出させるものである。

しかしながら上述した従来のスクリュー形蒸気圧縮機は、構造が複雑で高価であり、メンテナンスの手間や費用もかさむものであった。

また、構造が簡単でメンテナンス性が良いという点で、エゼクター式ポンプを用いることが考えられるが、駆動流体を高速で噴射するための高圧発生が必要となり、設備が高価になるものであった。
特開平０８−３１２５５３号公報

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単な構成で、メンテナンス性が良く、安価に、高圧蒸気を生成することができる蒸気圧縮方法及び蒸気圧縮機を提供することにある。

上記課題を解決するために請求項１に係る蒸気圧縮方法は、複数の密閉可能な貯留空間１を有し、途中に開閉弁からなる供給側弁２１を備え貯留空間１に蒸気を供給する蒸気供給流路２を各貯留空間１に連通させ、途中に開閉弁又は逆流防止弁からなる吐出側弁３１を備え貯留空間１の蒸気を吐出して負荷に供給する蒸気吐出流路３を各貯留空間１の上端部に連通させ、途中に作動液搬送手段４１を備え貯留空間１に作動液Ｌを流出入させる作動液流路４の一端を各貯留空間１の下端部に連通させ、前記作動液流路４の他端を他の貯留空間１に連通した作動液流路４の他端と連通させ、一の貯留空間１の作動液Ｌを排出すると共に該貯留空間１に連通する蒸気吐出流路３の吐出側弁３１を閉じた状態とし、該貯留空間１に連通する蒸気供給流路２の供給側弁２１を開いて低圧蒸気Ｖ_Ｌを該貯留空間１に供給して前記供給側弁２１を閉じ、他の貯留空間１に貯留している作動液Ｌを作動液流路４を介して作動液搬送手段４１により一の貯留空間１に流入させ、一の貯留空間１の蒸気の占有容積を縮小させて蒸気を圧縮することで高圧蒸気を生成することを特徴とするものである。

また請求項２に係る蒸気圧縮機は、内部が密閉可能な複数の容器１０を有し、途中に開閉弁からなる供給側弁２１を備え容器１０内に蒸気を供給する供給管２０を各容器１０に接続し、途中に開閉弁又は逆流防止弁からなる吐出側弁３１を備え容器１０内の蒸気を吐出する吐出管３０を各容器１０の上端部に接続し、途中に液体用の加圧ポンプを備え容器１０内に作動液Ｌを流出入させる作動液管４０の一端を各容器１０の下端部に接続し、前記作動液管４０の他端を他の容器１０に接続した作動液管４０の他端と連通させて成ることを特徴とするものである。

本発明にあっては、安価な汎用の液体用の加圧ポンプを使用することができて、簡単な構成で、メンテナンス性が良く、安価に、高圧蒸気を生成することが可能となる。

以下、本発明の蒸気圧縮方法及び蒸気圧縮機について、添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。

本発明の蒸気圧縮方法は、複数の密閉可能な貯留空間１に、蒸気供給流路２と、蒸気吐出流路３と、作動液流路４と、をそれぞれ連通させ、貯留空間１に作動液を流入させて、該貯留空間１に貯留している蒸気の占有容積を縮小させることで、蒸気を圧縮するものである。

ここで、蒸気と作動液は、水蒸気と水のように同じ物質であっても、水蒸気と油のように互いに異なる物質であってもよいが、本実施形態では水蒸気と水として説明する。

本実施形態の蒸気圧縮機は、図１に示すように、内部が密閉可能な缶体やパイプのような容器１０の内部空間を貯留空間１とし、内部が蒸気供給流路２となる供給管２０を各容器１０の上部に接続し、内部が蒸気吐出流路３となる吐出管３０を各容器１０の上端部に接続し、内部が作動液流路４となる作動液管４０を各容器１０の下端部に接続している。

容器１０の個数は、本実施形態では二個として説明するが、三個以上であってもよく、複数であれば特に限定されない。

供給管２０は、上流側の端部が低圧蒸気の供給源（図示せず）に接続してあり、下流側の端部が上述したように容器１０の上部（本実施形態では上端部）に接続してあり、途中に内部の蒸気供給流路２を開閉する供給側弁２１が設けてある。各供給管２０の上流側の端部は、別々に供給源に接続されていてもよいが、本実施形態のように上流側で一つに合流して供給源に接続されていてもよく、この場合には分岐した部分にそれぞれ供給側弁２１が設けてある。

供給源から供給管２０を介して、貯留空間１に圧縮対象の低圧蒸気を供給することが可能となっている。低圧蒸気は、本実施形態では約８ｋｇ／ｃｍ²Ｇ、約１７０℃の水蒸気とするが、特に限定されない。

吐出管３０は、上流側の端部が上述したように容器１０の上端部に接続してあり、途中に内部の蒸気吐出流路３を開閉する吐出側弁３１が設けてあり、下流側の端部が、生成した高圧蒸気の供給先の負荷（図示せず）に接続してある。各吐出管３０の下流側の端部は、別々に負荷に接続されていてもよいが、本実施形態のように下流側で一つに合流して負荷に接続されていてもよく、合流した部分に一次圧力調整弁３２が設けてある。また本実施形態では、吐出側弁３１として逆流防止弁がそれぞれ設けてあるが、吐出側弁３１は開閉弁であってもよい。

各貯留空間１で生成した高圧蒸気は、吐出管３０を介して、負荷に供給可能となっている。高圧蒸気は、本実施形態では約１７ｋｇ／ｃｍ²Ｇ、約２００℃の水蒸気とするが、特に限定されない。

また、容器１０の上端部には空気抜き管８（８ａ、８ｂ）が接続してあり、空気抜き管８の途中に開閉弁８１（８１ａ、８１ｂ）が設けてあり、容器１０内の気体を排出することができる。

作動液管４０は、一端部が上述したように容器１０の下端部に接続してあり、途中に、内部の作動液流路４に作動液を搬送するための作動液搬送手段４１が設けてある。作動液搬送手段４１としては、本実施形態では汎用の液体用加圧ポンプを用いており、これにより、各容器１０から作動液を流入及び流出させることができる。本実施形態では、一容器１０から別の容器１０に向けて作動液を搬送する加圧ポンプを設けた作動液管４０と、前記とは逆に別の容器１０から一容器１０に向けて作動液を搬送する加圧ポンプを設けた作動液管４０とは、容器１０への接続部分が一つに合流している。また他の実施形態として、図示しないが、容器１０が三個の場合には、各容器１０同士を接続する作動液流路４をそれぞれ設ければよく、それ以上の個数の場合には、例えば複数の容器１０を環状に配置して隣接する容器１０同士を接続する作動液流路４を設ければよい。

また、各容器１０の下端部には、途中に開閉弁５１を設けたドレン管５が接続してあり、各容器１０内の液体を排出することが可能となっている。

また本実施形態では、容器１０（１０ａ、１０ｂ）の上端部と下端部とに水位センサーを設けてある。上端部に設けた水位センサー６ａについては、高圧蒸気Ｖ_Ｈを生成する容器１０に流入する作動液Ｌが検知水位に達すると、高圧蒸気Ｖ_Ｈを実質的に吐出し終わったとして作動液Ｌの流入を停止させるものである。また、下端部に設けた水位センサー６ｂは、作動液Ｌを流出させた容器１０において、残りの作動液Ｌの量が所定範囲よりも多い場合には、ドレン管５ａの開閉弁５１ａを開いて作動液Ｌの量を所定範囲内とし、また、残りの作動液Ｌの量が所定範囲よりも少ない場合には、容器１０ａに接続した補給管７ａを介して容器１０ａ内に作動液Ｌの不足分を補給し、作動液Ｌの量を所定範囲内とする。図中の符号７１はポンプを示す。

本実施形態では、蒸気と作動液Ｌとが同じ物質であるため、蒸気が凝縮しても作動液Ｌの量が増加するのみで、作動液Ｌの排出及び補給により量を調節するだけでよい。なお、蒸気と作動液Ｌとが異なる物質である場合には、蒸気が凝縮すると作動液Ｌとは異なる液体が生じて排出が困難になるため、蒸気を、冷却されても凝縮しない過熱蒸気とする必要がある。

上記蒸気圧縮機を用いた蒸気圧縮方法について説明する。なお、便宜上、図中の左側の容器を１０ａ、右側の容器を１０ｂ、左側の容器１０ａに接続した供給管２０ａの供給側弁を２１ａ、右側の容器１０ｂに接続した供給管２０ｂの供給側弁を２１ｂ、左側の容器１０ａから右側の容器１０ｂに作動液を搬送する作動液管４０ａの加圧ポンプを４１ａ、右側の容器１０ｂから左側の容器１０ａに作動液を搬送する作動液管４０ｂの加圧ポンプを４１ｂ、左側の容器１０ａに接続したドレン管５ａの開閉弁を５１ａ、右側の容器１０ｂに接続したドレン管５ｂの開閉弁を５１ｂ、左側の空気抜き管を８ａ、右側の空気抜き管を８ｂ、左側の空気抜き管８ａの開閉弁を８１ａ、右側の空気抜き管８ｂの開閉弁を８１ｂとする。

起動時、図２（ａ）に示すように、前回の運転時の作動液Ｌが一の容器１０（本実施形態では左側の容器１０ａ）の貯留空間１の大部分に貯留又は充満しており、他の容器１０（本実施形態では右側の容器１０ｂ）の貯留空間１の大部分に空気Ａｉｒが貯留されていると共に残りの部分に作動液Ｌが貯留されている。

図２（ｂ）に示すように、左側の容器１０ａ内の作動液Ｌを、加圧ポンプ４１ａを駆動させることで作動液管４０ａを介して右側の容器１０ｂ内に流入させると共に、右側の容器１０ｂの空気抜き管８ｂの開閉弁８１ｂを開く。これにより、右側の容器１０ａ内の貯留空間１の容積のうち、作動液Ｌの占有する容積（体積）を増大させて、空気Ａｉｒを空気抜き管８ｂを介して排出する。そして、図３に示すように右側の容器１０ａ内を作動液Ｌで充満させた後、開閉弁８１ｂを閉じ、容器１０から空気Ａｉｒを抜く工程が終了する。

そして、容器１０ａ内を密閉するもので、前記開閉弁５１ａを開いて余剰の作動液Ｌを排出した後に開閉弁５１ａを閉じる。また左側の容器１０ａの蒸気吐出流路３の吐出側弁３１が開閉弁である場合には該開閉弁を閉じ、逆流防止弁である場合には閉じた状態となり、いずれの場合も吐出側弁３１が閉じている。

次に、左側の容器１０ａの供給管２０ａの供給側弁２１ａを開いて、供給源からの低圧蒸気Ｖ_Ｌを供給して容器１０ａ内に前記低圧蒸気Ｖ_Ｌを充満させた後、供給側弁２１ａを閉じる。なお、図２乃至図６において、各弁（２１ａ、２１ｂ、５１ａ、５１ｂ）は、実線が開状態を、破線が閉状態を示しており、加圧ポンプ４１ａ、４１ｂ、後述するポンプ７１ａ、７１ｂは、実線が駆動状態を、破線が停止状態を示しており、各管（２０ａ、２０ｂ、３０、４０ａ、４０ｂ、５ａ、５ｂ、後述する補給管７ａ、７ｂ）は、実線が流れがある状態を示し、破線が流れがない状態を示している。

次に、右側の容器１０ｂ内の作動液Ｌを、加圧ポンプ４１ｂを駆動させることで作動液管４０ｂを介して左側の容器１０ａ内に流入させていき（加圧工程）、図４（ａ）に示すように、左側の容器１０ａ内の貯留空間１の容積のうち、作動液Ｌの占有する容積（体積）を増大させると共に蒸気の占有容積を縮小させて蒸気を圧縮することで、所定の高圧蒸気Ｖ_Ｈを生成する。左側の容器１０ａ内に作動液Ｌを流入させて蒸気を圧縮する際、蒸気は１７０℃以上の高温であるのに対し作動液Ｌは１００℃未満の低温であり、蒸気が冷媒により冷却されて凝縮するものの、凝縮量は若干量にとどまっている。本実施形態では、蒸気を圧縮して圧力を約８ｋｇ／ｃｍ²Ｇから約１７ｋｇ／ｃｍ²Ｇに加圧するため、蒸気の占有容積を約半分にすればよい。

また、右側の容器１０ｂ内の作動液Ｌを左側の容器１０ａ内に流入させていく際、右側の容器１０ｂの供給管２０ｂの供給側弁２１ｂを開いて該容器１０ｂ内に低圧蒸気Ｖ_Ｌを供給していくことで、前記低圧蒸気Ｖ_Ｌの圧力を、作動液Ｌを左側の容器１０ａ内に流入させるのに利用することができ、加圧ポンプ４１に必要な駆動力が小さくて済む。

そして図４（ｂ）に示すように、右側の容器１０ｂ内の作動液Ｌを左側の容器１０ａ内に更に流入させていくことで（送気工程）、左側の容器１０ａ内の高圧蒸気Ｖ_Ｈを吐出管３０より吐出させて、一次圧力調整弁３２により圧力を調整しながら負荷に供給する。

以上のようにして、一容器（左側の容器１０ａ）における高圧蒸気Ｖ_Ｈの生成及び吐出工程が終了する。

次に、他の容器（右側の容器１０ｂ）における高圧蒸気Ｖ_Ｈの生成工程が開始される。

まず、上記において左側の容器１０ａ内の蒸気を圧縮した際に、蒸気が凝縮して作動液Ｌが増加した余剰分を図５（ａ）に示すようにドレン管５ｂを介して排出する。排出するのは、左側の容器１０ａ内に流入しきれず右側の容器１０ｂ内に残存している作動液Ｌで、この後圧縮対象の低圧蒸気Ｖ_Ｌを充満させる右側の容器１０ｂ内の低圧蒸気Ｖ_Ｌの占有容積を大きく取ることができる。

次に、右側の容器１０ｂの供給管２０ｂの供給側弁２１ｂを開いて、供給源からの低圧蒸気Ｖ_Ｌを供給して容器１０ｂ内に前記低圧蒸気Ｖ_Ｌを充満させた後、供給側弁２１ｂを閉じる。なお、左側の容器１０ａ内の高圧蒸気Ｖ_Ｈは負荷に供給されて、容器１０ａ内の蒸気は低圧となっている。

次に、図５（ｂ）に示すように、左側の容器１０ａ内の作動液Ｌを、加圧ポンプ４１ａを駆動させることで作動液管４０ａを介して右側の容器１０ｂ内に流入させていき（加圧工程）、図６（ａ）に示すように、右側の容器１０ｂ内の貯留空間１の蒸気の占有容積を約半分に縮小させて蒸気を圧縮することで、所定の高圧蒸気Ｖ_Ｈを生成する。

そして図６（ｂ）に示すように、左側の容器１０ａ内の作動液Ｌを右側の容器１０ｂ内に更に流入させていくことで（送気工程）、右側の容器１０ｂ内の高圧蒸気Ｖ_Ｈを吐出させて、一次圧力調整弁３２により圧力を調整しながら負荷に供給し、右側の容器１０ｂにおける高圧蒸気Ｖ_Ｈの生成及び吐出工程が終了する。

以降は、各容器１０ａ、１０ｂの高圧蒸気Ｖ_Ｈの生成及び吐出工程を交互に繰り返すことで、連続して高圧蒸気Ｖ_Ｈを供給することができる。

また、容器１０が三個以上の場合も同様に、高圧蒸気Ｖ_Ｈを生成して吐出した容器１０が、次の高圧蒸気Ｖ_Ｈの生成及び吐出工程において、別の容器１０内に作動液Ｌを流入させるもので、複数の容器１０を順に使用すればよい。

本発明においては、一の貯留空間１に低圧蒸気Ｖ_Ｌを充満させ、他の貯留空間１に貯留している作動液Ｌを前記一の貯留空間１に流入させて、低圧蒸気Ｖ_Ｌを圧縮して高圧蒸気Ｖ_Ｈとするものであるため、従来のスクリュー形蒸気圧縮機のように、構造が複雑で高価であったりメンテナンスの手間や費用がかさむことがなく、安価な汎用の液体用の加圧ポンプを使用することができて、簡単な構成で、メンテナンス性が良く、安価に、高圧蒸気Ｖ_Ｈを生成することが可能となる。

本発明の蒸気圧縮機の一実施形態の構成図である。（ａ）（ｂ）は容器内の空気を抜く工程の説明図である。左側の容器で高圧蒸気を生成する際の加圧工程の説明図である。（ａ）は左側の容器で高圧蒸気を生成する際の送気工程の開始時の説明図であり、（ｂ）は前記送気工程の終了時の説明図である。（ａ）は右側の容器で高圧蒸気を生成する際の作動液の余剰分を排出する工程の説明図であり、（ｂ）は右側の容器で高圧蒸気を生成する際の加圧工程の説明図である。（ａ）は右側の容器で高圧蒸気を生成する際の送気工程の開始時の説明図であり、（ｂ）は前記送気工程の終了時の説明図である。

符号の説明

１貯留空間
１０容器
２蒸気供給流路
２０供給管
２１供給側弁
３蒸気吐出流路
３０吐出管
３１吐出側弁
３２一次圧力調整弁
４作動液流路
４０作動液管
４１作動液搬送手段
５ドレン管
５１開閉弁
６ａ上水位センサ
６ｂ下水位センサ
７補給管
７１ポンプ

Claims

複数の密閉可能な貯留空間を有し、途中に開閉弁からなる供給側弁を備え貯留空間に蒸気を供給する蒸気供給流路を各貯留空間に連通させ、途中に開閉弁又は逆流防止弁からなる吐出側弁を備え貯留空間の蒸気を吐出して負荷に供給する蒸気吐出流路を各貯留空間の上端部に連通させ、途中に作動液搬送手段を備え貯留空間に作動液を流出入させる作動液流路の一端を各貯留空間の下端部に連通させ、前記作動液流路の他端を他の貯留空間に連通した作動液流路の他端と連通させ、一の貯留空間の作動液を排出すると共に該貯留空間に連通する蒸気吐出流路の吐出側弁を閉じた状態とし、該貯留空間に連通する蒸気供給流路の供給側弁を開いて低圧蒸気を該貯留空間に供給して前記供給側弁を閉じ、他の貯留空間に貯留している作動液を作動液流路を介して作動液搬送手段により一の貯留空間に流入させ、一の貯留空間の蒸気の占有容積を縮小させて蒸気を圧縮することで高圧蒸気を生成することを特徴とする蒸気圧縮方法。
内部が密閉可能な複数の容器を有し、途中に開閉弁からなる供給側弁を備え容器内に蒸気を供給する供給管を各容器に接続し、途中に開閉弁又は逆流防止弁からなる吐出側弁を備え容器内の蒸気を吐出する吐出管を各容器の上端部に接続し、途中に液体用の加圧ポンプを備え容器内に作動液を流出入させる作動液管の一端を各容器の下端部に接続し、前記作動液管の他端を他の容器に接続した作動液管の他端と連通させて成ることを特徴とする蒸気圧縮機。