JP2010265749A - 蒸気システム - Google Patents

Abstract

【課題】蒸気タービンやスクリュ式蒸気エンジンなどの蒸気駆動源からの排蒸気を昇圧して再利用する蒸気システムを提供する。
【解決手段】蒸気を用いて動力を起こす第一蒸気エンジン５０と、この第一蒸気エンジン５０からの排蒸気を、蒸気を用いて昇圧する昇圧機構５４とを備える。昇圧機構５４は、たとえばエゼクタ５５である。この第一蒸気エンジンからの排蒸気を昇圧するために昇圧機構へ供給される蒸気とは、同じ缶体から供給される。
【選択図】図１

Description

本発明は、蒸気タービンやスクリュ式蒸気エンジンなどの蒸気駆動源からの排蒸気を昇圧して再利用する蒸気システムに関するものである。

従来、蒸気タービンやスクリュ式蒸気エンジンなどにより、圧縮機や発電機などを駆動させることが行われている。この場合、蒸気タービンやスクリュ式蒸気エンジンなどから排気される蒸気は、圧力が低く、用途が限定されていた。

また、従来、下記各特許文献に開示されるように、排ガス流の下流へ行くに従って設定蒸気圧が低圧となるように、複数台の排ガスボイラを設置することが提案されている。この場合、蒸気圧の異なる各蒸気の需要がなければならず、汎用性に乏しかった。

特開昭５９−１５０２０３号公報 特開平１１−３５０９２１号公報

本発明が解決しようとする課題は、蒸気エンジンで使用後の蒸気の用途を広くすることにある。また、複圧式の排ガスボイラとの組合せで、蒸気圧の異なる蒸気の用途を広くすることにある。

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、蒸気を用いて動力を起こす第一蒸気エンジンと、この第一蒸気エンジンからの排蒸気を、蒸気を用いて昇圧する昇圧機構とを備えることを特徴とする蒸気システムである。

請求項１に記載の発明によれば、第一蒸気エンジンからの排蒸気を昇圧機構で昇圧することで、第一蒸気エンジンで使用後の蒸気の用途を広めることができる。

請求項２に記載の発明は、前記第一蒸気エンジンへ供給される蒸気と、この第一蒸気エンジンからの排蒸気を昇圧するために前記昇圧機構へ供給される蒸気とは、同じ缶体から供給されることを特徴とする請求項１に記載の蒸気システムである。

請求項２に記載の発明によれば、第一蒸気エンジンへ蒸気を供給する缶体は、第一蒸気エンジンからの排蒸気を昇圧するために昇圧機構へ蒸気を供給する缶体と同じである。これにより、簡易な構成で、第一蒸気エンジンの駆動と、第一蒸気エンジンからの排蒸気の昇圧とを図ることができる。

請求項３に記載の発明は、前記第一蒸気エンジンへ供給される蒸気と、この第一蒸気エンジンからの排蒸気を昇圧するために前記昇圧機構へ供給される蒸気とは、異なる缶体から供給されることを特徴とする請求項１に記載の蒸気システムである。

請求項３に記載の発明によれば、第一蒸気エンジンへ蒸気を供給する缶体は、第一蒸気エンジンからの排蒸気を昇圧するために昇圧機構へ蒸気を供給する缶体と異なる。これにより、蒸気圧が同じまたは異なる缶体からの蒸気を用いて、第一蒸気エンジンの駆動と、第一蒸気エンジンからの排蒸気の昇圧とを図ることができる。

請求項４に記載の発明は、前記缶体として、排ガスが順に通される第一缶体と第二缶体とを備え、これら各缶体は、排ガス熱を用いて蒸気を起こし、前記第一缶体からの蒸気が、前記第一蒸気エンジンへ供給され、前記第二缶体からの蒸気が、前記第一蒸気エンジンからの排蒸気を昇圧するために前記昇圧機構へ供給されることを特徴とする請求項３に記載の蒸気システムである。

請求項４に記載の発明によれば、蒸気エンジンを駆動させるための蒸気、およびその蒸気エンジンからの排蒸気を昇圧するための蒸気を、それぞれ排ガスボイラで行うことができる。これにより、排ガスからの熱回収を図りつつ、蒸気エンジンからの排蒸気の用途を広めることができる。

請求項５に記載の発明は、前記第二缶体からの排ガスが通される第三缶体をさらに備え、この第三缶体は、前記第一缶体および前記第二缶体よりも低圧の蒸気を起こし、前記第一蒸気エンジンからの蒸気が前記昇圧機構により昇圧された後の蒸気、前記第二缶体からの蒸気が前記昇圧機構により減圧された後の蒸気、および前記第三缶体からの蒸気が、圧力を互いに同等にされることで混合されることを特徴とする請求項４に記載の蒸気システムである。

請求項５に記載の発明によれば、第一蒸気エンジンからの蒸気が昇圧機構により昇圧された後の蒸気、第二缶体からの蒸気が昇圧機構により減圧された後の蒸気、および第三缶体からの蒸気が、圧力を互いに同等にされることで混合される。このようにして、蒸気圧の異なる各蒸気でも、蒸気圧を揃えることができる。

請求項６に記載の発明は、前記各缶体は、排ガス流の下流側へ配置されるもの程、蒸気圧が同じか低くなる蒸気を発生させることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の蒸気システムである。

請求項６に記載の発明によれば、排ガス流の下流へ行くに従って設定蒸気圧が同じか低くなるように、言い換えれば排ガス流の下流へ行くに従って缶体内の飽和温度が同じか低くなるように、複数の缶体が設置される。これにより、排ガスからの熱回収量を向上することができる。

請求項７に記載の発明は、前記各缶体を通過後の排ガスが通され、前記各缶体への給水を予熱するエコノマイザをさらに備えることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の蒸気システムである。

請求項７に記載の発明によれば、各缶体への給水を予熱するエコノマイザを設置することで、排ガスからの熱回収を一層確実に行うことができる。なお、全ての缶体への給水を、それぞれエコノマイザを介して行う必要はなく、一部の缶体へはエコノマイザを介さずに給水してもよい。

請求項８に記載の発明は、前記エコノマイザとして、前記各缶体を通過後の排ガスが順に通される複数のエコノマイザを備え、この複数のエコノマイザは、排ガス流の上流側に設置されるものほど、排ガス流の上流側に設置される缶体への給水を予熱することを特徴とする請求項７に記載の蒸気システムである。

請求項８に記載の発明によれば、排ガスの流れ方向に対するエコノマイザの設置順序を、排ガスの流れ方向に対する缶体の設置順序と対応させた。つまり、上流側に設置されるエコノマイザほど、上流側に設置される缶体へ給水する構成とされる。これにより、排ガスからの熱回収を一層確実に行うことができる。

請求項９に記載の発明は、前記昇圧機構は、エゼクタを備え、このエゼクタは、そのノズルへ前記第一蒸気エンジンからの排蒸気と異なる蒸気が吹き込まれることで、前記第一蒸気エンジンからの排蒸気を吸引し、前記ノズルへの蒸気と前記第一蒸気エンジンからの排蒸気とを混合して吐出することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の蒸気システムである。

請求項９に記載の発明によれば、エゼクタにより、簡易に第一蒸気エンジンからの排蒸気を昇圧することができる。

請求項１０に記載の発明は、前記昇圧機構は、蒸気を用いて動力を起こす第二蒸気エンジンと、この第二蒸気エンジンにより駆動される蒸気圧縮機とを備え、前記第一蒸気エンジンからの排蒸気は、前記蒸気圧縮機を通過することで、圧縮して昇圧されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の蒸気システムである。

請求項１０に記載の発明によれば、蒸気圧縮機により、簡易に第一蒸気エンジンからの排蒸気を昇圧することができる。

さらに、請求項１１に記載の発明は、前記第一蒸気エンジンにより圧縮機または発電機を駆動することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の蒸気システムである。

請求項１１に記載の発明によれば、第一蒸気エンジンにより圧縮機または発電機を駆動することができる。蒸気を用いて圧縮機または発電機を駆動することで、省電力を図ることができる。

本発明によれば、蒸気エンジンで使用後の蒸気でも、昇圧機構を用いて昇圧することで、用途を広くすることができる。また、複圧式の排ガスボイラとの組合せで、蒸気圧の異なる蒸気の用途を広くすることができる。

本発明の蒸気システムの実施例１を示す概略図であり、一部を切り欠いて示している。 図１の蒸気システムに用いられる排ガスボイラの概略平面図であり、一部を切り欠いて示している。 本発明の蒸気システムの実施例２を示す概略図である。 本発明の蒸気システムの実施例３を示す概略図である。 実施例１および実施例２における各缶体への給水方式の一例を示す概略図であり、缶体とエコノマイザのみを示している。 実施例１および実施例２における各缶体への給水方式の他の例を示す概略図であり、缶体とエコノマイザのみを示している。 実施例１および実施例２における各缶体への給水方式のさらに別の例を示す概略図であり、缶体とエコノマイザのみを示している。

以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の蒸気システム１の実施例１を示す概略図であり、一部を切り欠いて示している。また、図２は、この蒸気システム１に用いられる排ガスボイラ２の概略平面図であり、一部を切り欠いて示している。

本実施例の蒸気システム１は、排熱を用いて蒸気を起こす排ガスボイラ２を備え、この排ガスボイラ２は、複数の缶体３〜５を備える。本実施例では、第一缶体３、第二缶体４および第三缶体５の三つの缶体が、排ガス流に沿って直列に設置される。それ故、第一缶体３を上流缶体、第二缶体４を中流缶体、第三缶体５を下流缶体ということもできる。

各缶体３〜５は、その構成を特に問わず、従来公知の各種の排ガスボイラと同様に構成できるが、図示例では、多管式の貫流ボイラとされる。具体的には、各缶体３〜５は、上部管寄せ６〜８と下部管寄せ９〜１１との間を、多数の水管１２〜１４で接続して構成される。上部管寄せ６〜８と下部管寄せ９〜１１とは、上下に離隔して平行に配置され、内部は中空に形成されている。一方、各水管１２〜１４は、垂直に配置され、上端部が上部管寄せ６〜８に接続される一方、下端部が下部管寄せ９〜１１に接続される。図示していないが、上下の管寄せ６〜１１と各水管１２〜１４との接続部は、耐火材で覆われる。

各缶体３〜５における水管１２〜１４の配置は、適宜に設定されるが、排ガスの流れ方向と垂直に複数本配置されると共に、排ガスの流れ方向にも複数本配置される。その際、隣接する水管間には、排ガスが通される隙間が開けられると共に、図示例では千鳥状に配置される。また、各水管１２〜１４には、その外周面に所望によりフィンやスタッドなどを設けて、伝熱面積の拡大を図ってもよい。

第一缶体３、第二缶体４および第三缶体５へと順に排ガスが流れるように、各缶体３〜５は、排ガスの出入口を除いて、缶体カバー１５で覆われる。この際、各缶体３〜５を共通の缶体カバー１５で覆ってもよいし、缶体３〜５ごとに排ガスの出入口を除いて缶体カバー１５で覆い、互いにフランジや配管などで接続してもよい。つまり、第一缶体３の缶体カバーの排ガス出口と第二缶体４の缶体カバーの排ガス入口とを接続すると共に、第二缶体４の缶体カバーの排ガス出口と第三缶体５の缶体カバーの排ガス入口とを接続してもよい。この場合、独立に構成された排ガスボイラ２を、複数台直列に接続した構成となる。いずれの場合も、缶体カバー１５には、断熱材や耐火材を設けてもよいのは言うまでもない。

各缶体３〜５には、給水路１６〜１８を介して下部管寄せ９〜１１へ水（通常は軟水）が供給され、その水は、各水管１２〜１４において排ガスにより加熱され蒸気化される。その蒸気は、上部管寄せ６〜８から気水分離器１９〜２１を介して導出される。また、各缶体３〜５内の水は、所望により、排水路２２〜２４を介して下部管寄せ９〜１１から排出可能とされる。各排水路２２〜２４に設けた排水弁２５〜２７を開くことで、各缶体３〜５内から排水を図ることができる。

気水分離器１９〜２１は、本実施例では遠心式の気水分離器とされている。具体的には、気水分離器１９〜２１は、縦向き円筒状の胴２８〜３０を備え、その胴２８〜３０内に接線方向で蒸気が導入される。従って、上部管寄せ６〜８からの蒸気は、胴２８〜３０内で旋回して、その遠心力で水分は外方へ飛ばされ下方へ脱落する一方、そのようにして乾き度を向上された蒸気は、胴２８〜３０の上部から導出される。なお、胴２８〜３０内において分離された水は、分離水戻し管３１〜３３を介して、下部管寄せ９〜１１へ戻される。

本実施例では、各缶体３〜５の下部管寄せ９〜１１への給水は、エコノマイザ３４〜３６で予熱される。具体的には、排ガスボイラ２の下流に、エコノマイザ３４〜３６が設置される。図示例では、第一缶体３、第二缶体４および第三缶体５とエコノマイザ３４〜３６とが共通の缶体カバー１５で覆われているが、排ガスボイラ２とは別にエコノマイザ３４〜３６を構成して、排ガスボイラ２の排ガス出口とエコノマイザ３４の排ガス入口とをフランジや配管で接続してもよい。

また、本実施例では、エコノマイザ３４〜３６は、缶体３〜５の数だけ設置され、排ガス流に沿って直列に設置される。この場合、エコノマイザ３４〜３６は、排ガス流の上流側に設置されるものほど、排ガス流の上流側に設置される缶体への給水を予熱するのが好ましい。

具体的には、排ガス流に沿って順に、第一エコノマイザ３４、第二エコノマイザ３５および第三エコノマイザ３６が設置され、第一エコノマイザ３４は第一缶体３への給水を予熱し、第二エコノマイザ３５は第二缶体４への給水を予熱し、第三エコノマイザ３６は第三缶体５への給水を予熱する。そして、各エコノマイザ３４〜３６で予熱された水は、各缶体３〜５の下部管寄せ９〜１１へ供給される。各缶体３〜５への給水の有無は、各缶体３〜５の水位検出器（図示省略）の検出結果に基づき、各エコノマイザ３４〜３６への給水ポンプ３７〜３９の作動を制御して切り替えられる。

排ガスボイラ２およびエコノマイザ３４〜３６は、排ガス導入路４０を介して排ガスが導入され、排ガス導出路４１を介して排ガスが導出される。排ガスが排ガスボイラ２を通過する間、排ガスと水管１２〜１４との熱交換がなされ、排ガスは冷却を図られる一方、水管１２〜１４内の水は加熱され蒸気化を図られる。また、排ガスがエコノマイザ３４〜３６を通過する間、各缶体３〜５への給水が排ガスにより予熱される。

排ガス導入路４０と排ガス導出路４１とは、バイパス路４２で接続される。そして、排ガスを、排ガスボイラ２およびエコノマイザ３４〜３６を介して排出するか、バイパス路４２を介して排出するかを択一的に切り替えるか、両者の分配割合を調整可能とされる。これにより、排ガスボイラ２による蒸発量を調整することができる。そのために、本実施例では、排ガス導入路４０とバイパス路４２との分岐部に、三方ダンパ４３を設けている。但し、排ガス導入路４０とバイパス路４２との分岐部より下流において、排ガス導入路４０とバイパス路４２とにそれぞれダンパを個別に設け、各ダンパの開閉または開度を調整してもよい。

三方ダンパ４３は、ボックス状の弁箱４４を備え、この弁箱４４には、一つの排ガス入口４５と、二つの排ガス出口４６，４７とが設けられる。二つの排ガス出口４６，４７の内、一方（４６）は、排ガスボイラ２への排ガス導入路４０に接続され、他方（４７）は、バイパス路４２に接続される。また、弁箱４４内には、ダンパ４８が設けられており、このダンパ４８の位置を調整することで、排ガス入口４５からの排ガスについて、排ガスボイラ２への供給流量とバイパス路４２への供給流量との分配割合を調整することができる。具体的には、ダンパ４８を駆動させるモータ４９を制御して、ダンパ４８の回転停止位置を調整することで、前記分配割合が調整される。但し、前述したように、ダンパ４８は、所望により、二つの排ガス出口４６，４７の内、択一的にいずれかを開き、残りを閉じるよう制御されてもよい。

第一缶体３、第二缶体４および第三缶体５は、それぞれの蒸気圧および蒸発量を適宜に設計されるが、排ガスからの熱回収量を向上させるために、排ガス流の下流へ行くに従って、蒸気圧が同じか低下するように設計するのが好ましい。たとえば、第一缶体３および第二缶体４はそれぞれ８ｋｇｆ／ｃｍ^２（＝０．７８ＭＰａ）、第三缶体５は５ｋｇｆ／ｃｍ^２（＝０．４９ＭＰａ）とされる。

本実施例では、第一缶体３からの蒸気を用いて、第一蒸気エンジン５０を駆動する。具体的には、蒸気システム１は、蒸気を用いて動力を起こす第一蒸気エンジン５０と、この第一蒸気エンジン５０により駆動される圧縮機５１とを備える。但し、第一蒸気エンジン５０により駆動される機器は、圧縮機５１に限らず、たとえば発電機などであってもよい。

第一蒸気エンジン５０は、本実施例ではスクリュ式蒸気エンジンである。スクリュ式蒸気エンジンは、互いにかみ合うスクリュロータ間に蒸気が導入され、その蒸気によりスクリュロータを回転させつつ蒸気を膨張して減圧し、その際のスクリュロータの回転により動力を得る装置である。但し、第一蒸気エンジン５０は、蒸気を用いて動力を起こすものであれば、スクリュ式蒸気エンジンに限らない。たとえば、蒸気タービンでもよいし、ピストンの往復動を用いるレシプロ式の蒸気エンジンでもよい。

第一蒸気エンジン５０により駆動される圧縮機５１も、その種類を特に問わないが、たとえばスクリュ式の空気圧縮機または蒸気圧縮機とされる。スクリュ式の圧縮機は、互いにかみ合って回転するスクリュロータ間に蒸気を吸入して、スクリュロータの回転により圧縮して吐出する装置である。但し、圧縮機５１は、スクリュ式に限らず、レシプロ式などであってもよい。

第一缶体３からの蒸気は、第一蒸気路５２を介して、蒸気エンジン５０へ供給される。第一蒸気路５２に設けた給蒸操作弁５３の開閉または開度を調整することで、第一蒸気エンジン５０の作動の有無または出力を調整可能とされる。

第一蒸気エンジン５０に供給された蒸気は、第一蒸気エンジン５０において仕事をすることで、減圧され膨張される。このような低圧の蒸気（たとえば３ｋｇｆ／ｃｍ^２（＝０．２９ＭＰａ））は、用途が限られるので、本実施例の蒸気システム１は、昇圧機構５４により昇圧される。これにより、第一蒸気エンジン５０からの排蒸気を昇圧して、再利用することができる。

具体的には、本実施例の昇圧機構５４は、エゼクタ５５を備える。エゼクタ５５は、ノズルとディフューザとを備え、高圧の流体をノズルからディフューザへ向けて噴出させることで、吸込口から低圧の流体を吸引して、両流体を混合して吐出する。ここでは、第二缶体４からの蒸気が通される第二蒸気路５６がノズルに接続され、第一蒸気エンジン５０からの排蒸気が通される排蒸気路５７が吸込口に接続されている。

従って、第二缶体４からの蒸気がノズルへ吹き込まれることで、第一蒸気エンジン５０からの排蒸気がエゼクタ５５へ吸引される。そして、両蒸気は、混合され吐出される。この間、第二缶体４からの蒸気は減圧される一方、第一蒸気エンジン５０からの排蒸気は昇圧される。ここでは、混合蒸気の圧力は５ｋｇｆ／ｃｍ^２（＝０．４９ＭＰａ）とされる。従って、エゼクタ５５からの蒸気には、第三缶体５からの蒸気を、第三蒸気路５８を介して合流させることができる。

なお、所望により、第二蒸気路５６には給蒸弁５９が設けられる。また、図示しないが、排蒸気路５７にも、所望により弁（以下、吸引弁という）を設けてもよい。これら弁は、それぞれ開閉または開度が変更可能とされる。

エゼクタ５５からの蒸気は、第四蒸気路６０へ導出される。第四蒸気路６０の蒸気は、所望により蒸気ヘッダ６１を介して、各種の蒸気使用設備へ供給可能とされる。蒸気ヘッダ６１には、所望により、ボイラ（燃料焚きボイラまたは電気ボイラ）６２からの蒸気も供給可能とされる。第四蒸気路６０には、圧力調整弁６３が設けられている。

第一缶体３および第二缶体４の圧力調整は、三方ダンパ４３のダンパ４８の位置を調整して、排ガスボイラ２へ供給する排ガス流量を調整することでなされる。具体的には、第一センサ６４により第一缶体３内の圧力（場合により温度でもよい）を監視して、第一缶体３からの蒸気圧を所望に維持するように、モータ４９を制御して、ダンパ４８の位置を調整する。

第三缶体５の圧力調整は、圧力調整弁６３にて行われる。すなわち、第四蒸気路６０に設けた圧力調整弁６３は、その一次側（上流側）の圧力を所望に維持するように開度調整する。圧力調整弁６３は、本実施例では自力で開度調整する構成であるが、所望により、その手前に設けた第二センサ６５による検出圧力に基づき開度調整されてもよい。

但し、第三缶体５の圧力調整は、このような制御に代えて、蒸気ヘッダ６１に蒸気を供給するボイラ６２で制御してもよい。つまり、第四蒸気路６０に圧力調整弁６３を設けずに、第三缶体５からの蒸気をそのまま蒸気ヘッダ６１へ供給し、その蒸気ヘッダ６１内の蒸気圧を所望に維持するようにボイラ６２の燃焼量を制御してもよい。なお、圧力調整弁６３による制御に加えて、このようなボイラ６２による制御を行ってもよい。

ところで、蒸気の使用負荷が減るかなくなった場合には、第二センサ６５の検出圧力が増加するので、それが設定値を超えれば、第一蒸気エンジン５０への給蒸操作弁５３（またはエゼクタ５５の吸込口への吸引弁）と、エゼクタ５５のノズルへの給蒸弁５９を制御して、第一缶体３および第二缶体４からエゼクタ５５を介しての蒸気供給を制限すればよい。あるいは、それに代えてまたはそれに加えて、三方ダンパ４３を制御して、排ガスボイラ２への排ガス供給量を制限して、排ガスボイラ２による蒸発量を制限すればよい。

本実施例では、たとえば、第一缶体３は８ｋｇｆ／ｃｍ^２（＝０．７８ＭＰａ）で１７０ｋｇ／ｈ、第二缶体４は８ｋｇｆ／ｃｍ^２（＝０．７８ＭＰａ）で６０５ｋｇ／ｈ、第三缶体５は５ｋｇｆ／ｃｍ^２（＝０．４９ＭＰａ）で５３ｋｇ／ｈとされる。なお、排ガス温度は、第一缶体３の入口で４０８℃、第二缶体４の入口で２２０℃、第三缶体５の入口で１９１℃、第三缶体５の出口で１７３℃とされ、エコノマイザ３６の出口で１００℃とされる。そして、第二缶体４からの蒸気がエゼクタ５５で減圧された後の蒸気、第一蒸気エンジン５０からの蒸気がエゼクタ５５で昇圧された後の蒸気、および第三缶体５からの蒸気とが混合されて、５ｋｇｆ／ｃｍ^２（＝０．４９ＭＰａ）で８２４ｋｇ／ｈの蒸発量となる。

図３は、本発明の蒸気システム１の実施例２を示す概略図であり、一部を省略して示している。本実施例２の蒸気システム１も、基本的には前記実施例１と同様である。そこで、以下では、両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。

前記実施例１では、エゼクタ５５を用いて、第二缶体４からの蒸気を減圧する一方、第一蒸気エンジン５０からの蒸気を昇圧したが、本実施例２では、第二蒸気エンジン６６を用いて、第二缶体４からの蒸気を減圧する一方、その第二蒸気エンジン６６で駆動される蒸気圧縮機６７を用いて、第一蒸気エンジン５０からの排蒸気を昇圧する。

すなわち、本実施例２の蒸気システム１では、昇圧機構５４として、蒸気を用いて動力を起こす第二蒸気エンジン６６と、この第二蒸気エンジン６６により駆動される蒸気圧縮機６７とを備える。

第二蒸気エンジン６６は、本実施例ではスクリュ式蒸気エンジンであるが、蒸気を用いて動力を起こすものであれば、スクリュ式蒸気エンジンに限らない。たとえば、蒸気タービンでもよいし、ピストンの往復動を用いるレシプロ式の蒸気エンジンでもよい。

蒸気圧縮機６７も、その種類を特に問わないが、たとえばスクリュ式の蒸気圧縮機とされる。但し、蒸気圧縮機６７は、蒸気を圧縮して吐出するものであれば、スクリュ式に限らず、レシプロ式などであってもよい。

本実施例では、第二缶体４からの蒸気は、第二蒸気路５６を介して第二蒸気エンジン６６に供給される。第二蒸気エンジン６６に供給された蒸気は、第二蒸気エンジン６６で仕事をすることで、膨張して減圧され、第四蒸気路６０へ吐出される。そして、その第二蒸気エンジン６６により駆動される蒸気圧縮機６７は、第一蒸気エンジン５０からの排蒸気を吸引し、圧縮して吐出する。このようにして、第一蒸気エンジン５０からの排蒸気が蒸気圧縮機６７により昇圧された後の蒸気、第二缶体４からの蒸気が第二蒸気エンジン６６により減圧された後の蒸気が合流され、さらに前記実施例１と同様に、第三缶体５からの蒸気も合流してもよい。

また、前記実施例１では、缶体３〜５の数と対応したエコノマイザ３４〜３６を設けたが、本実施例２では、エコノマイザは一つとされる。この場合、各缶体３〜５に共通のエコノマイザ６８にて予熱された水は、分岐されて各缶体３〜５へ供給される。給水ポンプ６９を作動させた状態で、各缶体３〜５への給水路１６〜１８に個別に設けた給水弁７０〜７２を制御することで、各缶体３〜５への給水を個別に制御することができる。但し、エコノマイザ６８は、前記実施例１と同様に、缶体３〜５ごとに設けてもよい。その他の構成および制御は、前記実施例１と同様のため、説明は省略する。

図４は、本発明の蒸気システム１の実施例３を示す概略図であり、一部を省略して示している。本実施例３の蒸気システム１も、基本的には前記実施例１と同様である。そこで、以下では、両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。

前記実施例１では、第一蒸気エンジン５０およびエゼクタ５５に供給される蒸気は、排ガスボイラ２とされたが、本実施例２では、通常のボイラ（燃料焚きボイラまたは電気ボイラ）６２とされる。つまり、ボイラ６２からの蒸気は、第一蒸気エンジン５０へ供給可能とされると共に、エゼクタ５５のノズルへも供給可能とされる。また、前記各実施例における三方ダンパ４３の制御に代えて、本実施例３では、ボイラ６２のバーナによる燃焼量が制御される。また、本実施例３では、ボイラ６２の煙道に設けたエコノマイザ６８により、ボイラ６２の缶体への給水が予熱される。その他の構成および制御は、前記実施例１と同様のため、説明は省略する。

ところで、本実施例３の場合、第一蒸気エンジン５０へ供給される蒸気と、この第一蒸気エンジン５０からの排蒸気を昇圧するためにエゼクタ５５のノズルへ供給される蒸気とは、同じ缶体から供給される。但し、前記実施例１と同様に、第一蒸気エンジン５０へ供給される蒸気と、この第一蒸気エンジン５０からの排蒸気を昇圧するためにエゼクタ５５のノズルへ供給される蒸気とは、異なる缶体から供給されてもよい。たとえば、二つのボイラ６２，６２を用い、一方のボイラ６２からの蒸気を第一蒸気エンジン５０へ供給し、他方のボイラ６２からの蒸気をエゼクタ５５のノズルへ供給してもよい。

また、排ガスボイラ２に代えて通常のボイラ６２を用いることは、前記実施例１だけでなく前記実施例２にも同様に適用される。つまり、図４において、エゼクタ５５に代えて、図３と同様に、第二蒸気エンジン６６とそれにより駆動される蒸気圧縮機６７を用いてもよい。その場合、第一蒸気エンジン５０および第二蒸気エンジン６６には、ボイラ６２からの蒸気が供給され、蒸気圧縮機６７では第一蒸気エンジン５０からの排蒸気が昇圧される。

次に、前記実施例１および前記実施例２における各缶体３〜５への給水方式の類型について説明する。図５から図７は、前記実施例１および前記実施例２の蒸気システム１における各缶体３〜５への給水方式の類型を示す概略図であり、缶体３〜５とエコノマイザ３４〜３６のみを示している。なお、図５から図７では、給水ポンプ７２Ａからの水は、逆止弁７３を介した後に分岐して、それぞれ給水弁７４〜７６および逆止弁７７〜７９を介してエコノマイザ３４〜３６へ供給され、エコノマイザ３４〜３６で予熱された後、缶体３〜５へ供給されている。この場合、給水ポンプ７２Ａを作動させた状態で、各給水弁７４〜７６の開閉を制御することで、各エコノマイザ３４〜３６および各缶体３〜５への給水の有無を切り替えることができる。但し、図１および図３に示すように、エコノマイザ３４〜３６ごとに給水ポンプ３７〜３９を設けて、各給水ポンプ３７〜３９を制御することで、各エコノマイザ３４〜３６および各缶体３〜５への給水の有無を切り替えてもよい。

図５では、エコノマイザ３４〜３６は、排ガス流に沿って直列に設置されると共に、エコノマイザを複数設置する場合には、排ガス流の上流側に設置されるものほど、排ガス流の上流側に設置される缶体への給水を予熱する例を示している。ここでは、排ガス流の上流側から順に、第一缶体３、第二缶体４および第三缶体５が設置され、その後、所望により、第一エコノマイザ３４、第二エコノマイザ３５および第三エコノマイザ３６の内のいずれか一以上が設置される。

図６では、エコノマイザ３４〜３６は、排ガス流に沿って直列に設置されると共に、エコノマイザを複数設置する場合には、排ガス流の上流側に設置されるものほど、排ガス流の下流側に設置される缶体への給水を予熱する例を示している。ここでは、排ガス流の上流側から順に、第一缶体３、第二缶体４および第三缶体５が設置され、その後、所望により、第三エコノマイザ３６、第二エコノマイザ３５および第一エコノマイザ３４の内のいずれか一以上が設置される。

図７では、エコノマイザ３４〜３６は、排ガス流に沿って並列に設置された例を示している。ここでは、排ガス流の上流側から順に、第一缶体３、第二缶体４および第三缶体５が設置され、その後、所望により、第一エコノマイザ３４、第二エコノマイザ３５および第三エコノマイザ３６の内のいずれか一以上が並列に設置される。

いずれの場合も、まず、エコノマイザ３４〜３６を全く設置せず、各缶体３〜５にエコノマイザなしに給水するパターンがある。あるいは、第一エコノマイザ３４、第二エコノマイザ３５および第三エコノマイザ３６の内、いずれか一つのみを設置し、第一缶体３、第二缶体４および第三缶体５の内、いずれか一つのみはエコノマイザを介して給水するが、他の缶体へはエコノマイザなしに給水するパターンもある。

また、第一エコノマイザ３４、第二エコノマイザ３５および第三エコノマイザ３６の内、いずれか二つを設置し、第一缶体３、第二缶体４および第三缶体５の内、いずれか二つはエコノマイザを介して給水するが、残りの缶体へはエコノマイザなしに給水するパターンもある。たとえば、図５において実線および一点鎖線で示すように、第一エコノマイザ３４と第二エコノマイザ３５を設置する。つまり、第一缶体３へは第一エコノマイザ３４を介して給水し、第二缶体４へは第二エコノマイザ３５を介して給水し、第三缶体５へはエコノマイザなしに給水する。この場合、排ガスからの熱回収量を高め、またエコノマイザにおける結露を防止することができる。

さらに、第一エコノマイザ３４、第二エコノマイザ３５および第三エコノマイザ３６のすべてを設置するパターンもある。つまり、第一缶体３へは第一エコノマイザ３４を介して給水し、第二缶体４へは第二エコノマイザ３５を介して給水し、第三缶体５へは第三エコノマイザ３６を介して給水する。

本発明の蒸気システムは、前記各実施例に限らず適宜変更可能である。特に、蒸気を用いて動力を起こす第一蒸気エンジン５０と、この第一蒸気エンジン５０からの排蒸気を昇圧する構成であれば、その昇圧機構をはじめとして、各種構成および制御は適宜に変更可能である。

たとえば、図１において、第三缶体５を省略したり、第二缶体４の蒸気圧を第一缶体３と異ならせたりしてもよい。また、第三缶体５の蒸気圧は、第一蒸気エンジン５０からの蒸気をエゼクタ５５で昇圧後の蒸気圧と異ならしてもよい。その場合、第三缶体５からの蒸気は、第四蒸気路６０へ合流させることなく用いられる。

また、前記各実施例では、排ガスボイラ２の下流に一または複数のエコノマイザ３４〜３６，６８を設置したが、エコノマイザ３４〜３６，６８の設置は必須ではない。さらに、前記実施例１および実施例２では、三つの缶体３〜５を備えたが、缶体の数は適宜に変更可能である。また、各缶体の蒸気圧や蒸発量も適宜に変更可能である。

１ 蒸気システム
２ 排ガスボイラ
３ 第一缶体
４ 第二缶体
５ 第三缶体
３４ 第一エコノマイザ
３５ 第二エコノマイザ
３６ 第三エコノマイザ
５０ 第一蒸気エンジン
５１ 圧縮機（または電動機）
５４ 昇圧機構
５５ エゼクタ
６２ ボイラ
６６ 第二蒸気エンジン
６７ 蒸気圧縮機
６８ エコノマイザ

Claims (11)

1. 蒸気を用いて動力を起こす第一蒸気エンジンと、
   この第一蒸気エンジンからの排蒸気を、蒸気を用いて昇圧する昇圧機構と
   を備えることを特徴とする蒸気システム。
2. 前記第一蒸気エンジンへ供給される蒸気と、この第一蒸気エンジンからの排蒸気を昇圧するために前記昇圧機構へ供給される蒸気とは、同じ缶体から供給される
   ことを特徴とする請求項１に記載の蒸気システム。
3. 前記第一蒸気エンジンへ供給される蒸気と、この第一蒸気エンジンからの排蒸気を昇圧するために前記昇圧機構へ供給される蒸気とは、異なる缶体から供給される
   ことを特徴とする請求項１に記載の蒸気システム。
4. 前記缶体として、排ガスが順に通される第一缶体と第二缶体とを備え、
   これら各缶体は、排ガス熱を用いて蒸気を起こし、
   前記第一缶体からの蒸気が、前記第一蒸気エンジンへ供給され、
   前記第二缶体からの蒸気が、前記第一蒸気エンジンからの排蒸気を昇圧するために前記昇圧機構へ供給される
   ことを特徴とする請求項３に記載の蒸気システム。
5. 前記第二缶体からの排ガスが通される第三缶体をさらに備え、
   この第三缶体は、前記第一缶体および前記第二缶体よりも低圧の蒸気を起こし、
   前記第一蒸気エンジンからの蒸気が前記昇圧機構により昇圧された後の蒸気、前記第二缶体からの蒸気が前記昇圧機構により減圧された後の蒸気、および前記第三缶体からの蒸気が、圧力を互いに同等にされることで混合される
   ことを特徴とする請求項４に記載の蒸気システム。
6. 前記各缶体は、排ガス流の下流側へ配置されるもの程、蒸気圧が同じか低くなる蒸気を発生させる
   ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の蒸気システム。
7. 前記各缶体を通過後の排ガスが通され、前記各缶体への給水を予熱するエコノマイザをさらに備える
   ことを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の蒸気システム。
8. 前記エコノマイザとして、前記各缶体を通過後の排ガスが順に通される複数のエコノマイザを備え、
   この複数のエコノマイザは、排ガス流の上流側に設置されるものほど、排ガス流の上流側に設置される缶体への給水を予熱する
   ことを特徴とする請求項７に記載の蒸気システム。
9. 前記昇圧機構は、エゼクタを備え、
   このエゼクタは、そのノズルへ前記第一蒸気エンジンからの排蒸気と異なる蒸気が吹き込まれることで、前記第一蒸気エンジンからの排蒸気を吸引し、前記ノズルへの蒸気と前記第一蒸気エンジンからの排蒸気とを混合して吐出する
   ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の蒸気システム。
10. 前記昇圧機構は、蒸気を用いて動力を起こす第二蒸気エンジンと、この第二蒸気エンジンにより駆動される蒸気圧縮機とを備え、
    前記第一蒸気エンジンからの排蒸気は、前記蒸気圧縮機を通過することで、圧縮して昇圧される
    ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の蒸気システム。
11. 前記第一蒸気エンジンにより圧縮機または発電機を駆動する
    ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の蒸気システム。

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