JP2023168983A - 蒸気生成装置及び蒸気生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低圧流体の排熱から高圧蒸気を高効率に生成することができる蒸気生成装置及び蒸気生成方法を提供する。【解決手段】蒸気を吸入して圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から吐出される蒸気から分離される水を前記圧縮機に吸入される蒸気に合流させる復水配管と、前記復水配管に設けられ前記復水配管を流れる水を減圧する減圧器とを備えた蒸気生成装置を提供する。好ましくは、前記圧縮機に吸入される蒸気を圧縮する前段圧縮機を備え、低圧蒸気を２段の圧縮機で圧縮する構成とする。【選択図】図１

Description

本発明は、蒸気生成装置及び蒸気生成方法に関する。

特許文献１には、温水を熱源として熱交換器により給水を加熱して低圧蒸気を生成し、低圧蒸気を圧縮機で圧縮することにより高圧蒸気を得る技術が開示されている。同文献の技術では、気液分離器により分離した高圧蒸気の一部と高温水を上記熱交換器の熱源である温水に合流させて、エネルギー効率の向上を図っている。

特開２０１１－６４４１７号公報

工場等において、プロセス加熱等に用いた後の蒸気や温水といった低温流体は一般に利用されることなく排出される。利用するにしても、特に１００℃以下の低温流体は給湯や暖房といった用途に限られ、低温になるほど経済的な熱回収が難しいのが実情である。１００℃以下の低温流体を熱源として１００℃超の高温流体を得ることができれば、これまで利用されてこなかった排熱の再利用による省エネルギー策を提案することができる。

上記特許文献１の技術では、気液分離器で分離した高圧蒸気の一部と高温水を熱交換器の熱源に利用することで熱回収を図っているが、熱回収に熱交換器を用いるため熱交換器の熱抵抗でエネルギー効率が制約される。

本発明の目的は、低圧流体の排熱から高圧蒸気を高効率に生成することができる蒸気生成装置及び蒸気生成方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、蒸気を吸入して圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から吐出される蒸気から分離される水を前記圧縮機に吸入される蒸気に合流させる復水配管と、前記復水配管に設けられ前記復水配管を流れる水を減圧する減圧器とを備えた蒸気生成装置を提供する。

本発明によれば、低圧流体の排熱から高圧蒸気を高効率に生成することができる。

本発明の一実施形態に係る蒸気生成装置の一例の模式図 本発明の一実施形態に係る蒸気生成装置の他の例の模式図 図１に示した蒸気生成装置に備わったコンピュータによる減圧弁の制御手順の一例を表すフローチャート 図１に示した蒸気生成装置に備わったコンピュータによる制御弁の制御手順の一例を表すフローチャート

以下に図面を用いて本発明に係る蒸気生成装置及び蒸気生成方法の実施の形態を説明する。

（構成）
図１及び図２は本発明の一実施形態に係る蒸気生成装置の模式図である。

本実施形態の蒸気生成装置及び蒸気発生方法においては、工場等でプロセス加熱等に利用した後の蒸気や温水といった低温流体の排熱を熱源として低温水を加熱し、これにより発生する低圧蒸気を圧縮して高圧蒸気を生成し利用者に供給する。

図１に示した蒸気生成装置は、低圧蒸気生成装置４０Ａ、気液分離器４，５、低温水循環ポンプ１０、低温水供給ポンプ１１、圧縮機１，２、減圧弁７，８、制御弁１２，１３、中温水熱回収熱交換器９、コンピュータ５０等を備えている。本実施形態において、低圧蒸気生成装置４０Ａは、排熱回収熱交換器６と気液分離器３とを含んで構成される。図２に例示した蒸気生成装置は、図１に示した蒸気生成装置の低圧蒸気生成装置４０Ａを低圧蒸気生成装置４０Ｂで代替した構成であり、その点を除き図１に示した蒸気生成装置と同様の構成である。

以下、各要素について順次説明する。

－低圧蒸気生成装置４０Ａ，４０Ｂ－
低圧蒸気生成装置４０Ａ（図１）及び低圧蒸気生成装置４０Ｂ（図２）は、それぞれ送水管２０を介して気液分離器４から流入する水を加熱し、圧縮機１で圧縮される蒸気を生成する。送水管２０には、減圧弁７が設けられている。

図１に例示した低圧蒸気生成装置４０Ａは、上記の通り排熱回収熱交換器６及び気液分離器３を含む。

排熱回収熱交換器６には、気液分離器３から配管２３及び低温水循環ポンプ１０により低温水が供給される。図１に例示した排熱回収熱交換器６は、プレート熱交換器であり、工場等においてプロセス加熱等に利用された蒸気や温水といった低温流体の排熱（例えば８０℃程度）を熱源として、気液分離器３との間で循環する低温水を加熱する。排熱回収熱交換器６では、加熱された低温水の一部が気化して大気圧以下の低圧蒸気となる。低圧蒸気は、低温水と共に配管２４を通って気液分離器３に導かれる。

気液分離器３は、排熱回収熱交換器６から導入される低圧蒸気から低温水を分離する。蒸気生成装置の運転時、気液分離器３の内部は真空にされる。従って、気液分離器３は内部を真空にした状態に耐えられる強度を有するように製作される。気液分離器３では、真空下で気液分離することにより、大気圧以下で低温水を蒸発させることができる。気液分離器３において低温水を分離された低圧蒸気は、配管１４を通って圧縮機１に導かれる。気液分離器３において低圧蒸気から分離された低温水の一部は、低温水循環ポンプ１０によって再び排熱回収熱交換器６に送られる。また、気液分離器３の内部の低温水の一部は、低温水供給ポンプ１１によって圧縮機１，２に送られる。

なお、図１ではプレート熱交換器である排熱回収熱交換器６を含んで低圧蒸気生成装置４０Ａを構成する場合を例示したが、低圧蒸気生成装置は図１に例示した構成に限定されない。図２に例示した構成は、流下液膜式のシェルアンドチューブタイプの排熱回収熱交換器で低圧蒸気生成装置４０Ｂを構成した例であり、一例として低圧蒸気生成装置４０Ｂで低圧蒸気生成装置４０Ａを代替することもできる。

低圧蒸気生成装置４０Ｂ（シェルアンドチューブタイプの排熱回収熱交換器）は、複数本の伝熱管で構成される管群４２、及び低温水散布装置４１を含んで構成される。低圧蒸気生成装置４０Ｂでは、そのボディ（容器）の内部の低温水が低温水循環ポンプ１０により汲み上げられて配管２３を介して低温水散布装置４１に導かれ、ボディの内部で低温水散布装置４１により散布されて管群４２の伝熱管の表面を流下する。蒸気生成装置の運転時、低圧蒸気生成装置４０Ｂのボディの内部を真空状態とする構成としても良い。

管群４２の伝熱管には、工場等においてプロセス加熱等に利用された低温流体が流通し、伝熱管表面を流下する低温水が低温流体の排熱で加熱され、低温水の一部が蒸発し低圧蒸気が生成される。低圧蒸気生成装置４０Ｂで発生する低圧蒸気は、図１の例と同じく配管１４を通って圧縮機１に導かれる。低圧蒸気生成装置４０Ｂのボディ内に溜まる低温水は、上記の通り一部が低温水散布装置４１に供給され、一部が図１の例と同じく低温水供給ポンプ１１によって圧縮機１，２に送られる。

また、気液分離器３や低圧蒸気生成装置４０Ｂのボディには、給水配管２５が接続している。この給水配管２５を介して気液分離器３や低圧蒸気生成装置４０Ｂに低温水（例えば水道水）が補給される。図１及び図２の例では、給水配管２５は、送水管２０を流れる気液分離器４からの中温水を熱源とする中温水熱回収熱交換器９を経由する。給水配管２５を流れる供給水は、中温水熱回収熱交換器９において中温水の熱を回収する。但し、中温水熱回収熱交換器９は、不要な場合には省略可能である。

また、気液分離器３や低圧蒸気生成装置４０Ｂには、気液分離器３や低圧蒸気生成装置４０Ｂのボディ内に貯留される低温水の水位を測定する水位センサ３０が備わっている。水位センサ３０の方式に限定はない。この水位センサ３０による測定値は、コンピュータ５０に送信される。

－圧縮機１－
図１に示した圧縮機１は、雄ロータと雌ロータとを含んで構成されるスクリュー式圧縮機である。圧縮機１は、低圧蒸気生成装置４０Ａ（図２では低圧蒸気生成装置４０Ｂ）で発生する低圧蒸気（例えば５０ｋＰａ程度）を吸入して圧縮し昇圧させる（例えば２００ｋＰａ程度）。図１及び図２の例では、複数段（本実施形態では２段）の圧縮機１，２を採用することから、圧縮機１は、後段圧縮機としての圧縮機２に吸入される蒸気を圧縮する前段圧縮機に該当する。

また、圧縮機１には、気液分離器３（図２の例では低温蒸気生成装置４０Ｂ）で低圧蒸気から分離されて低温水供給ポンプ１１から吐出される低温水が、注水配管２１を介して供給される。注水配管２１には、圧縮機１に対する低温水の供給量を制御する制御弁（流量調整弁）１２が備わっている。

注水配管２１を介して導かれる低温水は、圧縮機１のケーシングの内部に噴射され、圧縮機１の雄ロータと雌ロータとの間の隙間をシールすると共に、圧縮機１で低圧蒸気を圧縮して得られる中圧蒸気が飽和蒸気になるように、圧縮過程の蒸気を冷却する。一方、圧縮過程の蒸気を冷却することで加熱される低温水は、低温水（例えば８０℃程度）より温度が高い中温水（例えば１２０℃程度）となって圧縮機１から吐出されると共に、加熱過程で一部が蒸発して中圧蒸気となる。この中圧蒸気は、低圧蒸気生成装置４０Ａ（又は４０Ｂ）からの低圧蒸気を圧縮して得られる中圧蒸気と共に圧縮機１から吐出され、配管１５を介して気液分離器４に導かれる。

－気液分離器４－
気液分離器４は、圧縮機１から吐出されて圧縮機２に吸入される中圧蒸気から中温水を分離する。気液分離器４において中温水を分離された中圧蒸気は、配管１６を通って圧縮機２に導かれる。気液分離器４において中圧蒸気から分離された中温水は、送水管２０を通り、中温水熱回収熱交換器９及び減圧弁７を介して気液分離器３に導かれる。送水管２０が中温水熱回収熱交換器９及び減圧弁７を経由することにより、中温水が低温水と同程度に温度及び圧力を下げた状態で気液分離器３に供給される。

また、気液分離器４には、気液分離器４のボディ内に貯留される中温水の水位を測定する水位センサ３１が備わっている。また、気液分離器４には、気液分離器４のボディ内の圧力を測定する圧力センサ３５が備わっている。更に、気液分離器４と圧縮機２とを接続する配管１６には、気液分離器４の出口蒸気温度を測定する温度センサ３３が備わっている。水位センサ３１、圧力センサ３５、温度センサ３３による各測定値は、コンピュータ５０に送信される。水位センサ３１、温度センサ３３、圧力センサ３５の方式は特に限定されない。

－圧縮機２－
圧縮機２は、圧縮機１と同じく雄ロータと雌ロータとを含んで構成されるスクリュー式圧縮機である。圧縮機２は、配管１６を介して気液分離器４から導入される中圧蒸気（例えば２００ｋＰａ程度）を吸入して圧縮し昇圧させる（例えば６００ｋＰａ程度）。

また、圧縮機２には、気液分離器４で中圧蒸気から分離された中温水が、気液分離器３、低温水供給ポンプ１１、注水配管２２を経由して、低温水として供給される。注水配管２２には、圧縮機２に対する低温水の供給量を制御する制御弁（流量調整弁）１３が備わっている。

注水配管２２を介して導かれる低温水は、圧縮機２のケーシングの内部に噴射され、圧縮機２の雄ロータと雌ロータとの間の隙間をシールすると共に、圧縮機２で中圧蒸気を圧縮して得られる高圧蒸気が飽和蒸気になるように、圧縮過程の蒸気を冷却する。一方、圧縮過程の蒸気を冷却することで加熱される中温水は、中温水より温度の高い高温水（例えば１５０－１６０℃）となって圧縮機２から吐出されると共に、加熱過程で一部が蒸発して高圧蒸気となる。この高圧蒸気は、圧縮機１からの中圧蒸気を更に圧縮して得られる高圧蒸気と共に圧縮機２から吐出され、配管１７を介して気液分離器５に導かれる。

－気液分離器５－
気液分離器５は、圧縮機２から吐出される高圧蒸気から高温水を分離する。気液分離器５において高温水を分離された高圧蒸気は、配管１８を通って利用者に供給される。気液分離器５において高圧蒸気から分離された高温水は、復水配管１９に供給され、復水配管１９に設けた減圧弁８を介して気液分離器４に導かれ、圧縮機２に吸入される蒸気に合流する。復水配管１９を流れる高温水は、減圧弁８を経由して減圧されて一部がフラッシュ蒸発し、中温水と同程度の温度レベル（つまり中温水）となって気液分離器４の内部の中温水に合流する。一方、高温水がフラッシュ蒸発することで発生する蒸気は、気液分離器４の内部の中圧蒸気に合流し、圧縮機２に供給される。

また、気液分離器５には、気液分離器５のボディ内に貯留される高温水の水位を測定する水位センサ３２が備わっている。また、気液分離器５には、気液分離器５のボディ内の圧力を測定する圧力センサ３６が備わっている。更に、気液分離器５から利用者に高温蒸気を供給する配管１８には、気液分離器５の出口蒸気温度を測定する温度センサ３４が備わっている。水位センサ３２、圧力センサ３６、温度センサ３４による各測定値は、コンピュータ５０に送信される。水位センサ３２、温度センサ３４、圧力センサ３６の方式は特に限定されない。

－コンピュータ５０－
コンピュータ５０は、減圧弁７，８、制御弁１２，１３等を制御する制御装置である。コンピュータ５０には、例えば圧力センサ３６及び温度センサ３４から出力される測定値に応じて制御弁１３を制御し、圧縮機２に対する注水量を調整して圧縮機２による圧縮蒸気を飽和蒸気にする機能が備わっている。同様に、コンピュータ５０は、圧力センサ３５及び温度センサ３３から出力される測定値に応じて制御弁１２を制御し、圧縮機１に対する注水量を調整して圧縮機１による圧縮蒸気を飽和蒸気にする機能も有する。

また、コンピュータ５０には、水位センサ３２から出力される測定値に応じて減圧弁８を制御し、気液分離器５のボディ内の水位を維持する機能が備わっている。同様に、コンピュータ５０は、水位センサ３１から出力される測定値に応じて減圧弁７を制御し、気液分離器４のボディ内の水位を制御する機能も有する。コンピュータ５０は、水位センサ３０から出力される測定値に応じて給水配管２５に設けた制御弁（不図示）を制御し、気液分離器３のボディ内の水位を制御する機能も有する。

以下、圧縮機１，２に対する注水量制御、気液分離器３，４，５の水位制御について、それぞれ図３及び図４を用いて説明する。

（注水量制御）
図３はコンピュータ５０による制御弁１３の制御手順の一例を表すフローチャートである。

なお、コンピュータ５０による制御弁１２の制御手順は、制御弁１３の制御手順と同様である。以下の制御弁１３の制御手順の説明において、圧縮機２、制御弁１３、圧力センサ３６、温度センサ３４、高温を、それぞれ圧縮機１、制御弁１２、圧力センサ３５、温度センサ３３、中温と読み替えることで、制御弁１２の制御手順の説明に代える。

図３の制御は、例えば図１又は図２の蒸気生成装置の運転中、コンピュータ５０により所定のサイクルタイム（例えば１ｓ周期）で繰り返し実行される。

ステップＳ１１
コンピュータ５０は、まず圧力センサ３６及び温度センサ３４から出力される高温蒸気の圧力及び温度の現在の測定値Ｐ，Ｔを入力する（ステップＳ１１）。

ステップＳ１２
次に、コンピュータ５０は、圧力センサ３６から出力される測定値Ｐ（つまり高温蒸気の実際の圧力）を基に、圧縮機２から吐出される高温蒸気の飽和温度Ｔ１を演算する（ステップＳ１２）。

ステップＳ１３－Ｓ１５
コンピュータ５０は、温度センサ３４から出力される測定値Ｔ（つまり高温蒸気の実際の温度）と飽和温度Ｔ１とを比較し（ステップＳ１３）、測定値Ｔが飽和温度Ｔ１になるように制御弁１３を制御する（ステップＳ１４，Ｓ１５）。具体的には、コンピュータ５０は、測定値Ｔが飽和温度Ｔ１より高い場合には、制御弁１３の開度を増加させ、圧縮機１に供給される低温水の流量を増やすことで測定値Ｔを低下させる（ステップＳ１４）。反対に、測定値Ｔが飽和温度Ｔ１より低い場合には、コンピュータ５０は、制御弁１３の開度を減少させ、圧縮機１に供給される低温水の流量を減らすことで測定値Ｔを上昇させる（ステップＳ１５）。ステップＳ１４，Ｓ１５の処理を実行したら、コンピュータ５０は、ステップＳ１１に手順を戻す。

（水位制御）
図４はコンピュータ５０による減圧弁８の制御手順の一例を表すフローチャートである。コンピュータ５０は、図４に例示した手順により、水位センサ３２から出力される測定値Ｌ（つまり気液分離器５の実際の水位）が設定範囲Ｌ１－Ｌ２に収まるように、減圧弁８を制御する。Ｌ１は設定範囲の下限値、Ｌ２（＞Ｌ１）は設定範囲の上限値であり、予め設定されてコンピュータ５０のメモリに格納されている。

なお、コンピュータ５０による減圧弁７の制御手順は、減圧弁８の制御手順と同様である。以下の減圧弁８の制御手順の説明において、減圧弁８、気液分離器５、水位センサ３２、高温を、それぞれ減圧弁７、気液分離器４、水位センサ３１、中温と読み替えることで、減圧弁７の制御手順の説明に代える。また、給水配管２５に設けた制御弁（不図示）の制御手順も、減圧弁８の制御手順と同様である。以下の減圧弁８の制御手順の説明において、減圧弁８、気液分離器５、水位センサ３２、高温を、それぞれ制御弁（不図示）、気液分離器３（又は低圧蒸気生成装置４０Ｂ）、水位センサ３０、低温と読み替えることで、制御弁（不図示）の制御手順の説明に代える。

図４の制御は、図３の制御と並行して実行され、図３の制御と同じく、例えば図１又は図２の蒸気生成装置の運転中、コンピュータ５０により所定のサイクルタイム（例えば１ｓ周期）で繰り返し実行される。

ステップＳ２１
コンピュータ５０は、まず水位センサ３２から出力される現在の気液分離器５の内部の水位の現在の測定値Ｌを入力する（ステップＳ２１）。

ステップＳ２２，Ｓ２３
次に、コンピュータ５０は、水位センサ３２から出力される測定値Ｌと設定範囲の下限値Ｌ１とを比較する（ステップＳ２２）。測定値Ｌが下限値Ｌ１より低い場合、コンピュータ５０は、減圧弁８の開度を減少させ、気液分離器５からの高温水の流出流量を減らすことで測定値Ｌを増加させる（ステップＳ２３）。ステップＳ２３の処理を実行したら、コンピュータ５０は、ステップＳ２３からステップＳ２１に手順を戻す。測定値Ｌが下限値Ｌ１以上である場合、コンピュータ５０は、ステップＳ２２からステップＳ２４に手順を移す。

ステップＳ２４，Ｓ２５
ステップＳ２４に手順を移すと、コンピュータ５０は、水位センサ３２から出力される測定値Ｌと設定範囲の上限値Ｌ２とを比較する。測定値Ｌが上限値Ｌ２より高い場合、コンピュータ５０は、減圧弁８の開度を増加させ、気液分離器５からの高温水の流出流量を増やすことで測定値Ｌを減少させる（ステップＳ２５）。ステップＳ２５の処理を実行したら、コンピュータ５０は、ステップＳ２５からステップＳ２１に手順を戻す。測定値Ｌが上限値Ｌ２以下である場合、コンピュータ５０は、減圧弁８の開度を維持してステップＳ２４からステップＳ２１に手順を移す。

なお、図４のフローチャートにおいて、ステップＳ２２，Ｓ２３の手順と、ステップＳ２４，Ｓ２５の手順は、逆であっても良い。

（効果）
（１）上記の通り、圧縮機２に吸入される中圧蒸気には、圧縮機２から吐出された高圧蒸気から分離された高温水が減圧弁８を介して流入する。蒸気生成装置の運転中における圧縮機２の入口側及び出口側、例えば気液分離器４，５を比較すると、気液分離器５の方が気液分離器４よりも内部の圧力が高い。つまり、気液分離器５の内部の高温水の方が、気液分離器４の内部の中温水よりも温度レベルが高くなる。この場合、気液分離器５の内部の高温水が減圧弁８を介して気液分離器４に流入することにより、高温水の一部がフラッシュ蒸発し、減圧弁８を経由した高温水が降温し、中温水となって気液分離器４の内部の中温水に合流する。一方、高温水がフラッシュ蒸発することで発生する蒸気は、気液分離器４の内部の中圧蒸気に合流し、圧縮機２に供給される。

このとき、高温水がフラッシュ蒸発するに当たり、気液分離器４の内部の中圧蒸気に合流するフラッシュ蒸気が高温水に占める割合（フラッシュ蒸気率）は、次の（式１）で算出される。
Ｆ＝（ｈ３－ｈ２）／ｒ２×１００ …（式１）
Ｆ：フラッシュ蒸気率（重量％）
ｈ３：高温水の比エンタルピ（ｋＪ／ｋｇ）
ｈ２：中温水の比エンタルピ（ｋＪ／ｋｇ）
ｒ２：フラッシュ蒸気の蒸発潜熱（ｋＪ／ｋｇ）

例えば、高温水を１５０℃、中温水を１２０℃、気液分離器４の内部の絶対圧力を２００ｋＰａとすると、ｈ３＝６２８ｋＪ／ｋｇ、ｈ２＝５０２ｋＪ／ｋｇ、ｒ２＝２２０４ｋＪ／ｋｇとなり、フラッシュ蒸気率Ｆは５．７重量％となる。つまり、この場合には、気液分離器５から気液分離器４に流入する高温水の流量の５．７重量％が中圧蒸気として回収される。

このように、本実施形態によれば、圧縮機２で昇圧された蒸気から分離した高温状態の水を減圧して圧縮機２の吸入側に戻すことにより、高温水の減圧時に発生する蒸気を圧縮機２に吸入される蒸気に直接的に合流させることができる。つまり、利用者に供給される高圧蒸気の熱量以外の熱量、図１及び図２の具体例では中温水と高温水の熱量を、蒸気生成装置の熱サイクル内で回収できるので、熱源の熱量に対して効率良く高圧蒸気を生成することができる。従って、工場等でプロセス加熱等に利用した蒸気や温水といった１００℃以下の低圧流体の排熱からでも高圧蒸気を高効率に生成することができる。

なお、減圧による温水の蒸発は、蒸気と同様に減圧弁７によっても生じ得る。つまり、圧縮機１が吐出する中圧蒸気から分離された中温水が減圧弁７で減圧される際に蒸気が発生し、発生した蒸気が圧縮機１に吸入される低圧蒸気に合流する。これによっても上記と同様の効果が得られる。

また、本実施形態においては、複数の圧縮機１，２で低圧蒸気から高圧蒸気を生成する構成としたが、単一の高圧縮比の圧縮機で低圧蒸気から高圧蒸気を生成する構成とすることも考えられる。例えば圧縮機１が低圧蒸気を高圧蒸気の圧力レベルまで昇圧させられる圧縮比である場合、圧縮機２、気液分離器５及びこれらに付随する機器や配管を省略し、気液分離器４で高温水を分離した高圧蒸気を利用者に供給する構成とすることができる。この場合も、送水管２０を介して気液分離器４から気液分離器３に流入する高温水が減圧弁７で減圧する際にフラッシュ蒸発を生じさせ、圧縮機１に吸入される低圧蒸気にフラッシュ蒸気を合流させることができる。

（２）圧縮機２の吸入側に気液分離器４を設けたので、圧縮機２に供給する中圧蒸気から合理的に中温水を分離することができる。同時に、圧縮機２の吐出側に気液分離器５を設けたので、中圧蒸気として熱回収をするための高温水を合理的に生成することができる。圧縮機１の前後の気液分離器３，４についても同様である。

但し、気液分離器４，５を用いなくても蒸気から水を分離することは可能であり、気液分離器４，５を用いる必要がない場合には、気液分離器４，５の少なくとも一方を省略又は他の要素に置換した構成を採用することもできる。圧縮機１の前後の気液分離器３，４についても同様である。

（３）気液分離器４，５で蒸気から分離した水を雄ロータと雌ロータとの間の隙間をシールするシール水として圧縮機１，２に供給する注水配管２１，２２を設けたことにより、系内で得た低温水を活用して圧縮機１，２の圧縮効率を向上させることができる。加えて、圧縮機１，２において蒸気が低温水により冷却されつつ圧縮されることで、圧縮蒸気の過熱蒸気化を抑制することができる。これにより圧縮機１，２から飽和蒸気を吐出させることができる。また圧縮機１，２において圧縮過程の蒸気に低温水が付加されることにより、圧縮機１，２から多くの水分を含んだ蒸気を吐出させることができる。そのため、減圧弁７，８で蒸気化して熱回収に活用する高温状態の水を合理的に得ることができる。

（４）圧縮機１，２に対する低温水の供給量は、温度センサ３３，３４で測定される圧縮機１，２の吐出蒸気の温度が、圧力センサ３５，３６の測定値を基に演算される飽和温度になるように制御される。これにより、例えば蒸気生成装置の運転条件が変動しても、運転条件の変動に追従して圧縮機１，２に対する低温水の供給量が柔軟に調整され、圧縮機１，２の吐出蒸気の飽和蒸気化の効果がより合理的に得られる。

（５）水位センサ３１，３２の測定値に応じて気液分離器４，５の水位が設定範囲に制御される。そのため、気液分離器４，５の水位が維持され、気液分離器４，５における蒸気の吹き抜けを防止することができる。

（６）圧縮機２に吸入される蒸気を圧縮する圧縮機１を備え、２段の圧縮機１，２により低圧蒸気を昇圧させることで、無理なく低圧蒸気を高圧蒸気まで高圧縮比で圧縮することができる。

また、利用者に対する高圧蒸気の供給流量を一定とする場合、圧縮機１に要求される低圧蒸気の圧縮量は、高温水のフラッシュ蒸発により発生する蒸気の合流量だけ減少する。圧縮機１の軸動力Ｗが次の（式２）で算出されることから、低圧蒸気量Ｄの減少量に比例して軸動力Ｗを低減することができる。
Ｗ＝（ｈｖ２－ｈｖ１）×Ｄ （式２）
Ｗ：軸動力（ｋＷ）
ｈｖ２：圧縮機１の吐出蒸気の比エンタルピ（ｋＪ／ｋｇ）
ｈｖ１：圧縮機１の吸入蒸気の比エンタルピ（ｋＪ／ｋｇ）
Ｄ：低圧蒸気量（ｋｇ／ｓ）

（７）また、図１の例では、送水管２０及び減圧弁７を介して気液分離器４から供給される低温水を加熱し、圧縮機１で圧縮される低圧蒸気を生成する低圧蒸気生成装置４０Ａにあって、真空下で低圧蒸気を気液分離する気液分離器３が備わっている。蒸気生成装置の運転時、気液分離器３の内部が真空状態で維持されることから、大気圧以下で低温水を蒸発させて十分量の低圧蒸気を得ることができる。

（変形例）
図１及び図２の例では、気液分離器４，５の水位制御のために減圧弁７，８を制御する場合を例示したが、気液分離器４，５の排水量は減圧弁７，８でなくても流量調整弁等の他種の制御弁により調整可能である。従って、減圧弁７，８に代えて又は加えて、流量調整弁等の他種の制御弁を送水管２０及び復水配管１９に設け、それら制御弁をコンピュータ５０で制御する構成を採用することもできる。

また、図１及び図２では、送水管２０及び復水配管１９を減圧する減圧器として減圧弁７，８を採用する例を説明したが、所望の減圧効果が得られるのであれば、減圧器は減圧弁７，８には限定されない。例えば流量調整弁や折り返し流路等、減圧効果が得られる他の構成を、減圧弁７，８に代えて採用することもできる。

１…圧縮機（圧縮機、前段圧縮機）、２…圧縮機、３…気液分離器（第１の気液分離器）、４…気液分離器（第１の気液分離器、第２の気液分離器）、５…気液分離器（第２の気液分離器）、６…排熱回収用熱交換器、７…減圧弁（制御弁）、８…減圧弁、１２，１３…制御弁、１９…復水配管、２０…送水管（復水配管）、２１，２２…注水配管、３０，３１，３２…水位センサ、３３，３４…温度センサ、３５，３６…圧力センサ、４０Ａ，４０Ｂ…低圧蒸気生成装置、５０…コンピュータ、Ｌ…測定値（水位）、Ｌ１…下限水位（設定範囲）、Ｌ２…上限水位（設定範囲）、Ｐ…測定値（圧力）、Ｔ…測定値（温度）、Ｔ１…飽和温度

Claims (11)

1. 蒸気を吸入して圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機から吐出される蒸気から分離される水を前記圧縮機に吸入される蒸気に合流させる復水配管と、
   前記復水配管に設けられ前記復水配管を流れる水を減圧する減圧器と
   を備えた蒸気生成装置。
2. 請求項１の蒸気生成装置において、
   前記圧縮機に吸入される蒸気から水を分離する第１の気液分離器と、
   前記圧縮機から吐出される蒸気から水を分離して前記復水配管に供給する第２の気液分離器と
   を備えた蒸気生成装置。
3. 請求項２の蒸気生成装置において、
   前記第１の気液分離器で蒸気から分離した水を前記圧縮機に供給する注水配管を備えた蒸気生成装置。
4. 請求項３の蒸気生成装置において、
   前記第２の気液分離器の圧力を測定する圧力センサと、
   前記第２の気液分離器の出口蒸気温度を測定する温度センサと、
   前記注水配管に設けた制御弁と、
   前記圧力センサ及び前記温度センサから出力される測定値に応じて前記制御弁を制御するコンピュータとを備え、
   前記コンピュータは、
   前記圧力センサから出力される測定値を基に、前記圧縮機から吐出される蒸気の飽和温度を演算し、
   前記温度センサから出力される測定値と前記飽和温度とを比較し、
   前記温度センサから出力される測定値が前記飽和温度になるように前記制御弁を制御する
   蒸気生成装置。
5. 請求項３の蒸気生成装置において、
   前記第２の気液分離器の水位を測定する水位センサと、
   前記復水配管に設けた制御弁と、
   前記水位センサから出力される測定値に応じて前記制御弁を制御するコンピュータとを備え、
   前記コンピュータは、前記水位センサから出力される測定値が設定範囲に収まるように、前記制御弁を制御する蒸気生成装置。
6. 請求項３の蒸気生成装置において、
   前記第１の気液分離器の水位を測定する水位センサと、
   前記第１の気液分離器から水を送り出す送水管と、
   前記送水管に設けた制御弁と、
   前記水位センサから出力される測定値に応じて前記制御弁を制御するコンピュータとを備え、
   前記コンピュータは、前記水位センサから出力される測定値が設定範囲に収まるように、前記制御弁を制御する蒸気生成装置。
7. 請求項１の蒸気生成装置において、
   前記圧縮機に吸入される蒸気を圧縮する前段圧縮機を備えた蒸気生成装置。
8. 請求項２の蒸気生成装置において、
   前記圧縮機に吸入される蒸気を圧縮し、第１の気液分離器に供給する前段圧縮機を備えた蒸気生成装置。
9. 請求項８の蒸気生成装置において、
   前記第１の気液分離器から水を送り出す送水管と、
   前記送水管を介して前記第１の気液分離器から供給される水を加熱し、前記前段圧縮機で圧縮される蒸気を生成する低圧蒸気生成装置と
   を備えた蒸気生成装置。
10. 請求項９の蒸気生成装置において、
    前記低圧蒸気生成装置は、真空下で気液分離する第３の気液分離器を備えた蒸気生成装置。
11. 圧縮機から吐出される蒸気から分離される水を減圧してフラッシュ蒸発を生じさせ、
    前記圧縮機に吸入される蒸気に前記フラッシュ蒸発により生じた蒸気を合流させる
    蒸気生成方法。

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