JP5691557B2

JP5691557B2 - 蒸気発生方法及び蒸気発生装置

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Publication number: JP5691557B2
Application number: JP2011012876A
Authority: JP
Inventors: 至高中村; 知哉村本; 裕一西山; 真也奥野
Original assignee: IHI Corp
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Priority date: 2011-01-25
Filing date: 2011-01-25
Publication date: 2015-04-01
Anticipated expiration: 2031-01-25
Also published as: JP2012154532A

Description

本発明は、低温流体の廃熱の有効利用に適した蒸気発生方法及び蒸気発生装置に関し、特に、産業廃水や使用済み温水等の廃熱を利用して高温の水蒸気を供給可能な蒸気発生方法及び蒸気発生装置に関する。

従来、蒸気の発生方法としては、燃料をボイラで燃焼して得られる熱を利用して蒸気を発生する方法が一般的であり、工場等の生産プロセスで使用される蒸気は、ボイラによって発生させている（例えば、下記特許文献１）。しかし、地球温暖化防止や資源の有効利用、環境負荷低減等の観点から、近年、省エネルギー技術の開発重要となり、燃料の節減や廃熱を利用することが注目されつつある。

燃料を用いない蒸気発生装置としては、下記特許文献２において、フラッシュタンク及びヒートポンプを用いて温水から蒸気を発生させる装置が提案されている。この装置は、ボイラー加熱のエネルギー源を燃料から電気に変換した場合のコスト高の問題を解決するために、ヒートポンプの凝縮器から得られる熱エネルギーを利用するもので、フラッシュタンクに供給する温水を、ヒートポンプの凝縮器との熱交換によって得られる熱エネルギーで加熱している。

特開平６−２４９４５０号公報特開２０１０−１６４２２３号公報

しかし、熱交換による熱エネルギーの伝達は、流体間の温度差に依存し、蒸気発生側の流体の温度上昇を上回るようなヒートポンプ側の流体の温度変化が必要となるため、ヒートポンプにおける圧縮比の増大及び動力増加が必要になる。つまり、外部からのエネルギー供給における熱交換器の使用は、熱伝達における伝達ロスに相当する余分のエネルギーを必要とし、エネルギーを多く消費する。

本発明の課題は、上述の問題を解決し、外部から供給するエネルギーを可能な限り低減し、温排水等の廃熱を利用して効率的に高温蒸気を供給可能な蒸気発生方法及び蒸気発生装置を提供することである。

又、本発明の課題は、温排水等を利用して実用に供し易い単純な構成で効率的に高温蒸気を発生することによって、廃熱の回収によるエネルギーの再利用を可能とする蒸気発生方法及び蒸気発生装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、温廃液を直接減圧して蒸気を発生させる構成に基づいてエネルギー効率の改善が可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。

本発明の一態様によれば、蒸気発生装置は、液体を収容可能なタンクと、供給される液体をそのまま減圧して前記タンクにおいて前記液体から蒸気を発生させるための膨張弁と、前記タンクにおいて発生する蒸気を圧縮して温度が上昇した蒸気を供給するための圧縮装置であって、第１圧縮装置及び第２圧縮装置を有する多重圧縮に構成される前記圧縮装置と、前記第１圧縮装置によって圧縮された蒸気を、前記第２圧縮装置によって圧縮する前に、前記タンクの温度が低下した液体の一部との熱交換によって冷却するための熱交換手段とを有することを要旨とする。

上記液体は連続的に供給され、上記タンクにおいて減圧により沸点温度が低下し、蒸気の発生によって温度が低下して少なくとも一部が蒸気発生装置から排出される。供給される液体が温排水であると、上記圧縮装置から供給される蒸気は水蒸気となる。

上記蒸気発生装置は、更に、上記タンクから排出される液体を収容可能な２段目のタンクと、上記２段目のタンクに供給される液体を減圧して上記２段目のタンクにおいて上記液体から蒸気を発生させるための２段目の膨張弁と、上記２段目のタンクにおいて発生する蒸気を圧縮して温度が上昇した蒸気を前記圧縮装置に供給するための２段目の圧縮装置とを設けると、上記タンクから排出される液体から更に蒸気が発生し、タンク、膨張弁及び圧縮装置を蒸気発生の１つのユニットとして、３段目以上を含む多段階の蒸気発生装置を構成することができる。

又、本発明の一態様によれば、蒸気発生方法は、供給される液体をそのまま膨張弁を通じて減圧して前記液体から蒸気を発生させる気化工程と、前記気化工程において発生する蒸気を圧縮して温度が上昇した蒸気を供給する圧縮工程であって、第１圧縮工程及び第２圧縮工程を有する前記圧縮工程と、前記第１圧縮工程で圧縮された蒸気を、前記第２圧縮工程の前に、前記気化工程において温度が低下した液体の一部との熱交換によって冷却する熱交換工程と、前記気化工程において蒸気の発生によって温度が低下した液体の少なくとも一部を廃棄する工程とを有することを要旨とする。

上記蒸気発生方法は、更に、前記気化工程において温度が低下した液体を更に減圧して前記液体から蒸気を発生させる２段目の気化工程と、前記２段目の気化工程において発生する蒸気を圧縮して温度が上昇した蒸気を供給する２段目の圧縮行程とを付加し、前記２段目の圧縮行程によって供給される蒸気を、前記気化工程において発生する蒸気と共に前記圧縮行程において圧縮すると、蒸気の発生量の増加も可能であり、気化工程及び圧縮行程を１つの繰り返し単位として多段階の蒸気発生を行うことができる。

本発明によれば、実用に供し易い簡易な構成を用いて、温廃液の廃熱を利用して高温蒸気を効率的に発生することが可能であるので、安価でエネルギー効率の良い蒸気発生装置が提供され、これを用いて蒸気発生方法を実施することにより、温廃液の熱回収によるエネルギーの再利用を効率的に行うことができる。

本発明に係る蒸気発生装置の第１の実施形態を示す概略構成図。本発明に係る蒸気発生装置の第２の実施形態を示す概略構成図。本発明に係る蒸気発生装置の第３の実施形態を示す概略構成図。本発明に係る蒸気発生装置の第４の実施形態を示す概略構成図。本発明に係る蒸気発生装置の第５の実施形態を示す概略構成図。本発明に係る蒸気発生装置の第６の実施形態を示す概略構成図。

省エネルギー技術は、無駄になるエネルギーを低減してエネルギーの利用効率を高め、消費エネルギーを削減するものであり、工場排水や環境排水に含まれる温排水には、その廃熱の再利用によって消費エネルギーの更なる削減に利用可能となるものが多く含まれている。温排水の廃熱は、これを利用して高温水蒸気を効率的に発生させれば、熱エネルギーとして、又、電気エネルギーや駆動力に変化することによって、様々な用途への有効利用が可能である。又、溶剤を使用する産業施設から排出される温廃液から溶剤蒸気を回収することによって、廃熱の回収だけでなく、廃溶剤の再利用も行い易くなる。本発明は、このような廃熱を効率よく回収して外部から新たに加えるエネルギーを可能な限り低減することにより、少ない消費エネルギーで有用な高温蒸気を得ることを可能とする。

以下、本発明に係る蒸気発生方法及び蒸気発生装置について図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係る蒸気発生装置の基本構成を有する第１の実施形態を示す。図１に示すように、蒸気発生装置１は、供給される液体Ｌを減圧するための膨張弁２と、液体Ｌを収容可能なタンク３と、タンク３において液体から発生する蒸気Ｖ１を圧縮するための圧縮装置４とを有し、更に、タンク３内で蒸気を発生した後の液体Ｌ１を排出するためのポンプ５が付設される。膨張弁２は、タンク３の中央部に接続されるライン６に設けられ、液体Ｌは、そのまま膨張弁２を通過してタンク３に直接導入される。圧縮装置４は、タンク３の頂部に接続されるライン７に設けられ、ポンプ５は、タンク３の底部に接続されるライン８に設けられる。タンク３内の上部にはデミスター９が付設され、タンク３内の蒸気Ｖ１がデミスター９を介して圧縮装置４へ流出するように構成される。膨張弁２の種類は、流量の制御が可能であれば特に制限なく、必要に応じて適宜選択することができる。タンク３は、液体Ｌに対して耐性を有する耐圧性のものであれば特に制限されず、蒸気発生量等に応じて適宜容量が設定される。圧縮装置４としては、狭義の圧縮機（圧縮比が２以上のもの）が使用できるが、これに限らず、所謂送風機に分類される気体圧縮装置を使用しても良く、上記圧縮装置４として適正な特性を備える圧縮装置を適宜選択して使用するとよい。圧縮機には、遠心圧縮機、軸流圧縮機等のターボ圧縮機；往復圧縮機、斜板式圧縮機、ダイアフラム式圧縮機、ツインスクリュー圧縮機、シングルスクリュー圧縮機、スクロース圧縮機、ロータリー圧縮機、ロータリーピストン型圧縮機、スライドベーン型圧縮機等の容積圧縮機があり、容量や圧縮比、圧力制御の自由度等の特性において相異があるので、構成する蒸気発生装置の容量や蒸気の供給要件等に応じて適宜選択すればよい。ポンプ５についても、流体搬送に通常使用可能なものから適宜選択すればよい。デミスター９は、液体Ｌに耐性を有する素材で作成され、１０〜１００μｍ程度以上の粒子の通過を制止して圧縮装置の性能や耐久性の低下を抑制可能なものであれば特に制限はなく、例えば、耐蝕性金属やセラミックス等の素材で形成した、網の重層物や繊維集合体、多孔質体等を使用可能である。

圧縮装置４及びポンプ５の駆動によってタンク３内は負圧となり、蒸気発生装置１に連続的に供給される液体Ｌをタンク３に導引する。液体Ｌは、膨張弁２を通過する際にそのまま膨張・減圧されてタンク３に直接導入され、タンク３内において蒸気Ｖ１が発生すると共に液体の温度が沸点程度まで下がる。タンク３で発生する蒸気Ｖ１は、デミスター９を通過する際にミストが除去され、ライン７から圧縮装置４に供給されて圧縮される。蒸気Ｖ１は、圧縮装置４によって圧縮されると温度が上昇するので、圧縮装置出口圧力での沸点以上の高温の蒸気Ｖ’が圧縮装置４から供給可能である。蒸気Ｖ’の圧力は圧縮装置４のインバータ等で出力制御することによって調整可能であり、エネルギー効率及び実用上の観点からは常圧程度で供給すると好適である。蒸気Ｖ１の発生によって温度が低下したタンク３内の液体Ｌ１は、ポンプ５の駆動によってライン８を通じて排出され、タンク３内の液面レベルが一定に保持されるようにポンプ５の流速が調節される。液体Ｌは蒸気発生における熱源であり、加熱することなくそのまま蒸気発生装置に投入される。熱源からの熱回収におけるエネルギー効率の観点から、熱回収後の液体、つまり、タンク３内の低温の液体Ｌ１は、蒸気Ｖ１，Ｖ’の原料ではあり得ても、この構成では再使用せずに全て廃棄する。液体Ｌ１の再利用については、必要に応じて上記構成とは別途構成するとよい。尚、後述において、熱回収効率の更なる改善等を目的としてタンク３内の低温の液体Ｌ１の一部を循環する実施形態を記載するが、このような形態においても使用する液体Ｌ１は一部であって残部は廃棄される。又、複数回の蒸気発生を繰り返す多段型の実施形態でも、最終的に低温の液体が廃棄される。従って、本発明において、タンク３内の低温の液体Ｌ１は少なくとも一部が必然的に装置外へ排出される。

上記操作において、タンク３への液体Ｌの流量（単位時間当り供給量）は、膨張弁２の開度によって調整でき、タンク３内の圧力は、圧縮装置４の出力による吸引力、ポンプ５による吸引力、及び、膨張弁２の開度によって決定される。タンク３内で蒸気が発生するためには、供給される液体Ｌの温度が、タンク３内の圧力における液体Ｌの沸点以上である必要があるので、供給される液体Ｌの温度に応じてタンク３の圧力が設定され、液体Ｌの温度が低いほど、タンク３内の圧力は低く設定される。タンク３内で発生する蒸気Ｖ１の温度は、タンク内圧力における液体の沸点とほぼ同等であるので、タンク上部から圧縮装置４までにおいて凝縮を避ける上で若干加熱を施すと好ましい。液体Ｌ１は気化による損失熱量分の温度低下を生じて沸点と同程度の温度となる。蒸気発生量（単位時間当り）は、タンク３の圧力及び液体Ｌの供給温度によって変化し、液体Ｌの供給速度に依存するので、膨張弁２の開度によって蒸気発生量を調節することができる。

この蒸気発生装置に導入されるエネルギー源は、液体Ｌつまり温廃液の熱量と圧縮装置及びポンプの駆動力とであり、これらから水蒸気のエネルギーが得られる。気化によって液体Ｌ１が失う熱量は蒸気Ｖ１に移行して回収される。

例えば、液体Ｌとして、８０℃程度の温排水を蒸気発生装置１に供給する場合、タンク３内の圧力が０．２気圧程度（水の沸点：６０℃程度）となるように圧縮装置４の出力及び膨張弁の開度を調節しながらタンク３内の水位が一定になるようにポンプ５の出力を調節すると、タンク３内において発生する水蒸気及び温排水の温度は６０℃程度となり、温排水の温度低下分の熱量を気化熱として水蒸気が発生する。装置に供給される温排水の数％（質量比）程度の割合で水蒸気を供給可能である。圧縮装置４による圧縮によって水蒸気の温度は１００℃以上に上昇可能であり、圧縮装置４から高温の水蒸気が得られる。このようにして、６０〜１００℃程度の温排水を利用して、このうちの０．２〜１０質量％程度の水を、供給温排水温度より１０〜６０℃程度高い沸点温度の水蒸気に変換することができ、この際に得られる水蒸気の熱量の、圧縮装置４及びポンプの駆動に要するエネルギーの合計に対する割合として熱輸送の効率係数（ヒートポンプにおける成績係数ＣＯＰに相当する値）を求めると、２．５以上の高い値を得ることができる。

上記構成において、膨張弁２の上流側、タンク３と圧縮装置４との間、タンク３とポンプ５との間の各々に逆止弁を配設すると、ライン６，７，８の逆流を防止できる。タンク３に圧力センサーや温度計、水準計などを付設すると、後述の操作における制御及び条件設定が容易であり、圧力センサー及び／又は温度センサーを膨張弁２及び／又は圧縮装置４に電気接続して膨張弁２の開度及び／又は圧縮装置４の動作を自動制御するように構成したり、水準計をポンプ５に電気接続してタンク３の液面レベルを自動調節するように構成することができる。

蒸気発生装置に供給される温廃液の温度が低い場合、図１の実施形態では、タンク３で蒸気が発生し得る負圧に減圧するために圧縮装置４における出力及び圧縮比が高く設定されるが、その結果、圧縮装置から放出される蒸気の温度上昇に対して圧縮装置の耐熱性が不足する可能性がある。このような場合、第２の実施形態に係る複数の圧縮装置を用いた多重圧縮型の蒸気発生装置１０が有用であり、図２に示すように、複数の圧縮装置４ａ，４ｂを直列に配列してその中間に冷却器１１を介在させることで対応可能である。冷却器１１は、１番目の圧縮装置４ａによって圧縮された圧力において蒸気が凝集しない温度範囲内で蒸気を冷却する。この構成は、耐熱温度が２００℃程度以下の耐熱性が比較的低い圧縮装置を用いて蒸気発生装置を構成する場合にも有用である。図２の蒸気発生装置１０では、タンク３に発生させる負圧に対応する圧縮比を圧縮装置４ａ，４ｂに分担して割り当てるので、個々の圧縮装置における蒸気の圧縮比及び温度上昇は小さくなり、しかも、１番目の圧縮装置４ａを経た後の水蒸気は、冷却器１１によって一旦低下するので、２番目の圧縮装置４ｂにおける温度上昇も、圧縮装置の耐熱温度範囲に抑えられ、液体の沸点から圧縮装置の耐熱温度までの蒸気が供給できる。つまり、温度関係は、タンク３内の蒸気温度＜冷却器１１を経た蒸気温度＜圧縮装置４ａを経た蒸気温度及び圧縮装置４ｂを経た蒸気温度≦圧縮装置４ａ，４ｂの耐熱温度、となる。

図２の蒸気発生装置において、冷却器１１を熱交換器に変更し、この熱交換器においてライン６とライン７との間で熱交換するように構成すると、ライン７からライン６へ熱回収されて熱効率が改善される。この場合、蒸気発生装置の操作開始後にライン６からタンク３へ供給される温排水温度が熱交換器での回収熱によって上昇するので、これを予め勘案して操作条件を設定するとよい。図２の蒸気発生装置１０は、上述の点以外については図１の蒸気発生装置１と同じ構成であるので、その説明は省略する。

図３は、外部加熱手段を利用可能に構成した第３の実施形態を示す。この実施形態では、蒸気発生装置２０は、外部熱源２１及びこれに液体を供給させるためにライン８から分岐するライン２２を有する点以外は、図１の蒸気発生装置１と同じ構成であり、タンク３から排出される低温の液体Ｌ１の一部は、ライン２２によってライン８から分流され、外部熱源２１によってタンク３内での沸点以上の温度に加熱した後に、タンク３へ還流されて蒸気を発生する。この実施形態は、外部加熱手段２１に用いる熱媒体が、ガス状、液体Ｌ１とは沸点が異なる液体、或いは、腐食性があるために圧縮装置に導入できない液体である場合に有効である。又、液体Ｌ１の流量や温度が安定していない場合に、蒸気の発生量を安定させるために外部加熱手段２１を補助的に利用し、圧縮装置の出力を一定にすることができる。図３の蒸気発生装置２０は、上述の点以外については図１の蒸気発生装置１と同じ構成であるので、その説明は省略する。

図４は、蒸気発生装置の第４の実施形態を示し、図３の蒸気発生装置における外部加熱手段の代わりに、装置内で回収される熱を利用してエネルギー効率を改善する一例である。つまり、図２の多重圧縮構成を基本として圧縮熱を回収し、熱源として利用する。具体的には、蒸気発生装置３０は、供給される液体Ｌを減圧するための膨張弁２と、膨張弁２を通過する液体が導入されるタンク３と、タンク３において液体から発生する蒸気Ｖ１を圧縮する圧縮装置４ａ，４ｂと、圧縮装置４ａ，４ｂの間に配置される熱交換器３１と、タンク３内の液体Ｌ１をライン８から排出するためのポンプ５とを有し、タンク３から排出される低温の液体Ｌ１の一部は、ライン３２によってライン８から分流され、熱交換器３１において熱交換した後にタンク３へ還流される。圧縮装置４ａによって圧縮された蒸気は、熱交換器３１によって冷却されるので、タンク３内の蒸気温度＜熱交換器３１を経た蒸気温度＜圧縮装置４ａを経た蒸気温度、となる。タンク３からライン８を通じて排出される液体Ｌ１の一部は分流され、ライン３２を通じて熱交換器３１で加熱された後にタンク３へ還流される。この実施形態では外部加熱を用いないので、ライン８からライン３２へ分流する液体Ｌ１の割合をエネルギー効率の都合により制限する必要はなく、圧縮装置４ｂに導入される蒸気を適正温度に冷却可能な熱交換となるようにライン３２へ分流する液体Ｌ１の流量を設定することができる。ライン３２へ分流する液体Ｌ１の流量を制御する必要がある場合は、ライン３２にポンプ又は流量調節弁或いはその両方を用いると良い。

図４の蒸気発生装置３０は、液体Ｌ１の分流加熱が回収熱によって常時行われ、図２の装置と同様に、比較的温度の低い温廃液を熱源とする場合や、比較的耐熱性の低い圧縮装置を用いて蒸気発生装置を構成する場合に有用であり、液体の沸点（常圧）から圧縮装置４ａ，４ｂの耐熱温度迄の温度範囲で蒸気を供給可能である。図４の蒸気発生装置３０は、上述の点以外については図２の蒸気発生装置１０と同じ構成であるので、その説明は省略する。

図５に示す第５の実施形態は、図４の蒸気発生装置における圧縮装置４ａ，４ｂ及び熱交換器３１の代わりに、これらを一体化した熱交換器付き圧縮装置４１を使用したものであり、装置の小型化に有利な構成である。タンク３から放出される蒸気Ｖ１は、熱交換器付き圧縮装置４１によって圧縮されて温度が上昇するが、その温度範囲は熱交換器による冷却によって制限される。熱交換器において冷媒として作用するのは、ライン８から分流される液体Ｌ１であり、ライン８からライン３２へ分流する液体Ｌ１の割合は、熱交換器付き圧縮装置４１から供給される蒸気Ｖ’を所望の温度に冷却可能な熱交換となるように設定される。図５の蒸気発生装置４０は、上述の点以外については図４の蒸気発生装置３０と同じ構成であるので、その説明は省略する。

図６に示す第６の実施形態は、複数組の膨張弁及び圧縮装置を用いて多段フラッシュ型の蒸気発生装置に構成した一例である。具体的には、図６の蒸気発生装置５０は、図１の蒸気発生装置１におけるタンク３内の低温の液体Ｌ１を、ポンプ５によって外部に排出する前に更に膨張・減圧して蒸気を発生させるための膨張弁５１及びタンク５２と、タンク５２で発生する蒸気Ｖ２を圧縮するための圧縮装置５３とを有し、膨張弁５１は、タンク３の底部とタンク５２の中央部とを接続するライン５４に設けられ、タンク３の液体Ｌ１は、膨張弁５１を通ってタンク５２に直接導入される。圧縮装置５３は、タンク５２の頂部と圧縮装置５３５とを接続するライン５５に設けられる。ポンプ５は、タンク５２の底部に接続されるライン５６に設けられ、タンク５２内で蒸気Ｖ２を発生した後の液体Ｌ２をライン５６を通じて排出する。タンク５２内の上部にはデミスター５７が付設され、デミスター５７を介してミストが除去された蒸気Ｖ２が圧縮装置５３へ流れるように構成される。膨張弁５１、タンク５２、圧縮装置５３及びデミスター５７は、図１の実施形態の膨張弁２、タンク３、圧縮装置４及びデミスター９と同様のものを使用できる。又、図１の実施形態と同様に、ライン６，７，５４〜５６の逆流を防止する逆止弁を設けてもよく、タンク３，５２に圧力センサーや温度計、水準計などを付設して、操作における制御及び条件設定の簡易化を図ってもよい。膨張弁の開度及び／又は圧縮装置の動作を自動制御するために圧力センサー及び／又は温度センサーと電気接続したり、水準計をポンプ５に電気接続してタンク３，５２の液面レベルを自動調節するように構成することができる。

圧縮装置４，５３及びポンプ５の駆動により、タンク３，５２内は負圧となり、蒸気発生装置５０に供給される液体Ｌをタンク３に導引する。液体Ｌは、膨張弁２によって膨張・減圧されてタンク３に直接導入され、タンク３内において蒸気Ｖ１が発生する。蒸気Ｖ１の発生によって温度が低下したタンク３内の液体Ｌ１は、ライン５４及び膨張弁５１を通じてタンク５２に導入されて更に減圧され、蒸気Ｖ２が発生する。タンク５２で発生する蒸気Ｖ２は、デミスター５７を通過する際にミストが除去され、ライン５５から圧縮装置５３に供給されて圧縮され、タンク３から流出する蒸気Ｖ１と共に圧縮装置４に供給される。圧縮装置５３から圧縮装置４へ供給される蒸気の圧力は、圧縮装置５３の出力によって調整可能であり、蒸気Ｖ１の圧力と同等になるように調整することが好ましい。又、２段目のタンク５２の蒸気Ｖ２は、１段目のタンク３の蒸気Ｖ１より温度が低いが、圧縮装置５３によって圧縮されて温度が上昇し、その温度は、必要に応じて冷却器５８等によって温度を調節することができる。圧縮装置５３から圧縮装置４へ供給される蒸気の温度がタンク３から圧縮装置４へ供給される蒸気Ｖ１の温度と同程度になるように調整すると、ライン接続の耐久性等の点で好ましい。このようにして、沸点以上の高温の蒸気Ｖ”が圧縮装置４から供給され、液体Ｌ１より低い温度の液体Ｌ２が外部へ排出される。

二段目のタンク５２に供給される液体Ｌ１の温度は一段目のタンクに供給される液体Ｌより低い。図４又は図５の液体の還流による冷却の構成を用いる場合は、二段目のタンクの液体Ｌ２を還流するよりも、一段目のタンクの液体Ｌ１を分流して熱交換器５８又は圧縮機５３の冷却に利用すると、液体Ｌ１の一部が蒸気となり、その蒸気の圧縮は圧縮装置４の一段で済むため、効率が良い。

図６の実施形態は、蒸気発生を二段階において行うように構成しているが、勿論、三段階以上行うように構成しても良く、例えば三段構成の場合、二段構成と同様に、三段目のタンク及び圧縮装置を二段目のタンクの下流に膨張弁を介して接続し、三段目の圧縮装置から二段目の圧縮装置へ蒸気を供給するように接続することができる。同様にして、四段目以降についても、図１の構成を単位ユニットとして順次接続することができる。このように多段階の蒸気発生を行う構成では、所望の減圧及び圧縮を多段階に分けて行うことができ、例えば、同じ程度の減圧及び圧縮を１段で行う場合と２段に分けて行う場合とを比較すると、２段階に分けて行う場合に圧縮装置へ投入する電力の合計は、１段階で行う場合の投入電力より少なくなる。従って、多段構成は、エネルギー効率を改善できる点で好ましい。

図６の蒸気発生装置は、上述の点以外については図１の蒸気発生装置と同じ構成であるので、その説明は省略する。

本発明における蒸気発生では、温廃液は、主として熱を回収する熱源として使用するので、蒸気発生後の廃液は、その大部分が装置外へ排出される。従って、温廃液に何等かの物質が溶解している場合であっても、その物質が昇華性でなく、溶解濃度が蒸気発生後の温度低下によって析出するような飽和に近い濃度でなければ、本発明において使用可能である。又、本発明の蒸気発生方法は、温廃液に含まれる微量物質を回収するための濃縮方法として利用してもよく、高温蒸気を発生することによって温廃液が濃縮されて微量物質が回収し易くなる。

上述の実施形態は、必要に応じて適宜選択して組み合わせることもできる。

以下、実施例を参照して、本発明について詳細に説明する。

図１に示す構成の蒸気発生装置を用いて、以下の操作に従って温排水から蒸気を発生させた。

圧縮装置４及びポンプ５を駆動させ、タンク３内の圧力が０．２気圧になるように膨張弁２の開度を調節して、８０℃の温水を１ｔ／時の流量でライン６からタンク３へ導引した。タンク３内で温水から６０℃の水蒸気が発生し、ライン８から６０℃の温水が９６０kg／時の流速で排出された。タンク３内の水蒸気は、圧縮装置４によって圧縮されて、１気圧、２８７℃の水蒸気が４０kg／時の流速で放出された。この操作において圧縮装置４における消費エネルギーは６．７ｋＷであり、ポンプ５の消費エネルギーは０．１ｋＷであった。

上述で得られる水蒸気を熱源として使用して、１００℃の熱水に冷却されるまでに、２７．９ｋＷのエネルギーが回収することができる。

温廃液の廃熱を利用して高温蒸気を効率的に発生することが可能な蒸気発生装置が、実用的な簡易な構成で安価に提供され、産業廃液や環境排水などに含まれる温廃液の廃熱の回収利用が容易且つ簡便になり、製造プロセスにおける熱回収及び再利用による省エネルギーの促進が可能である。又、産業廃液からの溶剤回収や、廃液に含まれる微量物質を回収する前段階として廃液の濃縮に利用することができる。

１，１０，２０，３０，４０，５０：蒸気発生装置、２，５１：膨張弁、
３，５２：タンク、４，４ａ，４ｂ，５３：圧縮装置、
４１：熱交換器付き圧縮装置、５：ポンプ、
６，７，８，２２，３２，４２，５４，５５，５６：ライン、
９，５７：デミスター、１１，５８：冷却器、２１：外部加熱手段、
３１：熱交換器、
Ｌ、Ｌ１，Ｌ２：液体、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ’、Ｖ”：蒸気。

Claims

液体を収容可能なタンクと、
供給される液体をそのまま減圧して前記タンクにおいて前記液体から蒸気を発生させるための膨張弁と、
前記タンクにおいて発生する蒸気を圧縮して温度が上昇した蒸気を供給するための圧縮装置であって、第１圧縮装置及び第２圧縮装置を有する多重圧縮に構成される前記圧縮装置と、
前記第１圧縮装置によって圧縮された蒸気を、前記第２圧縮装置によって圧縮する前に、前記タンクの温度が低下した液体の一部との熱交換によって冷却するための熱交換手段と
を有する蒸気発生装置。
前記液体は連続的に供給され、前記タンクにおいて蒸気の発生によって温度が低下して少なくとも一部が蒸気発生装置から排出される請求項１記載の蒸気発生装置。
供給される前記液体は温排水であり、前記圧縮装置から供給される蒸気は水蒸気である請求項１又は２に記載の蒸気発生装置。
更に、前記タンクの液体の一部を加熱して前記タンクに還元するための加熱手段を有する請求項１〜３の何れか一項に記載の蒸気発生装置。
更に、少なくとも、前記タンクから排出される液体を収容可能な２段目のタンクと、
前記２段目のタンクに供給される液体を減圧して前記２段目のタンクにおいて前記液体から更に蒸気を発生させるための２段目の膨張弁と、
前記２段目のタンクにおいて発生する蒸気を圧縮して温度が上昇した蒸気を前記圧縮装置に供給するための２段目の圧縮装置と
を有する請求項１〜４の何れか一項に記載の蒸気発生装置。
供給される液体をそのまま膨張弁を通じて減圧して前記液体から蒸気を発生させる気化工程と、
前記気化工程において発生する蒸気を圧縮して温度が上昇した蒸気を供給する圧縮工程であって、第１圧縮工程及び第２圧縮工程を有する前記圧縮工程と、
前記第１圧縮工程で圧縮された蒸気を、前記第２圧縮工程の前に、前記気化工程において温度が低下した液体の一部との熱交換によって冷却する熱交換工程と、
前記気化工程において蒸気の発生によって温度が低下した液体の少なくとも一部を廃棄する工程と
を有する蒸気発生方法。
前記液体は連続的に前記気化工程に供給される請求項６記載の蒸気発生方法。
供給される前記液体は温排水であり、前記圧縮工程によって供給される蒸気は水蒸気である請求項６又は７に記載の蒸気発生方法。
更に、前記気化工程において温度が低下した液体の一部を加熱して前記気化工程に還元する加熱工程を有する請求項６〜８の何れか一項に記載の蒸気発生方法。
更に、少なくとも、前記気化工程において温度が低下した液体を更に減圧して前記液体から蒸気を発生させる２段目の気化工程と、前記２段目の気化工程において発生する蒸気を圧縮して温度が上昇した蒸気を供給する２段目の圧縮行程とを有し、前記２段目の圧縮行程によって供給される蒸気は、前記気化工程において発生する蒸気と共に前記圧縮行程において圧縮される請求項６〜９の何れか一項に記載の蒸気発生方法。