WO2010070703A1 - 蒸気発生装置 - Google Patents

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WO2010070703A1
WO2010070703A1 PCT/JP2008/003790 JP2008003790W WO2010070703A1 WO 2010070703 A1 WO2010070703 A1 WO 2010070703A1 JP 2008003790 W JP2008003790 W JP 2008003790W WO 2010070703 A1 WO2010070703 A1 WO 2010070703A1
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WO
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heat
steam
water
heat medium
medium oil
Prior art date
Application number
PCT/JP2008/003790
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English (en)
French (fr)
Inventor
菅原晃
佐々木幸夫
小原宏音
淺沼勤
Original Assignee
社団法人日本銅センター
株式会社 日本自然エネルギー開発
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/16—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being hot liquid or hot vapour, e.g. waste liquid, waste vapour
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22D—PREHEATING, OR ACCUMULATING PREHEATED, FEED-WATER FOR STEAM GENERATION; FEED-WATER SUPPLY FOR STEAM GENERATION; CONTROLLING WATER LEVEL FOR STEAM GENERATION; AUXILIARY DEVICES FOR PROMOTING WATER CIRCULATION WITHIN STEAM BOILERS
    • F22D5/00—Controlling water feed or water level; Automatic water feeding or water-level regulators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier
    • Y02P80/15—On-site combined power, heat or cool generation or distribution, e.g. combined heat and power [CHP] supply

Definitions

  • the present invention relates to a steam generator that generates water vapor that can be used as a power source.
  • an object of the present invention is to provide a steam generator with high energy efficiency by finely controlling the consumption of heat energy used for generating water vapor to suppress the consumption of useless heat energy.
  • the present invention provides a steam generation unit that generates water vapor by exchanging heat between a high-temperature heat medium supplied from a heat source and water, water vapor generated in the steam generation unit, and the heat medium. And a superheater that generates superheated steam by exchanging heat with the steam generator.
  • water vapor is generated by the heat medium supplied from the heat source, and the generated water vapor is further heated by the heat medium to generate superheated water vapor. It is possible to generate and supply superheated steam in an amount.
  • the amount of heat energy used to generate superheated steam can be finely controlled as the supply amount of the heat medium, and wasteful heat energy consumption can be suppressed to realize a highly energy efficient steam generator.
  • the heat medium may be any medium that has high fluidity at normal temperatures or higher pressures at high temperatures necessary for the generation of water vapor, and includes various kinds of oils including mineral oil and synthetic oil (silicone oil, etc.). Oils and fats and other various fluids can be used.
  • a main body configured to store water up to a predetermined water level
  • a heat medium supply unit through which the heat medium flows is disposed in the main body, and a lower portion of the heat medium supply unit is below the water level.
  • the steam generation unit may be positioned and the upper part of the heat medium supply unit may be positioned above the water level to configure the superheating unit.
  • the water stored in the main body is heated by the heat medium supply unit arranged in the main body to generate water vapor, and the generated water vapor is further heated by the heat medium supply unit to generate superheated water vapor.
  • the heat capacity of the heat medium supply unit and the water in the main body is relatively small, the time required for start-up from the start of operation until the superheated steam can be supplied can be very short. Furthermore, since both the generation of water vapor and the generation of superheated water vapor can be performed by the heat medium supply unit in the main body, the amount of superheated water vapor generated can be easily controlled by controlling the heat energy supplied to the heat medium supply unit. Can be adjusted.
  • the water level control part which adjusts the water level in the said main body.
  • the amount of superheated steam generated can be adjusted more finely by adjusting the water level in the main body together with the control of the heat energy supplied to the heat medium supply unit.
  • the flow volume control part which controls the flow volume of the said heat medium supplied to the said heat source supply part. In this case, the heat energy supplied to the heat medium supply unit can be easily controlled by the flow rate of the heat medium.
  • the flow rate control unit controls and mixes the flow rates of the two heat mediums so that the heat of the main body is mixed.
  • the flow rate control unit may include a pump that supplies the heat medium supplied from the heat source to the heat medium supply unit, and a control unit that controls the transport amount of the heat medium by the pump.
  • a pump that supplies the heat medium supplied from the heat source to the heat medium supply unit
  • a control unit that controls the transport amount of the heat medium by the pump.
  • the amount of heat energy used for generating superheated steam can be finely controlled, and wasteful heat energy consumption can be suppressed to realize a highly energy efficient steam generator.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the structure of the motive power generation system as embodiment of this invention. It is sectional drawing which shows the structure of a thermal storage tank. It is an external view which shows the structure of a steam generator. It is a circuit diagram which shows the structure containing the peripheral circuit of a steam generator. It is a principal part expanded sectional view which shows the structure of an expansion-contraction part in detail. It is a circuit diagram which shows the structure containing the peripheral circuit of a condensing apparatus. It is a circuit diagram which shows the structure containing the peripheral circuit of the steam generator as a modification.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a power generation device 1 using natural energy as an embodiment of the present invention.
  • the power generation device 1 uses a heat absorption device 2 that collects solar heat and heats heat medium oil as a heat medium, a heat storage device 4 that stores heat collected by the heat absorption device, and heat stored in the heat storage device 4.
  • the power generation device 1 according to the embodiment can obtain electric energy by connecting the generator 7 to the output shaft of the steam engine 6.
  • the natural energy is a renewable energy group including solar heat, biomass heat, snow and ice heat energy, waste heat (factory waste heat, waste incineration heat, hot spring heat) and geothermal heat known as new energy.
  • One or more energies selected from this energy group can be utilized in the present invention.
  • the case where solar heat is used as a heat source will be described as a specific example.
  • the heat absorbing device 2 heats the heat medium oil by, for example, irradiating the heat absorbing pipe through which the heat medium oil as the heat medium flows with solar heat collected by a CPC (Compound Parabolic Concentrator). It is a CPC type heat absorption device or a double tube type heat absorption device in which a heat transfer medium oil is passed through a vacuum outer tube.
  • the power generation device 1 has a circulation path 101 that circulates heat medium oil as a heat medium between the heat absorption device 2 and the heat storage device 4, and a circulation pump 111 that circulates the heat medium oil is disposed in the circulation path 101.
  • the heat medium of the power generator 1 may be any heat medium that maintains high fluidity over a wide temperature range.
  • an antifreeze solution in which an additive is dissolved in water or alcohol may be used. it can. Further, when used at a higher temperature, for example, molten carbonate or liquid sodium may be used.
  • the heat medium oil is heated to, for example, about 230 ° C. and may be 0 ° C. or lower during the winter night. Is preferred.
  • an auxiliary heat source 3 is provided in parallel with a transport pipe through which heat medium oil flows from the heat absorption device 2 toward the heat storage device 4.
  • the auxiliary heat source 3 is a device that heats the heat medium oil to a predetermined temperature with an electric heater or the like, and heats the heat medium oil when the temperature of the heat medium oil heated by the heat absorbing device 2 does not reach a predetermined temperature. .
  • the power generation device 1 includes a circulation path 102 that circulates heat medium oil between the heat storage device 4 and the steam generation device 5, and a circulation pump 112 is provided in the circulation path 102.
  • the steam generating device 5 generates high-temperature and high-pressure steam by exchanging heat between the heat medium oil flowing in via the circulation path 102 and the water supplied from the condensing device 8.
  • the power generation device 1 heats the heat medium oil by the heat absorption device 2 and the auxiliary heat source 3, stores the heat in the heat storage device 4, extracts the heat stored in the heat storage device 4, and generates steam by the steam generation device 5.
  • the generated heat utilization operation can be executed.
  • the heat medium oil heated by the heat absorption device 2 and the auxiliary heat source 3 flows through the circulation path 101 to the heat storage device 4, and heat is stored in the heat storage body 40 included in the heat storage device 4.
  • the heat medium oil that has given heat to the heat storage body 40 circulates again in the circulation path 101 and returns to the heat absorbing device 2 to be heated.
  • the high-temperature heat medium oil from the heat storage body 40 is supplied to the steam generator 5 via the circulation path 102, and steam is generated using the heat of the heat medium oil.
  • the heat medium oil after applying heat to the steam returns to the heat storage device 4 through the circulation path 102, obtains heat of the heat storage body 40, becomes high temperature again, and is supplied to the steam generation device 5.
  • the heat storage operation is performed by circulating the heat medium oil in the circulation path 101 by the circulation pump 111, and the heat utilization operation is performed by circulating the heat medium oil in the circulation path 102 by the circulation pump 112. For this reason, by controlling the operation of the circulation pumps 111 and 112, the heat storage operation and the heat use operation can be switched and executed in parallel, respectively.
  • the heat medium oil flowing through the circulation paths 101 and 102 is not separated, but the heat medium oil flowing through the circulation paths 101 and 102 may be completely separated.
  • the steam generated in the steam generator 5 flows into the steam engine 6 through the water circulation path 103.
  • the steam engine 6 is a steam engine driven by the steam pressure of high-temperature and high-pressure steam, and drives the generator 7 connected to the output shaft to generate power.
  • a condensing device 8 is connected to the water circulation path 103, and water vapor after being used in the steam engine 6 is sucked into the condensing apparatus 8 through the water circulation path 103.
  • the condensing device 8 includes a water tank 80 (condensation tank), a circulation pump 81 that sends out the water in the water tank 80, and an ejector 83 that ejects the water sent out by the circulation pump 81 at a high speed.
  • the ejector 83 generates a negative pressure by injecting the water sent out by the circulation pump 81 at a high speed while being mixed with air. This negative pressure reaches the exhaust side of the steam engine 6 through the water circulation path 103, and the used steam is sucked into the ejector 83 from the steam engine 6.
  • the water vapor sucked into the condensing device 8 is mixed with water in the ejector 83 and cooled, returned from the water vapor to liquid water, and stored in the water tank 80.
  • the power generation device 1 includes a circulation path 104 for cooling the water in the water tank 80.
  • the circulation path 104 connects the underground piping part 9 buried in the ground and the circulation pump 114 for circulating the heat medium oil passing through the underground piping part 9 to a cooler 88 provided in the water tank 80. .
  • the heat medium oil that has absorbed the underground heat in the underground piping section 9 is supplied to the cooler 88 by the circulation pump 114, and the water in the water tank 80 is cooled. That is, the water used in the steam engine 6 is cooled by using the cold in the ground, so that the condensing device 8 efficiently condenses water.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the heat storage device 4.
  • the heat storage device 4 includes a cylindrical hollow heat storage tank 41 that includes an inlet 42, an outlet 43, and an outlet 44 connected to the circulation path 101 (FIG. 1). .
  • the outer wall of the heat storage tank 41 is composed of a plurality of layers including a heat insulating material, and the upper surface, the side surface, and the bottom surface are thermally insulated.
  • the inflow port 42 is provided on the side surface of the bottom of the heat storage tank 41, the outflow port 43 is provided on the upper side surface, and the outlet 44 is provided on the side surface of the central portion in the height direction.
  • the heat medium oil flows into the heat storage tank 41 from the lower inlet 42 and flows out from the upper outlet 43, the heat medium oil is circulated inside and outside the heat storage device 4 while the heat medium oil flows inside and outside the heat storage device 4.
  • the space is almost filled with heat transfer oil.
  • the heat storage body 40 made of a material having a larger heat capacity per unit volume than the heat medium oil, for example, a metal, is disposed inside the heat storage tank 41.
  • the heat accumulator 40 includes a bottom rectifying plate 45, a central rectifying plate 46, and an upper rectifying plate 47 that form a heat medium oil flow path, and a rod-shaped heat accumulating rod 48 that penetrates the central rectifying plate 46 and the upper rectifying plate 47. It consists of.
  • the bottom rectifying plate 45 is attached to a position below the inlet 42 in the lower part of the heat storage tank 41 and constitutes the bottom surface of the heat storage body 40, and the heat storage rod 48 is supported on the bottom rectifying plate 45.
  • the upper rectifying plate 47 is located below the outflow port 43 in the upper part of the heat storage tank 41.
  • a plurality of central rectifying plates 46 are disposed between the bottom rectifying plate 45 and the upper rectifying plate 47, and the bottom rectifying plate 45, the central rectifying plate 46, and the upper rectifying plate 47 are arranged in parallel in the heat storage tank 41. Fixed to the inner surface.
  • the bottom rectifying plate 45 is formed in a circular shape in accordance with the cross-sectional shape of the heat storage tank 41 and is provided with a number of heat medium passage holes for allowing the heat medium oil to pass therethrough. It is erected.
  • the central rectifying plate 46 has a shape in which a part of a circular shape is cut out, and the heat medium oil can pass through the cutout portion.
  • the upper rectifying plate 47 is formed in a circular shape in accordance with the cross-sectional shape of the heat storage tank 41 similarly to the bottom rectifying plate 45, and is provided with a number of heat medium passage holes for allowing the heat medium oil to pass therethrough.
  • the central rectifying plate 46 and the upper rectifying plate 47 are formed with through holes through which the heat storage rods 48 pass.
  • This through hole prevents the through hole and the heat storage rod 48 from interfering with each other even if the central rectifying plate 46, the upper rectifying plate 47 and the heat storage rod 48 are thermally expanded when the temperature in the heat storage tank 41 becomes high.
  • the hole is larger in diameter than the heat storage rod 48.
  • the heat medium oil when heat medium oil flows from the inlet 42 at the lower part of the heat storage tank 41, the heat medium oil fills the lower part of the heat storage tank 41 and rises through the heat medium passage hole of the bottom rectifying plate 45.
  • the space below the bottom rectifying plate 45 acts as a pressure adjusting chamber that relieves the inflow pressure of the heat transfer medium oil that has flowed from the inlet 42.
  • the heat medium oil that has passed through the heat medium passage hole accumulates between the bottom rectifying plate 45 and the central rectifying plate 46. Since there is no through hole through which the heat medium oil can flow in the central rectifying plate 46, the heat medium oil moves horizontally under the central rectifying plate 46, and the notch portion of the central rectifying plate 46 and the heat storage tank 41.
  • the heat storage body 40 of the present embodiment includes four central rectifying plates 46, and the four central rectifying plates 46 are arranged so that their notch portions do not overlap in plan view. For this reason, as shown by the arrows in the figure, a meandering heat medium oil flow path is formed by the notch, and the heat medium oil rises inside the heat storage tank 41 while meandering.
  • the heat medium oil that has come out above the uppermost central rectifying plate 46 reaches the uppermost part of the heat storage tank 41 through the heat medium passage hole formed in the upper rectifying plate 47 and flows out from the outlet 43.
  • the heat storage tank 41 is formed with a meandering flow path for moving the heat medium oil in the horizontal direction by the plurality of central rectifying plates 46, and the heat medium oil flows through the long flow path. Contacts the heat storage rod 48 for a long time. Further, since a large number of heat storage rods 48 are provided, the heat storage rods 48 have a large contact area with the heat medium oil for the weight. Further, the central rectifying plate 46 is not formed with a through-hole through which the heat medium oil flows, and almost the entire amount of the heat medium oil flows between the two central rectifying plates 46. The heat storage rod 48 is collided to generate turbulent flow, and heat exchange between the heat medium oil and the heat storage rod 48 is performed efficiently.
  • the heat storage body 40 has a contact area between the heat storage rod 48 and the heat medium oil, and forms a meandering heat medium oil flow path that is very long compared to the size of the heat storage tank 41 in the vertical and horizontal directions. By doing so, the contact time of heat-medium oil and the thermal storage body 40 is lengthened, and the heat exchange efficiency is improved. Thereby, both the heat storage operation and the heat utilization operation can efficiently exchange heat between the heat storage body 40 and the heat medium oil.
  • the configuration using four central rectifying plates 46 is described as an example. However, the present invention is not limited to this, and more central rectifying plates 46 are used. It is also possible to use.
  • the volume occupied by the heat storage body 40 in the heat storage tank 41 may be increased.
  • the number of the central rectifying plates 46 is increased, the thickness of the bottom rectifying plate 45, the central rectifying plate 46 and the upper rectifying plate 47 is increased, and the thermal storage rod 48 is made thicker. And the like.
  • the outlet 44 provided at the approximate center in the height direction of the heat storage tank 41 can be used for the purpose of taking out and supplying medium temperature heat medium oil during heat operation. That is, at the time of heat utilization operation, low-temperature heat medium oil flows in from the inlet 42, and this heat medium oil takes the heat of the high-temperature heat storage body 40 and becomes high temperature, and the steam generator 5 (FIG. 1) ).
  • the heat medium oil since the heat medium oil is in the process of changing from a low temperature to a high temperature at the height position of the outlet 44, the temperature is lower than the vicinity of the outlet 43 and higher than the vicinity of the inlet 42. Therefore, it is possible to take out the heat medium oil having a medium temperature (for example, about 100 ° C. to 150 ° C.) from the take-out port 44.
  • FIG. 3 is an external view showing a configuration of the steam generator 5, and FIG. 4 is a circuit diagram including peripheral circuits of the steam generator 5.
  • FIG. 4 shows a part of the structure inside the steam generator 5.
  • the steam generator 5 shown in FIGS. 3 and 4 has a configuration in which a steam generation tower 50 as a main body for generating water vapor is provided with a steam / water separator 52, a water level control cylinder 53, and a water level meter 54.
  • the steam generation tower 50 is a pressure vessel that is configured in a hollow cylindrical shape, is configured to be sealed with a lid 502 and a bottom member 503, and can withstand the pressure of the generated steam.
  • the lid 502 is provided with a steam delivery pipe 505 for delivering water vapor generated in the steam generation tower 50 to the steam / water separator 52, and the bottom member 503 delivers water from the steam / water separator 52 to the steam generation tower 50.
  • a water supply pipe 504 is provided.
  • the lid 502 is provided with a temperature sensor 564 for detecting the temperature of the water vapor generated in the steam generation tower 50 and a pressure sensor 565 for detecting the pressure of the water vapor.
  • a steam escape section 508 that discharges steam to the outside is provided, and a drain valve 509 that drains water from the steam generation tower 50 during maintenance or the like is provided on the bottom member 503.
  • the steam separator 52 is fixed side by side on the steam generation tower 50 via brackets 506 and 507.
  • a steam delivery pipe 505 is connected to the upper end of the main body 521 of the steam / water separator 52, and a water supply pipe 504 is connected to the lower end of 521, and the water supply pipe 504 and the steam delivery pipe are inside the main body 521. 505 communicates with the internal space of the steam generation tower 50.
  • the steam-water separator 52 is a hollow container, and contains a separator 522 that separates the water vapor generated in the steam generation tower 50 from the water contained in the water vapor, and the water separated by the separator 522 is separated from the water. It accumulates below the vessel 52 and is sent to the steam generation tower 50.
  • the water / water separator 52 is provided with a water supply port 524 for supplying water to the water / water separator 52, and a pipe 528 is connected to the water supply port 524 via a water supply pump 113. Water is supplied to the pipe 528 from a condensing device 8 described later. Since the steam / water separator 52 and the steam generation tower 50 are connected by a water supply pipe 504, the steam / water separator 52 is connected so that the water level L of the steam generation tower 50 and the water level of the steam / water separator 52 coincide with each other. Water is supplied to the steam generation tower 50.
  • the control unit 56 constitutes a water level control unit together with the water supply pump 113 and the water level control cylinder 53.
  • the water / water separator 52 is provided with a water level control cylinder 53 for controlling the water level of the water / water separator 52.
  • the water level control cylinder 53 is connected to the steam / water separator 52 by two upper and lower pipes 526 and 527 so that the water level in the water level control cylinder 53 matches the water level of the steam / water separator 52.
  • a plurality of detection electrodes 532 are arranged inside the water level control cylinder 53, and the water level of the water level control cylinder 53 can be detected by the conduction state of these detection electrodes 532.
  • the water level control cylinder 53 is provided with a water level meter 54 for displaying the water level of the water level control cylinder 53. As described above, since the water levels of the water level control cylinder 53 and the steam separator 52 coincide with the water level L of the steam generation tower 50, the water level L of the steam generation tower 50 can be visually recognized by the water level meter 54.
  • the heat source supply pipe 500 is composed of a plurality of metal pipes extending vertically in the space inside the steam generation tower 50, and the upper and lower ends thereof are connected to the upper connection port 511 and the lower connection port 512 outside the steam generation tower 50. ing. Heat medium oil enters the heat source supply pipe 500 from the upper connection port 511 and is discharged from the lower connection port 512.
  • the upper connection port 511 is connected to a pipe 553 having a heat medium supply pump 554, and heat medium oil is sent to the upper connection port 511 by the heat medium supply pump 554.
  • the pipe 553 is connected to the pipe connected to the outlet 43 of the heat storage device 4 and the pipe connected to the outlet 44, and the hot heat medium oil from the outlet 43 and the medium temperature from the outlet 44 Heat medium oil is mixed and flows through the pipe 553.
  • the pipe connected to the outlet 43 of the heat storage device 4 as a heat source is provided with an electric valve 551, and the pipe connected to the outlet 44 is provided with an electric valve 552.
  • a temperature sensor 561 and a pressure sensor 562 are provided in the pipe 553 through which the mixed heat medium oil flows so that the temperature and pressure can be detected.
  • a pipe 555 for returning the heat medium oil to the heat storage device 4 is connected to the lower connection port 512, and a temperature sensor 563 is provided in the pipe 555.
  • the steam can be further heated to generate superheated steam. Since the high-temperature heat medium oil that has entered from the upper connection port 511 flows downward in the heat source supply pipe 500, the high-temperature heat medium oil exists in the overheating portion 50A. For this reason, it is possible to supply the very high temperature superheated steam by heating the steam generated in the steam generating section 50B with the high temperature heat medium oil.
  • the heat source supply pipe 500 may be configured so that the high-temperature heat medium oil supplied from the heat storage device 4 flows from the bottom to the top. In this case, it is possible to supply superheated steam unless the heat energy of the heat medium oil is low enough to be consumed only by boiling water.
  • the superheated steam generated in the steam generation tower 50 is sent to the steam / water separator 52 through the steam delivery pipe 505 and blown downward from the top of the steam / water separator 52. Since the funnel-shaped separator 522 is provided in the upper part of the steam-water separator 52, the superheated steam hits the separator 522 and swirls, and the water contained in the superheated steam falls and is stored in the lower part. Only the heated superheated steam passes through the separator 522 and is sent to the steam supply pipe 523 provided at the upper part of the steam-water separator 52.
  • An expansion / contraction part 51 is provided at the lower part of the steam generation tower 50.
  • the expansion / contraction part 51 is located below the water level L, and is configured to have higher elasticity than other parts of the steam generation tower 50.
  • the expansion / contraction part 51 expands and contracts to absorb the distortion.
  • the wall of the steam generation tower 50 main body is configured by combining a plurality of kinds of metals, the expansion coefficient between different metals is different, so there is a concern about distortion due to thermal expansion during operation of the steam generation tower 50. By providing the stretchable part 51, this distortion can be absorbed.
  • the water level L may be above or below the position of the expansion / contraction part 51, distortion due to the difference in expansion coefficient is significant in the high-temperature superheated part 50A, so the water level L is below the expansion / contraction part 51. In other words, when the stretchable part 51 belongs to the superheated part 50A, the effect of the stretchable part 51 is remarkable.
  • FIG. 5A to 5C are enlarged cross-sectional views of the main part showing the detailed configuration of the extendable part 51.
  • FIG. 5A As a concrete shape of the expansion-contraction part 51, as shown to FIG. 5A, the shape which protruded a part of wall which comprises the steam generation tower 50 is mentioned. If the water level L is above the expansion / contraction part 51, water boils in the vicinity of the expansion / contraction part 51, so that bubbles may enter the expansion / contraction part 51. In order to cope with this case, as shown in FIG. 5B, a shape in which an inclined surface 515 is provided at the boundary between the upper portion of the stretchable portion 51 and the cylindrical body of the steam generation tower 50 may be used.
  • the expansion / contraction part 51 may reinforce in order to absorb distortion as described above.
  • a configuration in which a reinforcing material 516 is disposed between the upper and lower portions of the expansion / contraction part 51 and the cylindrical body of the steam generation tower 50 may be adopted.
  • the reinforcing material 516 is disposed across the cylinder of the steam generation tower 50 and the expansion / contraction part 51, and more specifically, replaces a part of the wall of the steam generation tower 50, or on the wall of the steam generation tower 50. It is fixed by welding or the like.
  • the steam generator 5 includes a control unit 56 that controls operations related to the generation of water vapor.
  • the control unit 56 is connected to the temperature sensors 561, 563, and 564 and the pressure sensors 562 and 565, and can acquire the detected values of the temperature and pressure of these sensors.
  • the water supply pump 113, the heat medium supply pump 554, and the motor operated valves 551 and 552 are connected to the control unit 56.
  • the control unit 56 controls each pump and motor-operated valve based on the detection value of each sensor. Specifically, the control unit 56 turns on the heat medium supply pump 554 and adjusts the opening degree of the motor-operated valves 551 and 552 so that the high-temperature heat medium oil and medium temperature supplied from the heat storage device 4 are adjusted.
  • the flow rate of the heat medium oil is adjusted to adjust the temperature and flow rate of the heat medium oil supplied to the heat source supply pipe 500.
  • the temperature and flow rate of the heat medium oil are factors that determine the amount of steam generated in the steam generation tower 50 and the temperature of superheated steam delivered from the steam generation tower 50.
  • the steam generator 5 can freely adjust the temperature and amount of the generated water vapor under the control of the control unit 56. For this reason, since it is possible to take out the thermal energy of the heat storage device 4 by a necessary amount according to the amount of water vapor required, wasteful water vapor is not generated and waste of water consumption is eliminated. Furthermore, the heat energy stored in the heat storage device 4 can be used without waste.
  • control unit 56 functions as a flow rate control unit together with the motor operated valves 551 and 552.
  • the control unit 56 is also connected to the detection electrode 533 provided in the water level control cylinder 53, detects the water level of the water level control cylinder 53 using the detection electrode 533, and is necessary so that the water level falls within a preset range.
  • the water supply pump 113 is operated to supply water to the steam separator 52.
  • the steam generator 5 of this embodiment has the following advantages compared with the conventional boiler which burns fuel and heats water. That is, since the heat capacity of the steam generation tower 50 itself is small and the operation is possible even if the water in the steam generation tower 50 is changed, the amount of water in the steam generation tower 50 is small and the heat energy required for startup is reduced. Can be suppressed. Thereby, the time required for temperature increase at the start of operation is short, and water vapor can be supplied in a short time. Further, by adjusting the opening degree of the motor operated valves 551 and 552, the flow rate and temperature of the heat medium oil flowing through the heat source supply pipe 500 can be controlled, and the amount of steam generated and the temperature of superheated steam can be finely controlled. Such control is not possible with a conventional boiler.
  • the steam generator 5 of the present embodiment can generate and supply only a necessary amount of water vapor, it is not necessary to generate surplus water vapor in order to avoid the shortage of water vapor as in a conventional boiler. For this reason, there is no wasteful consumption of heat energy and water, and it is not necessary to blow off excess water vapor, so there is no need for incidental facilities such as a steam accumulator that collects the water vapor that is blown out. Miniaturization can be realized. Also, the temperature and dryness of the superheated steam can be adjusted by changing the ratio of the superheated part 50A and the steam generating part 50B that adjust the water level L.
  • FIG. 6 is a circuit diagram including the condensing device 8 and peripheral circuits.
  • the condensing device 8 includes a water tank 80 that stores water, a circulation pump 81 that pumps out water from the water tank 80, and water that is sent out by the circulation pump 81 through a suction pipe 82.
  • the mixing part 84 to be mixed with the air sent through and the ejector 83 to inject the water and air mixed in the mixing part 84 are provided.
  • the circulation pump 81 is disposed on the front side of the water tank 80, and the water sent out by the water tank 80 is mixed with air and sprayed upward from below the ejector 83, and returned to the water tank 80 via the piping above the ejector 83. It has a configuration.
  • a lid 85 is disposed on the water tank 80, and a water level meter 86 indicating the water level of the water tank 80 is provided on the front surface of the water tank 80.
  • the suction pipe 82 is connected to an exhaust port (not shown) of the steam engine 6, and steam discharged from the exhaust port is sent to the suction pipe 82.
  • the water vapor is cooled by being mixed with water in the mixing unit 84, converted into a liquid, and sent to the water tank 80.
  • the water of the water tank 80 is again sent to the steam generator 5 by the water circulation supply pipe
  • the steam supplied from the steam generator 5 to the steam engine 6 is quickly condensed by the condensing device 8 and is supplied again to the steam generating device 5, so that the water can be stably consumed only by consuming a small amount of water.
  • the water vapor can be continuously supplied.
  • a water supply pipe 811 to which city water is supplied is connected to the water tank 80, so that city water can be supplied to the water tank 80, and city water can be supplied when water in the water tank 80 is insufficient.
  • the water tank 80 is provided with a drain pipe 812 for draining water from the water tank 80 during maintenance or the like.
  • a cooler 88 for cooling the water in the water tank 80 is provided inside the water tank 80.
  • the cooler 88 is configured by a pipe through which the heat medium oil supplied from the circulation path 104 (FIG. 1) circulates, and causes heat exchange between the heat medium oil and the water in the water tank 80.
  • the water vapor used in the steam engine 6 is mixed with water in the mixing unit 84 and cooled, and at this time, the temperature of the water returning to the water tank 80 is increased by the heat generated by the liquefaction of the water vapor.
  • the temperature of the water in the water tank 80 is lowered by the heat medium oil flowing through the cooler 88, and the condensing device 8 can be operated stably.
  • the heat medium which flows through the circulation path 104 including the underground piping part 9 is not restricted to heat medium oil, and an aqueous antifreeze can be used.
  • a fluid with a large specific heat (heat capacity) is used as the heat medium, since the ability to mediate underground heat (cold heat) is high, a sufficient effect can be obtained even if the transport amount of the heat medium by the circulation pump 114 is small.
  • heat capacity heat capacity
  • the power generation device 1 uses natural energy to heat the heat medium oil to a predetermined temperature exceeding 100 ° C. by the heat absorption device 2, Excess heat of the heat medium oil is stored in the heat storage device 4 having the heat storage body 40, water is converted into steam by the stored thermal energy to generate power, and the used steam is cooled by the underground heat and circulated. For this reason, it is possible to efficiently store the energy extracted as heat of the heat medium oil based on natural energy, quickly extract the stored heat energy as the heat and pressure of water vapor as much as necessary, and use the extracted energy as power energy. Can be used after conversion. In addition, since the water used when using heat energy is condensed and recirculated using geothermal heat, wasteful consumption of water is suppressed using natural energy, so natural energy can be more efficiently used. Power energy can be obtained using this.
  • the steam generator 5 with which this motive power generator 1 is provided generate
  • the steam generator 5 arrange
  • tube 500 is below a water level. Since it is located and becomes the steam generation part 50B and the upper part of the heat source supply pipe 500 is located above the water level and becomes the superheating part 50A, the water stored in the steam generation tower 50 is heated by the heat source supply pipe 500. Thus, the steam can be generated and the generated steam can be further heated by the heat source supply pipe 500 to generate superheated steam. That is, since superheated steam can be generated from water in one steam generation tower 50 and supplied to the outside, a small steam generator 5 can be realized.
  • the heat capacities of the heat source supply pipe 500 and water are relatively small, the time required for start-up from the start of operation until the superheated steam can be supplied is very short, and a quick start-up can be realized. Further, since both the generation of water vapor and the generation of superheated steam can be performed by the heat source supply pipe 500, the amount of superheated steam generated (supply amount) can be controlled by controlling the heat energy supplied to the heat source supply pipe 500. Easy to adjust.
  • the adjustment of the water level in the steam generation tower 50 is supplied to the heat source supply pipe 500.
  • the amount of superheated steam generated can be finely adjusted by performing it together with the control of the thermal energy.
  • the opening degree of the electric valves 551 and 552 is controlled. Can be controlled easily. By controlling the opening degree of the electric valves 551 and 552, the flow rates of the two heat medium oils having different temperatures supplied from the heat storage device 4 are controlled and mixed, and supplied to the heat source supply pipe 500 of the steam generation tower 50. Therefore, the flow rate and temperature of the heat medium oil supplied to the heat source supply pipe 500 can be easily controlled. Thereby, the thermal energy supplied to the heat source supply pipe 500 can be easily and finely controlled.
  • control unit 56 controls the amount of heat energy supplied to the heat source supply pipe 500 by controlling the opening degree of the motor-operated valves 551 and 552
  • the present invention is not limited to this, and may be configured to control the amount of heat energy by controlling the pump. This example will be described as a modified example.
  • FIG. 7 is a circuit diagram showing a steam generator 5A and a peripheral circuit as a modification of the embodiment.
  • the steam generator 5A shown in FIG. 7 is provided with valves 571 and 572 instead of the electric valves 551 and 552 in the steam generator 5 of the above embodiment.
  • the valves 571 and 572 are, for example, valves that are manually opened and closed, and the opening degree thereof can be adjusted. However, the opening and closing and the opening degree adjustment cannot be automatically performed by the control of the control unit 56. At that time, the predetermined opening is set by the operator.
  • the control unit 57 that controls the feed water pump 113 and the heat medium supply pump 554 is provided with an inverter drive circuit 58 in the control unit 56 of the above embodiment.
  • the heat medium supply pump 554 is a variable speed pump, and operates at a speed corresponding to the drive current input from the inverter drive circuit 58.
  • the inverter drive circuit 58 is a circuit that outputs a drive current that drives the heat medium supply pump 554, and rotates the heat medium supply pump 554 at the rotation speed determined by the control of the control unit 57.
  • the controller 57 is connected to temperature sensors 561, 563, and 564 and pressure sensors 562 and 565, and the detected values of the temperature and pressure of these sensors can be acquired.
  • the controller 57 controls the water level in the steam generation tower 50 by driving the feed water pump 113 based on the detection values of the sensors. Further, the control unit 57 drives the heat medium supply pump 554 by the inverter drive circuit 58 based on the detection values of the sensors so as to achieve a predetermined flow rate.
  • the temperature of the heat medium oil supplied to the heat source supply pipe 500 by the heat medium supply pump 554 is substantially constant.
  • the capacity of the heat medium supply pump 554 can be finely controlled by the inverter drive circuit 58, so that the amount of heat energy given to the water in the steam generation tower 50 can be finely controlled.
  • the control unit 57 functions as a flow rate control unit together with the inverter drive circuit 58 and the heat medium supply pump 554, and the amount of heat energy supplied to the heat source supply pipe 500 is provided without providing the motorized valves 551 and 552. Can be adjusted.
  • the motor-operated valves 551 and 552 are relatively expensive because they require heat resistance that can withstand the temperature of the heat medium oil supplied from the heat storage device 4. Therefore, the configuration of this modification can realize fine control of the heat energy supplied to the heat source supply pipe 500 with a low-cost and simple configuration that does not use the motor-operated valves 551 and 552.
  • the present invention is not limited to this embodiment.
  • the heat storage device 4 including the heat storage body 40 in the heat storage tank 41 is used as the heat source.
  • the present invention is not limited to this, and the heat medium Specifically, a configuration in which the heat absorption device 2 or the auxiliary heat source 3 is used as a heat source, and the heat medium oil is directly supplied from the heat absorption device 2 or the auxiliary heat source 3 to the steam generating device 5 is used. It is good.
  • the water level in the water level control cylinder 53 is detected by the detection electrode 533, and the water supply pump 113 is operated according to the detected water level to adjust the water level L.
  • the adjustment method is not limited to this.
  • the water level in the steam generation tower 50 may be detected using pressure, or the water level L in the steam generation tower 50 may be directly detected. It is good also as a structure which provides the water tank which stores the water supplied to the tower 50 temporarily, and adjusts a water level using this water tank.
  • positioning location of the control parts 56 and 57, etc. are arbitrary,
  • the detailed structure of the steam generator 5 which comprises the motive power generator 1, and other structural parts is arbitrary in the range which does not impair the meaning of this invention. It can be changed.
  • the steam generator of the present invention can efficiently generate and supply high-temperature and high-pressure steam that can drive a reciprocating steam engine or turbine, and is therefore used for providing power to a generator or the like. it can.

Abstract

　水蒸気を発生させるために用いる熱エネルギの消費量をきめ細かく制御して、無駄な熱エネルギの消費を抑制し、エネルギ効率の高い蒸気発生装置を提供する。　蒸気発生装置５は、所定水位まで水を貯留可能に構成された蒸気発生塔５０に、熱源から供給される高温の熱媒体油と水とを熱交換させて水蒸気を発生する蒸気発生部５０Ｂと、蒸気発生部５０Ｂにおいて発生した水蒸気と熱媒体油とを熱交換させて過熱水蒸気を発生する過熱部５０Ａとを備えている。

Description

蒸気発生装置
　本発明は、動力源として利用可能な水蒸気を発生する蒸気発生装置に関する。
　従来、水蒸気を発生させる装置としては、燃料を燃焼させた熱により水を加熱するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような装置の典型的な例が、ボイラである。
特開２００２－３７２２０４号公報
　ボイラ等の従来の装置においては、必要とされる水蒸気の量（温度、圧力、容量）に合わせて燃料の消費量を調整することは非常に困難であった。これは、水蒸気の発生量が燃焼による熱エネルギだけでなく多くの要因に影響されること等が原因である。このため、従来の装置においては水蒸気の不足を回避するために十分な量の燃料を燃焼させることが一般的であり、必要とされる水蒸気の量より多めに水蒸気を発生させ、余分の水蒸気を大気中に排出していた。このように、必要とされる水蒸気の量に比べて、非常に多くの熱エネルギが消費されてしまうという問題があった。
　そこで、本発明は、水蒸気を発生させるために用いる熱エネルギの消費量をきめ細かく制御して、無駄な熱エネルギの消費を抑制し、エネルギ効率の高い蒸気発生装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明は、熱源から供給される高温の熱媒体と水とを熱交換させて水蒸気を発生する蒸気発生部と、前記蒸気発生部において発生した水蒸気と前記熱媒体とを熱交換させて過熱水蒸気を発生する過熱部とを備えたことを特徴とする蒸気発生装置を提供する。
　この構成によれば、熱源から供給される熱媒体によって水蒸気を発生させ、発生した水蒸気を熱媒体によってさらに加熱して過熱水蒸気を発生させるので、熱媒体の供給量を調整することによって、必要な量だけ過熱水蒸気を発生させ、供給することが可能である。これにより、過熱水蒸気の発生に用いる熱エネルギの量を、熱媒体の供給量としてきめ細かく制御することができ、無駄な熱エネルギの消費を抑制して、エネルギ効率の高い蒸気発生装置を実現できる。
　ここで、熱媒体としては、常圧またはより高圧の条件下で、水蒸気の発生に必要な高温において高い流動性を有するものであればよく、鉱物油や合成油（シリコーンオイル等）を含む各種油脂、および、その他の各種流体を用いることができる。
　上記構成において、所定水位まで水を貯留可能に構成された本体を有し、前記本体内に前記熱媒体が流れる熱媒体供給部を配置し、この熱媒体供給部の下部は前記水位より下に位置して前記蒸気発生部を構成し、前記熱媒体供給部の上部は前記水位より上方に位置して前記過熱部を構成してもよい。
　この場合、本体内に配置された熱媒体供給部によって、本体内に貯留された水を加熱して水蒸気を発生させるとともに、発生した水蒸気を熱媒体供給部によってさらに加熱して過熱水蒸気を生成することができる。これにより、一つの本体において水から過熱水蒸気を生成して外部に供給できるので、小型の蒸気発生装置を実現できる。また、本体内の熱媒体供給部と水の熱容量は比較的小さいので、運転開始から過熱水蒸気を供給可能になるまでのスタートアップに要する時間が非常に短くて済む。さらに、本体内の熱媒体供給部によって水蒸気の発生と過熱水蒸気の発生との両方を行うことができるので、熱媒体供給部に供給する熱エネルギを制御することで、過熱水蒸気の発生量を容易に調整できる。
　また、前記本体内の水位を調整する水位制御部を備えた構成としてもよい。この場合、本体内の水位の調整を、熱媒体供給部に供給する熱エネルギの制御と合わせて行うことで、過熱水蒸気の発生量をよりきめ細かく調整できる。
　さらに、前記熱源供給部へ供給する前記熱媒体の流量を制御する流量制御部を備えた構成としてもよい。この場合、熱媒体供給部に供給する熱エネルギを、熱媒体の流量によって容易に制御できる。
　さらにまた、前記流量制御部は、前記熱源から温度の異なる２系統の前記熱媒体が供給される場合に、これら２系統の前記熱媒体の流量を各々制御して混合し、前記本体の前記熱媒体供給部に供給するものとしてもよい。この場合、熱媒体供給部に供給する熱媒体の流量およびその温度を容易に制御することが可能なため、熱媒体供給部に供給する熱エネルギを、容易に、かつきめ細かく制御できる。
　また、流量制御部が、熱源から供給される熱媒体を熱媒体供給部に供給するポンプと、このポンプによる熱媒体の輸送量を制御する制御部とで構成されてもよい。この場合には、熱媒体の流量を即時的に制御可能な電動弁等を設ける必要がなく、特に、高価な耐熱性の弁を設けず、たとえば手動で開閉される弁を用いればよいので、シンプルな構成によって、熱媒体供給部に供給する熱エネルギを容易に、かつきめ細かく制御できる。
　本発明によれば、過熱水蒸気の発生に用いる熱エネルギの量を、きめ細かく制御することができ、無駄な熱エネルギの消費を抑制して、エネルギ効率の高い蒸気発生装置を実現できる。
本発明の実施形態としての動力発生システムの構成を示す図である。 蓄熱槽の構成を示す断面図である。 蒸気発生装置の構成を示す外観図である。 蒸気発生装置の周辺回路を含む構成を示す回路図である。 伸縮部の構成を詳細に示す要部拡大断面図である。 復水装置の周辺回路を含む構成を示す回路図である。 変形例としての蒸気発生装置の周辺回路を含む構成を示す回路図である。
符号の説明
　１　動力発生装置
　２　吸熱装置
　３　補助熱源
　４　蓄熱装置（熱源）
　５、５Ａ　蒸気発生装置
　６　蒸気エンジン
　７　発電機
　８　復水装置
　９　地中配管部
　４０　蓄熱体
　４１　蓄熱槽
　５０　蒸気発生塔（本体）
　５２　気水分離器
　５３　水位制御筒（水位制御部）
　５６、５７　制御部（水位制御部、流量制御部）
　５８　インバータ駆動回路（流量制御部）
　８０　水槽
　８１　循環ポンプ
　８２　吸込管
　８３　エゼクタ
　８４　混合部
　８８　冷却器
　１０１、１０２、１０４　循環路
　１０３　水循環路
　１１１、１１２、１１４　循環ポンプ
　１１３　給水ポンプ（水位制御部）
　５００　熱源供給管（熱媒体供給部）
　５２３　水蒸気供給管
　５５１、５５２　電動弁（流量制御部）
　５５４　熱媒体供給ポンプ（流量制御部）
　５７１、５７２　弁
　次に本発明の好適な実施形態について図面を参照して説明する。
　図１は、本発明の実施形態として、自然エネルギを利用した動力発生装置１の構成を示す図である。動力発生装置１は、太陽熱を集熱して熱媒体としての熱媒体油を加熱する吸熱装置２と、吸熱装置で集めた熱を蓄える蓄熱装置４と、蓄熱装置４に蓄えられた熱を利用して水蒸気を発生する蒸気発生装置５と、蒸気発生装置５で発生した水蒸気により駆動される蒸気エンジン６と、蒸気エンジン６において利用後の水蒸気を復水する復水装置８と、地中の熱または冷熱を回収する地中配管部９とを備え、吸熱装置２を用いて太陽熱から得た熱エネルギを、蒸気エンジン６を駆動することで動力エネルギに変換して出力するシステムである。実施形態の動力発生装置１は、蒸気エンジン６の出力軸に発電機７を連結し、電気エネルギを得ることができる。
　ここで、自然エネルギとは、新エネルギとして知られている太陽熱、バイオマス熱、雪氷熱エネルギ、廃棄物熱（工場排熱、ゴミ焼却熱、温泉熱）と、地熱とを含む再生可能エネルギ群を指し、このエネルギ群から選択された一以上のエネルギを、本発明において利用できる。本実施形態では、具体例として、太陽熱を熱源として利用する場合について説明する。
　吸熱装置２は、例えば、熱媒体としての熱媒体油が流れる吸熱管に、ＣＰＣ（複合放物面反射板：Compound Parabolic Concentrator)により集光した太陽熱を照射することにより、熱媒体油を加熱するＣＰＣ式吸熱装置、或いは、真空の外管の中に熱媒体油が流れる内管を通した二重管式の吸熱装置である。
　動力発生装置１は、吸熱装置２と蓄熱装置４との間で熱媒体としての熱媒体油を循環させる循環路１０１を有し、循環路１０１には熱媒体油を循環させる循環ポンプ１１１が配置されている。動力発生装置１の熱媒体は広い温度範囲で高い流動性を保つものであればよく、鉱物油やシリコーンオイル等の油脂類の他、水やアルコールに添加剤を溶解させた不凍液を用いることもできる。また、より高温で使用される場合には、例えば、溶融炭酸塩や液体ナトリウムを用いても良い。本実施形態の吸熱装置２において、熱媒体油は例えば２３０℃程度に加熱され、冬期の夜間は０℃以下になる可能性があるので、沸点が２３０℃超、凝固点が０℃未満の材料が好適である。
　循環路１０１には、吸熱装置２から蓄熱装置４へ向かって熱媒体油が流れる輸送管に並列に、補助熱源３が設けられている。補助熱源３は電気ヒータ等で熱媒体油を所定温度まで加熱する装置であり、吸熱装置２で加熱された熱媒体油の温度が予定の温度に達しない場合等に、熱媒体油を加熱する。
　動力発生装置１は、蓄熱装置４と蒸気発生装置５との間で熱媒体油を循環させる循環路１０２を有し、循環路１０２には循環ポンプ１１２が設けられている。蒸気発生装置５は、循環路１０２を介して流入する熱媒体油と、復水装置８から供給される水とを熱交換させることにより、高温高圧の水蒸気を発生する。
　動力発生装置１は、吸熱装置２及び補助熱源３によって熱媒体油を加熱し、この熱を蓄熱装置４に貯める蓄熱運転と、蓄熱装置４に貯めた熱を取り出して蒸気発生装置５によって水蒸気を発生する熱利用運転と、を実行可能である。
　蓄熱運転中は、吸熱装置２及び補助熱源３によって加熱された熱媒体油が循環路１０１を通って蓄熱装置４に流れ、蓄熱装置４が備える蓄熱体４０に熱が蓄えられる。蓄熱体４０に熱を与えた熱媒体油は再び循環路１０１を循環して吸熱装置２に戻り、加熱される。
　これに対し、熱利用運転中は、蓄熱体４０からの高温の熱媒体油を、循環路１０２を介して蒸気発生装置５に供給し、この熱媒体油の熱を利用して水蒸気を生成する。水蒸気に熱を与えた後の熱媒体油は循環路１０２を通って蓄熱装置４に戻り、蓄熱体４０の熱を得て再び高温になり、蒸気発生装置５へ供給される。
　蓄熱運転は、循環ポンプ１１１によって循環路１０１に熱媒体油を循環させることで行われ、熱利用運転は循環ポンプ１１２によって循環路１０２に熱媒体油を循環させることで行われる。このため、循環ポンプ１１１、１１２の動作を制御することで、蓄熱運転と熱利用運転とを、各々切り替えて実行することができ、並列して実行することもできる。
　本実施形態では、循環路１０１、１０２を流れる熱媒体油は分離されないが、循環路１０１、１０２を流れる熱媒体油が完全に分離された構成としてもよい。
　蒸気発生装置５において生成した水蒸気は水循環路１０３を介して蒸気エンジン６に流入する。蒸気エンジン６は、高温高圧の水蒸気の蒸気圧によって駆動される蒸気機関であり、その出力軸に連結された発電機７を駆動して発電させる。
　また、水循環路１０３には復水装置８が接続され、蒸気エンジン６において使用された後の水蒸気は水循環路１０３を通って復水装置８に吸引される。復水装置８は、水槽８０（復水槽）と、水槽８０の水を送出する循環ポンプ８１と、循環ポンプ８１により送出された水が高速で噴射されるエゼクタ８３を備えている。エゼクタ８３は、循環ポンプ８１により送出された水を空気と混ざった状態で高速で噴射することで負圧を発生する。この負圧は水循環路１０３を介して蒸気エンジン６の排気側に及び、蒸気エンジン６から使用後の水蒸気がエゼクタ８３に吸い込まれる。復水装置８に吸い込まれた水蒸気はエゼクタ８３において水と混合されて冷却され、水蒸気から液体の水に戻り、水槽８０に貯留される。
　また、動力発生装置１は、水槽８０の水を冷却するための循環路１０４を備えている。循環路１０４は、地中に埋設された地中配管部９と、地中配管部９を通った熱媒体油を循環させる循環ポンプ１１４とを、水槽８０に設けられた冷却器８８に接続する。循環路１０４では、循環ポンプ１１４によって、地中配管部９において地中の冷熱を吸収した熱媒体油が冷却器８８に供給され、水槽８０の水を冷却する。つまり、蒸気エンジン６で使用された水蒸気を、地中の冷熱を利用して冷却することで、復水装置８において効率よく復水する。
　図２は、蓄熱装置４の断面図である。
　図２に示すように、蓄熱装置４は、円筒形状の中空の蓄熱槽４１に、循環路１０１（図１）に接続される流入口４２、流出口４３及び取出口４４を備えて構成される。蓄熱槽４１の外壁は、断熱材を含む複数層で構成され、上面、側面及び底面が断熱されている。流入口４２は蓄熱槽４１の底部の側面に設けられ、流出口４３は上部の側面に設けられ、取出口４４は高さ方向中央部の側面に設けられている。蓄熱槽４１には、下部の流入口４２から熱媒体油が流入し、上部の流出口４３から流出するので、熱媒体油が蓄熱装置４の内外に流通する間は、蓄熱槽４１の内部の空間は熱媒体油でほぼ満たされる。
　蓄熱槽４１の内部には、熱媒体油よりも単位体積あたりの熱容量が大きい材料、例えば金属で構成される蓄熱体４０が配置されている。蓄熱体４０は、熱媒体油の流路を形成する底部整流板４５、中央部整流板４６、及び上部整流板４７と、中央部整流板４６および上部整流板４７を貫通する棒状の蓄熱棒４８とで構成される。
　底部整流板４５は蓄熱槽４１の下部において流入口４２よりも上の位置に取り付けられ、蓄熱体４０の底面を構成し、蓄熱棒４８は底部整流板４５に乗って支持される。上部整流板４７は蓄熱槽４１の上部において、流出口４３よりも下側に位置する。底部整流板４５と上部整流板４７との間には複数枚の中央部整流板４６が配置され、底部整流板４５、中央部整流板４６及び上部整流板４７は平行になるよう蓄熱槽４１の内面に固定される。
　底部整流板４５は、蓄熱槽４１の断面形状に合わせて円形に形成され、熱媒体油を通過させるための多数の熱媒体通過孔が設けられ、この底部整流板４５の上に蓄熱棒４８が立設されている。中央部整流板４６は、円形の一部を切り欠いた形状となっており、この切り欠き部分を熱媒体油が通過可能となっている。また、上部整流板４７は、底部整流板４５と同様に蓄熱槽４１の断面形状に合わせて円形に形成され、熱媒体油を通過させるための多数の熱媒体通過孔が設けられている。中央部整流板４６および上部整流板４７には、蓄熱棒４８が貫通する貫通孔が形成されている。この貫通孔は、蓄熱槽４１内が高温になった際に、中央部整流板４６、上部整流板４７および蓄熱棒４８が熱膨張しても、貫通孔と蓄熱棒４８とが干渉しないように、蓄熱棒４８より大径の孔となっている。
　図２に示すように、蓄熱槽４１の下部の流入口４２から熱媒体油が流入すると、この熱媒体油は蓄熱槽４１の下部を満たし、底部整流板４５の熱媒体通過孔を通って上昇する。ここで、底部整流板４５よりも下の空間は、流入口４２から流入した熱媒体油の流入圧力を緩和する圧力調整室として作用する。熱媒体通過孔を通った熱媒体油は、底部整流板４５と中央部整流板４６との間に溜まる。中央部整流板４６には熱媒体油が流動可能な貫通孔が無いので、熱媒体油は中央部整流板４６の下を水平に移動し、中央部整流板４６の切り欠き部と蓄熱槽４１の内壁との間を通って上昇する。本実施形態の蓄熱体４０は４枚の中央部整流板４６を備え、これら４枚の中央部整流板４６は、互いの切り欠き部が平面視で重なり合わないように配置されている。このため、図中矢印で示すように、切り欠き部によって蛇行状の熱媒体油の流路が形成され、熱媒体油は蛇行しながら蓄熱槽４１内部を上昇する。最も上の中央部整流板４６より上に出た熱媒体油は、上部整流板４７に穿設された熱媒体通過孔を通って蓄熱槽４１の最上部に達し、流出口４３から流出する。
　このように、蓄熱槽４１には、複数枚の中央部整流板４６によって、熱媒体油を水平方向にも移動させる蛇行状の流路が形成され、この長い流路を流れる間に熱媒体油が蓄熱棒４８に長時間接触する。さらに、蓄熱棒４８を多数備えているので、蓄熱棒４８は重量の割に熱媒体油との接触面積が大きい。また、中央部整流板４６には熱媒体油を流通させる貫通孔が形成されておらず、ほぼ全量の熱媒体油が２枚の中央部整流板４６の間を流れるので、この熱媒体油は蓄熱棒４８に衝突して乱流を生じ、熱媒体油と蓄熱棒４８との間の熱交換が効率よく行われる。このように、蓄熱体４０は、蓄熱棒４８と熱媒体油との接触面積が広く、かつ、蓄熱槽４１の上下左右のサイズに比べて非常に長い蛇行状の熱媒体油の流路を形成することにより、熱媒体油と蓄熱体４０との接触時間を長くして、熱交換効率を高めている。これにより、蓄熱運転時及び熱利用運転時のいずれも、効率よく、蓄熱体４０と熱媒体油との間で熱交換させることができる。
　なお、本実施形態では図２に示すように４枚の中央部整流板４６を用いた構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されず、より多くの中央部整流板４６を用いることも可能である。また、蓄熱装置４の熱容量を大きくするため、蓄熱槽４１内で蓄熱体４０が占める体積を大きくしてもよい。具体例としては、中央部整流板４６の数を増やす、底部整流板４５、中央部整流板４６および上部整流板４７の板厚を厚くする、蓄熱棒４８をより太いものにする、蓄熱棒４８の数を増やす、等の態様があげられる。
　また、蓄熱槽４１の高さ方向略中央に設けられた取出口４４は、熱利用運転時に、中温の熱媒体油を取り出す供給する目的で利用できる。すなわち、熱利用運転時には、流入口４２から低温の熱媒体油が流入し、この熱媒体油が高温の蓄熱体４０の熱を奪って高温になり、流出口４３から蒸気発生装置５（図１）へ供給される。ここで、取出口４４の高さ位置では、熱媒体油は低温から高温になる過程の途中であるから、その温度は、流出口４３近傍より低温く、流入口４２近傍よりも高い。従って、取出口４４からは、いわば中温（例えば、１００℃～１５０℃程度）の熱媒体油を取り出すことができる。
　図３は、蒸気発生装置５の構成を示す外観図であり、図４は蒸気発生装置５の周辺回路を含む回路図である。図４には、蒸気発生装置５内部の構造の一部を図示している。
　この図３及び図４に示す蒸気発生装置５は、水蒸気を発生する本体としての蒸気発生塔５０に、気水分離器５２、水位制御筒５３及び水位計５４を設けた構成となっている。
　蒸気発生塔５０は、中空の筒状に構成され、蓋５０２及び底部材５０３が取り付けられて密閉可能に構成され、発生する蒸気の圧力に耐え得る耐圧容器である。蒸気発生塔５０の内部には所定の水位Ｌまで水が貯留され、この水に熱エネルギを与えて加熱する熱源供給管５００（熱媒体供給部）が配置されている。
　蓋５０２には、蒸気発生塔５０で発生した水蒸気を気水分離器５２に送出する蒸気送出管５０５が設けられ、底部材５０３には、気水分離器５２から水を蒸気発生塔５０に送出する水供給管５０４が設けられている。
　また、蓋５０２には、蒸気発生塔５０で生成された水蒸気の温度を検出する温度センサ５６４及び水蒸気の圧力を検出する圧力センサ５６５が設けられ、さらに、メンテナンス時等に蒸気発生塔５０内の蒸気を外部に放出する蒸気逃がし部５０８が設けられ、底部材５０３には、メンテナンス時等に蒸気発生塔５０内の水を抜く水抜き弁５０９が設けられている。
　気水分離器５２は、ブラケット５０６、５０７を介して、蒸気発生塔５０に並べて固定されている。気水分離器５２の本体５２１の上端部には蒸気送出管５０５が接続され、５２１の下端部には水供給管５０４が接続されており、本体５２１の内部は水供給管５０４、蒸気送出管５０５によって蒸気発生塔５０の内部空間に連通している。
　気水分離器５２は中空容器であり、蒸気発生塔５０で発生した水蒸気と、この水蒸気に含まれる水とを分離する分離器５２２を収容し、分離器５２２により分離された水は気水分離器５２の下方に溜まって、蒸気発生塔５０に送り込まれる。
　また、気水分離器５２には、気水分離器５２に給水する給水口５２４が設けられ、給水口５２４には配管５２８が給水ポンプ１１３を介して接続されている。配管５２８には、後述する復水装置８から水が供給される。気水分離器５２と蒸気発生塔５０とは水供給管５０４により繋がっているので、蒸気発生塔５０の水位Ｌと気水分離器５２の水位とが一致するように、気水分離器５２から蒸気発生塔５０へ給水が行われる。
　ここで、制御部５６は、給水ポンプ１１３および水位制御筒５３とともに、水位制御部を構成する。
　さらに、気水分離器５２には、気水分離器５２の水位を制御する水位制御筒５３が設けられている。水位制御筒５３は、その内部の水位が気水分離器５２の水位と一致するように、上下の２本の配管５２６、５２７により気水分離器５２に接続されている。水位制御筒５３の内部には複数の検出電極５３２が配置され、これら検出電極５３２の導通状態により水位制御筒５３の水位を検出できる。また、水位制御筒５３には、水位制御筒５３の水位を表示する水位計５４が設けられている。上述のように、水位制御筒５３及び気水分離器５２の水位は、蒸気発生塔５０の水位Ｌと一致するので、水位計５４により、蒸気発生塔５０の水位Ｌを視認できる。
　蒸気発生塔５０の内部には、内部の所定高さまで水が貯留され、この水を加熱する熱源供給管５００が設けられている。熱源供給管５００は、蒸気発生塔５０内部の空間を上下に延びる複数の金属管で構成され、その上端及び下端は、蒸気発生塔５０の外で上部接続口５１１及び下部接続口５１２に接続されている。熱源供給管５００には、上部接続口５１１から熱媒体油が入り、下部接続口５１２から排出される。
　上部接続口５１１は、熱媒体供給ポンプ５５４を有する配管５５３に接続され、熱媒体供給ポンプ５５４により熱媒体油が上部接続口５１１に送り込まれる。この配管５５３は、蓄熱装置４の流出口４３に接続された配管と、取出口４４に接続された配管とに接続され、流出口４３からの高温の熱媒体油と取出口４４からの中温の熱媒体油とが混合されて配管５５３を流れる。熱源としての蓄熱装置４の流出口４３に接続された配管には電動弁５５１が設けられ、取出口４４に接続された配管には電動弁５５２が設けられており、これら電動弁５５１、５５２の開度を調整することにより、高温の熱媒体油と中温の熱媒体油との混合比および総流量を任意に変えることができる。混合された熱媒体油が流れる配管５５３には温度センサ５６１及び圧力センサ５６２が設けられ、温度と圧力を検出可能となっている。
　また、下部接続口５１２には、熱媒体油を蓄熱装置４に戻す配管５５５が接続され、配管５５５には温度センサ５６３が設けられている。
　蒸気発生塔５０の内部では、熱源供給管５００を流れる熱媒体油によって水が加熱されて水蒸気が発生する。発生した水蒸気は、蒸気発生塔５０を上昇し、この上昇中に熱源供給管５００によってさらに加熱され、過熱水蒸気となって、蒸気送出管５０５により気水分離器５２に送られる。
　ここで、熱源供給管５００は、蒸気発生塔５０の水位Ｌ以下の部分では水に接しているため、水蒸気を発生する蒸気発生部５０Ｂとして作用し、水位Ｌより上の部分では、発生した水蒸気に熱を与える過熱部５０Ａとして作用する。
　過熱部５０Ａでは、熱源供給管５００を流れる熱媒体油の温度が水の沸点（例えば１００℃）を上回っていれば、水蒸気をさらに加熱して過熱水蒸気を生成することができる。熱源供給管５００には、上部接続口５１１から入った高温の熱媒体油が下向きに流れるので、過熱部５０Ａには高温の熱媒体油が存在する。このため、蒸気発生部５０Ｂで発生した水蒸気を高温の熱媒体油によって加熱し、非常に高温の過熱水蒸気を供給可能である。
　なお、熱源供給管５００においては、蓄熱装置４から供給される高温の熱媒体油を、下から上へ流す構成としてもよい。この場合、熱媒体油の熱エネルギが水を沸騰させるだけで消耗してしまうような低容量でなければ、過熱水蒸気を供給することが可能である。
　蒸気発生塔５０で生成された過熱水蒸気は、蒸気送出管５０５を通って気水分離器５２に送られ、気水分離器５２の上部から下向きに吹き出される。気水分離器５２の上部には漏斗状の分離器５２２が設けられているので、過熱水蒸気は分離器５２２に当たって渦を巻き、この過熱水蒸気に含まれる水分は落下して下部に貯留され、分離された過熱水蒸気のみが、分離器５２２の中を通って、気水分離器５２の上部に設けられた水蒸気供給管５２３に送られる。
　また、蒸気発生塔５０の下部には、伸縮部５１が設けられている。伸縮部５１は、水位Ｌより下に位置し、蒸気発生塔５０の他の部分に比べて高い弾性を持つよう構成されている。蒸気発生装置５の運転時に、熱膨張や圧力変化による蒸気発生塔５０が膨張し、歪みを生じる場合に、伸縮部５１が伸縮することで、歪みを吸収する。たとえば、蒸気発生塔５０本体の壁を複数種類の金属を組み合わせて構成した場合、異種金属間の膨張係数が異なることから、蒸気発生塔５０の運転中に熱膨張による歪みが懸念されるが、伸縮部５１を設けることで、この歪みを吸収できる。これにより、蒸気発生塔５０の安定的な稼働および耐久性の向上を図ることが可能となる。
　水位Ｌを、伸縮部５１の位置より上であっても、下であってもよいが、膨張係数の違いによる歪みは高温の過熱部５０Ａにおいて顕著であるため、水位Ｌが伸縮部５１より下にある場合、すなわち伸縮部５１が過熱部５０Ａに属する場合に、伸縮部５１による効果が顕著である。
　ここで、伸縮部５１の構成例について説明する。
　図５Ａ～図５Ｃは、伸縮部５１の詳細な構成を示す要部拡大断面図である。
　伸縮部５１の具体的な形状としては、図５Ａに示すように、蒸気発生塔５０を構成する壁の一部を突出させた形状が挙げられる。仮に、水位Ｌが伸縮部５１よりも上にある場合には、伸縮部５１の近傍で水が沸騰するので、伸縮部５１に気泡が入り込む可能性がある。この場合に対応するためには、図５Ｂに示すように、伸縮部５１の上部と蒸気発生塔５０の筒体との境界に、斜面５１５を設けた形状とすればよい。この構成では、伸縮部５１に入り込んだ気泡が斜面５１５に沿って速やかに伸縮部５１の外に出るので、気泡の滞留による圧力損失を防止できる。
　さらに、伸縮部５１は、上述したように歪みを吸収するため、補強を施してもよい。例えば、図５Ｃに示すように、伸縮部５１の上部および下部と蒸気発生塔５０の筒体との間に、補強材５１６を配置した構成としてもよい。補強材５１６は、蒸気発生塔５０の筒体と伸縮部５１に跨って配置され、より具体的には、蒸気発生塔５０の壁の一部を代替し、或いは、蒸気発生塔５０の壁に重ねて溶接等により固定される。このように伸縮部５１を補強することで、より一層の耐久性の向上を図ることができる。
　蒸気発生装置５は、水蒸気の発生に係る動作を制御する制御部５６を備えている。制御部５６は、温度センサ５６１、５６３、５６４及び圧力センサ５６２、５６５に接続され、これらセンサの温度及び圧力の検出値を取得できる。また、制御部５６には、給水ポンプ１１３、熱媒体供給ポンプ５５４、電動弁５５１、５５２が接続されている。制御部５６は、上記各センサの検出値に基づいて各ポンプ及び電動弁を制御する。
　具体的には、制御部５６は、熱媒体供給ポンプ５５４をオンにするとともに、電動弁５５１、５５２の開度を調整することにより、蓄熱装置４から供給される高温の熱媒体油及び中温の熱媒体油の流量をそれぞれ調整して、熱源供給管５００に供給する熱媒体油の温度と流量を調整する。この熱媒体油の温度及び流量は、蒸気発生塔５０における水蒸気の発生量、及び、蒸気発生塔５０から送出される過熱水蒸気の温度を決定する要素である。言い換えれば、蒸気発生装置５は、制御部５６の制御によって、発生する水蒸気の温度及び量を自在に調整することができる。このため、必要とされる水蒸気の量に応じて、必要量だけ蓄熱装置４の熱エネルギを取り出すことが可能なため、無駄な水蒸気を発生することがなく、水の消費量の無駄を無くすことができ、さらに、蓄熱装置４に蓄えた熱エネルギを無駄なく利用できる。このように、制御部５６は、電動弁５５１、５５２とともに流量制御部として機能する。
　制御部５６は、また、水位制御筒５３が備える検出電極５３３に接続され、検出電極５３３を用いて水位制御筒５３の水位を検出し、この水位が予め設定された範囲に収まるように、必要に応じて給水ポンプ１１３を動作させて気水分離器５２に給水する。
　そして、本実施形態の蒸気発生装置５は、燃料を燃焼させて水を加熱する従来のボイラと比較して、次のような利点がある。
　すなわち、蒸気発生塔５０自体の熱容量が小さく、また、蒸気発生塔５０内の水を変化させても運転が可能であるため、蒸気発生塔５０内の水を少量として立ち上がりに要する熱エネルギを低く抑えることができる。これにより、運転開始時の昇温に要する時間が短く、短時間で水蒸気を供給できる。
　また、電動弁５５１、５５２の開度を調整することにより、熱源供給管５００に流れる熱媒体油の流量及び温度を制御して、水蒸気の発生量及び過熱水蒸気の温度をきめ細かく制御できる。このような制御は、従来のボイラでは不可能である。本実施形態の蒸気発生装置５では必要量のみ水蒸気を発生させて供給することが可能なため、従来のボイラのように水蒸気の不足を回避するために余剰の水蒸気を生成させる必要がない。このため、熱エネルギ及び水の無駄な消費がなく、さらに、余剰の水蒸気をブロー排出する必要がないので、ブロー排出される水蒸気を回収する蒸気アキュムレータ等の付帯設備が要らず、低コスト化や小型化を実現できる。
　また、水位Ｌを調整する過熱部５０Ａと蒸気発生部５０Ｂとの比率を変更することによっても、過熱水蒸気の温度および乾き度を調整することができる。
　図６は復水装置８及び周辺回路を含む回路図である。
　図１および図６に示すように、復水装置８は、水を溜める水槽８０と、水槽８０の水を汲み出して送り出す循環ポンプ８１と、循環ポンプ８１により送り出された水を、吸込管８２を介して送られる空気と混合させる混合部８４と、混合部８４で混合された水と空気とを噴射させるエゼクタ８３と、を備えている。循環ポンプ８１は水槽８０の前面側に配置され、この水槽８０により送出された水が空気と混合されてエゼクタ８３の下方から上向きに噴射され、エゼクタ８３上部の配管を介して水槽８０に戻される構成となっている。
　水槽８０の上には蓋８５が配置され、水槽８０の前面には水槽８０の水位を示す水位計８６が設けられている。
　吸込管８２は、蒸気エンジン６の排気ポート（図示略）に接続され、この排気ポートから排出された水蒸気が送られる。この水蒸気は、混合部８４において水と混合されることによって冷却され、液体となって水槽８０に送られる。そして、水槽８０の水は、蒸気発生装置５の配管５２８（図４）に接続された水循環供給管８７により、再び蒸気発生装置５へ送出される。この復水装置８によって、蒸気発生装置５から蒸気エンジン６へ供給した水蒸気が速やかに復水され、再び蒸気発生装置５に供給されるので、わずかな量の水を消費するだけで、安定して水蒸気を供給し続けることができる。また、水槽８０には、市水が供給される給水管８１１が接続され、水槽８０に市水を給水可能となっており、水槽８０内の水が不足した場合に市水を補給できる。水槽８０には、メンテナンス時等に水槽８０の水を排水する排水管８１２が設けられている。
　さらに、水槽８０の内部には、水槽８０の水を冷却する冷却器８８が設けられている。冷却器８８は、循環路１０４（図１）から供給される熱媒体油が循環する管で構成され、この熱媒体油と水槽８０の水とを熱交換させる。上述のように、蒸気エンジン６で利用された水蒸気は混合部８４で水と混合されて冷却されるが、このとき水蒸気の液化による熱によって、水槽８０に戻る水の温度は上昇している。動力発生装置１では、冷却器８８を流れる熱媒体油によって水槽８０の水の温度を下げて、安定して復水装置８を運転できる。
　なお、地中配管部９を含む循環路１０４を流れる熱媒体は、熱媒体油に限らず、水系の不凍液を用いることができる。熱媒体として比熱（熱容量）の大きい流体を用いた場合には、地中の熱（冷熱）を媒介する能力が高いため、循環ポンプ１１４による熱媒体の輸送量が小さくても十分な効果が得られるという利点がある。このため、循環路１０４を流れる熱媒体として制約がなければ、水系の不凍液を用いることが効率的であり、好ましい。
　以上のように、本発明を適用した実施形態に係る動力発生装置１は、自然エネルギを利用して、吸熱装置２によって熱媒体油を、１００℃を超える所定温度まで加熱し、この１００℃を超える熱媒体油の熱を、蓄熱体４０を有する蓄熱装置４に蓄え、蓄えた熱エネルギによって水を蒸気にして動力を発生させ、利用後の蒸気を地中熱により冷却して環流させる。このため、自然エネルギに基づいて熱媒体油の熱として取り出したエネルギを効率よく蓄えることができ、蓄えた熱エネルギを水蒸気の熱及び圧力として必要量だけ速やかに取り出し、取り出したエネルギを動力エネルギに変換して利用できる。また、熱エネルギの利用に際して利用した水を、地中熱を利用して復水して環流させるので、自然エネルギを利用して水の無駄な消費を抑制するので、より効率的に自然エネルギを利用して動力エネルギを得ることができる。
　そして、この動力発生装置１が備える蒸気発生装置５は、熱源としての蓄熱装置４から供給される熱媒体油によって水蒸気を発生させ、発生した水蒸気を熱媒体油によってさらに加熱して過熱水蒸気を発生させるので、熱媒体油の供給量を調整することによって、必要な量だけ過熱水蒸気を発生させ、供給することが可能である。これにより、過熱水蒸気の発生に用いる熱エネルギ量を、熱媒体油の供給量としてきめ細かく制御することができ、無駄な熱エネルギの消費を抑制し、エネルギ効率の高い蒸気発生装置５を実現できる。
　また、蒸気発生装置５は、所定水位まで水を貯留可能に構成された蒸気発生塔５０内に熱媒体油が流れる熱源供給管５００を配置し、この熱源供給管５００の下部は水位より下に位置して蒸気発生部５０Ｂとなり、熱源供給管５００の上部は水位より上方に位置して過熱部５０Ａとなっているので、熱源供給管５００によって、蒸気発生塔５０内に貯留された水を加熱して水蒸気を発生させるとともに、発生した水蒸気を熱源供給管５００によってさらに加熱して過熱水蒸気を生成できる。つまり、一つの蒸気発生塔５０において水から過熱水蒸気を生成して外部に供給できるので、小型の蒸気発生装置５を実現できる。また、熱源供給管５００と水の熱容量は比較的小さいので、運転開始から過熱水蒸気を供給可能になるまでのスタートアップに要する時間が非常に短くて済み、迅速な立ち上がりを実現できる。さらに、熱源供給管５００によって水蒸気の発生と過熱水蒸気の発生との両方を行うことができるので、熱源供給管５００に供給する熱エネルギを制御することで、過熱水蒸気の発生量（供給量）を容易に調整できる。
　また、制御部５６の制御のもとに、水位制御筒５３によって蒸気発生塔５０内の水位を調整することが可能なため、蒸気発生塔５０内の水位の調整を、熱源供給管５００に供給する熱エネルギの制御と合わせて行うことにより、過熱水蒸気の発生量をよりきめ細かく調整できる。また、蓄熱装置４から供給される熱媒体油の流量を、制御部５６により、電動弁５５１、５５２の開度を制御するので、熱源供給管５００に供給する熱エネルギを、熱媒体油の流量によって容易に制御できる。この電動弁５５１、５５２の開度の制御により、蓄熱装置４から供給される温度の異なる２系統の熱媒体油の流量を各々制御して混合し、蒸気発生塔５０の熱源供給管５００に供給するので、熱源供給管５００に供給する熱媒体油の流量およびその温度を容易に制御できる。これにより、熱源供給管５００に供給する熱エネルギを、容易に、かつきめ細かく制御できる。
　なお、上記実施形態においては、制御部５６が、電動弁５５１、５５２の開度を制御することで、熱源供給管５００に供給する熱エネルギの量を制御する構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ポンプの制御によって熱エネルギの量を制御する構成としてもよい。この例について、変形例として説明する。
［変形例］
　図７は、上記実施形態の変形例としての蒸気発生装置５Ａおよび周辺回路を示す回路図である。
　この図７に示す蒸気発生装置５Ａは、上記実施形態の蒸気発生装置５において、電動弁５５１、５５２に変えて弁５７１、５７２を設けたものである。
　弁５７１、５７２は、例えば手動により開閉される弁であり、その開度を調整可能であるが、制御部５６の制御によって自動的に開閉および開度調整を行うことはできず、例えばメンテナンスの際に作業者によって所定開度に設定される。
　また、蒸気発生装置５Ａにおいて、給水ポンプ１１３および熱媒体供給ポンプ５５４を制御する制御部５７は、上記実施形態の制御部５６に、インバータ駆動回路５８を設けたものである。熱媒体供給ポンプ５５４は回転数可変のポンプであり、インバータ駆動回路５８から入力される駆動電流に応じた回転数で動作する。インバータ駆動回路５８は、熱媒体供給ポンプ５５４を駆動する駆動電流を出力する回路であり、制御部５７の制御により決定された回転数で熱媒体供給ポンプ５５４を回転させる。
　制御部５７には、温度センサ５６１、５６３、５６４及び圧力センサ５６２、５６５に接続され、これらセンサの温度及び圧力の検出値を取得できる。制御部５７は、上記各センサの検出値に基づいて、給水ポンプ１１３を駆動させて、蒸気発生塔５０内の水位を制御する。また、制御部５７は、上記各センサの検出値に基づいて、熱媒体供給ポンプ５５４を所定の流速となるようインバータ駆動回路５８によって駆動させる。
　弁５７１、５７２の開度は所定開度に固定され、即時的な調整はできないので、熱媒体供給ポンプ５５４によって熱源供給管５００に供給される熱媒体油の温度は概ね一定である。しかしながら、本変形例の構成では、熱媒体供給ポンプ５５４の能力をインバータ駆動回路５８によってきめ細かく制御することが可能なため、蒸気発生塔５０内の水に与える熱エネルギの量を細かく制御できる。
　本変形例では、制御部５７が、インバータ駆動回路５８および熱媒体供給ポンプ５５４とともに流量制御部として機能し、電動弁５５１、５５２を設けることなく、熱源供給管５００へ供給する熱エネルギの量を調整できる。電動弁５５１、５５２は、蓄熱装置４から供給される熱媒体油の温度に耐え得る耐熱性が求められるため、比較的高価である。従って、本変形例の構成は、電動弁５５１、５５２を用いない低コストかつシンプルな構成により、熱源供給管５００に供給する熱エネルギのきめ細かい制御を実現できる。
　なお、上述した実施形態および変形例はあくまで本発明を適用した一具体例であって、本発明はこの形態に限定されない。
　例えば、上記の実施形態では、熱源として、蓄熱槽４１内に蓄熱体４０を備えた蓄熱装置４を用いた例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、熱媒体を加熱する加熱装置を用いてもよく、具体的には、吸熱装置２または補助熱源３を熱源として用い、吸熱装置２または補助熱源３から蒸気発生装置５へ直接熱媒体油が供給される構成としてもよい。また、上記実施形態では、水位制御筒５３における水位を検出電極５３３によって検出し、検出した水位に応じて給水ポンプ１１３を動作させて水位Ｌを調整するものとして構成したが、水位の検出および水位調整の方法はこれに限定されるものではなく、圧力を利用して蒸気発生塔５０における水位を検出してもよいし、蒸気発生塔５０内の水位Ｌを直接検出してもよく、蒸気発生塔５０に供給する水を一時的に貯留する水槽を設け、この水槽を利用して水位を調整する構成としてもよい。また、制御部５６、５７の配置場所等は任意であり、その他、動力発生装置１を構成する蒸気発生装置５およびその他の構成部の細部構成は、本発明の趣旨を損なわない範囲において任意に変更可能である。
　本発明の蒸気発生装置は、レシプロ型の蒸気機関やタービンを駆動し得る高温高圧の水蒸気を効率よく生成して供給することが可能なため、発電機等に対して動力を提供する用途に利用できる。

Claims (5)

  1. 　熱源から供給される高温の熱媒体と水とを熱交換させて水蒸気を発生する蒸気発生部と、前記蒸気発生部において発生した水蒸気と前記熱媒体とを熱交換させて過熱水蒸気を発生する過熱部とを備えたことを特徴とする蒸気発生装置。
  2. 　所定水位まで水を貯留可能に構成された本体を有し、
    　前記本体内に前記熱媒体が流れる熱媒体供給部を配置し、この熱媒体供給部の下部は前記水位より下に位置して前記蒸気発生部を構成し、前記熱媒体供給部の上部は前記水位より上方に位置して前記過熱部を構成することを特徴とする請求項１に記載の蒸気発生装置。
  3. 　前記本体内の水位を調整する水位制御部を備えたことを特徴とする請求項２記載の蒸気発生装置。
  4. 　前記熱源供給部へ供給する前記熱媒体の流量を制御する流量制御部を備えたことを特徴とする請求項２または３記載の蒸気発生装置。
  5. 　前記流量制御部は、前記熱源から温度の異なる２系統の前記熱媒体が供給される場合に、これら２系統の前記熱媒体の流量を各々制御して混合し、前記本体の前記熱媒体供給部に供給することを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の蒸気発生装置。

                                                                                    
PCT/JP2008/003790 2008-12-16 2008-12-16 蒸気発生装置 WO2010070703A1 (ja)

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