WO2015133428A1 - 蒸気システム - Google Patents

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WO2015133428A1
WO2015133428A1 PCT/JP2015/056059 JP2015056059W WO2015133428A1 WO 2015133428 A1 WO2015133428 A1 WO 2015133428A1 JP 2015056059 W JP2015056059 W JP 2015056059W WO 2015133428 A1 WO2015133428 A1 WO 2015133428A1
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steam
drain
expander
generated
heat exchanger
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Application number
PCT/JP2015/056059
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English (en)
French (fr)
Inventor
藤原良康
森井高之
原田正義
湯本秀昭
Original Assignee
株式会社テイエルブイ
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Publication date
Application filed by 株式会社テイエルブイ filed Critical 株式会社テイエルブイ
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K21/00—Steam engine plants not otherwise provided for
    • F01K21/005—Steam engine plants not otherwise provided for using mixtures of liquid and steam or evaporation of a liquid by expansion

Definitions

  • This application relates to a steam system for heating an object with steam.
  • a steam system that heats an object with steam
  • the steam system includes a heat exchanger that exchanges heat between the steam and an object, and a drain storage section (header tank).
  • steam flowing in the heat exchanger dissipates heat to the object and condenses to become drain (condensate).
  • a target object is heated (latent heat heating).
  • produced with the heat exchanger is sent to a storage part, and is stored.
  • the drain in the reservoir is returned to the water supply tank or discharged to the outside according to the temperature.
  • the drain returned to the water supply tank is regenerated into steam.
  • the drain (condensate) generated in the heat exchanger is reused as a steam generation source as described above.
  • the drain generated in the heat exchanger is used to generate power. Therefore, there was a request to reuse and save energy.
  • the technology disclosed in the present application has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a steam system capable of generating new power by using drain generated in a steam using part such as a heat exchanger. It is in.
  • the technique disclosed in the present application generates power by re-evaporating (flushing) the drain that is a liquid generated in the vapor using part and expanding it.
  • the technique disclosed in the present application is premised on a steam system including a steam circuit having a steam use portion that radiates and condenses steam to an object.
  • the said steam circuit has the expander which the drain which generate
  • the expander that expands the drain (condensate) generated by the condensation of the steam in the steam using part since the expander that expands the drain (condensate) generated by the condensation of the steam in the steam using part is provided, new power is generated using the drain. It is possible to provide a steam system capable of. Therefore, for example, by connecting the generator to the expander, the generator can be driven by the power generated by the expander. And the energy saving of a steam system can be achieved by using the electric power generated with the generator.
  • FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a schematic configuration of a steam system according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a schematic configuration of the steam system according to the second embodiment.
  • FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a schematic configuration of a steam system according to a modification of the second embodiment.
  • FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a schematic configuration of the steam system according to the third embodiment.
  • the steam system 1 of the present embodiment heats an object (for example, a reaction kettle) with steam (saturated steam).
  • the steam system 1 includes a steam circuit 10 through which steam flows.
  • the steam circuit 10 includes a steam generation unit 21, a heat exchanger 22, and a steam trap 23.
  • the steam generation unit 21 generates water (saturated steam) by heating water.
  • the heat exchanger 22 has an inlet 22 a connected to the steam generator 21 through the inflow pipe 11 and an outlet 22 b connected to the inlet 23 a of the steam trap 23 through the outflow pipe 12.
  • the heat exchanger 22 is a latent heat exchanger that heats an object by latent heat of condensation of the steam (latent heat heating), and constitutes a steam using unit according to the claims of the present application.
  • drain generated by condensation of steam in the heat exchanger 22 or drainage mixed with steam (condensate) flows through the inlet 23a.
  • the steam trap 23 automatically discharges only the drained water from the outlet 23b.
  • the steam circuit 10 of the present embodiment further includes an expander 24 and a generator 28.
  • the expander 24 is connected to the outlet portion 23 b of the steam trap 23 through the inflow pipe 13. That is, in the steam circuit 10, the steam trap 23 is provided between the heat exchanger 22 and the expander 24, and the steam trap 23 discharges only the drained flow toward the expander 24.
  • the expander 24 is a scroll expander having a casing 25 and an expansion mechanism 26 accommodated in the casing 25.
  • the expansion mechanism 26 has a fixed scroll wrap and a movable scroll (orbiting scroll) lap engaged with each other to form an expansion chamber.
  • the inflow pipe 13 is connected to the inlet 26a of the expansion mechanism 26, and the outflow pipe 14 is connected to the outlet 26b.
  • the expansion mechanism 26 is provided with an output shaft 27.
  • the expansion mechanism 26 is configured to generate power by expanding the drain that has flowed into the expansion chamber. Specifically, when the drain that is a liquid phase flows into the expansion chamber, the pressure is reduced, so that the drain is re-evaporated (flashed) to become vapor that is a gas phase again. That is, the volume of the drain expands.
  • the volume of the expansion chamber increases with the volume expansion of the drain, and the output shaft 27 is rotationally driven by the increase in the volume of the expansion chamber. That is, in the expansion mechanism 26, rotational power is generated by re-evaporating (flushing) the drain and transmitted to the output shaft 27.
  • the drain which is a liquid phase flows into the expander 24, since the drain is in a saturated state, the drain can be easily re-evaporated (flashed). As a result, the drain can be easily expanded.
  • the expanded drain that is, steam
  • the expander 24 since some of the drain discharged from the outlet 23b of the steam trap 23 is re-evaporated (flushed) while flowing through the inflow pipe 13, the expander 24 has some steam together with the drain. Flows in. In the expander 24, not only the drained inflow but also the steam expands, and the volume of the expansion chamber increases.
  • the generator 28 has a drive shaft 29 connected to the output shaft 27 of the expander 24.
  • the generator 28 is driven by the output shaft 27 of the expander 24 to generate power. That is, in the steam system 1, the power generated by the expander 24 is used as a drive source for the generator 28.
  • the steam system 1 includes the expander 24 that flows in the drain (condensate) generated by the condensation of steam in the heat exchanger 22 and expands the drain to generate power. I did it. Therefore, it is possible to provide the steam system 1 capable of generating new power using the drain generated in the heat exchanger 22.
  • the generator 28 can be driven by the rotational power generated by the expander 24 by connecting the generator 28 to the output shaft 27 of the expander 24. Then, by supplying the electric power generated by the generator 28 to an electric motor or the like used in the steam system 1, energy saving of the entire apparatus can be achieved.
  • the steam trap 23 is provided between the heat exchanger 22 and the expander 24, only drain (condensate) can be sent toward the expander 24.
  • some of the drain is re-evaporated (flashed) before flowing into the expander 24 to become vapor and flow into the expansion chamber of the expander 24, and the steam trap 23 is provided so that only the drain is discharged.
  • the amount of steam flowing into the expansion chamber can be reduced by sending toward the exhaust as compared with the case where drain and steam are sent toward the expander.
  • the amount of drain flowing into the expansion chamber can be increased. That is, the proportion of drain in the expansion chamber can be increased.
  • the expansion rate in the expander 24 can be earned. That is, the expansion rate of the vapor is extremely lower than the expansion rate when the drain evaporates.
  • the expansion rate in the expander 24 can be increased. .
  • the drain flowing into the expander 24 includes not only the drain generated in the heat exchanger 22 but also the drain generated in the inflow pipe 11 and the outflow pipe 12.
  • FIG. 2 A second embodiment of the present application will be described.
  • the steam system 1 of the present embodiment is obtained by changing the configuration of the steam circuit 10 in the first embodiment. That is, the steam circuit 10 of the present embodiment includes a plurality of (six in this embodiment) steam use systems instead of the first embodiment having one heat exchanger and one steam trap. , A drain collecting portion 43.
  • differences from the first embodiment will be described.
  • Each of the six steam use systems has a heat exchanger 41 and a steam trap 42.
  • the steam generation unit 21 is connected to six steam use systems via the inflow pipe 31. That is, the inflow pipe 31 is branched into six and connected to the steam use system.
  • the number of the steam use systems mentioned above is only an example, and this embodiment should just have two or more steam use systems.
  • the heat exchanger 41 has an inlet connected to the steam generator 21 via the inflow pipe 31 and an outlet connected to the inlet of the steam trap 42 via the outflow pipe 32.
  • Each of the heat exchanger 41 and the steam trap 42 has the same configuration and function as those of the first embodiment.
  • the drain collecting portion 43 is a relatively elongated tubular container.
  • the drain collecting portion 43 is connected to each of the six steam use systems via the inflow pipe 33. That is, the inflow pipe 33 is connected between the outlet portion of the steam trap 42 and the drain collecting portion 43.
  • the drain collecting part 43 the drain generated by the condensation of the steam in the heat exchanger 41 of each steam use system flows and gathers.
  • the steam trap 42 discharges only the drain toward the drain collecting portion 43.
  • a drain discharge pipe 34 is connected to the bottom of the drain collecting portion 43.
  • the drain discharge pipe 34 discharges the drain of the drain collecting portion 43.
  • a part of the drain evaporates to become steam, and the steam is discharged to the drain discharge pipe 34 together with the drain.
  • the steam circuit 10 of this embodiment also has the expander 24 and the generator 28 similarly to the said Embodiment 1.
  • FIG. A drain discharge pipe 34 is connected to the inlet portion 26 a of the expansion mechanism 26.
  • the drain discharged from the drain collecting portion 43 that is, the drain generated by the condensation of the steam in the heat exchanger 41 flows into the expansion chamber from the inlet portion 26a.
  • power is generated by expanding the drain that has flowed into the expansion chamber.
  • the drain flowing into the expander 24 is in a saturated state, the drain can be easily re-evaporated (flashed).
  • the drain collecting portion 43 that collects and collects drains generated in a plurality of steam using systems having the heat exchanger 41 is provided. And downsizing of the apparatus can be achieved.
  • the steam system 1 of the second embodiment is provided with an expander 24 that flows in the drain (condensate) of the drain collecting portion 43 and expands the drain to generate power. Therefore, the steam system 1 that can generate new power using the drain of the drain collecting portion 43 can be provided.
  • the operation time varies depending on the operating conditions, etc., that is, the plurality of steam use systems have different drain generation times.
  • the drain generated in these steam-using systems is collected in one drain collecting portion 43, it becomes easy to always secure a certain amount of drain in the drain collecting portion 43. Then, since the drain can be supplied to the expander 24 for as long as possible, the expander 24 can be driven for a long time. As a result, the generated power can be earned.
  • the steam trap 42 is provided on the downstream side of the heat exchanger 41 in each steam use system, only drain (condensate) can be sent toward the drain collecting portion 43. . Therefore, for example, a larger amount of drain can be secured in the drain assembly portion 43 than in the case where a mixed fluid of steam and drain is sent toward the drain assembly portion 43. Accordingly, since the drain can be supplied to the expander 24 for as long as possible, the expander 24 can be driven for a long time.
  • steam can also flow into the expander 24.
  • This is effective when the drain amount of the drain collecting portion 43 is small and a sufficient amount of drain cannot flow into the expander 24. That is, since the steam flowing into the expander 24 expands although the expansion rate is lower than that of the drain, it is possible to compensate for the insufficient expansion of the drain as much as possible. Therefore, even if the amount of drain supply to the expander 24 decreases, it is possible to suppress the decrease in the power generated by the expander 24 as much as possible.
  • an opening / closing valve may be provided in the steam discharge pipe 35 so that the steam is discharged from the drain collecting portion 43 by opening the opening / closing valve only when the drain amount of the drain collecting portion 43 is small.
  • Other configurations, operations, and effects are the same as those of the second embodiment.
  • the drain flowing into the drain collecting portion 43 includes not only the drain generated in the heat exchanger 41 but also the drain generated in the inflow pipe 31 and the outflow pipe 32.
  • the steam system 1 according to the present embodiment includes a flash tank 62 in the steam circuit 10 according to the first embodiment.
  • differences from the first embodiment will be described.
  • the heat exchanger 22 has an outlet 22 b connected to the steam trap 61 via the outflow pipe 12.
  • the steam trap 61 has the same configuration and function as those of the first embodiment.
  • the steam trap 61 is provided between the heat exchanger 22 and a flash tank 62 described later, and discharges only the drain toward the flash tank 62.
  • the inlet portion 62 a of the flash tank 62 is connected to the steam trap 61 through the inflow pipe 51.
  • drain discharged from the steam trap 61 that is, drain (condensate) generated by condensation of steam in the heat exchanger 22 flows through the inlet 62a.
  • the flash tank 62 is configured to evaporate part of the drained drain.
  • the inside of the flash tank 62 has a low-pressure atmosphere having a lower pressure than the high-pressure drain flowing out from the heat exchanger 22 by providing the steam trap 61 on the upstream side.
  • the flash tank 62 a part of the drained inflow is re-evaporated (flashed) by decompression to become low-pressure steam (flash steam), and the remaining drain becomes low-pressure drain. That is, the drain is depressurized and the temperature (saturation temperature) is lowered, and the heat corresponding to the lowered temperature is used as the latent heat of evaporation of the drain.
  • the inside of the flash tank 62 is divided into a liquid layer of low-pressure drain and a gas layer of low-pressure steam.
  • the flash tank 62 is provided with a first outlet 62b that communicates with the liquid layer of low-pressure drain and a second outlet 62c that communicates with the gas layer of low-pressure steam.
  • the first outlet portion 62 b is connected to the expander 24 through the drain discharge pipe 52.
  • One end of the steam discharge pipe 55 is connected to the second outlet 62c, and the other end of the steam discharge pipe 55 is connected to a low pressure line.
  • the drain discharge pipe 52 discharges low-pressure drain from the flash tank 62, and the steam discharge pipe 55 discharges low-pressure steam from the flash tank 62.
  • the steam discharge pipe 55 is provided with a check valve 65 that allows only a flow toward the low pressure line.
  • the low-pressure steam that has flowed through the low-pressure line is supplied to, for example, a low-pressure heat exchanger and dissipates heat to an object other than the object described above, and condenses.
  • the flash tank 62 is provided with a liquid level gauge 63 and a pressure gauge 64.
  • the liquid level gauge 63 measures the liquid level height of the low pressure drain in the flash tank 62
  • the pressure gauge 64 measures the pressure of the low pressure steam in the flash tank 62 (corresponding to the internal pressure of the flash tank 62).
  • the steam circuit 10 of the present embodiment also has an expander 24 and a generator 28.
  • a drain discharge pipe 52 is connected to the inlet portion 26 a of the expansion mechanism 26.
  • the expansion mechanism 26 the low-pressure drain discharged from the first outlet 62b of the flash tank 62 flows into the expansion chamber from the inlet 26a.
  • power is generated by expanding the drain that has flowed into the expansion chamber. Also in this embodiment, since the drain flowing into the expander 24 is in a saturated state, the drain can be easily re-evaporated (flashed).
  • the expander 24 since some of the drain discharged from the first outlet 62b of the flash tank 62 is re-evaporated (flushed) while flowing through the drain discharge pipe 52, the expander 24 has some of the drain together. Some steam flows in. In the expander 24, not only the drained inflow but also the steam expands, and the volume of the expansion chamber increases.
  • the drain generated in the heat exchanger 22 is re-evaporated (flashed) in the flash tank 62, and the low-pressure steam is supplied to the low-pressure line and reused as a heat source. Therefore, a part of the heat of the drain generated in the heat exchanger 22 can be recovered, so that energy saving can be achieved.
  • the steam system 1 of the third embodiment is provided with the expander 24 that flows in the drain (condensate) of the flash tank 62 and expands the drain to generate power. Therefore, the steam system 1 capable of generating new power using the drain of the flash tank 62 can be provided.
  • the steam trap 61 is provided between the heat exchanger 22 and the flash tank 62, the inside of the flash tank 62 can be surely brought into a low pressure atmosphere. Therefore, a part of the drain that has flowed into the flash tank 62 can be reliably evaporated (flashed).
  • Other configurations, operations, and effects are the same as those of the first embodiment.
  • the drain flowing into the flash tank 62 includes not only the drain generated in the heat exchanger 22 but also the drain generated in the inflow pipe 11 and the outflow pipe 12.
  • the embodiment in which one heat exchanger 22 and one flash tank 62 are provided has been described, but the number of each is not limited to this in the steam system 1 of the present embodiment.
  • a plurality of heat exchangers may be provided, and one flash tank corresponding to all the heat exchangers may be provided, or one flash tank may be provided for each heat exchanger. .
  • a steam trap is provided upstream of each flash tank as in the above embodiment.
  • the steam system of the present application may be configured as follows in the above embodiment.
  • the generator 28 is connected to the output shaft 27 of the expander 24.
  • the present application is not limited to this, and other rotating devices such as other pumps used in the steam system 1, for example. May be coupled to the output shaft 27 of the expander 24. By doing so, it is possible to reduce energy consumption for driving the rotating device.
  • the expansion mechanism 26 of the turbine expander 24 includes a nozzle communicating with the inlet portion 26 a and a turbine blade (impeller) coupled to the output shaft 27.
  • the drain that flows in from the inlet portion 26a is ejected by the nozzle and collides with the turbine blade.
  • the drain is accelerated and depressurized by passing through the nozzle.
  • the volume expands by re-evaporating (flushing) as described in the above embodiment.
  • the impulsive force of the drain with respect to the turbine blade increases.
  • the turbine blades are rotationally driven by the volume expansion and impulse of the drain, and the rotational power is transmitted to the output shaft 27.
  • the expander 24 may be a rotary type or a screw type.
  • the expanded drain (that is, steam) that has flowed out of the expander 24 to the outflow pipe 14 may be recovered and reused, for example, as water in the steam generation unit 21.
  • the steam use section according to the claims of the present application may be one that heat-sterilizes an empty bottle or the like with steam, or one that wraps a steam pipe around the oil transport pipe and heats and heats the oil with steam.
  • the lengths of the inflow pipe 13 and the drain discharge pipes 34 and 52 connected to the expander 24 are preferably as short as possible from the viewpoint of suppressing drain re-evaporation (flash). This is because the longer the inflow pipe 13 and the like, the more the pressure loss of the drain increases and the drain becomes easier to re-evaporate. By suppressing the re-evaporation of the drain in the inflow pipe 13 or the like, the amount of drain flowing into the expander 24 can be earned. As a result, the expansion rate in the expander 24 can be increased.
  • the technology disclosed in the present application is useful for a steam system in which an object is latently heated with steam.

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Abstract

　熱交換器（蒸気使用部）で発生したドレンを用いて新たな動力を発生させ得る蒸気システムを提供すること。蒸気システム１は、蒸気が対象物に放熱して凝縮する熱交換器２２（蒸気使用部）を有する蒸気回路１０を備える。蒸気回路１０は、熱交換器２２で蒸気の凝縮によって発生したドレン（復水）が流入し、該ドレンを膨張させて動力を発生させる膨張機２４を有する。

Description

蒸気システム
　本願は、蒸気で対象物を加熱する蒸気システムに関する。
　例えば特許文献１に開示されているように、蒸気で対象物を加熱する蒸気システム（蒸気加熱装置）が知られている。この蒸気システムは、蒸気が対象物と熱交換する熱交換器と、ドレンの貯留部（ヘッダータンク）とを備えている。この蒸気システムでは、熱交換器において流入した蒸気が対象物に放熱して凝縮しドレン（復水）となる。これにより、対象物が加熱（潜熱加熱）される。そして、熱交換器で発生したドレンは貯留部に送られて貯留される。貯留部のドレンは、その温度に応じて給水タンクへ戻されたり外部へ排出される。給水タンクへ戻されたドレンは、蒸気に再生される。
特開２０１３－１６９４７７号公報
　ところで、従来の蒸気システムでは、上述したように熱交換器で発生したドレン（復水）を蒸気の生成源として再利用しているが、一方で、熱交換器で発生したドレンを動力発生のために再利用して省エネルギー化を図りたいという要望があった。
　本願に開示の技術は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱交換器等の蒸気使用部で発生したドレンを用いて新たな動力を発生させ得る蒸気システムを提供することにある。
　本願に開示の技術は、上記目的を達成するために、蒸気使用部で発生した液体であるドレンを再蒸発（フラッシュ）させて膨張させることにより動力を発生させるようにした。
　具体的に、本願に開示の技術は、蒸気が対象物に放熱して凝縮する蒸気使用部を有する蒸気回路を備えた蒸気システムを前提としている。そして、上記蒸気回路は、上記蒸気使用部で蒸気の凝縮によって発生したドレンが流入し、該ドレンを膨張させて動力を発生させる膨張機を有しているものである。
　以上のように、本願の蒸気システムによれば、蒸気使用部で蒸気の凝縮によって発生したドレン（復水）を膨張させる膨張機を備えるようにしたため、ドレンを用いて新たな動力を発生させることが可能な蒸気システムを提供することができる。したがって、例えば発電機を膨張機に連結することにより、膨張機で発生した動力で発電機を駆動させることが可能となる。そして、発電機で発電した電力を用いることで蒸気システムの省エネルギー化を図ることができる。
図１は、実施形態１に係る蒸気システムの概略構成を示す回路図である。 図２は、実施形態２に係る蒸気システムの概略構成を示す回路図である。 図３は、実施形態２の変形例に係る蒸気システムの概略構成を示す回路図である。 図４は、実施形態３に係る蒸気システムの概略構成を示す回路図である。
　以下、本願の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本願に開示の技術、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
　（実施形態１）
　本願の実施形態１について説明する。本実施形態の蒸気システム１は、蒸気（飽和蒸気）で対象物（例えば、反応釜）を加熱するものである。図１に示すように、蒸気システム１は蒸気が流通する蒸気回路１０を備えている。蒸気回路１０は、蒸気生成部２１と、熱交換器２２と、スチームトラップ２３とを有している。
　蒸気生成部２１は、水を加熱して蒸気（飽和蒸気）を生成するものである。熱交換器２２は、入口部２２ａが流入管１１を介して蒸気生成部２１に接続され、出口部２２ｂが流出管１２を介してスチームトラップ２３の入口部２３ａに接続されている。
　熱交換器２２は、蒸気生成部２１から供給された蒸気が対象物に放熱して凝縮し、対象物が加熱される。蒸気は、凝縮することによってドレン（復水）になる。つまり、熱交換器２２は、蒸気の凝縮潜熱によって対象物を加熱（潜熱加熱）する潜熱熱交換器であり、本願の請求項に係る蒸気使用部を構成している。
　スチームトラップ２３は、熱交換器２２で蒸気の凝縮によって発生したドレン（復水）または蒸気混じりのドレン（復水）が入口部２３ａを通して流入する。スチームトラップ２３は、流入したドレンのみを自動的に出口部２３ｂから排出するものである。
　また、本実施形態の蒸気回路１０は、膨張機２４と発電機２８をさらに有している。膨張機２４は、流入管１３を介してスチームトラップ２３の出口部２３ｂに接続されている。つまり、蒸気回路１０では熱交換器２２と膨張機２４との間にスチームトラップ２３が設けられており、スチームトラップ２３は流入したドレンのみを膨張機２４へ向かって排出する。
　膨張機２４は、ケーシング２５と、該ケーシング２５に収容された膨張機構２６とを有するスクロール式膨張機である。膨張機構２６は、図示しないが、固定スクロールのラップと可動スクロール（旋回スクロール）のラップとが互いに噛み合って膨張室が形成されている。膨張機構２６の入口部２６ａには流入管１３が接続され、出口部２６ｂには流出管１４が接続されている。また、膨張機構２６には出力軸２７が設けられている。
　膨張機構２６は、スチームトラップ２３の出口部２６ｂから排出されたドレン、即ち熱交換器２２で蒸気の凝縮によって発生したドレンが入口部２６ａより膨張室に流入する。膨張機構２６は、膨張室に流入したドレンを膨張させることによって動力を発生させるように構成されている。具体的に、液相であるドレンは、膨張室に流入すると圧力が低下するため、再蒸発（フラッシュ）して再び気相である蒸気となる。即ち、ドレンの体積が膨張することになる。このドレンの体積膨張に伴って膨張室の容積が増加していき、この膨張室の容積増加によって出力軸２７が回転駆動される。つまり、膨張機構２６では、ドレンを再蒸発（フラッシュ）させることにより回転動力が発生し出力軸２７に伝達される。
　このように、膨張機２４には液相であるドレンが流入するが、そのドレンは飽和状態のものであるため、容易にドレンを再蒸発（フラッシュ）させることができる。その結果、容易にドレンを膨張させることが可能である。なお、膨張後のドレン（即ち、蒸気）は、出口部２６ｂより流出管１４に流出する。
　なお、厳密には、スチームトラップ２３の出口部２３ｂから排出されたドレンの幾分かは流入管１３を流れる間に再蒸発（フラッシュ）するため、膨張機２４にはドレンと共に幾分かの蒸気が流入する。膨張機２４では、流入したドレンだけでなく蒸気も膨張し、膨張室の容積が増加する。
　発電機２８は、その駆動軸２９が膨張機２４の出力軸２７と連結されている。発電機２８は、膨張機２４の出力軸２７によって駆動されて発電する。つまり、蒸気システム１では膨張機２４で発生させた動力が発電機２８の駆動源として利用される。
　以上のように、上記実施形態１の蒸気システム１では、熱交換器２２で蒸気の凝縮によって発生したドレン（復水）が流入し、該ドレンを膨張させて動力を発生させる膨張機２４を備えるようにした。そのため、熱交換器２２で発生したドレンを用いて新たな動力を発生させることが可能な蒸気システム１を提供することができる。
　そして、上記実施形態１のように、発電機２８を膨張機２４の出力軸２７に連結することにより、膨張機２４で発生させた回転動力で発電機２８を駆動させることができる。そして、発電機２８で発電した電力を蒸気システム１に用いられている電動機等に供給することにより、装置全体の省エネルギー化を図ることができる。
　また、上記実施形態１によれば、熱交換器２２と膨張機２４との間にスチームトラップ２３を設けるようにしたため、ドレン（復水）のみを膨張機２４へ向かって送ることができる。上述したようにドレンの幾分かは膨張機２４に流入するまでに再蒸発（フラッシュ）して蒸気となり膨張機２４の膨張室に流入するところ、スチームトラップ２３を設けてドレンのみを膨張機２４へ向かって送ることにより、ドレンと蒸気を膨張機へ向かって送る場合に比べて、膨張室に流入する蒸気の量を減少させることができる。言い換えると、膨張室に流入するドレンの量を増加させることができる。つまり、膨張室においてドレンの占める割合を大きくすることができる。その結果、膨張機２４における膨張率を稼ぐことができる。つまり、蒸気の膨張率はドレンの蒸発する際の膨張率に比べて極めて低いところ、上記実施形態１ではドレンの流入量を増加させることができるため、膨張機２４における膨張率を高めることができる。
　なお、実際は、流入管１１や流出管１２においても蒸気の一部が凝縮してドレンとなる場合がある。上記実施形態１の蒸気システム１において、膨張機２４に流入するドレンには、熱交換器２２で発生したドレンだけでなく流入管１１や流出管１２で発生したドレンも含まれる。
　（実施形態２）
　本願の実施形態２について説明する。図２に示すように、本実施形態の蒸気システム１は、上記実施形態１において蒸気回路１０の構成を変更したものである。つまり、本実施形態の蒸気回路１０は、上記実施形態１が熱交換器とスチームトラップを１つずつ備えるようにしたのに代えて、複数（本実施形態では、６つ）の蒸気使用系統と、ドレン集合部４３とを備えるようにしたものである。ここでは、上記実施形態１と異なる点について説明する。
　６つの蒸気使用系統は、それぞれ、熱交換器４１およびスチームトラップ４２を有している。蒸気生成部２１は、流入管３１を介して６つの蒸気使用系統に接続されている。つまり、流入管３１は６つに分岐して蒸気使用系統に接続されている。なお、上述した蒸気使用系統の数は、単なる一例であり、本実施形態は２つ以上の蒸気使用系統を有していればよい。
　各蒸気使用系統において、熱交換器４１は入口部が流入管３１を介して蒸気生成部２１に接続され、出口部が流出管３２を介してスチームトラップ４２の入口部に接続されている。熱交換器４１およびスチームトラップ４２は、何れも、上記実施形態１のものと同様の構成および機能を有するものである。
　ドレン集合部４３は、比較的細長い管状の容器である。ドレン集合部４３は、６つの蒸気使用系統のそれぞれと流入管３３を介して接続されている。つまり、流入管３３はスチームトラップ４２の出口部とドレン集合部４３との間に接続されている。ドレン集合部４３は、各蒸気使用系統の熱交換器４１で蒸気の凝縮によって発生したドレンが流入して集合する。スチームトラップ４２は、ドレンのみをドレン集合部４３へ向かって排出する。
　ドレン集合部４３の底部には、ドレン排出管３４が接続されている。ドレン排出管３４は、ドレン集合部４３のドレンが排出される。実際は、ドレン集合部４３ではドレンの一部が蒸発して蒸気となり、ドレンと共に蒸気もドレン排出管３４に排出される。
　また、本実施形態の蒸気回路１０も、上記実施形態１と同様、膨張機２４と発電機２８を有している。膨張機構２６の入口部２６ａには、ドレン排出管３４が接続されている。膨張機構２６は、ドレン集合部４３から排出されたドレン、即ち熱交換器４１で蒸気の凝縮によって発生したドレンが入口部２６ａより膨張室に流入する。そして、膨張機構２６では、上記実施形態１と同様、膨張室に流入したドレンを膨張させることによって動力が発生する。また、本実施形態においても、膨張機２４に流入するドレンは飽和状態のものであるため、容易にドレンを再蒸発（フラッシュ）させることができる。
　なお、厳密には、ドレン集合部４３から排出されたドレンの幾分かはドレン排出管３４を流れる間に再蒸発（フラッシュ）するため、膨張機２４にはドレンと共に幾分かの蒸気が流入する。膨張機２４では、流入したドレンだけでなく蒸気も膨張し、膨張室の容積が増加する。
　以上のように、上記実施形態２の蒸気システム１では、熱交換器４１を有する複数の蒸気使用系統で発生したドレンが流入して集合するドレン集合部４３を設けているため、配管接続の簡素化や装置の小型化を図ることができる。
　さらに、上記実施形態２の蒸気システム１では、ドレン集合部４３のドレン（復水）が流入し、該ドレンを膨張させて動力を発生させる膨張機２４を備えるようにした。そのため、ドレン集合部４３のドレンを用いて新たな動力を発生させることが可能な蒸気システム１を提供することができる。
　また、複数の蒸気使用系統は運転条件等によって動作時間はまちまちである、即ち複数の蒸気使用系統はドレンの発生時間がまちまちである。しかしながら、これら蒸気使用系統で発生したドレンを１つのドレン集合部４３に集合させるため、ドレン集合部４３において常に一定量のドレンを確保しやすくなる。そうすると、膨張機２４にできるだけ長い時間ドレンを供給することができるので、膨張機２４を長時間駆動させることができる。その結果、発生動力を稼ぐことができる。
　また、上記実施形態２によれば、各蒸気使用系統において熱交換器４１の下流側にスチームトラップ４２を設けるようにしたため、ドレン（復水）のみをドレン集合部４３へ向かって送ることができる。そのため、例えば蒸気とドレンの混合流体をドレン集合部４３へ向かって送る場合に比べて、ドレン集合部４３において多くのドレンを確保することができる。これにより、膨張機２４にできるだけ長い時間ドレンを供給することができるので、膨張機２４を長時間駆動させることができる。
　また、上記実施形態２では、複数のスチームトラップ４２のうち何れかが故障してドレンを排出できなくなっても、他の正常なスチームトラップ４２からドレンが排出されるため、ドレン集合部４３においてドレンを確保することができる。その他の構成、作用および効果は、上記実施形態１と同様である。
　（実施形態２の変形例）
　上記実施形態２の変形例について図３を参照しながら説明する。本変形例は、上記実施形態２の蒸気システム１においてドレン集合部４３内の蒸気もドレンと共に膨張機２４に流入させるようにしたものである。具体的に、ドレン集合部４３の頂部には蒸気排出管３５の一端が接続され、蒸気排出管３５の他端はドレン排出管３４の途中に接続されている。ドレン集合部４３では、主として、ドレンはドレン排出管３４に排出され、蒸気は蒸気排出管３５に排出される。
　この変形例では、ドレン集合部４３のドレンに加えて蒸気も膨張機２４に流入させることができる。これは、ドレン集合部４３のドレン量が少なくて膨張機２４に十分な量のドレンを流入させることができない場合に有効である。つまり、膨張機２４に流入した蒸気もドレンに比べて膨張率は低いものの膨張するため、ドレンの膨張不足を少しでも補うことが可能である。そのため、膨張機２４へのドレン供給量が少なくなっても、膨張機２４の発生動力の低下をできるだけ抑えることができる。なお、本変形例では、蒸気排出管３５に開閉弁を設けて、ドレン集合部４３のドレン量が少ないときだけ開閉弁を開いてドレン集合部４３から蒸気を排出させるようにしてもよい。その他の構成、作用および効果は、上記実施形態２と同様である。
　なお、上記実施形態２において、実際は、流入管３１や流出管３２においても蒸気の一部が凝縮してドレンとなる場合がある。上記実施形態２の蒸気システム１において、ドレン集合部４３に流入するドレンには、熱交換器４１で発生したドレンだけでなく流入管３１や流出管３２で発生したドレンも含まれる。
　（実施形態３）
　本願の実施形態３について説明する。図４に示すように、本実施形態の蒸気システム１は、上記実施形態１の蒸気回路１０においてフラッシュタンク６２を備えるようにしたものである。ここでは、上記実施形態１と異なる点について説明する。
　熱交換器２２は、出口部２２ｂが流出管１２を介してスチームトラップ６１に接続されている。このスチームトラップ６１は、上記実施形態１と同様の構成および機能を有するものである。スチームトラップ６１は、熱交換器２２と後述するフラッシュタンク６２との間に設けられ、ドレンのみをフラッシュタンク６２へ向かって排出する。
　フラッシュタンク６２は、入口部６２ａが流入管５１を介してスチームトラップ６１に接続されている。フラッシュタンク６２は、スチームトラップ６１から排出されたドレン、即ち熱交換器２２で蒸気の凝縮によって発生したドレン（復水）が入口部６２ａを通して流入する。フラッシュタンク６２は、流入したドレンの一部を蒸発させるように構成されている。フラッシュタンク６２の内部は、上流側にスチームトラップ６１が設けられていることにより、熱交換器２２から流出する高圧ドレンよりも圧力の低い低圧雰囲気となっている。フラッシュタンク６２内では、流入したドレンの一部は減圧により再蒸発（フラッシュ）して低圧の蒸気（フラッシュ蒸気）となり、残りのドレンは低圧ドレンとなる。つまり、ドレンは減圧されると共に温度（飽和温度）も低下し、その低下した温度に相当する熱がドレンの蒸発潜熱として用いられる。こうして、フラッシュタンク６２内は低圧ドレンの液層と低圧蒸気の気層とに分かれる。
　フラッシュタンク６２には、低圧ドレンの液層に連通する第１出口部６２ｂと、低圧蒸気の気層に連通する第２出口部６２ｃとが設けられている。第１出口部６２ｂは、ドレン排出管５２を介して膨張機２４に接続されている。第２出口部６２ｃは蒸気排出管５５の一端が接続され、蒸気排出管５５の他端は低圧ラインに接続されている。ドレン排出管５２はフラッシュタンク６２から低圧ドレンが排出され、蒸気排出管５５はフラッシュタンク６２から低圧蒸気が排出される。蒸気排出管５５には、低圧ラインへ向かう流れのみを許容する逆止弁６５が設けられている。なお、図示しないが、低圧ラインに流れた低圧蒸気は例えば低圧用の熱交換器に供給されて上述した対象物とは別の対象物に放熱して凝縮する。
　また、フラッシュタンク６２には液面計６３と圧力計６４が設けられている。液面計６３はフラッシュタンク６２内の低圧ドレンの液面高さを測定し、圧力計６４はフラッシュタンク６２内の低圧蒸気の圧力（フラッシュタンク６２の内部圧力に相当）を測定する。
　また、本実施形態の蒸気回路１０も、膨張機２４と発電機２８を有している。膨張機構２６の入口部２６ａには、ドレン排出管５２が接続されている。膨張機構２６は、フラッシュタンク６２の第１出口部６２ｂから排出された低圧ドレンが入口部２６ａより膨張室に流入する。そして、膨張機構２６では、上記実施形態１と同様、膨張室に流入したドレンを膨張させることによって動力が発生する。また、本実施形態においても、膨張機２４に流入するドレンは飽和状態のものであるため、容易にドレンを再蒸発（フラッシュ）させることができる。
　なお、厳密には、フラッシュタンク６２の第１出口部６２ｂから排出されたドレンの幾分かはドレン排出管５２を流れる間に再蒸発（フラッシュ）するため、膨張機２４にはドレンと共に幾分かの蒸気が流入する。膨張機２４では、流入したドレンだけでなく蒸気も膨張し、膨張室の容積が増加する。
　以上のように、上記実施形態３の蒸気システム１では、熱交換器２２で発生したドレンをフラッシュタンク６２で再蒸発（フラッシュ）させ、その低圧蒸気を低圧ラインへ供給し熱源として再利用した。そのため、熱交換器２２で発生したドレンの熱を一部回収することができるので、省エネルギー化を図ることができる。
　さらに、上記実施形態３の蒸気システム１では、フラッシュタンク６２のドレン（復水）が流入し、該ドレンを膨張させて動力を発生させる膨張機２４を備えるようにした。そのため、フラッシュタンク６２のドレンを用いて新たな動力を発生させることが可能な蒸気システム１を提供することができる。
　また、上記実施形態３では、熱交換器２２とフラッシュタンク６２との間にスチームトラップ６１を設けるようにしたため、確実にフラッシュタンク６２の内部を低圧雰囲気にすることができる。そのため、フラッシュタンク６２に流入したドレンの一部を確実に蒸発（フラッシュ）させることができる。その他の構成、作用および効果は、上記実施形態１と同様である。
　なお、実際は、上記実施形態１でも説明したように流入管１１や流出管１２においても蒸気の一部が凝縮してドレンとなる場合がある。上記実施形態３の蒸気システム１において、フラッシュタンク６２に流入するドレンには、熱交換器２２で発生したドレンだけでなく流入管１１や流出管１２で発生したドレンも含まれる。
　また、上記実施形態３では、熱交換器２２およびフラッシュタンク６２を１つずつ備えた形態について説明したが、本実施形態の蒸気システム１において各個数はこれに限らない。例えば、熱交換器を複数設け、それら全ての熱交換器に対応するフラッシュタンクを１つ設けるようにしてもよいし、各熱交換器に対してフラッシュタンクを１つずつ設けるようにしてもよい。その場合でも、各フラッシュタンクの上流側には、上記実施形態のようにスチームトラップが設けられる。
　（その他の実施形態）
　本願の蒸気システムは、上記の実施形態において以下のように構成するようにしてもよい。
　先ず、上記の実施形態では、膨張機２４の出力軸２７に発電機２８を連結するようにしたが、本願はこれに限らず、例えば蒸気システム１に用いられている他のポンプ等の回転機器を膨張機２４の出力軸２７に連結するようにしてもよい。こうすることにより、回転機器の駆動に懸かる消費エネルギーを削減することができる。
　また、上記の実施形態では、膨張機２４としてスクロール式のものを用いたが、いわゆるタービン式のもの（膨張タービンとも言う）を用いるようにしてもよい。このタービン式の膨張機２４の膨張機構２６は、図示しないが、入口部２６ａに連通するノズルと、出力軸２７に連結されるタービン翼（羽根車）とを有している。膨張機構２６では、入口部２６ａより流入したドレンがノズルによって噴出し、タービン翼に衝突する。ドレンは、ノズルを通過することにより、加速されると共に減圧される。ドレンは、減圧されると、上記の実施形態で説明したように、再蒸発（フラッシュ）して体積が膨張する。また、ドレンは加速されることで、タービン翼に対するドレンの衝動力が増大する。タービン翼は、こうしたドレンの体積膨張および衝動力によって回転駆動され、その回転動力が出力軸２７に伝達される。このように、タービン式の膨張機２４の場合も、上記の実施形態と同様の作用効果を奏する。その他、膨張機２４としては、ロータリー式やスクリュー式等のものであってもよい。
　また、上記の実施形態では、膨張機２４から流出管１４に流出した膨張後のドレン（即ち、蒸気）は回収して例えば蒸気生成部２１の水に再利用するようにしてもよい。
　また、上記の実施形態では、蒸気使用部が熱交換器２２，４１である場合について説明したが、本願の請求項に係る蒸気使用部は蒸気が対象物に放熱して凝縮するものであれば如何なるものでもよい。例えば、本願の請求項に係る蒸気使用部は、蒸気で空瓶等を加熱殺菌するもの、油の輸送配管の周りに蒸気配管を巻き付けて蒸気で油を加熱保温するものでもよい。
　また、上記の実施形態において、膨張機２４に接続される流入管１３やドレン排出管３４，５２の長さは、ドレンの再蒸発（フラッシュ）を抑制する観点から、できるだけ短い方が好ましい。これは、流入管１３等が長くなるほどドレンの圧力損失が増加してドレンが再蒸発しやすくなるからである。これら流入管１３等におけるドレンの再蒸発を抑制することで、膨張機２４に流入するドレンの量を稼ぐことができる。その結果、膨張機２４における膨張率を高めることができる。
　本願に開示の技術は、蒸気で対象物を潜熱加熱する蒸気システムについて有用である。
１　　　　蒸気システム
１０　　　蒸気回路
２２　　　熱交換器（蒸気使用部）
２３　　　スチームトラップ
２４　　　膨張機
４１　　　熱交換器（蒸気使用部、蒸気使用系統）
４２　　　スチームトラップ（蒸気使用系統）
４３　　　ドレン集合部
６１　　　スチームトラップ
６２　　　フラッシュタンク

Claims (8)

  1. 　蒸気が対象物に放熱して凝縮する蒸気使用部を有する蒸気回路を備えた蒸気システムであって、
    　上記蒸気回路は、上記蒸気使用部で蒸気の凝縮によって発生したドレンが流入し、該ドレンを膨張させて動力を発生させる膨張機を有している
    ことを特徴とする蒸気システム。
  2. 　請求項１に記載の蒸気システムにおいて、
    　上記蒸気回路は、上記蒸気使用部と上記膨張機との間に設けられ、ドレンのみを上記膨張機へ向かって排出するスチームトラップを有している
    ことを特徴とする蒸気システム。
  3. 　請求項１に記載の蒸気システムにおいて、
    　上記蒸気回路は、上記蒸気使用部を有する複数の蒸気使用系統と、該複数の蒸気使用系統の蒸気使用部で蒸気の凝縮によって発生したドレンが集合するドレン集合部とを有し、
    　上記膨張機は、上記ドレン集合部のドレンが流入し、該ドレンを膨張させて動力を発生させる
    ことを特徴とする蒸気システム。
  4. 　請求項３に記載の蒸気システムにおいて、
    　上記膨張機は、上記ドレン集合部においてドレンが蒸発してなる蒸気が、上記ドレン集合部のドレンと共に流入する
    ことを特徴とする蒸気システム。
  5. 　請求項３または４に記載の蒸気システムにおいて、
    　上記複数の蒸気使用系統は、上記蒸気使用部の下流側に設けられ、ドレンのみを上記ドレン集合部へ向かって排出するスチームトラップを有している
    ことを特徴とする蒸気システム。
  6. 　請求項１に記載の蒸気システムにおいて、
    　上記蒸気回路は、上記蒸気使用部で蒸気の凝縮によって発生したドレンが流入し、該ドレンの一部を蒸発させるフラッシュタンクを有し、
    　上記膨張機は、上記フラッシュタンクのドレンが流入し、該ドレンを膨張させて動力を発生させる
    ことを特徴とする蒸気システム。
  7. 　請求項６に記載の蒸気システムにおいて、
    　上記蒸気回路は、上記蒸気使用部と上記フラッシュタンクとの間に設けられ、ドレンのみを上記フラッシュタンクへ向かって排出するスチームトラップを有している
    ことを特徴とする蒸気システム。
  8. 　請求項１乃至７の何れか１項に記載の蒸気システムにおいて、
    　上記膨張機は、タービン式の膨張機である
    ことを特徴とする蒸気システム。
     
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