WO2023223713A1 - 蒸気生成装置及び蒸気生成方法 - Google Patents

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WO2023223713A1
WO2023223713A1 PCT/JP2023/014597 JP2023014597W WO2023223713A1 WO 2023223713 A1 WO2023223713 A1 WO 2023223713A1 JP 2023014597 W JP2023014597 W JP 2023014597W WO 2023223713 A1 WO2023223713 A1 WO 2023223713A1
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WO
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steam
compressor
gas
water
liquid separator
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PCT/JP2023/014597
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Inventor
浩伸 川村
広 米田
禎夫 関谷
Original Assignee
株式会社日立製作所
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    • F22D1/16—Feed-water heaters, i.e. economisers or like preheaters with water tubes arranged otherwise than in the boiler furnace, fire tubes, or flue ways
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    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B43/00—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat

Definitions

  • the present invention relates to a steam generation device and a steam generation method.
  • Patent Document 1 discloses a technology that uses hot water as a heat source to heat feed water with a heat exchanger to generate low-pressure steam, and obtains high-pressure steam by compressing the low-pressure steam with a compressor.
  • the technique disclosed in this document attempts to improve energy efficiency by combining a portion of high-pressure steam separated by a gas-liquid separator and high-temperature water with the hot water that is the heat source of the heat exchanger.
  • low-temperature fluids such as steam and hot water after being used for process heating etc. are generally discharged without being used. Even when it is used, low-temperature fluids at temperatures below 100°C are limited to applications such as hot water supply and space heating, and the reality is that the lower the temperature, the more difficult it is to economically recover heat. If it is possible to obtain a high-temperature fluid of over 100°C using a low-temperature fluid of 100°C or lower as a heat source, it is possible to propose an energy-saving measure by reusing waste heat, which has not been utilized so far.
  • Patent Document 1 attempts to recover heat by using a portion of the high-pressure steam separated by a gas-liquid separator and high-temperature water as a heat source for a heat exchanger, but the heat exchanger is used for heat recovery. Therefore, energy efficiency is limited by the thermal resistance of the heat exchanger.
  • An object of the present invention is to provide a steam generation device and a steam generation method that can generate high-pressure steam with high efficiency from exhaust heat of low-pressure fluid.
  • the present invention provides a compressor that sucks and compresses steam, and a condenser that combines water separated from the steam discharged from the compressor with the steam sucked into the compressor.
  • a steam generation device is provided that includes a pipe and a pressure reducer that is provided in the condensate pipe and reduces the pressure of water flowing through the condensate pipe.
  • high-pressure steam can be generated with high efficiency from the exhaust heat of low-pressure fluid.
  • a schematic diagram of an example of a steam generation device according to an embodiment of the present invention A schematic diagram of another example of a steam generation device according to an embodiment of the present invention
  • a flowchart showing an example of a procedure for controlling a pressure reducing valve by a computer included in the steam generation device shown in FIG. A flowchart showing an example of a control procedure for a control valve by a computer included in the steam generation device shown in FIG.
  • composition 1 and 2 are schematic diagrams of a steam generation device according to an embodiment of the present invention.
  • low-temperature water is heated using the exhaust heat of low-temperature fluid such as steam or hot water after being used for process heating in a factory etc. as a heat source, and the low-pressure steam generated thereby is heated. It is compressed to generate high-pressure steam and supply it to users.
  • low-temperature fluid such as steam or hot water after being used for process heating in a factory etc. as a heat source
  • the low-pressure steam generation device 40A includes an exhaust heat recovery heat exchanger 6 and a gas-liquid separator 3.
  • the steam generation device illustrated in FIG. 2 has a configuration in which the low pressure steam generation device 40A of the steam generation device shown in FIG. It has a similar configuration.
  • the water pipe 20 is provided with a pressure reducing valve 7 .
  • the low-pressure steam generation device 40A illustrated in FIG. 1 includes the exhaust heat recovery heat exchanger 6 and the gas-liquid separator 3 as described above.
  • Low-temperature water is supplied to the exhaust heat recovery heat exchanger 6 from the gas-liquid separator 3 via piping 23 and a low-temperature water circulation pump 10.
  • the exhaust heat recovery heat exchanger 6 illustrated in FIG. 1 is a plate heat exchanger, and uses the exhaust heat (for example, about 80° C.) of a low-temperature fluid such as steam or hot water used for process heating in a factory or the like as a heat source.
  • the low temperature water circulating between the gas-liquid separator 3 and the gas-liquid separator 3 is heated.
  • a portion of the heated low-temperature water is vaporized to become low-pressure steam below atmospheric pressure.
  • the low-pressure steam is guided to the gas-liquid separator 3 through the pipe 24 together with low-temperature water.
  • the gas-liquid separator 3 separates low-temperature water from the low-pressure steam introduced from the exhaust heat recovery heat exchanger 6.
  • the interior of the gas-liquid separator 3 is evacuated. Therefore, the gas-liquid separator 3 is manufactured so as to have enough strength to withstand the vacuum condition inside.
  • low-temperature water can be evaporated at atmospheric pressure or lower by performing gas-liquid separation under vacuum.
  • the low-pressure steam from which low-temperature water has been separated in the gas-liquid separator 3 is guided to the compressor 1 through a pipe 14. A portion of the low-temperature water separated from the low-pressure steam in the gas-liquid separator 3 is sent to the exhaust heat recovery heat exchanger 6 again by the low-temperature water circulation pump 10. Further, a part of the low temperature water inside the gas-liquid separator 3 is sent to the compressors 1 and 2 by the low temperature water supply pump 11.
  • FIG. 1 illustrates a case in which the low-pressure steam generation device 40A includes the exhaust heat recovery heat exchanger 6, which is a plate heat exchanger
  • the low-pressure steam generation device is not limited to the configuration illustrated in FIG. 1.
  • the configuration illustrated in FIG. 2 is an example in which the low pressure steam generation device 40B is configured with a falling liquid film type shell and tube type exhaust heat recovery heat exchanger. can also be substituted.
  • the low-pressure steam generation device 40B (shell-and-tube type exhaust heat recovery heat exchanger) includes a tube group 42 made up of a plurality of heat transfer tubes, and a low-temperature water distribution device 41.
  • the low-temperature water inside the body (container) is pumped up by the low-temperature water circulation pump 10 and guided to the low-temperature water spraying device 41 via the piping 23. It is scattered and flows down the surface of the heat exchanger tubes of the tube group 42.
  • the interior of the body of the low-pressure steam generator 40B may be in a vacuum state during operation of the steam generator.
  • a low-temperature fluid used for process heating in factories, etc. flows through the heat transfer tubes of the tube group 42, and the low-temperature water flowing down the surface of the heat transfer tubes is heated by the exhaust heat of the low-temperature fluid, and a portion of the low-temperature water evaporates. and low pressure steam is generated.
  • the low-pressure steam generated in the low-pressure steam generator 40B is guided to the compressor 1 through the pipe 14, as in the example of FIG.
  • a portion of the low-temperature water accumulated in the body of the low-pressure steam generator 40B is supplied to the low-temperature water distribution device 41 as described above, and a portion is supplied to the compressors 1 and 2 by the low-temperature water supply pump 11 as in the example of FIG. Sent.
  • a water supply pipe 25 is connected to the bodies of the gas-liquid separator 3 and the low-pressure steam generator 40B.
  • Low-temperature water for example, tap water
  • the water supply pipe 25 passes through a medium-temperature water heat recovery heat exchanger 9 whose heat source is medium-temperature water from the gas-liquid separator 4 flowing through the water pipe 20.
  • the supply water flowing through the water supply pipe 25 recovers the heat of the medium-temperature water in the medium-temperature water heat recovery heat exchanger 9 .
  • the medium-temperature water heat recovery heat exchanger 9 can be omitted if unnecessary.
  • the gas-liquid separator 3 and the low-pressure steam generation device 40B are equipped with a water level sensor 30 that measures the level of low-temperature water stored in the body of the gas-liquid separator 3 and the low-pressure steam generation device 40B.
  • the method of the water level sensor 30 is not limited. The measured value by this water level sensor 30 is transmitted to the computer 50.
  • the compressor 1 shown in FIG. 1 is a screw compressor that includes a male rotor and a female rotor.
  • the compressor 1 sucks in low-pressure steam (for example, about 50 kPa) generated by the low-pressure steam generation device 40A (low-pressure steam generation device 40B in FIG. 2), compresses it, and raises the pressure (for example, about 200 kPa).
  • low-pressure steam for example, about 50 kPa
  • the low-pressure steam generation device 40A low-pressure steam generation device 40B in FIG. 2
  • the pressure for example, about 200 kPa
  • FIGS. 1 and 2 multiple stages (two stages in this embodiment) of compressors 1 and 2 are employed, so that the compressor 1 absorbs steam into the compressor 2, which is a subsequent stage compressor. This corresponds to the front-stage compressor that performs compression.
  • low-temperature water that is separated from low-pressure steam by a gas-liquid separator 3 (low-temperature steam generator 40B in the example of FIG. 2) and discharged from a low-temperature water supply pump 11 is supplied to the compressor 1 via a water injection pipe 21.
  • the water injection pipe 21 is equipped with a control valve (flow rate adjustment valve) 12 that controls the amount of low-temperature water supplied to the compressor 1 .
  • the low-temperature water led through the water injection pipe 21 is injected into the casing of the compressor 1, sealing the gap between the male and female rotors of the compressor 1, and compressing the low-pressure steam in the compressor 1.
  • the steam during the compression process is cooled so that the medium-pressure steam obtained becomes saturated steam.
  • the low-temperature water heated by cooling the steam in the compression process becomes medium-temperature water (for example, about 120 degrees Celsius), which is higher in temperature than low-temperature water (for example, about 80 degrees Celsius), and is discharged from the compressor 1.
  • medium-temperature water for example, about 120 degrees Celsius
  • low-temperature water for example, about 80 degrees Celsius
  • This intermediate-pressure steam is discharged from the compressor 1 together with the intermediate-pressure steam obtained by compressing the low-pressure steam from the low-pressure steam generator 40A (or 40B), and is led to the gas-liquid separator 4 via the pipe 15.
  • the gas-liquid separator 4 separates medium-temperature water from medium-pressure steam discharged from the compressor 1 and sucked into the compressor 2.
  • the medium-pressure steam from which medium-temperature water has been separated in the gas-liquid separator 4 is guided to the compressor 2 through a pipe 16.
  • Medium-temperature water separated from medium-pressure steam in the gas-liquid separator 4 passes through a water pipe 20 and is led to the gas-liquid separator 3 via a medium-temperature hydrothermal recovery heat exchanger 9 and a pressure reducing valve 7.
  • the water pipe 20 passes through the medium-temperature water heat recovery heat exchanger 9 and the pressure reducing valve 7, so that medium-temperature water is supplied to the gas-liquid separator 3 with the temperature and pressure reduced to the same extent as low-temperature water.
  • the gas-liquid separator 4 is equipped with a water level sensor 31 that measures the water level of medium-temperature water stored in the body of the gas-liquid separator 4. Further, the gas-liquid separator 4 is equipped with a pressure sensor 35 that measures the pressure inside the body of the gas-liquid separator 4. Furthermore, the piping 16 connecting the gas-liquid separator 4 and the compressor 2 is equipped with a temperature sensor 33 that measures the outlet steam temperature of the gas-liquid separator 4. Measured values from the water level sensor 31, pressure sensor 35, and temperature sensor 33 are transmitted to the computer 50. The methods of the water level sensor 31, temperature sensor 33, and pressure sensor 35 are not particularly limited.
  • the compressor 2 is a screw compressor that includes a male rotor and a female rotor.
  • the compressor 2 sucks medium-pressure steam (for example, about 200 kPa) introduced from the gas-liquid separator 4 via the pipe 16, compresses it, and raises the pressure (for example, about 600 kPa).
  • medium-temperature water separated from medium-pressure steam by the gas-liquid separator 4 is supplied to the compressor 2 as low-temperature water via the gas-liquid separator 3, low-temperature water supply pump 11, and water injection pipe 22. Ru.
  • the water injection pipe 22 is equipped with a control valve (flow rate adjustment valve) 13 that controls the amount of low-temperature water supplied to the compressor 2 .
  • the low-temperature water guided through the water injection pipe 22 is injected into the casing of the compressor 2, sealing the gap between the male and female rotors of the compressor 2, and at the same time pumping medium-pressure steam into the compressor 2.
  • the steam during the compression process is cooled so that the high-pressure steam obtained by compression becomes saturated steam.
  • the medium-temperature water that is heated by cooling the steam in the compression process is discharged from the compressor 2 as high-temperature water (for example, 150-160°C), which is higher in temperature than the medium-temperature water, and some of the water is heated during the heating process. evaporates and becomes high pressure steam.
  • This high-pressure steam is discharged from the compressor 2 together with the high-pressure steam obtained by further compressing the intermediate-pressure steam from the compressor 1, and is led to the gas-liquid separator 5 via the pipe 17.
  • the gas-liquid separator 5 separates high-temperature water from the high-pressure steam discharged from the compressor 2.
  • High-pressure steam from which high-temperature water has been separated in the gas-liquid separator 5 is supplied to users through a pipe 18.
  • the high-temperature water separated from the high-pressure steam in the gas-liquid separator 5 is supplied to the condensate pipe 19, guided to the gas-liquid separator 4 via the pressure reducing valve 8 provided in the condensate pipe 19, and then supplied to the compressor 2. It joins the inhaled vapor.
  • the high-temperature water flowing through the condensate pipe 19 is depressurized via the pressure reducing valve 8 and flash-evaporates in part, reaching a temperature level similar to that of medium-temperature water (that is, medium-temperature water) and flowing inside the gas-liquid separator 4. It merges with the medium temperature water of On the other hand, steam generated by flash evaporation of high-temperature water joins medium-pressure steam inside the gas-liquid separator 4 and is supplied to the compressor 2.
  • the gas-liquid separator 5 is equipped with a water level sensor 32 that measures the level of high-temperature water stored in the body of the gas-liquid separator 5. Further, the gas-liquid separator 5 is equipped with a pressure sensor 36 that measures the pressure inside the body of the gas-liquid separator 5. Furthermore, the piping 18 that supplies high-temperature steam from the gas-liquid separator 5 to the user is equipped with a temperature sensor 34 that measures the temperature of the outlet steam of the gas-liquid separator 5. Measured values from the water level sensor 32, pressure sensor 36, and temperature sensor 34 are transmitted to the computer 50. The methods of the water level sensor 32, temperature sensor 34, and pressure sensor 36 are not particularly limited.
  • the computer 50 is a control device that controls the pressure reducing valves 7 and 8, the control valves 12 and 13, and the like.
  • the computer 50 controls the control valve 13 according to the measured values output from the pressure sensor 36 and the temperature sensor 34, for example, and adjusts the amount of water injected into the compressor 2 to make the compressed steam by the compressor 2 saturated steam. It has functions.
  • the computer 50 controls the control valve 12 according to the measured values output from the pressure sensor 35 and the temperature sensor 33, adjusts the amount of water injected into the compressor 1, and converts the compressed steam by the compressor 1 into saturated steam. It also has the function of
  • the computer 50 has a function of controlling the pressure reducing valve 8 according to the measured value output from the water level sensor 32 to maintain the water level within the body of the gas-liquid separator 5.
  • the computer 50 also has the function of controlling the pressure reducing valve 7 according to the measured value output from the water level sensor 31 and controlling the water level within the body of the gas-liquid separator 4.
  • the computer 50 also has a function of controlling a control valve (not shown) provided in the water supply pipe 25 according to the measured value output from the water level sensor 30, and controlling the water level in the body of the gas-liquid separator 3.
  • FIG. 3 is a flowchart showing an example of a control procedure for the control valve 13 by the computer 50.
  • control procedure for the control valve 12 by the computer 50 is the same as the control procedure for the control valve 13.
  • the compressor 2, control valve 13, pressure sensor 36, temperature sensor 34, and high temperature are respectively referred to as the compressor 1, control valve 12, pressure sensor 35, temperature sensor 33, and medium temperature.
  • the control shown in FIG. 3 is repeatedly executed by the computer 50 at a predetermined cycle time (for example, 1 s period) during operation of the steam generator shown in FIG. 1 or 2, for example.
  • a predetermined cycle time for example, 1 s period
  • Step S11 The computer 50 first inputs the current measured values P and T of the pressure and temperature of high temperature steam output from the pressure sensor 36 and the temperature sensor 34 (step S11).
  • Step S12 the computer 50 calculates the saturation temperature T1 of the high temperature steam discharged from the compressor 2 based on the measured value P (that is, the actual pressure of the high temperature steam) output from the pressure sensor 36 (step S12). .
  • Steps S13-S15 The computer 50 compares the measured value T output from the temperature sensor 34 (that is, the actual temperature of high-temperature steam) with the saturation temperature T1 (step S13), and controls the control valve 13 so that the measured value T becomes the saturation temperature T1.
  • steps S14, S15 the computer 50 increases the opening degree of the control valve 13 and increases the flow rate of low-temperature water supplied to the compressor 1, thereby increasing the measured value T.
  • the computer 50 increases the measured value T by decreasing the opening degree of the control valve 13 and reducing the flow rate of low-temperature water supplied to the compressor 1. (Step S15). After executing the processes in steps S14 and S15, the computer 50 returns the procedure to step S11.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an example of a control procedure for the pressure reducing valve 8 by the computer 50.
  • the computer 50 controls the pressure reducing valve 8 according to the procedure illustrated in FIG. 4 so that the measured value L output from the water level sensor 32 (that is, the actual water level of the gas-liquid separator 5) falls within the set range L1-L2. do.
  • L1 is the lower limit value of the setting range
  • L2 (>L1) is the upper limit value of the setting range, which are set in advance and stored in the memory of the computer 50.
  • control procedure for the pressure reducing valve 7 by the computer 50 is the same as the control procedure for the pressure reducing valve 8.
  • the pressure reducing valve 8, gas-liquid separator 5, water level sensor 32, and high temperature are replaced with the pressure reducing valve 7, gas-liquid separator 4, water level sensor 31, and medium temperature, respectively.
  • This will replace the description of the control procedure for the pressure reducing valve 7.
  • the control procedure for the control valve (not shown) provided in the water supply pipe 25 is also the same as the control procedure for the pressure reducing valve 8.
  • control procedure of the pressure reducing valve 8 the pressure reducing valve 8, the gas-liquid separator 5, the water level sensor 32, and the high temperature are controlled by the control valve (not shown), the gas-liquid separator 3 (or the low-pressure steam generator 40B), respectively. , water level sensor 30, and low temperature instead of explaining the control procedure of the control valve (not shown).
  • the control in FIG. 4 is executed in parallel with the control in FIG. 3, and similarly to the control in FIG. is executed repeatedly.
  • Step S21 The computer 50 first inputs the current measured value L of the water level inside the gas-liquid separator 5, which is output from the water level sensor 32 (step S21).
  • Steps S22, S23 the computer 50 compares the measured value L output from the water level sensor 32 and the lower limit value L1 of the setting range (step S22). When the measured value L is lower than the lower limit L1, the computer 50 increases the measured value L by decreasing the opening degree of the pressure reducing valve 8 and reducing the flow rate of high temperature water from the gas-liquid separator 5 (step S23). ). After executing the process in step S23, the computer 50 returns the procedure from step S23 to step S21. If the measured value L is greater than or equal to the lower limit L1, the computer 50 moves the procedure from step S22 to step S24.
  • Steps S24, S25 When the procedure moves to step S24, the computer 50 compares the measured value L output from the water level sensor 32 and the upper limit value L2 of the setting range. When the measured value L is higher than the upper limit L2, the computer 50 decreases the measured value L by increasing the opening degree of the pressure reducing valve 8 and increasing the flow rate of high temperature water flowing out from the gas-liquid separator 5 (step S25). ). After executing the process of step S25, the computer 50 returns the procedure from step S25 to step S21. If the measured value L is less than or equal to the upper limit L2, the computer 50 maintains the opening degree of the pressure reducing valve 8 and moves the procedure from step S24 to step S21.
  • the high-temperature water inside the gas-liquid separator 5 flows into the gas-liquid separator 4 via the pressure reducing valve 8, so that a part of the high-temperature water is flash-evaporated, and the high-temperature water passing through the pressure reducing valve 8 is The temperature decreases and becomes medium-temperature water, which joins the medium-temperature water inside the gas-liquid separator 4.
  • steam generated by flash evaporation of high-temperature water joins medium-pressure steam inside the gas-liquid separator 4 and is supplied to the compressor 2.
  • Flash steam rate the ratio of the flash steam that joins the medium-pressure steam inside the gas-liquid separator 4 to the high-temperature water
  • flash steam rate the ratio of the flash steam that joins the medium-pressure steam inside the gas-liquid separator 4 to the high-temperature water
  • F Flash vapor rate (weight%)
  • h3 Specific enthalpy of high temperature water (kJ/kg)
  • h2 Specific enthalpy of medium temperature water (kJ/kg)
  • r2 Latent heat of vaporization of flash steam (kJ/kg)
  • the high temperature water separated from the steam pressurized by the compressor 2 is depressurized and returned to the suction side of the compressor 2, thereby reducing the steam generated when the high temperature water is depressurized. It can be directly combined with the steam sucked into the compressor 2.
  • the amount of heat other than the amount of heat from the high-pressure steam supplied to the user in the specific examples shown in Figures 1 and 2, the amount of heat from medium- and high-temperature water, can be recovered within the heat cycle of the steam generator, so the amount of heat from the heat source can be recovered.
  • high-pressure steam can be efficiently generated. Therefore, high-pressure steam can be generated with high efficiency even from the exhaust heat of low-pressure fluids of 100° C. or lower, such as steam and hot water used for process heating in factories and the like.
  • the configuration is such that high-pressure steam is generated from low-pressure steam using the plurality of compressors 1 and 2, but a configuration is adopted in which high-pressure steam is generated from low-pressure steam using a single high-compression-ratio compressor. It is also possible.
  • the compressor 1 has a compression ratio that can boost the pressure of low-pressure steam to the pressure level of high-pressure steam
  • the compressor 2, the gas-liquid separator 5, and their accompanying equipment and piping can be omitted, and the gas-liquid separator 4 can be used. It can be configured to supply high-pressure steam from which high-temperature water has been separated to the user.
  • Flash evaporation occurs when high-temperature water flowing into the gas-liquid separator 3 from the gas-liquid separator 4 via the water pipe 20 is depressurized by the pressure reducing valve 7, and low-pressure steam is sucked into the compressor 1. Flash steam can be merged with the
  • Water injection pipes 21 and 22 are provided to supply water separated from steam by the gas-liquid separators 4 and 5 to the compressors 1 and 2 as seal water for sealing the gap between the male and female rotors. Accordingly, the compression efficiency of the compressors 1 and 2 can be improved by utilizing the low temperature water obtained within the system. In addition, since the steam is compressed while being cooled by low-temperature water in the compressors 1 and 2, overheating of the compressed steam can be suppressed. Thereby, saturated steam can be discharged from the compressors 1 and 2. Furthermore, by adding low-temperature water to the steam during the compression process in the compressors 1 and 2, steam containing a large amount of moisture can be discharged from the compressors 1 and 2. Therefore, it is possible to reasonably obtain high-temperature water that is vaporized by the pressure reducing valves 7 and 8 and utilized for heat recovery.
  • the amount of low-temperature water supplied to the compressors 1 and 2 is calculated based on the temperature of the discharge steam of the compressors 1 and 2 measured by the temperature sensors 33 and 34 and the measured values of the pressure sensors 35 and 36.
  • the temperature is controlled to reach the saturation temperature.
  • the water levels of the gas-liquid separators 4 and 5 are controlled within the set range according to the measured values of the water level sensors 31 and 32. Therefore, the water level in the gas-liquid separators 4 and 5 is maintained, and steam blow-by in the gas-liquid separators 4 and 5 can be prevented.
  • the shaft power W of the compressor 1 is calculated by the following (Equation 2), the shaft power W can be reduced in proportion to the amount of decrease in the amount D of low pressure steam.
  • W (hv2-hv1) ⁇ D (Formula 2)
  • hv2 specific enthalpy of steam discharged from compressor 1 (kJ/kg)
  • hv1 Specific enthalpy of intake steam of compressor 1 (kJ/kg)
  • D Low pressure steam amount (kg/s)
  • low-pressure steam is generated that heats low-temperature water supplied from the gas-liquid separator 4 via the water pipe 20 and the pressure reducing valve 7 to generate low-pressure steam that is compressed by the compressor 1.
  • the generation device 40A is equipped with a gas-liquid separator 3 that separates low-pressure steam into gas and liquid under vacuum. During operation of the steam generation device, the interior of the gas-liquid separator 3 is maintained in a vacuum state, so that low-temperature water can be evaporated below atmospheric pressure to obtain a sufficient amount of low-pressure steam.
  • the pressure reducing valves 7 and 8 are controlled to control the water levels in the gas-liquid separators 4 and 5. Even if it is not 8, it can be adjusted by other types of control valves such as flow rate adjustment valves. Therefore, instead of or in addition to the pressure reducing valves 7 and 8, other types of control valves such as flow rate adjustment valves are provided in the water pipe 20 and the condensate pipe 19, and a configuration is adopted in which these control valves are controlled by the computer 50. You can also do it.
  • the pressure reducing valves 7 and 8 are used as pressure reducers for reducing the pressure in the water pipe 20 and the condensate pipe 19.
  • the pressure reducing valves is not limited to the pressure reducing valves 7 and 8.
  • other configurations that can provide a pressure reduction effect such as a flow rate adjustment valve or a folded flow path, may be employed in place of the pressure reduction valves 7 and 8.
  • Pressure sensor , 40A, 40B Pressure sensor, 50...Computer, L...Measurement value (water level), L1...Lower limit water level (setting range), L2...Upper limit water level (setting range), P...Measurement value (pressure), T... Measured value (temperature), T1...Saturation temperature

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Abstract

蒸気を吸入して圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から吐出される蒸気から分離される水を前記圧縮機に吸入される蒸気に合流させる復水配管と、前記復水配管に設けられ前記復水配管を流れる水を減圧する減圧器とを備えた蒸気生成装置を提供する。好ましくは、前記圧縮機に吸入される蒸気を圧縮する前段圧縮機を備え、低圧蒸気を２段の圧縮機で圧縮する構成とする。

Description

蒸気生成装置及び蒸気生成方法
　本発明は、蒸気生成装置及び蒸気生成方法に関する。
　特許文献１には、温水を熱源として熱交換器により給水を加熱して低圧蒸気を生成し、低圧蒸気を圧縮機で圧縮することにより高圧蒸気を得る技術が開示されている。同文献の技術では、気液分離器により分離した高圧蒸気の一部と高温水を上記熱交換器の熱源である温水に合流させて、エネルギー効率の向上を図っている。
特開２０１１－６４４１７号公報
　工場等において、プロセス加熱等に用いた後の蒸気や温水といった低温流体は一般に利用されることなく排出される。利用するにしても、特に１００℃以下の低温流体は給湯や暖房といった用途に限られ、低温になるほど経済的な熱回収が難しいのが実情である。１００℃以下の低温流体を熱源として１００℃超の高温流体を得ることができれば、これまで利用されてこなかった排熱の再利用による省エネルギー策を提案することができる。
　上記特許文献１の技術では、気液分離器で分離した高圧蒸気の一部と高温水を熱交換器の熱源に利用することで熱回収を図っているが、熱回収に熱交換器を用いるため熱交換器の熱抵抗でエネルギー効率が制約される。
　本発明の目的は、低圧流体の排熱から高圧蒸気を高効率に生成することができる蒸気生成装置及び蒸気生成方法を提供することにある。
　上記目的を達成するために、本発明は、蒸気を吸入して圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から吐出される蒸気から分離される水を前記圧縮機に吸入される蒸気に合流させる復水配管と、前記復水配管に設けられ前記復水配管を流れる水を減圧する減圧器とを備えた蒸気生成装置を提供する。
　本発明によれば、低圧流体の排熱から高圧蒸気を高効率に生成することができる。
本発明の一実施形態に係る蒸気生成装置の一例の模式図 本発明の一実施形態に係る蒸気生成装置の他の例の模式図 図１に示した蒸気生成装置に備わったコンピュータによる減圧弁の制御手順の一例を表すフローチャート 図１に示した蒸気生成装置に備わったコンピュータによる制御弁の制御手順の一例を表すフローチャート
　以下に図面を用いて本発明に係る蒸気生成装置及び蒸気生成方法の実施の形態を説明する。
　（構成）
　図１及び図２は本発明の一実施形態に係る蒸気生成装置の模式図である。
　本実施形態の蒸気生成装置及び蒸気発生方法においては、工場等でプロセス加熱等に利用した後の蒸気や温水といった低温流体の排熱を熱源として低温水を加熱し、これにより発生する低圧蒸気を圧縮して高圧蒸気を生成し利用者に供給する。
　図１に示した蒸気生成装置は、低圧蒸気生成装置４０Ａ、気液分離器４，５、低温水循環ポンプ１０、低温水供給ポンプ１１、圧縮機１，２、減圧弁７，８、制御弁１２，１３、中温水熱回収熱交換器９、コンピュータ５０等を備えている。本実施形態において、低圧蒸気生成装置４０Ａは、排熱回収熱交換器６と気液分離器３とを含んで構成される。図２に例示した蒸気生成装置は、図１に示した蒸気生成装置の低圧蒸気生成装置４０Ａを低圧蒸気生成装置４０Ｂで代替した構成であり、その点を除き図１に示した蒸気生成装置と同様の構成である。
　以下、各要素について順次説明する。
　－低圧蒸気生成装置４０Ａ，４０Ｂ－
　低圧蒸気生成装置４０Ａ（図１）及び低圧蒸気生成装置４０Ｂ（図２）は、それぞれ送水管２０を介して気液分離器４から流入する水を加熱し、圧縮機１で圧縮される蒸気を生成する。送水管２０には、減圧弁７が設けられている。
　図１に例示した低圧蒸気生成装置４０Ａは、上記の通り排熱回収熱交換器６及び気液分離器３を含む。
　排熱回収熱交換器６には、気液分離器３から配管２３及び低温水循環ポンプ１０により低温水が供給される。図１に例示した排熱回収熱交換器６は、プレート熱交換器であり、工場等においてプロセス加熱等に利用された蒸気や温水といった低温流体の排熱（例えば８０℃程度）を熱源として、気液分離器３との間で循環する低温水を加熱する。排熱回収熱交換器６では、加熱された低温水の一部が気化して大気圧以下の低圧蒸気となる。低圧蒸気は、低温水と共に配管２４を通って気液分離器３に導かれる。
　気液分離器３は、排熱回収熱交換器６から導入される低圧蒸気から低温水を分離する。蒸気生成装置の運転時、気液分離器３の内部は真空にされる。従って、気液分離器３は内部を真空にした状態に耐えられる強度を有するように製作される。気液分離器３では、真空下で気液分離することにより、大気圧以下で低温水を蒸発させることができる。気液分離器３において低温水を分離された低圧蒸気は、配管１４を通って圧縮機１に導かれる。気液分離器３において低圧蒸気から分離された低温水の一部は、低温水循環ポンプ１０によって再び排熱回収熱交換器６に送りられる。また、気液分離器３の内部の低温水の一部は、低温水供給ポンプ１１によって圧縮機１，２に送られる。
　なお、図１ではプレート熱交換器である排熱回収熱交換器６を含んで低圧蒸気生成装置４０Ａを構成する場合を例示したが、低圧蒸気生成装置は図１に例示した構成に限定されない。図２に例示した構成は、流下液膜式のシェルアンドチューブタイプの排熱回収熱交換器で低圧蒸気生成装置４０Ｂを構成した例であり、一例として低圧蒸気生成装置４０Ｂで低圧蒸気生成装置４０Ａを代替することもできる。
　低圧蒸気生成装置４０Ｂ（シェルアンドチューブタイプの排熱回収熱交換器）は、複数本の伝熱管で構成される管群４２、及び低温水散布装置４１を含んで構成される。低圧蒸気生成装置４０Ｂでは、そのボディ（容器）の内部の低温水が低温水循環ポンプ１０により汲み上げられて配管２３を介して低温水散布装置４１に導かれ、ボディの内部で低温水散布装置４１により散布されて管群４２の伝熱管の表面を流下する。蒸気生成装置の運転時、低圧蒸気生成装置４０Ｂのボディの内部を真空状態とする構成としても良い。
　管群４２の伝熱管には、工場等においてプロセス加熱等に利用された低温流体が流通し、伝熱管表面を流下する低温水が低温流体の排熱で加熱され、低温水の一部が蒸発し低圧蒸気が生成される。低圧蒸気生成装置４０Ｂで発生する低圧蒸気は、図１の例と同じく配管１４を通って圧縮機１に導かれる。低圧蒸気生成装置４０Ｂのボディ内に溜まる低温水は、上記の通り一部が低温水散布装置４１に供給され、一部が図１の例と同じく低温水供給ポンプ１１によって圧縮機１，２に送られる。
　また、気液分離器３や低圧蒸気生成装置４０Ｂのボディには、給水配管２５が接続している。この給水配管２５を介して気液分離器３や低圧蒸気生成装置４０Ｂに低温水（例えば水道水）が補給される。図１及び図２の例では、給水配管２５は、送水管２０を流れる気液分離器４からの中温水を熱源とする中温水熱回収熱交換器９を経由する。給水配管２５を流れる供給水は、中温水熱回収熱交換器９において中温水の熱を回収する。但し、中温水熱回収熱交換器９は、不要な場合には省略可能である。
　また、気液分離器３や低圧蒸気生成装置４０Ｂには、気液分離器３や低圧蒸気生成装置４０Ｂのボディ内に貯留される低温水の水位を測定する水位センサ３０が備わっている。水位センサ３０の方式に限定はない。この水位センサ３０による測定値は、コンピュータ５０に送信される。
　－圧縮機１－
　図１に示した圧縮機１は、雄ロータと雌ロータとを含んで構成されるスクリュー式圧縮機である。圧縮機１は、低圧蒸気生成装置４０Ａ（図２では低圧蒸気生成装置４０Ｂ）で発生する低圧蒸気（例えば５０ｋＰａ程度）を吸入して圧縮し昇圧させる（例えば２００ｋＰａ程度）。図１及び図２の例では、複数段（本実施形態では２段）の圧縮機１，２を採用することから、圧縮機１は、後段圧縮機としての圧縮機２に吸入される蒸気を圧縮する前段圧縮機に該当する。
　また、圧縮機１には、気液分離器３（図２の例では低温蒸気生成装置４０Ｂ）で低圧蒸気から分離されて低温水供給ポンプ１１から吐出される低温水が、注水配管２１を介して供給される。注水配管２１には、圧縮機１に対する低温水の供給量を制御する制御弁（流量調整弁）１２が備わっている。
　注水配管２１を介して導かれる低温水は、圧縮機１のケーシングの内部に噴射され、圧縮機１の雄ロータと雌ロータとの間の隙間をシールすると共に、圧縮機１で低圧蒸気を圧縮して得られる中圧蒸気が飽和蒸気になるように、圧縮過程の蒸気を冷却する。一方、圧縮過程の蒸気を冷却することで加熱される低温水は、低温水（例えば８０℃程度）より温度が高い中温水（例えば１２０℃程度）となって圧縮機１から吐出されると共に、加熱過程で一部が蒸発して中圧蒸気となる。この中圧蒸気は、低圧蒸気生成装置４０Ａ（又は４０Ｂ）からの低圧蒸気を圧縮して得られる中圧蒸気と共に圧縮機１から吐出され、配管１５を介して気液分離器４に導かれる。
　－気液分離器４－
　気液分離器４は、圧縮機１から吐出されて圧縮機２に吸入される中圧蒸気から中温水を分離する。気液分離器４において中温水を分離された中圧蒸気は、配管１６を通って圧縮機２に導かれる。気液分離器４において中圧蒸気から分離された中温水は、送水管２０を通り、中温水熱回収熱交換器９及び減圧弁７を介して気液分離器３に導かれる。送水管２０が中温水熱回収熱交換器９及び減圧弁７を経由することにより、中温水が低温水と同程度に温度及び圧力を下げた状態で気液分離器３に供給される。
　また、気液分離器４には、気液分離器４のボディ内に貯留される中温水の水位を測定する水位センサ３１が備わっている。また、気液分離器４には、気液分離器４のボディ内の圧力を測定する圧力センサ３５が備わっている。更に、気液分離器４と圧縮機２とを接続する配管１６には、気液分離器４の出口蒸気温度を測定する温度センサ３３が備わっている。水位センサ３１、圧力センサ３５、温度センサ３３による各測定値は、コンピュータ５０に送信される。水位センサ３１、温度センサ３３、圧力センサ３５の方式は特に限定されない。
　－圧縮機２－
　圧縮機２は、圧縮機１と同じく雄ロータと雌ロータとを含んで構成されるスクリュー式圧縮機である。圧縮機２は、配管１６を介して気液分離器４から導入される中圧蒸気（例えば２００ｋＰａ程度）を吸入して圧縮し昇圧させる（例えば６００ｋＰａ程度）。
　また、圧縮機２には、気液分離器４で中圧蒸気から分離された中温水が、気液分離器３、低温水供給ポンプ１１、注水配管２２を経由して、低温水として供給される。注水配管２２には、圧縮機２に対する低温水の供給量を制御する制御弁（流量調整弁）１３が備わっている。
　注水配管２２を介して導かれる低温水は、圧縮機２のケーシングの内部に噴射され、圧縮機２の雄ロータと雌ロータとの間の隙間をシールすると共に、圧縮機２で中圧蒸気を圧縮して得られる高圧蒸気が飽和蒸気になるように、圧縮過程の蒸気を冷却する。一方、圧縮過程の蒸気を冷却することで加熱される中温水は、中温水より温度の高い高温水（例えば１５０－１６０℃）となって圧縮機２から吐出されると共に、加熱過程で一部が蒸発して高圧蒸気となる。この高圧蒸気は、圧縮機１からの中圧蒸気を更に圧縮して得られる高圧蒸気と共に圧縮機２から吐出され、配管１７を介して気液分離器５に導かれる。
　－気液分離器５－
　気液分離器５は、圧縮機２から吐出される高圧蒸気から高温水を分離する。気液分離器５において高温水を分離された高圧蒸気は、配管１８を通って利用者に供給される。気液分離器５において高圧蒸気から分離された高温水は、復水配管１９に供給され、復水配管１９に設けた減圧弁８を介して気液分離器４に導かれ、圧縮機２に吸入される蒸気に合流する。復水配管１９を流れる高温水は、減圧弁８を経由して減圧されて一部がフラッシュ蒸発し、中温水と同程度の温度レベル（つまり中温水）となって気液分離器４の内部の中温水に合流する。一方、高温水がフラッシュ蒸発することで発生する蒸気は、気液分離器４の内部の中圧蒸気に合流し、圧縮機２に供給される。
　また、気液分離器５には、気液分離器５のボディ内に貯留される高温水の水位を測定する水位センサ３２が備わっている。また、気液分離器５には、気液分離器５のボディ内の圧力を測定する圧力センサ３６が備わっている。更に、気液分離器５から利用者に高温蒸気を供給する配管１８には、気液分離器５の出口蒸気温度を測定する温度センサ３４が備わっている。水位センサ３２、圧力センサ３６、温度センサ３４による各測定値は、コンピュータ５０に送信される。水位センサ３２、温度センサ３４、圧力センサ３６の方式は特に限定されない。
　－コンピュータ５０－
　コンピュータ５０は、減圧弁７，８、制御弁１２，１３等を制御する制御装置である。コンピュータ５０には、例えば圧力センサ３６及び温度センサ３４から出力される測定値に応じて制御弁１３を制御し、圧縮機２に対する注水量を調整して圧縮機２による圧縮蒸気を飽和蒸気にする機能が備わっている。同様に、コンピュータ５０は、圧力センサ３５及び温度センサ３３から出力される測定値に応じて制御弁１２を制御し、圧縮機１に対する注水量を調整して圧縮機１による圧縮蒸気を飽和蒸気にする機能も有する。
　また、コンピュータ５０には、水位センサ３２から出力される測定値に応じて減圧弁８を制御し、気液分離器５のボディ内の水位を維持する機能が備わっている。同様に、コンピュータ５０は、水位センサ３１から出力される測定値に応じて減圧弁７を制御し、気液分離器４のボディ内の水位を制御する機能も有する。コンピュータ５０は、水位センサ３０から出力される測定値に応じて給水配管２５に設けた制御弁（不図示）を制御し、気液分離器３のボディ内の水位を制御する機能も有する。
　以下、圧縮機１，２に対する注水量制御、気液分離器３，４，５の水位制御について、それぞれ図３及び図４を用いて説明する。
　（注水量制御）
　図３はコンピュータ５０による制御弁１３の制御手順の一例を表すフローチャートである。
　なお、コンピュータ５０による制御弁１２の制御手順は、制御弁１３の制御手順と同様である。以下の制御弁１３の制御手順の説明において、圧縮機２、制御弁１３、圧力センサ３６、温度センサ３４、高温を、それぞれ圧縮機１、制御弁１２、圧力センサ３５、温度センサ３３、中温と読み替えることで、制御弁１２の制御手順の説明に代える。
　図３の制御は、例えば図１又は図２の蒸気生成装置の運転中、コンピュータ５０により所定のサイクルタイム（例えば１ｓ周期）で繰り返し実行される。
　ステップＳ１１
　コンピュータ５０は、まず圧力センサ３６及び温度センサ３４から出力される高温蒸気の圧力及び温度の現在の測定値Ｐ，Ｔを入力する（ステップＳ１１）。
　ステップＳ１２
　次に、コンピュータ５０は、圧力センサ３６から出力される測定値Ｐ（つまり高温蒸気の実際の圧力）を基に、圧縮機２から吐出される高温蒸気の飽和温度Ｔ１を演算する（ステップＳ１２）。
　ステップＳ１３－Ｓ１５
　コンピュータ５０は、温度センサ３４から出力される測定値Ｔ（つまり高温蒸気の実際の温度）と飽和温度Ｔ１とを比較し（ステップＳ１３）、測定値Ｔが飽和温度Ｔ１になるように制御弁１３を制御する（ステップＳ１４，Ｓ１５）。具体的には、コンピュータ５０は、測定値Ｔが飽和温度Ｔ１より高い場合には、制御弁１３の開度を増加させ、圧縮機１に供給される低温水の流量を増やすことで測定値Ｔを低下させる（ステップＳ１４）。反対に、測定値Ｔが飽和温度Ｔ１より低い場合には、コンピュータ５０は、制御弁１３の開度を減少させ、圧縮機１に供給される低温水の流量を減らすことで測定値Ｔを上昇させる（ステップＳ１５）。ステップＳ１４，Ｓ１５の処理を実行したら、コンピュータ５０は、ステップＳ１１に手順を戻す。
　（水位制御）
　図４はコンピュータ５０による減圧弁８の制御手順の一例を表すフローチャートである。コンピュータ５０は、図４に例示した手順により、水位センサ３２から出力される測定値Ｌ（つまり気液分離器５の実際の水位）が設定範囲Ｌ１－Ｌ２に収まるように、減圧弁８を制御する。Ｌ１は設定範囲の下限値、Ｌ２（＞Ｌ１）は設定範囲の上限値であり、予め設定されてコンピュータ５０のメモリに格納されている。
　なお、コンピュータ５０による減圧弁７の制御手順は、減圧弁８の制御手順と同様である。以下の減圧弁８の制御手順の説明において、減圧弁８、気液分離器５、水位センサ３２、高温を、それぞれ減圧弁７、気液分離器４、水位センサ３１、中温と読み替えることで、減圧弁７の制御手順の説明に代える。また、給水配管２５に設けた制御弁（不図示）の制御手順も、減圧弁８の制御手順と同様である。以下の減圧弁８の制御手順の説明において、減圧弁８、気液分離器５、水位センサ３２、高温を、それぞれ制御弁（不図示）、気液分離器３（又は低圧蒸気生成装置４０Ｂ）、水位センサ３０、低温と読み替えることで、制御弁（不図示）の制御手順の説明に代える。
　図４の制御は、図３の制御と並行して実行され、図３の制御と同じく、例えば図１又は図２の蒸気生成装置の運転中、コンピュータ５０により所定のサイクルタイム（例えば１ｓ周期）で繰り返し実行される。
　ステップＳ２１
　コンピュータ５０は、まず水位センサ３２から出力される現在の気液分離器５の内部の水位の現在の測定値Ｌを入力する（ステップＳ２１）。
　ステップＳ２２，Ｓ２３
　次に、コンピュータ５０は、水位センサ３２から出力される測定値Ｌと設定範囲の下限値Ｌ１とを比較する（ステップＳ２２）。測定値Ｌが下限値Ｌ１より低い場合、コンピュータ５０は、減圧弁８の開度を減少させ、気液分離器５からの高温水の流出流量を減らすことで測定値Ｌを増加させる（ステップＳ２３）。ステップＳ２３の処理を実行したら、コンピュータ５０は、ステップＳ２３からステップＳ２１に手順を戻す。測定値Ｌが下限値Ｌ１以上である場合、コンピュータ５０は、ステップＳ２２からステップＳ２４に手順を移す。
　ステップＳ２４，Ｓ２５
　ステップＳ２４に手順を移すと、コンピュータ５０は、水位センサ３２から出力される測定値Ｌと設定範囲の上限値Ｌ２とを比較する。測定値Ｌが上限値Ｌ２より高い場合、コンピュータ５０は、減圧弁８の開度を増加させ、気液分離器５からの高温水の流出流量を増やすことで測定値Ｌを減少させる（ステップＳ２５）。ステップＳ２５の処理を実行したら、コンピュータ５０は、ステップＳ２５からステップＳ２１に手順を戻す。測定値Ｌが上限値Ｌ２以下である場合、コンピュータ５０は、減圧弁８の開度を維持してステップＳ２４からステップＳ２１に手順を移す。
　なお、図４のフローチャートにおいて、ステップＳ２２，Ｓ２３の手順と、ステップＳ２４，Ｓ２５の手順は、逆であっても良い。
　（効果）
　（１）上記の通り、圧縮機２に吸入される中圧蒸気には、圧縮機２から吐出された高圧蒸気から分離された高温水が減圧弁８を介して流入する。蒸気生成装置の運転中における圧縮機２の入口側及び出口側、例えば気液分離器４，５を比較すると、気液分離器５の方が気液分離器４よりも内部の圧力が高い。つまり、気液分離器５の内部の高温水の方が、気液分離器４の内部の中温水よりも温度レベルが高くなる。この場合、気液分離器５の内部の高温水が減圧弁８を介して気液分離器４に流入することにより、高温水の一部がフラッシュ蒸発し、減圧弁８を経由した高温水が降温し、中温水となって気液分離器４の内部の中温水に合流する。一方、高温水がフラッシュ蒸発することで発生する蒸気は、気液分離器４の内部の中圧蒸気に合流し、圧縮機２に供給される。
　このとき、高温水がフラッシュ蒸発するに当たり、気液分離器４の内部の中圧蒸気に合流するフラッシュ蒸気が高温水に占める割合（フラッシュ蒸気率）は、次の（式１）で算出される。
Ｆ＝（ｈ３－ｈ２）／ｒ２×１００　…（式１）
Ｆ：フラッシュ蒸気率（重量％）
ｈ３：高温水の比エンタルピ（ｋＪ／ｋｇ）
ｈ２：中温水の比エンタルピ（ｋＪ／ｋｇ）
ｒ２：フラッシュ蒸気の蒸発潜熱（ｋＪ／ｋｇ）
　例えば、高温水を１５０℃、中温水を１２０℃、気液分離器４の内部の絶対圧力を２００ｋＰａとすると、ｈ３＝６２８ｋＪ／ｋｇ、ｈ２＝５０２ｋＪ／ｋｇ、ｒ２＝２２０４ｋＪ／ｋｇとなり、フラッシュ蒸気率Ｆは５．７重量％となる。つまり、この場合には、気液分離器５から気液分離器４に流入する高温水の流量の５．７重量％が中圧蒸気として回収される。
　このように、本実施形態によれば、圧縮機２で昇圧された蒸気から分離した高温状態の水を減圧して圧縮機２の吸入側に戻すことにより、高温水の減圧時に発生する蒸気を圧縮機２に吸入される蒸気に直接的に合流させることができる。つまり、利用者に供給される高圧蒸気の熱量以外の熱量、図１及び図２の具体例では中温水と高温水の熱量を、蒸気生成装置の熱サイクル内で回収できるので、熱源の熱量に対して効率良く高圧蒸気を生成することができる。従って、工場等でプロセス加熱等に利用した蒸気や温水といった１００℃以下の低圧流体の排熱からでも高圧蒸気を高効率に生成することができる。
　なお、減圧による温水の蒸発は、蒸気と同様に減圧弁７によっても生じ得る。つまり、圧縮機１が吐出する中圧蒸気から分離された中温水が減圧弁７で減圧される際に蒸気が発生し、発生した蒸気が圧縮機１に吸入される低圧蒸気に合流する。これによっても上記と同様の効果が得られる。
　また、本実施形態においては、複数の圧縮機１，２で低圧蒸気から高圧蒸気を生成する構成としたが、単一の高圧縮比の圧縮機で低圧蒸気から高圧蒸気を生成する構成とすることも考えられる。例えば圧縮機１が低圧蒸気を高圧蒸気の圧力レベルまで昇圧させられる圧縮比である場合、圧縮機２、気液分離器５及びこれらに付随する機器や配管を省略し、気液分離器４で高温水を分離した高圧蒸気を利用者に供給する構成とすることができる。この場合も、送水管２０を介して気液分離器４から気液分離器３に流入する高温水が減圧弁７で減圧する際にフラッシュ蒸発を生じさせ、圧縮機１に吸入される低圧蒸気にフラッシュ蒸気を合流させることができる。
　（２）圧縮機２の吸入側に気液分離器４を設けたので、圧縮機２に供給する中圧蒸気から合理的に中温水を分離することができる。同時に、圧縮機２の吐出側に気液分離器５を設けたので、中圧蒸気として熱回収をするための高温水を合理的に生成することができる。圧縮機１の前後の気液分離器３，４についても同様である。
　但し、気液分離器４，５を用いなくても蒸気から水を分離することは可能であり、気液分離器４，５を用いる必要がない場合には、気液分離器４，５の少なくとも一方を省略又は他の要素に置換した構成を採用することもできる。圧縮機１の前後の気液分離器３，４についても同様である。
　（３）気液分離器４，５で蒸気から分離した水を雄ロータと雌ロータとの間の隙間をシールするシール水として圧縮機１，２に供給する注水配管２１，２２を設けたことにより、系内で得た低温水を活用して圧縮機１，２の圧縮効率を向上させることができる。加えて、圧縮機１，２において蒸気が低温水により冷却されつつ圧縮されることで、圧縮蒸気の過熱蒸気化を抑制することができる。これにより圧縮機１，２から飽和蒸気を吐出させることができる。また圧縮機１，２において圧縮過程の蒸気に低温水が付加されることにより、圧縮機１，２から多くの水分を含んだ蒸気を吐出させることができる。そのため、減圧弁７，８で蒸気化して熱回収に活用する高温状態の水を合理的に得ることができる。
　（４）圧縮機１，２に対する低温水の供給量は、温度センサ３３，３４で測定される圧縮機１，２の吐出蒸気の温度が、圧力センサ３５，３６の測定値を基に演算される飽和温度になるように制御される。これにより、例えば蒸気生成装置の運転条件が変動しても、運転条件の変動に追従して圧縮機１，２に対する低温水の供給量が柔軟に調整され、圧縮機１，２の吐出蒸気の飽和蒸気化の効果がより合理的に得られる。
　（５）水位センサ３１，３２の測定値に応じて気液分離器４，５の水位が設定範囲に制御される。そのため、気液分離器４，５の水位が維持され、気液分離器４，５における蒸気の吹き抜けを防止することができる。
　（６）圧縮機２に吸入される蒸気を圧縮する圧縮機１を備え、２段の圧縮機１，２により低圧蒸気を昇圧させることで、無理なく低圧蒸気を高圧蒸気まで高圧縮比で圧縮することができる。
　また、利用者に対する高圧蒸気の供給流量を一定とする場合、圧縮機１に要求される低圧蒸気の圧縮量は、高温水のフラッシュ蒸発により発生する蒸気の合流量だけ減少する。圧縮機１の軸動力Ｗが次の（式２）で算出されることから、低圧蒸気量Ｄの減少量に比例して軸動力Ｗを低減することができる。
Ｗ＝（ｈｖ２－ｈｖ１）×Ｄ　　　　　（式２）
Ｗ：軸動力（ｋＷ）
ｈｖ２：圧縮機１の吐出蒸気の比エンタルピ（ｋＪ／ｋｇ）
ｈｖ１：圧縮機１の吸入蒸気の比エンタルピ（ｋＪ／ｋｇ）
Ｄ：低圧蒸気量（ｋｇ／ｓ）
　（７）また、図１の例では、送水管２０及び減圧弁７を介して気液分離器４から供給される低温水を加熱し、圧縮機１で圧縮される低圧蒸気を生成する低圧蒸気生成装置４０Ａにあって、真空下で低圧蒸気を気液分離する気液分離器３が備わっている。蒸気生成装置の運転時、気液分離器３の内部が真空状態で維持されることから、大気圧以下で低温水を蒸発させて十分量の低圧蒸気を得ることができる。
　（変形例）
　図１及び図２の例では、気液分離器４，５の水位制御のために減圧弁７，８を制御する場合を例示したが、気液分離器４，５の排水量は減圧弁７，８でなくても流量調整弁等の他種の制御弁により調整可能である。従って、減圧弁７，８に代えて又は加えて、流量調整弁等の他種の制御弁を送水管２０及び復水配管１９に設け、それら制御弁をコンピュータ５０で制御する構成を採用することもできる。
　また、図１及び図２では、送水管２０及び復水配管１９を減圧する減圧器として減圧弁７，８を採用する例を説明したが、所望の減圧効果が得られるのであれば、減圧器は減圧弁７，８には限定されない。例えば流量調整弁や折り返し流路等、減圧効果が得られる他の構成を、減圧弁７，８に代えて採用することもできる。
１…圧縮機（圧縮機、前段圧縮機）、２…圧縮機、３…気液分離器（第１の気液分離器）、４…気液分離器（第１の気液分離器、第２の気液分離器）、５…気液分離器（第２の気液分離器）、６…排熱回収用熱交換器、７…減圧弁（制御弁）、８…減圧弁、１２，１３…制御弁、１９…復水配管、２０…送水管（復水配管）、２１，２２…注水配管、３０，３１，３２…水位センサ、３３，３４…温度センサ、３５，３６…圧力センサ、４０Ａ，４０Ｂ…低圧蒸気生成装置、５０…コンピュータ、Ｌ…測定値（水位）、Ｌ１…下限水位（設定範囲）、Ｌ２…上限水位（設定範囲）、Ｐ…測定値（圧力）、Ｔ…測定値（温度）、Ｔ１…飽和温度

Claims (11)

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