(57)【要約】【課題】排ガスボイラの缶体として、蒸気圧の異なる複数の缶体を用いることで、排ガスからの熱回収量を高める。しかも、蒸気圧の低い蒸気を昇圧することで、得られる蒸気の汎用性を高める。【解決手段】排ガスが通され、その排ガス熱を用いて蒸気を起こす上流缶体３と、この上流缶体３を通過後の排ガスが通され、上流缶体３よりも低圧の蒸気を起こす下流缶体５と、上流缶体３からの蒸気で、下流缶体５からの蒸気を昇圧する昇圧機構５０とを備える。昇圧機構５０は、たとえばエゼクタ５１である。【選択図】図１
2010266074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスが通され、その排ガス熱を用いて蒸気を起こす上流缶体と、
この上流缶体を通過後の排ガスが通され、前記上流缶体よりも低圧の蒸気を起こす下流缶体と、
前記上流缶体からの蒸気で、前記下流缶体からの蒸気を昇圧する昇圧機構と
を備えることを特徴とする蒸気システム。
【請求項２】
前記昇圧機構は、エゼクタを備え、
このエゼクタは、そのノズルへ前記上流缶体からの蒸気が吹き込まれることで、前記下流缶体からの蒸気を吸引し、前記両缶体からの蒸気を混合して吐出する
ことを特徴とする請求項１に記載の蒸気システム。
【請求項３】
前記昇圧機構は、蒸気を用いて動力を起こす蒸気エンジンと、この蒸気エンジンにより駆動される蒸気圧縮機とを備え、
前記上流缶体からの蒸気は、前記蒸気エンジンを通過することで、膨張して減圧され、
前記下流缶体からの蒸気は、前記蒸気圧縮機を通過することで、圧縮して昇圧される
ことを特徴とする請求項１に記載の蒸気システム。
【請求項４】
前記上流缶体と前記下流缶体との間に、前記上流缶体よりも低圧で前記下流缶体よりも高圧の蒸気を起こす中流缶体をさらに備え、
排ガスは、前記上流缶体、前記中流缶体および前記下流缶体を順に通され、
前記下流缶体からの蒸気が前記昇圧機構により昇圧された後の蒸気、前記上流缶体からの蒸気が前記昇圧機構により減圧された後の蒸気、および前記中流缶体からの蒸気が、圧力を互いに同等にされることで混合される
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の蒸気システム。
【請求項５】
前記下流缶体を通過後の排ガスが通され、前記各缶体への給水を予熱するエコノマイザをさらに備える
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の蒸気システム。
【請求項６】
前記エコノマイザとして、前記各缶体を通過後の排ガスが順に通される複数のエコノマイザを備え、
この複数のエコノマイザは、排ガス流の上流側に設置されるものほど、排ガス流の上流側に設置される缶体への給水を予熱する
ことを特徴とする請求項５に記載の蒸気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排熱を用いて蒸気を発生させる排ガスボイラを含む蒸気システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、排熱を用いて蒸気を発生させる排ガスボイラは周知である。排ガスボイラでは、排ガスが通されることで、水管内の水が排ガスにより加熱され蒸気化される。これにより、排ガスボイラから設定蒸気圧の蒸気を得ることができる。
【０００３】
排ガスボイラでは、入口と出口との排ガス温度に落差があるほど、言い換えれば入口における排ガス温度が一定であれば出口における排ガス温度が低いほど、排ガスからの熱回収が有効になされたことになる。排ガスからの熱回収を有効に図るために、排ガスボイラは伝熱面積を大きくとればよいが、伝熱面積をいかに大きくしても、前記設定蒸気圧との関係で、排ガスボイラ出口における排ガス温度を下げるには限界がある。設定蒸気圧における飽和温度以下にまで、排ガス温度を下げることはできないからである。
【０００４】
たとえば、設定蒸気圧が８ｋｇｆ／ｃｍ２（＝０．７８ＭＰａ）の場合、その飽和温度は１７５℃であるから、実用上、排ガスボイラ出口における排ガス温度は１９０℃程度までにしか下げられない。排ガスボイラの下流にエコノマイザを設けて、排ガスボイラへの給水を予熱することで、排ガスからの熱回収をさらに図る場合でも、排ガスボイラの蒸発量が少ないので、排ガスボイラへの給水量も少なく、それ故、エコノマイザ出口における排ガス温度も１５０℃程度までしか下げられない。
【０００５】
排ガスからの一層の熱回収を図るために、下記各特許文献に開示されるように、排ガス流の下流へ行くに従って設定蒸気圧が低圧となるように、複数台の排ガスボイラを設置することが提案されている。この場合、排ガス温度が下がるほど設定蒸気圧の低い（飽和温度の低い）ボイラとすることで、熱回収効率を向上することができる。ところが、蒸気圧の異なる各蒸気の需要がなければ意味がなく、汎用性に乏しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５９−１５０２０３号公報
【特許文献２】特開平１１−３５０９２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、排ガスからの熱回収を有効に図りつつ、得られる蒸気の汎用性を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、排ガスが通され、その排ガス熱を用いて蒸気を起こす上流缶体と、この上流缶体を通過後の排ガスが通され、前記上流缶体よりも低圧の蒸気を起こす下流缶体と、前記上流缶体からの蒸気で、前記下流缶体からの蒸気を昇圧する昇圧機構とを備えることを特徴とする蒸気システムである。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、排ガス流の下流へ行くに従って設定蒸気圧が低くなるように、言い換えれば排ガス流の下流へ行くに従って缶体内の飽和温度が低くなるように、複数の缶体が設置される。これにより、排ガスからの熱回収量を向上することができる。しかも、上流缶体からの蒸気で、下流缶体からの蒸気を昇圧することで、蒸気の用途を広めることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記昇圧機構は、エゼクタを備え、このエゼクタは、そのノズルへ前記上流缶体からの蒸気が吹き込まれることで、前記下流缶体からの蒸気を吸引し、前記両缶体からの蒸気を混合して吐出することを特徴とする請求項１に記載の蒸気システムである。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、エゼクタにより、簡易に下流缶体からの蒸気を昇圧することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、前記昇圧機構は、蒸気を用いて動力を起こす蒸気エンジンと、この蒸気エンジンにより駆動される蒸気圧縮機とを備え、前記上流缶体からの蒸気は、前記蒸気エンジンを通過することで、膨張して減圧され、前記下流缶体からの蒸気は、前記蒸気圧縮機を通過することで、圧縮して昇圧されることを特徴とする請求項１に記載の蒸気システムである。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、上流缶体からの蒸気で駆動される蒸気圧縮機により、簡易に下流缶体からの蒸気を昇圧することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、前記上流缶体と前記下流缶体との間に、前記上流缶体よりも低圧で前記下流缶体よりも高圧の蒸気を起こす中流缶体をさらに備え、排ガスは、前記上流缶体、前記中流缶体および前記下流缶体を順に通され、前記下流缶体からの蒸気が前記昇圧機構により昇圧された後の蒸気、前記上流缶体からの蒸気が前記昇圧機構により減圧された後の蒸気、および前記中流缶体からの蒸気が、圧力を互いに同等にされることで混合されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の蒸気システムである。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、上流缶体、中流缶体および下流缶体により、排ガスからの熱回収量を向上させつつ、異なる蒸気圧の蒸気を得ても、それを共通の蒸気圧に調整して出力することができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、前記下流缶体を通過後の排ガスが通され、前記各缶体への給水を予熱するエコノマイザをさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の蒸気システムである。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、各缶体への給水を予熱するエコノマイザを設置することで、排ガスからの熱回収を一層確実に行うことができる。なお、全ての缶体への給水を、それぞれエコノマイザを介して行う必要はなく、一部の缶体へはエコノマイザを介さずに給水してもよい。
【００１８】
さらに、請求項６に記載の発明は、前記エコノマイザとして、前記各缶体を通過後の排ガスが順に通される複数のエコノマイザを備え、この複数のエコノマイザは、排ガス流の上流側に設置されるものほど、排ガス流の上流側に設置される缶体への給水を予熱することを特徴とする請求項５に記載の蒸気システムである。
【００１９】
請求項６に記載の発明によれば、排ガスの流れ方向に対するエコノマイザの設置順序を、排ガスの流れ方向に対する缶体の設置順序と対応させた。つまり、上流側に設置されるエコノマイザほど、上流側に設置される缶体へ給水する構成とされる。これにより、排ガスからの熱回収量を一層向上することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、複数の缶体を用いることで、排ガスからの熱回収を有効に図りつつ、昇圧機構を用いることで、得られる蒸気の汎用性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の蒸気システムの実施例１を示す概略図であり、一部を切り欠いて示している。
【図２】図１の蒸気システムに用いられる排ガスボイラの概略平面図であり、一部を切り欠いて示している。
【図３】本発明の蒸気システムの実施例２を示す概略図である。
【図４】本発明の蒸気システムの実施例３を示す概略図である。
【図５】実施例１および実施例２における各缶体への給水方式の一例を示す概略図であり、缶体とエコノマイザのみを示している。
【図６】実施例１および実施例２における各缶体への給水方式の他の例を示す概略図であり、缶体とエコノマイザのみを示している。
【図７】実施例１および実施例２における各缶体への給水方式のさらに別の例を示す概略図であり、缶体とエコノマイザのみを示している。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１は、本発明の蒸気システム１の実施例１を示す概略図であり、一部を切り欠いて示している。また、図２は、この蒸気システム１に用いられる排ガスボイラ２の概略平面図であり、一部を切り欠いて示している。
【００２４】
本実施例の蒸気システム１は、排熱を用いて蒸気を起こす排ガスボイラ２を備え、この排ガスボイラ２は、複数の缶体３，４，５を備える。本実施例では、第一缶体３、第二缶体４および第三缶体５の三つの缶体が、排ガス流に沿って直列に設置される。それ故、第一缶体３を上流缶体、第二缶体４を中流缶体、第三缶体５を下流缶体ということもできる。
【００２５】
各缶体３〜５は、その構成を特に問わず、従来公知の各種の排ガスボイラと同様に構成できるが、図示例では、多管式の貫流ボイラとされる。具体的には、各缶体３〜５は、上部管寄せ６〜８と下部管寄せ９〜１１との間を、多数の水管１２〜１４で接続して構成される。上部管寄せ６〜８と下部管寄せ９〜１１とは、上下に離隔して平行に配置され、内部は中空に形成されている。一方、各水管１２〜１４は、垂直に配置され、上端部が上部管寄せ６〜８に接続される一方、下端部が下部管寄せ９〜１１に接続される。図示していないが、上下の管寄せ６〜１１と各水管１２〜１４との接続部は、耐火材で覆われる。
【００２６】
各缶体３〜５における水管１２〜１４の配置は、適宜に設定されるが、排ガスの流れ方向と垂直に複数本配置されると共に、排ガスの流れ方向にも複数本配置される。その際、隣接する水管間には、排ガスが通される隙間が開けられると共に、図示例では千鳥状に配置される。また、各水管１２〜１４には、その外周面に所望によりフィンやスタッドなどを設けて、伝熱面積の拡大を図ってもよい。
【００２７】
第一缶体３、第二缶体４および第三缶体５へと順に排ガスが流れるように、各缶体３〜５は、排ガスの出入口を除いて、缶体カバー１５で覆われる。この際、各缶体３〜５を共通の缶体カバー１５で覆ってもよいし、缶体３〜５ごとに排ガスの出入口を除いて缶体カバー１５で覆い、互いにフランジや配管などで接続してもよい。つまり、第一缶体３の缶体カバーの排ガス出口と第二缶体４の缶体カバーの排ガス入口とを接続すると共に、第二缶体４の缶体カバーの排ガス出口と第三缶体５の缶体カバーの排ガス入口とを接続してもよい。この場合、独立に構成された排ガスボイラを、複数台直列に接続した構成となる。いずれの場合も、缶体カバー１５には、断熱材や耐火材を設けてもよいのは言うまでもない。
【００２８】
各缶体３〜５には、給水路１６〜１８を介して下部管寄せ９〜１１へ水（通常は軟水）が供給され、その水は、各水管１２〜１４において排ガスにより加熱され蒸気化される。その蒸気は、上部管寄せ６〜８から気水分離器１９〜２１を介して導出される。また、各缶体３〜５内の水は、所望により、排水路２２〜２４を介して下部管寄せ９〜１１から排出可能とされる。各排水路２２〜２４に設けた排水弁２５〜２７を開くことで、各缶体３〜５内から排水を図ることができる。
【００２９】
気水分離器１９〜２１は、本実施例では遠心式の気水分離器とされている。具体的には、気水分離器１９〜２１は、縦向き円筒状の胴２８〜３０を備え、その胴２８〜３０内に接線方向で蒸気が導入される。従って、上部管寄せ６〜８からの蒸気は、胴２８〜３０内で旋回して、その遠心力で水分は外方へ飛ばされ下方へ脱落する一方、そのようにして乾き度を向上された蒸気は、胴２８〜３０の上部から導出される。なお、胴２８〜３０内において分離された水は、分離水戻し管３１〜３３を介して、下部管寄せ９〜１１へ戻される。
【００３０】
本実施例では、各缶体３〜５の下部管寄せ６〜８への給水は、エコノマイザ３４〜３６で予熱される。具体的には、排ガスボイラ２の下流に、エコノマイザ３４〜３６が設置される。図示例では、第一缶体３、第二缶体４および第三缶体５とエコノマイザ３４〜３６とが共通の缶体カバー１５で覆われているが、排ガスボイラ２とは別にエコノマイザ３４〜３５を構成して、排ガスボイラ２の排ガス出口とエコノマイザ３４の排ガス入口とをフランジや配管で接続してもよい。
【００３１】
また、本実施例では、エコノマイザ３４〜３５は、缶体３〜５の数だけ設置され、排ガス流に沿って直列に設置される。この場合、エコノマイザ３４〜３５は、排ガス流の上流側に設置されるものほど、排ガス流の上流側に設置される缶体への給水を予熱するのが好ましい。
【００３２】
具体的には、排ガス流に沿って順に、第一エコノマイザ３４、第二エコノマイザ３５および第三エコノマイザ３６が設置され、第一エコノマイザ３４は第一缶体３への給水を予熱し、第二エコノマイザ３５は第二缶体４への給水を予熱し、第三エコノマイザ３６は第三缶体５への給水を予熱する。そして、各エコノマイザ３４〜３６で予熱された水は、各缶体３〜５の下部管寄せ９〜１１へ供給される。各缶体３〜５への給水の有無は、各缶体３〜５の水位検出器（図示省略）の検出結果に基づき、各エコノマイザ３４〜３６への給水ポンプ３７〜３９の作動を制御して切り替えられる。
【００３３】
排ガスボイラ２およびエコノマイザ３４〜３６は、排ガス導入路４０を介して排ガスが導入され、排ガス導出路４１を介して排ガスが導出される。排ガスが排ガスボイラ２を通過する間、排ガスと水管１２〜１４との熱交換がなされ、排ガスは冷却を図られる一方、水管１２〜１４内の水は加熱され蒸気化を図られる。また、排ガスがエコノマイザ３４〜３６を通過する間、各缶体３〜５への給水が排ガスにより予熱される。
【００３４】
排ガス導入路４０と排ガス導出路４１とは、バイパス路４２で接続される。そして、排ガスを、排ガスボイラ２を介して排出するか、バイパス路４２を介して排出するかを択一的に切り替えるか、両者の分配割合を調整可能とされる。これにより、排ガスボイラ２による蒸発量を調整することができる。そのために、本実施例では、排ガス導入路４０とバイパス路４２との分岐部に、三方ダンパ４３を設けている。但し、排ガス導入路４０とバイパス路４２との分岐部より下流において、排ガス導入路４０とバイパス路４２とにそれぞれダンパを個別に設け、各ダンパの開閉または開度を調整してもよい。
【００３５】
三方ダンパ４３は、ボックス状の弁箱４４を備え、この弁箱４４には、一つの排ガス入口４５と、二つの排ガス出口４６，４７とが設けられる。二つの排ガス出口４６，４７の内、一方（４６）は、排ガスボイラ２への排ガス導入路４０に接続され、他方（４７）は、バイパス路４２に接続される。また、弁箱４４内には、ダンパ４８が設けられており、このダンパ４８の位置を調整することで、排ガス入口４５からの排ガスについて、排ガスボイラ２への供給流量とバイパス路４２への供給流量との分配割合を調整することができる。具体的には、ダンパ４８を駆動させるモータ４９を制御して、ダンパ４８の回転停止位置を調整することで、前記分配割合が調整される。但し、前述したように、ダンパ４８は、所望により、二つの排ガス出口４６，４７の内、択一的にいずれかを開き、残りを閉じるよう制御されてもよい。
【００３６】
第一缶体３、第二缶体４および第三缶体５は、それぞれの蒸気圧および蒸発量を適宜に設計されるが、排ガスからの熱回収量を向上させるために、排ガス流の下流へ行くに従って、蒸気圧が低下するように設計するのが好ましい。たとえば、第一缶体３は８ｋｇｆ／ｃｍ２（＝０．７８ＭＰａ）、第二缶体４は５ｋｇｆ／ｃｍ２（＝０．４９ＭＰａ）、第三缶体５は３ｋｇｆ／ｃｍ２（＝０．２９ＭＰａ）とされる。
【００３７】
このように、複数の缶体３〜５から異なる圧力の蒸気を生じさせるが、本実施例の蒸気システム１は、高圧の蒸気を用いて低圧の蒸気を昇圧する昇圧機構５０を備える。これにより、排ガスからの熱回収量を向上するために低圧の蒸気を得ても、その需要がないことによる不都合を回避できる。
【００３８】
具体的には、本実施例の昇圧機構５０は、エゼクタ５１を備える。エゼクタ５１は、ノズルとディフューザとを備え、高圧の流体をノズルからディフューザへ向けて噴出させることで、吸込口から低圧の流体を吸引して、両流体を混合して吐出する。ここでは、第一缶体３からの蒸気が通される第一蒸気路５２がノズルに接続され、第三缶体５からの蒸気を通される第三蒸気路５４が吸込口に接続されている。従って、第一缶体３からの蒸気がノズルへ吹き込まれることで、第三缶体５からの蒸気がエゼクタ５１へ吸引される。そして、両蒸気は、混合され吐出される。この間、第一缶体３からの蒸気は減圧される一方、第三缶体５からの蒸気は昇圧される。ここでは、混合蒸気の圧力は、たとえば５ｋｇｆ／ｃｍ２（＝０．４９ＭＰａ）とされる。従って、エゼクタ５１からの蒸気には、第二缶体４からの蒸気を、第二蒸気路５３を介して合流させることができる。
【００３９】
エゼクタ５１からの蒸気は、第四蒸気路５５へ導出される。第四蒸気路５５の蒸気は、所望により蒸気ヘッダ５６を介して、各種の蒸気使用設備へ供給可能とされる。蒸気ヘッダ５６には、所望により、ボイラ（燃料焚きボイラまたは電気ボイラ）５７からの蒸気も供給可能とされる。第四蒸気路５５には、圧力調整弁５８が設けられている。
【００４０】
ところで、第一蒸気路５２には給蒸弁５９が設けられ、第三蒸気路５４には吸引弁６０が設けられている。給蒸弁５９および吸引弁６０は、それぞれ開閉または開度が変更可能とされる。また、第三缶体５には、エゼクタ５１以外の箇所へ蒸気を放出可能に、放蒸弁６１が設けられている。この放蒸弁６１も、開閉または開度が変更可能とされる。なお、放蒸弁６１は、吸引弁６０より上流の第三蒸気路５４に設けてもよい。その場合、吸引弁６０と放蒸弁６１とを共通化して、三方弁により構成してもよい。
【００４１】
第一缶体３の圧力調整は、三方ダンパ４３のダンパ４８の位置を調整して、排ガスボイラ２へ供給する排ガス流量を調整することでなされる。具体的には、第一センサ６２により第一缶体３内の圧力（場合により温度でもよい）を監視して、第一缶体３からの蒸気圧を所望に維持するように、モータ４９を制御して、ダンパ４８の位置を調整する。
【００４２】
第二缶体４の圧力調整は、圧力調整弁５８にて行われる。すなわち、第四蒸気路５５に設けた圧力調整弁５８は、その一次側（上流側）の圧力を所望に維持するように開度調整する。圧力調整弁５８は、本実施例では自力で開度調整する構成であるが、所望により、その手前に設けた第二センサ６３による検出圧力（場合により温度でもよい）に基づき開度調整されてもよい。
【００４３】
但し、第二缶体４の圧力調整は、このような制御に代えて、蒸気ヘッダ５６に蒸気を供給するボイラ５７で制御してもよい。つまり、第四蒸気路５５に圧力調整弁５８を設けずに、第二缶体４からの蒸気をそのまま蒸気ヘッダ５６へ供給し、その蒸気ヘッダ５６内の蒸気圧を所望に維持するようにボイラ５７の燃焼量を制御してもよい。なお、圧力調整弁５８による調整に加えて、このようなボイラ５７による調整を行ってもよい。
【００４４】
第三缶体５の圧力調整は、第三センサ６４により第三缶体５内の圧力（場合により温度でもよい）を監視して、第三缶体５からの蒸気圧を所望に維持するように、吸引弁６０と放蒸弁６１とを制御することでなされる。
【００４５】
ところで、蒸気の使用負荷が減るかなくなった場合には、第二センサ６３の検出圧力が増加するので、それが設定値を超えれば、給蒸弁５９および吸引弁６０を制御して、第一缶体３および第三缶体５からエゼクタ５１を介しての蒸気供給を制限すればよい。あるいは、それに代えてまたはそれに加えて、三方ダンパ４３のモータ４９を制御して、排ガスボイラ２への排ガス供給量を制限して、排ガスボイラ２による蒸発量を制限すればよい。
【００４６】
なお、蒸気システム１の起動時、第一缶体３の蒸気圧が所定に至るまで、吸引弁６０は閉じておくのが好ましい。そして、第一缶体３の蒸気圧が設定まで上がれば、吸引弁６０を開けばよい。これにより、エゼクタ５１に所期の機能を発揮させることができる。
【００４７】
本実施例では、たとえば、第一缶体３は８ｋｇｆ／ｃｍ２（＝０．７８ＭＰａ）で６９１ｋｇ／ｈ、第二缶体４は５ｋｇｆ／ｃｍ２（＝０．４９ＭＰａ）で１４９ｋｇ／ｈ、第三缶体５は３ｋｇｆ／ｃｍ２（＝０．２９ＭＰａ）で４１ｋｇ／ｈとされる。なお、排ガス温度は、第一缶体３の入口で４０８℃、第二缶体４の入口で２１６℃、第三缶体５の入口で１７３℃、第三缶体５の出口で１６０℃とされ、エコノマイザ３６の出口で１００℃とされる。そして、第一缶体３からの蒸気がエゼクタ５１で減圧された後の蒸気、第三缶体５からの蒸気がエゼクタ５１で昇圧された後の蒸気、および第二缶体４からの蒸気とが混合されて、５ｋｇｆ／ｃｍ２（＝０．４９ＭＰａ）で８８１ｋｇ／ｈの蒸発量となる。これは、排ガスボイラ２が三つの缶体３〜５を備えても、あたかも一つの缶体（５ｋｇｆ／ｃｍ２、８８１ｋｇ／ｈ）とみることができることを意味する。
【００４８】
一方、仮に、もともと第一缶体３、第二缶体４および第三缶体５を合わせて一つの缶体から構成した場合、言い換えれば排ガスボイラ２が一つの缶体のみから構成される場合、５ｋｇｆ／ｃｍ２（＝０．４９ＭＰａ）で８４３ｋｇ／ｈとされ、排ガス温度は、共通缶体の入口で４０８℃、共通缶体の出口で１７５℃となり、またエコノマイザの出口では１２３℃となる。
【００４９】
従って、本実施例の蒸気システム１の方が、排ガスボイラ２およびエコノマイザ３６の出口における排ガス温度が低く、熱回収量が高い。また、排ガスボイラ２における蒸発量を増すことで、エコノマイザ３４〜３６を通過する水量を増すことになり、それによりエコノマイザ３４〜３６における熱回収も一層効果的になされる。
【実施例２】
【００５０】
図３は、本発明の蒸気システム１の実施例２を示す概略図であり、一部を省略して示している。本実施例２の蒸気システム１も、基本的には前記実施例１と同様である。そこで、以下では、両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。
【００５１】
前記実施例１では、エゼクタ５１を用いて、第一缶体３からの蒸気を減圧する一方、第三缶体５からの蒸気を昇圧したが、本実施例２では、蒸気エンジン６５を用いて、第一缶体３からの蒸気を減圧する一方、その蒸気エンジン６５で駆動される蒸気圧縮機６６を用いて、第三缶体５からの蒸気を昇圧する。
【００５２】
すなわち、本実施例２の蒸気システム１では、昇圧機構５０として、蒸気を用いて動力を起こす蒸気エンジン６５と、この蒸気エンジン６５により駆動される蒸気圧縮機６６とを備える。
【００５３】
蒸気エンジン６５は、本実施例ではスクリュ式蒸気エンジンである。スクリュ式蒸気エンジンは、互いにかみ合うスクリュロータ間に蒸気が導入され、その蒸気によりスクリュロータを回転させつつ蒸気を膨張して減圧し、その際のスクリュロータの回転により動力を得る装置である。但し、蒸気エンジン６５は、蒸気を用いて動力を起こすものであれば、スクリュ式蒸気エンジンに限らない。たとえば、蒸気タービンでもよいし、ピストンの往復動を用いるレシプロ式の蒸気エンジンでもよい。
【００５４】
蒸気圧縮機６６も、その種類を特に問わないが、たとえばスクリュ式の蒸気圧縮機とされる。スクリュ式の蒸気圧縮機は、互いにかみ合って回転するスクリュロータ間に蒸気を吸入して、スクリュロータの回転により圧縮して吐出する装置である。但し、蒸気圧縮機６６は、蒸気を圧縮して吐出するものであれば、スクリュ式に限らず、レシプロ式などであってもよい。
【００５５】
本実施例では、第一缶体３からの蒸気は、第一蒸気路５２を介して蒸気エンジン６５に供給される。蒸気エンジン６５に供給された蒸気は、蒸気エンジン６５で仕事をすることで、膨張して減圧され、第四蒸気路５５へ吐出される。そして、その蒸気エンジン６５により駆動される蒸気圧縮機６６は、第三缶体５からの蒸気を吸引し、圧縮して吐出する。このようにして、第三缶体５からの蒸気が蒸気圧縮機６６により昇圧された後の蒸気、第一缶体３からの蒸気が蒸気エンジン６５により減圧された後の蒸気が合流され、さらに前記実施例１と同様に、第二缶体４からの蒸気も合流される。その他の構成および制御は、前記実施例１と同様のため、説明を省略する。
【実施例３】
【００５６】
図４は、本発明の蒸気システム１の実施例３を示す概略図であり、一部を省略して示している。本実施例３の蒸気システムも、基本的には前記実施例１と同様である。そこで、以下では、両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。
【００５７】
前記実施例１では、缶体３〜５の数と対応したエコノマイザ３４〜３６を設けたが、本実施例３では、エコノマイザ６７は一つとされる。この場合、各缶体３〜５に共通のエコノマイザ６７にて予熱された水は、分岐されて各缶体３〜５へ供給される。給水ポンプ６８を作動させた状態で、各缶体３〜５への給水路１６〜１８に個別に設けた給水弁６９〜７１を制御することで、各缶体３〜５への給水を個別に制御することができる。その他の構成および制御は、前記実施例１と同様のため、説明は省略する。
【００５８】
ところで、各缶体３〜５に共通のエコノマイザ６７とすることは、前記実施例１だけでなく前記実施例２にも同様に適用される。つまり、図３における複数のエコノマイザ３４〜３６を共通化して、図４に示すように一つのエコノマイザ６７とし、その共通のエコノマイザ６７から各缶体３〜５へ給水可能としてもよい。
【００５９】
また、図４では、共通のエコノマイザ６７からの水は、共通の給水ポンプ６８を介した後、分岐して各缶体３〜５へ供給され、その各缶体３〜５への給水路１６〜１８に設けた給水弁６９〜７１で、各缶体３〜５への給水が制御されたが、共通の給水ポンプ６８と各給水弁６９〜７１に代えて、各缶体３〜５への給水路１６〜１８に給水ポンプを設置してもよい。この場合、共通のエコノマイザ６７からの水は、分岐して各缶体３〜５へ供給され、その各缶体３〜５への給水路１６〜１８に個別に設けた給水ポンプで、各缶体３〜５への給水が個別に制御される。
【００６０】
次に、前記実施例１および前記実施例２における各缶体３〜５への給水方式の類型について説明する。図５から図７は、前記実施例１および前記実施例２の蒸気システム１における各缶体３〜５への給水方式の類型を示す概略図であり、缶体３〜５とエコノマイザ３４〜３６のみを示している。なお、図５から図７では、給水ポンプ７２からの水は、逆止弁７３を介した後に分岐して、それぞれ給水弁７４〜７６および逆止弁７７〜７９を介してエコノマイザ３４〜３６へ供給され、エコノマイザ３４〜３６で予熱された後、缶体３〜５へ供給されている。この場合、給水ポンプ７２を作動させた状態で、各給水弁７４〜７６の開閉を制御することで、各エコノマイザ３４〜３６および各缶体３〜５への給水の有無を切り替えることができる。但し、図１および図３に示すように、エコノマイザ３４〜３６ごとに給水ポンプ３７〜３９を設けて、各給水ポンプ３７〜３９を制御することで、各エコノマイザ３４〜３６および各缶体３〜５への給水の有無を切り替えてもよい。
【００６１】
図５では、エコノマイザ３４〜３６は、排ガス流に沿って直列に設置されると共に、エコノマイザを複数設置する場合には、排ガス流の上流側に設置されるものほど、排ガス流の上流側に設置される缶体への給水を予熱する例を示している。ここでは、排ガス流の上流側から順に、第一缶体３、第二缶体４および第三缶体５が設置され、その後、所望により、第一エコノマイザ３４、第二エコノマイザ３５および第三エコノマイザ３６の内のいずれか一以上が設置される。
【００６２】
図６では、エコノマイザ３４〜３６は、排ガス流に沿って直列に設置されると共に、エコノマイザを複数設置する場合には、排ガス流の上流側に設置されるものほど、排ガス流の下流側に設置される缶体への給水を予熱する例を示している。ここでは、排ガス流の上流側から順に、第一缶体３、第二缶体４および第三缶体５が設置され、その後、所望により、第三エコノマイザ３６、第二エコノマイザ３５および第一エコノマイザ３４の内のいずれか一以上が設置される。
【００６３】
図７では、エコノマイザ３４〜３６は、排ガス流に沿って並列に設置された例を示している。ここでは、排ガス流の上流側から順に、第一缶体３、第二缶体４および第三缶体５が設置され、その後、所望により、第一エコノマイザ３４、第二エコノマイザ３５および第三エコノマイザ３６の内のいずれか一以上が並列に設置される。
【００６４】
いずれの場合も、まず、エコノマイザ３４〜３６を全く設置せず、各缶体３〜５にエコノマイザなしに給水するパターンがある。あるいは、第一エコノマイザ３４、第二エコノマイザ３５および第三エコノマイザ３６の内、いずれか一つのみを設置し、第一缶体３、第二缶体４および第三缶体５の内、いずれか一つのみはエコノマイザを介して給水するが、他の缶体へはエコノマイザなしに給水するパターンもある。
【００６５】
また、第一エコノマイザ３４、第二エコノマイザ３５および第三エコノマイザ３６の内、いずれか二つを設置し、第一缶体３、第二缶体４および第三缶体５の内、いずれか二つはエコノマイザを介して給水するが、残りの缶体へはエコノマイザなしに給水するパターンもある。たとえば、図５において実線および一点鎖線で示すように、第一エコノマイザ３４と第二エコノマイザ３５を設置する。つまり、第一缶体３へは第一エコノマイザ３４を介して給水し、第二缶体４へは第二エコノマイザ３５を介して給水し、第三缶体５へはエコノマイザなしに給水する。この場合、排ガスからの熱回収量を高め、またエコノマイザにおける結露を防止することができる。
【００６６】
さらに、第一エコノマイザ３４、第二エコノマイザ３５および第三エコノマイザ３６のすべてを設置するパターンもある。つまり、第一缶体３へは第一エコノマイザ３４を介して給水し、第二缶体４へは第二エコノマイザ３５を介して給水し、第三缶体５へは第三エコノマイザ３６を介して給水する。
【００６７】
本発明の蒸気システム１は、前記各実施例に限らず適宜変更可能である。特に、複数の缶体を設置して、各缶体において排熱を用いて蒸気を起こし、上流側に配置された缶体からの蒸気で、それよりも下流側に配置されて蒸気圧の低い缶体からの蒸気を昇圧する構成であれば、その昇圧機構５０をはじめとして、各種構成および制御は適宜に変更可能である。
【００６８】
たとえば、図１において、第二缶体４を省略したり、第二缶体４の蒸気圧を第一缶体３と同等としたりしてもよい。また、第二缶体４の蒸気圧は、第三缶体５からの蒸気をエゼクタ５１で昇圧後の蒸気圧と異ならしてもよい。その場合、第二缶体４からの蒸気は、第四蒸気路５５へ合流させることなく用いられる。さらに、第二缶体４からの蒸気を用いて、昇圧機構５０により第三缶体５からの蒸気を昇圧したり、第一缶体３からの蒸気を用いて、昇圧機構５０により第二缶体４からの蒸気を昇圧したりしてもよい。それに応じて、蒸気路５２〜５５の合流の有無を変えることは言うまでもない。
【００６９】
また、前記各実施例では、排ガスボイラ２の下流に一または複数のエコノマイザ３４〜３６，６７を設置したが、エコノマイザの設置は必須ではない。さらに、前記各実施例では、三つの缶体３〜５を備えたが、缶体の数は適宜に変更可能である。また、各缶体３〜５の蒸気圧や蒸発量も適宜に変更可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１  蒸気システム
２  排ガスボイラ
３  第一缶体（上流缶体）
４  第二缶体（中流缶体）
５  第三缶体（下流缶体）
３４  第一エコノマイザ
３５  第二エコノマイザ
３６  第三エコノマイザ
５０  昇圧機構
５１  エゼクタ
６５  蒸気エンジン
６６  蒸気圧縮機
６７  エコノマイザ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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