(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体から蒸気を生成する蒸発器と、
前記蒸発器から流出した蒸気を圧縮する圧縮ユニットと、
前記圧縮ユニットから流出した蒸気を前記圧縮ユニットに再び流入させる第１流路と、
前記圧縮ユニットから流出した蒸気を前記蒸発器に再び流入させる前記第１流路とは別個の第２流路と、
前記圧縮ユニットから流出した蒸気を蒸気利用設備に流出させる第３流路と、
前記第１流路を開閉する第１弁と、
前記第２流路を開閉する第２弁と、
前記蒸発器と前記圧縮ユニットの流入口とを連結する流路に連結された減圧流路と、
前記減圧流路に配置される減圧ポンプと、を備え、
前記第１流路が前記蒸発器を介することなく前記圧縮ユニットの流出口と前記圧縮ユニットの前記流入口とを連結することを特徴とする蒸気供給装置。
【請求項２】
前記第３流路を開閉する第３弁をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の蒸気供給装置。
【請求項３】
前記圧縮ユニットは、多段で連結された複数個の圧縮器を備えることを特徴とする請求項１に記載の蒸気供給装置。
【請求項４】
前記圧縮器の間に配置され、前端の圧縮器から流出して後端の圧縮器に流入する蒸気に前記液体を添加して、前記蒸気を冷却する第１冷却器をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の蒸気供給装置。
【請求項５】
前記第１流路を通過する蒸気に前記液体を添加して、前記蒸気を冷却する第２冷却器をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の蒸気供給装置。
【請求項６】
前記圧縮ユニットに流入する蒸気に含まれた液体を分離して排出する気液分離器をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の蒸気供給装置。
【請求項７】
前記気液分離器から排出された液体を前記蒸発器に流入させる第４流路をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の蒸気供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気を使用する装置に蒸気を供給するための蒸気供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種の化学プロセス、食物の調理または特定の物体の殺菌消毒などに使われる高温高圧の蒸気を生成する蒸気供給装置が知られている。かかる蒸気供給装置は、水を蒸発させて蒸気を生成した後、それを圧縮器を用いて圧縮して、蒸気利用設備に供給する。
【０００３】
しかし、このように、蒸気を圧縮して蒸気利用設備に供給する蒸気供給装置の場合、蒸発器において生成される蒸気の流量が、圧縮器の動作に最適な流量に比べて少ない場合が多い。このように、蒸発器において加熱されて生成される蒸気の流量が十分でない場合には、圧縮器の圧縮効率が顕著に低下して、蒸気供給装置の全体的な効率を顕著に低下させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、蒸発器において加熱されて生成される蒸気の流量が、圧縮器の効率的な作動のための流量に達しない場合にも、圧縮ユニットの圧縮効率を効果的に維持できる蒸気供給装置を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的を達成するために、本発明の一実施形態による蒸気供給装置は、液体から蒸気を生成する蒸発器と、前記蒸発器から流出した蒸気を圧縮する圧縮ユニットと、前記圧縮ユニットから流出した蒸気を前記圧縮ユニットの流入口に流入させる第１流路と、前記圧縮ユニットから流出した蒸気を前記蒸発器に流入させる第２流路と、前記圧縮ユニットから流出した蒸気を蒸気利用設備に流出させる第３流路と、前記第１流路を開閉する第１弁と、前記第２流路を開閉する第２弁と、を備える。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、蒸発器の加熱容量が少ない場合にも、圧縮ユニットの圧縮効率を効果的に維持できる。したがって、蒸気供給装置の全体的な効率を効果的に上昇させることができる。
【０００７】
また、本実施形態の蒸気供給装置は、圧縮ユニットのサージを効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態による蒸気供給装置の構成を概略的に示す図面である。
【図２】図１の蒸気供給装置の一部の動作形態を概略的に示す図面である。
【図３】図１の蒸気供給装置の他の一部の動作形態を概略的に示す図面である。
【図４】図１の蒸気供給装置のさらに他の一部の動作形態を概略的に示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態による蒸気供給装置について説明する。
【００１０】
図１は、本発明の一実施形態による蒸気供給装置の構成を概略的に示す図面である。
【００１１】
図１を参照すれば、本実施形態による蒸気供給装置１は、蒸発器１００、圧縮ユニット２００、第１流路３００、第２流路４００、第３流路５００、第１弁６００、第２弁７００、第３弁８００、第１冷却器８１０，８２０、第２冷却器８３０、気液分離器９１０，９２０，９３０及び第４流路９５０を備える。
【００１２】
蒸発器１００は、流入した液体Ｗを加熱して蒸気を生成する。蒸発器１００の内部は、大気圧より低い圧力に維持されるが、この場合、液体Ｗの沸騰点は、大気圧下での沸騰点より低くなる。このように、液体Ｗの沸騰点を低くすれば、液体Ｗの蒸発に必要な熱量が減少する。以下では、蒸発器１００に流入する液体Ｗが水であることを例として説明する。
【００１３】
圧縮ユニット２００は、蒸発器１００から流出した蒸気、すなわち、水蒸気を圧縮するためのものであって、遠心式または軸流式圧縮器など、多様な形式の圧縮器を備えてもよい。また、圧縮ユニット２００は、複数の圧縮器が多段で連結された形態に構成されてもよい。図１を参照すれば、本実施形態による蒸気供給装置１の圧縮ユニット２００は、多段で連結された三つの圧縮器２１０，２２０，２３０を備えるということが分かる。以下では、説明の便宜上、各圧縮器２１０，２２０，２３０を、最先端から順次に第１圧縮器２１０、第２圧縮器２２０、第３圧縮器２３０と称する。
【００１４】
蒸発器１００の流出口と、圧縮ユニット２００の流入口、すなわち、第１圧縮器２１０の流入口とを連結する流路１５０には、蒸発器１００の内部を減圧させる減圧流路１６０が連結される。減圧流路１６０には、蒸発器１００の内部の圧力を低下させるように、蒸発器１００の内部の空気または水蒸気を強制的に取り出す減圧ポンプ１７０が配置される。
【００１５】
第１流路３００は、圧縮ユニット２００から流出した圧縮蒸気を、圧縮ユニット２００の流入口に再流入させるように、第３圧縮器２３０の流出口と、第１圧縮器２１０の流入口とを連結する。本実施形態において、第１流路３００は、第１圧縮器２１０の流入口に連結された気液分離器９１０を経て、第１圧縮器２１０に連結される。第１流路３００には、蒸気が圧縮ユニット２００の流入口から圧縮ユニット２００の流出口の方向に逆流することを防止するために、チェック弁３２０が配置される。また、第１流路３００には、第１流路３００が不要であると判断される場合に、第１流路３００をあらかじめ遮断させるバイパス弁が配置されてもよい。
【００１６】
第２流路４００は、圧縮ユニット２００から流出した圧縮蒸気を前記蒸発器１００に流入させるように、最後端の圧縮器、すなわち、第３圧縮器２３０の流出口と蒸発器１００とを連結する。第２流路４００には、蒸気が蒸発器１００から圧縮ユニット２００の流出口の方向に逆流することを防止するために、チェック弁４１０が配置される。
【００１７】
本実施形態において、第１流路３００及び第２流路４００それぞれは、圧縮ユニット２００の流出口に直接連結された流路５５０に連結されることで、圧縮ユニット２００の流出口に連結されるが、流出口に直接連結された流路５５０には、蒸気を外部大気に排出するための第１排気流路３５０が連結される。第１排気流路３５０は、圧縮ユニット２００を循環する蒸気の量を調節するためのものであって、第１排気流路３５０の弁３５２は、圧縮ユニット２００を循環する蒸気の量によって開閉が制御される。第１排気流路３５０には、高温高圧の蒸気の排出によるノイズを減少させるように、消音器３６０が配置される。
【００１８】
第３流路５００は、圧縮ユニット２００から流出した圧縮蒸気を蒸気利用設備Ｕ、すなわち、蒸気を利用して物理・化学的工程を行う設備に流出させるように、圧縮ユニット２００の流出口と蒸気利用設備Ｕとを連結する。第３流路５００には、蒸気利用設備Ｕに流入する蒸気の流量を計測するための流量計５２０が配置される。
【００１９】
本実施形態において、第３流路５００には、第２排気流路５１０が連結される。第２排気流路５１０は、弁５１２の開閉によって、第３流路５００の水蒸気を外部に排出し、蒸気供給装置１の作動条件を調節するのに使われる。例えば、第２排気流路５１０は、圧縮ユニット２００の初期作動条件を調節するのに使われてもよく、利用設備Ｕに蒸気を供給しない場合に、蒸気供給装置１の作動条件を継続的に維持できるように、蒸気を外部に排出する役割を行ってもよい。
【００２０】
第１弁６００は、第１流路３００内の圧縮蒸気のフローを断続するように、第１流路３００を開閉する役割を行う。すなわち、第１弁６００は、圧縮ユニット２００の流出口から圧縮ユニット２００の流入口に続く圧縮蒸気のフローを断続する。第１弁６００は、圧縮ユニット２００の流出蒸気の圧力が所定の圧力に達すれば開放される、減圧弁でありうる。
【００２１】
第２弁７００は、第２流路４００内の圧縮蒸気のフローを断続するように、第２流路４００を開閉する役割を行う。すなわち、第２弁７００は、圧縮ユニット２００の流出口から蒸発器１００の流入口に続く圧縮蒸気のフローを断続する。また、第２弁７００は、第１流路３００に流れる圧縮蒸気の流量を制御できるように、第２流路４００の開放程度を調節することも可能である。第２弁７００は、電子的に制御が可能な電子弁でありうる。
【００２２】
第１冷却器８１０，８２０は、第１ないし第３圧縮器２１０，２２０，２３０の間に配置され、前端の圧縮器から流出して、後端の圧縮器に流入する圧縮蒸気に水分を添加して、その蒸気を冷却する役割を行う。すなわち、第１冷却器８１０，８２０は、第１圧縮器２１０と第２圧縮器２２０との間、第２圧縮器２２０と第３圧縮器２３０との間にそれぞれ配置され、第１圧縮器２１０において圧縮されて第２圧縮器２２０に流入する蒸気、及び第２圧縮器２２０において圧縮されて第３圧縮器２３０に流入する蒸気に水分を噴射して冷却する。第１冷却器８１０，８２０は、圧縮蒸気に水分を噴射できるように、外部から水を供給され、第１冷却器８１０，８２０に流入する水の流路８１２，８２２には、流入する水の流量を制御可能な弁８１４，８２４が配置される。
【００２３】
第２冷却器８３０は、第１流路３００に配置され、第１流路３００を通過する圧縮蒸気に水分を添加して、その蒸気を冷却するように、第１流路３００に水分を噴射する役割を行う。第２冷却器８３０は、第１流路３００の圧縮蒸気に水分を噴射できるように、外部から水を供給され、第２冷却器８３０に流入する水の流路８３２には、流入する水の流量を制御可能な弁８３４が配置される。
【００２４】
気液分離器（Ｋｎｏｃｋ  ｏｕｔ  ｄｒｕｍ）９１０，９２０，９３０は、各圧縮器２１０，２２０，２３０の流入口側に配置され、圧縮器２１０，２２０，２３０に流入する蒸気から液状の水を分離する役割を行う。すなわち、気液分離器９１０，９２０，９３０は、各圧縮器２１０，２２０，２３０に流入する蒸気に含まれた煙霧状の水を除去することで、各圧縮器２１０，２２０，２３０に液状の水が流入することを抑制する。
【００２５】
第４流路９５０は、気液分離器９１０，９２０，９３０から分離されて排出される水を蒸発器１００に流入させるように、気液分離器９１０，９２０，９３０と蒸発器１００とを連結する。第４流路９５０には、気液分離器９１０，９２０，９３０において分離された液体Ｗを収容するための排出液保存槽９５２と、排出液保存槽９５２の水を蒸発器１００へ強制的に圧送するためのポンプ９５４とが配置される。
【００２６】
次に、前述した蒸気供給装置１の一部作動形態及び効果について説明する。
【００２７】
蒸発器１００に水を流入させ、それを加熱して蒸気を生成する。この際、蒸発器１００の水が１００℃以下で沸騰するように、蒸発器１００の内部圧力は、１気圧より低く設定される。蒸発器１００の内部圧力を１気圧より低く設定するために、減圧ポンプ１７０を用いてあらかじめ蒸発器１００の内部圧力を低下させておく。
【００２８】
蒸発器１００において生成された蒸気は、最先端に位置した気液分離器９１０に流入する。気液分離器９１０では、蒸気中に含まれた煙霧状の水が凝縮されて、蒸気から分離される。
【００２９】
気液分離器９１０を経て、液状の水が分離された蒸気は、圧縮ユニット２００の第１圧縮器２１０に流入する。蒸気は、第１圧縮器２１０を通過しつつ、圧力と温度とが上昇する。
【００３０】
第１圧縮器２１０から流出した高温高圧の蒸気は、第１冷却器８１０を通過しつつ、温度が低くなる。第１冷却器８１０は、第１圧縮器２１０から流出した蒸気に、その蒸気より温度の低い水分を添加するので、第１圧縮器２１０から流出した蒸気を冷却すると共に、蒸気の総量を増加させる。また、第１冷却器８１０は、第１圧縮器２１０から流出した高温の蒸気の温度を低めることで、熱膨脹による圧縮効率の低下を効果的に抑制できる。
【００３１】
第１冷却器８１０を通過した蒸気は、再び気液分離器９２０を経て第２圧縮器２２０に流入する。第２圧縮器２２０を通過した蒸気は、さらに高圧に圧縮され、圧縮過程において温度が上昇する。第２圧縮器２２０から流出した蒸気は、第２圧縮器２２０の後端に連結された第１冷却器８２０により冷却される。第２圧縮器２２０から流出した蒸気が第１冷却器８２０により冷却される過程において、蒸気の総量はさらに増加する。
【００３２】
第２圧縮器２２０及びその後端に連結された第１冷却器８２０を通過した蒸気は、気液分離器９３０を経て第３圧縮器２３０に流入する。第３圧縮器２３０に流入した蒸気は、さらに圧縮される。
【００３３】
一方、圧縮ユニット２００の圧縮効率を向上させるためには、圧縮ユニット２００に流入する蒸気の流量が確保されねばならない。しかし、蒸発器１００において生成される蒸気の流量は、圧縮ユニット２００において要求される蒸気の流量に達しない。
【００３４】
このように、蒸発器１００において生成される蒸気の流量が、圧縮ユニット２００の効率的な作動のために要求される流量に達しない場合、第２流路４００を開放して、圧縮ユニット２００から流出した圧縮蒸気を蒸発器１００に流入させる。
【００３５】
図２は、第１流路３００及び第３流路５００を遮断し、第２流路４００を開放させた状態を概略的に示す図面である。
【００３６】
図２を参照すれば、第２流路４００が開放されることで、圧縮ユニット２００から流出した高圧の圧縮蒸気は、蒸発器１００に流入する。圧縮ユニット２００から流出した圧縮蒸気は、多段の圧縮器を通過しつつ、温度が上昇しているので、圧縮ユニット２００から流出した圧縮蒸気が蒸発器１００に流入すれば、蒸発器１００は、さらに多量の蒸気を排出する。すなわち、圧縮ユニット２００から流出した蒸気は、圧縮ユニット２００から伝達されたエネルギーを保有した状態で蒸発器１００に流入するので、蒸発器１００は、多くの熱量を投入せずとも、流出蒸気の流量を効果的に増加させる。
【００３７】
前記のように、本実施形態の蒸気供給装置１は、第２流路４００の開閉を制御することで、蒸発器１００の加熱容量が比較的少ない場合にも、蒸発器１００の蒸気排出量を圧縮ユニット２００の最適の作動流量に合わせて増加させる。
【００３８】
一方、圧縮ユニット２００を通過する蒸気は、第１冷却器８１０，８２０を通過するが、第１冷却器８１０，８２０は、蒸気に水分を添加するので、圧縮ユニット２００を通過する蒸気の流量をさらに増加させる役割を行うことができる。
【００３９】
また、気液分離器９１０，９２０，９３０から排出される水は、ポンプ９５４により再び蒸発器１００に流入するが、その水は、高温の蒸気が凝縮されたものであって、高い温度を有するので、蒸発器１００において多くの熱を吸収せずとも、容易に蒸気に変換される。
【００４０】
圧縮ユニット２００を通過する蒸気の流量が確保されれば、第３弁８００を開放して第３流路５００を開放し、蒸気利用設備Ｕに蒸気を供給する。
【００４１】
図３は、第２流路４００及び第３流路５００を開放した状態を概略的に示す図面であって、図３に示すように、第３流路５００を開放すれば、圧縮された蒸気が蒸気利用設備Ｕに供給される。蒸気利用設備Ｕに流入した蒸気の量は、流量計５２０により計測される。
【００４２】
一方、圧縮ユニット２００の作動中に、圧縮ユニット２００の流入口と流出口との圧力差が所定の範囲以上に大きくなるか、または圧縮ユニット２００を通過する蒸気の流量が所定の範囲以下に少なくなる場合には、サージ（ｓｕｒｇｅ）が発生しうる。
【００４３】
かかる圧縮ユニット２００のサージを防止するために、圧縮ユニット２００の流入口と流出口との圧力差を、所定の範囲以下に維持し、圧縮ユニット２００の流量を、所定の大きさ以上に維持する必要がある。
【００４４】
図４は、第１流路３００を開放した状態を概略的に示す図面である。図４に示すように、本実施形態による蒸気供給装置１は、第１流路３００の開閉を制御することで、圧縮ユニット２００でのサージを未然に防止する。すなわち、第１弁は、圧縮ユニット２００の流入口と流出口との圧力差が所定の範囲に達すれば、第１流路３００を開放することで、圧縮ユニット２００の流入口と流出口との圧力差を所定の範囲以下に維持する。したがって、圧縮ユニット２００のサージが効果的に防止される。
【００４５】
第１流路３００が開放されれば、第１流路３００を通過する圧縮蒸気は、第２冷却器８３０を通過しつつ冷却され、これと共に流量も増加する。
【００４６】
以上、本発明の一実施形態による蒸気供給装置１について説明したが、本発明は、これに限定されず、本発明の技術的思想の範疇内で多様な形態に具体化されてもよい。
【００４７】
例えば、前記の実施形態では、圧縮ユニット２００が多段で連結された三つの圧縮器２１０，２２０，２３０を備えるものと説明したが、圧縮ユニット２００は、多段で連結された二つまたは四つ以上の圧縮器を備えてもよい。また、圧縮ユニット２００は、一つの圧縮器を備える形態に構成されてもよい。
【００４８】
また、前記の実施形態による蒸気供給装置１は、気液分離器９１０，９２０，９３０、第１冷却器８１０，８２０、第２冷却器８３０及び第４流路９５０を備えるものと説明したが、本発明による蒸気供給装置は、気液分離器、第１冷却器、第２冷却器及び第４流路を備えていない形態に構成されてもよい。
【００４９】
また、前記の実施形態による蒸気供給装置１の第１弁６００は、減圧弁であるものと説明したが、第１弁６００は、電子的に制御が可能な電子弁であってもよい。この場合、第１弁６００は、圧縮ユニット２００のサージを防止できるように、圧縮ユニット２００の流出口の圧力及び流量によって、第１流路３００の開閉を調節する形態に制御されてもよい。
【００５０】
また、前記の実施形態による蒸気供給装置１は、水を蒸発させた水蒸気を蒸気利用設備Ｕに供給するものと説明したが、本発明による蒸気供給装置は、水以外の液体を蒸発させて、その蒸気を蒸気利用設備Ｕに供給してもよい。
【００５１】
その他にも、本発明による蒸気供給装置は、多様な形態に具体化されることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、蒸気利用設備関連の技術分野に適用可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１    蒸気供給装置
１００    蒸発器
２００    圧縮ユニット
３００    第１流路
４００    第２流路
５００    第３流路
６００    第１弁
７００    第２弁
８００    第３弁
９１０，９２０，９３０    気液分離器
９５０    第４流路
Ｕ    蒸気利用設備
【図１】
0005996207.tif 000002
【図２】
0005996207.tif 000003
【図３】
0005996207.tif 000004
【図４】
0005996207.tif 000005