(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラーにて発電用の蒸気を発生させるために供給するボイラー用水の処理設備であって、ボイラー用水の供給ラインに該ボイラー用水と遠赤外線を放射するセラミックスとを接触させる遠赤外線放射セラミックス接触処理器(16-1)と、該遠赤外線放射セラミックス接触処理器(16-1)の出側から入側に該ボイラー用水を戻すボイラー用水戻しライン(23-1)とを設け、該ボイラー用水戻しライン(23-1)の配管径を、ボイラー用水供給ライン（補給水ライン８）の配管径より大きくすることにより、遠赤外線を放射するセラミックスと複数回接触させたボイラー用水を連続的にボイラーに供給することにより発電効率を向上させることを特徴とするボイラー用水の処理装置。
【請求項２】
ボイラーにて発電用の蒸気を発生させるために供給するボイラー用水の処理設備であって、ボイラー(3)の循環水ライン（17）にボイラー用水と遠赤外線を放射するセラミックスとを接触させる遠赤外線放射セラミックス接触処理器(16-2)と、該遠赤外線放射セラミックス接触処理器(16-2)の出側から入側に該ボイラー用水を戻すボイラー用水戻しライン(23-2)と循環ポンプ（19）とを設け、該ボイラー用水戻しライン(23-2)の配管径を、ボイラー循環水ライン(17)の配管径より大きくすることにより、ボイラー用水と遠赤外線を放射するセラミックスとを複数回接触させ、該ボイラー用水を連続的にボイラーに供給することにより発電効率を向上させることを特徴とするボイラー用水の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボイラー用水の処理方法および処理設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ボイラー用水は、一般に入手できる工業用水、即ち、上水より不純物や塩類を除去した水(通称純水)を使用していた。
図４は、従来の発電用の蒸気を発生させるために用いるボイラー用水の供給方法を示す図である。
【０００３】
ボイラー用水は、通常の工業用水等を、純水として処理した後、復水器１０に供給される。補給された純水は、復水タンク１２に溜められ、ボイラー循環水として脱気器１４に供給され、脱気した後、ボイラー用水としてボイラー３に供給される。
一方、燃焼炉１から高温の燃焼ガス２がボイラー３に供給され、ここで発生した蒸気が蒸気タービン４に供給され、発電機５を回転させて電気エネルギーに変換される。
蒸気タービン４から排出される低圧蒸気は、復水器１０に戻され、再循環して再利用される。
【０００４】
この従来のボイラーを用いた発電設備の効率を向上させる方策としては、以下のような対策が講じられていた。
１）一度ボイラーより発生した蒸気を再び過熱器を通すことにより、新たに加熱設備を設    置することなく昇温・昇圧が可能となり、燃料原単位を抑えボイラー効率の向上を図    る。
ボイラー発電システムは、ボイラーで発生した過熱蒸気を用いてタービンを回転させ、この回転エネルギーを電気エネルギーに変換する方法であるため、発電タービンを多段にすることで、発生した蒸気を低圧蒸気まで効率的にタービンの回転力として利用できる。
【０００５】
２）発生した蒸気を有効利用するため発電タービン翼のクリアランスを小さくし、発生蒸気のリークを防止して、効率良くタービンの回転に使用することで、発電効率の向上を図る。
３）復水器の圧力を常圧から常圧より低くし、真空にすることで、発電タービンの入側と出側の熱落差を大きくすることができ、結果として、同一の温度・圧力の蒸気から、より大きな熱量を得る。
以上の方法は、機械設計や操業条件の変更による発電効率向上の手段であり、限界設計、限界操業近くまで来ているのが現状であり、今後は大幅な効率向上は望めないという問題点があった。
【０００６】
なお、例えば、特開平１０−５７５１号公報には、水の中に遠赤外線放射率の極めて高いセラミックスを浸漬することにより、水分子の分子構造を小さくして比熱容量や熱伝導率を高めた水が開示されており、この水を洗浄水や、植物栽培用水などの家庭用として適用された例はあるが、遠赤外線放射セラミックスと接触させた水をボイラー用水として用いることにより発電効率を向上させるという本発明の技術思想は全く開示されていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記のような従来技術の問題点を解決し、発電効率が著しく向上するボイラー用水の処理方法および処理設備を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ボイラー用水と遠赤外線を放射するセラミックスとを接触させた。このボイラー用水を用いて発電用蒸気を発生させた場合に発電効率が著しく向上するボイラー用水の処理方法および処理設備を提供するものであり、本発明の要旨とするところは、許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
【０００９】
（１）ボイラーにて発電用の蒸気を発生させるために供給するボイラー用水の処理設備であって、ボイラー用水の供給ラインに該ボイラー用水と遠赤外線を放射するセラミックスとを接触させる遠赤外線放射セラミックス接触処理器(16-1)と、該遠赤外線放射セラミックス接触処理器(16-1)の出側から入側に該ボイラー用水を戻すボイラー用水戻しライン(23-1)とを設け、該ボイラー用水戻しライン(23-1)の配管径を、ボイラー用水供給ライン（補給水ライン８）の配管径より大きくすることにより、遠赤外線を放射するセラミックスと複数回接触させたボイラー用水を連続的にボイラーに供給することにより発電効率を向上させることを特徴とするボイラー用水の処理装置。
【００１０】
（２）ボイラーにて発電用の蒸気を発生させるために供給するボイラー用水の処理設備であって、ボイラー(3)の循環水ライン（17）にボイラー用水と遠赤外線を放射するセラミックスとを接触させる遠赤外線放射セラミックス接触処理器(16-2)と、該遠赤外線放射セラミックス接触処理器(16-2)の出側から入側に該ボイラー用水を戻すボイラー用水戻しライン(23-2)と循環ポンプ（19）とを設け、該ボイラー用水戻しライン(23-2)の配管径を、ボイラー循環水ライン(17)の配管径より大きくすることにより、ボイラー用水と遠赤外線を放射するセラミックスとを複数回接触させ、該ボイラー用水を連続的にボイラーに供給することにより発電効率を向上させることを特徴とするボイラー用水の処理装置。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図１乃至図３を用いて詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態として、ボイラー用水の供給ライン８に遠赤外線放射セラミックス接触処理器１６-１を設置した例を示す。
ボイラー用水は、通常の工業用水、即ち、上水より不純物や塩類を除去した水(通称純水)を遠赤外線放射セラミックス接触処理器１６-１にて、遠赤外線放射セラミックスと接触させることにより、遠赤外線放射セラミックス処理水を生成し、遠赤外線放射セラミックス処理水ラインによりボイラー３に供給される。
一方、燃焼炉１から高温の燃焼ガス２がボイラー３に供給され、ここで発生した蒸気または温水６が、蒸気または温水を利用する施設に供給される。
この遠赤外線放射セラミックス処理水は、ボイラー用水と遠赤外線放射セラミックスとを、常圧・常温以上で接触させることにより得られる。この処理効果は、ボイラー用水に遠赤外線が照射され、この熱量が付与されるためと考えられる。
【００１２】
この処理効果は、圧力・温度・接触面積により増加するので、圧力は0.248Mpa以上、温度は60〜80℃程度で、遠赤外線放射セラミックスとボイラー用水との接触は10回程度が好ましい。
遠赤外線放射セラミックスとボイラー用水との接触方法は、ボイラー用水の循環経路内に、遠赤外線放射セラミックス装置を直列に配置し、ボイラー用水を循環させて複数回、遠赤外線セラミックスと接触させる方法が好ましいが、遠赤外線セラミックスが入った容器を並列に設置し、ボイラー用水を分流して１回接触させても接触面積を増加させることができるので、同様の効果が得られる。
【００１３】
ボイラー用水に遠赤外線を照射することにより、この熱量がボイラー用水に付与されるため、遠赤外線放射セラミックス処理水の蒸発潜熱が小さくなっており、ボイラー用水の加熱に必要なエネルギーが著しく低減でき、結果として、遠赤外線放射セラミックス処理水をボイラー用水に用いて発電を行った場合には、発電効率を著しく向上させることができる。
遠赤外線セラミックスと接触させた水がこのような性質を有する理由は明らかではないが、水分子が結合して形成される分子構造が遠赤外線エネルギーで微細になることが原因であると考えられる。
【００１４】
遠赤外線放射セラミックス接触処理器１６-１の出側に循環ポンプ１９とボイラー用水戻しライン２３-１を設けることが好ましい。例えば、ボイラー用水戻しライン２３-１の配管の径を、遠赤外線放射セラミックス処理水ライン２２の配管径の３倍とすることにより、配管断面積を９倍とすることができるので、ボイラー用水を連続的に供給してもその９０％はボイラー用水戻しライン２３-１を経由して遠赤外線放射セラミックス接触処理器１６-１の入側に戻される。  これによって、ボイラー用水を連続的に供給してもボイラー用水と遠赤外線放射セラミックスとを複数回接触させることができるので、オフラインのバッチ処理により、ボイラー用水と遠赤外線放射セラミックスとを複数回接触させる手間とそのために必要な容器を設ける必要がない。
【００１５】
なお、ボイラー用水戻しライン２３-１の配管径と遠赤外線放射セラミックス処理水ライン２２の配管径の比を適宜選択することにより、ボイラー用水と遠赤外線放射セラミックスとの接触回数を自由に設定することができる。
また、ボイラー用水の圧力が高圧の場合には、遠赤外線放射セラミックス接触処理器１６-１をボイラー用水戻しライン23-1に移設し、フィルター等を設置することにより、セラミックスの破損を防止することができる。
【００１６】
（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態として、ボイラーで発生した蒸気を発電用蒸気タービンに利用し、ボイラー用水の供給ライン８に加えて、ボイラー循環水ラインに遠赤外線放射セラミックス接触処理器１６-２を設置した例を示す図である。
ボイラー用水は、通常の工業用水等を、純水として処理した後、遠赤外線放射セラミックス接触処理器１６-１にて、遠赤外線放射セラミックスと接触させることにより、遠赤外線放射セラミックス処理水を生成し、遠赤外線放射セラミックス処理水ライン９により、復水器１０または復水タンク１２に供給される。
【００１７】
復水は一旦復水タンク１２に溜められ、脱気器１４で脱気された後、遠赤外線放射セラミックス接触処理器１６-２にて再度、遠赤外線放射セラミックスと接触した後に、ボイラー３に供給される。
一方、燃焼炉１から高温の燃焼ガス２がボイラー３に供給され、ここで発生した蒸気６が、蒸気タービン４に供給され、発電機５により電気エネルギーに変換される。蒸気タービン４から回収された低圧蒸気は復水器１０に戻される。
この第２の実施形態によると、ボイラー供給ライン８に加えて、ボイラー循環水ラインにも、遠赤外線放射セラミックス接触処理器１６-２を設置することから、遠赤外線放射セラミックス処理水への遠赤外線熱量の付与による発電効率の向上効果がさらに発揮できる。
なお、本実施形態では、ボイラー供給ライン８に加えて、ボイラー循環水ラインにも、遠赤外線放射セラミックス接触処理器１６-２を設置したが、ボイラー循環水ラインだけに遠赤外線放射セラミックス接触処理器１６-２を設置し、ボイラー用水と遠赤外線放射セラミックスとの接触回数を増やせば同等の効果が得られる。
【００１８】
遠赤外線放射セラミックス接触処理器１６-２の出側に循環ポンプ１９とボイラー用水戻しライン２３-２を設けることが好ましい。例えば、ボイラー用水戻しライン２３-２の配管の径を、ボイラー循環水ライン１７の配管径の３倍とすることにより、配管断面積を９倍とすることができるので、ボイラー用水を連続的に供給してもその９０％はボイラー用水戻しライン２３-２を経由して遠赤外線放射セラミックス接触処理器１６-２の入側に戻される。  これによって、ボイラー用水を連続的に供給してもボイラー用水と遠赤外線放射セラミックスとを複数回接触させることができるので、オフラインのバッチ処理により、ボイラー用水と遠赤外線放射セラミックスとを複数回接触させる手間とそのために必要な容器を設ける必要がない。
【００１９】
なお、ボイラー用水戻しライン２３-２の配管径とボイラー循環水ライン１７の配管径の比を適宜選択することにより、ボイラー用水と遠赤外線放射セラミックスとの接触回数を自由に設定することができる。
また、ボイラー用水の圧力が高圧の場合には、遠赤外線放射セラミックス接触処理器１６-２をボイラー用水戻しライン23-2に移設し、フィルター等を設置することにより、セラミックスの破損を防止することができる。
【００２０】
（第３の実施形態）
図３は、本発明の第３の実施形態として、ボイラーで発生した蒸気を発電用蒸気タービンに利用し、ボイラー用水の供給ライン８、ボイラー循環水ラインに加えて、復水タンクに遠赤外線放射セラミックス接触処理器１６-３を設置した例を示す図である。
前述の第２の実施形態に加えて、復水タンク１２に循環ポンプ１９を設置し復水タンクに溜められた循環水を、遠赤外線放射セラミックス接触処理器１６-３にて、遠赤外線放射セラミックスと接触させることにより、遠赤外線放射セラミックス処理水を生成し、復水タンク１２に戻される。
【００２１】
この第３の実施形態によると、ボイラー供給ライン８、ボイラー循環水ラインに加えて復水タンク１２にも、遠赤外線放射セラミックス接触処理器１６-３を設置することから、遠赤外線放射セラミックス処理水への遠赤熱量の付与による発電効率の向上効果がさらに発揮できる。
なお、本実施形態では、ボイラー供給ライン８、ボイラー循環水ラインに加えて、復水タンク１２にも、遠赤外線放射セラミックス接触処理器１６-３を設置したが、復水タンク１２だけに遠赤外線放射セラミックス接触処理器１６-３を設置し、復水と遠赤外線放射セラミックスとの接触回数を増やせば同等の効果が得られる。
【００２２】
【実施例】
発明者らは、遠赤外線放射セラミックス処理水をボイラー用水として用いた場合の効果を定量的に検証すべく、図５に示す実証試験を行った。投入された遠赤外線放射セラミックス処理水は、循環ポンプによりボイラー３に供給されて蒸気を発生させ、ボイラー３の出側に熱交換器を設置し、発生した蒸気を復水器１２により完全に復水させ、この復水した量を測定することで発生蒸気量を検証した。
また、復水させる際、発生した蒸気と冷却水が熱交換される量を算出することで蒸気が有する熱エネルギーを検証した。
【００２３】
図６は、本発明の実証試験に用いた遠赤外線放射セラミックス接触処理器１６の概要図である。ボイラー用水（純水）をヒータにて予熱し、遠赤外線放射セラミックスボールと、水温８０℃、接触圧力0.7MPa、接触回数１０回の条件で接触させて遠赤外線放射セラミックス処理水を得た。
図７は、本発明の実証試験に用いた遠赤外線放射セラミックス接触処理器１６のセラミックスボールの部分を示す図であり。セラミックスボールはφ１５５ｍｍ×L600ｍｍの筒状の容器に入れ、30L/分の流量で純水をセラミックスボールと接触させて遠赤外線放射セラミックス処理水を生成した。
【００２４】
図８は、遠赤外線放射セラミックス処理水を連続的に生成するためのライン構成を示す図である。遠赤外線放射セラミックス接触処理器１６の出側から入側にボイラー用水を戻すボイラー用水戻しライン２３を設け、戻しラインの配管径を供給ラインの配管径の３倍とすることにより、全量の９０％を戻しラインに流すことができ、バッチ処理によりボイラー用水とセラミックスを接触させなくても、連続処理により１０回の接触ができる。
図９は通常水と遠赤外線放射セラミックス処理水の加熱状況を示す図である。遠赤外線放射セラミックス処理水は通常水に比べて温度上昇速度が速く、通常水に比べて蒸発潜熱が著しく小さいことがわかる。
【００２５】
図１０に、通常水と遠赤外線放射セラミックス処理水を全く同じ条件で加熱した場合の熱効率の比較結果を示す。
この結果、熱交換器での交換熱量は、通常水を使用した場合に比べて約７％高い値を示した。これによって、遠赤外線放射セラミックス処理水をボイラー用水として使用して蒸気タービンにより発電を行えば、７％程度発電効率が増加することが検証できた。
これに対して、遠赤外線放射セラミックス処理水の発生蒸気量は、通常水と比べて発電効率を増大させる程の差は得られなかった。
【００２６】
この理由は、以下のように考えられる。
セラミックスボールに水を接触させることで、セラミックスボールが有する遠赤外線の放出によって水を構成する分子構造が微細になり、同一入熱に対し水の運動量が増大するため蒸発し易くなる。さらに、この遠赤外線の熱量を遠赤外線放射セラミックス処理水が保有し、蒸気状態でもこの遠赤外線熱量を保持しているため、同一条件の下での蒸気タービン前後の熱落差が増加する。つまり電気エネルギーへの変換量が大きくなり発電量が増加する。
しかし、発生蒸気量については、上記の過程で水の分子構造が細かくなるため移動速度は変化するが、全体として水の体積量については変化しない。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、発電効率が著しく向上するボイラー用水の処理方法および処理設備を提供することができ、具体的には、同一の投入熱量に対し、ボイラーに使用される純水がセラミックスボールとの接触によって遠赤外線熱量を受け取ることによって、遠赤外線放射セラミックス処理水自体に熱量が付与され、ボイラーで加熱された蒸気の持つ熱エネルギーが約７％高くなる。これにより、蒸気タービンで変換される電気エネルギーも増加し、発電効率が最大７％程度向上するなど、産業上有用な著しい効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明におけるボイラー用水の処理方法および処理設備の第１の実施形態を示す図である。
【図２】  本発明におけるボイラー用水の処理方法および処理設備の第２の実施形態を示す図である。
【図３】  本発明におけるボイラー用水の処理方法および処理設備の第３の実施形態を示す図である。
【図４】  従来のボイラー用水の処理方法および処理設備を示す図である。
【図５】  本発明のボイラー用水の処理方法および処理設備の実証試験方法を示す図である。
【図６】  本発明の実証試験に用いた遠赤外線放射セラミックス接触処理器を示す概要図である。
【図７】  本発明の実証試験に用いた遠赤外線放射セラミックス接触処理器１６のセラミックスボールの部分を示す図である。
【図８】  遠赤外線放射セラミックス処理水を連続的に生成するためのライン構成を示す図である。
【図９】  通常水と遠赤外線放射セラミックス処理水の加熱状況を示す図である。
【図１０】  通常水と遠赤外線放射セラミックス処理水を全く同じ条件で加熱した場合の熱効率の比較結果を示す図である。
【符号の説明】
１：燃焼炉
２：高温の燃焼ガス
３：ボイラー
４：蒸気タービン
５：発電機
６：蒸気（または温水）
７：低圧蒸気ライン
８：補給水ライン（ボイラー用水供給ライン）
９：遠赤外線放射セラミックス処理水ライン
１０：復水器（コンデンサ）
１１：復水ライン
１２：復水タンク（復水容器）
１３：ボイラー循環水ライン
１４：脱気器
１５：脱気後ボイラー循環水ライン
１６、１６-１、１６-２、１６-３：遠赤外線放射セラミックス接触処理器
１７：ボイラー循環水ライン
１８：煙突
１９：循環ポンプ
２０：復水循環水ライン
２１：復水遠赤外線放射セラミックス処理水ライン
２２：遠赤外線放射セラミックス処理水ライン
２３-１、２３-２：ボイラー用水戻しライン
【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】
0003880414.tif 000008
【図８】
0003880414.tif 000009
【図９】
0003880414.tif 000010
【図１０】
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