(57)【要約】【課題】製造コストの増加を抑制でき、かつ、耐久性に優れた蒸気発生装置を提供すること。【解決手段】蒸気発生装置１は、蒸発タンク２１及び水ヘッダ２２を有するタンク部２と、蒸発タンクの内部に配置されるチューブ２５及び噴霧ノズル２３と、水ヘッダ２２に貯留された水を噴霧水として噴霧ノズル２３に供給する噴霧水ラインＬ４と、噴霧水ポンプ７と、ブローラインＬ５，Ｌ６と、補給水ラインＬ７と、熱源流体供給ラインＬ１と、熱源流体排出ラインＬ２と、熱源流体排出ラインＬ２を流通する熱源流体と補給水ラインＬ７を流通する水との間で熱交換を行う給水熱交換器３と、熱源流体供給ラインＬ１と熱源流体排出ラインＬ２とを接続するバイパスラインＬ８と、バイパスラインＬ８と熱源流体排出ラインＬ２における給水熱交換器３の上流側とを接続する起動時熱交換ラインＬ９と、第１流路切替部１５と、第２流路切替部１７と、を備える。【選択図】図１
2016080191.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部において蒸気が生成される蒸発タンク、及び該蒸発タンクの下方に設けられ、前記蒸発タンクの内部において蒸発しなかった水が貯留される水ヘッダを有するタンク部と、
前記蒸発タンクの内部に水平方向に延びて配置され、内部に熱源流体が流通するチューブと、
前記蒸発タンクの内部における前記チューブよりも上方に配置され、該チューブに水を噴霧する噴霧ノズルと、
前記水ヘッダの内部に貯留された水を噴霧水として前記噴霧ノズルに供給する噴霧水ラインと、
前記噴霧水ラインに配置される噴霧水ポンプと、
前記噴霧水ラインを流通する噴霧水を排出するブローラインと、
前記ブローラインに配置されるブロー弁と、
前記チューブに熱源流体を供給する熱源流体供給ラインと、
前記チューブを流通した熱源流体を排出する熱源流体排出ラインと、
前記タンク部に補給水を供給する補給水ラインと、
前記補給水ラインに配置される補給水ポンプと、
前記熱源流体排出ラインを流通する熱源流体と前記補給水ラインを流通する水との間で熱交換を行う給水熱交換器と、
前記熱源流体供給ラインと前記熱源流体排出ラインにおける給水熱交換器の下流側とを接続するバイパスラインと、
前記バイパスラインと前記熱源流体排出ラインにおける前記給水熱交換器の上流側とを接続する起動時熱交換ラインと、
前記熱源流体供給ラインを流通する熱源流体の流路を、前記チューブ側又は前記バイパスライン側に切り替える第１流路切替部と、
前記バイパスラインを流通する熱源流体の流路を、前記バイパスライン側又は前記起動時熱交換ライン側に切り替える第２流路切替部と、を備える蒸気発生装置。
【請求項２】
起動時に前記噴霧水ポンプ及び前記補給水ポンプを駆動させ、前記ブロー弁を開放する第１起動部と、
前記熱源流体の流路が前記バイパスライン側となるように前記第１流路切替部を制御し、前記バイパスラインを流通する熱源流体の流路が前記起動時熱交換ライン側となるように前記第２流路切替部を制御する第１流路制御部と、
前記噴霧水の温度が上昇した場合に前記熱源流体の流路が前記チューブ側となるように前記第１流路切替部を制御すると共に前記ブロー弁を閉止する第２流路制御部と、を有する起動時制御部を更に備える請求項１に記載の蒸気発生装置。
【請求項３】
前記噴霧水の温度を測定する噴霧水温度測定部と、前記熱源流体の温度を測定する熱源流体温度測定部と、を更に備え、
前記第２流路制御部は、前記熱源流体の温度と前記噴霧水の温度との差が第１閾値を下回った場合に前記熱源流体の流路が前記チューブ側となるように前記第１流路切替部を制御すると共に前記ブロー弁を閉止する請求項２に記載の蒸気発生装置。
【請求項４】
前記噴霧水の温度を測定する噴霧水温度測定部と、前記熱源流体の温度を測定する熱源流体温度測定部と、を更に備え、
前記第１流路制御部は、起動時に前記熱源流体の温度と前記噴霧水の温度との差が第２閾値を上回っていた場合に前記熱源流体の流路が前記バイパスライン側となるように前記第１流路切替部を制御し、前記バイパスラインを流通する熱源流体の流路が前記起動時熱交換ライン側となるように前記第２流路切替部を制御する請求項２又は３に記載の蒸気発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、蒸気発生装置として、燃料を燃焼させて水を沸騰させ蒸気を生成するボイラが広く用いられている。一方、工場等で発生する廃熱のエネルギを有効に利用することを目的として、廃熱を熱源として蒸気を発生させる蒸気発生装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１で提案された蒸気発生装置によれば、約９０℃と比較的低い温度の温水を熱源として、蒸気を取り出すことができる。
【０００３】
このような、比較的低い温度の温水を熱源として蒸気を取り出すことができる蒸気発生装置として、タンクとこのタンクの内部を貫通するように配置されるチューブとを備えるシェルアンドチューブ型の熱交換器を用いた蒸気発生装置も知られている。シェルアンドチューブ型の熱交換器を用いれば、工場等において発生する廃熱（例えば、約９０℃の廃温水）を熱源流体としてチューブに流通させると共に、タンクの内部において、約８０℃の温水をチューブに噴霧することによって、廃熱を利用して蒸気を発生させることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１６４２２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、シェルアンドチューブ型の熱交換器を用いた蒸気発生装置の起動時には、冷却状態にある熱交換器に熱源流体が供給されることとなるため、熱源流体が流通するチューブは速やかに加温される一方、タンクは加温されるまでに所定の時間を必要とする。そのため、蒸気発生装置の起動時には、チューブとタンクとの温度差に起因する熱膨張量の違いによりこれらチューブとタンクとの接合部に負荷がかかってしまい、蒸気発生装置の耐久性を低下させる原因となっていた。
【０００６】
このような、起動時におけるチューブとタンクとの接合部にかかる負荷の問題を解消するために、チューブとタンクとの接合部分に伸縮継手のような伸縮性を有する部材を用いることが考えられる。しかしながら、チューブとタンクとの接合部分に伸縮性を有する部材を用いた場合には、蒸気発生装置の製造にかかる部品点数が増加し、蒸気発生装置の製造コスト及び製造工数を増加させてしまう。
【０００７】
従って、本発明は、製造コストの増加を抑制でき、かつ、耐久性に優れた蒸気発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、内部において蒸気が生成される蒸発タンク、及び該蒸発タンクの下方に設けられ、前記蒸発タンクの内部において蒸発しなかった水が貯留される水ヘッダを有するタンク部と、前記蒸発タンクの内部に水平方向に延びて配置され、内部に熱源流体が流通するチューブと、前記蒸発タンクの内部における前記チューブよりも上方に配置され、該チューブに水を噴霧する噴霧ノズルと、前記水ヘッダの内部に貯留された水を噴霧水として前記噴霧ノズルに供給する噴霧水ラインと、前記噴霧水ラインに配置される噴霧水ポンプと、前記噴霧水ラインを流通する噴霧水の一部を排出するブローラインと、前記ブローラインに配置されるブロー弁と、前記チューブに熱源流体を供給する熱源流体供給ラインと、前記チューブを流通した熱源流体を排出する熱源流体排出ラインと、前記タンク部に補給水を供給する補給水ラインと、前記補給水ラインに配置される補給水ポンプと、前記熱源流体排出ラインを流通する熱源流体と前記補給水ラインを流通する水との間で熱交換を行う給水熱交換器と、前記熱源流体供給ラインと前記熱源流体排出ラインにおける給水熱交換器の下流側とを接続するバイパスラインと、前記バイパスラインと前記熱源流体排出ラインにおける前記給水熱交換器の上流側とを接続する起動時熱交換ラインと、前記熱源流体供給ラインを流通する熱源流体の流路を、前記チューブ側又は前記バイパスライン側に切り替える第１流路切替部と、前記バイパスラインを流通する熱源流体の流路を、前記バイパスライン側又は前記起動時熱交換ライン側に切り替える第２流路切替部と、を備える蒸気発生装置に関する。
【０００９】
また、蒸気発生装置は、起動時に前記噴霧水ポンプ及び前記補給水ポンプを駆動させ、前記ブロー弁を開放する第１起動部と、前記熱源流体の流路が前記バイパスライン側となるように前記第１流路切替部を制御し、前記バイパスラインを流通する熱源流体の流路が前記起動時熱交換ライン側となるように前記第２流路切替部を制御する第１流路制御部と、前記噴霧水の温度が上昇した場合に前記熱源流体の流路が前記チューブ側となるように前記第１流路切替部を制御すると共に前記ブロー弁を閉止する第２流路制御部と、を有する起動時制御部を更に備えることが好ましい。
【００１０】
また、蒸気発生装置は、前記噴霧水の温度を測定する噴霧水温度測定部と、前記熱源流体の温度を測定する熱源流体温度測定部と、を更に備え、前記第２流路制御部は、前記熱源流体の温度と前記噴霧水の温度との差が第１閾値を下回った場合に前記熱源流体の流路が前記チューブ側となるように前記第１流路切替部を制御すると共に前記ブロー弁を閉止することが好ましい。
【００１１】
また、蒸気発生装置は、前記噴霧水の温度を測定する噴霧水温度測定部と、前記熱源流体の温度を測定する熱源流体温度測定部と、を更に備え、前記第１流路制御部は、起動時に前記熱源流体の温度と前記噴霧水の温度との差が第２閾値を上回っていた場合に前記熱源流体の流路が前記バイパスライン側となるように前記第１流路切替部を制御し、前記バイパスラインを流通する熱源流体の流路が前記起動時熱交換ライン側となるように前記第２流路切替部を制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、製造コストの増加を抑制でき、かつ、耐久性に優れた蒸気発生装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る蒸気発生装置の概略を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る蒸気発生装置におけるタンク部（蒸発タンク）を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る蒸気発生装置におけるタンク部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好ましい一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る蒸気発生装置の概略を示す図である。
本実施形態の蒸気発生装置１は、工場等において発生する廃温水等の比較的低温の熱源流体を利用して低圧の蒸気を発生させる。
【００１５】
この蒸気発生装置１は、図１〜図３に示すように、タンク部２と、タンク部２に設けられる蒸気導出部２４と、タンク部２の内部に配置されるチューブ２５及び噴霧ノズル２３と、熱源流体供給ラインとしての温水供給ラインＬ１と、熱源流体排出ラインとしての温水排出ラインＬ２と、蒸気導出ラインＬ３と、噴霧水ラインＬ４と、ブローラインとしての連続ブローラインＬ５及び濃縮ブローラインＬ６と、補給水ラインＬ７と、バイパスラインＬ８と、起動時熱交換ラインＬ９と、給水熱交換器３と、制御部９０と、を備える。「ライン」とは、流路、経路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。
【００１６】
タンク部２は、複数の蒸発タンク２１と、１つの水ヘッダ２２と、水面計２７と、を備える。複数の蒸発タンク２１は、それぞれ、蒸気を発生させる。
水ヘッダ２２は、複数の蒸発タンク２１の下方に配置される。水ヘッダ２２は、蒸発タンク２１の内部で蒸気にならなかった水を貯留する。
【００１７】
水面計２７は、水ヘッダ２２の内部に貯留される水の水位を検出する。より具体的には、水面計２７は、筒状の本体２７１と、この本体２７１の内部に配置される複数の電極棒２７２と、を備える。本体２７１は、水ヘッダ２２と同じ位の高さに配置される。本体２７１の下端部は、後述の噴霧水ラインＬ４を介して水ヘッダ２２の下端部に接続される。また、本体２７１の上端部は、後述の蒸気導出ラインＬ３に接続される。これにより、水面計２７（本体２７１）の内部の水位は、水ヘッダ２２の内部の水位と等しくなる。本実施形態では、本体２７１には、３本の電極棒２７２が配置され、３種類の水位（高水位Ｈ、中水位Ｍ及び低水位Ｌ）が検出される。
【００１８】
蒸気導出部２４は、複数の蒸発タンク２１それぞれの上部に設けられる。この蒸気導出部２４は、蒸発タンク２１で生成された蒸気を導出する。
チューブ２５は、蒸発タンク２１の内部に水平方向に延びて配置される。このチューブ２５の内部には、熱源流体となる温水が流通する。
【００１９】
噴霧ノズル２３は、蒸発タンク２１の内部におけるチューブ２５よりも上方に配置される。この噴霧ノズル２３は、チューブ２５に向けて水を噴霧する。
以上のタンク部２、蒸気導出部２４、噴霧ノズル２３及びチューブ２５の具体的な構成については、後述する。
【００２０】
温水供給ラインＬ１は、チューブ２５に熱源流体としての温水を供給する。温水供給ラインＬ１の上流側は、温水を供給する廃熱源に接続される。温水供給ラインＬ１の下流側は、チューブ２５の一端部（後述の第１流路２５１）に接続される。温水供給ラインＬ１には、熱源流体温度測定部としての温水温度センサ１１が配置される。本実施形態では、温水温度センサ１１は、温水供給ラインＬ１における後述の第１三方弁１５の上流側に配置される。温水温度センサ１１は、温水供給ラインＬ１を流通する温水の温度を測定する。
【００２１】
温水排出ラインＬ２は、チューブ２５の内部を流通し、熱源として利用された温水を外部に排出する。温水排出ラインＬ２の上流側は、チューブ２５の他端部（後述の第６流路２５６）に接続される。温水排出ラインＬ２には、チューブ２５を流通した温水の温度を測定する排温水温度センサ１２が配置される。本実施形態では、排温水温度センサ１２は、温水排出ラインＬ２における上流側（チューブ２５との接続部分近傍）に配置される。
【００２２】
蒸気導出ラインＬ３は、蒸発タンク２１の内部において発生した蒸気を導出する。蒸気導出ラインＬ３の上流側は、蒸気導出部２４に接続される。蒸気導出ラインＬ３の下流側は、エゼクタや蒸気圧縮機等（図示せず）に接続される。
【００２３】
噴霧水ラインＬ４は、水ヘッダ２２と、噴霧ノズル２３とを接続し、水ヘッダ２２に貯留された水を、噴霧水として噴霧ノズル２３に供給する。噴霧水ラインＬ４には、噴霧水ポンプ７及び噴霧水温度測定部としての噴霧水温度センサ１３が配置されている。本実施形態では、噴霧水温度センサ１３は、噴霧水ラインＬ４における噴霧水ポンプ７の下流側かつ後述の噴霧水熱交換器４の上流側に配置される。
噴霧水ポンプ７は、水ヘッダ２２に貯留された水を噴霧ノズル２３まで汲み上げる。噴霧水温度センサ１３は、噴霧水ラインＬ４における噴霧水ポンプ７の下流側に配置され、噴霧水ラインＬ４を流通する噴霧水の温度を測定する。
【００２４】
連続ブローラインＬ５及び濃縮ブローラインＬ６は、噴霧水ラインＬ４から分岐する。連続ブローラインＬ５及び濃縮ブローラインＬ６は、水ヘッダ２２に貯留された水の一部を排出する。連続ブローラインＬ５及び濃縮ブローラインＬ６には、それぞれブロー弁５及びブロー弁６が配置される。
【００２５】
補給水ラインＬ７は、水ヘッダ２２と、水を貯留している貯留槽等（図示せず）と、を接続する。補給水ラインＬ７は、水ヘッダ２２に補給水を供給する。この補給水ラインＬ７には、補給水ポンプ８、逆止弁９及び補給水温度センサ１４が配置される。
補給水ポンプ８は、貯留槽等から供給された水を昇圧して水ヘッダ２２の内部に供給する。逆止弁９は、補給水ラインＬ７の上流側への水の流通を遮断すると共に、所定の圧力以上の水圧を受けた場合に補給水ラインＬ７による水ヘッダ２２への補給水の供給を許容する。補給水温度センサ１４は、補給水ラインＬ７における水ヘッダ２２の入口近傍に配置され、水ヘッダ２２に供給される補給水の温度を測定する。
【００２６】
バイパスラインＬ８は、温水供給ラインＬ１と温水排出ラインＬ２とを接続し、温水供給ラインＬ１を流通する温水を、チューブ２５を介さずに温水排出ラインＬ２にバイパスさせる。より詳細には、バイパスラインＬ８は、温水供給ラインＬ１と温水排出ラインＬ２における後述の給水熱交換器３の下流側とを接続する。
【００２７】
バイパスラインＬ８と温水供給ラインＬ１との接続部分には、第１流路切替部としての第１三方弁１５が配置される。第１三方弁１５は、温水供給ラインＬ１を流通する温水の流路を、チューブ２５側又はバイパスラインＬ８側に切り替える。また、メインバイパスラインＬ８１には、流量調整部材としてのオリフィス１６が配置される。
【００２８】
起動時熱交換ラインＬ９は、バイパスラインＬ８におけるオリフィス１６の上流側と温水排出ラインＬ２における給水熱交換器３の上流側とを接続する。起動時熱交換ラインＬ９とバイパスラインＬ８との接続部分には、第２流路切替部としての第２三方弁１７が配置される。第２三方弁１７は、温水供給ラインＬ１からバイパスラインＬ８に流れてきた温水の流路を、起動時熱交換ラインＬ９側又はバイパスラインＬ８側に切り替える。
【００２９】
給水熱交換器３は、温水排出ラインＬ２を流通する温水と補給水ラインＬ７を流通する水との間で熱交換を行う。より具体的には、給水熱交換器３は、温水排出ラインＬ２におけるバイパスラインＬ８との接続部分よりも上流側に配置される。これにより、水ヘッダ２２に供給される水は、温水排出ラインＬ２を流通する温水により加熱される。
【００３０】
制御部９０は、各種センサにより検出された情報に基いて各種弁等を制御することで蒸気発生装置１の動作を制御する。例えば、制御部９０は、水面計２７により検出された水位に基いて、噴霧水ポンプ７及び補給水ポンプ８を制御し、蒸気発生装置１の給水制御を行う。また、制御部９０は、蒸気発生装置１の起動時に、タンク部２を暖機する起動時制御を行う。制御部９０による蒸気発生装置１の制御の詳細については、後述する。
【００３１】
次に、タンク部２、蒸気導出部２４、チューブ２５及び噴霧ノズル２３の構成につき、図２及び図３を参照しながら説明する。
図２は、本実施形態のタンク部２を示す斜視図である。図３（ａ）は、図２の蒸発タンク２１を、奥行き方向ＬＤと垂直であって蒸発タンク２１と噴霧水ラインＬ４とが接続する部分を通過する面で切断し、蒸発タンク２１の正面方向（Ｘ方向）から観察した断面図（１つの蒸発タンク２１の断面図）である。図３（ｂ）は、蒸発タンク２１を、蒸発タンク２１の幅方向ＷＤの中央部分であって蒸発タンク２１の幅方向ＷＤと垂直な面で切断し、蒸発タンク２１の側面方向（Ｙ方向）から観察した断面図である。
【００３２】
本実施形態では、タンク部２は、４つの蒸発タンク２１と、１つの水ヘッダ２２と、を備える。
蒸発タンク２１は、図２及び図３に示すように、高さ方向ＨＤの長さ（高さ）Ｈ１及び幅方向ＷＤの長さ（幅）Ｗ１が奥行き方向ＬＤの長さ（奥行き）Ｄ１よりも短い直方体形状に形成される。複数の蒸発タンク２１は、幅方向ＷＤに連結される。
水ヘッダ２２は、蒸発タンク２１の奥行き方向ＬＤの中央領域の下方に配置される。本実施形態では、水ヘッダ２２は、複数の蒸発タンク２１の幅方向ＷＤに亘って延びる円筒形状に形成される。
以上の蒸発タンク２１と水ヘッダ２２とは、複数の配管２６を介して接続される。より具体的には、複数の配管２６の上端部は、それぞれ、複数の蒸発タンク２１の下面に接続される。また、複数の配管２６の下端部は、水ヘッダ２２の周面の上部に接続される。
【００３３】
蒸気導出部２４は、蒸発タンク２１の幅方向ＷＤの中央領域で、かつ、蒸発タンク２１の奥行き方向ＬＤの中央領域に設けられている。
【００３４】
チューブ２５は、蒸発タンク２１の奥行き方向ＬＤに延びると共に、蒸発タンク２１の幅方向ＷＤに複数本配置され、更に、蒸発タンク２１の高さ方向ＨＤにも複数本配置されている。また、蒸発タンク２１の幅方向ＷＤの中央部に配置されるチューブ２５の間隔Ｗ２は、蒸発タンク２１の幅方向ＷＤの側部に配置されるチューブ２５の間隔Ｗ３よりも狭い。即ち、蒸発タンク２１の幅方向ＷＤの中央部に配置されるチューブ２５の本数は、蒸発タンク２１の幅方向ＷＤの側部に配置されるチューブ２５の本数よりも多くなっている。
【００３５】
本実施形態では、チューブ２５は、図３に示すように、第１流路２５１、第２流路２５２、第３流路２５３、第４流路２５４、第５流路２５５及び第６流路２５６を含んで構成される。
【００３６】
第１流路２５１は、蒸発タンク２１の高さ方向ＨＤの下側に配置される複数のチューブ２５からなる。この第１流路２５１の上流側の端部は温水供給ラインＬ１に接続される。第１流路２５１は、蒸発タンク２１の内部において温水を蒸発タンク２１の手前側から奥側に向かって（第１方向に）流通させる。
第２流路２５２は、第１流路２５１の幅方向ＷＤに隣り合って配置される。この第２流路２５２の上流側の端部は、第１流路２５１の下流側の端部に接続される。第２流路２５２は、蒸発タンク２１の内部において温水を蒸発タンク２１の奥側から手前側に向かって（第１方向に対向する第２方向に）流通させる。
【００３７】
第３流路２５３は、第２流路２５２の幅方向ＷＤに隣り合って配置される。この第３流路２５３の上流側の端部は、第２流路２５２の下流側の端部に接続される。第３流路２５３は、蒸発タンク２１の内部において温水を蒸発タンク２１の手前側から奥側に向かって流通させる。
第４流路２５４は、第３流路２５３の高さ方向ＨＤの上側に配置される。この第４流路２５４の上流側の端部は、第３流路２５３の下流側の端部に接続される。第４流路２５４は、蒸発タンク２１の内部において温水を蒸発タンク２１の奥側から手前側に向かって流通させる。
【００３８】
第５流路２５５は、第４流路２５４の幅方向ＷＤに隣り合って配置される。この第５流路２５５の上流側の端部は、第４流路２５４の下流側の端部に接続される。第５流路２５５は、蒸発タンク２１の内部において温水を蒸発タンク２１の手前側から奥側に向かって流通させる。
第６流路２５６は、第５流路２５５の幅方向ＷＤに隣り合って配置される。この第６流路２５６の上流側の端部は、第５流路２５５の下流側の端部に接続される。第６流路２５６は、蒸発タンク２１の内部において温水を蒸発タンク２１の奥側から手前側に向かって流通させる。
【００３９】
以上のチューブ２５によれば、温水供給ラインＬ１から供給された温水は、第１流路２５１を蒸発タンク２１の奥行き方向ＬＤの手前側から奥側に流通した後に折り返して、第２流路２５２を蒸発タンク２１の奥側から手前側に流通する。更に、温水は、第３流路２５３を手前側から奥側に、第４流路２５４を奥側から手前側に、第５流路２５５を手前側から奥側に、第６流路２５６を奥側から手前側に流通した後、温水排出ラインＬ２から排出される。
【００４０】
噴霧ノズル２３は、蒸発タンク２１の幅方向ＷＤの中央領域に、蒸発タンク２１の奥行き方向ＬＤに所定の間隔をあけて複数配置されている。本実施形態においては、噴霧ノズル２３は、蒸気導出部２４の奥側及び手前側に２つ配置されている。噴霧ノズル２３の噴霧角は広角であり１８０°に近い。
【００４１】
本実施形態の蒸気発生装置１は、次のように動作する。
まず、廃熱源から熱源となる例えば９０℃程度の温水が、温水供給ラインＬ１を通じてチューブ２５に供給される。チューブ２５に供給された温水は、第１流路２５１から第６流路２５６の順に蒸発タンク２１の内部を流通する。
一方、蒸発タンク２１の内部においては、噴霧ノズル２３からチューブ２５に向けて、噴霧水が噴霧される。また、蒸発タンク２１の内部は、負圧（例えば、−０．０４３ＭＰａＧ）に維持されている。これにより、チューブ２５を流通する温水は、噴霧水によって熱を奪われて８５℃程度まで降温し、温水排出ラインＬ２を通じて排出される。
【００４２】
また、温水が流通するチューブ２５には、噴霧ノズル２３から８０℃程度の水が噴霧されることで、表面に薄い液膜が形成される。このように、負圧に維持された状態において、チューブ２５の表面に薄い液膜が形成されることによって、チューブ２５内を流通する温水と、噴霧ノズル２３によって噴霧される水との温度差が比較的小さい場合（例えば、約９℃）であっても効率的に蒸気を発生させることが可能になる。
【００４３】
蒸発タンク２１の内部で発生した蒸気は、蒸気導出部２４から導出され、蒸気導出ラインＬ３を通じてエゼクタや蒸気圧縮機等に供給される。
蒸発タンク２１の内部で蒸気にならなかった水は、水ヘッダ２２に貯留される。水ヘッダ２２に貯留された水は、噴霧水ラインＬ４を通じて、噴霧水ポンプ７によって噴霧ノズル２３まで汲み上げられ、再びチューブ２５に噴霧される。
【００４４】
連続ブローラインＬ５及び濃縮ブローラインＬ６は、水ヘッダ２２に貯留された水を排水する。連続ブローラインＬ５は、ブロー弁５を開放することによって、常に一定量の水を排出、あるいは、一定時間ごとに一定量の水を排出する。濃縮ブローラインＬ６は、タンク部２に貯留された水の塩化物イオン等の濃度の値を監視し、その値が一定の基準を超えた場合にブロー弁６を開放し一定量の水を排出する。
【００４５】
噴霧水ラインＬ４とタンク部２との間を循環する水が少なくなった場合（水面計２７で検出される水位が所定の水位を下回った場合）には、補給水ラインＬ７から水ヘッダ２２に補給水が補給される。補給水ラインＬ７によって補給される水は、約２０℃である。補給水ラインＬ７によって補給される水は、給水熱交換器３によって、温水排出ラインＬ２を流通する温水と熱交換を行う。補給水ラインＬ７によって補給される水は、温水排出ラインＬ２を流通する温水と熱交換を行うことによって、例えば、約４０℃へ昇温される。
【００４６】
以上説明したようなシェルアンドチューブ型の蒸気発生装置は、起動時には、冷却状態にある蒸発タンク２１に温水が供給されることとなるため、温水が流通するチューブ２５は速やかに加温される一方、蒸発タンク２１は加温されるまでに所定の時間を必要とする。そのため、蒸気発生装置の起動時には、チューブ２５と蒸発タンク２１との温度差に起因する熱膨張量の違いによりこれらチューブ２５と蒸発タンク２１との接合部に負荷がかかってしまう。
【００４７】
そこで、本実施形態の蒸気発生装置１は、制御部９０を、起動時制御部８０を含んで構成し、起動時におけるチューブ２５と蒸発タンク２１との接合部にかかる負荷を低減している。
起動時制御部８０は、蒸気発生装置１の起動時に、噴霧水の温度が所定の温度に上昇するまでの間温水をチューブ２５側に供給せず、バイパスラインＬ８及び起動時熱交換ラインＬ９を通じて給水熱交換器３に供給することで、水ヘッダ２２に供給される給水を加熱し、この加熱された給水を噴霧水として噴霧することにより蒸発タンク２１を加温する。
【００４８】
起動時制御部８０は、第１起動部８１と、第１流路制御部８２と、第２流路制御部８３と、を備える。
第１起動部８１は、蒸気発生装置１の起動時に噴霧水ポンプ７及び補給水ポンプ８を駆動させる。また、第１起動部８１は、ブロー弁５及び／又はブロー弁６を開放する。
【００４９】
第１流路制御部８２は、温水の流路がバイパスラインＬ８側となるように第１三方弁１５を制御し、また、バイパスラインＬ８を流通する温水の流路が起動時熱交換ラインＬ９側となるように第２三方弁１７を制御する。本実施形態では、第１流路制御部８２は、噴霧水ポンプ７の運転が開始された場合に、温水温度センサ１１により測定される温水の温度と噴霧水温度センサ１３により測定される噴霧水の温度との差が第２閾値（例えば、３０℃）を上回っていた場合に、上記の制御を行う。
【００５０】
これにより、蒸気発生装置１の起動時に、温水を給水熱交換器３に供給して、補給水ラインＬ７を流通する水（補給水）を加熱できる。そして、給水熱交換器３により加熱された補給水を、噴霧水ラインＬ４を通じて噴霧水として噴霧することにより蒸発タンク２１及びチューブ２５を加温できる。また、蒸発タンク２１及びチューブ２５に噴霧されて温度が低下した噴霧水は、連続ブローラインＬ５及び／又は濃縮ブローラインＬ６から排出できるので、給水熱交換器３により加熱された補給水を噴霧水として連続的に供給でき、蒸発タンク２１及びチューブ２５を効率よく加温できる。尚、この状態では、温水はチューブ２５側には流通しないので、チューブ２５の内部には温水は供給されない。
【００５１】
第２流路制御部８３は、噴霧水の温度が上昇した場合に、温水供給ラインＬ１を流通する温水の流路がチューブ２５側となるように第１三方弁１５を制御すると共に、ブロー弁５及びブロー弁６を閉止する。より具体的には、第２流路制御部８３は、温水温度センサ１１により測定される温水の温度と噴霧水温度センサ１３により測定される噴霧水の温度との差が第１閾値（例えば、３０℃）を下回った場合に温水の流路がチューブ２５側となるように第１三方弁１５を制御し、ブロー弁５及びブロー弁６を閉止する。また、この場合、第２流路制御部８３は、第２三方弁１７をバイパスラインＬ８側に切り替え、起動時熱交換ラインＬ９側への温水の流通を停止させる。これにより、温水供給ラインＬ１を流通する温水がチューブ２５側に供給されることで、蒸発タンク２１において、噴霧水がチューブ２５の内部を流通する温水により加熱されて蒸気が生成される。
尚、第１起動部８１により駆動された補給水ポンプ８は、第２流路制御部８３による制御が行われた後、水面計２７により所定の水位が検出された場合に駆動が停止される。
【００５２】
以上説明した本実施形態の蒸気発生装置によれば、以下のような効果を奏する。
【００５３】
（１）蒸気発生装置１を蒸発タンク２１及びチューブ２５を有するいわゆるシェルアンドチューブ型に構成すると共に、この蒸気発生装置１を、温水排出ラインＬ２を流通する温水と補給水ラインＬ７を流通する水との間で熱交換を行う給水熱交換器３と、温水供給ラインＬ１と温水排出ラインＬ２における給水熱交換器３の下流側とを接続するバイパスラインＬ８と、バイパスラインＬ８と温水排出ラインＬ２における給水熱交換器３の上流側とを接続する起動時熱交換ラインＬ９と、温水供給ラインＬ１とバイパスラインＬ８との接続部分に配置される第１三方弁１５と、バイパスラインＬ８と起動時熱交換ラインＬ９との接続部分に配置される第２三方弁１７と、を含んで構成した。これにより、蒸気発生装置１の起動時に、第１三方弁１５をバイパスラインＬ８側に切り替えると共に第２三方弁１７を起動時熱交換ラインＬ９側に切り替えることで温水を給水熱交換器３に供給して、補給水ラインＬ７を流通する水（補給水）を加熱できる。そして、給水熱交換器３により加熱された補給水を、噴霧水ラインＬ４を通じて噴霧水として噴霧することにより蒸発タンク２１及びチューブ２５を加温できる。また、蒸発タンク２１及びチューブ２５に噴霧されて温度が低下した噴霧水は、連続ブローラインＬ５及び／又は濃縮ブローラインＬ６から排出できるので、給水熱交換器３により加熱された補給水を噴霧水として連続的に供給でき、蒸発タンク２１及びチューブ２５を効率よく加温できる。よって、蒸発タンク２１及びチューブ２５が加温された後に第１三方弁１５をチューブ２５側に切り替えることで、チューブ２５に温水が供給されてもチューブ２５と蒸発タンク２１との間に大きな温度差が生じることを防げるので、チューブ２５と蒸発タンク２１との接合部分にかかる負荷を低減できる。その結果、蒸気発生装置１の製造コストを抑制しつつ、蒸気発生装置１の耐久性を向上させられる。
【００５４】
（２）蒸気発生装置１を、起動時制御部８０を含んで構成し、この起動時制御部８０を、噴霧水ポンプ７及び補給水ポンプ８を駆動させ、ブロー弁５，６を開放する第１起動部８１と、温水の流路がバイパスラインＬ８側となるように第１三方弁１５を制御しバイパスラインＬ８を流通する温水の流路が起動時熱交換ラインＬ９側となるように第２三方弁１７を制御する第１流路制御部８２と、噴霧水の温度が上昇した場合に温水の流路がチューブ２５側となるように第１三方弁１５を制御すると共にブロー弁５，６を閉止する第２流路制御部８３と、を含んで構成した。これにより、起動時にチューブ２５と蒸発タンク２１との接合部分にかかる負荷を低減しながら蒸気発生装置１を加温（暖気）する起動時制御を好適に行わせられる。
【００５５】
（３）蒸気発生装置１を、噴霧水温度センサ１３と、温水温度センサ１１と、を含んで構成し、第２流路制御部８３に、温水の温度と噴霧水の温度との差が第１閾値を下回った場合に、温水の流路がチューブ２５側となるように第１三方弁１５を制御させた。これにより、噴霧水の温度が十分に上昇して蒸発タンク２１が加温された場合に温水をチューブ２５側に流通させて蒸気生成を開始させられる。よって、蒸気発生装置１の起動時における暖気制御を適切なタイミングで終了させられる。
【００５６】
（４）第１流路制御部８２に、起動時に温水の温度と噴霧水の温度との差が第２閾値を上回っていた場合に、温水の流路がバイパスラインＬ８側となるように第１三方弁１５を制御させ、バイパスラインＬ８を流通する温水の流路が起動時熱交換ラインＬ９側となるように第２三方弁１７を制御させた。これにより、蒸気発生装置１の起動時に噴霧水の温度が高い場合、つまり、蒸発タンク２１が加温されている場合には、起動時制御（暖機制御）を行うことなく温水をチューブ２５側に流通させて蒸気生成を開始させられる。
【００５７】
以上、本発明の蒸気発生装置１の好ましい一実施形態につき説明したが、本発明は、上述した実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態では、熱源流体として温水を用いたが、これに限らない。即ち、熱源流体として、排ガスや空気等の他の流体を用いてもよい。
【００５８】
また、本実施形態では、第１流路切替部及び第２流路切替部を三方弁により構成したが、これに限らない。即ち、第１流路切替部及び第２流路切替部を、複数の弁を組み合わせて構成してもよい
【００５９】
また、本実施形態では、噴霧水の温度を噴霧水温度センサ１３により測定したが、これに限らない。即ち、噴霧水の温度を補給水温度センサ１４により測定してもよい。
【００６０】
また、本実施形態では、第１閾値と第２閾値を同じ大きさに設定したが、これに限らない。即ち、例えば、第２閾値を第１閾値よりも高く（大きく）設定してもよい。
【００６１】
また、本実施形態では、噴霧水温度センサ１３を、噴霧水ラインＬ４における噴霧水ポンプ７の下流側かつ噴霧水熱交換器４の上流側に配置したが、これに限らない。即ち、噴霧水温度センサ１３を、噴霧水ラインＬ４における噴霧水熱交換器４の下流側に配置してもよい。
【００６２】
また、本実施形態では、第２流路制御部８３に、温水の温度と噴霧水の温度との差が第１閾値を下回った場合に温水の流路がチューブ２５側となるように第１三方弁１５を制御させたが、これに限らない。即ち、第２流路制御部８３に、噴霧水温度センサ１３で測定される噴霧水の温度が所定の温度（例えば、８０℃）まで上昇した場合に、温水の流路がチューブ２５側となるように第１三方弁１５を制御させてもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１  蒸気発生装置
２  タンク部
３  給水熱交換器
５  ブロー弁
６  ブロー弁
７  噴霧水ポンプ
８  補給水ポンプ
１１  温水温度センサ（熱源流体温度測定部）
１３  噴霧水温度センサ（噴霧水温度測定部）
１５  第１三方弁（第１流路切替部）
１７  第２三方弁（第２流路切替部）
２１  蒸発タンク
２２  水ヘッダ
２５  チューブ
２３  噴霧ノズル
８０  起動時制御部
８１  第１起動部
８２  第１流路制御部
８３  第２流路制御部
Ｌ１  温水供給ライン（熱源流体供給ライン）
Ｌ２  温水排出ライン（熱源流体排出ライン）
Ｌ４  噴霧水ライン
Ｌ５  連続ブローライン（ブローライン）
Ｌ６  濃縮ブローライン（ブローライン）
Ｌ７  補給水ライン
Ｌ８  バイパスライン
Ｌ９  起動時熱交換ライン
【図１】
2016080191.tif 000003
【図２】
2016080191.tif 000004
【図３】
2016080191.tif 000005