(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と、蒸発タンク２１の内部に配置される噴霧ノズル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、チューブ２５に熱源流体を供給する熱源流体供給ラインＬ１と、熱源流体を排出する熱源流体排出ラインＬ２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を流通する熱源流体と噴霧水ラインＬ４を流通する水との間で熱交換を行う噴霧水熱交換器４と、熱源流体の流路をチューブ２５側又はバイパスラインＬ８側に切り替える流路切替部１５と、を備える。【選択図】図１
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【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設けられる噴霧水ポンプと、
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、
前記熱源流体供給ラインと前記熱源流体排出ラインとを接続するバイパスラインと、
前記バイパスラインを流通する熱源流体と前記噴霧水ラインを流通する水との間で熱交換を行う噴霧水熱交換器と、
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を駆動させる噴霧水ポンプ起動部、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流路切替部を制御する第１流路制御部、及び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流路切替部を制御する第２流路制御部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１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流路切替部を制御する請求項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２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流路切替部を制御する請求項３に記載の蒸気発生装置。
【請求項５】
前記バイパスラインは、
メインバイパスラインと、
前記メインバイパスラインから分岐して前記噴霧水熱交換器を経由する噴霧水熱交換ラインと、
前記噴霧水熱交換ライン側への熱源流体の流量を調整すると、を備える請求項１〜４のいずれか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設けられる噴霧水ポンプと、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、前記熱源流体供給ラインと前記熱源流体排出ラインとを接続するバイパスラインと、前記バイパスラインを流通する熱源流体と前記噴霧水ラインを流通する水との間で熱交換を行う噴霧水熱交換器と、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を駆動させる噴霧水ポンプ起動部、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流路切替部を制御する第１流路制御部、及び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流路切替部を制御する第２流路制御部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１流路制御部は、自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１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流路切替部を制御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２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流路切替部を制御することが好ましい。
【００１２】
また、前記バイパスラインは、メインバイパスラインと、前記メインバイパスラインから分岐して前記噴霧水熱交換器を経由する噴霧水熱交換ラインと、前記噴霧水熱交換ライン側への熱源流体の流量を調整する流量調整弁と、を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
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】
【００１４】
【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】
【００１５】
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。
【００１６】
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、連続ブローラインＬ５と、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、給水熱交換器３と、噴霧水熱交換器４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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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水する。連続ブローラインＬ５及び濃縮ブローラインＬ６には、それぞれバルブ５及びバルブ６が配置される。
【００２６】
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。
【００２７】
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。本実施形態では、バイパスラインＬ８は、メインバイパスラインＬ８１と、噴霧水熱交換ラインＬ８２と、を備える。
【００２８】
メインバイパスラインＬ８１は、上流側の端部が温水供給ラインＬ１に接続され、下流側の端部が温水排出ラインＬ２に接続される。メインバイパスラインＬ８１と温水供給ラインＬ１との接続部分には、流路切替部としての三方弁１５が配置される。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。
【００２９】
噴霧水熱交換ラインＬ８２は、メインバイパスラインＬ８１から分岐して後述の噴霧水熱交換器４を経由し、再びメインバイパスラインＬ８１に接続される。より具体的には、噴霧水熱交換ラインＬ８２の上流側の端部は、メインバイパスラインＬ８１におけるオリフィス１６の上流側に接続され、下流側の端部は、メインバイパスラインＬ８１におけるオリフィス１６の下流側に接続される。
噴霧水熱交換ラインＬ８２には、流量調整弁としての開閉弁１７が配置される。開閉弁１７は、例えば、電磁弁により構成され、噴霧水熱交換ラインＬ８２を噴霧水熱交換器４側に流通する温水の流量を調整する。本実施形態では、開閉弁１７を開放することで噴霧水熱交換器４側に温水が流通し、開閉弁１７を閉止することで噴霧水熱交換器４側への温水の流通が遮断される。
【００３０】
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。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。
噴霧水熱交換器４は、噴霧水ラインＬ４を流通する噴霧水と噴霧水熱交換ラインＬ８２（バイパスラインＬ８）を流通する温水との間で熱交換を行う。これにより、噴霧水は、噴霧水熱交換ラインＬ８２を流通する温水により加熱される。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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、バルブ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バルブ６を開放し一定量の水を排出する。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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、噴霧水熱交換器４側に供給することで、蒸発タンク２１とチューブ２５とを温度差を生じさせることなく加温する。
具体的には、起動時制御部８０は、噴霧水ポンプ起動部８１と、第１流路制御部８２と、第２流路制御部８３と、を備える。
【００４９】
噴霧水ポンプ起動部８１は、蒸気発生装置１の起動時に噴霧水ポンプ７を起動させる。
第１流路制御部８２は、噴霧水ポンプ７が起動された場合に、温水供給ラインＬ１を流通する温水の流路がバイパスラインＬ８側となるように三方弁１５を制御する。より具体的には、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１閾値（例えば、３０℃）を上回っていると温水の流路がバイパスラインＬ８側となるように三方弁１５を制御する。また、第１流路制御部８２は、この場合、開閉弁１７を開放し、バイパスラインＬ８を流通する温水を噴霧水熱交換ラインＬ８２側に流通させる。これにより、噴霧水熱交換器４に温水が供給され、この噴霧水熱交換ラインＬ８２を流通する温水により噴霧水が加熱される。そして、噴霧水熱交換器４により加熱された噴霧水が蒸発タンク２１の内部に噴霧されることにより、蒸発タンク２１及びチューブ２５は、加温される。また、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。
【００５０】
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側となるように三方弁１５を制御する。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２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側となるように三方弁１５を制御する。また、この場合、第２流路制御部８３は開閉弁１７を閉止し、噴霧水熱交換ラインＬ８２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。
【００５１】
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。
【００５２】
（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、温水供給ラインＬ１と温水排出ラインＬ２とを接続するバイパスラインＬ８と、このバイパスラインＬ８を流通する温水と噴霧水ラインＬ４を流通する水との間で熱交換を行う噴霧水熱交換器４と、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側に切り替える三方弁１５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、三方弁１５をバイパスラインＬ８側に切り替えて温水を噴霧水熱交換器４に供給することで、噴霧水ラインＬ４を流通する水（噴霧水）を加熱できるので、噴霧水により蒸発タンク２１及びチューブ２５を加温できる。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。
【００５３】
（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側となるように三方弁１５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側となるように三方弁１５を制御する第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（暖機）する起動時制御を好適に行わせられる。
【００５４】
（３）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１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側となるように三方弁１５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。
【００５５】
（４）蒸気発生装置１を、温水温度センサ１１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２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機制御を適切なタイミングで終了させられる。
【００５６】
（５）バイパスラインＬ８を、メインバイパスラインＬ８１と、噴霧水熱交換ラインＬ８２と、を含んで構成した。これにより、蒸気発生装置１の起動時には噴霧水熱交換ラインＬ８２に温水を流通させて噴霧水を加温でき、蒸気発生装置１の停止時等には、メインバイパスラインＬ８１に熱源流体を流通させて噴霧水が加熱されてしまうことを防げる。
【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、流路切替部を三方弁１５により構成したが、これに限らない。即ち、流量調整弁を、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１閾値を第２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、流量調整弁を開閉弁（電磁弁）１７により構成したが、これに限らない。即ち、流量調整弁を、開度に応じて温水の流通量を調整可能な弁により構成してもよい。
【００６３】
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２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側となるように三方弁１５を制御させてもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１  蒸気発生装置
２  タンク部
４  噴霧水熱交換器
７  噴霧水ポンプ
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  三方弁（流路切替部）
１７  開閉弁（流量調整弁）
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  噴霧水ポンプ起動部
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
Ｌ８  バイパスライン
Ｌ８１  メインバイパスライン
Ｌ８２  噴霧水熱交換ライン
【図１】
2016080189.tif 000003
【図２】
2016080189.tif 000004
【図３】
2016080189.tif 000005