(57)【要約】【課題】蒸気製造時における水道費用を削減できる蒸気製造装置を提供する。【解決手段】環境水の水面より高い位置に設けられ環境水を貯留する環境水貯留部を有し、この環境水貯留部に充填される環境水の液面を水頭圧により下降させることで環境水貯留部内を減圧するとともに環境水を蒸発させる蒸発器２と、蒸発器２により発生された蒸気を圧縮する圧縮手段３とを備える蒸気製造装置１である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環境水の水面より高い位置に設けられ前記環境水を貯留する環境水貯留部を有し、該環境水貯留部に充填した前記環境水の液面を水頭圧により下降させることで前記環境水貯留部内を減圧するとともに前記環境水を蒸発させる蒸発器と、
該蒸発器から導かれた蒸気を圧縮する圧縮手段と、を備えることを特徴とする蒸気製造装置。
【請求項２】
前記多段圧縮構造は多段に配置された圧縮機から構成され、前段圧縮機により圧縮した前記蒸気が後段圧縮機に導かれることを特徴とする請求項１に記載の蒸気製造装置。
【請求項３】
前記圧縮機の少なくとも一つは、回転により前記蒸気を圧縮する羽根車が多段に設けられた多段羽根車を備え、前段羽根車により圧縮した前記蒸気が後段羽根車に導かれることを特徴とする請求項２に記載の蒸気製造装置。
【請求項４】
前記前段圧縮機と前記後段圧縮機との間、及び前記前段羽根車と前記後段羽根車との間の少なくとも一方には、前段の圧縮工程により生成される過熱蒸気を冷却する中間冷却器が設けられることを特徴とする請求項２又は３に記載の蒸気製造装置。
【請求項５】
前記中間冷却器は外部から前記過熱蒸気を冷却する冷却水が供給される容器を有し、前記冷却水は前記過熱蒸気に接触することで蒸発して蒸気を発生させるとともに蒸発潜熱により前記過熱蒸気を冷却させることを特徴とする請求項４に記載の蒸気製造装置。
【請求項６】
前記蒸発器は、前記環境水貯留部内の前記環境水における凍結を防止する凍結防止手段を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の蒸気製造装置。
【請求項７】
前記凍結防止手段は、前記環境水を外部から前記環境水貯留部内に供給する環境水供給機構を含むことを特徴とする請求項６に記載の蒸気製造装置。
【請求項８】
前記凍結防止手段は、前記環境水貯留部に挿通される配管を有し、該配管は、内部に前記環境水貯留部に貯留される前記環境水に対して高温の水が流されるとともに前記環境水と熱交換後の前記水を取り出し可能に構成されることを特徴とする請求項６又は７に記載の蒸気製造装置。
【請求項９】
前記蒸発器は、前記環境水貯留部内に水を散布する水散布手段を備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の蒸気製造装置。
【請求項１０】
前記環境水として、地下水、海水、及び工業排水のいずれかを用いることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の蒸気製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、蒸気を製造する蒸気製造装置としては、ボイラで燃料を燃焼させた熱を利用して蒸気を生成する構成が一般的に知られている。工場等の生産プロセスで使用される蒸気はボイラにより生成される（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平６−２４９４５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ボイラから得られる蒸気のエネルギは、燃料を燃焼させて得られたエネルギから損失分を減じたもので示されるため、燃料のエネルギを上回ることがない。また、ボイラを用いて蒸気を製造する場合には、不純物が大量に含まれる水を使用することができないため、多量の工業用水が用いられることから水道費用が嵩むといった問題がある。そこで、ボイラに代わる新たな蒸気製造装置の提供が望まれている。
【０００４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、蒸気製造時における水道費用を削減できる蒸気製造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】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の蒸気製造装置は、環境水の水面より高い位置に設けられ前記環境水を貯留する環境水貯留部を有し、該環境水貯留部に充填した前記環境水の液面を水頭圧により下降させることで前記環境水貯留部内を減圧するとともに前記環境水を蒸発させる蒸発器と、該蒸発器から導かれた蒸気を圧縮する圧縮手段と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
本発明の蒸気製造装置によれば、水頭圧により発生させた蒸気を圧縮することにより、所望の温度及び圧力の蒸気を高いエネルギ効率にて得ることが可能となる。また、環境水から蒸気生成を行うことができるので、ボイラに比べて工業用水の利用量を削減することができる。
【０００７】
また、上記蒸気製造装置においては、前記多段圧縮構造は多段に配置された圧縮機から構成され、前段圧縮機により圧縮した前記蒸気が後段圧縮機に導かれるのが好ましい。さらに、前記圧縮機の少なくとも一つは、回転により前記蒸気を圧縮する羽根車が多段に設けられた多段羽根車を備え、前段羽根車により圧縮した前記蒸気が後段羽根車に導かれるようにしてもよい。
このようにすれば、蒸発器からの蒸気を多段で圧縮することで蒸気を所望の圧力まで確実に加圧することができる。また、多段羽根車により多段の圧縮が可能とされるので、圧縮機単体としての圧力比を向上させることができる。
【０００８】
また、上記蒸気製造装置においては、前記前段圧縮機と前記後段圧縮機との間、及び前記前段羽根車と前記後段羽根車との間の少なくとも一方には、前段の圧縮工程により生成される過熱蒸気を冷却する中間冷却器が設けられるのが好ましい。
この構成によれば、前段の圧縮機又は前段羽根車で圧縮される際に過熱状態とされる過熱蒸気を冷却して後段の圧縮機又は後段羽根車に導くことで圧縮手段全体としての効率を向上させることができる。
【０００９】
さらに、前記中間冷却器は外部から前記中間冷却器は外部から前記過熱蒸気を冷却する冷却水が供給される容器を有し、前記冷却水は前記過熱蒸気に接触することで蒸発して蒸気を発生させるとともに蒸発潜熱により前記過熱蒸気を冷却させるのが望ましい。
この構成によれば、冷却水は過熱蒸気を冷却するとともに蒸気発生源として機能させることが可能となる。また、例えば過熱蒸気を飽和温度近くまで冷却する際には、冷却水から多量の蒸気を発生させることができる。さらに、過熱蒸気を冷却する過程において容器内に供給される冷却水が蒸発して蒸気となるため、水が無駄に消費されることが防止される。
【００１０】
また、上記蒸気製造装置においては、前記蒸発器は、前記環境水貯留部内の前記環境水における凍結を防止する凍結防止手段を備えるのが好ましい。
この構成によれば、環境水の凍結が防止されるため、外部温度が低い環境下に環境水貯留部を配置することで蒸気を製造することができる。
【００１１】
また、上記蒸気製造装置においては、前記凍結防止手段は、前記環境水を外部から前記環境水貯留部内に供給する環境水供給機構を含むのが好ましい。
環境水貯留部内の環境水は蒸気発生時の蒸発潜熱により冷却されて温度低下が生じる。これに対し、外部から供給される環境水は環境水貯留部内の環境水に比べて温度が高くなる。したがって、外部から環境水を供給することで環境水貯留部内における凍結を防止する凍結防止手段として機能させることができる。よって、凍結防止手段を簡便な構成で提供することができる。
【００１２】
また、上記蒸気製造装置においては、前記凍結防止手段は、前記環境水貯留部に挿通される配管を有し、該配管は、内部に前記環境水貯留部に貯留される前記環境水に対して高温の水が流されるとともに前記環境水と熱交換後の前記水を取り出し可能に構成されるのが好ましい。
配管内を流れる水は環境水貯留部内の環境水が温められることで凍結が防止される一方、環境水との熱交換により冷却される。本発明は、熱交換後の配管内の水が取り出し可能とされるので、蒸気を製造する一方、冷水を製造することもできる。
【００１３】
また、上記蒸気製造装置においては、前記蒸発器は、前記環境水貯留部内に水を散布する水散布手段を備えるのが好ましい。
この構成によれば、環境水貯留部内への散布水からも蒸気を得ることが可能となり、環境水貯留部内における環境水の蒸発を促進させることができる。
【００１４】
また、上記蒸気製造装置においては、前記環境水として、地下水、海水、及び工業排水のいずれかを用いるのが好ましい。
この構成によれば、蒸気生成用の水として地下水、海水、工業用水等の環境水が用いられることで、蒸気生成時に工業用水を多量に使用するボイラに比べて水道費用を大幅に削減することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、水頭圧により環境水から得た蒸気を圧縮することで高いエネルギ効率で所望の蒸気を得られることができ、蒸気製造時に使用される工業用水の量をボイラに比べて大幅に削減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る蒸気製造装置の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１７】
（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態に係る蒸気製造装置の構成を模式的に示す図である。図１に示されるように、蒸気製造装置１は、環境水から蒸気を発生させる蒸発器２と、蒸発器２で発生させた蒸気を圧縮する圧縮手段３とを備える。環境水としては、地下水、海水、工業排水を例示することができる（本実施形態は海水を用いた）。なお、本実施形態に係る蒸気製造装置１は、ボイラに代わり、工場等の生産プロセスにおいて使用される蒸気を製造するための装置である。
【００１８】
図２は蒸発器２の構成を示す模式図である。図２に示されるように、蒸発器２は、環境水を貯留するタンク（環境水貯留部）１０を有している。このタンク１０は、海水面よりも高い位置に設けられる。蒸発器２は、タンク１０内に充填した海水の液面を水頭圧により下降させることでタンク１０内を減圧するとともに海水を蒸発させて蒸気を発生させるものである。なお、本実施形態において、海水の温度は１０．０℃とする。
【００１９】
タンク１０の上部側面には、第一配管１１が設けられており、この第一配管１１は圧縮手段３へと接続される。また、タンク１０の下面側には第二配管１２が設けられており、この第二配管１２は海水中に挿入されている。上記第一配管１１及び第二配管１２には、不図示のバルブが設けられており、これにより第一、第二配管１１，１２内の流路の開閉操作が可能とされている。
【００２０】
ここで、タンク１０内で海水が蒸発する原理について説明する。はじめに、第一、第二配管１１，１２の流路を閉じ、タンク１０及び第二配管１２に海水を充填する。続いて、海水が充填された状態のタンク１０において、第ニ配管１２の流路を開く。すると、タンク１０内の海水の液面が自重により低下し始め、やがて海水面の低下が停止する。
【００２１】
具体的には、タンク１０の内部は海水面の低下に伴って減圧されて低真空状態となり、これにより海水が蒸発し始める。そして、タンク１０内の圧力が飽和蒸気圧（温度１０℃に対応）に到達すると海水面の低下が停止する。なお、このように水頭差を利用することでタンク１０内の海水を蒸発させるためには、タンク１０の上部を少なくとも１０ｍ以上の高度のある場所に配置すればよい。
【００２２】
タンク１０内の圧力が海水の蒸発に伴って海水の温度（１０。０℃）に対応する飽和蒸気圧（１．２３ｋＰａ）に到達した後、第一配管１１の流路を開くことで圧縮手段３内に飽和蒸気（圧力１．２３ｋＰａ）が導かれる。
【００２３】
また、本実施形態に係る蒸発器２は、タンク１０内に水を散布する水散布手段１３を備えている。この水散布手段１３は、タンク１０内に常温、常圧の水を水滴Ｄとして散布するものである。これにより、散布された水滴Ｄからも蒸気を得ることが可能となり、タンク１０内における蒸気の発生を促進させることができる。よって、液面からの蒸発量が不足しているような場合においても十分な量の蒸気を発生させることができる。
【００２４】
ところで、タンク１０内の海水は、蒸発潜熱により熱が奪われ水温が低下する可能性がある。特にタンク１０が外部温度の低い場所に配置される場合は、タンク１０内の海水が凍結する可能性が高まる。そこで、本実施形態においては、蒸発器２にタンク１０内の海水の凍結を防止する凍結防止手段１４を備えている。
【００２５】
この凍結防止手段１４は、タンク１０の底面側に挿通される第三配管（配管）１５と、この第三配管１５における流量を調整する流量調整バルブＢ１とを備えている。第三配管１５内にはタンク１０内に貯留されている海水に比べて温度の高い水（温水）が流れるようになっている。このような温水としてはタンク１０内の海水よりも温度の高い水であれば種々のものを用いることができる（例えば、本実施形態では工場等で得られた排水を例示できる）。このとき、第三配管１５内を流れる水とタンク１０内の海水との間で熱交換が生じ、タンク１０内の海水は温められることで凍結が防止される一方、第三配管１５内を流れる水は冷却されて温度が低下する。また、第三配管１５の下流側には、熱交換後の水を取り出し可能とする取り出し部５０が設けられている。この取り出し部５０としては、例えばバルブ等が用いられる。この構成により、本実施形態に係る蒸気製造装置１は、蒸気を製造する一方、冷水も製造可能となっている。また、蒸気製造装置１は上記凍結防止手段１４を備えることで、外部温度が低い環境下においてもタンク１０内の海水が凍結することなく、良好に蒸気を発生させることが可能となっている。なお、タンク１０内の海水が凍結しない程度の温度が保てる場合は、流量調整バルブＢ１を閉じることでタンク１０内への温水の供給を中止すればよい。
【００２６】
また、本発明においては、上記凍結防止手段１４として、図３に示されるようなタンク１０内に外部から海水を供給する海水供給機構１７を用いてもよい。この海水供給機構１７は、海水面から海水を吸引する吸引ポンプＰと、この吸引ポンプＰにより吸引した海水をタンク１０に供給する配管１８とを備えている。吸引ポンプＰは、タンク１０内の海水面の高さを略一定に保ち、これにより蒸気発生量を安定させることで圧縮手段３への負荷を軽減できるようになっている。なお、配管１８における吸引ポンプＰと蒸発器２との間には、海水の逆流を防止する逆流防止弁(不図示)が設けられている。
【００２７】
ここで、基準面における海水は蒸発潜熱の影響を受けることがないため、タンク１０内の海水に比べて温度が高くなっている。よって、タンク１０内に挿通された配管１８を介して、タンク１０内の海水に熱を伝えることで海水の凍結を防止できる。したがって、この構成によれば、熱媒体として海水を配管１８内に供給するといった簡便な構成により、海水供給機構１７を凍結防止手段１４として機能させることが可能となる。
【００２８】
（圧縮手段）
続いて、上記圧縮手段３の構成について説明する。図４は圧縮手段３の構成を示す模式図である。本実施形態に係る圧縮手段３は、蒸発器２により発生された低圧（１．２３ｋＰａ）の蒸気を圧縮することで所望の温度及び圧力の蒸気を生成するものである。
【００２９】
本実施形態に係る圧縮手段３は、上述したような入口に導かれた１０．０℃の蒸気を出口から１２０℃の蒸気として排出するように構成される。１００℃以上の蒸気は大気圧（１０１ｋＰａ）以上の圧力となるため、吸引ポンプ等を用いることなく容易に外部に取り出し可能となる。なお、本発明により得られる蒸気が１００℃以上に限られることはなく、上述した吸引ポンプ等を用いることで１００℃以下の蒸気も外部に取り出すことができるのはもちろんである。
【００３０】
本実施形態に係る蒸気製造装置１では、圧縮手段３により大気圧（１０１ｋＰａ）以上の蒸気を製造するため、圧縮手段全体として高い圧縮比が要求される。そこで、図４に示されるように圧縮手段３は蒸気を多段で圧縮する多段圧縮構造を備えている。
【００３１】
具体的に本実施形態では、圧縮機を多段（５段）で配置することで多段圧縮構造が構成される。なお、本実施形態においては、圧縮手段３全体としての総合効率が６４．５％とされる。また、圧縮手段３全体としての圧縮比は、２．７６に設定される。また、第一段圧縮機２２の駆動力は１００ｋＷとされ、第二段圧縮機２３の駆動力は１１２ｋＷとされ、第三段圧縮機２４の駆動力は１２５ｋＷとされ、第四段圧縮機２４の駆動力は１４０ｋＷとされ、第五段圧縮機２６の駆動力は１５７ｋＷとされる。
【００３２】
本実施形態に係る多段圧縮構造は、蒸発器３側から一段圧縮機２２、ニ段圧縮機２３、三段圧縮機２４、四段圧縮機２５、五段圧縮機２６を多段（５段）で配置することで構成される。各圧縮機２２，２３，２４，２５，２６は、遠心圧縮機として機能するものであり、羽根車を回転させることで羽根車とケーシングとの間に形成される流路に導いた蒸気を圧縮するようになっている。
【００３３】
蒸発器２からの蒸気は、第一段圧縮機２２で圧縮されることで圧力が高められる。このとき、蒸発器２からは１５５６Ｋｇ（１時間あたり；以下の説明においては、Ｋｇ／ｈと称す）の蒸気が第一段圧縮機２２内に送りこまれる。具体的に本実施形態では、蒸発器２からの蒸気（温度：１０．０℃、蒸気圧：１．２３ｋＰａ）は、第一段圧縮機２２により圧縮されて温度が８９．７℃、蒸気圧が３．３９ｋＰａの蒸気となる。第一段圧縮機２２による圧縮後の蒸気は過熱状態となっている。
【００３４】
そこで、本実施形態に係る蒸気製造装置１は、第一段圧縮機２２と第ニ段圧縮機２３との間に第一段圧縮機２２により圧縮された蒸気（過熱蒸気）を中間冷却する第一中間冷却器２７を備える。図５は第一中間冷却器２７の概略構成を示す図である。第一中間冷却器２７は、図５に示されるように冷却水が貯留される容器４０を備えている。この容器４０には配管４７が設けられており、この配管４７を介して内部に冷却水を供給可能となっている。この冷却水としては不純物含有量の少ない工業用水が使用される。この第一中間冷却器２７は、容器４０内に導入される過熱蒸気を冷却水に直接接触させることにより、蒸気の温度を所定の飽和温度まで冷却可能とするものである。なお、過熱蒸気を冷却する工程においては、容器４０内に供給される冷却水が蒸発して蒸気を発生させるとともに蒸発潜熱により過熱蒸気を冷却することができる。すなわち、第一中間冷却器２７は、蒸気発生源としても機能する。このように容器４０内に供給される冷却水は蒸発して蒸気となるため、水が無駄に消費されることが無い。
【００３５】
また、配管４７には流量を調整する電磁バルブＢ２が設けられ、これにより容器４０内に供給する冷却水の量が制御可能となっている。また、第一中間冷却器２７は、上記電磁バルブＢ２に電気的に接続されるフロートスイッチＦを備えている。フロートスイッチＦは容器４０内における冷却水の水面高さを検出可能とするものである。よって、中間冷却器２７は、フロートスイッチＦの検出結果に基づき、容器４０内における冷却水の水面高さが一定になるように電磁バルブＢ２の開閉を制御するようになっている。なお、中間冷却器の構成はこれに限定されることはなく、例えば容器４０の上面側から散水することで過熱蒸気を冷却するようにしてもよい。
【００３６】
具体的に第一中間冷却器２７は、容器４０の内部が出口４２から排出される蒸気温度の飽和蒸気圧力（温度：２６．２℃、圧力：３．３９ｋＰａ）に保持されている。そして、第一段圧縮機２２により圧縮された過熱蒸気は入口４１から容器４０内に導かれ、冷却水に接触することで上記飽和蒸気（温度：２６．２℃、圧力：３．３９ｋＰａ）として出口４２から排出される。このように過熱蒸気を冷却し、飽和蒸気圧を次段の圧縮機に導くことで圧縮効率を高めることができる。なお、第一中間冷却器２７における冷却工程では、容器４０内に供給される工業用水（１０．０℃、７５Ｋｇ／ｈ）が蒸発することで出口４２から蒸気として排出される。これにより、第一中間冷却器２７は、第ニ段圧縮機２３内に１６３１Ｋｇ／ｈの蒸気を送り込むことができる。
【００３７】
第一中間冷却器２７から送り込まれた飽和蒸気は第二段圧縮機２３で同様に圧縮されることで、温度が１１０．６℃、蒸気圧が９．３９ｋＰａの蒸気となる。第二段圧縮機２３による圧縮後の蒸気は過熱状態となっている。
【００３８】
また、第二段圧縮機２３と第三段圧縮機２４との間には、第二中間冷却器２８が設けられる。この第二中間冷却器２８は、上記第一中間冷却器２７と同一構成からなるものである。そのため、以下の説明では同一部材について同一符号を付して説明する。この第二中間冷却器２８における容器４０の内部圧力は、出口４２から排出される蒸気温度の飽和蒸気圧力（温度：４４．６℃、圧力：９．３７ｋＰａ）に保持されている。そして、第ニ中間冷却器２８により圧縮された過熱蒸気は容器４０内で冷却され、上記飽和蒸気（温度：４４．６℃、圧力：９．３７ｋＰａ）として出口４２から排出される。なお、第二中間冷却器２８における冷却工程では、工業用水（１０．０℃、８１Ｋｇ／ｈ）が蒸発することで出口４２から蒸気として排出される。これにより、第二中間冷却器２８は、第三段圧縮機２４内に１７１２Ｋｇ／ｈの蒸気を送り込むことができる。
【００３９】
第三中間冷却器２９から送り込まれた飽和蒸気は第三段圧縮機２４で同様に圧縮されることで、温度が１３４．０℃、蒸気圧が２５．９ｋＰａの蒸気となる。第三段圧縮機２４による圧縮後の蒸気は過熱状態となっている。
【００４０】
また、第三段圧縮機２４と第四段圧縮機２５との間には、第三中間冷却器２９が設けられる。この第三中間冷却器２９は、上記第一、第二中間冷却器２７、２８と同一構成からなるものである。そのため、以下の説明では同一部材について同一符号を付して説明する。この第三中間冷却器２９における容器４０の内部圧力は、出口４２から排出される蒸気温度の飽和蒸気圧力（温度：６５．７℃、圧力：２５．９ｋＰａ）に保持されている。そして、第三中間冷却器２９により圧縮された過熱蒸気は容器４０内で冷却され、上記飽和蒸気（温度：６５．７℃、圧力：２５．９ｋＰａ）として出口４２から排出される。なお、第三中間冷却器２９における冷却工程では、工業用水（１０．０℃、８８Ｋｇ／ｈ）が蒸発することで出口４２から蒸気として排出される。これにより、第三中間冷却器２９は、第四段圧縮機２５内に１８００Ｋｇ／ｈの蒸気を送り込むことができる。
【００４１】
第三中間冷却器２９から送り込まれた飽和蒸気は第四段圧縮機２５で同様に圧縮されることで、温度が１６０．３℃、蒸気圧が７１．５ｋＰａの蒸気となる。第四段圧縮機２５による圧縮後の蒸気は過熱状態となっている。
【００４２】
また、第四段圧縮機２５と第五段圧縮機２６との間には、第四中間冷却器３０が設けられる。この第四中間冷却器３０は、上記第一、第二、第三中間冷却器２７、２８、２９と同一構成からなるものである。そのため、以下の説明では同一部材について同一符号を付して説明する。この第四中間冷却器３０における容器４０の内部圧力は、出口４２から排出される蒸気温度の飽和蒸気圧力（温度：９０．３℃、圧力：７１．５ｋＰａ）に保持されている。そして、第四中間冷却器３０により圧縮された過熱蒸気は容器４０内で冷却され、上記飽和蒸気（温度：９０．３℃、圧力：７１．５ｋＰａ）として出口４２から排出される。なお、第四中間冷却器３０における冷却工程では、工業用水（１０．０℃、９６Ｋｇ／ｈ）が蒸発することで出口４２から蒸気として排出される。これにより、第四中間冷却器３０は、第五段圧縮機２６内に１８９６Ｋｇ／ｈの蒸気を送り込むことができる。
【００４３】
第四中間冷却器３０から送り込まれた飽和蒸気は第五段圧縮機２６で同様に圧縮されることで、温度が１９０．７℃、蒸気圧が１９７．４ｋＰａの蒸気となる。第五段圧縮機２６による圧縮後の蒸気は過熱状態となっている。
【００４４】
圧縮手段３は、第五段圧縮機２６からの過熱蒸気を冷却して所定の温度及び圧力の蒸気を生成する蒸気発生部３１を含む。蒸気発生部３１は、例えば上記第一〜第四中間冷却器２７，２８，２９，３０と同様に過熱蒸気を冷却する構成となっている。
【００４５】
蒸気発生部３１は、第五段圧縮機２６から導かれた過熱蒸気を冷却し、温度が１２０℃、圧力が１９７．４ｋＰａの飽和蒸気を生成する。なお、蒸気発生部３１における冷却工程では、工業用水（１０．０℃、１０４Ｋｇ／ｈ）が蒸発することで蒸気として排出される。これにより、圧縮手段３は、蒸発器２により発生された蒸気を圧縮することで２０００Ｋｇ／ｈの蒸気を製造することが可能となる。
【００４６】
以上述べたように、本実施形態に係る蒸気製造装置１は、１０．０℃の海水（使用量；１５５６ｋｇ／ｈ）から２０００ｋｇ／ｈの蒸気（１２０℃、１９７．４ｋＰａ）を製造することができる。なお、蒸気製造装置１における圧縮機動力は合計で６３４ｋＷとなる。本実施形態においては、上述したように圧縮機の総合効率が６４．５％とされるため、ＣＯＰ（成績係数；得られたエネルギ／投入エネルギ）が２．３３となり、従来のボイラと比較しても高いエネルギ効率を得ることができる。
【００４７】
また、蒸気製造装置１における工業用水の使用量は合計で４４４ｋｇ／ｈとなる（中間冷却器２７〜３０及び蒸気発生部３１における合計使用量）。したがって、製造装置１は、蒸気生成時に使用する全ての水のうち海水が占める割合（海水使用率）が７７．８％となる。したがって、蒸気発生時に多量の工業用水が必要とされるボイラに比べ、蒸気生成時に必要とされる工業用水の量を大幅に削減することができる。
【００４８】
図６は本実施形態と同様の構成を有する蒸気製造装置において、圧縮手段を構成する圧縮機の段数、タンク１０内の海水温度（入口温度）、及び蒸気出力温度を変化させた場合のシミュレーション結果を示すものである。図６（ａ）中、圧縮機段数が５段の場合は、上述の実施形態に係る蒸気製造装置１に対応するものである。
【００４９】
一般的に、圧縮機における圧力比を低く設定した場合（圧縮機の段数を増やす）、圧縮機の効率（ＣＯＰ）が向上するものの、圧縮機の段数が増加することで装置のコストが上昇する。本シミュレーションでは圧縮段数を５段に設定した場合に高いＣＯＰが得られるような条件（圧力比）を算出している。
【００５０】
図６（ａ）に示されるように、蒸発器２で発生させた蒸気を４段階で圧縮する場合、圧縮比が３．５６の場合に上記実施形態と同条件の蒸気が得られる（ＣＯＰ；２．３１）。また、蒸発器２で発生させた蒸気を６段階で圧縮する場合、圧縮比が２．３３の場合に上記実施形態と同条件の蒸気が得られる（ＣＯＰ；２．２８）。
【００５１】
一方、上述した実施形態のように蒸発器２で発生させた蒸気を５段階で圧縮する場合、各圧縮比は２．７６であり、ＣＯＰは２．３３となっている。すなわち、上述した実施形態に係る構成（５段圧縮）は高いエネルギ効率で所望の蒸気を得ることが確認できる。
【００５２】
図６（ｂ）〜（ｈ）は、圧縮機の形式による最適な圧力比、蒸気製造装置の入口及び出口における蒸気の温度により最適な段数を選定するためのシミュレーション結果を示すものである。図６（ｂ）〜（ｈ）においても同様に、５段圧縮を行う場合に最も高いエネルギ効率が得られることが分かる。したがって、図６に示されるシミュレーション結果に基づいて圧縮手段３を設計すれば、低コスト且つエネルギ効率の高い蒸気製造装置を提供することができる。
【００５３】
なお、上記説明では、蒸発器２で発生させた蒸気を５段階の圧縮機で圧縮する場合について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、圧縮機の形式による最適な圧力比、蒸気製造装置の入口及び出口における蒸気の温度により最適な段数を適宜設定することができるのは当然である。
【００５４】
（第二実施形態）
次に本発明の蒸気製造装置における第二実施形態について説明する。本実施形態においては、圧縮手段３の構成が上記実施形態と異なっている。なお、それ以外の構成については同一構成を有するため、同一の部材については同一符号を付し、その詳細な説明については省略若しくは簡略化する。
【００５５】
図７は本実施形態に係る圧縮手段３の構成を示すものである。本実施形態においては、多段圧縮構造が前段圧縮機１２０と後段圧縮機１２１とを備える。蒸発器２側に配置される上段圧縮機１２０は、後段圧縮機１２１に比べて大型のものが用いられる。
【００５６】
上記前段圧縮機１２０は、回転により蒸気を圧縮する羽根車が多段に設けられた多段羽根車を備えている。すなわち、前段圧縮機１２０は多段（本実施形態では２段）の遠心圧縮機として機能するものであり、第一段羽根車１２２（前段羽根車）と第二段羽根車（後段羽根車）１２３とが設けられた多段羽根車１３０を備える。第一段羽根車１２２と第二段羽根車１２３とは、不図示の回転軸を介して互いが連結されており同一の回転数で回転するようになっている。
【００５７】
前段圧縮機１２０において、第一段羽根車１２２が回転すると、蒸発器２からの蒸気が圧縮される。また、第一段羽根車１２２と第二段羽根車１２３との間に、第一段羽根車２２により圧縮された蒸気を中間冷却する第一中間冷却器１２７を備える。この第一中間冷却器１２７は、上述した実施形態に係る中間冷却器２７，２８，２９，３０と同一構成からなるものである。第一中間冷却器１２７を通った蒸気は、第二段羽根車１２３に導かれることで２段階で圧縮される。その後、加圧された蒸気は後段圧縮機１２１に導かれる。
【００５８】
また、本実施形態に係る蒸気製造装置は、前段圧縮機１２０と後段圧縮機１２１との間に第ニ中間冷却器１２８を備えており、前段圧縮機１２０により圧縮された過熱蒸気を冷却した後、後段圧縮機２１内に導く。なお、第一中間冷却器１２８は、上述した実施形態に係る中間冷却器２７，２８，２９，３０と同一構成からなるものである。
【００５９】
後段圧縮機１２１は、前段圧縮機１２０と同様、多段（本実施形態では３段）の遠心圧縮機として機能するものであり、第三段羽根車１２４と第四段羽根車１２５と第五段羽根車１２６とが設けられた多段羽根車１３４を備える。なお、後段圧縮機１２１は、多段羽根車１３４以外の基本構成は上記前段圧縮機１２０と共通である。
【００６０】
後段圧縮機１２１において、第三段羽根車１２４が回転すると、前段圧縮機１２０からの飽和蒸気が圧縮されて圧力が高められる。
また、本実施形態では、第三段羽根車１２４と第四段羽根車１２５との間に第三段羽根車１２４により圧縮された蒸気を中間冷却する上記第三中間冷却器１２９を備えており、第三段羽根車１２４により圧縮された過熱蒸気を冷却した後、第四後羽根車１２５へと導く。
【００６１】
また、第四羽根車１２５と第五段羽根車１２６との間に第四段羽根車１２５により圧縮された蒸気を中間冷却する上記第四中間冷却器１３０を備えており、第四段羽根車１２５により圧縮された過熱蒸気を冷却した後、第五後羽根車１２６へと導く。
【００６２】
このように本実施形態においては、前段圧縮機１２０から導かれた蒸気は、後段圧縮機１２１により３段階で圧縮される。すなわち、本実施形態においては、蒸発器２で発生した蒸気は前段圧縮機１２０及び後段圧縮機１２１によって、合計５段階で圧縮される。
【００６３】
また、圧縮手段３は、後段圧縮機１２１からの過熱蒸気を冷却して所定の温度及び圧力の蒸気を生成する上記蒸気発生部３１を含む。本実施形態に係る蒸気製造装置においても、上記実施形態と同様に蒸気生成時に環境水が利用可能とされるのでボイラに比べて工業用水の利用量を削減することができる。
【００６４】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能である。例えば、上記実施形態では、蒸気発生部２９を通った蒸気のみが取り出せる構成としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、前段圧縮機２０及び後段圧縮機２１間、及び各羽根車間において蒸気を導く配管に蒸気取り出し口を設ける構成を採用することができる。この場合、上記中間冷却器２７，２８，２９，３０で冷却された後、或いは冷却前の蒸気を取り出すことができる。このようにすれば、複数種の圧力を同時に得ることが可能とされる蒸気製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】蒸気製造装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】蒸発器２の構成を示す模式図である。
【図３】凍結防止手段の別の形態に係る構造を示す図である。
【図４】圧縮手段の構成を示す図である。
【図５】中間冷却器の構成を示す模式図である。
【図６】圧縮手段の圧力比及び効率の関係を示すシミュレーション結果である。
【図７】第二実施形態に係る圧縮手段の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
１…蒸気製造装置、２…蒸発器、３…圧縮手段、１０…タンク（環境水貯留部）、１３…水散布手段、１４…凍結防止手段、１７…海水供給機構（環境水供給機構）、２２…第一段圧縮機、２３…第二段圧縮機、２４…第三段圧縮機、２５…第四段圧縮機、２６…第五段圧縮機、２７…第一中間冷却器、２８…第二中間冷却器、２９…第三中間冷却器、３０…第四中間冷却器、１２０…前段圧縮機、１２１…後段圧縮機、１２２…第一段羽根車、１２３…第二段羽根車、１２４…第三段羽根車、１２５…第四段羽根車、１２６…第五段羽根車、１２７，１２８，１２９…中間冷却器、１３０…多段羽根車、１３４…多段羽根車
【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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