JP2013100971A - 蒸気発生システム - Google Patents

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靖国 田中
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英貴 山本
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier
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Abstract

【課題】 排ガスによる環境汚染を生ずることなく、蒸気ボイラと比較して蒸気発生効率が高く、しかもシステム構成を簡素化すること。
【解決手段】 熱源水５から吸熱する蒸発器６，膨張機７，冷却水８へ放熱する凝縮器９および循環ポンプ１０を環状に接続したランキンサイクル２と、膨張機７により回転駆動される発電機３と、発電機３の短絡抵抗１１と、短絡抵抗１１の発熱を利用して蒸気を発生する蒸気発生器４とを含むことを特徴とする蒸気発生システム。
【選択図】図１

Description

この発明は、低温の熱源水から高温蒸気を生成する蒸気発生システムに関する。
一般的に用いられている蒸気発生装置は、蒸気ボイラである。蒸気ボイラは、燃料を燃焼させるので、排ガスにより環境を汚染するとともに、蒸気発生効率が高くない。
この蒸気ボイラの課題を解決するものとして、特許文献１のような、冷媒を用いた間接加熱型圧縮式ヒートポンプにより蒸気を生成する蒸気発生システムが知られている。しかしながら、特許文献１の蒸気発生システムは、多段に冷媒回路を構成しないと低温の熱源水から高温蒸気を生成することが困難である。
特開昭５８−４０４５１号公報
この発明が解決しようとする課題は、排ガスによる環境汚染を生ずることなく、蒸気ボイラと比較して蒸気発生効率が高く、しかもシステム構成を簡素化できる蒸気発生システムを提供することである。
この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、熱源水から吸熱する蒸発器，膨張機，冷却水へ放熱する凝縮器および循環ポンプを環状に接続したランキンサイクルと、前記膨張機により回転駆動される発電機と、前記発電機の短絡抵抗と、前記短絡抵抗の発熱を利用して蒸気を発生する蒸気発生器とを含むことを特徴としている。
この発明によれば、ランキンサイクルを用いて熱源水から熱を汲み上げ、発電機の短絡抵抗で発生する熱を用いて蒸気を生成するので、排ガスによる環境汚染を生ずることなく、蒸気ボイラと比較して蒸気発生効率が高く、しかもシステム構成を簡素化できる蒸気発生システムを提供することができる。
この発明の実施の形態の概略構成を説明する説明図である。
この発明の蒸気発生システムの実施の形態を図１に従い説明する。図１において、実線矢示は、水の流れを示し、破線矢示は、冷媒の流れを示し、一点鎖線矢示は、電気の流れを示している。
＜実施の形態の構成＞
この実施の形態の蒸気発生システム１は、ランキンサイクル２と、発電機３と、蒸気発生器４とを主要部として備えている。
ランキンサイクル２は、熱源水５から吸熱する蒸発器６，膨張機７，冷却水８へ放熱する凝縮器９および循環ポンプ１０を環状に接続して構成している。熱源水５は、工場の排水などの低温排水で、その温度は、好ましくは、４０℃以上とする。
発電機３は、膨張機７に結合されて回転駆動されるように構成されており、公知のものが使用される。
蒸気発生器４は、発電機３に接続された短絡抵抗１１に短絡電流が流れることにより生ずる発熱を利用して蒸気を発生するように構成している。すなわち、短絡抵抗１１を電気ヒータとして給水１２を加熱して蒸気を発生させるように構成している。
＜実施の形態の動作＞
以上の構成を備える実施の形態の動作を図面に基づき説明する。
図１を参照して、循環ポンプ１０を駆動すると、蒸発器６にて低温の熱源水５から吸熱して冷媒が気化し、気化冷媒により膨張機７を回転させる。凝縮器９では、気化冷媒が冷却水８に放熱して凝縮し、液化した冷媒は循環ポンプ１０により、再び蒸発器６へ送られる。
そして、膨張機７の回転により、発電機３が発電し、発電により生じた電力は、短絡抵抗１１にて熱に変換される。その結果、蒸気発生器４にて給水１２を加熱して、飽和蒸気または過熱蒸気を生成する。
今、一例として、循環ポンプ１０を７．５kWで駆動する。そして、蒸発器６の熱源水５の入口温度を８５℃とし、出口温度を７５℃とし、熱源水の供給量を１２７t/hとすると、蒸発器６では、約１４７３kWの熱Ｑ１が吸収される。この例では、蒸発器６入口の冷媒温度を４０℃とすると、蒸発器６出口の冷媒温度が７２℃となる。
また、凝縮器９の冷却水８の入口温度を３２℃とし、出口温度を３７℃とし、冷却水の供給量を２１２t/hとすると、凝縮器９では、約１３４５kWの熱Ｑ２が冷却水８へ放出される。その結果、（Ｑ１−Ｑ２）の熱が、最終的に短絡抵抗１１で発熱量Ｑ３に変換されるが、途中の膨張機７，発電機３などでの熱ロスを考慮すると、発熱量Ｑ３をたとえば１００kW程度に見積もることができる。
そうすると、この一例では、蒸気発生効率ηは、η＝１００／７．５により、約１３．３となる。これは、この実施の形態の蒸気発生システム１の蒸気発生効率が、ボイラ効率の１３〜１４倍と高い値になることを示している。
以上の実施の形態によれば、燃料を燃焼させて蒸気を発生する蒸気ボイラと比較して、排ガスによる環境汚染を生ずることがない。また、蒸気ボイラと比較して蒸気発生効率が高く、しかも特許文献１の蒸気発生システムと比較して、冷媒回路を多重化すことなく、低温の熱源水から吸熱して高温の蒸気を発生できるので、構成を簡素化できる。
この発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、種々変更可能である。例えば、ランキンサイクル２は、前記実施の形態に限定されるものではない。
１ 蒸気発生システム
２ ランキンサイクル
３ 発電機
４ 蒸気発生器
５ 熱源水
６ 蒸発器
７ 膨張機
８ 冷却水
９ 凝縮器
１０ 循環ポンプ
１１ 短絡抵抗

Claims (1)

  1. 熱源水から吸熱する蒸発器，膨張機，冷却水へ放熱する凝縮器および循環ポンプを環状に接続したランキンサイクルと、
    前記膨張機により回転駆動される発電機と、
    前記発電機の短絡抵抗と、
    前記短絡抵抗の発熱を利用して蒸気を発生する蒸気発生器とを含む
    ことを特徴とする蒸気発生システム。
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