WO2011004866A1 - 蒸気供給装置 - Google Patents

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WO2011004866A1
WO2011004866A1 PCT/JP2010/061628 JP2010061628W WO2011004866A1 WO 2011004866 A1 WO2011004866 A1 WO 2011004866A1 JP 2010061628 W JP2010061628 W JP 2010061628W WO 2011004866 A1 WO2011004866 A1 WO 2011004866A1
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steam
pressure
temperature
heat collector
solar heat
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伸介 松野
一雄 三好
大塚　裕之
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株式会社Ihi
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    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers

Definitions

  • the present invention relates to a steam supply device. More specifically, the present invention relates to a steam supply device used for supplying steam (process steam) used in factories or buildings.
  • This application claims priority on July 10, 2009 based on Japanese Patent Application No. 2009-163385 for which it applied to Japan, and uses the content here.
  • boilers When using steam (steam) or steam using equipment that uses the heat in factories or buildings, boilers such as small once-through boilers are widely used as the source of steam (process steam). .
  • boilers having a standard exceeding the pressure and temperature conditions of steam required by the equipment using steam are conventionally used.
  • the steam generated in the boiler is supplied to the steam using equipment after being depressurized and reduced to a predetermined pressure and temperature condition required by the steam using equipment.
  • An example of a conventionally used steam supply method is shown in FIG.
  • a required pressure reducing valve 2 is connected to the downstream side of the steam outlet 1 a in the boiler 1.
  • the pressure reducing valve 2 is appropriately depressurized using the pressure reducing valve 2, for example, a predetermined required by the steam using device 4 such as 0.2 MPa, 130 ° C.
  • the pressure and temperature are reduced to a pressure and temperature that meet the pressure and temperature conditions.
  • This reduced-pressure, reduced-temperature steam (process steam) 3 a is supplied to the steam-using device 4.
  • a method shown in FIG. 7 has been conventionally proposed as a method for generating process steam in a factory or the like (see, for example, Patent Document 1).
  • a generator 5 an internal combustion engine 6 for driving the generator 5, a steam generation unit 7 that recovers exhaust heat from the internal combustion engine 6 and generates steam, and a steam generation boiler 8.
  • an ejector (injector) 11 is used in which the high-pressure steam 9 generated by the steam generation boiler 8 is used as a driving flow and the low-pressure steam 10 generated by the steam generation unit 7 is a secondary flow.
  • the exhaust heat of the internal combustion engine 6 when the generator 5 is driven to generate electric power is recovered, and the low pressure steam 10 is generated by the steam generation unit 7.
  • the low pressure steam 10 is sucked into the ejector 11 and mixed with the high pressure steam 9 from the steam generating boiler 8.
  • a process steam 12 is generated by mixing the low-pressure steam 10 and the high-pressure steam 9.
  • Patent Document 2 proposes a cogeneration evaporative cooling engine.
  • high-pressure steam is generated by heat exchange between the exhaust gas of the gas engine and water.
  • a steam ejector is disposed in a high-pressure steam line through which high-pressure steam is transported.
  • the steam ejector is connected to a jacket portion provided on the outer periphery of the engine.
  • a water supply pipe is connected to the jacket portion, and engine cooling water is supplied.
  • the engine coolant supplied to the jacket is heated by cooling the engine.
  • the steam ejector When the high-pressure steam passes through the steam ejector, the steam ejector becomes negative pressure, and the inside of the jacket portion connected to the steam ejector is in a reduced pressure state below atmospheric pressure. When the inside of the jacket portion is in a reduced pressure state, the cooling water heated by cooling the engine is vaporized to become steam. This cooling water vapor is sucked into the steam ejector and mixed with the high pressure steam to generate medium pressure steam.
  • Patent Document 3 proposes a method for improving the overall efficiency in the cogeneration system.
  • medium pressure steam is generated by the same method as the evaporative cooling engine proposed in Patent Document 2. That is, high-pressure steam is generated by the waste heat steam boiler using the waste heat of the reciprocating engine. The high-pressure steam generated by the waste heat steam boiler is supplied to the steam ejector. The steam ejector is connected to a vacuum evaporator. Hot water obtained by heat exchange with the cooling water that has cooled the reciprocating engine is supplied to the vacuum evaporator. When high-pressure steam passes through the steam ejector, the steam ejector becomes negative pressure, and the inside of the vacuum evaporator connected to the steam ejector is decompressed.
  • Patent Documents 1 to 3 exhaust heat from an internal combustion engine such as an engine is used as a heat source for generating low-pressure steam.
  • natural energy such as solar heat
  • FIG. 8 An example of such a solar water heater is shown in FIG.
  • the solar water heater shown in FIG. 8 includes a hot water tank 13, a heat exchanger 14 provided in the hot water tank 13, a high temperature collector 15 for generating steam by a heat medium and a low temperature heat collector below the hot water tank 13.
  • a container 16 is provided.
  • the outlet pipe of the heat exchanger 14 is branched in two directions, one connected to the inlet of the high temperature collector 15 and the other connected to the inlet of the low temperature collector 16 via the expansion means 17.
  • An inlet of an ejector (injector) 18 is connected to an outlet of the high temperature collector 15.
  • the suction port for generating low pressure of the ejector 18 is connected to the outlet of the low-temperature heat collector 16. Furthermore, the outlet of the ejector 18 is connected to the inlet of the heat exchanger 14.
  • the liquefied heat medium is accumulated at the bottom of the high temperature collector 15 by its own weight.
  • the heat medium evaporates in the high-temperature heat collector 15 and flows into the ejector 18 as high-temperature and high-pressure steam.
  • the high-temperature and high-pressure steam flows into the ejector 18, the low-temperature heat collector 16 connected to the suction port of the ejector 18 is depressurized, and the internal steam is sucked into the ejector 18.
  • the steam sucked into the ejector 18 is mixed with the high-temperature and high-pressure steam generated by the high-temperature collector 15.
  • the mixed vapor stream passes through the outlet of the ejector 18 and enters the heat exchanger 14 to be condensed and liquefied.
  • the condensation heat generated at this time increases the water temperature of the hot water storage tank 13 and is stored.
  • JP 59-196956 A Japanese Patent No. 2942851 JP 20024943 A Japanese Examined Patent Publication No. 63-13113
  • Boilers used to generate steam (process steam) supplied to steam-using equipment used in factories and buildings generate steam by burning fossil fuels. That is, it is difficult to increase energy efficiency because fossil fuels are burned in order to perform low-temperature heating to obtain steam having a temperature of about 100 ° C. to 200 ° C.
  • the pressure and temperature of the steam 3 generated in the boiler 1 are set in accordance with predetermined pressure and temperature conditions required by the steam-using device 4 that is used through the pressure reducing valve 2.
  • the pressure and temperature of the steam generated in the small boiler 1 are reduced Energy corresponding to the difference between the predetermined pressure and temperature of the steam (process steam) 3a obtained after the pressure is reduced and reduced by the valve 2 is wasted.
  • the steam generating unit 7 for recovering exhaust heat of the internal combustion engine 6 for driving the generator 5 and generating low-pressure steam 10 is essential. For this reason, there exists a problem that it can apply only to the factory etc. where the waste heat which can be used for steam generation
  • the solar water heater shown in FIG. 8 is for obtaining hot water by increasing the water temperature in the hot water tank 13 using chlorofluorocarbon or the like as a heat medium.
  • Various steam using devices used in factories, buildings, etc. It cannot generate steam that can be supplied to the plant.
  • a heat collector having a complicated configuration such as a vacuum tube type heat collector or a flat plate type heat collector having a double transmissive body as the high temperature heat collector 15, there is a problem that the cost increases.
  • the amount of heat obtained from the solar water heater is highly dependent on the weather. For this reason, when used as a heat source in a factory or the like, a backup heat source capable of supplying 100% of the amount of heat required in the factory or the like even on a day without sunshine is required. Therefore, there is also a problem that the equipment cost increases.
  • the present invention provides a predetermined pressure and temperature required for various steam-using devices used in the use place, such as factories and buildings that do not generate exhaust heat that can be used for steam generation.
  • a steam supply device that can supply a necessary amount of steam (process steam) having a pressure and temperature that meet conditions, and can reduce facility costs and operation costs.
  • a steam supply device includes a steam generator, a steam injector having a steam inlet connected to a steam outlet of the steam generator, and an inlet of the steam injector.
  • a steam collector that stores water therein and raises the temperature of the water by natural energy, and a steam using device that is connected to a discharge port of the steam injector, wherein the steam injector includes the steam Driven by steam generated by a generator, and by driving the steam injector, the inside of the heat collector is depressurized to generate steam in the heat collector, the steam supplied from the steam generator, and the collector
  • the steam generated in the heater is mixed by the steam injector and supplied to the steam using device.
  • the steam generator has a capability of supplying the total amount of steam required by the steam-using device.
  • the steam generating device is a high pressure steam generating boiler.
  • the heat collector is a solar heat collector.
  • the solar heat collector is a closed-loop solar heat collector that circulates a heat medium that rises in temperature by absorption of solar heat, and the heat medium is circulated inside. Raise the temperature of the stored water.
  • the steam supply device according to the present invention exhibits the following excellent effects.
  • a steam supply device is connected to a steam generator, a steam injector connected to a steam outlet of the steam generator, a suction port of the steam injector, and water inside.
  • a heat collector for storing and heating the water by natural energy; and a steam using device connected to a discharge port of the steam injector, the steam injector being driven by steam generated by the steam generator.
  • the inside of the heat collector is depressurized to generate steam in the heat collector, the steam supplied from the steam generator, and the steam generated in the heat collector Are mixed with the steam injector and supplied to the steam-using device.
  • the amount of steam generated by the steam generator can be made smaller than the amount of steam required by the steam-using device. Therefore, it is possible to reduce the operating cost of the steam generator when supplying steam corresponding to the required amount to the steam-using device.
  • the heat collector can store water so that it can boil and evaporate the water stored by being depressurized. (Ii) To the extent that it does not deform even if the inside is depressurized. (Iii) It is only necessary to satisfy a condition that heat taken as evaporation heat when water is evaporated can be collected by heat exchange with the surrounding environment. Therefore, the heat collector is not required to have a complicated structure or an advanced heat insulating structure, and the cost required for the heat collector can be reduced.
  • the steam generator included in the steam supply device has the capability of supplying the total amount of steam required by the steam-using device connected to the discharge side of the steam injector.
  • the configuration of the steam supply device having the effects (1), (2), (3), (4), and (5) can be easily realized. be able to.
  • Solar heat in the solar heat collector is obtained by configuring the solar heat collector in a closed loop configuration in which the temperature of the water stored in the evaporator is raised by circulating the heat medium that rises in temperature by absorbing solar heat.
  • the heat collecting function and the evaporation function can be separated.
  • the part which makes the said heat medium absorb solar heat, and the said evaporator can each be optimally designed for the solar heat collecting function and the evaporation function.
  • the solar heat collector a closed loop type, water is not directly evaporated at the portion where the heat medium absorbs solar heat. For this reason, it is possible to prevent the occurrence of scale in the portion, and it is possible to limit the portion where the generation of scale is a concern to the evaporator. Therefore, the evaporator can be designed in advance so that maintenance at the time of scale generation can be easily performed, and an effect of reducing labor required for maintenance at the time of scale generation can be expected.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the steam supply device of the present invention.
  • a steam inlet 20a of a steam injector 20 is connected via a steam line 21 to a steam outlet 19a of a high-pressure steam generating boiler 19 as a steam generating device that generates high-pressure and high-temperature steam.
  • a solar heat collector 22 as a heat collector for heating the water by the heat of the surrounding environment is connected to the suction port 20b of the steam injector 20 via a suction line 23.
  • the solar heat collector 22 is installed so that a hollow container that can retain its shape even when the inside is depressurized can be exposed to the sunlight 24.
  • the solar heat collector 22 can store water in the container. When the solar light 24 is irradiated, the solar heat collector 22 raises the temperature of the water stored in the container by absorbing energy held by the solar light 24. Can do.
  • the solar heat collector 22 desirably has as large an area as possible to receive the sunlight 24 in view of the function of raising the temperature of the water with the energy held by the sunlight 24.
  • the solar heat collector 22 has a surface area of the water stored in the container from the viewpoint of increasing the efficiency at the time of evaporating water inside the container that is depressurized by suction by the steam injector 20. It is desirable that the container shape be as large as possible.
  • a steam using device 25 is connected to the discharge port 20 c of the steam injector 20 via a steam supply line 26.
  • a device that requires steam (process steam) 27a having a pressure and temperature lower than the pressure and temperature of the high-pressure and high-temperature steam 27 generated by the high-pressure steam generating boiler 19 is used.
  • the high-pressure steam generating boiler 19 has a capacity capable of supplying the total amount of steam required by the steam using device 25.
  • reference numeral 28 indicates steam generated by the solar heat collector 22.
  • Reference numeral 29 denotes a cutoff valve provided on the suction line 23.
  • the solar heat collector 22 is installed so that the solar heat collector 22 is irradiated with sunlight 24. And the water stored in the inside of this solar-heat collector 22 absorbs the energy of the sunlight 24 with which it is irradiated, and makes it heat up.
  • the steam 27 generated by the high-pressure steam generating boiler 19 is guided from the steam outlet 19a to the steam inlet 20a of the steam injector 20 through the steam line 21.
  • the steam injector 20 is driven when the steam 27 flowing in from the steam inlet 20a passes to the discharge port 20c side.
  • a pressure drop at the suction port 20b occurs.
  • the inside of the solar heat collector 22 connected to the suction port 20b is in a reduced pressure (low pressure) state.
  • the temperature of the water heated by the energy of the sunlight 24 is less than 100 ° C. which is the boiling point under 1 atm. Even if it exists, the vapor
  • the high-pressure and high-temperature steam 27 flowing from the high-pressure steam generating boiler 19 to the steam inlet 20 a and the low-pressure and low-temperature steam 28 sucked from the solar heat collector 22 to the suction port 20 b are mixed.
  • medium pressure and medium temperature steam 27a is generated.
  • the intermediate pressure and intermediate temperature steam 27a generated by this mixing is increased by the amount of the steam 28 generated in the solar heat collector 22 mixed with the amount of the steam 27 generated in the high pressure steam generating boiler 19, It is supplied from the discharge port 20c to the steam using device 25 through the steam supply line 26.
  • the amount of the steam 27 generated by the high-pressure steam generating boiler 19 may be smaller than the amount of steam required by the steam using device 25. For this reason, the amount of fuel required for the operation of the high-pressure steam generating boiler 19 is reduced as compared with the case where the entire amount of steam required by the steam using device 25 is generated.
  • the solar heat collector 22 when the solar heat collector 22 is not irradiated with the sunlight 24 due to the influence of the weather or the like, or when the irradiation amount of the sunlight 24 is small, the solar heat collector 22 sufficiently raises the water temperature. I will not be broken.
  • the operation of the high-pressure steam generating boiler 19 is strengthened so that the decrease in the low-pressure and low-temperature steam 28 sucked into the steam injector 20 from the solar heat collector 22 can be compensated. What is necessary is just to increase the quantity of the vapor
  • the steam 27 generated in the high-pressure steam generating boiler 19 is reduced in pressure and reduced in accordance with the pressure loss when passing through the steam injector 20, and meets the required amount to the steam using device 25. Supplied with steam.
  • the steam supply apparatus which concerns on this Embodiment, when sunlight 24 is irradiated to the solar-heat collector 22, and when temperature rising of water is performed by this solar-heat collector 22, it is high-pressure steam
  • the amount of steam 27 generated by the generation boiler 19 can be made smaller than the amount of steam required by the steam using device 25. Therefore, the fuel consumption of the high-pressure steam generating boiler 19 when supplying the steam 27a corresponding to the required amount to the steam using device 25 can be reduced, and the operation cost can be reduced.
  • the steam 27a having a pressure and temperature that meets the required predetermined pressure and temperature conditions is supplied to the steam-using device 25. Can be supplied according to the required amount.
  • the solar heat collector 22 depressurizes the water stored inside by the irradiated sunlight 24 as the pressure of the suction port 20b is reduced due to the driving of the steam injector 20. It is sufficient that the temperature can be raised to a temperature at which boiling and evaporation are possible. For this reason, it is not necessary to set it as a highly advanced heat insulation structure. Therefore, the solar heat collector 22 need not be made of expensive glass or have a complicated structure as long as it can store water and has a strength that does not deform even when the inside is decompressed. For example, a resin-made hollow panel reinforced with ribs whose internal spaces are arranged in parallel at a required interval can be used as the solar heat collector 22. For this reason, the cost which the solar heat collector 22 requires can be reduced significantly compared with the solar heat collector generally used conventionally.
  • the steam supply device for supplying steam (process steam) used in factories or buildings, it is possible to reduce the equipment cost and the operation cost.
  • FIG. 2 an application example of the embodiment shown in FIG. 1 is shown in FIG.
  • the on-off valve 31 and the pressure reducing valve 32 are connected from the upstream side from a midway position of the steam line 21 connecting the steam outlet 19 a of the high-pressure steam generating boiler 19 and the steam inlet 20 a of the steam injector 20.
  • a bypass line 30 provided in order is branched and provided. The downstream end of the bypass line 30 is connected to a midway position of the steam supply line 26 that connects the discharge port 20c of the steam injector 20 and the steam using device.
  • shutoff valve 33 is provided on the downstream side of the branch portion of the bypass line 30 in the steam line 21.
  • the shutoff valve 33 on the steam line 21 is opened in advance.
  • the on-off valve 31 on the bypass line 30 is closed.
  • the solar heat collector 22 is irradiated with sunlight 24. Thereby, the water stored in the solar heat collector 22 absorbs the energy of the sunlight 24 to be irradiated so that the temperature is raised.
  • the steam injector 20 is driven by the steam 27 generated by the high-pressure steam generating boiler 19 as in the steam supply device of the embodiment of FIG.
  • the water heated by the sunlight 24 boils and evaporates inside the solar heat collector 22 that is depressurized as the pressure drops.
  • the steam 28 generated at this time is continuously sucked into the suction port 20 b of the steam injector 20.
  • the sucked steam 28 is mixed with the high-pressure and high-temperature steam 27 from the high-pressure steam generating boiler 19 in the steam injector 20.
  • the medium pressure and medium temperature steam 27 a increased by mixing the steam 28 with the steam 27 is discharged from the discharge port 20 c of the steam injector 20 and supplied to the steam using device 25 through the steam supply line 26.
  • the amount of the steam 27 generated by the high-pressure steam generating boiler 19 can be made smaller than the amount of steam required by the steam using device 25. For this reason, similarly to the embodiment shown in FIG. 1, the fuel consumption of the high-pressure steam generating boiler 19 can be reduced, and the operating cost can be reduced.
  • the solar heat collector 22 is not irradiated with the sunlight 24 due to the influence of the weather or the like, or the irradiation amount of the sunlight 24 is small, and the solar heat collector 22 sufficiently raises the temperature of the water. If not, the shutoff valve 33 on the steam line 21 is closed and the on-off valve 31 on the bypass line 30 is opened. In this state, the high-pressure steam generating boiler 19 is operated so that the entire amount of steam required by the steam using device 25 can be supplied by the steam 27 generated by the high-pressure steam generating boiler 19. As a result, the steam 27 generated in the high-pressure steam generating boiler 19 is, as shown by a two-dot chain line in FIG. It is supplied to the steam using device 25 through the steam supply line 26.
  • the pressure reducing valve 32 provided on the bypass line 30 is appropriately adjusted according to the pressure and temperature conditions of the steam required by the steam using device 25 in advance, so that the steam using device 25 is controlled by the pressure reducing valve 32.
  • the steam 27 that has been reliably adjusted to a pressure and temperature that match the steam pressure and temperature conditions required by the above can be supplied to the steam-using device 25.
  • FIG. 3 Another application example of the embodiment of FIG. 1 is shown in FIG. 3 as still another embodiment of the present invention.
  • the steam supply device shown in FIG. 3 is obtained by replacing the solar heat collector 22 provided in the steam supply device shown in FIG. 1 with a solar heat collector 34.
  • the solar heat collector 22 shown in FIG. 1 is connected to the suction port 20 b of the steam injector 20 via the suction line 23.
  • the inside of the container installed so as to be exposed to the sunlight 24 can be depressurized along with the suction by the steam injector 20.
  • FIG. 3 is a closed loop that can circulate the heat medium 35 that rises in temperature by absorbing solar heat and raise the temperature of the water 37 stored in the evaporator 36.
  • An evaporator 36 included in the solar heat collector 34 is connected to the suction port 20 b of the steam injector 20 via the suction line 23.
  • the solar heat collector 34 is provided with a heat exchanging unit 38 inside an evaporator 36 which is a hollow container that can store water 37 and has a strength that does not deform even when decompressed by suction by the steam injector 20.
  • a solar heat receiving container 39 is installed outside the evaporator 36 so as to be exposed to the sunlight 24.
  • the solar heat receiving container 39 and the upper end portion of the heat exchanging portion 38 inside the evaporator 36 are connected by a heat medium line 40.
  • the solar heat receiving container 39 and the lower end of the heat exchanging section 38 are connected by a heat medium line 41 including a circulation pump 42.
  • a heat medium 35 is filled in a closed loop formed by the solar heat receiving container 39, the heat exchanging section 38 and the heat medium lines 40 and 41.
  • the solar heat collector 34 operates the circulation pump 42 to circulate the heat medium 35 through the solar heat receiving container 39, the heat medium line 40, the heat exchange unit 38, and the heat medium line 41 in order. Can do.
  • the heat medium 35 flowing through the inside of the solar heat receiving container 39 can be raised in temperature by absorbing the energy held by the sunlight 24.
  • the heat medium 35 that has been heated by absorbing the energy held by the solar light 24 in the solar heat receiving container 39 sequentially flows through the heat exchanging unit 38 installed therein. Therefore, the temperature of the water 37 stored in the evaporator 36 can be raised by heat exchange with the heated heating medium 35 that flows through the heat exchange section 38.
  • the solar heat receiving container 39 has an area for receiving the sunlight 24 as large as possible in order to efficiently raise the temperature of the heat medium filled therein with the energy held by the sunlight 24.
  • the heat medium 35 is not limited to water, and one having a low pressure loss, one having a high boiling point, or the like is appropriately selected and used.
  • the solar heat receiving container 39 of the solar heat collector 34 is irradiated with sunlight 24.
  • the circulation pump 42 is operated so that the water 37 stored in the evaporator 36 of the solar heat collector 34 is heated using the energy held by the irradiated sunlight 24 as a heat source. .
  • the steam injector 20 is driven by the steam 27 generated by the high pressure steam generating boiler 19.
  • the inside of the evaporator 36 of the solar heat collector 34 is depressurized as the pressure at the suction port 20b decreases.
  • the inside of the evaporator 36 of the solar heat collector 34 is depressurized, the water 37 whose temperature has been raised using the energy held by the solar heat 24 as a heat source boils and evaporates even if it is less than 100 ° C.
  • the low-pressure, low-temperature steam 28 generated at this time is continuously sucked into the suction port 20 b of the steam injector 20.
  • the low pressure and low temperature steam 28 sucked from the evaporator 36 of the solar heat collector 34 is mixed with the high pressure and high temperature steam 27 from the high pressure steam generation boiler 19 from the discharge port 20c of the steam injector 20.
  • the steam 27a having a medium pressure and a medium temperature increased in step S is discharged.
  • the steam 27 a discharged from the discharge port 20 c of the steam injector 20 is supplied to the steam using device 25 through the steam supply line 26.
  • the amount of steam 27 generated by the high-pressure steam generating boiler 19 can be made smaller than the amount of steam required by the steam using device 25. For this reason, similarly to the embodiment shown in FIG. 1, the fuel consumption of the high-pressure steam generating boiler 19 can be reduced, and the operating cost can be reduced.
  • the solar heat receiving container 39 of the solar heat collector 34 when the solar heat receiving container 39 of the solar heat collector 34 is not irradiated with the sunlight 24 due to the influence of the weather or the like, or when the irradiation amount of the sunlight 24 is small, the solar heat receiving container 39 may The temperature is not raised sufficiently. For this reason, the temperature of the water 37 inside the evaporator 36 is not sufficiently raised.
  • the steam injector is not expected.
  • a shutoff valve provided on the suction line 23 as in the embodiment of FIG. It is only necessary to operate the high pressure steam generating boiler 19 in a state where 29 is closed so that the steam 27 generated by the high pressure steam generating boiler 19 can supply the entire amount of steam required by the steam using device 25.
  • the steam 27 generated in the high-pressure steam generating boiler 19 is depressurized and reduced in temperature according to the pressure loss when passing through the steam injector 20, and the steam using device 25 has a steam amount that matches the required amount. Can be supplied.
  • the solar heat collection function and the evaporation function in the solar heat collector 34 can be individually assigned to the solar heat receiving container 39 and the evaporator 36. For this reason, the solar heat receiving container 39 and the evaporator 36 can each be optimally designed for the solar heat collecting function and the evaporation function.
  • the solar heat collector 34 by making the solar heat collector 34 a closed loop type, water is not directly evaporated in the solar heat receiving container 39. For this reason, it is possible to prevent the possibility of the scale from being generated inside the solar heat receiving container 39, and to limit the place where the scale is concerned to the evaporator 36. Therefore, by designing the evaporator 36 so that it is easy to perform maintenance to cope with the generation of scale in advance, it is possible to expect an effect of reducing labor required for maintenance when the scale is generated.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment.
  • the closed-loop solar collector 34 shown in FIG. 3 is used instead of the solar collector 22. It may be.
  • a geothermal heat collector that can collect the geothermal heat and raise the temperature of the stored water is connected to the inlet 20b of the steam injector 20 instead of the solar heat collectors 22 and 34. May be.
  • the steam injector 20 is driven by the high-pressure and high-temperature steam 27 generated by the high-pressure steam generating boiler 19
  • the inside of the geothermal collector that is depressurized as the pressure of the suction port 20b is reduced is normal temperature. But water will boil and evaporate.
  • the steam generated by boiling and evaporating water in this geothermal heat collector was introduced into the steam injector 20 and mixed with the high-pressure and high-temperature steam 27 generated by the high-pressure steam generating boiler 19 to increase the amount. It becomes possible to generate steam at medium pressure and medium temperature.
  • the function can reduce the pressure of the suction port 20b to a low pressure at which water boils and evaporates even at room temperature.
  • the steam injector 20 having the above the heat of the stored water can be exchanged with the heat of the surrounding environment such as the surrounding air in place of the solar heat collectors 22 and 34 at the inlet 20b of the steam injector 20 A type of collector may be connected.
  • the effect of being able to generate steam having a medium pressure and medium temperature and supply the steam to the steam using device 25 can be expected. Furthermore, the structure of the said heat collector can be made simpler, and can be installed irrespective of the presence or absence of sunlight irradiation. For this reason, the effect of further reducing the equipment cost can be expected.
  • the steam generator can generate high-pressure steam capable of driving the steam injector 20 in an amount corresponding to the amount of steam required by the steam-using device 25, electric power such as a heater or a heat pump is used.
  • electric power such as a heater or a heat pump is used.
  • FIG. 4 shows the result of actual operation of the steam supply apparatus of the embodiment shown in FIG.
  • a boiler that generates steam by burning fossil fuel is used as the high-pressure steam generating boiler 19.
  • This boiler has the performance of generating steam at 180 ° C. and 850 kPa.
  • the solar heat collector 22 a solar heat collector using a solar heat collecting panel is used.
  • the solar heat 24 is collected by the solar heat collecting panel to raise the temperature of the internal water. Therefore, in the steam supply apparatus used in the example, the temperature of the internal water can be detected by measuring the temperature of the solar heat collecting panel.
  • the horizontal axis represents elapsed time.
  • the elapsed time is displayed in seconds, and the operation result shown in FIG. 4 represents the result until 3 hours have elapsed from the start of operation.
  • the left vertical axis represents the temperature of the solar heat collecting panel used in the solar heat collector.
  • the right vertical axis represents the driving pressure and the amount of solar radiation of the steam injector.
  • the unit of the steam injector driving pressure is kPaG.
  • the unit of solar radiation is W / m 2 .
  • the steam injector driving pressure means a pressure as an output of the boiler.
  • the panel temperature was about 100 ° C. at the position where the elapsed time shown on the horizontal axis was 3600 (sec), that is, before the operation was started.
  • the steam injector driving pressure was almost zero.
  • the steam injector driving pressure increased rapidly to about 600 kPaG.
  • the increase in the driving pressure of the steam injector became gradual and became stable at a pressure of 850 kPaG when about 2400 (sec) elapsed from the start of the boiler.
  • the panel outlet temperature once decreased to around 75 ° C. when the boiler was started. However, it rose gradually thereafter, and increased to 110 ° C. when the elapsed time was 7200 (sec).
  • the steam injector was driven when the elapsed time was 7200 (sec).
  • the driving of the steam injector means that the shut-off valve 29 is opened and the inside of the solar heat collector 22 is decompressed.
  • the boiling point of the water stored in the solar heat collector 22 decreases and the temperature of the water decreases as the solar heat collector 22 is depressurized.
  • the boiling point of water was lowered by driving the steam injector, and the temperature of water detectable from the panel temperature was lowered to about 80 ° C.
  • the water temperature stabilized after dropping to about 80 ° C., and continued to show a substantially constant temperature for about 2 hours when the steam injector was driven in this example.
  • the steam injector driving pressure continued to show a pressure of about 850 kPaG almost constant for 2 hours from the start of driving of the steam injector to the stop of operation of the steam supply device.
  • the steam supply device according to the present invention showed a substantially constant temperature for both the steam injector driving pressure and the panel temperature (water temperature) while driving the steam injector. Thereby, it was demonstrated that the steam supply apparatus according to the present invention exhibits very stable output characteristics.
  • FIG. 5 shows the result of performance simulation of the steam supply apparatus based on the steam supply apparatus used in the embodiment shown in FIG.
  • the simulation was performed by predicting the performance of the steam supply device when the area of the solar heat collecting panel provided in the solar heat collector was changed while keeping the size of the high pressure steam generating boiler constant.
  • the performance of the steam supply system was evaluated in three ways: panel efficiency, solar share, and panel temperature.
  • the panel efficiency means the ratio of the energy of the solar heat 24 irradiated to the solar heat collector 22 that can be effectively used after being converted to the energy of the steam 28.
  • the solar share means the ratio of the steam 28 generated by the solar heat collector 22 to the steam 27a discharged from the steam injector.
  • the panel temperature means the temperature of the solar heat collecting panel provided in the solar heat collector 22.
  • the vertical axis on the left represents panel efficiency and solar share.
  • the vertical axis on the right represents the panel temperature.
  • the horizontal axis in FIG. 5 represents the panel area.
  • the square symbol represents the panel temperature.
  • the triangular symbol represents the panel efficiency.
  • the diamond symbol represents the solar share.
  • the black symbols represent experimental data that are the results of actual operation, and the white symbols represent the simulation results.
  • the panel efficiency is high and the solar share is low. For example, under the condition of 20 m 2 which is the minimum panel area assumed in the simulation range, the panel efficiency is about 46%, while the solar share is about 10%. However, as the panel area increases, the panel efficiency decreases and the solar share increases. For example, under the condition of 180 m 2 which is the maximum panel area in the simulation range, the panel efficiency is reduced to about 20%. However, the solar share will increase to about 30%. This is because, under the conditions where the boiler size is constant and the same steam injector is used, the amount of pressure reduction due to the driving of the steam injector is constant. This is because it becomes smaller. However, as the panel area increases, the amount of water stored inside increases, and the amount of steam 28 drawn into the steam injector increases. For this reason, the solar share increases as the panel area increases. The panel temperature increases as the panel area increases.
  • the solar share shows a value close to the simulation result.
  • the panel temperature experimental data shows a higher value than the simulation result
  • the panel efficiency experimental data shows a lower value than the simulation result. This is because the amount of water stored in the solar heat collector is insufficient relative to the amount of steam 28 that can be generated in the solar heat collector by driving the steam injector, and dryout occurs in the solar heat collector. This is thought to have occurred.
  • both the panel temperature and panel efficiency are considered to be close to the simulation results.
  • the steam supply device by changing the panel area of the solar heat collector 22, the steam conditions required for the steam using device 25 or the fuel consumption required for the boiler. It can be seen that the operating conditions can be appropriately set according to the rate and the operating cost.
  • the steam supply device can make the amount of steam generated by the steam generator smaller than the amount of steam required by the steam-using device. Further, when the amount of steam generated in the heat collector decreases due to the influence of the weather or the like, it is possible to easily supply the required total amount of steam by increasing the amount of steam generated by the steam generator. As a result, even in factories and buildings that do not generate exhaust heat that can be used for steam generation, steam with a pressure and temperature that meets the prescribed pressure and temperature conditions required for the equipment that uses the steam (process Steam) can be supplied in a required amount without being affected by natural conditions such as the weather. For this reason, it is possible to reduce the equipment cost and the operation cost.

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Abstract

　この蒸気供給装置は、高圧蒸気発生ボイラ（１９）の蒸気出口（１９ａ）に、蒸気インジェクタ（２０）の蒸気入口（２０ａ）が接続される。蒸気インジェクタ（２０）の吸入口（２０ｂ）には太陽熱集熱器（２２）が接続され、吐出口（２０ｃ）には蒸気使用機器（２５）が接続される。高圧蒸気発生ボイラ（１９）で発生させる高圧、高温の蒸気（２７）により蒸気インジェクタ（２０）が駆動され、吸入口（２０ｂ）の圧力が低下する。吸入口（２０ｂ）の圧力低下に伴って減圧される太陽熱集熱器（２２）の内部で、太陽光（２４）の照射により昇温された水が１００℃未満で沸騰、蒸発して低圧、低温の蒸気（２８）が発生する。蒸気（２８）が蒸気インジェクタ（２０）へ導かれて高圧蒸気発生ボイラ（１９）で発生させた高圧、高温の蒸気（２７）と混合されることで中圧、中温の蒸気（２７ａ）が生成される。蒸気（２７ａ）を蒸気使用機器（２５）へ供給することで、高圧蒸気発生ボイラ（１９）での蒸気発生量を低減させる。

Description

蒸気供給装置
　本発明は、蒸気供給装置に関する。より詳細には、工場や建築物等で使用する蒸気（プロセス蒸気）を供給するために用いられる蒸気供給装置に関するものである。
　本願は、２００９年７月１０日に、日本に出願された特願２００９－１６３３８５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　工場や建築物等で蒸気（水蒸気）あるいはその熱を利用する蒸気使用機器を用いる場合、蒸気（プロセス蒸気）の供給源としては小型の貫流ボイラのようなボイラが広く一般的に用いられている。
　工場や建築物等で用いる蒸気使用機器では、蒸気の使用目的に応じて供給すべき蒸気に要求される圧力や温度の条件は様々である。しかし、通常、上記ボイラは、個々の蒸気使用機器の要求する蒸気の圧力や温度条件に応じた蒸気発生能力ではなく、汎用の規格で製品化されていることが多い。汎用の規格では、法令による規制等に鑑みて、たとえば、最高圧力（ゲージ圧力）が約１ＭＰａ、約１８０℃等の蒸気を発生させる等、ある一定の温度及び圧力条件の蒸気を発生させるように規定されている。
　そのために、工場や建築物等で使用する蒸気使用機器に蒸気を供給する場合は、その蒸気使用機器で要求される蒸気の圧力や温度条件を上回る規格を備えたボイラが従来用いられている。当該ボイラで発生された蒸気は、蒸気使用機器で要求される所定の圧力及び温度条件まで減圧、減温させてから蒸気使用機器に供給される。従来用いられている蒸気供給手法の一例を図６に示す。従来の蒸気供給手法においては、図６に示すように、ボイラ１における蒸気出口１ａの下流側に所要の減圧弁２が接続される。蒸気ボイラ１で発生される、たとえば、約１ＭＰａ、約１８０℃の蒸気３は、減圧弁２を用いて適宜減圧され、たとえば、０．２ＭＰａ、１３０℃等といった蒸気使用機器４で要求される所定の圧力及び温度条件に合致した圧力及び温度まで減圧、減温される。この減圧、減温された蒸気（プロセス蒸気）３ａが、蒸気使用機器４へ供給される。
　又、工場等におけるプロセス蒸気の発生方法として、図７に示す方法が従来提案されている（たとえば、特許文献１参照）。図７に示すプロセス蒸気発生方法では、発電機５と、発電機５駆動用の内燃機関６と、内燃機関６の排熱を回収して蒸気を発生させる蒸気発生部７と、蒸気発生ボイラ８と、この蒸気発生ボイラ８で発生させた高圧蒸気９を駆動流とし、蒸気発生部７で発生させた低圧蒸気１０を二次流とするエゼクタ（インジェクタ）１１が用いられる。発電機５を駆動して電力を発生させるときの内燃機関６の排熱を回収して蒸気発生部７で低圧蒸気１０を発生させる。低圧蒸気１０はエゼクタ１１に吸引されて、蒸気発生ボイラ８からの高圧蒸気９と混合される。低圧蒸気１０と高圧蒸気９との混合によりプロセス蒸気１２が生成される。
　エンジンの排熱を利用して低圧蒸気を発生する方法としては他に、特許文献２にコージェネレーションの気化冷却エンジンが提案されている。特許文献２で提案されている気化冷却エンジンでは、ガスエンジンの排気ガスと水との熱交換により高圧蒸気が生成される。高圧蒸気が輸送される高圧蒸気ラインには、蒸気エゼクターが配置される。蒸気エゼクターは、エンジン外周部に設けられたジャケット部と接続される。ジャケット部には給水管が接続されており、エンジン冷却水が供給される。ジャケット部に供給されたエンジン冷却水は、エンジンを冷却することにより昇温される。高圧蒸気が蒸気エゼクターを通過すると、蒸気エゼクターは負圧となり、蒸気エゼクターと接続されているジャケット部内が大気圧以下の減圧状態となる。ジャケット部内が減圧状態となると、エンジンを冷却することで昇温された冷却水が気化して蒸気となる。この冷却水蒸気が蒸気エゼクターに吸引され、高圧蒸気と混合されて中圧蒸気が生成される。
　また、特許文献３には、コージェネレーションシステムにおける総合効率のアップ方法が提案されている。特許文献３で提案されている方法は、特許文献２で提案されている気化冷却エンジンと同様の方法により中圧の蒸気が生成される。すなわち、レシプロエンジンの廃熱を用いて、廃熱蒸気ボイラによって高圧蒸気が生成される。廃熱蒸気ボイラによって生成された高圧蒸気は、蒸気エゼクターに供給される。蒸気エゼクターは、減圧蒸発器に接続される。減圧蒸発器には、レシプロエンジンを冷却した冷却水との熱交換により得られた温水が供給される。高圧蒸気が蒸気エゼクターを通過すると、蒸気エゼクターは負圧となり、蒸気エゼクターと接続されている減圧蒸発器内部が減圧される。減圧蒸発器内部が減圧状態となると、減圧蒸発器内に供給されている温水が気化して蒸気となる。この温水水蒸気が蒸気エゼクターに吸引され、高圧蒸気と混合されて中圧蒸気が生成される。
　特許文献１乃至特許文献３で提案されている方法では、低圧蒸気を発生させるための熱源として、エンジン等の内燃機関の排熱が利用されている。ここで、低圧蒸気を発生させるための熱源としては、太陽熱等の自然エネルギーを利用することが考えられる。太陽熱を熱源として用いる機器として、太陽熱温水器が従来提案されている（たとえば、特許文献４参照）。このような太陽熱温水器の一例を図８に示す。図８に示す太陽熱温水器は、貯湯槽１３と、貯湯槽１３の内部に設けられる熱交換器１４と、貯湯槽１３の下方に熱媒体による蒸気発生用の高温集熱器１５と低温集熱器１６を備える。熱交換器１４の出口の配管は２方向に分岐され、一方が高温集熱器１５の入口に、他方が膨張手段１７を介して低温集熱器１６の入口にそれぞれ接続される。高温集熱器１５の出口にエジェクター（インジェクタ）１８の入口が接続される。エジェクター１８の低圧発生用の吸込口は低温集熱器１６の出口に接続される。更に、エジェクター１８の出口が熱交換器１４の入口に接続される。
　図８に示す太陽熱温水器では、通常、液化している熱媒体は自重により高温集熱器１５の底部に溜まっている。太陽熱温水器に太陽光が照射されると、高温集熱器１５で上記熱媒体が蒸発して高温、高圧の蒸気となってエジェクター１８に流入する。高温、高圧の蒸気がエジェクター１８に流入すると、このエジェクター１８の吸込口に接続されている低温集熱器１６は減圧され、その内部の蒸気がエジェクター１８に吸入される。エジェクター１８に吸入された蒸気は、高温集熱器１５で発生した高温、高圧の蒸気と混合される。混合された蒸気流はエジェクター１８の出口を通って熱交換器１４に入って凝縮液化する。このとき生じる凝縮熱が貯湯槽１３の水温を上昇させて蓄熱される。
特開昭５９－１９６９５６号公報 日本国特許第２９４２８５１号公報 特開２００２－４９４３号公報 特公昭６３－１３１１３号公報
　工場や建築物等で用いられる蒸気使用機器へ供給する蒸気（プロセス蒸気）を発生させるために用いられているボイラは、化石燃料の燃焼により蒸気を生成する。すなわち、１００℃～２００℃程度の温度の蒸気を得るという低温加熱を行うために化石燃料を燃やしているため、エネルギー効率を高めることが難しい。
　そのため、工場や建築物等で用いられる蒸気使用機器へ要求される所定の圧力及び温度条件に合致した圧力及び温度の蒸気（プロセス蒸気）を必要量供給しつつ、その蒸気発生装置として用いている上記ボイラにおける燃料消費量を抑えることが望まれている。これにより、蒸気発生装置の運転コストの削減化を図ると共に、ＣＯ２排出量をより低減することが望まれている。
　しかし、図６に示すように、ボイラ１で発生させる蒸気３の圧力と温度を、減圧弁２を介して使用先となる蒸気使用機器４で要求される所定の圧力及び温度条件に応じた圧力及び温度まで減圧、減温させてから、この減圧、減温された蒸気（プロセス蒸気）３ａを蒸気使用機器へ供給させる手法では、小型のボイラ１で発生させる蒸気の有する圧力及び温度と、減圧弁２で減圧、減温した後に得られる蒸気（プロセス蒸気）３ａの所定の圧力及び温度との差分に相当するエネルギーが無駄になる。
　図７に示す工場等におけるプロセス蒸気の発生方法は、発電機５駆動用の内燃機関６の排熱を回収して低圧蒸気１０を発生させるための蒸気発生部７が必須である。このため、蒸気発生用に用いることが可能な排熱の出る工場等にしか適用できないという問題がある。
　特許文献２あるいは特許文献３で提案されている方法は、高圧蒸気が蒸気エゼクターを通過するときの減圧作用によって低圧蒸気を生成し、高圧蒸気と低圧蒸気とを混合して中圧蒸気を生成する。このため、熱源に対する蒸気発生効率を改善できるという利点がある。しかしこれらの方法は、いずれもコージェネレーションシステムの効率改善を対象としている。このため、コージェネレーションシステムを用いる工場等にしか適用できないという問題がある。更に特許文献２や特許文献３で提案されている方法では、高圧蒸気をガスエンジンあるいはレシプロエンジンの排熱によって生成している。このため、高圧蒸気の発生効率はボイラと比較してそもそも低い。そして、これらの方法を蒸気供給のためだけに用いるとすると、却って運転コストやＣＯ２排出量は増加することになり、課題の解決には寄与しない。
　又、図８に示した太陽熱温水器は、熱媒体としてフロン等を用いて貯湯槽１３内の水温を上昇させて温水を得るためのものであり、工場や建築物等で用いる各種蒸気使用機器に供給可能な蒸気を発生できるものではない。更に、高温集熱器１５として真空管形集熱器や二重透過体を有する平板形集熱器といった複雑な構成の集熱器を用いる必要があるため、コストが嵩むという問題がある。
　なお、太陽熱を熱源として水を１００℃以上まで加熱することは可能であるが、この場合は太陽熱を吸収させて加熱させた水から大気中への熱の拡散を防ぐことが重要になる。このため、集熱器に高度な断熱構造が必要になり、したがって、該集熱器の構造が複雑化してコストが嵩むという問題がある。
　しかも、上記太陽熱温水器は、得られる熱量が天候に大きく依存する。このため、工場等で熱源として用いる場合には、日照がない日であっても該工場等で要求される熱量を１００％供給することが可能なバックアップ用の熱源が別途必要になる。従って、設備コストが嵩んでしまうという問題もある。
　本発明は、蒸気発生に用いることができるような排熱が生じない工場や建築物等の使用先であっても、該使用先で用いる各種蒸気使用機器へ、要求される所定の圧力及び温度条件に合致した圧力及び温度の蒸気（プロセス蒸気）を必要量供給することができると共に、設備コストや運転コストの削減化を図ることができる蒸気供給装置を提供する。
　本発明の第１の態様によれば、本発明に係る蒸気供給装置は、蒸気発生装置と、前記蒸気発生装置の蒸気出口に、蒸気入口が接続される蒸気インジェクタと、前記蒸気インジェクタの吸入口に接続され、内部に水を貯留し、自然エネルギーによって前記水を昇温させる集熱器と、前記蒸気インジェクタの吐出口に接続される蒸気使用機器と、を備え、前記蒸気インジェクタは、前記蒸気発生装置で発生させる蒸気で駆動され、前記蒸気インジェクタの駆動により、前記集熱器内が減圧されて前記集熱器内で蒸気が生成され、前記蒸気発生装置より供給される蒸気と、前記集熱器内で生成された蒸気とを、前記蒸気インジェクタで混合して前記蒸気使用機器へ供給する。
　本発明の第２の態様によれば、前記蒸気発生装置は、前記蒸気使用機器で要求される全蒸気量を供給可能な能力を備える。
　本発明の第３の態様によれば、前記蒸気発生装置は、高圧蒸気発生ボイラである。
　本発明の第４の態様によれば、前記集熱器は、太陽熱集熱器である。
　本発明の第５の態様によれば、前記太陽熱集熱器は、太陽熱の吸収により昇温する熱媒を循環させる閉ループ形式の太陽熱集熱器であって、前記熱媒を循環させて内部に貯留した水を昇温させる。
　本発明にかかる蒸気供給装置は、以下のような優れた効果を発揮する。
（１）本発明にかかる蒸気供給装置は、蒸気発生装置と、前記蒸気発生装置の蒸気出口に、蒸気入口が接続される蒸気インジェクタと、前記蒸気インジェクタの吸入口に接続され、内部に水を貯留し、自然エネルギーによって前記水を昇温させる集熱器と、前記蒸気インジェクタの吐出口に接続される蒸気使用機器と、を備え、前記蒸気インジェクタは、前記蒸気発生装置で発生させる蒸気で駆動され、前記蒸気インジェクタの駆動により、前記集熱器内が減圧されて前記集熱器内で蒸気が生成され、前記蒸気発生装置より供給される蒸気と、前記集熱器内で生成された蒸気とを、前記蒸気インジェクタで混合して前記蒸気使用機器へ供給する。このため、蒸気発生装置で発生させる蒸気の量を、蒸気使用機器の要求する蒸気量より少なくすることができる。よって、この蒸気使用機器へ要求量に応じた蒸気を供給する際における上記蒸気発生装置の運転コストの削減化を図ることができる。
（２）蒸気発生に用いることができるような排熱が生じない工場や建築物等の蒸気使用機器であっても、該蒸気使用機器へ、要求される圧力及び温度条件に応じた圧力及び温度の蒸気を、要求量に応じて供給することが可能になる。
（３）上記集熱器は、減圧されることで貯留してある水を沸騰、蒸発させることができるように、（ｉ）水を貯留できる、（ｉｉ）内部を減圧しても変形しない程度の強度を備える、（ｉｉｉ）水の蒸発時に蒸発熱として奪われる熱を周囲環境との熱交換で集熱することができる、という条件を満たせばよい。従って、集熱器には複雑な構造や高度な断熱構造は必要はなく、該集熱器に要するコストを削減することができる。
（４）本発明にかかる蒸気供給装置が備える蒸気発生装置は、蒸気インジェクタの吐出側に接続する蒸気使用機器で要求される全蒸気量を供給可能な能力を備える。これにより、天候等の影響により上記集熱器で周囲環境との熱交換が見込めずに、該集熱器における蒸気の発生量が低下する場合は、上記蒸気発生装置の蒸気発生量を増やすことで容易に要求される全蒸気量を供給できる。このため、バックアップ用の蒸気発生機器を別途必要とすることはなく、設備コストを引き下げる効果が期待できる。
（５）したがって、工場や建築物等で使用する蒸気（プロセス蒸気）の供給に要する設備コスト及び運転コストの削減化を図ることが可能となる。
（６）蒸気発生装置を、高圧蒸気発生ボイラとした構成とすることにより、上記（１）（２）（３）（４）（５）の効果を有する蒸気供給装置の構成を容易に実現することができる。
（７）集熱器を、太陽熱集熱器とすることにより、太陽熱集熱器に太陽光が照射されるときに該太陽熱集熱器の内部の水を昇温させることができる。このため、蒸気インジェクタの駆動時に減圧される上記太陽熱集熱器の内部で、上記昇温された水を効率よく沸騰、蒸発させて多くの蒸気を発生させることが可能になる。よって、この太陽熱集熱器で発生する蒸気を、上記蒸気インジェクタへ導いて、蒸気発生装置で発生させた蒸気に多く混合することができる。このように、所要の蒸気使用機器へ要求量に見合う量の蒸気を供給する場合に、上記蒸気発生装置で発生させる蒸気量をより削減することができる。これにより、該蒸気発生装置の燃料消費量を更に低減させて、運転コストの更なる削減化を図ることが可能になる。
（８）太陽熱集熱器を、太陽熱の吸収により昇温する熱媒を循環利用して蒸発器の内部に貯留した水を昇温させる閉ループ形式の構成とすることにより、太陽熱集熱器における太陽熱の集熱機能と蒸発機能とを分けることができる。このため、上記熱媒に太陽熱を吸収させる部分と、上記蒸発器を、太陽熱の集熱機能と蒸発機能にそれぞれ最適設計することができる。更に、上記太陽熱集熱器を閉ループ形式とすることで、上記熱媒に太陽熱を吸収させる部分では水を直接蒸発させることがなくなる。このため、該部分ではスケールが発生する虞を未然に防止できて、スケールの発生が懸念される箇所を上記蒸発器に限定できる。よって、該蒸発器を、予めスケール発生時のメンテナンスを行い易いように設計することが可能になり、スケール発生時のメンテナンスに要する手間を削減する効果が期待できる。
本発明の蒸気供給装置の実施の一形態を示す概要図である。 本発明の実施の他の形態を示す概要図である。 本発明の実施の更に他の形態を示す概要図である。 本発明の実施の形態に係る蒸気供給装置の運転結果の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る蒸気供給装置の性能予測シミュレーションの結果を示す図である。 従来の蒸気供給手法の一例の概要を示す図である。 従来提案されている工場等におけるプロセス蒸気の発生方法を示す概要図である。 従来提案されている太陽熱温水器の一例を示す概要図である。
　以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。
　図１に、本発明の蒸気供給装置の実施の一形態を示す。
　高圧、高温の蒸気を発生させる蒸気発生装置としての高圧蒸気発生ボイラ１９の蒸気出口１９ａに、蒸気インジェクタ２０の蒸気入口２０ａが蒸気ライン２１を介して接続される。
　蒸気インジェクタ２０の吸入口２０ｂに、周囲環境の熱により水を昇温させるための集熱器としての太陽熱集熱器２２が、吸入ライン２３を介して接続される。太陽熱集熱器２２は、内部を減圧しても形状を保持可能な中空の容器を太陽光２４に曝露できるように設置される。太陽熱集熱器２２は、この容器中に水を貯留でき、太陽光２４が照射されると、この太陽光２４の保有するエネルギーの吸収により上記容器内に貯留してある水を昇温させることができる。なお、太陽熱集熱器２２は、太陽光２４の保有するエネルギーで水を昇温させるという機能上、太陽光２４を受光する面積はできるだけ大きい方が望ましい。又、後述するように、太陽熱集熱器２２は、蒸気インジェクタ２０による吸引に伴って減圧される容器内部で水を蒸発させる際の効率を高める観点からすると、容器内部に貯留する水の表面積ができるだけ大きくなるような容器形状としてあることが望ましい。
　蒸気インジェクタ２０の吐出口２０ｃには、蒸気使用機器２５が、蒸気供給ライン２６を介して接続される。蒸気使用機器２５としては、高圧蒸気発生ボイラ１９で発生させる高圧、高温の蒸気２７の圧力及び温度よりも低い圧力及び温度条件の蒸気（プロセス蒸気）２７ａを要求する機器が用いられる。
　換言すると、高圧蒸気発生ボイラ１９は、蒸気使用機器２５で要求される全蒸気量を供給可能な能力を備える。
　図１において、符号２８は太陽熱集熱器２２で発生する蒸気を示す。また、符号２９は吸入ライン２３上に設けた遮断弁を示す。
　本実施の形態に係る蒸気供給装置を使用する場合には、太陽熱集熱器２２に太陽光２４が照射されるように太陽熱集熱器２２を設置する。そして、この太陽熱集熱器２２の内部に貯留された水が、照射される太陽光２４のエネルギーを吸収して昇温されるようにする。
　この状態で高圧蒸気発生ボイラ１９を運転すると、高圧蒸気発生ボイラ１９で生成された蒸気２７が蒸気出口１９ａより蒸気ライン２１を経て蒸気インジェクタ２０の蒸気入口２０ａに導かれる。この蒸気入口２０ａより流入する蒸気２７が吐出口２０ｃ側へ通過するときに蒸気インジェクタ２０が駆動される。蒸気インジェクタ２０の駆動が行なわれると、吸入口２０ｂの圧力低下が生じる。
　蒸気インジェクタ２０の駆動により吸入口２０ｂの圧力低下が生じると、吸入口２０ｂに接続されている太陽熱集熱器２２の内部が減圧（低圧）状態になる。太陽熱集熱器２２の内部が減圧状態になると、この太陽熱集熱器２２の内部では、太陽光２４のエネルギーにより昇温された水の温度が１気圧の下での沸点である１００℃未満であっても沸騰、蒸発が生じて蒸気２８が生成される。そうすると、この減圧された太陽熱集熱器２２の内部で生じる蒸気２８が蒸気インジェクタ２０の吸入口２０ｂへ連続的に吸入される。この蒸気インジェクタ２０では、高圧蒸気発生ボイラ１９より蒸気入口２０ａへ流入する高圧、高温の蒸気２７と、太陽熱集熱器２２より吸入口２０ｂへ吸入される低圧、低温の蒸気２８との混合が行われて、中圧、中温の蒸気２７ａが生成される。この混合により生成される中圧、中温の蒸気２７ａが、高圧蒸気発生ボイラ１９で発生させた蒸気２７の量よりも太陽熱集熱器２２で生じる蒸気２８が混合された分増量された状態で、吐出口２０ｃより蒸気供給ライン２６を通して蒸気使用機器２５へ供給される。
　したがって、高圧蒸気発生ボイラ１９で発生させる蒸気２７の量は、蒸気使用機器２５で要求される蒸気量よりも少ない量でよい。このため、高圧蒸気発生ボイラ１９の運転に要する燃料の量は、蒸気使用機器２５で要求される蒸気量の全量を発生させる場合に比して低減される。
　ところで、天候の影響等により太陽熱集熱器２２に太陽光２４の照射がないか、あるいは、太陽光２４の照射量が少ない場合は、太陽熱集熱器２２にて水の昇温が十分に行われなくなる。
　この場合は、高圧蒸気発生ボイラ１９を運転して、この高圧蒸気発生ボイラ１９より供給される高圧、高温の蒸気２７によって蒸気インジェクタ２０を駆動しても、吸入口２０ｂに生じる圧力低下に起因して減圧される太陽熱集熱器２２の内部では水の沸騰、蒸発が十分に行われない。よって、太陽熱集熱器２２より蒸気インジェクタ２０の吸入口２０ｂへ吸入される低圧、低温の蒸気２８の量、すなわち、蒸気インジェクタ２０にて高圧蒸気発生ボイラ１９より供給される蒸気２７に混入される蒸気２８の量が減少してしまう。
　この場合は、太陽熱集熱器２２より蒸気インジェクタ２０へ吸入される低圧、低温の蒸気２８の減少分を補填できるように、高圧蒸気発生ボイラ１９の運転を強めて、この高圧蒸気発生ボイラ１９で発生させる蒸気２７の量を増加すればよい。
　又、太陽熱集熱器２２に対する太陽光２４の照射が全くない場合や、冬期等で太陽熱集熱器２２における水の昇温が全く期待できない場合は、蒸気インジェクタ２０を駆動しても、太陽熱集熱器２２の内部での水の沸騰、蒸発がほとんど生じない。このような場合は、吸入ライン２３上の遮断弁２９を閉止させ、この状態で、高圧蒸気発生ボイラ１９を、この高圧蒸気発生ボイラ１９で発生させる蒸気２７によって蒸気使用機器２５で要求される蒸気量の全量をまかなえるように運転するようにしてもよい。
　このようにすれば、高圧蒸気発生ボイラ１９で生成した蒸気２７が、蒸気インジェクタ２０を通過するときの圧損に応じて減圧、減温された状態で、蒸気使用機器２５へ、その要求量に見合う蒸気量で供給される。
　このように、本実施の形態に係る蒸気供給装置によれば、太陽熱集熱器２２に太陽光２４が照射されて、この太陽熱集熱器２２で水の昇温が行われる場合は、高圧蒸気発生ボイラ１９で発生させる蒸気２７の量を、蒸気使用機器２５の要求する蒸気量より少なくすることができる。よって、蒸気使用機器２５へ要求量に応じた蒸気２７ａを供給する際における高圧蒸気発生ボイラ１９の燃料消費量を低減できて、運転コストの削減化を図ることができる。
　又、蒸気発生に用いることができるような排熱が生じない工場や建築物等であっても、蒸気使用機器２５へ、要求される所定の圧力及び温度条件に合致した圧力及び温度の蒸気２７ａを、要求量に応じて供給することが可能になる。
　太陽熱集熱器２２は、照射される太陽光２４によって内部に貯留されている水を、蒸気インジェクタ２０の駆動による吸入口２０ｂの圧力低下に伴って該太陽熱集熱器２２の内部が減圧されるときに沸騰、蒸発可能となる温度まで昇温させることができればよい。このため、特に高度な断熱構造とする必要はない。よって、太陽熱集熱器２２としては、水を貯留でき且つ内部を減圧しても変形しない程度の強度を備えていれば、高価なガラス製としたり、複雑な構造とする必要はない。たとえば、内部空間が所要間隔で並列配置されたリブによって補強された樹脂製の中空パネル等を太陽熱集熱器２２として用いることができる。このため、太陽熱集熱器２２に要するコストを、従来一般的に用いられている太陽熱集熱器に比して大幅に削減することができる。
　天候等の影響により太陽熱集熱器２２での蒸気２８の発生量が低下したり、蒸気２８の発生が見込めない場合であっても、蒸気使用機器２５で要求される蒸気量の全量を供給可能な能力を元々備えるようにしてある高圧蒸気発生ボイラ１９の運転を強めることで、蒸気使用機器２５へ、要求量に応じた蒸気を供給することができる。従って、バックアップ用の蒸気発生機器を別途必要とすることはない。
　したがって、工場や建築物等で使用する蒸気（プロセス蒸気）の供給用に本実施の形態に係る蒸気供給装置を採用することで、設備コスト及び運転コストの削減化を図ることが可能となる。
　次に、本発明の実施の他の形態として、図１に示す実施の形態の応用例を図２に示す。図２に示す蒸気供給装置では、高圧蒸気発生ボイラ１９の蒸気出口１９ａと、蒸気インジェクタ２０の蒸気入口２０ａとを接続する蒸気ライン２１の途中位置より、開閉弁３１と減圧弁３２を上流側より順に備えたバイパスライン３０が分岐させて設けられる。バイパスライン３０の下流側端部は、蒸気インジェクタ２０の吐出口２０ｃと蒸気使用機器とを接続した蒸気供給ライン２６の途中位置に接続される。
　更に、蒸気ライン２１におけるバイパスライン３０の分岐個所よりも下流側に、遮断弁３３が設けられる。
　図２に示す蒸気供給装置では、図１に示した吸入ライン２３上の遮断弁２９は省略される。その他の構成は図１に示したものと同様であり、同一のものには同一の符号が付してある。
　本実施の形態の蒸気供給装置を使用する場合は、予め蒸気ライン２１上の遮断弁３３は開けておく。バイパスライン３０上の開閉弁３１は閉じておく。
　又、太陽熱集熱器２２に太陽光２４が照射されるようにする。これにより、太陽熱集熱器２２の内部に貯留された水が、照射される太陽光２４のエネルギーを吸収して昇温されるようにする。
　この状態で、高圧蒸気発生ボイラ１９を運転すると、図１の実施の形態の蒸気供給装置と同様に、高圧蒸気発生ボイラ１９で生成された蒸気２７により蒸気インジェクタ２０が駆動され、吸入口２０ｂの圧力低下に伴って減圧される太陽熱集熱器２２の内部で、太陽光２４により昇温された水が沸騰、蒸発する。この際生成される蒸気２８が、蒸気インジェクタ２０の吸入口２０ｂへ連続的に吸入される。吸入された蒸気２８は、蒸気インジェクタ２０において、高圧蒸気発生ボイラ１９からの高圧、高温の蒸気２７と混合される。蒸気２７に蒸気２８が混合されたことで増量された中圧、中温の蒸気２７ａが蒸気インジェクタ２０の吐出口２０ｃより吐出され、蒸気供給ライン２６を通して蒸気使用機器２５へ供給される。
　この場合、高圧蒸気発生ボイラ１９で発生させる蒸気２７の量を、蒸気使用機器２５で要求される蒸気量よりも少なくすることができる。このため、図１に示す実施の形態と同様に、高圧蒸気発生ボイラ１９の燃料消費量を削減して、運転コストの低減化を図ることができる。
　一方、天候の影響等により太陽熱集熱器２２に太陽光２４の照射がないか、あるいは、太陽光２４の照射量が少なくて、太陽熱集熱器２２にて水の昇温が十分に行われない場合は、蒸気ライン２１上の遮断弁３３を閉止させると共に、バイパスライン３０上の開閉弁３１を開放する。この状態で、高圧蒸気発生ボイラ１９を、この高圧蒸気発生ボイラ１９で発生させる蒸気２７によって蒸気使用機器２５で要求される蒸気量の全量を供給できるように運転する。これにより、高圧蒸気発生ボイラ１９で生成された蒸気２７は、図２に二点鎖線で示すように、その全量が蒸気ライン２１の途中位置より分岐させた減圧弁３２付きのバイパスライン３０と、蒸気供給ライン２６を経て蒸気使用機器２５へ供給される。従って、バイパスライン３０上に設けてある減圧弁３２を、予め蒸気使用機器２５で要求される蒸気の圧力及び温度条件に応じて適宜調整しておくことにより、減圧弁３２にて蒸気使用機器２５で要求される蒸気の圧力及び温度条件に一致した圧力及び温度に確実に調整された蒸気２７を、蒸気使用機器２５へ供給することができる。
　したがって、本実施の形態によっても、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
　次いで、本発明の実施の更に他の形態として、図１の実施の形態の別の応用例を図３に示す。図３に示す蒸気供給装置は、図１に示す蒸気供給装置に備えられていた太陽熱集熱器２２を、太陽熱集熱器３４に置き換えたものである。図１に示す太陽熱集熱器２２は、蒸気インジェクタ２０の吸入口２０ｂに、吸入ライン２３を介して接続される。太陽熱集熱器２２では、太陽光２４に曝露できるよう設置された容器内部を蒸気インジェクタ２０による吸引に伴って減圧できる。一方、図３に示す蒸気供給装置が備える太陽熱集熱器３４は、太陽熱の吸収により昇温する熱媒３５を循環させて蒸発器３６の内部に貯留した水３７を昇温させることができる閉ループ形式の太陽熱集熱器である。太陽熱集熱器３４が備える蒸発器３６が、蒸気インジェクタ２０の吸入口２０ｂに、吸入ライン２３を介して接続される。
　太陽熱集熱器３４は、水３７を貯留でき且つ蒸気インジェクタ２０による吸引により減圧しても変形しない程度の強度を有する中空容器である蒸発器３６の内部に、熱交換部３８が設けられる。
　更に、蒸発器３６の外部に、太陽光２４に曝露できるように太陽熱受熱容器３９が設置される。太陽熱受熱容器３９と、蒸発器３６内部の熱交換部３８の上端部とが熱媒ライン４０で接続される。太陽熱受熱容器３９と、熱交換部３８の下端部とが、循環ポンプ４２を備える熱媒ライン４１で接続される。太陽熱受熱容器３９と、熱交換部３８と各熱媒ライン４０、４１により形成される閉ループ内に、熱媒３５が充填される。
　太陽熱集熱器３４は、循環ポンプ４２を運転することで、熱媒３５を、太陽熱受熱容器３９と、熱媒ライン４０と、熱交換部３８と、熱媒ライン４１とを順に経て循環させることができる。
　太陽熱受熱容器３９では、太陽光２４が照射されると、この太陽熱受熱容器３９内部を流通する熱媒３５を、太陽光２４の保有するエネルギーの吸収により昇温させることができる。
　よって、蒸発器３６では、その内部に設置してある熱交換部３８に、太陽熱受熱容器３９にて太陽光２４の保有するエネルギーを吸収して昇温された熱媒３５が順次流通する。従って、熱交換部３８を流通する昇温した熱媒３５との熱交換により、この蒸発器３６の内部に貯留した水３７を昇温させることができる。
　太陽熱受熱容器３９は、太陽光２４の保有するエネルギーで内部に充填された熱媒を効率よく昇温できるようにするために、太陽光２４を受光する面積はできるだけ大きい方が望ましい。又、熱媒３５は、水に限られるものではなく、圧力損失が低いもの、沸点が高いもの等を適宜選定して使用する。
　その他の構成は図１に示したものと同様であり、同一のものには同一の符号が付してある。
　本実施の形態の蒸気供給装置を使用する場合は、太陽熱集熱器３４の太陽熱受熱容器３９に太陽光２４が照射されるようにする。これにより、循環ポンプ４２を運転して、太陽熱集熱器３４の蒸発器３６の内部に貯留された水３７が、照射される太陽光２４の保有するエネルギーを熱源として昇温されるようにする。
　この状態で、高圧蒸気発生ボイラ１９を運転すると、高圧蒸気発生ボイラ１９で生成された蒸気２７により蒸気インジェクタ２０が駆動される。蒸気インジェクタ２０が駆動されると、吸入口２０ｂの圧力低下に伴って太陽熱集熱器３４の蒸発器３６の内部が減圧される。太陽熱集熱器３４の蒸発器３６の内部が減圧されると、太陽熱２４の保有するエネルギーを熱源として昇温された水３７が、１００℃未満であっても沸騰、蒸発する。この際生成される低圧、低温の蒸気２８が、蒸気インジェクタ２０の吸入口２０ｂへ連続的に吸入される。
　したがって、蒸気インジェクタ２０の吐出口２０ｃからは、高圧蒸気発生ボイラ１９からの高圧、高温の蒸気２７に太陽熱集熱器３４の蒸発器３６より吸入される低圧、低温の蒸気２８が混合されることで増量された中圧、中温の蒸気２７ａが吐出される。蒸気インジェクタ２０の吐出口２０ｃから吐出された蒸気２７ａは、蒸気供給ライン２６を通して蒸気使用機器２５へ供給される。
　よって、高圧蒸気発生ボイラ１９で発生させる蒸気２７の量を、蒸気使用機器２５で要求される蒸気量よりも少なくすることができる。このため、図１に示す実施の形態と同様に、高圧蒸気発生ボイラ１９の燃料消費量を削減して、運転コストの低減化を図ることができる。
　一方、天候の影響等により太陽熱集熱器３４の太陽熱受熱容器３９に太陽光２４の照射がないか、あるいは、太陽光２４の照射量が少ない場合は、太陽熱受熱容器３９にて熱媒３５の昇温が十分に行われなくなる。このため、蒸発器３６の内部の水３７の昇温も十分に行われなくなる。
　この場合は、高圧蒸気発生ボイラ１９を運転して、高圧蒸気発生ボイラ１９より供給される高圧、高温の蒸気２７により蒸気インジェクタ２０を駆動しても、吸入口２０ｂに生じる圧力低下に起因して減圧される太陽熱集熱器３４の蒸発器３６の内部では水３７の沸騰、蒸発が十分に行われない。このため、蒸発器３６より蒸気インジェクタ２０の吸入口２０ｂへ吸入される低圧、低温の蒸気２８の量、すなわち、蒸気インジェクタ２０にて高圧蒸気発生ボイラ１９より供給される蒸気２７に混入される蒸気２８の量が減少してしまう。
　よって、この場合は、太陽熱集熱器３４の蒸発器３６より蒸気インジェクタ２０へ吸入される低圧、低温の蒸気２８の減少分を補填できるように、高圧蒸気発生ボイラ１９の運転を強めて、高圧蒸気発生ボイラ１９で発生させる蒸気２７の量を増加させればよい。
　又、太陽熱集熱器３４の太陽熱受熱容器３９に対する太陽光２４の照射が全くない場合や、冬期等で太陽熱集熱器３４の蒸発器３６における水３７の昇温が全く期待できず、蒸気インジェクタ２０を駆動しても、太陽熱集熱器３４の蒸発器３６での水の沸騰、蒸発がほとんど生じない場合は、図１の実施の形態と同様に、吸入ライン２３上に設けてある遮断弁２９を閉止させた状態で、高圧蒸気発生ボイラ１９を、この高圧蒸気発生ボイラ１９で発生させる蒸気２７によって蒸気使用機器２５で要求される蒸気量の全量を供給できるように運転すればよい。これにより、高圧蒸気発生ボイラ１９で生成した蒸気２７を、蒸気インジェクタ２０を通過させるときの圧損に応じて減圧、減温させた状態で、蒸気使用機器２５へ、その要求量に見合う蒸気量で供給することができる。
　このように、本実施の形態によっても、図１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
　更に、本実施の形態に係る蒸気供給装置においては、太陽熱集熱器３４における太陽熱の集熱機能と蒸発機能とを、太陽熱受熱容器３９と蒸発器３６に個別に分担させることができる。このため、太陽熱受熱容器３９と蒸発器３６を、太陽熱の集熱機能と蒸発機能にそれぞれ最適に設計することができる。
　更に又、太陽熱集熱器３４を閉ループ形式とすることで、太陽熱受熱容器３９内で水を直接蒸発させることがなくなる。このため、太陽熱受熱容器３９の内部ではスケールが発生する可能性を未然に防止できて、スケールの発生が懸念される個所を蒸発器３６に限定できる。従って、蒸発器３６を、予めスケール発生に対応するためのメンテナンスを行ない易いように設計しておくことで、スケール発生時のメンテナンスに要する手間を削減する効果が期待できる。
　なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、図２の実施の形態において、太陽熱集熱器２２に代えて図３に示した閉ループ形式の太陽熱集熱器３４を用いるようにしてもよい。
　上記各実施の形態において、蒸気インジェクタ２０の吸入口２０ｂに、太陽熱集熱器２２、３４に代えて、地熱を集熱して貯留した水の温度を昇温させることができる地熱集熱器を接続してもよい。この場合は、高圧蒸気発生ボイラ１９で発生させる高圧、高温の蒸気２７により蒸気インジェクタ２０が駆動されると、吸入口２０ｂの圧力低下に伴って減圧される上記地熱集熱器の内部では、常温でも水の沸騰、蒸発が生じるようになる。これにより、この地熱集熱器での水の沸騰、蒸発により生成する蒸気を、蒸気インジェクタ２０へ導いて高圧蒸気発生ボイラ１９で発生させた高圧、高温の蒸気２７に混合させて、増量された中圧、中温の蒸気を生成させることが可能となる。
　又、高圧蒸気発生ボイラ１９で発生させる高圧、高温の蒸気２７により駆動することで、吸入口２０ｂを常温でも水が沸騰、蒸発するようになる低い圧力まで圧力低下させることができる機能（性能）を備える蒸気インジェクタ２０を用いる場合は、この蒸気インジェクタ２０の吸入口２０ｂに、太陽熱集熱器２２、３４に代えて、貯留した水の熱を周囲の大気等の周囲環境の熱と熱交換できる形式の集熱器を接続してもよい。この場合は、高圧蒸気発生ボイラ１９で発生させる高圧、高温の蒸気２７により蒸気インジェクタ２０が駆動されると、吸入口２０ｂの圧力低下に伴って減圧される上記集熱器の内部では、常温でも水の沸騰、蒸発が生じる。上記集熱器では、蒸発熱によって熱が奪われる水の温度が、周囲環境の熱との熱交換により常温付近に維持されることで、水の沸騰、蒸発を連続して行なわせることができる。このため、上記集熱器での常温の水の沸騰、蒸発により生成する蒸気を、蒸気インジェクタ２０へ導いて高圧蒸気発生ボイラ１９で発生させた高圧、高温の蒸気２７に混合させることで、増量された中圧、中温の蒸気を生成させて、蒸気使用機器２５へ供給できる効果が期待できる。更に、上記集熱器の構成をよりシンプルなものとすることができると共に、太陽光の照射の有無に関わらず設置することができる。このため、設備コストの更なる低減化を図る効果も期待できる。
　蒸気発生装置は、蒸気インジェクタ２０を駆動可能な高圧の蒸気を、蒸気使用機器２５で要求される蒸気量に応じた量で発生させることができるのであれば、ヒーターやヒートポンプのような電力を利用した熱源を用いて蒸気を発生させる装置等、高圧蒸気発生ボイラ１９以外のいかなる形式の蒸気発生装置を採用してもよい。
　その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。
　本発明の実施例として、図１に示す実施の形態の蒸気供給装置を実際に運転した結果を図４に示す。実施例として運転に用いた蒸気供給装置では、高圧蒸気発生ボイラ１９として、化石燃料を燃やして蒸気を発生させるボイラを用いている。このボイラは、１８０℃、８５０ｋＰａの蒸気を発生させる性能を有する。太陽熱集熱器２２には、太陽光集熱パネルを用いる形式の太陽熱集熱器を用いている。太陽光集熱パネルにより太陽熱２４を集熱し、内部の水を昇温させる。従って、実施例に用いた蒸気供給装置では、太陽光集熱パネルの温度を計測することにより、内部の水の温度を検知することができる。
　図４において、横軸は経過時間を表わす。経過時間は秒で表示してあり、図４に示す運転結果は、運転開始から３時間経過するまでの結果を表わしている。左側の縦軸は、太陽熱集熱器で用いられている太陽光集熱パネルの温度を表わす。右側の縦軸は、蒸気インジェクタの駆動圧力及び日射量を表わす。蒸気インジェクタ駆動圧力の単位はｋＰａＧである。日射量の単位はＷ／ｍ２である。蒸気インジェクタ駆動圧力とは、ボイラの出力としての圧力を意味する。
　図４に示すように、横軸に示す経過時間が３６００（ｓｅｃ）の位置、つまり運転開始前の状態では、パネル温度は約１００℃を示していた。一方、蒸気インジェクタ駆動圧力はほぼゼロであった。経過時間が３６００（ｓｅｃ）から僅かに右にシフトした位置（十数分経過後）において、高圧蒸気発生ボイラ１９であるボイラが起動すると、蒸気インジェクタ駆動圧力は約６００ｋＰａＧまで急激に増加した。６００ｋＰａＧに到達した後は蒸気インジェクタの駆動圧力の増加は緩やかになり、ボイラ起動から約２４００（ｓｅｃ）経過した時点で８５０ｋＰａＧの圧力を示して安定した。パネル出口温度は、ボイラ起動時に一度７５℃付近まで低下した。しかしその後緩やかに上昇し、経過時間が７２００（ｓｅｃ）の時点で１１０℃まで上昇した。
　経過時間が７２００（ｓｅｃ）の時点で、蒸気インジェクタを駆動した。蒸気インジェクタの駆動とは、遮断弁２９を開き、太陽熱集熱器２２の内部を減圧することを意味する。
　蒸気インジェクタが駆動されると、太陽熱集熱器２２内部の減圧に伴って、内部に貯留された水の沸点が低下し、水の温度が低下する。本実施例においては、蒸気インジェクタの駆動により水の沸点が低下し、パネル温度から検知できる水の温度が約８０℃まで低下した。水の温度は、約８０℃まで低下した後安定し、本実施例において蒸気インジェクタを駆動していた約２時間の間、ほぼ一定の温度を示し続けた。蒸気インジェクタ駆動圧力は、蒸気インジェクタの駆動開始から蒸気供給装置の運転停止となるまでの２時間の間、ほぼ一定して約８５０ｋＰａＧの圧力を示し続けた。
　図４に示すように、本発明に係る蒸気供給装置は、蒸気インジェクタを駆動している間、蒸気インジェクタ駆動圧力、パネル温度（水の温度）のいずれもほぼ一定の温度を示した。これにより、本発明に係る蒸気供給装置は非常に安定した出力特性を示すことが実証された。
　次に、本発明に係る蒸気供給装置の実施例として、図４に示す実施例で用いた蒸気供給装置に基づいて、蒸気供給装置の性能シミュレーションを行なった結果を図５に示す。
　シミュレーションは、高圧蒸気発生用のボイラのサイズを一定として、太陽熱集熱器が備える太陽光集熱パネルの面積を変化させたときの、蒸気供給装置の性能を予測して行なった。蒸気供給装置の性能は、パネル効率と、ソーラーシェアと、パネル温度の三通りで評価した。
　パネル効率とは、太陽熱集熱器２２に照射される太陽熱２４のエネルギのうち、蒸気２８のエネルギに変換され有効に利用できる割合を意味する。
　ソーラシェアとは、蒸気インジェクタから吐出される蒸気２７ａに占める、太陽熱集熱器２２で生成された蒸気２８の割合を意味する。
　パネル温度とは、太陽熱集熱器２２に備えられる太陽光集熱パネルの温度を意味する。
　図５において、左側の縦軸がパネル効率とソーラーシェアを表わす。また、図５において、右側の縦軸がパネル温度を表わす。図５の横軸はパネル面積を表わす。図５中、四角の記号はパネル温度を表わす。三角の記号は、パネル効率を表わす。菱形の記号は、ソーラーシェアを表わす。また、パネル温度、パネル効率、ソーラーシェアのいずれも、黒塗りの記号は実際に運転した結果である実験データを表わし、白抜きの記号はシミュレーション結果を表わす。
　パネル面積が小さいと、パネル効率は高く、ソーラーシェアは低い。例えばシミュレーション範囲で想定している最小のパネル面積である２０ｍ２の条件下では、パネル効率が約４６％であるのに対し、ソーラーシェアは約１０％である。しかし、パネル面積が増加するに従って、パネル効率は減少し、ソーラーシェアは増加する。例えば、シミュレーション範囲で最大のパネル面積である１８０ｍ２の条件下では、パネル効率は約２０％に減少する。しかしソーラーシェアは約３０％に増加する。これは、ボイラのサイズが一定で、同一の蒸気インジェクタを使用する条件下では、蒸気インジェクタの駆動による減圧量が一定であるため、パネル面積が増加すると、蒸気インジェクタの駆動による減圧量の影響が小さくなるためである。しかし、パネル面積が大きくなると内部に貯留される水の量も多くなり、蒸気インジェクタに吸入される蒸気２８の量が増加する。このためソーラーシェアはパネル面積の増加に伴って増大する。
　パネル温度は、パネル面積が増加するに従って増加する。
　図５において、黒塗りの記号で示す実測値のうち、ソーラーシェアはシミュレーション結果に近い値を示している。しかし、パネル温度の実験データはシミュレーション結果よりも高い値を示し、パネル効率の実験データはシミュレーション結果よりも低い値を示している。これは、蒸気インジェクタの駆動により太陽熱集熱器内で生成可能な蒸気２８の量に対し、太陽熱集熱器内に貯留されている水の量が不足し、太陽熱集熱器内でドライアウトが生じたためだと考えられる。ドライアウトが生じないよう適切な量の水を太陽熱集熱器内に貯留することで、パネル温度、パネル効率共にシミュレーション結果に近い値を示すと考えられる。
　以上図５に示したように、本発明に係る蒸気供給装置では、太陽熱集熱器２２のパネル面積を変化させることにより、蒸気使用機器２５に要求される蒸気条件、あるいはボイラに求められる燃料消費率や運転コストに応じて運転条件を適切に設定することが可能であることがわかる。
　本発明に係る蒸気供給装置は、蒸気発生装置で発生させる蒸気の量を、蒸気使用機器の要求する蒸気量より少なくすることができる。また、天候等の影響により集熱器における蒸気の発生量が低下する場合は、蒸気発生装置の蒸気発生量を増やすことで容易に要求される全蒸気量を供給することができる。これにより、蒸気発生に用いることができるような排熱が生じない工場や建築物等であっても、蒸気使用機器に要求される所定の圧力及び温度条件に合致した圧力及び温度の蒸気（プロセス蒸気）を、天候等の自然条件に影響されずに必要量供給することができる。このため、設備コストや運転コストの削減化を図ることができる。
　１９　　高圧蒸気発生ボイラ（蒸気発生装置）
　１９ａ　　蒸気出口
　２０　　蒸気インジェクタ
　２０ａ　　蒸気入口
　２０ｂ　　吸入口
　２０ｃ　　吐出口
　２２　　太陽熱集熱器（集熱器）
　２５　　蒸気使用機器
　２７，２７ａ　　蒸気
　２８　　蒸気
　３４　　太陽熱集熱器
　３５　　熱媒
　３６　　蒸発器
　３７　　水

Claims (7)

  1. 　蒸気発生装置と、
    　前記蒸気発生装置の蒸気出口に、蒸気入口が接続される蒸気インジェクタと、
    　前記蒸気インジェクタの吸入口に接続され、内部に水を貯留し、自然エネルギーによって前記水を昇温させる集熱器と、
    　前記蒸気インジェクタの吐出口に接続される蒸気使用機器と、
    　を備え、
    　前記蒸気インジェクタは、前記蒸気発生装置で発生させる蒸気で駆動され、
    　前記蒸気インジェクタの駆動により、前記集熱器内が減圧されて前記集熱器内で蒸気が生成され、
    　前記蒸気発生装置より供給される蒸気と、前記集熱器内で生成された蒸気とを、前記蒸気インジェクタで混合して前記蒸気使用機器へ供給する
    　蒸気供給装置。
  2. 　前記蒸気発生装置は、前記蒸気使用機器で要求される全蒸気量を供給可能な能力を備える請求項１記載の蒸気供給装置。
  3. 　前記蒸気発生装置は、高圧蒸気発生ボイラである請求項１又は２記載の蒸気供給装置。
  4. 　前記集熱器は、太陽熱集熱器である請求項１又は２記載の蒸気供給装置。
  5. 　前記集熱器は、太陽熱集熱器である請求項３記載の蒸気供給装置。
  6. 　前記太陽熱集熱器は、太陽熱の吸収により昇温する熱媒を循環させる閉ループ形式の太陽熱集熱器であって、前記熱媒を循環させて内部に貯留した水を昇温させる請求項４記載の蒸気供給装置。
  7. 　前記太陽熱集熱器は、太陽熱の吸収により昇温する熱媒を循環する閉ループ形式の太陽熱集熱器であって、前記熱媒を循環させて内部に貯留した水を昇温させる請求項５記載の蒸気供給装置。
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