特許 6443714 蒸気生成装置、吸着材収容器、及び蒸気生成方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6443714

(24)【登録日】2018年12月7日

(45)【発行日】2018年12月26日

(54)【発明の名称】蒸気生成装置、吸着材収容器、及び蒸気生成方法

(51)【国際特許分類】

   F24V 30/00 20180101AFI20181217BHJP

   F22B 1/18 20060101ALI20181217BHJP

   F22B 3/02 20060101ALI20181217BHJP

【ＦＩ】

   F24V30/00

   F22B1/18 C

   F22B3/02

【請求項の数】4

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2014-74334(P2014-74334)

(22)【出願日】2014年3月31日

(65)【公開番号】特開2015-64192(P2015-64192A)

(43)【公開日】2015年4月9日

【審査請求日】2017年3月29日

(31)【優先権主張番号】特願2013-178565(P2013-178565)

(32)【優先日】2013年8月29日

(33)【優先権主張国】JP

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２３〜２５年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構 省エネルギー革新技術開発事業委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000169499

【氏名又は名称】高砂熱学工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】304019399

【氏名又は名称】国立大学法人岐阜大学

(73)【特許権者】

【識別番号】307020545

【氏名又は名称】公立大学法人岡山県立大学

(74)【代理人】

【識別番号】100100549

【弁理士】

【氏名又は名称】川口 嘉之

(74)【代理人】

【識別番号】100123098

【弁理士】

【氏名又は名称】今堀 克彦

(72)【発明者】

【氏名】川上 理亮

(72)【発明者】

【氏名】谷野 正幸

(72)【発明者】

【氏名】安部 義男

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 香澄

(72)【発明者】

【氏名】深井 潤

(72)【発明者】

【氏名】板谷 義紀

(72)【発明者】

【氏名】中川 二彦

(72)【発明者】

【氏名】中曽 浩一

【審査官】 岩▲崎▼ 則昌

(56)【参考文献】

【文献】 特許第４６２１８１６（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開平０８−１９２０２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−００３８３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１２７６８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−２１００１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表昭５６−５００５３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５６−００６１６３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２４Ｖ ３０／００

Ｆ２２Ｂ １／１８

Ｆ２２Ｂ ３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部に多孔質体が充填された吸着材収容部と、
前記吸着材収容部に、５０〜１００℃の温水を供給する温水供給部と、
前記吸着材収容部の吸着材に前記温水を吸着させることで発生した蒸気を排出する蒸気排出部と、
前記吸着材収容部に、露点が−２０℃以下の乾燥空気を供給し、前記吸着材に吸着された吸着水を脱着して当該吸着材を再生させる乾燥空気供給部と、を備え、
前記吸着材収容部は、多孔質体としての前記吸着材の他に、非吸着性充填物を含み、
前記吸着材収容部は、非吸着性充填物が充填される第一の部分と、前記第一の部分の充填比率と異なる充填比率で非吸着性充填物が充填される第二の部分と、を有する、
蒸気生成装置。

【請求項2】

内部に多孔質体が充填された吸着材収容部と、
前記吸着材収容部に供給される５０〜１００℃の温水を受け入れる供給口と、
前記吸着材収容部の吸着材に前記温水を吸着させることで発生した蒸気を排出する排出口と、を備え、
前記吸着材収容部は、多孔質体としての前記吸着材の他に、非吸着性充填物を含み、
前記吸着材収容部は、非吸着性充填物が充填される第一の部分と、前記第一の部分の充填比率と異なる充填比率で非吸着性充填物が充填される第二の部分と、を有する、
吸着材収容器。

【請求項3】

内部に多孔質体が充填された吸着材収容部に、５０〜１００℃の温水を供給する温水供給ステップと、
前記吸着材収容部の吸着材に前記温水を吸着させることで発生した蒸気を排出する蒸気排出ステップと、
前記吸着材収容部に、露点が−２０℃以下の乾燥空気を供給し、前記吸着材を再生させる乾燥空気供給ステップと、を備え、
前記吸着材収容部は、多孔質体としての前記吸着材の他に、非吸着性充填物を含み、
前記吸着材収容部は、非吸着性充填物が充填される第一の部分と、前記第一の部分の充填比率と異なる充填比率で非吸着性充填物が充填される第二の部分と、を有する、
蒸気生成方法。

【請求項4】

内部に多孔質体が充填された吸着材収容部に、５０〜１００℃の温水を供給する温水供給ステップと、
前記吸着材収容部の吸着材に前記温水を吸着させることで発生した蒸気を排出する蒸気排出ステップと、を備え、
前記吸着材収容部は、多孔質体としての前記吸着材の他に、非吸着性充填物を含み、
前記吸着材収容部は、非吸着性充填物が充填される第一の部分と、前記第一の部分の充填比率と異なる充填比率で非吸着性充填物が充填される第二の部分と、を有する、
蒸気生成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蒸気生成装置、及び蒸気生成方法に関する。

【背景技術】

【0002】

化石燃料の資源的制約や地球温暖化問題などを背景として、省エネルギーの更なる要請はますます強まっている。例えば、特許文献１には、自然エネルギーを用いて、ゼオライトに対する水の吸着・脱着を可逆的に行うことによって過熱水蒸気を生成する、ゼオライト式の過熱水蒸気生成装置が開示されている。また、例えば、特許文献２には、ガスエンジン又は燃料電池を用いたコージェネレーションシステムとして、吸着器が吸着過程にあるときに上水を通水するとともに、吸着器が再生過程にあるときは当該吸着器に接続されている凝縮器に上水を通水するように構成された吸着ヒートポンプシステムが開示されている。また、特許文献２では、吸着器にシリカゲル及びゼオライト等の吸着材を充填することが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４６２１８１６号公報

【特許文献2】特開２００６−２９６０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例えば、鉄鋼産業や石油化学産業では、５０〜１００℃の排温水が大量に発生する。このような排温水は、再生エネルギーとして活用するには温度が低いため、回収されずに廃棄されていた。一方、このような排温水は、廃棄するには温度が高いため、冷却塔などを利用して、放熱し、廃棄していた。換言すると、廃棄するために、別途エネルギーを用いなければならなかった。そこで、本発明者らは、このような従来廃棄されていた排温水を回収して、再生エネルギーを生成すべく、ゼオライトを用いた蒸気生成装置に着目した。また、この蒸気生成装置を用いたシステムでは、排温水を回収して、再生エネルギーを生成する上では、継続的に再生エネルギー（水蒸気）を生成できることが求められる。つまり、ゼオライトを用いた蒸気生成装置を用いる上では、ゼオライトへの水の吸着・脱着を可逆的に繰り返すことが可能であり、連続的に水蒸気を生成可能な技術が必要となる。

【0005】

本発明は、上記の問題に鑑み、５０〜１００℃の排温水から水蒸気を生成でき、かつ、冷却塔などを用いた排温水の廃棄よりも少ない消費エネルギーで連続的に水蒸気を生成できる技術を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、上述した課題を解決するため、５０〜１００℃の排温水をゼオライトに吸着させ、その際の吸着熱により水蒸気を生成することとした。また、本発明では、露点が−２０℃以下の乾燥空気を供給してゼオライトなどの多孔質体の吸着水を脱着（再生）再生することとした。

【0007】

詳細には、本発明は、内部にゼオライトが充填されたゼオライト収容部と、前記ゼオライト収容部に、５０〜１００℃の温水を供給する温水供給部と、前記ゼオライト収容部のゼオライトに前記温水を吸着させることで発生した蒸気を排出する蒸気排出部と、前記ゼオライト収容部に、露点が−２０℃以下の乾燥空気を供給し、前記ゼオライトに吸着された吸着水を脱着して当該ゼオライトを再生させる乾燥空気供給部と、を備える蒸気生成装
置である。

【0008】

本発明に係る蒸気生成装置は、ゼオライト収容部に充填されたゼオライトと温水供給部から供給される温水とが接して、その際に発生する吸着熱により水蒸気を生成する。温水には、例えば、鉄鋼産業や石油化学産業において、従来回収されずに廃棄されていた５０〜１００℃の排温水が例示される。本発明に係る蒸気生成装置では、従来廃棄されていた排温水から水蒸気を生成することができる。また、従来、排温水の廃棄には、冷却塔で冷却するなど、別途エネルギーを用いなければならなかった。しかしながら、本発明に係る蒸気生成装置によれば、そのような廃棄のための無駄なエネルギーを用いる必要もない。また、本発明に係る蒸気生成装置で生成された水蒸気は、生産プロセス等で利用でき、従来廃棄していた温熱を高品質なエネルギーに転嫁できる。更に、本発明に係る蒸気生成装置は、乾燥空気供給部を備えることで、ゼオライトに吸着されている吸着水を効果的に脱着させることができる。その結果、ゼオライトの再生が促進され、連続的に水蒸気を生成することができる。

【0009】

なお、ゼオライトの吸着熱を利用した吸着式ヒートポンプの原理自体は、例えば、特許文献２（特開２００６−２９６０５）に記載されているように、従来より知られている。しかしながら、これらは一般に、ゼオライトが充填された蒸気生成器内に熱交換器が内蔵され、その熱交換器に水を供給することで加熱／冷却をして蒸気発生（脱着）／蒸気吸着をさせる間接熱交換方式であった。そのため、従来の吸着式ヒートポンプは、本発明に係る蒸気生成装置のような、ゼオライトと温水との吸着熱によって供給温水自身を加熱して蒸気を発生させる直接熱交換方式と比較すると、熱交換性能が悪く、また、熱交換性能を向上するとなるとよりシステムが複雑化するといった問題があった。これに対し、本発明に係る蒸気生成装置は、熱交換器が内蔵されておらず、従来よりも簡易な構成でありながら、廃棄された温水を利用して水蒸気を生成することができる。なお、ゼオライトに代えて他の多孔質体を用いてもよい。他の多孔質体には、シリカゲル、アルミナ、酸化チタン、高分子収着剤が例示される。

【0010】

ここで、本発明に係る蒸気生成装置は、前記ゼオライト収容部、前記温水供給部、及び前記乾燥空気供給部を複数備え、前記複数のゼオライト収容部は、並列に配置され、前記温水供給部、及び前記乾燥空気供給部を制御する制御部を更に備え、前記制御部は、各ゼオライト収容部内におけるゼオライトの吸着及び脱着が連続して行われるよう、各温水供給部による温水の供給のタイミング、及び各乾燥空気供給部による乾燥空気の供給のタイミングを制御するようにしてもよい。

【0011】

ゼオライト収容部等を複数備え、複数のゼオライト収容部は、並列に配置する構成とすることで、一のゼオライト収容部のゼオライトが脱着している場合でも、他のゼオライト収容部のゼオライトで吸着することができる。そのため、装置全体として、より連続的に水蒸気を生成することができる。

【0012】

また、前記温水供給部は、前記ゼオライト収容部の下部に設けられ、前記蒸気排出部は、前記ゼオライト収容部の上部に設けられていてもよい。温水をゼオライトの下部から供給することで、水平方向の温水の分布を均一にすることができる。また、ゼオライトの水平方向の断面から一様に生成された水蒸気は、ゼオライトの上部から排出することができる。

【0013】

なお、前記温水供給部は、前記ゼオライト収容部の上部に設けてもよい。この場合、生成された水蒸気と供給される温水との熱交換を抑制するため、前記蒸気排出部は、前記ゼオライト収容部の下部に設けた方がよい。

【0014】

また、前記ゼオライト収容部は、内部に複数のゼオライト層を有するものでもよい。ゼオライト層は、１層でもよいが、複数とすることでより効率よく水蒸気を生成することができる。例えば、下段のゼオライト層を予熱用、上段のゼオライト層を蒸気生成用といったように、ゼオライト層毎に機能を割り当ててもよい。このようにすることで、より効率よく水蒸気を生成することができる。

【0015】

また、前記乾燥空気供給部は、前記ゼオライト収容部内における前記乾燥空気の速度が１．５ｍ／ｓｅｃ以下となるように当該乾燥空気を供給するようにしてもよい。これにより、ゼオライトを再生する際、ゼオライト収容部内の存在する再生空気の偏流を抑制することができる。

【0016】

また、本発明に係る蒸気生成装置は、前記温水供給部から供給される温水を加温する温水加温部を更に備える構成でもよい。これにより、水蒸気を生成する能力をより向上することができる。

【0017】

また、本発明に係る蒸気生成装置は、前記乾燥空気調整部から供給される乾燥空気の温度を調整する乾燥空気の温度調整部と、前記乾燥空気調整部から供給される乾燥空気の湿度を調整する乾燥空気の湿度調整部と、のうち少なくとも何れか一方を更に備える構成でもよい。温度調整部を備えることで、例えば供給される乾燥空気の温度を上げることで、ゼオライトを再生する能力をより向上することができる。また、湿度調整部を備えることで、例えば供給される乾燥空気の湿度を下げることで、ゼオライト内の水分除去をより効率よく行うことができる。その結果、ゼオライトを再生する能力をより向上することができる。

【0018】

また、本発明に係る蒸気生成装置は、前記ゼオライトの再生後に、前記ゼオライト収容部内の空気を真空引きして脱気する脱気部を更に備える構成でもよい。これにより、生成された水蒸気内に空気が存在することを抑制することができる。

【0019】

また、本発明に係る蒸気生成装置は、前記蒸気排出部から排出する蒸気の一部を前記ゼオライト収容部に供給し、当該ゼオライト収容部内のゼオライトを予熱する予熱部を更に備える構成でもよい。これにより、ゼオライトの一部を予熱することが可能となり、その結果、水蒸気を生成する能力をより向上することができる。

【0020】

また、本発明に係る蒸気生成装置は、前記ゼオライト収容部内の温度情報、又は圧力情報に基づいて、前記温水供給部による温水の供給のタイミング、又は、前記乾燥空気供給部による乾燥空気の供給のタイミングを制御する制御部を更に備える構成でもよい。これにより、より効率よく水蒸気の生成やゼオライトの再生を行うことができる。

【0021】

ここで、ゼオライト収容部に充填されたゼオライトと温水供給部から供給される温水とが接して、その際に発生する吸着熱により水蒸気を生成する際、ゼオライト収容部は、急激に温度変化（例えば、温度上昇）することが想定される。また、例えば、ゼオライト収容部が急激に温度上昇し、ゼオライト収容部の温度が高くなりすぎると、ゼオライト収容部の吸着量が低下することが考えられる。また、ゼオライト収容部が急激に温度変化すると、ゼオライト収容部が破損してしまうことも考えられる。そこで、本発明は、このようなゼオライト収容部の温度変化を緩和するようにしてもよい。

【0022】

具体的には、本発明に係る蒸気生成装置において、前記ゼオライト収容部は、多孔質体としてのゼオライトの他に、非吸着性充填物を含むものでもよい。ゼオライト収容部に非吸着性充填物を充填することで、ゼオライト収容部の急激な温度変化を抑制することができる。換言すると、ゼオライト収容部の温度を制御することができる。その結果、ゼオラ
イト収容部の温度が高すぎる場合に懸念される、ゼオライト収容部の吸着量の低下を抑制することができる。また、ゼオライト収容部の吸着量を向上することができ、より効率よく水蒸気を生成することができる。更に、ゼオライト収容部の急激な温度変化による、ゼオライト収容部の劣化や破損の発生を抑制することができる。非吸着性充填物には、ガラスビーズ、アルミナが例示される。

【0023】

また、前記非吸着性充填物は、前記ゼオライト収容部内の温度変化に応じて、当該ゼオライト収容部に対する充填比率を変更してもよい。ゼオライト収容部内の温度変化の値は、実験等によって得ることができる。例えば、温水供給部をゼオライト収容部の下部に設けた場合には、ゼオライト収容部は、下部と比較して、上部の温度が高くなる。すなわち、ゼオライト収容部は、領域毎に温度変化が異なる。したがって、最も温度が高くなることが想定される領域の温度変化に応じて、非吸着性充填物の充填比率を変えてもよい。その結果、ゼオライト収容部の温度をより効果的に制御することができ、ゼオライト収容部の吸着量を更に向上することができ、より効率よく水蒸気を生成することができる。また、ゼオライト収容部の急激な温度変化による、ゼオライト収容部の劣化や破損の発生をより確実に抑制することができる。なお、非吸着性充填物の充填比率は、ゼオライト収容部の平均温度の温度変化に応じて変えてもよい。また、前記非吸着性充填物は、前記ゼオライト収容部内の領域毎の温度変化に基づいて、当該ゼオライト収容部に対する充填比率を異なるようにしてもよい。これにより、例えば温度変化が想定される領域のみ非吸着性充填物を充填することができる。

【0024】

ここで、本発明は、蒸気生成方法として特定することもできる。例えば、本発明は、内部にゼオライトが充填されたゼオライト収容部に、５０〜１００℃の温水を供給する温水供給ステップと、前記ゼオライト収容部のゼオライトに前記温水を吸着させることで発生した蒸気を排出する蒸気排出ステップと、前記ゼオライト収容部に、露点が−２０℃以下の乾燥空気を供給し、前記ゼオライトを再生させる乾燥空気供給ステップと、を備える蒸気生成方法である。本発明に係る蒸気生成方法によれば、５０〜１００℃の排温水から水蒸気を生成でき、かつ、排温水の廃棄よりも少ない消費エネルギーで連続的に水蒸気を生成することができる。

【0025】

なお、前記ゼオライト収容部、前記温水供給部、及び前記乾燥空気供給部を複数備え、前記温水供給部、及び前記乾燥空気供給部を制御する制御ステップを更に備え、前記制御ステップでは、各ゼオライト収容部内におけるゼオライトの吸着及び脱着が連続して行われるよう、各温水供給部による温水の供給のタイミング、及び各乾燥空気供給部による乾燥空気の供給のタイミングを制御するようにしてもよい。

【0026】

また、前記温水供給ステップでは、前記ゼオライト収容部の下部から温水を供給し、前記蒸気排出ステップでは、前記ゼオライト収容部の上部から蒸気を排出してもよい。また、前記温水供給ステップでは、前記ゼオライト収容部の上部から温水を供給してもよい。この場合、前記蒸気排出ステップでは、前記ゼオライト収容部の下部から蒸気を排出した方がよい。

【0027】

また、前記乾燥空気供給ステップでは、前記ゼオライト収容部内における前記乾燥空気の速度が１．５ｍ／ｓｅｃ以下となるように当該乾燥空気を供給してもよい。

【0028】

また、本発明に係る蒸気生成方法は、前記温水供給ステップにおいて供給される温水を加温する温水加温ステップを更に備えてもよい。

【0029】

また、本発明に係る蒸気生成方法は、前記乾燥空気調整ステップにおいて供給される乾燥空気の温度を調整する乾燥空気の温度調整ステップと、前記乾燥空気調整において供給
される乾燥空気の湿度を調整する乾燥空気の湿度調整ステップと、のうち少なくとも何れか一方を更に備えるものでもよい。

【0030】

また、本発明に係る蒸気生成方法は、前記ゼオライトの再生後に、前記ゼオライト収容部内の空気を真空引きして脱気する脱気ステップを更に備えるものでもよい。

【0031】

また、本発明に係る蒸気生成方法は、前記蒸気排出ステップにおいて排出される蒸気の一部を前記ゼオライト収容部に供給し、当該ゼオライト収容部内のゼオライトを予熱する予熱ステップを更に備えるものでもよい。

【0032】

また、本発明に係る蒸気生成方法は、前記ゼオライト収容部内の温度情報、又は圧力情報に基づいて、前記温水供給ステップにおける温水の供給のタイミング、又は、前記乾燥空気供給ステップにおける乾燥空気の供給のタイミングを制御する制御ステップを更に備えるものでもよい。

【発明の効果】

【0033】

本発明によれば、５０〜１００℃の排温水から水蒸気を生成でき、かつ、冷却塔などを用いた排温水の廃棄よりも少ない消費エネルギーで連続的に水蒸気を生成できる技術を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】図１は、第１実施形態に係る蒸気生成器における吸着および再生のサイクルを示す。

【図2】図２は、第１実施形態に係る蒸気生成器を含むシステムの構成を示す。

【図3】図３は、第１実施形態に係る蒸気生成器の断面図を示す。

【図4】図４は、第１実施形態に係る蒸気生成器を含むシステムにおける各種弁の開閉状態の一例を示す。

【図5】図５は、第１実施形態に係る蒸気生成器において、給水と蒸気排気の位置関係を示す。

【図6】図６は、第２実施形態に係る蒸気生成器の断面図を示す。

【図7】図７は、第３実施形態に係る蒸気生成器の断面図を示す。

【図8】図８は、第４実施形態に係る蒸気生成器を含むシステムの構成を示す。

【図9】図９は、第４実施形態に係る蒸気生成器を含むシステムにおける各種弁の開閉状態の一例を示す。

【図10A】図１０Ａは、第５実施形態に係る蒸気生成器について、温度センサの設置例を示す。

【図10B】図１０Ｂは、第５実施形態に係る蒸気生成器について、再生工程を終了する際のゼオライトの温度と経過時間との関係を示す。

【図10C】図１０Ｃは、第５実施形態に係る蒸気生成器について、再生工程を終了する際に行われる処理フローを示す。

【図11A】図１１Ａは、第６実施形態に係る蒸気生成器について、圧力センサの設置例を示す。

【図11B】図１１Ｂは、第６実施形態に係る蒸気生成器について、減圧工程を終了する際の蒸気生成器内の圧力と経過時間との関係を示す。

【図11C】図１１Ｃは、第６実施形態に係る蒸気生成器について、減圧工程を終了する際に行われる処理フローを示す。

【図12A】図１２Ａは、第７実施形態に係る蒸気生成器について、温度センサの設置例を示す。

【図12B】図１２Ｂは、第７実施形態に係る蒸気生成器について、給水工程を終了する際の蒸気生成器内の温度と経過時間との関係を示す。

【図12C】図１２Ｃは、第７実施形態に係る蒸気生成器について、給水工程を終了する際に行われる処理フローを示す。

【図13A】図１３Ａは、第８実施形態に係る蒸気生成器について、温度センサの設置例を示す。

【図13B】図１３Ｂは、第８実施形態に係る蒸気生成器について、吸着工程を終了する際の蒸気生成器内の温度と経過時間との関係を示す。

【図13C】図１３Ｃは、第８実施形態に係る蒸気生成器について、吸着工程を終了する際に行われる処理フローを示す。

【図14A】図１４Ａは、第９実施形態に係る蒸気生成器について、各種センサの設置例を示す。

【図14B-1】図１４Ｂ−１は、第９実施形態に係る蒸気生成器について、再生工程を終了する際の蒸気生成器内の露点と経過時間との関係を示す。

【図14B-2】図１４Ｂ−２は、第９実施形態に係る蒸気生成器について、再生工程を終了する際の蒸気生成器内の差圧と経過時間との関係を示す。

【図14B-3】図１４Ｂ−３は、第９実施形態に係る蒸気生成器について、再生工程を終了する際の蒸気生成器内の温度と経過時間との関係を示す。

【図14C】図１４Ｃは、第９実施形態に係る蒸気生成器について、再生工程を終了する際に行われる処理フローを示す。

【図15A】図１５Ａは、比較例に係るゼオライト層の温度変化の一例のグラフを示す。

【図15B】図１５Ｂは、図１５Ａのグラフにおける測定点を示す。

【図16】図１６は、ラボ装置で行った、ゼオライト層の平均温度変化のグラフを示す。

【図17】図１７は、ラボ装置の概要を示す。

【発明を実施するための形態】

【0035】

＜背景＞
化石燃料の資源的制約や地球温暖化問題などを背景として、省エネルギーの更なる要請はますます強まっている。石油危機を契機として、産業部門でのエネルギー消費は、他の運輸、民生部門で大きく伸びているのに対して、ほとんどゼロ成長であるものの、全消費量の過半数を占めていることからこれまで以上の削減が求められている。

【0036】

例えば鉄鋼分野の製鉄所では転炉フード、連続鋳造設備のモールド、鋼材加熱炉のスキッドなどの冷却に純水が用いられている。冷却水の出口温度は６０〜９０℃と低く、その排熱は従来の技術では回収が難しいため、ファンを設置した冷却タワーで、エネルギーを使って冷却し大気に捨てられている。このような未利用温水廃熱は粗鋼生産量１０００万ｔ／年規模の製鉄所において１０００〜２０００ｔ／ｈ発生している。

【0037】

一方、ＣＯ₂分離・回収はＣＣＳと革新的製鉄プロセスの２分野で、２１分野あるＣｏ
ｏｌ Ｅａｒｔｈ−エネルギー革新技術計画の中核技術に位置付けられており、鉄鋼向けではＮＥＤＯ（新エネルギー・産業技術総合開発機構）の大きな戦略的事業の一つとしてＣＯＵＲＳＥ５０（革新的製鉄プロセス技術開発）が進められている。ＣＯＵＲＳＥ５０の中で実用化の期待が大きいアミン法（湿式のＣＯ₂吸着方法）はアミン液（ＣＯ₂吸着液）を１２０℃以上に加熱する熱源が必要になる。また、ＣＯＵＲＳＥ５０が目標とするＣＯ₂分離で△１０％以上のＣＯ₂削減を達成するためには、粗鋼生産量が１０００万ｔ／年規模の製鉄所において２００万ｔ−ＣＯ₂／年以上のＣＯ₂を分離する必要があり、それには１４０℃の水蒸気（１２０℃のアミン液との温度差２０℃として）に換算して新たに１８０万ｔ−蒸気／年相当の熱源が必要になる。

【0038】

この水蒸気量は現在製鉄所で使用される総水蒸気量とほぼ等しく、高炉などから発生す
る回収可能な高温排熱の大半を既に水蒸気で回収済みの国内製鉄所では、従来技術で更なる蒸気を回収し、ＣＯ₂分離に必要な量を確保することは不可能である。従って、Ｃｏｏ
ｌ Ｅａｒｔｈ−エネルギー革新技術計画のロードマップ通りにＣＯ₂分離技術の導入を
進めるためには、化石燃料を使うボイラーを設置するか、従来水蒸気を使っていた設備のエネルギー源を電力などのより価値の高いエネルギーに振替える必要が出てくる。もちろんこれらの手段でもＣＯ₂は削減できるが、これらの方法はエネルギーの使用合理化に逆
行し、大きなコスト増加も招く。そこで、従来は棄てていた未利用温水廃熱からＣＯ₂分
離に必要なエネルギーを再生し、回生する技術を開発・実用化することが極めて重要になる。一方、化学産業分野でのエネルギー消費量は、鉄鋼分野に次いで多く、二酸化炭素排出量に換算して全体の７％に及んでいる。なかでも石油化学産業でのエネルギー消費量は、化学産業の５３％を占めている。しかし、石油化学業界の製造プラントのエネルギー効率は世界最高レベルにあるため、革新的な省エネルギー技術開発が喫緊の課題となっている。ＮＥＤＯ平成２１年度エコイノベーション推進事業「石油化学業界における革新的エネルギー変換に関する探索研究」（平成２１年度成果報告書０９００２７７１−０、０９００２７７３−０）によると、石油化学製品製造プラントで使用された温度領域別エネルギー量は、１４３℃以上の蒸気のエネルギー利用量が極めて大きい。また、同様の石油化学製品製造に係る排温水と排ガスの排熱量に関する排出温度領域別データからは、３０〜５０℃の排温水と８０〜１５０℃程度の排ガスが主要な未利用廃熱であり、温水と排ガスの基準温度をそれぞれ３０℃と８０℃とすると、そのエネルギー量は製造時に使用した蒸気エネルギーの７４％にも相当することが報告されている。このような現状から、５０〜１００℃の未利用廃熱（温水廃熱）から１４０℃以上の蒸気生成ヒートポンプのニーズは極めて高いと言える。

【0039】

＜概要＞
上述した背景を踏まえ、本発明者らは、従来廃棄されていた排温水を回収して、再生エネルギーを生成すべく、ゼオライトを用いた蒸気生成器を用いることとした。蒸気生成器とは、吸着式ヒートポンプである。ここで、図１は、第１実施形態に係る蒸気生成器における吸着および再生のサイクルを示す。基準状態（状態１）から排温水をゼオライトに吸着させ、蒸気生成器の温度を蒸気温度（状態２）まで予熱する（Ａ：予熱工程）。その後、さらに圧力を上げて、蒸気生成器内に供給した排温水をゼオライトの吸着熱で加熱し、目的温度（状態３）の蒸気を生成する（Ｂ：吸着工程）。以上の操作は主に圧力を制御することによって行う。その後、減圧させ（減圧工程）状態４に達した後、ゼオライト粒子を減圧操作および乾燥空気に接触させて、状態１に戻す（Ｃ−Ｄ：再生（脱着）工程）。

【0040】

ゼオライトの吸着熱を利用した吸着式ヒートポンプの原理自体は、従来より知られている。但し、従来の吸着式ヒートポンプ（例えば、特許文献２（特開２００６−２９６０５））は、蒸気生成器内に熱交換器が内蔵され、その熱交換器に水を供給することで加熱／冷却をして蒸気発生（脱着）／蒸気吸着をさせる間接熱交換方式であり、直接熱交換方式に対して熱交換性能が悪く、熱交換機構の熱容量の増大によって熱ロスが多くなりシステムが複雑になる問題点があった。このような問題を解決するため、実施形態に係るゼオライトを用いた蒸気生成器では、蒸気生成器内のゼオライトに直接温水を供給し、ゼオライトと温水との吸着熱によって供給温水自身を加熱して蒸気を発生させる直接熱交換方式とした。また、再生工程において、−２０℃以下の露点を有する乾燥空気を使用してゼオライトを再生することとした。以下、詳細に説明する。

【0041】

＜実施形態＞
次に、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。以下に説明する実施形態は例示にすぎず、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

【0042】

＜第１実施形態＞
＜＜蒸気生成装置の構成＞＞
図２は、第１実施形態に係る蒸気生成器を含むシステム１００の構成を示す。図３は、第１実施形態に係る蒸気生成器の断面図を示す。

【0043】

第１実施形態に係るシステム１００は、蒸気生成器４、給水ポンプ５、温水供給管１１、蒸気供給管１２、圧縮空気供給管１３、再生空気供給管９、真空排気管１６、排水管１４、排気管１５、制御装置２０等を備える。

【0044】

蒸気生成器４（本発明のゼオライト収容部に相当する）は、内部にゼオライトを収容する。図３に示すように、蒸気生成器４は、粒状のゼオライトが充填されたゼオライト層４１の下部に設けられ、ゼオライト層４１を受ける下金網４２、ゼオライト層４１の上部に設けられ、再生時のゼオライトの飛散を防止する上金網４３、供給される温水を受け入れると共に再生空気を排出する供給口兼再生空気排出口４５、ゼオライトを再生するために送り込まれる再生空気を受け入れる再生空気供給口４６、生成した蒸気を排出する生成蒸気の排出口４７、および圧力センサや温度センサなどの取り付け口４８を備える。第１実施形態に係る蒸気生成器４は、所謂第１種圧力容器である。蒸気生成器４では、供給される温水がゼオライトに吸着され、吸着熱によって蒸気が生成される。

【0045】

給水ポンプ５は、温水が流れる温水供給管１１に設けられ、５０〜１００℃の温水（排温水）を圧送する。温水供給管１１は、一端が鉄鋼施設や石油化学施設からの温水（排温水）が流れる配管（図示せず）と接続され、温水供給管１１の途中で分岐し、他端が蒸気生成器４（４−１，４−２，４−３）の下部の供給口兼再生空気排出口４５と接続されている。温水供給管１１には、給水ポンプ５に加えて、給水ポンプ５の下流側に温水を加温する温水の加温装置６、蒸気生成器４（４−１，４−２，４−３）への給水量を調整自在な給水弁２３−１，２３−２，２３−３が設けられている。給水ポンプ５、温水供給管１１、給水弁２３−１，２３−２，２３−３は、本発明の温水供給部の機能を担う。

【0046】

蒸気供給管１２は、蒸気生成器４で生成された蒸気が流れ、蒸気生成器４の外部に蒸気を利用する利用機器等や、蒸気を利用可能な施設等に供給する。蒸気供給管１２は、一端が各蒸気生成器４−１，４−２，４−３の上部の生成蒸気の排出口４７と接続され、蒸気供給管１２が合流し、他端は蒸気を利用可能な利用機器等や施設等（シャワー室、サウナ、殺菌室など）に接続され、生成された蒸気が再生エネルギーとして利用される。蒸気供給管１２の接続先は、蒸気を利用できればよく、利用機器や施設等に限定されない。排出された蒸気は、例えば、製鉄所におけるＣＯ₂分離に用いることができる。蒸気供給管１
２には、各蒸気生成器４−１，４−２，４−３の近傍（合流前の蒸気供給管）に蒸気供給弁２１−１，２１−２，２１−３が設けられ、蒸気生成器４で生成された蒸気の供給、非供給の切り替えが可能である。蒸気供給管１２、蒸気供給弁２１−１，２１−２，２１−３は、本発明の蒸気排気部の機能を担う。

【0047】

圧縮空気供給管１３は、コンプレッサ（図示せず）等で圧縮された空気が流れ、圧縮された空気を各蒸気生成器４−１，４−２，４−３へ供給する。圧縮空気供給管１３は、一端が図示しないコンプレッサ等に接続され、他端が各蒸気生成器４−１，４−２，４−３の上部の再生空気供給口４６に接続されている。圧縮空気供給管１３には、パージ空気弁２６−１，２６−２，２６−３が設けられている。

【0048】

再生空気供給管９は、温度と湿度が調整され、ゼオライトを再生するための空気（本発明の乾燥空気に相当する）が流れ、温度と湿度が調整された空気を各蒸気生成器４−１，４−２，４−３へ供給する。再生空気供給管９は、一端が送風機１に接続され、分岐後、他端が各蒸気生成器４−１，４−２，４−３の上部の再生空気供給口４６に接続されている。第１実施形態では、各蒸気生成器４−１，４−２，４−３側の再生空気供給管９（分
岐後の再生空気供給管９の一部）と各蒸気生成器４−１，４−２，４−３側の圧縮空気供給管１３（分岐後の圧縮空気供給管１３の一部）とが共通配管となっている。再生空気供給管９には、送風機１の下流側に、再生空気供給管９を流れる空気を除湿する除湿機２が配置され、送風機１の下流側に、再生空気供給管９を流れる空気を加温する再生空気の加温装置３が設けられている。また、再生空気供給管９のうち、分岐後の再生空気供給管９には、更に再生空気弁２４−１，２４−２，２４−３が設けられている。再生空気供給管９、送風機１、再生空気弁２４−１，２４−２，２４−３は、本発明の乾燥空気供給部の機能を担う。また、除湿機２は、本発明の乾燥空気の湿度調整部に相当する。また、再生空気の加温装置３は、本発明の乾燥空気の温度調整部に相当する。

【0049】

真空排気管１６は、各蒸気生成器４−１，４−２，４−３から真空引きされた空気が流れる。真空排気管１６は、一端が各蒸気生成器４−１，４−２，４−３の下部の供給口兼再生空気排出口４５に夫々接続され、合流後、他端が各蒸気生成器４−１，４−２，４−３の外部に開放されている。真空排気管１６のうち、合流後の真空排気管１６には、真空排気管のポンプ７が設けられ、合流前の真空排気管１６には真空排気弁２５−１，２５−２，２５−３が設けられている。真空排気管１６、真空排気管のポンプ７、及び真空排気弁２５−１，２５−２，２５−３は、本発明の脱気部の機能を担う。

【0050】

排気管１５は、蒸気生成後に各蒸気生成器４−１，４−２，４−３内に残留する空気を排出する際、排出する空気が流れる。排気管１５は、一旦が各蒸気生成器４−１，４−２，４−３の供給口兼再生空気排出口４５に接続され、合流後、他端が各蒸気生成器４−１，４−２，４−３の外部に開放されている。合流前の排気管１５には、排気弁２２−１，２２−２，２２−３が設けられている。

【0051】

排水管１４は、蒸気生成後に各蒸気生成器４−１，４−２，４−３内に残留する温水を排出する際、排出する温水が流れる。排水管１４は、一端が各蒸気生成器４−１，４−２，４−３の供給口兼再生空気排出口４５に接続され、合流後、他端が各蒸気生成器４−１，４−２，４−３の外部に開放されている。合流前の排水管１４には、排水弁２７−１，２７−２，２７−３が設けられている。

【0052】

制御装置２０は、各蒸気生成器４−１，４−２，４−３内の温度情報、又は圧力情報等に基づいて、温水の供給のタイミングや再生空気の供給のタイミングなどを制御する。制御装置２０は、ＣＰＵ（中央処理演算装置）、メモリ、操作部、表示部等を備え、ＣＰＵがメモリに格納された制御プログラムを実行することで、温水の供給のタイミングや乾燥空気の供給のタイミングなどを制御する。制御装置２０は、各蒸気生成器４−１，４−２，４−３の温度センサや圧力センサ（図３では図示せず）、給水ポンプ５、温水の加温装置６、コンプレッサ（図示せず）、送風機１、除湿機２、再生空気の加温装置３、真空排気管のポンプ７、電磁弁からなる各種弁（給水弁２３−１，２３−２，２３−３、蒸気供給弁２１−１，２１−２，２１−３、パージ空気弁２６−１，２６−２，２６−３、再生空気弁２４−１，２４−２，２４−３、真空排気弁２５−１，２５−２，２５−３、排気弁２２−１，２２−２，２２−３、排水弁２７−１，２７−２，２７−３）等と電気的に接続されており、給水ポンプ５、温水の加温装置６、コンプレッサ（図示せず）、送風機１、除湿機２、再生空気の加温装置３、真空排気管のポンプ７、各種弁等の動作を制御する。なお、図３では、制御装置２０によってすべての機器や各種弁を制御可能に構成されているが、各機器や各種弁に制御装置を設け、各機器や各種弁は、時間により動作を個別に制御するようにしてもよい。

【0053】

＜＜動作例＞＞
図４は、第１実施形態に係る蒸気生成器を含むシステムにおける各種弁の開閉状態の一例を示す。図１で説明したように、第１実施形態に係る蒸気生成器では、予熱工程、吸着
工程、減圧工程、再生工程（脱着工程）が繰り返し行われる。図４では、吸着工程（図１の予熱工程、吸着工程に相当する）、排出工程（図１の減圧工程に相当する）、再生工程（図１の再生工程に相当する）、脱気工程（吸着工程に移行するための準備工程）に分け、各工程における各種弁の開閉状態と模式的な動作時間が示されている。

【0054】

図４の上段に示す、蒸気生成器４−１を例にみると、各蒸気生成器４−１では、排出工程から始まり、再生工程、脱気工程、吸着工程と続き、以後、排出工程、再生工程、脱気工程、吸着工程が繰り返されている。

【0055】

排出工程は、吸着工程後に行われ、排出工程では、排水弁２７−１、パージ空気弁２６−１はそれぞれ開、給水弁２３−１、蒸気供給弁２１−１、排気弁２２−１、再生空気弁２４−１、真空排気弁２５−１が閉になる。その結果、圧縮空気が供給されながら蒸気生成器４−１内に残留する温水が排出される。排出工程が終了すると、再生工程へ進む。

【0056】

再生工程では、再生空気弁２４−１、排気弁２２−１はそれぞれ開、パージ空気弁２６−１、真空排気弁２５−１、給水弁２３−１、排水弁２７−１、蒸気供給弁２４−１の各弁はそれぞれ閉である。再生空気は、送風機１で除湿機２に供給される。除湿機２では再生空気の露点が−２０℃以下まで乾燥され、空気加温装置３に供給される。除湿機２は、例えばゼオライトなどの吸着材を添着したロータを備えたものである。再生空気が再生空気供給管９内、又はダクト（図示せず）内を流れる流速は、蒸気生成器４内の流速（１．５ｍ／ｓｅｃ）に合わせて、再生空気供給管９内、又はダクトの径により設置することができる。蒸気生成器４内の流速は、例えば、蒸気生成器４内の流速が１．５ｍ／ｓｅｃとなるように、送風機１をインバータ制御して所定の流速の再生空気を送風機１から供給し、蒸気供給弁２１−１，２１−２，２１−３、排気弁２２−１，２２−２，２２−３の各弁で風量を更に調整することができる。送風機１から供給する再生空気の所定の流速や、蒸気各弁による風量の調整は、再生空気供給管９やダクトの径や長さに応じて適宜設定することができる。また、蒸気生成器４内の流速は、送風機１を定出力運転とし、蒸気供給弁２１−１，２１−２，２１−３、排気弁２２−１，２２−２，２２−３の各弁を風量調整自在なダンパとして利用し、各蒸気生成器４内を流れる風量を調整してもよい。この場合は、送風機１から供給する再生空気の流速や、蒸気各弁による風量の調整は、再生空気供給管９やダクトの径や長さに応じて適宜設定することができる。空気加温装置３では再生空気は約１２０℃まで加温され蒸気生成器４−１に供給される。その結果、ゼオライトに吸着された吸着水が脱着され、ゼオライトが再生する。再生工程が終了すると、脱気工程へ進む。

【0057】

脱気工程では、再生空気弁２４−１、排気弁２２−１、蒸気供給弁２１−１、給水弁２３−１、パージ空気弁２６−１、排水弁２７−１の各弁はそれぞれ閉、真空排気弁２５−１は開になり、真空ポンプ７により蒸気生成器４−１内が脱気される。脱気工程が終了すると、吸着工程へ進む。なお、再生工程の終了後、その都度脱気工程を行うことで、蒸気生成器４−１内に空気が混入することを抑制することができる。その結果、蒸気生成器４−１よりも下流側の配管や機器の腐食を抑制することができる。

【0058】

吸着工程では、真空排気弁２５−１、蒸気排気弁２１−１、排気弁２２−１、再生空気弁２４−１、パージ空気弁２６−１、排水弁２７−１の各弁は閉、給水弁２３−１は開になり、温水が給水ポンプ５により蒸気生成器４−１に給水される。この給水は、ゼオライト層４１が浸かるまで、具体的には給水される温水がゼオライト層４１の上端となる上金網４３に達するまで行われる。給水の制御は、水位計によって行ってもよく、また、予め設定した時間によって行ってもよい。その結果、蒸気生成器４−１内において、ゼオライトが温水に浸漬される状態となり、温水がゼオライトに吸着され、吸着反応により水蒸気が生成される。その後、蒸気供給弁２１−１が開になり、生成された水蒸気のみが蒸気供
給弁２１−１より排出される。

【0059】

蒸気生成器４−２は蒸気生成器４−１とタイミングをずらして動作し（図４の中段に示す）、さらに蒸気生成器４−３は蒸気生成器４−１、４−２とタイミングをずらして動作する（図４の下段に示す）。そして、各蒸気生成器４−１，４−２，４−３がタイミングをずらした状態で、かつ、それぞれ連続的に工程を繰り返すことにより、蒸気生成器を含むシステム１００全体では、水蒸気が連続的に生成される。なお、生成された蒸気の温度は、出願人が試験装置を製作して試験した結果では、１２５〜１５５℃（平均１４０℃）となり、負荷側での利用に十分供され得ることが確認された。但し、上記の値は実験結果の一例にすぎず、生成される蒸気の温度は、より高温になるものと考えられる。

【0060】

図５は、第１実施形態に係る蒸気生成器において、給水と蒸気排気の位置関係を示す。第１実施形態に係る蒸気生成器４では、温水がゼオライト層４１の下部から給水され、生成した水蒸気がゼオライト層４１の上部から排出される。

【0061】

＜＜効果＞＞
以上説明した第１実施形態に係る蒸気生成器を含むシステム１００では、蒸気生成器４内に充填されたゼオライトと給水ポンプ５によって圧送される温水（排温水）とが接して、その際に発生する吸着熱により水蒸気が生成される。生成された水蒸気は、１４０℃以上であり、製鉄所におけるＣＯ₂分離など、再生エネルギーとして利用することができる
。温水には、例えば、鉄鋼産業や石油化学産業において、従来回収されずに排気されていた５０〜１００℃の排温水が例示される。したがって第１実施形態に係る蒸気生成器を含むシステム１００では、従来廃棄されていた排温水から水蒸気を生成することができる。また、従来、排温水の廃棄には、冷却塔で冷却するなど、別途エネルギーを用いなければならなかったが、第１実施形態に係る蒸気生成器を含むシステム１００では、そのような廃棄のための無駄なエネルギーを用いる必要もない。また、本発明に係る蒸気生成装置で生成された水蒸気は、生産プロセス等で利用でき、従来廃棄していた温熱を高品質なエネルギーに転嫁できる。更に、第１実施形態に係る蒸気生成器を含むシステム１００は、再生空気供給管９、送風機１、再生空気弁２４−１，２４−２，２４−３、除湿機２、再生空気の加温装置３を備えることで、ゼオライトに吸着されている吸着水を効果的に脱着させることができる。その結果、ゼオライトの再生が促進され、連続的に水蒸気を生成することができる。また、各蒸気生成器４−１，４−２，４−３がタイミングをずらした状態で、かつ、それぞれ連続的に吸着工程、排出工程、再生工程、脱気工程を繰り返すことにより、蒸気生成器を含むシステム１００全体では、水蒸気を連続的に生成することができる。

【0062】

また、第１実施形態に係る蒸気生成器を含むシステム１００では、温水がゼオライト層４１の下部から供給されるため、水平方向の温水の分布を均一にすることができる。また、ゼオライト層４１の水平方向の断面から一様に生成された水蒸気は、ゼオライトの上部から排出することができる。

【0063】

以下、他の実施形態について説明するが、第１実施形態と同様の構成について同一符号を付し、詳細な説明は割愛する。

【0064】

＜第２実施形態＞
図６は、第２実施形態に係る蒸気生成器の断面図を示す。第２実施形態に係る蒸気生成器４では、ゼオライト層４１の上方に温水供給ノズル２００が設けられ、生成蒸気の排出口４７がゼオライト層４１の下部に設けられている。ゼオライト層４１の上方に配した温水供給ノズル２００により温水が給水される。なお、温水を蒸気生成器４内に保持するため、例えば供給口兼再生空気排出口４５の下流側近傍にバタフライ弁を設け、これを閉と
してもよい。また、例えば、蒸気生成器４−１を例に説明すると、排水弁２７−１、真空排気弁２５−１、排気弁２２−１、給水弁２３−１を閉とし、対処してもよい。生成された水蒸気は、ゼオライト層４１の下部の生成蒸気の排出口４７から排出される。その結果、生成された水蒸気と供給される温水との熱交換を抑制することができる。

【0065】

＜第３実施形態＞
図７は、第３実施形態に係る蒸気生成器の断面図を示す。第３実施形態に係る蒸気生成器４は、ゼオライト層４１が垂直方向において、互いに間隔を空けて２段設けられている。各ゼオライト層４１は、ゼオライト層４１を受ける下金網４２、ゼオライト層４１の上部に設けられ、再生時のゼオライトの飛散を防止する上金網４３、圧力センサや温度センサなどの取り付け口４８が設けられている。下段のゼオライト層４１は予熱用、上段のゼオライト層４１は蒸気生成用であり、ゼオライト層４１毎に機能が割り当てられている。温水は、供給口兼再生空気排出口４５から、下方から上方に供給し、下段のゼオライト層４１が浸かるように供給するとよい。下段のみ浸かるようにすることで少ない供給量でより高温の蒸気を生成することができる。すなわち、より効率よく水蒸気を生成することができる。なお、ゼオライト層４１は、３段以上設けてもよい。また、上段と下段のゼオライト層４１の間から再生空気を供給するようにしてもよい。この場合、ゼオライト層４１が１段のみの場合と比較して、再生空気が通過するゼオライト層４１の層厚が薄くなり、再生空気の送風動力を低減することができる。

【0066】

＜第４実施形態＞
図８は、第４実施形態に係る蒸気生成器を含むシステムの構成を示す。第４実施形態では、各蒸気生成器４−１，４−２，４−３に接続された蒸気供給管１２から分岐した分岐管１２−１，１２−２，１２−３が設けられている。分岐管１２−１，１２−２，１２−３には、生成された水蒸気の一部が流れる。分岐管１２−１，１２−２，１２−３は、一端が蒸気供給管１２に接続され、他端が隣接する蒸気生成器４−２に温水を供給する温水供給管１１に接続されている。また、分岐管１２−１，１２−２，１２−３には、夫々予熱蒸気弁２８−１，２８−２，２８−３が設けられている。

【0067】

図９は、第４実施形態に係る蒸気生成器を含むシステムにおける各種弁の開閉状態の一例を示す。第４実施形態に係る蒸気生成器を含むシステム１００では、脱気工程の後に、予熱工程が追加されている。予熱工程では、予熱蒸気弁２８−１，２８−２，２８−３が開となり、水蒸気の一部が吸着工程の開始段階にある蒸気生成器に供給される。

【0068】

第４実施形態では、たとえば蒸気生成器４−１で生成された水蒸気の一部が吸着工程の開始段階にある蒸気生成器４−２に供給した後に給水される。そのため、水蒸気の一部を利用して、他の蒸気生成器のゼオライトを予熱することが可能となり、吸着能力を向上することができる。なお、第４実施形態のような運転（運転モード）では、並列に配置された蒸気生成器４廻りの管（例えば、蒸気生成器４−１に接続される分岐管１２−１と蒸気生成器４−２に接続される排水管１４）が直列接続される。また、第４実施形態のような運転では、ゼオライト層４１が既定の加熱能力を発揮できなくなった状態、換言すると、吸着工程の終盤（吸着工程から減圧工程に切り替わる前）やゼオライト層４１の吸着性能が落ちた状態で行われることが好ましい。上記のような、ゼオライト層４１が既定の加熱能力を発揮できなくなった状態では、水蒸気の全てを予熱に用いるようにしてもよい。

【0069】

＜第５実施形態＞
図１０Ａは、第５実施形態に係る蒸気生成器について、温度センサの設置例を示す。図１０Ｂは、第５実施形態に係る蒸気生成器について、再生工程を終了する際のゼオライトの温度と経過時間との関係を示す。図１０Ｃは、第５実施形態に係る蒸気生成器について、再生工程を終了する際に行われる処理フローを示す。

【0070】

第５実施形態に係る蒸気生成器４には、ゼオライト層４１の温度を検知する温度センサ７１が設けられている。制御装置２０は、再生工程において、タイマで設定された時間（ｔ）と温度センサ７１が検出する温度（Ｔ）とに基づいて再生工程を終了する。具体的には、再生工程において、あらかじめタイマで設定された時間（ｔ）が経過するか、若しくは、温度センサ７１で検出された温度（Ｔ）が上昇後、所定温度になると、再生空気を供給する再生空気弁２４−１，２４−２，２４−３が閉となるように制御される。ここで、図１０Ｂに示すように、再生後の空気の温度は再生の前半は残留水の蒸発潜熱により再生空気温度が一時低下し、再生の進行とともに温度が上昇するといった挙動を示す。そこで、制御装置２０は、ゼオライト層４１の下部に設けられた温度センサ７１により再生後の空気の温度を検出し、前述のタイマで設定された時間（ｔ）のタイムアップまたは当該温度（Ｔ）のどちらかの条件を満足するときに再生工程が終了する。その結果、再生工程に要する時間の最適化を実現することができる。

【0071】

＜第６実施形態＞
図１１Ａは、第６実施形態に係る蒸気生成器について、圧力センサの設置例を示す。図１１Ｂは、第６実施形態に係る蒸気生成器について、減圧工程を終了する際の蒸気生成器内の圧力と経過時間との関係を示す。図１１Ｃは、第６実施形態に係る蒸気生成器について、減圧工程を終了する際に行われる処理フローを示す。

【0072】

第６実施形態に係る蒸気生成器４には、蒸気生成器４内の圧力を検知する圧力センサ８１が設けられている。制御装置２０は、減圧工程において、タイマで設定された時間（ｔ）と圧力センサ８１が検出する圧力（Ｐ）とに基づいて減圧工程を終了する。具体的には、減圧工程において、あらかじめタイマで設定された時間（ｔ）が経過するか、若しくは、圧力センサ８１で検出された圧力（Ｐ）が低下後、所定圧力になると、蒸気生成器４内の水を排出する排水弁２７−１，２７−２，２７−３が閉となるように制御される。ここで、図１１Ｂに示すように、減圧中の蒸気生成器４内の圧力は、徐々に低下する挙動を示す。そこで、制御装置２０は、圧力センサ８１により蒸気生成器４内の圧力（Ｐ）を検出し、前述のタイマで設定された時間（ｔ）のタイムアップまたは当該圧力（Ｐ）のどちらかの条件を満足するときに減圧工程が終了する。その結果、減圧工程に要する時間の最適化を実現することができる。

【0073】

＜第７実施形態＞
図１２Ａは、第７実施形態に係る蒸気生成器について、温度センサの設置例を示す。図１２Ｂは、第７実施形態に係る蒸気生成器について、給水工程を終了する際の蒸気生成器内の温度と経過時間との関係を示す。図１２Ｃは、第７実施形態に係る蒸気生成器について、給水工程を終了する際に行われる処理フローを示す。給水工程とは、吸着工程において給水ポンプ５が温水を供給する工程を意味する。

【0074】

第７実施形態に係る蒸気生成器４には、蒸気生成器４内の温度を検出する温度センサ７２がゼオライト層４１の上側に設けられている。制御装置２０は、給水工程において、タイマで設定された時間と温度センサ７２が検出する温度とに基づいて給水工程を終了する。具体的には、給水工程において、あらかじめタイマで設定された時間が経過するか、若しくは、温度センサ７２で検出された温度が低下後、所定温度になると、給水弁２３−１，２３−２，２３−３が閉となるように制御される。ここで、図１２Ｂに示すように、給水中の蒸気生成器４内の温度は、上昇後、徐々に低下する挙動を示す。そこで、制御装置２０は、温度センサ７２により蒸気生成器４内の温度を検出し、前述のタイマのタイムアップまたは当該温度のどちらかの条件を満足するときに給水工程を終了する。その結果、給水工程に要する時間の最適化を実現することができる。

【0075】

＜第８実施形態＞
図１３Ａは、第８実施形態に係る蒸気生成器について、温度センサの設置例を示す。図１３Ｂは、第８実施形態に係る蒸気生成器について、吸着工程を終了する際の蒸気生成器内の温度と経過時間との関係を示す。図１３Ｃは、第８実施形態に係る蒸気生成器について、吸着工程を終了する際に行われる処理フローを示す。吸着工程の終了に関する処理は、第７実施形態で説明した給水工程の終了後に行われる。

【0076】

第８実施形態に係る蒸気生成器４には、蒸気生成器４内の温度を検出する温度センサ７３が蒸気生成器４の最上部に設けられている。制御装置２０は、吸着工程において、タイマで設定された時間（ｔ）と温度センサ７３が検出する温度（Ｔ）とに基づいて吸着工程を終了する。具体的には、吸着工程において、あらかじめタイマで設定された時間が経過するか、若しくは、温度センサ７３で検出された温度が低下後、所定温度になると、蒸気供給弁２１−１，２１−２，２１−３が閉となるように制御される。ここで、図１３Ｂに示すように、給水中の蒸気生成器４内の温度は、上昇後、徐々に低下する挙動を示す。そこで、制御装置２０は、温度センサ７３により蒸気生成器４内の温度を検出し、前述のタイマで設定された時間（ｔ）のタイムアップまたは当該温度（Ｔ）のどちらかの条件を満足するときに吸着工程を終了する。その結果、吸着工程に要する時間の最適化を実現することができる。

【0077】

＜第９実施形態＞
図１４Ａは、第９実施形態に係る蒸気生成器について、各種センサの設置例を示す。図１４Ａでは、例として、蒸気生成器４−１の周辺のみを示す。図１４Ｂは、第９実施形態に係る蒸気生成器について、再生工程を終了する際の蒸気生成器内の露点、圧力、及び温度と経過時間との関係を示す。図１４Ｃは、第９実施形態に係る蒸気生成器について、再生工程を終了する際に行われる処理フローを示す。

【0078】

第９実施形態に係る蒸気生成器４には、露点センサ９２、差圧センサ９１、温度センサ７４が設けられている。露点センサ９２は、排気管１５に設けられ、排気される空気の露点を検出する。差圧センサ９１は、再生空気供給管９と排気管１５とを跨ぐ配管に設けられ、再生空気の供給前後の差圧を検出する。温度センサ７１は、蒸気生成器４内のゼオライト層４１よりも低い位置に設けられ、蒸気生成器４内の温度を検出する。制御装置２０は、再生工程において、露点センサ９２で検出された露点（ＴＤ）、差圧センサ９１で検出された差圧（Ｐ）、温度センサ７４で検出された温度（Ｔ）のうち少なくとも何れか一つが所定値となった場合に再生工程を終了する。具体的には、露点センサ９２で検出された露点（ＴＤ）、差圧センサ９１で検出された差圧（Ｐ）、温度センサ７４で検出された温度（Ｔ）のうち少なくとも何れか一つが所定値になると、再生空気弁２４−１，２４−２，２４−３が閉となるように制御される。ここで、図１４Ｂ−１に示すように、再生工程中の露点（ＴＤ）は、徐々に低下する挙動を示す。また、図１４Ｂ−２に示すように、再生工程中の差圧（Ｐ）は、徐々に上昇する挙動を示す。また、図１４Ｂ−３に示すように、再生工程中の温度（Ｔ）は、低下後、徐々に上昇する挙動を示す。そこで、制御装置２０は、露点センサ９２で検出された露点（ＴＤ）、差圧センサ９１で検出された差圧（Ｐ）、温度センサ７４で検出された温度（Ｔ）のうち少なくとも何れか一つが所定値となった場合に再生工程を終了する。その結果、再生工程に要する時間の最適化を実現することができる。

【0079】

＜第１０実施形態＞
第１０実施形態に係る蒸気生成器４は、ゼオライト層４１に非吸着性充填物（ガラスビーズ、又はアルミナ）が充填されている。その他の点については、第１実施形態に係る蒸気生成器４の構成と同じである（図２、図３参照）。したがって、第１０実施形態に係る蒸気生成器４においても、温水供給管１１の他端は、蒸気生成器４（４−１，４−２，４
−３）の下部の供給口兼再生空気排出口４５と接続されている。そのため、温水は、ゼオライト層４１の下部から供給される。

【0080】

非吸着性充填物（ガラスビーズ、又はアルミナ）は、ゼオライト層４１の温度変化に応じて、ゼオライト層４１に対する充填比率を変更することができる。ゼオライト層４１の温度変化の値は、実験等によって得ることができる。例えば、ゼオライト層４１が温度上昇した際の最高温度の基準温度を定めるとともに基準温度に対する非吸着性充填物の基準充填量を定める。そして、実験によって得られたゼオライト層４１の最高温度が基準温度よりも低い場合には、基準充填量よりも少ない量の非吸着性充填物を充填し、実験によって得られたゼオライト層４１の最高温度が基準温度よりも高い場合には、基準充填量よりも多い量の非吸着性充填物を充填することができる。

【0081】

ここで、図１５Ａは、比較例に係るゼオライト層の温度変化の一例のグラフを示す。図１５Ｂは、図１５Ａのグラフにおける測定点を示す。測定点について、「ＮＯ．２４」は、ゼオライト層の下面を意味し、「ＮＯ．１６」は、ゼオライト層の下部を意味し、「ＮＯ．１０」は、ゼオライト層の中間部を意味し、「ＮＯ．４」は、ゼオライト層の上部を示す。

【0082】

比較例では、第１０実施形態に係る蒸気生成器と異なり、ゼオライト層に非吸着性充填物が充填されていない。換言すると、比較例は、第１実施形態に係る蒸気生成器４に近い構成である。したがって、この比較例では、温水供給管の他端が、蒸気生成器の下部の供給口兼再生空気排出口と接続されており、温水は、ゼオライト層の下部から供給される。

【0083】

図１５Ａに示すように、比較例では、ゼオライト層の下部（ＮＯ．１６）の最高温度は、約２００℃であり、ゼオライト層の中間部（ＮＯ．１０）の最高温度は、約２５０℃であり、ゼオライト層の上部（ＮＯ．４）の最高温度は、約２７５℃となっている。吸着工程開始前、換言すると脱気工程終了時のゼオライト層の温度は、何れも５０℃前後であり、ゼオライト層の温度は、短時間で２００℃以上まで急激に上昇することが確認された。

【0084】

図１６は、ラボ装置で行った、ゼオライト層の平均温度変化のグラフを示す。図１７は、ラボ装置の概要を示す。ラボ装置２００は、ゼオライト、又はゼオライト及び非吸着性充填物（ガラスビーズ、又はアルミナ）を含むゼオライト層２０１を収容する容器２０２、容器２０２、及び水２０３を収容する容器本体２０４、容器本体２０４の下部に設けられ、容器本体２０４内の水２０３を加熱して水蒸気を発生させるヒータ２０５を備える。ゼオライト、又はゼオライト及び非吸着性充填物を含むゼオライト層２０１の厚さは、８〜１５ｍｍである。このようなラボ装置２００において、容器２０２の底部から約５ｍｍの高さにおいて温度センサを６カ所設置（図１７の「×」は、温度センサの設置位置の一部を示す）して、ゼオライト層２０１の温度を測定し、６カ所で測定された温度から、ゼオライトのみ、ゼオライト＋ガラスビーズ、ゼオライト＋アルミナ、夫々のゼオライト層２０１の平均温度を算出した。図１６に示すように、ゼオライトのみのゼオライト層２０１の平均温度の最高温度は、約２１９℃である。これに対し、非吸着性充填物としてガラスビーズを含むゼオライト層２０１（ガラスビーズ充填）の平均温度の最高温度は、約１９６℃であり、非吸着性充填物としてアルミナを含むゼオライト層２０１（アルミナ充填）の平均温度の最高温度は、約１８６℃である。ゼオライト層２０１に非吸着性充填物（ガラスビーズ、又はアルミナ）を充填することで急激な温度上昇を抑制できることが確認できた。

【0085】

以上説明したように、ゼオライト層４１に非吸着性充填物（ガラスビーズ、又はアルミナ）を充填することで、ゼオライト層４１の急激な温度変化（本実施形態では温度上昇）を抑制することができる。その結果、ゼオライト層４１の温度が高すぎる場合に懸念され
る、ゼオライト層４１の吸着量の低下を抑制することができる。換言すると、ゼオライト層４１の吸着量を向上することができ、より効率よく水蒸気を生成することができる。また、ゼオライト層４１の急激な温度変化による、ゼオライト層４１の劣化や破損の発生を抑制することができる。

【0086】

なお、上述したように、温水をゼオライト層４１の下部から供給した場合、ゼオライト層４１は、下部と比較して、上部の温度が高くなる。ゼオライト層４１は、温水の供給位置などにより、領域毎に温度変化が異なる。したがって、最も温度が高くなる領域の温度変化に応じて、非吸着性充填物の充填比率を変えるようにしてもよい。また、ゼオライト層４１を多段構成とし、非吸着性充填物の充填比率をゼオライト層４１の段に応じて変えるようにしてもよい。これにより、吸着性能の低下や劣化が考えられるゼオライト層４１の段（領域）のみ、非吸着性充填物を充填することができる。

【0087】

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明に係る蒸気生成器を含むシステムはこれらに限らず、可能な限りこれらの組合せを含むことができる。例えば、下金網４２や上金網４３に代えて、パンチング鋼板を用いてもよい。また、本発明に係る蒸気生成器を含むシステムは、様々な技術への適用が可能である。例えば、除湿機を連続使用するためには吸着材を再生する必要があるが、この再生のための加熱手段として例えば加熱用熱交換器に蒸気生成器４からの排水や蒸気供給管１２中から分岐された蒸気、蒸気供給管１２の供給先からの凝縮蒸気等を用いることができる。また、例えば、実施形態に係る蒸気生成器を含むシステムを医療機関に設置することで、実施形態に係るシステムからの排熱を用いて、蒸気を医療器具の殺菌や厨房での加熱に用いることもできる。

【符号の説明】

【0088】

１・・・送風機
２・・・除湿機
３・・・再生空気の加温装置
４・・・蒸気生成器
５・・・給水ポンプ
６・・・温水の加温装置
７・・・真空排気管のポンプ
９・・・再生空気供給管
１１・・・温水供給管
１２・・・蒸気供給管
１３・・・圧縮空気供給管
１４・・・排水管
１５・・・排気管
１６・・・真空排気管
４１・・・ゼオライト層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図10C】

【図11A】

【図11B】

【図11C】

【図12A】

【図12B】

【図12C】

【図13A】

【図13B】

【図13C】

【図14A】

【図14B-1】

【図14B-2】

【図14B-3】

【図14C】

【図15A】

【図15B】

【図16】

【図17】