特許 6846940 蒸気発生装置

(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】6846940

(24)【登録日】2021年3月4日

(45)【発行日】2021年3月24日

(54)【発明の名称】蒸気発生装置

(51)【国際特許分類】

   F22B 1/02 20060101AFI20210315BHJP

   F22B 3/02 20060101ALI20210315BHJP

   F22B 1/18 20060101ALI20210315BHJP

   F22D 1/20 20060101ALI20210315BHJP

   F25B 23/00 20060101ALI20210315BHJP

   H02K 7/18 20060101ALI20210315BHJP

   F02G 1/055 20060101ALI20210315BHJP

   F25B 9/00 20060101ALI20210315BHJP

【ＦＩ】

   F22B1/02 Z

   F22B3/02

   F22B1/18 D

   F22D1/20

   F25B23/00 Z

   H02K7/18 Z

   F02G1/055 E

   F25B9/00 Z

【請求項の数】6

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-14574(P2017-14574)

(22)【出願日】2017年1月30日

(65)【公開番号】特開2018-123982(P2018-123982A)

(43)【公開日】2018年8月9日

【審査請求日】2019年11月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000284

【氏名又は名称】大阪瓦斯株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001818

【氏名又は名称】特許業務法人Ｒ＆Ｃ

(72)【発明者】

【氏名】金内 健

【審査官】 吉澤 伸幸

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０８−０２１２１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０２３８０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２７６３０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１８３７６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１９４３８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０３−０６４３０６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１６−０４４５４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０４−０４１９０７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０００−０６５３１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／０１７７８０２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２２Ｂ １／０２

Ｆ０２Ｇ １／０５５

Ｆ２２Ｂ １／１８

Ｆ２２Ｂ ３／０２

Ｆ２２Ｄ １／２０

Ｆ２５Ｂ ９／００

Ｆ２５Ｂ ２３／００

Ｈ０２Ｋ ７／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外部から供給される湯水を内部に貯留可能であると共に、温熱源にて発生する温熱により内部の湯水を加熱して蒸気を発生させるボイラを備えた蒸気発生装置であって、
作動媒体が充填され音波が伝播する音響筒に、前記作動媒体を外部から加熱する加熱器と前記作動媒体を外部から冷却する冷却器と前記加熱器と前記冷却器との間で音波の音響エネルギを増幅する第１再生器とから成る原動機を少なくとも１つ以上有すると共に、前記作動媒体が外部から吸熱する吸熱器と前記作動媒体が外部へ放熱する放熱器と前記吸熱器と前記放熱器との間で音波が音響エネルギを消費する形態で圧縮及び膨張する第２再生器とから成る音響ヒートポンプ部を少なくとも１つ以上有する熱音響機関と、
前記ボイラからのブロー水を前記加熱器に通流させるブロー水通流路と、
湯水を前記冷却器に通流させた後に前記ボイラへ導く湯水通流路と、
冷媒が保有する冷熱が放熱され利用される冷熱利用部と前記吸熱器との間で冷媒を循環させる冷媒循環路とを備え、
前記湯水通流路は、湯水を前記放熱器及び前記冷却器に記載の順に通流させた後に前記ボイラへ導くものである蒸気発生装置。
蒸気発生装置。

【請求項2】

前記ボイラは、温熱源にて発生する温熱を保有する熱媒を通流可能な伝熱部を内部に備え、
前記伝熱部と前記加熱器とに記載の順に熱媒を通流する熱媒通流路を備える請求項１に記載の蒸気発生装置。

【請求項3】

前記ブロー水通流路を通流するブロー水の流量を調整する第１流量調整弁を備え、
前記第１流量調整弁の弁開度が、前記加熱器へブロー水を連続供給可能な開度に調整され、
前記湯水通流路を通流する湯水の流量を調整する第２流量調整弁を備え、
前記第２流量調整弁の開度が、前記放熱器へ湯水を連続供給可能な開度に調整される請求項１又は２に記載の蒸気発生装置。

【請求項4】

前記ブロー水通流路を通流するブロー水の流量を調整する第１流量調整弁を備え、
前記第１流量調整弁の弁開度は、前記加熱器へブロー水を間欠供給すべく、所定時間毎に開放状態と閉止状態とが切り替え制御される請求項２に記載の蒸気発生装置。

【請求項5】

外部から供給される湯水を内部に貯留可能であると共に、温熱源にて発生する温熱により内部の湯水を加熱して蒸気を発生させるボイラを備えた蒸気発生装置であって、
作動媒体が充填され音波が伝播する音響筒に、前記作動媒体を外部から加熱する加熱器と前記作動媒体を外部から冷却する冷却器と前記加熱器と前記冷却器との間で音波の音響エネルギを増幅する第１再生器とから成る原動機を少なくとも１つ以上有すると共に、前記作動媒体が外部から吸熱する吸熱器と前記作動媒体が外部へ放熱する放熱器と前記吸熱器と前記放熱器との間で音波が音響エネルギを消費する形態で圧縮及び膨張する第２再生器とから成る音響ヒートポンプ部を少なくとも１つ以上有する熱音響機関と、
前記ボイラからのブロー水を前記加熱器に通流させるブロー水通流路と、
湯水を前記冷却器に通流させた後に前記ボイラへ導く湯水通流路と、
冷媒が保有する冷熱が放熱され利用される冷熱利用部と前記吸熱器との間で冷媒を循環させる冷媒循環路とを備え、
前記ボイラは、温熱源にて発生する温熱を保有する熱媒を通流可能な伝熱部を内部に備え、
前記伝熱部と前記加熱器とに記載の順に熱媒を通流する熱媒通流路を備え、
前記ブロー水通流路を通流するブロー水の流量を調整する第１流量調整弁を備え、
前記第１流量調整弁の弁開度は、前記加熱器へブロー水を間欠供給すべく、所定時間毎に開放状態と閉止状態とが切り替え制御される蒸気発生装置。

【請求項6】

音波の振動から電力を発生させる電力発生機を備える請求項１〜５の何れか一項に記載の蒸気発生装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、外部から供給される湯水を内部に貯留可能であると共に、温熱源にて発生する温熱により内部の湯水を加熱して蒸気を発生させるボイラを備えた蒸気発生装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、蒸気発生装置としては、湯水源から湯水配管を介して供給される湯水を内部に貯留すると共に、燃焼装置による加熱により当該湯水を加熱して蒸気を発生させるボイラが知られている（特許文献１を参照）。
説明を加えると、当該ボイラは、ボイラドラムに一旦水を貯留しつつ、当該ボイラドラムに貯留された湯水を燃焼装置により加熱して蒸気を発生させる。当該ボイラドラム内の湯水には、脱酸素剤（防食剤）やスケール防止剤等の薬品が溶解しており、湯水の一部が蒸気となって蒸発することにより、その薬品が濃縮され、濃度が高くなる。当該濃縮された薬品は、ボイラドラム内の腐食を促進させたり、固形化してスケールとしてボイラドラム内や配管に付着したりするため、ボイラにおける蒸気発生を妨げる要因となる。このため、ボイラは、ボイラドラムに連通接続するブロー水排出配管を備えると共に、当該ブロー水排出配管を開閉可能な開閉弁を備えており、当該開閉弁を定期的に開放状態にする形態で、ブロー水をブロー水排出配管を介して定期的に排出する。
ここで、ボイラが稼働している場合、上記ブロー水は排熱を保有しているため、上記特許文献１に開示の技術にあっては、当該ブロー水が保有する排熱を回収するべく、ブロー水とボイラへ供給される前の湯水とを熱交換させるブロー水熱交換器を備えたものが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５−２１２５８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一般的に、上述した蒸気発生装置においては、ボイラにて湯水を加熱する温熱源の排熱により、ボイラへ供給される湯水を予熱する構成が採用される。このため、上記特許文献１に開示の技術の如く、ブロー水が保有する排熱を回収する構成を採用したとしても、当該排熱を有効に利用できないことが多く、エネルギ効率向上の観点から、改善の余地があった。

【0005】

本願に係る発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、メンテナンス性が高く比較的簡易な構成で、ボイラからの排熱としての温熱エネルギを良好に回収できると共に、回収した温熱エネルギを冷熱エネルギ等の需要のあるエネルギへ適切に変換できる蒸気発生装置を提供する点にある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するための蒸気発生装置は、
外部から供給される湯水を内部に貯留可能であると共に、温熱源にて発生する温熱により内部の湯水を加熱して蒸気を発生させるボイラを備えた蒸気発生装置であって、その特徴構成は、
作動媒体が充填され音波が伝播する音響筒に、前記作動媒体を外部から加熱する加熱器と前記作動媒体を外部から冷却する冷却器と前記加熱器と前記冷却器との間で音波の音響エネルギを増幅する第１再生器とから成る原動機を少なくとも１つ以上有すると共に、前記作動媒体が外部から吸熱する吸熱器と前記作動媒体が外部へ放熱する放熱器と前記吸熱器と前記放熱器との間で音波が音響エネルギを消費する形態で圧縮及び膨張する第２再生器とから成る音響ヒートポンプ部を少なくとも１つ以上有する熱音響機関と、
前記ボイラからのブロー水を前記加熱器に通流させるブロー水通流路と、
湯水を前記冷却器に通流させた後に前記ボイラへ導く湯水通流路と、
冷媒が保有する冷熱が放熱され利用される冷熱利用部と前記吸熱器との間で冷媒を循環させる冷媒循環路とを備え、
前記湯水通流路は、湯水を前記放熱器及び前記冷却器に記載の順に通流させた後に前記ボイラへ導くものである点にある。

【0007】

上記特徴構成によれば、まずもって、ブロー水通流路を介して原動機の加熱器へブロー水を通流させると共に、湯水通流路を介して原動機の冷却器へ湯水を通流させる形態で、加熱器と冷却器との間で比較的大きい温度差を形成し、加熱器と冷却器との間の第１再生器から当該温度差に応じた音響エネルギを有する音波を発生することができる。
このように発生した音波は、音響筒を伝播して音響ヒートポンプ部に導かれ、第２再生器にて音響エネルギを消費する形態で、放熱器にて作動媒体から外部へ放熱させる温度よりも吸熱器にて外部から作動媒体へ吸熱させる温度を低くできるから、外部から供給される湯水（例えば、２０℃程度）を放熱器へ通流させると共に冷媒を吸熱器へ通流させることで、当該冷媒を湯水よりも低い温度で冷却能力を発揮し得る温度にまで降温できる。
即ち、当該構成を採用することにより、蒸気発生装置において余剰となることが多い排熱（ブロー水が保有する排熱）を、冷熱に変換することができ、冷熱利用部で有効に利用することができるようになる。
因みに、上記特徴構成によれば、外部から供給される湯水は、冷却器へ通流して加熱器の熱をくみ上げた後に、ボイラへ供給されるため、十分に予熱された状態でボイラへ補給される。
また、本発明のような熱音響機関は、可動部のない簡易な構成のため故障等が発生する虞がほとんどなく、メンテナンスの必要がほとんどなく、経済性が高い装置を実現できる。
更に、上記特徴構成によれば、外部から供給される湯水は、冷却器へ通流して加熱器の熱をくみ上げる前に、放熱器を通流して冷媒の熱をくみ上げるため、より一層十分に昇温した湯水を、ボイラへ補給でき、熱効率の向上を図ることができる。
以上より、メンテナンス性が高く比較的簡易な構成で、ボイラからの排熱（特に、ブロー水の保有する排熱）としての温熱エネルギを良好に回収できると共に、回収した温熱エネルギを冷熱エネルギ等の需要のあるエネルギへ適切に変換できる蒸気発生装置を実現できる。

【0010】

蒸気発生装置の更なる特徴構成は、
前記ボイラは、温熱源にて発生する温熱を保有する熱媒を通流可能な伝熱部を内部に備え、
前記伝熱部と前記加熱器とに記載の順に熱媒を通流する熱媒通流路を備える点にある。

【0011】

上記特徴構成によれば、湯水を加熱する熱媒（例えば、燃焼排ガス）を、ボイラの伝熱部へ通流させた後に、熱音響機関の原動機の加熱部へ通流させるから、ボイラのブロー水の保有する排熱に加え、ボイラから排出される他の排熱についても熱音響機関にて音響エネルギへ変換することができ、当該音響エネルギを冷熱エネルギ等へ変換して有効に利用することで、蒸気発生装置の全体のエネルギ効率をより一層向上することができる。

【0012】

蒸気発生装置の更なる特徴構成は、
前記ブロー水通流路を通流するブロー水の流量を調整する第１流量調整弁を備え、
前記第１流量調整弁の弁開度が、前記加熱器へブロー水を連続供給可能な開度に調整され、
前記湯水通流路を通流する湯水の流量を調整する第２流量調整弁を備え、
前記第２流量調整弁の開度が、前記放熱器へ湯水を連続供給可能な開度に調整される点にある。

【0013】

通常、ボイラでは、ボイラ水に溶解している脱酸素剤やスケール防止剤等の薬品の濃度が一定以上となったときに、ブロー水を排出するように構成されており、このような構成にあっては間欠的にブロー水が排出されることとなる。
しかしながら、本願に係る発明において、加熱器を通流するブロー水が間欠的に供給されると、熱音響機関の原動機にて音響エネルギを安定して発生させることができなくなり、ひいては、音響ヒートポンプ部の吸熱器にて冷媒を安定的に冷却することができなくなる。
上記特徴構成によれば、ブロー水は加熱器を連続的に通流すると共に、湯水は冷却器を連続的に通流するから、熱音響機関の原動機にて音響エネルギを安定して発生でき、音響ヒートポンプ部の吸熱器にて冷媒を安定的に冷却できる。
特に、加熱器を通流するブロー水の流量、及び冷却器を通流する湯水の流量は、一定流量であることが好ましく、更には、所定の単位時間（例えば、数秒単位の時間）において、加熱器でブロー水から放熱される熱量と、冷却器で湯水に吸熱される熱量とは、略同等であることが好ましい。

【0014】

蒸気発生装置の更なる特徴構成は、
前記ブロー水通流路を通流するブロー水の流量を調整する第１流量調整弁を備え、
前記第１流量調整弁の弁開度は、前記加熱器へブロー水を間欠供給すべく、所定時間毎に開放状態と閉止状態とが切り替え制御される点にある。

【0015】

上述したように、温熱源にて発生する温熱を保有する熱媒を加熱器へ供給する構成を採用する場合、ボイラが蒸気発生運転中であるときには、加熱器へは熱媒により常に熱が供給される構成が採用される。このため、加熱器へブロー水を連続的に供給しない場合であっても、熱音響機関の原動機にて音響エネルギを安定して発生させることができる。
即ち、上記特徴構成を有する蒸気発生装置にあっては、ボイラとして、間欠的にブロー水を排出する従来の蒸気発生ボイラであっても、その排熱から良好に冷熱を発生することができる。
更に、上記目的を達成するための蒸気発生装置は、
外部から供給される湯水を内部に貯留可能であると共に、温熱源にて発生する温熱により内部の湯水を加熱して蒸気を発生させるボイラを備えた蒸気発生装置であって、その特徴構成は、
作動媒体が充填され音波が伝播する音響筒に、前記作動媒体を外部から加熱する加熱器と前記作動媒体を外部から冷却する冷却器と前記加熱器と前記冷却器との間で音波の音響エネルギを増幅する第１再生器とから成る原動機を少なくとも１つ以上有すると共に、前記作動媒体が外部から吸熱する吸熱器と前記作動媒体が外部へ放熱する放熱器と前記吸熱器と前記放熱器との間で音波が音響エネルギを消費する形態で圧縮及び膨張する第２再生器とから成る音響ヒートポンプ部を少なくとも１つ以上有する熱音響機関と、
前記ボイラからのブロー水を前記加熱器に通流させるブロー水通流路と、
湯水を前記冷却器に通流させた後に前記ボイラへ導く湯水通流路と、
冷媒が保有する冷熱が放熱され利用される冷熱利用部と前記吸熱器との間で冷媒を循環させる冷媒循環路とを備え、
前記ボイラは、温熱源にて発生する温熱を保有する熱媒を通流可能な伝熱部を内部に備え、
前記伝熱部と前記加熱器とに記載の順に熱媒を通流する熱媒通流路を備え、
前記ブロー水通流路を通流するブロー水の流量を調整する第１流量調整弁を備え、
前記第１流量調整弁の弁開度は、前記加熱器へブロー水を間欠供給すべく、所定時間毎に開放状態と閉止状態とが切り替え制御される点にある。
上記特徴構成によれば、まずもって、ブロー水通流路を介して原動機の加熱器へブロー水を通流させると共に、湯水通流路を介して原動機の冷却器へ湯水を通流させる形態で、加熱器と冷却器との間で比較的大きい温度差を形成し、加熱器と冷却器との間の第１再生器から当該温度差に応じた音響エネルギを有する音波を発生することができる。
このように発生した音波は、音響筒を伝播して音響ヒートポンプ部に導かれ、第２再生器にて音響エネルギを消費する形態で、放熱器にて作動媒体から外部へ放熱させる温度よりも吸熱器にて外部から作動媒体へ吸熱させる温度を低くできるから、外部から供給される湯水（例えば、２０℃程度）を放熱器へ通流させると共に冷媒を吸熱器へ通流させることで、当該冷媒を湯水よりも低い温度で冷却能力を発揮し得る温度にまで降温できる。
即ち、当該構成を採用することにより、蒸気発生装置において余剰となることが多い排熱（ブロー水が保有する排熱）を、冷熱に変換することができ、冷熱利用部で有効に利用することができるようになる。
因みに、上記特徴構成によれば、外部から供給される湯水は、冷却器へ通流して加熱器の熱をくみ上げた後に、ボイラへ供給されるため、十分に予熱された状態でボイラへ補給される。
また、本発明のような熱音響機関は、可動部のない簡易な構成のため故障等が発生する虞がほとんどなく、メンテナンスの必要がほとんどなく、経済性が高い装置を実現できる。
更に、上記特徴構成によれば、湯水を加熱する熱媒（例えば、燃焼排ガス）を、ボイラの伝熱部へ通流させた後に、熱音響機関の原動機の加熱部へ通流させるから、ボイラのブロー水の保有する排熱に加え、ボイラから排出される他の排熱についても熱音響機関にて音響エネルギへ変換することができ、当該音響エネルギを冷熱エネルギ等へ変換して有効に利用することで、蒸気発生装置の全体のエネルギ効率をより一層向上することができる。
更に、上述したように、温熱源にて発生する温熱を保有する熱媒を加熱器へ供給する構成を採用する場合、ボイラが蒸気発生運転中であるときには、加熱器へは熱媒により常に熱が供給される構成が採用される。このため、加熱器へブロー水を連続的に供給しない場合であっても、熱音響機関の原動機にて音響エネルギを安定して発生させることができる。
即ち、上記特徴構成を有する蒸気発生装置にあっては、ボイラとして、間欠的にブロー水を排出する従来の蒸気発生ボイラであっても、その排熱から良好に冷熱を発生することができる。
以上より、メンテナンス性が高く比較的簡易な構成で、ボイラからの排熱（特に、ブロー水の保有する排熱）としての温熱エネルギを良好に回収できると共に、回収した温熱エネルギを冷熱エネルギ等の需要のあるエネルギへ適切に変換できる蒸気発生装置を実現できる。

【0016】

蒸気発生装置の更なる特徴構成は、
音波の振動から電力を発生させる電力発生機を備える点にある。

【0017】

上記特徴構成によれば、熱音響機関にて発生した音響エネルギを冷熱エネルギのみならず、電力にも変換でき、需要に応じた多様な形態で、エネルギを出力できる。当該電力は、蒸気発生装置の補機等で利用できる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】実施形態に係る蒸気発生装置の概略構成図

【図2】別実施形態に係る蒸気発生装置の概略構成図

【図3】別実施形態に係る蒸気発生装置の概略構成図

【発明を実施するための形態】

【0019】

当該実施形態に係る蒸気発生装置１００は、メンテナンス性が高く比較的簡易な構成で、ボイラ１０からの排熱としての温熱エネルギを良好に回収できると共に、回収した温熱エネルギを冷熱エネルギ等の需要のあるエネルギへ適切に変換できる蒸気発生装置に関する。

【0020】

以下、当該実施形態に係る蒸気発生装置１００を、図１に基づいて説明する。
蒸気発生装置１００は、図１に示すように、外部から供給される温水を内部に貯留可能であると共に、エンジン（図示せず、温熱源の一例）にて発生する温熱により内部の湯水を加熱して蒸気を発生させるボイラ１０を備え、更に、作動媒体（例えば、ヘリウム）が充填され音波が伝播する音響筒Ｔ（当該実施形態では、１つ）に、作動媒体を外部から加熱する加熱器７１と作動媒体を外部から冷却する冷却器７２と加熱器７１と冷却器７２との間で音波の音響エネルギを増幅する第１再生器７３とから成る原動機７０を少なくとも１つ以上（当該実施形態では、１つ）有すると共に、作動媒体が外部から吸熱する吸熱器８１と作動媒体が外部へ放熱する放熱器８２と吸熱器８１と放熱器８２との間で音波が音響エネルギを消費する形態で圧縮及び膨張する第２再生器８３とから成る音響ヒートポンプ部８０を少なくとも１つ以上（当該実施形態では、１つ）有する熱音響機関９０と、ボイラ１０からのブロー水Ｂを加熱器７１に通流させるブロー水通流路Ｌ１と、湯水Ｗを放熱器８２及び冷却器７２に記載の順に通流させた後にボイラへ導く湯水通流路Ｌ２と、冷媒が保有する冷熱が放熱され利用される冷熱利用部３０と吸熱器８１との間で冷媒を循環させる冷媒循環路Ｌ３とを備えている。

【0021】

〔ボイラに係る構成〕
ボイラ１０は、湯水Ｗの流量を調整する第２流量調整弁Ｖ２を備える湯水通流路Ｌ２が接続され、且つエンジン（図示せず）からの燃焼排ガスＥ（熱媒の一例）を通流する排ガス通流路Ｌ４に連通接続される伝熱コイルＥＸ１（伝熱部の一例）を内部に備え、且つ内部で伝熱コイルＥＸ１により湯水Ｗが加熱されることにより発生した蒸気Ｓｔを外部へ導く蒸気通流路Ｌ５が接続されるボイラドラム１０ａを備える。
蒸気通流路Ｌ５は、負荷器２０に連通接続され、負荷器２０へ蒸気を供給する。負荷器２０は、ドレン通流路Ｌ６を介してドレン貯留タンク２２に連通接続されていると共に、当該ドレン通流路Ｌ６には、スチームトラップ２１が設けられている。
更に、ドレン貯留タンク２２は、ドレン還流路Ｌ７を介してボイラドラム１０ａと連通接続されており、当該ドレン還流路Ｌ７は、ドレン水を圧送する第１圧送ポンプＰ１を備えると共に、ドレン水と燃焼排ガスＥとを熱交換する第２熱交換器ＥＸ２にドレン水を通流させる形態で配設されている。
因みに、第２熱交換器ＥＸ２は、燃焼排ガスＥの通流方向で、伝熱コイルＥＸ１の下流側に設けられている。

【0022】

当該構成により、ボイラドラム１０ａにて発生した蒸気Ｓｔは、負荷器２０に供給され、当該負荷器２０からの蒸気混じりのドレン水が、スチームトラップ２１にて蒸気が除去された後に、ドレン貯留タンク２２へ貯留され、貯留されたドレン水が、第２熱交換器ＥＸ２により燃焼排ガスＥの排熱を回収した後に、ボイラドラム１０ａへ戻されることとなる。

【0023】

当該ボイラドラム１０ａに供給される湯水Ｗは、ボイラドラム１０ａ等への腐食やスケール付着を防止するべく、脱酸素剤（防食剤）やスケール防止剤等のボイラ薬品が添加されている。ボイラドラム１０ａ内の湯水Ｗにおいては、蒸気Ｓｔの発生に伴って、脱酸素剤（防食剤）やスケール防止剤が徐々に濃縮される。ボイラドラム１０ａの内部において、ボイラ薬品の濃度を一定以下に保つべく、ボイラドラム１０ａには、ボイラドラム１０ａからのブロー水Ｂを排出するブロー水通流路Ｌ１が設けられており、当該実施形態にあっては、ブロー水通流路Ｌ１には、ブロー水Ｂの流量を調整する第１流量調整弁Ｖ１が設けられている。

【0024】

〔熱音響機関に係る構成〕
熱音響機関９０は、図１に示すように、作動媒体が充填され音波が伝播する第１ループ管Ｔ１と第２ループ管Ｔ２とが連結管にて連結されて構成された音響筒Ｔを備え、当該実施形態においては、第１ループ管Ｔ１に単一の原動機７０が設けられると共に第２ループ管Ｔ２に単一の音響ヒートポンプ部８０が設けられている。

【0025】

以下、作動媒体を外部から加熱する加熱器７１と作動媒体を外部から冷却する冷却器７２と加熱器７１と冷却器７２との間で音波の音響エネルギを増幅する第１再生器７３とから成る原動機７０について説明を加える。

【0026】

加熱器７１は、詳細な図示は省略するが、ブロー水通流路Ｌ１を通流するブロー水Ｂを通流するジャケット部（図示せず）と、当該ジャケット部から音響筒Ｔの内部に延びるフィン（図示せず）とから成る。加熱器７１は、フィンがジャケット部を通流するブロー水Ｂにて加熱され、当該フィンから音響筒Ｔの内部の作動流体へ温熱を伝導する形態で、作動流体を加熱する。

【0027】

冷却器７２は、湯水通流路Ｌ２の湯水Ｗを通流するジャケット部（図示せず）と、当該ジャケット部から音響筒Ｔの内部に延びるフィン（図示せず）とから成る。冷却器７２は、フィンがジャケット部を通流する湯水Ｗにて冷却され、当該フィンから音響筒Ｔの内部の作動流体へ冷熱を伝導する形態で、作動流体を冷却する。

【0028】

加熱器７１と冷却器７２との間に設けられる第１再生器７３は、例えば、音響筒Ｔの筒軸心方向に直交する方向に板面を沿わせた状態で、当該筒軸心方向に沿って複数並べられる薄板状部材（図示せず）から構成されている。
当該薄板状部材は、例えば、厚さが５０μｍ以上１００μｍ以下で、３００枚〜６００枚程度設けられる。当該薄板状部材には、筒軸心方向に沿う方向に貫通する多数の貫通孔（図示せず）が、その直径が２００μｍ〜３００μｍ程度で、設けられる。

【0029】

作動流体は、音響筒Ｔの内部において、その筒軸心方向で、微小な揺らぎを生じる状態で、存在している。換言すると、作動流体を伝搬する音波は、加熱器７１と冷却器７２との両者間において、一方側から他方側への進行波と、他方側から一方側への進行波とを形成する。
作動流体を伝搬する音波は、冷却器７２から加熱器７１の側への進行波を形成する場合、加熱器７１近傍での第１再生器７３としての薄板状部材の複数の貫通孔を通過するときに当該貫通孔の内壁に接触して加熱されると共に、加熱器７１のフィンにて直接加熱されることで、膨張する。一方、作動流体を伝搬する音波は、加熱器７１から冷却器７２の側への進行波を形成する場合、冷却器７２の近傍での第１再生器７３としての薄板状部材の複数の貫通孔を通過するときに当該貫通孔の内壁に接触して冷却されると共に、冷却器７２のフィンにて直接冷却されることで、収縮する。
これにより、進行波としての音波が自己励起振動を起こし、その音響エネルギが増幅される形態で、熱エネルギが音波の音響エネルギに変換される。

【0030】

作動媒体としては、音波を伝播する気体から構成することができる。ここで、第１再生器７３での熱交換が迅速になされることが望ましいため、作動媒体としては、熱拡散係数の高いヘリウム、水素が望ましい。また、発電を目的とする場合には、分子量の高い気体が望ましいため、アルゴン等の気体を混合しても良い。尚、熱的に安定していることから、当該実施形態では、作動媒体としてヘリウムを用いている。

【0031】

原動機７０にて増幅された音波の音響エネルギは、音響筒Ｔの第１ループ管Ｔ１から第２ループ管Ｔ２の音響ヒートポンプ部８０へ伝搬する。
音響ヒートポンプ部８０は、作動媒体が外部から吸熱する吸熱器８１と作動媒体が外部へ放熱する放熱器８２と吸熱器８１と放熱器８２との間で音波が音響エネルギを消費する形態で圧縮及び膨張する第２再生器８３とから成る。

【0032】

詳細な図示は省略するが、吸熱器８１は、冷媒循環路Ｌ３を循環する冷媒Ｃを通流するジャケット部（図示せず）と、当該ジャケット部から音響筒Ｔの内部に延びるフィン（図示せず）とから成る。吸熱器８１では、フィンがジャケット部を通流する冷媒Ｃから吸熱し、音響筒Ｔの内部の作動媒体がフィンから吸熱する。
ここで、冷媒循環路Ｌ３は、第２圧送ポンプＰ２にて冷媒Ｃを圧送する形態で、吸熱器８１と冷媒Ｃの保有する冷熱が放熱され利用される冷熱利用部３０との間で冷媒を循環させるものである。

【0033】

放熱器８２は、湯水通流路Ｌ２の湯水Ｗを通流するジャケット部（図示せず）と、当該ジャケット部から音響筒Ｔの内部に延びるフィン（図示せず）とから成る。放熱器８２では、音響筒Ｔの内部の作動媒体がフィンに放熱し、当該放熱された熱がジャケット部を通流する湯水Ｗへ放熱される形態で、湯水Ｗが予熱される。
因みに、湯水通流路Ｌ２は、放熱器８２と冷却器７２とに記載の順に湯水Ｗを通流させた後に、ボイラドラム１０ａへ湯水Ｗを供給するように配設されている。

【0034】

ここで、音響ヒートポンプ部８０は、作動流体を伝搬する音波が、吸熱器８１から放熱器８２の側への進行波を形成する場合に圧縮し、放熱器８２から吸熱器８１の側へ進行波を形成する場合に膨張するように、その吸熱器８１と第２再生器８３と放熱器８２とが音響筒Ｔにおける適切な位置に配置されている。
これにより、作動流体を伝搬する音波が吸熱器８１から放熱器８２の側への進行波を形成する場合、第２再生器８３にて圧縮しながら吸熱して昇温し、放熱器８２にて高温となった状態で放熱する。これにより、放熱器８２ではジャケット部を通流する湯水Ｗが、吸熱器８１のジャケット部を通流する冷媒Ｃよりも高温の作動媒体と熱交換する形態で予熱される。
一方、作動流体を伝搬する音波が放熱器８２から吸熱器８１の側への進行波を形成する場合、第２再生器８３にて膨張しながら放熱して降温し、吸熱器８１にて低温となった状態で吸熱する。これにより、吸熱器８１ではジャケット部を通流する冷媒Ｃは、十分に低温となった作動媒体に吸熱される形態で、降温することとなる。
因みに、上述の如く、第２再生器８３にて圧縮しながら吸熱する工程、及び膨張しながら放熱する工程において、音波の音響エネルギが消費され、音波は減衰するが、音響エネルギは、原動機７０から逐次補充されるので、音響ヒートポンプ部８０のヒートポンプ機能が維持されることとなる。

【0035】

吸熱器８１と放熱器８２との間に設けられる第２再生器８３は、その形状や材質については、第１再生器７３と変わるところがない。
尚、音響筒Ｔの筒径、筒長さ、形状等は、特に、第１再生器７３及び第２再生器８３の貫通孔の孔径に基づいて、原動機７０の熱エネルギから音響エネルギへの変換効率、音響ヒートポンプ部８０の音響エネルギから熱エネルギへの変換効率が高くなるように、適宜設定される。

【0036】

さて、当該実施形態にあっては、原動機７０にて経時的に連続して音響エネルギを発生するべく、ブロー水通流路Ｌ１を通流するブロー水Ｂの流量を調整する第１流量調整弁Ｖ１の開度を、加熱器７１へブロー水Ｂを連続供給可能な開度に調整され、更に、湯水通流路Ｌ２を通流する湯水Ｗの流量を調整する第２流量調整弁Ｖ２の開度を、冷却器７２へ湯水Ｗを連続供給可能な開度に調整されている。
更には、加熱器７１にてブロー水Ｂから放熱される熱量は、所定の単位時間（例えば、数秒単位の時間）で、冷却器７２にて湯水Ｗが吸熱する熱量と略等しくなるように、ブロー水Ｂの流量と湯水Ｗの流量とが制御されることが好ましい。
尚、第１流量調整弁Ｖ１及び第２流量調整弁Ｖ２の弁開度は、人為操作により調整される構成を採用しても構わないし、制御装置（図示せず）による制御指令により、調整される構成を採用しても構わない。

【0037】

次に、当該実施形態に係る蒸気発生装置１００における冷熱利用部３０へ供給できる冷熱量を試算したシミュレーション結果について説明する。
当該シミュレーションの試算条件として、作動媒体はヘリウムとし、音響筒Ｔの内部圧力は０．９５ＭＰａとし、原動機７０での熱音変換効率はカルノー効率の３０％とし、音響ヒートポンプ部８０の音熱変換効率は５．４％とし、熱交換における損失、音響エネルギの損失は、考慮しないものとした。また、ブロー水Ｂは、３００ｋｇ／ｈで排出され、加熱器７１における入口温度が２００℃で出口温度が６０℃で、加熱器７１での放熱量が５０ｋＷとした。湯水Ｗは、１０００ｋｇ／ｈで供給され、放熱器８２における入口温度が２０℃で出口温度が３７℃で、放熱器８２での湯水Ｗの吸熱量が２０ｋＷとし、冷却器７２における入口温度が３７℃で出口温度が７８℃で、冷却器７２での湯水Ｗの吸熱量が４７ｋＷとし、ボイラドラム１０ａへは、７８℃で１０００ｋｇ／ｈで湯水Ｗを供給することとした。
この結果、冷媒Ｃに水を用いた場合は、冷媒循環路Ｌ３を循環する流量を３５００ｋｇ／ｈとして、吸熱器８１における入口温度が１７℃で出口温度が１３℃、吸熱器８１での冷媒Ｃの放熱量を１７ｋＷとでき、同様に、冷熱利用部３０での冷媒Ｃの吸熱量を１７ｋＷとできると試算した。

【0038】

〔別実施形態〕
（１）本願に係る蒸気発生装置１００にあっては、図２に示すように、燃焼排ガスＥを加熱器７１へ通流するように構成しても構わない。
当該構成にあっては、排ガス通流路Ｌ４は、ボイラ１０の伝熱コイルＥＸ１、加熱器７１、及び第２熱交換器ＥＸ２に記載の順に燃焼排ガスＥを通流する状態で備えられる。
即ち、当該構成にあっては、加熱器７１では、燃焼排ガスＥの排熱と、ボイラ１０のブロー水の排熱との双方により、作動媒体が加熱されることになる。

【0039】

また、上記実施形態にあっては、第１流量調整弁Ｖ１の弁開度は、加熱器７１へブロー水を連続供給可能な弁開度に調整される構成例を示した。
しかしながら、例えば、上述の如く、加熱器７１へ燃焼排ガスＥ等の排熱供給媒体が通流する構成を採用する場合にあっては、燃焼排ガスＥにより常に加熱器７１へ排熱が供給されることになるから、第１流量調整弁Ｖ１の弁開度は、加熱器７１へブロー水を間欠供給するような開度に調整されても構わない。換言すれば、第１流量調整弁Ｖ１は、所定時間毎に開放状態とお閉止状態とを切り換え制御されても構わない。

【0040】

（２）本願に係る蒸気発生装置１００では、図３に示すように、音波の振動から電力を発生する電力発生機４０を備える構成を採用しても構わない。
説明を追加すると、電力発生機４０は、図３に示すように、音響筒Ｔの第２ループ管Ｔ２の筒内部において、一の回転翼４０ｃと、当該回転翼４０ｃを挟む状態で設けられる一対の固定翼４０ａ、４０ｂを備えている。当該構成においては、回転翼４０ｃは、一方の固定翼４０ａにて旋回され回転翼４０ｃへ向かう音波と、他方の固定翼４０ｂにて旋回され回転翼４０ｃへ向かう音波との双方により、回転力を付与されることとなるが、一対の固定翼４０ａ、４０ｂは、両者により旋回される音波が回転翼４０ｃへ付与する回転力の回転方向が同一方向となるように設けられている。
更に、回転翼４０ｃには、誘導発電機としての回転子（図示せず）が設けられると共に、音響筒Ｔの筒軸心方向で回転翼４０ｃが設けられている部位で音響筒Ｔの筒外径部位には、誘導発電機としての固定子４０ｄが設けられおり、回転翼４０ｃと共に回転子が回転することで固定子４０ｄとしてのコイルにて誘導起電力ｅを発生する。
当該構成を採用することにより、音響筒Ｔの内部で発生する音波の振動エネルギが、電気エネルギに変換される。

【0041】

（３）上記実施形態では、温熱源として、エンジンを備える構成例を示したが、温熱源は、別にエンジン以外であっても構わない。
例えば、温熱源が工場の排熱であり、当該工場からの排熱を保有する熱媒にてボイラ１０にて湯水を加熱する構成を採用しても構わない。
また、例えば、温熱源として、ボイラ１０のボイラドラム１０ａ内を直接加熱する燃焼装置を備える構成を採用しても構わない。

【0042】

（４）上記実施形態にあっては、湯水Ｗは湯水通流路Ｌ２のみを介してボイラドラム１０ａへ供給される構成例を示した。
しかしながら、上記湯水通流路Ｌ２とは別に補助湯水通流路（図示せず）を備える構成を採用しても構わない。
当該構成を採用することにより、湯水通流路Ｌ２及び補助湯水通流路の双方にて供給される湯水の全量は、ボイラ１０にて要求される蒸気発生量に追従する形態で制御し、湯水通流路Ｌ２を通流する湯水量については、原動機７０において、ブロー水にて供給される温熱量と略等しい冷熱量を供給可能な湯水量に制御できる。

【0043】

（５）上記実施形態にあっては、音響筒Ｔは、第１ループ管Ｔ１と第２ループ管Ｔ２とを連結管にて連結する構成としたが、別に単一のループ管から構成しても構わない。即ち、単一のループ管から成る音響筒Ｔに対し、原動機７０と音響ヒートポンプ部８０との双方を備える構成を採用しても構わない。
また、本願の熱音響機関は、原動機７０と音響ヒートポンプ部８０とを有する音響筒Ｔが、複数設けられている構成も含むものである。
更に、一の音響筒Ｔに対して、原動機７０と音響ヒートポンプ部８０、更には電力発生機４０とを複数設ける構成も含むものである。

【0044】

（６）上記実施形態において、ボイラ１０としては、排ガスボイラを構成例として示したが、還流ボイラなどのボイラも好適に適用可能である。

【0046】

尚、上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

【産業上の利用可能性】

【0047】

本発明の蒸気発生装置は、メンテナンス性が高く比較的簡易な構成で、ボイラからの排熱としての温熱エネルギを良好に回収できると共に、回収した温熱エネルギを冷熱エネルギ等の需要のあるエネルギへ適切に変換できる蒸気発生装置として、有効に利用可能である。

【符号の説明】

【0048】

１０ ：ボイラ
３０ ：冷熱利用部
４０ ：電力発生機
７０ ：原動機
７１ ：加熱器
７２ ：冷却器
７３ ：第１再生器
８０ ：音響ヒートポンプ部
８１ ：吸熱器
８２ ：放熱器
８３ ：第２再生器
９０ ：熱音響機関
１００ ：蒸気発生装置
Ｂ ：ブロー水
Ｃ ：冷媒
Ｅ ：燃焼排ガス
ＥＸ１ ：伝熱コイル
Ｌ１ ：ブロー水通流路
Ｌ２ ：湯水通流路
Ｌ３ ：冷媒循環路
Ｓｔ ：蒸気
Ｔ ：音響筒
Ｖ１ ：第１流量調整弁
Ｖ２ ：第２流量調整弁
Ｗ ：湯水

【図1】

【図2】

【図3】