JPS6086302A - 水蒸気発生方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は熱ポンプを利用した水蒸気発生方法に関する
もので、その目的は低圧水蒸気を効率よく発生させるこ
とのできる方法を提供することにある。

　９− この発明による水蒸気発生方法は、高温熱源によって塩
化マンガンの一水塩を加熱して脱水熱Ｑ１により次式の
反応に従って脱水せしめ、Ｍｎ　Ｃｌ　２　・＋２０　
（固）十０１→Ｍｎ　Ｃｌ　２　（固）＋８２０（気）
・・・（Ｉ） 生じた水蒸気を次式の反応に従って凝縮させて、＋２０
（気）→Ｈ２０（液）十０２ ・・・（ＩＩ） 得られた凝縮熱Ｑ２を所望の低圧水蒸気の発生熱源とし
て用い、他方上記脱水反応の終了後は低温熱源から得ら
れた蒸発熱Ｑ２で、反応式（ＩＩ）で生じた凝縮水を次
式の反応に従って蒸発せしめ、 ＋２０（液）十〇；→Ｈ２０（気） ・・・（１） 生じた水蒸気で塩化マンガンの無水物を次式の反応に従
って水和させ、 ＭｎＣｌ２　（固）　＋　８２０　（気）→Ｍｎ　Ｃｌ
　２　・Ｈ２０（固）十０１得られた水和熱Ｑ１を所望
の低圧水蒸気の発生熱源として用いることを特徴とする
ものである。

始めに、塩化マンガンの一水塩（ＭｎＣ１２・＋２０）
を用いた熱ポンプの基本原理について説明する。

第１図は本発明者らが測定した塩化マンガンの一水塩の
水蒸気圧曲線と水の水蒸気圧曲線を示したものである。

まず高温熱源によってＭｎＣｌ２　・＋２０を２４２℃
に加熱すると、これは次式の反応に従って脱水反応を生
じる。

３− ＭｎＣｌ２・＋２０（固）十０１ ４ＭｎＣｌ２　（固）＋８２０（気） ・・・　（Ｉ） （ココテ、脱水熱Ｑ１は１７　、４　Ｋｃａｌ　／Ｉｌ
ｌ。

１である。） この脱水反応の結果、上記−水塩は水蒸気を放出し、こ
の水蒸気は平衡状態では、第１図中に矢印（ａ　）　（
ｂ　）で示すように、１０００１Ｈ１ｌｌの水蒸気圧を
示す。この水蒸気圧は、同図中に矢印（ｂ　）　（ｃ　
）で示すように、１０７℃における水の飽和水蒸気圧に
等しく、したがって水蒸気は１０７℃より低い温度に冷
却されると、顕熱および潜熱Ｑ２を凝縮熱として放出し
て次式の反応に従って凝縮して水となる。

＋２０（気）→Ｈ２０（液）十０２ ・・・（ＩＩ） ５− ４− （ここで０２は０．６Ｋｃａｌ　／ｍｏｌである。）そ
こで得られた凝縮熱を熱源として、伝熱性能のすこぶる
よいボイラーを用いて水を加熱すると、水はほぼ１０７
℃で沸騰して、１．３６ｋＯ／ｃｍ２の低圧水蒸気が得
られる。

他方、上記脱水反応が終了した後は、上記反応式（Ｉ＞
の逆反応すなわち次式の反応（ＩＶ）に従って、塩化マ
ンガンの無水物に水蒸気を反応させて、次式に従って上
記無水物を水和させる。

ＭｎＪ１２（固）＋８２０（気） →Ｍｎ　Ｃｌ　２　・Ｈ２０（固）＋０１・・・（ＩＶ
） いま、この反応に使用される水蒸気を、次式の反応に従
って、 ＋２０（液）十Ｑ２→Ｈ２０（気）・・・（１）−〇− １５℃の水から沸騰させて得たとすると、第１図中に矢
印（ｄ　）　（８）で示すように、その水蒸気圧は１０
７℃のＭｎ　Ｃ１２・Ｈ２Ｏの水蒸気圧に等しい。上記
反応式（ＩＶ）に従って水蒸気吸収によって発生した水
和熱Ｑ１を、伝熱性能のすこぶるよいボイラーによる水
蒸気発生用熱源として回収すると、前述と同様に、１０
７℃で沸騰した１　、　３６　ｋ（１／　ｃ＋ａ２の低
圧水蒸気が得られる。

以上の説明において、反応熱を２５℃および１気圧基準
として表わし、伝熱時の温度差をＯとした。

上記基本原理における熱収支を第２図に概略的に示す。

つぎにこの発明を実施例により具体的に説明する。

第３図は高温熱源として排煙を用い、かつ低温熱源とし
て河川水を用いて、この発明の方法により低圧水蒸気を
発生させる装置を示すものである。

塩化マンガンの水和・脱水反応用の反応器（１）は頂部
にて水蒸気通路〈２）を介して凝縮器（３）と連通し、
凝縮器（３）の底部は蒸発器（４）に連通している。凝
縮器（３）内には第１ボイラー（５）が配され、反応器
（１）内には第２ボイラー（６）が配され、蒸発器（４
）内には伝熱部（７）が設けられている。

反応器（１）内には所要量の１ｙｌｎ　Ｃ１２・Ｈ２Ｏ
の粒子層（８）が装填され、反応器（１）のジャケット
（９）には排煙ライン（１０）が接続され、また蒸発器
（４）の伝熱部（７）には河川水ライン（１１）が接続
されている。そして水−７＝ 蒸気用水ライン（１２）は排煙ライン（１０）が通る熱
交換器（１３）を通り、その分岐部（１２ａ）（１２ｂ
）がそれぞれ第１ボイラー（５）および第２ボイラー（
６）に接続されている。

排煙ライン（１０）に温度３５０℃の排煙を流すと、同
排煙はＭｎ（ｌ□　・Ｈ２Ｏの粒子層（８）を加熱して
同粒子層（８）に脱水熱を同一水塩１ｍｏｌ当り１７．
４Ｋｃａｌ与え、温度２５０℃で熱交換器（１３）に至
る。反応器（１）の伝熱面積は、ＭｎＣｌ□　・Ｈ２Ｏ
の粒子層（８）の温度が排煙による加熱の結果２４２℃
になるように設計されている。したがって、同粒子層（
８）の加熱脱水により生じた水蒸気は、第１図に示すよ
うに、１０００ｍ１００Ｏの水蒸気圧を有し、水蒸気通
路（２）を経て凝縮器（３）に入る。水蒸気用水ライン
（１２）の分岐部（１２−９−へ ８− ａ）の弁（１４）は開かれ、分岐部（１２ｂ　）の弁（
１５）は閉じられ、第１ボイラー（５）には熱交換器（
１３）で温度２５℃から１０４℃まで予熱された水蒸気
用水がＭｎＣｌ２１モル当り１モル供給されている。な
お、水蒸気用水は熱交換器（１３）を経なくてももちろ
んよい。したがって上記水蒸気は凝縮器（３）において
、表面温度が１０７℃以下に保たれている第１ボイラー
（５）に接すると、凝縮して該表面温度に等しい温度を
有する水となる。凝縮器（３）内の第１ボイラー（５）
の内部圧力が１．２ｋＭ（ｉｌ１２になるように、第１
ボイラー（５）の頂部の弁（１６）を調節すると、第１
ボイラー（５）内の水は水蒸気の凝縮熱によって温度１
０４℃で沸騰せられ、低圧水蒸気が得られる。この場合
低圧水蒸気で回収される熱量はＭｎＣｌ２　・Ｈ１０− ２０１１１１０１当り２１．０Ｋｃａｌである。凝縮水
は温度１０７℃のまま凝縮器（３）から蒸発器（４）に
流下してここに溜まる。

脱水反応が完全に終了した後は、排煙の流通を停止し、
また分岐部（１２ａ）の弁（１４）を閉じて、分岐部（
１２ｂ　）の弁（１５）を開く。その結果、第２ボイラ
ー（６）への水蒸気用水の供給によって粒子層（８）の
温度は２４２℃から１０７℃に降下する。第２ボイラー
（６）内では水蒸気が発生するが、その内部圧力が１．
２ｋｏ／　ｃｉ２になるように、第２ボイラー（６）の
頂部の弁（１７）を調節する。粒子層（８）の降温に要
する熱量、すなわち粒子層〈８）の顕熱と蒸発器（４）
内に溜まった凝縮水の顕熱の和は、次回の脱水反応に要
する昇温熱にほぼ等しい。

いま、粒子層（８）の温度が１０７℃で、蒸発器（４）
内に溜まった凝縮水の温度が１５℃である状態を想定す
ると、粒子層（８）の水蒸気圧は１３１１１ＰＨＯであ
る。蒸発器（４）内に溜った凝縮水の温度が１５℃であ
ると、第１図に示すように、その水蒸気圧は粒子層（８
）の水蒸気圧と等しく１３１１１１１１８（＋である。

そこで粒子層（８）の温度を１０７℃から下げるように
、第２ボイラー（６）において圧力１．２ｋｏ／ｃｍ２
渇度１０４℃で水を蒸発させると、蒸発潜熱が奪われて
必然的に圧力バランスが崩れ、塩化マンガンの無水物の
水和反応が生ずる。その結果粒子層（８）に水和熱が発
生し、第２ボイラー（６）内に水蒸気が連続的に発生す
る。蒸発器（４）内の凝縮水は自己蒸発により蒸発熱を
奪われて温度降下するので、この温度を一定に１１− 保つように、伝熱部（７）に温度２５℃の河川水が流さ
れている。伝熱部（７）は蒸発器（４）内の水の温度が
１５℃に保たれるように設計されている。また用水には
Ｍｎ　Ｃ１２・１１２０１ｍｏｌ当り１０．６Ｋｃａｌ
　（Ｄ熱量が与エラレ、粒子層（８）で発生する水和熱
は同１１１１ｏ１当り１７．４Ｋｃａｌである。この中
和熱によって第２ボイラー（６）内の水は温度１０４℃
で沸騰せられ、低圧水蒸気が得られる。蒸発器（４）内
の水が完全に蒸発した時点で再び脱水工程が実施される
。

第３図に示す水蒸気発生装置を複数設置して、排煙ライ
ンと河川水ラインを交互に切換えて全体を連続的に運転
させると、一層効果が上がる。

上記実施例において、有価値のエネルギー１７．４ｋｃ
ａｌを投入することにより、熱エネルギ１２− 一を低温水蒸気として２８．０Ｋｃａｌ回収することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は塩化マンガンの一水塩および水の水蒸気圧曲線
を示すグラフ、第２図は熱収支を示す概略図、第３図は
水蒸気発生装置を示す系統図である。 （１）・・・反応器、（２）・・・水蒸気通路、（３）
・・・凝縮器、（４）・・・蒸発器、（５）・・・第１
ボイラー、（６）・・・第２ボイラー、（７）・・・伝
熱部、（８）・・・粒子層、（９）・・・ジャケット、
（１ｏ）・・・排煙ライン、（１１）・・・河川水ライ
ン、（１２）・・・水蒸気用水ライン、（１３）・・・
熱交換器、（１４）（１５）　（１６）　（１７）・・
・弁。 以　上 特許出願人　日立造船　株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 高温熱源によって塩化マンガンの一水塩を加熱して脱水
   熱Ｑ＋　により次式の反応に従って脱水せしめ、 Ｍｎ　Ｃｌ　２　・１」２０　（固）＋０１→Ｍｎ　Ｃ
   ｌ　２　（固）＋Ｈ２０（気）・・・（Ｉ） 生じた水蒸気を次式の反応に従って凝縮させて、Ｈ２Ｏ
   （気）→１１２０（液）＋０２ ・・・（Ｉｆ） 得られた凝縮熱Ｑ２を所望の低圧水蒸気の発生熱源とし
   て用い、他方上記脱水反応の終了後は低温熱源から得ら
   れた蒸発熱Ｑ２で、反応式（ＩＩ）で生じた凝縮水を次
   式の反応に従って蒸発せしめ、 Ｈ２Ｏ（液）＋Ｑ２→Ｈ２０（気） ・・・（１） 生じた水蒸気で塩化マンガンの無水物を次式の反応に従
   って水和させ、 ＭｎＣｌ２　（固）＋Ｈ２０（気） →ＭｎＣｌ２・ｉ」２０（固）十０１ 得られた水和熱Ｑ’＋を所望の低圧水蒸気の発生熱源と
   して用いることを特徴とする水蒸気発生方法。