JP2003251171A - 蒸気熱交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低い蒸気温度の範囲でも温度精度良く熱交換
することができる蒸気熱交換装置を得ること。 【解決手段】 蒸気供給管２１に自動調節弁２２を介し
て反応釜１のジャケット部２と接続する。反応釜１に内
部の温度を検出する温度センサ３０を取り付ける。温度
センサ３０に図示しない温度コントローラを介して自動
調節弁２２と電気接続する。ジャケット部２の下部にド
レン排出管２３を介してエゼクタ式真空ポンプ２６と接
続する。自動調節弁２２から温度制御された蒸気がジャ
ケット部２へ供給されて、反応釜１内の被熱交換物を低
温蒸気で加熱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は被熱交換物を蒸気で
熱交換するものに関し、特にその蒸気温度が１００℃以
下の比較的低温の場合に適した蒸気熱交換装置に関す
る。具体的には各種の反応等に用いられる反応釜や食品
の蒸溜装置、濃縮装置、及び、殺菌装置等の熱交換に用
いるものである。これらの場合の被熱交換物は僅かな温
度変化によって熱損傷や組成変化を生じてしまう場合が
多く、熱交換温度を精度良く維持する必要があった。

【０００２】

【従来技術】従来の蒸気熱交換装置としては例えば特開
平８−１７０８０７号公報に示されたものがある。これ
は、熱交換器に圧力調整弁を介して蒸気供給管を接続
し、熱交換器の下部をエゼクタ式真空ポンプと連通した
もので、低圧蒸気によって被熱交換物を比較的精度良く
熱交換することができるものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の蒸気熱交換
装置では、未だ熱交換温度の精度を充分に向上させるこ
とができない問題があった。特に、蒸気温度が低くなれ
ばなる程、温度精度を向上させることが難しくなる問題
があった。

【０００４】これは、熱交換器へ供給する蒸気を、圧力
調整弁を介して圧力制御して供給しているためである。
蒸気は、より厳密には飽和水蒸気は、図２のグラフに示
すように、圧力と温度の関係が一義的に定まっており、
蒸気圧力を制御することによって、蒸気温度を実質的に
制御することができる。また、圧力制御と比較して温度
制御は熱容量等の影響で応答性が悪くなるために、蒸気
を用いる場合は圧力制御が一般的に行われている。

【０００５】しかしながら圧力制御では、図２のグラフ
に示すように蒸気温度が例えば６０℃以下の低い場合
に、温度の一定の変化率に対する圧力の変化率が非常に
小さな値となってしまい、この非常に小さな圧力の変化
値を圧力センサで検出することが困難となり、また、仮
に検出できたとしても圧力制御することも困難なものと
なってしまい、結果として圧力制御では蒸気温度精度を
向上させることが難しくなるのである。

【０００６】従って本発明の課題は、低い蒸気温度の範
囲でも温度精度良く熱交換することのできる蒸気熱交換
装置を得ることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに講じた手段は、熱交換器へ蒸気を供給する蒸気供給
手段を接続すると共に、熱交換器内の流体を吸引する吸
引手段を接続したものにおいて、吸引手段で熱交換器内
を大気圧以下の真空圧力状態とし、蒸気供給手段若しく
は熱交換器に蒸気温度を検出する温度検出手段を取り付
けて、温度検出手段からの検出値に応じて蒸気供給手段
から熱交換器へ供給する蒸気の温度を制御する温度制御
部を設けたものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】温度検出手段と温度制御部を設け
て、蒸気供給手段から熱交換器へ供給する蒸気の温度制
御を行うことによって、圧力の変化率は何等考慮する必
要が無くなり、非常に小さな圧力値を検出することも圧
力制御することも不要となって温度精度を向上させるこ
とができる。

【０００９】なお、温度の変化率は例えば２０℃程度の
低温であろうと１００℃を越える温度であろうと一定で
あるために、低温の場合であっても検出し制御すべく値
が小さくならず、全温度範囲にわたって制御精度が低下
することがない。

【００１０】

【実施例】本実施例においては、熱交換器として反応釜
１を用いた例を示す。反応釜１の内部に入れた図示しな
い被熱交換物を、ジャケット部２に供給する蒸気によっ
て加熱や殺菌等の熱交換するものである。

【００１１】反応釜１のほぼ全周にわたりジャケット部
２を形成し、 このジャケット部２の上方に蒸気供
給管２１を、自動調節弁２２を介して接続する。ジャケ
ット部２の下端部に蒸気が凝縮したドレンを排出するド
レン排出管２３を接続する。ドレン排出管２３には、開
閉弁２４とスチームトラップ２５を並行に配置して、吸
引手段２６の吸引部と接続する。スチームトラップ２５
は、ドレン排出管２３を流下してくるドレンだけを自動
的に出口側へ排出し、一方、蒸気は排出することがない
自動弁である。

【００１２】吸引手段２６は、ノズルを内蔵したエゼク
タ２７と、タンク７と循環ポンプ２８で構成し、循環ポ
ンプ２８の駆動によってタンク７内の水などの流体をエ
ゼクタ２７に供給して、エゼクタ２７でジャケット部２
内のドレン及び一部の凝縮しきれなかった蒸気を吸引す
るものである。

【００１３】反応釜１には内部の温度を検出する温度検
出手段としての温度センサ３０を、また、ジャケット部
２にも内部の温度を検出する温度センサ３１を取り付け
る。なお、蒸気供給管２１に温度センサを取り付けるこ
ともできる。上記の各温度センサは全て取り付ける必要
はなく、熱交換装置の形状や大きさ等によって取り付け
個数を選択することができる。

【００１４】温度センサ３０，３１と自動調節弁２２は
図示しない温度コントローラと電気的に接続する。温度
センサ３０，３１で検出した温度値に基づいて温度コン
トローラから自動調節弁２２の弁開度信号を発信して、
ジャケット部２へ供給する蒸気の温度を適宜制御するも
のである。

【００１５】本実施例においては、温度コントローラと
自動調節弁２２で温度制御部を構成し、同様に、自動調
節弁２２と蒸気供給管２１で蒸気供給手段を構成する。

【００１６】反応釜1内の図示しない被熱交換物を例え
ば加熱する場合は、蒸気供給管２１と自動調節弁２２か
ら加熱に適した温度の蒸気をジャケット部２へ供給する
ことによって、蒸気が反応釜1内の被熱交換物に熱を与
えて加熱する。加熱により凝縮したドレン及び凝縮しな
かった蒸気の一部は、ドレン排出管２３からスチームト
ラップ２５あるいは開閉弁２４を通って吸引手段２６の
エゼクタ２７に吸引されタンク７に至る。

【００１７】加熱する温度は、自動調節弁２２での弁開
度に応じた蒸気温度を適宜調節すると共に、吸引手段２
６の吸引力をエゼクタ２７へ流下する流体の温度を適宜
調節することによって、例えば２０℃程度から１００℃
を越える温度まで任意に設定することができるものであ
る。

【００１８】蒸気と温水の保有する熱量を比較すると、
蒸気は温水よりも数倍から数十倍程度多くの熱量を有し
ている。この多くの熱量を有する低温蒸気で被熱交換物
を加熱する場合は、温水で加熱する場合のように被熱交
換物や装置の熱容量の影響を受けることが少ないため
に、温度制御でもって応答性良く、且つ、温度精度良く
被熱交換物を加熱することができる。

【００１９】本実施例においては、蒸気による加熱のみ
ならず、冷却液体による顕熱冷却及び潜熱冷却を実施す
る例を示す。すなわち、ジャケット部２の下方部から管
路３にバルブ４を取り付けて冷却用のエゼクタ５の吸引
部と接続する。エゼクタ５はそのディフューザ部６をタ
ンク７内に配置して取り付ける。タンク７内でディフュ
ーザ部６の下方には、貫通孔８を設けた隔壁筒９を取り
付ける。タンク７の下部を管路１０で循環ポンプ１１と
接続し、更に循管路１２，１３でエゼクタ５のノズル部
１４と連通する。

【００２０】ノズル部１４には図示しない複数の細孔を
設けて絞り部とする。タンク７内の冷却水等の液体が循
環ポンプ１１で循環され、管路１２，１３からエゼクタ
５のノズル部１４の絞り部を経て隔壁筒９からタンク７
内へと循環する。タンク７の左側部には、冷却流体補充
供給管１５と不凝縮気体排出及びオーバーフロー管１６
をそれぞれ接続する。

【００２１】タンク７からの循環流体の一部は、分岐管
１７からバルブ１８を通ってジャケット部２へ供給され
ることにより、反応釜１内の被熱交換物を冷却するもの
である。また、別途の冷却流体供給管１９にバルブ２０
を介してジャケット部２と接続することにより、温度の
異なった冷却流体で反応釜１内の被熱交換物を冷却する
ことができるものである。

【００２２】このように反応釜１内の被熱交換物を冷却
する場合は、分岐管１７からタンク７内の所定温度の冷
却流体をジャケット部２へ供給すると共に、循環ポンプ
１１を駆動して冷却用エゼクタ５でジャケット部２内の
流体を吸引することによって、ジャケット部２内を所定
の圧力状態、例えば、大気圧以下の真空状態、とするこ
とにより、冷却流体が反応釜１内の被熱交換物の熱を奪
って顕熱冷却し、更に、冷却流体が蒸発することによ
り、その蒸発潜熱によって被熱交換物を潜熱冷却するこ
とができるものである。

【００２３】ジャケット部２で被冷却物の熱を奪って蒸
発気化した気化蒸気は、管路３からエゼクタ５に吸引さ
れタンク７に至る。また、気化せずに残った一部の冷却
流体は、ジャケット部２下部の管路２３を通って吸引手
段２６のエゼクタ２７に吸引され同様にタンク７に至
る。

【００２４】

【発明の効果】本発明の蒸気熱交換装置では、温度検出
手段と温度制御部を設けて、蒸気供給手段から熱交換器
へ供給する蒸気の温度制御を行うことによって、圧力の
変化率は何等考慮する必要が無くなり、低い蒸気温度の
範囲でも温度精度良く熱交換することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の蒸気熱交換装置の実施例を示す構成
図。

【図２】飽和蒸気の圧力と温度の関係を示すグラフ。

【符号の説明】

１ 反応釜 ２ ジャケット部 ５ 冷却用エゼクタ ６ ディフューザ ７ タンク １１ 循環ポンプ ２１ 蒸気供給管 ２２ 自動調節弁 ２３ ドレン排出管 ２６ 吸引手段 ２７ エゼクタ ２８ 循環ポンプ ３０，３１ 温度センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 祐介 兵庫県加古川市野口町長砂881番地 株式 会社テイエルブイ内 Ｆターム(参考） 4G075 AA45 AA63 DA02 EC04

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱交換器へ蒸気を供給する蒸気供給手段
   を接続すると共に、熱交換器内の流体を吸引する吸引手
   段を接続したものにおいて、吸引手段で熱交換器内を大
   気圧以下の真空圧力状態とし、蒸気供給手段若しくは熱
   交換器に蒸気温度を検出する温度検出手段を取り付け
   て、温度検出手段からの検出値に応じて蒸気供給手段か
   ら熱交換器へ供給する蒸気の温度を制御する温度制御部
   を設けたことを特徴とする蒸気熱交換装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、蒸気供給手段から熱
   交換器へ供給する蒸気の温度を６０℃乃至４０℃以下の
   範囲で制御することを特徴とする蒸気熱交換装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、吸引手段がエ
   ゼクタとタンクと循環ポンプを順次連設したエゼクタ式
   真空ポンプであることを特徴とする蒸気熱交換装置。