JP2005279546A

JP2005279546A - 配管装置

Info

Publication number: JP2005279546A
Application number: JP2004099941A
Authority: JP
Inventors: Junichi Hasegawa; 淳一長谷川
Original assignee: Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp
Current assignee: Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2005-10-13

Abstract

【課題】容器等内に溜まっている空気を簡易にして効果的に器外に排出させる配管装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る配管装置は、容器１０の頭部側に設けた入口配管１１と、前記容器１０の底部側に設けた出口配管１２と、前記容器１０の頭部に設けられ、前記出口配管１１に接続するバイパス配管１３とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、配管装置に係り、特に、容器内に、例えば水等の流体を通流させる際、器内に残っている空気および流体に混合されている気泡を器外に効果的に排出させる配管装置に関する。

一般に、配管装置は、供給水の通流の際、管路や容器に空気が溜まっていると、通流を阻害するエアロックが発生したり、あるいは空気が流動する際に生じる伝播音に伴う騒音が発生し、管路やポンプ等に振動を与えたり、また、水に空気中の酸素が溶存し、溶存酸素の影響を受けて管路や容器を腐食させることがある。

このような不都合、不具合な事象を取り除く手段として、例えば、特開平１０−２２７５８１号公報（特許文献１）に見られるように、容器に空気抜き装置を備えるとともに、負圧ラインに接続する別の容器を備え、上述の容器と別の容器との間に弁を備え、この弁を開閉させて上述の容器から空気を器外に排出させたものが開示されている。

また、別の手段として、配管の管路途中に容器を備えている場合、例えば図８に示すように、容器１の頭部側に入口配管２を設け、この入口配管２から供給される流体、例えば、水を容器１の底部側に向って流し、容器１の底部側まで延びた出口配管３を介して器外に流出させていた。

また、配管装置は、入口配管２から容器１の底部側に向って供給される水の流量が増し、水嵩さが高くなるに連れてその自由表面の押圧力が発生し、発生した押圧力によって器内に残っている空気を容器１の頭部側に押圧し、容器１の頭部側に設けた空気抜き配管４を介して器外に排出させていた。
特開平１０−２２７５８１号公報

上述特許文献１に開示された技術には、空気抜き装置として負圧系統や弁を追加して設けた場合、コストの高騰はもとより、空気抜き装置の系統を複雑化させたことに伴う故障等の事故の発生増加や消費電力の増加等幾つかの問題点が含まれていた。

また、図８に示した配管装置は、屋外に設置されているが、空気抜き配管４を開口しておくと、雨水や塵埃等の不純物が流入するため、通常、キャップ５で塞いでいる。

このため、配管装置は、入口配管２から容器１の底部側に向って水が供給され、水嵩さが増して水の自由表面から押圧力によって空気を押圧しても、空気を排出させることができず、空気の抜けないまま溶存酸素になり、容器１や管路を腐食させる等の問題を抱えていた。

本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、容器等内に溜まっている空気および流体に混合されている気泡を簡易にして効果的に器外に排出させる配管装置を提供することを目的とする。

本発明に係る配管装置は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、容器の頭部側に設けた入口配管と、前記容器の底部側に設けた出口配管と、前記容器の頭部に設けられ、前記出口配管に接続するバイパス配管とを備えたものである。

また、本発明に係る配管装置は、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、入口配管と、前記容器の頭部から底部に向って延びる出口配管と、前記容器の頭部に設けられ、前記出口配管に接続する空気抜き配管とを備えたものである。

また、本発明に係る配管装置は、上述の目的を達成するために、請求項３に記載したように、容器は、イオン交換樹脂を収容する構成にしたものである。

また、本発明に係る配管装置は、上述の目的を達成するために、請求項４に記載したように、容器は、熱交換器を収容する構成にしたものである。

また、本発明に係る配管装置は、上述の目的を達成するために、請求項５に記載したように、容器の頭部側に設けた入口配管と、前記容器の底部側に設けた出口配管と、前記容器の頭部に設けられ、前記出口配管に接続するバイパス配管と、このバイパス配管および前記出口配管のうち、少なくともいずれかに設けた流量調整装置とを備えたものである。

また、本発明に係る配管装置は、上述の目的を達成するために、請求項６に記載したように、請求項３記載の容器を燃料電池発電プラントに組み込んだものである。

また、本発明に係る配管装置は、上述の目的を達成するために、請求項７に記載したように、請求項４記載の容器を燃料電池発電プラントに組み込んだものである。

また、本発明に係る配管装置は、上述の目的を達成するために、請求項８に記載したように、請求項５記載の流量調整装置は、弁およびオリフィスのうち、いずれかであることを特徴とする。

本発明に係る配管装置は、流体が容器に流れ込む際、容器内の空間に溜まっている空気を流体の押圧力を利用して自動的に器外に排出させる構成にしたので、器内の空気を容易に器外に排出させることができる。また、同時に、流体に混合されている気泡を器外に容易に排出させることができる。

以下、本発明に係る配管装置の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。

図１は、本発明に係る配管装置の第１実施形態を示す概念図である。

本実施形態に係る配管装置は、容器１０の頭部側の側部に設けた入口配管１１と、容器１０の底部側の側部に設けた出口配管１２と、容器１０の頭部に設けられ、出口配管１２に接続するバイパス配管１３と、バイパス配管１３の出口配管１２への接続後も他の機器に向って延びる合流配管１４を備えて構成されている。

このような構成を備える配管装置において、入口配管１１から供給される流体、例えば水は、容器１０の底部に向って流れ、ここから出口配管１２に容器１０の水位と同じ水位を維持しながら容器１０の頭部側に向って上昇する。

容器１０内の水位が上昇すると、水位の自由表面に押圧力が発生する。この押圧力は、水位の自由表面上に残っている空気を押圧し、流体に混合されている気泡とともに、その空気をバイパス配管１３を介して合流配管１４に排出させる。

容器１０内の水位が一杯になっても入口配管１１から容器１０に水が供給されると、水は出口配管１２とバイパス配管１３とのそれぞれから排出され、合流配管１４で合流する。

このように本実施形態は、容器１０の底部側の側部に設けた出口配管１２に容器１０の頭部に設けたバイパス配管１３を接続させ、容器１０に充水中、容器１０内の空間に残っている空気を充水の押圧力で押圧し、自動的に排出させる構成にしたので、容器１０内の空気を確実にして容易に器外に排出させることができる。

なお、本実施形態は、容器１０の底部側の側部に設けた出口配管１２に容器１０の頭部に設けたバイパス配管１３を接続させ、充水中、容器１０内に残っている空気を器外に排出させているが、この例に限らず、例えば図２に示すように、出口配管１２を容器１０の頭部から底部に向って長く延ばすとともに、容器１０の頭部の別の位置に設けた空気抜き配管１５を出口配管１２に接続させ、接続後、合流配管１４として構成しても、上述と同様に、充水中、容器１０に残っている空気を、自動的に器外に排出させることができる。

図３は、本発明に係る配管装置の第３実施形態を示す概念図である。

本実施形態に係る配管装置は、第１実施形態と同様に、容器１０の頭部側の側部に設けた入口配管１１と、容器１０の底部側の側部に設けた出口配管１２と、容器１０の頭部に設けられ、出口配管１２に接続するバイパス配管１３と、バイパス配管１３の出口配管１２への接続後も他の機器に向って延びる合流配管１４を備えるとともに、容器１０内にイオン交換樹脂１６を収容させたものである。

このように、本実施形態は、容器１０の入口配管１１から供給される流体、例えば水の充水中、充水の自由表面から発生する押圧力を利用して器外に残っている空気を自動的にバイパス配管１３を介して合流配管１４に排出させる構成にしたので、器内に収容するイオン交換樹脂１６は空気による悪影響を受けることがなく、安定した運転を行わせることができる。

図４は、本発明に係る配管装置の第４実施形態を示す概念図である。

本実施形態に係る配管装置は、第１実施形態と同様に、容器１０の頭部側の側部に設けた入口配管１１と、容器１０の底部側の側部に設けた出口配管１２と、容器１２の頭部に設けられ、出口配管１２に接続するバイパス配管１３と、バイパス配管１３の出口配管１２への接続点Ｐを容器１０の高さよりも高くし、その接続点Ｐから他の機器に向って延びる合流配管１４を備えるとともに、容器１０内に熱交換器１７を収容させたものである。

また、熱交換器１７は、加熱媒体入口配管１８と加熱媒体出口配管１９を備えるプレート式熱交換器として構成され、容器１０の入口配管１１から供給される流体（被加熱媒体）、例えば水と、加熱媒体入口配管１８から供給される加熱媒体、例えば蒸気との流れを向流式にして熱交換するタイプになっている。

このように、本実施形態は、容器１０の入口配管１１からの流体、例えば水（被加熱媒体）の充水中、充水の自由表面から発生する押圧力を利用して器内に残っている空気を自動的にバイパス配管１３を介して合流配管１４に排出させる構成にしたので、器内に収容する熱交換器１７からの加熱媒体と容器１０内の水（被加熱媒体）との熱交換の際、空気の影響を受けることなく良好に熱交換させることができる。

図５は、本発明に係る配管装置の第５実施形態を示す概念図である。

本実施形態に係る配管装置は、第１実施形態と同様に、容器１０の頭部側の側部に設けた入口配管１１と、容器１０の底部側の側部に設けた出口配管１２と、容器１０の頭部に設けられ、出口配管１２に接続するバイパス配管１３と、バイパス配管１３の出口配管１２への接続後も他の機器に向って延びる合流配管１４を備えるとともに、バイパス配管１３および出口配管１２のそれぞれに、例えば弁やオリフィス等の流量調整装置２０，２１を備えたものである。

このように、本実施形態は、バイパス配管１３および出口配管１２のそれぞれに流量調整２０，２１をそれぞれ備え、容器１０の入口配管１１からの流体、例えば水の充水中、充水の自由表面から発生する押圧力を利用して器内に残っている空気がバイパス配管１３に流れる際、流量調整装置２０で流量調整させる一方、容器１０から出口配管１２に供給される水を流量調整装置２１で流量調整させる構成にしたので、空気および水のそれぞれを良好に合流配管１４に案内させることができる。

図６は、燃料電池発電プラントに適用する本発明に係る配管装置の第１実施形態を示す概略系統図である。

燃料電池発電プラントは、燃料供給配管２２からの原燃料を水素リッチな燃料ガスに改質させる燃料処理系２３と、燃料処理系２３からの水素リッチな燃料ガスと空気供給系２４のプロア２５から供給された空気とで化学反応させて電力を発生させる燃料電池本体２６とで構成されている。

また、燃料電池本体２６は、水素リッチな燃料ガスと空気に含まれる酸素とで化学反応させて電力を発生させる際、燃料極２７および酸化剤極２８のうち、いずれか少なくとも一方に水を供給し、予め加湿させておく水循環処理系２９を設けている。

そして、この水循環処理系２９は、ポンプ３０と本発明に係る配管装置を備えている。

本発明に係る配管装置は、第３実施形態と同様に、容器１０の頭部側の側部に設けた入口配管１１と、容器１０の底部に設けた出口配管１２と、容器１０の頭部に設けられ、出口配管１２に接続するバイパス配管１３と、バイパス配管１３の出口配管１２への接続後も燃料電池本体２６に延びる合流管１４を備えるとともに、容器１０内にイオン交換樹脂１６を収容する構成になっている。

このように、本実施形態は、燃料電池発電プラントの水循環処理系２９に、本発明に係る配管装置を組み込み、容器１０の入口配管１１からの充水中、充水の自由表面から発生する押圧力を利用して器内に残っている空気を自動的に器外に排出させる構成にしたので、イオン交換樹脂１６による水処理を良好に行わせることができる。

なお、本実施形態は、燃料電池発電プラントの水循環処理系２９に、本発明に係る配管装置を組み込み、容器１０の入口配管１１からの充水中、充水の自由表面から発生する押圧力を利用して器内に残っている空気を自動的に器外に排出させる構成にしたが、この例に限らず、例えば図７に示すように、水循環処理系２９の容器１０内に熱交換器１７を収容させた、図４で示した第４実施形態と同じ構成にしてもよい。

本発明に係る配管装置の第１実施形態を示す概念図。本発明に係る配管装置の第１実施形態を示す概念図。本発明に係る配管装置の第１実施形態を示す概念図。本発明に係る配管装置の第１実施形態を示す概念図。本発明に係る配管装置の第１実施形態を示す概念図。燃料電池発電プラントに適用する本発明に係る配管装置の第１実施形態を示す概略系統図。燃料電池発電プラントに適用する本発明に係る配管装置の第２実施形態を示す概略系統図。従来の配管装置を示す概念図。

符号の説明

１容器
２入口配管
３出口配管
４空気抜き配管
５キャップ
１０容器
１１入口配管
１２出口配管
１３バイパス配管
１４合流配管
１５空気抜き配管
１６イオン交換樹脂
１７熱交換器
１８加熱媒体入口配管
１９加熱媒体出口配管
２０，２１流量調整装置
２２燃料供給配管
２３燃料処理系
２４空気供給系
２５ブロア
２６燃料電池本体
２７燃料極
２８酸化剤極
２９水循環処理系
３０ポンプ

Claims

容器の頭部側に設けた入口配管と、前記容器の底部側に設けた出口配管と、前記容器の頭部に設けられ、前記出口配管に接続するバイパス配管とを備えたことを特徴とする配管装置。
容器の頭部側に設けた入口配管と、前記容器の頭部から底部に向って延びる出口配管と、前記容器の頭部に設けられ、前記出口配管に接続する空気抜き配管とを備えたことを特徴とする配管装置。
容器は、イオン交換樹脂を収容する構成にしたことを特徴とする請求項１または２記載の配管装置。
容器は、熱交換器を収容する構成にしたことを特徴とする請求項１または２記載の配管装置。
容器の頭部側に設けた入口配管と、前記容器の底部側に設けた出口配管と、前記容器の頭部に設けられ、前記出口配管に接続するバイパス配管と、このバイパス配管および前記出口配管のうち、少なくともいずれかに設けた流量調整装置とを備えたことを特徴とする配管装置。
請求項３記載の容器を燃料電池発電プラントに組み込んだことを特徴とする配管装置。
請求項４記載の容器を燃料電池発電プラントに組み込んだことを特徴とする配管装置。
請求項５記載の流量調整装置は、弁およびオリフィスのうち、いずれかであることを特徴とする配管装置。