JP2017201187A - 凝縮水排出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】凝縮水が増加しても排出能力を大きくできる凝縮水排出装置を提供する。【解決手段】蒸気本管から流れ込んだ凝縮水を溜める蓄積管と、蓄積管に設けられ、凝縮水が溜まっていることを検知する温度センサと、蓄積管と連結され、入口部に入った凝縮水を本体部で受け、フィルタを通し、蒸気発生ノズルで蒸気に変換して、蒸気膨張室に排出する第１スチームトラップと、第１スチームトラップの凝縮水抜取り部に連結され、入口部に入った凝縮水を本体部で受け、フィルタを通し、蒸気発生ノズルで蒸気に変換して、蒸気膨張室に排出する第２スチームトラップと、第１、第２スチームトラップに連結され、蒸気を外部に排出するＹ字形の排出管と、第１スチームトラップの出口側に設けられる逆止弁と、第２スチームトラップの出口側に設けられる電磁弁と、蓄積管に凝縮水が溜まっていることを温度センサが検知すると、電磁弁を開とする制御部と、が備えられる。【選択図】図１

Description

本発明は、蒸気発生ノズルを備えた凝縮水排出装置に係り、より詳しくは、蒸気管内の凝縮水を自動的に排出し、凝縮水急激に増加しても、これに追随できる凝縮水排出装置に関する。

蒸気は温度が下がるか圧力が加えられれば、一部が凝縮水となるが、蒸気管内の凝縮水が排出されないと、本来の蒸気の空間を失い温度低下や不通を起こすことになる。そのため、凝縮水排出装置は、蒸気設備に必要不可欠なものである。凝縮水排出装置には、いくつかの方式がある。

機械式のフロート弁は、凝縮水の量に応じて上下動させ、その位置で弁の開閉を行なう。フロート弁は、可動部のフロートが異物を噛み込むと、蒸気を逃がすおそれがある。また、間欠的に弁を開閉するため、圧力に変動が生じ、一次側に凝縮水が残留すると、蒸気で押されて振動し、ウォーターハンマー現象を起こすことがある。そのため、一次側に水を残留させないよう開閉の都度ある程度の蒸気漏れをあえて生じさせ、ウォーターハンマーを防いでいる。そのため蒸気ロスが出やすい。フロート弁は耐用年数が短く、早めの部品交換が必要となるので、管理工数も大きい。

オリフィス式の凝縮水排出装置（特許文献１参照）は、フロート弁のような可動部品がなく、蒸気漏れはないが、孔が細いので排出性能が低い。オリフィス式は、孔の長さが短いので、凝縮水の流速を速めて圧力を低下させるには、極めて細い孔とせざるを得ない。また、蒸気が十分に生成されず、流路の抵抗も小さいため、蒸気ロスを生じる。一般に、オリフィスは、板厚が３〜１０ｍｍであり、スチームトラップを行なう孔の長さとしては短い。そのため特許文献１では、多段式のオリフィスを使用して抵抗を増やしている。

本出願人は、長尺な蒸気発生ノズルを備えた凝縮水排出装置（特許文献２参照）を提案した。これはノズル式で、蒸気発生ノズルの内部で凝縮水の流速を速めて圧力を低下させ蒸気にして排出する。オリフィス式に比べて、抵抗が大きく蒸気ロスも少なく、多くの凝縮水を排出できる。機械式に比べても、可動部分がないから、部品寿命が長く管理工数も少ない。

本出願人は、さらに、サイクロンを備えた凝縮水排出装置（特許文献３参照）を提案した。この凝縮水排出装置は、蒸気設備の凝縮水が、気温の変動などにより急激に増加しても対応できる。しかしながら、（ａ）サイクロンを使用しない簡単な構成で凝縮水の急激な増加に対応できること、（ｂ）蒸気設備の立ち上げ時に、配管内の空気を外部に逃がすこと、などの改良が望まれる。

実開平６−２８４９６号公報 特開２０１５−１３７７４５号公報 特願２０１４−２０８９２０号

本発明の目的は、簡単な構成で、凝縮水の量が急激に増加しても、凝縮水の排出能力を大きくできる凝縮水排出装置を提供することにある。また、蒸気設備の立ち上げ時、蒸気管内の空気を排出することができる凝縮水排出装置を提供することにある。

本発明による凝縮水排出装置は、蒸気本管から流れ込んだ凝縮水を溜める蓄積管と、前記蓄積管に設けられ、凝縮水が溜まっていることを検知する温度センサと、前記蓄積管に連結され、入口部に入った凝縮水を本体部で受け、フィルタを通し、蒸気発生ノズルで蒸気に変換して、蒸気膨張室に排出する第１スチームトラップと、前記第１スチームトラップの凝縮水抜取り部に連結され、入口部に入った凝縮水を本体部で受け、フィルタを通し、蒸気発生ノズルで蒸気に変換して、蒸気膨張室に排出する第２スチームトラップと、前記第１スチームトラップの出口部と、前記第２スチームトラップの出口部とを連結し、蒸気を外部に排出するＹ字形の排出管と、前記第１スチームトラップの出口側に設けられる逆止弁と、前記第２スチームトラップの出口側に設けられる電磁弁と、前記蓄積管に凝縮水が溜まっていることを前記温度センサが検知すると、前記電磁弁を開とする制御部と、が備えられることを特徴とする。

前記電磁弁は、前記蒸気設備の電源オフで開とされ、前記蒸気設備の電源オン時、タイマーが作動し所定時間を計数する間も、開とされることを特徴とする。

前記蒸気発生ノズルは、取り付け孔に交換可能に装着され、長さが２０〜４０ｍｍで、孔径が０．２〜１８ｍｍの長孔が穿設されていることを特徴とする。

前記蒸気発生ノズルは、前記長孔の径が入口側から出口側に向かって段階的に大きく形成されていることを特徴とする。

前記蒸気発生ノズルには、複数の蒸気吐出孔と前記長孔の出口を塞ぐ栓を備えたキャップが設けられ、前記蒸気吐出孔から吐出される蒸気の量が調節されることを特徴とする。

前記第１スチームトラップおよび第２スチームトラップには、前記フィルタを通過した凝縮水が流入する調圧室と、前記調圧室の体積を増減させるダイヤフラムの減圧弁と、が備えられることを特徴とする。

本発明の凝縮水排出装置によれば、（１）第１スチームトラップの凝縮水抜取り部に第２スチームトラップを連結したので、構成が簡単で、同じ部品を２つが使用できる。（２）蓄積管にセンサを設け、凝縮水が溜まっていることを検知すると、第２スチームトラップの出口側に設けた電磁弁を開き、第２スチームトラップの凝縮水を排出管に排出するので、凝縮水の急激な増加に対応できる。通常は、第１スチームトラップのみで運転できる。（３）蓄積管は、タンクの場合と比べて、適量の凝縮水を溜め込むことができ、連結も容易である。（４）凝縮水に含まれる塵は、どの排出ルートでもフィルタで分離されるので、クリーンな凝縮水が排出でき、凝縮水の再利用が可能である。

電磁弁は、蒸気設備の電源オン時、タイマーが作動して所定時間を計数する間も、開とされるので、蒸気管内の空気を排出することができる。

蒸気発生ノズルは、長孔が２０〜４０ｍｍと長く、また孔径が０．２〜１８ｍｍとしたので、凝縮水の流速が速まり、圧力が低下して蒸気に変化させることができる。凝縮水が長孔内で蒸気となるので、これが抵抗となり、蒸気の通過が抑止できる。つまり、凝縮水を蒸気にしたので、より通過しにくくできる。

蒸気発生ノズルは、長孔の径が入口側から出口側に向かって段階的に大きくされるので、出口側の孔が摩耗しにくい。また、蒸気が効果的に出口側に導かれ、塵が集積しにくい。

蒸気発生ノズルに、蒸気量調節キャップを設けたので、栓と長孔の出口との隙間を調節できる。これによれば、１つの蒸気発生ノズルで冬場と夏場の凝縮水の変動に対応できる。

第１スチームトラップおよび第２スチームトラップに、フィルタを通過した凝縮水が流入する調圧室と、調圧室の体積を増減させるダイヤフラムの減圧弁と、をさらに備えることにより、蒸気本管の圧力が変動しても、減圧弁の作用により調圧室の圧力を一定にできる。これにより蒸気発生ノズルによる凝縮水の排出量が一定に維持できる。

本発明による凝縮水排出装置の構成図である。 電磁弁の制御信号を示す説明図である。 図１の第１スチームトラップの断面図（例Ａ）である。 図１の第１スチームトラップの断面図（例Ｂ）である。内部に調圧室とダイヤフラムの減圧弁が備えられる。 蒸気発生ノズル（例１）の斜視図である。 図５の蒸気発生ノズルの断面図である。（Ａ）は長孔がストレートの場合、（Ｂ）は長孔の径が段階的に大きく形成される場合である。 蒸気発生ノズル（例２）を示す図で、（Ａ）は蒸気発生ノズル１７の正面図、（Ｂ）は右側面図である。 図７の蒸気発生ノズルの断面図である。（Ａ）は、キャップ緩めて長孔の出口を開放した場合、（Ｂ）は、キャップの栓をさらに緩めて長孔の出口を拡張した場合である。 水位センサの説明図である。

以下、図面を参照して、本発明による凝縮水排出装置を詳しく説明する。

図１は、本発明による凝縮水排出装置１００の構成図である。凝縮水排出装置１００は、蒸気本管１に連結され、蒸気本管１の内部に発生した凝縮水７を除去する。凝縮水排出装置１００は、蓄積管３と、第１スチームトラップ８と、第２スチームトラップ９と、を備える。蓄積管３は、蒸気設備の蒸気本管１から引込み管２を介して流れ込んだ凝縮水７を溜める。第１スチームトラップ８は、蓄積管３に連結管２２で連結され、凝縮水７を蒸気に変換して排出管４に排出する。第２スチームトラップ９は、連結管２０で第１スチームトラップ８の凝縮水抜取り部８ｄに連結され、凝縮水７を蒸気に変換して排出管４に排出する。第１スチームトラップ８と第２スチームトラップ９は同じ部品を使用できる。

蓄積管３には、温度センサ２４が設けられ、凝縮水７が溜まっていることを検知する。排出管４は略Ｙ字形で、第１スチームトラップ８の出口部８ｃと、第２スチームトラップ９の出口部９ｃを連結し、蒸気を外部に導く。逆止弁２３は、排出管４の第１スチームトラップ８側に設けられ、第２スチームトラップ９から排出される蒸気が、第１スチームトラップ８に戻ることを防ぐ。電磁弁６は、排出管４の第２スチームトラップ９側に設けられ、凝縮水７が溜まっている場合に閉から開とされる。すなわち、第１スチームトラップ８と第２スチームトラップ９の両方が、凝縮水７を蒸気に変換して排出する。通常は、第１スチームトラップ８のみが凝縮水７を蒸気に変換して排出する。制御部１２は、温度センサ２４が蓄積管３に凝縮水７が溜まっていることを検知すると、電磁弁６を開とするよう制御する。なお、電磁弁６は、ソレノイドバルブであるが、モータで駆動の弁としてもよい。第２スチームトラップ９の凝縮水抜取り部９ｄには、塵抜きバルブ１４が設けられ、通常は閉じられている。

図２は、電磁弁６の制御信号を示す説明図である。蒸気設備（ボイラなどを含む）が電源オンになると、図１に示す制御部１２に電源が供給され、電磁弁６は閉とされる。電源オフの時は、電磁弁６は開とされ、弁が開いた状態にある。蒸気設備の電源オンで、運転が開始されると、電磁弁６は、開から閉とされ、蓄積管３に凝縮水７が溜まると、制御部１２が電磁弁６を開とする。電源オンで電磁弁６を直ちに閉とすると、例えば第２スチームトラップ９内の空気が外部に逃げないので、タイマーを作動させ、所定時間を計数している間は、電磁弁６を開とした。開としている時間は、蒸気設備の操作パネルから設定でき、例えば１０分に設定できる。図２では、電磁弁６を閉とする制御信号Ｓを示す。制御信号Ｓに電圧があれば閉が指示され、電圧がない状態では開が指示されている。蒸気設備を運転中、温度センサ２４が凝縮水の温度を検知すると、所定の時間もしくは、温度センサ２４の温度が、より高温の蒸気の温度になるまで、制御信号Ｓで開が指示される。

図３は、図１の第１スチームトラップ８の断面図（例Ａ）である。第１スチームトラップ８は、入口部８ａと、本体部８ｂと、出口部８ｃと、凝縮水抜き取り部８ｄと、からなる。入口部８ａが蓄積管３に連結管２２で連結され、入口部８ａに入った凝縮水７は、本体部８ｂのフィルタ１５を通過し、蒸気発生ノズル１７で蒸気１８に変換され、蒸気膨張室５に排出される。蒸気膨張室５の蒸気１８は、押し出されて出口部８ｃに至る。出口部８ｃには、Ｙ字形の排出管４の一方が連結される。この間に蒸気１８は、温度が低下して再び凝縮水７となる。凝縮水抜き取り部８ｄには、連結管２０が設けられ、フィルタ１５を通さない凝縮水７が第２スチームトラップに送られる。プラグ１９を外せば、蒸気発生ノズル１７の交換ができる。

なお、第２スチームトラップ９の断面図（例Ａ）は、図３の第１スチームトラップ８の断面図と同じである。図示は省略する。第２スチームトラップ９の凝縮水抜き取り部９ｄ（図３の８ｄ相当）には、塵抜きバルブ１４（図１参照）が設けられ、通常は閉じた状態にある。定期的に塵抜きバルブ１４を開き、蓄積した塵を除去する。第２スチームトラップ９の出口部９ｃ（図３の８ｃに相当）には、Ｙ字形の排出管４の他方が連結される。

図４は、図１の第１スチームトラップ８の断面図（例Ｂ）である。内部に調圧室３５とダイヤフラムの減圧弁３４が備えられる。減圧弁３４は、具体的にはダイヤフラムである。ダイヤフラムは、調圧室３５の側壁に設けられ、伸縮して調圧室３５の体積を増減する。ダイヤフラムは、薄い金属製の円板で、内部の圧力が高ければ膨張し、内部の圧力が低ければ縮む。

図４に示すように、蓄積管３の凝縮水７は、連結管２２を通って、入口部８ａに入り、本体部８ｂのフィルタ１５を通過して、球体弁３６から調圧室３５に流入する。ここで本体部８ｂの圧力をＰ１、調圧室３５の圧力をＰ２、蒸気膨張室５の圧力をＰ３とする。例としてＰ１が大きくなると、Ｐ２も大きくなり減圧弁３４であるダイヤフラムが圧力調整バネ３７に抗して持ち上がる。すると調圧室３５の体積が増加するので、調圧室３５の圧力Ｐ２が低下する。そのためＰ２が一定に保たれる。この時、減圧弁３４と球体弁３６は、操作棒２１で連結されているので、球体弁３６が台座に接近し、調圧室３５に流入する凝縮水７を制限する。なお、覆い部３１は、圧力調整バネ３７と減圧弁３４の外側を覆い、壁には空気孔３２が設けられる。圧力調整バネ３７は、ノブ３０を回動することで、きつくもゆるくも設定できる。プラグ１９は、これを外すことで、蒸気発生ノズル１７の交換ができる。

図５は、蒸気発生ノズル（例１）の斜視図である。例１の蒸気発生ノズル１７は、外側にネジが切られており、第１スチームトラップ８または第２スチームトラップ９の取付け孔に交換可能にネジ着される。ネジ部の外径は、取付け孔の径に合わせて２４ｍｍである。蒸気発生ノズル１７は、長さが２０〜４０ｍｍで、中央に長孔１７ａが穿設されている。凝縮水７は、蒸気発生ノズル１７を通過する時、流速が速くなる圧力が下がり蒸気となる。凝縮水７が蒸気１８になって排出される。蒸気発生ノズル１７は、長孔１７ａの径が０．２〜１８ｍｍで、複数種類が用意される。例えば、長孔１７ａの径が１８ｍｍの蒸気発生ノズル１７は、蒸気本管１の圧力が低く、凝縮水の発生が多い場合に使用できる。

図６は、図５の蒸気発生ノズル１７の断面図である。（Ａ）は長孔１７ａがストレートの場合、（Ｂ）は長孔１７ａの径が段階的に大きく形成される場合である。（Ａ）に示すように、長孔１７ａは、入口から出口に向かってストレートである。この図の長孔１７ａの径は約１６ｍｍで、蒸気本管１の圧力が低く（ただし大気圧よりは少し高い）場合に使用できる。（Ｂ）に示す蒸気発生ノズル１７は、入口から出口に向かってラッパ型で、３段階で孔径を大きくした。（Ｂ）に示す蒸気発生ノズル１７は、蒸気本管１の圧力が高い場合に使用できる。段階的に孔径が大きくなるので、凝縮水７に含まれる塵が長孔１７ａ内に集積しにくい。また、出口側が削られることが抑えられるので、長寿命にできる。

図７は、蒸気発生ノズル１７（例２）を示す図で、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は右側面図である。例２の蒸気発生ノズル１７は、入口の外側にネジが切られており、第１スチームトラップ８または第２スチームトラップ９の取付け孔に交換可能にネジ着される。ネジ部の外径は、取付け孔に合わせて２４ｍｍである。出口の外側にもネジが切られており、キャップ４０がネジ着される。全体の長さＬは、２０〜４０ｍｍとすることができ、この例では３８ｍｍである。（Ｂ）に示すように、キャップ４０には、８個の蒸気吐出孔３８を設けた。蒸気吐出孔３８の断面積の合計は、長孔１７ａの出口の断面積より等しいかやや大きい。

図８は、図７の蒸気発生ノズル１７の断面図である。（Ａ）は、キャップ４０の栓３９を緩めて長孔１７ａの出口を開放した場合、（Ｂ）は、キャップ４０の栓３９をさらに緩めて長孔１７ａの出口を拡張した場合である。キャップ４０は、複数の蒸気吐出孔３８と、長孔１７ａの出口を塞ぐ栓３９とを備える。キャップ４０を回動することで、栓３９が長孔１７ａの出口の隙間を広くしたり狭くしたりする。そして、長孔１７ａを出た蒸気は、蒸気吐出孔３８から吐出される。長孔１７ａは、入口から出口に向かって４段階で大きくした。長孔１７ａの各径は、この例では、０．７ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、２．５ｍｍである。キャップ付きの蒸気発生ノズルを使用すれば、他の蒸気発生ノズルに交換することなく、例えば冬場と夏場の凝縮水の変動に対応することができる。

図９は、水位センサ１３の説明図である。本実施例では、図１に示すように、蓄積管３に凝縮水７が溜まっていることを温度センサ２４で検知したが、水位センサ１３で検知することもできる。水位センサ１３は蓄積管３内部に設置する。例として水位センサ１３は、上限センサ１３ａと下限センサ１３ｂで構成する。制御部１２は、蓄積管３の水位が、上限センサ１３ａに達したことを検知すると電磁弁６を開き、第１スチームトラップ８に加えて、第２スチームトラップ９からも凝縮水７を排出管４に排出する。蓄積管３の水位が、下限センサ１３ｂの位置より低下したことを検知すると電磁弁６を閉じる。

本発明の凝縮水排出装置は、凝縮水が急激に増えても、これに追随して排出できる装置として好適である。

１ 蒸気本管
２ 引込み管
３ 蓄積管
４ 排出管
５ 蒸気膨張室
６ 電磁弁
７ 凝縮水
８ 第１スチームトラップ
８ａ 入口部
８ｂ 本体部
８ｃ 出口部
８ｄ 凝縮水抜取り部
９ 第２スチームトラップ
９ｃ 出口部
９ｄ 凝縮水抜取り部
１２ 制御部
１３ 水位センサ
１３ａ 上限センサ
１３ｂ 下限センサ
１４ 塵抜きバルブ
１５ フィルタ
１７ 蒸気発生ノズル
１７ａ 長孔
１８ 蒸気
１９ プラグ
２０ 連結管
２２ 連結管
２３ 逆止弁
２４ 温度センサ
３０ ノブ
３１ 覆い部
３２ 空気孔
３４ 減圧弁
３５ 調圧室
３６ 球体弁
３７ 圧力調整バネ
３８ 蒸気吐出孔
３９ 栓
４０ キャップ
１００ 凝縮水排出装置
Ｐ１ 凝縮水蓄積管の圧力
Ｐ２ 調圧室の圧力
Ｐ３ 蒸気膨張室の圧力

Claims (6)

1. 蒸気本管から流れ込んだ凝縮水を溜める蓄積管と、
   前記蓄積管に設けられ、凝縮水が溜まっていることを検知する温度センサと、
   前記蓄積管に連結され、入口部に入った凝縮水を本体部で受け、フィルタを通し、蒸気発生ノズルで蒸気に変換して、蒸気膨張室に排出する第１スチームトラップと、
   前記第１スチームトラップの凝縮水抜取り部に連結され、入口部に入った凝縮水を本体部で受け、フィルタを通し、蒸気発生ノズルで蒸気に変換して、蒸気膨張室に排出する第２スチームトラップと、
   前記第１スチームトラップの出口部と、前記第２スチームトラップの出口部とを連結し、蒸気を外部に排出するＹ字形の排出管と、
   前記第１スチームトラップの出口側に設けられる逆止弁と、
   前記第２スチームトラップの出口側に設けられる電磁弁と、
   前記蓄積管に凝縮水が溜まっていることを前記温度センサが検知すると、前記電磁弁を開とする制御部と、
   が備えられることを特徴とする凝縮水排出装置。
   
2. 前記電磁弁は、前記蒸気設備の電源オフで開となり、前記蒸気設備の電源オン時、タイマーが作動し所定時間を計数する間も、開とされることを特徴とする請求項１に記載の凝縮水排出装置。
   
3. 前記蒸気発生ノズルは、取り付け孔に交換可能に装着され、長さが２０〜４０ｍｍで、孔径が０．２〜１８ｍｍの長孔が穿設されていることを特徴とする請求項１に記載の凝縮水排出装置。
   
4. 前記蒸気発生ノズルは、前記長孔の径が入口側から出口側に向かって段階的に大きく形成されていることを特徴とする請求項３に記載の凝縮水排出装置。
   
5. 前記蒸気発生ノズルには、複数の蒸気吐出孔と前記長孔の出口を塞ぐ栓を備えたキャップが設けられ、前記蒸気吐出孔から吐出される蒸気の量が調節されることを特徴とする請求項３に記載の凝縮水排出装置。
   
6. 前記第１スチームトラップまたはおよび第２スチームトラップには、
   前記フィルタを通過した凝縮水が流入する調圧室と、
   前記調圧室の体積を増減させるダイヤフラムの減圧弁と、
   が備えられることを特徴とする請求項１に記載の凝縮水排出装置。
   
   

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