JP2020118305A - Steam heat exchange system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蒸気熱交換システムに関する。 The present invention relates to steam heat exchange systems.
ボイラで発生した蒸気が熱交換器に供給され、熱交換器において蒸気と被加熱物(例えば、空気など)とで熱交換が行われる蒸気熱交換システムが提案されている(例えば、特許文献1)。 A steam heat exchange system has been proposed in which steam generated in a boiler is supplied to a heat exchanger, and heat is exchanged between the steam and an object to be heated (for example, air) in the heat exchanger (for example, Patent Document 1). ).
熱交換器内における蒸気が流通する管内では、蒸気の潜熱が被加熱物の加熱に利用されてドレンが生じる。ドレンは、例えば、熱交換器の管の内面に膜状に形成されて、管内に滞留することがある。蒸気熱交換システムでは、ドレンが熱交換器の管内に滞留すると、熱交換器における熱貫流率(被加熱物への熱の伝わり易さ)が低下してしまう。 In the pipe in which the steam flows in the heat exchanger, the latent heat of the steam is used for heating the object to be heated to generate drainage. The drain may be formed in a film shape on the inner surface of the tube of the heat exchanger and may stay in the tube. In the steam heat exchange system, when drainage stays in the tubes of the heat exchanger, the heat transmission coefficient (ease of heat transfer to the object to be heated) in the heat exchanger decreases.
そこで、熱交換器に供給する蒸気の単位時間あたりの蒸気量、すなわち、蒸気の流速を高くし、熱交換器の管内に滞留するドレンを、蒸気によって熱交換器外に送出することが考えられる。 Therefore, it is conceivable to increase the amount of steam supplied to the heat exchanger per unit time, that is, the flow velocity of the steam, and to send the drain accumulated in the pipe of the heat exchanger to the outside of the heat exchanger by the steam. ..
しかし、熱交換器の管内に滞留するドレンを蒸気によって熱交換器外に送出する態様では、ドレンとともに蒸気も送出されるため、蒸気が何ら熱交換に利用されないまま無駄に排出されてしまう(蒸気のロスが大きい)。 However, in the mode in which the drain accumulated in the pipe of the heat exchanger is sent to the outside of the heat exchanger by the steam, the steam is also sent together with the drain, so the steam is wastefully discharged without being used for heat exchange (steam). Is large).
本発明は、このような課題に鑑み、蒸気のロスを抑えつつ、熱交換器における熱貫流率の低下を防止することが可能な蒸気熱交換システムを提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a steam heat exchange system capable of preventing a decrease in heat transmission coefficient in a heat exchanger while suppressing steam loss.
上記課題を解決するために、本発明の蒸気熱交換システムは、蒸気供給源から供給された蒸気と被加熱物とで熱交換を行い、熱交換によって生じたドレンを、蒸気供給源から供給される蒸気の一部とともに送出口から送出する第1熱交換器と、第1熱交換器の送出口から供給されたドレンと蒸気とを分離する分離器と、分離器で分離された蒸気が供給され、供給された蒸気と被加熱物との間で熱交換を行う第2熱交換器と、を備える。 In order to solve the above problems, the steam heat exchange system of the present invention performs heat exchange between the steam supplied from the steam supply source and the object to be heated, and the drain generated by the heat exchange is supplied from the steam supply source. First heat exchanger that sends out from the outlet together with a part of the steam that is supplied, a separator that separates the drain and the steam that are supplied from the outlet of the first heat exchanger, and the steam that is separated by the separator. And a second heat exchanger that exchanges heat between the supplied steam and the object to be heated.
また、分離器で分離された蒸気を第2熱交換器に導く蒸気流通部と、蒸気流通部に設けられ、蒸気流通部における流路の所定区間の断面積を絞るオリフィスと、を備えてもよい。 In addition, a steam distribution unit that guides the steam separated by the separator to the second heat exchanger, and an orifice that is provided in the steam distribution unit and that narrows the cross-sectional area of a predetermined section of the flow path in the steam distribution unit may be provided. Good.
また、蒸気流通部における分離器とオリフィスとの間に設けられ、蒸気流通部における流路の開度を変化させる圧力調整弁と、蒸気が流通する経路のうち第1熱交換器の下流側であり圧力調整弁の上流側である1次側蒸気流通経路に設けられ、1次側蒸気流通経路を流通する蒸気の圧力を検出する圧力計と、圧力計の圧力に基づいて圧力調整弁の開度を制御する制御部と、を備えてもよい。 In addition, a pressure adjusting valve provided between the separator and the orifice in the steam circulation unit for changing the opening of the flow path in the steam circulation unit, and on the downstream side of the first heat exchanger in the route through which the steam flows. Yes A pressure gauge provided on the primary steam distribution path upstream of the pressure adjustment valve for detecting the pressure of steam flowing through the primary steam distribution path, and the opening of the pressure adjustment valve based on the pressure of the pressure gauge. And a control unit that controls the degree.
また、蒸気流通部における分離器とオリフィスとの間に設けられ、蒸気流通部における流路の開度を変化させる圧力調整弁と、ドレンが流通する経路のうち第1熱交換器の下流側であり、分離器で分離されたドレンを捕集するトラップの上流側である1次側ドレン流通経路に設けられ、1次側ドレン流通経路を流通するドレンの温度を検出する温度計と、温度計の温度に基づいて圧力調整弁の開度を制御する制御部と、を備えてもよい。 In addition, a pressure adjusting valve provided between the separator and the orifice in the steam circulation unit for changing the opening of the flow path in the steam circulation unit, and on the downstream side of the first heat exchanger in the passage through which the drain flows. A thermometer that is provided in the primary-side drain flow path that is upstream of the trap that collects the drain separated by the separator, and that detects the temperature of the drain that flows in the primary-side drain flow path; And a control unit that controls the opening degree of the pressure control valve based on the temperature.
また、蒸気流通部における分離器とオリフィスとの間に設けられ、蒸気流通部における流路の開度を変化させる圧力調整弁と、圧力調整弁とオリフィスとの間またはオリフィスと第2熱交換器との間に設けられ、蒸気流通部を流通する蒸気の圧力を検出する圧力計と、圧力計の圧力に基づいて、圧力調整弁の開度を制御する制御部と、を備えてもよい。 Further, a pressure adjusting valve which is provided between the separator and the orifice in the steam flowing portion and changes the opening of the flow path in the steam flowing portion, and between the pressure adjusting valve and the orifice or between the orifice and the second heat exchanger. A pressure gauge, which is provided between the pressure gauge and the pressure gauge, detects the pressure of the steam flowing through the steam flow section, and a control section that controls the opening of the pressure adjusting valve based on the pressure of the pressure gauge.
また、蒸気流通部における分離器とオリフィスとの間に設けられ、蒸気流通部における流路の開閉を切り替える電動弁と、蒸気流通部における電動弁とオリフィスとの間またはオリフィスと第2熱交換器との間に設けられ、蒸気流通部を流通する蒸気の圧力を検出する圧力計と、圧力計の圧力が所定の第1閾値を超えた場合、電動弁を閉じ、圧力計の圧力が第1閾値よりも小さな所定の第2閾値を下回った場合、電動弁を開ける制御部と、を備えてもよい。 In addition, an electric valve provided between the separator and the orifice in the steam distribution unit and switching between opening and closing of the flow path in the steam distribution unit, and between the electric valve and the orifice in the steam distribution unit or the orifice and the second heat exchanger. And a pressure gauge for detecting the pressure of the steam flowing through the steam flow section, and when the pressure of the pressure gauge exceeds a predetermined first threshold value, the electric valve is closed and the pressure of the pressure gauge is set to the first pressure. A control unit may be provided that opens the motor-operated valve when it falls below a predetermined second threshold value that is smaller than the threshold value.
また、内部空間の圧力が大気圧以下に設定され、分離器で分離されたドレンが内部空間に供給され、供給されたドレンからフラッシュ蒸気を発生させるフラッシュタンクを備え、フラッシュタンクで発生したフラッシュ蒸気を第2熱交換器に供給してもよい。 In addition, the pressure of the internal space is set below atmospheric pressure, the drain separated by the separator is supplied to the internal space, and a flash tank that generates flash vapor from the supplied drain is provided. May be supplied to the second heat exchanger.
本発明によれば、蒸気のロスを抑えつつ、熱交換器における熱貫流率の低下を防止することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to prevent a decrease in the heat transmission coefficient in a heat exchanger while suppressing steam loss.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態の態様について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。 Aspects of embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiments are merely examples for facilitating understanding of the invention, and do not limit the invention unless otherwise specified. In this specification and the drawings, elements having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals to omit redundant description, and elements not directly related to the present invention are omitted. To do.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態による蒸気熱交換システム1の構成を示す概略図である。図1では、信号の流れを破線の矢印で示し、水、蒸気およびドレンの流れの方向を実線の矢印で示している。以下では、本実施形態に関係する構成や処理について詳細に説明し、本実施形態と無関係の構成や処理については説明を省略する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the steam heat exchange system 1 according to the first embodiment. In FIG. 1, the signal flow is indicated by a dashed arrow, and the directions of water, steam, and drain flows are indicated by solid arrows. In the following, configurations and processes related to this embodiment will be described in detail, and descriptions of configurations and processes unrelated to this embodiment will be omitted.
蒸気熱交換システム1は、給水タンク10、蒸気供給源20、第1熱交換器24、第1減圧弁28、空気抜き弁30、第2熱交換器50、第2減圧弁56、分離器60、温度計68、圧力調整弁70、圧力計72、オリフィス74、逆止弁76、空気抜き弁78、制御部80を含んで構成される。
The steam heat exchange system 1 includes a
給水タンク10は、例えば、筒状に形成され、補給水管12を通じて供給された水を貯留する。また、給水タンク10には、後述の第1トラップ14、第2トラップ16および第3トラップ18からドレンが回収される。
The
給水タンク10と蒸気供給源20との間には、給水配管22が設けられている。給水タンク10は、貯留した水を、給水配管22を通じて蒸気供給源20に供給する。
A
蒸気供給源20は、例えば、ボイラである。蒸気供給源20は、給水タンク10から供給された水を加熱して高圧の蒸気を発生させる。蒸気供給源20と第1熱交換器24との間には、第1送入管26が設けられている。蒸気供給源20は、発生した蒸気を、第1送入管26を通じて第1熱交換器24に送出する。蒸気供給源20は、送出する蒸気の圧力が所定圧力になるように圧力制御されている。蒸気供給源20から送出される蒸気の圧力は、例えば、0.8MPaGである。なお、PaGは、大気圧を基準とした相対的な圧力であるゲージ圧を示す。
The
第1送入管26には、第1減圧弁28が設けられる。第1減圧弁28は、第1送入管26における第1減圧弁28に対して蒸気供給源20側の蒸気の圧力よりも、第1熱交換器24側の蒸気の圧力を下げる。第1減圧弁28で減圧された蒸気は、第1熱交換器24に送られる。
The
蒸気の圧力が0.8MPaGの場合、蒸気の温度は、約175℃である。また、蒸気の圧力が0.5MPaGの場合、蒸気の温度は、約150℃である。例えば、約150℃の蒸気が第1熱交換器24で必要な場合、第1熱交換器24に供給される蒸気の圧力は、第1減圧弁28によって、0.8MPaGから約0.5MPaGに減圧される。これにより、適切な温度の蒸気を第1熱交換器24に供給することができる。また、蒸気の圧力を減圧すると潜熱が増加するため、第1熱交換器24における熱交換の効率を上げることができる。
When the steam pressure is 0.8 MPaG, the steam temperature is about 175°C. When the steam pressure is 0.5 MPaG, the steam temperature is about 150°C. For example, when steam of about 150° C. is required in the
なお、第1熱交換器24において約175℃の蒸気が必要な場合、第1減圧弁28を設けず、蒸気供給源20から0.8MPaGの蒸気を直接的に第1熱交換器24に供給してもよい。
When steam of about 175° C. is required in the
また、第1送入管26には、空気抜き弁30が設けられる。例えば、蒸気熱交換システム1の立ち上げ時などでは、第1送入管26内に空気が残っていることがある。第1送入管26内に空気があると、蒸気の温度が飽和温度より低くなり、第1熱交換器24における熱交換の効率が低下するおそれがある。
An
空気抜き弁30は、第1送入管26内の温度が所定温度を下回っている間、または、下回ると開弁し、所定温度以上となると閉弁する。第1送入管26内に空気が残っていると、第1送入管26内の温度が所定温度より低くなって空気抜き弁30が開弁する。そうすると、第1送入管26内の空気が、空気抜き弁30を通じて第1送入管26外に排出される。空気が排出されると、蒸気の温度が上昇して飽和温度に近づき、空気抜き弁30が閉弁される。これにより、空気抜き弁30は、第1送入管26を流通する蒸気の温度を飽和温度にさせることができる。
The
図2は、第1熱交換器24の構成例を示す正面図である。図3は、図2のIII方向の左側面図である。図4は、図2のIV方向の右側面図である。
FIG. 2 is a front view showing a configuration example of the
第1熱交換器24は、送入側ヘッダ32、送出側ヘッダ34、複数の熱交換管36を含んで構成される。送入側ヘッダ32および送出側ヘッダ34は、例えば、内部に空間を有する扁平した箱状に形成されている。送入側ヘッダ32および送出側ヘッダ34は、対向配置される。
The
熱交換管36は、直管状に形成されている。熱交換管36の一端は、送入側ヘッダ32に連通している。つまり、複数の熱交換管36のそれぞれの一端が、送入側ヘッダ32で集合されている。熱交換管36の他端は、送出側ヘッダ34に連通している。つまり、複数の熱交換管36のそれぞれの他端が、送出側ヘッダ34で集合されている。
The
送入側ヘッダ32における熱交換管36の反対側には、1の送入口38が設けられている。送入口38は、例えば、送入側ヘッダ32の比較的上部側に設けられている。第1送入管26は、送入口38に連通している。
One
送出側ヘッダ34における熱交換管36の反対側には、1の送出口40が設けられている。送出口40は、例えば、送出側ヘッダ34の比較的下部側に設けられている。第1送出管42は、送出口40に連通している。
One
複数の熱交換管36は、第1熱交換器24の高さ方向(図3および図4の上下方向)および第1熱交換器24の奥行方向(図3および図4の左右方向)のそれぞれにおいて並列に配置されている。複数の熱交換管36は、それぞれの熱交換管36の隙間を、被加熱物の一例である空気が通過することができるように、略均等に離隔して配置されている。なお、熱交換管36の本数および配列は、図2〜図4に示す例に限らない。また、被加熱物は空気に限らず、例えば、水などであってもよい。
The plurality of
熱交換管36の外周面には、外周面から外側に張り出すフィン44が設けられている。フィン44は、例えば、熱交換管36の長手方向に、らせん状に設けられている。フィン44は、隣接する熱交換管36のフィン44と互いに接触しないように設けられている。フィン44は、熱交換管36の表面積(伝熱面)を増加させるために設けられている。
On the outer peripheral surface of the
第1熱交換器24は、蒸気供給源20から第1送入管26を通じて供給された蒸気と被加熱物とで熱交換を行う。具体的には、第1送入管26を通じて供給される蒸気は、まず、送入口38を介して送入側ヘッダ32に入る。その後、送入側ヘッダ32の蒸気は、複数の熱交換管36に分配して送られる。熱交換管36内を流通する蒸気は、熱交換管36の外周面およびフィン44に接触する被加熱物(例えば、空気)と熱交換を行う。熱交換管36を流通する蒸気の潜熱が被加熱物の加熱に利用されると(蒸気の潜熱が被加熱物に移動すると)、蒸気の温度が低下して蒸気が凝縮し、熱交換管36内にドレン(水)が生じる。
The
なお、第1熱交換器24の構成は、図2〜図4で例示した構成に限らない。例えば、第1熱交換器24は、窯状の構造物の周囲に設けられる構成であってもよいし、紙などを巻き付けるローラの内部に設けられる構成であってもよい。また、第1熱交換器24は、シェルアンドチューブ式の熱交換器であってもよいし、プレート式の熱交換器であってもよい。
The configuration of the
ここで、比較例として、第1熱交換器24に供給された蒸気を第1熱交換器24ですべて利用する蒸気熱交換システムが挙げられる。この比較例の蒸気熱交換システムでは、第1熱交換器24に供給された蒸気の潜熱が被加熱物の加熱にすべて利用されるため、熱交換管36、送出側ヘッダ34および送出口40を介して第1送出管42に蒸気が送出されない。
Here, as a comparative example, there is a steam heat exchange system in which the steam supplied to the
しかし、この比較例の蒸気熱交換システムでは、ドレンが、それぞれの熱交換管36の内面に膜状に形成されて、それぞれの熱交換管36内に滞留することがある。ドレンが膜状となって熱交換管36内に滞留すると、第1熱交換器24における熱貫流率(被加熱物への熱の伝わり易さ)が低下してしまう。
However, in the steam heat exchange system of this comparative example, the drain may be formed in a film shape on the inner surface of each
そこで、第1実施形態の蒸気熱交換システム1では、第1熱交換器24に単位時間あたりに供給する蒸気量(つまり、第1熱交換器24に供給する蒸気の流速)を、上述した比較例の蒸気熱交換システムに比べて大きくする。換言すると、第1実施形態の蒸気熱交換システム1では、第1熱交換器24で利用される蒸気の単位時間あたりの蒸気量よりも多い蒸気が第1熱交換器24の送入口38に供給される。
Therefore, in the steam heat exchange system 1 of the first embodiment, the amount of steam supplied to the
以下では、第1熱交換器24に供給された蒸気を第1熱交換器24で丁度すべて利用するときの単位時間あたりの蒸気量を、定格蒸気量と呼ぶ。例えば、第1実施形態の蒸気熱交換システム1において、定格蒸気量を100%とすると、第1熱交換器24の送入口38には、単位時間あたりに蒸気量が101%〜110%の蒸気が供給される。
Below, the amount of steam per unit time when the
第1実施形態の蒸気熱交換システム1では、熱交換管36内の蒸気の流速が、上述した比較例に比べて高くなる。このため、熱交換管36内で生じたドレンは、熱交換管36内を流通する蒸気によって蒸気の流れの下流側へ押し流される。
In the steam heat exchange system 1 of the first embodiment, the flow velocity of steam in the
そして、第1実施形態の蒸気熱交換システム1では、第1熱交換器24で利用される蒸気量よりも多くの蒸気量の蒸気を第1熱交換器24に供給するため、第1熱交換器24で生じたドレンが、第1熱交換器24で利用されなかった(余剰の)蒸気とともに送出口40から送出される。例えば、第1実施形態の蒸気熱交換システム1では、定格蒸気量に対する蒸気量が1%〜10%の蒸気を、第1熱交換器24の送出口40から送出するようにしている。
Then, in the steam heat exchange system 1 of the first embodiment, since the steam having the steam amount larger than the steam amount used in the
つまり、第1熱交換器24は、熱交換によって生じたドレンを、蒸気供給源20から第1熱交換器24に供給される蒸気の一部とともに第1熱交換器24外に送出する。第1実施形態の蒸気熱交換システム1は、熱交換によって生じたドレンが第1熱交換器24外に送出されるため、熱交換管36の内面にドレンが膜状に滞留しない。これにより、第1実施形態の蒸気熱交換システム1では、上述した比較例に比べ、第1熱交換器24における熱貫流率の低下を防止することが可能となる。
That is, the
図1に戻って説明すると、第1実施形態の蒸気熱交換システム1では、第1熱交換器24で利用されなかった(余剰の)蒸気を、低圧の第2熱交換器50で利用する構成としている。
Referring back to FIG. 1, in the steam heat exchange system 1 according to the first embodiment, the (excessive) steam that is not used in the
第2熱交換器50は、例えば、供給される蒸気の圧力および供給元以外は図2〜図4を用いて説明した第1熱交換器24と同様の構成となっている。第2熱交換器50は、供給された蒸気と被加熱物(空気)とで熱交換を行う。
The
第1送出管42は、分離器60に連通している。第1送出管42の途中には、第1送出管42よりも鉛直下方に延びる第1ドレン回収管62が連通されている。第1ドレン回収管62には、第1トラップ14が設けられている。第1トラップ14は、第1ドレン回収管62に入ったドレンを捕集する。第1トラップ14で捕集されたドレンは、給水タンク10に回収される。なお、第1ドレン回収管62および第1トラップ14は、省略されてもよい。
The
第1熱交換器24から送出される蒸気の流速が高いため、ドレンの一部は、第1ドレン回収管62に入らず、蒸気とともに分離器60に送られる。つまり、分離器60には、第1熱交換器24で利用されなかった(余剰の)蒸気とドレンとが供給される。
Since the flow velocity of the steam sent from the
分離器60は、例えば、第1送出管42の断面積よりも断面積が大きな管により構成される。第2ドレン回収管64は、分離器60の鉛直下方に連通している。蒸気流通管(蒸気流通部)66は、分離器60の鉛直上方に連通している。
The
分離器60は、第1送出管42を通じて供給された蒸気とドレンとを分離する。具体的には、蒸気およびドレンが分離器60に入ると、ドレンは、自重で鉛直下方に移動して第2ドレン回収管64に入る。一方、蒸気は、ドレンよりも相対的に軽いことから、主に鉛直上方に拡散して蒸気流通管66に入る。
The
第2ドレン回収管64には、第2トラップ16が設けられている。第2トラップ16は、分離器60で分離されて第2ドレン回収管64に入ったドレンを捕集する。第2トラップ16で捕集されたドレンは、給水タンク10に回収される。
The second
温度計68は、第2ドレン回収管64における分離器60と第2トラップ16との間に設けられる。温度計68は、第2ドレン回収管64内の温度を測定する。つまり、温度計68は、第1熱交換器24から送出されたドレン(分離器60で分離されたドレン)の温度を測定する。
The
第1熱交換器24において、ドレンは、上流から下流にかけてまんべんなく生じる。上流側で生じたドレンは、徐々に下流側に移動するが、第1熱交換器24に滞留する時間が長い。第1熱交換器24に滞留する時間が長いと、ドレンの温度が低下する。そして、第1熱交換器24内にドレンが多く溜まるほど、第1熱交換器24から送出された際のドレンの温度の低下幅が大きい。そこで、蒸気熱交換システム1では、第1熱交換器24から送出されたドレンの温度を検出し、第1熱交換器24内のドレンの排出を制御する。
In the
また、第1熱交換器24から排出されたドレンは、第1送出管42、分離器60および第2ドレン回収管64を移動して第2トラップ16で捕集される。ドレンは、蒸気が凝縮されてドレンとなってから時間が経過するほど温度が低下し易いため、ドレンが移動する経路の下流に向かうほど温度が低下する。温度が低下するほど、飽和温度との温度差の導出時における温度計68の測定誤差の影響が少なくなり、その温度差を正確に導出することができる。このため、温度計68は、下流側に位置する第2ドレン回収管64に設けられている。
The drain discharged from the
なお、温度計68を設ける位置は、第2ドレン回収管64における分離器60と第2トラップ16との間に限らない。例えば、ドレンの温度を精密に測定する必要がない場合には、温度計68は、分離器60に設けられてもよいし、あるいは、第1送出管42に設けられてもよい。つまり、温度計68は、ドレンが流通する経路のうち第1熱交換器24の下流側であり、第2トラップ16の上流側である1次側ドレン流通経路に設けられ、1次側ドレン流通経路を流通するドレンの温度を検出してもよい。
The position at which the
蒸気流通管66は、第2熱交換器50の送入口54に連通している。蒸気流通管66は、分離器60で分離された蒸気(第1熱交換器24で利用されなかった蒸気)を第2熱交換器50に導く。
The
蒸気流通管66には、圧力調整弁70が設けられる。圧力調整弁70は、蒸気流通管66における流路の開度を変化させる。
A
圧力計72は、分離器60に設けられる。圧力計72は、サイフォン管73を介して分離器60に接続される。圧力計72は、分離器60内の蒸気の圧力を検出する。
The
なお、圧力計72を設ける位置は、分離器60に限らない。例えば、圧力計72は、第1送出管42に設けられてもよいし、蒸気流通管66における分離器60と圧力調整弁70との間に設けられてもよい。つまり、圧力計72は、蒸気が流通する経路のうち第1熱交換器24の下流側であり圧力調整弁70の上流側である1次側蒸気流通経路に設けられ、1次側蒸気流通経路を流通する蒸気の圧力を検出してもよい。
The position where the
蒸気流通管66における圧力調整弁70と第2熱交換器50との間には、オリフィス74が設けられている。オリフィス74は、例えば、円環状に形成され、蒸気流通管66における流路の所定区間の断面積を絞る。オリフィス74は、第1送出管42内の蒸気の流速、および、分離器60とオリフィス74との間の蒸気流通管66内の蒸気の流速が高くなり過ぎないように、その流速を所定流速に抑える。所定流速は、例えば、定格蒸気量の10%の蒸気が分離器60に流れるときの流速である。また、オリフィス74は、オリフィス74よりも蒸気の流れの下流側にある蒸気の圧力を、オリフィス74よりも蒸気の流れの上流側にある蒸気の圧力に比べて低下させる。
An
蒸気流通管66におけるオリフィス74と第2熱交換器50との間には、逆止弁76が設けられる。逆止弁76は、分離器60から第2熱交換器50に向かう方向の流れを許可し、第2熱交換器50から分離器60に向かう方向の流れを阻止する。
A
蒸気流通管66における分離器60と圧力調整弁70との間には、空気抜き弁78が設けられる。空気抜き弁78は、蒸気流通管66内の温度が所定温度を下回っている間、または、下回ると開弁し、所定温度以上となると閉弁する。空気抜き弁78は、蒸気流通管66内に残る空気を蒸気流通管66外に排出することで、蒸気流通管66を流通する蒸気の温度を飽和温度にさせることができる。
An
制御部80は、中央処理装置(CPU)、不揮発性メモリ、揮発性メモリ等を含む半導体集積回路から構成される。制御部80は、圧力計72で検出された圧力に基づいて、分離器60内の圧力(圧力計72の圧力)が概ね一定となるように、圧力調整弁70の開度(または閉度)を制御する。その結果、蒸気流通管66におけるオリフィス74と第2熱交換器50との間の圧力が所定圧力に調整されることとなる。
The
圧力計72の圧力が上昇すると、第1熱交換器24内の圧力勾配が小さくなり、第1熱交換器24から送出される蒸気量が減少し、第1熱交換器24からドレンが排出され難くなる。このため、制御部80は、圧力計72の圧力が上昇する方向に変化しようとすると、圧力調整弁70の開度を上げる。圧力調整弁70の開度が上がると、第1熱交換器24の下流側の圧力が低下し、第1熱交換器24内の圧力勾配が大きくなり、第1熱交換器24からドレンが排出され易くなる。
When the pressure of the
また、圧力計72の圧力が低下すると、第1熱交換器24からドレンが排出され易くなるが、第1熱交換器24から蒸気が過剰に送出される。このため、制御部80は、圧力計72の圧力が低下する方向に変化しようとすると、圧力調整弁70の開度を下げる。圧力調整弁70の開度が下がると、第1熱交換器24の下流側の圧力が上昇し、第1熱交換器24から蒸気が過剰に送出されることを抑制できる。
Further, when the pressure of the
また、制御部80は、温度計68で検出された温度に基づいて、圧力調整弁70の開度(または閉度)を制御してもよい。
Further, the
第1熱交換器24内にドレンが溜まると、温度計68で検出される温度が低下し、飽和温度との温度差が大きくなる。このため、制御部80は、温度計68の温度が低下すると(飽和温度との温度差が大きくなると)、圧力調整弁70の開度を上げる。圧力調整弁70の開度が上がると、第1熱交換器24の下流側の圧力が低下し、第1熱交換器24からドレンが排出され易くなる。
When drainage collects in the
また、第1熱交換器24内にドレンがあまり溜まっていないと、温度計68で検出される温度が上昇し、飽和温度との温度差が小さくなる。このため、制御部80は、温度計68の温度が上昇すると(飽和温度との温度差が小さくなると)、圧力調整弁70の開度を下げる。圧力調整弁70の開度が下がると、第1熱交換器24の下流側の圧力が上昇し、第1熱交換器24から蒸気が過剰に送出されることを抑制できる。
Further, when the drain is not much accumulated in the
蒸気熱交換システム1では、圧力計72の圧力に基づく圧力調整弁70の制御、および、温度計68の温度に基づく圧力調整弁70の制御のいずれかが、第1熱交換器24の構成などによって選択される。
In the steam heat exchange system 1, one of the control of the
例えば、蒸気が流通する距離(例えば、熱交換管36の長さ)が長い第1熱交換器24では、上流側で生じたドレンが下流側に移動するまでに時間がかかって、ドレンの温度が大きく低下する。このような、ドレンの温度の低下幅が大きな第1熱交換器24では、第1熱交換器24から送出されるドレンの温度を検出することで、飽和温度とドレンの温度との温度差を精度よく導出することができる。このため、ドレンの温度の低下幅が大きな第1熱交換器24の場合、蒸気熱交換システム1は、温度計68の温度に基づいて圧力調整弁70を制御する構成とされる。
For example, in the
また、蒸気が流通する距離が短い第1熱交換器24では、上流側で生じたドレンが早く下流側に到達するため、ドレンの温度の低下幅が小さい。このような、ドレンの温度の低下幅が小さな第1熱交換器24では、飽和温度とドレンの温度との温度差を精度よく導出することが困難となる。このため、ドレンの温度の低下幅が小さな第1熱交換器24の場合には、温度計68の温度に基づいて圧力調整弁70の制御を行うのは適切ではない。
Further, in the
しかし、蒸気が流通する距離が短い場合には、第1熱交換器24内の圧力が、第1熱交換器24外の圧力の変化に対して早く応答する。このような、圧力の応答性がよい第1熱交換器24としては、例えば、キルンなどのような伝熱面で囲まれた容積が大きなものがある。圧力の応答性がよい第1熱交換器24の場合、蒸気熱交換システム1は、圧力計72の圧力に基づいて圧力調整弁70を制御する構成とされる。この態様では、圧力調整弁70の制御の応答遅れを抑えることができる。
However, when the distance through which the steam flows is short, the pressure inside the
なお、制御部80は、圧力計72の圧力と温度計68の温度との両方に基づいて、圧力調整弁70の制御を行ってもよい。
The
また、第1送入管26における第1減圧弁28と第1熱交換器24との間には、流量計82が設けられる。流量計82は、第1送入管26を通じて送入口38に送入される蒸気の流量を測定する。流量計82で測定された流量は、第1熱交換器24を介して第2熱交換器50へ供給する蒸気量を調整する際に用いられる。
Further, a
ここで、第1実施形態の蒸気熱交換システム1では、第1熱交換器24で利用されなかった蒸気を第2熱交換器50で利用するが、第1熱交換器24を介して第2熱交換器50に供給される蒸気だけでは、第2熱交換器50で消費すべき蒸気量を満たせないことがある。このため、第2熱交換器50には、第1熱交換器24を介して蒸気が供給されることに加え、蒸気供給源20の蒸気が減圧されて直接的に供給される。
Here, in the steam heat exchange system 1 of the first embodiment, the steam that is not used in the
具体的には、第2送入管52は、第1送入管26における蒸気供給源20と第1減圧弁28との間に連通している。また、第2送入管52は、蒸気流通管66における逆止弁76と第2熱交換器50との間に連通している。
Specifically, the
第2送入管52には、第2減圧弁56が設けられている。第2減圧弁56は、第2送入管52における第2減圧弁56に対して、蒸気供給源20側の蒸気の圧力よりも、第2熱交換器50側の蒸気の圧力を下げる。第2減圧弁56で減圧された蒸気は、第2熱交換器50に送られる。第2減圧弁56は、第1減圧弁28よりも減圧幅が大きい。つまり、第2熱交換器50に供給される蒸気の圧力は、第1熱交換器24に供給される蒸気の圧力よりも低い。第2熱交換器50に供給される蒸気の圧力は、例えば、0.2MPaGである。
The
また、第3ドレン回収管84は、第2熱交換器50の送出口86に連通している。第3ドレン回収管84には、第3トラップ18が設けられている。第3トラップ18は、第2熱交換器50で生じたドレンを捕集する。第3トラップ18で捕集されたドレンは、給水タンク10に回収される。
Further, the third
なお、第2熱交換器50に供給される蒸気の圧力は、0.2MPaGより低くてもよい。この場合、第3トラップ18の代わりに、蒸気駆動式ポンプが第3ドレン回収管84に設けられてもよい。蒸気駆動式ポンプは、第1熱交換器24等を含む蒸気系統とは別系統の蒸気を用いて、第3ドレン回収管84に入るドレンを回収して給水タンク10に移送する。
The pressure of the steam supplied to the
また、第1実施形態の蒸気熱交換システム1では、第1熱交換器24と第2熱交換器50とが並行して運用される。例えば、第2熱交換器50は、被加熱物の予熱を行い、第1熱交換器24は、予熱された被加熱物の加熱を行う。
Further, in the steam heat exchange system 1 of the first embodiment, the
図5は、第1実施形態の蒸気熱交換システム1における立ち上げ時の操作を説明するためのフローチャートである。図5のフローチャートに示す処理は、蒸気熱交換システム1の管理者や使用者など(以下、管理者等という)によって行われる。 FIG. 5: is a flowchart for demonstrating the operation at the time of starting in the steam heat exchange system 1 of 1st Embodiment. The process shown in the flowchart of FIG. 5 is performed by an administrator or a user of the steam heat exchange system 1 (hereinafter referred to as an administrator).
まず、管理者等は、圧力調整弁70を閉状態にさせ(S100)、この状態において、蒸気供給源20から蒸気を第1熱交換器24に供給させるようにする(S110)。この状態では、第1熱交換器24の送入口38と送出口40との圧力差がほとんどないため、蒸気供給源20から第1熱交換器24に供給される蒸気は、第1熱交換器24ですべて利用される。
First, the administrator or the like closes the pressure regulating valve 70 (S100), and in this state, causes the
次に、管理者等は、この状態において、流量計82が示す流量を目視で確認し(S120)、確認した流量を定格蒸気量に決定する(S130)。 Next, in this state, the administrator or the like visually confirms the flow rate indicated by the flow meter 82 (S120), and determines the confirmed flow rate as the rated vapor amount (S130).
次に、管理者等は、決定した定格蒸気量に基づいて、第1熱交換器24の送入口38に送入させる目標の蒸気量(目標送入蒸気量)を決定する(S140)。例えば、管理者等は、定格蒸気量の110%を目標送入蒸気量に決定する。なお、定格蒸気量の110%を目標送入蒸気量に決定する態様に限らない。例えば、管理者等は、定格蒸気量の101%から定格蒸気量の110%の範囲の中から目標送入蒸気量を決定してもよい。
Next, the manager or the like determines the target amount of steam to be fed into the
次に、管理者等は、圧力調整弁70を任意の開度で開かせる(S150)。圧力調整弁70が開くと、第1熱交換器24の送出口40の圧力が低下し、それに連れて第1熱交換器24の送入口38の圧力が低下する。
Next, the administrator or the like opens the
このとき、蒸気供給源20は、第1熱交換器24に供給する蒸気の圧力が一定となるように制御されている。このため、蒸気供給源20は、第1熱交換器24の送入口38の圧力を、低下する前の圧力に戻すべく、出力する蒸気の圧力を上昇させる。
At this time, the
これにより、蒸気供給源20は、圧力調整弁70を開かせる前の流量よりも多量の蒸気を第1熱交換器24に供給することとなる。
As a result, the
次に、管理者等は、圧力計72の設定値を制御部80に設定する(S160)。圧力計72の設定値の設定が行われると、制御部80は、圧力調整弁70の開度を、その設定値に基づいたものにさせる。制御部80の動作については、後に詳述する。
Next, the administrator or the like sets the set value of the
次に、管理者等は、流量計82が示す蒸気の流量を目視で確認し(S170)、蒸気の流量が目標送入蒸気量に一致するか否かを判定する(S180)。蒸気の流量が目標送入蒸気量に一致しない場合(S180におけるNO)、管理者等は、圧力計72の設定値を変更して設定し直す(S160)。
Next, the administrator or the like visually confirms the flow rate of the steam indicated by the flow meter 82 (S170), and determines whether the flow rate of the steam matches the target feed-in steam amount (S180). When the flow rate of steam does not match the target steam input amount (NO in S180), the administrator or the like changes the setting value of the
一方、蒸気の流量が目標送入蒸気量に一致した場合(S180におけるYES)、管理者等は、一連の操作を終了する。このように、管理者等は、流量計82が示す蒸気の流量が目標送入蒸気量となるような圧力計72の設定値をトライアンドエラーで見つけ出す。
On the other hand, when the flow rate of steam matches the target amount of steam to be fed (YES in S180), the administrator or the like ends the series of operations. In this way, the administrator or the like finds the set value of the
図6は、圧力計72の圧力に基づいた制御部80の動作を説明するフローチャートである。まず、制御部80は、蒸気熱交換システム1の停止指示があったか否を判定する(S200)。制御部80は、蒸気熱交換システム1の停止指示があった場合(S200におけるYES)、一連の処理を終了する。
FIG. 6 is a flowchart illustrating the operation of the
一方、制御部80は、蒸気熱交換システム1の停止指示がなかった場合(S200におけるNO)、所定時間が経過したか否かを判定する(S210)。所定時間が経過していない場合(S210におけるNO)、制御部80は、ステップS200の処理に戻る。
On the other hand, when there is no instruction to stop the steam heat exchange system 1 (NO in S200), the
一方、所定時間が経過した場合(S210におけるYES)、制御部80は、圧力計72が示す圧力を取得する(S220)。次に、制御部80は、取得した圧力計72の圧力と圧力計72の設定値との圧力差を導出する(S230)。次に、制御部80は、導出された圧力差がゼロとなるような圧力調整弁70の目標開度を導出する(S240)。そして、制御部80は、圧力調整弁70を、導出した目標開度で開かせ(S250)、ステップS200の処理に戻る。制御部80は、このようにして、圧力計72の圧力が設定値になるように圧力調整弁70の開度を制御する。その結果、蒸気熱交換システム1では、第1熱交換器24を介して第2熱交換器50に供給される蒸気量が、目標送入蒸気量に基づいた流量に制御される。
On the other hand, when the predetermined time has elapsed (YES in S210), the
図7は、温度計68の温度に基づいた制御部80の動作を説明するフローチャートである。図7のフローチャートは、ステップS220〜S240に代えてステップS320〜S340が行われる点において図6のフローチャートと異なる。したがって、図6のフローチャートのステップと等しいステップについては説明を省略し、異なるステップについて詳述する。
FIG. 7 is a flowchart illustrating the operation of the
制御部80は、所定時間が経過した場合(S210におけるYES)、温度計68の温度を取得する(S320)。次に、制御部80は、取得した温度計68の温度と蒸気の飽和温度との温度差を導出する(S330)。次に、制御部80は、導出された温度差に基づいて圧力調整弁70の目標開度を導出する(S340)。そして、制御部80は、圧力調整弁70を、導出した目標開度で開かせる(S250)。
When the predetermined time has passed (YES in S210), the
ここで、第1熱交換器24から第2トラップ16に至る1次側ドレン流通経路にドレンが溜まってくると、温度計68が設置されている第2ドレン回収管64内の温度が、飽和温度に対して低下する。つまり、この場合、ステップS330で導出された温度差が大きくなる。
Here, when the drain collects in the primary side drain flow path from the
制御部80は、導出された温度差が、前回の制御周期において導出された温度差よりも大きければ、目標開度を増加させる。そうすると、第1熱交換器24の送出口40から送出される蒸気量が増加する。これにより、1次側ドレン流通経路内のドレンが蒸気によって押し流され易くなり、ドレンの排出が促進される。
The
また、1次側ドレン流通経路内のドレンが、押し流されて減少すると、第2ドレン回収管64内の温度が、飽和温度に近づく。つまり、この場合、ステップS330で導出された温度差が小さくなる。
When the drain in the primary side drain flow path is washed away and reduced, the temperature in the second
制御部80は、導出された温度差が、前回の制御周期において導出された温度差よりも小さければ、目標開度を減少させる。そうすると、第1熱交換器24の送出口40から送出される蒸気量が減少する。これにより、送出口40から蒸気が過剰に送出されることを防止できる。
If the derived temperature difference is smaller than the temperature difference derived in the previous control cycle, the
以上のように、第1実施形態の蒸気熱交換システム1では、第1熱交換器24の熱交換管36内で生じたドレンが蒸気によって第1熱交換器24外に送出されるとともに、第1熱交換器24外に送出された蒸気が第2熱交換器50で利用される。
As described above, in the steam heat exchange system 1 of the first embodiment, the drain generated in the
したがって、第1実施形態の蒸気熱交換システム1によれば、蒸気熱交換システム1全体として蒸気のロスを抑えつつ、第1熱交換器24における熱貫流率の低下を防止することが可能となる。
Therefore, according to the steam heat exchange system 1 of the first embodiment, the steam heat exchange system 1 as a whole can suppress the loss of steam and prevent the reduction of the heat transmission coefficient in the
また、第1実施形態の蒸気熱交換システム1では、蒸気流通管66の途中にオリフィス74を設けて、第1熱交換器24とオリフィス74との間の蒸気の流速が高くなり過ぎないようにしている。これにより、第1実施形態の蒸気熱交換システム1では、第1熱交換器24で利用されない蒸気が、必要以上に多くなることを抑えることができる。換言すると、第1実施形態の蒸気熱交換システム1では、ドレンを第1熱交換器24から送出させるのに適切な量(具体的には、定格蒸気量の1%〜10%)の蒸気を第1熱交換器24から送出させることができる。
Further, in the steam heat exchange system 1 of the first embodiment, an
なお、第2熱交換器50には、第1熱交換器24で利用されなかった蒸気が供給されるとともに、蒸気供給源20から第2減圧弁56を介して直接的に蒸気が供給されていた。しかし、第2熱交換器50には、第1熱交換器24で利用されなかった蒸気が供給されればよく、蒸気供給源20から第2減圧弁56を介して直接的に蒸気が供給されなくてもよい。
The
また、第2減圧弁56を介して第2熱交換器50に蒸気を補充する場合には、第2熱交換器50における蒸気の圧力を、第1熱交換器24における蒸気の圧力に比べ、十分に小さくする。
When the
また、蒸気熱交換システム1において、空気抜き弁30、78の位置は、第1送入管26および蒸気流通管66に限らない。また、空気抜き弁の数は、2個に限らず、1個でもよく、3個以上であってもよい。空気抜き弁の数を多くするほど、空気を早急に抜くことができる。
Further, in the steam heat exchange system 1, the positions of the
(第2実施形態)
図8は、第2実施形態による蒸気熱交換システム100の構成を示す概略図である。第1実施形態では、第1熱交換器24と圧力調整弁70との間(圧力調整弁70の1次側)に圧力計72が設けられていた。これに対し、第2実施形態の蒸気熱交換システム100では、圧力計72が圧力調整弁70の2次側に設けられる。なお、蒸気熱交換システム100では、温度計68が省略されている。
(Second embodiment)
FIG. 8 is a schematic diagram showing the configuration of the steam
蒸気熱交換システム100において、圧力計72は、蒸気流通管66における圧力調整弁70とオリフィス74との間に設けられている。圧力計72は、サイフォン管73を介して蒸気流通管66に接続される。圧力計72は、圧力調整弁70とオリフィス74との間の蒸気流通管66内の蒸気の圧力を検出する。
In the steam
第2実施形態の制御部80は、圧力調整弁70とオリフィス74との間の蒸気流通管66内の蒸気の圧力(圧力計72の圧力)が概ね一定となるように、圧力調整弁70の開度を制御する。制御部80は、圧力計72の圧力が低下する方向に変化しようとすると、圧力調整弁70の開度を上げ、圧力計72の圧力が上昇する方向に変化しようとすると、圧力調整弁70の開度を下げることで所定圧力を維持させる。
The
したがって、第2実施形態の蒸気熱交換システム100では、第1実施形態と同様に、蒸気熱交換システム100全体として蒸気のロスを抑えつつ、第1熱交換器24における熱貫流率の低下を防止することが可能となる。
Therefore, in the steam
なお、圧力計72は、蒸気流通管66におけるオリフィス74と第2熱交換器50との間に設けられてもよい。この場合、制御部80は、オリフィス74と第2熱交換器50との間の蒸気流通管66内における蒸気の圧力に基づいて、圧力調整弁70の開度を制御してもよい。
The
また、制御部80は、圧力計72の圧力に基づいて圧力調整弁70の開度を制御していた。しかし、制御部80は、流量計82が示す流量を取得し、その流量に基づいて圧力調整弁70の開度を制御してもよい。この場合、制御部80は、圧力計72の圧力を取得しなくてもよい。
Further, the
また、蒸気熱交換システム100において、圧力調整弁70、圧力計72および制御部80に代えて、信号の授受を必要としない減圧弁を、分離器60とオリフィス74との間に設けてもよい。
Further, in the steam
(第3実施形態)
図9は、第3実施形態による蒸気熱交換システム200の構成を示す概略図である。第3実施形態の蒸気熱交換システム200は、分離器60と第2熱交換器50との間の蒸気の圧力を制御する構成が第2実施形態と異なる。また、第3実施形態の蒸気熱交換システム200は、第1熱交換器24と第2熱交換器50とが個別に運用可能となっている。
(Third Embodiment)
FIG. 9 is a schematic diagram showing the configuration of the steam
第2実施形態において、蒸気流通管66には、分離器60側から順に、空気抜き弁78、電動弁(モータバルブ)202、絞り弁204、オリフィス74、圧力計72、逆止弁76が設けられている。換言すると、オリフィス74は、蒸気流通管66における分離器60と第2熱交換器50との間に設けられている。電動弁202は、蒸気流通管66における分離器60とオリフィス74との間に設けられている。絞り弁204は、蒸気流通管66における電動弁202とオリフィス74との間に設けられている。空気抜き弁78は、蒸気流通管66における分離器60と電動弁202との間に設けられている。圧力計72は、蒸気流通管66におけるオリフィス74と第2熱交換器50との間に設けられている。逆止弁76は、蒸気流通管66における圧力計72と第2熱交換器50との間に設けられている。
In the second embodiment, the
電動弁202は、蒸気流通管66における流路の開閉(オンまたはオフ)を切り替える。絞り弁204は、蒸気流通管66における流路の開度を変化させる。絞り弁204の開度は、手動で変えられる。例えば、管理者等は、流量計82が示す流量を目視で確認し、その流量が定格蒸気量の110%となるように絞り弁204の開度を手動で調整する。圧力計72は、オリフィス74と第2熱交換器50との間において蒸気流通管66を流通する蒸気の圧力を検出する。なお、オリフィス74は、絞り弁204をオリフィス74として機能させることが可能な場合(蒸気流通管66を流通する蒸気流量を絞り弁204で十分に抑えることが可能な場合)には、省略されてもよい。
The motor-operated
制御部80は、圧力計72で検出された圧力に基づいて、電動弁202の開閉(オンまたはオフ)を制御する。具体的には、制御部80は、圧力計72で検出された圧力が所定の第1閾値を超えた場合、電動弁202を閉じる。電動弁202が閉じられると、電動弁202よりも第2熱交換器50側には蒸気が流れない。一方、制御部80は、圧力計72で検出された圧力が、第1閾値よりも小さな所定の第2閾値を下回った場合、電動弁202を開ける。電動弁202が開かれると、分離器60とオリフィス74との間の蒸気の流量は、絞り弁204の開度に基づいたものとなる。
The
図10は、第3実施形態の蒸気熱交換システム200の動作を説明するための説明図である。例えば、時刻T0と時刻T1との間の時間において、第1熱交換器24と第2熱交換器50との両方が動作しているとする。この場合、圧力計72の圧力は、第2閾値以下となっている。このため、制御部80は、電動弁202を開状態に維持させる。
FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining the operation of the steam
この状態から、時刻T1において、第1熱交換器24が動作を維持しつつ第2熱交換器50が停止したとする。そうすると、第1熱交換器24の送出口40から蒸気が出続けるが、第2熱交換器50では蒸気が消費されなくなるため、蒸気流通管66内の蒸気の圧力が上昇する。つまり、この場合、第2熱交換器50の送入口54の圧力が上昇することとなる。
From this state, at time T1, it is assumed that the
そして、圧力計72の圧力(オリフィス74と第2熱交換器50との間の蒸気の圧力)が時刻T2において第1閾値を超えると、制御部80は、電動弁202を閉じる。電動弁202が閉じられると、電動弁202と第2熱交換器50との間の蒸気の圧力の上昇が抑制される。
Then, when the pressure of the pressure gauge 72 (the pressure of the steam between the
その後、時刻T3において第2熱交換器50が再び動作したとする。このとき、電動弁202と第2熱交換器50との間に滞留していた蒸気が第2熱交換器50で消費されるため、圧力計72の圧力が下降する。
After that, it is assumed that the
そして、圧力計72の圧力が時刻T4において第2閾値を下回ると、制御部80は、電動弁202を開ける。電動弁202が開かれると、蒸気流通管66を通じて第1熱交換器24から第2熱交換器50に蒸気が供給されるため、圧力計72の圧力の下降が抑制されることとなる。その後、制御部80は、圧力計72の圧力が第1閾値を超えるまで、電動弁202を開状態に維持させる。
Then, when the pressure of the
以上のように、第3実施形態の蒸気熱交換システム200は、第1実施形態と同様に、蒸気熱交換システム200全体として蒸気のロスを抑えつつ、第1熱交換器24における熱貫流率の低下を防止することが可能となる。
As described above, the steam
加えて、第3実施形態の蒸気熱交換システム200によれば、第2熱交換器50が単独で運転停止したとしても、第2熱交換器50の送入口54の蒸気の圧力が必要以上に上昇するのを防止することができる。その結果、第2熱交換器50の損傷を防止することができる。
In addition, according to the steam
また、電動弁202の開閉の基準となる第1閾値と第2閾値とは、所謂ヒステリシスを構成している。このため、第3実施形態の蒸気熱交換システム200は、第1閾値と第2閾値とが一致する態様に比べ、電動弁202が必要以上に頻繁に開閉してしまうこと(換言すると、ハンチング)を抑制することができる。
In addition, the first threshold value and the second threshold value that are the reference for opening and closing the motor-operated
なお、圧力計72は、蒸気流通管66におけるオリフィス74と第2熱交換器50との間に設けられていた。しかし、圧力計72は、蒸気流通管66における電動弁202とオリフィス74との間に設けられてもよい。この場合、制御部80は、電動弁202とオリフィス74との間の蒸気流通管66内における蒸気の圧力に基づいて、電動弁202の開閉および絞り弁204の開度を制御してもよい。また、圧力計72は、第1送出管42に設けられてもよく、分離器60に設けられてもよく、あるいは、蒸気流通管66における分離器60と電動弁202との間に設けられてもよい。
The
(第4実施形態)
図11は、第4実施形態による蒸気熱交換システム300の構成を示す概略図である。第1実施形態の蒸気熱交換システム1は、第1トラップ14および第2トラップ16で捕集したドレンを給水タンク10に回収していた。これに対し、第4実施形態の蒸気熱交換システム300では、第1トラップ14および第2トラップ16で捕集したドレンからフラッシュ蒸気を生成し、第1熱交換器24で利用されなかった蒸気と合わせてフラッシュ蒸気も第2熱交換器50に供給する。
(Fourth Embodiment)
FIG. 11 is a schematic diagram showing the configuration of the steam
第1トラップ14は、逆止弁302を介してフラッシュタンク310に接続されている。逆止弁302は、第1トラップ14からフラッシュタンク310に向かう方向の流れを許可し、フラッシュタンク310から第1トラップ14に向かう流れを阻止する。
The
第2トラップ16は、逆止弁304を介してフラッシュタンク310に接続されている。逆止弁304は、第2トラップ16からフラッシュタンク310に向かう方向の流れを許可し、フラッシュタンク310から第2トラップ16に向かう流れを阻止する。
The
フラッシュタンク310は、例えば、内部空間を有する筒状に形成されている。フラッシュタンク310は、内部空間の圧力が大気圧以下(大気圧または負圧)に設定される。第2送入管312の一端は、フラッシュタンク310の鉛直上方に連通しており、他端は、第2熱交換器50の送入口54に連通している。
The
蒸気流通管66は、第2送入管312に連通している。なお、蒸気流通管66には、第1実施形態と同様に、空気抜き弁78、圧力調整弁70、オリフィス74および逆止弁76が設けられている。
The
第3ドレン回収管84は、第2熱交換器50の送出口86と蒸気駆動式ポンプ314との間に設けられている。第4ドレン回収管316の一端は、フラッシュタンク310の鉛直下方に連通しており、他端は、第3ドレン回収管84に連通している。
The third
第1トラップ14および第2トラップ16で捕集されたドレンは、高圧で100度以上となっている。このドレンがフラッシュタンク310に入ると、ドレンは、大気圧で100度となり、圧力が低下したことにより発生した圧力差分の潜熱を利用して、ドレンの一部を蒸気(フラッシュ蒸気)に変える。
The drain trapped by the
フラッシュタンク310において、蒸気に変わらなかったドレン(大気圧で100度のドレン)は、自重で鉛直下方に移動して第4ドレン回収管316に入る。一方、生成された蒸気(フラッシュ蒸気)は、ドレンよりも相対的に軽いことから、主に鉛直上方に拡散して第2送入管312に入る。第2送入管312に入った蒸気は、第2熱交換器50に送られる。
In the
また、第1熱交換器24で利用されなかった蒸気は、分離器60で分離されて蒸気流通管66および第2送入管312を通じて第2熱交換器50に送られる。
Further, the steam not used in the
つまり、第2熱交換器50には、第1熱交換器24で利用されなかった蒸気と、フラッシュタンク310で生成された蒸気(フラッシュ蒸気)とが供給される。したがって、第2熱交換器50は、第1熱交換器24で利用されなかった蒸気と、フラッシュタンク310で生成された蒸気とを利用して熱交換を行う。
That is, the steam not used in the
蒸気駆動式ポンプ314には、第1熱交換器24等を含む蒸気系統とは別系統の蒸気が供給される。蒸気駆動式ポンプ314は、この別系統の蒸気によって、第2熱交換器50で生じたドレンおよびフラッシュタンク310から第4ドレン回収管316に入るドレンを回収して給水タンク10に移送する。
The steam driven
以上のように、第4実施形態の蒸気熱交換システム300は、第1実施形態と同様に、蒸気熱交換システム300全体として蒸気のロスを抑えつつ、第1熱交換器24における熱貫流率の低下を防止することが可能となる。
As described above, the steam
加えて、第4実施形態の蒸気熱交換システム300では、第2熱交換器50での熱交換が、第1熱交換器24から送出される蒸気とドレンとの両方を用いて行われる。したがって、第4実施形態の蒸気熱交換システム300では、蒸気熱交換システム300全体の熱効率を、より大きくすることができる。
In addition, in the steam
なお、第4実施形態の蒸気熱交換システム300において、分離器60で分離された蒸気を、フラッシュタンク310を介さずに直接的に第2熱交換器50に供給していた。しかし、分離器60で分離された蒸気を、フラッシュタンク310を介して第2熱交換器50に供給してもよい。つまり、蒸気流通管66は、フラッシュタンク310に連通してもよい。
In the steam
また、第4実施形態の蒸気熱交換システム300において、圧力調整弁70の制御については、第1実施形態と同様の構成であるが、第2実施形態および第3実施形態と同様の構成としてもよい。
Further, in the steam
以上、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, it goes without saying that the present invention is not limited to such embodiments. It is obvious to those skilled in the art that various changes or modifications can be conceived within the scope described in the claims, and naturally, they also belong to the technical scope of the present invention. Understood.
例えば、上記各実施形態では、高圧の蒸気を利用する第1熱交換器24と、低圧の蒸気を利用する第2熱交換器50との2段階で構成されていた。しかし、第1熱交換器24と第2熱交換器50の2段階の構成に限らない。例えば、蒸気熱交換システムは、高圧の蒸気を利用する高圧熱交換器と、中圧の蒸気を利用する中圧熱交換器と、低圧の蒸気を利用する低圧熱交換器との3段階で構成されてもよい。
For example, in each of the above embodiments, the
この場合、高圧熱交換器で利用されなかった蒸気を中圧熱交換器に供給し、中圧熱交換器で利用されなかった蒸気を低圧熱交換器に供給するようにカスケード接続してもよい。また、高圧熱交換器で利用されなかった蒸気を中圧熱交換器に供給するとともに、高圧熱交換器で利用されなかった蒸気を中圧からさらに減圧して低圧熱交換器に供給するように分配接続してもよい。これらの構成においても、蒸気熱交換システム全体として蒸気のロスを抑えつつ、高圧熱交換器における熱貫流率の低下を防止することが可能となる。 In this case, the steam not used in the high pressure heat exchanger may be supplied to the medium pressure heat exchanger, and the steam not used in the medium pressure heat exchanger may be supplied to the low pressure heat exchanger in a cascade connection. .. In addition, the steam not used in the high pressure heat exchanger is supplied to the medium pressure heat exchanger, and the steam not used in the high pressure heat exchanger is further reduced in pressure from the middle pressure to be supplied to the low pressure heat exchanger. Distribution connection may be used. Also in these configurations, it is possible to prevent a decrease in the heat transmission coefficient in the high pressure heat exchanger while suppressing the loss of steam in the entire steam heat exchange system.
また、上記各実施形態において、第2熱交換器50に供給される蒸気の圧力は、第1熱交換器24に供給される蒸気の圧力よりも小さかった。しかし、蒸気供給源20から直接的に第2熱交換器50に蒸気を補充しない場合には、第1熱交換器24に供給される蒸気の圧力と等しい圧力の蒸気を第1熱交換器から第2熱交換器に供給してもよいし、第1熱交換器24に供給される蒸気の圧力よりも大きな圧力の蒸気を、圧縮機などを介して第1熱交換器から第2熱交換器に供給してもよい。
Further, in each of the above-described embodiments, the pressure of the steam supplied to the
本発明は、蒸気熱交換システムに利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICATION This invention can be utilized for a steam heat exchange system.
1、100、200、300 蒸気熱交換システム
20 蒸気供給源
24 第1熱交換器
40 送出口
50 第2熱交換器
60 分離器
66 蒸気流通管(蒸気流通部)
70 圧力調整弁
72 圧力計
74 オリフィス
80 制御部
202 電動弁
310 フラッシュタンク
1, 100, 200, 300 Steam
70
Claims (7)
前記第1熱交換器の送出口から供給されたドレンと蒸気とを分離する分離器と、
前記分離器で分離された蒸気が供給され、供給された蒸気と被加熱物との間で熱交換を行う第2熱交換器と、
を備える蒸気熱交換システム。 A first heat exchanger that performs heat exchange between the steam supplied from the steam supply source and the object to be heated, and sends out the drain generated by the heat exchange from the outlet together with a part of the steam supplied from the steam supply source. When,
A separator for separating drain and steam supplied from the outlet of the first heat exchanger;
A second heat exchanger to which the steam separated by the separator is supplied and which performs heat exchange between the supplied steam and the object to be heated,
A steam heat exchange system.
前記蒸気流通部に設けられ、前記蒸気流通部における流路の所定区間の断面積を絞るオリフィスと、
を備える請求項1に記載の蒸気熱交換システム。 A steam flow section for guiding the steam separated by the separator to the second heat exchanger,
An orifice that is provided in the steam flow unit and narrows the cross-sectional area of a predetermined section of the flow path in the steam flow unit,
The steam heat exchange system according to claim 1, further comprising:
蒸気が流通する経路のうち前記第1熱交換器の下流側であり前記圧力調整弁の上流側である1次側蒸気流通経路に設けられ、前記1次側蒸気流通経路を流通する蒸気の圧力を検出する圧力計と、
前記圧力計の圧力に基づいて前記圧力調整弁の開度を制御する制御部と、
を備える請求項2に記載の蒸気熱交換システム。 A pressure adjusting valve that is provided between the separator and the orifice in the steam flow unit and that changes the opening degree of the flow path in the steam flow unit,
The pressure of steam flowing through the primary-side steam distribution path, which is provided in the primary-side steam distribution path that is downstream of the first heat exchanger and upstream of the pressure control valve in the path through which steam flows. With a pressure gauge to detect
A control unit for controlling the opening of the pressure regulating valve based on the pressure of the pressure gauge,
The steam heat exchange system according to claim 2, further comprising:
ドレンが流通する経路のうち前記第1熱交換器の下流側であり、前記分離器で分離されたドレンを捕集するトラップの上流側である1次側ドレン流通経路に設けられ、前記1次側ドレン流通経路を流通するドレンの温度を検出する温度計と、
前記温度計の温度に基づいて前記圧力調整弁の開度を制御する制御部と、
を備える請求項2または3に記載の蒸気熱交換システム。 A pressure adjusting valve that is provided between the separator and the orifice in the steam flow unit and that changes the opening degree of the flow path in the steam flow unit,
It is provided in a primary side drain flow path which is a downstream side of the first heat exchanger in the path through which the drain flows, and an upstream side of a trap which collects the drain separated by the separator. A thermometer for detecting the temperature of the drain flowing through the side drain distribution path,
A control unit for controlling the opening of the pressure regulating valve based on the temperature of the thermometer;
The steam heat exchange system according to claim 2 or 3, further comprising:
前記圧力調整弁と前記オリフィスとの間または前記オリフィスと前記第2熱交換器との間に設けられ、前記蒸気流通部を流通する蒸気の圧力を検出する圧力計と、
前記圧力計の圧力に基づいて、前記圧力調整弁の開度を制御する制御部と、
を備える請求項2に記載の蒸気熱交換システム。 A pressure adjusting valve that is provided between the separator and the orifice in the steam flow unit and that changes the opening degree of the flow path in the steam flow unit,
A pressure gauge provided between the pressure regulating valve and the orifice or between the orifice and the second heat exchanger, the pressure gauge detecting the pressure of the steam flowing through the steam flowing unit;
Based on the pressure of the pressure gauge, a control unit for controlling the opening of the pressure regulating valve,
The steam heat exchange system according to claim 2, further comprising:
前記蒸気流通部における前記電動弁と前記オリフィスとの間または前記オリフィスと前記第2熱交換器との間に設けられ、前記蒸気流通部を流通する蒸気の圧力を検出する圧力計と、
前記圧力計の圧力が所定の第1閾値を超えた場合、前記電動弁を閉じ、前記圧力計の圧力が前記第1閾値よりも小さな所定の第2閾値を下回った場合、前記電動弁を開ける制御部と、
を備える請求項2に記載の蒸気熱交換システム。 An electric valve that is provided between the separator and the orifice in the steam flow unit and switches between opening and closing of a flow path in the steam flow unit,
A pressure gauge that is provided between the motor-operated valve and the orifice in the steam flow section or between the orifice and the second heat exchanger, and detects the pressure of the steam flowing through the steam flow section,
When the pressure of the pressure gauge exceeds a predetermined first threshold value, the electrically operated valve is closed, and when the pressure of the pressure gauge falls below a predetermined second threshold value that is smaller than the first threshold value, the electrically operated valve is opened. A control unit,
The steam heat exchange system according to claim 2, further comprising:
前記フラッシュタンクで発生した前記フラッシュ蒸気を前記第2熱交換器に供給する請求項1から6のいずれか1項に記載の蒸気熱交換システム。 The pressure of the internal space is set to be equal to or lower than atmospheric pressure, the drain separated by the separator is supplied to the internal space, and a flash tank for generating flash vapor from the supplied drain is provided,
The steam heat exchange system according to claim 1, wherein the flash steam generated in the flash tank is supplied to the second heat exchanger.
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