JP2020143796A - ドレン回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置構成を単純化すること。【解決手段】ドレン回収装置１は、蒸気が凝縮してドレンが発生する加熱シリンダ１０と、加熱シリンダ１０の下流側に接続され、タンク内圧力と加熱シリンダ１０のドレン圧力との所定の圧力差によって、加熱シリンダ１０からドレンが流入するドレンタンク２０と、ドレンタンク２０内に設けられ、内部を流通する冷却水がドレンタンク２０のドレンと熱交換する伝熱管３３と、伝熱管３３における冷却水の流量を調整する流量調整弁３５と、前記圧力差が所定値となるように流量調整弁３５の開度を制御する制御部４０とを備えている。【選択図】図１

Description

本願は、ドレン回収装置に関する。

例えば特許文献１に開示されているように、蒸気使用機器において蒸気の凝縮により発生したドレン（復水）を回収するドレン回収装置が知られている。このドレン回収装置は、蒸気使用機器の下流側に接続されたドレンタンク（ヘッダータンク）と、吸引部がドレンタンクの内部に連通するエゼクタとを備えている。このドレン回収装置では、エゼクタによってドレンタンク内が減圧されることにより、蒸気使用機器のドレンがドレンタンクに流入し回収される。つまり、エゼクタによって蒸気使用機器とドレンタンクとの間に所定の圧力差が生じることにより、蒸気使用機器からドレンがドレンタンクに回収される。

特開２０１３−２０４８８０号公報

ところで、上述したようなドレン回収装置では、蒸気使用機器とドレンタクトの間に所定の圧力差を生じさせるために、エゼクタやエゼクタに流体を循環させる構成等が必要であることから、装置構成が複雑化していた。

本願に開示の技術は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ドレン回収装置において装置構成を単純化することにある。

本願のドレン回収装置は、蒸気使用機器と、ドレンタンクと、伝熱管と、流量調整弁と、制御部とを備えている。前記蒸気使用機器は、蒸気が凝縮してドレンが発生するものである。前記ドレンタンクは、前記蒸気使用機器の下流側に接続され、タンク内圧力と前記蒸気使用機器のドレン圧力との所定の圧力差によって、前記蒸気使用機器からドレンが流入するものである。前記伝熱管は、前記ドレンタンク内に設けられ、内部を流通する冷却液が前記ドレンタンクのドレンと熱交換するものである。前記流量調整弁は、前記伝熱管における冷却液の流量を調整する弁である。前記制御部は、前記圧力差が所定値となるように前記流量調整弁の開度を制御するものである。

本願のドレン回収装置によれば、装置構成を単純化することができる。

図１は、実施形態に係るドレン回収装置の概略構成を示す配管系統図である。 図２は、加熱シリンダの概略構成を示す図である。 図３は、液体圧送装置の概略構成を示す断面図である。 図４は、液体圧送装置の要部を示す断面図である。

以下、本願の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本願に開示の技術、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

本実施形態のドレン回収装置１は、蒸気使用機器で発生したドレンを回収すると共に、回収したドレンを利用側に供給するものである。図１に示すように、ドレン回収装置１は、加熱シリンダ１０と、ドレンタンク２０と、圧力調整部３０と、液体圧送装置５０とを備えている。

加熱シリンダ１０は、蒸気が凝縮してドレンが発生する蒸気使用機器である。図２に示すように、加熱シリンダ１０は、シリンダ本体１１と、ドレンパイプ１２とを有している。加熱シリンダ１０は、蒸気を熱源とするヒータであって、シリンダ本体１１の外周面に接触する対象物（例えば、紙や洗濯物）を加熱する。

シリンダ本体１１は、軸心Ｘに沿って延びる中空状の円柱体であり、その内部に蒸気を収容可能に構成されている。シリンダ本体１０は、軸心Ｘが水平方向に延びる状態で設けられている。シリンダ本体１１は、軸心Ｘ回りに回転自在に支持されている。また、シリンダ本体１１には、高温高圧の蒸気の供給管１５が接続されている。供給管１５からの蒸気は、シリンダ本体１１内に供給される。

シリンダ本体１１内に供給された蒸気は、シリンダ本体１１を加熱する。シリンダ本体１１へ放熱した蒸気は、凝縮してドレンとなり、シリンダ本体１１の底部に貯留される。

ドレンパイプ１２は、シリンダ本体１１を貫通している。ドレンパイプ１２は、所謂サイフォン管であり、シリンダ本体１１の蒸気の圧力によってドレンを排出する。即ち、ドレンパイプ１２は、ドレンタンク２０内の圧力（以下、タンク内圧力という。）とシリンダ本体１１のドレン圧力との圧力差（以下、単に圧力差ともいう。）によってシリンダ本体１１からドレンを排出する。

ドレンパイプ１２の内方端（流入端）は、軸心Ｘに沿ってシリンダ本体１１の内方へ延びた後、シリンダ本体１１の底部に向かって屈曲している。ドレンパイプ１２の内方端（流入端）は、シリンダ本体１１の底部におけるシリンダ本体１１の内周面に近接している。ドレンパイプ１２の外方端（流出端）は、軸心Ｘに沿ってシリンダ本体１１の外方へ延びている。つまり、加熱シリンダ１０では、シリンダ本体１１のドレンは、タンク内圧力とシリンダ本体１１のドレン圧力との圧力差によって、ドレンパイプ１２に吸い上げられて排出される。

加熱シリンダ１０とドレンタンク２０との間には、回収管１６が接続されている。具体的に、回収管１６は、流入端がドレンパイプ１２に接続され、流出端がドレンタンク２０の頂部に接続されている。回収管１６には、ドレンパイプ１２から排出されたドレンが流入する。

ドレンタンク２０は、加熱シリンダ１０から排出されたドレンが回収管１６を介して流入する密閉容器である。ドレンタンク２０は、回収管１６から流入したドレンが一時的に貯留される。このように、ドレンタンク２０は、加熱シリンダ１０の下流側に接続され、タンク内圧力とシリンダ本体１１のドレン圧力との所定の圧力差によって、加熱シリンダ１０からドレンが流入する。なお、ドレンタンク２０では、ドレンの一部が再蒸発したフラッシュ蒸気（再蒸発蒸気）が存在している。

液体圧送装置５０は、ドレンタンク２０のドレンを利用側（例えば、ボイラー設備）へ供給する機械式ポンプである。ドレン回収装置１は、それぞれ、液体圧送装置５０に接続される流入管２１、圧送管２２、給気管２３および排気管２４を有している。

流入管２１は、流入端がドレンタンク２０の底部に接続され、流出端が液体圧送装置５０に接続されている。つまり、流入管２１はドレンタンク２０の液層部（ドレンが存在している部分）に連通している。圧送管２２は、流入端が液体圧送装置５０に接続され、流出端が利用側に接続されている。給気管２３は、流入端が例えば上述した供給管１５に接続され、流出端が液体圧送装置５０に接続されている。排気管２４は、流入端が液体圧送装置５０に接続され、流出端がドレンタンク２０の頂部に接続されている。つまり、排気管２４はドレンタンク２０の気層部（フラッシュ蒸気が存在している部分）に連通している。

なお、流入管２１および圧送管２２には、逆止弁２５，２６が設けられている。逆止弁２５はドレンタンク２０から液体圧送装置５０へ向かうドレンの流れのみを許容し、逆止弁２６は液体圧送装置５０から利用側へ向かうドレンの流れのみを許容する。

液体圧送装置５０は、ドレンタンク２０のドレンが流入管２１を通じて流入し、その流入したドレンを圧送管２２を通じて利用側へ圧送する。また、液体圧送装置５０は、高圧の蒸気が給気管２３を通じて流入する一方、蒸気が排気管２４を通じてドレンタンク２０に排出される。液体圧送装置５０の詳細な構成については後述する。

圧力調整部３０は、ドレンタンク２０のドレンを冷却することにより、タンク内圧力を調整し、タンク内圧力と加熱シリンダ１０のドレン圧力との間に所定の圧力差を生じさせる。圧力調整部３０は、給水管３１、排水管３２、伝熱管３３、ポンプ３４、流量調整弁３５、大気開放管３６、開閉弁３７および制御部４０を有している。

伝熱管３３は、コイル状に形成され、ドレンタンク２０内に設けられている。伝熱管３３は、内部を冷却液としての冷却水が流通し、その冷却水がドレンタンク２０のドレンと熱交換する。これにより、ドレンタンク２０のドレンが冷却される。

伝熱管３３の流入端には給水管３１が接続され、伝熱管３３の流出端には排水管３２が接続されている。つまり、伝熱管３３では、給水管３１から冷却水が供給されて排水管３２に排出される。給水管３１には、冷却水を伝熱管３３に供給するポンプ３４が設けられている。

流量調整弁３５は、排水管３２に設けられている。流量調整弁３５は、伝熱管３３における冷却水の流量を調整するものである。つまり、流量調整弁３５は、開度を変更することにより、伝熱管３３の冷却水の流量を調整する。

大気開放管３６は、流入端がドレンタンク２０の頂部に接続され、流出端が大気に開放されている。大気開放管３６は、ドレンタンク２０の内部を大気に開放するものである。開閉弁３７は、大気開放管３６に設けられている。開閉弁３７は、開弁することによって、タンク内圧力と加熱シリンダ１０のドレン圧力との圧力差が所定値以上になる。

制御部４０は、タンク内圧力と加熱シリンダ１０のドレン圧力との圧力差が所定値となるように、流量調整弁３５の開度を制御するものである。供給管１５には、蒸気の圧力を検出する圧力センサ４１が設けられている。圧力センサ４１の検出圧力は、加熱シリンダ１０（シリンダ本体１１内）のドレン圧力に相当する。また、ドレンタンク２０には、タンク内圧力を検出する圧力センサ４２が設けられている。制御部４０は、上述した圧力差（圧力センサ４１の検出圧力−圧力センサ４２の検出圧力）が所定値となるように流量調整弁３５を制御する。

また、制御部４０は、流量調整弁３５の開度制御を行っても、上述した圧力差が所定値よりも小さい場合には、開閉弁３７を開弁する。

図３および図４に示すように、液体圧送装置５０は、密閉容器であるケーシング５１と、給気弁６０および排気弁７０と、弁作動機構８０とを備えている。

ケーシング５１は、本体部５２と蓋部５３とがボルトによって結合され、内部にドレンの貯留空間５４が形成されている。蓋部５３には、ドレンの流入口５５および排出口５６と、作動気体である蒸気の導入口５７および排気口５８とが設けられている。流入口５５および排出口５６には流入管２１および圧送管２２が接続され、導入口５７および排気口５８には給気管２３および排気管２４が接続されている。

図３にも示すように、給気弁６０および排気弁７０は、それぞれ導入口５７および排気口５８を開閉する。給気弁６０および排気弁７０は、弁ケース６１，７１、弁体６２，７２および昇降棒６３，７３を有する。弁ケース６１，７１には、弁座６４，７４と開口６５，７５が形成されている。昇降棒６３，７３は、弁ケース６１，７１に挿入されており、弁体６２，７２が一体的に設けられている。

給気弁６０は、昇降棒６３が上昇すると弁体６２が弁座６４から離座して導入口５７を開放し、昇降棒６３が下降すると弁体６２が弁座６４に着座して導入口５７を閉鎖する。排気弁７０は、昇降棒７３が上昇すると弁体７２が弁座７４に着座して排気口５８を閉鎖し、昇降棒７３が下降すると弁体７２が弁座７４から離座して排気口５８を開放する。昇降棒７３の下端には弁操作棒７６が連結され、弁操作棒７６には連設板７７が取り付けられている。昇降棒６３は、弁操作棒７６が上昇すると連設板７７によって押し上げられて上昇し、弁操作棒７６が下降すると自重で下降する。

弁作動機構８０は、ケーシング５１内に設けられ、弁操作棒７６を上下動させて給気弁６０および排気弁７０を動作させる。弁作動機構８０は、フロート８１およびスナップ機構９０を有する。

フロート８１には、ブラケット８４における軸８３に回転可能に支持されたレバー８２が取り付けられている。スナップ機構９０は、フロートアーム９１、副アーム９２、コイルバネ９３、受け部材９４ａ，９４ｂを有する。フロートアーム９１は、一端部がブラケット９７における軸９６に回転可能に支持され、他端部の溝９１ａにレバー８２の軸８５が嵌っている。副アーム９２は、上端部が軸９６に回転可能に支持されている。受け部材９４ａはフロートアーム９１の軸９５ａに回転可能に支持され、受け部材９４ｂは副アーム９２の軸９５ｂに回転可能に支持されている。受け部材９４ａ，９４ｂの間にはコイルバネ９３が設けられ、副アーム９２の軸９８には弁操作棒７６が連結されている。

液体圧送装置５０は、導入口５７から貯留空間５４に蒸気を導入し該蒸気の圧力によって貯留空間５４のドレンを排出口５６から排出するように構成されている。詳しくは、液体圧送装置５０では、ドレンが貯留空間５４に溜まっていない場合、フロート８１は貯留空間５４の底部に位置する。この状態において、弁操作棒７６は下降しており、給気弁６０は閉じられ排気弁７０は開いている。そして、ドレンが流入口５５から流入し貯留空間５４に溜まっていくに従って、フロート８１が浮上する。なお、貯留空間５４ではドレンが溜まっていくにつれて蒸気が排気口５８から排出される。そして、貯留空間５４におけるドレンの水位が所定高水位に達すると、スナップ機構９０によって弁操作棒７６が上昇する。これにより、給気弁６０が開き排気弁７０が閉じる。

給気弁６０が開くと、蒸気（高圧蒸気）が導入口５７から流入して貯留空間５４の上部（ドレンの上方空間）に導入される。そうすると、貯留空間５４に溜まっているドレンは、導入された蒸気の圧力によって下方へ押されて排出口５６から排出される。ドレンの排出によって貯留空間５４のドレン水位が低下すると、フロート８１が下降する。そして、貯留空間５４におけるドレン水位が所定低水位に達すると、スナップ機構９０によって弁操作棒７６が下降する。これにより、給気弁６０が閉じ排気弁７０が開く。

〈運転動作〉
上述したドレン回収装置１では、圧力調整部３０によって、タンク内圧力と加熱シリンダ１０のドレン圧力との圧力差が所定値に維持される。加熱シリンダ１０のドレン圧力は、運転条件（例えば、供給管１５から供給される蒸気の温度、加熱対象物の種類や量）によって変動する。

例えば、加熱シリンダ１０のドレン圧力が上昇した場合、制御部４０によって流量調整弁３５の開度が増大され、伝熱管３３における冷却水の流量が増大する。そうすると、ドレンタンク２０では、伝熱管３３による冷却能力が増大するので、ドレン温度（ドレンタンク２０内の温度）が低下する。ドレン温度が低下すると、タンク内圧力も低下する。そのため、上述した圧力差は所定値に維持される。

また、加熱シリンダ１０のドレン圧力が低下した場合、制御部４０によって流量調整弁３５の開度が減少され、伝熱管３３における冷却水の流量が減少する。そうすると、ドレンタンク２０では、伝熱管３３による冷却能力が低下するので、ドレン温度（ドレンタンク２０内の温度）が上昇する。ドレン温度が上昇すると、タンク内圧力も上昇する。そのため、上述した圧力差は所定値に維持される。

こうして、タンク内圧力と加熱シリンダ１０のドレン圧力との圧力差が維持されることにより、確実に加熱シリンダ１０からドレンが排出しドレンタンク２０に流入する。

また、流量調整弁３５の開度制御が例えば所定の時間行われても、上述した圧力差が所定値まで増加せず小さい場合には、制御部４０によって開閉弁３７が開弁される。そうすると、ドレンタンク２０の内部が大気に開放され、ドレンタンク２０から蒸気（フラッシュ蒸気）が大気に放出される。そのため、タンク内圧力が大気圧まで低下し、上述した圧力差が所定値以上になる。これにより、加熱シリンダ１０のドレンをドレンタンク２０に流入させる（回収する）ことができる。

以上のように、上記実施形態のドレン回収装置１によれば、蒸気が凝縮してドレンが発生する加熱シリンダ１０（蒸気使用機器）と、加熱シリンダ１０の下流側に接続され、タンク内圧力と加熱シリンダ１０のドレン圧力との所定の圧力差によって、加熱シリンダ１０からドレンが流入するドレンタンク２０とを備えている。さらに、ドレン回収装置１は、ドレンタンク２０内に設けられ、内部を流通する冷却水（冷却液）がドレンタンク２０のドレンと熱交換する伝熱管３３と、伝熱管３３における冷却水の流量を調整する流量調整弁３５と、上述した圧力差が所定値となるように流量調整弁３５の開度を制御する制御部４０とを備えている。

上記の構成によれば、運転条件の変更等によって加熱シリンダ１０のドレン圧力が変動しても、タンク内圧力と加熱シリンダ１０のドレン圧力との圧力差を所定値に維持することができる。このように、エゼクタやエゼクタに流体を循環させる構成等を用いずに、加熱シリンダ１０からドレンを排出しドレンタンク２０に流入させることができるため、装置構成を単純化することができる。

また、比較的高価なエゼクタを用いないため、装置のコスト低減化を図ることができる。

また、上記実施形態のドレン回収装置１によれば、ドレンタンク２０の内部を大気開放する大気開放管３６と、大気開放管３６に設けられ、開弁することによって上述した圧力差が所定値以上になる開閉弁３７とを備えている。

上記の構成によれば、流量調整弁３５の開度制御では上述した圧力差を所定値まで増加させることができない場合でも、強制的にタンク内圧力を大気圧まで低下させて上述した圧力差を所定値以上まで増加させることができる。したがって、そのような場合であっても、加熱シリンダ１０のドレンをドレンタンク２０に回収することができる。

また、上記実施形態のドレン回収装置１では、蒸気使用機器として加熱シリンダ１０が設けられている。加熱シリンダ１０は、シリンダ本体１１のドレンがドレンパイプ１２に吸い上げられて排出されるため、上述した所定の圧力差が特に必要である。上記実施形態では、そういった加熱シリンダ１０であっても、加熱シリンダ１０からドレンをドレンタンク２０に流入させることができる。

なお、上記実施形態のドレン回収装置１において、大気開放管３６および開閉弁３７は省略するようにしてもよい。

また、上記実施形態のドレン回収装置１において、蒸気使用機器として加熱シリンダ１０以外のものを設けるようにしてもよい。

また、上記実施形態のドレン回収装置１において、伝熱管３３を流通する冷却液は、冷却水に限られず、ドレンタンク２０のドレンを冷却することができる液体であれば如何なるものであってもよい。

本願に開示の技術は、ドレン回収装置について有用である。

１ ドレン回収装置
１０ 加熱シリンダ（蒸気使用機器）
１１ シリンダ本体
１２ ドレンパイプ
２０ ドレンタンク
３３ 伝熱管
３５ 流量調整弁
３６ 大気開放管
３７ 開閉弁
４０ 制御部

Claims (3)

1. 蒸気が凝縮してドレンが発生する蒸気使用機器と、
   前記蒸気使用機器の下流側に接続され、タンク内圧力と前記蒸気使用機器のドレン圧力との所定の圧力差によって、前記蒸気使用機器からドレンが流入するドレンタンクと、
   前記ドレンタンク内に設けられ、内部を流通する冷却液が前記ドレンタンクのドレンと熱交換する伝熱管と、
   前記伝熱管における冷却液の流量を調整する流量調整弁と、
   前記圧力差が所定値となるように前記流量調整弁の開度を制御する制御部とを備えている
   ことを特徴とするドレン回収装置。
2. 請求項１に記載のドレン回収装置において、
   前記ドレンタンクの内部を大気開放する大気開放管と、
   前記大気開放管に設けられ、開弁することによって前記圧力差が前記所定値以上になる開閉弁とを備えている
   ことを特徴とするドレン回収装置。
3. 請求項１または２に記載のドレン回収装置において、
   前記蒸気使用機器は、軸心が水平方向に延びる状態で設けられ、内部で蒸気が凝縮してドレンが底部に貯留されるシリンダ本体と、該シリンダ本体を貫通すると共に内方端が前記シリンダ本体の底部に向かって屈曲し、前記タンク内圧力と前記シリンダ本体のドレン圧力との圧力差によって前記シリンダ本体からドレンを排出するドレンパイプとを有する加熱シリンダを構成している
   ことを特徴とするドレン回収装置。

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