JP2021037434A - Steam supply device, steam supply method and test device using steam - Google Patents

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吉野 正人
Masato Yoshino
正人 吉野
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Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
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Abstract

To provide a steam supply device, a steam supply method and a test device using steam, capable of stably supplying steam of high concentration continuously in a long term.SOLUTION: A steam supply device comprises: a liquid circulation mechanism including a loop-shaped liquid channel, and a pump for circulating a liquid to the liquid channel; a liquid drawing mechanism including a drawing pipeline for drawing the liquid from the liquid channel and a flow rate controller for controlling a flow rate of the liquid drawn by the drawing pipeline; and a heating mechanism for heating the liquid drawn by the liquid drawing mechanism for making the liquid steam.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、蒸気供給装置、蒸気供給方法及び蒸気を用いた試験装置に関する。 Embodiments of the present invention relate to a steam supply device, a steam supply method, and a test device using steam.

液体の蒸発・気化を行う場合、電気ヒータや熱媒体、火力などを用いて加熱する。また、この加熱した液体の蒸気を用いて、触媒と接触させて別の物質に変換したり、化学合成反応を行って別物質を生成したりする。これらは大型の化学プラントなどで実用化されている。また、液体の中でも水の場合は、ボイラーや過熱蒸気発生器などで水蒸気を発生させることができる。 When evaporating or vaporizing a liquid, it is heated using an electric heater, a heat medium, or thermal power. In addition, the vapor of this heated liquid is used to bring it into contact with a catalyst to convert it into another substance, or to carry out a chemical synthesis reaction to produce another substance. These have been put to practical use in large chemical plants and the like. Further, in the case of water among liquids, steam can be generated by a boiler, a superheated steam generator, or the like.

一方、例えば上記した触媒の性能を検討する評価・実験や、試験条件で気体と液体蒸気などが混合した系での評価・実験など、ラボスケールでの評価や実験でも蒸気を発生させることが必要なケースが多い。また、こういったラボスケールでの評価や実験では、バッチ系なみならず流通系で行うこともあり、その場合、蒸気の流量制御をする必要がある。さらに、こういった評価や実験では、数分から数時間といった短時間の評価・実験だけでなく、数百時間、数千時間といった長時間の評価・実験をするケースもある。蒸気を発生し供給する方法は何種類かあり、ケースによって使い分けている。 On the other hand, it is necessary to generate vapor even in laboratory-scale evaluations and experiments, such as evaluations and experiments to examine the performance of the above-mentioned catalysts and evaluations and experiments in a system in which gas and liquid vapor are mixed under test conditions. There are many cases. In addition, such lab-scale evaluations and experiments may be performed not only in batch systems but also in distribution systems, in which case it is necessary to control the flow rate of steam. Furthermore, in such evaluations and experiments, there are cases where not only short-term evaluations / experiments such as several minutes to several hours but also long-term evaluations / experiments such as hundreds of hours or thousands of hours are performed. There are several methods for generating and supplying steam, and they are used properly depending on the case.

蒸気を発生し供給する方法を、ラボスケールでの試験・評価などに用いる場合、安定した蒸気濃度を確保・供給することが必要である。例えば、水を蒸発させる場合、水蒸気濃度が50〜60体積%の場合、飽和蒸気圧を利用してガスを所定の温水でバブリングさせて加湿する方法を用いると、蒸気を安定して供給することができる。しかしながら、50〜60体積%以上の水蒸気濃度を必要とする場合、ほぼ水の沸点近くでの飽和水蒸気となり、温度制御などが非常に難しくなるため、高い水蒸気濃度を必要とする場合使用することができない。 When the method of generating and supplying steam is used for laboratory-scale tests and evaluations, it is necessary to secure and supply a stable steam concentration. For example, in the case of evaporating water, when the water vapor concentration is 50 to 60% by volume, the steam can be stably supplied by using a method of humidifying the gas by bubbling it with a predetermined hot water using saturated vapor pressure. Can be done. However, when a water vapor concentration of 50 to 60% by volume or more is required, it becomes saturated water vapor near the boiling point of water, which makes temperature control very difficult. Therefore, it can be used when a high water vapor concentration is required. Can not.

一方、ポンプで供給した一定量の液体を全量気化する蒸気発生方法では、特に少量の液体を連続して供給する場合、ポンプの脈動などによって液体の供給量が変動するため、高濃度水蒸気の安定供給が難しい。この場合、シリンジ方式により液体を供給すれば、液体の供給脈動を抑制することが可能である。しかし、シリンジ方式ではシリンジの容量が決まっているため、長時間に亘る蒸気の供給には使用することができない。 On the other hand, in the steam generation method in which a fixed amount of liquid supplied by a pump is completely vaporized, the amount of liquid supplied fluctuates due to the pulsation of the pump, especially when a small amount of liquid is continuously supplied, so that high-concentration steam is stable. Difficult to supply. In this case, if the liquid is supplied by the syringe method, it is possible to suppress the supply pulsation of the liquid. However, in the syringe method, since the capacity of the syringe is fixed, it cannot be used for supplying steam for a long time.

特開2001−252550号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-252550

上記したとおり、従来においては、例えば、ラボスケールでの評価や実験において、高い蒸気濃度での長時間の安定した蒸気供給が必要となった場合、これを実現することが難しいという課題があった。 As described above, in the past, for example, in laboratory-scale evaluations and experiments, when a long-term stable steam supply at a high steam concentration was required, there was a problem that it was difficult to realize this. ..

本発明の目的は、長時間連続して安定に高濃度の蒸気を供給することのできる蒸気供給装置、蒸気供給方法及び蒸気を用いた試験装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a steam supply device capable of stably and stably supplying high-concentration steam for a long period of time, a steam supply method, and a test device using steam.

実施形態の蒸気供給装置は、ループ状の液体流路と、前記液体流路に液体を循環するポンプとを有する液体循環機構と、前記液体流路から前記液体を引き出すための引き出し配管と、前記引き出し配管にて引き出す前記液体の流量を制御する流量コントローラとを有する液体引き出し機構と、前記液体引き出し機構にて引き出された前記液体を加熱して蒸気にする加熱機構と、を具備したことを特徴とする。 The steam supply device of the embodiment includes a liquid circulation mechanism having a loop-shaped liquid flow path, a pump for circulating the liquid in the liquid flow path, a pull-out pipe for drawing the liquid from the liquid flow path, and the above-mentioned. It is characterized by including a liquid withdrawal mechanism having a flow controller for controlling the flow rate of the liquid to be drawn out by a withdrawal pipe, and a heating mechanism for heating the liquid drawn out by the liquid withdrawal mechanism into steam. And.

第1実施形態に係る蒸気供給装置の概略構成を模式的に示す図。The figure which shows typically the schematic structure of the steam supply apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る蒸気供給方法の工程を示すフロー図。The flow chart which shows the process of the steam supply method which concerns on 1st Embodiment. 第2実施形態に係る蒸気供給装置の概略構成を模式的に示す図。The figure which shows typically the schematic structure of the steam supply apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る蒸気供給装置の概略構成を模式的に示す図。The figure which shows typically the schematic structure of the steam supply apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 第4実施形態に係る蒸気供給装置の概略構成を模式的に示す図。The figure which shows typically the schematic structure of the steam supply apparatus which concerns on 4th Embodiment. 第4実施形態における加熱器の概略構成を模式的に示す図。The figure which shows typically the schematic structure of the heater in 4th Embodiment. 第4実施形態における加熱器の変形例の概略構成を模式的に示す図。The figure which shows typically the schematic structure of the modification of the heater in 4th Embodiment. 実施形態に係る蒸気を用いた試験装置の概略構成を模式的に示す図。The figure which shows typically the schematic structure of the test apparatus using steam which concerns on embodiment.

以下、実施形態に係る蒸気供給装置、蒸気供給方法及び蒸気を用いた試験装置を、図面を参照して説明する。なお、各図において、同一または対応する構成には同一の符号を付して、重複する説明は省略する。また、各実施形態では、特に液体の種類は問わないが、液体の代表例としては、水が挙げられる。 Hereinafter, the steam supply device, the steam supply method, and the test device using steam according to the embodiment will be described with reference to the drawings. In each figure, the same or corresponding configurations are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted. Further, in each embodiment, the type of the liquid is not particularly limited, but water is a typical example of the liquid.

(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る蒸気供給装置10の概略構成を模式的に示す図である。同図に示すように、蒸気供給装置10は、液体を貯留する液体タンク101と、液体を循環するためのループ状の液体流路102と、この液体流路102に配設されたポンプ103とを有する液体循環機構100を具備している。液体流路102は、内部に液体を流通可能な配管から構成され、液体タンク101から導出した液体を循環させて液体タンク101に戻すループ状の流路を構成している。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a diagram schematically showing a schematic configuration of the steam supply device 10 according to the first embodiment. As shown in the figure, the vapor supply device 10 includes a liquid tank 101 for storing a liquid, a loop-shaped liquid flow path 102 for circulating the liquid, and a pump 103 arranged in the liquid flow path 102. The liquid circulation mechanism 100 is provided. The liquid flow path 102 is composed of a pipe capable of flowing a liquid inside, and constitutes a loop-shaped flow path that circulates the liquid led out from the liquid tank 101 and returns it to the liquid tank 101.

また、液体流路102には、引き出し配管111と、この引き出し配管111に配設された流量コントローラ112とを有する液体引き出し機構110が配設されている。この液体引き出し機構110は、流量コントローラ112にて流量制御しながら液体流路102から液体を引き出すために設けられている。 Further, the liquid flow path 102 is provided with a liquid drawing mechanism 110 having a drawing pipe 111 and a flow rate controller 112 arranged in the drawing pipe 111. The liquid withdrawal mechanism 110 is provided to draw out the liquid from the liquid flow path 102 while controlling the flow rate with the flow rate controller 112.

さらに、液体引き出し機構110の引き出し配管111の下流側には、引き出された液体を加熱して蒸気にするための加熱機構130が配設されている。 Further, a heating mechanism 130 for heating the drawn liquid into vapor is arranged on the downstream side of the drawing pipe 111 of the liquid drawing mechanism 110.

上記構成の蒸気供給装置10を使用した蒸気発生方法について、図1,2参照して説明する。 A steam generation method using the steam supply device 10 having the above configuration will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

蒸気供給装置10では、まず、液体タンク101に水等の液体を収容しておき、ポンプ103によって液体を吐出して液体流路102内を通流させ、吐出した液体を再度液体タンク101に戻すようループ状に循環させる(図2のステップ201)。 In the vapor supply device 10, first, a liquid such as water is stored in the liquid tank 101, the liquid is discharged by the pump 103 and passed through the liquid flow path 102, and the discharged liquid is returned to the liquid tank 101 again. It is circulated in a loop (step 201 in FIG. 2).

次に、循環させている液体の一部を、この循環させている液体の圧力を利用して引き出し配管111から引き出す。この際に、流量コントローラ112によって流量制御し、一定流量の液体を引き出す(図2のステップ202)。 Next, a part of the circulating liquid is drawn out from the drawing pipe 111 by utilizing the pressure of the circulating liquid. At this time, the flow rate is controlled by the flow rate controller 112, and a constant flow rate of liquid is drawn out (step 202 in FIG. 2).

そして、上記の一定流量で引き出した液体を加熱機構130内に流入させ、蒸発、気化させて蒸気を発生させ、加熱機構130より排出させる(図2のステップ203)。 Then, the liquid drawn out at the above constant flow rate flows into the heating mechanism 130, evaporates and vaporizes to generate vapor, and is discharged from the heating mechanism 130 (step 203 in FIG. 2).

上記の工程を、所定時間連続的に実施し、所定時間経過後に蒸気の発生を停止する(図2のステップ204)。 The above steps are continuously carried out for a predetermined time, and the generation of steam is stopped after the lapse of a predetermined time (step 204 in FIG. 2).

以上のように、蒸気供給装置10では、ループ状の液体流路102に液体を循環させておき、その一部を引き出し配管111によって一定流量で引き出して加熱機構130に流入させ蒸気を発生させる。この場合、液体流路102内を循環させる液体の流量(以下、循環流量と言う。)と、流量コントローラ112によって流量制御された引き出し配管111内の流量(以下、引き出し流量と言う。)とを比較した場合、循環流量の方が引き出し流量より多い必要がある。 As described above, in the steam supply device 10, the liquid is circulated in the loop-shaped liquid flow path 102, and a part of the liquid is drawn out at a constant flow rate by the drawing pipe 111 and flows into the heating mechanism 130 to generate steam. In this case, the flow rate of the liquid circulating in the liquid flow path 102 (hereinafter referred to as the circulating flow rate) and the flow rate in the drawer pipe 111 whose flow rate is controlled by the flow controller 112 (hereinafter referred to as the withdrawal flow rate). By comparison, the circulating flow rate needs to be higher than the withdrawal flow rate.

上記循環流量と引き出し流量との比率としては、例えば、10倍程度から100000倍程度とすることが好ましい。この比率を大きくすることによって、ポンプ103における脈流の影響を低減して、精度良く一定流量の液体を加熱機構130内に流入させ、この液体を全量蒸気化することによって一定量の蒸気を発生させることができる。一方、必要以上に循環流量を多くすると無駄なエネルギー消費となってしまう。このため、効率を考慮した場合、上記比率は、例えば、100倍から10000倍程度とすることが更に好ましい。 The ratio of the circulation flow rate to the withdrawal flow rate is preferably, for example, about 10 times to 100,000 times. By increasing this ratio, the influence of pulsating current in the pump 103 is reduced, a constant flow rate of liquid is accurately flowed into the heating mechanism 130, and a constant amount of vapor is generated by vaporizing the entire amount of this liquid. Can be made to. On the other hand, if the circulation flow rate is increased more than necessary, wasteful energy consumption will occur. Therefore, when efficiency is taken into consideration, the ratio is more preferably set to, for example, about 100 to 10000 times.

上記のように、引き出し流量に比べて循環流量を多くするため、液体流路102を構成する配管の内径は、引き出し配管111の内径に比べて大きくする必要がある。なお、ポンプ103としては、例えば、プランジャーポンプ、ピストンポンプ、ダイヤフラムポンプ、ウイングポンプ、ギアポンプ、偏心ポンプ、ねじポンプ、などの種類のポンプを用いることができる。 As described above, in order to increase the circulation flow rate as compared with the withdrawal flow rate, the inner diameter of the pipe constituting the liquid flow path 102 needs to be larger than the inner diameter of the withdrawal pipe 111. As the pump 103, for example, a type of pump such as a plunger pump, a piston pump, a diaphragm pump, a wing pump, a gear pump, an eccentric pump, a screw pump, or the like can be used.

液体を貯留する液体タンク101については、特に容量や形状などは問わない。液体の補給については都度補給する方法を用いても連続的に補給する方法を用いてもよい。また、液面計などにより液位をモニタリングし、液体タンク101内の液体が所定貯留量を下回った場合、自動的に補給できる機能をもたせてもよい。さらには、液体中に溶存する気体成分を脱気する機能をもたせてもよい。また、液体が液体タンク101内から液体流路102に流れ出る位置は特に問わないが、液体タンク101の下部が望ましい。 The capacity and shape of the liquid tank 101 for storing the liquid are not particularly limited. As for the replenishment of the liquid, a method of replenishing each time or a method of continuously replenishing the liquid may be used. Further, the liquid level may be monitored by a liquid level gauge or the like, and when the liquid in the liquid tank 101 falls below the predetermined storage amount, it may be provided with a function of automatically replenishing the liquid. Further, it may have a function of degassing the gas component dissolved in the liquid. The position where the liquid flows out from the inside of the liquid tank 101 to the liquid flow path 102 is not particularly limited, but the lower part of the liquid tank 101 is desirable.

引き出し配管111に配設される流量コントローラ112の種類や方式は特に問わない。例えば、コリオリ式、熱式、差圧式などの方式で流量制御するコントローラを使用することができる。この流量コントローラ112としては、例えば、マスフローコントローラを好適に使用することができる。なお、この流量コントローラ112の入り口側に液体の圧力がかかるが、供給する液体の圧力・流量などが変動・脈動すると、制御流量も脈等する可能性が高い。そのため、安定した圧力・流量で流量コントローラ112の入り口側に液体を供給することが好ましい。 The type and method of the flow rate controller 112 arranged in the drawer pipe 111 are not particularly limited. For example, a controller that controls the flow rate by a Coriolis type, a thermal type, a differential pressure type, or the like can be used. As the flow rate controller 112, for example, a mass flow controller can be preferably used. The pressure of the liquid is applied to the inlet side of the flow rate controller 112, but if the pressure / flow rate of the supplied liquid fluctuates / pulsates, there is a high possibility that the control flow rate also pulsates. Therefore, it is preferable to supply the liquid to the inlet side of the flow rate controller 112 with a stable pressure and flow rate.

加熱機構130の形状や大きさ、構造などは特に限定されない。また、供給方向(上向き、下向き、横向き、など)も特に問わない。加熱機構130における加熱手段としては、例えば電気ヒータを好適に使用することができる。また、電気ヒータの温度制御についてはPID制御を用いることが望ましい。液体が蒸発する時は、蒸発潜熱により温度が低下する。この温度低下を補うためにエネルギーを投入するが、安定的に蒸気を発生させるためにはPID制御などを用いて温度を一定に保つのがよい。また、例えば、加熱機構130内に液体を導入するための配管などは、加熱機構130の内部まで挿入された構造とすることが望ましい。加熱機構130の入口付近で直に液体が導入されると、加熱機構130の端部は構造にもよるが比較的低温であり、液体が十分加熱されない可能性がある。また、液体を導入するための配管などは、熱伝導の良い材質、構造であることが望ましい。これらにより、蒸気を安定して発生させ、供給が可能となる。 The shape, size, structure, etc. of the heating mechanism 130 are not particularly limited. Further, the supply direction (upward, downward, sideways, etc.) is not particularly limited. As the heating means in the heating mechanism 130, for example, an electric heater can be preferably used. Further, it is desirable to use PID control for temperature control of the electric heater. When the liquid evaporates, the temperature drops due to the latent heat of vaporization. Energy is input to compensate for this temperature drop, but in order to generate steam stably, it is preferable to keep the temperature constant by using PID control or the like. Further, for example, it is desirable that the piping for introducing the liquid into the heating mechanism 130 has a structure inserted into the inside of the heating mechanism 130. If the liquid is introduced directly near the inlet of the heating mechanism 130, the end portion of the heating mechanism 130 is relatively low temperature depending on the structure, and the liquid may not be sufficiently heated. Further, it is desirable that the piping for introducing the liquid has a material and structure having good heat conduction. As a result, steam can be stably generated and supplied.

以上のように、第1実施形態によれば、ポンプの脈動による蒸気発生量の変動を抑制することができ、長時間連続して安定に高濃度の蒸気を供給することができる。 As described above, according to the first embodiment, it is possible to suppress fluctuations in the amount of steam generated due to the pulsation of the pump, and it is possible to stably supply high-concentration steam for a long period of time.

(第2実施形態)
次に、図3を参照して第2実施形態に係る蒸気供給装置20について説明する。前述したとおり、ポンプ103は吐出圧があることから液体流路102内の液体の圧力は高くなる。この液体の圧力を受けて、分岐する引き出し配管111内に液体が供給される。このため、液体流路102に、圧力調整器104を配設し、内部の液体の圧力を調整できるようにすることが好ましい。
(Second Embodiment)
Next, the steam supply device 20 according to the second embodiment will be described with reference to FIG. As described above, since the pump 103 has a discharge pressure, the pressure of the liquid in the liquid flow path 102 becomes high. Under the pressure of this liquid, the liquid is supplied into the branching drawer pipe 111. Therefore, it is preferable to dispose a pressure regulator 104 in the liquid flow path 102 so that the pressure of the liquid inside can be adjusted.

圧力調整器104は、特にその種類や方式などは問わない。ストップバルブなどを用いて手動で行ってもよいし、圧力センサを設置し、その信号により電磁弁などを制御させてもよい。流量コントローラ112で制御する流量などを変化させたとき、その流量に適した液体の圧力に設定することによって、安定した流量制御を行うことができる。 The type and method of the pressure regulator 104 are not particularly limited. It may be performed manually using a stop valve or the like, or a pressure sensor may be installed and the electromagnetic valve or the like may be controlled by the signal. When the flow rate controlled by the flow rate controller 112 is changed, stable flow rate control can be performed by setting the pressure of the liquid suitable for the flow rate.

(第3実施形態)
次に、図4を参照して第3実施形態に係る蒸気供給装置30について説明する。循環させる液体中に不純物などが含まれている場合や、長期運転でバイオフィルムなどが形成されたりする場合、これらが流量コントローラ112に流れ込む可能性があり、流量のばらつきや故障の原因となることがある。そのため、このような異物を除去して流量コントローラ112に流れ込むことを防止するためのフィルター113を、引き出し配管111に設置することが望ましい。また、フィルター113の詰まりなどに対処する必要がある場合は、2系統を配設して、交互に流通し、流通していない方のフィルター113の交換等を行う構成などとしてもよい。
(Third Embodiment)
Next, the steam supply device 30 according to the third embodiment will be described with reference to FIG. If impurities or the like are contained in the circulated liquid, or if biofilm or the like is formed during long-term operation, these may flow into the flow rate controller 112, which may cause fluctuations in the flow rate or failure. There is. Therefore, it is desirable to install a filter 113 in the drawer pipe 111 to remove such foreign matter and prevent it from flowing into the flow controller 112. Further, when it is necessary to deal with clogging of the filter 113 or the like, two systems may be arranged so that the filters 113 are alternately distributed and the filter 113 which is not distributed is replaced.

(第4実施形態)
次に、図5を参照して第4実施形態に係る蒸気供給装置40について説明する。蒸気供給装置40では、加熱機構130内に気体を導入するための気体導入管131が設けられており、気体導入管131内に所望流量の所望の気体(例えば、水素ガス等。)を通流させることができるようになっている。
(Fourth Embodiment)
Next, the steam supply device 40 according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. In the steam supply device 40, a gas introduction pipe 131 for introducing a gas is provided in the heating mechanism 130, and a desired gas (for example, hydrogen gas or the like) having a desired flow rate flows through the gas introduction pipe 131. It is designed to be able to be made to.

すなわち、蒸気供給装置40では、図6に示すように、気体導入管131により、加熱機構130内で発生した蒸気に同伴させて、所望流量の所望の気体を通流させることができるようになっている。気体の同伴は、発生した蒸気に流れを作ることができ、蒸気を安定して供給することが可能となる。なお、図6に示す加熱機構130は全体形状が円管状となっており、周囲を囲むように電気ヒータからなる加熱ヒータ130aが配設された構造となっている。また、加熱機構130内に挿入されている引き出し配管111の部分の長さは、ある程度長くして液体が突沸しないようにすることが望ましい。 That is, in the steam supply device 40, as shown in FIG. 6, the gas introduction pipe 131 allows the desired gas at a desired flow rate to flow along with the steam generated in the heating mechanism 130. ing. The accompanying gas can create a flow in the generated steam, and the steam can be stably supplied. The heating mechanism 130 shown in FIG. 6 has a circular tubular shape as a whole, and has a structure in which a heating heater 130a composed of an electric heater is arranged so as to surround the periphery. Further, it is desirable that the length of the portion of the drawer pipe 111 inserted in the heating mechanism 130 is increased to some extent so that the liquid does not suddenly boil.

気体が同伴する方向や同伴させる位置については特に問わないが、図6に示すように、蒸気の流れと同じ方向であれば流れが同じ方向となり、安定した流れを作るのに望ましい。また、内部に液体が流れる引き出し配管111の外側を気体が流れることで、液体への熱の供給が安定し、蒸発が安定する。なお、図6では気体導入管131を1本のみ図示してあるが、例えば、引き出し配管111の周囲に複数の気体導入管131を設けた構成としても、引き出し配管111の周囲を囲むように同心状に構成された二重管構造の気体導入管131を設けてもよい。 The direction in which the gas accompanies and the position in which the gas accompanies are not particularly limited, but as shown in FIG. 6, if the direction is the same as the steam flow, the flow is in the same direction, which is desirable for creating a stable flow. Further, the gas flows outside the drawer pipe 111 through which the liquid flows, so that the heat supply to the liquid is stabilized and the evaporation is stabilized. Although only one gas introduction pipe 131 is shown in FIG. 6, for example, even if a plurality of gas introduction pipes 131 are provided around the extraction pipe 111, they are concentric so as to surround the periphery of the extraction pipe 111. A gas introduction pipe 131 having a double pipe structure configured in a shape may be provided.

さらに、図7に示すように、熱伝導がよい金属部材などの熱伝導体132を、加熱ヒータ130aと内部に液体が流れる引き出し配管111との間の加熱域に充填する構成としてもよい。この熱伝導体132よる熱伝導により効果的に液体を加熱することができ、安定して蒸気を発生させ、供給することができる。 Further, as shown in FIG. 7, a heat conductor 132 such as a metal member having good heat conduction may be filled in the heating region between the heating heater 130a and the drawer pipe 111 through which the liquid flows. The liquid can be effectively heated by the heat conduction by the heat conductor 132, and steam can be stably generated and supplied.

(蒸気を用いた試験装置)
次に、図8を参照して蒸気を用いた試験装置50の実施形態について説明する。図8に示すように、試験装置50では、上述した蒸気供給装置40の加熱機構130の下流側に、試料150を収容するための試料用チャンバー140が設けられている。
(Test equipment using steam)
Next, an embodiment of the test apparatus 50 using steam will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 8, in the test apparatus 50, a sample chamber 140 for accommodating the sample 150 is provided on the downstream side of the heating mechanism 130 of the steam supply apparatus 40 described above.

試料用チャンバー140の内部は、試料150を挟んで上下に2つの空間に分離されており、その一方(図8では下側)の空間が、加熱機構130の出口と接続管130bにより接続されており、他方(図8では上側)の空間には、気体導入用の気体導入管141が接続されている。加熱機構130からは、高濃度の蒸気と、他の気体例えば水素ガスが導入され、気体導入管141からは、他のガス、例えば空気が導入される。この場合、高濃度の水蒸気は、例えば、体積パーセントで80%乃至95%で、残りが水素ガス等とすることができる。 The inside of the sample chamber 140 is divided into two spaces above and below the sample 150, and one of the spaces (lower side in FIG. 8) is connected to the outlet of the heating mechanism 130 by a connecting pipe 130b. A gas introduction pipe 141 for introducing a gas is connected to the space on the other side (upper side in FIG. 8). High-concentration steam and other gas such as hydrogen gas are introduced from the heating mechanism 130, and other gas such as air is introduced from the gas introduction pipe 141. In this case, the high-concentration water vapor can be, for example, 80% to 95% by volume and the rest can be hydrogen gas or the like.

また、試料用チャンバー140には、試料150の種類によって、所定温度に制御するための温度制御機構(図示せず。)、試料150の電気的状態を測定するための測定回路160等が配設される。例えば、試料150が燃料電池や水素製造等に使用される触媒を含む素子の場合、700℃〜1000℃程度に加熱した状態で、試料用チャンバー140に上記したガスを流通させ、試料150の両面(電極)の電圧を測定回路160の電圧測定装置161等で測定する。 Further, the sample chamber 140 is provided with a temperature control mechanism (not shown) for controlling to a predetermined temperature, a measurement circuit 160 for measuring the electrical state of the sample 150, and the like, depending on the type of the sample 150. Will be done. For example, when the sample 150 is an element containing a catalyst used for a fuel cell, hydrogen production, or the like, the above gas is circulated in the sample chamber 140 in a state of being heated to about 700 ° C. to 1000 ° C., and both sides of the sample 150 are measured. The voltage of (electrode) is measured by a voltage measuring device 161 or the like of the measuring circuit 160.

上記構成の蒸気を用いた試験装置50では、例えば、液体タンク101に水を収容しておき、ポンプ103によって水を吐出して液体流路102内を通流させ、吐出した水を再度液体タンク101に戻すようループ状に循環させる。そして、循環させている水の圧力を利用して、引き出し配管111から水の一部引き出す。この際に、流量コントローラ112によって流量制御し、一定流量(例えば、1分当り数ミリリットル〜100ミリリットル程度)の水を引き出し、加熱機構130内に流入させる。この流入した水を全量水蒸気とすることにより、一定量の水蒸気を安定的に供給することができる。また、気体導入管131から加熱機構130内に流入させる水素ガスの流量を調整することにより、所望濃度の水蒸気を試料用チャンバー140内に安定的に連続して供給することができ、長時間に亘って供給することもできる。 In the test apparatus 50 using the vapor having the above configuration, for example, water is stored in the liquid tank 101, the water is discharged by the pump 103 and passed through the liquid flow path 102, and the discharged water is discharged again in the liquid tank. It is circulated in a loop so as to return to 101. Then, a part of the water is drawn out from the drawing pipe 111 by utilizing the pressure of the circulating water. At this time, the flow rate is controlled by the flow rate controller 112, and a constant flow rate (for example, about several milliliters to 100 ml per minute) of water is drawn out and flowed into the heating mechanism 130. By using the inflowing water as the total amount of water vapor, a certain amount of water vapor can be stably supplied. Further, by adjusting the flow rate of the hydrogen gas flowing into the heating mechanism 130 from the gas introduction pipe 131, the desired concentration of water vapor can be stably and continuously supplied into the sample chamber 140 for a long time. It can also be supplied over.

ここで、蒸気を用いた試験装置50では、高濃度の一定量の蒸気を連続的に安定して供給することができるので、測定回路160における測定結果に、蒸気量の変動によるノイズが乗ることを抑制することができ、安定して電気的な測定を行うことができる。具体的には、蒸気量の変動によるノイズを1%程度とすることができる。これによって、従来では蒸気量の変動によるノイズに隠れてしまうような微細な電気的変化であっても、正確に検知することができる。 Here, in the test apparatus 50 using steam, since a certain amount of steam having a high concentration can be continuously and stably supplied, noise due to fluctuations in the amount of steam is added to the measurement result in the measurement circuit 160. Can be suppressed, and stable electrical measurement can be performed. Specifically, the noise due to the fluctuation of the amount of steam can be set to about 1%. As a result, even minute electrical changes that are conventionally hidden by noise due to fluctuations in the amount of steam can be accurately detected.

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although some embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.

10,20,30,40……蒸気供給装置、50……蒸気を用いた試験装置、100……液体循環機構、101……液体タンク、102……液体流路、103……ポンプ、104……圧力調整器、110……液体引き出し機構、111……引き出し配管、112……流量コントローラ、113……フィルター、130……加熱機構、131……気体導入管、132……熱伝導体、140……試料用チャンバー、141……気体導入管、150……試料、160……測定回路、161……電圧測定装置。 10, 20, 30, 40 ... Steam supply device, 50 ... Steam test device, 100 ... Liquid circulation mechanism, 101 ... Liquid tank, 102 ... Liquid flow path, 103 ... Pump, 104 ... ... Pressure regulator, 110 ... Liquid extraction mechanism, 111 ... Extraction pipe, 112 ... Flow controller, 113 ... Filter, 130 ... Heating mechanism, 131 ... Gas introduction pipe, 132 ... Thermal conductor, 140 ... Sample chamber, 141 ... Gas introduction tube, 150 ... Sample, 160 ... Measuring circuit, 161 ... Voltage measuring device.

Claims (14)

ループ状の液体流路と、前記液体流路に液体を循環するポンプとを有する液体循環機構と、
前記液体流路から前記液体を引き出すための引き出し配管と、前記引き出し配管にて引き出す前記液体の流量を制御する流量コントローラとを有する液体引き出し機構と、
前記液体引き出し機構にて引き出された前記液体を加熱して蒸気にする加熱機構と、
を具備したことを特徴とする蒸気供給装置。
A liquid circulation mechanism having a loop-shaped liquid flow path and a pump for circulating liquid in the liquid flow path,
A liquid withdrawal mechanism having a withdrawal pipe for drawing out the liquid from the liquid flow path and a flow rate controller for controlling the flow rate of the liquid to be withdrawn through the withdrawal pipe.
A heating mechanism that heats the liquid drawn out by the liquid drawing mechanism to vaporize it,
A steam supply device characterized by being equipped with.
前記液体循環機構の前記液体流路に、前記液体の圧力を制御する圧力調整器が配設されていることを特徴とする請求項1に記載の蒸気供給装置。 The vapor supply device according to claim 1, wherein a pressure regulator for controlling the pressure of the liquid is provided in the liquid flow path of the liquid circulation mechanism. 前記引き出し配管の前記流量コントローラの上流側に、前記液体中の異物を除去するフィルター機構が配設されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の蒸気供給装置。 The steam supply device according to claim 1 or 2, wherein a filter mechanism for removing foreign matter in the liquid is provided on the upstream side of the flow controller of the drawer pipe. 前記加熱機構に、前記液体と同伴して気体を流通させる気体流通機構が配設されていることを特徴とする請求項1乃至3いずれか1項に記載の蒸気供給装置。 The steam supply device according to any one of claims 1 to 3, wherein the heating mechanism is provided with a gas flow mechanism that allows a gas to flow along with the liquid. 前記加熱機構における、前記液体の流れる方向と前記気体の流れる方向とが同一であることを特徴とする請求項4に記載の蒸気供給装置。 The steam supply device according to claim 4, wherein the flow direction of the liquid and the flow direction of the gas in the heating mechanism are the same. 前記加熱機構における、前記液体の流れの外周側を、前記気体が流れるよう構成されていることを特徴とする請求項4又は5に記載の蒸気供給装置。 The vapor supply device according to claim 4 or 5, wherein the gas is configured to flow on the outer peripheral side of the flow of the liquid in the heating mechanism. 前記加熱機構の加熱域において、前記気体が流れる領域に、熱伝導体が配設されていることを特徴とする請求項4乃至6何れか1項に記載の蒸気供給装置。 The steam supply device according to any one of claims 4 to 6, wherein a heat conductor is disposed in a region where the gas flows in the heating region of the heating mechanism. 前記加熱機構の出口における、前記蒸気と前記気体の総体積に占める前記蒸気の体積パーセントが、80%乃至95%であることを特徴とする請求項4乃至7何れか1項に記載の蒸気供給装置。 The steam supply according to any one of claims 4 to 7, wherein the volume percentage of the steam to the total volume of the steam and the gas at the outlet of the heating mechanism is 80% to 95%. apparatus. 前記液体流路内を循環する前記液体の流量は、前記引き出し配管によって引き出される前記液体の流量の10倍乃至100000倍であることを特徴とする請求項1乃至8何れか1項に記載の蒸気供給装置。 The vapor according to any one of claims 1 to 8, wherein the flow rate of the liquid circulating in the liquid flow path is 10 to 100,000 times the flow rate of the liquid drawn out by the drawer pipe. Supply device. ループ状の液体流路と、前記液体流路に液体を循環するポンプとを有する液体循環機構によって前記液体流路に液体を循環するステップ、
前記液体流路から前記液体を引き出すための引き出し配管と、前記引き出し配管にて引き出す前記液体の流量を制御する流量コントローラとを有する液体引き出し機構によって、前記液体流路から一定流量にて前記液体を引き出すステップと、
前記液体を加熱して蒸気にする加熱機構により、前記液体引き出し機構にて引き出された前記液体を加熱して蒸気にするステップと、
を具備したことを特徴とする蒸気供給方法。
A step of circulating a liquid in the liquid flow path by a liquid circulation mechanism having a loop-shaped liquid flow path and a pump for circulating the liquid in the liquid flow path.
The liquid is drawn from the liquid flow path at a constant flow rate by a liquid drawing mechanism having a drawing pipe for drawing the liquid from the liquid flow path and a flow controller for controlling the flow rate of the liquid drawn by the drawing pipe. Steps to pull out and
A step of heating the liquid drawn by the liquid drawing mechanism to vapor by a heating mechanism that heats the liquid to vaporize it.
A steam supply method characterized by being provided with.
ループ状の液体流路と、前記液体流路に液体を循環するポンプとを有する液体循環機構と、
前記液体流路から前記液体を引き出すための引き出し配管と、前記引き出し配管にて引き出す前記液体の流量を制御する流量コントローラとを有する液体引き出し機構と、
前記液体引き出し機構にて引き出された前記液体を加熱して蒸気にする加熱機構と、
被試験体を収容可能とされ、前記加熱機構にて生成された前記蒸気を導入して前記被試験体に前記蒸気を当てて試験する試験用チャンバーと
を具備したことを特徴とする蒸気を用いた試験装置。
A liquid circulation mechanism having a loop-shaped liquid flow path and a pump for circulating liquid in the liquid flow path,
A liquid withdrawal mechanism having a withdrawal pipe for drawing out the liquid from the liquid flow path and a flow rate controller for controlling the flow rate of the liquid to be withdrawn through the withdrawal pipe.
A heating mechanism that heats the liquid drawn out by the liquid drawing mechanism to vaporize it,
A steam to be tested is provided, which is capable of accommodating the test piece and is provided with a test chamber for introducing the steam generated by the heating mechanism and applying the steam to the test piece for testing. The test equipment that was there.
前記加熱機構に、前記液体と同伴して気体を流通させる気体流通機構が配設されていることを特徴とする請求項11に記載の蒸気を用いた試験装置。 The test apparatus using steam according to claim 11, wherein the heating mechanism is provided with a gas flow mechanism that allows a gas to flow along with the liquid. 前記試験用チャンバー内の前記被試験体の電気的な状態を測定する測定回路を具備したことを特徴とする請求項11又は12に記載の蒸気を用いた試験装置。 The test apparatus using steam according to claim 11 or 12, further comprising a measuring circuit for measuring an electrical state of the test object in the test chamber. 前記試験用チャンバー内が、前記被試験体を挟んで2つの空間に分離され、一方の空間に前記加熱機構にて生成された前記蒸気を導入し、他方の空間に前記蒸気とは別の気体を導入するよう構成されていることを特徴とする請求項11乃至13いずれか1項に記載の蒸気を用いた試験装置。 The inside of the test chamber is separated into two spaces with the test piece in between, the steam generated by the heating mechanism is introduced into one space, and a gas different from the steam is introduced into the other space. The steam-based test apparatus according to any one of claims 11 to 13, wherein the test apparatus is configured to introduce the above.
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