JP2022045976A - サイレンサ - Google Patents

Abstract

【課題】ドレン配管のドレン流量が少ない場合でも、ウォーターハンマーの発生を十分に抑制すること。【解決手段】サイレンサ２０は、蒸気の流路３５が形成され、ドレン回収管１４のドレンに没する没水部２６を備える。没水部２６には、流路３５に連通し、ドレン配管のドレンが流入して蒸気と混合するドレン流入口３２と、流路３５におけるドレン流入口３２よりも下流側の部分に連通し、混合した蒸気およびドレンを、ドレン配管の上流側へ向かって流出させる流出口３３とが設けられている。【選択図】図２

Description

本願は、蒸気をドレンと混合させるサイレンサに関する。

例えば特許文献１に開示されているように、蒸気使用機器等で発生したドレンが回収管に回収されるものが知られている。この特許文献１のものでは、蒸気使用機器で蒸気の凝縮により発生した高温のドレンが、分岐管のスチームトラップ等を介して回収管に流れ、回収管のドレンと合流して回収される。

上述したような回収管では衝撃（ウォーターハンマー）が発生する虞がある。スチームトラップから排出された高温のドレンは、一部が再蒸発して蒸気（フラッシュ蒸気）となる場合がある。その蒸気が回収管に流入すると、回収管では比較的大きな蒸気の塊（空間）が形成される。その蒸気の塊は低温のドレンと接して急激に凝縮し、そのため、蒸気が存在していた空間は一気に真空状態になる。この真空状態の空間にドレンが一気に流れ込み、ドレン同士が衝突したり、ドレンが管壁に衝突したりすることによって、ウォーターハンマーが発生する。

このようなウォーターハンマーの発生を抑制するためのサイレンサが、例えば特許文献２に開示されている。この特許文献２のサイレンサは、蒸気が流通する吸込部材を有しており、吸込部材には、側壁に吸込口が設けられ、底壁に吐出口が設けられている。吸込部材における蒸気は、吸込口から流入したドレンと混合してある程度凝縮し、その後、吐出口から吐出される。そのため、ドレン中に蒸気の塊が形成され難くなり、ウォーターハンマーの発生が抑制される。

特開昭５０－５５７０１号公報 特開２０１９－３９５８５号公報

ところで、上述したようなサイレンサでは、ドレン配管のドレン流量が少ない場合、吸込口からドレンが流入し難くなる虞がある。つまり、ドレン配管のドレン流量が少ない場合、吐出口から下方へ流出した蒸気およびドレンの混合流体によってドレンが吹き上げられ、吸込口の近傍にはドレンが存在しなくなるため、吸込口からのドレンの流入が困難になる。そうすると、蒸気とドレンとの混合作用が低下し、ウォーターハンマーの発生を抑制することが困難になる。

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、ドレン配管のドレン流量が少ない場合でも、ウォーターハンマーの発生を十分に抑制することにある。

本願に開示の技術は、蒸気の流路が形成され、ドレン配管のドレンに没する没水部を備えたサイレンサである。前記没水部には、ドレン流入口と、流出口とが設けられている。前記ドレン流入口は、前記流路に連通し、前記ドレン配管のドレンが流入して前記蒸気と混合するものである。前記流出口は、前記流路における前記ドレン流入口よりも下流側の部分に連通し、前記混合した蒸気およびドレンを、前記ドレン配管の上流側へ向かって流出させるものである。

本願に開示の技術によれば、ドレン配管のドレン流量が少ない場合でも、ウォーターハンマーの発生を十分に抑制することができる。

図１は、実施形態に係るドレン回収システムの概略構成を示す配管系統図である。 図２は、実施形態に係るサイレンサの概略構成を示す断面図である。 図３は、従来のサイレンサにおける混合流体の流出状態を説明するための模式的な図である。 図４は、実施形態に係るサイレンサにおける混合流体の流出状態を説明するための模式的な図である。

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システム１は、蒸気によって対象物を加熱すると共に、それによって発生したドレンを回収するものである。図１に示すように、ドレン回収システム１は、蒸気供給管１１と、蒸気使用部１３と、ドレン回収管１４と、複数のドレン排出管１６と、サイレンサ２０とを備えている。

蒸気供給管１１は、蒸気使用部１３に接続されている。蒸気供給管１１は、例えばボイラー設備（図示省略）に接続されており、ボイラー設備で生成された蒸気が蒸気使用部１３に供給される。蒸気供給管１１には、蒸気の圧力を調節する減圧弁１２が設けられている。

蒸気使用部１３は、例えば熱交換器である。蒸気使用部１３では、蒸気供給管１１から供給された蒸気が対象物に放熱して凝縮し、対象物が加熱される。蒸気は、凝縮することによってドレン（復水）になる。つまり、蒸気使用部１３では、蒸気の凝縮潜熱が対象物に付与されることにより、対象物が潜熱加熱される。

ドレン回収管１４は、蒸気使用部１３に接続されている。ドレン回収管１４では、蒸気使用部１３において蒸気の凝縮により発生したドレンが回収される。ドレン回収管１４は、例えば、蒸気使用部１３よりも下方に配置され、蒸気使用部１３からドレンが流下して流入するように構成されている。ドレン回収管１４は、ドレンが流通するドレン配管の一例である。

ドレン回収管１４には、液体圧送装置１５が設けられている。液体圧送装置１５は、蒸気使用部１３で発生したドレンをドレン回収管１４を通じて下流側へ圧送するポンプである。例えば、液体圧送装置１５では、蒸気使用部１３のドレンがドレン回収管１４を介して流入し、一時的に貯留される。ドレンの貯留量が所定量になると、液体圧送装置１５に高圧の作動気体が導入され、液体圧送装置１５に貯留されていたドレンは作動気体の圧力によって下流側へ圧送（排出）される。ドレンが圧送されると、再び蒸気使用部１３からドレンが液体圧送装置１５に流入し貯留される。こうして、液体圧送装置１５では、ドレンの流入と、ドレンの圧送（排出）とが交互に行われる。

複数のドレン排出管１６は、蒸気供給管１１とドレン回収管１４との間に接続されている。具体的に、複数のドレン排出管１６は、蒸気供給管１１の管軸方向に順に設けられており、互いに間隔（例えば、２０～３０ｍ）を置いて設けられている。各ドレン排出管１６は、上流端が蒸気供給管１１に接続され、下流端がサイレンサ２０を介してドレン回収管１４に接続されている。

ドレン排出管１６は、蒸気供給管１１で発生したドレンをドレン回収管１４に回収するためのものである。つまり、蒸気供給管１１では蒸気の一部が凝縮しドレンになる場合があり、そのドレンはドレン排出管１６およびサイレンサ２０を介してドレン回収管１４に回収される。

ドレン排出管１６の途中には、スチームトラップ１７が設けられている。スチームトラップ１７は、蒸気供給管１１で発生したドレンがドレン排出管１６を介して流入する。スチームトラップ１７は、その上下流の圧力差（上流側の圧力と下流側の圧力との差）によって、流入したドレンのみを下流側へ自動的に排出する自動弁である。なお、実際、スチームトラップ１７には蒸気混じりのドレンが流入する。

こうして、蒸気供給管１１で発生したドレンは、ドレン回収管１４において蒸気使用部１３で発生したドレンと合流し下流側へ圧送される。なお、ドレン回収管１４は蒸気供給管１１よりも下方に配置され、ドレン排出管１６は上下方向に延びてドレン回収管１４の上部にサイレンサ２０を介して接続されている。

〈サイレンサの構成〉
サイレンサ２０は、ドレン回収管１４とドレン排出管１６との間に設けられている。サイレンサ２０は、その内部で蒸気をドレンと混合させるものである。図２に示すように、サイレンサ２０は、本体２１と、多孔状部材４０とを備えている。

本体２１は、上下流方向に延びる略棒状に形成されている。図２に示す本体２１は、上側が上流側であり、下側が下流側である。本実施形態では、本体２１は、上下方向に延びる状態で、ドレン排出管１６とドレン回収管１４とに接続されている。より詳しくは、本体２１は、ドレン排出管１６の管軸と同一方向に延びる一方、ドレン回収管１４の管軸と直交する方向に延びている。

本体２１は、頭部２２と没水部２６を有している。本体２１において、没水部２６は頭部２２の下流側（下方）に連続して形成されている。

頭部２２は、ドレン排出管１６およびドレン回収管１４と接続される部分である。頭部２２は、角柱部２３、第１接続部２４および第２接続部２５を有している。

角柱部２３は、扁平な略六角柱状に形成されており、軸方向が上下方向と一致している。第１接続部２４は、角柱部２３と同軸の円柱状に形成され、角柱部２３の上流側（上方）に連続して形成されている。第１接続部２４には、例えばテーパ状の雌ねじが形成されており、ドレン排出管１６の下流端が接続（螺合）される。第２接続部２５は、角柱部２３（第１接続部２４）と同軸の略円柱状に形成され、角柱部２３の下流側（下方）に連続して形成されている。第２接続部２５には、例えばテーパ状の雄ねじが形成されている。第２接続部２５は、ドレン回収管１４と接続される。より詳しくは、第２接続部２５は、ドレン回収管１４の上部に設けられた接続孔１４ａに螺合する。つまり、本体２１は、第２接続部２５が接続孔１４ａに螺合されることにより、ドレン回収管１４に接続される。第１接続部２４および第２接続部２５の外径は、角柱部２３の外形よりも小さい。

没水部２６は、頭部２２と同軸の円柱状に形成され、上下流方向（上下方向）に延びている。没水部２６は、第２接続部２５の下流側（下方）に連続して形成されている。没水部２６は、本体２１がドレン回収管１４に接続された際、ドレン回収管１４のドレンに没する部分である。

本体２１の内部には、蒸気の流路３５が形成されている。また、本体２１には、それぞれ流路３５と連通する、蒸気流入口３１、ドレン流入口３２および流出口３３が設けられている。

蒸気流入口３１は、頭部２２および没水部２６のうち、頭部２２に設けられている。より詳しくは、蒸気流入口３１は、頭部２２（第１接続部２４）の上流側端面に開口し、上下流方向に延びている。蒸気流入口３１の内周面には上述した雌ねじが形成されており、蒸気流入口３１にドレン排出管１６が接続される。つまり、蒸気流入口３１には、ドレン排出管１６から蒸気またはドレンが流入する。

ドレン流入口３２および流出口３３は、頭部２２および没水部２６のうち、没水部２６に設けられている。ドレン流入口３２および流出口３３の詳細は後述する。

流路３５は、頭部２２と没水部２６とに跨って形成され、上下流方向（即ち、没水部２６の軸方向）に延びている。流路３５は、直線状の流路であり、絞り部３５ａと、混合部３５ｂと、連通路３５ｃとを有している。なお、流路３５は、没水部３２のみに形成されていてもよい。

絞り部３５ａは、頭部２２と没水部２６とに跨って設けられている。絞り部３５ａは、蒸気流入口３１と連通しており、蒸気流入口３１から流入した蒸気を加速減圧するように構成されている。つまり、絞り部３５ａは、蒸気の流速を増加させると共に、蒸気の圧力を減少させるように構成されている。具体的に、絞り部３５ａの内径（流路断面積）は、流路３５における他の部分（混合部３５ｂおよび連通路３５ｃ）の内径よりも小さい。また、絞り部３５ａの内径は、蒸気流入口３１、ドレン流入口３２および流出口３３のそれぞれの内径よりも小さい。

混合部３５ｂは、没水部２６に設けられている。混合部３５ｂは、絞り部３５ａと連通しており、絞り部３５ａと同軸の円柱状に形成されている。混合部３５ｂは、蒸気が、ドレン流入口３２から流入したドレン回収管１４のドレンと混合する部分である。

より詳しくは、混合部３５ｂは、絞り部３５ａから蒸気が高速で流通することにより圧力が低下し、ドレン回収管１４のドレンがドレン流入口３２を介して吸引される吸引部を構成している。つまり、没水部２６は、流路３５における蒸気を加速減圧させることによって、ドレン回収管１４のドレンをドレン流入口３２から吸引するように構成されている。

連通路３５ｃは、没水部２６に設けられている。連通路３５ｃは、混合部３５ｂと連通しており、混合部３５ｂと同軸の円柱状に形成されている。連通路３５ｃの内径は、混合部３５ｂの内径よりも大きい。連通路３５ｃは、混合部３５ｂと流出口３３とを連通させる。つまり、連通路３５ｃは、流路３５の下流端を構成している。

ドレン流入口３２は、流路３５における混合部３５ｂと連通している。ドレン流入口３２は、ドレン回収管１４のドレンが流入して流路３５の蒸気と混合する流入口である。

ドレン流入口３２は、混合部３５ｂ（流路３５）の側方に設けられ、没水部２６の外周面に開口している。ドレン流入口３２は、没水部２６の周方向において複数（本実施形態では、４つ）設けられている。複数のドレン流入口３２は、互いに等間隔（本実施形態では、９０°間隔）を置いて設けられている。

より詳しくは、複数のドレン流入口３２の少なくとも１つは、ドレン回収管１４の上流側（図２において右側）へ向かって開口させるためのものである。つまり、サイレンサ２０（本体２１）は、複数のドレン流入口３２の少なくとも１つはドレン回収管１４の上流側へ向かって開口するように、ドレン回収管１４に接続される。本実施形態では、図２に示すように、４つのうち１つのドレン流入口３２がドレン回収管１４の上流側へ向かって開口するように、本体２１がドレン回収管１４に接続される。

流出口３３は、流路３５におけるドレン流入口３２よりも下流側の部分に連通している。そして、流出口３３は、流路３５（混合部２６）において混合した蒸気およびドレン（以下、混合流体ともいう）を、ドレン回収管１４の上流側へ向かって流出させるものである。

より詳しくは、流出口３３は、流路３５の下流端である連通路３５ｃに連通している。流出口３３は、ドレン流入口３２と同様、没水部２６の外周面に開口している。流出口３３は、没水部２６の外周面において、何れか１つのドレン流入口３２の直下に位置している。サイレンサ２０（本体２１）は、流出口３３がドレン回収管１４の上流側へ向かって開口するように、ドレン回収管１４に接続される。本実施形態では、流出口３３は１つ設けられている。

多孔状部材４０は、ドレン流入口３２へのドレンの流入は許容する一方、ドレン流入口３２への異物の流入は阻止するフィルタである。具体的に、多孔状部材４０は、円筒状に形成され、没水部２６の外周に設けられている。多孔状部材４０は、ドレン流入口３２を覆っている。多孔状部材４０は、異物の通過を阻止し得る小さい孔を多数有している。多孔状部材４０として、例えば、金属メッシュ、パンチングメタル、エキスパンドメタル、細線焼結体等が用いられる。

〈動作〉
このように構成されたサイレンサ２０の動作について説明する。スチームトラップ１７から排出された高温ドレンは、蒸気流入口３１から流入し混合部３５ｂでドレン回収管１４の低温ドレンと混合する。混合したドレンは、連通路３５ｃを介して流出口３３からドレン回収管１４に流出する。こうして、蒸気供給管１１で発生したドレンは、サイレンサ２０を介してドレン回収管１４に回収される。

スチームトラップ１７から排出されたドレンの一部は再蒸発して蒸気（フラッシュ蒸気）となる場合がある。これは、蒸気供給管１１からスチームトラップ１７に流入するドレンは高温であるところ、その高温のドレンがスチームトラップ１７から排出されて圧力が低下することによるものである。再蒸発した蒸気は、サイレンサ２０に流入する。

サイレンサ２０において、蒸気流入口３１に流入した蒸気は絞り部３５ａに流れる。蒸気は、絞り部３５ａを流れることによって加速減圧される。加速減圧された蒸気は、混合部３５ｂを通過して連通路３５ｃに流れる。このように蒸気が高速で混合部３５ｂを流通することにより、混合部３５ｂの圧力が低下する。そのため、ドレン回収管１４の低温ドレンが、４つのドレン流入口３２を介して混合部３５ｂに流入し（吸引され）、蒸気と混合する。

混合部３５ｂで混合した混合流体は、連通路３５ｃを介して流出口３３から流出する。蒸気は、混合部３５ｂで低温ドレンと混合することにより、細かく分散される。こうして、蒸気がサイレンサ２０で細かく分散されてドレン回収管１４に流れることにより、ドレン回収管１４において発生する衝撃（ウォーターハンマー）が抑制される。なお、蒸気は、混合部３５ｂで低温ドレンと混合することにより、一部が凝縮するため、このことからも、ドレン回収管１４においてウォーターハンマーが抑制される。

仮に、蒸気が分散されずにドレン回収管１４に流れた場合、ドレン回収管１４では蒸気の流入に伴って比較的大きな蒸気の塊（空間）が形成される。この蒸気の塊は、その周囲の低温ドレンによって冷却され急激に凝縮し、そのため、蒸気が存在していた空間は一気に真空状態になる。この真空状態の空間に周囲のドレンが一気に流れ込み、ドレン同士が衝突したり、ドレンがドレン回収管１４の管壁に衝突したりすることによって、衝撃（ウォーターハンマー）が発生する。

本実施形態では、蒸気がサイレンサ２０によって細かく分散されてドレン回収管１４に流入するため、ドレン回収管１４において大きな蒸気の塊（空間）が形成され難くなる。そのため、蒸気の急激な凝縮によって発生する真空の空間は小さいものとなる。したがって、騒音や管の損傷を引き起こすような大きなウォーターハンマーの発生が抑制される。つまり、ウォーターハンマーの大きさが小さくなる。

次に、ドレン回収管１４におけるドレン流量が少ない場合、即ちドレン回収管１４のドレン水位が低い場合のサイレンサ２０の動作について説明する。

図３に示すように、従来のサイレンサの没水部１０１では、絞り部１０４から混合部１０５に流れた蒸気が低温ドレンと混合し、流出口１０３から下方へ向かって流出する。そうすると、流出口１０３の周囲のドレンが吹き上げられる。そのため、ドレン流入口１０２の近傍においてドレンが殆ど存在しなくなる場合があり、これはドレン水位が低いほど顕著となる。そうなると、ドレン回収管１４の低温ドレンがドレン流入口１０２に流入し難くなり、混合部１０５における蒸気とドレンとの混合作用が低下する。その結果、蒸気が分散されずにドレン回収管１４に流出するため、ウォーターハンマーを抑制することが困難になる。

一方、本実施形態では、図４に示すように、混合部３５ｂで混合した蒸気およびドレンの混合流体は、流出口３３からドレン回収管１４の上流側へ向かって流出する。そのため、ドレン流入口３２に流入した（吸引された）ドレンが、ドレン回収管１４の上流側へ供給される（図４に示す破線の矢印を参照）。つまり、ドレン回収管１４では、ドレンが没水部２６に吸引される一方、その吸引されたドレンが没水部２６から上流側に戻される。

これにより、没水部２６周囲のドレン水位、特に没水部２６よりも上流側のドレン水位が維持される。つまり、ドレン流入口３２の近傍においてドレンを存在させることができる。そのため、ドレン流入口３２へのドレンの流入が維持され、混合部３５ｂにおける蒸気とドレンとの混合作用が維持される。その結果、ドレン回収管１４のドレン流量が少ない場合でも、ウォーターハンマーの発生が十分に抑制される。

この点、従来のサイレンサでは、流出口１０３から下方に流出した混合流体は、上流側および下流側へ向かって流れようとする(図３に示す破線の矢印を参照)。下流側へ向かって流れようとする混合流体は、ドレン回収管１４におけるドレン流れによってそのまま下流側へ流れる。一方、上流側へ向かって流れようとする混合流体は、ドレン回収管１４におけるドレン流れに逆行するため、上流側へは流れ難くなる。そのため、ドレン回収管１４では、ドレンが没水部１０１に吸引される一方、その吸引されたドレンの殆どが没水部１０１から下流側へ向かって流れる。その結果、没水部１０１周囲のドレン水位が低下し、ドレン流入口１０２の近傍においてドレンが存在しなくなる。

以上のように、上記実施形態のサイレンサ２０は、蒸気の流路３５が形成され、ドレン回収管１４のドレンに没する没水部２６を備えている。没水部２６には、流路３５に連通し、ドレン回収管１４のドレンが流入して蒸気と混合するドレン流入口３２と、流路３５におけるドレン流入口３２よりも下流側の部分に連通し、混合した蒸気およびドレンを、ドレン回収管１４の上流側へ向かって流出させる流出口３３とが設けられている。

上記の構成によれば、ドレン流入口３２から流入したドレンを、ドレン回収管１４における没水部３２よりも上流側に戻すことができる。そのため、没水部２６周囲のドレン水位、特に没水部２６よりも上流側のドレン水位を維持することができる。そのため、混合部３５ｂにおける蒸気とドレンとの混合作用を維持することができる。その結果、ドレン回収管１４のドレン流量が少ない場合でも、ウォーターハンマーの発生を十分に抑制することができる。

また、上記実施形態のサイレンサ２０において、没水部２６には、ドレン回収管１４の上流側へ向かって開口させるドレン流入口３２が設けられている。

上記の構成によれば、効果的にドレン回収管１４のドレンをドレン流入口３２に流入させることができる。そのため、混合部３５ｂにおける蒸気とドレンとの混合作用をより維持することができる。

また、上記実施形態のサイレンサ２０において、没水部２６は、円柱状に形成されている。流路３５は、没水部２６の軸方向に延びている。ドレン流入口３２は、流路３５の側方に設けられ、没水部２６の外周面に開口している。流出口３３は、流路３５の下流端に連通し、没水部２６の外周面に開口している。

上記の構成によれば、容易にドレン流入口３２および流出口３３の両方をドレン回収管１４の上流側へ向かって開口させることができる。

また、上記実施形態のサイレンサ２０において、没水部２６は、流路３５における蒸気を加速減圧させることによって、ドレン回収管１４のドレンをドレン流入口３２から吸引するように構成されている。

上記の構成によれば、確実にドレン回収管１４のドレンをドレン流入口３２に流入させることができる。したがって、混合部３５ｂにおける蒸気とドレンとの混合作用を確実に発揮させることができる。

また、上記実施形態のサイレンサ２０において、ドレン流入口３２は、没水部２６の周方向において複数設けられている。

上記の構成によれば、ドレン流入口３２へのドレンの必要流入量を容易に確保することができる。

（その他の実施形態）
本願に開示の技術は、上記実施形態において以下のような構成としてもよい。

例えば、ドレン流入口３２の数量は、１つであってもよいし、４つ以外の複数であってもよい。

また、ドレン流入口３２にドレン回収管１４のドレンを流入させることができれば、流路３５において絞り部３５ａを省略するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、ドレン配管の一例としてドレン回収管１４を開示したが、ドレンが流通するドレン配管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、蒸気をドレンと混合させるサイレンサについて有用である。

１４ ドレン回収管（ドレン配管）
２０ サイレンサ
２６ 没水部
３２ ドレン流入口
３３ 流出口
３５ 流路

Claims (5)

1. 蒸気の流路が形成され、ドレン配管のドレンに没する没水部を備え、
   前記没水部には、
   前記流路に連通し、前記ドレン配管のドレンが流入して前記蒸気と混合するドレン流入口と、
   前記流路における前記ドレン流入口よりも下流側の部分に連通し、前記混合した蒸気およびドレンを、前記ドレン配管の上流側へ向かって流出させる流出口とが設けられている
   ことを特徴とするサイレンサ。
2. 請求項１に記載のサイレンサにおいて、
   前記没水部には、前記ドレン配管の上流側へ向かって開口させる前記ドレン流入口が設けられている
   ことを特徴とするサイレンサ。
3. 請求項１または２に記載のサイレンサにおいて、
   前記没水部は、円柱状に形成され、
   前記流路は、前記没水部の軸方向に延びており、
   前記ドレン流入口は、前記流路の側方に設けられ、前記没水部の外周面に開口し、
   前記流出口は、前記流路の下流端に連通し、前記没水部の外周面に開口している
   ことを特徴とするサイレンサ。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載のサイレンサにおいて、
   前記没水部は、前記流路における蒸気を加速減圧させることによって、前記ドレン配管のドレンを前記ドレン流入口から吸引するように構成されている
   ことを特徴とするサイレンサ。
5. 請求項３に記載のサイレンサにおいて、
   前記ドレン流入口は、前記没水部の周方向において複数設けられている
   ことを特徴とするサイレンサ。

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