JP3248553B2 - 真空蒸気による低温加熱システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、１００℃近傍若しく
はこれより低い温度での加熱に好適な加熱システムに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、種々の製品の製造工程において、
製品や材料の加熱処理が行われている。１００〜３００
℃程度の比較的高い温度での加熱は、一般に蒸気が使用
されているが、１００℃近傍若しくはこれより低い温度
での加熱、いわゆる低温加熱では、温水又は蒸気が使用
される。従来の低温加熱にあっては、温水又は蒸気のい
ずれの熱源を用いた場合でも、製品の品質や生産性を阻
害する多くの問題点があった。

【０００３】すなわち、温水による加熱にあっては、顕
熱加熱であるため温度差による加熱ムラがあると共に、
１００℃前後の温度設定が難しく、昇温や設定温度の変
更に時間を要する欠点があった。又、蒸気による加熱に
あっては、装置内のドレン滞留による加熱ムラやウォー
ターハンマーの発生、或は制御弁開度の微調整が困難で
高精度の加熱が出来なかった。特に、大気圧以下の蒸気
を用いた場合、放熱によって還元したドレン水を使用蒸
気圧より高い大気中に排出するのが困難であった。ドレ
ン水の排出には、通常蒸気真空ポンプが用いられるが、
ドレン水排出時に蒸気圧も同時に排出してしまうため、
真空度が変動してしまうという重大な欠点があった。
又、真空ポンプは連続運転されているため、蒸気の供給
能力とポンプの能力とのバランスが取れていないとポン
プが損傷して来るおそれがあった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、大気圧よ
り低い圧力、いわゆる真空の飽和蒸気による加熱によっ
て、均一な加熱を行い得るようにすると共に、装置内の
ドレンを効果的に排出してドレン滞留による加熱ムラの
発生を防止し、高精度の加熱を行い得るようにせんとす
るものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明が採った手段は、加熱手段に外気と遮断さ
れる蒸気圧スペースを設け、該蒸気圧スペースを蒸気送
給回路を介して蒸気圧源に接続し、該蒸気送給回路に圧
力制御手段を設け、蒸気圧スペースに空気を排出する自
動空気抜き弁を取り付け、蒸気圧スペースとポンプとを
接続する回路に入れられた通気弁とポンプに作動圧を送
給する回路に入れられた給気弁の二つの弁をポンプ内の
水位により作動する弾力的作動機構で相反的に開閉する
ようにしてなるプレッシャーポンプを、蒸気圧スペース
のドレン排出口に接続し、蒸気圧スペース内の空気を自
動空気抜き弁にて排除後閉弁して外気と遮断し、続いて
前記圧力制御手段で圧力を制御しつつ大気圧以下の飽和
蒸気を蒸気圧スペースに供給し、蒸気圧スペース内に発
生してくるドレン水をプレッシャーポンプで排出し、蒸
気圧スペース内の圧力と温度を負荷に対応して安定に保
持するようにしたこ とを特徴とする。

【０００６】

【作 用】この発明によれば、圧力制御手段で圧力を制
御しつつ飽和蒸気を蒸気圧スペースに供給し、蒸気圧ス
ペース内に発生してくるドレン水をプレッシャーポンプ
で排出する。蒸気圧スペース内の圧力と温度は、負荷に
対応して安定に保持される。飽和蒸気は、圧力が一定で
あれば温度は変わらない特性を有しており、加熱手段内
の温度を一定に保持することが出来る。加熱手段に供給
された飽和蒸気は水に還元され圧力が低下するが、蒸気
の還元によって発生したドレン水はプレッシャーポンプ
で外部に排出されるため、蒸気スペース内にドレン水が
滞留することはない。

【０００７】

【発明の効果】この発明によれば、圧力が一定であれば
温度は変わらないという飽和蒸気を大気圧以下の圧力に
制御しつつ蒸気圧スペースに供給するようにしてあるの
で、１００℃以下或は１００℃近傍の低温の加熱を安定
に行うことが出来る。また、蒸気圧スペース内の圧力を
温度を負荷に対応して安定に保持することが出来るの
で、安定した加熱を行うことが出来る。更に、蒸気圧ス
ペース内にドレン水が滞留することがないため、ドレン
水の滞留による加熱ムラやウォーターハンマーの発生を
防止出来、均一な加熱を行うことが出来る。

【０００８】

【実施例１】以下に図１〜３を参照しつつ、この発明の
好ましい実施例１を詳細に説明する。図１を参照して、
(１)はこの発明の加熱システムを適用した被加熱物を加
熱する加熱装置であって、図示の実施例では温水釜(２)
と蒸気釜(３)からなる２重釜が用いられているが、これ
に限られるものではなく、ゴムの加硫等を行う場合の加
硫ローラやその他の加熱装置であっても良いことは勿論
である。温水釜(２)内には温水が貯められ、蒸気釜(３)
には、蒸気源(４)からの蒸気送給回路(５)が接続され
る。送給される蒸気は、飽和蒸気が用いられる。飽和蒸
気は、圧力が一定であれば温度が変わらず、又負荷をか
けても温度の変化がない為、加熱源として好適であり、
温水釜(２)内の温度を一定に保持するのに適している。

【０００９】蒸気送給回路(５)には、蒸気源(４)から蒸
気釜(３)に向かって、一次圧力計(６)、減圧弁(７)、二
次圧力計(８)、空圧制御弁(９)が順次配設され、蒸気源
(４)からの蒸気は、先ず減圧弁(７)で一定の低圧蒸気に
減圧した後、空圧制御弁(９)で大気圧以下の所定の圧力
に調圧されて、蒸気釜(３)に送られる。空圧制御弁(９)
は、空圧源(10)からの圧力空気により作動される遠隔操
作弁であって、温水釜(２)及び蒸気釜(３)内の温度又は
圧力を検知して制御信号を発するコントローラ(11)に接
続され制御される。

【００１０】蒸気釜(３)のドレン部には、圧力で作動す
るポンプ、例えば図示の実施例１ではプレッシャーポン
プ(12)が接続され、放熱によって蒸気から還元した水が
蒸気釜(３)からドレン抜きされる。図２に示すように、
プレッシャーポンプ(12)のポンプ本体(13)内には、フロ
ート(14)と該フロート(14)によって作動される弁作動機
構(15)並びに該弁作動機構(15)によって相反的に開閉さ
れる通気弁(16)と給気弁(17)が配設される。通気弁(16)
は蒸気釜(３)に接続されており、開弁状態において、ポ
ンプ本体(13)内を蒸気釜(３)内と同一の圧力に保持され
る。給気弁(17)には、駆動圧力源(18)が接続されてお
り、ポンプ本体(13)内を加圧して、ドレン水を排出させ
る。プレッシャーポンプ(12)の入り口側と吐出側にはそ
れぞれ逆止弁(19)(20)が配設され、ドレン水の逆流を防
止している。プレッシャーポンプ(12)から吐出されたド
レン水は、トラップ(21)を介して貯水槽(22)に貯水され
廃棄処理される。

【００１１】図２を参照して、プレッシャーポンプ(12)
の作動を説明する。フロート(14)が下降した状態におい
て、通気弁(16)が開弁し、ポンプ本体(13)内は蒸気釜
(３)内と同一の圧力に保たれるため、蒸気釜(３)内の蒸
気から還元したドレン水は水頭圧でポンプ本体(13)内に
流入して来る。流入したドレン水によってフロート(14)
が浮上し、一定水位に達したとき、弁作動機構(15)が急
速に作動して通気弁(16)が閉じると同時に給気弁(17)が
開く（図２−２）。給気弁(17)の開弁によって、駆動圧
力がポンプ本体(13)内に導入され、貯ったドレン水が吐
出される（図２−３）。ドレン水の吐出に伴って、フロ
ート(14)が下降し、一定水位以下まで低下したとき、弁
作動機構(15)の作動により、通気弁(16)が開き、逆に給
気弁(17)が閉じるため、再びポンプ本体(13)の圧力が蒸
気釜(３)内と同圧となり、ドレン水の流入が開始され
る。

【００１２】かくして、蒸気釜(３)内のドレン水は、蒸
気釜(３)の圧力が大気圧以下であっても、効果的にドレ
ン抜きが達成され、蒸気釜(３)内にドレン水が貯まるお
それがなくなる。このように、この発明のシステムによ
れば、蒸気釜(３)内にドレン水が滞留するおそれがない
ため、従来のもののようにドレン水の滞留による加熱ム
ラやウォーターハンマーの発生を防止することが出来、
温水釜(２)内全体を均一に加熱することが可能となる。

【００１３】図３は、このシステムによる加熱テストの
結果を示すグラフであり、Ａは一次圧力計(６)で検出さ
れた蒸気源の一次圧力を、Ｂは二次圧力計(８)で検出さ
れた二次圧力を、Ｃは圧力計(24)で検出された蒸気釜
(３)内の圧力を、Ｄは第１温度検出器(23)で検出された
蒸気釜(３)内の温度を、Ｅは第２温度検出器(25)で検出
された温水釜(２)内の温度をそれぞれ示しており、コン
トローラ(11)は、温水釜(２)と蒸気釜(３)内の温度の変
動によって、所要の蒸気圧が蒸気釜(３)に送られるよう
に、空圧制御弁(９)を制御する。

【００１４】図３のグラフにおける設定値は、Ａ及びＢ
の蒸気一次圧を０〜１０ｋｇ／ｃｍ²Ｇに、Ｃの蒸気釜
(３)内の圧力は−７６０ｍｍＨｇ〜１．０ｋｇ／ｃｍ²
Ｇに、Ｄの蒸気釜(３)の温度は０〜２００℃にそれぞれ
設定した。テストは、温水釜(２)内の温度を５０℃に制
御することを目的に行った。

【００１５】先ず温水釜(２)に水を張った後、コントロ
ーラ(11)により遠隔手動操作で空圧制御弁(９)をゆっく
り全開にする。蒸気釜(３)内の空気を自動空気抜き弁(2
6)にて排除後、閉弁して外気と完全に遮断する。続いて
コントローラ(11)を自動制御回路にする。テスト開始約
１５分後に、蒸気釜(３)内の圧力(Ｃ)、温度(Ｄ)がほぼ
安定し、温水釜(２)内の温度(Ｅ)はほぼ５０℃に安定に
保持された。安定後、蒸気釜(３)内の圧力(Ｃ)と、温度
(Ｄ)は、温水釜(２)での負荷に対応して、小刻みな変動
を繰り返して温水釜(２)内の温度を５０℃に保持してい
ることが理解されるであろう。蒸気の還元によって蒸気
釜(３)内に生じて来るドレン水は、プレッシャーポンプ
(12)のポンプ本体(13)内に流入し、前述したように外部
へ排出されるため、蒸気釜(３)内にドレン水が滞留する
ことはなく、蒸気釜(３)内は常時飽和蒸気のみが存在し
ているため、加熱ムラやウォーターハンマー等の障害が
発生するおそれはない。

【００１６】尚、蒸気源(４)からの蒸気圧を作動に適し
た圧力に制御するために、作動反応が早い空圧制御弁
(９)を用いているが、圧力制御手段はこれに限られるも
のではないことは勿論である。

【００１７】

【実施例２】図４、５を参照して、この発明の実施例２
を説明する。実施例２は、ドレン水を排出するための圧
力で作動するポンプの構造が前記実施例１と相異してお
り、その他の点は実施例１と実質的に同じである。尚、
実施例２においては、被加熱手段として、熱交換ジャケ
ットが用いられているが、実施例１の二重釜やその他の
被加熱手段であっても良いことは勿論である。又、この
実施例２にあっては、熱交換ジャケットが低い位置に配
置され、ドレン排出口が例えば床上１５０ｍｍ程度の位
置に開口している場合でも、効果的にドレン水の排出が
可能となっている。

【００１８】図４を参照して、実施例１と同様に、減圧
弁で一定の低圧蒸気に減圧された蒸気源からの蒸気は、
蒸気送給回路(５)により空圧制御弁(９)に送られ、ここ
で大気圧以下の所定圧力に調圧されて、交換ジャケット
(30)に送られ、冷水パイプ(31)から入って来る冷水を加
熱する。熱交換ジャケット(30)で熱交換された温水は温
水パイプ(32)で取り出される。空圧制御弁(９)は温水パ
イプ(32)の温度を検知し制御信号を発するコントローラ
(11)により制御される。尚、蒸気送給回路(５)へ送給さ
れる蒸気圧は減圧弁により減圧する必要は必ずしもな
い。

【００１９】熱交換ジャケット(30)のドレン抜口(33)
は、逆止弁(19)又は空圧等で開閉される自動開閉弁を介
して圧力で作動するポンプ(34)に接続される。該ポンプ
(34)には第１開閉弁(35)を介してドレンパイプ(36)に接
続されると共に、第２開閉弁(37)を有する作動圧パイプ
(38)を介して作動圧力源に接続されており、第１、第２
の開閉弁(35)(37)は相反的に開閉作動する。ポンプ(34)
内には、レベルセンサー(39)が取り付けられ、該レベル
センサー(39)で検出されたポンプ(34)内のドレン水のレ
ベルを、制御ユニット(40)で検知し、第１、第２開閉弁
(35)(37)を相反的に開閉制御する。ポンプ(34)の吐出口
は、スチームトラップ(21)、逆止弁(20)を介して貯水槽
(22)若しくは排水パイプに接続される。

【００２０】通常は、第１開閉弁(35)が開弁され、第２
開閉弁(37)が閉弁されているため、ポンプ(34)内はドレ
ンパイプ(36)内の圧力、すなわち熱交換ジャケット(30)
に供給される低圧蒸気と同圧力に保持されるため、ドレ
ン水は水頭圧でポンプ(34)内に入って来る。ポンプ(34)
内のドレン水が一定水位に達するとレベルセンサー(39)
で検出され、制御ユニット(40)の制御により、第１開閉
弁(35)が閉弁され、これと相反して第２開閉弁(37)が開
弁され、作動圧がポンプ(34)に供給される。ポンプ(34)
に供給される作動圧により、ドレン水が吐出される。ド
レン水の吐出に伴って、再び第１開閉弁(35)が開弁し、
第２開閉弁(37)が閉弁するため、ドレン水がポンプ(34)
に入って来る。このようにして、ドレン水は効果的に熱
交換ジャケット(30)から抜き出される。

【００２１】図５は、実施例２の加熱システムによる加
熱テストの結果を示すグラフであり、蒸気圧力(Ｆ)を上
昇させるとき、蒸気温度(Ｇ)が上昇し、これに伴って水
温(Ｈ)が正確に上昇して行く状態が理解される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例のシステムを構成する回
路図。

【図２】同実施例１のプレッシャーポンプの作動原理を
示す図。

【図３】実施例１のシステムのテスト結果を示すグラ
フ。

【図４】実施例２の回路図

【図５】実施例２のテスト結果を示すグラフ

【符号の説明】

(１) 加熱装置 (２) 温水釜 (３) 蒸気釜 (４) 蒸気源 (５) 蒸気送給回路 (６) 一次圧力計 (７) 減圧弁 (８) 二次圧力計 (９) 空圧制御弁 (10) 空圧源 (11) コントローラ (12) プレッシャーポンプ (13) ポンプ本体 (14) フロート (15) 弁作動機構 (16) 通気弁 (17) 給気弁 (18) 駆動圧力源 (19) 逆止弁 (20) 逆止弁 (21) トラップ (22) 貯水槽 (23) 第１温度検出器 (24) 圧力計 (25) 第２温度検出器 (26) 自動空気抜き弁 (30) 熱交換ジャケット (31) 冷水パイプ (32) 温水パイプ (33) ドレン抜口 (34) 圧力で作動するポンプ (35) 第１開閉弁 (36) ドレンパイプ (37) 第２開閉弁 (38) 作動圧パイプ (40) 制御ユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−101830（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−220615（ＪＰ，Ａ) 実公 昭36−17877（ＪＰ，Ｙ１) 実公 昭46−11987（ＪＰ，Ｙ１) 米国特許5141405（ＵＳ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加熱手段に外気と遮断される蒸気圧スペー
   スを設け、該蒸気圧スペースを蒸気送給回路を介して蒸
   気圧源に接続し、該蒸気送給回路に圧力制御手段を設
   け、蒸気圧スペースに空気を排出する自動空気抜き弁を
   取り付け、蒸気圧スペースとポンプとを接続する回路に
   入れられた通気弁とポンプに作動圧を送給する回路に入
   れられた給気弁の二つの弁をポンプ内の水位により作動
   する弾力的作動機構で相反的に開閉するようにしてなる
   プレッシャーポンプを、蒸気圧スペースのドレン排出口
   に接続し、蒸気圧スペース内の空気を自動空気抜き弁に
   て排除後閉弁して外気と遮断し、続いて前記圧力制御手
   段で圧力を制御しつつ大気圧以下の飽和蒸気を蒸気圧ス
   ペースに供給し、蒸気圧スペース内に発生してくるドレ
   ン水をプレッシャーポンプで排出し、蒸気圧スペース内
   の圧力と温度を負荷に対応して安定に保持するようにし
   たことを特徴とする真空蒸気による低温加熱システム。