JP3282000B2 - 蒸気加熱気化冷却装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は熱交換器内の被加熱冷却
物を熱交換するものに関し、特にその温度が１００度Ｃ
前後の比較的低温の場合に適した蒸気加熱気化冷却装置
に関する。具体的には重合反応等に用いられる各種反応
釜や食品の加熱冷却装置、あるいは殺菌装置等に用いる
ものである。これらの場合の被加熱冷却物は、少しの温
度上昇によって熱損傷を生じてしまう場合が多く、加熱
冷却温度を精度良く維持する必要がある。

【０００２】

【従来の技術】従来の蒸気による加熱装置としては例え
ば図３に示すようなものが用いられていた。これは、熱
交換器としての反応釜１を加熱するもので、反応釜１の
外周に加熱部としてのジャケット部２を形成して加熱用
の蒸気供給管３を接続すると共に、加熱により生じた復
水を排出する復水回収装置４を接続したもので、蒸気供
給管３から比較的低圧力すなわち低温度の蒸気をジャケ
ット部２へ供給することにより、反応釜１内の被加熱物
を加熱するものである。ジャケット部２内へ供給された
蒸気が加熱することにより凝縮してジャケット部２内を
大気圧以下程度の低圧力状態に維持することにより、１
００度Ｃあるいは１００度Ｃ以下の比較的低温度で加熱
することができるものである。

【０００３】復水回収装置４は例えば実開昭５０−１４
７２２８号公報に示されているようなもので、復水の流
入口５と還元口６を有すると共に、高圧操作流体の導入
口７と循環口８とを有するケ―シング９内に図示しない
水位と共に浮上降下するフロ―トを配置し、高圧操作流
体の導入口７を開閉する給気弁と、高圧操作流体の循環
口８を開閉する排気弁をフロ―トに連結し、復水の流入
口５と還元口６に配置した逆止弁１０，１１との協働作
用により、ケ―シング９内が低水位の場合に復水の流入
口５と高圧操作流体の循環口８を開いて復水を導入し、
ケ―シング９内が高水位になると高圧操作流体の導入口
７と復水の還元口６を開いて高圧操作流体をケ―シング
９内に導入し復水を所定の回収先１２へ圧送するもので
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の蒸気加熱装
置では、加熱温度を精度良く維持することができない問
題、特に加熱の初期段階で温度を精度良く調節すること
ができない問題があった。これは、加熱初期においては
ジャケット部２内に多量の空気が残存しておりほぼ大気
圧状態であると共に、供給した加熱用の蒸気が凝縮しに
くくジャケット部２内が所定の低圧力状態とならず１０
０度Ｃ以下の蒸気温度に調節することができないためで
ある。

【０００５】供給した蒸気で残存している空気を追い出
すこともできるが、追い出すためには時間を要して時間
遅れを生じるために精度良く温度を調節することができ
ないのである。

【０００６】また上記従来の装置は、低温蒸気での加熱
はできるが、被熱交換物を冷却することができないもの
であった。

【０００７】従って本発明の技術的課題は、時間遅れを
生じることなく、精度良く加熱温度を調節することので
きると共に、加熱のみならずに冷却もできる蒸気加熱気
化冷却装置を得ることである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の技術的課題を解決
するために講じた本発明の技術的手段は、熱交換器に熱
交換部を形成して加熱用の蒸気供給管を接続すると共
に、加熱により生じた復水を排出する復水回収装置を接
続し、当該復水回収装置が高圧操作流体によって復水を
圧送するものにおいて、熱交換部の入口側に加熱用蒸気
供給管と連通したノズルと、当該ノズルの周囲を覆う吸
引室とを形成し、当該吸引室に少なくとも２つの通路を
連設して、当該一方の通路を熱交換部と接続して他方の
通路に弁手段を介在し、当該弁手段を開弁することによ
り蒸気供給管からの蒸気をノズルと当該弁手段を流下さ
せ、吸引室に吸引力を発生させて一方の通路から熱交換
部内を吸引すると共に、当該弁手段を閉弁することによ
り蒸気供給管からの蒸気をノズルと一方の通路から熱交
換部へ供給し、且つ、熱交換部と冷却流体供給管とを弁
手段を介して接続したことを特徴とするものである。

【０００９】

【作用】上記の技術的手段の作用は下記の通りである。
蒸気供給管と連通してノズルと吸引室と弁手段を形成し
たことにより、弁手段を開弁してノズルに蒸気を通過さ
せると吸引室に吸引力が作用して圧力が低下する。一方
の通路により吸引室と熱交換部を接続したことにより、
熱交換部の残存空気はこの吸引力により吸引室へ吸引さ
れ、蒸気と共に弁手段から系外に排除される。熱交換部
内は残存空気が排除されたことにより所定の低圧力状態
となる。この状態で弁手段を閉弁することにより、蒸気
供給管とノズルからの通路は、熱交換部に接続した一方
の通路のみとなりノズルを出た蒸気は熱交換部へ供給さ
れる。熱交換部へ供給される蒸気温度を所定の温度とす
ることによって、１００度Ｃ以下の蒸気の場合でも所定
温度を維持して被加熱物を加熱することができる。加熱
により蒸気が凝縮して生じた復水は、復水回収装置へ至
り、所定量溜ると外部に排出される。

【００１０】熱交換部を冷却する場合は、弁手段を開弁
してノズルに蒸気を供給して吸引力を発生しつつ、冷却
流体供給管から冷却流体を熱交換部へ供給することによ
り、冷却流体は被冷却物から熱を奪って冷却する。被冷
却物から熱を奪って気化した冷却流体の蒸気はノズルに
吸引され系外へ排除される。

【００１１】ノズルに供給する蒸気量を増やしてノズル
の吸引力を高めることにより、熱交換部内を大気圧以下
の低圧状態とすることができ、供給した冷却流体を低温
で気化して被冷却物を冷却することができる。

【００１２】

【実施例】上記の技術的手段の具体例を示す実施例を説
明する（図１及び図２参照）。本実施例においても従来
例と同様に熱交換器として反応釜１５を用いた例を説明
する。反応釜１５の外周に熱交換部としてのジャケット
部１６を形成して蒸気供給管１７とノズル１８を介して
接続すると共に、ジャケット部１６に弁手段１４を介し
て冷却流体供給管１３を接続し、ジャケット部１６の下
部と復水回収装置２０とを管路１９を介して接続して蒸
気加熱気化冷却装置を構成する。

【００１３】蒸気供給管１７は２本の平行管路４０，４
１を介してノズル１８と接続する。管路４０，４１には
それぞれ圧力調節弁２１，４２と開閉弁２２，４３を取
り付ける。圧力調節弁２１はジャケット部１６へ供給す
る所望蒸気温度となるように設定し、他方の圧力調節弁
４２は大気圧以上の高圧力設定とする。また、蒸気供給
管１７は管路２３を介して復水回収装置２０の高圧操作
流体の導入口３８と接続する。

【００１４】ノズル１８の周囲に吸引室４４を形成して
２つの通路４５，４６を連設する。一方の通路４５はジ
ャケット部１６と接続し、他方の通路４６は弁手段４７
と接続する。弁手段４７は通路を開閉できるものであれ
ばどのようなものであっても良い。弁手段４７と開閉弁
４３を開弁して、圧力調節弁４２から高圧蒸気をノズル
１８へ通過させることにより、吸引室４４に吸引力を生
じ、通路４５を介してジャケット部１６内の残存空気を
吸引するものである。高圧蒸気の供給を止めて弁手段４
７を閉弁し、圧力調節弁２１から所望温度の蒸気を通過
させるとノズル１８から通路４５を経てジャケット部１
６へ所望温度の蒸気が供給されるものである。

【００１５】ジャケット部１６の下部と復水回収装置２
０の復水流入口３４とを管路１９によりバルブ２６と逆
止弁２７を介して接続する。逆止弁２７はジャケット部
１６から復水回収装置２０方向のみの流体の通過を許容
するもので、逆方向の流体の通過は許容しないものであ
る。復水回収装置２０の復水還元口３５にも逆止弁２８
を介して復水圧送管路２９を取り付ける。この逆止弁２
８は復水回収装置２０から外部方向へのみ流体を通過さ
せるものである。

【００１６】復水回収装置２０の詳細を図２に示す。本
体３１に蓋体３２を図示しないボルトで取り付けて内部
に復水溜り室３３を形成する。本体３１の上部に復水溜
り室３３に連通する復水の流入口３４を形成し、同じく
下部には復水を回収先へ還元する還元口３５を形成す
る。蓋体３２に高圧操作流体としての蒸気管路２３と接
続する導入口３８と、この導入口３８の奥側に図示しな
い高圧操作流体循環口３９を形成する。導入口３８は給
気弁５０を介して復水溜り室３３に連通し、循環口３９
は給気弁５０の奥側にほぼ平行に配置した図示しない排
気弁５１を介して復水溜り室３３と連通する。給気弁５
０と排気弁５１はスライド棒５３と結合していることに
より、スライド棒５３が上方へ変位すると給気弁５０が
開弁して排気弁５１が閉弁し、スライド棒５３が下方へ
変位すると給気弁５０が閉弁して排気弁５１が開弁する
構成のものである。スライド棒５３の両側側方にはスラ
イド棒５３の上下動を支持する複数のスライドリング５
５を設ける。

【００１７】復水溜り室３３内にその水位と共に浮上降
下する密閉フロ―ト５６を収容する。フロ―ト５６には
レバ―５７を取り付け、レバ―５７に連結部材５８と弁
体６０の弁棒５９をピン結合する。レバ―５７はピン６
１を中心にしてフロ―ト５６の浮上降下と共に回転す
る。レバ―５７の端部にピン６３を介して補助レバ―６
４を連設する。補助レバ―６４の他端部は蓋体３２に取
り付けたピン６５により回動自在に取り付ける。連結部
材５８の一端はピン６２によりスライド棒５３と結合
し、他端はピン６６により補助レバ―６４と結合する。
連結部材５８の中央部には圧縮状態のコイルバネ６７を
配置する。

【００１８】ジャケット部１６内の水や復水は管路１９
とバルブ２６と逆止弁２７を通過して復水溜り室３３内
へ流下する。復水溜り室３３内に復水が溜るとフロ―ト
５６が上昇し、レバ―５７がピン６１を中心に回転す
る。この場合ピン６６は下方向へ変位してコイルバネ６
７は更に圧縮される。ピン６６が更に下方へ変位してピ
ン６２の位置よりもわずかに下に位置するとコイルバネ
６７の圧縮力がピン６２に作用して、スライド棒５３を
一気に上方へ押し上げる。スライド棒５３が上方に位置
すると給気弁５０が開弁して高圧操作流体としての蒸気
管路２３から高圧蒸気が復水溜り室３３内に流入すると
共に、給気弁５０の奥側に平行に設けた排気弁５１が閉
弁して高圧蒸気の排出を防ぐことにより、復水溜り室３
３内の復水は還元口３５と逆止弁２８と管路２９を経て
復水回収先へ圧送される。

【００１９】復水が回収されて復水溜り室３３内の水位
が低下すると図２に示すようにフロ―ト５６が降下し、
給気弁５０が閉弁すると共に排気弁５１が開弁して復水
溜り室３３内の高圧蒸気を外部へ排出する。復水溜り室
３３内の蒸気圧力が低下すると流入口３４を介して再び
復水が復水溜り室３３内へ流下してくる。この場合弁体
６０が上昇して通路を閉じていることにより、復水が還
元口３５から排出されることはない。

【００２０】図１において反応釜１５内の被加熱物を加
熱する場合、まずバルブ２６と開閉弁２２を閉弁し、弁
手段４７と開閉弁４３を開弁して圧力調節弁４２から高
圧蒸気をノズル１８と通路４６を経て弁手段４７へ流下
させる。ノズル１８に高圧蒸気が通過することにより、
吸引室４４に吸引力を生じ通路４５を介してジャケット
部１６内の残存空気が吸引される。吸引された空気は通
路４６から弁手段４７を通って外部に排除される。空気
が排除されると開閉弁４３と弁手段４７を閉弁しバルブ
２６と開閉弁２２を開弁することにより、圧力調節弁２
１で所定の圧力すなわち温度に調節された蒸気がノズル
１８と吸引室４４と通路４５を通ってジャケット部１６
へ供給される。ジャケット部１６内で反応釜１５を加熱
した蒸気は凝縮して復水となり、管路１９を経て復水回
収装置２０内へ自然流下する。空気の排除されたジャケ
ット部１６内へ所定温度の加熱蒸気を供給することによ
り、反応釜１５は所定温度の蒸気でもって加熱される。
例えば圧力調節弁２１から６０度Ｃの蒸気を供給すると
反応釜１５は６０度Ｃで加熱される。

【００２１】反応釜１５を加熱した蒸気は凝縮して復水
となることにより、ジャケット部１６内は初期の圧力状
態に維持される。一方凝縮した復水は、復水回収装置２
０内へ流下して、上記した作動の繰り返しにより復水回
収先へ圧送される。

【００２２】反応釜１５内の被冷却物を冷却する場合
は、開閉弁４３と弁手段４７を開弁してノズル１８に蒸
気を供給して吸引室４４に吸引力を発生させ、弁手段１
４を開弁して冷却流体供給管１３から冷却流体をジャケ
ット部１６へ供給する。供給された冷却流体は気化する
ことによって被冷却物から熱を奪って冷却する。気化し
た蒸気はノズル１８の吸引室４４に吸引されて系外へ排
除される。この場合、吸引室４４での吸引力を圧力調節
弁４２によって調節することにより、ジャケット部１６
内の圧力を大気圧程度から大気圧以下の真空状態と任意
に調節することができ、気化の温度と蒸発量を適宜調節
することができる。

【００２３】冷却時において、冷却流体供給管１３から
ジャケット部１６へ供給されて気化せずに残った流体
は、管路１９から復水回収装置２０内へ自然流下して復
水圧送管路２９から外部へ排除される。

【００２４】

【発明の効果】上記のように本発明によれば、ノズルに
蒸気を通過させて吸引室に吸引力を発生して、熱交換部
内の残存空気を速やかに排除し、所定温度の蒸気を供給
することにより被加熱物を時間遅れなく且つ温度精度良
く加熱することができると共に、冷却流体供給管から冷
却流体を熱交換部に供給することにより被冷却物を気化
冷却することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の蒸気加熱気化冷却装置の実施例の構成
図である。

【図２】本発明の蒸気加熱気化冷却装置に用いた復水回
収装置の断面図である。

【図３】蒸気加熱装置の従来例を示す構成図である。

【符号の説明】

１３ 冷却流体供給管 １４ 弁手段 １５ 反応釜 １６ ジャケット部 １７ 蒸気供給管 １８ ノズル ２０ 復水回収装置 ２１，４２ 圧力調節弁 ４４ 吸引室 ４５，４６ 通路 ４７ 弁手段

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱交換器に熱交換部を形成して加熱用の
   蒸気供給管を接続すると共に、加熱により生じた復水を
   排出する復水回収装置を接続し、当該復水回収装置が高
   圧操作流体によって復水を圧送するものにおいて、熱交
   換部の入口側に加熱用蒸気供給管と連通したノズルと、
   当該ノズルの周囲を覆う吸引室とを形成し、当該吸引室
   に少なくとも２つの通路を連設して、当該一方の通路を
   熱交換部と接続して他方の通路に弁手段を介在し、当該
   弁手段を開弁することにより蒸気供給管からの蒸気をノ
   ズルと当該弁手段を流下させ、吸引室に吸引力を発生さ
   せて一方の通路から熱交換部内を吸引すると共に、当該
   弁手段を閉弁することにより蒸気供給管からの蒸気をノ
   ズルと一方の通路から熱交換部へ供給し、且つ、熱交換
   部と冷却流体供給管とを弁手段を介して接続したことを
   特徴とする蒸気加熱気化冷却装置。