JP3879789B2 - 蒸気減温装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボイラー等で製造された過熱蒸気を、使用目的に合わせて減温する蒸気減温装置に関するものである。
【０００２】
従来、この種の蒸気減温装置としては「図４」に示すような移動弁式のものが汎用されている。この移動弁式の蒸気減温器は「図４」の下方から蒸気が流入し、上方（矢印Ｐ２方向）に流出する本体１０１の途中部位に、内側に所定の幅で段状に突出するリング状の冷却水室１０２を設け、この冷却水室１０２の上面には複数個の水流出口１０３，１０３，１０３・・・を設け、かつ、冷却水室１０２には本体１０１の外側より水を供送する水注入管１０４を連結してある。
【０００３】
上記本体１０１内の冷却水室１０２より上方には、該冷却水室１０２を弁座とする弁体１０５を昇降自在に収納してある。この弁体１０５は常時はその自重で下降して閉弁状態となり、下方から蒸気が圧送されると蒸気流で押し上げられ開弁するようになっている。
【０００４】
上記弁体１０５には放射状に翼板１０６，１０６，１０６・・・が設けられ、この翼板１０６，１０６，１０６・・・の下端には内周側が弁体１０５の外周との間に所定の間隙を有し、閉弁時に前記した水流出口１０３，１０３，１０３・・・を塞ぐリング板１０７を連結してある。
【０００５】
したがって、上記移動弁式の蒸気減温器は「図４」の下方から蒸気を圧送し、水注入管１０４から水を供送すると、蒸気が弁体１０５乃至リング板１０７を押し上げ、冷却水室１０２と弁体１０５の間に蒸気の流過速度に応じて生ずる狭窄された流路を通って、該冷却水室１０２の上方部位内で渦流を発生し、蒸気と冷却水室１０２より供送される水とを混合し、混交した水が蒸気の熱エネルギーで蒸散して該蒸気の温度を低下するようにしてある。
【０００６】
上記従来の移動弁式の蒸気減温器は、駆動部（移動する弁体１０５）を有しているので、構造が複雑で高価となるばかりか故障が発生し易いという問題点を有している。
【０００７】
また、上記従来の移動弁式の蒸気減温器は、運転中に或いは運転の中断・再開に際して、上記駆動部である弁体１０５等が振動するという問題点を有している。振動発生の原因は、水と蒸気との混合率に多少の増減（特に、局所的部位での混合率のばらつき）があると、水が蒸散して体積を増す量が複雑に変化して駆動部等に大きな物理的な力を加えるためとされているが、ともかく、振動が生ずると騒音源となるのみならず、配管の緩みや、配管及び蒸気減温器自体の破損の原因となる問題点を有するものである。
【０００８】
そこで、蒸気流路中に螺旋翼を収納して駆動部をなくす方法（スタティツクミキシング方式）が試みられたが、この方法は気液の混合効率が低く、意外にも振動が低減できない場合があることと、注入した水が蒸散しないでドレーン水が多く発生してメンテナンスが煩雑という問題点を有することが判明し、未だ実用化されるに至っていない。
【０００９】
また、上記スタティツクミキシング方式で、蒸気と水との混合効率を高めようとすると圧力損出があまりに大きくなり過ぎて実用的でないという問題点を有するものであった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、上記問題点を解決すべくなされたもので、駆動部位がなく、構成が簡易で、圧力損出が少なくて撹拌・混合効率が高く、その結果、振動も抑えられる蒸気減温装置を提供することを課題としたものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、 本発明は、蒸気流路１０の途中に水注入管２０を連結し、該蒸気流路１０の水注入管２０より下流側に、この蒸気流路１０より大径な混合室３０を同心状に取り付け、上記混合室３０は蒸気流路１０より大径な本体筒部３１と、この本体筒部３１の上流側端部に取り付けられ中空部が流入口３２ａとなる流入口側端面中空盤部３２と、該本体筒部３１の下流側端部に取り付けられ中空部が流出口３３ａとなる流出口側端面中空盤部３３とで構成し、上記混合室３０内には該流入口３２ａの内径以上の径を有し本体筒部３１の内径よりは小径の衝突盤４０を同心状に固定して収納し、この衝突盤４０の外周縁部には流入口側端面中空盤部３２に向けて筒部４１を突設し、この衝突盤４０の流入口側端面中空盤部３２との対向面部位に多数の凹部４２，４２，４２・・・を形成してなる技術的手段を講じたものである。
【００１２】
本発明蒸気減温装置は、流入口３２ａより混合室３０内に流入した蒸気（気体）と水（液体）とは、先ずそのほぼ全量が衝突盤４０に衝突する。この衝突によって気液混合流体は一部が衝突盤４０の表面に沿って放射方向に流れ、一部は衝突によって流れの方向を反転して逆流し、複雑な乱流となり、混合室３０内の衝突盤４０の上流側（「図１」左側）で渦流を発生させる作用を呈する。
【００１３】
流入口３２ａより混合室３０内に気液混合流体（蒸気と水との混合流体）が流入すると、この混合室３０は蒸気流路１０より大径であるので、混合室３０内は減圧され、前記衝突盤４０に衝突して方向を転換（逆流）した流れを引き戻す作用を呈し、この流体の引き戻し作用から、元来圧力損失の大きい流体の衝突にもかかわらず圧力損失を低減する作用を呈する。
【００１４】
また、混合室３０の流入口３２ａ付近では、順次進入してくる流体と、逆流してくる流体とが衝突して激しく撹拌・混合される作用（気流衝突混合作用）を誘起する。
【００１５】
なお、前記筒部４１は、衝突盤４０に衝突した気液混合流体の確実なる逆流を保証する作用を呈する。そして、このような複雑な渦流は気液の接触頻度を向上させ、蒸気中に混入する水滴を、該蒸気の熱エネルギーで蒸発させ、蒸気の温度を低下させる作用を呈するものである。
【００１６】
上記筒部４１を乗り越えた気液混合流体は、折り返して筒部４１の外側を通って流出口３３ａ側に向かって流れ、該流出口３３ａより流出する作用を呈する。
【００１７】
【００１８】
さらに、上記構成に加え、衝突盤４０に多数の凹部４２，４２，４２・‥を形成してあるので、これに気液混合流体が衝突することで、各凹部４０の近傍で多数の小さな渦流が発生して気液混合流体を撹拌・混合（微分的撹拌）し、全体的にも大きな渦流が発生して撹拌・混合（積分的撹拌）し、流体の流れをより複雑に乱して撹拌・混合効率を向上する作用を呈するものである。
【００１９】
【発明の実施の態様】
次に、本発明の実施の態様を添付図面に基づいて詳細に説明すると、図中、１０が蒸気流路である。この蒸気流路１０は一端（図左端）をボイラー等の図示しない蒸気発生源に連結し、他端（図右端）を適宜蒸気利用場所に延設するようにし、蒸気は「図１」に矢印Ｐ１に示すように一端側から他端側に向って流れるようにしてある。
【００２０】
この蒸気流路１０は所望の長さに延設するため、或いは既設の配管を利用することもあるので、通常の配管連結を可能にしてあるのは無論で、図示例では一端に連結用のフランジ１１aを有した上流側蒸気流路１０aと、他端に連結用のフランジ１１bを有した下流側蒸気流路１０bとで構成され、該上流側蒸気流路１０aと下流側蒸気流路１０bとの間は後記する混合室３０で連通・連結されるようにしてある。
【００２１】
そして、上記蒸気流路１０の途中に水注入管２０を連結し、該蒸気流路１０の水注入管２０より下流側に、この蒸気流路１０より大径な混合室３０を同心状に取り付けてある。
【００２２】
上記水注入管２０は一端（「図１」上端）を水道等の水圧送源に連結し、他端を蒸気流路１０に連通し、図示しない水圧送源より、通常流量調整装置を介して、圧送される水を蒸気流路１０内に注入できるようにしてある。
【００２３】
上記水注入管２０は、「図２」に示すように、その先端を蒸気流路１０に単に合流させるように連結してもよいが、この場合局所的に水の混合率が変化することもあるので、「図1」に示すように、水注入管２０の先端を蒸気流路１０の中心軸部位にまで臨入させて、蒸気の気流と向流方向にまたは併流方向に水を注入するようすると混合が均一に行なえて効率的である。
【００２４】
さらに、減温率が大きく蒸気中に水を大量に混入する場合は、水注入管２０を多数連結してもよく、さらには、「図３」に示すように、蒸気流路１０の外側にリング状の冷却水室２１を被せ、この冷却水室２１に水注入管２０を連結すると共に、蒸気流路１０の周面には該冷却水室２１に連通する多数の通孔２２,２２,２２・・・を設けておくと、供送する水が分断され細かな水滴となって蒸気気流中に混入できて効果的である。
【００２５】
そして、上記混合室３０は蒸気流路１０より大径な本体筒部３１と、この本体筒部３１の上流側端部に取り付けられ中空部が流入ロ３２ａとなる流入口側端面中空盤部３２と、該本体筒部３１の下流側端部に取り付けられ中空部が流出口３３ａとなる流出口側端面中空盤部３３とで構成してある。
【００２６】
上記本体筒部３１は一般的には円筒（円筒が最も振動が少ない）とするが、断面方形または多角形の筒状であってもよい。そして、この本体筒部３１の両端は流入口側端面中空盤部３２と流出口側端面中空盤部３３とが取り付けられ、この流入口側端面中空盤部３２の流入口３２ａに前記上流側蒸気流路１０ａが、流出口側端面中空盤部３３に前記下流側蒸気流路１０ｂが連結される。なお、上記流入口側端面中空盤部３２と、流出口側端面中空盤部３３と、流入口３２ａと、流出口３３ａと、本体筒部３１とは同一軸上に配置するのは無論である。
【００２７】
すなわち、上記混合室３０は両端を流入口側端面中空盤部３２と流出口側端面中空盤部３３とによって塞いだ容器状として、この流入口側端面中空盤部３２の流入口３２ａと流出口側端面中空盤部３３の流出口３３ａとを利用して蒸気流路１０の途中に介装するようにしてある。
【００２８】
なお、本体筒部３１の径は蒸気流路１０より大径であればよいが、この本体筒部３１の後記する衝突盤４０を除いた残余の流路断面積が、蒸気流路１０の流路断面積と略同等になるように設定するのが圧力損失が少なく、また気液の混合効率がよいものである。
【００２９】
そして、上記混合室３０内には該流入ロ３２ａの内径以上の径を有し、本体筒部３１の内径よりは小径の衝突盤４０を同心状に固定して収納し、この衝突盤４０の外周縁部には流入口側端面中空盤部３２に向けて筒部３１を突設してある。
【００３０】
上記衝突盤４０は、図示例では、衝突盤４０の筒部４１を一体的に連設し、該筒部４１の外周面と本体筒部３１の内周面とを放射状に適当間隔に配置した連結翼４３,４３,４３・・・で連結し、該衝突盤４０及び筒部３１を本体筒部３１に同心状に固定している。
【００３１】
なお、上記筒部４１の高さは種々変更して試験したが、本体筒部３１の長さ（「図１」左右方口の内法）の1／５程度あれば、この筒部４１を設けなかった場合に比べ飛躍的に気液混合効率が向上するが、それ以上の高さにしてもあまり影響が認められなかった。
なお、上記衝突盤４０と筒部４１とは別途製造して連結するのが製造し易いが、無論、図示のように一体成型してもよく、さらには、図示はしていないが、該衝突盤４０をその中心部が下流側に膨出するように湾曲（衝突面のみでよい。）し、この湾曲縁部で筒部３１を兼ねるようにしてもよいものである。
【００３２】
そして、上記筒部４１の上端（「図１」左端）と流入口側端面中空盤部３２の内面との距離、筒部４１の外周面と本体筒部３１の内周面との距離、衝突盤４０の流出口側端面中空盤部３３の対向面（「図１」右側面）と流出口側端面中空盤部３３との距離とは、略同一とするのが流路の狭窄がなく圧力損失を伴わなくて望ましいものである。さらには、上記距離はこの距離を設けることで確保できる流路断面積を蒸気流路１０の断面積と略同一にすることが、同じく望ましいものである。
【００３３】
そして、本発明は、上記の構成に加え、衝突盤４０の流入口側端面中空盤部３２との対向面部位に多数の凹部４２，４２，４２・・・を形成してある。
【００３４】
凹部４２，４２，４２・・・は、図示例では略半球状のものを使用しているが、衝突盤４０に同心状の複数の溝を設ける等種々の形状を使用すればよく、気液混合気流の衝突面を複雑化して気液混合気流を複雑な方向に衝突逆流させるものであればよい。
【００３５】
なお、図示例では、流入口側端面中空盤部３２と流出口側端面中空盤部３３との内面にも前記凹部４２，４２，４２・・・を設け、渦流の発生場所を増しているがこれらは省略してもよい。また、図示はしていないが、本体筒部３１の内周面で流入口側端面中空盤部３２側部位にも、前記凹部４２，４２，４２・・・を設けてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は上記のごときであるので、駆動部等の動く機構がなく、構成が極めて簡易で、故障及び保守の心配がない蒸気減温装置を提供することができるものである。
【００３７】
また、本発明は前記もしたが、元来圧力損失が大きいとされる衝突盤４０を使用したが、衝突部位を流路拡径に伴う減圧雰囲気中としたので、結果として圧力損出が少なくて撹拌・混合効率の高い蒸気減温装置を提供できる。
【００３８】
ちなみに、気液混合流体の流速４０m／ｓｅｃで、圧力損失は０．１〜０．２Ｋｇ／ｃｍ２の微々たる圧力損失であった。この圧力損失は従来の移動弁式に比べ半減できるものであった。
【００３９】
そして、本発明は気液を渦流で強制撹拌するようにしたので、効率的に気液の接触が行なえ、振動がほとんどない蒸気減温装置を提供できるものである。
【００４０】
さらに、本発明は気液を渦流で強制撹拌するようにしたことで、許容流量変動幅が大きく、使い勝手のよい蒸気減温装置を提供できるものである。ちなみに、蒸気流入量を最大設計値に対して２５％まで減少させてもドレーンが生じないものであった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明蒸気減温装置の一実施態様を示す縦断面図である。
【図２】別の実施態様を示す縦断面図である。
【図３】さらに、別の実施態様を示す縦断面図である。
【図４】従来例の縦断面図である。
【符号の説明】
１０ 蒸気流路
２０ 水注入管
３０ 混合室
３１ 本体筒部
３２ 流入口側端面中空盤部
３２ａ 流入口
３３ 流出口側端面中空盤部
３３ａ 流出口
４０ 衝突盤
４１ 筒部
４２ 凹部

Claims (1)

1. 蒸気流路（１０）の途中に水注入管（２０）を連結し、該蒸気流路（１０）の水注入管（２０）より下流側に、この蒸気流路（１０）より大径な混合室（３０）を同心状に取り付け、上記混合室（３０）は蒸気流路（１０）より大径な本体筒部（３１）と、この本体筒部（３１）の上流側端部に取り付けられ中空部が流入口（３２ａ）となる流入口側端面中空盤部（３２）と、該本体筒部（３１）の下流側端部に取り付けられ中空部が流出口（３３ａ）となる流出口側端面中空盤部（３３）とで構成し、上記混合室（３０）内には該流入口（３２ａ）の内径以上の径を有し本体筒部（３１）の内径よりは小径の衝突盤（４０）を同心状に固定して収納し、この衝突盤（４０）の外周縁部には流入口側端面中空盤部（３２）に向けて筒部（４１）を突設し、この衝突盤（４０）の流入口側端面中空盤部（３２）との対向面部位に多数の凹部（４２，４２，４２・・・）を形成してなる蒸気減温装置。

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