JP4188391B2 - 水を使用する間接加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば引火性の強い炭化水素等を加熱する場合に、最適に用いられる水を使用する間接加熱装置に関する。

従来、可燃性のある炭化水素（例えば、灯油、ガソリン）等を加熱する場合には、電気ヒータによって直接加熱される高沸点油を熱媒として使用しポンプで循環することが行なわれている（以下、従来技術１という）。
また、通常熱交換器の加熱には、例えば、特許文献１、非特許文献１に記載のように水を加熱して蒸気とするボイラーが使用されている。

特開２００３−５６８０２号公報 「世界大百科事典１５」，初版，平凡社，１９７２年４月２５日発行，ｐ．７８−８４

しかしながら、従来技術１においては、高沸点油（耐熱油）とは言いながら炭素量の多い炭化水素にすぎず、電気ヒータの表面では３００℃以上にもなるので、炭化水素が分解してスラッジを発生したり、また、高沸点油を直接電熱ヒータで加熱することが引火、火災の原因となっている。更には、発生したスラッジの処理や劣化したオイルの廃棄に多大の労力と費用がかかるいう問題があった。
一方、特許文献１や非特許文献１の技術では、水をボイラーで加熱して高温の蒸気を発生させるが、使用後は復水器で水に戻し、再度ボイラーで加熱するので、復水器が必要になると共に、復水器によって熱エネルギーを廃棄することになり、結局はエネルギーの使用効率が低いという問題があった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、比較的簡便な設備でエネルギー変換の効率を高め、更には、引火や油の焼き付け、分解などの問題が生じない水を使用する間接加熱装置を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る水を使用する間接加熱装置は、灯油又はガソリンからなる使用済の洗浄液を入れる蒸留釜と、該蒸留釜からの前記洗浄液の蒸気を冷却して液化するコンデンサーと、前記蒸留釜の加熱源とを有する減圧式蒸留装置の前記加熱源に使用する間接加熱装置であって、
前記蒸留釜に設けられた熱交換器と、該熱交換器に連結され、前記蒸留釜より下位置に設けられた加熱器とを有し、
前記加熱器は傾斜配置されたパイプと、該パイプの上端にフランジ取付けされ内部の水を１００〜１６５℃に加熱する電熱ヒータとを有して、
前記熱交換器と前記加熱器とは、一端が前記加熱器の上部に接続される行き側流路と一端が前記加熱器の下部に接続される返り側流路によって密閉状態で連結されて、
しかも、前記加熱器には前記電熱ヒータを完全に漬ける量の前記水が充填され、かつ前記熱交換器、前記加熱器、前記行き側流路及び前記返り側流路内の空気は脱気され、前記水は前記加熱器を充満し、発生した蒸気によって前記熱交換器に熱を供給している。

ここで、本発明に係る水を使用する間接加熱装置において、前記加熱器が前記熱交換器の位置より下位置にあって、前記水は前記加熱器を充満し、発生した蒸気によって前記熱交換器に熱を供給しているのがよく、熱交換器の内部は蒸気で充満させるのがよい。

また、本発明に係る水を使用する間接加熱装置において、前記加熱器によって発生する蒸気は１００〜１６５℃の範囲であり、当然のことながら、加熱器はこの圧力に耐える材料、板厚を有する。

本発明に係る水を使用する間接加熱装置は、水を電熱ヒータで直接加熱し、内部は脱気しているので、水蒸気と水のみとなり安全性に優れ、油への引火又は油の焦げつきが発生する心配がない。また、漏れた場合であっても、成分は水であるので極めて安全性が高い。
特に、熱媒等の炭化水素化合物の加熱や真空蒸留釜の加熱に用いた場合には、安全に加熱処理が行えるという利点がある。

続いて添付した図面を参照しつつ本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。ここに、図１は本発明の一実施の形態に係る水を使用する間接加熱装置を用いた減圧式蒸留装置の概略構成図、図２は本発明の他の実施の形態に係る水を使用する間接加熱装置を用いた加熱設備の概略構成図である。

図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る水を使用する間接加熱装置１３を利用した減圧式蒸留装置１０は、例えば使用済の洗浄液（灯油等）を入れる蒸留釜１１と、この蒸留釜１１から蒸気を冷却して液化するコンデンサー１２と、蒸留釜１１の加熱源となる水を使用する間接加熱装置１３を構成する加熱器１４とを有している。以下、これらについて詳しく説明する。

水を使用する間接加熱装置１３は、この実施の形態では、加熱対象物（使用済洗浄液）を収納する容器の一例である蒸留釜（真空蒸留釜）１１に設けられてヒータとして作用する熱交換器１５と、熱交換器１５に密閉状態で連結される前記した加熱器１４とを有している。加熱器１４は蒸留釜１１より下位置に配置され、十分強度を有する材料であるステレス製のパイプ１４ａ（５０Ａ〜６５Ａ程度のパイプ材使用）を有し、傾斜配置されたパイプ１４ａの上端にはフランジ取付けの電熱ヒータ（シーズヒータ）１６が取付けられている。この電熱ヒータ１６には温度センサーの一例であるサーモスタット１７を有し一定の温度（例えば、１００〜１６５℃）に内部の水１８を加熱している。そして、このパイプ１４ａの上部には行き側流路１９の一端部が、パイプ１４ａの下部には返り側流路２０の一端部が接続されている。

熱交換器１５の底部は空間部２１を有し、温度を測定する熱電対２２が設けられ、更には、配管２３を通じて安全弁２４、圧力計２５及び圧力スイッチ２６が設けられている。
一方、蒸留釜１１には加熱対象となる洗浄液の供給口２７を有し、再生液引込み配管２８に設けられているストレーナ２９、エアアクチュエータバルブ３０、カートリッジフィルタ３１、液面調整タンク３２を介して再生液（即ち、使用済洗浄液）が蒸留釜１１内に供給される。なお、２７ａは接続口である。

一方、蒸留釜１１の頂部には、気化された洗浄液の排出口３３を有し、ベーパー配管３４を介してコンデンサー１２に供給され、水冷されて液化し、再生された洗浄液は逆止弁３５を通ってエジェクター３６、エジェクタータンク３７、再生液吐出配管３８を介して外部に供給されている。なお、３９は洗浄液を送るポンプである。また、蒸留釜１１は掃除ができるように、下部にフランジ４０を有し、分解できるようになっている。

加熱器１４には電熱ヒータ１６を完全に漬ける量の水（蒸留水）が充填されている。なお、この実施の形態では水位は熱交換器１５の下部に形成されている空間部２１の半分の位置まで水が充填され、その上側は空間部となって、加熱された水が水蒸気となって充満するようになっている。熱交換器１５、加熱器１４、行き側流路１９及び返り側流路２０は全て連通し、内部の空気は真空ポンプで略完全に除去されている。

この状態で、使用済洗浄液を供給口２７から蒸留釜１１内に入れ、電熱ヒータ１６のスイッチを入れてサーモスタット１７を例えば１６０℃に設定すると、水の温度が１６０℃まで加熱される。水の一部は蒸気になって、行き側流路１９から熱交換器１５に供給される。蒸気によって、熱が供給された熱交換器１５では、使用済洗浄液が加熱されて蒸気化し、これに伴い水蒸気の温度が下がって水となり、下部の空間部２１に落ちて、返り側流路２０を通じて、加熱器１４を構成するパイプ１４ａ内に入る。このようにして、水は電熱ヒータ１６によって加熱されて水蒸気になり、熱交換器１５に供給され、液化して加熱器１４に戻される閉回路を構成している。

蒸留釜１１からの蒸留ガスはコンデンサー１２で液化され、エジェクター３６及びエジェクタータンク３７を介して外部に供給される。
加熱器１４及び熱交換器１５内の圧力は、水の加熱温度が例えば１６０℃の場合には約０．６ＭＰａになるので、全体はこれに耐える設計がなされている。
これによって、洗浄液は水蒸気の温度より高い温度に曝されることもない。また、電熱ヒータ１６は水（冷媒）を加熱しているので、冷媒の焦げつきや分解等は発生しない。

続いて、図２を参照しながら、本発明の他の実施の形態に係る水を使用する間接加熱装置を用いて、例えば、可燃性物質等を乾燥又は加熱する加熱設備４３について説明する。
加熱対象物を収納する容器の一例である加熱タンク（又は加熱乾燥タンク）４４の周囲には、ヒータとして作用する複数のパイプ材４５ａを有する熱交換器４５を有し、この熱交換器４５には加熱器４６からの水蒸気が供給されるようになっている。加熱器４６は、熱交換器４５の下位置になって斜め配置されたステンレス製のパイプ４７を有し、このパイプ４７の上端からフランジ接合で電熱ヒータ４８が設けられている。この加熱器４６にはサーモスタット（温度調節器）４９が設けられ、電熱ヒータ４８によって加熱する水の温度を一定に制御している。

加熱器４６と熱交換器４５は行き側流路５０と返り側流路５１とによって連結されている。行き側流路５０の一端部（下端部）は加熱器４６の上側に、返り側流路５１の一端部（下端部）は加熱器４６の下側に接続されている。行き側流路５０には、安全弁５２、圧力計５３、及び圧力スイッチ５４が設けられた配管５５が接続されている。
加熱器４６の内部には水（蒸留水）が充満され、その水位は熱交換器４５を構成する各パイプ４５ａの下部に接続される返り側流路５１の上部位置、即ち、パイプ４５ａの下端部までとなっている。なお、内部の水は略完全に脱気されている。

従って、この実施の形態においては、加熱器４６の電熱ヒータ４８を通電すると、内部の水が加熱され、水蒸気となって行き側流路５０を通り、熱交換器４５側に移動し、加熱タンク４４を加熱する。加熱によって熱が奪われるので、水蒸気は液化し、パイプ４５ａ内を下側に下がり、返り側流路５１を通じて加熱器４６に戻り、結果として加熱器４６から熱を熱交換器４５に供給するサイクルを繰り返し、加熱タンク４４内に入っている対象物を加熱する。

前記実施の形態においては、水蒸気の流れは故障の少ない自然対流によって行ったが、必要によって強制対流であってもよい。
また、前記実施の形態においては、水を使用する間接加熱装置を、洗浄液の再生、加熱対象物の加熱に適用した例を示したが、その他の連続式の加熱設備に用いることもできる。

本発明の一実施の形態に係る水を使用する間接加熱装置を用いた減圧式蒸留装置の概略構成図である。 本発明の他の実施の形態に係る水を使用する間接加熱装置を用いた加熱設備の概略構成図である。

符号の説明

１０：減圧式蒸留装置、１１：蒸留釜、１２：コンデンサー、１３：間接加熱装置、１４：加熱器、１４ａ：パイプ、１５：熱交換器、１６：電熱ヒータ、１７：サーモスタット、１８：水、１９：行き側流路、２０：返り側流路、２１：空間部、２２：熱電対、２３：配管、２４：安全弁、２５：圧力計、２６：圧力スイッチ、２７：供給口、２７ａ：接続口、２８：再生液引込み配管、２９：ストレーナ、３０：エアアクチュエータバルブ、３１：カートリッジフィルタ、３２：液面調整タンク、３３：排出口、３４：ベーパー配管、３５：逆止弁、３６：エジェクター、３７：エジェクタータンク、３８：再生液吐出配管、３９：ポンプ、４０：フランジ、４３：加熱設備、４４：加熱タンク、４５：熱交換器、４５ａ：パイプ材、４６：加熱器、４７：パイプ、４８：電熱ヒータ、４９：サーモスタット、５０：行き側流路、５１：返り側流路、５２：安全弁、５３：圧力計、５４：圧力スイッチ、５５：配管

Claims (1)

1. 灯油又はガソリンからなる使用済の洗浄液を入れる蒸留釜と、該蒸留釜からの前記洗浄液の蒸気を冷却して液化するコンデンサーと、前記蒸留釜の加熱源とを有する減圧式蒸留装置の前記加熱源に使用する間接加熱装置であって、
   前記蒸留釜に設けられた熱交換器と、該熱交換器に連結され、前記蒸留釜より下位置に設けられた加熱器とを有し、
   前記加熱器は傾斜配置されたパイプと、該パイプの上端にフランジ取付けされ内部の水を１００〜１６５℃に加熱する電熱ヒータとを有して、
   前記熱交換器と前記加熱器とは、一端が前記加熱器の上部に接続される行き側流路と一端が前記加熱器の下部に接続される返り側流路によって密閉状態で連結されて、
   しかも、前記加熱器には前記電熱ヒータを完全に漬ける量の前記水が充填され、かつ前記熱交換器、前記加熱器、前記行き側流路及び前記返り側流路内の空気は脱気され、前記水は前記加熱器を充満し、発生した蒸気によって前記熱交換器に熱を供給していることを特徴とする水を使用する間接加熱装置。

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