JP4865465B2 - 空気加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、蒸気を熱源として空気を加熱する空気加熱装置に関する。

従来の空気加熱装置は、フィンチューブ型熱交換器を用いた空気加熱装置において、加熱装置への蒸気の供給量を調整弁で制御するとともに、加熱装置に逆止弁と熱動弁を併用して、加熱装置内部が真空になると逆止弁が開弁して加熱装置内へ外気を吸入することによって復水が排出できなくなることを防止するものである。

上記従来の空気加熱装置では、加熱装置内部の復水を完全に排出することができない問題があった。すなわち、加熱装置内部が真空になると外気を吸入して、復水を排出するためのスチームトラップの入口側と出口側の差圧が負圧になることは防止できるが、スチームトラップの入口側と出口側の圧力は共に大気圧で実質的な差圧はゼロのままであり、加熱装置内部の凹部や細管部に滞留している復水を外部へ排出ことができないのである。加熱装置内部に復水を滞留すると、次回の加熱装置の運転時まで滞留し続けることとなり、加熱装置内部を腐蝕させ、場合によっては、フィンチューブに孔を開けて損傷させてしまうこともある。
特公昭５１−３１９９８号公報

解決しようとする課題は、装置内部に復水を滞留することのない空気加熱装置を得ることである。

本発明は、複数段からなる熱交換器の内部に加熱用の蒸気を供給する蒸気供給管を接続し、当該蒸気供給管に供給する蒸気量を制御する制御弁を取り付けるとともに、熱交換器を通過する間に蒸気で加熱された空気の温度を検出する空気温度検出部材を取り付けて、当該空気温度検出部材からの検出値に応じて制御弁の弁開度をコントロールするものにおいて、熱交換器を縦長略円筒状のフィンチューブ型熱交換器として、内部に複数段のフィンチューブを取り付け、当該熱交換器の入口側に切換弁を取り付けて、当該切換弁を三方切換弁として、当該三方切換弁の一方の入口を蒸気供給管に接続し、もう一方の入口を圧縮空気供給管に接続し、出口をフィンチューブに接続して、当該切換弁の切り換え操作によって蒸気の供給と圧縮空気の供給とを切り換えるとともに、熱交換器内の圧力を検出する圧力検出部材を取り付けて、当該圧力検出部材の検出値に応じて切換弁を切り換え操作するものである。

本発明は、熱交換器の蒸気入口側に制御弁及び切換弁を取り付けるとともに、熱交換器内の圧力を検出する圧力検出部材を取り付けて、この圧力検出部材の検出値に応じて切換弁を切り換え操作することによって、熱交換器内の圧力が例えば大気圧程度まで低下して、熱交換器内に復水を滞留すると、圧力検出部材が圧力低下でもって検知して切換弁を切り換え操作することにより、蒸気の供給を停止し高圧の圧縮空気を熱交換器内へ供給することによって、熱交換器内に滞留していた復水を速やかに外部へ排出することができる。

制御弁としては、供給する蒸気量を多くしたり反対に少なくしたり等の制御することができるものを、また、切換弁としては、蒸気の供給と圧縮空気の供給とを切り換え操作できるもの、例えば三方切換弁を用いることができる。

図１において、下方から上方へと通過する空気を加熱する熱交換器１と、熱交換器１へ蒸気を供給する蒸気供給管２と、蒸気供給管２に取り付けた制御弁３と、熱交換器１の蒸気入口側に取り付けた３台の切換弁４と、それぞれの切換弁４と接続した圧縮空気供給管５とで空気加熱装置を構成する。

蒸気供給管２には、熱交換器１へ供給する蒸気圧力を所定値に制御するための制御弁３を取り付ける。熱交換器１の上部出口側に空気温度検出部材としての空気温度センサ７を取り付けて、図示しないコントロール部を介して制御弁３と電気的に接続する。

熱交換器１は本実施例においては縦長略円筒状のフィンチューブ型熱交換器であって、内部に複数段の、本実施例においては３段のフィンチューブ８を取り付けたもので、被加熱物としての空気が矢印で示すように熱交換器１内を下方から上方へと通過する間に、フィンチューブ８内部を通過する蒸気によって所定温度まで加熱されるものであり、加熱することによって熱を奪われて凝縮した復水は、それぞれのフィンチューブ８と接続した出口ヘッダ６に至りスチームトラップ９及び復水排出管１０から外部へ排出されるものである。

熱交換器１の上部の空気出口部に取り付けた空気温度センサ７によって、加熱された空気の温度を検出して、設定温度よりも空気温度が高い場合は制御弁３の弁開度を絞って供給する蒸気量を減少させることにより、空気温度を設定温度に維持し、一方、設定温度よりも空気温度が低い場合は制御弁３の弁開度を大きくして供給する蒸気量を増大させることにより、空気温度を設定温度まで上昇させるものである。

熱交換器１の入口側に配置したそれぞれの三方切換弁４の一方の入口を蒸気供給管２に接続し、もう一方の入口は圧縮空気供給管５に接続するとともに、出口をフィンチューブ８の右端部に接続する。圧縮空気供給管５にもコントロール弁１１を取り付ける。

フィンチューブ８の出口側には中空円筒状の出口ヘッダ６を接続する。出口ヘッダ６には、上部に圧縮空気排出用の排出弁１２と、熱交換器１内でフィンチューブ８内部の圧力を検出する圧力検出部材としての圧力センサ１３を取り付ける。また、出口ヘッダ６の下部にはスチームトラップ９と復水排出管１０をそれぞれ接続する。

圧力センサ１３は、出口ヘッダ６内部ひいてはフィンチューブ８内部の圧力をスチームトラップ９の入口側で検出する。圧力センサ１３は、図示しないコントロール部を介して切換弁４及び排出弁１２と電気的に接続する。

空気温度センサ７で検出した加熱空気温度が、設定温度よりも低い場合は、制御弁３の弁開度が大きく制御されるとともに、３台の切換弁４は全て蒸気をフィンチューブ８へ供給する状態を維持する。

空気温度センサ７で検出した加熱空気温度が、設定温度よりも高い場合は、制御弁３の弁開度は絞られて、供給される蒸気量は減少する。制御弁３の絞り量が大きくなると供給蒸気量も極度に減少して、フィンチューブ８内の蒸気圧力が低下することによって、スチームトラップ９から復水排出管１０へと排出される復水量も極度に減少し、フィンチューブ８内に復水を滞留することとなる。

復水の滞留を圧力センサ１３で検出することによって、圧力低下したフィンチューブ８の入口側の切換弁４を切り換え操作して、蒸気の供給を停止して、高圧の圧縮空気をフィンチューブ８内へ供給することにより、フィンチューブ８内の復水を出口ヘッダ６とスチームトラップ９及び復水排出管１０から系外へ排除することで復水の滞留を防止することができる。

復水の滞留が解除されると、切換弁４を再度操作して、フィンチューブ８内への圧縮空気の供給を停止し、蒸気を供給する。フィンチューブ８内及び出口ヘッダ６内に残存していた圧縮空気は、出口ヘッダ６上部の排出弁１２から蒸気に押し出されて外部へ排除される。

加熱空気温度が設定温度よりも高い状態が継続する場合は、複数のフィンチューブ８内に復水を滞留している可能性が高いために、定期的に複数の切換弁４を順次に閉弁から開弁へと切り換えることによって、フィンチューブ８内に多量の復水が滞留することを防ぎ、ウォーターハンマー現象を防止することができる。

本発明の空気加熱装置の実施例を示す構成図。

符号の説明

１ 熱交換器
２ 蒸気供給管
３ 制御弁
４ 切換弁
５ 圧縮空気供給管
６ 出口ヘッダ
７ 空気温度検出部材
８ フィンチューブ
９ スチームトラップ
１０ 復水排出管
１１ コントロール弁
１２ 排出弁
１３ 圧力検出部材

Claims (1)

1. 複数段からなる熱交換器の内部に加熱用の蒸気を供給する蒸気供給管を接続し、当該蒸気供給管に供給する蒸気量を制御する制御弁を取り付けるとともに、熱交換器を通過する間に蒸気で加熱された空気の温度を検出する空気温度検出部材を取り付けて、当該空気温度検出部材からの検出値に応じて制御弁の弁開度をコントロールするものにおいて、熱交換器を縦長略円筒状のフィンチューブ型熱交換器として、内部に複数段のフィンチューブを取り付け、当該熱交換器の入口側に切換弁を取り付けて、当該切換弁を三方切換弁として、当該三方切換弁の一方の入口を蒸気供給管に接続し、もう一方の入口を圧縮空気供給管に接続し、出口をフィンチューブに接続して、当該切換弁の切り換え操作によって蒸気の供給と圧縮空気の供給とを切り換えるとともに、熱交換器内の圧力を検出する圧力検出部材を取り付けて、当該圧力検出部材の検出値に応じて切換弁を切り換え操作することを特徴とする空気加熱装置。

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