JP4928586B2 - ブライン設備の温度制御装置 - Google Patents

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Description

本発明はブライン設備の温度制御装置に関するものであり、特に、ブライン系統回路内のマイナス温度の媒体を外部からの蒸気熱でプラス温度に昇温し、化学合成品、医薬品等の化学合成に用いられる反応容器等の内部温度を広い温度範囲で制御することを可能にするブライン設備の温度制御装置に関するものである。
従来、このような用途に用いられるブライン設備は、使用される熱媒体として、高温側(１次側)では蒸気、温水等が用いられ、低温側(ブライン側)では冷却用チラーで冷却されたブライン等が用いられている。
図２は従来の温度制御装置を用いたブライン設備の一例を示す全体構成図である。このブライン設備５０は、高温の蒸気を流す蒸気配管５１を有する加温系統回路５２と、プラス温度の媒体を流すプラス温度ブライン配管５３を有するプラス温度ブライン系統回路５４と、マイナス温度の媒体を流すまたはプラス温度の媒体を流す温調ブライン配管５５を有する温調ブライン系統回路５６と、前記蒸気配管５１内を流れる蒸気熱を前記プラス温度ブライン系統回路５３側の媒体に伝えて該媒体の温度を昇温させる１次プレート熱交換器５７と、前記プラス温度ブライン系統回路５３側の熱を前記温調ブライン系統回路５６側の媒体に伝えて該媒体を昇温させる２次プレート熱交換器５８と、該装置全体を制御する制御部(ＴＩＣ)５９等で構成されている。
前記加温系統回路５２の蒸気配管５１には、外部から高温の蒸気が供給され、該供給された蒸気が前記１次プレート熱交換器５７及びスチームドレントラップ６０を通って蒸気ドレンとして外部に排出される。該蒸気配管５１には、該上記配管５１内に供給される蒸気の流量を調整(全閉を含む)する調整弁６１が設けられているとともに、運転停止の際に該蒸気配管５１内に滞留している凝縮水を排出する空気を該蒸気配管５１内に供給する空気供給管６２が接続されている。なお、該空気供給管６２の中間部には、該空気の供給量を調整(全閉を含む)する開閉弁６３を設けている。
前記プラス温度ブライン配管５３には、該プラス温度ブライン配管５３内の媒体を、前記１次プレート熱交換器５７と前記２次プレート熱交換器５８を通って強制的に循環させるプラス温度ブライン循環用ポンプ６４と、温度変化で生じる該プラス温度ブライン配管５３内における媒体の体積差を吸収するプラス温度ブライン膨張タンク６５が設けられている。
前記温調ブライン配管５５には、負荷６６と、ブライン冷却用チラー６７と、該温調ブライン配管５５内の媒体を該ブライン冷却用チラー６７と前記２次プレート熱交換器５８と前記負荷６６を通って強制的に循環させる温調ブライン循環用ポンプ６８と、温度変化で生じる該温調ブライン配管５５内における媒体の体積差を吸収する温調ブライン膨張タンク６９と、該温調ブライン配管５５内に供給される媒体の温度を検出して前記制御回路５９に出力する温度センサ７０が設けられている。
次に、このように構成されたブライン設備５０の動作を説明する。まず、前記プラス温度ブライン循環用ポンプ６４と温調ブライン循環用ポンプ６８が駆動されると、前記プラス温度ブライン配管５３及び前記温調ブライン配管５５内の媒体は、それぞれブライン配管５３,５５内で循環する。一方、蒸気配管５１には、高温の蒸気が流される。
そして、前記プラス温度ブライン配管５３及び前記温調ブライン配管５５内の媒体がそれぞれ循環するとき、該プラス温度ブライン配管５３内の媒体は、前記１次プレート熱交換器５７において該蒸気配管５１で送られて来る蒸気の熱が伝えられて昇温され、プラス温度になる。一方、前記温調ブライン配管５５内の媒体も、前記２次プレート熱交換器５８において前記プラス温度ブライン配管５３内のプラス温度の媒体の熱が伝えられてプラス温度に昇温され、該昇温された媒体が負荷６６に供給される。
また、前記プラス温度ブライン配管５３内の媒体の温度は、前記蒸気配管５１内を流れる蒸気の流量を調整し、前記１次プレート熱交換器５７の出口における媒体の温度(ブライン温度)が氷点以下(マイナス温度)とならないよう、常にプラス温度に維持する。而して、１次プレート熱交換器５７内で蒸気凝縮水等が凍結して該１次プレート熱交換器５７が破損するのを防ぐ。
特許文献なし。
上述したように、従来のブライン設備の温度制御装置では、加温系統回路と温調ブライン系統回路の間に、プラス温度ブライン系統回路を設けた構成になっている。このため、構成部品の点数が多く、また構造も複雑であり、製造コスト及び設置スペースの面で不利であるという問題点があった。
さらに、各ブライン系統回路内で媒体を強制的に循環させる循環ポンプの台数も少なくとも２台必要とする。このため、同時に２台の循環ポンプを駆動させるので電力消費量が大きく、省エネルギー性の面でも問題点があった。
そこで、部品点数を減少させて設備の小型化と製造コストの低減を図るとともに、電力消費量を減らして省エネルギー化を実現するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、ブライン系統回路内のマイナス温度の媒体を蒸気熱でプラス温度に昇温、及び、ブライン系統回路内のプラス温度の媒体を媒体冷却用チラーでマイナス温度に冷却し、該温調した媒体を該ブライン系統回路内の負荷に供給するブライン設備の温度制御装置であって、
前記昇温用の蒸気を流す蒸気配管を設けた加温系統回路と、
前記負荷と該負荷に対して前記媒体が循環して流れる流路を形成しているブライン配管と該ブライン配管の流路中に前記媒体冷却用チラーと該ブライン配管の流路を通して前記媒体を強制的に循環させる循環用ポンプとを配設してなる前記ブライン系統回路と、
前記循環用ポンプの出口側と前記負荷の入口側との間に設けられ、前記蒸気配管内の蒸気熱を前記ブライン配管内前記媒体に伝達して該媒体を昇温するプレート熱交換器と、
装置全体を制御する制御部と
を備えてなるブライン設備の温度制御装置において、
前記プレート熱交換器は、負荷とブライン冷却用チラーとの間に配設され、且つ、前記プレート熱交換器の１次伝熱管と２次伝熱管にはそれぞれ同一方向から蒸気及び媒体が流されるように前記蒸気配管と前記ブライン配管が接続されて成り、
更に、ブライン系統回路は、前記プレート熱交換器の媒体出口温度を検出して前記制御部に出力する温度センサを備えるとともに、前記制御部は前記温度センサで検出された前記媒体の温度に応じて前記ブライン配管の媒体流量を制御し、該媒体を冷却から加温、及び、加温から冷却へ切り換える際に前記プレート熱交換器の媒体出口温度を一定時間プラス温度に保持して成り、
更に、前記加温系統回路は前記蒸気配管内を流れる蒸気量を制御する制御弁を備え、前記制御部は前記温度センサで検出された前記媒体の温度に応じて前記制御弁を制御することを特徴とするブライン設備の温度制御装置を提供する。
この構成によれば、加熱系統回路内を流れる蒸気熱をブライン系統回路内の媒体にプレート熱交換器を介して伝達し、該ブライン系統回路内の媒体温度をマイナス温度からプラス温度に昇温することができる。したがって、従来設備において加温系統回路と温調系統回路の間に設けていたプラス温度ブライン系統回路を省略して部品点数の低減を図ることができる。
この構成によれば、媒体を冷却から加温、または、加温から冷却へ切り換える際、プレート熱交換器に吹き込まれた蒸気の凝縮水が冷却されたブラインと熱交換することによって生じる前記プレート熱交換器の凍結・パンクを防ぐことができる。
この構成によれば、ブライン配管内で前記プレート熱交換器を通って流れる媒体の温度に応じて加温系統回路の蒸気配管内に送る蒸気量を制御し、該プレート熱交換器内を通る媒体の温度制御をより精度良く行うことができる。
請求項１記載の発明は、従来設備において加温系統回路と温調ブライン系統回路の間に設けていたプラス温度ブライン系統回路を省略して部品点数の低減を図ることができるので、設備の小型化と製造コストの低減が可能になる。また、循環用ポンプの台数等を減らすことができるので、電力消費量が低減し、省エネルギー化も可能になる効果が期待できる。
この発明は、プレート熱交換器内で蒸気凝縮水等が凍結して該プレート熱交換器が壊れるのを防ぐことができるので、前記の効果に加えて、安全性が向上することが期待できる。
この発明は、ブライン配管内でプレート熱交換器内を通る媒体の温度制御をより精度良く行うことができるので、前記の効果に加えて、媒体の温度制御の精度がより一層向上する効果が期待できる。
本発明の一実施形態に係る温度制御装置を用いたブライン設備の一例を示す全体構成図。 従来の温度制御装置を用いたブライン設備の一例を示す全体構成図。
本発明は、部品点数を減少させて設備の小型化と製造コストの低減を図るとともに、電力消費量を減らして省エネルギー化を実現するという目的を達成するために、ブライン系統回路内のマイナス温度の媒体を蒸気熱でプラス温度に昇温、または、ブライン系統回路内のプラス温度の媒体を媒体冷却用チラーでマイナス温度に冷却し、該温調した媒体を該ブライン系統回路内の負荷に供給するブライン設備の温度制御装置において、前記昇温用の蒸気を流す蒸気配管を設けた加温系統回路と、前記負荷と該負荷に対して前記媒体が循環して流れる流路を形成しているブライン配管と該ブラウン配管の流路中に前記媒体冷却用チラーと該ブライン配管の流路を通して前記媒体を強制的に循環させる循環用ポンプとを配設してなる前記ブライン系統回路と、前記循環用ポンプの出口側と前記負荷の入口側との間に設けられ、前記蒸気配管内の蒸気熱を前記ブライン配管内の前記媒体に伝達して該媒体をプラス温度に昇温するプレート熱交換器と、装置全体を制御する制御部とを備えたことにより実現した。
以下、本発明のブライン設備の温度制御装置について、好適な実施例を添付図面を参照しつつ説明する。図１は本発明に係る温度制御装置を用いたブライン設備を示す全体構成図である。
同図において、このブライン設備１０は、高温の蒸気を流す蒸気配管１１を有する加温系統回路１２と、マイナス温度またはプラス温度の媒体を流すブライン配管１３を有するブライン系統回路１４と、前記蒸気配管１１内を流れる蒸気熱を前記ブライン系統回路１４側に伝えて前記ブライン配管１３内を流れる前記媒体の温度をマイナス温度からプラス温度に昇温させるプレート熱交換器１５と、該装置全体を制御する制御部(ＴＩＣ)１６等で構成されている。
前記加温系統回路１２の前記蒸気配管１１は、上流側が前記プレート熱交換器１５における１次側伝導管１５１の入口ノズル１５１ａに接続され、下流側が該１次側伝導管１５１の出口ノズル１５１ｂに接続されている。また、蒸気配管１１の上流側には蒸気の流量を調整(全閉を含む)する調整弁１７が設けられ、下流側にはスチームドレントラップ１８が設けられている。そして、該蒸気配管１１には、外部から高温の蒸気が供給され、該供給された蒸気はプレート熱交換器１５の１次側伝導管１５１及びスチームドレントラップ１８を通って蒸気ドレンとして外部に排出される構造になっている。
また、前記蒸気配管１１には、運転停止の際に空気を前記１次伝導管１５１の上流側から流し、該蒸気配管１１及び１次側伝導管１５１並びにスチームドレントラップ１８内にそれぞれ滞留している凝縮水を外部に排出するための空気供給管１９が接続されている。なお、該空気供給管１９の中間部には、空気の供給量を調整(全閉を含む)する開閉弁２０を設けている。
前記ブライン配管１３には、負荷２１と、ブライン冷却用チラー２２と、該ブライン配管１３内の媒体を該ブライン冷却用チラー２２と前記プレート熱交換器１５の２次側伝導管１５２と前記負荷２１を通って強制的に循環させるブライン循環用ポンプ２３と、温度変化で生じる該ブライン配管１３内における媒体の体積差を吸収するブライン膨張タンク２４と、該ブライン配管１３内に供給される媒体の温度、特にプレート熱交換器１５の２次側伝導管１５２から排出される温度（ブライン温度）を検出して前記制御部（ＴＩＣ）１６に出力する温度センサ２５が設けられている。
前記ブライン循環用ポンプ２３はインバータータイプのポンプ、またはコントロール弁が備えられているポンプ等であり、ブライン配管１３内における媒体の循環流量を調整できる構造になっている。なお、この流量調整は前記制御部１６により制御される。
また、前記ブライン冷却用チラー２２は、負荷２１より吐出された媒体の冷却、あるいは別の反応容器の内部温度等を制御するのに使用される。
前記プレート熱交換器１５は負荷２１とブライン冷却用チラ―２２との間に配設されており、前記蒸気配管１１が前記１次側伝導管１５１の入口ノズル１５１ａに接続され、下流側が該２次側伝導管１５２の出口ノズル１５２ｂに接続して設けられている。したがって、本実施例の構造では、前記プレート熱交換器１５の１次側伝導管１５１と２次側伝導管１５２にはそれぞれ同一方向から、すなわち、入口ノズル１５１a，１５２ａから下部の出口ノズル１５１ｂ，１５２ｂ（ブライン出口側）に向かって蒸気及び媒体がそれぞれ流され、ブライン出口側が常にプラス温度となるようにしてプレート熱交換器１５のブライン出口側で蒸気凝縮水等が凍結しない構造にしている。
次に、このように構成されたブライン設備１０の動作を説明する。まず、ブライン循環用ポンプ２３が駆動されると、前記ブライン配管１３内の媒体はブライン冷却用チラー２２とプレート熱交換器１５の２次側伝導管１５２と負荷２１を通って再びブライン循環用ポンプ２３に戻る順序でブライン配管５３内を循環する。一方、蒸気配管１１には、高温の蒸気が流される。
そして、プレート熱交換器１５内において、蒸気配管１１を通して送られて来る蒸気の熱がブライン配管１３側に伝えられ、該ブライン配管１３内の媒体が昇温されてプラス温度になり、該昇温された媒体が負荷２１に供給される。または、該ブライン冷却用チラー２２によって該ブライン配管１３内の媒体が冷却されてマイナス温度になり、該冷却された媒体が負荷２１に供給される。
なお、該ブライン配管１３内の媒体の温度は温度センサ２５を介して制御部１６に送られ、該制御部１６で常に監視されている。該制御部１６では該温度センサ２５で検出された温度信号に基づいて前記蒸気配管１１内を流れる蒸気の流量及びブライン配管１３内を流れる媒体の流量を調整する。而して、負荷２１に対して加温から冷却に切り換える場合、前記プレート熱交換器１５内に蒸気凝縮水が残存している時は、前記ブライン配管１３の媒体流量を制御し、前記プレート熱交換器１５の出口温度をプラス温度に保持する。前記プレート熱交換器１５内の蒸気側に一定時間空気を吹き込んで蒸気凝縮水を除去した後、前記ブライン配管１３の媒体流量を制御し所定の冷却温度までブライン設備１０の温度を制御する。これにより、該プレート熱交換器１５内で蒸気凝縮水等が凍結して該プレート熱交換器１５が壊れるのを防止する。また、該蒸気及び該媒体の流量を調整することにより、該媒体の温度を広範囲に調整することができる。さらに、負荷２１に対し冷却から加熱に切り換える場合、前記ブライン配管１３の媒体流量を制御し、かつ、前記プレート熱交換器１５内への蒸気流量を制御し、該プレート熱交換器１５の蒸気凝縮水等が凍結するのを防止する。
したがって、このように構成されたブライン設備では、加温系統回路１２内を流れる蒸気熱をブライン系統回路１４内の媒体にプレート熱交換器１５を介して伝達し、該ブライン系統回路１４内の媒体温度をマイナス温度からプラス温度に昇温する、または、プラス温度からマイナス温度へ冷却することができるので、従来設備において加温系統回路と温調ブライン系統回路の間に設けていたプラス温度ブライン系統回路が省略でき、部品点数の低減が図れる。これにより、設備の小型化と製造コストの低減が可能になる。また、循環用ポンプの台数等を減らすことができるので、電力消費量が低減でき、省エネルギー化も可能になる。
なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。たとえば、蒸気を温水としてもよい。
以上説明したように、本発明は外部からの蒸気熱を利用して冷却用負荷で使用する媒体を加熱昇温して、化学合成品、医薬品等の化学合成に用いられる反応容器等の内部温度を広い温度範囲で制御する技術分野の他に、これと類似した分野にも応用できる。
１０ ブライン設備
１１ 蒸気配管
１２ 加温系統回路
１３ ブライン配管
１４ ブライン系統回路
１５ プレート熱交換器
１６ 制御部（ＴＩＣ）
１７ 調整弁
１８ スチームドレントラップ
１９ 空気供給管
２０ 開閉弁
２１ 負荷（凝縮器）
２２ ブライン冷却用チラ―
２３ ブライン循環用ポンプ
２４ ブライン膨張タンク
２５ 温度センサ
１５１ １次側伝導管
１５１ａ 入口ノズル
１５１ｂ 出口ノズル
１５２ ２次側伝導管
１５２ａ 入口ノズル
１５２ｂ 出口ノズル

Claims (1)

  1. ブライン系統回路内のマイナス温度の媒体を蒸気熱でプラス温度に昇温、及び、ブライン系統回路内のプラス温度の媒体を媒体冷却用チラーでマイナス温度に冷却し、該温調した媒体を該ブライン系統回路内の負荷に供給するブライン設備の温度制御装置であって、前記昇温用の蒸気を流す蒸気配管を設けた加温系統回路と、
    前記負荷と該負荷に対して前記媒体が循環して流れる流路を形成しているブライン配管
    と該ブライン配管の流路中に前記媒体冷却用チラーと該ブライン配管の流路を通して前記媒体を強制的に循環させる循環用ポンプとを配設してなる前記ブライン系統回路と、
    前記循環用ポンプの出口側と前記負荷の入口側との間に設けられ、前記蒸気配管内の蒸気熱を前記ブライン配管内前記媒体に伝達して該媒体を昇温するプレート熱交換器と、
    装置全体を制御する制御部と
    を備えてなるブライン設備の温度制御装置において、
    前記プレート熱交換器は、負荷とブライン冷却用チラーとの間に配設され、且つ、前記プレート熱交換器の１次伝熱管と２次伝熱管にはそれぞれ同一方向から蒸気及び媒体が流されるように前記蒸気配管と前記ブライン配管が接続されて成り、
    更に、ブライン系統回路は、前記プレート熱交換器の媒体出口温度を検出して前記制御部に出力する温度センサを備えるとともに、前記制御部は前記温度センサで検出された前記媒体の温度に応じて前記ブライン配管の媒体流量を制御し、該媒体を冷却から加温、及び、加温から冷却へ切り換える際に前記プレート熱交換器の媒体出口温度を一定時間プラス温度に保持して成り、
    更に、前記加温系統回路は前記蒸気配管内を流れる蒸気量を制御する制御弁を備え、前記制御部は前記温度センサで検出された前記媒体の温度に応じて前記制御弁を制御することを特徴とするブライン設備の温度制御装置。
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