JP5085225B2

JP5085225B2 - 熱交換装置

Info

Publication number: JP5085225B2
Application number: JP2007209328A
Authority: JP
Inventors: 雅克岡本
Original assignee: Tlv Co Ltd
Current assignee: Tlv Co Ltd
Priority date: 2007-08-10
Filing date: 2007-08-10
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2027-08-10
Also published as: JP2009041873A

Description

本発明は、蒸気を熱源として、熱交換器内で被加熱物を加熱する熱交換装置に関する。

熱交換装置は、熱交換器に蒸気供給管と流体排出管を接続して、熱交換器で熱交換によって蒸気の凝縮した復水を流体排出管から外部へ排出すると共に、流体排出管を介して蒸気エゼクタによって一部の蒸気を熱交換器へ再度循環させるものである。

この蒸気エゼクタを用いた熱交換装置においては、熱交換器での蒸気消費量が変動した場合に、熱交換器内の蒸気の圧力や温度が大きく変動してしまう問題点があった。通常、蒸気エゼクタの駆動蒸気量と吸引流体量の間には所定の関係があり、ある一定の吸引流体量を確保するためには所定量の駆動蒸気が必要となり、この必要駆動蒸気量よりも熱交換器の蒸気消費量が下回ってしまった場合に、熱交換器内の蒸気の圧力や温度が大きく変動してしまうのである。
特開平２−２１３６０１号公報

解決しようとする課題は、蒸気圧力や温度の変動をもたらす蒸気エゼクタを用いることなく、一部の蒸気を熱交換器へ循環させることのできる熱交換装置を提供することである。

本発明は、熱交換器に蒸気供給管と流体排出管を接続して、当該蒸気供給管から制御弁を介して供給する蒸気でもって熱交換を行い、熱交換によって蒸気が凝縮した復水を流体排出管から外部へ排出すると共に、一部の蒸気を流体排出管を介して熱交換器へ循環するものにおいて、蒸気を循環するための電動蒸気循環手段を流体排出管に取り付け、蒸気供給管又は流体排出管に通過する蒸気量を計測することのできる蒸気流量計を取り付けて、当該蒸気流量計の計測値と総括伝熱係数との関係から、総括伝熱係数が最高値となるように電動蒸気循環手段を、あるいは、蒸気供給管の制御弁を、制御する制御部を設けると共に、熱交換に必要な蒸気量が所定値までは蒸気供給管に取り付けた制御弁で制御し、蒸気量が所定値を越えると電動蒸気循環手段で制御するものである。

本発明の熱交換装置は、流体排出管に電動蒸気循環手段を取り付けたことにより、この電動蒸気循環手段によって一部の蒸気を熱交換器内へ循環させることができる。また、蒸気流量計を取り付けて、総括伝熱係数が最高値となるように電動蒸気循環手段を制御することによって、それぞれの熱交換器を効率良く熱交換することができる。

本発明は、電動蒸気循環手段を取り付けるものであり、この電動蒸気循環手段としては、蒸気ブロワーや蒸気コンプレッサー等、従来から使用されているものを用いることができる。

図１は、本発明の１実施例の構成図であって、熱交換器１と蒸気供給管２と流体排出管３と電動蒸気循環手段４、及び、蒸気流量計８，１４とで熱交換装置を構成する。

熱交換器１へ加熱用の蒸気を供給する蒸気供給管２には、蒸気の供給量を制御するための制御弁７と、供給される蒸気量を計測する蒸気流量計８、及び、供給される蒸気の圧力を検出する圧力センサ６を介在して、熱交換器１の入口９と接続する。

蒸気供給管２から熱交換器１内へ供給される蒸気の一部は、図示しない被加熱物を加熱して凝縮することによって復水となり、この復水と一部の蒸気の混合流体が流体排出管３内を流下する。

流体排出管３を分岐して一方に蒸気トラップ１０を取り付けて復水排出管１１とし、他方に気液分離器５と電動蒸気循環手段４と蒸気流量計１４を取り付けて循環管路１２とする。循環管路１２の上端は蒸気供給管２と接続する。また、循環管路１２には循環する蒸気量を制御する制御弁１３を取り付ける。

気液分離器５は、蒸気と復水の質量の差を利用して両者を分離し、内蔵した蒸気トラップから分離した復水だけを外部へ排出することができるものである。また、電動蒸気循環手段４は、本実施例においては電動モータ１５と蒸気ブロワー１６を組み合わせたものを用いた例を示す。すなわち、蒸気ブロワー１６の回転によって、循環管路１２内の蒸気を流量計１４を介して蒸気供給管２へ供給することができるものである。

流体排出管３を流下する復水と蒸気の混合流体の一部は、復水排出管１１から蒸気トラップ１０へ至り復水だけが外部へ排出され、混合流体の残りは循環管路１２から気液分離器５を流下する間に蒸気と復水が分離され、分離された復水は気液分離器５内に設けた蒸気トラップから外部へ排出されると共に、復水の分離された蒸気だけが電動蒸気循環手段４へ吸引され、更に蒸気流量計１４を通過して蒸気供給管２の蒸気と混合されて熱交換器１へ供給される。

このように、熱交換器１内の一部の蒸気を循環管路１２を介して強制的に循環させることによって、熱交換器１内での加熱蒸気から被加熱物への熱伝達が促進され、被加熱物を効率良く加熱することができる。例えば、復水排出管１１と蒸気トラップ１０を介して復水だけを外部へ排出する場合と比較して、循環管路１２から一部の蒸気を強制循環させる場合の方が、総括伝熱係数を１．５倍から３倍程度高めることができる。

蒸気流量計８によって蒸気供給管２から熱交換器１へ供給される蒸気量が計測され、一方、蒸気流量計１４によって循環管路１２から熱交換器１へ循環させる蒸気量が計測される。蒸気流量計８又は１４の計測値と、熱交換器１での総括伝熱係数との間には、図２に示す関係がある。すなわち、熱交換器Ａでは、蒸気流量Ｑ１の場合に総括伝熱係数が最高値となり、一方、熱交換器Ｂでは、蒸気流量Ｑ２の場合に総括伝熱係数が最高値となる。

図示しない制御部に図２に示す関係を記憶しておき、熱交換器１の種類に応じて総括伝熱係数が最高値となるように、電動蒸気循環手段４からの供給蒸気量を、あるいは、蒸気供給管２の制御弁７からの供給蒸気量を、適宜制御することによって、熱交換器１で必要とする熱量を最高の総括伝熱係数でもって供給することができる。なお、蒸気供給管２からの供給蒸気量が一定である場合は、流量計８は不要であり、また、蒸気ブロワー１６で通過蒸気量を任意にコントロールできる場合は、流量計１４は不要である。

熱交換に必要な熱量が零から最大値：ＭＡＸまで変化する場合に、図３に示すように蒸気量が所定値：Ｖ１までは制御弁７で蒸気流量を制御し、蒸気量がＶ１を超えＶ２までは電動蒸気循環手段４で制御することによって、必要蒸気量が少流量から大流量まで変化しても、その変化に確実に追随して蒸気を供給することができる。

本実施例においては、蒸気圧力や温度の変動をもたらす蒸気エゼクタを用いることなく、電動蒸気循環手段４で蒸気を熱交換器１へ強制的に循環させることができ、熱交換器１の加熱効率を高めることができる。

本発明の熱交換装置の実施例を示す構成図。本発明の熱交換装置の総括伝熱係数と蒸気流量の関係図。本発明の熱交換装置の必要熱量と蒸気流量の関係図。

符号の説明

１熱交換器
２蒸気供給管
３流体排出管
４電動蒸気循環手段
５気液分離器
７制御弁
８蒸気流量計
１１復水排出管
１２循環管路
１４蒸気流量計
１５電動モータ
１６蒸気ブロワー

Claims

熱交換器に蒸気供給管と流体排出管を接続して、当該蒸気供給管から制御弁を介して供給する蒸気でもって熱交換を行い、熱交換によって蒸気が凝縮した復水を流体排出管から外部へ排出すると共に、一部の蒸気を流体排出管を介して熱交換器へ循環するものにおいて、蒸気を循環するための電動蒸気循環手段を流体排出管に取り付け、蒸気供給管又は流体排出管に通過する蒸気量を計測することのできる蒸気流量計を取り付けて、当該蒸気流量計の計測値と総括伝熱係数との関係から、総括伝熱係数が最高値となるように電動蒸気循環手段を、あるいは、蒸気供給管の制御弁を、制御する制御部を設けると共に、熱交換に必要な蒸気量が所定値までは蒸気供給管に取り付けた制御弁で制御し、蒸気量が所定値を越えると電動蒸気循環手段で制御することを特徴とする熱交換装置。