JP5427319B1 - 温水生成装置 - Google Patents

Abstract

コルゲートスパイラルチューブ式熱交換器１に、複数のスパイラルチューブ１０１に連通する冷水取入管４と温水取出管５とを接続すると共にシェルに連通する蒸気供給管２とドレン排出管３とを接続する。冷水取入管４と複数のスパイラルチューブ１０１との間に、冷水取入管４と複数のスパイラルチューブの一部１０１ａとを連通する連通路４６を設けるとともに、冷水取入管４と複数のスパイラルチューブの他部１０１ｂとを冷水取入管４側から作用する力が複数のスパイラルチューブの他部１０１ｂ側から作用する力よりも大きくなったときに連通し小さくなったときに遮断する弁４４を設ける。

Description

本発明は、蒸気の熱で冷水を加熱することにより温水を生成する温水生成装置に関する。

従来の温水生成装置としては、例えば特開２０１０−２５３９４号公報に示されたものがある。これは、コルゲートスパイラルチューブ式熱交換器に、複数のスパイラルチューブに連通する冷水取入管と温水取出管とを接続すると共に、熱交換器のシェルに連通する蒸気供給管とドレン排出管とを接続したものである。

特開２０１０−２５３９４号公報

上記従来の温水生成装置は、冷水取入管からの冷水流量が低下すると、複数のスパイラルチューブ内の冷水流速が低下し、複数のスパイラルチューブ内での冷水の乱流が生じ難くなるために、冷水と蒸気との熱交換効率が低下して温水が設定温度以下に低下するおそれがあった。また、冷水取入管からの冷水流量が十分ある場合において、温水取出管からの温水取出量が減少すると、スパイラルチューブ全体の伝熱面積が過剰となるために、冷水と蒸気との熱交換が過剰となり、温水が設定温度以上に上昇するおそれがあった。

したがって本発明が解決しようとする課題は、冷水取入管からの冷水流量が低下した場合に温水が設定温度以下に低下することを防止できると共に、温水取出管からの温水取出量が減少した場合に温水が設定温度以上に上昇することを防止できる温水生成装置を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明の温水生成装置は、コルゲートスパイラルチューブ式熱交換器に、複数のスパイラルチューブに連通する冷水取入管と温水取出管とを接続すると共にシェルに連通する蒸気供給管とドレン排出管とを接続したものにおいて、前記冷水取入管と前記複数のスパイラルチューブとの間に、前記冷水取入管と前記複数のスパイラルチューブの一部とを連通する連通路を設けるとともに、前記冷水取入管と前記複数のスパイラルチューブの他部とを前記冷水取入管側から作用する力が前記複数のスパイラルチューブの他部側から作用する力よりも大きくなったときに連通し小さくなったときに遮断する弁を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、冷水取入管からの冷水流量が低下すると、冷水取入管側から作用する力が減少して複数のスパイラルチューブの他部側から作用する力よりも小さくなるので、弁が冷水取入管と複数のスパイラルチューブの他部との間を遮断する。これにより、連通路を通して冷水が複数のスパイラルチューブの一部にのみ供給され、複数のスパイラルチューブの一部内の冷水流速の低下を防止できるので、温水が設定温度以下に低下することがないという効果を奏する。

また、温水取出管からの温水取出量が減少すると、複数のスパイラルチューブの他部側から作用する力が増加して冷水取入管側から作用する力が複数のスパイラルチューブの他部側から作用する力よりも小さくなるので、弁が冷水取入管と複数のスパイラルチューブの他部との間を遮断する。これにより、連通路を通して冷水が複数のスパイラルチューブの一部にのみ供給され、伝熱面積が過剰となることを防止できるので、温水が設定温度以上に上昇することがないという効果を奏する。

本発明の実施の形態に係る温水生成装置の構成図。 図１の弁の断面図。 図２の弁の平面図。 本発明の別の実施の形態に係る弁の断面図。 図４の弁の平面図。

以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図３を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態に係る温水生成装置の熱交換器断面図を含む構成図であり、図２は図１の弁の断面図であり、図３は図２の弁の平面図である。コルゲートスパイラルチューブ式熱交換器１に、複数のスパイラルチューブ１０１に連通する冷水取入管４と温水取出管５とを接続すると共に熱交換器１のシェル（胴体の内部側空間）に連通する蒸気供給管２とドレン排出管３とを接続する。蒸気供給管２に上流側から、開閉弁６、気液分離器７、操作弁としての電動弁８、安全弁９、制御弁１０を取り付ける。ドレン排出管３にヘッダータンク１１を接続する。ヘッダータンク１１は熱交換器１から排出されるドレンを一時的に溜め置くものである。ヘッダータンク１１にドレン流入管１２を接続し、ドレン流入管１２に上流側から逆止弁１３、ドレン圧送ポンプ１４を取り付ける。逆止弁１３はヘッダータンク１１からドレン圧送ポンプ１４への流体の通過を許容し、反対方向の通過を阻止するものである。

ドレン圧送ポンプ１４はドレン流入口１５、ドレン圧送口１６、蒸気導入口１７、蒸気排出口１８を有する。ドレン流入口１５に逆止弁１３を介してドレン流入管１２を接続する。ドレン圧送口１６にドレン圧送管１９を接続し、ドレン圧送管１９に上流側から逆止弁２０、開閉弁２１を取り付ける。逆止弁２０はドレン圧送ポンプ１４から開閉弁２１への流体の通過を許容し、反対方向の通過を阻止するものである。蒸気導入口１７に蒸気供給管２から分岐した蒸気導入管２２を接続し、蒸気導入管２２に上流側から開閉弁２３、ストレーナ２４、減圧弁２５を接続する。蒸気導入管２２の減圧弁２５の前後に圧力計２６と圧力計２７を設ける。蒸気導入管２２の蒸気導入口１７への接続部から分岐するドレン排除管２８をドレン圧送管１９に接続し、ドレン排除管２８に上流側から蒸気トラップ２９、逆止弁３０を取り付ける。蒸気トラップ２９は蒸気を排出することがなくドレンを自動的に下流側の逆止弁３０側に排出するものである。逆止弁３０は蒸気トラップ２９からドレン圧送管１９への流体の通過を許容し、反対方向の通過を阻止するものである。蒸気排出口１８は下記の初期空気排出管３３の排気弁３４の上流側に排気管４３で接続する。

ドレン圧送ポンプ１４は内部に配置した図示しないフロートが下方部に位置する場合に、蒸気導入口１７を閉口し蒸気排出口１８を開口して、ヘッダータンク１１に溜まったドレンを逆止弁１３を介してドレン流入口１５から内部に流下させる。そして、内部にドレンが溜まって図示しないフロートが所定上方部に位置すると、蒸気排出口１８を閉口し、蒸気導入口１７を開口して、蒸気導入管２２の蒸気を蒸気導入口１７から内部に流入させることにより、内部に溜まったドレンをドレン圧送口１６からドレン圧送管１９を通して所望の圧送先に圧送する。ドレンの圧送により内部の液位が低下すると、再び蒸気導入口１７を閉口し蒸気排出口１８を開口して、ドレンをドレン流入口１５から内部に流下させる。このような作動サイクルを繰り返すことにより、ドレン圧送ポンプ１４はヘッダータンク１１からのドレンを所望の圧送先に圧送する。

気液分離器７のドレン排出口３１をドレン排除管２８の蒸気トラップ２９と逆止弁３０との間にドレン排除管３２で接続する。ドレン排出管３から分岐する初期空気排出管３３をドレン排除管３２に接続する。初期空気排出管３３に排気弁３４と逆止弁３５を取り付ける。排気弁３４はヘッダータンク１１の初期空気を排気するものである。逆止弁３５は排気弁３４からドレン排除管３２への流体の通過を許容し、反対方向の通過を阻止するものである。冷水取入管４にフロースイッチ３６を設ける。温水取出管５に温度センサ３７を設け、温水利用先に開閉弁３８を取り付ける。熱交換器１の冷水取入管４側に冷水溜部４２を設ける。冷水溜部４２は熱交換器１と一体に形成したり熱交換器１とは別体に熱交換器１と冷水取入管４の間に設けたりすることができる。

冷水取入管４と複数のスパイラルチューブ１０１との間に、冷水取入管４と複数のスパイラルチューブの他部１０１ｂとを連通したり遮断したりする弁４４を設ける。

図２乃至図３に示すように、弁４４は、冷水取入管４と複数のスパイラルチューブの一部１０１ａとを連通する連通路４６を備えており、スパイラルチューブ側フランジと冷水溜部側フランジの間に配置され図示しないボルトとナットからなる締結手段によって移動不能に挟持される。なお、図２乃至図３において、複数のスパイラルチューブ１０１は、それぞれ断面が円形状をなしており、複数のスパイラルチューブの一部１０１ａ及び複数のスパイラルチューブの他部１０１ｂとして図示している。

また、図示しているスパイラルチューブの一部１０１ａ及び複数のスパイラルチューブの他部１０１ｂは、複数のスパイラルチューブ１０１の全てを示したものではなく、実際には各チューブ間にもスパイラルチューブが密に詰まって存在する。なお、各スパイラルチューブの断面形状は、円形以外の形状であってもよい。例えば、各スパイラルチューブの断面形状は、断面が六角形等の多角形状であってもよい。

弁４４の弁ケーシング４７に入口４８と環状弁座４９と出口５０とを形成する。弁ケーシング４７の内周壁に弁体４５の外周を案内するリブ５１を複数個例えば４個設ける。環状弁座４９の出口５０側にディスク状の弁体４５を配置する。リブ５１の溝に、中心に流体通過用孔を有するばね受け５２の外周を嵌めて配置し、弁体４５とばね受け５２との間に弁体４５を環状弁座４９に付勢するコイルばね５３を配置する。

弁４４は、冷水取入管４側から作用する流体圧力による力が、複数のスパイラルチューブの他部１０１ｂ側から作用する流体圧力とコイルばね５３の弾性力と弁体４５の自重とを合わせた力よりも大きくなったときに、冷水取入管４と複数のスパイラルチューブの他部１０１ｂとを連通させる。

一方、弁４４は、冷水取入管４側から作用する流体圧力による力が、複数のスパイラルチューブの他部１０１ｂ側から作用する流体圧力とコイルばね５３の弾性力と弁体４５の自重とを合わせた力よりも小さくなったときに、冷水取入管４と複数のスパイラルチューブの他部１０１ｂとの連通を遮断する。

弁４４は、コイルばね５３を省略することができ、この場合、冷水取入管４側から作用する流体圧力による力が、複数のスパイラルチューブの他部１０１ｂ側から作用する流体圧力と弁体４５の自重とを合わせた力よりも大きくなったときに、冷水取入管４と複数のスパイラルチューブの他部１０１ｂとを連通させ、複数のスパイラルチューブの他部１０１ｂ側から作用する流体圧力と弁体４５の自重とを合わせた力よりも小さくなったときに、冷水取入管４と複数のスパイラルチューブの他部１０１ｂとの連通を遮断するようにすることもできる。

連通路４６は弁４４の外周の弁ケーシング４７に複数個例えば４個設ける。なお、連通路４６は、弁４４と一体に形成したり弁４４とは別体に弁４４の外側に設けたりすることができる。

冷水取入管４からの冷水流量が低下すると、冷水取入管４側から作用する力が減少して、冷水取入管４側から作用する力が複数のスパイラルチューブの他部１０１ｂ側から作用する力（複数のスパイラルチューブの他部１０１ｂ側から作用する流体圧力とコイルばね５３の弾性力と弁体４５の自重とを合わせた力）よりも小さくなるので、弁体４５が環状弁座４９に着座し、弁４４が冷水取入管４と複数のスパイラルチューブの他部１０１ｂとの間を遮断する。これにより、連通路４６を通して冷水が複数のスパイラルチューブの一部１０１ａにのみ供給され、複数のスパイラルチューブの一部１０１ａ内の冷水流速の低下を防止できるので、温水が設定温度以下に低下することがない。

また、温水取出管５からの温水取出量が減少すると、複数のスパイラルチューブ側から作用する力が増加して、冷水取入管４側から作用する力が複数のスパイラルチューブの他部１０１ｂ側から作用する力（複数のスパイラルチューブの他部１０１ｂ側から作用する流体圧力とコイルばね５３の弾性力と弁体４５の自重とを合わせた力）よりも小さくなるので、弁体４５が環状弁座４９に着座することにより、弁４４が冷水取入管４と複数のスパイラルチューブの他部１０１ｂとの間を遮断する。これにより、連通路４６を通して冷水が複数のスパイラルチューブの一部にのみ供給され、伝熱面積が過剰となることを防止できるので、温水が設定温度以上に上昇することがない。

制御弁１０は温度センサ３７で検出される温水の温度が設定温度よりも上昇すると開度が小さくされ設定温度よりも低下すると開度が大きくされる。操作弁としての電動弁８は制御弁１０の制御範囲以下により或いは制御弁１０の故障により、温度センサ３７で検出される温水の温度が設定温度よりも所定温度上昇すると閉じられる。また、操作弁としての電動弁８は温水の取出が停止されてフロースイッチ３６で冷水の流下が検出されなくなった場合に或いはフロースイッチ３６の故障により温度センサ３７で検出される温水の温度が設定温度よりも所定温度上昇した場合に閉じられる。温水の取出が停止されてフロースイッチ３６で冷水の流下が検出されなくなった場合に、操作弁としての電動弁８を閉弁することにより、電動弁８を早期に閉弁することができ、温水の取出が再開された場合に、比較的低温の温水を取出すことができる。

本発明の別の実施の形態について、図４乃至図５を参照して説明する。図４は本発明の別の実施の形態に係る弁の断面図であり、図５は図４の弁の平面図である。図４乃至図５において、冷水取入管４と複数のスパイラルチューブとの間に、冷水取入管４と複数のスパイラルチューブの他部１０２ｂとを連通したり遮断したりする弁６４を設ける。

図４乃至図５に示すように、弁６４は、冷水取入管４と複数のスパイラルチューブの一部１０２ａとを連通する連通路６６を備えており、スパイラルチューブ側フランジと冷水溜部側フランジの間に配置され図示しないボルトとナットからなる締結手段によって移動不能に挟持される。

弁６４の弁ケーシング６７に入口６８と環状弁座６９と出口７０とを形成する。弁ケーシング６７の内周壁に弁体６５の外周を案内するリブ７１を複数個例えば４個設ける。環状弁座６９の出口７０側にディスク状の弁体６５を配置する。リブ７１の溝に、中心に流体通過用孔を有するばね受け７２の外周を嵌めて配置し、弁体６５とばね受け７２との間に弁体６５を環状弁座６９に付勢するコイルばね７３を配置する。

弁６４は、冷水取入管４側から作用する流体圧力による力が、複数のスパイラルチューブの側から作用する流体圧力とコイルばね７３の弾性力と弁体６５の自重とを合わせた力よりも大きくなったときに、冷水取入管４と複数のスパイラルチューブの他部１０２ｂとを連通させる。

一方、弁６４は、冷水取入管４側から作用する流体圧力による力が、複数のスパイラルチューブの側から作用する流体圧力とコイルばね７３の弾性力と弁体６５の自重とを合わせた力よりも小さくなったときに、冷水取入管４と複数のスパイラルチューブの他部１０２ｂとの連通を遮断する。

弁６４は、コイルばね７３を省略することができ、この場合、冷水取入管４側から作用する流体圧力による力が、複数のスパイラルチューブの側から作用する流体圧力と弁体６５の自重とを合わせた力よりも大きくなったときに、冷水取入管４と複数のスパイラルチューブの他部１０２ｂとを連通させ、複数のスパイラルチューブの側から作用する流体圧力と弁体６５の自重とを合わせた力よりも小さくなったときに、冷水取入管４と複数のスパイラルチューブの他部１０２ｂとの連通を遮断するようにすることもできる。

なお、連通路６６は、弁６４の弁体６５の中心に開けた貫通孔６６ａと弁体６５に溶接により固着した内側円筒６６ｂの内側とばね受け７２に溶接により固着するとともに内側円筒６６ｂが気密的に摺動する外側円筒６６ｃの内側とで形成する。

本発明は、蒸気の熱で冷水を加熱することにより温水を生成する温水生成装置に利用することができる。

１ コルゲートスパイラルチューブ式熱交換器
２ 蒸気供給管
３ ドレン排出管
４ 冷水取入管
５ 温水取出管
６ 開閉弁
７ 気液分離器
８ 操作弁としての電動弁
９ 安全弁
１０ 制御弁
１１ ヘッダータンク
１２ ドレン流入管
１３ 逆止弁
１４ ドレン圧送ポンプ
１５ ドレン流入口
１６ ドレン圧送口
１７ 蒸気導入口
１８ 蒸気排出口
１９ ドレン圧送管
２０ 逆止弁
２１ 開閉弁
２２ 蒸気導入管
２３ 開閉弁
２４ ストレーナ
２５ 減圧弁
２６ 圧力計
２７ 圧力計
２８ ドレン排除管
２９ 蒸気トラップ
３０ 逆止弁
３１ ドレン排出口
３２ ドレン排除管
３３ 初期空気排出管
３４ 排気弁
３５ 逆止弁
３６ フロースイッチ
３７ 温度センサ
３８ 開閉弁
４２ 冷水溜部
４３ 排気管
４４ 弁
４５ 弁体
４６ 連通路
４７ 弁ケーシング
４８ 入口
４９ 環状弁座
５０ 出口
５１ リブ
５２ ばね受け
１０１ スパイラルチューブ

Claims (5)

1. コルゲートスパイラルチューブ式熱交換器に、複数のスパイラルチューブに連通する冷水取入管と温水取出管とを接続すると共にシェルに連通する蒸気供給管とドレン排出管とを接続したものにおいて、前記冷水取入管と前記複数のスパイラルチューブとの間に、前記冷水取入管と前記複数のスパイラルチューブの一部とを連通する連通路を設けるとともに、前記冷水取入管と前記複数のスパイラルチューブの他部とを前記冷水取入管側から作用する力が前記複数のスパイラルチューブの他部側から作用する力よりも大きくなったときに連通し小さくなったときに遮断する弁を設けたことを特徴とする温水生成装置。
2. 前記連通路を前記弁の外周に設けたことを特徴とする請求項１に記載の温水生成装置。
3. 前記連通路を前記弁の弁体に設けたことを特徴とする請求項１に記載の温水生成装置。
4. 前記複数のスパイラルチューブの他部側から作用する力が前記複数のスパイラルチューブの他部側の流体圧力と前記弁のコイルばねの弾性力及び弁体の自重とによる力であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の温水生成装置。
5. 前記複数のスパイラルチューブの他部側から作用する力が前記複数のスパイラルチューブの他部側の流体圧力と前記弁の弁体の自重とによる力であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の温水生成装置。

Images