JP5834264B2 - 過熱低減器のシートリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、高い温度差において冷却剤を注入するように設計された、シートリングを有する過熱低減器（デスーパヒータ）を採用する装置及び方法に関する。本発明の頑丈な設計は、冷却剤と過熱流体との間の温度差が高い状態での動作を可能にする高レベルの柔軟性を提供する。過熱低減器のシートリングは、垂直方向のスリットがリングの周囲を横断する分割された中空リングとして作製される。開放型スリット設計により高レベルの柔軟性が与えられ、それにより、シートリングは、熱応力の低減により過酷な温度極値に耐えることができるようになる。冷却剤は、シートリングに接続された、特別に設計された冷却剤ニップルライナを通して、シートリングに供給される。

蒸気及びボイラーシステムの動作において、使用できる蒸気が、特定のエンドユーザに必要である又は要求されるよりも、はるかに高温であることが多い。そのような場合、過熱低減器を用いるのが常であり、これにより、通常は水である流体が、高温蒸気の流通蒸気内に注入され、その後混合される。理想的には、注入される流体自体は、ほぼ即座に蒸気に変わり、流入する高温蒸気をより低温の幾らか容量が大きい蒸気に変換するよう働く、つまり、蒸気があまり過熱した状態ではなくなる。

Ｓａｎｆｏｒｄ Ｓ．Ｂｏｗｌｕｓに付与された先の特許である特許文献１は、可変オリフィス型過熱低減器として知られる自動過熱低減装置の有利な形態を開示する。特許文献１の装置においては、過熱低減器のハウジング入口を通って垂直方向上向きに移動する流入蒸気が、引力に逆らって重み付けされた弁要素を持ち上げるように構成された。弁要素が開く範囲は、自動的に、流入蒸気の容量及び速度の関数となる。

加熱低減用水源と連通する小さいオリフィスが、重み付けされた弁要素を囲んでいる。蒸気がシステムを通って流れると、重み付けされた弁要素が持ち上げられ、弁の周りに高速の蒸気流をもたらし、周囲の水に対する蒸気の霧状化作用をもたらす。この構成は、合理的限界内の蒸気流の容量とは比較的関係なく、水に対する蒸気の有効な霧状化作用があるというものである。過熱低減器内に注入され、流入蒸気と結合される水の量は、蒸気温度の関数として独立に制御される。

基本原理において、特許文献１の可変オリフィス型過熱低減器は、動作において極めて有効である。従って、本発明は、先の特許文献１の重要な動作原理を用いると同時に、そのような原理を、従来の装置より熱疲労に対して耐性があり、同時に製造及び維持にかかる費用が少ない、実質的に改善された物理的な実施形態に組み込もうと努める。これらの利点は、性能を犠牲にすることなく達成され、実際には、特定の点における性能が改善される。

本発明の上記及び他の特徴並びに利点をより完全に理解するために、好ましい実施形態の以下の詳細な説明及び添付図面を参照すべきである。

米国特許第２，９４５，６８５号明細書

本発明の実施形態は、有利なことに、上流側及び下流側の配管と関連したインライン動作のための可変オリフィス型過熱低減装置、並びに、上流側及び下流側の過熱流体の配管と関連したインライン動作のための過熱低減装置であって、上流側及び下流側の配管に比べて拡大された直径の混合チャンバを形成するために、上流側及び下流側の配管に比べて拡大された直径の中間ハウジングチャンバと接合された上部ハウジング部分及び下部ハウジング部分を含み、接合されたハウジング部分は上流側及び下流側の配管に接続するように適合されている、過熱低減装置を提供する。過熱低減装置はさらに、中間ハウジング内に固定され、かつ、スロットを備え、冷却流体を環状シート注入リングに供給するために冷却流体入口配管に接続するように適合された過熱低減器用シートリング支持部と、環状シート注入のスロットと協働するように、軸方向に配置された弁ケージ基部構造体内に摺動可能に受けられる弁プラグとを含む。

別の実施形態は、過熱低減装置の下部部分において過熱流体を受け取るステップと、過熱低減装置の中間部分内の可変オリフィスを通して過熱流体を流すステップと、冷却流体を中間部分内に流すステップとを含む。この方法はまた、中間部分内で過熱流体と冷却液体を混合して、過熱低減流体を生成するステップと、上方部分を通して過熱低減流体を過熱低減装置の外に流すステップとを含む、過熱低減装置により過熱流体を冷却するための方法のためのものである。

代替的な実施形態は、過熱低減装置の下部部分において過熱流体を受け取るための手段と、過熱低減装置の中間部分内の可変オリフィスを通して過熱流体を流すための手段と、冷却流体を中間部分内に流すための手段とを含む。この代替的な実施形態はさらに、中間部分内で過熱流体と冷却液体を混合して、過熱低減流体を生成するための手段と、上方部分を通して過熱低減流体を過熱低減装置の外に流す手段とを含む、過熱低減装置により過熱流体を冷却するための手段のためのものである。

本明細書において、本発明の詳述した説明をより良く理解することができるように、及び、当技術分野への本発明の貢献をより良く認識できるように、本発明の特定の実施形態をやや大まかに概説した。もちろん、以下に説明され、添付の特許請求の範囲の主題を形成する本発明の付加的な実施形態が存在する。

この点で、本発明の少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、その適用において、構成の詳細、及び以下の説明に述べられる又は図面に示される構成部品の配置に限定されるものではないことを理解すべきである。本発明は、説明されたものに加えて、実施形態を種々の方法で実施及び実行することが可能である。また、本明細書で用いられる語句及び用語並びに要約は、説明目的のものであり、限定とみなすべきではないことを理解すべきである。

従って、当業者であれば、本開示が基づいている概念は、本発明の幾つかの目的を実行するための他の構造体、方法及びシステムを設計する基準として容易に用い得ることを理解するであろう。従って、特許請求の範囲は、それらが本発明の精神及び範囲から逸脱しない限り、そうした同等の構成を含むものとみなすことが重要である。

本開示の上述の及び他の特徴、利点、並びにこれらを得る方法は、添付図面と併用される本開示の種々の実施形態の以下の説明を参照することにより、より明らかになり、本開示自体がより良く理解されるであろう。

本発明の実施形態の過熱低減器弁の断面図である。 本発明の実施形態の過熱低減器弁の拡大断面図である。 本発明の実施形態において採用されるシートリングの平面図である。 シートリングの断面スライス図である。 シートリングのシートリング端部の図である。 フランジ接続を有する過熱低減器弁の切り欠き図である。 本発明の別の実施形態において採用されるシートリングの平面図である。 シートリングの内側に採用される冷却流体入口を示すシートリングのスライド図である。 図６に示される実施形態のシートリング支持部と関連したシートリング及びその位置の配向の側面図である。

以下の詳細な説明において、その一部を形成する添付図面が参照され、本発明を実施することができる特定の例示的な実施形態が例証として示される。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施できるように十分に詳細に説明され、他の実施形態を利用することもでき、かつ、構造的変更、論理的変更、及び処理上の変更を行い得ることを理解すべきである。いずれの材料のリスト又は要素の構成も例示目的に過ぎず、決して網羅的であることを意図するものではないことを認識すべきである。説明される処理ステップの進行は一例であるが、一連のステップは、本明細書に述べられるものに限定されるものではなく、特定の順番で行うことが必要なステップを除いて、当技術分野において周知であるように変更することができる。

過熱低減器は、過熱低減器の内部詳細を収容する本体からなる。本体は、シートの周りに冷却剤環が生成されるようにケージが配置された、シートを組み込む。冷却剤は、過熱低減器本体上の枝管によってこの環に入る。プラグは自由に動くが、軽負荷条件の下でプラグを安定させるばね式安定ボタンを含む。プラグの移動量を制限するためのプラグ停止部が、ケージの上部内に組み込まれる。

稼働中、流入蒸気は、蒸気中の一定量のエネルギーがプラグを持ち上げるために用いられるように、重み付けされたプラグの裏面に作用する。より多くの蒸気が過熱低減器を通って流れるほど、より高くプラグが持ち上げられ、従って、蒸気流のための可変オリフィスが生成される。プラグを持ち上げるのに用いられるエネルギーは、シートにわたって、蒸気流に関係なく完全に一定の圧力降下をもたらす。この圧力降下は、シート領域にわたって相対的に高い速度をもたらし、冷却剤が蒸気流内に流入されるのは、この低圧一定速度の時である。

冷却剤は、下流側の蒸気温度を感知する温度コントローラに応答する制御弁の命令下で環に入る。冷却剤は、ケージの裏面とシートの上部との間の周辺間隙を通って、蒸気流内に流入される。不均一な冷却が行われないことを保証するように、冷却剤は、シートの周囲の周りに配置されたスロットを介して流入される。

冷却剤は、これがシートから排出されるときに蒸気流によってピックアップされ、この時点で存在する低圧ゾーンは、冷却剤を微粒子に霧状化する上で役立つ。蒸気の方向及び速度の変更の結果として起こる乱流において、蒸気と冷却剤との均質混合が行われる。プら部の上では、蒸気が層流に戻ろうとするときに渦流が生成され、蒸気に完全に吸収されていないいずれの冷却剤の粒子もこの渦流の中に引き込まれ、ここで冷却剤の粒子はさらなる減圧を受け、これにより霧状化プロセスが再度加速される。

事実上全ての過熱低減は過熱低減器本体自体の中で行われ、冷却剤が過熱低減器又は関連した配管のいずれにも当たらないため、下流側配管のための保護用熱ライナは必要としない。

図１及び図１ａは、本発明の実施形態の断面図である。過熱低減器弁アセンブリ１０が、３つの部分、すなわち過熱低減流体出口又は上部ハウジング部分２２と、中間ハウジング部分２６と、過熱流体入口又は下部ハウジング部分２０とを有する。これらは、溶接部２により互いに接合される。溶接部は、単一の溶接された突合せ継手として示されるが、上部ハウジング部分２２、中間ハウジング部分２６、及び下部ハウジング部分２０の接合は、いずれの結合方法又は鋳造方法によっても達成することができる。

ハウジング２６の内部では、セグメントリング１８が、シート支持リング４２に隣接していることが分かる。シート支持リング４２は、環状のシート注入リング１６を保持し支持する。スペーサリング４４が、シート注入リング１６の上に配置される。弁ケージ基部構造体３８が、弁アセンブリの内部に軸方向に配置され、スペーサリング４４の下流側にある。本実施形態において、ケージ基部構造体３８は、ハウジング２６に溶接される。熱ライナ２４がケージ基部構造体３８に取り付けられ、ハウジング２６と内部ケージ４６との間に配置される。ケージリブ３６が、ケージ基部３８の上に配置される。プラグ停止部２８が、プラグアセンブリ４０の移動を制限するように、内部ケージ４６の上部に配置される。プラグアセンブリ４０は、止めピン３０と、荷重ばね３２と、軽負荷条件下でプラグを安定させる安定ボタン３４とを含む。熱ライナ２４は、ケージ基部構造体３８に取り付けられ、自由に伸縮して熱応力を緩和し、かつ、ハウジング２６を熱応力割れから保護する。熱ライナ２４は、例えば、溶接プロセスにより取り付けることができる。

作動中、冷却流体は、冷却マニホルド流体入口１２を通って過熱低減器弁に入り、冷却剤熱スリーブ１４の第１の端部を通って流れる。冷却剤熱スリーブは、溶接接合部を保護し、熱応力も低減させて、ユニットの設計寿命を延ばす。冷却剤熱スリーブ１４は、冷却マニホルド１２内での熱スリーブ１４の移動を可能にするための、冷却剤熱スリーブ１４の周りに配置されたピストンリング４８を有する。熱スリーブ１４のもう他方の端部は、環状シート注入リング１６の内部に配置される。

ここで図１−図４を参照すると、シート注入リング１６は中空であり、環状体のように成形され、冷却流体を受け取るために取り付けられた冷却剤ニップル１７を含む。例えば、冷却流体は、過熱低減器弁アセンブリ１０を通って流れる過熱流体内に注入される水とすることができる。上述のように、過熱流体は、過熱低減装置を通って移動し、プラグアセンブリ４０はシート注入リング１６から離れるように移動して霧状化オリフィス領域を生成し、次いで、冷却流体は、スロット２１を介して過熱流体内に分散される。スロット２１は、環状シート注入リング１６の周囲の周りを移動する。冷却流体は、過熱蒸気流の中に引き込まれ、この時点で存在する低圧ゾーンが、冷却流体を微粒子に霧状化するのを助ける。

本実施形態において、シート注入リング１６は、２つのシートリング端部１９で中断され、溶接部２ａにより取り付けられる。この中断により、シート注入リング１６が、装置に損傷を与えることなく伸縮することが可能になる。例えば、リングが加熱されるようになり、膨張すると、２つのシートリング端部１９の間の間隙が狭くなる。しかしながら、過熱低減器弁の動作に関係する温度、及び過熱低減器弁自体を構成する材料に応じて、シート注入リング１６の他の構成を採用することもできる。例えば、シートリングは、中断がなく、連続的であってもよく、シートリング端部１９を必要としない。シート注入リング１６はまた、特定の方法で冷却液体を分配するために、１つのシートリング端部１９だけを用いてもよい。

過熱低減器の弁動作が閉じられると、プラグアセンブリ４０は、シート注入リング１６と接触するようになり、スロット２１を覆う。過熱流体が過熱低減器弁に入り、圧力が発生すると、ほぼ円筒形の弁プラグアセンブリ４０が持ち上がり、冷却流体を過熱流体と混合させるのを可能にし、それにより過熱流体の温度が下がる。図５は、部品の配置を示す本発明の過熱低減器弁の切り欠き図を示す。

ここで図６−図８を参照すると、冷却剤ニップル１７がシート注入リング１６の内部に配置される。この構成は、過熱低減器弁のサイズ変更及び拡大縮小を行うときに、弁の設計者により多くの柔軟性を与える。図８は、冷却剤ニップル１７がシート注入リング１６の内部に配置された場合に、該冷却剤ニップル１７を収容する内側入口シートリング支持部４３を示す。

過熱低減器弁は、種々の温度及び圧力耐性材料から作製することができる。例えば、過熱低減器弁は、炭素鋼、ステンレス鋼、及び他のタイプの低合金鋼から作製することができる。

上記の説明及び図面におけるプロセス及び装置は、本明細書に説明される実施形態の目的、特徴、及び利点を達成するために使用、生成できる方法及び装置の一部の例を示すものに過ぎず、本発明の実施形態は、間接乾式熱交換器、直接乾式熱交換器、及び湿式熱交換器に適用することができる。従って、これらは本実施形態の上記の説明により制限されるとみなされるべきではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。いずれの特許請求の範囲又は特徴も、本発明の範囲内のいずれか他の特許請求の範囲又は特徴と組み合わせることができる。

本発明の多くの特徴及び利点は、明細書から明らかであり、従って、添付の特許請求の範囲により、本発明の真の精神及び範囲内に入る本発明の全てのそのような特徴及び利点をカバーすることが意図される。さらに、当業者であれば多数の修正及び変形を容易に思い付くので、本発明を、図示され説明された正確な構造及び作動に限定することが要求されるものではなく、従って、本発明の範囲内に入る全ての好適な修正及び等価物を用いることができる。

２、２ａ：溶接部
１０：過熱低減器弁アセンブリ
１２：冷却マニホルド流体入口
１４：冷却剤熱スリーブ
１６：シート注入リング
１７：冷却剤ニップル
１８：セグメントリング
１９：シートリング端部
２０：下部ハウジング部分
２１：スロット
２２：上部ハウジング部分
２４：熱ライナ
２６：中間ハウジング部分
２８：プラグ停止部
３０：止めピン
３２：荷重ばね
３４：安定ボタン
３６：ケージリブ
３８：弁ケージ基部構造体
４０：プラグアセンブリ
４２：シート支持リング
４３：内側入口シートリング支持部
４４：スペーサリング
４６：内部ケージ
４８：ピストンリング

Claims (8)

1. 上流側及び下流側の過熱流体の配管と関連したインライン動作のための過熱低減装置であって、
   前記上流側及び下流側の配管に比べて拡大された直径の混合チャンバを形成するために、前記上流側及び前記下流側の配管に比べて拡大された直径の中間ハウジングチャンバと接合された上部ハウジング部分及び下部ハウジング部分を含み、前記接合されたハウジング部分は前記上流側及び下流側の配管に接続するように適合されており、
   前記中間ハウジングチャンバ内に固定された過熱低減器シートリング支持部であって、スロットが形成された環状シート注入リングを備え、冷却流体を前記環状シート注入リングに供給するために冷却流体入口配管に接続するように適合された前記環状シート注入リングを支持する前記過熱低減器シートリング支持部と、
   前記環状シート注入の前記スロットと協働するように、前記軸方向に配置された弁ケージ基部構造体内に摺動可能に受けられる弁プラグと、を含むタイプのものであり、
   前記環状シート注入リングは、円形且つ中空の横断面を備えた環状体であり、前記スロットは、この環状体の周方向に亘って形成されていることを特徴とする過熱低減装置。
2. 前記過熱低減器シートリング支持部上に取り付けられた、軸方向に配置された弁ケージ基部構造体をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の過熱低減装置。
3. 前記環状シート注入リングは、第１のシートリング端部で中断されることを特徴とする、請求項１に記載の過熱低減装置。
4. 前記環状シート注入リングは、前記第１のシートリング端部及び第２のシートリング端部で中断されることを特徴とする、請求項１に記載の過熱低減装置。
5. 前記冷却流体入口配管は、前記環状シート注入リングに直接隣接して配置された冷却剤ニップルを有することを特徴とする、請求項２に記載の過熱低減装置。
6. 前記冷却流体入口配管は、前記環状シート注入リングの内部に配置された冷却剤ニップルを有することを特徴とする、請求項２に記載の過熱低減装置。
7. 前記環状シート注入リングは炭素鋼から作製されることを特徴とする、請求項２に記載の過熱低減装置。
8. 前記環状シート注入リングはステンレス鋼又は他のタイプの低合金鋼から作製されることを特徴とする、請求項１に記載の過熱低減装置。

Images