JP5888601B2 - 純蒸気発生装置における不凝縮性ガスの除去方法、および純蒸気発生装置 - Google Patents

Description

本発明は純蒸気発生装置に関し、更に詳しくは竪形蒸発缶とその付属機器から構成された純蒸気発生装置に関する。例えば各種医薬品の製造工場や研究所では、ＧＭＰ（医薬品及び医薬部外品の製造管理の基準）や英国規格ＥＮ−２８５やＢＳ３９７０：Ｐａｒｔ１に適合した蒸気の品質（不凝縮性ガス：３．５％以下、乾燥度：０．９０〜１．０５、過熱度：２５℃以下）が求められる。本発明はかかる純蒸気発生装置が発生する純蒸気の品質の一つである不凝縮性ガスをある一定以上含まない除去装置及び方法の改良に関する。

従来、前記のような純蒸気発生装置として、供給水の予熱手段と、予熱した供給水と蒸発缶から戻った循環水を一時的に貯留する循環水受槽と、循環水から純蒸気を発生させる蒸発缶と、蒸発缶下部に発生させた純蒸気の気水分離手段を備えるものが知られている（例えば特許文献１参照）。かかる従来の純蒸気発生装置の方法では、蒸発缶上部室に不凝縮性ガスの除去方法（例えば特許文献２参照）を設けそこで循環水から不凝縮性ガスのある量を除去したのち蒸発缶の加熱室に送り、純蒸気を発生させている。

ところが、かかる従来の純蒸気発生装置の除去方法には、水に溶解している不凝縮性ガスを水から遊離させるためには、その水が受けている圧力以上に水の蒸気圧力が上昇する温度に液体を過熱した後気相部に開放することにより効果的な不凝縮性ガスの遊離が出来る物理的性質があるにもにもかかわらず、循環水受槽から来る循環水を加熱無しに不凝縮性ガスの遊離を試みているという問題があり、結果として純蒸気の純蒸気に不凝縮性ガスがある一定以上含まれるという問題がある。

特表２００５−５３６７１０号公報 特表２００２−５２９２１５号公報

本発明が解決しようとする課題は、純蒸気を発生することができ、また簡単な方法により純蒸気に含まれる不凝縮性ガスをある一定以上含まない除去方法を有する純蒸気発生装置を提供することにある。

前記の課題を解決する本発明は、循環水の加熱手段と、加熱して循環水から純蒸気を発生させる蒸発缶と、発生させた純蒸気の気水分離手段と、予熱した供給水と蒸発缶から戻った循環水を一時的に貯留する循環水受槽を備え、循環水受槽、蒸発缶及び循環水受槽の経路で循環させつつ蒸発缶から純蒸気を発生させるようにした純蒸気発生装置が発生する純蒸気にある一定以上の不凝縮性ガスを含まないようになす除去方法であって、循環水の一部が蒸発缶の加熱室で蒸気となりそれと共に循環水に溶解している不凝縮性ガスも気体となり、共に加熱室下部にて過熱状態で下部室上部に入る。ここの気相部にて蒸気と不凝縮性ガスの物性の差違により不凝縮性ガスが滞留する傾向がある。その気体を蒸気を一部含むガスとして蒸発缶の下部室から外部に排出させることを特徴とする純蒸気発生装置に係る。

また本発明は、前記の本発明に係る純蒸気発生装置であって、蒸発缶下部室から直接蒸発缶の外部に不凝縮性ガスを排出する配管を設けたことを特徴とする純蒸気発生装置に係る。

本発明に係る不凝縮性ガス除去方法を有する純蒸気発生装置も、従来の純蒸気発生装置と同様、供給水の加熱手段と、循環水から純蒸気を発生させる蒸発缶と、発生させた純蒸気の気水分離手段と、予熱した供給水と蒸発缶から戻った循環水を一時的に貯留する循環水受槽とを備え、予熱した供給水を含む循環水を循環水受槽、蒸発缶及び循環水受槽の経路で循環させつつ蒸発缶から純蒸気を発生させるようになっている。気水分離手段としては、蒸発缶の下流側に気水分離器を接続することもできるし、蒸発缶の下部室に気水分離機構を設けることもできる。

本発明の方法では、蒸発缶下部室に不凝縮性ガス出口を設けて、不凝縮性ガスを蒸発缶の下部室から外部に排出する。

また本発明では、ガス出口配管にオリフィスを設け、不凝縮性ガスの外部への排出量を調整可能とする。

本発明によると、循環水から分離した不凝縮性ガスは、オリフィスを設けた不凝縮性ガス出口配管にて除去できるため、結果として不凝縮性ガスの抜き出し量を確実にすることができるという効果がある。

本発明の装置を例示する全体の系統図。 本発明の装置の蒸発缶下部室を例示する図。

図１にしたがって、本発明説明する。図１では、供給水配管１には、手動弁１Ａ、供給水ポンプ１Ｂ、圧力計１Ｃ、自動式開閉弁１Ｄ、流量計１Ｅ、逆止弁１Ｆ、排熱回収器２０及び温度センサ１Ｇが設けられている。自動式開閉弁１Ｄは、後述する水位計３０Ａからの電気的指示により開閉するようになっている。

排熱回収器２０は、純蒸気発生運転中に蒸発缶４０の加熱室４０Ｂで発生する蒸気ドレンを冷却するものであり、コイル式熱交換器となっている。供給水は、排熱回収器２０において、伝熱管を通過する際に蒸気ドレンを冷却し、自らは予熱される。蒸発缶４０の加熱室４０Ｂで発生した蒸気ドレンは蒸気トラップ３Ａを介して排熱回収器２０に入り、冷却された蒸気ドレンは逆止弁３Ｂを介して蒸気ドレン配管３から外部に排出され、排熱回収器２０で予熱された供給水は、温度センサ１Ｇを経て循環水受槽３０に入る。

循環水受槽３０は、蒸発缶４０の下部室４０Ｃから循環水戻り配管４１を経て戻る循環水を一時的に貯留する圧力容器である。循環水受槽３０には、蒸発缶４０の下部室４０Ｃの内圧と圧力を等しくして循環水の戻りを容易にするために均圧配管４２が設けられており、水位センサ３０Ａ及び圧力計３０Ｇが設けられている。

水位センサ３０Ａにより循環水受槽３０の水位を検出し、下限値Ｌで供給水ポンプ１Ｂの作動を開始し、同時に自動式開閉弁１Ｄを開けることにより循環水受槽３０の水位を上限値Ｈまで上昇させた後、供給水ポンプ１Ｂの作動を停止して自動式開閉弁１Ｄを閉じるという操作を繰り返す。

循環水ポンプ３１Ｃは、循環水受槽３０の水位が上限値Ｈと下限値Ｌとの間にある間運転を続けることができる。循環水受槽３０の循環水は、循環水ポンプ３１Ｃにより、循環水受槽３０の下部から循環水配管３１を通って蒸発缶４０の上部室４０Ａに至る。循環水配管３１には、循環水受槽ドレン配管７が接続されている。循環水受槽ドレン配管７は、循環水受槽３０の循環水を全量ドレンする場合に使用され、この場合に循環水は循環水配管３１の最低部に位置する循環ポンプ３１Ｃの吐出側から分岐して自動式開閉弁７Ｂ及び逆止弁７Ｃを通り外部に排出される。

また循環水配管３１には、飽和水出口配管５が接続されている。飽和水出口配管５は、純蒸気発生後の循環水が濃縮して発生純蒸気の品質劣化や装置内のスケール付着を押さえるために、循環水の一部を飽和水として外部に排出するときに使用され、この場合に飽和水は循環水ポンプ３１Ｃの吐出側から分岐して自動式開閉弁５Ｂ、逆止弁５Ｃ，流量調整用のオリフィス５Ｄ、及び飽和水量測定用の手動三方弁５Ｅを経て外部に排出される。

蒸発缶４０は供給された循環水を加熱蒸気との熱交換により効率よく蒸発させて純蒸気とする二重管板式多管円筒型熱交換器である。蒸発缶４０は、循環水が導入される上部室４０Ａと、加熱蒸気が導入される加熱室４０Ｂと、純蒸気と蒸発しなかった残りの循環水の混合体が導入される下部室４０Ｃとに区分されていて、加熱室４０Ｂには上部室４０Ａの循環水を下部室４０Ｃに導く伝熱管４０Ｄが設けられており、下部室４０Ｃには図２で示す気水分離機構が設けられている。加熱室４０Ｂの上部には加熱蒸気供給配管２が接続されており、加熱室４０Ｂの下部には加熱蒸気のドレンを排熱回収器２０へと導入する蒸気ドレン配管４３が接続されている。

循環水は、循環水配管３１を通って蒸発缶４０の上部室４０Ａに入ると、加熱室４０Ｂの上端面に設けられた図示しない多孔の分散板を通って伝熱管内部に流入した循環水は、伝熱管を通って下部室４０Ｃに至る間に加熱室４０Ｂの加熱蒸気にて加熱され、気液混合状態となり、下部室４０Ｃに落下る。

内部に設けられた気水分離機構に入る前に、循環水に含まれる不凝縮性ガス（主に空気）は循環水から遊離して上部に滞留している。物理的現象として下部室上部に止まった過熱状態の不凝縮性ガスは前述の混合体が直接至らないエルボ４０Ｉの下面と内筒４０Ｆ上面の間に集まりやすくなっている。その近傍に設けた不凝縮性ガス出口ノズル４０Ｋから不凝縮性ガス出口配管６の手動弁６Ａ，逆止弁６Ｂ、サイトグラス６Ｃ及びオリフィス６Ｄを経て装置外部に排出される。

下部室４０Ｃ内の後述する気水分離機構で分離された純蒸気は下降流となり、その後反転し純蒸気出口４０Ｊから気水分離器５０を経て、純蒸気出口４へと接続されておる。一方、下部室４０Ｃの底部には蒸発しなかった循環水を循環水受槽３０へと戻す循環水戻り配管４１が接続されている。

循環水受槽３０には蒸発缶下部室４０Ｃから循環水と共に、また循環水受槽３０の水位の変化によって均圧配管４２へて不凝縮性ガス（主に空気）の一部が流入し滞留している。更に循環水受槽３０自体の放熱により純蒸気の一部が凝縮水となり、循環水受槽３０の気相部の不凝縮性ガスの濃度が高くなる傾向がある。これらの不凝縮性ガスを除去するため循環水受槽３０上部から残不凝縮性ガス出口配管８を設けて、逆止弁８Ａ及び蒸気トラップ８Ｂを介して外部に排出させる。

図２にしたがって、気水分離機構を説明する。加熱室４０Ｂのチューブ４０Ｄで加熱され循環水の一部が純蒸気と不凝縮性ガスになり過熱状態で残りの循環水と共に下部室４０Ｃ上部に混合体となり降り注ぐ。混合体は下方流となり螺旋状の羽根４０Ｅを有する内筒４０Ｆの外面と下部室４０Ｃ内面の間隙を通過する際、遠心効果により循環水と純蒸気に分けられる。循環水は回転流になり下部室４０Ｃ下部に落下し下面に設けられた集液板４０Ｇにより中央部に集められ循環水出口４０Ｈから循環水戻り配管４１を通って循環水槽３０へと戻る。

一方、純蒸気も回転流になり下部に至るが反転して下部室中央に設けられた内筒４０Ｆ内、エルボ４０１を経て純蒸気出口４６Ｊから気水分離器５０を経て純蒸気配管４出口に至る。

１ 供給水配管
２ 加熱蒸気供給配管
３ 蒸気ドレン配管
４ 純蒸気出口配管
５ 飽和水出口配管
６ 不凝縮性ガス出口配管
７ 循環水受槽ドレン配管
８ 残不凝縮性ガス出口配管
２０ 排熱回収器
３０ 循環水受槽
３１ 循環水配管
４０ 蒸発缶
４１ 循環水戻り配管
１Ｂ 供給水ポンプ
３１Ｃ 循環水ポンプ

Claims (4)

1. 供給水の加熱手段と、加熱した供給水から純蒸気を発生させる蒸発缶と、蒸発させた純蒸気の気水分離手段と、加熱した供給水と前記蒸発缶から戻った循環水を一時的に貯留する循環水受槽とを備え、循環水を前記循環水受槽、前記蒸発缶及び前記循環水受槽の経路で循環させつつ前記蒸発缶から純蒸気を発生させるようにした純蒸気発生装置における不凝縮性ガスの除去方法であって、
   前記蒸発缶の下部室から不凝縮性ガス出口配管の経路で不凝縮性ガスを抜き出すことを特徴とする不凝縮性ガスの除去方法。
2. 前記循環水受槽から残不凝縮性ガス出口配管経路で該循環水受槽に滞留している不凝縮性ガスを抜き出すことを特徴とする請求項１記載の不凝縮性ガスの除去方法。
3. 供給水の加熱手段と、加熱した供給水から純蒸気を発生させる蒸発缶と、蒸発させた純蒸気の気水分離手段と、加熱した供給水と前記蒸発缶から戻った循環水を一時的に貯留する循環水受槽とを備え、循環水を前記循環水受槽、前記蒸発缶及び前記循環水受槽の経路で循環させつつ前記蒸発缶から純蒸気を発生させるようにした純蒸気発生装置であって、
   前記蒸発缶の下部室から不凝縮性ガスを抜き出して装置外部に排出するための不凝縮性ガス出口配管を有することを特徴とする純蒸気発生装置。
4. 前記循環水受槽から該循環水受槽に滞留している不凝縮性ガスを抜き出して装置外部に排出するための残不凝縮性ガス出口配管を有することを特徴とする請求項３記載の純蒸気発生装置。

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