JP6649048B2 - 蒸気減温装置 - Google Patents

Description

本願は、高温の蒸気を所定温度まで減温する蒸気減温装置に関する。

例えば特許文献１に開示されているように、高温蒸気（過熱蒸気）を減温する蒸気減温装置が知られている。具体的に、この蒸気減温装置は、混合部（エゼクタ）と、気液分離部（旋回羽根）とを備えている。混合部では、高温蒸気の供給管と冷却液の供給管が接続されており、高温蒸気が冷却液と混合して所定温度（例えば、飽和温度）に減温される。つまり、高温蒸気は冷却液と熱交換して冷却される。そして、混合部で混合された蒸気および冷却液は、気液分離部で互いに分離される。つまり、蒸気と過剰な冷却液とが分離される。気液分離部で分離された蒸気は利用先へ送られる一方、過剰な冷却液は系外に排出される。こうして、所定温度に減温された蒸気は利用先へ供給される。

特開２０００−１４６１１１号公報

上述したような蒸気減温装置では、気液分離部で分離された冷却液が系外に排出されるため、エネルギー損失が大きいという問題があった。即ち、気液分離部で分離された冷却液は高温蒸気との混合により比較的高温の液体になっているところ、この液体を系外に排出することは熱エネルギーの損失となっていた。

本願に開示の技術は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、エネルギー損失を低減することができる蒸気減温装置を提供することにある。

本願の蒸気減温装置は、上記目的を達成するために、気液分離部で分離された冷却液をエゼクタによって吸引回収し再び混合部へ供給するようにした。

具体的に、本願の蒸気減温装置は、混合部と、気液分離部と、エゼクタと、液排出管とを備えている。上記混合部は、蒸気の供給菅および冷却液の供給菅が接続され、これら供給菅から供給された蒸気と冷却液とを混合させて蒸気を減温するものである。上記気液分離部は、上記混合部の下流側に設けられ、該混合部で混合された蒸気と冷却液とを分離するものである。上記エゼクタは、上記冷却液が上記混合部へ向かって供給される液管に設けられたものである。上記液排出管は、上記気液分離部と上記エゼクタの吸引部とに接続され、上記気液分離部で分離された冷却液が上記吸引部に吸引されるものである。

本願の蒸気減温装置によれば、混合部に供給された蒸気と冷却液とが混合し蒸気は所定温度に減温され、その後、気液分離部で蒸気と冷却液とが分離される。こうして分離された所定温度の蒸気は利用側へ供給される。そして、本願の蒸気減温装置では、冷却液が混合部へ向かって供給される液管にエゼクタを設け、該エゼクタの吸引部と気液分離部とに液排出管を接続するようにした。これにより、気液分離部で分離された冷却液を吸引回収し再び混合部へ供給することができる。即ち、混合部にはエゼクタを通過した液管の冷却液も供給され、エゼクタでは冷却液が通過することにより吸引部に吸引作用が生じる。この吸引部の吸引作用により、気液分離部で分離された冷却液が液排出管を介して吸引部に吸引され、その後、液管を介して混合部に供給される。

以上のように、本願の蒸気減温装置によれば、気液分離部で分離された比較的高温の冷却液を回収し混合部に供給することができるので、エネルギー損失の低減を図ることができる。しかも、エゼクタによって冷却液を吸引回収するため、電気的エネルギーを用いることなく冷却液を回収することができる。

図１は、実施形態に係る蒸気減温装置の概略構成を示す回路図である。

以下、本願の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本願に開示の技術、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

本実施形態の蒸気減温装置１は、別のシステム（例えば、発電タービン）で使われた過熱蒸気（高温蒸気）を冷却液と混合させて所定温度まで減温するものである。この減温された蒸気は、利用先へ供給されて例えばプロセス用熱源として用いられる。具体的に、本実施形態の蒸気減温装置１は、過熱蒸気を飽和温度まで減温して飽和蒸気を生成する。

図１に示すように、蒸気減温装置１は、蒸気が流通する蒸気回路１０と、制御部３０とを備えている。蒸気回路１０は、ポンプ２１と、流量調整弁２２と、混合部２４と、気液分離部２５とを備えている。

混合部２４には、例えば発電タービンから過熱蒸気が供給される蒸気供給管１２が接続されている。また、混合部２４には、冷却液としての冷却水が供給される水供給管１１が接続されている。水供給菅１１および蒸気供給菅１２は、それぞれ本願の請求項に係る冷却液の供給菅および蒸気の供給菅に相当する。水供給管１１には、上流側から順に、ポンプ２１および流量調整弁２２が設けられている。ポンプ２１は、冷却水を混合部２４へ圧送する。流量調整弁２２は、混合部２４への冷却水の供給流量を調整するものであり、開度が連続的または段階的に変更可能に構成されている。

混合部２４は、蒸気供給菅１２および水供給菅１１から過熱蒸気および冷却水が供給され、該供給された過熱蒸気と冷却水とを混合させて過熱蒸気を所定温度（飽和温度）まで減温するものである。つまり、混合部２４は、過熱蒸気と冷却水とが直接接触して熱交換し、過熱蒸気が冷却されるものである。気液分離部２５は、混合部２４の下流側に設けられ、該混合部２４で混合された蒸気と冷却水とを互いに分離するものである。混合部２４には、減温された蒸気（飽和蒸気）が冷却水と共に流出する蒸気排出管１３が接続されており、その蒸気排出管１３に気液分離部２５が設けられている。気液分離部２５で分離された蒸気（飽和蒸気）は蒸気排出管１３を通じて利用先へ供給される。

制御部３０は、流量調整弁２２を制御するものである。蒸気排出管１３には、気液分離部２５の下流側に温度センサ３１が設けられている。温度センサ３１は、気液分離部２５で分離された蒸気の温度を検出するものである。制御部３０は、温度センサ３１の検出温度（以下、蒸気温度という。）が設定温度になるように、流量調整弁２２の開度を調整する。本実施形態において、設定温度は蒸気の飽和温度である。具体的に、制御部３０は、蒸気温度が設定温度よりも高い場合、混合部２４における冷却水の量が少ないとして、流量調整弁２２の開度を増大させる。これにより、混合部２４への冷却水の供給流量が増大するので、蒸気温度が低下する。また、設定温度が蒸気の飽和温度よりも高い値に定められていて、蒸気温度が設定温度よりも低く蒸気の飽和温度よりも高い場合、制御部３０は、混合部２４における冷却水の量が多いとして、流量調整弁２２の開度を減少させる。これにより、混合部２４への冷却水の供給流量が減少するので、蒸気温度が上昇する。

以上のように構成された蒸気減温装置１では、別のシステムで使われた過熱蒸気（高温蒸気）を回収して別の利用先へ送るので、過熱蒸気の熱エネルギーを回収することができる。また、蒸気減温装置１では、回収した過熱蒸気を減温し飽和蒸気にして利用先へ送るので、利用先において蒸気をプロセス用熱源として利用する場合、過熱蒸気をそのまま利用するよりも温度制御性および熱伝達率を向上させることができる。

さらに、蒸気減温装置１の蒸気回路１０は、バイパス管１５と、エゼクタ２７と、液排出管１４とを備えている。

バイパス管１５の一端（流入端）は、水供給菅１１においてポンプ２１と流量調整弁２２との間に接続されている。バイパス管１５の他端（流出端）は、水供給菅１１において流量調整弁２２の下流側に接続されている。つまり、バイパス管１５は、両端が水供給菅１１に接続され流量調整弁２２をバイパスするものである。バイパス管１５では、水供給菅１１を流れる冷却水の一部が分流して再び水供給菅１１に戻る。つまり、バイパス管１５は冷却水が混合部２４へ向かって供給される液管を構成している。

エゼクタ２７は、バイパス管１５に設けられている。エゼクタ２７は、バイパス管１５の冷却水が流入口から流入し流出口から排出されることで通過する、いわゆる水エゼクタである。エゼクタ２７は、冷却水が通過することにより吸引作用が生じる吸引部２７ａを有している。液排出管１４は、気液分離部２５とエゼクタ２７とに接続されている。つまり、液排出管１４は、流入端が気液分離部２５に接続され、流出端がエゼクタ２７の吸引部２７ａに接続されている。液排出管１４では、気液分離部２５で分離された冷却水が排出されエゼクタ２７の吸引部２７ａに吸引される。なお、気液分離部２５で分離された冷却水には蒸気凝縮してなるドレン（復水）も含まれる。液排出管１４には、スチームトラップ２６が設けられている。スチームトラップ２６は、流入した冷却水のみを自動的に下流側へ排出するものである。

このように、蒸気減温装置１では、気液分離部２５で分離された過剰な冷却水がエゼクタ２７によって吸引回収される。エゼクタ２７に吸引回収された冷却水は、エゼクタ２７の流出口から排出され、バイパス管１５および水供給菅１１を順に介して再び混合部２４へ供給される。

以上のように、上記実施形態の蒸気減温装置１によれば、冷却水（冷却液）が混合部２４へ向かって供給される液管（バイパス管１５）にエゼクタ２７を設け、該エゼクタ２７の吸引部２７ａと気液分離部２５とに液排出管１４を接続するようにした。これにより、気液分離部２５で分離された比較的高温の冷却水を吸引回収し再び混合部２４へ供給することができる。したがって、気液分離部で分離された冷却液を系外に排出する従来形態と比べて、エネルギー損失の低減を図ることができる。しかも、エゼクタ２７によって冷却水を吸引回収するため、電気的エネルギーを用いることなく冷却水を回収することができる。

また、上記実施形態の蒸気減温装置１では、水供給菅１１にバイパス管１５を設け、該バイパス管１５にエゼクタ２７を設けるようにした。そのため、水供給菅１１を流れる冷却水の一部を用いてエゼクタ２７の吸引部２７ａに吸引作用を生じさせることができる。これにより、冷却水ないしその供給系統を別途用意しなくてもすむため、蒸気回路１０を簡素化することができる。

また、上記実施形態の蒸気減温装置１では、バイパス管１５は水供給菅１１において流量調整弁２２をバイパスするようにした。そのため、流量調整弁２２の開度が増減しても、バイパス管１５における冷却水の流量を変化させずにすむ。例えば、水供給菅において流量調整弁よりも下流側にバイパス管を接続した場合、流量調整弁の開度増減によってバイパス管における冷却水の流量が変化してしまうが、上記実施形態ではそれを防止することができる。これにより、エゼクタ２７を通過する冷却水の流量が確保されるので、エゼクタ２７において充分な吸引作用を生じさせることができる。したがって、気液分離部２５で分離された冷却水を確実に吸引回収することができる。

（その他の実施形態）
なお、本願の蒸気減温装置は、上記実施形態において以下のように構成するようにしてもよい。

例えば、上記実施形態の蒸気減温装置１では、水供給菅１１に接続した液管（バイパス管１５）にエゼクタ２７を設けるようにしたが、冷却水が供給される液管を水供給菅１１とは別に独立して設けて混合部２４に接続し、その液管にエゼクタを設けるようにしてもよい。この場合でも、気液分離部２５で分離された冷却水をエゼクタによって吸引回収し再び混合部２４へ供給することができる。

また、上記実施形態の蒸気減温装置１では、冷却液として冷却水を用いたが、その他の液体を冷却液として用いるようにしてもよい。

また、本願の蒸気減温装置は、上記実施形態のように過熱蒸気をその飽和温度まで減温するものに限らず、過熱蒸気の過熱度を下げるものにも同様に適用することができることは勿論である。

本願に開示の技術は、高温の蒸気を所定温度まで減温する蒸気減温装置について有用である。

１ 蒸気減温装置
１１ 水供給菅（冷却液の供給菅）
１２ 蒸気供給菅（蒸気の供給菅）
１４ 液排出管
１５ バイパス管（液管）
２２ 流量調整弁
２４ 混合部
２５ 気液分離部
２７ エゼクタ
２７ａ 吸引部

Claims (3)

1. 蒸気の供給管および冷却液の供給管が接続され、これら供給管から供給された蒸気と冷却液とを混合させて蒸気を減温する混合部と、
   上記混合部の下流側に設けられ、該混合部で混合された蒸気と冷却液とを分離し、該分離後の蒸気が利用先へ供給される気液分離部と、
   上記冷却液が上記混合部へ向かって供給される液管に設けられ、該液管の冷却液が通過することにより吸引作用が生じる吸引部を有するエゼクタと、
   上記気液分離部と上記エゼクタの吸引部とに接続され、上記気液分離部で分離された冷却液が上記吸引部に吸引される液排出管とを備えている
   ことを特徴とする蒸気減温装置。
2. 請求項１に記載の蒸気減温装置において、
   上記液管は、両端が上記冷却液の供給管に接続されたバイパス管を構成している
   ことを特徴とする蒸気減温装置。
3. 請求項２に記載の蒸気減温装置において、
   上記冷却液の供給管に設けられた流量調整弁を備え、
   上記液管は、上記冷却液の供給管において上記流量調整弁をバイパスしている
   ことを特徴とする蒸気減温装置。

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