JP6774107B2 - 熱回収システム - Google Patents

Description

本発明は、他の装置で使用された蒸気ドレンを回収することによって、蒸気ドレンに含まれる熱を回収する熱回収システムに関する。

従来、エゼクタによって他の装置で使用された蒸気ドレンを回収する技術が知られている。例えば、特許文献１には、タンク内に貯水した水をポンプによって循環配管を介して循環させ、この循環配管に介設されたエゼクタによって蒸気ドレンを吸引する熱回収装置が開示されている。この熱回収装置では、エゼクタによって吸引した蒸気ドレンを循環されている水と混合させることによって蒸気ドレンに含まれる熱を回収することができる。尚、以下の説明において、「蒸気ドレン」とは、他の装置（例えば、クリーニング工場のズボンプレッサ、スチームアイロンなど）で使用された蒸気、および他の装置で使用された蒸気が凝縮したドレンの少なくとも一方からなるものを意味する。

また、特許文献１には、熱回収装置と水が貯留されたリザーブタンクとを、第１配管および第２配管によって接続した熱回収システムも開示されている。第１配管は熱回収装置の流出口とリザーブタンクの流入口とを接続しており、第２配管はリザーブタンクの流出口と熱回収装置の流入口とを接続している。この熱回収システムでは、第１配管および第２配管を介して熱回収装置とリザーブタンクとの間で水の対流を生じさせ、リザーブタンク側での熱交換によってリザーブタンクに貯留される水の温度を上昇させるようになっている。

特許文献１に開示された熱回収システムは、熱回収装置とリザーブタンクとで、貯水する水の温度をそれぞれ異なる温度に独立して制御することができる。すなわち、熱回収装置側では貯水する水の温度を第１温度（例えば８０℃）に制御でき、リザーブタンク側では貯水する水の温度を第１温度よりも低温である第２温度（例えば４０℃）に制御できる。

熱回収装置における温度制御は、タンク内の水温が第１温度を超えた場合に、タンク内の水の一部を排出し、代わりに水道水を補給することで水温を低下させ、タンク内の水温を第１温度付近に維持するといった方法である。一方、リザーブタンクにおける温度制御は、第１配管および第２配管に開閉弁を設け、タンク内の水温が第２温度を下回っている間は開閉弁を開いて水の対流によって熱回収装置から熱を受け取り、水温が第２温度に到達すると開閉弁を閉じて水の対流を停止することでリザーブタンク内の水の温度を第２温度付近で維持するといった方法である。

特開２０１３−５７４９４号公報

特許文献１では、開示する熱回収システムの適用例として、クリーニング工場が想定されている。この適用例において、熱回収装置側で第１温度に温度制御された水は、ボイラでの加熱によって蒸気とされ、この蒸気が蒸気利用設備（例えば、ズボンプレッサやスチームアイロン）に供給されるようになっている。また、リザーブタンク側で第２温度に温度制御された水は、温水利用設備（例えば、洗濯機）に供給されるようになっている。そして、蒸気利用設備で使用された蒸気（使用済み蒸気）、および使用された蒸気が凝縮したドレンは、回収配管を経由して熱回収装置に供給（回収）される。

熱回収装置に供給（回収）される蒸気ドレンには、回収配管から生じる鉄粉や錆などの異物が混入する。熱回収装置のタンク内には蒸気ドレンに含まれる鉄粉を除去するための永久磁石も配置されているが、永久磁石は、鉄粉は除去できるものの、酸化鉄である錆は除去できない。このため、熱回収装置のタンク、および熱回収装置との間で水を対流させるリザーブタンクに貯水される水には錆が混入する。特に、リザーブタンクから供給される温水をそのまま利用する温水利用設備では、錆の混入が問題となる。

尚、特許文献１には、回収前の蒸気ドレンを蒸気とドレンとに分離し、分離された蒸気のみを回収する技術も開示されている。この場合、錆や鉄粉などの異物はドレンに含まれ、蒸気には含まれないため、熱回収装置やリザーブタンクに貯水される水に錆が混入することを防止できる。但し、この構成では、分離されたドレンは回収されないため、ドレンに含まれる熱は回収されずに捨てられることになり、熱回収率が低下する。

また、特許文献１において、回収前の蒸気ドレンを蒸気とドレンとに分離する方法は、回収配管をドレン回収配管と蒸気回収配管とに分岐させ、蒸気回収配管をドレン回収配管の上側に接続するというものである。しかしながら、回収配管を流れる蒸気ドレンは、熱回収装置のエゼクタによって吸引されているものであるため、その流れは乱流であり、ドレン回収配管と蒸気回収配管との分岐箇所ではドレンの飛散が生じて、飛散したドレンが蒸気回収配管側に混入する恐れもある。特許文献１では、飛散したドレンが蒸気回収配管側に混入することを防止できる条件などについては十分に考慮されていない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、高い熱回収率を確保しながら、温水に錆が含まれることを防止できる熱回収システムを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の第１の態様である熱回収システムは、他の装置で使用された蒸気が凝縮したドレンを回収し、該ドレンに含まれる熱によって水を加熱して第１温度に温度制御する第１熱回収装置と、他の装置で使用された蒸気を回収し、該蒸気に含まれる熱によって水を加熱して第２温度に温度制御する第２熱回収装置と、前記第１熱回収装置によって加熱された水が供給され、該水をさらに加熱して蒸気を生成するボイラと、前記ボイラによって生成された蒸気が供給され、該蒸気を利用する蒸気利用設備機器と、前記第２熱回収装置によって加熱された水が供給され、該水を利用する温水利用設備機器と、前記蒸気利用設備機器で使用された蒸気と該蒸気が凝縮したドレンとからなる蒸気ドレンを、蒸気とドレンとに分離する分離部とを備え、前記分離部で分離した蒸気を前記第２熱回収装置で回収し、前記分離部で分離したドレンを前記第１熱回収装置で回収することを特徴としている。

上記の構成によれば、温水利用設備機器に温水（第２温度に温度制御された水）を供給する第２熱回収装置は、蒸気ドレンから分離された蒸気のみを回収するものである。分離された蒸気には配管中の錆などが含まれないため、温水利用設備機器に錆の混入した温水が供給されることを防止できる。一方、蒸気ドレンから分離されたドレンは第１熱回収装置に回収されて水の加熱に利用されるため、ドレンに含まれる熱も捨てられることなく利用でき、上記熱回収システムは高い熱回収率を確保することができる。

また、上記熱回収装置では、前記分離部は、前記蒸気ドレンが挿通される蒸気ドレン配管と、前記蒸気が挿通される蒸気配管と、前記ドレンが挿通されるドレン配管と、を備えており、前記蒸気ドレン配管は、前記蒸気配管と前記ドレン配管とに分岐され、前記蒸気配管は、前記蒸気ドレン配管の上側に接続されており、前記ドレン配管における管内面の最上部から前記蒸気配管における管内面の最下部までの距離を蒸気配管高さＨとする場合、前記蒸気配管高さＨが５０ｍｍ以上である構成とすることができる。

上記の構成によれば、蒸気配管高さＨを５０ｍｍ以上とすることで、分離部における蒸気配管へのドレンの混入を防止でき、蒸気ドレンから蒸気の分離を確実に行うことができる。

上記の課題を解決するために、本発明の第２の態様である熱回収システムは、他の装置で使用された蒸気と該蒸気が凝縮したドレンとからなる蒸気ドレンを、蒸気とドレンとに分離する分離部と、前記分離部で分離した蒸気を回収し、該蒸気に含まれる熱によって水を加熱する熱回収装置とを備え、前記分離部は、前記蒸気ドレンが挿通される蒸気ドレン配管と、前記蒸気が挿通される蒸気配管と、前記ドレンが挿通されるドレン配管とを備えており、前記蒸気ドレン配管は、前記蒸気配管と前記ドレン配管とに分岐され、前記蒸気配管は、前記蒸気ドレン配管の上側に接続されており、前記ドレン配管における管内面の最上部から前記蒸気配管における管内面の最下部までの距離を蒸気配管高さＨとする場合、前記蒸気配管高さＨが５０ｍｍ以上であることを特徴としている。

上記の構成によれば、蒸気配管高さＨを５０ｍｍ以上とすることで、分離部における蒸気配管へのドレンの混入を防止でき、回収した蒸気の熱によって水を加熱する熱回収装置において、錆の混入した温水の供給が行われることを防止できる。

本発明の熱回収システムは、蒸気ドレンから分離された蒸気を回収する第２熱回収装置から温水利用設備機器に温水を供給するため、温水利用設備機器に錆の混入した温水が供給されることを防止できるといった効果を奏する。加えて、蒸気ドレンから分離されたドレンを第１熱回収装置にて回収することで、高い熱回収率を確保することができるといった効果を奏する。

本発明の一実施形態を示すものであり、熱回収システムの構成を示す概略図である。 本発明の一実施形態を示すものであり、熱回収装置の正面図である。 図２の熱回収装置の左側面図である。 図２の熱回収装置の右側面図である。 図２の熱回収装置の上面図である。 図２の熱回収装置に配設されるエゼクタの一例を示す断面図である。 図１の熱回収システムに設けられる分離部を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係る熱回収システム（以下、本システムと称する）の構成を示す概略図である。図１に示すように、本システムは、主要な構成要素として第１熱回収装置１０、第２熱回収装置２０、蒸気利用設備機器３０、および温水利用設備機器４０を備えており、これらの装置および機器が各種配管によって接続されている。尚、図１では、各種配管の図示は省略し、配管による蒸気、ドレンまたは温水の流れのみを矢印にて示している。

本システムは、例えば、クリーニング工場などの蒸気や温水を取り扱う各種施設に適用できる。クリーニング工場においては、ボイラによって蒸気が発生され、発生された蒸気は、ズボンプレッサ、スチームアイロンなどに供給される。ここで、ズボンプレッサ、スチームアイロンなどは、図１の蒸気利用設備機器３０に相当する。また、洗濯機などには温水が供給される。ここで、洗濯機などは、図１の温水利用設備機器４０に相当する。ズボンプレッサ、スチームアイロンなどで使用された蒸気（使用済み蒸気）、および使用された蒸気が凝縮したドレンは、回収配管を経由して第１熱回収装置１０および第２熱回収装置２０に供給（回収）される。

−熱回収装置の構造−
第１熱回収装置１０および第２熱回収装置２０は、他の装置（ここでは蒸気利用設備機器３０）で使用された蒸気ドレンを回収し、回収した蒸気ドレンの熱によって効率的に水を加熱し、得られる水の温度を制御するものである。第１熱回収装置１０および第２熱回収装置２０は、基本的には同じ構造となる熱回収装置であるが、水の制御温度が異なるものとされている。本システムでは、第１熱回収装置１０における制御温度を第１温度Ｔ１（例えば、８０℃）とし、第２熱回収装置２０における制御温度を第１温度Ｔ１よりも低い第２温度Ｔ２（例えば、４０℃）としている。以下、第１熱回収装置１０（以下、単に熱回収装置１０と称する）を例として、熱回収装置の具体的構成を説明する。

図２は、本実施の形態に係る熱回収装置１０の一例を示す正面図である。図３は、図２の熱回収装置１０の左側面図である。図４は、図２の熱回収装置１０の右側面図である。図５は、図２の熱回収装置１０の上面図である。

熱回収装置１０は、永久磁石１１、エゼクタ１２、ポンプ１３、ボールタップ１４、温度制御部１５、タンク１６、および、点検蓋１７を備えている。

タンク１６は、水が貯留されるものであって、ここでは、水量が約２５０リットルの四角柱状の形状のタンクである。また、タンク１６の上部には、水位の昇降に応じて、水道水の供給および停止を行うボールタップ１４が配設され、タンク１６の水の水位は、ボールタップ１４によって制御される。尚、以下の説明において、「水」との用語は、「温水」および「熱水」を含む広い意味で用いるものとする。

タンク１６内の水位が下限水位以下に下がると、ボールタップ１４によってバルブが「開」状態とされて水道水が配管Ｐ４３から供給される。そして、タンク１６内の水位が基準水位に到達すると、ボールタップ１４によってバルブが「閉」状態とされて水道水の供給が停止される。また、例えば、エゼクタ１２によって多量のドレンが回収されて、タンク１６の水の水位が上限水位を超えた場合には、配管Ｐ４１、Ｐ４２を介して、水が排出される。

ポンプ１３は、例えば、ステンレス（例えば、ＳＵＳ３０４）製渦巻きポンプであって、タンク１６内に貯留された水を、循環配管Ｐ３１、Ｐ３２、Ｐ３３、Ｐ３４を介して循環させるものである。循環配管Ｐ３２と循環配管Ｐ３３との接続部には、バルブＶ３１が介設されている。また、循環配管Ｐ３３には、圧力計Ｍ３２が配設されている。更に、循環配管Ｐ３３と循環配管Ｐ３４との接続部には、エゼクタ１２が介設されている。また、循環配管Ｐ３４の流出側には、永久磁石１１が配設されている。

バルブＶ３１を開閉することによって、エゼクタ１２に供給される（循環される）水の流量を増減することができる。すなわち、バルブＶ３１の開度が大きい程、エゼクタ１２に供給される水の流量を増加することができる。尚、後述するように、エゼクタ１２では、水の流路が絞られるため、バルブＶ３１の開度が大きい程、圧力計Ｍ３２によって計測されるエゼクタ１２の流入側の水圧が増大する。

永久磁石１１は、循環配管Ｐ３４の流出側に配設され、水の除鉄を行うものである。永久磁石１１は、複数の（例えば、５個の）磁区が直列に設けられた、円柱状の棒磁石である。この場合には、磁区の境界（Ｓ極とＮ極とが対向して隣接する位置）の磁場が最も大きいため、ここでは４箇所の磁区の境界に水中の鉄分が吸着され、除鉄されることになる。

点検蓋１７は、タンク１６の上面に開閉自在に配設され、永久磁石１１の点検、取り外し、および、取り付けを可能にするものである。すなわち、点検蓋１７を開放することによって、永久磁石１１に鉄粉などが付着している状況を、外部から視認可能になる。また、点検蓋１７を開放することによって、手または治具などを点検蓋１７から挿入して、永久磁石１１を取り外し、付着した鉄粉などを除去した後、永久磁石１１を取り付けることができる。

エゼクタ１２は、循環配管Ｐ３３、Ｐ３４に介設されており、配管Ｐ２１（図４参照）を介してズボンプレッサ、スチームアイロンなどから供給される蒸気ドレンを吸引して、ポンプ１３によって循環されている水と混合することによって蒸気ドレンを回収するものである。配管Ｐ２１には、連成計Ｍ２０が配設されている。連成計Ｍ２０は、エゼクタ１２によって発生される負圧を計測するものである。

配管Ｐ２１とエゼクタ１２との間には、真空破壊バルブ１２Ａおよび逆止弁１２Ｂが介設されている。真空破壊バルブ１２Ａは、エゼクタ１２によって生成され連成計Ｍ２０によって検出される負圧が過大となった場合に、「開」状態として、配管（図示省略）を介して大気（エアー）を吸入することによって、負圧を低減するものである。逆止弁１２Ｂは、真空破壊バルブ１２Ａと配管（図示省略）との間に介設され、エゼクタ１２から配管への水の流出を防止する弁である。

−熱回収装置における温度制御−
温度制御部１５は、タンク１６内の水が、予め設定された制御温度に到達した場合に、タンク１６内の水の一部を排出した後、タンク１６内に水道水を補給することによって、タンク１６内の水の温度制御を行うものである。温度制御部１５は、温度計１５１、サーモスタット１５２、電動バルブ１５３、および、図略の制御部１５４を備えている。

電動バルブ１５３は、タンク１６内の水を排出する場合に、制御部１５４からの指示に従って、「開」状態とされ、タンク１６内の水の排出を停止する場合に、制御部１５４からの指示に従って、「閉」状態とされる電動式のバルブである。電動バルブ１５３が、「開」状態とされた場合には、タンク１６内の水は、配管Ｐ５１、Ｐ５２を経由して、配管Ｐ３２に流出し、排出される。

温度計１５１は、タンク１６の水の温度を検出して、検出結果を外部から視認可能に表示するものである。ここでは、便宜上、温度計１５１として、タンク１６内の水の温度を表示するメータの配設位置に参照符合を付与している。

サーモスタット１５２は、タンク１６内の水が第１温度Ｔ１に到達したか否かを判定するものであって、サーモスタット１５２によって第１温度Ｔ１に到達したと判定されたときに、制御部１５４は、電動バルブ１５３を「開」状態とする。尚、電動バルブ１５３が「開」状態とされると、タンク１６内の水は、配管Ｐ５１、Ｐ５２を経由して、配管Ｐ３２に流出するため、タンク１６内の水位が低下する。そして、タンク１６内の水位が下限水位以下に下がると、ボールタップ１４によってバルブが「開」状態とされて水道水が供給される。水道水の供給が開始されると、タンク１６内の水の温度が低下し始める。

また、サーモスタット１５２は、タンク１６内の水が第３温度Ｔ３（例えば、７０℃）に到達したか否かを判定するものであって、サーモスタット１５２によって第３温度Ｔ３に到達したと判定されたときに、制御部１５４は、電動バルブ１５３を「閉」状態とする。すなわち、電動バルブ１５３が「開」状態となって、タンク１６内の水が配管Ｐ５１、Ｐ５２を経由して、配管Ｐ３２に流出し、排出されるのは、タンク１６内の水が第３温度Ｔ３（例えば、７０℃）以上、且つ、第１温度Ｔ１（例えば、８０℃）以下の範囲にある場合に限られることになる。

尚、本実施形態においては、電動バルブ１５３が「開」状態となったときに、タンク１６内の水が排出される場合について説明したが、電動バルブ１５３が「開」状態となったときに、タンク１６内の水が他の装置（例えば、ボイラなど）に供給される形態でもよい。

また、タンク１６内で上述のようにして、第１温度Ｔ１（例えば、８０℃）近傍の温度に制御された水は、配管Ｐ６１を介して、ボイラなどへ供給される。

更に、配管Ｐ３２には、圧送口１３３が形成され、配管Ｐ３３には、圧送口１３４が形成されている。圧送口１３３および圧送口１３４は、ポンプ１３によるポンプ圧を利用して、他の装置（例えば、ボイラ、洗濯機など）へタンク１６内の水を圧送する開口である。

このようにして、ポンプ１３によって、タンク１６内に貯留された水が、循環配管Ｐ３１、Ｐ３２、Ｐ３３、Ｐ３４を介して循環される。そして、循環配管Ｐ３１、Ｐ３２、Ｐ３３、Ｐ３４に介設されたエゼクタ１２によって、蒸気ドレンが吸引されて、循環されている水と混合することによって蒸気ドレンが回収されるため、効率的に蒸気ドレンを回収することができる。

また、エゼクタ１２によって、回収された蒸気ドレンが循環されている水と混合されることによって蒸気ドレンに含まれている熱量が循環されている水に付与されて、タンク１６内の水が加熱される。そして、タンク１６内の水が、予め設定された第１温度Ｔ１（例えば、８０℃）に到達した場合に、タンク１６内の水の一部を排出した後、タンク１６内に水を補給することによって、タンク１６内の水の温度制御が行われるため、排出される水の温度を概ね第１温度Ｔ１に制御することができる。

本実施形態では、制御部１５４が、サーモスタット１５２によって第３温度Ｔ３に到達したと判定されたときに、電動バルブ１５３を「閉」状態とする場合について説明するが、制御部１５４が、ボールタップ１４によってバルブが「開」状態とされて水道水が供給されたときに、電動バルブ１５３を「閉」状態とする形態でもよい。この場合には、図略のボイラに供給される水の温度は、概ね第１温度Ｔ１（例えば、８０℃）となり、ボイラに供給する水の温度を更に厳密に制御することができる。

尚、上記説明は、第１熱回収装置１０を例としているため、温度制御部１５は第１温度Ｔ１（例えば、８０℃）と第３温度Ｔ３（例えば、７０℃）との間で温度が調整されるように制御を行っている。これに対して、第２熱回収装置２０では、タンク１６内の水を第２温度Ｔ２（例えば、４０℃）に制御するものであり、その温度制御方法も第１熱回収装置１０とは異なる方法とすることができる。具体的には、第２熱回収装置２０では、エゼクタ１２の上流側の回収配管に自動制御弁６０（図１参照）を配置し、タンク１６内の水が第２温度Ｔ２に到達すると自動制御弁６０を「閉」状態とする。自動制御弁６０を「閉」とすることで、第２熱回収装置２０への熱供給が停止され、第２熱回収装置２０のタンク１６内の水は第２温度Ｔ２付近で維持される。尚、自動制御弁６０は第２熱回収装置２０における温度制御部１５と接続され、温度制御部１５によって開閉制御されるものとすればよい。また、自動制御弁６０が「閉」とされているとき、蒸気利用設備機器３０から回収される蒸気ドレンの全ては、第１熱回収装置１０に供給される。

−エゼクタの構造および動作−
次いで、図６を用いて、エゼクタ１２の構造を説明する。図６は、図２の熱回収装置１０に配設されるエゼクタ１２の一例を示す断面図である。エゼクタ１２は、水流入口１２１、第１テーパ部１２２、第１ノズル１２３、混合室１２４、第２テーパ部１２５、第２ノズル１２６、滞留室１２７、水流出口１２８、および、ドレン吸込口１２９を備えている。

水流入口１２１は、タンク１６内に貯留された水がポンプ１３によって圧送され、循環配管Ｐ３１、Ｐ３２、Ｐ３３を順次経由して流入する開口である。すなわち、水流入口１２１は、図略の循環配管Ｐ３３の一方側端部と螺合（又は、嵌合）されている。

第１テーパ部１２２は、水流入口１２１から流入した水を、先窄まり形状のテーパに沿って第１ノズル１２３に導くものである。第１ノズル１２３は、第１テーパ部１２２の先端に形成され、水流入口１２１から流入した水を高速で、混合室１２４へ吐出させるものである。第１ノズル１２３から混合室１２４へ水が高速で吐出されることで、いわゆる「ベンチュリー効果」によって、混合室１２４内に負圧が発生する。そして、混合室１２４内に発生した負圧によって、配管Ｐ２１（図４参照）を介して供給される蒸気ドレンがドレン吸込口１２９から吸入され、吸入された蒸気ドレンが第１ノズル１２３から吐出された水と混合室１２４で混合される。蒸気ドレンと水とが混合されたものを、以下の説明において、便宜上「混合液」という。

第２テーパ部１２５は、混合室１２４内の混合液を先窄まり形状のテーパに沿って第２ノズル１２６に導くものである。ここで、第２ノズル１２６の開口面積は、第１ノズル１２３の開口面積より大きく設定されている。第２ノズル１２６は、第２テーパ部１２５の先端に形成され、混合室１２４内の混合液を滞留室１２７に吐出するものである。

滞留室１２７は、第２ノズル１２６から吐出された混合液を一時的に滞留させるものであって、下流側に、水流出口１２８が形成されている。水流出口１２８は、第２ノズル１２６から吐出された混合液を循環配管Ｐ３４（図２参照）を経由して、タンク１６内に流入させる開口である。

上述のような構成を有するエゼクタ１２を、図１に示すように、循環配管Ｐ３３、Ｐ３４間に介設することによって、配管Ｐ２１（図４参照）を介して供給される蒸気ドレンをドレン吸込口１２９から効率的に回収し、回収された蒸気ドレンを循環されている水と混合させて、蒸気ドレンに含まれる熱量を回収することができる。

−熱回収システムの構成および動作−
上述したように、本システムでは、第１熱回収装置１０における制御温度が第１温度Ｔ１（例えば、８０℃）とされ、第２熱回収装置２０における制御温度が第２温度Ｔ２（例えば、４０℃）とされている。第１熱回収装置１０において第１温度Ｔ１に温度制御された水は、ポンプ５２を介してボイラ５１に供給され、ボイラ５１でのさらなる加熱によって蒸気とされる。ボイラ５１によって生成した蒸気は、蒸気利用設備機器３０に供給され、利用される。また、第２熱回収装置２０において第２温度Ｔ２に温度制御された水は、第２熱回収装置２０から温水利用設備機器４０に直接供給され、利用される。尚、本システムに組み込まれる蒸気利用設備機器３０および温水利用設備機器４０は、それぞれ１台に限定されるものではなく、複数台が本システムに組み込まれていてもよい。

蒸気利用設備機器３０で使用された後の蒸気ドレンは、回収配管を経由して第１熱回収装置１０および第２熱回収装置２０に供給（回収）される。但し、本システムでは、回収配管の途中に分離部７０（図１参照）が設けられており、蒸気利用設備機器３０から回収された蒸気ドレンが分離部７０において蒸気とドレンとに分離される。

ここで、図７を参照して本実施の形態に係る分離部７０について説明する。分離部７０は、蒸気ドレンが挿通される蒸気ドレン配管７１と、蒸気が挿通される蒸気配管７２と、ドレンが挿通されるドレン配管７３とを備えている。また、蒸気ドレン配管７１は、蒸気配管７２とドレン配管７３とに分岐しており、蒸気配管７２は、蒸気ドレン配管７１の上側に接続されている。

蒸気配管７２は、蒸気ドレン配管７１の上側に接続されているため、蒸気ドレン配管７１を挿通される蒸気ドレンのうち、蒸気のみが蒸気配管７２側に吸引され、残ったドレン（蒸気が含まれる場合もある）はドレン配管７３側に吸引される。すなわち、蒸気ドレンが挿通される蒸気ドレン配管７１が、蒸気が挿通される蒸気配管７２と、ドレンが挿通されるドレン配管７３とに分岐しており、蒸気配管７２が、蒸気ドレン配管７１の上側に接続されているため、簡素な構成で蒸気ドレンを蒸気とドレンとに分離することができる。

本システムでは、蒸気配管７２は第２熱回収装置２０のエゼクタ１２に上述の配管Ｐ２１として接続され、第２熱回収装置２０には蒸気ドレンから分離された蒸気のみが回収される。一方、ドレン配管７３は第１熱回収装置１０のエゼクタ１２に上述の配管Ｐ２１として接続され、第１熱回収装置１０には蒸気ドレンから分離されたドレンが回収される。

この時、蒸気ドレン中の鉄分（鉄粉や錆）はドレンの方に残渣として残り、蒸気の方には鉄分が含まれない。そして、この鉄分を含まない蒸気が第２熱回収装置２０に回収されて、循環されている水と混合されるため、第２熱回収装置２０側では蒸気ドレンに含まれる鉄分が水と混合されることがない。尚、上記説明では、第１熱回収装置１０と第２熱回収装置２０とは基本的に同じ構造であるとしたが、第２熱回収装置２０に回収される蒸気には鉄分が含まれないことから、上述した永久磁石１１は第２熱回収装置２０では省略してもよい。

上述したように、第２熱回収装置２０は、第２温度Ｔ２に温度制御した水を温水利用設備機器４０に直接供給するものであるが、第２熱回収装置２０で回収する蒸気には鉄分（特に錆）が含まれない。これにより、温水利用設備機器４０に供給する温水に錆が混入することを防止できる。

一方、ドレンを回収する第１熱回収装置１０では、ドレン中の鉄分（鉄粉や錆）が循環されている水と混合されることになる。鉄粉については永久磁石１１によって除去できるが、錆については永久磁石１１では除去できない。このため、第１熱回収装置１０において温度制御され、排出される水には錆が含まれることになる。

但し、第１熱回収装置１０から排出される水は、ボイラ５１に供給され、ボイラ５１で蒸気とされてから蒸気利用設備機器３０に供給される。この場合、ボイラ５１に供給される水に錆が混入していたとしても、蒸気利用設備機器３０に供給される蒸気には錆が含まれないため、特に問題は生じない。尚、この場合でも、第１熱回収装置１０とボイラ５１との間（好適には第１熱回収装置１０とポンプ５２との間）にストレーナ５３（図１参照）を配置し、ストレーナ５３によってある程度の錆を取り除く構成とすることが好ましい。

以上のように、本システムでは、温水利用設備機器４０に温水を供給する第２熱回収装置２０は、蒸気ドレンから分離された蒸気のみを回収するものであるため、温水利用設備機器４０に錆の混入した温水が供給されることを防止できる。さらに、蒸気ドレンから分離されたドレンは第１熱回収装置１０に回収されて水の加熱に利用されるため、ドレンに含まれる熱も捨てられることなく利用でき、本システムは高い熱回収率を確保することができる。

上記説明では、分離部７０によって蒸気ドレンを蒸気とドレンとに分離している。また、分離部７０は、蒸気配管７２を蒸気ドレン配管７１の上側に接続することで、蒸気ドレン配管７１を蒸気配管７２とドレン配管７３とに分岐させている。しかしながら、上記構成の分離部７０において、蒸気ドレン配管７１およびドレン配管７３を流れるドレンの流れは乱流であり、蒸気配管７２とドレン配管７３との分岐箇所ではドレンの飛散が生じて、飛散したドレンが蒸気配管７２に混入する恐れもある。このため、分離部７０における蒸気の分離を確実に行う（蒸気配管７２へのドレンの混入を防止する）ためには、蒸気配管７２を蒸気ドレン配管７１およびドレン配管７３から十分な高さに配置する必要があると考えられる。

本願発明者は、分離部７０における蒸気配管７２とドレン配管７３との軸間距離Ｌ（図７参照）を変化させ、蒸気の分離効果に対する比較実験を行った。ここでは、配管の管内径を３５．７ｍｍ（呼び径３２Ａ）と５２．９ｍｍ（呼び径５０Ａ）との２種類とし、管内径３５．７ｍｍの場合は軸間距離Ｌを６０ｍｍから１１０ｍｍの間で１０ｍｍ刻みで変更し、管内径５２．９ｍｍの場合は軸間距離Ｌを８０ｍｍから１３０ｍｍの間で１０ｍｍ刻みで変更した。また、この比較実験では、蒸気配管７２の下流側を真空到達させて吸引を行い、この真空度は全ての条件（管内径および軸間距離）で−０．１ＭＰａ、−０．０９ＭＰａ、−０．０８ＭＰａの３段階で実験を行った。

評価方法は、蒸気ドレン配管７１に錆に対応する異物を混入させた蒸気ドレンを流し、蒸気配管７２で分離した蒸気を冷却して凝縮させたのち、その凝縮水に含まれる異物を目視にて確認した。結果を以下の表１に示す。

実施例１〜９および比較例１〜９は、管内径が３５．７ｍｍの場合の結果であり、軸間距離Ｌが９０ｍｍ以上である実施例１〜９では、蒸気配管７２で分離した蒸気の凝縮水に異物は確認されず、良好な分離結果が得られていた。一方、軸間距離Ｌが８０ｍｍである比較例１〜３では僅かな異物の混入が認められ、軸間距離Ｌが７０ｍｍ以下である比較例４〜９ではより多くの異物の混入が認められた。

実施例１０〜１８および比較例１０〜１８は、管内径が５２．９ｍｍの場合の結果であり、軸間距離Ｌが１１０ｍｍ以上である実施例１０〜１８では、蒸気配管７２で分離した蒸気の凝縮水に異物は確認されず、良好な分離結果が得られていた。一方、軸間距離Ｌが１００ｍｍである比較例１０〜１２では僅かな異物の混入が認められ、軸間距離Ｌが９０ｍｍ以下である比較例１３〜１８ではより多くの異物の混入が認められた。

表１の結果から明らかなように、管内径が３５．７ｍｍの場合および５２．９ｍｍの場合の何れでも、軸間距離Ｌが短ければ分離部７０における蒸気分離が不十分となり、軸間距離Ｌを長くすることで分離部７０における蒸気分離を確実に行うことができた。

尚、管内径が３５．７ｍｍの場合、分離部７０における蒸気分離を確実に行うことのできる軸間距離Ｌは９０ｍｍ以上であり、管内径が５２．９ｍｍの場合、分離部７０における蒸気分離を確実に行うことのできる軸間距離Ｌは１１０ｍｍ以上であり、これらの数値には開きがある。一方、ドレン配管７３における管内面の最上部から蒸気配管７２における管内面の最下部までの距離を蒸気配管高さＨ（図７参照）とすれば、管内径が３５．７ｍｍの場合、分離部７０における蒸気分離を確実に行うことのできる蒸気配管高さＨは５４．３（＝９０−３５．７）ｍｍ以上であり、管内径が５２．９ｍｍの場合、分離部７０における蒸気分離を確実に行うことのできる蒸気配管高さＨは５７．１（＝１１０−５２．９）ｍｍ以上である。

これより、分離部７０における蒸気分離を確実に行うには、蒸気配管高さＨを５０ｍｍ以上とすることが好ましく、５５ｍｍ以上とすることがさらに好ましい。

今回開示した実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

１０ 第１熱回収装置
２０ 第２熱回収装置
３０ 蒸気利用設備機器
４０ 温水利用設備機器
１１ 永久磁石
１２ エゼクタ
１３ ポンプ
１４ ボールタップ
１５ 温度制御部
１５１ 温度計
１５２ サーモスタット
１５３ 電動バルブ
１５４ 制御部
１６ タンク
１７ 点検蓋
５１ ボイラ
５２ ポンプ
５３ ストレーナ
６０ 自動制御弁
７０ 分離部
７１ 蒸気ドレン配管
７２ 蒸気配管
７３ ドレン配管

Claims (2)

1. 他の装置で使用された蒸気が凝縮したドレンを回収し、該ドレンに含まれる熱によって水を加熱して第１温度に温度制御する第１熱回収装置と、
   他の装置で使用された蒸気を回収し、該蒸気に含まれる熱によって水を加熱して第２温度に温度制御する第２熱回収装置と、
   前記第１熱回収装置によって加熱された水が供給され、該水をさらに加熱して蒸気を生成するボイラと、
   前記ボイラによって生成された蒸気が供給され、該蒸気を利用する蒸気利用設備機器と、
   前記第２熱回収装置によって加熱された水が供給され、該水を利用する温水利用設備機器と、
   前記蒸気利用設備機器で使用された蒸気と該蒸気が凝縮したドレンとからなる蒸気ドレンを、蒸気とドレンとに分離する分離部とを備え、
   前記分離部で分離した蒸気を前記第２熱回収装置で回収し、前記分離部で分離したドレンを前記第１熱回収装置で回収することを特徴とする熱回収システム。
2. 請求項１に記載の熱回収システムであって、
   前記分離部は、前記蒸気ドレンが挿通される蒸気ドレン配管と、前記蒸気が挿通される蒸気配管と、前記ドレンが挿通されるドレン配管と、を備えており、
   前記蒸気ドレン配管は、前記蒸気配管と前記ドレン配管とに分岐され、前記蒸気配管は、前記蒸気ドレン配管の上側に接続されており、
   前記ドレン配管における管内面の最上部から前記蒸気配管における管内面の最下部までの距離を蒸気配管高さＨとする場合、前記蒸気配管高さＨが５０ｍｍ以上であることを特徴とする熱回収システム。

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