JP6804245B2

JP6804245B2 - 蒸気加熱装置

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Publication number: JP6804245B2
Application number: JP2016183956A
Authority: JP
Inventors: ホウアラン
Original assignee: Tlv Co Ltd
Current assignee: Tlv Co Ltd
Priority date: 2016-09-21
Filing date: 2016-09-21
Publication date: 2020-12-23
Anticipated expiration: 2036-09-21
Also published as: JP2018047418A

Description

ここに開示された技術は、蒸気加熱装置に関するものである。

従来より、蒸気で対象物を加熱する蒸気加熱装置が知られている。例えば、特許文献１に開示された蒸気加熱装置は、対象物を収容する収容部（反応釜）と、収容部と仕切られ、収容部内の対象物と熱交換を行う熱交換部（ジャケット部）とを備え、熱交換部に供給された蒸気によって対象物を加熱する。

特公平５−３４０５４号公報

ところで、前述の蒸気加熱装置において加熱能力を向上させる場合、収容部と熱交換部との伝熱面積を拡大させたり、蒸気の温度を高めたりすることが考えられる。しかし、そのような変更及び調整だけでは、所望の加熱能力を達成することができない場合もある。

ここに開示された技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、蒸気加熱装置の加熱能力を向上させることにある。

ここに開示された技術は、対象物を収容する収容部と、前記収容部と仕切られ、前記収容部内の対象物と熱交換を行う熱交換部と、大気圧よりも低い圧力の第１蒸気を前記熱交換部に供給する第１供給部と、大気圧よりも低い圧力の第２蒸気を前記収容部内に供給する第２供給部と、前記収容部内の蒸気を吸引する吸引部とを備え、前記熱交換部を介して前記第１蒸気によって対象物を加熱すると共に、前記第２蒸気によって対象物を加熱する。

前記蒸気加熱装置によれば、加熱能力を向上させるこができる。

図１は、蒸気加熱装置の概略構成を示す配管系統図である。

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。

図１は、蒸気加熱装置１００の概略構成を示す配管系統図である。蒸気加熱装置１００は、対象物Ｏを蒸気で加熱するための反応釜１０と、反応釜１０に蒸気を供給し、反応釜１０から蒸気及びドレンを回収する流体回路２０とを備え、反応釜１０に収容された対象物Ｏを、大気圧以下の飽和蒸気で加熱する。

反応釜１０は、対象物Ｏが収容される釜本体１１と、釜本体１１の略全周に亘って形成されたジャケット部１２とを有している。釜本体１１は、水よりも沸点の高い物質を対象物Ｏとして収容する。対象物Ｏの一例は油である。ジャケット部１２は、釜本体１１と仕切られており、釜本体１１内の対象物Ｏと熱交換を行う。釜本体１１が収容部の一例であり、ジャケット部１２が熱交換部の一例である。

流体回路２０は、第１蒸気をジャケット部１２に供給する第１供給管２１と、第２蒸気を釜本体１１に供給する第２供給管２２と、ジャケット部１２からドレンを排出する第１排出管２３と、釜本体１１から蒸気を排出する第２排出管２４と、第１供給管２１に設けられた第１制御弁３１と、第２供給管２２に設けられた第２制御弁３２と、第１排出管２３に設けられたスチームトラップ３３と、第２排出管２４に設けられた逆止弁３４と、第１排出管２３及び第２排出管２４を介してドレン及び蒸気を吸引する真空発生装置４０とを有している。

第１供給管２１及び第２供給管２２は、蒸気生成部（図示省略）に接続された供給管２９から分岐している。第１供給管２１は、ジャケット部１２に接続されている。第２供給管２２は、釜本体１１の底の近傍まで延び、釜本体１１の底の近傍から第２蒸気を釜本体１１内に供給する。

第１制御弁３１は、第１供給管２１を流通する第１蒸気の圧力を調節する。第１供給管２１には、第１蒸気の圧力を検出する圧力センサ（図示省略）が設けられている。第１制御弁３１は、圧力センサの検出値に基づいて、第１蒸気の圧力を大気圧よりも低い第１圧力に調節する。尚、第１制御弁３１は、第１蒸気の温度を調節してもよい。その場合、第１供給管２１には、第１蒸気の温度を検出する温度センサが設けられる。第１供給管２１及び第１制御弁３１は、第１供給部の一例である。

第２制御弁３２は、第２供給管２２を流通する第２蒸気の圧力を調節する。第２供給管２２には、第２蒸気の圧力を検出する圧力センサ（図示省略）が設けられている。第２制御弁３２は、圧力センサの検出値に基づいて、第２蒸気の圧力を大気圧よりも低く且つ第１蒸気よりも低い第２圧力に調節する。尚、第２制御弁３２は、第２蒸気の温度を調節してもよい。その場合、第２供給管２２には、第２蒸気の温度を検出する温度センサが設けられる。第２供給管２２及び第２制御弁３２は、第２供給部の一例である。

第１排出管２３の上流端は、ジャケット部１２の下部に接続され、第１排出管２３の下流端は、真空発生装置４０に接続されている。スチームトラップ３３には、ジャケット部１２からのドレンが流入する。スチームラップ３３は、ドレンが流入していない場合には閉弁しており、ドレンが流入すると開弁してドレンのみを真空発生装置４０の方へ排出する。

第２排出管２４の上流端は、釜本体１１の上部に接続され、第２排出管２４の下流端は、第１排出管２３のうちスチームトラップ３３よりも下流の部分に接続されている。逆止弁３４は、第２排出管２４において上流から下流への流れ、即ち、釜本体１１から真空発生装置４０への流れのみを許容し、その逆の流れを防止する。

真空発生装置４０は、ドレンを貯留するドレンタンク４１と、ドレンタンク４１内のドレンを圧送するポンプ４２と、ポンプ４２からのドレンにより吸引力を発生するエゼクタ４３とを有している。ドレンタンク４１、ポンプ４２及びエゼクタ４３は、配管４４で接続されており、ドレンタンク４１、ポンプ４２及びエゼクタ４３を含む循環流路が形成されている。第１排出管２３の下流端は、エゼクタ４３の吸引口に接続されている。真空発生装置４０は、吸引部の一例である。

真空発生装置４０は、ドレンタンク４１に貯留されたドレンをポンプ４２及びエゼクタ４３を介して循環させることによって、エゼクタ４３に吸引力を発生させ、第１排出管２３及び第２排出管２４を介して反応釜２０からドレン及び蒸気を吸引する。また、真空発生装置４０は、釜本体１１及びジャケット部１２の内部を吸引減圧して所定の真空状態（大気圧よりも低い圧力状態）に維持する。真空発生装置４０は、釜本体１１及びジャケット部１２を第１圧力及び第２圧力よりも低い圧力（より詳しくは、第１蒸気及び第２蒸気の飽和蒸気圧よりも低い圧力）に維持する。より詳しくは、真空発生装置４０は、釜本体１１の飽和蒸気圧に対応する温度、即ち、飽和温度が、第２蒸気の飽和温度よりも低い温度（好ましくは、１０度以上低い温度）となるように、釜本体１１を減圧する。

このように構成された蒸気加熱装置１の動作について説明する。

真空発生装置４０が駆動されると、釜本体１１及びジャケット部１２が減圧され、真空状態となる。

そして、第１制御弁３１によって第１圧力に調節された第１蒸気がジャケット部１２に供給され、第２制御弁３２によって第２圧力に調節された第２蒸気が釜本体１１に供給される。第１蒸気は、ジャケット部１２を介して釜本体１１内の対象物Ｏと間接的に熱交換し、対象物Ｏを加熱する。第１蒸気は、対象物Ｏと熱交換して凝縮する。発生したドレンは、第１排出管２３を介して真空発生装置４０に吸引される。

一方、第２蒸気は、釜本体１１の底の近傍に供給されるので、釜本体１１内の対象物Ｏの中に直接供給される。第２蒸気は、対象物Ｏと直接的に熱交換し、対象物Ｏを加熱する。第２蒸気は、凝縮し、ドレンＤとなる。ドレンＤは、対象物（油）Ｏよりも比重が大きいので釜本体１１の底に溜まる。釜本体１１内のドレンＤは、ジャケット部１２を介して第１蒸気に加熱され、再蒸発する。このとき、釜本体１１内には対象物ＯとドレンＤとが存在するが、対象物（油）Ｏはドレン（水）Ｄよりも沸点が高いため、ドレンＤが選択的に再蒸発させられる。再蒸発した蒸気は、対象物Ｏを加熱して再びドレンＤとなるか、あるいは、釜本体１１の上部空間に滞留する。釜本体１１の上部空間に滞留する再蒸発蒸気は、第２排出管２４を介して真空発生装置４０に吸引される。

それに加えて、釜本体１１内の圧力が第２蒸気の圧力よりも低い圧力に維持されているので、第２蒸気から発生したドレンＤの再蒸発がさらに促進される。詳しくは、第２蒸気から発生したドレンＤの温度は、第２蒸気の飽和温度と略等しい。それに対し、釜本体１１内の圧力は、第２蒸気の飽和蒸気圧よりも低くなっている。すなわち、釜本体１１内の温度は、第２蒸気の飽和温度、ひいては、ドレンＤの温度よりも低くなっている。そのため、釜本体１１内は、ドレンＤが再蒸発しやすい環境となっており、ドレンＤの再蒸発が促進される。さらに、釜本体１１の温度を第２蒸気の飽和温度よりも１０度以上低い温度とすることによって、ドレンＤの再蒸発が一層促進される。

このように、蒸気加熱装置１００は、反応釜２０内の対象物Ｏを第１蒸気によって間接的に加熱するだけでなく、第２蒸気によって直接的に加熱する。これにより、対象物Ｏを第１蒸気によって間接的にのみ加熱する構成と比較して、対象物Ｏの加熱速度、即ち、加熱能力を向上させることができる。

以上のように、蒸気加熱装置１００は、対象物Ｏを収容する釜本体１１（収容部）と、釜本体１１と仕切られ、釜本体１１内の対象物Ｏと熱交換を行うジャケット部１２（熱交換部）と、大気圧よりも低い圧力の第１蒸気をジャケット部１２に供給する第１供給管２１及び第１制御弁３１（第１供給部）と、大気圧よりも低い圧力の第２蒸気を釜本体１１内に供給する第２供給管２２及び第２制御弁３２（第２供給部）と、釜本体１１内の蒸気を吸引する真空発生装置４０（吸引部）とを備え、ジャケット部１２を介して第１蒸気によって対象物Ｏを加熱すると共に、第２蒸気によって対象物Ｏを加熱する。

この構成によれば、釜本体１１内の対象物Ｏは、ジャケット部１２を介して第１蒸気によって間接的に加熱されると共に、釜本体１１内の第２蒸気によって直接的に加熱される。これにより、蒸気加熱装置１００の加熱速度、即ち、加熱能力が向上する。このとき、釜本体１１内で対象物Ｏを加熱した第２蒸気はドレンＤとなるが、ジャケット部１２を介して第１蒸気によって加熱され、再蒸発する。釜本体１１内で再蒸発した蒸気は、真空発生装置４０によって吸引され、釜本体１１から排出される。

また、第１供給管２１及び第１制御弁３１は、第２蒸気よりも高い温度の第１蒸気を供給する。

この構成によれば、釜本体１１内で発生するドレンＤよりも、第１蒸気の温度の方が高くなる。そのため、ジャケット部１２を介した第１蒸気によるドレンＤの再蒸発を促進させることができる。

さらに、真空発生装置４０は、釜本体１１内の圧力が第２蒸気の圧力よりも低い圧力となるように吸引する。

この構成によれば、釜本体１１内をドレンＤが再蒸発しやすい環境にすることができ、ドレンＤの再蒸発を促進させることができる。

さらにまた、真空発生装置４０は、釜本体１１に加えて、ジャケット部１２のドレンを吸引する。

この構成によれば、１つの真空発生装置４０でジャケット部１２のドレン及び釜本体１１の蒸気の両方を吸引することができる。

《その他の実施形態》
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、前記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、前記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

蒸気加熱装置１００が加熱する対象物Ｏは、油に限られるものではない。沸点が水よりも高い物質は、対象物Ｏとなり得る。

第１供給部としての第１供給管２１と第２供給部としての第２供給管２２とは、供給管２９から分岐しているが、これに限られるものではない。例えば、第１供給管２１と第２供給管２２とは、別系統であって、それぞれ別の蒸気供給源から蒸気が供給されていてもよい。

また、第１蒸気の温度は、第２蒸気の温度よりも高く設定されているが、これに限られるものではない。釜本体１１内は、真空発生装置４０によって減圧され、第２圧力よりも低い圧力になっているので、第２蒸気から発生したドレンＤは、第１蒸気による再加熱がなくても再蒸発し得る。つまり、第１蒸気の温度は、第２蒸気の温度と同じか、あるいは、第２蒸気の温度よりも低くてもよい。ただし、第２蒸気から発生したドレンＤの再蒸発を促進する観点からは、第１蒸気の温度を第２蒸気の温度よりも高くすることが好ましい。

第１排出管２３と第２排出管３４とは、合流して１つの排出管となっているが、第１排出管２３と第２排出管３４とが別系統であってもよい。

反応釜１０は、収容部としての釜本体１１と熱交換部としてのジャケット部１２によって構成されているが、これに限られるものではない。熱交換部は、収容部と仕切られており、収容部内の対象物と間接的に熱交換をする構成であれば、任意の構成を採用することができる。例えば、熱交換部は、収容部内に配置される、チューブ式の熱交換器であってもよい。

真空発生装置４０は、エゼクタ４３を用いた構成ではなく、電動の真空ポンプ等であってもよい。

ここに開示された技術は、蒸気加熱装置について有用である。

１００蒸気加熱装置
１１釜本体（収容部）
１２ジャケット部（熱交換部）
２１第１供給管（第１供給部）
２２第２供給管（第２供給部）
３１第１制御弁（第１供給部）
３２第２制御弁（第２供給部）
４０真空発生装置（吸引部）

Claims

対象物を収容する収容部と、
前記収容部と仕切られ、前記収容部内の対象物と熱交換を行う熱交換部と、
大気圧よりも低い圧力の第１蒸気を前記熱交換部に供給する第１供給部と、
大気圧よりも低い圧力の第２蒸気を前記収容部内に供給する第２供給部と、
前記収容部に接続された排出管と、
前記収容部内の蒸気を吸引する吸引部とを備え、
前記熱交換部を介して前記第１蒸気によって対象物を加熱すると共に、前記第２蒸気によって対象物を加熱し、
前記排出管の上流端は、前記対象物よりも上方において前記収容部に接続され、
前記第２供給部は、前記排出管の前記上流端よりも低い位置から前記第２蒸気を前記収容部に供給し、
前記熱交換部は、前記収容部内において前記第２蒸気から発生したドレンを再蒸発させ、
前記吸引部は、前記収容部内の再蒸発蒸気を前記排出管を介して吸引することを特徴とする蒸気加熱装置。
請求項１に記載の蒸気加熱装置において、
前記第１供給部は、前記第２蒸気よりも高い温度の前記第１蒸気を供給することを特徴とする蒸気加熱装置。
請求項１又は２に記載の蒸気加熱装置において、
前記吸引部は、前記収容部内の圧力が前記第２蒸気の圧力よりも低い圧力となるように吸引することを特徴とする蒸気加熱装置。
請求項１乃至３の何れか１つに記載の蒸気加熱装置において、
前記吸引部は、前記収容部に加えて、前記熱交換部のドレンを吸引することを特徴とする蒸気加熱装置。