JP6842302B2 - ドレン回収システム - Google Patents

Description

本願は、ドレンを回収して利用側へ供給するドレン回収システムに関する。

例えば特許文献１に開示されているように、蒸気使用機器において蒸気が凝縮して発生したドレン（復水）を回収するドレン回収システム（復水回収装置）が知られている。このドレン回収システムは、蒸気使用機器に配管を介して接続され、蒸気使用機器のドレンを回収する吸引機構（組合せポンプ）を備えている。吸引機構は、ポンプとエゼクタとが循環配管によって接続されており、ポンプによって流体（水）がエゼクタとの間を循環する。これにより、蒸気使用機器のドレンが配管を通じてエゼクタの吸引部に吸引され回収される。吸引機構によって回収されたドレンの一部は、ポンプによって利用側へ供給される。

特開平５−１４１６１３号公報

ところで、上述したようなドレン回収システムでは、消費エネルギーを削減したいという要望があった。即ち、吸引機構は、蒸気使用機器からのドレン回収と、利用側へのドレン供給とを行うため、負荷が大きく消費エネルギーが嵩む。

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、ドレン回収システムにおいて消費エネルギーを削減することにある。

本願のドレン回収システムは、吸引機構と、利用側タンクと、蒸気供給管と、エゼクタと、吸引管とを備えている。上記吸引機構は、蒸気を凝縮させる蒸気使用機器に連通し、該蒸気使用機器で蒸気の凝縮により発生したドレンを吸引して回収するものである。上記利用側タンクは、ドレンが利用されるものである。上記蒸気供給管は、上記利用側タンクに蒸気を供給し該利用側タンク内のドレンを加熱するものである。上記エゼクタは、上記蒸気供給管に設けられ、蒸気が通過するものである。上記吸引管は、上記吸引機構と上記エゼクタの吸引部とに接続され、上記吸引機構に回収されたドレンが上記吸引部に吸引されるものである。

以上のように、本願のドレン回収システムによれば、蒸気供給管にエゼクタを設けると共に、該エゼクタと吸引機構とを吸引管で接続し、吸引機構が回収したドレンをエゼクタの吸引部に吸引させるようにした。吸引部に吸引されたドレンは、利用側タンクに供給され利用される。こうして、吸引機構が蒸気使用機器から回収したドレンはエゼクタの吸引作用によって利用側タンクに供給されるので、吸引機構がドレンを利用側タンクに供給するためのエネルギーが不要となる。したがって、ドレン回収システムにおける消費エネルギーを削減することができる。

図１は、実施形態に係るドレン回収システムの概略構成を示す配管系統図である。 図２は、実施形態に係る制御部の動作を示すフローチャートである。

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。

本実施形態のドレン回収システム１は、蒸気使用機器１３で発生したドレンを回収すると共に、回収したドレンを利用設備に供給するものである。図１に示すように、ドレン回収システム１は、ドレンを回収する回収系統１０と、回収系統１０によって回収されたドレンを利用設備で利用されるドレンとして処理する利用系統３０とを備えている。利用設備の一例として、ボイラー設備が挙げられる。

回収系統１０は、蒸気供給管１１と、吸引管１４と、スチームトラップ１５と、真空発生ユニット１６とを有している。蒸気供給管１１は、蒸気使用機器１３に接続されている。蒸気供給管１１は、例えばボイラー設備（図示省略）に接続されており、ボイラー設備で生成された蒸気が蒸気使用機器１３に供給される。蒸気供給管１１には、蒸気の圧力を調節する減圧弁１２が設けられている。蒸気使用機器１３は、例えば熱交換器であり、蒸気供給管１１から供給された蒸気が対象物に放熱して凝縮し、対象物が加熱される。蒸気は、凝縮することによってドレン（復水）になる。つまり、蒸気使用機器１３では蒸気の凝縮潜熱によって対象物が加熱（潜熱加熱）される。

吸引管１４は、一端（上流端）が蒸気使用機器１３に接続され、他端（下流端）が真空発生ユニット１６に接続されている。吸引管１４は、蒸気使用機器１３で蒸気の凝縮により発生したドレン（復水）が回収される。スチームトラップ１５は、吸引管１４の途中に設けられ、蒸気使用機器１３で発生したドレンが吸引管１４を介して流入する。スチームトラップ１５は、その上下流の圧力差（上流側の圧力と下流側の圧力との差）によって、流入したドレンのみを下流側へ自動的に排出するものである。なお、実際、スチームトラップ１５には蒸気混じりのドレンが流入する。

真空発生ユニット１６は、回収側タンク１７と、循環配管１８と、電動ポンプ１９と、エゼクタ２１とを有しており、本願の請求項に係る吸引機構に相当する。回収側タンク１７は、蒸気使用機器１３から吸引管１４を介して回収されたドレンが貯留される。循環配管１８は、回収側タンク１７に接続されている。つまり、循環配管１８は、一端（上流端）が回収側タンク１７の下部に接続され、他端（下流端）が回収側タンク１７の上部に接続されている。循環配管１８には、上流端側から順に、電動ポンプ１９およびエゼクタ２１が設けられている。つまり、循環配管１８は回収側タンク１７と電動ポンプ１９との間に接続されている。エゼクタ２１は、吸引部２１ａに吸引管１４が接続されており、該吸引管１４およびスチームトラップ１５を介して蒸気使用機器１３に連通している。

真空発生ユニット１６では、電動ポンプ１９によって回収側タンク１７のドレン（水）が循環配管１８を通じて循環する。真空発生ユニット１６は、回収側タンク１７の水がエゼクタ２１の流入口から流入して流出口から流出することにより、即ち回収側タンク１７の水がエゼクタ２１を通過することにより、エゼクタ２１の吸引部２１ａにおいて吸引作用が生じるように構成されている。こうして、電動ポンプ１９が回収側タンク１７の水を循環させることにより、エゼクタ２１の吸引作用が発生する。

真空発生ユニット１６は、エゼクタ２１の吸引作用によって、吸引管１４におけるスチームトラップ１５の下流側の圧力を減圧すると共に、スチームトラップ１５から排出されたドレンを回収する。つまり、真空発生ユニット１６は、スチームトラップ１５においてドレンの排出に必要な圧力差を生じさせるために、スチームトラップ１５の下流側を所定の真空減圧状態にする。また、回収側タンク１７には、回収側タンク１７に水を供給する水供給管２２が接続されている。水供給管２２には、供給流量を調整するための流量調整弁２５が設けられている。

利用系統３０は、利用側タンク３１と、蒸気供給管３２と、エゼクタ３４と、吸引管３６とを有している。利用側タンク３１は、利用設備で利用されるドレンが貯留される。蒸気供給管３２は、利用側タンク３１にドレンを供給し該利用側タンク３１内のドレンを加熱する。蒸気供給管３２の一端（上流端）は、回収系統１０の蒸気供給管１１における減圧弁１２の上流側に接続されている。蒸気供給管３２の他端（下流端）は、利用側タンク３１の上部に接続されている。蒸気供給管３２は、回収系統１０の蒸気供給管１１を流れる蒸気の一部が利用側タンク３１に供給される。利用側タンク３１の下部には、利用側タンク３１のドレンが利用設備に供給されるドレン供給管３５が接続されている。蒸気供給管３２には、供給流量を調整するための流量調整弁３３が設けられている。

エゼクタ３４は、蒸気供給管３２における流量調整弁３３の下流側に設けられている。吸引管３６は、真空発生ユニット１６とエゼクタ３４との吸引部３４ａとに接続されている。つまり、吸引管３６は、一端（上流端）が回収側タンク１７に接続され、他端（下流端）がエゼクタ３４の吸引部３４ａに接続されている。利用系統３０は、蒸気供給管３２の蒸気がエゼクタ３４の流入口から流入して流出口から流出することにより、即ち蒸気がエゼクタ３４を通過することにより、エゼクタ３４の吸引部３４ａにおいて吸引作用が生じるように構成されている。こうして、蒸気が蒸気供給管３２を通じて利用側タンク３１に供給されることにより、エゼクタ３４の吸引作用が発生する。

エゼクタ３４の吸引作用により、回収側タンク１７のドレンが吸引管３６を通じてエゼクタ３４の吸引部３４ａに吸引される。吸引部３４ａに吸引されたドレンは、エゼクタ３４を通過する蒸気と共に利用側タンク３１に供給される。こうして、蒸気とドレンが利用側タンク３１に供給されることにより、利用側タンク３１内のドレンが所定温度に加熱される。吸引管３６には、吸引流量を調整するための流量調整弁３７が設けられている。

また、ドレン回収システム１は、水位センサ４１と、温度センサ４２と、制御部５０とを備えている。水位センサ４１は、回収側タンク１７のドレン水位を検出する。温度センサ４２は、利用系統３０の蒸気供給管３２におけるエゼクタ３４の下流側に設けられている。温度センサ４２は、エゼクタ３４から流出した流体の温度、即ち蒸気または蒸気およびドレンの混合流体の温度を検出する。制御部５０は、各流量調整弁２３，３３，３７の制御を行う。制御部５０の詳細な動作については後述する。

〈運転動作〉
回収系統１０では、減圧弁１２が所定の開度に設定された状態で、所定温度の蒸気が蒸気供給管１１から蒸気使用機器１３に供給される。蒸気使用機器１３では、供給された蒸気が対象物と熱交換して凝縮しドレンとなり、対象物が所定温度に加熱される。蒸気使用機器１３で発生したドレンは、吸引管１４を介してスチームトラップ１５に流入する。そして、真空発生ユニット１６の電動ポンプ１９が駆動されることにより、スチームトラップ１５の上流側圧力と下流側圧力との間に所定の圧力差が生じて、スチームトラップ１５からドレンが下流側へ排出される。この排出されたドレンは、吸引管１４を介してエゼクタ２１の吸引部２１ａに吸引され、回収側タンク１７に貯留される。

一方、利用系統３０では、所定温度の蒸気が蒸気供給管３２から利用側タンク３１に供給される。その際、蒸気がエゼクタ３４を通過することにより、回収側タンク１７のドレンが吸引管３６を介してエゼクタ３４の吸引部３４ａに吸引され、蒸気と共に利用側タンク３１に供給される。こうして、蒸気使用機器１３から回収されたドレンが、エゼクタ３４の吸引作用によって利用側タンク３１に供給される。利用側タンク３１内のドレンは、蒸気供給管３２から供給された蒸気によって所定温度に加熱される。これにより、利用側タンク３１内のドレンは所定温度に維持される。利用側タンク３１内のドレンはドレン供給管３５から利用設備に供給される。つまり、利用系統３０は、回収系統１０によって回収されたドレンが供給され、所定温度に加熱してから利用設備に供給する。利用設備としてのボイラー設備では、所定温度に加熱されたドレンが供給されることにより、ドレンを加熱して蒸気を生成するための加熱能力を抑えることができる。

〈制御部の動作〉
制御部５０は、水位センサ４１から検出水位Ｌが送られ、その検出水位Ｌに基づいて、流量調整弁３３の開度を制御する。詳しくは、検出水位Ｌが予め設定された基準水位Ｌａ以上の場合、流量調整弁３３の開度は通常開度（大開度）に設定される。検出水位Ｌが基準水位Ｌａ未満になると、流量調整弁３３の開度は通常開度よりも小さい小開度に減少される。流量調整弁３３の開度が小開度に減少されると、エゼクタ３４における蒸気の通過流量が減少し、吸引部３４ａにおける吸引作用が低下する。そのため、回収側タンク１７から吸引部３４ａに吸引されるドレン量が減少する。これにより、回収側タンク１７のドレン水位が著しく低下するのを抑制することができる。

回収側タンク１７のドレン水位が低下すると、回収側タンク１７における水頭圧が減少するため、電動ポンプ１９の負荷が増加し、最悪の場合、電動ポンプ１９が運転不可となる。本実施形態では、上述したように回収側タンク１７におけるドレン水位の低下が抑制されるため、電動ポンプ１９の負荷増大を抑制することができ、電動ポンプ１９が運転不可となる状態を回避することができる。

また、制御部５０は、温度センサ４２から検出温度Ｔが送られ、その検出温度Ｔが設定温度Ｔａとなるように、２つの流量調整弁２３，３７の開度を制御する。設定温度Ｔａは、蒸気供給管３２から利用側タンク３１に供給される蒸気の温度として、利用側タンク３１のドレンを所定温度に加熱し得る温度に設定されている。具体的に、図２に示すフローチャートを参照しながら説明する。先ず、制御部５０において、検出温度Ｔが設定温度Ｔａ未満であるか否かが判定される（ステップＳＴ１）。

ステップＳＴ１において検出温度Ｔが設定温度Ｔａ未満であると判定されると、２つの流量調整弁２３，３７の開度が減少される（ステップＳＴ２）。流量調整弁３７の開度が減少されると、回収側タンク１７からエゼクタ３４の吸引部３４ａに吸引されるドレン量が減少する。そうすると、エゼクタ３４において蒸気と混合するドレン量が減少するため、エゼクタ３４から流出して利用側タンク３１に供給される蒸気の温度が上昇する。つまり、回収側タンク１７のドレンは、蒸気供給管３２の蒸気よりも温度が低い。そのため、エゼクタ３４を通過する蒸気は、吸引部３４ａに吸引された回収側タンク１７のドレンと混合することにより、温度が低下する。したがって、エゼクタ３４において蒸気と混合するドレン量が減少することにより、エゼクタ３４から利用側タンク３１に供給される蒸気の温度は上昇する。

流量調整弁２３の開度が減少されると、水供給管２２から回収側タンク１７に供給される水量が減少する。そうすると、回収側タンク１７のドレンの温度が上昇し、エゼクタ３４から流出して回収側タンク１７に供給される蒸気の温度が上昇する。つまり、水供給管２２から供給される水は、回収側タンク１７のドレンよりも温度が低い。そのため、回収側タンク１７のドレンは、水供給管２２から水が供給されることにより、温度が低下する。したがって、水供給管２２から供給される水量が減少することにより、回収側タンク１７のドレンの温度は上昇する。そうすると、エゼクタ３４において蒸気と混合するドレンの温度が上昇するので、エゼクタ３４から利用側タンク３１に供給される蒸気の温度は上昇する。このように、ステップＳＴ２の制御動作により、検出温度Ｔは設定温度Ｔａまで上昇する。

一方、ステップＳＴ１において検出温度Ｔが設定温度Ｔａ以上であると判定されると、検出温度Ｔが設定温度Ｔａよりも高いか否かが判定される（ステップＳＴ３）。ステップＳＴ３において検出温度Ｔが設定温度Ｔａよりも高いと判定されると、２つの流量調整弁２３，３７の開度が増大される（ステップＳＴ４）。

流量調整弁３７の開度が増大されると、回収側タンク１７からエゼクタ３４の吸引部３４ａに吸引されるドレン量が増大する。そうすると、エゼクタ３４において蒸気と混合するドレン量が増大するため、エゼクタ３４から流出して利用側タンク３１に供給される蒸気の温度が低下する。つまり、上述したように回収側タンク１７のドレンは蒸気供給管３２の蒸気よりも温度が低いため、エゼクタ３４において蒸気と混合するドレン量が増大することにより、エゼクタ３４から利用側タンク３１に供給される蒸気の温度は低下する。

流量調整弁２３の開度が増大されると、水供給管２２から回収側タンク１７に供給される水量が増大する。そうすると、回収側タンク１７のドレンの温度が低下し、エゼクタ３４から流出して回収側タンク１７に供給される蒸気の温度が低下する。つまり、上述したように水供給管２２から供給される水は回収側タンク１７のドレンよりも温度が低いため、水供給管２２から供給される水量が増大することにより、回収側タンク１７のドレンの温度は低下する。そうすると、エゼクタ３４において蒸気と混合するドレンの温度が低下するので、エゼクタ３４から利用側タンク３１に供給される蒸気の温度は低下する。このように、ステップＳＴ４の制御動作により、検出温度Ｔは設定温度Ｔａまで低下する。

一方、ステップＳＴ３において検出温度Ｔが設定温度Ｔａよりも高くないと判定されると、スタートに戻り、制御動作が終了する。つまり、検出温度Ｔが、設定温度Ｔａ未満でなく（ステップＳＴ１）、且つ、設定温度Ｔａよりも高くない（ステップＳＴ３）場合、検出温度Ｔは設定温度Ｔａになっているとして、２つの流量調整弁２３，３７の開度は変更されない。

上述した制御サイクルは、例えば予め設定された時間おきに繰り返される。このように、流量調整弁２３，３７の開度調節により、蒸気供給管３２から利用側タンク３１に供給される蒸気の温度が設定温度Ｔａに維持される。これにより、利用側タンク３１のドレンは所定温度で維持される。

以上のように、上記実施形態のドレン回収システム１によれば、蒸気供給管３２にエゼクタ３４を設けると共に、該エゼクタ３４の吸引部３４ａと真空発生ユニット１６（吸引機構）とを吸引管３６で接続し、真空発生ユニット１６が回収したドレンをエゼクタ３４の吸引部３４ａに吸引させるようにした。この構成によれば、吸引部３４ａに吸引されたドレンは利用側タンク３１に供給され利用される。こうして、真空発生ユニット１６が蒸気使用機器１３から回収したドレンはエゼクタ３４の吸引作用によって利用側タンク３１に供給されるので、真空発生ユニット１６がドレンを利用側タンク３１に供給するためのエネルギーが不要となる。したがって、ドレン回収システム１における消費エネルギーを削減することができる。

また、上記実施形態では、真空発生ユニット１６は、回収側タンク１７と、電動ポンプ１９と、循環配管１８と、エゼクタ２１とを有している。そして、吸引管３６は、回収側タンク１７と、エゼクタ３４の吸引部３４ａとに接続されている。この構成によれば、回収側タンク１７のドレンをエゼクタ３４の吸引作用によって利用側タンク３１に供給することができる。そのため、真空発生ユニット１６における電動ポンプ１９の消費エネルギー（消費電力）を削減することができる。

つまり、真空発生ユニット１６において、電動ポンプ１９は、回収側タンク１７のドレンを循環させてエゼクタ２１の吸引作用を発生させるだけでよい。そのため、上記実施形態の電動ポンプ１９は、例えば回収側タンクのドレンを循環させると共に回収側タンクのドレンを利用側タンクに供給する従来の電動ポンプに比べて、消費エネルギー（消費電力）が削減される。

また、電動ポンプ１９は上述したように回収側タンク１７のドレンを循環させるだけでよいため、電動ポンプ１９の負荷（必要な能力）を軽減することができ、電動ポンプ１９引いては真空発生ユニット１６の小型化を図ることができる。

また、上記実施形態では、吸引管３６に設けられる流量調整弁３７と、蒸気供給管３２におけるエゼクタ３４から流出した蒸気の温度（検出温度Ｔ）が設定温度Ｔａになるように、流量調整弁３７の開度を調節する制御部５０とを備えるようにした。そのため、エゼクタ３４において蒸気と混合するドレン量を調節することができ、蒸気供給管３２から利用側タンク３１に供給される蒸気の温度を設定温度Ｔａに維持することができる。したがって、利用側タンク３１のドレンを所定温度に加熱して利用設備に供給することができる。

また、上記実施形態の制御部５０は、流量調整弁３７だけでなく、水供給管２２に設けられる流量調整弁２３の開度も併せて調節するようにした。そのため、エゼクタ３４において蒸気と混合するドレン量だけでなく、エゼクタ３４において蒸気と混合するドレンの温度も調節することができる。したがって、蒸気供給管３２から利用側タンク３１に供給される蒸気の温度を高精度に調節することができ、該蒸気の温度を設定温度Ｔａに維持しやすくなる。

また、流量調整弁２３の開度調節によりエゼクタ３４において蒸気と混合するドレンの温度を調節できることから、検出温度Ｔが設定温度Ｔａよりも高い場合、流量調整弁３７の開度の減少量を抑えることができる。そのため、回収側タンク１７からエゼクタ３４に吸引されるドレン量をできるだけ多くすることができ、利用側タンク３１へのドレン供給量を稼ぐことができる。

（その他の実施形態）
上記実施形態のドレン回収システム１について、以下のような構成としてもよい。

例えば、制御部５０は、図２のステップＳＴ２およびステップＳＴ４において２つの流量調整弁２３，３７のうち一方だけを開度調節するようにしてもよい。

また、制御部５０は、図２のステップＳＴ１とステップＳＴ３との順番を逆転させてもよい。つまり、制御部５０は、ステップＳＴ３の判定を行ってからステップＳＴ１の判定を行うようにしてもよい。

また、利用側タンク３１からドレンが供給される利用設備は、ボイラー設備に限らず、ドレンを利用する設備であれば如何なるものでもよい。

本願に開示の技術は、ドレンを回収して利用側へ供給するドレン回収システムについて有用である。

１ ドレン回収システム
１３ 蒸気使用機器
１６ 真空発生ユニット（吸引機構）
１７ 回収側タンク
１８ 循環配管
１９ 電動ポンプ（ポンプ）
２１ エゼクタ
２１ａ 吸引部
３１ 利用側タンク
３２ 蒸気供給管
３４ エゼクタ
３４ａ 吸引部
３６ 吸引管
３７ 流量調整弁
５０ 制御部
Ｔａ 設定温度

Claims (2)

1. 蒸気を凝縮させる蒸気使用機器に連通し、該蒸気使用機器で蒸気の凝縮により発生したドレンを吸引して回収する吸引機構と、
   ドレンが貯留され、該ドレンが利用される利用側タンクと、
   上記利用側タンクに蒸気を供給し該利用側タンク内のドレンを加熱する蒸気供給管と、
   上記蒸気供給管に設けられ、蒸気が通過するエゼクタと、
   上記吸引機構と上記エゼクタの吸引部とに接続され、上記吸引機構に回収されたドレンが上記吸引部に吸引される吸引管とを備え、
   上記吸引機構は、蒸気使用機器から回収したドレンが貯留される回収側タンクと、ポンプと、該ポンプと上記回収側タンクとに接続され、上記ポンプによって上記回収側タンクのドレンが循環する循環配管と、該循環配管における上記ポンプの下流側に設けられ、吸引部が上記蒸気使用機器に連通するエゼクタとを有し、
   上記吸引管は、上記回収側タンクと、上記蒸気供給管に設けられた上記エゼクタの吸引部とに接続されている
   ことを特徴とするドレン回収システム。
2. 請求項１に記載のドレン回収システムにおいて、
   上記吸引管に設けられる流量調整弁と、
   上記蒸気供給管における上記エゼクタから流出した蒸気の温度が設定温度になるように、上記流量調整弁の開度を調節する制御部とを備えている
   ことを特徴とするドレン回収システム。

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