JP6894756B2 - ドレン回収システム - Google Patents

Description

ここに開示された技術は、ドレン回収システムに関する。

従来より、ドレンを回収するドレン回収システムが知られている。例えば、特許文献１には、ドレンが流通する第１ドレン管（回収主管）と、第１ドレン管にドレンを流出させる第２ドレン管（分岐回収管）とを備えたシステムが開示されている。

特開昭５０−５５７０１号公報

ところで、前述のようなシステムにおいては、第２ドレン管を流通するドレンは、再蒸発する場合がある。そして、第２ドレン管を流通するドレンの温度が第１ドレン管を流通するドレンの温度よりも高い場合、第２ドレン管から第１ドレン管へ流出した再蒸発蒸気が急激に凝縮し得る。再蒸発蒸気が急激に凝縮すると、衝撃や音が発生する。このように蒸気が急激に凝縮することによって大きな衝撃や音が発生する現象をウォータハンマという。

ここに開示された技術は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ウォータハンマの発生を低減することにある。

ここに開示されたドレン回収システムは、ドレンが流通する第１ドレン管と、前記第１ドレン管を流通するドレンよりも高温のドレンを前記第１ドレン管に流出させる第２ドレン管とを備え、前記第２ドレン管は、前記第１ドレン管のうち、前記第１ドレン管の軸心よりも下方の位置に又は該ドレンの再蒸発蒸気を流出させる。

前記ドレン回収システムによれば、ウォータハンマの発生を低減することができる。

図１は、ドレン回収システムの配管図である。 図２は、第２ドレン管の接続部における第１ドレン管の横断面図である。 図３は、第２ドレン管の接続部における第１ドレン管の縦断面図である。である。 図４は、変形例に係る第２ドレン管の接続部における第１ドレン管の縦断面図である。 図５は、別の変形例に係る第２ドレン管の接続部における第１ドレン管の縦断面図である。

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、ドレン回収システム１の配管図である。ドレン回収システム１は、図１に示すように、蒸気が流通する蒸気管１１と、蒸気管１１を介して蒸気が供給される蒸気使用機器１３と、蒸気使用機器１３から排出されるドレンが流通する第１ドレン管１４と、蒸気管１１で発生したドレンを第１ドレン管１４へ流出させる複数の第２ドレン管１６とを備えている。ドレン回収システム１は、蒸気使用機器１３で発生したドレン及び蒸気管１１で発生したドレンを回収する。

蒸気管１１の上流端は、例えばボイラー設備（図示省略）に接続されている。蒸気管１１の下流端は、蒸気使用機器１３に接続されている。ボイラー設備で生成された蒸気が蒸気管１１を介して蒸気使用機器１３に供給される。蒸気管１１を流通する蒸気の圧力は、大気圧よりは高くなっている。蒸気管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る。蒸気使用機器１３においては、蒸気管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。

第１ドレン管１４は、蒸気使用機器１３に接続されている。蒸気使用機器１３で蒸気の凝縮により発生したドレンは、第１ドレン管１４を介して回収される。第１ドレン管１４には、液体圧送装置１５が設けられている。液体圧送装置１５は、蒸気使用機器１３で発生したドレンを第１ドレン管１４を通じて下流側へ圧送するポンプである。例えば、液体圧送装置１５では、蒸気使用機器１３のドレンが第１ドレン管１４を介して流入し、一時的に貯留される。ドレンの貯留量が所定量になると、液体圧送装置１５に高圧の作動気体が導入され、貯留されていたドレンが作動気体の圧力によって第１ドレン管１４の下流側へ圧送される。ドレンが圧送されると、再び蒸気使用機器１３からドレンが液体圧送装置１５に流入して貯留される。こうして、液体圧送装置１５では、ドレンの流入とドレンの圧送（排出）とが交互に行われる。

複数の第２ドレン管１６は、蒸気管１１と第１ドレン管１４とに接続されている。具体的に、第２ドレン管１６の上流端が蒸気管１１に接続され、第２ドレン管１６の下流端が第１ドレン管１４に接続されている。複数の第２ドレン管１６は、互いに間隔（例えば、２０〜３０ｍ）を置いて設けられている。蒸気管１１において蒸気の一部が凝縮しドレンになる場合がある。凝縮したドレンは、第２ドレン管１６を介して第１ドレン管１４に回収される。

第２ドレン管１６の途中には、ドレントラップ１７が設けられている。ドレントラップ１７には、蒸気管１１で発生したドレンが第２ドレン管１６を介して流入する。ドレントラップ１７には、蒸気管１１から蒸気混じりのドレンが流入する。ドレントラップ１７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。つまり、ドレントラップ１７は、蒸気管１１からの蒸気の通過を阻止する一方、蒸気管１１からのドレンの通過を許容する。蒸気管１１で発生したドレンは、第２ドレン管１６を介して第１ドレン管１４を流通するドレンと合流し下流側へ圧送される。

図２は、第２ドレン管１６の接続部における第１ドレン管１４の横断面図である。図３は、第２ドレン管１６の接続部における第１ドレン管１４の縦断面図である。ここで、横断面図とは、第１ドレン管１４の軸心Ｘに直交する断面図である。縦断面図とは、第１ドレン管１４の軸心Ｘに沿う断面図である。具体的には、図２は、図３のII−II線における断面図である。図３は、図２のIII−III線における断面図である。

第２ドレン管１６のうち、第１ドレン管１４に接続されている端部である下流端部１６ａは、第１ドレン管１４のうち、第１ドレン管１４の軸心Ｘよりも下方の部分に接続されている。具体的には、下流端部１６ａは、第１ドレン管１４のうち最も低い部分に接続されている。

また、下流端部１６ａは、第１ドレン管１４内に突出している。下流端部１６ａは、軸心Ｘを中心とする半径方向に対して、第１ドレン管１４のドレンの流れ方向（即ち、軸心Ｘの方向）の下流側へ傾斜する方向に延びている。下流端部１６ａの下流端は、第１ドレン管１４のうち、第１ドレン管１４の軸心Ｘよりも下方の位置に位置している。下流端部１６ａの下流端には、第２ドレン管１６を流通するドレンが流出する流出口１６ｂが形成されている。つまり、第２ドレン管１６は、第１ドレン管１４のうち、第１ドレン管１４の軸心Ｘよりも下方の位置にドレンを流出させる。

さらに、下流端部１６ａには、第１ドレン管１４を流通するドレンを第２ドレン管１６に導入する導入口１６ｃが形成されている。導入口１６ｃは、下流端部１６ａの周方向において間隔を空けて複数設けられている。

このように構成されたドレン回収システム１において、蒸気管１１を流通する蒸気の圧力は、大気圧よりも高い一方、第１ドレン管１４を流通するドレンの圧力は、略大気圧である。そのため、第２ドレン管１６を流通するドレンは、第１ドレン管１４の方へ流れるに従って圧力が低下し、再蒸発し得る。第２ドレン管１６から第１ドレン管１４へ流出するドレンには、再蒸発蒸気（以下、「フラッシュ蒸気」ともいう）が混入していることがある。そして、第２ドレン管１６を流通するドレンは、蒸気管１１で発生したドレンであり、第１ドレン管１４を流通するドレンに比べて高温である。同様に、フラッシュ蒸気も高温である。この高温のフラッシュ蒸気が第１ドレン管１４を流通する比較的低温のドレンに流出すると、急激に凝縮し、その際に衝撃及び音が発生し得る。比較的大きな蒸気の塊（以下、「蒸気塊」ともいう）が急激に凝縮すると、大きな衝撃及び音が発生する現象、所謂、ウォータハンマが生じる。

それに対し、第２ドレン管１６の流出口１６ｂを第１ドレン管１４の軸心Ｘよりも下方に位置させることによって、ウォータハンマの発生を低減することができる。詳しくは、第２ドレン管１６から第１ドレン管１４内に流出したフラッシュ蒸気は、第１ドレン管１４内において上部へ浮上していく。第１ドレン管１４の上部においてフラッシュ蒸気が集合すると大きな蒸気塊が形成され得る。しかし、第２ドレン管１６の流出口１６ｂは、第１ドレン管１４のうち軸心Ｘよりも下方に位置しているので、流出口１６ｂから第１ドレン管１４の上部までの距離が確保される。これにより、フラッシュ蒸気が流出口１６ｂから第１ドレン管１４の上部まで移動する距離が長くなり、フラッシュ蒸気がより多くのドレンと接触する、すなわち、ドレンとより長い間接触することになる。フラッシュ蒸気は、流出口１６ｂから第１ドレン管１４の上部に達するまでに凝縮が促進される。その結果、第１ドレン管１４の上部において大きな蒸気塊が形成され難くなり、ひいては、ウォータハンマの発生が低減される。

それに加えて、下流端部１６ａは、軸心Ｘを中心とする半径方向に対して、第１ドレン管１４のドレンの流れ方向の下流側へ傾斜する方向に延びている。フラッシュ蒸気が流出口１６ｂから直上へ浮上すると、フラッシュ蒸気が第１ドレン管１４の上部へ最短距離で到達する。それに対し、フラッシュ蒸気が流出口１６ｂから軸心Ｘを中心とする半径方向に対して傾斜する方向へ浮上すると、第１ドレン管１４の上部までの距離が長くなる。そもそも、フラッシュ蒸気が流出口１６ｂから該半径方向へ流出したとしても、第１ドレン管１４内にはドレンが流通しているので、該半径方向に対して第１ドレン管１４のドレンの流れ方向の下流側へ傾斜する方向にフラッシュ蒸気が流れていく。それに加えて、下流端部１６ａは、該半径方向に対して第１ドレン管１４のドレンの流れ方向の下流側へ傾斜する方向に延びているので、フラッシュ蒸気は、該半径方向に対して第１ドレン管１４のドレンの流れ方向の下流側へさらに傾斜する方向へ流出し、第１ドレン管１４の上部までの距離がさらに長くなる。その結果、フラッシュ蒸気がドレンと接触する時間がさらに確保され、フラッシュ蒸気の凝縮がより促進される。これにより、ウォータハンマの発生がより低減される。

さらに、下流端部１６ａは、第１ドレン管１４内に突出すると共に、第１ドレン管１４を流通するドレンが導入口１６ｃを介して下流端部１６ａ内に導入される。第２ドレン管１６のフラッシュ蒸気は、下流端部１６ａ内、即ち、第１ドレン管１４へ流出する前の段階で第１ドレン管１４のドレンと混合され、凝縮が促進される。これにより、第１ドレン管１４内での大きな蒸気塊の形成がさらに低減される。その結果、ウォータハンマの発生がより低減される。

さらに、下流端部１６ａは、第１ドレン管１４内に突出しているので、流出口１６ｂへの異物の進入が低減される。つまり、第１ドレン管１４を流通するドレンに異物が含まれる場合、自重の大きな異物は第１ドレン管１４の下部に沈殿又は滞留し得る。前述のように、下流端部１６ａを第１ドレン管１４の下部に接続する構成であっても、下流端部１６ａを第１ドレン管１４の内部に突出させることによって、下流端部１６ａの下流端に形成された流出口１６ｂは、第１ドレン管１４の最も低い部分よりも高い位置に位置することになる。その結果、第１ドレン管１４の下部に沈殿又は滞留する異物が流出口１６ｂに進入し難くなる。

以上のように、ドレン回収システム１は、ドレンが流通する第１ドレン管１４と、第１ドレン管１４を流通するドレンよりも高温のドレンを第１ドレン管１４に流出させる第２ドレン管１６とを備え、第２ドレン管１６は、第１ドレン管１４のうち、第１ドレン管１４の軸心Ｘよりも下方の位置にドレンを流出させる。

この構成によれば、フラッシュ蒸気が第２ドレン管１６から第１ドレン管１４へ流出してから第１ドレン管１４の上部に達するまでの距離が長くなる。フラッシュ蒸気が第１ドレン管１４内のドレンと接触する時間が確保されるので、フラッシュ蒸気の凝縮が促進される。これにより、フラッシュ蒸気が第１ドレン管１４の上部に到達するまでに消失してしまうか、フラッシュ蒸気が第１ドレン管１４の上部に到達したときにはフラッシュ蒸気のサイズが小さくなっている。その結果、第１ドレン管１４の上部において大きな蒸気塊が形成され難くなり、ウォータハンマの発生が低減される。

また、第２ドレン管１６は、第１ドレン管１４のうち、軸心Ｘよりも下方の部分に接続され、第２ドレン管１６のうち第１ドレン管１４に接続されている端部である下流端部１６ａは、第１ドレン管１４の内部に突出している。

この構成によれば、第１ドレン管１４の下部に沈殿又は滞留する異物が第２ドレン管１６に進入し難くなる。

さらに、第２ドレン管１６の下流端部１６ａには、第１ドレン管１４を流通するドレンを第２ドレン管１６に導入する導入口１６ｃが形成されている。

この構成によれば、下流端部１６ａには、第１ドレン管１４を流通するドレンが導入口１６ｃを介して導入される。第２ドレン管１６内のフラッシュ蒸気は、第１ドレン管１４へ流出する前の段階で第１ドレン管１４のドレンと混合され、凝縮が促進される。これにより、第１ドレン管１４の上部において大きな蒸気塊がさらに形成され難くなり、ウォータハンマの発生がさらに低減される。

また、第２ドレン管１６は、ドレンを第１ドレン管１４に流出させるときに、軸心Ｘに直交する方向に対して第１ドレン管１４のドレンの流れ方向の下流側へ傾斜する方向へ流出させる。

この構成によれば、第２ドレン管１６から第１ドレン管１４へ流出するフラッシュ蒸気は、第１ドレン管１４の上部へ向かって直上に浮上するのではなく、第１ドレン管１４内のドレンの流れ方向へ流れながら、しだいに第１ドレン管１４の上部へ浮上していく。フラッシュ蒸気が第１ドレン管１４の上部に達するまでにドレンと接触する時間が長くなるので、第１ドレン管１４の上部で大きな蒸気塊がさらに形成され難くなる。その結果、ウォータハンマの発生がさらに低減される。

さらに、ドレン回収システム１は、蒸気が流通する蒸気管１１をさらに備え、第２ドレン管１６は、蒸気管１１で発生したドレンを第１ドレン管１４へ流出させる。

この構成によれば、第２ドレン管１６を流通するドレンは、蒸気管１１で発生したドレンであり、比較的高温である。つまり、第２ドレン管１６からの比較的高温のフラッシュ蒸気が、第１ドレン管１４の比較的低温のドレンに流出する。そのため、第１ドレン管１４においてフラッシュ蒸気が凝縮しやすくなっている。このような構成においては、第２ドレン管１６から第１ドレン管１４のうち軸心Ｘよりも下方の位置にドレンを流出させることが特に有効となる。

《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。

第２ドレン管１６が第１ドレン管１４へ流出させるドレン又はフラッシュ蒸気は、蒸気管１１で発生したドレン又はフラッシュ蒸気に限られるものではない。第２ドレン管１６は、例えば、蒸気加熱装置において発生したドレン又はフラッシュ蒸気を第１ドレン管１４へ流出させるように構成されていてもよい。つまり、第２ドレン管１６の上流端は、ドレン又はフラッシュ蒸気が発生する任意の場所に接続され得る。ここに開示された技術は、第１ドレン管１４のドレンよりも高温のドレンを第２ドレン管１６を介して流出させる構成において有効なので、第２ドレン管１６の上流端は、蒸気が流通し、又は供給されてドレンが発生する場所に接続されていることが好ましい。

第２ドレン管１６の下流端部１６ａは、第１ドレン管１４の最も低い部分に接続されているが、これに限られるものではない。第２ドレン管１６の流出口１６ｂが第１ドレン管１４の軸心Ｘよりも下方に位置している限り、下流端部１６ａが接続される部分は限定されない。例えば、下流端部１６ａは、第１ドレン管１４のうち軸心Ｘよりも上方の部分に接続されているとしても、流出口１６ｂが第１ドレン管１４の軸心Ｘよりも下方に位置していればよい。

また、下流端部１６ａは、第１ドレン管１４の内部に突出していなくてもよい。つまり、流出口１６ｂが第１ドレン管１４の内周面に面一で開口していてもよい。

さらに、下流端部１６ａは、軸心Ｘを中心とする半径方向に対して傾斜する方向に延びているが、これに限られるものではない。図４は、変形例に係る第２ドレン管２１６の接続部における第１ドレン管１４の縦断面図である。第２ドレン管２１６の下流端部２１６ａは、図４に示すように、軸心Ｘを中心とする半径方向内側に向かって突出していてもよい。この構成によれば、下流端部２１６ａは、フラッシュ蒸気を該半径方向に流出させる。しかし、第１ドレン管１４内にはドレンが流通しているので、フラッシュ蒸気は、直上へ浮上するのではなく、該半径方向に対して第１ドレン管１４のドレンの流れ方向の下流側へ傾斜する方向に流れていく。つまり、下流端部２１６ａが該半径方向に延びているとしても、フラッシュ蒸気は、第１ドレン管１４の上部へ最短距離で到達するわけではない。一方、下流端部２１６ａは、第１ドレン管１４のドレンの流れ方向に対して直交する方向に延びているので、第１ドレン管１４を流通するドレンが導入口２１６ｃから下流端部２１６ａに導入されやすくなる。その結果、下流端部２１６ａ内でのフラッシュ蒸気と第１ドレン管１４のドレンとの混合によるフラシュ蒸気の凝縮がより促進される。

また、図５は、別の変形例に係る第２ドレン管３１６の接続部における第１ドレン管１４の縦断面図である。また、第２ドレン管３１６の下流端部３１６ａは、図５に示すように、第１ドレン管１４内に突出した後、第１ドレン管１４のドレンの流れ方向へ屈曲していてもよい。この構成によれば、下流端部３１６ａは、フラッシュ蒸気を第１ドレン管１４のドレンの流れ方向へ流出させる。これにより、フラッシュ蒸気が第１ドレン管１４の上部に到達するまでの時間がより長くなる。その結果、第１ドレン管１４の上部での大きな蒸気塊の形成がより低減され、ウォータハンマの発生がより低減される。

以上説明したように、ここに開示された技術は、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
１１ 蒸気管
１４ 第１ドレン管
１６，２１６，３１６ 第２ドレン管
１６ａ，２１６ａ，３１６ａ 下流端部
１６ｃ，２１６ｃ，３１６ｃ 導入口
Ｘ 軸心

Claims (3)

1. ドレンが流通する第１ドレン管と、
   前記第１ドレン管を流通するドレンよりも高温のドレンを前記第１ドレン管に流出させる第２ドレン管とを備えたドレン回収システムにおいて、
   前記第２ドレン管は、前記第１ドレン管のうち、前記軸心よりも下方の部分に接続され、前記第１ドレン管のうち、前記第１ドレン管の軸心よりも下方の位置にドレン又は該ドレンの再蒸発蒸気を流出させ、
   前記第２ドレン管のうち前記第１ドレン管に接続されている端部である下流端部は、前記第１ドレン管の内部に突出し、
   前記第２ドレン管の下流端部には、前記第１ドレン管を流通するドレンを前記第２ドレン管に導入する導入口が形成されていることを特徴とするドレン回収システム。
2. ドレンが流通する第１ドレン管と、
   前記第１ドレン管を流通するドレンよりも高温のドレンを前記第１ドレン管に流出させる第２ドレン管とを備えたドレン回収システムにおいて、
   前記第２ドレン管は、前記第１ドレン管のうち、前記第１ドレン管の軸心よりも下方の位置において、前記軸心に直交する方向に対して前記第１ドレン管のドレンの流れ方向の下流側へ傾斜する方向、又は、前記第１ドレン管のドレンの流れ方向へドレン又は該ドレンの再蒸発蒸気を流出させることを特徴とするドレン回収システム。
3. 請求項１又は２に記載のドレン回収システムにおいて、
   蒸気が流通する蒸気管をさらに備え、
   前記第２ドレン管は、前記蒸気管で発生したドレン又は該ドレンの再蒸発蒸気を前記第１ドレン管に流出させることを特徴とするドレン回収システム。

Images