JP7261015B2 - 熱回収システム - Google Patents

Description

ここに開示された技術は、熱回収システムに関する。

従来より、タンクに貯留した水を圧送するポンプ装置が知られている。例えば、特許文献１には、蒸気使用装置で発生した凝縮水をタンクに一時的に貯留し、タンクに貯留された水をボイラ等に送るポンプ装置が開示されている。

特開２０１２－１２７２５８号公報

前述のように、ポンプ装置の上流側において水を一時的に貯留するタンクを備える構成においては、タンク内で水が蒸発して蒸気が発生する場合やタンクに水と共に蒸気が流入する場合がある。例えば、タンクに流入する水が比較的高温の場合には、タンク内で蒸気が発生しやすい。そのような場合には、タンク内で発生した蒸気から熱を回収して、熱を有効活用することが考えられる。そのために、例えば、前述のようなポンプ装置に熱交換器を組み合わせて熱回収システムを構成することが考えられる。タンク内の蒸気を熱交換器に導入し、熱交換器において蒸気から熱が回収される。

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、タンクと熱交換器とポンプ装置とを組み合わせた熱回収システムにおいて、タンク、熱交換器及びポンプ装置のコンパクトな配置と熱回収効率とを両立させることにある。

ここに開示された熱回収システムは、水と蒸気とを貯留するタンクと、前記タンクから導入される蒸気の熱を回収する熱交換器と、前記タンクからの水を圧送するポンプ装置とを備え、前記タンクは、横長形状に形成され且つ前記熱交換器の下方に配置され、前記ポンプ装置は、前記タンク及び前記熱交換器よりも低い位置に配置されている。

前記熱回収システムによれば、ポンプ装置、タンク及び熱交換器のコンパクトな配置と熱回収効率とを両立させることができる。

図１は、熱回収システムの正面図である。 図２は、熱回収システムの左側面図である。 図３は、熱回収システムの右側面図である。 図４は、熱回収システムの平面図である。 図５は、熱回収システムの概略的な配管図である。

以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、熱回収システムの正面図である。図２は、熱回収システムの左側面図である。図３は、熱回収システムの右側面図である。図４は、熱回収システムの平面図である。図５は、熱回収システムの概略的な配管図である。

熱回収システム１００は、各種蒸気使用装置で発生した、蒸気の凝縮水（以下、「ドレン」ともいう）を回収してボイラ又は廃熱利用箇所等に送ると共に、その際にドレンに含まれる蒸気又はドレンが再蒸発した蒸気（フラッシュ蒸気）から熱を回収するものである。凝縮水及びドレンは、水の一例である。熱回収システム１００は、ドレンと蒸気とを貯留するドレンヘッダ１と、ドレンヘッダ１から導入される蒸気の熱を回収する熱交換器２と、ドレンヘッダ１からのドレンを圧送するポンプ装置５とを備えている。ドレンヘッダ１がタンクの一例である。

〈ドレンヘッダ〉
ドレンヘッダ１は、タンク本体１１と、ドレン流入口１２と、ドレン流出口１３と、第１連通口１４と、第２連通口１５と、オーバーフロー口１６とを有している。

タンク本体１１は、横長の形状（即ち、水平方向の寸法の方が鉛直方向の寸法よりも長い形状）を有している。詳しくは、タンク本体１１は、両端が閉じられた略円筒状に形成されている。タンク本体１１は、略円筒状の周壁と、周壁の軸心方向の両端に設けられた２つの側端壁とを有している。タンク本体１１は、円筒の軸心が水平方向を向くように配置される。タンク本体１１は、ドレン及び蒸気を貯留する。タンク本体１１の下部空間にドレンが貯留され、タンク本体１１の上部空間（タンク本体１１におけるドレンよりも上方の空間）に蒸気が貯留される。

ドレン流入口１２は、タンク本体１１の一方の側端壁を貫通するように設けられている。ドレン流入口１２は、側端壁の比較的上部に設けられ、タンク本体１１の上部空間に連通している。

ドレン流出口１３は、タンク本体１１の周壁を貫通するように設けられている。ドレン流出口１３は、周壁の比較的下部（例えば、底）に設けられ、タンク本体１１の下部空間に連通している。

第１連通口１４及び第２連通口１５は、タンク本体１１の周壁を貫通するように設けられている。第１連通口１４及び第２連通口１５は、周壁の比較的上部（例えば、頂部）に設けられ、タンク本体１１の上部空間に連通している。

オーバーフロー口１６は、タンク本体１１の周壁を貫通するように設けられている（図２，３参照）。オーバーフロー口１６は、周壁の比較的上部に設けられ、タンク本体１の上部空間に連通している。オーバーフロー口１６には、逆止弁１７が設けられている。逆止弁１７は、タンク本体１１の内側から外側への流体の流れを許容する一方、その逆の流体の流れを阻止する。以下、許容される流れの方向を「順方向」と称し、阻止される流れの方向を「逆方向」と称する。逆止弁１７は、弁体（例えば、ディスク弁）がバネによって弁口に逆方向から押し付けられたタイプの逆止弁である。上流側と下流側との差圧が大きくなると、バネの弾性力に抗して弁体が弁口を開く。逆止弁１７には、ドレンの排出管（図示省略）が接続されている。

〈熱交換器〉
熱交換器２は、容器２１と、容器２１内に収容され、内部を水が流通する伝熱管３とを有している。図２～４においては、伝熱管３の図示を省略している。

容器２１は、略円筒状に形成された周壁２２と、周壁２２の一端（上端）に設けられた天井２３と、周壁２２の他端（下端）に設けられた底２４とを有している。容器２１の中央には、容器２１の軸心に沿って延びる大気開放管２５が設けられている。大気開放管２５の上部は、天井２３を貫通して容器２１の外方まで延び、大気に開放されている。大気開放管２５の下部は、底２４の近傍まで延び、下方に向かって開口している。大気開放管２５の下端と底２４との間には、間隙が設けられている。

容器２１は、蒸気が導入される蒸気導入口２６ａと、ドレンが排出されるドレン排出口２７ａとを有している。詳しくは、容器２１は、ドレンヘッダ１の蒸気を容器２１へ導入する蒸気導入管２６と、容器２１からドレンをドレンヘッダ１へ排出するドレン排出管２７とを有している。図２～４においては、蒸気導入管２６及びドレン排出管２７の図示を省略している。

蒸気導入管２６は、熱交換器２の下部（具体的には、容器２１の底２４）を貫通して熱交換器２の内部を上方へ延びている。蒸気導入管２６のうち容器２１の外側の端部は、ドレンヘッダ１の第１連通口１４に接続されている。つまり、蒸気導入管２６は、ドレンヘッダ１から延び、ドレンヘッダ１と熱交換器２とを接続している。蒸気導入管２６のうち容器２１内の部分は、容器２１内における大気開放管２５の外側の空間を上方へ延びている。蒸気導入管２６のうち容器２１内の端部は、容器２１内の比較的上部において開口している。この蒸気導入管２６の端部の開口が蒸気導入口２６ａである。

ドレン排出管２７は、熱交換器２の下部（具体的には、容器２１の底２４）を貫通して熱交換器２の内部を上方へ延びている。ドレン排出管２７のうち容器２１の外側の端部は、ドレンヘッダ１の第２連通口１５に接続されている。つまり、ドレン排出管２７は、ドレンヘッダ１から延び、ドレンヘッダ１と熱交換器２とを接続している。ドレン排出管２７のうち容器２１内の部分は、容器２１内における大気開放管２５の外側の空間を上方へ延びている。ドレン排出管２７のうち容器２１内の端部は、容器２１内の比較的下部において開口している。このドレン排出管２７の端部の開口がドレン排出口２７ａである。蒸気導入口２６ａは、ドレン排出口２７ａよりも高い位置に配置されている。ドレン排出管２７は、水排出管の一例であり、ドレン排出口２７ａは、水排出口の一例である。

伝熱管３は、大気開放管２５の周囲を周回するようにコイル状に形成されている。伝熱管３の内部には、流体が流通する流路が形成されている。伝熱管３の一端部は、周壁２２の比較的下部を貫通し、容器２１の外部に露出している。伝熱管３の一端部に水供給管３１が接続されている。伝熱管３の他端部は、天井２３を貫通し、容器２１の外部に露出している。伝熱管３の他端部に水排出管３２が接続されている。水供給管３１から供給される水は、伝熱管３を下方から上方へ螺旋状に流れていき、水排出管３２を介して排出される。

尚、蒸気導入管２６は、大気開放管２５の外側であって伝熱管３の内側の空間を上方へ延びている。ドレン排出管２７のドレン排出口２７ａは、伝熱管３よりも低い位置に位置している。

〈ポンプ装置〉
ポンプ装置５は、ドレンヘッダ１からのドレンを下流側へ圧送する。この例では、ポンプ装置５は、蒸気を駆動源とするメカニカルポンプである。メカニカルポンプは公知なので、詳しい説明は省略する。ポンプ装置５は、内部にドレンの貯留室を有するケーシング５１と、貯留室に配置されたフロート（図示省略）とを有する。

ケーシング５１には、貯留室へ蒸気を導入するための蒸気導入口と、貯留室から蒸気を排出するための蒸気排出口とが形成されている。蒸気導入口には、蒸気導入管５２が接続されている。蒸気排出口には、蒸気排出管５３が接続されている。蒸気排出管５３の下流端は、熱交換器２の容器２１に接続されている。蒸気排出管５３の下流端は、容器２１内の大気開放管２５の外側の空間に開口している。ケーシング５１内において蒸気導入口及び蒸気排出口のそれぞれには、フロートと連動する弁が設けられている。

また、ケーシング５１には、貯留室へドレンを流入させる流入口と、貯留室からドレンを流出させる流出口とが形成されている。流入口には、ドレン流入管５４が接続されている。ドレン流入管５４の上流端は、第１逆止弁５５を介してドレン流出口１３に接続されている。つまり、ポンプ装置５とドレンヘッダ１とは、ドレン流入管５４を介して接続されている。第１逆止弁５５は、ドレンヘッダ１からポンプ装置５へのドレンの流れを許容する一方、ポンプ装置５からドレンヘッダ１への方向のドレンの流れを阻止する。流出口には、ドレン流出管５６が接続されている。ドレン流出管５６には、第２逆止弁５７が設けられている。第２逆止弁５７は、ポンプ装置５からの流体の流れを許容する一方、その逆の流体の流れを阻止する。以下、許容される流れの方向を「順方向」と称し、阻止される流れの方向を「逆方向」と称する。ドレン流入管５４は、水流入管の一例である。

第１逆止弁５５及び第２逆止弁５７は、バネの弾性力によって閉弁しているスプリング式の逆止弁である。詳しくは、スプリング式の逆止弁は、弁体（例えば、ディスク弁）がバネによって弁口に逆方向から押し付けられたタイプの逆止弁である。弁体の上流側と下流側との差圧（上流側の圧力－下流側の圧力）が所定圧力以上になることによって、バネの弾性力に抗して弁体が弁口を開く。第１逆止弁５５は、ドレン流入管５４のうちドレンヘッダ１からポンプ装置５へ向かうドレンが上から下に流れる部分に配置されている。つまり、第１逆止弁５５は、弁体がバネによって下方から弁口に押し付けられる状態で配置されている。第２逆止弁５７は、弁体がバネによって水平方向から弁口に押し付けられる状態で配置されている。第１逆止弁５５は、逆止弁の一例である。

ポンプ装置５の貯留室内のドレンが少ない場合（ドレンが無い場合も含む）は、フロートが貯留室の下部に位置している。このとき、ポンプ装置５は、貯留動作を行う。具体的には、蒸気導入口が閉じられ、蒸気排出口が開いている。この状態において、ドレン流入管５４を介してドレンが貯留室へ流入し、貯留室にドレンが貯留されていく。フロートは、貯留室のドレンに浮遊しており、ドレンの水位の上昇に応じて浮上する。貯留室内の蒸気又は空気は、ドレンの水位の上昇に伴って蒸気排出口から蒸気排出管５３へ排出される。排出された蒸気又は空気は、蒸気排出管５３を介して、熱交換器２の容器２１へ流入する。ドレンの水位が所定の水位を上回る（即ち、フロートが所定の高さまで浮上する）と、蒸気導入口が開かれ、蒸気排出口が閉じられる。これにより、ポンプ装置５の動作は、貯留動作から以下の圧送動作に切り替わる。

圧送動作においては、蒸気導入口が開かれることによって、蒸気導入口から貯留室へ蒸気が導入される。導入された蒸気によって、貯留室のドレンが加圧され、流出口からドレン流出管５６へ流出する。ドレンは、ドレン流出管５６を介して、ボイラ又は廃熱利用箇所等に送られる。ドレンの流出に伴って貯留室のドレンの水位が低下し、それに応じてフロートも下降する。ドレンの水位が所定の水位を下回る（即ち、フロートが所定の高さまで下降する）と、蒸気導入口が閉じられ、蒸気排出口が開かれる。これにより、ポンプ装置５の動作は、圧送動作から貯留動作に切り替わる。尚、圧送動作から貯留動作に切り替わる水位は、貯留動作から圧送動作に切り替わる水位よりも低い。

ポンプ装置５は、貯留動作と圧送動作とを繰り返すことによって、ドレンヘッダ１からのドレンを圧送する。

〈熱回収システムの動作〉
続いて、熱回収システム１００の動作について説明する。熱回収システム１００においては、ドレンヘッダ１のタンク本体１１にドレン流入口１２を介してドレンが流入する。このとき、ドレンに混ざって蒸気もタンク本体１１に流入し得る。タンク本体１１は、大気に開放されているので、タンク本体１１において、ドレンの少なくとも一部は再蒸発（フラッシュ）し得る。ドレンは、タンク本体１１の下部空間に貯留される一方、蒸気は、タンク本体１１の上部空間に滞留する。

タンク本体１１の上部空間に滞留する蒸気は、第１連通口１４及び第２連通口１５から流出して、熱交換器２へ導入される。第１連通口１４から導入流出した蒸気は、蒸気導入管２６を介して熱交換器２の容器２１内に導入される。第２連通口１５から流出した蒸気は、ドレン排出管２７を介して容器２１内に導入される。

熱交換器２においては、水供給管３１から伝熱管３へ水が供給され、伝熱管３内を水が流通している。容器２１へ導入された蒸気は、容器２１内を滞留し、伝熱管３に冷却されて凝縮してドレンとなる。こうして、伝熱管３内の水が蒸気から熱を回収する。熱を回収した水は、伝熱管３を流通し、水排出管３２から排出される。容器２１内で発生したドレンは、容器２１の下部に貯留される。容器２１の下部に貯留されるドレンは、ドレン排出口２７ａから排出される。ドレンは、ドレン排出管２７を介して容器２１から排出され、第２連通口１５を介してドレンヘッダ１へ流入する。つまり、第２連通口１５は、タンク本体１１からの蒸気の出口であるだけでなく、タンク本体１１へのドレンの入口でもある。また、ドレン排出管２７は、ドレンを熱交換器２からドレンヘッダ１へ排出するだけでなく、蒸気をドレンヘッダ１から熱交換器２へ導入するものでもある。尚、容器２１内の圧力が高くなり過ぎた場合には、容器２１内の蒸気は、大気開放管２５を介して外部へ流出していく。

こうして、ドレンヘッダ１に流入した蒸気又はドレンヘッダ１で再蒸発した蒸気は、熱交換器２に導入されて凝縮し、ドレンとなって再びドレンヘッダ１へ戻ってくる。

ドレンヘッダ１に貯留されるドレンが増加すると、第１逆止弁５５に作用する圧力が上昇する。ポンプ装置５が貯留動作中の場合には、やがて第１逆止弁５５に作用する差圧が大きくなり、第１逆止弁５５が開く。すると、ドレンヘッダ１のドレンは、ドレン流出口１３、第１逆止弁５５及びドレン流入管５４を介してポンプ装置５へ流入する。尚、ポンプ装置５が圧送動作中の場合には、貯留室の圧力が高いため、第１逆止弁５５は開かず、ドレンヘッダ１からポンプ装置５へドレンは流入しない。

ポンプ装置５の貯留室にドレンが貯留されていくと、それに応じてフロートが浮上し、やがて蒸気導入口が開かれ、蒸気排出口が閉じられる。これにより、ポンプ装置５は、貯留動作から圧送動作に切り替わる。

ポンプ装置５は、蒸気導入口から導入される蒸気によって、貯留室のドレンを加圧する。やがて第２逆止弁５７に作用する差圧が大きくなり、第２逆止弁５７が開く。その結果、貯留室のドレンは、ドレン流出管５６へ流出する。ドレンは、ドレン流出管５６を介して、ボイラ又は廃熱利用箇所等に送られる。ドレンの流出に伴って貯留室のドレンの水位が低下すると、フロートも下降し、蒸気導入口が閉じられ、蒸気排出口が開かれる。これにより、ポンプ装置５は、圧送動作から貯留動作に切り替わる。その後は、貯留動作と圧送動作とが交互に繰り返される。

尚、ポンプ装置５が不調等によりドレンを圧送できない場合にはドレンヘッダ１のドレンの貯留量が増加していく。ドレンの水位がオーバーフロー口１６に達し且つ逆止弁１７の上流側と下流側との差圧が大きくなると、逆止弁１７が開いて、ドレンがオーバーフロー口１６から流出していく。

こうして、熱回収システム１００においては、ドレンを回収してボイラ又は廃熱利用箇所等に送ると共に、その際に蒸気から熱を回収する。

〈熱回収システムの配置〉
続いて、熱回収システム１００の各要素の配置について説明する。

熱回収システム１００は、ベース９１及びフレーム９２～９６に取り付けられている。詳しくは、ベース９１には、４本の縦フレーム９２～９５が設置されている。４本の縦フレーム９２～９５は、ベース９１上において、平面視で四角形の４隅に配置されている。２本の縦フレーム９２，９５に横フレーム９６が取り付けられている（図３参照）。

熱交換器２は、４本の縦フレーム９２～９５に取り付けられている。詳しくは、容器２１の外周面に４本の縦フレーム９２～９５が固定されている。熱交換器２（詳しくは、容器２１）は、４本の縦フレーム９２～９５の上端部に取り付けられ、ベース９１から上方に距離を開けて配置されている。

ドレンヘッダ１は、熱交換器２の下方に配置されている。ドレンヘッダ１は、横長の状態（即ち、円筒の軸心が水平方向を向く状態）で配置される。ここで、「ドレンヘッダ１が熱交換器２の下方に配置されている」とは、鉛直方向に上方から下方へ見た場合に、熱交換器２が上でドレンヘッダ１が下の状態でドレンヘッダ１と熱交換器２とが少なくとも部分的に重なっていることを意味する。この例では、容器２１の軸心の延長線とタンク本体１１の軸心とが交差するように、熱交換器２の直下にドレンヘッダ１が配置されている。ドレンヘッダ１は、横フレーム９６上に載置される。また、第１連通口１４のフランジが蒸気導入管２６の下端（容器２１から露出している部分）に取り付けられ、第２連通口１５のフランジがドレン排出管２７の下端（容器２１から露出している部分）に取り付けられることによって、ドレンヘッダ１は熱交換器２に取り付けられている。

ポンプ装置５は、ドレンヘッダ１及び熱交換器２よりも低い位置に配置されている。ポンプ装置５は、ベース９１に載置され、ベース９１に取り付けられている。ここで、「ポンプ装置５がドレンヘッダ１及び熱交換器２よりも低い位置に配置されている」とは、ポンプ装置５の上端（ケーシング５１の上端）の位置がドレンヘッダ１の上端（タンク本体１１の上端）及び熱交換器２の上端（容器２１の上端）よりも低い位置にあることを意味し、鉛直方向に見た場合に、ポンプ装置５とドレンヘッダ１及び熱交換器２が重なっている必要はない。前述の如く、ドレンヘッダ１が熱交換器２の下方に配置されているので、ポンプ装置５がドレンヘッダ１よりも低い位置に配置されていれば、必然的に、ポンプ装置５が熱交換器２よりも低い位置に配置される。好ましくは、ケーシング５１の上端がタンク本体１１の下端よりも低い位置に位置する。この例では、ポンプ装置５は、鉛直方向を向いて見た場合（即ち、平面視で）に、ドレンヘッダ１及び熱交換器２から側方へオフセットした位置に配置されている。ここで、「ポンプ装置５がドレンヘッダ１及び熱交換器２から側方へオフセットした位置に配置されている」とは、ポンプ装置５の平面的な重心が、ドレンヘッダ１の平面的な重心及び熱交換器２の平面的な重心の何れとも重なっていないことを意味する。つまり、鉛直方向を向いて見た場合に、ポンプ装置５は、ドレンヘッダ１又は熱交換器２と部分的に重なっていてもよい。好ましくは、鉛直方向を向いて見た場合に、ポンプ装置５とドレンヘッダ１及び熱交換器２とは完全に重なっていない。

このような配置により、ドレンヘッダ１、熱交換器２及びポンプ装置５のコンパクトな配置と熱回収効率とを両立させることができる。詳しくは、ポンプ装置５は、水を圧送するために或る程度の流入水頭が必要である。一方、ドレンヘッダ１及び熱交換器２は、ドレンを一時的に貯留し、そのドレンを流出させる。ドレンヘッダ１及び熱交換器２は、ドレンの自重を活用することによってドレンを流出させるための動力等を低減できる。そのため、ポンプ装置５は、相対的に低い位置に配置され、ドレンヘッダ１及び熱交換器２は、相対的に高い位置に配置される傾向にある。

ここで、ドレンヘッダ１においては、ドレンヘッダ１の下部にドレンが貯留され、ドレンヘッダ１の上部に蒸気が滞留する。一方、熱交換器２においては、発生したドレンが下方に溜まることから熱交換器２の上部に蒸気が導入される傾向にある。例えば、熱交換器２において、蒸気が流入する蒸気導入口２６ａは、ドレンが流出するドレン排出口２７ａよりも高い位置に配置されている。そのため、ドレンヘッダ１の蒸気を熱交換器２に導入する場合、熱交換器２の側方にドレンヘッダ１を配置し、蒸気が滞留するドレンヘッダ１の上部空間と熱交換器２のうち蒸気が導入される部分との高さを同じくらいに設定して、両者を配管で連通させることが考えられる。このような配置が通常採られ得る配置である。

それに対し、本実施形態では、ポンプ装置５の流入水頭を確保するためにポンプ装置５をドレンヘッダ１及び熱交換器２よりも低い位置に配置する構成を前提に、熱交換器２の下方にドレンヘッダ１が配置されている。このようにドレンヘッダ１及び熱交換器２を高さ方向に並べることによって、熱回収ユニット１００の設置面積（即ち、平面的な寸法）を低減することができる。

それに加えて、ドレンヘッダ１を横長の状態で配置することによって、熱交換器２の下方においてドレンヘッダ１を縦長の状態で配置する場合と比較して、熱回収ユニット１の高さ方向の寸法も低減することができる。さらに、ドレンヘッダ１を横長形状とすることによって、ドレンヘッダ１に貯留されるドレンの水面（即ち、空気との接触面積）が拡大される。これにより、ドレンヘッダ２内においてドレンの再蒸発が促進され、ひいては、熱交換器２に導入される蒸気の量が増加する。その結果、熱回収ユニット１における熱回収効率が向上する。

また、ドレンヘッダ１と熱交換器２とを接続する蒸気導入管２６は、ドレンヘッダ１から延び、熱交換器２（詳しくは、容器２１）の下部を貫通して熱交換器２の内部を上方へ延びている。これにより、蒸気が蒸気導入管２６を流通する間の蒸気の熱の損失を低減することができる。例えば、蒸気導入管２６を容器２１の外側において上方まで延ばして容器２１の比較的上部に接続する構成も考えられる。この構成の場合、蒸気が蒸気導入管２６を流通する間に蒸気の熱の一部が蒸気導入管２６を介して容器２１の外部に散逸してしまう。しかし、蒸気導入管２６が容器２１の内部において延びている構成では、蒸気の熱の一部が蒸気導入管２６から散逸しても容器２１内で散逸するだけであり、散逸した熱はやがて伝熱管３を流通する水に回収され得る。その結果、蒸気が蒸気導入管２６を流通する間の蒸気の熱の損失を低減することができる。そして、ドレンヘッダ１を熱交換器２の下方に配置することによって、蒸気導入管２６に容器２１を貫通させ、容器２１の内部において延ばす構成を実現しやすくなる。

さらに、ドレン排出管２７をドレンヘッダ１に接続することによって、ドレンヘッダ１と熱交換器２とは蒸気導入管２６とドレン排出管２７の２本の配管で接続されることになる。これにより、ドレンヘッダ１（詳しくは、タンク本体１１）と熱交換器２（詳しくは、容器２１）とを均圧させやすくなる。その結果、ドレンヘッダ１から熱交換器２への蒸気の流入及び熱交換器２からドレンヘッダ１へのドレンの流出を円滑に行うことができる。それに加えて、熱交換器２のドレンがドレン排出管２７を介してドレンヘッダ１に流出するので、熱交換器２におけるオーバーフロー管等を省略することができる。例えば、ドレン排出管２７が熱交換器２とポンプ装置５とを接続する場合、ポンプ装置５の不調等の場合にドレン排出管２７からのドレンの流出が滞り、熱交換器２のドレン量が増大する虞がある。そのため、そのような構成においては熱交換器２に過剰なドレンを排出するためのオーバーフロー管等を設けることが好ましい。それに対し、ドレン排出管２７の接続先は、ポンプ等の動作する装置ではなく単なるドレンヘッダ１なので、ドレンヘッダ１が故障して熱交換器２からドレンヘッダ１へのドレンの流出が停止する可能性は低い。つまり、熱交換器２にオーバーフロー管等が無くても、熱交換器２のドレンは、基本的にはドレン排出管２７を介してドレンヘッダ１へ流出する。尚、ドレンヘッダ１にはオーバーフロー口１６が設けられているので、ドレンヘッダ１にドレンが溜まり過ぎた場合には、過剰なドレンはオーバーフロー口１６から排出される。

また、ポンプ装置５は、蒸気を駆動源とするメカニカルポンプであるので、電動ポンプと比較して、必要な流入水頭が小さい。そのため、ポンプ装置５からドレンヘッダ１までの高さを低減することができ、熱回収システム１００の高さ方向の寸法を低減することができる。

さらに、ドレンヘッダ１とポンプ装置５とを接続するドレン流入管５４に設けられたスプリング式の第１逆止弁５５を、弁体の自重がバネに作用するように配置することによって、第１逆止弁５５を開弁させるために必要な差圧を低減することができる。第１逆止弁５５の必要差圧が大きいと、ドレンヘッダ１の位置を高くして、水頭を大きくする必要がある。第１逆止弁５５の必要差圧が小さいと、ドレンヘッダ１の位置を低くすることができ、ひいては、熱交換器２の位置も低くすることができる。その結果、熱回収システム１００の高さ方向の寸法を低減することができる。

また、ポンプ装置５は、ドレンヘッダ１よりも低い位置に配置されているものの、鉛直方向を向いて見たときにドレンヘッダ１に対して側方へオフセットした位置に配置されている。これにより、ポンプ装置５のメンテナンス性を向上させることができる。詳しくは、ポンプ装置５をドレンヘッダ１に対して側方にオフセットした位置に配置することによって、ポンプ装置５の上方に空間が確保される。これにより、ポンプ装置５に対する作業がしやすくなる。例えば、ケーシング５１を組立又は分解する際にボルトの締め付け作業等を容易に行うことができる。それに加えて、ポンプ装置５をオフセットして配置することによって、ドレンヘッダ１の下方に空間が確保される。例えば、この空間に、伝熱管３、水供給管３１及び水排出管３２に水を流通させるためのポンプを配置してもよい。

以上のように、熱回収システム１００は、ドレン（水）と蒸気とを貯留するドレンヘッダ１（タンク）と、ドレンヘッダ１から導入される蒸気の熱を回収する熱交換器２と、ドレンヘッダ１からのドレンを圧送するポンプ装置５とを備え、ドレンヘッダ１は、横長形状に形成され且つ熱交換器２の下方に配置され、ポンプ装置は、ドレンヘッダ１及び熱交換器２よりも低い位置に配置されている。

この構成によれば、ドレンヘッダ１が熱交換器２の下方に配置されるので、ドレンヘッダ１と熱交換器２とを側方に並べて配置する構成と比較して、熱回収システム１００の設置面積、即ち、平面的な寸法を低減することができる。また、ドレンヘッダ１を熱交換器２の下方に配置する上で、ドレンヘッダ１を横長形状とすることによって、熱回収システム１００の高さ方向の寸法も低減することができる。さらに、ドレンヘッダ１を横長形状とすることによって、ドレンヘッダ１においてドレンの再蒸発を促進することができ、熱回収システム１００の熱回収効率を向上させることができる。

また、熱交換器２は、蒸気が導入される蒸気導入口２６ａと、ドレンが排出されるドレン排出口２７ａとを有し、蒸気導入口２６ａは、ドレン排出口２７ａよりも高い位置に配置されている。

この構成によれば、熱交換器２の比較的上部から蒸気導入口２６ａを介して蒸気が導入される。熱交換器２の比較的上部に蒸気を導入することだけ考慮すれば、ドレンヘッダ１を熱交換器２の側方に配置することが通常採られ得る配置である。なぜなら、蒸気が滞留するドレンヘッダ１の上部空間と熱交換器２のうち蒸気を流入させる部分との高さを揃えることによって、ドレンヘッダ１から熱交換器２へ蒸気を流入させる配管の構成が簡易になるからである。それにもかかわらず、熱回収システム１００においては、ドレンヘッダ１を熱交換器２の下方に配置することによって、熱回収システム１００のコンパクト化と熱回収効率との両立を図っている。

さらに、ドレンヘッダ１と熱交換器２とは、蒸気導入管２６を介して接続されており、蒸気導入管２６は、ドレンヘッダ１から延び、熱交換器２の下部を貫通して熱交換器２の内部を上方へ延び、蒸気導入管２６には、熱交換器２の内部において蒸気導入口２６ａが形成されている。

この構成によれば、ドレンヘッダ１を熱交換器２の下方に配置することによって、ドレンヘッダ１のドレンを熱交換器２の比較的上部まで導く蒸気導入管２６が長くなる傾向にある。しかし、蒸気導入管２６に熱交換器２の下部を貫通させ、熱交換器２の内部を上方に延びるように構成することによって、蒸気が蒸気導入管２６を流通する間の熱の損失を低減することができる。

また、ポンプ装置５は、蒸気を駆動源とするメカニカルポンプである。

この構成によれば、電動ポンプに比べて、メカニカルポンプは必要な流入水頭が小さいので、ポンプ装置５からドレンヘッダ１までの高さを低減することができる。これにより、熱回収システム１００の高さ方向の寸法をさらに低減することができる。

さらに、ポンプ装置５とドレンヘッダ１とは、ドレン流入管５４（水流入管）を介して接続されており、ドレン流入管５４には、ドレンヘッダ１からポンプ装置５への方向の水の流れを許容する一方、ポンプ装置５からドレンヘッダ１への方向の水の流れを阻止する第１逆止弁５５（逆止弁）が設けられ、第１逆止弁５５は、ドレン流入管５４のうちドレンヘッダ１からポンプ装置５へ向かう水が上から下に流れる部分に配置されている。

この構成によれば、ドレンヘッダ１とポンプ装置５とを接続するドレン流入管５４に第１逆止弁５５が設けられる。第１逆止弁５５は、逆方向のドレンの流れを阻止する一方で、所定の差圧が作用することによって開弁して、順方向にドレンを流通させる。そのため、ドレンヘッダ１は、第１逆止弁５５を開弁させるだけの水頭が必要である。ドレン流入管５４のうちドレンヘッダ１からポンプ装置５へ向かう水が上から下に流れる部分に第１逆止弁５５を配置することによって、第１逆止弁５５が閉弁している際に弁体には開弁する方向へその自重が作用する。これにより、第１逆止弁５５の必要な開弁圧力を低減することができ、ドレンヘッダ１の高さを低くすることができる。その結果、熱回収システム１００の高さ方向の寸法を低減することができる。

また、ポンプ装置５は、鉛直方向を向いて見たときにドレンヘッダ１に対して側方へオフセットした位置に配置されている。

この構成によれば、ポンプ装置５の上方に作業するための空間が多少なりとも確保される。その結果、ポンプ装置５のメンテナンス性が向上する。

《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。

タンクは、水と蒸気とを貯留する限り、ドレンヘッダ１に限られるものではない。例えば、タンクは、単に水と蒸気とを貯留するタンク又は水と蒸気とを分離して貯留する気液分離器であってもよい。

タンクの形状は、横長形状であれば、略円筒形状に限られるものではない。例えば、タンクは、横長形状であれば、略直方体形状に形成されていてもよい。

熱交換器は、容器２１と伝熱管３とを有する構成に限られない。熱交換器は、蒸気と熱交換して、蒸気から熱を回収する構成であれば、任意の構成を採用することができる。例えば、熱交換器は、プレート式やフィンチューブ式であってもよい。

熱交換器２に貯留されるドレンの排出先は、ドレンヘッダ１に限定されない。例えば、ドレン排出管２７は、ドレンヘッダ１ではなく、ドレン流入管５４に接続されていてもよい。つまり、熱交換器２に貯留されるドレンは、ドレンヘッダ１を経由せずにポンプ装置５に流入する。その場合、第１逆止弁５５は、ドレン流入管５４のうちドレン排出管２７の合流部分よりも下流側に設置される。

熱交換器２において、蒸気導入口２６ａがドレン排出口２７ａよりも高い位置に配置されているが、これに限定されない。蒸気導入口２６ａがドレン排出口２７ａよりも低い位置又は略同じ高さに配置されていてもよい。また、熱交換器２の伝熱管３の内部を水が下方から上方へ向かって流通しているが、上方から下方へ向かって流通してもよい。

蒸気導入管２６は、熱交換器２の外部においてドレンヘッダ１から上方へ延び、熱交換器２の上部を貫通して、熱交換器２の内部に開口する構成であってもよい。蒸気導入管２６が熱交換器２の下部を貫通する場合、蒸気導入管２６は、容器２１の底２４ではなく、周壁２２の比較的下部を貫通してもよい。

第１逆止弁５５は、ドレン流入管５４のうちタンクからポンプ装置へ向かう水が上から下に流れる部分以外の部分、例えば、タンクからポンプ装置へ向かう水が水平に流れる部分に配置されてもよい。また、第１逆止弁５５は、スプリング式以外の逆止弁、例えば、スイング式の逆止弁であってもよい。

ポンプ装置は、ポンプ装置５のようにメカニカルポンプに限定されない。例えば、ポンプ装置は、電動ポンプであってもよい。ポンプ装置がメカニカルポンプである場合には、駆動源は蒸気に限られない。

ポンプ装置は、鉛直方向を向いて見たときにタンクに対して側方へオフセットしていなくてもよい。すなわち、鉛直方向を向いて見たときに、ポンプ装置の平面的な重心とタンクの平面的な重心とが重なっていてもよい。

以上説明したように、ここに開示された技術は、熱回収システムについて有用である。

１００ 熱回収システム
１ ドレンヘッダ（タンク）
２ 熱交換器
２６ 蒸気導入管
２６ａ 蒸気導入口
２７ａ ドレン排出口（水排出口）
５ ポンプ装置
５４ ドレン流入管（水流入管）
５５ 第１逆止弁（逆止弁）

Claims (6)

1. 水と蒸気とを貯留するタンクと、
   前記タンクから導入される蒸気の熱を回収する熱交換器と、
   前記タンクからの水を圧送するポンプ装置とを備え、
   前記タンクは、横長形状に形成され且つ、鉛直方向に上方から下方へ見た場合に前記熱交換器が上で前記タンクが下の状態で前記タンクと前記熱交換器とが少なくとも部分的に重なって配置され、
   前記ポンプ装置の上端の位置は、前記タンクの上端及び前記熱交換器の上端よりも低い位置にある熱回収システム。
2. 請求項１に記載の熱回収システムにおいて、
   前記熱交換器は、蒸気が導入される蒸気導入口と、凝縮した水が排出される水排出口とを有し、
   前記蒸気導入口は、前記水排出口よりも高い位置に配置されている熱回収システム。
3. 請求項２に記載の熱回収システムにおいて、
   前記タンクと前記熱交換器とは、蒸気導入管を介して接続されており、
   前記蒸気導入管は、前記タンクから延び、前記熱交換器の下部を貫通して前記熱交換器の内部を上方へ延び、
   前記蒸気導入管には、前記熱交換器の内部において前記蒸気導入口が形成されている熱回収システム。
4. 請求項１乃至３の何れか１つに記載の熱回収システムにおいて、
   前記ポンプ装置は、蒸気を駆動源とするメカニカルポンプである熱回収システム。
5. 水と蒸気とを貯留するタンクと、
   前記タンクから導入される蒸気の熱を回収する熱交換器と、
   前記タンクからの水を圧送するポンプ装置とを備え、
   前記タンクは、横長形状に形成され且つ前記熱交換器の下方に配置され、
   前記ポンプ装置は、前記タンク及び前記熱交換器よりも低い位置に配置され、
   前記ポンプ装置と前記タンクとは、水流入管を介して接続されており、
   前記水流入管には、バネの弾性力によって弁体を閉弁させ、前記タンクから前記ポンプ装置への方向の水の流れを許容する一方、前記ポンプ装置から前記タンクへの方向の水の流れを阻止するスプリング式の逆止弁が設けられ、
   前記逆止弁は、前記水流入管のうち前記タンクから前記ポンプ装置へ向かう水が上から下に流れる部分に、前記弁体が開弁する方向へ前記弁体の自重が作用するように配置されている熱回収システム。
6. 請求項１乃至５の何れか１つに記載の熱回収システムにおいて、
   前記ポンプ装置は、鉛直方向を向いて見たときに前記タンクに対して側方へオフセットした位置に配置されている熱回収システム。

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