JP7261018B2 - 蒸気熱交換システム - Google Patents

Description

本発明は、蒸気熱交換システムに関する。

ボイラで発生した蒸気が熱交換器に供給され、熱交換器において蒸気と被加熱物（例えば、空気など）とで熱交換が行われる蒸気熱交換システムが提案されている（例えば、特許文献１）。

特開平７－１１９９１８号公報

熱交換器内における蒸気が流通する管内では、蒸気の潜熱が被加熱物の加熱に利用されてドレンが生じる。ドレンは、例えば、熱交換器の管の内面に膜状に形成されて、管内に滞留することがある。蒸気熱交換システムでは、ドレンが熱交換器の管内に滞留すると、熱交換器における熱貫流率（被加熱物への熱の伝わり易さ）が低下してしまう。

そこで、熱交換器に供給する蒸気の単位時間あたりの蒸気量、すなわち、蒸気の流速を高くし、熱交換器の管内に滞留するドレンを、蒸気によって熱交換器外に送出することが考えられる。

しかし、熱交換器の管内に滞留するドレンを蒸気によって熱交換器外に送出する態様では、ドレンとともに蒸気も送出されるため、蒸気が何ら熱交換に利用されないまま無駄に排出されてしまう（蒸気のロスが大きい）。

本発明は、このような課題に鑑み、蒸気のロスを抑えつつ、熱交換器における熱貫流率の低下を防止することが可能な蒸気熱交換システムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の蒸気熱交換システムは、蒸気供給源から供給された蒸気と被加熱物とで熱交換を行い、熱交換によって生じたドレンを、蒸気供給源から供給される蒸気の一部とともに送出口から送出する第１熱交換器と、第１熱交換器の送出口から供給されたドレンと、第１熱交換器の送出口から供給された蒸気とを分離する分離器と、分離器で分離された蒸気が供給され、供給された蒸気と被加熱物との間で熱交換を行う第２熱交換器と、分離器で分離された蒸気を第２熱交換器に導く蒸気流通部と、蒸気流通部に設けられ、蒸気流通部における流路の所定区間の断面積を絞るオリフィスと、蒸気流通部における分離器と前記オリフィスとの間に設けられ、蒸気流通部における流路の開度を変化させる圧力調整弁と、蒸気が流通する経路のうち第１熱交換器の下流側であり圧力調整弁の上流側である１次側蒸気流通経路に設けられ、１次側蒸気流通経路を流通する蒸気の圧力を検出する圧力計と、圧力計の圧力に基づいて圧力調整弁の開度を制御する制御部と、を備える。

また、ドレンが流通する経路のうち第１熱交換器の下流側であり、分離器で分離されたドレンを捕集するトラップの上流側である１次側ドレン流通経路に設けられ、１次側ドレン流通経路を流通するドレンの温度を検出する温度計と、温度計の温度に基づいて圧力調整弁の開度を制御する制御部と、を備えてもよい。
また、上記課題を解決するために、本発明の蒸気熱交換システムは、蒸気供給源から供給された蒸気と被加熱物とで熱交換を行い、熱交換によって生じたドレンを、蒸気供給源から供給される蒸気の一部とともに送出口から送出する第１熱交換器と、第１熱交換器の送出口から供給されたドレンと、第１熱交換器の送出口から供給された蒸気とを分離する分離器と、分離器で分離された蒸気が供給され、供給された蒸気と被加熱物との間で熱交換を行う第２熱交換器と、分離器で分離された蒸気を第２熱交換器に導く蒸気流通部と、蒸気流通部に設けられ、蒸気流通部における流路の所定区間の断面積を絞るオリフィスと、蒸気流通部における分離器と前記オリフィスとの間に設けられ、蒸気流通部における流路の開度を変化させる圧力調整弁と、ドレンが流通する経路のうち第１熱交換器の下流側であり、分離器で分離されたドレンを捕集するトラップの上流側である１次側ドレン流通経路に設けられ、１次側ドレン流通経路を流通するドレンの温度を検出する温度計と、温度計の温度に基づいて圧力調整弁の開度を制御する制御部と、を備える。

上記課題を解決するために、本発明の蒸気熱交換システムは、蒸気供給源から供給された蒸気と被加熱物とで熱交換を行い、熱交換によって生じたドレンを、蒸気供給源から供給される蒸気の一部とともに送出口から送出する第１熱交換器と、第１熱交換器の送出口から供給されたドレンと、第１熱交換器の送出口から供給された蒸気とを分離する分離器と、分離器で分離された蒸気が供給され、供給された蒸気と被加熱物との間で熱交換を行う第２熱交換器と、分離器で分離された蒸気を第２熱交換器に導く蒸気流通部と、蒸気流通部に設けられ、蒸気流通部における流路の所定区間の断面積を絞るオリフィスと、蒸気流通部における分離器とオリフィスとの間に設けられ、蒸気流通部における流路の開度を変化させる圧力調整弁と、圧力調整弁とオリフィスとの間またはオリフィスと第２熱交換器との間に設けられ、蒸気流通部を流通する蒸気の圧力を検出する圧力計と、圧力計の圧力に基づいて、圧力調整弁の開度を制御する制御部と、を備える。

上記課題を解決するために、本発明の蒸気熱交換システムは、蒸気供給源から供給された蒸気と被加熱物とで熱交換を行い、熱交換によって生じたドレンを、蒸気供給源から供給される蒸気の一部とともに送出口から送出する第１熱交換器と、第１熱交換器の送出口から供給されたドレンと、第１熱交換器の送出口から供給された蒸気とを分離する分離器と、分離器で分離された蒸気が供給され、供給された蒸気と被加熱物との間で熱交換を行う第２熱交換器と、分離器で分離された蒸気を第２熱交換器に導く蒸気流通部と、蒸気流通部に設けられ、蒸気流通部における流路の所定区間の断面積を絞るオリフィスと、蒸気流通部における分離器とオリフィスとの間に設けられ、蒸気流通部における流路の開閉を切り替える電動弁と、蒸気流通部における電動弁とオリフィスとの間またはオリフィスと第２熱交換器との間に設けられ、蒸気流通部を流通する蒸気の圧力を検出する圧力計と、圧力計の圧力が所定の第１閾値を超えた場合、電動弁を閉じ、圧力計の圧力が第１閾値よりも小さな所定の第２閾値を下回った場合、電動弁を開ける制御部と、を備える。

また、内部空間の圧力が大気圧以下に設定され、分離器で分離されたドレンが内部空間に供給され、供給されたドレンからフラッシュ蒸気を発生させるフラッシュタンクを備え、フラッシュタンクで発生したフラッシュ蒸気を第２熱交換器に供給してもよい。
また、上記課題を解決するために、本発明の蒸気熱交換システムは、蒸気供給源から供給された蒸気と被加熱物とで熱交換を行い、熱交換によって生じたドレンを、蒸気供給源から供給される蒸気の一部とともに送出口から送出する第１熱交換器と、第１熱交換器の送出口から供給されたドレンと、第１熱交換器の送出口から供給された蒸気とを分離する分離器と、分離器で分離された蒸気が供給され、供給された蒸気と被加熱物との間で熱交換を行う第２熱交換器と、内部空間の圧力が大気圧以下に設定され、分離器で分離されたドレンが内部空間に供給され、供給されたドレンからフラッシュ蒸気を発生させるフラッシュタンクと、を備え、フラッシュタンクで発生したフラッシュ蒸気を第２熱交換器に供給する。
また、蒸気供給源から送出された蒸気の一部を減圧して第２熱交換器に供給する減圧弁を備え、第２熱交換器は、分離器で分離された蒸気および減圧弁により減圧された蒸気が供給され、供給された蒸気と被加熱物との間で熱交換を行うようにしてもよい。

本発明によれば、蒸気のロスを抑えつつ、熱交換器における熱貫流率の低下を防止することが可能となる。

第１実施形態による蒸気熱交換システムの構成を示す概略図である。 第１熱交換器の構成例を示す正面図である。 図２のIII方向の左側面図である。 図２のＩＶ方向の右側面図である。 第１実施形態の蒸気熱交換システムにおける立ち上げ時の操作を説明するためのフローチャートである。 圧力計の圧力に基づいた制御部の動作を説明するフローチャートである。 温度計の温度に基づいた制御部の動作を説明するフローチャートである。 第２実施形態による蒸気熱交換システムの構成を示す概略図である。 第３実施形態による蒸気熱交換システムの構成を示す概略図である。 第３実施形態の蒸気熱交換システムの動作を説明するための説明図である。 第４実施形態による蒸気熱交換システムの構成を示す概略図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態の態様について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態による蒸気熱交換システム１の構成を示す概略図である。図１では、信号の流れを破線の矢印で示し、水、蒸気およびドレンの流れの方向を実線の矢印で示している。以下では、本実施形態に関係する構成や処理について詳細に説明し、本実施形態と無関係の構成や処理については説明を省略する。

蒸気熱交換システム１は、給水タンク１０、蒸気供給源２０、第１熱交換器２４、第１減圧弁２８、空気抜き弁３０、第２熱交換器５０、第２減圧弁５６、分離器６０、温度計６８、圧力調整弁７０、圧力計７２、オリフィス７４、逆止弁７６、空気抜き弁７８、制御部８０を含んで構成される。

給水タンク１０は、例えば、筒状に形成され、補給水管１２を通じて供給された水を貯留する。また、給水タンク１０には、後述の第１トラップ１４、第２トラップ１６および第３トラップ１８からドレンが回収される。

給水タンク１０と蒸気供給源２０との間には、給水配管２２が設けられている。給水タンク１０は、貯留した水を、給水配管２２を通じて蒸気供給源２０に供給する。

蒸気供給源２０は、例えば、ボイラである。蒸気供給源２０は、給水タンク１０から供給された水を加熱して高圧の蒸気を発生させる。蒸気供給源２０と第１熱交換器２４との間には、第１送入管２６が設けられている。蒸気供給源２０は、発生した蒸気を、第１送入管２６を通じて第１熱交換器２４に送出する。蒸気供給源２０は、送出する蒸気の圧力が所定圧力になるように圧力制御されている。蒸気供給源２０から送出される蒸気の圧力は、例えば、０．８ＭＰａＧである。なお、ＰａＧは、大気圧を基準とした相対的な圧力であるゲージ圧を示す。

第１送入管２６には、第１減圧弁２８が設けられる。第１減圧弁２８は、第１送入管２６における第１減圧弁２８に対して蒸気供給源２０側の蒸気の圧力よりも、第１熱交換器２４側の蒸気の圧力を下げる。第１減圧弁２８で減圧された蒸気は、第１熱交換器２４に送られる。

蒸気の圧力が０．８ＭＰａＧの場合、蒸気の温度は、約１７５℃である。また、蒸気の圧力が０．５ＭＰａＧの場合、蒸気の温度は、約１５０℃である。例えば、約１５０℃の蒸気が第１熱交換器２４で必要な場合、第１熱交換器２４に供給される蒸気の圧力は、第１減圧弁２８によって、０．８ＭＰａＧから約０．５ＭＰａＧに減圧される。これにより、適切な温度の蒸気を第１熱交換器２４に供給することができる。また、蒸気の圧力を減圧すると潜熱が増加するため、第１熱交換器２４における熱交換の効率を上げることができる。

なお、第１熱交換器２４において約１７５℃の蒸気が必要な場合、第１減圧弁２８を設けず、蒸気供給源２０から０．８ＭＰａＧの蒸気を直接的に第１熱交換器２４に供給してもよい。

また、第１送入管２６には、空気抜き弁３０が設けられる。例えば、蒸気熱交換システム１の立ち上げ時などでは、第１送入管２６内に空気が残っていることがある。第１送入管２６内に空気があると、蒸気の温度が飽和温度より低くなり、第１熱交換器２４における熱交換の効率が低下するおそれがある。

空気抜き弁３０は、第１送入管２６内の温度が所定温度を下回っている間、または、下回ると開弁し、所定温度以上となると閉弁する。第１送入管２６内に空気が残っていると、第１送入管２６内の温度が所定温度より低くなって空気抜き弁３０が開弁する。そうすると、第１送入管２６内の空気が、空気抜き弁３０を通じて第１送入管２６外に排出される。空気が排出されると、蒸気の温度が上昇して飽和温度に近づき、空気抜き弁３０が閉弁される。これにより、空気抜き弁３０は、第１送入管２６を流通する蒸気の温度を飽和温度にさせることができる。

図２は、第１熱交換器２４の構成例を示す正面図である。図３は、図２のIII方向の左側面図である。図４は、図２のＩＶ方向の右側面図である。

第１熱交換器２４は、送入側ヘッダ３２、送出側ヘッダ３４、複数の熱交換管３６を含んで構成される。送入側ヘッダ３２および送出側ヘッダ３４は、例えば、内部に空間を有する扁平した箱状に形成されている。送入側ヘッダ３２および送出側ヘッダ３４は、対向配置される。

熱交換管３６は、直管状に形成されている。熱交換管３６の一端は、送入側ヘッダ３２に連通している。つまり、複数の熱交換管３６のそれぞれの一端が、送入側ヘッダ３２で集合されている。熱交換管３６の他端は、送出側ヘッダ３４に連通している。つまり、複数の熱交換管３６のそれぞれの他端が、送出側ヘッダ３４で集合されている。

送入側ヘッダ３２における熱交換管３６の反対側には、１の送入口３８が設けられている。送入口３８は、例えば、送入側ヘッダ３２の比較的上部側に設けられている。第１送入管２６は、送入口３８に連通している。

送出側ヘッダ３４における熱交換管３６の反対側には、１の送出口４０が設けられている。送出口４０は、例えば、送出側ヘッダ３４の比較的下部側に設けられている。第１送出管４２は、送出口４０に連通している。

複数の熱交換管３６は、第１熱交換器２４の高さ方向（図３および図４の上下方向）および第１熱交換器２４の奥行方向（図３および図４の左右方向）のそれぞれにおいて並列に配置されている。複数の熱交換管３６は、それぞれの熱交換管３６の隙間を、被加熱物の一例である空気が通過することができるように、略均等に離隔して配置されている。なお、熱交換管３６の本数および配列は、図２～図４に示す例に限らない。また、被加熱物は空気に限らず、例えば、水などであってもよい。

熱交換管３６の外周面には、外周面から外側に張り出すフィン４４が設けられている。フィン４４は、例えば、熱交換管３６の長手方向に、らせん状に設けられている。フィン４４は、隣接する熱交換管３６のフィン４４と互いに接触しないように設けられている。フィン４４は、熱交換管３６の表面積（伝熱面）を増加させるために設けられている。

第１熱交換器２４は、蒸気供給源２０から第１送入管２６を通じて供給された蒸気と被加熱物とで熱交換を行う。具体的には、第１送入管２６を通じて供給される蒸気は、まず、送入口３８を介して送入側ヘッダ３２に入る。その後、送入側ヘッダ３２の蒸気は、複数の熱交換管３６に分配して送られる。熱交換管３６内を流通する蒸気は、熱交換管３６の外周面およびフィン４４に接触する被加熱物（例えば、空気）と熱交換を行う。熱交換管３６を流通する蒸気の潜熱が被加熱物の加熱に利用されると（蒸気の潜熱が被加熱物に移動すると）、蒸気の温度が低下して蒸気が凝縮し、熱交換管３６内にドレン（水）が生じる。

なお、第１熱交換器２４の構成は、図２～図４で例示した構成に限らない。例えば、第１熱交換器２４は、窯状の構造物の周囲に設けられる構成であってもよいし、紙などを巻き付けるローラの内部に設けられる構成であってもよい。また、第１熱交換器２４は、シェルアンドチューブ式の熱交換器であってもよいし、プレート式の熱交換器であってもよい。

ここで、比較例として、第１熱交換器２４に供給された蒸気を第１熱交換器２４ですべて利用する蒸気熱交換システムが挙げられる。この比較例の蒸気熱交換システムでは、第１熱交換器２４に供給された蒸気の潜熱が被加熱物の加熱にすべて利用されるため、熱交換管３６、送出側ヘッダ３４および送出口４０を介して第１送出管４２に蒸気が送出されない。

しかし、この比較例の蒸気熱交換システムでは、ドレンが、それぞれの熱交換管３６の内面に膜状に形成されて、それぞれの熱交換管３６内に滞留することがある。ドレンが膜状となって熱交換管３６内に滞留すると、第１熱交換器２４における熱貫流率（被加熱物への熱の伝わり易さ）が低下してしまう。

そこで、第１実施形態の蒸気熱交換システム１では、第１熱交換器２４に単位時間あたりに供給する蒸気量（つまり、第１熱交換器２４に供給する蒸気の流速）を、上述した比較例の蒸気熱交換システムに比べて大きくする。換言すると、第１実施形態の蒸気熱交換システム１では、第１熱交換器２４で利用される蒸気の単位時間あたりの蒸気量よりも多い蒸気が第１熱交換器２４の送入口３８に供給される。

以下では、第１熱交換器２４に供給された蒸気を第１熱交換器２４で丁度すべて利用するときの単位時間あたりの蒸気量を、定格蒸気量と呼ぶ。例えば、第１実施形態の蒸気熱交換システム１において、定格蒸気量を１００％とすると、第１熱交換器２４の送入口３８には、単位時間あたりに蒸気量が１０１％～１１０％の蒸気が供給される。

第１実施形態の蒸気熱交換システム１では、熱交換管３６内の蒸気の流速が、上述した比較例に比べて高くなる。このため、熱交換管３６内で生じたドレンは、熱交換管３６内を流通する蒸気によって蒸気の流れの下流側へ押し流される。

そして、第１実施形態の蒸気熱交換システム１では、第１熱交換器２４で利用される蒸気量よりも多くの蒸気量の蒸気を第１熱交換器２４に供給するため、第１熱交換器２４で生じたドレンが、第１熱交換器２４で利用されなかった（余剰の）蒸気とともに送出口４０から送出される。例えば、第１実施形態の蒸気熱交換システム１では、定格蒸気量に対する蒸気量が１％～１０％の蒸気を、第１熱交換器２４の送出口４０から送出するようにしている。

つまり、第１熱交換器２４は、熱交換によって生じたドレンを、蒸気供給源２０から第１熱交換器２４に供給される蒸気の一部とともに第１熱交換器２４外に送出する。第１実施形態の蒸気熱交換システム１は、熱交換によって生じたドレンが第１熱交換器２４外に送出されるため、熱交換管３６の内面にドレンが膜状に滞留しない。これにより、第１実施形態の蒸気熱交換システム１では、上述した比較例に比べ、第１熱交換器２４における熱貫流率の低下を防止することが可能となる。

図１に戻って説明すると、第１実施形態の蒸気熱交換システム１では、第１熱交換器２４で利用されなかった（余剰の）蒸気を、低圧の第２熱交換器５０で利用する構成としている。

第２熱交換器５０は、例えば、供給される蒸気の圧力および供給元以外は図２～図４を用いて説明した第１熱交換器２４と同様の構成となっている。第２熱交換器５０は、供給された蒸気と被加熱物（空気）とで熱交換を行う。

第１送出管４２は、分離器６０に連通している。第１送出管４２の途中には、第１送出管４２よりも鉛直下方に延びる第１ドレン回収管６２が連通されている。第１ドレン回収管６２には、第１トラップ１４が設けられている。第１トラップ１４は、第１ドレン回収管６２に入ったドレンを捕集する。第１トラップ１４で捕集されたドレンは、給水タンク１０に回収される。なお、第１ドレン回収管６２および第１トラップ１４は、省略されてもよい。

第１熱交換器２４から送出される蒸気の流速が高いため、ドレンの一部は、第１ドレン回収管６２に入らず、蒸気とともに分離器６０に送られる。つまり、分離器６０には、第１熱交換器２４で利用されなかった（余剰の）蒸気とドレンとが供給される。

分離器６０は、例えば、第１送出管４２の断面積よりも断面積が大きな管により構成される。第２ドレン回収管６４は、分離器６０の鉛直下方に連通している。蒸気流通管（蒸気流通部）６６は、分離器６０の鉛直上方に連通している。

分離器６０は、第１送出管４２を通じて供給された蒸気とドレンとを分離する。具体的には、蒸気およびドレンが分離器６０に入ると、ドレンは、自重で鉛直下方に移動して第２ドレン回収管６４に入る。一方、蒸気は、ドレンよりも相対的に軽いことから、主に鉛直上方に拡散して蒸気流通管６６に入る。

第２ドレン回収管６４には、第２トラップ１６が設けられている。第２トラップ１６は、分離器６０で分離されて第２ドレン回収管６４に入ったドレンを捕集する。第２トラップ１６で捕集されたドレンは、給水タンク１０に回収される。

温度計６８は、第２ドレン回収管６４における分離器６０と第２トラップ１６との間に設けられる。温度計６８は、第２ドレン回収管６４内の温度を測定する。つまり、温度計６８は、第１熱交換器２４から送出されたドレン（分離器６０で分離されたドレン）の温度を測定する。

第１熱交換器２４において、ドレンは、上流から下流にかけてまんべんなく生じる。上流側で生じたドレンは、徐々に下流側に移動するが、第１熱交換器２４に滞留する時間が長い。第１熱交換器２４に滞留する時間が長いと、ドレンの温度が低下する。そして、第１熱交換器２４内にドレンが多く溜まるほど、第１熱交換器２４から送出された際のドレンの温度の低下幅が大きい。そこで、蒸気熱交換システム１では、第１熱交換器２４から送出されたドレンの温度を検出し、第１熱交換器２４内のドレンの排出を制御する。

また、第１熱交換器２４から排出されたドレンは、第１送出管４２、分離器６０および第２ドレン回収管６４を移動して第２トラップ１６で捕集される。ドレンは、蒸気が凝縮されてドレンとなってから時間が経過するほど温度が低下し易いため、ドレンが移動する経路の下流に向かうほど温度が低下する。温度が低下するほど、飽和温度との温度差の導出時における温度計６８の測定誤差の影響が少なくなり、その温度差を正確に導出することができる。このため、温度計６８は、下流側に位置する第２ドレン回収管６４に設けられている。

なお、温度計６８を設ける位置は、第２ドレン回収管６４における分離器６０と第２トラップ１６との間に限らない。例えば、ドレンの温度を精密に測定する必要がない場合には、温度計６８は、分離器６０に設けられてもよいし、あるいは、第１送出管４２に設けられてもよい。つまり、温度計６８は、ドレンが流通する経路のうち第１熱交換器２４の下流側であり、第２トラップ１６の上流側である１次側ドレン流通経路に設けられ、１次側ドレン流通経路を流通するドレンの温度を検出してもよい。

蒸気流通管６６は、第２熱交換器５０の送入口５４に連通している。蒸気流通管６６は、分離器６０で分離された蒸気（第１熱交換器２４で利用されなかった蒸気）を第２熱交換器５０に導く。

蒸気流通管６６には、圧力調整弁７０が設けられる。圧力調整弁７０は、蒸気流通管６６における流路の開度を変化させる。

圧力計７２は、分離器６０に設けられる。圧力計７２は、サイフォン管７３を介して分離器６０に接続される。圧力計７２は、分離器６０内の蒸気の圧力を検出する。

なお、圧力計７２を設ける位置は、分離器６０に限らない。例えば、圧力計７２は、第１送出管４２に設けられてもよいし、蒸気流通管６６における分離器６０と圧力調整弁７０との間に設けられてもよい。つまり、圧力計７２は、蒸気が流通する経路のうち第１熱交換器２４の下流側であり圧力調整弁７０の上流側である１次側蒸気流通経路に設けられ、１次側蒸気流通経路を流通する蒸気の圧力を検出してもよい。

蒸気流通管６６における圧力調整弁７０と第２熱交換器５０との間には、オリフィス７４が設けられている。オリフィス７４は、例えば、円環状に形成され、蒸気流通管６６における流路の所定区間の断面積を絞る。オリフィス７４は、第１送出管４２内の蒸気の流速、および、分離器６０とオリフィス７４との間の蒸気流通管６６内の蒸気の流速が高くなり過ぎないように、その流速を所定流速に抑える。所定流速は、例えば、定格蒸気量の１０％の蒸気が分離器６０に流れるときの流速である。また、オリフィス７４は、オリフィス７４よりも蒸気の流れの下流側にある蒸気の圧力を、オリフィス７４よりも蒸気の流れの上流側にある蒸気の圧力に比べて低下させる。

蒸気流通管６６におけるオリフィス７４と第２熱交換器５０との間には、逆止弁７６が設けられる。逆止弁７６は、分離器６０から第２熱交換器５０に向かう方向の流れを許可し、第２熱交換器５０から分離器６０に向かう方向の流れを阻止する。

蒸気流通管６６における分離器６０と圧力調整弁７０との間には、空気抜き弁７８が設けられる。空気抜き弁７８は、蒸気流通管６６内の温度が所定温度を下回っている間、または、下回ると開弁し、所定温度以上となると閉弁する。空気抜き弁７８は、蒸気流通管６６内に残る空気を蒸気流通管６６外に排出することで、蒸気流通管６６を流通する蒸気の温度を飽和温度にさせることができる。

制御部８０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、不揮発性メモリ、揮発性メモリ等を含む半導体集積回路から構成される。制御部８０は、圧力計７２で検出された圧力に基づいて、分離器６０内の圧力（圧力計７２の圧力）が概ね一定となるように、圧力調整弁７０の開度（または閉度）を制御する。その結果、蒸気流通管６６におけるオリフィス７４と第２熱交換器５０との間の圧力が所定圧力に調整されることとなる。

圧力計７２の圧力が上昇すると、第１熱交換器２４内の圧力勾配が小さくなり、第１熱交換器２４から送出される蒸気量が減少し、第１熱交換器２４からドレンが排出され難くなる。このため、制御部８０は、圧力計７２の圧力が上昇する方向に変化しようとすると、圧力調整弁７０の開度を上げる。圧力調整弁７０の開度が上がると、第１熱交換器２４の下流側の圧力が低下し、第１熱交換器２４内の圧力勾配が大きくなり、第１熱交換器２４からドレンが排出され易くなる。

また、圧力計７２の圧力が低下すると、第１熱交換器２４からドレンが排出され易くなるが、第１熱交換器２４から蒸気が過剰に送出される。このため、制御部８０は、圧力計７２の圧力が低下する方向に変化しようとすると、圧力調整弁７０の開度を下げる。圧力調整弁７０の開度が下がると、第１熱交換器２４の下流側の圧力が上昇し、第１熱交換器２４から蒸気が過剰に送出されることを抑制できる。

また、制御部８０は、温度計６８で検出された温度に基づいて、圧力調整弁７０の開度（または閉度）を制御してもよい。

第１熱交換器２４内にドレンが溜まると、温度計６８で検出される温度が低下し、飽和温度との温度差が大きくなる。このため、制御部８０は、温度計６８の温度が低下すると（飽和温度との温度差が大きくなると）、圧力調整弁７０の開度を上げる。圧力調整弁７０の開度が上がると、第１熱交換器２４の下流側の圧力が低下し、第１熱交換器２４からドレンが排出され易くなる。

また、第１熱交換器２４内にドレンがあまり溜まっていないと、温度計６８で検出される温度が上昇し、飽和温度との温度差が小さくなる。このため、制御部８０は、温度計６８の温度が上昇すると（飽和温度との温度差が小さくなると）、圧力調整弁７０の開度を下げる。圧力調整弁７０の開度が下がると、第１熱交換器２４の下流側の圧力が上昇し、第１熱交換器２４から蒸気が過剰に送出されることを抑制できる。

蒸気熱交換システム１では、圧力計７２の圧力に基づく圧力調整弁７０の制御、および、温度計６８の温度に基づく圧力調整弁７０の制御のいずれかが、第１熱交換器２４の構成などによって選択される。

例えば、蒸気が流通する距離（例えば、熱交換管３６の長さ）が長い第１熱交換器２４では、上流側で生じたドレンが下流側に移動するまでに時間がかかって、ドレンの温度が大きく低下する。このような、ドレンの温度の低下幅が大きな第１熱交換器２４では、第１熱交換器２４から送出されるドレンの温度を検出することで、飽和温度とドレンの温度との温度差を精度よく導出することができる。このため、ドレンの温度の低下幅が大きな第１熱交換器２４の場合、蒸気熱交換システム１は、温度計６８の温度に基づいて圧力調整弁７０を制御する構成とされる。

また、蒸気が流通する距離が短い第１熱交換器２４では、上流側で生じたドレンが早く下流側に到達するため、ドレンの温度の低下幅が小さい。このような、ドレンの温度の低下幅が小さな第１熱交換器２４では、飽和温度とドレンの温度との温度差を精度よく導出することが困難となる。このため、ドレンの温度の低下幅が小さな第１熱交換器２４の場合には、温度計６８の温度に基づいて圧力調整弁７０の制御を行うのは適切ではない。

しかし、蒸気が流通する距離が短い場合には、第１熱交換器２４内の圧力が、第１熱交換器２４外の圧力の変化に対して早く応答する。このような、圧力の応答性がよい第１熱交換器２４としては、例えば、キルンなどのような伝熱面で囲まれた容積が大きなものがある。圧力の応答性がよい第１熱交換器２４の場合、蒸気熱交換システム１は、圧力計７２の圧力に基づいて圧力調整弁７０を制御する構成とされる。この態様では、圧力調整弁７０の制御の応答遅れを抑えることができる。

なお、制御部８０は、圧力計７２の圧力と温度計６８の温度との両方に基づいて、圧力調整弁７０の制御を行ってもよい。

また、第１送入管２６における第１減圧弁２８と第１熱交換器２４との間には、流量計８２が設けられる。流量計８２は、第１送入管２６を通じて送入口３８に送入される蒸気の流量を測定する。流量計８２で測定された流量は、第１熱交換器２４を介して第２熱交換器５０へ供給する蒸気量を調整する際に用いられる。

ここで、第１実施形態の蒸気熱交換システム１では、第１熱交換器２４で利用されなかった蒸気を第２熱交換器５０で利用するが、第１熱交換器２４を介して第２熱交換器５０に供給される蒸気だけでは、第２熱交換器５０で消費すべき蒸気量を満たせないことがある。このため、第２熱交換器５０には、第１熱交換器２４を介して蒸気が供給されることに加え、蒸気供給源２０の蒸気が減圧されて直接的に供給される。

具体的には、第２送入管５２は、第１送入管２６における蒸気供給源２０と第１減圧弁２８との間に連通している。また、第２送入管５２は、蒸気流通管６６における逆止弁７６と第２熱交換器５０との間に連通している。

第２送入管５２には、第２減圧弁５６が設けられている。第２減圧弁５６は、第２送入管５２における第２減圧弁５６に対して、蒸気供給源２０側の蒸気の圧力よりも、第２熱交換器５０側の蒸気の圧力を下げる。第２減圧弁５６で減圧された蒸気は、第２熱交換器５０に送られる。第２減圧弁５６は、第１減圧弁２８よりも減圧幅が大きい。つまり、第２熱交換器５０に供給される蒸気の圧力は、第１熱交換器２４に供給される蒸気の圧力よりも低い。第２熱交換器５０に供給される蒸気の圧力は、例えば、０．２ＭＰａＧである。

また、第３ドレン回収管８４は、第２熱交換器５０の送出口８６に連通している。第３ドレン回収管８４には、第３トラップ１８が設けられている。第３トラップ１８は、第２熱交換器５０で生じたドレンを捕集する。第３トラップ１８で捕集されたドレンは、給水タンク１０に回収される。

なお、第２熱交換器５０に供給される蒸気の圧力は、０．２ＭＰａＧより低くてもよい。この場合、第３トラップ１８の代わりに、蒸気駆動式ポンプが第３ドレン回収管８４に設けられてもよい。蒸気駆動式ポンプは、第１熱交換器２４等を含む蒸気系統とは別系統の蒸気を用いて、第３ドレン回収管８４に入るドレンを回収して給水タンク１０に移送する。

また、第１実施形態の蒸気熱交換システム１では、第１熱交換器２４と第２熱交換器５０とが並行して運用される。例えば、第２熱交換器５０は、被加熱物の予熱を行い、第１熱交換器２４は、予熱された被加熱物の加熱を行う。

図５は、第１実施形態の蒸気熱交換システム１における立ち上げ時の操作を説明するためのフローチャートである。図５のフローチャートに示す処理は、蒸気熱交換システム１の管理者や使用者など（以下、管理者等という）によって行われる。

まず、管理者等は、圧力調整弁７０を閉状態にさせ（Ｓ１００）、この状態において、蒸気供給源２０から蒸気を第１熱交換器２４に供給させるようにする（Ｓ１１０）。この状態では、第１熱交換器２４の送入口３８と送出口４０との圧力差がほとんどないため、蒸気供給源２０から第１熱交換器２４に供給される蒸気は、第１熱交換器２４ですべて利用される。

次に、管理者等は、この状態において、流量計８２が示す流量を目視で確認し（Ｓ１２０）、確認した流量を定格蒸気量に決定する（Ｓ１３０）。

次に、管理者等は、決定した定格蒸気量に基づいて、第１熱交換器２４の送入口３８に送入させる目標の蒸気量（目標送入蒸気量）を決定する（Ｓ１４０）。例えば、管理者等は、定格蒸気量の１１０％を目標送入蒸気量に決定する。なお、定格蒸気量の１１０％を目標送入蒸気量に決定する態様に限らない。例えば、管理者等は、定格蒸気量の１０１％から定格蒸気量の１１０％の範囲の中から目標送入蒸気量を決定してもよい。

次に、管理者等は、圧力調整弁７０を任意の開度で開かせる（Ｓ１５０）。圧力調整弁７０が開くと、第１熱交換器２４の送出口４０の圧力が低下し、それに連れて第１熱交換器２４の送入口３８の圧力が低下する。

このとき、蒸気供給源２０は、第１熱交換器２４に供給する蒸気の圧力が一定となるように制御されている。このため、蒸気供給源２０は、第１熱交換器２４の送入口３８の圧力を、低下する前の圧力に戻すべく、出力する蒸気の圧力を上昇させる。

これにより、蒸気供給源２０は、圧力調整弁７０を開かせる前の流量よりも多量の蒸気を第１熱交換器２４に供給することとなる。

次に、管理者等は、圧力計７２の設定値を制御部８０に設定する（Ｓ１６０）。圧力計７２の設定値の設定が行われると、制御部８０は、圧力調整弁７０の開度を、その設定値に基づいたものにさせる。制御部８０の動作については、後に詳述する。

次に、管理者等は、流量計８２が示す蒸気の流量を目視で確認し（Ｓ１７０）、蒸気の流量が目標送入蒸気量に一致するか否かを判定する（Ｓ１８０）。蒸気の流量が目標送入蒸気量に一致しない場合（Ｓ１８０におけるＮＯ）、管理者等は、圧力計７２の設定値を変更して設定し直す（Ｓ１６０）。

一方、蒸気の流量が目標送入蒸気量に一致した場合（Ｓ１８０におけるＹＥＳ）、管理者等は、一連の操作を終了する。このように、管理者等は、流量計８２が示す蒸気の流量が目標送入蒸気量となるような圧力計７２の設定値をトライアンドエラーで見つけ出す。

図６は、圧力計７２の圧力に基づいた制御部８０の動作を説明するフローチャートである。まず、制御部８０は、蒸気熱交換システム１の停止指示があったか否を判定する（Ｓ２００）。制御部８０は、蒸気熱交換システム１の停止指示があった場合（Ｓ２００におけるＹＥＳ）、一連の処理を終了する。

一方、制御部８０は、蒸気熱交換システム１の停止指示がなかった場合（Ｓ２００におけるＮＯ）、所定時間が経過したか否かを判定する（Ｓ２１０）。所定時間が経過していない場合（Ｓ２１０におけるＮＯ）、制御部８０は、ステップＳ２００の処理に戻る。

一方、所定時間が経過した場合（Ｓ２１０におけるＹＥＳ）、制御部８０は、圧力計７２が示す圧力を取得する（Ｓ２２０）。次に、制御部８０は、取得した圧力計７２の圧力と圧力計７２の設定値との圧力差を導出する（Ｓ２３０）。次に、制御部８０は、導出された圧力差がゼロとなるような圧力調整弁７０の目標開度を導出する（Ｓ２４０）。そして、制御部８０は、圧力調整弁７０を、導出した目標開度で開かせ（Ｓ２５０）、ステップＳ２００の処理に戻る。制御部８０は、このようにして、圧力計７２の圧力が設定値になるように圧力調整弁７０の開度を制御する。その結果、蒸気熱交換システム１では、第１熱交換器２４を介して第２熱交換器５０に供給される蒸気量が、目標送入蒸気量に基づいた流量に制御される。

図７は、温度計６８の温度に基づいた制御部８０の動作を説明するフローチャートである。図７のフローチャートは、ステップＳ２２０～Ｓ２４０に代えてステップＳ３２０～Ｓ３４０が行われる点において図６のフローチャートと異なる。したがって、図６のフローチャートのステップと等しいステップについては説明を省略し、異なるステップについて詳述する。

制御部８０は、所定時間が経過した場合（Ｓ２１０におけるＹＥＳ）、温度計６８の温度を取得する（Ｓ３２０）。次に、制御部８０は、取得した温度計６８の温度と蒸気の飽和温度との温度差を導出する（Ｓ３３０）。次に、制御部８０は、導出された温度差に基づいて圧力調整弁７０の目標開度を導出する（Ｓ３４０）。そして、制御部８０は、圧力調整弁７０を、導出した目標開度で開かせる（Ｓ２５０）。

ここで、第１熱交換器２４から第２トラップ１６に至る１次側ドレン流通経路にドレンが溜まってくると、温度計６８が設置されている第２ドレン回収管６４内の温度が、飽和温度に対して低下する。つまり、この場合、ステップＳ３３０で導出された温度差が大きくなる。

制御部８０は、導出された温度差が、前回の制御周期において導出された温度差よりも大きければ、目標開度を増加させる。そうすると、第１熱交換器２４の送出口４０から送出される蒸気量が増加する。これにより、１次側ドレン流通経路内のドレンが蒸気によって押し流され易くなり、ドレンの排出が促進される。

また、１次側ドレン流通経路内のドレンが、押し流されて減少すると、第２ドレン回収管６４内の温度が、飽和温度に近づく。つまり、この場合、ステップＳ３３０で導出された温度差が小さくなる。

制御部８０は、導出された温度差が、前回の制御周期において導出された温度差よりも小さければ、目標開度を減少させる。そうすると、第１熱交換器２４の送出口４０から送出される蒸気量が減少する。これにより、送出口４０から蒸気が過剰に送出されることを防止できる。

以上のように、第１実施形態の蒸気熱交換システム１では、第１熱交換器２４の熱交換管３６内で生じたドレンが蒸気によって第１熱交換器２４外に送出されるとともに、第１熱交換器２４外に送出された蒸気が第２熱交換器５０で利用される。

したがって、第１実施形態の蒸気熱交換システム１によれば、蒸気熱交換システム１全体として蒸気のロスを抑えつつ、第１熱交換器２４における熱貫流率の低下を防止することが可能となる。

また、第１実施形態の蒸気熱交換システム１では、蒸気流通管６６の途中にオリフィス７４を設けて、第１熱交換器２４とオリフィス７４との間の蒸気の流速が高くなり過ぎないようにしている。これにより、第１実施形態の蒸気熱交換システム１では、第１熱交換器２４で利用されない蒸気が、必要以上に多くなることを抑えることができる。換言すると、第１実施形態の蒸気熱交換システム１では、ドレンを第１熱交換器２４から送出させるのに適切な量（具体的には、定格蒸気量の１％～１０％）の蒸気を第１熱交換器２４から送出させることができる。

なお、第２熱交換器５０には、第１熱交換器２４で利用されなかった蒸気が供給されるとともに、蒸気供給源２０から第２減圧弁５６を介して直接的に蒸気が供給されていた。しかし、第２熱交換器５０には、第１熱交換器２４で利用されなかった蒸気が供給されればよく、蒸気供給源２０から第２減圧弁５６を介して直接的に蒸気が供給されなくてもよい。

また、第２減圧弁５６を介して第２熱交換器５０に蒸気を補充する場合には、第２熱交換器５０における蒸気の圧力を、第１熱交換器２４における蒸気の圧力に比べ、十分に小さくする。

また、蒸気熱交換システム１において、空気抜き弁３０、７８の位置は、第１送入管２６および蒸気流通管６６に限らない。また、空気抜き弁の数は、２個に限らず、１個でもよく、３個以上であってもよい。空気抜き弁の数を多くするほど、空気を早急に抜くことができる。

（第２実施形態）
図８は、第２実施形態による蒸気熱交換システム１００の構成を示す概略図である。第１実施形態では、第１熱交換器２４と圧力調整弁７０との間（圧力調整弁７０の１次側）に圧力計７２が設けられていた。これに対し、第２実施形態の蒸気熱交換システム１００では、圧力計７２が圧力調整弁７０の２次側に設けられる。なお、蒸気熱交換システム１００では、温度計６８が省略されている。

蒸気熱交換システム１００において、圧力計７２は、蒸気流通管６６における圧力調整弁７０とオリフィス７４との間に設けられている。圧力計７２は、サイフォン管７３を介して蒸気流通管６６に接続される。圧力計７２は、圧力調整弁７０とオリフィス７４との間の蒸気流通管６６内の蒸気の圧力を検出する。

第２実施形態の制御部８０は、圧力調整弁７０とオリフィス７４との間の蒸気流通管６６内の蒸気の圧力（圧力計７２の圧力）が概ね一定となるように、圧力調整弁７０の開度を制御する。制御部８０は、圧力計７２の圧力が低下する方向に変化しようとすると、圧力調整弁７０の開度を上げ、圧力計７２の圧力が上昇する方向に変化しようとすると、圧力調整弁７０の開度を下げることで所定圧力を維持させる。

したがって、第２実施形態の蒸気熱交換システム１００では、第１実施形態と同様に、蒸気熱交換システム１００全体として蒸気のロスを抑えつつ、第１熱交換器２４における熱貫流率の低下を防止することが可能となる。

なお、圧力計７２は、蒸気流通管６６におけるオリフィス７４と第２熱交換器５０との間に設けられてもよい。この場合、制御部８０は、オリフィス７４と第２熱交換器５０との間の蒸気流通管６６内における蒸気の圧力に基づいて、圧力調整弁７０の開度を制御してもよい。

また、制御部８０は、圧力計７２の圧力に基づいて圧力調整弁７０の開度を制御していた。しかし、制御部８０は、流量計８２が示す流量を取得し、その流量に基づいて圧力調整弁７０の開度を制御してもよい。この場合、制御部８０は、圧力計７２の圧力を取得しなくてもよい。

また、蒸気熱交換システム１００において、圧力調整弁７０、圧力計７２および制御部８０に代えて、信号の授受を必要としない減圧弁を、分離器６０とオリフィス７４との間に設けてもよい。

（第３実施形態）
図９は、第３実施形態による蒸気熱交換システム２００の構成を示す概略図である。第３実施形態の蒸気熱交換システム２００は、分離器６０と第２熱交換器５０との間の蒸気の圧力を制御する構成が第２実施形態と異なる。また、第３実施形態の蒸気熱交換システム２００は、第１熱交換器２４と第２熱交換器５０とが個別に運用可能となっている。

第２実施形態において、蒸気流通管６６には、分離器６０側から順に、空気抜き弁７８、電動弁（モータバルブ）２０２、絞り弁２０４、オリフィス７４、圧力計７２、逆止弁７６が設けられている。換言すると、オリフィス７４は、蒸気流通管６６における分離器６０と第２熱交換器５０との間に設けられている。電動弁２０２は、蒸気流通管６６における分離器６０とオリフィス７４との間に設けられている。絞り弁２０４は、蒸気流通管６６における電動弁２０２とオリフィス７４との間に設けられている。空気抜き弁７８は、蒸気流通管６６における分離器６０と電動弁２０２との間に設けられている。圧力計７２は、蒸気流通管６６におけるオリフィス７４と第２熱交換器５０との間に設けられている。逆止弁７６は、蒸気流通管６６における圧力計７２と第２熱交換器５０との間に設けられている。

電動弁２０２は、蒸気流通管６６における流路の開閉（オンまたはオフ）を切り替える。絞り弁２０４は、蒸気流通管６６における流路の開度を変化させる。絞り弁２０４の開度は、手動で変えられる。例えば、管理者等は、流量計８２が示す流量を目視で確認し、その流量が定格蒸気量の１１０％となるように絞り弁２０４の開度を手動で調整する。圧力計７２は、オリフィス７４と第２熱交換器５０との間において蒸気流通管６６を流通する蒸気の圧力を検出する。なお、オリフィス７４は、絞り弁２０４をオリフィス７４として機能させることが可能な場合（蒸気流通管６６を流通する蒸気流量を絞り弁２０４で十分に抑えることが可能な場合）には、省略されてもよい。

制御部８０は、圧力計７２で検出された圧力に基づいて、電動弁２０２の開閉（オンまたはオフ）を制御する。具体的には、制御部８０は、圧力計７２で検出された圧力が所定の第１閾値を超えた場合、電動弁２０２を閉じる。電動弁２０２が閉じられると、電動弁２０２よりも第２熱交換器５０側には蒸気が流れない。一方、制御部８０は、圧力計７２で検出された圧力が、第１閾値よりも小さな所定の第２閾値を下回った場合、電動弁２０２を開ける。電動弁２０２が開かれると、分離器６０とオリフィス７４との間の蒸気の流量は、絞り弁２０４の開度に基づいたものとなる。

図１０は、第３実施形態の蒸気熱交換システム２００の動作を説明するための説明図である。例えば、時刻Ｔ０と時刻Ｔ１との間の時間において、第１熱交換器２４と第２熱交換器５０との両方が動作しているとする。この場合、圧力計７２の圧力は、第２閾値以下となっている。このため、制御部８０は、電動弁２０２を開状態に維持させる。

この状態から、時刻Ｔ１において、第１熱交換器２４が動作を維持しつつ第２熱交換器５０が停止したとする。そうすると、第１熱交換器２４の送出口４０から蒸気が出続けるが、第２熱交換器５０では蒸気が消費されなくなるため、蒸気流通管６６内の蒸気の圧力が上昇する。つまり、この場合、第２熱交換器５０の送入口５４の圧力が上昇することとなる。

そして、圧力計７２の圧力（オリフィス７４と第２熱交換器５０との間の蒸気の圧力）が時刻Ｔ２において第１閾値を超えると、制御部８０は、電動弁２０２を閉じる。電動弁２０２が閉じられると、電動弁２０２と第２熱交換器５０との間の蒸気の圧力の上昇が抑制される。

その後、時刻Ｔ３において第２熱交換器５０が再び動作したとする。このとき、電動弁２０２と第２熱交換器５０との間に滞留していた蒸気が第２熱交換器５０で消費されるため、圧力計７２の圧力が下降する。

そして、圧力計７２の圧力が時刻Ｔ４において第２閾値を下回ると、制御部８０は、電動弁２０２を開ける。電動弁２０２が開かれると、蒸気流通管６６を通じて第１熱交換器２４から第２熱交換器５０に蒸気が供給されるため、圧力計７２の圧力の下降が抑制されることとなる。その後、制御部８０は、圧力計７２の圧力が第１閾値を超えるまで、電動弁２０２を開状態に維持させる。

以上のように、第３実施形態の蒸気熱交換システム２００は、第１実施形態と同様に、蒸気熱交換システム２００全体として蒸気のロスを抑えつつ、第１熱交換器２４における熱貫流率の低下を防止することが可能となる。

加えて、第３実施形態の蒸気熱交換システム２００によれば、第２熱交換器５０が単独で運転停止したとしても、第２熱交換器５０の送入口５４の蒸気の圧力が必要以上に上昇するのを防止することができる。その結果、第２熱交換器５０の損傷を防止することができる。

また、電動弁２０２の開閉の基準となる第１閾値と第２閾値とは、所謂ヒステリシスを構成している。このため、第３実施形態の蒸気熱交換システム２００は、第１閾値と第２閾値とが一致する態様に比べ、電動弁２０２が必要以上に頻繁に開閉してしまうこと（換言すると、ハンチング）を抑制することができる。

なお、圧力計７２は、蒸気流通管６６におけるオリフィス７４と第２熱交換器５０との間に設けられていた。しかし、圧力計７２は、蒸気流通管６６における電動弁２０２とオリフィス７４との間に設けられてもよい。この場合、制御部８０は、電動弁２０２とオリフィス７４との間の蒸気流通管６６内における蒸気の圧力に基づいて、電動弁２０２の開閉および絞り弁２０４の開度を制御してもよい。また、圧力計７２は、第１送出管４２に設けられてもよく、分離器６０に設けられてもよく、あるいは、蒸気流通管６６における分離器６０と電動弁２０２との間に設けられてもよい。

（第４実施形態）
図１１は、第４実施形態による蒸気熱交換システム３００の構成を示す概略図である。第１実施形態の蒸気熱交換システム１は、第１トラップ１４および第２トラップ１６で捕集したドレンを給水タンク１０に回収していた。これに対し、第４実施形態の蒸気熱交換システム３００では、第１トラップ１４および第２トラップ１６で捕集したドレンからフラッシュ蒸気を生成し、第１熱交換器２４で利用されなかった蒸気と合わせてフラッシュ蒸気も第２熱交換器５０に供給する。

第１トラップ１４は、逆止弁３０２を介してフラッシュタンク３１０に接続されている。逆止弁３０２は、第１トラップ１４からフラッシュタンク３１０に向かう方向の流れを許可し、フラッシュタンク３１０から第１トラップ１４に向かう流れを阻止する。

第２トラップ１６は、逆止弁３０４を介してフラッシュタンク３１０に接続されている。逆止弁３０４は、第２トラップ１６からフラッシュタンク３１０に向かう方向の流れを許可し、フラッシュタンク３１０から第２トラップ１６に向かう流れを阻止する。

フラッシュタンク３１０は、例えば、内部空間を有する筒状に形成されている。フラッシュタンク３１０は、内部空間の圧力が大気圧以下（大気圧または負圧）に設定される。第２送入管３１２の一端は、フラッシュタンク３１０の鉛直上方に連通しており、他端は、第２熱交換器５０の送入口５４に連通している。

蒸気流通管６６は、第２送入管３１２に連通している。なお、蒸気流通管６６には、第１実施形態と同様に、空気抜き弁７８、圧力調整弁７０、オリフィス７４および逆止弁７６が設けられている。

第３ドレン回収管８４は、第２熱交換器５０の送出口８６と蒸気駆動式ポンプ３１４との間に設けられている。第４ドレン回収管３１６の一端は、フラッシュタンク３１０の鉛直下方に連通しており、他端は、第３ドレン回収管８４に連通している。

第１トラップ１４および第２トラップ１６で捕集されたドレンは、高圧で１００度以上となっている。このドレンがフラッシュタンク３１０に入ると、ドレンは、大気圧で１００度となり、圧力が低下したことにより発生した圧力差分の潜熱を利用して、ドレンの一部を蒸気（フラッシュ蒸気）に変える。

フラッシュタンク３１０において、蒸気に変わらなかったドレン（大気圧で１００度のドレン）は、自重で鉛直下方に移動して第４ドレン回収管３１６に入る。一方、生成された蒸気（フラッシュ蒸気）は、ドレンよりも相対的に軽いことから、主に鉛直上方に拡散して第２送入管３１２に入る。第２送入管３１２に入った蒸気は、第２熱交換器５０に送られる。

また、第１熱交換器２４で利用されなかった蒸気は、分離器６０で分離されて蒸気流通管６６および第２送入管３１２を通じて第２熱交換器５０に送られる。

つまり、第２熱交換器５０には、第１熱交換器２４で利用されなかった蒸気と、フラッシュタンク３１０で生成された蒸気（フラッシュ蒸気）とが供給される。したがって、第２熱交換器５０は、第１熱交換器２４で利用されなかった蒸気と、フラッシュタンク３１０で生成された蒸気とを利用して熱交換を行う。

蒸気駆動式ポンプ３１４には、第１熱交換器２４等を含む蒸気系統とは別系統の蒸気が供給される。蒸気駆動式ポンプ３１４は、この別系統の蒸気によって、第２熱交換器５０で生じたドレンおよびフラッシュタンク３１０から第４ドレン回収管３１６に入るドレンを回収して給水タンク１０に移送する。

以上のように、第４実施形態の蒸気熱交換システム３００は、第１実施形態と同様に、蒸気熱交換システム３００全体として蒸気のロスを抑えつつ、第１熱交換器２４における熱貫流率の低下を防止することが可能となる。

加えて、第４実施形態の蒸気熱交換システム３００では、第２熱交換器５０での熱交換が、第１熱交換器２４から送出される蒸気とドレンとの両方を用いて行われる。したがって、第４実施形態の蒸気熱交換システム３００では、蒸気熱交換システム３００全体の熱効率を、より大きくすることができる。

なお、第４実施形態の蒸気熱交換システム３００において、分離器６０で分離された蒸気を、フラッシュタンク３１０を介さずに直接的に第２熱交換器５０に供給していた。しかし、分離器６０で分離された蒸気を、フラッシュタンク３１０を介して第２熱交換器５０に供給してもよい。つまり、蒸気流通管６６は、フラッシュタンク３１０に連通してもよい。

また、第４実施形態の蒸気熱交換システム３００において、圧力調整弁７０の制御については、第１実施形態と同様の構成であるが、第２実施形態および第３実施形態と同様の構成としてもよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記各実施形態では、高圧の蒸気を利用する第１熱交換器２４と、低圧の蒸気を利用する第２熱交換器５０との２段階で構成されていた。しかし、第１熱交換器２４と第２熱交換器５０の２段階の構成に限らない。例えば、蒸気熱交換システムは、高圧の蒸気を利用する高圧熱交換器と、中圧の蒸気を利用する中圧熱交換器と、低圧の蒸気を利用する低圧熱交換器との３段階で構成されてもよい。

この場合、高圧熱交換器で利用されなかった蒸気を中圧熱交換器に供給し、中圧熱交換器で利用されなかった蒸気を低圧熱交換器に供給するようにカスケード接続してもよい。また、高圧熱交換器で利用されなかった蒸気を中圧熱交換器に供給するとともに、高圧熱交換器で利用されなかった蒸気を中圧からさらに減圧して低圧熱交換器に供給するように分配接続してもよい。これらの構成においても、蒸気熱交換システム全体として蒸気のロスを抑えつつ、高圧熱交換器における熱貫流率の低下を防止することが可能となる。

また、上記各実施形態において、第２熱交換器５０に供給される蒸気の圧力は、第１熱交換器２４に供給される蒸気の圧力よりも小さかった。しかし、蒸気供給源２０から直接的に第２熱交換器５０に蒸気を補充しない場合には、第１熱交換器２４に供給される蒸気の圧力と等しい圧力の蒸気を第１熱交換器から第２熱交換器に供給してもよいし、第１熱交換器２４に供給される蒸気の圧力よりも大きな圧力の蒸気を、圧縮機などを介して第１熱交換器から第２熱交換器に供給してもよい。

本発明は、蒸気熱交換システムに利用することができる。

１、１００、２００、３００ 蒸気熱交換システム
２０ 蒸気供給源
２４ 第１熱交換器
４０ 送出口
５０ 第２熱交換器
６０ 分離器
６６ 蒸気流通管（蒸気流通部）
７０ 圧力調整弁
７２ 圧力計
７４ オリフィス
８０ 制御部
２０２ 電動弁
３１０ フラッシュタンク

Claims (8)

1. 蒸気供給源から供給された蒸気と被加熱物とで熱交換を行い、熱交換によって生じたドレンを、前記蒸気供給源から供給される蒸気の一部とともに送出口から送出する第１熱交換器と、
   前記第１熱交換器の送出口から供給されたドレンと、前記第１熱交換器の送出口から供給された蒸気とを分離する分離器と、
   前記分離器で分離された蒸気が供給され、供給された蒸気と被加熱物との間で熱交換を行う第２熱交換器と、
   前記分離器で分離された蒸気を前記第２熱交換器に導く蒸気流通部と、
   前記蒸気流通部に設けられ、前記蒸気流通部における流路の所定区間の断面積を絞るオリフィスと、
   前記蒸気流通部における前記分離器と前記オリフィスとの間に設けられ、前記蒸気流通部における流路の開度を変化させる圧力調整弁と、
   蒸気が流通する経路のうち前記第１熱交換器の下流側であり前記圧力調整弁の上流側である１次側蒸気流通経路に設けられ、前記１次側蒸気流通経路を流通する蒸気の圧力を検出する圧力計と、
   前記圧力計の圧力に基づいて前記圧力調整弁の開度を制御する制御部と、
   を備える蒸気熱交換システム。
2. ドレンが流通する経路のうち前記第１熱交換器の下流側であり、前記分離器で分離されたドレンを捕集するトラップの上流側である１次側ドレン流通経路に設けられ、前記１次側ドレン流通経路を流通するドレンの温度を検出する温度計と、
   前記温度計の温度に基づいて前記圧力調整弁の開度を制御する制御部と、
   を備える請求項１に記載の蒸気熱交換システム。
3. 蒸気供給源から供給された蒸気と被加熱物とで熱交換を行い、熱交換によって生じたドレンを、前記蒸気供給源から供給される蒸気の一部とともに送出口から送出する第１熱交換器と、
   前記第１熱交換器の送出口から供給されたドレンと、前記第１熱交換器の送出口から供給された蒸気とを分離する分離器と、
   前記分離器で分離された蒸気が供給され、供給された蒸気と被加熱物との間で熱交換を行う第２熱交換器と、
   前記分離器で分離された蒸気を前記第２熱交換器に導く蒸気流通部と、
   前記蒸気流通部に設けられ、前記蒸気流通部における流路の所定区間の断面積を絞るオリフィスと、
   前記蒸気流通部における前記分離器と前記オリフィスとの間に設けられ、前記蒸気流通部における流路の開度を変化させる圧力調整弁と、
   ドレンが流通する経路のうち前記第１熱交換器の下流側であり、前記分離器で分離されたドレンを捕集するトラップの上流側である１次側ドレン流通経路に設けられ、前記１次側ドレン流通経路を流通するドレンの温度を検出する温度計と、
   前記温度計の温度に基づいて前記圧力調整弁の開度を制御する制御部と、
   を備える蒸気熱交換システム。
4. 蒸気供給源から供給された蒸気と被加熱物とで熱交換を行い、熱交換によって生じたドレンを、前記蒸気供給源から供給される蒸気の一部とともに送出口から送出する第１熱交換器と、
   前記第１熱交換器の送出口から供給されたドレンと、前記第１熱交換器の送出口から供給された蒸気とを分離する分離器と、
   前記分離器で分離された蒸気が供給され、供給された蒸気と被加熱物との間で熱交換を行う第２熱交換器と、
   前記分離器で分離された蒸気を前記第２熱交換器に導く蒸気流通部と、
   前記蒸気流通部に設けられ、前記蒸気流通部における流路の所定区間の断面積を絞るオリフィスと、
   前記蒸気流通部における前記分離器と前記オリフィスとの間に設けられ、前記蒸気流通部における流路の開度を変化させる圧力調整弁と、
   前記圧力調整弁と前記オリフィスとの間または前記オリフィスと前記第２熱交換器との間に設けられ、前記蒸気流通部を流通する蒸気の圧力を検出する圧力計と、
   前記圧力計の圧力に基づいて、前記圧力調整弁の開度を制御する制御部と、
   を備える蒸気熱交換システム。
5. 蒸気供給源から供給された蒸気と被加熱物とで熱交換を行い、熱交換によって生じたドレンを、前記蒸気供給源から供給される蒸気の一部とともに送出口から送出する第１熱交換器と、
   前記第１熱交換器の送出口から供給されたドレンと、前記第１熱交換器の送出口から供給された蒸気とを分離する分離器と、
   前記分離器で分離された蒸気が供給され、供給された蒸気と被加熱物との間で熱交換を行う第２熱交換器と、
   前記分離器で分離された蒸気を前記第２熱交換器に導く蒸気流通部と、
   前記蒸気流通部に設けられ、前記蒸気流通部における流路の所定区間の断面積を絞るオリフィスと、
   前記蒸気流通部における前記分離器と前記オリフィスとの間に設けられ、前記蒸気流通部における流路の開閉を切り替える電動弁と、
   前記蒸気流通部における前記電動弁と前記オリフィスとの間または前記オリフィスと前記第２熱交換器との間に設けられ、前記蒸気流通部を流通する蒸気の圧力を検出する圧力計と、
   前記圧力計の圧力が所定の第１閾値を超えた場合、前記電動弁を閉じ、前記圧力計の圧力が前記第１閾値よりも小さな所定の第２閾値を下回った場合、前記電動弁を開ける制御部と、
   を備える蒸気熱交換システム。
6. 内部空間の圧力が大気圧以下に設定され、前記分離器で分離されたドレンが前記内部空間に供給され、供給されたドレンからフラッシュ蒸気を発生させるフラッシュタンクを備え、
   前記フラッシュタンクで発生した前記フラッシュ蒸気を前記第２熱交換器に供給する請求項１から５のいずれか１項に記載の蒸気熱交換システム。
7. 蒸気供給源から供給された蒸気と被加熱物とで熱交換を行い、熱交換によって生じたドレンを、前記蒸気供給源から供給される蒸気の一部とともに送出口から送出する第１熱交換器と、
   前記第１熱交換器の送出口から供給されたドレンと、前記第１熱交換器の送出口から供給された蒸気とを分離する分離器と、
   前記分離器で分離された蒸気が供給され、供給された蒸気と被加熱物との間で熱交換を行う第２熱交換器と、
   内部空間の圧力が大気圧以下に設定され、前記分離器で分離されたドレンが前記内部空間に供給され、供給されたドレンからフラッシュ蒸気を発生させるフラッシュタンクと、
   を備え、
   前記フラッシュタンクで発生した前記フラッシュ蒸気を前記第２熱交換器に供給する蒸気熱交換システム。
8. 前記蒸気供給源から送出された蒸気の一部を減圧して前記第２熱交換器に供給する減圧弁を備え、
   前記第２熱交換器は、前記分離器で分離された蒸気および前記減圧弁により減圧された蒸気が供給され、供給された蒸気と被加熱物との間で熱交換を行う請求項１から５のいずれか１項に記載の蒸気熱交換システム。

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