WO2019188528A1 - 凝縮液排出装置 - Google Patents

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WO2019188528A1
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orifice
condensate
plate
decompression
discharge device
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Inventor
村上仁士
達哉 東野
Original Assignee
ゼットエンジニアリング株式会社
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28BSTEAM OR VAPOUR CONDENSERS
    • F28B9/00Auxiliary systems, arrangements, or devices
    • F28B9/08Auxiliary systems, arrangements, or devices for collecting and removing condensate
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16TSTEAM TRAPS OR LIKE APPARATUS FOR DRAINING-OFF LIQUIDS FROM ENCLOSURES PREDOMINANTLY CONTAINING GASES OR VAPOURS
    • F16T1/00Steam traps or like apparatus for draining-off liquids from enclosures predominantly containing gases or vapours, e.g. gas lines, steam lines, containers
    • F16T1/34Steam traps or like apparatus for draining-off liquids from enclosures predominantly containing gases or vapours, e.g. gas lines, steam lines, containers without moving parts other than hand valves, e.g. labyrinth type

Definitions

  • the present invention relates to a condensate discharge device, and specifically, for example, attached to a steam transfer pipe such as a steam pipe, or a steam heating device such as a heat exchanger, a dryer or an air conditioner, and the steam after releasing latent heat is condensed.
  • the present invention relates to an orifice type condensate discharge device for discharging and removing condensate (vapor condensed water) through an orifice.
  • a condensate (hereinafter also referred to as a drain) is discharged at a specified pressure from the advantages that a movable valve, which is a movable member, is unnecessary, and is extremely durable and does not cause vapor leakage due to deterioration of the valve part.
  • Orifice-type condensate discharging apparatuses incorporating orifices set to ⁇ are known. In such an orifice type condensate discharge device, it is necessary to set the orifice hole diameter smaller (for example, ⁇ 0.5 mm) than the valve type condensate discharge device in accordance with the planned drain discharge flow rate. , Foreign matter clogging easily occurs in the orifice hole.
  • Patent Document 1 discloses a condensate discharge device in which a plurality of orifices are arranged in series in a valve chamber and the central axes of the plurality of orifices are eccentric in the arrangement direction.
  • Patent Document 2 discloses a condensate in which central axes of a plurality of orifices arranged in series in the valve chamber are decentered before and after the arrangement direction, and a plate-like or belt-like temperature-responsive element is arranged opposite to each orifice.
  • a discharge device is disclosed.
  • a central axis of a plurality of orifices arranged in series in the valve chamber is decentered before and after the arrangement direction, and a rolling member capable of rolling by a fluid passing through the orifice is provided in each orifice.
  • a condensate discharge device disposed through the orifice.
  • the amount of drain passing through the orifice is determined by the differential pressure and the orifice hole diameter.
  • the prior art described in Patent Document 1 cannot flexibly cope with the increase or decrease in the drain discharge flow rate. There was a problem such as.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and a condensate discharging apparatus having high adaptability to increase / decrease in drain discharge amount while preventing clogging of orifice holes.
  • the purpose is to provide a simple method at low cost.
  • a condensate discharge apparatus is a condensate discharge apparatus in which an orifice unit having an orifice and a decompression chamber provided in a subsequent stage is arranged and formed in multiple stages in series.
  • Each orifice unit has an orifice plate having a diameter of 1 mm or more and an orifice plate formed in a thin plate shape, and has a wall thickness equivalent to that of the orifice plate, and a decompression chamber is formed therein.
  • Each of the orifice holes adjacent to each other along the axial direction is formed so as to be shifted in the radial direction.
  • the condensate can be discharged and removed stably over time from the startup to the steady state while preventing the orifice hole from being clogged.
  • each of the orifice holes is formed to have the same diameter, and each of the decompression chambers is formed to have an equal volume, and the orifice holes of the first and last stage orifice units are arranged at the center.
  • the orifice holes of the intermediate orifice unit may be arranged eccentrically, and the adjacent intermediate orifice holes may be arranged so that the arrangement phases thereof are different from each other by 180 °.
  • the apparent flow path length can be ensured to the maximum, and the axial length can be shortened while increasing the number of stages.
  • each of the orifice holes is formed to have the same diameter, and each of the decompression chambers is formed to have an equal volume, and the formation positions of the orifice holes adjacent along the axial direction are the center, eccentricity, The centers may be arranged alternately and repeatedly.
  • the most downstream orifice hole may be formed at the center.
  • the uppermost orifice hole may be formed so as to be eccentric from the center or below the center.
  • the orifice hole can be reliably sealed by the drain, and steam leakage can be stably prevented.
  • the ratio between the volume of the decompression chamber and the opening volume of the orifice hole may be set to 30 to 200.
  • the axial direction can be further shortened, which can contribute to downsizing of the apparatus and improvement of piping workability.
  • the orifice plate and the decompression plate are made of stainless steel having a thickness of 1 to 2 mm, and may be connected by being pressurized in the axial direction.
  • an orifice having a large opening diameter and prevent clogging of the orifice hole, while stably discharging and removing the condensate from the start-up to the steady state.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the configuration of the condensate discharging apparatus according to the present embodiment
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the configuration of the orifice plate
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating the steady state of the condensate discharging apparatus.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a startup state of the condensate discharging apparatus.
  • the condensate discharge device is a heat exchanger, a dryer, an air conditioner or the like, in various steam heating devices that use steam as a heat source, to minimize the leakage of steam, and to remove the condensate from the device.
  • An orifice is provided in the middle of a condensate passage formed in the latter stage (downstream side) of the steam heating apparatus (not shown). The drain, that is, the condensate is discharged out of the device through the orifice due to the differential pressure.
  • the condensate discharging apparatus 1 discharges the condensate DR introduced on the input side outside the apparatus without leaking live steam.
  • the plurality of orifice units 10U 1 to N are arranged in series in the hollow cylindrical housing HG.
  • a screw portion SC is formed on the outer peripheral portion of the housing HG so that it can be screwed into an existing pipe or the like.
  • Each orifice unit 10 U 1 ⁇ N (in this example, disc-shaped) plate having orifice holes 11h 1 ⁇ N having the same diameter as the orifice plate 12P 1 ⁇ N, and the orifice plate 12P 1 ⁇ N equivalent It is composed of hollow disk-shaped decompression plates 14P 1 to N having an outer diameter and forming decompression spaces (decompression chambers) 14S 1 to N downstream of the orifice plates 12P 1 to N.
  • the orifice units 10U 1 to N are arranged in a plurality of stages (multistage) in series along the condensate discharge passage formed in the housing HG.
  • the orifice plate 12P includes a central orifice plate 12Pc (see FIG. 2A) in which an orifice hole (hereinafter also referred to as a central orifice hole 11hc) is formed at the center thereof, Formed in two types: an eccentric orifice plate 12Pd (see FIG. 2 (b)) in which an orifice hole (hereinafter also referred to as an eccentric orifice hole 11hd) is formed in the periphery (on the circumference at a distance d from the center).
  • the orifice opening diameter is the same diameter ( ⁇ 1.5 mm in the present embodiment) with a diameter ⁇ of 1 to 2.5 mm.
  • the decompression plates 14P 1 to N have the same outer diameter as the orifice plates 12P 1 to N and are formed by ring-shaped seal washers (ring washers), and have the same opening diameter (this example) In this case, decompression spaces (decompression chambers) 14S 1 to N having the same volume at ⁇ 14.00 mm are set and formed.
  • the orifice plates 12P 1 to N and the decompression plates 14P 1 to N are both thin stainless plates and have the same thickness (1 mm in this example).
  • a sealing member such as a gasket is separately provided. Without being provided, the sealing performance can be stably maintained over time with respect to the change in the drain discharge flow rate from the startup to the steady state.
  • the thicknesses of the orifice plates 12P 1 to N and the decompression plates 14P 1 to N are preferably 1 to 2 mm. This is because if it is 1 mm or less, the strength is insufficient, and if it is 2 mm or more, followability (applicability) with respect to changes in the drain discharge flow rate and piping workability associated with an increase in the axial length are reduced.
  • the orifice unit 10 U N of the last stage via the hollow cylindrical collar 15, which is pressed and supported in the axial direction by a spring washer SW.
  • a spring washer SW pressurizing
  • the orifice holes 11h 1 to N of each of the adjacent orifice units 10U 1 to N have diameters so that they are not arranged on the same straight line before and after the condensate flow path direction (hereinafter referred to as the axial direction). It is arranged and formed shifted in the direction (eccentric).
  • the eccentric orifice plate 12Pd may be arranged, in this case, it is preferable to adjust the arrangement phase so that the eccentric orifice hole 11hd is positioned below the center. Thereby, the orifice hole 11h can be more reliably sealed by the introduced drain DR, and steam leakage can be prevented in advance.
  • the central orifice plate 12Pc is disposed. As a result, the drain DR can be discharged from the central portion, and erosion (erosion action) on the downstream piping or the like can be suppressed.
  • the eccentric orifice plate 12Pd is disposed in the intermediate orifice units 10U2 to (N-1) , and the adjacent eccentric orifice plate 12Pd is adjusted so that the position of the eccentric orifice hole 11hd is different by 180 °. Has been placed. Thereby, the flow path length can be ensured to the maximum (the apparent flow path length can be increased).
  • the phase difference between the eccentric holes 11hd of the adjacent eccentric orifice plates 12Pd is preferably at least ⁇ 90 ° or more.
  • the adjacent orifice holes 11h 1 to N along the axial direction are arranged so as to be radially displaced (eccentric) from each other, thereby forming an intricate flow path, and for the fluid to be leaked out. It is possible to promote a so-called labyrinth effect that increases pressure loss and reduces leakage to improve sealing performance.
  • the apparent flow path length can be increased, the axial lengths of the multi-stage orifice units 10U 1 to N can be shortened, and the connection workability to piping or the like can be improved.
  • the thickness of the decompression plates 14P 1 to N is set to be thin within a predetermined range (shortening the depth of the decompression chambers 14S 1 to N ), the turbulent flow in the decompression space due to the single-layer fluid SF at the time of startup ( (Swirl flow, spiral flow) can be prevented, the drain DR can be promptly discharged, and the length in the depth direction can be reduced, thereby contributing to the improvement of piping workability and downsizing of the apparatus.
  • a stratified fluid (a gas-liquid two-layer mixed fluid in which saturated steam and saturated condensed water are mixed) MF is introduced to the input side HG IN , and the two-layer mixed fluid MF passes through the orifice units 10U 1 to N.
  • the saturation temperature decreases, and flash vapor fV is generated between the adjacent orifice units 10U 1 to N. Thereby, the sealing effect by the flash vapor fV is promoted, and the drain in the steady state can be discharged stably.
  • the single-layer fluid (condensate less than the saturation temperature) SF is input to the input side HG IN. Will be introduced.
  • the length in the axial direction is formed in the truncated multistage than conventional, each orifice holes 11h 1 ⁇ N for each orifice unit 10 U 1 ⁇ N are non-saturation drain (monolayer It has been found by the present inventors that the water is sealed with the fluid SF).
  • the multi-stage orifice units 10U 1 to N are substantially functions substantially similarly to the single-stage orifice unit 10 U 1 to also smoothly cope with sudden drain increase of such time of startup (cold start) (automatically follow) to the corresponding I understood that the range can be expanded.
  • a condensate discharging apparatus having a conventional configuration
  • a conventional configuration a central orifice hole and a decompression chamber are integrated with each other as schematically shown in FIG. 5.
  • the condensate discharging device 100 having the formed orifice units 100U 1 to 4 and having an axial length of 12 mm for each unit was used.
  • Example 1-1 Diameter of orifice hole 11h: ⁇ 1.0 mm, thickness of orifice plate 12P: 1.0 mm, opening diameter of decompression plate 14P: ⁇ 14.0 mm, thickness of decompression plate 14P: 1.0 mm, number of orifice stages N: 16 stages ( When the axial length was set to 32 mm, a drain discharge amount equivalent to ⁇ 0.5 mm ⁇ 4 stages (axial length: 48 mm) of the condensate discharging device of the conventional configuration was obtained in the steady state.
  • the drain DR can be stably and smoothly discharged without causing vapor leakage with respect to the increase or decrease of the drain DR from the startup state to the steady state ( In particular, it was confirmed that it was possible to respond smoothly to sudden drain increases such as during startup. On the other hand, in the condensate discharging apparatus having the conventional configuration, it was confirmed that the clogging and the start-up time were increased with the passage of time (Comparative Example 1-1).
  • the axial length is reduced to about 66% while preventing the clogging by expanding the hole diameter four times as large as the orifice opening area as compared with the conventional configuration.
  • a stable drain discharge capability was obtained from the startup to the steady state.
  • Example 1-2 Diameter of orifice hole 11h: ⁇ 1.5 mm, thickness of orifice plate 12P: 1.0 mm, opening diameter of decompression plate 14P: ⁇ 14.0 mm, thickness of decompression plate 14P: 1.0 mm, number of orifice stages N: 20 ( When the axial length was set to 40 mm, a drain discharge amount equivalent to ⁇ 0.7 mm ⁇ 4 stages (axial length: 48 mm) of the condensate discharging device of the conventional configuration was obtained in the steady state.
  • the drain DR can be stably and smoothly discharged without causing vapor leakage with respect to the increase or decrease of the drain DR from the startup state to the steady state ( In particular, it was confirmed that it was possible to respond smoothly to sudden drain increases such as during startup. On the other hand, in the condensate discharging apparatus having the conventional configuration, it was confirmed that the clogging and the start-up time increased with the passage of time (Comparative Example 1-2).
  • the axial length is reduced to about 83% while preventing the clogging by expanding the hole diameter by 4.6 times in the orifice opening area as compared with the conventional configuration. Even if it was reduced, a stable drain discharge capacity was obtained from the start-up to the steady state.
  • Example 1-3 Diameter of orifice hole 11h: ⁇ 1.5 mm, thickness of orifice plate 12P: 1.0 mm, opening diameter of decompression plate 14P: ⁇ 14.0 mm, thickness of decompression plate 14P: 1.0 mm, number of orifice stages N: 16 steps ( When the axial length was set to 32 mm, a drain discharge amount equivalent to ⁇ 0.8 mm ⁇ 4 stages (axial length: 48 mm) of the condensate discharging device of the conventional configuration was obtained in the steady state.
  • the drain DR can be stably and smoothly discharged without causing vapor leakage with respect to the increase or decrease of the drain DR from the startup state to the steady state ( In particular, it was confirmed that it was possible to respond smoothly to sudden drain increases such as during startup. On the other hand, in the condensate discharging apparatus having the conventional configuration, it was confirmed that the clogging and the start-up time were increased with the passage of time (Comparative Example 1-3).
  • the axial length is about 66% while preventing the clogging by expanding the hole diameter by about 3.5 times the orifice opening area as compared with the conventional configuration. Even if it was reduced to, a stable drain discharge capability was obtained from the start-up to the steady state.
  • the ratio R of the decompression space volume and the orifice opening volume at this time was R ⁇ 87.
  • the orifice opening area is expanded three times or more than before (the orifice hole diameter is 1.0 to 2.5 mm). , More preferably 1.0 to 1.5 mm), while preventing clogging and significantly increasing the number of stages (16 to 20 stages) while reducing the axial length (downsizing) more than before. It is possible to improve the piping workability, and to confirm that a condensate discharge device that can handle a wide range of drain fluctuations from the start-up to the steady state and can discharge the drain stably is obtained. did it.
  • the condensate discharge device 1A according to the present embodiment is different from the condensate discharge device 1 according to the previous embodiment in that the arrangement of the orifice holes is changed to eliminate the need for phase adjustment of the adjacent orifice holes, This is intended to improve workability and flow path stability, and members having the same functions as those in the previous embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the arrangement of the orifice plates 12P in each of the orifice units 10U 1 to N is divided into a central orifice plate 12Pc and an eccentric orifice plate 12Pd. It is configured to be arranged alternately.
  • the condensate discharge device As described above, according to the condensate discharge device according to the present invention, the condensate is in an unsaturated state while the orifice hole diameter can be increased to prevent clogging by adopting a predetermined multistage configuration.
  • the discharge and removal of the condensate can be stably performed against the fluctuation of the drain amount from the rising time to the steady state when the condensate reaches the saturated state.
  • a separate bypass valve may be provided for emergency response.

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Abstract

【課題】オリフィス孔の目詰まりを防止しつつ、ドレイン排出量の増減に対して適応性の高い凝縮液排出装置及び凝縮液排出方法を提供する。 【解決手段】オリフィスと、その後段に設けられた減圧室とを有するオリフィスユニットが、直列多段に配置形成された凝縮液排出装置であって、各オリフィスユニット10Uは、その直径が1mm以上のオリフィス孔11hを有して薄肉板状に形成されたオリフィス板12Pと、オリフィス板12Pと同等の肉厚を有し、その内部に減圧室14Sが形成された減圧板14Pとで構成されており、軸方向に沿って隣接する各オリフィス孔11hは互いに径方向に偏移して配置形成されている。

Description

凝縮液排出装置
 本発明は凝縮液排出装置に関し、具体的には、例えば蒸気配管等の蒸気移送管、あるいは熱交換器、乾燥器、冷暖房装置等の蒸気加熱機器に取り付けられ、潜熱放出後の蒸気が凝縮した凝縮液(蒸気凝集水)をオリフィスを介して排出除去するためのオリフィス式の凝縮液排出装置に関するものである。
 従来、可動部材である作動弁などを不要とし、耐久性が非常に高く弁部の劣化による蒸気漏れが発生しない等の利点から、凝縮液(以下、ドレインとも称する)を規定圧力で排出するように設定されたオリフィスを組み込んだオリフィス式の凝縮液排出装置が知られている。このようなオリフィス式の凝縮液排出装置では、予定されるドレインの排出流量に応じて、弁式の凝縮液排出装置に比し、オリフィス孔径を小さく設定(例えば、φ0.5mm)する必要があり、オリフィス孔に異物詰りが発生し易くなる。一方、異物詰りを防止するためには、オリフィス孔径を大きく設定(少なくともφ1mm以上)する必要があるが、潜熱を含んだ生蒸気が漏洩し易くなる。このため、ドレイン排出量に応じて多数種類のオリフィスを作成する必要があった。
 そこで、複数のオリフィスを直列多段に配置構成して段階的に減圧し、蒸気漏れの防止やオリフィス孔の詰まり防止を図った凝縮液排出装置が提案されている(例えば、特許文献1~3参照)
 ここで、特許文献1には、弁室内に複数のオリフィスを直列に配置すると共に、当該複数のオリフィスの中心軸を配列方向前後で偏心させた凝縮液排出装置が開示されている。
 また、特許文献2には、弁室内に直列配置された複数のオリフィスの中心軸を配列方向前後で偏心させると共に、それぞれのオリフィスに対向して板状又は帯状の温度応動素子を配置した凝縮液排出装置が開示されている。
 また、特許文献3には、弁室内に直列配置された複数のオリフィスの中心軸を配列方向前後で偏心させると共に、それぞれのオリフィス内に、オリフィスを通過する流体によって転動可能な転動部材を、オリフィスを貫通して配置した凝縮液排出装置が開示されている。
特開2001-27389号公報 特開2001-27390号公報 特開2001-27391号公報
 一般に、オリフィスを通過するドレイン量(オリフィス排出能力)は、差圧とオリフィス孔径にて決定されるが、例えば、特許文献1に記載された先行技術では、ドレイン排出流量の増減に柔軟に対応できないといった問題が生じていた。
 例えば、ドレイン排出量の変動が大きい蒸気加熱機器(システム)に適用する場合には、同一径の多段オリフィスでは、立ち上げ時から定常時まで等のドレイン変動に追従できず、ドレイン量がオリフィス排出能力の約半分を下回るとオリフィス孔を完全にシールすることができず蒸気漏れが生じるといった問題が生じていた。これに対して、蒸気漏れを防いで定常時におけるドレインの安定した排出性能を確保するためには、立ち上げ時のドレインの排出能力を絞り込む必要があり、立ち上がりに時間がかかるといった問題が生じていた。
 また、引用文献2,3に記載された先行技術は、そもそも可動部材を不要とするというオリフィス式の凝縮液排出装置の利点を損なうものであり、上述した問題点に加えて、耐久性や保守性が低下するといった問題が生じていた。
 すなわち、上記引用文献1~3に開示された先行技術では、いずれも同一径のオリフィス孔にて適用(対応)できるドレイン排出量の変動範囲が狭い(通常、最大排出量の50%まで)ため、立ち上げ時から定常時に至るまでのドレインの増減にオリフィス排出能力が十分に追従できず、結局、ドレイン排出量に応じてオリフィス孔径を変更したり、若しくは、定常状態に至るまでの立ち上げに時間がかかるといった問題を有していた。
 そこで、本発明は上述のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、オリフィス孔の目詰まりを防止しつつ、ドレイン排出量の増減に対して適応性の高い凝縮液排出装置を簡易な方法で安価に提供することを目的とする。
 上記目的を達成するために、本発明に係る凝縮液排出装置は、オリフィスと、その後段に設けられた減圧室とを有するオリフィスユニットが、直列多段に配置形成された凝縮液排出装置であって、各オリフィスユニットは、その直径が1mm以上のオリフィス孔を有して薄肉板状に形成されたオリフィス板と、前記オリフィス板と同等の肉厚を有し、その内部に減圧室が形成された減圧板とで構成されており、軸方向に沿って隣接する各オリフィス孔は互いに径方向に偏移して配置形成されていることを特徴とするものである。
 このように構成した場合には、オリフィス孔の目詰まりを未然に防止しつつ、立ち上げ時から定常時に至るまで、凝縮液を経時的に安定して排出除去することができる。
 また、前記オリフィス孔のそれぞれは同径に形成されていると共に、前記減圧室のそれぞれは等容積に形成されており、最前段及び最後段のオリフィスユニットのオリフィス孔は中心に配置形成されている一方、中間のオリフィスユニットのオリフィス孔は偏心して配置形成されており、かつ、隣接する中間のオリフィス孔は、互いに配置位相が180°異なるように配置されていてもよい。
 このように構成した場合には、見かけの流路長を最大限に確保して、多段化しつつ軸方向の長さを短縮化することができる。
 また、前記オリフィス孔のそれぞれは同径に形成されていると共に、前記減圧室のそれぞれは等容積に形成されており、軸方向に沿って隣接する各オリフィス孔の形成位置は、中心、偏心、中心・・・を交互に繰り返して配置されていてもよい。
 このように構成した場合には、オリフィス孔の位相ズレを調整する必要がなく、一定の流路長を確保してドレイン排出能力の安定化に寄与することができる。
 さらに、最下流側のオリフィス孔は、中心部に配置形成されていてもよい。
 このように構成した場合には、下流側配管等に対する浸食作用を未然に防止することができる。
 さらにまた、最上流側のオリフィス孔は、中心部、若しくは、中心部よりも下方に偏心して配置形成されていてもよい。
 このように構成した場合には、ドレインによりオリフィス孔を確実にシールして、蒸気漏れを安定して防止することができる。
 以上において、前記減圧室の体積と前記オリフィス孔の開口部体積との比は、30~200に設定されていてもよい。
 このように構成した場合には、さらに、軸方向の短縮化を可能とし、装置小型化や配管作業性の向上に寄与することができる。
 さらに、前記オリフィス板及び前記減圧板は、その厚さが1~2mmのステンレスで形成されており、軸方向に加圧して接続されていてもよい。
 このように構成した場合には、組立時や保守時の作業性の大幅な向上を実現すると共に、オリフィスユニットの増減についても現地にて容易に対応可能となる。
 本発明によれば、開口径の大きなオリフィスを採用可能としてオリフィス孔の目詰まりを未然に防止しつつ、立ち上げ時から定常時に至るまで、凝縮液を安定して排出除去することができる。
本発明に係る凝縮液排出装置の一実施形態の構成を示す模式図である。 本発明に係るオリフィス板の構成を示す模式図であり、(a)は中心オリフィス板、(b)は偏心オリフィス板を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る凝縮液排出装置における定常時の状態を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る凝縮液排出装置における立ち上げ時の状態を示す模式図である。 実施形態に係る凝縮液排出装置との比較検証に用いた従来構成の凝縮液排出装置を示す模式図である。 本発明に係る凝縮液排出装置の別の実施形態の構成を示す模式図である。
<実施形態1>
 以下に、本発明に係る凝縮液排出装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。ここで、図1は本実施の形態に係る凝縮液排出装置の構成を示す模式図、図2はオリフィス板の構成を示す模式図、図3は凝縮液排出装置の定常状態を示す模式図、図4は凝縮液排出装置の立ち上げ状態を示す模式図である。
 本実施の形態に係る凝縮液排出装置は、熱交換機、乾燥機、冷暖房装置等蒸気を熱源として利用する種々の蒸気加熱機器において蒸気の洩出を最少限に抑えてその凝縮液を当該機器から取り除くために利用されるものであり、不図示の蒸気加熱機器の後段(下流側)に取り付けられて、その内部に形成された凝縮液通路の途中にオリフィスが設けられている。そして、ドレインすなわち凝縮液は差圧によりオリフィスを通って機器外に排出されるようになっている。
 具体的には、図1に模式的に示すように、本実施の形態に係る凝縮液排出装置1は、入力側に導入された凝縮液DRを生蒸気を漏洩させることなく装置外へ排出するように、複数のオリフィスユニット10U1~Nが中空円筒状の筐体HG内に直列に配置されている。なお、本実施の形態において、筐体HGの外周部には、既設の配管等にネジ込んで取付けが可能なよう、ネジ部SCが形成されている。
 各オリフィスユニット10U1~Nは、同径のオリフィス孔11h1~Nを有する板状(本例では、円板状)のオリフィス板12P1~Nと、該オリフィス板12P1~Nと同等の外径を有し、オリフィス板12P1~Nの後段にて減圧空間(減圧室)14S1~Nを形成する中空円板状の減圧板14P1~Nとで構成されている。そして、本実施の形態では、かかるオリフィスユニット10U1~Nが、筐体HG内に形成された凝縮液排出通路に沿って直列に複数段(多段)配置されている。
 図2に模式的に示すように、オリフィス板12Pは、その中心にオリフィス孔(以下、中心オリフィス孔11hcとも称する)が開口形成された中心オリフィス板12Pc(図2(a)参照)と、その周辺部(中心からの離隔距離dの円周上)にオリフィス孔(以下、偏心オリフィス孔11hdとも称する)が開口形成された偏心オリフィス板12Pd(図2(b)参照)との2種類で形成されている。なお、オリフィス開口径は、その直径φがいずれも1~2.5mmの同径(本実施の形態では、φ1.5mm)に形成されている。
 また、各減圧板14P1~Nは、上記オリフィス板12P1~Nと同等の外径を有し、リング状のシールワッシャー(リングワッシャー)にて形成されており、同一の開口径(本例では、φ14.00mm)にて同一容積の減圧空間(減圧室)14S1~Nが設定形成されている。
 なお、本実施の形態において、オリフィス板12P1~Nと減圧板14P1~Nとは、共にステンレスの薄板であり、かつ、同等の厚さ(本例では、1mm)に形成されている。このようにオリフィス板12P1~Nと減圧板14P1~Nとを同一材質、同一薄肉厚の別体の板状部材で形成することにより、不測の荷重が軸方向に付与された場合でも、オリフィス板12P1~Nと減圧板14P1~Nとを同一方向に一体的に変移(変形)させ、減圧空間とオリフィス孔とを一体形成した従来構成に比し、ガスケット等のシール部材を別途設けることなく、立ち上げ時から定常時までのドレインの排出流量の変化に対して、シール性を経年的に安定して維持することができる。
 また、上記オリフィス板12P1~N及び減圧板14P1~Nの厚さは、1~2mmであることが好ましい。1mm以下では強度的に不十分であり、2mm以上ではドレイン排出流量の変化に対する追従性(適応性)や軸方向の長さ増大に伴う配管作業性が低下するからである。
 また、本実施の形態において、最後段のオリフィスユニット10Uは、中空円筒状のカラー15を介して、スプリングワッシャーSWにて軸方向に押圧支持されている。
 このように各オリフィスユニット10U1~Nを、同一径、同一肉厚のオリフィス板12P1~Nと減圧板14P1~Nとで形成し、スプリングワッシャーSWにて軸方向に押圧(加圧)支持する簡易な構成とすることにより、組立時や保守時の作業性の大幅な向上を実現することができる。また、オリフィスユニット10U1~Nの増減や異なるオリフィス径へ交換についても現地にて容易に対応可能となる。なお、符号17は、スプリングワッシャーSWを支持するブッシングである。
 そして、本実施の形態において、隣接する各オリフィスユニット10U1~Nのオリフィス孔11h1~Nは、凝縮液流路方向(以下、軸方向)前後において、同一直線上に配置されないようにそれぞれ径方向に偏移(偏心)して配置形成されている。
 具体的には、最前段(最上流側)のオリフィスユニット10Uには、中心オリフィス板12Pcが配置されている。なお、偏心オリフィス板12Pdを配置してもよいが、この場合は、偏心オリフィス孔11hdが中心よりも下方に位置するように配置位相を調整することが好ましい。これにより、導入されたドレインDRによりオリフィス孔11hをより確実にシールして、蒸気漏れを未然に防止することができる。
 また、最下流側(排出側)のオリフィスユニット10Uには、中心オリフィス板12Pcが配置されている。これにより、中心部からドレインDRを排出して下流側の配管等に対するエロージョン(浸食作用)を抑制することができる。
 一方、中間のオリフィスユニット10U2~(N-1)には、偏心オリフィス板12Pdが配置されており、かつ、隣接する偏心オリフィス板12Pdは、偏心オリフィス孔11hdの位置が180°異なるように調整配置されている。これにより、流路長を最大限に確保することができる(見かけの流路長を増大させることができる)。なお、隣接する偏心オリフィス板12Pdの偏心孔11hdの位相差は、少なくとも±90°以上であることが好ましい。
 このように、軸方向に沿って隣接する各オリフィス孔11h1~Nを互いに径方向に偏移(偏心)させて配置形成することにより入り組んだ流路を形成し、漏れ出ようとする流体の圧力損失を増大させ漏れ量を減少させてシール性を向上させる、いわゆるラビリンス効果を促進させることができる。加えて、見かけの流路長を増大させることができるので、多段化したオリフィスユニット10U1~Nの軸方向の長さが短縮可能となり、配管等への接続作業性を向上させることができる。
 また、減圧板14P1~Nの厚さを所定の範囲で薄く(減圧室14S1~Nの奥行きを短く)設定することにより、立ち上げ時の単層流体SFによる減圧空間内における乱流(渦流、スパイラル流)の発生を防いで、ドレインDRの速やかな排出を促進すると共に、奥行き方向の長さを縮小して、配管作業性の向上や装置小型化に寄与することができる。
 上述のように構成した本実施の形態に係る凝縮液排出装置において、蒸気加熱機器SHから導入された凝縮液が飽和温度に達している定常状態では、図3に模式的に示すように、二層混合流体(飽和蒸気と飽和凝縮水とが混合した気液二層混合流体)MFが入力側HGINに導入されており、当該二層混合流体MFがオリフィスユニット10U1~Nを通過するごとに圧力が等間隔で下がって飽和温度が低下し、隣接するオリフィスユニット10U1~N間でフラッシュ蒸気fVが発生することとなる。これにより、フラッシュ蒸気fVによるシール効果が促進されて、定常状態におけるドレインを安定して排出することができる。
 一方、蒸気加熱機器SHから導入された凝縮液が飽和温度未満である立ち上げ状態では、図4に模式的に示すように、単層流体(飽和温度未満の凝縮液)SFが入力側HGINに導入されることとなる。すると、軸方向の長さが短縮され従来よりも多段に形成された本発明に係る凝縮液排出装置では、各オリフィスユニット10U1~Nの各オリフィス孔11h1~Nが非飽和ドレイン(単層流体SF)により水封された状態となることが本発明者らの研究により判明した。これにより、ドレイン温度が飽和温度よりも著しく低い立ち上げ状態等の場合では、各オリフィスユニット10U1~Nを通過してもフラッシュ蒸気fVが発生しないため、多段のオリフィスユニット10U1~Nが、実質的には概ね一段のオリフィスユニット10Uと同様に機能して、立ち上げ時(コールドスタート時)などの突発的なドレイン増大に対しても円滑に対応(自動的に追従)して、対応レンジを拡大できることが解った。
次に、本実施の形態に係る凝縮液排出装置1と従来構成の凝縮液排出装置とを用いて、オリフィス孔と減圧室との適切な関係を規定するための比較検証を行った。検証結果について、実施例、比較例(従来構成)として以下に説明する。
 ここで、従来構成の凝縮液排出装置としては、定常時におけるドレイン排出能力を安定して確保するために、図5に模式的に示すような従来構成(中心オリフィス孔と減圧室とが一体に形成されたオリフィスユニット100U1~4であり、各ユニットの軸方向長さ12mm)の凝縮液排出装置100を用いた。
<実施例1-1>
 オリフィス孔11hの径:φ1.0mm、オリフィス板12Pの厚さ:1.0mm、減圧板14Pの開口径:φ14.0mm、減圧板14Pの厚さ:1.0mm、オリフィス段数N:16段(軸方向長さ:32mm)に設定したところ、定常時において、従来構成の凝縮液排出装置のφ0.5mm×4段(軸方向長さ:48mm)と同等なドレイン排出量が得られた。そして、本実施の形態に係る凝縮液排出装置では、立ち上げ状態から定常状態に至るまでのドレインDRの増減に対して、蒸気漏れを生じさせることなく当該ドレインDRを安定して円滑に排出(特に、立ち上げ時などの突発的なドレイン増大に対しても円滑に対応)できることが確認できた。一方、従来構成の凝縮液排出装置では、経年使用に伴う目詰まり及び立ち上げ時間の増大が確認された(比較例1-1)。
 すなわち、本実施の形態に係る凝縮液排出装置では、従来構成に比し、オリフィス開口面積で4倍に孔径を拡大して目詰まりを防止しつつ、軸方向長さを約66%に縮小しても、立ち上げ時から定常時に至るまで安定したドレイン排出能力が得られた。
 なお、このときの減圧空間体積とオリフィス開口部体積との比Rは、R=π/4×14×1:π/4×1.0×1=196であった。
<実施例1-2>
 オリフィス孔11hの径:φ1.5mm、オリフィス板12Pの厚さ:1.0mm、減圧板14Pの開口径:φ14.0mm、減圧板14Pの厚さ:1.0mm、オリフィス段数N:20段(軸方向長さ:40mm)に設定したところ、定常時において、従来構成の凝縮液排出装置のφ0.7mm×4段(軸方向長さ:48mm)と同等なドレイン排出量が得られた。そして、本実施の形態に係る凝縮液排出装置では、立ち上げ状態から定常状態に至るまでのドレインDRの増減に対して、蒸気漏れを生じさせることなく当該ドレインDRを安定して円滑に排出(特に、立ち上げ時などの突発的なドレイン増大に対しても円滑に対応)できることが確認できた。一方、従来構成の凝縮液排出装置では、経年使用に伴う目詰まり及び立ち上げ時間の増大が確認された(比較例1-2)。
 すなわち、本実施の形態に係る凝縮液排出装置では、従来構成に比し、オリフィス開口面積で4.6倍に孔径を拡大して目詰まりを防止しつつ、軸方向長さを約83%に縮小しても、立ち上げ時から定常時に至るまで安定したドレイン排出能力が得られた。
 なお、このときの減圧空間体積とオリフィス開口部体積との比Rは、R=π/4×14×1:π/4×1.5×1≒87であった。
<実施例1-3>
 オリフィス孔11hの径:φ1.5mm、オリフィス板12Pの厚さ:1.0mm、減圧板14Pの開口径:φ14.0mm、減圧板14Pの厚さ:1.0mm、オリフィス段数N:16段(軸方向長さ:32mm)に設定したところ、定常時において、従来構成の凝縮液排出装置のφ0.8mm×4段(軸方向長さ:48mm)と同等なドレイン排出量が得られた。そして、本実施の形態に係る凝縮液排出装置では、立ち上げ状態から定常状態に至るまでのドレインDRの増減に対して、蒸気漏れを生じさせることなく当該ドレインDRを安定して円滑に排出(特に、立ち上げ時などの突発的なドレイン増大に対しても円滑に対応)できることが確認できた。一方、従来構成の凝縮液排出装置では、経年使用に伴う目詰まり及び立ち上げ時間の増大が確認された(比較例1-3)。
 すなわち、本実施の形態に係る凝縮液排出装置では、従来構成に比し、オリフィス開口面積で約3.5倍に孔径を拡大して目詰まりを防止しつつ、軸方向長さを約66%に縮小しても、立ち上げ時から定常時に至るまで安定したドレイン排出能力が得られた。 
 なお、このときの減圧空間体積とオリフィス開口部体積との比Rは、R≒87であった。
<実施例1-4>
 オリフィス孔11hの径:φ3.0mm、オリフィス板12Pの厚さ:1.0mm、減圧板14Pの開口径:φ14.0mm、減圧板14Pの厚さ:1.0mm、オリフィス段数N:20段(40mm)に設定(比較例1-4)したところ、蒸気漏れが確認された(R=π/4×14×1:π/4×3.0×1≒22)。なお、オリフィス孔11hの径をφ2.5mmに設定(実施例1-4)したところ蒸気漏れは確認されなかった。(R=π/4×14×1:π/4×2.5×1≒31)。
 上述した検証結果を集約して表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 以上より、減圧空間体積とオリフィス開口部体積との比Rを、30~200に設定することにより、従来よりもオリフィス開口面積を3倍以上拡大(オリフィス孔径としては、1.0~2.5mm、より好ましくは、1.0~1.5mm)して目詰まりを防止しつつ、大幅に多段化(16~20段)しながら、従来よりも軸方向の長さの短縮(小型化)を可能として、配管作業性の向上を図ると共に、立ち上げ時から定常時に至るまでのドレイン変動に幅広く対応可能であり、かつ、安定したドレイン排出が可能となる凝縮液排出装置が得られることが確認できた。
<実施形態2>
 次に、別の実施形態について図6を参照して説明する。なお、本実施の形態に係る凝縮液排出装置1Aは、先の実施形態に係る凝縮液排出装置1に比し、オリフィス孔の配置を変更して隣接するオリフィス孔の位相調整を不要とし、組立作業性や流路の安定性を図ったものであり、先の実施形態と同様な機能を有する部材には同様な符号を付し、その詳細な説明は省略する。
 図6に模式的に示すように、本実施の形態に係る凝縮液排出装置1Aでは、各オリフィスユニット10U1~Nにおけるオリフィス板12Pの配置を、中心オリフィス板12Pcと、偏心オリフィス板12Pdとで交互に配置するように構成している。
 具体的には、最前段(最上流側)のオリフィスユニット10Uには、中心オリフィス板12Pcが配置されており、以降、偏心オリフィス板12Pd、中心オリフィス板12Pc・・・・と、順次交互に繰り返して配置形成されている。なお、最終段(最下流側)のオリフィスユニット10Uには、先の実施の形態と同様に、中心オリフィス板12Pcが配置されている。すなわち、本実施の形態に係る凝縮液排出装置1Aでは、隣接する偏心オリフィス板12Pd(偏心オリフィス孔11hd)の間には、中心オリフィス板12Pc(中心オリフィス孔11hc)を介在させている。
 このようにオリフィス孔11hを配置形成することにより、先の実施形態と比し、オリフィス孔11hを配置する際の煩雑な位相調整作業を不要としつつ、常に一定の流路長を確保することができるので、組立作業性の大幅な向上を実現すると共に、経年的により安定したドレイン排出能力を確保することができる。
 また、このように構成した本実施の形態に係る凝縮液排出装置1Aを従来構成の凝縮液排出装置と比較検証した結果、先の実施の形態とほぼ同様な性能をより安定して得られることが確認できた。
 以上説明したように、本発明に係る凝縮液排出装置によれば、所定の多段構成とすることにより、目詰まりを防止するオリフィス孔径の拡大を可能としつつ、凝縮液が不飽和状態である立ち上げ時から凝縮液が飽和状態に達した定常時に至るまでのドレイン量の変動に対して凝縮液の排出除去を安定して行うことができる。
 また、減圧室体積とオリフィス開口部体積との比を所定の範囲内とすることにより、多段化しながら軸方向の短縮化を可能として、ドレイン変動に対する対応範囲を拡大しつつ配管作業性の向上に寄与することができる。
 なお、本発明の技術的範囲は上述した各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨に逸脱しない範囲において多様な変更もしくは改良を加え得るものである。例えば、緊急時の対応等のために別途バイパスバルブ(コントロールバルブ)を設けてもよい。
1,1A   凝縮液排出装置
10U    オリフィスユニット
11h    オリフィス孔
11hc   中心オリフィス孔
11hd   偏心オリフィス孔
12P    オリフィス板
12Pc   中心オリフィス板
12Pd   偏心オリフィス板
14P    減圧板
14S    減圧室
17     ブッシング
DR     ドレイン
HG     筐体
HGIN    入力側
MF     二層混合流体
SC     ネジ部
SF     単層流体
SH     蒸気加熱機器
SW     スプリングワッシャー

 

Claims (6)

  1.  オリフィスと、その後段に設けられた減圧室とを有するオリフィスユニットが、直列多段に配置形成された凝縮液排出装置であって、
     各オリフィスユニットは、その直径が1mm以上のオリフィス孔を有して薄肉板状に形成されたオリフィス板と、前記オリフィス板と同等の肉厚を有し、その内部に減圧室が形成された減圧板とで構成されており、
     前記オリフィス孔のそれぞれは同径に形成されていると共に、前記減圧室のそれぞれは等容積に形成されており、最前段及び最後段のオリフィスユニットのオリフィス孔は中心に配置形成されている一方、中間のオリフィスユニットのオリフィス孔は偏心して配置形成されており、かつ、隣接する中間のオリフィス孔は、互いに配置位相が180°異なるように配置されていることを特徴とする凝縮液排出装置。
  2.  オリフィスと、その後段に設けられた減圧室とを有するオリフィスユニットが、直列多段に配置形成された凝縮液排出装置であって、
     各オリフィスユニットは、その直径が1mm以上のオリフィス孔を有して薄肉板状に形成されたオリフィス板と、前記オリフィス板と同等の肉厚を有し、その内部に減圧室が形成された減圧板とで構成されており、
     前記オリフィス孔のそれぞれは同径に形成されていると共に、前記減圧室のそれぞれは等容積に形成されており、軸方向に沿って隣接する各オリフィス孔の形成位置は、中心、偏心、中心・・・を交互に繰り返して配置されていることを特徴とする凝縮液排出装置。
  3.  最下流側のオリフィス孔は、中心部に配置形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の凝縮液排出装置。
  4.  最上流側のオリフィス孔は、中心部、若しくは、中心部よりも下方に偏心して配置形成されていることを特徴とする請求項2に記載の凝縮液排出装置。
  5.  前記減圧室の体積をBとし、前記オリフィス孔の開口部体積をAとした際、体積比B/Aは、30~200に設定されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の凝縮液排出装置。
  6.  前記オリフィス板及び前記減圧板は、その厚さが1~2mmのステンレスで形成されており、軸方向に加圧して接続されていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の凝縮液排出装置。

     
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