JP3785207B2 - 熱媒体による低圧蒸気加熱装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱媒体の蒸気によって被加熱物を加熱するものに関し、石油化学工業や合成繊維工業、あるいは、合成樹脂工業等の各種加熱工程に使用される熱媒体による蒸気加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の熱媒体による蒸気加熱装置の例としては、例えば図２に示すようなものが用いられていた。これは、熱媒体の蒸発器としての熱媒体用ボイラ―１で発生させた熱媒体蒸気を、熱交換器の一種である反応釜２に供給して反応釜２内の被加熱物を加熱し、加熱により凝縮した熱媒体蒸気の凝縮液をタンク３に流下させ、循環ポンプ４でボイラ―１へ回収するものである。
【０００３】
熱媒体は様々な種類のものが市販され用いられているが、通常の水を沸騰させた水蒸気よりも、圧力が低くて温度が高いものが一般的であり、加熱装置を高耐圧力設計とすることなく、比較的高温で加熱することができるものであり、各種の加熱工程で多用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の熱媒体による蒸気加熱装置を用いた場合、熱媒体を循環させる循環ポンプでキャビテ―ション現象を起こして、著しい騒音や循環不能状態となったり、あるいはポンプの損傷に至ってしまう問題があった。特に熱媒体の温度が高い場合にキヤビテ―ションを起こし易くなる。キャビテ―ションは、ポンプ内で高温流体中に気泡が発生してその気泡が再度崩壊する現象で、気泡の崩壊時に著しい振動を発生するものである。
【０００５】
従って本発明の技術的課題は、キャビテ―ション現象を生じることのない、熱媒体による低圧蒸気加熱装置を得ることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の技術的課題を解決するために講じた本発明の技術的手段は、熱交換器の一次側に熱媒体の蒸気供給管を接続し、熱交換器で凝縮した熱媒体を蒸発器等の回収先に回収するものにおいて、熱交換器の二次側にエゼクターとタンクと循環ポンプを有する真空ポンプを連設して、当該タンクにその吸引作用によってタンク内の熱媒体を蒸発させて所定温度まで冷却するスチームエゼクターを接続して、当該スチームエゼクターの吸引量を多くしてタンク内の再蒸発蒸気をより多く吸引することにより、タンク内の熱媒体の液温を低くすると共に、少なくとも循環ポンプの入口側に熱媒体の有する熱を外部に放熱する放熱手段を設けたたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
熱交換器の二次側にエゼクタ―とタンクと循環ポンプを有する真空ポンプを連設したことにより、タンク内の熱媒体を循環ポンプでエゼクタ―に供給することによってエゼクタ―に所定の吸引力を発生させ、熱交換器内を所望の低圧状態に維持し、その圧力に応じた熱媒体蒸気の温度で熱交換器内の被加熱物を加熱することができる。
【０００８】
循環ポンプの入口側に熱媒体の有する熱を放熱する放熱手段を設けたことにより、循環ポンプに流入する熱媒体の温度を所定温度まで下げることができ、この温度低下に相当する割合いだけポンプ内でキャビテ―ション現象を生じ難くすることができる。
【０００９】
【実施例】
上記の技術的手段の具体例を示す実施例を説明する（図１参照）。
本実施例においては熱交換器として反応釜２を用いた例を示し、図２の従来技術と同一部材には同一符号を付す。
【００１０】
蒸発器としての熱媒体用ボイラ―１を反応釜２のジャケット部６と接続すると共に、ジャケット部６の下部を真空ポンプ７と連設し、真空ポンプ７をタンク３と循環ポンプ４を介して熱媒体用ボイラ―１と接続して、熱媒体による低圧蒸気加熱装置を構成する。
【００１１】
熱媒体用ボイラ―１と反応釜２を、圧力調整弁８と気液分離器９と圧力センサ―１０を介した加熱用蒸気供給管１１で接続する。圧力調整弁８は、圧力センサ―１０で検出した加熱用蒸気供給管１１内の蒸気圧力を所定値に調整するものであり、気液分離器９は加熱用蒸気供給管１１内の熱媒体の蒸気と液体を分離し、分離した蒸気だけを反応釜２のジャケット部６へ供給し、液体をその下部に設けたスチ―ムトラップ１２から排出するものである。気液分離器９としては、衝突式や遠心式やフィルタ―式等のものを用いることができる。
【００１２】
反応釜２の外周に配置したジャケット部６の下部接続口１３を、スチ―ムトラップ１４とバイパスバルブ１５を並行に設けた管路１６で、真空ポンプ７のエゼクタ―２０と接続する。また、気液分離器９のスチ―ムトラップ１２の出口も管路１７を介してエゼクタ―２０と接続する。
【００１３】
ジャケット部６の上部とエゼクタ―２０を、管路１８と開閉弁１９を介して接続して、ジャケット部６内に滞留した不凝縮ガス取出管とする。
【００１４】
真空ポンプ７は、エゼクタ―２０と複数のタンク２１，２４と循環ポンプ２２、及び、接続管路２３とで構成する。エゼクタ―２０は、ノズル部２５とディフュ―ザ部２６で形成する。ディフュ―ザ部２６と複数のタンク２１，２４の上部をバルブ２７，２８で接続すると共に、下部はバルブ２９，３０を介して循環ポンプ２２の吸込み口と接続する。循環ポンプ２２の吸込み口側すなわち入口側に放熱手段として複数の平板状の放熱フィン５を取り付ける。複数のタンク２１，２４は、それぞれのバルブ２７，２８，２９，３０を開閉遮断することにより、タンク２１をディフュ―ザ部２６と循環ポンプ２２と接続したり、タンク２４に切り替えたりすることができるものである。
【００１５】
複数のタンク２１，２４の周囲にも、タンク内の熱媒体を冷却するための冷却フィン３１，３２を多数取り付けると共に、上部からバルブ３３，３４を介してスチームエゼクター３５と接続する。スチームエゼクター３５には熱媒体用ボイラー１からバルブ３６と圧力調節弁３７を介して蒸気管３８を接続する。スチームエゼクター３５は、その吸引作用によってタンク２１，２４内の熱媒体を蒸発させて冷却するものである。これらのスチームエゼクター３５や冷却フィン３１，３２は、タンク内の熱媒体をより速やかに冷却する場合に効果が有る。
【００１６】
スチ―ムエゼクタ―３５の出口管３９は図示しない別途の蒸気使用箇所へ連通する。また、タンク２１の上部に熱媒体を補給するための補給管４２を接続すると共に、複数のタンク２１，２４の下端部にはタンク内の熱媒体の温度を検出するための温度センサ―４０，４１を取り付ける。
【００１７】
真空ポンプ７は、循環ポンプ２２で複数のタンク２１，２４内のいずれかの温度の熱媒体をエゼクタ―２０中に循環させて、エゼクタ―２０のノズル部２５で熱媒体の温度に対応した吸引力を発生し、反応釜２のジャケット部６から凝縮した熱媒体を吸引すると共に、ジャケット部６内を所定の圧力状態に維持するものである。タンク２１，２４内の熱媒体の液温は、自然冷却の場合は滞留時間を長くすることにより、あるいは、スチ―ムエゼクタ―３５の吸引量を多くしてタンク２１，２４内の再蒸発蒸気をより多く吸引することにより低くすることができるものである。
【００１８】
真空ポンプ７の接続管路２３の一部を分岐して管路４３を接続し、循環熱媒体の一部が管路４４からタンク３へ供給されるようにすると共に、更に管路４５を接続して循環熱媒体の一部を加熱用蒸気供給管１１中で気液分離器９の一次側に注入する。管路４５により、圧力調整弁８で圧力調整された熱媒体蒸気が過熱蒸気となった場合でも、循環熱媒体の一部を注入して気液分離部９で熱交換させることにより、飽和温度の蒸気とすることができるものである。
【００１９】
次に作用を説明する。
熱媒体用ボイラ―１で発生した熱媒体蒸気は、圧力調整弁８を経て圧力調整されて反応釜２のジャケット部６に供給される。ジャケット部６内は、真空ポンプ７のエゼクタ―２０の吸引力により予め所定の低圧状態となっており、ジャケット部６に供給された熱媒体蒸気は、所定の圧力すなわち蒸気温度となって反応釜２内の被加熱物を加熱する。加熱して熱を奪われた熱媒体蒸気は凝縮して液体となり、スチ―ムトラップ１４を経てエゼクタ―２０に吸引され、複数のタンク２１，２４のいずれかに至る。
【００２０】
タンク２１，２４に溜った熱媒体は、循環ポンプ２２に至る間に放熱フィン５により放熱されて所定温度となり、循環ポンプ２２内でのキャビテ―ションを押えることができる。本実施例においては、放熱フィン５での自然冷却の例を示したが、熱媒体の温度と循環ポンプ２２の種類に応じて、強制冷却フィンとしたり、あるいは、冷却水や冷却オイル等の別途の冷却流体を放熱フィン５に替えて螺旋状に取り付けたりすることもできる。
【００２１】
タンク２１，２４内の熱媒体は、冷却フィン３１，３２、あるいは、スチ―ムエゼクタ―３５によっても所定温度まで冷却されて循環ポンプ２２でエゼクタ―２０へ供給され、再度ジャケット部６内の熱媒体を吸引することもできる。
【００２２】
エゼクタ―２０で生じる吸引力は、エゼクタ―２０内を通過する流体の温度によって決まるために、放熱フィン５での放熱量あるいはタンク２１，２４内の熱媒体の液温を適宜調節することにより、エゼクタ―２０の吸引力すなわち減圧度合を制御することができる。従って、循環ポンプ２２に吸引される熱媒体の液温が低くなった割合いだけ、エゼクタ―２０の吸引力を大きなものとすることができる。また、エゼクタ―２０の吸引力を制御することにより、ジャケット部６内の圧力状態を制御することができ、大気圧以下の負圧状態から、大気圧以上の正圧状態までジャケット部６内の圧力を制御することができる。
【００２３】
熱媒体として例えば商品名でダウサムなるものを用いた場合、蒸気圧力を絶対圧で０．３キロとするとその蒸気温度は約２１０度Ｃとなり、１．１キロとすると約２６０度Ｃとすることができ、蒸気圧力を制御することによって、蒸気温度を制御することができるのである。
【００２４】
本実施例においては、熱交換器として反応釜２を用いた例を示したが、その他の熱交換器、例えば合成繊維や合成樹脂、あるいは、食料品や医療品等の熱交換器としても用いることができるものである。
【００２５】
【発明の効果】
上記のように本発明によれば、少なくとも循環ポンプの入口側に熱媒体の放熱手段を設けたことにより、循環ポンプに流入する熱媒体温度を所定温度まで低下させてキャビテ―ションの発生を押えることのできる、熱媒体による低圧蒸気加熱装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱媒体による低圧蒸気加熱装置の実施例を示す構成図である。
【図２】従来の熱媒体による蒸気加熱装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１ 熱媒体用ボイラ―
２ 反応釜
５ 放熱フィン
６ ジャケット部
７ 真空ポンプ
２０ エゼクタ―
２１ タンク
２２ 循環ポンプ
２４ タンク
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱媒体の蒸気によって被加熱物を加熱するものに関し、石油化学工業や合成繊維工業、あるいは、合成樹脂工業等の各種加熱工程に使用される熱媒体による蒸気加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の熱媒体による蒸気加熱装置の例としては、例えば図２に示すようなものが用いられていた。これは、熱媒体の蒸発器としての熱媒体用ボイラ―１で発生させた熱媒体蒸気を、熱交換器の一種である反応釜２に供給して反応釜２内の被加熱物を加熱し、加熱により凝縮した熱媒体蒸気の凝縮液をタンク３に流下させ、循環ポンプ４でボイラ―１へ回収するものである。
【０００３】
熱媒体は様々な種類のものが市販され用いられているが、通常の水を沸騰させた水蒸気よりも、圧力が低くて温度が高いものが一般的であり、加熱装置を高耐圧力設計とすることなく、比較的高温で加熱することができるものであり、各種の加熱工程で多用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の熱媒体による蒸気加熱装置を用いた場合、熱媒体を循環させる循環ポンプでキャビテ―ション現象を起こして、著しい騒音や循環不能状態となったり、あるいはポンプの損傷に至ってしまう問題があった。特に熱媒体の温度が高い場合にキヤビテ―ションを起こし易くなる。キャビテ―ションは、ポンプ内で高温流体中に気泡が発生してその気泡が再度崩壊する現象で、気泡の崩壊時に著しい振動を発生するものである。
【０００５】
従って本発明の技術的課題は、キャビテ―ション現象を生じることのない、熱媒体による低圧蒸気加熱装置を得ることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の技術的課題を解決するために講じた本発明の技術的手段は、熱交換器の一次側に熱媒体の蒸気供給管を接続し、熱交換器で凝縮した熱媒体を蒸発器等の回収先に回収するものにおいて、熱交換器の二次側にエゼクターとタンクと循環ポンプを有する真空ポンプを連設して、当該タンクにその吸引作用によってタンク内の熱媒体を蒸発させて所定温度まで冷却するスチームエゼクターを接続して、当該スチームエゼクターの吸引量を多くしてタンク内の再蒸発蒸気をより多く吸引することにより、タンク内の熱媒体の液温を低くすると共に、少なくとも循環ポンプの入口側に熱媒体の有する熱を外部に放熱する放熱手段を設けたたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
熱交換器の二次側にエゼクタ―とタンクと循環ポンプを有する真空ポンプを連設したことにより、タンク内の熱媒体を循環ポンプでエゼクタ―に供給することによってエゼクタ―に所定の吸引力を発生させ、熱交換器内を所望の低圧状態に維持し、その圧力に応じた熱媒体蒸気の温度で熱交換器内の被加熱物を加熱することができる。
【０００８】
循環ポンプの入口側に熱媒体の有する熱を放熱する放熱手段を設けたことにより、循環ポンプに流入する熱媒体の温度を所定温度まで下げることができ、この温度低下に相当する割合いだけポンプ内でキャビテ―ション現象を生じ難くすることができる。
【０００９】
【実施例】
上記の技術的手段の具体例を示す実施例を説明する（図１参照）。
本実施例においては熱交換器として反応釜２を用いた例を示し、図２の従来技術と同一部材には同一符号を付す。
【００１０】
蒸発器としての熱媒体用ボイラ―１を反応釜２のジャケット部６と接続すると共に、ジャケット部６の下部を真空ポンプ７と連設し、真空ポンプ７をタンク３と循環ポンプ４を介して熱媒体用ボイラ―１と接続して、熱媒体による低圧蒸気加熱装置を構成する。
【００１１】
熱媒体用ボイラ―１と反応釜２を、圧力調整弁８と気液分離器９と圧力センサ―１０を介した加熱用蒸気供給管１１で接続する。圧力調整弁８は、圧力センサ―１０で検出した加熱用蒸気供給管１１内の蒸気圧力を所定値に調整するものであり、気液分離器９は加熱用蒸気供給管１１内の熱媒体の蒸気と液体を分離し、分離した蒸気だけを反応釜２のジャケット部６へ供給し、液体をその下部に設けたスチ―ムトラップ１２から排出するものである。気液分離器９としては、衝突式や遠心式やフィルタ―式等のものを用いることができる。
【００１２】
反応釜２の外周に配置したジャケット部６の下部接続口１３を、スチ―ムトラップ１４とバイパスバルブ１５を並行に設けた管路１６で、真空ポンプ７のエゼクタ―２０と接続する。また、気液分離器９のスチ―ムトラップ１２の出口も管路１７を介してエゼクタ―２０と接続する。
【００１３】
ジャケット部６の上部とエゼクタ―２０を、管路１８と開閉弁１９を介して接続して、ジャケット部６内に滞留した不凝縮ガス取出管とする。
【００１４】
真空ポンプ７は、エゼクタ―２０と複数のタンク２１，２４と循環ポンプ２２、及び、接続管路２３とで構成する。エゼクタ―２０は、ノズル部２５とディフュ―ザ部２６で形成する。ディフュ―ザ部２６と複数のタンク２１，２４の上部をバルブ２７，２８で接続すると共に、下部はバルブ２９，３０を介して循環ポンプ２２の吸込み口と接続する。循環ポンプ２２の吸込み口側すなわち入口側に放熱手段として複数の平板状の放熱フィン５を取り付ける。複数のタンク２１，２４は、それぞれのバルブ２７，２８，２９，３０を開閉遮断することにより、タンク２１をディフュ―ザ部２６と循環ポンプ２２と接続したり、タンク２４に切り替えたりすることができるものである。
【００１５】
複数のタンク２１，２４の周囲にも、タンク内の熱媒体を冷却するための冷却フィン３１，３２を多数取り付けると共に、上部からバルブ３３，３４を介してスチームエゼクター３５と接続する。スチームエゼクター３５には熱媒体用ボイラー１からバルブ３６と圧力調節弁３７を介して蒸気管３８を接続する。スチームエゼクター３５は、その吸引作用によってタンク２１，２４内の熱媒体を蒸発させて冷却するものである。これらのスチームエゼクター３５や冷却フィン３１，３２は、タンク内の熱媒体をより速やかに冷却する場合に効果が有る。
【００１６】
スチ―ムエゼクタ―３５の出口管３９は図示しない別途の蒸気使用箇所へ連通する。また、タンク２１の上部に熱媒体を補給するための補給管４２を接続すると共に、複数のタンク２１，２４の下端部にはタンク内の熱媒体の温度を検出するための温度センサ―４０，４１を取り付ける。
【００１７】
真空ポンプ７は、循環ポンプ２２で複数のタンク２１，２４内のいずれかの温度の熱媒体をエゼクタ―２０中に循環させて、エゼクタ―２０のノズル部２５で熱媒体の温度に対応した吸引力を発生し、反応釜２のジャケット部６から凝縮した熱媒体を吸引すると共に、ジャケット部６内を所定の圧力状態に維持するものである。タンク２１，２４内の熱媒体の液温は、自然冷却の場合は滞留時間を長くすることにより、あるいは、スチ―ムエゼクタ―３５の吸引量を多くしてタンク２１，２４内の再蒸発蒸気をより多く吸引することにより低くすることができるものである。
【００１８】
真空ポンプ７の接続管路２３の一部を分岐して管路４３を接続し、循環熱媒体の一部が管路４４からタンク３へ供給されるようにすると共に、更に管路４５を接続して循環熱媒体の一部を加熱用蒸気供給管１１中で気液分離器９の一次側に注入する。管路４５により、圧力調整弁８で圧力調整された熱媒体蒸気が過熱蒸気となった場合でも、循環熱媒体の一部を注入して気液分離部９で熱交換させることにより、飽和温度の蒸気とすることができるものである。
【００１９】
次に作用を説明する。
熱媒体用ボイラ―１で発生した熱媒体蒸気は、圧力調整弁８を経て圧力調整されて反応釜２のジャケット部６に供給される。ジャケット部６内は、真空ポンプ７のエゼクタ―２０の吸引力により予め所定の低圧状態となっており、ジャケット部６に供給された熱媒体蒸気は、所定の圧力すなわち蒸気温度となって反応釜２内の被加熱物を加熱する。加熱して熱を奪われた熱媒体蒸気は凝縮して液体となり、スチ―ムトラップ１４を経てエゼクタ―２０に吸引され、複数のタンク２１，２４のいずれかに至る。
【００２０】
タンク２１，２４に溜った熱媒体は、循環ポンプ２２に至る間に放熱フィン５により放熱されて所定温度となり、循環ポンプ２２内でのキャビテ―ションを押えることができる。本実施例においては、放熱フィン５での自然冷却の例を示したが、熱媒体の温度と循環ポンプ２２の種類に応じて、強制冷却フィンとしたり、あるいは、冷却水や冷却オイル等の別途の冷却流体を放熱フィン５に替えて螺旋状に取り付けたりすることもできる。
【００２１】
タンク２１，２４内の熱媒体は、冷却フィン３１，３２、あるいは、スチ―ムエゼクタ―３５によっても所定温度まで冷却されて循環ポンプ２２でエゼクタ―２０へ供給され、再度ジャケット部６内の熱媒体を吸引することもできる。
【００２２】
エゼクタ―２０で生じる吸引力は、エゼクタ―２０内を通過する流体の温度によって決まるために、放熱フィン５での放熱量あるいはタンク２１，２４内の熱媒体の液温を適宜調節することにより、エゼクタ―２０の吸引力すなわち減圧度合を制御することができる。従って、循環ポンプ２２に吸引される熱媒体の液温が低くなった割合いだけ、エゼクタ―２０の吸引力を大きなものとすることができる。また、エゼクタ―２０の吸引力を制御することにより、ジャケット部６内の圧力状態を制御することができ、大気圧以下の負圧状態から、大気圧以上の正圧状態までジャケット部６内の圧力を制御することができる。
【００２３】
熱媒体として例えば商品名でダウサムなるものを用いた場合、蒸気圧力を絶対圧で０．３キロとするとその蒸気温度は約２１０度Ｃとなり、１．１キロとすると約２６０度Ｃとすることができ、蒸気圧力を制御することによって、蒸気温度を制御することができるのである。
【００２４】
本実施例においては、熱交換器として反応釜２を用いた例を示したが、その他の熱交換器、例えば合成繊維や合成樹脂、あるいは、食料品や医療品等の熱交換器としても用いることができるものである。
【００２５】
【発明の効果】
上記のように本発明によれば、少なくとも循環ポンプの入口側に熱媒体の放熱手段を設けたことにより、循環ポンプに流入する熱媒体温度を所定温度まで低下させてキャビテ―ションの発生を押えることのできる、熱媒体による低圧蒸気加熱装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱媒体による低圧蒸気加熱装置の実施例を示す構成図である。
【図２】従来の熱媒体による蒸気加熱装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１ 熱媒体用ボイラ―
２ 反応釜
５ 放熱フィン
６ ジャケット部
７ 真空ポンプ
２０ エゼクタ―
２１ タンク
２２ 循環ポンプ
２４ タンク
Claims (1)
- 熱交換器の一次側に熱媒体の蒸気供給管を接続し、熱交換器で凝縮した熱媒体を蒸発器等の回収先に回収するものにおいて、熱交換器の二次側にエゼクターとタンクと循環ポンプを有する真空ポンプを連設して、当該タンクにその吸引作用によってタンク内の熱媒体を蒸発させて所定温度まで冷却するスチームエゼクターを接続して、当該スチームエゼクターの吸引量を多くしてタンク内の再蒸発蒸気をより多く吸引することにより、タンク内の熱媒体の液温を低くすると共に、少なくとも循環ポンプの入口側に熱媒体の有する熱を外部に放熱する放熱手段を設けたことを特徴とする熱媒体による低圧蒸気加熱装置。
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