(57)【要約】【課題】  攪拌のための動力を用いることなく、簡易な構成によって確実にタンク内の流体の温度を均一化して温度ムラを解消することができる温度ムラ解消機能を有するタンクを提供すること。【解決手段】  還水管30は螺旋部32を有しており、本体20の下部から上部に向けて導かれ、熱交換によって蓄積水10の温度ムラを解消する。また、螺旋部32には多数のサイレンサーブッシュ34が設けられており、ここから微量のドレンが流出することによって、ウォーターハンマーの発生が抑制されるとともに、蓄積水10の温度ムラを解消することができる。さらに、螺旋部34の終端部に取り付けられたシャワーヘッド36からドレンがシャワー状に吐出されることによって、より確実に蓄積水10の温度ムラを解消することができる。【選択図】図１
2020070966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を蓄積するタンク本体、
タンク本体の下部から内部に進入し、タンク本体の内部で、螺旋軸が鉛直方向に形成される螺旋状に配置され、タンク本体の内部における上部に終端が位置する流入路であって、タンク本体に蓄積されている流体の温度よりも高温の流体をタンク本体の内部に導き、終端から当該流体を吐出する流入路、
タンク本体の内部における前記流入路の複数個所に形成されており、微量の流体をタンク本体の内部に流出させる流出手段、
流入路の前記終端に設けられており、流体をシャワー状に吐出させるシャワー手段、
を備えたことを特徴とする温度ムラ解消機能を有するタンク。
【請求項２】
請求項１に係る温度ムラ解消機能を有するタンクにおいて、
前記流出手段は、網目状の流出面を有する流出孔である、
ことを特徴とする温度ムラ解消機能を有するタンク。
【請求項３】
流体を蓄積するタンク本体の内部に、下部から、蓄積された流体の温度よりも高温の流体を流入路に沿って進入させて導き、
タンク本体の内部で、流入路の複数個所から微量の流体を流出させながら、螺旋軸が鉛直方向に形成される螺旋状の流入路に沿って流体を導き、
タンク本体の内部における上部に位置する流入路の終端から、流体をシャワー状に吐出させる、
ことを特徴とするタンク内の温度ムラ解消方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願に係る温度ムラ解消機能を有するタンク及びタンク内の温度ムラ解消方法は、タンク内に蓄積される流体の温度ムラを解消して均一化するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業プラントでは、各種装置の熱源として蒸気を用いることがある。熱源としての蒸気はボイラーで生成され、その後、配管系統を通じて移送されて各種装置に与えられる。各種装置に与えられた蒸気は、熱交換器を介して被加熱物に熱を伝える。
【０００３】
このボイラーに水を供給するために、ボイラーには給水タンクが接続されている。給水タンクには、外部から補給水が注入されて所定の水量が蓄積され、ボイラーに向けて給水が行われる。
【０００４】
ところで、各種装置において熱源として用いられた蒸気は、潜熱を失って凝縮し、高温の凝縮水（ドレン）を発生する。このドレンが配管系統の内部で過度に滞留すると、蒸気移送の障害になる。このため、配管系統には随所に多数のスチームトラップが配置されている。スチームトラップは弁室内のドレン水量に応動し、自動的にドレンを配管系統から排水する。
【０００５】
そして、排水されたドレンを再利用するために、このドレンは還水管を通じて回収されて給水タンクに注入される。すなわち、給水タンク内には、外部から注入される補給水と、還水管を通じて回収された高温のドレンとが混在することになる。
【０００６】
タンク内に水等の流体を注入するための技術としては、後記特許文献１に開示されている脱気水用給水タンクのドレン回収装置がある。この技術は、給水タンク1内に蓄積されている脱気水に向けて、回収したドレンを注入する際、ドレンが空気に触れて空気が再溶存することを防止するものであり、ドレンが流れるミキシングパイプ3の下端を脱気水の水位より下方に配置している。そして、ミキシングパイプ3の下部に多数の吐出口31を形成するとともに、上部に圧力逃がし穴32を形成している。
【０００７】
また、特許文献２には、ドレンタンク10にドレン管2を垂直方向に配置し、先端をタンク内のドレン11に水没させる発電プラントのレンタンクが開示されている。そして、ドレン管2の先端には、管路を直角方向に曲げるエルボ管17が取り付けられている。このエルボ管17によって、吐出水流は水平方向に回流し、その後にドレン吸引ポンプ12の吸込口13に到達するようになる。これによって、吐出水流に含まれる気泡がドレン吸引ポンプ12に吸い込まれてポンプ効率が低下する事態を防止している。
【０００８】
さらに、特許文献３には、飲用等の温水を作るために、温水筒10内にコイル型のヒーター40を配置したウォーターディスペンサー用複合型温水筒構造が開示されている。ヒーター40は、コイル形状の軸が水平方向に配置されて、横方向へのコイルを形成している。なお、過熱前の原水を温水筒10に供給するための流入管30が、ヒーター40の周囲にコイル状に配置された構成も開示されている（第6図等）。この流入管のコイル形状の軸は鉛直方向に配置されており、上端から原水を注入し、下端で排出して給水する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】実開平4-49710号公報
【特許文献２】特開2008-175408号公報
【特許文献３】特表2018-516808号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、前述の特許文献１に開示された技術においては、給水タンク1内の水の温度が均一化されず、温度ムラが生じるという問題がある。すなわち、高温の蒸気が凝縮して生じるドレンは、80°C以上の熱水であり、この高温のドレンが給水タンク1に注入されると、給水タンク1内で大きな温度差の温度ムラが生じてしまう。給水タンク1内の水の自然対流では温度ムラは解消されず、このままの状態でボイラーに給水が行われると、ボイラーにおける蒸気の生成が安定せず支障が生じる。
【００１１】
また、前述の特許文献２に開示された技術においても、同様に、ドレンタンク10内のドレンに温度ムラが生じてしまう。ドレン管2の先端に取り付けられたエルボ管17によって高温のドレンは横方向に向けて流出するが、ドレンタンク10内に蓄積された状態のドレンは時間の経過によって温度が低下しているため、注入される高温のドレンとの間で温度ムラが生じることになる。
【００１２】
さらに、前述の特許文献３に開示された技術は、高温のドレンがタンク内に注入される構成ではなく、温度ムラを解消するための機構は設けられていない。すなわち、流入管30を通じて上方から下方に向けて注入される原水は、温められる前の冷水であり、これがタンク内においてヒーター40で温められるに過ぎず、タンク内の温度ムラは解消されない。
【００１３】
以上のように、各先行技術においては、タンク内の流体の温度ムラを解消することができない。このため、動力に基づいてタンク内の流体を攪拌して温度ムラを解消する機構を設けることも考えられるが、この場合、タンクの装置の構成が複雑化、大型化するという新たな問題が生じる。
【００１４】
そこで本願に係る温度ムラ解消機能を有するタンク及びタンク内の温度ムラ解消方法は、これらの問題を解決するため、攪拌のための動力を用いることなく、簡易な構成によって確実にタンク内の流体の温度を均一化して温度ムラを解消することができる温度ムラ解消機能を有するタンク及びタンク内の温度ムラ解消方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本願に係る温度ムラ解消機能を有するタンクは、
流体を蓄積するタンク本体、
タンク本体の下部から内部に進入し、タンク本体の内部で、螺旋軸が鉛直方向に形成される螺旋状に配置され、タンク本体の内部における上部に終端が位置する流入路であって、タンク本体に蓄積されている流体の温度よりも高温の流体をタンク本体の内部に導き、終端から当該流体を吐出する流入路、
タンク本体の内部における前記流入路の複数個所に形成されており、微量の流体をタンク本体の内部に流出させる流出手段、
流入路の前記終端に設けられており、流体をシャワー状に吐出させるシャワー手段、
を備えたことを特徴とする。
【００１６】
また、本願に係るタンク内の温度ムラ解消方法は、
流体を蓄積するタンク本体の内部に、下部から、蓄積された流体の温度よりも高温の流体を流入路に沿って進入させて導き、
タンク本体の内部で、流入路の複数個所から微量の流体を流出させながら、螺旋軸が鉛直方向に形成される螺旋状の流入路に沿って流体を導き、
タンク本体の内部における上部に位置する流入路の終端から、流体をシャワー状に吐出させる、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本願に係る温度ムラ解消機能を有するタンク及びタンク内の温度ムラ解消方法においては、タンク本体内の流体の温度は、下部から上部に向けて高い状態にある中、高温の流体が、流入路に沿って下部から上部に導かれる。したがって、熱交換によってタンク本体内の流体の下部の温度が高まると同時に、流入路に沿って導かれる流体の温度が低下するため、簡易な構成によって確実にタンク内の流体の温度を均一化して温度ムラを解消することができる。また、高温の流体が流入路に沿って螺旋状に導かれることから、流入路を長く確保することができ、熱交換の効率を高めることができる。
【００１８】
さらに、タンク本体の内部で、流入路の複数個所から微量の流体を流出させながら、流体を導くことによって、簡易な構成によって確実にタンク内の流体の温度を均一化して温度ムラを解消することができる。しかも、流入路に沿って螺旋状に微量の流体を流出させるため、タンク内の流体の温度をより確実に均一化して温度ムラを解消することができる。さらに、流入路の複数個所から微量の流体を流出させることで、タンク本体の内部で攪拌作用が生じ、タンク内の流体の温度をより確実に均一化して温度ムラを解消することができる。
【００１９】
また、タンク本体の内部における上部に位置する流入路の終端から、流体をシャワー状に吐出させることによって、簡易な構成によって確実にタンク内の流体の温度を均一化して温度ムラを解消することができる。さらに、流体をシャワー状に吐出させることによって、タンク本体の内部で攪拌作用が生じ、タンク内の流体の温度をより確実に均一化して温度ムラを解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本願に係る温度ムラ解消機能を有するタンク及びタンク内の温度ムラ解消方法の第１の実施形態を示す給水タンク2の一部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［実施形態における用語説明］
実施形態において示す主な用語は、それぞれ本願に係る温度ムラ解消機能を有するタンク及びタンク内の温度ムラ解消方法の下記の要素に対応している。
給水タンク2・・・タンク
蓄積水10、ドレン・・・流体
本体20・・・タンク本体
還水管30、導入管31、螺旋管32・・・流入路
サイレンサーブッシュ34・・・流出手段、流出孔
シャワーヘッド36・・・シャワー手段
螺旋中心線L1・・・螺旋軸
【００２２】
［第１の実施形態］
本願に係る温度ムラ解消機能を有するタンク及びタンク内の温度ムラ解消方法の第１の実施形態を図1に基づいて説明する。
【００２３】
（給水タンク2の全体構成の説明）
給水タンク2は、ボイラーに給水を行うための装置である。給水タンク2の本体20内には蓄積水10が蓄積されており、この蓄積水10は、本体20の下部に設けられた給水管22を通じ、ポンプの吸引によってボイラー（図示せず）に向けて給水される。ボイラーは給水を受けて蒸気を生成し、接続されている配管系統を通じて蒸気を移送する。そして、この蒸気は各種装置の熱源として用いられる。
【００２４】
本体20の上部には補給管21が設けられており、この補給管21から常温の補給水が補給される。なお、給水タンク2には、蓄積水10の水位を検出して、補給水量を制御するフィードバック機構が設けられており（図示せず）、蓄積水10が所定の水位に保たれている。また、本体20の天井面には、通気のための通気穴26が設けられている。
【００２５】
配管系統に接続された各種装置が熱源として用いた蒸気は、潜熱を失って凝縮し、高温のドレンを発生する。発生したドレンは、配管系統の随所に設置された多数のスチームトラップによって蒸気から分離、排出される。排出されたドレンは、還水管30によって集中的に回収された上、再利用のために給水タンク2の蓄積水10に統合される。なお、このドレンは80°C以上の熱水である。
【００２６】
本体20の下部には進入穴24が形成されており、ここから還水管30の導入管31が本体20内に進入する。なお、進入穴24には還水管30との間にシール材（図示せず）が設けられており、蓄積水10の漏れを防止している。
【００２７】
本体20内に進入した還水管30の導入管31は、螺旋管32に接続されている。本実施形態においては、6周の螺旋を描いて螺旋管32が構成されており、螺旋中心線L1は鉛直方向に位置している。すなわち、本体20の下部から進入した還水管30は、高温のドレンを螺旋状に本体20内の上部に向けて導く。
【００２８】
そして、螺旋管32の最上部に位置する終端には、シャワーヘッド36が接続されている。このシャワーヘッド36には、吐出面に多数のシャワー孔が形成されており、ここからドレンをシャワー状に吐出する。
【００２９】
また、環水管30の螺旋管32には、多数のサイレンサーブッシュ34が設けられている。サイレンサーブッシュ34は、細かい網目状の流出面を備えて構成されており、螺旋管32の各所に形成された貫通穴にはめ込まれて固定されている。なお、サイレンサーブッシュ34は、螺旋管32の外周面の少なくとも周方向について不規則な位置に設けられている。
【００３０】
（ドレンの吐出動作の説明）
次に、給水タンク2の本体20内にドレンを吐出する動作について説明する。前述のように、本体20には回収された高温のドレンが吐出されることから、蓄積水10には、常温の補給水と高温のドレンとが混在する。このため、自然対流に任せれば、上部の水温が高く下部の水温が低くなる。かりに、本体20内における蓄積水10の上部の水温が約70°Cであり、下部の水温が約50°Cであるとする。
【００３１】
この中、本実施例においては、高温のドレンが導入管31を通じて、まず本体20内の下部に導かれ、螺旋管32内を上部に向けて螺旋状に流れる。このとき、螺旋管32を介して、高温のドレンと蓄積水10との間で熱交換が行われ、たとえば本体20内における蓄積水10の下部の水温約50°Cが約60°Cに高められる。その反面、螺旋管32内を流れるドレンは、上部に導かれるに従って徐々に温度低下し、終端のシャワーヘッド36近傍では大幅に温度低下している。
【００３２】
そして、温度低下したドレンがシャワーヘッド36から吐出されることによって、たとえば本体20内における蓄積水10の上部の水温約70°Cが約60°Cに低下することになる。こうして、高温のドレンと蓄積水10との間の熱交換作用によって、タンク20内の蓄積水10の温度が均一化し、温度ムラを解消することができる。なお、ドレンは本体20内で螺旋管32に沿って導かれるため、直線的に導かれる場合に比べて流路を長く確保することができ、熱交換の効率をより高めることができる。
【００３３】
また、前述のように、環水管30の螺旋管32には、細かい網目状の流出面を備えた多数のサイレンサーブッシュ34が設けられている。このため、螺旋管32内を流れるドレンは、各サイレンサーブッシュ34の網目状の流出面から微量に流出しながら、螺旋管32に沿って導かれる。
【００３４】
このため、微量のドレンを、螺旋状に下部から上部に向けて徐々に蓄積水10に混入させることができ、確実に蓄積水10の温度を均一化して温度ムラを解消することができる。また、この微量のドレンの流出によって、本体20の蓄積水10に対して攪拌作用を生じさせることができ、蓄積水10の温度をより確実に均一化して温度ムラを解消することができる。なお、前述のように、サイレンサーブッシュ34は、螺旋管32の外周面の少なくとも周方向について不規則な位置に設けられていることから、多方向に向けてドレンを流出してより高い攪拌作用を生じさせることができる。
【００３５】
ところで、サイレンサーブッシュ34は、本体20内の蓄積水10にウォーターハンマーが生じることを防止する作用を有しており、これを本実施形態においてはドレンの流出手段として利用している。
【００３６】
すなわち、高温のドレンは蒸気が凝縮して液化したものであるが、還水管30を流れる際、再蒸発してフラッシュ蒸気（再蒸発蒸気）を発生する。このため、本体20内に吐出するとき、高温のドレンと共に高温のフラッシュ蒸気も排出されることになる。この高温のフラッシュ蒸気が低温水に混入すると、フラッシュ蒸気は再度、凝縮してドレンに戻る。
【００３７】
ここで、蒸気とドレンの比体積差は1000倍以上もあり、フラッシュ蒸気は瞬時に凝縮して蒸気体積がほぼゼロになる。この凝縮過程で、フラッシュ蒸気が存在していた空間は一時的に真空状態になる。このため、かりにフラッシュ蒸気の塊を一気に低温水に吐出した場合、広範囲の真空領域が生じ、この真空領域に向かって周囲の水が引き寄せられることによって、水同士が衝突してウォーターハンマーが発生する。
【００３８】
このウォーターハンマーの発生を防止するのがサイレンサーブッシュであり、細かい網目状の流出面を通じ、フラッシュ蒸気を細かい泡状にして流出させることによって、真空領域を極小化してウォーターハンマーの発生を防止している。
【００３９】
このように、サイレンサーブッシュ34が、ウォーターハンマー発生防止の作用を有していることから、本実施形態においては、螺旋管32に多数のサイレンサーブッシュ34を設けることによって、蓄積水10の攪拌作用を生じさせると共に、本体20内のウォーターハンマーの発生を防止することができる。
【００４０】
こうして、螺旋管32に沿って導かれたドレンは、螺旋管32の終端に達し、シャワーヘッド36から蓄積水10内に吐出される。ドレンをシャワー状に吐出させることによって、簡易な構成によって確実に本体20内の流体の温度を均一化して温度ムラを解消することができるとともに、本体20の蓄積水10に対して攪拌作用を生じさせることができ、蓄積水10の温度をより確実に均一化して温度ムラを解消することができる。
【００４１】
［その他の実施形態］
前述の実施形態においては、ボイラーに給水するための給水タンクに、本願に係る温度ムラ解消機能を有するタンク及びタンク内の温度ムラ解消方法を適用した例を示したが、これに限定されるものではなく、内部に流体を蓄積するものであれば、他の種類、構造のタンクに適用することもできる。
【００４２】
また、前述の実施形態においては、シャワーヘッド36を蓄積水10に水没する位置に設けた例を示したが、シャワーヘッド36（シャワー手段）を蓄積水10（流体）の水面の上部に配置し、シャワー状のドレンを水面に向けて上側から吐出することもできる。なお、シャワー手段は、流体をシャワー状に吐出するものであれば、他の構成を採用することができる。
【００４３】
さらに、前述の実施形態においては、6周の螺旋を描いて配置されている螺旋管32を例示したが、これに限定されるものではなく、1周を含む5周以下又は7周以上の螺旋を描く構成を採用してもよい。
【符号の説明】
【００４４】
2：給水タンク    10：蓄積水    20：本体    30：還水管  31：導入管
32：螺旋管    34：サイレンサーブッシュ    36：シャワーヘッド
L1：螺旋中心線
【図１】
2020070966.tif 000003