(57)【要約】【課題】ボイラで発生した蒸気の乾き度をより向上させて、高質化された蒸気を各種のプロセス処理部へ供給することができ、簡単な構成を備え、設備費が少なくて済む装置を提供する。【解決手段】複数の矩形状の開口４６が円周方向に等配された環状枠３２に、その開口を閉塞し外周面から突出するように、環状枠内方のその内周面に沿った方向へ蒸気を噴射する蒸気流通孔５６を有する複数の蒸気噴射部材４８を一体的に設け、環状枠を包囲するように、蒸気噴射部材の外方端と近接し対向する環状周壁部１６にその円周方向の全体にわたって環状開口１８が形成され前面側中央部に蒸気吐出口１４が形設されたケーシング１２を配設し、ケーシングの環状周壁部の外周面に、環状開口の周囲の空間を気密に閉塞し環状に包囲して環状通路２２を画定するように、蒸気供給源に流路接続された蒸気導入口２６を有する外側ケーシング２０を固設して、蒸気改質装置１０を構成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の矩形状の開口が円周方向に等配されて形設された環状枠と、
この環状枠の各開口をそれぞれ閉塞し環状枠の外周面から突出するように環状枠に一体的に設けられ、環状枠内方のその内周面に沿った方向へ蒸気を噴射する蒸気流通孔を有する複数の蒸気噴射部材と、
前記環状枠を包囲するように配設され、前記複数の蒸気噴射部材の外方端と近接し対向する環状周壁部に、その円周方向の全体にわたって環状開口が形成されるとともに、前面側中央部に蒸気吐出口が形設されたケーシングと、
このケーシングの環状周壁部の外周面に、前記環状開口の周囲の空間を気密に閉塞し環状に包囲するように固設されて、ケーシングとの間に環状通路を画定し、蒸気供給源に流路接続された蒸気導入口を有する外側ケーシングと、
を備えたことを特徴とする蒸気改質装置。
【請求項２】
前記環状枠の前面側に、中央部に蒸気流出口が形設された前面枠が一体的に固着され、環状枠の背面側に背面枠が一体的に固着されて、環状枠と前面枠と背面枠とからなる筐体が前記ケーシング内に納設された請求項１に記載の蒸気改質装置。
【請求項３】
前記蒸気噴射部材は、
前記環状枠の開口の、円周方向における一端側の内縁から起立して接線方向に対し鋭角をなすように環状枠に一体的に設けられたテーパー部と、このテーパー部の先端部分と前記環状枠の開口の、円周方向における他端側の内縁部との間に介設され、円周方向に沿った方向へ蒸気が噴射されるように蒸気流通孔が穿設されたノズル部と、から構成された請求項１または請求項２に記載の蒸気改質装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ボイラ等で発生した蒸気の乾き度を向上させて蒸気の質を改善する蒸気改質装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
飽和蒸気を各種のプロセス処理に使用する事業所において、ボイラで発生した高圧の飽和蒸気は、工場内の配管あるいはボイラの蒸気出口に設置された減圧弁により所要の圧力まで低減されて利用されている。ところが、ボイラで発生した高圧の飽和蒸気を減圧弁により減圧するだけでは、高圧蒸気が保有しているエネルギの一部を全く無駄に消費してしまうことになる。そこで、高圧蒸気を減圧させて各種のプロセス処理部へ供給するとともに、高圧蒸気が保有しているエネルギを有効利用して小電力を得る、といった蒸気圧力調整・発電装置も提案されている。この装置は、ボイラ等の蒸気供給源に流路接続された蒸気導入口を有する外側ケーシングの内方に、前面側中央部に蒸気吐出口が形設されたケーシングを備え、そのケーシングの内方に、発電機の駆動軸と連結される回転軸に固着されたロータの外周面に放射状に固着された複数の羽根を納設した基本構造を有している。そして、複数の羽根の外方端と近接して対向するケーシングの環状周壁部に複数の蒸気流通用孔を円周方向に配列して穿設し、ケーシングの各蒸気流通用孔に、ケーシングと外側ケーシングとの間に形成される環状通路へ送り込まれた蒸気を複数の羽根に吹き付けて羽根を回転させるとともに蒸気の圧力を低減させて調整するためのノズルを有する蒸気噴射ユニットをそれぞれ冠着する、といった構成を備えている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４１６７４７１号公報（第５−６頁、図１、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
減圧弁や特許文献１に記載された装置を用いると、ボイラで発生した高圧の飽和蒸気が減圧されることにより、蒸気の乾き度を上昇させることができる。しかしながら、減圧弁や上記装置では、蒸気の乾き度を或る限度以上には高めることができない。また、特許文献１に記載された装置は、外側ケーシングに包囲され内方側に羽根が配設されたケーシングの環状周壁部に複数の蒸気流通用孔を穿設し、その各蒸気流通用孔にそれを気密に塞ぐように蒸気噴射ユニットをそれぞれ冠着する、といった複雑な構成を有しているので、その製造が難しく、製造コストも高くなる。このため、中・小規模程度の事業所では、コスト面で同装置を採用し辛いといった現状がある。また、当該装置では、発電は特に必要とせず、高品質の蒸気だけを得たい、といった要求には応えることができない。
【０００５】
この発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、ボイラ等で発生した蒸気の乾き度をより向上させて、高質化された蒸気を各種のプロセス処理部へ供給することができ、簡単な構成を備え、設備費が少なくて済む蒸気改質装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、複数の矩形状の開口が円周方向に等配されて形設された環状枠と、この環状枠の各開口をそれぞれ閉塞し環状枠の外周面から突出するように環状枠に一体的に設けられ、環状枠内方のその内周面に沿った方向へ蒸気を噴射する蒸気流通孔を有する複数の蒸気噴射部材と、前記環状枠を包囲するように配設され、前記複数の蒸気噴射部材の外方端と近接し対向する環状周壁部に、その円周方向の全体にわたって環状開口が形成されるとともに、前面側中央部に蒸気吐出口が形設されたケーシングと、このケーシングの環状周壁部の外周面に、前記環状開口の周囲の空間を気密に閉塞し環状に包囲するように固設されて、ケーシングとの間に環状通路を画定し、蒸気供給源に流路接続された蒸気導入口を有する外側ケーシングと、を備えて蒸気改質装置を構成したことを特徴とする。
【０００７】
上記した蒸気改質装置において、前記環状枠の前面側に、中央部に蒸気流出口が形設された前面枠を一体的に固着し、環状枠の背面側に背面枠を一体的に固着して、環状枠と前面枠と背面枠とからなる筐体を前記ケーシング内に納設する構成とすることができる。また、前記環状枠の開口の、円周方向における一端側の内縁から起立して接線方向に対し鋭角をなすように環状枠に一体的にテーパー部を設け、このテーパー部の先端部分と前記環状枠の開口の、円周方向における他端側の内縁部との間にノズル部を介設し、そのノズル部に、円周方向に沿った方向へ蒸気が噴射されるように蒸気流通孔を穿設して、前記蒸気噴射部材を構成することができる。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の蒸気改質装置においては、ボイラ等の蒸気供給源から供給される高圧蒸気が、外側ケーシングの蒸気導入口を通って環状通路へ送り込まれ、環状通路からケーシングの環状開口を通って環状枠外周の複数の蒸気噴射部材に吹き付けられ、各蒸気噴射部材の蒸気流通孔を通って環状枠の内方空間へ噴出させられる。そして、高圧蒸気は、蒸気噴射部材の蒸気流通孔を通過する間に流路抵抗によって圧力が低減させられ、一方、速度エネルギが増加する。
【０００９】
ここで、蒸気が蒸気噴射部材の蒸気流通孔を通過する間に、蒸気供給源から供給される蒸気の圧力が低減させられることにより、蒸気の乾き度が上昇する。すなわち、蒸気が減圧され蒸気の断熱膨張が起こることにより、飽和蒸気の潜熱量が増加し、この結果、蒸気の乾き度が上昇することとなる。より詳しく説明すると、例えば、蒸気供給源から圧力０．８ＭＰａ、乾き度９５％の飽和蒸気が供給され、この蒸気改質装置を通過する間に飽和蒸気が０．３ＭＰａの圧力に減圧されるとする。圧力０．８ＭＰａ、乾き度１００％の飽和蒸気の潜熱量は２，０４７ｋＪ／ｋｇであるので、圧力０．８ＭＰａ、乾き度９５％の飽和蒸気の潜熱は、２，０４７×０．９５≒１，９４５ｋＪ／ｋｇとなる。圧力０．８ＭＰａの飽和蒸気における顕熱量は７２１ｋＪ／ｋｇであるので、圧力０．８ＭＰａ、乾き度９５％の飽和蒸気の全熱量は、１，９４５＋７２１＝２，６６６ｋＪ／ｋｇとなる。この装置を通過するときの摩擦や放熱による熱損失が無いと仮定すると、装置から流出する圧力０．３ＭＰａの飽和蒸気における顕熱量は５６１ｋＪ／ｋｇであるので、その蒸気の潜熱量は、２，６６６−５６１＝２，１０５ｋＪ／ｋｇとなる。圧力０．３ＭＰａ、乾き度１００％の飽和蒸気における潜熱量は２，１６３ｋＪ／ｋｇであるので、装置から流出する飽和蒸気の乾き度は、（２，１０５／２，１６３）×１００≒９７％となる。このように、この蒸気改質装置を通過する間に飽和蒸気の乾き度が９５％から９７％へ上昇することとなる。
【００１０】
また、蒸気噴射部材の蒸気流通孔を通って環状枠内方のその内周面に沿った方向へ噴射した蒸気は、大きな速度エネルギを保有しており、環状枠の内周面に沿うように旋回する。そして、蒸気が環状枠の内周面に沿って旋回することにより、遠心力と重力の作用（サイクロンと同じ原理）で蒸気の液相分が分離されて、飽和蒸気の乾き度がより上昇し、乾き飽和蒸気（乾き度１００％の飽和蒸気）となる。さらに、環状枠は、蒸気供給源から供給される高温の蒸気によって加熱され高温になっているため、分離された液相分は、蒸気が環状枠の内周面に沿って旋回している過程で蒸発し、過熱蒸気が生成される。このようにして乾き飽和蒸気ないしは過熱蒸気となった蒸気は、ケーシング内から蒸気吐出口を通って流出し、プロセス処理部へ送られて利用される。また、蒸気の液相分は、環状枠の内方で蒸発してしまうので、装置内にドレンが溜まることがない。
【００１１】
したがって、この発明に係る蒸気改質装置を使用すると、ボイラ等で発生した蒸気の乾き度をより向上させて、高質化された蒸気を各種のプロセス処理部へ供給することができるので、蒸気中のドレンが製品の表面に付着して製品の不具合を生じたり、蒸気中のドレンやそれによって発生した錆により各種の弁や流量計などに悪影響を及ぼしたりする、といったことが抑えられ、また、加熱効率が向上して省エネルギ化に寄与し生産性を高めることができる。そして、この蒸気改質装置は、簡単な構成で、製造コストも廉価であり、このため、設備費が少なくて済む。
【００１２】
環状枠と前面枠と背面枠とからなる筐体をケーシング内に納設した構成とし、また、蒸気噴射部材を、環状枠に一体的に設けられたテーパー部と、このテーパー部の先端部分と環状枠の開口の内縁部との間に介設されたノズル部とで構成したときは、蒸気供給源から供給される高圧蒸気が環状枠外周の複数の蒸気噴射部材の蒸気流通孔を通って環状枠の内方空間へ効率良く案内されて、上記効果を確実に奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施形態の１例を示し、蒸気改質装置を示す側面断面図である。
【図２】図１のII−II矢視断面図である。
【図３】図１に示した蒸気改質装置の構成要素である蒸気噴射部材が設けられた環状枠の一部を示す拡大斜視図である。
【図４】同じく環状枠の全体を上方から見た図である。
【図５】同じく環状枠の一部を正面から見た拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。
この蒸気改質装置１０は、その蒸気入口側が蒸気供給源、例えばボイラ（図示せず）に流路接続されており、蒸気出口側が蒸気を利用するプロセス処理部（図示せず）に流路接続されている。
【００１５】
蒸気改質装置１０は、図１に示すように前面側中央部に蒸気吐出口１４が形設され図１および図２に示すように環状周壁部１６を有するケーシング１２を備えている。ケーシング１２の環状周壁部１６には、その円周方向の全体にわたって環状開口１８が形成されている。ケーシング１２の環状周壁部１６の外周面には、環状開口１８の周囲の空間を気密に閉塞し環状に包囲するように外側ケーシング２０が固設されている。そして、ケーシング１２と外側ケーシング２０との間に画定されるように環状通路２２が形成されており、この環状通路２２内に蒸気流出口２４が開口しボイラに流路接続された蒸気導入口２６を有する蒸気導入管２８が外側ケーシング２０に取着されている。
【００１６】
ケーシング１２の内方には、ケーシング１２の環状周壁部１６と同心の円筒状をなす筐体３０が固設されている。筐体３０は、ケーシング１２の環状周壁部１６と同心円状に配設された環状枠３２、この環状枠３２の前面側に一体的に固着され中央部に大きく開口した蒸気流出口３６が形設された前面枠３４、および、環状枠３２の背面側に一体的に固着された背面枠３８から構成されている。そして、この筐体３０は、その内部に背面枠３８に固着されて設けられた円錐台状の取付部材４０および固定軸４２を介してケーシング１２の背面板４４に固定されている。筐体３０の環状枠３２には、その軸線方向に沿った方向に延びる矩形状の開口４６が複数、円周方向に等配されて形設されている。
【００１７】
図３ないし図５に示すように、筐体３０の環状枠３２の各開口４６には、それを閉塞し環状枠３２の外周面から突出するようにそれぞれ蒸気噴射部材４８が設けられ、複数の蒸気噴射部材４８が環状枠３２の円周方向に等配される。蒸気噴射部材４８は、テーパー部５０とノズル部５２とから構成され、テーパー部５０は、環状枠３２の各開口４６の、円周方向における一端側の内縁５４から起立して、接線方向に対し鋭角をなすように環状枠３２に一体的に設けられる。そして、ノズル部５２は、テーパー部５０の先端部分と環状枠３２の開口４６の、円周方向における他端側の内縁部との間に、テーパー部５０と共に開口４６を閉塞するように介設される。ノズル部５２には、環状枠３２の内方のその内周面に沿った方向へ蒸気が噴射されるように複数個の蒸気流通孔５６が穿設されている。テーパー部５０とノズル部５２とは、矩形鋼板を折り曲げ加工して一体形成し、それを環状枠３２の開口４６に嵌着するようにしてもよいし、テーパー部５０を環状枠３２に一体に形設し、テーパー部５０の先端部分と環状枠３２の開口４６の内縁部との間に矩形板状のノズル部５２を嵌着するようにしてもよい。また、蒸気噴射部材４８は、同様の作用をなすものであればどのような構成であってもよい。
【００１８】
上記構成を備えた筐体３０を包囲するように、かつ、環状枠３２の複数の蒸気噴射部材４８テーパー部５０の外方端ならびに前面枠３４の外周および背面枠３８の外周と環状周壁部１６の内周面とが近接しもしくは当接して対向するように、ケーシング１２が設けられる。
【００１９】
次に、上記した構成を備えた蒸気改質装置１０における動作について説明する。
【００２０】
ボイラ、例えば小型低圧ボイラ（１０ｔｏｎ／ｈ未満、運転圧力１０ｋｇ／ｃｍ２未満）から比較的高い圧力の蒸気、例えば７ｋｇ／ｃｍ２〜９ｋｇ／ｃｍ２の高圧蒸気が蒸気改質装置１０へ供給されると、高圧蒸気は、外側ケーシング２０の蒸気導入口２６を通って環状通路２２へ送り込まれる。環状通路２２へ送り込まれた高圧蒸気は、ケーシング１２の環状開口１８を通って、筐体３０の複数の蒸気噴射部材４８のノズル部５２に吹き付けられ、各ノズル部５２の蒸気流通孔５６をそれぞれ通って筐体３０の内方空間へ噴出させられる。そして、高圧蒸気は、ノズル部５２の蒸気流通孔５６を通過する間に流路抵抗によって圧力が低減させられ、一方、速度エネルギが増加する。
【００２１】
蒸気が蒸気噴射部材４８の蒸気流通孔５６を通過する間に、蒸気の圧力が低減することにより、例えば３ｋｇ／ｃｍ２〜４．５ｋｇ／ｃｍ２の圧力に低減することにより、蒸気の乾き度が上昇する。また、蒸気噴射部材４８の蒸気流通孔５６を通って筐体３０の環状枠３２の内方空間へ噴射した蒸気は、大きな速度エネルギを保有しており、環状枠３２の内周面に沿うように旋回する。このように蒸気が環状枠３２の内周面に沿って旋回することにより、遠心力と重力の作用で蒸気の液相分が分離されて、飽和蒸気の乾き度がより上昇し、乾き飽和蒸気となる。さらに、環状枠３２は、高温の蒸気によって加熱され高温になっているため、分離された液相分は、蒸気が環状枠３２の内周面に沿って旋回している過程で蒸発し、過熱蒸気が生成される。このようにして乾き飽和蒸気ないしは過熱蒸気となった蒸気は、ケーシング１２内から蒸気吐出口１４を通って流出し、プロセス処理部へ送られて利用される。また、蒸気の液相分は、環状枠３２の内方で蒸発してしまうので、装置内にドレンが溜まることもない。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
この発明に係る蒸気改質装置は、繊維加工、食品、ゴムの製造などの処理プロセスで直接に蒸気を使用したり熱交換プロセスで間接的に蒸気を使用したりする事業所において、高品質の蒸気を簡易に得るために使用される。
【符号の説明】
【００２３】
１０  蒸気改質装置
１２  ケーシング
１４  蒸気吐出口
１６  環状周壁部
１８  環状開口
２０  外側ケーシング
２２  環状通路
２４  蒸気流出口
２６  蒸気導入口
２８  蒸気導入管
３０  筐体
３２  環状枠
３４  前面枠
３６  蒸気流出口
３８  背面枠
４０  取付部材
４２  固定軸
４４  ケーシングの背面板
４６  環状枠の矩形状の開口
４８  蒸気噴射部材
５０  テーパー部
５２  ノズル部
５４  環状枠の開口の、円周方向における一端側の内縁
５６  蒸気流通孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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