(57)【要約】  蒸気加熱装置１は、蒸気が凝縮して対象物を加熱するジャケット部２１に接続され、ジャケット部２１に蒸気を供給する供給管１１と、ジャケット部２１に排出管１２を介して接続され、ジャケット部２１の内部を吸引作用により真空状態にする真空発生ユニット１５とを備える。蒸気加熱装置１は、運転初期時に、真空発生ユニット１５を駆動すると共に、大気圧よりも高い圧力の蒸気をジャケット部２１に供給する初期運転を実行し、ジャケット部２１の内部が真空状態になると、真空発生ユニット１５を駆動し続けると共に、大気圧よりも低い圧力の蒸気をジャケット部２１に供給する通常運転を実行する制御部３５を備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気が凝縮して対象物を加熱する熱交換器に接続され、該熱交換器に蒸気を供給する供給管と、上記熱交換器に排出管を介して接続され、該熱交換器の内部を吸引作用により真空状態にする吸引機構とを備えた蒸気加熱装置であって、
運転初期時に、上記吸引機構を駆動すると共に、上記供給管から大気圧よりも高い圧力の凝縮性ガスを上記熱交換器に供給する初期運転を実行し、上記熱交換器の内部が真空状態になると、上記吸引機構を駆動し続けると共に、上記供給管から大気圧よりも低い圧力の蒸気を上記熱交換器に供給する通常運転を実行する制御部を備えている
ことを特徴とする蒸気加熱装置。
【請求項２】
請求項１に記載の蒸気加熱装置において、
上記制御部は、上記初期運転を実行し、上記熱交換器の内部が真空状態になるか、上記供給管から上記熱交換器に流入する直前の凝縮性ガスの温度が設定温度に達すると、上記通常運転を実行する
ことを特徴とする蒸気加熱装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の蒸気加熱装置において、
上記凝縮性ガスは、蒸気である
ことを特徴とする蒸気加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、真空蒸気で加熱する蒸気加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に開示されているように、大気圧よりも低い圧力の蒸気（真空蒸気）で対象物を加熱する蒸気加熱装置が知られている。この蒸気加熱装置は、熱交換器（反応釜のジャケット部）の内部が吸引機構（ポンプ装置）の吸引作用により真空状態にされる。そして、真空状態の熱交換器に所定温度の蒸気が供給され、その蒸気が凝縮することによって対象物が加熱（潜熱加熱）される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−３４０５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述したような蒸気加熱装置は、長時間運転停止した後の運転開始時では熱交換器を含め装置全体が大気圧またはそれに近い圧力状態になっている。つまり、運転開始時では熱交換器の内部が所定の真空状態になっていない。そのため、通常の運転を開始する前に、吸引機構を駆動して熱交換器の内部を真空状態にする必要があった。そのため、通常運転の開始に時間が懸かる、即ち運転の立ち上げ時間が長いという問題があった。【０００５】
本願に開示の技術は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱交換器の内部を所定の真空状態にするまでの時間を短縮し、いち早く運転を開始することができる蒸気加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願に開示の技術は、上記の目的を達成するために、運転開始時に吸引機構で熱交換器の内部を吸引減圧する際、熱交換器に凝縮性のガスを供給（圧送）して空気等を押し出すようにした。【０００７】
具体的に、本願に開示の技術は、蒸気が凝縮して対象物を加熱する熱交換器に接続され、該熱交換器に蒸気を供給する供給管と、上記熱交換器に排出管を介して接続され、該熱交換器の内部を吸引作用により真空状態にする吸引機構とを備えた蒸気加熱装置を前提としている。そして、本願の蒸気加熱装置は、運転開始時に初期運転を実行し、上記熱交換器の内部が真空状態になると、通常運転を実行する制御部を備えている。上記初期運転は、上記吸引機構を駆動すると共に、上記供給管から大気圧よりも高い圧力の凝縮性ガスを上記熱交換器に供給する運転である。上記通常運転は、上記吸引機構を駆動し続けると共に、上記供給管から大気圧よりも低い圧力の蒸気を上記熱交換器に供給する運転である。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように、本願の蒸気加熱装置によれば、運転開始時に初期運転が実行されることにより熱交換器の内部が真空状態になる。具体的に、初期運転では、吸引機構が駆動されることで、熱交換器の内部が吸引減圧される。さらに、初期運転では、凝縮性ガスが供給管から熱交換器に供給されることで、熱交換器の内部および排出管に存在していた空気等の流体が凝縮性ガスによって吸引機構へ押される。これにより、熱交換器の内部および排出管に存在していた流体を早く吸引機構に吸引させることができる。ここで、凝縮性ガスは圧力が大気圧よりも高いため、凝縮性ガスを熱交換器に容易に供給することができると共にその供給速度を高めることができる。これにより、凝縮性ガスが熱交換器等に存在していた流体を押す力を増大させることができる。また、熱交換器の内部および排出管に流れた凝縮性ガスは、放熱して凝縮する。そのため、熱交換器等において凝縮性ガスが供給されることによる圧力上昇を大幅に抑制することができる。以上により、初期運転を行うことで熱交換器の内部をいち早く吸引減圧することができ、熱交換器の内部が所定の真空状態になる時間を短縮することができる。【０００９】
こうして熱交換器の内部が所定の真空状態になると、通常運転が実行される。通常運転では、供給管から大気圧よりも低い圧力の蒸気（真空蒸気）が真空状態の熱交換器に供給される。熱交換器では、供給された蒸気が対象物と熱交換して凝縮し、対象物が加熱（潜熱加熱）される。熱交換器で蒸気の凝縮により発生したドレンは、排出管を介して吸引機構に吸引される。このように、本願の蒸気加熱装置によれば、運転開始時において熱交換器の内部が所定の真空状態になる時間を短縮することができるので、いち早く通常の加熱運転を開始することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施形態に係る蒸気加熱装置の概略構成を示す配管系統図である。
【図２】図２は、制御部の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本願の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本願に開示の技術、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態の蒸気加熱装置１は、蒸気使用装置２０（反応釜）のジャケット部２１に加熱源である蒸気（真空蒸気）を供給し、反応釜に収容された対象物（図示省略）を所定温度に加熱するものである。蒸気加熱装置１は、蒸気使用装置２０に蒸気を供給する流体回路１０と、該流体回路１０の運転制御を行う制御部３５とを備えている。
【００１３】
流体回路１０は、供給管１１と、排出管１２と、真空発生ユニット１５とを備えている。
【００１４】
蒸気使用装置２０は、ほぼ全周に亘って形成されたジャケット部２１を有している。供給管１１は、ジャケット部２１に接続され、図示しない蒸気生成部から所定温度の蒸気がジャケット部２１に供給される。蒸気使用装置２０では、ジャケット部２１に供給された蒸気が反応釜の内部の対象物と間接的に熱交換して凝縮（液化）し、対象物が加熱（潜熱加熱）される。つまり、蒸気使用装置２０のジャケット部２１は蒸気が凝縮して対象物を加熱する熱交換器を構成している。供給管１１には、蒸気の圧力を調整する調整弁１３が設けられている。
【００１５】
排出管１２は、一端（流入端）がジャケット部２１の下端部に接続され、他端（流出端）が真空発生ユニット１５に接続されている。排出管１２には、ジャケット部２１で蒸気が凝縮して発生したドレン（復水）が排出される。排出管１２には、流入したドレン及び空気を自動的に下流側へ排出するスチームトラップ１４が設けられている。尚、スチームトラップ１４がドレンのみを排出し、空気を排出する機能を有さない場合には、スチームトラップ１４をバイパスさせるバイパス管を排出管１２に接続し、バイパス管を介して空気を排出してもよい。
【００１６】
真空発生ユニット１５は、ドレンタンク１６と、循環配管１７と、エゼクタ１８と、ポンプ１９とを有しており、本願の請求項に係る吸引機構を構成している。真空発生ユニット１５は、蒸気使用装置２０のジャケット部２１と排出管１２を介して接続されており、ジャケット部２１で発生したドレンを吸引回収すると共に、ジャケット部２１の内部を吸引減圧して所定の真空状態（大気圧よりも低い圧力状態）に維持するものである。
【００１７】
ドレンタンク１６は、排出管１２を介して回収されたドレンが貯留されるものである。循環配管１７は、ドレンタンク１６に接続されている。つまり、循環配管１７は、一端（流入端）がドレンタンク１６の下部に接続され、他端（流出端）がドレンタンク１６の上部に接続されている。循環配管１７には、上流側（流入端側）から順に、ポンプ１９およびエゼクタ１８が設けられている。また、真空発生ユニット１５では、排出管１２がエゼクタ１８の吸引口に接続されている。
【００１８】
真空発生ユニット１５では、ポンプ１９によってドレンタンク１６のドレン（水）が循環配管１７を通って循環する。真空発生ユニット１５は、ポンプ１９によってドレンタンク１６の水が、エゼクタ１８の流入口に供給されエゼクタ１８の流出口から排出されることにより、エゼクタ１８の吸引口において吸引作用が生じるように構成されている。真空発生ユニット１５は、エゼクタ１８の吸引作用によって、ジャケット部２１からドレンを回収すると共に、ジャケット部２１および排出管１２を減圧する。これにより、ジャケット部２１内は所定の真空状態に維持される。
【００１９】
制御部３５は、流体回路１０に「初期運転」と「通常運転」とを切り換えて実行させるように構成されている。この制御部３５の動作については後述する。また、供給管１１には、温度センサ３１および圧力センサ３２が設けられている。この２つのセンサ３１，３２は供給管１１におけるジャケット部２１の直前に設けられている。温度センサ３１は、供給管１１からジャケット部２１に流入する直前の流体の温度を検出するものであり、その検出温度はジャケット部２１の内部温度に相当する。圧力センサ３２は、供給管１１からジャケット部２１に流入する直前の流体の圧力を検出するものであり、その検出圧力はジャケット部２１の内部圧力に相当する。
【００２０】
〈運転動作および制御動作〉
制御部３５は、運転開始時（運転初期時）において流体回路１０に「初期運転」を実行させ、その後、「通常運転」を実行させる。「初期運転」および「通常運転」の運転動作と、制御部３５による制御動作について図２も参照しながら説明する。
【００２１】
初期運転は、ジャケット部２１の内部を所定の真空状態にする運転である。初期運転では、先ず、制御部３５により、真空発生ユニット１５（ポンプ１９）が運転（駆動）されると共に、凝縮性ガスとしての第１圧力蒸気が供給管１１からジャケット部２１に供給される（ステップＳＴ１，ステップＳＴ２）。ここに、第１圧力蒸気とは大気圧よりも高い圧力（例えば、０．１５〜０．２０ＭＰａ）の蒸気である。
【００２２】
初期運転では、真空発生ユニット１５が駆動されることにより、ジャケット部２１の内部が吸引減圧される。さらに、初期運転では、第１圧力蒸気が供給管１１からジャケット部２１に供給されることにより、ジャケット部２１の内部および排出管１２に存在していた空気等の流体が第１圧力蒸気によって真空発生ユニット１５側へ押される。これにより、ジャケット部２１の内部および排出管１２に存在していた流体を早く真空発生ユニット１５に吸引させることができる。ここで、第１圧力蒸気は圧力が大気圧よりも高いため、第１圧力蒸気をジャケット部２１に容易に供給することができるし、その供給速度を高めることができる。これにより、第１圧力蒸気が熱交換器等に存在していた流体を押す力が増大する。
【００２３】
また、ジャケット部２１に供給された第１圧力蒸気は、凝縮性であるため、放熱して凝縮する。そのため、ジャケット部２１等において第１圧力蒸気が供給されることによる圧力上昇を大幅に抑制することができる。したがって、初期運転を行うことにより、ジャケット部２１の内部をいち早く吸引減圧することができ、ジャケット部２１の内部を所定の真空状態にするまでの時間を短縮することができる。
【００２４】
制御部３５は、初期運転中において、温度センサ３１の検出温度（以下、入口温度という。）が設定温度に達したか否かを判定する（ステップＳＴ３）。入口温度が設定温度に達していない場合、制御部３５は、圧力センサ３２の検出圧力（以下、入口圧力という。）が設定圧力まで低下したか否かを判定する（ステップＳＴ４）。ここで、上記の設定温度は、対象物がその目標温度以上（過剰）に加熱されない限界値に設定されている。第１圧力蒸気は圧力が大気圧よりも高いためある程度の熱量を有しているところ、その第１圧力蒸気がジャケット部２１に供給されることでジャケット部２１の内部温度が上昇し対象物が過剰に加熱される虞がある。また、上記の設定圧力は、ジャケット部２１の内部が所定の真空状態となる圧力である。
【００２５】
ステップＳＴ４において入口圧力が設定圧力まで低下していないと判定されると、初期運転が継続される。ステップＳＴ４において入口圧力が設定圧力まで低下したと判定されると、ステップＳＴ５へ移行し、制御部３５は流体回路１０に通常運転を実行させる。つまり、初期運転によってジャケット部２１の内部が所定の真空状態になると、初期運転から通常運転に切り換えられる。また、ステップＳＴ３において入口温度が設定温度に達したと判定されると、ステップＳＴ５へ移行し、制御部３５は流体回路１０に通常運転を実行させる。つまり、ジャケット部２１の内部温度が、対象物が過剰に加熱されない限界温度に達すると、ジャケット部２１の内部が所定の真空状態になっているか否かに関係なく、初期運転から通常運転に切り換えられる。こうすることで、対象物がその目標温度以上に加熱されてしまう事態を未然に回避することができる。このように、本実施形態の蒸気加熱装置１では、初期運転中に、ジャケット部２１の内部が真空状態になるか、供給管１１からジャケット部２１に流入する直前の第１圧力蒸気の温度が設定温度に達すると、通常運転が実行される。
【００２６】
通常運転は、所定の蒸気をジャケット部２１に供給し、蒸気で対象物をその目標温度に加熱する運転である。通常運転では、真空発生ユニット１５（ポンプ１９）が初期運転から継続して駆動されている。そして、通常運転では、制御部３５により、第２圧力蒸気が供給管１１からジャケット部２１に供給される（ステップＳＴ５）。ここに、第２圧力蒸気は、大気圧よりも低い圧力（例えば、０．０８〜０．１０ＭＰａ）の蒸気、即ち真空蒸気である。ジャケット部２１では、供給管１１から供給された真空蒸気である第２圧力蒸気が対象物と熱交換して凝縮し、対象物がその目標温度に加熱される。ジャケット部２１で第２圧力蒸気の凝縮により発生したドレンは、排出管１２を介して真空発生ユニット１５に吸引される。
【００２７】
以上のように、上記実施形態の蒸気加熱装置１によれば、運転初期時に、真空発生ユニット１５を駆動すると共に、大気圧寄りも高い圧力の凝縮性ガスをジャケット部２１に供給するようにした。これにより、ジャケット部２１の内部をいち早く吸引減圧することができ、ジャケット部２１の内部を所定の真空状態にするまでの時間を短縮することができる。したがって、いち早く通常運転（加熱運転）を開始することができる。
【００２８】
また、上記実施形態の蒸気加熱装置１によれば、初期運転中に、ジャケット部２１の内部が真空状態になるか、供給管１１からジャケット部２１に流入する直前の第１圧力蒸気の温度が設定温度に達すると、通常運転を実行するようにした。こうすることにより、対象物がその目標温度以上に加熱されてしまう事態を未然に回避することができる。したがって、信頼性の高い蒸気加熱装置１を提供することができる。
【００２９】
また、上記実施形態の蒸気加熱装置１によれば、初期運転でジャケット部２１に供給する凝縮性ガスとして通常運転で用いるものと同じ蒸気を用いるようにしたので、別のガスを用意する必要がない。なお、上記実施形態の初期運転では、蒸気以外の凝縮性ガスを用いるようにしてもよい。例えば、メチルアルコールや１−プロパノールが挙げられる。
【００３０】
また、上記実施形態の蒸気加熱装置１では、第１圧力蒸気の温度が対象物の目標温度よりも低い場合は、上述したステップＳＴ３は省略し、入口圧力が設定圧力まで低下したか否かのみを判定して通常運転に切り換えるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本願に開示の技術は、対象物を蒸気で加熱する蒸気加熱装置について有用である。
【符号の説明】
【００３２】
１        蒸気加熱装置
１１      供給管
１２      排出管
１５      真空発生ユニット（吸引機構）
２１      ジャケット部（熱交換器）
３５      制御部
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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