(57)【要約】【課題】温度が異なる複数の熱媒体を使用する熱交換装置１０において、一方の熱媒体を排出するための排出管から他方の熱媒体が排出されないようにする。【解決手段】熱交換装置１０は、反応釜１１との間で熱交換を行うジャケット１２と、このジャケット１２に対して交換可能に供給され、互いに温度が異なる二種類の熱媒体とを備える。熱交換装置１０は、ジャケット１２から各熱媒体をそれぞれ排出する排出ライン２７，２８と、一方の熱媒体を排出するための排出ライン２７を流れる熱媒体の温度を検出する温度センサ３１と、当該排出ラインを開閉する開閉弁と、温度センサ３１の検出値が当該一方の熱媒体の温度を含みかつ他方の熱媒体の温度を含まない所定の温度範囲内にあるときに開閉弁３２を開き、温度センサ３１の検出値が前記温度範囲外にあるときに開閉弁３２を閉じるように、当該開閉弁３２の動作を制御する制御部４０とを備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換対象物との間で熱交換を行う熱交換部と、この熱交換部に対して交換可能に供給され、かつ互いに温度が異なる複数種類の熱媒体と、を備えている熱交換装置であって、
各熱媒体に対応して設けられ、前記熱交換部から各熱媒体を排出するための排出ラインと、
少なくとも一つの排出ラインに設けられ、当該排出ラインを流れる熱媒体の温度を検出する温度センサと、
当該排出ラインを開閉する開閉弁と、
前記温度センサの検出値が当該排出ラインに対応する熱媒体の温度を含みかつ他の熱媒体の温度を含まない所定の温度範囲内にあるときに前記開閉弁を開き、前記温度センサの検出値が前記温度範囲外にあるときに前記開閉弁を閉じるように、当該開閉弁の動作を制御する制御部と、を備えていることを特徴とする熱交換装置。
【請求項２】
前記熱媒体が、所定の排水基準を満たす第一の熱媒体と、当該排水基準外の第二の熱媒体とを含み、前記第一の熱媒体の排出ラインに前記温度センサと前記開閉弁とが設けられている請求項１に記載の熱交換装置。
【請求項３】
前記温度センサが、前記開閉弁よりも当該排出ラインの下流側に設けられ、
前記温度センサと前記開閉弁とが、前記温度センサの検出結果が前記開閉弁に反映されるまでの間に流れる熱媒体の移動距離以上に離れて設置されている請求項１又は２に記載の熱交換装置。
【請求項４】
当該排水ラインが、前記温度センサと前記開閉弁との間で屈折されている請求項１〜３のいずれか１つに記載の熱交換装置。
【請求項５】
当該排水ラインが、前記温度センサと前記開閉弁との間で水平に配置された部分を含む請求項１〜４のいずれか１つに記載の熱交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学プラント等に使用される反応釜等の温度を調整するために用いられる熱交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学プラントにおいて各種薬品やガス等を製造するために用いられる反応釜には、温度調整のために熱交換装置を設けたものがある。この熱交換装置は、反応釜に熱交換用のジャケットを設けると共に、このジャケットに熱媒体を流すことによって反応釜との間で熱交換を行うように構成されている。また、反応釜を複数の設定温度に調整するために、異なる種類の熱媒体を交換しながら使用する熱交換装置もある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図３は、従来の熱交換装置の一例を示す概略図である。この熱交換装置は、熱交換温度が異なる二種類の熱媒体、例えば、エチレングリコール水のような有機系溶剤を含む熱媒体（以下、「有機系熱媒体」ともいう）と、水とを反応釜１１０の外周に設けられたジャケット１１２に供給できるように構成されている。
熱交換装置は、水を貯留する第一の貯留槽１１３と、有機系熱媒体を貯留する第二の貯留槽１１４とを備え、第一，第二の貯留槽は、それぞれジャケット１１２に対して供給側循環路１１５，１１７及び排出側循環路１１６，１１８を介して接続されている。各循環路にはオペレータの操作によって手動で開閉する開閉弁１２０Ａ，１２０Ｂ，１２３Ａ，１２３Ｂが設けられ、この開閉弁を開くことによってジャケット１１２と第一貯留槽１１３又は第二貯留槽１１４との間で熱媒体を循環させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２２６４２７号公報（図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように二種類の熱媒体を使用する場合、一方の熱媒体と他方の熱媒体とが混ざり合うのを防止するため、一方の熱媒体の使用後、当該熱媒体をジャケット１１２から完全に排出してから他方の熱媒体を供給する必要がある。そのため、図３に示すジャケット１１２には、ジャケット１１２内に残留した熱媒体を排出するためのドレン管１２７，１２８が接続されている。
【０００６】
残留した熱媒体が水である場合は、下水道等の公共用水域に流して廃棄することが可能であるが、エチレングリコール水のような有機系溶剤を含む熱媒体の場合は、公共用水域に流してしまうと水質汚濁の原因となるため、第二貯留槽１１４に戻すか別途処理を行う必要がある。そのため、ドレン管は水用のもの１２７と、有機系熱媒体用のもの１２８とに分かれており、前者のドレン管１２７は下水道等に繋がる排水溝１２９に接続され、後者のドレン管１２８は第二貯留槽１１４に接続されている。各ドレン管１２７，１２８には、それぞれオペレータの操作によって手動で開閉する開閉弁１３２，１３０が設けられている。
【０００７】
しかしながら、図３に示す装置では、水用のドレン管１２７に設けられた開閉弁１３２を誤操作すると、このドレン管１２７に有機系熱媒体が流れ込んで排水溝１２９に排出され、公共用水域の水質を悪化させてしまう可能性があった。
例えば、水によって反応釜１１０の冷却を行った後、開閉弁１３２を開くことによってジャケット１１２に残留した水をドレン管１２７から排水溝１２９に排出し、この開閉弁１３２を閉じ忘れた状態で有機系熱媒体をジャケット１１２に供給してしまうと、ドレン管１２７から排水溝１２９へ有機系熱媒体が排出されてしまう。
【０００８】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、互いに温度が異なる複数種類の熱媒体を使用する熱交換装置において、一の熱媒体を排出するための排出ラインから他の熱媒体が排出されないようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の熱交換装置は、熱交換対象物との間で熱交換を行う熱交換部と、この熱交換部に対して交換可能に供給され、かつ互いに温度が異なる複数種類の熱媒体と、を備えている熱交換装置であって、
各熱媒体に対応して設けられ、前記熱交換部から各熱媒体を排出するための排出ラインと、
少なくとも一つの排出ラインに設けられ、当該排出ラインを流れる熱媒体の温度を検出する温度センサと、
当該排出ラインを開閉する開閉弁と、
前記温度センサの検出値が当該排出ラインに対応する熱媒体の温度を含みかつ他の熱媒体の温度を含まない所定の温度範囲内にあるときに前記開閉弁を開き、前記温度センサの検出値が前記温度範囲外にあるときに前記開閉弁を閉じるように、当該開閉弁の動作を制御する制御部と、を備えていることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、当該排出ラインを流れる熱媒体の温度を温度センサによって検出し、その検出値が、当該排出ラインに対応する熱媒体の温度を含む所定の温度範囲内にある場合には、制御部により開閉弁を開くことによって当該熱媒体の排出が許容される。一方、温度センサの検出値が当該所定の温度範囲外にある場合は、その熱媒体は、当該排出ラインから排出されるべきではないので、制御部により開閉弁を閉じることによって当該熱媒体の排出が阻止される。したがって、当該排水ラインからは、これに対応する熱媒体だけを排出することができる。
【００１１】
前記熱媒体は、所定の排水基準を満たす第一の熱媒体と、当該排水基準外の第二の熱媒体とからなり、前記第一の熱媒体の排出ラインに前記温度センサと前記開閉弁とが設けられていることが好ましい。
例えば、第一の熱媒体として水を使用し、第二の熱媒体として有機系熱媒体を使用し、水の排出ラインに温度センサと開閉弁とを設けた場合、水の排出ラインから有機系熱媒体が誤って排出されることがなくなり、下水道等の公共用水域の水質を悪化させてしまうこともない。
【００１２】
前記温度センサは、前記開閉弁よりも当該排出ラインの上流側に設けられ、前記温度センサと前記開閉弁とは、前記温度センサの検出結果が前記開閉弁に反映されるまでの間に流れる熱媒体の移動距離以上に離れて設置されていることが推奨される。
これにより、当該排出ラインを流れる熱媒体の温度を温度センサが検出してから、当該熱媒体が開閉弁に到るまでの間に、開閉弁を確実に開閉動作させることができる。
【００１３】
また、当該排水ラインは、前記温度センサと前記開閉弁との間で屈折されているか、前記温度センサと前記開閉弁との間で水平に配置された部分を含むことが好ましい。
当該排水ラインが屈折されている場合、温度センサと開閉弁との直線距離よりも両者間の排出ラインの長さを長くすることができ、配管構造をコンパクトにしつつ温度センサと開閉弁との間の距離を十分に確保することができる。
当該排水ラインが水平部分を含む場合、当該水平部分を流れる熱媒体には重力による加速度が加わらないので、その分熱媒体の流速を低下させることができ、これによって温度センサと開閉弁との間隔を短くすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、互いに温度が異なる複数種類の熱媒体を使用する熱交換装置において、一の熱媒体を排出するための排出ラインから他の熱媒体が排出されないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る熱交換システムの概略構成図である。
【図２】排水ラインの他の実施形態を示す概略図である。
【図３】従来技術に係る熱交換システムの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明の実施形態に係る熱交換装置１０の概略構成図である。
この熱交換装置１０は、各種薬品やガス等の化学物質を製造するために使用される反応釜（熱交換対象物）１１の温度を調節するためのものであり、反応釜１１の外周を包囲するように設けられたジャケット（熱交換部）１２と、熱媒体を貯留する第一貯留槽１３及び第二貯留槽１４と、ジャケット１２と第一貯留槽１３とを接続する第一供給側循環路１５及び第一排出側循環路１６と、ジャケット１２と第二貯留槽１４とを接続する第二供給側循環路１７及び第二排出側循環路１８と、を備えている。
【００１７】
本実施形態では、第一の熱媒体として水が使用され、第二の熱媒体としてエチレングリコール水等の有機系熱媒体が使用されている。水は、第一貯留槽１３に貯留され、有機系熱媒体は第二貯留槽１４に貯留されている。この場合、第一貯留槽１３は、水を貯留するプールや貯水池であってもよい。第二貯留槽１４は、有機系熱媒体を貯留するタンクであってもよい。有機系熱媒体には、例えばＣＯＤ（化学的酸素要求量）が高く、水質汚濁防止法に規定する排出水基準や熱交換装置を使用する施設の基準等を超える液体等であって、下水道等の公共用水域への排出が規制されるものを使用することができる。一方、水は、当該排水基準を満たし、公共用水域に排出することが許容される。
【００１８】
第一供給側循環路１５及び第一排出側循環路１６にはオペレータの操作（リモート操作を含む、以下同じ）によって手動で開閉する開閉弁２０Ａ，２０Ｂが設けられている。また、第一供給側循環路１５にはポンプ２１が設けられている。そして、開閉弁２０Ａ，２０Ｂを開いた状態でポンプ２１を作動することによって、第一貯留槽１３から第一供給側循環路１５を介してジャケット１２内に水が供給され、ジャケット１２内を通過した熱交換後の水が第一排出側循環路１６を介して第一貯留槽１３に戻される。これにより、第一貯留槽１３とジャケット１２との間を水が循環する。
【００１９】
第二供給側循環路１７及び第二排出側循環路１８にはオペレータの操作によって手動で開閉する開閉弁２３Ａ，２３Ｂが設けられている。また、第二供給側循環路１７には、ポンプ２４と冷却ユニット２５とが設けられている。そして、開閉弁２３Ａ，２３Ｂを開いた状態でポンプ２４を作動することによって、第二貯留槽１４から第二供給側循環路１７を介して冷却ユニット２５に有機系熱媒体が供給され、この冷却ユニット２５を通過することによって冷却された有機系熱媒体がジャケット１２内に供給され、ジャケット１２内を通過した熱交換後の有機系熱媒体が第二排出側循環路１８を介して第二貯留槽１４に戻される。これにより、第二貯留槽１４とジャケット１２との間を有機系熱媒体が循環する。
なお、本実施形態では、第一供給側循環路１５と第二供給側循環路１７とはジャケット１２に対する接続部で互いに合流し、第一排出側循環路１６と第二排出側循環路１８とはジャケット１２に対する接続部で互いに合流している。
【００２０】
本実施形態の熱交換装置１０は、反応釜１１における反応工程に応じ、水と有機系熱媒体とを交換しつつジャケット１２に供給することによって、反応釜１１の温度を調整することが可能となっている。本実施形態では、水の温度が約２０度とされ、有機系熱媒体の温度が約−１０度とされている。したがって、水と有機系熱媒体とは約３０度の温度差がある。
【００２１】
また、本実施形態の熱交換装置１０は、水と有機系熱媒体との二種類の熱媒体を使用しているので、この二種類の熱媒体が混ざることがないように、一方の熱媒体を使用した後、他方の熱媒体に切り換える際に、ジャケット１２内に残留している熱媒体をすべて排出（ドレン）するように構成されている。このため、ジャケット１２の下部には、ジャケット１２内に残留した熱媒体を排出するための第一，第二ドレン管２７，２８（本発明の排出ライン）が接続されている。
【００２２】
第一ドレン管２７の下流端は排水溝２９に接続され、ジャケット１２内に残留した水を下水道等の公共用水域に排出する。また、上述したように有機系熱媒体はそのまま公共用水域に流すと水質を悪化させるため、第二ドレン管２８の下流端は第二貯留槽１４に接続され、ジャケット１２内に残留した有機系熱媒体は第二貯留槽１４に戻されるようになっている。なお、第一ドレン管２７及び第二ドレン管２８は、ジャケット１２との接続部付近において互いに合流している。
【００２３】
第二ドレン管２８にはオペレータの操作によって手動で開閉する第二ドレン用開閉弁３０が設けられている。また、ジャケット１２には、窒素ガス等の圧送ガスを供給するためのガス供給装置３３が接続されている。そして、使用する熱媒体を有機系熱媒体から水に切り換える場合、第二ドレン用開閉弁３０を開くとともにガス供給装置３３を作動させることによって、ジャケット１２内に残留した有機系熱媒体を圧送ガスによって圧送し、第二貯留槽１４に戻す。
【００２４】
一方、第一ドレン管２７には、温度センサ３１と、第一ドレン用開閉弁３２とが設けられている。また、熱交換装置１０は、温度センサ３１の検出値に応じて第一ドレン用開閉弁３２の動作を制御する制御部（制御回路）４０を備えている。
温度センサ３１は、第一ドレン管２７を流れる熱媒体の温度を計測するものであり、例えば熱電対やサーミスタが使用されている。この温度センサ３１の検出値は制御部４０に入力される。
【００２５】
また、第一ドレン用開閉弁３２は、温度センサ３１よりも下流側に配置され、制御部４０からの制御信号によって自動で開閉する電磁弁や電動弁等の自動開閉弁が使用されている。第一ドレン用開閉弁３２は、温度センサ３１の検出値が所定の温度範囲内に含まれるときに開き、当該温度範囲外のときに閉じるように制御部４０によって制御される。
【００２６】
本実施形態の制御部４０は、温度センサ３１の検出値を所定の閾値と比較することによって当該検出値が所定の温度範囲内に含まれるか否かを判断している。そして、この閾値は、検出値が閾値以上の温度範囲にあったときに第一ドレン用開閉弁３２を開いて第一ドレン管２７からの熱媒体の排出を許容し、閾値未満の温度範囲にあったときに第一ドレン用開閉弁３２を閉じて熱媒体の排出を阻止するような値に設定されている。
本実施形態では、第一の熱媒体としての水が約２０度で、第二の熱媒体としての有機系熱媒体が約−１０度とされているので、閾値は両温度の間の値、例えば０度に設定される。
【００２７】
熱交換のために水を使用した後、有機系熱媒体に切り換える場合、ジャケット１２内に残留し、第一ドレン管２７に流入する水の温度が温度センサ３１によって検出される。水は閾値である０度以上の温度範囲にあるので、第一ドレン用開閉弁３２が開き、排水溝２９へ水が排出される。その後、有機系熱媒体を循環させる際、第一ドレン管２７に有機系熱媒体が流入すると、その温度が温度センサ３１によって検出される。有機系熱媒体は０度未満の温度範囲にあるので、第一ドレン用開閉弁３２が閉じ、有機系熱媒体の排水溝２９への排出が阻止される。したがって、有機系熱媒体によって公共用水域の水質を悪化させてしまうことはない。
【００２８】
温度センサ３１と第一ドレン用開閉弁３２とは、所定の間隔をあけて配置されている。この間隔は、温度センサ３１が熱媒体の温度を検出してから、その検出値が第一ドレン用開閉弁３２の動作に反映されるまでの間に熱媒体が流れる距離以上に設定されている。これにより、熱媒体が温度センサ３１を過ぎてから第一ドレン用開閉弁３２に到るまでの間に、第一ドレン用開閉弁３２は開放又は閉鎖のいずれかの動作を行うので、有機系熱媒体が第一ドレン用開閉弁３２を通過して排水溝２９に排出されることはない。
【００２９】
図２は、第一ドレン管２７の他の実施形態を示す概略図である。この第一ドレン管２７は、ジャケット１２の下部から下方に延びる第一垂直管３４と、この第一垂直管３４の下端から水平に延びる水平管３５と、この水平管３５の端部から下方に延びる第二垂直管３６とからなり、この第二垂直管３６の下端が排水溝２９に接続されている。したがって、この実施形態の第一ドレン管２７は屈折した構造とされている。
また、温度センサ３１は、第一垂直管３４に設けられており、第一ドレン用開閉弁３２は、第二垂直管３６に設けられている。したがって、温度センサ３１と第一ドレン用開閉弁３２との間には水平管３５が配置されている。
【００３０】
ここで、温度センサ３１と第一ドレン用開閉弁３２とが、例えば二点鎖線で示すような直線状の垂直管３４Ａに対して設けられていたとすれば、熱媒体は、重力による加速が加わって流速が増し、温度センサ３１と第一ドレン用開閉弁３２との間を短時間で流れる。そのため、温度センサ３１と第一ドレン用開閉弁３２との間との距離を長くとる必要が生じ、配管構造が大型化する。
【００３１】
これに対して本実施形態では、温度センサ３１と第一ドレン用開閉弁３２との間には水平管３５が設けられ、この水平管３５を流れる熱媒体には重力による加速が加わらないので、熱媒体の流速が緩和される。そのため、熱媒体が温度センサ３１から第一ドレン用開閉弁３２に到達するまでの時間を長くすることができ、その分、温度センサ３１と第一ドレン用開閉弁３２との距離を短くし、配管構造をコンパクト化することができる。
【００３２】
また、本実施形態では、第一ドレン管２７が屈折した構造とされているので、温度センサ３１と第一ドレン用開閉弁３２との実際の距離Ｌよりも第一ドレン管２７の長さを長くすることができ、熱媒体が温度センサ３１を過ぎてから第一ドレン用開閉弁３２に到達するまでの時間を長くすることができる。そのため、温度センサ３１と第一ドレン用開閉弁３２との距離Ｌを可及的に短くし、配管構造をコンパクト化することができる。
【００３３】
また、本実施形態では、第一ドレン管２７に対して自動開閉弁からなる第一ドレン用開閉弁３２を用い、それ以外の開閉弁には手動開閉弁が用いられているので、熱交換装置１０全体として簡素で安価な構成とすることができる。
【００３４】
本発明は、上記実施形態に限定されることなく適宜設計変更可能である。
例えば、上記実施形態における第二ドレン管２８に対しても温度センサを設け、第二ドレン用開閉弁３０として、この温度センサの検出値に応じて自動で開閉する自動開閉弁を用いることができる。ただし、本実施形態のように、熱媒体として水と有機系熱媒体とを使用し、かつ第一ドレン管を介して水を公共用水域に排出する場合には、少なくとも第一ドレン管２７に対して温度センサ３１及び自動開閉弁３２を設けておけば水質汚濁防止の点では十分であり、これらを設けることに伴うコスト増を最小限に抑えることができる。
【００３５】
また、第一ドレン用開閉弁３２を開閉させるための温度範囲（閾値）は、使用する熱媒体の種類や温度に応じて適宜変更することができる。例えば第二の熱媒体として水よりも高温の熱媒体を用いる場合には、閾値として水と第二の熱媒体との間の温度を設定し、温度センサ３１の検出値が当該閾値未満の温度範囲のとき自動開閉弁３２を開き、当該閾値以上の温度範囲のときに自動開閉弁３２を閉じればよい。
【００３６】
また、上記実施形態では、第一ドレン管２７及び第二ドレン管２８を本発明の排出ラインとしているが、第一排出側循環路１６及び第二排出側循環路１８を本発明の排出ラインとすることができる。この場合、一方又は双方の排出側循環路１６，１８に対して温度センサと、この温度センサの検出値に応じて開閉する自動開閉弁を設けることによって、一方の排出側循環路に対して他方の熱媒体が流れるのを阻止し、二種類の熱媒体が混合してしまうのを防止することができる。
【００３７】
また、本発明の熱交換装置１０は、三種類以上の熱媒体を使用するものであっても良く、そのうちのいずれか又は全ての排出ラインに対して温度センサと自動開閉弁を設けることができる。また、使用する熱媒体の種類についても水と有機系熱媒体に限定されるものではなく、例えば、有機系熱媒体に換えて又は加えて、公共用水域への排出が規制される無機系の熱媒体を使用することもできる。
【符号の説明】
【００３８】
１０：  熱交換装置
１１：  反応釜（熱交換対象物）
１２：  ジャケット（熱交換部）
２７：  第一ドレン管（排出ライン）
２８：  第二ドレン管（排出ライン）
３１：  温度センサ
３２：  第一ドレン用開閉弁
３５：  水平管（水平部分）
４０：  制御部
【図１】
2011110547.tif 000003
【図２】
2011110547.tif 000004
【図３】
2011110547.tif 000005