(57)【要約】【課題】ドレンによる配管の損傷を抑制することが可能な蒸気供給装置を提供するを提供する。【解決手段】ピュアスチーム発生装置１は、蒸気を上から下に向けて配送する下降配管３１と、下降配管３１に接続され、蒸気が凝縮したドレンを排出するドレン配管３２と、下降配管３１の下部に接続され、蒸気を下から上に向けて配送する上昇配管３３と、を有する。上昇配管３３には、垂直方向Ｚに対して傾斜が付けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気を上から下に向けて配送する下降配管と、前記下降配管の下部に接続され、蒸気が凝縮したドレンを排出するドレン配管と、前記下降配管に接続され、前記蒸気を下から上に向けて配送する上昇配管と、を有し、
前記上昇配管には、垂直方向に対して傾斜が付けられている、蒸気供給装置。
【請求項２】
前記上昇配管は、垂直方向に対して略４５°の傾斜が付けられている、請求項１に記載の蒸気供給装置。
【請求項３】
前記下降配管、前記ドレン配管および上昇配管を含む配管内の圧力を測定する圧力計と、
前記配管内の圧力を調整するための圧力調整部と、
前記圧力計にて測定された圧力が設定値となるように前記圧力調整部を制御する制御部と、をさらに有し、
前記制御部は、蒸気の供給が開始された時点から前記設定値が所定の基準値になるまで、前記設定値を時間と共に増加させる、請求項１または２に記載の蒸気供給装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記設定値を一定の割合で増加させる、請求項３に記載の蒸気供給装置。
【請求項５】
原水を加熱用蒸気で加熱して供給用蒸気を製造する製造部と、
前記蒸気として前記加熱用蒸気を配送する加熱用配管と、
前記蒸気として前記供給用蒸気を配送する供給用配管とを有し、
前記下降配管、前記ドレン配管および前記上昇配管は、前記加熱用配管に含まれる、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の蒸気供給装置。
【請求項６】
原水を加熱用蒸気で加熱して供給用蒸気を製造する製造部と、
前記蒸気として前記加熱用蒸気を配送する加熱用配管と、
前記蒸気として前記供給用蒸気を配送する供給用配管とを有し、
前記下降配管、前記ドレン配管および前記上昇配管は、前記加熱用配管に含まれ、
前記圧力計は、前記供給用配管内の圧力を測定し、
前記圧力調整部は、前記加熱用配管内の圧力を調整する、請求項３または４に記載の蒸気供給装置。
【請求項７】
蒸気を上から下に向けて配送する下降配管と、前記下降配管の下部に接続され、蒸気が凝縮したドレンを排出するドレン配管と、前記下降配管に接続され、蒸気を下から上に向けて配送する上昇配管とを含む配管を有し、前記上昇配管には、垂直方向に対して傾斜が付けられている蒸気供給装置の制御方法であって、
前記配管内の圧力を測定するステップと、
前記測定された圧力が設定値となるように前記配管内の圧力を調整するステップと、を有し、
前記調整するステップでは、蒸気の供給が開始された時点から前記設定値が所定の基準値になるまで、前記設定値を時間と共に増加させる、蒸気供給装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気供給装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療や食品製造の分野などでは、注射用水や精製水などの処理水を供給する供給系内を無菌状態に維持するために、純水を原水とした蒸気であるピュアスチームを生成して供給系内に注入するピュアスチーム発生装置が注目されている。ピュアスチーム発生装置としては、ボイラーなどで生成した加熱用蒸気を用いて純水を加熱して蒸発させることで、ピュアスチームを製造するものが知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−８２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ピュアスチーム発生装置では、蒸気が液化したドレンが微細な粒子となって蒸気と同伴することがあるため、通常、蒸気を上から下に配送する下降配管の下部にドレンを排出するドレン配管が設けられている。
【０００５】
しかしながら、ピュアスチームの製造を停止した場合などでは、蒸気が配管内で冷却され、ドレンとしてドレン配管以外の場所に溜まることがある。この場合、ピュアスチームを製造する際に、溜まっていたドレンが蒸気に同伴して配管に衝突し、配管に損傷を与える恐れがある。
【０００６】
特に、ドレンは、図７に示すように蒸気を下から上に配送するための上昇配管５００の下部に設けられた直角エルボ５０１に溜まりやすい。これは、上昇配管５００が垂直方向Ｚに沿って延びているため、上昇配管５００内で冷却された蒸気が下に落ちて直角エルボ５０１に溜まるからである。この場合、
直角エルボ５０１に溜まったドレン６００は、ピュアスチームの製造時に微細な粒子６０１として蒸気に同伴して上昇配管５００の上部に設けられた配管５０２に衝突し、衝突箇所５０３に損傷が与えることが多い。
【０００７】
なお、直角エルボ５０１の付近にもドレン配管をさらに設けることも考えられるが、装置の構造によってはドレン配管を設けることが難しく、また、ドレン配管を設けることが可能であっても、装置の規模やコストが増加するため、現実的ではない。
【０００８】
本発明の目的は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、ドレンによる配管の損傷を抑制することが可能な蒸気供給装置およびその制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による蒸気供給装置は、蒸気を上から下に向けて配送する下降配管と、前記下降配管に接続され、蒸気が凝縮したドレンを排出するドレン配管と、前記下降配管の下部に接続され、前記蒸気を下から上に向けて配送する上昇配管と、を有し、前記上昇配管には、垂直方向に対して傾斜が付けられている。
【００１０】
本発明による蒸気供給装置の制御方法は、蒸気を上から下に向けて配送する下降配管と、前記下降配管に接続され、蒸気が凝縮したドレンを排出するドレン配管と、前記下降配管の下部に接続され、蒸気を下から上に向けて配送する上昇配管とを含む配管を有し、前記上昇配管には、垂直方向に対して傾斜が付けられている蒸気供給装置の制御方法であって、前記配管内の圧力を測定するステップと、前記測定された圧力が設定値となるように前記配管内の圧力を調整するステップと、を有し、前記調整するステップでは、蒸気の供給が開始された時点から前記設定値が所定の基準値になるまで、前記設定値を時間と共に増加させる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、下降配管にドレン配管と上昇配管とが設けられ、上昇配管には、垂直方向に対して傾斜が付けられている。このため、上昇配管内でドレンが生じても、そのドレンをドレン配管に導くことが可能になる。したがって、ドレンが蒸気に同伴して配管に衝突することを抑制することが可能になるため、ドレンによる配管の損傷を抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態のピュアスチーム発生装置を模式的に示す図である。
【図２】本発明の一実施形態のピュアスチーム発生装置におけるドレン抑制構造を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態における設定値の時間変化を示す図である
【図４】本発明の一実施形態における圧力調整弁の開度の時間変化を示す図である。
【図５】比較例における設定値の時間変化を示す図である
【図６】比較例における圧力調整弁の開度の時間変化を示す図である。
【図７】従来のピュアスチーム発生装置の問題点を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図面において同じ機能を有するものには同じ符号を付け、その説明を省略する場合がある。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態のピュアスチーム発生装置を模式的に示す図である。図１に示すピュアスチーム発生装置１は、供給用蒸気として純水を原水とするピュアスチームを製造してユースポイント（図示せず）に供給する蒸気供給装置である。ピュアスチーム発生装置１は、ポンプ１１と、自動弁１２と、プレヒータ１３と、開閉弁１４と、圧力調整弁１５と、加熱缶１６と、水位計１７と、蒸発缶１８と、圧力計１９と、制御部２０とを有する。
【００１５】
ポンプ１１は、ピュアスチームの原水を、配管２１を介して加熱缶１６に供給する。原水は、本実施形態では、純水であるが、超純水でもよい。自動弁１２は、配管２１上に設けられ、開度を調節することで、加熱缶１６に供給する原水の供給量を調整することができる。
【００１６】
プレヒータ１３は、配管２１上に設けられ、加熱缶１６に供給する原水に対して予備的な加熱を行う。プレヒータ１３は、本実施形態では、加熱用蒸気を熱源とし、その熱源の熱を原水に伝えることで原水を加熱する熱交換器であるが、電気ヒーターでもよい。
【００１７】
開閉弁１４および圧力調整弁１５は、原水を加熱するための蒸気である加熱用蒸気を加熱缶１６に供給する配管２２上に設けられる。開閉弁１４は、開閉可能な弁であり、加熱用蒸気の供給と供給停止とを切り替える。圧力調整弁１５は、配管２２内の圧力を調整する圧力調整部であり、開度を調節することで配管２２内の圧力を調整することで、配管２７内の圧力を調整することができる。
【００１８】
加熱缶１６および蒸発缶１８は、原水を加熱用蒸気で加熱してピュアスチームを製造する製造部を構成する。加熱缶１６には、プレヒータ１３で加熱された原水が配管２１を介して供給され、原水を加熱するための加熱用蒸気が配管２２を介して供給される。加熱缶１６は、供給された原水を加熱用蒸気で加熱して原水を蒸発させることで、原水を蒸気成分と液体成分との混合状態である混合水に変換し、その混合水を蒸発缶１８に供給する。本実施形態では、加熱缶１６は、混合水の一部を、配管２３を介して蒸発缶１８に供給し、混合水の残りを、配管２３から分岐した配管２４を介して配管２１に原水として戻す。なお、加熱缶１６には、原水や混合水を配送する配管１６ａや加熱用蒸気を配送する配管１６ｂを含む。
【００１９】
加熱缶１６に供給された加熱用蒸気は、配管２５を介して蒸発缶１８供給され、さらに配管２５に接続された配管２６を介してプレヒータ１３に供給される。プレヒータ１３は、供給された加熱用蒸気の熱を原水に伝えることで原水を加熱し、その後、加熱用蒸気を蒸気ドレンとして排出する。
【００２０】
水位計１７は、配管２４上に設けられ、配管２４内の液面を検知することで、加熱缶１６内の配管１６ａの液面を検知する。水位計１７の検知結果は、自動弁１２の制御に用いられる。これにより、ユースポイントおけるピュアスチームの使用量に応じて、原水の供給量が調整される。
【００２１】
蒸発缶１８には、混合水が配管２３を介して供給され、加熱用蒸気が配管２５を介して供給される。蒸発缶１８は、供給された混合水を加熱用蒸気で加熱することで混合水の液体成分を蒸発させ、混合水内の蒸気成分を増加させると共に、液体成分を減少させる。その後、蒸発缶１８は、混合水の蒸気成分と液体成分とを分離し、蒸気成分をピュアスチームとして配管２７を介してユースポイントに供給し、液体成分をクリーンブロードレンとして排出する。なお、蒸発缶１８には、混合水を配送する配管１８ａや加熱用蒸気を配送する配管１８ｂを含む。
【００２２】
圧力計１９は、配管２７上に設けられ、配管２７内の圧力を計測する。制御部２０は、圧力計１９にて計測した圧力に基づいて圧力調整弁１５を制御する。制御部２０による具体的な制御方法は後述する。
【００２３】
以上説明した構成において、原水、混合水およびピュアスチームを配送する供給用配管（配管１６ａ、１８ａ、２１、２３、２４および２７）は、不純物の混入抑制の観点からステンレスで形成される。また、加熱用蒸気を配送する加熱用配管（配管２２、２５および２６）は、費用の観点からステンレスよりも安価なＳＧＰ（配管用炭素鋼鋼）で形成される。なお、配管１６ｂおよび１８ｂは、加熱缶１６および蒸発缶１８の一部を構成するため、ステンレスで形成される。
【００２４】
図２は、蒸気が液化したドレンによる配管の損傷を抑制するためのドレン溜り抑制構造を有する配管３０示す図である。ドレン溜り抑制構造は、蒸気が流通する配管が立ち上がっている部分に設けられ、特に、圧力調整弁１５の上流側に設けられた上昇配管に設けるのが好ましい。
【００２５】
図２に示す配管３０は、下降配管３１と、ドレン配管３２と、上昇配管３３とを有する。下降配管３１は、加熱用蒸気を上から下に向けて配送するための蒸気配管であり、垂直方向Ｚに沿って設けられている。図の例では、下降配管３１には、弁３５ａが設けられているが、弁３５ａはなくてもよい。
【００２６】
ドレン配管３２は、下降配管３１の下部、より具体的には、下降配管３１の下端部の底面に接続している。下降配管３１は、垂直方向Ｚに沿って設けられている。ドレン配管３２は、下降配管３１を通って配送されてきた加熱用蒸気に同伴しているドレンを下方に排出する。
【００２７】
上昇配管３３は、加熱用蒸気を下から上に向けて配送するための配管であり、下降配管３１の下部、より具体的には、下降配管３１の下端部の側面と接続している。上昇配管３３には、垂直方向Ｚに対して傾斜が付けられている。本実施形態では、上昇配管３３には、２本の配管を略４５°の角度を付けて連結する管継手である４５°エルボ３３ａを用いて、垂直方向Ｚに対して略４５°の傾斜が付けられている。
【００２８】
なお、図の例では、上昇配管３３の後段に、４５°エルボ３３ｂを介して、垂直方向Ｚに沿った配管３５ｂ、直角エルボ３５ｃ、弁３５ｃの順に接続されているが、上昇配管３３の後段の構成は特に限定されない。
【００２９】
次に、ドレンによる配管の損傷を抑制するための圧力調整弁１５の制御方法について説明する。
【００３０】
制御部２０は、圧力計１９にて計測した圧力である計測圧力が設定値になるように圧力調整弁１５を制御する。具体的には、制御部２０は、計測圧力が設定値になるように圧力調整弁１５の開度を調節することで、配管２２内の圧力を調節し、それにより、配管２７内の圧力を制御する。ユースポイントでピュアスチームの供給が必要ない場合、ピュアスチーム発生装置１は、ユースポイントからの供給停止信号を受信し、その供給停止信号に従って、自動弁１２および開閉弁１４を閉状態にする。そして、系内（ピュアスチーム発生装置１内）のピュアスチームを蒸発缶１８のクリーンブロードレンとして排出した後、外部空気からの系内汚染防止のため、例えば配管２７に接続された空気供給ライン（不図示）から配管２７内に清浄空気を導入し、系内を微正圧の状態で待機させる。ユースポイントでピュアスチームの供給が必要となった場合、ピュアスチーム発生装置１は、ユースポイントからの運転信号を受信し、その運転信号に従って、自動弁１２および開閉弁１４を開状態として、ピュアスチームの製造を開始する。このとき、制御部２０は、開閉弁１４が閉状態から開状態となった時点、つまり加熱用蒸気の供給が開始された時点から設定値が所定の基準値になるまで、設定値を時間と共に徐々に増加させる。本実施形態では、制御部２０は、設定値を一定の割合で増加させる。ピュアスチームが製造されると、ピュアスチームがユースポイントに供給され、圧力計１９の計測圧力は一定の値となり、ピュアスチームの製造を停止する。配管２７からユースポイントの間にある開閉弁(不図示)が開状態となって、ユースポイントでピュアスチームが使用されると、圧力計１９の計測圧力が下がるため、蒸気が供給されピュアスチームの製造が開始されると共に、水位計１７で検知した加熱缶１６内の配管１６ａの混合水の液面が低下するため、原水が供給される。
【００３１】
図３は、本実施形態における設定値の時間変化を示す図であり、図４は、図３に示す設定値の時間変化に応じた圧力調整弁１５の開度の時間変化を示す図である。
【００３２】
図３の例では、基準値は０．２５ＭＰａであり、加熱用蒸気の供給が開始された時点を０分としている。設定値は、０ＭＰａから一定の割合で基準値である０．２５ＭＰａまで増加している。この場合、圧力調整弁１５の開度は、図４に示すように徐々に上昇する。
【００３３】
図５は、比較例における設定値の時間変化を示す図であり、図６は、図５に示す設定値の時間変化に応じた圧力調整弁１５の開度の時間変化を示す図である。図５の例では、基準値は本実施形態と同様に０．２５ＭＰａであるが、設定値は常に基準値である。この場合、圧力調整弁１５の開度は、図６に示すように加熱用蒸気の供給が開始された時点から急激に上昇して１００％となり、その後、圧力計１９にて計測した圧力に応じて開度が変化する。
【００３４】
したがって、図３および図４に示した本実施形態では、設定値を一定にする比較例と比較して、圧力調整弁１５の開度を緩やかに上昇させることができ、その結果、加熱用蒸気が急激に流れることを抑制することができる。
【００３５】
以上説明したように本実施形態によれば、ピュアスチーム発生装置１は、蒸気を上から下に向けて配送する下降配管３１と、下降配管３１に接続され、蒸気が凝縮したドレンを排出するドレン配管３２と、下降配管３１の下部に接続され、蒸気を下から上に向けて配送する上昇配管３３と、を有する。上昇配管３３には、垂直方向Ｚに対して傾斜が付けられている。
【００３６】
この場合、下降配管３１にドレン配管３２と上昇配管３３とが設けられ、上昇配管３３には、垂直方向Ｚに対して傾斜が付けられている。このため、上昇配管３３内でドレンが生じても、そのドレンをドレン配管３２に導くことが可能になる。したがって、ドレンが加熱用蒸気に同伴して配管に衝突することを抑制することが可能になるため、ドレンによる配管の損傷を抑制することが可能になる。
【００３７】
また、本実施形態では、上昇配管３３は、垂直方向に対して略４５°の傾斜が付けられている。この場合、既存の４５°エルボ３３ａを用いて上昇配管３３を傾斜させることが可能になるため、ドレンによる配管の損傷を容易に抑制することが可能になる。
【００３８】
また、本実施形態では、制御部２０は、圧力計１９にて測定された圧力が設定値となるように圧力調整弁１５を制御し、蒸気の供給が開始された時点から設定値が基準値になるまで、設定値を時間と共に増加させる。この場合、加熱用蒸気が急激に流れることを抑制することができるため、加熱用蒸気にドレンが同伴して配管に衝突しても、配管に与える損傷を抑制することが可能になる。
【００３９】
また、本実施形態では、ドレン抑制構造である下降配管３１、ドレン配管３２および上昇配管３３が加熱用蒸気を配送する加熱用配管に含まれる。このため、ドレンによる損傷を受けやすい配管に対して適切にドレンによる損傷を抑制することが可能になる。
【００４０】
以上説明した各実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。
【００４１】
例えば、上記の実施形態では、原水を加熱用蒸気で加熱してピュアスチームを製造する製造部として、加熱缶１６および蒸発缶１８を備えていたが、製造部は加熱缶１６のみで構成されてもよい。この場合、加熱缶１６が混合水の蒸気成分と液体成分とを分岐する分岐手段を備える。
【００４２】
また、ドレン抑制構造を備えなくても、制御部２０が設定値を時間と共に徐々に増加させることで、ドレンによる配管の損傷を抑制することができれば、ドレン抑制構造が備わっていなくてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１  ピュアスチーム発生装置
１１  ポンプ
１２  自動弁
１３  プレヒータ
１４  開閉弁
１５  圧力調整弁
１６  加熱缶
１７  水位計
１８  蒸発缶
１９  圧力計
２０  制御部
２１〜２７、１６ａ、１６ｂ、１８ａ、１８ｂ  配管
３１  下降配管
３２  ドレン配管
３３  上昇配管
【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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【図６】
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【図７】
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