(57)【要約】【課題】ドレンの排出口を清掃する清掃部材が設けられたスチームトラップを有する蒸気システムにおいて、清掃部材を自動的に駆動するようにしつつも、システム全体の省エネルギー化を図ること。【解決手段】蒸気システム１は、蒸気が対象物に放熱して凝縮する熱交換器２２を備えると共に、熱交換器２２の下流に設けられ、ドレンの排出口４７と、排出口４７へ進退動作して排出口４７の異物を除去する清掃部材５６とを有するスチームトラップ２３を備える。そして、蒸気システム１は、スチームトラップ２３の排出口４７から排出されたドレンが流入し、該ドレンを膨張させて動力を発生させる膨張機２４と、膨張機２４による発生動力によって駆動される発電機２８とを備え、発電機２８の発電電力によって清掃部材５６を進退動作させるように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気が対象物に放熱して凝縮する蒸気使用部を備えると共に、該蒸気使用部の下流に設けられ、ドレンの排出口と、該排出口へ進退動作して該排出口の異物を除去する清掃部材とを有するスチームトラップを備えた蒸気システムであって、
上記スチームトラップの排出口から排出されたドレンが流入し、該ドレンを膨張させて動力を発生させる膨張機と、該膨張機による発生動力によって駆動される発電機とを備え、該発電機の発電電力によって上記清掃部材を進退動作させるように構成されていることを特徴とする蒸気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排出口の清掃機構が設けられたスチームトラップを有する蒸気システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に開示されているように、蒸気で対象物を加熱する蒸気システム（蒸気加熱装置）が知られている。この蒸気システムは、蒸気が対象物と熱交換する熱交換器と、ドレンの貯留部（ヘッダータンク）とを備えている。この蒸気システムでは、熱交換器において流入した蒸気が対象物に放熱して凝縮しドレン（復水）となる。これにより、対象物が加熱（潜熱加熱）される。そして、熱交換器で発生したドレンはスチームトラップを介して貯留部に送られて貯留される。貯留部のドレンは、その温度に応じて給水タンクへ戻されたり外部へ排出される。
【０００３】
上記のスチームトラップは、ドレンのみを自動的に排出するものであり、例えば特許文献２に開示されているように、ドレンの排出口に詰まった異物を除去する清掃機構を備えたものが知られている。この清掃機構は、棒状の清掃部材（異物排除部材）を排出口へ進退させることによって、排出口に詰まっている異物を除去するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１６９４７７号公報
【特許文献２】ＷＯ２００８−１０７９６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献２のスチームトラップを有する特許文献１の蒸気システムでは、スチームトラップの清掃機構を人的操作なく自動で駆動したいという要望がある。しかしながら、その場合、清掃機構の駆動エネルギーが必要となり、蒸気システム全体の消費エネルギーが嵩んでしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ドレンの排出口を清掃する清掃機構が設けられたスチームトラップを有する蒸気システムにおいて、清掃機構を自動的に駆動するようにしつつも、システム全体の省エネルギー化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記目的を達成するために、蒸気使用部で発生した液体であるドレンを再蒸発（フラッシュ）させて膨張させることにより動力を発生させ、その発生動力によって発電された電力を清掃部材の駆動エネルギーとして用いるようにした。
【０００８】
具体的に、本発明は、蒸気が対象物に放熱して凝縮する蒸気使用部を備えると共に、該蒸気使用部の下流に設けられ、ドレンの排出口と、該排出口へ進退動作して該排出口の異物を除去する清掃部材とを有するスチームトラップを備えた蒸気システムを前提としている。そして、本発明は、上記スチームトラップの排出口から排出されたドレンが流入し、該ドレンを膨張させて動力を発生させる膨張機と、該膨張機による発生動力によって駆動される発電機とを備え、該発電機の発電電力によって上記清掃部材を進退動作させるように構成されているものである。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように、本発明によれば、蒸気使用部で蒸気の凝縮によって発生したドレン（復水）を膨張させて動力を発生させる膨張機と、該膨張機による発生動力によって駆動される発電機とを備えるようにしたため、ドレンの流体エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。そして、変換した電気エネルギーによって清掃部材を駆動（進退動作）させるようにしたため、スチームトラップの排出口を自動的に清掃するようにしつつも、蒸気システム全体の省エネルギー化を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施形態に係る蒸気システムの概略構成を示す回路図である。
【図２】図２は、実施形態に係るスチームトラップの概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明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、本発明、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】
本実施形態の蒸気システム１は、蒸気（飽和蒸気）で対象物（例えば、反応釜）を加熱するものである。図１に示すように、蒸気システム１は蒸気が流通する蒸気回路１０を備えている。蒸気回路１０は、蒸気生成部２１と、熱交換器２２と、スチームトラップ２３とを有している。
【００１３】
蒸気生成部２１は、水を加熱して蒸気（飽和蒸気）を生成するものである。熱交換器２２は、入口部２２ａが流入管１１を介して蒸気生成部２１に接続され、出口部２２ｂが流出管１２を介してスチームトラップ２３の流入通路４４に接続されている。
【００１４】
熱交換器２２は、蒸気生成部２１から供給された蒸気が対象物に放熱して凝縮し、対象物が加熱される。蒸気は、凝縮することによってドレン（復水）になる。つまり、熱交換器２２は、蒸気の凝縮潜熱によって対象物を加熱（潜熱加熱）する潜熱熱交換器であり、本発明に係る蒸気使用部を構成している。
【００１５】
スチームトラップ２３は、熱交換器２２の下流に設けられ、熱交換器２２で蒸気の凝縮によって発生したドレン（復水）または蒸気混じりのドレン（復水）が流入通路４４を通して流入する。スチームトラップ２３は、流入したドレンのみを自動的に排出通路４５から排出するものである。
【００１６】
スチームトラップ２３の具体的な構成について図２を参照しながら説明する。スチームトラップ２３は、フロート式スチームトラップを構成し、密閉容器であるケーシング４０と、清掃機構５５とを備えている。
【００１７】
ケーシング４０は、本体部４１に蓋部４２がボルトで締結されてなり、内部に弁室４３が形成されている。本体部４１は、ドレンの流入通路４４を有している。また、ケーシング４０は、本体部４１と蓋部４２とに跨って形成される排出通路４５を有している。流入通路４４は、弁室４３の上部に連通している。弁室４３の下部には、蓋部４２に弁座４６が設けられている。弁座４６には、排出通路４５に連通する排出路４８が形成されている。この排出路４８では、弁室４３側の端部がドレンの排出口４７となっており、いわゆるオリフィスを構成している。
【００１８】
弁室４３には、中空球形のフロート４９が自由状態で設けられている。フロート４９はは、弁座４６の弁室側端面に離着座することによって排出口４７を開閉する。蓋部４２には、フロート４９が排出口４７を閉じた状態で接触するフロート座５１が設けられている。スチームトラップ２３では、流入通路４４から弁室４３に流入したドレンが弁座４６の排出口４７（排出路４８）から排出され、排出通路４５を介して外部に流出する。
【００１９】
清掃機構５５は、弁座４６の排出口４７に付着した異物を自動的に除去するものであり、蓋部４２に設けられている。つまり、清掃機構５５は弁室４３の外部に位置する。清掃機構５５は、清掃部材５６と、保持部材６１と、押え部材６５と、駆動部７１とを備えている。
【００２０】
保持部材６１は、略円筒状に形成され、蓋部４２において弁座４６と同一軸上にねじ結合されている。保持部材６１の貫通孔は、弁室４３側に小径部６２が形成され、その後方に大径部６３が形成されている。清掃部材５６は、断面が円形の棒状に形成され、保持部材６１に該保持部材６１と同一軸上に挿入されている。清掃部材５６は、軸方向に連続形成された基部５７と螺合部５８と操作部５９とから成る。なお、清掃部材５６では、弁室４３側から操作部５９、螺合部５８および基部５７の順に形成されている。基部５７は、後端（図２において右側端部）が駆動部７１に連結されている。螺合部５８は、外周面に雄ねじが形成されており、保持部材６１の小径部６２と螺合している。操作部５９は、先端側（図２において左側端部）が弁座４６の排出路４８に挿入された状態で位置する。保持部材６１の大径部６３にはシール部材６４が収容されており、シール部材６４は保持部材６１の大径部６３の後端（図２において右側端部）に螺合する押え部材６５によって押さえられている。シール部材６４は、保持部材６１において小径部６２と清掃部材５６の螺合部５８との隙間からドレンが漏洩するのを防止する。
【００２１】
駆動部７１は、電動機であり、清掃部材５６を可逆に回転駆動するものである。清掃機構５５では、駆動部７１によって清掃部材５６が例えば正方向に回転すると、清掃部材５６が前進して操作部５９の先端が排出口４７に進入する。これにより、排出口４７に詰まっている異物が清掃部材５６の操作部５９によって除去される。また、駆動部７１によって清掃部材５６が逆方向に回転すると、清掃部材５６が後退して操作部５９が排出口４７から離隔する。つまり、清掃機構５５では、駆動部７１によって清掃部材５６が排出口４７へ進退動作し、清掃部材５６が排出口４７の異物を除去するように構成されている。
【００２２】
本実施形態の蒸気回路１０は、膨張機２４と発電機２８と蓄電池３１とをさらに有している。膨張機２４は、流入管１３を介してスチームトラップ２３の排出通路４５に接続されている。つまり、蒸気回路１０では熱交換器２２と膨張機２４との間にスチームトラップ２３が設けられており、スチームトラップ２３は流入したドレンのみを膨張機２４へ向かって排出する。
【００２３】
膨張機２４は、ケーシング２５と、該ケーシング２５に収容された膨張機構２６とを有するスクロール式膨張機である。膨張機構２６は、図示しないが、固定スクロールのラップと可動スクロール（旋回スクロール）のラップとが互いに噛み合って膨張室が形成されている。膨張機構２６の入口部２６ａには流入管１３が接続され、出口部２６ｂには流出管１４が接続されている。また、膨張機構２６には出力軸２７が設けられている。
【００２４】
膨張機構２６は、スチームトラップ２３の排出通路４５（排出口４７）から排出されたドレン、即ち熱交換器２２で蒸気の凝縮によって発生したドレンが入口部２６ａより膨張室に流入する。膨張機構２６は、膨張室に流入したドレンを膨張させることによって動力を発生させるように構成されている。具体的に、液相であるドレンは、膨張室に流入すると圧力が低下するため、再蒸発（フラッシュ）して再び気相である蒸気となる。即ち、ドレンの体積が膨張することになる。このドレンの体積膨張に伴って膨張室の容積が増加していき、この膨張室の容積増加によって出力軸２７が回転駆動される。つまり、膨張機構２６では、ドレンを再蒸発（フラッシュ）させることにより回転動力が発生し出力軸２７に伝達される。
【００２５】
このように、膨張機２４には液相であるドレンが流入するが、そのドレンは飽和状態のものであるため、容易にドレンを再蒸発（フラッシュ）させることができる。その結果、容易にドレンを膨張させることが可能である。なお、膨張後のドレン（即ち、蒸気）は、出口部２６ｂより流出管１４に流出する。
【００２６】
なお、厳密には、スチームトラップ２３の排出通路４５から排出されたドレンの幾分かは流入管１３を流れる間に再蒸発（フラッシュ）するため、膨張機２４にはドレンと共に幾分かの蒸気が流入する。膨張機２４では、流入したドレンだけでなく蒸気も膨張し、膨張室の容積が増加する。
【００２７】
発電機２８は、その駆動軸２９が膨張機２４の出力軸２７と連結されている。発電機２８は、膨張機２４の出力軸２７によって駆動されて発電する。つまり、蒸気システム１では膨張機２４による発生動力によって発電機２８が駆動される。
【００２８】
蓄電池３１は、発電機２８と電気的に接続されており、発電機２８の発電電力を蓄電するものである。そして、蓄電池３１は、蓄電した電力をスチームトラップ２３における清掃機構５５の駆動部７１に供給可能に構成されている。駆動部７１は、蓄電池３１から供給された電力によって駆動される。つまり、蒸気システムでは、発電機２８の発電電力によってスチームトラップ２３の清掃部材５６を進退動作させるように構成されている。
【００２９】
以上のように、上記実施形態の蒸気システム１では、熱交換器２２で蒸気の凝縮によって発生したドレン（復水）を膨張させて動力を発生させる膨張機２４と、該膨張機２４による発生動力によって駆動される発電機２８とを備えるようにした。そのため、熱交換器２２で発生したドレンの流体エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。そして、蒸気システム１では、変換した電気エネルギー（即ち、発電機２８の発電電力）によってスチームトラップ２３における清掃機構５５の駆動部７１を駆動して清掃部材５６を進退動作させるようにした。そのため、スチームトラップ２３の排出口４７を人的操作なく自動で清掃することが可能である。また、ドレンの流体エネルギーを利用して清掃機構５５の駆動部７１を駆動するため、蒸気システム１全体の省エネルギー化を図ることが可能である。よって、スチームトラップ２３における清掃機構５５の自動化と、システム全体の省エネルギー化の両立を図ることができる。
【００３０】
また、上記実施形態によれば、熱交換器２２と膨張機２４との間にスチームトラップ２３を設けているため、ドレン（復水）のみを膨張機２４へ向かって送ることができる。上述したようにドレンの幾分かは膨張機２４に流入するまでに再蒸発（フラッシュ）して蒸気となり膨張機２４の膨張室に流入するところ、スチームトラップ２３から膨張機２４へ向かってドレンのみを送ることにより、ドレンと蒸気を膨張機へ向かって送る場合に比べて、膨張室に流入する蒸気の量を減少させることができる。言い換えると、膨張室に流入するドレンの量を増加させることができる。つまり、膨張室においてドレンの占める割合を大きくすることができる。その結果、膨張機２４における膨張率を稼ぐことができる。つまり、蒸気の膨張率はドレンの蒸発する際の膨張率に比して極めて低いところ、上記実施形態ではドレンの流入量を増加させることができるため、膨張機２４における膨張率を高めることができる。
【００３１】
なお、実際は、流入管１１や流出管１２においても蒸気の一部が凝縮してドレンとなる場合がある。本発明において、膨張機２４に流入するドレンには、熱交換器２２で発生したドレンだけでなく流入管１１や流出管１２で発生したドレンも含まれる。
【００３２】
また、上記実施形態において、清掃機構５５の駆動部７１は、電力によって駆動し清掃部材５６を進退動作（軸方向に変位）させる構成であれば如何なるものであってもよい。
【００３３】
また、上記実施形態では、膨張機２４としてスクロール式のものを用いたが、本発明は、ロータリー式やスクリュー式等の他の型式の膨張機であってもよい。
【００３４】
また、上記実施形態では、膨張機２４から流出管１４に流出した膨張後のドレン（即ち、蒸気）は回収して例えば蒸気生成部２１の水に再利用するようにしてもよい。
【００３５】
また、上記実施形態では、蒸気使用部が熱交換器２２である場合について説明したが、本発明に係る蒸気使用部は蒸気が対象物に放熱して凝縮するものであれば如何なるものでもよい。例えば、本発明に係る蒸気使用部は、蒸気で空瓶等を加熱殺菌するもの、油の輸送配管の周りに蒸気配管を巻き付けて蒸気で油を加熱保温するものでもよい。
【００３６】
また、上記実施形態において、スチームトラップ２３の出口側の流入管１３の長さは、ドレンの再蒸発（フラッシュ）を抑制する観点から、できるだけ短い方が好ましい。これは、流入管１３が長くなるほどドレンの圧力損失が増加してドレンが再蒸発しやすくなるからである。流入管１３におけるドレンの再蒸発を抑制することで、膨張機２４に流入するドレンの量を稼ぐことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、ドレンの排出口の清掃機構が設けられたスチームトラップを有する蒸気システムについて有用である。
【符号の説明】
【００３８】
１        蒸気システム
２２      熱交換器（蒸気使用部）
２３      スチームトラップ
２４      膨張機
２８      発電機
４７      排出口
５６      清掃部材
【図１】
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【図２】
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