(57)【要約】【課題】スチームトラップのバイパス管のバイパス弁を電動で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が可能な蒸気システムを提供すること。【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と、熱交換器２２の下流に設けられ、ドレンのみを排出するスチームトラップ２３と、スチームトラップ２３をバイパスするバイパス管３１と、バイパス管３１に設けられるバイパス弁３２とを有する。そして、蒸気システム１は、スチームトラップ２３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バイパス弁３２を駆動す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と、該蒸気使用部の下流に設けられ、ドレンのみを排出するスチームトラップと、該スチームトラップをバイパスするバイパス管と、該バイパス管に設けられる開閉弁とを有する蒸気回路を備えた蒸気システムであって、
上記スチームトラップ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開閉弁を駆動す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、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、該熱交換器の下流に設けられるスチームトラップと、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】
また、上記の蒸気システムでは、スチームトラップをバイパスするバイパス管と、該バイパス管に設けられる開閉弁（バイパス弁）とが設けられている。蒸気システムでは、蒸気送気始めに、開閉弁を開いてドレンを短時間で排出するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１６９４７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述したような蒸気システムでは、バイパス管の開閉弁を電動で駆動することが考えられるが、その場合、開閉弁のための電気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、スチームトラップのバイパス管の開閉弁を電動で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が可能な蒸気システムを提供することにある。
【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バイパス管の開閉弁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と、該蒸気使用部の下流に設けられ、ドレンのみを排出するスチームトラップと、該スチームトラップをバイパスするバイパス管と、該バイパス管に設けられる開閉弁とを有する蒸気回路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開閉弁を駆動す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バイパス管の開閉弁を駆動するようにしたため、開閉弁を電動で駆動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、実施形態の変形例に係る蒸気システムの概略構成を示す回路図である。
【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の入口部２３ａ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）が入口部２３ａ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出口部２３ｂから排出するものである。
【００１６】
本実施形態の蒸気回路１０は、膨張機２４と、発電機２８と、バイパス管３１およびバイパス弁３２と、蓄電池３３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の出口部２３ｂ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。
【００１７】
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。
【００１８】
膨張機構２６は、スチームトラップ２３の出口部２３ｂ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。
【００１９】
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。
【００２０】
なお、厳密には、スチームトラップ２３の出口部２３ｂ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。
【００２１】
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。
【００２２】
バイパス管３１は、流入端である一端が流出管１２の途中に接続され、流出端である他端が流出管１４の途中に接続されている。つまり、バイパス管３１はスチームトラップ２３および膨張機２４を迂回する流路である。バイパス弁３２は、バイパス管３１の途中に設けられている。バイパス弁３２は、電動式のものであり、本発明に係る開閉弁を構成している。蒸気システム１では、蒸気送気始めに、バイパス弁３２を開いてドレンを排出させる。こうすることにより、蒸気システム１の立上げ時間を短縮することができる。
【００２３】
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、バイパス弁３２とも電気的に接続されており、蓄電した電力をバイパス弁３２に供給可能に構成されている。バイパス弁３２は、蓄電池３１から供給された電力によって駆動される（開閉動作を行う）。つまり、蒸気システム１では、発電機２８の発電電力によってバイパス弁３２を駆動（開閉動作）させるように構成されている。
【００２４】
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）によってバイパス弁３２を駆動（開閉動作）させるようにした。そのため、バイパス弁３２を電動で駆動させることができる。また、ドレンの流体エネルギーを利用してバイパス弁３２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、バイパス弁３２の電動化と、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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
また、上記実施形態において、バイパス弁３２はいわゆる電磁式のものであってもよい。つまり、本発明に係る開閉弁は、電力が供給されることによって駆動する（開閉動作を行う）ものであれば如何なる構成のものであってもよい。
【００２８】
また、上記実施形態の蒸気システム１は、変形例として、バイパス管３１が図２に示す接続形態のものであってもよい。具体的に、この変形例では、バイパス管３１の一端は流出管１４の途中に接続され、他端は流入管１３の途中に接続されている。そして、バイパス弁３２は、上記実施形態と同様、バイパス管３１の途中に設けられ、蓄電池３３から供給された電力によって駆動される（開閉動作を行う）。この場合、蒸気システム１では、蒸気送気始めに、バイパス弁３２を開くことでドレンが排出される。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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】
【００３３】
本発明は、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】
【００３４】
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
３１      バイパス管
３２      バイパス弁（開閉弁）
【図１】
2015229980.tif 000003
【図２】
2015229980.tif 000004