(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気利用施設から流入した凝縮水を溜め込む凝縮水蓄積管と、
前記凝縮水蓄積管に連結され、入力部から入った凝縮水を本体部で受け、フィルタを介して蒸気発生ノズルに送り込み、凝縮水を蒸気に変換して、出口部から排出管に排出するスチームトラップと、
前記スチームトラップの凝縮水抜き取り口に連結されるサイクロンと、
前記凝縮水蓄積管に設けられ、凝縮水の水位を検知する上限センサと下限センサからなる水位センサと、
前記サイクロンを通過した凝縮水を前記排出管に排出する電磁弁からなる排出バルブと、
前記凝縮水蓄積管の水位が上限センサより上昇したことを検知すると、前記排出バルブを開き、前記サイクロンを介して凝縮水を前記排出管に排出し、前記凝縮水蓄積管の水位が下限センサにより低下したことを検知すると、前記排出バルブを閉じる制御部と、が備えられることを特徴とする凝縮水排出装置。
【請求項２】
前記蒸気利用施設に温度差発電モジュールが取り付けられ、発電した電気をバッテリーに蓄積し、蓄積した電気エネルギーで、前記制御部の制御と前記排出バルブの開閉が行なわれることを特徴とする請求項１に記載の凝縮水排出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気発生ノズルを備えた凝縮水排出装置に係り、より詳しくは、蒸気管内の凝縮水を自動的に排出し、凝縮水が増えてもこれに追随できる凝縮水排出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
凝縮水排出装置は、蒸気管内に発生した凝縮水を除去する装置である。蒸気は温度が下がるか圧力が加えられれば、一部が凝縮水となるが、蒸気管内の凝縮水を排出しなければ、本来の蒸気の空間を失い温度低下や不通を起こすことになる。そのため、凝縮水排出装置は、蒸気利用施設に必要不可欠なものである。
【０００３】
蒸気管内の凝縮水を排出する装置にはいくつかの方式がある。蒸気管内の凝縮水の有無を感知して弁座を開閉する機械式がある。例えばフロート弁は、フロートを浮かべ水量に応じて上下動させ、弁の開閉を行なう機械式である。
【０００４】
機械式は、可動部のフロートが弁座を閉じる際に異物を噛み込んで蒸気を逃がすおそれや、弁座を閉じる際に、蒸気の一部を逃がしてしまう。機械式は、間欠的に弁を開閉するため、圧力に変動が生じ、一次側に凝縮水が残留すると、蒸気で押されて振動するウォーターハンマーを起こす場合がある。そのため機械式は、一次側に水を残留させない設定を余儀なくされる。すなわち、開閉の都度ある程度の蒸気漏れをあえて生じさせることで、ウォーターハンマーを起こさないようにしている。機械式は、流速が速く弁座が大口径なので、これが大きな蒸気ロスとなる。機械式は、凝縮水の感知部と開閉部が一体もしくは近接した構造なので、可動部のすべてが高温の蒸気雰囲気下もしくは高温の凝縮水下にあって、その中での可動となる。本来、可動部には潤滑補助材が必要であるが、高温の蒸気雰囲気下では、グリスが溶融もしくは蒸発するので使用できない。そのためクリアランスを大きくせざるを得ない。クリアランスが大きいと、開閉の都度、蒸気漏れが増えることになる。
【０００５】
機械式は、耐用年数が短く放置すると蒸気漏れが増大するので、早めの交換により蒸気漏れを少なくしているが、定期点検の管理工数も大きい。
【０００６】
特許文献１の凝縮水排出装置は、管路にオリフィスが設けられ、凝縮水の排出を行なっている。オリフィス式は、ノズル式と同様に可動部品がなく、機械式のような「開閉の都度」や「経年劣化」による蒸気漏れはないが、オリフィス式は、正確には「経年劣化」がある。凝縮水は、排出される際、差圧により再蒸発（フラッシュ蒸発と称す）するが、この時、体積が例えば１７００倍にも増大するので、オリフィス孔の出口側が削られて拡がり、結果、蒸気漏れが増大する。オリフィス式は、ノズル式と比較して、同じ条件（圧力、想定排出量）であれば、再蒸発による抵抗がないので、オリフィス孔を、極めて細い孔とせざるを得ない。そのため、排出性能が低い。
【０００７】
本出願人は、長尺な蒸気発生ノズルを有する凝縮水排出装置（特願２０１４−０１１１９２）を提案した。これはノズル式で、蒸気発生ノズルの内部で凝縮水の流速を速めて圧力を低下させ、蒸気にして排出する。ノズル孔は、出口側が広くされ、孔の最細部は入口側なので長期使用に耐える。しかしながら、蒸気利用施設からの凝縮水が、気温の変動などにより急激に増えるような場合、これに対応して排出量を増やすことはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】実開平６−２８４９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、このような問題点に鑑みてなされたもので、蒸気発生ノズルを備えた凝縮水排出装置において、凝縮水が急激に増加しても、凝縮水の排出能力を大きくできる凝縮水排出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による凝縮水排出装置は、蒸気利用施設から流入した凝縮水を溜め込む凝縮水蓄積管と、前記凝縮水蓄積管に連結され、入力部から入った凝縮水を本体部で受け、フィルタを介して蒸気発生ノズルに送り込み、凝縮水を蒸気に変換して、出口部から排出管に排出するスチームトラップと、前記スチームトラップの凝縮水抜き取り口に連結されるサイクロンと、前記凝縮水蓄積管に設けられ、凝縮水の水位を検知する上限センサと下限センサからなる水位センサと、前記サイクロンを通過した凝縮水を前記排出管に排出する電磁弁からなる排出バルブと、前記凝縮水蓄積管の水位が上限センサより上昇したことを検知すると、前記排出バルブを開き、前記サイクロンの凝縮水を前記排出管に排出し、前記凝縮水蓄積管の水位が下限センサにより低下したことを検知すると、前記排出バルブを閉じる制御部と、が備えられることを特徴とする。
【００１１】
前記蒸気利用施設に温度差発電モジュールが取り付けられ、発電した電気をバッテリーに蓄積し、蓄積した電気エネルギーで、前記制御部の制御と前記排出バルブの開閉が行なわれることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の凝縮水排出装置によれば、（１）蒸気発生ノズルを備えたスチームトラップの下にサイクロンを連結し、凝縮水蓄積管に水位センサを設け、水位が増加したことを検知すると、サイクロンの出口側に設けた排出バルブを開き、サイクロンの凝縮水を排出管に排出し、凝縮水蓄積管の水位が下限センサにより低下したことを検知すると、凝縮水抜き取りバルブを閉じるようにしたので、凝縮水の急激な増加に対応できる。（２）サイクロンは、凝縮水に含まれる塵を分離できるので、クリーンな凝縮水を排出できる。（３）また、凝縮水がクリーンなので、排出バルブが目詰まりしないようにできる。（４）凝縮水蓄積管は蒸気利用施設側の蒸気の圧力変動を緩和するので、ウォーターハンマーを起こすことがない。
【００１３】
蒸気利用施設に温度差発電モジュールを取り付け、バッテリーに蓄積した電気エネルギーによって、制御部の制御と排出バルブの開閉を行なうので、１００Ｖ等の給電が不要で、蒸気管から捨てていたエネルギーの有効利用ができる。電気量は、時々開く電磁弁（排出バルブ）であるから、消費電力は小さい。発電は、連続的な温度差発電とし、これを蓄電することで、安定した電磁弁制御にできる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明による凝縮水排出装置の構成図である。
【図２】図１のスチームトラップの内部を示す断面図である。
【図３】図１の温度差発電モジュールの詳細で、（Ａ）は外観図であり、（Ｂ）は内部構成図である。
【図４】図１のサイクロンの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明による凝縮水排出装置を詳しく説明する。
【実施例】
【００１６】
図１は、本発明による凝縮水排出装置１００の構成図である。凝縮水排出装置１００は、蒸気を搬送する本管である蒸気利用施設１に連結され、蒸気利用施設１の内部に発生した凝縮水７を除去する装置である。凝縮水排出装置１００は、蒸気利用施設１から引込み管２を介して流入した凝縮水７を溜め込む凝縮水蓄積管３と、凝縮水蓄積管３に連結され、凝縮水７を蒸気に変換して排出管４に排出するスチームトラップ８と、スチームトラップ８に連結されるサイクロン９と、凝縮水蓄積管３の凝縮水７の水位を検知する水位センサ１３と、を備える。水位センサ１３は、上限センサ１３ａと下限センサ１３ｂからなる。排出管４に排出された蒸気もしくは凝縮水は、ボイラ等に送られて再利用される。
【００１７】
サイクロン９は、スチームトラップ８の凝縮水７が常に流れ込むように構成される。電磁弁の排出バルブ６（符号‘Ｓ’はソレノイドバルブの意味）が開かれると、サイクロン９を介して凝縮水７が排出管４に送り出される。排出バルブ６は、運転開始時は閉じられているので、スチームトラップ８から凝縮水７がサイクロン９の内部に流入しようとするが、内部に空気があるので、流入は限られたものである。排出バルブ６が開かれると、蒸気利用施設１の圧力によりサイクロン９から凝縮水７が排出管４に送り出される。
【００１８】
排出バルブ６は、電磁弁とすることが好ましい。ソレノイドで鉄芯が駆動され先端部分を開閉弁としたものや、モータで駆動され角度で弁を開閉させてもよい。電磁弁は、ソレノイドあるはモータの駆動部分が凝縮水と直接に接触することがないから、長寿命である。ウォーターハンマーによる機械的な損傷もない。
【００１９】
制御部１２は、水位センサ１３の信号により排出バルブ６の開閉制御を行なう。そのため、水位センサ１３の検知信号は制御部１２に送られる。制御部１２は、凝縮水蓄積管３の水位が、上限センサ１３ａより上昇したことを検知すると、排出バルブ６を開く。そしてサイクロン９を介して凝縮水７を排出管４に排出する。凝縮水蓄積管３の水位が、下限センサ１３ｂの位置より低下したことを検知すると、排出バルブ６を閉じる。このように、凝縮水排出装置１００は、蒸気発生ノズル１７で凝縮水７を連続的に排出し、凝縮水７が急激に増加するような場合は、凝縮水が増えたことを凝縮水蓄積管３の水位をセンサで検知し、排出バルブ６を開き、凝縮水７を間欠的に排出するものである。
【００２０】
温度差発電モジュール１０は、蒸気の温度１５０〜３００℃と外気との温度差で発電を行ない、電気エネルギーをバッテリー１１に蓄電する。バッテリー１１に蓄えられた電気エネルギーが、制御部１２と電磁バルブの排出バルブ６に供給される。電磁バルブの消費電力は小さなもので省エネルルギーにできる。温度差発電モジュール１０が用意できない場合、一般の１００Ｖ電源を使用してもよい。
【００２１】
図２は、図１のスチームトラップ８の内部を示す断面図である。スチームトラップ８は、入口部８ａと、本体部８ｂと、出口部８ｃと、凝縮水抜き取り部８ｄと、からなる。（１）入口部８ａには、凝縮水蓄積管３からの連結パイプ２２が取り付けられる。（２）本体部８ｂには、フィルタ１５が設けられ、蒸気発生ノズル１７に出る凝縮水７のフィルタリングを行なう。（３）出口部８ｃには、排出管４が連結される。蒸気発生ノズル１７で生成された蒸気１８は、この排出管４に排出される。蒸気１８は、温度が低下して再び凝縮水７となる。（４）凝縮水抜き取り部８ｄには、フィルタ交換用プラグ１６が設けられ、フィルタ１５を交換する時には取り外す。フィルタ交換用プラグ１６の中央の貫通孔が設けられ、凝縮水７をサイクロン９に送り出すための連結管２０が取り付けられる。
【００２２】
蒸気発生ノズル１７は、長さが２０〜４０ｍｍで、中央にノズル孔が穿設されている。蒸気発生ノズル１７は、オリフィスの長さの２〜４倍と長い。凝縮水７は、蒸気発生ノズル１７を通過する際、流速が速くなって圧力が下がり、蒸気となる。凝縮水７が蒸気１８になるので、体積が増し、抵抗が増す。本実施では、凝縮水７を蒸気発生ノズル１７で蒸気に変換し、蒸気の抵抗を利用するのでノズル孔の径を大きくできる。それだけ凝縮水７の排出量を大きくできる。
【００２３】
蒸気発生ノズル１７は、ノズル孔の径が０．２〜１８ｍｍで、複数種類が用意される。一般のオリフィスの孔径に比較して孔径を大きくできる。例えば、ノズル孔の径が１８ｍｍの蒸気発生ノズル１７は、蒸気利用施設１の圧力が低く、凝縮水の発生が多い場合に使用できる。蒸気発生ノズル１７のノズル孔は、ストレート型や、出口側に向かって径を大きくしたラッパ型とすることができる。ラッパ型は、塵等がノズル孔の内部に集積しにくい。また、出口側が噴流で削られることもない。蒸気発生ノズル１７は、外側にネジ部があり、図２に示すように、ノズル交換用プラグ１９を外して他の蒸気発生ノズル１７と交換できる。
【００２４】
図３は、図１の温度差発電モジュール１０の詳細で、（Ａ）は外観図であり、（Ｂ）は内部構成図である。図３（Ａ）に示すように、温度差発電モジュール１０を蒸気利用施設１に巻き付けるように装着する。このような温度差発電モジュール１０としては、水や水蒸気に強いフレキシブル熱電素子が適している。フレキシブル熱電素子は、柔軟な樹脂製フィルムのシートにＰ−Ｎ対の金属フィルムを挟んだもので、シートの厚み方向の温度差を利用して発電する。図３（Ｂ）に示すように、温度差発電モジュール１０は、内側面で吸熱し外側面から放熱する。なお、金属材料にＰ型半導体とＮ型半導体を直列に接続し、金属材料に温度差があると電圧が発生することは、ゼーペック効果として知られる。ぺルチェ素子は、上下の金属板の間にＰ型半導体とＮ型半導体を配置し、セラミックで上下を覆った矩形状のもので、同様に温度差で電圧を発生できるが、水や水蒸気に弱くまたフレキシブルではないので、蒸気管の外側から電圧を取り出す場合は、フレキシブル熱電素子より仕掛けが大がかりになる。
【００２５】
図４は、図１のサイクロン９の説明図である。サイクロン９は、凝縮水をクリーンにする装置で、サイクロン９に入る凝縮水は、スチームトラップ８の筒型のフィルタ１５を通過してくるが、筒内部を通過するだけであり、錆などの異物を含むので、そのまま排出バルブ６に流すと、バルブに異物が挟まって故障の原因となる。なお、サイクロン９はフィルタのような目詰まりがない。サイクロン９の下部に設けられたバルブ１４を開いて清掃できるが、フィルタの交換に比較して手間は１／１０以下である。サイクロン９は、概ね粒径が１０μｍ以上の異物を除去できる。
【００２６】
図４に示すように、サイクロン９に入った凝縮水７は、自重で旋回しながら下方に進み、比重の重い塵等は周壁部に沿って下降し集塵部２１に集められる。中心部には上昇流ができて除塵された凝縮水が頂部から排出され、クリーンな凝縮水が排出バルブ６に送られる。なお、定期的にサイクロン９の底部の除塵バルブ１４を開くことで清掃ができる。このようにサイクロン９はモータ等で駆動されるものではなく電源も必要としない。サイクロン９は遠心力による除塵なので、流速が速くないと機能しないが、凝縮水７は、排出バルブ６が開いている時に、サイクロン９を通過するが、その流速は２０ｍ／ｓ以上となる。つまり除塵は十分に機能させることができる。サイクロン９の寸法（各部の比率）は、これに限られるものではないが、中筒の径をＤとすると、外筒の径が約２Ｄで、外筒の垂直部の高さが約３Ｄ、中筒の下縁は垂直部の下縁より上に位置しかつ流入口の下縁より下に位置し、外筒のテーパ部は約５Ｄの長さで、底部の集塵部は約０．８Ｄの高さである。
【００２７】
本実施例の凝縮水排出装置１００は、蒸気発生ノズル１７で凝縮水７を連続的に排出し、凝縮水７が急激に増加した場合は、排出バルブ６を開いて凝縮水７を間欠的に排出する。これに対して、スチームトラップ８を装備せず、凝縮水蓄積管３の水位に基いて間欠的に排出バルブ６を開閉し、凝縮水の排出を行なうことが考えられる。このような構成とした場合は、常にバッテリー１１を動作可能に維持する必要がある。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、蒸気発生ノズルを備えた凝縮水排出装置であって、凝縮水が急激に増えても、これに追随できる凝縮水排出装置として好適である。
【符号の説明】
【００２９】
１    蒸気利用施設
２    引込み管
３    凝縮水蓄積管
４    排出管
６    排出バルブ
７    凝縮水
８    スチームトラップ
８ａ    入口部
８ｂ    本体部
８ｃ    出口部
８ｄ    凝縮水抜き取り部
９    サイクロン
１０    温度差発電モジュール
１１    バッテリー
１２    制御部
１３    水位センサ
１３ａ    上限センサ
１３ｂ    下限センサ
１４    除塵バルブ
１５    フィルタ
１６    フィルタ交換用プラグ
１７    蒸気発生ノズル
１８    蒸気
１９    ノズル交換用プラグ
２０    連結管
２１    集塵部
２２    連結パイプ
１００    凝縮水排出装置
【要約】
【課題】凝縮水が急激に増加しても、排出能力を大きくできる蒸気発生ノズル式の凝縮水排出装置を提供する。
【解決手段】凝縮水を溜め込む凝縮水蓄積管と、凝縮水蓄積管に連結され、入力部から入った凝縮水を本体部で受け、蒸気発生ノズルに送り込み、凝縮水を蒸気に変換して、出口部から排出管に排出するスチームトラップと、スチームトラップの凝縮水抜き取り口に連結されるサイクロンと、凝縮水蓄積管に設けられ、上限センサと下限センサからなる水位センサと、サイクロンを通過した凝縮水を排出管に排出する電磁弁からなる排出バルブと、凝縮水蓄積管の水位が上限センサより上昇したことを検知すると、排出バルブを開き、サイクロンを介して凝縮水を排出管に排出し、水位が下限センサにより低下したことを検知すると、排出バルブを閉じる制御部と、が備えられる。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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