(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラーの再蒸発蒸気および凝縮水回収装置であって、
処理対象物を加熱する加熱部から排出される凝縮水と前記凝縮水から再蒸発する蒸気を回収し、前記回収された再蒸発蒸気を蒸気加圧部に供給し、前記回収された凝縮水をボイラーに供給する蒸気回収部と、
前記蒸気回収部から供給される再蒸発蒸気と前記ボイラーから供給される高温の蒸気を混合して前記加熱部に供給する蒸気加圧部と、
を備え、
前記蒸気加圧部は、前記ボイラーから供給される高温の蒸気と前記蒸気回収部から供給される再蒸発蒸気を混合して前記加熱部に供給する蒸気再圧縮制御弁と、前記蒸気再圧縮制御弁と前記加熱部との間に配設されて前記加熱部に供給される蒸気の圧力を検出する圧力センサーと、前記圧力センサーにおいて検出された圧力に応じて、前記蒸気再圧縮制御弁に動作制御信号を出力して、
前記蒸気再圧縮制御弁の第１開閉部（１２２）と第２開閉部（１２３）をそれぞれ変化させて高温の蒸気及び再蒸発蒸気のそれぞれの流量を変化させることにより前記蒸気の圧力を所定の値に制御する圧力制御部と、
を備え、
前記蒸気回収部は、前記加熱部と連結されて前記加熱部における熱交換により発生された凝縮水が流入し、前記流入した凝縮水から再蒸発される蒸発蒸気を回収する蒸発容器と、
前記蒸発容器に流入した凝縮水を前記ボイラーに強制的に給水する給水ポンプと、を備え、
前記蒸発容器は、前記蒸発容器の一方の側に配設されて前記蒸発容器に流入する凝縮水の水位を検出する水位センサーと、
前記水位センサーにおいて検出された水位に応じて前記給水ポンプに動作制御信号を出力して前記給水ポンプの動作を制御する水位制御部と、
前記蒸発容器の一方の側に配設されて前記蒸発容器に流入する凝縮水によるオーバーフローを自動的に防止するオーバーフロー弁と、を備えることを特徴とする再蒸発蒸気および凝縮水回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は再蒸発蒸気および凝縮水回収装置に係り、さらに詳しくは、処理対象物を加熱する加熱部から排出される凝縮水から再蒸発する蒸気と、ボイラーから供給される高温の蒸気を混合して加熱部に再供給する再蒸発蒸気および凝縮水回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、蒸気加熱装置は、熱交換器に設けられた加熱部に加熱用蒸気が供給され、加熱により発生した凝縮水を排出する凝縮水回収装置を接続してなる。
図１は、従来の技術による蒸気加熱装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、従来の技術による蒸気加熱装置は、高温の蒸気を形成するためのボイラー１０と、ボイラー１０において生成された高温の蒸気が供給されて処理対象物を加熱する加熱部３０、３０’と、加熱部３０および３０’から凝縮水だけが排出されるようにするスチームトラップ４０、４０’と、スチームトラップ４０、４０’から排出された凝縮水が収集され、外部から補充水が給水される凝縮水タンク５０と、凝縮水タンク５０に収集された凝縮水をボイラー１０に供給する給水パンプ５１と、を備えている。
給水パンプ５１によりボイラー１０に給送された凝縮水はバーナーにより加熱されて、高圧の過熱蒸気状態でヘッダー２０と逆止弁３１、３１’を経て第１加熱部３０および第２加熱部３０’に供給される。
第１および第２加熱部３０、３０’に供給された蒸気は第１および第２加熱部３０、３０’における熱交換により温度が低下しながら凝縮されて湿飽和蒸気状態となる。
このとき、蒸気が凝縮されて生成される凝縮水は第１および第２加熱部３０、３０’の下部に配設されたスチームトラップ４０、４０’にそれぞれ溜まることになる。
スチームトラップ４０、４０’は、一般に、バケツ（Ｂｕｃｋｅｔ）またはフロート（Ｆｌｏａｔ）タイプのものが用いられ、スチームトラップ４０、４０’に所定量以上の凝縮水が流入するとバケツまたはフロートが凝縮水の浮力により上昇してスチームトラップの弁４１、  ４１’が開かれることにより凝縮水のみが凝縮水タンク５０に排出される。
スチームトラップ４０、４０’から凝縮水タンク５０に排出される凝縮水は圧力が低下しながら一部は大気中に蒸発され、凝縮水タンク５０に残留する残りの凝縮水は外部から供給される補充水と混ざって給水パンプ５１を介してボイラーに供給される。
補充水は、通常、補充水タンク６０および補充水供給パンプ６１を別設して供給し、ラインに開閉弁６２を設けることももちろん可能である。
しかし、この種の従来の蒸気加熱装置は、下記の如き問題点がある。
加熱部３０、３０’の内部の蒸気が排出されないように、好ましくは、蒸気に含まれている潜熱が加熱部３０、３０’の外部に抜け出ないようにスチームトラップ４０、４０’が設けられているが、スチームトラップ４０、４０’から凝縮水タンク５０に排出された凝縮水の相当量が大気中に蒸発されて消耗されるためエネルギー効率が極めて低いといった問題点がある。
また、大気中に損失される蒸気量に見合う分だけ補充水が持続的に供給される必要があるため多量の用水が必要となり、常温の補充水が多量混ざって温度が低下した状態でボイラー１０に給水されるため、これを高温の蒸気に加熱するために多量の燃料が消費されるという問題点がある。
一方、かようなスチームトラップの使用による問題点を改善するために、第１および第２加熱部３０、３０’の下部からスチームトラップを外し、凝縮水が重力により集水できるように第１および第２加熱部３０、３０’よりも下位に密閉型給水タンクを配設し、給水パンプを介して密閉型給水タンクの水をボイラーに強制的に供給する技術が提案されている。
しかしながら、スチームトラップが配設されていない蒸気加熱装置は重力による凝縮水の移動が可能であるとはいえ、蒸気の放出（一部の大気放出）が行われなければ差圧が形成できなくなる結果、熱循環が遅くなるという問題点がある。
さらに、給水タンクに捕集された凝縮水を給送するための給水パンプの作動時にキャビテーション（Ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ）が発生して給水パンプが破損されるという問題点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述の問題点を解消するために、本発明は、処理対象物を加熱する加熱部から排出される凝縮水から再蒸発される蒸発蒸気とボイラーから供給される高温の蒸気を混合して加熱部に再供給するボイラーの再蒸発蒸気および凝縮水回収装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上述した目的を達成するために、本発明は、ボイラーの再蒸発蒸気および凝縮水回収装置であって、処理対象物を加熱する加熱部から排出される凝縮水と前記凝縮水から再蒸発する蒸気を回収し、前記回収された再蒸発蒸気は蒸気加圧部に供給し、前記凝縮水はボイラーに供給する蒸気回収部と、前記蒸気回収部から供給される再蒸発蒸気と前記ボイラーから供給される高温の蒸気を混合して前記加熱部に供給する蒸気加圧部と、を備える。
また、好ましくは、前記蒸気回収部は、前記加熱部と連結されて前記加熱部における熱交換により発生した凝縮水が流入し、前記流入した凝縮水から再蒸発される蒸発蒸気を回収する蒸発容器と、前記蒸発容器に流入した凝縮水を前記ボイラーに強制的に給水する給水パンプと、を備える。
さらに、好ましくは、前記蒸発容器の一方の側に設けられ前記蒸発容器に流入する凝縮水の水位を検出する水位センサーと、前記水位センサーにおいて検出された水位に応じて前記給水パンプに動作制御信号を出力して前記給水パンプの動作を制御する水位制御部と、を備える。
さらに、好ましくは、本発明に係るボイラーの再蒸発蒸気および凝縮水回収装置は、前記蒸発容器の一方の側に配設されて前記蒸発容器に流入する凝縮水によるオーバーフローを防止するオーバーフロー弁をさらに備える。
さらに、好ましくは、前記蒸気加圧部は、前記ボイラーから供給される高温の蒸気と、前記蒸気回収部から供給される再蒸発蒸気を混合して前記加熱部に供給する蒸気再圧縮制御弁と、前記蒸気再圧縮制御弁と前記加熱部との間に配設されて前記加熱部に供給される蒸気の圧力を検出する圧力センサーと、前記圧力センサーにおいて検出された圧力に応じて前記蒸気再圧縮制御弁に動作制御信号を出力して前記蒸気再圧縮制御弁の動作を制御する圧力制御部と、を備える。
【発明の効果】
【０００５】
本発明に係る再蒸発蒸気および凝縮水回収装置は、密閉回路を構成した状態で再蒸発蒸気と凝縮水を全量回収して使用することができるというメリットがある。
また、本発明に係る再蒸発蒸気および凝縮水回収装置は、蒸気の大気放出を遮断し、凝縮水に含まれている潜熱を活用することにより、エネルギー使用効率を改善することができるというメリットがある。
さらに、本発明に係る再蒸発蒸気および凝縮水回収装置は、エネルギー使用効率を改善することにより、蒸気の使用減少と蒸気発生のための燃料の消費量の大幅な減少を両立させることができるというメリットがある。
さらに、本発明に係る再蒸発蒸気および凝縮水回収装置は、エネルギーの流れに障害を発生させるスチームトラップを除去して、蒸気の流速を連続的に速めることにより、熱貫流率を高め、これにより、熱交換効率を極大化させて熱伝達効果を向上させることができるというメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】従来の技術による蒸気加熱装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る再蒸発蒸気および凝縮水回収装置を用いたボイラーシステムの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る再蒸発蒸気および凝縮水回収装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明に係る再蒸発蒸気および凝縮水回収装置の蒸気再圧縮制御弁の構成を示す断面図である。
【図５】本発明に係る再蒸発蒸気および凝縮水回収装置の設置前／後の時間当たりの蒸気使用量を示す波形図である。
【図６】本発明に係る再蒸発蒸気および凝縮水回収装置の設置前／後の時間当たりの燃料消費量を示す波形図である。
【図７】本発明に係る再蒸発蒸気および凝縮水回収装置を配設する前／後の時間当たりの蒸気使用量と燃料消費量を測定して示す波形図である。
【図８】本発明に係る再蒸発蒸気および凝縮水回収装置を配設する前／後の時間当たりの蒸気使用量と燃料消費量を測定して示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施形態を説明する。
図２は、本発明に係る再蒸発蒸気および凝縮水回収装置を用いたボイラーシステムの構成を示すブロック図であり、図３は、本発明に係る再蒸発蒸気および凝縮水回収装置の構成を示すブロック図であり、図４は、本発明に係る再蒸発蒸気および凝縮水回収装置の蒸気再圧縮制御弁の構成を示す断面図である。  
先ず、従来の技術と同じ構成要素についての反復的な説明は省略し、従来の技術と同じ構成要素に対して同じ図面符号を付する。
図２から図４に示すように、本発明に係る再蒸発蒸気および凝縮水回収装置は、高温の蒸気を形成するためのボイラー１０と、ボイラー１０において生成された高温の蒸気がヘッダー２０を介して供給されて処理対象物を加熱する第１加熱部３０および第２加熱部３０’と、第１および第２加熱部３０、３０’を加熱するための蒸気が供給されるようにする蒸気加圧部１００と、第１および第２加熱部３０、３０’から排出される凝縮水の収集と前記凝縮水からの再蒸発蒸気の回収を行う蒸気回収部２００と、蒸気回収部２００において回収された前記再蒸発蒸気が蒸気加圧部１００に供給されるようにする蒸発蒸気連結管３００と、を備え、好ましくは、密閉回路からなる。
蒸気加圧部１００は、ボイラー１０から供給される高温の蒸気と蒸気回収部２００から供給される再蒸発蒸気を混合して第１および第２加熱部３０、３０’に供給する構成であり、蒸気再圧縮制御弁１１０と、圧力センサー１３０と、圧力制御部１４０と、を備えてなる。
蒸気再圧縮制御弁１１０は、ボイラー１０から供給される高温の蒸気と、蒸発蒸気連結管３００を介して蒸気回収部２００から供給される再蒸発蒸気を混合して第１および第２加熱部３０、３０’に供給する。
具体的に、蒸気再圧縮制御弁１１０は、ボイラー１０から供給される高温の蒸気が流入する高温蒸気流入口１１１と、蒸気回収部２００から供給される再蒸発蒸気が流入する再蒸発蒸気流入口１１２と、前記高温の蒸気と再蒸発蒸気が混合されて吐き出される蒸気吐出口１１３と、蒸気再圧縮制御弁１１０のオン／オフ動作を制御するためのアクチュエータ１２０と、アクチュエータ１２０の動作に応じて移動する開閉ロッド１２１と、アクチュエータ１２０の開閉ロッド１２１に設けられてアクチュエータ１２０の動作に応じて高温蒸気流入口１１１と蒸気吐出口１１３を連結した第１貫通孔１１４を開閉する第１開閉部１２２と、再蒸発蒸気流入口１１２と蒸気吐出口１１３を連結した第２貫通孔１１５を開閉する第２開閉部１２３と、を備える。
このため、蒸気再圧縮制御弁１１０は高温の蒸気（実線矢印）が高温蒸気流入口１１１に流入して第１貫通孔１１４を介して蒸気吐出口１１３に噴出されると、再蒸発蒸気流入口１１２の第２貫通孔１１５の部分において圧力低下現象が発生し、これにより、周りの空気が吸引されて真空圧（負圧）が発生して再蒸発蒸気（点線矢印）が高温の蒸気（実線矢印）と混合されて噴出される。
圧力センサー１３０は蒸気再圧縮制御弁１１０と第１および第２加熱部３０、３０’の間に配設されて第１および第２加熱部３０、３０’に供給される蒸気の圧力を検出する構成であり、好ましくは、蒸気再圧縮制御弁１１０の蒸気吐出口１１３に吐き出されて第１および第２加熱部３０、３０’に供給される蒸気の圧力を検出し、前記検出された蒸気の圧力値を圧力制御部１４０に与える。
圧力制御部１４０は、圧力センサー１３０において検出された圧力に応じて蒸気再圧縮制御弁１１０に動作制御信号を出力して蒸気再圧縮制御弁の動作を制御する構成であり、好ましくは、圧力センサー１３０において検出された蒸気の圧力値を分析し、前記分析された結果に基づいて蒸気再圧縮制御弁１１０に配設されたアクチュエータ１２０の動作制御信号を出力することにより、第１および第２加熱部３０、３０’に供給される蒸気の圧力が調節されるようにする。
一方、この実施形態においては、圧力センサー１３０と圧力制御部１４０を実施形態として説明したが、圧力センサー１３０を蒸気の温度を検出する温度センサーに設計変更し、圧力制御部１４０を前記温度センサーにおいて検出された温度に応じてアクチュエータ１２０の動作制御信号を出力する温度制御手段に設計変更して構成することも可能であることは当業者にとって自明であろう。
蒸気回収部２００は、第１および第２加熱部３０、３０’から排出される凝縮水と前記凝縮水から再蒸発する蒸気を回収して、凝縮水はボイラー１０に、再蒸発蒸気は蒸気加圧部１００にそれぞれ供給する構成であり、蒸発容器２１０と、給水パンプ２２０と、水位センサー２３０と、水位制御部２４０と、オーバーフロー弁２５０と、を備えてなる。
蒸発容器２１０は第１および第２加熱部３０、３０’と連結され、第１および第２加熱部３０、３０’における熱交換により発生した凝縮水が逆止弁４１、４１’により排出されれば流入するようにし、蒸発容器２１０に回収された凝縮水から再蒸発して分離される蒸発蒸気を回収して蒸気再圧縮制御弁１１０に供給する。
すなわち、蒸発容器２１０は凝縮水と再蒸発蒸気が分離された状態で一緒に収納されていて、凝縮水と再蒸発蒸気を選択的に排出することができる。
また、蒸発容器２１０は、第１および第２加熱部３０、３０’が配設された高さと同じ高さに配設されてもよく、第１および第２加熱部３０、３０’が配設された高さよりも低い箇所に配設されてもよく、第１および第２加熱部３０、３０’が配設された高さよりも高い箇所に配設されてもよいが、好ましくは、第１および第２加熱部３０、３０’が配設された高さよりも低い箇所に配設して凝縮水が重力による自然落下により一層容易に移動できるようにする。
給水パンプ２２０は、蒸発容器２１０に流入した凝縮水がボイラー１０に強制的に給水されるようにする。
水位センサー２３０は、蒸発容器２１０の一方の側に配設されて蒸発容器２１０に流入する凝縮水の水位を検出する。
水位制御部２４０は、水位センサー２３０において検出された水位を分析し、前記分析された結果に基づいて給水パンプ２２０の動作を制御するための動作制御信号を給水パンプ２２０に出力する。
オーバーフロー弁２５０は、蒸発容器２１０の一方の側に配設されて蒸発容器２１０に過量の凝縮水が流入する場合に凝縮水のオーバーフローを防止する構成であり、オーバーフロー弁２５０の一方の側は蒸発容器２１０に連結され、オーバーフロー弁２５０の他方の側は補充水タンク６０と連結されてオーバーフローによる凝縮水が補充水タンク６０に排出されるようにする。
未説明符号３１、３１’は逆止弁であり、蒸気加圧部１００から供給される蒸気が第１加熱部３０および第２加熱部３０’に選択的に流入するように開閉動作を行う。
また、未説明符号６１は補充水タンク６０の水をボイラー１０に供給する供給パンプであり、未説明符号６２は弁である。
次いで、本発明に係る再蒸発蒸気および凝縮水回収装置の動作過程を説明する。
初期動作時には第１および第２加熱部３０、３０’の温度がユーザにより予め設定された温度に達するまでボイラー１０において加熱された高温の蒸気がヘッダー２０を経て蒸気加圧部１００の蒸気再圧縮制御弁１１０に持続的に供給される。
初期動作時には第１および第２加熱部３０、３０’の温度が低くて熱交換時に第１および第２加熱部３０、３０’において大量の凝縮水が発生し、前記発生した凝縮水は逆止弁４１、  ４１’を介して蒸発容器２１０に流入する。
水位制御部２４０は、水位センサー２３０を用いて蒸発容器２１０内の凝縮水の水位を検出し、前記検出された凝縮水の水位が予め設定された所定の水位に達すると給水パンプ２２０を動作させて蒸発容器２１０内の凝縮水がボイラー１０に給送されるようにする。
また、過量の凝縮水が蒸発容器２１０に流入して凝縮水のオーバーフローが発生する場合、オーバーフロー弁２５０が動作して前記オーバーフローにより発生する凝縮水が補充水タンク６０に送られるようにする。
一方、初期動作後に所定の時間が経過すると、蒸発容器２１０に流入した凝縮水の一部から再蒸発が起こり、このとき、再蒸発された蒸気は蒸発蒸気連結管３００を介して蒸気再圧縮制御弁１１０の再蒸発蒸気流入口１１２に供給される。
再蒸発蒸気流入口１１２に供給された再蒸発蒸気は高温蒸気流入口１１１を介して流入する高温の蒸気が蒸気吐出口１１３に排出される間に再蒸発蒸気流入口と蒸気吐出口１１３との間に穿孔された第２貫通孔１１５の周りには真空圧（負圧）が発生し、これにより、再蒸発蒸気流入口１１２に供給された再蒸発蒸気が吸引されて高温の蒸気と一緒に蒸気吐出口１１３を介して第１および第２加熱部３０、３０’に供給される。
すなわち、放棄されていた再蒸発蒸気を回収して再使用することによりエネルギーの使用効率を高めることが可能になり、且つ、密閉回路上において真空圧により発生する差圧により蒸気の流速を連続的に速めることができて熱貫流率を高めるとともに熱交換効率を改善することができる。
第１および第２加熱部３０、３０’が所定の温度まで達して圧力センサー１３０において検出される蒸気の圧力が所定の圧力に達すると、圧力制御部１４０はアクチュエータ１２０に動作制御信号（オフ信号）を出力して蒸気再圧縮制御弁１１０の動作を終了する。
この後、圧力制御部１４０は第１および第２加熱部３０、３０’の温度が低下して  圧力センサー１３０において検出される蒸気の圧力が低くなると、アクチュエータ１２０に動作制御信号（オン信号）を出力して蒸気再圧縮制御弁１１０が動作するように制御する。
これにより、高温の蒸気が蒸気再圧縮制御弁１１０を介して第１および第２加熱部３０、３０’に供給される間に蒸発容器２１０において再蒸発された蒸気は蒸気再圧縮制御弁１１０に発生した真空圧（負圧）により吸引されて第１および第２加熱部３０、３０’に供給されることにより、再蒸発蒸気を使用することが可能になる。
図５から図８はそれぞれ本発明に係る再蒸発蒸気および凝縮水回収装置を配設する前／後の時間当たりの蒸気使用量と燃料消費量を測定して示す波形図である。
図５に示すように、本発明に係る再蒸発蒸気および凝縮水回収装置を配設する前における時間当たりの蒸気の使用量は平均約６、０００Ｋｇ／ｈｒであったが、配設後における時間当たりの蒸気の使用量は、図６に示すように、平均約４、０００Ｋｇ／ｈｒであって、再蒸発蒸気の使用により約２、０００Ｋｇ／ｈｒの蒸気使用量が減少されていることが分かる。
また、図７に示すように、本発明に係る再蒸発蒸気および凝縮水回収装置を配設する前における時間当たりの燃料の消費量は平均約６６０ｌ／ｈｒであったが、配設後における時間当たりの燃料の消費量は、図８に示すように、平均約４３０ｌ／ｈｒであって、再蒸発蒸気の使用により約２３０ｌ／ｈｒの燃料消費量が減少されていることが分かる。
このため、蒸発容器２１０において発生する再蒸発蒸気量に見合う分だけボイラー１０から供給される蒸気の量を低減することができ、ボイラー１０から供給される蒸気の量が減少される分だけボイラー１０において消費される燃料の消費量も節減することが可能になる。
以上、本発明の特定の好適な実施形態について図示および説明した。しかし、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明が属する技術分野において通常の知識を持った者であれば特許請求の範囲に記載の本発明の技術的思想の要旨を逸脱することなくいくらでも種々に変更実施することができるであろう。
【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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【図８】
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