(57)【要約】【課題】固定管板式熱交換器において、シェルとチューブの熱膨張度により生じる応力を低減する。【解決手段】シェル２とチューブ３からなる固定管板式熱交換器の蒸気発生部１、シェル内に設置したチューブ内へ水を供給する給水経路１２、シェルに接続しておりシェル内へ熱媒体を供給する熱媒体供給経路５、チューブ内へ供給する水を予熱する給水予熱器４をそれぞれ設け、シェル内へ熱媒体を供給することでチューブ内の缶水を加熱して蒸気を発生している蒸気発生装置において、一端を前記熱媒体供給経路５に接続し、他端を給水予熱器４に接続した予熱用熱媒体供給経路７と、蒸気発生部１及び給水予熱器４への熱媒体供給を制御する熱媒体供給制御装置８を設けた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シェルとチューブからなる固定管板式熱交換器の蒸気発生部、シェル内に設置したチューブ内へ水を供給する給水経路、シェルに接続しておりシェル内へ熱媒体を供給する熱媒体供給経路、チューブ内へ供給する水を予熱する給水予熱器をそれぞれ設け、シェル内へ熱媒体を供給することでチューブ内の缶水を加熱して蒸気を発生している蒸気発生装置において、一端を前記熱媒体供給経路に接続し、他端を給水予熱器に接続した予熱用熱媒体供給経路と、蒸気発生部及び給水予熱器への熱媒体供給を制御する熱媒体供給制御装置を設けたことを特徴とする給水予熱器を持った蒸気発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載の給水予熱器を持った蒸気発生装置において、蒸気発生装置の運転を開始する場合、蒸気発生部への蒸気供給を行う前に給水予熱器への蒸気供給を行うことで給水の予熱を行っておき、その後に蒸気発生部への蒸気供給を開始する制御を行うことを特徴とする給水予熱器を持った蒸気発生装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の給水予熱器を持った蒸気発生装置において、チューブ内の缶水を加熱した後の熱媒体及び／又は缶水が濃縮するのを防ぐために排出するブロー水も給水予熱器へ供給することができるようにしておき、蒸気発生装置の運転を行っている時には、缶水を加熱した後の熱媒体及び／又はブロー水の熱によっても給水の予熱を行うようにしたことを特徴とする給水予熱器を持った蒸気発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は給水予熱器を持った蒸気発生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
食品と蒸気を接触させて食品の加工を行っている食品工場等では、不純物を含まない純粋な蒸気が必要となる場合がある。純粋蒸気の発生装置としては、特開２００２−１６２００１号公報に記載があるように、蒸気発生部の一方に水を供給しておき、他方には熱媒体として蒸気を供給することで水を加熱し、純粋蒸気を発生するものが知られている。蒸気発生部としては、シェルとチューブからなる固定管板式熱交換器があり、シェル内に設置したチューブ内へ水を供給し、シェル内へ熱媒体を供給することでチューブ内の缶水を加熱して蒸気を発生している。この場合、シェル部分には熱を逃がすものがないため、熱媒体から受けた熱によって短時間で温度が上昇するが、チューブ部分では熱媒体から受けた熱は内部の缶水が吸収するため、シェル部分に比べると温度の上昇が少なくなる。特に運転開始直後の場合、シェルの温度は短時間で上昇するが、チューブ部分では内部の缶水温度が上昇するまでは低温であるため、シェルとチューブの温度差が大きくなる。シェル及びチューブは温度の上昇に伴って膨張するが、シェルとチューブに温度差があると膨張量も異なるため、シェルとチューブの接合部には熱膨張差による応力が掛かることになり、蒸気発生装置の寿命を低下させる要因となっていた。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１６２００１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、シェルとチューブの熱膨張度により生じる応力を低減することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、シェルとチューブからなる固定管板式熱交換器の蒸気発生部、シェル内に設置したチューブ内へ水を供給する給水経路、シェルに接続しておりシェル内へ熱媒体を供給する熱媒体供給経路、チューブ内へ供給する水を予熱する給水予熱器をそれぞれ設け、シェル内へ熱媒体を供給することでチューブ内の缶水を加熱して蒸気を発生している蒸気発生装置において、一端を前記熱媒体供給経路に接続し、他端を給水予熱器に接続した予熱用熱媒体供給経路と、蒸気発生部及び給水予熱器への熱媒体供給を制御する熱媒体供給制御装置を設けたことを特徴とする給水予熱器を持った蒸気発生装置。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、前記の給水予熱器を持った蒸気発生装置において、蒸気発生装置の運転を開始する場合、蒸気発生部への蒸気供給を行う前に給水予熱器への蒸気供給を行うことで給水の予熱を行っておき、その後に蒸気発生部への蒸気供給を開始する制御を行うことを特徴とする給水予熱器を持った蒸気発生装置。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、前記の給水予熱器を持った蒸気発生装置において、チューブ内の缶水を加熱した後の熱媒体及び／又は缶水が濃縮するのを防ぐために排出するブロー水も給水予熱器へ供給することができるようにしておき、蒸気発生装置の運転を行っている時には、缶水を加熱した後の熱媒体及び／又はブロー水の熱によっても給水の予熱を行うようにしたことを特徴とする給水予熱器を持った蒸気発生装置。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明を実施している蒸気発生装置のフロー図であり、蒸気を発生する蒸気発生部１と給水を予熱する給水予熱器４を設けている。
【０００９】
蒸気発生部１はシェル２とチューブ３からなる固定管板式熱交換器であり、シェル２の内部にはチューブ３を多数設置している。シェル２部分には、上部に熱媒体供給経路５、下部に凝縮水取り出し配管９を接続しており、熱媒体供給経路５を通してシェル２内へ蒸気を導入することでチューブ３を加熱する構成となっている。蒸気発生部１内の上部と下部には管寄せを設け、上下の管寄せをチューブ３でつないでおり、下部管寄せに給水経路１２、上部管寄せには蒸気取り出し管を接続している。給水経路１２が蒸気発生部１と給水予熱器４の間をつないでおり、給水予熱器４からの給水は給水経路１２を通して下部管寄せに入る。下部管寄せに入った給水は各チューブ３へと分散し、チューブ３内の缶水はシェル２内へ導入した蒸気の熱を吸収することで蒸気を発生する。蒸気発生部１内の缶水は、蒸気を発生することで濃縮していくため、上部管寄せにはブロー水取り出し配管１１を接続しておき、ブロー水を排出することで缶水が濃縮することを防止するようにしておく。
【００１０】
給水予熱器４には、給水を予熱するための熱交換器としてコイルを設けている。蒸気発生部１へ供給する水は給水予熱器４で予熱後に給水するようにしており、給水の温度は給水予熱器４に設けた温度検出装置６によって検出する。給水予熱器４の熱源としては、熱媒体供給経路５を通して供給する蒸気、凝縮水取り出し配管９から取り出される凝縮水、ブロー水取り出し配管１１から取り出されるブロー水を使用しており、熱媒体供給経路５から分岐させるようにして設けた予熱用熱媒体供給経路７、シェル２内から凝縮水を取り出す凝縮水取り出し配管９、上部管寄せからブロー水を取り出すブロー水取り出し配管１１を給水予熱器４のコイルに接続しておく。
【００１１】
熱媒体供給経路５を通して供給する蒸気は、蒸気発生部１と給水予熱器４のそれぞれへ供給することができるようにしておく必要があるため、予熱用熱媒体供給経路７の分岐点より下流側の熱媒体供給経路５途中に蒸気発生用蒸気制御弁１３、予熱用熱媒体供給経路７に予熱用蒸気制御弁１４を設け、さらに蒸気発生用蒸気制御弁１３及び予熱用蒸気制御弁１４の作動を制御する制御装置を設ける。蒸気発生用蒸気制御弁１３、予熱用蒸気制御弁１４、及びその制御装置が熱媒体供給制御装置８となる。熱媒体供給制御装置８は温度検出装置６と接続しておき、温度検出装置６で検出した給水温度に基づいて給水予熱器４への蒸気供給を制御する。熱媒体供給制御装置８は蒸気発生装置の運転を行っている場合には、温度検出装置６で給水温度を検出し、検出した給水温度が設定温度に達していなければ、予熱用蒸気制御弁１４を開く操作を行い、予熱用熱媒体供給経路７を通して給水予熱器４へ蒸気を供給する制御を行う。
【００１２】
蒸気発生装置を用いて蒸気の発生を行う場合の制御について説明する。まず蒸気発生部１による蒸気の発生を開始する場合、シェル２へ蒸気の供給を開始する前の段階で温度検出装置６によって給水の温度を検出する。蒸気発生装置の運転を停止していた場合、給水予熱器４による給水の予熱も停止しているために給水温度は低下しており、運転開始時に温度検出装置６で検出する給水温度は低い値となる。給水温度が設定温度よりも低いことを検出した場合、熱媒体供給制御装置８では蒸気発生用蒸気制御弁１３を閉じた状態のままで予熱用蒸気制御弁１４を開く。予熱用蒸気制御弁１４を開くと、蒸気が予熱用熱媒体供給経路７を通して給水予熱器４へと流れる。給水予熱器４へ蒸気を供給すると、蒸気の熱が給水予熱器４の給水を加熱するために給水の温度は上昇し、温度検出装置６で検出している給水温度が設定温度に達すると、熱媒体供給制御装置８は予熱用蒸気制御弁１４を閉じて給水予熱器４への蒸気供給を停止する。その後、熱媒体供給制御装置８は蒸気発生用蒸気制御弁１３を開いて蒸気発生部１のシェル２内へ蒸気を導入し、チューブ３内の缶水を加熱することで蒸気を発生する。
【００１３】
給水予熱器４へ供給する熱媒体は、蒸気発生部１の加熱に使用することのできる蒸気であり、十分な熱量を有しているものであるため、給水予熱器４へ送れば給水を確実に予熱することができる。蒸気発生部１への蒸気供給前に給水の予熱を行うものであるため、蒸気発生部１のシェル２内への蒸気供給開始時点で缶水温度は上昇しており、シェル２内への蒸気供給を開始すると、チューブ３の温度は比較的短時間で上昇する。
【００１４】
缶水温度が低い状態で蒸気発生部１への蒸気供給を開始すると、シェル２部分では比較的短時間で温度が上昇するが、チューブ３部分では缶水が熱を吸収するためチューブ３部分の温度が上昇するまでには比較的長い時間が必要となり、シェル２とチューブ３の温度差が大きくなるために熱膨張度に差が生じて応力が発生していた。しかしシェル２への蒸気供給開始前に給水を予熱しておき、予熱した水を供給するようにすると、チューブ３部分の温度上昇に要する時間は短くなり、シェル２とチューブ３の温度差は小さくなるため、熱膨張度の差が小さくなり応力の発生を防止することができるようになる。
【００１５】
次に蒸気発生装置を運転している場合について説明する。シェル２内に入った蒸気はチューブ３と熱交換することで温度が低下し、凝縮水となって凝縮水取り出し配管９から出ていく。凝縮水取り出し配管９には蒸気トラップ１０を設けているため、蒸気がそのまま出ていくことはなく、蒸気の熱を有効に利用することができる。凝縮水取り出し配管９は給水予熱器４に接続しているため、シェル２内から取り出した凝縮水は給水予熱器４へ向かい、給水と熱交換することで給水の予熱を行う。また、ブロー水を取り出すブロー水取り出し配管１１も給水予熱器４へ接続しているため、ブロー水取り出し配管１１を通して取り出したブロー水も給水予熱器４へ向かい、ブロー水でも給水と熱交換することで給水の予熱を行う。
【００１６】
蒸気発生装置の運転中は、凝縮水及びブロー水によって給水の予熱を行うとともに、予熱用熱媒体供給経路７を通して給水予熱器４へ蒸気を送ることによる予熱も併用する。凝縮水及びブロー水のみでは熱量が不足することによって給水温度が低下した場合には、チューブ３の温度も低下し、シェル２とチューブ３の間で熱膨張度の差が生じることになる。そのため、蒸気発生装置を運転している間も、温度検出装置６で検出している給水温度が設定温度よりも低くなった場合には、予熱用蒸気制御弁１４を開くことで給水予熱器４への蒸気供給を行い、給水温度が設定温度以上になると予熱用蒸気制御弁１４を閉じる制御を行う。給水温度を設置温度以上に保つことで、シェル２とチューブ３の間に熱膨張度差が生じて応力が発生するということを防止できる。
【００１７】
【発明の効果】
給水を予熱することでシェルとチューブの温度差を小さくすることができ、熱膨張差による過剰応力の発生を防止することができるので、蒸気発生装置の長寿命化を図ることができる。また、予熱器の熱媒体として凝縮水やブロー水を使用することで、全体の効率アップを図るとともに、高温のブロー水が排出されるのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施している蒸気発生装置のフロー図
【符号の説明】
１  蒸気発生部
２  シェル
３  チューブ
４  給水予熱器
５  熱媒体供給経路
６  温度検出装置
７  予熱用熱媒体供給経路
８  熱媒体供給制御装置
９  凝縮水取り出し配管
１０  蒸気トラップ
１１  ブロー水取り出し配管
１２  給水経路
１３  蒸気発生用蒸気制御弁
１４  予熱用蒸気制御弁
【図１】
2004245547.tif 000003