(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器に形成された加熱部に、加熱用の蒸気が供給される蒸気供給管と、加熱により生じた復水を排出する復水回収装置とを接続して備えた蒸気加熱装置であって、前記加熱部に接続された吸引室と、蒸気が供給される入口部とを有するスチームエゼクタを備え、前記加熱部と前記スチームエゼクタの吸引室との接続部に逆止弁を設けて、前記逆止弁が前記加熱部から前記スチームエゼクタの吸引室へのガスの流通のみを許容するように構成されていると共に、前記スチームエゼクタの入口部に温度応動弁を設け、前記加熱部の温度が所定値低下すると前記温度応動弁が開弁して蒸気を前記スチームエゼクタの入口部に供給することで前記スチームエゼクタを作動させて、前記加熱部のガスを前記スチームエゼクタの吸引室へ吸引するように構成されていることを特徴とする蒸気加熱装置。
【請求項２】
熱交換器に形成された加熱部に、加熱用の蒸気が供給される蒸気供給管と、加熱により生じた復水を排出する復水回収装置とを接続して備えた蒸気加熱装置であって、前記加熱部と前記復水回収装置との間に復水タンクを備え、前記加熱部又は前記復水タンクに接続された吸引室と、蒸気が供給される入口部とを有するスチームエゼクタを備え、前記加熱部又は前記復水タンクと前記スチームエゼクタの吸引室との接続部に逆止弁を設けて、前記逆止弁が前記加熱部又は前記復水タンクから前記スチームエゼクタの吸引室へのガスの流通のみを許容するように構成されていると共に、前記スチームエゼクタの入口部に設けられ、前記加熱部又は復水タンク内部の温度が所定値低下すると開弁して蒸気を前記スチームエゼクタの入口部に供給する温度応動弁を備えることで、前記スチームエゼクタを作動させて、前記加熱部又は前記復水タンクのガスを前記スチームエゼクタの吸引室へ吸引するように構成されていることを特徴とする蒸気加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は熱交換器内の被加熱物を蒸気で加熱するものに関し、特にその加熱温度が１００度Ｃ程度の比較的低温の場合に適した蒸気加熱装置に関する。具体的には重合反応等に用いられる各種反応釜や食品の蒸溜装置、濃縮装置、あるいは殺菌装置等の蒸気加熱に用いるものである。これらの場合の被加熱物は、少しの温度変化によって熱損傷や熱劣化を生じてしまう場合が多く、加熱温度を精度良く維持する必要がある。
【０００２】
【従来の技術】
従来の蒸気加熱装置としては、例えば特開平７−３２８４２３号公報に示すようなものが用いられていた。これは、蒸気供給管１７をノズル１８と接続し、ノズル１８の外周に形成した吸引室４４に２つの通路４５，４６を設けて、一方の通路４５をジャケット部１６と接続すると共に、他方の通路４６に弁手段４７を接続したものである。
【０００３】
弁手段４７を開弁することにより、ジャケット部１６内の残留空気を吸引室４４に吸引して、ジャケット部１６内を減圧状態とした後、弁手段４７を閉弁してジャケット部１６内に低圧蒸気を供給して１００度Ｃ以下の低温蒸気で被加熱物を加熱することができるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の蒸気加熱装置では、加熱初期の段階で残留している空気を吸引排除して蒸気加熱を行なうことができるが、加熱操作中に徐々に溜まる空気を排除することができずに、加熱温度を精度良く維持することができない問題があった。
加熱装置を減圧状態とすることにより、装置の各接続部から大気を吸引してしまい、加熱部内部に空気が溜まると共に、供給される加熱用の蒸気に空気が混入している場合もあり、加熱初期のみならず、加熱操作中でも空気が溜まってしまうのである。
【０００５】
従って本発明の課題は、加熱初期のみならず、加熱操作中においても溜まった空気を排除することにより、精度良く加熱温度を調節することのできる蒸気加熱装置を得ることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１においては、加熱部に接続された吸引室と、蒸気が供給される入口部とを有するスチームエゼクタを備え、前記加熱部と前記スチームエゼクタの吸引室との接続部に逆止弁を設けて、前記逆止弁が前記加熱部から前記スチームエゼクタの吸引室へのガスの流通のみを許容するように構成されていると共に、前記スチームエゼクタの入口部に温度応動弁を設け、前記加熱部の温度が所定値低下すると前記温度応動弁が開弁して蒸気を前記スチームエゼクタの入口部に供給することで前記スチームエゼクタを作動させて、前記加熱部のガスを前記スチームエゼクタの吸引室へ吸引するように構成されていることを特徴とする。
【０００７】
つまり、この構成によれば、加熱部の温度が所定値低下すると、スチームエゼクタを作動させて、加熱部の空気をスチームエゼクタの吸引室へ吸引するように構成することで、加熱部に空気が溜まってその温度が所定値だけ低下すると、スチームエゼクタが作動し、蒸気供給管等からスチームエゼクタの入口部に蒸気が供給されることで吸引室に吸引力が発生し、加熱部に溜まった空気を吸引室に吸引して外部に排除することができる。
【０００８】
よって、蒸気加熱装置において、加熱初期でも又は加熱操作中でも、空気が存在して加熱部の温度が低下すると、スチームエゼクタが作動して、空気を吸引排除することができる。
【０００９】
また、本発明の請求項１においては、前記スチームエゼクタの入口部に温度応動弁を設け、前記加熱部の温度が所定値低下すると前記温度応動が開弁して蒸気を前記スチームエゼクタの入口部に供給するように構成されていることを特徴とする。
【００１０】
つまり、この構成によれば、スチームエゼクタの入口部に接続された温度応動弁を備えることで、加熱部に空気が溜まってその温度が所定値だけ低下すると、温度応動弁が開弁してスチームエゼクタの入口部に蒸気が供給され、加熱部に溜まった空気を吸引室の吸引力により吸引して外部に排除することができる。
【００１１】
また、本発明の請求項１においては、前記加熱部と前記スチームエゼクタの吸引室との接続部に逆止弁を設け、前記逆止弁が前記加熱部から前記スチームエゼクタの吸引室への空気の流通のみを許容するように構成されていることを特徴とする。
【００１２】
つまり、この構成によれば、スチームエゼクタの入口部に接続された温度応動弁と共に、スチームエゼクタの吸引室と加熱部との間に逆止弁を備えることで、加熱部に空気が溜まってその温度が所定値だけ低下すると、温度応動弁が開弁してスチームエゼクタの入口部に蒸気が供給され、逆止弁はスチームエゼクタの吸引力により開弁されて加熱部から吸引室への空気の流通を許容し、加熱部に溜まった空気を吸引室の吸引力により吸引して外部に排除することができる。
【００１３】
本発明の請求項２においては、前記加熱部と前記復水回収装置との間に復水タンクを備え、前記加熱部又は前記復水タンクに接続された吸引室と、蒸気が供給される入口部とを有するスチームエゼクタを備え、前記加熱部又は復水タンク内部の温度が所定値低下すると、前記スチームエゼクタを作動させて、前記加熱部又は前記復水タンクの空気を前記スチームエゼクタの吸引室へ吸引するように構成されていることを特徴とする。
【００１４】
つまり、この構成によれば、加熱部又は加熱部と復水回収装置の間に設けられた復水タンク内部の温度が所定値低下すると、スチームエゼクタを作動させて、加熱部又は復水タンクの空気をスチームエゼクタの吸引室へ吸引するように構成することで、加熱部及び復水タンクに空気が溜まってその温度が所定値だけ低下すると、スチームエゼクタが作動し、スチームエゼクタの入口部に蒸気が供給されることで吸引室に発生する吸引力により、加熱部及び復水タンク内部に溜まった空気を吸引室に吸引して外部に排除することができる。
【００１５】
よって、蒸気加熱装置において、加熱初期でも又は加熱操作中でも、空気が存在して加熱部又は復水タンク内部の温度が低下すると、スチームエゼクタが作動して、空気を吸引排除することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明に係る熱交換器として反応釜１を用いた蒸気加熱装置の第１の実施の形態を、図１に基づいて説明する。
図１に示す蒸気加熱装置は、反応釜１の外周に加熱部として形成されたジャケット部２が蒸気供給管３に接続されていると共に、分岐した蒸気供給管４に接続した温度応動弁１２と、スチームエゼクタ５と、ジャケット部２の下部に配置した復水回収装置６とを備えて構成されている。
【００２１】
蒸気供給管３には、圧力調節弁７と開閉弁８とが取り付けられ、ジャケット部２に接続されている。圧力調節弁７は、ジャケット部２へ供給する蒸気圧力即ち温度が所定値となるように設定する。また、蒸気供給管３は、管路９を介して復水回収装置６の高圧操作流体の導入口１０に接続されている。
【００２２】
分岐した蒸気供給管４は、開閉弁１１と温度応動弁１２を介してスチームエゼクタ５の入口部に接続されている。スチームエゼクタ５の吸引室１３とジャケット部２とは、逆止弁１４を介した管路１５により連通されている。逆止弁１４は、ジャケット部２から吸引室１３方向への流体の通過のみを許容し、反対方向の流体の通過は許容しないものである。スチームエゼクタ５の出口部は、管路１６に接続され、図示しない別途の蒸気使用箇所に連通される。
【００２３】
本実施例において、温度応動弁１２は自力式の温度調整弁であり、ジャケット部２の空気が溜まり易い箇所に取り付けた感温筒１７と、温度応動弁１２のアクチュエータ部１８とを、フレキシブルチューブ１９を介して接続して構成されている。即ち、温度応動弁１２は、感温筒１７によりジャケット部２内部の温度低下を検知したときに開弁する。詳しくは、ジャケット部２内部の温度低下により感温筒１７内部の感温流体の容積減少が発生し、感温流体の容積減少による感温流体の圧力低下がフレキシブルチューブ１９内を伝達してアクチュエータ部１８に伝わり、温度応動弁１２が開弁される。反対にジャケット部２内の温度が上昇すると、感温筒１７により温度上昇を検知して温度応動弁１２が閉弁される。
【００２４】
このように蒸気供給管４とスチームエゼクタ５の入口部との接続部に設けられた温度応動弁１２と、ジャケット部２とスチームエゼクタ５の吸引室１３との接続部に設けられた逆止弁１４とによって、ジャケット部２に空気が溜まってその温度が所定値だけ低下すると、スチームエゼクタ５に蒸気を供給して、ジャケット部２に溜まった空気を吸引室１３の吸引力により吸引して外部に排除することができる。
【００２５】
ジャケット部２の下部と復水回収装置６の復水流入口２０とが、管路２１によりバルブ２２と逆止弁２３を介して接続されている。逆止弁２３はジャケット部２から復水回収装置６方向のみの流体の通過を許容するもので、反対方向の流体の通過は許容しないものである。復水回収装置６の復水還元口２４にも逆止弁２５を介して復水圧送管路２６が取り付けられている。この逆止弁２５は復水回収装置６から復水圧送管路２６側への外部方向へのみ流体の通過を許容するものである。
【００２６】
復水回収装置６上部の高圧操作流体の導入口１０の側方には、高圧操作流体の排出循環口２７が設けられ、管路２８に接続されている。管路２８は、ジャケット部２と同圧状態の図示しないヘッダーや、あるいは、別途のジャケット部２よりも低圧状態箇所に接続されている。
【００２７】
復水回収装置６は、内部に配置された図示しないフロートが下方部に位置する場合に、高圧操作流体の導入口１０を閉口し、一方、排出循環口２７を開口して、ジャケット部２内の復水を管路２１と逆止弁２３と復水流入口２０を通って回収装置６内に流下させる。そして、回収装置６内に復水が溜まってフロートが所定上方部に位置すると、排出循環口２７を閉口し、一方、高圧操作流体の導入口１０を開口して、蒸気供給管３から高圧蒸気を高圧操作流体として回収装置６内に流入させて、内部の復水を還元口２４と逆止弁２５と管路２６を経て復水回収先へ圧送することにより回収するものである。
【００２８】
復水が回収されて回収装置６内の水位が低下すると、再度、高圧操作流体の導入口１０を閉口し、排出循環口２７を開口することにより、復水流入口２０から復水を回収装置６内へ流下させる。このような作動サイクルを繰り返すことにより、復水回収装置６は、ジャケット部２で発生した復水を回収するものである。
【００２９】
図１において、反応釜１内の被加熱物を加熱する場合、まず、蒸気供給管３の蒸気を圧力調節弁７からジャケット部２へ供給する。ジャケット部２内には初期の残留空気が残存しており、温度が低下しているために、温度応動弁１２が開弁されて、蒸気供給管４からスチームエゼクタ５に蒸気が供給される。すると、スチームエゼクタ５の吸引室１３に吸引力が発生し、ジャケット部２の残留空気が、逆止弁１４を介して吸引室１３に吸引され、外部に排出される。
【００３０】
ジャケット部２内部が所定温度になると、温度応動弁１２は閉弁されて吸引が停止され、圧力調節弁７からジャケット部２に供給される蒸気によって反応釜１が加熱される。
【００３１】
反応釜１を加熱した蒸気は凝縮して復水となり、管路２１を経て復水回収装置６内へ流下する。空気の排除されたジャケット部２内へ所定圧力即ち所定温度の加熱蒸気を供給することにより、反応釜１は所定温度の蒸気でもって加熱される。例えば圧力調節弁７から大気圧以下の６０度Ｃの蒸気を供給すると反応釜１は６０度Ｃで加熱される。
【００３２】
ジャケット部２内を大気圧以下の圧力状態とした場合に、ジャケット部２の各接続部から大気圧が加わって一部の空気がジャケット部２内に混入する。あるいは、供給される蒸気に混入している空気により、ジャケット部２内に空気が溜まり、ジャケット部２の温度が放熱により低下したときは、その温度低下が感温筒１７で検知されて温度応動弁１２が開弁されて、蒸気供給管４からスチームエゼクタ５に蒸気が供給され、スチームエゼクタ５の吸引室１３に吸引力が発生し、ジャケット部２の残留空気が、逆止弁１４を介して吸引室１３に吸引され、外部に排出される。このように本実施例においては、蒸気加熱装置の初期のみならず、加熱操作中に溜まった空気をもスチームエゼクタ５で吸引し外部に排出することができる。
【００３３】
反応釜１を加熱した蒸気は凝縮して復水となることにより、その比容積が格段に小さくなることによって、ジャケット部２内は初期の圧力状態に維持される。
一方、凝縮した復水は復水回収装置６内へ流下して、上記した作動の繰り返しにより復水回収先へ圧送される。
【００３４】
本実施例においては、蒸気供給管４を圧力調節弁７の出口側で分岐した例を示したが、蒸気供給管４は圧力調節弁７の入口側で分岐することもでき、また、蒸気供給管３とは別個の蒸気管に接続することもできる。
【００３５】
本発明に係る熱交換器として反応釜１を用いた蒸気加熱装置の第２の実施の形態を、図２に基づいて説明する。尚、前述の実施の形態と同様の構成部材については同一符号を付し詳細な説明を省略する。
【００３６】
図２に示す蒸気加熱装置は、反応釜１の外周に加熱部として形成されたジャケット部２が蒸気供給管３に接続されていると共に、分岐した蒸気供給管４に接続した温度応動弁１２と、スチームエゼクタ５と、ジャケット部２の下部に配置した復水タンク１１及び復水回収装置６とを備えて構成されている。
【００３７】
蒸気供給管３は、ジャケット部２へ供給する蒸気圧力即ち温度が所定値となるように設定するための圧力調節弁７が取り付けられ、ジャケット部２に接続されている。また、蒸気供給管３は、分岐した蒸気供給管４を更に分岐した管路９を介して復水回収装置６の高圧操作流体の導入口１０に接続されている。
【００３８】
分岐した蒸気供給管４は、温度応動弁１２を介してスチームエゼクタ５の入口部に接続されている。スチームエゼクタ５の吸引室１３と復水タンク１１の上部とは、逆止弁１４を介して連通されている。逆止弁１４は、復水タンク１１から吸引室１３方向への流体の通過のみを許容し、反対方向の流体の通過は許容しないものである。スチームエゼクタ５の出口部は管路１６に接続され、後述する復水圧送管路２６に連通されている。
【００３９】
本実施例において、温度応動弁１２は、前述の実施の形態と同様に、自力式の温度調整弁である。しかし、温度応動弁１２の感温筒１７は、復水タンク１１の空気が溜まり易い箇所に取り付けられている。従って、温度応動弁１２は、感温筒１７により復水タンク１１内部の温度低下を検知したときに開弁する。
【００４０】
このように蒸気供給管４とスチームエゼクタ５の入口部との接続部に設けられた温度応動弁１２と、復水タンク１１とスチームエゼクタ５の吸引室１３との接続部に設けられた逆止弁１４とによって、復水タンク１１に空気が溜まってその温度が所定値だけ低下すると、スチームエゼクタ５に蒸気を供給して、復水タンク１１ひいてはジャケット部２に溜まった空気を吸引室１３の吸引力により吸引して外部に排除することができる。
【００４１】
本実施例においては、温度応動弁１２の感温筒１７を復水タンク１１の上方に取り付けた例を示したが、感温筒１７をジャケット部２の上方又は下方に取り付けることも、あるいは、反応釜１内部に取り付けることもできる。
【００４２】
ジャケット部２の下部と復水タンク１１の側方とは、管路２１によりバルブ２２を介して接続されている。また、復水タンク１１の下部と復水回収装置６の復水流入口２０とは管路８により逆止弁２３を介して接続されている。逆止弁２３は復水タンク１１から復水回収装置６方向のみの流体の通過を許容するもので、反対方向の流体の通過は許容しないものである。復水回収装置６の復水還元口２４にも逆止弁２５を介して復水圧送管路２６が取り付けられている。この逆止弁２５は復水回収装置６から復水圧送管路２６側への外部方向へのみ流体の通過を許容するものである。
【００４３】
復水回収装置６上部の高圧操作流体の導入口１０の側方には、高圧操作流体の排出循環口２７が設けられ、管路２８に接続されている。管路２８は、ジャケット部２と同圧状態の復水タンク１１内部に接続されている。
【００４４】
復水回収装置６は、内部に配置された図示しないフロートが下方部に位置する場合に、高圧操作流体の導入口１０を閉口し、一方、排出循環口２７を開口して、復水タンク１１内の復水が管路８と逆止弁２３と復水流入口２０を通って回収装置６内に流下させる。そして、回収装置６内に復水が溜まって図示しないフロートが所定上方部に位置すると、排出循環口２７を閉口し、一方、高圧操作流体の導入口１０を開口して、蒸気供給管３から高圧蒸気を高圧操作流体として回収装置６内に流入させて、内部に溜まった復水を還元口２４と逆止弁２５と管路２６を経て復水回収先へ圧送することにより回収するものである。
【００４５】
復水が回収されて回収装置６内の水位が低下すると、再度、高圧操作流体の導入口１０を閉口し、排出循環口２７を開口することにより、復水流入口２０から復水を回収装置６内へ流下させる。このような作動サイクルを繰り返すことにより、復水回収装置６は、ジャケット部２で発生した復水を、復水タンク１１を介して回収するものである。
【００４６】
図２において、反応釜１内の被加熱物を加熱する場合、まず、蒸気供給管３の蒸気を圧力調節弁７からジャケット部２へ供給する。そして、復水タンク１１内には初期の残留空気が残存していると共に、ジャケット部２からも蒸気に押し出された残留空気が流入して温度が低下しているために、温度応動弁１２が開弁されて、スチームエゼクタ５の吸引室１３と復水タンク１１とが連通状態となり、復水タンク１１の残留空気が逆止弁１４を介してスチームエゼクタ５の吸引室１３に吸引され、外部に排出される。空気が排出されて復水タンク１１内部ひいてはジャケット部２内部が所定温度になると、温度応動弁１２は閉弁されて吸引力が生じなくなる。一方、圧力調節弁７からジャケット部２に供給される蒸気によって反応釜１が加熱される。
【００４７】
反応釜１を加熱した蒸気は凝縮して復水となり、管路２１を経て復水タンク１１から復水回収装置６内へと流下する。飽和蒸気の圧力と温度は１対１の関係があるために、空気の排除されたジャケット部２内へ所定圧力即ち温度の加熱蒸気を供給することにより、反応釜１は所定温度の蒸気でもって加熱される。例えば圧力調節弁７から大気圧以下の６０度Ｃの蒸気を供給すると反応釜１は６０度Ｃで加熱される。
【００４８】
ジャケット部２内を大気圧以下の圧力状態とした場合に、ジャケット部２の図示しないフランジ等の各接合部から大気圧が加わって一部の空気がジャケット部２内に混入する。あるいは、供給される蒸気に混入している空気により、ジャケット部２内に空気が溜まり、ひいては復水タンク１１内にも空気が溜まって、その温度が放熱により低下して例えば飽和温度から５度Ｃ乃至１０度Ｃ程度低下するときは、その温度低下が感温筒１７で検知されて温度応動弁１２が開弁されて、蒸気供給管４からスチームエゼクタ５に蒸気が供給され、スチームエゼクタ５の吸引室１３に吸引力が発生し、復水タンク１１の空気を、逆止弁１４を介して吸引室１３に吸引し、外部に排出することができる。
【００４９】
このように本実施例においては、蒸気加熱装置の操作立ち上げ初期のみならず、加熱操作中に溜まった空気をもスチームエゼクタ５で吸引し外部に排出することができる。
【００５０】
反応釜１を加熱した蒸気は凝縮して復水となり、その比容積が格段に小さくなることによって、ジャケット部２内は初期の圧力状態に維持される。一方、凝縮した復水は復水タンク１１から復水回収装置６内へ流下して、上記した作動の繰り返しにより復水回収先へ圧送される。
【００５１】
本実施例に示すように、復水タンク１１の温度を検出して温度応動弁１２を開閉弁するようにしたことにより、温度応動弁１２、エゼクタ５、復水タンク１１、及び復水回収装置６とを、ひとまとめのユニットとすることができ、工場プラント等に既に取り付けられて稼動している既存の反応釜１等の温水加熱装置に、これらのユニットを取り付け交換することによって、容易に蒸気加熱装置へと変更することができる。
【００５２】
これまでの実施の形態において、温度応動弁１２として、感温筒１７とアクチュエータ部１８とをフレキシブルチューブ１９で接続して構成した自力式の温度調整弁を利用した形態を示したが、別に、温度センサ又は空気の存在を検出するための酸素センサと、コントローラ及び自動調節弁とを組み合わせて構成したものを温度応動弁として利用することもできる。
【００５３】
【発明の効果】
上記のように本発明によれば、加熱部又は復水タンク内に空気が溜まってその温度が所定値だけ低下すると、スチームエゼクタに蒸気が供給され、溜まっていた空気は吸引室の吸引力によって吸引され外部に排除されることによって、空気による悪影響がなく温度精度良く被加熱物を加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の蒸気加熱装置の実施例を示す構成図。
【図２】本発明の蒸気加熱装置の他の実施例を示す構成図。
【符号の説明】
１  反応釜
２  ジャケット部
３  蒸気供給管
５  スチームエゼクタ
６  復水回収装置
１０  高圧操作流体導入口
１１  復水タンク
１２  温度応動弁
１３  吸引室
１４  逆止弁
１７  感温筒
２０  復水流入口
２４  復水還元口
２７  排出循環口
【図１】
0004583610.tif 000002
【図２】
0004583610.tif 000003