(57)【要約】【課題】圧力開放弁の内部と外部の温度差が大きい場合でも、シール性能の低下を効果的に防止できるメタルタッチ式圧力開放弁の取付構造を提供すること。【解決手段】本実施形態の安全弁２０の取付構造４０は、安全弁２０を蒸気ラインＬ３から分岐する取付配管３０を介してボイラ１に取り付ける。そして、取付配管３０の配管長ｌは、前記ボイラの起動から起蒸開始までの前記圧力開放弁の外表面と内表面の温度差が５０℃以下になる距離に設定される。また、取付配管３０は、蒸気ラインＬ３に接続されるエルボ部３１と、直線状に形成され、エルボ部３１と安全弁２０を接続する直管部３２と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気を生成する缶体及び前記缶体で生成された蒸気を負荷機器に供給する蒸気ラインを備えるボイラに対するメタルタッチ式圧力開放弁の取付構造であって、
前記メタルタッチ式圧力開放弁は、前記蒸気ラインから分岐する取付配管を介して接続されるように構成され、
前記取付配管の配管長は、前記ボイラの起動から起蒸開始までの前記メタルタッチ式圧力開放弁の外表面と内表面の温度差が５０℃以下になる距離に設定されるメタルタッチ式圧力開放弁の取付構造。
【請求項２】
前記取付配管は、
前記蒸気ラインに接続される取付部と、
直線状に形成され、前記取付部と前記メタルタッチ式圧力開放弁を接続する直管部と、
を備える請求項１に記載のメタルタッチ式圧力開放弁の取付構造。
【請求項３】
前記蒸気ラインは、気液分離器を含んで構成され、
前記取付配管は、前記気液分離器から分岐する請求項１又は２に記載のメタルタッチ式圧力開放弁の取付構造。
【請求項４】
前記取付配管の長さは、５００ｍｍ以上１５００ｍｍ以下に設定される請求項１から３までの何れかに記載のメタルタッチ式圧力開放弁の取付構造。
【請求項５】
前記取付配管の内容積は、１．１Ｌ以上５．１Ｌ以下に設定される請求項１から４までの何れかに記載のメタルタッチ式圧力開放弁の取付構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタルタッチ式圧力開放弁をボイラに取り付けるための取付構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ボイラで生成した蒸気を負荷機器に供給する蒸気ラインに圧力開放弁を配置し、安全弁として機能させる技術が知られている。この種の圧力開放弁が取り付けられるボイラを示したものとして例えば特許文献１がある。特許文献１の段落００２９には、ボイラで生成された蒸気に対して気液分離を行うセパレータから分岐するエルボ管に安全弁を取り付けることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３４９３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ボイラに安全弁として取り付けられる圧力開放弁は、高温の蒸気が流通するため、熱による劣化が生じない金属材料で構成されたメタルタッチ式のものが用いられていることがある。しかし、メタルタッチ式の圧力開放弁の場合、冷態起動時における圧力開放弁の内部と外部の温度差が大きいため、熱変形による歪みが弁体や弁座に生じ、この歪みによって生じた隙間から蒸気が漏れ出すことがあった。内部と外部の温度差を原因とする蒸気の漏れを確実に防止するという観点から、従来の圧力開放弁の取付構造には改善の余地があった。
【０００５】
本発明は、圧力開放弁の内部と外部の温度差が大きい場合でも、シール性能の低下を効果的に防止できるメタルタッチ式圧力開放弁の取付構造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】
【０００６】
本発明は、蒸気を生成する缶体及び前記缶体で生成された蒸気を負荷機器に供給する蒸気ラインを備えるボイラに対するメタルタッチ式圧力開放弁の取付構造であって、前記メタルタッチ式圧力開放弁は、前記蒸気ラインから分岐する取付配管を介して接続されるように構成され、前記取付配管の配管長は、前記ボイラの起動から起蒸開始までの前記メタルタッチ式圧力開放弁の外表面と内表面の温度差が５０℃以下になる距離に設定されるメタルタッチ式圧力開放弁の取付構造に関する。
【０００７】
前記取付配管は、前記蒸気ラインに接続される取付部と、直線状に形成され、前記取付部と前記メタルタッチ式圧力開放弁を接続する直管部と、を備えることが好ましい。
【０００８】
前記蒸気ラインは、気液分離器を含んで構成され、前記取付配管は、前記気液分離器から分岐することが好ましい。
【０００９】
前記取付配管の長さは、５００ｍｍ以上１５００ｍｍ以下に設定されることが好ましい。
【００１０】
前記取付配管の内容積は、１．１Ｌ以上５．１Ｌ以下に設定されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、圧力開放弁の内部と外部の温度差が大きい場合でも、シール性能の低下を効果的に防止できるメタルタッチ式圧力開放弁の取付構造を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係るボイラの構成を概略的に示す図である。
【図２】取付構造を介してセパレータに取り付けられる安全弁の様子を概略的に示す図である。
【図３】安全弁の内表面及び外表面の温度の測定位置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明のメタルタッチ式圧力開放弁の取付構造の好ましい一実施形態について、図面を参照しながら説明する。本実施形態の取付構造４０は、メタルタッチ式圧力開放弁としての安全弁２０をボイラ１に取り付けるための構造である。なお、本明細書における「ライン」とは、流路、経路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。
【００１４】
まず、安全弁２０が取り付けられるボイラ１の全体構成について説明する。図１に示すように、本実施形態のボイラ１は、缶体２と、送風機３と、ダクト４と、排気筒５と、蒸気弁９と、を主要な構成として備える。また、ボイラ１は、給水ラインＬ１と、給気ラインＬ２と、蒸気ラインＬ３と、を主要なラインとして備える。
【００１５】
缶体２は、その内部に、上部ヘッダと下部ヘッダを連結する多数の水管と、水管を加熱するためのバーナと、を有する。缶体２は、水管をバーナによって加熱し、蒸気を生成する。缶体２への給水は、給水ラインＬ１を通じて行われる。
【００１６】
送風機３は、給気ラインＬ２を介してダクト４に接続される。燃焼用空気は、送風機３から給気ラインＬ２を通じてダクト４に供給される。燃料ガスは、燃料供給ライン（図示省略）を通じて供給され、ダクト４で燃焼用空気と混合される。燃焼によって生じた排気ガスは、排気筒５から外部へ排出される。
【００１７】
蒸気弁９は、蒸気ラインＬ３に配置され、蒸気ラインＬ３の経路の開閉を行う。蒸気ラインＬ３は、その上流側の端部が缶体２の内部の上部ヘッダに接続されており、下流側の端部が蒸気ヘッダを介して負荷機器（何れも図示省略）に接続される。
【００１８】
本実施形態の蒸気ラインＬ３は、気液分離器としてのセパレータ１０を含んで構成される。このセパレータ１０に取付構造４０を介して圧力開放弁としての安全弁２０が取り付けられる。図２を参照してセパレータ１０及び安全弁２０の取付構造４０について説明する。図２は、取付構造４０を介してセパレータ１０に取り付けられる安全弁２０の様子を概略的に示す図である。
【００１９】
まず、セパレータ１０の構成について説明する。本実施形態のセパレータ１０は、蒸気ラインＬ３を流通する蒸気に対して気液分離を行う旋回式の気液分離器である。図２に示すように、セパレータ１０は、分離筒１１と、導入管１２と、旋回誘導板１３と、蒸気管１４と、降水管１５と、を備える。
【００２０】
分離筒１１は、円筒状に構成され、その長手方向を上下方向に向けた状態で配置される。分離筒１１は、その側面に導入管１２が水平方向に接続されるとともに、その上部に蒸気管１４が水平方向に直交する方向に接続されており、蒸気ラインＬ３の一部をなしている。
【００２１】
導入管１２は、ボイラ１で生成された蒸気をセパレータ１０に導入する蒸気ラインＬ３の一部をなすものである。導入管１２は、その上流側の端部が缶体２の上部ヘッダに接続される。導入管１２の下流側の端部は、平面視において円筒状の分離筒１１の接線方向にあたる位置に接続されており、導入管１２を通じて導入された気液混合体が分離筒１１内で旋回するようになっている。
【００２２】
旋回誘導板１３は、導入管１２の先端側に配置される。この旋回誘導板１３は、平面視において分離筒１１の内周に沿う曲面を有する。導入管１２を介して分離筒１１の内部に導入された気液混合体（蒸気）は、旋回誘導板１３に誘導されながら分離筒１１内を旋回し、気液分離される。
【００２３】
蒸気管１４は、セパレータ１０で気液分離された蒸気を負荷機器（図示省略）側におくる蒸気ラインＬ３の一部をなすものである。蒸気弁９が開かれることでセパレータ１０から取り出された蒸気は、蒸気ラインＬ３を通じて負荷機器に供給される。降水管１５は、セパレータ１０で気液分離された液相を分離筒１１から排出し、缶体２の下部ヘッダに送られる。
【００２４】
次に、安全弁２０の取付構造４０の詳細について説明する。本実施形態の取付構造４０は、蒸気ラインＬ３から分岐する取付配管３０からなる。本実施形態の取付配管３０は、取付部としてのエルボ部３１と、更に直管部３２と、を備える。
【００２５】
エルボ部３１は、Ｌ字状に構成される配管であり、一側の端部が分離筒１１の側面に接続される。本実施形態では、エルボ部３１の接続箇所は、導入管１２の接続位置よりも上方に設定され、分離筒１１内の上部を流通する蒸気を効率的に安全弁２０に導入できるようになっている。なお、エルボ部３１の接続箇所は、導入管１２の接続位置よりも下方に設定する等、事情に応じて適宜変更できる。また、図２に示すエルボ部３１の配管長ａは、分離筒１１との接続部分から直管部３２との接続部分までの経路長である。
【００２６】
直管部３２は、下側の端部がエルボ部３１に接続され、上側の端部が安全弁２０に接続される。この直管部３２は、上下方向に延びる直線状に形成される。図２に示す直管部３２の配管長ｂは、エルボ部３１との接続部分から安全弁２０との接続部分までの経路長である。
【００２７】
取付配管３０を構成するエルボ部３１及び直管部３２は、安全弁２０に導入される蒸気による昇温が緩和されるように、その長さ及び内容積等が設定されている。より具体的には、ボイラ１の起動から起蒸開始までの安全弁２０の外表面と内表面の温度差が５０℃以下になるように、取付配管３０の配管長ｌが設定されている。本実施形態における取付配管３０の配管長ｌは、エルボ部３１の配管長ａと直管部３２の配管長ｂを合算したものである。
【００２８】
安全弁２０は、弁体２１及び弁座２２がＳＵＳ等の金属材料によって構成されるメタルタッチ式の圧力開放弁である（図３参照）。安全弁２０は、その内部がセパレータ１０の内部と連通するように取付配管３０を介してセパレータ１０（蒸気ラインＬ３）に接続されている。安全弁２０には、蒸気を排出するための排出管２５が接続されており、セパレータ１０の内部圧力が所定以上になると弁体２１が弁座２２から離間し、排出管２５を介して外部に蒸気を排出可能になっている。
【００２９】
本実施形態のボイラ１は、以上のように構成される。ボイラ１が起動されると、缶体２の内部の水管がバーナによって加熱され、蒸気が生成される。缶体２で生成された蒸気は、蒸気ラインＬ３に送られ、蒸気ラインＬ３の経路途中でセパレータ１０によって気液分離された後、負荷機器に供給される。セパレータ１０の分離筒１１内部に達した蒸気の一部は、取付配管３０を通じて安全弁２０に送られる。安全弁２０は、蒸気の圧力が所定圧力以上になると弁体２１が弁座２２から離間し、大気に開放される。
【００３０】
ボイラ１が設置される環境の外気温が低い場合、冷態起動（バーナによる燃焼が行われていなかった状態からの起動）における安全弁２０の内部と外気温の温度差が大きなものとなる。メタルタッチ式の安全弁２０は、弁体２１及び弁座２２等が金属材料で構成されているため、温度差を原因とする熱膨張によってシール性能が低下するおそれがある。しかし、本実施形態の取付構造４０によれば、取付配管３０の距離が、ボイラ１の起動から起蒸開始までの安全弁２０の外表面と内表面の温度差が５０℃以下になるように設定されており、昇温速度が緩和し、内外温度差が大きいことを原因とする安全弁２０のシール性能の低下が防止されているのである。
【００３１】
以上説明した本実施形態の安全弁２０の取付構造４０によれば、以下のような効果を奏する。本実施形態の安全弁２０の取付構造４０は、安全弁２０を蒸気ラインＬ３から分岐する取付配管３０を介してボイラ１に取り付ける。そして、取付配管３０の配管長ｌは、前記ボイラの起動から起蒸開始までの前記圧力開放弁の外表面と内表面の温度差が５０℃以下になる距離に設定される。
【００３２】
これにより、冷態起動において、起蒸開始までは安全弁２０の外表面と内表面の温度差が５０℃以下になるので、昇温速度を緩和できるとともに、安全弁２０の内外温度差を小さくできる。従って、メタルタッチ式に構成される安全弁２０の内部と外部の温度差による熱変形を原因として生じる安全弁２０の外部への蒸気の漏出を確実に防止できる。
【００３３】
取付配管３０は、蒸気ラインＬ３に接続されるエルボ部３１と、直線状に形成され、エルボ部３１と安全弁２０を接続する直管部３２と、を備える。これにより、直管部３２を配置するというシンプルな構成で、圧力損失の増加を抑制しつつ、蒸気温度を低下させて圧力開放弁の昇温速度を緩和する空間を安全弁２０の手前側に形成することができる。
【００３４】
蒸気ラインＬ３は、セパレータ１０を含んで構成され、取付配管３０は、セパレータ１０から分岐する。これにより、本実施形態の取付配管３０を介してセパレータ１０に取り付けるだけで、安全弁２０のシール性能を効果的に向上させることができる。
【００３５】
以上、本発明のメタルタッチ式圧力開放弁の好ましい一実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。例えば、セパレータ１０とは異なる箇所にメタルタッチ式の圧力開放弁を取り付ける場合にも本発明を適用することができる。例えば、缶体２の上部ヘッダに安全弁２０を取り付けるために、本発明のメタルタッチ式圧力開放弁の取付構造を適用することができる。
【実施例】
【００３６】
次に、ボイラ１のセパレータ１０にエルボ管を介して安全弁２０を取り付けた従来例と、ボイラ１のセパレータ１０に本発明の取付構造４０を適用して安全弁２０を取り付けた実施例１及び実施例２と、の比較を行った実証実験について説明する。図３は、検証実験における安全弁の内表面と外表面の温度差を測定する位置を示す図である。
【００３７】
図３に示すように、検証実験では、安全弁２０の内表面の温度を測定するための１対の内部温度センサ８１と、安全弁２０の外表面の温度を測定するための１対の外部温度センサ８２と、を安全弁２０にそれぞれ配置し、安全弁２０の内表面と外表面の温度差を測定した。内部温度センサ８１は弁座２２の内側に溶着によって熱電対を取り付けたものである。また、外部温度センサ８２は、安全弁２０の外表面を形成するケーシングに溶着によって熱電対を取り付けたものである。
【００３８】
以下、従来例、実施例１及び実施例２のそれぞれの検証結果について説明する。なお、本実証結果では、ボイラ１の周囲の外気が１５℃の状態で行った。
【００３９】
＜従来例＞
従来例では、エルボ部３１に安全弁２０を直接的に取り付けたもので行った。即ち、従来例の取付構造では、直管部３２を介することなく安全弁２０がエルボ部３１を介してセパレータ１０に取り付けられることになる。エルボ部３１は、その配管長ａが３００ｍｍで内容積が０．６５Ｌのものを用いた。ボイラ１を起動させて冷態起動における安全弁２０の内表面と外表面の温度差を測定したところ、温度差が５５．３℃となり、蒸気の漏れも検出される結果となった。なお、従来例の暖態起動における温度差は、２０．８℃であり、暖態起動では蒸気の漏れが検出されなかった。
【００４０】
＜実施例１＞
実施例１は、エルボ部３１と、直管部３２と、を備える取付配管３０によって安全弁２０をセパレータ１０に取り付けたものであり、本発明を適用したものである。この実施例１の取付配管３０の配管長ｌは、６００ｍｍであり、内容積は１．３Ｌである。より具体的には、実施例１の直管部３２には、その配管長ｂが３００ｍｍ、内容積が０．６５Ｌのものを用いた。実施例１のエルボ部３１には、その配管長ａが３００ｍｍ、内容積が０．６５Ｌのものを用いた。ボイラ１を起動させて冷態起動における安全弁２０の内表面と外表面の温度差を測定したところ、温度差が４３．８℃となり、蒸気の漏れは検出されなかった。なお、暖態起動における温度差は、２２．８℃であり、暖態起動でも蒸気の漏れは検出されなかった。
【００４１】
＜実施例２＞
実施例２は、エルボ部３１と、直管部３２と、を備える取付配管３０によって安全弁２０をセパレータ１０に取り付けたものであり、本発明を適用したものである。この実施例２の取付配管３０の配管長ｌは、９００ｍｍであり、内容積は１．９５Ｌである。より具体的には、実施例２の直管部３２には、その配管長ｂが６００ｍｍ、内容積が１．３Ｌのものを用いた。実施例２のエルボ部３１には、その配管長ａが３００ｍｍ、内容積が０．６５Ｌのものを用いた。ボイラ１を起動させて冷態起動における安全弁２０の内表面と外表面の温度差を測定したところ、温度差が２５．７℃となり、蒸気の漏れは検出されなかった。なお、暖態起動における温度差は、２５．７℃であり、暖態起動でも蒸気の漏れは検出されなかった。
【００４２】
以上に示した結果から、本発明の取付構造４０を使用することによって、安全弁２０の内表面と外表面の温度差が５０℃以下になり、冷態起動においても蒸気の漏れを防止できることがわかった。更に、取付配管３０は、その長さを５００ｍｍ以上１５００ｍｍ以下（好ましくは９００ｍｍ以上１２００ｍｍ以下）に設定し、その内容積を１．１Ｌ以上５．１Ｌ以下（好ましくは１．９Ｌ以上３．８Ｌ以下）に設定することによって、蒸気の漏れを確実に防止し、安全弁２０のシール性能をより一層向上することが検証された。
【符号の説明】
【００４３】
１  ボイラ
２  缶体
１０  セパレータ（気液分離器）
２０  安全弁（メタルタッチ式圧力開放弁）
３０  取付配管
３１  エルボ部（取付部）
３２  直管部
４０  取付構造
Ｌ３  蒸気ライン
【図１】
2016125666.tif 000003
【図２】
2016125666.tif 000004
【図３】
2016125666.tif 000005