特許 5873464 ドレン回収装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5873464

(24)【登録日】2016年1月22日

(45)【発行日】2016年3月1日

(54)【発明の名称】ドレン回収装置

(51)【国際特許分類】

   F22D 11/06 20060101AFI20160216BHJP

   F22D 11/00 20060101ALI20160216BHJP

【ＦＩ】

   F22D11/06 A

   F22D11/00 H

【請求項の数】4

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2013-164431(P2013-164431)

(22)【出願日】2013年8月7日

(65)【公開番号】特開2015-34648(P2015-34648A)

(43)【公開日】2015年2月19日

【審査請求日】2014年6月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】513138603

【氏名又は名称】株式会社マリタイムイノベーションジャパン

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(74)【代理人】

【識別番号】100133592

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 浩一

(72)【発明者】

【氏名】吉光 寛晃

(72)【発明者】

【氏名】瀧口 知義

【審査官】 黒石 孝志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１４８２８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−６７９７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−３１４３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６１−１３５１１６（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２２Ｄ １１／００ − １１／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

大気に対して密閉された給水タンクと、
蒸気を凝縮して排出する冷却器と、
蒸気消費機器から排出されるドレンを前記給水タンクに導くドレン導入管路と、
前記ドレンから発生するフラッシュ蒸気を前記給水タンクから排出して前記冷却器に導く蒸気排出管路と、
前記冷却器において、前記フラッシュ蒸気が凝縮して生じた水を前記給水タンクに導く復水回収管路を備え、
前記給水タンクは、前記給水タンクに貯留されたドレンの液面より高い部位において、前記給水タンクを第１室と第２室に区画する仕切板を備え、
前記ドレン導入管路は前記第１室において前記給水タンクに接続され、
前記蒸気排出管路は前記第２室において前記給水タンクに接続され、
更に、前記第１室と前記第２室を連絡する連絡管路を備え、
前記連絡管路の途中に蒸気中の油分を除去するフィルター装置を備える
ドレン回収装置。

【請求項2】

前記仕切板は前記給水タンクの頂板から垂下する垂れ壁であって、
前記垂れ壁の下端は前記給水タンクに貯留されたドレンの液面下に没するように構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のドレン回収装置。

【請求項3】

前記給水タンクは、液面高さを検出する第１及び第２のリミットスイッチを備え、
前記第１及び第２のリミットスイッチは、いずれも前記垂れ壁の上端と下端の間の高さに配置されるとともに、
前記第１のリミットスイッチは前記第２のリミットスイッチの上方にあって、前記第２のリミットスイッチに対して上下方向に間隔を空けて配置されている
ことを特徴とする請求項２に記載のドレン回収装置。

【請求項4】

前記復水回収管路の途中に配置されて、前記冷却器から送出される水を一時的に貯留するバッファタンクと、
前記バッファタンク内に貯留された水を前記給水タンクに移送する移送ポンプを備え、
前記移送ポンプは、前記第２のリミットスイッチが液面を検出しなくなった場合に起動され、その後前記給水タンク内の液面が上昇して、前記第１のリミットスイッチが液面を検出した時に停止される
ことを特徴とする請求項３に記載のドレン回収装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蒸気発生装置と蒸気消費機器を有する蒸気プラントに装置されて、蒸気消費機器で発生するドレンを回収して蒸気発生装置に給水するドレン回収装置に関する。

【背景技術】

【0002】

汽船、つまり蒸気タービン等を推進機関とする船舶は既に例外的な存在であるが、蒸気は舶用機器の熱源あるいは動力源として多用されているので、蒸気プラントは、今も船舶の重要な構成要素である。例えば、一般的な商船は、ボイラあるいは排ガスエコノマイザで発生させた蒸気を燃料油槽に配置した熱交換器に供給して、燃料油槽内の燃料油を加熱している。つまり、燃料油を蒸気で加熱する蒸気プラントを備えている。船舶の燃料油として多用される重油は常温では流動性が乏しく、そのままではポンプによる輸送ができないからである。

【0003】

このような蒸気プラントでは、熱交換器に供給された蒸気は液体（水）に変化して、つまりドレンになって排出される。なお、結露等によって発生する液体（水）と区別するために、熱交換器から排出される液体（水）を「蒸気ドレン」と呼ぶこともあるが、本明細書では、単に、「ドレン」と呼ぶ。

【0004】

ドレンは回収された後、ボイラに給水され、缶水として再利用される。ドレンを効果的に回収して再利用できなければ、大量の予備缶水が必要になるが、予備缶水の搭載量の増加は有効な載貨重量（いわゆるペイロード）の減少に繋がるので好ましくない。そこで、舶用の蒸気プラントでは、ドレンの回収と再利用が特に重要視されていて、そのためのドレン回収装置が提案されている。

【0005】

例えば、特許文献１の図３には、ドレンを海水で冷却して、給水タンクに戻すドレン回収装置が開示されている。このドレン回収装置（以下、「第１の従来技術」と言う）は、ドレンの全量を給水タンクに戻すので、ドレンの損失が生じない。そのため、缶水の消費を効果的に抑制して、予備缶水の搭載量を削減することができる。

【0006】

しかしながら、前記第１の従来技術に係るドレン回収装置は、熱効率が悪く、燃料消費が大きいという問題がある。熱交換器から排出されたドレンは、なお高温・高圧の温水であって、利用可能なエネルギーを相当に含んでいるが、このエネルギーの多くを冷却水（海水）の中に捨てているからである。

【0007】

また、特許文献１には、ドレンを冷却しないで、そのまま給水タンクに戻すドレン回収装置が開示されている（特許文献１の図２）。このドレン回収装置（以下、「第２の従来技術」と言う）は、ドレンを冷却しないのでエネルギーの損失は小さい。しかしながら、給水タンクに流入した高温・高圧のドレンは減圧されるから、ドレンの一部が蒸発して蒸気（フラッシュ蒸気）になり、大気中に発散する。その結果、缶水の損失が生じると言う問題がある。

【0008】

特許文献１の図１には、ドレンをボイラの給水で冷却して（＝ボイラの給水をドレンで加熱して）、給水タンクに戻すことを特徴とするドレン回収装置（以下、「第３の従来技術」と言う）が開示されている。前記第３の従来技術は、前記第１及び第２の従来技術の課題を解決することを目的としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開平７−１１９９１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

前記第３の従来技術によれば、ドレンの排出量とボイラの給水量がバランスしている場合には、所期の目的が達成される。つまり、缶水とエネルギーを効果的に回収して、缶水と燃料の消費を抑制することができる。

【0011】

しかしながら、ドレンの排出量とボイラの給水量は常にバランスしている訳ではない。例えば、外気温度、海水温度あるいは槽内の燃料油の残量等によって、ドレンの排出量やボイラへの給水量は変化するからである。ドレンの排出量とボイラの給水量のバランスが崩れて、排出量が一時的に増加したり、給水量が一時的に減少したりすると、ドレンが十分に冷却されないので、フラッシュ蒸気が発生して給水タンクの外に排出され、その結果、缶水の損失が生じるという問題がある。

【0012】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、缶水とエネルギーを効果的に回収できるドレン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】

【0013】

上記課題を解決するため、本発明に係るドレン回収装置は、大気に対して密閉された給水タンクと、蒸気を凝縮して排出する冷却器と、蒸気消費機器から排出されるドレンを前記給水タンクに導くドレン導入管路と、前記ドレンから発生するフラッシュ蒸気を前記給水タンクから排出して前記冷却器に導く蒸気排出管路と、前記冷却器において前記フラッシュ蒸気が凝縮して生じた水を前記給水タンクに導く復水回収管路を備え、前記給水タンクは、前記給水タンクに貯留されたドレンの液面より高い部位において、前記給水タンクを第１室と第２室に区画する仕切板を備え、前記ドレン導入管路は前記第１室において前記給水タンクに接続され、前記蒸気排出管路は前記第２室において前記給水タンクに接続され、更に、前記第１室と前記第２室を連絡する連絡管路を備え、前記連絡管路の途中に蒸気中の油分を除去するフィルター装置を備える。

【0014】

上記構成によれば、フラッシュ蒸気の全てを捕捉して凝縮させるので、フラッシュ蒸気が大気中に発散することがない。そのため、缶水の消費が抑制される。またフラッシュ蒸気だけを冷却するので、エネルギーの損失を抑制できる。

【0015】

前記仕切板は前記給水タンクの頂板から垂下する垂れ壁であって、前記垂れ壁の下端は前記給水タンクに貯留されたドレンの液面下に没するように構成されるようにしても良い。

【0017】

前記給水タンクは、液面高さを検出する第１及び第２のリミットスイッチを備え、前記第１及び第２のリミットスイッチは、いずれも前記垂れ壁の上端と下端の間の高さに配置されるとともに、前記第１のリミットスイッチは前記第２のリミットスイッチの上方にあって、前記第２のリミットスイッチに対して上下方向に間隔を空けて配置されるようにしても良い。

【0019】

また、前記復水回収管路の途中に配置されて、前記冷却器から送出される水を一時的に貯留するバッファタンクと、前記バッファタンク内に貯留された水を前記給水タンクに移送する移送ポンプを備え、前記移送ポンプは、前記第２のリミットスイッチが液面を検出しなくなった場合に起動され、その後前記給水タンク内の液面が上昇して、前記第１のリミットスイッチが液面を検出した時に停止されるようにしても良い。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明に係るドレン回収装置を備える蒸気プラントの概念図である。

【図2】ドレン回収装置の概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明を実施するための具体的な形態を、図面を参照しながら説明する。

【0023】

図１は、蒸気プラント１にドレン回収装置２を組み込んだ状態を示す概念図である。なお、蒸気プラント１は、船舶の燃料油タンク内にある燃料油を加熱して当該燃料油の流動性を高める舶用のプラントであって、図示しない機関室内に配置される補助ボイラ３と、図示しない燃料油タンク内に配置される熱交換器４とで構成される。熱交換器４は一種の蒸気消費機器であって、燃料油を加熱した蒸気は凝縮して液体（水）になって、つまりドレンになって、熱交換器４から排出される。なお、補助ボイラ３の「補助」とは、汽船において「主ボイラ」と区別するために用いられていた表示であって、ディーゼル船（つまり主ボイラを備えない船舶）においても慣用的に用いられる表示である。つまり、主ボイラがあって補助ボイラ３がそれを補助している訳ではない。

【0024】

ドレン回収装置２は、カスケードタンク５と、ドレンクーラ６を備える。カスケードタンク５は大気に対して密閉されたタンクであって、熱交換器４から回収したドレンを一時的に貯留して補助ボイラ３に給水する給水タンクである。カスケードタンク５と熱交換器４の間は、ドレン導入管７で連絡され、熱交換器４から排出されるドレンはドレン導入管７を通ってカスケードタンク５に流入する。また、ドレン導入管７の途中にはスチームトラップ８が挿入されていて、蒸気がカスケードタンク５に流入するのを防いでいる。

【0025】

カスケードタンク５とドレンクーラ６の間には蒸気排出管９があって、両者を連絡している。また、蒸気排出管９の途中には圧力調整弁１０が挿入されている。この圧力調整弁１０はカスケードタンク５の内圧が、大気圧以上であって熱交換器４の内圧よりは低い所定の圧力より高くなると開放されるように設定されている。

【0026】

このように、カスケードタンク５の内圧は熱交換器４の内圧より低い状態に保たれているから、カスケードタンク５内に流入したドレンは減圧されて、一部が再蒸発して、いわゆるフラッシュ蒸気が発生する。このフラッシュ蒸気が蒸気排出管９を通ってドレンクーラ６に流れる。

【0027】

ドレンクーラ６は、カスケードタンク５から流入するフラッシュ蒸気を海水で冷却して凝縮させて、排出する冷却器である。またドレンクーラ６は大気に対して開放されていて、ドレンクーラ６の内圧はカスケードタンク５より低圧に保たれている。フラッシュ蒸気は、この圧力差によってドレンクーラ６に吸引される。また、ドレンクーラ６とカスケードタンク５の間は復水回収管１１で連絡されていて、ドレンクーラ６で生成された凝縮水は復水回収管１１を通って、カスケードタンク５に帰還する。

【0028】

また、復水回収管１１の途中にはバッファタンク１２が挿入されていて、カスケードタンク５に帰還する凝縮水が一時的に貯留される。また、バッファタンク１２と図示しない予備缶水タンクの間は補水管１３で連絡されていて、蒸気漏れ等によって失われた缶水に相当する量の予備缶水が前記予備缶水タンクから補充される。なお、バッファタンク１２も大気に対して開放されている。また、復水回収管１１には、バッファタンク１２とカスケードタンク５の間において、移送ポンプ１４が挿入されていて、凝縮水を加圧してカスケードタンク５に移送している。

【0029】

また、カスケードタンク５と補助ボイラ３の間には給水管１５があって、両者を連絡している。カスケードタンク５に貯留されたドレンは給水管１５を通って補助ボイラ３に給水されて、缶水として再利用される。なお給水管１５の途中には、給水ポンプ１６が配置されていて、ドレンを補助ボイラ３に圧送している。

【0030】

ところで、補助ボイラ３で発生する蒸気の量が、熱交換器４で消費する蒸気の量を上回る場合がある。つまり余剰蒸気が発生する場合がある。蒸気プラント１では、この余剰蒸気をドレン回収装置２で回収するようにしている。すなわち、補助ボイラ３とドレンクーラ６の間を余剰蒸気回収管１７で連絡して、余剰蒸気が余剰蒸気回収管１７を通ってドレンクーラ６に流れるようにしている。ドレンクーラ６に流入した余剰蒸気は、フラッシュ蒸気と同じ経路を辿って凝縮水になってカスケードタンク５に帰還する。また、余剰蒸気回収管１７の途中には圧力調整弁１８が挿入されていて、圧力調整弁１８は補助ボイラ３側の蒸気圧が所定の圧力を超えた場合、つまり余剰蒸気が生じて圧力が上昇した場合に開放される。

【0031】

次に、ドレン回収装置２の詳細な構成を説明する。図２に示すように、カスケードタンク５の内部には、仕切板５ａがあって、カスケードタンク５の内部を第１室５ｂと第２室５ｃに区画している。ドレン導入管７は第１室５ｂに接続されていて、熱交換器４（図２において、図示せず）から排出されるドレンは第１室５ｂに流入する。蒸気排出管９は第２室５ｃの頂部に接続されていて、フラッシュ蒸気は第２室５ｃから排出される。

【0032】

また、第１室５ｂの外壁にはサイトグラス５ｄが取り付けられていて、外部から第１室５ｂの内部（に貯留されるドレン）を観察できるようにしているので、第１室５ｂに流入するドレンに油分等が混入した場合には、目視でそれを確認できる。また、カスケードタンク５の頂部にはフィルター装置５ｅが取り付けられていて、第１室５ｂの上部に溜まった蒸気に含まれる油分を除去して第２室５ｃに流すようにしている。そのため第２室５ｃから蒸気排出管９を通って排出されるフラッシュ蒸気に、油分が含まれることがない。また、第１室５ｂの頂部には安全弁５ｆが取り付けられていて、カスケードタンク５の内圧が所定の基準値を超えた場合に、蒸気を排出するようにしている。

【0033】

また、カスケードタンク５の内部には、リミットスイッチ５ｇ，５ｈ，５ｉが取り付けられていて、カスケードタンク５の内部の液面高さを検出する。リミットスイッチ５ｇが液面を検出すると、移送ポンプ１４を停止させ、その後、液面が低下してリミットスイッチ５ｈが液面を検出しなくなると、移送ポンプ１４を起動させる。また、液面がリミットスイッチ５ｉよりも低くなると、蒸気プラント１の図示しない制御装置が警報出力を行い、空焚きを防止する。

【0034】

バッファタンク１２の内部にも、液面高さを検出するリミットスイッチ１２ａ，１２ｂを備える。バッファタンク１２が空になって、リミットスイッチ１２ｂが液面を検出しなくなった場合には、警報出力を行う。また、バッファタンク１２が満水状態になって、リミットスイッチ１２ａが液面を検出した場合にも、警報出力を行う。

【0035】

ドレン回収装置２は以上のように構成されているので、次のような作用と効果が生じる。すなわち、カスケードタンク５が大気に対して密閉されているので、ドレンから発生するフラッシュ蒸気が大気中に発散することがない。言い替えれば、ドレンから発生するフラッシュ蒸気の全てが補足され、ドレンクーラ６で冷却されて、カスケードタンク５に帰還する。そのため、ドレンの損失が生じないので、缶水の消耗を効果的に抑制することができる。また、フラッシュ蒸気だけがドレンクーラ６で冷却され、カスケードタンク５に残ったドレンは高温（飽和温度）に保たれるので、エネルギーの損失が少ない。そのため、補助ボイラ３の燃料消費を抑制できる。発明者の試算によれば、補助ボイラ３の燃料消費を約８％削減できることが確認されている。

【0036】

以上、本発明の具体的な実施形態を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態によっては限定されない。本発明は特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲において、自由に応用、変形あるいは改良して実施することができる。

【0037】

また、蒸気発生装置の具体例として補助ボイラ３を示したが、本発明の適用対象は狭義のボイラを備える蒸気プラントには限定されない。例えば、内燃機関や工業炉の排ガスを利用して蒸気を発生させる排ガスエコノマイザあるいは排ガスボイラを蒸気発生装置とする蒸気プラントに本発明を適用することができる。

【0038】

また、上記実施形態において、本発明を舶用の蒸気プラントに適用した例を示したが、本発明の適用対象は舶用の蒸気プラントには限られない。陸用の蒸気プラントにも適用できる。また、産業用のプラントだけでなく民生用のプラントにも適用することができる。

【0039】

また、蒸気消費機器の具体例として熱交換器４を例示したが、蒸気消費機器は熱交換器４には限定されない。供給された蒸気を何らかの形で使用してドレンを排出する機器であれば、その形態や用途は限定されない。また、複数の同一のあるいは異なる蒸気消費機器が、並列あるいは直列に接続されていても良い。

【0040】

また、給水タンクの具体例としてカスケードタンク５を例示したが、給水タンクはカスケードタンク５には限定されない。つまり仕切板５ａは必須の構成要素ではない。サイトグラス５ｄ、フィルター装置５ｅ、安全弁５ｆあるいは圧力調整弁１０等が必須の構成要素でないことは言うまでもない。

【0041】

また、上記実施形態において、ドレンクーラ６とバッファタンク１２が大気に対して開放されている例、つまりドレンクーラ６とバッファタンク１２の内圧が大気圧に保たれている例を示したが、本発明はこのような構成に限定されない。ドレンクーラ６とバッファタンク１２は、大気に対して密閉されていてもよい。この場合、ドレンクーラ６とバッファタンク１２の内圧をカスケードタンク５の内圧以下にする必要があるが、カスケードタンク５の内圧より低くするのが望ましい。フラッシュ蒸気をドレンクーラ６に誘導するためである。

【0042】

バッファタンク１２を省いて、ドレンクーラ６で凝縮した水がカスケードタンク５に直接流入するようにしても良い。この場合、補水管１３はカスケードタンク５に接続されるようにしても良いし、補助ボイラ３に接続されても良い。

【0043】

移送ポンプ１４と給水ポンプ１６は必須の構成要素ではない。例えば、カスケードタンク５を補助ボイラ３より高所に、バッファタンク１２をカスケードタンク５より高所にそれぞれ配置すれば、缶水等を重力で移送できるから、移送ポンプ１４と給水ポンプ１６を省くことができる。また、この場合、移送ポンプ１４と給水ポンプ１６に替えて弁を配置して、必要に応じて開閉するようにしても良い。

【0044】

なお、上記実施形態に示さなかった機器、例えばポンプや弁、あるいはセンサ等を必要に応じて追加することが任意であることは言うまでもない。

【符号の説明】

【0045】

１ 蒸気プラント
２ ドレン回収装置
３ 補助ボイラ
４ 熱交換器
５ カスケードタンク
５ａ 仕切板
５ｂ 第１室
５ｃ 第２室
５ｄ サイトグラス
５ｅ フィルター装置
５ｆ 安全弁
５ｇ，５ｈ，５ｉ リミットスイッチ
６ ドレンクーラ
７ ドレン導入管
８ スチームトラップ
９ 蒸気排出管
１０ 圧力調整弁
１１ 復水回収管
１２ バッファタンク
１２ａ，１２ｂ リミットスイッチ
１３ 補水管
１４ 移送ポンプ
１５ 給水管
１６ 給水ポンプ
１７ 余剰蒸気回収管
１８ 圧力調整弁

【図1】

【図2】