特許 6827290 気体減温器

(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】6827290

(24)【登録日】2021年1月21日

(45)【発行日】2021年2月10日

(54)【発明の名称】気体減温器

(51)【国際特許分類】

   F22G 5/12 20060101AFI20210128BHJP

【ＦＩ】

   F22G5/12 D

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2016-196743(P2016-196743)

(22)【出願日】2016年10月4日

(65)【公開番号】特開2018-59658(P2018-59658A)

(43)【公開日】2018年4月12日

【審査請求日】2019年9月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】000133733

【氏名又は名称】株式会社テイエルブイ

(74)【代理人】

【識別番号】100170896

【弁理士】

【氏名又は名称】寺薗 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100131200

【弁理士】

【氏名又は名称】河部 大輔

(72)【発明者】

【氏名】藤原 良康

【審査官】 岩▲崎▼ 則昌

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第０６２７６８２３（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 実公平０６−０３１２９０（ＪＰ，Ｙ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２２Ｇ ５／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外筒部材と、
一端が閉塞されると共に、上記外筒部材に挿入され、該外筒部材との間に気体および冷却液が上記一端側から流入する環状流路を形成する内筒部材と、
上記環状流路に設けられ、上記気体および冷却液を旋回させることによって上記気体を減温する旋回部材とを備え、
上記内筒部材は、上記外筒部材の軸方向に互いに間隔を置いて複数配列されている
ことを特徴とする気体減温器。

【請求項2】

請求項１に記載の気体減温器において、
上記内筒部材は、外周面が下流側へいくに従って上記外筒部材側へ曲がる外跳ね部を有している
ことを特徴とする気体減温器。

【請求項3】

請求項１に記載の気体減温器において、
上記内筒部材は、下流側端部において外周面が下流側へいくに従って上記外筒部材側へ曲がる外跳ね部を有している
ことを特徴とする気体減温器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、高温の気体を冷却液と混合して減温する気体減温器に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、高温の気体を冷却液と混合して減温する気体減温器が知られている。例えば特許文献１に開示の蒸気減温器は、混合部（エゼクタ）を備えており、混合部において高温の蒸気（過熱蒸気）が冷却液と混合して所定温度（例えば、飽和温度）に減温される。こうして所定温度に減温された蒸気は利用先へ送られる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０００−１４６１１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記のような気体減温器では、減温量が不十分となる場合があり、減温機能の向上が望まれていた。

【0005】

本願に開示の技術は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、気体減温器において減温作用を向上させることにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本願の気体減温器は、環状の流路において気体と冷却液を旋回させながら流すようにした。

【0007】

具体的に、本願の気体減温器は、外筒部材と、内筒部材と、旋回部材とを備えている。上記内筒部材は、一端が閉塞されている。また、上記内筒部材は、上記外筒部材に挿入され、該外筒部材との間に気体および冷却液が上記一端側から流入する環状流路を形成している。上記旋回部材は、上記環状通路に設けられ、上記気体および冷却液を旋回させることによって上記気体を減温するものである。

【発明の効果】

【0008】

以上のように、本願の気体減温器によれば、外筒部材と内筒部材との間に形成された環状流路に気体および冷却液が流入する。環状流路に流入した気体および冷却液は、旋回部材によって旋回し流れる。この旋回流により、気体と冷却液とが混合し、気体が冷却液によって冷却される。また、旋回流により、気体および冷却液のうち比重の重い冷却液が外筒部材側（即ち、外側）へ移動する。外筒部材側へ移動した冷却液は外筒部材によって冷却され、その冷却された冷却液によって気体が冷却されるので、気体をより減温することができる。こうして、本願の気体減温器によれば、気体の減温作用を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、実施形態に係る気体減温器の概略構成を示す断面図である。

【図2】図２は、実施形態に係る二重管ユニットの概略構成を示す平面図である。

【図3】図３は、実施形態に係る二重管ユニットを上流側から視て示す正面図である。

【図4】図４は、実施形態に係る二重管ユニットの概略構成を示す断面図である。

【図5】図５は、実施形態に係る気体減温器の要部を拡大して示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本願の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本願に開示の技術、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

【0011】

本実施形態の気体減温器１は、別のシステム（例えば、発電タービン）で使われた気体としての過熱蒸気（高温蒸気）を冷却液としての冷却水と混合させて所定温度まで減温する蒸気減温器である。この減温された蒸気は、利用先へ供給されて例えばプロセス用熱源として用いられる。具体的に、本実施形態の気体減温器１は、過熱蒸気を飽和温度まで減温して飽和蒸気を生成する。

【0012】

図１に示すように、気体減温器１は、入口部１０および出口部２０と、本体部３０とを備えている。なお、本実施形態では、気体減温器１は上下流方向が水平に延びる状態で設けられるとして説明する。入口部１０は本体部３０の上流側に接続され、出口部２０は本体部３０の下流側に接続されている。入口部１０は、管１１と、該管１１の両端に設けられたフランジ１２，１３とを有する。管１１は、上流側と下流側とで開口径が異なる、いわゆる異径管であり、下流側の開口径が上流側の開口径よりも大きい。また、管１１は、上流側の開口の軸芯Ｘ１と下流側の開口の軸芯Ｘ２とが偏芯している。入口部１０は、過熱蒸気および冷却水が流入し本体部３０へ供給される。出口部２０は、管２１と、該管２１の両端に設けられたフランジ２２、２３とを有する。管２１は、上流側と下流側とで開口径が異なる、いわゆる異径管であり、下流側の開口径が上流側の開口径よりも小さい。また、管２１は、上流側の開口の軸芯Ｘ３と下流側の開口の軸芯Ｘ４とが偏芯している。

【0013】

本体部３０は、入口部１０から流入した過熱蒸気と冷却水とを混合させて、過熱蒸気を所定温度（飽和温度）まで減温するものである。つまり、本体部３０は、過熱蒸気と冷却水とが直接接触して熱交換し、過熱蒸気が冷却されるものである。本体部３０は、外筒部材３５と、該外筒部材３５に挿入され、外筒部材３５との間に環状流路４７を形成する内筒部材４２と、環状流路４７に設けられる旋回部材４３とを備えている。

【0014】

具体的に、本体部３０は、保護管３１と、該保護管３１内に挿入された複数（本実施形態では、８つ）の二重管ユニット４０とを備えている。保護管３１は、直線状の円形管であり、その両端にフランジ３２，３３が設けられている。保護管３１は、フランジ３２が入口部１０のフランジ１３と接続され、フランジ３３が出口部２０のフランジ２２と接続される。

【0015】

二重管ユニット４０は、図２〜図４に示すように、外管４１と、上述した内筒部材４２および旋回部材４３とを有している。外管４１は、直線状の円形管である。内筒部材４２は、外管４１内に同軸に配置された円形管である。内筒部材４２の長さは外管４１の長さよりも長い。外管４１の上流端と内筒部材４２の上流端とは略面一となっており、内筒部材４２の下流端は外管４１から突出している。内筒部材４２は、外管４１内に同軸に配置されることにより、外管４１との間に環状流路４７（円環状の流路）を形成している。環状流路４７には、過熱蒸気および冷却水が流入する流路である。

【0016】

旋回部材４３は、外管４１と内筒部材４２との間の環状流路４７において上流側端部に設けられており、過熱蒸気および冷却水を旋回させて過熱蒸気を減温するためのものである。旋回部材４３は、傾斜壁４４および螺旋壁４５を有する。傾斜壁４４は、環状流路４７の周方向において互いに間隔を置いて複数（本実施形態では、５つ）設けられている（図３参照）。傾斜壁４４は、外管４１の内周面と内筒部材４２の外周面とに連なっており、環状流路４７に沿って延びている。傾斜壁４４は、下流側の方向へ傾斜しながら延びている。螺旋壁４５は、環状流路４７の周方向において傾斜壁４４と同数設けられている。螺旋壁４５は、傾斜壁４４の下流側端部において、内筒部材４２の上流端から傾斜壁４４の上流側の面に向かって傾斜している。つまり、螺旋壁４５は内筒部材４２の外周面と傾斜壁４４の上流側の面とに連なっている。こうして構成された旋回部材４３により、過熱蒸気および冷却水は図３において反時計回りに旋回する。

【0017】

また、内筒部材４２は、上流側の部分は直線状に形成されており、下流側の部分は下流側にいくに従って拡がる円弧形状となっている。内筒部材４２では、この円弧形状に拡がる部分が外跳ね部４６となっている。つまり、外跳ね部４６は、内筒部材４２の外周面から上述した外筒部材３５に向かって延びる部分である。言い換えれば、外跳ね部４６は、内筒部材４２の外周面が下流側へいくに従って外筒部材３５側へ曲がっている。この外跳ね部４６は、強制的に冷却水を外筒部材３５へ向かって跳ばすためのものである。

【0018】

図５にも示すように、８つの二重管ユニット４０は、保護管３１内において、保護管３１の軸方向（軸芯Ｘ５方向）に所定の間隔Ｓを置いて配列されている。二重管ユニット４０の外管４１の外径は保護管３１の内径と略同じであり、外管４１の外周面と保護管３１の内周面とが接した状態となっている。隣り合う二重管ユニット４０の外管４１と外管４１との間には連接管３６が設けられている。連接管３６は、外径および内径の何れも二重管ユニット４０の外管４１と同じ円形管である。保護管３１内において、外管４１と連接管３６とは隙間無く配列されている。こうして配列された外管４１および連接管３６が、上述した１つの外筒部材３５を構成している。つまり、本体部３０では、８つの内筒部材４２が外筒部材３５に同軸に挿入され、８つの内筒部材４２が外筒部材３５の軸方向（軸芯Ｘ５の方向）に互いに間隔Ｓを置いて配列されている。

【0019】

８つのうち最上流に位置する二重管ユニット４０では、内筒部材４２の開口を塞ぐ閉塞部材４８が設けられている（図５参照）。つまり、本体部３０では、外筒部材３５に挿入された内筒部材４２の一端（上流端）が閉塞されている。これにより、入口部１０から出た過熱蒸気および冷却水は内筒部材４２の内部には流入せずに確実に環状流路４７に流入する。

【0020】

また、気体減温器１では、図１に示すように、外筒部材３５や内筒部材４２の軸芯Ｘ５と、入口部１０の下流側の開口の軸芯Ｘ２とは偏芯している。また、外筒部材３５や内筒部材４２の軸芯Ｘ５と、出口部２０の上流側の開口の軸芯Ｘ３とは偏芯している。具体的には、図５に示すように、入口部１０と外筒部材３５とは、外筒部材３５の上流端３５ａの下部が入口部１０の管１１の下部の内面位置よりも上に突出するように、外筒部材３５の軸芯Ｘ５が入口部１０の軸芯Ｘ２に対し上側に偏芯している。

【0021】

上記のように構成された気体減温器１では、入口部１０から過熱蒸気および冷却水が本体部３０の環状流路４７に流入する。環状流路４７に流入した過熱蒸気および冷却水は、旋回部材４３によって旋回する。この旋回により、過熱蒸気と冷却水とが混合し、過熱蒸気は冷却水によって冷却される（減温される）。また、過熱蒸気および冷却水は旋回することにより遠心力が作用し、過熱蒸気よりも比重が重い冷却水が外筒部材３５側へ移動する（偏る）。外筒部材３５側へ移動した冷却水は外筒部材３５によって冷却され、その冷却された冷却水によって過熱蒸気がさらに冷却される。

【0022】

冷却水は、二重管ユニット４０における内筒部材４２の下流側端部まで流れると、外跳ね部４６によって外筒部材３５側へ強制的に跳ばされる。これにより、冷却水は確実に外筒部材３５側へ移動するため、確実に冷却水が外筒部材３５によって冷却される。過熱蒸気および冷却水は、二重管ユニット４０同士の間隔Ｓまで流れると、流速が低下するため、両者はより混合しやすくなる。つまり、間隔Ｓにおける流路面積は環状流路４７の流路面積よりも大きいので、間隔Ｓの領域では過熱蒸気および冷却水の流速が低下する。こうして、外筒部材３５で冷却された冷却水が間隔Ｓの領域において過熱蒸気と混合しやすくなるため、過熱蒸気がより冷却される。なお、間隔Ｓは、二重管ユニット４０の環状流路４７（即ち、内筒部材４２）を通過した過熱蒸気および冷却水が、次の二重管ユニット４０の内筒部材４２の内部に流入しない程度の距離に設定される。つまり、間隔Ｓは過熱蒸気および冷却水の流速を瞬間的に低下させて両者を混合しやすくするように設けられている。

【0023】

本体部３０では、二重管ユニット４０を通過する毎に、上述した過熱蒸気に対する冷却作用が生じる。こうして、本体部３０において過熱蒸気は飽和温度まで減温されて飽和蒸気となる。飽和蒸気は出口部２０から利用箇所へ送られる。なお、入口部１０および出口部２０の排出口１４，２４は、運転中は閉じられており、点検やメンテナンス時に内部に溜まった水を排出させるためのものである。

【0024】

以上のように、上記実施形態の気体減温器１によれば、外筒部材３５に内筒部材４２を挿入し、外筒部材３５と内筒部材４２との間に過熱蒸気および冷却水が流入する環状流路４７を形成し、過熱蒸気等を旋回させる旋回部材４３を環状流路４７に設けるようにした。これにより、過熱蒸気と冷却水とを旋回流によって混合させ、過熱蒸気を冷却することができる。

【0025】

また、過熱蒸気等を旋回させることにより、冷却水を外筒部材３５側へ移動させて冷却することができる。これにより、その外筒部材３５で冷却された冷却水で過熱蒸気をより冷却することができる。特に、過熱蒸気等は環状流路４７を流れるため、例えば円形の流路を流れる場合と比べて、外筒部材３５で冷却された冷却水による冷却作用を過熱蒸気の大半に及ぼすことができる。このように、上記実施形態の気体減温器１によれば、過熱蒸気に対する減温作用（冷却作用）を効果的に向上させることができる。

【0026】

また、上記実施形態の気体減温器１によれば、内筒部材４２に外跳ね部４６を設けるようにしたので、冷却水を外筒部材３５側へ強制的に跳ばす（移動させる）ことができる。そのため、確実に冷却水を外筒部材３５で冷却することができるので、過熱蒸気に対する減温作用を確実に向上させることができる。

【0027】

また、上記実施形態の気体減温器１によれば、外筒部材３５の軸方向において内筒部材４２を間隔Ｓを置いて複数配列するようにした。そのため、間隔Ｓの領域において、過熱蒸気等の流速を低下させることができるので、過熱蒸気と冷却水とを混合しやすくすることができる。つまり、間隔Ｓを設けることにより、過熱蒸気と冷却水との混合作用を高めることができる。したがって、過熱蒸気に対する減温作用をより向上させることができる。

【0028】

また、上記実施形態の気体減温器１では、冷却水は外跳ね部４６によって外筒部材３５側へ跳ばされて冷却されるものの過熱蒸気と混合し難くなる虞がある。この点、上記実施形態の気体減温器１では、二重管ユニット４０において内筒部材４２の下流側端部に外跳ね部４６を設けるようにした。つまり、上記の気体減温器１では外跳ね部４６の直下流に間隔Ｓを設けるようにした。したがって、外跳ね部４６によって外筒部材３５側へ跳ばされた冷却水であっても過熱蒸気と混合しやすくすることができる。よって、過熱蒸気に対する減温作用が効果的に向上する。

【0029】

また、上記実施形態の気体減温器１では、複数の二重管ユニット４０を配列する構成としているため、必要とする減温量に応じて、発揮させる減温作用を容易に調節することができる。即ち、減温作用を高める場合は二重管ユニット４０の数量を増やし、減温作用を低くする場合は二重管ユニット４０の数量を減らすことで、減温作用を調節することができる。

【0030】

また、上記実施形態の気体減温器１では、外筒部材３５の上流端３５ａの下部が入口部１０の管１１の下部の内面位置よりも上に突出するように、外筒部材３５の軸芯Ｘ５を入口部１０の軸芯Ｘ２に対し上側に偏芯させるようにした。そのため、例えば、冷却水は、流速が遅い場合、入口部１０の管１１では比較的底部を流れることになるが、入口部１０から外筒部材３５に流入する際に外筒部材３５の下部の上流端３５ａに衝突して上側に拡散される。これにより、冷却水を環状流路４７の全体に満遍なく流入させることができる。したがって、過熱蒸気に対する減温作用を向上させることができる。

【0031】

（その他の実施形態）
なお、本願の気体減温器は、上記実施形態において以下のように構成するようにしてもよい。

【0032】

例えば、上記実施形態の気体減温器１では、外筒部材３５を複数の外管４１および連接管３６で構成するようにしたが、１つの円形管で外筒部材を構成するようにしてもよい。また、内筒部材４２は、外筒部材３５と略同じ長さを有する１つの円形管としてもよい。つまり、間隔Ｓの領域を省略するようにしてもよい。

【0033】

また、上記実施形態の気体減温器１において、外跳ね部４６の形状は、上述したものに限らず、冷却水を外筒部材３５側へ跳ばすことができる形状であれば如何なるものであってもよし、外跳ね部４６は省略するようにしてもよい。

【0034】

また、上記実施形態の気体減温器１では、最上流に位置する二重管ユニット４０にのみ内筒部材４２に閉塞部材４８を設けるようにしたが、全ての二重管ユニット４０の内筒部材４２に閉塞部材を設けるようにしてもよい。そうした場合、全ての二重管ユニット４０において過熱蒸気等が内筒部材４２に流入することを防止できることから、間隔Ｓの距離について変更範囲を広げることができる。

【0035】

また、上記実施形態の気体減温器１では、最上流に位置する二重管ユニット４０の内筒部材４２に過熱蒸気等が流入することを防止できる場合、閉塞部材４８を省略するようにしてもよい。

【0036】

また、上記実施形態の気体減温器１において、複数の二重管ユニット４０は、それぞれ、上下流方向の長さが異なるものであってもよいし、内筒部材４２の内径が異なるものであってもよい。

【0037】

また、上記実施形態の気体減温器１では、外筒部材３５の軸芯Ｘ５を入口部１０の軸芯Ｘ２に対し偏芯させるようにしたが、これに代えて、入口部１０の管１１において下流側端部の下部内面から突出する衝立を設けるようにしてもよい。この衝立を設けることにより、上記実施形態と同様、冷却水の流速が遅い場合でも、冷却水を衝立に衝突させて上側に拡散させることができる。衝立は、管１１の内面から鉛直上方に直線状に延びるものであってもよいし、管１１の内面から下流側へ傾いて延びる直線状または曲線状のものであってもよい。

【0038】

また、上記実施形態の気体減温器１では、入口部１０は軸芯Ｘ１が軸芯Ｘ２に対して下に偏芯し、出口部２０は軸芯Ｘ４が軸芯Ｘ３に対して下に偏芯しているが、これに限らず、次のようにしてもよい。例えば、軸芯Ｘ１が軸芯Ｘ２（軸芯Ｘ４が軸芯Ｘ３）に対して上または左右に偏芯していてもよいし、軸芯Ｘ１と軸芯Ｘ２（軸芯Ｘ３と軸芯Ｘ４）が互いに同芯であってもよい。

【0039】

また、上記実施形態の気体減温器１では、気体として蒸気（過熱蒸気）を、冷却液として冷却水を用いた形態について説明したが、本願はこれに限らず、その他の気体および冷却液を用いた形態にも適用することができる。

【0040】

また、本願の気体減温器は、上記実施形態のように過熱蒸気をその飽和温度まで減温するものに限らず、過熱蒸気の過熱度を下げるものにも同様に適用することができることは勿論である。

【産業上の利用可能性】

【0041】

本願に開示の技術は、高温の気体を所定温度まで減温する気体減温器について有用である。

【符号の説明】

【0042】

１ 気体減温器
３５ 外筒部材
３６ 連接管
４１ 外管（外筒部材）
４２ 内筒部材
４３ 旋回部材
４６ 外跳ね部
４７ 環状流路
Ｓ 間隔

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】