特許 6993075 蒸気改質装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2021-12-13

(45)【発行日】2022-02-21

(54)【発明の名称】蒸気改質装置

(51)【国際特許分類】

   F22B 37/02 20060101AFI20220214BHJP

   F17D 1/06 20060101ALI20220214BHJP

   F01D 25/32 20060101ALN20220214BHJP

【ＦＩ】

F22B37/02 Z

F17D1/06

F01D25/32 Z

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021064159

(22)【出願日】2021-04-05

【審査請求日】2021-09-09

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】521143550

【氏名又は名称】庄司 宜充

(73)【特許権者】

【識別番号】521143561

【氏名又は名称】庄司 ▲りょう▼

(74)【代理人】

【識別番号】100107700

【弁理士】

【氏名又は名称】守田 賢一

(72)【発明者】

【氏名】庄司 喜久通

(72)【発明者】

【氏名】山口 康良

【審査官】礒部 賢

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１６０８４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１４５１４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０８９５３９８２（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１４５５２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２２Ｂ ３７／００ － ３７／７８

Ｆ１７Ｄ １／００ － ５／０８

Ｆ０１Ｄ ２５／３２

Ｆ１６Ｔ １／００ － １／４８

Ｆ１６Ｌ ５５／００ － ５５／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

蒸気を流通させる筒状のケーシング内に、熱伝導性良好な材料よりなる回転翼体をその回転軸を前記ケーシングの軸線に沿って位置させ、前記回転翼体は流通する蒸気によって加熱されると同時に回転させられて、前記蒸気と共に前記ケーシング内に流入したドレインを掻き上げて再び前記蒸気に混入させるとともに加熱し蒸発させて流出させることを特徴とする蒸気改質装置。

【請求項2】

前記回転翼体は回転軸の外周周りに等間隔で複数の羽根を有し、各羽根は前記回転軸の軸方向へ螺旋状に湾曲している請求項１に記載の蒸気改質装置。

【請求項3】

前記ケーシング内には前記回転翼体の中間位置に、蒸気流路を一時的に狭めて蒸気流を加速する絞り部を設けた請求項１又は２に記載の蒸気改質装置。

【請求項4】

前記絞り部を、板状の絞り部材の外周縁に周方向へ等間隔で形成したスリットによって構成した請求項３に記載の蒸気改質装置。

【請求項5】

前記回転翼体を一対設け、回転時に互いの近接する羽根が重なるように平行に配置した請求項１ないし４のいずれかに記載の蒸気改質装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は蒸気配管内に生じるドレイン（凝縮水）を再度蒸発させることによってスチームトラップの設置を不要とした蒸気改質装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

蒸気配管内の中心部より冷え易い外周部には搬送途中の温度低下に伴ってドレインが生じ、スチームハンマー等の不具合を生じる。そこで従来は特許文献１に示されるように蒸気配管の長手方向へ一定間隔でスチームトラップを設けて、この間に配管内に生じたドレインを排出している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開2021-21460

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、多数のスチームトラップの設置やこれに伴うドレイン回収配管の敷設等にスペースや手間、コストを要するという問題があった。

【0005】

そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、ドレイン回収の手間やスペース、コストを不要とした蒸気改質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】

【0006】

上記目的を達成するために、本第１発明では、蒸気を流通させる筒状のケーシング（１）内に、熱伝導性良好な材料よりなる回転翼体（２）をその回転軸（２１）を前記ケーシング（１）の軸線（Ｌｃ）に沿って位置させ、前記回転翼体（２）は流通する蒸気によって加熱されると同時に回転させられて、前記蒸気と共に前記ケーシング（１）内に流入したドレインを掻き上げて再び前記蒸気に混入させるとともに加熱し蒸発させて流出させる。

【0007】

本第１発明によれば、回転する回転翼体の羽根によってドレインが掻き上げられると同時に、加熱された羽根から熱を受けて再び蒸気となり、羽根間の蒸気流路を流通する蒸気に合流させられるから、従来のようなスチームトラップを設置する必要がなくなり、ドレイン回収配管の敷設等にスペースや手間、コストを要するという問題が解消される。

【0008】

本第２発明では、前記回転翼体（２）は回転軸（２１）の外周周りに等間隔で複数の羽根（２２）を有し、各羽根（２２）は前記回転軸（２１）の軸方向へ螺旋状に湾曲している。

【0009】

本第２発明によれば、回転軸の軸方向へ螺旋状に湾曲した羽根とすることによって、蒸気流に大きな抵抗を付与することなく回転翼体が効率的に回転させられる。

【0010】

本第３発明では、前記ケーシング（１）内には前記回転翼体（５）の中間位置に、蒸気流路を一時的に狭めて蒸気流を加速する絞り部（４２、１７１）を設ける。

【0011】

本第３発明によれば、流通する蒸気が絞り部を通過する際にその流速が上昇して後半の羽根間の蒸気流路へ流入する。これにより、回転翼体の全体の回転数が上昇させられてドレインが効果的に掻き上げられ、加熱された羽根から潜熱を受けて、より確実に蒸気に変態する。

【0012】

本第４発明では、前記絞り部を、板状の絞り部材（４）の外周縁に周方向へ等間隔で形成したスリット（４２）によって構成する。

【0013】

本第４発明によれば、絞り部を簡易に設けることができる。

【0014】

本第５発明では、前記回転翼体（２Ａ，２Ｂ）を一対設け、回転時に互いの近接する羽根（２２）が重なるように平行に配置する。

【0015】

本第５発明によれば、ドレインが一方の回転翼体によって掻き上げられた後、他方の回転翼体によってさらに掻き上げられてこの間に、加熱された各回転翼体の羽根から潜熱を受けてドレインがより確実に蒸気に変態させられる。

【0016】

上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を参考的に示すものである。

【発明の効果】

【0017】

本発明の蒸気改質装置によれば、ドレイン回収の手間やスペース、コストが不要となる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の第1実施形態における蒸気改質装置の全体縦断面図である。

【図2】回転翼体の側面図である。

【図3】回転翼体の端面図である。

【図4】一方の軸受け部材の正面図である。

【図5】他方の軸受け部材の背面図である。

【図6】本発明の第２実施形態における蒸気改質装置の全体縦断面図である。

【図7】絞り部材の正面図である。

【図8】回転翼体の側面図である。

【図9】本発明の第３実施形態における蒸気改質装置の全体縦断面図である。

【図10】本発明の第４実施形態における蒸気改質装置の全体縦断面図である。

【図11】回転翼体の断面図で、図１０のXI-XI線に沿うものである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

なお、以下に説明する実施形態はあくまで一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が行う種々の設計的改良も本発明の範囲に含まれる。

【0020】

(第１実施形態)
図１に蒸気改質装置の縦断面図を示す。図1において、蒸気改質装置のケーシング１は本実施形態ではアルミニウム製で、一端閉鎖の小径筒体１１と、これの開口に覆着された一端閉鎖の大径筒体１２で構成されている。そして、筒体１２の閉鎖端面に蒸気流入口１２１が形成されて、ここに蒸気配管ＳＰの上流側が連結され、一方、筒体１１の閉鎖端面には蒸気流出口１１１が形成されて、ここに蒸気配管ＳＰの下流側が連結される。したがって、ボイラーから至ったドレインを含んだ飽和蒸気はケーシング１の筒内を図１の左から右へ流通する。

【0021】

ケーシング１内には回転翼体２が収容されている。回転翼体２は本実施形態ではアルミニウム製で、その回転軸２１はケーシング１中心の軸線Ｌｃに沿って位置している。回転翼体２の側面図を図２に示し、端面図を図３に示す。回転翼体２はケーシング１の筒内空間を隙無く占める大きさに成形されており、その羽根２２は図３に示すように回転軸２１の周方向の６カ所に等間隔で形成されている。各羽根２２は軸方向へ螺旋状に湾曲しており、これら羽根２１の間に、同様に湾曲する蒸気流路２３が形成されている。なお、回転翼体の材料は熱伝導性良好なものであればアルミニウムに限られない。

【0022】

回転翼体２の回転軸２１はケーシング１内空間の一端と他端にそれぞれ配設された軸受け部材３１，３２に回転可能に支持されている。軸受け部材３１の正面図を図４に示す。軸受け部材３１は本実施形態では黄銅製の板体で、中心に回転軸２１の一端２１１が挿入支持される開口３１１が設けられており、外周部には周方向の６カ所に等間隔で歯型状のガイド突起３１２が形成されている。ガイド突起３１２間は蒸気流路３１３となっており、各ガイド突起３１２の側面は、流入する蒸気を回転翼体２の各蒸気流路２３に円滑に導くように傾斜している。

【0023】

軸受け部材３２の背面図を図５に示す。軸受け部材３２は黄銅製で、内周部は一端閉鎖の筒状に成形され、筒内には金属ボール３３が収容されて、筒内に挿入支持された回転軸２１の他端２１２に接している。軸受け部材３２の外周部には周方向の３カ所に突壁３２１が形成されて筒体１１の内周に当接支持されており、これら突壁３２間は蒸気流出口１１１へ至る蒸気流路３２２となっている。

【0024】

このような構造の蒸気改質装置を略水平姿勢で蒸気配管ＳＰ中に設置すると、飽和蒸気（例えば０．２Ｍｐａで１３０℃程度。以下単に蒸気という）が蒸気流入口１２１から軸受け部材３１の蒸気流路３１３を経て回転翼体２に至り、その蒸気流路２３を通過する間に羽根２２に作用して回転翼体２を回転させ、同時に回転翼体２を同程度の温度にまで加熱する。

【0025】

飽和蒸気と共に至ったドレインはケーシング１の下側内壁上に流入するが、これは、回転する回転翼体２の羽根２２によって上方へ掻き上げられると同時に、加熱された羽根２２から熱を受けて再び蒸気となり、羽根２２間の蒸気流路２３を流通する蒸気に合流させられる。回転翼体２は次々に流入する蒸気によって一端が加熱され続けるとともに、良好な熱伝導性によって下流側の他端に至るまで十分に昇温させられるから、羽根２２によって掻き上げられたドレインは下流へ向かう間に羽根２２から効率的に潜熱を受けて蒸気となる。

【0026】

回転翼体２の材質、その全体の長さ、羽根２２の厚み等を最適に選択することによって、蒸気改質装置内でドレインは確実に蒸気に変態するから、このような構造簡易な蒸気改質装置を蒸気配管ＳＰ中に適当間隔で設置することによって、従来のようなスチームトラップを設置する必要がなくなり、ドレイン回収配管の敷設等にスペースや手間、コストを要するという問題が解消される。

【0027】

（第２実施形態）
図６において、蒸気改質装置のケーシング１は、閉鎖端面に蒸気流入口１２１を設けた筒体１３と、閉鎖端面に蒸気流出口１１１を設けた筒体１４とを互いの開口縁で衝合して構成されている。本実施形態では筒体１３，１４の衝合部に板状の絞り部材４を設けて絞り部としてある。絞り部材４の正面図を図７に示す。絞り部材４には中心に後述する回転翼体５の回転軸５１を通す開口４１が設けられ、外周縁には周方向へ間隔をおいて多数の同形のスリット４２が形成されて、各スリット４２が蒸気流路となっている。

【0028】

ケーシング１内に配設される回転翼体５は図８に示すように、絞り部材４が位置する軸方向の中央を除いた前後位置にそれぞれ第１実施形態と同様の軸方向へ螺旋状に湾曲する羽根５２が形成されている。なお、軸受け部材の構造は第１実施形態と同一である。

【0029】

このような構造の蒸気改質装置において、ケーシング１内に流入した蒸気は前半の羽根５２間に形成された蒸気流路５３を経て絞り部材４のスリット４２を通過する際にその流速が上昇して後半の羽根５２間の蒸気流路５３へ流入する。これにより、回転翼体５の全体の回転数が上昇させられ、その結果、ケーシング１の下側内壁上に流入したドレインが効果的に掻き上げられ、加熱された羽根５２から潜熱を受けて、より確実に蒸気に変態する。

【0030】

（第３実施形態）
図９に示す蒸気改質装置では、両端の筒体１５，１６と共にケーシングを構成する中間筒体１７の中央部でその内壁を内方へ山形に膨出湾曲させて絞り部１７１としてある。他の構造は上記各実施形態と実質的に同様で、同一部分には同一符号を付してある。

【0031】

このような構造の蒸気改質装置において、ケーシング１内に流入した蒸気は前半の羽根５２間の蒸気流路５３（図８参照）を経て絞り部１７１を通過する際にその流速が上昇して後半の羽根５２間の蒸気流路５３へ流入する。これにより、回転翼体５の全体の回転数が上昇させられ、その結果、ケーシング１の下側内壁上に流入したドレインが効果的に掻き上げられて加熱された羽根５２から潜熱を受けて、より確実に蒸気に変態する。

【0032】

（第４実施形態）
図１０において、蒸気改質装置のケーシング１内には上下二段に回転翼体２Ａ,２Ｂが設けられており、各回転翼体２Ａ,２Ｂの回転軸２１Ａ,２１Ｂは、蒸気流入口１２１と蒸気流出口１１１を設けた両端の端壁１８，１９にそれぞれ回転可能に支持されている。上下の回転翼体２Ａ，２Ｂの羽根２２は上記各実施形態と同様に軸方向へ螺旋状に湾曲するとともに、図１１に示すように、互いに近接して重なるように位置させられている。

【0033】

このような構造によれば、ケーシング１の下側内壁上に流入したドレインが下側回転翼体２Ｂによって上方へ掻き上げられた後、上側回転翼体２Ａによってさらに上方へ掻き上げられてこの間に、加熱された各回転翼体２Ａ，２Ｂの羽根２２から潜熱を受けてより確実に蒸気に変態させられる。

【0034】

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態では蒸気改質装置のケーシング１を略水平姿勢とした場合について説明したが、ケーシング１は必ずしも略水平姿勢に置く必要はない。また、回転翼体２の羽根２２は必ずしも軸方向へ螺旋状に湾曲したものとする必要はない。

【符号の説明】

【0035】

１…ケーシング、１７１…絞り部、２，２Ａ，２Ｂ…回転翼体、２１…回転軸、２２，５２…羽根、４…絞り部材、４２…スリット（絞り部）、５…回転翼体、Ｌｃ…軸線。

【要約】

【課題】ドレイン回収の手間やスペース、コストを不要とした蒸気改質装置を提供する。
【解決手段】蒸気を流通させる筒状のケーシング１内に、熱伝導性良好な材料よりなる回転翼体２をその回転軸２１をケーシング１の軸線Ｌｃに沿って位置させ、回転翼体２は流通する蒸気によって加熱されると同時に回転させられて、蒸気と共にケーシング１内に流入したドレインを掻き上げて再び上記蒸気に混入させるとともに加熱し蒸発させて流出させる。
【選択図】 図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】