特許 7168824 熱回収システム

(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】2022-10-31

(45)【発行日】2022-11-09

(54)【発明の名称】熱回収システム

(51)【国際特許分類】

   F22B 37/26 20060101AFI20221101BHJP

   F22D 11/06 20060101ALI20221101BHJP

【ＦＩ】

F22B37/26 C

F22D11/06 A

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2022556543

(86)(22)【出願日】2022-03-16

(86)【国際出願番号】 JP2022012002

【審査請求日】2022-09-20

(31)【優先権主張番号】P 2021089828

(32)【優先日】2021-05-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(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】杉江 悠一

【審査官】豊島 ひろみ

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－８７０４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２０２３４９９８８（ＣＮ，Ｕ）

【文献】特開２０１０－２５４７４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１１８３０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－５５９６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１７６７８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／０５６４８１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２２Ｂ ３７／２６

Ｆ２２Ｄ １１／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

蒸気使用機器で発生したドレンが貯留されるヘッダタンクと、
前記ドレンのフラッシュ蒸気が対象物と熱交換する熱交換器と、
前記蒸気使用機器から前記ドレンおよびフラッシュ蒸気を回収する回収管を有し、前記回収管の前記ドレンおよびフラッシュ蒸気のそれぞれを分離して前記ヘッダタンクおよび前記熱交換器に流入させる気液分離部とを備え、
前記気液分離部は、前記回収管の端部から鉛直上方へ延びて前記熱交換器に接続される前記フラッシュ蒸気のガス管と、前記端部から鉛直下方へＵ字状に屈曲して前記ヘッダタンクに接続される前記ドレンの液管とを有し、
前記液管は、前記端部から鉛直下方へ延びる第１管と、前記第１管に接続され、前記Ｕ字状の底部を形成する第２管と、前記第２管から鉛直上方へ延びる第３管とを有し、
前記第１管および前記第３管の高さは、前記熱交換器における圧力損失によって前記第１管と前記第３管との間で生じる水頭差を確保可能な値に設定されている
ことを特徴とする熱回収システム。

【請求項2】

請求項１に記載の熱回収システムにおいて、
前記熱交換器で前記フラッシュ蒸気が対象物と熱交換して凝縮したドレンを前記ヘッダタンクに流入させる
ことを特徴とする熱回収システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の技術は、熱回収システムに関する。

【背景技術】

【0002】

熱回収システムとして、例えば特許文献１に開示されているように、蒸気使用機器において蒸気が凝縮して発生したドレンをヘッダタンクに回収するドレン回収装置が知られている。このドレン回収装置では、ヘッダタンクのドレンが利用側へ供給されて利用されることでドレンの熱が回収される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２０１６／０５６４８１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、前述したようなドレン回収装置では、エネルギ効率の観点から、ドレンだけでなくドレンのフラッシュ蒸気（湯気等）も併せて回収したいという要望がある。その場合、フラッシュ蒸気の熱回収用の熱交換器を設置し、ドレンはヘッダタンクに流入させ、フラッシュ蒸気は熱交換器に流入させることが考えられる。しかしながら、一般に、熱交換器はヘッダタンクよりも圧力損失が大きいため、フラッシュ蒸気はドレンと共にヘッダタンクに流入してしまう。そうすると、フラッシュ蒸気の熱回収が困難となるだけでなく、ドレンの回収量も減少してしまう。

【0005】

本開示の技術は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ドレンおよびフラッシュ蒸気を分離して熱回収することができる熱回収システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の熱回収システムは、ヘッダタンクと、熱交換器と、気液分離部とを備えている。前記ヘッダタンクは、蒸気使用機器で発生したドレンが貯留される。前記熱交換器では、前記ドレンのフラッシュ蒸気が対象物と熱交換する。前記気液分離部は、前記蒸気使用機器から前記ドレンおよびフラッシュ蒸気を回収する回収管を有し、前記回収管の前記ドレンおよびフラッシュ蒸気のそれぞれを分離して前記ヘッダタンクおよび前記熱交換器に流入させる。そして、前記気液分離部は、前記回収管の端部から鉛直上方へ延びて前記熱交換器に接続される前記フラッシュ蒸気のガス管と、前記端部から鉛直下方へＵ字状に屈曲して前記ヘッダタンクに接続される前記ドレンの液管とを有している。

【発明の効果】

【0007】

本開示の熱回収システムによれば、ドレンおよびフラッシュ蒸気を分離して熱回収することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、熱回収システムの概略構成を示す配管系統図である。

【図2】図２は、液体圧送装置の概略構成を示す断面図である。

【図3】図３は、気液分離部の概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

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。

【0010】

本実施形態の熱回収システム１００は、蒸気使用機器において蒸気が凝縮して発生したドレンおよびそのドレンのフラッシュ蒸気（湯気等）を回収する。つまり、熱回収システム１００は、高温ドレンの熱およびフラッシュ蒸気の熱を回収する。

【0011】

図１に示すように、熱回収システム１００は、気液分離部１と、ヘッダタンク２と、熱交換器４と、液体圧送装置５とを備えている。

【0012】

気液分離部１は、蒸気使用機器（図示省略）からドレンおよびフラッシュ蒸気を回収する回収管１０を有し、回収管１０のドレンおよびフラッシュ蒸気のそれぞれを分離してヘッダタンク２および熱交換器４に流入させる。具体的に、気液分離部１は、回収管１０と、液管１１と、ガス管１２とを有している。

【0013】

回収管１０には、蒸気使用機器で発生したドレンおよびそのフラッシュ蒸気が流入してくる。液管１１およびガス管１２は、回収管１０が２つに分岐した分岐管である。回収管１０に流入したドレンおよびフラッシュ蒸気のうち、ドレンは液管１１に流入し、フラッシュ蒸気はガス管１２に流入する。ガス管１２は、回収管１０の端部から鉛直上方へ向かって延びる直管である。ガス管１２は、熱交換器４に接続されており、フラッシュ蒸気を熱交換器４に流入させる。液管１１は、回収管１０の端部から下方へ向かって延びている。液管１１は、ヘッダタンク２に接続されており、ドレンをヘッダタンク２に流入させる。気液分離部１の詳細については後述する。

【0014】

ヘッダタンク２は、蒸気使用機器で発生したドレンが流入して貯留される水封式のヘッダタンクである。具体的に、ヘッダタンク２は、容器状のタンク本体２１と、オーバーフロー管２４とを有している。

【0015】

タンク本体２１は、内部空間が、ドレンの液相部２２と蒸気の気相部２３とに分かれている。タンク本体２１には、液管１１、流出管１３および流入管１６ａが接続されている。液管１１は、気相部２３に開口している。流出管１３は、タンク本体２１の頂部に接続され、気相部２３に開口している。流入管１６ａは、液相部２２に開口している。タンク本体２１では、液管１１からドレンが流入して貯留される。また、タンク本体２１では、熱交換器４からのドレンが流出管１３を介して流入し貯留される。また、タンク本体２１では、液相部２２のドレンが流入管１６ａを介して液体圧送装置５に流入する。オーバーフロー管２４は、流入端である一端が液相部２２に開口し、流出端である他端がタンク本体２１の上部の側壁を貫通して大気に開口している。

【0016】

タンク本体２１の内部空間は、水封トラップ３の水封によって密閉されている。具体的に、水封トラップ３は、接続管１５ａおよび流出管１５ｂによってタンク本体２１と接続されている。接続管１５ａは、流入端である一端がタンク本体２１の気相部２３に開口し、流出端である他端が水封トラップ３の封水に開口している。つまり、接続管１５ａの他端は水封されている。流出管１５ｂは、流入端である一端が水封トラップ３に接続され、流出端である他端がタンク本体２１の液相部２２に開口している。水封トラップ３は、通常時は、タンク本体２１の蒸気が漏れ出ることを水封によって阻止する一方、タンク本体２１が異常高圧となる非常時には、水封が破られてタンク本体２１の蒸気を大気に逃がす。また、水封トラップ３では、蒸気の凝縮によって発生した余剰のドレンは流出管１５ｂを介してタンク本体２１に流入して貯留される。

【0017】

熱交換器４は、内部流路である第１流路４１および第２流路４２を有している。第１流路４１は、蒸気使用機器からヘッダタンク２に流入するドレンのフラッシュ蒸気を流入させて第２流路４２の対象物（例えば、水）と熱交換させる熱交換流路である。より詳しくは、第１流路４１の流入端にはガス管１２が接続され、第１流路４１の流出端には流出管１３が接続されている。第２流路４２には、水を供給する流入管１４ａと、第２流路４２から水が流出する流出管１４ｂとが接続されている。熱交換器４では、第１流路４１のフラッシュ蒸気が第２流路４２の水と熱交換し、水が加熱される。フラッシュ蒸気は、凝縮してドレンとなる。こうして、フラッシュ蒸気の熱回収が行われる。

【0018】

また、熱回収システム１００は、熱交換器４でフラッシュ蒸気が対象物と熱交換して凝縮したドレンをヘッダタンク２に流入させる。つまり、第１流路４１で発生したドレンは、流出管１３を介してヘッダタンク２に流入する。そのため、フラッシュ蒸気が凝縮して発生したドレンの熱回収も行うことができる。

【0019】

液体圧送装置５は、ヘッダタンク２に貯留されているドレンを利用箇所へ供給するポンプである。液体圧送装置５は、ヘッダタンク２のドレンを貯留室５１に流入させる流入動作と、貯留室５１のドレンを利用箇所へ圧送する圧送動作とを交互に行う。図２に示すように、液体圧送装置５は、密閉容器であるケーシング５０と、給気弁５６および排気弁５７と、弁作動機構５８とを備えている。

【0020】

ケーシング５０は、本体部５０ａと蓋部５０ｂとがボルトによって結合され、内部にドレンの貯留室５１が形成されている。蓋部５０ｂには、ドレンが流入する流入口５２と、ドレンが圧送される圧送口５３と、作動気体が供給される給気口５４と、作動気体が排出される排気口５５とが設けられている。これら流入口５２等は何れも、蓋部５０ｂに設けられており、貯留室５１と連通している。流入口５２には流入管１６ａが接続され、圧送口５３には圧送管１６ｂが接続され、給気口５４には給気管１６ｃが接続され、排気口５５には排気管１６ｄが接続されている。給気管１６ｃは、蒸気システム内の例えばボイラで生成された高温高圧の蒸気を給気口５４に供給する。排気管１６ｄは、流出管１３に接続されている。圧送管１６ｂは、圧送口５３からのドレンを所定の利用箇所へ供給する。これにより、ヘッダタンク２に貯留された高温ドレンの熱が回収される。

【0021】

給気弁５６は、給気口５４に設けられており、給気口５４を開閉する。排気弁５７は、排気口５５に設けられており、排気口５５を開閉する。排気弁５７の下部には、弁操作棒５７ａが連結されている。弁操作棒５７ａには、給気弁５６の下方領域まで延びる連設板５７ｂが取り付けられている。この構成によれば、弁操作棒５７ａが上昇すると、給気弁５６が給気口５４を開放する一方、排気弁５７が排気口５５を閉鎖する。弁操作棒５７ａが下降すると、給気弁５６が給気口５４を閉鎖する一方、排気弁５７が排気口５５を開放する。

【0022】

弁作動機構５８は、ケーシング５０内に設けられ、弁操作棒５７ａを上下動させて給気弁５６および排気弁５７を作動させる。弁作動機構５８は、フロート５８１およびスナップ機構５９を有する。

【0023】

フロート５８１は、球形に形成され、レバー５８２が取り付けられている。レバー５８２は、ブラケット５８４に設けられた軸５８３に回転可能に支持されている。レバー５８２には、フロート５８１側とは反対側の端部に軸５８５が設けられている。スナップ機構５９は、フロートアーム５９１、副アーム５９２、コイルバネ５９３、２つの受け部材５９４ａ，５９４ｂを有する。フロートアーム５９１の一端部は、ブラケット５９７に設けられた軸５９６に回転可能に支持されている。フロートアーム５９１の他端部は、溝５９１ａが形成されており、その溝５９１ａにレバー５８２の軸５８５が嵌っている。この構成により、フロートアーム５９１はフロート５８１の浮き沈みに伴い軸５９６を中心として揺動する。

【0024】

また、フロートアーム５９１には軸５９５ａが設けられている。副アーム５９２は、上端部が軸５９６に回転可能に支持され、下端部に軸５９５ｂが設けられている。受け部材５９４ａはフロートアーム５９１の軸５９５ａに回転可能に支持され、受け部材５９４ｂは副アーム５９２の軸５９５ｂに回転可能に支持されている。両受け部材５９４ａ，５９４ｂの間には、圧縮状態のコイルバネ５９３が取り付けられている。また、副アーム５９２には軸５９８が設けられ、その軸５９８に弁操作棒５７ａの下端部が連結されている。

【0025】

液体圧送装置５では、貯留室５１にドレンが溜まっていない場合、フロート５８１は貯留室５１の底部に位置する。この状態において、弁操作棒５７ａは下降しており、給気弁５６は閉弁し排気弁５７は開弁している。そして、ドレンが流入口５２から流入し貯留室５１に溜まっていくに従って、フロート５８１が浮上する。一方、貯留室５１では、ドレンが溜まっていくにつれて蒸気が排気口５５から排気管１６ｄに排出される。排気管１６ｄに排出された蒸気は、流出管１３を介してヘッダタンク２に流入する。こうして、流入動作が行われる。つまり、流入動作では、ヘッダタンク２と液体圧送装置５との間で気液置換（即ち、ヘッダタンク２のドレンと液体圧送装置５の蒸気との置換）が行われる。そして、貯留室５１におけるドレンの水位が所定高水位に達すると、スナップ機構５９によって弁操作棒５７ａが上昇する。これにより、給気弁５６が開弁すると共に排気弁５７が閉弁する。

【0026】

給気弁５６が開弁すると、作動気体（高圧蒸気）が給気口５４から供給されて貯留室５１の上部（ドレンの上方空間）に導入される。そうすると、貯留室５１に溜まっているドレンは、導入された蒸気の圧力によって下方へ押されて圧送口５３から圧送される。こうして、圧送動作が行われる。この圧送動作によって貯留室５１のドレン水位が低下すると、フロート５８１が下降する。そして、貯留室５１におけるドレンの水位が所定低水位に達すると、スナップ機構５９によって弁操作棒５７ａが下降する。これにより、給気弁５６が閉弁すると共に排気弁５７が開弁する。こうして、流入動作と圧送動作とが交互に行われる。

【0027】

次に、気液分離部１の詳細について図３も参照しながら説明する。液管１１は、回収管１０の端部から鉛直下方へＵ字状に屈曲する、いわゆるＵ字管である。具体的に、液管１１は、第１管１１ａ、第２管１１ｂ、第３管１１ｃおよび第４管１１ｄを有している。

【0028】

第１管１１ａは、回収管１０の端部から鉛直下方へ延びる直管である。第２管１１ｂは、第１管１１ａの下端に接続され、Ｕ字状の底部を形成する管である。より詳しくは、第２管１１ｂは、第１管１１ａの下端から水平方向に延びる直管である。第３管１１ｃは、第２管１１ｂの端部から鉛直上方へ延びる直管である。つまり、第１管１１ａおよび第３管１１ｃは、互いに鉛直方向へ平行に延びている。第４管１１ｄは、第３管１１ｃの上端から水平方向に延びる直管である。第４管１１ｄは、ヘッダタンク２（より詳しくは、タンク本体２１）の側部に接続されている。

【0029】

そして、液管１１では、第１管１１ａおよび第３管１１ｃの高さが、熱交換器４における圧力損失によって第１管１１ａと第３管１１ｃとの間で生じる水頭差Ｈを確保可能な値に設定されている。

【0030】

具体的に、液管１１では、第１管１１ａ、第２管１１ｂおよび第３管１１ｃにドレンが滞留し、その滞留ドレンによって水封される。この液管１１の水封によって、フラッシュ蒸気が液管１１を介してヘッダタンク２に流入することが抑制される。

【0031】

より詳しくは、第３管１１ｃでは、ドレンが上端まで滞留する一方、第１管１１ａでは、ドレンの水頭が第３管１１ｃのドレンの水頭よりも低い。つまり、第１管１１ａと第３管１１ｃとでは、ドレンの水頭差Ｈが生じる。この水頭差Ｈは、熱交換器４における圧力損失によって生じる。こうして水頭差Ｈが生じることにより、熱交換器４の圧力損失が相殺される。第１管１１ａおよび第３管１１ｃは、熱交換器４の圧力損失に相当する水頭差Ｈを確保し得る十分な高さに設定されている。そのため、熱交換器４の圧力損失を確実に相殺することができる。これにより、ガス管１２から熱交換器４にフラッシュ蒸気を容易に流入させることができる。

【0032】

以上のように、前記実施形態の熱回収システム１００は、ヘッダタンク２と、熱交換器４と、気液分離部１とを備えている。ヘッダタンク２は、蒸気使用機器で発生したドレンが貯留される。熱交換器４では、ドレンのフラッシュ蒸気が対象物と熱交換する。気液分離部１は、蒸気使用機器からドレンおよびフラッシュ蒸気を回収する回収管１０を有し、回収管１０のドレンおよびフラッシュ蒸気のそれぞれを分離してヘッダタンク２および熱交換器４に流入させる。そして、気液分離部１は、回収管１０の端部から鉛直上方へ延びて熱交換器４に接続されるフラッシュ蒸気のガス管１２と、回収管１０の端部から鉛直下方へＵ字状に屈曲してヘッダタンク２に接続されるドレンの液管１１とを有している。

【0033】

前記の構成によれば、気液分離部１で分離されたドレンは液管１１を介してヘッダタンク２に流入し、フラッシュ蒸気はガス管１２を介して熱交換器４に流入する。ヘッダタンク２のドレンは利用側に送られることで、ドレンの熱回収が行われる。フラッシュ蒸気は熱交換器４で対象物と熱交換して対象物を加熱することにより、フラッシュ蒸気の熱回収が行われる。そして、液管１１は、Ｕ字状に屈曲しているため、ドレンが滞留して水封される。この液管１１の水封によって、フラッシュ蒸気が液管１１を介してヘッダタンク２に流入することを抑制することができる。したがって、ドレンおよびフラッシュ蒸気を分離して熱回収することができる。

【0034】

また、前記実施形態の熱回収システム１００において、液管１１は、回収管１０の端部から鉛直下方へ延びる第１管１１ａと、第１管１１ａに接続され、Ｕ字状の底部を形成する第２管１１ｂと、第２管１１ｂから鉛直上方へ延びる第３管１１ｃとを有している。第１管１１ａおよび第３管１１ｃの高さは、熱交換器４における圧力損失によって第１管１１ａと第３管１１ｃとの間で生じる水頭差Ｈを確保可能な値に設定されている。

【0035】

前記の構成によれば、熱交換器４において圧力損失が生じるとしても、その圧力損失を確実に相殺することができる。そのため、ガス管１２から熱交換器４にフラッシュ蒸気を容易に流入させることができる。したがって、ドレンおよびフラッシュ蒸気をより確実に分離して熱回収することができる。

【0036】

また、前記実施形態の熱回収システム１００は、熱交換器４でフラッシュ蒸気が対象物と熱交換して凝縮したドレンをヘッダタンク２に流入させる。

【0037】

前記の構成によれば、熱交換器４でフラッシュ蒸気が凝縮して発生したドレンの熱回収も行うことができる。

【産業上の利用可能性】

【0038】

以上説明したように、本開示の技術は、熱回収システムについて有用である。

【符号の説明】

【0039】

１００ 熱回収システム
１ 気液分離部
２ ヘッダタンク
４ 熱交換器
１０ 回収管
１１ 液管
１１ａ 第１管
１１ｂ 第２管
１１ｃ 第３管
１２ ガス管
Ｈ 水頭差

【要約】

熱回収システム（１００）は、蒸気使用機器で発生したドレンが貯留されるヘッダタンク（２）と、ドレンのフラッシュ蒸気が対象物と熱交換する熱交換器（４）と、蒸気使用機器からドレンおよびフラッシュ蒸気を回収する回収管（１０）を有し、回収管（１０）のドレンおよびフラッシュ蒸気のそれぞれを分離してヘッダタンク（２）および熱交換器（４）に流入させる気液分離部（１）とを備える。気液分離部（１）は、回収管（１０）の端部から鉛直上方へ延びて熱交換器（４）に接続されるフラッシュ蒸気のガス管（１２）と、回収管（１０）の端部から鉛直下方へＵ字状に屈曲してヘッダタンク（２）に接続されるドレンの液管（１１）とを有している。

【図1】

【図2】

【図3】