特許 7360685 ドレン回収システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-04

(45)【発行日】2023-10-13

(54)【発明の名称】ドレン回収システム

(51)【国際特許分類】

   F22D 1/18 20060101AFI20231005BHJP

   F22D 1/32 20060101ALI20231005BHJP

   F22B 37/26 20060101ALI20231005BHJP

【ＦＩ】

F22D1/18

F22D1/32 Z

F22B37/26 A

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019080375

(22)【出願日】2019-04-19

(65)【公開番号】P2020176789

(43)【公開日】2020-10-29

【審査請求日】2022-02-21

(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】100131200

【弁理士】

【氏名又は名称】河部 大輔

(72)【発明者】

【氏名】中野 広

【審査官】渡邉 聡

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－０８７０４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－１１９９１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－０２７３０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－１１０３０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－３４７３０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２０５００６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－３４０２０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－００２３８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭０７－０２７３０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２２Ｄ １／１８

Ｆ２２Ｄ １／３２

Ｆ２２Ｂ ３７／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ドレンを貯留するドレンタンクと、
ボイラへ供給するための水を貯留する給水タンクと、
前記給水タンクの水を圧送する給水ポンプと、
前記ドレンタンクで発生したフラッシュ蒸気と前記給水ポンプで加圧後の水との間で熱交換を行う熱交換器と、
前記ドレンタンクのドレンを、前記給水タンクを介することなく、ボイラへ圧送するエゼクタポンプとを備えているドレン回収システム。

【請求項2】

請求項１に記載のドレン回収システムにおいて、
前記熱交換器へ流入する前のフラッシュ蒸気からドレンを分離する気液分離器をさらに備えているドレン回収システム。

【請求項3】

請求項１又は２に記載のドレン回収システムにおいて、
前記ドレンタンクの圧力に応じて前記ドレンタンクから流出するフラッシュ蒸気の流量を調節する弁をさらに備えているドレン回収システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

ここに開示された技術は、ドレン回収システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、ドレンタンクを備えたドレン回収システムにおいて、ドレンタンクで発生したフラッシュ蒸気（再蒸発蒸気）を活用する技術が知られている。例えば、特許文献１には、フラッシュタンク、即ち、ドレンタンクで発生したフラッシュ蒸気を空気加熱器で利用するドレン回収システムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０００－３５６３０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このようにドレンタンクで発生したフラッシュ蒸気を活用する取り組みはよく行われている。フラッシュ蒸気を活用する単純な方法の１つは、ボイラへ給水するための給水タンクにフラッシュ蒸気を流入させることである。給水タンクの水によってフラッシュ蒸気の熱を回収すると共に、フラッシュ蒸気を凝縮させる。

【0005】

しかしながら、給水タンクの水によってフラッシュ蒸気の熱を回収する場合、フラッシュ蒸気の流入量が多すぎると、給水タンクの水が沸騰し、結果として、熱が散逸する虞がある。さらには、給水タンクの水が高温になり過ぎると、給水タンクの水をボイラへ供給するための給水ポンプにおいてキャビテーションが発生する虞がある。

【0006】

ここに開示された技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、より多くのフラッシュ蒸気の熱を回収しつつ、給水ポンプでのキャビテーションの発生を抑制することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

ここに開示されたドレン回収システムは、ドレンを貯留するドレンタンクと、ボイラへ供給するための水を貯留する給水タンクと、前記給水タンクの水を圧送する給水ポンプと、前記ドレンタンクで発生したフラッシュ蒸気と前記給水ポンプで加圧後の水との間で熱交換を行う熱交換器とを備えている。

【発明の効果】

【0008】

前記ドレン回収システムによれば、より多くのフラッシュ蒸気の熱を回収しつつ、給水ポンプでのキャビテーションの発生を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、ドレン回収システムの概略的な配管図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、ドレン回収システム１００の概略的な配管図である。

【0011】

ドレン回収システム１００は、ドレンを貯留するドレンタンク１と、ボイラ９へ供給するための水を貯留する給水タンク２と、給水タンク２の水を圧送する給水ポンプ３と、ドレンタンク１で発生したフラッシュ蒸気と給水ポンプ３で加圧後の水との間で熱交換を行う熱交換器４とを備えている。ドレン回収システム１００は、熱交換器４へ流入する前のフラッシュ蒸気からドレンを分離する気液分離器５をさらに備えていてもよい。ドレン回収システム１００は、ドレンタンク１の圧力に応じてドレンタンク１から流出するフラッシュ蒸気の流量を調節する調節弁６をさらに備えていてもよい。以下、フラッシュ蒸気を単に「蒸気」とも称する。また、「上流」とは流体の流れ方向における上流を意味し、「下流」とは流体の流れ方向における下流を意味する。

【0012】

ドレンタンク１には、蒸気使用機器等で発生したドレンがドレン管８０を介して流入する。ドレンタンク１は、比較的高温高圧（例えば、１００℃より高温で且つ大気圧より高圧）のドレンを貯留する。ドレンタンク１内の圧力は、ドレン管８０を介して流入するドレンに比べて低圧に設定されている。そのため、ドレンタンク１内では、ドレン管８０を介して流入してくるドレンが再蒸発して、フラッシュ蒸気となる。ドレンタンク１内には、ドレンとフラッシュ蒸気とが貯留されている。ドレンタンク１には、ドレンタンク１内の圧力を検出する圧力センサ１１が設けられている。

【0013】

ドレンタンク１の比較的下部には、ドレンタンク１のドレンを流出させるドレン管８１が接続されている。ドレン管８１の下流端は、エゼクタポンプ７に接続されている。ドレンタンク１の比較的上部には、ドレンタンク１のフラッシュ蒸気を流出させる蒸気管８３が接続されている。蒸気管８３の下流端は、熱交換器４に接続されている。

【0014】

エゼクタポンプ７は、エゼクタ７１と、ポンプ７２と、エゼクタ７１とポンプ７２との間でドレンを循環させる循環配管７３とを有している。ポンプ７２によって圧送されるドレンは、循環配管７３を介してエゼクタ７１のノズルに流入する。エゼクタ７１のノズルから吐出されるドレンは、エゼクタ７１のディフューザから排出され、循環配管７３を介してポンプ７２へ流入する。ドレン管８１は、エゼクタ７１の吸引口に接続されている。エゼクタ７１のノズルからのドレンの吐出により発生する吸引力によって、ドレン管８１を介してドレンタンク１のドレンがエゼクタ７１に吸引される。

【0015】

循環配管７３からは、ドレン管８２が分岐している。ドレン管８２の下流端は、ボイラ９に接続されている。循環配管７３を流通するドレンの一部は、ドレン管８２へ流出し、ドレン管８２を介してボイラ９へ流入する。ドレン管８２には、ドレン管８２を流通するドレンの圧力を調整する調整弁８２ａと、ドレンの逆流を防止する逆止弁８２ｂとが設けられている。逆止弁８２ｂは、調整弁８２ａの下流側に設けられている。調整弁８２ａは、ドレンを所定の圧力（例えば、ボイラ９に要求される流入圧力）に調整する。調整弁８２ａによって圧力が調整されたドレンがボイラ９へ流入する。

【0016】

一方、蒸気管８３には、蒸気管８３を流通する蒸気の流量を調節する調節弁６と、蒸気管８３を流通する蒸気からドレンを分離させる気液分離器５とが設けられている。気液分離器５は、調節弁６の下流側に設けられている。

【0017】

調節弁６は、ドレンタンク１の圧力に応じてドレンタンク１から流出するフラッシュ蒸気の流量を調節する。詳しくは、制御部６１に、圧力センサ１１の検出結果が入力される。制御部６１は、圧力センサ１１の検出結果に基づいて、調節弁６の開度を制御する指令を調節弁６に出力する。例えば、ドレンタンク１の圧力が所定の圧力閾値未満の場合には、調節弁６は全閉となり、ドレンタンク１からのフラッシュ蒸気の流出を停止する。一方、ドレンタンク１の圧力が圧力閾値以上の場合には、調節弁６が開き、ドレンタンク１からフラッシュ蒸気を流出させる。圧力閾値は、エゼクタポンプ７を適切に作動させるために要求される圧力又は、該圧力よりも少し高い圧力に設定され得る。ドレンタンク１の圧力が圧力閾値以上の場合の調節弁６の開度は、様々に設定され得る。例えば、調節弁６の開度は、一定の開度に維持されてもよい。あるいは、調節弁６の開度は、ドレンタンク１の圧力が高くなるのに従って、連続的又は段階的に大きく調節されてもよい。

【0018】

気液分離器５は、流入する蒸気からドレンを分離させる。気液分離器５には、分離させたドレンを排出するためのドレン管８８が接続されている。ドレン管８８の下流端は、給水タンク２に接続されている。気液分離器５は、ドレンを分離させた蒸気を蒸気管８３へ流出させる一方、分離させたドレンをドレン管８８へ流出させる。気液分離器５を通過し、蒸気管８３を流通する蒸気は、熱交換器４へ流入する。気液分離器５から排出されるドレンは、ドレン管８８を介して給水タンク２へ流入する。

【0019】

尚、蒸気管８３のうち調節弁６の上流側の部分には、バイパス管８７が接続されている。バイパス管８７の下流端は、給水タンク２に接続されている。バイパス管８７には、バイパス管８７の開通及び遮断を切り替える安全弁８７ａが設けられている。安全弁８７ａは、通常時は全閉となっている。調節弁６よりも下流側において不具合が発生して、ドレンタンク１からの蒸気の流出が困難となった場合に、安全弁８７ａが開かれる。これにより、バイパス管８７が開通し、蒸気管８３を流通する蒸気がバイパス管８７を介して給水タンク２へ流入する。

【0020】

給水タンク２は、ボイラ９へ供給される水を貯留している。給水タンク２は、大気圧に解放されている。ただし、給水タンク２は、大気圧以外の所定の圧力に維持されていてもよい。給水タンク２には、貯留された水が流出する給水管８５が接続されている。給水管８５の下流端は、熱交換器４に接続されている。給水管８５には、給水ポンプ３が設けられている。例えば、給水ポンプ３は、電動ポンプである。給水ポンプ３は、非容積式のポンプであり得る。給水タンク２の水は、給水ポンプ３によって加圧され、給水管８５を介して熱交換器４へ送られる。

【0021】

熱交換器４は、蒸気管８３からの蒸気と給水管８５からの水との間で熱交換を行わせる。蒸気管８３から流入する蒸気は、熱交換器４の第１流路４１を流通する。給水管８５から流入する水は、熱交換器４の第２流路４２を流通する。蒸気管８３からの蒸気及び給水管８５からの水は、それぞれ第１流路４１及び第２流路４２を流通する間に熱交換を行う。

【0022】

第１流路４１を流通する蒸気の少なくとも一部は、冷却されてドレンとなり、熱交換器４からドレン管８４へ流出する。ドレン管８４の下流端は、給水タンク２へ接続されている。ドレン管８４には、ドレンの通過を許容し、蒸気の通過を阻止するドレントラップ８４ａが設けられている。熱交換器４からドレン管８４へ流出したドレンは、ドレン管８４を流通して給水タンク２へ流入する。このとき、ドレンに蒸気が含まれる場合には、ドレントラップ８４ａによってドレンの通過が阻止され、ドレンだけがドレントラップ８４ａを通過して給水タンク２へ流入する。

【0023】

第２流路４２を流通する水は、加熱された後、熱交換器４から給水管８６へ流出する。給水管８６の下流端は、ドレン管８２のうち逆止弁８２ｂよりも下流側の部分に合流している。給水管８６には、水の逆流を防止する逆止弁８６ａが設けられている。熱交換器４から給水管８６へ流出した水は、給水管８６を流通してドレン管８２へ合流し、ドレン管８２を流通する水と共にボイラ９へ供給される。

【0024】

続いて、ドレン回収システム１００の動作について説明する。

【0025】

ドレンタンク１には、ドレン管８０を介して高温高圧のドレンが流入する。ドレンタンク１内の圧力は流入するドレンに比べて低圧となっているので、ドレンタンク１に流入したドレンの一部は再蒸発してフラッシュ蒸気となる。ドレンタンク１の比較的下部にドレンが貯留され、ドレンタンク１の比較的上部に蒸気が滞留する。

【0026】

エゼクタポンプ７においては、ポンプ７２の作動により循環配管７３をドレンが循環すると共にエゼクタ７１に吸引力が発生する。ドレンタンク１に貯留されたドレンは、エゼクタポンプ７によって吸引され、ドレン管８１を介して循環配管７３へ流入する。

【0027】

循環配管７３を流通するドレンの一部は、ドレン管８２へ流出する。ドレン管８２へ流入したドレンは、調整弁８２ａによって所定の圧力に調整され、ボイラ９へ流入する。

【0028】

一方、ドレンタンク１に貯留された蒸気は、蒸気管８３へ流出する。蒸気管８３を流通する蒸気の一部は、蒸気管８３を流通する間に凝縮してドレンとなる場合がある。そのような場合でも、ドレン混じりの蒸気が気液分離器５を通過することによって、蒸気からドレンが分離され、乾いた蒸気が熱交換器４へ流入する。熱交換器４には、給水タンク２の水が給水ポンプ３によって加圧されて流入している。熱交換器４においては、給水タンク２からの水が蒸気によって加熱される。蒸気は、水を加熱した後、凝縮してドレンとなり、ドレン管８４を介して給水タンク２へ流入する。蒸気によって加熱された水は、給水管８６を介してドレン管８２へ合流し、ドレン管８２を流通するドレンと共にボイラ９へ供給される。

【0029】

このように、ドレンタンク１のフラッシュ蒸気は、給水タンク２からボイラ９へ供給される水であって給水ポンプ３によって加圧後の水を加熱する。これにより、より多くのフラッシュ蒸気の熱を回収しつつ、給水ポンプ３でのキャビテーションの発生を抑制することができる。

【0030】

詳しくは、給水ポンプ３による加圧後の水の飽和温度は、加圧前の水の飽和温度に比べて高い。そのため、加圧後の水を蒸気で加熱することによって、加圧前の水を蒸気で加熱する場合に比べて、水をより高温まで加熱することができる。すなわち、より多くの蒸気の熱を水に加えることができる。一方、加圧前の水を加熱すると、比較的高温の水が給水ポンプ３に流入することになる。その場合、給水ポンプ３においてキャビテーションが発生する虞がある。それに対し、加圧後の水を加熱することによって、給水ポンプ３に流入する水の温度上昇を防ぐことができる。その結果、給水ポンプ３におけるキャビテーションの発生を抑制することができる。

【0031】

また、熱交換器４に流入する蒸気は、流入前に気液分離器５によってドレンが分離されている。これにより、熱交換器４における熱交換効率を向上させることができる。

【0032】

さらに、ドレン回収システム１００においては、ドレンタンク１のドレンをエゼクタポンプ７によってボイラ９へ供給している。エゼクタポンプ７を適切に作動させるためには、ドレンタンク１の圧力を適切な範囲に維持する必要がある。そのため、ドレンタンク１から流出する蒸気の流量は、ドレンタンク１の圧力に応じて調節弁６によって調節される。具体的には、ドレンタンク１の圧力がエゼクタポンプ７の適切な作動のために要求される圧力未満である場合には、調節弁６が全閉となり、ドレンタンク１からのドレンの流出が停止される。これにより、ドレンタンク１の圧力が適切に維持され、エゼクタポンプ７を適切に作動させることができる。尚、この場合、熱交換器４には蒸気が流入しない。給水管８５から熱交換器４に流入する水は、熱交換器４を単に通過し、給水管８６を介してドレン管８２へ合流する。一方、ドレンタンク１の圧力がエゼクタポンプ７の適切な作動のために要求される圧力以上である場合には、調節弁６が開かれ、ドレンタンク１から蒸気が流出する。これにより、エゼクタポンプ７が適切に作動すると共に、給水タンク２からボイラ９へ供給される水が加熱される。

【0033】

以上のように、ドレン回収システム１００は、ドレンを貯留するドレンタンク１と、ボイラ９へ供給するための水を貯留する給水タンク２と、給水タンク２の水を圧送する給水ポンプ３と、ドレンタンク１で発生したフラッシュ蒸気と給水ポンプ３で加圧後の水との間で熱交換を行う熱交換器４とを備えている。

【0034】

この構成によれば、給水ポンプ３により加圧後の給水タンク２からの水にフラッシュ蒸気の熱を加えることによって、加圧前の水を加熱する場合と比べて、より多くのフラッシュ蒸気の熱を水に加えることができる。それに加えて、給水タンク２からボイラ９へ供給される水を給水ポンプ３の下流側で加熱することによって、給水ポンプ３に吸い込まれる水の温度上昇を抑制することができる。これにより、給水ポンプ３でのキャビテーションの発生を抑制することができる。

【0035】

また、ドレン回収システム１００は、熱交換器４へ流入する前のフラッシュ蒸気からドレンを分離する気液分離器５をさらに備えている。

【0036】

この構成によれば、熱交換器４に流入するフラッシュ蒸気の乾き度を上昇させることができる。その結果、熱交換器４における熱交換効率を向上させることができる。

【0037】

さらに、ドレン回収システム１００は、ドレンタンク１の圧力に応じてドレンタンク１から流出するフラッシュ蒸気の流量を調節する調節弁６をさらに備えている。

【0038】

この構成によれば、ドレンタンク１からのフラッシュ蒸気の流出量の増大により、ドレンタンク１の圧力が低下し過ぎることを防止することができる。その結果、ドレンタンク１の圧力を適切な範囲に維持することができる。特に、ドレンタンク１のドレンをエゼクタポンプ７によって吸引する構成においては、調節弁６によってフラッシュ蒸気の流量を調節することによって、ドレンタンク１の圧力をエゼクタポンプ７の適切な作動のために要求される圧力に維持することができる。

【0039】

《その他の実施形態》
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、前記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、前記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

【0040】

例えば、ドレン回収システム１００の構成は一例に過ぎない。例えば、バイパス管８７及び安全弁８７ａは、ここに開示された発明にとって必須ではない。

【0041】

また、気液分離器５は、分離されたドレンを給水タンク２へ流入させているが、給水タンク２とは別の場所へ流入させてもよい。あるいは、気液分離器５を省略してもよい。

【0042】

さらに、調節弁６に代えて、給水管８５のうち給水ポンプ３の下流側に、１つの流入口、第１流出口及び第２流出口を有する三方弁を設けてもよい。三方弁の流入口には、給水管８５のうち給水ポンプ３からの延びる部分が接続されている。三方弁の第１流出口に、給水管８５のうち熱交換器４へ延びる部分が接続されている。三方弁の第２流出口に、下流端がドレン管８２のうち逆止弁８２ｂの下流側の部分に接続されたバイパス管が接続されている。三方弁は、ドレンタンク１の圧力に応じてドレンタンク１から流出するフラッシュ蒸気の流量を調節する。具体的には、三方弁は、圧力センサ１１の検出結果に応じて、水の流出先を第１流出口と第２流出口とで切り替える。ドレンタンク１の圧力が所定の圧力閾値未満の場合には、三方弁は水の流出先を第２流出口とする。これにより、給水ポンプ３で加圧された水は、熱交換器４へ流入することなく、ドレン管８２へ合流する。その結果、熱交換器４におけるフラッシュ蒸気の凝縮が低減され、ドレンタンク１からのフラッシュ蒸気の流出量が低減される。一方、ドレンタンク１の圧力が圧力閾値以上の場合には、三方弁は水の流出先を第１流出口とする。これにより、給水ポンプ３で加圧された水は、熱交換器４へ流入する。その結果、熱交換器４におけるフラッシュ蒸気の凝縮が促進され、ドレンタンク１からのフラッシュ蒸気の流出量も増加する。こうして、三方弁は、ドレンタンク１の圧力に応じてドレンタンク１から流出するフラッシュ蒸気の流量を調節する。尚、圧力閾値は、エゼクタポンプ７を適切に作動させるために要求される圧力又は、該圧力よりも少し高い圧力に設定され得る。

【0043】

熱交換器４は、ドレンタンク１からのフラッシュ蒸気と給水タンク２からの水とを熱交換させる限り、任意の構成を採用することができる。熱交換器４において凝縮して生成されたドレンは、給水タンク２ではなく別の場所に流入してもよい。熱交換器４において加熱された、給水タンク２からの水は、ドレン管８２へ合流することなく、ボイラ９へ流入してもよい。

【産業上の利用可能性】

【0044】

以上説明したように、ここに開示された技術は、ドレン回収システムについて有用である。

【符号の説明】

【0045】

１００ ドレン回収システム
１ ドレンタンク
２ 給水タンク
３ 給水ポンプ
４ 熱交換器
５ 気液分離器
６ 調節弁

【図1】