JP3785207B2

JP3785207B2 - Low pressure steam heating device using heat medium

Info

Publication number: JP3785207B2
Application number: JP32219295A
Authority: JP
Inventors: 雅克岡本
Original assignee: TLV Co Ltd
Current assignee: TLV Co Ltd
Priority date: 1995-11-15
Filing date: 1995-11-15
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2015-11-15
Also published as: JPH09137908A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱媒体の蒸気によって被加熱物を加熱するものに関し、石油化学工業や合成繊維工業、あるいは、合成樹脂工業等の各種加熱工程に使用される熱媒体による蒸気加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の熱媒体による蒸気加熱装置の例としては、例えば図２に示すようなものが用いられていた。これは、熱媒体の蒸発器としての熱媒体用ボイラ―１で発生させた熱媒体蒸気を、熱交換器の一種である反応釜２に供給して反応釜２内の被加熱物を加熱し、加熱により凝縮した熱媒体蒸気の凝縮液をタンク３に流下させ、循環ポンプ４でボイラ―１へ回収するものである。
【０００３】
熱媒体は様々な種類のものが市販され用いられているが、通常の水を沸騰させた水蒸気よりも、圧力が低くて温度が高いものが一般的であり、加熱装置を高耐圧力設計とすることなく、比較的高温で加熱することができるものであり、各種の加熱工程で多用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の熱媒体による蒸気加熱装置を用いた場合、熱媒体を循環させる循環ポンプでキャビテ―ション現象を起こして、著しい騒音や循環不能状態となったり、あるいはポンプの損傷に至ってしまう問題があった。特に熱媒体の温度が高い場合にキヤビテ―ションを起こし易くなる。キャビテ―ションは、ポンプ内で高温流体中に気泡が発生してその気泡が再度崩壊する現象で、気泡の崩壊時に著しい振動を発生するものである。
【０００５】
従って本発明の技術的課題は、キャビテ―ション現象を生じることのない、熱媒体による低圧蒸気加熱装置を得ることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の技術的課題を解決するために講じた本発明の技術的手段は、熱交換器の一次側に熱媒体の蒸気供給管を接続し、熱交換器で凝縮した熱媒体を蒸発器等の回収先に回収するものにおいて、熱交換器の二次側にエゼクターとタンクと循環ポンプを有する真空ポンプを連設して、当該タンクにその吸引作用によってタンク内の熱媒体を蒸発させて所定温度まで冷却するスチームエゼクターを接続して、当該スチームエゼクターの吸引量を多くしてタンク内の再蒸発蒸気をより多く吸引することにより、タンク内の熱媒体の液温を低くすると共に、少なくとも循環ポンプの入口側に熱媒体の有する熱を外部に放熱する放熱手段を設けたたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
熱交換器の二次側にエゼクタ―とタンクと循環ポンプを有する真空ポンプを連設したことにより、タンク内の熱媒体を循環ポンプでエゼクタ―に供給することによってエゼクタ―に所定の吸引力を発生させ、熱交換器内を所望の低圧状態に維持し、その圧力に応じた熱媒体蒸気の温度で熱交換器内の被加熱物を加熱することができる。
【０００８】
循環ポンプの入口側に熱媒体の有する熱を放熱する放熱手段を設けたことにより、循環ポンプに流入する熱媒体の温度を所定温度まで下げることができ、この温度低下に相当する割合いだけポンプ内でキャビテ―ション現象を生じ難くすることができる。
【０００９】
【実施例】
上記の技術的手段の具体例を示す実施例を説明する（図１参照）。
本実施例においては熱交換器として反応釜２を用いた例を示し、図２の従来技術と同一部材には同一符号を付す。
【００１０】
蒸発器としての熱媒体用ボイラ―１を反応釜２のジャケット部６と接続すると共に、ジャケット部６の下部を真空ポンプ７と連設し、真空ポンプ７をタンク３と循環ポンプ４を介して熱媒体用ボイラ―１と接続して、熱媒体による低圧蒸気加熱装置を構成する。
【００１１】
熱媒体用ボイラ―１と反応釜２を、圧力調整弁８と気液分離器９と圧力センサ―１０を介した加熱用蒸気供給管１１で接続する。圧力調整弁８は、圧力センサ―１０で検出した加熱用蒸気供給管１１内の蒸気圧力を所定値に調整するものであり、気液分離器９は加熱用蒸気供給管１１内の熱媒体の蒸気と液体を分離し、分離した蒸気だけを反応釜２のジャケット部６へ供給し、液体をその下部に設けたスチ―ムトラップ１２から排出するものである。気液分離器９としては、衝突式や遠心式やフィルタ―式等のものを用いることができる。
【００１２】
反応釜２の外周に配置したジャケット部６の下部接続口１３を、スチ―ムトラップ１４とバイパスバルブ１５を並行に設けた管路１６で、真空ポンプ７のエゼクタ―２０と接続する。また、気液分離器９のスチ―ムトラップ１２の出口も管路１７を介してエゼクタ―２０と接続する。
【００１３】
ジャケット部６の上部とエゼクタ―２０を、管路１８と開閉弁１９を介して接続して、ジャケット部６内に滞留した不凝縮ガス取出管とする。
【００１４】
真空ポンプ７は、エゼクタ―２０と複数のタンク２１，２４と循環ポンプ２２、及び、接続管路２３とで構成する。エゼクタ―２０は、ノズル部２５とディフュ―ザ部２６で形成する。ディフュ―ザ部２６と複数のタンク２１，２４の上部をバルブ２７，２８で接続すると共に、下部はバルブ２９，３０を介して循環ポンプ２２の吸込み口と接続する。循環ポンプ２２の吸込み口側すなわち入口側に放熱手段として複数の平板状の放熱フィン５を取り付ける。複数のタンク２１，２４は、それぞれのバルブ２７，２８，２９，３０を開閉遮断することにより、タンク２１をディフュ―ザ部２６と循環ポンプ２２と接続したり、タンク２４に切り替えたりすることができるものである。
【００１５】
複数のタンク２１，２４の周囲にも、タンク内の熱媒体を冷却するための冷却フィン３１，３２を多数取り付けると共に、上部からバルブ３３，３４を介してスチームエゼクター３５と接続する。スチームエゼクター３５には熱媒体用ボイラー１からバルブ３６と圧力調節弁３７を介して蒸気管３８を接続する。スチームエゼクター３５は、その吸引作用によってタンク２１，２４内の熱媒体を蒸発させて冷却するものである。これらのスチームエゼクター３５や冷却フィン３１，３２は、タンク内の熱媒体をより速やかに冷却する場合に効果が有る。
【００１６】
スチ―ムエゼクタ―３５の出口管３９は図示しない別途の蒸気使用箇所へ連通する。また、タンク２１の上部に熱媒体を補給するための補給管４２を接続すると共に、複数のタンク２１，２４の下端部にはタンク内の熱媒体の温度を検出するための温度センサ―４０，４１を取り付ける。
【００１７】
真空ポンプ７は、循環ポンプ２２で複数のタンク２１，２４内のいずれかの温度の熱媒体をエゼクタ―２０中に循環させて、エゼクタ―２０のノズル部２５で熱媒体の温度に対応した吸引力を発生し、反応釜２のジャケット部６から凝縮した熱媒体を吸引すると共に、ジャケット部６内を所定の圧力状態に維持するものである。タンク２１，２４内の熱媒体の液温は、自然冷却の場合は滞留時間を長くすることにより、あるいは、スチ―ムエゼクタ―３５の吸引量を多くしてタンク２１，２４内の再蒸発蒸気をより多く吸引することにより低くすることができるものである。
【００１８】
真空ポンプ７の接続管路２３の一部を分岐して管路４３を接続し、循環熱媒体の一部が管路４４からタンク３へ供給されるようにすると共に、更に管路４５を接続して循環熱媒体の一部を加熱用蒸気供給管１１中で気液分離器９の一次側に注入する。管路４５により、圧力調整弁８で圧力調整された熱媒体蒸気が過熱蒸気となった場合でも、循環熱媒体の一部を注入して気液分離部９で熱交換させることにより、飽和温度の蒸気とすることができるものである。
【００１９】
次に作用を説明する。
熱媒体用ボイラ―１で発生した熱媒体蒸気は、圧力調整弁８を経て圧力調整されて反応釜２のジャケット部６に供給される。ジャケット部６内は、真空ポンプ７のエゼクタ―２０の吸引力により予め所定の低圧状態となっており、ジャケット部６に供給された熱媒体蒸気は、所定の圧力すなわち蒸気温度となって反応釜２内の被加熱物を加熱する。加熱して熱を奪われた熱媒体蒸気は凝縮して液体となり、スチ―ムトラップ１４を経てエゼクタ―２０に吸引され、複数のタンク２１，２４のいずれかに至る。
【００２０】
タンク２１，２４に溜った熱媒体は、循環ポンプ２２に至る間に放熱フィン５により放熱されて所定温度となり、循環ポンプ２２内でのキャビテ―ションを押えることができる。本実施例においては、放熱フィン５での自然冷却の例を示したが、熱媒体の温度と循環ポンプ２２の種類に応じて、強制冷却フィンとしたり、あるいは、冷却水や冷却オイル等の別途の冷却流体を放熱フィン５に替えて螺旋状に取り付けたりすることもできる。
【００２１】
タンク２１，２４内の熱媒体は、冷却フィン３１，３２、あるいは、スチ―ムエゼクタ―３５によっても所定温度まで冷却されて循環ポンプ２２でエゼクタ―２０へ供給され、再度ジャケット部６内の熱媒体を吸引することもできる。
【００２２】
エゼクタ―２０で生じる吸引力は、エゼクタ―２０内を通過する流体の温度によって決まるために、放熱フィン５での放熱量あるいはタンク２１，２４内の熱媒体の液温を適宜調節することにより、エゼクタ―２０の吸引力すなわち減圧度合を制御することができる。従って、循環ポンプ２２に吸引される熱媒体の液温が低くなった割合いだけ、エゼクタ―２０の吸引力を大きなものとすることができる。また、エゼクタ―２０の吸引力を制御することにより、ジャケット部６内の圧力状態を制御することができ、大気圧以下の負圧状態から、大気圧以上の正圧状態までジャケット部６内の圧力を制御することができる。
【００２３】
熱媒体として例えば商品名でダウサムなるものを用いた場合、蒸気圧力を絶対圧で０．３キロとするとその蒸気温度は約２１０度Ｃとなり、１．１キロとすると約２６０度Ｃとすることができ、蒸気圧力を制御することによって、蒸気温度を制御することができるのである。
【００２４】
本実施例においては、熱交換器として反応釜２を用いた例を示したが、その他の熱交換器、例えば合成繊維や合成樹脂、あるいは、食料品や医療品等の熱交換器としても用いることができるものである。
【００２５】
【発明の効果】
上記のように本発明によれば、少なくとも循環ポンプの入口側に熱媒体の放熱手段を設けたことにより、循環ポンプに流入する熱媒体温度を所定温度まで低下させてキャビテ―ションの発生を押えることのできる、熱媒体による低圧蒸気加熱装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱媒体による低圧蒸気加熱装置の実施例を示す構成図である。
【図２】従来の熱媒体による蒸気加熱装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１熱媒体用ボイラ―
２反応釜
５放熱フィン
６ジャケット部
７真空ポンプ
２０エゼクタ―
２１タンク
２２循環ポンプ
２４タンク[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a device for heating an object to be heated by steam of a heat medium, and relates to a steam heating device using a heat medium used in various heating processes such as petrochemical industry, synthetic fiber industry, or synthetic resin industry.
[0002]
[Prior art]
As an example of a conventional steam heating apparatus using a heat medium, for example, the one shown in FIG. 2 has been used. This is because the heat medium vapor generated in the heat medium boiler 1 as a heat medium evaporator is supplied to a reaction kettle 2 which is a kind of heat exchanger, and the object to be heated in the reaction kettle 2 is heated. The condensate of the heat medium vapor condensed by heating is caused to flow down to the tank 3 and recovered by the circulation pump 4 to the boiler 1.
[0003]
Various types of heat medium are commercially available and used, but generally have a lower pressure and a higher temperature than steam obtained by boiling normal water, and the heating device has a high pressure resistance design. It can be heated at a relatively high temperature without being used, and is widely used in various heating processes.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
When the conventional steam heating device using a heat medium is used, there is a problem that a cavitation phenomenon occurs in the circulation pump that circulates the heat medium, resulting in significant noise, inability to circulate, or damage to the pump. It was. In particular, it becomes easy to cause cavitation when the temperature of the heat medium is high. Cavitation is a phenomenon in which bubbles are generated in a high-temperature fluid in a pump and the bubbles collapse again, and a significant vibration is generated when the bubbles collapse.
[0005]
Therefore, the technical problem of the present invention is to obtain a low-pressure steam heating apparatus using a heat medium that does not cause a cavitation phenomenon.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The technical means of the present invention taken in order to solve the above technical problem is to connect a steam supply pipe of a heat medium to the primary side of the heat exchanger, and convert the heat medium condensed by the heat exchanger to an evaporator or the like. In what is collected at the collection destination, a vacuum pump having an ejector, a tank, and a circulation pump is connected to the secondary side of the heat exchanger, and the heat medium in the tank is evaporated to the tank by the suction action to a predetermined temperature. By connecting a steam ejector that cools to a lower level, and increasing the suction amount of the steam ejector to suck more re-evaporated vapor in the tank, the temperature of the heat medium in the tank is lowered , and at least the circulation pump Is provided with heat radiating means for radiating the heat of the heat medium to the outside.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
By connecting an ejector, a tank, and a vacuum pump having a circulation pump to the secondary side of the heat exchanger, the heat medium in the tank is supplied to the ejector by the circulation pump, and a predetermined suction force is applied to the ejector. It is possible to generate and maintain the inside of the heat exchanger in a desired low pressure state, and the object to be heated in the heat exchanger can be heated at the temperature of the heat medium vapor corresponding to the pressure.
[0008]
By providing a heat radiating means for radiating the heat of the heat medium on the inlet side of the circulation pump, the temperature of the heat medium flowing into the circulation pump can be lowered to a predetermined temperature, and the pump is pumped by a rate corresponding to this temperature decrease. It is possible to make the cavitation phenomenon difficult to occur.
[0009]
【Example】
An embodiment showing a specific example of the above technical means will be described (see FIG. 1).
In this embodiment, an example in which the reaction kettle 2 is used as a heat exchanger is shown, and the same members as those in the prior art in FIG.
[0010]
The heating medium boiler 1 as an evaporator is connected to the jacket portion 6 of the reaction kettle 2, the lower portion of the jacket portion 6 is connected to the vacuum pump 7, and the vacuum pump 7 is connected via the tank 3 and the circulation pump 4. A low-pressure steam heating device using a heat medium is configured by connecting to the heat medium boiler 1.
[0011]
The heating medium boiler 1 and the reaction kettle 2 are connected to each other by a heating steam supply pipe 11 through a pressure regulating valve 8, a gas-liquid separator 9, and a pressure sensor 10. The pressure adjusting valve 8 adjusts the steam pressure in the heating steam supply pipe 11 detected by the pressure sensor 10 to a predetermined value, and the gas-liquid separator 9 is a heat medium in the heating steam supply pipe 11. The vapor and the liquid are separated, and only the separated vapor is supplied to the jacket portion 6 of the reaction kettle 2 and the liquid is discharged from a steam trap 12 provided below the vapor. As the gas-liquid separator 9, a collision type, a centrifugal type, a filter type or the like can be used.
[0012]
The lower connection port 13 of the jacket portion 6 disposed on the outer periphery of the reaction kettle 2 is connected to the ejector 20 of the vacuum pump 7 through a pipe line 16 provided with a steam trap 14 and a bypass valve 15 in parallel. Further, the outlet of the steam trap 12 of the gas-liquid separator 9 is also connected to the ejector 20 via the pipe line 17.
[0013]
The upper part of the jacket part 6 and the ejector 20 are connected via a pipe line 18 and an on-off valve 19 to form a non-condensable gas extraction pipe staying in the jacket part 6.
[0014]
The vacuum pump 7 includes an ejector 20, a plurality of tanks 21 and 24, a circulation pump 22, and a connection pipe line 23. The ejector 20 is formed by a nozzle portion 25 and a diffuser portion 26. The diffuser portion 26 and the upper portions of the plurality of tanks 21 and 24 are connected by valves 27 and 28, and the lower portion is connected to the suction port of the circulation pump 22 via the valves 29 and 30. A plurality of flat plate-like heat radiation fins 5 are attached to the suction port side, that is, the inlet side of the circulation pump 22 as heat radiation means. The plurality of tanks 21, 24 can be connected to the diffuser portion 26 and the circulation pump 22 or switched to the tank 24 by opening / closing the respective valves 27, 28, 29, 30. It can be done.
[0015]
A large number of cooling fins 31 and 32 for cooling the heat medium in the tanks are also attached around the plurality of tanks 21 and 24, and connected to the steam ejector 35 via valves 33 and 34 from above. A steam pipe 38 is connected to the steam ejector 35 from the heat medium boiler 1 through a valve 36 and a pressure control valve 37. The steam ejector 35 evaporates and cools the heat medium in the tanks 21 and 24 by the suction action. These steam ejector 35 and the cooling fins 31 and 32, Ru effect useful if you cool the heat medium in the tank more quickly.
[0016]
The outlet pipe 39 of the steam ejector 35 communicates with a separate steam use location (not shown). A replenishment pipe 42 for replenishing the heat medium is connected to the upper part of the tank 21, and a temperature sensor 40 for detecting the temperature of the heat medium in the tanks is provided at the lower ends of the plurality of tanks 21, 24. 41 is attached.
[0017]
The vacuum pump 7 circulates the heat medium at any temperature in the plurality of tanks 21, 24 through the ejector 20 by the circulation pump 22, and suction corresponding to the temperature of the heat medium at the nozzle portion 25 of the ejector 20. A force is generated, the heat medium condensed from the jacket portion 6 of the reaction kettle 2 is sucked, and the inside of the jacket portion 6 is maintained in a predetermined pressure state. The liquid temperature of the heat medium in the tanks 21 and 24 can be reduced by increasing the residence time in the case of natural cooling or by increasing the suction amount of the steam ejector 35 so that the re-evaporated vapor in the tanks 21 and 24 can be reduced. It can be lowered by sucking more.
[0018]
A part of the connecting pipe 23 of the vacuum pump 7 is branched and connected to the pipe 43 so that a part of the circulating heat medium is supplied from the pipe 44 to the tank 3 and further connected to the pipe 45. Then, part of the circulating heat medium is injected into the primary side of the gas-liquid separator 9 in the heating steam supply pipe 11. Even when the heat medium vapor pressure-adjusted by the pressure regulating valve 8 becomes superheated steam through the pipe line 45, a saturation temperature is obtained by injecting a part of the circulating heat medium and exchanging heat in the gas-liquid separation unit 9. It can be made of steam.
[0019]
Next, the operation will be described.
The heat medium steam generated in the heat medium boiler 1 is pressure-adjusted through the pressure adjusting valve 8 and supplied to the jacket portion 6 of the reaction kettle 2. The jacket portion 6 is in a predetermined low pressure state in advance by the suction force of the ejector 20 of the vacuum pump 7, and the heat medium vapor supplied to the jacket portion 6 becomes a predetermined pressure, that is, a steam temperature. The object to be heated in 2 is heated. The heat medium vapor deprived of heat by heating condenses into a liquid, is sucked into the ejector 20 through the steam trap 14, and reaches one of the plurality of tanks 21 and 24.
[0020]
The heat medium accumulated in the tanks 21 and 24 is radiated by the radiating fins 5 to reach a predetermined temperature while reaching the circulation pump 22, and can suppress cavitation in the circulation pump 22. In the present embodiment, an example of natural cooling by the heat radiating fins 5 has been shown. However, depending on the temperature of the heat medium and the type of the circulation pump 22, forced cooling fins may be used, or cooling water, cooling oil, etc. may be separately provided. The cooling fluid can be replaced with the radiating fins 5 and attached in a spiral shape.
[0021]
The heat medium in the tanks 21 and 24 is cooled to a predetermined temperature also by the cooling fins 31 and 32 or the steam ejector 35 and is supplied to the ejector 20 by the circulation pump 22. Can also be aspirated.
[0022]
Since the suction force generated in the ejector 20 is determined by the temperature of the fluid passing through the ejector 20, by appropriately adjusting the heat radiation amount in the radiation fin 5 or the liquid temperature of the heat medium in the tanks 21 and 24, The suction force of the ejector 20, that is, the degree of pressure reduction can be controlled. Therefore, the suction force of the ejector 20 can be increased by the rate at which the liquid temperature of the heat medium sucked by the circulation pump 22 is lowered. Further, by controlling the suction force of the ejector 20, the pressure state in the jacket portion 6 can be controlled. From the negative pressure state below atmospheric pressure to the positive pressure state above atmospheric pressure, The pressure can be controlled.
[0023]
For example, if a product with the product name Dowsome is used as the heat medium, the steam temperature will be about 210 degrees C if the steam pressure is 0.3 kg in absolute pressure, and about 260 degrees C if the steam pressure is 1.1 kg The steam temperature can be controlled by controlling the steam pressure.
[0024]
In the present embodiment, an example in which the reaction kettle 2 is used as a heat exchanger has been shown. However, the heat exchanger is also used as another heat exchanger, for example, a synthetic fiber or a synthetic resin, or a heat exchanger such as a food product or a medical product. It is something that can be done.
[0025]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the heat medium radiating means is provided at least on the inlet side of the circulation pump, so that the temperature of the heat medium flowing into the circulation pump is lowered to a predetermined temperature to suppress the occurrence of cavitation. It is possible to obtain a low-pressure steam heating device using a heat medium.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a low-pressure steam heating apparatus using a heat medium according to the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram showing a conventional steam heating apparatus using a heat medium.
[Explanation of symbols]
1 Heating medium boiler
2 Reaction kettle 5 Radiation fin 6 Jacket part 7 Vacuum pump 20 Ejector
21 Tank 22 Circulation pump 24 Tank

Claims

A heat supply steam supply pipe is connected to the primary side of the heat exchanger, and the heat medium condensed by the heat exchanger is recovered at a recovery destination such as an evaporator. An ejector and a tank are connected to the secondary side of the heat exchanger. A vacuum pump having a circulation pump is connected in series, and a steam ejector that evaporates the heat medium in the tank by its suction action and cools to a predetermined temperature is connected to the tank to increase the suction amount of the steam ejector. By sucking more reevaporated vapor in the tank, the liquid temperature of the heat medium in the tank is lowered , and at least the heat of the heat medium is radiated to the outside on the inlet side of the circulation pump. A low-pressure steam heating device using a heat medium.