JP6687362B2 - 加熱シリンダ - Google Patents

Description

ここに開示された技術は、加熱シリンダに関する。

従来より、内部に蒸気が導入されるシリンダ本体を備えた加熱シリンダが知られている。

例えば、特許文献１に記載された加熱シリンダは、内部に蒸気が供給されるシリンダ本体を備え、シリンダ本体の外周面に接触する対象物を加熱する。シリンダ本体内では、熱を奪われた蒸気が凝縮してドレンとなり、シリンダ本体の底部に貯留する。シリンダ本体には、貯留されたドレンを排出するためのドレンパイプが設けられている。貯留されたドレンは、蒸気の圧力によってドレンパイプを介してシリンダ本体から排出される。ドレンパイプと連通する配管には、スチームトラップが設けられている。ドレンパイプを介して排出されたドレンは、スチームトラップを経て排出される。

実用新案登録第３１４１００３号

前述のような加熱シリンダにおいて、ドレンパイプの上流端は、通常、シリンダ本体内のドレンに浸かっている。しかしながら、ドレンの水位が低い場合には、ドレンパイプの上流端がドレンに浸かっていない場合やドレンにわずかに浸かっているだけの場合があり得る。そのような場合、蒸気がドレンパイプ内に進入し得る。ドレンパイプに進入した蒸気は、下流側のスチームトラップによって流出が阻止され、スチームトラップ内で滞留する。

このような状態からドレンを排出しようとすると、スチームトラップ内に先に蒸気が流入しているため、スチームトラップからドレンを適切に排出できない現象、所謂スチームロッキングが発生する。その結果、シリンダ本体からのドレンパイプを介したドレンの排出を適切に行うことが困難となる。

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、スチームロッキングを解消して、ドレンを適切に排出することにある。

ここに開示された加熱シリンダは、内部に蒸気が供給されるシリンダ本体と、前記シリンダ内の圧力によって前記シリンダ本体内からドレンを排出するドレンパイプと、前記ドレンパイプの下流側に接続されたスチームトラップと、前記ドレンパイプの下流側に接続され、前記スチームトラップをバイパスするバイパス管と、前記バイパス管を開閉するバルブと、前記バルブを制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記シリンダ本体内のドレンの貯留量に応じて前記バルブを開閉することを特徴とする。

ここに開示された加熱シリンダによれば、スチームロッキングを解消して、ドレンを適切に排出することができる。

図１は、加熱シリンダの概略的な構成図である。 図２は、バルブの開閉制御を示すフローチャートである。

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、加熱シリンダ１００の概略的な構成図を示している。

加熱シリンダ１００は、内部に蒸気が供給されるシリンダ本体１０と、シリンダ本体１０内の圧力によってシリンダ本体１０内からドレンを排出するドレンパイプ２０と、ドレンパイプ２０に接続されたドレン配管３１と、ドレン配管３１に設けられたスチームトラップ４０と、ドレン配管３１に接続され、スチームトラップ４０をバイパスするバイパス管３２と、バイパス管３２を開閉するバルブ５０と、バルブ５０を制御する制御部６０とを備えている。加熱シリンダ１００は、蒸気を熱源とするヒータであって、シリンダ本体１０の外周面に接触する対象物（例えば、紙や洗濯物）を加熱する。

シリンダ本体１０は、軸心Ｘに沿って延びる中空状の円柱体であり、その内部に蒸気を収容可能に構成されている。シリンダ本体１０の両端には、軸心Ｘに沿って延びる軸部１１ａ及び軸部１１ｂが設けられ、軸部１１ａ及び軸部１１ｂは、軸受（図示省略）により回転自在に支持されている。すなわち、シリンダ本体１０は、軸心Ｘ回りに回転自在に支持されている。シリンダ本体１０は、軸心Ｘが水平方向に延びる状態で支持されている。一方の軸部１１ａには、蒸気供給管１２が接続されている。蒸気供給管１２からの蒸気は、軸部１１ａの内部を通ってシリンダ本体１０内に供給される。

シリンダ本体１０内に供給された蒸気は、シリンダ本体１０を加熱する。シリンダ本体１０へ放熱した蒸気は、凝縮してドレンとなり、シリンダ本体１０の底部に溜まっていく。

シリンダ本体１０内には、シリンダ本体１０内に貯留されるドレンの水位を検出する水位センサ１３が設けられている。水位センサ１３は、ドレンの水位が所定の第１水位Ｈ１に達したことを検出すると共に、ドレンの水位が第１水位Ｈ１よりも低い第２水位Ｈ２まで低下したことを検出する。詳しくは、水位センサ１３は、ドレンの水位が第１水位Ｈ１に達したことを検出する第１センサ１３ａと、ドレンの水位が第２水位Ｈ２まで低下したことを検出する第２センサ１３ｂとを含んでいる。

ドレンパイプ２０は、軸部１１ａを介してシリンダ本体１０を貫通している。ドレンパイプ２０は、所謂サイフォン管であり、シリンダ本体１０の蒸気の圧力によってドレンを排出する。以下、ドレンの流れに沿って、ドレンパイプ２０におけるシリンダ本体１０の内側を上流側とし、シリンダ本体１０の外側を下流側とする。ドレンパイプ２０は、軸部１１ａから軸心Ｘに沿ってシリンダ本体１０の内方へ延びた後、シリンダ本体１０の底部に向かって屈曲している。ドレンパイプ２０の上流端は、シリンダ本体１０の底部におけるシリンダ本体１０の内周面に近接している。ドレンパイプ２０の下流端部は、軸部１１ａから軸心Ｘに沿ってシリンダ本体１０の外方へ延びている。ドレンパイプ２０の下流端には、ドレン配管３１が接続されている。

ドレン配管３１の途中には、スチームトラップ４０が設けられている。スチームトラップ４０は、蒸気の通過を阻止して、蒸気をその内部に滞留させ、ドレンの通過を可能とし、ドレンを外部に排出するものである。例えば、スチームトラップ４０は、ドレンの排出口を開閉する弁体を有し、流入してきたドレンによって弁体が開弁されることによってドレンの排出を可能とする。

バイパス管３２は、ドレン配管３１のうちスチームトラップ４０の上流側の部分とスチームトラップ４０の下流側の部分とを連通させている。ドレン配管３１を流通する流体は、バイパス管３２を介することによってスチームトラップ４０をバイパスして流通することができる。

バルブ５０は、バイパス管３２の開閉を切り替える。バルブ５０が閉鎖状態のときには、バイパス管３２を介した流体の流通が遮断される。バルブ５０は、制御部６０からの信号によって開閉が切り替えられる。

制御部６０は、水位センサ１３の検出結果が入力されており、シリンダ本体１０内のドレンの貯留量に応じてバルブ５０の開閉を制御する。具体的には、制御部６０は、通常時はバルブ５０を閉じておき、ドレンの貯留量が多くなったときにバルブ５０を開き、その後、ドレンの貯留量が或る程度の量まで減ったときにバルブ５０を再び閉じる。

以下、制御部６０によるバルブ５０の開閉制御について、図２のフローチャートを参照しながら詳しく説明する。

制御部６０は、通常時は、バルブ５０を全閉状態に制御している。これにより、ドレン配管３１を流通する流体は全て、スチームトラップ４０に流入することになるので、蒸気の排出が抑制される。

ステップＳ１において、制御部６０は、水位センサ１３の検出結果に基づいて、シリンダ本体１０内のドレンの水位が第１水位Ｈ１に達したか否かを判定する。ドレンの水位が第１水位Ｈ１に達していない場合には、制御部６０は、ステップＳ１を繰り返す。すなわち、加熱シリンダ１００は、バルブ５０が閉じられた状態で運転を継続する。

一方、ドレンの水位が第１水位Ｈ１に達した場合には、制御部６０は、ステップＳ２において、バルブ５０を開弁する。第１水位Ｈ１は、スチームロッキングが発生してシリンダ本体１０からドレンが適切に排出されていないと判定し得る水位である。つまり、ドレンの水位が第１水位Ｈ１に達した場合には、スチームロッキングが生じている可能性がある。スチームロッキングが生じている場合、ドレンパイプ２０及びドレン配管３１に存在するドレン及び蒸気は、流通することができず停滞した状態となる。その結果、シリンダ本体１０からドレンを排出することができない。それに対し、バルブ５０を開くことによって、ドレンパイプ２０及びドレン配管３１に停滞していた流体は、スチームトラップ４０を迂回して流通することができる。これにより、シリンダ本体１０内のドレンが排出されるようになり、ドレンの水位は低下していく。

続いて、制御部６０は、水位センサ１３の検出結果に基づいて、シリンダ本体１０内のドレンの水位が第２水位Ｈ２まで低下したか否かを判定する。ドレンの水位が第２水位Ｈ２まで低下していない（即ち、ドレンの水位が第２水位よりも高い）場合には、制御部６０は、ステップＳ３を繰り返す。すなわち、加熱シリンダ１００は、バルブ５０が開かれた状態で運転を継続する。

一方、ドレンの水位が第２水位Ｈ２まで低下した場合には、制御部６０は、ステップＳ４において、バルブ５０を閉弁する。ここで、第２水位Ｈ２は、第１水位Ｈ１よりも低い水位であり且つ、ドレンパイプ２０の上流端がドレンに浸かった状態が維持される水位である。ステップＳ２からステップＳ４までの処理によれば、ドレンの水位が第１水位Ｈ１から第２水位Ｈ２に低下するまでの間は、バルブ５０が開弁されており、シリンダ本体１０内のドレンは、少なくとも、ドレンパイプ２０、ドレン配管３１のうちバイパス管３２の上流端との接続部までの部分、及びバイパス管３２を通って排出される。こうして、ドレンパイプ２０には上流側から下流側へのドレンの流れが生じるので、バルブ５０を閉弁してバイパス管３２を遮断したとしても、ドレンパイプ２０を流通するドレンは、スチームトラップ４０内に流入することができる。これにより、スチームロッキングが解消される。また、ドレンの水位が第１水位Ｈ１から第２水位Ｈ２に低下するまでの時間に、スチームトラップ４０内の蒸気は凝縮し得るので、これによってもスチームロッキングが解消され得る。さらに、蒸気が溜まった状態のスチームトラップ４０内の圧力はバイパス管３２の下流側の圧力よりも高いため、バルブ５０が開弁されることによって、スチームトラップ４０内の蒸気は、バイパス管３２を介して、バイパス管３２の下流側へ排出され得る。このことによっても、スチームロッキングが解消され得る。

このようにバルブ５０が開弁された状態をしばらく継続することによってスチームロッキングが解消し得るので、バルブ５０を閉弁しても、シリンダ本体１０内のドレンをスチームトラップ４０を経て適切に排出することができる。

また、バルブ５０を閉弁すると、ドレンの水位の低下が抑制される。第２水位Ｈ２は、ドレンパイプ２０の上流端がドレンに浸かった状態が維持される水位であるため、蒸気のドレンパイプ２０への進入が抑制される。蒸気がドレンパイプ２０に進入すると、スチームロッキングが発生し得る。つまり、ドレンの水位がスチームロッキングを発生させる可能性がある水位となる前にバルブ５０を閉弁して、それ以上のドレンの水位の低下を抑制する。

その後、ステップＳ５において、制御部６０は、バルブ５０を開弁し、その後、閉弁した回数（以下、単に「開閉回数」という）を計数（カウントアップ）する。

そして、制御部６０は、ステップＳ６において、所定の判定時間Ｔ内のバルブ５０の開閉回数が所定の第１判定回数α以上となったか否かを判定する。判定時間Ｔは、バルブ５０の開閉頻度によって加熱シリンダ１００の故障診断を行う際に開閉回数をモニタする期間である。判定時間Ｔは、例えば、１日、１週間等である。第１判定回数αは、バルブ５０の開閉回数が多すぎて、スチームトラップ４０等の詰まり不良が発生していると判定できる回数である。判定時間Ｔ内のバルブ５０の開閉回数が第１判定回数α以上の場合には、制御部６０は、スチームトラップ４０等の詰まり不良が発生しているとして、ステップＳ７において警報を行う。例えば、制御部６０は、警報ランプを点灯させる。

一方、判定時間Ｔ内のバルブ５０の開閉回数が第１判定回数α未満の場合には、制御部６０は、ステップＳ８において、判定時間Ｔ内のバルブ５０の開閉回数が所定の第２判定回数β（β＜α）以下であるか否かを判定する。判定時間Ｔは、ステップＳ６と同じであってもよいし、異なっていてもよい。第２判定回数βは、バルブ５０の開閉回数が少なすぎて、スチームトラップ４０等の漏れ不良が発生していると判定できる回数である。スチームトラップ４０が正常である場合、シリンダ本体１０内のドレン貯留量が減少した場合には、スチームロッキングが起こり得る。しかしながら、スチームトラップ４０等の漏れ不良が発生している場合には、スチームロッキングが生じにくい。そこで、制御部６０は、バルブ５０の開閉回数があまりに少ない（開閉回数が第２判定回数β以下である）場合には、スチームトラップ４０等の漏れ不良が発生していると判定する。この場合、制御部６０は、スチームトラップ４０等の漏れ不良が発生しているとして、ステップＳ７において警報を行う。尚、制御部６０は、開閉回数が多すぎる場合の警報と開閉回数が少なすぎる場合の警報とを異ならせてもよい。

判定時間Ｔ内のバルブ５０の開閉回数が第２判定回数βよりも多い場合には、制御部６０は、ステップＳ１に戻り、前述のフローを繰り返す。

このように、制御部６０は、通常時はバルブ５０を閉じている。このため、通常時はバイパス管３２が遮断されているので、ドレンパイプ２０を介して排出される流体はスチームトラップ４０を通過し、蒸気の排出が抑制される。これにより、エネルギの損失を低減することができる。一方、シリンダ本体１０内のドレン貯留量が多くなってスチームロッキングが生じている可能性がある場合には、制御部６０は、バルブ５０を開く。これにより、スチームロッキングが解消され、ドレンを適切に排出することができる。そして、スチームロッキングが解消した状態、又は解消し得る状態になると、制御部６０は、バルブ５０を閉じる。したがって、エネルギ損失の低減とスチームロッキングの解消とを両立させることができる。

以上のように、加熱シリンダ１００は、内部に蒸気が供給されるシリンダ本体１０と、シリンダ本体１０内の圧力によってシリンダ本体１０内からドレンを排出するドレンパイプ２０と、ドレンパイプ２０の下流側に接続されたスチームトラップ４０と、ドレンパイプ２０の下流側に接続され、スチームトラップ４０をバイパスするバイパス管３２と、バイパス管３２を開閉するバルブ５０と、バルブ５０を制御する制御部６０とを備え、制御部６０は、シリンダ本体１０内のドレンの貯留量に応じてバルブ５０を開閉する。

この構成によれば、スチームロッキングが発生してシリンダ本体１０内のドレンの貯留量が多くなった場合でも、バルブ５０を開くことによってドレンを適切に排出してスチームロッキングを解消することができる。それに加えて、バルブ５０は常に開かれているわけではないので、蒸気の流出を抑制し、エネルギ損失を低減することができる。

また、制御部６０は、シリンダ本体１０内のドレンの水位が所定の第１水位Ｈ１に達するとバルブ５０を開く。

つまり、スチームロッキングが生じるとドレンの貯留量が増加し得る。制御部６０は、ドレンの貯留量が或る程度増加するとバルブ５０を開くので、スチームロッキングが解消される。

さらに、制御部６０は、シリンダ本体１０内のドレンの水位が第１水位Ｈ１よりも低く且つドレンパイプ２０の上流端がドレンに浸かった状態が維持される所定の第２水位Ｈ２まで低下したときにバルブ５０を閉じる。

この構成によれば、ドレンの水位が第１水位Ｈ１に達してバルブ５０が開かれた後、ドレンの水位が第２水位Ｈ２まで低下するとバルブ５０が閉じられる。バルブ５０が開かれることによって、シリンダ本体１０からのドレンの排出量は、バルブ５０の開弁前と比べて増加する。その結果、ドレンの水位は低下していく。ドレンの排出がしばらく継続するとスチームロッキングが解消し得るので、ドレンの水位が第２水位Ｈ２まで低下するとバルブ５０が閉じられる。バルブ５０を閉じることによって、ドレンはスチームトラップ４０を通過することになるので、蒸気の排出が抑制され、エネルギの損失が抑制される。また、バルブ５０が閉じられることによってドレンの水位の低下が抑制される。ドレンの水位が低下して、ドレンパイプ２０の上流端がドレンから露出すると、蒸気がドレンパイプ２０に進入してしまい、スチームロッキングを再び誘発してしまう。第２水位Ｈ２は、ドレンパイプ２０の上流端がドレンに浸かった状態が維持される水位なので、ドレンパイプ２０への蒸気の進入が抑制される。これにより、スチームロッキングの再発を抑制することができる。

《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。

前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

加熱シリンダ１００の構成は一例に過ぎず、異なる構成であってもよい。また、任意の加熱対象物に加熱シリンダ１００を適用することができる。

また、水位センサ１３は一例に過ぎず、シリンダ本体１０内のドレン貯留量を検出できる様々なセンサを適用することができる。

バルブ５０の開度は、全閉及び全開だけでなく、適宜調整されてもよい。

また、ドレンの水位が第１水位Ｈ１となってバルブ５０を開弁した後にバルブ５０を閉弁する条件は、ドレンの水位が第２水位Ｈ２まで低下することに限られない。例えば、バルブ５０を開弁して所定時間経過した後にバルブ５０を閉弁してもよい。ドレンパイプ２０に上流側から下流側へのドレンの流れが発生するとスチームロッキングは解消し得るので、バルブ５０の閉弁条件をバルブ５０の開弁期間で設定してもよい。その他、ドレンパイプ２０でのドレンの流通に関連する条件であれば任意の条件をバルブ５０の閉弁条件に設定することができる。

図２に示すフローチャートは、一例に過ぎず、適宜変更、省略してもよい。例えば、ステップＳ５以降の故障判定は省略してもよい。

以上説明したように、ここに開示された技術は、加熱シリンダについて有用である。

１００ 加熱シリンダ
１０ シリンダ本体
２０ ドレンパイプ
３２ バイパス管
４０ スチームトラップ
５０ バルブ
６０ 制御部

Claims (1)

1. 内部に蒸気が供給されるシリンダ本体と、
   前記シリンダ本体内の圧力によって前記シリンダ本体内からドレンを排出するドレンパイプと、
   前記ドレンパイプの下流側に接続されたスチームトラップと、
   前記ドレンパイプの下流側に接続され、前記スチームトラップをバイパスするバイパス管と、
   前記バイパス管を開閉するバルブと、
   前記バルブを制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、
   前記シリンダ本体内のドレンの貯留量に応じて前記バルブを開閉し、
   前記バルブの開閉頻度に基づいて前記スチームトラップの故障を診断することを特徴とする加熱シリンダ。

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