蒸気洗浄機用貫流ボイラ

【課題】
給水ポンプや電気ヒータをＯＮ／ＯＦＦする簡単な制御で、安定した運転はもとより、蒸気量の変化に対しても蒸気圧力、蒸気温度の変化の小さい蒸気品質のよい蒸気を作ることのできる蒸気洗浄機用の多管式貫流ボイラを提供する。
【解決手段】１個の気水分離器に複数個の貫流ボイラ１を有する蒸気洗浄機用の貫流ボイラ装置において、気水分離器２底部より、循環水管２５、分岐管２６と分配管３を経て、それぞれの貫流ボイラ給水口に連結される循環水系統の分岐管２６より上流で気水分離器２の下流に絞りを設け、かつ、給水ポンプ５の吐出管を気水分離器２の中央で、自由液面より下方に接続したこと。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
給水ポンプや電気ヒータをＯＮ／ＯＦＦ制御のような簡単に制御ができ、安定した運転ができるとともに、蒸気圧力、温度の変化の小さい品質の良い蒸気を発生させる蒸気洗浄機用貫流ボイラに関するものである。
【背景技術】
【０００１】
貫流ボイラは、給水した水を貫流ボイラ管の中で蒸発させ、蒸気として貫流ボイラ管の外に吐出させるものであるため、容積が小さく、安全上は有利であり、広く利用されている。しかし、このような貫流ボイラは、給水量と蒸気量が等しくなるように制御する必要があり，給水量および入熱量を比例制御する必要があり、システムが複雑になるという欠点がある。
【０００２】
これに対し、図１に示す貫流ボイラにおいては、貫流ボイラから出て来る蒸気と水分を一旦気水分離器に導き、ここで蒸気と水を分離し、蒸気を吐出する一方、水は、貫流ボイラ管入口に戻す自然循環方式の貫流ボイラが考え出された。
【０００３】
図１により、従来用いられている蒸気洗浄機用の貫流ボイラの構造と作用について説明する。中央の気水分離器１０２に複数の貫流ボイラ１０１が取付けられ、この貫流ボイラ１０１の上部は、気水分離器１０２に対し、後述する液面計１１６との関連で、自由液面が来るような高さで接合されている。一方、下部は、気水分離器１０２底部より分岐管１０４を経て、循環水管１０３が接合されている。分岐管１０４には、給水ポンプ１０５の吐出管からの管が接合され、ここに給水される。貫流ボイラ１０１の中には、電気ヒータ１０６が装着されている。気水分離器１０２の上部より２個の液面計１１５、１１６が取付けられ、一方が液面の上限を計るもの、もう一方は下限を計るものである。この蒸気洗浄機用の貫流ボイラでは、液面計１１５は、電気ヒータ１０６が気相部に出ないように、液面計１１５が液面を検出していないときは、電気ヒータ１０６のスイッチが入らないようなインターロック回路の信号に用いられている。また、上限液面計１１６が液面を検出するまで、給水ポンプ１０５が運転される。そして、液面計１１６が一旦液面を検出すると、給水ポンプ１０５は停止するが、一定時間経ると、自動的に給水ポンプ１０５のスイッチが入るように制御される。
【０００４】
気水分離器１０２下部の分岐管には、圧力スイッチ１１７への気圧管が接続されている。この圧力スイッチ１１７は、気水分離器１０２の圧力が所定の圧力より低いときは、電気ヒータ１０６をＯＮにし、所定の圧力に達するとＯＦＦとする機能を有している。気水分離器１０２の上部には２個の分岐があり、一方には安全弁１０８が接続され、他方は蒸気の吐出弁１０９が取付けられている。安全弁１０８の設定圧力は、圧力スイッチ１１７よりやや高い目かつ法定の圧力を越えないようにセットされる。吐出弁１０９より、エジェクター１１２のドライブガスとし、気水分離器１０２の一部液相部より導かれる熱水弁１１１を介してエジェクター１１２に導かれ、噴射する蒸気に熱水を混合させることができるようになっている。また、蒸気エジェクターノズル１１３は、洗剤などの助材が注入できるように、助材タンク１２２よりエジェクターノズル１１３に導かれ、前述の蒸気をドライブガスとしたエジェクターを構成している。
【０００５】
蒸気洗浄機を使用するときは、メインスイッチ１８をＯＮにすると、下限液面計１１５が液面を検出していないときは、給水ポンプ１１５が入り、給水を開始する。そして、液面が上昇し、下限液面計１１５が液面を検出すると、電気ヒータが入り、加熱される。水温が上昇すると、貫流ボイラ１０１の水の比重が、気水分離器１０２の水に比べて小さくなり、自然対流がはじまると、貫流ボイラ１０１内の水が気水分離器１０２に流れ、下部より、気水分離器１０２の低い温度の水が流入してくる。貫流ボイラ１０１で沸騰が始まると、ボイドによる見かけ上の比重は一層小さくなり、対流による循環量は多くなる。沸騰中は、循環する水のため、貫流ボイラ１０１の中の水も、気水分離器１０２の中の水も、ほぼ飽和温度になる。蒸気の使用量が少ないときは、圧力上昇し、これに伴い、飽和温度も上昇していく。そして、所定の圧力になると、圧力スイッチ１１７が作動し、電気ヒータ１０６のスイッチ１１７でこれをＯＦＦにするので、圧力や温度の上昇が止まる。
【０００６】
蒸気を使用し、気水分離器１０２の上限液面計１１６が液面を検出しなくなって一定の時間が経つと、給水ポンプ１０５のスイッチ１２１が入る。給水が始まって、液面が上昇し、液面を検出すると、給水ポンプ１０５はＯＦＦとなる。このように、給水ポンプ１０５も電気ヒータ１０６も、ＯＮ／ＯＦＦの簡単な制御で安定した運転ができることが、この貫流ボイラの大きな特徴である。
【特許文献１】特願２００５−１６６１１１
【特許文献２】特開２００２−２５０５０４
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
循環量の多い貫流ボイラは、貫流ボイラ管の内部も気水分離器の内部も、ほぼ飽和温度になっている。気水分離器の液面が下がり、給水ポンプが運転され給水が始まると、貫流ボイラや気水分離器の温度が低下し、その結果、蒸気圧力が低下する。このように、給水ポンプのＯＮ／ＯＦＦに応じて、蒸気圧力が変動するため、蒸気洗浄機にとっては、洗浄性能にムラが出るという欠点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
気水分離器の中央部で、自由液面より下の液相部に給水ポンプ吐出管の冷たい給水を注入し、気水分離器の中で給水加熱をし、気水分離器から貫流ボイラの給水口への循環量を絞り、ほぼ一定の給水が供給されるようにする。循環水量は、給水量の１．５倍程度とし、絞りを分岐管の前に入れる。
【０００９】
その結果、気水分離器の自由液面近くでは飽和温度となっているが、気水分離器の下部では循環水量が少ないため、熱成層化し、１００℃前後の温度の水が滞流している。この水を貫流ボイラに分岐し、注水される。
【発明の効果】
【００１０】
循環量が少ないため、貫流ボイラ内で給水された水の多くが蒸気になり、吐出されるが、吐出される蒸気の約３０％が、熱水のまま気水分離器に流入し、ここで分離され、循環水となり、貫流ボイラに流れていく。
【００１１】
貫流ボイラの中は、飽和温度になっており、また、気水分離器の自由液面近傍は飽和温度の高温水が存在しているため、蒸気使用量が変化し、熱水が再蒸発して蒸気として供給されるため、蒸気量の負荷変動に対し、蒸気圧力の変化は小さい。
【００１２】
一方、液面が低下し、給水されるときも、気水分離器の液相の中央部に給水されるため、気水分離器内の温度は熱成層化したまま給水の予熱が行われ、貫流ボイラへ分岐し、注入されるまでには、多少の時間があるので、貫流ボイラの給水温度も急に低下することはなく、蒸気圧力、温度には、ほとんど変化がない。
【００１３】
以上のように、貫流ボイラにおいて給水ポンプや電気ヒータをＯＮ／ＯＦＦするだけの簡単な制御で安定した運転ができるとともに、蒸気負荷変化に対しても蒸気圧力や蒸気温度（飽和温度）は大きく変動することなく、質のよい蒸気が得られるようになる。
【００１４】
また、蒸気洗浄機全体が転倒するといった不測の事態が生じたときは、気水分離器の中に飽和温度より低い温度の水が保有されているため、これの熱成層がくずれ、自由液面近くの熱水を混合するため、一瞬に圧力が低下し、安全上、非常に好都合である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
発明を実施するための形態について、図２に基づいて説明する。図２に示す実施例では、１個の気水分離器２に対し、２個の貫流ボイラ１が取付けられている。貫流ボイラ１の上部エルボで、気水分離器２に接合されている。貫流ボイラ１の中には、電気ヒータ６が取付けられ、電磁スイッチ１７によってＯＮ／ＯＦＦされる。気水分離器２の底部には、循環水管２７を経て絞り２６が接続され、その下流側に分岐管２７が接合され、これより、２個の貫流ボイラ１の給水口に接続されている。
【００１６】
給水タンク１４から給水ポンプ５に吸入配管され、吐出管は、気水分離器２の中央で自由液面より下になる位置に接続され、ここに給水される。給水ポンプは電動機で駆動され、電磁スイッチ２１によって、気水分離器の液面計上限１６の信号に基づき、ＯＮ／ＯＦＦされる。
【００１７】
気水分離器２の上部には、安全弁８、吐出弁９が接続されている。蒸気は吐出弁９を経て、エジェクター１２を経て、ノズル１３に連結している。ノズル１３から蒸気を吹き出し、洗浄に利用されるが、この実施例では、気水分離器の液相部から熱水弁１１を経て、前述のエジェクター１２に導かれており、ノズル１３の蒸気に熱水を混合して噴出できるようになっている。また、ノズル１３はエジェクターノズルとなっており、タンク２２の助材を吸い上げ、ノズルから蒸気をいっしょに噴出できるような構造となっている。熱水弁１１や吐出弁９は、ノズル１３に付いているスイッチによって遠隔開閉できる。
【００１８】
この実施例では、メインスイッチ１８を入れると、給水ポンプ５が運転され、気水分離器２の液面計下限１５が水面を検出すると、ヒータ６のインターロックが外され、圧力スイッチ１７の圧力が所定の圧力より低いときは、スイッチ１７がＯＮとなり、ヒータ６に電気が送られる。温度が上昇し、所定の圧力になるとヒータのスイッチ１７がＯＦＦとなる。蒸気を使うと、圧力が低下するので、再びヒータのスイッチ１７がＯＮとなり、貫流ボイラ１で蒸気が作られる。
【００１９】
実施例では、液面計上限１６が液面を検出したら、給水ポンプ５を止めるとともに、一定時間が経過すると、自動的に給水ポンプ５をＯＮにする。一般には、液面計上限でＯＦＦにし、液面計下限でＯＮにする方法が取られるが、液面の変化を小さくし、できるだけ蒸気温度の変化を小さくするために、このような制御方式にした。
【００２０】
このような装置を運転しているときの絞りの作用を説明する。貫流ボイラ１では、通常の運転中は沸騰が生じており、エルボ管部では、ボイド率３０％程度になっていると推定される。この分、貫流ボイラ１内水の見かけの比重が小さくなっており、貫流ボイラ下部の給水口の圧力は低くなっている。このため、循環水管２５、絞り２６、分岐管２７、分配管３を経て、循環水が流入する。給水は、気水分離器２の中央部に注水されるので、気水分離器２の下部の温度はやや低く、１００℃前後である。給水が予熱されて、分岐管２７を経て供給される。絞りで循環水量が絞られているため、貫流ボイラ１に入る水量の変化は小さく、貫流ボイラ１の出口におけるボイド率が通常の運転で３０％程度となろため、負荷変化に対し、ボイド率が増減しても、蒸気圧力や温度の変化は小さく、また、給水ポンプ５のＯＮ／ＯＦＦ、ヒータ６のＯＮ／ＯＦＦ時にも、蒸気圧力や温度変化が小さく、蒸気の品質がほぼ一定で安定している。蒸気洗浄機では、蒸気の品質の安定は非常に重要であり、このようにすることにより、安定した洗浄を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来型の蒸気洗浄機用の貫流ボイラを示したもので、気水分離器の底部には、循環水管、分岐管、分配管があるが、絞りは入れられていない。
【図２】本発明の蒸気洗浄機用の貫流ボイラを示したもので、気水分離器２の底部に循環水管、絞り、分岐管、分配管が取付けられている。また、給水ポンプの吐出管は気水分離器２の中央部で自由液面より下に接合されている。
【符号の説明】
図１において、
１０１貫流ボイラ管
１０２気水分離器
１０３循環水管
１０４貫流ボイラの蒸気出口管エルボ
１０５給水ポンプ
１０６電気ヒータ
１０７液面検出器取付管
１０８安全弁
１０９吐出弁
１１０温水吐出口
１１１温水吐出弁
１１２温水混合器
１１３蒸気洗浄機用蒸気ノズル
１１４給水タンク
１１５、２１６液面検出器
１１７圧力スイッチ
１１８電源のメインスイッチ
１１９ノズルガンに設けられた蒸気弁スイッチ
１２０ノズルガンに設けられた温水弁スイッチ
１２１給水ポンプの電磁スイッチ
１２２補助タンク
１２３注水弁
１２４注水口
である。図２において、
１貫流ボイラ管
２気水分離器
３分配管
４貫流ボイラの蒸気出口管エルボ
５給水ポンプ
６電気ヒータ
７液面検出器取付管
８安全弁
９吐出弁
１０温水吐出口
１１温水吐出弁
１２温水混合器
１３蒸気洗浄機用蒸気ノズル
１４給水タンク
１５、１６液面検出器
１７圧力スイッチ
１８電源のメインスイッチ
１９ノズルガンに設けられた蒸気弁スイッチ
２０ノズルガンに設けられた温水弁スイッチ
２１給水ポンプの電磁スイッチ
２２補助タンク
２３注水弁
２４注水口
２５循環水管
２６絞り
２７分岐管
である。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれに電気ヒータを内蔵した複数個の貫流ボイラの上部を１個の気水分離器の上部に取付け、貫流ボイラの蒸気が気水分離器に流入するようにし、気水分離器の液面の上限を検出できる液面計と、これによって給水ポンプを制御するための電磁スイッチなどの装置と、気水分離器の圧力を検出し、これによって電気ヒータを制御するための電磁スイッチなどの装置と、気水分離器下部には、循環水管と分岐管と分配管と、それぞれ下部の給水口に、分配管で連結した蒸気洗浄機用の貫流ボイラにおいて、気水分離器の下部と分岐管の間に絞りを入れ、かつ、給水ポンプ吐出管からの給水の注水口を気水分離器の中央部で、自由液面より下の液相部に設けたことを特徴とする。

【図１】