エンジニアとして、私たちは常に可能性の限界を押し広げ、困難な問題を解決する新しい方法を探しています。
システムから余分な熱を取り除くコンデンサーは、あらゆる産業プロセスの最も重要な部分の 1 つです。
さまざまな種類の凝縮器がありますが、強力で効果的な選択肢として気圧凝縮器が際立っています。
この記事では、気圧コンデンサーの魅力的な世界を調べ、エンジニアにとって重要なツールとなる利点、用途、および基本的なアイデアについて詳しく説明します。
私たちと一緒に最先端の産業技術を探索する準備をしてください!
気圧コンデンサーの紹介
正式な定義:
凝縮液と冷却液が流れる長い垂直パイプを使用して、パイプの下端に生じる圧力によってそれらの除去を行う接触凝縮器。
真空機械には、空気、排気蒸気、およびその他の蒸気を除去するための気圧凝縮器が必要です。
この装置は、すでに存在するガスの圧力を下げながら、入ってくる蒸気を冷却して凝縮するように作られています。
カウンター フローとパラレル フローは、気圧コンデンサーの 2 つの主なタイプです。
気圧コンデンサーの種類
- マルチジェット気圧コンデンサー。
最もシンプルで費用対効果の高い設計は、マルチジェット気圧コンデンサーです。
エアポンプやプレクーラーを別に用意する必要がなく、安い水が多い場所でよく使われます。
複数のスプレーを備えた気圧コンデンサー。
マルチスプレー気圧凝縮器は、非凝縮性物質を空気吸引チャンバーを介してプレクーラーに引き込みます。
水がスプレー ノズルから出てくると、空気と蒸気の混合物が冷却され、ほとんどすべての蒸気が凝縮します。
エアポンプに送られる残りの混合物は、噴霧水とほぼ同じ温度です。
これは、空気ポンプが多くの凝縮性蒸気を除去できないことを意味します。
- 気圧向流コンデンサー。
十分な水がない場合、または非凝縮物が多すぎて別の真空ポンプが必要な場合は、気圧逆流凝縮器が使用されます。
この地域の条件によっては、側面の蒸気入口も必要になる場合があります。
気圧コンデンサーのコンポーネント
気圧コンデンサーには、本体と、本体にねじ込まれる水ノズルがあります。
ウォーターノズルは、水を噴射または噴射することができます。
水は 2 つのポートから入って 1 つの出口から出ますが、蒸気は 3 つ目のポートから入って別の出口から出ます。
バロメトリックレッグ
バロメトリック レッグは、プレコンデンサーとホットウェルの間のレッグ パイプで構成される凝縮水排出装置です。
プレコンデンサーとも呼ばれる直接接触コンデンサーは、通常、凝縮液が気圧レッグを介して排出されるため、気圧コンデンサーと呼ばれることがよくあります。
前凝縮器は、貴重な炭化水素または水を取り戻すことができます。どちらも、石油およびガス処理の次のステップでよく使用されます。
また、より小型の真空ポンプを作ることが可能になり、お金とエネルギーを節約できるかもしれません。
気圧コンデンサーで工業用冷却に革命を起こす
まだわかりにくい？少し視点を変えてみましょう：
古い非効率的なテクノロジーを使用して産業プロセスを冷却しようとすることにうんざりしていませんか? 使いやすく、非常にうまく機能するソリューションが必要ですか?
今日は、産業用冷却に関してゲームを変える革新的な新しい発明、気圧コンデンサーについてお話します。
そうです、多くのメンテナンスが必要でセットアップが難しい、凝ったハイテク冷却システムのことは忘れてください。
必要なのは、長くて垂直なパイプと、仕事をするための古き良き大気圧だけです。
気圧コンデンサーがあれば、誰が複雑な技術を必要とするでしょうか?
わかりました、それはテレビコマーシャルのように見せかけた冗談です。
では、説明に戻りましょう。
気圧コンデンサーの動作原理
気圧凝縮器は、凝縮液と冷却液が流れる長い垂直パイプを使用する接触凝縮器です。
パイプの下端の圧力により、凝縮液と冷却液がパイプから押し出されます。
このセクションでは、気圧コンデンサーの動作原理について詳しく説明します。
差圧と静水頭圧
垂直パイプの底部の圧力により、凝縮液と冷却液が気圧凝縮器から押し出されます。
これは、凝縮液の静水頭圧がどの圧力差よりも強いためです。
コンデンサーとレシーバー タンクの間のパイプは「バロメトリック レグ」と呼ばれ、正しく構築されていないと性能が低下します。
テールパイプの高さと排水
気圧脚のテールパイプは、システムが純粋な真空を引き、水と凝縮物が自由に排出できるように、少なくとも十分な高さにする必要があります。
凝縮液は重力によって排出されるため、高圧の領域に入らないように十分に高くする必要があります。
そのため、テールパイプの高さを適切に設定して、排気をよくし、パフォーマンスを失わないようにすることが重要です。
気圧コンデンサーの長所と短所
気圧凝縮器は、ポンプの代わりに重力を使用して噴射水を排気管から送り出すタイプの蒸気凝縮器です。
このセクションでは、気圧コンデンサーを使用することの長所と短所について説明します。
利点
- 浸水からの耐性: 気圧コンデンサーは、プライミングされている場合、または液体が入った場合は浸水しません。
- より短い排気蒸気ライン: 気圧コンデンサーにより、より短い排気蒸気ラインが可能になり、最初のコストが削減され、漏れの可能性が減少します。
- 低メンテナンス: 可動部品がないため、メンテナンスが容易で、凝縮器は場所を取りません。
短所
- 動作温度範囲: 向流気圧凝縮器は、排水の温度と蒸気露点の温度の差が 3 ～ 5°F の場合に機能します。これは、他の蒸気凝縮器と同様に機能しない可能性があることを意味します.
- 復水の再利用: 冷却水と復水の両方が同じ流れに投棄されるため、復水の再利用はできません。
他の復水器との比較
- ジェット コンデンサー: ジェット コンデンサーは、構築が容易で、設置や維持に多くの費用がかからず、表面コンデンサーよりも占有する床面積が少なくて済みます。
ただし、大容量のプラントには適さず、他のタイプの復水器よりも多くの復水を浪費し、空気ポンプに高出力を必要とします。
- 表面復水器: 表面復水器の初期費用は、他のタイプの蒸気復水器よりも高くなりますが、維持費は安くなります。
それらは、不純物がなく、システムに戻すことができる凝縮水を作ります。
凝縮水と混ざらないので、冷却の苦手な水でも使用できます。
それらは大規模なプラントでうまく機能し、プラントがより効率的に機能するのに役立ちます.
気圧コンデンサーの種類
カウンター フローおよびパラレル フロー コンデンサー
気圧コンデンサーには、向流と平行流の 2 つの主要なタイプがあります。
向流凝縮器は蒸気と凝縮流体が反対方向に流れるように構成され、平行流凝縮器は蒸気と凝縮流体が同じ方向に流れるように構成されます。
直接接触（プリ）コンデンサー
プレコンデンサーとも呼ばれる直接接触コンデンサーは、通常、凝縮液が気圧レッグを介して排出されるため、気圧コンデンサーと呼ばれることがよくあります。
予備凝縮器とホットウェルの間のレッグ パイプは、凝縮水排出口であるバロメトリック レッグを構成します。
凝縮液は、重力によってレッグを通ってホットウェルに排出され、そこで収集されます。
シュッテ & Koerting 気圧コンデンサー
シュッテ & Koerting は、追加のエアポンプやプレクーラーを必要としないマルチジェット気圧コンデンサーを製造しています。
これにより、負荷が常に同じである状況に最適です。
彼らはまた、移動せず、多くのメンテナンスを必要としない気圧逆流コンデンサーも製造しています。
これらのタイプの気圧凝縮器は、水の供給が制限されている場合、または過剰な量の非凝縮性物質が別の真空ポンプの使用を必要とする場合に使用されます。
気圧コンデンサーの性能に影響を与える要因
たとえば、下流の石油およびガス処理では、気圧凝縮器を使用して、入ってくる蒸気を冷却し、凝縮できるように熱を下げます。
それらを最大限に活用するには、次のような多くのことを考慮する必要があります。
- 冷却水の温度、流量、温度上昇：
冷却水の温度と流量は、気圧凝縮器の動作に直接影響します。
冷却水の流量が多いほど、熱伝達率が高くなり、凝縮器の機能が向上します。
- 非凝縮性および凝縮性負荷:
空気のような非凝縮性ガスが凝縮器内にある場合、熱が伝達される領域が減少するため、凝縮器の効果が低下する可能性があります。
同様に、蒸気などの凝縮性ガスの濃度が高いと、凝縮器の機能が低下する可能性があります。
- ファウリング:
凝縮器の伝熱面に堆積物が蓄積すると、有効な伝熱面積が小さくなります。
これにより、コンデンサーの効果が低下します。
付着物は、スケーリング、腐食、または生物の増殖が原因で発生する可能性があります。
- 蒸気の質:
凝縮器の効率は、凝縮器に入る蒸気の質の影響を受ける可能性があります。
蒸気が濡れている場合など、蒸気が良くない場合、熱伝達率が低下し、凝縮器の効果が低下する可能性があります。
- 冷却水の供給と圧力の低下:
凝縮器がどれだけうまく機能するかは、利用可能な冷却水の量と圧力の量によって影響を受ける可能性があります。
冷却水が不足したり、圧力が下がりすぎたりすると、熱伝達速度が遅くなり、凝縮器の効果が低下する可能性があります。
寒い場所では、凝縮器の再循環ドレン水が凍結し、機械が損傷する可能性があります。
凍結保護は、各凝縮器に水加熱要素を配置することによって行うことができます。
- 水の処理:
水を処理することで、冷却水中の溶解固形物やその他の化学物質の量を減らすことができます。
これにより、凝縮器から水が取り出される速度が遅くなる可能性があります。
- 空気で冷却するコンデンサー:
寒冷地では、ドレン水の凍結を防ぐために空冷コンデンサーを使用することがあります。
- コンデンサー圧力:
凝縮器がどれだけうまく機能するかは、凝縮器内の圧力によって影響を受ける可能性があります。
圧力が低いと、凝縮器内の水の沸点が下がり、凝縮器の効果が低下する可能性があります。
- 使い古した機器:
コンデンサーをよりよく機能させるには、腐食または摩耗した部品を交換する必要があります。
設計上の考慮事項
気圧凝縮器は、基本的に凝縮液の排出口である気圧脚が特定の方法で作られている場合に最も効果的です。
気圧脚の排気管は、結露が適切に排出されるように、上下がまっすぐで、横に曲がっていない必要があります。
テールパイプ、ホットウェル、またはフロート トラップに気泡が詰まると、タービン ブレードが引き裂かれるなど、機器に多くの損傷を与える可能性があります。
液体が十分に流れるようにするには、気圧脚の方向の変化は、少なくともパイプの直径の 5 倍、または 4 フィート離れている必要があります。
マルチスプレー気圧コンデンサーは、真空チャンバー内に平行な流れがあり、可動部品がないため、うまく機能します。
これは、可動部品を備えた機器ほど頻繁に固定する必要がないことを意味します。
特定の用途向けの気圧コンデンサーの選択
特定の用途に適した気圧コンデンサーを選択するには、多くのことを考慮する必要があります。
最適な凝縮器を選択するには、凝縮する液体または気体の種類、その体積と温度、必要な効率、および所有するスペースとお金について考える必要があります。
アプリケーションの特定のニーズとパフォーマンス要件を慎重に検討する必要があります。
温度に関する考慮事項
気圧凝縮器を選択するときは、凝縮される流体または気体の入口と出口の温度、および凝縮器が置かれる部屋の温度を考慮する必要があります。
この情報は、凝縮器が必要とする冷却電力の量を把握するために使用されます。
HVAC アプリケーションの冷却剤の選択
HVAC システムでは、使用する冷却剤を選択する必要があります。
冷媒にはさまざまな種類があり、そのほとんどに ASHRAE 冷媒の指定に基づいた番号の名前が付いています。
冷媒の性能は、ほとんどの場合、その熱を取り出すために必要な仕事量に対する、冷却される空間から取り出される熱量の比率である成績係数 (COP) によって決まります。
真空システムの配管
気圧コンデンサーを選択するときは、真空システムに適したパイプを備えたものを選択することが重要です。
設置場所の気圧と凝縮器で予想される圧力降下を使用して、気圧脚の高さを計算する必要があります。
コンデンサーとレシーバー タンクの間のパイプは「バロメトリック レグ」と呼ばれ、真空ポンプまたはコンプレッサーに結露が入らないように十分な高さが必要です。
気圧脚が正しく作られていないと、コンデンサーも機能しません。
数値解析
適切な気圧コンデンサーは、数値解析の助けを借りて選択できます。
コンピュータモデリングは、コンデンサーを可能な限り効率的かつ効果的にするのに役立ちます。
また、さまざまな作業条件をシミュレートし、さまざまな設計パラメーターがシステムに与える影響を確認するためにも使用できます。
資格のあるエンジニアとのコンサルティング
全体として、特定のアプリケーションに適した気圧コンデンサーを選択するには、温度、流体またはガスの量、効率、スペースと予算の制限など、多くのことを慎重に検討する必要があります。
資格のあるエンジニアまたはコンデンサー メーカーに相談することで、仕事に適したコンデンサーを選択することができます。
産業における気圧コンデンサーの応用
気圧コンデンサーは、真空装置から空気、排気蒸気、およびその他の蒸気を除去する費用対効果の高い方法であるため、さまざまな業界で使用されています。
気圧コンデンサーがよく使用される分野をいくつか見てみましょう。
食品業界
気圧コンデンサーは、食品業界で油、牛乳、その他の食品を処理するために使用されます。
それらは、食品の品質を損なう可能性のある不要なガスを取り除くために非常に重要です.
砂糖精製業
ほぼ 100 年前から、気圧コンデンサーは砂糖の処理に使用されてきました。
それらは、砂糖を沸騰させるのに役立つ真空鍋内の空気やその他のガスを取り除くために使用されます.
アルコール工場と蒸留所
アルコール工場や蒸留所では、蒸留プロセスから空気やその他のガスを除去するために気圧凝縮器が使用されています。
これにより、製造されるアルコールがクリーンで高品質であることを確認できます。
パルプおよび製紙工場
気圧コンデンサーは、パルプおよび製紙業界で、パルプの脱水に使用される真空システムから空気やその他のガスを取り出すために使用されます。
石油精製所
石油精製所では、気圧凝縮器を使用して真空蒸留システムから空気やその他のガスを取り出します。
これにより、高品質でクリーンなオイルが作られます。
製塩工場
塩を製造する工場では、気圧凝縮器を使用して、塩水を蒸発させる真空システムから空気やその他のガスを取り除きます。
化学プラント
さまざまな種類の化学プラントでも、気圧コンデンサーが使用されています。
それらは、さまざまな化学プロセスで使用される真空システムに属さないガスを取り除くために使用されます。
バロメトリックレッグとエジェクターシステム
気圧コンデンサーは、気圧脚がなければ機能しません。
それらはコンデンサーが浸水するのを防ぐために作られています。
取り出される凝縮物のタイプを使用して、気圧脚の高さを決定する必要があります。
たとえば、気圧脚の高さの計算は、誤った仮定によってプラントがうまく機能しないようにするために必要です。
気圧コンデンサーは、エジェクター システムの一部として使用して、原油真空ユニット重真空ガス油 (HVGO) の歩留り性能を向上させることもできます。
コンデンサーは、入ってくる蒸気を冷却して凝縮させ、エジェクター システムの動作を改善します。
つまり、気圧コンデンサーは、真空装置から空気、排気蒸気、およびその他の蒸気を除去するための費用対効果の高い方法であるため、さまざまな業界で使用されています。
それらは、食品産業、砂糖精製、アルコール工場および蒸留所、パルプおよび製紙工場、石油精製所、製塩工場、および他の多くの種類の化学工場の重要な部分です。
気圧脚の目的は、凝縮器が浸水しないようにすることであり、うまく機能するのに適切な高さにする必要があります。
他のタイプのコンデンサーとの効率とコストの比較
気圧コンデンサーは、真空装置から空気、排気蒸気、およびその他の蒸気を除去するために多くの業界で使用されている直接接触コンデンサーです。
真空チャンバー内に可動部品がないため、可動部品に伴うダウンタイムが削減されます。
マルチジェット気圧コンデンサー、マルチジェットスプレー式気圧コンデンサー、マルチスプレー気圧コンデンサー、気圧向流コンデンサーなど、さまざまな種類の気圧コンデンサーがあります。
それらがどれだけうまく機能し、どれくらいの費用がかかるかということになると、さまざまなタイプのコンデンサーの間で明確な勝者はありません.
状況に応じて、各タイプのコンデンサーを適切に使用する必要があります。
空冷コンデンサー
空冷コンデンサーは水冷コンデンサーよりも組み立てが簡単ですが、空気は水よりも交換係数が小さいため、熱をすばやく移動させることはできません。
ほとんどの場合、これらの種類のコンデンサーは、水の入手が困難な場所や節水したい場所で使用されます。
一方、空冷システムは、多くのエネルギーを消費し、多くの騒音を発生させ、多くのスペースを占有します。
水冷コンデンサー
水冷式システムは空冷式システムよりも速く熱を伝達しますが、水の流れを制御して腐食を止める方法を考える必要があるため、設計が難しくなります。
水冷コンデンサーは、うまく機能し、多くの熱を冷却できるため、大規模な産業環境でよく使用されます。
しかし、冷却水の安定した供給と、汚れ、スケール、錆を防ぐための適切な水処理方法が必要です。
結論として、気圧コンデンサーは、真空装置から空気、排気蒸気、およびその他の蒸気を取り除くための迅速かつ安価な方法です。
コンデンサーの種類の選択に関しては、万能の答えはありません。
代わりに、アプリケーションの特定のニーズに基づいて各タイプを選択する必要があります。
考慮すべきことは、冷却水の利用可能性、その効率、コスト、フットプリント、エネルギー使用、騒音レベル、節水です。
資格のあるエンジニアまたはコンデンサー メーカーに相談することで、仕事に適したコンデンサーを選択することができます。
気圧コンデンサーの構造に使用される材料
気圧コンデンサーは、真空装置から空気やその他の蒸気を除去するために使用されます。
それらには、シェルの本体とスプレー装置の2つの主要部分があります。
気圧コンデンサーは、次のようなさまざまなもので構成されています。
- アイアンキャスト。
- 炭素鋼。
- グラスファイバーが入ったプラスチック。
- ハベグ。
- 黒鉛。
- すべての溶接可能な合金。
材料の選択
気圧凝縮器の材料の選択は、冷凍に使用される冷却剤の種類や水の利用可能性など、さまざまな要因によって異なります。
接触凝縮器は炭素鋼で作られることが多く、熱交換器は通常、銅、真鍮、アルミニウム、またはステンレス鋼で作られています。
材料の選択に影響を与えるもののいくつかは、非凝縮性の量と利用可能な水の量です。
安価な水がたくさんある場合は、最もシンプルな設計で追加の機器を必要としない気圧コンデンサーが最適です。
冷却水が厳しい場合や腐食の可能性がある場合は、グラスファイバー強化プラスチックなどの錆びない素材を使用できます。
結論
結論として、気圧コンデンサーは、産業界における私たちのやり方を変えた驚くべきエンジニアリングの一部です。
大気圧の力を利用することで、幅広い用途に合わせて変更できる非常に効果的で効率的な冷却システムを作ることができます。
可能なことの限界を押し広げ続ける中で、より持続可能で、効率的で、革新的な未来を構築するための取り組みにおいて、気圧コンデンサーがますます重要な役割を果たすことは明らかです。
ですから、この驚くべき技術から学び、学びたいという欲求と世界を誰にとってもより良い場所にしたいという欲求に駆り立てられて、エンジニアリングの卓越性を新たなレベルに押し上げ続けましょう。
リンクと参照
スチーム ジェット真空システム:
https://www.s-k.com/steam-jet-vacuum/barometric-condensers.cfm
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