(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧蒸気発生源で生成された高圧蒸気を減圧し、該減圧された高圧蒸気と低圧蒸気発生源で生成された低圧蒸気とを混合することで生成される所定範囲の圧力の必要圧力蒸気を生産設備に供給する蒸気制御装置であって、
前記高圧蒸気の圧力を前記所定範囲まで減圧する調整弁と、
前記高圧蒸気発生源から前記調整弁まで前記高圧蒸気を導く高圧経路と、
前記調整弁から前記生産設備まで前記必要圧力蒸気を導く供給経路と、
前記低圧蒸気発生源から、前記調整弁と前記生産設備との間で前記供給経路に合流し前記必要圧力蒸気を導く合流経路と、
前記合流経路上に設けられ該合流経路の蒸気圧力を検知する第１圧力計と、
前記合流経路上で、前記第１圧力計と、前記供給経路と該合流経路との合流点の間に設けられる逆止弁と、
前記供給経路上で、前記合流経路の合流点と前記調整弁との間に設けられ、該合流点と該調整弁との間の該供給経路の蒸気圧力を検知する第２圧力計と、
前記第１圧力計が検知した蒸気圧力と前記第２圧力計が検知した蒸気圧力とに基づいて前記調整弁の制御を行う制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記第１圧力計が検知した蒸気圧力が閾値未満であったら、前記第２圧力計が検知する蒸気圧力が前記所定範囲内になるように前記調整弁を制御し、
前記第１圧力計が検知した蒸気圧力が前記閾値以上になったら、前記調整弁の動作範囲の上限値を前記所定範囲内かつ前記第１圧力計が検知した蒸気圧力の値未満となるように動的に変更し、前記第２圧力計が検知する蒸気圧力が前記変更された動作範囲内となるように前記調整弁を制御することを特徴とする蒸気制御装置。
【請求項２】
前記合流経路上において前記低圧蒸気発生源と前記第１圧力計との間に蒸気圧縮機を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の蒸気制御装置。
【請求項３】
前記低圧蒸気発生源はヒートポンプボイラまたはフラッシュタンクであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蒸気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低圧蒸気と高圧蒸気とを混合することで生成される必要圧力蒸気を生産設備に供給する蒸気制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生産設備等において蒸気を利用する場合、一般的には化石燃料を用いた燃焼式ボイラあるいは廃熱ボイラ（以下、燃焼式ボイラ等と総称する。）により蒸気を生成することが多い。しかしながら現在の化石燃料単価の上昇により燃焼式ボイラ等の蒸気単価は従前と比較して大幅に上昇しており、また温室効果ガスであるＣＯ２排出量削減の観点においても燃焼式ボイラ等は優れているとは言い難い。
【０００３】
そこで、生産設備に併設されているフラッシュタンクや昨今の技術の進歩により実用可能となったヒートポンプ式の蒸気発生装置等（以下、ヒートポンプボイラ等と総称する）において生成される蒸気の利用が検討されていた。ヒートポンプボイラ等によって生成された蒸気は主に生産設備から排出される排熱を利用しているため、燃焼式ボイラ等と比較して蒸気単価で２０％〜５０％程度安価である。したがって、ヒートポンプボイラ等の蒸気を最大限活用することができれば、燃焼式ボイラ等によって生成する蒸気の量ひいては化石燃料の使用量を減らし、コストやＣＯ２排出量の削減を図ることが可能となる。
【０００４】
しかしながら現在、ヒートポンプボイラ等で効率的に生成できる蒸気は、冷媒を用いた場合であっても圧力が通常０．１ＭＰａＧ程度と低圧であり温度も１２０℃程度であるため、生産設備において求められている温度や圧力の条件を満たせないことが多かった（以下、ヒートポンプボイラ等で生成された蒸気を低圧蒸気と称する。これに対し、燃焼式ボイラで生成された蒸気を高圧蒸気と称する。）。このため、低圧蒸気を利用するためには、昇圧することで温度および圧力を高める必要がある。
【０００５】
そこで、特許文献１では、排熱蒸気ボイラで発生した蒸気（高圧蒸気）を蒸気エゼクタに噴出させ、その噴出作用により減圧蒸発器内を減圧し、この減圧作用で減圧蒸発器の冷却水で加熱された温水を蒸発させ、蒸発した蒸気（低圧蒸気）を蒸気エゼクタ内において蒸気ボイラから来た蒸気と混合し、これを蒸気利用設備側に供給している。特許文献１では、このように蒸気を二系統から取り出すことにより、総合効率が従来例に比較して約３０％アップすると述べている。
【０００６】
またヒートポンプボイラ等で生成された低圧蒸気を利用する際の他の問題点として、生成される蒸気量が一定でない（変動しやすい）ことが挙げられる。上述したように、ヒートポンプボイラ等では生産設備等から排出される排熱を利用しているため、排熱の発生量や温度等が変動すると、ヒートポンプボイラ等で生成される低圧蒸気量も変動してしまう。故に、ヒートポンプボイラ等は安定した蒸気供給源として利用しづらく（信頼性が低く）、低圧蒸気の有効活用が困難であった。
【０００７】
上記の問題点を解決するために、特許文献２では、水を蒸発させる蒸発器と、蒸発器で生成された蒸気を圧縮する蒸気圧縮機と、蒸気圧縮機で圧縮された蒸気を蒸気利用施設に供給する蒸気供給配管を備えたヒートポンプシステムにおいて、蒸発器と圧縮機との間に蒸気の状態を測定する測定器を備え、測定器からの情報をもとに、蒸気圧縮機に流入する蒸気量を調整する手段を設けている。特許文献２によれば、ヒートポンプシステムを用いて工場等に蒸気を供給する場合に、その熱源である排熱の温度変動による蒸気の生成量の変化に対応した制御が可能な信頼性の高いヒートポンプシステムを提供できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−０４９４３号公報
【特許文献２】特開２００８−５７８７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１に記載の構成では、低圧蒸気を利用することでシステムの総合的な効率を向上させることはできるものの、低圧蒸気量が変動した場合におけるシステムの信頼性をどのように維持するかが明記されていない。したがって、システムの信頼性の確保において未だ課題を有したままである。一方、特許文献２に記載の構成では、システムの高い信頼性を得ることはできるものの、システムとしての効率は犠牲にせざるを得ない。故に、従来技術では、ヒートポンプボイラ等における低圧蒸気を利用する蒸気供給システムにおいて、高い信頼性の確保とシステム効率の向上との両立を図ることが困難であった。
【００１０】
本発明は、このような課題に鑑み、低圧蒸気の発生量および生産設備での蒸気消費量の両方が変動した場合であっても低圧蒸気を最大限活用することによりシステム効率の向上を図りつつ、生産設備への蒸気の安定した供給という高い信頼性を確保することが可能な蒸気制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明にかかる蒸気制御装置の代表的な構成は、高圧蒸気発生源で生成された高圧蒸気を減圧し、減圧された高圧蒸気と低圧蒸気発生源で生成された低圧蒸気とを混合することで生成される所定範囲の圧力の必要圧力蒸気を生産設備に供給する蒸気制御装置であって、高圧蒸気の圧力を所定範囲まで減圧する調整弁と、高圧蒸気発生源から調整弁まで高圧蒸気を導く高圧経路と、調整弁から生産設備まで必要圧力蒸気を導く供給経路と、低圧蒸気発生源から、調整弁と生産設備との間で供給経路に合流し必要圧力蒸気を導く合流経路と、合流経路上に設けられ合流経路の蒸気圧力を検知する第１圧力計と、合流経路上で、第１圧力計と、供給経路と合流経路との合流点の間に設けられる逆止弁と、供給経路上で、合流経路の合流点と調整弁との間に設けられ、合流点と調整弁との間の供給経路の蒸気圧力を検知する第２圧力計と、第１圧力計が検知した蒸気圧力と第２圧力計が検知した蒸気圧力とに基づいて調整弁の制御を行う制御部と、を備え、制御部は、第１圧力計が検知した蒸気圧力が閾値未満であったら、第２圧力計が検知する蒸気圧力が所定範囲内になるように調整弁を制御し、第１圧力計が検知した蒸気圧力が閾値以上になったら、調整弁の動作範囲の上限値を所定範囲内かつ第１圧力計が検知した蒸気圧力の値未満となるように動的に変更し、第２圧力計が検知する蒸気圧力が変更された動作範囲内となるように調整弁を制御することを特徴とする。
【００１２】
上記構成によれば、第１圧力計が検知した蒸気圧力（以下、第１蒸気圧力と略称する。）が閾値未満すなわち低圧蒸気を利用することのできない状態では、制御部は調整弁を制御することにより高圧蒸気を減圧して、生産設備において必要とされる所定範囲の圧力の蒸気である必要圧力蒸気とし、これを生産設備に供給する。これにより、低圧蒸気が利用できない状態であっても、必要圧力蒸気を生産設備に確実に供給することができる。なお閾値は、所定範囲内の中程度の値とすることができる。そして、第１蒸気圧力が閾値以上すなわち低圧蒸気が十分に生成されている状態では、制御部が、所定範囲内において調整弁の動作範囲の上限値を第１蒸気圧力未満の値に動的に変更する。これにより、生産設備には、減圧された高圧蒸気からなる必要圧力蒸気ではなく、低圧蒸気発生源から生じた必要圧力蒸気が優先的に供給される。したがって、低圧蒸気を最大限利用することができ、生産設備において使用される蒸気において高コストな高圧蒸気が占める割合を削減し、システム効率の向上を図ることが可能となる。更に、制御部は、低圧蒸気が生成されている状態において、動作範囲の上限を動的に変更した上で第２圧力計が検知した蒸気圧力（以下、第２蒸気圧力と略称する。）が所定範囲内になるように調整弁を制御する。これにより、低圧蒸気量の変動があった場合（特に不足した場合）にその変動分を高圧蒸気からなる必要圧力蒸気の供給量の調整によって吸収し、生産設備への安定した供給ひいては高い信頼性を確保することができる。したがって、低圧蒸気を最大限活用することによりシステム効率の向上を図りつつ高い信頼性を確保し、それらの両立を達成することが可能となる。
【００１３】
上記の合流経路上において低圧蒸気発生源と第１圧力計との間に蒸気圧縮機を更に備えるとよい。かかる構成によれば、低圧蒸気発生源によって生成された低圧蒸気の圧力が閾値に満たない場合であっても、蒸気圧縮機によって昇圧し、その圧力を閾値まで到達させることができる。したがって、より早い段階での低圧蒸気の利用が可能となり、その利用促進を図ることができる。また低圧蒸気発生源が閾値以上の圧力の低圧蒸気を生成できない場合であっても、蒸気圧縮機による昇圧によりかかる低圧蒸気の利用が可能となる。
【００１４】
上記の低圧蒸気発生源はヒートポンプボイラ等であるとよい。ヒートポンプボイラ等は、それらに供給された流体の熱を利用して蒸気を生成する。換言すれば、燃焼式ボイラのように化石燃料を燃焼させることなく蒸気を生成する。したがって、ヒートポンプボイラやフラッシュタンクを低圧蒸気発生源として用いることにより、化石燃料の消費量削減、ひいてはＣＯ２の排出量削減を促進することができ、省エネや環境保全に寄与することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、低圧蒸気を最大限活用することによりシステム効率の向上を図りつつ、高い信頼性を確保することが可能な蒸気制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態にかかる蒸気制御装置の概略構成を示す図である。
【図２】本実施形態にかかる制御部による蒸気制御装置の制御を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１８】
図１は、本実施形態にかかる蒸気制御装置１００の概略構成を示す図である。図１に示す蒸気制御装置１００は、高圧蒸気発生源１０２で生成された高圧蒸気を減圧し、減圧された高圧蒸気と低圧蒸気発生源１０４で生成された低圧蒸気とを混合することで生成される、生産設備において必要とされる所定範囲の圧力の必要圧力蒸気を生産設備１０８に供給する。
【００１９】
なお、以下の説明において、高圧蒸気とは、必要圧力蒸気の圧力すなわち所定範囲の上限値よりも高い圧力の蒸気のことであり、低圧蒸気とは、高圧蒸気より圧力が低い蒸気のことである。低圧蒸気の圧力は、必要圧力蒸気に必要とされる所定範囲の圧力より低い場合が多いが、所定範囲内にある場合も含まれる。理解を容易にするために、本実施形態では、必要圧力蒸気の圧力（所定範囲の圧力）をゲージ圧で０．１８ＭＰａＧ以上０．２２ＭＰａＧ以下とし、高圧蒸気は０．２２ＭＰａＧ（所定範囲の上限値）よりも圧力が高い蒸気、低圧蒸気は０．１８ＭＰａＧ（所定範囲の下限値）よりも圧力が低い蒸気と想定して説明する。ただし、上記の数値はあくまでも例示であり、これに限定するものではない。
【００２０】
高圧蒸気発生源１０２は、高圧蒸気を生成する装置である。かかる高圧蒸気発生源１０２としては、化石燃料を燃焼させて蒸気（高圧蒸気）を生成する燃焼式ボイラ等を例示することができる。なお、本実施形態では、高圧蒸気発生源１０２は、０．６ＭＰａＧの高圧蒸気を生成するものと仮定するが、これに限定するものではない。
【００２１】
低圧蒸気発生源１０４は、低圧蒸気を生成する装置である。かかる低圧蒸気発生源１０４としては、ヒートポンプボイラまたはフラッシュタンクが好適である。ヒートポンプボイラやフラッシュタンクは、それらに供給された流体の熱を利用して蒸気を生成するため、燃焼式ボイラのような化石燃料の燃焼が不要である。このため、低圧蒸気発生源１０４としてヒートポンプボイラやフラッシュタンクを用いることにより、化石燃料の消費量削減やＣＯ２の排出量削減を促進することができ、省エネや環境保全に寄与することが可能となる。
【００２２】
低圧蒸気発生源１０４には、生産設備１０８やそれに付随する設備等からの排熱が供給される（図示は省略）。また本実施形態では、低圧蒸気発生源１０４には、生産設備１０８において使用された後のドレン蒸気（またはドレン水）がドレン経路１０６を通じて供給される。これにより、ドレン蒸気（ドレン水）が有する熱を排熱とすることなく低圧蒸気発生源１０４において有効利用することができる。なお、これに限定するものではなく、他の流体を低圧蒸気発生源１０４に供給する構成とすることも可能である。
【００２３】
次に、本実施形態にかかる蒸気制御装置１００の構成について詳述する。なお、理解を容易にするために、以下の説明では、蒸気制御装置１００の構成要素について説明した後に、蒸気制御装置１００における制御について詳述する。
【００２４】
高圧蒸気発生源１０２において生成された高圧蒸気は、高圧経路１１２を通じて調整弁１１４まで導かれる。調整弁１１４は、高圧経路１１２によって導かれた高圧蒸気の圧力を所定範囲まで減圧する。これにより高圧蒸気は必要圧力蒸気となって、供給経路１１６を通じて調整弁１１４から生産設備１０８まで導かれる（生産設備１０８に供給される）。
【００２５】
一方、低圧蒸気発生源１０４において生成された低圧蒸気は、合流経路１２２を通じて供給経路１１６まで導かれる。合流経路１２２は、調整弁１１４と生産設備１０８との間で供給経路１１６に合流している。したがって、低圧蒸気発生源１０４からの低圧蒸気は、調整弁１１４よりも下流側において供給経路１１６に流入し、供給経路１１６を通じて生産設備１０８に供給される。
【００２６】
なお、後に詳述するが、低圧蒸気発生源１０４において生成された低圧蒸気は、その圧力が、必要圧力蒸気の圧力範囲である所定範囲内において定められた閾値以上となった場合に供給経路１１６を通じて生産設備１０８に供給される。したがって、上記の合流経路１２２からは、低圧蒸気が所定範囲の圧力にあるシステムではそのまま低圧蒸気が供給され（蒸気圧縮機１２４を設ける必要がない）、低圧蒸気の圧力が所定範囲未満にあるシステムでは昇圧してから供給される（蒸気圧縮機１２４を設ける必要がある）。
【００２７】
本実施形態では、合流経路１２２上において、低圧蒸気発生源１０４と、後述する第１圧力計１３２との間に蒸気圧縮機１２４を設けている。蒸気圧縮機１２４は、低圧蒸気発生源１０４からの低圧蒸気の圧力を閾値以上の圧力まで昇圧させる（圧縮する）。これにより、低圧蒸気発生源１０４によって生成された低圧蒸気の圧力が閾値に満たない場合であっても、蒸気圧縮機１２４で昇圧することによりその圧力を閾値まで到達させ、かかる低圧蒸気を必要圧力蒸気とすることができる（必要圧力蒸気が生成される）。したがって、より早い段階での低圧蒸気の利用が可能となり、その利用促進を図ることができる。このようにして生成された必要圧力蒸気も、上述したように蒸気圧縮機１２４から、合流経路１２２を通じて調整弁１１４と生産設備１０８との間で供給経路１１６に合流し生産設備１０８に供給される。
【００２８】
なお、蒸気圧縮機１２４の吐出圧力は、後に詳述する所定範囲の上限値近くとなるように設定する。また本実施形態においては合流経路１２２上に蒸気圧縮機１２４を設けたが、蒸気圧縮機１２４は蒸気制御装置１００における必須の構成要素ではない。これを設けることにより上述した利点を得ることができるものの、低圧蒸気発生源１０４がそもそも閾値以上の圧力の低圧蒸気（すなわち必要圧力蒸気）を生成可能な能力を有する場合には必ずしも必要ではない。ただし、低圧蒸気発生源１０４が閾値以上の圧力の低圧蒸気を生成可能な能力を有さない場合には蒸気圧縮機１２４を設けることが必要になる。
【００２９】
また合流経路１２２上には、合流経路１２２の蒸気圧力を検知する第１圧力計１３２が設けられている。これにより、合流経路１２２において供給経路１１６に合流する直前の蒸気圧力を検知することができる。同様に、供給経路１１６上における合流経路１２２の合流点と調整弁１１４との間には、その間の供給経路１１６の蒸気圧力を検知する第２圧力計１３４が設けられている。これにより、供給経路１１６において調整弁１１４で減圧された後の蒸気圧力を検知することができる。
【００３０】
なお、蒸気制御装置１００では、第１圧力計１３２が接続される合流経路１２２上には、供給経路１１６との合流点と第１圧力計１３２の間に逆止弁１２５を設置している。このため、静的状態（蒸気が流れていない状態）では供給経路１１６の方が高圧となる。第２圧力計１３４は調整弁１１４で減圧された高圧蒸気の圧力を検知し、第１圧力計１３２は蒸気圧縮機１２４で昇圧された低圧蒸気の圧力を検知する。
【００３１】
上記の２つの圧力計（ＰＴ：Pressure Transmitter）は制御部１３６に接続されている。かかる制御部１３６は、蒸気制御装置１００全体の動作を制御することはもちろん、本実施形態では特に、第１圧力計１３２が検知した蒸気圧力（第１蒸気圧力）と第２圧力計１３４が検知した蒸気圧力（第２蒸気圧力）とに基づいて調整弁１１４を制御する（図１中の破線は、制御部１３６との接続関係を示している）。基本動作としては、調整弁１１４の動作範囲を設定し、第２圧力計１３４で検知した圧力が動作範囲を超えれば調整弁１１４を絞り、動作範囲を下回れば調整弁１１４を開くというように動作する。動作範囲は、高圧蒸気発生源１０２から必要圧力蒸気を供給する場合には、必要圧力蒸気の圧力範囲（すなわち所定範囲）となる。このとき動作範囲の上下境界のみで判断してもよいし、圧力が動作範囲の中心に向かうように継続的に調整してもよい。
【００３２】
図２は、本実施形態にかかる制御部による蒸気制御装置１００の制御を説明するフローチャートである。以下、図２を用いて、制御部１３６による蒸気制御装置１００、特に調整弁１１４の制御について詳述する。なお、図２中、第１圧力計１３２が検知した蒸気圧力（第１蒸気圧力）をＰＴ１、第２圧力計が検知した蒸気圧力（第２蒸気圧力）をＰＴ２と表記する。また図２中に記載されている圧力、温度および蒸気量の値については、すべて例示であり、これに限定するものではない。本実施形態では、必要圧力蒸気の圧力（所定範囲の圧力）を０．１８ＭＰａＧ以上０．２２ＭＰａＧ以下と例示する。
【００３３】
図２に示すように、制御部１３６は、当該蒸気制御装置１００起動後に停止信号がなければ（ステップ３０２のＮＯ）、第１圧力計１３２が検知した蒸気圧力である第１蒸気圧力ＰＴ１が閾値以上であるかを判断する（ステップ３０４）。閾値とは、低圧蒸気発生源１０４において生成された低圧蒸気、またはかかる低圧蒸気が蒸気圧縮機１２４において圧縮された蒸気を必要圧力蒸気として利用可能かを判断するための値である。
【００３４】
詳細には、上述したようにヒートポンプボイラ等からなる低圧蒸気発生源１０４では、生産設備１０８等からの排熱を利用して低圧蒸気の生成を行う。したがって、生産設備１０８が稼動してなかった場合、例えば当該蒸気制御装置１００の初期稼動時等には、生産設備１０８からの排熱が供給されないため低圧蒸気発生源１０４では低圧蒸気の生成を行うことができない。また生産設備１０８が稼動していた場合であっても、低圧蒸気の圧力が極端に低くて所定範囲に満たなかったり（必要圧力蒸気になっていない）、それを蒸気圧縮機１２４によって昇圧しても所定範囲に到達させられなかったりすると、かかる低圧蒸気を利用することができない。
【００３５】
そこで、本実施形態では、低圧蒸気発生源１０４からの低圧蒸気が生産設備１０８に供給可能な必要圧力蒸気となっているかの判断基準値として閾値として予め定め、制御部１３６は、ステップ３０４において第１蒸気圧力ＰＴ１が閾値を満たしているか否かを判断している。また本実施形態においては、閾値を０．２０ＭＰａＧと例示するが、これに限定するものではなく、閾値は、所定範囲内（必要圧力蒸気の圧力範囲）において任意に定めることができる。閾値は、例えば所定範囲内の中程度の値とすることができるが、所定範囲の下限値よりも高ければよい。
【００３６】
第１蒸気圧力ＰＴ１が閾値（０．２０ＭＰａＧ）未満であったら（ステップ３０４のＮＯ）、制御部１３６は、調整弁１１４の動作範囲（第２蒸気圧力ＰＴ２の設定範囲）を所定範囲（０．１８ＭＰａＧ以上０．２２ＭＰａＧ）に設定し（ステップ３０６）、第２蒸気圧力ＰＴ２が動作範囲（所定範囲）の上限値（０．２２ＭＰａＧ）以下であるかを判断する（ステップ３０８）。蒸気制御装置１００の初期稼動時には、調整弁１１４は全閉であり生産設備１０８への必要圧力蒸気の供給は開始されていないため、第２蒸気圧力ＰＴ２は当然にして動作範囲の上限値以下である（ステップ３０８のＹＥＳ）。
【００３７】
次に、制御部１３６は、第２蒸気圧力ＰＴ２が動作範囲の下限値（０．１８ＭＰａＧ）以上であるかを判断する（ステップ３１０）。これにおいても、上記と同様の理由から、第２蒸気圧力ＰＴ２は当然にして動作範囲の下限値未満であるため（ステップ３１０のＮＯ）、制御部１３６は、調整弁１１４が全開になっているかを判断する（ステップ３１２）。蒸気制御装置１００の初期稼動時は、調整弁１１４は全閉である、すなわち全開になっていないため（ステップ３１２のＮＯ）、制御部１３６は調整弁１１４を徐々に開く（ステップ３１４）。
【００３８】
そして、制御部１３６は、ステップ３１０からステップ３１４までを繰り返し、第２蒸気圧力ＰＴ２が動作範囲の下限値未満であるにもかかわらず（ステップ３１０のＮＯ）、調整弁１１４が全開となったら（ステップ３１２のＹＥＳ）、それ以上高くできないためエラーを出力し（ステップ３２０）、蒸気制御装置１００を停止させる。
【００３９】
一方、ステップ３１０からステップ３１４までを繰り返すことにより、第２蒸気圧力ＰＴ２が動作範囲の下限値以上となったら（ステップ３１０のＹＥＳ）、ステップ３０２に戻る。この状態において、調整弁１１４における高圧蒸気の減圧により生成された必要圧力蒸気が供給経路１１６を通じて生産設備１０８で使用可能となる。本実施形態では、高圧蒸気発生源１０２において生成された、圧力０．６ＭＰａＧ、温度１６５℃、流量１ｔ／ｈの高圧蒸気が、調整弁１１４において、圧力０．２ＭＰａＧ、温度１３３℃の必要圧力蒸気に調整されて流量１ｔ／ｈで生産設備１０８に供給される（図１に実線にて示す状態）。
【００４０】
そして、制御部１３６は、再度ステップ３０２における停止信号確認、およびステップ３０４における第１蒸気圧力ＰＴ１の閾値判断を行う。これにより、利用可能な低圧蒸気すなわち必要圧力蒸気が生成されている否かが再度確認される。まだ第１蒸気圧力ＰＴ１が閾値未満であったら（ステップ３０４のＮＯ）、制御部１３６は、ステップ３０６の後に、第２蒸気圧力ＰＴ２が動作範囲の上限値以下であるかを再度判断する（ステップ３０８）。第２蒸気圧力ＰＴ２が動作範囲の上限値以下であったら（ステップ３０８のＹＥＳ）、上述したステップ３１０からステップ３０２までを繰り返す。
【００４１】
一方、第２蒸気圧力ＰＴ２が動作範囲の上限値を超えていたら（ステップ３０８のＮＯ）、制御部１３６は、調整弁１１４が全閉であるか確認し（ステップ３１６）、調整弁１１４が全閉でなければ（ステップ３１６のＮＯ）、調整弁１１４を徐々に閉めて（ステップ３１８）、ステップ３０８に戻る。そして、制御部１３６は、ステップ３０８からステップ３１８までを繰り返し、第２蒸気圧力ＰＴ２が動作範囲内に収まるように制御する。第２蒸気圧力ＰＴ２が動作範囲の上限値を超えているにもかかわらず（ステップ３０８のＮＯ）、調整弁１１４が全閉となったら（ステップ３１６のＹＥＳ）、それ以上低くできないためエラーを出力し（ステップ３２０）、蒸気制御装置１００を停止させる。
【００４２】
上述したステップ３０６〜ステップ３１８での制御により、低圧蒸気が生成されていなかったり、低圧蒸気の圧力が極端に低かったりする等、第１蒸気圧力ＰＴ１が閾値未満の場合であっても、制御部１３６が第２蒸気圧力ＰＴ２に基づいて調整弁１１４を制御して高圧蒸気を所定範囲内になるように減圧し、必要圧力蒸気が生成される。これにより、低圧蒸気が生成されていない状態であっても、必要圧力蒸気を生産設備１０８に確実に供給することが可能となる。
【００４３】
次に、本実施形態の最たる特徴である、低圧蒸気と高圧蒸気との混合による必要圧力蒸気生成時の制御、すなわち閾値以上の圧力の低圧蒸気発生時の制御について説明する。第１蒸気圧力ＰＴ１が閾値（０．２ＭＰａＧ）以上であったら（ステップ３０４のＹＥＳ）、すなわち低圧蒸気発生源１０４において生成された低圧蒸気、またはその低圧蒸気が蒸気圧縮機１２４において圧縮された蒸気が必要圧力蒸気として利用可能であったら、制御部１３６は、かかる第１蒸気圧力ＰＴ１が、必要圧力蒸気に必要とされる所定範囲の上限値（０．２２ＭＰａＧ）以下であるかを判断する（ステップ３２２）。第１蒸気圧力ＰＴ１が所定範囲の上限値を超えていたら（ステップ３２２のＮＯ）、制御部１３６は、エラーを出力し（ステップ３２０）、蒸気制御装置１００を停止させる。
【００４４】
一方、第１蒸気圧力ＰＴ１が所定範囲の上限値以下であったら（ステップ３２２のＹＥＳ）、制御部１３６は、調整弁１１４の動作範囲の上限値を、所定範囲内且つ第１蒸気圧力ＰＴ１（第１圧力計１３２が検知した蒸気圧力の実測値）未満となるように設定を動的に変更する（ステップ３２４）。理解を容易にするために具体的な数値を例示すると、本実施形態では低圧蒸気発生源１０４において生成された、圧力０．１ＭＰａＧ、温度１２０℃、流量１ｔ／ｈの低圧蒸気が、蒸気圧縮機１２４において昇圧されることにより、圧力０．２２ＭＰａＧ、温度１６６℃、流量１ｔ／ｈの必要圧力蒸気（過熱蒸気）となる。したがって、ステップ３２４では、調整弁１１４の動作範囲の上限値を、所定範囲の上限値である０．２２ＭＰａＧから、第１蒸気圧力ＰＴ１より低い０．２１ＭＰａＧに変更する。
【００４５】
次に、制御部１３６は、第２蒸気圧力ＰＴ２が変更後の動作範囲の上限値（０．２１ＭＰａＧ）以下であるかを判断する（ステップ３２６）。第２蒸気圧力ＰＴ２が変更後の動作範囲の上限値以下であったら（ステップ３２６のＹＥＳ）、制御部１３６は、ステップ３０２に戻り、ステップ３０２以降の制御を繰り返す。この状態において、低圧蒸気発生源１０４に由来する必要圧力蒸気が生産設備１０８に供給される。具体的には、上述した圧力０．２２ＭＰａＧ、温度１６６℃の必要圧力蒸気（過熱蒸気）が流量１ｔ／ｈで生産設備１０８に供給される（図１に一点鎖線にて示す状態）。
【００４６】
上記のように、第１蒸気圧力ＰＴ１が閾値以上、すなわち低圧蒸気発生源１０４からの低圧蒸気を必要圧力蒸気として利用可能な場合、ステップ３２４において制御部１３６が所定範囲内で調整弁１１４の動作範囲の上限値を第１蒸気圧力ＰＴ１未満の値に動的に変更する。これにより、生産設備１０８には、調整弁１１４において減圧された高圧蒸気からなる必要圧力蒸気ではなく、低圧蒸気発生源１０４において生成された低圧蒸気に由来する必要圧力蒸気が優先的に供給される。したがって、低圧蒸気発生源１０４からの低圧蒸気を最大限利用することができ、高コストな高圧蒸気が占める割合を削減し、システム効率の向上を図ることが可能となる。
【００４７】
一方、第２蒸気圧力ＰＴ２が変更後の動作範囲の上限値を超えている（ステップ３２６のＮＯ）ということは、高圧蒸気に由来する必要圧力蒸気の圧力（第２蒸気圧力ＰＴ２）が低圧蒸気に由来する必要圧力蒸気の圧力（第１蒸気圧力ＰＴ１）以上ということである。すると、合流経路１２２からの必要圧力蒸気が供給経路１１６に流出できず、低圧蒸気の利用を図れない。そこで、この場合（ステップ３２６のＮＯ）、制御部１３６は調整弁１１４を絞るように制御を行う。
【００４８】
詳細には、まず制御部１３６は、調整弁１１４が全閉かを判断し（ステップ３２８）、調整弁１１４が全閉でなければ（ステップ３２８のＮＯ）、調整弁１１４を徐々に閉めて（ステップ３３０）、ステップ３２６に戻る。そして、制御部１３６は、ステップ３２６からステップ３３０までを繰り返し、第２蒸気圧力ＰＴ２が変更後の動作範囲の上限値以下となるように制御する。
【００４９】
上述したように、低圧蒸気が利用可能な状況において、制御部１３６は、調整弁１１４の動作範囲の上限を動的に変更した上で、第２蒸気圧力ＰＴ２が変更後の動作範囲内になるように調整弁１１４を制御する。これにより、低圧蒸気量（厳密には、低圧蒸気を利用して生成された必要圧力蒸気量）の変動があった場合に、その変動分を高圧蒸気からなる必要圧力蒸気の供給量の調整によって吸収することができる。したがって、低圧蒸気を最大限活用してシステム効率の向上を図りつつ、生産設備への安定した供給ひいては高い信頼性を確保することができ、それらの両立を達成することが可能となる。
【００５０】
ところで、生産設備１０８での蒸気消費量に対して低圧蒸気発生源１０４から供給される必要圧力蒸気が十分に多い場合には、調整弁１１４を絞っているにもかかわらず、第２蒸気圧力ＰＴ２が上昇する（供給経路１１６全体が低圧蒸気由来の必要圧力蒸気の圧力まで上昇する）。この状態は、正常動作のうちである。そこで、第２蒸気圧力ＰＴ２が変更後の動作範囲の上限値を超えているにも拘らず（ステップ３２６のＮＯ）、調整弁１１４が全閉であるとき（ステップ３２８のＹＥＳ）、制御部１３６は、第２蒸気圧力ＰＴ２が所定範囲の上限値（０．２２ＭＰａＧ）以下であるかを判断する（ステップ３３２）。第２蒸気圧力ＰＴ２が所定範囲の上限値以下であった場合（ステップ３３２のＹＥＳ）、制御部１３６は、正常であるとしてステップ３０２に戻る。第２蒸気圧力ＰＴ２が所定範囲の上限値をも超えていた場合（ステップ３３２のＮＯ）、制御部１３６は、エラーを出力し（ステップ３２０）、蒸気制御装置１００を停止させる。
【００５１】
なお、蒸気制御装置１００の初期稼動時やステップ３１０およびステップ３３２からのループ時において、ユーザからの停止信号の入力があった場合（ステップ３０２のＹＥＳ）、制御部１３６は、調整弁１１４を全閉にし（ステップ３４０）、蒸気制御装置１００を停止させる。
【００５２】
上記説明したように、本実施形態にかかる蒸気制御装置１００によれば、制御部１３６が第１蒸気圧力ＰＴ１と第２蒸気圧力ＰＴ２とに基づいて調整弁１１４を制御することにより、低圧蒸気を最大限利用しながらも、低圧蒸気量の変動による影響を回避して必要圧力蒸気の供給を安定して行うことができる。したがって、低圧蒸気の利用によりシステム効率の向上を図りつつ高い信頼性を確保し、それらの両立を達成することが可能となる。また合流経路１２２に蒸気圧縮機１２４を設けることにより、低圧蒸気発生源によって生成された低圧蒸気の圧力が閾値に満たない場合であっても、かかる低圧蒸気を蒸気圧縮機によって昇圧して利用することができ、その利用促進を図ることができる。
【００５３】
なお、上述した実施形態においては、低圧蒸気発生源１０４において生成された低圧蒸気を蒸気圧縮機１２４において昇圧して生成した必要圧力蒸気を生産設備１０８に供給する構成を例示して説明したが、これに限定するものではない。したがって、低圧蒸気発生源１０４において生成した低圧蒸気の圧力が、そもそも閾値を超えている、または所定範囲内に到達している場合には、必ずしも蒸気圧縮機１２４において低圧蒸気を昇圧する必要はない。
【００５４】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、低圧蒸気と高圧蒸気とを混合することで生成される必要圧力蒸気を生産設備に供給する蒸気制御装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１００…蒸気制御装置、１０２…高圧蒸気発生源、１０４…低圧蒸気発生源、１０６…ドレン経路、１０８…生産設備、１１２…高圧経路、１１４…調整弁、１１６…供給経路、１２２…合流経路、１２４…蒸気圧縮機、１２５…逆止弁、１３２…第１圧力計、１３４…第２圧力計、１３６…制御部
【図１】
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【図２】
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