(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の配管（２２-1〜２２-4）から１つの共通母管（１３）へ流体を圧送する際の流量制御装置であって、
前記複数の配管の各々に挿入され、前記流体を圧送する複数のポンプ（１４-1〜１４-4）と、
前記複数の配管の各々に挿入され、前記流体の流量を測定する複数の流量計（１５-1〜１５-4）と、
前記複数の配管の各々に挿入され、前記流体の吐出量を制御する複数のバルブ（１６-1〜１６-4）と、
前記共通母管へ圧送する流体の流量を指示する基準値（ｘ）を出力する基準設定手段（１９）と、
前記複数のポンプの各々の運転状況と前記複数の流量計の各々の測定結果と前記基準値とに基づいて圧力制御信号（β'）を出力する制御装置（１８）と、
前記圧力制御信号を受けて、前記複数のバルブのうち少なくとも１つを制御する１つ、あるいは複数のバルブ制御手段（２０-1、２０-2）とを具備し、
前記制御装置は、前記複数の流量計の計測結果の各々を加算する加算手段（３１）と、前記加算手段の出力（Σ）を前記複数のポンプの運転台数（ｎ）で除する除算手段（３２）と、前記除算手段の出力（α）から所定の設定値（β）を減ずる減算手段（３４）と、前記減算手段の出力（γ）と前記基準値を比較する比較手段（３５）と、前記比較手段が出力するゲート信号(Ｇate)に基づいて除算手段の出力を保持して前記所定の設定値とする保持手段（３３）と、前記設定値を積分する積分手段（３６）とを有し、前記比較手段は前記減算手段の出力の絶対値が前記基準値を越えると前記ゲート信号を出力することを特徴とする流量制御装置。
【請求項２】
各々ポンプを有する複数の配管から１つの共通母管へ流体を圧送する際の流量制御方法であって、前記複数のポンプの１台当たりの平均流量を求め、前記平均流量が一定値以上変化する毎に値がステップ状に変化するステップ信号を形成し、前記ステップ信号を平滑した信号に基づいて前記複数の配管からの各吐出量を制御することを特徴とする流量制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数のポンプにより、共通母管を介して流体を圧送する場合に好適な流量制御装置および流量制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
火力発電所等では、発電量に応じて燃料の供給量（消費量）が大きく変化するため、複数の燃料タンクから複数の燃料ポンプを用いて燃料（液体燃料）を圧送し、燃焼させる。ただし、この場合にあっても、一般に燃料供給のための配管は１本である場合が多い。
【０００３】
図４は、従来の火力発電所等における流量制御装置および流量制御方法の一例を説明する概略構成図である。この例では、燃料タンク１に貯蔵されている燃料を配管２より送出し、共通母管３によって他の燃料タンクから送出された燃料とともに図示しない気化器等へ圧送する。
【０００４】
また本例では、配管２が途中で配管２ａと２ｂとに別れている。この配管２ａには、その途中にポンプ４ａと流量計５ａとバルブ６ａとが挿入されている。
これらの構成において、ポンプ４ａが燃料を加圧し、バルブ６ａによって送出圧を調整して燃料を圧送する。また配管２ｂには、同様にポンプ４ｂと流量計５ｂとバルブ６ｂとが挿入されているが、説明は省略する。
なお配管２にも、その途中にバルブ７が挿入されており、燃料送出圧を調整することができる。
【０００５】
上述流量計５ａによる計測結果はＰＩＤ制御回路８に入力される。またＰＩＤ制御回路には、増圧ボタン９ａや減圧ボタン９ｂ等を有する操作盤９が接続されており、操作員による燃料送圧の増減が可能になっている。
ＰＩＤ制御回路８は、流量計５ａと操作盤９とから入力される信号に基づいた圧力制御信号を出力する。この圧力制御信号はバルブ６ａに入力されるが、バルブ６ａは図示しないモータやドライバ（駆動回路）等を有しており、圧力制御信号に基づいて吐出圧力を調整する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述の共通母管３には、例えば火力発電所の発電量に応じた燃料が圧送されて来るため、圧力が変化する。しかし、共通母管３の圧力が変化すると、燃料タンク１から送出される燃料の流量が変化してしまう。このため、共通母管３の圧力が変化する都度、操作員が増圧ボタン９ａや減圧ボタン９ｂ等を操作して、ポンプ４ａによる燃料の流量を調整する必要があるという問題があった。
【０００７】
さらにポンプ４ｂの圧送能力がポンプ４ａの圧送能力より低い場合等には、気化器へ送られる燃料の流量を増加させるためにバルブ６ａの開度を増やすと、ポンプ４ｂの圧送能力の低い配管２ｂ側は、配管２ａの吐出圧に負けて燃料の圧送が停止してしまい、正確な燃料の圧送が不可能になるという問題が生じた。これは、配管２ｂが配管２ａより距離が長い場合や揚程が大きい場合等にあっても同様である。
【０００８】
この発明は、このような背景の下になされたもので、各々ポンプを有する複数の配管のそれぞれから、共通母管を介して有効に流体を圧送することができる流量制御装置および流量制御方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために第１の発明にあっては、複数の配管から１つの共通母管へ流体を圧送する際の流量制御装置であって、前記複数の配管の各々に挿入され、前記流体を圧送する複数のポンプと、前記複数の配管の各々に挿入され、前記流体の流量を測定する複数の流量計と、前記複数の配管の各々に挿入され、前記流体の吐出量を制御する複数のバルブと、前記共通母管へ圧送する流体の流量を指示するを基準値出力する基準設定手段手段と、前記複数のポンプの各々の運転状況と前記複数の流量計の各々の測定結果と前記基準値とに基づいて圧力制御信号を出力する制御装置と、前記圧力制御信号を受けて、前記複数のバルブのうち少なくとも１つを制御する１つ、あるいは複数のバルブ制御手段とを具備することを特徴とする。
【００１０】
また、第２の発明にあっては、上記第１の発明において、前記制御装置は、前記複数の流量計の計測結果の各々を加算する加算手段と、前記加算手段の出力を前記複数のポンプの運転台数で除する除算手段と、前記除算手段の出力から所定の設定値を減ずる減算手段と、前記減算手段の出力と前記基準値を比較する比較手段と、前記比較手段が出力するゲート信号に基づいて除算手段の出力を保持し前記所定の設定値とする保持手段と、前記設定値を積分する積分手段とを有し、前記比較手段は前記減算手段の出力の絶対値が前記基準値を越えると前記ゲート信号を出力することを特徴とする。
【００１１】
また、第３の発明にあっては、各々ポンプを有する複数の配管から１つの共通母管へ流体を圧送する際の流量制御方法であって、前記複数のポンプの１台当たりの平均流量を求め、前記平均流量が一定値以上変化する毎に値がステップ状に変化するステップ信号を形成し、前記ステップ信号を平滑した信号に基づいて前記複数の配管からの各吐出量を制御することを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、各々ポンプを有する複数の配管のそれぞれから吐出される流体の合計流量を運転中のポンプ台数で除して平均流量を算出し、この平均流量と所定の設定値との差の絶対値が基準設定手段から出力される基準値を越えた場合、所定の設定値として平均流量を設定し直して保持する処理を繰り返し、平均流量に応じてステップ状に変化する設定値を積分手段によって平滑化し、平滑化された後の圧力制御信号に基づいて、バルブ制御手段がバルブの開度を制御する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施の形態にかかる流量制御装置および流量制御方法について説明する。
Ａ．構成
図１は本発明の流量制御装置および流量制御方法による燃料供給装置の構成例を示す概略構成図である。なお本実施の形態では、火力発電所１０が有する気化器１０ａにＬＮＧ（液化天然ガス：以降、単に燃料と称す）を供給する装置に適用した例を示す。また本例では、２基の燃料タンクからそれぞれ２基のポンプを用いて燃料を圧送する例を挙げて説明する。
【００１４】
気化器１０ａには、燃料タンク１１-1および燃料タンク１１-2の各々から、共通母管１３を介して燃料が送入されてくる。ここで、燃料タンク１１-1から共通母管１３に送入される燃料の吐出圧は、燃料タンク１１-2から送入されてくる燃料の吐出圧より高い場合を例に挙げて説明する。
【００１５】
燃料タンク１１-1に貯蔵されている燃料は配管１２-1より送出され、バルブ１７-1によって送出圧が調整された後、配管２２-1と配管２２-2とに別けられる。この配管２２-1と配管２２-2とは、ともに共通母管１３に接続されている。
配管２２-1には、その途中にポンプ１４-1と、流量計１５-1と、バルブ１６-1とが挿入されている。このポンプ１４-1はモータ等によって駆動され、燃料を圧送するものであり、流量計１５-1は時間当たりの燃料の流量を計測するものである。またバルブ１６-1は、図示しないモータやドライバ等を有しており、配管２２-1から共通母管１３への燃料の吐出圧を調整するものである。
【００１６】
一方、燃料タンク１１-2に貯蔵されている燃料は配管１２-2より送出され、バルブ１７-2によって送出圧が調整された後、配管２２-3と配管２２-4とに別けられる。この配管２２-3と配管２２-4とは、上述の配管２２-1および配管２２-2とともに共通母管１３に接続されている。
ここで、各配管２２-2〜２２-4のそれぞれに挿入されたポンプ、流量計ならびにバルブは、図１に示す通り配管２２-1と同様であるので、説明を省略する。
【００１７】
制御装置１８には、各ポンプ１４-1〜１４-4の運転状況を示す信号、各流量計１５-1〜１５-4によって測定された各々の流量信号および操作盤１９（基準設定手段）からの運転指令信号が入力される。この制御装置１８の内部構成については後述する。
操作盤１９には、増圧ボタン１９ａや減圧ボタン１９ｂ等が配設されており、操作員による手動制御も可能になっている。
【００１８】
制御装置１８が出力する圧力制御信号β'は、それぞれＰＩＤ制御回路２０-1とＰＩＤ制御回路２０-2（バルブ制御手段）とに入力される。ＰＩＤ制御回路２０-1は、入力された圧力制御信号に基づいてＰＩＤ制御をし、その出力によってバルブ１６-1を開閉する。また、ＰＩＤ制御回路２０-2はＰＩＤ制御回路２０-1と同様である。
なおＰＩＤ制御とは、周知のＰ（Ｐroportional：比例）、Ｉ（Ｉntegral：積分）、Ｄ（Ｄerivative：微分）制御のことである。
【００１９】
以下に、前述の制御装置１８の内部構成について説明する。図２は、制御装置１８内部の詳細な構成を示すブロック図である。
各流量計１５-1、１５-2・・・から入力される流量信号の各々は、加算器３１（加算手段）によって加算される。即ち加算器３１によって、共通母管１３に送入される燃料の総量Σ（加算手段の出力）が計算される。
【００２０】
加算器３１の出力信号は除算器３２（除算手段）に入力される。また除算器３２には、各ポンプ１４-1、１４-2・・・の各々運転状況を示す信号が入力されており、加算器３１の出力信号を各ポンプ１４-1、１４-2・・・の運転台数ｎで割る。即ち、ここで各配管２２-1、２２-2・・・中を流れる燃料の平均流量α（除算手段の出力）を求める。
【００２１】
除算器３２から出力される平均流量αは、Ｓ／Ｈ（サンプルアンドホールド回路：保持手段）３３と減算器３４（減算手段）とに入力される。Ｓ／Ｈ３３は、コンデンサとゲート回路、および高入力インピーダンスアンプ等から構成され、後述の比較器３５(比較手段）からＧate信号が入力されている間の平均流量αの値をサンプリングし、Ｇate信号が停止しても、Ｇate信号が入力されている間の平均流量αの値を保持する。このＳ／Ｈ３３の出力である設定値βは、減算器３４と平滑回路３６とに入力される。
【００２２】
平滑回路３６は、抵抗器やインダクタ、ならびにコンデンサから構成される積分回路部と、バッファアンプ部とからなる。即ち、平滑回路３６が出力する圧力制御信号β'は、設定値βと比較すると滑らかに変化する信号となる。
減算器３４は、平均流量αから設定値βを減ずる。比較器３５は、減算器３４が出力する減算出力γ（即ちα−β：減算手段の出力）の絶対値と操作盤１９より入力される基準値ｘとを比較し、減算器３４の出力の絶対値が基準値ｘを上回るとＧate信号を出力する。
【００２３】
Ｂ．動作
以下に本発明の流量制御装置および流量制御方法による燃料供給装置の動作を説明する。図３は、平均流量αが徐々に増加、あるいは減少した場合の各部の信号の値を示す図であり、図３（ａ）は増加した場合を、図３（ｂ）は減少した場合を示している。
（ａ）平均流量αが増加したとき
ポンプ１４-1〜１４-4のうち、何れかが停止すると、その運転状況が除算器３２に入力され、この結果平均流量αの値が増加する。また、他の要因によって気化器１０ａに圧送する燃料の量が増加した場合にも、当然ながら平均流量αは増加する。
【００２４】
図３（ａ）に示す一点鎖線は、基準値ｘを示している。まず図３（ａ）のＡ−Ｂ区間では、平均流量αが緩やかに増加している。このときＢ点までは、設定値βの値は変化しない。従って、平均流量αの増加に伴って減算器３４の出力値も増加する。
【００２５】
Ｂ点において、減算器３４の出力値が基準値ｘの値を越えた。このとき、比較器３５がＧate信号を出力し、Ｓ／Ｈ３３が出力する設定値βは平均流量αと等しくなる。従って、減算器３４の出力値は０になり、比較器３５が出力するＧate信号は停止するが、Ｓ／Ｈ３３は設定値βとして平均流量αの値を保持する。
【００２６】
次にＢ−Ｃ区間でも、平均流量αは緩やかに増加している。この場合Ａ−Ｂ区間と同様に、Ｃ点までは、設定値βの値は変化しない。従って、平均流量αの増加に伴って減算器３４の出力値も増加する。
そしてＣ点において、減算器３４の出力値が基準値ｘの値を越えたので比較器３５がＧate信号を出力し、Ｓ／Ｈ３３が出力する設定値βは平均流量αと等しくなる。また、減算器３４の出力値が０になる一方、Ｓ／Ｈ３３は設定値βとして、このときの平均流量αの値を保持する。
【００２７】
図３（ａ）に示すＣ−Ｄ区間、Ｄ−Ｅ区間あるいはＥ−Ｆ区間についても、上述Ａ−Ｂ区間あるいはＢ−Ｃ区間と同様に、平均流量αが徐々に増加し、減算器３４の出力値が基準値ｘを越える毎に、設定値βが増加する。
【００２８】
以上の説明からわかるように、設定値βは平均流量αの連続的な増加に伴って段階的に（具体的には基準値ｘずつ）増加する。
この設定値βは平滑回路３６に入力されている。この平滑回路３６は、入力された設定値βを積分するため、その出力である圧力制御信号β'は、図３（ａ）に示すように滑らかに増加する。各バルブ１６-1〜１６-4は、ＰＩＤ制御回路２０-1あるいは２０-2を介して、圧力制御信号β'に基づいて、その開度が制御される。
【００２９】
（ｂ）平均流量αが減少したとき
ポンプ１４-1〜１４-4のうち、何れかが起動（あるいは運転を再開）すると、その運転状況が除算器３２に入力され、この結果平均流量αの値が減少する。また、他の要因によって気化器１０ａに圧送する燃料の量が減少した場合にも、当然ながら平均流量αは減少する。
【００３０】
まず図３（ａ）のＧ−Ｈ区間では、平均流量αが緩やかに減少しているが、Ｈ点までは、設定値βの値は変化しない。また、これに伴って減算器３４の出力値も減少する。
Ｈ点において、減算器３４の出力値が基準値−ｘの値を下回った。前述の通り比較器３５は、減算器３４の出力の絶対値と基準値ｘを比較しているので、このＨ点においてＧate信号を出力する。従って、Ｓ／Ｈ３３が出力する設定値βは平均流量αと等しくなり、且つこれを保持する。
【００３１】
次にＨ−Ｉ区間でも、平均流量αは緩やかに減少しているが、Ｉ点までは、設定値βの値は変化しない。そしてＩ点において、減算器３４の出力値が基準値−ｘの値を下回ったので、比較器３５がＧate信号を出力する。従って、Ｓ／Ｈ３３が出力する設定値βは平均流量αと等しくなり、且つこれを保持する。
図３（ｂ）に示すＩ−Ｊ区間、Ｊ−Ｋ区間あるいはＫ−Ｌ区間についても、上述Ｇ−Ｈ区間あるいはＨ−Ｉ区間と同様に、平均流量αが徐々に減少し、減算器３４の出力値が基準値−ｘを下回る毎に、設定値βが減少する。
【００３２】
平均流量αが増加した場合と同様、設定値βは平均流量αの連続的な減少に伴って、基準値ｘずつ減少する。この設定値βは平滑回路３６によって積分され、その出力である圧力制御信号β'は、図３（ｂ）に示すように滑らかに減少する。各バルブ１６-1〜１６-4は、ＰＩＤ制御回路２０-1あるいは２０-2を介して、圧力制御信号β'に基づいて、その開度が制御される。
【００３３】
以上説明したように、平均流量αが増加した場合にあっても、また減少した場合にあっても、各バルブ１６-1〜１６-4からは適正圧力の燃料が送出され、各配管２２-1〜２２-4からは燃料が均等且つ効果的に気化器１０ａに圧送される。
また、平均流量αが急激に変化した場合にあっても、各バルブ１６-1〜１６-4の開度は緩やかに変化する。このため、各ポンプ１４-1〜１４-4を定格出力近くで使用することが可能になる。即ち、各ポンプ１４-1〜１４-4を定格出力近くで使用中に、平均流量αが急激に増加した場合にあっても、各ポンプ１４-1〜１４-4が定格出力を遙かに越えて対応することがなくなるため、その寿命を延ばすことができる。
【００３４】
なお本実施の形態は２基の燃料タンク、および合計４基のポンプを有する燃料供給装置に適用した例を示したが、燃料タンクの数あるいはポンプの数、さらにこれらに対応するためのバルブの数等は、本実施の形態のものに限ったものではない。
また、本実施の形態のバルブ１６-1、１６-2はそれぞれＰＩＤ制御回路２０-1、２０-2を介して、その開度が制御されているが、ポンプの能力等によっては、ＰＤ制御やＰＩ制御、あるいは比例制御によって開度が制御されるものであってもよい。
さらに、本実施の形態では圧送する燃料としてＬＮＧを例に挙げたが、本発明はこれ以外の燃料、あるいは燃料以外の液体を適切に圧送する装置にも適用可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、各々ポンプを有する複数の配管のそれぞれから吐出される流体の合計流量を運転中のポンプ台数で除して平均流量を算出し、この平均流量と所定の設定値との差の絶対値が基準設定手段から出力される基準値を越えた場合、所定の設定値として平均流量を設定し直して保持する処理を繰り返し、平均流量に応じてステップ状に変化する設定値を積分手段によって平滑化し、平滑化された後の圧力制御信号に基づいて、バルブ制御手段がバルブの開度を制御するので、各々ポンプを有する複数の配管のそれぞれから、共通母管を介して有効に流体を圧送することができる流量制御装置および流量制御方法が実現可能であるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態にかかる燃料供給装置の全体構成を示す概略構成図である。
【図２】  同実施の形態における制御装置１８内部の詳細な構成を示すブロック図である。
【図３】  同実施の形態における各部の信号の値を示す図である。
【図４】  従来の流量制御装置の構成例および流量制御方法の一例を説明する概略構成図である。
【符号の説明】
１２-1、１２-2、２２-1〜２２-4  配管
１３  共通母管
１４-1〜１４-4  ポンプ
１５-1〜１５-4  流量計
１６-1〜１６-4  バルブ
１８  制御装置
１９  操作盤
２０-1、２０-2  ＰＩＤ制御回路
３１  加算器
３２  除算器
３３  Ｓ／Ｈ
３４  減算器
３５  比較器
３６  平滑回路
ｎ  運転台数
ｘ  基準値
α  平均流量
β  設定値
β'  圧力制御信号
γ  減算出力
Σ  総量（燃料の総量）
【図１】
0003639065.tif 000002
【図２】
0003639065.tif 000003
【図３】
0003639065.tif 000004
【図４】
0003639065.tif 000005