(57)【要約】【課題】スチームモータを制動可能で、負荷変動に迅速に対応できる蒸気駆動回転機械を提供する。【解決手段】送風機またはポンプから構成される回転機械２と、この回転機械２を駆動する電気モータ３と、蒸気を用いて動力を起こし、電気モータ３に代えてまたはそれに加えて回転機械２を駆動するスチームモータ４とを備える。スチームモータ４は、その出力軸が蒸気を用いて正転可能であると共に、その正転が蒸気を用いて逆転方向へ制動可能である。電気モータ３のトルクに基づいて、正転用蒸気流量調整弁１４と制動用蒸気流量調整弁１５とを制御して、スチームモータ４の出力を調整することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送風機またはポンプから構成される回転機械と、
この回転機械を駆動する電気モータと、
蒸気を用いて動力を起こし、前記電気モータに代えてまたはそれに加えて前記回転機械を駆動するスチームモータとを備え、
前記スチームモータは、その出力軸が蒸気を用いて正転可能であると共に、その正転が蒸気を用いて逆転方向へ制動可能である
ことを特徴とする蒸気駆動回転機械。
【請求項２】
前記スチームモータを正転させる蒸気の流量を調整する正転用蒸気流量調整弁と、
前記スチームモータを制動する蒸気の流量を調整する制動用蒸気流量調整弁とを備え、
前記各蒸気流量調整弁を制御することで、前記スチームモータの出力を調整する
ことを特徴とする請求項１に記載の蒸気駆動回転機械。
【請求項３】
前記電気モータのトルクに基づいて、前記各蒸気流量調整弁を制御する
ことを特徴とする請求項２に記載の蒸気駆動回転機械。
【請求項４】
前記電気モータは、インバータにより回転数を制御され、
前記電気モータへの電流値に基づき前記正転用蒸気流量調整弁を制御し、
前記インバータの中間電圧に基づき前記制動用蒸気流量調整弁を制御する
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の蒸気駆動回転機械。
【請求項５】
前記回転機械は、ボイラの送風機または給水ポンプであり、
前記電気モータの定格出力は、前記ボイラの最大燃焼量よりも低い設定燃焼量に対応した燃焼用空気または水を供給するだけの出力に抑えられた
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の蒸気駆動回転機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力源として電気モータとスチームモータとを備える回転機械、特に送風機またはポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１に開示されるように、ボイラに付属の回転機械（送風機）を、電気モータとスチームモータ（蒸気エンジン）とにより駆動することは公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１１５４１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、スチームモータで回転機械を駆動中、回転数（回転速度）を下げようとしても、すぐには下がらず、回転機械が逆に電気モータを回転させて発電するという回生が生じるおそれがある。また、電気モータとスチームモータとの駆動割合を如何に調整するかという点でも改善の余地がある。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、スチームモータを制動可能で、負荷変動に迅速に対応できる蒸気駆動回転機械を提供することにある。また、電気モータとスチームモータとの駆動割合を容易に制御できる蒸気駆動回転機械を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、送風機またはポンプから構成される回転機械と、この回転機械を駆動する電気モータと、蒸気を用いて動力を起こし、前記電気モータに代えてまたはそれに加えて前記回転機械を駆動するスチームモータとを備え、前記スチームモータは、その出力軸が蒸気を用いて正転可能であると共に、その正転が蒸気を用いて逆転方向へ制動可能であることを特徴とする蒸気駆動回転機械である。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、スチームモータは、蒸気を用いて逆転方向へ制動可能であるから、回転機械の急減速時にも迅速に対応することができる。また、正転させつつ制動ができるので、回転機械の回転数を安定させることができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、前記スチームモータを正転させる蒸気の流量を調整する正転用蒸気流量調整弁と、前記スチームモータを制動する蒸気の流量を調整する制動用蒸気流量調整弁とを備え、前記各蒸気流量調整弁を制御することで、前記スチームモータの出力を調整することを特徴とする請求項１に記載の蒸気駆動回転機械である。
【０００９】
請求項２に記載の発明によれば、正転用蒸気流量調整弁と制動用蒸気流量調整弁とにより、スチームモータの出力を容易に調整することができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、前記電気モータのトルクに基づいて、前記各蒸気流量調整弁を制御することを特徴とする請求項２に記載の蒸気駆動回転機械である。
【００１１】
請求項３に記載の発明によれば、電気モータのトルクに基づいて各蒸気流量調整弁を制御することで、電気モータとスチームモータとの駆動割合を容易に制御することができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、前記電気モータは、インバータにより回転数を制御され、前記電気モータへの電流値に基づき前記正転用蒸気流量調整弁を制御し、前記インバータの中間電圧に基づき前記制動用蒸気流量調整弁を制御することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の蒸気駆動回転機械である。
【００１３】
請求項４に記載の発明によれば、電気モータによる駆動力の不足や、スチームモータによる駆動力の過剰を、電気モータへの電流値やインバータの中間電圧に基づき把握して、各蒸気流量調整弁を制御することで、負荷変動に容易に且つ迅速に対応することができる。
【００１４】
さらに、請求項５に記載の発明は、前記回転機械は、ボイラの送風機または給水ポンプであり、前記電気モータの定格出力は、前記ボイラの最大燃焼量よりも低い設定燃焼量に対応した燃焼用空気または水を供給するだけの出力に抑えられたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の蒸気駆動回転機械である。
【００１５】
請求項５に記載の発明によれば、電気モータを小型化して省電力化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、スチームモータを制動可能で、負荷変動に迅速に対応することができる。また、電気モータとスチームモータとの駆動割合を、容易に制御することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の蒸気駆動回転機械の一実施例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の蒸気駆動回転機械１の一実施例を示す概略図である。本発明の蒸気駆動回転機械１は、各種の送風機またはポンプに適用可能であるが、ここではボイラの送風機に適用した例について説明する。
【００１９】
本実施例の蒸気駆動回転機械１は、送風機本体としての回転機械（回転機械本体）２と、この回転機械２を駆動する電気モータ３およびスチームモータ４とを備える。端的に言えば、図示例の場合、従来公知の電動送風機の送風機本体２と電気モータ３との間に、スチームモータ４を取り付けたものに相当する。但し、後述するように、好適には、電気モータ３は、定格出力の低いものに取り替えられる。また、図１において、回転機械２、電気モータ３およびスチームモータ４の配置は、適宜に変更可能である。たとえば、スチームモータ４は、図１の位置に限らず、回転機械２の左側に設置されてもよいし、電気モータ３の右側に設置されてもよい。また、場合により、必ずしも、回転機械２、電気モータ３およびスチームモータ４を同軸上に設ける必要もない。
【００２０】
スチームモータ４は、蒸気を用いて動力を起こす蒸気エンジンであり、電気モータ３に代えてまたはそれに加えて回転機械２を駆動する。言い換えれば、回転機械２は、電気モータ３とスチームモータ４との内、一方または双方を用いて駆動可能とされる。
【００２１】
スチームモータ４は、その出力軸が蒸気を用いて正転可能であると共に、その正転が蒸気を用いて逆転方向へ制動可能である。そのための具体的構成は、特に問わないが、本実施例では、正転用スチームモータ５と制動用スチームモータ６とを備える。正転用スチームモータ５により回転機械２を駆動し、制動用スチームモータ６により回転機械２を制動することができる。
【００２２】
各スチームモータ５，６には、それぞれ給蒸路７，８を介して蒸気が供給可能とされる。各給蒸路７，８には、減圧弁９，１０が設けられており、各スチームモータ５，６へ供給する蒸気圧を所望に維持する。各スチームモータ５，６で使用後の蒸気は、排蒸路１１，１２を介して排出される。排蒸路１１，１２には、スチームトラップ１３，１３´が設けられている。なお、排蒸路１１，１２は、図示例では合流させているが、必ずしも合流させる必要はない。また、ここでは、給蒸路７，８に減圧弁９，１０を設けたが、場合により減圧弁９，１０の設置を省略してもよい。
【００２３】
正転用スチームモータ５の制御は、正転用蒸気流量調整弁１４により行われ、制動用スチームモータ６の制御は、制動用蒸気流量調整弁１５により行われる。正転用蒸気流量調整弁１４の開閉により、スチームモータ４の駆動の有無を切り替え、正転用蒸気流量調整弁１４の開度調整により、スチームモータ４の出力ひいては回転機械２の回転数を調整することができる。さらに、制動用蒸気流量調整弁１５の開閉により、スチームモータ４の制動の有無を切り替え、制動用蒸気流量調整弁１５の開度調整により、スチームモータ４の制動を調整することができる。
【００２４】
正転用蒸気流量調整弁１４は、正転用スチームモータ５への給蒸路７の内、減圧弁９より下流に設けてもよいが、正転用スチームモータ５からの排蒸路１１に設けるのが好ましい。同様に、制動用蒸気流量調整弁１５は、制動用スチームモータ６への給蒸路８の内、減圧弁１０より下流に設けてもよいが、制動用スチームモータ６からの排蒸路１２に設けるのが好ましい。給蒸路７，８に蒸気流量調整弁１４，１５を設けた場合、蒸気流量調整弁１４，１５の開度に応じてスチームモータ５，６への蒸気圧が少し変動する可能性があるが、排蒸路１１，１２に蒸気流量調整弁１４，１５を設けた場合、スチームモータ５，６への蒸気圧を所望に保つことができる。排蒸路１１，１２に蒸気流量調整弁１４，１５を設ける場合、蒸気流量調整弁１４，１５は、スチームトラップ１３，１３´の設置位置よりも下流に設けるのが好ましい。なお、スチームモータ４（５，６）で使用後の低圧蒸気は、そのまま利用してもよいが、蒸気エゼクタ（図示省略）などにより昇圧して利用してもよい。
【００２５】
電気モータ３には、三相交流電源１６が電源ライン１７を介して接続されている。この際、制御器１８のインバータ１９により、電気モータ３への電源周波数を変えて、電気モータ３の回転数を変更することができる。
【００２６】
インバータ１９は、周知のとおり、コンバータ回路とインバータ回路とを備え、コンバータ回路において交流を直流に変換し、インバータ回路において直流を交流に変換する。これにより、周波数と電圧を変更して、電気モータ３へ給電し、電気モータ３の回転数を制御できる。インバータ１９により、制御器１８は、出力電圧、出力電流および中間電圧（コンバータ回路とインバータ回路との間の電圧）を把握可能である。さらに、インバータ１９により、制御器１８は、場合により電気モータ３のトルクも把握可能である。
【００２７】
電気モータ３の定格出力は、本実施例では、ボイラの最大燃焼量よりも低い設定燃焼量に対応した燃焼用空気を供給するだけの出力に抑えられている。典型的には、ボイラの最少燃焼量に対応した燃焼用空気を供給するだけの出力とされている。たとえば、ボイラの燃焼量が高燃焼（１００％燃焼）、低燃焼（たとえば５０％燃焼）および停止の三位置で制御される場合、低燃焼時に必要な燃焼用空気をボイラ本体（缶体）に送り込むことができるだけの能力で足りる。つまり、電気モータ３は、回転機械２を低燃焼用回転数で回転させることはできるが、高燃焼用回転数で回転させることはできない。そのため、従来、高燃焼時のために、たとえば１１ｋＷ必要であった電気モータ３を、低燃焼時にのみ対応できればよいので、たとえば１．５ｋＷのものに変更することができる。一方、スチームモータ４は、それのみでボイラの最大燃焼量に対応した燃焼用空気を供給できる能力を有しているのが好ましい。
【００２８】
制御器１８は、所定の手順（プログラム）に従い、電気モータ３およびスチームモータ４を制御して、ボイラ本体への燃焼用空気の供給の有無や流量を調整する。
【００２９】
制御器１８は、ボイラ制御盤（図示省略）から制御ライン２０を介して運転指令を受ける。ボイラは蒸気圧を所望に維持するように燃焼量を調整されるが、その燃焼量に応じた回転数で回転機械２を回転させるように、その旨、運転指令として制御器１８に入力される。制御器１８は、運転指令に見合った回転数で回転機械２を回転させるために、電気モータ３をインバータ制御したり、各蒸気流量調整弁１４，１５の開閉や開度を調整してスチームモータ４（５，６）を制御したりする。
【００３０】
基本的には、スチームモータ４への供給蒸気があることを前提に、以下の制御がなされる。つまり、運転指令に基づき、電気モータ３をインバータ制御しつつ、電気モータ３のトルク、または電気モータ３への出力電流値に基づき、正転用蒸気流量調整弁１４を制御すればよい。この際、ボイラ側の要求に対し電気モータ３の出力が不足する場合（つまりボイラ側の要求に電気モータ３では応えられない場合）に、スチームモータ４がそれを補い、さらに好ましくは電気モータ３に代えてスチームモータ４の駆動を優先する。
【００３１】
たとえば運転指令として高燃焼用回転数での運転が指示された場合、インバータ１９により電気モータ３を高燃焼用回転数で回転させようとするが、前述したように電気モータ３の定格出力が抑えられているので、トルクが大きくなったり、インバータ１９から電気モータ３への出力電流が増したりする。そこで、その場合、正転用蒸気流量調整弁１４を開けたり、開度を大きくしたりすればよい。一方、スチームモータ４が余計に回り過ぎている場合、正転用蒸気流量調整弁１４の開度を絞るが、それでは足りないことを、トルクまたは中間電圧により判定すると、制動用蒸気流量調整弁１５を開けたり、開度を大きくしたりすればよい。
【００３２】
以下、さらに具体的に説明する。まず、本実施例の蒸気駆動回転機械１が設置されたボイラの起動時、スチームモータ４を駆動するための蒸気があれば、その蒸気を用いてスチームモータ４を駆動すればよいが、そのような余剰蒸気がない場合には、従来どおり、まずは電気モータ３により燃焼用空気をボイラ本体へ供給しつつ、低燃焼により蒸気を発生させる。前述したように、本実施例の蒸気駆動回転機械１は、少なくとも低燃焼時に必要な燃焼用空気をボイラ本体へ供給することができる。
【００３３】
このようにして、ボイラにおいて蒸気を発生させるが、以後、その蒸気圧に基づき、ボイラの発停や燃焼量が調整される。複数のボイラを多缶設置する場合、各ボイラからの蒸気は、蒸気ヘッダへ供給され、その蒸気ヘッダの蒸気圧に基づき、ボイラの運転台数や各燃焼量が調整される。複数のボイラを多缶設置する場合、少なくとも一台のボイラが、本実施例の蒸気駆動回転機械１を備える。
【００３４】
ボイラからの蒸気圧が所望にまで高まり安定すれば、言い換えれば蒸気供給に余裕が出てくれば、スチームモータ４による駆動を優先させる。そのために、正転用蒸気流量調整弁１４を開ければよい。
【００３５】
制御器１８が電気モータ３のトルクを把握できる場合、制御器１８は、電気モータ３のトルクに基づいて、各蒸気流量調整弁１４，１５を制御すればよい。つまり、電気モータ３のトルクの増減に合わせて、正転用蒸気流量調整弁１４の開度を調整すればよい。たとえば、電気モータ３のトルクが所定値を超えていれば、電気モータ３の駆動だけでは足りないことになるので、正転用蒸気流量調整弁１４の開度を大きくして、スチームモータ４による駆動割合を増やせばよい。一方、蒸気駆動回転機械１の急減速時など、電気モータ３のトルクがマイナスになれば、回転機械２が逆に電気モータを回転させるという回生が生じていることになるので、制動用蒸気流量調整弁１５を開けて、スチームモータ４の制動を図ればよい。
【００３６】
制御器１８が電気モータ３のトルクを把握できない場合、制御器１８は、インバータ１９から電気モータ３への出力電流値に基づき、正転用蒸気流量調整弁１４を制御する。つまり、電気モータ３への出力電流値の増減に合わせて、正転用蒸気流量調整弁１４の開度を調整すればよい。たとえば、運転指令に対応した回転数を確保するには、電気モータ３の駆動だけでは足りない場合、インバータ１９から電気モータ３への電流値が上昇するので、正転用蒸気流量調整弁１４を開けて、スチームモータ４による駆動割合を増やせばよい。一方、制御器１８は、インバータ１９の中間電圧に基づき、制動用蒸気流量調整弁１５を制御する。具体的には、蒸気駆動回転機械１の急減速時など、回転機械２が逆に電気モータ３を回転させるという回生が生じると、中間電圧が上昇するので、制動用蒸気流量調整弁１５を開けて、スチームモータ４の制動を図ればよい。
【００３７】
本実施例の蒸気駆動回転機械１によれば、スチームモータ４は、逆転方向へ制動可能であるから、回転機械２の急減速時にも迅速に対応することができる。しかも、各蒸気流量調整弁１４，１５を調整して、正転させつつ制動ができるので、回転機械２の回転数を安定させることができる。
【００３８】
また、本実施例の蒸気駆動回転機械１によれば、余剰蒸気がある場合は，運転開始時から電気モータ３の駆動が不要である。一方、余剰蒸気がない場合は、低燃焼による立ち上げに必要な動力のみ電気モータ３で賄うことができる。いずれにしても、最終的にはスチームモータ４の駆動を優先することで、省電力化を図ることができる。
【００３９】
本発明の蒸気駆動回転機械１は、前記実施例の構成に限らず、適宜変更可能である。特に、動力源として電気モータ３とスチームモータ４とを備える回転機械１において、スチームモータ４の出力軸が蒸気を用いて正転可能であると共に、その正転が蒸気を用いて逆転方向へ制動可能であれば、その他の構成（制御を含む）は適宜に変更可能である。
【００４０】
また、前記実施例では、ボイラの送風機に適用した例について説明したが、送風機に代えてまたはそれに加えて、ボイラの給水ポンプにも適用可能である。つまり、前記実施例において、回転機械２は、送風機本体ではなくポンプ本体であってもよい。その場合も、電気モータ３の定格出力は、ボイラの最大燃焼量よりも低い設定燃焼量に対応した水をボイラ本体へ供給するだけの出力に抑えておくことができる。また、送風機の場合と同様に制御することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１  蒸気駆動回転機械
２  回転機械（送風機本体、ポンプ本体）
３  電気モータ
４  スチームモータ
５  正転用スチームモータ
６  制動用スチームモータ
７，８  給蒸路
９，１０  減圧弁
１１，１２  排蒸路
１３，１３´  スチームトラップ
１４  正転用蒸気流量調整弁
１５  制動用蒸気流量調整弁
１６  交流電源
１７  電源ライン
１８  制御器
１９  インバータ
２０  制御ライン
【図１】
2014163296.tif 000003