(57)【要約】【課題】蒸気配管内のドレンの発生を防止でき、しかも放散弁を開いて蒸気を放散した場合でも蒸気圧力の変動を抑制でき安定して蒸気供給できるようにすることである。【解決手段】飽和蒸気温度演算部１１は、蒸気圧力検出器９で検出された蒸気圧力Ｐｓを入力して蒸気圧力Ｐｓを蒸気配管３内の蒸気の飽和蒸気温度Ｔｓｏに変換し、蒸気温度偏差演算部１４は、飽和蒸気温度演算部１１で求められた飽和蒸気温度Ｔｓｏと蒸気温度検出器１０で検出された蒸気配管内の蒸気温度との蒸気温度偏差ΔＴｓを求め、蒸気温度調節器１５は、蒸気温度偏差演算部１４で求めた蒸気温度偏差ΔＴｓに基づいて蒸気配管３内の蒸気温度が飽和蒸気温度Ｔｓｏ以上になるように放散弁６の開度指令を演算し放散弁６に出力する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気ボイラで発生した蒸気を蒸気配管を経由して蒸気の使用先に供給する蒸気供給系統の前記蒸気配管内のドレンの発生防止のために前記蒸気配管に設けられた放散弁の開度を制御する放散弁制御装置において、前記蒸気配管内の前記蒸気圧力に基づいて前記蒸気配管内の蒸気の飽和蒸気温度を求め前記蒸気配管内の蒸気温度が前記飽和蒸気温度以上になるように前記放散弁の開度指令を演算する温度制御部と、前記蒸気配管内の蒸気圧力が予め設定した前記蒸気配管内の蒸気圧力の許容圧力以下になるように前記放散弁の開度指令を演算する過大圧力防止部と、前記温度制御部で演算した前記放散弁の開度指令と前記過大圧力防止部で演算した前記放散弁の開度指令とのうち大きい方を選択して前記放散弁に出力する最高値選択器とを備えたことを特徴とする放散弁制御装置。
【請求項２】
蒸気ボイラで発生した蒸気を蒸気配管を経由して蒸気の使用先に供給する蒸気供給系統の前記蒸気配管内のドレンの発生防止のために前記蒸気配管に設けられた放散弁の開度を制御する放散弁制御装置において、前記蒸気配管内の前記蒸気圧力に基づいて前記蒸気配管内の蒸気の飽和蒸気温度を求め前記蒸気配管内の蒸気温度が前記飽和蒸気温度以上になるように前記放散弁の開度指令を演算する温度制御部と、前記使用先に供給する合計蒸気流量が前記蒸気配管内にドレンを発生させないための最低蒸気流量を維持するように前記放散弁の開度指令を演算するミニマム流量制御部と、前記温度制御部で演算した前記放散弁の開度指令と前記ミニマム流量制御部で演算した前記放散弁の開度指令とのうち大きい方を選択して前記放散弁に出力する最高値選択器とを備えたことを特徴とする放散弁制御装置。
【請求項３】
蒸気ボイラで発生した蒸気を蒸気配管を経由して蒸気の使用先に供給する蒸気供給系統の前記蒸気配管内のドレンの発生防止のために前記蒸気配管に設けられた放散弁の開度を制御する放散弁制御装置において、前記蒸気配管内の前記蒸気圧力に基づいて前記蒸気配管内の蒸気の飽和蒸気温度を求め前記蒸気配管内の蒸気温度が前記飽和蒸気温度以上になるように前記放散弁の開度指令を演算する温度制御部と、前記蒸気配管内の蒸気圧力が予め設定した前記蒸気配管内の蒸気圧力の許容圧力以下になるように前記放散弁の開度指令を演算する過大圧力防止部と、前記使用先に供給する合計蒸気流量が前記蒸気配管内にドレンを発生させないための最低蒸気流量を維持するように前記放散弁の開度指令を演算するミニマム流量制御部と、前記蒸気流量調節器で演算した前記放散弁の開度指令と前記蒸気圧力調節器で演算した前記放散弁の開度指令と前記蒸気温度調節器で演算した前記放散弁の開度指令とのうち最も大きいものを選択して前記放散弁に出力する最高値選択器とを備えたことを特徴とする放散弁制御装置。
【請求項４】
前記温度制御部は、前記蒸気配管内の蒸気圧力を検出する蒸気圧力検出器で検出された前記蒸気圧力を入力し前記蒸気圧力を前記蒸気配管内の蒸気の飽和蒸気温度に変換して出力する飽和蒸気温度演算部と、前記飽和蒸気温度演算部で求められた前記飽和蒸気温度に予め定めた余裕値を加算して蒸気管理温度を演算する蒸気管理温度演算部と、前記蒸気管理温度演算部で求められた前記蒸気管理温度と前記蒸気配管内の蒸気温度を検出する蒸気温度検出器で検出された前記蒸気配管内の蒸気温度との蒸気温度偏差を求める蒸気温度偏差演算部と、前記蒸気温度偏差演算部で求められた蒸気温度偏差に基づいて前記蒸気配管内の蒸気温度が前記飽和蒸気温度以上になるように前記放散弁の開度指令を演算し前記放散弁に出力する蒸気温度調節器とを備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放散弁制御装置。
【請求項５】
前記過大圧力防止部は、前記蒸気配管内の蒸気圧力の許容圧力と前記蒸気配管内の蒸気圧力を検出する蒸気圧力検出器で検出された前記蒸気圧力との蒸気圧力偏差を求める蒸気圧力偏差演算部と、前記蒸気圧力偏差演算部で求めた蒸気圧力偏差に基づいて前記蒸気配管内の蒸気圧力が前記許容圧力以下になるように前記放散弁の開度指令を演算する蒸気圧力調節器とを備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放散弁制御装置。
【請求項６】
前記ミニマム流量制御部は、前記蒸気配管内にドレンを発生させないための最低蒸気流量と前記使用先に供給する合計蒸気流量との蒸気流量偏差を求める蒸気流量偏差演算部と、前記蒸気流量偏差演算部で求めた蒸気流量偏差に基づいて前記蒸気配管内の蒸気流量が前記最低蒸気流量を維持するように前記放散弁の開度指令を演算する蒸気流量調節器と、前記蒸気流量調節器で演算した前記放散弁の開度指令と前記蒸気温度調節器で演算した前記放散弁の開度指令とのうち大きい方を選択して前記放散弁に出力する最高値選択器とを備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放散弁制御装置。
【請求項７】
前記最高値選択器に代えて、前記開度指令の和を前記放散弁に出力する加算器を設けたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の放散弁制御装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一の放散弁制御装置と、前記蒸気ボイラの蒸気出口の前記蒸気配管に設けられた蒸気供給弁の開度を制御する蒸気供給弁制御装置とからなり、前記蒸気供給弁制御装置は、前記蒸気供給弁の出口の蒸気供給圧力を検出する蒸気供給圧力検出器で検出された前記蒸気供給圧力と予め定めた蒸気供給圧力設定値との蒸気供給圧力偏差を求める蒸気供給圧力偏差演算部と、前記放散弁制御装置から出力される放散弁の開度指令を蒸気圧力変動量に変換する蒸気圧力変動量演算部と、前記蒸気供給圧力偏差演算部で求めた蒸気供給圧力偏差に前記蒸気圧力変動量演算部で求めた蒸気圧力変動量を加算する加算器と、前記加算器からの出力値に基づいて前記放散弁の開度変化による蒸気圧力変動量を加味した前記蒸気供給弁の開度指令を前記蒸気供給弁に出力する蒸気供給圧力調節器とを備えたことを特徴とする蒸気制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気ボイラで発生した蒸気を蒸気配管を経由して蒸気の使用先に供給する蒸気供給系統の蒸気配管内のドレンの発生防止のために蒸気を大気に放散する放散弁を制御する放散弁制御装置及び蒸気制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、蒸気配管内の蒸気は周囲温度より高温であるため、蒸気の保有する熱は配管外壁を通じて大気へ放熱される。この熱損失により蒸気は凝縮してドレンが発生する場合がある。このドレンが蒸気システム内に介在していると熱効率の低下をもたらし、さらに、蒸気配管内のドレンは管底部に溜り、高速で流れる蒸気に押されウォーターハンマーの発生を促すなどの悪影響を及ぼすことが知られている。
【０００３】
このため、蒸気配管内で発生したドレンを蒸気システムから排出するドレン回収システムを蒸気システム内に設けたものがある（例えば特許文献１参照）。特許文献１のものは、発電所内のドレンタンクによりドレンを回収するだけでなく、回収されたドレンが保有する熱を有効活用して、発電効率の向上を図ったものである。
【０００４】
一方、蒸気の供給は、蒸気圧力や流量を考慮して制御されている。例えば、蒸気の供給の際に蒸気圧力を制御するのは、蒸気圧力が高すぎると蒸気配管等の設備に悪影響を及ぼすためである。そのため、蒸気圧力が許容圧力以上に上昇した場合に蒸気を大気に放散する放散弁を蒸気配管に設けたものがある（例えば特許文献２参照）。特許文献２のものは、ガスタービンの排熱回収蒸気ボイラで発生した蒸気を蒸気タービンに送る主蒸気配管に、蒸気圧力の異常上昇を防止するため放散弁を設けたものである。
【０００５】
また、蒸気の流量制御のために放散弁を設けたものがある（例えば特許文献３参照）。特許文献３のものは、特許文献２のものと同じくガスタービンの排熱回収蒸気ボイラから蒸気タービンに蒸気を送る主蒸気配管に放散弁を設け、放散弁を適宜開くことで蒸気タービンに流入する蒸気流量を制御し、ガスタービンと蒸気タービンとの出力比を調整するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−８２９０号公報（請求項１等）
【特許文献２】特開２００８−７５９９６号公報（請求項１等）
【特許文献３】特開２００７−９２７２１号公報（請求項５等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１のもののようにドレンタンクを設けてドレンを回収することは、発電所内など蒸気関連設備が比較的近接している場合には適しているが、蒸気ボイラで発生した蒸気を広範囲に供給する蒸気供給事業を行う場合には、供給経路が長くなり、コストが上昇するため効果的でない。また、蒸気供給事業では、ドレンの発生は蒸気のロスを意味するため、そもそもドレンの発生を防止することが望ましい。
【０００８】
一方、特許文献２や特許文献３のものでは、放散弁は蒸気の圧力や流量を制御対象としており、蒸気温度を制御するものではないので、ドレンの発生を未然に防止することができない。さらに、放散弁を開いて蒸気を放散した場合には、一時的に蒸気圧力が変動するため、蒸気供給に支障が出る可能性がある。
【０００９】
本発明の目的は、蒸気配管内のドレンの発生を防止でき、しかも放散弁を開いて蒸気を放散した場合でも蒸気圧力の変動を抑制でき安定して蒸気供給できる放散弁制御装置及び蒸気制御システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明に係わる放散弁制御装置は、蒸気ボイラで発生した蒸気を蒸気配管を経由して蒸気の使用先に供給する蒸気供給系統の前記蒸気配管内のドレンの発生防止のために前記蒸気配管に設けられた放散弁の開度を制御する放散弁制御装置において、前記蒸気配管内の前記蒸気圧力に基づいて前記蒸気配管内の蒸気の飽和蒸気温度を求め前記蒸気配管内の蒸気温度が前記飽和蒸気温度以上になるように前記放散弁の開度指令を演算する温度制御部と、前記蒸気配管内の蒸気圧力が予め設定した前記蒸気配管内の蒸気圧力の許容圧力以下になるように前記放散弁の開度指令を演算する過大圧力防止部と、前記温度制御部で演算した前記放散弁の開度指令と前記過大圧力防止部で演算した前記放散弁の開度指令とのうち大きい方を選択して前記放散弁に出力する最高値選択器とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明に係わる放散弁制御装置は、蒸気ボイラで発生した蒸気を蒸気配管を経由して蒸気の使用先に供給する蒸気供給系統の前記蒸気配管内のドレンの発生防止のために前記蒸気配管に設けられた放散弁の開度を制御する放散弁制御装置において、前記蒸気配管内の前記蒸気圧力に基づいて前記蒸気配管内の蒸気の飽和蒸気温度を求め前記蒸気配管内の蒸気温度が前記飽和蒸気温度以上になるように前記放散弁の開度指令を演算する温度制御部と、前記使用先に供給する合計蒸気流量が前記蒸気配管内にドレンを発生させないための最低蒸気流量を維持するように前記放散弁の開度指令を演算するミニマム流量制御部と、前記温度制御部で演算した前記放散弁の開度指令と前記ミニマム流量制御部で演算した前記放散弁の開度指令とのうち大きい方を選択して前記放散弁に出力する最高値選択器とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明に係わる放散弁制御装置は、蒸気ボイラで発生した蒸気を蒸気配管を経由して蒸気の使用先に供給する蒸気供給系統の前記蒸気配管内のドレンの発生防止のために前記蒸気配管に設けられた放散弁の開度を制御する放散弁制御装置において、前記蒸気配管内の前記蒸気圧力に基づいて前記蒸気配管内の蒸気の飽和蒸気温度を求め前記蒸気配管内の蒸気温度が前記飽和蒸気温度以上になるように前記放散弁の開度指令を演算する温度制御部と、前記蒸気配管内の蒸気圧力が予め設定した前記蒸気配管内の蒸気圧力の許容圧力以下になるように前記放散弁の開度指令を演算する過大圧力防止部と、前記使用先に供給する合計蒸気流量が前記蒸気配管内にドレンを発生させないための最低蒸気流量を維持するように前記放散弁の開度指令を演算するミニマム流量制御部と、前記蒸気流量調節器で演算した前記放散弁の開度指令と前記蒸気圧力調節器で演算した前記放散弁の開度指令と前記蒸気温度調節器で演算した前記放散弁の開度指令とのうち最も大きいものを選択して前記放散弁に出力する最高値選択器とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項４の発明に係わる放散弁制御装置は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記温度制御部は、前記蒸気配管内の蒸気圧力を検出する蒸気圧力検出器で検出された前記蒸気圧力を入力し前記蒸気圧力を前記蒸気配管内の蒸気の飽和蒸気温度に変換して出力する飽和蒸気温度演算部と、前記飽和蒸気温度演算部で求められた前記飽和蒸気温度に予め定めた余裕値を加算して蒸気管理温度を演算する蒸気管理温度演算部と、前記蒸気管理温度演算部で求められた前記蒸気管理温度と前記蒸気配管内の蒸気温度を検出する蒸気温度検出器で検出された前記蒸気配管内の蒸気温度との蒸気温度偏差を求める蒸気温度偏差演算部と、前記蒸気温度偏差演算部で求められた蒸気温度偏差に基づいて前記蒸気配管内の蒸気温度が前記飽和蒸気温度以上になるように前記放散弁の開度指令を演算し前記放散弁に出力する蒸気温度調節器とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項５の発明に係わる放散弁制御装置は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記過大圧力防止部は、前記蒸気配管内の蒸気圧力の許容圧力と前記蒸気配管内の蒸気圧力を検出する蒸気圧力検出器で検出された前記蒸気圧力との蒸気圧力偏差を求める蒸気圧力偏差演算部と、前記蒸気圧力偏差演算部で求めた蒸気圧力偏差に基づいて前記蒸気配管内の蒸気圧力が前記許容圧力以下になるように前記放散弁の開度指令を演算する蒸気圧力調節器とを備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放散弁制御装置。
【００１５】
請求項６の発明に係わる放散弁制御装置は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記ミニマム流量制御部は、前記蒸気配管内にドレンを発生させないための最低蒸気流量と前記使用先に供給する合計蒸気流量との蒸気流量偏差を求める蒸気流量偏差演算部と、前記蒸気流量偏差演算部で求めた蒸気流量偏差に基づいて前記蒸気配管内の蒸気流量が前記最低蒸気流量を維持するように前記放散弁の開度指令を演算する蒸気流量調節器と、前記蒸気流量調節器で演算した前記放散弁の開度指令と前記蒸気温度調節器で演算した前記放散弁の開度指令とのうち大きい方を選択して前記放散弁に出力する最高値選択器とを備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放散弁制御装置。
【００１６】
請求項７の発明に係わる放散弁制御装置は、請求項１乃至６のいずれかにおいて、前記最高値選択器に代えて、前記開度指令の和を前記放散弁に出力する加算器を設けたことを特徴とする。
【００１７】
請求項８の発明に係わる蒸気制御システムは、請求項１乃至７のいずれか一の放散弁制御装置と、前記蒸気ボイラの蒸気出口の前記蒸気配管に設けられた蒸気供給弁の開度を制御する蒸気供給弁制御装置とからなり、前記蒸気供給弁制御装置は、前記蒸気供給弁の出口の蒸気供給圧力を検出する蒸気供給圧力検出器で検出された前記蒸気供給圧力と予め定めた蒸気供給圧力設定値との蒸気供給圧力偏差を求める蒸気供給圧力偏差演算部と、前記放散弁制御装置から出力される放散弁の開度指令を蒸気圧力変動量に変換する蒸気圧力変動量演算部と、前記蒸気供給圧力偏差演算部で求めた蒸気供給圧力偏差に前記蒸気圧力変動量演算部で求めた蒸気圧力変動量を加算する加算器と、前記加算器からの出力値に基づいて前記放散弁の開度変化による蒸気圧力変動量を加味した前記蒸気供給弁の開度指令を前記蒸気供給弁に出力する蒸気供給圧力調節器とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の放散弁制御装置によれば、蒸気温度を考慮して蒸気配管内の蒸気温度が飽和蒸気温度以上になるように、また、蒸気配管内の蒸気圧力を許容圧力以下に制限するように放散弁を制御するので、安全性を高めつつ蒸気配管内のドレンの発生を確実に防止することができる。さらには、使用先の使用蒸気量が変動しても、蒸気配管内の蒸気流量をドレンを発生させない最低蒸気流量に維持するので、蒸気配管内にドレンが発生することを確実に防止できる。
【００１９】
また、本発明の蒸気制御システムによれば、放散弁の開度変化による蒸気圧力変動量を加味し蒸気供給弁を制御するので、放散弁を開いて蒸気を放散した場合でも、蒸気圧力が変動せずに安定して蒸気を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態に係わる放散弁制御装置及び蒸気制御システムが適用される蒸気供給系統の一例を示す蒸気供給系統図。
【図２】本発明の実施の形態に係わる放散弁制御装置の実施例１のブロック構成図。
【図３】本発明の実施の形態における飽和蒸気温度演算部で蒸気圧力Ｐｓを飽和蒸気温度Ｔｓｏに変換する関数の一例の特性図。
【図４】本発明の実施の形態に係わる放散弁制御装置の実施例２のブロック構成図。
【図５】本発明の実施の形態に係わる放散弁制御装置の実施例３のブロック構成図。
【図６】本発明の実施の形態に係わる蒸気制御システムのブロック構成図。
【図７】蒸気圧力変動量演算部で放散弁の開度を蒸気圧力変動量ΔＰに変換する関数の一例の特性図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。以下の実施の形態に示す寸法、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。
【００２２】
図１は、本発明の実施の形態に係わる放散弁制御装置及び蒸気制御システムが適用される蒸気供給系統の一例を示す蒸気供給系統図である。蒸気供給系統は、蒸気を生成する蒸気ボイラ１と、蒸気ボイラ１からの蒸気供給を制御する蒸気供給弁２と、蒸気を送る蒸気配管３と、送られた蒸気を使用する複数の使用先４ａ〜４ｎと、各使用先４ａ〜４ｎへの蒸気供給を制御する使用先制御弁５ａ〜５ｎと、蒸気を大気に放散するための放散弁６とから構成されている。この放散弁６から適宜蒸気を大気に放散することで、蒸気配管３内に一定の蒸気の流れが確保され、蒸気の滞留によるドレンの発生が防止される。
【００２３】
そして、蒸気供給弁２は蒸気供給弁制御装置７で制御され、放散弁６は放散弁制御装置８で制御される。また、図１では放散弁６は蒸気配管３の終端部分に設けられた場合を示している。
【００２４】
蒸気配管３の終端に設けられた放散弁６の開度は、蒸気配管３内のドレンの発生を防止できるように放散弁制御装置８で制御され、蒸気ボイラ１と蒸気配管３との境界（蒸気ボイラ１の蒸気出口）に設けられた蒸気供給弁２の開度は、蒸気供給弁制御装置７で制御される。この放散弁制御装置８と蒸気供給弁制御装置７とで蒸気制御システムを構成している。
【００２５】
このような蒸気供給系統での蒸気の流れは次の通りである。蒸気ボイラ１で生成された蒸気は、蒸気供給弁制御装置７により蒸気供給弁２で蒸気圧力と蒸気流量とが調整された上で蒸気配管３に送られる。蒸気配管３から使用先制御弁５ａ〜５ｎを介して使用先４ａ〜４ｎでの使用量に応じた蒸気が送られる。また、蒸気配管３内での蒸気の滞留を防ぐため、放散弁６から適宜蒸気が大気に放散され、蒸気の一定の流れが確保される。
【００２６】
蒸気ボイラ１には、十分な量の蒸気が生成可能であれば、蒸気ボイラの型式は問わない。例えば、燃料を燃焼させて蒸気を発生させる石炭蒸気ボイラ、重油蒸気ボイラ等だけでなく、ガスタービンからの排ガスを導入してその排熱で蒸気を発生させる排熱回収蒸気ボイラ等も用いられる。
【００２７】
使用先４ａ〜４ｎには、工場、ビルなど蒸気を熱源等に利用できる設備・施設が広く含まれる。蒸気配管３で蒸気が供給できる範囲であれば蒸気ボイラ１と使用先４ａ〜４ｎとの離隔は問わないが、後述するように本発明の実施の形態に係わる放散弁制御装置は、特に使用先４ａ〜４ｎが広範囲に分散している蒸気供給系統に好適に用いられる。
【００２８】
図２は、本発明の実施の形態に係わる放散弁制御装置の実施例１のブロック構成図である。放散弁制御装置８は、温度制御部１８と過大圧力防止部１６と最高値選択器１７とから構成される。温度制御部１８は、蒸気配管３内の蒸気温度Ｔｓが飽和蒸気温度Ｔｓｏ以上になるように放散弁６の開度指令ｓ１を演算し最高値選択器１７に出力するものである。過大圧力防止部１９は、蒸気配管３内の蒸気圧力Ｐｓが予め設定した蒸気配管３内の蒸気圧力の許容圧力Ｐｍ以下になるように放散弁６の開度指令ｓ２を演算し最高値選択器１７に出力するものである。最高値選択器１７は、温度制御部１８で演算した放散弁６の開度指令ｓ１と過大圧力防止部１６で演算した放散弁６の開度指令ｓ２とのうち大きい方を選択して放散弁６への開度指令ｓとして出力し、放散弁６を開閉制御する。
【００２９】
温度制御部１８は、蒸気圧力検出器９で検出される蒸気配管３内の蒸気圧力Ｐｓを入力するとともに、蒸気温度検出器１０で検出される蒸気温度Ｔｓを入力する。蒸気圧力検出器９で検出された蒸気圧力Ｐｓは、温度制御部１８の飽和蒸気温度演算部１１に入力され、飽和蒸気温度演算部１１により飽和蒸気温度Ｔｓｏに変換される。図３は、飽和蒸気温度演算部１１で蒸気圧力Ｐｓを飽和蒸気温度Ｔｓｏに変換する関数の一例の特性図である。図３に示すように、飽和蒸気温度Ｔｓは蒸気圧力Ｐｓの関数で示され、蒸気圧力Ｐｓが大きくなれば飽和蒸気温度Ｔｓも大きくなる特性を有する。飽和蒸気温度演算部１１は、この図３に示す関数に基づいて蒸気圧力Ｐｓを飽和蒸気温度Ｔｓｏに変換する。
【００３０】
次に、飽和蒸気温度演算部１１で求められた飽和蒸気温度Ｔｓｏは加算器１２に入力され、余裕値設定器１３に予め設定された余裕値αが加算され、管理温度Ｔｓｒ（＝Ｔｓｏ＋α）が求められる。この管理温度Ｔｓｒは蒸気温度Ｔｓの目標値となるので、蒸気配管３内でドレンが発生しないように、飽和蒸気温度Ｔｓｏに余裕値αを加算した値としている。加算器１２で求められた管理温度Ｔｓｒは蒸気温度偏差演算部１４に入力される。
【００３１】
蒸気温度偏差演算部１４には、加算器１２からの管理温度Ｔｓｒと蒸気温度検出器１０で検出された蒸気温度Ｔｓとが入力され、その蒸気温度偏差ΔＴｓ（＝Ｔｓｒ−Ｔｓ）が求められる。蒸気温度偏差演算部１４で求められた蒸気温度偏差ΔＴｓは蒸気温度調節器１５に入力され、蒸気温度調節器１５は、蒸気温度偏差ΔＴｓが零となるように放散弁６の開度指令ｓ１を演算し放散弁６に出力する。これにより、蒸気配管３内の蒸気温度Ｔｓが飽和蒸気温度Ｔｓｏ以上になるように制御される。
【００３２】
ここで、ドレンは蒸気配管３内の蒸気温度Ｔｓが飽和蒸気温度Ｔｓｏを下回ると発生するため、この実施例１の放散弁制御装置８は、この蒸気温度Ｔｓが飽和蒸気温度Ｔｓｏ以上となるように放散弁６の開度を制御するようにしている。
【００３３】
そこで、余裕値αは蒸気配管３内の蒸気温度Ｔｓが飽和蒸気温度Ｔｓｏ以上になるようにするために決められるが、一般に、余裕値αは飽和蒸気温度Ｔｓｏの数％の範囲の値を設定するのが好ましい。この余裕値αがこの範囲より小さいと制御が甘くなりドレンが発生する可能性が高くなり、逆に大きいと制御が厳しくなりすぎて放散弁６から放散される蒸気が増えてロスが多くなる。
【００３４】
蒸気配管３内の蒸気温度Ｔｓが管理値Ｔｓｒ（飽和蒸気温度Ｔｓｏ＋α）以下となった場合には、放散弁６が開いて温度が低くなった蒸気を大気に放散し、より新鮮な蒸気を流入させることで、蒸気配管３内の蒸気温度Ｔｓを飽和蒸気温度Ｔｓｏ以上に上昇させて、ドレンの発生を防止する。
【００３５】
次に、過大圧力防止部１６は、蒸気配管３内の蒸気圧力Ｐｓの許容圧力Ｐｍが設定された許容圧力設定器１９と、許容圧力設定器１９に設定された許容圧力Ｐｍと蒸気配管３内の蒸気圧力Ｐｓを検出する蒸気圧力検出器９で検出された蒸気圧力Ｐｓとの蒸気圧力偏差ΔＰｓ（＝Ｐｓ−Ｐｍ）を求める蒸気圧力偏差演算部２０と、蒸気圧力偏差演算部２０で求めた蒸気圧力偏差ΔＰｓに基づいて蒸気配管３内の蒸気圧力Ｐｓが許容圧力Ｐｍ以下になるように放散弁６の開度指令を演算する蒸気圧力調節器２１とから構成される。
【００３６】
蒸気圧力検出器９で検出された蒸気圧力Ｐｓは、過大圧力防止部１６の蒸気圧力偏差演算部２０に入力され、許容圧力設定器１９に設定された許容圧力Ｐｍとの蒸気圧力偏差ΔＰｓ（＝Ｐｓ−Ｐｍ）が演算される。蒸気圧力偏差演算部２０で得られた蒸気圧力偏差ΔＰｓは蒸気圧力調節器２１に入力され、蒸気圧力調節器２１は蒸気圧力偏差ΔＰｓが零になるように放散弁６の開度指令ｓ２を演算する。すなわち、蒸気配管３内の蒸気流量が減少すると蒸気配管３内の蒸気圧力Ｐｓが上昇するので、蒸気圧力Ｐｓが許容圧力Ｐｍを超えないような放散弁６の開度指令が演算される。
【００３７】
そして、蒸気圧力調節器２１は最高値選択器１７に出力される。最高値選択器１７には温度制御部１８の蒸気温度調節器１５からの放散弁６の開度指令ｓ１も入力されており、最高値選択器１７は、温度制御部１８の蒸気温度調節器１５からの放散弁６の開度指令ｓ１と、過大圧力防止部１６の蒸気圧力調節器２１からの放散弁６の開度指令ｓ２とのうち、大きい方を選択して放散弁６に出力する。
【００３８】
温度制御部１８の蒸気温度調節器１５からの放散弁６の開度指令ｓ１で放散弁６の開度が制御されている状態で、過大圧力防止部１６の蒸気圧力調節器２１からの放散弁６の開度指令ｓ２が大きくなった場合には、放散弁６の開度はより大きく開かれる方向となるので、放散弁６から温度が低くなった蒸気を大気に放散し新鮮な蒸気を流入させることになる。従って、蒸気配管３内にドレンが発生することはなく、蒸気圧力Ｐｓを許容圧力Ｐｍ以下に制限できる。
【００３９】
一方、過大圧力防止部１６の蒸気圧力調節器２１からの放散弁６の開度指令で放散弁６の開度が制御されている状態で、温度制御部１８の蒸気温度調節器１５からの放散弁６の開度指令ｓ１が大きくなった場合にも、放散弁６の開度はより大きく開かれる方向となるので、蒸気圧力Ｐｓが許容圧力Ｐｍより大きくなることはなく、蒸気配管３内にドレンも発生することはない。
【００４０】
蒸気配管３内の蒸気圧力Ｐｓを検出する蒸気圧力検出器９には既存の各種の圧力計を用いることができ、同様に蒸気温度検出器１０には既存の各種の温度計を用いることができる。
【００４１】
蒸気圧力検出器９および蒸気温度検出器１０の設置位置は、蒸気配管３内であればどの位置でもよいが、放散弁６に近接した蒸気配管３の終端付近とするのが好ましい。これは、蒸気配管３の終端付近は蒸気配管３内でも最も蒸気温度Ｔｓが低くなりドレンが発生しやすい領域であるため、この領域の蒸気温度Ｔｓを基準に放散弁６の開度を制御すれば、ドレンの発生を効果的に防止できるためである。
【００４２】
本発明の実施の形態における実施例１によれば、蒸気配管３内の蒸気温度Ｔｓが飽和蒸気温度Ｔｓｏ以上になるように放散弁６の開度を制御するので、蒸気配管３内にドレンが発生することを確実に防止できる。また、蒸気配管３内の蒸気圧力Ｐｓを許容圧力Ｐｍ以下に制限できるので、より安全性を高めることができる。
【００４３】
次に、本発明の実施の形態に係わる放散弁制御装置の実施例２について説明する。図４は本発明の実施の形態に係わる放散弁制御装置の実施例２のブロック構成図である。この実施例２は、図２に示した実施例１に対し、過大圧力防止部１６に代えてミニマム流量制御部２２を設けたものである。
【００４４】
ミニマム流量制御部２２は、使用先４ａ〜４ｎの使用蒸気量が変動しても蒸気配管３内の蒸気流量が蒸気配管３内にドレンを発生させない最低蒸気流量Ｑｓを確保できるように放散弁６を制御するものである。図２と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００４５】
ミニマム流量制御部２２は、蒸気配管３内にドレンを発生させないための最低蒸気流量Ｑｓが設定された最低蒸気流量設定器２４と、最低蒸気流量設定器２４に設定された最低蒸気流量Ｑｓと蒸気ボイラ１から使用先４ａ〜４ｎに供給する合計蒸気流量Ｑｔとの蒸気流量偏差ΔＱｓ（＝Ｑｓ−Ｑｔ）を求める蒸気流量偏差演算部２５と、蒸気流量偏差演算部２５で求めた蒸気流量偏差ΔＱｓに基づいて蒸気配管３内の蒸気流量が最低蒸気流量Ｑｓを維持するように放散弁６の開度指令ｓ３を演算する蒸気流量調節器２６とから構成される。
【００４６】
蒸気ボイラ１から使用先４ａ〜４ｎに供給する合計蒸気流量Ｑｔが最低蒸気流量設定器２４に設定された最低蒸気流量Ｑｓより大きいときは、蒸気配管３内の蒸気流量を最低蒸気流量Ｑｓに維持できる。このことから、蒸気流量偏差演算部２５では、最低蒸気流量Ｑｓと使用先４ａ〜４ｎに供給する合計蒸気流量Ｑｔとの蒸気流量偏差ΔＱｓ（＝Ｑｓ−Ｑｔ）を求め、蒸気流量調節器２６は、この蒸気流量偏差ΔＱｓ（＝Ｑｓ−Ｑｔ）に基づき放散弁６の開度指令ｓ３を演算する。
【００４７】
すなわち、使用先４ａ〜４ｎに供給する合計蒸気流量Ｑｔが最低蒸気流量Ｑｓより大きいときは、蒸気流量偏差ΔＱｓ（＝Ｑｓ−Ｑｔ）は負値となるので、蒸気流量調節器２６は放散弁６を閉じる方向の開度指令ｓ３を演算することになる。一方、使用先４ａ〜４ｎに供給する合計蒸気流量Ｑｔが最低蒸気流量Ｑｓより小さいときは、蒸気流量偏差ΔＱｓ（＝Ｑｓ−Ｑｔ）は正値となるので、蒸気流量調節器２６は放散弁６を開く方向の開度指令ｓ３を演算することになる。
【００４８】
最高値選択器１７は、ミニマム流量制御部２２の蒸気流量調節器２６で演算した放散弁６の開度指令ｓ３、温度制御部１８の蒸気温度調節器１５で演算した放散弁６の開度指令ｓ１のうちから大きいものを選択して、放散弁６への開度指令ｓとして出力する。これにより、使用先４ａ〜４ｎの使用蒸気量が変動しても蒸気配管３内の蒸気流量が蒸気配管３内にドレンを発生させない最低蒸気流量Ｑｓを確保できる。
【００４９】
本発明の実施の形態における実施例２によれば、ミニマム流量制御部２２により、使用先４ａ〜４ｎの使用蒸気量が変動しても、蒸気配管３内の蒸気流量をドレンを発生させない最低蒸気流量Ｑｓに維持するので、蒸気配管３内にドレンが発生することを確実に防止できる。
【００５０】
次に、本発明の実施の形態に係わる放散弁制御装置の実施例３について説明する。図５は本発明の実施の形態に係わる放散弁制御装置の実施例３のブロック構成図である。この実施例３は、図２に示した実施例１に対し、図４に示した実施例２に示したミニマム流量制御部２２を追加して設けたものである。
【００５１】
この実施例３では、最高値選択器１７は、ミニマム流量制御部２２の蒸気流量調節器２６で演算した放散弁６の開度指令ｓ３、過大圧力防止部１６の蒸気圧力調節器２１で演算した放散弁６の開度指令ｓ２、温度制御部１８の蒸気温度調節器１５で演算した放散弁６の開度指令ｓ１のうちから最も大きいものを選択して、放散弁６への開度指令ｓとして出力する。
【００５２】
これにより、実施例１の効果に加え、使用先４ａ〜４ｎの使用蒸気量が変動しても蒸気配管３内の蒸気流量が蒸気配管３内にドレンを発生させない最低蒸気流量Ｑｓを確保できる。
【００５３】
以上の説明では、最高値選択器１７を設けた場合について説明したが、最高値選択器１７に代えて、加算器を設けてもよい。実施例１の場合には、過大圧力防止部１６の蒸気圧力調節器２１で演算した放散弁６の開度指令ｓ２と温度制御部１８の蒸気温度調節器１５で演算した放散弁６の開度指令ｓ１との和を加算器で求め、その和を放散弁６への開度指令ｓとして出力する。同じく実施例２の場合には、ミニマム流量制御部２２の蒸気流量調節器２６で演算した放散弁６の開度指令ｓ３と温度制御部１８の蒸気温度調節器１５で演算した放散弁６の開度指令ｓ１との和を加算器で求め、その和を放散弁６への開度指令ｓとして出力する。
【００５４】
さらに、実施例３の場合には、ミニマム流量制御部２２の蒸気流量調節器２６で演算した放散弁６の開度指令ｓ３と、過大圧力防止部１６の蒸気圧力調節器２１で演算した放散弁６の開度指令ｓ２と、温度制御部１８の蒸気温度調節器１５で演算した放散弁６の開度指令ｓ１との和を加算器で求め、その和を放散弁６への開度指令ｓとして出力する。それぞれの開度指令の和を求めることで、放散弁６の開度は大きくなるが、蒸気の流量、圧力、温度に関する多面的な制御の確実性をさらに高めることができる。
【００５５】
次に、本発明の実施の形態に係わる蒸気制御システムについて説明する。図６は本発明の実施の形態に係わる蒸気制御システムのブロック構成図である。この実施の形態に係わる蒸気制御システムは、実施例１乃至実施例３の放散弁制御装置８と、放散弁６の開度に応じて蒸気供給弁２の開度を制御する蒸気供給弁制御装置７とから構成される。
【００５６】
蒸気供給弁制御装置７は、蒸気供給弁２の出口の蒸気供給圧力検出器２７で検出された蒸気供給圧力Ｐｋｓと放散弁６の開度とを入力し、放散弁６の開度変化による蒸気圧力変動量を加味して蒸気供給弁２を制御するものである。
【００５７】
蒸気供給弁制御装置７の蒸気供給圧力設定部２８には予め定められた蒸気供給圧力設定値Ｐｋｏが設定されている。蒸気供給圧力偏差演算部２９は、蒸気供給圧力検出器２７で検出された蒸気供給圧力Ｐｋｓと、予め定められた蒸気供給圧力設定値Ｐｋｏとの蒸気供給圧力偏差ΔＰｋを求め加算器３０に出力する。
【００５８】
一方、蒸気供給弁制御装置７の蒸気圧力変動量演算部３１には、放散弁制御装置８から出力される放散弁６の開度指令ｓ（放散弁６の開度）が入力され、蒸気圧力変動量演算部３１は、放散弁６の開度を蒸気圧力変動量ΔＰに変換し加算器３０に出力する。
【００５９】
図７は蒸気圧力変動量演算部３１で放散弁６の開度を蒸気圧力変動量ΔＰに変換する関数の一例の特性図である。図７に示すように、蒸気圧力変動量ΔＰは放散弁６の開度の関数で示され、放散弁６の開度が大きくなれば蒸気圧力変動量ΔＰが大きくなる特性を有する。この関数は、蒸気供給弁２での蒸気圧力変動量ΔＰと放散弁６の開度との関係を満たすように設定される。例えば、放散弁６の開度が小さい時には定常的な圧力変動の影響の方が大きいとして、蒸気供給弁２での蒸気圧力変動量ΔＰを少なく設定し、放散弁６の開度が増加すると放散弁６の開度が大きく影響するとして指数関数的に蒸気圧力変動量ΔＰが増加するように設定する。
【００６０】
また、放散弁６と蒸気供給弁２との離隔を考慮して蒸気圧力変動量ΔＰを出力するのが好ましいので、例えば、離隔を考慮して蒸気圧力変動の遅れ時間を求めて、蒸気供給弁２の開度の制御に反映する。
【００６１】
次に、加算器３０は、蒸気供給圧力偏差演算部２９で求めた蒸気供給圧力偏差ΔＰｋに蒸気圧力変動量演算部３１で求めた蒸気圧力変動量ΔＰを加算して、蒸気供給圧力調節器３２に出力する。蒸気供給圧力調節器３２は、加算器３０からの出力値（ΔＰｋ＋ΔＰ）に基づいて、蒸気供給弁２の開度指令を蒸気供給弁２に出力する。これにより、蒸気供給弁２の開度指令に放散弁６の開度変化による蒸気圧力変動量ΔＰが含まれるので、放散弁６の開度変化による蒸気圧力変動量ΔＰを加味して蒸気供給弁２を制御することができる。
【００６２】
本発明の実施の形態に係わる蒸気供給システムによれば、放散弁６を開いて蒸気を放散した場合でも、蒸気供給圧力Ｐｋｓが変動せずに、安定して蒸気を供給することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１…蒸気ボイラ、２…蒸気供給弁、３…蒸気配管、４…使用先、５…使用先制御弁、６…放散弁、７…蒸気供給弁制御装置、８…放散弁制御装置、９…蒸気圧力検出器、１０…蒸気温度検出器、１１…飽和蒸気温度演算部、１２…加算器、１３…余裕値設定器、１４…蒸気温度偏差演算部、１５…蒸気温度調節器、１６…過大圧力防止部、１７…最高値選択器、１８…温度制御部、１９…許容圧力設定器、２０…蒸気圧力偏差演算部、２１…蒸気圧力調節器、２２…ミニマム流量制御部、２４…最低蒸気流量設定器、２５…蒸気流量偏差演算部、２６…蒸気流量調節器、２７…蒸気供給圧力検出器、２８…蒸気供給圧力設定部、２９…蒸気供給圧力偏差演算部、３０…加算器、３１…蒸気圧力変動量演算部、３２…蒸気供給圧力調節器
【図１】
2011196604.tif 000003
【図２】
2011196604.tif 000004
【図３】
2011196604.tif 000005
【図４】
2011196604.tif 000006
【図５】
2011196604.tif 000007
【図６】
2011196604.tif 000008
【図７】
2011196604.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成22年10月13日(2010.10.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３】
蒸気ボイラで発生した蒸気を蒸気配管を経由して蒸気の使用先に供給する蒸気供給系統の前記蒸気配管内のドレンの発生防止のために前記蒸気配管に設けられた放散弁の開度を制御する放散弁制御装置において、前記蒸気配管内の前記蒸気圧力に基づいて前記蒸気配管内の蒸気の飽和蒸気温度を求め前記蒸気配管内の蒸気温度が前記飽和蒸気温度以上になるように前記放散弁の開度指令を演算する温度制御部と、前記蒸気配管内の蒸気圧力が予め設定した前記蒸気配管内の蒸気圧力の許容圧力以下になるように前記放散弁の開度指令を演算する過大圧力防止部と、前記使用先に供給する合計蒸気流量が前記蒸気配管内にドレンを発生させないための最低蒸気流量を維持するように前記放散弁の開度指令を演算するミニマム流量制御部と、前記温度制御部で演算した前記放散弁の開度指令と前記過大圧力防止部で演算した前記放散弁の開度指令と前記ミニマム流量制御部で演算した前記放散弁の開度指令とのうち最も大きいものを選択して前記放散弁に出力する最高値選択器とを備えたことを特徴とする放散弁制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項６】
前記ミニマム流量制御部は、前記蒸気配管内にドレンを発生させないための最低蒸気流量と前記使用先に供給する合計蒸気流量との蒸気流量偏差を求める蒸気流量偏差演算部と、前記蒸気流量偏差演算部で求めた蒸気流量偏差に基づいて前記蒸気配管内の蒸気流量が前記最低蒸気流量を維持するように前記放散弁の開度指令を演算する蒸気流量調節器とを備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放散弁制御装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
請求項３の発明に係わる放散弁制御装置は、蒸気ボイラで発生した蒸気を蒸気配管を経由して蒸気の使用先に供給する蒸気供給系統の前記蒸気配管内のドレンの発生防止のために前記蒸気配管に設けられた放散弁の開度を制御する放散弁制御装置において、前記蒸気配管内の前記蒸気圧力に基づいて前記蒸気配管内の蒸気の飽和蒸気温度を求め前記蒸気配管内の蒸気温度が前記飽和蒸気温度以上になるように前記放散弁の開度指令を演算する温度制御部と、前記蒸気配管内の蒸気圧力が予め設定した前記蒸気配管内の蒸気圧力の許容圧力以下になるように前記放散弁の開度指令を演算する過大圧力防止部と、前記使用先に供給する合計蒸気流量が前記蒸気配管内にドレンを発生させないための最低蒸気流量を維持するように前記放散弁の開度指令を演算するミニマム流量制御部と、前記温度制御部で演算した前記放散弁の開度指令と前記過大圧力防止部で演算した前記放散弁の開度指令と前記ミニマム流量制御部で演算した前記放散弁の開度指令とのうち最も大きいものを選択して前記放散弁に出力する最高値選択器とを備えたことを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
請求項６の発明に係わる放散弁制御装置は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記ミニマム流量制御部は、前記蒸気配管内にドレンを発生させないための最低蒸気流量と前記使用先に供給する合計蒸気流量との蒸気流量偏差を求める蒸気流量偏差演算部と、前記蒸気流量偏差演算部で求めた蒸気流量偏差に基づいて前記蒸気配管内の蒸気流量が前記最低蒸気流量を維持するように前記放散弁の開度指令を演算する蒸気流量調節器とを備えたことを特徴とする。
【手続補正書】
【提出日】平成23年3月10日(2011.3.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明の目的は、蒸気配管内のドレンの発生を防止できる放散弁制御装置、及び放散弁を開いて蒸気を放散した場合でも蒸気圧力の変動を抑制でき安定して蒸気供給できる蒸気制御システムを提供することにある。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
図２は、本発明の実施の形態に係わる放散弁制御装置の実施例１のブロック構成図である。放散弁制御装置８は、温度制御部１８と過大圧力防止部１６と最高値選択器１７とから構成される。温度制御部１８は、蒸気配管３内の蒸気温度Ｔｓが飽和蒸気温度Ｔｓｏ以上になるように放散弁６の開度指令ｓ１を演算し最高値選択器１７に出力するものである。過大圧力防止部１６は、蒸気配管３内の蒸気圧力Ｐｓが予め設定した蒸気配管３内の蒸気圧力の許容圧力Ｐｍ以下になるように放散弁６の開度指令ｓ２を演算し最高値選択器１７に出力するものである。最高値選択器１７は、温度制御部１８で演算した放散弁６の開度指令ｓ１と過大圧力防止部１６で演算した放散弁６の開度指令ｓ２とのうち大きい方を選択して放散弁６への開度指令ｓとして出力し、放散弁６を開閉制御する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
そして、蒸気圧力調節器２１からの放散弁６の開度指令ｓ２は最高値選択器１７に出力される。最高値選択器１７には温度制御部１８の蒸気温度調節器１５からの放散弁６の開度指令ｓ１も入力されており、最高値選択器１７は、温度制御部１８の蒸気温度調節器１５からの放散弁６の開度指令ｓ１と、過大圧力防止部１６の蒸気圧力調節器２１からの放散弁６の開度指令ｓ２とのうち、大きい方を選択して放散弁６に出力する。