(57)【要約】【課題】蒸気システムにおける熱交換器等の流体機器の運転状態を検出可能な機器状態検出装置を提供すること。【解決手段】流量検出装置４０（機器状態検出装置）は、発電機３４の発電量を取得する発電量取得部４３と、予め膨張機３０におけるドレンの単位時間当たりの流入量と発電機３４の発電量との相関を有し、該相関において発電量取得部４３が取得した発電量に対応する膨張機３０におけるドレンの単位時間当たりの流入量を熱交換器２２（流体機器）から流出したドレンの流量として算出する流量算出部４４とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気が対象物に放熱して凝縮する蒸気使用部と、上記蒸気の凝縮によって発生し上記蒸気使用部から流出したドレンが流入し、該ドレンを膨張させて動力を発生させる膨張機と、該膨張機の発生動力によって駆動される発電機とを有する蒸気システムにおいて、該蒸気システムに設けられた流体機器の運転状態を検出する蒸気システムの機器状態検出装置であって、
上記発電機の発電量に基づいて、上記流体機器の運転状態を検出する
ことを特徴とする蒸気システムの機器状態検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の蒸気システムの機器状態検出装置において、
上記発電機の発電量を取得する発電量取得部と、
予め上記膨張機におけるドレンの単位時間当たりの流入量と上記発電機の発電量との相関を有し、該相関において上記発電量取得部が取得した発電量に対応する上記膨張機におけるドレンの単位時間当たりの流入量を上記流体機器である上記蒸気使用部から流出したドレンの流量として算出する流量算出部とを備え、上記蒸気使用部の運転状態を検出する
ことを特徴とする蒸気システムの機器状態検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の蒸気システムの機器状態検出装置において、
上記蒸気使用部から流出したドレンの圧力と、上記膨張機から流出した膨張後のドレンの圧力とを取得し、両圧力の圧力差を算出する差圧算出部を備え、
上記流量算出部は、予め上記蒸気使用部から流出したドレンの圧力と上記膨張機から流出した膨張後のドレンの圧力との圧力差に応じた複数の上記相関を有しており、上記差圧算出部が算出した圧力差に対応する上記相関を選択し、該相関において上記発電量取得部が取得した発電量に対応する上記膨張機におけるドレンの単位時間当たりの流入量を上記蒸気使用部から流出したドレンの流量として算出する
ことを特徴とする蒸気システムの機器状態検出装置。
【請求項４】
請求項１に記載の蒸気システムの機器状態検出装置において、
上記蒸気システムは、上記蒸気使用部の下流側に設けられ、流入したドレンのみを下流側へ向かって排出する上記流体機器であるスチームトラップを有し、該スチームトラップから排出されたドレンが上記膨張機に流入し、
上記蒸気使用部における蒸気の放熱量に関する情報を取得する放熱量情報取得部と、
上記発電機の発電量を取得する発電量取得部と、
上記放熱量情報取得部が取得した情報と、上記発電量取得部が取得した発電量との関係に基づいて、上記スチームトラップが異常状態であるか否かを判断する異常判断部とを備えている
ことを特徴とする蒸気システムの機器状態検出装置。
【請求項５】
請求項４に記載の蒸気システムの機器状態検出装置において、
上記異常判断部は、上記放熱量情報取得部が取得した情報と、上記発電量取得部が取得した発電量との関係に基づいて、上記流体機器である上記膨張機が異常状態であるか否かも判断する
ことを特徴とする蒸気システムの機器状態検出装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の蒸気システムの機器状態検出装置において、
上記膨張機は、タービン式の膨張機である
ことを特徴とする蒸気システムの機器状態検出装置。
【請求項７】
蒸気が対象物に放熱して凝縮する蒸気使用部と、上記蒸気の凝縮によって発生し上記蒸気使用部から流出したドレンが流入し、該ドレンを膨張させて動力を発生させる膨張機と、該膨張機の発生動力によって駆動される発電機とを有する蒸気システムにおいて、該蒸気システムに設けられた流体機器の運転状態を検出する蒸気システムの機器状態検出方法であって、
上記発電機の発電量に基づいて、上記流体機器の運転状態を検出する
ことを特徴とする蒸気システムの機器状態検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、蒸気システムに設けられた流体機器の機器状態検出装置および機器状態検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に開示されているように、蒸気で対象物を加熱する蒸気システム（蒸気加熱装置）が知られている。この蒸気システムは、蒸気が対象物と熱交換する熱交換器と、ドレンの貯留部（ヘッダータンク）とを備えている。この蒸気システムでは、熱交換器において流入した蒸気が対象物に放熱して凝縮しドレン（復水）となる。これにより、対象物が加熱（潜熱加熱）される。そして、熱交換器で発生したドレンはスチームトラップを介して貯留部に送られて貯留される。貯留部のドレンは、その温度に応じて給水タンクへ戻されたり外部へ排出されたりする。給水タンクへ戻されたドレンは、蒸気に再生される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１６９４７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したような蒸気システムでは、熱交換器やスチームトラップ等の流体機器の運転状態（性能や異常状態）を確認したいという要望がある。例えば、熱交換器の場合、熱交換器から流出したドレン（復水）の流量に基づいて熱交換器の運転状態（性能）を確認することが考えられる。しかしながら、熱交換器から流出したドレンは飽和状態であることから、実際には、熱交換器の下流側では蒸気とドレンの気液混合流体が流れることになる。そのため、一般の流量計では気液混合流体のうち液相であるドレンのみの流量を検出することは実質困難となる。したがって、熱交換器の運転状態（性能）を確認することが困難になる。
【０００５】
また、スチームトラップの異常状態（例えば、ドレンの排出量が流入量に対して多い漏れ状態や、ドレンの排出量が流入量に対して少ない詰まり状態）をいち早く発見することは容易ではない。即ち、上記と同様、スチームトラップの上流側では実際には蒸気とドレンの気液混合流体が流れるため、ドレンのみの流量を検出することは実質困難である。また、スチームトラップから排出されるのは液相のドレンのみであるが、排出直後ではドレンの一部が再蒸発（フラッシュ）するため、結果、スチームトラップの下流側においても蒸気とドレンの気液混合流体が流れる。そのため、スチームトラップの下流側においても液相であるドレンのみの流量を検出することは困難である。したがって、スチームトラップにおけるドレンの流入量および排出量を検出することが困難となり、上述したような運転状態（異常状態）を発見することが困難となる。
【０００６】
本願に開示の技術は、かかる事情に鑑みてなされたもので、その目的は、蒸気システムにおいて熱交換器等の流体機器の運転状態を検出可能な機器状態検出装置および機器状態検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願に開示の技術は、蒸気が対象物に放熱して凝縮する蒸気使用部と、上記蒸気の凝縮によって発生し上記蒸気使用部から流出したドレンが流入し、該ドレンを膨張させて動力を発生させる膨張機と、該膨張機の発生動力によって駆動される発電機とを有する蒸気システムにおいて、該蒸気システムに設けられた流体機器の運転状態を検出する蒸気システムの機器状態検出装置を対象としている。本願の蒸気システムの機器状態検出装置は、上記発電機の発電量に基づいて、上記流体機器の運転状態を検出するものである。
【０００８】
また、本願に開示の技術は、蒸気が対象物に放熱して凝縮する蒸気使用部と、上記蒸気の凝縮によって発生し上記蒸気使用部から流出したドレンが流入し、該ドレンを膨張させて動力を発生させる膨張機と、該膨張機の発生動力によって駆動される発電機とを有する蒸気システムにおいて、該蒸気システムに設けられた流体機器の運転状態を検出する蒸気システムの機器状態検出方法を対象としている。本願の蒸気システムの機器状態検出方法は、上記発電機の発電量に基づいて、上記流体機器の運転状態を検出するものである。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように、本願に開示の技術によれば、発電機の発電量に基づいて蒸気使用部等の流体機器の運転状態を検出するようにした。したがって、膨張機に流入したドレンの流量や蒸気使用部から流出したドレンの流量を発電量に基づいて推測することができる。よって、蒸気使用部等の流体機器の運転状態（性能や異常状態）を確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施形態１に係る蒸気システムの概略構成を示す回路図である。
【図２】図２は、膨張機のドレン流入量と発電量との相関を示すグラフである。
【図３】図３は、実施形態１の変形例１に係る蒸気システムの概略構成を示す回路図である。
【図４】図４は、実施形態１の変形例２に係る蒸気システムの概略構成を示す回路図である。
【図５】図５は、実施形態２に係る蒸気システムの概略構成を示す回路図である。
【図６】図６は、実施形態２の変形例１に係る蒸気システムの概略構成を示す回路図である。
【図７】図７は、実施形態２の変形例２に係る蒸気システムの概略構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本願の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本願に開示の技術、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【００１２】
（実施形態１）
本願の実施形態１について説明する。本実施形態の蒸気システム１は、蒸気（飽和蒸気）で対象物を加熱するものである。図１に示すように、蒸気システム１は蒸気が流通する蒸気配管系１０を備えている。蒸気配管系１０は、蒸気生成部２１と、熱交換器２２と、スチームトラップ２３と、膨張機３０と、発電機３４とを有している。そして、蒸気システム１にはドレンの流量検出装置４０が設けられており、この流量検出装置４０は本願の請求項に係る機器状態検出装置を構成している。また、熱交換器２２、スチームトラップ２３および膨張機３０は、それぞれ、蒸気システム１における流体機器を構成している。
【００１３】
蒸気生成部２１は、水を加熱して蒸気（飽和蒸気）を生成するものである。熱交換器２２は、熱源側である第１流路２２ａと、利用側である第２流路２２ｂとを有している。第１流路２２ａは、一端が流入管１１を介して蒸気生成部２１に接続され、他端が流出管１２を介してスチームトラップ２３の入口部２３ａに接続されている。第２流路２２ｂは、一端が流入管６１に接続され、他端が流出管６２に接続されている。
【００１４】
熱交換器２２は、蒸気生成部２１から蒸気が第１流路２２ａに供給され、流入管６１から対象物が第２流路２２ｂに供給される。そして、熱交換器２２では、第１流路２２ａの蒸気が第２流路２２ｂの対象物に放熱して凝縮し、対象物が加熱される。蒸気は、凝縮することによってドレン（復水）になる。つまり、熱交換器２２は、蒸気の凝縮潜熱によって対象物を加熱（潜熱加熱）する潜熱熱交換器であり、本願の請求項に係る蒸気使用部を構成している。熱交換器２２において凝縮したドレンおよび加熱された対象物は、それぞれ、流出管１２，６２に流出する。
【００１５】
流入管１１には、開閉弁５１と高圧側圧力センサ５２が設けられている。開閉弁５１は、開閉動作を行うことによって、蒸気生成部２１から熱交換器２２への蒸気供給を許可または停止する。高圧側圧力センサ５２は、流入管１１を流れる蒸気の圧力を検出する。
【００１６】
スチームトラップ２３は、熱交換器２２で蒸気の凝縮によって発生したドレン（復水）または蒸気混じりのドレン（復水）が入口部２３ａを通して流入する。スチームトラップ２３は、流入したドレンのみを自動的に出口部２３ｂから排出するものである。
【００１７】
膨張機３０は、流入管１３を介してスチームトラップ２３の出口部２３ｂに接続されている。つまり、蒸気配管系１０では熱交換器２２と膨張機３０との間にスチームトラップ２３が設けられており、スチームトラップ２３はドレンのみを膨張機３０へ向かって排出するドレン供給部を構成している。
【００１８】
膨張機３０は、ケーシング３１と、該ケーシング３１に収容された膨張機構３２とを有するスクロール式膨張機である。膨張機構３２は、図示しないが、固定スクロールのラップと可動スクロール（旋回スクロール）のラップとが互いに噛み合って膨張室が形成されている。膨張機構３２の入口部３２ａには流入管１３が接続され、出口部３２ｂには流出管１４が接続されている。また、膨張機構３２には出力軸３３が設けられている。
【００１９】
膨張機構３２は、スチームトラップ２３の出口部２３ｂから排出されたドレン、即ち熱交換器２２で蒸気の凝縮によって発生したドレンが入口部３２ａより膨張室に流入する。膨張機構３２は、膨張室に流入したドレンを膨張させることによって動力を発生させるように構成されている。具体的に、液相であるドレンは、膨張室に流入すると、出口部３２ｂが入口部３２ａよりも低圧であることにより（例えば、流出管１４が大気解放されている場合等）、圧力が低下するため、再蒸発（フラッシュ）して再び気相である蒸気となる。即ち、ドレンの体積が膨張することになる。このドレンの体積膨張に伴って膨張室の容積が増加していき、この膨張室の容積増加によって出力軸３３が回転駆動される。つまり、膨張機構３２では、ドレンを再蒸発（フラッシュ）させることにより回転動力が発生し出力軸３３に伝達される。
【００２０】
このように、膨張機３０には液相であるドレンが流入するが、そのドレンは飽和状態のものであるため、圧力低下により容易にドレンを再蒸発（フラッシュ）させることができる。その結果、容易にドレンを膨張させることが可能である。なお、膨張後のドレン（即ち、蒸気）は、出口部３２ｂより流出管１４に流出する。流出管１４には、膨張機３０から流出した膨張後のドレンの圧力を検出する低圧側圧力センサ５３が設けられている。
【００２１】
なお、厳密には、スチームトラップ２３の出口部２３ｂから排出されたドレンの幾分かは流入管１３を流れる間に再蒸発（フラッシュ）するため、膨張機３０にはドレンと共に幾分かの蒸気（フラッシュ蒸気）が流入する。膨張機３０では、流入したドレンだけでなく蒸気も膨張し、膨張室の容積が増加する。
【００２２】
発電機３４は、その駆動軸３５が膨張機３０の出力軸３３と連結されている。発電機３４は、膨張機３０の出力軸３３によって駆動されて発電する。つまり、蒸気システム１では膨張機３０で発生させた動力が発電機３４の駆動源として利用される。
【００２３】
以上のように、本実施形態の蒸気システム１では、熱交換器２２で蒸気の凝縮によって発生したドレン（復水）が流入し、該ドレンを膨張させて動力を発生させる膨張機３０を備えているため、熱交換器２２で発生したドレンを用いて新たな動力を発生させることができる。
【００２４】
そして、発電機３４を膨張機３０の出力軸３３に連結しているため、膨張機３０で発生させた回転動力で発電機３４を駆動させることができる。そして、発電機３４で発電した電力を蒸気システム１に用いられている電動機等に供給することにより、装置全体の省エネルギー化を図ることができる。
【００２５】
〈流量検出装置の構成および流量検出方法〉
流量検出装置４０の構成および動作（流量検出方法）について説明する。流量検出装置４０は、熱交換器２２から流出したドレンの流量を検出することで、熱交換器２２の運転状態（性能）を検出するものである。流量検出装置４０は、弁状態取得部４１と、差圧算出部４２と、発電量取得部４３と、流量算出部４４とを有している。なお、流量検出装置４０による流量検出方法は、本願の請求項に係る機器状態検出方法を構成している。
【００２６】
弁状態取得部４１は、開閉弁５１の開閉状態が自動的に入力される。つまり、開閉弁５１が開状態であるか閉状態であるかを弁状態取得部４１が取得する。差圧算出部４２は、高圧側圧力センサ５２で検出された蒸気の圧力と、低圧側圧力センサ５３で検出された膨張後のドレンの圧力とを取得する。そして、差圧算出部４２は、取得した両圧力の圧力差を算出する。発電量取得部４３は、発電機３４の発電量を取得する。流量算出部４４は、弁状態取得部４１、差圧算出部４２および発電量取得部４３が取得および算出した情報に基づいて、熱交換器２２から流出したドレンの流量を算出するように構成されている。
【００２７】
具体的に、流量検出装置４０による検出動作（流量検出方法）について説明する。蒸気システム１の運転中、開閉弁５１が開くことにより蒸気生成部２１から蒸気が熱交換器２２へ供給される。そして、開閉弁５１の開状態を弁状態取得部４１が取得する（弁状態検出ステップ）。また、流入管１１を流れる蒸気の圧力が高圧側圧力センサ５２によって検出され、その検出圧力を差圧算出部４２が取得する（差圧算出ステップ）。ここで、流入管１１を流れる蒸気の圧力と流出管１２を流れるドレンの圧力とは略同じであるため、高圧側圧力センサ５２の検出圧力は流出管１２を流れるドレンの圧力でもある。そして、スチームトラップ２３から流出したドレンが膨張機３０に流入して膨張することにより、発電機３４が駆動される。発電量取得部４３は、発電機３４が発電した発電量を取得する（発電量検出ステップ）。また、膨張機３０から流出管１４に流出した膨張後のドレンの圧力が低圧側圧力センサ５３によって検出され、その検出圧力を差圧算出部４２が取得する。そして、差圧算出部４２では取得した両圧力の圧力差が算出される（差圧算出ステップ）。
【００２８】
そして、流量算出部４４では、弁状態取得部４１、差圧算出部４２および発電量取得部４３が取得および算出したそれぞれの情報に基づいて、熱交換器２２から流出したドレンの流量が算出される（流量算出ステップ）。ここで言う流量とは、質量流量を意味する。また、熱交換器２２から流出したドレンの流量とは、流出管１２を流れる液相であるドレンの流量（即ち、流出管１２からスチームトラップ２３に流入する液相であるドレンの流量）であり、スチームトラップ２３から流入管１３に流出する液相であるドレンの流量でもある。例えばフロート式のスチームトラップ２３では、ドレンを一定量までは貯留し、その一定量を超えるドレンが流入するとその超えた分のドレンが流出する。したがって、長い時間における平均流量としてみると、スチームトラップ２３に流入する液相のドレン流量とスチームトラップ２３から流出する液相のドレン流量とは互いに同等と言える。
【００２９】
流量算出部４４は、予め膨張機３０におけるドレンの単位時間当たりの流入量（質量流量）と発電機３４の発電量との相関データ（図２のグラフ）を有している。図２のグラフは、縦軸が膨張機３０におけるドレンの単位時間当たりの流入量（ｋｇ／ｈ）（以下、単に膨張機３０のドレン流入量ともいう。）を示し、横軸が発電機３４の発電量（Ｗ）を示す。ここで、膨張機３０のドレン流入量とは、液相であるドレンの流入量と気相である蒸気（フラッシュ蒸気）の流入量とを合わせた流入量（質量流量）である。この相関データは、熱交換器２２から流出したドレンの圧力と膨張機３０から流出した膨張後のドレンの圧力との圧力差に応じて複数設けられている。つまり、流量算出部４４はドレンの高低圧力差毎の相関データを有している。
【００３０】
流量算出ステップでは、先ず、弁状態取得部４１が取得した開状態をもって、蒸気配管系１０において蒸気やドレンが流れているとして、ドレンの流量算出が可能であると認識される。この認識がされると、複数の相関データの中から、差圧算出部４２で算出された圧力差に対応する相関データが抽出される。なお、弁状態取得部４１が閉状態を取得している場合、ドレンの流量算出が不可能であるとして流量算出ステップは終了する。対応する相関データが抽出されると、抽出された相関データに基づいて、発電量取得部４３が取得した発電量に対応する膨張機３０のドレン流入量が抽出される。そして、この抽出されたドレン流入量が熱交換器２２から流出したドレンの流量として算出される。以上より、流量算出ステップが終了する。
【００３１】
以上のように、上記実施形態１によれば、発電機３４の発電量に基づいて、熱交換器２２の運転状態を検出するようにした。具体的に、上記実施形態１では、膨張機３０のドレン流入量と発電機３４の発電量との相関データに基づき、検出した発電量に対応する膨張機３０のドレン流入量を熱交換器２２から流出したドレンの流量として算出するようにした。つまり、上述したようにスチームトラップ２３から排出されたドレンは一部が再蒸発（フラッシュ）して膨張機３０に流入することから、膨張機３０のドレン流入量（液相のドレン流入量と気相の蒸気流入量の和）は、スチームトラップ２３に流入する液相のドレンの流量、即ち熱交換器２２から流出した液相のドレンの流量に相当する。そのため、膨張機３０のドレン流入量を熱交換器２２から流出したドレンの流量とすることができる。したがって、熱交換器２２から流出したドレンの流量を検出可能となる。よって、例えば対象物の温度等の出力情報が得られない場合であっても、熱交換器２２の運転状態（性能）を確認することができる。
【００３２】
また、上記実施形態１によれば、熱交換器２２から流出したドレンの圧力と膨張機３０から流出した膨張後のドレンの圧力との圧力差に応じて複数の相関データを有し、算出したドレンの圧力差に対応する相関データを選択するようにした。そのため、例えば流出管１４が別の蒸気配管系に接続されてその蒸気配管系の運転条件によって流出管１４の圧力（即ち、膨張機３０から流出した膨張後のドレンの圧力）が変動する場合でも、熱交換器２２から流出したドレンの流量を適切に算出することが可能になる。流出管１４の圧力が変動すると、その圧力と流入管１１の圧力（即ち、熱交換器２２から流出したドレンの圧力）との圧力差が変化する。膨張機３０において流入したドレンの再蒸発率は上記の圧力差によって変化する。つまり、圧力差が大きいと再蒸発率は高くなり、圧力差が小さいと再蒸発率は低くなる。そのため、膨張機３０ではドレン流入量が同じでも上記の圧力差によって膨張率が異なり、その結果、発電量が異なる。つまり、膨張機３０のドレン流入量と発電量との相関は上記の圧力差によって異なる。この点を考慮し、上記実施形態１では、予め圧力差に応じた複数の相関データを設け、算出した圧力差に対応する相関データを選択するので、熱交換器２２から流出したドレンの流量を適切に算出することができる。
【００３３】
（実施形態１の変形例１）
上記実施形態１の変形例１について説明する。本変形例は、図３に示すように、上記実施形態１の蒸気配管系１０においてスチームトラップ２３と膨張機３０との間にフラッシュタンク２４が設けられているものである。
【００３４】
フラッシュタンク２４は、入口部２４ａが流入管１５を介してスチームトラップ２３に接続されている。フラッシュタンク２４は、スチームトラップ２３から排出されたドレン、即ち熱交換器２２で蒸気の凝縮によって発生したドレン（復水）が入口部２４ａを通して流入する。フラッシュタンク２４は、流入したドレンの一部を蒸発させるように構成されている。フラッシュタンク２４の内部は、上流側にスチームトラップ２３が設けられていることにより、熱交換器２２から流出する高圧ドレンよりも圧力の低い低圧雰囲気となっている。フラッシュタンク２４内では、流入したドレンの一部は減圧により再蒸発（フラッシュ）して低圧の蒸気（フラッシュ蒸気）となり、残りのドレンは低圧ドレンとなる。つまり、ドレンは減圧されると共に温度（飽和温度）も低下し、その低下した温度に相当する熱がドレンの蒸発潜熱として用いられる。こうして、フラッシュタンク２４内は低圧ドレンの液層と低圧蒸気の気層とに分かれる。
【００３５】
フラッシュタンク２４には、低圧ドレンの液層に連通する第１出口部２４ｂと、低圧蒸気の気層に連通する第２出口部２４ｃとが設けられている。第１出口部２４ｂは、ドレン排出管１６を介して膨張機３０に接続されている。第２出口部２４ｃは蒸気排出管１７の一端が接続され、蒸気排出管１７の他端は低圧ラインに接続されている。ドレン排出管１６はフラッシュタンク２４から低圧ドレンが排出され、蒸気排出管１７はフラッシュタンク２４から低圧蒸気が排出される。蒸気排出管１７には、低圧ラインへ向かう流れのみを許容する逆止弁２７が設けられている。なお、図示しないが、低圧ラインに流れた低圧蒸気は例えば低圧用の熱交換器に供給されて熱交換器２２を流れる対象物とは別の対象物に放熱して凝縮する。
【００３６】
本変形例の蒸気配管系１０では、フラッシュタンク２４の第１出口部２４ｂから排出された低圧ドレンが膨張機３０の膨張室に流入し、その流入したドレンを膨張させることによって動力が発生する。つまり、本変形例において、フラッシュタンク２４はドレンのみを膨張機３０へ向かって排出するドレン供給部を構成している。なお、フラッシュタンク２４には液面計２５と圧力計２６が設けられている。液面計２５はフラッシュタンク２４内の低圧ドレンの液面高さを測定し、圧力計２６はフラッシュタンク２４内の低圧蒸気の圧力（フラッシュタンク２４の内部圧力に相当）を測定する。
【００３７】
本変形例の蒸気システム１では、熱交換器２２で発生したドレンをフラッシュタンク２４で再蒸発（フラッシュ）させ、その低圧蒸気を低圧ラインへ供給し熱源として再利用した。そのため、熱交換器２２で発生したドレンの熱を一部回収することができるので、省エネルギー化を図ることができる。
【００３８】
そして、本変形例においても、上記実施形態１と同様、流量検出装置４０の流量算出部４４では、弁状態取得部４１、差圧算出部４２および発電量取得部４３が取得および算出したそれぞれの情報に基づいて、熱交換器２２から流出したドレンの流量が算出される。本変形例において、熱交換器２２から流出したドレンの流量とは、流出管１２を流れる液相であるドレンの流量（即ち、流出管１２からスチームトラップ２３に流入する液相であるドレンの流量）であり、スチームトラップ２３から流入管１５に流出する液相であるドレンの流量でもある。フラッシュタンク２４に流入するドレン（液相のドレンおよび気相の蒸気）の流量は、フラッシュタンク２４から流出する液相のドレンおよび気相の蒸気の流量である。フラッシュタンク２４では、ドレンを一定量までは貯留し、その一定量を超えるドレンが流入するとその超えた分のドレンが流出する。その他の構成、作用および効果は、上記実施形態１と同様である。
【００３９】
（実施形態１の変形例２）
上記実施形態１の変形例２について説明する。本変形例は、図４に示すように、上記実施形態１の蒸気配管系１０において、複数（本変形例では、６つ）の蒸気使用系統と、該複数の蒸気使用系統で発生したドレンが集合するドレン集合部２８とが設けられているものである。
【００４０】
具体的に、６つの蒸気使用系統は、それぞれ、熱交換器２２およびスチームトラップ２３を有している。蒸気生成部２１は、流入管１１を介して６つの蒸気使用系統に接続されている。つまり、流入管１１は６つに分岐して蒸気使用系統に接続されている。また、本変形例の流入管１１では、６つに分岐する前の上流部分に開閉弁５１および圧力センサ５２が設けられている。なお、上述した蒸気使用系統の数は、単なる一例である。
【００４１】
各蒸気使用系統において、熱交換器２２の第１流路２２ａは、上記実施形態１と同様、一端が流入管１１を介して蒸気生成部２１に接続され、他端が流出管１２を介してスチームトラップ２３に接続されている。なお、図４では、熱交換器２２の第２流路２２ｂについて図示を省略しているが、上記実施形態１と同様に接続されている。
【００４２】
ドレン集合部２８は、比較的細長い管状の容器である。ドレン集合部２８は、６つの蒸気使用系統のそれぞれと流入管１８を介して接続されている。つまり、流入管１８はスチームトラップ２３の出口部とドレン集合部２８との間に接続されている。ドレン集合部２８は、各蒸気使用系統の熱交換器２２で蒸気の凝縮によって発生したドレンが流入して集合する。スチームトラップ２３は、ドレンのみをドレン集合部２８へ向かって排出する。ドレン集合部２８の底部には、ドレン排出管１９が接続されている。ドレン排出管１９は、ドレン集合部２８のドレンおよび蒸気が排出される。
【００４３】
本変形例の蒸気配管系１０では、ドレン集合部２８からドレン排出管１９に排出されたドレンおよび蒸気が膨張機３０の膨張室に流入し、その流入したドレン等を膨張させることによって動力が発生する。つまり、本変形例において、ドレン集合部２８はドレンを膨張機３０へ向かって排出するドレン供給部を構成している。
【００４４】
本変形例の蒸気システム１では、熱交換器２２を有する複数の蒸気使用系統で発生したドレンが流入して集合するドレン集合部２８を設けているため、配管接続の簡素化や装置の小型化を図ることができる。
【００４５】
そして、本変形例においても、上記実施形態１と同様、流量検出装置４０の流量算出部４４では、弁状態取得部４１、差圧算出部４２および発電量取得部４３が取得および算出したそれぞれの情報に基づいて、ドレンの流量が算出される。本変形例では、複数の熱交換器２２から流出したドレンの総流量が算出される。複数の熱交換器２２から流出したドレンの総流量とは、複数の流出管１２を流れる液相であるドレンの総流量（即ち、複数のスチームトラップ２３に流入する液相であるドレンの総流量）であり、複数のスチームトラップ２３から流出する液相であるドレンの総流量でもある。ドレン集合部２８に流入するドレン（液相のドレンおよび気相の蒸気）の総流量は、ドレン集合部２８から流出するドレンおよび蒸気の流量である。ドレン集合部２８では、集合したドレンがより連続的に且つ平均的に流出する。その他の構成、作用および効果は、上記実施形態１と同様である。
【００４６】
なお、上記実施形態１では、実際は、流入管１１や流出管１２においても蒸気の一部が凝縮してドレンとなる場合がある。上記実施形態１の蒸気システム１において、膨張機３０に流入するドレンには、熱交換器２２で発生したドレンだけでなく流入管１１や流出管１２で発生したドレンも含まれる。
【００４７】
（実施形態２）
本願の実施形態２について説明する。図５に示すように、本実施形態の蒸気システム１は、上記実施形態１において、蒸気配管系１０の構成を変更すると共に、流量検出装置４０に代えて異常診断装置７０を備えるようにしたものである。本実施形態の蒸気システム１において、異常診断装置７０は本願の請求項に係る機器状態検出装置を構成している。ここでは、上記実施形態１と異なる点について説明する。
【００４８】
流入管１１には、開閉弁５１と圧力センサ５４が設けられている。開閉弁５１は、上記実施形態１と同様、開閉動作を行うことによって、蒸気生成部２１から熱交換器２２への蒸気供給を許可または停止する。圧力センサ５４は、流入管１１を流れる蒸気の圧力を検出する。また、流出管６２には、温度センサ５５が設けられている。温度センサ５５は、流出管６２を流れる対象物の温度を検出する。蒸気配管系１０におけるその他の構成は、上記実施形態１と同様である。
【００４９】
〈異常診断装置の構成および異常診断方法〉
異常診断装置７０の構成および動作（異常診断方法）について説明する。異常診断装置７０は、蒸気システム１の運転中においてスチームトラップ２３および膨張機３０の異常状態（運転状態）を検出するものである。異常診断装置７０は、弁状態取得部７１と、放熱量情報取得部７２と、発電量取得部７３と、異常判断部７４とを有している。なお、異常診断装置７０による異常診断方法は、本願の請求項に係る機器状態検出方法を構成している。
【００５０】
弁状態取得部７１は、開閉弁５１の開閉状態が自動的に入力される。つまり、開閉弁５１が開状態であるか閉状態であるかを弁状態取得部７１が取得する。放熱量情報取得部７２は、温度センサ５５によって検出された対象物の温度（以下、対象物の加熱温度とも言う。）を取得する。対象物の加熱温度は、熱交換器２２における蒸気の放熱量に関する情報の一つである。つまり、対象物の加熱温度が分かれば蒸気の放熱量が分かる。発電量取得部７３は、発電機３４の発電量を取得する。異常判断部７４は、弁状態取得部７１、放熱量情報取得部７２および発電量取得部７３が取得した情報に基づいて、スチームトラップ２３および膨張機３０の異常状態について判断するように構成されている。
【００５１】
具体的に、異常診断装置７０による検出動作（異常診断方法）について説明する。蒸気システム１の運転中、開閉弁５１が開くことにより蒸気生成部２１から蒸気が熱交換器２２へ供給される。そして、開閉弁５１の開状態を弁状態取得部７１が取得する（弁状態検出ステップ）。一方、対象物が流入管６１を通じて熱交換器２２へ供給される。熱交換器２２では、蒸気が放熱して凝縮し、対象物が加熱されて流出管６２に流出する。そして、流出管６２を流れる対象物の温度が温度センサ５５によって検出され、その検出温度を放熱量情報取得部７２が取得する（放熱量情報検出ステップ）。熱交換器２２で蒸気の凝縮によって発生したドレンは、スチームトラップ２３を介して膨張機３０に流入する。膨張機３０に流入したドレンは膨張し、これによって発電機３４が駆動される。発電量取得部７３は、発電機３４が発電した発電量を取得する（発電量検出ステップ）。
【００５２】
そして、異常判断部７４では、弁状態取得部７１、放熱量情報取得部７２および発電量取得部７３が取得したそれぞれの情報に基づいて、スチームトラップ２３および膨張機３０が異常状態であるか否かが判断される（異常判断ステップ）。ここに、スチームトラップ２３の異常状態とは、例えば、スチームトラップ２３においてドレンの排出量が流入量に対して多くなる漏れ状態や、ドレンの排出量が流入量に対して少なくなる詰まり状態を言う。膨張機３０の異常状態とは、例えば、ドレンが適切に流入しているにも拘わらず出力軸３３の回転不良が生じている状態を言う。
【００５３】
異常判断部７４は、予め、正常運転時の対象物の加熱温度と発電機３４の発電量との相関データを有している。異常判断ステップでは、先ず、弁状態取得部７１が取得した開状態をもって、蒸気システム１が運転中であると認識される。この認識がされると、放熱量情報取得部７２が取得した対象物の加熱温度と、発電量取得部７３が取得した発電量との関係に基づいて、スチームトラップ２３および膨張機３０の異常状態が判断される。なお、弁状態取得部７１が閉状態を取得している場合、蒸気システム１が停止中であるとして異常判断ステップは終了する。
【００５４】
具体的に、異常判断ステップでは、取得した対象物の加熱温度に対する発電量の関係を上述した相関データと照らし合わせることにより判断が行われる。以下、３つの判断ケースについて説明する。
【００５５】
〈判断ケース１〉
取得した対象物の加熱温度に対して取得した発電量の値が相関データにおける値と略一致する場合、スチームトラップ２３および膨張機３０は異常状態ではないと判断される。
【００５６】
〈判断ケース２〉
取得した対象物の加熱温度に対して取得した発電量の値が相関データにおける値よりも高い場合、スチームトラップ２３は異常状態であると判断される。発電量の値が相関データの値よりも高い場合、膨張機３０におけるドレンの流入量が正常運転時の流入量よりも多いことが分かる。そうすると、スチームトラップ２３から排出されるドレンの量が正常運転時の量よりも多いことが分かり、その結果、スチームトラップ２３はドレンが必要以上に流出している異常状態（即ち、漏れ状態）であると判断される。
【００５７】
〈判断ケース３〉
取得した対象物の加熱温度に対して取得した発電量の値が相関データにおける値よりも低い場合、スチームトラップ２３および膨張機３０の少なくとも一方は異常状態であると判断される。発電量の値が相関データの値よりも低い場合、膨張機３０におけるドレンの流入量が正常運転時の流入量よりも少ないことが考えられる。そうすると、スチームトラップ２３から排出されるドレンの量が正常運転時の量よりも少ないことが分かり、その結果、スチームトラップ２３はドレンが流出しにくい異常状態（即ち、詰まり状態）であると判断される。一方で、発電量の値が相関データの値よりも低い場合、膨張機３０におけるドレンの流入量は適切であるが、膨張機３０の出力軸３３が回転不良を起こしていることが考えられる。そうすると、膨張機３０が異常状態であると判断される。以上より、異常判断ステップが終了する。
【００５８】
以上のように、上記実施形態２によれば、発電機３４の発電量に基づいて、スチームトラップ２３の異常状態（運転状態）を検出するようにした。具体的に、上記実施形態２では、熱交換器２２における蒸気の放熱量に関する情報（対象物の加熱温度）と、発電機３４の発電量との関係に基づいて、スチームトラップ２３が異常状態であるか否かを判断するようにした。したがって、スチームトラップ２３におけるドレンの流入出量を検出しなくても、スチームトラップ２３の詰まり状態や漏れ状態といった異常状態をいち早く検出することが可能である。
【００５９】
また、上記実施形態２では、熱交換器２２における蒸気の放熱量に関する情報（対象物の加熱温度）と、発電機３４の発電量との関係に基づいて、スチームトラップ２３だけでなく膨張機３０が異常状態であるか否かも判断可能であるため、蒸気システム１において広範な異常を検知することが可能になる。
【００６０】
（実施形態２の変形例１）
上記実施形態２の変形例１について説明する。本変形例は、図６に示すように、上記実施形態２の蒸気配管系１０において、上記実施形態１の変形例１と同様、スチームトラップ２３と膨張機３０との間にフラッシュタンク２４が設けられているものである。
【００６１】
本変形例においても、上記実施形態２と同様、異常診断装置７０の異常判断部７４では、弁状態取得部７１、放熱量情報取得部７２および発電量取得部７３が取得したそれぞれの情報に基づいて、スチームトラップ２３および膨張機３０が異常状態であるか否かが判断される。
【００６２】
つまり、上述した判断ケース２のように、取得した対象物の加熱温度に対して取得した発電量の値が相関データにおける値よりも高い場合、膨張機３０におけるドレンの流入量が正常運転時の流入量よりも多いことが分かる。そうすると、フラッシュタンク２４から排出されるドレン（低圧ドレン）の量が正常運転時の量よりも多いことが分かり、その結果、スチームトラップ２３から排出されるドレンの量が正常運転時の量よりも多いことが分かる。よって、スチームトラップ２３はドレンが必要以上に流出している異常状態（即ち、漏れ状態）であると判断される。なお、この場合、フラッシュタンク２４では蒸気排出管１７に流出する蒸気（低圧蒸気）の量が低圧ラインの運転状態によって制限されるため余剰の蒸気（低圧蒸気）がドレンと共にドレン排出管１６に流出する。
【００６３】
また、上述した判断ケース３のように、取得した対象物の加熱温度に対して取得した発電量の値が相関データにおける値よりも低い場合、膨張機３０におけるドレンの流入量が正常運転時の流入量よりも少ないことが考えられる。そうすると、フラッシュタンク２４から排出されるドレンの量が正常運転時の量よりも少ないことが分かり、その結果、スチームトラップ２３から排出されるドレンの量が正常運転時の量よりも少ないことが分かる。よって、スチームトラップ２３はドレンが流出しにくい異常状態（即ち、詰まり状態）であると判断される。一方で、発電量の値が相関データの値よりも低い場合、膨張機３０におけるドレンの流入量は適切であるが、膨張機３０の出力軸３３が回転不良を起こしていることが考えられる。そうすると、膨張機３０が異常状態であると判断される。その他の構成、作用および効果は、上記実施形態２と同様である。
【００６４】
（実施形態２の変形例２）
上記実施形態２の変形例２について説明する。本変形例は、図７に示すように、上記実施形態２の蒸気配管系１０において、上記実施形態１の変形例２と同様、複数（本変形例では、６つ）の蒸気使用系統と、該複数の蒸気使用系統で発生したドレンが集合するドレン集合部２８とが設けられているものである。
【００６５】
本変形例の流入管１１では、６つに分岐する前の上流部分に開閉弁５１および圧力センサ５４が設けられている。なお、図７では、各熱交換器２２の第２流路２２ｂや温度センサ５５について図示を省略しているが、上記実施形態２と同様に接続されている。
【００６６】
本変形例においても、上記実施形態２と同様、異常診断装置７０の異常判断部７４では、弁状態取得部７１、放熱量情報取得部７２および発電量取得部７３が取得したそれぞれの情報に基づいて、スチームトラップ２３および膨張機３０が異常状態であるか否かが判断される。
【００６７】
具体的に、本変形例の放熱量情報取得部７２は、複数の温度センサ５５によって検出された対象物の加熱温度を取得し、その取得した複数の対象物の加熱温度の平均値を算出する（放熱量情報検出ステップ）。本変形例の異常判断部７４は、予め、正常運転時の複数の対象物の加熱温度の平均値と発電機３４の発電量との相関データを有している。そして、異常判断ステップでは、放熱量情報取得部７２が算出した対象物の加熱温度の平均値に対する発電量取得部７３が取得した発電量の関係を上記の相関データと照らし合わせることにより判断が行われる。具体的には次の通りである。
【００６８】
上述した判断ケース１のように、算出した対象物の加熱温度の平均値に対して取得した発電量の値が相関データにおける値と略一致する場合、複数のスチームトラップ２３および膨張機３０は異常状態ではないと判断される。
【００６９】
上述した判断ケース２のように、算出した対象物の加熱温度の平均値に対して取得した発電量の値が相関データにおける値よりも高い場合、複数のスチームトラップ２３の何れかは異常状態であると判断される。発電量の値が相関データの値よりも高い場合、膨張機３０におけるドレンの流入量が正常運転時の流入量よりも多いことが分かる。そうすると、ドレン集合部２８から排出されるドレンの量が正常運転時の量よりも多いことが分かり、その結果、複数のスチームトラップ２３から排出されるドレンの総量が正常運転時の量よりも多いことが分かる。よって、複数のスチームトラップ２３の何れかはドレンが必要以上に流出している異常状態（即ち、漏れ状態）であると判断される。
【００７０】
上述した判断ケース３のように、算出した対象物の加熱温度の平均値に対して取得した発電量の値が相関データにおける値よりも低い場合、スチームトラップ２３および膨張機３０の少なくとも一方は異常状態であると判断される。発電量の値が相関データの値よりも低い場合、膨張機３０におけるドレンの流入量が正常運転時の流入量よりも少ないことが考えられる。そうすると、ドレン集合部２８から排出されるドレンの量が正常運転時の量よりも少ないことが分かり、その結果、複数のスチームトラップ２３から排出されるドレンの総量が正常運転時の量よりも少ないことが分かる。よって、複数のスチームトラップ２３の何れかはドレンが流出しにくい異常状態（即ち、詰まり状態）であると判断される。一方で、発電量の値が相関データの値よりも低い場合、膨張機３０におけるドレンの流入量は適切であるが、膨張機３０の出力軸３３が回転不良を起こしていることが考えられる。そうすると、膨張機３０が異常状態であると判断される。
【００７１】
なお、上記実施形態２の変形例２における放熱量情報取得部７２では、複数の対象物の加熱温度の平均値を算出するようにしたが、これに代えて複数の対象物の加熱温度の中央値を算出するようにしてもよい。その場合、当然であるが、異常判断部７４は、予め正常運転時の複数の対象物の加熱温度の中央値と発電機３４の発電量との相関データを有する。その他の構成、作用および効果は上記実施形態２と同様である。
【００７２】
上記実施形態２では、熱交換器２２における蒸気の放熱量に関する情報として、対象物の加熱温度（即ち、温度センサ５５の検出温度）を用いたが、本願に開示の技術はこれに限らない。例えば本願に開示の技術は、熱交換器２２に供給される蒸気の圧力（即ち、圧力センサ５４の検出圧力、以下、供給蒸気の圧力とも言う。）を対象物に関する情報として代用するようにしてもよい。これは、対象物の加熱温度に応じて供給蒸気の圧力が調節されるため、この供給蒸気の圧力と対象物の加熱温度とは一定の相関がある。よって、対象物の加熱温度に代えて供給蒸気の圧力を用いることができる。その場合、異常判断部７４は、予め、正常運転時の供給蒸気の圧力と発電機３４の発電量との相関データを有し、取得した供給蒸気の圧力に対する発電量の関係を相関データと照らし合わせることにより、スチームトラップ２３および膨張機３０について異常判断を行う。
【００７３】
また別例として、熱交換器２２における蒸気の放熱量に関する情報は、熱交換器が間接加熱型の場合、熱交換器内でクッション材として機能する空気や水の温度としてもよいし、熱交換器が蒸気滅菌器等の直接加熱型の場合、蒸気滅菌器内の温度としてもよい。
【００７４】
また、上記実施形態２においても、実際は、流入管１１や流出管１２で蒸気の一部が凝縮してドレンとなる場合があり、膨張機３０に流入するドレンには、熱交換器２２で発生したドレンだけでなく流入管１１や流出管１２で発生したドレンも含まれる。
【００７５】
（その他の実施形態）
本願の蒸気システム１は、上記の実施形態において以下のように構成するようにしてもよい。
【００７６】
先ず、上記の実施形態では、膨張機３０としてスクロール式のものを用いたが、いわゆるタービン式のもの（膨張タービンとも言う）を用いるようにしてもよい。このタービン式の膨張機３０の膨張機構３２は、図示しないが、入口部３２ａに連通するノズルと、出力軸３３に連結されるタービン翼（羽根車）とを有している。膨張機構３２では、入口部３２ａより流入したドレンがノズルによって噴出し、タービン翼に衝突する。ドレンは、ノズルを通過することにより、加速されると共に減圧される。ドレンは、減圧されると、上記の実施形態で説明したように、再蒸発（フラッシュ）して体積が膨張する。また、ドレンは加速されることで、タービン翼に対するドレンの衝動力が増大する。タービン翼は、こうしたドレンの体積膨張および衝動力によって回転駆動され、その回転動力が出力軸３３に伝達される。このように、タービン式の膨張機３０を用いた場合でも、上記の実施形態と同様の作用効果を奏する。その他、膨張機３０としては、ロータリー式やスクリュー式等のものを用いるようにしてもよい。
【００７７】
また、上記の実施形態では、膨張機３０から流出管１４に流出した膨張後のドレン（即ち、蒸気）は回収して例えば蒸気生成部２１の水に再利用するようにしてもよい。
【００７８】
また、上記の実施形態では、蒸気使用部が熱交換器２２である場合について説明したが、本発明に係る蒸気使用部は蒸気が対象物に放熱して凝縮するものであれば如何なるものでもよい。例えば、本発明に係る蒸気使用部は、蒸気で空瓶等を加熱殺菌するもの、油の輸送配管の周りに蒸気配管を巻き付けて蒸気で油を加熱保温するものでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本願に開示の技術は、蒸気システムに設けられる流体機器の運転状態を検出する機器状態検出装置および機器状態検出方法について有用である。
【符号の説明】
【００８０】
１        蒸気システム
２２      熱交換器（蒸気使用部）
３０      膨張機
３４      発電機
４０      流量検出装置（機器状態検出装置）
４２      差圧算出部
４３      発電量取得部
４４      流量算出部
７０      異常診断装置（機器状態検出装置）
７２      放熱量情報取得部
７３      発電量取得部
７４      異常判断部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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