(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入口圧力（ＰＡ）及び流入口温度（ＴＡ）の或る流入口条件で膨張させるべき気体を供給するための流入口（Ａ）と、流出口圧力（ＰＢ）及び流出口温度（ＴＢ）の或る所望の流出口条件で膨張気体を送出するための流出口（Ｂ）との間で、蒸気等の気体又は気体混合物の気体流（Ｑ）を膨張させる方法であって、
前記流入口（Ａ）と前記流出口（Ｂ）との間で減圧弁（５）を通して、前記気体流を少なくとも部分的に膨張させるステップと、
前記気体により駆動され、出力軸（１２）を有し、前記気体に含まれるエネルギーを、この軸（１２）に加えられる機械エネルギーに変換するためのローター（１１）を備えた減圧装置（１０）を通して、前記気体流を少なくとも部分的に膨張させるステップと、を含む方法において、
前記膨張させるべき気体流は、前記減圧弁（５）の中を流れる前記膨張させるべき気体流（Ｑ）の副流（Ｑ１）で、又は、前記減圧装置（１０）の中を流れる副流（Ｑ２）で、並列をなした前記減圧弁（５）と前記減圧装置（１０）を通して進められ、それによって、両副流（Ｑ１とＱ２）は所望の流出口圧力（ＰＢ）に膨張され、その後、前記流出口（Ｂ）で所望の流出口条件（ＰＢ及びＴＢ）で膨張気体流を供給するため、前記両副流（Ｑ１とＱ２）は同じ前記所望の流出口圧力（ＰＢ）で合体される方法。
【請求項２】
前記流入口（Ａ）と前記流出口（Ｂ）との間に、前記膨張気体流又は前記膨張させるべき気体流を冷却する冷却装置を使用しない方法である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記流入口（Ａ）に供給される気体は、本質的に飽和蒸気又は僅かに過熱蒸気又は僅かに二相が混合している蒸気と液体の二層混合物である請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記膨張は、供給されるべき膨張気体の前記流出口条件（ＰＢ及びＴＢ）まで進められ、前記流出口条件は、本質的に飽和蒸気又は僅かに過熱蒸気の条件に対応する請求項１乃至３の何れか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記減圧装置（１０）はスクリュー式膨張機である請求項１乃至４の何れか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記膨張は、供給されるべき膨張気体の前記流出口条件（ＰＢ及びＴＢ）まで進められ、前記流出口条件は、少量の水滴と平衡状態にある蒸気の条件に対応する請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記膨張させるべき気体流（Ｑ）は、前記減圧弁（５）の中を流れる前記副流（Ｑ１）と前記減圧装置（１０）の中を流れる前記副流（Ｑ２）のように分割され、前記副流（Ｑ１及びＱ２）が合体するとき、各々は前記所望の流出口圧力（ＰＢ）と等しい圧力を有するが、所望の流出口温度（ＴＢ）とは異なる流出口温度を有し、前記所望の流出口温度（ＴＢ）と等しい合体温度が得られる請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記膨張させるべき気体流（Ｑ）を分割するために前記減圧弁（５）及び／又は前記減圧装置（１０）の速度を、多少気体を通過させるように調節される請求項１又は７に記載の方法。
【請求項９】
前記流出口（Ｂ）で所望の作動点（ＰＢ及びＴＢ）までコントローラーを始動するとき、前記膨張させるべき気体流（Ｑ）は、固定比率に従い前記副流（Ｑ１及びＱ２）に分割される、好ましくは、二つの等しい前記副流（Ｑ１及びＱ２）に分割される請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法。
【請求項１０】
合体総流（Ｑ）は、先ず、前記流出口（Ｂ）内の圧力が前記所望の流出口圧力（ＰＢ）と等しくなるまで、前記固定比率に従い前記両副流（Ｑ１及びＱ２）を増減することにより調節される請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記流出口（Ｂ）内の圧力が前記所望の圧力（ＰＢ）より低いとき、前記副流（Ｑ１及びＱ２）は、前記流出口（Ｂ）内の圧力が前記所望の流出口圧力（ＰＢ）と等しくなるまで増加され、又は、
前記流出口（Ｂ）内の圧力が前記所望の圧力（ＰＢ）より高いとき、前記副流（Ｑ１及びＱ２）は、前記流出口（Ｂ）内の圧力が前記所望の流出口圧力（ＰＢ）と等しくなるまで減少される請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記副流（Ｑ１及びＱ２）の前記比率は、前記所望の流出口温度（ＴＢ）を得るために得られた前記総流（Ｑ）を保ちながら、次いで調節される請求項１０又は１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記流出口（Ｂ）内の温度が、前記所望の流出口温度（ＴＢ）より低いとき、前記流出口（Ｂ）内の温度が前記所望の流出口温度（ＴＢ）と等しくなるまで、圧力弁（５）を通らせる前記副流（Ｑ１）を増加させ、前記減圧装置（１０）を通らせる前記副流（Ｑ２）を同程度まで減少させることによって、前記副流（Ｑ１及びＱ２）の前記比率が調節され、又は、
前記流出口（Ｂ）内の温度が、前記所望の流出口の温度（ＴＢ）より高いとき、前記流出口（Ｂ）内の温度が前記所望の流出口温度（ＴＢ）と等しくなるまで、前記圧力弁（５）を通らせる前記副流（Ｑ１）を減少させ、前記減圧装置（１０）を通らせる前記副流（Ｑ２）を同程度に増加させることによって、前記副流（Ｑ１及びＱ２）の前記比率が調節される請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
流入口圧力（ＰＡ）及び流入口温度（ＴＡ）の或る流入口条件で膨張させるべき気体を供給するための流入口（Ａ）と、流出口圧力（ＰＢ）及び流出口温度（ＴＢ）の或る所望の流出口条件で膨張気体を送出するための流出口（Ｂ）との間で、蒸気等の気体又は気体混合物の気体流（Ｑ）を膨張させる方法であって、
前記流入口（Ａ）と前記流出口（Ｂ）との間で減圧弁（５）を通して、前記気体流を少なくとも部分的に膨張させるステップと、
前記気体により駆動され、出力軸（１２）を有し、前記気体に含まれるエネルギーを、この軸（１２）に加えられる機械エネルギーに変換するためのローター（１１）を備えた減圧装置（１０）を通して、前記気体流を少なくとも部分的に膨張させるステップと、を含む方法において、
前記膨張させるべき気体流（Ｑ）は、直列に２つの連続した膨張段階で前記減圧弁（５）と前記減圧装置（１０）の中を進められ、
前記減圧弁（５）と前記減圧装置（１０）は、第一の膨張段階の後、第二の膨張段階で前記所望の流出口圧力（ＰＢ）及び流出口温度（ＴＢ）に対応する圧力及び温度への膨張を確保する中間の圧力（ＰＣ）及び温度（ＴＣ）の中間の作動点（Ｃ）が得られるように制御される方法。
【請求項１５】
前記中間の圧力（ＰＣ）及び中間の温度（ＴＣ）は、コンピューターアルゴリズム（２２）に基づいて決定され、前記第一の膨張段階の膨張曲線（７）は、前記流入口条件（ＰＡ及びＴＡ）に基づいて決定され、前記第二の膨張段階の膨張曲線（１９）は前記所望の圧力（ＰＢ）及び流出口温度（ＴＢ）に基づいて決定され、所望の中間の作動点（Ｃ）は両膨張曲線（７及び１９）の間の部分として決定される請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記流出口（Ｂ）内の前記所望の流出口圧力（ＰＢ）は、先ず、総流Ｑを制御することによって実現され、次いで、前記中間の作動点（Ｃ）における計算された所望の中間の圧力は、前記減圧弁（５）の開きと前記減圧装置（１０）の速度との間の比率を調節することによって実現される請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
装置（１）を始動するとき、前記減圧装置（１０）は、最小限速度で制御され、それによって、前記減圧弁（５）は、前記所望の流出口圧力（ＰＢ）に達するまで、計画的に開弁される請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記中間の圧力が前記所望の中間の圧力（ＰＣ）より低いとき、前記所望の中間の圧力（ＰＣ）に達するまで、前記減圧装置（１０）の速度を増大させることにより、前記中間の作動点（Ｃ）の前記中間の圧力は制御され、又は、
前記中間の圧力が前記所望の中間の圧力（ＰＣ）より高いとき、前記所望の中間の圧力（ＰＣ）に達するまで、前記減圧弁（５）をもっと閉じることにより、前記中間の作動点（Ｃ）の前記中間の圧力は制御される請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第一の膨張段階は前記減圧弁（５）であり、前記減圧装置（１０）がこれに前記第二の膨張段階として続く請求項１５乃至１８の何れか１項に記載の方法。
【請求項２０】
蒸気等の気体又は気体混合物の気体流れ（Ｑ）を膨張する装置であって、
この装置は、流入口圧力（ＰＡ）及び流入口温度（ＴＡ）の或る流入口条件で膨張させるべき気体を供給するための流入口（Ａ）と、
流出口圧力（ＰＢ）及び流出口温度（ＴＢ）の或る所望の流出口条件で送出するための流出口（Ｂ）と、を含み、
前記装置（１）には、請求項１乃至１９の何れか１項に記載の方法が適用され、減圧弁（５）と、前記気体により駆動され、出力軸（１２）を有し、気体に含まれるエネルギーを、この軸（１２）に加えられる機械エネルギーに変換するローター（１１）を備えた減圧装置（１０）と、前記減圧弁（５）を通して少なくとも部分的に膨張させるべき、前記減圧装置（１０）を通して少なくとも部分的に膨張させるべき気体流（Ｑ）を案内する管（６）と、を備え、
前記減圧弁（５）及び／又は前記減圧装置（１０）は制御可能であり、
コントローラー（９）を具備し、このコントローラーは、前記コントローラー（９）に設置された前記流出口の圧力及び前記流出口の温度が所望の圧力（ＰＢ）及び温度（ＴＢ）に対応するような仕方で、前記減圧弁（５）と前記減圧装置（１０）を制御するためのアルゴリズムを備えている装置。
【請求項２１】
前記減圧弁（５）は調節可能な通路を有する請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記減圧装置（１０）は速度調節可能なスクリュー式膨張機である請求項２０に記載の装置。
【請求項２３】
前記管（６）は、前記膨張させるべき気体流（Ｑ）を、前記流入口（Ａ）から、並列又は直列の前記減圧弁（５）及び前記減圧装置（１０）を通して前記流出口（Ｂ）に案内するようなものである請求項２０乃至２２の何れか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体流、より詳細には、水蒸気等の気体又は気体混合物を膨張させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工業プロセスでは、蒸気は、駆動力、又は、あらゆる種の化学又は他のプロセスの抑制剤として、しばしば使用されている。
【０００３】
蒸気は、一般的に圧力及び温度がほぼ固定されるボイラー内でつくり出される。
【０００４】
工業プロセスは、一般的に蒸気をボイラーの出力より低い圧力及び温度で要求し、所望の蒸気条件はまた変わることがある。
【０００５】
それ故に、ほとんどの蒸気設備では、ボイラーと下流の工業プロセスとの間に減圧弁が使用され、それにより蒸気を工業プロセスに必要な所望の圧力に膨張させる。
【０００６】
一般に、飽和蒸気が使用され、飽和蒸気は、定義上、蒸気中に存在する全ての水が蒸発して気体になっているので、いかなる水も液体状態で含まない。
【０００７】
飽和蒸気について、蒸気の圧力と温度との間に明白な関係があることが知られている。換言すれば、蒸気の温度を知れば、それから圧力も決定することができ、その逆もできる。
【０００８】
これによって、減圧弁は幾分開閉され、下流のプロセスで要求される圧力と等しい圧力を得る。膨張中、蒸気の圧力及び温度は、熱力学で知られる等エンタルピーの法則により変化する。
【０００９】
このような制御の利点は、簡単であるということである。
【００１０】
しかしながら、このような制御の不利益は、圧力降下を、例えば機械エネルギー又は電気エネルギーのような別の形態のエネルギーへの効率的な変換に使用されないことである。
【００１１】
他の不利益は、圧力を制御しうるだけであり、減圧弁での等エンタルピー膨張は、飽和蒸気で始まり、所望より一般的に高い温度で過熱した蒸気を常に供給することである。蒸気を過熱することは、また、下流のプロセスで非効率的な熱交換を意味しており、その結果、可能な限り制限されなければならない。
【００１２】
蒸気の温度と過熱のレベルを減少させるため、昔から、高価である不利益をもたらし、その結果、その能力が制限されるボイラー又は「過熱度低減器」が使用されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、上述した不利益又は他の不利益の一つ又はそれ以上の解決案を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この目的のため、本発明は、流入口圧力及び流入口温度の或る流入口条件で膨張させるべき気体を供給するための流入口と、流出口圧力及び流出口温度の或る所望の流出口条件で膨張気体を送出するための流出口との間で、蒸気等の気体又は気体混合物の気体流を膨張させる方法であって、流入口と流出口との間で減圧弁を通して、気体流を少なくとも部分的に膨張させるステップと、気体により駆動され、出力軸を有し、気体に含まれるエネルギーを、この軸に加えられる機械エネルギーに変換するためのローターを備えた減圧装置を通して、気体流を少なくとも部分的に気体流を膨張させるステップと、を含む方法に関する。
【００１５】
このような減圧装置の適用により、膨張エネルギーの少なくとも一部は、減圧装置の軸に加えられる機械エネルギーに効率的に変換され、この機械エネルギーは、例えば発電機又は他の有用な適用例を駆動するために使用することができる。
【００１６】
減圧弁内の蒸気の等エンタルピー膨張とは対照的に、意図するタイプの減圧機内の膨張は、むしろポリトロープ又は略等エントロピー熱力学法則により進み、等エンタルピー膨張と比較して、ポリトロープ膨張は同一の圧力降下に対してより大きな温度低下をもたらす。
【００１７】
装置の入力と出力との間での膨張は、全体の流れ又は流れの或る部分について部分的に等エンタルピー及び部分的にポリトロープであることにより、そして、それぞれ減圧弁と減圧装置での等エントロピー膨張とポリトロープ膨張との間の適当な分配により、及び／又は、副流の適当な分配により、流出口での圧力と温度の両方を下流のプロセスによって所望される値に調節することができ、そして追加冷却又は蒸気冷却器の適用なしに、ポリトロープ膨張から機械エネルギーを引き出すことができることの追加の利点がある。
【００１８】
好ましくは、スクリュー式膨張機は、減圧装置として使用され、蒸気を飽和温度以下の温度に膨張させることもできる利点を与え、それによって、蒸気は、液体に部分的に凝縮し、かくして、殆どのタイプのタービンについてよりも広い範囲の適用を可能にする。
【００１９】
本発明による方法の好ましい変形形態によれば、膨張させるべき気体流は、減圧弁の中を流れる膨張させるべき気体流の副流で、又は、減圧装置の中を流れる副流で、並列をなした減圧弁と減圧装置を通して進められ、それによって、両副流は所望の流出口圧力に膨張され、その後、流出口で所望の流出口条件で膨張気体流を供給するため、両副流は同じ所望の流出口圧力で合体される。
【００２０】
本発明による方法の他の好ましい変形形態によれば、膨張させるべき気体流は、減圧弁と減圧装置を通して直列の２つの連続した膨張段階で進められ、減圧弁と減圧装置は、第二の膨張段階で所望の流出口圧力及び流出口温度に対応する圧力及び温度への膨張を確保する第一の膨張段階後、中間の圧力及び温度の中間の作動点が得られるように制御される。
【００２１】
本発明は、蒸気等の気体又は気体混合物の気体流を膨張する装置であって、この装置は、流入口圧力及び流入口温度の或る流入口条件で膨張させるべき気体を供給するための流入口と、流出口圧力及び流出口温度の或る所望の流出口条件で膨張させた気体を送出するための流出口と、を含み、上記の装置により本発明による方法を適用することができ、この目的のために、減圧弁と、気体により駆動され、出力軸を有し、気体に含まれるエネルギーをこの軸に加えられる機械エネルギーに変換するためのローターを備えた減圧装置と、減圧弁を通して少なくとも部分的に膨張させ、圧力装置を通して少なくとも部分的に膨張させるべき前記気体流れを案内する管と、を備える。
【００２２】
利点は、本発明により適用された方法について記載したものと同じである。
【００２３】
本発明の特徴をより良く示すため、気体流を膨張させるための本発明の方法のいくつかの好ましい態様及びそれによって適用される装置を、限定するいかなる扱いを受けることなく、添付図面を参照して一例として以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】気体流、より詳細には蒸気を膨張させるための従来の公知の装置の概略図
【図２】装置内の蒸気の通過中の蒸気の展開について、蒸気の温度/エントロピーの図の形態での状態図又は蒸気図
【図３】蒸気を膨張させるための本発明による装置を示す図
【図４】図３の装置における、図２の図のような状態図
【図５】本発明による装置の変形実施形態を示す図
【図６】図５の装置における、図４の図のような図
【図７】中間の制御中の図６の図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１に示す従来の装置１は、膨張されるべき蒸気の気体流Ｑの供給のため蒸気の供給源２に連結する流入口Ａ、及び蒸気需要家又は工業プロセスの下流の蒸気装置３への膨張蒸気の送出のための流出口Ｂを備えている。
【００２６】
供給源２は、例えば、或る流入口条件、即ち、装置１の流入口Ａでの或る流入口圧力ＰＡ及び流入口温度ＴＡで飽和蒸気を生じさせるボイラーである。
【００２７】
流入口Ａの蒸気作動点を、状態図の飽和曲線４上に位置するＡ点として状態図に示す、この飽和曲線４は、水の気相で蒸気のみが起るような蒸気の温度及び圧力である一方では気相域Ｇと、水の気相が水の液相と平衡である域Ｇ＋Ｖとの間の分離を形成する。
【００２８】
作動点Ａを通る一定の圧力ＰＡの等圧線は状態図に破線として示され、圧力が流入口圧力ＰＡと等しい全ての作動点を表す。
【００２９】
エネルギーが等圧線ＰＡ上の点から始まって、飽和線の左に供給されるとき、作動点は、一定温度ＴＡで等圧線ＰＡの水平部分に沿って右に向かって移動し、存在する水滴は、水が全て蒸発し気体のみが残存する作動点Ａに到達するまで徐々に蒸発する。
【００３０】
一定圧力ＰＡでエネルギーの更なる供給で、作動点は等圧線ＰＡに沿って右に更に移動し、温度は徐々に上昇する。この域では、それは、液体なしの気相に相当する過熱蒸気の場合である。
【００３１】
下流の蒸気装置３は、供給される蒸気が満足しなければならない蒸気条件を決定する、換言すれば、装置１の流出口Ｂでの蒸気条件、特に流出口圧力ＰＢ、流出口温度ＴＢ及び蒸気の組成を決定する。
【００３２】
一般的に、僅かに過熱蒸気が下流の蒸気装置３に望まれる。対応する作動点を、圧力ＰＡより低い圧力ＰＢ及びＴＡより低い温度ＴＢで飽和線４の右のＢ点として状態図に示す。
【００３３】
蒸気を流入口Ａの圧力ＰＡから流出口Ｂの低圧力ＰＢに膨張させるために、従来は減圧弁５を使用し、減圧弁５は、減圧弁５を通して蒸気Ｑの流れを膨張させるため、流入口Ａと流出口Ｂとを連結する管６に設けられる。
【００３４】
従来の減圧弁５について、流出口の圧力ＰＢへのこの膨張は、本質的には、等圧線ＰＢ上のＣ点まで等エンタルピー膨張曲線７に沿う等エンタルピーの展開に従い進む。
【００３５】
温度ＴＣは、一般的には、所望の流出口の温度ＴＢよりかなり高い、それ故、減圧弁５の後、蒸気冷却器８等は流出口温度を一定の圧力ＰＢで所望の温度ＴＢに低下させるために使用される。次いで、Ｃ点からＢ点に等圧線ＰＢに沿って移動する。
【００３６】
従来の装置１の図が示される例において、減圧弁５は、調節可能で、コントローラー９を備え、コントローラー９は、減圧弁５による膨張をコントローラー９に設定された所望の圧力値ＰＢに制御し、コントローラー９は、流出口Ｂの圧力を連続的に測定し、圧力が前記設定圧力と等しくなるまで、圧力が設定圧力ＰＢより高かったり低かったりするので減圧弁５を多少開く。
【００３７】
図３は、図１の従来の装置と異なる本発明による装置１を示し、例えば、蒸気冷却器８を設ける必要がなく、管６には、減圧弁５に加え、減圧装置１０も並列に組み込まれ、その結果、蒸気流Ｑは減圧弁５を通して案内される副流Ｑ１と減圧装置１０の中を流される副流Ｑ２に分割され、膨張後、これらの副流Ｑ１とＱ２は再び合体し、一緒になって流出口Ｂを経て下流の蒸気装置に供給される。
【００３８】
減圧装置は、好ましくは、２つの噛み合ったローター１１を備えたスクリュー式膨張機として構成され、一方のローター１１は、蒸気の膨張エネルギーを軸１２に利用しうる機械エネルギーに変換するための出力軸１２を備える。
【００３９】
例として、出力軸１２は、需要家ネットワーク（図示せず）に電気を配送する発電機１４に連結される。
【００４０】
減圧装置１０の速度は、好ましくは、可変、調節可能であり、この目的で発電機１４は例えばコントローラー１３を備える。
【００４１】
少なくとも一つの従動ローターと出力軸を備えた減圧装置の他の形態、例えば一つ又は他のタイプのタービンは除外されない。
【００４２】
本発明による装置１は、流出口Ｂの温度と圧力を測定又は決定する手段１５と１６を夫々備える。
【００４３】
その上、図３の装置は、ここでは一定であると推定される流入口条件ＰＡとＴＡの関数として、コントローラーに流出口圧力ＰＢと流出口温度ＴＢの所望な設定又は設定可能な値で、流出口Ｂに蒸気を得るために、減圧弁５内及び減圧装置１０内で蒸気が受ける膨張を制御するためのコントローラー９を有する。
【００４４】
コントローラー９は、流出口Ｂの圧力と温度を決定する前述した手段１５と１６に接続部１７を経て接続され、流れＱを両方とも所望の流出口圧力ＰＢまで別々に膨張を受ける２つの前述した副流Ｑ１とＱ２に分割する制御アルゴリズム１８を有する。
【００４５】
膨張曲線１９によって図４に図示されているように、一例として取り上げられたスクリュー式膨張機内での副流Ｑ２の膨張は、典型的には、略等エントロピー又はポリトロープ法則に従って進む。
【００４６】
それによって、流れは、流入口Ａの作動点Ａから減圧装置１０の流出口Ｂ”の作動点Ｂ”に変化し、この作動点Ｂ”は等圧線ＰＢ上に位置する。
【００４７】
流出口Ｂ”の温度ＴＢ”が所望の温度ＴＢより低いことは、状態図から導き出される。
【００４８】
減圧弁５での副流Ｑ１の膨張は、典型的に等エンタルピーの法則に従って進み、流入口での作動点Ａと等圧線ＰＢ上に位置した、減圧弁５の流出口での作動点Ｂ’との間の膨張曲線７に従って、図２と類似した方法で進む。
【００４９】
それによって、減圧弁５の流出口Ｂ’での温度ＴＢ’は、所望の設定温度ＴＢより高い。
【００５０】
膨張後、両副流Ｑ１とＱ２は圧力ｐＢで合体され、合体流Ｑは流出口Ｂで圧力ＰＢ及び温度ＴＢ’とＴＢ”との間の温度で起こり、それは両副流Ｑ１とＱ２の相互混合比率に依存する。コントローラー９のアルゴリズム１８は、Ｑ１とＱ２との間の相互混合比率を、合体流Ｑの温度が所望の温度ＴＢに対応するように制御することができるようなものである。
【００５１】
この目的のため、コントローラー９は、一方では、減圧装置１０の速度と流れＱ２を調節できるように、接続部２０を経てコントローラー１３に接続され、他方では、流れＱ１を多くしたり少なくしたりするこの減圧弁５を開閉するため、接続部２１を経て制御可能な減圧弁５に接続される。
【００５２】
例えば、アルゴリズム１８は下記のように設計することができる。
【００５３】
装置１を始動するとき、流れＱは、例えば、減圧弁５を通る流れＱ１及び減圧装置１０を通る流れＱ２に等分に分配され、Ｑ１＝Ｑ２＝Ｑ／２となる。
【００５４】
第一の例では、合体流Ｑは流出口Ｂの測定圧力に基づいて制御される。測定圧力が所望の流出口の圧力ＰＢの設定値より低いとき、これは、流れＱが少なすぎることを意味し、副流Ｑ１とＱ２を、測定圧力が設定圧力ＰＢと等しくなるまで等しい程度に増加させる。同様に、測定圧力が設定値ＰＢより高いとき、副流Ｑ１とＱ２を、測定圧力が設定圧力ＰＢに等しくなるまで等しい程度に減少させる。
【００５５】
減圧弁５を通る蒸気はＢ’点まで曲線７をたどり、同時に、減圧装置１０を通る蒸気はＢ”点まで曲線１９をたどる。両流れの合体は、要求された温度ＴＢと異なるＢ’’’点になる。
【００５６】
温度Ｂ’’’ が温度ＴＢより低いならば、図４の場合のように、曲線１９を経て多くの蒸気が膨張され過ぎる。それ故に、アルゴリズム１８は、確実に所望の温度ＴＢに到達するまで、流れＱ１を増加させ、同じ程度に流れＱ２を減少させる。
【００５７】
合体総流Ｑはこの初期制御によって影響されないから、一定の流入口条件では、流出口の圧力はＰＢに維持される。
【００５８】
他方、温度Ｂ’’’が所望の温度ＴＢより高ければ、これは曲線７を経て多過ぎる蒸気を膨張させることを意味している。そのため、この場合、アルゴリズム１８は、確実に所望の温度ＴＢに到達するまで、同じ程度に流れＱ１が減少し、流れＱ２が増加する。
【００５９】
例えば、蒸気装置３の下流の需要家が、流れＱをより少なくすれば、装置１が依然として流れＱを供給しているならば、流出口の圧力ＰＢは増加する。次いで、コントローラー１８は、流出口の圧力の変更を検出すると、流れＱを変更する、その結果、その時点で適用可能な流量比率Ｑ１／Ｑ２が維持される。
【００６０】
現在の流出口の圧力ＰＢに到達するとすぐに、アルゴリズム１８は次いで流出口Ｂで所望の温度ＴＢを実現するために流量比率Ｑ１／Ｑ２を変更しなければならないかどうかを確認する。
【００６１】
流入口圧力又は流入口温度のような他の条件の変更のとき、アルゴリズム１８も同様に進む。換言すれば：
【００６２】
まず、要求された流出口の圧力ＰＢを、総流量Ｑを調節することにより実現する。
【００６３】
次に、流量Ｑ１と流量Ｑ２との間の比率を調節して要求された流出口の温度ＴＢを実現する。
【００６４】
当然のことながら、所望の流出口の条件を得るために、コントローラーによって決定された比率で、後に、完全に又は部分的に再び合体されるべき、流れＱ又は副流Ｑ１及び／又はＱ２を更に分割する追加の分岐部及び流出口が装置にあってもよい。
【００６５】
流入口Ａでの条件は飽和曲線４上の点に制限される必要はないが、流入口では作動点が曲線４の右方向となる僅か過熱した蒸気で、又は、作動点が曲線４の左方向となる蒸気と水滴の僅かな二相混合物で開始することもでき、それにもかかわらず、依然として本発明の利点を利用することができる。
【００６６】
図５は、本発明による変形実施形態の装置１を示し、減圧弁５と減圧装置１０、例えば、発電機１４に連結されたスクリュー式膨張機が、この場合、図３の実施形態におけるような管６に並列に組み込まれないが、流入口Ａと流出口Ｂとの間の２つの連続した膨張段階を次々に、それぞれ、減圧弁５内で減圧弁５と減圧装置１０との間の管６内で流入口Ａの圧力ＰＡから中間の圧力ＰＣにし、次いで、減圧装置１０内で中間の圧力ＰＣから所望の圧力ＰＢにする。
【００６７】
図６に示すように、減圧弁５の膨張は、次いで、流入口Ａの作動点Ａから圧力ＰＣ及び温度ＴＣの中間の作動点Ｃに等エンタルピー曲線７に沿って進み、減圧装置１０での更なる膨張は、ポリトロープ又は略等エントロピー膨張曲線１９に従って流出口Ｂでの作動点Ｂに進む。
【００６８】
適当なコントローラー９は、流出口Ｂでの圧力及び温度がコントローラー９の設定値ＰＢとＴＢに等しいように、両膨張段階を制御することが可能にする。
【００６９】
コントローラー９は、コンピュータ及びアルゴリズム２２を含み、該コンピュータ及び制御アルゴリズムは、既知の流入口条件ＰＡ及び／又はＴＡの関数として、又は所望の流出口条件ＰＢ及び／又はＴＢの関数として、膨張曲線７と１９のコースを決定し、次いで、両膨張曲線７と１９の部分として作動点Ｃを決定する。この作動点Ｃは、与えられる流入口条件ＰＡ及びＴＡで流出口の所望の圧力ＰＢ及び温度ＴＢに到達するために、両膨張段階の間で到達することが望まれる中間の作動点に相当する。
【００７０】
例えば、アルゴリズム２２は、以下の制御を提供する。
【００７１】
第一制御ステップ中、流れＱは、流出口Ｂが所望の圧力ＰＢに達するまで調節される。
【００７２】
この目的のため、装置１を始動するとき、減圧装置１０は、コントローラー１３を経て発電機１４の負荷を調節することによって最小限の速度に制御され、それによって減圧弁５は計画的に開弁される。
【００７３】
最初に開弁がゆっくり進むと、非常に大きな圧力降下が、減圧弁５の前後に起こり、その結果、中間の作動点Ｃ’での中間の圧力は所望の中間の圧力ＰＣより大変小さくなる。流れＱは、一般的に、膨張曲線７を経て、膨張曲線１９を経て僅かな程度膨張される。
【００７４】
制御アルゴリズム２２は、図７に示すように、一般的に、更に、要求された流出口圧力ＰＢに到達するまで、減圧装置１０の一定速度で膨張弁５を開弁する。
【００７５】
作動点Ｂ’は、所望の流出口温度ＴＢより高い流出口温度によって特徴付けられる。
【００７６】
第二の制御ステップ中、中間の作動圧力Ｃの仮の圧力は、流量を維持しながら、調節され、これは、例えば、以下の方法である。
【００７７】
仮の圧力が所望の仮の圧力ＰＣより低いとき、アルゴリズムは、所望の仮の圧力ＰＣに達するまで減圧装置１０の速度を増速する。
【００７８】
しかしながら、仮の圧力が所望の仮の圧力ＰＣより高いとき、アルゴリズムは、所望の仮の圧力ＰＣに達するまで減圧弁５を閉じる。
【００７９】
例えば、下流の需要家がより少ない流れＱを要求し、装置が依然として流れＱを供給すれば、流出口Ｂでの流出口圧力は増大する。それは、何故、コントローラー９が、流出口Ｂで流出口圧力の変化を検出するとき、仮の圧力ＰＣを維持するように流れＱを変化させるかである。これは、同時に減圧弁５を閉じ、或る比率に従い減圧装置１０の速度を減少させることによって、少ない必要流量の場合になすことができる。
【００８０】
次いで、所望の流出口圧力ＰＢに達するとすぐに、アルゴリズムは、減圧弁５の状態及び／又は減圧装置１０の速度を、計算された所望の仮の圧力ＰＣを実現するため変化させなければならないかどうかを確認する。
【００８１】
アルゴリズムは、アルゴリズムの誤り又は機械の老朽が起こる場合について、測定された流出口温度と所望の流出口温度ＴＢとの間の差に基づいて計算された仮の圧力ＰＣを精査するステップを含むことは除外されない。
【００８２】
流入口圧力又は流入口温度のような他の条件の変化のとき、アルゴリズムは常に同じ方法で進む。即ち：
【００８３】
先ず、第一に、所望の流出口圧力ＰＢを、総流Ｑを調節することによって実現する。
【００８４】
次いで減圧弁５の開きと減圧装置１０の速度との間の比率を調節して計算された仮の圧力ＰＣを実現する。
【００８５】
減圧装置１０が直列であるとき減圧弁５の順序を交換することができ、２段階以上を設けることもできるのは明らかである。
【００８６】
工業プロセスの複雑さにより、図３の接続のような１つ以上の並列接続の組み合わせ及び/又は図５の接続のような１つ以上の直列接続の組み合わせは、このコースの目的のため、適切なコントローラーで適用される。
【００８７】
上記各例ではスクリュー式膨張機が使用されているが、他のタイプの膨張機の使用は除外されない。スクリュー式膨張機の利点は、作動点Ｂ”又は中間の作動点Ｃが気体及び液体が平衡状態にある域に位置する図４の場合のような膨張中、水滴の形成をそんなに感じない。
【００８８】
蒸気に代えて、他の気体又は気体混合物を使用することもできる。
【００８９】
本発明は、一例として説明し、図面に示した気体流を膨張させる方法及び装置の変形形態に決して限定されることはないが、本発明による方法及び装置は、本発明の範囲から逸脱することなく、あらゆる種類の変形形態で実現することができる。
【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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