(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気および冷却液が供給され、該供給された蒸気と冷却液とを混合させて蒸気を減温する混合部と、
上記混合部の下流側に設けられ、該混合部で混合された蒸気と冷却液とを分離する気液分離部と、
上記気液分離部で分離された冷却液が一時的に溜められる液溜まり部と、
上記混合部への冷却液の供給流量を調整する流量調整弁と、
上記気液分離部で分離された蒸気の温度が設定温度になるように、上記流量調整弁の開度をその開度上限値以下で調整する開度調整動作を行う一方、上記気液分離部で分離された蒸気の温度が上記設定温度よりも高い異常高温未満である場合に、上記液溜まり部の液位が高いほど上記流量調整弁の開度上限値を連続的または段階的に小さくする上限値変更動作を行う制御部とを備えている
ことを特徴とする蒸気減温装置。
【請求項２】
請求項１に記載の蒸気減温装置において、
上記制御部は、上記気液分離部で分離された蒸気の温度が上記異常高温になると、上記液溜まり部の液位に関係なく、上記流量調整弁の開度上限値をその最大値にする上限値変更動作を行う
ことを特徴とする蒸気減温装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、高温の蒸気を所定温度まで減温する蒸気減温装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に開示されているように、高温蒸気（過熱蒸気）に冷却液（水）を混合させて、高温蒸気を減温する蒸気減温装置が知られている。この蒸気減温装置は、高温蒸気および冷却液の混合部と、気液分離部とを備えている。混合部では、高温蒸気の供給管と冷却液の供給管が接続されており、高温蒸気が冷却液と混合されて減温される。つまり、高温蒸気は冷却液と熱交換して冷却される。冷却液の供給管には、冷却液の供給流量を調整するための流量調整弁（制御弁）が設けられている。混合部で混合された蒸気および冷却液は、気液分離部に流入して互いに分離される。こうして、分離された蒸気は利用先へ送られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１９４５３０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減温装置では、気液分離部から利用先へ送られる蒸気の温度を検出し、その検出温度が設定温度になるように流量調整弁の開度が制御される。つまり、検出温度が設定温度よりも高い場合、流量調整弁の開度は増大され、検出温度が設定温度よりも低い場合、流量調整弁の開度は減少される。
【０００５】
しかしながら、上述した蒸気減温装置では、冷却液が混合部へ無駄に供給されるという過剰供給が起こる虞があった。混合部では、蒸気の温度および量に応じて、蒸気の減温に寄与し得る冷却液の量がある程度定められている。つまり、冷却液が定められた量を超えて混合部に供給されても、その超えた量の冷却液は蒸気の減温に殆ど寄与しない。したがって、流量調整弁の開度を増大させて冷却液の供給流量を増大し、検出温度を設定温度まで低下させても、その状態では冷却液が過剰（必要以上）に供給されている虞があった。
【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あり、その目的は、混合部への冷却液の過剰供給を抑制し得る蒸気減温装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願の蒸気減温装置は、上記目的を達成するために、気液分離部で分離された冷却液の量に基づいて冷却液の過剰供給を判断し、流量調整弁の開度上限値を小さくするようにした。
【０００８】
具体的に、本願の蒸気減温装置は、混合部と、気液分離部と、液溜まり部と、流量調整弁と、制御部とを備えている。上記混合部は、蒸気および冷却液が供給され、該供給された蒸気と冷却液とを混合させて蒸気を減温するものである。上記気液分離部は、上記混合部の下流側に設けられ、該混合部で混合された蒸気と冷却液とを分離するものである。上記液溜まり部は、上記気液分離部で分離された冷却液が一時的に溜められるものである。上記流量調整弁は、上記混合部への冷却液の供給流量を調整するものである。上記制御部は、上記気液分離部で分離された蒸気の温度が設定温度になるように、上記流量調整弁の開度をその開度上限値以下で調整する開度調整動作を行うものである。また、上記制御部は、上記の開度調整動作を行う一方、上記気液分離部で分離された蒸気の温度が上記設定温度よりも高い異常高温未満である場合に、上記液溜まり部の液位が高いほど上記流量調整弁の開度上限値を連続的または段階的に小さくする上限値変更動作を行うものである。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように、本願の蒸気減温装置によれば、気液分離部で分離された蒸気の温度が異常高温未満であるときに、液溜まり部の液位が高いほど、冷却液が混合部へ必要以上に供給されている（即ち、混合部への冷却液の過剰供給が起こっている）と判断することができる。つまり、蒸気の温度が異常高温未満である場合に、液溜まり部の液位が高くなる、即ち混合部から気液分離部に流れて分離される冷却液の量が多くなると、混合部へは蒸気の減温に寄与しない無駄な量の冷却液が供給されていると判断することができる。そして、本願の蒸気減温装置では、液溜まり部の液位が高いほど、流量調整弁の開度上限値を小さくするようにしたため、混合部への冷却液の供給流量を一定以下に制限することができる。これにより、上述した冷却液の過剰供給を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施形態に係る蒸気減温装置の概略構成を示す回路図である。
【図２】図２は、実施形態に係る制御部の開度調整動作を示すフローチャートである。
【図３】図３は、実施形態に係る制御部の上限値変更動作を示すフローチャートである。
【図４】図４は、蒸気温度、液排出管における水位、流量調整弁の開度上限値の関係を示すグラフである。
【図５】図５は、実施形態の変形例に係る蒸気減温装置の要部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】
本実施形態の蒸気減温装置１は、別のシステム（例えば、発電タービン）で使われた過熱蒸気（高温蒸気）を冷却液と混合させて所定温度まで減温するものである。この減温された蒸気は、利用先へ供給されて例えばプロセス用熱源として用いられる。具体的に、本実施形態の蒸気減温装置１は、過熱蒸気を飽和温度まで減温して飽和蒸気を生成する。
【００１３】
図１に示すように、蒸気減温装置１は、蒸気が流通する蒸気回路１０と、制御部３０とを備えている。蒸気回路１０は、ポンプ２１と、流量調整弁２２と、合流部２３と、混合部２４と、気液分離部２５と、スチームトラップ２６とを備えている。
【００１４】
混合部２４には、過熱蒸気が供給される蒸気供給管１２が接続されている。蒸気供給管１２には、合流部２３が設けられている。合流部２３には、冷却液としての冷却水が供給される水供給管１１が接続されている。水供給管１１には、上流側から順に、ポンプ２１および流量調整弁２２が設けられている。ポンプ２１は、冷却水を合流部２３へ圧送する。流量調整弁２２は、後述する混合部２４への冷却水の供給流量を調整するものであり、開度が連続的または段階的に変更可能に構成されている。合流部２３は、混合部２４の上流側で過熱蒸気と冷却水とが合流するものであり、積極的に過熱蒸気を冷却水で減温するものではない。
【００１５】
混合部２４は、合流部２３で合流した過熱蒸気および冷却水が供給され、該供給された過熱蒸気と冷却水とを混合させて過熱蒸気を所定温度（飽和温度）まで減温するものである。つまり、混合部２４は、過熱蒸気と冷却水とが直接接触して熱交換し、過熱蒸気が冷却されるものである。気液分離部２５は、混合部２４の下流側に設けられ、該混合部２４で混合された蒸気と冷却水とを互いに分離するものである。混合部２４には、減温された蒸気（飽和蒸気）が冷却水と共に流出する蒸気排出管１３が接続されており、その蒸気排出管１３に気液分離部２５が設けられている。気液分離部２５で分離された蒸気（飽和蒸気）は蒸気排出管１３を通じて利用先へ供給される。
【００１６】
スチームトラップ２６は、液排出管１４を介して気液分離部２５と接続されている。液排出管１４は、気液分離部２５で分離された冷却水が排出される。なお、気液分離部２５で分離された冷却水には蒸気が凝縮してなるドレン（復水）も含まれる。スチームトラップ２６は、液排出管１４から流入した冷却水のみを管１５へ排出するものである。スチームトラップ２６は、入口側と出口側の圧力差が所定値以上になると、自動的に冷却水を排出する。
【００１７】
液排出管１４は、鉛直方向（上下方向）に延びる鉛直部１４ａと、該鉛直部１４ａに連続して形成され、水平方向に延びる水平部１４ｂとを有している。鉛直部１４ａは気液分離部２５に接続され、水平部１４ｂはスチームトラップ２６に接続されている。液排出管１４は、気液分離部２５から排出された冷却水が一時的に溜められる液溜まり部を構成している。つまり、液排出管１４では、鉛直部１４ａにおける冷却水の水位（液位）が所定値に達すると、冷却水がスチームトラップ２６から排出される。
【００１８】
以上のように構成された蒸気減温装置１では、蒸気供給管１２の過熱蒸気と水供給管１１の冷却水とが合流部２３で合流して混合部２４へ流入する。混合部２４では、過熱蒸気と冷却水とが混合され、過熱蒸気が減温されて飽和蒸気となる。混合部２４から流出した飽和蒸気および冷却水は、気液分離部２５で互いに分離される。分離された飽和蒸気は利用先へ送られ、冷却水は液排出管１４に一時的に溜められる。このように、蒸気減温装置１では、別のシステムで使われた過熱蒸気（高温蒸気）を回収して別の利用先へ送るので、過熱蒸気の熱エネルギーを回収することができる。また、蒸気減温装置１では、回収した過熱蒸気を減温し飽和蒸気にして利用先へ送るので、利用先において蒸気をプロセス用熱源として利用する場合、過熱蒸気を利用するよりも温度制御性および熱伝達率を向上させることができる。
【００１９】
〈制御部の構成および動作〉
制御部３０は、開度調整部３１および上限値変更部３２を有し、流量調整弁２２を制御するものである。また、蒸気回路１０には、温度センサ３５および水位センサ３６が設けられている。温度センサ３５は、蒸気排出管１３における気液分離部２５の下流側に設けられ、気液分離部２５で分離された蒸気の温度を検出するものである。水位センサ３６は、液排出管１４に設けられ、鉛直部１４ａの水位（液位）を検出するものである。
【００２０】
制御部３０の開度調整部３１は、温度センサ３５の検出温度（以下、蒸気温度という。）が設定温度ＴＳになるように、流量調整弁２２の開度をその開度上限値以下で調整する「開度調整動作」を行うように構成されている。一方、制御部３０の上限値変更部３２は、蒸気温度が設定温度ＴＳよりも高い異常高温ＴＨ未満である場合、水位センサ３６の検出水位（以下、単に水位という。）に応じて流量調整弁２２の開度上限値を増減させる「上限値変更動作」を行うように構成されている。具体的に、「上限値変更動作」では水位が高いほど流量調整弁２２の開度上限値が段階的に小さくなる。さらに、上限値変更部３２は、蒸気温度が異常高温ＴＨになると、水位に関係なく、流量調整弁２２の開度上限値をその最大値（本実施形態では、１００％開度）にする「上限値変更動作」を行うように構成されている。本実施形態において、設定温度ＴＳは蒸気の飽和温度である。また、「開度調整動作」および「上限値変更動作」は、互いが独立して行われる。
【００２１】
制御部３０の具体的な動作について図２〜図４を参照しながら説明する。図２に示すように、「開度調整動作」では、先ず蒸気温度が設定温度ＴＳより高いか否かが判断される（ステップＳＴ１）。蒸気温度が設定温度ＴＳより高い場合、混合部２４における冷却水の量が少ないとして、流量調整弁２２の開度が開度上限値以下で増大される（ステップＳＴ２）。これにより、混合部２４への冷却水の供給流量が増大するので、蒸気温度が低下する。一方、ステップＳＴ１で蒸気温度が設定温度ＴＳ以下と判断されると、蒸気温度が設定温度ＴＳより低いか否かが判断される（ステップＳＴ３）。蒸気温度が設定温度ＴＳより低い場合、混合部２４における冷却水の量が多いとして、流量調整弁２２の開度が減少される（ステップＳＴ４）。これにより、混合部２４への冷却水の供給流量が減少するので、蒸気温度が上昇する。なお、蒸気温度が設定温度ＴＳ（飽和温度）より低い場合は、実質、蒸気ではなく水の温度となる。ステップＳＴ３で蒸気温度が設定温度ＴＳより低くない、即ち蒸気温度が設定温度ＴＳであると判断されると、混合部２４における冷却水の量は適切であるとして、ステップＳＴ１に戻る。つまり、流量調整弁２２の開度は維持される。
【００２２】
図３に示すように、「上限値変更動作」では、先ず蒸気温度が異常高温ＴＨに達したか否かが判断される（ステップＳＴ１１）。蒸気温度が異常高温ＴＨに達していない（即ち、蒸気温度が異常高温ＴＨ未満である）場合、流量調整弁２２の開度上限値が水位に応じて変更される（ステップＳＴ１２）。具体的には、図４に示すように、例えば水位が低水位ＬＬまで上昇すると、流量調整弁２２の開度上限値が最大開度の１００％開度から５０％開度に変更される（図４の時間ｔ１）。さらに、水位が上昇して中水位ＬＭに達すると、流量調整弁２２の開度上限値が５０％開度から３０％開度に変更される（図４の時間ｔ２）。さらに、水位が上昇して高水位ＬＨに達すると、流量調整弁２２の開度上限値が３０％開度から１０％開度に変更される（図４の時間ｔ３）。
【００２３】
このように、蒸気温度が異常高温ＴＨ未満である間は、水位が高いほど流量調整弁２２の開度上限値が段階的に小さくなる。つまり、「上限値変更動作」では、蒸気温度が異常高温ＴＨ未満である場合、水位が高いほど、混合部２４へ冷却水が必要以上に供給されている（冷却水の過剰供給が起こっている）として、流量調整弁２２の開度上限値を小さくする。こうして流量調整弁２２の開度上限値が小さくなると、混合部２４への冷却水の供給流量が一定以下に制限される。これにより、冷却水の過剰供給が抑制される。
【００２４】
一方、ステップＳＴ１１で蒸気温度が異常高温ＴＨに達したと判断されると、流量調整弁２２の開度上限値が最大開度の１００％開度に変更される（ステップＳＴ１３）。具体的には、図４に示すように、蒸気温度が異常高温ＴＨまで上昇すると、水位が高水位ＬＨにあったとしても、流量調整弁２２の開度上限値が１０％開度から最大開度の１００％開度に変更される（図４の時間ｔ４）。こうして流量調整弁２２の開度上限値が最大開度に変更されることにより、流量調整弁２２において最大流量の冷却水を流すことが可能になるので、蒸気温度を異常高温ＴＨから低下させるのに必要な冷却水の流量を充分に確保することができる。これにより、蒸気温度が低下する。
【００２５】
そして、蒸気温度が低下して異常高温ＴＨ未満になり、水位が例えば低水位ＬＬまで低下すると、流量調整弁２２の開度上限値が最大開度の１００％開度から５０％開度に変更される（図４の時間ｔ５）。そして、蒸気温度が異常高温ＴＨ未満である状態において、水位が低水位ＬＬよりも低下すると、流量調整弁２２の開度上限値が５０％開度から再び最大開度の１００％開度に変更される（図４の時間ｔ６）。このように、蒸気温度が異常高温ＴＨ未満である場合は、水位に応じて流量調整弁２２の開度上限値が増減される。
【００２６】
以上のように、上記実施形態の蒸気減温装置１によれば、蒸気温度が異常高温ＴＨ未満である場合は、水位が高いほど、冷却水が混合部２４へ必要以上に供給されている（即ち、混合部２４への冷却水の過剰供給が起こっている）と判断できる。つまり、蒸気温度が異常高温ＴＨ未満であるときに、水位が高くなる、即ち混合部２４から気液分離部２５に流れて分離される冷却水の量が多くなると、混合部２４へは蒸気の減温に寄与しない無駄な量の冷却水が供給されていると判断することができる。そして、上記実施形態の蒸気減温装置１では、水位が高いほど、流量調整弁２２の開度上限値を小さくするようにしたため、混合部２４への冷却水の供給流量を一定以下に制限することができる。これにより、上述した冷却水の過剰供給を抑制することができる。
【００２７】
また、上記実施形態の蒸気減温装置１によれば、蒸気温度が異常高温ＴＨになると、水位に関係なく、流量調整弁２２の開度上限値をその最大値に変更するようにした。これにより、流量調整弁２２において最大流量の冷却水を流すことが可能になるため、蒸気温度を異常高温ＴＨから低下させるのに必要な冷却水の流量を充分に確保することができる。そのため、確実に蒸気温度を低下させることができる。
【００２８】
（実施形態の変形例）
本変形例は、図５に示すように、上記実施形態の蒸気減温装置１において液溜まり部の構成を変更するようにしたものである。上記実施形態では、気液分離部２５から排出された冷却水が管（液排出管１４）に溜まるようにしたが、本変形例は、気液分離部２５から排出された冷却水がタンク２７に溜まるようにした。具体的に、気液分離部２５とスチームトラップ２６とは液排出管１６を介して接続されている。液排出管１６には、容器状のタンク２７が設けられている。本変形例では、気液分離部２５で分離された冷却水が液排出管１６を流れてタンク２７に一時的に溜められる。タンク２７には、該タンク２７における冷却水の水位（液位）を検出する水位センサ３７が設けられている。
【００２９】
本変形例においても、蒸気温度が異常高温ＴＨ未満である場合、水位センサ３７の検出水位が高いほど、流量調整弁２２の開度上限値が小さくなる。つまり、タンク２７の水位に応じて流量調整弁２２の開度上限値が増減される。その他の構成、作用および効果は上記実施形態と同様である。
【００３０】
なお、本願の蒸気減温装置は、上記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。
【００３１】
例えば、上記実施形態では、蒸気温度が異常高温ＴＨ未満である場合、水位が高いほど流量調整弁２２の開度上限値を段階的に小さくするようにしたが、水位が高いほど流量調整弁２２の開度上限値を連続的に小さくするようにしてもよい。
【００３２】
また、上記実施形態における設定温度ＴＳは、設定温度を含む一定の許容範囲の温度としてもよい。
【００３３】
また、上記実施形態では、蒸気の冷却液として冷却水を用いたが、その他の液体を冷却液として用いるようにしてもよい。
【００３４】
また、本願の蒸気減温装置は、上記実施形態のように過熱蒸気をその飽和温度まで減温するものに限らず、過熱蒸気の過熱度を下げるものにも同様に適用することができることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本願に開示の技術は、高温の蒸気を所定温度まで減温する蒸気減温装置について有用である。
【符号の説明】
【００３６】
１        蒸気減温装置
１４      液排出管（液溜まり部）
２２      流量調整弁
２４      混合部
２５      気液分離部
２７      タンク（液溜まり部）
３０      制御部
ＴＳ      設定温度
ＴＨ      異常高温
【図１】
0006442124.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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