JP2019095150A - 液体供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプ機構の発停回数を低減する。【解決手段】液体供給システム１００は、ドレンを貯留するドレンタンク１と、ドレンタンク１よりも低い位置に配置され、ドレンタンク１のドレンを圧送するポンプ機構２と、ポンプ機構２から圧送されるドレンをポンプ機構２の上流側に還流させる還流機構５と、還流機構５を制御する制御部７とを備えている。制御部７は、ドレンタンク１からポンプ機構２へ流入するドレンの流入水頭が所定の水頭閾値以下である場合に、ポンプ機構２から圧送されるドレンを還流機構５によって還流させる。【選択図】図１

Description

ここに開示された技術は、液体供給システムに関する。

従来より、貯留部に貯留された液体をポンプ機構によって、ポンプ機構の下流側の供給先へ供給するシステムが知られている。例えば、特許文献１に開示されたシステムは、復水回収ポンプによって復水を回収先へ供給している。このシステムにおいては、復水回収ポンプからの復水の流量が少なくなって復水回収ポンプが停止する直前に、復水回収ポンプから圧送される復水を復水回収ポンプの上流側へ還流させている。これにより、復水回収ポンプの停止と作動との切替回数、所謂、発停回数を低減している。

特開２００７−２４７９７２号公報

しかしながら、前述のように、復水回収ポンプからの復水の流量が少なくなったときには、復水回収ポンプの上流側の復水量が非常に少なくなっている可能性がある。復水回収ポンプの上流側の復水量が少なくなると、復水回収ポンプでキャビテーションが発生する虞がある。復水回収ポンプでキャビテーションが発生してしまうと、結局、復水回収ポンプを停止させる必要がある。

ここに開示された技術は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ポンプ機構でのキャビテーションの発生を抑制して、ポンプ機構の発停回数を低減することにある。

ここに開示された液体供給システムは、液体を貯留する貯留部と、前記貯留部よりも低い位置に配置され、前記貯留部の液体を圧送するポンプ機構と、前記ポンプ機構から圧送される液体を前記ポンプ機構の上流側に還流させる還流機構と、前記還流機構を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記貯留部から前記ポンプ機構へ流入する液体の流入水頭が所定の水頭閾値以下である場合に、前記ポンプ機構から圧送される液体を前記還流機構によって還流させる。

前記液体供給システムによれば、ポンプ機構でのキャビテーションの発生を抑制して、ポンプ機構の発停回数を低減することができる。

図１は、液体供給システムの全体構成を示す配管図である。 図２は、ドレン供給制御のフローチャートである。 図３は、ドレン供給制御のタイミングチャートである。

以下、例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、液体供給システム１００の全体構成を示す配管図である。

液体供給システム１００は、液体としてのドレンを供給先としてのボイラ９に供給するシステムである。液体供給システム１００は、ドレンを貯留するドレンタンク１と、ドレンタンク１よりも低い位置に配置され、ドレンタンク１のドレンを圧送するポンプ機構２と、ポンプ機構２から圧送されるドレンをポンプ機構２の上流側に還流させる還流機構５と、ドレンタンク１に貯留されたドレンの水位を検出する水位センサ６（検出部）と、制御部７とを備えている。液体供給システム１００においては、ポンプ機構２がドレンタンク１のドレンをボイラ９に供給する。

ボイラ９は、ポンプ機構２からのドレン供給に加えて、給水タンク９１からも給水される。ボイラ９と給水タンク９１とは、吸水管９２によって接続されている。吸水管９２には給水ポンプ９３が設けられている。また、ボイラ９には、蒸気管９４が接続されている。ボイラ９によって生成された蒸気は、蒸気管９４を介して流出し、蒸気ヘッダ（図示省略）等へ送られる。

ドレンタンク１には、ドレンが流入する供給管１１が接続されている。例えば、供給管１１の上流端には、図示省略のドレントラップが接続されている。ドレンタンク１には、ドレントラップが排出するドレンが供給管１１を介して流入する。また、ドレンタンク１には、ドレンタンク１のドレンをエゼクタ３に流入させる第１流入管１２が接続されている。ドレンタンク１は、貯留部の一例であり、第１流入管１２は、貯留部からポンプ機構へ流入する液体が流通する流入管の一例である。

また、ドレンタンク１は、排出管１６を介して給水タンク９１と接続されている。排出管１６には、リリーフ弁１６ａが設けられている。リリーフ弁１６ａは、ドレンタンク１側の圧力が所定の設定圧力未満の場合には閉弁しており、ドレンタンク１側の圧力が設定圧力を超えると開弁する。つまり、何らかの理由でドレンタンク１の圧力が上昇し過ぎた場合には、リリーフ弁１６ａが開いて、ドレンタンク１のドレンが排出管１６を介して給水タンク９１へ流出する。

ポンプ機構２は、ドレンタンク１のドレンを吸引して加圧するエゼクタ３と、エゼクタ３から流出するドレンを圧送する電動ポンプ４とを有している。エゼクタ３は、ドレンタンク１のドレンを吸引して加圧し、加圧されたドレンを電動ポンプ４に送り込む。これにより、電動ポンプ４の必要流入水頭が確保され、キャビテーションの発生が防止される。

電動ポンプ４は、インバータ制御によって流量の調節が可能なポンプである。例えば、電動ポンプ４は、電動駆動されるモータを有している。モータの回転速度がインバータ制御によって調節されることによって、電動ポンプ４から流出するドレンの流量が調節される。電動ポンプ４の流入口には、第２流入管１３が接続されている。電動ポンプ４の流出口には第１流出管１４が接続されている。第２流入管１３は、電動ポンプ４の吸込口とエゼクタ３とを接続している。

エゼクタ３は、駆動流体を噴出するノズル３１と、少なくともノズル３１の先端を収容し、ノズル３１からの駆動流体の噴出により生じる負圧によって吸引流体を吸引する吸引室３２と、吸引室３２から駆動流体及び吸引流体を混合して排出するディフューザ３３とを有している。

ノズル３１には、第１流出管１４が接続されており、電動ポンプ４から圧送されるドレンが駆動流体として供給される。

吸引室３２には、ノズル３１の少なくとも噴出口が収容されている。吸引室３２には、第１流入管１２が接続されている。吸引室３２では、水を噴出するノズル３１のジェットポンプ効果によって生じる負圧により、ドレンタンク１からのドレンを吸引するための吸引力が発生する。吸引室３２は、ドレンタンク１のドレンを吸引流体として吸引する。

ディフューザ３３の上流端は、吸引室３２に接続されている。ディフューザ３３を通過する流体は、最終的に減速すると共に昇圧する。ディフューザ３３の下流端は、第２流入管１３を介して電動ポンプ４に接続されている。つまり、ディフューザ３３は、吸引室３２で混合されたドレンを加圧して電動ポンプ４へ流入させる。

エゼクタ３（詳しくは、吸引室３２のうち第１流入管１２の接続口）は、ドレンタンク１よりも下方に配置されている。第１流入管１２は、ドレンタンク１から下方に延びて、吸引室３２に接続されている。つまり、エゼクタ３には、ドレンタンク１のドレンの水頭圧が作用するように構成されている。

第１流出管１４からは、第２流出管１５が分岐している。第２流出管１５は、ボイラ９に接続されている。第２流出管１５には、リリーフ弁１５ａと、ポンプ機構２からボイラ９へ向かうドレンの流れを許容し、その逆のドレンの流れを防止する逆止弁１５ｂが設けられている。リリーフ弁１５ａは、第１流出管１４側の圧力が所定の設定圧力未満の場合には閉弁しており、第１流出管１４側の圧力が設定圧力を超えると開弁する。また、何らかの理由でドレンタンク１の圧力が上昇し過ぎた場合には、リリーフ弁１６ａが開いて、ドレンタンク１のドレンが排出管１６を介して給水タンク９１へ流出する。

つまり、ポンプ機構２では、エゼクタ３、第２流入管１３、電動ポンプ４及び第１流出管１４によって循環流路が形成されている。第１流出管１４の圧力が上昇し過ぎると、リリーフ弁１５ａが開いて、電動ポンプ４から圧送されるドレンの一部が第１流出管１４から第２流出管１５に流出する。第２流出管１５に流出したドレンは、ボイラ９に供給される。このリリーフ弁１５ａによって、第１流出管１４を流通するドレンの圧力の上限値、即ち、エゼクタ３の駆動流体としてのドレンの圧力の最大値が制限される。これにより、ドレンタンク１からエゼクタ３が吸い込むドレンの最大量が制限される。また、リリーフ弁１５ａによって、ポンプ機構２からボイラ９へ供給されるドレン量も制限されるため、ドレンタンク１のドレンの水頭の急激な低下が抑制される。第２流出管１５は、ポンプ機構から圧送される液体が流通する流出管の一例である。

還流機構５は、第１流入管１２と第２流出管１５とを接続する還流管５１と、還流管５１に設けられた開閉弁５１ａ、ニードル弁５１ｂ及び逆止弁５１ｃとを有している。還流管５１の上流端は、第２流出管１５のうちリリーフ弁１５ａと逆止弁１５ｂとの間の部分に接続されている。

開閉弁５１ａは、還流管５１の開通及び遮断を切り替える。ニードル弁５１ｂは、還流管５１を流通するドレンの流量を調節する。逆止弁５１ｃは、第２流出管１５から第１流入管１２へ向かうドレンの流れを許容し、その逆のドレンの流れを防止する。

水位センサ６は、第１流入管１２に設けられている。水位センサ６は、ドレンタンク１のドレンの水位（以下、「ドレン水位」という）を検出する。ドレン水位は、ポンプ機構２へ流入するドレンの水頭と相関がある。つまり、水位センサ６は、貯留部からポンプ機構へ流入する液体の流入水頭を検出する検出部の一例である。

制御部７は、ポンプ機構２及び還流機構５を制御する。制御部７は、プロセッサで形成されている。また、制御部７は、タイマを有している。制御部７には、水位センサ６の検出結果が入力されている。制御部７は、水位センサ６の検出結果に基づいて、ポンプ機構２の電動ポンプ４及び還流機構５の開閉弁５１ａを制御する。詳しくは、制御部７は、水位センサ６によって検出されたドレン水位が所定の水位閾値以下の場合に、ポンプ機構２から圧送されるドレンを還流機構５によって還流させると共にドレン水位が水位閾値より大きい場合に比べて電動ポンプ４を低速で運転させる。所定の水位閾値は、エゼクタ３が適切に機能するのに必要な水頭（水頭圧）に相当する水位（以下、「必要水位」という）よりも所定量だけ高い水位に設定されている。ドレン水位が必要水位よりも高い場合には、エゼクタ３が適切に機能し、その結果、適切に加圧されたドレンを電動ポンプ４に送り込むことができ、キャビテーションの発生を防止することができる。この例では、水位閾値は、必要水位よりも所定量だけ余裕を持った水位に設定されている。このように、ドレン水位が水位閾値以下か否かを判定することは、実質的に、ポンプ機構２へのドレンの流入水頭が所定の水頭閾値以下か否かを判定することに等しい。

以下、図２，３を参照しながら、制御部７によるドレン供給制御をさらに詳しく説明する。図２は、ドレン供給制御のフローチャートであり、図３は、ドレン供給制御のタイミングチャートである。図３では、上から順に、ドレンタンク１の水位、開閉弁５１ａの動作、タイマの動作、電動ポンプ４の回転速度、ポンプ機構２から圧送されるドレンのうちボイラ９に供給されるドレンの比率を表している。

制御部７は、ステップＳ１において、水位センサ６の検出結果を取得し、ドレン水位が水位閾値以下か否かを判定する。

ドレン水位が水位閾値よりも大きい場合には、制御部７は、ステップＳ２において、開閉弁５１ａを全閉とすると共に電動ポンプ４のモータの回転速度を所定の第１回転速度に調節する。第１回転速度は、比較的高い回転速度である。その後、制御部７は、ステップＳ１に戻り、ステップＳ１，２の処理を繰り返す。

つまり、制御部７は、ドレン水位が水位閾値以下となるか否かを監視している。制御部７は、ドレン水位が水位閾値よりも大きい間は、還流管５１を遮断し且つ電動ポンプ４を高速運転させる。例えば、図３における時間ｔ０から時間ｔ１までの間が、ドレン水位が水位閾値よりも大きい状態である。これにより、電動ポンプ４から流出するドレンの流量が比較的大きくなり、ひいては、ポンプ機構２から第２流出管１５に圧送されるドレンの流量が大きくなる。還流管５１は開閉弁５１ａによって遮断されているので、第２流出管１５を流通するドレンの全量がボイラ９に供給される。

このように、ドレン水位が水位閾値よりも大きい場合にはドレンタンク１のドレン量が十分にあるので、ポンプ機構２は、ドレンタンク１から吸引するドレン量を比較的大きくし、その全量をボイラ９に供給する。供給管１１を介してドレンタンク１に流入するドレン量よりもポンプ機構２によってドレンタンク１から吸引されるドレン量の方が多い場合には、ドレンタンク１のドレン水位はしだいに低下していく。

ドレン水位が水位閾値以下の場合には、制御部７は、ステップＳ１からステップＳ３へ進む。制御部７は、ステップＳ３において、開閉弁５１ａを全開とすると共に電動ポンプ４のモータの回転速度を所定の第２回転速度に調節する。第２回転速度は、第１回転速度よりも低い回転速度であって、ポンプ機構２の運転を維持できる範囲で低い値である。この例では、ポンプ機構２がエゼクタ３を含んでおり、エゼクタ３が適切に機能するドレン流量の範囲がエゼクタ３の設計に基づいて決まっている。第２回転速度は、エゼクタ３が適切に機能する範囲で比較的少ないドレン流量に対応する回転速度である。

例えば、図３では、時間ｔ１においてドレン水位が水位閾値以下となる。制御部７は、水位センサ６の検出結果を受けて、開閉弁５１ａを全開にすると共に電動ポンプ４の回転速度を第２回転速度に低減する。これにより、還流機構５によるドレンの還流が開始される。つまり、ポンプ機構２から圧送されるドレンの少なくとも一部がポンプ機構２の上流側、具体的には、第１流入管１２に還流する。これにより、ポンプ機構２が運転を継続しても、ドレン水位の低下が抑制される。ドレン水位が維持されることによって、エゼクタ３に吸引されるドレンの水頭圧が確保され、エゼクタ３が適切に機能する。電動ポンプ４には、適切に加圧されたドレンが送り込まれ、キャビテーションの発生が防止される。その結果、ポンプ機構２の運転を継続することができ、ひいては、電動ポンプ４の発停回数を低減することができる。

尚、このときに第２流出管１５を流通するドレンのうち還流管５１へ流入するドレンの比率は、ニードル弁５１ｂによって調節される。ニードル弁５１ｂの開度が大きくなると、第２流出管１５から還流管５１へ流入するドレンが増加し、ボイラ９へ供給されるドレンが減少する。一方、ニードル弁５１ｂの開度が小さくなると、第２流出管１５から還流管５１へ流入するドレンが減少し、ボイラ９へ供給されるドレンが増加する。図３の例では、ニードル弁５１ｂの開度は、第２流出管１５を流通するドレンの全量が還流管５１へ流入するように調整されている。つまり、ポンプ機構２からボイラ９へ供給されるドレンは零になる。

それに加えて、電動ポンプ４が低速運転に切り替えられるので、電動ポンプ４の消費電力が低減される。つまり、ドレン水位が水位閾値以下の場合には、ボイラ９へのドレン供給よりも、電動ポンプ４の運転維持が優先される。この場合、電動ポンプ４の運転、ひいては、ポンプ機構２の運転を維持できればよいので、電動ポンプ４の回転速度がポンプ機構２の運転を維持できる範囲で低い値に低減される。

制御部７は、開閉弁５１を全開にして且つ電動ポンプ４の回転速度を第２回転速度に調整した後は、ドレン水位の回復を監視する。具体的には、制御部７は、ステップＳ４において、水位センサ６の検出結果を取得し、ドレン水位が水位閾値より大きいか否かを判定する。ドレン水位が水位閾値より大きくなるまで、制御部７は、ステップＳ４を繰り返す。ドレン水位が水位閾値よりも大きくなると、制御部７は、ステップＳ５において、所定の待機時間だけ待機する。

図３の例では、時間ｔ２においてドレン水位が水位閾値よりも大きくなる。制御部７は、水位センサ６の検出結果を受けて、タイマに待機時間の計時を開始させる。制御部７は、開閉弁５１ａの全開状態及び電動ポンプ４の低速運転を、ドレン水位が水位閾値よりも大きくなってから待機時間が経過するまで継続させる。これにより、ドレン水位は、水位閾値を大きく超えて回復する。

待機時間が経過すると、制御部７は、ステップＳ５からステップＳ２へ進み、開閉弁５１ａを全閉とすると共に電動ポンプ４のモータの回転速度を第１回転速度に上昇させる。つまり、制御部７は、ドレンの還流を停止すると共に電動ポンプ４の運転を高速運転に切り替える。

図３の例では、時間ｔ３において待機時間が経過すると、開閉弁５１ａが全閉となると共に、電動ポンプ４の回転速度が第１回転速度に上昇する。これにより、ポンプ機構２から圧送されるドレンの全量がボイラ９へ供給されるようになる。

このように、制御部７は、ドレン水位に応じて、ドレンの還流の実行及び停止を切り替えることによって、エゼクタ３へのドレンの流入水頭が不足することを防止し、ポンプ機構２（より詳しくは、電動ポンプ４）の発停回数を低減することができる。

以上のように、液体供給システム１００は、ドレン（液体）を貯留するドレンタンク１（貯留部）と、ドレンタンク１よりも低い位置に配置され、ドレンタンク１のドレンを圧送するポンプ機構２と、ポンプ機構２から圧送されるドレンをポンプ機構２の上流側に還流させる還流機構５と、還流機構５を制御する制御部７とを備え、制御部７は、ドレンタンク１からポンプ機構２へ流入するドレンの流入水頭が所定の水頭閾値以下である場合に、ポンプ機構２から圧送されるドレンを還流機構５によって還流させる。

この構成によれば、ドレンタンク１のドレンが減少して、ポンプ機構２へのドレンの流入水頭が低下した場合に、ポンプ機構２から圧送されるドレンがポンプ機構２の上流側に戻される。これにより、ドレンの水頭の減少が抑制される。その結果、ポンプ機構２でのキャビテーションの発生を抑制することができ、ひいては、ポンプ機構２の停止を回避することができ、ポンプ機構２の運転を継続することができる。ポンプ機構２の発停回数が低減されるので、ポンプ機構２の寿命を延ばすことができる。

また、液体供給システム１００は、ドレンタンク１のドレン水位を検出する水位センサ６をさらに備える。ドレン水位は、ドレンタンク１からポンプ機構２へ流入するドレンの流入水頭と相関があるので、水位センサ６は、実質的には、ドレンタンク１からポンプ機構２へ流入するドレンの流入水頭を検出する検出部に相当する。

この構成によれば、制御部７は、水位センサ６の検出結果に基づいて、ドレンタンク１からポンプ機構２へ流入するドレンの流入水頭が前記水頭閾値以下であるか否かを判定することができる。

また、ポンプ機構２は、電動ポンプ４を有しており、制御部７は、水位センサ６によって検出された水位が水位閾値以下である場合に、水位が水位閾値より大きい場合に比べて、電動ポンプ４を低速で運転させる。

この構成によれば、ポンプ機構２からのドレンを還流させる場合には、電動ポンプ４が低速で運転される。これにより、電動ポンプ４の消費電力を低減することができる。

さらに、ポンプ機構２は、ドレンタンク１のドレンを加圧して、電動ポンプ４に送り込むエゼクタ３をさらに有している。

この構成によれば、エゼクタ３によって加圧されたドレンが電動ポンプ４に押し込まれる。そのため、ポンプ機構２へのドレンの流入水頭が低くても、キャビテーションを発生させずに電動ポンプ４を運転することができる。つまり、例えば電動ポンプだけでドレンタンク１のドレンを圧送する場合と比較して、ドレンの還流を実行する判定基準となる水位閾値を低く設定することができる。

具体的には、還流機構５は、ドレンタンク１からポンプ機構２へ流入するドレンが流通する第１流入管１２（流入管）とポンプ機構２から圧送されるドレンが流通する第２流出管１５（流出管）とを接続する還流管５１と、還流管５１に設けられた開閉弁５１ａとを有し、制御部７は、ポンプ機構２から圧送されるドレンをポンプ機構２の上流側に還流させるか否かを、開閉弁５１ｂの開閉によって制御する。

この構成によれば、開閉弁５１ｂが開弁されることによって、ポンプ機構２から圧送されるドレンが第２流出管１５から第１流入管１２へ還流させられる。第１流入管１２へ還流させられたドレンは、再びポンプ機構２に吸引されて圧送される。

《その他の実施形態》
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、前記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、前記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

例えば、液体供給システム１００が供給する液体は、ドレンに限られない。また、液体供給システム１００は、ドレンをボイラ９に供給しているが、ドレンの供給先は、ボイラ９に限定されない。

ポンプ機構２は、エゼクタ３と電動ポンプ４とを有しているが、これに限定されない。ポンプ機構２は、流入水頭が低下すると、作動を停止しなければならないものであればよい。例えば、ポンプ機構２は、エゼクタ３を有さず、単に電動ポンプ４を有する構成であってもよい。電動ポンプは、通常、必要流入水頭が設定されているので、ドレンタンク１の水頭に応じて、電動ポンプから圧送されるドレンの還流を制御することによって、電動ポンプの発停回数を低減することができる。

液体供給システム１００は、貯留部からポンプ機構へ流入する液体の流入水頭を検出する検出部として水位センサ６を採用しているが、これに限られるものではない。ポンプ機構への流入水頭を検出できる限り、任意の検出部を採用することができる。

以上説明したように、ここに開示された技術は、液体供給システムについて有用である。

１００ 液体供給システム
１ ドレンタンク（貯留部）
１２ 第１流入管（流入管）
１５ 第２流出管（流出管）
２ ポンプ機構
３ エゼクタ
４ 電動ポンプ
５ 還流機構
５１ 還流管
５１ａ 開閉弁
６ 水位センサ（検出部）
７ 制御部

Claims (5)

1. 液体を貯留する貯留部と、
   前記貯留部よりも低い位置に配置され、前記貯留部の液体を圧送するポンプ機構と、
   前記ポンプ機構から圧送される液体を前記ポンプ機構の上流側に還流させる還流機構と、
   前記還流機構を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記貯留部から前記ポンプ機構へ流入する液体の流入水頭が所定の水頭閾値以下である場合に、前記ポンプ機構から圧送される液体を前記還流機構によって還流させる液体供給システム。
2. 請求項１に記載の液体供給システムにおいて、
   前記貯留部から前記ポンプ機構へ流入する液体の流入水頭を検出する検出部をさらに備える液体供給システム。
3. 請求項１又は２に記載の液体供給システムにおいて、
   前記ポンプ機構は、電動ポンプを有しており、
   前記制御部は、前記流入水頭が前記水頭閾値以下である場合に、前記流入水頭が前記水頭閾値より大きい場合に比べて、前記電動ポンプを低速で運転させる液体供給システム。
4. 請求項３に記載の液体供給システムにおいて、
   前記ポンプ機構は、前記貯留部の液体を加圧して、前記電動ポンプに送り込むエゼクタをさらに有している液体供給システム。
5. 請求項１乃至４の何れか１つに記載の液体供給システムにおいて、
   前記還流機構は、前記貯留部から前記ポンプ機構へ流入する液体が流通する流入管と前記ポンプ機構から圧送される液体が流通する流出管とを接続する還流管と、前記還流管に設けられた開閉弁とを有し、
   前記制御部は、前記ポンプ機構から圧送される液体を前記ポンプ機構の上流側に還流させるか否かを、前記開閉弁の開閉によって制御する液体供給システム。

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