JP2811662B2 - アルカリ金属エンジン制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は水中航走体に適用されるアルカリ金属エンジ
ン制御装置に関する。

〔従来の技術〕

水中航走体に適用されるリチウムエンジンシステム
は、第４図に示すようにランキンサイクルを形成する燃
焼器５、タービン６、復水器７、給水ポンプ８などから
基本的に構成されており、燃焼器５で発生した蒸気をタ
ービン６へ導くことにより動力を得ている。

従来の装置においては、この系の制御パラメータは温
度センサ２と回転数検知器13によりそれぞれ検出される
蒸気温度とタービン回転数であり、第５図に示すように
それぞれ制御装置14を介して独立に制御する方式を採っ
ていた。すなわち、蒸気温度は燃焼器５へ吹込む酸化剤
流量を酸化剤タンク10に接続された酸化剤制御弁11の操
作により、またタービン回転数は、燃焼器５へ送り込む
給水流量を給水ポンプ８に並列に接続された水制御弁９
の操作により制御していた。

上記給水ポンプ８、水制御弁９及びタービン６にそれ
ぞれ流れる給水ポンプ流量G_P、水制御弁流量G_R及び蒸気
流量G_Sの間には次式により示す関係がある。

G_S＝G_P−G_R ただし Ｏ≦G_R≦G_P そのため、出力を変化させる場合には、水制御弁９を
開閉しその流量を調整することにより、第６図に示すよ
うにタービン回転数を変化させ出力を調整することがで
きる。即ち高出力から低出力へ変速させるためには、水
制御弁流量を増せば蒸気流量が減りタービン回転数は下
がり、一方、低出力から高出力にするためには、水制御
弁流量を減せば蒸気流量が増えタービン回転数が増す。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の装置においては、蒸気温度とタービン回転数を
独立に制御していたため、第７図に示すように蒸気が安
定しタービン出力が一定となるまでに要する時間が長か
ったり、また、外乱（例えば、燃焼器内伝熱状態の変化
や熱容量の変化等）に対して不安定になり易かった。そ
のため、水中航走体の変速は必ずしも満足できるレベル
ではなかった。

また、変速制御時、給水量の変動に対して温度が追従
できず蒸気温度がオーバーシュートし易く、温度上昇が
著しいためエンジンシステムを破壊する恐れがあった。

本発明は上記の課題を解決しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のアルカリ金属エンジン制御装置は、燃焼器，
タービン，復水器，および給水ポンプが順次接続されて
ランキンサイクルを形成するアルカリ金属エンジンにお
いて、上記タービンの蒸気入口側に設けられた圧力セン
サと温度センサ、同圧力センサと温度センサよりそれぞ
れ圧力信号と温度信号を入力し蒸気流量信号を出力する
演算装置、同演算装置より蒸気流量信号を入力して上記
給水ポンプに並列接続された水制御弁へ制御信号を出力
し上記温度センサより温度信号を入力して上記燃焼器に
接続された酸化剤制御弁へ制御信号を出力する制御装置
を備えたことを特徴としている。

〔作用〕

上記において、温度センサ及び圧力センサよりそれぞ
れタービン入口の蒸気の温度信号及び圧力信号を入力し
た演算装置は蒸気流量を算出し、同演算装置より蒸気流
量信号を入力した制御装置が水制御弁を開閉して給水制
御を行い、蒸気圧力を常に設定値の合致させ、上記蒸気
流量を設定流量とする。上記給水制御に対する蒸気圧力
の追従性は非常によく、上記給水制御により安定した蒸
気流量制御を比較的容易に行うことができる。

上記給水が供給される燃焼器内における伝熱状態は、
その内部挙動や熱容量の影響を受け易い。

そのため、本発明においては、上記給水制御により常
に設定量の給水を行い蒸気流量を安定させ、伝熱量が変
動した場合に、上記温度センサより入力された温度信号
により上記制御装置が制御信号を出力し、酸化剤制御弁
が調節されて伝熱量を調整し、出力を安定させる。

上記により、タービン入口蒸気の温度と圧力より蒸気
流量を演算して給水を制御し、蒸気温度により酸化剤の
供給を制御しているため、一定出力運転時において外乱
に対応することができると共に、変速制御時においては
変速指令に迅速に応答する安定な制御が可能となった。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図及び第２図に示す。

第１図及び第２図に示す本実施例は、燃焼器５の蒸発
管、タービン６、復水器７及び給水ポンプ８が順次配管
により接続されてランキンサイクルを形成し、上記燃焼
器５に酸化剤制御弁11を介して酸化剤タンク10が接続さ
れ、上記給水ポンプ８に水制御弁９が並列に接続された
リチウムエンジンにおいて、上記タービン６の蒸気入口
側に設けられた圧力センサ１と温度センサ２、同圧セン
サ１と温度センサ２よりそれぞれ蒸気圧力信号と蒸気温
度信号を入力し蒸気流量信号を出力する演算装置３、お
よび同演算装置３より蒸気流量信号を入力して上記水制
御弁９へ制御信号を出力し上記温度センサ２より蒸気温
度信号を入力して上記酸化剤制御弁11へ制御信号を出力
する制御装置４を備えている。

上記において、温度センサ２及び圧力センサ１よりそ
れぞれタービン入口の蒸気温度信号及び蒸気圧力信号を
入力した演算装置３は、次式により蒸気流量Ｇを算出す
る。

こゝに T;タービン入口絶対温度 P;タービン入口絶対圧力 上記演算装置３より蒸気流量信号を入力した制御装置
４は、上記蒸気流量Ｇと設定流量との間に偏差を生じな
いように水制御弁９を開閉して給水制御を行い、蒸気圧
力を常に設定値と合致させる。

また、蒸気温度については、従来と同様に上記温度セ
ンサ２より蒸気温度信号を入力した上記制御装置４が制
御信号を出力し、酸化剤制御弁11を開閉してアルカリ金
属であるリチウムを燃焼させるための酸化剤（例えば六
弗化硫黄）の流量を制御し、蒸気温度を設定値に保つ。

上記水制御弁９による給水制御に対して蒸気圧力の追
従性は非常によく、上記給水制御により安定した蒸気流
量制御を比較的容易に行うことができる。

一方、燃焼器５内における伝熱状態は、その内部挙動
や熱容量の影響を受け易い。

そのため、本実施例においては、上記給水制御により
常に設定流量の給水を行い、蒸気流量を安定させ、伝熱
量が変動し、蒸気温度が変動したときにのみ酸化剤制御
弁11が調節されて伝熱量の調整を行い、出力を安定させ
ている。

上記により、第３図に示すように蒸気流量は安定し、
蒸気温度の変化も減少し、一定出力運転時には外乱に対
して適切に対応すると共に、変速制御時においては、変
速指令に迅速に応答する安定な制御が可能となった。

〔発明の効果〕

本発明のアルカリ金属エンジン制御装置は、燃焼器，
タービン，復水器及び給水ポンプが順次接続されてラン
キンサイクルを形成するアルカリ金属エンジンにおい
て、タービン入口蒸気の温度信号と圧力信号を入力して
蒸気流量信号を出力する演算装置、および同演算装置よ
り蒸気流量信号を入力して上記給水ポンプに並列接続さ
れた水制御弁を制御し上記温度信号を入力して上記燃焼
器に接続された酸化剤制御弁を制御する制御装置を備え
たことによって、タービン入口蒸気の温度と圧力より蒸
気流量を演算して給水を制御し、蒸気温度により酸化剤
の供給を制御しているため、一定出力運転時において外
乱に対応することができると共に、変速制御時において
は変速指令に迅速に応答する安定な制御が可能となっ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の説明図、第２図は上記一実
施例が適用されるエンジンシステムの説明図、第３図は
上記一実施例による制御結果の説明図、第４図は従来の
装置が適用されるエンジンシステムの説明図、第５図は
従来の装置の説明図、第６図は従来の装置の作用説明
図、第７図は従来の装置による制御結果の説明図であ
る。 １……圧力センサ、２……温度センサ、 ３……演算装置、４……制御装置、 ５……燃焼器、６……タービン、７……復水器、 ８……供給ポンプ、９……水制御弁、 10……酸化剤タンク、11……酸化剤制御弁、 12……プロペラ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−228300（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−46597（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F42B 19/12 - 19/20 F01K 15/02 - 15/04,27/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃焼器，タービン，復水器，および給水ポ
   ンプが順次接続されてランキンサイクルを形成するアル
   カリ金属エンジンにおいて、上記タービンの蒸気入口側
   に設けられた圧力センサと温度センサ、同圧力センサと
   温度センサよりそれぞれ圧力信号と温度信号を入力し蒸
   気流量信号を出力する演算装置、同演算装置より蒸気流
   量信号を入力して上記給水ポンプに並列接続された水制
   御弁へ制御信号を出力し上記温度センサより温度信号を
   入力して上記燃焼器に接続された酸化剤制御弁へ制御信
   号を出力する制御装置を備えたことを特徴とするアルカ
   リ金属エンジン制御装置。