JP2873640B2 - 蒸気の質制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は各種工場や生産プラント
で用いられる蒸気使用装置に供給される蒸気の湿り度ま
たは乾き度を制御する蒸気の質制御装置に関する。

【０００２】蒸気は工場やプラントで生産用の熱源や駆
動源として多用されている。蒸気は通常ボイラ―で発生
させてそれぞれの蒸気使用装置に管を介して送られる。
蒸気使用装置における使用蒸気圧力は様々であり、ボイ
ラ―ではその最も高い圧力の蒸気を発生させ、それぞれ
の使用箇所で減圧して所望の圧力すなわち温度の蒸気と
して用いられている。蒸気は通常減圧することにより、
放熱が比較的少ない場合に圧力は下がっても温度があま
り下がらないいわゆる過熱蒸気となる。過熱蒸気はその
圧力における蒸気の飽和温度より高い温度の蒸気である
ために、耐熱性や温度の制御性等を考慮して飽和温度の
蒸気となるように減温される。

【０００３】

【従来技術】従来の減温装置として例えば特公昭５４−
１４６８２号公報に示されたものがある。これは、蒸気
の流量を制御する制御弁と、蒸気中に冷却水を注入する
デ・ス―パヒ―タとで構成され、蒸気流量が低流量から
全流量まで変化しても、振動や騒音を発生することな
く、効果的に蒸気を減圧減温するものである。

【０００４】

【本発明が解決しようとする課題】上記従来の減温装置
では、蒸気を効率良く減圧減温することはできるが、蒸
気の湿り度または乾き度を所望値に維持することができ
ない問題があった。すなわち、デ・ス―パヒ―タにより
冷却水を注入して蒸気を減温することはできるが、減温
した蒸気の湿り度や乾き度を検出することも、また湿り
度や乾き度を調節することもできないのである。蒸気の
湿り度とは、湿り飽和蒸気１キログラム中に含まれる液
体の質量であり、湿り度が高いと蒸気中に含まれる水滴
の量が多くなる。蒸気中に水滴が含まれると、被加熱物
を均一に加熱することができなくなったり、食品や薬品
等の場合には水損傷を起こしたり、蒸気使用装置に錆や
腐食を生じたり、さらに液体量が増えるとウォ―タハン
マ現象を起こして装置を損傷することがある。また反対
に、一部の繊維や化学製品の加熱の場合には、湿り度が
低くなり過ぎると、すなわち乾き度が高くなり過ぎる
と、対象製品にこげ等の熱損傷を生じる場合があり、蒸
気の湿り度は厳重に制御されなければならない。

【０００５】従って本発明の技術的課題は、蒸気の湿り
度または乾き度を精度良く調節することにより、蒸気の
質を制御できるようにすることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の蒸気の質制御装
置の構成は次の通りである。 蒸気使用装置に供給され
る蒸気の圧力または温度を検出して、該蒸気の圧力また
は温度を制御するものにおいて、供給される蒸気の湿り
度または乾き度を検出する湿り度検出手段を配置し、該
湿り度検出手段からの検出信号と、コントローラの設定
部で設定した蒸気使用装置が必要とする所望の湿り度ま
たは乾き度の設定値とを比較し、上記検出信号と設定値
の偏差を零にするように、上記湿り度検出手段の一次側
に設けた蒸気の圧力を調節する弁または蒸気中に冷却水
を注入する弁及び蒸気と熱交換して蒸気を加熱する加熱
器を駆動する駆動信号を演算し発する演算部及び発信部
を上記コントローラに設けて、蒸気使用装置に供給され
る蒸気の湿り度または乾き度を所望値に維持するもので
ある。

【０００７】

【作用】蒸気使用装置の入口側に湿り度検出手段を配置
したことにより、蒸気使用装置に供給される蒸気の湿り
度または乾き度を検出することができる。湿り度検出手
段で検出した蒸気の湿り度または乾き度の信号は、コン
トロ―ラに入力される。コントロ―ラで検出した湿り度
または乾き度と所望の湿り度または乾き度が比較され、
両者の偏差が零となるように、湿り度検出手段の一次側
に設けられた、蒸気減圧弁や冷却水注入弁や蒸気熱交換
器等を駆動する駆動信号が発せられ、蒸気使用装置に供
給される蒸気の湿り度または乾き度が制御される。

【０００８】ボイラ―から送気される高圧蒸気は通常１
００パ―セントの乾き蒸気ではなく、いくらかの、一般
的には数パ―セントの、湿り度を有している。蒸気を弁
等の絞り部を通過させることにより蒸気は減圧される。
減圧が等温変化として行なわれると、減圧前の蒸気に含
まれていた数パ―セントの水滴は減圧度合に応じて再蒸
発することにより、蒸気の湿り度は低下し、乾き度は上
昇する。また、過熱蒸気中に冷却水を注入することによ
り過熱度は低減され、乾き飽和蒸気に冷却水を注入する
ことにより湿り度が上昇する。また、湿り飽和蒸気を加
熱することにより湿り度は低下し乾き度は上昇すると共
に、乾き飽和蒸気を加熱することにより過熱度が上昇す
る。このように、蒸気を減圧したり、冷却水を注入した
り、熱交換することにより、蒸気の湿り度または乾き
度、さらには過熱度をも調節することができる。

【０００９】

【実施例】図示の実施例を詳細に説明する。 第１実施例（図１乃至図４参照）。 蒸気使用装置１と、装置１の入口側に配置した湿り度検
出手段２と、コントロ―ラ３と、コントロ―ラ３からの
信号により駆動する冷却水注入弁４と圧力調節弁５と、
ボイラ―６からの蒸気を再度加熱する加熱器７とで蒸気
の質制御装置を形成する。ボイラ―６には、燃料を供給
するボイラ―燃料供給弁８と給水を行う給水弁９を接続
する。蒸気使用装置１の入口直近には自動開閉弁１０を
取り付ける。参照番号１１は蒸気の圧力や温度等を検出
する検出器、参照番号１２は蒸気使用装置１でドレン化
した復水を排出するスチ―ムトラップである。

【００１０】湿り度検出手段２の具体的な構成を図２か
ら図４に示す。図２は蒸気の等エンタルピ変化を利用し
た所謂絞り式の蒸気湿り度検出装置である。測定対象の
蒸気管２０に導入通路２１を介して順次減圧弁２２と受
熱または放熱手段２３と測定部２４と抽気ポンプ２５を
接続し、測定部２４に温度センサ―２６を取り付け、受
熱または放熱手段２３に受熱・放熱量を演算表示する熱
量表示部２７を取り付け、蒸気管２０に圧力センサ―２
８を取り付けたものである。測定対象の湿り蒸気を減圧
弁２２で絞り、測定部２４において過熱蒸気化して、各
温度と圧力、およびモリエ―ル線図または飽和蒸気表や
過熱蒸気表を用いて蒸気の湿り度を算出するものであ
る。抽気ポンプ２５で測定部２４を低圧状態にし、比較
的湿り度の高い蒸気でも過熱蒸気化できるようにして、
湿り度を算出することができるようにしたものである。
また、受熱・放熱手段２３により、さらに湿り度の高い
蒸気でも所定の熱量を供給することにより飽和蒸気化す
ることができ、湿り度を測定することができるものであ
り、同様に所定の熱量を消費することにより飽和液化す
ることができ湿り度を測定することができるようにした
ものである。

【００１１】図３および図４は焦電素子を用いて、所定
波長の赤外線が水滴に吸収されることを利用した蒸気の
湿り度検出手段２を示したものである。図３において、
蒸気管２０に管内の赤外線を受光する光ファイバ―３０
を取り付け、光ファイバ―３０の他端を湿り度計測部３
１に接続したものである。湿り度計測部３１には、焦電
素子３２と、モ―タ３３により回転される回転板３４を
設ける。回転板３４は光ファイバ―３０の他端と焦電素
子３２とを結ぶ軸線上に配置し、この軸線と直行する面
で回転する回転面を有し、この回転面に図４に示すよう
な、それぞれ等間隔に且つ異なる個数で設けた貫通孔３
５ならびに水滴に吸収される波長、例えば１．９マイク
ロメ―トルの近赤外線のみを通すフィルタレンズ３６を
配置する。図３における焦電素子３２に順次、増幅回路
３７、フィルタ回路３８、整流回路３９、Ａ／Ｄ変換器
４０、ＣＰＵ４１、湿り度表示部４２を接続する。

【００１２】この湿り度検出手段２は、熱量を有する全
てのものは赤外線を発していること、また略１．９マイ
クロメ―トルの波長の赤外線が水滴に非常に良く吸収さ
れることを利用したものであり、蒸気管２０中の水滴の
量により吸収される赤外線の量が変化することによっ
て、湿り度を測定するものである。

【００１３】上記に示した図２から図４までの湿り度検
出手段以外の検出手段としては、例えば、細径の電極を
対向して複数組配置し、水滴があれば電極が導通し、蒸
気であれば導通しないようにすることにより、おおよそ
の湿り度を検出することもできる。

【００１４】図１における冷却水注入弁４は、圧力調節
弁５の下端部に連通して調節弁５内で蒸気中に冷却水を
注入できるようにする。加熱器７は、ボイラ―６の燃焼
排ガスにより蒸気を加熱するもので、図示しないが蒸気
と熱交換する排ガス量を調節することにより、所定の熱
量を蒸気に供給することができるものである。コントロ
―ラ３内には同じく図示はしないが、所望の蒸気の湿り
度または乾き度を設定するための設定部、設定部からの
設定値と湿り度検出手段２からの検出値とを比較する比
較部、比較の結果両者の偏差を零にするために必要なそ
れぞれの弁の開度あるいは加熱部７での必要な排ガス量
等を演算する演算部、演算の結果をそれぞれのアクチュ
エ―タ部に発信する発信部、および、上記検出結果や比
較結果や演算結果等を表示する表示部を設ける。

【００１５】次に作用を説明する。蒸気使用装置１に供
給される蒸気は湿り度検出手段２によりその湿り度また
は乾き度が検出される。コントロ―ラ３内に設定された
蒸気使用装置１が必要とする湿り度と、上記検出値とが
異なればその差異分を無くすように、冷却水注入弁４や
圧力調節弁５や加熱器７、あるいは、燃料供給弁８や給
水弁９や自動開閉弁１０等が駆動され、蒸気使用装置１
に供給される蒸気の湿り度が所望値に維持される。

【００１６】圧力や温度の検出器１１での検出値を基
に、上記それぞれの弁や加熱器を制御することにより、
供給蒸気の湿り度のみならず過熱度をも制御することが
できる。

【００１７】第２実施例（図５及び図６参照）。 本実施例は、湿り度検出手段２として第１実施例におい
て説明した絞り式湿り度検出手段を用い、第１実施例に
おける加熱器７に代えて加熱と冷却水の注入を同時に行
うことのできる加熱冷却器５０を用いた例を示す。蒸気
管５１に、駆動部としてのモ―タ５２とスチ―ムトラッ
プ５３を組合せた自動設定減圧弁５４を配置し、二次側
に加熱冷却器５０と圧力・温度の検出器１１と湿り度検
出手段２と蒸気使用装置１とを連設する。

【００１８】加熱冷却器５０は図６に示す通り、ケ―シ
ング５５で入口５６と気液分離部５７と出口５８を形成
する。気液分離部５７は、二重の円筒部材５９，６０を
配置し、円筒部材５９，６０で形成される環状空間６１
をスクリ―ン６２を介して入口５６と連通する。環状空
間６１に入口５６からの流体を旋回する旋回羽根６３を
設けると共に、内側の円筒部材６０の下端をすそ広がり
の形状にして水切り部６５とする。内側の円筒部材６０
の内部に加熱器としてのコイル状パイプ６６を取り付け
る。パイプ６６の上端に熱媒の供給口６７を設けて、熱
媒供給管６８と接続する。パイプ６６の下端に同じく熱
媒の排出口６９を設けて排出管７０と接続する。パイプ
６６は径が順次異なるコイル状にし、出口５８に至る蒸
気がパイプ６６とより接触しやすくする。

【００１９】入口５６と旋回羽根６３の間に冷却水注入
ノズル７１を取り付けて、冷却水注入弁４を介して冷却
水管７２と接続する。本実施例においては注入ノズル７
１を１個設けたものを示したが複数設けることもでき
る。また、注入ノズル７１は冷却水を噴霧状態で注入で
きるノズル形状とすることが望ましい。

【００２０】水切り部６５の下方に液溜め室７３を連通
し、内部にのフロ―ト弁７４を自由状態で配置する。フ
ロ―ト弁７４の下部に弁口７５を貫通した弁座部材７６
を取り付ける。弁口７５は液体排出孔７７により系外と
連通する。フロ―ト弁７４の外周に、フロ―ト弁７４の
動揺を防止するためのフロ―トカバ―７８を設け、フロ
―トカバ―７８上部には貫通孔７９を設ける。

【００２１】湿り度検出手段２の入口側には、図２にお
ける減圧弁２２に相当するモ―タ８０を設けた自動設定
減圧弁８１を設け、出口側は自動三方弁８２を介して抽
気ポンプとしてのエゼクタ式組み合せポンプ８３を連通
する。組み合せポンプ８３は、エゼクタ８４とタンク８
５と渦巻きポンプ８６とで構成し、渦巻きポンプ８６に
よりタンク８５内の循環水がエゼクタ８４を通過して吸
引作用を生じることにより、湿り度検出手段２内を所定
の低圧に維持するものである。タンク８５にはタンク水
冷却弁８７を取り付けて冷却水を供給する。また、渦巻
きポンプ８６とエゼクタ８４の間には余剰水排出弁８８
を取り付ける。

【００２２】蒸気使用装置１の出口側にはスチ―ムトラ
ップ１２と自動三方弁９０を取り付ける。自動三方弁９
０の１つの出口を管９１を介して組み合せポンプ８３の
エゼクタ８４部と連通する。自動三方弁９０を操作する
ことにより、スチ―ムトラップ１２から排出される復水
を系外に排出したり、組み合せポンプ８３で吸引するこ
とにより蒸気使用装置１内を大気圧以下をも含む低圧状
態に維持することができる。

【００２３】次に作用を説明する。蒸気使用装置１に供
給される蒸気は、湿り度検出手段２により湿り度が検出
され、図示しないコントロ―ラ部で設定湿り度と比較さ
れ演算され、それぞれの弁や加熱冷却器５０が操作さ
れ、所望の湿り度に制御される。加熱冷却器５０におい
ては、入口５６から流入してきた蒸気は冷却水注入ノズ
ル７１からの冷却水と混合し、スクリ―ン６２を通過し
て気液分離部５７に至る。環状空間６１の旋回羽根６３
により、蒸気と冷却水の混合流体は旋回され、質量の大
きな冷却水は遠心力により外側に振り出され、質量の小
さな蒸気は環状空間６１の内側を旋回することにより気
液が分離される。液体を分離された蒸気は、水切り部６
５の下端から内側の円筒部材６０の内周に至る。加熱器
としてのパイプ６６内に所定の熱媒を流下することによ
り、蒸気を所望の温度に調節することができる。温度調
節された蒸気は出口５８から圧力・温度検出器１１に流
下する。

【００２４】加熱冷却器５０内で外側に振り出された液
体はケ―シング内壁を伝って液溜め室７３内に流下して
溜る。所定量の液体が溜るとフロ―ト弁７４が浮力によ
り浮上して弁口７５を開口することにより液体は系外に
排除される。

【００２５】本実施例においては、蒸気を減温して湿り
度を高めるために冷却水を注入し、蒸気を加熱して乾き
度を高めるために間接の熱交換器を用いた例を示した
が、いずれの場合においても直接あるいは間接の熱交換
により蒸気の質を制御することができる。また、本実施
例においては、蒸気の圧力は減圧する例のみを示した
が、コンプレッサ―等を用いることにより増圧して、湿
り度を高めたり、乾き度を低めたりすることもできる。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、蒸気使用装置に供給さ
れる蒸気の湿り度を検出し、所望の湿り度または乾き度
となるように、蒸気を減圧したり冷却水を注入したり熱
交換することにより、供給蒸気の湿り度を精度良く調節
することができ、被加熱物の不均一な加熱や、錆や腐食
の発生や、生産物や蒸気使用装置の損傷等を防止するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の蒸気の質制御装置の実施例の構成図で
ある。

【図２】本発明の蒸気の質制御装置に用いる湿り度検出
手段を示す構成図である。

【図３】本発明の蒸気の質制御装置に用いる他の湿り度
検出手段を示す構成図である。

【図４】図３における湿り度検出手段の回転板の側面図
である。

【図５】本発明の蒸気の質制御装置の他の実施例を示す
構成図である。

【図６】図５における加熱冷却器の断面図である。

【符号の説明】

１ 蒸気使用装置 ２ 湿り度検出手段 ３ コントロ―ラ ４ 冷却水注入弁 ５ 圧力調節弁 ６ ボイラ― ７ 加熱器 ５０ 加熱冷却器 ５４ 自動設定減圧弁 ８２ 自動三方弁 ８４ エゼクタ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蒸気使用装置に供給される蒸気の圧力ま
   たは温度を検出して、該蒸気の圧力または温度を制御す
   るものにおいて、供給される蒸気の湿り度または乾き度
   を検出する湿り度検出手段を配置し、該湿り度検出手段
   からの検出信号と、コントローラの設定部で設定した蒸
   気使用装置が必要とする所望の湿り度または乾き度の設
   定値とを比較し、上記検出信号と設定値の偏差を零にす
   るように、上記湿り度検出手段の一次側に設けた蒸気の
   圧力を調節する弁または蒸気中に冷却水を注入する弁及
   び蒸気と熱交換して蒸気を加熱する加熱器を駆動する駆
   動信号を演算し発する演算部及び発信部を上記コントロ
   ーラに設けて、蒸気使用装置に供給される蒸気の湿り度
   または乾き度を所望値に維持することを特徴とする蒸気
   の質制御装置。