JP3546121B2 - 管路内流体圧制御装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は管路内流体圧制御装置に係り、特に蒸気その他のガス体の圧力制御又は流体の流量制御等、管路内の流体の流れを徐々に変化させて目標とする制御状態に滑らかに移行させる管路内流体圧制御装置に関する。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】
例えば蒸気タービンの駆動蒸気圧力制御回路では管路内の蒸気の流れを徐々に変化させて目標とする制御状態に滑らかに移行させる為に、蒸気を供給元(ボイラや蒸気ヘッダ等)から消費先(蒸気タービン)に導く管路の途中に蒸気遮断弁と電気信号若しくは流体圧に基づいて開度が可変可能な可変絞り弁を蒸気流れ方向に沿って配設するとともに、前記可変絞り手段出口側の管路内圧力検知手段により前記圧力を検知しながら該検知信号を圧力制御コントローラに取込んで前記可変絞り弁を可変制御可能に構成されている。
【0003】
しかしながらかかる従来技術においては、前記蒸気遮断弁を開く前は、前記可変絞り手段出口側の管路内圧力検知手段により検知される蒸気圧力は実質的にゼロ(大気圧)である為に、該圧力検知信号に基づき圧力制御コントローラは可変絞り弁を最大に開く様に作用しており、この状態では、可変絞り弁の絞り作用が全く機能していない為に、蒸気遮断弁を開くと同時に蒸気圧力は目標とする設定圧力を越えてしまい管路内圧力が最大圧力に昇圧してしまう。
【0004】
また、この時管路内を急激に蒸気が流れてしまうことから、蒸気供給元の蒸気供給ヘダーの圧力を変動させてしまい、他のプロセスに対して大きな外乱を与えてしまう。この様な不都合を防止する為に、圧力制御コントローラの出力を手動操作で可変絞り手段を閉じる状態にしておいてから蒸気遮断弁を開き、その後に圧力制御コントローラによる自動制御動作に基づいて可変絞り弁の開度調節状態に戻せば良いが、手動操作による介入が必要であり、而も均一な運転状態とする事が困難であることの他、誤操作による危険の可能性も増す。
【0005】
本発明は、徐々に蒸気の流れを増やして、滑らかに蒸気圧力を目標とする設定圧力迄上昇させる操作を、人手によらず全自動で行なうことを可能にした蒸気圧力制御装置を提供することを課題としているが、管路内の流体の流れを徐々に変化させて目標とする制御状態に滑らかに移行させる要請は、前記した蒸気タービンの駆動蒸気圧力制御方式等に限定されず、ガス体の圧力制御又は流体の流量制御等、管路の途中に流体遮断手段と可変絞り手段を有するプロセスであれば種々のプロセスに適用できる。
【0006】
すなわち本発明の目的は、可変絞り手段入口側に位置する流体遮断手段が開放直後であっても管路内の流体の流れを徐々に変化させて目標とする制御状態に滑らかに移行することの出来る管路内流体圧制御装置を提供する事にある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、蒸気その他のガス若しくは液体を供給元から消費先に導く管路の途中に流体遮断手段と可変絞り手段と管路内圧力を検知する圧力検知手段を流体流れ方向に沿って順次配設するとともに、前記流体遮断手段の開閉状態を検知する開閉検知手段を設け、
前記流体遮断手段が閉の状態にあるときは可変絞り手段も一律に閉とし、
前記流体遮断手段が閉から開への切換直後において、可変絞り手段を閉状態から徐々に微開して行く第1の動作状態を選択可能に構成したことを特徴とするものである。
かかる発明によれば、流体遮断手段が閉から開への切換直後においては可変絞り手段を閉状態から徐々に微開される事から、管路内を急激に流体が流れてしまうことなく、徐々に流体の流れを増やして、滑らかに流体圧力を目標とする設定圧力迄上昇させることが出来る。
而も前記操作は、人手によらず全自動で行なうことが出来るために、蒸気供給元のヘダーに対してもプロセスへの蒸気供給安定化を図る事が出来る。
【0008】
請求項2記載の発明は、
前記流体遮断手段が閉の状態にあるときは可変絞り手段も一律に閉とし、
前記流体遮断手段が開状態にあるときに、可変絞り手段を閉状態から徐々に微開して行く第1の動作状態と、前記圧力検知手段よりの検知信号に基づいて可変絞り手段を可変制御する第2の動作状態を選択可能に構成したことを特徴とする。
【0009】
この場合、前記第1の動作状態と第2の動作状態の選択が、圧力検知手段の検知圧力と目標設定圧力との比較により行われるように構成する事で、検知圧力と目標設定圧力とが接近している場合は、直ちに第2の動作状態に移行する事が出来、安定した制御を速やかに行う事が出来るものである。
又請求項4記載のように前記請求項2記載の第1の動作状態と第2の動作状態の選択が、可変絞り手段の開き度により行われ、可変絞り手段の開き度の小さい方の動作状態を選択することにより、可変絞り手段入口側に位置する流体遮断手段が開放直後であっても管路内の流体の流れを徐々に変化させて目標とする制御状態に滑らかに移行することの出来る。
【0010】
又請求項5記載のように、前記流体遮断手段が閉から開への切換直後において、可変絞り手段を閉状態から徐々に微開して行く第1の動作状態を選択し、その後前記圧力検知手段よりの検知信号に基づいて可変絞り手段を可変制御する第2の動作状態に移行可能に構成してもよい。
更に請求項6記載のように、前記一方の動作状態が選択されていない時に、該一方の動作状態の可変絞り手段制御出力を他方の動作状態の制御出力値に追従若しくは一致する方向に制御するようにすることにより、第1の動作状態と第2の動作状態の切り換え直後における圧力変動を防ぐ事が出来、滑らかな切り換えが可能となる。
例えば第2の動作状態を選択して、流体圧検知手段からの出力が圧力制御コントローラの設定する目標圧力に一致するかまたは接近した状態に一旦なると、可変絞り手段の開き程度を調節して蒸気検知圧力と圧力設定値とが一致する様に作用する、いわゆるフィードバック圧力制御動作を行ない、又可変絞り手段が第1の動作状態の手段で調節される様に選択器が切換っている時には、第2の動作状態の手段は、選択器の出力側の値に追従、一致する様に動作させる。
【0011】
さらに請求項7記載のように、前記第1の動作状態の、可変絞り手段の絞り変化速度を、該第1の動作状態が選択されたか否かでその変化速度を異ならし、例えば可変絞り手段が第2の動作状態の手段で調節される様に切換った時には、第1の動作状態の手段は、第2の動作状態の作用を阻害しない様に出力の変化速度を早めて第2の動作状態側に追従させる事で、第1動作状態での滑らかな状態変化と、第2の動作状態での迅速な制御との両方の要件を満足出来、理想的な制御が可能となる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面を参照して本発明の実施形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施形態に記載されている構成要素の種類、その相対的配置等は特に特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
図1は本発明が適用される管路内流体圧制御システムの基本構成図で、蒸気ヘッダ等の蒸気供給元1から管路3を経て蒸気タービン等の蒸気消費先2に蒸気が供給される経路を示し、この管路3上に例えば電磁的若しくは流体圧等により開閉制御される蒸気遮断弁4と電気信号若しくは流体圧に基づいて開度が可変可能な可変絞り弁5と管路3内の蒸気圧を計測(検知)する蒸気圧検知センサ6が直列に設けられており、蒸気消費先2が蒸気を必要としない時には、蒸気遮断弁4を閉じておく。
【0013】
8は蒸気遮断弁の開閉状態及びその開度を検知する弁開閉検知センサ、11は弁開閉検知センサ8と蒸気圧検知センサ6との検知信号を取込んで、後記するように可変絞り弁5の絞り開度を制御する圧力制御コントローラ11である。
圧力制御コントローラ11は、蒸気の消費が増加すると、蒸気圧検知センサ6で検出する点(可変絞り弁5出口側)の蒸気圧力が低下するので可変絞り弁5の絞りを開き、蒸気圧力を回復させるように構成されている点は前記従来技術と同様であるが、本圧力制御コントローラ11は特に蒸気遮断弁4を開いた直後においても、管路3内の流体の流れを徐々に変化させて目標とする制御状態に滑らかに移行させるように制御している。
【0014】
図2は本発明の実施形態に係る圧力制御コントローラの信号の流れとその制御要素を示す。図中、5は可変絞り弁、6は蒸気圧検知センサ6、8は蒸気遮断弁4の開閉状態検知センサで、前記圧力制御コントローラ11内には、前記蒸気遮断弁4が開状態にあるときに、可変絞り弁5を閉状態から徐々に微開して行く第1の動作状態を作り出す信号Y10を生成する第1コントロール部12と、前記蒸気圧検知センサ6よりの検知信号に基づいて可変絞り弁5を可変制御する第2の動作状態の信号を生成する第2コントロール部13と、前記2つの動作状態を選択する選択部14からなる。
尚、本実施形態では圧力制御コントローラを電気回路的に捉えて説明しているが、油圧その他の流体圧シーケンスを用いて圧力制御コントローラを形成する事は任意である。
【0015】
第1コントロール部12は、可変絞り弁閉設定信号発生器C と可変絞り弁最大開度設定信号発生器C と、蒸気遮断弁4の開閉状態を検知する検知センサ8よりの信号に基づいて信号発生器C 、C を切り換える切換スイッチT 及び信号変化率制限器V とよりなる。
第2コントロール部13は、蒸気圧検知センサ6の検知信号を取込んで、蒸気消費先2で消費する蒸気量が変化した場合でも前記蒸気圧力を一定に保つ様に、可変絞り弁5の絞り開度を制御するコントロール部本体R と、管路3内の目標圧力(設定値)信号発生器C と、前記蒸気圧検知センサ6の検知信号と信号発生器C よりの設定値を比較し、両者が一致した際に、言換えれば検知圧力が目標設定圧力に達した際に信号bを出力する比較器若しくは偏差演算器M (信号モニタ)からなる。
選択部14は、蒸気遮断弁4の開閉状態が「開」状態を表わす信号aと比較器若しくは偏差演算器M よりの信号bを取込んでコントロール部本体R の動作状態を「自動調節」状態に切換える信号cをコントロール部本体R 側に出力するロジック演算器L 及び低位信号選択器A からなる。
【0016】
かかる構成の圧力制御コントローラ11の動作を、蒸気遮断弁4が閉で蒸気を遮断している状態から一定圧力制御状態に至る迄の作用を説明する。
最初、蒸気遮断弁4が閉じている状態では、蒸気圧検知センサ6で検出される蒸気圧力はゼロ(蒸気タービン側の圧力)で、従来の圧力制御装置では、圧力制御コントローラが可変絞りを全開まで開いてしまうことは前記従来技術の項で説明した通りである。
一方、本実施形態の圧力制御コントローラ11では、第1コントロール部12で、検知センサ8が蒸気遮断弁4が閉状態にある事を検知しているので、圧力制御コントローラ11は、その第1の動作状態に移る前の、可変絞り弁5が閉じた状態にある信号Y を発生させる。
【0017】
具体的には蒸気遮断弁4が閉状態にある信号a’により切換スイッチT を信号発生器C 側に切換えており、信号変化率制限器V を経てY10で発生器C の信号を保持する。低位信号選択器A では(発生器C の信号が低位信号であるため)Y10の値が選ばれて調節出力値Y となる。従って可変絞り弁5は、設定信号発生器C で定められる閉状態となる。
【0018】
次に蒸気消費先2に蒸気を流し始める為に、蒸気遮断弁4を開いた時の作用を説明する。
蒸気遮断弁4が開かれた事を、弁の開閉状態を検知する手段8が検知して、圧力制御コントローラ11内の信号aの状態が成立する。信号aはスイッチT を発生器C 側に切換えて、信号変化率制限器V で定められた割合で、徐々に信号Y10の値を発生器C の値から発生器C の値に向けて変化させる。この期間では、ロジック演算器L の出力信号cが成立していないので、第2コントロール部13のコントローラ本体R は自動調節状態にはならずその出力の値はY に追従している。
【0019】
従って、低位信号選択器A は第1コントロール部12の信号Y10の値を選択しているので、Y は徐々に発生器C の値に向けて変化することとなり、可変絞り弁5が徐々に開き始める。
可変絞り弁5が開き始めると蒸気遮断弁4が開いている状態であることを開閉検知センサ8で検知し、信号aをロジック演算器L に出力するとともに、蒸気が蒸気消費先2に供給される。その供給量が蒸気消費先2の要求する量に対して十分な量に達すると、蒸気圧検知センサ6で検出される検知圧力Χ が上昇し、やがては、圧力制御コントローラ11が自動で圧力調節する目標設定圧力が格納されている発生器C の設定値Χ に接近する。
この状態を、検知圧力X と設定値X とを比較監視している比較器若しくは偏差演算器M が判別し、検知圧力X が発生器C として設定されている目標設定値X に一致又は接近すると信号bをロジック演算器L に出力させる。
ロジック演算器L では検知圧力X が目標設定圧力に達した到達信号bと、蒸気遮断弁開信号aが入力されることにより、第2コントロール部13のコントローラ本体R に「自動調節」状態に切換信号cを出力させる。
【0020】
コントローラ本体R では、切換信号cの入力により「自動調節」状態に切換わると、それまでY の値に追従していた出力を初期値として、検知圧力X が設定値X に一致する様に出力値Y を増/減して調節動作を行なう。
この時点から、低位信号選択器A では、第2コントロール部13のコントローラ本体R 側を選択する様に切換わり、第1コントロール部12側の信号Y10に代って、第2コントロール部13のコントローラ本体R の出力をY に出力する様になり、可変絞り弁5が圧力調節動作をする。
第1コントロール部12側の信号Y10が低位信号選択器A で選ばれなくなった後も、信号Y10の値は発生器C に向って変化して行くので、第1コントロール部12側の信号Y10が第2コントロール部13のコントローラ本体R の調節動作を阻害する事は無い。
【0021】
次に前記図2に示すロジック演算器L の構成例を、図3を参照して説明する。
切換信号cは論理積演算器22の出力となっており、蒸気遮断弁開信号aと論理和演算器21の出力の両方が成立している時に切換信号cが出力する。また論理和演算器21の出力は到達信号b又は切換信号cのいずれかが成立していれば出力される。すなわち切換信号cは、蒸気遮断弁開信号aと到達信号bが共に成立した時点で出力され、その後は到達信号bの状態に係わらず蒸気遮断弁開信号aが成立しなくなる迄、切換信号cの出力状態が保持される。従って、蒸気遮断弁4が開いた後に検知圧力X が目標に達すると切換信号cが成立して、第2コントロール部13のコントローラ本体R を「自動調節」状態とし、その後は蒸気遮断弁4が閉じるまで、この状態を保持する様な動作を実現できる。尚、このロジック演算器L の動作は、この説明の方法に限らず、他に手動操作による切換や、可変絞り調節する動作に対応する様に変更してもよい。
【0022】
図4は圧力制御コントローラの動作を一部変更した他の実施形態を示す。
図4における圧力制御コントローラの制御要素は、図2とほぼ同一であるが、図2の信号選択器A1 の部分が、外部の選択器9となっており、そして選択器9よりの出力側の値の入力値X をコントローラ本体R 側にフィードバックしている。
これによりコントローラ本体R の出力は、該コントローラ本体R が切換信号cによって「自動調節」動作を行なっていない場合においても、第1コントロール部12側の信号Y10の状態、言換えれば可変絞り弁5の実際の開度状態に追従できる。尚、図4の第1の動作状態を実行する出力値Y20は図2のY10と、切換スイッチT は、図2のT と、信号変化率制限器V は図2のV と、可変絞り機構閉設定信号発生器C は図2のC と、可変絞り機構最大開度設定信号発生器C は図2のC と、調節出力値Y は図2のY と夫々対応する。
【0023】
図5は図2の圧力制御コントローラの内、第1コントロール部12を改良した他の実施形態を示す。
第1コントロール部12は、可変絞り弁閉設定信号発生器C と可変絞り弁最大開度設定信号発生器C と、蒸気遮断弁4の開閉状態を検知する検知センサ8よりの信号に基づいて信号発生器C 、C を切り換える切換スイッチT 及び信号変化率制限器V とを含む点は図2と同様であるが、可変絞り弁5を徐々に開く変化速度の設定信号発生器C の信号と可変絞り弁5を徐々に開く変化速度の設定信号発生器C の信号とを切り換える切り換えスイッチT を設け、信号変化率切換信号dの信号に基づいて切り換え可能に構成している。
【0024】
すなわち本実施形態は、信号変化率制限器V が信号変化率を切換える信号dによって、信号発生器C 、または発生器C に定められる異なった変化率の動作に変わる様に構成されている。
この実施形態の作用の一例を説明する。
蒸気遮断弁4を開いた直後の、第1コントロール部12よりの出力信号Y30に基づいて可変絞り弁5を徐々に開いている状態では、蒸気供給元1に変動を与えない様にするとともに、管路3や蒸気消費先2が急激に蒸気で加熱されたり、発生するドレン水が悪影響を及ぼさない様にする為には、可変絞り弁5よりの蒸気の供給量を少量ずつを変化するように変化率を設定する必要がある。
【0025】
一方、圧力制御コントローラが第2コントロール部13により「自動調節」動作状態になった後は、第1の動作状態を実行する第1コントロール部12よりの出力信号Y30が第2の第2コントロール部13による「自動調節」動作状態側の作用を阻害しない様に、極力すみやかに信号発生器C に定められる可変絞り弁5の最大開度相当値まで逃がす事が必要である。
図5に示される構成で、信号変化率を切換える信号dを、圧力制御コントローラが第1の動作状態から、第2コントロール部13による「自動調節」動作状態(第2の動作状態)に切換わる信号cに連動して生成させる方法で実現できる。他に信号dを成立させる条件として選択器9で信号Y30が選択されているかどうかを判別して行なってもよい。
【0026】
【発明の効果】
以上に説明した様に、本発明によれば、人手によることなく、蒸気を流し始めた最初の段階から、定常的な圧力調節動作状態まで、滑らかに移行させる事が可能となるので、蒸気を通気させる操作の安全性を増すと同時に、省力化も図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明が適用される管路内流体圧制御システムの基本構成図である。
【図2】図2は本発明の実施形態に係る圧力制御コントローラの信号の流れとその制御要素を示す詳細構成図である。
【図3】図2中のLロジック演算器の詳細構成図である。
【図4】図4は本発明の他の実施形態に係る圧力制御コントローラの信号の流れとその制御要素を示す詳細構成図である。
【図5】図5は本発明の他の実施形態に係る圧力制御コントローラの第1コントロール部の信号の流れとその制御要素を示す詳細構成図である。
【符号の説明】
1 流体供給元
2 流体消費先
3 管路
4 流体遮断手段
5 可変絞り手段
6 流体圧検知手段
8 流体遮断手段の開閉状態及び開度を検知する手段
9 選択器
11 圧力制御コントローラ
12 第1コントロール部
13 第2コントロール部
14 選択部
21 論理和(OR)演算器
22 論理積(AND)演算器
検知入力値
設定値
選択器の出力側の値の入力値
、Y 調節出力値
10〜Y30 第1の動作状態を作り出す信号若しくは出力値
第2コントロール部のコントローラ本体
比較器若しくは偏差演算器
低位信号選択器
〜T スイッチ
〜V 信号変化率制限器
ロジック演算器
設定値信号発生器
、C、C 可変絞り手段閉設定信号発生器
、C、C 可変絞り手段最大開度設定信号発生器
、C 可変絞り手段を徐々に開く変化速度の設定信号発生器
a 流体遮断手段の「開」状態を表わす信号
a’ 流体遮断手段の「閉」状態を表わす信号
b 検知圧力Xが「目標設定圧力に達した」状態を表わす信号
d 信号変化率を切換える信号

Claims (7)

  1. 蒸気その他のガス若しくは液体を供給元から消費先に導く管路の途中に流体遮断手段と可変絞り手段と管路内圧力を検知する圧力検知手段を流体流れ方向に沿って順次配設するとともに、前記流体遮断手段の開閉状態を検知する開閉検知手段を設け、
    前記流体遮断手段が閉の状態にあるときは可変絞り手段も一律に閉とし、
    前記流体遮断手段が閉から開への切換直後において、可変絞り手段を閉状態から徐々に微開して行く第1の動作状態を選択可能に構成したことを特徴とする管路内流体圧制御装置。
  2. 前記流体遮断手段が閉の状態にあるときは可変絞り手段も一律に閉とし、
    前記流体遮断手段が開状態にあるときに、可変絞り手段を閉状態から徐々に微開して行く第1の動作状態と、前記圧力検知手段よりの検知信号に基づいて可変絞り手段を可変制御する第2の動作状態を選択可能に構成したことを特徴とする請求項1記載の管路内流体圧制御装置。
  3. 前記請求項2記載の第1の動作状態と第2の動作状態の選択が、圧力検知手段の検知圧力と目標設定圧力との比較により行われることを特徴とする請求項2記載の管路内流体圧制御装置。
  4. 前記請求項2記載の第1の動作状態を実行する手段と第2の動作状態を実行する手段とを分けた構成において、いずれかを選択して可変絞り手段の開き度を制御する選択手段を備えており、第1の動作状態と第2の動作状態の選択が、可変絞り手段の開き度により行われ、可変絞り手段の開き度の小さい方の動作状態を選択することを特徴とする請求項2記載の管路内流体圧制御装置。
  5. 前記流体遮断手段が閉の状態にあるときは可変絞り手段も一律に閉とし、
    前記流体遮断手段が閉から開への切換直後において、可変絞り手段を閉状態から徐々に微開して行く第1の動作状態を選択し、その後前記圧力検知手段よりの検知信号に基づいて可変絞り手段を可変制御する第2の動作状態に移行可能に構成したことを特徴とする請求項1記載の管路内流体圧制御装置。
  6. 前記流体遮断手段が閉の状態にあるときは可変絞り手段も一律に閉とし、
    前記流体遮断手段が開状態にあるときに、可変絞り手段を閉状態から徐々に微開して行く第1の動作状態と、前記圧力検知手段よりの検知信号に基づいて可変絞り手段を可変制御する第2の動作状態を選択可能に構成するとともに、
    前記一方の動作状態が選択されていない時に、該一方の動作状態の可変絞り手段制御出力を他方の動作状態の制御出力値に追従若しくは一致する方向に制御するようにしたことを特徴とする請求項1記載の管路内流体圧制御装置。
  7. 前記流体遮断手段が閉の状態にあるときは可変絞り手段も一律に閉とし、
    前記流体遮断手段が開状態にあるときに、可変絞り手段を閉状態から徐々に微開して行く第1の動作状態と、前記圧力検知手段よりの検知信号に基づいて可変絞り手段を可変制御する第2の動作状態を選択可能に構成するとともに、
    前記第1の動作状態の、可変絞り手段の絞り変化速度を、該第1の動作状態が選択されたか否かでその変化速度を異ならしたことを特徴とする請求項1記載の管路内流体圧制御装置。
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