JP5427851B2

JP5427851B2 - 蒸気システム

Info

Publication number: JP5427851B2
Application number: JP2011176871A
Authority: JP
Inventors: 裕介岡本
Original assignee: Miura Co Ltd; Kobe Steel Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd; Kobe Steel Ltd
Priority date: 2011-08-12
Filing date: 2011-08-12
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2031-08-12
Also published as: JP2013040576A

Description

本発明は、蒸気エンジンを用いて空気圧縮機などを駆動する蒸気システムに関するものである。

従来、下記特許文献１に開示されるように、蒸気エンジンを用いて空気圧縮機などを駆動する蒸気システムにおいて、蒸気エンジンの二次側の蒸気圧に基づき蒸気負荷を検知して、蒸気エンジンへの給蒸を制御することが知られている。

特開２００９−２３６１０３号公報（請求項１−７）

しかしながら、前記特許文献１に記載の発明では、蒸気圧に基づき蒸気負荷を検知するが、蒸気圧のみでは必ずしも蒸気負荷を迅速且つ正確に検知できないおそれがある。具体的には、蒸気エンジンの二次側の蒸気圧が高まったことで蒸気エンジンを停止後、再起動させる復帰条件の判定時、蒸気負荷があることを迅速且つ正確に検知できるのが望まれる。それにより、蒸気エンジンひいては圧縮機の発停回数を削減して、機器の長寿命化と、効率のよい運転とが可能になる。

本発明が解決しようとする課題は、蒸気負荷を迅速且つ正確に検知して蒸気エンジンへの給蒸を制御できる蒸気システムを提供することにある。

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、蒸気を用いて動力を起こす蒸気エンジンと、この蒸気エンジンにて使用後の減圧蒸気が供給される箇所へ、前記蒸気エンジンを介することなく減圧弁を介して蒸気を供給するバイパス路と、このバイパス路を通る蒸気流量を検出する蒸気流量計と、前記蒸気エンジンの停止後、前記蒸気流量計の検出信号に基づき前記蒸気エンジンへの給蒸を再開する制御器とを備えることを特徴とする蒸気システムである。

請求項１に記載の発明によれば、バイパス路を通る蒸気流量を蒸気流量計で検出することで、蒸気負荷を迅速且つ正確に検知して、蒸気エンジンへの給蒸を制御することができる。

請求項２に記載の発明は、前記蒸気エンジンへの給蒸路と前記蒸気エンジンからの排蒸路とが前記バイパス路で接続され、このバイパス路に、前記減圧弁と前記蒸気流量計とが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の蒸気システムである。

請求項２に記載の発明によれば、蒸気流量計をバイパス路に設置することで、バイパス路を通る蒸気流量を迅速且つ正確に検知して、蒸気エンジンへの給蒸を制御することができる。

請求項３に記載の発明は、前記蒸気エンジンにて空気圧縮機が駆動され、この空気圧縮機からの圧縮空気路に、空気圧センサが設けられ、前記蒸気エンジンからの蒸気と前記減圧弁からの蒸気との合流蒸気の圧力を検出可能に、蒸気圧センサが設けられ、前記蒸気流量計、前記空気圧センサおよび前記蒸気圧センサの各検出信号に基づき、前記蒸気エンジンへの給蒸を制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蒸気システムである。

請求項３に記載の発明によれば、蒸気エンジンにより圧縮空気を製造するシステムにおいて、圧縮空気負荷と蒸気負荷とを考慮して蒸気エンジンへの給蒸を制御することができる。

請求項４に記載の発明は、前記蒸気流量計の設置による流量検出に代えて、前記バイパス路またはその前後の配管に設けた固定圧損部の前後の差圧により流量を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の蒸気システムである。

請求項４に記載の発明によれば、蒸気流量計によらず、蒸気配管の固定圧損部の前後の差圧により制御することができる。

請求項５に記載の発明は、前記減圧弁は、蒸気の減圧に伴う可動部を有し、前記蒸気流量計の設置による流量検出に代えて、前記可動部の動きにより流量を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の蒸気システムである。

請求項５に記載の発明によれば、蒸気流量計によらず、減圧弁の可動部の動きにより制御することができる。

請求項６に記載の発明は、前記蒸気流量計の設置による流量検出に代えて、前記減圧弁を作動させる流体の圧力により流量を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の蒸気システムである。

請求項６に記載の発明によれば、蒸気流量計によらず、減圧弁の作動流体の圧力により制御することができる。

さらに、請求項７に記載の発明は、前記蒸気流量計の設置による流量検出に代えて、前記減圧弁の音、前記蒸気エンジンおよび前記減圧弁を介して蒸気使用設備へ蒸気を送るボイラの運転状況、前記蒸気使用設備の運転状況、または前記蒸気エンジンおよび前記減圧弁より下流側のドレン発生量により、蒸気の流量を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の蒸気システムである。

請求項７に記載の発明によれば、流量計によらず、減圧弁の音、ボイラの運転状況、蒸気使用設備の運転状況、またはドレン発生量により制御することができる。

本発明によれば、蒸気負荷を迅速且つ正確に検知して蒸気エンジンへの給蒸を制御することができる。これにより、蒸気エンジンひいては圧縮機の発停回数を削減して、機器の長寿命化と、効率のよい運転とを図ることができる。

本発明の蒸気システムの一実施例を示す概略図である。

以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の蒸気システム１の一実施例を示す概略図である。
本実施例の蒸気システム１は、ボイラ２、蒸気エンジン３および圧縮機４を備える。

蒸気エンジン３は、蒸気を用いて動力を起こす装置であり、その種類を特に問わないが、たとえばスクリュ式蒸気エンジンである。蒸気エンジン３は、給蒸路５から蒸気が供給され、排蒸路６へ蒸気を排出する。

図示例の場合、ボイラ２からの蒸気は、第一蒸気ヘッダ７に供給され、この第一蒸気ヘッダ７の蒸気が、給蒸路５を介して蒸気エンジン３に供給される。一方、蒸気エンジン３からの蒸気は、排蒸路６を介して第二蒸気ヘッダ８に供給され、この第二蒸気ヘッダ８の蒸気が、各種の蒸気使用設備９に供給される。第二蒸気ヘッダ８内の圧力を検出するために、第二蒸気ヘッダ８には蒸気圧センサ１０が設けられる。なお、第一蒸気ヘッダ７内の圧力は、ボイラ２により所望に維持される。

蒸気エンジン３への給蒸路５には、給蒸弁１１が設けられる。この給蒸弁１１の開閉により、蒸気エンジン３の作動の有無を切り替えることができる。また、給蒸弁１１の開度調整により、蒸気エンジン３への給蒸量ひいては蒸気エンジン３の出力を調整することができる。

蒸気エンジン３からの排蒸路６には、逆止弁１２が設けられる。この逆止弁１２により、蒸気エンジン３の停止時に、排蒸路６を介した蒸気エンジン３への蒸気の逆流を防止することができる。

第一蒸気ヘッダ７と第二蒸気ヘッダ８とは、バイパス路１３を介しても接続される。図示例の場合、第一蒸気ヘッダ７から蒸気エンジン３への給蒸路５の内、給蒸弁１１よりも上流部と、蒸気エンジン３から第二蒸気ヘッダ８への排蒸路６の内、逆止弁１２よりも下流部とが、バイパス路１３で接続される。

バイパス路１３には、減圧弁１４が設けられる。この減圧弁１４は、その背圧（下流側の圧力）を所定圧力に維持するように、開閉または開度を調整する。本実施例では、減圧弁１４は、背圧を所定圧力に維持するように、機械的に自力で動作する。但し、場合により、減圧弁１４は、蒸気圧センサ１０の検出圧力に基づき制御されてもよい。

蒸気エンジン３および減圧弁１４において、蒸気は減圧される。それ故、第二蒸気ヘッダ８内の圧力は、第一蒸気ヘッダ７内の圧力よりも低圧である。蒸気使用設備９に応じて、第一蒸気ヘッダ７または第二蒸気ヘッダ８の蒸気が供給される。

蒸気エンジン３により駆動される圧縮機４は、本実施例では空気圧縮機である。この場合、圧縮機４は、外気を吸入し圧縮して吐出する。圧縮機４から圧縮空気は、圧縮空気路１５を介して、各種の圧縮空気利用機器（図示省略）へ送られる。圧縮空気路１５には、圧縮空気の圧力を検出する空気圧センサ１６が設けられる。

蒸気エンジン３への給蒸は、蒸気圧センサ１０の検出信号、および所望によりさらに空気圧センサ１６の検出信号に基づき制御される。たとえば、以下のようにして制御される。なお、以下において、圧縮空気負荷は、たとえば、空気圧センサ１６の検出圧力を監視して、下限空気圧を下回ると圧縮空気負荷があると検知でき、上限空気圧を上回ると圧縮空気負荷がない検知できる。また、蒸気負荷は、たとえば、蒸気圧センサ１０の検出圧力を監視して、下限蒸気圧を下回ると蒸気負荷があると検知でき、上限蒸気圧を上回ると蒸気負荷がないと検知できる。

（ａ）圧縮空気負荷および蒸気負荷がある場合には、蒸気エンジン３への給蒸を実行する。
（ｂ）圧縮空気負荷および蒸気負荷がない場合には、蒸気エンジン３への給蒸を停止する。
（ｃ）圧縮空気負荷がないが蒸気負荷がある場合には、蒸気エンジン３への給蒸を停止した状態で、バイパス路１３を介して蒸気を供給する。
（ｄ）圧縮空気負荷があるが蒸気負荷がない場合には、蒸気エンジン３への給蒸を停止した状態で、電動圧縮機（図示省略）により圧縮空気を供給する。あるいは、この場合も、蒸気エンジン３への給蒸を実行して、蒸気エンジン３により圧縮機４を駆動してもよい。

ここで、蒸気負荷があるとの判定は、蒸気圧センサ１０の検出圧力が下限蒸気圧まで下がることで判定する以外に、以下の方法によって判定することができる。すなわち、蒸気圧センサ１０による場合も含めて、蒸気負荷があるとの判定方法として以下のものを挙げることができる。蒸気圧センサ１０の検出圧力では蒸気負荷の迅速且つ正確な検知が困難な場合もあるので、その場合には、基本的にはバイパス路１３を介した第二蒸気ヘッダ８への蒸気の流通があるか否かにより蒸気負荷を判定することになる。

（１）蒸気圧センサ１０の検出圧力が設定圧力以下になると、蒸気負荷があると判定する。なお、蒸気圧センサ１０の設置箇所は、減圧弁１４より下流であれば足り、必ずしも第二蒸気ヘッダ８である必要はない。

（２）バイパス路１３などに蒸気流量計１７を設置し、バイパス路１３を通る蒸気流量により蒸気負荷を判定する。この際、所定以上の蒸気流量があれば、蒸気負荷があると判定するのがよい。なお、図１では、第一蒸気ヘッダ７から蒸気エンジン３への給蒸路５の内、バイパス路１３との分岐部よりも上流側に、蒸気流量計１７を設置しているが、バイパス路１３に蒸気流量計１７を設置してもよい。その際、蒸気流量計１７は、減圧弁１４の上流側に設置してもよいし、下流側に設置してもよい。また、蒸気エンジン３から第二蒸気ヘッダ８への排蒸路６の内、逆止弁１２よりも下流側（特にバイパス路１３との合流部よりも下流側がよい）に、蒸気流量計１７を設置してもよい。

（３）第一蒸気ヘッダ７からバイパス路１３を介した第二蒸気ヘッダ８への蒸気路において、固定圧損部（たとえばバルブ１８またはオリフィス）の前後の差圧を検出し、その差圧の上昇により蒸気流量を判断してもよい。

（４）減圧弁１４の可動部（蒸気の減圧に伴う可動部であり、たとえばリフト部）の動き・可動量（たとえばリフト量）を検出して、減圧弁１４の開閉状況から蒸気流量を判断してもよい。

（５）減圧弁１４を作動させる流体の圧力により蒸気流量を判断してもよい。たとえば、減圧弁１４が空圧式の場合、減圧弁１４内部のダイヤフラム供給圧を検知し、減圧弁１４の開閉状況から蒸気流量を判断してもよい。

（６）減圧弁１４の音により蒸気流量を判断してもよい。具体的には、減圧弁１４の絞り膨張部近傍配管の音を測定し、高周波数音の発生により、減圧弁１４の開閉から蒸気流量を判断してもよい。

（７）ボイラ２の運転状況により蒸気負荷を検知してもよい。具体的には、第二蒸気ヘッダ８へ蒸気を供給するボイラ２の起動状況、または台数制御されているボイラ２，２…の起動台数・起動状況により、バイパス路１３を介した蒸気流通を判定してもよい。

（８）蒸気使用設備９の運転状況により蒸気負荷を検知してもよい。具体的には、第二蒸気ヘッダ８内の蒸気を使用する蒸気使用設備９の動作信号、その蒸気使用設備９への蒸気供給弁１９の作動信号により、蒸気負荷を判定してもよい。

（９）蒸気エンジン３および減圧弁１４より下流側のドレン発生量により蒸気負荷を検知してもよい。具体的には、減圧弁１４より下流側の蒸気ライン（図示例では第二蒸気ヘッダ８）に蒸気トラップ２０を設け、蒸気トラップ２０におけるドレン発生量を検知し、蒸気負荷を判定してもよい。

（１０）上記（１）〜（９）の内、二以上の組合せを用いて蒸気負荷を検知してもよい。たとえば、（１）と（２）とを併用してもよい。複数の手法を併用する場合、各手法による蒸気負荷の検知をＡＮＤまたはＯＲの条件として用いればよい。また、運転開始時の初期起動用と、運転中の再復帰用となど、状況に合わせて使い分けてもよい。

図１では、蒸気圧センサ１０、空気圧センサ１６、蒸気流量計１７の他、給蒸弁１１が制御器２１に接続されており、制御器２１は、各センサ１０，１６，１７の検出信号に基づき給蒸弁１１を制御する。たとえば、制御器２１は、各種条件により蒸気エンジン３を停止させた場合、蒸気流量計１７および／または蒸気圧センサ１０の検出信号に基づき、蒸気エンジン３への給蒸を再開する。蒸気流量計１７の設置による流量検出に代えて、前記（３）〜（９）の構成を採用してもよい。また、蒸気エンジン３への給蒸の制御について、前述したように、空気圧センサ１６による圧縮空気負荷を考慮してもよい。

本実施例の蒸気システム１によれば、上述した各方法により、減圧蒸気（第二蒸気ヘッダ８の蒸気）の使用負荷を判定することができる。これにより、蒸気エンジン３およびそれにより駆動される圧縮機４の発停回数を削減することができ、機器の長寿命化や起動時損失の削減を図ることができる。

本発明の蒸気システム１は、前記実施例の構成に限らず適宜変更可能である。たとえば、前記実施例では蒸気エンジン３で圧縮機４を駆動させたが、蒸気エンジン３で駆動する装置は特に問わず、たとえばポンプや送風機などであってもよい。

１蒸気システム
２ボイラ
３蒸気エンジン
４圧縮機
５給蒸路
６排蒸路
７第一蒸気ヘッダ
８第二蒸気ヘッダ
９蒸気使用設備
１０蒸気圧センサ
１１給蒸弁
１２逆止弁
１３バイパス路
１４減圧弁
１５圧縮空気路
１６空気圧センサ
１７蒸気流量計
１８バルブ
１９蒸気供給弁
２０蒸気トラップ
２１制御器

Claims

蒸気を用いて動力を起こす蒸気エンジンと、
この蒸気エンジンにて使用後の減圧蒸気が供給される箇所へ、前記蒸気エンジンを介することなく減圧弁を介して蒸気を供給するバイパス路と、
このバイパス路を通る蒸気流量を検出する蒸気流量計と、
前記蒸気エンジンの停止後、前記蒸気流量計の検出信号に基づき前記蒸気エンジンへの給蒸を再開する制御器と
を備えることを特徴とする蒸気システム。
前記蒸気エンジンへの給蒸路と前記蒸気エンジンからの排蒸路とが前記バイパス路で接続され、
このバイパス路に、前記減圧弁と前記蒸気流量計とが設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の蒸気システム。
前記蒸気エンジンにて空気圧縮機が駆動され、
この空気圧縮機からの圧縮空気路に、空気圧センサが設けられ、
前記蒸気エンジンからの蒸気と前記減圧弁からの蒸気との合流蒸気の圧力を検出可能に、蒸気圧センサが設けられ、
前記蒸気流量計、前記空気圧センサおよび前記蒸気圧センサの各検出信号に基づき、前記蒸気エンジンへの給蒸を制御する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蒸気システム。
前記蒸気流量計の設置による流量検出に代えて、前記バイパス路またはその前後の配管に設けた固定圧損部の前後の差圧により流量を検出する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の蒸気システム。
前記減圧弁は、蒸気の減圧に伴う可動部を有し、
前記蒸気流量計の設置による流量検出に代えて、前記可動部の動きにより流量を検出する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の蒸気システム。
前記蒸気流量計の設置による流量検出に代えて、前記減圧弁を作動させる流体の圧力により流量を検出する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の蒸気システム。
前記蒸気流量計の設置による流量検出に代えて、前記減圧弁の音、前記蒸気エンジンおよび前記減圧弁を介して蒸気使用設備へ蒸気を送るボイラの運転状況、前記蒸気使用設備の運転状況、または前記蒸気エンジンおよび前記減圧弁より下流側のドレン発生量により、蒸気の流量を検出する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の蒸気システム。