JP6475564B2 - 蒸気システム - Google Patents

Description

本発明は、蒸気システムに関する。より詳細には、温水等の熱源流体を熱源として蒸気を生成する蒸気発生装置と、この蒸気発生装置で生成された蒸気を昇圧する蒸気昇圧装置と、を備える蒸気システムに関する。

従来、温水等の熱源流体を熱源として蒸気を生成する蒸気発生装置と、この蒸気発生装置で生成された蒸気を昇圧する蒸気昇圧装置と、を備える蒸気システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような蒸気システムでは、蒸気発生装置により生成された低圧の蒸気は、蒸気昇圧装置によって昇圧された後、蒸気使用機器に供給される。

特開２００８−１３８９２４号公報

ここで、蒸気昇圧装置には、昇圧する低圧の蒸気として好ましい所定の圧力範囲が設定されている。そのため、蒸気発生装置と蒸気昇圧装置とを含んで蒸気システムを構成する場合、蒸気発生装置から蒸気昇圧装置に供給される蒸気の圧力を、設定された圧力範囲となるように制御することが求められる。供給される蒸気の圧力が設定された圧力範囲を外れた状態で蒸気昇圧装置が運転されると、蒸気昇圧装置に過剰な負荷がかかり、装置の寿命に悪影響を与えてしまう。
蒸気昇圧装置に供給される蒸気の圧力を設定された圧力範囲となるようにする制御は、蒸気システムの通常運転時（定常時）だけでなく、蒸気システムの起動時や停止時等の非定常時にも求められる。

従って、本発明は、起動時にも蒸気昇圧装置に安定して蒸気を供給できる蒸気システムを提供することを目的とする。

本発明は、熱源流体を熱源とし、給水を循環させて熱源に噴霧することで蒸発させて低圧蒸気を生成する蒸気発生装置と、前記蒸気発生装置に供給される熱源流体の流量を調整する流量調整弁と、前記蒸気発生装置において生成された低圧蒸気を昇圧する蒸気昇圧装置と、前記蒸気発生装置において生成された低圧蒸気を前記蒸気昇圧装置に供給する低圧蒸気供給ラインと、前記低圧蒸気供給ラインを流通する低圧蒸気の圧力を測定する低圧蒸気圧測定部と、前記蒸気発生装置の水位を測定する水位測定部と、起動時における前記蒸気発生装置及び前記蒸気昇圧装置の動作を制御する起動時制御部と、を備える蒸気システムであって、前記起動時制御部は、前記蒸気発生装置を起動させる第１起動指示部と、前記第１起動指示部により前記蒸気発生装置が起動された場合に、前記水位測定部により測定される前記蒸気発生装置の水位が予め設定された第１水位範囲に含まれるように該蒸気発生装置の水位を制御する起動時水位制御部と、前記蒸気発生装置の水位が前記第１水位範囲に含まれた場合に、前記給水の熱源への噴霧を開始させる噴霧開始制御部と、前記噴霧開始制御部により前記給水の熱源への噴霧が開始された場合に、前記低圧蒸気圧測定部により測定される低圧蒸気の圧力が予め設定された起動時目標圧力となるように前記流量調整弁を制御する起動時弁制御部と、起動時弁制御部による前記流量調整弁の制御が開始された場合に、前記低圧蒸気の圧力が前記起動時目標圧力よりも低い第１基準圧力以上であるかを判定する第１圧力判定部と、前記第１圧力判定部により低圧蒸気の圧力が前記第１基準圧力以上であると判定された場合に、前記蒸気昇圧装置の運転を開始させる第２起動指示部と、を備える蒸気システムに関する。

また、前記起動時制御部は、前記第２起動指示部により前記蒸気昇圧装置の運転が開始された場合に、該蒸気昇圧装置の負荷率が第１基準負荷率以上であるかを判定する起動時負荷率判定部を更に備え、前記起動時弁制御部は、前記起動時負荷率判定部により前記蒸気昇圧装置の負荷率が前記第１基準負荷率以上であると判定された場合に、前記低圧蒸気圧測定部により測定される低圧蒸気の圧力が前記起動時目標圧力よりも高い定常時目標圧力となるように前記流量調整弁を制御することが好ましい。

また、蒸気システムは、前記蒸気発生装置の内部の給水を排出する給水排出ラインと、前記給水排出ラインに配置されるブロー弁と、を更に備え、前記起動時水位制御部は、前記蒸気発生装置の水位が前記第１水位範囲に含まれる起動時目標水位以上であるかを判定する水位判定部と、前記水位判定部により前記蒸気発生装置の水位が前記第１目標水位以上であると判定された場合に、前記低圧蒸気圧測定部により測定される低圧蒸気の圧力が前記起動時目標圧力よりも高い第２基準圧力未満であるか否かを判定する第２圧力判定部と、前記第２圧力判定部により、低圧蒸気の圧力が前記第２基準圧力未満であると判定された場合に前記給水の熱源への噴霧を開始させ、所定時間経過後に前記ブロー弁を開放する第１ブロー制御部と、前記第２圧力判定部により、低圧蒸気の圧力が前記第２基準圧力未満であると判定されなかった場合に、前記給水の熱源への噴霧を開始させることなく前記ブロー弁を開放する第２ブロー制御部と、を備えることが好ましい。

本発明の蒸気システムによれば、起動時にも蒸気昇圧装置に安定して蒸気を供給できる。

本発明の一実施形態に係る蒸気システムの構成を示す図である。 制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 本発明の蒸気システムの起動時における制御の流れを示すフローチャートである。 起動時水位制御部による初期水位制御の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の蒸気システムの好ましい一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
本実施形態の蒸気システム１は、図１に示すように、蒸気を生成する蒸気発生装置１０と、この蒸気発生装置１０において生成された蒸気を昇圧する蒸気昇圧装置２０と、蒸気発生装置１０と蒸気昇圧装置２０とを接続する低圧蒸気供給ライン３０と、この低圧蒸気供給ライン３０を流通する蒸気の圧力（低圧蒸気圧）を測定する低圧蒸気圧測定部としての低圧蒸気圧力センサ３１と、蒸気昇圧装置２０から吐出される吐出蒸気が流通する蒸気吐出ライン４０と、この蒸気吐出ライン４０を流通する吐出蒸気の圧力を測定する吐出蒸気圧力センサ４１と、蒸気システム１の動作を制御する制御装置５と、を備える。

蒸気発生装置１０は、図１に示すように、ガスエンジン２００のジャケット冷却水の排熱等の比較的低温の熱源流体を利用して水（給水）を加熱して蒸気を発生させる。この蒸気発生装置１０は、タンク部１１と、タンク部１１の内部に配置されるチューブ１２及び噴霧ノズル１３と、温水供給ライン１４と、温水排出ライン１５と、噴霧水供給ライン１６と、補給水ライン１７と、バイパスライン１８と、流量調整弁としての三方弁１９と、給水排出ライン２３と、給水温度センサ１１１と、水位センサ１１２と、を備える。「ライン」とは、流路、経路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。

タンク部１１は、蒸気発生装置１０における本体部分を構成する。タンク部１１の内部は負圧もしくは低圧（例えば、−０．０５ＭＰａＧ〜０．１ＭＰａＧ程度）に維持され、このタンク部１１の内部において蒸気が生成される。このタンク部１１の上部には、後述の低圧蒸気供給ライン３０の基端部が接続される。
また、タンク部１１には、安全弁３２が設けられる。安全弁３２は、タンク部１１の内部の圧力が所定の圧力（設定圧力）を超えた場合に、蒸気を外部に放出してタンク部１１（蒸気発生装置１０）の内部の圧力を低下させる。

チューブ１２は、タンク部１１の内部に水平方向に延びて配置される。より具体的には、チューブ１２は、タンク部１１の内部において、水平方向に所定間隔をあけて複数本配置されると共に、高さ方向にも所定間隔をあけて複数本配置される。このチューブ１２の内部には、熱源流体としての温水が流通する。

噴霧ノズル１３は、タンク部１１の内部におけるチューブ１２よりも上方に配置される。この噴霧ノズル１３は、チューブ１２に向けて給水を噴霧する。
温水供給ライン１４は、チューブ１２に熱源となる温水を供給する。温水供給ライン１４の上流側は、熱源となる温水を供給するガスエンジン２００等に接続される。温水供給ライン１４の下流側は、チューブ１２の一端部に接続される。

温水排出ライン１５は、チューブ１２の内部を流通し、熱源として利用された温水を外部に排出する。温水排出ライン１５の上流側は、チューブ１２の他端部に接続される。温水排出ライン１５の下流側は、ガスエンジン２００等に接続される。
噴霧水供給ライン１６は、タンク部１１の下部と噴霧ノズル１３とを接続し、タンク部１１の下部に貯留された給水を、噴霧水として噴霧ノズル１３に供給する。噴霧水供給ライン１６には、噴霧水ポンプ１６１が配置されている。
噴霧水ポンプ１６１は、タンク部１１に貯留された水を噴霧ノズル１３まで汲み上げる。

補給水ライン１７は、タンク部１１と水を貯留している貯留槽等（図示せず）とを接続する。補給水ライン１７は、タンク部１１に補給水を供給する。この補給水ライン１７には、補給水ポンプ１７１が配置される。
補給水ポンプ１７１は、貯留槽等から供給された水を昇圧してタンク部１１の内部に供給する。

バイパスライン１８は、温水供給ライン１４と温水排出ライン１５とを接続する。
三方弁１９は、温水供給ライン１４とチューブ１２との接続部分の近傍に配置され、温水供給ライン１４、チューブ１２（蒸気発生装置１０）及びバイパスライン１８を接続する。三方弁１９は、温水供給ライン１４からチューブ１２側に流れる温水の量及びバイパスライン１８側に流れる温水の流量を調整する。即ち、三方弁１９により温水供給ライン１４からバイパスライン１８への流路を閉止した状態（全開状態）では、温水供給ライン１４を流通する温水は、全量チューブ１２側に流れる。この状態からバイパスライン１８への流路を開くように三方弁１９の開度を調整すると、温水供給ライン１４を流通する温水の一部は、バイパスライン１８側に流れる。また、三方弁１９により温水供給ライン１４からチューブ１２への流路を閉止した状態（全閉状態）では、温水供給ライン１４を流通する温水は、全量バイパスライン１８側に流れる。このように、三方弁１９の開度を調整することで、チューブ１２側に流れる温水の流量を調整できる。

給水排出ライン２３は、タンク部１１の内部に貯留されている給水を排出する。給水排出ライン２３には、ブロー弁２３１が配置される。ブロー弁２３１は、給水排出ライン２３の流路を開閉させる。本実施形態では、給水排出ライン２３は、噴霧水供給ライン１６における噴霧水ポンプ１６１よりも下流側において噴霧水供給ライン１６から分岐するように設けられる。

給水温度センサ１１１は、タンク部１１の内部に貯留されている給水の温度を測定する。
水位センサ１１２は、タンク部１１の内部に貯留されている給水の水位を測定する。水位センサ１１２は、例えば、高水位（Ｈ）、中水位（Ｍ）、低水位（Ｌ）等の複数のタンク部１１の水位をそれぞれ検出可能な複数の電極棒（図示）を含んで構成される。

以上の蒸気発生装置１０によれば、三方弁１９により温水供給ライン１４からバイパスライン１８への流路を閉止した状態では、まず、ガスエンジン２００等から熱源となる温水（例えば、約９０℃）が、温水供給ライン１４を通じてチューブ１２に供給される。チューブ１２に供給された温水は、タンク部１１の内部に配置されたチューブ１２に導入される。
一方、タンク部１１の内部においては、噴霧ノズル１３からチューブ１２に向けて、噴霧水が噴霧される。また、タンク部１１の内部は、負圧もしくは低圧（例えば、−０．０５ＭＰａＧ〜０．１ＭＰａＧ程度）に維持されている。これにより、チューブ１２を流通する温水は、噴霧水によって熱を奪われて例えば８５℃程度まで降温し、温水排出ライン１５を通じて排出される。

また、温水が流通するチューブ１２には、噴霧ノズル１３から例えば８０℃程度の水が噴霧されることで、表面に薄い液膜が形成される。このように、タンク部１１の内部が負圧に維持された状態において、チューブ１２の表面に薄い液膜が形成されることによって、チューブ１２の内部を流通する温水と、噴霧ノズル１３によって噴霧される水との温度差が比較的小さい場合（例えば、約１０℃）であっても効率的に蒸気を生成することが可能になる。

タンク部１１の内部で発生した蒸気は、低圧蒸気供給ライン３０を通って導出される。
タンク部１１の内部で蒸気にならなかった水は、タンク部１１の下部に貯留される。タンク部１１の下部に貯留された水は、噴霧水供給ライン１６を通じて、噴霧水ポンプ１６１によって噴霧ノズル１３まで汲み上げられ、再びチューブ１２に噴霧される。
タンク部１１に貯留される水が少なくなった場合には、補給水ライン１７からタンク部１１に補給水が補給される。
タンク部１１に貯留される水が多くなった場合や、水の水質が悪化した場合等には、給水排出ライン２３のブロー弁２３１を開放することで、タンク部１１に貯留された水が排出される。

また、三方弁１９の開度を調整してチューブ１２に供給される温水の流量を調整することで、タンク部１１の内部で発生する蒸気の量を調整できる。

蒸気昇圧装置２０は、蒸気発生装置１０において生成された低圧蒸気（例えば、−０．０５ＭＰａＧ〜０．１ＭＰａＧ）を吸引して圧縮し、昇圧する。この蒸気昇圧装置２０は、低圧の蒸気を圧縮する圧縮部２１と、この圧縮部２１の動作を制御する圧縮制御部２２と、を備える。

圧縮部２１は、例えば、スクリュー式の蒸気圧縮機により構成され、低圧の蒸気を０．４ＭｐａＧ〜０．８ＭＰａＧ程度に昇圧する。
圧縮制御部２２は、低圧蒸気供給ライン３０を流通する蒸気の圧力（圧縮部２１に導入される低圧蒸気の圧力）に基いて、圧縮部２１の動作（負荷率）を制御する。より具体的には、圧縮制御部２２は、圧縮部２１に導入される低圧蒸気の圧力が設定された目標圧力（例えば、０．０４ＭＰａ〜０．０５ＭＰａ）となるように、蒸気昇圧装置２０の負荷率を制御する。

即ち、低圧蒸気供給ライン３０の蒸気圧が目標圧力よりも高くなっている場合には、圧縮制御部２２は、負荷率を最大（負荷率１００％）にして蒸気昇圧装置２０を駆動させる。これにより、蒸気昇圧装置２０には、上限量の蒸気が吸引されることになり、低圧蒸気供給ライン３０の蒸気圧は低下していく傾向にある。尚、蒸気昇圧装置２０が１００％の負荷率で運転した状態においても、低圧蒸気供給ライン３０の蒸気圧が目標圧力を上回っている場合には、蒸気昇圧装置２０は１００％の負荷率で稼動を続ける。

一方、低圧蒸気供給ライン３０の蒸気圧が、目標圧力を下回った場合には、圧縮制御部２２は、蒸気昇圧装置２０の負荷率を低下させる。これにより、蒸気昇圧装置２０に吸引される蒸気の量は減少し、低圧蒸気供給ライン３０の蒸気圧は上昇する。
このようにして、低圧蒸気供給ライン３０の蒸気圧を目標圧力となるように制御することにより、蒸気発生装置１０により蒸気を効率よくかつ安定的に生成させられる。

低圧蒸気供給ライン３０は、蒸気発生装置１０において生成された低圧蒸気を蒸気昇圧装置２０に供給する。
低圧蒸気圧力センサ３１は、低圧蒸気供給ライン３０の内部における蒸気圧（低圧蒸気の圧力）を測定する。

蒸気吐出ライン４０は、基端側が蒸気昇圧装置２０に接続される。この蒸気吐出ライン４０は、蒸気昇圧装置２０において昇圧された後吐出される吐出蒸気を流通させる。蒸気吐出ライン４０の先端側は、蒸気使用機器２１０に接続される。
吐出蒸気圧力センサ４１は、蒸気吐出ライン４０の内部における蒸気圧（吐出蒸気の圧力）を測定する。

制御装置５は、蒸気発生装置１０及び蒸気昇圧装置２０の動作を制御する。図２は、制御装置５の構成を示す機能ブロック図である。
本実施形態では、制御装置５は、蒸気システム１の起動時における蒸気発生装置１０及び蒸気昇圧装置２０の動作を制御する起動時制御部５０と、起動時制御部５０により蒸気システム１が所定の状態に到達した状態（定常状態）において蒸気発生装置１０の動作を制御する弁制御部６２と、を備える。

起動時制御部５０は、図２に示すように、第１起動指示部５１と、起動時水位制御部５２と、噴霧開始制御部５３と、起動時弁制御部５４と、第１圧力判定部５５と、第２起動指示部５６と、起動時負荷率判定部５７と、を備える。

第１起動指示部５１は、停止状態にある蒸気システム１の運転スイッチがＯＮにされた場合に蒸気発生装置１０及び蒸気昇圧装置２０を起動させる。ここで、蒸気発生装置１０及び蒸気昇圧装置２０を起動させるとは、蒸気発生装置１０及び蒸気昇圧装置２０を制御装置５により制御可能な状態にすることをいう。

起動時水位制御部５２は、蒸気システム１の運転スイッチがＯＮにされた場合に、蒸気発生装置１０の初期水位制御を行う。具体的には、起動時水位制御部５２は、第１起動指示部５１により蒸気発生装置１０が起動された場合に、水位センサ１１２により測定される蒸気発生装置１０（タンク部１１）の水位が予め設定された第１目標水位を含む第１水位範囲に含まれるように蒸気発生装置１０の水位を制御する。第１目標水位は、例えば、タンク部１１に十分な給水が貯留された状態を示す水位Ｈ（高水位）として設定される。また、第１水位範囲は、第１目標水位（例えば、水位Ｈ）を中心とする所定の幅を持った範囲として設定される。

以上の初期水位制御を実現するために、起動時水位制御部５２は、水位判定部５２１と、第２圧力判定部５２２と、第１ブロー制御部５２３と、第２ブロー制御部５２４と、を備える。

水位判定部５２１は、第１起動指示部５１により蒸気発生装置１０が起動された後、所定の条件が満たされると、蒸気発生装置１０の水位が起動時目標水位（例えば、水位Ｈ）以上であるかを判定する。

第２圧力判定部５２２は、水位判定部５２１により蒸気発生装置１０の水位が起動時目標水位以上であると判定された場合に、低圧蒸気圧力センサ３１により測定される低圧蒸気の圧力が後述する起動時目標圧力Ｐ４よりも高く設定された第２基準圧力Ｐ２（例えば、５０ｋＰａ）未満であるか否かを判定する。

第１ブロー制御部５２３は、第２圧力判定部５２２により、低圧蒸気の圧力が第２基準圧力Ｐ２未満であると判定された場合に噴霧水ポンプ１６１を運転させて給水のチューブ１２への噴霧を開始させ、所定時間（例えば、１０秒）経過後にブロー弁２３１を開放する。即ち、第２圧力判定部５２２により低圧蒸気の圧力が第２基準圧力Ｐ２未満である場合には、初期水位制御を行っている間に噴霧水ポンプ１６１を運転させる。これにより、給水のチューブ１２への噴霧が開始されて蒸気が生成され、タンク部１１の内部の低圧蒸気の圧力が上昇する。
また、ブロー弁２３１を開放することで、蒸気発生装置１０の水位を低下させる。

第２ブロー制御部５２４は、第２圧力判定部５２２により、低圧蒸気の圧力が第２基準圧力Ｐ２未満であると判定されなかった場合（つまり、低圧蒸気の圧力が第２基準圧力Ｐ２以上であった場合）に、給水のチューブ１２への噴霧を開始させることなくブロー弁２３１を開放する。即ち、第２圧力判定部５２２により低圧蒸気の圧力が第２基準圧力Ｐ２以上である場合には、これ以上タンク部１１の内部の低圧蒸気の圧力を上昇させる必要はなく、また、蒸気昇圧装置２０の運転開始前に蒸気発生装置１０の低圧蒸気の圧力が上昇しすぎることは、蒸気システム１の安定的な運転を阻害する。そこで、第２圧力判定部５２２により、低圧蒸気の圧力が第２基準圧力Ｐ２以上であると判定された場合には、給水のチューブ１２への噴霧を開始させることなくブロー弁２３１を開放する。これにより、初期給水制御中にタンク部１１の内部の圧力をこれ以上上昇させることなく、蒸気発生装置１０の水位を低下させられる。

第１ブロー制御部５２３又は第２ブロー制御部５２４によりブロー弁２３１が開放された場合、起動時水位制御部５２は、蒸気発生装置１０の水位が起動時目標水位未満となったかを判定する。そして、蒸気発生装置１０の水位が起動時目標水位未満になったと判定されると、ブロー弁２３１を閉止させ、また、噴霧水ポンプ１６１が運転されている場合には、噴霧水ポンプ１６１の運転を停止させる。これにより、蒸気発生装置１０の水位は、第１水位範囲内に収束する。

一方、水位判定部５２１により蒸気発生装置１０の水位が起動時目標水位以上でない（起動時目標水位未満である）と判定された場合、起動時水位制御部５２は、補給水ポンプ１７１を運転させて補給水ライン１７からタンク部１１に補給水を供給する。
その後、起動時水位制御部５２は、蒸気発生装置１０の水位が起動時目標水位以上となったかを判定し、蒸気発生装置１０の水位が起動時目標水位以上となったと判定されると、補給水ポンプ１７１の運転を停止させる。これにより、蒸気発生装置１０の水位は、第１水位範囲に収束する。

噴霧開始制御部５３は、起動時水位制御部５２による初期水位制御が行われて蒸気発生装置１０の水位が第１水位範囲に含まれた場合に、噴霧水ポンプ１６１の運転を開始させて給水の熱源（チューブ１２）への噴霧を開始させる。これにより、チューブ１２の内部の温水と噴霧水との間で熱交換が行われ、低圧蒸気の生成が開始される。

起動時弁制御部５４は、噴霧開始制御部５３により給水の熱源への噴霧が開始された場合に、低圧蒸気圧力センサ３１により測定される低圧蒸気の圧力が予め設定された起動時目標圧力Ｐ４（例えば、３０ｋＰａ）となるように三方弁１９の開度を制御する。これにより、蒸気発生装置１０の起動時（つまり、蒸気昇圧装置２０の運転が開始される前）に、低圧蒸気の圧力を適切な範囲に制御できる。

第１圧力判定部５５は、起動時弁制御部５４による三方弁１９の制御が開始された場合に、低圧蒸気の圧力が起動時目標圧力よりも低い第１基準圧力Ｐ１（例えば、２０ｋＰａ）以上であるか否かを判定する。

第２起動指示部５６は、第１圧力判定部５５により低圧蒸気の圧力が第１基準圧力Ｐ１以上であると判定された場合に、蒸気昇圧装置２０の運転を開始させる。これにより、三方弁１９により低圧蒸気の圧力が起動時目標圧力Ｐ４となるように制御された状態において、低圧蒸気の圧力が第１基準圧力Ｐ１以上の場合に蒸気昇圧装置２０の運転を開始させられる。よって、蒸気昇圧装置２０に供給する低圧蒸気の圧力を好適な範囲に保った状態で蒸気昇圧装置２０の運転を開始させられる。

起動時負荷率判定部５７は、第２起動指示部５６により蒸気昇圧装置２０の運転が開始された場合に、蒸気昇圧装置２０の負荷率が予め設定された基準負荷率（例えば、１０％）以上であるかを判定する。即ち、起動時負荷率判定部５７は、蒸気昇圧装置２０の運転が開始され、負荷率が順調に上昇しているかを判定する。

そして、起動時負荷率判定部５７により蒸気昇圧装置２０の負荷率が基準負荷率以上であると判定された場合、上述の起動時弁制御部５４は、低圧蒸気圧力センサ３１により測定される低圧蒸気の圧力が起動時目標圧力Ｐ４よりも高い定常時目標圧力Ｐ５（例えば、５０ｋＰａ）となるように三方弁１９を制御する（目標圧力を、起動時目標圧力Ｐ４から定常時目標圧力Ｐ５に切り替える）。言い換えれば、起動時負荷率判定部５７により蒸気昇圧装置２０の負荷率が基準負荷率以上であると判定された場合、制御装置５は、起動時制御部５０による起動時制御を終了させ、弁制御部６２による三方弁１９の制御を開始させる。

弁制御部６２は、起動時制御部５０により起動された後の蒸気システム１の定常状態における動作を制御する。
弁制御部６２は、上述のように、低圧蒸気圧力センサ３１により測定される低圧蒸気の圧力が起動時目標圧力Ｐ４よりも高い定常時目標圧力Ｐ５（例えば、５０ｋＰａ）となるように三方弁１９を制御する。より具体的には、弁制御部６２は、例えば、低圧蒸気圧力センサ３１により測定された低圧蒸気の圧力が定常時目標圧力Ｐ５を下回った場合には、三方弁１９の開度が大きくなるような開度値を算出し、定常時目標圧力Ｐ５を上回った場合には、三方弁１９の開度が小さくなるような開度値を算出する。
尚、ここで、三方弁１９の開度を大きくするとは、チューブ１２側に流通する温水の量が増加するように三方弁１９の開度を調整することをいう。また、三方弁１９の開度を小さくするとは、チューブ１２側に流通する温水の量が減少するように三方弁１９の開度を調整することをいう。

以上の弁制御部６２によれば、例えば、温水の温度が上昇して蒸気発生装置１０による蒸気の生成量が増加し低圧蒸気圧力センサ３１により測定される低圧蒸気の圧力が上昇し定常時目標圧力Ｐ５を上回ると、バイパスライン１８に流通する温水の量が増加するように三方弁１９が制御される。これにより、チューブ１２に供給される温水の量が減少することで、蒸気発生装置１０において生成される蒸気の量が減少し、低圧蒸気圧力センサ３１により測定される低圧蒸気の圧力も低下する。
一方、温水の温度が低下して蒸気発生装置１０による蒸気の生成量が減少し低圧蒸気圧力センサ３１により測定される低圧蒸気の圧力が低下し定常時目標圧力Ｐ５を下回ると、チューブ１２側に流通する温水の量が増加するように三方弁１９が制御される。これにより、チューブ１２に供給される温水の量が増加することで、蒸気発生装置１０において生成される蒸気の量が増加し、低圧蒸気圧力センサ３１により測定される低圧蒸気の圧力も上昇する。

このように、低圧蒸気の圧力に応じて三方弁１９の開度を調整してチューブ１２（蒸気発生装置１０）に供給される温水の量を制御することで、低圧蒸気の量を調整し、低圧蒸気圧力センサ３１により測定される低圧蒸気の圧力を安定化させられる。その結果、蒸気昇圧装置２０を安定的に好適な負荷率で運転させられ、蒸気システム１の運転効率を向上させられる。

次に、本実施形態の蒸気システム１の具体的な制御の流れにつき、図３及び図４を参照しながら説明する。図３は、本実施形態の蒸気システム１の起動時における制御の流れを示すフローチャートである。

図３に示すように、蒸気システム１の電源がＯＮにされ、蒸気発生装置１０及び蒸気昇圧装置２０の運転スイッチがＯＮにされると、ステップＳＴ１において、第１起動指示部５１は、蒸気発生装置１０及び蒸気昇圧装置２０を起動させる。

ステップＳＴ２において、起動時制御部５０は、蒸気システム１の運転停止時間が所定時間Ｔ１（例えば、１５秒）以上であったかを判定する。この判定がＹＥＳの場合、処理はステップＳＴ３に移る。判定がＮＯの場合、処理を所定の時間が経過するまで待機させた後、処理はステップＳＴ２に戻る。

ステップＳＴ３において、起動時制御部５０は、ガスエンジン２００の運転開始から所定時間Ｔ２（例えば、６０秒）が経過したかを判定する。この判定がＹＥＳの場合、処理はステップＳＴ４に移る。判定がＮＯの場合、処理はステップＳＴ２に戻る。

ステップＳＴ４において、起動時制御部５０は、蒸気発生装置１０（チューブ１２）に導入される温水の温度が予め設定された第１基準温度Ｑ１（例えば、１１５℃）以上であるかを判定する。この判定がＹＥＳの場合、処理はステップＳＴ５に移る。判定がＮＯの場合、処理はステップＳＴ２に戻る。

ステップＳＴ５において、起動時制御部５０は、吐出蒸気圧力センサ４１により測定される吐出蒸気の圧力が所定圧力Ｐ３（例えば、６００ｋＰａ）未満であるかを判定する。この判定がＹＥＳの場合、処理はステップＳＴ６に移る。判定がＮＯの場合、処理はステップＳＴ２に戻る。

ステップＳＴ６において、起動時水位制御部５２は、蒸気発生装置１０の水位が第１水位範囲となるように初期水位制御を行う。初期水位制御の詳細については、後述する。

ステップＳＴ７において、噴霧開始制御部５３は、噴霧水ポンプ１６１の運転を開始させ、噴霧ノズル１３からチューブ１２への給水の噴霧を開始させる。

ステップＳＴ８において、起動時弁制御部５４は、低圧蒸気圧力センサ３１により測定される低圧蒸気の圧力が予め設定された起動時目標圧力Ｐ４（例えば、３０ｋＰａ）となるように三方弁１９の開度を制御する。

ステップＳＴ９において、第１圧力判定部５５は、低圧蒸気圧力センサ３１により測定される低圧の蒸気の圧力が第１基準圧力Ｐ１（例えば、２０ｋＰａ）以上であるかを判定する。この判定がＮＯの場合、処理はステップＳＴ１０に移る。判定がＹＥＳの場合、処理はステップＳＴ１３に移る。

ステップＳＴ１０において、起動時制御部５０は、給水温度センサ１１１により測定される給水の温度（即ち、噴霧水の温度）が予め設定された第２基準温度Ｑ２（例えば、１００℃）以上であるか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合、処理はステップＳＴ１１に移る。判定がＮＯの場合、処理はステップＳＴ１０を繰り返す。

ステップＳＴ１１において、起動時制御部５０は、低圧蒸気圧力センサ３１により測定される低圧蒸気の圧力が第１基準圧力Ｐ１以上であるか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合、処理はステップＳＴ１２に移る。判定がＮＯの場合、処理はステップＳＴ１０に戻る。

ステップＳＴ１２において、起動時制御部５０は、水位センサ１１２により測定される蒸気発生装置１０の水位が予め設定された起動時下限水位Ｌ（例えば、第１水位範囲よりも低い水位である低水位Ｌ）以上であるかを判定する。この判定がＹＥＳの場合、処理はステップＳＴ１３に移る。判定がＮＯの場合、処理はステップＳＴ１０に戻る。

ステップＳＴ１３において、第２起動指示部５６は、蒸気昇圧装置２０の運転を開始させる。

ステップＳＴ１４において、起動時制御部５０は、蒸気昇圧装置２０に運転確認信号を送信し、蒸気昇圧装置２０からの運転応答信号を受信したか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合、処理はステップＳＴ１５に移る。判定がＮＯの場合、ステップＳＴ１４の処理を繰り返す。

ステップＳＴ１５において、起動時制御部５０は、蒸気昇圧装置２０において圧縮制御部２２から圧縮部２１への運転状況信号が送信されているか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合、処理はステップＳＴ１６に移る。判定がＮＯの場合、ステップＳＴ１５の処理を繰り返す。

ステップＳＴ１６において、起動時負荷率判定部５７は、蒸気昇圧装置２０の負荷率が基準負荷率（例えば、１０％）以上であるか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合、処理はステップＳＴ１７に移る。判定がＮＯの場合、ステップＳＴ１６の処理を繰り返す。

ステップＳＴ１７において、起動時弁制御部５４は、三方弁１９の開度制御を行う目標圧力を起動時目標圧力Ｐ４から定常時目標圧力Ｐ５に切り替え、処理を終了する。

次に、起動時水位制御部５２による初期水位制御の流れにつき、図４を参照しながら説明する。図４は、起動時水位制御部５２による初期水位制御の流れを示すフロー図である。

ステップＳＴ６１において、水位判定部５２１は、水位センサ１１２により測定される蒸気発生装置１０の水位が第１目標水位Ｈ（例えば、水位Ｈ）以上であるかを判定する。この判定がＹＥＳの場合、処理はステップＳＴ６２に移る。判定がＮＯの場合、処理はステップＳＴ６７に移る。

ステップＳＴ６２において、第２圧力判定部５２２は、低圧蒸気圧力センサ３１により測定される低圧蒸気の圧力が第２基準圧力Ｐ２（例えば、５０ｋＰａ）未満であるか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合、処理はステップＳＴ６３に移る。判定がＮＯの場合、処理はステップＳＴ６４に移る。

ステップＳＴ６３において、第１ブロー制御部５２３は、噴霧水ポンプ１６１を運転させて給水のチューブ１２への噴霧を開始させ、処理はステップＳＴ６４に移る。

ステップＳＴ６４において、第１ブロー制御部５２３又は第２ブロー制御部５２４は、ブロー弁２３１を開放し、処理はステップＳＴ６５に移る。

ステップＳＴ６５において、起動時水位制御部５２は、水位センサ１１２により測定される蒸気発生装置１０の水位が第１目標水位Ｈ未満かを判定する。この判定がＹＥＳの場合、処理はステップＳＴ６６に移る。判定がＮＯの場合、処理はステップＳＴ６５を繰り返す。

ステップＳＴ６６において、起動時水位制御部５２は、ブロー弁２３１を閉止させ、また、噴霧水ポンプ１６１が運転されている場合には、噴霧水ポンプ１６１の運転を停止させる。そして、処理を終了する。

一方、ステップＳＴ６１においてＮＯと判定された場合、ステップＳＴ６７において、起動時水位制御部５２は、補給水ポンプ１７１を運転させて補給水ライン１７からタンク部１１に補給水を供給し、処理はステップＳＴ６８に移る。

ステップＳＴ６８において、起動時水位制御部５２は、水位センサ１１２により測定される蒸気発生装置１０の水位が第１目標水位Ｈ以上となったかを判定する。この判定がＹＥＳの場合、処理はステップＳＴ６９に移る。判定がＮＯの場合、ステップＳＴ６８の処理を繰り返す。

ステップＳＴ６９において、起動時水位制御部５２は、補給水ポンプ１７１の運転を停止させ処理を終了する。

以上説明した本実施形態の蒸気システム１によれば、以下のような効果を奏する。

（１）蒸気システム１を、起動時制御部５０を含んで構成し、この起動時制御部５０を、蒸気発生装置１０が起動された場合に、蒸気発生装置１０の水位が第１水位範囲に含まれるように水位を制御する起動時水位制御部５２と、蒸気発生装置１０の水位が第１水位範囲に含まれた場合に、給水の熱源への噴霧を開始させる噴霧開始制御部５３と、噴霧開始制御部５３により給水の熱源への噴霧が開始された場合に、低圧蒸気の圧力が起動時目標圧力Ｐ４となるように三方弁１９を制御する起動時弁制御部５４と、三方弁１９の制御が開始された場合に、低圧蒸気の圧力が起動時目標圧力Ｐ４よりも低い第１基準圧力Ｐ１以上であるか否かを判定する第１圧力判定部５５と、低圧蒸気の圧力が第１基準圧力Ｐ１以上であると判定された場合に、蒸気昇圧装置２０の運転を開始させる第２起動指示部５６と、を含んで構成した。
これにより、初期水位制御終了後に噴霧開始制御部５３により給水の熱源への噴霧が開始された場合に、起動時弁制御部５４により低圧蒸気の圧力が起動時目標圧力Ｐ４となるように三方弁１９の開度を制御させられる。よって、蒸気発生装置１０の起動時に、低圧蒸気の圧力を適切な範囲に制御できる。
また、起動時弁制御部５４により低圧蒸気の圧力が起動時目標圧力Ｐ４となるように制御された状態において、低圧蒸気の圧力が第１基準圧力Ｐ１以上の場合に蒸気昇圧装置２０の運転を開始させられる。よって、蒸気昇圧装置２０に供給する低圧蒸気の圧力を好適な範囲に保った状態で蒸気昇圧装置２０の運転を開始させられる。その結果、蒸気システム１を安定的に起動させられる。

（２）起動時制御部５０を、第２起動指示部５６により蒸気昇圧装置２０の運転が開始された場合に、蒸気昇圧装置２０の負荷率が基準負荷率以上であるかを判定する起動時負荷率判定部５７を含んで構成し、起動時弁制御部５４に、起動時負荷率判定部５７により蒸気昇圧装置２０の負荷率が基準負荷率以上であると判定された場合に、低圧蒸気圧力センサ３１により測定される低圧蒸気の圧力が起動時目標圧力Ｐ４よりも高い定常時目標圧力Ｐ５となるように三方弁１９を制御させた。これにより、起動時負荷率判定部５７により蒸気昇圧装置２０の運転が開始されて負荷率が順調に上昇していることが確認された場合に、起動時弁制御部５４に、目標圧力を起動時目標圧力Ｐ４から定常時目標圧力Ｐ５に切り替えさせられる。よって、蒸気システム１が安定的に起動した場合に、スムーズに蒸気システム１を定常状態の制御に移行させられる。

（３）蒸気システム１を、給水排出ライン２３とブロー弁２３１とを含んで構成し、起動時水位制御部５２を、蒸気発生装置１０の水位が起動時目標水位以上であると判定された場合に、低圧蒸気の圧力が起動時目標圧力Ｐ４よりも高い第２基準圧力Ｐ２未満であるかを判定する第２圧力判定部５２２と、第２圧力判定部５２２により低圧蒸気の圧力が第２基準圧力Ｐ２未満であると判定された場合に給水の熱源への噴霧を開始させブロー弁２３１を開放する第１ブロー制御部５２３と、第２圧力判定部５２２により低圧蒸気の圧力が第２基準圧力Ｐ２未満であると判定されなかった場合に給水の熱源への噴霧を開始させることなくブロー弁２３１を開放する第２ブロー制御部５２４と、を含んで構成した。
これにより、低圧蒸気の圧力が第２基準圧力Ｐ２未満である場合には、給水のチューブ１２への噴霧を行いながらブロー弁２３１を開放することで、初期水位制御を行っている間に噴霧水ポンプ１６１を運転させられる。
一方、低圧蒸気の圧力が第２基準圧力Ｐ２以上である場合には、給水のチューブ１２への噴霧を開始させることなくブロー弁２３１を開放することで、初期給水制御中にタンク部１１の内部の圧力をこれ以上上昇させることなく初期水位制御を行える。

以上、本発明の蒸気システム１の好ましい一実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態では、熱源流体として温水を用いたが、これに限らない。即ち、熱源流体として、排ガスや空気等の他の流体を用いてもよい。

また、本実施形態では、低圧蒸気圧力センサ３１を低圧蒸気供給ライン３０に配置して低圧蒸気供給ライン３０を流通する蒸気の圧力を測定したが、これに限らない。即ち、低圧蒸気供給ライン３０を流通する蒸気の圧力は、蒸気発生装置１０（タンク部１１）における蒸気の圧力と等しいため、低圧蒸気圧力センサを蒸気発生装置（タンク部）に配置してもよい。

また、本実施形態では、流量調整弁を三方弁１９により構成したが、これに限らない。即ち、流量調整弁を、複数の弁を組み合わせて構成してもよい。

１ 蒸気システム
５ 制御装置
１０ 蒸気発生装置
１９ 三方弁（流量調整弁）
２０ 蒸気昇圧装置
２３ 給水排出ライン
３０ 低圧蒸気供給ライン
３１ 低圧蒸気圧力センサ（低圧蒸気圧測定部）
５０ 起動時制御部
５１ 第１起動指示部
５２ 起動時水位制御部
５３ 噴霧開始制御部
５４ 起動時弁制御部
５５ 第１圧力判定部
５６ 第２起動指示部
５７ 起動時負荷率判定部
１１２ 水位センサ（水位測定部）
５２１ 水位判定部
５２２ 第２圧力判定部
５２３ 第１ブロー制御部
５２４ 第２ブロー制御部
Ｐ１ 第１基準圧力
Ｐ２ 第２基準圧力
Ｐ４ 起動時目標圧力
Ｐ５ 定常時目標圧力

Claims (3)

1. 熱源流体を熱源とし、給水を循環させて熱源に噴霧することで蒸発させて低圧蒸気を生成する蒸気発生装置と、
   前記蒸気発生装置に供給される熱源流体の流量を調整する流量調整弁と、
   前記蒸気発生装置において生成された低圧蒸気を昇圧する蒸気昇圧装置と、
   前記蒸気発生装置において生成された低圧蒸気を前記蒸気昇圧装置に供給する低圧蒸気供給ラインと、
   前記低圧蒸気供給ラインを流通する低圧蒸気の圧力を測定する低圧蒸気圧測定部と、
   前記蒸気発生装置の水位を測定する水位測定部と、
   起動時における前記蒸気発生装置及び前記蒸気昇圧装置の動作を制御する起動時制御部と、を備える蒸気システムであって、
   前記起動時制御部は、
   前記蒸気発生装置を起動させる第１起動指示部と、
   前記第１起動指示部により前記蒸気発生装置が起動された場合に、前記水位測定部により測定される前記蒸気発生装置の水位が予め設定された第１水位範囲に含まれるように該蒸気発生装置の水位を制御する起動時水位制御部と、
   前記蒸気発生装置の水位が前記第１水位範囲に含まれた場合に、前記給水の熱源への噴霧を開始させる噴霧開始制御部と、
   前記噴霧開始制御部により前記給水の熱源への噴霧が開始された場合に、前記低圧蒸気圧測定部により測定される低圧蒸気の圧力が予め設定された起動時目標圧力となるように前記流量調整弁を制御する起動時弁制御部と、
   起動時弁制御部による前記流量調整弁の制御が開始された場合に、前記低圧蒸気の圧力が前記起動時目標圧力よりも低い第１基準圧力以上であるかを判定する第１圧力判定部と、
   前記第１圧力判定部により低圧蒸気の圧力が前記第１基準圧力以上であると判定された場合に、前記蒸気昇圧装置の運転を開始させる第２起動指示部と、を備える蒸気システム。
2. 前記起動時制御部は、
   前記第２起動指示部により前記蒸気昇圧装置の運転が開始された場合に、該蒸気昇圧装置の負荷率が第１基準負荷率以上であるかを判定する起動時負荷率判定部を更に備え、
   前記起動時弁制御部は、前記起動時負荷率判定部により前記蒸気昇圧装置の負荷率が前記第１基準負荷率以上であると判定された場合に、前記低圧蒸気圧測定部により測定される低圧蒸気の圧力が前記起動時目標圧力よりも高い定常時目標圧力となるように前記流量調整弁を制御する請求項１に記載の蒸気システム。
3. 前記蒸気発生装置の内部の給水を排出する給水排出ラインと、
   前記給水排出ラインに配置されるブロー弁と、を更に備え、
   前記起動時水位制御部は、
   前記蒸気発生装置の水位が前記第１水位範囲に含まれる起動時目標水位以上であるかを判定する水位判定部と、
   前記水位判定部により前記蒸気発生装置の水位が前記起動時目標水位以上であると判定された場合に、前記低圧蒸気圧測定部により測定される低圧蒸気の圧力が前記起動時目標圧力よりも高い第２基準圧力未満であるか否かを判定する第２圧力判定部と、
   前記第２圧力判定部により、低圧蒸気の圧力が前記第２基準圧力未満であると判定された場合に前記給水の熱源への噴霧を開始させ、所定時間経過後に前記ブロー弁を開放する第１ブロー制御部と、
   前記第２圧力判定部により、低圧蒸気の圧力が前記第２基準圧力未満であると判定されなかった場合に、前記給水の熱源への噴霧を開始させることなく前記ブロー弁を開放する第２ブロー制御部と、を備える請求項１又は２に記載の蒸気システム。

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