JP6483550B2 - 蒸気システムの水撃検知システム - Google Patents

Description

本願は、蒸気システムのドレン配管において水撃（ウォーターハンマー）の発生位置を特定する水撃検知システムに関する。

従来より、例えば特許文献１に開示されているように、蒸気によって対象物を加熱する蒸気システム（蒸気加熱装置）が知られている。この蒸気システムでは、蒸気が対象物に放熱し、対象物が加熱される。蒸気は、放熱することで凝縮しドレン（復水）となる。このドレンは、配管を介して、外部に排出されたり別の利用個所へ送られる。

特開２０１３−１６９４７７号公報

ところで、上述したような蒸気システムのドレン配管では、水撃（ウォーターハンマー）が発生する場合があり、この水撃によってポンプや弁等の機器が破損する虞がある。そのため、ドレン配管において水撃が発生した場合、その水撃の発生位置を特定確認し、発生原因を調査して水撃の防止策を講じる必要がある。しかしながら、水撃の発生したこと自体は水撃音によって把握することができるが、水撃の発生位置を特定することは困難である。したがって、水撃発生の防止策を効果的に講じることが困難であった。

本願に開示の技術は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、蒸気システムにおいて水撃の発生位置をできるだけ正確に特定することにある。

本願に開示の技術は、蒸気の凝縮によって発生したドレンが流れるドレン配管を備えた蒸気システムに用いられ、上記ドレン配管において発生した水撃の発生位置を特定する蒸気システムの水撃検知システムを前提としている。

そして、本願の水撃検知システムは、複数のセンサと、検知部とを備えている。上記複数のセンサは、上記ドレン配管に該ドレン配管の上下流方向に取り付けられ、該ドレン配管の温度および振動を検出するものである。上記検知部は、上記複数のセンサのうち検出温度に変化があった第１センサと、該第１センサの両隣に位置する第２および第３センサのうち検出振動のレベルが高い方のセンサとの間の上記ドレン配管に水撃の発生位置が存在すると特定するものである。

また、本願の別の水撃検知システムは、複数のセンサと、検知部とを備えている。上記複数の検知システムは、上記ドレン配管に該ドレン配管の上下流方向に取り付けられ、該ドレン配管の温度および振動を検出するものである。上記検知部は、上記複数のセンサのうち最下流または最上流に位置する第１センサの検出温度に変化があった場合で、該第１センサの検出振動のレベルが該第１センサの隣に位置する第２センサの検出振動のレベルよりも高い場合は上記第１センサの上記第２センサ側とは反対側の上記ドレン配管に水撃の発生位置が存在すると特定し、上記第１センサの検出振動のレベルが上記第２センサの検出振動のレベルよりも低い場合は上記第１センサと上記第２センサとの間の上記ドレン配管に水撃の発生位置が存在すると特定するものである。

以上のように、本願の蒸気システムの水撃検知システムによれば、センサの検出温度に変化があった場合はそのセンサの位置を基準として水撃の発生位置が特定される。ドレン配管では、別の箇所から蒸気が漏れ入ったり、ドレンの一部が再蒸発（フラッシュ）する等により、ドレンに蒸気が混入する場合がある。そうすると、蒸気は比較的低温のドレンによって冷却されて急激に凝縮し体積が小さくなる。そのため、急激に圧力が低下して負圧状態となり、その負圧の箇所にドレンが急激に吸い込まれることにより水撃が発生する。この水撃の発生箇所では、急激な圧力低下により温度が変化（低下）する。したがって、温度変化が生じた位置付近で水撃が発生したと推測することができる。また、水撃によって振動が発生するところ、水撃の発生位置付近で振動が最も高くなる。したがって、検出温度に変化があったセンサの位置を基準とし、そのセンサの上流側と下流側とで振動のレベルが高い側に水撃が発生したと推測することができる。

以上の点から、本願の水撃検知システムでは、検出温度に変化があった第１センサと、該第１センサの両隣に位置する第２および第３センサのうち検出振動のレベルが高い方のセンサとの間に水撃の発生位置が存在すると特定するようにした。また、本願の別の水撃検知システムでは、最下流または最上流に位置する第１センサの検出温度に変化があった場合で、該第１センサの検出振動のレベルが第１センサの隣に位置する第２センサの検出振動のレベルよりも高い場合は第１センサの第２センサ側とは反対側に水撃の発生位置が存在すると特定し、第１センサの検出振動のレベルが第２センサの検出振動のレベルよりも低い場合は第１センサと第２センサとの間に水撃の発生位置が存在すると特定するようにした。したがって、本願の水撃検知システムによれば、水撃の発生位置をできるだけ正確に特定することができる。

図１は、実施形態に係る蒸気システムの水撃検知システムの概略構成を示す図である。 図２は、検知部の動作パターンを例示して説明するための表である。 図３は、水撃の発生位置を模式的に例示した図である。

以下、本願の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本願に開示の技術、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

図１に示すように、本実施形態の蒸気システム１は、ドレン（復水）が流れるドレン配管２を備えている。そして、蒸気システム１には本願の請求項に係る水撃検知システム１０が設けられている。

蒸気システム１では、図示しない蒸気使用部で蒸気が対象物に放熱して凝縮し、対象物が加熱される。蒸気は蒸気使用部で凝縮してドレン（復水）となり、スチームトラップ等を介してドレン配管２に流れる。ドレン配管２は、ドレンが外部に排出されたり別の利用個所へ送られる。

水撃検知システム１０は、ドレン配管２において発生した水撃（ウォーターハンマー）の発生位置を特定するものである。水撃検知システム１０は、複数（本実施形態では、３つ）のセンサＡ，Ｂ，Ｃと、検知部１１とを備えている。

複数のセンサＡ，Ｂ，Ｃは、ドレン配管２において該ドレン配管２の上下流方向に順に所定間隔を置いて取り付けられている。各センサＡ，Ｂ，Ｃは、ドレン配管２の温度および振動（振動数）を検出するものである。ここに、ドレン配管２の温度は該ドレン配管２を流れる流体（即ち、ドレンまたは蒸気混じりのドレン）の温度に相当する。各センサＡ，Ｂ，Ｃが検出した温度（以下、検出温度という。）および振動数（以下、検出振動という。）は検知部１１に送信される。

検知部１１は、センサＡ，Ｂ，Ｃの検出温度および検出振動（検出振動のレベル）に基づいて、ドレン配管２における水撃の発生を検知し、その発生位置を特定するように構成されている。

検知部１１は、何れかのセンサＡ，Ｂ，Ｃの検出温度に変化があると、ドレン配管２において水撃が発生したと検知する。そして、検知部１１は、３つのセンサＡ，Ｂ，Ｃのうち検出温度に変化があった第１センサと、該第１センサの両隣に位置する第２および第３センサのうち検出振動のレベルが高い方のセンサとの間に水撃の発生位置が存在すると特定する。また、検知部１１は、３つのセンサのうち最下流に位置する第１センサ（本実施形態では、センサＡ）または最上流に位置する第１センサ（本実施形態では、センサＣ）の検出温度に変化があった場合で、第１センサの検出振動のレベルが該第１センサの隣に位置する第２センサの検出振動のレベルよりも高い場合は第１センサの第２センサ側とは反対側に水撃の発生位置が存在すると特定する。また、検知部１１は、３つのセンサのうち最下流に位置する第１センサ（本実施形態では、センサＡ）または最上流に位置する第１センサ（本実施形態では、センサＣ）の検出温度に変化があった場合で、第１センサの検出振動のレベルが第２センサの検出振動のレベルよりも低い場合は第１センサと第２センサとの間に水撃の発生位置が存在すると特定する。

具体的に、検知部１１の動作パターン（発生位置の特定パターン）を図２および図３を参照しながら説明する。なお、図２に示す振動数はセンサＡ，Ｂ，Ｃの検出振動をその大きさに応じて検出振動のレベルとして数値化したものである。

図２のケース１は、最下流に位置するセンサＣの検出温度に変化があった場合である。このケース１では、検知部１１において、センサＣの検出振動のレベル（図２では振動数「４」として表現）と、センサＣの隣に位置するセンサＢの検出振動のレベル（図２では振動数「３」として表現）とが比較される。そして、検知部１１は、比較の結果、センサＣの検出振動のレベルの方が高いので、図３にケース１で示すように、センサＣのセンサＢ側とは反対側に水撃の発生位置が存在すると特定する。

図２のケース２は、ケース１と同様、センサＣの検出温度に変化があった場合である。このケース２では、検知部１１は、センサＣの検出振動のレベル（図２では振動数「３」として表現）と、センサＣの隣に位置するセンサＢの検出振動のレベル（図２では振動数「３」として表現）を比較した結果、センサＢの検出振動のレベルの方が高いので、図３にケース２で示すように、センサＣとセンサＢとの間に水撃の発生位置が存在すると特定する。

図２のケース３は、最上流および最下流に位置するセンサ以外のセンサＢの検出温度に変化があった場合である。このケース３では、検知部１１において、センサＢの両隣に位置するセンサＡの検出振動のレベル（図２では振動数「４」として表現）およびセンサＣの検出振動のレベル（図２では振動数「２」として表現）が比較される。そして、検知部１１は、比較の結果、センサＡの検出振動のレベルの方が高いので、図３にケース３で示すように、センサＢとセンサＡとの間に水撃の発生位置が存在すると特定する。

以上のように、上記実施形態の水撃検知システム１０では、何れかのセンサの検出温度に変化があった場合はその第１センサの位置を基準として水撃の発生位置を特定するようにした。ドレン配管２では、ドレンに蒸気が混入する場合があり、その場合、蒸気は比較的低温のドレンによって冷却されて急激に凝縮し体積が小さくなる。そのため、急激な圧力低下が生じて負圧状態となり、その負圧の箇所にドレンが急激に吸い込まれることにより水撃が発生する。この水撃の発生箇所では、急激な圧力低下により温度が変化（低下）する。したがって、温度変化が生じた位置付近で水撃が発生したと推測することができる。

一方、水撃によりドレン配管２が振動するところ、その振動は水撃の発生位置付近が最も高い。したがって、検出温度に変化があった第１センサの位置を基準とし、その第１センサの上流側と下流側とで振動のレベルが高い側に水撃が発生したと推測することができる。この点から、上記実施形態の水撃検知システム１０では、検出温度に変化があった第１センサと、該第１センサの両隣に位置する２つのセンサのうち検出振動のレベルが高い方のセンサとの間に水撃の発生位置が存在すると特定するようにした。また、上記実施形態の水撃検知システム１０では、最下流または最上流に位置する第１センサの検出温度に変化があった場合で、その第１センサの検出振動のレベルが隣に位置する第２センサの検出振動のレベルよりも高い場合は第１センサの第２センサ側とは反対側に水撃の発生位置が存在すると特定し、第１センサの検出振動のレベルが第２センサの検出振動のレベルよりも低い場合は第１センサと第２センサとの間に水撃の発生位置が存在すると特定するようにした。したがって、上記実施形態の水撃検知システム１０によれば、水撃の発生位置をできるだけ正確に特定することができる。

なお、上記実施形態の水撃検知システム１０において、上述したセンサＡ，Ｂ，Ｃの数量は単なる例示であって、センサは２つまたは４つ以上であってもよいことは勿論である。

本願に開示の技術は、蒸気システムのドレン配管において水撃（ウォーターハンマー）の発生位置を特定する水撃検知システムについて有用である。

１ 蒸気システム
２ ドレン配管
１０ 水撃検知システム
Ａ センサ
Ｂ センサ
Ｃ センサ
１１ 検知部

Claims (2)

1. 蒸気の凝縮によって発生したドレンが流れるドレン配管を備えた蒸気システムに用いられ、上記ドレン配管において発生した水撃の発生位置を特定する蒸気システムの水撃検知システムであって、
   上記ドレン配管に該ドレン配管の上下流方向に複数取り付けられ、該ドレン配管の温度および振動を検出するセンサと、
   上記複数のセンサのうち検出温度に変化があった第１センサと、該第１センサの両隣に位置する第２および第３センサのうち検出振動のレベルが高い方のセンサとの間の上記ドレン配管に水撃の発生位置が存在すると特定する検知部とを備えている
   ことを特徴とする蒸気システムの水撃検知システム。
2. 蒸気の凝縮によって発生したドレンが流れるドレン配管を備えた蒸気システムに用いられ、上記ドレン配管において発生した水撃の発生位置を特定する蒸気システムの水撃検知システムであって、
   上記ドレン配管に該ドレン配管の上下流方向に複数取り付けられ、該ドレン配管の温度および振動を検出するセンサと、
   上記複数のセンサのうち最下流または最上流に位置する第１センサの検出温度に変化があった場合で、該第１センサの検出振動のレベルが該第１センサの隣に位置する第２センサの検出振動のレベルよりも高い場合は上記第１センサの上記第２センサ側とは反対側の上記ドレン配管に水撃の発生位置が存在すると特定し、上記第１センサの検出振動のレベルが上記第２センサの検出振動のレベルよりも低い場合は上記第１センサと上記第２センサとの間の上記ドレン配管に水撃の発生位置が存在すると特定する検知部とを備えている
   ことを特徴とする蒸気システムの水撃検知システム。
   

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