JPS6132403Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、熱交換器出口二次流体温度をこの二
次流体流量を増減して制御する被加熱媒体（二次
流体）温度制御装置の改良に関する。

従来提案のこの種装置では温度検出器において
無視できない程度の大きな検出遅れが生じ、この
遅れの補償に位相進み補償要素を用いたが、これ
はかえつて二次流体量の定常的な振動を発生し悪
影響を及ぼすおそれがあつた。

本考案は従来のこのような問題を解決せんとし
てなされたもので、本考案は、一次流体流量の大
変動時等、良好な温度制御特性が熱交換器の運転
継続のために不可欠となる事態に際しても、必要
とされる位相進み補償を有効に機能させるが、定
常状態あるいは緩やかな過渡時等においては位相
進み補償の悪影響を除去することのできる装置を
提供することを目的とする。

すなわち本考案によれば熱交換器出口二次流体
温度検出信号として(イ)温度検出原信号（定常時あ
るいは緩やかな過渡時用）と(ロ)位相進み補償済の
温度検出信号（急激な過渡時用）のふたつの信号
を使い分け、定常時あるいは緩やかな過渡時では
温度検出原信号を制御に用いるが、急激な過渡変
化の最中にあつては位相進み補償済信号を制御に
用いるものである。この信号の切換は、熱交換器
運転状態の急激な変動の発生が予想される異常事
象が検知された場合に、切換スイツチにより行な
う。異常事象の例としては、一次循環ポンプトリ
ツプ、熱交換器入口一次流体温度変化率大などが
あげられる。

以下本考案を、第１図に例示した従来例と第２
図および第３図に例示した本考案の好適な実施例
とを対比しつつ詳述する。

熱交換器出口二次流体温度を、二次流体流量を
増減操作することにより制御する場合には、従来
第１図に示す如き制御回路を用いている。

まず第１図に例示した熱交換器の運転系統を先
に説明しておく。

原子炉等の熱源６が、熱交換器１の一次流体を
高温に加熱し、高温一次流体は連絡配管１４を通
して輸送され、熱交換器１へ至る。一方、二次流
体はポンプ２により送り出され、流量制御弁３に
より流量調節されつつ、配管１６を通して熱交換
器１に至る。熱交換器１は一次流体の保有する熱
を伝熱管等の隔壁を介して二次流体へ伝熱し、二
次流体を加熱する機能を持つ。加熱を受けて高温
となつた二次流体は熱交換器１を出ると配管１７
を通りタービン等の負荷機器へ輸送される。熱を
放出して低温となつた一次流体は配管１５を通
り、再び熱源機器６に戻る。一次流体の循環はポ
ンプ５により行なわれる。

第１図に例示した熱交換器運転系統において、
二次流体出口温度を所定値に制御する方法とし
て、二次流体自身の流量を増減操作する方法が有
る。すなわち、二次流体出口温度が上昇した際
は、二次流体流量を増加し、反対に温度が低下し
た際には二次流体流量を減少する操作を行なう。
第１図の制御回路はこの操作を自動制御により行
うものであり、温度検出器７により二次流体温度
を検出し、位相進み補償要素８を経てPI調節器１
０に入力する前に、設定器９の発信する温度目標
値との偏差を求める。温度偏差ΔＴに対して、PI
調節器は次式の比例積分演算を行ない、二次流体
流量目標値を発信する。

Ｏ（Ｓ）＝Ｋ_P（１＋１／τ_ＩＳ）ΔＴ（Ｓ） ただし ΔＴ（Ｓ）：温度偏差 Ｏ（Ｓ）：出力（二次流体流量目標
値） Ｋ_P：比例ゲイン τ_I：積分時間 Ｓ：ラプラス演算子 この二次流体流量目標値に対して、流量検出器
４による流量検出信号を負帰還することにより、
PI調節器１１が制御弁３を開閉調節し、流量を追
値制御する。

かかる制御回路において、温度検出器７には、
通例、無視できない程度の大きな検出遅れが存在
する。これは、熱電対の測温抵抗体等の検出端
を、高温、高圧、高流速の二次流体から保護する
ために、厚肉ウエル等で覆つているためである。

従来の制御装置では温度検出遅れによる制御性
能の低下を改善するために、位相進み補償要素８
を使用することが多かつた。その原理を、一例に
より説明すると次のとおりである。すなわち温度
検出遅れがＦ_D（Ｓ）で表わせる特性のときにこ
れを補償するためにＦ_C（Ｓ）を用いるとする
と、 Ｆ_D（Ｓ）・Ｆ_C（Ｓ）＝１ …(1) であれば良いから、 Ｆ_C（Ｓ）＝１／Ｆ_D（Ｓ） …(2) このような単純な位相進み補償を適用した場合
の問題点は、温度検出信号に重畳している微小な
雑音成分を拡大して伝播する点にある。そのため
に二次流体流量が定常的に振動を生じ制御弁やポ
ンプ等に悪影響が及ぶ恐れがあるので、実用性を
著るしく欠く結果になりやすい。さらに、二次流
体流量が振動的となつた場合には、熱交換器出口
二次流体温度までも振動的となる場合があり、金
属材料に疲労を与える懸念を生ずる等の理由によ
り、第１図の位相進み補償要素８を常時使用する
ことには問題がある。

一次流体流量変動等の過渡時において良好な温
度制御性を得るためには位相進み補償要素８を必
要としているにもかかわらず、上記問題点のある
がために実用できない点に、技術的な困難が存在
した。

第２図に示す本考案の第１の実施例において
も、原子炉あるいは中間熱交換器等の熱源６が、
一次流体を高温に加熱し、高温の一次流体は配管
１４を通して熱交換器１まで輸送される。熱交換
器１は伝熱管等の隔壁を介して、高温の一次流体
より低温の二次流体へ熱を伝える機能を有する。
二次流体への伝熱により低温となつた一次流体は
配管１５を通つて熱源６へ再び戻る。一次流体
は、循環ポンプにより強制流動される。なお低温
側の配管１５に循環ポンプ５が設置されている
が、配管１４の側に設置する場合もある。一方二
次流体はポンプ２により送り出され、流量制御弁
３により流量調節されつつ、配管１６を通して熱
交換器１に至る。加熱を受けて高温となつた二次
流体は熱交換器１を出ると配管１７を通り、ター
ビンあるいは次段の熱交換器等の負荷機器へ輸送
される。

さて、この本考案の第１の実施例によれば、熱
交換器１の二次流体出口側に設けた温度検出器７
の出力側は一方においては切換スイツチ１２の接
点Ａに直接に、他方においては位相進み補償要素
８を介して接点Ｂに接続してある。この切換スイ
ツチ１２の出力側の接点は従来通り設定器９の温
度目標値との偏差を求めた上でPI調節器１０に入
力する。この切換スイツチ１２はポンプ５からの
信号伝達線１３により制御されるようにしてあ
る。

すなわち第２図に示すとおり、温度検出器７の
発信する温度信号は、切換スイツチ１２を経由し
てPI調節器１０へ伝送される。またこれと並行し
て温度信号の一部は検出器７から位相進み補償器
８へ伝送され、８により補償演算を受けた温度信
号は切替スイツチ１２を経由して調節器１０へ伝
送される。ここで切替スイツチ１２は、通常運転
中にはＡ接点閉かつＢ接点開となつているが、ポ
ンプトリツプ信号等が伝送線１３を経てポンプ５
より伝えられると、Ａ接点開かつＢ接点閉とな
る。切替スイツチ１２からの温度信号は設定器９
の発信する温度設定信号との偏差が取られた後
で、PI調節器１０に入力される。

PI調節器１０の発信する流量目標信号は、二次
流体流量計４の発信する流量信号との偏差が取ら
れた後で、PI調節器１１に入力される。PI調節器
１１の発信する弁開度設定信号に基き、弁３の開
閉機構が作動する。

一次流体ポンプトリツプ（ポンプの運転停止）
が一次流体の流れ停止を来たす等して、熱交換器
出口二次流体温度が大幅に変動する事態に至ると
予想される事象の検知信号により、切替スイツチ
１２を切換えて、常時はＡ接点閉かつＢ接点開で
あつたものを、Ａ接点開かつＢ接点閉とするので
ある。

第３図に示す本考案の第２の実施例において
は、切替スイツチ１２のための信号源として熱交
換器１の一次流体入口側の配管１４に一次流体入
口温度検出器１８を配置し、その出力を時間微分
器１９につなぎ、この時間微分器の出力すなわち
一次流体入口温度の変化率を比較器２１にもたら
し、ここで入口温度変化率しきい値設定器２０の
設定しきい値と比較し、これがしきい値以上であ
る時スイツチ１２を切換える構成である。

熱交換器では、一次流体の流量や入口温度が急
激に変動するような異常な運転状況下では、二次
流体出口温度が外乱を受けて急激に変動しやす
い。一定温度の二次流体を熱交換器より取出して
利用するためには、そのような二次流体出口温度
の変動を極力、小幅に停めるための迅速な制御
を、二次流体流量を操作する自動制御等により行
うことが必要である。

本考案により構成した制御装置によれば、上記
のごとき異常運転が発生すると、制御用の二次流
体出口温度検出信号として、位相進み補償済の温
度検出信号を使用できる。よつて検出器ウエル等
による温度検出遅れが解消され、迅速な二次流体
出口温度制御が可能となる。

他方熱交換器の通常運転状態下にあつては、制
御用の二次流体出口温度検出信号として、温度検
出原信号を使用できる。よつて位相進み補償済の
温度検出信号にとかく重畳しがちな温度信号ノイ
ズによる制御機器への悪影響を防止できる。

上述の二次流体出口温度信号の選択を、異常事
象の検知信号により行なうので、必ず運転状況に
適合した二次流体温度信号を、その制御のために
使用できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の熱交換器出口二次流体温度の制
御系統を示す略図的線図、第２図は本考案の第１
の実施例の同様な図、第３図は第２の実施例の同
様な図である。 １……熱交換器、２……二次流体ポンプ、３…
…流量制御弁、４……二次流体流量計、５……一
次流体循環ポンプ、６……原子炉等の熱源機器、
７……熱交換器出口二次流体温度検出器、８……
位相進み補償要素、９……温度目標値設定器、１
０……温度制御用PI調節器、１１……流量制御用
PI調節器、１２……温度信号切替スイツチ、１３
……一次流体循環ポンプトリツプ信号伝送線、１
４……一次系高温配管、１５……一次系低温配
管、１６……二次系入口配管、１７……二次系出
口配管、１８……一次流体入口温度検出器、１９
……時間微分器、２０……入口温度変化率しきい
値設定器、２１……比較器。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 高温加熱媒体と低温被加熱媒体とがそれぞれ流
   通する熱交換器の被加熱媒体用出口に設けられた
   温度検出器、同温度検出器に直接接続された第１
   の入力端子と同温度検出器に位相進み補償要素を
   介して接続された第２の入力端子とを具備した切
   換スイツチ、前記熱交換器の被加熱媒体用入口管
   に設けられた流量調節弁を含み前記切換スイツチ
   の出力端子に接続した流量制御装置、及び前記切
   換スイツチの出力端子を通常運転時は前記第１の
   入力端子の側へ、高温加熱媒体の異常検出時は前
   記第２の入力端子の側へ切換制御する運転異常検
   出装置を有してなることを特徴とする被加熱媒体
   温度制御装置。