KR101421517B1 - 증기 시스템 - Google Patents

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KR101421517B1
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야스오 오치
히데오 후루카와
야스쿠니 타나카
유스케 오카모토
카즈타카 바바
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미우라고교 가부시키카이샤
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Abstract

증기 엔진과 전동기를 이용하여 공기 압축기를 구동시킬 때에 증기 엔진에 의한 구동을 우선시함으로써 에너지 절약을 도모한다. 증기 엔진(4)과 전동기(10)를 구비하고, 각각 공기 압축기(5, 11)를 구동시킨다. 공기 압축기(5, 11)로부터의 압축 공기는 공통의 에어 탱크(21)를 통해 압축 공기 사용 장치에 공급된다. 증기 엔진(4)에는 증기 공급로(6)를 통해 증기가 공급되고, 증기 엔진(4)에서 사용된 후의 증기는 증기 배출로(7)를 통해 증기 사용 장치에 공급된다. 증기 배출로(7) 앞의 증기 헤더(15)에 설치한 압력 센서(19)에 의해 증기압이 감시된다. 에어 탱크(21)에 설치한 압력 센서(22)에 의해 공기압이 감시된다. 증기압과 공기압에 의거하여 증기 공급 밸브(9)가 제어되고, 공기압에 의거하여 전동기(10)가 제어된다. 공기압의 목표값을 어긋나게 함으로써 증기 엔진(4)은 전동기(10)보다 우선 운전된다.

Description

증기 시스템{STEAM SYSTEM}
본 발명은 증기를 이용해 압축기 등을 구동시켜 소비 전력의 삭감을 도모하는 증기 시스템에 관한 것이다.
본 출원은 2008년 3월 6일 일본에 출원된 일본 특허 출원 2008-55685호에 의거하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
하기 특허문헌 1에는 스크루형 팽창기(1)에 의해 공기 압축기(2)를 구동시키고, 공기 압축기(2)의 부하 변동시에는 스크루형 팽창기(1)에 유입되는 증기를 가감 밸브(10)에 의해 제어하여 대응함과 아울러 스크루형 팽창기(1)의 증기 유입측과 증기 유출측 사이에 설치한 바이패스 밸브(9)를 제어함으로써 상기 부하 변동에 상관없이 증기 유출측에 있어서의 증기의 배압을 일정하게 유지하는 방법이 개시되어 있다. 여기에서, 바이패스 밸브(9)의 제어는 스크루형 팽창기(1)로부터의 증기 출구관(5)의 배압을 검출기(20)에 의해 검출하여 행해진다. 또한, 가감 밸브(10)의 제어는 스크루형 팽창기(1)의 구동축의 회전수를 검출기(23)에 의해 검출하여 행해진다.
또한, 하기 특허문헌 2에는 가스 터빈(1)과, 이로 인해 구동되는 발전기(8)와, 가스 터빈(1)의 배기 가스를 열원으로 하는 배열(排熱) 보일러(13)와, 이 배열 보일러(13)로부터 공급되는 증기를 동력원으로 하는 스크루식 증기 엔진(30)과, 이 증기 엔진(30)에 의해 구동되어 연료를 압축시켜서 상기 가스 터빈(1)의 연소기(3)에 공급하는 연료 압축기(11)를 구비한 가스 터빈 설비가 개시되어 있다. 이 가스 터빈 설비에 있어서는 연료 압축기(11)로부터 가스 터빈(1)으로의 연료 공급량은 연료 압축기(11)의 입구와 출구 사이에 설치한 바이패스 제어 밸브(37)에 의해 조정되지만, 이 바이패스 제어 밸브(37)로 다 제어하지 못하는 큰 부하 변동에 대해서는 증기 엔진(30)에 공급되는 증기량이 제어 밸브(32)에 의해 조정된다. 또한, 배열 보일러(13)의 기동시나 증기 엔진(30)의 고장시에는 연료 압축기(11)가 모터(10)에 의해 구동된다.
또한, 하기 특허문헌 3에는 압축기(1)의 스크루 로터의 입력측에 전동 모터(7)와 클러치(8)를 개재하여 증기 터빈(9)을 접속시키고, 이 증기 터빈(9)의 운전시 증기 터빈(9)에 의한 동력이 모터(7)에 의한 동력에 가산되어 상기 스크루 로터가 구동되는 장치가 개시되어 있다. 이 장치에서는 증기 터빈(9)은 증기 밸브(10)의 개폐에 의해 구동과 정지가 스위칭된다. 그리고, 압축기(1)의 축동력이 흡입측 압력과 토출측 압력에 지배되는 것에 착안하여 압축기(1)의 흡입측 압력을 검출하는 저압 압력 검출기(18)와, 토출측 압력을 검출하는 고압 압력 검출기(19)에 의거하여 압축기(1)의 축동력이 허용 동력 범위 내일 때 증기 밸브(10)를 개방하여 증기 터빈(9)을 운전시킨다. 한편, 압축기(1)는 그 슬라이드 밸브가 용량 제어 장치(14)에 의해 제어되어 용량 제어된다.
일본 특허 공개 소63-45403호 공보(특허청구범위, 도 1, 공보 제 2페이지 좌측 하란 제 1-5행) 일본 특허 공개 평9-68006호 공보(청구항 1, 청구항 6, 청구항 8, 단락번호 [0019], [0021], [0024], 도 1) 일본 특허 공개 평4-353201호 공보(단락번호 [0022]-[0028], 도 1)
그러나, 상기 특허문헌 1에 개시되는 발명의 경우, 보일러의 기동시 등 증기가 없는 상태에서는 압축기를 구동시킬 수 없다. 한편, 상기 특허문헌 2에 개시되는 발명의 경우, 모터를 구비하지만 이 모터는 배열 보일러의 기동시나 증기 엔진의 고장시에만 구동되는 것이다. 또한, 상기 특허문헌 3에 개시되는 발명도 모터를 구비하지만 증기 엔진보다 모터에 의한 구동이 우선시되는 제어이다. 또한, 증기 엔진으로서 증기 터빈을 이용했기 때문에 증기 밸브(10)는 개폐만 가능하고, 증기 엔진의 출력 조정은 불가능하다.
또한, 어떠한 특허문헌에 개시되는 발명도 증기의 이용 부하까지 고려하여 증기 엔진으로의 증기 공급을 제어하는 것은 아니다. 즉, 어떠한 특허문헌에 개시되는 발명도 증기의 이용 부하와, 압축기로부터 토출되는 유체의 이용 부하 쌍방에 의거하여 증기 엔진이나 모터를 제어하는 것은 아니다.
본 발명이 해결하려고 하는 과제는 증기 엔진 외에 전동기 등을 구비함과 아울러 증기 부하와 유체 부하 쌍방에 의거하여 증기 엔진 등을 제어함으로써 효율적으로 안정되게 운전시키는 것에 있다. 그리고, 바람직하게는 증기 엔진에 의한 구동을 우선시함으로써 에너지 절약을 도모하는 것을 과제로 한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 청구항 1에 기재된 발명은 증기를 이용하여 동력을 일으키는 제 1 원동기와, 이 제 1 원동기에 의해 구동되어 유체를 토출 또는 흡입하는 제 1 피동기와, 증기 이외를 이용하여 동력을 일으키는 제 2 원동기와, 이 제 2 원동기에 의해 구동되어 상기 제 1 피동기에 의해 유체가 토출 또는 흡입되는 공간에 대하여 유체를 토출 또는 흡입하는 제 2 피동기와, 상기 제 1 원동기에서 사용된 후의 증기가 공급되는 개소의 증기 부하와, 상기 각 피동기에 의해 유체가 토출 또는 흡입되는 상기 공간 내의 유체 부하에 의거하여 상기 제 1 원동기 및/또는 상기 제 2 원동기를 제어하는 제어기를 구비하는 것을 특징으로 하는 증기 시스템이다.
청구항 1에 기재된 발명에 의하면, 증기를 이용하여 동력을 일으키는 제 1 원동기 외에 전동기 등으로 구성되는 제 2 원동기를 구비하므로 증기의 유무나 증기 부하에 상관없이 안정적으로 유체를 토출 또는 흡입할 수 있다. 또한, 유체 부하뿐만 아니라 증기 부하도 고려하여 각 원동기를 제어함으로써 운전 효율을 높일 수 있다.
청구항 2에 기재된 발명은 상기 제 1 원동기에서 사용된 후의 증기가 공급되는 개소의 증기압과, 상기 각 피동기에 의해 유체가 토출 또는 흡입되는 상기 공간 내의 압력에 의거하여 상기 제 1 원동기와 상기 제 2 원동기의 구동 비율이 변경되는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 증기 시스템이다.
청구항 2에 기재된 발명에 의하면, 압력에 의거하여 각 원동기의 구동 비율이 제어된다. 따라서, 간이한 구성 및 제어로 유체 부하뿐만 아니라 증기 부하도 고려하여 각 원동기를 제어해서 운전 효율을 높일 수 있다.
청구항 3에 기재된 발명은 상기 제 1 원동기에서 사용된 후의 증기가 공급되는 개소의 증기압과, 상기 각 피동기에 의해 유체가 토출 또는 흡입되는 상기 공간 내의 압력에 의거하여 상기 제 1 원동기가 제어되고, 상기 각 피동기에 의해 유체가 토출 또는 흡입되는 상기 공간 내의 압력에 의거하여 상기 제 2 원동기가 제어되는 것을 특징으로 하는 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 증기 시스템이다.
청구항 3에 기재된 발명에 의하면, 압력에 의거하여 각 원동기의 구동 비율이 제어된다. 또한, 제 1 원동기는 증기압과 유체압에 의거하여 제어되고, 제 2 원동기는 유체압에 의거하여 제어된다. 따라서, 간이한 구성 및 제어로 유체 부하뿐만 아니라 증기 부하도 고려하여 각 원동기를 제어해서 운전 효율을 높일 수 있다.
청구항 4에 기재된 발명은 상기 각 피동기에 의해 유체가 토출되는 상기 공간 내의 압력에 의거하여 그 공간 내를 제 1 설정 압력 영역으로 유지하도록 상기 제 1 원동기로의 증기 공급이 제어되고, 상기 각 피동기에 의해 유체가 토출되는 상기 공간 내의 압력에 의거하여 그 공간 내를 제 2 설정 압력 영역으로 유지하도록 상기 제 2 원동기가 제어되며, 상기 제 1 설정 압력 영역의 하한 압력은 상기 제 2 설정 압력 영역의 하한 압력보다 높게 설정되고, 상기 제 2 설정 압력 영역의 상한 압력은 상기 제 1 설정 압력 영역의 상한 압력보다 낮게 설정되는 것을 특징으로 하는 청구항 3에 기재된 증기 시스템이다.
청구항 4에 기재된 발명에 의하면, 제 1 원동기를 제어하기 위한 제 1 설정 압력 영역과, 제 2 원동기를 제어하기 위한 제 2 설정 압력 영역은 각각 상한과 하한이 제 1 원동기의 구동이 우선시되도록 어긋나져 있다. 이로 인해, 증기의 이용이 우선시되게 되어 에너지 절약을 도모할 수 있다.
청구항 5에 기재된 발명은 상기 제 1 원동기에서 사용된 후의 증기가 공급되는 개소의 증기압이 소정값 미만인 경우에만 상기 제 1 원동기로의 증기 공급이 행해지는 것을 특징으로 하는 청구항 4에 기재된 증기 시스템이다.
청구항 5에 기재된 발명에 의하면, 증기 부하가 있는 경우에만 제 1 원동기가 구동되므로 증기를 낭비하는 일이 없다.
청구항 6에 기재된 발명은 상기 제 1 원동기는 스크루식 증기 엔진으로 이루어지고, 상기 제 1 피동기는 공기 압축기로 이루어지며, 상기 제 2 원동기는 전동기로 이루어지고, 상기 제 2 피동기는 공기 압축기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 청구항 1~5 중 어느 1항에 기재된 증기 시스템이다.
청구항 6에 기재된 발명에 의하면, 스크루식 증기 엔진을 이용함으로써 터빈식에 비해 효율이 좋다. 또한, 스크루식 증기 엔진인 경우 증기 공급량을 조정함으로써 출력 조정도 용이하다. 또한, 각종 공장, 사업소에 있어서의 에어 구동기의 작동용, 블로우, 건조 등 제조 프로세스용, 그 밖에 각 분야에 있어서 널리 이용되는 공기 압축기를 구동시키므로 범용성이 우수하다.
청구항 7에 기재된 발명은 상기 각 피동기로부터의 압축 공기는 공통의 관로 및/또는 탱크를 통해 압축 공기 사용 장치로 공급 가능하게 되고, 증기 공급원으로부터의 증기는 상기 제 1 원동기를 통해 증기 헤더로 공급 가능하게 됨과 아울러 감압 밸브를 통해 상기 증기 헤더로 공급 가능하게 되며, 그 증기 헤더의 증기는 증기 사용 장치로 공급 가능하게 되고, 상기 관로 또는 상기 탱크에 설치한 압력 센서의 검출 압력이 설정값 미만임으로써 공기 부하가 있다고 판단되며 또한 상기 증기 헤더에 설치한 압력 센서의 검출 압력이 소정값 미만임으로써 증기 부하가 있다고 판단되는 경우에는 상기 제 1 원동기로의 증기 공급을 계속하고, 상기 관로 또는 상기 탱크에 설치한 압력 센서의 검출 압력이 설정값 이상임으로써 공기 부하가 없다고 판단되거나 또는 상기 증기 헤더에 설치한 압력 센서의 검출 압력이 소정값 이상임으로써 증기 부하가 없다고 판단되는 경우에는 상기 제 1 원동기로의 증기 공급을 정지하고, 상기 관로 또는 상기 탱크에 설치한 압력 센서의 검출 압력이 설정값 미만임으로써 공기 부하가 있다고 판단되며, 또한 상기 증기 헤더에 설치한 압력 센서의 검출 압력이 소정값 이상임으로써 증기 부하가 없다고 판단되는 경우에는 상기 제 2 원동기만을 운전시키는 것을 특징으로 하는 청구항 6에 기재된 증기 시스템이다.
청구항 7에 기재된 발명에 의하면, 공기 부하와 증기 부하를 고려하여 제어함으로써 각 원동기를 쓸모없이 운전시키는 것을 방지하여 운전 효율을 높일 수 있다.
또한, 청구항 8에 기재된 발명은 상기 제 1 피동기와 상기 제 2 피동기가 공통된 1개의 피동기로서 구성되고, 이 공통의 피동기가 상기 제 1 원동기와 상기 제 2 원동기에 의해 구동 가능하게 된 것을 특징으로 하는 청구항 1~7 중 어느 1항에 기재된 증기 시스템이다.
청구항 8에 기재된 발명에 의하면, 공통의 피동기를 각 원동기에 의해 구동 가능하게 함으로써 구성을 간이한 것으로 하여 컴팩트화를 도모할 수 있다.
(발명의 효과)
본 발명의 증기 시스템에 의하면 증기 부하와 유체 부하 쌍방에 의거하여 증기 엔진 등을 제어함으로써 효율적으로 안정되게 운전시킬 수 있다. 또한, 증기 엔진에 의한 구동을 우선시함으로써 에너지 절약을 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 증기 시스템의 일 실시예를 나타내는 개략도이다.
도 2는 도 1의 증기 시스템에 있어서 각 피동기가 압축기인 경우의 각 유닛에 있어서의 설정 압력 영역의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 증기 시스템에 있어서 각 피동기가 진공 펌프인 경우의 각 유닛에 있어서의 설정 압력 영역의 일례를 나타내는 도면이다.
이어서, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.
본 발명의 증기 시스템은 증기 엔진과 전동기 등의 조합으로 이용되는 복수의 원동기와, 이들 원동기에 의해 구동되는 압축기 또는 진공 펌프 등의 1개 또는 복수개의 피동기를 구비한다. 본 실시 형태에서는 증기를 이용하여 동력을 일으키는 제 1 원동기와, 이 제 1 원동기에 의해 구동되는 제 1 피동기와, 증기 이외를 이용하여 동력을 일으키는 제 2 원동기와, 이 제 2 원동기에 의해 구동되는 제 2 피동기를 구비한다.
제 1 원동기는 증기를 이용하여 동력을 일으키는 증기 엔진이다. 증기 엔진은 증기 터빈이어도 되지만, 바람직하게는 스크루식 증기 엔진이다. 스크루식 증기 엔진은 서로 맞물리는 스크루 로터 사이에 증기가 도입되고, 그 증기에 의해 스크루 로터를 회전시키면서 증기를 팽창시켜 감압하며, 그때의 스크루 로터의 회전에 의해 동력을 얻는 장치이다.
증기 엔진에는 증기 공급원으로부터 증기가 공급된다. 증기 공급원은 전형적으로는 증기 보일러이다. 증기 보일러로부터의 증기는 증기 헤더에 공급되고, 그 증기 헤더의 증기가 증기 공급로를 통해 증기 엔진에 공급되어도 된다.
증기 엔진의 제어는 증기 엔진으로의 증기 공급의 유무 또는 양을 제어하여 행해진다. 구체적으로는, 증기 엔진으로의 증기 공급로에 증기 공급 밸브를 설치하고, 이 증기 공급 밸브의 개폐 또는 개방도를 제어한다. 이로 인해, 증기 엔진으로의 증기 공급의 유무 또는 양을 변경할 수 있고, 증기 엔진의 작동 유무 또는 출력을 변경할 수 있다.
예를 들면, 증기 엔진이 증기 터빈인 경우, 증기 공급 밸브의 개폐를 제어함으로써 증기 터빈으로의 증기 공급의 유무를 스위칭하면 된다. 이로 인해, 증기 터빈의 작동 유무를 변경할 수 있다. 한편, 증기 엔진이 스크루식 증기 엔진인 경우, 증기 터빈의 경우와 마찬가지로 증기 공급 밸브의 개폐를 제어해도 되고, 증기 공급 밸브의 개방도를 제어해도 된다. 증기 공급 밸브의 개방도를 제어할 경우, 스크루식 증기 엔진으로의 증기 공급량을 조정하여 스크루식 증기 엔진의 출력을 변경할 수 있다.
단, 증기 엔진의 제어는 이상의 구성에 한정되지 않는다. 즉, 증기 엔진은 증기 공급의 유무 또는 양을 변경 가능하면 충분하고, 반드시 증기 공급로에 증기 공급 밸브를 설치하여 그 증기 공급 밸브에 의해 제어할 필요는 없다. 예를 들면, 증기 엔진으로의 증기 공급로와, 증기 엔진으로부터의 증기 배출로를 바이패스로에서 접속시키고, 그 바이패스로에 설치한 바이패스 밸브의 개폐 또는 개방도를 제어해도 된다. 또한, 상기 증기 공급 밸브에 추가로 이 바이패스 밸브를 설치해도 된다. 그때, 바이패스 밸브는 자력(自力)식의 감압 밸브로 해도 된다.
증기 엔진은 증기를 감압하는 것이기 때문에 감압 밸브로서도 기능한다. 그 때문에, 증기 엔진에서 사용된 후의 증기는 종래의 감압 밸브 통과 후의 증기와 마찬가지로 이용 가능하다. 즉, 종래 증기 보일러로부터의 증기는 감압 밸브를 통해 증기 사용 장치에 공급되지만, 그와 마찬가지로 증기 엔진에서 사용된 후의 증기도 증기 사용 장치에 공급할 수 있다. 이때, 증기 엔진으로부터의 증기는 증기 배출로를 통해 증기 헤더에 공급되고, 그 증기 헤더의 증기가 증기 사용 장치에 공급되어도 된다.
제 1 피동기는 제 1 원동기에 의해 구동되어 유체를 토출 또는 흡입하는 장치이다. 구체적으로는, 제 1 피동기는 펌프, 송풍기, 압축기, 또는 진공 펌프 등이다. 제 1 피동기는 펌프, 송풍기 또는 압축기인 경우 유체를 토출하고, 진공 펌프인 경우 유체를 흡입한다.
제 1 피동기는 예를 들면 공기 압축기로 이루어진다. 이 공기 압축기는 왕복식이나 회전식 등 그 종류를 특별히 가리지 않지만, 본 실시 형태에서는 스크루식 압축기이다. 스크루식 압축기는 서로 맞물려 회전하는 스크루 로터 사이에 기체를 흡입하고, 스크루 로터의 회전에 의해 압축시켜 토출하는 장치이다.
제 2 원동기는 증기 이외를 이용하여 동력을 일으키는 장치이다. 제 2 원동기는 전형적으로는 전동기(모터)로 이루어지지만, 디젤 엔진 등이어도 된다. 제 2 원동기가 전동기인 경우 온오프 제어되어도 되고, 인버터 제어되어도 된다. 주지하는 바와 같이, 인버터 제어에 의하면 전동기에 인가되는 전원의 주파수를 바꿈으로써 전동기의 회전수를 바꿀 수 있다.
제 2 피동기는 제 2 원동기에 의해 구동되어 유체를 토출 또는 흡입하는 장치이다. 구체적으로는, 제 2 피동기는 펌프, 송풍기, 압축기, 또는 진공 펌프 등이다. 제 2 피동기는 펌프, 송풍기 또는 압축기인 경우 유체를 토출하고, 진공 펌프인 경우 유체를 흡입한다.
제 2 피동기는 제 1 피동기에 의해 유체가 토출 또는 흡입되는 공간에 대하여, 제 1 피동기와 마찬가지로, 유체를 토출 또는 흡입하는 장치이다. 그 때문에, 제 2 피동기는 제 1 피동기와 동일 기능의 것으로 이루어진다. 예를 들면, 제 1 피동기가 공기 압축기인 경우에는 제 2 피동기도 공기 압축기로 이루어진다. 단, 제 2 피동기는 제 1 피동기와 기능이 동일하면 기구까지 동일할 필요는 없다. 예를 들면, 제 1 피동기가 스크루식의 공기 압축기일 경우 제 2 피동기는 공기 압축기인 한 스크루식에 한정되지 않고, 왕복식(레시프로 압축기) 등이어도 된다.
제 1 원동기와 제 2 원동기는 공통의 제어기에 의해 제어되어도 되고, 개별 제어기에 의해 독립적으로 제어되어도 된다. 전자의 경우, 후술하는 유체 부하와 증기 부하에 의거하여 제 1 원동기와 제 2 원동기가 제어된다. 후자의 경우, 유체 부하와 증기 부하에 의거하여 제 1 원동기가 제어되는 한편, 유체 부하에 의거하여 제 2 원동기가 제어되는 것이 좋다.
여기에서, 유체 부하란 상기 각 피동기에 의해 유체가 토출 또는 흡입되는 공간 내의 유체의 부하이다. 구체적으로는, 상기 각 피동기가 펌프, 송풍기 또는 압축기인 경우에 이것이 토출되는 공간 내의 유체의 사용량이다. 또한, 상기 각 피동기가 진공 펌프인 경우에 이것이 흡입되는 공간 내의 유체의 존재량이다. 즉, 상기 각 피동기가 진공 펌프인 경우 진공도가 낮아지면 유체 부하가 있게 된다.
어떠한 유체 부하도 상기 각 피동기에 의해 유체가 토출 또는 흡입되는 공간 내의 압력에 의해 검출할 수 있다. 예를 들면, 상기 각 피동기가 공기 압축기인 경우에 그 압축 공기를 1개 또는 복수개의 압축 공기 사용 장치에 보내는 공통의 관 내 또는 탱크 내의 압력에 의거하여 압축 공기의 사용 부하(공기 부하라고 함)를 검출할 수 있다. 즉, 압축 공기 사용 장치에서 압축 공기가 사용될 경우에는 상기 관 내 또는 탱크 내의 공기압이 낮아지므로 공기 부하를 검출할 수 있다.
한편, 증기 부하란 제 1 원동기(증기 엔진)에서 사용된 후의 증기가 공급되는 개소의 증기의 사용량이다. 이 증기 부하는 제 1 원동기에서 사용된 후의 증기가 공급되는 개소의 증기압에 의해 검출할 수 있다. 예를 들면, 제 1 원동기로부터의 증기 배출로 또는 그 앞에 설치되는 증기 헤더 내의 증기압에 의거하여 증기의 사용 부하(증기 부하)를 검출할 수 있다. 즉, 증기 사용 장치에서 증기가 사용되는 경우에는 증기 배출로 또는 증기 헤더 내의 증기압이 낮아지므로 증기 부하를 검출할 수 있다.
이와 같이, 유체 부하도 증기 부하도 압력에 의해 검출하는 것이 간이하다. 따라서, 상기 각 피동기에 의해 유체가 토출 또는 흡입되는 공간 내의 압력과, 제 1 원동기에서 사용된 후의 증기가 공급되는 개소의 증기압에 의거하여 제 1 원동기 및/또는 제 2 원동기를 제어할 수 있다. 예를 들면, 유체압과 증기압에 의거하여 제 1 원동기를 제어하는 한편, 유체압에 의거하여 제 2 원동기를 제어할 수 있다.
제 1 원동기와 제 2 원동기는 각각의 구동 유무 또는 양이 변경되어 제어된다. 이로 인해, 제 1 원동기와 제 2 원동기의 구동 비율을 변경할 수 있다. 이때, 다음과 같이 제어하는 것이 간이하고, 또한 에너지 절약을 도모할 수 있다. 즉, 유체 부하 및 증기 부하가 있는 경우에는 제 1 원동기로의 증기 공급을 계속하지만, 유체 부하 또는 증기 부하가 없는 경우에는 제 1 원동기로의 증기 공급을 정지한다. 그리고, 유체 부하가 있지만 증기 부하가 없는 경우에는 제 2 원동기만을 운전시킨다. 단, 이러한 경우(유체 부하가 있지만 증기 부하가 없는 경우)에도 소망에 따라 제 1 원동기로의 증기 공급을 실행해도 된다. 그런데, 유체 부하가 없지만 증기 부하가 있는 경우에는 바이패스로 등을 통해 증기 헤더나 증기 사용 장치에 증기가 공급된다.
상기 각 피동기가 공기 압축기이고 유체 부하가 공기 부하인 경우, 공기 부하가 있는지의 여부는 압축 공기를 압축 공기 사용 장치에 보내는 관 또는 탱크에 설치한 압력 센서의 검출 압력이 설정값 미만인지의 여부에 의해 검지할 수 있다. 즉, 설정값 미만이면 공기 부하가 있다고 판단할 수 있고, 설정값 이상이면 공기 부하가 없다고 판단할 수 있다. 또한, 증기 부하가 있는지의 여부는 제 1 원동기에서 사용된 후의 증기가 공급되는 증기 헤더 등에 설치한 압력 센서의 검출 압력이 소정값 미만인지의 여부에 의해 검지할 수 있다. 즉, 소정값 미만이면 증기 부하가 있다고 판단할 수 있고, 소정값 이상이면 증기 부하가 없다고 판단할 수 있다. 상기 각 피동기가 압축기가 아니라 펌프 또는 송풍기인 경우에도 마찬가지이다. 반대로, 상기 각 피동기가 진공 펌프인 경우에는 유체 부하가 있는지의 여부는 진공 펌프가 진공 처리하는 공간에 설치한 압력 센서의 검출 압력이 설정값 이상인지의 여부에 의해 검지할 수 있다.
어느 쪽이든 에너지 절약을 도모하기 위해서는 증기 부하가 있을 때에는 제 1 원동기(증기 엔진)의 구동을 우선시하고, 이 제 1 원동기만으로는 완벽히 공급할 수 없을 경우에 제 2 원동기로 보조 구동하는 것이 바람직하다. 그때, 제 1 원동기와 제 2 원동기를 개별적으로 제어할 경우 다음과 같이 제어하는 것이 간이하다.
즉, 상기 각 피동기에 의해 유체가 토출 또는 흡입되는 공간 내의 압력에 의거하여 그 공간 내를 제 1 설정 압력 영역으로 유지되도록 제 1 원동기로의 증기 공급을 제어한다. 또한, 상기 각 피동기에 의해 유체가 토출 또는 흡입되는 공간 내의 압력에 의거하여 그 공간 내를 제 2 설정 압력 영역으로 유지되도록 제 2 원동기를 제어한다. 그리고, 상기 각 피동기가 펌프, 송풍기 또는 압축기인 경우 제 1 설정 압력 영역의 하한 압력은 제 2 설정 압력 영역의 하한 압력보다 높게 설정되고, 제 2 설정 압력 영역의 상한 압력은 제 1 설정 압력 영역의 상한 압력보다 낮게 설정된다. 한편, 상기 각 피동기가 진공 펌프인 경우 제 1 설정 압력 영역의 상한 압력은 제 2 설정 압력 영역의 상한 압력보다 낮게 설정되고, 제 2 설정 압력 영역의 하한 압력은 제 1 설정 압력 영역의 하한 압력보다 높게 설정된다. 그리고, 어떠한 경우에도 제 1 원동기에서 사용된 후의 증기가 공급되는 개소의 증기압이 소정값 미만일 경우에만 제 1 원동기로의 증기 공급이 행해지는 것이 좋다. 이러한 제어일 때 제 1 원동기는 증기 공급의 유무가 제어되고, 제 2 원동기(전동기)는 온오프 제어되기만 해도 된다.
그런데, 이상의 설명에서는 제 1 피동기와 제 2 피동기는 별체로 구성했지만, 이들은 공통된 1개의 피동기로서 구성되어도 된다. 그러한 경우, 공통의 피동기가 제 1 원동기와 제 2 원동기에 의해 구동 가능하게 된다. 예를 들면, 증기 엔진과 동축에 전동기를 부착함으로써 증기 구동과 전기 구동을 1유닛으로 구성해도 된다.
또한, 이상의 설명에서는 제 1 원동기 및 제 1 피동기와, 제 2 원동기 및 제 2 피동기는 각각 1대씩 설치한 예를 나타냈지만, 이들은 복수대 설치되어도 된다. 예를 들면, 상술한 증기 시스템에 있어서 제 2 원동기 및 제 2 피동기를 2대 병렬로 설치할 수도 있다. 그러한 경우에도 각 제 2 원동기는 상술한 것과 마찬가지의 제어를 하면 된다.
(실시예)
이하, 본 발명의 구체적 실시예를 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 증기 시스템의 일 실시예를 나타내는 개략도이다. 본 실시예의 증기 시스템(1)은 증기 구동식 압축기 유닛(2)과, 전기 구동식 압축기 유닛(3)을 구비한다.
증기 구동식 압축기 유닛(2)은 증기를 받아 동력을 일으키는 증기 엔진(제 1 원동기)(4)과, 이 증기 엔진(4)에 의해 구동되는 공기 압축기(제 1 피동기)(5)를 구비한다. 증기 엔진(4)은 증기 터빈이어도 되지만, 바람직하게는 스크루식 증기 엔진이다. 스크루식 증기 엔진은 서로 맞물리는 스크루 로터 사이에 증기가 도입되고, 그 증기에 의해 스크루 로터를 회전시키면서 증기를 팽창시켜 감압하며, 그때의 스크루 로터의 회전에 의해 동력을 얻는 장치이다.
증기 엔진(4)에 대해서는 증기 공급로(6)를 통해 증기가 공급되고, 증기 배출로(7)를 통해 증기가 배출된다. 증기 구동식 압축기 유닛(2)의 제어기(제 1 제어기)(8)는 증기 공급로(6)에 설치한 증기 공급 밸브(9)를 제어함으로써 증기 엔진(4)을 제어한다. 본 실시예에서는 증기 공급 밸브(9)의 개폐를 제어함으로써 증기 엔진(4)의 작동 유무를 스위칭한다. 단, 증기 공급 밸브(9)의 개방도를 조정하여 증기 엔진(4)의 출력을 조정 가능하게 해도 된다.
공기 압축기(5)는 그 종류를 특별히 가리지 않지만, 바람직하게는 스크루식 압축기이다. 스크루식 압축기는 서로 맞물려 회전하는 스크루 로터 사이에 기체를 흡입하고, 스크루 로터의 회전에 의해 압축시켜 토출하는 장치이다. 공기 압축기(5)는 발전기를 통하는 일 없이 직접적으로 증기 엔진(4)에 의해 구동된다.
전기 구동식 압축기 유닛(3)은 전력을 받아 동력을 일으키는 전동기(제 1 피동기)(10)와, 이 전동기(10)에 의해 구동되는 공기 압축기(제 2 피동기)(11)를 구비한다. 이 공기 압축기(11)도 증기 구동식 압축기 유닛(2)의 경우와 마찬가지로 그 종류를 특별히 가리지 않지만, 바람직하게는 스크루식 압축기이다.
전기 구동식 압축기 유닛(3)의 제어기(제 2 제어기)(12)는 전동기(10)를 제어한다. 본 실시예에서는 전동기(10)로의 전력 공급 유무를 제어함으로써 전동기(10)의 작동 유무를 스위칭한다. 단, 전동기(10)를 인버터 제어하여 전동기(10)의 출력을 조정 가능하게 해도 된다. 즉, 인버터에 있어서 전동기(10)에 인가하는 전원의 주파수를 바꿈으로써 전동기(10)의 회전수를 바꿔도 된다.
상술한 바와 같이, 증기 엔진(4)은 증기가 공급되어 구동된다. 도시예에서는 증기 보일러(13)로부터의 증기는 제 1 증기 헤더(14) 및 증기 공급로(6)를 통해 증기 엔진(4)에 공급된다. 그리고, 증기 엔진(4)에서 사용된 후의 증기는 제 2 증기 헤더(15)를 통해 각종 증기 사용 장치(도시 생략)로 공급 가능하게 된다.
또한, 제 1 증기 헤더(14)와 제 2 증기 헤더(15)는 바이패스로(16)를 통해서도 접속된다. 도시예에서는 제 1 증기 헤더(14)로부터 증기 엔진(4)으로의 증기 공급로(6) 중 증기 공급 밸브(9)보다 상류부와, 증기 엔진(4)으로부터 제 2 증기 헤더(15)로의 증기 배출로(7)의 중도부가 바이패스로(16)에서 접속된다. 그리고, 이 바이패스로(16)의 중도부에는 바이패스 밸브(17)가 설치된다. 이 바이패스 밸브(17)는 제어기에 의해 개폐 제어되는 전자 밸브 또는 전동 밸브여도 되지만, 본 실시예에서는 자력식의 감압 밸브로 이루어진다. 구체적으로는, 바이패스 밸브(17)는 제 2 증기 헤더(15) 내의 증기압을 소정으로 유지시키도록 기계적으로 자력에 의해 개방도 조정하는 감압 밸브로 이루어진다.
이렇게 하여, 본 실시예의 증기 시스템(1)은 압력 및 온도가 다른 2개의 증기 헤더(14, 15)를 구비한다. 그리고, 각 증기 헤더(14, 15) 내의 증기는 각각 소망의 증기 사용 장치(도시 생략)로 공급 가능하게 된다. 각 증기 헤더(14, 15) 내의 증기는 온도가 다르므로 용도에 따른 증기의 사용이 가능해진다. 즉, 비교적 고온의 증기가 필요시되는 경우에는 제 1 증기 헤더(14)로부터 증기를 공급하면 되고, 그보다 저온의 증기가 필요시되는 경우에는 제 2 증기 헤더(15)로부터 증기를 공급하면 된다.
어떠한 증기 헤더(14, 15)로부터의 증기도 소망에 따라 감압 밸브(18)[제 1 증기 헤더(14)측만 도시]를 통해 증기 사용 장치로 공급 가능하다. 증기 엔진(4)은 감압 밸브로서도 기능하므로 제 2 증기 헤더(15) 내의 증기는 감압 밸브 통과 후의 증기로서 그대로 이용할 수도 있다. 그런데, 본 실시예의 증기 보일러(13)는 제 1 증기 헤더(14) 내의 증기압에 의거하여 운전 상태가 제어된다. 구체적으로는, 제 1 증기 헤더(14) 내의 증기압에 의거하여 버너의 연소량이 제어된다.
제 2 증기 헤더(15)에는 그 증기의 사용 부하를 파악하기 위해 제 1 압력 센서(19)가 설치된다. 이 제 1 압력 센서(19)에 의해 제 2 증기 헤더(15) 내의 증기압이 감시된다. 따라서, 그 증기압이 소정값 미만인지의 여부에 의해 증기 부하가 있는지의 여부를 판단 가능하다. 즉, 증기가 사용될 경우에는 제 2 증기 헤더(15) 내의 증기압이 낮아지므로 그것이 소정값 미만인지의 여부에 의해 증기의 사용 부하를 검지할 수 있다.
그런데, 각 공기 압축기(5, 11)로부터의 압축 공기는 압축 공기로(20)를 통해 중공의 에어 탱크(21) 내에 공급되고, 그 에어 탱크(21)로부터 1개 또는 복수개의 압축 공기 사용 장치(도시 생략)로 공급 가능하게 된다. 에어 탱크(21)에는 압축 공기의 사용 부하를 파악하기 위해 제 2 압력 센서(22)가 설치된다. 이 제 2 압력 센서(22)에 의해 에어 탱크(21) 내의 공기압이 감시된다. 따라서, 그 공기압이 설정값 미만인지의 여부에 의해 공기 부하가 있는지의 여부가 판단 가능하다. 즉, 압축 공기가 사용되는 경우에는 에어 탱크(21) 내의 공기압이 낮아지므로 그것이 설정값 미만인지의 여부에 의해 압축 공기의 사용 부하를 검지할 수 있다.
본 실시예의 증기 시스템(1)에서는 에너지 절약을 도모하기 위해 증기 부하가 있을 때에는 전동기(10)보다 증기 엔진(4)에 의한 압축기의 구동을 우선시하고, 이 증기 엔진(4)만으로는 전부 공급할 수 없을 경우에 전동기(10)가 보조 구동된다. 이때, 증기 구동식 압축기 유닛(2)도 전기 구동식 압축기 유닛(3)도 제 2 압력 센서(22)에 의한 에어 탱크(21) 내의 공기압을 감시하여 증기 엔진(4) 또는 전동기(10)의 기동과 정지가 스위칭된다.
그리고, 제 2 압력 센서(22)의 공기압이 설정값(후술의 P1U) 미만임으로써 공기 부하가 있다고 판단되고, 또한 제 1 압력 센서(19)의 증기압이 소정값 미만임으로써 증기 부하가 있다고 판단되는 경우에는 증기 공급 밸브(9)를 개방하여 증기 엔진(4)을 계속해서 운전시킨다. 반대로, 제 2 압력 센서(22)의 공기압이 설정값 이상임으로써 공기 부하가 없다고 판단되거나, 또는 제 1 압력 센서(19)의 증기압이 소정값 이상임으로써 증기 부하가 없다고 판단되는 경우에는 증기 공급 밸브(9)를 폐쇄하여 증기 엔진(4)을 정지시킨다. 또한, 제 2 압력 센서(22)의 공기압이 설정값 미만임으로써 공기 부하가 있다고 판단되고, 또한 제 1 압력 센서(19)의 증기압이 소정값 이상임으로써 증기 부하가 없다고 판단되는 경우에는 전동기(10)를 단독 운전시킨다. 이렇게 하여, 증기 부하가 있는 한 증기 구동식 압축기 유닛(2)을 우선적으로 운전시킨다.
또한, 증기 구동식 압축기 유닛(2)의 설정압을 전기 구동식 압축기 유닛(3)의 설정압보다 높게 설정하는 것이 좋다. 구체적으로는, 각 압축기 유닛(2, 3)에서는 에어 탱크(21) 내의 공기압을 설정 압력 영역으로 유지하도록 각 제어기(8, 12)에 의해 원동기[증기 엔진(4), 전동기(10)]가 개별적으로 제어된다. 도 2는 각 압축기 유닛(2, 3)에 있어서의 설정 압력 영역의 일례와, 각 압력 영역에 있어서의 증기 공급 밸브(9)와 전동기(10)의 작동 상태를 나타내는 도면이다. 동 도면에 있어서, 우측의 표는 좌측 그래프의 각 압력 영역에 있어서의 증기 공급 밸브(9)의 개폐와, 전동기(10)의 작동 유무를 나타내고 있다. 증기 공급 밸브(9)에 대해서는 「○」가 개방 상태, 「×」가 폐쇄 상태를 나타내고 있고, 전동기(10)에 대해서는 「○」가 작동 상태, 「×」가 정지 상태를 나타내고 있다.
그리고, 제 1 제어기(8)는 제 2 압력 센서(22)의 검출 압력에 의거하여 에어 탱크(21) 내를 제 1 설정 압력 영역(P1)으로 유지하도록 증기 공급 밸브(9)의 개폐를 제어한다. 구체적으로는, 압축 공기의 사용에 따라 제 1 설정 압력 영역(P1)의 하한 압력(P1L)이 되면 증기 공급 밸브(9)를 개방하는 한편, 제 1 설정 압력 영역(P1)의 상한 압력(P1U)이 되면 증기 공급 밸브(9)를 폐쇄한다. 한편, 제 2 제어기(12)는 제 2 압력 센서(22)의 검출 압력에 의거하여 에어 탱크(21) 내를 제 2 설정 압력 영역(P2)으로 유지하도록 전동기(10)의 작동을 제어한다. 구체적으로는, 제 2 설정 압력 영역(P2)의 하한 압력(P2L)이 되면 전동기(10)를 작동시키는 한편, 제 2 설정 압력 영역(P2)의 상한 압력(P2U)이 되면 전동기(10)를 정지시킨다.
그리고, 증기 요구(증기 부하)가 있는 한 증기 구동식 압축기 유닛(2)이 전기 구동식 압축기 유닛(3)보다 우선적으로 운전되도록 제 1 설정 압력 영역(P1)과 제 2 설정 압력 영역(P2)이 설정된다. 구체적으로는, 제 1 설정 압력 영역(P1)의 하한 압력(P1L)은 제 2 설정 압력 영역(P2)의 하한 압력(P2L)보다 높게 설정되고, 제 2 설정 압력 영역(P2)의 상한 압력(P2U)은 제 1 설정 압력 영역(P1)의 상한 압력(P1U)보다 낮게 설정된다.
이러한 구성의 경우, 도 2의 우측 표에 나타내는 바와 같이, 제 1 설정 압력 영역(P1)의 상한 압력(P1U)을 초과하는 압력에서는 증기 공급 밸브(9)는 폐쇄되고, 전동기(10)는 정지된다. 그 상태로부터 압력이 저하되어도, 표 중 가장 좌측 열에 나타내는 바와 같이, 제 1 설정 압력 영역(P1)의 하한 압력(P1L)이 될 때까지 증기 공급 밸브(9)는 폐쇄 상태로 된다. 그리고, 제 1 설정 압력 영역(P1)의 하한 압력(P1L)을 하회하는 영역에서는 증기 공급 밸브(9)는 개방 상태로 된다. 이 상태로부터 압력이 상승하면, 표 중 좌측으로부터 2번째 열에 나타내는 바와 같이, 제 1 설정 압력 영역(P1)의 상한 압력(P1U)이 될 때까지 증기 공급 밸브(9)는 개방 상태로 된다. 그리고, 제 1 설정 압력 영역(P1)의 상한 압력(P1U)을 상회하는 영역에서는 증기 공급 밸브(9)는 폐쇄 상태로 된다.
한편, 상술한 바와 같이, 제 1 설정 압력 영역(P1)의 상한 압력(P1U)을 초과하는 압력에 있어서 전동기(10)는 정지하고 있다. 그 상태로부터 압력이 저하되어도, 표 중 우측으로부터 2번째 열에 나타내는 바와 같이, 제 2 설정 압력 영역(P2)의 하한 압력(P2L)이 될 때까지 전동기(10)는 정지 상태로 된다. 이 동안에 증기 공급 밸브(9)는, 상술한 바와 같이, 제 1 설정 압력 영역(P1)의 하한 압력(P1L)에 있어서 개방된다. 그리고, 제 2 설정 압력 영역(P2)의 하한 압력(P2L)을 하회하는 영역에서는 전동기(10)는 작동 상태로 된다. 이 상태로부터 압력이 상승하면, 표 중 가장 우측 열에 나타내는 바와 같이, 제 2 설정 압력 영역(P2)의 상한 압력(P2U)이 될 때까지 전동기(10)는 작동 상태로 된다. 이 동안에 증기 공급 밸브(9)도 개방 상태로 된다. 그리고, 제 2 설정 압력 영역(P2)의 상한 압력(P2U)을 상회하는 영역에서는 전동기(10)는 정지 상태로 된다. 또한, 증기 공급 밸브(9)는, 상술한 바와 같이, 제 1 설정 압력 영역(P1)의 상한 압력(P1U)이 되면 폐쇄된다.
이러한 구성의 경우, 전동기(10)의 백업에 의해 증기 부하가 없는 경우에도 안정적으로 압축 공기를 얻을 수 있다. 또한, 증기 보일러(13)의 기동시, 즉 증기 발생까지는 전동기(10)에 의해 압축 공기를 얻을 수 있다. 그리고, 증기 발생 후에는 증기 부하가 있는 한, 즉 제 2 증기 헤더(15) 내의 증기가 사용되는 한 증기 구동식 압축기 유닛(2)을 우선적으로 운전시키면서 압축 공기를 얻을 수 있다. 또한, 증기 부하가 있지만 공기 부하가 없는 경우 증기 엔진(4)을 통해서는 제 2 증기 헤더(15)에 증기는 공급되지 않지만, 바이패스로(16)를 통해 제 2 증기 헤더(15)에 증기가 공급된다.
그런데, 여름철 전력 피크 시에 전기의 사용을 최대한 억제하고 싶은 경우에는 증기 부하가 없는 경우에도 소비 전력이 큰 전동기(10)를 사용하지 않고 압축기(5)를 구동시키기 위해 증기 엔진(4)에 증기를 공급해도 된다. 이로 인해, 전력 삭감을 도모할 수 있다.
본 발명의 증기 시스템은 상기 실시예의 구성에 한정되지 않고 적절히 변경 가능하다. 예를 들면, 상기 실시예에서는 증기 엔진(4)은 스크루식으로 했지만, 경우에 따라 터빈식으로 해도 된다.
또한, 상기 실시예에서는 각 압축기(5, 11)는 온오프 제어되었지만, 경우에 따라 용량 제어되어도 된다. 그러한 경우, 증기 구동식 압축기 유닛(2)에서는 증기 공급 밸브(9)의 개방도를 조정하는 것이 간이하고, 전기 구동식 압축기 유닛(3)에서는 전동기(10)를 인버터 제어하는 것이 간이하다.
또한, 상기 실시예에서는 압축 공기의 사용 부하는 에어 탱크(21)에 설치한 제 2 압력 센서(22)에 의해 검출했지만, 제 2 압력 센서(22)는 에어 탱크(21)가 아닌 각 압축기(5, 11)로부터 압축 공기가 토출되는 압축 공기로(20)에 설치해도 된다. 그러한 경우, 에어 탱크(21)는 그 설치를 생략할 수도 있다.
또한, 상기 실시예에서는 증기의 사용 부하는 제 2 증기 헤더(15)에 설치한 제 1 압력 센서(19)에 의해 검출했지만, 제 1 압력 센서(19)는 제 2 증기 헤더(15)가 아닌 증기 엔진(4)으로부터의 증기 배출로(7)와 바이패스로(16)의 합류 후의 관로에 설치해도 된다. 그러한 경우, 제 2 증기 헤더(15)는 그 설치를 생략할 수도 있다.
또한, 상기 실시예에서는 각 유닛(2, 3)에 각각 제어기(8, 12)를 설치했지만, 이들을 통일해서 공통의 제어기로 해도 된다. 또한, 상기 실시예에 있어서, 각 유닛(2, 3)의 각 압축기(5, 11)를 공통화하여 공통된 1개의 압축기를 증기 엔진(4)이나 전동기(10)에 의해 제어해도 된다.
또한, 상기 실시예에서는 각 유닛(2, 3)에 압축기를 설치했지만, 압축기 대신 펌프 또는 송풍기를 설치해도 된다. 그러한 경우에도 상기 실시예와 마찬가지로 제어하면 된다.
또한, 압축기 대신 진공 펌프를 설치해도 된다. 그러한 경우, 증기 엔진(4)이나 전동기(10)에 의해 구동되는 각 진공 펌프가 흡인하는 공간 내의 압력에 의거하여 증기 엔진(4) 또는 전동기(10)를 제어하면 된다. 그리고, 그러한 경우에도 전동기(10)보다 증기 엔진(4)이 우선시되도록 각 유닛(2, 3)을 제어하는 것이 좋다. 이러한 경우, 상기 각 설정 압력 영역(P1, P2)은 예를 들면 도 3에 나타내는 바와 같이 설정된다. 그리고, 진공도가 저하되어 상한 압력(P1U, P2U)이 되면 원동기[증기 엔진(4), 전동기(10)]를 작동시키는 한편, 하한 압력(P1L, P2L)이 되면 원동기를 정지시킨다.
또한, 상기 실시예에서는 원동기로서 증기 엔진(4)과 전동기(10)를 이용했지만, 전동기(10)는 증기 이외를 이용하여 동력을 일으키는 그 밖의 원동기로 해도 된다. 예를 들면, 전기 구동식 압축기 유닛(3)을 디젤 엔진에 의한 레시프로식 압축기로 해도 된다.
(산업상의 이용 가능성)
본 발명은 증기 부하와 유체 부하 쌍방에 의거하여 증기 엔진 등을 제어함으로써 효율적으로 안정되게 운전시키는 것이고, 다양한 증기 시스템에 적용시킬 수 있다.
1 : 증기 시스템 2 : 증기 구동식 압축기 유닛
3 : 전기 구동식 압축기 유닛 4 : 증기 엔진(제 1 원동기)
5 : 공기 압축기(제 1 피동기) 6 : 증기 공급로
7 : 증기 배출로 8 : 제 1 제어기
9 : 증기 공급 밸브 10 : 전동기(제 2 원동기)
11 : 공기 압축기(제 2 피동기) 12 : 제 2 제어기
13 : 증기 보일러(증기 공급원) 15 : 제 2 증기 헤더
16 : 바이패스로 17 : 바이패스 밸브(감압 밸브)
19 : 제 1 압력 센서 20 : 압축 공기로
21 : 에어 탱크 22 : 제 2 압력 센서
P1 : 제 1 설정 압력 영역
P1U : 제 1 설정 압력 영역의 상한 압력
P1L : 제 1 설정 압력 영역의 하한 압력
P2 : 제 2 설정 압력 영역
P2U : 제 2 설정 압력 영역의 상한 압력
P2L : 제 2 설정 압력 영역의 하한 압력

Claims (8)

  1. 증기를 이용하여 동력을 일으키는 제 1 원동기와,
    이 제 1 원동기에 의해 구동되어 유체를 토출 또는 흡입하는 제 1 피동기와,
    증기 이외를 이용하여 동력을 일으키는 제 2 원동기와,
    이 제 2 원동기에 의해 구동되어 상기 제 1 피동기에 의해 유체가 토출 또는 흡입되는 공간에 대하여 유체를 토출 또는 흡입하는 제 2 피동기와,
    상기 제 1 원동기에서 사용된 후의 증기가 공급되는 개소(個所)의 증기 부하와, 상기 각 피동기에 의해 유체가 토출 또는 흡입되는 상기 공간 내의 유체 부하에 의거하여 상기 제 1 원동기 또는 상기 제 2 원동기 또는 양자를 제어하는 제어기를 구비하는 것을 특징으로 하는 증기 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 원동기에서 사용된 후의 증기가 공급되는 개소의 증기압과 상기 각 피동기에 의해 유체가 토출 또는 흡입되는 상기 공간 내의 압력에 의거하여 상기 제 1 원동기와 상기 제 2 원동기의 구동 비율이 변경되는 것을 특징으로 하는 증기 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 원동기에서 사용된 후의 증기가 공급되는 개소의 증기압과 상기 각 피동기에 의해 유체가 토출 또는 흡입되는 상기 공간 내의 압력에 의거하여 상기 제 1 원동기가 제어되고,
    상기 각 피동기에 의해 유체가 토출 또는 흡입되는 상기 공간 내의 압력에 의거하여 상기 제 2 원동기가 제어되는 것을 특징으로 하는 증기 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 각 피동기에 의해 유체가 토출되는 상기 공간 내의 압력을 검출하여, 그 공간 내의 압력이 제 1 설정 압력의 하한 압력을 하회하거나 상한 압력을 상회하면, 그 공간 내를 제 1 설정 압력 영역으로 유지하도록 상기 제 1 원동기로의 증기 공급이 제어되고,
    상기 각 피동기에 의해 유체가 토출되는 상기 공간 내의 압력을 검출하여, 그 공간 내의 압력이 제 2 설정 압력의 하한 압력을 하회하거나 상한 압력을 상회하면, 그 공간 내를 제 2 설정 압력 영역으로 유지하도록 상기 제 2 원동기가 제어되며,
    상기 제 1 설정 압력 영역의 하한 압력은 상기 제 2 설정 압력 영역의 하한 압력보다 높게 설정되고, 상기 제 2 설정 압력 영역의 상한 압력은 상기 제 1 설정 압력 영역의 상한 압력보다 낮게 설정되는 것을 특징으로 하는 증기 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 원동기에서 사용된 후의 증기가 공급되는 개소의 증기압이 소정값 미만인 경우에만 상기 제 1 원동기로의 증기 공급이 행해지는 것을 특징으로 하는 증기 시스템.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 원동기는 스크루식 증기 엔진으로 이루어지고,
    상기 제 1 피동기는 공기 압축기로 이루어지며,
    상기 제 2 원동기는 전동기로 이루어지고,
    상기 제 2 피동기는 공기 압축기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 증기 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 각 피동기로부터의 압축 공기는 공통의 관로 또는 탱크 또는 양자를 통해 압축 공기 사용 장치로 공급 가능하게 되고,
    증기 공급원으로부터의 증기는 상기 제 1 원동기를 통해 증기 헤더로 공급 가능하게 됨과 아울러 감압 밸브를 통해 상기 증기 헤더로 공급 가능하게 되며,
    그 증기 헤더의 증기는 증기 사용 장치로 공급 가능하게 되고,
    상기 관로 또는 상기 탱크에 설치한 압력 센서의 검출 압력이 설정값 미만인 것에 의해 공기 부하가 있다고 판단되며, 또한 상기 증기 헤더에 설치한 압력 센서의 검출 압력이 소정값 미만인 것에 의해 증기 부하가 있다고 판단되는 경우에는, 상기 제 1 원동기로의 증기 공급을 계속하고,
    상기 관로 또는 상기 탱크에 설치한 압력 센서의 검출 압력이 설정값 이상인 것에 의해 공기 부하가 없다고 판단되거나, 또는 상기 증기 헤더에 설치한 압력 센서의 검출 압력이 소정값 이상인 것에 의해 증기 부하가 없다고 판단되는 경우에는, 상기 제 1 원동기로의 증기 공급을 정지하고,
    상기 관로 또는 상기 탱크에 설치한 압력 센서의 검출 압력이 설정값 미만인 것에 의해 공기 부하가 있다고 판단되고, 또한 상기 증기 헤더에 설치한 압력 센서의 검출 압력이 소정값 이상인 것에 의해 증기 부하가 없다고 판단되는 경우에는, 상기 제 2 원동기만을 운전시키는 것을 특징으로 하는 증기 시스템.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 피동기와 상기 제 2 피동기가 공통된 1개의 피동기로서 구성되고,
    이 공통의 피동기가 상기 제 1 원동기와 상기 제 2 원동기에 의해 구동 가능하게 되는 것을 특징으로 하는 증기 시스템.
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