KR101504610B1 - 증기 시스템 - Google Patents
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Abstract
증기 엔진을 이용하여 공기 압축기를 구동시킬 때에 압축 공기의 사용 부하뿐만 아니라 증기의 사용 부하도 고려하여 제어한다. 증기를 이용하여 동력을 일으키는 증기 엔진(2)에 의해 공기 압축기(3)가 구동된다. 증기 엔진(2)에 대해서는 증기 공급로(8)를 통해 증기가 공급되고, 증기 배출로(11)를 통해 증기가 배출된다. 증기 엔진(2)으로부터의 증기는 증기 헤더(12)를 통해 증기 사용 장치에 공급된다. 증기 헤더(12)에 설치한 압력 센서(16)에 의해 증기의 사용 부하가 감시된다. 공기 압축기(3)로부터의 압축 공기는 압축 공기로(17)를 통해 압축 공기 사용 장치에 공급된다. 압축 공기로(17)에 설치한 압력 센서(18)에 의해 압축 공기의 사용 부하가 감시된다. 증기의 사용 부하와 압축 공기의 사용 부하에 의거하여 증기 엔진(2)으로의 증기 공급을 제어한다.
Description
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 2008-55686호 및 2008년 8월 21일 일본에 출원된 일본 특허 출원 2008-212381호에 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.
상기 특허문헌 1에 개시되는 발명의 경우, 공기 압축기(2)의 부하 변동에도 상관없이 그 회전을 일정하게 유지시키기 위해 가감 밸브(10)를 조정하여 스크루형 팽창기(1)에 공급되는 증기량이 제어되지만, 공기 압축기(2)의 능력 제어는 언로더에 의해 행해진다(공보 제 2페이지 우측 하란 제 18행-제 3페이지 좌측 상란 제 5행). 또는 공기 압축기(2)의 능력 제어는 스크루형 팽창기(1)에 공급하는 증기량을 가감 밸브(10)에 의해 제어하고, 스크루형 팽창기(1)의 회전수를 변화시켜 행해진다(공보 제 3페이지 좌측 상란 제 5-9행). 그러나, 가감 밸브(10)의 제어는 스크루형 팽창기(1)의 구동축의 회전수를 검출기(23)에 의해 검출하여 행해지는 것이기 때문에 스크루형 팽창기(1)가 소망의 회전수가 되도록 그 구동축의 회전수를 검출기(23)에 의해 검출하고, 스크루형 팽창기(1)로의 증기 공급량을 가감 밸브(10)에 의해 조정하는 것에 지나지 않는다. 따라서, 공기 압축기(2)의 부하 변동을 검지하고, 그 부하 변동에 대하여 신속하고 정확하게 응답하도록 제어하는 것은 아니다.
상기 특허문헌 2에 개시되는 발명의 경우, 가스 터빈(1)으로의 연료 공급량은 증기 엔진(30)이 아니라 연료 압축기(11)측에 설치한 바이패스 제어 밸브(37)와, 증기 엔진(30)으로의 증기량을 조정하는 제어 밸브(32)에 의해 제어된다. 따라서, 구조 및 제어가 복잡해지는 것이다.
상기 특허문헌 3에 개시되는 발명의 경우, 증기 엔진으로서 증기 터빈(9)을 이용했기 때문에 증기 밸브(10)는 개폐만 가능하고, 증기 엔진의 출력 조정은 불가능하다.
또한, 어떠한 특허문헌에 개시되는 발명도 증기의 사용 부하까지 고려하여 증기 엔진으로의 증기 공급을 제어하는 것은 아니다. 즉, 어떠한 특허문헌에 개시되는 발명도 증기 엔진으로부터의 증기가 공급되는 개소의 증기 사용 부하와, 압축기로부터 토출되는 유체 사용 부하 쌍방에 의거하여 증기 엔진으로의 증기 공급을 제어하는 것은 아니다.
본 발명이 해결하려고 하는 과제는 간이한 구성 및 제어로 유체 부하뿐만 아니라 증기 부하도 고려하여 증기 엔진으로의 증기 공급을 제어함으로써 운전 효율을 높이는 것에 있다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 청구항 1에 기재된 발명은 증기를 이용하여 동력을 일으키는 원동기와, 이 원동기에 의해 구동되어 유체를 토출 또는 흡입하는 피동기와, 상기 원동기에서 사용된 후의 증기가 공급되는 개소로 상기 원동기를 통하는 일 없이 증기를 공급하는 바이패스로와, 상기 원동기로부터의 증기와 상기 바이패스로로부터의 증기가 공급되는 개소의 증기 부하와, 상기 피동기에 의해 유체가 토출 또는 흡입되는 공간 내의 유체 부하에 의거하여 상기 원동기로의 증기 공급을 제어하는 제어기를 구비하는 것을 특징으로 하는 증기 시스템이다.
청구항 1에 기재된 발명에 의하면, 유체 부하뿐만 아니라 증기 부하도 고려하여 원동기로의 증기 공급을 제어함으로써 운전 효율을 높일 수 있다.
청구항 2에 기재된 발명은 상기 원동기로의 증기 공급로에 설치한 증기 공급 밸브에 의해 상기 원동기로의 증기 공급을 제어하는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 증기 시스템이다.
청구항 2에 기재된 발명에 의하면, 원동기로의 증기 공급로에 설치한 증기 공급 밸브에 의해 간이하게 원동기로의 증기 공급을 제어할 수 있다.
청구항 3에 기재된 발명은 상기 바이패스로에 바이패스 밸브가 설치되고, 이 바이패스 밸브는 상기 원동기로부터의 증기와 상기 바이패스로로부터의 증기가 공급되는 개소의 증기압을 소정으로 유지시키도록 동작하는 자력(自力)식의 감압 밸브로 이루어지는 것을 특징으로 하는 청구항 2에 기재된 증기 시스템이다.
청구항 3에 기재된 발명에 의하면, 자력식의 감압 밸브를 이용함으로써 바이패스로를 통한 증기 공급이 자력으로 행해진다. 따라서, 증기 시스템 전체의 구성 및 제어를 간이한 것으로 할 수 있다.
청구항 4에 기재된 발명은 상기 바이패스로는 상기 원동기로의 증기 공급로와 상기 원동기로부터의 증기 배출로를 접속시켜 형성되고, 이 바이패스로에 설치한 바이패스 밸브에 의해 상기 원동기로의 증기 공급을 제어하는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 증기 시스템이다.
청구항 4에 기재된 발명에 의하면, 원동기로의 증기 공급로와 원동기로부터의 증기 배출로를 접속시키는 바이패스로에 설치한 바이패스 밸브에 의해 간이하게 원동기로의 증기 공급을 제어할 수 있다.
청구항 5에 기재된 발명은 상기 유체 부하 및 상기 증기 부하가 있는 경우에는 상기 원동기로의 증기 공급을 실행시키고, 상기 유체 부하 및 상기 증기 부하가 없는 경우에는 상기 원동기로의 증기 공급을 정지시키며, 상기 유체 부하가 없지만 상기 증기 부하가 있는 경우에는 상기 원동기로의 증기 공급을 정지시킨 상태에서 상기 바이패스로를 통해 증기를 공급하는 것을 특징으로 하는 청구항 1~4 중 어느 1항에 기재된 증기 시스템이다.
청구항 5에 기재된 발명에 의하면, 유체 부하와 증기 부하를 고려하여 제어함으로써 원동기를 쓸모없이 운전시키는 것을 방지하여 운전 효율을 높일 수 있다.
청구항 6에 기재된 발명은 상기 유체 부하가 있지만 상기 증기 부하가 없는 경우에는 상기 피동기 또는 이것과 동일 기능의 제 2 피동기를 전동기에 의해 구동시키는 것을 특징으로 하는 청구항 5에 기재된 증기 시스템이다.
청구항 6에 기재된 발명에 의하면, 증기를 이용하여 동력을 일으키는 원동기 외에 전동기를 구비하므로 증기 부하에 상관없이 안정적으로 유체를 토출 또는 흡입할 수 있다.
청구항 7에 기재된 발명은 상기 원동기는 스크루식 증기 엔진으로 이루어지고, 상기 피동기는 공기 압축기로 이루어지며, 상기 피동기에 의해 유체가 토출되는 공간 내의 압력이 설정값 미만인지의 여부에 의해 상기 유체 부하가 있는지의 여부가 검지되고, 상기 원동기로부터의 증기와 상기 바이패스로로부터의 증기가 공급되는 개소의 증기압이 소정값 미만인지의 여부에 의해 상기 증기 부하가 있는지의 여부가 검지되는 것을 특징으로 하는 청구항 6에 기재된 증기 시스템이다.
청구항 7에 기재된 발명에 의하면, 스크루식 증기 엔진을 이용함으로써 터빈식에 비해 효율이 좋다. 또한 스크루식 증기 엔진의 경우 소망에 따라 증기 공급량을 조정함으로써 출력 조정도 가능해진다. 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. 또한, 공기 부하와 증기 부하를 압력에 의해 간이하게 파악하여 제어할 수 있다.
청구항 8에 기재된 발명은 상기 유체 부하가 있지만 상기 증기 부하가 없는 경우에도 상기 원동기로의 증기 공급을 실행시키는 것을 특징으로 하는 청구항 5에 기재된 증기 시스템이다.
청구항 8에 기재된 발명에 의하면, 반드시 전동기를 별도 구비하지 않아도 증기 부하에 상관없이 안정적으로 유체를 토출 또는 흡입할 수 있다. 또한, 전동기를 이용하지 않으므로 전력을 삭감할 수 있다.
청구항 9에 기재된 발명은 상기 원동기는 스크루식 증기 엔진으로 이루어지고, 상기 피동기는 공기 압축기로 이루어지며, 상기 피동기에 의해 유체가 토출되는 공간 내의 압력이 설정값 미만인지의 여부에 의해 상기 유체 부하가 있는지의 여부가 검지되고, 상기 원동기로부터의 증기와 상기 바이패스로로부터의 증기가 공급되는 개소의 증기압이 소정값 미만인지의 여부에 의해 상기 증기 부하가 있는지의 여부가 검지되는 것을 특징으로 하는 청구항 8에 기재된 증기 시스템이다.
청구항 9에 기재된 발명에 의하면, 스크루식 증기 엔진을 이용함으로써 터빈식에 비해 효율이 좋다. 또한, 스크루식 증기 엔진의 경우 소망에 따라 증기 공급량을 조정함으로써 출력 조정도 가능해진다. 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. 또한, 공기 부하와 증기 부하를 압력에 의해 간이하게 파악하여 제어할 수 있다.
청구항 10에 기재된 발명은 상기 증기 공급로를 통해 상기 원동기로 증기를 공급하는 보일러를 구비하고, 이 보일러로의 급수 탱크에 상기 원동기로부터의 드레인이 공급되는 것을 특징으로 하는 청구항 3 또는 청구항 4에 기재된 증기 시스템이다.
청구항 10에 기재된 발명에 의하면, 증기 엔진으로부터 배출되는 드레인의 유효 이용을 도모할 수 있다.
또한, 청구항 11에 기재된 발명은 상기 보일러 또는 그 급수 탱크로의 급수를 이용하여 상기 압축기의 냉각이 도모되는 것을 특징으로 하는 청구항 10에 기재된 증기 시스템이다.
청구항 11에 기재된 발명에 의하면, 압축기의 방열에 의해 급수를 가온하므로 에너지 절약을 도모할 수 있다.
(발명의 효과)
본 발명의 증기 시스템에 의하면 간이한 구성 및 제어로 유체 부하뿐만 아니라 증기 부하도 고려하여 증기 엔진으로의 증기 공급을 제어할 수 있고, 운전 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 증기 시스템의 실시예 1을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 증기 시스템의 실시예 2를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 증기 시스템의 실시예 2를 나타내는 개략도이다.
이어서, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.
본 발명의 증기 시스템은 증기를 이용하여 동력을 일으키는 원동기와, 이 원동기에 의해 구동되는 압축기 또는 진공 펌프 등의 피동기를 구비한다.
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 엔진에 의해 얻어진 회전 동력은 피동기의 구동에 사용된다. 그때, 피동기는 발전기를 통하는 일 없이 직접적으로 구동되는 것이 좋다.
피동기는 증기 엔진에 의해 구동되어 유체를 토출 또는 흡입하는 장치이다. 구체적으로는, 피동기는 펌프, 송풍기, 압축기, 또는 진공 펌프 등이다. 피동기는 펌프, 송풍기 또는 압축기인 경우 유체를 토출하고, 진공 펌프인 경우 유체를 흡입한다.
피동기는 예를 들면 압축기로 이루어진다. 이 압축기는 왕복식이나 회전식 등 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. 압축기에 의해 압축되는 기체는 그 종류를 특별히 가리지 않지만, 예를 들면 공기, 증기, 냉매 가스 등을 들 수 있다. 단, 압축 공기는 폭넓은 분야에서 사용되므로 공기 압축기로 하는 것이 범용성이 우수하다.
증기 엔진에는 증기 공급원으로부터 증기 공급로를 통해 증기가 공급된다. 증기 공급원은 전형적으로는 증기 보일러이다. 이 보일러에는 급수 탱크로부터 물이 공급되고, 그 물은 보일러에서 증기화된다. 그리고, 그 증기가 증기 엔진에 공급 가능하게 된다. 보일러로부터의 증기는 증기 헤더(제 1 증기 헤더라고 함)에 공급되고, 그 증기 헤더의 증기가 증기 공급로를 통해 증기 엔진에 공급되어도 된다.
증기 엔진에서 사용된 후의 증기는 증기 배출로를 통해 배출된다. 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 보일러로부터의 증기는 감압 밸브를 통해 증기 사용 장치에 공급되지만, 그것과 마찬가지로, 증기 엔진에서 사용된 후의 증기도 증기 사용 장치에 공급할 수 있다. 이때, 증기 엔진으로부터의 증기는 증기 배출로를 통해 증기 헤더(제 2 증기 헤더라고 함)에 공급되고, 그 증기 헤더의 증기가 증기 사용 장치에 공급되어도 된다.
증기 엔진에서 사용된 후의 증기가 공급되는 개소에는 증기 엔진을 통하는 일 없이 바이패스로를 통해서도 증기가 공급 가능하게 된다. 전형적으로는, 상기 증기 공급원으로부터의 증기가 바이패스로를 통해서도 증기 배출로 또는 제 2 증기 헤더에 공급 가능하게 된다. 이때, 증기 엔진에 대한 증기 공급로와 증기 배출로를 바이패스로에서 접속시켜도 되고, 제 1 증기 헤더와 제 2 증기 헤더를 바이패스로에서 접속시켜도 된다. 또한, 상기 증기 공급원과는 다른 개소로부터 바이패스로를 통해 증기 배출로 또는 제 2 증기 헤더에 증기를 공급 가능으로 해도 된다. 어떻든 바이패스로에는 바이패스 밸브가 설치된다. 이 바이패스 밸브는 전자 밸브 또는 전동 밸브여도 되지만, 자력식의 감압 밸브여도 된다. 이러한 경우, 바이패스 밸브는 증기 엔진으로부터의 증기와 바이패스로로부터의 증기가 공급되는 개소의 증기압을 소정으로 유지시키도록 기계적으로 자력에 의해 개방도 조정한다.
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, 상술한 바와 같이, 증기 엔진에 대한 증기 공급로와 증기 배출로를 바이패스로에서 접속시키고, 이 바이패스로에 설치한 바이패스 밸브의 개폐 또는 개방도를 제어해도 된다. 또한, 상기 증기 공급 밸브에 추가로 이 바이패스 밸브를 설치해도 된다.
증기 엔진은 피동기에 의해 유체가 토출 또는 흡입되는 공간 내의 유체 부하와, 증기 엔진의 출구측의 증기 부하에 의거하여 증기 공급을 제어받는다.
여기에서, 유체 부하란 피동기에 의해 유체가 토출 또는 흡입되는 공간 내의 유체의 부하이다. 구체적으로는, 피동기가 펌프, 송풍기 또는 압축기인 경우에 이것이 토출되는 공간 내의 유체의 사용량이다. 또한, 피동기가 진공 펌프인 경우에 이것이 흡입되는 공간 내의 유체의 존재량이다. 즉, 피동기가 진공 펌프인 경우 진공도가 낮아지면 유체 부하가 있게 된다.
어떠한 유체 부하도 피동기에 의해 유체가 토출 또는 흡입되는 공간 내의 압력에 의해 검출할 수 있다. 예를 들면, 피동기가 공기 압축기인 경우에 그 압축 공기를 1개 또는 복수개의 압축 공기 사용 장치에 보내는 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 증기 엔진에서 사용된 후의 증기가 공급되는 개소의 증기의 사용량이다. 이 증기 부하는 증기 엔진에서 사용된 후의 증기가 공급되는 개소의 증기압에 의해 검출할 수 있다. 예를 들면, 증기 엔진으로부터의 증기 배출로 또는 그 앞에 설치되는 제 2 증기 헤더 내의 증기압에 의거하여 증기의 사용 부하(증기 부하)를 검출할 수 있다. 즉, 증기 사용 장치에서 증기가 사용되는 경우에는 증기 배출로 내 또는 제 2 증기 헤더 내의 증기압이 낮아지므로 증기 부하를 검출할 수 있다.
이와 같이, 유체 부하도 증기 부하도 압력에 의해 검출하는 것이 간이하다. 따라서, 피동기에 의해 유체가 토출 또는 흡입되는 공간 내의 압력과, 증기 엔진에서 사용된 후의 증기가 공급되는 개소의 증기압에 의거하여 증기 엔진으로의 증기 공급을 제어할 수 있다.
이때, 다음과 같이 제어하는 것이 간이하고, 또한 에너지 절약을 도모할 수 있다. 즉, 유체 부하 및 증기 부하가 있는 경우에는 증기 엔진으로의 증기 공급을 실행하고, 유체 부하 및 증기 부하가 없는 경우에는 증기 엔진으로의 증기 공급을 정지한다. 또한, 유체 부하가 없지만 증기 부하가 있는 경우에는 증기 엔진으로의 증기 공급을 정지한 상태에서 바이패스로를 통해 제 2 증기 헤더나 증기 사용 장치에 증기 공급을 실행한다. 바이패스 밸브가 자력식의 감압 밸브인 경우에는 이 증기 공급은 기계적으로 자력에 의해 행해진다.
한편, 유체 부하가 있지만 증기 부하가 없는 경우에는 피동기를 제 2 원동기에 의해 구동시키는 것이 좋다. 여기에서는 제 2 원동기는 전동기(모터)로서 설명하지만, 증기 엔진 이외이면, 예를 들면 디젤 엔진 등이어도 된다. 또한, 증기 엔진과 전동기는 공통의 피동기를 구동시키는 구성이어도 되고, 증기 엔진에 의해 구동되는 제 1 피동기와, 전동기에 의해 구동되는 제 2 피동기를 나누어 구성해도 된다.
후자의 경우, 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 압축기인 경우 제 2 피동기는 공기 압축기인 한 스크루식에 한정되지 않고, 왕복식 등이어도 된다.
그런데, 유체 부하가 있지만 증기 부하가 없는 경우에도 증기 엔진으로의 증기 공급을 실행해도 된다. 이러한 경우, 반드시 전동기를 별도 구비하지 않아도 증기 부하에 상관없이 안정적으로 피동기를 구동시킬 수 있다. 전동기를 이용하지 않으므로 전력 삭감을 도모할 수도 있다. 단, 이 제어는 증기 시스템이 전동기를 구비하고 있는 경우에도 전동기를 작동시키지 않고 실행 가능하다.
피동기가 펌프, 송풍기 또는 압축기인 경우, 유체 부하가 있는지의 여부는 피동기에 의해 유체가 토출되는 공간에 설치한 압력 센서의 검출 압력이 설정값 미만인지의 여부에 의해 검지할 수 있다. 즉, 설정값 미만이면 유체 부하가 있다고 판단할 수 있고, 설정값 이상이면 유체 부하가 없다고 판단할 수 있다. 반대로, 피동기가 진공 펌프인 경우, 유체 부하가 있는지의 여부는 피동기에 의해 유체가 흡인되는 공간에 설치한 압력 센서의 검출 압력이 설정값 이상인지의 여부에 의해 검지할 수 있다. 즉, 설정값 이상이면 유체 부하가 있다고 판단할 수 있고, 설정값 미만이면 유체 부하가 없다고 판단할 수 있다.
또한, 증기 부하가 있는지의 여부는 증기 엔진에서 사용된 후의 증기가 공급되는 증기 배출로 또는 제 2 증기 헤더에 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.
그런데, 상기 각 실시 형태에 있어서, 증기 엔진으로부터의 드레인은 보일러로의 급수 탱크에 리턴시켜 열 회수를 도모하도록 해도 된다. 또한, 보일러나 그 급수 탱크로의 급수를 이용하여 압축기 등의 피동기의 냉각을 도모해도 된다. 이러한 경우, 압축기의 방열에 의해 보일러로의 급수를 가온할 수 있다는 메리트도 있다.
(실시예 1)
이하, 본 발명의 구체적 실시예를 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 증기 시스템의 실시예 1을 나타내는 개략도이다. 본 실시예의 증기 시스템(1)은 증기를 이용하여 동력을 일으키는 원동기(2)와, 이로 인해 구동되는 피동기(3)를 구비한다.
원동기(2)는 증기를 받아 동력을 일으키는 증기 엔진이다. 증기 엔진(2)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.
피동기(3)는 증기 엔진(2)에 의해 구동되어 유체를 토출 또는 흡입하는 장치이다. 구체적으로는, 피동기(3)는 펌프, 송풍기, 압축기 또는 진공 펌프 등이다. 본 실시예의 피동기(3)는 공기 압축기이다. 이 압축기(3)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.
압축기(3)는 증기 엔진(2)에 의해 구동된다. 구체적으로는, 스크루식 증기 엔진(2)의 스크루 로터의 회전 구동력을 이용하여 스크루식 압축기(3)의 스크루 로터가 회전된다. 이때, 증기 엔진(2)의 출력축(4)과, 압축기(3)의 입력축(5)은 발전기를 통하는 일 없이 커플링(6)에 의해 접속된다. 단, 출력축(4)과 입력축(5)은 클러치를 통해 접속되어도 된다. 이러한 경우, 증기 엔진(2)에 의한 압축기(3)의 구동 유무를 클러치에 의해 스위칭할 수 있다. 또한, 클러치는 변속기를 구비해도 된다. 이러한 경우, 변속비를 변경함으로써 압축기(3)의 토출 압력을 변경할 수 있다. 또한, 출력축(4)과 입력축(5)은 전동기(모터)를 통해 접속되어도 된다. 이러한 경우, 압축기(3)는 증기 엔진(2)과 전동기 중 한쪽 또는 양쪽에 의해 구동할 수 있게 구동 비율을 변경 가능하게 된다. 본 실시예에서는 압축기(3)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 증기 엔진(2)과 전동기(19)에 접속되어 있다. 이로 인해, 압축기(3)는 증기 엔진(2)에 의해 구동 가능하게 됨과 아울러 전동기(19)에 의해서도 구동 가능하게 된다.
증기 엔진(2)에는 증기 보일러(7)로부터의 증기가 증기 공급로(8)를 통해 공급된다. 본 실시예에서는 증기 보일러(7)로부터의 증기는 제 1 증기 헤더(9)에 공급되고, 이 제 1 증기 헤더(9)의 증기가 증기 공급로(8)를 통해 증기 엔진(2)에 공급된다. 제 1 증기 헤더(9)로부터 증기 엔진(2)으로의 증기 공급로(8)에는 증기 공급 밸브(10)가 설치된다. 이 증기 공급 밸브(10)의 개폐를 제어함으로써 증기 엔진(2)의 작동 유무가 스위칭된다. 단, 증기 공급 밸브(10)의 개방도를 제어하여 증기 엔진(2)의 출력을 조정해도 된다.
증기 엔진(2)에서 사용된 후의 증기는 각종 증기 사용 장치(도시 생략)에 있어서 이용할 수 있다. 본 실시예에서는 증기 엔진(2)으로부터의 증기는 증기 배출로(11)를 통해 제 2 증기 헤더(12)에 공급되고, 이 제 2 증기 헤더(12)의 증기가 각종 증기 사용 장치에 공급된다. 그런데, 증기 엔진(2)은 압축기(3)를 구동시킬 뿐만 아니라 감압 밸브로서도 기능한다. 따라서, 증기 엔진(2)에서 사용된 후의 증기는 감압 밸브 통과 후의 증기로서 각종 증기 사용 장치에 있어서 그대로 이용할 수도 있다.
제 1 증기 헤더(9)와 제 2 증기 헤더(12)는 바이패스로(13)를 통해서도 접속된다. 도시예에서는 제 1 증기 헤더(9)로부터 증기 엔진(2)으로의 증기 공급로(8) 중 증기 공급 밸브(10)보다 상류부와, 증기 엔진(2)으로부터 제 2 증기 헤더(12)로의 증기 배출로(11)의 중도부가 바이패스로(13)에서 접속된다. 그리고, 이 바이패스로(13)의 중도부에는 바이패스 밸브(14)가 설치된다. 이 바이패스 밸브(14)는 제어기(15)에 의해 제어되는 전자 밸브 또는 전동 밸브로 이루어져도 되지만, 본 실시예에서는 자력식의 감압 밸브로 이루어진다. 구체적으로는, 바이패스 밸브(14)는 제 2 증기 헤더(12) 내의 증기압을 소정으로 유지시키도록 기계적으로 자력에 의해 개방도 조정한다. 어떻든 증기 엔진(2) 경유와 바이패스 밸브(14) 경유 중 어떠한 방법에 의해 제 2 증기 헤더(12)에 증기를 공급해도 좋은 조건에서는 증기 엔진(2) 경유에 의한 증기 공급이 우선시되는 것이 좋다.
이와 같이, 본 실시예의 증기 시스템(1)은 압력 및 온도가 다른 2개의 증기 헤더(9, 12)를 구비한다. 그리고, 각 증기 헤더(9, 12) 내의 증기는 각각 소망의 증기 사용 장치(도시 생략)에 공급 가능하게 된다. 각 증기 헤더(9, 12) 내의 증기는 온도가 다르기 때문에 용도에 따른 증기의 사용이 가능해진다. 즉, 비교적 고온의 증기가 필요시되는 경우에는 제 1 증기 헤더(9)로부터 증기를 공급하면 되고, 그보다 저온의 증기가 필요시되는 경우에는 제 2 증기 헤더(12)로부터 증기를 공급하면 된다.
그런데, 본 실시예의 증기 보일러(7)는 제 1 증기 헤더(9) 내의 증기압에 의거하여 운전 상태를 제어받는다. 구체적으로는, 제 1 증기 헤더(9) 내의 증기압에 의거하여 버너의 연소량을 제어받는다.
제 2 증기 헤더(12)에는 그 증기의 사용 부하를 파악하기 위해 제 1 압력 센서(16)가 설치된다. 이 제 1 압력 센서(16)에 의해 제 2 증기 헤더(12) 내의 증기압이 감시된다. 따라서, 그 증기압이 소정값 미만인지의 여부에 의해 증기 부하가 있는지의 여부를 검지할 수 있다. 즉, 증기가 사용되는 경우에는 제 2 증기 헤더(12) 내의 증기압이 낮아지므로 그것이 소정값 미만인지의 여부에 의해 증기의 사용 부하를 검지할 수 있다.
압축기(3)로부터의 압축 공기는 압축 공기로(17)를 통해 1개 또는 복수개의 압축 공기 사용 장치(도시 생략)에 공급 가능하게 된다. 압축 공기로(17)에는 압축 공기의 사용 부하를 파악하기 위해 제 2 압력 센서(18)가 설치된다. 이 제 2 압력 센서(18)에 의해 압축 공기로(17) 내의 공기압이 감시된다. 따라서, 그 공기압이 설정값 미만인지의 여부에 의해 공기 부하가 있는지의 여부를 검지할 수 있다. 즉, 압축 공기가 사용되는 경우에는 압축 공기로(17) 내의 공기압이 낮아지므로 그것이 설정값 미만인지의 여부에 의해 압축 공기의 사용 부하를 검지할 수 있다. 단, 압축 공기로(17) 중도에 중공의 에어 탱크(도시 생략)를 설치하고, 이 에어 탱크에 제 2 압력 센서(18)을 설치하여 압축 공기의 사용 부하를 검지해도 된다.
본 실시예의 증기 시스템(1)에서는 제어기(15)는 제 1 압력 센서(16)와 제 2 압력 센서(18)의 검출 압력을 항상 감시하고, 이것에 의거하여 후술하는 바와 같이 증기 공급 밸브(10)의 개폐를 제어한다. 단, 소망에 따라 증기 공급 밸브(10)의 개방도를 제어하는 구성으로 해도 된다. 또한, 제어기(15)는 소망에 따라 바이패스 밸브(14)나 상기 클러치 등을 제어 가능하게 해도 된다. 단, 본 실시예에서는 바이패스 밸브(14)는, 상술한 바와 같이, 자력식의 감압 밸브로 이루어져 있다.
제어기(15)는 제 2 압력 센서(18)의 공기압이 설정값 미만임으로써 공기 부하가 있다고 검지하고, 또한 제 1 압력 센서(16)의 증기압이 소정값 미만임으로써 증기 부하가 있다고 검지하는 경우에는 증기 공급 밸브(10)를 개방하여 증기 엔진(2)을 운전시킨다.
또한, 제어기(15)는 제 2 압력 센서(18)의 공기압이 설정값 이상임으로써 공기 부하가 없다고 검지하고, 또한 제 1 압력 센서(16)의 증기압이 소정값 이상임으로써 증기 부하가 없다고 검지하는 경우에는 증기 공급 밸브(10)를 폐쇄하여 증기 엔진(2)을 정지시킨다.
또한, 제어기(15)는 제 2 압력 센서(18)의 공기압이 설정값 이상임으로써 공기 부하가 없다고 검지하고, 또한 제 1 압력 센서(16)의 증기압이 소정값 미만임으로써 증기 부하가 있다고 검지하는 경우에는 증기 공급 밸브(10)를 폐쇄하여 증기 엔진(2)을 정지시킨다. 이러한 경우, 제 2 증기 헤더(12) 나아가서는 증기 사용 장치에는 바이패스로(13)를 통해 증기가 공급된다.
또한, 제어기(15)는 제 2 압력 센서(18)의 공기압이 설정값 미만임으로써 공기 부하가 있다고 검지하고, 또한 제 1 압력 센서(16)의 증기압이 소정값 이상임으로써 증기 부하가 없다고 검지하는 경우에는 전동기(19)에 의해 압축기(3)를 구동시킨다. 이러한 경우, 전동기(19)에 의해 상기 압축기(3)를 구동 가능하게 해도 되고, 다른 압축기를 구동 가능하게 해도 된다. 후자의 경우, 증기 엔진(2)에 의해 구동되는 제 1 압축기(3)로부터의 압축 공기와, 전동기(19)에 의해 구동되는 제 2 압축기로부터의 압축 공기는 공통의 압축 공기로(17) 또는 에어 탱크를 통해 압축 공기 사용 장치에 공급된다.
단, 제어기(15)는 제 2 압력 센서(18)의 공기압이 설정값 미만임으로써 공기 부하가 있다고 검지하고, 또한 제 1 압력 센서(16)의 증기압이 소정값 이상임으로써 증기 부하가 없다고 검지하는 경우에도 증기 공급 밸브(10)를 개방하여 증기 엔진(2)을 운전시켜도 된다. 이러한 경우, 전동기(19)는 반드시 필요하지는 않다. 또한 예를 들면, 여름철 전력 피크시에 전기의 사용을 최대한 억제하고 싶은 경우에는 증기 부하가 없는 경우에도 소비 전력이 큰 전기식을 사용하지 않고 압축기(3)를 구동시키기 위해 증기 엔진(2)에 증기를 공급할 수 있다.
그런데, 본 실시예에서는 압축기(3)는 온오프 제어되었지만, 경우에 따라 용량 제어되어도 된다. 그러한 경우, 증기 엔진(2)으로의 증기 공급 밸브(10)의 개방도를 조정하거나, 전동기(19)를 인버터 제어하거나 하는 것이 간이하다.
(실시예 2)
도 2는 본 발명의 증기 시스템(1)의 실시예 2를 나타내는 개략도이다. 본 실시예 2의 증기 시스템(1)도 기본적으로는 상기 실시예 1과 마찬가지이다. 그래서, 이하에서는 양자의 다른 점을 중심으로 설명하고, 대응하는 개소에는 동일 부호를 붙여 설명한다.
본 실시예 2의 증기 시스템(1)도 증기를 이용하여 동력을 일으키는 증기 엔진(2)과, 이 증기 엔진(2)에 의해 구동되는 압축기(3)를 구비한다.
본 실시예의 증기 엔진(2)도 스크루식 증기 엔진으로 이루어진다. 증기 엔진(2)에는 증기 공급로(8)를 통해 보일러(7)로부터의 증기가 공급되고, 증기 엔진(2)에서 사용된 후의 증기는 증기 배출로(11)를 통해 증기 사용 장치(도시 생략)에 보내진다. 이때, 상기 실시예 1과 마찬가지로, 보일러(7)로부터의 증기를 제 1 증기 헤더(9)(도 1)에 공급하고, 이 제 1 증기 헤더(9)의 증기를 증기 엔진(2)에 공급하거나, 증기 엔진(2)으로부터의 증기를 제 2 증기 헤더(12)(도 1)에 공급하여 이 제 2 증기 헤더(12)의 증기를 증기 사용 장치에 공급하거나 해도 된다.
보일러(7)는 증기 보일러이면 그 종류를 특별히 가리지 않는다. 상기 실시예 1에서도 마찬가지이지만, 보일러(7)에는 급수 탱크(20)로부터의 물(연수)이 공급되어 증기화된다. 구체적으로는, 급수 탱크(20)에는 소정량의 물이 저장되어 있고, 그 물은 급수 펌프(21)를 통해 보일러(7)에 공급된다. 보일러(7)에 공급된 물은 보일러(7)에 있어서 가열되어 증기화된다. 그 증기는 소망에 따라 기수 분리기(도시 생략)나 제 1 증기 헤더(9)(도 1)를 통해 증기 공급로(8)로부터 증기 엔진(2)에 공급된다. 보일러(7)는 보일러 내 압력이 소정으로 유지되도록 버너(도시 생략)의 연소량이 제어된다.
증기 엔진(2)으로의 증기 공급로(8)와 증기 엔진(2)으로부터의 증기 배출로(11)는 바이패스로(13)에서 접속된다. 본 실시예 2에서는 바이패스로(13)에는 개방도 조정 가능한 전동 밸브로 구성되는 바이패스 밸브(14)가 설치된다. 또한, 상기 실시예 1과 마찬가지로, 증기 공급로(8)에는 소망에 따라 증기 공급 밸브(10)(도 1)를 설치해도 된다. 이러한 경우, 본 실시예 2에서는 증기 엔진(2)으로의 증기 공급량은 기본적으로 바이패스 밸브(14)에 의해 조정되므로 증기 공급 밸브(10)는 증기 엔진(2)으로의 증기 공급 유무를 제어하는 전자 밸브로 구성하면 충분하다.
본 실시예 2의 증기 시스템(1)에서도 바이패스 밸브(14) 외에 각 압력 센서(16, 18) 등에는 제어기(15)가 접속된다. 제어기(15)는 제 2 압력 센서(18) 및 소망에 따라 또한 제 1 압력 센서(16)에 의한 검출 압력에 의거하여 바이패스 밸브(14)를 제어함과 아울러 필요에 따라 전동기(19)를 제어한다. 예를 들면, 제 2 압력 센서(18)에 의한 검출 압력이 설정 압력을 유지하도록 바이패스 밸브(14)의 개방도를 조정한다. 구체적으로는, 예를 들면 제 2 압력 센서(18)에 의한 검출 압력이 설정 압력보다 낮아지면 바이패스 밸브(14)를 폐쇄하는 방향으로 조정하면 된다. 이로 인해, 증기 엔진(2)으로의 증기 공급량을 조정하여 압축 공기의 이용 부하에 맞춰 압축기(3)를 운전시킬 수 있다.
또한, 바이패스 밸브(14)는 제 2 압력 센서(18)의 검출 압력(공기압)뿐만 아니라, 제 1 압력 센서(16)의 검출 압력(증기압)에 의거하여 제어되어도 된다. 즉, 본 실시예 2의 증기 시스템(1)도 상기 실시예 1과 마찬가지로 제어 가능하다. 구체적으로는, 제어기(15)는 공기 부하 및 증기 부하가 있는 경우에는 증기 엔진(2)으로의 증기 공급을 실행하고, 공기 부하 및 증기 부하가 없는 경우에는 증기 엔진(2)으로의 증기 공급을 정지한다.
실시예 2에서는 바이패스 밸브(14)의 개방도를 작게 할수록 증기 엔진(2)으로의 증기 공급량을 늘릴 수 있고, 바이패스 밸브(14)의 개방도를 크게 할수록 증기 엔진(2)으로의 증기 공급량을 줄일 수 있다. 따라서, 증기 엔진(2)으로의 증기 공급을 정지하기 위해서는 바이패스 밸브(14)의 개방도를 크게 함(전형적으로는 완전 개방으로 함)으로써 증기 엔진(2)으로의 증기 공급을 실질적으로 저감시키면 된다. 또는, 상술한 바와 같이, 증기 공급로(8)에 전자 밸브로 구성되는 증기 공급 밸브(10)를 설치하여 이 증기 공급 밸브(10)를 폐쇄해도 된다.
한편, 제어기(15)는 공기 부하가 없지만 증기 부하가 있는 경우에는 증기 엔진(2)으로의 증기 공급을 정지시킨 상태에서 바이패스로(13)를 통해 증기를 공급한다. 또한, 제어기(15)는 공기 부하가 있지만 증기 부하가 없는 경우에는 상기 압축기(3) 또는 제 2 압축기를 전동기(19)에 의해 구동시킨다. 단, 상기 실시예 1과 마찬가지로, 공기 부하가 있지만 증기 부하가 없는 경우에도 증기 엔진(2)으로의 증기 공급을 실행해도 된다.
그런데, 증기 엔진(2)으로부터의 드레인은 드레인 회수로(22)를 통해 급수 탱크(20)에 리턴된다. 또한, 급수 탱크(20)로의 급수로(23)는 압축기(3)를 통해 급수 탱크(20)에 접속되는 것이 좋다. 이러한 경우, 급수 탱크(20)로의 급수에 의해 압축기(3)의 냉각을 도모할 수 있음과 아울러 압축기(3)의 방열에 의해 급수를 가온할 수 있다. 이러한 구성은 실시예 2뿐만 아니라 실시예 1에도 마찬가지로 적용 가능하다.
본 발명의 증기 시스템은 상기 각 실시예의 구성에 한정되지 않고 적절히 변경 가능하다. 예를 들면, 상기 각 실시예에서는 증기 엔진(2)은 스크루식으로 했지만, 경우에 따라 터빈식으로 해도 된다.
또한, 상기 실시예 1에서는 증기의 사용 부하는 제 2 증기 헤더(12)에 설치한 제 1 압력 센서(16)에 의해 검출했지만, 제 1 압력 센서(16)는 제 2 증기 헤더(12)가 아닌, 실시예 2와 마찬가지로, 증기 엔진(2)으로부터의 증기 배출로(11)와 바이패스로(13)의 합류 후의 관로에 설치해도 된다. 그러한 경우, 제 2 증기 헤더(12)는 그 설치를 생략할 수 있다.
또한, 상기 각 실시예에 있어서 압축기(3) 대신 펌프 또는 송풍기를 설치해도 된다. 그러한 경우에도 상기 각 실시예와 마찬가지로 제어하면 된다. 또한, 압축기(3) 대신 진공 펌프를 설치해도 된다. 그러한 경우, 증기 엔진(2)이나 전동기(19)에 의해 구동되는 진공 펌프가 흡인하는 공간 내의 압력에 의거하여 증기 엔진(2) 또는 전동기(19)를 제어하면 된다.
또한, 상기 각 실시예에 있어서, 증기 공급 밸브(10)의 개폐의 헌팅(hunting)을 방지하기 위해 「설정값」 및/또는 「소정값」은 각각 동작 간극(디퍼렌셜)을 설정해도 되는 것은 물론이다. 예를 들면, 상기 실시예 1에 있어서, 압축 공기의 사용에 따라 설정 하한 압력이 되면 증기 공급 밸브(10)를 개방하는 한편, 설정 상한 압력이 되면 증기 공급 밸브(10)를 폐쇄하면 된다. 또한, 제 2 증기 헤더(12) 내의 증기의 사용에 따라 소정 하한 압력이 되면 증기 공급 밸브(10)를 개방하는 한편, 소정 상한 압력이 되면 증기 공급 밸브(10)를 폐쇄하면 된다. 마찬가지로, 제어기(15)는 제 2 압력 센서(18)의 검출 압력에 의거하여 공기압을 설정 압력 영역으로 유지하도록 증기 공급 밸브(10) 및/또는 바이패스 밸브(14)의 개방도를 제어해도 된다. 또한, 제어기(15)는 제 1 압력 센서(16)의 검출 압력에 의거하여 증기압을 소정 압력 영역으로 유지하도록 증기 공급 밸브(10)의 개방도를 제어해도 된다.
또한, 도 1이나 도 2에 있어서는 보일러(7)는 1대만을 설치하고 있지만, 보일러(7)는 복수대를 설치해도 된다. 이러한 경우, 각 보일러(7, 7, …)로부터의 증기는 제 1 증기 헤더(9)(도 1)에 모여진 후, 증기 엔진(2)이나 바이패스로(13)에 공급 가능하게 된다. 그때, 제 1 증기 헤더(9)로부터의 증기의 일부는 증기 엔진(2)이나 바이패스 밸브(13)를 통하는 일 없이 직접적으로 증기 사용 장치에 공급 가능하게 구성해도 된다.
또한, 이와 마찬가지로, 상기 각 실시예에 있어서 제 1 증기 헤더(9)로부터의 증기의 일부는 증기 엔진(2)이나 바이패스로(13)를 통하는 일 없이 직접적으로 증기 사용 장치에 공급 가능하게 구성해도 된다. 또한, 도 2에서는 급수 탱크(20)로의 급수에 의해 압축기(3)의 냉각을 도모하는 예를 나타냈지만, 이것 대신 또는 이것에 추가로 증기 엔진(2)의 베어링부의 냉각을 도모해도 된다. 또한, 압축기(3) 등의 냉각은 급수 탱크(20)로의 급수에 의해 냉각시켰지만, 경우에 따라 급수 탱크(20)로부터 보일러(7)로의 급수에 의해 냉각을 도모해도 된다.
또한, 상기 각 실시예에 있어서 증기 부하와 유체 부하에 의거하여 증기 엔진(2)으로의 증기 공급을 제어하는 구성이면 그 구체적 방법은 적절히 변경 가능하다. 예를 들면, 증기 엔진(2)으로부터 제 2 증기 헤더(12)로의 증기 배출로(11) 중도에 개폐 또는 개방도가 조정되는 밸브를 설치해도 된다. 또한, 제 1 증기 헤더(9)로부터 증기 엔진(2)으로의 증기 공급로(8) 중 바이패스로(13)가 분기되는 개소보다 상류부, 또는 증기 엔진(2)으로부터 제 2 증기 헤더(12)로의 증기 배출로(11) 중 바이패스로(13)가 합류되는 개소보다 하류부에 개폐 또는 개방도가 조정되는 밸브를 설치해도 된다.
1 : 증기 시스템 2 : 증기 엔진(원동기)
3 : 압축기(피동기) 7 : 증기 보일러
8 : 증기 공급로 9 : 제 1 증기 헤더
10 : 증기 공급 밸브 11 : 증기 배출로
12 : 제 2 증기 헤더 13 : 바이패스로
14 : 바이패스 밸브 15 : 제어기
16 : 제 1 압력 센서 17 : 압축 공기로
18 : 제 2 압력 센서 19 : 전동기
20 : 급수 탱크 22 : 드레인 회수로
23 : 급수로
3 : 압축기(피동기) 7 : 증기 보일러
8 : 증기 공급로 9 : 제 1 증기 헤더
10 : 증기 공급 밸브 11 : 증기 배출로
12 : 제 2 증기 헤더 13 : 바이패스로
14 : 바이패스 밸브 15 : 제어기
16 : 제 1 압력 센서 17 : 압축 공기로
18 : 제 2 압력 센서 19 : 전동기
20 : 급수 탱크 22 : 드레인 회수로
23 : 급수로
Claims (11)
- 증기를 이용하여 동력을 일으키는 원동기;
이 원동기에 의해 구동되어 유체를 토출 또는 흡입하는 피동기;
상기 원동기에서 사용된 후의 증기가 공급되는 개소로 상기 원동기를 통하는 일 없이 증기를 공급하는 바이패스로; 및
상기 원동기로부터의 증기와 상기 바이패스로로부터의 증기가 공급되는 개소의 증기 부하와, 상기 피동기에 의해 유체가 토출 또는 흡입되는 공간 내의 유체 부하에 의거하여 상기 원동기로의 증기 공급을 제어하는 제어기를 구비하는 것을 특징으로 하는 증기 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 원동기로의 증기 공급로에 설치한 증기 공급 밸브에 의해 상기 원동기로의 증기 공급을 제어하는 것을 특징으로 하는 증기 시스템. - 제 2 항에 있어서,
상기 바이패스로에 바이패스 밸브가 설치되고,
이 바이패스 밸브는 상기 원동기로부터의 증기와 상기 바이패스로로부터의 증기가 공급되는 개소의 증기압을 소정으로 유지시키도록 동작하는 자력식의 감압 밸브로 이루어지는 것을 특징으로 하는 증기 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 바이패스로는 상기 원동기로의 증기 공급로와 상기 원동기로부터의 증기 배출로를 접속시켜 형성되고,
이 바이패스로에 설치한 바이패스 밸브에 의해 상기 원동기로의 증기 공급을 제어하는 것을 특징으로 하는 증기 시스템. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유체 부하 및 상기 증기 부하가 있는 경우에는 상기 원동기로의 증기 공급을 실행시키고,
상기 유체 부하 및 상기 증기 부하가 없는 경우에는 상기 원동기로의 증기 공급을 정지시키며,
상기 유체 부하가 없지만 상기 증기 부하가 있는 경우에는 상기 원동기로의 증기 공급을 정지시킨 상태에서 상기 바이패스로를 통해 증기를 공급하는 것을 특징으로 하는 증기 시스템. - 제 5 항에 있어서,
상기 유체 부하가 있지만 상기 증기 부하가 없는 경우에는 상기 피동기 또는 이것과 동일 기능의 제 2 피동기를 전동기에 의해 구동시키는 것을 특징으로 하는 증기 시스템. - 제 6 항에 있어서,
상기 원동기는 스크루식 증기 엔진으로 이루어지고,
상기 피동기는 공기 압축기로 이루어지며,
상기 피동기에 의해 유체가 토출되는 공간 내의 압력이 설정값 미만인지의 여부에 의해 상기 유체 부하가 있는지의 여부가 검지되고,
상기 원동기로부터의 증기와 상기 바이패스로로부터의 증기가 공급되는 개소의 증기압이 소정값 미만인지의 여부에 의해 상기 증기 부하가 있는지의 여부가 검지되는 것을 특징으로 하는 증기 시스템. - 제 5 항에 있어서,
상기 유체 부하가 있지만 상기 증기 부하가 없는 경우에도 상기 원동기로의 증기 공급을 실행시키는 것을 특징으로 하는 증기 시스템. - 제 8 항에 있어서,
상기 원동기는 스크루식 증기 엔진으로 이루어지고,
상기 피동기는 공기 압축기로 이루어지며,
상기 피동기에 의해 유체가 토출되는 공간 내의 압력이 설정값 미만인지의 여부에 의해 상기 유체 부하가 있는지의 여부가 검지되고,
상기 원동기로부터의 증기와 상기 바이패스로로부터의 증기가 공급되는 개소의 증기압이 소정값 미만인지의 여부에 의해 상기 증기 부하가 있는지의 여부가 검지되는 것을 특징으로 하는 증기 시스템. - 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 증기 공급로를 통해 상기 원동기로 증기를 공급하는 보일러를 구비하고,
이 보일러로의 급수 탱크에 상기 원동기로부터의 드레인이 공급되는 것을 특징으로 하는 증기 시스템. - 제 10 항에 있어서,
상기 피동기는 공기 압축기로 이루어지며,
상기 보일러 또는 그 급수 탱크로의 급수를 이용하여 상기 공기 압축기의 냉각이 도모되는 것을 특징으로 하는 증기 시스템.
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