WO2010016286A1 - 蒸気システム - Google Patents

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WO2010016286A1
WO2010016286A1 PCT/JP2009/052792 JP2009052792W WO2010016286A1 WO 2010016286 A1 WO2010016286 A1 WO 2010016286A1 JP 2009052792 W JP2009052792 W JP 2009052792W WO 2010016286 A1 WO2010016286 A1 WO 2010016286A1
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WO
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steam
motor
valve
supplied
closed
Prior art date
Application number
PCT/JP2009/052792
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English (en)
French (fr)
Inventor
靖国 田中
裕介 岡本
Original Assignee
三浦工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Application filed by 三浦工業株式会社 filed Critical 三浦工業株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/02—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type
    • F01D11/04—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type using sealing fluid, e.g. steam
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/08—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing
    • F01C1/12—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F01C1/14—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
    • F01C1/16—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with helical teeth, e.g. chevron-shaped, screw type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating

Definitions

  • the present invention relates to a steam system for driving a compressor or the like using steam.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2008-205020 filed in Japan on August 8, 2008, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • the air compressor (2) is driven by a screw expander (1), and when the load of the air compressor (2) varies, the steam flowing into the screw expander (1) is controlled. (10) is controlled and controlled, and by controlling a bypass valve (9) provided between the steam inflow side and the steam outflow side of the screw expander (1), A method of keeping the back pressure of steam on the outflow side constant is disclosed.
  • the bypass valve (9) is controlled by detecting the back pressure of the steam outlet pipe (5) from the screw expander (1) by the detector (20).
  • the control of the adjusting valve (10) is performed by detecting the rotational speed of the drive shaft of the screw expander (1) with the detector (23).
  • JP-A-63-45403 (Claims, drawings, page 2, upper right column, line 15-lower left column, line 5)
  • a screw-type expander is generally constituted by a screw rotor that meshes with each other and rotatably held in a hollow casing. Then, the screw rotor is rotated by the steam introduced into the casing and outputs rotational power. The screw rotors rotate in conjunction with each other via the timing gear, but in order to prevent the lubricating oil in the timing gear from mixing with the steam, there is a minimum amount of steam to the outside of the casing between the rotor body and the timing gear.
  • the shaft seal is maintained while leaking. Therefore, a non-contact seal such as a labyrinth seal or a visco seal is used for the shaft seal.
  • Patent Document 1 in the configuration in which the bypass valve is controlled so as to keep the back pressure constant, the leakage of steam from the shaft seal portion of the screw type expander can be achieved even when the adjusting valve is closed. As a result, steam is supplied to the screw-type expander via the bypass pipe and the steam outlet pipe, and there is a problem that leakage from the shaft seal portion continues.
  • the applicant has previously proposed a steam system for recovering the heat of the leaked steam from the shaft seal portion of the steam motor, and has already filed a patent application (Japanese Patent Application No. 2008-147545).
  • Japanese Patent Application No. 2008-147545 Japanese Patent Application No. 2008-147545
  • the steam and / or its drain leaking from the shaft seal portion of the steam motor is supplied to the water supply tank of the boiler via the leak heat recovery path.
  • the leaked steam from the steam motor can be used for heating the stored water in the water supply tank.
  • a self-reducing pressure reducing valve is typically used as a bypass valve that keeps the back pressure constant. Based on the steam load at the location where the steam from the steam motor and the steam from the bypass passage are supplied, and the fluid load in the space where the fluid is discharged or sucked by the driven machine driven by the steam motor, The steam supply to the motor is controlled by the steam supply valve.
  • the steam supply valve is opened. Further, when there is no fluid load and no steam load, the steam supply valve is closed. In addition, when there is no fluid load but there is a steam load, the steam is supplied through the bypass with the steam supply valve closed. Further, when there is a fluid load but no steam load, the driven machine is driven by the electric motor with the steam supply valve closed. However, in this case, the driven machine may be driven by opening the steam supply valve and supplying steam to the steam motor.
  • the problem to be solved by the present invention is to prevent the steam from flowing back to the steam motor via the bypass passage and leaking from the shaft seal portion of the steam motor with the steam supply valve closed.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and the invention according to claim 1 is a steam motor that generates power using steam, and a steam supply valve provided in a steam supply path to the steam motor.
  • a steam system comprising a backflow prevention valve provided in a steam exhaust passage from the steam motor and preventing steam from flowing back to the steam motor when the steam supply valve is closed.
  • the backflow prevention valve provided in the exhaust steam passage can prevent the backflow of steam to the steam motor.
  • steam leakage from the shaft seal part of a steam motor can be prevented.
  • the invention according to claim 2 is characterized in that the check valve is a check valve or an electromagnetic valve that is closed when the steam supply valve is fully closed.
  • the backflow of steam to the steam motor via the bypass path can be prevented with a simple configuration.
  • the steam leak from the shaft seal part of a steam motor can be prevented.
  • the invention according to claim 3 is the steam system according to claim 1 or 2, wherein the bypass valve is a self-reducing pressure reducing valve.
  • the steam supply through the bypass path is performed by itself. Therefore, the configuration and control of the entire steam system can be simplified. Even in such a configuration, by providing the backflow prevention valve in the exhaust steam passage, when the steam supply valve is closed, the steam motor is not supplied to the steam motor via the bypass passage. Steam leakage from the shaft seal can be prevented.
  • steam from the boiler is supplied to the steam motor through the steam supply passage, and steam and / or its drain leak from the shaft seal portion of the steam motor to the boiler.
  • the steam system according to any one of claims 1 to 3, wherein the feed water is heated.
  • the feed water to the boiler is heated by the steam leaking from the shaft seal portion of the steam motor and / or its drain.
  • the leaked steam from the shaft seal portion is directly blown into a water supply tank to the boiler to heat the water supplied to the boiler.
  • the leaked steam from the shaft seal part is indirectly heat-exchanged in the heat exchanger with water supplied to the water supply tank or water supplied from the water supply tank to the boiler to heat the water supplied to the boiler. In this way, heat recovery from the leaked steam can be achieved.
  • the invention according to claim 5 is that steam and / or its drain leaking from the shaft seal portion of the steam motor is supplied to a water supply tank of the boiler via a leak heat recovery path, and the backflow prevention valve is The steam system according to claim 4, wherein when the steam supply valve is closed, the steam system is closed to prevent the steam from the bypass passage from flowing back to the steam motor through the exhaust steam passage. It is.
  • the steam leaked from the shaft seal portion of the steam motor and / or its drain is supplied to the feed water tank via the leak heat recovery path. .
  • the stored water in a water supply tank is warmed.
  • the backflow prevention valve can prevent the steam from the bypass path from flowing back to the steam motor via the exhaust steam path.
  • the steam leakage from the shaft seal portion of the steam motor can be prevented, and energy saving can be achieved.
  • steam supply valve is closed, steam is not supplied to the water supply tank, so that it is possible to prevent the stored water in the water supply tank from being heated more than necessary.
  • the steam system of the present invention it is possible to prevent the steam from flowing back to the steam motor via the bypass path and leaking from the shaft seal portion of the steam motor with the steam supply valve closed.
  • FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of the steam system of the present invention.
  • the steam system 1 of the present embodiment includes a prime mover (steam motor 3) that generates power using steam from the boiler 2 and a driven machine (compressor 4) driven thereby.
  • a prime mover steam motor 3
  • a driven machine compressor 4
  • the boiler 2 heats and vaporizes the water supplied from the water supply tank 5.
  • the water in the water supply tank 5 is supplied to the boiler 2 via the water supply pump 6 and is vaporized in the boiler 2.
  • FIG. 2 is a schematic view showing a shaft seal portion of the screw type steam motor 3, and a part thereof is shown in cross section.
  • the screw type steam motor 3 is configured by providing screw rotors 8 and 8 in a hollow casing 7 so as to mesh with each other. Steam is introduced between the screw rotors 8 and 8, and the screw rotor 8 is rotated. Rotational power is output by the rotation of the screw rotor 8. During this time, the steam passes through the steam motor 3 and is expanded and decompressed.
  • the screw rotors 8 and 8 rotate together via a timing gear (not shown).
  • a steam outlet 9 is provided between the rotor main body 8A and the timing gear. 7
  • the steam motor 3 is operated while leaking outside. Therefore, a non-contact seal 10 such as a labyrinth seal or a visco seal is used for the shaft seal portion of the screw rotor 8.
  • an electric motor 11 may be further provided.
  • a double-shaft motor is used as the electric motor 11, and the rotary shaft provided so as to penetrate the electric motor 11 is connected to the output shaft 12 of the steam motor 3 at one end and the input shaft 13 of the driven machine at the other end. Is connected. Accordingly, the driven machine can be driven by the steam motor 3 and can be driven by the electric motor 11 instead of or in addition to the steam motor 3.
  • the driven machine is a rotating machine driven by a prime mover, and is typically a device that discharges or sucks fluid.
  • the driven machine is a pump, a blower, a compressor, or a vacuum pump.
  • the driven machine of this embodiment is a screw type air compressor 4.
  • the screw-type compressor 4 is a device that sucks gas between screw rotors that mesh with each other and rotate, and compresses and discharges the gas by rotation of the screw rotor.
  • the steam from the boiler 2 is supplied to the steam motor 3 through the steam supply path 14.
  • the steam from the boiler 2 is supplied to the first steam header 15, and the steam of the first steam header 15 is supplied to the steam motor 3 through the steam supply path 14.
  • a steam supply valve 16 is provided in the steam supply path 14 from the first steam header 15 to the steam motor 3. The presence / absence or output of the steam motor 3 is adjusted by adjusting the opening / closing or opening of the steam supply valve 16.
  • the steam motor 3 is a device that obtains a rotational driving force by the supplied steam.
  • the steam is expanded and depressurized. Therefore, the steam motor 3 functions not only as a drive source for the compressor 4 but also as a pressure reducing valve.
  • the steam after being used in the steam motor 3 can be used as it is in various steam using devices (not shown) as the steam after passing through the pressure reducing valve.
  • the steam after use in the steam motor 3 is supplied to the second steam header 18 via the exhaust steam path 17, and the steam in the second steam header 18 is sent to one or a plurality of various steam utilizing devices. Supplied.
  • a backflow prevention valve 19 for preventing the backflow of steam to the steam motor 3 is provided.
  • the check valve 19 of this embodiment is a check valve that allows the flow of steam from the steam motor 3 to the second steam header 18 but blocks the flow of steam in the reverse direction.
  • the first steam header 15 and the second steam header 18 are also connected via the bypass path 20.
  • the steam supply path 14 from the first steam header 15 to the steam motor 3, the upstream portion from the steam supply valve 16, and the steam discharge path 17 from the steam motor 3 to the second steam header 18, A downstream portion of the check valve 19 is connected by a bypass 20.
  • the bypass path 20 is provided with a bypass valve 21.
  • the bypass valve 21 functions to maintain a predetermined back pressure, and is typically a self-reducing pressure reducing valve. In this case, the bypass valve 21 mechanically adjusts the opening degree by itself so as to maintain the steam pressure in the second steam header 18 at a predetermined level.
  • the first steam sensor 18 is provided with a first pressure sensor 22 in order to grasp the use load of the steam.
  • the first pressure sensor 22 monitors the vapor pressure in the second vapor header 18. Therefore, whether or not there is a steam load can be detected based on whether or not the steam pressure is less than a predetermined value. That is, when steam is used, the steam pressure in the second steam header 18 decreases, so that the use load of steam can be detected based on whether or not it is less than a predetermined value.
  • Compressed air from the compressor 4 can be supplied to one or a plurality of compressed air utilization devices (not shown) via the compressed air passage 23.
  • a second pressure sensor 24 is provided in the compressed air passage 23 in order to grasp the usage load of the compressed air.
  • the second pressure sensor 24 monitors the air pressure in the compressed air passage 23. Therefore, whether or not there is an air load can be detected based on whether or not the air pressure is less than the set value. That is, when compressed air is used, since the air pressure in the compressed air passage 23 decreases, the use load of the compressed air can be detected depending on whether or not it is less than the set value.
  • a hollow air tank (not shown) may be provided in the middle of the compressed air passage 23, and the second pressure sensor 24 may be provided in the air tank to detect the use load of the compressed air.
  • the controller 25 monitors the detected pressures of the first pressure sensor 22 and the second pressure sensor 24, and controls the opening / closing or opening degree of the steam supply valve 16 based on this, as will be described later. To do.
  • the controller 25 detects that there is an air load when the air pressure of the second pressure sensor 24 is less than a set value, and if there is a steam load when the vapor pressure of the first pressure sensor 22 is less than a predetermined value.
  • the steam supply valve 16 is opened and the steam motor 3 is operated. Thereby, the compressor 4 is driven by the steam motor 3, but may be auxiliary driven by the electric motor 11 if desired.
  • the controller 25 detects that there is no air load when the air pressure of the second pressure sensor 24 is equal to or higher than a set value, and the steam load is detected when the vapor pressure of the first pressure sensor 22 is equal to or higher than a predetermined value.
  • the steam supply valve 16 is closed and the steam motor 3 is stopped.
  • the controller 25 detects that there is no air load when the air pressure of the second pressure sensor 24 is equal to or higher than a set value, and the steam load is detected when the vapor pressure of the first pressure sensor 22 is less than a predetermined value.
  • the steam supply valve 16 is closed and the steam motor 3 is stopped. In this case, the steam is supplied to the second steam header 18 and thus the steam using device via the bypass 20.
  • the controller 25 detects that there is an air load when the air pressure of the second pressure sensor 24 is less than the set value, and the steam load is detected when the vapor pressure of the first pressure sensor 22 is equal to or greater than a predetermined value.
  • the compressor 4 is driven by the electric motor 11.
  • the steam motor 3 and the electric motor 11 are connected to the common compressor 4, so the electric motor 11 drives the compressor (compressor that can be driven by the steam motor 3) 4. .
  • the electric motor 11 may drive a compressor different from the compressor 4.
  • the compressed air from the first compressor 4 driven by the steam motor 3 and the compressed air from the second compressor driven by the electric motor are connected via a common compressed air passage 23 or an air tank. , Supplied to compressed air utilization equipment.
  • the electric motor that drives the second compressor is controlled based on the air pressure detected by the second pressure sensor 24.
  • the controller 25 detects that there is an air load when the air pressure of the second pressure sensor 24 is less than the set value, and the steam load is detected when the vapor pressure of the first pressure sensor 22 is equal to or greater than a predetermined value. Even when it is detected that the steam motor 3 is not present, the steam motor 3 may be operated by opening the steam supply valve 16 instead of or in addition to the motor 11. Here, when operating the steam motor 3 instead of the electric motor 11, the electric motor 11 is not necessarily required.
  • the backflow prevention valve 19 provided in the exhaust steam path 17 prevents the backflow of steam to the steam motor 3 through the exhaust steam path 17.
  • the steam is supplied to the second steam header 18 via the bypass path 20 with the steam supply valve 16 closed. Can be prevented from leaking from the shaft seal portion of the steam motor 3.
  • the steam is leaked from the shaft seal portion of the steam motor 3, and the steam is caused by the action of the bypass valve 21 composed of a self-reducing pressure reducing valve.
  • the backflow prevention valve 19 can be avoided by installing the backflow prevention valve 19.
  • the leaked steam from the shaft seal is directly blown into the water supply tank 5 to the boiler 2 to heat the water supplied to the boiler 2.
  • the leaked steam from the shaft seal portion is indirectly heat-exchanged with the water supplied to the water supply tank 5 or the water supplied from the water supply tank 5 to the boiler 2 in the heat exchanger to heat the water supplied to the boiler 2. In this way, heat recovery from the leaked steam can be achieved.
  • the steam outlet 9 (FIG. 2) of the steam motor 3 is piped to the water supply tank 5 via the leak heat recovery path 26.
  • the steam and its drain leaking from the shaft seal portion of the steam motor 3 are collected in the water supply tank 5 and used for heating the water in the water supply tank 5.
  • the backflow prevention valve 19 the backflow of steam to the steam motor 3 is prevented, and no leaked steam and / or drain thereof is supplied to the water supply tank 5. . Thereby, it is prevented that the stored water in the water supply tank 5 is heated more than necessary.
  • the steam leaking from the shaft seal portion of the steam motor 3 and / or the drain thereof and the water supplied to the water supply tank 5 may be subjected to heat exchange to warm the water supplied to the water supply tank 5.
  • a heat exchanger 28 may be installed in the middle of the leakage heat recovery path 26 and in the middle of the water supply path 27 to the water supply tank 5.
  • steam and / or its drain leaking from the shaft seal portion of the steam motor 3 may be supplied to the water supply tank 5 after heat exchange.
  • drainage from various steam utilizing devices is also collected in the water supply tank 5.
  • drain generated by the steam motor 3 is collected in the water supply tank 5 through the steam trap 29 by the drain collection path 30.
  • the stored water in the water supply tank 5 can be warmed with the drain.
  • the water supply path 27 to the water supply tank 5 is connected to the water supply tank 5 via the compressor 4.
  • the compressor 4 may be cooled via a medium such as oil, and the oil may be cooled by supplying water to the water supply tank 5.
  • the steam system of the present invention is not limited to the configuration of the above embodiment, and can be changed as appropriate.
  • the steam supply valve 16 to the steam motor 3 in order to prevent the steam from flowing back through the exhaust steam passage 17 and leaking from the shaft seal portion of the steam motor 3, the steam flows back into the steam exhaust passage 17.
  • the prevention valve 19 If it is the structure which provides the prevention valve 19, a structure and control will be changed suitably.
  • the check valve 19 is a check valve, but may be a solenoid valve.
  • the solenoid valve is controlled in conjunction with the steam supply valve 16 so that the solenoid valve is opened when the steam supply valve 16 is opened and closed when the steam supply valve 16 is closed.
  • the driven machine is the compressor 4, but a pump or a blower may be installed instead of the compressor 4. In that case, the control can be performed in the same manner as in the above embodiment. Further, a vacuum pump may be installed in place of the compressor 4. In that case, the steam motor 3 or the electric motor 11 may be controlled based on the pressure in the space sucked by the vacuum pump driven by the steam motor 3 or the electric motor 11. Moreover, a driven machine is good also as a generator depending on the case.
  • the “set value” and / or “predetermined value” may each set an operation gap (differential). is there. For example, when the set lower limit pressure is reached due to the use of compressed air, the steam supply valve 16 is opened, while when the set upper limit pressure is reached, the steam supply valve 16 may be closed. Further, the controller 25 may control the opening degree of the steam supply valve 16 based on the pressure detected by the second pressure sensor 24 so as to maintain the air pressure in the set pressure range.

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Abstract

スチームモータへの給蒸が行われていない状態では、スチームモータの軸封部からの蒸気漏れを防止する。ボイラ（２）からの蒸気を用いて動力を起こすスチームモータ（３）により、圧縮機（４）が駆動される。スチームモータ（３）に対しては、給蒸路（１４）を介して蒸気が供給され、排蒸路（１７）を介して蒸気が排出される。給蒸路（１４）には給蒸弁（１６）が設けられ、排蒸路（１７）には逆流防止弁（１９）が設けられる。給蒸路（１４）の内、給蒸弁（１６）よりも上流部と、排蒸路（１７）の内、逆流防止弁（１９）よりも下流部とは、バイパス路（２０）で接続される。バイパス路（２０）には、バイパス弁（２１）として、自力式の減圧弁が設けられる。逆流防止弁（１９）により、給蒸弁（１６）が閉じられた状態で、排蒸路（１７）を蒸気が逆流してスチームモータ（３）の軸封部から漏れるのが防止される。

Description

蒸気システム
　この発明は、蒸気を用いて圧縮機などを駆動する蒸気システムに関するものである。
本願は、２００８年８月８日に日本に出願された特願２００８－２０５０２０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　下記特許文献１には、スクリュ型膨張機（１）により空気圧縮機（２）を駆動し、空気圧縮機（２）の負荷変動に際してはスクリュ型膨張機（１）に流入する蒸気を加減弁（１０）により制御して対応すると共に、スクリュ型膨張機（１）の蒸気流入側と蒸気流出側との間に設けたバイパス弁（９）を制御することにより、前記負荷変動に拘らず蒸気流出側における蒸気の背圧を一定に保持する方法が開示されている。ここで、バイパス弁（９）の制御は、スクリュ型膨張機（１）からの蒸気出口管（５）の背圧を検出器（２０）により検出してなされる。また、加減弁（１０）の制御は、スクリュ型膨張機（１）の駆動軸の回転数を検出器（２３）により検出してなされる。
特開昭６３－４５４０３号公報　（特許請求の範囲、図面、公報第２頁右上欄第１５行－左下欄第５行）
　スクリュ型膨張機は、一般に、互いにかみ合うスクリュロータが、中空ケーシング内に回転自在に保持されて構成される。そして、ケーシング内へ導入される蒸気により、スクリュロータが回転され、回転動力を出力する。スクリュロータ同士は、タイミングギアを介して連動回転するが、そのタイミングギアの潤滑油が蒸気と混合しないように、ロータ本体部とタイミングギアとの間で、蒸気を最小限の量だがケーシング外へ漏らしながら、軸封が保たれる。そのために、軸封部には、ラビリンスシールやビスコシールなどの非接触シールが用いられる。
　従って、前記特許文献１に開示されるように、背圧を一定に保持するようバイパス弁を制御する構成では、加減弁が閉じられた状態でも、スクリュ型膨張機の軸封部からの蒸気漏れに起因して、バイパス管および蒸気出口管を介してスクリュ型膨張機へ蒸気が供給され、軸封部から漏れ続けてしまう不都合がある。
　ところで、出願人は、先に、スチームモータの軸封部からの漏れ蒸気の熱を回収する蒸気システムについて提案し、既に特許出願を済ませている（特願２００８－１４７５４５）。この先の出願の発明によれば、スチームモータの軸封部から漏れる蒸気および／またはそのドレンは、漏れ熱回収路を介して、ボイラの給水タンクへ供給される。これにより、スチームモータからの漏れ蒸気を、給水タンクの貯留水の加温に利用することができる。
　また、この先の出願の発明では、背圧を一定に保持するバイパス弁として、典型的には自力式の減圧弁が用いられる。そして、スチームモータからの蒸気とバイパス路からの蒸気とが供給される箇所の蒸気負荷と、スチームモータで駆動される被動機により流体が吐出または吸入される空間内の流体負荷とに基づき、スチームモータへの給蒸が給蒸弁で制御される。
　具体的には、次のように制御される。流体負荷および蒸気負荷がある場合には、給蒸弁が開かれる。また、流体負荷および蒸気負荷がない場合には、給蒸弁が閉じられる。また、流体負荷はないが蒸気負荷がある場合には、給蒸弁が閉じられた状態で、バイパス路を介して蒸気が供給される。さらに、流体負荷はあるが蒸気負荷がない場合には、給蒸弁が閉じられた状態で、電動機にて被動機が駆動される。但し、この場合には、給蒸弁を開いてスチームモータへの給蒸を行うことで、被動機を駆動してもよい。
　このような構成の場合、給蒸弁を閉じた状態でも、蒸気負荷があればバイパス路経由で、スチームモータの二次側へ蒸気が供給される。従って、その蒸気がスチームモータへ逆流して供給され、軸封部から漏れることになる。また、蒸気負荷がなくても軸封部からの蒸気漏れに起因して、バイパス路経由でスチームモータへ蒸気が逆流して供給され、軸封部から蒸気が漏れることになる。
　このように、この先の出願の発明でも、前記特許文献１に開示される発明と同様、給蒸弁が閉じられた状態においても、スチームモータの軸封部からの蒸気漏れに起因して、軸封部から蒸気が漏れることは避けられない。従って、漏れ蒸気を給水の加温に使うとしても、軸封部から蒸気を漏らすこと自体が無駄である。また、給蒸弁が閉じられた状態では、ボイラも待機状態である可能性が高く、その状態で漏れ蒸気が給水タンクへ供給され続けると、給水タンク内の貯留水が必要以上に加温され、ボイラへの給水として不適切な温度まで上昇するおそれがあった。
　この発明が解決しようとする課題は、給蒸弁が閉じられた状態で、バイパス路経由でスチームモータへ蒸気が逆流して、スチームモータの軸封部から漏れるのを防止することにある。
　この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、蒸気を用いて動力を起こすスチームモータと、このスチームモータへの給蒸路に設けられる給蒸弁と、前記スチームモータにて使用後の蒸気が供給される箇所へ、前記スチームモータを介することなく蒸気を供給するバイパス路と、このバイパス路に設けられ、背圧を一定に保持するバイパス弁と、前記スチームモータからの排蒸路に設けられ、前記給蒸弁が閉じられた状態で前記スチームモータへ蒸気が逆流するのを防止する逆流防止弁とを備えることを特徴とする蒸気システムである。
　請求項１に記載の発明によれば、給蒸弁が閉じられた状態では、排蒸路に設けられる逆流防止弁により、スチームモータへの蒸気の逆流を防止できる。これにより、スチームモータの軸封部からの蒸気漏れを防止できる。
　請求項２に記載の発明は、前記逆流防止弁は、逆止弁とされるか、または前記給蒸弁が全閉された際に閉じられる電磁弁とされることを特徴とする請求項１に記載の蒸気システムである。
　請求項２に記載の発明によれば、給蒸弁が全閉された際に、バイパス路経由でのスチームモータへの蒸気の逆流を簡易な構成で防止できる。これにより、給蒸弁が閉じられた状態において、スチームモータの軸封部からの蒸気漏れを防止できる。
　請求項３に記載の発明は、前記バイパス弁は、自力式の減圧弁とされることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蒸気システムである。
　請求項３に記載の発明によれば、自力式の減圧弁を用いることで、バイパス路を介した蒸気供給が自力でなされる。従って、蒸気システム全体の構成および制御を簡易なものとすることができる。このような構成であっても、排蒸路に逆流防止弁が設けられることで、給蒸弁が閉じられた状態では、バイパス路経由でのスチームモータへの蒸気供給はなされず、スチームモータの軸封部からの蒸気漏れを防止できる。
　請求項４に記載の発明は、前記スチームモータへは、ボイラからの蒸気が前記給蒸路を介して供給され、前記スチームモータの軸封部から漏れる蒸気および／またはそのドレンにより、前記ボイラへの給水を加熱することを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の蒸気システムである。
　請求項４に記載の発明によれば、給蒸弁が開かれた状態では、スチームモータの軸封部から漏れる蒸気および／またはそのドレンにより、ボイラへの給水が加熱される。たとえば、軸封部からの漏れ蒸気は、ボイラへの給水タンクへ直接に吹き込まれて、ボイラへの給水を加熱する。あるいは、軸封部からの漏れ蒸気は、給水タンクへの給水、または給水タンクからボイラへの給水と、熱交換器において間接熱交換されて、ボイラへの給水を加熱する。このようにして、漏れ蒸気からの熱回収を図ることができる。
　さらに、請求項５に記載の発明は、前記スチームモータの軸封部から漏れる蒸気および／またはそのドレンは、漏れ熱回収路を介して前記ボイラの給水タンクへ供給され、前記逆流防止弁は、前記給蒸弁が閉じられた際、前記バイパス路からの蒸気が前記排蒸路を介して前記スチームモータへ逆流するのを防止するよう閉じられることを特徴とする請求項４に記載の蒸気システムである。
　請求項５に記載の発明によれば、給蒸弁が開かれた状態では、スチームモータの軸封部から漏れる蒸気および／またはそのドレンは、漏れ熱回収路を介して給水タンクへ供給される。これにより、給水タンク内の貯留水が温められる。一方、給蒸弁が閉じられた状態では、逆流防止弁により、バイパス路からの蒸気が排蒸路を介してスチームモータへ逆流するのを防止できる。これにより、スチームモータの軸封部からの蒸気漏れを防止して、省エネルギーを図ることができる。また、給蒸弁が閉じられた状態では、給水タンクへは蒸気が供給されないので、給水タンク内の貯留水が必要以上に加温されるのを防止することができる。
　この発明の蒸気システムによれば、給蒸弁が閉じられた状態で、バイパス路経由でスチームモータへ蒸気が逆流して、スチームモータの軸封部から漏れるのを防止できる。
本発明の蒸気システムの一実施例を示す概略図である。 図１で用いられるスクリュ式スチームモータの軸封部を示す概略図であり、一部を断面にして示している。 本発明の蒸気システムの変形例を示す概略図である。
符号の説明
　　１　蒸気システム
　　２　ボイラ
　　３　スチームモータ（原動機）
　　４　圧縮機（被動機）
　　５　給水タンク
　１４　給蒸路
　１６　給蒸弁
　１７　排蒸路
　１８　第二蒸気ヘッダ
　１９　逆流防止弁
　２０　バイパス路
　２１　バイパス弁
　２６　漏れ熱回収路
　２８　熱交換器
　以下、この発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
　図１は、本発明の蒸気システムの一実施例を示す概略図である。本実施例の蒸気システム１は、ボイラ２からの蒸気を用いて動力を起こす原動機（スチームモータ３）と、これにより駆動される被動機（圧縮機４）とを備える。
　ボイラ２は、周知のとおり、給水タンク５から供給される水を加熱して蒸気化する。給水タンク５の水は、給水ポンプ６を介してボイラ２へ供給され、ボイラ２において蒸気化される。
　原動機として、ボイラ２からの蒸気を受けて動力を起こすスチームモータ３を備える。本実施例では、原動機として、スクリュ式スチームモータ３を備える。図２は、スクリュ式スチームモータ３の軸封部を示す概略図であり、一部を断面にして示している。スクリュ式スチームモータ３は、中空のケーシング７内に、互いにかみ合うようスクリュロータ８，８が設けられて構成される。スクリュロータ８，８間には蒸気が導入され、スクリュロータ８の回転が図られる。そして、このスクリュロータ８の回転により、回転動力が出力される。この間、蒸気は、スチームモータ３を通過することで、膨張して減圧される。
　スクリュロータ８，８同士は、タイミングギア（図示省略）を介して連動回転する。このタイミングギアの潤滑油が蒸気と混合しないように、通常は、ロータ本体部８Ａとタイミングギアとの間に排蒸口９が設けられ、この排蒸口９から蒸気を最小限の量だがケーシング７外へ漏らしながらスチームモータ３は運転される。そのために、スクリュロータ８の軸封部には、ラビリンスシールやビスコシールなどの非接触シール１０が用いられる。
　スクリュ式スチームモータ３の他に、さらに電動機１１を備えてもよい。図１では、電動機１１として両軸モータが用いられ、電動機１１を貫通するよう設けられる回転軸は、一端部にスチームモータ３の出力軸１２が接続され、他端部に被動機の入力軸１３が接続される。これにより、被動機は、スチームモータ３により駆動可能とされると共に、それに代えてまたはそれに加えて、電動機１１により駆動可能とされる。
　被動機は、原動機により駆動される回転機械であり、典型的には流体を吐出または吸入する装置である。具体的には、被動機は、ポンプ、送風機、圧縮機または真空ポンプである。本実施例の被動機は、スクリュ式の空気圧縮機４である。スクリュ式圧縮機４は、互いにかみ合って回転するスクリュロータ間に気体を吸入して、スクリュロータの回転により圧縮して吐出する装置である。
　スチームモータ３には、ボイラ２からの蒸気が、給蒸路１４を介して供給される。本実施例では、ボイラ２からの蒸気は、第一蒸気ヘッダ１５に供給され、この第一蒸気ヘッダ１５の蒸気が、給蒸路１４を介してスチームモータ３に供給される。第一蒸気ヘッダ１５からスチームモータ３への給蒸路１４には、給蒸弁１６が設けられる。この給蒸弁１６の開閉または開度を調整して、スチームモータ３の作動の有無または出力が調整される。
　スチームモータ３は、供給される蒸気により回転駆動力を得る装置であるが、スチームモータ３において蒸気は膨張して減圧される。従って、スチームモータ３は、圧縮機４の駆動源としてだけでなく、減圧弁としても機能する。これにより、スチームモータ３にて使用後の蒸気は、減圧弁通過後の蒸気として、各種の蒸気利用機器（図示省略）において、そのまま利用することもできる。そのために、スチームモータ３にて使用後の蒸気は、排蒸路１７を介して第二蒸気ヘッダ１８へ供給され、この第二蒸気ヘッダ１８の蒸気が、一または複数の各種の蒸気利用機器へ供給される。
　スチームモータ３から第二蒸気ヘッダ１８への排蒸路１７には、スチームモータ３への蒸気の逆流を防止する逆流防止弁１９が設けられる。本実施例の逆流防止弁１９は、スチームモータ３から第二蒸気ヘッダ１８への蒸気の流れは許容するが、その逆方向の蒸気の流れは遮断する逆止弁である。
　第一蒸気ヘッダ１５と第二蒸気ヘッダ１８とは、バイパス路２０を介しても接続される。図示例では、第一蒸気ヘッダ１５からスチームモータ３への給蒸路１４の内、給蒸弁１６よりも上流部と、スチームモータ３から第二蒸気ヘッダ１８への排蒸路１７の内、逆流防止弁１９よりも下流部とが、バイパス路２０で接続される。そして、このバイパス路２０には、バイパス弁２１が設けられる。このバイパス弁２１は、背圧を所定に保持するよう機能し、典型的には自力式の減圧弁とされる。この場合、バイパス弁２１は、第二蒸気ヘッダ１８内の蒸気圧を所定に維持するように、機械的に自力で開度調整する。
　第二蒸気ヘッダ１８には、その蒸気の使用負荷を把握するために、第一圧力センサ２２が設けられる。この第一圧力センサ２２により、第二蒸気ヘッダ１８内の蒸気圧が監視される。従って、その蒸気圧が所定値未満であるか否かにより、蒸気負荷があるか否かを検知できる。すなわち、蒸気が使用される場合には、第二蒸気ヘッダ１８内の蒸気圧が下がるので、それが所定値未満であるか否かにより、蒸気の使用負荷を検知できる。
　圧縮機４からの圧縮空気は、圧縮空気路２３を介して一または複数の圧縮空気利用機器（図示省略）へ供給可能とされる。圧縮空気路２３には、圧縮空気の使用負荷を把握するために、第二圧力センサ２４が設けられる。この第二圧力センサ２４により、圧縮空気路２３内の空気圧が監視される。従って、その空気圧が設定値未満であるか否かにより、空気負荷があるか否かを検知できる。すなわち、圧縮空気が使用される場合には、圧縮空気路２３内の空気圧が下がるので、それが設定値未満であるか否かにより、圧縮空気の使用負荷を検知できる。但し、圧縮空気路２３の中途に中空のエアタンク（図示省略）を設け、このエアタンクに第二圧力センサ２４を設けて、圧縮空気の使用負荷を検知してもよい。
　本実施例の蒸気システム１では、制御器２５は、第一圧力センサ２２と第二圧力センサ２４との検出圧力を監視し、これに基づき後述のとおり給蒸弁１６の開閉または開度を制御する。
　制御器２５は、第二圧力センサ２４の空気圧が設定値未満であることにより空気負荷があると検知し、且つ第一圧力センサ２２の蒸気圧が所定値未満であることにより蒸気負荷があると検知する場合には、給蒸弁１６を開いてスチームモータ３を運転する。これにより、圧縮機４は、スチームモータ３により駆動されるが、所望により電動機１１により補助駆動されてもよい。
　また、制御器２５は、第二圧力センサ２４の空気圧が設定値以上であることにより空気負荷がないと検知し、且つ第一圧力センサ２２の蒸気圧が所定値以上であることにより蒸気負荷がないと検知する場合には、給蒸弁１６を閉じてスチームモータ３を停止する。
　また、制御器２５は、第二圧力センサ２４の空気圧が設定値以上であることにより空気負荷がないと検知し、且つ第一圧力センサ２２の蒸気圧が所定値未満であることにより蒸気負荷があると検知する場合には、給蒸弁１６を閉じてスチームモータ３を停止する。この場合、第二蒸気ヘッダ１８ひいては蒸気利用機器には、バイパス路２０を介して蒸気が供給される。
　さらに、制御器２５は、第二圧力センサ２４の空気圧が設定値未満であることにより空気負荷があると検知し、且つ第一圧力センサ２２の蒸気圧が所定値以上であることにより蒸気負荷がないと検知する場合には、電動機１１により圧縮機４を駆動する。本実施例では、前述したように、スチームモータ３と電動機１１とは共通の圧縮機４に接続されるので、電動機１１は前記圧縮機（スチームモータ３でも駆動可能な圧縮機）４を駆動する。但し、場合により、電動機１１は、前記圧縮機４とは異なる圧縮機を駆動してもよい。この場合、スチームモータ３により駆動される第一の圧縮機４からの圧縮空気と、電動機により駆動される第二の圧縮機からの圧縮空気とは、共通の圧縮空気路２３またはエアタンクを介して、圧縮空気利用機器へ供給される。そして、第二の圧縮機を駆動させる電動機は、第二圧力センサ２４にて検出される空気圧に基づき制御される。
　但し、制御器２５は、第二圧力センサ２４の空気圧が設定値未満であることにより空気負荷があると検知し、且つ第一圧力センサ２２の蒸気圧が所定値以上であることにより蒸気負荷がないと検知する場合にも、電動機１１に代えてまたは電動機１１に加えて、給蒸弁１６を開いてスチームモータ３を運転してもよい。ここで、電動機１１に代えてスチームモータ３を運転する場合、電動機１１は必ずしも必要でないことになる。
　このようにして制御される場合、排蒸路１７に設けられる逆流防止弁１９により、排蒸路１７を介したスチームモータ３への蒸気の逆流が防止される。たとえば、空気負荷がなく蒸気負荷がある場合、給蒸弁１６が閉じられた状態で、バイパス路２０経由で第二蒸気ヘッダ１８へ蒸気が供給されるが、この際、蒸気が排蒸路１７を逆流してスチームモータ３の軸封部から漏れるのを防止できる。また、蒸気負荷がない場合、仮に逆流防止弁１９がなければ、スチームモータ３の軸封部からの蒸気漏れに起因して、自力式の減圧弁から構成されるバイパス弁２１の作用により、蒸気が排蒸路１７を逆流してスチームモータ３の軸封部から漏れてしまうが、逆流防止弁１９を設置することでそのような不都合が回避される。
　このような構成でも、給蒸弁１６を開いてスチームモータ３を運転する際、スチームモータ３の軸封部からは蒸気が漏れることになる。この漏れ蒸気は、前述したように、タイミングギアの潤滑油と蒸気との混合を防止する上で必要であるが、漏れ分だけ熱効率が劣ることになる。そこで、本実施例では、スチームモータ３の軸封部から漏れる蒸気および／またはそのドレンにより、ボイラ２への給水の加熱に利用される。
　たとえば、軸封部からの漏れ蒸気は、ボイラ２への給水タンク５へ直接に吹き込まれて、ボイラ２への給水を加熱する。あるいは、軸封部からの漏れ蒸気は、給水タンク５への給水、または給水タンク５からボイラ２への給水と、熱交換器において間接熱交換されて、ボイラ２への給水を加熱する。このようにして、漏れ蒸気からの熱回収を図ることができる。
　図１では、スチームモータ３の排蒸口９（図２）は、漏れ熱回収路２６を介して、給水タンク５へ配管される。これにより、スチームモータ３の軸封部から漏れる蒸気やそのドレンは、給水タンク５に回収され、給水タンク５の水の加温に用いられる。この場合でも、逆流防止弁１９の作用により、給蒸弁１６が閉じられた状態では、スチームモータ３への蒸気の逆流が防止され、給水タンク５へは漏れ蒸気および／またはそのドレンが供給されない。これにより、給水タンク５内の貯留水が必要以上に加温されるのが防止される。
　また、スチームモータ３の軸封部から漏れる蒸気および／またはそのドレンと、給水タンク５への給水とを熱交換させて、給水タンク５への給水を温める構成としてもよい。具体的には、図３に示すように、漏れ熱回収路２６の中途と、給水タンク５への給水路２７の中途とに、熱交換器２８を設置すればよい。図３において、スチームモータ３の軸封部から漏れる蒸気および／またはそのドレンは、熱交換後に給水タンク５へ供給されてもよい。
　ところで、図１の蒸気システム１では、給水タンク５には、各種の蒸気利用機器からのドレンも回収される。たとえば、スチームモータ３で発生するドレンは、スチームトラップ２９を介して、ドレン回収路３０により給水タンク５に回収される。これにより、給水タンク５内の貯留水を、ドレンで温めることができる。
　さらに、図１の蒸気システム１では、給水タンク５への給水路２７は、圧縮機４を介して、給水タンク５と接続される。これにより、給水タンク５への給水を用いて圧縮機４を冷却すると共に、給水タンク５への給水を圧縮機４の熱で温めることができる。この際、圧縮機４は、油などの媒体を介して冷却を図られ、この油が給水タンク５への給水にて冷却されてもよい。
　本発明の蒸気システムは、前記実施例の構成に限らず適宜変更可能である。特に、スチームモータ３への給蒸弁１６が閉じられた状態で、蒸気が排蒸路１７を逆流してスチームモータ３の軸封部から漏れるのを防止するために、排蒸路１７に逆流防止弁１９を設ける構成であれば、構成および制御は適宜に変更される。
　たとえば、前記実施例では、逆流防止弁１９は、逆止弁から構成したが、電磁弁により構成してもよい。その場合、その電磁弁は、給蒸弁１６が開かれた際には開かれ、給蒸弁１６が閉じられた際には閉じられるように、給蒸弁１６と連動して制御される。
　また、前記実施例では、被動機は圧縮機４としたが、圧縮機４に代えてポンプまたは送風機を設置してもよい。その場合も、前記実施例と同様に制御することができる。さらに、圧縮機４に代えて、真空ポンプを設置してもよい。その場合、スチームモータ３や電動機１１により駆動される真空ポンプが吸引する空間内の圧力に基づき、スチームモータ３または電動機１１を制御すればよい。また、被動機は、場合により発電機としてもよい。
　また、前記実施例において、給蒸弁１６の開閉のハンチングを防止するために、「設定値」および／または「所定値」は、それぞれ動作隙間（ディファレンシャル）を設定してもよいのはもちろんである。たとえば、圧縮空気の使用に伴い、設定下限圧力になると、給蒸弁１６を開ける一方、設定上限圧力になると、給蒸弁１６を閉じればよい。さらに、制御器２５は、第二圧力センサ２４の検出圧力に基づき、空気圧を設定圧力域に維持するように、給蒸弁１６の開度を制御してもよい。

Claims (5)

  1. 　蒸気を用いて動力を起こすスチームモータと、
    　このスチームモータへの給蒸路に設けられる給蒸弁と、
    　前記スチームモータにて使用後の蒸気が供給される箇所へ、前記スチームモータを介することなく蒸気を供給するバイパス路と、
    　このバイパス路に設けられ、背圧を一定に保持するバイパス弁と、
    　前記スチームモータからの排蒸路に設けられ、前記給蒸弁が閉じられた状態で前記スチームモータへ蒸気が逆流するのを防止する逆流防止弁と
    　を備えることを特徴とする蒸気システム。
  2. 　前記逆流防止弁は、逆止弁とされるか、または前記給蒸弁が全閉された際に閉じられる電磁弁とされる
    　ことを特徴とする請求項１に記載の蒸気システム。
  3. 　前記バイパス弁は、自力式の減圧弁とされる
    　ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蒸気システム。
  4. 　前記スチームモータへは、ボイラからの蒸気が前記給蒸路を介して供給され、
    　前記スチームモータの軸封部から漏れる蒸気および／またはそのドレンにより、前記ボイラへの給水を加熱する
    　ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の蒸気システム。
  5. 　前記スチームモータの軸封部から漏れる蒸気および／またはそのドレンは、漏れ熱回収路を介して前記ボイラの給水タンクへ供給され、
    　前記逆流防止弁は、前記給蒸弁が閉じられた際、前記バイパス路からの蒸気が前記排蒸路を介して前記スチームモータへ逆流するのを防止するよう閉じられる
    　ことを特徴とする請求項４に記載の蒸気システム。
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