JP5482592B2 - 蒸気制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、低圧蒸気と高圧蒸気とを混合することで生成される中圧蒸気を生産設備に供給する蒸気制御装置に関する。

生産設備等において蒸気を利用する場合、一般的には化石燃料を用いた燃焼式ボイラあるいは排熱ボイラ（以下、燃焼式ボイラ等と総称する。）により蒸気を生成することが多い。しかしながら現在の化石燃料単価の上昇により燃焼式ボイラ等の蒸気単価は従前と比較して大幅に上昇しており、また温室効果ガスであるＣＯ２排出量の観点においても燃焼式ボイラ等は優れているとは言い難い。

そこで、生産設備に併設されているフラッシュタンクや昨今の技術の進歩により実用可能となったヒートポンプ式の蒸気発生装置等（以下、ヒートポンプボイラ等と総称する）において生成される蒸気の利用が検討されていた。ヒートポンプボイラ等によって生成された蒸気は主に生産設備から排出される排熱を利用しているため、燃焼式ボイラ等と比較して蒸気単価で２０％〜５０％程度安価である。したがって、ヒートポンプボイラ等の蒸気を最大限活用することができれば、燃焼式ボイラ等によって生成する蒸気の量ひいては化石燃料の使用量を減らし、コストやＣＯ２排出量の削減を図ることが可能となる。

しかしながら現在、ヒートポンプボイラ等で効率的に生成できる蒸気は、冷媒を用いた場合であっても圧力が０．１ＭＰａＧ程度と低圧であり温度も１２０℃程度であるため、生産設備において求められている温度や圧力の条件を満たせないことが多かった（以下、ヒートポンプボイラ等で生成された蒸気を低圧蒸気と称する。これに対し、燃焼式ボイラで生成された蒸気を高圧蒸気と称する。）。このため、低圧蒸気を利用するためには、昇圧することで温度および圧力を高める必要がある。

そこで、特許文献１では、排熱蒸気ボイラで発生した蒸気（高圧蒸気）を蒸気エゼクタに噴出させ、その噴出作用により減圧蒸発器内を減圧し、この減圧作用で減圧蒸発器の冷却水で加熱された温水を蒸発させ、蒸発した蒸気（低圧蒸気）を蒸気エゼクタ内において蒸気ボイラから来た蒸気と混合し、これを蒸気利用設備側に供給している。特許文献１では、このように蒸気を二系統から取り出すことにより、総合効率が従来例に比較して約３０％アップすると述べている。

またヒートポンプボイラ等で生成された低圧蒸気を利用する際の他の問題点として、生成される蒸気量が一定でない（変動しやすい）ことが挙げられる。上述したように、ヒートポンプボイラ等では生産設備等から排出される排熱を利用しているため、排熱の発生量や温度等が変動すると、ヒートポンプボイラ等で生成される低圧蒸気量も変動してしまう。故に、ヒートポンプボイラ等は安定した蒸気供給源として利用しづらく（信頼性が低く）、低圧蒸気の有効活用が困難であった。

上記の問題点を解決するために、特許文献２では、水を蒸発させる蒸発器と、蒸発器で生成された蒸気を圧縮する蒸気圧縮機と、蒸気圧縮機で圧縮された蒸気を蒸気利用施設に供給する蒸気供給配管を備えたヒートポンプシステムにおいて、蒸発器と圧縮機との間に蒸気の状態を測定する測定器を備え、測定器からの情報をもとに、蒸気圧縮機に流入する蒸気量を調整する手段を設けている。特許文献２によれば、ヒートポンプシステムを用いて工場等に蒸気を供給する場合に、その熱源である排熱の温度変動による蒸気の生成量の変化に対応した制御が可能な信頼性の高いヒートポンプシステムを提供できるとしている。

特開２００２−０４９４３号公報 特開２００８−５７８７６号公報

しかし、特許文献１に記載の構成では、低圧蒸気を利用することでシステムの総合的な効率を向上させることはできるものの、低圧蒸気量が変動した場合におけるシステムの信頼性をどのように維持するかが明記されていない。したがって、システムの信頼性の確保において未だ課題を有したままである。一方、特許文献２に記載の構成では、システムの高い信頼性を得ることはできるものの、システムとしての効率は犠牲にせざるを得ない。故に、従来技術では、ヒートポンプボイラ等における低圧蒸気を利用する蒸気供給システムにおいて、高い信頼性の確保とシステム効率の向上との両立を図ることが困難であった。

本発明は、このような課題に鑑み、低圧蒸気の発生量および生産設備での中圧蒸気消費量の両方が変動した場合であっても低圧蒸気を最大限活用することによりシステム効率の向上を図りつつ、生産設備への中圧蒸気の安定した供給という高い信頼性を確保することが可能な蒸気制御装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明にかかる蒸気制御装置の代表的な構成は、高圧蒸気発生源で生成された高圧蒸気を用いて、低圧蒸気発生源で生成された低圧蒸気を昇圧すると同時に高圧蒸気を減圧し、昇圧された低圧蒸気と減圧された高圧蒸気とを混合することで生成される所定範囲の圧力の中圧蒸気を生産設備に供給する蒸気制御装置であって、高圧蒸気の圧力を所定範囲まで減圧する第１調整弁と、高圧蒸気発生源から第１調整弁まで高圧蒸気を導く高圧経路と、第１調整弁から生産設備まで中圧蒸気を導く第１中圧経路と、低圧蒸気の圧力を所定範囲まで昇圧させる昇圧装置と、低圧蒸気発生源から昇圧装置まで低圧蒸気を導く低圧経路と、昇圧装置から、第１調整弁と生産設備との間で第１中圧経路に合流し中圧蒸気を導く第２中圧経路と、高圧蒸気発生源と第１調整弁との間で高圧経路から分岐し昇圧装置に高圧蒸気を駆動蒸気として供給する駆動蒸気経路と、駆動蒸気経路上に設けられ駆動蒸気の流量を調整する第２調整弁と、低圧経路上に設けられ低圧経路の蒸気圧力を検知する第１圧力計と、第１中圧経路上で、第２中圧経路の合流点と生産設備との間に設けられ、合流点と生産設備との間の第１中圧経路の蒸気圧力を検知する第２圧力計と、第１圧力計が検知した蒸気圧力と第２圧力計が検知した蒸気圧力とに基づいて第１調整弁および第２調整弁を制御する制御部と、を備え、制御部は、第１圧力計が検知した蒸気圧力が閾値未満であったら、第２調整弁を全閉にし、第２圧力計が検知する蒸気圧力が所定範囲内になるように第１調整弁を制御し、第１圧力計が検知した蒸気圧力が閾値以上になったら、第２調整弁を最大限開き、第２圧力計が検知する蒸気圧力が所定範囲内になるように第１調整弁を優先して制御し、第１調整弁の制御のみでは第２圧力計が検知する蒸気圧力を所定範囲内に維持できない場合には第２調整弁を更に制御することを特徴とする。

上記構成によれば、昇圧装置によって低圧蒸気を生産設備での利用に適した圧力まで昇圧させることができる。このとき、昇圧装置では高圧蒸気を駆動蒸気として用いるため、かかる昇圧を作動させるための動力が不要である。そして、昇圧された低圧蒸気と、第１調整弁によって減圧された高圧蒸気とを混合して生成された中圧蒸気を生産設備に供給することにより、生産設備において使用される蒸気において高コストな高圧蒸気が占める割合を削減することができ、システム効率の向上を図ることが可能となる。なお昇圧された低圧蒸気と減圧された高圧蒸気を混合して生成された中圧蒸気の圧力は第２圧力計の所定範囲の上限値とほぼ同じに設定することが望ましい。これにより第２調整弁の制御に優先して第１調整弁の制御を行うことのできる制御の範囲を広くすることが可能となる。

特に、上記構成では、第１圧力計が検知した蒸気圧力（以下、第１蒸気圧力と略称する。）が閾値未満すなわち低圧蒸気が利用できない状態では、制御部は第１調整弁を制御することにより高圧蒸気を減圧して中圧蒸気とし、これを生産設備に供給する。これにより、低圧蒸気が利用できない状態であっても、中圧蒸気を生産設備に確実に供給することができる。そして、第１蒸気圧力が閾値以上すなわち低圧蒸気が利用できる状態では、制御部は、第２調整弁を最大限開き且つ第１調整弁の制御によって第２圧力計が検知する蒸気圧力（以下、第２蒸気圧力と略称する。）を所定範囲内に調整して中圧蒸気を生成する。これにより、低圧蒸気を最大限利用して中圧蒸気を生成することができ、システム効率の更なる向上が図れる。更に、低圧蒸気が生成されている状態において、生産設備で蒸気消費量が変動した場合等、調整弁の制御のみで第２蒸気圧力を所定範囲内に維持できない場合には第２調整弁を更に制御して駆動蒸気量（高圧蒸気量）を調整して中圧蒸気を生成することにより、圧力が所定範囲内に維持された中圧蒸気を生産設備へ安定的に供給することができ、高い信頼性を確保することができる。したがって、低圧蒸気を最大限活用することによりシステム効率の向上を図りつつ高い信頼性を確保し、それらの両立を達成することが可能となる。

上記の昇圧装置はエゼクタであるとよい。エゼクタは、駆動蒸気である高圧蒸気が駆動蒸気口から吐出口へ通過する過程で内部の圧力が低下し、吸入口から低圧蒸気を吸い込む。これにより、高圧蒸気の減圧および低圧蒸気の昇圧が同時に行われ、高圧蒸気と低圧蒸気が混合された結果、所定範囲の圧力の中圧蒸気が生成されるため、エゼクタは上述した昇圧装置として好適である。また高圧蒸気によって駆動するため電源等の電力が不要であり、消費電力ひいてはランニングコストの削減を図ることも可能である。

上記の昇圧装置は、高圧蒸気によって回転駆動するタービンと、タービンに同軸で接続されタービンの回転力を利用して低圧蒸気を圧縮して昇圧するコンプレッサとから構成されるとよい。かかる構成によっても、高圧蒸気はタービンを駆動することにより減圧され、タービンの回転力によって作動したコンプレッサによって低圧蒸気が昇圧されるため、高圧蒸気の減圧および低圧蒸気の昇圧が同時に行われる。したがって、タービンおよびコンプレッサ（以下、タービンコンプレッサと称する。）も昇圧装置として好適である。また、かかるタービンコンプレッサにおいても高圧蒸気によって駆動するため、上述したようにランニングコストの削減が可能である。

上記の低圧蒸気発生源はヒートポンプボイラまたはフラッシュタンクであるとよい。ヒートポンプボイラやフラッシュタンクは、それらに供給された流体の熱を利用して蒸気を生成する。換言すれば、燃焼式ボイラのように化石燃料を燃焼させることなく蒸気を生成する。したがって、ヒートポンプボイラやフラッシュタンクを低圧蒸気発生源として用いることにより、化石燃料の消費量削減、ひいてはＣＯ２の排出量削減を促進することができ、省エネや環境保全に寄与することが可能となる。

本発明によれば、低圧蒸気を最大限活用することによりシステム効率の向上を図りつつ、高い信頼性を確保することが可能な蒸気制御装置を提供することができる。

第１実施形態にかかる蒸気制御装置の概略構成を示す図である。 第１実施形態にかかる制御部による蒸気制御装置の制御を説明するフローチャートである。 第２実施形態にかかる蒸気制御装置の概略構成を示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態にかかる蒸気制御装置１００の概略構成を示す図である。図１に示す蒸気制御装置１００は、高圧蒸気発生源１０２で生成された高圧蒸気を用いて、低圧蒸気発生源１０４で生成された低圧蒸気を昇圧すると同時にかかる高圧蒸気を減圧し、昇圧された低圧蒸気と減圧された高圧蒸気とを混合することで生成される所定範囲の圧力の中圧蒸気を生産設備１０８に供給する。

なお、以下の説明において、高圧蒸気とは、中圧蒸気の圧力すなわち所定範囲の上限値よりも高い圧力の蒸気のことであり、低圧蒸気とは、かかる所定範囲の下限値よりも低い圧力の蒸気のことである。理解を容易にするために、本実施形態では、中圧蒸気の圧力（所定範囲の圧力）をゲージ圧で０．１８ＭＰａＧ以上０．２２ＭＰａＧ以下とし、高圧蒸気は０．２２ＭＰａＧ（所定範囲の上限値）よりも圧力が高い蒸気、低圧蒸気は０．１８ＭＰａＧ（所定範囲の下限値）よりも圧力が低い蒸気と想定して説明する。ただし、上記の数値はあくまでも例示であり、これに限定するものではない。

高圧蒸気発生源１０２は、高圧蒸気を生成する装置である。かかる高圧蒸気発生源１０２としては、化石燃料を燃焼させて蒸気（高圧蒸気）を生成する燃焼式ボイラを例示することができる。なお、本実施形態では、高圧蒸気発生源１０２は、０．６ＭＰａＧの高圧蒸気を生成するものと仮定するが、これに限定するものではない。

低圧蒸気発生源１０４は、低圧蒸気を生成する装置である。かかる低圧蒸気発生源１０４としては、ヒートポンプボイラまたはフラッシュタンクが好適である。ヒートポンプボイラやフラッシュタンクは、それらに供給された流体の熱を利用して蒸気を生成するため、燃焼式ボイラのような化石燃料の燃焼が不要である。このため、低圧蒸気発生源１０４としてヒートポンプボイラやフラッシュタンクを用いることにより、化石燃料の消費量削減やＣＯ２の排出量削減を促進することができ、省エネや環境保全に寄与することが可能となる。

低圧蒸気発生源１０４には、生産設備１０８やそれに付随する設備等からの排熱が供給される（図示は省略）。また本実施形態では、低圧蒸気発生源１０４には、生産設備１０８において使用された後のドレン蒸気（またはドレン水）がドレン経路１０６を通じて供給される。これにより、ドレン蒸気（ドレン水）が有する熱を排熱とすることなく低圧蒸気発生源１０４において有効利用することができる。なお、これに限定するものではなく、他の流体を低圧蒸気発生源１０４に供給する構成とすることも可能である。

次に、本実施形態にかかる蒸気制御装置１００の構成について詳述する。なお、理解を容易にするために、以下の説明では、蒸気制御装置１００の構成要素について説明した後に、蒸気制御装置１００における制御について詳述する。

高圧蒸気発生源１０２において生成された高圧蒸気は、高圧経路１１２を通じて第１調整弁１１４まで導かれる。第１調整弁１１４は、高圧経路１１２によって導かれた高圧蒸気の圧力を所定範囲まで減圧する。これにより、かかる高圧蒸気は中圧蒸気となって、第１中圧経路１１６を通じて第１調整弁１１４から生産設備１０８まで導かれる（生産設備１０８に供給される）。

一方、低圧蒸気発生源１０４において生成された低圧蒸気は、低圧経路１２２を通じて昇圧装置１２４まで導かれる。昇圧装置１２４は低圧蒸気の圧力を所定範囲まで昇圧させる。本実施形態では昇圧装置１２４としてエゼクタを用いている。昇圧装置１２４であるエゼクタには、高圧蒸気発生源１０２と第１調整弁１１４との間で高圧経路１１２から分岐した駆動蒸気経路１１８が接続されている。これにより、高圧蒸気発生源１０２において生成された高圧蒸気が駆動蒸気として昇圧装置１２４に供給される。また駆動蒸気経路１１８上には第２調整弁１２０が設けられていて、これによって昇圧装置１２４に供給される駆動蒸気（高圧蒸気）の流量が調整される。

駆動蒸気経路１１８からの駆動蒸気（高圧蒸気）が昇圧装置１２４を通過すると、昇圧装置１２４内部の圧力が低下し、低圧経路１２２からの低圧蒸気が昇圧装置１２４に吸い込まれる。これにより、昇圧装置１２４において駆動蒸気（高圧蒸気）の減圧および低圧蒸気の昇圧が同時に行われて、それらが中圧蒸気となる。このとき、上述したようにエゼクタは駆動蒸気（高圧蒸気）によって駆動するため、電源等の電力が不要である。したがって、昇圧装置１２４としてエゼクタを用いることにより消費電力ひいてはランニングコストの削減を図ることができる。

昇圧装置１２４において、低圧蒸気を昇圧し且つ高圧蒸気を減圧し、それらを混合することで生成された中圧蒸気は、第２中圧経路１２６を通じて、昇圧装置１２４から、第１調整弁１１４と生産設備１０８との間で第１中圧経路１１６に合流し、第１中圧経路１１６によって生産設備１０８に供給される。

また、低圧経路１２２上には、低圧経路１２２の蒸気圧力を検知する第１圧力計１３２が設けられていて、第１中圧経路１１６上における第２中圧経路１２６の合流点と生産設備１０８との間には、その間の第１中圧経路１１６の蒸気圧力を検知する第２圧力計１３４が設けられている。これらの圧力計（ＰＴ：Pressure Transmitter）は制御部１３６に接続されている。かかる制御部１３６は、蒸気制御装置１００全体の動作を制御することはもちろん、本実施形態では特に、第１圧力計１３２が検知した蒸気圧力（第１蒸気圧力）と第２圧力計１３４が検知した蒸気圧力（第２蒸気圧力）とに基づいて第１調整弁１１４および第２調整弁１２０を制御する（図１中の破線は、制御部１３６との接続関係を示している）。

図２は、第１実施形態にかかる制御部による蒸気制御装置１００の制御を説明するフローチャートである。以下、図２を用いて、制御部１３６による蒸気制御装置１００、特に第１調整弁１１４および第２調整弁１２０の制御について詳述する。なお、図２中、第１圧力計１３２が検知した蒸気圧力（第１蒸気圧力）をＰＴ１、第２圧力計が検知した蒸気圧力（第２蒸気圧力）をＰＴ２と表記する。また図２中に記載されている圧力、温度および蒸気量の値については、すべて例示であり、これに限定するものではない。

ここで、上述したように、本実施形態では、中圧蒸気の圧力（所定範囲の圧力）を０．１８ＭＰａＧ以上０．２２ＭＰａＧ以下と例示していて、第２圧力計１３４は、生産設備１０８に供給する直前の蒸気圧力を検知している。したがって制御部１３６は、第２圧力計１３４において検知される第２蒸気圧力ＰＴ２が所定範囲内となるように制御する。

図２に示すように、制御部１３６は、当該蒸気制御装置１００起動後に停止信号がなければ（ステップ３０２のＮＯ）、第１圧力計１３２が検知した蒸気圧力である第１蒸気圧力ＰＴ１が閾値以上であるかを判断する（ステップ３０４）。閾値とは、低圧蒸気発生源１０４において生成された低圧蒸気を昇圧装置１２４によって所定圧力まで昇圧可能か、換言すれば、低圧蒸気発生源１０４において生成された低圧蒸気を中圧蒸気とすることができるかを判断するための値である。

詳細には、上述したように低圧蒸気発生源１０４では生産設備１０８等からの排熱を利用して低圧蒸気の生成を行う。したがって排熱発生源が稼動していない場合、例えば生産設備１００の稼働直後などは低圧蒸気の生成を行うことができない。また生産設備１０８が稼動していた場合であっても、低圧蒸気の圧力が極端に低く、昇圧装置１２４によってその圧力を所定範囲に昇圧させられないと、かかる低圧蒸気を利用することができない。

そこで、本実施形態では、昇圧装置１２４によって所定範囲まで昇圧可能な低圧蒸気の圧力を閾値として予め定め、制御部１３６は、ステップ３０４において第１蒸気圧力ＰＴ１が閾値を満たしているか否かを判断している。また本実施形態においては、閾値を０．０９ＭＰａＧと例示するが、これに限定するものではなく、閾値は、昇圧装置１２４の処理能力に応じて任意に定めることができる。

第１蒸気圧力ＰＴ１が閾値（０．０９ＭＰａＧ）未満であったら（ステップ３０４のＮＯ）、制御部１３６は、第２調整弁１２０を全閉にした状態で（ステップ３０６）、第２蒸気圧力ＰＴ２が所定範囲の上限値（０．２２ＭＰａＧ）以下であるかを判断する（ステップ３０８）。蒸気制御装置１００の初期稼動時には、第１調整弁１１４は全閉であり生産設備１０８への中圧蒸気の供給は開始されていないため、第２蒸気圧力ＰＴ２は当然にして所定範囲の上限値以下である（ステップ３０８のＹＥＳ）。

次に、制御部１３６は、第２蒸気圧力ＰＴ２が所定範囲の下限値（０．１８ＭＰａＧ）以上であるかを判断する（ステップ３１０）。これにおいても、上記と同様の理由から、第２蒸気圧力ＰＴ２は当然にして所定範囲の下限値未満であるため（ステップ３１０のＮＯ）、制御部１３６は、第１調整弁１１４が全開であるかを判断する（ステップ３１２）。蒸気制御装置１００の初期稼動時は、第１調整弁１１４は全閉である、すなわち全開ではないので（ステップ３１２のＮＯ）、制御部１３６は第１調整弁１１４を徐々に開く（ステップ３１４）。

そして、制御部１３６は、ステップ３１０からステップ３１４までを第２蒸気圧力ＰＴ２が所定範囲の下限値以上になるまで繰り返す。しかし第２蒸気圧力ＰＴ２が所定範囲の下限値未満でありながら（ステップ３１０のＮＯ）、第１調整弁１１４が全開の場合には（ステップ３１２のＹＥＳ）、エラーを出力し（ステップ３２０）、蒸気制御装置１００を停止させる。

一方、ステップ３１０からステップ３１４までを繰り返すことにより、第２蒸気圧力ＰＴ２が所定範囲の下限値以上となったら（ステップ３１０のＹＥＳ）、ステップ３０２に戻る。この状態において、第１調整弁１１４における高圧蒸気の減圧により生成された中圧蒸気が第１中圧経路１１６を通じて生産設備１０８に供給される。本実施形態では、高圧蒸気発生源１０２において生成された、圧力０．６ＭＰａＧ、温度１６５℃、流量４ｔ／ｈの高圧蒸気が、第１調整弁１１４において、圧力０．２ＭＰａＧ、温度１３３℃の中圧蒸気に調整されて流量４ｔ／ｈで生産設備１０８に供給される。

そして、制御部１３６は、再度ステップ３０２における停止信号確認、およびステップ３０４における第１蒸気圧力ＰＴ１の閾値判断を行う。これにより、利用可能な低圧蒸気が生成されている否かが再度確認される。まだ第１蒸気圧力ＰＴ１が閾値未満であったら（ステップ３０４のＮＯ）、制御部１３６は、ステップ３０６の後に、第２蒸気圧力ＰＴ２が所定範囲の上限値以下であるかを再度判断する（ステップ３０８）。第２蒸気圧力ＰＴ２が所定範囲の上限値以下であったら（ステップ３０８のＹＥＳ）、上述したステップ３１０からステップ３０２までを繰り返す。

一方、第２蒸気圧力ＰＴ２が所定範囲の上限値を超えていたら（ステップ３０８のＮＯ）、制御部１３６は、第１調整弁１１４が全閉かを確認し（ステップ３１６）、第１調整弁１１４が全閉でなければ（ステップ３１６のＮＯ）、第１調整弁１１４を徐々に閉めて（ステップ３１８）、ステップ３０８に戻る。そして、制御部１３６は、ステップ３０８からステップ３１８までを繰り返し、第２蒸気圧力ＰＴ２が所定範囲内に収まるように制御する。第２蒸気圧力ＰＴ２が所定範囲の上限値を超えているにもかかわらず（ステップ３０８のＮＯ）、第１調整弁１１４が全閉である場合（ステップ３１６のＹＥＳ）、エラーを出力し（ステップ３２０）、蒸気制御装置１００を停止させる。

上述したステップ３０６〜ステップ３１８での制御により、低圧蒸気が生成されていなかったり、低圧蒸気の圧力が極端に低かったりする等、第１蒸気圧力ＰＴ１が閾値未満の場合であっても、制御部１３６が第２蒸気圧力ＰＴ２に基づいて第１調整弁１１４を制御して高圧蒸気を所定範囲内になるように減圧し、中圧蒸気が生成される。これにより、低圧蒸気が生成されていない状態であっても、中圧蒸気を生産設備１０８に確実に供給することが可能となる。

次に、本実施形態の最たる特徴である、低圧蒸気と高圧蒸気との混合による中圧蒸気生成時の制御、すなわち閾値以上の圧力の低圧蒸気発生時の制御について説明する。第１蒸気圧力ＰＴ１が閾値（０．０９ＭＰａＧ）以上であったら（ステップ３０４のＹＥＳ）、すなわち昇圧装置１２４によって所定範囲まで昇圧可能な低圧蒸気が低圧蒸気発生源１０４において利用可能となったら、制御部１３６は第２調整弁１２０が全開かを確認する（ステップ３２１）。低圧蒸気が利用可能となった時点では第２調整弁１２０は全閉状態なので（ステップ３２１のＮＯ）、制御部１３６は第２調整弁１２０を徐々に開く（ステップ３２２）。これにより、高圧蒸気発生源１０２において生成された高圧蒸気が駆動蒸気として駆動蒸気経路１１８を通じて昇圧装置１２４に供給される。すると、低圧蒸気発生源１０４において生成された低圧蒸気が昇圧装置１２４に吸い込まれる。

ステップ３２２において第２調整弁１２０を徐々に開いたら、制御部１３６は、第２蒸気圧力ＰＴ２が所定範囲の下限値（０．１８ＭＰａＧ）以上であるかを判断する（ステップ３２４）。第２蒸気圧力ＰＴ２が所定範囲の下限値未満であったら（ステップ３２４のＮＯ）、制御部１３６は、第１調整弁１１４が全開であるかを判断する（ステップ３２６）。第１調整弁１１４が全開でなかった場合（ステップ３２６のＮＯ）、制御部１３６は第１調整弁１１４を徐々に開き（ステップ３２８）、第２蒸気圧力ＰＴ２が所定範囲の下限値以上となるまでステップ３２４〜ステップ３２８を繰り返す。そして、第２蒸気圧力ＰＴ２が所定範囲の下限値未満であるにもかかわらず（ステップ３２４のＮＯ）、第１調整弁１１４が全開となったら（ステップ３２６のＹＥＳ）、エラーを出力し（ステップ３２０）、蒸気制御装置１００を停止させる。

一方、ステップ３２４からステップ３２８までを繰り返すことにより、第２蒸気圧力ＰＴ２が所定範囲の下限値以上となったら（ステップ３２４のＹＥＳ）、制御部１３６は、第２蒸気圧力ＰＴ２が所定範囲の上限値（０．２２ＭＰａＧ）以下であるかを判断する（ステップ３３０）。第２蒸気圧力ＰＴ２が所定範囲の上限値以下であったら（ステップ３３０のＹＥＳ）、昇圧装置１２４において減圧された高圧蒸気および昇圧された低圧蒸気とからなる中圧蒸気が所定範囲内にあることを意味している。本実施形態では、圧力０．６ＭＰａＧ、温度１６５℃、流量３．１１ｔ／ｈの高圧蒸気と、圧力０．１ＭＰａＧ、温度１２０℃、流量０．８９ｔ／ｈの低圧蒸気とにより、圧力０．２２ＭＰａＧ、温度１３６℃の中圧蒸気が生成されて流量４ｔ／ｈで生産設備１０８に供給される。そして、制御部１３６は、ステップ３０２に戻り、ステップ３０２以降の制御を繰り返す。

第２蒸気圧力ＰＴ２が所定範囲の上限値を超えていたら（ステップ３３０のＮＯ）、制御部１３６は、第１調整弁１１４が全閉であるかを判断する（ステップ３３２）。第１調整弁１１４が全閉ではない、すなわち第１調整弁１１４が開いている場合（ステップ３３２のＮＯ）、制御部１３６は第１調整弁１１４を徐々に閉め（ステップ３３４）、第２蒸気圧力ＰＴ２が所定範囲の上限値以下となるまでステップ３３０〜ステップ３３４までを繰り返す。

上記のように、ステップ３０４において第１蒸気圧力ＰＴ１が閾値以上（低圧蒸気発生源１０４において低圧蒸気が利用可能な状態）になったら、制御部１３６は、第２蒸気圧力ＰＴ２が所定範囲内になるように第１調整弁１１４を優先して制御することにより中圧蒸気を生成する。このとき、第２調整弁１２０が全開でない限り（ステップ３２１のＮＯ）第２調整弁１２０を徐々に開ける制御（ステップ３２２）を実行することにより第２調整弁１２０を最大限開けるようにしているため、低圧蒸気を最大限利用して中圧蒸気を生成することができ、システム効率の更なる向上が図れる。

一方、ステップ３３０からステップ３３４までを繰り返した結果、第２蒸気圧力ＰＴ２が所定範囲の上限値を超えているにも拘らず（ステップ３３６のＮＯ）、第１調整弁１１４が全閉になった場合（ステップ３３２のＹＥＳ）、第１調整弁１１４の制御のみでは第２蒸気圧力ＰＴ２を所定範囲内に維持できないということである。そこで、制御部１３６は第２調整弁１２０が全閉であるかを判断する（ステップ３３６）。第２調整弁１２０が全閉でなかったら、すなわち第２調整弁１２０が開いていたら（ステップ３３６のＮＯ）、制御部１３６は、第２調整弁１２０を徐々に閉め（ステップ３３８）、第２蒸気圧力ＰＴ２が所定範囲の上限値以下となるまでステップ３３０〜ステップ３３８を繰り返す。そして、ステップ３３０〜ステップ３３８を繰り返しても第２蒸気圧力ＰＴ２が所定範囲の上限値を超えていて（ステップ３３６のＮＯ）、第１調整弁１１４および第２調整弁１２０ともに全閉になった場合（ステップ３３２のＹＥＳ、ステップ３３６のＹＥＳ）、制御部１３６はエラーを出力し（ステップ３２０）、蒸気制御装置１００を停止させる。

上述したように、低圧蒸気が利用可能な状況において、第１調整弁１１４の制御のみでは第２蒸気圧力ＰＴ２を所定範囲内に維持できない場合、第２調整弁１２０を制御して駆動蒸気量（高圧蒸気量）を調整して中圧蒸気を生成する。これにより、低圧蒸気量の変動があっても中圧蒸気を安定的に生産設備１０８に供給することができる。したがって、低圧蒸気を最大限活用することによりシステム効率の向上を図りつつ高い信頼性を確保し、それらの両立を達成することが可能となる。

なお、蒸気制御装置１００の初期稼動時やステップ３１０およびステップ３３０からのループ時において、ユーザからの停止信号の入力があった場合（ステップ３０２のＹＥＳ）、制御部１３６は、第１調整弁１１４および第２調整弁１２０を全閉にし（ステップ３４０）、蒸気制御装置１００を停止させる。

上記説明したように、本実施形態にかかる蒸気制御装置１００によれば、昇圧装置１２４によって低圧蒸気と高圧蒸気とを混合して生成された中圧蒸気を生産設備１０８に供給することにより、高コストな高圧蒸気が占める割合を削減することができ、システム効率の向上を図ることが可能となる。また制御部１３６が第１蒸気圧力ＰＴ１と第２蒸気圧力ＰＴ２とに基づいて第１調整弁１１４および第２調整弁１２０の開度を固定せず動的に制御することにより、低圧蒸気を最大限利用しながらも、低圧蒸気量の変動および生産設備での中圧蒸気消費量の変動による影響を回避して中圧蒸気供給を安定して行うことができる。したがって、低圧蒸気の利用によりシステム効率の向上を図りつつ高い信頼性を確保し、それらの両立を達成することが可能となる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態にかかる蒸気制御装置２００について説明する。図３は、第２実施形態にかかる蒸気制御装置２００の概略構成を示す図である。なお、上述した第１実施形態の蒸気制御装置１００の構成要素と実質的に同一の機能、構成を示す要素については、同一の符号を付して説明を省略する。また蒸気制御装置２００における制御部１３６の動作については、第１実施形態において説明した制御と同様であるため説明を省略する。

第１実施形態の蒸気制御装置１００では昇圧装置としてエゼクタを用いていたのに対し、第２実施形態にかかる蒸気制御装置２００では、図３に示すように昇圧装置２２４としてタービンコンプレッサを用いる点において大きく異なる。

昇圧装置２２４は、高圧蒸気によって回転駆動するタービン２２６と、タービン２２６に同軸で接続され、その回転力を利用して低圧蒸気を圧縮して昇圧するコンプレッサ２２８とから構成される。この構成では、高圧蒸気発生源１０２において生成された高圧蒸気が駆動蒸気経路１１８を通じて駆動蒸気としてタービン２２６に供給されると、駆動蒸気（高圧蒸気）はタービン２２６を駆動することにより減圧される。そして、駆動蒸気によって駆動したタービン２２６の回転力によってコンプレッサ２２８が作動し、低圧蒸気が昇圧される。したがって、蒸気制御装置２００においても、昇圧装置２２４によって高圧蒸気の減圧および低圧蒸気の昇圧が同時に行われる。

具体的な値を例示すると、第１蒸気圧力ＰＴ１が閾値未満の場合（低圧蒸気未使用時）は、第１実施形態と同様に、高圧蒸気発生源１０２において生成された、圧力０．６ＭＰａＧ、温度１６５℃、流量４ｔ／ｈの高圧蒸気が、第１調整弁１１４において、圧力０．２ＭＰａＧ、温度１３３℃の中圧蒸気に調整されて流量４ｔ／ｈで生産設備１０８に供給される。

一方、第１蒸気圧力ＰＴ１が閾値以上の場合（低圧蒸気使用時）は、高圧蒸気発生源１０２からの、圧力０．６ＭＰａＧ、温度１６５℃、流量２．０３ｔ／ｈの高圧蒸気が駆動蒸気としてタービン２２６に供給される。駆動蒸気（高圧蒸気）は、かかるタービン２２６を回転させることにより減圧され（仕事することによってエンタルピーを失って圧力と温度が低下し）、圧力０．２２ＭＰａＧ、温度１３６℃、流量２．０３ｔ／ｈの中圧蒸気となる。そして、低圧蒸気発生源１０４からの、圧力０．１ＭＰａＧ、温度１２０℃、流量１．９７ｔ／ｈの低圧蒸気は、タービン２２６の回転によって作動したコンプレッサ２２８により昇圧されて、圧力０．２２ＭＰａＧ、温度１６６℃、流量２．２ｔ／ｈの過熱蒸気となった後、合流経路２３０から送気される減圧された駆動蒸気と混合されることで０．２２ＭＰａＧ、１３６℃の中圧蒸気となり生産設備１０８に供給される。

上記説明したように、第２実施形態の蒸気制御装置２００の昇圧装置２２４によっても高圧蒸気の減圧および低圧蒸気の昇圧を行い、それらを混合した中圧蒸気を好適に生成することができる。したがって、かかる構成によっても、蒸気制御装置１００と同様の利点を得ることが可能である。またタービンコンプレッサにおいても高圧蒸気によって駆動するためランニングコストを図れる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、低圧蒸気と高圧蒸気とを混合することで生成される中圧蒸気を生産設備に供給する蒸気制御装置として利用することができる。

１００…蒸気制御装置、１０２…高圧蒸気発生源、１０４…低圧蒸気発生源、１０６…ドレン経路、１０８…生産設備、１１２…高圧経路、１１４…第１調整弁、１１６…第１中圧経路、１１８…駆動蒸気経路、１２０…第２調整弁、１２２…低圧経路、１２４…昇圧装置、１２６…第２中圧経路、１３２…第１圧力計、１３４…第２圧力計、１３６…制御部、２００…蒸気制御装置、２２４…昇圧装置、２２６…タービン、２２８…コンプレッサ、２３０…合流経路

Claims (4)

1. 高圧蒸気発生源で生成された高圧蒸気を用いて、低圧蒸気発生源で生成された低圧蒸気を昇圧すると同時に該高圧蒸気を減圧し、該昇圧された低圧蒸気と該減圧された高圧蒸気とを混合することで生成される所定範囲の圧力の中圧蒸気を生産設備に供給する蒸気制御装置であって、
   前記高圧蒸気の圧力を前記所定範囲まで減圧する第１調整弁と、
   前記高圧蒸気発生源から前記第１調整弁まで前記高圧蒸気を導く高圧経路と、
   前記第１調整弁から前記生産設備まで前記中圧蒸気を導く第１中圧経路と、
   前記低圧蒸気の圧力を前記所定範囲まで昇圧させる昇圧装置と、
   前記低圧蒸気発生源から前記昇圧装置まで前記低圧蒸気を導く低圧経路と、
   前記昇圧装置から、前記第１調整弁と前記生産設備との間で前記第１中圧経路に合流し前記中圧蒸気を導く第２中圧経路と、
   前記高圧蒸気発生源と前記第１調整弁との間で前記高圧経路から分岐し前記昇圧装置に前記高圧蒸気を駆動蒸気として供給する駆動蒸気経路と、
   前記駆動蒸気経路上に設けられ前記駆動蒸気の流量を調整する第２調整弁と、
   前記低圧経路上に設けられ該低圧経路の蒸気圧力を検知する第１圧力計と、
   前記第１中圧経路上で、前記第２中圧経路の合流点と前記生産設備との間に設けられ、該合流点と該生産設備との間の該第１中圧経路の蒸気圧力を検知する第２圧力計と、
   前記第１圧力計が検知した蒸気圧力と前記第２圧力計が検知した蒸気圧力とに基づいて前記第１調整弁および前記第２調整弁を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記第１圧力計が検知した蒸気圧力が閾値未満であったら、前記第２調整弁を全閉にし、前記第２圧力計が検知する蒸気圧力が前記所定範囲内になるように前記第１調整弁を制御し、
   前記第１圧力計が検知した蒸気圧力が閾値以上になったら、前記第２調整弁を最大限開き、前記第２圧力計が検知する蒸気圧力が前記所定範囲内になるように前記第１調整弁を優先して制御し、該第１調整弁の制御のみでは該第２圧力計が検知する蒸気圧力を所定範囲内に維持できない場合には該第２調整弁を更に制御することを特徴とする蒸気制御装置。
2. 前記昇圧装置はエゼクタであることを特徴とする請求項１に記載の蒸気制御装置。
3. 前記昇圧装置は、前記高圧蒸気によって回転駆動するタービンと、該タービンに同軸で接続され該タービンの回転力を利用して前記低圧蒸気を圧縮して昇圧するコンプレッサとから構成されることを特徴とする請求項１に記載の蒸気制御装置。
4. 前記低圧蒸気発生源はヒートポンプボイラまたはフラッシュタンクであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の蒸気制御装置。

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