JPH06201102A - 蒸気供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 蒸気供給装置におけるスタート時のように負
荷が大きいときの２次側の蒸気圧力および蒸気温度を、
迅速でありながら、過剰な圧力上昇やハンチングなどを
招くことなく、適正かつ安定よく制御する。 【構成】 蒸気供給開始指令信号Ｓ０、および、二次側
の蒸気の温度Ｔ２と目標温度Ｔ０との差が所定値以上と
なった温度差超過信号Ｓ３のいずれか一方が入力された
時、減圧弁３の圧力調整部材５３を高速で駆動して、目
標温度Ｔ０に対応する目標圧力Ｐ０よりも若干低い中間
圧力Ｐ３に設定したうえで、この状態を蒸気圧力Ｐ２が
中間圧力Ｐ３に近接するまで保持する第１の圧力制御手
段５７と、蒸気圧力Ｐ２が中間圧力Ｐ３に近接したのち
目標圧力Ｐ０に達するまで、減圧弁３の圧力調整部材５
３を低速で駆動する第２の圧力制御手段５８とを設け
て、高・低速の二段階で圧力設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、たとえば塗料や食品
などの加熱に適用されるもので、真空蒸気の潜熱を利用
して、１００℃より低い温度での各種加熱を行なうため
の蒸気を発生し、これを蒸気熱量の消費用負荷に供給す
る蒸気供給装置に関するもので、詳しくは、負荷に導入
する蒸気の温度を設定するために、蒸気温度と関数関係
にある蒸気圧力を調整するようになした蒸気圧力制御技
術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の蒸気供給装置は、従来、二次側
の蒸気圧力をフィードバックして減圧弁の圧力調整部材
を回転させることにより、二次側の蒸気圧力を目標温度
に対応する設定圧力に自動制御する制御手段が採用され
ていた。ところが、蒸気供給装置においては、特に、装
置のスタート初期に蒸気と被加熱物との温度差が大き
く、配管系の温度も低いために、このスタート初期にお
ける負荷が極めて大きくなる。その結果、図５に示すよ
うに、二次側の蒸気圧力Ｐ２の上昇が極めて遅い。な
お、以下の説明において、「設定圧力」とあるのは減圧
弁の開度調整により設定されて二次側の実際の蒸気圧力
が到達すべき圧力を表し、単に「蒸気圧力」とあるのは
検出された実際の蒸気圧力を表す。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】また、二次側の蒸気圧
力Ｐ２の上昇には弁開度に対する時間的な遅れがあるの
に加えて、配管系のウオームアップ７１が終了すると急
激に負荷が減少する。そのため、前記のような従来の圧
力制御手段による場合は、前記圧力調整部材による減圧
弁の設定圧力が過度に高圧側に移り、設定圧力の下方へ
の修正が間に合わず、曲線７２で示すように、二次側の
蒸気圧力Ｐ２が目標圧力Ｐ０に対して過大となって、蒸
気温度の過剰な上昇を招き、被加熱物の熱的な損傷を発
生するという問題がある。また、制御にハンチング現象
を生じて、安定よい制御が行ない難いという問題もあっ
た。

【０００４】この発明は上述のような実情に鑑みてなさ
れたもので、システムのスタート初期などのような大負
荷時における蒸気圧力および温度を、できるだけ迅速
に、しかも、過剰上昇やハンチングを招くことなく、適
正にかつ安定良く制御することができる蒸気供給装置を
提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明に係る蒸気供給装置は、一次側よりも低い
二次側の蒸気圧力をフィードバックして弁開度を調節す
る減圧弁を備え、二次側の蒸気をこの蒸気の熱を利用す
る負荷に供給する蒸気供給装置において、蒸気供給開始
指令信号、および、前記負荷に供給される二次側の蒸気
の温度と二次側の蒸気の目標温度または負荷の目標温度
との差が所定値以上となったことを示す温度差超過信号
のいずれか一方を受けたとき、前記減圧弁の開度を調整
することにより二次側の蒸気の設定圧力を制御する圧力
調整部材を高速で駆動して、二次側の蒸気の設定圧力を
前記目標温度に対応した目標圧力よりも低い中間圧力に
調整し、この状態を、二次側の蒸気圧力が前記中間圧力
に近接するまで保持する第１の圧力制御手段と、前記二
次側の蒸気圧力が前記中間圧力に近接したとき、前記圧
力調整部材を低速で駆動して、二次側の蒸気圧力を前記
目標圧力に合致させる第２の圧力制御手段とを備えたも
のである。

【０００６】

【作用】この発明によれば、蒸気供給開始指令信号、も
しくは、定常運転中で、負荷に供給される二次側の蒸気
の温度と、二次側の蒸気の目標温度または負荷の目標温
度との差が所定値以上となったことを示す温度差超過信
号が受信されたとき、まず、第１の圧力制御手段の働き
により、減圧弁の圧力調整部材が高速で駆動されて、二
次側の蒸気の設定圧力が目標圧力よりも若干低い中間圧
力に設定され、その状態が、二次側の蒸気圧力が前記中
間圧力に近接するまで保持される。これにより、前記温
度差または圧力差が減少する。圧力調整部材の駆動量
は、前記中間圧力を発生するであろうと予め経験的に割
り出された量とする。

【０００７】ついで、前記二次側の蒸気圧力が前記中間
圧力に近接したとき、第２の圧力制御手段の働きによ
り、前記減圧弁の圧力調整部材が低速で駆動されて、二
次側の蒸気圧力が目標圧力に合致するように制御され
る。このように、負荷の増大に対する圧力制御形態を、
第一段の高速制御と第二段の低速制御との組合せ制御と
することによって、二次側の蒸気圧力を、できるだけ迅
速に、かつ、過剰上昇やハンチングを招くことなく、適
正かつ安定良く制御することが可能になる。

【０００８】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面にもとづいて
説明する。図１は、この発明の一実施例による蒸気供給
装置の系統図であり、同図において、１は蒸気供給管、
２は蒸気用元弁、３は真空減圧弁、４は被加熱物を加熱
する蒸気消費負荷、５は前記蒸気消費負荷４の下流に設
けられて蒸気と復水とを分離する気水分離器、６はエジ
ェクタ式真空ポンプ装置、７は復水吐出管、８は復水吐
出弁である。１０は蒸気消費負荷４と気水分離器５とを
連通する配管１０、１１はコントローラ、１７，１８は
セパレータ、１９は減温器である。

【０００９】図２は、前記真空減圧弁３の具体的な構造
を示す縦断面図であり、同図において、３３はメインバ
ルブで、弁本体３１の一次側通路３２Ａと二次側通路３
２Ｂとを連通・遮断するものであり、スプリング３４に
より常時閉弁方向に付勢されており、ピストン室３５の
圧力が大きくなって、ピストン３６が下方へ移動するこ
とにより開弁される。３７はパイロットバルブで、前記
一次側通路３２Ａとピストン室３５との間にわたって形
成されたバイパス通路３８に介在されている。このパイ
ロットバルブ３７は、スプリング３９によりパイロット
バルブシート４０に圧接されるように閉弁方向に押圧さ
れており、パイロットシャフト４１の上下動によりパイ
ロット通路３８を開閉してメインバルブ３３の開度を調
整する。なお、前記ピストン３６には、ピストン室３５
と二次側通路３２Ｂとを連通する蒸気逃がし孔４２が形
成されている。

【００１０】４３は前記パイロットバルブシート４０の
外周に形成した圧力検出室で、二次側圧力伝達路４４を
介して前記二次側通路３２Ｂに連通されており、ベロー
ズ４６によって、その外周の常圧室４９と仕切られてい
る。この圧力検出室４３内に圧縮コイルスプリング４５
が配設されている。４７は圧縮スプリングからなる設定
圧力調整用スプリングで、大気連通孔４８を介して外部
に連通して常圧に保たれている前記常圧室４９内に配設
され、スプリング受け５０を介して前記圧縮コイルスプ
リング４５に対向している。５３は圧力調整部材となる
雄ねじで、この雄ねじ５３はベアリング５１を介して前
記弁本体３１の上端部に固定・連結した筒状ケース５９
に回転自在に支承されており、ギャードモータ５２によ
り回転駆動される。５４はスリーブで、前記雄ねじ５３
に螺合されており、前記ギャードモータ５２を介して雄
ねじ５３を回転駆動させることにより、上下に移動して
前記スプリング４７のばね力を調整し、これによって、
前記二次側通路３２Ｂの圧力を設定するものである。な
お、図２において、６０は前記ギャードモータ５２を覆
うケースカバーである。

【００１１】再び図１において、前記エジェクタ式真空
ポンプ装置６は、前記気水分離器５の復水側５ａを調整
弁９が設けられた配管１２を通して吸引するエジェクタ
１３と、このエジェクタ１３により吸引した復水が送り
込まれる復水タンク１４と、この復水タンク１４内の水
Ｗをタンク１４の底部から吸入し、昇圧して前記エジェ
クタ１３のジェット流を生成したのち、その水を前記復
水とともに復水タンク１４に送り込むポンプ１５と、こ
のポンプ１５の作動速度を可変制御するインバータ１６
とを備えている。

【００１２】前記真空減圧弁３よりも下流の導入配管１
Ａには、二次側の蒸気圧力Ｐ２を検出する圧力検出セン
サ２１および二次側の蒸気温度Ｔ２を検出する温度セン
サ２２が設けられている。また、前記コントローラ１１
には、前記圧力検出センサ２１による検出圧力信号Ｓ１
および前記温度センサ２２による検出温度信号Ｓ２が入
力されている。

【００１３】前記コントローラ１１は、外部からの操作
により二次側の蒸気の目標温度Ｔ０を設定する目標温度
設定手段５５と、前記圧力検出信号Ｓ１による検出圧力
Ｐ２に相当する飽和温度（二次側の実際の蒸気温度に相
当する）と前記目標温度設定手段５５からの目標温度と
を比較して、その差が所定値以上になったか否かを判定
する温度差判定手段５６とを備えている。この温度差判
定手段５６においては、前記圧力検出信号Ｓ１の代わり
に温度検出信号Ｓ２を受けて、その検出温度と前記目標
温度とを比較するようにしてもよい。

【００１４】前記コントローラ１１はさらに、前記温度
差判定手段５６から出力される温度差超過信号Ｓ３、お
よび、蒸気供給開始指令信号Ｓ０のいずれか一方を受け
たとき、前記真空減圧弁３の雄ねじ５３をギャードモー
タ５２により高速で回転駆動して二次側の蒸気の設定圧
力を前記目標温度Ｔ０に対応した目標圧力Ｐ０よりも若
干低い中間圧力Ｐ３に設定したうえで、この状態を、二
次側の蒸気圧力Ｐ２が前記中間圧力Ｐ３に近接するまで
保持する第１の圧力制御手段５７と、前記二次側の蒸気
圧力が前記中間圧力に近接したとき、前記真空減圧弁３
の雄ねじ５３を低速で回転駆動して、二次側の蒸気圧力
Ｐ２を前記目標圧力Ｐ０に合致させる第２の圧力制御手
段５８とを備えている。

【００１５】つぎに、前記構成の蒸気供給装置の動作に
ついて、図３のフローチャートおよび図４の制御特性図
を参照しながら説明する。まず、外部からシステムのス
タート指令信号がコントローラ１１に入力されると、真
空ポンプ装置６の作動によって真空減圧弁３からエジェ
クタ１３までの系の真空引きが行われ、所定の真空度の
達成が確認されたのち、コントローラ１１の内部で蒸気
供給開始指令信号Ｓ０が生成されて、この指令信号Ｓ０
が第１の圧力制御手段５７に入力される（ステップＳ１
０）。これにより、第１の圧力制御手段５７が作動し
て、真空減圧弁３の雄ねじ５３をギャードモータ５２に
より高速で開弁方向に回転駆動し、二次側の蒸気の目標
温度Ｔ０に対応する目標圧力Ｐ０よりも若干低い中間圧
力Ｐ３を発生するであろうと予め経験的に割り出した量
だけ移動させたのち、その位置を保持する（ステップＳ
１１）。

【００１６】このような雄ねじ５３の高速回転により、
二次側の蒸気圧力Ｐ２は、図４に示すように、緩やかに
上昇する初期（スタートアップ）を経たのち急激に上昇
する。この急速に上昇する二次側の蒸気圧力Ｐ２と前記
中間圧力Ｐ３とが比較判定され、二次側の蒸気圧力Ｐ２
が前記中間圧力Ｐ３に近接するまで、例えば、中間圧力
Ｐ３−０．１ｋｇ／ｃｍ³ に達するまで、雄ねじの開度
はそのまま、つまり減圧弁の設定圧力が中間圧力Ｐ３の
ままに保持される（ステップＳ１２）。このように、二
次側の蒸気圧力Ｐ２は、目標圧力Ｐ０よりも低い中間圧
力Ｐ３に一旦保持されるから、真空減圧弁３を流れる蒸
気は、二次側圧力Ｐ２を一気に目標圧力Ｐ０まで上昇さ
せるときよりも、流量増大率が低くなるので、目標圧力
Ｐ０に対するオーバーハングおよびそれにともなうハン
チングが生じない。

【００１７】ついで、第２の圧力制御手段５８の働きに
よって、圧力センサ２１により検出される二次側の蒸気
圧力Ｐ２と、二次側の蒸気の目標温度Ｔ０に対応する目
標圧力Ｐ０とが比較されて、蒸気圧力Ｐ２が目標圧力Ｐ
０にほぼ合致するまで、低速駆動によるフィードバック
制御がなされる（ステップＳ１３〜Ｓ１６）。すなわ
ち、前記ステップＳ１２で二次側の蒸気圧力Ｐ２の中間
圧力Ｐ３への近接が確認されたのち、二次側の蒸気圧力
Ｐ２と目標圧力Ｐ０とが比較されて（ステップＳ１
３）、Ｐ２がＰ０−αよりも小さいとき、つまり、Ｐ２
がまだ低くて、Ｐ０とＰ２との差が許容誤差値αよりも
大きいとき、雄ねじ５３を高圧側に低速で回転駆動する
（ステップＳ１４）。

【００１８】この回転駆動の速度は、前記高速回転（ス
テップＳ１１）の場合よりも遙かに低速であり、例えば
高速回転時の１／５以下の回転速度である。前記低速駆
動は、二次側の蒸気圧力Ｐ２を監視しながらの間欠的な
駆動（インチング制御）としてもよいし、あるいは、連
続的な駆動でもよく、また、駆動速度は一定でもよい
し、両圧力Ｐ０，Ｐ２の差ΔＰ（＝Ｐ０−Ｐ２）の減少
に応じて徐々に低下させてもよい。

【００１９】他方、ステップＳ１３での判断の結果、Ｐ
２がＰ０−αよりも大きいとき、Ｐ２がＰ０＋βよりも
大きいか否かが判断され（ステップＳ１５）、ＹＥＳで
あれば、雄ねじを低圧側に低速で回転駆動して（ステッ
プＳ１６）、蒸気圧力Ｐ２を下げ、ＮＯであれば、Ｐ２
が目標圧力Ｐ０に充分接近したと見なして、減圧弁の制
御を終了する。このような低速のフィードバック制御に
よって、二次側の蒸気温度Ｔ２を目標温度Ｔ０に合致さ
せる。

【００２０】前記のように、蒸気供給開始直後の圧力お
よび温度負荷値が極めて大きいときに、二次側の蒸気圧
力Ｐ２を、第一段の高速制御と第二段の低速制御とで組
合せ制御することによって、二次側の蒸気圧力Ｐ２、つ
まり二次側の蒸気温度Ｔ２を、制御遅れがないようにで
きるだけ迅速に、かつ、過剰上昇やハンチングを招くこ
となく、適正にかつ安定良く制御することが可能であ
る。

【００２１】また、定常運転中であっても、前記の蒸気
供給開始直後と同様な制御が可能である。つまり、圧力
センサ２１により二次側の蒸気圧力Ｐ２が検出されて、
その検出圧力信号Ｓ１がコントローラ１１に常時入力さ
れており、その検出蒸気圧力Ｐ２に相当する蒸気の飽和
温度Ｔ２０（二次側の実際の蒸気温度Ｔ２に相当する）
と二次側の蒸気の目標温度Ｔ０との差（Ｔ０−Ｔ２０）
が所定値Ａ以上になったか否かを温度差判定手段５６に
よって判定する（ステップＳ１７）。前記温度差（Ｔ０
−Ｔ２０）が所定値Ａよりも大きいとき、前記温度差判
定手段５６から温度差超過信号Ｓ３が前記第１の圧力制
御手段５７に出力され、前記と同様に、ステップＳ１１
〜Ｓ１５のプロセスを経て二次側の蒸気温度Ｔ２を目標
温度Ｔ０に合致させる。

【００２２】なお、前記各実施例においては、温度差判
定手段５６が二次側の蒸気の目標温度Ｔ０と二次側の蒸
気の飽和温度Ｔ２０との差を判定したが、前述のよう
に、この飽和温度Ｔ２０の代わりに、温度センサ２２に
より検出された二次側の実際の蒸気温度Ｔ２を用い、前
記目標温度Ｔ０と前記蒸気温度Ｔ２との差（Ｔ０−Ｔ
２）を判定してもよい。また、二次側の蒸気の目標温度
Ｔ０は負荷４の目標温度と関連があるから、この負荷４
の目標温度と二次側の蒸気温度Ｔ２との差を判定しても
よい。

【００２３】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、蒸気
供給開始指令信号、または、定常運転中で、負荷に供給
される二次側の蒸気温度と二次側の蒸気または負荷の目
標温度との差が所定値以上となったことを示す温度差超
過信号を受けたとき、まず、減圧弁の圧力調整部材を高
速で駆動して、二次側の蒸気の設定圧力を目標圧力より
も低い中間圧力まで急速に上昇させる高速制御と、二次
側の蒸気圧力が蒸気中間圧力に近接したとき、前記減圧
弁の圧力調整部材を低速で駆動して、二次側の蒸気圧力
を目標圧力に徐々に上昇させる低速制御との組合せによ
り、二次側の蒸気圧力を、迅速に、しかも、過剰上昇や
ハンチングを招くことなく、適正にかつ安定良く制御す
ることができる。これによって、被加熱物を熱的に損傷
することなく、良好に加熱することができるという効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る蒸気供給装置を示す
系統図である。

【図２】同実施例における真空式減圧弁の具体的な構造
を示す縦断面図である。

【図３】同実施例の動作を説明するフローチャートであ
る。

【図４】同実施例の制御特性図である。

【図５】従来の制御特性図である。

【符号の説明】

３…真空減圧弁、４…負荷、１１…コントローラ、５３
…雄ねじ（圧力調整部材）、５４…第１の圧力制御手
段、５５…第２の圧力制御手段、Ａ…所定値、Ｐ０…目
標圧力、Ｐ２…蒸気圧力、Ｐ３…中間圧力、Ｓ０…蒸気
供給開始指令信号、Ｓ３…温度差超過信号、Ｔ０…二次
側の蒸気の目標温度、Ｔ２…蒸気温度。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一次側よりも低い二次側の蒸気圧力をフ
   ィードバックして弁開度を調節する減圧弁を備え、二次
   側の蒸気をこの蒸気の熱を利用する負荷に供給する蒸気
   供給装置において、 前記供給開始指令信号、および、前記負荷に供給される
   二次側の蒸気の温度と二次側の蒸気の目標温度または負
   荷の目標温度との差が所定値以上となったことを示す温
   度差超過信号のいずれか一方を受けたとき、前記減圧弁
   の開度を調整することにより二次側の蒸気の設定圧力を
   制御する圧力調整部材を高速で駆動して、二次側の蒸気
   の設定圧力を前記目標温度に対応した目標圧力よりも低
   い中間圧力に調整し、この状態を、二次側の蒸気圧力が
   前記中間圧力に近接するまで保持する第１の圧力制御手
   段と、 前記二次側の蒸気圧力が前記中間圧力に近接したとき、
   前記圧力調整部材を低速で駆動して、二次側の蒸気圧力
   を前記目標圧力に合致させる第２の圧力制御手段とを備
   えたことを特徴とする蒸気供給装置。