JPH07261847A - ガスの供給制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガス製造装置やガス回収装置等の複数のガス
供給源があり、ガス混合器を経てガスを供給しているガ
ス製造設備において、何らかの理由でガス回収装置のガ
ス供給量が増減した場合に、ガス製造装置がその変動を
速やかに吸収することと、ガス混合器の内部圧力を速や
かに回復することにより、ガス供給系を安定させること
ができるガス供給制御装置を提供する。 【構成】 ガスの合計供給量の流量信号を入力信号とし
て、ガス製造装置出口のガス調節弁を制御する流量調節
計と、ガス混合器内の圧力信号を入力信号とし、ガス混
合器出口に設けたコンプレッサの出口ガスのスピルバッ
ク管路に設けた調節弁を制御する圧力調節計とを設けた
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガス製造工場等で複数
のガス供給源を持ち、ガス混合器を経てガスを供給して
いるガス供給設備において、いずれかのガス供給源のガ
ス供給量に変動があったときにも、他のガス供給源から
速やかにガスを補給するための制御装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】図６はガス供給源の一般的な特性を示し
たものである。通常、ガス製造装置のガス供給力の応答
性は悪く、ガス回収装置のガス供給力は不安定である場
合が多い。これらに対処するためのガス供給制御装置が
従来から用いられている。図７に従来のガス供給制御装
置の構成図を示す。

【０００３】従来のガス製造装置等においては、需要側
のガス需要量の増減は需要側流量検出器２４により検出
して、ガス製造装置のガス供給量を制御している。この
場合、ガス回収装置からのガス供給量が増減した時は、
その量はガス製造装置が吸収することになる。しかし、
この方法ではガス製造設備の最終段の需要側流量検出器
２４からガス製造装置へガス供給量の増減をフイードバ
ックする制御となるので応答特性が悪い。加えてガス製
造設備の中間に別の制御系を加える事があると最終出力
段に対して干渉する不安も残る。図８は、ガス回収装置
からの供給量が変化した時、ガス製造装置からの供給量
は調節計の動作により自動的に補償されるものの、混合
器の圧力は回復の見込みがないことを説明している。

【０００４】また、コンプレッサの出口ガスの一部をコ
ンプレッサの入口側へ帰還する手法（スピルバック）
は、本来コンプレッサの立ち上げ時の保護のためにある
が、この手動操作を積極的に用いることとすればオペレ
ータの負担が大きく、また手動操作では短周期の外乱に
適切に対応することが難しい等の問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
を解決すべくなされたもので、何らかの理由でガス回収
装置のガス供給量が増減した場合に、ガス製造装置がそ
の変動を速やかに吸収することと、ガス混合器の内部圧
力を速やかに回復することにより、ガス供給系を安定さ
せることができるガス供給制御装置の提供を目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、ガス製造装置
やガス回収装置等の複数のガス供給源があり、ガス混合
器を経てガスを供給しているガス供給設備において、ガ
スの合計供給量の流量信号を入力信号として、ガス製造
装置の出口ガス調節弁を制御する流量調節計と、ガス混
合器の圧力信号を入力信号とし、ガス混合器出口に設け
たコンプレッサの出口ガスのスピルバック管路に設けた
調節弁を制御する圧力調節計とを設けたことを特徴とす
る。

【０００７】

【作用】前記の流量調節計は何らかの理由でガス回収装
置のガス供給量が増減した際に、ガスの合計供給量が一
定になるようにガス製造装置の出口ガス調節弁の開度を
制御する。この場合、ガス製造装置及びガス回収装置等
からなるガス供給源の直ぐ近くに合計流量検出器を設け
たことにより、ガス回収装置のガス供給量の増減が直ち
に検出され、ガス製造設備全体の応答を速くする。

【０００８】また圧力調節計はガス混合器内の圧力が変
動した場合に、ガスコンプレッサの出口ガスの一部をス
ピルバックする管路に調節弁を設け、その開度を増減さ
せてガス混合器内の圧力を一定にする。こうすることに
よりガスを安定して供給することが可能になる。

【０００９】

【実施例】以下図面を用いて本発明を説明する。図１は
本発明の一実施例を示したガス供給制御装置のブロック
構成図である。ガス製造装置１１やガス回収装置１２等
の複数のガス供給源があり、ガス混合器１３で混合して
ガスを供給しているガス製造設備である。ガスの合計供
給量を検出する流量発信器１４をガス供給源の直ぐ近く
に設ける。そのためガス回収装置１２のガス供給量の増
減が直ちに検出される。この流量信号を入力信号とし
て、ガス製造装置１１の出口のガス調節弁１５を流量調
節計（ＦＩＣ）１６の出力信号により制御する。

【００１０】ガス混合器１３に設けた圧力発信器１７の
圧力信号を入力信号とし、ガス混合器１３の出口に設け
られたガスコンプレッサ１８の吐出ガスの一部をスピル
バックする管路の調節弁１９を圧力調節計（ＰＩＣ）２
０の信号により制御する。次にボイラと発電タービンの
蒸気の供給系に本発明の制御装置を適用した例について
説明する。

【００１１】図２はボイラの蒸気供給制御装置のブロッ
ク構成図である。先に説明した図１の、ガス製造装置１
１を専用の蒸気ボイラ２１に、ガス回収装置１２を蒸気
タービン２２の中間抽気等の蒸気供給源に置き換えたも
のである。混合器１３は蒸気の集合管（ヘッダとも言
う）と考える。この場合蒸気タービンの負荷如何により
抽気蒸気量が変動する。その変動分を前記の専用の蒸気
ボイラ２１から供給して、蒸気の供給を安定にするもの
である。この蒸気の供給制御装置の構成と動作も図１の
場合と全く同様であるので説明は繰り返さないことにす
る。

【００１２】図３はコンプレッサをインバータ制御式と
したガスの供給制御装置のブロック構成図である。前出
の例にあったスピルバック調節弁１９を除いた例であ
る。ガス混合器１３に設けた圧力発信器１７の圧力信号
を入力信号とし、圧力調節計２０の出力信号によりイン
バータ制御回路を通してコンプレッサ２３の回転数を増
減することにより、混合器１３の圧力を一定にして、安
定したガスの供給を可能にする。

【００１３】図４はガス回収装置のガス供給量が減少し
たときの制御動作の説明図である。先に説明した図１に
おいて、何らかの理由でガス回収装置からのガス供給量
が減少し、流量検出器１４が流量の低下を検出すると、
流量調節計２０はガスの流量を目標設定値に一致させる
よう調節弁１５を開くよう信号を送り、ガス製造装置か
らの供給量を増加させる。同時にガス回収装置からのガ
ス供給量が減少することで混合器１３の圧力が低下す
る。圧力調節計２０は前記圧力を一定に保つようスピル
バック管路の調節弁１９を開くよう制御信号を送る。そ
の結果混合器１３の圧力は急速に制御目標値に向かって
回復する。以上のように被制御系の配管系統を短かくし
たので早いフイードバック動作が得られる。

【００１４】図５はガス回収装置のガス供給量が増加し
たときの制御動作の説明図である。先に説明した図１に
おいて、何らかの理由でガス回収装置からのガス供給量
が増加したため、流量検出器１４が流量の増加を検出す
ると、流量調節計２０はガスの流量を目標設定値に一致
させるよう調節弁１５を閉じる信号を送り、ガス製造装
置からの供給を減少させる。同時にガス回収装置からの
ガス供給量が増加することで混合器１３の圧力が上昇す
る。圧力調節計２０は前記圧力を一定に保つようスピル
バック管路の調節弁１９を閉じるよう制御信号を送る。
その結果混合器１３の圧力は急速に制御目標値に向か
う。以上のように被制御系の配管系統を短かくしたので
早いフイードバック動作が得られる。

【００１５】図６はガス供給源の一般的な特徴を説明す
る図である。化学反応を伴う製造装置（プロセス）や蒸
気発生用ボイラの動作は一般に緩慢であるが安定してい
る。それに比べて、各種の設備から排出される余剰ガス
や排ガスまたはタービンから抽気して回収される蒸気等
は変動が激しく、本発明の制御装置を適用することによ
り安定な供給を図ることができる。

【００１６】図９は本発明の制御装置の効果を確認した
シュミレーションブロック図である。各々の被制御装置
の特性は次の値を持つものとした。ガス製造装置系の無
駄時間を３０分、遅れ時間を２０分、混合器とスピルバ
ック系の無駄時間と遅れ時間を各１分コンプレッサ系の
無駄時間と遅れ時間を各５分図１０はシュミレーション
の実行結果を示すグラフである。

【００１７】従来例の流量又は改善モデルによる流量
は、図１の需要側流量検出器２４が示す流量である。ス
ピルバック流量は、図１のスピルバック流量検出器２５
が示す流量である。図１１は上記のシュミレーションを
実行したときの調節計の比例帯（ＰＢ）％、積分時間
（ＴＩ）分、微分時間（ＴＤ）分を示す。北森法による
１０％行き過ぎの値とした。図９のＰＩＣ、ＦＩＣに対
応する。

【００１８】

【発明の効果】シュミレーション結果の図１０に示すよ
うに、従来行っていたようにガス製造設備の最終段でガ
スの需要量を検出して、ガス製造装置へガス供給量の増
減をフイードバックする制御では、回収装置のガスが急
増した場合、ガスの供給量は「従来例の流量」が示す様
に増加し、容易に復旧しない。一方本発明の制御装置を
適用した場合は「改善モデルによる流量」が示すよう
に、約二分の一の時間で復旧することが分かる。その理
由は本発明の制御装置は、ガス回収装置からのガス供給
量が増加した時点で、ガス製造装置のガス流量を減少さ
せて、影響を速やかに吸収するので、制御設備全体から
見て制御系の応答を改善することになる。

【００１９】その他に次のような効果がある。本発明の
制御装置はガスの供給装置に限らず、ボイラ等の蒸気発
生装置にも適用できる。混合器へスピルバックするのに
代えてコンプレッサの回転数の制御を行っても同様に応
答性を改善する効果がある。

【００２０】また、本発明の制御装置では制御系から入
れ子構造を排除したことによって制御機器相互間の干渉
を無くすことができる。尚スピルバック調節弁を使って
混合タンクの圧力を制御する場合は即応性が増すが流量
変化の最大値は幾分大きくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示した構成図である。

【図２】本発明を適用したボイラの蒸気供給制御装置の
ブロック構成図である。

【図３】本発明を適用したガス供給制御装置のブロック
構成図である。

【図４】ガス回収装置のガス供給量が減少したときの制
御動作の説明図である。

【図５】ガス回収装置のガス供給量が増加したときの制
御動作の説明図である。

【図６】ガス供給源の一般的な特徴を説明する図であ
る。

【図７】従来のガス供給制御装置の構成図である。

【図８】従来のガス供給制御装置の制御動作の説明図で
ある。

【図９】本発明の制御装置の効果を確認したシュミレー
ションブロック図である

【図１０】シュミレーションの実行結果を示すグラフで
ある。

【図１１】シュミレーションを実行したときの調節計の
パラメータを示す図である。

【符号の説明】

１１ ガス製造装置 １２ ガス回収装置 １３ 混合器 １４ 流量検出器 １５ 調節弁 １６ 流量調節計 １７ 圧力検出器 １８ ガスコンプレッサ １９ 調節弁 ２０ 圧力調節計 ２１ ボイラ ２２ 抽気タービン ２３ インバータ制御コンプレッサ ２４ 需要側流量検出器 ２５ スピルバック流量検出器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガス製造装置やガス回収装置等の複数のガ
   ス供給源があり、ガス混合器で混合してガスを供給して
   いるガス製造設備において、ガスの合計供給量の流量信
   号を入力信号として、ガス製造装置出口のガス調節弁を
   制御する流量調節計と、ガス混合器内の圧力信号を入力
   信号とし、ガス混合器出口に設けたコンプレッサの出口
   ガスのスピルバック管路に設けた調節弁を制御する圧力
   調節計とを設けたことを特徴とするガス供給制御装置。