蒸気システム
【課題】 蒸気ボイラからの蒸気を用いて、その蒸気ボイラに付属の回転機器を駆動することで、消費電力を削減する。
【解決手段】 蒸気ボイラ２からの蒸気は、蒸気路１３，１５を介して蒸気使用設備へ送られる。その蒸気路の中途には、蒸気ヘッダ１４が設けられる。蒸気ボイラ２の送風機３は、モータ１８により駆動可能とされる。モータ１８は、蒸気エンジン４によって、補助駆動可能とされる。蒸気エンジン４には、蒸気路１３から蒸気が供給される。蒸気ヘッダ１４内の蒸気圧に基づき、蒸気路１３に設けた第一制御弁２６の開度を調整することで、蒸気エンジン４への給蒸量が調整される。蒸気エンジン４によるモータ１８の補助駆動が過大となる場合、蒸気エンジン４への給蒸量が削減されるか、蒸気エンジン４によるモータ１８の補助駆動が遮断される。
【解決手段】 蒸気ボイラ２からの蒸気は、蒸気路１３，１５を介して蒸気使用設備へ送られる。その蒸気路の中途には、蒸気ヘッダ１４が設けられる。蒸気ボイラ２の送風機３は、モータ１８により駆動可能とされる。モータ１８は、蒸気エンジン４によって、補助駆動可能とされる。蒸気エンジン４には、蒸気路１３から蒸気が供給される。蒸気ヘッダ１４内の蒸気圧に基づき、蒸気路１３に設けた第一制御弁２６の開度を調整することで、蒸気エンジン４への給蒸量が調整される。蒸気エンジン４によるモータ１８の補助駆動が過大となる場合、蒸気エンジン４への給蒸量が削減されるか、蒸気エンジン４によるモータ１８の補助駆動が遮断される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、蒸気ボイラからの蒸気を用いて、その蒸気ボイラに付属の回転機器を駆動して、消費電力の削減を図る蒸気システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ボイラには、送風機やポンプなどの各種の回転機器が用いられている。これらの回転機器は、モータで駆動されるが、ボイラの大型化に伴い、モータの駆動動力が大きくなり、消費電力も大きくなる。
【０００３】
従来、蒸気タービンを用いて発電し、工場設備内の回転機器を駆動させることは行われているが、ボイラに付属の回転機器を駆動させることは行われていない。また、蒸気タービンを用いた発電は、大型の設備となり、発電機も必要で構成が複雑となる。さらに、発電を行う場合、電気事業法などの法規制に関わる課題もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この発明が解決しようとする課題は、簡易な構成および制御で、蒸気ボイラからの蒸気を用いて、その蒸気ボイラに付属の回転機器を駆動して、消費電力の削減を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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、蒸気ボイラからの蒸気を蒸気使用設備またはその手前の蒸気ヘッダへ送る蒸気路と、蒸気を用いて動力を起こし、前記蒸気ボイラに付属の回転機器を駆動する蒸気エンジンと、前記蒸気路から分岐して設けられ、前記蒸気路からの蒸気を前記蒸気エンジンへ供給するバイパス供給路と、前記蒸気エンジンにて使用後の蒸気を、前記蒸気路と前記バイパス供給路との分岐部よりも下流の前記蒸気路へ戻すバイパス戻し路と、前記蒸気路と前記バイパス供給路との分岐部よりも下流で、前記蒸気路と前記バイパス戻し路との合流部よりも上流の前記蒸気路、および／または、前記蒸気路と前記蒸気エンジンとを接続する前記バイパス供給路に設けられ、前記蒸気エンジンへの給蒸量を調整する制御弁とを備えることを特徴とする蒸気システムである。
【０００６】
請求項１に記載の発明によれば、蒸気ボイラに付属の回転機器を、その蒸気ボイラからの蒸気を用いて駆動させることができる。従って、蒸気ボイラの消費電力を削減して、省エネルギーを図ることができる。また、蒸気エンジンにて使用後の蒸気は、蒸気使用設備または蒸気ヘッダへ戻されるので、主蒸気として有効利用することができる。さらに、制御弁の開閉または開度を調整することで、蒸気エンジンへの給蒸量を調整し、これにより、蒸気使用設備または蒸気ヘッダへの給蒸量も調整する構成といえる。従って、蒸気ボイラの負荷（蒸気の利用状況）に応じて、蒸気エンジンを駆動することができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、前記制御弁は、前記蒸気ボイラからの蒸気圧に基づき開度調整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。
【０００８】
請求項２に記載の発明によれば、簡易な構成および制御で、蒸気ボイラの負荷（蒸気の利用状況）に応じて、蒸気エンジンを駆動することができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、前記制御弁は、第一制御弁と第二制御弁とからなり、前記第一制御弁は、前記蒸気路の内、前記バイパス供給路の分岐部よりも下流で、前記バイパス戻し路の合流部よりも上流に設けられ、前記第二制御弁は、前記バイパス供給路に設けられ、前記蒸気エンジンへの給蒸の有無または量を変更す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。
【００１０】
請求項３に記載の発明によれば、蒸気路に設けた第一制御弁と、バイパス供給路に設けた第二制御弁とにより、蒸気エンジンの駆動制御をさらに精密に行うことができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、前記蒸気エンジンは、スクリュ式蒸気エンジンとされ、前記回転機器は、前記蒸気ボイラの燃焼室内へ燃焼用空気を供給する送風機とされた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。
【００１２】
請求項４に記載の発明によれば、スクリュ式蒸気エンジンを用いることで、タービン式に比べて効率がよい。また、蒸気ボイラに付属の回転機器の内、消費電力の大きい送風機を蒸気エンジンにて補助駆動することで、効率よく省エネルギーを図ることができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、前記回転機器は、モータにより駆動可能とされると共に、前記蒸気エンジンにより駆動可能とされ、前記モータによる駆動と前記蒸気エンジンによる駆動との切替えおよび／または駆動割合が変更可能とされ、前記蒸気エンジンによる前記モータの補助駆動が設定を超える場合には、前記蒸気エンジンへの給蒸量が制限されるか、前記蒸気エンジンによる前記モータの補助駆動が遮断されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の蒸気システムである。
【００１４】
請求項５に記載の発明によれば、蒸気エンジンによるモータの補助駆動が過大となる場合には、蒸気エンジンへの給蒸量が調整されるか、蒸気エンジンによるモータの補助駆動が遮断されるので、モータなどの保護を図ることができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、前記回転機器のモータは、インバータを用いて回転数を制御可能とされ、前記インバータから前記モータへ供給される電流値または電力値に基づき、前記蒸気エンジンによる前記モータの補助駆動が設定を超えるか否かが監視されることを特徴とする請求項５に記載の蒸気システムである。
【００１６】
請求項６に記載の発明によれば、インバータを用いてモータの回転速度を制御することで、回転機器の制御を精密に行うことができる。しかも、そのインバータからモータへの供給電流または供給電力に基づき、蒸気エンジンによるモータの補助駆動が過大か否かを簡易に監視することができる。そして、補助駆動が過大となる場合には、蒸気エンジンへの給蒸量を調整するか、蒸気エンジンによるモータの補助駆動を遮断して、モータやインバータの保護を図ることができる。
【００１７】
さらに、請求項７に記載の発明は、前記蒸気ボイラへの給水タンクに、前記蒸気エンジンからのドレンが回収されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の蒸気システムである。
【００１８】
請求項７に記載の発明によれば、蒸気エンジンから排出されるドレンの有効利用を図り、省エネルギーを図ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明の蒸気システムによれば、簡易な構成および制御で、蒸気ボイラからの蒸気を用いて、その蒸気ボイラに付属の回転機器を駆動して、消費電力の削減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
つぎに、この発明の実施の形態について説明する。
本発明の蒸気システムは、蒸気ボイラに付属の回転機器を、同ボイラからの蒸気を用いて蒸気エンジンにより駆動可能とするシステムである。
【００２１】
蒸気ボイラは、その種類を特に問わないが、たとえば貫流ボイラである。蒸気ボイラには、給水タンクから水（軟水でもよい）が供給され、その水は蒸気ボイラで蒸気化される。そして、その蒸気は蒸気路を介して蒸気使用設備へ送られる。蒸気路の中途には、蒸気ヘッダが設けられていてもよい。たとえば、複数のボイラを設置する場合、各ボイラからの蒸気路は蒸気ヘッダにまとめられ、この蒸気ヘッダからの蒸気路を介して、一または複数の蒸気使用設備へ蒸気が送られる。
【００２２】
蒸気ボイラに付属の回転機器としては、蒸気ボイラへ燃焼用空気を供給する送風機、および蒸気ボイラへ水を供給する給水ポンプが含まれる。また、液体燃料を燃焼させる油焚きの蒸気ボイラの場合には、バーナへ液体燃料を供給するオイルポンプも含まれる。但し、これらに限らず、回転駆動力が用いられるその他の機器であってもよい。
【００２３】
いずれの回転機器も、通常、モータにより駆動される。その際、インバータを用いて、モータの回転数を制御可能としてもよい。蒸気ボイラに付属の回転機器の内、少なくとも一つの回転機器は、蒸気エンジンによっても駆動可能とされる。この際、モータによる駆動と蒸気エンジンによる駆動との切替えおよび／または駆動割合（駆動の寄与割合）が変更可能に構成される。いずれにしても、蒸気エンジンの出力は、発電機を介することなく、直接にモータや回転機器を駆動する。
【００２４】
送風機、給水ポンプおよびオイルポンプなどの回転機器の内、いずれを蒸気エンジンによっても駆動可能とするかは適宜に定められる。但し、送風機は給水ポンプやオイルポンプと比べて消費電力が大きいので、送風機を蒸気エンジンによっても駆動可能とすることが、消費電力の削減を図る上で好ましい。
【００２５】
蒸気エンジンによっても駆動可能とする回転機器は、一つに限らず、複数であってもよい。複数の回転機器を蒸気エンジンによって駆動させる場合、回転機器ごとに蒸気エンジンを設けてもよいし、一つの蒸気エンジンの出力をベルト伝動などで分散させて各回転機器を駆動してもよい。
【００２６】
蒸気エンジンとしては、蒸気タービンでもよいが、スクリュ式蒸気エンジンが好適に用いられる。スクリュ式蒸気エンジンは、蒸気タービンと比べて出力回転数が低く、減速機などを必ずしも必要とせずに、送風機などを回転させるのに適するからである。スクリュ式蒸気エンジンは、互いにかみ合うスクリュロータ間に蒸気が導入され、その蒸気がスクリュロータを回転させつつ膨張して減圧される構成であり、その際のスクリュロータの回転により動力を得る装置である。
【００２７】
蒸気エンジンには、蒸気路から分岐するバイパス供給路を介して、蒸気が供給される。蒸気エンジンにて使用後の蒸気は、バイパス戻し路を介して蒸気路へ戻される。その際、蒸気路の内、バイパス供給路の分岐部よりも下流に、バイパス戻し路が接続される。
【００２８】
蒸気路および／またはバイパス供給路には、制御弁が設けられる。具体的には、次に述べる第一制御弁と第二制御弁との内、いずれか一方または双方が設けられる。第一制御弁は、蒸気路の内、バイパス供給路の分岐部よりも下流で、バイパス戻し路の合流部よりも上流に設けられる。第二制御弁は、バイパス供給路に設けられる。これらの制御弁は、それぞれ開度調整可能であるのが好ましいが、場合により開閉のみ可能な構成であってもよい。
【００２９】
各制御弁は、典型的には蒸気ボイラからの蒸気圧に基づき制御される。この蒸気圧は、蒸気ヘッダまたは蒸気路に設けた圧力センサにより検出される。蒸気路に圧力センサを設ける場合、バイパス戻し路の合流部よりも下流に設けられる。この圧力センサは、蒸気ボイラの制御にも利用できる。たとえば、圧力センサの検出圧力に基づき、蒸気ボイラのバーナの燃焼状態が制御される。
【００３０】
蒸気システムに設けた制御弁を制御することで、蒸気エンジンへの給蒸量が調整される。蒸気エンジンへの給蒸量の調整は、蒸気ヘッダ（または蒸気使用設備）への給蒸量にも影響を与える。そのため、蒸気使用設備における蒸気の使用負荷に応じて、蒸気エンジンへの給蒸量を調整するともいえる。たとえば、前記圧力センサの検出圧力が設定よりも低い場合には、蒸気エンジンではなく蒸気ヘッダへの給蒸を優先する。逆に、前記圧力センサの検出圧力が設定よりも高い場合には、蒸気エンジンへ給蒸して、蒸気エンジンでモータを補助駆動することで、省エネルギーを図ればよい。
【００３１】
第一制御弁または第二制御弁の一方のみを備える場合、その開度を調整することで、蒸気エンジンへの給蒸量が調整される。第一制御弁と第二制御弁とのいずれか一方のみを設置する場合、第一制御のみとするのが好ましい。仮に、第一制御弁がない場合、蒸気路には圧損要素がなくなることになるので、蒸気は蒸気路を通過し易くなり、圧損要素である蒸気エンジンへのバイパス供給路へ流れにくくなるからである。また、第一制御弁を設けることで、第一制御弁が減圧弁のような役割も果たすことになる。
【００３２】
一方、第一制御弁および第二制御弁の双方を備える場合、各制御弁の開度を調整することで、蒸気エンジンへの給蒸量が調整される。この際、いずれか一方の制御弁は、開閉のみ可能な構成であってもよい。
【００３３】
いずれの場合も、ボイラを起動して前記圧力センサが設定圧力を検出する（起蒸）までは、モータにより回転機器を駆動する。そして、起蒸後には、蒸気エンジンへ蒸気を供給して、モータを補助駆動すればよい。蒸気エンジンによる補助駆動により、回転機器の回転負荷が軽減され、モータの消費電力の削減が図られる。
【００３４】
蒸気エンジンによるモータの補助駆動が過大となる場合には、モータやインバータを保護するために、蒸気エンジンへの給蒸量が調整（制限）されるか、蒸気エンジンによるモータの補助駆動が遮断される。蒸気エンジンへの給蒸量の調整は、制御弁の開度または開閉を制御することでなされる。蒸気エンジンによるモータの補助駆動の遮断は、蒸気エンジンとモータとの接続を切り離せばよい。
【００３５】
蒸気エンジンによるモータの補助駆動が過大か否かは、インバータからモータへ供給される電流値または電力値により検知することができる。あるいは、タコメータなどにより、蒸気エンジン、モータまたは回転機器の回転数（回転速度）を計測し、回転数が設定を超えるか否かで検知することができる。その他、蒸気エンジンへの給蒸圧が設定を超えるか否かなど、各種の方法で検知することができる。
【００３６】
以上の構成の蒸気システムによれば、蒸気ボイラに付属の回転機器を、その蒸気ボイラからの蒸気を用いて補助駆動させることができる。従って、蒸気ボイラの消費電力を削減して、省エネルギーを図ることができる。また、蒸気エンジンにて使用後の蒸気は、主蒸気として有効利用することができる。
【００３７】
蒸気エンジンからのドレンを、ボイラへの給水タンクなどへ戻せば、熱回収を図ることができる。この際、蒸気エンジンからのドレンは、直接に給水タンクへ戻してもよいが、ドレンが高温高圧であることを考慮して、次のように構成してもよい。すなわち、蒸気エンジンからのドレンは、ボイラへの給水などと熱交換器にて熱交換を図られた後、給水ポンプより上流側（たとえば給水タンク）へ戻してもよい。
【００３８】
ところで、蒸気エンジンは、蒸気を減圧するものであるから、減圧弁として利用することもできる。すなわち、ボイラと蒸気利用設備との間に設けられる減圧弁に代えて、蒸気エンジンを設置してもよい。この場合、減圧弁としての蒸気エンジンで、ボイラに付属の回転機器を駆動できるので、省エネルギーを図ることができる。
【実施例】
【００３９】
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構成図である。本実施例の蒸気システム１は、蒸気ボイラ２に適用され、この蒸気ボイラ２の送風機３を、同ボイラ２からの蒸気を用いて蒸気エンジン４により補助駆動可能とする。
【００４０】
蒸気ボイラ２およびその缶体５は、その構成を特に問わないが、図示例の場合、円筒状の缶体５を備える貫流ボイラとされる。この場合、上下に離隔して平行に配置される中空円環状の上部管寄せ（図示省略）と下部管寄せ（図示省略）との間を、円筒状に配列される多数の水管（図示省略）で接続して、缶体５が構成される。そして、この缶体５は、円筒状の缶体カバー６で覆われる。
【００４１】
缶体５は、下部が耐火材で閉塞される一方、上部中央に下方へ向けてバーナ７が設けられる。このバーナ７には、オイルポンプ（図示省略）を介して、液体燃料が供給される。また、その燃焼用空気は、送風機３から缶体５内へ供給される。バーナ７および送風機３を作動させることで、缶体５内において燃料の燃焼がなされる。この際、円筒状の水管列の内側が、燃焼室として機能する。バーナ７による燃料の燃焼ガスは、各水管内の水と熱交換した後、煙道（図示省略）および煙突（図示省略）を介して、排ガスとして外部へ排出される。
【００４２】
缶体５内へは、給水タンク８の水が、給水ポンプ９により、給水路１０を介して供給可能とされる。すなわち、給水タンク８の水は、給水ポンプ９により、缶体５の下部管寄せへ供給可能とされる。
【００４３】
給水タンク８は、所定量の水を貯留する。この水は、好ましくは軟水とされる。軟水を用いる場合、給水タンク８への給水路１１には、軟水装置（図示省略）が設置される。軟水装置は、イオン交換樹脂などを用いて、原水中に含まれるカルシウムやマグネシウムなどの硬度分を除去する装置である。一方、給水ポンプ９は、給水タンク８内の水を、缶体５内へ送り込むポンプである。
【００４４】
このようにして蒸気ボイラ２へ供給された水は、バーナ７の燃焼により加熱され蒸気化される。その蒸気は、気水分離器（図示省略）や主蒸気弁１２を介して、蒸気路１３を通って蒸気ヘッダ１４へ供給される。そして、蒸気ヘッダ１４の蒸気は、蒸気路１５を介して蒸気使用設備へ供給される。
【００４５】
蒸気ヘッダ１４には圧力センサ１６が設けられており、この圧力センサ１６は制御器１７に接続されている。そして、制御器１７は、圧力センサ１６による検出圧力（蒸気圧）に基づき、蒸気ボイラ２の運転状態を制御する。具体的には、制御器１７は、圧力センサ１６による検出圧力に基づき、バーナ７の燃焼量を制御する。たとえば、バーナ７は、高燃焼、低燃焼および停止の三段階で燃焼量が変えられる。但し、このような三位置制御に限らず、比例制御などで燃焼量を調整してもよい。
【００４６】
送風機３は、モータ１８により駆動される。このモータ１８には、三相交流電源１９からインバータ２０を介して電力が供給される。インバータ２０においてモータ１８に印加する電源の周波数を変えることで、モータ１８ひいては送風機３の回転数（回転速度）を変えることができる。インバータ２０は、制御器１７に接続されており、制御器１７からの周波数指令信号に基づきモータ１８の回転数を変化させる。
【００４７】
モータ１８は、蒸気エンジン４によって補助駆動可能とされる。本実施例の蒸気エンジン４は、スクリュ式蒸気エンジンとされる。スクリュ式蒸気エンジン４は、互いにかみ合うスクリュロータ間に蒸気が導入され、その蒸気がスクリュロータを回転させつつ膨張して減圧される構成であり、その際のスクリュロータの回転により動力を得る装置である。
【００４８】
蒸気エンジン４には、蒸気路１３から分岐するバイパス供給路２１を介して、蒸気ボイラ２からの蒸気が供給される。そして、蒸気エンジン４にて使用後の蒸気は、バイパス戻し路２２を介して、蒸気路１３へ戻される。この際、蒸気路１３の内、バイパス供給路２１の分岐部よりも下流に、バイパス戻し路２２が接続される。
【００４９】
以上の構成から明らかなとおり、送風機３は、モータ１８により駆動可能とされると共に、蒸気エンジン４によっても駆動可能とされる。具体的には、スクリュ式蒸気エンジン４のスクリュロータの回転駆動力を用いて、モータ１８のロータおよび送風機３の羽根車が回転可能とされる。この際、スクリュ式蒸気エンジン４の出力軸２３と、モータ１８のロータ２４とは、たとえばクラッチ２５を介して接続される。この場合、蒸気エンジン４による送風機３の駆動の有無を切り替え可能とされる。但し、スクリュ式蒸気エンジン４の出力軸２３と、モータ１８のロータ２４とは、クラッチ２５を介して接続する代わりに、単にカップリングを介して接続してもよい。
【００５０】
蒸気路１３には、バイパス供給路２１の分岐部よりも下流で、バイパス戻し路２２の合流部よりも上流に、第一制御弁２６が設けられる。この第一制御弁２６は、開度調整可能な電動弁から構成される。また、場合により、この第一制御弁２６に加えて、バイパス供給路２１に第二制御弁２７を設けてもよい。この第二制御弁２７は、開度調整可能な電動弁から構成されるが、場合により開閉のみ可能な電磁弁から構成されてもよい。
【００５１】
前述したように、制御器１７には、インバータ２０および圧力センサ１６が接続されるが、これに加えて第一制御弁２６も接続される。さらに、第二制御弁２７やクラッチ２５を有する場合には、それらも制御器１７に接続される。
【００５２】
制御器１７は、圧力センサ１６による検出圧力（蒸気圧）に基づき、蒸気ボイラ２の運転状態を制御する。具体的には、バーナ７および送風機３などを制御する。バーナ７を制御することで、バーナ７の燃焼量を変更できる。また、インバータ２０で送風機３の回転数を制御することで、燃焼室内への給気量を変更できる。従って、たとえば、圧力センサ１６による検出圧力が設定よりも低い場合には、バーナ７を高燃焼で作動させると共に、それに応じた燃焼用空気を供給するように、インバータ２０へ周波数指令信号を出力する。このようにして、蒸気ボイラ２の負荷（蒸気使用設備における蒸気の利用負荷）に応じて、蒸気ボイラ２の運転状態が制御される。
【００５３】
また、制御器１７は、圧力センサ１６による検出圧力に基づき、第一制御弁２６の開度を調整する。たとえば、蒸気ボイラ２を起動して圧力センサ１６が設定圧力を検出する（起蒸）までは、モータ１８のみで送風機３を駆動する。そのために、起蒸までは第一制御弁２６は全開とされる。この際、蒸気エンジン４が圧損要素となるので、第一制御弁２６を全開しておけば、蒸気ボイラ２からの蒸気は、蒸気エンジン４へは流れにくく、直接に蒸気ヘッダ１４へ送られる。第二制御弁２７を備える場合、起蒸まで第二制御弁２７を全閉しておくことで、蒸気エンジン４への給蒸を確実に遮断できる。また、クラッチ２５を備える場合、起蒸まではモータ１８と蒸気エンジン４との接続を切り離しておいてもよい。
【００５４】
起蒸後には、蒸気エンジン４へ給蒸して、蒸気エンジン４にてモータ１８を補助駆動する。つまり、制御器１７は、圧力センサ１６による検出圧力が設定圧力を超えることで、起蒸を確認すると、第一制御弁２６を閉じる。この際、第一制御弁２６を徐々に閉じることで、徐々に蒸気エンジン４を駆動すると共に、蒸気ヘッダ１４の急激な圧力低下を防止することができる。このようにして蒸気エンジン４によりモータ１８のロータ２４を駆動すると、モータ１８による送風機３の回転負荷が軽減され、消費電力の削減が図られる。
【００５５】
ところで、第二制御弁２７を備える場合、起蒸後には第二制御弁２７は全開とされるか、第一制御弁２６と反対方向へ操作される。すなわち、第一制御弁２６が開く方向へ制御される場合、第二制御弁２７は閉じる方向へ制御され、第一制御弁２６が閉じる方向へ制御される場合、第二制御弁２７は開く方向へ制御される。
【００５６】
蒸気エンジン４への給蒸量の調整は、圧力センサ１６による検出圧力に基づき、第一制御弁２６（および第二制御弁２７）の開度調整によってなされる。たとえば、設定圧力を下回った場合は、第一制御弁２６を全開にし、設定圧力以上の所定圧力範囲内ならば、第一制御弁２６を閉じる。また、後述するように、モータ１８の補助駆動が過大となりそうなら、第一制御弁２６を開いて、蒸気エンジン４の補助駆動を弱める。
【００５７】
蒸気エンジン４によるモータ１８の補助駆動を行うと、モータ１８の回転数がインバータ２０による指令以上になる場合も想定される。このようにモータ１８の補助駆動が過大となる場合には、モータ１８やインバータ２０を保護するために、蒸気エンジン４への給蒸が削減または停止される。それには、制御器１７は、第一制御弁２６を開ける方向へ制御すればよい。あるいは、第二制御弁２７を備える場合、第二制御弁２７を閉じる方向へ制御すればよい。あるいは、クラッチ２５を備える場合には、クラッチ２５を制御して、蒸気エンジン４とモータ１８との接続を切り離せばよい。
【００５８】
制御器１７は、蒸気エンジン４によるモータ１８の補助駆動が過大か否かを、次のようにして検出する。たとえば、制御器１７は、インバータ２０からモータ１８へ供給される電流値または電力値を監視し、その電流値または電力値によりモータ１８の補助駆動を検出する。具体的には、たとえば、モータ１８へ印加する電源の周波数に応じた設定値を、モータ１８への供給電流が下回ると、補助駆動が過大と検知する。あるいは、蒸気エンジン４、モータ１８または送風機３の回転数を計測し、その回転数が設定値を超えるか否かで検知してもよい。その場合、モータ１８のロータ２４などにタコメータを設け、モータ１８などの回転数を制御器１７で監視すればよい。また、蒸気エンジン４の出入口の差圧や、蒸気エンジン４への給蒸量などによって、補助駆動が過大か否かを検知してもよい。
【００５９】
ところで、蒸気エンジン４からのドレンは、スチームトラップ２８およびドレン回収路２９を介して、給水タンク８へ戻される。この際、図２の変形例に示すように、給水路１０の中途（図示例では給水ポンプ９と缶体５との間）と、ドレン回収路２９の中途とに、熱交換器３０を設置してもよい。この場合、高温高圧のドレンは、熱交換器３０で熱エネルギーを回収された後、給水タンク８へ戻される。
【００６０】
本発明の蒸気システム１は、前記実施例の構成に限らず適宜変更可能である。特に、蒸気ボイラ２およびその缶体５の構成は、一例であって、前記実施例に限定するものではない。また、前記実施例では、蒸気エンジン４は、スクリュ式としたが、場合によりタービン式としてもよい。
【００６１】
前記実施例では、蒸気エンジン４により送風機３を補助駆動する例について説明したが、送風機３に代えてまたはこれに加えて、その他の回転機器（給水ポンプ９やオイルポンプなど）を補助駆動してもよい。たとえば、給水ポンプ９を蒸気エンジン４で駆動してもよく、その場合、給水ポンプ９を作動させたい場合のみ、蒸気エンジン４へ給蒸すればよい。また、各回転機器は、必ずしもインバータ制御される必要はない。
【００６２】
また、蒸気エンジン４による補助駆動は、一つの回転機器に限らず、複数の回転機器であってもよい。複数の回転機器を蒸気エンジン４で補助駆動する場合、回転機器ごとに蒸気エンジン４を設けてもよいし、一つの蒸気エンジン４の出力をベルト伝動などで分散させて各回転機器を駆動してもよい。
【００６３】
さらに、前記実施例のように、缶体５が一つの単缶の場合、蒸気ヘッダ１４を省略して、缶体５からの蒸気を直接に蒸気使用設備へ供給してもよい。その場合、圧力センサ１６は、蒸気路１３（１５）の内、バイパス戻し路２２の合流部よりも下流側に設置される。
【００６４】
一方、図１および図２において、缶体５が複数の多缶とすることもできる。その場合、図示される蒸気ヘッダ１４に、複数の缶体５からの蒸気路１３を接続して、その蒸気ヘッダ１４から蒸気使用設備へ蒸気を供給する。そして、各缶体５から蒸気ヘッダ１４への蒸気路１３には、バイパス供給路２１およびバイパス戻し路２２を介して、蒸気エンジン４を設けて、それぞれ各種回転機器を補助駆動することができる。
【００６５】
また、前記実施例では、第一制御弁２６のみ、または第一制御弁２６と第二制御弁２７とで、蒸気エンジン４への給蒸量を調整したが、場合により第一制御弁２６を設けずに、第二制御弁２７のみで、蒸気エンジン４への給蒸量を調整してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の蒸気システムの一実施例を示す概略構成図である。
【図２】図１の蒸気システムの変形例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００６７】
１ 蒸気システム
２ 蒸気ボイラ
３ 送風機（回転機器）
４ 蒸気エンジン
８ 給水タンク
９ 給水ポンプ（回転機器）
１３ 蒸気路
１４ 蒸気ヘッダ
１５ 蒸気路
１６ 圧力センサ
１８ モータ
２０ インバータ
２１ バイパス供給路
２２ バイパス戻し路
２６ 第一制御弁（制御弁）
２７ 第二制御弁（制御弁）
２９ ドレン回収路
【技術分野】
【０００１】
この発明は、蒸気ボイラからの蒸気を用いて、その蒸気ボイラに付属の回転機器を駆動して、消費電力の削減を図る蒸気システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ボイラには、送風機やポンプなどの各種の回転機器が用いられている。これらの回転機器は、モータで駆動されるが、ボイラの大型化に伴い、モータの駆動動力が大きくなり、消費電力も大きくなる。
【０００３】
従来、蒸気タービンを用いて発電し、工場設備内の回転機器を駆動させることは行われているが、ボイラに付属の回転機器を駆動させることは行われていない。また、蒸気タービンを用いた発電は、大型の設備となり、発電機も必要で構成が複雑となる。さらに、発電を行う場合、電気事業法などの法規制に関わる課題もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この発明が解決しようとする課題は、簡易な構成および制御で、蒸気ボイラからの蒸気を用いて、その蒸気ボイラに付属の回転機器を駆動して、消費電力の削減を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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、蒸気ボイラからの蒸気を蒸気使用設備またはその手前の蒸気ヘッダへ送る蒸気路と、蒸気を用いて動力を起こし、前記蒸気ボイラに付属の回転機器を駆動する蒸気エンジンと、前記蒸気路から分岐して設けられ、前記蒸気路からの蒸気を前記蒸気エンジンへ供給するバイパス供給路と、前記蒸気エンジンにて使用後の蒸気を、前記蒸気路と前記バイパス供給路との分岐部よりも下流の前記蒸気路へ戻すバイパス戻し路と、前記蒸気路と前記バイパス供給路との分岐部よりも下流で、前記蒸気路と前記バイパス戻し路との合流部よりも上流の前記蒸気路、および／または、前記蒸気路と前記蒸気エンジンとを接続する前記バイパス供給路に設けられ、前記蒸気エンジンへの給蒸量を調整する制御弁とを備えることを特徴とする蒸気システムである。
【０００６】
請求項１に記載の発明によれば、蒸気ボイラに付属の回転機器を、その蒸気ボイラからの蒸気を用いて駆動させることができる。従って、蒸気ボイラの消費電力を削減して、省エネルギーを図ることができる。また、蒸気エンジンにて使用後の蒸気は、蒸気使用設備または蒸気ヘッダへ戻されるので、主蒸気として有効利用することができる。さらに、制御弁の開閉または開度を調整することで、蒸気エンジンへの給蒸量を調整し、これにより、蒸気使用設備または蒸気ヘッダへの給蒸量も調整する構成といえる。従って、蒸気ボイラの負荷（蒸気の利用状況）に応じて、蒸気エンジンを駆動することができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、前記制御弁は、前記蒸気ボイラからの蒸気圧に基づき開度調整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。
【０００８】
請求項２に記載の発明によれば、簡易な構成および制御で、蒸気ボイラの負荷（蒸気の利用状況）に応じて、蒸気エンジンを駆動することができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、前記制御弁は、第一制御弁と第二制御弁とからなり、前記第一制御弁は、前記蒸気路の内、前記バイパス供給路の分岐部よりも下流で、前記バイパス戻し路の合流部よりも上流に設けられ、前記第二制御弁は、前記バイパス供給路に設けられ、前記蒸気エンジンへの給蒸の有無または量を変更す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。
【００１０】
請求項３に記載の発明によれば、蒸気路に設けた第一制御弁と、バイパス供給路に設けた第二制御弁とにより、蒸気エンジンの駆動制御をさらに精密に行うことができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、前記蒸気エンジンは、スクリュ式蒸気エンジンとされ、前記回転機器は、前記蒸気ボイラの燃焼室内へ燃焼用空気を供給する送風機とされた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。
【００１２】
請求項４に記載の発明によれば、スクリュ式蒸気エンジンを用いることで、タービン式に比べて効率がよい。また、蒸気ボイラに付属の回転機器の内、消費電力の大きい送風機を蒸気エンジンにて補助駆動することで、効率よく省エネルギーを図ることができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、前記回転機器は、モータにより駆動可能とされると共に、前記蒸気エンジンにより駆動可能とされ、前記モータによる駆動と前記蒸気エンジンによる駆動との切替えおよび／または駆動割合が変更可能とされ、前記蒸気エンジンによる前記モータの補助駆動が設定を超える場合には、前記蒸気エンジンへの給蒸量が制限されるか、前記蒸気エンジンによる前記モータの補助駆動が遮断されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の蒸気システムである。
【００１４】
請求項５に記載の発明によれば、蒸気エンジンによるモータの補助駆動が過大となる場合には、蒸気エンジンへの給蒸量が調整されるか、蒸気エンジンによるモータの補助駆動が遮断されるので、モータなどの保護を図ることができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、前記回転機器のモータは、インバータを用いて回転数を制御可能とされ、前記インバータから前記モータへ供給される電流値または電力値に基づき、前記蒸気エンジンによる前記モータの補助駆動が設定を超えるか否かが監視されることを特徴とする請求項５に記載の蒸気システムである。
【００１６】
請求項６に記載の発明によれば、インバータを用いてモータの回転速度を制御することで、回転機器の制御を精密に行うことができる。しかも、そのインバータからモータへの供給電流または供給電力に基づき、蒸気エンジンによるモータの補助駆動が過大か否かを簡易に監視することができる。そして、補助駆動が過大となる場合には、蒸気エンジンへの給蒸量を調整するか、蒸気エンジンによるモータの補助駆動を遮断して、モータやインバータの保護を図ることができる。
【００１７】
さらに、請求項７に記載の発明は、前記蒸気ボイラへの給水タンクに、前記蒸気エンジンからのドレンが回収されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の蒸気システムである。
【００１８】
請求項７に記載の発明によれば、蒸気エンジンから排出されるドレンの有効利用を図り、省エネルギーを図ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明の蒸気システムによれば、簡易な構成および制御で、蒸気ボイラからの蒸気を用いて、その蒸気ボイラに付属の回転機器を駆動して、消費電力の削減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
つぎに、この発明の実施の形態について説明する。
本発明の蒸気システムは、蒸気ボイラに付属の回転機器を、同ボイラからの蒸気を用いて蒸気エンジンにより駆動可能とするシステムである。
【００２１】
蒸気ボイラは、その種類を特に問わないが、たとえば貫流ボイラである。蒸気ボイラには、給水タンクから水（軟水でもよい）が供給され、その水は蒸気ボイラで蒸気化される。そして、その蒸気は蒸気路を介して蒸気使用設備へ送られる。蒸気路の中途には、蒸気ヘッダが設けられていてもよい。たとえば、複数のボイラを設置する場合、各ボイラからの蒸気路は蒸気ヘッダにまとめられ、この蒸気ヘッダからの蒸気路を介して、一または複数の蒸気使用設備へ蒸気が送られる。
【００２２】
蒸気ボイラに付属の回転機器としては、蒸気ボイラへ燃焼用空気を供給する送風機、および蒸気ボイラへ水を供給する給水ポンプが含まれる。また、液体燃料を燃焼させる油焚きの蒸気ボイラの場合には、バーナへ液体燃料を供給するオイルポンプも含まれる。但し、これらに限らず、回転駆動力が用いられるその他の機器であってもよい。
【００２３】
いずれの回転機器も、通常、モータにより駆動される。その際、インバータを用いて、モータの回転数を制御可能としてもよい。蒸気ボイラに付属の回転機器の内、少なくとも一つの回転機器は、蒸気エンジンによっても駆動可能とされる。この際、モータによる駆動と蒸気エンジンによる駆動との切替えおよび／または駆動割合（駆動の寄与割合）が変更可能に構成される。いずれにしても、蒸気エンジンの出力は、発電機を介することなく、直接にモータや回転機器を駆動する。
【００２４】
送風機、給水ポンプおよびオイルポンプなどの回転機器の内、いずれを蒸気エンジンによっても駆動可能とするかは適宜に定められる。但し、送風機は給水ポンプやオイルポンプと比べて消費電力が大きいので、送風機を蒸気エンジンによっても駆動可能とすることが、消費電力の削減を図る上で好ましい。
【００２５】
蒸気エンジンによっても駆動可能とする回転機器は、一つに限らず、複数であってもよい。複数の回転機器を蒸気エンジンによって駆動させる場合、回転機器ごとに蒸気エンジンを設けてもよいし、一つの蒸気エンジンの出力をベルト伝動などで分散させて各回転機器を駆動してもよい。
【００２６】
蒸気エンジンとしては、蒸気タービンでもよいが、スクリュ式蒸気エンジンが好適に用いられる。スクリュ式蒸気エンジンは、蒸気タービンと比べて出力回転数が低く、減速機などを必ずしも必要とせずに、送風機などを回転させるのに適するからである。スクリュ式蒸気エンジンは、互いにかみ合うスクリュロータ間に蒸気が導入され、その蒸気がスクリュロータを回転させつつ膨張して減圧される構成であり、その際のスクリュロータの回転により動力を得る装置である。
【００２７】
蒸気エンジンには、蒸気路から分岐するバイパス供給路を介して、蒸気が供給される。蒸気エンジンにて使用後の蒸気は、バイパス戻し路を介して蒸気路へ戻される。その際、蒸気路の内、バイパス供給路の分岐部よりも下流に、バイパス戻し路が接続される。
【００２８】
蒸気路および／またはバイパス供給路には、制御弁が設けられる。具体的には、次に述べる第一制御弁と第二制御弁との内、いずれか一方または双方が設けられる。第一制御弁は、蒸気路の内、バイパス供給路の分岐部よりも下流で、バイパス戻し路の合流部よりも上流に設けられる。第二制御弁は、バイパス供給路に設けられる。これらの制御弁は、それぞれ開度調整可能であるのが好ましいが、場合により開閉のみ可能な構成であってもよい。
【００２９】
各制御弁は、典型的には蒸気ボイラからの蒸気圧に基づき制御される。この蒸気圧は、蒸気ヘッダまたは蒸気路に設けた圧力センサにより検出される。蒸気路に圧力センサを設ける場合、バイパス戻し路の合流部よりも下流に設けられる。この圧力センサは、蒸気ボイラの制御にも利用できる。たとえば、圧力センサの検出圧力に基づき、蒸気ボイラのバーナの燃焼状態が制御される。
【００３０】
蒸気システムに設けた制御弁を制御することで、蒸気エンジンへの給蒸量が調整される。蒸気エンジンへの給蒸量の調整は、蒸気ヘッダ（または蒸気使用設備）への給蒸量にも影響を与える。そのため、蒸気使用設備における蒸気の使用負荷に応じて、蒸気エンジンへの給蒸量を調整するともいえる。たとえば、前記圧力センサの検出圧力が設定よりも低い場合には、蒸気エンジンではなく蒸気ヘッダへの給蒸を優先する。逆に、前記圧力センサの検出圧力が設定よりも高い場合には、蒸気エンジンへ給蒸して、蒸気エンジンでモータを補助駆動することで、省エネルギーを図ればよい。
【００３１】
第一制御弁または第二制御弁の一方のみを備える場合、その開度を調整することで、蒸気エンジンへの給蒸量が調整される。第一制御弁と第二制御弁とのいずれか一方のみを設置する場合、第一制御のみとするのが好ましい。仮に、第一制御弁がない場合、蒸気路には圧損要素がなくなることになるので、蒸気は蒸気路を通過し易くなり、圧損要素である蒸気エンジンへのバイパス供給路へ流れにくくなるからである。また、第一制御弁を設けることで、第一制御弁が減圧弁のような役割も果たすことになる。
【００３２】
一方、第一制御弁および第二制御弁の双方を備える場合、各制御弁の開度を調整することで、蒸気エンジンへの給蒸量が調整される。この際、いずれか一方の制御弁は、開閉のみ可能な構成であってもよい。
【００３３】
いずれの場合も、ボイラを起動して前記圧力センサが設定圧力を検出する（起蒸）までは、モータにより回転機器を駆動する。そして、起蒸後には、蒸気エンジンへ蒸気を供給して、モータを補助駆動すればよい。蒸気エンジンによる補助駆動により、回転機器の回転負荷が軽減され、モータの消費電力の削減が図られる。
【００３４】
蒸気エンジンによるモータの補助駆動が過大となる場合には、モータやインバータを保護するために、蒸気エンジンへの給蒸量が調整（制限）されるか、蒸気エンジンによるモータの補助駆動が遮断される。蒸気エンジンへの給蒸量の調整は、制御弁の開度または開閉を制御することでなされる。蒸気エンジンによるモータの補助駆動の遮断は、蒸気エンジンとモータとの接続を切り離せばよい。
【００３５】
蒸気エンジンによるモータの補助駆動が過大か否かは、インバータからモータへ供給される電流値または電力値により検知することができる。あるいは、タコメータなどにより、蒸気エンジン、モータまたは回転機器の回転数（回転速度）を計測し、回転数が設定を超えるか否かで検知することができる。その他、蒸気エンジンへの給蒸圧が設定を超えるか否かなど、各種の方法で検知することができる。
【００３６】
以上の構成の蒸気システムによれば、蒸気ボイラに付属の回転機器を、その蒸気ボイラからの蒸気を用いて補助駆動させることができる。従って、蒸気ボイラの消費電力を削減して、省エネルギーを図ることができる。また、蒸気エンジンにて使用後の蒸気は、主蒸気として有効利用することができる。
【００３７】
蒸気エンジンからのドレンを、ボイラへの給水タンクなどへ戻せば、熱回収を図ることができる。この際、蒸気エンジンからのドレンは、直接に給水タンクへ戻してもよいが、ドレンが高温高圧であることを考慮して、次のように構成してもよい。すなわち、蒸気エンジンからのドレンは、ボイラへの給水などと熱交換器にて熱交換を図られた後、給水ポンプより上流側（たとえば給水タンク）へ戻してもよい。
【００３８】
ところで、蒸気エンジンは、蒸気を減圧するものであるから、減圧弁として利用することもできる。すなわち、ボイラと蒸気利用設備との間に設けられる減圧弁に代えて、蒸気エンジンを設置してもよい。この場合、減圧弁としての蒸気エンジンで、ボイラに付属の回転機器を駆動できるので、省エネルギーを図ることができる。
【実施例】
【００３９】
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構成図である。本実施例の蒸気システム１は、蒸気ボイラ２に適用され、この蒸気ボイラ２の送風機３を、同ボイラ２からの蒸気を用いて蒸気エンジン４により補助駆動可能とする。
【００４０】
蒸気ボイラ２およびその缶体５は、その構成を特に問わないが、図示例の場合、円筒状の缶体５を備える貫流ボイラとされる。この場合、上下に離隔して平行に配置される中空円環状の上部管寄せ（図示省略）と下部管寄せ（図示省略）との間を、円筒状に配列される多数の水管（図示省略）で接続して、缶体５が構成される。そして、この缶体５は、円筒状の缶体カバー６で覆われる。
【００４１】
缶体５は、下部が耐火材で閉塞される一方、上部中央に下方へ向けてバーナ７が設けられる。このバーナ７には、オイルポンプ（図示省略）を介して、液体燃料が供給される。また、その燃焼用空気は、送風機３から缶体５内へ供給される。バーナ７および送風機３を作動させることで、缶体５内において燃料の燃焼がなされる。この際、円筒状の水管列の内側が、燃焼室として機能する。バーナ７による燃料の燃焼ガスは、各水管内の水と熱交換した後、煙道（図示省略）および煙突（図示省略）を介して、排ガスとして外部へ排出される。
【００４２】
缶体５内へは、給水タンク８の水が、給水ポンプ９により、給水路１０を介して供給可能とされる。すなわち、給水タンク８の水は、給水ポンプ９により、缶体５の下部管寄せへ供給可能とされる。
【００４３】
給水タンク８は、所定量の水を貯留する。この水は、好ましくは軟水とされる。軟水を用いる場合、給水タンク８への給水路１１には、軟水装置（図示省略）が設置される。軟水装置は、イオン交換樹脂などを用いて、原水中に含まれるカルシウムやマグネシウムなどの硬度分を除去する装置である。一方、給水ポンプ９は、給水タンク８内の水を、缶体５内へ送り込むポンプである。
【００４４】
このようにして蒸気ボイラ２へ供給された水は、バーナ７の燃焼により加熱され蒸気化される。その蒸気は、気水分離器（図示省略）や主蒸気弁１２を介して、蒸気路１３を通って蒸気ヘッダ１４へ供給される。そして、蒸気ヘッダ１４の蒸気は、蒸気路１５を介して蒸気使用設備へ供給される。
【００４５】
蒸気ヘッダ１４には圧力センサ１６が設けられており、この圧力センサ１６は制御器１７に接続されている。そして、制御器１７は、圧力センサ１６による検出圧力（蒸気圧）に基づき、蒸気ボイラ２の運転状態を制御する。具体的には、制御器１７は、圧力センサ１６による検出圧力に基づき、バーナ７の燃焼量を制御する。たとえば、バーナ７は、高燃焼、低燃焼および停止の三段階で燃焼量が変えられる。但し、このような三位置制御に限らず、比例制御などで燃焼量を調整してもよい。
【００４６】
送風機３は、モータ１８により駆動される。このモータ１８には、三相交流電源１９からインバータ２０を介して電力が供給される。インバータ２０においてモータ１８に印加する電源の周波数を変えることで、モータ１８ひいては送風機３の回転数（回転速度）を変えることができる。インバータ２０は、制御器１７に接続されており、制御器１７からの周波数指令信号に基づきモータ１８の回転数を変化させる。
【００４７】
モータ１８は、蒸気エンジン４によって補助駆動可能とされる。本実施例の蒸気エンジン４は、スクリュ式蒸気エンジンとされる。スクリュ式蒸気エンジン４は、互いにかみ合うスクリュロータ間に蒸気が導入され、その蒸気がスクリュロータを回転させつつ膨張して減圧される構成であり、その際のスクリュロータの回転により動力を得る装置である。
【００４８】
蒸気エンジン４には、蒸気路１３から分岐するバイパス供給路２１を介して、蒸気ボイラ２からの蒸気が供給される。そして、蒸気エンジン４にて使用後の蒸気は、バイパス戻し路２２を介して、蒸気路１３へ戻される。この際、蒸気路１３の内、バイパス供給路２１の分岐部よりも下流に、バイパス戻し路２２が接続される。
【００４９】
以上の構成から明らかなとおり、送風機３は、モータ１８により駆動可能とされると共に、蒸気エンジン４によっても駆動可能とされる。具体的には、スクリュ式蒸気エンジン４のスクリュロータの回転駆動力を用いて、モータ１８のロータおよび送風機３の羽根車が回転可能とされる。この際、スクリュ式蒸気エンジン４の出力軸２３と、モータ１８のロータ２４とは、たとえばクラッチ２５を介して接続される。この場合、蒸気エンジン４による送風機３の駆動の有無を切り替え可能とされる。但し、スクリュ式蒸気エンジン４の出力軸２３と、モータ１８のロータ２４とは、クラッチ２５を介して接続する代わりに、単にカップリングを介して接続してもよい。
【００５０】
蒸気路１３には、バイパス供給路２１の分岐部よりも下流で、バイパス戻し路２２の合流部よりも上流に、第一制御弁２６が設けられる。この第一制御弁２６は、開度調整可能な電動弁から構成される。また、場合により、この第一制御弁２６に加えて、バイパス供給路２１に第二制御弁２７を設けてもよい。この第二制御弁２７は、開度調整可能な電動弁から構成されるが、場合により開閉のみ可能な電磁弁から構成されてもよい。
【００５１】
前述したように、制御器１７には、インバータ２０および圧力センサ１６が接続されるが、これに加えて第一制御弁２６も接続される。さらに、第二制御弁２７やクラッチ２５を有する場合には、それらも制御器１７に接続される。
【００５２】
制御器１７は、圧力センサ１６による検出圧力（蒸気圧）に基づき、蒸気ボイラ２の運転状態を制御する。具体的には、バーナ７および送風機３などを制御する。バーナ７を制御することで、バーナ７の燃焼量を変更できる。また、インバータ２０で送風機３の回転数を制御することで、燃焼室内への給気量を変更できる。従って、たとえば、圧力センサ１６による検出圧力が設定よりも低い場合には、バーナ７を高燃焼で作動させると共に、それに応じた燃焼用空気を供給するように、インバータ２０へ周波数指令信号を出力する。このようにして、蒸気ボイラ２の負荷（蒸気使用設備における蒸気の利用負荷）に応じて、蒸気ボイラ２の運転状態が制御される。
【００５３】
また、制御器１７は、圧力センサ１６による検出圧力に基づき、第一制御弁２６の開度を調整する。たとえば、蒸気ボイラ２を起動して圧力センサ１６が設定圧力を検出する（起蒸）までは、モータ１８のみで送風機３を駆動する。そのために、起蒸までは第一制御弁２６は全開とされる。この際、蒸気エンジン４が圧損要素となるので、第一制御弁２６を全開しておけば、蒸気ボイラ２からの蒸気は、蒸気エンジン４へは流れにくく、直接に蒸気ヘッダ１４へ送られる。第二制御弁２７を備える場合、起蒸まで第二制御弁２７を全閉しておくことで、蒸気エンジン４への給蒸を確実に遮断できる。また、クラッチ２５を備える場合、起蒸まではモータ１８と蒸気エンジン４との接続を切り離しておいてもよい。
【００５４】
起蒸後には、蒸気エンジン４へ給蒸して、蒸気エンジン４にてモータ１８を補助駆動する。つまり、制御器１７は、圧力センサ１６による検出圧力が設定圧力を超えることで、起蒸を確認すると、第一制御弁２６を閉じる。この際、第一制御弁２６を徐々に閉じることで、徐々に蒸気エンジン４を駆動すると共に、蒸気ヘッダ１４の急激な圧力低下を防止することができる。このようにして蒸気エンジン４によりモータ１８のロータ２４を駆動すると、モータ１８による送風機３の回転負荷が軽減され、消費電力の削減が図られる。
【００５５】
ところで、第二制御弁２７を備える場合、起蒸後には第二制御弁２７は全開とされるか、第一制御弁２６と反対方向へ操作される。すなわち、第一制御弁２６が開く方向へ制御される場合、第二制御弁２７は閉じる方向へ制御され、第一制御弁２６が閉じる方向へ制御される場合、第二制御弁２７は開く方向へ制御される。
【００５６】
蒸気エンジン４への給蒸量の調整は、圧力センサ１６による検出圧力に基づき、第一制御弁２６（および第二制御弁２７）の開度調整によってなされる。たとえば、設定圧力を下回った場合は、第一制御弁２６を全開にし、設定圧力以上の所定圧力範囲内ならば、第一制御弁２６を閉じる。また、後述するように、モータ１８の補助駆動が過大となりそうなら、第一制御弁２６を開いて、蒸気エンジン４の補助駆動を弱める。
【００５７】
蒸気エンジン４によるモータ１８の補助駆動を行うと、モータ１８の回転数がインバータ２０による指令以上になる場合も想定される。このようにモータ１８の補助駆動が過大となる場合には、モータ１８やインバータ２０を保護するために、蒸気エンジン４への給蒸が削減または停止される。それには、制御器１７は、第一制御弁２６を開ける方向へ制御すればよい。あるいは、第二制御弁２７を備える場合、第二制御弁２７を閉じる方向へ制御すればよい。あるいは、クラッチ２５を備える場合には、クラッチ２５を制御して、蒸気エンジン４とモータ１８との接続を切り離せばよい。
【００５８】
制御器１７は、蒸気エンジン４によるモータ１８の補助駆動が過大か否かを、次のようにして検出する。たとえば、制御器１７は、インバータ２０からモータ１８へ供給される電流値または電力値を監視し、その電流値または電力値によりモータ１８の補助駆動を検出する。具体的には、たとえば、モータ１８へ印加する電源の周波数に応じた設定値を、モータ１８への供給電流が下回ると、補助駆動が過大と検知する。あるいは、蒸気エンジン４、モータ１８または送風機３の回転数を計測し、その回転数が設定値を超えるか否かで検知してもよい。その場合、モータ１８のロータ２４などにタコメータを設け、モータ１８などの回転数を制御器１７で監視すればよい。また、蒸気エンジン４の出入口の差圧や、蒸気エンジン４への給蒸量などによって、補助駆動が過大か否かを検知してもよい。
【００５９】
ところで、蒸気エンジン４からのドレンは、スチームトラップ２８およびドレン回収路２９を介して、給水タンク８へ戻される。この際、図２の変形例に示すように、給水路１０の中途（図示例では給水ポンプ９と缶体５との間）と、ドレン回収路２９の中途とに、熱交換器３０を設置してもよい。この場合、高温高圧のドレンは、熱交換器３０で熱エネルギーを回収された後、給水タンク８へ戻される。
【００６０】
本発明の蒸気システム１は、前記実施例の構成に限らず適宜変更可能である。特に、蒸気ボイラ２およびその缶体５の構成は、一例であって、前記実施例に限定するものではない。また、前記実施例では、蒸気エンジン４は、スクリュ式としたが、場合によりタービン式としてもよい。
【００６１】
前記実施例では、蒸気エンジン４により送風機３を補助駆動する例について説明したが、送風機３に代えてまたはこれに加えて、その他の回転機器（給水ポンプ９やオイルポンプなど）を補助駆動してもよい。たとえば、給水ポンプ９を蒸気エンジン４で駆動してもよく、その場合、給水ポンプ９を作動させたい場合のみ、蒸気エンジン４へ給蒸すればよい。また、各回転機器は、必ずしもインバータ制御される必要はない。
【００６２】
また、蒸気エンジン４による補助駆動は、一つの回転機器に限らず、複数の回転機器であってもよい。複数の回転機器を蒸気エンジン４で補助駆動する場合、回転機器ごとに蒸気エンジン４を設けてもよいし、一つの蒸気エンジン４の出力をベルト伝動などで分散させて各回転機器を駆動してもよい。
【００６３】
さらに、前記実施例のように、缶体５が一つの単缶の場合、蒸気ヘッダ１４を省略して、缶体５からの蒸気を直接に蒸気使用設備へ供給してもよい。その場合、圧力センサ１６は、蒸気路１３（１５）の内、バイパス戻し路２２の合流部よりも下流側に設置される。
【００６４】
一方、図１および図２において、缶体５が複数の多缶とすることもできる。その場合、図示される蒸気ヘッダ１４に、複数の缶体５からの蒸気路１３を接続して、その蒸気ヘッダ１４から蒸気使用設備へ蒸気を供給する。そして、各缶体５から蒸気ヘッダ１４への蒸気路１３には、バイパス供給路２１およびバイパス戻し路２２を介して、蒸気エンジン４を設けて、それぞれ各種回転機器を補助駆動することができる。
【００６５】
また、前記実施例では、第一制御弁２６のみ、または第一制御弁２６と第二制御弁２７とで、蒸気エンジン４への給蒸量を調整したが、場合により第一制御弁２６を設けずに、第二制御弁２７のみで、蒸気エンジン４への給蒸量を調整してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の蒸気システムの一実施例を示す概略構成図である。
【図２】図１の蒸気システムの変形例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００６７】
１ 蒸気システム
２ 蒸気ボイラ
３ 送風機（回転機器）
４ 蒸気エンジン
８ 給水タンク
９ 給水ポンプ（回転機器）
１３ 蒸気路
１４ 蒸気ヘッダ
１５ 蒸気路
１６ 圧力センサ
１８ モータ
２０ インバータ
２１ バイパス供給路
２２ バイパス戻し路
２６ 第一制御弁（制御弁）
２７ 第二制御弁（制御弁）
２９ ドレン回収路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気ボイラからの蒸気を蒸気使用設備またはその手前の蒸気ヘッダへ送る蒸気路と、
蒸気を用いて動力を起こし、前記蒸気ボイラに付属の回転機器を駆動する蒸気エンジンと、
前記蒸気路から分岐して設けられ、前記蒸気路からの蒸気を前記蒸気エンジンへ供給するバイパス供給路と、
前記蒸気エンジンにて使用後の蒸気を、前記蒸気路と前記バイパス供給路との分岐部よりも下流の前記蒸気路へ戻すバイパス戻し路と、
前記蒸気路と前記バイパス供給路との分岐部よりも下流で、前記蒸気路と前記バイパス戻し路との合流部よりも上流の前記蒸気路、および／または、前記蒸気路と前記蒸気エンジンとを接続する前記バイパス供給路に設けられ、前記蒸気エンジンへの給蒸量を調整する制御弁と
を備えることを特徴とする蒸気システム。
【請求項２】
前記制御弁は、前記蒸気ボイラからの蒸気圧に基づき開度調整される
ことを特徴とする請求項１に記載の蒸気システム。
【請求項３】
前記制御弁は、第一制御弁と第二制御弁とからなり、
前記第一制御弁は、前記蒸気路の内、前記バイパス供給路の分岐部よりも下流で、前記バイパス戻し路の合流部よりも上流に設けられ、
前記第二制御弁は、前記バイパス供給路に設けられ、前記蒸気エンジンへの給蒸の有無または量を変更する
ことを特徴とする請求項１に記載の蒸気システム。
【請求項４】
前記蒸気エンジンは、スクリュ式蒸気エンジンとされ、
前記回転機器は、前記蒸気ボイラの燃焼室内へ燃焼用空気を供給する送風機とされた
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。
【請求項５】
前記回転機器は、モータにより駆動可能とされると共に、前記蒸気エンジンにより駆動可能とされ、前記モータによる駆動と前記蒸気エンジンによる駆動との切替えおよび／または駆動割合が変更可能とされ、
前記蒸気エンジンによる前記モータの補助駆動が設定を超える場合には、前記蒸気エンジンへの給蒸量が制限されるか、前記蒸気エンジンによる前記モータの補助駆動が遮断される
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の蒸気システム。
【請求項６】
前記回転機器のモータは、インバータを用いて回転数を制御可能とされ、
前記インバータから前記モータへ供給される電流値または電力値に基づき、前記蒸気エンジンによる前記モータの補助駆動が設定を超えるか否かが監視される
ことを特徴とする請求項５に記載の蒸気システム。
【請求項７】
前記蒸気ボイラへの給水タンクに、前記蒸気エンジンからのドレンが回収される
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の蒸気システム。
【請求項１】
蒸気ボイラからの蒸気を蒸気使用設備またはその手前の蒸気ヘッダへ送る蒸気路と、
蒸気を用いて動力を起こし、前記蒸気ボイラに付属の回転機器を駆動する蒸気エンジンと、
前記蒸気路から分岐して設けられ、前記蒸気路からの蒸気を前記蒸気エンジンへ供給するバイパス供給路と、
前記蒸気エンジンにて使用後の蒸気を、前記蒸気路と前記バイパス供給路との分岐部よりも下流の前記蒸気路へ戻すバイパス戻し路と、
前記蒸気路と前記バイパス供給路との分岐部よりも下流で、前記蒸気路と前記バイパス戻し路との合流部よりも上流の前記蒸気路、および／または、前記蒸気路と前記蒸気エンジンとを接続する前記バイパス供給路に設けられ、前記蒸気エンジンへの給蒸量を調整する制御弁と
を備えることを特徴とする蒸気システム。
【請求項２】
前記制御弁は、前記蒸気ボイラからの蒸気圧に基づき開度調整される
ことを特徴とする請求項１に記載の蒸気システム。
【請求項３】
前記制御弁は、第一制御弁と第二制御弁とからなり、
前記第一制御弁は、前記蒸気路の内、前記バイパス供給路の分岐部よりも下流で、前記バイパス戻し路の合流部よりも上流に設けられ、
前記第二制御弁は、前記バイパス供給路に設けられ、前記蒸気エンジンへの給蒸の有無または量を変更する
ことを特徴とする請求項１に記載の蒸気システム。
【請求項４】
前記蒸気エンジンは、スクリュ式蒸気エンジンとされ、
前記回転機器は、前記蒸気ボイラの燃焼室内へ燃焼用空気を供給する送風機とされた
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。
【請求項５】
前記回転機器は、モータにより駆動可能とされると共に、前記蒸気エンジンにより駆動可能とされ、前記モータによる駆動と前記蒸気エンジンによる駆動との切替えおよび／または駆動割合が変更可能とされ、
前記蒸気エンジンによる前記モータの補助駆動が設定を超える場合には、前記蒸気エンジンへの給蒸量が制限されるか、前記蒸気エンジンによる前記モータの補助駆動が遮断される
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の蒸気システム。
【請求項６】
前記回転機器のモータは、インバータを用いて回転数を制御可能とされ、
前記インバータから前記モータへ供給される電流値または電力値に基づき、前記蒸気エンジンによる前記モータの補助駆動が設定を超えるか否かが監視される
ことを特徴とする請求項５に記載の蒸気システム。
【請求項７】
前記蒸気ボイラへの給水タンクに、前記蒸気エンジンからのドレンが回収される
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の蒸気システム。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００９−１１５４１０（Ｐ２００９−１１５４１０Ａ）
【公開日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２９０５６９（Ｐ２００７−２９０５６９）
【出願日】平成１９年１１月８日（２００７．１１．８）
【出願人】（０００１７５２７２）三浦工業株式会社 (1,055)
【出願人】（５０４１４３５２２）株式会社三浦プロテック (488)
【公開日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月８日（２００７．１１．８）
【出願人】（０００１７５２７２）三浦工業株式会社 (1,055)
【出願人】（５０４１４３５２２）株式会社三浦プロテック (488)
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