蒸汽系统.pdf

具体实施方式

下面，对于本发明的实施方式进行说明。

本发明的蒸汽系统具有蒸汽发动机与电动机等组合使用的多个原动机、由这些原动机驱动的压缩机或真空泵等的一个或者多个被动机。在本实施方式中，具有使用蒸汽产生动力的第一原动机、由该第一原动机驱动的第一被动机、使用蒸汽以外的物质产生动力的第二原动机以及由该第二原动机驱动的第二被动机。

第一原动机是使用蒸汽产生动力的蒸汽系统。蒸汽发动机可以是蒸汽轮机，但是更好是螺旋式蒸汽发动机。螺旋式蒸汽发动机为这样一种装置，向互相啮合的螺旋转子间导入蒸汽，利用该蒸汽使螺旋转子旋转，同时使蒸汽膨胀而减压，利用此时的螺旋转子的旋转得到动力。

从蒸汽供应源向蒸汽发动机供应蒸汽。蒸汽供应源典型的是蒸汽炉。来自蒸汽锅炉的蒸汽被供应到蒸汽集管箱，该蒸汽集管箱的蒸汽也可以通过蒸汽供应路供应给蒸汽发动机。

蒸汽发动机的控制是控制对蒸汽发动机的蒸汽供应的有无或者量来进行的。具体地说，在通向蒸汽发动机的蒸汽供应路上设置蒸汽供应阀，控制该蒸汽供应阀的开闭或者开度。由此，可以改变对蒸汽发动机供应的蒸汽的有无或者量，从而可以改变蒸汽发动机的动作的有无或者输出。

例如，在蒸汽发动机为蒸汽轮机的情况下，通过控制蒸汽供应阀的开闭，可以切换对蒸汽轮机的蒸汽供应的有无。由此，可以改变蒸汽轮机的动作的有无。另一方面，在蒸汽发动机为螺旋式蒸汽发动机的情况下，可以与蒸汽轮机的情况相同地控制蒸汽供应阀的开闭，也可以控制蒸汽供应阀的开度。在控制蒸汽供应阀的开度的情况下，调整对螺旋式蒸汽发动机的蒸汽供应量，可以改变螺旋式蒸汽发动机的输出。

但是，蒸汽发动机的控制不限于以上的构成。即，蒸汽发动机只要可以改变蒸汽供应的有无或者量就可以，不一定要在蒸汽供应路上设置蒸汽供应阀并利用该蒸汽供应阀进行控制。例如，也可以通过支路连接通向蒸汽发动机的蒸汽供应路和从蒸汽发动机出来的蒸汽排出路，控制在该支路上设置的支路阀的开闭或者开度。此外，除了所述蒸汽供应阀以外，也可以设置该支路阀。此时，支路阀可以是自行式的减压阀。

蒸汽发动机由于使蒸汽减压，所以还作为减压阀起作用。因此，在蒸汽发动机使用后的蒸汽可以与现有的通过减压阀后的蒸汽相同地利用。即，目前，来自蒸汽锅炉的蒸汽通过减压阀被供应给蒸汽使用装置，但与其相同地，在蒸汽发动机使用后的蒸汽也可以供应给蒸汽使用装置。此时，来自蒸汽发动机的蒸汽通过蒸汽排出路被供应给蒸汽集管箱，该蒸汽集管箱的蒸汽也可以供应给蒸汽使用装置。

第一被动机是由第一原动机驱动，并喷出或者吸入流体的装置。具体地说，第一被动机为泵、送风机、压缩机、或者真空泵等。第一被动机在为泵、送风机或者压缩机的情况下，喷出流体，在为真空泵的情况下，吸入流体。

第一被动机例如为空气压缩机。该空气压缩机为往复式或者旋转式等，其种类并不特别限定，但在本实施方式中，其为螺旋式压缩机。螺旋式压缩机是一种向互相啮合旋转的螺旋转子间吸入气体，利用螺旋转子的旋转压缩并喷出气体的装置。

第二原动机是使用蒸汽以外的物质来产生动力的装置。第二原动机典型的是电动机(motor)，但也可以是柴油发动机。在第二原动机是电动机的情况下，可以进行开闭控制，也可以进行逆变器控制。众所周知，根据逆变器控制，通过改变施加于电动机的电源的频率，能够改变电动机的转速。

第二被动机是由第二原动机驱动，并喷出或者吸入流体的装置。具体地说，第二被动机为泵、送风机、压缩机、或者真空泵等。第二被动机在为泵、送风机或者压缩机的情况下，喷出流体，在为真空泵的情况下，吸入流体。

第二被动机与第一被动机相同，是一种对由第一被动机喷出或者吸入流体的空间喷出或者吸入流体的装置。因此，第二被动机与第一被动机功能相同。例如，在第一被动机为空气压缩机的情况下，第二被动机也为空气压缩机。但是，第二被动机只要功能与第一被动机相同，就不需要为相同机构。例如，在第一被动机为螺旋式的空气压缩机的情况下，第二被动机只要是空气压缩机，就不限于螺旋式，也可以为往复式(往复式压缩机)等。

第一原动机与第二原动机可以由共同的控制器控制，或者也可以由独立的控制器分别独立控制。在为前者的情况下，根据后述的流体载荷和蒸汽载荷，控制第一原动机与第二原动机。在为后者的情况下，可以根据流体载荷和蒸汽载荷控制第一原动机，另一方面，根据流体载荷控制第二原动机。

在此，所谓流体载荷是指由所述各被动机喷出或者吸入流体的空间内的流体的载荷。具体地说，在所述各被动机为泵、送风机或者压缩机的情况下，其为喷出的空间内的流体的使用量。此外，在所述各被动机为真空泵的情况下，其为吸入的空间内的流体的存在量。即，在所述各被动机为真空泵的情况下，只要真空度变低，就存在流体载荷。

不管是哪种流体载荷，都可以通过由所述各被动机喷出或者吸入流体的空间内的压力来检测。例如，在所述各被动机为空气压缩机的情况下，基于将该压缩空气送到一个或者多个压缩空气使用装置的共同的管内或者箱内的压力，可以检测压缩空气的使用载荷(称为空气载荷)。即，在通过压缩空气使用装置使用压缩空气的情况下，由于所述管内或者箱内的空气压力下降，所以可以检测空气载荷。

另一方面，所谓蒸汽载荷是指在第一原动机(蒸汽发动机)使用后的蒸汽被供应的部位的蒸汽的使用量。该蒸汽载荷可以利用第一原动机使用后的蒸汽被供应的部位的蒸汽压力来检测。例如，根据来自第一原动机的蒸汽排出路或者在其之前设置的蒸汽集管箱内的蒸汽压力，可以检测蒸汽的使用载荷(蒸汽载荷)。即，在蒸汽使用装置使用蒸汽的情况下，由于蒸汽排出路内或者蒸汽集管箱内的蒸汽压力下降，所以可以检测蒸汽载荷。

如此，流体载荷和蒸汽载荷都可以简易地靠压力来进行检测。因此，根据由所述各被动机喷出或者吸入流体的空间内的压力和第一原动机使用后的蒸汽被供应的部位的蒸汽压力，可以控制第一原动机以及/或者第二原动机。例如，根据流体压力和蒸汽压力控制第一原动机，另一方面，根据流体压力控制第二原动机。

第一原动机和第二原动机是靠改变各自的驱动的有无或者量而被控制的。由此，可以改变第一原动机和第二原动机的驱动比例。此时，下面这样的控制变简单，而且能够实现节能。即，在存在流体载荷以及蒸汽载荷的情况下，继续对第一原动机的蒸汽供应，但在不存在流体载荷或蒸汽载荷的情况下，停止对第一原动机的蒸汽供应。此外，在存在流体载荷但不存在蒸汽载荷的情况下，仅运行第二原动机。但是，此时(存在流体载荷但不存在蒸汽载荷的情况)，根据希望，也可以进行对第一原动机的蒸汽供应。但是，在不存在流体载荷而存在蒸汽载荷的情况下，通过支路等向蒸汽集管箱或蒸汽使用装置供应蒸汽。

在所述各被动机为空气压缩机、流体载荷是空气载荷的情况下，是否存在空气载荷，可以通过在将压缩空气送向压缩空气使用装置的管或者箱上设置的压力传感器的检测压力是否小于设定值来进行检测。即，只要小于设定值就可以判断为存在空气载荷，只要为设定值以上就可以判断不存在空气载荷。另外，是否存在蒸汽载荷，可以通过在第一原动机使用后的蒸汽被供应的蒸汽集管箱等上设置的压力传感器的检测压力是否小于规定值来进行检测。即，只要小于规定值就可以判断为存在蒸汽载荷，只要为规定值以上就可以判断不存在蒸汽载荷。所述各被动机在不是压缩机，而是泵或者送风机的情况下也同样。相反，在所述各被动机为真空泵的情况下，是否存在流体载荷可以通过在真空泵真空吸引的空间设置的压力传感器的检测压力是否为设定值以上来进行检测。

不管如何，为了实现节能，在存在蒸汽载荷时，使第一原动机(蒸汽发动机)的驱动优先，在仅仅由该第一原动机而不能完全维持的情况下，优选用第二原动机进行辅助驱动。此时，在分别独立控制第一原动机和第二原动机的情况下，如下这样控制是简单的。

即，根据由所述各被动机喷出或吸入流体的空间内的压力，控制对第一原动机的蒸汽供应，以将该空间内维持在第一设定压力域。另外，根据由所述各被动机喷出或吸入流体的空间内的压力，控制第二原动机，以将该空间内维持在第二设定压力域。而且，在所述各被动机是泵、送风机或压缩机的情况下，第一设定压力域的下限压力被设定成高于第二设定压力域的下限压力，第二设定压力域的上限压力被设定成低于第一设定压力域的上限压力。另一方面，在所述各被动机是真空泵的情况下，第一设定压力域的上限压力被设定成低于第二设定压力域的上限压力，第二设定压力域的下限压力被设定成高于第一设定压力域的下限压力。而且，不管是哪种情况，最好是仅仅在第一原动机使用后的蒸汽被供应的部位的蒸汽压力小于规定值的情况下，进行对第一原动机的蒸汽供应。在这样的控制时，第一原动机被控制蒸汽供应的有无，第二原动机(电动机)仅仅被进行开闭控制即可。

但是，在以上说明中，第一被动机和第二被动机分体构成，但它们还可以作为共同的一个被动机而构成。此时，共同的被动机可以由第一原动机和第二原动机驱动。例如，也可以通过与蒸汽发动机同轴安装电动机，从而可以将蒸汽驱动和电气驱动由一个单元构成。

另外，在以上的说明中，示出了第一原动机和第一被动机、第二原动机和第二被动机分别各设置一台的例子，但是，它们还可以设置多台。例如，在上述蒸汽系统中，还可以将第二原动机以及第二被动机并列设置两台。此时，只要各第二原动机进行与上述同样的控制即可。

实施例

以下，基于附图详细说明本发明的具体的实施例。

图1是表示本发明的蒸汽系统的一实施例的概略图。本实施例的蒸汽系统1具有蒸汽驱动式压缩机单元2和电驱动式压缩机单元3。

蒸汽驱动式压缩机单元2包括接受蒸汽产生动力的蒸汽发动机(第一原动机)4以及由该蒸汽发动机4驱动的空气压缩机(第一被动机)5。蒸汽发动机4可以是蒸汽轮机，但是适宜为螺旋式蒸汽发动机。螺旋式蒸汽发动机为这样一种装置，其向互相啮合的螺旋转子之间导入蒸汽，利用该蒸汽使螺旋转子旋转，同时使蒸汽膨胀减压，利用此时的螺旋转子的旋转得到动力。

通过蒸汽供应路6对蒸汽发动机4供应蒸汽，通过蒸汽排出路7排出蒸汽。蒸汽驱动式压缩机单元2的控制器(第一控制器)8通过控制在蒸汽供应路6上设置的蒸汽供应阀9来控制蒸汽发动机4。在本实施例中，通过控制蒸汽供应阀9的开闭，切换蒸汽发动机4的动作的有无。但是，也可以调整蒸汽供应阀9的开度，调整蒸汽发动机4的输出

空气压缩机5的种类并不特别限定，但是适宜为螺旋式压缩机。螺旋式压缩机是一种向互相啮合旋转的螺旋转子间吸入气体，并且利用螺旋转子的旋转来压缩并喷出气体的装置。空气压缩机5不通过发电机而直接被蒸汽发动机4驱动。

电驱动式压缩机单元3包括接受电力产生动力的电动机(第一被动机)10以及由该电动机10驱动的空气压缩机(第二被动机)11。该空气压缩机11也与蒸汽驱动式压缩机单元2的情况同样，其种类并不特别限定，但是适宜为螺旋式压缩机。

电驱动式压缩机单元3的控制器(第二控制器)12控制电动机10。在本实施例中，通过控制对电动机10的电力供应的有无，切换电动机10的动作的有无。但是，还可以对电动机10进行逆变器控制，调整电动机10的输出。即，可以在逆变器中通过改变施加于电动机10的电源的频率，改变电动机10的转速。

如前所述，对蒸汽发动机4供应蒸汽来对其进行驱动。在图示例中，来自蒸汽锅炉13的蒸汽通过第一蒸汽集管箱14以及蒸汽供应路6被供应给蒸汽发动机4。而且，蒸汽发动机4使用后的蒸汽可通过第二蒸汽集管箱15被供应给各种蒸汽使用装置(图示省略)。

另外，第一蒸汽集管箱14和第二蒸汽集管箱15还通过支路16连接。在图示例中，在从第一蒸汽集管箱14通向蒸汽发动机4的蒸汽供应路6内、蒸汽供应阀9的上游部和从蒸汽发动机4通向第二蒸汽集管箱15的蒸汽排出路7的中途部由支路16连接。并且，在该支路16的中途部设有支路阀17。该支路阀17可以是由控制器控制开闭的电磁阀或者电动阀，但是在本实施例中为自行式的减压阀。具体地说，支路阀17是机械性地自行调整开度，以将第二蒸汽集管箱15内的蒸汽压力维持为规定压力的减压阀。

如此，本实施例的蒸汽系统1具有压力以及温度不同的两个蒸汽集管箱14、15。并且，各蒸汽集管箱14、15内的蒸汽可以分别供应给所希望的蒸汽使用装置(省略图示)。各蒸汽集管箱14、15内的蒸汽由于温度不同，所以可以进行与用途相应的蒸汽的使用。即，在需要比较高温的蒸汽的情况下，只要从第一蒸汽集管箱14供应蒸汽就可以，在需要温度比其低的蒸汽的情况下，只要从第二蒸汽集管箱15供应蒸汽就可以。

来自蒸汽集管箱14、15的蒸汽都可以根据希望，经减压阀18(图示的只是第一蒸汽集管箱4侧)被供应给蒸汽使用装置。蒸汽发动机4还作为减压阀起作用，因此，第二蒸汽集管箱15内的蒸汽还可以作为减压阀通过后的蒸汽而直接利用。但是，本实施例的蒸汽锅炉13是根据第一蒸汽集管箱14内的蒸汽压力而控制运转状态的。具体地说，根据第一蒸汽集管箱14内的蒸汽压力，控制燃烧器的燃烧量。

在第二蒸汽集管箱15上，为了把握其蒸汽的使用载荷而设置有第一压力传感器19。利用该第一压力传感器19监视第二蒸汽集管箱15内的蒸汽压力。因此，通过该蒸汽压力是否小于规定值而能够检测蒸汽载荷是否存在。即，在使用蒸汽的情况下，由于第二蒸汽集管箱15内的蒸汽压力下降，所以通过其是否小于规定值，可以检测蒸汽的使用载荷。

但是，来自各空气压缩机5、11的压缩空气可以通过压缩空气路20供应向中空的空气箱21内，从该空气箱21可以向一个或者多个压缩空气使用装置(省略图示)供应空气。在空气箱21上，为了把握压缩空气的使用载荷而设置有第二压力传感器22。利用该第二压力传感器22监视空气箱21内的空气压力。因此，通过该空气压力是否小于设定值，可以判断空气载荷是否存在。即，在使用压缩空气的情况下，由于空气箱21内的空气压力下降，所以通过其是否小于设定值，可以检测压缩空气的使用载荷。

在本实施例的蒸汽系统1中，为了实现节能，在存在蒸汽载荷时，相比于电动机10，使基于蒸汽发动机4的压缩机的驱动优先，在仅仅由该蒸汽发动机4而不能完全维持的情况下，优选用电动机10进行辅助驱动。此时，蒸汽驱动式压缩机单元2和电驱动式压缩机单元3都通过第二压力传感器22监视空气箱21内的空气压力，切换蒸汽发动机4或者电动机10的起动与停止。

而且，在通过第二压力传感器22的空气压力小于设定值(后述的P1U)来判断存在空气载荷、并且通过第一压力传感器19的蒸汽压力小于规定值来判断存在蒸汽载荷时，打开蒸汽供应阀9，继续运转蒸汽发动机4。相反，在通过第二压力传感器22的空气压力为设定值以上而判断为不存在空气载荷、或通过第一压力传感器19的蒸汽压力为规定值以上而判断出不存在蒸汽载荷的情况下，关闭蒸汽供应阀9，停止蒸汽发动机4。进而，在通过第二压力传感器22的空气压力小于设定值而判断出存在空气载荷、并且通过第一压力传感器19的蒸汽压力在规定值以上而判断出不存在蒸汽载荷的情况下，单独运转电动机10。这样，只要有蒸汽载荷，就优先运转蒸汽驱动式压缩机单元2。

另外，最好将蒸汽驱动式压缩机单元2的设定压力设定为高于电驱动式压缩机单元3的设定压力。具体地说，在各压缩机单元2、3中，利用各控制器8、12分别控制原动机(蒸汽发动机4、电动机10)，以将空气箱21内的空气压力维持在设定压力域。图2是表示各压缩机单元2、3的设定压力域的一例与各压力域中蒸汽供应阀9和电动机10的动作状态的图。在该图中，右侧的表表示左侧的坐标图的各压力域的蒸汽供应阀9的开闭与电动机10的动作的有无。对于蒸汽供应阀9，“○”表示开放状态，“×”表示关闭状态，对于电动机10，“○”表示动作状态，“×”表示停止状态。

而且，第一控制器8根据第二压力传感器22的检测压力来控制蒸汽供应阀9的开闭，以将空气箱21内维持在第一设定压力域P1。具体地说，伴随着压缩空气的使用，当变成第一设定压力域P1的下限压力P1L时，打开蒸汽供应阀9，另一方面，当变成第一设定压力域P1的上限压力P1U时，关闭蒸汽供应阀9。另一方面，第二控制器12根据第二压力传感器22的检测压力来控制电动机10的动作，以将空气箱21内维持在第二设定压力域P2。具体地说，当变成第二设定压力域P2的下限压力P2L时，使电动机10动作，另一方面，当变成第二设定压力域P2的上限压力P2U时，使电动机10停止。

而且，设定第一设定压力域P1和第二设定压力域P2，使得只要有蒸汽要求(蒸汽载荷)，就使蒸汽驱动式压缩机单元2比电驱动式压缩机单元3优先运转。具体地说，第一设定压力域P1的下限压力P1L被设定成高于第二设定压力域P2的下限压力P2L，第二设定压力域P2的上限压力P2U被设定成低于第一设定压力域P1的上限压力P1U。

在这种结构的情况下，如图2的右侧的表所示，在超过第一设定压力域P1的下限压力P1L的压力下，关闭蒸汽供应阀9，停止电动机10。即使压力从该状态下降，如表中最左边的列所示，在变成第一设定压力域P1的下限压力P1L之前，蒸汽供应阀9处于关闭状态。而且，在低于第一设定压力域P1的下限压力P1L的区域，蒸汽供应阀9处于开放状态。如果压力从该状态上升，则如表中左数第二列所示，在变成第一设定压力域P1的上限压力P1U之前，蒸汽供应阀9处于开放状态。而且，在超过第一设定压力域P1的上限压力P1U的区域，蒸汽供应阀9处于关闭状态。

另一方面，如前所述，在超过第一设定压力域P1的上限压力P1U的压力下，电动机10停止。即使压力从该状态下降，如表中右数第二列所示，在变成第二设定压力域P2的下限压力P2L之前，电动机10处于停止状态。这期间，如前所述，蒸汽供应阀9在第一设定压力域P1的下限压力P1L下开放。并且，在低于第二设定压力域P2的下限压力P2L的区域，电动机10处于动作状态。如果压力从该状态上升，则如表中最右侧的列所示，在变成第二设定压力域P2的上限压力P2U之前，电动机10处于动作状态。这期间，蒸汽供应阀9也处于开放状态。而且，在超过第二设定压力域P2的上限压力P2U的区域，电动机10处于停止状态。另外，如前所述，如果变成第一设定压力域P1的上限压力P1U，则蒸汽供应阀9被关闭。

在这种结构的情况下，通过电动机10的后备(backup)，即使在不存在蒸汽载荷的情况下，也能够稳定地得到压缩空气。另外，直到蒸汽锅炉13起动时为止、即直到起蒸为止，都可以通过电动机10得到压缩空气。而且，在起蒸后，只要有蒸汽载荷，即只要使用第二蒸汽集管箱15内的蒸汽，就能够在优先运转蒸汽驱动式压缩机单元2的同时，得到压缩空气。另外，在存在蒸汽载荷但不存在空气载荷的情况下，虽然不通过蒸汽发动机4对第二蒸汽集管箱15供应蒸汽，但通过支路16对第二蒸汽集管箱15供应蒸汽。

但是，当夏季的功率峰值时，在想要尽量抑制用电的情况下，即使在蒸汽载荷不存在的情况下，也不使用消耗功率大的电动机10，为了驱动压缩机5，可以向蒸汽发动机4供应蒸汽。由此，可以实现电力削减。

本发明的蒸汽系统不限于所述各实施例的构成而可以适当地改变。例如，在所述各实施例中，蒸汽发动机4为螺旋式，但是根据情况也可以为轮机式。

另外，在所述实施例中，各压缩机5、11被开闭控制，但是根据情况也可以进行容量控制。在此情况下，在蒸汽驱动式压缩机单元2中，调整蒸汽供应阀9的开度容易，在电驱动式压缩机单元3中，逆变器控制电动机10容易。

另外，在所述实施例中，压缩空气的使用载荷是利用在空气箱21上设置的第二压力传感器22来检测的，但是第二压力传感器22也可以不设置在空气箱21上，也可以设置在从各压缩机5、11喷出压缩空气的压缩空气路20上。在此情况下，空气箱21可以省略其设置。

另外，在所述实施例中，蒸汽的使用载荷是利用在第二蒸汽集管箱15上设置的第一压力传感器19来检测的，但是第一压力传感器19也可以不设置在第二蒸汽集管箱15上，也可以设置在来自蒸汽发动机4的蒸汽排出路7和支路16合流后的管路上。在此情况下，第二蒸汽集管箱15可以省略其设置。

另外，在所述实施例中，在各单元2、3上分别设置了控制器8、12，但是也可以将它们总括起来作为共同的控制器。进而，在所述实施例中，也可以将各单元2、3的各压缩机5、11共同化，用蒸汽发动机4或电动机10控制共同的一个压缩机。

另外，在所述实施例中，在各单元2、3上设置了压缩机，但取代压缩机，可以设置泵或者送风机。在此情况下，只要与所述各实施例相同地进行控制就可以。

进而，取代压缩机，也可以设置真空泵。在此情况下，只要基于由蒸汽发动机4或电动机10驱动的各真空泵吸引的空间内的压力，控制蒸汽发动机4或者电动机10就可以。而且，此时，最好也控制各单元2、3，使得蒸汽发动机4优先于电动机10。此时，所述各设定压力域P1、P2例如图3所示那样被设定。并且，如果真空度下降，变成上限压力(P1U、P2U)，则使原动机(蒸汽发动机4、电动机10)动作，另一方面，当变成下限压力(P1L、P2L)时，使原动机停止。

进而，在所述实施例中，作为原动机使用了蒸汽发动机4和电动机10，但电动机10也可以是使用蒸汽以外的物质来产生动力的其他的原动机。例如可以将电驱动式压缩机单元3设成基于柴油发动机的往复式压缩机。