JP2008064064A - ポンプ装置及びポンプ装置の運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】海域に設置される除塵機を介して海水を取り込むポンプの流量を適切に制御することができるポンプ装置及びポンプ装置の運転方法を提供する。
【解決手段】海域に設置され塵芥３０を捕捉し海水２３を通過させる除塵機２０を介して海水２３を取り込む水路に設けられるポンプ装置１において、前記水路に連通するポンプ槽２と、前記ポンプ槽２中に吸い込み口３を挿入したポンプ４と、前記ポンプ槽２の水位を測定するポンプ槽水位測定手段と、前記ポンプ槽水位測定手段が測定した前記ポンプ槽２の水位から前記ポンプ槽２の水位の変化率を算出するポンプ槽水位変化率算出手段１１と、前記ポンプ槽２の水位と前記ポンプ槽２の水位の変化率に応じて、前記ポンプ４の流量を制御するポンプ流量制御手段１２を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、海域に設置された除塵機を介して海水を取り込むポンプ装置及びポンプ装置の運転方法に関する。

火力発電所等などでは、ボイラーで生成した蒸気を冷却するための復水器が備えられており、この復水器の冷却水として海水が用いられている。この復水器が冷却水を取り込む水路には、復水器にクラゲ等の塵芥が取り込まれることを防ぐための除塵機が設けられており（例えば、特許文献１参照）、この除塵機を通過した海水をポンプ装置で取り込んで、復水器へ供給している。

塵芥を捕捉する方式により種々の除塵機が存在するが、その内の一つにネット形除塵機がある。ネット形除塵機は、塵芥を捕捉する部分（スクリーン）がメッシュ状に形成されており（例えば金網等）、このスクリーンの下部が水路中に、上部が水路上に露出するよう海域に配設される。そして、クラゲ等の塵芥が水路に流入した際には、塵芥はスクリーンに付着するため、スクリーンの下流側に塵芥が流れない構成となっている。

このスクリーンに付着する塵芥が増加すると、スクリーンを通過する水流が阻害され、下流側へ流れる水量が減少し除塵機の下流側の水位が低くなるが、水位が低くなりすぎると、ポンプが海水を吸い込めなくなり復水器へ冷却水を供給できなくなる。このような事態を防いで復水器へ冷却水を連続的に供給するためには、ポンプの流量（取水量）を前もって減少させなくてはならない。

ここで、塵芥がスクリーンに付着した場合、スクリーンの上流側と下流側との間には水位差が生じるため、従来は、除塵機前後の水位を測定してこの水位差を基準としてポンプの流量を減少させていた。

しかしながら、除塵機前後の水位差が同じであっても、潮位やポンプの流量によって、ポンプの運転を継続可能な運転限界点は変化する。したがって、除塵機前後の水位差のみを基準としてポンプの流量を制御する方法では、ポンプの流量を減少させる適切なタイミングや減少量を判断できず、ポンプ流量を適切に制御できていなかった。

特開２００１−６４９４６号公報

本発明は、かかる事情に鑑み、海域に設置される除塵機を介して海水を取り込むポンプの流量を適切に制御することができるポンプ装置及びポンプ装置の運転方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の第１の態様は、海域に設置され塵芥を捕捉し海水を通過させる除塵機を介して海水を取り込む水路に設けられるポンプ装置において、前記水路に連通するポンプ槽と、前記ポンプ槽中に吸い込み口を挿入したポンプと、前記ポンプ槽の水位を測定するポンプ槽水位測定手段と、前記ポンプ槽水位測定手段が測定した前記ポンプ槽の水位から前記ポンプ槽の水位の変化率を算出するポンプ槽水位変化率算出手段と、前記ポンプ槽の水位と前記ポンプ槽の水位の変化率に応じて、前記ポンプの流量を制御するポンプ流量制御手段を有することを特徴とするポンプ装置にある。

かかる第１の態様では、ポンプ装置がポンプ槽水位測定手段とポンプ槽水位変化率算出手段を有し、これらの手段で測定及び算出したポンプ槽の水位とポンプ槽の水位の変化率に応じてポンプの流量を制御するため、潮位等の影響も考慮した適切なポンプの流量の制御をすることができる。したがって、継続的に海水をポンプで取り込むことができ、また、ポンプの流量をできるだけ多くすることもできる。

本発明の第２の態様は、前記ポンプから排出される水を発電所の復水器の冷却水として用いることを特徴とする第１の態様に記載のポンプ装置にある。

かかる第２の態様では、ポンプを停止させることなく継続的に多くの海水を取り込むことができるポンプ装置を、発電所の復水器の冷却水の供給手段として用いることにより、継続的に発電することが可能となり、電力・蒸気の安定供給に貢献できる。

本発明の第３の態様は、前記ポンプ流量制御手段が、前記ポンプの運転が可能な最低水位と前記ポンプ槽の水位との差である余裕水位差と、前記ポンプ槽の水位の変化率に応じてポンプの流量を制御する手段であることを特徴とする第１又は２の態様に記載のポンプ装置にある。

かかる第３の態様では、ポンプ槽の水位を用いて算出した余裕水位差とポンプ槽の水位の変化率により、容易にポンプの流量を適切に制御することができる。

本発明の第４の態様は、海域に設置され塵芥を捕捉し海水を通過させる除塵機を介して海水を取り込む水路に設けられ、前記水路に連通するポンプ槽と、前記ポンプ槽中に吸い込み口を挿入したポンプと、前記ポンプ槽の水位を測定するポンプ槽水位測定手段とを有するポンプ装置の運転方法であって、前記ポンプ槽水位測定手段が測定した前記ポンプ槽の水位から前記ポンプ槽の水位の変化率を算出し、前記ポンプ槽の水位と、前記ポンプ槽の水位の変化率に応じて、前記ポンプの流量を制御することを特徴とするポンプ装置の運転方法にある。

かかる第４の態様では、ポンプ槽の水位とポンプ槽の水位の変化率に応じてポンプの流量を制御するため、潮位等の影響も考慮した適切なポンプの流量にすることができる。したがって、継続的に海水を取り込むことができ、また、ポンプの流量をできるだけ多くすることもできる。

本発明によれば、ポンプ槽の水位とポンプ槽の水位の変化率とからポンプの流量を適切に制御することができる。したがって、継続的に海水を取り込むことができ、また、ポンプの流量をできるだけ多くすることもできる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、本実施形態の説明は例示であり、本発明は以下の説明に限定されない。

図１は、本実施形態に係るポンプ装置の概略断面図である。図１に示すように、ポンプ装置１は、水路に連通するポンプ槽２と、ポンプ槽２中に吸い込み口３を挿入したポンプ４と、ポンプ槽２の水位を測定するポンプ槽水位測定器５（請求項の「ポンプ槽水位測定手段」に相当）を有し、ポンプ槽２の上部開口部は蓋６により閉じられている。また、ポンプ４の排水口７は図示しない発電機の復水器の冷却管と接続されており、排水口７近傍に設けられた復水器出口弁８の開閉を調節することにより、ポンプ４の流量を増減できるようになっている。なお、このポンプ４の流量は、ポンプ４の固有の性能と復水器出口弁８の開度に依存し、ポンプ４の流量値は、ポンプ４の排水口７近傍に設けられたポンプ流量計９により測定できるようになっている。そして、ポンプ槽水位測定器５で測定されたポンプ槽２の水位データを受け取りポンプ槽２の水位の変化率を算出するポンプ槽水位変化率算出手段１１と、このポンプ槽２の水位の変化率データ及びポンプ槽２の水位データを受け取り最適な復水器出口弁８の開度を求め復水器出口弁８の開閉を制御するポンプ流量制御手段１２とを有する制御部１３を具備する。

このポンプ装置１は、海域に設置された除塵機２０と共に使用されるものである。除塵機２０はローラ２１と、ローラ２１に取り付けられた金網であるスクリーン２２を有し、スクリーン２２が水路と交差し、スクリーン２２の下部が水路中に、上部が水路上に露出するよう海域に配設されている。なお、本実施形態では、金網であるスクリーン２２で塵芥を捕捉する除塵機２０としたが、除塵機の形態は特に限定されず、一般的な除塵機を用いることができる。

このポンプ装置１では、海水２３をポンプ４から以下のようにして取り込む。なお、水路を海水２３が流れる方向は図１中、矢印Ａの方向である。まず、クラゲ等の塵芥３０と共に海水２３が水路に流入する。この塵芥３０はスクリーン２２に捕捉されるため、海水２３のみがスクリーン２２を通過して、スクリーン２２の下流側へと流れる。このスクリーン２２を通過した海水２３は、ポンプ装置１のポンプ槽２へと流れて行き、吸い込み口３からポンプ４に取り込まれる。そして、この取り込まれた海水２３が、排水口７から復水器へと排出される。

本実施形態においては、ポンプ槽２の水位とポンプ槽２の水位の変化率とから、復水器出口弁８の適切な開度を求め、復水器出口弁８をその適切な開度にするという、ポンプ４の流量の制御を行う。なお、復水器出口弁８の開度を小さくしポンプ４の流量を減少させた場合は、復水器に供給される冷却水も減少するため発電機の出力を減らし、また、復水器出口弁８の開度を大きくしポンプ４の流量を増加させた場合は、復水器に供給される冷却水も増加するため発電機の出力を増加させればよい。

本発明においては、ポンプ槽２の水位及びポンプ槽２の水位の変化率に応じてポンプ４の流量を制御しているので、従来のポンプの流量の制御では考慮されていなかった潮位やポンプ４の流量の影響も考慮している。

詳述すると、潮位が低い場合は、ポンプ槽２へ流れる水量が少なくなるためポンプ槽２の水位は下がり、また、潮位が高い場合はポンプ槽２へ流れる水量が多くなるためポンプ槽２の水位は上がる。したがって、潮位はポンプ槽２の水位とポンプ槽２の水位の変化率に反映される。また、ポンプ４の流量が多い場合はポンプ槽２の水位が下がり、ポンプ４の流量が少ない場合はポンプ槽２の水位が上がる。したがって、ポンプ４の流量はポンプ槽２の水位とポンプ槽２の水位の変化率に反映される。なお、塵芥３０が多い場合は、ポンプ槽２へ流れる水量が少なくなるためポンプ槽２の水位は下がり、また、塵芥３０が少ない場合は塵芥３０が多い場合よりもポンプ槽２へ流れる水量が多くなるためポンプ槽２の水位は上がるので、ポンプ槽２の水位とポンプ槽２の水位の変化率を考慮することで塵芥３０の影響も考慮されることになる。

よって、本発明によれば、塵芥３０だけでなく潮位やポンプ４の流量の影響も考慮されているため、より適切なポンプ４の制御、具体的には、ポンプ４の流量を適切なタイミングで適切な変化量で調節することができるため、継続的に海水２３を取り込むことができ、また、ポンプ４の流量をできるだけ多くすることもできる。

一方、従来は除塵機２０前後の水位差を判断基準として、ポンプ４の運転を継続可能な運転限界点となった場合に、ポンプ４の流量を減少させていた。しかし、除塵機２０前後の水位差が同じであっても、潮位やポンプ４の流量によって、運転限界点は変化する。したがって、除塵機２０前後の水位差のみを基準としてポンプ４の流量を制御する従来の方法では、ポンプ４の流量を減少させる適切なタイミングや減少量を判断できず、ポンプ４の流量を適切に制御できなかった。また、ポンプ４で海水２３を取り込み続けており除塵機２０からポンプ槽２にかけて海水２３の流れがあるため、ポンプ槽２の水位４０と除塵機２０の背面水位４１は異なる。したがって、除塵機２０の背面水位４１を把握しても、ポンプ槽の水位４０は分からず、ポンプ４の流量の適切な制御はできない。

下記表１に、ポンプ槽２の水位及びポンプ槽２の水位の変化率に応じてポンプ４の流量を制御する処理の具体例を示す。表１では、スクリーン２２に塵芥３０が付着していない場合のポンプ槽２の水位が＋５００ｍｍ、スクリーン２２に塵芥３０がやや付着している場合のポンプ槽２の水位が±０ｍｍ、クラゲが来襲しスクリーン２２に塵芥３０が多量に付着している場合のポンプ槽２の水位が−１３００ｍｍである。なお、ポンプ槽２の水位は、例えば、ポンプ４の設置の基準面の水位を零とし、この基準面より水位が高い場合が正で低い場合が負で、基準面から離れるに従って水位の絶対値が大きくなるものとする。また、ポンプ槽２の水位が経時的に低くなっている場合のポンプ槽２の変化率を負とし、ポンプ槽２の水位が経時的に高くなっている場合のポンプ槽２の変化率を正とする。

表１は、ポンプ槽２の水位が表１左側に記載したポンプ槽２の水位の場合に、ポンプ槽２の水位の変化率が正、零、負の各場合に応じて、復水器出口弁８の開度を表１の値に調整するということを示している。この復水器出口弁８の開度は、表１のポンプ槽２の水位及びポンプ槽２の水位の変化率の場合に、一定時間（表１では、例えば５時間とする）経過しても、ポンプ槽２の水位がポンプ４の運転が可能な最低の水位（最低水位）未満にならないように考慮して設定された規格値である。なお、表１に記載したのはポンプ槽２の水位が、＋５００、０、−１３００ｍｍのみであるが、その他の水位についても、規格化されている。

例えば、定格運転時の状態（初期状態）のポンプ槽２の水位を測定すると＋５００ｍｍであり、復水器出口弁８の開度が１００％でのポンプ４の流量は１３．５ｔ／ｈである。この場合の最低水位は−１４００ｍｍである。なお、この最低水位は、ポンプ４の性能及びポンプ４の流量に依存するポンプ４に固有の値であり、ポンプ４の規格で決められているが、これを参照して、独自に求めてもよい。この最低水位−１４００ｍｍとポンプ槽２の水位との差（余裕水位差）も表１の括弧内に併せて示す。

そして、クラゲが来襲するとスクリーン２２に塵芥３０が多量に付着するためポンプ槽２の水位が下降する。この時のポンプ槽２の水位は、上記表１の例では、−１３００ｍｍである。このポンプ槽２の水位では、最低水位からの余裕水位差が１００ｍｍしかなく、復水器出口弁８の開度を１００％のままにすると、５時間以内に最低水位を割り込むため、復水器出口弁８の開度を小さくしてポンプ４の流量を減少させる。例えば、復水器出口弁８の開度を６０％にする（No.9）。なお、この場合のポンプ４の流量を測定すると９ｔ／ｈである。この復水器出口弁８の開度の程度の調整は、ポンプ槽２の水位の変化率に応じて行う。例えば、ポンプ槽２の水位の変化率が正なら８０％の開度（No.7）、変化率が零なら７０％の開度（No.8）、変化率が負なら６０％の開度（No.9）とする。

このように復水器出口弁８の開度を減少させると、ポンプ４の流量が変化するので、ポンプ槽２の水位の変化率、ポンプ槽２の水位も変化する。したがって、新たなポンプ槽２の水位の変化率及びポンプ槽２の水位に応じて、復水器出口弁８の開度の制御をする。この復水器出口弁８の開度の制御を繰り返し続けることにより、継続的にポンプを適切に運転することができる。

なお、復水器出口弁８の開度を変えると、ポンプ４の流量が変化するので、最低水位も変化する。復水器出口弁８の開度を６０％にした後の最低水位は、上記と同様にポンプ４の規格で定められたもので、−１５００ｍｍである。この新たな最低水位を考慮して、再び、復水器出口弁８の開度の最適制御をしてもよい。但し、最低水位はポンプ４の復水器出口弁８の開度１００％のもの、すなわち、最低水位が−１４００ｍｍのままと判断して制御してもよい。

また、ポンプ４の運転が可能な最低水位とポンプ槽２の水位との差である余裕水位差と、ポンプ槽２の水位の変化率に応じてポンプ４の流量を制御してもよい。この最低水位とポンプ槽２の水位との差（余裕水位差）は、最低水位からどれだけ水位に余裕があるかを示しており、この余裕水位差にポンプ槽２の水位の変化率を考慮することにより、ポンプ４の流量を適切なタイミングで適切な変化量で調節することができる。

具体的には、余裕水位差にある判断値を設定し、その設定値以下になった場合には、ポンプ槽２の水位の変化率を考慮して、復水器出口弁８の開度を小さくしてポンプ４の流量を減少させるようにするという、ポンプ４の流量の制御を行う。

例えば余裕水位差の判断値を６００ｍｍとした場合、余裕水位差が６００ｍｍ未満の時は、復水器出口弁８の開度を小さくする。この復水器出口弁８の開度を小さくする程度は、ポンプ槽２の水位の変化率の値を考慮して行い、例えば、ポンプ槽２の水位の変化率が正なら８０％の開度（No.7）、変化率が零なら７０％の開度（No.8）、変化率が負なら６０％の開度（No.9）とする。

また、例えば、余裕水位差が６００ｍｍより大きい場合（No.1〜6）であっても、ポンプ槽２の水位の変化率が負の場合(No.3, No.6)は水位が下降していくため、前もって復水器出口弁８の開度を小さくしてポンプ４の流量を減少させることにより、ポンプ槽２の水位の下降を抑制でき、ポンプ４の連続運転に貢献できる。また、余裕水位差が十分大きくポンプ４の水位の変化率が零又は正(No.1, No.2, No.4, No.5)の場合は、５時間経過しても最低水位に達しないため、特に復水器出口弁８の開度を下げる必要はなく、１００％程度とすればよいため表１では復水器出口弁８の開度を１００％で維持するという制御にしている。

また、単純に、ポンプ槽２の水位に一定の判断値（例えば０ｍｍ）を設定し、ポンプ槽２の水位がこの判断値以上の場合はポンプ槽２の水位の変化率に応じて、復水器出口弁８の開度を大きくする又は変更しないという制御をし、ポンプ槽２の水位がこの判断値未満になった場合に、ポンプ槽２の水位の変化率に応じて、復水器出口弁８の開度を小さくするというポンプ４の流量の制御を行っても良い。具体的には、例えば、ポンプ槽２の水位の一定の判断値を０ｍｍとすると、ポンプ槽２の水位が０ｍｍ以上の場合、ポンプ槽２の水位の変化率が一定値以上（例えば零以上）なら復水器出口弁８の開度は変更せず（No.4,5）、ポンプ槽２の水位の変化率が上記一定値未満（負）なら、復水器出口弁８の開度を減少させる(No.6)制御をする。

また、このポンプ槽２の水位の変化率が負の場合にはポンプ４の流量を減少させ、ポンプ槽２の水位の変化率が正の場合にはポンプ４の流量を増加させる制御をしてもよい。詳述すると、ポンプ槽２の水位が経時的に低くなっている場合にポンプ４の流量をそのまま維持すると、最低水位へ達する場合があるため、ポンプ４の流量を減少させる。また、ポンプ槽２の水位が経時的に高くなっている場合にポンプ４の流量をそのまま維持しても水位は上昇するため、ポンプ４の流量を増加させても最低水位に達しないので、ポンプ４の流量を増加させる。勿論、ポンプ槽２の水位が上昇している場合は現状のポンプ４の流量を維持してもよい。なお、ポンプ槽２の水位が最低水位未満ではないことが大前提なので、これらの場合も、ポンプ槽２の水位をみる必要がある。

さらに、上記の例ではポンプ槽２の水位の変化率を正、零、負の場合に分けてポンプ４の流量の制御をしたが、ポンプ槽２の水位の変化率の数値に応じてポンプ４の流量を調整してもよい。ポンプ槽２の水位の変化率の正負だけでなく、ポンプ槽２の水位の変化率の大きさに応じてポンプ４の流量を調整することで、より的確なポンプ４の流量の制御をすることができるようになる。

本発明は、海域に設置された除塵機を介して海水を取り込むポンプ装置を利用する産業で利用することができる。

本実施形態に係るポンプ装置の概略断面図である。

符号の説明

１ ポンプ装置
２ ポンプ槽
３ 吸い込み口
４ ポンプ
５ ポンプ槽水位測定器
６ 蓋
７ 排水口
８ 復水器出口弁
９ ポンプ流量計
１１ ポンプ槽水位変化率算出手段
１２ ポンプ流量制御手段
１３ 制御部
２０ 除塵機
２１ ローラ
２２ スクリーン
２３ 海水
３０ 塵芥
４０ ポンプ槽の水位
４１ 除塵機の背面水位

Claims (4)

1. 海域に設置され塵芥を捕捉し海水を通過させる除塵機を介して海水を取り込む水路に設けられるポンプ装置において、
   前記水路に連通するポンプ槽と、
   前記ポンプ槽中に吸い込み口を挿入したポンプと、
   前記ポンプ槽の水位を測定するポンプ槽水位測定手段と、
   前記ポンプ槽水位測定手段が測定した前記ポンプ槽の水位から前記ポンプ槽の水位の変化率を算出するポンプ槽水位変化率算出手段と、
   前記ポンプ槽の水位と前記ポンプ槽の水位の変化率に応じて、前記ポンプの流量を制御するポンプ流量制御手段を有することを特徴とするポンプ装置。
2. 前記ポンプから排出される水を発電所の復水器の冷却水として用いることを特徴とする請求項１に記載のポンプ装置。
3. 前記ポンプ流量制御手段が、前記ポンプの運転が可能な最低水位と前記ポンプ槽の水位との差である余裕水位差と、前記ポンプ槽の水位の変化率に応じてポンプの流量を制御する手段であることを特徴とする請求項１又は２に記載のポンプ装置。
4. 海域に設置され塵芥を捕捉し海水を通過させる除塵機を介して海水を取り込む水路に設けられ、前記水路に連通するポンプ槽と、前記ポンプ槽中に吸い込み口を挿入したポンプと、前記ポンプ槽の水位を測定するポンプ槽水位測定手段とを有するポンプ装置の運転方法であって、前記ポンプ槽水位測定手段が測定した前記ポンプ槽の水位から前記ポンプ槽の水位の変化率を算出し、前記ポンプ槽の水位と、前記ポンプ槽の水位の変化率に応じて、前記ポンプの流量を制御することを特徴とするポンプ装置の運転方法。

Images