JP7403784B2

JP7403784B2 - 蒸気減温システム

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Publication number: JP7403784B2
Application number: JP2018176214A
Authority: JP
Inventors: 俊喜竹中
Original assignee: TLV Co Ltd
Current assignee: TLV Co Ltd
Priority date: 2018-09-20
Filing date: 2018-09-20
Publication date: 2023-12-25
Anticipated expiration: 2038-09-20
Also published as: JP2020046136A

Description

ここに開示された技術は、蒸気減温システムに関する。

従来より、過熱蒸気に注水して蒸気の温度を低減する蒸気減温システムが知られている。例えば、特許文献１には、過熱蒸気に水を添加して、過熱蒸気を飽和蒸気とする蒸気減温システムが開示されている。

特開２００７－９３１６３号公報

しかしながら、前述のような蒸気減温システムにおいては、過熱蒸気と水との混合が十分でなければ、蒸気を適切な温度に減温することが難しい。

ここに開示された技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、過熱蒸気と水とを適切に混合させ、蒸気を適切に減温することにある。

ここに開示された蒸気減温システムは、過熱蒸気と水とを混合する混合部と、前記混合部に水を噴射する第１ノズル及び第２ノズルを有し、前記混合部へ注水する注水部と、前記注水部による注水を制御する制御部とを備え、前記第１ノズルは、噴射する水滴の径を調節可能に構成され、前記第２ノズルは、前記第１ノズルの水滴の最大径を超える径まで、噴射する水滴の径を調節可能に構成されており、前記制御部は、過熱蒸気の流速又は流量に応じて前記第１ノズル及び前記第２ノズルのそれぞれの水滴の径を調節する。

前記蒸気減温システムによれば、過熱蒸気と水とを適切に混合させ、蒸気を適切に減温することができる。

図１は、実施形態１に係る蒸気減温システムの概略的な配管図である。図２は、過熱蒸気の温度制御のフローチャートである。図３は、第１ノズルの開度と過熱蒸気の流速との関係を表すグラフである。図４は、第２ノズルの開度と過熱蒸気の流速との関係を表すグラフである。図５は、実施形態２に係る蒸気減温システムの概略的な配管図である。図６は、実施形態２に係る過熱蒸気の温度制御のフローチャートである。図７は、実施形態２に係る過熱蒸気の温度制御のフローチャートである。

以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

《実施形態１》
図１は、実施形態１に係る蒸気減温システム１００の概略的な配管図である。蒸気減温システム１００は、混合部１と、注水部３と、制御部５とを備えている。蒸気減温システムは、過熱蒸気と水とを混合して、蒸気の温度を低減させる。例えば、蒸気減温システム１００は、過熱蒸気の温度を低下させ、過熱蒸気を飽和蒸気にする。

混合部１は、過熱蒸気と水とを混合して過熱蒸気を減温する。混合部１は、本体１１と、流入管１２と、流出管１３とを有する。本体１１は、管状の部材で形成されている。本体１１は、過熱蒸気及び注水部３からの水が流入する上流部１１ａと、過熱蒸気及び水が流通しながら混ざり合う下流部１１ｂとを有している。流入管１２の下流端は、本体１１の上流部１１ａに接続されている。流入管１２には、所定の蒸気圧に調節された過熱蒸気が流通している。本体１１の上流部１１ａには、注水部３から水が注水されている。上流部１１ａに流入した過熱蒸気と水とは下流部１１ｂを流通していく。過熱蒸気と水とは、下流部１１ｂを流通する間に混ざり合う。これにより、蒸気の温度が低下する。本体１１の下流部１１ｂには、流出管１３の上流端が接続されている。減温後の蒸気は、流出管１３を介して本体１１から流出する。

流入管１２には、流入管１２を流通する蒸気の流速を検出する流速センサ２１が設けられている。ここで、流入管１２を流通する蒸気の流速がわかれば、本体１１を流通する蒸気の流速も求めることができる。そのため、流速センサ２１は、本体１１を流通する過熱蒸気の流速を検出するセンサとみなすこともできる。

流出管１３には、減温後の蒸気の温度を検出する温度センサ２２が設けられている。流出管１３のうち温度センサ２２の上流側の部分には、分離器１５が設けられている。分離器１５は、蒸気と水とを分離する。分離された蒸気は、流出管１３に流出する。分離された水は、排水管１６に流出する。排水管１６には、ドレントラップ１７が設けられている。ドレントラップ１７は、水を通過させる一方、蒸気の通過を阻止する。

注水部３は、混合部１へ注水する。注水部３は、混合部１に水を噴射する第１ノズル３１及び第２ノズル３２を有する。第１ノズル３１及び第２ノズル３２は、注水部３の混合部１の本体１１内に配置されている。具体的には、第１ノズル３１及び第２ノズル３２は、本体１１の上流部１１ａに配置されている。注水部３は、第１ノズル３１及び第２ノズル３２のそれぞれから噴射される水滴の径を調節するように構成されている。

詳しくは、注水部３は、第１ノズル３１及び第２ノズル３２に加えて、ポンプ３３と、給水管３４と、第１バルブ３５と、第２バルブ３６とを有していてもよい。ポンプ３３は、水を圧送する。給水管３４は、ポンプ３３と第１ノズル３１及び第２ノズル３２とを接続している。給水管３４の上流部分３４ａは、１本の管で形成されている。上流部分３４ａは、ポンプ３３に接続されている。給水管３４の下流部分３４ｂは、上流部分３４ａから２本に分岐している。２本の下流部分３４ｂはそれぞれ、第１ノズル３１及び第２ノズル３２に接続されている。第１ノズル３１に接続された下流部分３４ｂに第１バルブ３５が設けられ、第２ノズル３２に接続された下流部分３４ｂに第２バルブ３６が設けられている。

ポンプ３３から流出した水は、給水管３４の上流部分３４ａから下流部分３４ｂに分岐し、第１ノズル３１及び第２ノズル３２に供給される。このとき、第１バルブ３５によって第１ノズル３１に供給される水の流量が調節される。また、第２バルブ３６によって第２ノズル３２に供給される水の流量が調節される。

ここで、第１ノズル３１及び第２ノズル３２は、噴射する水滴の径を調節可能に構成されている。例えば、第１ノズル３１及び第２ノズル３２は、開度を調節可能に構成されていてもよい。第１ノズル３１及び第２ノズル３２は、開度を小さくすることによって水滴径を小さくすることができる。

ここで、第２ノズル３２の調節可能な最大水滴径は、第１ノズル３１の調節可能な最大水滴径よりも大きく設定されている。ここで、水滴径は、レーザ光回折法などのレーザ光線を応用した測定方法によって測定された水滴径であってもよい。あるいは、液浸法や痕跡法によって測定された水滴径を第１ノズル３１及び第２ノズル３２の水滴径としてもよい。最大水滴径とは、ノズル開度を最大にしたときの水滴径である。また、水滴の平均径をもって水滴径としてもよい。その場合、ザウター平均によって水滴の平均径が求められ得る。尚、水滴の平均径は、算術平均であってもよい。第２ノズル３２の最大水滴径が第１ノズル３１の最大水滴径よりも大きく設定されているので、第１ノズル３１は、相対的に小さな液滴径の領域で液滴径を変化させることができ、第２ノズル３２は、相対的に大きな液滴径の領域で液滴径を変化させることができる。

制御部５は、注水部３による注水を制御する。制御部５は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサで構成されていてもよい。制御部５は、記憶部等に記憶されたプログラムをメモリに展開して実行することによって各種処理を実行する。尚、制御部５は、プロセッサと同様の機能を有するＬＳＩ（Large Scale Integration）等のハードウェアによって実現されてもよい。

制御部５には、流速センサ２１及び温度センサ２２の検出結果が入力される。制御部５は、第１ノズル３１、第２ノズル３２、第１バルブ３５及び第２バルブ３６に指令を出力する。制御部５は、第１ノズル３１の開度（以下、「第１ノズル開度」という）、第２ノズル３２の開度（以下、「第２ノズル開度」という）、第１バルブ３５の開度（以下、「第１バルブ開度」という）及び第２バルブ３６の開度（以下、「第２バルブ開度」という）を制御することによって、蒸気の温度を所定の目標温度に調節する。

このように構成された蒸気減温システム１００の動作について説明する。

混合部１の本体１１の上流部１１ａに、過熱蒸気が流入管１２を介して流入する。さらに、上流部１１ａには、注入部３から水が注水される。このとき第１ノズル３１及び／又は第２ノズル３２を介して上流部１１ａ内に水が噴射される。上流部１１ａに流入した過熱蒸気及び水は、下流部１１ｂを流通していき、その間に混ざり合う。これにより蒸気の温度が低下していく。混合部１から流出する温度は、その温度しだいで、過熱蒸気の場合もあれば、飽和蒸気の場合もある。

このとき、制御部５が第１ノズル開度及び第２ノズル開度、並びに、第１バルブ開度及び第２バルブ開度を制御することによって、混合部１に注水される水の量及び水滴径が調節される。これにより、本体１１から流出管１３を介して流出していく蒸気の温度が、所定の目標温度に調節される。

以下、制御部５による過熱蒸気の温度制御について図２～４を参照しながら説明する。図２は、過熱蒸気の温度制御のフローチャートである。図３は、第１ノズル開度と過熱蒸気の流速との関係を表すグラフである。図４は、第２ノズル開度と過熱蒸気の流速との関係を表すグラフである。

制御部５は、第１ノズル３１、第２ノズル３２、第１バルブ３５及び第２バルブ３６を初期状態にセットし、温度制御を開始する。例えば、初期状態において、第１ノズル開度は５０％であり、第２ノズル開度は１０％である。また、初期状態において、第１バルブ開度は５０％であり、第２バルブ開度は０％である。

まず、制御部５は、第１ノズル３１及び第２ノズル３２による水滴径制御を行う。具体的には、制御部５は、ステップＳａ１において、流速センサ２１により検出される流速（以下、「検出流速Ｖ」という）が所定の流速閾値Ｖｓよりも小さいか否かを判定する。つまり、制御部５は、現在の運転領域が検出流速Ｖが流速閾値Ｖｓ未満の運転領域である第１運転領域か、検出流速Ｖが流速閾値Ｖｓ以上の運転領域である第２運転領域であるかを判定する。尚、混合部１の本体１１の断面積は固定なので、第１運転領域は、過熱蒸気の流量が相対的に小さい運転領域であり、第２運転領域は、過熱蒸気の流量が第１運転領域よりも大きい運転領域であるとみなすことができる。

検出流速Ｖが流速閾値Ｖｓよりも小さい場合には、制御部５は、ステップＳａ２において、第１ノズル開度を検出流速Ｖに応じて調節する。具体的には、制御部５は、図３に示すように、検出流速Ｖが大きいほど開度が大きくなるように第１ノズル開度を調節する。このとき、図４に示すように、第２ノズル開度は、初期状態の１０％に設定されている。

一方、検出流速Ｖが流速閾値Ｖｓ以上の場合には、制御部５は、ステップＳａ３において、第２ノズル開度を検出流速Ｖに応じて調節する。具体的には、制御部５は、図４に示すように、検出流速Ｖが大きいほど開度が大きくなるように第２ノズル開度を調節する。尚、このとき、図３に示すように、第１ノズル開度は全開に設定される。

続いて、制御部５は、第１バルブ３５及び第２バルブ３６による流量制御を行う。具体的には、制御部５は、ステップＳａ４において、温度センサ２２により検出される温度（以下、「検出温度Ｔ」という）と所定の目標温度Ｔｔとの偏差（以下、「温度偏差ΔＴ」という）を求め、温度偏差ΔＴの絶対値が所定の閾値αよりも大きいか否かを判定する。すなわち、検出温度Ｔが目標温度Ｔｔから大きく離れているか否かが判定される。温度偏差ΔＴの絶対値が閾値α以下の場合には、過熱蒸気の温度を調節する必要がないので、制御部５は、ステップＳａ１の処理へ戻る。

温度偏差ΔＴの絶対値が閾値αよりも大きい場合には、制御部５は、ステップＳａ５において、検出温度Ｔが目標温度Ｔｔよりも大きいか否かを判定する。すなわち、検出温度Ｔが目標温度Ｔｔよりも大きい方向に離れているか否かが判定される。検出温度Ｔが目標温度Ｔｔよりも大きい場合には、制御部５は、ステップＳａ６において、第１バルブ開度が１００％か否かを判定する。第１バルブ開度が１００％でない場合には、第１バルブ開度を増大させる余地があるので、制御部５は、第１バルブ開度を所定量だけ増大させる（ステップＳａ７）。一方、第１バルブ開度が１００％の場合には、第１バルブ開度を増大させる余地がないので、制御部５は、第２バルブ開度を所定量だけ増大させる（ステップＳａ８）。

このように、検出温度Ｔが目標温度Ｔｔに比べて大幅に高い場合には、制御部５は、第１バルブ開度又は第２バルブ開度を増大させることによって混合部１へ注水する水の流量を増加させる。これにより、蒸気の温度を低下させ、目標温度Ｔｔに近づける。その後、制御部５は、ステップＳａ１の処理に戻る。

一方、ステップＳａ５の判定において検出温度Ｔが目標温度Ｔｔよりも小さい場合（即ち、検出温度Ｔが目標温度Ｔｔよりも小さい方向に離れている場合）には、制御部５は、ステップＳａ９において、第２バルブ開度が０％か否かを判定する。第２バルブ開度が０％の場合には、第２バルブ３６が閉じられているので、制御部５は、第１バルブ開度を所定量だけ減少させる（ステップＳａ１０）。一方、第２バルブ開度が０％でない場合には、第２バルブ３６が開かれているので、制御部５は、第２バルブ開度を所定量だけ減少させる（ステップＳａ１１）。

このように、検出温度Ｔが目標温度Ｔｔに比べて大幅に低い場合には、制御部５は、第１バルブ開度又は第２バルブ開度を減少させることによって混合部１へ注水する水の流量を減少させる。これにより、蒸気の温度を上昇させ、目標温度Ｔｔに近づける。その後、制御部５は、ステップＳａ１の処理に戻る。

尚、第１バルブ開度を増大させる所定量、第１バルブ開度を減少させる所定量、第２バルブ開度を増大させる所定量及び第２バルブ開度を減少させる所定量はそれぞれ、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

制御部５は、以上の処理を繰り返すことによって、過熱蒸気の検出速度Ｖに応じて第１ノズル開度及び第２ノズル開度を調節しつつ、第１バルブ開度及び第２バルブ開度を調節して蒸気の温度を目標温度Ｔｔに近づける。

このように、制御部５は、過熱蒸気の流速が小さくなるほど、混合部１に注水する水滴の径を微細にする。これにより、過熱蒸気の流速が遅い場合であっても過熱蒸気と水との混合が適切に行われ、蒸気の温度を適切に低下させることができる。詳しくは、過熱蒸気と水との混合効率は、過熱蒸気の流速が小さいほど低下する傾向にある。過熱蒸気と水とは流通しながら混ざり合うので、過熱蒸気と水との混合効率が悪い場合には、過熱蒸気と水とが適切に混ざり合うまでに長い流通距離を要する。混合部１の本体１１における流通距離（即ち、本体１１の流通方向の全長）は有限であるため、過熱蒸気と水との混合効率が悪い場合には、本体１１の出口における蒸気の温度が適切な温度とならない。換言すると、蒸気の温度を適切な温度まで低下させるために本体１１の全長を長くする必要がある。

それに対し、制御部５は、過熱蒸気の流速が小さいほど、注水する水滴の径を小さくする。水滴径が小さいほど、過熱蒸気と水との混合効率が向上する。これにより、過熱蒸気の流速が小さい場合であっても、本体１１の出口における蒸気の温度を適切な温度まで低下させることができる。それに加えて、注水部３は、水滴径の調節範囲が異なる２つのノズル（詳しくは、相対的に小さな径の水滴を噴射する第１ノズル３１と相対的に大きな径の水滴を噴射する第２ノズル３２）を有している。制御部５は、過熱蒸気の流速に応じて第１ノズル３１と第２ノズル３２とを使い分けることによって、水滴径をより広い範囲で調節することができる。つまり、制御部５は、より広い範囲の流速の過熱蒸気に対して、蒸気の温度を適切に低下させることができる。

尚、混合部１の本体１１の断面積は固定なので、過熱蒸気の流速は、過熱蒸気の流量と相関している。つまり、本開示における説明において「流速が小さい」は、「流量が小さい」と読み替えることができる。例えば、制御部５は、過熱蒸気の流量が小さくなるほど、混合部１に注入する水滴の径を微細にする。

以上のように、蒸気減温システム１００は、過熱蒸気と水とを混合する混合部１と、混合部１に水を噴射する第１ノズル３１及び第２ノズル３２を有し、混合部１へ注水する注水部３と、注水部３による注水を制御する制御部５とを備え、第１ノズル３１は、噴射する水滴の径を調節可能に構成され、第２ノズル３２は、第１ノズル３１の水滴の最大径を超える径まで、噴射する水滴の径を拡大する方向に調節可能に構成されており、制御部５は、過熱蒸気の流速又は流量に応じて第１ノズル３１及び第２ノズル３２のそれぞれの水滴の径を調節する。

この構成によれば、混合部１に注水される水滴の径が過熱蒸気の流速又は流量に応じて調節される。過熱蒸気と水との混合効率は、過熱蒸気の流速又は流量に応じて変化する。つまり、過熱蒸気と水との混合効率に応じて水滴の径が調節される。これにより、過熱蒸気と水とを適切に混合させ、蒸気の温度を適切に低下させることができる。さらに、水滴径の調節範囲が異なる２つのノズル（詳しくは、相対的に小さな径の水滴を噴射する第１ノズル３１と相対的に大きな径の水滴を噴射する第２ノズル３２）が設けられているので、より広い範囲の流速又は流量の過熱蒸気に対して、蒸気の温度を適切に低下させることができる。

また、制御部５は、過熱蒸気の流速又は流量が相対的に小さい第１運転領域では第１ノズル３１の水滴の径を調節する一方、過熱蒸気の流速又は流量が第１運転領域よりも大きい第２運転領域では第２ノズル３２の水滴の径を調節する。

この構成によれば、水滴の径の調節を行うノズルを過熱蒸気の流速又は流量に応じて使い分けることによって、蒸気の温度を効率よく低減することができる。つまり、過熱蒸気の流速又は流量が小さいほど、水滴径は細かいことが好ましい。第２ノズル３２は、第１ノズル３１の水滴の最大径を超える径まで、噴射する水滴の径を拡大する方向に調節可能であるため、比較的大きな水滴径の調節に適している。一方、第１ノズル３２は、調節可能な水滴の最大径が第２ノズル３２よりも小さいため、比較的小さな水滴径の調節に適している。そこで、過熱蒸気の流速又は流量が相対的に小さい第１運転領域では、第１ノズル３１を用いて水滴径の調節を行うことによって、過熱蒸気の流速又は流量に適した水滴径の実現が容易になる。一方、過熱蒸気の流速又は流量が相対的に大きな第２運転領域では、第２ノズル３２を用いて水滴径の調節を行うことによって、過熱蒸気の流速又は流量に適した水滴径の実現が容易になる。

さらに、蒸気減温システム１００は、過熱蒸気の流速を検出する流速センサ２１と、混合部１から流出する蒸気の温度を検出する温度センサ２２とをさらに備え、制御部５は、流速センサ２１による検出流速Ｖに基づいて第１ノズル３１及び第２ノズル３２のそれぞれの水滴の径を調節する一方、温度センサ２２による検出温度Ｔに基づいて注水部３から混合部１へ注水する水の流量を調節する。

この構成によれば、蒸気の温度調節の精度を向上させることができる。つまり、混合後の蒸気の温度は、混合部１への注水量に応じて変化し得る。それに加えて、混合後の蒸気の温度は、注水される水滴の径に応じても変化し得る。これらの両方を調節することによって、蒸気の温度をより精度よく調節することができる。

《実施形態２》
続いて、実施形態２に係る蒸気減温システム２００について説明する。図５は、蒸気減温システム２００の概略的な配管図である。蒸気減温システム２００の構成は、流速センサ２１を有していない点で、蒸気減温システム１００の構成と異なる。そこで、蒸気減温システム２００の構成のうち蒸気減温システム１００と同様の構成については同様の符号を付して説明を省略する。

以下、蒸気減温システム２００の過熱蒸気の温度制御について図６，７を参照しながら説明する。図６，７は、実施形態２に係る過熱蒸気の温度制御のフローチャートである。制御部２０５の過熱蒸気の温度制御は、制御部５の過熱蒸気の温度制御と異なる。

制御部２０５は、第１ノズル３１、第２ノズル３２、第１バルブ３５及び第２バルブ３６を初期状態にセットし、温度制御を開始する。例えば、初期状態において、第１ノズル開度は１００％であり、第２ノズル開度は１００％である。また、初期状態において、第１バルブ開度は５０％であり、第２バルブ開度は０％である。

まず、制御部２０５は、ステップＳｂ１～Ｓｂ８において、温度偏差ΔＴに基づいて、第１バルブ開度又は第２バルブ開度を調節する。これらステップＳｂ１～Ｓｂ８の処理は、実施形態１のステップＳａ４～Ｓａ１１の処理と同様である。第１バルブ開度又は第２バルブ開度を調節した後の処理が、実施形態１と実施形態２との間で異なる。

詳しくは、温度偏差ΔＴが大きく且つ検出温度Ｔが目標温度Ｔｔよりも低い場合に第１バルブ開度又は第２バルブ開度を減少させた後（ステップＳｂ７又はＳｂ８の後）は、制御部２０５は、ステップＳｂ１に戻り、温度偏差ΔＴの判定を再び行う。つまり、検出温度Ｔが目標温度Ｔｔを大きく下回る場合には、第１バルブ開度又は第２バルブ開度を減少させること（即ち、単純に注水量を減少させること）だけで対応する。

一方、温度偏差ΔＴが大きく且つ検出温度Ｔが目標温度Ｔｔよりも高い場合に第１バルブ開度又は第２バルブ開度を増大させた後（ステップＳｂ４又はＳｂ５の後）は、制御部２０５は、ステップＳｂ９において、第１バルブ開度又は第２バルブ開度を増大させる前と比べて、温度偏差ΔＴが縮小したか否かを判定する。温度偏差ΔＴが縮小した場合には、制御部２０５は、ステップＳｂ１に戻り、温度偏差ΔＴの判定を再び行う。つまり、温度偏差ΔＴが縮小した場合には、第１バルブ開度又は第２バルブ開度の増大が有効であるということなので、温度偏差ΔＴに基づいた第１バルブ３５及び第２バルブ３６による流量制御を継続する。

それに対して、温度偏差ΔＴが縮小していない場合には、第１バルブ開度又は第２バルブ開度の増大が有効でない。その場合、制御部２０５は、過熱蒸気の流速又は流量が小さくなったと判定して、第１ノズル３１及び第２ノズル３２による水滴径制御を行う。詳しくは、制御部２０５は、ステップＳｂ１０において、第２バルブ開度が０％か否かを判定する。第２バルブ開度が０％の場合には、第１ノズル３１のみを介して注水が行われているので、制御部２０５は、ステップＳｂ１１において、第１ノズル開度を所定量だけ減少させる。これにより、注水される水滴の径が小さくなり、過熱蒸気と水との混合が促進され、蒸気の温度が低下する。

その後、制御部２０５は、ステップＳｂ１２において、温度偏差ΔＴの絶対値が閾値αよりも大きいか否かを判定する。温度偏差ΔＴの絶対値が閾値αより大きい場合には、制御部２０５は、ステップＳｂ１１に戻り、第１ノズル開度を再び減少させる。制御部２０５は、温度偏差ΔＴの絶対値が閾値α以下となるまで第１ノズル開度の減少を繰り返す。温度偏差ΔＴの絶対値が閾値α以下となると、制御部２０５は、ステップＳｂ１、即ち、第１バルブ３５及び第２バルブ３６による流量制御に戻る。

一方、第２バルブ開度が０％でない場合には、制御部２０５は、ステップＳｂ１３において、第２ノズル開度が最小開度か否かを判定する。第２バルブ開度が０％ではなく、且つ、第２ノズル開度が最小開度でない場合には、第２ノズル３２を介した注水が行われ、且つ第２ノズル開度を減少させる余地がある。制御部２０５は、ステップＳｂ１４において、第２ノズル開度を所定量だけ減少させる。これにより、注水される水滴の径が小さくなり、過熱蒸気と水との混合が促進され、蒸気の温度が低下する。尚、第２ノズル開度を減少させる際の所定量は、第１ノズル開度を減少させる際の所定量と同じであってもよいし、異なっていてもよい。

その後、制御部２０５は、ステップＳｂ１５において、温度偏差ΔＴの絶対値が閾値αよりも大きいか否かを判定する。温度偏差ΔＴの絶対値が閾値αより大きい場合には、制御部２０５は、ステップＳｂ１３に戻り、第２ノズル開度が最小開度か否かを再び判定する。第２ノズル開度が最小開度でない場合、制御部２０５は、再びステップＳｂ１４において第２ノズル開度を所定量だけ減少させる。制御部２０５は、温度偏差ΔＴの絶対値が閾値α以下となるか又は第２ノズル開度が最小開度になるまで第２ノズル開度の減少を繰り返す。温度偏差ΔＴの絶対値が閾値α以下となると、制御部２０５は、ステップＳｂ１、即ち、第１バルブ３５及び第２バルブ３６による流量制御に戻る。あるいは、第２ノズル開度が最小開度になると、制御部２０５は、ステップＳｂ１１において第１ノズル開度を所定量だけ減少させる。つまり、制御部２０５は、第２ノズル３２の水滴径に続いて、第１ノズル３１の水滴径を小さくすることによって、温度偏差ΔＴの絶対値の低減を試みる。ステップＳｂ１１以降の処理は、前述の通りである。

このように、制御部２０５は、まずは第１バルブ３５及び第２バルブ３６による流量制御によって蒸気の温度の調節を行う。その際、注水量を増加させても蒸気の温度が目標温度Ｔｔに近づかない場合には、過熱蒸気の流速又は流量が低下したと判定し、第１ノズル３１及び第２ノズル３２による水滴径制御を行う。これにより、水滴径が微細化され、過熱蒸気と水との混合効率が向上する。その結果、蒸気の温度を低下させることができる。

このとき、制御部２０５は、水滴径を減少していく方向に変えていく。つまり、流量制御によって蒸気の温度を適切に調節できない場合は、そのときの水滴径が過熱蒸気の流速又は流量に対して大き過ぎるということになる。しかし、第１ノズル開度又は第２ノズル開度を小さくすると、混合部１へ注水される水の流量にも影響を与える。そこで、制御部２０５は、水滴径が漸減するように第１ノズル開度又は第２ノズル開度を調節する。例えば、第１ノズル３１及び第２ノズル３２の両方から注水されている場合には、制御部２０５は、より大きな径の水滴を噴射する第２ノズル３２の開度を先に減少させる。第２ノズル開度を最小にしてもなお検出温度Ｔを適切に調節できない場合は、制御部２０５は、第１ノズル開度を減少させる。こうすることにより、水滴径を必要以上に小さくすることが防止され、混合部１へ注水される水の流量への影響を小さくすることができる。

このような水滴径制御においては、第２ノズル３２で調節可能な水滴径では対応できないほど過熱蒸気の流速又は流量が小さい場合に第１ノズル開度が減少させられる。結果として、制御部２０５は、過熱蒸気の流速又は流量が相対的に大きい第２運転領域では第２ノズル開度を調節し、過熱蒸気の流速又は流量が相対的に小さい第１運転領域では第１ノズル開度を調節することになる。

以上のように、蒸気減温システム２００は、過熱蒸気と水とを混合する混合部１と、混合部１に水を噴射する第１ノズル３１及び第２ノズル３２を有し、混合部１へ注水する注水部３と、注水部３による注水を制御する制御部２０５とを備え、第１ノズル３１は、噴射する水滴の径を調節可能に構成され、第２ノズル３２は、第１ノズル３１の水滴の最大径を超える径まで、噴射する水滴の径を調節可能に構成されており、制御部２０５は、過熱蒸気の流速又は流量に応じて第１ノズル３１及び第２ノズル３２のそれぞれの水滴の径を調節する。

また、制御部２０５は、過熱蒸気の流速又は流量が相対的に小さい第１運転領域では第１ノズル３１の水滴の径を調節する一方、過熱蒸気の流速又は流量が第１運転領域よりも大きい第２運転領域では第２ノズル３２の水滴の径を調節する。

この構成によれば、水滴の径の調節を行うノズルを過熱蒸気の流速又は流量に応じて使い分けることによって、蒸気の温度を効率よく低減することができる。つまり、過熱蒸気の流速又は流量が小さいほど、水滴径は細かいことが好ましい。第２ノズル３２は、第１ノズル３１の水滴の最大径を超える径まで、噴射する水滴の径を調節可能であるため、比較的大きな水滴径の調節に適している。一方、第１ノズル３２は、調節可能な水滴の最大径が第２ノズル３２よりも小さいため、比較的小さな水滴径の調節に適している。そこで、過熱蒸気の流速又は流量が相対的に小さい第１運転領域では、第１ノズル３１を用いて水滴径の調節を行うことによって、過熱蒸気の流速に適した水滴径の実現が容易になる。一方、過熱蒸気の流速又は流量が相対的に大きな第２運転領域では、第２ノズル３２を用いて水滴径の調節を行うことによって、蒸気の流速に適した水滴径の実現が容易になる。

さらに、蒸気減温システム２００は、混合部１から流出する蒸気の温度を検出する温度センサ２２をさらに備え、制御部２０５は、温度センサ２２による検出温度が所定の目標温度よりも高い場合に、過熱蒸気の流速又は流量が小さいと判定し、第１ノズル３１又は第２ノズル３２の水滴の径を小さくなる方向に調節する。

この構成によれば、過熱蒸気の流速又は流量を検出するセンサを設けなくても、第１ノズル３１及び第２ノズル３２の開度を過熱蒸気の流速又は流量に応じて調節することができる。

さらにまた、制御部２０５は、温度センサ２２による検出温度が目標温度になるように注水部３から混合部１へ注水する水の流量を調節し、それでも温度センサ２２による検出温度が目標温度よりも高い場合に、第１ノズル３１及び第２ノズル３２の水滴の径を調節する。

この構成によれば、制御部２０５は、まず注水部３からの水の流量を調節することによって蒸気の温度を調節する。そして、注水部３の流量を調節するだけでは不十分な場合に、制御部２０５は、第１ノズル３１及び第２ノズル３２の水滴径制御によって蒸気の温度を調節する。このように、蒸気の温度を二段階で調節することによって、蒸気の温度をより精度よく調節することができる。

《その他の実施形態》
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、前記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、前記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

例えば、蒸気減温システム１００，２００の構成は、前述の構成に限られない。例えば、蒸気減温システム１００，２００において、第１バルブ３５及び第２バルブ３６の代わりに、給水管３４の上流部分３４ａに１つの共通バルブを設けてもよい。共通バルブによって、第１ノズル３１及び第２ノズル３２への水の流量が調節される。その場合、蒸気減温システム１００においては、ステップＳａ５の判定において検出温度Ｔが目標温度Ｔｔよりも高い場合に共通バルブの開度が減少させられ、ステップＳａ５の判定において検出温度Ｔが目標温度Ｔｔよりも低い場合に共通バルブの開度が増大させられる。同様に、蒸気減温システム２００においては、ステップＳｂ２の判定において検出温度Ｔが目標温度Ｔｔよりも高い場合に共通バルブの開度が減少させられ、ステップＳｂ２の判定において検出温度Ｔが目標温度Ｔｔよりも低い場合に共通バルブの開度が増大させられる。共通バルブの開度を増大させた後、ステップＳｂ９の処理が行われる。

また、蒸気減温システム１００，２００において、ノズルの個数は２個に限定されない。ノズルの個数は、３個以上であってもよい。その場合、開度が固定のノズルを含んでいてもよい。

また、第１ノズル３１及び第２ノズル３２はそれぞれ、開度を調節可能に構成され、それにより水滴径を調節している。水滴径の調節は、開度の調節によるものに限られない。水滴径は、水の流量及び圧力にも依存する。そこで、第１バルブ３５及び第２バルブ３６を調節することによって、第１ノズル３１及び第２ノズル３２のそれぞれから噴射される水滴の径を調節してもよい。また、第１ノズル３１及び第２ノズル３２に供給される水の圧力を調節する圧力調節弁を別々に設け、それらの圧力調節弁を調節することによって、第１ノズル３１及び第２ノズル３２のそれぞれから噴射される水滴の径を調節してもよい。

蒸気減温システム１００，２００における温度制御の初期状態は、前述の状態に限られず、任意に設定することができる。

蒸気減温システム１００の温度制御においては、第１ノズル３１及び第２ノズル３２による水滴径制御の後に第１バルブ３５及び第２バルブ３６による流量制御を行っているが、第１バルブ３５及び第２バルブ３６による流量制御の後に第１ノズル３１及び第２ノズル３２による水滴径制御を行ってもよく、第１ノズル３１及び第２ノズル３２による水滴径制御と第１バルブ３５及び第２バルブ３６による流量制御とを並行して行ってもよい。

また、蒸気減温システム１００は、流速センサ２１の代わりに、混合部１に流入する過熱蒸気の流量を検出する流量センサを備えていてもよい。その場合、制御部５は、検出温度に代えて、流量センサによる検出流量を用いて前述の制御を行う。

蒸気減温システム２００の温度制御のステップＳｂ９においては、温度偏差ΔＴが縮小したか否かを判定している。制御部２０５は、これに代えて、温度偏差ΔＴの縮小量又は縮小率が所定の閾値よりも小さいか否かを判定してもよい。つまり、制御部２０５は、第１バルブ開度又は第２バルブ開度を増大させても温度偏差Ｔが想定しているように縮小しない場合に第１ノズル３１及び第２ノズル３２による水滴径制御に移行してもよい。

以上説明したように、ここに開示された技術は、蒸気減温システムについて有用である。

１００，２００蒸気減温システム
１混合部
２１流速センサ
２２温度センサ
３注水部
３１第１ノズル
３２第２ノズル
５，２０５制御部

Claims

過熱蒸気と水とを混合する混合部と、
前記混合部に水を噴射する第１ノズル及び第２ノズルを有し、前記混合部へ注水する注水部と、
前記注水部による注水を制御する制御部とを備え、
前記第１ノズルは、噴射する水滴の径を調節可能に構成され、
前記第２ノズルは、前記第１ノズルの水滴の最大径を超える径まで、噴射する水滴の径を調節可能に構成されており、
前記制御部は、過熱蒸気の流速又は流量が相対的に小さい第１運転領域では過熱蒸気の流速又は流量に応じて前記第１ノズルの水滴の径を調節する一方、過熱蒸気の流速又は流量が前記第１運転領域よりも大きい第２運転領域では過熱蒸気の流速又は流量に応じて前記第２ノズルの水滴の径を調節する蒸気減温システム。
請求項１に記載の蒸気減温システムにおいて、
過熱蒸気の流速を検出する流速センサ又は過熱蒸気の流量を検出する流量センサと、
前記混合部から流出する蒸気の温度を検出する温度センサとをさらに備え、
前記制御部は、
前記流速センサによる検出流速又は前記流量センサによる検出流量に基づいて前記第１ノズル及び前記第２ノズルのそれぞれの水滴の径を調節する一方、
前記温度センサによる検出温度に基づいて前記注水部から前記混合部へ注水する水の流量を調節する蒸気減温システム。