专利名称：蒸汽制造装置及其运转方法
技术领域：
本发明涉及利用废热来制造蒸汽的蒸汽制造装置及其运转方法。
背景技术：
以往，已知有一种蒸汽制造装置，其利用从工厂等热源设备排出的热水来制造低压蒸汽，并将该低压蒸汽升压，从而能够扩大废热的用途。该蒸汽制造装置具备热交换器和压缩机，在热交换器中将从热源设备排出的热水的热量向供给水传递而使供给水蒸发，生成的蒸汽由压缩机压缩并向蒸汽利用设备等输送。然而，在利用来自热源设备的废热来制造蒸汽的装置中，由于排出的热水的温度和流量始终变动，因此在热交换器中从热水向供给水传递的热量也变动，从而制造的蒸汽中含有的水分量发生增减。当从热水向供给水传递的热量小时，在流入压缩机的蒸汽中会混入过剩的水分，从而压缩机吸口侧的干度(蒸汽中的气相比例)变小，压缩机可能会破 损。另外，当从热水向供给水传递的热量过大时(成为过热状态时)，这时流入压缩机的蒸汽中含有的水分量变少，从而压缩机吸口侧的干度变大，通过压缩机得到的蒸汽的喷出量减少。因此，为了解决上述课题，已知有一种蒸汽产生系统，其对流入压缩机的蒸汽中含有的水分量进行控制(例如，专利文献I)。专利文献I中记载的蒸汽产生系统是具备抽气配管的装置，该抽气配管从压缩机或蒸汽供给配管抽出蒸汽并将蒸汽向热交换器引导，该蒸汽产生系统将通过压缩机得到的蒸汽的一部分向热交换器输送，由此将蒸汽中的水分量保持恒定，从而使压缩机稳定地运转。专利文献I :日本专利4281770号公报然而，在专利文献I所记载的蒸汽制造装置中，由于将通过压缩机得到的蒸汽的一部分向热交换器引导，因此存在能够利用于蒸汽利用设施等的蒸汽量减少的问题。
发明内容
因此，本发明鉴于上述课题，其目的在于提供一种将流入压缩机的蒸汽中含有的水分量保持恒定而提高压缩机的稳定性，并能够将通过压缩机得到的蒸汽全部利用于蒸汽使用设施等的蒸汽制造装置及其运转方法。为了解决上述课题，本发明的蒸汽制造装置具备从热源排出的热交换介质流动的第一流路；供给水流动的第二流路；将所述热交换介质的热量向所述供给水传递而使所述供给水蒸发的热交换器；对在所述热交换器中生成的蒸汽进行压缩的压缩机，所述蒸汽制造装置的特征在于，具有调整所述供给水的供给水量的流量调整阀和控制所述流量调整阀的控制装置，所述控制装置将所述供给水的从供给温度到蒸发温度的显热与所述蒸发温度下的蒸发潜热之和乘以所述供给水量及预先设定的干度的阈值来求出必要热量，所述控制装置对所述必要热量与所述热交换介质因热交换而失去的损失热量进行比较，在所述必要热量超过所述损失热量时，使所述流量调整阀节流而减少所述供给水的供给水量，在所述必要热量低于所述损失热量时，增大所述流量调整阀的开度而增加所述供给水的供给水量。通过该结构，能够将流入压缩机中的蒸汽的水分 量、即压缩机吸口侧的干度保持恒定，因此因够防止流入压缩机的蒸汽中混入过剩的水分而压缩机发生破损，或者流入压缩机中的蒸汽的水分量减少而通过压缩机得到的蒸汽的喷出量减少的情况。另外，由于不需要将通过压缩机得到的蒸汽向热交换器引导，因此能够将得到的蒸汽全部利用在蒸汽使用设施等中。另外，在本发明中，优选通过在所述第二流路的所述热交换器上游侧、及所述热交换器与所述压缩机之间设置温度计，来求得所述供给水的供给温度和蒸发温度。通过该结构，能够测定供给水的供给温度和蒸发温度，因此能够容易算出必要热量。另外，在本发明中，优选所述供给水的供给温度和蒸发温度是预先设定在所述控制装置中的设定值。通过该结构，不用测定供给温度和蒸发温度就能够算出必要热量。另外，本发明的蒸汽制造装置的运转方法中，所述蒸汽制造装置具备从热源排出的热交换介质流动的第一流路；供给水流动的第二流路；将所述热交换介质的热量向所述供给水传递而使所述供给水蒸发的热交换器；对在所述热交换器中生成的蒸汽进行压缩的压缩机，所述蒸汽制造装置的运转方法的特征在于，包括将所述供给水的从供给温度到蒸发温度的显热与所述蒸发温度下的蒸发潜热之和乘以所述供给水的供给水量及预先设定的干度的阈值来求出必要热量的必要热量算出工序；求出所述热交换介质因热交换而失去的热量的损失热量算出工序；对在所述必要热量算出步骤中算出的必要热量与在所述损失热量算出工序中算出的损失热量进行比较，在所述必要热量超过所述损失热量时，使调整所述供给水的供给水量的流量调整阀节流而减少所述供给水的供给水量，在所述必要热量低于所述损失热量时，增大所述流量调整阀的开度而增加所述供给水的供给水量的流量控制工序。发明效果根据本发明，能够提供一种利用废气来制造蒸汽的蒸汽制造装置，即使不将通过压缩机得到的蒸汽向热交换器引导，也能够将流入压缩机中的蒸汽的水分量保持恒定，提高压缩机的稳定性，并能够将通过压缩机得到的蒸汽全部利用在蒸汽使用设施等中。
图I是表示本发明的蒸汽制造装置的第一实施方式的简图。图2是图I所示的蒸汽制造装置的运转方法的流程图。图3是表示本发明的蒸汽制造装置的变形例的简图。符号说明I蒸汽制造装置10第一流路IOaUOb 配管Ilf流量计12t、13t 温度计20第二流路
20a、20b、20c 配管21流量调整阀22f流量计23t,24t 温度计30热交换器40压缩机41压缩机吸口侧50控制装置
具体实施例方式以下，参照附图，对用于实施本发明的方式进行说明。图I 图2表示本发明的蒸汽制造装置的第一实施方式，图I表示第一实施方式的简图。本发明的蒸汽制造装置I由第一流路10、第二流路20、热交换器30、压缩机40、控制装置50等构成。首先，对蒸汽的制造的简要情况进行说明。从未图示的工厂等的热源设备排出的热水(热交换介质)在第一流路10中流动，供给水在第二流路20中流动。并且，在热交换器30中，从热源设备排出的热水的热量向供给水传递，使供给水蒸发。之后，在热交换器30中生成的蒸汽由压缩机40压缩，并向未图示的蒸汽利用设施等输送。(第一流路)第一流路10由配管10a、配管IOb构成，其两端分别与热交换器30和未图示的热源设备连接。从热源设备排出的热水在第一流路10的内部流动，热水首先流入配管10a，并通过热交换器30而从配管IOb流出。在位于热交换器30的上游侧的配管IOa处设有流量计Ilf 和测定热水的供给温度的温度计12t，在位于热交换器30的下游侧的配管IOb处设有测定热交换后的热水温度的温度计13t。在本实施方式中，将温度计Ilf 设置于配管IOa,但也可以设置于配管10b。另外,从热源排出的热交换介质使用热水,但热交换介质也可以为油或气体等。(第二流路)第二流路20由三根配管(配管20a、配管20b、配管20c)构成，配管20a两端与热交换器30和提供供给水的装置连接，配管20b两端与热交换器30和压缩机40连接，配管20c两端与压缩机40和未图示的蒸汽利用设施等连接。供给水在第二流路20的内部流动，供给水首先流入配管20a，在热交换器30中蒸发后，通过配管20b进入压缩机40而被升温升压。之后，被升温升压后的蒸汽从配管20c向蒸汽利用设施等输送。在配管20a上从上游侧开始依次设有控制供给水的供给水量的流量调整阀21、测定供给水的流量的流量计22f、测定供给水的供给温度的温度计23t，在配管20b上设有测定供给水的蒸发温度的温度计24t。需要说明的是，只要流量调整阀21比流量计22f靠上游侧设置即可，流量调整阀21和流量计22f可以设置在配管20a或配管20b的任意位置。(热交换器)热交换器30与热水和供给水热连接，将热水的热量向供给水传递而使供给水蒸发。热交换器30适合使用板式热交换器，该板式热交换器具有多个板，通过使热水和供给水交替在该多个板间流动而进行热交换。板式热交换器与其它热交换器相比，相对于传热面积而言装置小，因此蒸汽制造装置I变得紧凑，在设置空间小的蒸汽利用设施中也能够设置蒸汽制造装置I。需要说明的是，热交换器30没有限定为板式热交换器，也可以为箱式热交换器或垂直短管式热交换器等。(压缩机)压缩机40配置在第二流路20的配管20b与配管20c之间，对流入到压缩机40中的蒸汽进行压缩。压缩机40适合使用螺旋式压缩机。需要说明的是，压缩机40没有限定为螺旋式压缩机，也可以为往复式压缩机、蜗旋压缩机以及回转压缩机等。(控制装置)控制装置50与流量计llf、22f、温度计12t、13t、23t、24t及流量调整阀21电连接，根据从上述测定器求得的测定值和预先存储在控制装置50中的各种设定值来算出后述的必要热量和供给热量，并以该算出结果为基础来对流量调整阀21进行控制。控制装置 50具有作为运算处理装置的CPU (Central Processing Unit)、存储CPU所执行的控制程序及控制程序中使用的数据的ROM (Read Only Memory)、用于在执行程序时暂时存储数据的RAM (Random Access Memory)。控制装置50发挥的控制功能通过使上述的硬件和ROM内的软件协调动作来实现。(关于蒸汽制造装置的运转方法)接着，按照图2所示的流程图，对本实施方式中的蒸汽制造装置的运转方法进行说明。首先，使蒸汽制造装置I开始运转(SI)。当蒸汽制造装置I开始运转时，进行驱动在热源设备与第一流路10之间设置的未图示的泵等动作，从而使从热源设备排出的热水向第一流路10流入。另外，压缩机40进行旋转等，而供给水流入第二流路20。需要说明的是，流量调整阀21被控制成虽非全开但打开某种程度的状态。热水和供给水分别进入热交换器30，热水的热量向供给水传递而使供给水蒸发。并且，蒸汽被压缩机40升温升压而从配管20c喷出，向蒸汽利用设施输送。接着，判断是否开始必要热量和损失热量的测定(S2)。在开始热量测定的情况下(S2为是)，进入步骤S3，在未开始热量测定的情况下(S2为否)，待机至开始热量测定为止。在步骤S3中，通过控制装置50的控制，对在第一流路10及第二流路20中设置的流量计llf、22f的流量及温度计12t、13t、23t、24t的温度进行测定(S3)。之后，算出损失热量Ql (S4 :损失热量算出工序)。损失热量是热水因热交换而失去的热量，可以认为与供给水因热交换而得到的热量相等。损失热量Ql通过将热水的流量(质量流量)、热交换前后的热水的温度差、热水的比热相乘而算出。具体而言，通过以下的顺序求出。(i)算出由温度计12t测定的热水的供给温度Tl与由温度计13t测定的热水的热交换后的温度T2的温度差(T2-T1)。(ii)测定由流量计Ilf计测的流量F1、热水从供给温度Tl到热交换后的温度T2的平均比热Cl。(iii)将温度差(T2-T1)、流量F1、平均比热Cl全部相乘。通过以上的顺序，求出损失热量Ql。接着，算出必要热量Q2(S5 :必要热量算出工序)。必要热量是为了使压缩机吸口侧41的蒸汽的干度接近预先设定在控制装置50中的干度的阈值所需要的热量。必要热量Q2通过将供给水的显热(等压下因供给水的温度变化而吸收的每单位重量的热量)和蒸发潜热(等压下因供给水的相变化而吸收的每单位重量的热量)之和乘以供给水的供给水量(质量流量)及预先设定在控制装置50中的干度的阈值来算出。具体而言，通过以下的顺序求出。(i)算出由温度计23t测定的供给水的供给温度T3与由温度计24t测定的供给水的蒸发温度T4的温度差(T4-T3)。(ii)求出由流量计22f计测的流量(供给水量)F2、从供给温度T3到蒸发温度T4的供给水的平均比热c2、蒸发温度T4下的蒸发潜热Qb。(iii)通过将温度差(T4-T3)和平均比热c2相乘来求出显热Qa，并求出显热Qa与Qi)中求出的蒸发潜热Qb之和。(iv)将显热Qa与蒸发潜热Qb之和乘以流量F2及预先设定在控制装置50中的干度的阈值Xtl。 和算出必要热量Q2的步骤(S5)可以更换顺序。在此，在本实施例中，将干度(压缩机吸口侧41的干度)的阈值Xtl设定为0.9。当阈值\在0. 7 0. 95的范围内时，能够减小压缩机的负担，且能够确保通过压缩机得到的蒸汽的喷出量，因此优选，并且若将阈值Xtl设定为0. 85 0. 95的范围，则可进一步减小压缩机的负担，因而优选。相反，当干度的阈值Xtl小于0. 7时，流入压缩机的蒸汽中会混入过剩的水分，从而压缩机40可能会发生破损。另外，当干度的阈值Xtl比0.95大时，流入压缩机40中的蒸汽的水分量少，从而通过压缩机40得到的蒸汽的喷出量减少。接着，测定必要热量Q2与损失热量Ql之差AQ(S6)。在A Q > O、即必要热量Q2超过损失热量Ql时(S6为是)，通过控制装置50的控制使流量调整阀21节流(S7)，来降低供给水的流量F2。在AQ >0的情况下，是供给水实际得到的热量(即，与损失热量Ql相等的热量)比用于使压缩机吸口侧41的干度X接近干度的阈值Xtl的热量(必要热量Q2)小的状态，供给水应得到的热量缺少AQ，是得到了压缩机吸口侧41的干度X比干度的阈值X0小的干度的蒸汽的状态。该现象可能会引起例如从热源排出的热水的温度或流量下降的情况等。因此，为了使压缩机吸口侧41的干度X接近干度的阈值Xtl，需要使必要热量Q2减少AQ，因而使流量调整阀21节流，减少供给水的流量F2。一次的步骤中减少的流量F2的量可以考虑必要热量Q2与损失热量Ql之差A Q等而适当选择。在AQ = O或AQ< O、即必要热量Q2与损失热量Ql相等或低于损失热量Ql时(S6为否)，进入步骤S8。在步骤S8中，在AQ < O、即必要热量Q2低于损失热量Ql时(S8为是)，这时通过控制装置50的控制来增大流量调整阀21的开度(S9)，使供给水的供给流量F2增加。在AQ<0的情况下，是供给水实际得到的热量(S卩，与损失热量Ql相等的热量)比用于使压缩机吸口侧41的干度X接近干度的阈值Xtl的热量(必要热量Q2)大的状态，供给水应得到的热量过剩AQ，是得到了压缩机吸口侧41的干度X比干度的阈值Xtl大的干度的蒸汽的状态。该现象可能会引起例如从热源排出的热水的温度上升的情况或流量增加的情况等。因此，为了使压缩机吸口侧41的干度X接近干度的阈值Xtl,需要使必要热量Q2增加A Q，因而增大流量调整阀21的开度，使供给水的流量F2增加。在AQ = O、即必要热量Q2与损失热量Ql相等时(S8为否)，表示压缩机吸口侧41的干度X与干度的阈值Xtl大致为相同大小的状态，因此不对流量调整阀21进行控制而进入下一步骤(SlO)。接着，判断热量测定是否结束(SlO)。在继续进行热量测定时(S10为否)，返回S3，重复进行S3 S9的步骤。在热量测定结束时(S10为是)，使蒸汽制造装置I的运转停止等，结束蒸汽的制造(Sll)。(效果)接着，对通过本实施方式得到的效果进行说明。本实施方式的蒸汽制造装置I具有在第二流路20设置的调整供给水的流量的流量调整阀21、控制流量调整阀21的控制装置50，对为了使流入压缩机40中的蒸汽的干度X成为干度的阈值Xtl所需热量(必要热量 Q2)与热水因热交换而失去的热量(损失热量Ql)进行比较，在必要热量Q2超过损失热量Ql时，使流量调整阀21节流而减少供给水的供给水量，在必要热量Q2低于损失热量Ql时，增大流量调整阀21的开度而增加供给水的供给水量。通过该结构，即使在利用流量和温度始终变动的废热来制造蒸汽的情况下，即，即使损失热量Ql始终变动的情况下，通过对必要热量Q2和损失热量Ql进行比较，来控制供给水的流量，因此也能够使实际的干度X接近干度的阈值X0,从而能够将压缩机吸口侧41的干度保持为理想的状态。如此，由于能够将压缩机吸口侧41的干度保持恒定，因此能够防止流入压缩机40的蒸汽中混入过剩的水分而压缩机40发生破损，或者流入压缩机40中的蒸汽的水分变少而得到的蒸汽的喷出量减少的情况。另外，由于不需要将通过压缩机40得到的蒸汽向热交换器30引导，因此能够将通过压缩机40得到的蒸汽全部向蒸汽使用设施供给。另外，由于在蒸汽制造装置I的第一流路10及第二流路20设有流量计llf、22f及温度计12t、13t、23t、24t，因此能够根据由上述测定器得到的测定值来简单地算出必要热量Q2和损失热量Ql。(变形例)接着，利用图3，对本发明的变形例进行说明。图3表示变形例的简图。本变形例是从第一实施方式去除温度计23t、24t，代替于此，而将供给水的供给温度T3’和蒸发温度T4’预先设定在控制装置50中作为设定值的变形例。(关于变形例涉及的蒸汽制造装置的运转方法)接着，对变形例涉及的蒸汽制造装置的运转方法进行说明。在此，仅对与第一实施方式中的蒸汽制造装置的运转方法不同的地方进行说明，对与第一实施方式中的蒸汽制造装置的运转方法同样的地方省略说明。在图2所示的流程图的步骤S3中的温度测定中，由于在变形例中从第一实施方式去除温度计23t、24t，因此仅通过设置在第一流路10上的温度计12t、13t来测定温度。另外，在步骤S5中，在变形例中通过以下的顺序算出必要热量Q2。(i)算出预先设定在控制装置50中的供给水的供给温度T3’与预先设定在相同的控制装置50中的供给水的蒸发温度T4’的温度差(T4’ -T3’)。(ii)求出由流量测定器22f测定的流量F2、从供给温度T3’到蒸发温度T4’的供给水的平均比热c2’、蒸发温度T4’下的蒸发潜热Qb ’。(iii)通过将温度差(T4’ -T3’ )和平均比热c2’相乘来求出显热Qa’，并求出显热Qa’与(ii)中求出的蒸发潜热Qb’之和。(iv)将显热Qa’与蒸发潜热Qb’之和乘以流量F2及预先设定在控制装置50中的干度的阈值Xtl。通过以上的顺序求出必要热量Q2。在此，优选供给水的供给温度的设定值T3’设定为接近实际的供给温度。但是，在求解显热Qa’时需要供给水的供给温度T3’，而显热Qa’为蒸发潜热Qb’的十分之一左右的大小，因此显热Qa’产生的影响小。因此，即使供给温度T3’与实际的供给温度的误差为20°C左右也没有问题。另外，优选供给水的蒸发温度T4’也为接近实际的蒸气温度的温度。但是，即使蒸 发温度T4’与实际的蒸发温度的误差例如为20°C，该情况下的干度X的计算上的误差也仅为0. 02左右，不会对压缩机40产生影响。因此，即使蒸发温度T4’与实际的蒸发温度的误差为20°C左右也没有问题。(效果)对本变形例产生的效果进行说明。在本变形例中，使供给水的供给温度T3’和蒸发温度T4’为预先设定在控制装置50中的设定值。通过该结构，不需要通过温度测定器来测定供给水的供给温度和蒸发温度，能够使蒸汽制造装置简化。以上，对本发明的实施方式进行了说明。但本发明没有限定为上述的实施方式，在权利要求书所记载的范围内能够实施各种变更。
权利要求
1.一种蒸汽制造装置，其具备从热源排出的热交换介质流动的第一流路；供给水流动的第二流路；将所述热交换介质的热量向所述供给水传递而使所述供给水蒸发的热交换器；对在所述热交换器中生成的蒸汽进行压缩的压缩机，所述蒸汽制造装置的特征在于， 具有调整所述供给水的供给水量的流量调整阀和控制所述流量调整阀的控制装置， 所述控制装置将所述供给水的从供给温度到蒸发温度的显热与所述蒸发温度下的蒸发潜热之和乘以所述供给水量及预先设定的干度的阈值来求出必要热量， 所述控制装置对所述必要热量与所述热交换介质因热交换而失去的损失热量进行比较，在所述必要热量超过所述损失热量时，使所述流量调整阀节流而减少所述供给水的供给水量，在所述必要热量低于所述损失热量时，增大所述流量调整阀的开度而增加所述供给水的供给水量。
2.根据权利要求I所述的蒸汽制造装置，其特征在于， 通过在所述第二流路的所述热交换器上游侧、及所述热交换器与所述压缩机之间设置温度计，来求得所述供给水的供给温度和蒸发温度。
3.根据权利要求I所述的蒸汽制造装置，其特征在于， 所述供给水的供给温度和蒸发温度是预先设定在所述控制装置中的设定值。
4.一种蒸汽制造装置的运转方法，所述蒸汽制造装置具备从热源排出的热交换介质流动的第一流路；供给水流动的第二流路；将所述热交换介质的热量向所述供给水传递而使所述供给水蒸发的热交换器；对在所述热交换器中生成的蒸汽进行压缩的压缩机，所述蒸汽制造装置的运转方法的特征在于，包括 将所述供给水的从供给温度到蒸发温度的显热与所述蒸发温度下的蒸发潜热之和乘以所述供给水的供给水量及预先设定的干度的阈值来求出必要热量的必要热量算出工序，; 求出所述热交换介质因热交换而失去的热量的损失热量算出工序； 对在所述必要热量算出工序中算出的必要热量与在所述损失热量算出工序中算出的损失热量进行比较，在所述必要热量超过所述损失热量时，使调整所述供给水的供给水量的流量调整阀节流而减少所述供给水的供给水量，在所述必要热量低于所述损失热量时，增大所述流量调整阀的开度而增加所述供给水的供给水量的流量控制工序。
全文摘要
本发明提供一种能够将流入压缩机中的蒸汽的水分量保持恒定的蒸汽制造装置及其运转方法。蒸汽制造装置(1)具备通过传递热交换介质的热量而使供给水蒸发的热交换器(30)、对蒸汽进行压缩的压缩机(40)，且具有流量调整阀(21)和控制装置(50)，控制装置(50)将供给水的从供给温度到蒸发温度的显热与蒸发温度下的蒸发潜热之和乘以供给水的供给水量及预先设定的干度的阈值来求出必要热量(Q2)，对必要热量(Q2)与热交换介质因热交换而失去的损失热量(Q1)进行比较，在必要热量(Q2)超过损失热量(Q1)时，使流量调整阀(21)节流而减少供给水的供给水量，在必要热量(Q2)低于损失热量(Q1)时，增大流量调整阀(21)的开度而增加供给水的供给水量。
文档编号F22B35/00GK102798113SQ20121005510
公开日2012年11月28日 申请日期2012年3月5日 优先权日2011年5月25日
发明者关山和英, 西村真 申请人:株式会社神户制钢所