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技術 気体流を膨張させる方法及びそれによって適用される装置

出願人 アトラスコプコエアーパワー,ナームローゼフェンノートシャップ
発明者 ファンカンプフォルトクリスヒュービンクリストフパスカル
出願日 2015年5月11日 (4年4ヶ月経過) 出願番号 2016-568647
公開日 2017年8月10日 (2年1ヶ月経過) 公開番号 2017-522482
状態 特許登録済
技術分野 特殊なサイクルを用いた機関設備 蒸気機関設備
主要キーワード 熱力学法 流入口圧力 流出口温度 流出口圧力 膨張気体 蒸気装置 出口条件 気相域
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重要な関連分野

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図面 (8)

課題・解決手段

流入口圧力(PA)及び流入口温度(TA)の或る流入口条件膨張させるべき気体を供給するための流入口(A)と、流出口圧力(PB)及び流出口温度(TB)の或る所望の流出口条件膨張気体送出するための流出口(B)との間で、蒸気等の気体又は気体混合物気体流(Q)を膨張させる方法であって、流入口(A)と流出口(B)との間で減圧弁(5)を通して、気体流を少なくとも部分的に膨張させるステップと、気体により駆動され、出力軸(12)を有し、気体に含まれるエネルギーを、この軸(12)に加えられる機械エネルギーに変換するためのローター(11)を備えた減圧装置(10)を通して、気体流を少なくとも部分的に膨張させるステップと、を含む方法。

概要

背景

工業プロセスでは、蒸気は、駆動力、又は、あらゆる種の化学又は他のプロセスの抑制剤として、しばしば使用されている。

蒸気は、一般的に圧力及び温度がほぼ固定されるボイラー内でつくり出される。

工業プロセスは、一般的に蒸気をボイラーの出力より低い圧力及び温度で要求し、所望の蒸気条件はまた変わることがある。

それ故に、ほとんどの蒸気設備では、ボイラーと下流の工業プロセスとの間に減圧弁が使用され、それにより蒸気を工業プロセスに必要な所望の圧力に膨張させる。

一般に、飽和蒸気が使用され、飽和蒸気は、定義上、蒸気中に存在する全ての水が蒸発して気体になっているので、いかなる水も液体状態で含まない。

飽和蒸気について、蒸気の圧力と温度との間に明白な関係があることが知られている。換言すれば、蒸気の温度を知れば、それから圧力も決定することができ、その逆もできる。

これによって、減圧弁は幾分開閉され、下流のプロセスで要求される圧力と等しい圧力を得る。膨張中、蒸気の圧力及び温度は、熱力学で知られる等エンタルピー法則により変化する。

このような制御の利点は、簡単であるということである。

しかしながら、このような制御の不利益は、圧力降下を、例えば機械エネルギー又は電気エネルギーのような別の形態のエネルギーへの効率的な変換に使用されないことである。

他の不利益は、圧力を制御しうるだけであり、減圧弁での等エンタルピー膨張は、飽和蒸気で始まり、所望より一般的に高い温度で過熱した蒸気を常に供給することである。蒸気を過熱することは、また、下流のプロセスで非効率的な熱交換を意味しており、その結果、可能な限り制限されなければならない。

蒸気の温度と過熱のレベルを減少させるため、昔から、高価である不利益をもたらし、その結果、その能力が制限されるボイラー又は「過熱度低減器」が使用されている。

概要

流入口圧力(PA)及び流入口温度(TA)の或る流入口条件で膨張させるべき気体を供給するための流入口(A)と、流出口圧力(PB)及び流出口温度(TB)の或る所望の流出口条件膨張気体送出するための流出口(B)との間で、蒸気等の気体又は気体混合物気体流(Q)を膨張させる方法であって、流入口(A)と流出口(B)との間で減圧弁(5)を通して、気体流を少なくとも部分的に膨張させるステップと、気体により駆動され、出力軸(12)を有し、気体に含まれるエネルギーを、この軸(12)に加えられる機械エネルギーに変換するためのローター(11)を備えた減圧装置(10)を通して、気体流を少なくとも部分的に膨張させるステップと、を含む方法。

目的

他の不利益は、圧力を制御しうるだけであり、減圧弁での等エンタルピー膨張は、飽和蒸気で始まり、所望より一般的に高い温度で過熱した蒸気を常に供給することである

効果

実績

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請求項1

流入口圧力(PA)及び流入口温度(TA)の或る流入口条件膨張させるべき気体を供給するための流入口(A)と、流出口圧力(PB)及び流出口温度(TB)の或る所望の流出口条件膨張気体送出するための流出口(B)との間で、蒸気等の気体又は気体混合物気体流(Q)を膨張させる方法であって、前記流入口(A)と前記流出口(B)との間で減圧弁(5)を通して、気体流を少なくとも部分的に膨張させるステップと、前記気体により駆動され、出力軸(12)を有し、前記気体に含まれるエネルギーを、この軸(12)に加えられる機械エネルギーに変換するためのローター(11)を備えた減圧装置(10)を通して、気体流を少なくとも部分的に膨張させるステップと、を含む方法。

請求項2

前記流入口(A)と前記流出口(B)との間に、前記膨張気体流又は前記膨張させるべき気体流を冷却する冷却装置を使用しない方法である請求項1に記載の方法。

請求項3

前記流入口(A)に供給される気体は、本質的に飽和蒸気又は僅かに過熱蒸気又は僅かに二相が混合している蒸気と液体二層混合物である請求項1又は2に記載の方法。

請求項4

前記膨張は、供給されるべき膨張気体の前記流出口条件(PB及びTB)まで進められ、その条件は、本質的に飽和蒸気又は僅かに過熱蒸気の条件に対応する請求項1乃至3の何れか1項に記載の方法。

請求項5

前記減圧装置(10)はスクリュー式膨張機である請求項1乃至4の何れか1項に記載の方法。

請求項6

前記膨張は、供給されるべき膨張気体の前記流出口条件(PB及びTB)まで進められ、その条件は、少量の水滴平衡状態にある蒸気の条件に対応する請求項5に記載の方法。

請求項7

前記膨張させるべき気体流は、前記減圧弁(5)の中を流れる前記膨張させるべき気体流(Q)の副流(Q1)で、又は、前記減圧装置(10)の中を流れる副流(Q2)で、並列をなした前記減圧弁(5)と前記減圧装置(10)を通して進められ、それによって、両副流(Q1とQ2)は所望の流出口圧力(PB)に膨張され、その後、前記流出口(B)で所望の流出口条件(PB及びTB)で膨張気体流を供給するため、前記両副流(Q1とQ2)は同じ前記所望の流出口圧力(PB)で合体される請求項1乃至6の何れか1項に方法。

請求項8

前記膨張させるべき気体流(Q)は、前記減圧弁(5)の中を流れる前記副流(Q1)と前記減圧装置(10)の中を流れる前記副流(Q2)のように分割され、前記副流(Q1及びQ2)が合体するとき、各々は前記所望の流出口圧力(PB)と等しい圧力を有するが、所望の流出口温度(TB)とは異なる流出口温度を有し、前記所望の流出口温度(TB)と等しい合体温度が得られる請求項7に記載の方法。

請求項9

前記膨張させるべき気体流(Q)を分割するために前記減圧弁(5)及び/又は前記減圧装置(10)の速度を、多少気体を通過させるように調節される請求項7又は8に記載の方法。

請求項10

前記流出口(B)で所望の作動点(PB及びTB)までコントローラー始動するとき、前記膨張させるべき気体流(Q)は、固定比率に従い前記副流(Q1及びQ2)に分割される、好ましくは、二つの等しい前記副流(Q1及びQ2)に分割される請求項7乃至9の何れか1項に記載の方法。

請求項11

前記制御のため、合体総流(Q)は、先ず、前記流出口(B)内の圧力が前記所望の流出口圧力(PB)と等しくなるまで、前記固定比率に従い前記両副流(Q1及びQ2)を増減することにより調節される請求項10に記載の方法。

請求項12

前記流出口(B)内の圧力が前記所望の圧力(PB)より低いとき、前記副流(Q1及びQ2)は、前記流出口(B)内の圧力が前記所望の流出口圧力(PB)と等しくなるまで増加され、又は、前記流出口(B)内の圧力が前記所望の圧力(PB)より高いとき、前記副流(Q1及びQ2)は、前記流出口(B)内の圧力が前記所望の流出口圧力(PB)と等しくなるまで減少される請求項11に記載の方法。

請求項13

前記副流(Q1及びQ2)の前記比率は、前記所望の流出口温度(TB)を得るために得られた前記総流(Q)を保ちながら、次いで調節される請求項11又は12に記載の方法。

請求項14

前記流出口(B)内の温度が、前記所望の流出口温度(TB)より低いとき、前記流出口(B)内の温度が前記所望の流出口温度(TB)と等しくなるまで、前記圧力弁(5)を通らせる前記副流(Q1)を増加させ、前記減圧装置(10)を通らせる前記副流(Q2)を同程度まで減少させることによって、前記副流(Q1及びQ2)の前記比率が調節され、又は、前記流出口(B)内の温度が、前記所望の流出口の温度(TB)より高いとき、前記流出口(B)内の温度が前記所望の流出口温度(TB)と等しくなるまで、前記圧力弁(5)を通らせる前記副流(Q1)を減少させ、前記減圧装置(10)を通らせる前記副流(Q2)を同程度に増加させることによって、前記副流(Q1及びQ2)の前記比率が調節される請求項13に記載の方法。

請求項15

前記膨張させるべき前記気体流(Q)は、直列に2つの連続した膨張段階で前記減圧弁(5)と前記減圧装置(10)の中を進められ、前記減圧弁(5)と前記減圧装置(10)は、第一の膨張段階の後、第二の膨張段階で前記所望の流出口圧力(PB)及び流出口温度(TB)に対応する圧力及び温度への膨張を確保する中間の圧力(PC)及び温度(TC)の中間の作動点(C)が得られるように制御される請求項1乃至6の何れか1項に記載の方法。

請求項16

前記中間の圧力(PC)及び中間の温度(TC)は、コンピューターアルゴリズム(22)に基づいて決定され、前記第一の膨張段階の膨張曲線(7)は、前記流入口条件(PA及びTA)に基づいて決定され、前記第二の膨張段階の膨張曲線(19)は前記所望の圧力(PB)及び流出口温度(TB)に基づいて決定され、所望の中間の作動点(C)は両膨張曲線(7及び19)の間の部分として決定される請求項15に記載の方法。

請求項17

前記流出口(B)内の前記所望の流出口圧力(PB)は、先ず、総流Qを制御することによって実現され、次いで、前記中間の作動点(C)における計算された所望の中間の圧力は、前記減圧弁(5)の開きと前記減圧装置(10)の速度との間の比率を調節することによって実現される請求項16に記載の方法。

請求項18

前記装置(1)を始動するとき、前記減圧装置(10)は、最小限速度で制御され、それによって、前記減圧弁(5)は、前記所望の流出口圧力(PB)に達するまで、計画的に開弁される請求項17に記載の方法。

請求項19

前記中間の圧力が前記所望の中間の圧力(PC)より低いとき、前記所望の中間の圧力(PC)に達するまで、前記減圧装置(10)の速度を増大させることにより、前記中間の作動点(C)の前記中間の圧力は制御され、又は、前記中間の圧力が前記所望の中間の圧力(PC)より高いとき、前記所望の中間の圧力(PC)に達するまで、前記減圧弁(5)をもっと閉じることにより、前記中間の作動点(C)の前記中間の圧力は制御される請求項18に記載の方法。

請求項20

前記第一の膨張段階は前記減圧弁(5)であり、前記減圧装置(10)がこれに前記第二の膨張段階として続く請求項16乃至19の何れか1項に記載の方法。

請求項21

蒸気等の気体又は気体混合物の気体流れ(Q)を膨張する装置であって、この装置は、流入口圧力(PA)及び流入口温度(TA)の或る流入口条件で膨張させるべき気体を供給するための流入口(A)と、流出口圧力(PB)及び流出口温度(TB)の或る所望の流出口条件で送出するための流出口(B)と、を含み、前記装置(1)には、請求項1乃至20の何れか1項に記載の方法が適用され、この目的は、減圧弁(5)と、前記気体により駆動され、出力軸(12)を有し、気体に含まれるエネルギーを、この軸(12)に加えられる機械エネルギーに変換するローター(11)を備えた減圧装置(10)と、前記減圧弁(5)を通して少なくとも部分的に膨張させるべき、前記圧力装置(10)を通して少なくとも部分的に膨張させるべき気体流(Q)を案内する管(6)と、を備える装置。

請求項22

前記減圧弁(5)及び/又は前記減圧装置(10)は制御可能である請求項21に記載の装置。

請求項23

前記減圧弁(5)は調節可能な通路を有する請求項22に記載の装置。

請求項24

前記減圧装置(10)は速度調節可能なスクリュー式膨張機である請求項22に記載の装置。

請求項25

前記管(6)は、前記膨張させるべき気体流(Q)を、前記流入口(A)から、並列又は直列の前記減圧弁(5)及び前記減圧装置(10)を通して前記流出口(B)に案内するようなものである請求項21乃至24の何れか1項に記載の装置。

請求項26

コントローラー(9)を具備し、このコントローラーは、前記コントローラー(9)に設置された前記流出口の圧力及び前記流出口の温度が所望の圧力(PB)及び温度(TB)に対応するような仕方で、前記減圧弁(5)と前記減圧装置(10)を制御するためのアルゴリズムを備えている請求項22乃至25の何れか1項に記載の装置。

技術分野

0001

本発明は、気体流、より詳細には、水蒸気等の気体又は気体混合物膨張させる方法に関する。

背景技術

0002

工業プロセスでは、蒸気は、駆動力、又は、あらゆる種の化学又は他のプロセスの抑制剤として、しばしば使用されている。

0003

蒸気は、一般的に圧力及び温度がほぼ固定されるボイラー内でつくり出される。

0004

工業プロセスは、一般的に蒸気をボイラーの出力より低い圧力及び温度で要求し、所望の蒸気条件はまた変わることがある。

0005

それ故に、ほとんどの蒸気設備では、ボイラーと下流の工業プロセスとの間に減圧弁が使用され、それにより蒸気を工業プロセスに必要な所望の圧力に膨張させる。

0006

一般に、飽和蒸気が使用され、飽和蒸気は、定義上、蒸気中に存在する全ての水が蒸発して気体になっているので、いかなる水も液体状態で含まない。

0007

飽和蒸気について、蒸気の圧力と温度との間に明白な関係があることが知られている。換言すれば、蒸気の温度を知れば、それから圧力も決定することができ、その逆もできる。

0008

これによって、減圧弁は幾分開閉され、下流のプロセスで要求される圧力と等しい圧力を得る。膨張中、蒸気の圧力及び温度は、熱力学で知られる等エンタルピー法則により変化する。

0009

このような制御の利点は、簡単であるということである。

0010

しかしながら、このような制御の不利益は、圧力降下を、例えば機械エネルギー又は電気エネルギーのような別の形態のエネルギーへの効率的な変換に使用されないことである。

0011

他の不利益は、圧力を制御しうるだけであり、減圧弁での等エンタルピー膨張は、飽和蒸気で始まり、所望より一般的に高い温度で過熱した蒸気を常に供給することである。蒸気を過熱することは、また、下流のプロセスで非効率的な熱交換を意味しており、その結果、可能な限り制限されなければならない。

0012

蒸気の温度と過熱のレベルを減少させるため、昔から、高価である不利益をもたらし、その結果、その能力が制限されるボイラー又は「過熱度低減器」が使用されている。

発明が解決しようとする課題

0013

本発明の目的は、上述した不利益又は他の不利益の一つ又はそれ以上の解決案を提供することである。

課題を解決するための手段

0014

この目的のため、本発明は、流入口圧力及び流入口温度の或る流入口条件で膨張させるべき気体を供給するための流入口と、流出口圧力及び流出口温度の或る所望の流出口条件膨張気体送出するための流出口との間で、蒸気等の気体又は気体混合物の気体流を膨張させる方法であって、流入口と流出口との間で減圧弁を通して、気体流を少なくとも部分的に膨張させるステップと、気体により駆動され、出力軸を有し、気体に含まれるエネルギーを、この軸に加えられる機械エネルギーに変換するためのローターを備えた減圧装置を通して、気体流を少なくとも部分的に気体流を膨張させるステップと、を含む方法に関する。

0015

このような減圧装置の適用により、膨張エネルギーの少なくとも一部は、減圧装置の軸に加えられる機械エネルギーに効率的に変換され、この機械エネルギーは、例えば発電機又は他の有用な適用例を駆動するために使用することができる。

0016

減圧弁内の蒸気の等エンタルピー膨張とは対照的に、意図するタイプの減圧機内の膨張は、むしろポリトロープ又は略等エントロピー熱力学法則により進み、等エンタルピー膨張と比較して、ポリトロープ膨張は同一の圧力降下に対してより大きな温度低下をもたらす。

0017

装置の入力と出力との間での膨張は、全体の流れ又は流れの或る部分について部分的に等エンタルピー及び部分的にポリトロープであることにより、そして、それぞれ減圧弁と減圧装置での等エントロピー膨張とポリトロープ膨張との間の適当な分配により、及び/又は、副流の適当な分配により、流出口での圧力と温度の両方を下流のプロセスによって所望される値に調節することができ、そして追加冷却又は蒸気冷却器の適用なしに、ポリトロープ膨張から機械エネルギーを引き出すことができることの追加の利点がある。

0018

好ましくは、スクリュー式膨張機は、減圧装置として使用され、蒸気を飽和温度以下の温度に膨張させることもできる利点を与え、それによって、蒸気は、液体に部分的に凝縮し、かくして、殆どのタイプのタービンについてよりも広い範囲の適用を可能にする。

0019

本発明による方法の好ましい変形形態によれば、膨張させるべき気体流は、減圧弁の中を流れる膨張させるべき気体流の副流で、又は、減圧装置の中を流れる副流で、並列をなした減圧弁と減圧装置を通して進められ、それによって、両副流は所望の流出口圧力に膨張され、その後、流出口で所望の流出口条件で膨張気体流を供給するため、両副流は同じ所望の流出口圧力で合体される。

0020

本発明による方法の他の好ましい変形形態によれば、膨張させるべき気体流は、減圧弁と減圧装置を通して直列の2つの連続した膨張段階で進められ、減圧弁と減圧装置は、第二の膨張段階で所望の流出口圧力及び流出口温度に対応する圧力及び温度への膨張を確保する第一の膨張段階後、中間の圧力及び温度の中間の作動点が得られるように制御される。

0021

本発明は、蒸気等の気体又は気体混合物の気体流を膨張する装置であって、この装置は、流入口圧力及び流入口温度の或る流入口条件で膨張させるべき気体を供給するための流入口と、流出口圧力及び流出口温度の或る所望の流出口条件で膨張させた気体を送出するための流出口と、を含み、上記の装置により本発明による方法を適用することができ、この目的のために、減圧弁と、気体により駆動され、出力軸を有し、気体に含まれるエネルギーをこの軸に加えられる機械エネルギーに変換するためのローターを備えた減圧装置と、減圧弁を通して少なくとも部分的に膨張させ、圧力装置を通して少なくとも部分的に膨張させるべき前記気体流れを案内する管と、を備える。

0022

利点は、本発明により適用された方法について記載したものと同じである。

0023

本発明の特徴をより良く示すため、気体流を膨張させるための本発明の方法のいくつかの好ましい態様及びそれによって適用される装置を、限定するいかなる扱いを受けることなく、添付図面を参照して一例として以下に説明する。

図面の簡単な説明

0024

気体流、より詳細には蒸気を膨張させるための従来の公知の装置の概略図
装置内の蒸気の通過中の蒸気の展開について、蒸気の温度/エントロピーの図の形態での状態図又は蒸気図
蒸気を膨張させるための本発明による装置を示す図
図3の装置における、図2の図のような状態図
本発明による装置の変形実施形態を示す図
図5の装置における、図4の図のような図
中間の制御中の図6の図

実施例

0025

図1に示す従来の装置1は、膨張されるべき蒸気の気体流Qの供給のため蒸気の供給源2に連結する流入口A、及び蒸気需要家又は工業プロセスの下流の蒸気装置3への膨張蒸気の送出のための流出口Bを備えている。

0026

供給源2は、例えば、或る流入口条件、即ち、装置1の流入口Aでの或る流入口圧力PA及び流入口温度TAで飽和蒸気を生じさせるボイラーである。

0027

流入口Aの蒸気作動点を、状態図の飽和曲線4上に位置するA点として状態図に示す、この飽和曲線4は、水の気相で蒸気のみが起るような蒸気の温度及び圧力である一方では気相域Gと、水の気相が水の液相と平衡である域G+Vとの間の分離を形成する。

0028

作動点Aを通る一定の圧力PAの等圧線は状態図に破線として示され、圧力が流入口圧力PAと等しい全ての作動点を表す。

0029

エネルギーが等圧線PA上の点から始まって、飽和線の左に供給されるとき、作動点は、一定温度TAで等圧線PAの水平部分に沿って右に向かって移動し、存在する水滴は、水が全て蒸発し気体のみが残存する作動点Aに到達するまで徐々に蒸発する。

0030

定圧力PAでエネルギーの更なる供給で、作動点は等圧線PAに沿って右に更に移動し、温度は徐々に上昇する。この域では、それは、液体なしの気相に相当する過熱蒸気の場合である。

0031

下流の蒸気装置3は、供給される蒸気が満足しなければならない蒸気条件を決定する、換言すれば、装置1の流出口Bでの蒸気条件、特に流出口圧力PB、流出口温度TB及び蒸気の組成を決定する。

0032

一般的に、僅かに過熱蒸気が下流の蒸気装置3に望まれる。対応する作動点を、圧力PAより低い圧力PB及びTAより低い温度TBで飽和線4の右のB点として状態図に示す。

0033

蒸気を流入口Aの圧力PAから流出口Bの低圧力PBに膨張させるために、従来は減圧弁5を使用し、減圧弁5は、減圧弁5を通して蒸気Qの流れを膨張させるため、流入口Aと流出口Bとを連結する管6に設けられる。

0034

従来の減圧弁5について、流出口の圧力PBへのこの膨張は、本質的には、等圧線PB上のC点まで等エンタルピー膨張曲線7に沿う等エンタルピーの展開に従い進む。

0035

温度TCは、一般的には、所望の流出口の温度TBよりかなり高い、それ故、減圧弁5の後、蒸気冷却器8等は流出口温度を一定の圧力PBで所望の温度TBに低下させるために使用される。次いで、C点からB点に等圧線PBに沿って移動する。

0036

従来の装置1の図が示される例において、減圧弁5は、調節可能で、コントローラー9を備え、コントローラー9は、減圧弁5による膨張をコントローラー9に設定された所望の圧力値PBに制御し、コントローラー9は、流出口Bの圧力を連続的に測定し、圧力が前記設定圧力と等しくなるまで、圧力が設定圧力PBより高かったり低かったりするので減圧弁5を多少開く。

0037

図3は、図1の従来の装置と異なる本発明による装置1を示し、例えば、蒸気冷却器8を設ける必要がなく、管6には、減圧弁5に加え、減圧装置10も並列に組み込まれ、その結果、蒸気流Qは減圧弁5を通して案内される副流Q1と減圧装置10の中を流される副流Q2に分割され、膨張後、これらの副流Q1とQ2は再び合体し、一緒になって流出口Bを経て下流の蒸気装置に供給される。

0038

減圧装置は、好ましくは、2つの噛み合ったローター11を備えたスクリュー式膨張機として構成され、一方のローター11は、蒸気の膨張エネルギーを軸12に利用しうる機械エネルギーに変換するための出力軸12を備える。

0039

例として、出力軸12は、需要家ネットワーク(図示せず)に電気配送する発電機14に連結される。

0040

減圧装置10の速度は、好ましくは、可変、調節可能であり、この目的で発電機14は例えばコントローラー13を備える。

0041

少なくとも一つの従動ローターと出力軸を備えた減圧装置の他の形態、例えば一つ又は他のタイプのタービンは除外されない。

0042

本発明による装置1は、流出口Bの温度と圧力を測定又は決定する手段15と16を夫々備える。

0043

その上、図3の装置は、ここでは一定であると推定される流入口条件PAとTAの関数として、コントローラーに流出口圧力PBと流出口温度TBの所望な設定又は設定可能な値で、流出口Bに蒸気を得るために、減圧弁5内及び減圧装置10内で蒸気が受ける膨張を制御するためのコントローラー9を有する。

0044

コントローラー9は、流出口Bの圧力と温度を決定する前述した手段15と16に接続部17を経て接続され、流れQを両方とも所望の流出口圧力PBまで別々に膨張を受ける2つの前述した副流Q1とQ2に分割する制御アルゴリズム18を有する。

0045

膨張曲線19によって図4に図示されているように、一例として取り上げられたスクリュー式膨張機内での副流Q2の膨張は、典型的には、略等エントロピー又はポリトロープ法則に従って進む。

0046

それによって、流れは、流入口Aの作動点Aから減圧装置10の流出口B”の作動点B”に変化し、この作動点B”は等圧線PB上に位置する。

0047

流出口B”の温度TB”が所望の温度TBより低いことは、状態図から導き出される。

0048

減圧弁5での副流Q1の膨張は、典型的に等エンタルピーの法則に従って進み、流入口での作動点Aと等圧線PB上に位置した、減圧弁5の流出口での作動点B’との間の膨張曲線7に従って、図2と類似した方法で進む。

0049

それによって、減圧弁5の流出口B’での温度TB’は、所望の設定温度TBより高い。

0050

膨張後、両副流Q1とQ2は圧力pBで合体され、合体流Qは流出口Bで圧力PB及び温度TB’とTB”との間の温度で起こり、それは両副流Q1とQ2の相互混合比率に依存する。コントローラー9のアルゴリズム18は、Q1とQ2との間の相互混合比率を、合体流Qの温度が所望の温度TBに対応するように制御することができるようなものである。

0051

この目的のため、コントローラー9は、一方では、減圧装置10の速度と流れQ2を調節できるように、接続部20を経てコントローラー13に接続され、他方では、流れQ1を多くしたり少なくしたりするこの減圧弁5を開閉するため、接続部21を経て制御可能な減圧弁5に接続される。

0052

例えば、アルゴリズム18は下記のように設計することができる。

0053

装置1を始動するとき、流れQは、例えば、減圧弁5を通る流れQ1及び減圧装置10を通る流れQ2に等分に分配され、Q1=Q2=Q/2となる。

0054

第一の例では、合体流Qは流出口Bの測定圧力に基づいて制御される。測定圧力が所望の流出口の圧力PBの設定値より低いとき、これは、流れQが少なすぎることを意味し、副流Q1とQ2を、測定圧力が設定圧力PBと等しくなるまで等しい程度に増加させる。同様に、測定圧力が設定値PBより高いとき、副流Q1とQ2を、測定圧力が設定圧力PBに等しくなるまで等しい程度に減少させる。

0055

減圧弁5を通る蒸気はB’点まで曲線7をたどり、同時に、減圧装置10を通る蒸気はB”点まで曲線19をたどる。両流れの合体は、要求された温度TBと異なるB’’’点になる。

0056

温度B’’’ が温度TBより低いならば、図4の場合のように、曲線19を経て多くの蒸気が膨張され過ぎる。それ故に、アルゴリズム18は、確実に所望の温度TBに到達するまで、流れQ1を増加させ、同じ程度に流れQ2を減少させる。

0057

合体総流Qはこの初期制御によって影響されないから、一定の流入口条件では、流出口の圧力はPBに維持される。

0058

他方、温度B’’’が所望の温度TBより高ければ、これは曲線7を経て多過ぎる蒸気を膨張させることを意味している。そのため、この場合、アルゴリズム18は、確実に所望の温度TBに到達するまで、同じ程度に流れQ1が減少し、流れQ2が増加する。

0059

例えば、蒸気装置3の下流の需要家が、流れQをより少なくすれば、装置1が依然として流れQを供給しているならば、流出口の圧力PBは増加する。次いで、コントローラー18は、流出口の圧力の変更を検出すると、流れQを変更する、その結果、その時点で適用可能な流量比率Q1/Q2が維持される。

0060

現在の流出口の圧力PBに到達するとすぐに、アルゴリズム18は次いで流出口Bで所望の温度TBを実現するために流量比率Q1/Q2を変更しなければならないかどうかを確認する。

0061

流入口圧力又は流入口温度のような他の条件の変更のとき、アルゴリズム18も同様に進む。換言すれば:

0062

まず、要求された流出口の圧力PBを、総流量Qを調節することにより実現する。

0063

次に、流量Q1と流量Q2との間の比率を調節して要求された流出口の温度TBを実現する。

0064

当然のことながら、所望の流出口の条件を得るために、コントローラーによって決定された比率で、後に、完全に又は部分的に再び合体されるべき、流れQ又は副流Q1及び/又はQ2を更に分割する追加の分岐部及び流出口が装置にあってもよい。

0065

流入口Aでの条件は飽和曲線4上の点に制限される必要はないが、流入口では作動点が曲線4の右方向となる僅か過熱した蒸気で、又は、作動点が曲線4の左方向となる蒸気と水滴の僅かな二相混合物で開始することもでき、それにもかかわらず、依然として本発明の利点を利用することができる。

0066

図5は、本発明による変形実施形態の装置1を示し、減圧弁5と減圧装置10、例えば、発電機14に連結されたスクリュー式膨張機が、この場合、図3の実施形態におけるような管6に並列に組み込まれないが、流入口Aと流出口Bとの間の2つの連続した膨張段階を次々に、それぞれ、減圧弁5内で減圧弁5と減圧装置10との間の管6内で流入口Aの圧力PAから中間の圧力PCにし、次いで、減圧装置10内で中間の圧力PCから所望の圧力PBにする。

0067

図6に示すように、減圧弁5の膨張は、次いで、流入口Aの作動点Aから圧力PC及び温度TCの中間の作動点Cに等エンタルピー曲線7に沿って進み、減圧装置10での更なる膨張は、ポリトロープ又は略等エントロピー膨張曲線19に従って流出口Bでの作動点Bに進む。

0068

適当なコントローラー9は、流出口Bでの圧力及び温度がコントローラー9の設定値PBとTBに等しいように、両膨張段階を制御することが可能にする。

0069

コントローラー9は、コンピュータ及びアルゴリズム22を含み、該コンピュータ及び制御アルゴリズムは、既知の流入口条件PA及び/又はTAの関数として、又は所望の流出口条件PB及び/又はTBの関数として、膨張曲線7と19のコースを決定し、次いで、両膨張曲線7と19の部分として作動点Cを決定する。この作動点Cは、与えられる流入口条件PA及びTAで流出口の所望の圧力PB及び温度TBに到達するために、両膨張段階の間で到達することが望まれる中間の作動点に相当する。

0070

例えば、アルゴリズム22は、以下の制御を提供する。

0071

第一制御ステップ中、流れQは、流出口Bが所望の圧力PBに達するまで調節される。

0072

この目的のため、装置1を始動するとき、減圧装置10は、コントローラー13を経て発電機14の負荷を調節することによって最小限の速度に制御され、それによって減圧弁5は計画的に開弁される。

0073

最初に開弁がゆっくり進むと、非常に大きな圧力降下が、減圧弁5の前後に起こり、その結果、中間の作動点C’での中間の圧力は所望の中間の圧力PCより大変小さくなる。流れQは、一般的に、膨張曲線7を経て、膨張曲線19を経て僅かな程度膨張される。

0074

制御アルゴリズム22は、図7に示すように、一般的に、更に、要求された流出口圧力PBに到達するまで、減圧装置10の一定速度で膨張弁5を開弁する。

0075

作動点B’は、所望の流出口温度TBより高い流出口温度によって特徴付けられる。

0076

第二の制御ステップ中、中間の作動圧力Cの仮の圧力は、流量を維持しながら、調節され、これは、例えば、以下の方法である。

0077

仮の圧力が所望の仮の圧力PCより低いとき、アルゴリズムは、所望の仮の圧力PCに達するまで減圧装置10の速度を増速する。

0078

しかしながら、仮の圧力が所望の仮の圧力PCより高いとき、アルゴリズムは、所望の仮の圧力PCに達するまで減圧弁5を閉じる。

0079

例えば、下流の需要家がより少ない流れQを要求し、装置が依然として流れQを供給すれば、流出口Bでの流出口圧力は増大する。それは、何故、コントローラー9が、流出口Bで流出口圧力の変化を検出するとき、仮の圧力PCを維持するように流れQを変化させるかである。これは、同時に減圧弁5を閉じ、或る比率に従い減圧装置10の速度を減少させることによって、少ない必要流量の場合になすことができる。

0080

次いで、所望の流出口圧力PBに達するとすぐに、アルゴリズムは、減圧弁5の状態及び/又は減圧装置10の速度を、計算された所望の仮の圧力PCを実現するため変化させなければならないかどうかを確認する。

0081

アルゴリズムは、アルゴリズムの誤り又は機械老朽が起こる場合について、測定された流出口温度と所望の流出口温度TBとの間の差に基づいて計算された仮の圧力PCを精査するステップを含むことは除外されない。

0082

流入口圧力又は流入口温度のような他の条件の変化のとき、アルゴリズムは常に同じ方法で進む。即ち:

0083

先ず、第一に、所望の流出口圧力PBを、総流Qを調節することによって実現する。

0084

次いで減圧弁5の開きと減圧装置10の速度との間の比率を調節して計算された仮の圧力PCを実現する。

0085

減圧装置10が直列であるとき減圧弁5の順序交換することができ、2段階以上を設けることもできるのは明らかである。

0086

工業プロセスの複雑さにより、図3の接続のような1つ以上の並列接続の組み合わせ及び/又は図5の接続のような1つ以上の直列接続の組み合わせは、このコースの目的のため、適切なコントローラーで適用される。

0087

上記各例ではスクリュー式膨張機が使用されているが、他のタイプの膨張機の使用は除外されない。スクリュー式膨張機の利点は、作動点B”又は中間の作動点Cが気体及び液体が平衡状態にある域に位置する図4の場合のような膨張中、水滴の形成をそんなに感じない。

0088

蒸気に代えて、他の気体又は気体混合物を使用することもできる。

0089

本発明は、一例として説明し、図面に示した気体流を膨張させる方法及び装置の変形形態に決して限定されることはないが、本発明による方法及び装置は、本発明の範囲から逸脱することなく、あらゆる種類の変形形態で実現することができる。

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