特許 7079386 冷却水系統設備、冷却水系統設備の制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-05-24

(45)【発行日】2022-06-01

(54)【発明の名称】冷却水系統設備、冷却水系統設備の制御装置

(51)【国際特許分類】

   F28F 27/00 20060101AFI20220525BHJP

   F28B 9/06 20060101ALI20220525BHJP

   F28C 1/00 20060101ALI20220525BHJP

【ＦＩ】

F28F27/00 501A

F28F27/00 501B

F28B9/06

F28C1/00

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2022046392

(22)【出願日】2022-03-23

(62)【分割の表示】P 2021070851の分割

【原出願日】2020-02-07

(65)【公開番号】P2022075895

(43)【公開日】2022-05-18

【審査請求日】2022-03-23

(31)【優先権主張番号】P 2019025354

(32)【優先日】2019-02-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】391019658

【氏名又は名称】株式会社中部プラントサービス

(74)【代理人】

【識別番号】110001036

【氏名又は名称】特許業務法人暁合同特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】濱田 真哉

(72)【発明者】

【氏名】浅井 正治

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 亮太

(72)【発明者】

【氏名】井ノ口 嘉朋

(72)【発明者】

【氏名】小島 久幸

(72)【発明者】

【氏名】大西 紀行

【審査官】河野 俊二

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５５－２５７３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－４９７８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２７５３２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５８－１２２４５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－３１３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１４４７４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０３９９４５４８（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２８Ｆ ２７／００

Ｆ２８Ｂ ９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

冷却水系統設備の制御装置であって、
前記冷却水系統設備は、
冷却水を循環させる循環ポンプと、
熱を放散する冷却ファンを有し、復路管を通って帰還する戻り冷却水を、大気と熱交換することにより冷却して、往路管より供給する冷却塔と、を含み、
前記制御装置は、前記冷却ファンの回転数又は稼働台数を、前記冷却塔の冷却能力を示す冷却指数△Ｔｑに基づいて、プログラム制御し、
前記循環ポンプの回転数を、所定の制御対象について制御目標値に対する偏差が小さくなるように、フィードバック制御し、
前記制御装置は、各乾球温度Ｔａに対する相対湿度ｘと乾湿温度差ΔＴａｂの関係を示す１次近似式を用いて、乾球温度Ｔａと相対湿度ｘの計測値から大気の湿球温度Ｔｂを演算する、演算部を有し、
前記演算部は、
乾球温度Ｔａの計測値からその乾球温度Ｔａに対する前記１次近似式の１次項Ｐを演算する１次項演算部と、
乾球温度Ｔａの計測値からその乾球温度Ｔａに対する前記１次近似式の定数項Ｑを演算する定数項演算部と、
相対湿度ｘの計測値と、前記１次項演算部にて演算した１次項Ｐと、前記定数項演算部にて演算した定数項Ｑとから乾湿温度差ΔＴａｂを演算する温度差演算部と、
乾球温度Ｔａの計測値から、前記温度差演算部にて演算した乾湿温度差ΔＴａｂを減算することにより、大気の湿球温度Ｔｂを算出する差分器と、を含み、
前記冷却塔の冷却能力を示す冷却指数△Ｔｑは、冷却塔入口冷却水温度Ｔｗと大気の湿球温度Ｔｂの温度差Ｔｗ－Ｔｂであり、
前記制御装置は、冷却塔入口冷却水温度Ｔｗから前記演算部の演算する大気の湿球温度Ｔｂを減算することにより、前記温度差Ｔｗ－Ｔｂを算出する、冷却水系統設備の制御装置。

【請求項2】

請求項１に記載の冷却水系統設備の制御装置であって、
前記制御装置は、前記温度差Ｔｗ－Ｔｂが大きいほど、回転数を小さくする温度差－回転数相関線に基づいて、前記冷却ファンの回転数指令値を決定する、冷却水系統設備の制御装置。

【請求項3】

請求項１に記載の冷却水系統設備の制御装置であって、
前記制御装置は、前記温度差Ｔｗ－Ｔｂが大きいほど、前記冷却ファンの稼働台数を少なくする、冷却水系統設備の制御装置。

【請求項4】

冷却水系統設備の制御装置であって、
前記冷却水系統設備は、
冷却水を循環させる循環ポンプと、
熱を放散する冷却ファンを有し、復路管を通って帰還する戻り冷却水を、大気と熱交換することにより冷却して、往路管より供給する冷却塔と、を含み、
前記制御装置は、前記循環ポンプの回転数を、前記冷却塔の冷却能力を示す冷却指数△Ｔｑに基づいて、プログラム制御し、
前記冷却ファンの回転数を、所定の制御対象について制御目標値に対する偏差が小さくなるように、フィードバック制御し、
前記制御装置は、各乾球温度Ｔａに対する相対湿度ｘと乾湿温度差ΔＴａｂの関係を示す１次近似式を用いて、乾球温度Ｔａと相対湿度ｘの計測値から大気の湿球温度Ｔｂを演算する、演算部を有し、
前記演算部は、
乾球温度Ｔａの計測値からその乾球温度Ｔａに対する前記１次近似式の１次項Ｐを演算する１次項演算部と、
乾球温度Ｔａの計測値からその乾球温度Ｔａに対する前記１次近似式の定数項Ｑを演算する定数項演算部と、
相対湿度ｘの計測値と、前記１次項演算部にて演算した１次項Ｐと、前記定数項演算部にて演算した定数項Ｑとから乾湿温度差ΔＴａｂを演算する温度差演算部と、
乾球温度Ｔａの計測値から、前記温度差演算部にて演算した乾湿温度差ΔＴａｂを減算することにより、大気の湿球温度Ｔｂを算出する差分器と、を含み、
前記冷却塔の冷却能力を示す冷却指数△Ｔｑは、冷却塔入口冷却水温度Ｔｗと大気の湿球温度Ｔｂの温度差Ｔｗ－Ｔｂであり、
前記制御装置は、冷却塔入口冷却水温度Ｔｗから前記演算部の演算する大気の湿球温度Ｔｂを減算することにより、前記温度差Ｔｗ－Ｔｂを算出する、冷却水系統設備の制御装置。

【請求項5】

請求項４に記載の冷却水系統設備の制御装置であって、
前記制御装置は、前記温度差Ｔｗ－Ｔｂが大きいほど、回転数を小さくする温度差－回転数相関線に基づいて、前記循環ポンプの回転数指令値を決定する、冷却水系統設備の制御装置。

【請求項6】

冷却水系統設備であって、
冷却水を循環させる循環ポンプと、
熱を放散する冷却ファンを有し、復路管を通って帰還する戻り冷却水を、大気と熱交換することにより冷却して、往路管より供給する冷却塔と、
請求項１～請求項５のいずれか一項に記載の制御装置と、を備えた、冷却水系統設備。

【請求項7】

請求項６に記載の冷却水系統設備であって、汽力発電設備の蒸気タービンから復水器に排気される蒸気を冷却する、冷却水系統設備。

【請求項8】

請求項７に記載の冷却水系統設備であって、
所定の前記制御対象は、前記復水器の器内温度である、冷却水系統設備。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、冷却水系統設備の動力を削減する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

地球温暖化防止に向けたCO2削減や持続社会の実現に向けたエネルギー自給率の向上のためには、再生可能エネルギー、特に森林資源の豊富なわが国では木質バイオマス発電の拡大が期待されている。国内森林資源を有効に活用するためには、燃料となる森林資源の輸送コストを考慮すると、地産地消の小型木質バイオマス発電を内陸部に設置することが効果的である。内陸型の汽力発電設備では、蒸気タービンで仕事を終えた蒸気を復水器で水に戻すための冷却水系統設備の冷却方式として「冷却塔方式」が広く用いられている。

【0003】

蒸気タービンの発電効率を維持するには、復水器の真空度を維持することが必要である。下記特許文献１には、復水器真空度の制御に関し、次の記載がある。復水器に圧力発信器を設けて、復水器の真空度を検出する。そして、真空度が規定真空度となるように、復水器入口の水温を求め、それに見合うように、運転ファンの台数を選定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開昭６２－２２９９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

冷却水系統設備に「冷却塔方式」を用いた場合、冷却塔の冷却能力は大気状態によって大きく変化する。

【0006】

冷却塔の冷却能力に応じて冷却水系統設備を運転することにより、冷却水系統設備の動力を削減することが課題となっていた。

【0007】

本発明は、冷却水系統設備の動力を削減することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

火力およびバイオマスなどの汽力発電設備の蒸気タービンから復水器に排気される蒸気を冷却する冷却水系統設備の制御装置であって、前記冷却水系統設備は、前記復水器に排気される蒸気を冷却する冷却水を循環させる循環ポンプと、熱を放散する冷却ファンを有し、前記復水器で蒸気と熱交換した戻り冷却水を冷却する冷却塔と、を含み、前記制御装置は、第１制御部を有し、前記第１制御部は、前記復水器の器内温度が目標器内温度と一致するように、復水器入口冷却水の目標温度を設定し、復水器入口冷却水の温度が、設定した目標温度と一致するように、前記循環ポンプ及び前記冷却ファンの２つの補機のうち、いずれか一方の補機の回転数をフィードバック制御する。

【0009】

火力およびバイオマスなどの汽力発電設備の蒸気タービンから復水器に排気される蒸気を冷却する冷却水系統設備の制御装置であって、前記冷却水系統設備は、前記復水器に排気される蒸気を冷却する冷却水を循環させる循環ポンプと、熱を放散する冷却ファンを有し、前記復水器で蒸気と熱交換した戻り冷却水を冷却する冷却塔と、を含み、前記制御装置は、第１制御部を有し、前記第１制御部は、前記復水器の器内温度が目標器内温度と一致するように、前記循環ポンプ及び前記冷却ファンの２つの補機のうち、いずれか一方の補機の回転数をフィードバック制御する。

【0010】

復水器の器内は飽和蒸気であり、復水器の器内圧力（＝復水器真空（絶対圧））と復水器の器内温度（＝排気温度）は安定した運転状態では１対１となる。上記構成では、絶対圧真空計や大気圧計などの高価な計器を使用することなく、復水器の真空を所望の状態に制御することが出来る。

【0011】

制御装置の実施態様として、以下の構成でもよい。
前記第１制御部は、前記復水器の器内温度の目標器内温度に対する偏差に基づいて、復水器入口冷却水温度の目標温度を演算する第１演算部と、前記循環ポンプ及び前記冷却ファンの２つの補機のうち、フィードバック制御される一方の補機に対する回転数の制御指令値を、前記第１演算部にて演算した目標温度に対する復水器入口冷却水温度の偏差に基づいて演算する第２演算部と、を備えてもよい。この構成では、第１制御部を２つの演算部から構成することが出来る。

【0012】

制御装置の実施態様として、以下の構成でもよい。
前記制御装置は、前記第１制御部と第２制御部とを有し、前記第２制御部は、前記循環ポンプ及び前記冷却ファンの２つの補機のうち、他方の補機の回転数を、前記冷却塔の冷却能力を示す冷却指数に基づいてプログラム制御する。

【0013】

循環ポンプと冷却ファンの２つの補機を、同じ制御対象（復水器真空値）で同時にフィードバック制御すると、互いに干渉し、制御の外乱が懸念される。この構成では、一方の補機をフィードバック制御し、他方の補機をプログラム制御するので、２つの制御が干渉することを抑制できる。また、他方の補機は、冷却塔の冷却能力を示す冷却指数を用いたプログラム制御を行うことで、冷却塔の冷却能力に応じた運転が可能となり、冷却水系統設備の動力を削減することが出来る。

【0014】

制御装置の実施態様として、以下の構成でもよい。
前記第２制御部は、冷却塔入口冷却水温度と大気の湿球温度に基づいて、前記冷却塔の冷却能力を示す冷却指数を演算する第３演算部と、前記循環ポンプ及び前記冷却ファンの２つの補機のうちプログラム制御される他方の補機に対する回転数の制御指令値を、前記第３演算部より演算される冷却指数に基づいて演算する第４演算部を備える。この構成では、第２制御部を２つの演算部から構成することが出来る。

【0015】

制御装置の実施態様として、以下の構成でもよい。
前記冷却指数は冷却塔入口冷却水温度から大気の湿球温度を差し引いた値であり、前記第３演算部は、冷却塔入口冷却水温度から大気の湿球温度を減算する差分器でもよい。冷却塔の冷却能力は、温度を下げる対象である戻り冷却水と気化する先である大気の湿球温度の差にほぼ比例して高くなる。本構成により、簡単な演算で、冷却指数を算出することが出来る。

【0016】

制御装置の実施態様として、以下の構成でもよい。
冷却塔入口冷却水温度の設定温度を増減する設定部を有し、前記第３演算部は、前記設定部より出力される冷却塔入口冷却水温度から大気の湿球温度を減算してもよい。冷却塔入口冷却水温度の設定温度を増減することで、循環ポンプと冷却ファンの分担比率を調整することが出来る。

【0017】

制御装置の実施態様として、以下の構成でもよい。
前記第２制御部は、前記循環ポンプ及び前記冷却ファンの２つの補機のうち、他方の補機の回転数を、前記冷却塔の冷却能力を表す冷却指数に対応してそれぞれ定められ、２つの補機の合計動力を最小とする回転数にプログラム制御してもよい。この構成によれば、２つの補機の合計動力を最小にすることができる。

【0018】

制御装置の実施態様として、以下の構成でもよい。
前記復水器の目標器内温度を調整する調整部を備えてもよい。この構成によれば、前記復水器の目標器内温度を運転員が任意に変更することが出来る。これにより、例えば、タービン効率よりも経済性を優先した運転を行うことが可能となる。

【0019】

本技術は、冷却水系統設備の制御方法に適用することが出来る。また、冷却水系統設備に適用することが出来る。

【発明の効果】

【0020】

冷却水系統設備の動力を削減することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】実施形態１における冷却水系統設備のブロック図

【図2】第１制御部のブロック図

【図3】実施形態２における冷却水系統設備のブロック図

【図4】第１制御部、第２制御部のブロック図

【図5】冷却指数と冷却ファン回転数の関係を示す図

【図6】冷却指数と冷却ファン回転数の関係を示す図

【図7】乾球温度に対する相対湿度と乾湿温度差の関係を示すグラフ

【図8】１次近似した場合の湿球温度に対する１次項と定数項の図表

【図9】乾球温度と１次項の関係、乾球温度と定数項の関係を示すグラフ

【図10】第５演算部のブロック図

【図11】実施形態３における第１制御部、第２制御部のブロック図

【図12】実施形態４における第１制御部、第２制御部のブロック図

【図13】冷却指数と循環ポンプの回転数指令値の関係を示す図

【図14】冷却指数と冷却ファン台数指令値の関係を示す図

【図15】実施形態５における第１制御部のブロック図

【図16】実施形態６における第１制御部のブロック図

【図17】実施形態７において、冷却指数と、冷却指数と冷却ファン回転数の積との関係を示す図

【図18】冷却指数と、冷却ファン回転数との関係を示す図

【図19】実施形態８において、冷却指数と冷却ファンの回転数の積と、冷却指数との関係を示す図

【図20】合計動力の演算結果を示す図

【図21】プログラムとして保持されたデータを示す図

【図22】冷却指数と補機の合計動力との関係を示す図

【図23】実施形態９における冷却水系統設備のブロック図

【発明を実施するための形態】

【0022】

＜実施形態１＞
１．冷却水系統設備の構成
図１は、汽力発電設備１の復水器２０を冷却する冷却水系統設備３０の構成を示すブロック図である。汽力発電設備１は、例えば、定格出力７０００[ｋｗ]程度の小型バイオマス発電設備である。

【0023】

汽力発電設備１は、蒸気を発生するボイラ（図略）と、蒸気タービン１０と、復水器２０と、復水器２０に冷却水を供給する冷却水系統設備３０を含む。

【0024】

蒸気タービン１０から復水器２０の器内に排出された蒸気は、復水器２０を流れる冷却水と熱交換して水に戻ることで、復水器２０の器内は真空に維持される。復水器２０の真空を維持することで、蒸気タービン１０の回転が安定し、発電効率の維持が可能である。

【0025】

復水器２０は器内温度計２１と復水器真空計２２を有している。器内温度計２１は、復水器２０の器内温度Ｔ１、つまり復水器内の排蒸気温度を計測する。復水器真空計２２は、復水器２０の真空度を計測する。復水器真空計２２により計測される真空度は、ゲージ圧（大気圧を基準として計測した圧力）である。

【0026】

冷却水系統設備３０は、冷却塔３１と、往路管３２と、復路管３３と、開閉弁４９と、２つの補機として冷却ファン４１及び循環ポンプ４５を含む。

【0027】

冷却水は、冷却塔３１から往路管３２を通って、復水器２０に供給される。復水器２０で蒸気と熱交換した戻り冷却水は、復水器２０から復路管３３を通って、冷却塔３１に戻る。

【0028】

冷却塔３１に戻った戻り冷却水は、気化しやすいように、冷却塔内にてシャワーリングされ、大気と熱交換して一部が蒸発する。水分蒸発に伴い発生する気化熱を外気に放出することで、戻り冷却水は冷却される。その際に、水分蒸発を促進するため、冷却塔３１は、熱を放散する冷却ファン４１を有している。

【0029】

冷却ファン４１を駆動する駆動モータ４２は、ＶＶＶＦ（可変電圧可変周波数制御装置）４３により、回転数を制御することが出来る。駆動モータ４２の回転数制御により、冷却ファン４１の風量を任意に調整することが出来る。

【0030】

循環ポンプ４５は往路管３２に位置する。循環ポンプ４５を駆動する駆動モータ４６は、ＶＶＶＦ４７により、回転数を制御することが出来る。駆動モータ４６の回転数制御により、冷却水流量Ｆを任意に調整することが出来る。

【0031】

冷却塔３１には、大気温度計５１と相対湿度計５２とが設けられている。大気温度計５１は乾球温度計であり、大気の乾球温度Ｔａを計測し、相対湿度計５２は、相対湿度ｘを計測する。

【0032】

また、往路管３２のうち復水器２０の入口部分には、水温計５３が設けられている。水温計５３は、復水器入口冷却水温度Ｔ２を計測する。これら各計器の計測値は、以下に説明する制御装置１００Ａに入力される。

【0033】

２．復水器の真空度制御
冷却水系統設備３０は制御装置１００Ａを備えている。制御装置１００Ａは、第１制御部１１０を有している。第１制御部１１０は、復水器２０の器内温度Ｔ１が、目標真空値に対応する目標器内温度と一致するように、復水器入口冷却水の目標温度を設定する。例えば、タービン効率を最大とする真空値７ｋＰａ（絶対圧）に対応する器内温度３９℃を目標器内温度とする。第１制御部１１０は、復水器２０の器内温度Ｔ１が、目標器内温度３９℃と一致するように、復水器入口冷却水の目標温度を設定する。そして、復水器入口冷却水温度Ｔ２が、設定した目標温度と一致するように、冷却ファン４１をフィードバック制御する。つまり、駆動モータ４２を介して、冷却ファン４１の風量を制御する。この例では、循環ポンプ４５による冷却水流量Ｆは一定とする。

【0034】

復水器２０の器内は飽和蒸気であり、復水器器内圧力（＝復水器真空（絶対圧））と復水器の器内温度Ｔ１（＝排蒸気温度）は、安定した運転状態（定常運転時）では、１対１の関係である。そのため、上記フィードバック制御を行うことで、復水器２０の真空度を目標値に維持することが出来る。

【0035】

図２は、第１制御部１１０のブロック図である。第１制御部１１０は、第１演算部１２０と、第２演算部１３０を有している。

【0036】

第１演算部１２０は、復水器２０の器内温度Ｔ１の目標器内温度に対する偏差に基づいて、復水器入口冷却水温度Ｔ２の目標温度を演算する。

【0037】

第１演算部１２０は、例えば、シグナルジェネレータ１２１と、差分器１２２と、比例積分器１２３と、手動入力器１２４と、メモリ１２５と、切換器１２７とから構成することが出来る。

【0038】

シグナルジェネレータ１２１は、器内温度Ｔ１の目標値である目標器内温度を出力する。差分器１２２は、シグナルジェネレータ１２１より出力される目標器内温度と器内温度計２１により計測された復水器２０の器内温度Ｔ１から、器内温度Ｔ１の目標器内温度に対する偏差を算出する。比例積分器１２３は、差分器１２２の出力する偏差に基づいて、復水器入口冷却水温度Ｔ２の目標温度を生成する。具体的には、偏差に比例した修正値と偏差を積分した修正値とから、復水器入口冷却水温度Ｔ２の目標温度を生成する。

【0039】

手動入力器１２４、メモリ１２５、切換器１２７は、復水器入口冷却水温度Ｔ２の目標温度をオペレータが手動設定するために付加的に設けられている。メモリ１２５は、手動入力器１２４により入力された目標温度を記憶する。

【0040】

切換器１２７は、第２演算部１３０に対して、手動入力器１２４で入力した目標温度と比例積分器１２３で演算した目標温度のどちらを出力するのか、切り換えるために設けられている。尚、手動入力器１２４、メモリ１２５、切換器１２７は、無くてもよい。

【0041】

第２演算部１３０は、第１演算部１２０にて演算した目標温度に対する、復水器入口冷却水温度Ｔ２の偏差に基づいて、冷却ファン４１に対するフィードバック制御信号、つまり回転数指令値（制御指令値）を演算する。

【0042】

第２演算部１３０は、例えば、差分器１３１と、比例積分器１３３とから構成することが出来る。差分器１３１は、第１演算部１２０にて演算した復水器入口冷却水温度Ｔ２の目標温度と水温計５３により計測された復水器入口冷却水温度Ｔ２から、目標温度に対する復水器入口冷却水温度Ｔ２の偏差を算出する。比例積分器１３３は、差分器１３１の出力する偏差に基づいて、冷却ファン４１に対するフィードバック制御信号を生成する。具体的には、偏差に比例した修正値と偏差を積分した修正値とからフィードバック制御信号、つまり回転数指令値（制御指令値）を生成する。生成した回転数指令値は、ＶＶＶＦ４３に出力される。

【0043】

第２演算部１３０より出力されるフィードバック制御信号に基づいて、冷却ファン４１の風量をＶＶＶＦ４３により調整することで、復水器２０の器内温度Ｔ１を目標器内温度に一致させることが出来る。

【0044】

３．効果説明
本実施形態によれば、絶対圧真空計や大気圧計などの高価な計器を使用することなく、復水器２０の真空度を制御することが出来る。

【0045】

＜実施形態２＞
１．制御装置１００Ｂの説明
冷却ファン４１と循環ポンプ４５を、同じ制御対象（復水器入口冷却水温度）で同時制御すると、互いに干渉し制御の外乱が懸念される。

【0046】

実施形態２では、冷却ファン４１と循環ポンプ４５のうち、一方の補機をフィードバック制御し、他方の装置をプログラム制御する。

【0047】

以下、冷却水系統設備３０の制御装置１００Ｂについて、図３、図４を参照して説明する。図３に示すように、制御装置１００Ｂは、第１制御部１１０と、第２制御部１５０を有している。

【0048】

第１制御部１１０は、復水器２０の器内温度Ｔ１が目標器内温度に一致するように、循環ポンプ４５の回転数をフィードバック制御する。第１制御部１１０は、実施形態１と同様の構成であり、第１演算部１２０と、第２演算部１３０を有している。

【0049】

第１演算部１２０は、復水器２０の器内温度Ｔ１の目標器内温度に対する偏差に基づいて、復水器入口冷却水温度Ｔ２の目標温度を演算する。第２演算部１３０は、第１演算部１２０にて演算した目標温度に対する、復水器入口冷却水温度Ｔ２の偏差に基づいて、循環ポンプ４５のフィードバック制御信号、つまり回転数指令値（制御指令値）を演算する。

【0050】

第２演算部１３０より出力される回転数指令値に基づいて、循環ポンプ４５の回転数を調整、つまり冷却水流量Ｆを調整することで、復水器２０の器内温度Ｔ１を目標器内温度に一致させることが出来る。

【0051】

第２制御部１５０は、冷却塔３１の冷却能力に基づいて、冷却ファン４１をプログラム制御する。第２制御部１５０は、第３演算部１６０と、第４演算部１７０と、第５演算部１８０を含む。

【0052】

第５演算部１８０は、大気の乾球温度Ｔａと相対湿度ｘから、大気の湿球温度Ｔｂを演算する回路である。第５演算部１８０の詳細回路は、後に説明する。

【0053】

第３演算部１６０は、（１）式で示すように、冷却塔入口冷却水温度Ｔｗ（戻り冷却水の温度）から大気の湿球温度Ｔｂを減算して、冷却指数ΔＴｑを算出する。第３演算部１６０は、例えば、差分器より構成することが出来る。

【0054】

ΔＴｑ＝Ｔｗ－Ｔｂ （１）

【0055】

尚、冷却塔入口冷却水温度Ｔｗ（戻り冷却水の温度）は、温度計による実測値が好ましいが、実測値に限らず、予測値としてもよい。理由は以下の通りである。

【0056】

汽力発電設備１が定格出力している状態では、蒸気タービン排気熱量は一定である。蒸気タービン排気熱量が一定の条件で、復水器２０の器内温度（真空）を一定に制御するには、復水器２０の熱交換量Ｑを一定に制御する必要がある。復水器２０の熱交換量Ｑは、復水器出入口冷却水温度差ΔＴ３２（出口冷却水温度Ｔ３と入口冷却水温度Ｔ２の差）と冷却水流量Ｆの積に比例する。

【0057】

復水器２０の器内温度Ｔ１を一定に制御する場合、復水器出口冷却水温度Ｔ３は概ね一定となる。例えば、器内温度Ｔ１が３９℃の時に、復水器出口冷却水温度Ｔ３は概ね３６℃となる。

【0058】

以上のことから、蒸気タービン排気熱量が一定の条件において、復水器２０の器内温度Ｔ１を一定に制御する場合、復水器出口冷却水温度Ｔ３は、器内温度Ｔ１から、２つの温度Ｔ１、Ｔ３の温度差ΔＴ１３を引いた値になる。そのため、冷却塔入口冷却水温度Ｔｗは、計測値に代えて、器内温度Ｔ１から温度差ΔＴ１３を引いた予測値を用いてもよい。尚、ΔＴ１３＝Ｔ１－Ｔ３、Ｔ３≒Ｔｗである。

【0059】

ところで、冷却塔３１では、冷却塔入口冷却水（戻り冷却水）を気化させて気化熱を奪い、冷却水温度を下げている。温度を下げる対象である冷却塔入口冷却水（戻り冷却水）と、気化する先である大気の湿球温度Ｔｂの差が大きいほど、気化しやすくなり、冷却塔３１の冷却能力は向上する。

【0060】

そのため、（１）式で示したように、冷却塔入口冷却水温度Ｔｗ（戻り冷却水の温度）から湿球温度Ｔｂを差し引いた値を冷却指数△Ｔｑと定義して、冷却塔３１の冷却能力を特定する。

【0061】

図５は、冷却水流量Ｆが一定で、復水器２０の器内温度Ｔ１を一定に制御する時の冷却指数△Ｔｑに対する冷却ファン４１の回転数を示す。

【0062】

先に説明したように、汽力発電設備１が定格出力一定で運転しており、蒸気タービン排気熱量が一定の条件下で、復水器２０の器内温度Ｔ１（真空）を一定に制御する場合、復水器出口冷却水温度Ｔ３は概ね一定となると共に、復水器出入口冷却水温度差△Ｔ３２と冷却水流量Ｆの積△Ｔ３２×Ｆは一定となる。したがって、復水器入口冷却水温度Ｔ２が低いほど、復水器出入口冷却水温度差△Ｔ３２は高くなり、冷却水流量Ｆが少なくてもよい。

【0063】

冷却指数△Ｔｑが大きいほど、冷却塔３１の冷却能力は向上するため、復水器入口冷却水温度Ｔ２は低くでき、冷却水流量Ｆを少なくしても、復水器２０の器内温度Ｔ１を一定に制御できる。

【0064】

逆に、冷却指数△Ｔｑが小さくなると、冷却塔３１の冷却能力は低下するため、復水器入口冷却水温度Ｔ２は高くなり、冷却水流量Ｆを増加させないと、復水器２０の器内温度Ｔ１を一定に制御できない。

【0065】

図６に、冷却ファン４１の回転数指令値と、冷却指数ΔＴｑとの関係を示す相関曲線Ｌｖの例を示す。相関曲線Ｌｖは、ミニマム回転から定格回転数（１００％）までの冷却ファン４１の回転数指令値を定めるものであり、冷却指数ΔＴｑが大きい程（冷却能力が高い程）、回転数指令値を小さくすることが出来る。

【0066】

本例では、冷却水の最大流量Ｆ１時において、冷却ファン４１の回転数を最大とする冷却指数△Ｔｑ１時に、冷却ファン４１の回転数指令値を100%に設定している。また、冷却水の最小流量Ｆ４時において、冷却ファン４１の回転数を最小とする冷却指数△Ｔｑ２時に、冷却ファン４１の回転数指令値を、ミニマム回転数に設定している。

【0067】

第４演算部１７０は、冷却指数ΔＴｑに対する冷却ファン４１の回転数指令値Ｎを、相関曲線Ｌｖから算出するプログラムを保持している。つまり、図６に示すように、冷却指数ΔＴｑが「Ａ」である時、回転数指令値Ｎａを算出するプログラムをメモリ等によって保持している。第４演算部１７０は、第３演算部１６０により算出した冷却指数ΔＴｑから、保持するプログラムに従って、冷却ファン４１の回転数指令値Ｎを算出する（プログラム制御）。

【0068】

第４演算部１７０より出力される回転数指令値Ｎに基づいて、冷却ファン４１の回転数を調整することで、冷却塔３１の冷却能力に応じて、冷却ファン４１を制御することが出来る。つまり、冷却能力が高い場合、冷却ファン４１の回転数を落とすことで、冷却水系統設備３０の動力を削減することが出来る。

【0069】

２．湿球温度Ｔｂの演算原理
図７は、乾球温度Ｔａに対する相対湿度ｘと乾湿温度差ΔＴａｂの関係を示すグラフであり、横軸は相対湿度ｘ[％]、縦軸は乾湿温度差ΔＴａｂ[℃]である。乾湿温度差ΔＴａｂは、乾球温度Ｔａから湿球温度Ｔｂを引いた値である。

【0070】

ΔＴａｂ＝Ｔａ－Ｔｂ・・・・（２）式

【0071】

図７に示すＬ１～Ｌ７は、各乾球温度５℃～３５℃について、相対湿度ｘと乾湿温度差ΔＴａｂの関係を示す近似直線である。各近似直線Ｌ１～Ｌ７は、以下の１次近似式で表すことができる。

【0072】

ΔＴａｂ＝Ｐｘ＋Ｑ・・・（３）式
Ｐは近似直線Ｌの１次項（直線の傾き）、Ｑは近似直線の定数項、ｘは相対湿度である。

【0073】

（２）式と（３）式より、湿球温度Ｔｂは、以下の（４）式で算出することができる。
Ｔｂ＝Ｔａ－ΔＴａｂ＝Ｔａ－（Ｐｘ＋Ｑ）・・・・・（４）式

【0074】

図８は、各乾球温度Ｔａについて、１次近似式ΔＴａｂの１次項Ｐと定数項Ｑをまとめた図表である。１次項Ｐは負の値であり、大きさ（絶対値）は乾球温度が高い程、大きい。また、定数項Ｑは正の値であり、大きさ（絶対値）は乾球温度が高い程、小さい。

【0075】

図９は、乾球温度Ｔａと１次項Ｐの関係、乾球温度Ｔａと定数項Ｑの関係を示すグラフであり、横軸は乾球温度Ｔａ[℃]、右縦軸は１次項Ｐ[℃／％]、左縦軸は定数項Ｑ[℃]である。

【0076】

図９に示すＬｐは乾球温度Ｔａと１次項Ｐの関係を示す近似直線であり、Ｌｑは乾球温度Ｔａと定数項Ｑの関係を示す近似直線である。（５）式は、１次近似直線Ｌｐを数式で示したものであり、（６）式は、１次近似直線Ｌｑを式で示したものである。

【0077】

Ｐ＝－０．００３４Ｔａ－０．０５・・・・（５）
Ｑ＝０．３３９８Ｔａ＋４．９２５３・・・（６）
Ｐは１次項、Ｑは定数項、Ｔａは乾球温度を示す。

【0078】

図９に示す近似直線Ｌｐを用いて、（３）式の１次項Ｐを求めることが出来る。また、図９に示す近似直線Ｌｑを用いて、（３）式の定数項Ｑを求めることが出来る。

【0079】

以下、（４）式を用いた湿球温度Ｔｂの計算例を示す。
乾球温度Ｔａが２５℃、相対湿度ｘが５４％の場合、（５）式と（６）式から、乾球温度Ｔａに対応する１次項Ｐと定数項Ｑを求めることが出来る。

【0080】

Ｐ＝－０．００３４×２５－０．０５＝－０．１３５
Ｑ＝０．３３９８×２５＋４．９２５３＝１３．４２０３

【0081】

そして、求めた１次項Ｐ、定数項Ｑ、乾球温度Ｔａ、相対湿度ｘを（４）式に代入することにより、湿球温度Ｔｂを算出することが出来る。
Ｔｂ＝２５－（－０．１３５×５４＋１３．４２０３）＝１８．８６９７℃

【0082】

図１０は、湿球温度Ｔｂを演算する第５演算部１８０のブロック図である。第５演算部１８０は、１次項演算部１８１と、定数項演算部１８３と、温度差演算部１８５と、差分器１８７とから構成されている。

【0083】

１次項演算部１８１は、大気温度計５１による大気の乾球温度Ｔａの計測値から１次項Ｐを演算する。１次項演算部１８１は、例えば、比例器１８１ａと、差分器１８１ｂと、シグナルジェネレータ１８１ｃとから構成することが出来る。比例器１８１ａは、乾球温度Ｔａに比例した出力をする。比例定数は、（５）の近似式の比例定数、つまり、－０．００３４である。シグナルジェネレータ１８１ｃは定数を出力する。定数は、（５）の近似式の定数、つまり、０．０５である。差分器１８１ｂは比例器１８１ａの出力からシグナルジェネレータ１８１ｃの出力を減算し、その結果を１次項Ｐとして出力する。

【0084】

定数項演算部１８３は、大気温度計５１による大気の乾球温度Ｔａの計測値から定数項Ｑを演算する。定数項演算部１８３は、例えば、比例器１８３ａと、加算器１８３ｂと、シグナルジェネレータ１８３ｃとから構成することが出来る。比例器１８３ａは、乾球温度Ｔａに比例した出力をする。比例定数は、（６）の近似式の比例定数、つまり、０．３３９８である。シグナルジェネレータ１８３ｃは定数を出力する。定数は、（６）の近似式の定数、つまり、４．９２５３である。加算器１８３ｂは比例器１８３ａの出力にシグナルジェネレータ１８３ｃの出力を加算し、その結果を定数項Ｑとして出力する。

【0085】

温度差演算部１８５は、相対湿度計５２による相対湿度ｘの計測値と、１次項演算部１８１にて演算した１次項Ｐと、定数項演算部１８３にて演算した定数項Ｑとから乾湿温度差ΔＴａｂを演算する。温度差演算部１８５は、例えば、乗算器１８５ａと、加算器１８５ｂと、から構成することが出来る。乗算器１８５ａは、相対湿度ｘに１次項演算部１８１にて演算した１次項Ｐを乗算して出力する。加算器１８５ｂは、乗算器１８５ａの出力に定数項演算部１８３にて演算した定数項Ｑを加算して乾湿温度差ΔＴａｂを算出する。

【0086】

差分器１８７は、大気温度計５１による大気の乾球温度Ｔａの計測値から、温度差演算部１８５にて演算した乾湿温度差ΔＴａｂを減算して、大気の湿球温度Ｔｂを算出する。

【0087】

３．効果説明
この構成では、冷却ファン４１をプログラム制御し、循環ポンプ４５をフィードバック制御するので、２つの制御が干渉することを抑制できる。また、冷却ファン４１は、冷却指数△Ｔｑを用いたプログラム制御を行うことで、冷却塔３１の冷却能力に応じた運転が可能となり、冷却水系統設備３０の動力を削減することが出来る。

【0088】

＜実施形態３＞
実施形態３は、実施形態２に対して、冷却水系統設備３０を制御する制御装置１００Ｃの構成が一部相違している。
図１１は、制御装置１００Ｃのブロック図である。制御装置１００Ｃは、第１制御部１１０と第２制御部１５０と、冷却塔入口冷却水（戻り冷却水）の設定温度を調整する設定部２００を備える。

【0089】

第１制御部１１０は、実施形態２と同様に、第１演算部１２０と、第２演算部１３０を有している。第１制御部１１０は、復水器２０の器内温度Ｔ１が目標器内温度と一致するように、循環ポンプ４５をフィードバック制御する。

【0090】

第２制御部１５０は、実施形態２と同様に、第３演算部１６０と、第４演算部１７０と、第５演算部１８０と、を含む。

【0091】

第５演算部１８０は、乾球温度Ｔａと相対湿度ｘから、湿球温度Ｔｂを演算する回路である。第３演算部１６０は、設定部２００により設定された冷却塔入口冷却水の設定温度から湿球温度Ｔｂを減算して、冷却指数ΔＴｑを算出する。

【0092】

第４演算部１７０は、第３演算部１６０により算出した冷却指数ΔＴｑに基づいて、図５の相関曲線Ｌｖの関数から冷却ファン４１の回転数指令値を算出する（プログラム制御）。

【0093】

設定部２００は、手動入力器２０１、メモリ２０３とからなる。手動入力器２０１は、冷却塔入口冷却水の設定温度を、初期値（器内温度Ｔ１から温度差ΔＴ１３を引いた予測値）から調整することが出来る。メモリ２０３は、調整後の設定温度を記憶する。

【0094】

冷却塔入口冷却水の設定温度を初期値から増減することで、冷却ファン４１と循環ポンプ４５の出力分担を調整することが出来る。

【0095】

つまり、冷却ファン４１をプログラム制御し、循環ポンプ４５をフィードバック制御する場合、冷却塔入口冷却水（戻り冷却水）の設定温度を、初期値から上げることで、冷却指数△Ｔｑは大きくなる。冷却指数△Ｔｑの増加により、冷却ファン４１の動力は減少し、循環ポンプ４５の動力が増加する。

【0096】

一方、冷却塔入口冷却水の設定温度を、初期値から下げることで、冷却指数△Ｔｑは小さくなる。冷却指数△Ｔｑの減少により、冷却ファン４１の動力は増加し、循環ポンプ４５の動力が減少する。

【0097】

このように冷却塔入口冷却水の設定温度を、初期値から調整することで、冷却ファン４１と循環ポンプ４５の出力分担を調整することが出来る。

【0098】

そのため、冷却水系統設備３０の動力（冷却ファン４１と循環ポンプ４５の合計動力）が最小となるように出力分担を決めることで、冷却水系統設備３０の動力が最小となるように設備を運転することが出来る。

【0099】

＜実施形態４＞
上記実施形態２では、第１制御部１１０にて、復水器２０の器内温度Ｔ１が目標器内温度に一致するように循環ポンプ４５をフィードバック制御し、第２制御部１５０にて、冷却塔３１の冷却指数ΔＴｑに基づいて、冷却ファン４１をプログラム制御した。図１２に示すように、制御対象を入れ替えて、第１制御部１１０にて、復水器２０の器内温度Ｔ１が目標器内温度に一致するように冷却ファン４１をフィードバック制御し、第２制御部１５０にて、冷却塔３１の冷却指数ΔＴｑに基づいて、循環ポンプ４５をプログラム制御してもよい。図１３は、循環ポンプ４５をプログラム制御する場合の、冷却指数ΔＴｑと循環ポンプの回数数の関係を示す。

【0100】

また、上記実施形態２では、第２制御部１５０にて、冷却塔３１の冷却指数ΔＴｑに基づいて、冷却ファン４１をプログラム制御した。具体的には、冷却ファン４１の回転数をプログラム制御した。回転数に代えて、冷却ファン４１の台数をプログラム制御してもよい。この場合、図１４に示すように、冷却指数ΔＴｑが高い程、冷却ファン４１の稼働台数を少なくするようにプログラム制御するとよい。

【0101】

要するところ、実施形態２－４では、汽力発電設備１の蒸気タービン１０から復水器２０に排気される蒸気を冷却する冷却水系統設備３０に関し、制御装置１００Ｂ、１００Ｃの第１制御部１１０にて、循環ポンプ４５及び冷却ファン４１の２つの補機のうち、一方の補機の回転数を、復水器真空値や冷却塔出口冷却水温度など所定の制御目標値に対する偏差を小さくするようにフィードバック制御し、第２制御部１５０にて、他方の補機の回転数を、冷却塔３１の冷却能力を表す冷却指数△Ｔｑに基づいて、プログラム制御する技術を開示する。フィードバック制御は、制御目標値に対する偏差を小さくするように補機を制御するものであれば、カスケードタイプ（実施形態１）でもいいし、シングルタイプ（実施形態６）でもよい。

【0102】

この技術によれば、２つの補機４１、４５のうち一方の補機をフィードバック制御し、他方の補機をプログラム制御するので、２つの制御が干渉することを抑制できる。また、他方の補機は、冷却指数△Ｔｑを用いたプログラム制御を行うことで、冷却塔３１の冷却能力に応じた運転が可能となり、冷却水系統設備３０の動力を削減することが出来る。

【0103】

＜実施形態５＞
実施形態５は、実施形態１に対して、第１制御部１１０の構成が一部相違している。以下、実施形態５の第１制御部を１１０Ａとして、実施形態１との相違点を説明する。

【0104】

図１５は、第１制御部１１０Ａのブロック図である。第１制御部１１０Ａは、第１演算部１２０Ａと、第２演算部１３０を有している。

【0105】

第１演算部１２０Ａは、復水器２０の器内温度Ｔ１の目標器内温度に対する偏差に基づいて、復水器入口冷却水温度Ｔ２の目標温度を演算する。

【0106】

第１演算部１２０Ａは、例えば、調整部１４１と、差分器１２２と、比例積分器１２３と、手動入力器１２４と、メモリ１２５と、切換器１２７とから構成することが出来る。

【0107】

第２演算部１３０は、第１演算部１２０にて演算した目標温度に対する、復水器入口冷却水温度Ｔ２の偏差に基づいて、冷却ファン４１に対するフィードバック制御信号、つまり回転数指令値（制御指令値）を演算する。生成した回転数指令値は、ＶＶＶＦ４３に出力される。

【0108】

第２演算部１３０は、実施形態１と同一の構成であり、例えば、差分器１３１と、比例積分器１３３とから構成することが出来る。

【0109】

第１演算部１２０Ａにて、復水器２０の器内温度Ｔ１が目標器内温度と一致するように、復水器入口冷却水の目標温度を設定し、第２演算部１３０にて、復水器入口冷却水温度Ｔ２が、設定した目標温度と一致するように、冷却ファン４１の回転数（風量）をフィードバック制御することで、復水器２０の器内温度Ｔ１を目標器内温度に制御することが出来る。

【0110】

第１演算部１２０Ａは、実施形態１の第１演算部１２０と対比して、シグナルジェネレータ１２１に代えて、調整部１４１を有している点で、相違がある。

【0111】

調整部１４１は、器内温度Ｔ１の目標値である目標器内温度を調整するために設けられている。具体的には、調整部１４１は、手動入力器１４３と、メモリ１４５と、を備えており、手動入力器１４３を操作することで、運転員が、器内温度Ｔ１の目標値を調整（変更）することが出来る。メモリ１４５は、目標値の記憶用である。

【0112】

器内温度Ｔ１の目標値を固定値とせず、変更できるようにすることで、例えば、以下の運転が可能である。売電電力と燃料使用量の増減に伴う価格を考慮し、全体の経済性が最も良くなるように、復水器２０の器内温度Ｔ１の目標値を設定し、その目標値に従って、冷却水系統設備３０の補機（この例では、冷却ファン４１）を制御することが出来る。

【0113】

器内温度Ｔ１の目標値を固定値（最適値）から変更することで、復水器真空値は悪化し、タービン効率は低下する場合がある。しかし、冷却水系統設備３０の補機（この例では、冷却ファン）の動力は減少する。また、売電単価が安価な場合、器内温度Ｔ１の目標値をタービン効率が最大となる固定値として、燃料使用量を削減することが最も経済性がよい。一方、木質バイオマス発電のように、ＦＩＴ制度（再生可能エネルギーの固定価格買取制度）で売電をする場合、売電単価が高価となるため、器内温度Ｔ１の目標値を固定値から変更して復水器真空値を悪化させる方が全体の経済性が向上する場合がある。

【0114】

また、大気の状態は、季節のみでなく、１日の中でも大きく変化する。冷却水系統設備３０の補機４１、４５の制御範囲（回転数範囲）には上下限があり、夏季や昼間の高気温帯は上限となり、逆に、冬季や夜間の低気温帯では下限となる。

【0115】

昼間に上限となり、夜間に上限から外れて復水器真空値を一定にする制御が可能となる時期は、復水器真空目標値を低く（高真空度）設定すると、昼間と夜間の復水器真空値の変化幅が大きくなる。

【0116】

逆に、夜間に下限となり、昼間に下限から外れて復水器真空値の一定にする制御が可能となる時期は、復水器真空目標値を高く（低真空度）設定すると、昼間と夜間の復水器真空値の変化幅が大きくなる。

【0117】

復水器２０の目標器内温度の調整機能を利用して、高気温時期は復水器真空目標値を高く設定（目標器内温度：高い）し、低気温時期は復水器真空目標値を低く設定（目標器内温度：低い）することで、１日の中の復水器真空変化幅を小さくし、蒸気タービン１０の運転状態が安定することで、タービン効率の向上に繋がる。

【0118】

尚、この実施形態では、第１制御部１１０Ａの制御対象を冷却ファン４１としているが、制御対象は、循環ポンプ４５でもよい。

【0119】

＜実施形態６＞
実施形態１、５では、復水器２０の器内温度Ｔ１が目標器内温度と一致するように、復水器入口冷却水の目標温度を設定し、復水器入口冷却水の温度が、設定した目標温度と一致するように、冷却ファン４１をフィードバック制御するカスケード制御を行った。

【0120】

実施形態６では、復水器２０の器内温度Ｔ１が目標器内温度と一致するように、冷却ファン４１をフィードバック制御する。つまり、温度の偏差に基づいて、冷却ファン４１の回転数を直接制御する。

【0121】

以下、実施形態６の第１制御部を１１０Ｂとして、実施形態１との相違点を説明する。
図１６に示すように、第１制御部１１０Ｂは、例えば、調整部１４１と、差分器１２２と、比例積分器１２３と、から構成することが出来る。

【0122】

調整部１４１は、復水器２０の器内温度Ｔ１の目標値である目標器内温度を調整するために設けられている。具体的には、調整部１４１は、手動入力器１４３と、メモリ１４５と、を備えており、手動入力器１４３を操作することで、器内温度Ｔ１の目標値を調整（変更）することが出来る。メモリ１４５は、目標値の記憶用である。

【0123】

差分器１２２は、調整部１４１より出力される目標器内温度と器内温度計２１により計測された復水器２０の器内温度Ｔ１から、器内温度Ｔ１の目標器内温度に対する偏差を算出する。比例積分器１２３は、差分器１２２の出力する偏差に基づいて、冷却ファン４１に対するフィードバック制御信号、つまり回転数指令値（制御指令値）を演算する。

【0124】

差分器１２２より出力されるフィードバック制御信号に基づいて、冷却ファン４１の回転数（風量）を調整することで、復水器２０の器内温度Ｔ１を目標器内温度に一致させることが出来る。この構成では、実施形態１と比較して、第１制御部１１０Ｂの構成を簡素化することが出来る。

【0125】

尚、この実施形態では、第１制御部１１０Ｂの制御対象を冷却ファン４１としているが、制御対象は、循環ポンプ４５でもよい。また、調整部１４１に代えて、シグナルジェネレータ１２１を設けてもよい。

【0126】

＜実施形態７＞
実施形態７では、循環ポンプ４５をフィードバック制御し、冷却ファン４１をプログラム制御する場合を例にとって、冷却ファン４１の回転数指令値の算出方法を説明する。以下の説明において、冷却ファン４１の回転数を「Frpm」、循環ポンプ４５の回転数を「Prpm」として、２つの回転数を区別するものとする。

【0127】

フィードバック制御により復水器２０の真空が目標値に制御され、冷却水流量が所定値に安定（循環ポンプ４５の回転数Prpmが一定）している場合について、冷却指数△Tqと冷却ファン４１の回転数Frpmの関係をまず求める。

【0128】

図１７は、冷却水流量が所定値に安定している場合において、△Tq×Frpmの運転実績値の変化を示すグラフであり、横軸を△Tq、縦軸を△Tq×Frpmとしている。図１７から明らかな通り、冷却水流量が所定値に安定している場合、△TqとFrpmの積は、△Tqによらず、おおむね一定である。式にすると、以下の通りである。

【0129】

△Tq×Frpm＝一定・・・・（７）

【0130】

（７）式は、冷却指数△Tqが、冷却塔３１の冷却能力を想定する指標として適していることを示している。

【0131】

運転データまたは冷却塔仕様書により、△Tq×Frpmの値（定数）を求め、更に、（７）より、△Tqに対する冷却ファン４１の回転数Frpmを求めることで、図１８の相関曲線Ｌｗが得られる。相関計算値は、実測値とおおむね一致しており、（７）式から冷却ファン４１の回転数指令値を算出する方法の妥当性が理解できる。

【0132】

本実施形態では、第２制御部１５０の第４演算部１７０に、冷却指数△Tqに対応する冷却ファン４１の回転数指令値を、相関曲線Ｌｗに基づいて算出するプログラムＦＸを保持しており、保持するプログラムＦＸに従って、冷却ファン４１の回転数指令値を算出する。

【0133】

尚、この実施形態では、循環ポンプ４５をフィードバック制御し、冷却ファン４１をプログラム制御したが、制御対象を入れ替えた場合でも、△TqとPrpmとの間には、（７）式と同等の関係が成り立つので、冷却ファン４１をフィードバック制御し、循環ポンプ４５をプログラム制御してもよい。

【0134】

＜実施形態８＞
実施形態８では、冷却ファン４１をフィードバック制御し、循環ポンプ４５をプログラム制御する場合を例にとって、２つの補機４１、４５の合計動力を最小とする循環ポンプ４５の回転数指令値の算出方法を説明する。

【0135】

冷却水流量（循環ポンプ４５の回転数）が可変であり、かつ、冷却ファン風量（冷却ファン４１の回転数）が可変の場合について、冷却指数△Tqと、循環ポンプ４５の回転数Prpmおよび冷却ファン４１の回転数Frpmの関係を求める。

【0136】

前述したように、汽力発電設備１が定格出力している状態では、蒸気タービン排気熱量は一定である。蒸気タービン排気熱量が一定の条件で、復水器２０の器内温度（真空）を一定に制御するには、復水器２０の熱交換量Ｑを一定に制御する必要がある。

【0137】

復水器２０の熱交換量Ｑは、復水器出入口冷却水温度差ΔＴ３２（出口冷却水温度Ｔ３と入口冷却水温度Ｔ２の差）と冷却水流量Ｆの積に比例するため、ΔＴ３２×F＝一定である。また、冷却水流量Fと循環ポンプ４５の回転数Prpmは比例するため、下記の（８）式となる。

【0138】

ΔＴ３２×Prpm＝一定・・・（８）

【0139】

図１９は、蒸気タービン排気熱量が一定の条件で、復水器２０の器内温度（真空）を一定に制御している場合において、復水器出入口冷却水温度差ΔＴ３２に対する△Tq×Frpmの運転実績値を示すグラフであり、縦軸をΔＴ３２、横軸を△Tq×Frpmとしている。

【0140】

図１９に示すように、ΔＴ３２と、△Tq×Frpmは、おおむね比例するため、次式となる。

【0141】

k1×（△Tq×Frpm）＝ΔＴ３２・・・・・・（９）
k1は比例定数である。

【0142】

（８）式、（９）式より、（１０）式が得られる。
ΔＴ３２×Prpm＝k1×（△Tq×Frpm）×Prpm＝一定
△Tq×Frpm×Prpm＝一定＝定数A・・・・（１０）

【0143】

運転データまたは冷却塔仕様書から、冷却ファン４１の回転数Frpm＝100%、循環ポンプ４５の回転数Prpm＝100%における冷却塔入口冷却水温度（＝復水器出口冷却水温度）、湿球温度を基準値として、（１０）式に代入して、定数Aを算出する。

【0144】

定数Aは、基準値における冷却指数△Tqとなり、これを△Tq0とする。△Tq0を、（１０）式に代入すると、以下の（１１）式が得られる。なお、（１１）式において、Prpm＝100%とすれば、（７）式となる。

【0145】

△Tq×Frpm×Prpm＝△Tq0・・・・（１１）

【0146】

同一の冷却指数△Tq１において、循環ポンプ４５の回転数Prpmを制御範囲内で変化させ、（１１）式が成立する冷却ファン４１の回転数Frpmをそれぞれ算出する。その際に冷却ファン４１の回転数Frpmを制御範囲内とする。

【0147】

補機４１、４５の動力[Ｗ]は、回転数の3乗に比例するため、各回転数Prpm、Frpmから、循環ポンプ４５と冷却ファン４１の動力をそれぞれ算出することが出来、算出した２つの動力の和により、冷却水系統設備３０の補機（冷却ファン４１と循環ポンプ４５）の合計動力を求めることが出来る。

【0148】

制御範囲内で値を変化させた時の循環ポンプ４５の回転数Prpmごとに合計動力を求め、その値を比較することで、合計動力を最小とする循環ポンプ４５の回転数Prpmを求めることが出来、その値を、冷却指数△Tq１に対する循環ポンプ４５の回転数指令値とする（図２０参照）。

【0149】

各冷却指数△Tqについて、上記の方法により、循環ポンプ４５の回転数指令値を定め、循環ポンプ４５の回転数を制御するプログラムＦＸとして設定する。つまり、第２制御部１５０の第４演算部１７０は、図２１に示すように、各冷却指数△Tqについて、２つの補機４１、４５の合計動力を最小とする循環ポンプ４５の回転数指令値を対応させたデータをプログラムＦＸとして保持している。そのため、図２１に示すデータから、各冷却指数△Tqについて、合計動力を最小とする循環ポンプ４５の回転数指令値を求めることが出来る。本方法は、ある程度の誤差が想定されるが、プログラム制御にずれが発生しても、フィードバック制御側で補正が加わる。

【0150】

また、冷却塔仕様書データから、事前に設定したプログラムＦＸが実運転と異なる場合は、フィードバック制御を実施した状態で、プログラム制御する側の補機の回転数を手動で変化させ、合計動力が最小となる回転数に調整することで、最適なプログラムＦＸを設定することも出来る。

【0151】

図２２は、循環ポンプ４５の回転数Prpmを、上記のプログラムＦＸに従って、運転した場合の合計動力の計算値と実測値を示す。横軸は冷却指数、縦軸は合計動力である。

【0152】

冷却ファン４１はフィードバック制御を行っているため、合計動力にばらつきが発生するが、平均値は一致しており、本方法によるプログラムＦＸの設定は妥当である。

【0153】

尚、この実施形態では、循環ポンプ４５をプログラム制御し、冷却ファン４１をフィードバック制御したが、制御対象を入れ替えた場合でも、（１１）式の関係が成り立つので、循環ポンプ４５をフィードバック制御し、冷却ファン１１をプログラム制御してもよい。

【0154】

冷却ファン４１を台数制御する場合は、△Tqに対して、（１１）式で求めた回転数Frpm（ファン風量）に相当する台数とするように制御させ、循環ポンプ側をフィードバック制御とする。冷却ファン４１を台数制御する場合の動力は、冷却ファン1台あたりの動力と運転台数の積により求めることが出来る。

【0155】

要するところ、この実施形態では、汽力発電設備１の蒸気タービン１０から復水器２０に排気される蒸気を冷却する冷却水系統設備３０に関し、制御装置１００Ｂ、１００Ｃの第１制御部１１０にて、循環ポンプ４５及び冷却ファン４１の２つの補機のうち、一方の補機の回転数を、復水器真空値や冷却塔出口冷却水温度など所定の制御目標値に対する偏差を小さくするようにフィードバック制御し、第２制御部１５０にて、他方の補機の回転数を、冷却塔３１の冷却能力を表す冷却指数△Tqに対応してそれぞれ定められ、２つの補機４１、４５の合計動力を最小とする回転数にプログラム制御する技術を開示する。フィードバック制御は、制御目標値に対する偏差を小さくするように補機を制御するものであれば、カスケードタイプ（実施形態１）でもいいし、シングルタイプ（実施形態６）でもよい。

【0156】

尚、他方の補機の回数数指令値は、以下のシミュレーションを事前に行うことで求めることが出来る。例えば、循環ポンプ４５をプログラム制御する場合、蒸気タービン１０の出力一定の条件において、循環ポンプ４５の回転数Prpmを制御範囲内で変化させる。蒸気タービン１０の出力一定の条件では、（１１）式の関係性があることから、この関係性を利用して、制御範囲内で変化させた循環ポンプ４５の各回転数Prpmについて、それぞれ冷却ファン４１の回転数Frpmを求める。回転数Prpmと回転数Frpmより、循環ポンプ４５と冷却ファン４１の動力をそれぞれ求めることが出来るので、それらの和により、合計動力が得られる。そして、図２０に示すように、制御範囲内で変化させた循環ポンプ４５の各回転数Prpmを変化させた時の合計動力を比較することで、循環ポンプ４５と冷却ファン４１の合計動力を最小とする循環ポンプ４５の回転数が得られる。こうした演算を、冷却指数△Tqについてそれぞれ行うことで、各冷却指数△Tqについて、循環ポンプ４５と冷却ファン４１の合計動力を最小とする循環ポンプ４５の回転数指令値を得ることが出来る。

【0157】

この技術によれば、冷却水系統設備３０において、２つの補機４１、４５の合計動力を最小とする運転が可能となり、使用電力量による省エネルギーの実現と電気料金の削減となる。また、２つの補機４１、４５の合計動力の削減量を事前試算することで、投資判断が可能となると言ったメリットもある。

【0158】

＜実施形態９＞
定格出力７０００[ｋｗ]程度の小型バイオマス発電設備の場合、冷却塔３１からの熱放散量は、燃料の保有するエネルギーの約60%に相当し、本エネルギーの有効活用が求められる。熱源として使用するためには、温度を安定させる必要があるが、従来の復水器冷却水系統の運転方法では、復水器出口冷却水温度Ｔ３は大気状態によって一定とならず、他の設備の熱源として使用し難い、という課題があった。

【0159】

復水器真空値の一定制御を導入することにより、蒸気タービン排気温度が一定となり、それにより、復水器出口冷却水温度Ｔ３は一定温度であることから、他の設備への熱源としての利用が期待できる。

【0160】

図２３は、冷却水系統設備３０Ａのシステム構成図である。冷却水系統設備３０Ａは、復水器２０からの戻り冷却水を低温熱源として活用する。

【0161】

冷却水系統設備３０Ａは、復水器２０と、冷却塔３１と、往路管３２と、復路管３５と、熱交換器６０と、を有している。図中の矢印は冷却水の循環経路を示している。往路管３２は、冷却塔出口と復水器入口とを接続する。往路管３２には、循環ポンプ４５が設けられている。冷却水は、冷却塔３１から往路管３２を通って、復水器２０に供給される。

【0162】

復路管３５は、第１復路管３５Ａと、第２復路管３５Ｂを有する。第１復路管３５Ａは、復水器出口と熱交換器入口を接続する。第２復路管３５Ｂは、熱交換器出口と冷却塔入口を接続する。

【0163】

復水器２０で蒸気と熱交換した戻り冷却水は、復水器２０から第１復路管３５Ａを通って、熱交換器６０に入る。戻り冷却水は、熱交換器６０にて、温水設備６５に供給される循環水と熱交換する。

【0164】

復水器２０からの戻り冷却水の熱量を、熱交換器６０にて熱回収して、循環水を温めることで、温水設備６５に温水を供給することが出来る。

【0165】

そして、熱交換後の戻り冷却水は、熱交換器６０から第２復路管３５Ｂを通って冷却塔３１に戻り、熱交換器６０で熱回収できなかった熱は、冷却塔３１にて、熱放散する。

【0166】

また、冷却水系統設備３０Ａは、バイパス管３７を有している。バイパス管３７は、第２復路管３５Ｂと往路管３２とを接続する。

【0167】

熱交換器６０による熱回収が十分な場合、第２復路管３５Ｂの弁３６を閉じ、バイパス管３７の弁３８を開けることで、熱交換器６０からの戻り冷却水を、冷却塔３１をバイパスして、復水器２０に供給することが出来る。弁３６、弁３８の切り換えは、熱交換器６０からの戻り冷却水の温度を検出して、運転員が手動で行うことも出来るし、温度を閾値と比較して、切り換えを自動制御にすることも出来る。

【0168】

冷却水系統設備３０Ａによれば、復水器２０の戻り冷却水の廃熱を有効利用することが出来る。しかも、復水器２０からの戻り冷却水温度は、30℃後半～40℃の一定温度であることから、陸上養殖、植物工場、温水プールなどの30℃前後の温度が必要となる温水設備６５への熱源としての利用が期待できる。

【0169】

また、熱交換器６０にて熱回収するので、戻り冷却水は、熱放散した状態で、冷却塔３１に戻る。そのため、冷却塔３１の設備容量を小さくしたり、冷却ファン４１の回転数を下げる又は停止することが可能であり、冷却水系統設備３０Ａの動力削減に効果的である。

【0170】

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

【0171】

（１）上記実施形態１では、汽力発電設備１として、バイオマス発電設備を例示した。汽力発電設備１は、蒸気タービンを有し、冷却塔を用いて復水器を冷却する設備であれば、バイオマス発電設備以外の火力発電設備でもよい、また、火力発電設備以外の発電設備でもよい。

【0172】

（２）実施形態１では、復水器２０の真空度を維持するため、冷却ファン４１をフィードバック制御したが、冷却ファン４１に代えて循環ポンプ４５をフィードバック制御し、復水器２０に供給する冷却水流量Ｆを調整してもよい。また、双方をフィードバック制御してもよい。

【0173】

（３）上記実施形態２では、第１制御部１１０にて、復水器２０の器内温度Ｔ１が目標器内温度に一致するように循環ポンプ４５をフィードバック制御し、第２制御部１５０にて、冷却塔３１の冷却指数ΔＴｑに基づいて、冷却ファン４１をプログラム制御した。
第１制御部１１０は、復水器２０の器内圧力を絶対圧真空計で検出し、絶対圧真空計の検出する器内圧力が目標真空値と一致するように、循環ポンプ４５をフィードバック制御してもよい。つまり、絶対圧真空計の検出する器内圧力が目標真空値と一致するように、復水器入口冷却水の目標温度を設定し、復水器入口冷却水の温度が、設定した目標温度と一致するように、循環ポンプ４５をフィードバック制御してもよい。

【0174】

この場合、循環ポンプ４５をフィードバック制御し、冷却ファン４１をプログラム制御するので、２つの制御が干渉することを抑制できる。また、冷却ファン４１は、冷却指数△Ｔｑを用いたプログラム制御を行うことで、冷却塔３１の冷却能力に応じた運転が可能となり、冷却水系統設備３０の補機の動力を削減することが出来る。また、第１制御部１１０と第２制御部１５０の制御対象を入れ替えて、冷却ファン４１をフィードバック制御し、循環ポンプ４５をプログラム制御する場合も同様である。

【符号の説明】

【0175】

１ 汽力発電設備
１０ 蒸気タービン
２０ 復水器
３０ 冷却水系統設備
３１ 冷却塔
３２ 往路管
３３ 復路管
４１ 冷却ファン
４５ 循環ポンプ
１００ 制御装置
１１０ 第１制御部
１５０ 第２制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】