JPH0210321B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、ボイラ系の蒸気負荷すなわち蒸発
量を自動的に計測するための蒸発量計測装置に係
わり、特に、ボイラ系に缶水を供給するための給
水制御系の断続制御における給水停止期間に基づ
いて蒸発量を計測するようにした蒸発量計測装置
に関するものである。

一般に、ボイラ系では、長時間の運転に際し
て、缶水の濃縮化に伴うキヤリオーバーやスケー
ルの成長等のように累積蒸発量に応じて増大する
運転阻害要因が知られている。

更には、ボイラ系には、給水量等のように蒸発
量に応じて適正量に制御される制御対象があるの
で、蒸発量に基づいてこれらの制御が適正に行わ
れているか否かを判断し、不適当な場合には後備
保護を図ることも行われており、蒸発量はボイラ
系の運転管理上重要な基礎データであることも知
られている。

而して、かかる運転管理上の基礎データとして
の蒸発量を把握するためには、蒸気負荷の流量を
流量計でもつて計測することがしばしば行われて
はいるものの、小形のボイラ系では、流量計を装
備することの経済的負坦が相対的に大きくなるの
で、その採用が一般的に困難であつた。

したがつて、従前の小形ボイラ系では、蒸発量
を正確に把握することができなかつたので、給水
制御系等の後備保護を十分に図ることができない
ばかりか、キヤリーオーバーに起因する機器の破
損やスケール成長に起因する水管の焼損等を被る
危険性が極めて大であるという欠点があつた。

この発明の目的は、上記従来技術に基づくボイ
ラ系の蒸発量計測の問題点に鑑み、流量計を用い
ることなく、給水制御系の断続制御における給水
停止期間を計測し、その計測結果に基づいて蒸発
量を算出することにより、上記欠点を除去し、蒸
発量を自動的に計測することができる優れたボイ
ラ系における蒸発量計測装置を提供せんとするも
のである。

上記目的に沿うこの発明の構成は、下限水位セ
ンサと上限水位センサとを配設して水位検出部を
形成し、上下限水位センサの各々からの出力信号
に応答してボイラに缶水を供給する給水ポンプを
始動あるいは停止させる給水制御部を設けて、蒸
気の消費に伴い缶水水位が降下して下限水位に到
達したときには、下限水位センサがこれを検出し
て下限水位信号を給水制御部に送つて給水ポンプ
を始動させ、給水の開始に伴い缶水水位が上昇し
て上限水位に到達したときには、上限水位センサ
がこれを検出して上限水位信号を給水制御部に送
つて、給水ポンプを停止させるようにした断続制
御の給水制御系を備えたボイラ系において、給水
停止期間計測部を付設して、給水ポンプが停止し
てから始動するまでの給水停止期間を計測し、更
に、蒸発量演算部を付設して、給水制御系におけ
る１回の断続制御でもつて蓄積される各ボイラ系
固有の水量を、給水停止期間計測部でもつて計測
された給水停止期間で割つて商を算出し、その算
出結果を蒸発量信号として出力するようにしたこ
とを特徴とするものである。

さて、後続するこの発明の実施例の説明に先が
けて、この発明の構成を付設することができる典
型的な小形ボイラ系の構成及び動作を説明すれば
以下の通りである。

第１図Ａは、かかるボイラ系の構成を示すブロ
ツク説明図であり、ボイラ１はその断面が示され
ている。第１図Ｂは第１図ＡにおけるＡ−Ａ断面
図である。

図において、ボイラ１の内部は壁１ａの内周面
に沿つて多数の水管１ｂが立設され、水管１ｂは
中空筒状体から成り、その下端部は環状の下部管
寄せ１ｃ（水室）に、そして、その上端部は同じ
く環状の上部管寄せ１ｄ（蒸気室）にそれぞれ連
通し、下部管寄せ１ｃ及び水管１ｂの下部には、
缶水が収納される。

水管１ｂで囲まれたボイラ１の中心部には、燃
焼室１ｅが形成され、その上部には、電動機１ｆ
で駆動されるブロア１ｇに連通する風道１ｈが設
けられ、風道１ｈ内には、ノズル棒１ｉと電極棒
１ｊが垂設される。

燃焼室１ｅの下端部は多数の水管１ｂの中空部
を経て煙道１ｋに連通する。上部管寄せ１ｄから
は、連通管１ｌが壁１ａ外に延びて下部管寄せ１
ｃに連通する。

連通管１ｌの中間部には、缶水水位を目視可能
に表示する水位ゲージ１ｍと水位検出部２が介装
される。水位検出部２には、給水制御部３が接続
され、その出力端子は給水ポンプ４を駆動する電
動機４ａに接続される。給水ポンプ４の導入管は
図示しない水源に連通し、その吐出管は下部管寄
せ１ｃに連通する。

更に、連通管１ｌの上部には、圧力検出部５が
接続され、その出力端子は燃焼制御部６に接続さ
れる。燃焼制御部６からは、制御信号線６ａ〜６
ｃが延びて電動機１ｆ、電極棒１ｊ、燃料ポンプ
６ｄのそれぞれに接続される。燃料ポンプ６ｄの
導入管は図示しない燃料タンクに連通し、その吐
出管はノズル棒１ｉに連通する。そして、下部管
寄せ１ｃからはブロー管１ｎが延びて、ブローコ
ツク１ｐを介して図示しない排水路に連通し、上
部管寄せ１ｄからは蒸気管１ｑが延びて図示しな
い所望の蒸気負荷に連通する。

上記ボイラ系の構成では、蒸気を発生させるに
際しては、電動機１ｆでもつてブロア１ｇを駆動
して風道１ｈ内に空気を圧送しつつ電極棒１ｊに
高電圧を印加してノズル棒１ｉの先端から噴射さ
れる燃料を着火させ、これを燃焼室１ｅ内で燃焼
させる。かかる燃焼により生じた高温度の燃焼ガ
スは、燃焼室１ｅ下端部から水管１ｂの中空部に
進入し、これを通過して煙道１ｋに至り排気され
る。この間に熱交換が行われて水管１ｂ中の缶水
が加熱されて蒸気となり、これが上部管寄せ１ｄ
にて集収、蓄積され、蒸気管１ｑを通じて蒸気負
荷に供給されるものである。

そして、燃焼制御に関しては、上部管寄せ１ｄ
内の蒸気圧を連通管１ｌを通じて抽出して圧力検
出部５に供給し、圧力検出部５は上部管寄せ１ｄ
内の蒸気圧が予め設定された下限蒸気圧に達した
ことを検出したときには、下限蒸気圧信号を、同
様に、上限蒸気圧に達したことを検出したときに
は、上限蒸気圧信号を燃焼制御部６に送る。

燃焼制御部６は、蒸気の消費が続行して上部管
寄せ１ｄ内の蒸気圧が降下し、圧力検出部５から
下限蒸気圧信号を受けたときには、制御信号線６
ａを通じて電動機１ｆを始動させて、ブロア１ｇ
でもつて風道１ｈを空気パージしてから制御信号
線６ｂを通じて電極棒１ｊに高電圧を印加すると
ともに、制御信号線６ｃを通じて燃料ポンプ６ｄ
を始動させて、ノズル棒１ｉから噴射される燃料
に点火し燃焼を開始させ、更に、蒸気の発生が続
行して蒸気圧が上昇し、圧力検出部５から上限蒸
気圧信号を受けたときには、制御信号線６ｃを通
じて燃料ポンプ６ｄを停止させて、燃料供給を断
つことにより燃焼を停止させるとともに、燃焼ガ
スの排出を待つて制御信号線６ａを通じて電動機
１ｆを停止させてブロア１ｇからの送風を断つ。

而して、燃焼の断続制御でもつて上部管寄せ１
ｄ内の蒸気圧を上下限蒸気圧として予め設定され
た両圧力値の間の圧力値に保つことができるもの
である。

なお、簡便な装置では、電動機１ｆ、燃料ポン
プ６ｄの始動・停止制御、及び電極棒１ｊへの高
電圧の印加を同時に行つてもよい。

更に、給水系に関しては、連通管１ｌ内の気水
境界面、すなわち、水管１ｂ中の缶水水位の変化
を水位検出部２に伝達し、水位検出部２は缶水水
位が予め設定された下限水位に達したことを検出
したときには、下限水位信号と、同様に、上限水
位に達したことを検出したときには、上限水位信
号を給水制御部３に送る。

給水制御部３は、蒸気の消費により水管中の缶
水水位が降下し、水位検出部２から下限水位信号
を受けたときには、電動機４ａを始動させて給水
ポンプ４でもつて下部管寄せ１ｃを通じて水管１
ｂへの給水を開始させ、給水が続行して缶水水位
が上昇し、水位検出部２から上限水位信号を受け
たときには、電動機４ａを停止させて水管１ｂへ
の給水を断つ。

而して、給水の断続制御でもつて、水管１ｂ内
の缶水水位を上下限水位として予め設定された両
水位値の間の水位値に保つことができるものであ
る。

そして、かかる給水の断続制御と、前記燃焼の
断続制御は互いに別個独立に行われるものであ
る。

また、缶水のブローに際してはブローコツク１
ｐを開くことにより、排水管１ｎを通じて下部管
寄せ１ｃ及び水管１ｂ中の缶水の一部あるいは全
部をブローすることができるものである。

なお、ブロア１ｇ、風道１ｈ、ノズル棒１ｉ、
電極棒１ｊから成るバーナは、これに限られるも
のではなく、要すれば、水管１ｂ中の缶水を加熱
して蒸気を発生させ得れば足りるので、一般的に
は、電気ヒータ等をも含む加熱装置であればよ
い。

而して、同様に、燃焼制御部６も加熱装置を断
続する加熱制御部であればよい。

続いて、第２図〜第３図に基づいて、この発明
の一実施例の構成及び動作を説明すれば以下の通
りである。

第２図はこの発明の一実施例の構成を示すブロ
ツク図である。そして、第１図の構成との対比に
おいて、連通管１ｌ中の水位は水管１ｂ中の缶水
水位に等しいので、説明の便宜上、連通管１ｌ
を、給水ポンプ４でもつて直接的に給水される単
純な形状の連通管１l′に置き換えて表わしたもの
である。

水位検出部２は、缶水の下限水位Ｌにその先端
が位置するように配設された下限水位プローブ２
ａと、缶水の上限水位Ｈにその先端が位置するよ
うに配設された上限水位プローブ２ｂと、水中に
埋没した水中電極２ｃと、水中電極２ｃに一端が
接続された交流電源２ｄと、交流電源２ｄの他端
と下限水位プローブ２ａとの間に挿入された第一
の電流検出器２ｅと、交流電源２ｄの他端と上限
水位プローブ２ｂとの間に挿入された第二の電流
検出器２ｆとから成る。

給水制御部３は、第一の電流検出器２ｅの出力
端子がそのセツト端子に接続され、第二の電流検
出器２ｆの出力端子がインバータ３ａを通じてそ
のリセツト端子に接続されたフリツプフロツプ３
ｂと、フリツプフロツプ３ｂの正相出力端子がド
ライバ３ｃを通じてその一端に接続され、その他
端が電源３ｄに接続されたリレー３ｅとから成
り、リレー３ｅの接点３e′は給水ポンプ４を駆動
する電動機４ａの電源供給線４ｂに挿入される。

給水停止期間計測部７は、クロツクパルス発振
器７ａと、一つの入力端子がクロツクパルス発振
器７ａの出力端子に接続され、他の一つの入力端
子が給水制御部３（フリツプフロツプ３ｂの補相
出力端子）に接続されたアンドゲート７ｂと、ア
ンドゲート７ｂの出力端子がその入力端子に接続
されたカウンタ７ｃと、その入力端子がフリツプ
フロツプ３ｂの補相入力端子に接続され、その出
力端子がカウンタ７ｃのクリア端子に接続された
単安定マルチバイブレータ７ｄとから成る。

蒸発量演算部８は、一つの入力端子がカウンタ
７ｃの出力端子に接続され、その制御端子がフリ
ツプフロツプ３ｂの補相出力端子に接続された割
算器８ａと、その出力端子が割算器８ａの他の入
力端子に接続された水量設定器８ｂとから成る。
９は蒸発量演算部８ａに接続された表示部であ
る。

第３図は缶水水位、すなわち、連通管１l′中の
水位の変化Ａと、第一第二の電流検出器２ｅ，２
ｆの出力信号Ｂ，Ｃと、フリツプフロツプ３ｂの
正相出力信号Ｄ，Ｅとを対比して示す波形図であ
る。

上記構成から成る水位検出部２、給水制御部３
に関して、給水制御の動作を説明すれば以下の通
りである。

いま、第３図Aaに示すように水位が下限水位
Ｌよりも高い位置にある場合には、下限水位プロ
ーブ２ａが水中に水没して、水中電極２ｃとの間
が水を通じて導通状態となり、交流電源２ｄに対
して第一の電流検出器２ｅ、下限水位プローブ２
ａ、水中電極２ｃから成る負荷回路が形成される
ので、第一の電流検出器２ｅに電流が流れ、これ
を検出して第一の電流検出器２ｅは第３図Cbに
示すように「１」を出力する。

そして、水位が降下して、第３図Acに示すよ
うに、下限水位Ｌに達すると、下限水位プローブ
２ａの先端が水面から離れ、交流電源２ｄに対す
る負荷回路が遮断されるので、第一の電流検出器
２ｅを通過する電流が零となり、これを検出し
て、第一の電流検出器２ｅは第３図Cdに示すよ
うに「０」を出力する。

かかる第一の電流検出器２ｅの出力信号の
「１」から「０」への反転をセツト端子に受けて
フリツプフロツプ３ｂが「１」にセツトされ、そ
の正相出力信号は、第３図Deに示すように「０」
から「１」に反転する。この信号を受けて、ドラ
イバ３ｃが導通状態となり、リレー３ｅが励磁さ
れて、接点３e′が閉成し、電動機４ａに電源が供
給されるので、ボイラへの缶水の供給が行われ
る。

而して、フリツプフロツプ３ｂが「１」になつ
ている期間中、給水が続行し、第３図Afに示す
ように水位が上昇し続ける。

やがて、第３図Agに示すように、水位が上限
水位Ｈに達すると、上限水位プローブ２ｂが水没
し、いままで、これが水面から離れていたため
に、第３図Bhに示すように、「０」を出力してい
た第二の電流検出器２ｆが第３図Biに示すよう
に、「１」を出力するようになる。

かかる第二の電流検出器２ｆの出力信号の
「０」から「１」への反転はインバータ３ａによ
り、「１」から「０」への反転に変換されて、フ
リツプフロツプ３ｂのリセツト端子に供給され、
これを「０」にリセツトする。

而して、第３図Djに示すように、フリツプフ
ロツプ３ｂの正相出力信号が「０」となるので、
リレー３ｅが非励磁状態になり、接点３e′が開成
し、給水が停止する。

このようにして、給水ポンプが作動してから停
止するまでの期間T₁（以下給水期間という）は、
フリツプフロツプ３ｂが「１」になつている期間
でもつて特定され、更に、給水ポンプが停止して
から始動するまでの期間T₂（以下給水停止期間と
いう）は、フリツプフロツプ３ｂが「０」になつ
ている期間でもつて特定されるものである。

そして、かかる給水ポンプの断続制御における
一つの給水停止期間では、下限水位Ｌと上限水位
Ｈの差Ｇ、及びその間の水管断面積に基づいて各
ボイラ系固有の値に特定される水量Ｖ（Kg）を蒸
発させることとなるので、水量Ｖ（Kg）を蒸発量
（Kg／Ｈ）に従つて消費する期間として給水停止
期間が特定されるものである。

したがつて、蒸発量Ｗは、 Ｗ〔Kg／Ｈ〕＝Ｖ〔Kg〕／T₂〔Ｈ〕 で表わされる。

更に付言すれば、水量Ｖは、ボイラの上限水位
と下限水位との間の容積に蓄積可能な缶水の分量
であつて、両水位間の距離に従つて各ボイラ系に
固有に定まる定数であるので、蒸発量Ｗは給水停
止期間に反比例し、換言すれば、該期間中の水位
の降下率に比例することがわかる。

そこで、給水を停止した後は、第３図Akに示
すように、水位は蒸発量に応じた降下率でもつて
再び降下し、これが第３図Alに示すように、下
限水位Ｌに到達するまでは、フリツプフロツプ３
ｂが「０」に留まつて、しかる後、第３図Dmに
示すように「１」に反転して、給水停止期間T₂
が形成される。

以下同様の動作が繰返し行われて、水位は上限
水位Ｈと下限水位Ｌの間に保たれる。

そして、例えば、蒸発量Ｗが増大した場合に
は、第３図Ak′に示すように水位の降下率が増大
し、いま仮りに、第３図Agに示す時点で、同時
に、第３図Ej′に示すように、給水停止期間に移
行したと仮定すると、第３図Al′に示す時点で第
３図Em′に示すように、フリツプフロツプ３ｂが
「１」に反転することとなるので、給水停止期間
T₂よりは短時間の給水停止期間T₂′が形成され
る。

続いて、給水停止期間計測部７と蒸発量演算部
８の動作を説明すれば以下の通りである。

給水ポンプの断続制御に際して、フリツプフロ
ツプ３ｂの正相出力信号は、例えば、第３図Ｄに
示すように、給水停止期間T₂の間「０」となる
ので、その補相出力信号は給水停止期間T₂の間
「１」となる。かかる補相出力信号を受けて、給
水停止期間中に限り、アンドゲート７ｂが開い
て、クロツクパルス発振器７ａからのクロツクパ
ルスをカウンタ７ｃに導き、これを計数させる。

そして、第３図Dmに示すように、フリツプフ
ロツプ３ｂが「０」から「１」に反転すると、そ
の補相出力信号は「１」から「０」に反転し、ア
ンドゲート７ｂが閉じてカウンタ７ｃへのクロツ
クパルスの供給が断たれ、カウンタ７ｃには、給
水停止期間T₂を表わすデイジタル符号が成生さ
れ、給水停止期間信号S₁として出力される。

このとき同時に、フリツプフロツプ３ｂの補相
出力信号の「１」から「０」への反転（フリツプ
フロツプ３ｂの「０」から「１」への反転）を制
御端子に受けて割算器８ａは後述の演算処理を実
行する。

上記割算器８ａによる演算処理が完了した後
に、前述したフリツプフロツプ３ｂの補相出力信
号の「１」から「０」への反転に際して、トリガ
され、準安定状態に移行していた単安定マルチバ
イブレータ７ｄが安定状態に復帰して、クリアパ
ルスをカウンタ７ｃのクリア端子に送るので、カ
ウンタ７ｃはクリアされ、次回の計測に備えられ
る。

この間、すなわち、カウンタ７ｃがクリアされ
る前に割算器８ａは、デイジタルスイツチ等より
成る水量設定器８ｂに予め設定されている水量Ｖ
を表わす水量信号S₂を、カウンタ７ｃが出力して
いる給水停止期間信号S₁でもつて割つて商を算出
し、その算出結果を蒸発量信号S₃として出力す
る。

このようにして得られた蒸発量信号S₃はＶ／
T₂の算出結果であるので、前述のように、蒸発
量を表わすものである。

表示部９は割算器８ａから蒸発量信号S₃を受け
て、これを蒸発量Ｗとして目視可能に表示する。

なお、上記実施例では、上下限水位プローブ２
ｂ，２ａと水中電極２ｃ間の電導性を利用して、
水位を検出しているが、これに限られるものでは
なく、上下限水位プローブ２ｂ，２ａ等の構成に
代えて、上下限水位に対応する位置に発光素子と
受光素子を対向配置して成る光学的水位センサ、
磁気を帯びた浮子を上下限水位に対応する位置に
配設された磁気センサでもつて検出する磁気的水
位センサ等を含む上下限水位センサを採用するこ
とは随意である。

あるいは、唯一の圧力センサから缶水水位に比
例する水圧信号を得て、この信号が上下限設定値
に達したことをコンパレータでもつて検出する構
成としてもよい。

上記構成のように、唯一のハードウエアでもつ
て、上下限水位センサを一体に実現することもで
きるので、この明細書にいう下限水位センサと上
限水位センサは必ずしも別個独立のハードウエア
として実現される構成に限定されるものではな
い。

更に、上記実施例では、給水停止期間計測部７
は１回の給水に関して、給水停止期間を計測して
一つの給水停止期間信号S₁を出力し、これに基づ
いて蒸発量演算部８は一つの蒸発量信号S₃を出力
しているが、複数回の給水に関して、給水停止期
間を計測し、これらの平均値を算出して、一つの
給水停止期間信号S₁として処理してもよい。

そのようにすれば、ボイラ系の瞬間的変動に起
因する給水停止期間信号のバラツキを回避でき、
より安定で正確な蒸発量を把握できるという実益
がある。

以上のように、この発明は水位検出部と給水制
御部を備えて、缶水水位が下限水位に到達したと
きに、給水ポンプを始動させ、缶水水位が上限水
位に到達したときに、給水ポンプを停止させるよ
うにしたボイラ系において、給水停止期間計測部
と蒸発量演算部とを付設して、給水停止期間を計
測し、１回の断続制御でもつてボイラに蓄積され
る水量を給水停止期間で割つて商を算出し、その
算出結果を蒸発量信号として出力するように構成
されているので、ボイラ系における蒸発量を自動
的に計測し、これを正確に把握することができ
る。

したがつて、この発明によれば、蒸発量に基づ
く制御系、典型的には、給水制御系の後備保護を
図ることにより、空焚きを完全に防止できるとと
もに、蒸発量というボイラ系の運転管理上、重要
な基礎データを確保することにより、キヤリーオ
ーバーやスケール成長に起因する機器等の破損、
焼損を未然に防止できるという優れた効果があ
る。

しかも、この発明の構成における水位検出部と
給水制御部は、給水の断続制御には不可欠の構成
要素であり、これらをそつくりそのまま利用し
て、給水制御部から得られる給水ポンプの始動停
止信号を処理するための構成を付設すれば足りる
ので、構成が簡潔で無駄がなく、低コストで実現
できるという利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図はボイラ系の構成を示すブロツク図、第
２図〜第３図はこの発明の実施例に関するもので
あり、第２図はその構成を示すブロツク図、第３
図は要部の波形図である。 ２……水位検出部、２ａ……下限水位プロー
ブ、２ｂ……上限水位プローブ、３……給水制御
部、４……給水ポンプ、７……給水停止期間計測
部、８……蒸発量演算部、９……表示部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 缶水水位が下限水位であることを検出して、
   下限水位信号を出力する下限水位センサと、缶水
   水位が上限水位であることを検出して、上限水位
   信号を出力する上限水位センサとから成る水位検
   出手段と、下限水位信号に応答してボイラに缶水
   を供給する給水ポンプを始動させ、上限水位信号
   に応答して給水ポンプを停止させる断続制御の給
   水制御手段とを備えたボイラ系において、給水ポ
   ンプが停止してから始動するまでの期間を計測し
   て、その計測結果を給水停止期間信号として出力
   する給水停止期間計測手段と、給水停止期間信号
   に基づいて蒸発量を算出し、その算出結果を蒸発
   量信号として出力する蒸発量演算手段とを付設し
   て成り、上記蒸発量演算手段は、ボイラの上限水
   位と下限水位間に蓄積可能であつて、該水位間の
   距離により特定される水量を給水停止期間で割つ
   て商を算出する演算を実行することを特徴とする
   ボイラ系における蒸発量計測装置。 ２ 給水停止期間計測手段からの給水停止期間信
   号が複数の給水停止期間の平均値を表わすもので
   ある特許請求の範囲第１項記載のボイラ系におけ
   る蒸発量計測装置。