JPH0210325B2 - - 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、即ち、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、ボイラ系の缶水を加熱するための加
熱制御系の断続制御における加熱期間に基づいて
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ーオーバーやスケ
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担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、加熱制御系の断続制御における加熱
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、水管中の蒸
気圧に対応する蒸気圧信号を出力する圧力センサ
と、蒸気圧信号が上下限蒸気圧に対応する上下限
設定値に到達したことを検出する第一第二のコン
パレータとを配設して、蒸気圧検出部を形成し、
第一第二のコンパレータの各々からの出力信号に
応答して水管を加熱するための加熱装置、典型的
には、バーナを始動あるいは停止させる加熱制御
部を設けて、蒸気の消費に伴い水管中の蒸気圧が
低下して下限蒸気圧に到達したときには、第一の
コンパレータがこれを検出して、下限蒸気圧信号
を加熱制御部に送つて加熱装置を始動させ、加熱
の開始に伴い水管中の蒸気圧が上昇して上限蒸気
圧に到達したときには、第二のコンパレータがこ
れを検出して上限蒸気圧信号を加熱制御部に送つ
て、加熱装置を停止させるようにした断続制御の
加熱制御系を備えたボイラ系において、加熱期間
計測部を付設して、加熱装置が始動してから停止
するまでの加熱期間を計測し、更に、蒸発量演算
部を付設して、加熱期間計測部でもつて計測され
た加熱期間に対応する蒸発量を、加熱期間と蒸発
量の関係を表わすテーブルに従つて検索し、その
検索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
１ｃ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が接続される。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１
ｄにて集集、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６
d′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
１ｄ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
電圧の印加を同時的に行つてもよい。

更に、給水系に関しては、連通管１ｌ内の気水
境界面、即ち、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、下限水位信号を、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内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１
ｂ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、上記燃焼の
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
１ｐ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７図に基づいて、この発明
の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
ロツク図であり、図中、第１図における符号と同
一の符号で表わされる構成要素はそれぞれ第１図
のものに対応している。

圧力検出部５は、連通管１ｌを通じて上部管寄
せ１ｄ内の蒸気圧が導かれる圧力センサ５ａと、
圧力センサ５ａの出力端子にそれぞれの第一の入
力端子が接続された第一、第二のコンパレータ５
ｂ，５ｃと、第一、第二のコンパレータ５ｂ，５
ｃの第二の入力端子にそれぞれ接続された基準電
圧源５ｄ，５ｅとから成る。

加熱制御部６は、第一のコンパレータ５ｂの出
力端子がそのセツト端子に接続され、第二のコン
パレータ５ｃの出力端子がインバータ６ａ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６ｂと、フリツプフロツプ６ｂの正相出力端子
がドライバ６ｃを通じてその一端に接続され、そ
の他端が電源６ｄに接続されたリレー６ｅとから
成り、リレー６ｅの接点６e′，６e″，６ｅは、
電動機１ｆ、電極棒１ｊ、燃焼ポンプ６d′を制御
するための制御信号線６a′，６b′，６c′のそれぞ
れと電源の間に挿入される。

加熱期間計測部７は、クロツクパルス発振器７
ａと、一つの入力端子がクロツクパルス発振器７
ａの出力端子に接続され、他の一つの入力端子が
フリツプフロツプ６ｂの正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６ｂの正相
出力端子に接続され、その出力端子がカウンタ７
ｃ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９は、データバス９ａ、アドレス
バス９ｂ、コントロールバス９ｃでもつて相互接
続されたマイクロプロセツサ９ｄと、メモリ９ｅ
と、入力ポート９ｆと、出力ポート９ｇと、割込
制御線９ｈにその補相出力端子が接続された単安
定マルチバイブレータ９ｉとから成り、入力ポー
ト９ｆの入力端子はカウンタ７ｃの出力端子に接
続され、単安定マルチバイブレータ９ｉの入力端
子はフリツプフロツプ６ｂの正相出力端子に接続
される。

１０は出力ポート９ｇに接続された表示部であ
る。

第３図、第５図は、連通管１ｌに抽出された上
部管寄せ１ｄ内の蒸気圧の変化Ａと、第一第二の
コンパレータ５ｂ，５ｃが出力する上下限蒸気圧
信号Ｂ，Ｃと、フリツプフロツプ６ｂの正相出力
信号Ｄ，Ｅとを対比して示す波形図である。

上記構成において、先ず、圧力検出部５、加熱
制御部６の動作を説明すれば以下の通りである。

圧力センサ５ａは連通管１ｌを通じて導かれた
上部管寄せ１ｄ内の蒸気圧に応答して、これに対
応する蒸気圧信号S₁を出力するものであるとこ
ろ、いま、第３図Aaに示すように蒸気圧が下限
蒸気圧Ｌよりも高い場合には、基準電圧源５ｄか
ら供給される下限蒸気圧Ｌに対応する蒸気圧信号
S₁の下限設定値に等しい基準電圧V_Lよりも蒸気
圧信号S₁の方が大きくなるので、これを検出して
第一のコンパレータ５ｂは第３図Cbに示すよう
に「１」を出力する。

そして、蒸気の消費あるいは温度低下に伴つて
蒸気圧が低下し、第３図Acに示すように、下限
蒸気圧Ｌに達すると、蒸気圧信号S₁が基準電圧
V_Lよりも小さくなるので、これを検出して第一
のコンパレータ５ｂは第３図Cdに示すように、
「０」を出力する。

かかる第一のコンパレータ５ｂ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６ｂ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６ｃが導通状態となり、リレー６ｅが励磁され
て、接点６e′，６e″，６ｅが閉成し、電動機１
ｆ、電極棒１ｊ、燃焼ポンプ６d′に電源が供給さ
れるので、缶水の加熱が行われる。

而して、フリツプフロツプ６ｂが「１」になつ
ている期間中、加熱が続行し、第３図Afに示す
ように、蒸気圧が上昇し続ける。

やがて、第３図Agに示すように、蒸気圧が上
限蒸気圧Ｈに達すると、いままで、蒸気圧信号S₁
が、基準電源５ｅから供給される上限蒸気圧に対
応する蒸気圧信号S₁の上限設定値に等しい基準電
圧V_Hよりも小さかつたために、第３図Bhに示す
ように、「０」を出力していた第二コンパレータ
５ｃが第３図Biに示すように、「１」を出力する
ようになる。

かかる第二のコンパレータ５ｃの出力信号の
「０」から「１」への反転はインバータ６ａ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６ｂ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６ｂの正相出力信号が「０」となるので、
リレー６ｅが非励磁状態となり、接点６e′，６
e″，６ｅが開成し、缶水の加熱が停止する。

このようにして、加熱装置が始動してから停止
するまでの期間（以下加熱期間という）はフリツ
プフロツプ６ｂが「１」になつている期間でもつ
て特定され、更に、加熱装置が停止してから始動
するまでの期間（以下加熱停止期間という）は、
フリツプフロツプ６ｂが「０」になつている期間
でもつて特定されるものである。

加熱を停止した後は第３図Akに示すように、
蒸気の消費あるいは温度低下に伴つて蒸気圧が再
び低下し、下限蒸気圧Ｌに達するまでは、フリツ
プフロツプ６ｂが「０」に留まつて、加熱停止期
間T₂が形成され、しかる後、同様の動作が繰返
し行われて、蒸気圧は上限蒸気圧Ｈと下限蒸気圧
Ｌの間に保たれる。

そして、例えば、蒸気圧の上昇工程で蒸発量
（蒸気負荷）が増大した場合には、缶水の加熱、
缶水の供給によつてボイラ系に流入する熱量と、
放熱によつてボイラ系から流出する熱量が定常運
転中の加熱期間について略々一定であるところ、
缶水の蒸発に応じて増大するので、ボイラ系から
流出する熱量が蒸発量に応じて増大するので、ボ
イラ系からより多くの熱量が奪われることとな
り、第３図Af′に示すように、蒸気圧の上昇勾配
が鈍化するものである。

而して、いま仮りに、第３図Acに示す時点で、
同時に、第３図Ee′に示すように、フリツプフロ
ツプ６ｂが「１」に反転して加熱期間に移行した
と仮定すると、蒸発量が増大した場合には、第３
図Ag′に示す時点で、第３図Ej′に示すように、フ
リツプフロツプ６ｂが「０」に反転することとな
るので、蒸発量が増大する以前の加熱期間T₁よ
りも長時間の加熱期間T₁′が形成される。

かかる蒸発量の変化に依存する加熱期間T₁の
変化を定量的に考察すると以下の通りである。

一般に、ボイラ系が保有する内部熱エネルギー
の変化dUは、 dU＝ηB・H_U・dt＋G_W・I_W・dt −G_S・I_S・dt−Q_R・dt …(1) で表わされる。

ただし、 η……ボイラ効率（放熱損失を除く） Ｂ……燃料消費量（流量） H_U……燃料の発熱量 G_W……ボイラへの給水量（流量） I_W……給水エンタルピ G_S……蒸発量（流量） I_S……蒸気のエンタルピ Q_R……ボイラの放熱量（熱流量） である。

そして、(1)式右辺について、第１項は缶水の加
熱によりボイラ系に流入する熱量を、第２項は缶
水の供給によりボイラ系に流入する熱量を、第３
項は缶水の蒸発により、ボイラ系から流出する熱
量を、第４項は放熱によりボイラ系から流出する
熱量を、それぞれ表わしたものである。

ところで、一般に、ボイラ系では、運転中の保
有缶水量に比べて、給水系の断続制御でもつて補
充する変動缶水量は無視できる程度に小量であ
り、小形のボイラ系でも、例えば、運転中の最小
保有缶水量40に対して、変動缶水量は1.5程
度である。

したがつて、運転中の保有缶水量は各ボイラ系
個有の一定値であるとみなすことができるので、
下限蒸気圧Ｌに対応して加熱期間T₁の開始時点
においてボイラ系が保有する内部熱エネルギー
U_Lと、更に、上限蒸気圧Ｈに対応して加熱期間
T₁の終了時点においてボイラ系が保有する内部
熱エネルギーU_Hのそれぞれが各ボイラ系個有の
値に特定されるものである。

そこで、(1)式に基づいて一つの加熱期間T₁の
経過に伴つて、ボイラ系に生ずる内部熱エネルギ
ーの増分（U_H−U_L）は、 U_H−U_L＝（η・Ｂ・H_U）T₁＋I_W∫^T1 ₀G_Wdt −G_S∫^T1 ₀I_Sdt−Q_R・T₁ …(2) で表わされる。

実際上、上下限蒸気圧Ｈ、Ｌにおけるエンタル
ピの差は大きくはないので、簡便のために、上下
限蒸気圧に対応するエンタルピの平均値I_SMを算
出して、 I_S＝I_SMとおくと、(2)式は、 U_H−U_L＝（η・Ｂ・H_U）T₁＋（G_W・I_W）T₁ −（G_S・I_SM）T₁−Q_R・T₁ …(3) となる。

更に、加熱期間T₁について考察してみると、
一つの加熱期間T₁内では、加熱制御とは独立に
行われる給水の断続制御により、蒸発量に応じた
回数の給水が行われるので、給水期間中は蒸発量
（流量）を上回る給水量（流量）がボイラ内に流
入し、一方、給水停止期間中は給水が全く行われ
ず、ボイラ内に流入する給水量（流量）は零とな
る。

しかしながら、多数の加熱期間について長期的
に展望すると、運転中のボイラ系では、給水制御
により供給される平均給水量（流量）は蒸発量
（流量）と平衡しているので、保有缶水量が略一
定値に保たれるものである。

したがつて、 ∫^T1 ₀G_Wdt＝G_ST₁ …(4) が成立する。

そして、(3)式と(4)式から蒸発量G_Sを求めると、 G_S＝C_B−C_R−C_V／T₁ …(5) となる。

ただし、 C_B＝η・Ｂ・H_U／I_SM−I_W …（5a） C_R＝Q_R／I_SM−I_W …（5b） C_V＝U_H−U_L／I_SM−I_W …（5c） であり、給水エンタルピが一定であれば、いずれ
も各ボイラ系個有の定数である。

而して、(5)式において、 Ｃ＝C_B−C_R …(6) とおくと、蒸発量G_Sは、 G_S＝Ｃ−C_V／T₁ …(7) で表わされる。

そして、Ｃは加熱期間T₁が無限大（連続加熱）
の場合の蒸発量、すなわち、各ボイラ系個有の最
大蒸発量を表わす。

また、G_S＝０における加熱期間T₁₀は、 T₁₀＝C_V／Ｃ …(8) となり、かかる加熱期間T₁₀は蒸発量（蒸気負
荷）が零であつても、主にボイラからの放熱によ
り流出する熱エネルギーを補つて、ボイラ系を運
転状態に維持するために必要な最小の加熱期間で
ある。

そして、前記(7)式で表わされる加熱期間T₁と
蒸発量G_Sの関係を例示するグラフが第４図であ
る。

このように、ボイラ系の加熱期間T₁は蒸発量
G_Sに従つて各ボイラ系個有の値に特定されるの
で、加熱期間T₁を計測してこれを特定すれば、
第４図に例示するようなグラフに従つて蒸発量
G_Sを特定することができるものである。

次に、例えば、蒸気圧の下降工程で蒸発量（蒸
気負荷）が増大した場合には、缶水の加熱によつ
てボイラ系に流入する熱量がなく、更に、缶水の
供給によつてボイラ系に流入する熱量と、放熱に
よつてボイラ系から流出する熱量が定常運転中の
加熱停止期間中について略々一定であるところ、
缶水の蒸発によつてボイラ系から流出する熱量が
蒸発量に応じて増大するので、蒸気圧の上昇工程
の場合と同様に、ボイラ系からより多くの熱量が
奪われることとなり、第３図に対応する第５図
Ak′に示すように、蒸気圧の下降勾配が急峻化す
るものである。

而して、いま仮りに、第５図Agに示す時点で、
同時に、第５図Ej′に示すように、フリツプフロ
ツプ６ｂが「０」に反転して加熱停止期間に移行
したと仮定すると、蒸発量が増大した場合には、
第５図Al′に示す時点で、第５図Em′に示すよう
に、フリツプフロツプ６ｂが「１」に反転するこ
ととなるので、蒸発量が増大する以前の加熱停止
期間T₂よりも短時間の加熱停止期間T₂′が形成さ
れる。

かかる蒸発量の変化に依存する加熱停止期間
T₂の変化を定量的に考察すると以下の通りであ
る。

加熱停止期間では、缶水の加熱がなく、(1)式右
辺の第１項は零となり、内部熱エネルギーの変化
dUは、 dU＝G_W・I_Wdt−G_S・I_S・dt−Q_Rdt …(9) で表わされ、而して、一つの加熱停止期間T₂の
経過に伴う内部熱エネルギーの減分（U_L−U_H）
は、 U_L−U_H＝I_W∫^T2 ₀G_Wdt −（G_S・I_SM）T₂−Q_R−T₂ …(10) で表わされる。

(10)式において、 ∫^T2 ₀G_Wdt＝G_ST₂ とおいて、蒸発量G_Sを求めると、 G_S＝C_V′／T₂−C_R …(11) となる。

ただし、 C_V′＝U_H−U_L／I_SM−I_W＝C_V …（11a） C_R＝Q_R／I_SM−I_W …（11b） そして、G_S＝０におこける加熱停止期間T₂₀
は、 T₂₀＝C_V′／C_R となり、かかる加熱停止期間T₂₀は蒸発量（蒸気
負荷）が零であつても、主にボイラからの放熱に
よる熱エネルギーの流出のために、上限蒸気圧か
ら下限蒸気圧に至るまでに要する最大の加熱停止
期間である。

而して、蒸気負荷が無負荷の場合でもボイラ系
の加熱装置は加熱期間T₁₀、加熱停止期間T₂₀で
もつて断続制御されることとなる。

そして、前記(11)式で表わされる加熱停止期間
T₂と蒸発量G_Sの関係を例示するグラフが第６図
である。

このように、ボイラ系の加熱停止期間T₂も蒸
発量G_Sに従つて各ボイラ系個有の値に特定され
るので、加熱停止期間T₂を計測してこれを特定
すれば、第６図に例示するようなグラフに従つて
蒸発量G_Sを特定することができるものである。

続いて、第２図、第３図、第４図及び第７図を
参照しつつ加熱期間計測部７、蒸発量演算部９及
び表示部１０の動作を説明すれば以下の通りであ
る。

第７図は蒸発量演算部９における演算処理のフ
ローチヤートである。

先ず、蒸発量演算部９が動作を開始すると、マ
イクロプロセツサ９ｄは第７図ａの工程に移行
し、加熱期間T₁を読み込むための割込処理を実
行すべく、割込み待ちの状態で待機する。

このような状態下で、加熱装置の断続制御が行
われると、フリツプフロツプ６ｂの正相出力信号
は第３図Ｅに示すように加熱期間T₁′の間「１」
となるので、かかる正相出力信号を受けて、加熱
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Ej′に示すように、フリツプフ
ロツプ６ｂが「１」から「０」に反転すると、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、
加熱期間T₁′を表わすデイジタル符号が生成され、
加熱期間信号S₂として出力される。

このとき同時に、フリツプフロツプ６ｂの正相
出力信号の「１」から「０」への反転により、単
安定マルチバイブレータ９ｉがトリガされて準安
定状態に移行し、割込制御線９ｈを「０」にし
て、マイクロプロセツサ９ｄに割込指令信号を与
える。

割込指令信号を受けたマイクロプロセツサ９ｄ
は、第７図ｂの工程を実行し、アドレスバス９ｂ
に入力ポート９ｆを指定するアドレス信号を送出
するとともに、コントロールバス９ｃに制御信号
を送出して、カウンタ７ｃが出力する加熱期間
T₁′を表わす加熱期間信号S₂を入力ポート９ｆか
ら読み込み、これをデータバス９ａを通じてマイ
クロプロセツサ９ｄ内に転送する。

そして、カウンタ７ｃが出力する加熱期間信号
S₂がマイクロプロセツサ９ｄに読み込まれた後、
フリツプフロツプ６ｂの正相出力信号の「１」か
ら「０」への反転により、トリガされて準安定状
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、カウンタ７ｃをクリアし、
これを次回の加熱期間の計測に備える。

この間に、マイクロプロセツサ９ｄは第７図ｃ
の工程に移行し、転送された加熱期間信号S₂に基
づいて、この加熱期間信号S₂で表わされる加熱期
間T′₁に対応する、蒸発量G_Sを表わす蒸発量信号
S₃が記憶されているアドレスを算出し、更に、第
７図ｄの工程に移行し、算出されたメモリのアド
レスをマイクロプロセツサ９ｄ内のレジスタに一
旦記憶させてから、第７図ｅの工程に移行する。

この工程では、上記レジスタに記憶されている
メモリのアドレスをアドレスバス９ｂを通じてメ
モリ９ｅに転送して、そのアドレスを指定すると
ともにコントロールバス９ｃを通じて制御信号を
メモリ９ｅに送つてこれを読み出しモードで作動
させることにより、指定されたアドレスに記憶さ
れている蒸発量信号S₃を読み出してデータバス９
ａを通じてこれをマイクロプロセツサ９ｄ内に取
り組む。

かかる検索処理に際して、メモリ９ｅ内には、
各アドレスと、そこに記憶されている記憶内容と
の関係に従つてテーブルが形成されるので、ある
加熱期間信号に基づいてメモリ９ｅのアドレスを
指定し、その加熱期間信号が表わす加熱期間に対
応する蒸発量を表わす蒸発量信号をその指定され
たアドレスに予め記憶しておけば、加熱期間信号
に対応する蒸発量信号をテーブルに従つて検索す
ることができるものである。

そして、上記テーブルにおける加熱期間T₁と
蒸発量G_Sとの関係は前述した第４図のグラフに
示すようなものとなり、このような関係は各ボイ
ラ系について実測により容易に決定できるもので
ある。

第４図のグラフを参照しつつ上記検索処理につ
いて、更に、説明すれば、この処理は加熱期間計
測部７にて得られる加熱期間信号S₂に基づいて同
図ａに示すように、グラフの横軸上に表わされた
加熱期間T₁の値を特定し、同図ｂに示すように、
その横軸上の値に対応して縦軸上に表わされた蒸
発量G_Sの特定の値を検索することにより、加熱
期間T₁から蒸発量G_Sを求めるようにしたもので
ある。

上記検索処理の実行が完了すると、マイクロプ
ロセツサ９ｄは第７図ｆの工程に移行し、検索処
理で得られた蒸発量信号S₃を出力ポート９ｇを通
じて表示部１０に転送する。

しかる後、マイクロプロセツサ９ｄは第７図ｇ
の復帰工程にて同図ａの工程にもどつて、割り込
み待ちの状態となり、次回の加熱期間の計測、す
なわち、割込指令信号を受けるべく待機する。

表示部１０は蒸発量信号S₃を受けて、蒸発量
G_Sを目視可能に表示する。

この発明に牽連する第二の発明の構成は、この
発明の構成において、加熱期間計測部に代えて加
熱停止期間計測部を付設して、加熱装置が停止し
てから始動するまでの期間を計測し、蒸発量演算
部は加熱停止期間計測部でもつて計測された加熱
停止期間に対応する蒸発量を加熱停止期間と蒸発
量の関係を表わすテーブルに従つて検索し、その
検索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。

第８図、第９図に基づいて、第５図、第６図を
も参照しつつ上記第二の発明の構成及び動作を説
明すれば以下の通りである。

第８図は上記第二の発明の構成を示すブロツク
図であり、図中、加熱停止期間計測部８は第２図
における加熱期間計測部７と同様に構成され、ア
ンドゲート８ｂの一つの入力端子と、単安定マル
チバイブレータ８ｄの入力端子が共にフリツプフ
ロツプ６ｂの補相出力端子に接続される。

そして、図中、蒸発量演算部９に含まれる単安
定マルチバイブレータ９ｉの入力端子もフリツプ
フロツプ６ｂの補相出力端子に接続される。

他の構成要素は第２図において同一の符号が示
す構成要素とそれぞれ同一である。

第９図は第８図における蒸発量演算部９の演算
処理のフローチヤートである。

上記構成では、マイクロプロセツサ９ｄが第９
図ａの工程にて割り込み待ちの状態で待機してい
るときに、加熱装置の断続制御が行われると、フ
リツプフロツプ６ｂの正相出力信号は第５図Ｅに
示すように、加熱停止期間T₂′の間「０」となる
ので、その補相出力信号は加熱停止期間T₂′の間
「１」となる。かかる補相出力信号を受けて、加
熱停止期間中に限り、アンドゲート８ｂが開い
て、クロツクパルス発振器８ａからのクロツクパ
ルスをカウンタ８ｃに導き、これを計数させる。

そして、第５図Em′に示すように、フリツプフ
ロツプ６ｂ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８ｂが閉じて、カウンタ８ｃへのクロ
ツクパルスの供給が断たれ、カウンタ８ｃには、
加熱停止期間T₂′を表わすデイジタル符号が生成
され、加熱停止期間信号S₂′として出力される。

このとき同時に、フリツプフロツプ６ｂの補相
出力信号の「１」から「０」への反転により、単
安定マルチバイブレータ９ｉがトリガされて準安
定状態に移行し、割込制御線９ｈを「０」にし
て、マイクロプロセツサ９ｄを割込指令信号を与
える。

割込指令信号を受けたマイクロプロセツサ９ｄ
は、第９図b′の工程を移行し、第７図ｂの工程と
同様の処理を実行して、加熱停止期間T₂′を読み
込んでから、第９図ｃ〜ｄの工程を経て第９図
e′の工程に移行する。

この工程では、第７図ｅの工程と同様の検索処
理を実行することにより、第９図b′の工程にて読
み込んだ加熱停止期間信号S₂′が表わす加熱停止
期間T₂′に対応する蒸発量G_Sを、加熱停止期間T₂
と蒸発量G_Sの関係を表わすテーブルに従つて検
索する。

上記検索処理は、加熱停止期間計測部８にて得
られる加熱停止期間信号S₂′に基づいて第６図の
グラフ中、ａに示すように、横軸上に表わされた
加熱停止期間T₂の値を特定し、同図ｂに示すよ
うに、その横軸上の値に対応して縦軸上に表わさ
れた蒸発量G_Sの特定の値を検索することにより、
加熱停止期間T₂から蒸発量G_Sを求めるようにし
たものである。

上記工程e′に後続して、第９図ｆ〜ｇの工程が
実行されて、出力ポート９ｇを通じて蒸発量信号
S₃が出力され、これを受けて表示部１０は蒸発量
G_Sを目視可能に表示する。

なお、上記この発明及びこの発明に牽連する第
二の発明の構成では、加熱期間計測部７、加熱停
止期間計測部８は１回の断続制御に関して加熱期
間T₁、加熱停止期間T₂を計測して、それぞれ一
つの加熱期間信号S₂、一つの加熱停止期間信号
S₂′を出力し、各々に基づいて蒸発量を検索して
いるが、複数回の断続制御に関して加熱期間、加
熱停止期間を計測して、これらの平均値を算出し
て一つの加熱期間信号、一つの加熱停止期間信号
として処理することもできる。

そのようにすれば、ボイラ系の瞬時的変動、特
に、給水の断続制御に起因する加熱期間信号、加
熱停止期間信号のバラツキを回避でき、より安定
で正確な蒸発量が得られるという実益がある。

また、上記加熱期間計測部７、加熱停止期間計
測部８は加熱制御部６のフリツプフロツプ６ｂの
「１」「０」状態に応答して作動するように構成さ
れているが、これに限られるものではなく、要す
れば、加熱装置が始動してから停止するまでの期
間、あるいは、加熱装置が停止してから始動する
までの期間を計測すれば足りぬので、上記のよう
に加熱装置を始動・停止させるための信号、すな
わち、フリツプフロツプ６ｂの「１」「０」状態
に対して直接的に応答するようにしてもよいし、
その信号に基づいて制御された結果としての加熱
装置の動作状態、例えば、燃焼ポンプ６d′の断続
状態、電極棒１ｊへの高電圧の印加状態等に応答
して加熱期間、加熱停止期間を計測する構成とし
てもよい。

更に、付言すれば、この明細書にいう第一、第
二のコンパレータ５ｂ，５ｃは別個独立のハード
ウエアとして実現される構成に限定されるもので
はなく、第一のコンパレータと第二のコンパレー
タを唯一のハードウエアとして一体に実現する構
成としてもよい。

以上のように、この発明及びこれに牽連する第
二の発明は、加熱装置を断続制御するボイラ系に
おいて、加熱期間、加熱停止期間を計測してその
各々に基づいて蒸発量を検索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、この発明及びこれに牽連する第二
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、この発明及びこれに牽連する第二の発
明の構成における蒸気圧検出部と加熱制御部は、
加熱装置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、加熱制
御部から得られる加熱装置の始動・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Ａはこの発明の構成を付設することがで
きる小形ボイラ系の構成を示すブロツク図、第１
図Ｂは第１図Ａにおけるボイラ１のＡ−Ａ断面図
である。第２図〜第７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、第５図は第２図における加熱制御
部６の要部の波形図、第４図は加熱期間T₁と蒸
発量G_Sの関係を示すグラフ、第６図は加熱停止
期間T₂と蒸発量G_Sの関係を示すグラフ、第７図
は第２図中の蒸発量演算部９における演算処理の
手順を示すフローチヤートである。第８図〜第９
図はこの発明に牽連する第二の発明の実施例に関
するものであり、第８図はその構成を示すブロツ
ク図、第９図は第８図中の蒸発量演算部９におけ
る演算処理の手順を示すフローチヤートである。 １……ボイラ、５……圧力検出部、５ａ……圧
力センサ、５ｂ，５ｃ……コンパレータ、６……
加熱制御部、７……加熱期間計測部、８……加熱
停止期間計測部、９……蒸発量演算部、１０……
表示部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ボイラの蒸気圧に対応する蒸気圧信号を出力
   する圧力センサと、蒸気圧信号が下限設定値であ
   ることを検出して下限蒸気圧信号を出力するコン
   パレータと、蒸気圧信号が上限設定値であること
   を検出して上限蒸気圧信号を出力するコンパレー
   タとから成る蒸気圧検出手段と、下限蒸気圧信号
   に応答して、缶水を加熱するための加熱装置を始
   動させ、上限蒸気圧信号に応答して加熱装置を停
   止させる加熱制御手段とを備えたボイラ系におい
   て、加熱装置が始動してから停止するまでの期間
   を計測して、その計測結果を加熱期間信号として
   出力する加熱期間計測手段と、加熱期間信号に基
   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、予め記憶された加熱
   期間とそれに対応する蒸発量の関係を表わすテー
   ブルに従つて、加熱期間に対応する蒸発量を検索
   するようにしたことを特徴とするボイラ系におけ
   る蒸発量計測装置。 ２ ボイラの蒸気圧に対応する蒸気圧信号を出力
   する圧力センサと、蒸気圧信号が下限設定値であ
   ることを検出して下限蒸気圧信号を出力するコン
   パレータと、蒸気圧信号が上限設定値であること
   を検出して上限蒸気圧信号を出力するコンパレー
   タとから成る蒸気圧検出手段と、下限蒸気圧信号
   に応答して、缶水を加熱するための加熱装置を始
   動させ、上限蒸気圧信号に応答して加熱装置を停
   止させる加熱制御手段とを備えたボイラ系におい
   て、加熱装置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加熱停止期間信号とし
   て出力する加熱停止期間計測手段と、加熱停止期
   間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、予め記憶され
   た加熱停止期間とそれに対応する蒸発量の関係を
   表わすテーブルに従つて、加熱停止期間に対応す
   る蒸発量を検索するようにしたことを特徴とする
   ボイラ系における蒸発量計測装置。