JPH0210326B2 - - 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と、加熱停
止期間の双方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、蒸発負荷の流量を
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
期間と加熱停止期間とを計測し、それら双方の計
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
低下して上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
計測部と加熱停止期間計測部とを付設して、加熱
装置が始動してから停止するまでの加熱期間と、
加熱装置が停止してから始動するまでの加熱停止
期間との双方を計測し、更に、蒸発量演算部を付
設して、加熱期間と加熱停止期間の双方に基づい
て蒸発量の演算を実行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６′ａ〜
６′ｃが延びて電動機１ｆ、電極棒１ｊ、燃料ポ
ンプ６′ｄのそれぞれに接続される。燃料ポンプ
６′ｄ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６′ｂ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６′ｃ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６′ｃを通じて燃料ポンプ６′ｄ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６′
ａ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６′ｄの始動・停止制御、及び電極棒１ｇへの
高電圧の印加を同時的に行つてもよい。

更に、給水制御に関しては、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
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９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６′ｅ，６″ｅ，６ｅは
電動機１ｆ、電極棒１ｊ、燃焼ポンプ６′ｄを制
御するための制御信号線６′ａ，６′ｂ，６′ｃ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。

加熱停止期間計測部８は、加熱期間計測部７と
全く同様に接されたアンドゲート８ｂ、カウンタ
８ｃ、単安定マルチバイブレータ８ｄとから成
り、アンドゲート８ｂの一つの入力端子はクロツ
クパルス発振器７ａの出力端子に、そして、他の
一つの入力端子はフリツプフロツプ６ｂの補相出
力端子にそれぞれ接続される。

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、メモリ９ｅ、
第一第二第三の入力ポート９ｆ，９ｇ，９ｈ、出
力ポート９ｉと、第一第二第三の割込制御線９
ｊ，９ｋ，９ｍのうち、第二第三の割込制御線９
ｋ，９ｍ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９ｎ，９ｐとから成り、第二
第三の入力ポート９ｇ，９ｈの入力端子には、カ
ウンタ７ｃ，８ｃの出力端子にそれぞれ接続さ
れ、第一の入力ポート９ｆの入力端子には、キー
ボード１０ａを含む定数設定部１０から延びるデ
ータ線が接続され、更に、単安定マルチバイブレ
ータ９ｎ，９ｐの入力端子は、フリツプフロツプ
６ｂの正相出力端子及び補相出力端子にそれぞれ
接続される。

なお、１１は出力ポート９ｉ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６′ｅ，６″ｅ，６ｅが閉成し、電動機
１ｆ、電極棒１ｊ、燃焼ポンプ６′ｄ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のコンパレー
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６′ｅ，
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、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T′₁が形成される。

かかる蒸発量に依存して変化する加熱期間T₁
の一般的変化傾向を例示するグラフが第４図であ
る。

同図から明らかならうに、加熱期間T₁の小さ
い領域、換言すれば、蒸発量の小さい領域では、
加熱期間T₁の単位量の増減に対応する蒸発量の
増減が極めて大きくなり、曲線の勾配が急峻化す
る傾向があるものである。

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T′₂が形成さ
れる。

かかる蒸発量に依存して変化する加熱停止期間
T₂の一般的変化傾向を例示するグラフが第６図
である。

同図から明らかなように、加熱停止期間T₂の
小さい領域、換言すれば、蒸発量の大きい領域で
は、加熱停止期間T₂の単位量の増減に対応する
蒸発量の増減が極めて大きくなり、曲線の勾配が
急峻化する傾向にあるものである。

この傾向は、蒸発量の小さい領域で急峻化する
第４図の曲線の傾向と対照的である。

そして、以上に定性的に説明した蒸発量、加熱
期間、加熱停止期間の相互関係を定量的に考察す
れば以下の通りである。

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……燃料の発熱量 H_U……燃料消費量（流量） G_W……ボイラへの給水量（流量） I_W……給水のエンタルピ 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図は放熱によりボイラ系から流出する
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＋（G_W・I_W）T₁ −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の差はエンタルピ
が大幅に変化する程に大きくはないので、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_R−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、給水量（流量）G_Wは蒸発量（流
量）G_Sに等しいので、 G_W＝G_S …(4) が成立する。

そして、(4)式を(3)式に代入すると、増分（U_H
−U_L）は、 U_H−U_L＝（η・Ｂ・H_U）T₁＋（G_S・I_W）T₁ −（G_S・I_SM）T₁−Q_R・T₁ …(5) で表わされる。

次に、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 …(6) 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＝（G_W・I_W）T₂−（G_S・I_SM）T₂ −Q_RT₂ …(7) で表わされ、(7)式に(4)式を代入すると、 U_L−U_H＝（G_S・I_W）T₂−（G_S・I_SM）T₂ −Q_RT₂ …(8) となる。

ここで、(5)式に(8)式を加算すると、 ０＝η・Ｂ・H_U・T₁ −｛（I_SM−I_W）G_S＋Q_R｝（T₁＋T₂） …(9) が得られ、(9)式から蒸発量G_Sを求めると、 G_S＝C_B・T₁／T₁＋T₂−C_R …(10) となる。

ただし、 C_B＝η・Ｂ・H_U／I_SM−I_W …（10a） C_R＝Q_R／I_SM−I_W …（10b） であり、いずれも各ボイラ系個有の定数である。

このようにして、ボイラ系の加熱期間T₁と加
熱停止期間T₂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と加熱
停止期間T₂を計測してこれらを特定すれば、上
記(10)式に従つて蒸発量G_Sを算出することができ
るものである。

そして、(10)式に基づいて、加熱期間T₁の、加
熱期間T₁と加熱停止期間T₂の和に対する比
T₁／T₁＋T₂と蒸発量G_Sの関係をグラフに例示する と、第７図のようになり、T₁／T₁＋T₂に対して蒸発 量G_Sが直線的に変化するので、第４図、第６図
に例示したグラフにおけるように、加熱期間T₁、
加熱停止期間T₂が小さい領域にて、急峻な勾配
を伴うことがなく、T₁／T₁＋T₂の全変化範囲、即 ち、蒸発量の全変化範囲にわたつて、蒸発量G_S
の変化率が均等化されるものである。

なお、第７図のグラフについて付言すれば、放
熱潜失の小さい場合（C_Rが小さい場合）の直線
Ａは、放熱損失の大きい場合（C_Rの大きい場合）
の直線Ｂよりも上方に位置する。

続いて、第２図、第３図、第５図及び第８図を
参照しつつ加熱期間計測部７、加熱停止期間計測
部８、蒸発量演算部９、定数設定部１０及び表示
部１１の動作を説明すれば以下の通りである。

第８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８図ａの工程を実行
し、定数C_B、C_Rを手動設定するための割込処理
以外の割込処理を禁止することにより、定数C_B、
C_Rが設定される以前に加熱期間T₁、加熱停止期
間T₂の読み込みを行わないようにしてから、第
８図ｂの工程に移行し、定数C_B、C_Rを設定する
ための割込処理を実行すべく、割り込み待ちの状
態で待機する。

操作者が定数設定部１０のキーボード１０ａを
操作して、定数設定処理を開始するためのキー操
作を行うと、第一の割込制御線９ｊが「０」にな
つて、マイクロプロセツサ９ｄに第一の割込指令
信号が与えられる。すると、マイクロプロセツサ
９ｄは第８図ｃの工程に移行し、第一の割込処理
以外の割込処理を禁止することにより、定数C_B、
C_Rを設定するための処理の実行中に、加熱期間
T₁、加熱停止期間T₂を読み込まないようにして
から、第８図ｄの工程に移行する。

そして、アドレスバス９ｂに第一の入力ポート
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
第一の入力ポート９ｆに定数設定部１０から供給
される定数信号S₃を読み込む。定数信号S₃はキー
ボード１０ａにおける定数設定のためのキー操作
により、生成されるデイジタル符号であつて、定
数C_Bを表わすものである。このとき、第一の入
力ポート９ｆから読み込まれた定数信号S₃は、デ
ータバス９ａを通じてマイクロプロセツサ９ｄに
転送され、マイクロプロセツサ９ｄ内の第一のレ
ジスタに記憶される。続いて、マイクロプロセツ
サ９ｄは第８図ｅの工程に移行し、上記定数C_B
を設定する処理と全く同様にして、定数C_Rをデ
イジタル符号で表わす定数信号S′₃を第一の入力
ポート９ｆを通じてマイクロプロセツサ９ｄの第
二のレジスタに転送記憶する。

しかる後、第８図ｆの工程に移行し、同図ｃの
工程にて実行した割込処理の禁止を解除してか
ら、第８図ｇの復帰工程を通じて第８図ｂの工程
にもどつて、加熱期間T₁、加熱停止期間T₂を読
み込むべく割り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に導びき、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９ｎがトリガされて準
安定状態に移行し、第二の割込制御線９ｋを
「０」にして、マイクロプロセツサ９ｄに第二の
割込指令信号を与える。

第二の割込指令信号を受けたマイクロプロセツ
サ９ｄは、第８図ｈの工程を実行し、アドレスバ
ス９ｂに第二の入力ポート９ｇ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９
ｃ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９ｇから読み込み、第８図ｉの工程にて、こ
れをデータバス９ａを通じてマイクロプロセツサ
９ｄ内に転送して第三のレジスタに記憶する。

しかる後、第８図ｊの復帰工程を通じて第８図
ｂの工程にもどつて、加熱期間T₁に続く、加熱
停止期間T₂を読み込むべく、割り込み待ちの状
態で待機する。

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。

一つの加熱期間が終了すると、第３図、第５図
Ej′に示すように、フリツプフロツプ６ｂの正相
出力信号が「１」から「０」に反転して、加熱停
止期間T′₂が開始し、フリツプフロツプ６ｂの補
相出力信号は「０」から「１」に反転する。

かかるフリツプフロツプ６ｂの補相出力信号を
受けて、加熱停止期間中に限り、今度は、アンド
ゲート８ｂ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８ｃに導く。カウ
ンタ８ｃは前述のカウンタ７ｃと同様に作動し、
第５図Em′に示すように、フリツプフロツプ６ｂ
の正相出力信号が「０」から「１」に反転して加
熱停止期間T′₂が終了した時点で、加熱停止期間
T′₂を表す加熱停止期間信号S₄を出力する。

このとき同時に、単安定マルチバイブレータ９
ｐがトリガされて準安定状態に移行し、第三の割
込制御線９ｍを「０」にして、マイクロプロセツ
サ９ｄに第三の割込指令信号を与える。

第三の割込指令信号を受けたマイクロプロセツ
サ９ｄは、今度は、第８図ｋの工程を実行し、第
三の入力ポート９ｈを通じて加熱停止期間T′₂を
表わす加熱停止期間信号S₄を読み込んで、第８図
ｌの工程にて、これをマイクロプロセツサ９ｄ内
の第四のレジスタに、転送、記憶させてから第８
図ｍの工程に移行する。

第８図ｍの工程では、前記ｄの工程で記憶され
た第一のレジスタの内容に前記ｉの工程で記憶さ
れた第三のレジスタの内容を乗じて積を算出し、
更に、第三のレジスタの内容に前記ｌの工程で記
憶された第四のレジスタの内容を加算して和を算
出し、上記積を上記和で割つて商を算出し、更
に、上記商から前記ｅの工程で記憶された第二の
レジスタの内容を減算することにより、 T₁C_B／T₁＋T₂−C_R の演算を実行し、その演算結果を第五のレジスタ
に記憶する。

かかる演算結果は、(10)式に示したように、蒸発
量G_Sを表わすものである。

続いて、マイクロプロセツサ９ｄは第８図ｎの
工程に移行し、第五のレジスタの記憶内容を蒸発
量信号S₅として出力ポート９ｉを通じて出力し、
第８図ｏの復帰工程にて、同図ｂの工程にもどつ
て、割り込み待ちの状態となり、次回の計測、即
ち、第二の割込指令信号を受けるべく待機する。

表示部１１は、蒸発量信号S₅を受けて、これを
目視可能に表示する。

なお、メモリ９ｅは上記一連の演算処理のプロ
グラムを記憶するためのものであり、プログラム
の各ステツプがメモリ９ｅから遂次に読み出され
て、マイクロプロセツサ９ｄに転送され、解読さ
れて、上記一連の演算処理が実行されるものであ
る。

ところで、上記(10)式に示した蒸発量を表わす理
論式は、現実的な数値の範囲では、 G_S／G_{S nax}＝T₁−KT₂／T₁＋T₂ …(11) なる実測式でもつて近似することができる。

ここに、G_{S nax}、Ｋはそれぞれ各ボイラ系個
有の最大蒸発量と補正係数である。

そして、各ボイラ系について、蒸発量G_Sと加
熱期間T₁、加熱停止期間T₂との関係を実測する
ことにより、補正係数Ｋを特定すれば、(10)式に代
えて(11)式を採用することができるものである。

第９図は、かかる実測式、即ち、(11)式を用いて
蒸発量を算出する場合における演算処理のフロー
チヤートの要部を抽出して示すものであり、第８
図ｍの工程がm′の工程に置き換えられている。

第９図m′の工程では、第８図ｄの工程におい
て、定数C_Bを設定する処理と全く同じ処理でも
つて記憶された第一のレジスタの内容、即ち、補
正係数Ｋに第９図ｌの工程で記憶された第四のレ
ジスタの内容を乗じて積を算出し、この積を第８
図ｉの工程で記憶された第３のレジスタの内容か
ら減算して差を算出し、更に、第三のレジスタの
内容と第四のレジスタの内容を加算して和を算出
し、前記差を上記和で割つて商を算出することに
より、(11)式に従つてG_S／G_{S nax}を演算し、その
演算結果を第五のレジスタに記憶する。

その他の各工程における動作は第８図のフロー
チヤートに示すものと全く同一である。

ただし、(11)式に従う場合には、定数設定処理は
唯一の補正係数Ｋについてのみ実行すれば足りる
ので、第８図ｅの工程は不要となる。

なお、上記この発明の構成では、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S₄を出力し、各々に基づいて蒸発量を算
出しているが、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るので、上記のよう
に加熱装置を始動・停止させるための信号、即
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６′ｄ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
間を計測してその双方に基づいて蒸発量を演算す
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、この発明は、加熱期間と加熱停止期間
の双方を用いて蒸発量の演算処理を実行するよう
に構成されているので、加熱期間、あるいは、加
熱停止期間のいずれか一方に基づく演算処理では
避け難い蒸発量の急峻な変化、即ち、第４図、第
６図のグラフに示すように、加熱期間T₁、加熱
停止期間T₂の小さい領域において、加熱期間T₁、
加熱停止期間T₂の単位量の増減に対する蒸発量
の極めて大きな増減傾向が解消され、第７図のグ
ラフに示すように、加熱期間T₁、加熱停止期間
T₂の全変化範囲、換言すれば、蒸発量の全変化
範囲にわたつて加熱期間T₁、加熱停止期間T₂の
変化に対する蒸発量の変化率を均等化することが
できる。

したがつて、この発明によれば、加熱期間T₁、
加熱停止期間T₂の計測に際しての量子化誤差に
起因する蒸発量の誤差が蒸発量の全変化範囲にわ
たつて均等化するので、蒸発量の全変化範囲につ
いて略々均一の精度でもつて蒸発量の計測がで
き、ひいては、高精度の計測を実現できるという
優れた効果がある。

更に、こ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、第２図〜第８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
加熱期間T₁の、加熱期間T₁と加熱停止期間T₂の
和に対する比と蒸発量G_Sの関係を示すグラフ、
第８図は第２図中の蒸発量演算部９における演算
処理の手順の一例を示すフローチヤート、第９図
はこの発明の他の実施例に関するものであり、第
２図中の蒸発量演算部９における演算処理の手順
の他の一例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、１０……定数設定部、１１……
表示部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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、蒸気圧信号が下限蒸気圧に対
   応する下限設定値であることを検出して下限蒸気
   圧信号を出力する第一のコンパレータと、蒸気圧
   信号が上限蒸気圧に対応する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第二のコ
   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、ボイラ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、加熱期間信号と加
   熱停止期間信号の双方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ることを特徴とする
   ボイラ系における蒸発量計測装置。