JPH0315085B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はボイラにおける水位制御装置に関す
る。

多管式貫流ボイラなどにおいてボイラ缶内の液
面は、蒸気の負荷により変わり、缶水は蒸気の含
有率が高いため水位制御装置はボイラの缶外に置
かれている。このため水位制御装置部分の水位は
変わらなくてもボイラ缶内の液面は蒸気負荷によ
り液中の蒸気含有率が変わるため変動し負荷が高
い場合液面も高くなる。

負荷の高い状態で蒸気の乾き度をよくするた
め、運転水位は水管長の60〜70％位の位置に設定
される。この運転水位で運転すると、負荷が軽い
ような場合ボイラ缶内の液面が高くならず、水
管、上部管寄などが過熱される。

本発明は以上のようなボイラにおける低蒸気負
荷時の缶水水位の低下を蒸気負荷を計測すること
により缶水水位を高水位近傍にあるように制御す
ることにより缶水水位検出計が示す水位に実際の
缶内水位を近ずけて水管、上部管寄等の過熱を防
止することができる装置を提供することを目的と
する。

本発明はボイラの蒸気負荷計測装置を備え、ボ
イラの蒸気負荷が低い場合に運転缶水水位を上昇
させる水位制御装置を備えてなるものである。

以下、本発明の実施例について説明する。

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間の中
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に接続させる。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、その出力端子は加熱制御部６に接続さ
れる。加熱制御部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の中間部に
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、加熱制御に関しては、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、上限蒸気圧信号を加熱制御部６に送る。

加熱制御部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、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１
ｈ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６ｄを始動させ
て、ノズル棒１ｉから噴射されら燃料に点火し燃
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、燃焼ポン
プ６′ｄ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、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、下限水位信号を、同時に、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
断続制御は互いに個別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、加熱制御部も６も加熱装置を
断続するものであればよい。

次に本願発明における蒸気負荷の計測装置の一
例をのべる。本発明では蒸気量を求めることは必
要でなく蒸気負荷を全負荷に対する百分年で表わ
すことができればよい。この蒸気負荷の変動の状
態は既に発明者等が明らかにしているものであつ
て加熱時間と加熱停止時間の計測装置は提案済で
あり、その割合により蒸気負荷を知ることができ
る。第２図は加熱制御部と加熱時間計測部、加熱
停止時間計測部を示す制御ブロツク図である。

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S₀を出力するものであるとこ
ろ、いま、第３図Aa−１に示すように蒸気圧が
下限蒸気圧P_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P_Lに対応する蒸
気圧信号S₀の下限設定値に等しい基準電圧V_Lよ
りも蒸気圧信号S₀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−
１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Bc−１に示すように、
下限蒸気圧P_Lに達すると、蒸気圧信号S₀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−１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−１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１ｆ、電極棒１ｊ、燃料ポンプ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−１に
示すように蒸気圧が上昇し続ける。

やがて、第３図Ag−１に示すように蒸気圧が
上限蒸気圧P_Hに達すると、いままで、蒸気圧信
号S₀が、基準電圧源５ｅから供給される上源蒸気
圧に対応する蒸気圧信号S₀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
−１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−１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−１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′，
６e″，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
するまでの時間Th₁（以下加熱時間という）はフ
リツプフロツプ６ｂが「１」になつている時間で
もつて特定され、更に、加熱装置が停止してから
始動するまでの時間Th₂（以下加熱停止時間とい
う）は、フリツプフロツプ６ｂが「０」になつて
いる時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−１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P_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
停止時間Th₂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P_Hと下
限蒸気圧P_Lの間に保たれる。

そして、例えば、蒸気圧の上昇工程で蒸気量
（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
転中の加熱時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′−
１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−１に示す時
点で、同時に、第３図Ee′−１に示すように、フ
リツプフロツプ６ｂが「１」に反転して加熱時間
Th₁の時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′−１に示す時点で、
第３図Ej′−１に示すようにフリツプフロツプ６
ｂ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時間Th₁よりも長時間の加熱
時間Th₁′が形成される。

かかる蒸発量の変化に依存する加熱時間Th₁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・Hu・dt＋Gw・Iw・dt−Gs・Is・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 Hu……燃料消費量（流量） Gw……ボイラへの給水量（流量） Iw……給水のエンタルピ Gs……蒸発量（流量） Is……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小量である。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P_Lに
対応して加熱時間Th₁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P_Hに対応して加熱時間Th₁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時間Th₁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・Hu）Th₁＋（Gw・Iw）Th₁ −Gs∫^Th1 ₀Isdt−Ｑ・Th₁ ……(2) で近似される。

実際上、上下限蒸気圧P_H，P_L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Is₁nを算出して Is＝Is₁nとおくと、(2)式は U_H−U_L＝（η・Ｂ・Hu）Th₁＋Iw∫^T1 ₀Gwdt −（Gs・Is₁n）Th₁−Q_R・Th₁ ……(3) となる。

更に、加熱時間Th₁について考察してみると、
一つの加熱時間Th₁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、多数の加熱時間について長期的
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、 ∫Gwdt＝GsTh₁ ……(4) が成立する。

そして、(3)式と(4)式から蒸発量Gsを求めると、 Gs＝C_B−C_R−Cv／Th₁ ……(5) となる。

ただし、 C_B＝η・Ｂ・Hu／Is₁n−Iw ……（5a） C_R＝Ｑ／Is₁n−Iw ……（5b） Cv＝U_H−U_L／Is₁n−Iw ……（5c） であり、給水エンタルピーが一定ならいずれも各
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Gsは Gs＝Ｃ−Cv／Th₁ ……(7) で表わされる。

そして、Ｃは加熱時間Th₁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、Gs＝０における加熱時間T₁₀は T₁₀＝Cv／Ｃ ……(8) となり、かかる加熱時間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時間で
ある。

そして、前記(7)式で表わされる加熱時間Th₁と
蒸発量Gsの関係を例示するグラフが第４図であ
る。

このように、ボイラ系の加熱時間Th₁は蒸発量
Gsに従つて各ボイラ系個有の値に特定されるの
で、加熱時間Th₁を計測してこれを特定すれば、
前記(5)〜(7)式に従つて蒸発量Gsを算出すること
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
加熱停止時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′−１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−１に示す時
点で、同時に、第５図Ej′−１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
時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′−１に示す時点で、第５図
Em′−１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時間Th₂よりも短期間の加熱
停止時間Th₂′が形成される。

かかる蒸発量の変化に依存する加熱停止時間
Th₂の変化を定量的に考察すると以下の通りであ
る。

加熱停止時間では、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＝Gw・Iwdt−Gs・Is・dt−Q_Rdt ……(9) で表わされ、而して、一つの加熱停止時間Th₂の
経過に伴う内部熱エネルギーの減分（U_L−U_H）
は Iw∫^Th ₂₀Gwdt U_L−U_H＝（Gs・Is₁n）Th₂−Q_RTh₂ ……(10) で表わされる。

(10)式において ∫^Th2 ₀Gwdt＝GsTh₂ とおいて、蒸発量Gsを求めると Gs＝C′v／Th₂−C_R ……（11） となる。

ただし、 C′v＝U_H−U_L／Is₁n−Iw＝Cv ……（11a） Ｃ＝Q_R／Is₁n−Iw ……（11b） そして、Gs＝０における加熱停止時間T₂₀は T₂₀＝C′v／C_R となり、かかる加熱停止時間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
時間である。

而して、蒸気負荷が無負荷の場合でもボイラ系
の加熱装置は加熱時間T₁₀、加熱停止時間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時
間Th₂と蒸発量Gs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時間Th₂も蒸
発量Gsに従つて各ボイラ系個有の値に特定され
るので、加熱停止時間Th₂を計測して、これを特
定すれば前記（11）式に従つて蒸発量Gsを算出
することができるものである。

続いて、第２図、第３図にもどつて、加熱時間
計測部TH１、加熱期間演算部８−１の動作を説
明すれば以下の通りである。

加熱装置の断続制御に際して、フリツプフロツ
プ６ｂの正相出力信号は、例えば、第３図Ｄに示
すように、加熱時間Th₁の間「１」となる。かか
る正相出力信号を受けて、加熱時間中に限り、ア
ンドゲート７ｂ−１が開いて、クロツクパルス発
振器７ａ−１からのクロツクパルスをカウンター
７ｃ−１に導き、これを計数させる。

そして、第３図Dj−１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、その正相出力信号「１」から「０」に反転
し、アンドゲート７ｂ−１が閉じてカウンター７
ｃ−１へのクロツクパルスの供給が断たれ、カウ
ンタ７ｃ−１には、加熱時間Th₁を表わすデイジ
タル符号が成生され、加熱時間信号S_1-1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」への反転を制御端子
に受けて演算器８ａ−１は後述の演算処理を実行
する。

上記演算器８ａ−１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６ｂの正相出力
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−１が安定状態に復帰して、ク
リアパルスをカウンタ７ｃ−１のクリア端子に送
るので、カウンタ７ｃ−１はクリアされ、次回の
計測に備えられる。

一方加熱時間計測部TH１と同構成の加熱停止
時間計測部TH２はフリツプフロツプ６ｂの補相
出力端子からのリセツト信号を受け加熱停止時間
Th₂を表わす信号S_2-1を出力し記憶装置MTH２
を介して演算器８ａ−１に入力される。

カウンタ７ｃ−１がクリアされる前に演算器８
ａ−１は、信号Ｓ１−１及びＳ１−２から Th₁／Th₁＋Th₂を計算し、 デイジタルスイツチ等より成る百分年負荷設定器
８ｂ−１に予め設定されている蒸気負荷の百分年
を表わす負荷定数信号S₃−１と比較し、負荷常数
信号が例えば20％で演算器８ａ−１が計算した
Th₁／（Th₁＋Th₂）と比較してTh₁／（Th₁＋
Th₂）＜20％のとき信号S₅を発生し、給水制御部
へ送る。

第７図は水位検出部と給水制御部を示すブロツ
ク図である。

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２ａ、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２
ｅは「１」を出力する。

そして、水位が降下して、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「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、「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、水位が上昇し続け
る。

やがて水位が上限水位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「０」を出力していた第二の
電流検出器２ｆが「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、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。

加熱時間演算部８ａ−１から蒸気負荷が Th₁／（Th₁＋Th₂）＜20％になると送られる信号
Ｓ５は増幅器３ｆで増幅されリレーコイルRfを
附勢する。そうすると常閉接点Rf−１は開くの
でフリツプフロツプ３ｂはセツトされ、リレー３
ｅは附勢され接点３e′が閉じポンプ４が運転され
給水が開始される。そして水位プローブ２ｂが水
位の上昇を検知すると電流検出器２ｆは出力しそ
の信号によりフリツプフロツプ３ｂはリセツトさ
れ、リレー３ｅは消勢され給水は停止される。同
時に電流検出器２ｆの信号は単安定マルチバイブ
レータ３Ｇに加えられ、接続している単安定マル
チバイブレータ３Ｈからは一定時間後一定時間信
号が出て閉じている常開接点Rf−２を介してフ
リツプフロツプ３ｂはセツトされるのでリレー３
ｅは附勢され給水が開始される。従つて蒸気負荷
が20％以下になると上限水位プローブ２ｂのみが
動作した後一定時間後に給水が開始されるもので
ある。単安定マルチバイブレータ３Ｈの動作時間
を充分長くして水位が上限水位プローブ２ｂが着
水しても働くようにしておくと、上限水位Ｈより
も上方で単安定マルチバイブレータ３Ｈの信号が
切れると同時にフリツプフロツプ３ｂのセツト入
力はなくなり、直ちにリセツトされるので給水は
停止するから、上限水位Ｈよりも上位を上限水位
にして水位の制御を行うこともできる。

第８図は本発明のタイムチヤートである。切断
線CLの左側は蒸気負荷率が20％を含み20％以上
の場合であり、右側は20％以下の場合である。図
において１１は圧力スイツチのON−OFFを示す
線、１２はそれにより動作する加熱装置のON−
OFFを示す線、１３，１４は演算器８ａ−１中
の加熱時間タイマーと加熱停止時間タイマーの動
作を示す線、１５は缶水水位の上下を示す線、１
６，１７は上下限水位プローブ２ｂ，２ａの動作
を示す線、１８は給水ポンプ４のON−OFFを示
す線、１９は上限水位よりも高水位をタイマーに
より制御するタイムTMQ１を示す線である。

蒸気負荷率が加熱制御より計算される Th₁／（Th₁＋Th₂）≧20％より大なるときは左側
に示されるように缶水水位は上限水位Ｈと下限水
位Ｌの間で水位線１５のように変化する。時間２
１で線１６で示すように上限水位プローブ２ｂの
着水により給水は停止し、蒸気負荷により水位は
下り、時間２２で線１７で示すように下限水位プ
ルーブ２ａの離水により線１８に示すように給水
が開始され、時間２３まで水位は上昇して同様に
給水は停止される。これらは加熱装置のON−
OFFとは切り離して行われている。

圧力スイツチ５ａの蒸気圧上昇による信号は時
間２４において線１２に示すように加熱装置を
OFFし、線１４のように加熱停止時間の計算を
開始する。そして蒸気消費により圧力が下ると、
時間２５において、下限蒸気圧力を圧力スイツチ
５ａは検知し加熱装置はONする。そして線１３
で示すように加熱時間タイマーは動作を始め、同
時に線１４で示す加熱停止時間タイマーはOFF
する。そして時間２６まで加熱が続き、時間２６
では圧力スイツチ５ａは上限蒸気圧力を検出して
動作し、加熱装置はOFFされ、加熱時間タイマ
ーはOFFし、加熱停止時間タイマーはONする。
以下同様にくり返す。このような加熱制御は蒸気
負荷がTh₁／（Th₁＋Th₂）＜20％となつた場合も
同じである。既にのべたようにTh₁／（Th₁＋
Th₂）は計算され、この値はほぼ蒸気負荷を表わ
す。

蒸気負荷が少くなると蒸発量も少くなるので水
位線１５−１に示すように水位低下の勾配が小さ
くなる。蒸気負荷が２０％以下になると一回の加
熱時間Th₁とそれに続く加熱停止時間Th₂により
演算器８ａ−１により計算されていたTh₁／
（Th₁＋Th₂）は20％以下となるので時間３１に
おいて既述のようにポンプ４は駆動される。そし
て単安定マルチバイブレータ３Ｇで定める一定時
間３２まで上限水位Ｈを越えて給水され、時間３
３において給水ポンプ４は停止し、単安定マルチ
バイブレータ３Ｈで定める一定時間３４の間給水
は絶たれ、水位は高水位Ｈをとおり低下し、高水
位近傍の水位Ｈ１にて給水が開始される。この時
間３５もしくはそれよりも前の時間３６において
蒸気負荷率が20％を越えていると信号Ｓ５はない
ので左側のタイムチヤートに戻るが蒸気負荷率が
20％以下の場合は以後同様に続く。蒸気負荷が増
大して20％を越えると信号Ｓ５はなくなるのでリ
レーRfは消勢され、接点Rf−１、Rf−２は不動
作状態となり、下限水位プローブ２ａも動作する
ようになる。この場合同時でも下限水位プローブ
２ａが動作するようになるから今の水位低下もし
くは水位上昇中であれば次の水位低下時第８図の
左側の図に戻る。

上述の説明では蒸気負荷率の計算は加熱時間と
加熱停止時間より計算したが、同様に給水期間と
給水停止期間の給水装置の動作より計算すること
ができる（特開昭57−107930号ほか）ので蒸気負
荷の計算は加熱装置のON−OFFから計算するこ
とに限られるものではなく常時運転中計算できる
ものであればよい。尚水位検出はレベルスイツチ
によつてもよい。

以上のとおり、本発明は缶水水位を給水装置に
よりON−OFFして制御するボイラにおいて、蒸
気負荷により缶水水位の制御基準位置を上下でき
るようにし、蒸気負荷の小さいときに缶水水位を
上限水位を基準に制御できたから、水管、上部管
寄などの過熱がなくなる。

【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図は加熱制御図、第３図、第５図は第２
図における加熱制御部の要部の波形図、第４図は
加熱時間Th₁と蒸発量Gsの関係を示すグラフ、第
６図は加熱停止時間Th₂と蒸発量Gsの関係を示す
グラフ、第７図は水位制御図、第８図は本発明の
タイムチヤートである。 ２ａ……下限水位検出プローブ、２ｂ……上限
水位検出プローブ、Ｓ５……負荷率の信号。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 缶水水位を検出して下限上限水位信号を出力
   する水位検出手段と、下限水位信号に応答してボ
   イラに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を備えたポイラ系において、
   蒸気負荷率を算出する手段と、蒸気負荷率を算出
   する手段の信号を受取り、低負荷時に給水制御手
   段の上限水位信号を出力する水位検出手段近傍に
   て水位を制御する手段とを備えたボイラ系におけ
   る水位制御装置。