JPH0765726B2 - ボイラ系の安全装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は、例えば缶水の加熱制御系の断続制御を行な
うボイラ系の安全装置、特に缶水の蒸気圧が所定値を超
えたときに作動する安全装置の改良に関するものであ
る。

＜従来の技術＞ 従前、この発明の構成の付設可能な典型的ボイラ系とし
ては、例えば特公昭63−37841号公報に記載されるよう
なものが知られている。

第1A図は、かかるボイラ系の構成を示すブロック図であ
り、ボイラ１はその断面が示されている。

第1B図は第1A図におけるＡ−Ａ断面図である。

図において、ボイラ１の内部には、壁1aの内周面に沿っ
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
成される。ボイラ１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が垂設されて、加熱装置Ｆが形成
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´〜6c´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に接続する。そして、下部管寄
せ1cからはブロー管1nが延びて、ブローコック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。

蒸気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で駆動されるブロア1gから成る送風手段を
介して風道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の先端から噴射させる燃料を着火さ
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にて収集、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から下限蒸気信号を受
けたときには、制御信号6a´を通じて電動機1fを始動さ
せて、ブロア1gにより風道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
させて、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
焼ガスの排出を待って、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。

かくして、かかる燃焼の断続制御により、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
に行ってもよい。

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により下部管寄
せ1cを通じて水管1b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。

かくして、かかる給水の断続制御により、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、上記の給水の断続制御と、前記の燃焼の断続制
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、ブローコック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、蒸気管1qには、ボイラ１の蒸気圧が上昇し過ぎて
ボイラ１が危険な状態になる以前に、上部管寄せ1d中の
蒸気を排出して、そこでの圧力上昇を抑制すべく、燃焼
の断続制御に関連する上限圧力よりも相当に高い非常高
圧で開弁するような安全弁1zが設けられている。

しかるところ、安全弁1zは、あくまでも非常事態に備え
て設けられているのであり、それの開弁は、ボイラ系の
運転不能状態につながる虞れがあるばかりか、多量の高
温蒸気がボイラ外に排出されてしまうので、機能停止の
不利益の面からも、排出による熱損失の面からも多大の
経済的負担を伴うものである。

そこで、かかるボイラ系においては、例えば第２図に示
すような安全装置を設けている例もある。即ち、燃焼制
御部６の電源供給端子と電源線BLとの間に電磁切換スイ
ッチ７を設け、該電磁切換スイッチ７の駆動端子に対し
て連通管1lに設けられた異常高圧検出部８を接続した構
成であって、異常高圧検出部８が燃焼制御に係わる既述
の上限蒸気圧以上の、予め設定された異常高圧を超える
ような連通管1l内の蒸気圧を検出すると、電磁切換スイ
ッチ７の可動接点7aが常閉接点7bとの接続状態から常開
接点7cとの接続状態に切換えられて、燃焼制御部６が電
源線BLから切離されることで、そこでの電源供給が断た
れ、これにより、ボイラ１の運転が停止するように作動
するものである。

＜発明が解決しようとする問題点＞ しかしながら、上記従来技術の構成では、特に、使用蒸
気量が少なく熱容量の小さなボイラにおいては、上述の
ような、異常高圧検出部８と電磁切換スイッチ７の協働
による燃焼停止が行なわれても、燃焼室1e内の熱容量が
相対的に大きいことから、ここでの畜熱によってさらに
蒸気圧が、前述の異常高圧以上の非常高圧まで上昇し続
け、その結果、異常高圧検出部８の作動に留まらず、蒸
気管1q中の安全弁1zも開弁してしまう虞れがあり、この
場合、安全弁1zの復帰までの期間、ボイラが運転不能に
陥るばかりか、該安全弁から多量の熱が流失するという
問題点に遭遇する。

かかる問題点を緩和するもとのして、第２図の想像線
（一点鎖線）にて示すように、電磁切換スイッチ７の常
開接点7cを、逃し弁制御線16経由で電磁弁17の制御端子
17aに接続し、該電磁弁17を逃し弁体18に連結させるこ
とで、非常高圧以下の異常高圧で開弁可能な逃し弁を構
成した安全装置が提案されている。かかる提案の安全装
置では、電磁切換スイッチ７の可動接点7aが、常開接点
7cに接続されると、電磁弁17が駆動されて、逃し弁体18
を強制的に開弁させる。これにより、異常高圧時の燃焼
停止と連動して、ボイラ１の蒸気が逃し弁体18経由で排
出されるので、蒸気圧がより急峻に低下し、結果的に、
安全弁1zの開弁が阻止される。

しかしながら、かかる改善された提案の安全装置の場
合、逃し弁体18が強制的に開弁されてしまい、必要以上
の蒸気の排出が行われるばかりか、その際、通常的な逃
し弁では通過蒸気による騒音を伴うので、結局、消音器
が必要なことから設備面で複雑になり、且つボイラ系の
熱効率が低下するという問題点に遭遇する。

＜問題点を解決するための手段＞ 請求項１の発明は、上記従来技術における安全弁の頻繁
な開弁のよる弊害や上記提案技術における逃し弁からの
蒸気排出による多大の熱損失の弊害という問題点に鑑
み、水管からの蒸気が上限蒸気圧よりも高く、かつ、非
常高圧よりも低い異常高圧まで上昇したことを検出する
異常高圧検出手段と、該検出手段により検出される異常
高圧時には、燃焼制御手段による加熱装置の始動停止に
優先させて、送風手段を強制的に駆動する強制送風駆動
手段とを付設することにより、上記問題点を解決し、ボ
イラの蒸気圧の異常な上昇を有効に抑制可能であるにも
拘らず、安全弁や逃し弁の動作頻度を極端に低く押える
ようにした優れたボイラ系の安全装置を提供せんとする
ものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明と同様に、上記安全
弁の開弁頻度や蒸気排出時の消音と熱損失の問題点に鑑
みなされたものであるが、請求項１の発明の強制送風駆
動手段と協働して、送風手段の強制的駆動動作を所定期
間に限定するためのタイマ手段をさらに付設することに
より、上記問題点を解決するばかりでなく、省電力と機
器の損耗防止をも達成する優れたボイラ系の安全装置を
提供せんとするものである。

＜作 用＞ 請求項１の発明の構成は、第３図を参照すれば理解容易
であるが、燃焼制御手段６による加熱装置Ｆの作動停止
を支配する上限蒸気圧とそれよりも相当に高い非常高圧
に設定されている安全弁1Zの動作圧力との間に異常高圧
が設定されていて、異常高圧検出手段８が蒸気圧の異常
高圧までの上昇を検出すると、加熱装置Ｆに含まれてい
て該加熱装置自体はもとより、該加熱装置が臨んでいる
水管に対しても送風可能な送風手段1f、1gを強制送風駆
動手段７が燃焼制御手段６による加熱装置Ｆの始動停止
に優先させて、強制的に駆動することで、加熱装置Ｆ自
体と、水管1bとを空冷するように作用する。

請求項２の発明の構成は、例えば第６図に示されるとこ
ろにより理解容易であるが、請求項１の発明の構成を示
す第３図において、強制送風駆動手段７が異常高圧検出
手段８の作動により駆動されると、その駆動と同時にタ
イマ手段19が作動し、このタイマ手段19の作動時間の間
だけに限って送風手段1f、1gが強制的に駆動される。

＜実施例＞ 第３図はこの発明の第１の実施例の構成を示すブロック
図であり、従来技術の説明に用いられた第1A図、第1B図
及び第２図中の構成要素と同一の構成要素には、同一の
符号が付されている。

強制送風駆動手段としての電磁切換スイッチ７の常開接
点7cは、送風制御線12経由で送風手段としての、ブロア
1gとそれを駆動する電動機1fにも接続される。

上記のように構成された第１の実施例は作動に際して、
上部管寄せ1dひいては連通管1l中の蒸気圧が上昇して、
これが、燃焼制御に係わる上限蒸気圧以上の異常高圧を
越えると、そのことを異常高圧検出部８が検出して電磁
切換スイッチ７を駆動し、その可動接点7aを常開接点7c
側に切換える動作は、第２図の提案構成のものと同じで
あるが、この場合、送風制御線12経由で電源線BLから電
動機1fに給電されるので、該切換スイッチ７が強制送風
駆動手段として機能し、ブロア1gが強制的に駆動され
る。

かくて、電磁切換スイッチ７の常開接点7bの開成によ
り、燃焼制御部６への給電が断たれることで、加熱装置
Ｆでの燃焼が停止されるにも拘らず、ブロア1gが強制的
に駆動されて、加熱装置Ｆ経由で燃焼室1e内に向けての
送風が継続されるので、ボイラ全体ひいては水管1bが空
冷されてその温度が速効的に降下し、その結果、上部管
寄せ1d内の蒸気圧も急速に降下する。

第４図は、この発明の第２の実施例の構成を示すブロッ
ク図であり、第３図に示された第１の実施例の構成と自
動ブロー弁体1p´を自動制御して缶水を排出するように
した構成との結合構成を示し、第３図中の構成要素と同
一の構成要素には、同一の符号が付されている。そし
て、第４図中、電磁切換スイッチ７の常開接点7cが、自
動ブロー弁体1p´駆動用の電磁弁９の制御端子9aに接続
され、該電磁弁９が電磁開閉スイッチ10の常閉接点10a
を介して自動ブロー制御部11に接続され、該開閉スイッ
チ10の駆動端子が常開接点7c経由で電源線BLに対して接
続可能である。

異常高圧検出部８の作動時には、第１の実施例の場合と
同様に、電磁切換スイッチ７が駆動され、順に、ブロア
1gが強制的に駆動され続け、その結果、燃焼室1eへの送
風も続行されるが、この場合、これと同様に、電磁切換
スイッチ７の可動接点7aが常開接点7cに接続されること
で、電磁開閉スイッチ10が駆動されて、その常開接点10
aが開成し、自動ブロー制御部11による自動ブロー弁体1
p´の自動制御が停止されると共に、電磁弁９も駆動さ
れて、自動ブロー弁体1p´を強制的に開弁させるので、
ここ経由で下部缶寄せ1cからの缶水の排出が協働的に行
われて、これにより、蒸気圧の降下傾向がさらに促進強
化される。

第５図は、この発明の第３の実施例の構成を示すブロッ
ク図であり、上部管寄せ1dから延びる蒸気管1qに気水分
離器13が連結され、該気水分離器の底部は降水管15経由
で下部管寄せ1cに連結され、該降水管中には、逆止弁14
が設けられている。さらに、電磁切換弁７の常開接点7c
からは逃し弁制御線16が途中分岐で電磁弁17の制御端子
に延び、該弁電磁弁17は、気水分離器13に設けられた逃
し弁体18に連結されて、これを開閉制御可能である。他
の構成要素は第３図に示す第１の実施例において同一の
符号の付されている構成要素とそれぞれ同一である。

ボイラ動作時に、気水分離器13は、蒸気管1q経由で上部
管寄せ1dから導入される蒸気中の水分を滴下分離してこ
れを降水管15と逆止弁14経由で一方向的に下部管1cに環
流回収することで、蒸気負荷機器（図示せず）の損傷防
止と熱損失の逓減を同時的に達成するものとして公知で
ある。

そして、異常高圧検出部８の動作時には、電磁切換スイ
ッチ７が駆動され、順にブロア1qが強制的に駆動され続
けるのは、第１の実施例の場合と同様であるが、このと
き同時に、電磁切換スイッチ７の開成した常開接点7cと
逃し弁制御線16経由で電磁弁17に給電されるので該電磁
弁17が励磁されて逃し弁体18を駆動し、これを開弁す
る。かくして、安全弁1zの動作圧力である非常圧力より
は低い圧力に選定される異常高圧検出部８での異常高圧
まで蒸気圧が上昇した時点で逃し弁18を開弁すること
で、上部管寄せ1d内の蒸気を一気に放出できるので、蒸
気圧の急激な降下が達成される。

第６図は、この発明の第４の実施例の構成を示すブロッ
ク図であり、第１の実施例を示す第３図の構成要素と同
一の構成要素については、同一の符号が付されている。

強制送風駆動手段としての電磁切換スイッチ７の常開接
点7cには、タイマ手段としての単安定接点保持回路19
（典型的には、単安定マルチバイブレータで駆動される
継電器）の制御端子が接続され、この単安定接点保持回
路19の出力端子はブロア1g駆動用の電動機1fに接続され
ている。

したがって、異常高圧検出部８の動作時に電磁切換スイ
ッチ７が駆動されると、これに協働して単安定接点保持
回路19は、所定期間、典型的には、単安定マルチバイブ
レータの準安定時間として設定される所定期間だけ電動
機1fを強制的に駆動してこの間、ブロア1gによる加熱装
置Ｆ経由の燃焼室1eへの送風が行われ、該所定期間の経
過後にそれが停止される。つまり、燃焼室1eへの送風は
予め好適に設定された所定期間に限られるので、電動機
1fへの無用な電力供給が防止されるばかりか、無用の運
転に伴う機械的損耗が防止され、さらにはボイラ全体の
過冷却も回避される。

付言するならば、各実施例において異常高圧検出部８
は、蒸気圧が上下限圧力間の制御範囲内の圧力にまで降
下した時点で自動的に復帰し、送風手段（ブロア1gと電
動機1f）の制御を燃焼制御部６に委ねるように作動す
る。

＜効 果＞ 以上のように請求項１の発明によれば、水管からの蒸気
が上限蒸気圧よりも高く、かつ、非常高圧よりも低い異
常高圧まで上昇したことを検出する異常高圧検出手段
と、該検出手段により検出される異常高圧時には、燃焼
制御手段による加熱装置の始動停止に優先させて、送風
手段を強制的に駆動する強制送風駆動手段とを付設する
構成としたことにより、蒸気圧が上限蒸気圧以上に上昇
して異常高圧に達したときには、蒸気圧がさらに上昇し
て、非常高圧に達し、安全弁が開弁する以前に、停止中
の加熱装置経由で水管に対して、強制的に空冷が施され
るので、蒸気圧のそれ以上の上昇を抑制し、安全弁の動
作頻度を極端に低く押さえることが可能で、その結果、
安全弁の開弁によるしばしばの運転停止が極限的に減少
するという優れた効果が奏される。

その上、自動ブロー弁体の自動開放動作を異常高圧依存
で行う場合でも、異常高圧時に水管が空冷されて、速効
的な圧力低下が達成されるので、その分だけ、自動ブロ
ー弁体経由の缶水排出量が極小化することで、缶水排出
による熱損失の方も極小化可能であるという利点もあ
る。

そして、上記の利点は、異常高圧依存で開弁する逃し弁
経由で上部管寄せ中の蒸気を排出する場合でも、同様に
確保されるので、その分だけ、逃し弁経由の蒸気排出量
が極小化することで、熱損失の方も極小化可能である。
それに加えて、逃し弁の消音装備を省略できるという利
点もある。

請求項２の発明によれば、請求項１の発明における強制
送風駆動手段と協働して、送風手段の強制的駆動動作の
動作を予め設定された所定期間に限定するためのタイマ
手段を付設する構成としたことにより、請求項１の発明
の効果に加え、必要以上の強制送風動作の継続を防止す
ることができるので、省電力と機械的損耗の防止が同時
的に達成され、その上、ボイラ全体の過冷却防止による
熱効率の大幅向上にも貢献できるという優れた効果が奏
される。

【図面の簡単な説明】

第1A図、第1B図は、本願発明の適用可能な従来のボイラ
に関するものであり、第1A図はその構成を示す断面図、
第1B図は第1A図のＡ−Ａ断面図である。第２図は提案技
術に関するもので、第1A図の構成に加筆されたブロック
図である。 第３図〜第６図はこの発明の実施例に関するものであ
り、第３図は第１の実施例の構成を示すブロック図、第
４図は第２の実施例の構成を示すブロック図、第５図は
第３の実施例の構成を示すブック図、第６図は第４の実
施例の構成を示すブロック図である。 1b……水管、1f……電動機 1g……ブロア、1z……安全弁 Ｆ……加熱装置、５……圧力検出手段 ６……燃焼制御装置 ７……強制送風駆動手段 ８……異常高圧検出手段 19……タイマ手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水管1bを加熱する加熱装置Ｆに含まれ、該
   水管に臨んで送風可能な送風手段1f、1gと、 水管1bからの蒸気圧を検出する圧力検出手段５と、 圧力検出手段５が上限蒸気圧を検出したときに、ボイラ
   の加熱装置Ｆを停止させ、該検出手段５が下限蒸気圧を
   検出したときに、該加熱装置Ｆを始動させる燃焼制御手
   段６と、 水管1bからの蒸気圧が上限蒸気圧よりも相当に高い非常
   高圧まで上昇したことを検出して開弁する安全弁1zと を少なくとも有するボイラ系において、 水管1bからの蒸気圧が上限蒸気圧よりも高く、かつ、非
   常高圧よりも低い異常高圧まで上昇したことを検出する
   異常高圧検出手段８と、 異常高圧検出手段８が異常高圧を検出したときに、燃焼
   制御手段６による加熱装置Ｆの始動停止に優先させて、
   送風手段1f、1gを強制的に駆動する強制送風駆動手段７
   を付設したことを特徴とするボイラ系の安全装置。
2. 【請求項２】前記強制送風駆動手段７と協働して、前記
   送風手段1f、1gを予め設定された所定時間だけ強制的に
   駆動させるタイマ手段19を備えている請求項１記載のボ
   イラ系の安全装置。