JPS5869302A - ボイラ系における蒸発量計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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４１４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
濃縮化に伴うキャ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って
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
相対的に太き（なるので、その採用が一般的に困難であ
った。

したがって、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ったので、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、キャリーオ
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
があった。

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
限水位センナ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って給水ポ
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って、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、給水期間計測部を付設して、給水
ポンプが始動してから停止するまでの給水期間を計測し
、更に、蒸発量演算部を付設して、給水制御系における
１回の断続制御でもって蓄積される各ボイラ系固有の水
量を、給水期間計測部でもって計測された給水期間で割
って商を算出し、これを給水ポンプの吐出量から減算す
る演算を実看し、その演算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詳細な説明に先がけて、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（５）は、かかるボイラ系の構成を示すブロック
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図囚におけるＡ　−Ａ断面図である〇 図において、ボイラ１の内部は壁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、その下端部は環状の工部、管寄せｌｃ（氷室）１
こ、そして、その上端部は薗じく環状の上部管寄せ１ｄ
（蒸気室）にそれぞれ達通し、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で駆動されるプ
ロア１ｇに連通ずる風道１ｈが設けられ、風道１ｈ内に
は、ノズル棒１１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に連通ずる。上部管寄せ１ｄからは、連通管１
１が壁１ａ外に延びて下部管寄せ１ｃに連通ずる。

連通管ＩＩの中間部には、缶水水位を目視可能に表示す
る水位ゲージ抽と水位検出部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に連通ずる。

更に、連通管１にの上部には、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６８〜６Ｃ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′い燃纂タンクに
連通し、その吐出管はノズル棒１１に連通ずる。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
気負荷に連通ずる。

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でもってプロア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−１８，下端部から水管１
ｂの中空部に進入し、これを通過して煙道１′に′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
て集取、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１Ｎを通じて抽出して圧力検出部Ｓ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−こ達し・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、下限蒸気圧信号を受けたときには
、制御信号°線６ａを通じて電動機１ｆを始動させて、
プロア１ｇでもって風道１ｈを空気パージしてから制御
信号線６ｂを通じて電極棒ＩＪ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１Ｎ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って制御信号線６ａを通じて電動機
１ｆを停止させてプ０ア１／からの送風を断つ。

而して、燃焼の断続制御でもって上部管寄せ１ｄ内の蒸
気圧を上下限蒸気圧として予め設定された両正力値の間
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１３への高電圧の印加を同
時的に′行ってもよい。

更に、給水系に関しては、連通管１１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１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ゼδ缶氷水位が
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でもって下部
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・山部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って、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ック１ｐを開く
ことにより、排水管１ｎを通じて下部管寄せＩＣ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、プロア１ｇ、風道１ｈ、ノズル棒１１１電極棒１
ｊから成るバーナは、これに限られるものではな（、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４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ック図で
ある。そして、第１図の構成との対比において、連通管
１１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１１を、給水ポンプ４でもって直接
的に給水される単純な形状の連通管１１′に置き換えて
表わしたものである。

水位検出部２は、缶水の下限水位り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２ａ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
のセット端子に接続され、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、そのリセット端子に接
続されたフリップフロップ３ｂと、プリップフロップ３
ｂ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ｉンプ４を駆
動する電動機軸の電源供給線４ｂに挿入される。

給水期間計測部Ｔは、クロックパルス発振器７１１１と
、一つの入力端子がクロックパルス発振器７ｍの出力端
子に接続され、他の一つの入力端子が；＆、′：水゛、
制御部３　（フリップフロップ３ｂの正相出力端子）に
接続されたアンドゲート７ｂと、アントゲ−’）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７リツプフロツプ３ｂの正相出力端子に
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ップフロップ３
ｂの正相出力端子に接続された演算器８ａと、その出力
端子が演算器８ａの他の入力端子に接続された水量設定
器８ｂ、吐出量設定器８Ｃとから成る。Ｓ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１１′の水位の変
化（Ａ）と、第一第二の電流検出器２ｅ、２ｆの出力信
号（Ｂ）（Ｃ）と、フリップフロップ３ｂの正相出力信
号ＣＤ）（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（Ａ）　ａに示すように水位が下限水位り
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２ｅは第３図
（ｃ）　ｂ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（３）Ｃに示すように
、下限水位りに達すると、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（Ｃ）　ｄに示すように「Ｏ」を出力する。

かかる第一の電流検出器２ｅの出力信号の「１」からヅ
丁Ｏ」への反転をセット端子に受けてフリッ「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ｓｅ’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、フリップフロップ３ｂが「１」になっている期
間中、給水が続行し、第３図囚ｆに示すように水位が上
昇し続ける。

やがて、第３図（Ａ）　ｇ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（Ｂ）
　ｈ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（Ｂ）１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ｒＯＪ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、７リツプフロツプ３ｂの、リ
セット端子に供給され、これを「Ｏ」にリセットする。

−３６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、給水ポンプが始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、フリップフロ
ップ３ｂが「１」になっている期間でもって特定され、
更に、給水ポンプが停止してから始動するまでの期間Ｔ
２Ｃ以下給水停止期間という）は、７リツプフロツプ３
ｂが「０」になっている期間でもっ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では、一つの給水
期間中にボイラに蓄積される水量Ｖは下限水位りと上限
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ものであり、かかる水量Ｖ
が、ボイラへの流入量、すなわち、給水ポンプ４の吐出
量と、ボイラからの流出量、すなわち、蒸発量との平衡
によって定まることを示す説明図が第４図である。

同図を参照しつつ一つの給水期間Ｔｔについて、ボイラ
に対する流入流出量を考察すると、給水ポンプ固有の吐
出量Ｑ　（Ｋｇ／Ｈ）でもって缶水が流入し、これが蒸
発量Ｗ　［Ｋｇ／Ｈ）でもって蒸気に変換されて流出し
、そして、そのような状態、つまり、流入流出量の差（
Ｑ　−Ｗ　）　［Ｋｇ／Ｈ）でもって缶水を蓄積して行
く状態で、一つの給水期間Ｔｌを経過したときには、ボ
イラーこ水量Ｖ　（Ｋｇ）が蓄積されていることがわか
る。°′ したがって、水量Ｖは Ｖ　＝　Ｔｔ　（Ｑ　　Ｗ）　　　［Ｋｇ］で表わされ
るので、上式より蒸発量Ｗを求めれば、 ′ｌ゛１ となる。

ここに、吐出量Ｑ、給水量Ｖは各ボイラ系固有の定数で
あるので、給水期間Ｔ１を計測してこれを特定すれば、
上式に従って蒸発量Ｗを算出することができるものであ
る。

第３図にもどって、給水を停止した後は同図（Ａ３　ｋ
に示すように、水位は再び降下し、これが゛“第３図（
ＡＩ　１に示すように、下限水位りに到達するまでは、
フリップフロップ３ｂが「０」に留まつて、しかる後、
第３図（Ｄ）　ｍ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
と下限水位りの間に保たれる。

そして、例えば、蒸発量Ｗが増大した場合には、第３図
囚ｆ′に示すように、水位の上昇率が減少し、換言すれ
ば、吐出量Ｑと蒸発量Ｗの差（Ｑ−Ｗ）が減少し、いま
仮りに第３図（Ａ）　Ｃに示す時点で、同時に、第３図
（Ｂｅｅ’に示すように、給水期間に移行したと仮定す
ると、第３図（Ａ）ｇ’に示す時点で第３図（Ｅ）ｊ’
に示すように、フＩＪ　ツされる。

なお、付言するならば、一般的に吐出量Ｑは全負荷状態
に詔ける蒸発量Ｗよりも相当大に設定されるので、全負
荷状態においても、１回の水量Ｖは確保され、給水系の
断続制御に支障をきたすことはない。

続いて、給水期間計測部Ｔ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、７リツプフロツプ３ｂ
の正相出力信号は、例えば、第３図（鞠に示すように、
給水期間Ｔ１の間「１」となる。（かかる正相出力信号
を受けて、給水期間中に限り、アントゲ−）７ｂが開い
て、クロックパルス発振器７　ａからのクロックパルス
をカランｐＴｃに導キ、これを計数させる。

そして、第３図（Ｄ）　ｊに示すように、フリップフロ
ップ３ｂが「１」からｒＪに反転すると、その正相出力
信号は「１」から「０月に反転し、アンドゲート７ｂが
閉じてカウンタ７ｃへのクロックパルスの供給が断たれ
、カウンタ７ｃには、給水期間Ｔｌを表わすディジタル
符号が成虫され、給水期間信号８．として出力される。

このとき同時に、フリップフロップ３ｂの正相出力信号
の「１」からｒＯＪへの反転を制御端子に受けて演算器
８ａは後述の演算処理を実行する。

上記演算器８ａによる演算処理が完了した後に、前述し
たフリップ７０ツブ３ｂの正相出力信号の「１」から「
Ｏ」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のクリナ端子に送
るので、カウンターｃ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
演算器８ａは、ディジタルスイッ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Ｓ
２を、カウンターｃが出力している給水期間信号Ｓ１で
割って商を算出し、更に、同じくディジタルスイッチ等
より成る吐出量設定器８Ｃに予め設定されてい暮、吐出
量Ｑを表わす吐出量信号Ｓ３を読み込んで、これから上
記商を減算して、その演算結果を蒸発量信号Ｓ４として
出力する。

このようにして得られた蒸発量信号Ｓ４は、■ Ｗ　＝　Ｑ−−（Ｋｇ／Ｈ） 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Ｓ４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２ｂ２ａと
水中電極２０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２ｂ２ａ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
センナ、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っ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って検出する構成としてもよい
。

上記構成のように、唯一のハードウェアでもって、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ト上限水位センサは必ずし
も別個独立のハードウェ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、給水期間計測部Ｔは１回の給水
に関して、給水期間を計測して一つの給水期間信号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Ｓ４を出力しているが、複数回の給水に関して、
給水期間を計測し、これらの平均値を算出して、一つの
給水期間信号８．とじて処理してもよい。

そのようにすれば、ボイラ系の瞬時的変動に起因する給
水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。

させるようにしたボイラ系において、給水期間計測部と
蒸発量演算部とを付設して、給水期間を計測し、１回の
断続制御でもってボイラに蓄積される水量を給水期間で
割って商を算出し、更に、その商を給水ポンプの吐出量
から減算してその演算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。

したがって、この発明によれば、蒸発量に基づ（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、キャ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ック図、第２図〜第
４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ック図、第３図は要部の波、形図、
第４図は給水期間中のボイラにおける水の流入と蒸気の
流出との関係を示す説明図である。 ２・・・・・・水位検出部　　２ト・・・・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・・
・・・・給水期間計測部８・・・・・・蒸発量演算部　
　９・・・・・・表示部特許出願人　株式会社　荏原製
作所

Claims (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
   センナ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
   測結果を給水期間信号として出力する給水期間計測手段
   と、給水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、前記給水−御手段
   における１回の断続制御でもってボイラに蓄積される給
   水量を給水期間で割って商を算出し、この商を給水ポン
   プの吐出流量から減算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。