JPS6333605B2 - - 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停止期間と給水
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照があるの
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、給水制御系の断続制御における給水
停止期間と給水期間とを計測し、それらの計測結
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サ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つて給水ポンプ
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
つて、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
停止期間計測部と給水期間計測部とを付設して、
給水ポンプが停止してから始動するまでの給水停
止期間T₂と給水ポンプが始動してから停止する
までの給水期間T₁とを計測し、更に、蒸発量演
算部を付設して、給水停止期間T₁と給水期間T₂
を変数とし、給水ポンプの吐出量Ｑを定数とする
下記演算式、 G_S＝T₁・Ｑ／T₁＋T₂ に基づいて、蒸発量G_S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１
ｃ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′〜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、燃料
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
ツク図である。そして、第１図の構成との対比に
おいて、連通管１ｌ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１ｌ
を、給水ポンプ４でもつて直接的に給水される単
純な形状の連通管１l′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Ｌ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２
ａ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の他端と下限
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
端子がそのセツト端子に接続され、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
のリセツト端子に接続されたフリツプフロツプ３
ｂと、フリツプフロツプ３ｂ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′は給水ポンプ４を駆動
する電動機４ａの電源供給線４ｂに挿入される。

給水停止期間計測部７は、クロツクパルス発振
器７ａと、一つの入力端子がクロツクパルス発振
器７ａの出力端子に接続され、他の一つの入力端
子が給水制御部３（フリツプフロツプ３ｂの補相
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３ｂの補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。

給水期間計測部８は、クロツクパルス発振器８
ａと、一つの入力端子がクロツクパルス発振器８
ａの出力端子に接続され、他の一つの入力端子が
給水制御部３（フリツプフロツプ３ｂの正相出力
端子）に接続されたアンドゲート８ｂと、アンド
ゲート８ｂの出力端子がその入力端子に接続され
たカウンタ８ｃと、その入力端子がフリツプフロ
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８ｃのクリア端子に接続された単安
定マルチバイブレータ８ｄとから成る。

蒸発量演出部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、第一第二第三の入力ポート９ｆ，９ｇ，９ｈ
と、出力ポート９ｉと、第一第二第三の割込制御
線９ｊ，９ｋ，９ｍのうち、第二第三割込制御線
９ｋ，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図は缶水水位、すなわち、連通管１l′中の
水位の変化Ａと、第一第二の電流検出器２ｅ，２
ｆの出力信号Ｂ，Ｃと、フリツプフロツプ３ｂ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Ａ，ｃに示す
ように、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は第３図Ｃ，ｄに示す
ように「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」への反転波形を下限水位信号S_L
として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、第
３図Ｄ，ｅ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、第３図Ａ，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，ｉ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
「０」から「１」への反転波形はインバータ３ａ
により、「１」から「０」への反転波形に変換さ
れて、上限水位信号S_Hとしてフリツプフロツプ３
ｂ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Ｄ，ｊに示すように、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。

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、フリツプフロツプ３ｂが「１」になつている
期間でもつて特定され、更に、給水ポンプが停止
してから始動するまでの期間T₂（以下給水停止期
間という）は、フリツプフロツプ３ｂが「０」に
なつている期間でもつ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における
一つの給水停止期間では、下限水位Ｌ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水量Ｖ（Kg）を蒸
発させることとなるので、水量Ｖ（Kg）を蒸発量
（Kg／Ｈ）に従つて消費する期間として給水停止
期間が特定されるものである。

したがつて、蒸発量G_Sは、 G_S＝Ｖ／T₂ ……(1) で表わされる。

更に付言すれば、水量Ｖは上下限水位の差Ｇに
基づいて特定される各ボイラ系固有の定数である
ので、蒸発量G_Sは給水停止期間に反比例し、換
言すれば、該期間中の水位の降下率に比例するこ
とがわかる。

そこで、給水を停止した後は、第３図Ａ，ｋに
示すように、水位は蒸発量に応じた降下率でもつ
て再び降下し、これが第３図Ａ，ｌに示すよう
に、下限水位Ｌに到達するまでは、フリツプフロ
ツプ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、缶水水位は
上限水位Ｈと下限水位Ｌの間に保たれる。

そして、例えば、蒸発量G_Sの増大に対応する
給水停止期間T₂の変化傾向を定性的に考慮すれ
ば以下の通りである。

第３図Ａ，k′に示すように水位の降下率が増大
し、いま仮りに、第３図Ａ，ｇに示す時点で、同
時に、第３図Ｅ，j′に示すように、給水停止期間
に移行したと仮定すると、第３図Ａ，l′に示す時
点で第３図Ｅ，m′に示すように、フリツプフロ
ツプ３ｂが「１」に反転することとなるので、給
水停止期間T₂よりは短時間の給水停止期間T₂′が
形成される。

かかる蒸発量に依存して変化する給水停止期間
T₂の一般的変化傾向、即ち、前記(1)式の関数関
係を例示するグラフが第４図である。

同図から明らかなように、給水停止期間T₂の
小さい領域、換言すれば、蒸発量の大きい領域で
は、給水停止期間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。

続いて、給水停止期間計測部７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、フリツプフロ
ツプ３ｂの正相出力信号は、例えば、第３図Ｄに
示すように、給水停止期間T₂の間「０」となる
ので、その補相出力信号は給水停止期間T₂の間
「１」となる。かかる補相出力信号を受けて、給
水停止期間中に限り、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Ｄ，ｍに示すように、フリツプ
フロツプ３ｂ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、
給水停止期間T₂を表わすデイジタル符号が生成
され、給水停止期間信号S₁として出力される。

しかる後、フリツプフロツプ３ｂの補相出力信
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のクリア端子に送るので、カ
ウンタ７ｃはクリアされ、次回の計測に備えられ
る。

次に、給水ポンプの断続制御における給水期間
に関しては、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Ｌ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
の平衡によつて定まることを示す説明図が第５図
である。

同図を参照しつつ一つの給水期間T₁について、
ボイラに対する流入流出量を考祭すると、給水ポ
ンプ固有の吐出量Ｑ〔Kg／Ｈ〕でもつて缶水が流
入し、これが蒸発量G_S〔Kg／Ｈ〕でもつて蒸気に
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−G_S）〔Kg／Ｈ〕でも
つて缶水を蓄積して行く状態で、一つの給水期間
T₁を経過したときには、ボイラに水量Ｖ〔Kg〕が
蓄積されていることがわかる。

したがつて、水量Ｖは、 Ｖ＝T₁（Ｑ−G_S） で表わされるので、上式より蒸発量G_Sを求めれ
ば、 G_S＝Ｑ−Ｖ／T₁ ……(2) 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、第３図に対応する第６図を参照しつ
つ、例えば、蒸発量G_Sの増大に対応する給水期
間T₁の変化傾向を定性的に考察すれば、以下の
通りである。

第６図Ａ，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G_Sの差
（Ｑ−G_S）が減少し、いま仮りに第６図Ａ，ｃに
示す時点で、同時に、第６図Ｅ，e′に示すよう
に、給水期間に移行したと仮定すると、第６図
Ａ，g′に示す時点で第６図Ｅ，j′に示すように、
フリツプフロツプ３ｂが「０」に反転することと
なるので、給水期間T₁よりは長期間の給水期間
T₁′が形成される。

かかる蒸発量に依存して変化する給水期間T₁
の一般的変化傾向、即ち、前記(2)式の関数関係を
例示するグラフが第７図である。

同図から明らかなように、給水期間T₁の小さ
い領域、換言すれば、蒸発量の小さい領域では、
給水期間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
る傾向にあるものである。

なお、付言するならば、一般的に吐出量Ｑは全
負荷状態における蒸発量G_S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、フリツプフロ
ツプ３ｂの正相出力信号は、例えば、第６図Ｄ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
き、これを計数させる。

そして、第６図Ｄ，ｊに示すように、フリツプ
フロツプ３ｂが「１」から「０」に反転すると、
その正相出力信号は「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、
給水期間T₁を表わすデイジタル符号が生成され、
給水期間信号S₂として出力される。

しかる後、フリツプフロツプ３ｂの正相出信号
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８ｄが安定状態に復帰して、クリアパル
スをカウンタ８ｃのクリア端子に送るので、カウ
ンタ７ｃはクリアされ、次回の計測に備えられ
る。

ところで、前述の蒸発量G_S、給水停止期間T₂、
給水期間T₁の相互関係に関しては、(1)式から水
量Ｖを求めてこれを(2)式に代入して水量Ｖを消去
すれば、 G_S＝T₁・Ｑ／T₁＋T₂ ……(3) なる関係式が得られる。

かくして、給水停止期間T₂と給水期間T₁を計
測してこれらを特定すれば、上記(3)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、(3)式に基づいて給水期間T₁の、給水
期間T₁と給水停止期間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８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７図
に例示したグラフにおけるように、給水期間T₁、
給水停止期間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８図のグラフについて付言すれば、ポ
ンプの吐出量の大きい場合（Ｑが大きい場合）の
直線Ａは、ポンプの吐出量の小さい場合（Ｑの小
さい場合）の直線Ｂよりも上方に位置する。

続いて、第２図、第３図、第６図及び第９図を
参照しつつ蒸発量演算部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９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９図ａの工程を実行
し、定数Ｑ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Ｑが設定さ
れる以前に給水期間T₁、給水停止期間T₂の読み
込みを行わないようにしてから、第９図ｂの工程
に移行し、定数Ｑ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９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Ｑを
設定するための処理の実行中に、給水期間T₁、
給水停止期間T₂を読み込まないようにしてから、
第９図ｄの工程に移行する。

そして、アドレスバス９ｄ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Ｑを表わすものである。このとき、第一の入力
ボード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。

しかる後、第９図ｅ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９図ｆの復帰工程を通じて第９図ｂの工程
にもどつて、給水期間T₁、給水停止期間T₂の読
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給水装置の断続制御が行わ
れると、既に説明したように、カウンタ８ｃから
給水期間T₁を表わすデイジタル符号S₂が出力さ
れ、同時にフリツプフロツプ３ｂ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９図ｇ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８ｃが出力す
る給水期間T₁を表わす給水期間信号S₂を入力ポ
ート９ｇから読み込み、第９図ｈ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内に転送して第二のレジスタに記憶する。

しかる後、第９図ｉの復帰工程を通じて第９図
ｂの工程にもどつて、給水期間T₁に続く、給水
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。

一つの給水期間T₁が終了すると、今度は、カ
ウンタ７ｃが給水停止期間T₂を表わす給水停止
期間信号S₁を出力すると同時に、単安定マルチバ
イブレータ９ｐ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９図ｊの工程を実行し、第
三の入力ポート９ｈを通じて給水停止期間T₂を
表わす給水停止期間信号S₁を読み込んで、第９図
ｋの工程にて、これをマイクロプロセツサ９ｄ内
の第三のレジスタに、転送、記憶させてから第９
図ｌの工程に移行する。

第９図ｌ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ｈの工程で記憶さ
れた第二のレジスタの内容を乗じて積を算出し、
更に、第二のレジスタの内容に前記ｋの工程で記
憶された第三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すること
により、 T₁・Ｑ／T₁＋T₂ の演算を実行し、その演算結果を第四のレジスタ
に記憶する。

かかる演算結果は、(3)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９図ｍの
工程に移行し、第四のレジスタの記憶内容を蒸発
量信号S₄として出力ポート９ｉを通じて出力し、
第９図ｎ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S₄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から逐次に読み出され
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。

なお、上記この発明の構成では、給水期間計測
部８、給水停止期間計測部７は１回の断続制御に
関して給水期間T₁、給水停止期間T₂を計測して、
それぞれ一つの給水期間信号S₂、一つの給水停止
期間信号S₁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給水期
間、給水停止期間を計測して、これらの平均値を
算出して一つの給水期間信号、一つの給水停止期
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給水制御信号、給
水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、上記給水期間計測部８、給水停止期間計
測部７は給水制御部３のフリツプフロツプ３ｂ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、給水装置が始動してから停止するまでの期
間、あるいは、給水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
に給水装置を始動・停止させるための信号、即
ち、フリツプフロツプ３ｂ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給水装
置の動作状態、例えば、給水ポンプ４の断続状
態、電動機４ａの回転断続状態等に応答して給水
期間、給水停止期間を計測する構成としてもよ
い。

なお、上記実施例では、上下限水位プローブ２
ｂ，２ａと水中電極２ｃ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２ｂ，２ａ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サ、
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つ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
つて検出する構成としてもよい。

上記構成のように、唯一のハードウエアでもつ
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と上
限水位センサは必ずしも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
い。

以上のように、この発明は、給水装置を断続制
御するボイラ系において、給水期間、給水停止期
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。

さらに、この発明によれば、給水期間T₁と給
水停止期間T₂を変数とし、T₁／T₁＋T₂に依存する 下記演算式、 G_S＝T₁・Ｑ／T₁＋T₂ に基づいて、蒸発量G_Sの演算を実行するように
構成したことにより、第８図のグラフに示すよう
に、蒸発量G_SがT₁／T₁＋T₂に対して略直線的に依存 することとなり、給水期間T₁、給水停止期間T₂
の全変化範囲、換言すれば、蒸発量の全変化範囲
にわたつて給水期間T₁、給水停止期間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
るので、給水期間T₁、あるいは、給水停止期間
T₂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７図の
グラフに示すように、給水期間T₁、給水停止期
間T₂の小さい領域において、給水期間T₁、給水
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、その結果、給水
期間T₁、給水停止期間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
範囲にわたつて略々均一の精度で蒸発量の計測が
でき、ひいては、高精度の計測を実現できるとい
う優れた効果も奏される。

その上、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９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６図は第２図における給水制御部
３の要部の波形図、第４図は給水停止期間T₂と
蒸発量G_Sの関係を示すグラフ、第５図は給水期
間T₁と蒸発量G_Sの関係を示す説明図、第７図は
給水期間T₁と蒸発量の関係を示すグラフ、第８
図は給水期間T₁の、給水期間T₁と給水停止期間
T₂の和に対する比と蒸発量G_Sの関係を示すグラ
フ、第９図は第２図中の蒸発量演算部９における
演算処理を示すフローチヤートである。 ２……水位検出部、２ａ……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……給水停止期間計測
部、８……給水期間計測部、９……蒸発量演算
部、１０……定数設定部、１１……表示部。

Claims (1)

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S_Lを出力する下限水位センサ２ａ，
   ２ｅと、缶水水位が下限水位より上方の上限水位
   であることを検出して、上限水位信号S_Hを出力す
   る上限水位センサ２ｂ，２ｆとから成る水位検出
   手段２と、下限水位信号S_L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S_H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３とを備えたボイラ系において、 給水ポンプが停止してから始動するまでの期間
   を計測して、その計測結果を表わす給水停止期間
   信号S₁を出力する給水停止期間計測手段７と、 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、その計測結果を表わす給水期間信号
   S₂を出力する給水期間計測手段８と、 給水停止期間信号S₁により表わされる給水停止
   期間T₂と給水期間信号S₂により表わされる給水
   期間T₁を変数とし、給水ポンプ４の吐出量Ｑを
   定数とする下記演算式、 G_S＝T₁・Ｑ／T₁＋T₂ に基づいて蒸発量G_Sを算出し、その算出結果を
   表わす蒸発量信号S₄を出力する蒸発量演算出段９
   とを付設して成るボイラ系における蒸発量計測装
   置。