JPS6337841B2 - - 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より、昇降する蒸気圧が、
上下限蒸気圧の間に設定された第一、第二の基準
値間を上昇する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、加熱制御系の断続制御に際して、昇
降する蒸気圧が、上下限蒸気圧の間に設定された
第二の設定値から、同様に設定された第一の設定
値まで上昇するに要する基準圧力上昇期間を計測
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、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、第一の蒸気圧検出部を形
成し、第一第二のコンパレータの各各からの出力
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
気圧が低下して下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、
水管中の蒸気圧に対応する蒸気圧信号を出力する
第二の圧力センサと蒸気圧信号が上限設定値と下
限設定値の間に設定された第一の基準値であるこ
とを検出して第一の基準蒸気圧信号を出力する第
三のコンパレータと、蒸気圧信号が上記第一の基
準値と下限設定値との間に設定された第二の基準
値であることを検出して第二の基準蒸気圧信号を
出力する第四のコンパレータとから成る第二の蒸
気圧検出部を形成し、上記第二の基準蒸気圧信号
が出力されてから上記第一の基準蒸気圧信号が出
力されるまでの基準圧力上昇期間を計測し、更
に、蒸発量検索部を付設して、基準圧力上昇期間
計測部でもつて計測された基準圧力上昇期間に対
応する蒸発量を、基準圧力上昇期間と蒸発量の関
係を表わす所定の検索テーブルに従つて検索して
出力するようにしたことを特徴とするものであ
る。

さて、後述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の内部には、壁１ａの内
周面に沿つて多数の水管１ｂが立設され、水管１
ｂ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′〜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１
ｄ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′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、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、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
管奇せ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、これらに限られる
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５図に基づいて、この発明
の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。

第一の蒸気圧検出部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５ｂ，５ｃと、第一、第二のコンパレータ
５ｂ，５ｃ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６e′，６e″，６ｅは電
動機１ｆ、電極棒１ｊ、燃料ポンプ６d′を制御す
るための制御信号線６a′，６b′，６c′のそれぞれ
と電源の間に挿入される。

第二の蒸気圧検出部７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
７ａと、圧力センサ７ａ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三、第四コンパレ
ータ７ｂ，７ｃと、第三、第四のコンパレータ７
ｂ，７ｃの第二の入力端子にそれぞれ接続された
基準電圧源７ｄ，７ｅとから成る。

基準圧力上昇期間計測部８は、第三のコンパレ
ータ７ｂの出力端子がインバータ８ａを通じてそ
のリセツト端子に接続され、第四のコンパレータ
７ｃの出力端子がインバータ８ｂを通じてそのセ
ツト端子に接続されたフリツプフロツプ８ｃと、
クロツクパルス発振器８ｄと、その一つの入力端
子がクロツクパルス発振器８ｄ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８
ｃの正相出力端子に接続されたアンドゲート８ｅ
と、アンドゲート８ｅの出力端子がその入力端子
に接続されたカウンタ８ｆと、その入力端子がフ
リツプフロツプ８ｃの正相出力端子に接続され、
その出力端子がカウンタ８ｆのクリア端子に接続
された単安定マルチバイブレータ８ｇとから成
る。

蒸発量検索部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、入力ポート９ｆと、出力ポート９ｇと、割込
制御線９ｈ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９ｉとから成り、入力ポー
ト９ｆの入力端子はカウンタ８ｆの出力端子に接
続され、単安定マルチバイブレータ９ｉの入力端
子はフリツプフロツプ８ｃの正相出力端子に接続
される。

第３図は連通管１ｌに抽出された上部管寄せ１
ｄ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とを
対比し、さらに第三第四のコンパレータ７ｂ，７
ｃが出力する第一、第二の基準蒸気圧信号Ｅ，Ｆ
と、フリツプフロツプ８ｃの正相出力信号Ｇ，Ｈ
とを対比して示す波形図である。

上記構成において、先ず、第一の蒸気圧検出部
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５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Bb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Bd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」への反転を下限蒸気圧信号S_Lと
して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６e′，６e″，
６ｅが閉成し、電動機１ｆ、電極棒１ｊ、燃料
ポンプ６d′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Ｈ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Ch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Ci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、上
限蒸気圧信号S_Hとし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６e′，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T₁（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T₂（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、同様の動作が繰り
返し行われて、蒸気圧は上限蒸気圧と下限蒸気圧
の間に保たれる。

次に、第二の蒸気圧検出部７、基準圧力上昇期
間計測部８の動作を説明すれば以下の通りであ
る。

第一の蒸気圧検出部５内の圧力センサ５ａと並
列に接続され、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、第二の圧力セ
ンサ７ａは、該蒸気圧に対応する蒸気圧信号
S₁′を出力する。このとき、第３図Aaにより示す
ように、蒸気圧が第二の基準蒸気圧Ｂより低い場
合には、基準電圧源７ｅから供給される第二の基
準蒸気圧Ｂに対応する、蒸気圧信号S₁′の第二の
基準設定値に等しい基準電圧V_Bよりも蒸気圧信
号S₁′の方が小さくなるので、これを検出し第四
のコンパレータ７ｃは第３図Emに示すように
「０」を出力する。そして、第３図Anに示すよう
に、蒸気圧が第二の基準蒸気圧Ｂに達すると、蒸
気圧信号S₁′は基準電圧V_Bより大きくなるので、
これを検出して第四のコンパレータ７ｃは第３図
Eoに示すように「１」を出力する。

かかる第四のコンパレータ７ｃの出力信号の
「０」から「１」への反転はインバータ８ｂによ
り「１」から「０」への反転に変換されて、第二
の基準蒸気圧信号S_Bとしてフリツプフロツプ８ｃ
のセツト端子に供給されるので、フリツプフロツ
プ８ｃが「１」にセツトされ、その正相出力信号
は、第３図Gpに示すように、「０」から「１」に
反転する。

さらに、第３図Aqに示すように、蒸気圧が第
一の基準蒸気圧Ａに達すると、いままで蒸気圧信
号S₁′が基準電源７ｄから供給される第一の基準
蒸気圧に対応する、蒸気圧信号S₁′の第一の基準
設定値に等しい基準電圧V_Aよりも小さかつたた
めに、第３図Frに示すように、「０」を出力して
いた第三のコンパレータ７ｂが第３図Fsに示す
ように、「１」を出力するようになる。

かかる第三のコンパレータ７ｂの出力信号の
「０」から「１」への反転はインバータ８ａによ
り「１」から「０」への反転に変換されて、第一
の基準蒸気圧信号S_Aとして、フリツプフロツプ
８ｃ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Gtに示すように、フリツプフ
ロツプ８ｃの正相出力信号が「０」となる。

このように、加熱期間T₁中において、フリツ
プフロツプ８ｃが「１」になつている期間は基準
圧力上昇期間t₁を表わすものである。

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、蒸発量が増大した場合には、第３図
An′の時点で第３図Hp′に示すように、フリツプ
フロツプ８ｃが「１」に反転して基準圧力上昇期
間に移行し、第３図Aq′の時点で第３図Ht′に示
すように、フリツプフロツプ８ｃ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基
準圧力上昇期間t₁よりも長時間の基準圧力上昇期
間t₁′が形成される。

かかる蒸発量の変化に依存する基準圧力上昇期
間t₁の変化を定量的に考察すると、蒸発量Gsは、 Gs＝C_B−C_R−C_V／t₁ ……(1) なる式で表わされる。

ただし、 C_B＝η・Ｂ・H_U／I_SM−I_W ……（1a） C_R＝Q_R／I_SM−I_W ……（1b） C_V＝U_A−U_B／I_SM−I_W ……（1c） であり、給水エンタルピーが一定であれば、いず
れも各ボイラ系個有の定数である。

更に、上式中の記号は、 η……ボイラ効率（放熱損失を除く） Ｂ……燃料消費量（流量） H_U……燃料の発熱量 I_W……給水エンタルピ Gs……蒸発量（流量） I_SM……蒸気のエンタルピ（第一、第二の基準蒸
気圧に対応するエンタルピの平均値） Q_R……ボイラの放熱量（熱流量） U_A……第一の基準蒸気圧Ａに対応して基準圧力
上昇期間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_B……踊第二の基準蒸気圧Ｂに対応して基準圧
力上昇期間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 である。

而して、(1)式において、 Ｃ＝C_B−C_R ……(2) とおくと、蒸発量Gsは、 Gs＝Ｃ−C_V／t₁ ……(3) で表わされる。

そして、Ｃは基準圧力上昇期間t₁が無限大の場
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における基準圧力上昇期間t₁₀は、 t₁₀＝C_V／Ｃ ……(4) となり、かかる基準圧力上昇期間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基
準圧力上昇期間である。

そして、前記(3)式で表わされる基準圧力上昇期
間t₁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、ボイラ系の基準圧力上昇期間t₁は
蒸発量Gsに従つて各ボイラ系個有の値に特定さ
れるで、基準圧力上昇期間t₁を計測してこれを特
定すれば、第４図に例示するようなグラフに従つ
て蒸発量Gsを特定することができるものである。

続いて、第２図、第３図、第４図及び第５図を
参照しつつ基準圧力上昇期間計測部８、蒸発量検
索部９及び表示部１０の動作を説明すれば以下の
通りである。

第５図は蒸発量検索部９における演算処理のフ
ローチヤートである。

先ず、蒸発量検索部９が動作を開始すると、マ
イクロプロセツサ９ｄは第５図ａの工程に移行
し、基準圧力上昇期間t₁を読み込むための割込処
理を実行すべく、割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８ｃの正相出力信号
は第３図Ｈに示すように基準圧力上昇期間t₁′の
間「１」となるので、かかる正相出力信号を受け
て、基準圧力上昇期間t₁′中に限り、アンドゲー
ト８ｅが開いて、クロツクパルス発振器８ｄから
のクロツクパルスをカウンタ８ｆに導き、これを
計数させる。

そして、第３図Ht′に示すように、フリツプフ
ロツプ８ｃが「１」から「０」に反転すると、ア
ンドゲート８ｅが閉じて、カウンタ８ｆへのクロ
ツクパルスの供給が断たれ、カウンタ８ｆには、
基準圧力上昇期間t₁′を表わすデイジタル符号が
生成され、基準圧力上昇期間信号S₂として出力さ
れる。

このとき同時に、フリツプフロツプ８ｃ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９ｉがトリガされて準安
定状態に移行し、割込制御線９ｈを「０」にし
て、マイクロプロセツサ９ｄに割込指令信号を与
える。

割込指令信号を受けたマイクロプロセツサ９ｄ
は、第５図ｂの工程を実行し、アドレスバス９ｂ
に入力ポート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、カウンタ８ｆが出力する基準圧力上
昇期間t₁′を表わす基準圧力上昇期間信号S₂を入
力ポート９ｆから読み込み、これをデータバス９
ａを通じてマイクロプロセツサ９ｄ内に転送す
る。

そして、カウンタ８ｆが出力する基準圧力上昇
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８ｃ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８ｇが安定状態に復帰し、カウンタ８ｆをク
リアし、これを次回の基準圧力上昇期間の計測に
備える。

この間に、マイクロプロセツサ９ｄは第５図ｃ
の工程に移行し、転送された基準圧力上昇期間信
号S₂に基づいて、この基準圧力上昇期間信号S₂で
表わされる基準圧力上昇期間t₁′に対応する、蒸
発量Gsを表わす蒸発量信号S₃が記憶されている
アドレスを算出し、更に第５図ｄの工程に移行
し、算出されたメモリのアドレスをマイクロプロ
セツサ９ｄ内のレジスタに一旦記憶させてから、
第５図ｅの工程に移行する。

この工程では、上記レジスタに記憶されている
メモリのアドレスをアドレスバス９ｂを通じてメ
モリ９ｅに転送して、そのアドレスを指定すると
ともにコントロールバス９ｃを通じて制御信号を
メモリ９ｅに送つてこれを読み出しモードで作動
させることにより、指定されたアドレスに記憶さ
れている蒸発量信号S₃を読み出してデータバス９
ａを通じてこれをマイクロプロセツサ９ｄ内に取
り組む。

かかる検索処理に際して、メモリ９ｅ内には、
各アドレスと、そこに記憶されている記憶内容と
の関係に従つて検索テーブルが形成されるので、
ある基準圧力上昇期間信号に基づいてメモリ９ｅ
のアドレスを指定し、その基準圧力上昇期間信号
が表わす基準圧力上昇期間に対応する蒸発量を表
わす蒸発量信号をその指定されたアドレスに予め
記憶しておけば、基準圧力上昇期間信号に対応す
る蒸発量信号を検索テーブルに従つて検索するこ
とができるものである。

そして、上記検索テーブルにおける基準圧力上
昇期間t₁と蒸発量Gsとの関係は前述した第４図の
グラフに示すようなものとなり、このような関係
は各ボイラ系について実測により容易に決定でき
るものである。

第４図のグラフを参照しつつ上記検索処理につ
いて、更に、説明すれば、この処理は基準圧力上
昇期間計測部８にて得られる基準圧力上昇期間信
号S₂に基づいて同図ａに示すように、グラフ横軸
上に表わされた基準圧力上昇期間t₁の値を特定
し、同図ｂに示すように、その横軸上の値に対応
して縦軸上に表わされた蒸発量Gsの特定の値を
検索することにより、基準圧力上昇期間t₁から蒸
発量Gsを求めるようにしたものである。

上記検索処理の実行が完了すると、マイクロプ
ロセツサ９ｄは第５図ｆの工程に移行し、検索処
理で得られた蒸発量信号S₃を出力ポート９ｇを通
じて表示部１０に転送する。

しかる後、マイクロプロセツサ９ｄは第５図ｇ
の復帰工程にて同図ａの工程にもどつて、割り込
み待ちの状態となり、次回の基準圧力上昇期間の
計測、すなわち、割込指令信号を受けるべく待機
する。

表示部１０は蒸発量信号S₃を受けて、蒸発量
Gsを目視可能に表示する。

この発明に牽連する第二の発明の構成は、この
発明の構成において、基準圧力上昇期間計測部に
代えて基準圧力降下期間計測部を付設して昇降す
る蒸気圧が、上下限蒸気圧の間に設定された第一
の設定値から、同様に設定された第二の設定値ま
で降下するに要する基準圧力降下期間を計測し、
蒸発量検索部は基準圧力降下期間計測部でもつて
計測された基準圧力降下期間に対応する蒸発量を
基準圧力降下期間と蒸発量の関係を表わす検索テ
ーブルに従つて検索し、その検索結果を蒸発量信
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。

第６図、第９図に基づいて、第７図、第８図を
も参照しつつ上記第二の発明の構成及び動作を説
明すれば以下の通りである。

第６図は上記第二の発明の構成を示すブロツク
図であり、図中、基準圧力降下期間計測部１１は
第２図における基準圧力上昇期間計測部８と同様
に構成され、アンドゲート１１ｅの一つの入力端
子と、単安定マルチバイブレータ１１ｇの入力端
子が共にフリツプフロツプ１１ｃの正相出力端子
に接続される。フリツプフロツプ１１ｃのセツト
端子には、第三のコンパレータ７ｂの出力端子が
接続され、同様にリセツト端子には、第四のコン
パレータ７ｃの出力端子が接続される。

そして、図中、蒸発量検索部９に含まれる単安
定マルチバイブレータ９ｉの入力端子もフリツプ
フロツプ１１ｃの正相出力端子に接続される。

他の構成要素は第２図において同一の符号が示
す構成要素とそれぞれ同一である。

第７図において、加熱停止期間T₂における蒸
気圧は第７図Akに示すように、蒸気の消費ある
いは温度の低下に伴つて上限蒸気圧Ｈから低下し
はじめ、途中第７図Auに示すように、第一の基
準蒸気圧Ａに達すると、蒸気圧信号S₁′が基準電
圧V_Aよりも小さくなるので、これを検出して、
第三のコンパレータ７ｂは第７図Fwに示すよう
に、「１」から「０」への出力信号を反転させる。
これを、第一の基準蒸気圧信号S_A′としてセツト
端子に受けてフリツプフロツプ１１ｃが「１」に
セツトされ、その正相出力信号は、第７図Gpに
示すように「０」から「１」に反転する。さら
に、蒸気圧が降下し、第７図Avに示すように、
第二の基準蒸気圧Ｂに達すると、蒸気圧信号
S₁′が基準蒸気圧V_Bよりも小さくなるので、これ
を検出して第四のコンパレータ７ｃは第７図Ex
に示すように「１」から「０」へその出力信号を
反転させる。これを、第二の基準蒸気圧信号S_B′
としてリセツト端子に受けてフリツプフロツプ１
１ｃが「０」にリセツトされ、その正相出力は、
第７図Gtに示すように「１」から「０」に反転
する。

このようにしてフリツプフロツプ１１ｃが
「１」になつている期間は基準圧力降下期間t₂を
表わすものである。

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７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７図Agに示す時点で、
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７図Au′及びv′に示す時点で第７
図Hp′及びt′に示すように、フリツプフロツプ１
１ｃの出力が反転することとなるので、蒸発量が
増大する以前の基準圧力降下期間t₂よりも短期間
の基準圧力降下期間t₂′が形成される。

かかる蒸発量の変化に依存する基準圧力降下期
間₂の変化を定量的に考察すると、蒸発量Gsは、 Gs＝C_V′／t₂−C_R ……(5) なる式で表わされる。

ただし、 C_V′＝U_A−U_B／I_SM−I_W ……（5a） C_R＝Q_R／I_SM−I_W ……（5b） そして、Gs＝０における基準圧力降下期間t₂₀
は、 t₂₀＝C_V′／C_R となり、かかる基準圧力降下期間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蒸気圧が
第一の基準蒸気圧から第二の基準蒸気圧に至るま
でに要する最大の基準圧力降下期間である。

第９図は第６図における蒸発量演算部９の演算
処理のフローチヤートである。

上記の構成では、マイクロプロセツサ９ｄが第
９図ａの工程にて割り込み待ちの状態で待期して
いるときに、加熱装置の断続制御が行われると、
フリツプフロツプ１１ｃの正相出力信号は第７図
Ｈに示すように、基準圧力降下期間t₂′の間「１」
となるので、かかる正相出力信号を受けて、基準
圧力降下期間t₂′中に限り、アンドゲート１１ｅ
が開いて、クロツクパルス発振器１１ｄからクロ
ツクパルスをカウンタ１１ｆに導き、これを計数
させる。

そして、第７図Ht′に示すように、フリツプフ
ロツプ１１ｃが「１」から「０」に反転すると、
アンドゲート１１ｅが閉じて、カウンタ１１ｆへ
のクロツクパルスの供給が断たれ、カウンタ１１
ｆには、基準圧力降下期間t₂′を表わすデイジタ
ル符号が生成され、基準圧力降下期間信号S₂′と
して出力される。

このとき同時に、フリツプフロツプ１１ｃ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９ｉがトリガされて単
安定状態に移行し、割込制御線９ｈを「０」にし
て、マイクロプロセツサ９ｄに割込指令信号を与
える。

割込指令信号を受けたマイクロプロセツサ９ｄ
は、第９図b′の工程に移行し、第５図ｂの工程と
同様の処理を実行して、基準圧力降下期間t₂′を
読み込んでから、第９図ｃ〜ｄの工程を経て第９
図e′の工程に移行する。

この工程では、第５図ｅの工程と同様の検索処
理を実行することにより、第９図b′の工程にて読
み込んだ基準圧力降下期間信号S₂′が表わす基準
圧力降下期間t₂′に対応する蒸発量Gsを、基準圧
力降下期間t₂と蒸発量Gsの関係を表わす検索テー
ブルに従つて検索する。

上記検索処理は、基準圧力降下期間計測部１１
にて得られる基準圧力降下期間信号S₂′に基づい
て第８図のグラフ中、ａに示すように、横軸上に
表わされた基準圧力降下期間t₂の値を特定し、同
図ｂに示すように、その横軸上の値に対応して縦
軸上に表わされた蒸発量Gsの特定の値を検索す
ることにより、基準圧力降下期間t₂から蒸発量Gs
を求めるようにしたものである。

上記工程e′に後続して、第９図ｆ〜ｇの工程が
実行されて、出力ポート９ｇを通じて蒸発量信号
S₃が出力され、これを受けて表示部１０は蒸発量
Gsを目視可能に表示する。

なお、上記この発明及びこの発明に牽連する第
二の発明の構成では、基準圧力上昇期間計測部
８、基準圧力降下期間計測部１１は１回の断続制
御に関して基準圧力上昇期間t₁、基準圧力降下期
間t₂を計測して、それぞれ一つの基準圧力上昇期
間信号S₂、一つの基準圧力降下期間信号S₂′を出
力し、各々に基づいて蒸発量を検索しているが、
複数回の断続制御に関して基準圧力上昇期間、基
準圧力降下期間を計測して、これらの平均値を算
出して一つの基準圧力上昇期間信号、一つの基準
圧力降下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、ボイラ系の瞬間時変動、特
に、給水の断続制御に起因する基準圧力上昇期間
信号、基準圧力降下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。

以上のように、この発明及びこれを牽連する第
二の発明は、加熱装置を断続制御するボイラ系に
おいて、基準圧力上昇期間、基準圧力降下期間を
計測してその各々に基づいて蒸発量を検索するよ
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、この発明及びこれに牽連する第二
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。

【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
である。第２図〜第５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図は第２図における加熱制御部６及び
基準圧力上昇期間計測部８の要部の波形図、第４
図は基準圧力上昇期間t₁と蒸発量Gsの関係を示す
グラフ、第５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を示すフローチヤートであ
る。第６図〜第９図はこの発明に牽連する第二の
発明の実施例に関するものであり、第６図はその
構成を示すブロツク図、第７図は第６図における
加熱制御部６及び基準圧力降下期間計測部１１の
要部の波形図、第８図は基準圧力降下期間t₂と蒸
発量Gsの関係を示すグラフ、第９図は第６図中
の蒸発量演算部９における演算処理の手順を示す
フローチヤートである。 １……ボイラ、５，７……蒸気圧検出部、５
ａ，７ａ……圧力センサ、５ｂ，５ｃ，７ｂ，７
ｃ……コンパレータ、６……加熱制御部、８……
基準圧力上昇期間計測部、１１……基準圧力降下
期間計測部、９……蒸発量演算部、１０……表示
部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ボイラの蒸気圧に対応する蒸気圧信号S₁を出
   力する圧力センサ５ａと、蒸気圧信号S₁が下限設
   定値Ｌであることを検出して下限蒸気圧信号S_Lを
   出力する第一のコンパレータ５ｂと、蒸気圧信号
   S₁が上限設定値Ｈであることを検出して上限蒸気
   圧信号S_Hを出力する第二のコンパレータ５ｃとか
   ら成る第一の蒸気圧検出手段５と、 下限蒸気圧信号S_Lに応答して、缶水を加熱する
   ための加熱装置Ｆを始動させ、上限蒸気圧信号S_H
   に応答して加熱装置Ｆを停止させる断続制御の加
   熱制御手段６とを備えたボイラ系において、 ボイラの蒸気圧に対応する蒸気圧信号S₁′を出
   力する圧力センサ７ａと、蒸気圧信号S₁′が上限
   設定値Ｈと下限設定値Ｌの間に設定された第一の
   基準値Ａであることを検出して、第一の基準蒸気
   圧信号S_Aを出力する第三のコンパレータ７ｂと、
   蒸気圧信号S₁′が上記第一の基準値Ａと下限設定
   値Ｌとの間に設定された第二の基準値Ｂであるこ
   とを検出して、第二の基準蒸気圧信号S_Bを出力す
   る第四のコンパレータ７ｃとから成る第二の蒸気
   圧検出手段７と、 上記第二の基準蒸気圧信号S_Bが出力されてから
   上記第一の基準蒸気圧信号S_Aが出力されるまで
   の基準圧力上昇期間t₁を計測して、その計測結果
   を表わす基準圧力上昇期間信号S₂を出力する基準
   圧力上昇計測手段８と、 基準圧力上昇期間信号S₂により表わされる基準
   圧力上昇期間t₁から蒸発量G_Sを検索し、その検索
   結果の蒸発量を表わす蒸発量信号S₃を出力する蒸
   発量検索手段９とを付設して成り、 上記蒸発量検索手段９は、基準圧力上昇期間t₁
   の種々の値を変数とし、Ｃ及びC_Vをボイラに固
   有の定数として、下記演算式、 G_S＝Ｃ−C_V／t₁ に基づいて算出された蒸発量G_Sの種々の値が該
   基準圧力上昇期間t₁を指定して読み出し可能に予
   め記憶されている検索テーブルに従つて、基準圧
   力上昇期間t₁に対応する蒸発量G_Sを検索すること
   を特徴とするボイラ系における蒸発量計測装置。 ２ ボイラの蒸気圧に対応する蒸気圧信号S₁を出
   力する圧力センサ５ａと、蒸気圧信号S₁が下限設
   定値Ｌであることを検出して、下限蒸気圧信号S_L
   を出力する第一のコンパレータ５ｂと、蒸気圧信
   号S₁が上限設定値Ｈであることを検出して、上限
   蒸気圧信号S_Hを出力する第二のコンパレータ５ｃ
   とから成る第一の蒸気圧検出手段５と、 下限蒸気圧信号S_Lに応答して、缶水を加熱する
   ための加熱装置Ｆを始動させ、上限蒸気圧信号S_H
   に応答して、加熱装置Ｆを停止させる断続制御の
   加熱制御手段６とを備えたボイラ系において、 ボイラの蒸気圧に対応する蒸気圧信号S₁′を出
   力する圧力センサ７ａと、蒸気圧信号S₁′が上限
   設定値Ｈと下限設定値Ｌの間に設定された第一の
   基準値Ａであることを検出して、第一の基準蒸気
   圧信号S_A′を出力する第三のコンパレータ７ｂ
   と、蒸気圧信号S₁′が上記第一の基準値Ａと下限
   設定値Ｌとの間に設定された第二の基準値Ｂであ
   ることを検出して、第二の基準蒸気圧S_B′を出力
   する第四のコンパレータ７ｃとから成る第二の蒸
   気圧検出手段７と、 上記第一の基準蒸気圧信号S_A′が出力されてか
   ら上記第二の基準蒸気圧信号S_B′が出力されるま
   での基準圧力降下期間t₂を計測して、その計測結
   果を表わす基準圧力降下期間信号S₂′を出力する
   基準圧力降下期間計測手段１１と、 基準圧力降下期間信号S₂′により表わされる基
   準圧力降下期間t₂から蒸発量G_Sを検索し、その検
   索結果の蒸発量を表わす蒸発量信号S₃を出力する
   蒸発量検索手段９とを付設して成り、 上記蒸発量検索手段９は、基準圧力降下期間t₂
   の種々の値を変数とし、C_V′及びC_Rをボイラに固
   有の定数として、下記演算式、 G_S＝C_V′／t₂−C_R に基づいて算出された蒸発量G_Sの種々の値が該
   基準圧力降下期間t₂を指定して読み出し可能に予
   め記憶されている検索テーブルに従つて、基準圧
   力降下期間t₂に対応する蒸発量G_Sを検索すること
   を特徴とするボイラ系における蒸発量計測装置。