JP2010078204A - 給水制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】生成される蒸気の乾き度の低下及び水管の破損を防止可能な給水制御装置を提供すること。
【解決手段】ボイラに収容される水管に装着され、水管内部の特定の水位を検知可能な水位検出電極棒と、前記ボイラに給水する給水ポンプと、前記給水ポンプの起動及び停止を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記水位検出電極棒が前記特定の水位を検知した場合に前記給水ポンプを起動させると共に、前記水管の圧力及び前記水管に給水される給水温度に基づいて前記給水ポンプの起動時間を決定し、前記起動時間の経過後に前記給水ポンプを停止させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、給水制御装置に関する。

従来より、ボイラ装置においては、伝熱部である水管の過熱を防止すると共に、生成される蒸気を所定の乾き度にするために、水管内部の水（以下、「缶水」という）の水位（以下、「管内水位」という）を所定の範囲内に維持する給水制御が行われている。このような給水制御においては、通常、水位検出電極棒が用いられ、水位検出電極棒は、ボイラ装置の缶水と直接的又は間接的に接触させることにより管内水位を検出する。ボイラ装置は、この水位検出電極棒により特定の管内水位を検出し、検出した管内水位に基づき、管内水位が所定の範囲内に維持されるように構成されている。

しかしながら、上述のボイラ装置は、例えば、加熱バーナの作動中においては、缶水が沸騰して水管の内部に大きな気泡が大量に発生する。そのため、水位検出電極棒を水管に装着し、管内水位を直接検出する場合においては、水位検出電極棒が気泡と接触することにより、実際の管内水位よりも高い水位を検出する場合がある。これにより、ボイラ装置は、目標の水位を満たしていないにもかかわらず、目標の水位を水位検出電極棒が検出してしまい、水位不足による水管の破損を生じさせるおそれがあった。

これに対しては、水管内部に装着される水位検出電極棒により特定の水位が検出されてから、管内水位が目標の水位に至るように所定時間が経過するまで給水を行う技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のボイラ装置は、水位検出電極棒が実際の水位よりも高い水位を検出した場合においても、所定時間が経過するまで給水を行うことにより、実際の水位を目標水位まで上昇させることが可能になる。
特開平７−１２７８１０号公報

ところで、ボイラ装置は、接続される蒸気使用機器の種類や稼働状況によっては、ボイラ装置の作動や停止が短時間で繰り返し行われる場合がある。このような場合においては、例えば、ボイラ装置の停止中においては、缶水の沸騰が治まり、大きな気泡は消滅しているため、水位検出電極棒は、実際の水位を検出する。これにより、水位検出電極棒により特定の水位を検出後、所定時間が経過するまで給水を行うと、目標の水位よりも高い水位になってしまう。そして、高い水位のままボイラ装置を起動させると、管内水位が高い状態で缶水が沸騰するため、蒸気に缶水が同伴されて流出し、蒸気の乾き度が低下するという問題があった。

一方、ボイラ装置の稼働中においては、缶水が沸騰して大きな気泡が大量に発生しているため、水位検出電極棒により特定の水位が検出された後、所定時間が経過するまで給水を行うことにより、目標の水位を満たすことが可能となる。しかしながら、給水時間は、缶水の状況によって異なる。そのため、缶水の状況に基づいた給水時間を設定しないと、目標水位に届かず水管を損傷させるたり、乾き度の低下した蒸気が生成されるおそれがあるという問題があった。

本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、生成される蒸気の乾き度の低下及び水管の破損を防止可能な給水制御装置を提供することを目的とする。

本発明の給水制御装置は、ボイラ缶体に収容される水管に装着され、水管内部の特定の水位を検知可能な水位検出電極棒と、前記ボイラ缶体に給水する給水ポンプと、前記給水ポンプの起動及び停止を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記水位検出電極棒が前記特定の水位を検知した場合に前記給水ポンプを起動させると共に、前記水管の圧力及び前記水管に給水される給水温度に基づいて前記給水ポンプの起動時間を決定し、前記起動時間の経過後に前記給水ポンプを停止させることを特徴とする。

また、本発明の給水制御装置は、ボイラ缶体に収容される水管に装着され、水管内部の特定の水位を検知可能な水位検出電極棒と、前記ボイラ缶体に給水する給水ポンプと、前記給水ポンプの起動及び停止を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記水位検出電極棒が前記特定の水位を検知しない場合に前記給水ポンプを起動させ、前記給水ポンプの起動により前記水位検出電極棒が前記特定の水位を検知すると、前記水管の圧力及び前記水管に給水される給水温度に基づいて、検知後の前記給水ポンプの起動時間を決定すると共に、前記起動時間の経過後に前記給水ポンプを停止させることを特徴とする。

本発明によれば、生成される蒸気の乾き度の低下及び水管の破損を防止可能な給水制御装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

［１］第１実施形態
まず、図１を参照して本発明の第１実施形態に係る給水制御装置５が装着されるボイラ装置１について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る給水制御装置を有するボイラ装置の概略構成を示す概略図である。図１に示すように、ボイラ装置１は、ボイラ本体２と、気水分離器３と、水位検出装置４と、給水制御装置５と、を主体に構成されている。

本実施形態に係るボイラ装置１は、水位検出装置４と後に詳述する給水制御装置５とを使用することにより、いわゆる２連式の水位制御を行うことが可能になる。また、本実施形態においては、ボイラ装置１は、給水制御装置５における２連用の電極棒として、第１水管２１ａに装着される第１水位検出電極棒６と、第２水管２１ｂに装着される第２水位検出電極棒７と、を用いて給水制御を行う。なお、第１水位検出電極棒６及び第２水位検出電極棒７は、ボイラ本体２において、それぞれ加熱しやすい水管である第１水管２１ａ及び第２水管２１ｂに装着される。例えば、加熱バーナ２０から噴射される火炎が直接当たる水管に装着される。

ボイラ本体２は、ボイラ缶体２０と、複数の水管２１と、下部ヘッダ２２と、上部ヘッダ２３と、加熱バーナ２４と、を備えて構成されている。

ボイラ缶体２０は、略円筒状に形成されており、ボイラ本体２の外観を構成する。複数の水管２１は、ボイラ缶体２０の内部に収容されており、ボイラ缶体２０の円周方向に所定の間隔で立設されている。また、複数の水管２１は、ボイラ缶体２０の略中央部に設けられた燃焼室２５を区画する。つまり、複数の水管２１は、ボイラ缶体２０の内部において、燃焼室２５を囲むようにボイラ缶体２０の円周方向に所定間隔で立設されている。

加熱バーナ２４は、燃焼室２５の上方に設けられている。加熱バーナ２４は、複数の水管２１を加熱して複数の水管２１の内部に導入された缶水を沸騰させて気化させることにより気水混合気（蒸気）を生成させる。また、加熱バーナ２４は、燃料ライン２４ａを介して燃料タンク（図示せず）と接続されている。燃料ライン２４ａには流量調整弁２４ｂが設けられている。加熱バーナ２４の燃焼量は、流量調整弁２４ｂの開度調整により連続的又は段階的に調整されるように構成されている。例えば、加熱バーナ２４は、流量調整弁２４ｂの開度が１００％の高燃焼、開度が５０％の低燃焼及び開度が０％の停止等に調整可能に構成されている。

下部ヘッダ２２は、ボイラ缶体２０の下部に設けられ、複数の水管２１の下端に連結されている。下部ヘッダ２２には、給水ライン８ａの一方側が接続されており、給水ライン８ａの他方側には、給水タンク（図示せず）に接続された給水ポンプ８が接続されている。下部ヘッダ２２には、給水タンクに貯留された水が給水ポンプ８によって給水ライン８ａを介して導入される。下部ヘッダ２２に導入された水は、更に下部ヘッダ２２に連結された複数の水管２１に導入される。このように、本実施形態に係るボイラ装置１は、いわゆる貫流ボイラを構成する。

また、下部ヘッダ２２には、ブローライン２２ａが接続されている。ブローライン２２ａにはブローバルブ２２ｂが設けられている。下部ヘッダ２２は、ブローバルブ２２ｂを開放することにより、給水ポンプ８により導入された水及び／又は下部ヘッダ２２に導入された缶水を全量又は所定量排出可能に構成されている。

上部ヘッダ２３は、ボイラ缶体２０の上部に設けられ、複数の水管２１の上端に連結されている。上部ヘッダ２３には、気水ライン２３ａの一方側が接続されており、気水ライン２３ａの他方側には気水分離器３が接続されている。上部ヘッダ２３は、加熱バーナ２４により複数の水管２１で生成された気水混合気（蒸気）を集め、気水ライン２３ａを介して気水分離器３へ送り出す。

気水分離器３は、気水ライン２３ａを介して上部ヘッダ２３と接続されている。気水分離器３は、加熱バーナ２４により生成され、上部ヘッダ２３から送り出された気水混合気（蒸気）から乾き蒸気と水分とに分離させる。また、気水分離器３は、所定の蒸気使用機器（図示せず）に接続された蒸気連絡ライン３１ａに接続されている。気水分離器３により分離された乾き蒸気は、蒸気連絡ライン３１ａを介して所定の蒸気使用機器に送り出される。なお、所定の蒸気使用機器への乾き蒸気の送り出しの量は、蒸気連絡ライン３１ａに設けられる開閉バルブ３１ｂの開閉により調整される。

一方、気水分離器３により分離された水分は、気水分離器３と下部ヘッダ２２とを連結する降水ライン３２ａを介して下部ヘッダ２２に送り出される。ここで、降水ライン３２ａには、濃縮ブローライン３３ａが接続されている。濃縮ブローライン３３ａには、濃縮ブローバルブ３３ｂが設けられている。ボイラ装置１は、濃縮ブローバルブ３３ｂを開放することにより気水分離器３により分離された所定の水（高濃度缶水等）及び／又はボイラ装置１の起動時における水等を排水可能に構成されている。また、降水ライン３２ａにおける濃縮ブローライン３３ａの下流側には、電気伝導度測定センサ３４が設けられている。電気伝導度測定センサ３４は、ボイラ装置１の起動時に給水する水の電気伝導度及びボイラ装置１の長時間運転等により濃縮した缶水の濃縮度等を測定する。

水位検出装置４は、導通可能な金属により形成される水位制御筒４０と、高水位電極棒４１と、中水位電極棒４２と、低水位電極棒４３と、制御部（図示せず）とを備えて構成されている。水位検出装置４は、水位制御筒４０の内部において、高水位電極棒４１、中水位電極棒４２及び低水位電極棒４３により間接的に検出される複数の水管２１の管内水位に基づいて、制御部により給水ポンプ８の起動及び停止を行う。

水位制御筒４０は、両端が封止された略円筒形状に形成されている。水位制御筒４０の上端部には、連通パイプ４ａが接続されており、連通パイプ４ａは、上部ヘッダ２３に接続されている。また、水位制御筒４０の下端部には、連通パイプ４ｂが接続されており、連通パイプ４ｂは、下部ヘッダ２２に接続されている。水位制御筒４０は、上端部及び下端部が上部ヘッダ２３及び下部ヘッダ２２を介して複数の水管２１と連通することにより、複数の水管２１に導入される缶水と同様の管内水位を水位制御筒４０の内部に実現させる。

高水位電極棒４１は、水位制御筒４０の内部における高水位を検出する。なお、高水位とは、ボイラ本体２の通常運転時に給水する場合の目標水位である。すなわち、水位検出装置４は、高水位電極棒４１と缶水とが接触すると、高水位を検出し、給水ポンプ８による給水を停止させる。高水位電極棒４１は、一端側に設けられる外部接続端子４１ａと、他端側に設けられる電極部４１ｂと、を備えて構成されている。高水位電極棒４１は、外部接続端子４１ａが水位制御筒４０の外部に突出し、電極部４１ｂが水位制御筒４０の内部に収容されるように配置されており、筒状の絶縁体（図示せず）により、水位制御筒４０の上端部に保持されている。

また、高水位電極棒４１は、外部接続端子４１ａが所定の電源部（図示せず）の一方側に接続され、電極部４１ｂがステンレスにより棒状に形成されている。そして、所定の電源部の他方側は水位制御筒４０に接続されている。そのため、例えば、水位制御筒４０の内部の水が高水位に達し、電極部４１ｂが缶水と接触すると、外部接続端子４１ａと水位制御筒４０との間の通電状態が変化する。これにより、高水位が検出される。

中水位電極棒４２は、水位制御筒４０の内部における中水位を検出する。なお、中水位とは、中水位電極棒４２と缶水とが接触しなくなる（水位制御筒４０の内部の缶水が中水位を満たさなくなる）ことを条件に、ボイラ缶体２０に給水を開始させる制御が行われる水位である。中水位電極棒４２は、一端側に設けられる外部接続端子４２ａと、他端側に設けられる電極部４２ｂと、を備えて構成されている。中水位電極棒４２は、外部接続端子４２ａが水位制御筒４０の外部に突出し、電極部４２ｂが水位制御筒４０の内部に収容されるように配置されており、筒状の絶縁体（図示せず）により、水位制御筒４０の上端部に保持されている。

また、中水位電極棒４２は、外部接続端子４２ａが所定の電源部（図示せず）の一方側に接続され、電極部４２ｂがステンレスにより棒状に形成されている。そして、所定の電源部の他方側が水位制御筒４０に接続されている。そのため、例えば、水位制御筒４０の内部の水が中水位よりも減少し、電極部４２ｂが缶水と接触しなくなると、外部接続端子４２ａと水位制御筒４０との間の通電状態が変化する。これにより、中水位が検出される。

低水位電極棒４３は、水位制御筒４０の内部における低水位を検出する。なお、低水位とは、低水位電極棒４３と缶水とが接触しなくなる（水位制御筒４０の内部の水が低水位を満たさなくなる）ことを条件に、ボイラ本体２にインターロック等をかけ、ボイラ本体２の稼働を停止させる制御が行われる水位である。低水位電極棒４３は、一端側に設けられる外部接続端子４３ａと、他端側に設けられる電極部４３ｂと、を備えて構成されている。低水位電極棒４３は、外部接続端子４３ａが水位制御筒４０の外部に突出し、電極部４３ｂが水位制御筒４０の内部に収容されるように配置されており、筒状の絶縁体（図示せず）により、水位制御筒４０の上端部に保持されている。

また、低水位電極棒４３は、外部接続端子４３ａが所定の電源部（図示せず）の一方側に接続され、電極部４３ｂがステンレスにより棒状に形成されている。そして、所定の電源部の他方側が水位制御筒４０に接続されている。そのため、例えば、水位制御筒４０の内部の水が低水位よりも減少し、電極部４３ｂが缶水と接触しなくなると、外部接続端子４３ａと水位制御筒４０との間の通電状態が変化する。これにより、低水位が検出される。

制御部は、所定の回線（図示せず）を介して、高水位電極棒４１、中水位電極棒４２、低水位電極棒４３及び給水ポンプ８に接続されている。制御部は、水位制御筒４０の内部において、高水位電極棒４１、中水位電極棒４２及び低水位電極棒４３により、間接的に検出される複数の水管２１の管内水位に基づいて給水ポンプ８の起動及び停止の制御を行う。具体的には、制御部は、水位制御筒４０の内部において、中水位電極棒４２と缶水とが接触しなくなることを条件に、給水ポンプ８を起動し、ボイラ缶体２０に給水を開始させる。そして、給水により水位制御筒４０の水位が上昇し、高水位電極棒４１と缶水とが接触すると、給水ポンプ８を停止させ、給水を停止させる。また、制御部は、低水位電極棒４３と缶水とが接触しなくなることを条件に、ボイラ本体２にインターロック等をかけ、ボイラ本体２の稼働を停止させる制御を行う。

次に、第１実施形態に係る給水制御装置５について説明する。図１に示すように、給水制御装置５は、第１水位検出電極棒６と、第２水位検出電極棒７と、給水ポンプ８と、制御部９と、を備えて構成されている。

第１実施形態に係る給水制御装置５は、第１水位検出電極棒６又は第２水位検出電極棒７により特定の水位である第１水位を検出した場合に、蒸気圧力及び給水ポンプ８から給水される水の給水温度に基づいて給水ポンプ８の起動時間を決定すると共に、給水ポンプ８を起動させ、所定の起動時間経過後に給水ポンプ８を停止させることにより、目標水位を充足させるように給水制御を行う。

第１水位検出電極棒６は、上部ヘッダ２３から第１水管２１ａの上端部に装着される。なお、第１水管２１ａは、加熱バーナ２４の近傍に配置されている水管である。第１水位検出電極棒６は、一端側に設けられる第１外部端子６ａと、他端側に設けられる第１電極部６ｂと、を備えて構成されている。第１水位検出電極棒６は、第１外部端子６ａが第１水管２１ａの外部に突出し、第１電極部６ｂが第１水管２１ａの内部に収容されるように配置されている。第１水位検出電極棒６は、筒状の絶縁体（図示せず）により第１水管２１ａの上端部に保持されている。

第１電極部６ｂは、棒状に形成されたステンレスにより構成されており、その表面は、エンジニアプラスチックによる絶縁皮膜に覆われている。絶縁皮膜としては、例えば、耐熱性、耐高圧性及び耐薬品性の高いエンジニアプラスチックが好ましく、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリアリルエーテルケトン等のケトン系合成樹脂材料、又は耐熱性の高いポリエーテルエーテルケトンが例示できる。

また、第１電極部６ｂは、第１水管２１ａ内部に導入される缶水の特定の水位を検出可能に所定の長さに形成されている。つまり、第１電極部６ｂは、第１水管２１ａの内部において、特定の水位を満たすように導入された缶水と接触可能な長さを有するものであればよい。

上記のように構成された第１水位検出電極棒６は、第１外部端子６ａを所定の電源部（図示せず）の一方側に接続し、電源部の他方側を金属製の第１水管２１ａに接続させて通電することにより、第１水管２１ａの内部において第１電極部６ｂがコンデンサとなり、第１電極部６ｂの表面に被覆された絶縁皮膜を誘電体として、第１電極部６ｂと第１水管２１ａとの間の静電容量を測定可能となる。そして、測定された静電容量により、第１水管２１ａの内部で第１電極部６ｂと接触する缶水の水位を検出することが可能となると共に、測定された静電容量の変化によって第１水管２１ａの内部の缶水の水位の変化を検知することが可能なる。

図１に示すように、第２水位検出電極棒７は、上部ヘッダ２３から第２水管２１ｂの上端部に装着される。なお、第２水管２１ｂは、加熱バーナ２０から噴射される火炎が直接当たる水管である。第２水位検出電極棒７は、一端側に設けられる第２外部端子７ａと、他端側に設けられる第２電極部７ｂと、を備えて構成されている。第２水位検出電極棒７は、第２外部端子７ａが第２水管２１ｂの外部に突出し、第２電極部７ｂが第２水管２１ｂの内部に収容されるように配置されている。第２水位検出電極棒７は、筒状の絶縁体（図示せず）により第２水管２１ｂの上端部に保持されている。

第２電極部７ｂは、棒状に形成されたステンレスにより構成されており、その表面は、エンジニアプラスチックによる絶縁皮膜に覆われている。絶縁皮膜としては、例えば、耐熱性、耐高圧性及び耐薬品性の高いエンジニアプラスチックが好ましく、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリアリルエーテルケトン等のケトン系合成樹脂材料、又は耐熱性の高いポリエーテルエーテルケトンが例示できる。

また、第２電極部７ｂは、第２水管２１ｂ内部に導入される缶水の特定の水位を検出可能に所定の長さに形成されている。つまり、第２電極部７ｂは、第２水管２１ｂの内部において、特定の水位を満たすように導入された缶水と接触可能な長さを有するものであればよい。

上記のように構成された第２水位検出電極棒７は、第２外部端子７ａを所定の電源部（図示せず）の一方側に接続し、電源部の他方側を金属製の第２水管２１ｂに接続させて通電することにより、第２水管２１ｂの内部において第２電極部７ｂがコンデンサとなり、第２電極部７ｂの表面に被覆された絶縁皮膜を誘電体として、第２電極部７ｂと第２水管２１ｂとの間の静電容量を測定可能となる。そして、測定された静電容量により、第２水管２１ｂの内部で第２電極部７ｂと接触する缶水の水位を検出することが可能となると共に、測定された静電容量の変化によって第２水管２１ｂの内部の缶水の水位の変化を検知することが可能なる。

給水ポンプ８は、給水ライン８ａを介して下部ヘッダ２２と接続されている。また、給水ライン８ａには、逆止弁８ｂが設けられている。逆止弁８ｂは下部ヘッダ２２から給水ポンプ８側へ水が逆流することを防止する。なお、給水ポンプ８と給水タンク（図示せず）との間には、薬注タンク（図示せず）が薬注ポンプ（図示せず）を介して接続されており、缶水の電気伝導度に応じて所定の薬剤が注入される構成となっている。

制御部９は、回線９ａを介して第１水位検出電極棒６、第２水位検出電極棒７、及び給水ポンプ８に接続されている。制御部９は、第１水位検出電極棒６が検出する第１水管２１ａの管内水位及び／又は第２水位検出電極棒７が検出する第２水管２１ｂの管内水位に基づいて給水ポンプ８の起動及び停止を行うと共に、第１水管２１ａ及び／又は第２水管２１ｂにおける蒸気圧力及び第１水管２１ａ及び第２水管２１ｂに給水される給水温度に基づいて給水ポンプ８の起動時間を決定し、起動時間の経過後に給水ポンプ８を停止させる制御を行う。

以下、第１実施形態に係る給水制御装置５の制御部９Ａによる給水制御処理について詳述する。図２は、第１実施形態に係る給水制御装置の給水制御処理を示すフローチャートである。

まず、ボイラ装置１により給水制御装置５が起動されると（ステップＳ１０）、制御部９は、第１水位検出電極棒６により特定の水位である第１水位が検出されたか否かを判断する（ステップＳ１５）。なお、第１水位とは、例えば、第１水管２１ａ又は第２水管２１ｂ内部の管内水位が下降することにより、第１水管２１ａ又は第２水管２１ｂに過熱による破損が生じうるおそれのあるため給水を必要とする水位を含む。

ステップＳ１５において、第１水位検出電極棒６により、第１水位が検出された場合（水なし）には、制御部９は、ステップＳ２５に進む。一方、ステップＳ１５において、第１水位検出電極棒６において第１水位が検出されなかった場合（水あり）には、制御部９は、第２水位検出電極棒７により第１水位が検出されたか否かを判断する（ステップＳ２０）。ステップＳ２０において、第１水位が検出されなかった場合（水あり）には、第１水管２１ａ及び第２水管２１ｂは、共に第１水位を満たしていることとなるため、制御部９は、ステップＳ１５に戻り、第１水位検出電極棒６及び第２水位検出電極棒７による第１水位の検出の判断を繰り返す。

次に、ステップＳ１５において第１水位検出電極棒６により第１水位が検出された場合（水なし）、又はステップＳ２０において第２水位検出電極棒７により第１水位が検出された場合（水なし）には、制御部９は、給水ポンプ８の起動時間（Ｔ１）を設定する（ステップＳ２５）。起動時間（Ｔ１）の設定は、第１水位が検出された第１水管２１ａ又は第２水管２１ｂの蒸気圧力及び給水ポンプ８により給水される水の温度（給水温度）に基づいて設定される。

例えば、第１水位が検出された第１水管２１ａ又は第２水管２１ｂの蒸気圧力が０．７９ＭＰａ未満の場合においては、制御部９は、給水温度が４０度以下の場合及び４１度以上の場合の何れにおいても７秒間給水ポンプ８を起動させるように起動時間（Ｔ１）を設定する。つまり、制御部９は、ボイラ缶体２０に７秒間給水するように設定する。

また、例えば、第１水位が検出された第１水管２１ａ又は第２水管２１ｂの蒸気圧力が０．７９から０．８９ＭＰａの場合においては、制御部９は、給水温度が４０度以下の場合は、１４秒間給水ポンプ８を起動させ、給水温度が４１度以上の場合は、７秒間給水ポンプ８を起動させるように起動時間（Ｔ１）を設定する。つまり、制御部９は、給水温度が４０度以下の場合は、ボイラ缶体２０に１４秒間給水し、給水温度が４１度以上の場合は、ボイラ缶体２０に７秒間給水するように設定する。

更に、例えば、第１水位が検出された第１水管２１ａ又は第２水管２１ｂの蒸気圧力が０．８９ＭＰａ以上の場合においては、制御部９は、給水温度が４０度以下の場合は、２１秒間給水ポンプ８を起動させ、給水温度が４１度以上の場合は、７秒間給水ポンプ８を起動させるように起動時間（Ｔ１）を設定する。つまり、制御部９は、給水温度が４０度以下の場合は、２１秒間給水し、給水温度が４１度以上の場合は、７秒間給水するように設定する。

起動時間（Ｔ１）が設定されると、制御部９は、給水ポンプ８を起動させる（ステップＳ３０）。ステップＳ３０において、給水ポンプ８が起動されると、制御部９は、起動時間（Ｔ１）の経過を判断する（ステップＳ３５）。ステップＳ３５で、所定の起動時間（Ｔ１）が経過したと判断された場合には、ステップＳ４０に進み、制御部９は給水ポンプ８を停止させる（ステップＳ４０）。一方、ステップＳ３５で、起動時間（Ｔ１）が経過していないと判断された場合には、起動時間（Ｔ１）が経過するまで判断を繰り返す。

次に、ステップＳ４０において、制御部９により給水ポンプ８が停止されると、制御部９は、給水制御装置５に停止の指示があるか否かを判断する（ステップＳ４５）。ステップＳ４５において、給水制御装置５に停止の指示がある場合には、制御部９は給水制御処理を終了する。一方、給水制御装置５に停止の指示がない場合には、ステップＳ１５に戻り、上述の制御を繰り返す。

以上のような構成を有する第１実施形態に係る給水制御装置５によれば、以下の効果を奏する。

第１実施形態に係る給水制御装置５は、第１水位が検出された第１水管２１ａ又は第２水管２１ｂの蒸気圧力及び給水ポンプ８により給水される水の温度（給水温度）に基づいて、給水ポンプ８の起動時間が設定される。そのため、例えば、ボイラ装置１の作動や停止が短時間で繰り返し行われる場合におけるボイラ装置１の停止直後の起動においても、水位検出電極棒により第１水位を検出後、蒸気圧力及び給水温度に基づく所定時間の給水を行うことにより、目標の水位よりも高い水位になることを防止することが可能になる。これにより、高い水位のままボイラ装置を起動させて蒸気に缶水が同伴されて流出することにより、蒸気の乾き度が低下することを防止することが可能になる。また、ボイラ装置１の稼働中においても、蒸気圧力及び給水温度に基づく所定時間の給水を行うことにより、適当な目標水位を設定することが可能になる。

また、本実施形態に係る給水制御装置５は、第１水位検出電極棒６及び第２水位検出電極棒７の２本の電極棒を用いて水管内部の管内水位を検出している。そして、第１水位検出電極棒６及び第２水位検出電極棒７は、過熱しやすい場所に配置された水管に装着される。そのため、例えば、水管の配置場所により、過熱する水管が異なる場合においても、それぞれ過熱するおそれのある水管に第１水位検出電極棒６及び第２水位検出電極棒７を装着させることにより、過熱しやすい水管を基準に給水が行われるため過熱による水管の破損を防止することが可能になる。

［２］第２実施形態
図３は、本発明の第２実施形態に係る給水制御装置を有するボイラ装置の概略構成を示す概略図である。図３に示すように、第２実施形態に係る給水制御装置５Ａを有するボイラ装置１Ａは、その構成が第１実施形態に係るボイラ装置１と同じである。第２実施形態に係る給水制御装置５Ａは、給水制御装置５Ａの制御部９Ａにおける制御方法が第１実施形態と異なる。

以下、第１実施形態と異なる部分である給水制御装置５Ａの制御部９Ａにおける給水制御処理を中心に説明する。なお、以下の実施形態においては、特に説明しない部分は第１実施形態と同様であり、図面に付した番号も第１実施形態と同様である場合は、同じ番号を付している。

図３に示すように、ボイラ装置１Ａは、ボイラ本体２と、気水分離器３と、水位検出装置４と、給水制御装置５Ａと、を主体に構成されている。

また、ボイラ本体２は、ボイラ缶体２０と、複数の水管２１と、下部ヘッダ２２と、上部ヘッダ２３と、加熱バーナ２４と、を備えて構成されている。

また、給水制御装置５Ａは、第１水位検出電極棒６と、第２水位検出電極棒７と、給水ポンプ８と、制御部９Ａと、を備えて構成されている。

制御部９Ａは、回線９ａを介して、第１水位検出電極棒６、第２水位検出電極棒７及び給水ポンプ８に接続されている。制御部９Ａは、缶水の減少により、第１水位検出電極棒６又は第２水位検出電極棒７による特定の水位である第２水位が検出されない場合に、給水ポンプ８を起動させる。そして、給水ポンプの起動により水位が上昇し、第１水位検出電極棒６及び第２水位検出電極棒７による第２水位が検出された場合には、第１水管２１ａ及び第２水管２１ｂの蒸気圧力及び給水ポンプ８から給水される水の温度（給水温度）に基づいて第２水位検出後の給水ポンプ８の起動時間（以下、「起動残時間」という）を決定すると共に、所定の起動残時間経過後に給水ポンプ８を停止させることにより、目標水位を充足させるように給水制御を行う。

以下、第２実施形態に係る給水制御装置５Ａの制御部９Ａによる給水制御処理について詳述する。図４は、第２実施形態に係る給水制御装置の給水制御処理を示すフローチャートである。

まず、ボイラ装置１Ａにより給水制御装置５Ａが起動されると（ステップＳ５０）、制御部９Ａは、第１水位検出電極棒６により第２水位が検出されたか否かを判断する（ステップＳ５５）。なお、第２水位とは、例えば、ボイラ本体２に給水する場合の目標水位を含む。

ステップＳ５５において、第１水位検出電極棒６により第２水位が検出されなかった場合（水なし）には、ステップＳ６５に進む。一方、ステップＳ５５において、第１水位検出電極棒６により第２水位が検出された場合（水あり）には、制御部９は、第２水位検出電極棒７により第２水位が検出されたか否かを判断する（ステップＳ６０）。

ステップＳ６０において、第２水位検出電極棒７により第２水位が検出されなかった場合（水なし）には、ステップＳ６５に進む。一方、ステップＳ６０において、第２水位検出電極棒７により第２水位が検出された場合（水あり）には、第１水管２１ａ及び第２水管２１ｂは、共に第２水位を満たしていることとなるため、制御部９は、ステップＳ５５に戻り、第１水位検出電極棒６及び第２水位検出電極棒７による第２水位の検出の判断を繰り返す。

次に、ステップＳ５５において第１水位検出電極棒６により第２水位が検出されなかった場合、又はステップＳ６０において第２水位検出電極棒７により第２水位が検出された場合には、制御部９Ａは、給水ポンプ８を起動させる（ステップＳ６５）。

給水ポンプ８の起動により、管内水位が上昇すると、制御部９Ａは、第１水位検出電極棒６により第２水位が検出されたか否かを判断する（ステップＳ７０）。ステップＳ７０において、第１水位検出電極棒６により第２水位が検出されなかった場合（水なし）には、制御部９Ａは、第１水位検出電極棒６において第２水位が検出されるまで判断を繰り返す。一方、第１水位検出電極棒６により第２水位が検出された場合（水あり）には、ステップＳ７５に進む。

次に、制御部９Ａは、第２水位検出電極棒７による第２水位の検出を判断する。ステップＳ７５において、第２水位検出電極棒７により第２水位が検出されなかった場合（水なし）には、制御部９Ａは、第２水位検出電極棒７において第２水位が検出されるまで判断を繰り返す。一方、第２水位検出電極棒７により第２水位が検出された場合（水あり）には、ステップＳ８０に進む。

次に、ステップＳ７５において第２水位検出電極棒７により第２水位が検出された場合（水あり）には、第１水管２１ａ及び第２水管２１ｂは、共に第２水位を満たしている可能性があるが気泡等により誤認識している可能性があるため、制御部９Ａは、給水ポンプ８の起動残時間（Ｔ２）を設定する。起動残時間（Ｔ２）の設定は、第２水位が検出された第１水管２１ａ又は第２水管２１ｂの蒸気圧力及び給水ポンプ８により給水される水の温度（給水温度）に基づいて設定される。

例えば、第２水位が検出された第１水管２１ａ又は第２水管２１ｂの蒸気圧力が０．７９ＭＰａ未満の場合においては、制御部９Ａは、給水温度が４０度以下の場合及び４０度以上の場合の何れにおいても７秒間給水ポンプ８を起動させるように起動残時間（Ｔ２）を設定する。つまり、制御部９Ａは、ボイラ缶体２０に７秒間給水するように設定する。

また、例えば、第２水位が検出された第１水管２１ａ又は第２水管２１ｂの蒸気圧力が０．７９から０．８９ＭＰａの場合においては、制御部９Ａは、給水温度が４０度以下の場合は、１４秒間給水ポンプ８を起動させ、給水温度が４１度以上の場合は、７秒間給水ポンプ８を起動させるように起動残時間（Ｔ２）を設定する。つまり、制御部９Ａは、給水温度が４０度以下の場合は、ボイラ缶体２０に１４秒間給水し、給水温度が４１度以上の場合は、ボイラ缶体２０に７秒間給水するように設定する。

更に、例えば、第２水位が検出された第１水管２１ａ又は第２水管２１ｂの蒸気圧力が０．８９ＭＰａ以上の場合においては、制御部９Ａは、給水温度が４０度以下の場合は、２１秒間給水ポンプ８を起動させ、給水温度が４１度以上の場合は、７秒間給水ポンプ８を起動させるように起動残時間（Ｔ２）を設定する。つまり、制御部９Ａは、給水温度が４０度以下の場合は、２１秒間給水し、給水温度が４１度以上の場合は、７秒間給水するように設定する。

ステップＳ８０において、起動残時間（Ｔ２）が設定されると、制御部９Ａは、第２水位が検出されてからの起動残時間（Ｔ２）の経過を判断する（ステップＳ８５）。ステップＳ８５で、起動残時間（Ｔ２）が経過したと判断された場合には、ステップＳ９０に進み、給水ポンプ８を停止させる（ステップＳ９０）。一方、ステップＳ８５で、起動残時間（Ｔ２）が経過していないと判断された場合には、起動残時間（Ｔ２）が経過するまで判断を繰り返す。

次に、ステップＳ９０において、制御部９Ａにより給水ポンプ８が停止されると、制御部９Ａは、給水制御装置５Ａに停止の指示があるか否かを判断する（ステップＳ９５）。ステップＳ９５において、給水制御装置５Ａに停止の指示がある場合には、制御部９Ａは給水制御処理を終了する。一方、給水制御装置５Ａに停止の指示がない場合には、ステップＳ５５に戻り、上述の制御を繰り返す。

以上のような構成を有する第２実施形態に係る給水制御装置５Ａによれば、以下の効果を奏する。

第２実施形態に係る給水制御装置５Ａは、第２水位が検出された第１水管２１ａ又は第２水管２１ｂの蒸気圧力及び給水ポンプ８により給水される水の温度（給水温度）に基づいて、給水ポンプ８の起動時間が設定される。そのため、例えば、ボイラ装置１Ａの作動や停止が短時間で繰り返し行われる場合におけるボイラ装置１Ａの停止直後の起動においても、水位検出電極棒により第２水位を検出後、蒸気圧力及び給水温度に基づく所定時間の給水を行うことにより、目標の水位よりも高い水位になることを防止することが可能になる。これにより、高い水位のままボイラ装置１Ａを起動させて蒸気に缶水が同伴されて流出することにより、蒸気の乾き度が低下することを防止することが可能になる。また、ボイラ装置１Ａの稼働中においても、蒸気圧力及び給水温度に基づく所定時間の給水を行うことにより、適当な目標水位を設定することが可能になる。

また、第２実施形態に係る給水制御装置５Ａは、第１水位検出電極棒６及び第２水位検出電極棒７の２本の電極棒を用いて水管内部の管内水位を検出している。そして、第１水位検出電極棒６及び第２水位検出電極棒７は、過熱しやすい場所に配置された水管に装着される。そのため、例えば、水管の配置場所により、過熱する水管が異なる場合においても、それぞれ過熱するおそれのある水管に第１水位検出電極棒６及び第２水位検出電極棒７を装着させることにより、過熱しやすい水管を基準に給水が行われるため過熱による水管の破損を防止することが可能になる。

なお、本発明の実施形態は、上記実施形態になんら限定されることはなく、本発明の技術的範囲は、これに限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、複数の水管２１をボイラ缶体２０の円周方向に所定の間隔で立設させると共に、略中央部に燃焼室２５を設け、燃焼室２５の上方に加熱バーナ２４を配置させる構成としたが本発明においてはこれに限らない。例えば、ボイラ缶体２０の周面に加熱バーナ２４を配置させ、立設される複数の水管２１の側方からそれぞれの水管２１を加熱する構成としてもよい。

また、本実施形態においては、第１水位検出電極棒６の装着される第１水管２１ａを加熱バーナ２４の近傍に配置し、第２水位検出電極棒の装着される第２水管２１ｂを加熱バーナ２０から噴射される火炎が直接当たる場所に配置したが、本発明においてはこれに限らない。第１水位検出電極棒の装着される第１水管２１ａと第２水位検出電極棒の装着される第２水管２１ｂとは、互いに過熱される可能性のある場所それぞれに配置されているものであればよい。過熱される可能性のある場所としては、例えば、加熱バーナ２４の近傍や煙道（図示せず）の近傍等が例示できる。

また、本実施形態においては、第１水位検出電極棒６及び第２水位検出電極棒７の２本の水位検出電極棒を用いて説明したが、本発明においてはこれに限らない。例えば、１本の水検出電極棒を用いて給水制御装置を構成してもよく、複数の水位検出電極棒を用いて給水制御装置を構成してもよい。

本発明の第１実施形態に係る給水制御装置を有するボイラ装置の概略構成を示す概略図である。 本発明の第１実施形態に係る給水制御装置の給水制御処理を示すフローシートである。 本発明の第２実施形態に係る給水制御装置を有するボイラ装置の概略構成を示す概略図である。 本発明の第２実施形態に係る給水制御装置の給水制御処理を示すフローシートである。

符号の説明

１ ボイラ装置
２ ボイラ本体
３ 気水分離器
４ 水位検出装置
５、５Ａ 給水制御装置
６ 第１水位検出装置（水位検出電極棒）
７ 第２水位検出装置（水位検出電極棒）
８ 給水ポンプ
９ 制御部
２１ａ 第１水管
２１ｂ 第２水管

Claims (2)

1. ボイラ缶体に収容される水管に装着され、水管内部の特定の水位を検知可能な水位検出電極棒と、
   前記ボイラ缶体に給水する給水ポンプと、
   前記給水ポンプの起動及び停止を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記水位検出電極棒が前記特定の水位を検知した場合に前記給水ポンプを起動させると共に、前記水管の圧力及び前記水管に給水される給水温度に基づいて前記給水ポンプの起動時間を決定し、前記起動時間の経過後に前記給水ポンプを停止させることを特徴とする給水制御装置。
2. ボイラ缶体に収容される水管に装着され、水管内部の特定の水位を検知可能な水位検出電極棒と、
   前記ボイラ缶体に給水する給水ポンプと、
   前記給水ポンプの起動及び停止を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記水位検出電極棒が前記特定の水位を検知しない場合に前記給水ポンプを起動させ、
   前記給水ポンプの起動により前記水位検出電極棒が前記特定の水位を検知すると、前記水管の圧力及び前記水管に給水される給水温度に基づいて、検知後の前記給水ポンプの起動時間を決定すると共に、前記起動時間の経過後に前記給水ポンプを停止させることを特徴とする給水制御装置。

Images