JP4071671B2 - ボイラの水位制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はボイラの水位制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ボイラの水位制御は、ボイラ内部と接続している水位検出筒、水位検出筒に設置した下端位置の異なる複数本の水位電極棒、水位電極棒からの信号に基づいて水位の判断を行う判定回路等からなる水位検出装置で水位を検出し、検出した水位に基づいて給水ポンプの作動を発停することで行っている。水位検出装置では、水位電極棒の下端が液体に接触しているとオン信号を出力し、液体から離れているとオフ信号を出力することを利用して水位を検出する。水位検出装置の水位電極棒として、給水を開始する水位を検出する低位側水位電極棒と、給水を停止する水位を検出する高位側水位電極棒を設けておき、低位側水位電極棒がオフ信号を出力していれば給水を開始し、高位側水位電極棒がオン信号を出力していれば給水を停止する制御を行うことで、所定範囲内に水位を保つ制御を行う。
【０００３】
水位電極棒は、表面にスケールが付着することで接液部が絶縁されたり、断線や短絡が発生するなどの異常が発生して、水位を正しく検出することができなくなることがあるため、水位電極棒の異常を検出することができるようにしておく必要がある。水位検出棒の異常を検出する手段としては、例えば特公平４−８７３２号公報に記載されているように、低位の水位電極棒がオフ信号を発しているのに高位の水位電極棒がオン信号を発している、つまり論理矛盾を発生している場合に異常であると判断するものがある。いずれかの水位電極棒に異常が発生し、水位を正しく検出することができなくなった場合には、水位制御を行うことができなくなるため、ボイラの運転を停止している。
【０００４】
【特許文献１】
特公平４−８７３２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、水位電極棒に異常が発生した場合であっても、ボイラの運転が停止することを極力避けることのできるボイラの水位制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、下端位置の異なる水位電極棒を複数本設置しておき、水位電極棒の下端が液体と接触しているとオン信号を出力し、液体から離れているとオフ信号を出力することを利用してボイラ内の水位を検出している水位検出装置と、前記水位検出装置で検出した信号を受信し、水位が低位の設定値よりも低い場合にはボイラ内への給水を行い、水位が高位の設定値よりも高くなると給水を停止する制御を行う給水制御装置からなるボイラの水位制御装置において、給水を開始するために水位を検出する低位側水位電極棒と、給水を停止するために水位を検出する高位側水位電極棒をそれぞれ複数本ずつ設けておき、通常時には、低位側水位電極棒がオフ信号を出力していると給水を開始し、高位側水位電極棒がオン信号を出力すると給水を停止する制御を行い、水位電極棒の出力に論理矛盾が発生した場合には、低位側水位電極棒のいずれかがオン信号からオフ信号へ変化の信号を出力した時に給水を開始し、高位側水位電極棒のいずれかオフ信号からオン信号へ変化の信号を出力した時に給水を停止する制御を行うことを特徴とするボイラの水位制御装置である。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、前記の水位制御装置において、水位電極棒の出力に論理矛盾が発生した時からの経過時間を水位電極棒点検判定時間として計測しておき、計測している水位電極棒点検判定時間があらかじめ定めておいた水位電極棒点検判定用設定時間に達しても論理矛盾が解消されなかった場合、水位電極棒点検の出力を行うことを特徴とするボイラの水位制御装置である。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、前記の水位制御装置において、低位側水位電極棒のうち少なくとも１本の水位電極棒は低水位異常検出を兼ねた水位電極棒として、ほかの水位電極棒より下端位置を低くしておき、低水位異常検出兼用の水位電極棒がオン信号からオフ信号へ変化の信号を発したときからの経過時間を低水位異常判定時間として計測し、計測している低水位異常判定時間があらかじめ定めておいた低水位異常判定用設定時間に達しても、前記のオン信号からオフ信号へ変化の信号を発した低水位異常検出兼用の水位電極棒がオフ信号からオン信号へ変化の信号を出力しなかった場合、低水位異常の出力を行うことを特徴とするボイラの水位制御装置である。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、前記の水位制御装置において、低水位異常を検出する水位電極棒を２本設置し、うち１本はボイラの気水分離器とボイラ内下部の缶水部に接続している第１水位検出筒に設置し、残りの１本はボイラ内上部の蒸気部とボイラ内下部の缶水部に接続している第２水位検出筒に設置していることを特徴とするボイラの水位制御装置である。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、前記ボイラの水位制御装置において、水位電極棒の出力に論理矛盾が発生した時からの経過時間を水位電極棒異常判定時間として計測しておき、計測している水位電極棒異常判定時間があらかじめ定めておいた水位電極棒異常検出用設定時間に達するまでに、低位側水位電極棒によるオン信号からオフ信号へ変化の信号と高位側水位電極棒によるオフ信号からオン信号へ変化の信号のいずれか一方でも検出することができなかった場合、水位電極棒異常の出力を行うことを特徴とするボイラの水位制御装置である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明を実施しているボイラの概要図、図２は水位電極棒Ｈに異常が発生した場合の水位制御状況を示したタイムチャート、図３は水位電極棒Ｌに異常が発生した場合の水位制御状況を示したタイムチャートである。
【００１２】
ボイラ本体部１には、上部管寄せ５及び下部管寄せ６を設けており、上部管寄せ５と下部管寄せ６の間を多数の水管１０で連結している。下部管寄せ６には、途中に給水ポンプ８を設けている給水配管９を接続しており、給水配管９を通じてボイラ本体部１内に給水を行う。ボイラ内の水位は水管１０の半ばになるように調節しておき、水管１０を加熱することで水管内の缶水を加熱して蒸気を発生する。上部管寄せ５には蒸気連絡管１１を介して気水分離器４を接続しておき、ボイラ本体部１で発生した蒸気は気水分離器４で蒸気と缶水に分離して蒸気のみを取り出し、蒸気に含まれていた缶水は下部管寄せに戻す。
【００１３】
ボイラ内の水位は、気水分離器４及び下部管寄せ６に接続している第１水位検出筒２と、上部管寄せ５及び下部管寄せ６に接続している第２水位検出筒３によって検出する。第１水位検出筒２には、高位側から順に水位電極棒ＨＨ、水位電極棒Ｈ、水位電極棒Ｌ、水位電極棒ＬＬ１を設け、第２水位検出筒３には水位電極棒ＬＬ２を設けており、各水位電極棒は制御装置７と接続する。水位電極棒Ｈ及び水位電極棒ＨＨを高位側水位電極棒、水位電極棒Ｌ、水位電極棒ＬＬ１、水位電極棒ＬＬ２を低位側水位電極棒とし、水位電極棒ＬＬ１及び水位電極棒ＬＬ２は低水位異常の検出にも利用する。
【００１４】
水位の検出は、各水位電極棒に所定の電圧を掛けることで、各水位電極棒における抵抗値を検出し、抵抗値に基づいて水の有無を判断することで行う。制御装置７は、水位電極棒が缶水に接触することで抵抗値が小さくなっている場合には水ありを意味するオン信号を出力し、水位電極棒が缶水から離れており抵抗値が大きくなっている場合には水なしを意味するオフ信号を出力する。制御装置７は前記水位電極棒からの信号に基づいてボイラ内の水位を判断する。
【００１５】
制御装置７は給水制御装置でもあり、ボイラ内の水位が所定の水位を保つように給水ポンプ８の作動を制御する。制御装置７による水位制御は、水位電極棒Ｌがオフ信号を出力していると給水を開始し、水位電極棒Ｈがオン信号を出力していると給水を停止する通常時の水位制御と、低位側水位電極棒である水位電極棒Ｌ、水位電極棒ＬＬ１、水位電極棒ＬＬ２のいずれかがオン信号からオフ信号へ変化の信号を出力した時に給水を開始し、高位側水位電極棒である水位電極棒Ｈ又は水位電極棒ＨＨがオフ信号からオン信号へ変化の信号を出力した時に給水を停止するバックアップモードを設定しておく。
【００１６】
また、制御装置７には、各水位電極棒からの信号に基づいて水位電極棒の異常や低水位異常を判断し、異常が発生している場合の異常報知や、ボイラの運転を停止する決定などを行う回路を設けておく。
【００１７】
次に図２に基づいて制御に関する説明を行う。図２は、前半は水位電極棒に異常は発生しておらず、通常の水位制御を行っていたが、途中で水位電極棒Ｈに異常が発生し、後半は水位電極棒Ｈでは缶水から離れてもオン信号を出力し続けた場合の例である。工程を示す符号Ａ〜Ｋごとに説明する。
【００１８】
制御装置７は通常時には、水位電極棒Ｌ及び水位電極棒Ｈの２本の水位電極棒で給水ポンプ８の作動を制御する。（Ａ）水位が水位電極棒Ｌの下端よりも低かった場合、水位電極棒Ｈによる水位信号はオフ信号、水位電極棒Ｌによる水位信号もオフ信号となる。制御装置７は、水位電極棒Ｌがオフ信号を出力しているため、給水ポンプ８を作動させてボイラ本体部１への給水を行っている。（Ｂ）ボイラ内への給水を行うことによって水位が水位電極棒Ｌの下端より高くなると、水位電極棒Ｌの水位信号はオン信号を出力することとなる。しかし水位電極棒Ｈは依然オフ信号を出力し続けているため給水は継続する。（Ｃ）さらに上昇して水位が水位電極棒Ｈの下端位置以上になると、水位電極棒Ｈでもオン信号の出力を行う。制御装置７は水位電極棒Ｈによる水位信号がオン信号であることを検出すると、給水ポンプ８の作動を停止する。
【００１９】
ボイラ内では缶水を加熱して蒸気を取り出しているため、給水を停止している場合にはボイラ内の水位は低下していく。（Ｄ）蒸発によって水位が低下し、水位が水位電極棒Ｈの下端位置と水位電極棒Ｌの下端位置の間となっている場合、水位電極棒Ｈの水位信号はオフ信号、水位電極棒Ｌの水位信号はオン信号となる。給水を開始するのは水位電極棒Ｌがオフ信号を出力している状態のときであるため、この段階では給水は行わない。（Ｅ）水位が水位電極棒Ｌの下端位置より低くなると、水位電極棒Ｌもオフ信号を出力することになる。水位電極棒Ｌの水位信号がオフ信号となれば、制御装置７は再び給水ポンプ８の作動を行ってボイラ本体部１への給水を行うというサイクルを繰り返す。
【００２０】
なお、通常の制御を行っている場合は、水位電極棒ＨＨ、水位電極棒ＬＬ１、水位電極棒ＬＬ２の水位信号は給水制御に使用していないが、水位電極棒ＬＬ１及び水位電極棒ＬＬ２の水位信号は低水位異常の検出に使用する。もしも水位が大きく低下して水位電極棒ＬＬ１又は水位電極棒ＬＬ２の水位信号がオフ信号になると、制御装置７は水位電極棒ＬＬ１又は水位電極棒ＬＬ２のオフ信号を継続している時間を低水位異常判定時間として計測し、計測している低水位異常判定時間があらかじめ定めておいた低水位異常判定用設定時間（例えば３０秒）に達してもオフ信号が継続していれば低水位異常としてボイラの運転を停止する。
【００２１】
図２の後半は、水位電極棒Ｈに異常が発生し、実際の水位に関係なく常にオン信号を出力することになった場合のものである。（Ｆ）水位が水位電極棒Ｈの下端位置と水位電極棒Ｌの下端位置の間にある場合、水位電極棒Ｈはオフ信号を出力するはずであるが、水位電極棒Ｈは水位に関係なくオン信号を出力し続けている。しかし、この段階では水位電極棒の出力に論理矛盾は発生していないため、異常であることの認識は行えない。（Ｇ）水位が水位電極棒Ｌの下端位置より低くなると、水位電極棒Ｌはオフ信号を出力するが、この時水位電極棒Ｈではオン信号を出力してるため、水位信号に論理矛盾が発生することになる。制御装置７は論理矛盾の発生を検出すると、通常時の水位制御からバックアップモードによる水位制御に切り換える。
【００２２】
制御装置７はバックアップモードにおいて、水位電極棒Ｌによる水位信号がオン信号からオフ信号へ変化の信号を検出すると、給水ポンプ８に対して作動指令を出力して給水を行う。通常時の水位制御では、水位電極棒Ｈがオン信号を出力していれば給水を停止するが、バックアップモードでは水位電極棒Ｈ又は水位電極棒ＨＨのオフ信号からオン信号へ変化の信号によって給水を停止するものであるため、水位電極棒Ｈがオン信号を出力していても給水を行う。
【００２３】
（Ｈ）給水ポンプを作動していることによってボイラ本体部１内の水位が上昇し、水位が水位電極棒Ｌの下端位置より高くなって水位電極棒Ｌではオン信号を出力し始めると、水位電極棒Ｈと水位電極棒Ｌはいずれもオン信号を出力することになり、水位電極棒Ｈと水位電極棒Ｌの間に発生していた論理矛盾は解消されることになる。論理矛盾は解消されてもバックアップモードは継続しているため、水位電極棒Ｈのオン信号に関係なく給水を継続する。（Ｉ）その後さらに水位が上昇して、水位電極棒ＨＨの下端が缶水に触れると、水位電極棒ＨＨによる水位信号はオフ信号からオン信号に切り替わる。制御装置７は水位電極棒ＨＨによるオフ信号からオン信号へ変化の信号を検出すると、給水ポンプ８に対して作動を停止する出力を行う。（Ｊ）その後、給水を停止していれば蒸発によって水位が低下し、水位が水位電極棒ＨＨの下端位置より低くなると水位電極棒ＨＨはオフ信号を出力、（Ｋ）更に水位が低下して水位電極棒Ｌの下端位置より低くなり、水位電極棒Ｌがオン信号からオフ信号へ変化の信号を出力すると、給水を再開するというサイクルを繰り返すことで、水位電極棒Ｈに異常が発生していても水位制御を継続することができる。
【００２４】
また、制御装置７は水位電極棒点検の報知と、水位電極棒異常によるボイラの運転停止の必要性を判断する。制御装置７は、水位電極棒の論理矛盾を検出すると、論理矛盾が発生した時からの経過時間を計測する。論理矛盾の検出開始から検出終了までの時間を水位電極棒点検判定時間、論理矛盾の検出開始から低位側水位電極棒によるオン信号からオフ信号へ変化の信号と高位側水位電極棒によるオフ信号からオン信号へ変化の信号のぞれぞれを検出するまでの時間を水位電極棒異常判定時間として計測する。
【００２５】
計測している水位電極棒点検判定時間が、あらかじめ定めておいた水位電極棒点検判定用設定時間（例えば６０秒）に達しても論理矛盾が解消されなかった場合には、水位電極棒点検の出力を行う。水位電極棒点検の出力時点ではボイラの運転を停止する必要はないが、ボイラの運転を停止しても支障のない時に点検を行うようにする。
【００２６】
さらに、計測している水位電極棒異常判定時間が、あらかじめ定めておいた水位電極棒異常判定用設定時間に達するまでに、低位側水位電極棒によるオン信号からオフ信号へ変化の信号と高位側水位電極棒によるオフ信号からオン信号へ変化の信号のぞれぞれを検出できなかった場合には水位電極棒異常の出力を行う。バックアップモードによる水位制御を行うには、低位側水位電極棒でのオン信号からオフ信号へ変化の信号と高位側水位電極棒でのオフ信号からオン信号へ変化の信号の両方を検出することができなければならない。もしもすべての低位側水位電極棒またはすべての高位側水位電極棒に異常が発生しており、低位側水位電極棒のオン信号からオフ信号へ変化の信号または高位側水位電極棒のオフ信号からオン信号へ変化の信号が検出されなかった場合には、給水の制御を行うことができない。そのため、所定の時間が経過しても低位側水位電極棒によるオン信号からオフ信号へ変化の信号と高位側水位電極棒によるオフ信号からオン信号へ変化の信号のぞれぞれが検出されなかった場合には、異常な水位となる前に水位電極棒異常としてボイラの運転を停止することで安全を確保する。
【００２７】
次に図３に基づいて説明する。図３は図２と同様に前半は水位電極棒に異常は発生しておらず、通常の水位制御を行っていたが、途中で水位電極棒Ｌに異常が発生し、後半は水位電極棒Ｌでは缶水に接触していてもオフ信号を出力し続けた場合の例である。図３の前半は図２と同じであるため説明を省略し、図３の後半から工程を示す符号ｆ〜ｋごとに説明する。
【００２８】
（ｆ）水位が水位電極棒Ｈの下端位置と水位電極棒Ｌの下端位置の間にある場合、水位電極棒Ｌはオン信号を出力するはずであるが、水位電極棒Ｌは水位に関係なくオフ信号を出力し続けている。しかし、この段階では水位電極棒Ｈもオフ信号を出力しており、水位信号に論理矛盾は発生していないため、異常であることの認識は行えない。（ｇ）給水を行うことによって水位が上昇し、水位が水位電極棒Ｈの下端位置より高くなると、水位電極棒Ｈはオン信号を出力するが、この時水位電極棒Ｌではオフ信号を出力しているため、水位信号に論理矛盾が発生することになる。
【００２９】
制御装置７は論理矛盾の発生を検出すると、通常時の水位制御からバックアップモードによる水位制御に切り換える。制御装置７は水位電極棒Ｈによる水位信号がオフ信号からオン信号へ変化の信号を検出すると、給水ポンプ８に対して停止指令を出力して給水を停止する。通常時の水位制御では、水位電極棒Ｌがオフ信号を出力していれば給水ポンプを作動するが、バックアップモードでは水位電極棒Ｌ、水位電極棒ＬＬ１、水位電極棒ＬＬ２のいずれかがオン信号からオフ信号へ変化の信号を出力することによって給水を開始するものであるため、水位電極棒Ｌがオフ信号を出力していても給水を停止する。
【００３０】
（ｈ）給水ポンプの停止によってボイラ本体部１内の水位が水位電極棒Ｈの下端位置よりも低下し、水位電極棒Ｈではオフ信号を出力し始めると、水位電極棒Ｈと水位電極棒Ｌはいずれもオフ信号を出力することになり、水位電極棒Ｈと水位電極棒Ｌの間に発生していた論理矛盾は解消されることになる。論理矛盾は解消されてもバックアップモードは継続しているため、水位電極棒Ｌのオフ信号に関係なく給水は停止したままとする。（ｉ）その後さらに水位が低下して、水位が水位電極棒ＬＬ１の下端よりも低くなると、水位電極棒ＬＬ１による水位信号はオン信号からオフ信号に切り替わる。制御装置７は水位電極棒ＬＬ１によるオン信号からオフ信号へ変化の信号を検出すると、給水ポンプ８に対して作動を開始する出力を行う。（ｊ）その後、給水を行うことによって水位が上昇し、水位が水位電極棒ＬＬ１の下端位置より高くなると水位電極棒ＬＬ１はオン信号を出力、（Ｋ）更に水位が上昇して水位電極棒Ｈの下端位置より高くなり、水位電極棒Ｈがオフ信号からオン信号へ変化の信号を出力すると、給水を停止するというサイクルを繰り返すことで、水位電極棒Ｌに異常が発生していても水位制御を継続することができる。
【００３１】
なお、この場合にも図２の場合と同様に制御装置７は、水位電極棒点検の報知と、水位電極棒異常によるボイラの運転停止の必要性を判断する。また、制御装置７は、低水位異常の検出も行う。制御装置７は水位電極棒ＬＬ１又は水位電極棒ＬＬ２のオフ信号を継続している時間を低水位異常判定時間として計測しておき、計測している低水位異常判定時間があらかじめ定めておいた低水位異常判定用設定時間に達してもオフ信号が継続していれば、低水位異常としてボイラの運転を停止する。
【００３２】
水位電極棒Ｌによる水位検出が行えなくなっており、水位電極棒ＬＬ１又は水位電極棒ＬＬ２のオン信号からオフ信号へ変化の信号によって給水を開始している場合、ボイラ内の水位は通常の水位よりも低くなる時期がある。この場合、水位が水位電極棒ＬＬ１又は水位電極棒ＬＬ２の下端位置からどこまで低下しているのかを検出することができないため、水位電極棒ＬＬ１または水位電極棒ＬＬ２のオン信号からオフ信号へ変化の信号出力から所定時間経過しても、水位がその水位電極棒の下端位置にまで回復していなかった場合には、水位異常としてボイラの運転を停止することで安全を確保する。
【００３３】
また、第１水位検出筒２及び第２水位検出筒３に現れる水位は、蒸気部と缶水部の圧力によって定まるが、気水分離器４に接続している第１水位検出筒では、蒸気が蒸気連絡管１１を通過する際に発生する圧力損失の影響を受けるため、蒸気連絡管１１を通過する蒸気速度が速くなるほど、ボイラ本体部１内の水位に比べて高く現れるのに対し、上部管寄せ５に直接つながっている第２水位検出筒３ではそのようにはならない。そのため、低水位検出兼用の水位電極棒である水位電極棒ＬＬ１と水位電極棒ＬＬ２は、第１水位検出筒２と第２水位検出筒３のそれぞれに設けておくことで、ボイラ本体部１内の水位が低下した場合には確実に検出するようにしておく。
【００３４】
【発明の効果】
本発明を実施することによって、水位検出装置の異常によってボイラの運転が停止することを極力避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を実施しているボイラの概要図
【図２】 水位電極棒Ｈに異常が発生した例におけるタイムチャート
【図３】 水位電極棒Ｌに異常が発生した例におけるタイムチャート
【符号の説明】
１ ボイラ本体部
２ 第１水位検出筒
３ 第２水位検出筒
４ 気水分離器
５ 上部管寄せ
６ 下部管寄せ
７ 制御装置
８ 給水ポンプ
９ 給水配管
１０ 水管
１１ 蒸気連絡管
ＨＨ 水位電極棒ＨＨ
Ｈ 水位電極棒Ｈ
Ｌ 水位電極棒Ｌ
ＬＬ１ 水位電極棒ＬＬ１
ＬＬ２ 水位電極棒ＬＬ２
【産業上の利用分野】
本発明はボイラの水位制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ボイラの水位制御は、ボイラ内部と接続している水位検出筒、水位検出筒に設置した下端位置の異なる複数本の水位電極棒、水位電極棒からの信号に基づいて水位の判断を行う判定回路等からなる水位検出装置で水位を検出し、検出した水位に基づいて給水ポンプの作動を発停することで行っている。水位検出装置では、水位電極棒の下端が液体に接触しているとオン信号を出力し、液体から離れているとオフ信号を出力することを利用して水位を検出する。水位検出装置の水位電極棒として、給水を開始する水位を検出する低位側水位電極棒と、給水を停止する水位を検出する高位側水位電極棒を設けておき、低位側水位電極棒がオフ信号を出力していれば給水を開始し、高位側水位電極棒がオン信号を出力していれば給水を停止する制御を行うことで、所定範囲内に水位を保つ制御を行う。
【０００３】
水位電極棒は、表面にスケールが付着することで接液部が絶縁されたり、断線や短絡が発生するなどの異常が発生して、水位を正しく検出することができなくなることがあるため、水位電極棒の異常を検出することができるようにしておく必要がある。水位検出棒の異常を検出する手段としては、例えば特公平４−８７３２号公報に記載されているように、低位の水位電極棒がオフ信号を発しているのに高位の水位電極棒がオン信号を発している、つまり論理矛盾を発生している場合に異常であると判断するものがある。いずれかの水位電極棒に異常が発生し、水位を正しく検出することができなくなった場合には、水位制御を行うことができなくなるため、ボイラの運転を停止している。
【０００４】
【特許文献１】
特公平４−８７３２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、水位電極棒に異常が発生した場合であっても、ボイラの運転が停止することを極力避けることのできるボイラの水位制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、下端位置の異なる水位電極棒を複数本設置しておき、水位電極棒の下端が液体と接触しているとオン信号を出力し、液体から離れているとオフ信号を出力することを利用してボイラ内の水位を検出している水位検出装置と、前記水位検出装置で検出した信号を受信し、水位が低位の設定値よりも低い場合にはボイラ内への給水を行い、水位が高位の設定値よりも高くなると給水を停止する制御を行う給水制御装置からなるボイラの水位制御装置において、給水を開始するために水位を検出する低位側水位電極棒と、給水を停止するために水位を検出する高位側水位電極棒をそれぞれ複数本ずつ設けておき、通常時には、低位側水位電極棒がオフ信号を出力していると給水を開始し、高位側水位電極棒がオン信号を出力すると給水を停止する制御を行い、水位電極棒の出力に論理矛盾が発生した場合には、低位側水位電極棒のいずれかがオン信号からオフ信号へ変化の信号を出力した時に給水を開始し、高位側水位電極棒のいずれかオフ信号からオン信号へ変化の信号を出力した時に給水を停止する制御を行うことを特徴とするボイラの水位制御装置である。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、前記の水位制御装置において、水位電極棒の出力に論理矛盾が発生した時からの経過時間を水位電極棒点検判定時間として計測しておき、計測している水位電極棒点検判定時間があらかじめ定めておいた水位電極棒点検判定用設定時間に達しても論理矛盾が解消されなかった場合、水位電極棒点検の出力を行うことを特徴とするボイラの水位制御装置である。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、前記の水位制御装置において、低位側水位電極棒のうち少なくとも１本の水位電極棒は低水位異常検出を兼ねた水位電極棒として、ほかの水位電極棒より下端位置を低くしておき、低水位異常検出兼用の水位電極棒がオン信号からオフ信号へ変化の信号を発したときからの経過時間を低水位異常判定時間として計測し、計測している低水位異常判定時間があらかじめ定めておいた低水位異常判定用設定時間に達しても、前記のオン信号からオフ信号へ変化の信号を発した低水位異常検出兼用の水位電極棒がオフ信号からオン信号へ変化の信号を出力しなかった場合、低水位異常の出力を行うことを特徴とするボイラの水位制御装置である。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、前記の水位制御装置において、低水位異常を検出する水位電極棒を２本設置し、うち１本はボイラの気水分離器とボイラ内下部の缶水部に接続している第１水位検出筒に設置し、残りの１本はボイラ内上部の蒸気部とボイラ内下部の缶水部に接続している第２水位検出筒に設置していることを特徴とするボイラの水位制御装置である。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、前記ボイラの水位制御装置において、水位電極棒の出力に論理矛盾が発生した時からの経過時間を水位電極棒異常判定時間として計測しておき、計測している水位電極棒異常判定時間があらかじめ定めておいた水位電極棒異常検出用設定時間に達するまでに、低位側水位電極棒によるオン信号からオフ信号へ変化の信号と高位側水位電極棒によるオフ信号からオン信号へ変化の信号のいずれか一方でも検出することができなかった場合、水位電極棒異常の出力を行うことを特徴とするボイラの水位制御装置である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明を実施しているボイラの概要図、図２は水位電極棒Ｈに異常が発生した場合の水位制御状況を示したタイムチャート、図３は水位電極棒Ｌに異常が発生した場合の水位制御状況を示したタイムチャートである。
【００１２】
ボイラ本体部１には、上部管寄せ５及び下部管寄せ６を設けており、上部管寄せ５と下部管寄せ６の間を多数の水管１０で連結している。下部管寄せ６には、途中に給水ポンプ８を設けている給水配管９を接続しており、給水配管９を通じてボイラ本体部１内に給水を行う。ボイラ内の水位は水管１０の半ばになるように調節しておき、水管１０を加熱することで水管内の缶水を加熱して蒸気を発生する。上部管寄せ５には蒸気連絡管１１を介して気水分離器４を接続しておき、ボイラ本体部１で発生した蒸気は気水分離器４で蒸気と缶水に分離して蒸気のみを取り出し、蒸気に含まれていた缶水は下部管寄せに戻す。
【００１３】
ボイラ内の水位は、気水分離器４及び下部管寄せ６に接続している第１水位検出筒２と、上部管寄せ５及び下部管寄せ６に接続している第２水位検出筒３によって検出する。第１水位検出筒２には、高位側から順に水位電極棒ＨＨ、水位電極棒Ｈ、水位電極棒Ｌ、水位電極棒ＬＬ１を設け、第２水位検出筒３には水位電極棒ＬＬ２を設けており、各水位電極棒は制御装置７と接続する。水位電極棒Ｈ及び水位電極棒ＨＨを高位側水位電極棒、水位電極棒Ｌ、水位電極棒ＬＬ１、水位電極棒ＬＬ２を低位側水位電極棒とし、水位電極棒ＬＬ１及び水位電極棒ＬＬ２は低水位異常の検出にも利用する。
【００１４】
水位の検出は、各水位電極棒に所定の電圧を掛けることで、各水位電極棒における抵抗値を検出し、抵抗値に基づいて水の有無を判断することで行う。制御装置７は、水位電極棒が缶水に接触することで抵抗値が小さくなっている場合には水ありを意味するオン信号を出力し、水位電極棒が缶水から離れており抵抗値が大きくなっている場合には水なしを意味するオフ信号を出力する。制御装置７は前記水位電極棒からの信号に基づいてボイラ内の水位を判断する。
【００１５】
制御装置７は給水制御装置でもあり、ボイラ内の水位が所定の水位を保つように給水ポンプ８の作動を制御する。制御装置７による水位制御は、水位電極棒Ｌがオフ信号を出力していると給水を開始し、水位電極棒Ｈがオン信号を出力していると給水を停止する通常時の水位制御と、低位側水位電極棒である水位電極棒Ｌ、水位電極棒ＬＬ１、水位電極棒ＬＬ２のいずれかがオン信号からオフ信号へ変化の信号を出力した時に給水を開始し、高位側水位電極棒である水位電極棒Ｈ又は水位電極棒ＨＨがオフ信号からオン信号へ変化の信号を出力した時に給水を停止するバックアップモードを設定しておく。
【００１６】
また、制御装置７には、各水位電極棒からの信号に基づいて水位電極棒の異常や低水位異常を判断し、異常が発生している場合の異常報知や、ボイラの運転を停止する決定などを行う回路を設けておく。
【００１７】
次に図２に基づいて制御に関する説明を行う。図２は、前半は水位電極棒に異常は発生しておらず、通常の水位制御を行っていたが、途中で水位電極棒Ｈに異常が発生し、後半は水位電極棒Ｈでは缶水から離れてもオン信号を出力し続けた場合の例である。工程を示す符号Ａ〜Ｋごとに説明する。
【００１８】
制御装置７は通常時には、水位電極棒Ｌ及び水位電極棒Ｈの２本の水位電極棒で給水ポンプ８の作動を制御する。（Ａ）水位が水位電極棒Ｌの下端よりも低かった場合、水位電極棒Ｈによる水位信号はオフ信号、水位電極棒Ｌによる水位信号もオフ信号となる。制御装置７は、水位電極棒Ｌがオフ信号を出力しているため、給水ポンプ８を作動させてボイラ本体部１への給水を行っている。（Ｂ）ボイラ内への給水を行うことによって水位が水位電極棒Ｌの下端より高くなると、水位電極棒Ｌの水位信号はオン信号を出力することとなる。しかし水位電極棒Ｈは依然オフ信号を出力し続けているため給水は継続する。（Ｃ）さらに上昇して水位が水位電極棒Ｈの下端位置以上になると、水位電極棒Ｈでもオン信号の出力を行う。制御装置７は水位電極棒Ｈによる水位信号がオン信号であることを検出すると、給水ポンプ８の作動を停止する。
【００１９】
ボイラ内では缶水を加熱して蒸気を取り出しているため、給水を停止している場合にはボイラ内の水位は低下していく。（Ｄ）蒸発によって水位が低下し、水位が水位電極棒Ｈの下端位置と水位電極棒Ｌの下端位置の間となっている場合、水位電極棒Ｈの水位信号はオフ信号、水位電極棒Ｌの水位信号はオン信号となる。給水を開始するのは水位電極棒Ｌがオフ信号を出力している状態のときであるため、この段階では給水は行わない。（Ｅ）水位が水位電極棒Ｌの下端位置より低くなると、水位電極棒Ｌもオフ信号を出力することになる。水位電極棒Ｌの水位信号がオフ信号となれば、制御装置７は再び給水ポンプ８の作動を行ってボイラ本体部１への給水を行うというサイクルを繰り返す。
【００２０】
なお、通常の制御を行っている場合は、水位電極棒ＨＨ、水位電極棒ＬＬ１、水位電極棒ＬＬ２の水位信号は給水制御に使用していないが、水位電極棒ＬＬ１及び水位電極棒ＬＬ２の水位信号は低水位異常の検出に使用する。もしも水位が大きく低下して水位電極棒ＬＬ１又は水位電極棒ＬＬ２の水位信号がオフ信号になると、制御装置７は水位電極棒ＬＬ１又は水位電極棒ＬＬ２のオフ信号を継続している時間を低水位異常判定時間として計測し、計測している低水位異常判定時間があらかじめ定めておいた低水位異常判定用設定時間（例えば３０秒）に達してもオフ信号が継続していれば低水位異常としてボイラの運転を停止する。
【００２１】
図２の後半は、水位電極棒Ｈに異常が発生し、実際の水位に関係なく常にオン信号を出力することになった場合のものである。（Ｆ）水位が水位電極棒Ｈの下端位置と水位電極棒Ｌの下端位置の間にある場合、水位電極棒Ｈはオフ信号を出力するはずであるが、水位電極棒Ｈは水位に関係なくオン信号を出力し続けている。しかし、この段階では水位電極棒の出力に論理矛盾は発生していないため、異常であることの認識は行えない。（Ｇ）水位が水位電極棒Ｌの下端位置より低くなると、水位電極棒Ｌはオフ信号を出力するが、この時水位電極棒Ｈではオン信号を出力してるため、水位信号に論理矛盾が発生することになる。制御装置７は論理矛盾の発生を検出すると、通常時の水位制御からバックアップモードによる水位制御に切り換える。
【００２２】
制御装置７はバックアップモードにおいて、水位電極棒Ｌによる水位信号がオン信号からオフ信号へ変化の信号を検出すると、給水ポンプ８に対して作動指令を出力して給水を行う。通常時の水位制御では、水位電極棒Ｈがオン信号を出力していれば給水を停止するが、バックアップモードでは水位電極棒Ｈ又は水位電極棒ＨＨのオフ信号からオン信号へ変化の信号によって給水を停止するものであるため、水位電極棒Ｈがオン信号を出力していても給水を行う。
【００２３】
（Ｈ）給水ポンプを作動していることによってボイラ本体部１内の水位が上昇し、水位が水位電極棒Ｌの下端位置より高くなって水位電極棒Ｌではオン信号を出力し始めると、水位電極棒Ｈと水位電極棒Ｌはいずれもオン信号を出力することになり、水位電極棒Ｈと水位電極棒Ｌの間に発生していた論理矛盾は解消されることになる。論理矛盾は解消されてもバックアップモードは継続しているため、水位電極棒Ｈのオン信号に関係なく給水を継続する。（Ｉ）その後さらに水位が上昇して、水位電極棒ＨＨの下端が缶水に触れると、水位電極棒ＨＨによる水位信号はオフ信号からオン信号に切り替わる。制御装置７は水位電極棒ＨＨによるオフ信号からオン信号へ変化の信号を検出すると、給水ポンプ８に対して作動を停止する出力を行う。（Ｊ）その後、給水を停止していれば蒸発によって水位が低下し、水位が水位電極棒ＨＨの下端位置より低くなると水位電極棒ＨＨはオフ信号を出力、（Ｋ）更に水位が低下して水位電極棒Ｌの下端位置より低くなり、水位電極棒Ｌがオン信号からオフ信号へ変化の信号を出力すると、給水を再開するというサイクルを繰り返すことで、水位電極棒Ｈに異常が発生していても水位制御を継続することができる。
【００２４】
また、制御装置７は水位電極棒点検の報知と、水位電極棒異常によるボイラの運転停止の必要性を判断する。制御装置７は、水位電極棒の論理矛盾を検出すると、論理矛盾が発生した時からの経過時間を計測する。論理矛盾の検出開始から検出終了までの時間を水位電極棒点検判定時間、論理矛盾の検出開始から低位側水位電極棒によるオン信号からオフ信号へ変化の信号と高位側水位電極棒によるオフ信号からオン信号へ変化の信号のぞれぞれを検出するまでの時間を水位電極棒異常判定時間として計測する。
【００２５】
計測している水位電極棒点検判定時間が、あらかじめ定めておいた水位電極棒点検判定用設定時間（例えば６０秒）に達しても論理矛盾が解消されなかった場合には、水位電極棒点検の出力を行う。水位電極棒点検の出力時点ではボイラの運転を停止する必要はないが、ボイラの運転を停止しても支障のない時に点検を行うようにする。
【００２６】
さらに、計測している水位電極棒異常判定時間が、あらかじめ定めておいた水位電極棒異常判定用設定時間に達するまでに、低位側水位電極棒によるオン信号からオフ信号へ変化の信号と高位側水位電極棒によるオフ信号からオン信号へ変化の信号のぞれぞれを検出できなかった場合には水位電極棒異常の出力を行う。バックアップモードによる水位制御を行うには、低位側水位電極棒でのオン信号からオフ信号へ変化の信号と高位側水位電極棒でのオフ信号からオン信号へ変化の信号の両方を検出することができなければならない。もしもすべての低位側水位電極棒またはすべての高位側水位電極棒に異常が発生しており、低位側水位電極棒のオン信号からオフ信号へ変化の信号または高位側水位電極棒のオフ信号からオン信号へ変化の信号が検出されなかった場合には、給水の制御を行うことができない。そのため、所定の時間が経過しても低位側水位電極棒によるオン信号からオフ信号へ変化の信号と高位側水位電極棒によるオフ信号からオン信号へ変化の信号のぞれぞれが検出されなかった場合には、異常な水位となる前に水位電極棒異常としてボイラの運転を停止することで安全を確保する。
【００２７】
次に図３に基づいて説明する。図３は図２と同様に前半は水位電極棒に異常は発生しておらず、通常の水位制御を行っていたが、途中で水位電極棒Ｌに異常が発生し、後半は水位電極棒Ｌでは缶水に接触していてもオフ信号を出力し続けた場合の例である。図３の前半は図２と同じであるため説明を省略し、図３の後半から工程を示す符号ｆ〜ｋごとに説明する。
【００２８】
（ｆ）水位が水位電極棒Ｈの下端位置と水位電極棒Ｌの下端位置の間にある場合、水位電極棒Ｌはオン信号を出力するはずであるが、水位電極棒Ｌは水位に関係なくオフ信号を出力し続けている。しかし、この段階では水位電極棒Ｈもオフ信号を出力しており、水位信号に論理矛盾は発生していないため、異常であることの認識は行えない。（ｇ）給水を行うことによって水位が上昇し、水位が水位電極棒Ｈの下端位置より高くなると、水位電極棒Ｈはオン信号を出力するが、この時水位電極棒Ｌではオフ信号を出力しているため、水位信号に論理矛盾が発生することになる。
【００２９】
制御装置７は論理矛盾の発生を検出すると、通常時の水位制御からバックアップモードによる水位制御に切り換える。制御装置７は水位電極棒Ｈによる水位信号がオフ信号からオン信号へ変化の信号を検出すると、給水ポンプ８に対して停止指令を出力して給水を停止する。通常時の水位制御では、水位電極棒Ｌがオフ信号を出力していれば給水ポンプを作動するが、バックアップモードでは水位電極棒Ｌ、水位電極棒ＬＬ１、水位電極棒ＬＬ２のいずれかがオン信号からオフ信号へ変化の信号を出力することによって給水を開始するものであるため、水位電極棒Ｌがオフ信号を出力していても給水を停止する。
【００３０】
（ｈ）給水ポンプの停止によってボイラ本体部１内の水位が水位電極棒Ｈの下端位置よりも低下し、水位電極棒Ｈではオフ信号を出力し始めると、水位電極棒Ｈと水位電極棒Ｌはいずれもオフ信号を出力することになり、水位電極棒Ｈと水位電極棒Ｌの間に発生していた論理矛盾は解消されることになる。論理矛盾は解消されてもバックアップモードは継続しているため、水位電極棒Ｌのオフ信号に関係なく給水は停止したままとする。（ｉ）その後さらに水位が低下して、水位が水位電極棒ＬＬ１の下端よりも低くなると、水位電極棒ＬＬ１による水位信号はオン信号からオフ信号に切り替わる。制御装置７は水位電極棒ＬＬ１によるオン信号からオフ信号へ変化の信号を検出すると、給水ポンプ８に対して作動を開始する出力を行う。（ｊ）その後、給水を行うことによって水位が上昇し、水位が水位電極棒ＬＬ１の下端位置より高くなると水位電極棒ＬＬ１はオン信号を出力、（Ｋ）更に水位が上昇して水位電極棒Ｈの下端位置より高くなり、水位電極棒Ｈがオフ信号からオン信号へ変化の信号を出力すると、給水を停止するというサイクルを繰り返すことで、水位電極棒Ｌに異常が発生していても水位制御を継続することができる。
【００３１】
なお、この場合にも図２の場合と同様に制御装置７は、水位電極棒点検の報知と、水位電極棒異常によるボイラの運転停止の必要性を判断する。また、制御装置７は、低水位異常の検出も行う。制御装置７は水位電極棒ＬＬ１又は水位電極棒ＬＬ２のオフ信号を継続している時間を低水位異常判定時間として計測しておき、計測している低水位異常判定時間があらかじめ定めておいた低水位異常判定用設定時間に達してもオフ信号が継続していれば、低水位異常としてボイラの運転を停止する。
【００３２】
水位電極棒Ｌによる水位検出が行えなくなっており、水位電極棒ＬＬ１又は水位電極棒ＬＬ２のオン信号からオフ信号へ変化の信号によって給水を開始している場合、ボイラ内の水位は通常の水位よりも低くなる時期がある。この場合、水位が水位電極棒ＬＬ１又は水位電極棒ＬＬ２の下端位置からどこまで低下しているのかを検出することができないため、水位電極棒ＬＬ１または水位電極棒ＬＬ２のオン信号からオフ信号へ変化の信号出力から所定時間経過しても、水位がその水位電極棒の下端位置にまで回復していなかった場合には、水位異常としてボイラの運転を停止することで安全を確保する。
【００３３】
また、第１水位検出筒２及び第２水位検出筒３に現れる水位は、蒸気部と缶水部の圧力によって定まるが、気水分離器４に接続している第１水位検出筒では、蒸気が蒸気連絡管１１を通過する際に発生する圧力損失の影響を受けるため、蒸気連絡管１１を通過する蒸気速度が速くなるほど、ボイラ本体部１内の水位に比べて高く現れるのに対し、上部管寄せ５に直接つながっている第２水位検出筒３ではそのようにはならない。そのため、低水位検出兼用の水位電極棒である水位電極棒ＬＬ１と水位電極棒ＬＬ２は、第１水位検出筒２と第２水位検出筒３のそれぞれに設けておくことで、ボイラ本体部１内の水位が低下した場合には確実に検出するようにしておく。
【００３４】
【発明の効果】
本発明を実施することによって、水位検出装置の異常によってボイラの運転が停止することを極力避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を実施しているボイラの概要図
【図２】 水位電極棒Ｈに異常が発生した例におけるタイムチャート
【図３】 水位電極棒Ｌに異常が発生した例におけるタイムチャート
【符号の説明】
１ ボイラ本体部
２ 第１水位検出筒
３ 第２水位検出筒
４ 気水分離器
５ 上部管寄せ
６ 下部管寄せ
７ 制御装置
８ 給水ポンプ
９ 給水配管
１０ 水管
１１ 蒸気連絡管
ＨＨ 水位電極棒ＨＨ
Ｈ 水位電極棒Ｈ
Ｌ 水位電極棒Ｌ
ＬＬ１ 水位電極棒ＬＬ１
ＬＬ２ 水位電極棒ＬＬ２
Claims (5)
- 下端位置の異なる水位電極棒を複数本設置しておき、水位電極棒の下端が液体と接触しているとオン信号を出力し、液体から離れているとオフ信号を出力することを利用してボイラ内の水位を検出している水位検出装置と、前記水位検出装置で検出した信号を受信し、水位が低位の設定値よりも低い場合にはボイラ内への給水を行い、水位が高位の設定値よりも高くなると給水を停止する制御を行う給水制御装置からなるボイラの水位制御装置において、給水を開始するために水位を検出する低位側水位電極棒と、給水を停止するために水位を検出する高位側水位電極棒をそれぞれ複数本ずつ設けておき、通常時には、低位側水位電極棒がオフ信号を出力していると給水を開始し、高位側水位電極棒がオン信号を出力すると給水を停止する制御を行い、水位電極棒の出力に論理矛盾が発生した場合には、低位側水位電極棒のいずれかがオン信号からオフ信号へ変化の信号を出力した時に給水を開始し、高位側水位電極棒のいずれかオフ信号からオン信号へ変化の信号を出力した時に給水を停止する制御を行うことを特徴とするボイラの水位制御装置。
- 請求項１に記載のボイラの水位制御装置において、水位電極棒の出力に論理矛盾が発生した時からの経過時間を水位電極棒点検判定時間として計測しておき、計測している水位電極棒点検判定時間があらかじめ定めておいた水位電極棒点検判定用設定時間に達しても論理矛盾が解消されなかった場合、水位電極棒点検の出力を行うことを特徴とするボイラの水位制御装置。
- 請求項１又は２に記載のボイラの水位制御装置において、低位側水位電極棒のうち少なくとも１本の水位電極棒は低水位異常検出を兼ねた水位電極棒として、ほかの水位電極棒より下端位置を低くしておき、低水位異常検出兼用の水位電極棒がオン信号からオフ信号へ変化の信号を発したときからの経過時間を低水位異常判定時間として計測し、計測している低水位異常判定時間があらかじめ定めておいた低水位異常判定用設定時間に達しても、前記のオン信号からオフ信号へ変化の信号を発した低水位異常検出兼用の水位電極棒がオフ信号からオン信号へ変化の信号を出力しなかった場合、低水位異常の出力を行うことを特徴とするボイラの水位制御装置。
- 請求項１から３のいずれかに記載のボイラの水位制御装置において、低水位異常を検出する水位電極棒を２本設置し、うち１本はボイラの気水分離器とボイラ内下部の缶水部に接続している第１水位検出筒に設置し、残りの１本はボイラ内上部の蒸気部とボイラ内下部の缶水部に接続している第２水位検出筒に設置していることを特徴とするボイラの水位制御装置。
- 請求項１から４のいずれかに記載のボイラの水位制御装置において、水位電極棒の出力に論理矛盾が発生した時からの経過時間を水位電極棒異常判定時間として計測しておき、計測している水位電極棒異常判定時間があらかじめ定めておいた水位電極棒異常検出用設定時間に達するまでに、低位側水位電極棒によるオン信号からオフ信号へ変化の信号と高位側水位電極棒によるオフ信号からオン信号へ変化の信号のいずれか一方でも検出することができなかった場合、水位電極棒異常の出力を行うことを特徴とするボイラの水位制御装置。
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