JP7349123B2 - ボイラの水位測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、ボイラの水位測定装置に関する。

ボイラは、その中に蒸気と水が入っている。ボイラの低い水位による事故の防止を目的として、ボイラの水位を測定するために、水柱管が用いられている。図８に、従来の水柱管６の例を示す。水柱管６は、ボイラの内部に連通されて、ボイラ内の熱水と水蒸気とが導かれる。詳細には、図８に示すように、ボイラにおいて蒸気が存在する上部５０と、ボイラにおいて水が存在する下部へつながるフランジ５１とには、それぞれ蒸気側連絡管４と水側連絡管５とをつないで、水柱管６へ接続している。すなわち、水柱管６は、水側連絡管５によってボイラ内の水と連通し、蒸気側連絡管４によってボイラ内の蒸気と連通する。

水柱管６において、その上部の蒸気２０が存在しているところと、その下部の水２１が存在しているところとには、それぞれ蒸気側導圧管７と水側導圧管８とをつないで、差圧式水位発信器９へ接続している。蒸気側導圧管７にはドレンポット１０を設ける。ドレンポット１０には、差圧式水位発信器９から上向きに水１１をためており、一方で水側導圧管８には、差圧式水位発信器９から上向きに水２１をためている。差圧式水位発信器９には両者の水による圧力がかかり、ドレンポット１０でためられた水１１による圧力と水側導圧管８にためられた水２１による圧力との差を、差圧式水位発信器９が検出する。ドレンポット１０内の水位１４は変化しないため、たとえば水柱管６内の水位２２が通常より低くなったときに、差圧式水位発信器９で検出される圧力の差は大きくなる。ボイラの水位は、水柱管６内の水位２２と等しいため、水柱管６内の水位２２の状態を確認することで、ボイラの水位が通常より低いかどうかを確認できる。同様にボイラ内の水位が通常より高いかどうかも確認できる。図８に示される装置は、特許文献１に記載されている。

特開２０１０－２３６７９０号公報

図８の装置において、水柱管６内の蒸気２０は、蒸気側導圧管７とドレンポット１０とに流入する。蒸気側導圧管７とドレンポット１０とは、水柱管６よりもボイラから離れており、水柱管６を除き、熱源がないこともあり、水柱管６内よりも温度が低く、流入した蒸気の一部は冷やされて凝縮水となる。すると、凝縮水に含まれる酸化鉄などの成分はその場に残り、スケールとなる。蒸気量の多い場所だと多量の凝縮水が発生しやすく、水柱管６と蒸気側導圧管７との境目１２や境目１２の近傍では蒸気量は多いため、スケールがたまりやすい。

水柱管６と蒸気側導圧管７との境目１２で、凝縮水に含有される酸化鉄などの残留が繰り返され、境目１２で生じるスケールが大きくなる。最終的には水柱管６と蒸気側導圧管７の境目１２がスケールで塞がり、塞がった先の水位発信器９に蒸気の圧力が伝わらなくなり、ボイラの水位を正しく測れなくなる。

本発明は、スケールによって、差圧式水位発信器９に伝えられる圧力が不安定となり、ボイラの水位を正しく測れなくなることの回避を目的とする。

上記の目的を達成するために、第１の本発明は、ボイラに併設された水柱管内の水位にもとづく圧力と蒸気側の基準水位圧力とを受けて、水柱管内の水位に基づく圧力と基準水位に基づく圧力との圧力差から、差圧式水位発信器によって水柱管内の水位を測定するようにしたボイラの水位測定装置において、基準水位を生じさせるための水面を内部に有するドレンポットが、配管を挟まずに水柱管に直付けされ、水柱管へのドレンポットの直付け部には水柱管からドレンポットへの蒸気の流入が可能となる孔が設けられ、前記基準水位を生じさせるための水面の高さは前記孔の下縁に位置することを特徴とする。

以上のように、水柱管と蒸気側導圧管との間に水をためた設備を挟み、凝縮水が発生する空間を小さくし、凝縮水が水柱管に流れる量を減らすことで、スケールがたまりやすい場所をなくし、スケールによって塞がりやすい場所をなくすことができる。

この発明の１つの実施の形態に係る、ボイラの水位測定装置の概略構成を示す図である。 この発明のもう１つの実施の形態に係る、ボイラの水位測定装置の概略構成を示す図である。 図１のドレンポットに開けられた孔の１つの例を示す図である。 図１における水柱管へのドレンポットの取り付け構造を示す図である。 図１のドレンポットに開けられた孔のもう１つの例を示す図である。 図５の孔を有するドレンポットの構造を示す図である。 図２の蒸気側導圧管の先端の形状のもう１つの例を示す図である。 従来のボイラの水位測定装置の概略構成を示す図である。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１のボイラの水位測定装置１００を示す。ボイラの水位測定装置１００は、水柱管６と、横向きに円柱型のドレンポット３０と、差圧式水位発信器９とを備えている。ボイラの水位測定装置１００における、水柱管６とドレンポット３０と差圧式水位発信器９とのつながりは以下のとおりである。

全体の図示を省略したボイラには水が入っており、蒸気を発生させる。蒸気を水から発生させるので、蒸気がボイラ内で上昇し、蒸気の一部はボイラの上部５０にまで上がる。この蒸気の一部は、ボイラの上部５０から蒸気側連絡管４に流入する。

ボイラ内の蒸発していない水はボイラの中の下部に入ったままであるが、その一部はボイラへつながるフランジ５１に向かい、フランジ５１から水側連絡管５に流入する。

２つの連絡管４、５は水柱管６につなげられている。

水柱管６は、密封構造の柱状の縦長の管であり、ボイラからの蒸気と水とが２つの連絡管４、５を通して導入される。

水柱管６の中にボイラから蒸気と水とが流れ込み、水柱管６の中で水位２２が形成される。水柱管６の中での水位２２はボイラの水位と同じ高さである。水柱管６の中は水位２２を境に上には蒸気２０、水位２２から下には水２１が入っており、ボイラの水位が上昇すれば、水柱管６内の水位２２は追従して上昇し、ボイラの水位が低下すれば、水柱管６内の水位２２は追従して低下する。

水柱管６における水位２２から上の部分には、横向きの円柱型のドレンポット３０を、配管を挟まずに直付けしている。そして、水柱管６から蒸気と水とをそれぞれドレンポット３０と水側導圧管８とに送り出し、送り出した蒸気と水との圧力を受ける差圧式水位発信器９にて水位を検出させる。ドレンポット３０と差圧式水位発信器９とは蒸気側導圧管７によって互いに接続されている。水柱管６の水位測定のために、ドレンポット３０から差圧式水位発信器９にわたって水をためて、ドレンポット３０の内部に水位２３が形成されている。ドレンポット３０内の水位２３は、水柱管６内の水２１による水位２２よりも高い。

水柱管６の蒸気の圧力がドレンポット３０に伝えられ、水柱管６の蒸気の圧力とドレンポット３０とにためられた水の水頭圧とが差圧式水位発信器９に伝達される。一方で、水柱管６の蒸気の圧力と、水柱管６の水位２２による水頭圧とが、差圧式水位発信器９に伝達される。

ドレンポット３０と水柱管６との接続部分における壁の部分に孔３２があけられている。これによって、ドレンポット３０には、隣り合っている水柱管６内に入っている蒸気２０が孔３２を通って入り込む。ドレンポット３０の水位２３は、孔３２の下縁３３の位置となるようにされている。すなわち孔３２よりも下側の壁３６の部分が堰として機能する。ドレンポット３０には水差し３４が設けられ、水差し３４によりドレンポット３０内に水の追加が可能である。ドレンポット３０にはドレンポット３０内の水位を目視で点検できるように内部点検窓３５も設けられている。

差圧式水位発信器９では、蒸気側導圧管７と水側導圧管８とを通って伝えられる圧力の差を検出する。両方の導圧管７、８における蒸気圧は等しいので、その差圧はゼロである。よって、両方の導圧管７、８における水頭圧の差が検出されるが、蒸気側導圧管７につながったドレンポット３０の水位２３は一定であるため、差圧から水柱管６内の水位すなわちボイラの水位を測定することができる。

ドレンポット３０の内部の水位２３に関し、ドレンポット３０に至る経路やドレンポット３０の内部で蒸気が凝縮するが、凝縮水を蒸気側導圧管７などを介して水柱管６に戻す機能を有していることで、ドレンポット３０の内部の水の量は増減しない。つまり、ドレンポット３０内の蒸気が水により冷却されて凝縮しても水位上昇は起こらず、ドレンポット３０内の水位２３は変化しない。よって、その水頭圧も変化しない。

つぎに、このボイラの水位測定装置１００でのスケールの生成について説明する。水柱管６内の蒸気２０はドレンポット３０に流入し、流入した蒸気の一部はドレンポット３０内にたまった水や蒸気温度よりも低温のドレンポット３０の内壁などによって冷却されるため、蒸気から水へと凝縮する。凝縮により生じた水には酸化鉄などの成分が含まれており、この成分は残留してスケールとなる。

つぎに、ボイラの水位測定装置１００でのスケールがたまる場所について説明する。ドレンポット３０の内部の水面が、壁３６の上縁すなわち水柱管６とドレンポット３０とを連通させる孔３２の下縁３３まで到達しているため、水柱管６からドレンポット３０に流入する蒸気が冷却される場所は、ドレンポット３０内とドレンポット３０の孔３２とのみである。詳細には、ドレンポット３０は蒸気側導圧管７とつながっているが、ドレンポット３０には水がためられており、ドレンポット３０の孔３２からドレンポット３０に蒸気２０が流入しても、蒸気２０はドレンポット３０の水位２３よりも下にある蒸気側導圧管７に入ることはできない。蒸気側導圧管７内では、蒸気が入らないためにその凝縮が起こらず、凝縮による水の発生もない。このため、系全体として、図８に示す従来の系と比べて、凝縮により水が生じる箇所は減少する。ドレンポット３０内の水面では若干の凝縮が起こるだけであるので、スケールがたまりにくい。

ドレンポット３０に開けられた孔３２の形状はなんでもよいが、例の１つとして図３と図４とのような半円が挙げられる。半円の孔３２の弦の部分を孔３２の下縁３３とする。半円の半径は、円柱型のドレンポット３０の半径よりも若干小さめのサイズである。

孔３２の形状のもう１つの例として図５と図６との円を挙げることができる。図示の例では、円形の孔３２の直径はドレンポット３０の半径よりも若干小さめのサイズである。この場合も、孔３２の下縁３３が水位２３のレベルであり、ドレンポット３０の内部の水面が、水柱管６とドレンポット３０とを連通させる孔３２の下縁３３まで到達している。

実施の形態２
図２は、本発明の実施の形態２のボイラの水位測定装置２００を示す。このボイラの水位測定装置２００と実施の形態１のボイラの水位測定装置１００とは、水柱管６内の蒸気２０の圧力を差圧式水位発信器９に導く経路である蒸気側導圧管７における水面の位置が大きく異なる。以下、主にこの点ついて説明する。実施の形態１と相違して、蒸気側導圧管７は、水柱管６の内部にまで横向きに挿入されている。４２は、蒸気側導圧管７における、水柱管６の内部への挿入部である。水柱管６の内部における挿入部４２の先端には、上下方向の軸心を有する円筒容器状の先端部４０が設けられている。先端部４０は、挿入部４２に連通されるとともに上向きに開孔している。４３はその開孔部である。蒸気側導圧管７の中の水は先端部４０の開孔部４３の高さにまで満たされている。２３は、その水位であって、差圧式水位発信器９のための基準となる高さに設定されている。

つぎに、このボイラの水位測定装置２００でのスケールの生成について説明する。図２に示されるボイラの水位測定装置２００では、蒸気側導圧管７の開孔部４３の水面は、その温度条件が、水柱管６の内部の水２１の水面とほぼ同等となる。よって開孔部４３の水面およびその近傍において有害なスケールが発生することが防止される。また図２に示される構成では、蒸気の凝縮が生じる可能性のあるドレンポットを設ける必要が無いため、図１などに示されるものと比べて、よりいっそうスケールの発生を防止することができる。

蒸気側導圧管７の先端部４０のもう１つの例として、図７のようなストレートタイプが挙げられる。図７に示されるストレートタイプの蒸気側導圧管７は、横向きに水柱管６へ挿入される。挿入された蒸気側導圧管７の先端部４０には蓋５２が取り付けられ、蓋５２の近傍における蒸気側導圧管７の上部には、上向きに開孔する貫通孔５１が設けられている。孔５１の高さに水位２３が形成される。

この図７のストレートタイプでは、図２に示した構成と同様に蒸気側導圧管７は水柱管６の内部で開孔している。よって、図２の場合と同様に、スケールの発生が防止される。しかも、この図７の構成では、蒸気側導圧管７に直接的に貫通孔５１が形成されており、図２に示すような円筒容器状の先端部４０を設ける必要が無いため、その分だけ簡単な構造となる。

本発明によれば、図示したもの以外の構成を採用することもできる。すなわち、本発明によれば、たとえば図１に示されるようにドレンポット３０を水柱管６に直付けすることに代えて、スケール発生のおそれの無いごく短い配管で水柱管６とドレンポット３０とを接続する構成や、それ以外の構成を採用することもできる。このような構成も、本発明にいう、水柱管内の蒸気の圧力を差圧式水位発信器に導く経路内の水面の位置を、この経路に導かれる蒸気の凝縮により発生するスケールによってこの経路が塞がれることを防止可能な位置としたものに含まれる。

６ 水柱管
７ 蒸気側導圧管
９ 差圧式水位発信器
３０ ドレンポット
２３ 水位
２２ 水位
４０ 先端部

Claims (1)

1. ボイラに併設された水柱管内の水位にもとづく圧力と蒸気側の基準水位圧力とを受けて、水柱管内の水位に基づく圧力と基準水位に基づく圧力との圧力差から、差圧式水位発信器によって水柱管内の水位を測定するようにしたボイラの水位測定装置において、
   基準水位を生じさせるための水面を内部に有するドレンポットが、配管を挟まずに水柱管に直付けされ、
   水柱管へのドレンポットの直付け部には水柱管からドレンポットへの蒸気の流入が可能となる孔が設けられ、
   前記基準水位を生じさせるための水面の高さは前記孔の下縁に位置することを特徴とするボイラの水位測定装置。

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