JP7480641B2 - 水質センサ取付部材、水質センサ取付構造及びボイラ - Google Patents

Description

本発明は、水質センサ取付部材、水質センサ取付構造及びボイラに関する。

従来、水管ボイラにおいて、気液分離器により水蒸気から分離した飽和水（缶水）を下部ヘッダに還流させる降水管に、還流される飽和水の水質を検出する水質センサ取り付ける場合がある。例として、降水管に電気伝導度を測定するセンサを取り付けることで、ボイラの中で最も濃縮された缶水の濃縮度を検出する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第２９３３８３３号公報

一般に、上述のようなボイラにおいて、電気伝導度センサは、降水管に設けられるノズルに取り付けられる。例えば装置の小型化等により気液分離器の能力に余裕がない場合には、降水管に水蒸気（気泡）を含む飽和水が流入するおそれがある。降水管に流入した水蒸気は、電気伝導度センサを取り付けるノズルの中のよどみに溜まりやすい。電気伝導度センサの電極の周囲に水蒸気の溜まりができると、見かけ上の電気伝導度の値が小さくなるため、缶水の濃縮度を正確に判断できない可能性がある。また、電気伝導度センサ以外の水質センサにおいても、水蒸気によって正確な検出ができないおそれがある。かかる実情に鑑みて、本発明は、降水管内の飽和水の水質を正確に測定できる水質センサ取付部材、水質センサ取付構造及びボイラを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る水質センサ取付部材は、ボイラにおいて、気液分離器から下部ヘッダに飽和水を還流させる降水管に突設される筒状のセンサ取付座に挿入され、前記飽和水の水質を測定する水質センサを保持する水質センサ取付部材であって、前記センサ取付座の開口部を封止するとともに、前記水質センサが挿入される保持孔を有する封止部と、前記水質センサを取り囲むよう前記封止部から前記センサ取付座の内側に延びる筒状に形成され、複数の通水開口が形成された分離筒部と、前記分離筒部の先端を閉塞する壁部と、を有する。

前記分離筒部は、周方向に所定の間隔をあけて形成された４つ以上の前記通水開口を有してもよい。

本発明の一態様に係る水質センサ取付構造は、ボイラにおいて、気液分離器から下部ヘッダに飽和水を還流させる降水管に突設される筒状のセンサ取付座と、前記センサ取付座に挿入される上述の水質センサ取付部材と、を備える。

前記通水開口は、前記降水管の軸方向視において、前記降水管よりも外側の位置に形成されてもよい。

前記分離筒部と前記センサ取付座との間隔は、１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であってもよい。

本発明の一態様に係るボイラは、複数の水管と、前記複数の水管の下端に接続される下部ヘッダと、前記複数の水管の上端に接続される上部ヘッダと、前記上部ヘッダから流出する水蒸気から飽和水を分離する気液分離器と、前記気液分離器と前記下部ヘッダとを接続し、前記気液分離器が分離した前記飽和水を前記下部ヘッダに還流させる降水管と、を備え、前記降水管に、上述の水質センサ取付構造を有する。

本発明によれば、降水管内の飽和水の水質を正確に測定できる水質センサ取付部材、水質センサ取付構造及びボイラを提供できる。

本発明の一実施形態に係るボイラの構成を示す模式図である。 図１のボイラの水質センサ取付構造を示す断面図である。

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。図１は、本発明の一実施形態に係るボイラ１の構成を示す模式図である。図２は、図１のボイラ１の水質センサ取付構造を示す断面図である。

ボイラ１は、鉛直に延びるよう配置される複数の水管２と、複数の水管の下端に接続される下部ヘッダ３と、複数の水管の上端に接続される上部ヘッダ４と、複数の水管２を覆う缶体カバー５と、缶体カバー５の内部に燃焼ガスを供給する不図示の燃焼ガス供給部と、上部ヘッダ４から流出する水蒸気から飽和水を分離する気液分離器６と、気液分離器６と下部ヘッダ３とを接続し、気液分離器６が分離した飽和水を下部ヘッダに還流させる降水管７と、を備える。ボイラ１は、降水管７に、それ自体が本発明の一実施形態である水質センサ取付構造１０を有する。

水質センサ取付構造１０は、図２に詳しく示すように、降水管７内の飽和水の水質を検出する水質センサ１００を取り付けるための構造である。水質センサ取付構造１０は、降水管７に突設される筒状のセンサ取付座２０と、センサ取付座２０に挿入される水質センサ取付部材３０と、を備える。

水質センサ取付構造１０により取り付けられる水質センサ１００としては、例えば、電気伝導度センサ、硬度センサ、ｐＨセンサ、イオン濃度センサ、溶存酸素濃度センサ等、降水管７を流れる飽和水の任意の水質を検出するものとできる。典型的には、水質センサ１００は、ボイラ１の内部の水（缶水）の濃縮の度合いを検出するために用いられる電気伝導度センサである。一般的に、水質センサ１００が検出する缶水の濃縮度が高くなった場合、缶水の一部を排出することで補給水によって缶水を希釈するブローを行う。これにより、缶水中の不純物の濃度が抑制されるので、ボイラ１の内部にスケールが付着することが防止される。

水質センサ１００は、水質センサ取付部材３０の中に延在し、飽和水と接触して水質を検出する検出部１０１と、水質センサ取付部材３０の外側に配置され、検出値に応じた電気信号を出力するための端子又は配線を有する出力部１０２と、センサ取付座２０に気密に固定するための固定構造１０３と、を有する構成とされる。水質センサ１００の固定構造は、図示する実施形態のように水質センサ取付部材３０に螺合するねじを有する構造であってもよく、フランジ、ヘルール等を有する構造であってもよい。

センサ取付座２０は、例として、内ねじを有するソケット（降水管７側にはねじを有しない片ソケットが好ましい）、先端にフランジを有する短管等とすることができる。センサ取付座の形状は、円筒状に限られず、四角筒、六角筒等の多角筒状又はこれらに類する形状であってもよい。センサ取付座２０の長さは、水質センサ１００の検出部１０１を収容できる長さとされることが好ましい。

センサ取付座２０は、降水管７側の端面を降水管７の曲率に合わせた円弧状とすることによって降水管７の内側に突出しないように形成されてもよいが、降水管７側の端面が平面的に形成される場合、センサ取付座２０の端部が少なくとも部分的に降水管７の内側に突出するように配設され得る。

水質センサ取付部材３０は、センサ取付座２０の外側の開口部を封止するとともに、水質センサ１００が挿入される保持孔３１を有する封止部３２と、水質センサ１００の検出部１０１を取り囲むよう封止部３２からセンサ取付座２０の内側に延びる筒状に形成され、複数の通水開口３３が形成された分離筒部３４と、分離筒部３４の先端を閉塞する壁部３５と、を有する。この水質センサ取付部材３０は、本発明に係る水質センサ取付部材の一実施形態である。

このような水質センサ取付部材３０を備える水質センサ取付構造１０では、降水管７に流入した飽和水を、通水開口３３を通してのみ分離筒部３４の内部に流入させられるので、通水開口３３において飽和水の流速を抑制することで飽和水に混入した水蒸気を分離し、水蒸気が分離された飽和水を分離筒部３４の内部に流入させられる。よって、水質センサ取付部材３０は、水質センサ１００の検出部１０１の周囲に水蒸気を滞留させにくくするので、水質センサ１００の検出部１０１の周囲を飽和水で満たすことができる。これにより、水質センサ取付部材３０は、水質センサ１００が降水管７を流れる飽和水の水質を正確に測定することを可能にする。

封止部３２は、例として、センサ取付座２０がソケットである場合にはセンサ取付座２０の内ねじに螺合する外ねじを有するブッシング状に、センサ取付座２０がフランジ付き短管である場合にはセンサ取付座２０のフランジに対応する閉止フランジ状に形成することができる。

封止部３２は、水質センサ１００を保持する構造、つまり水質センサ１００の固定構造１０３に係合する構造を有する。例として、水質センサ１００がねじ込み型である場合（固定構造１０３がねじである場合）、水質センサ１００を保持する構造として、保持孔３１の内周面に水質センサ１００のねじに螺合する内ねじが設けられ得る。

分離筒部３４は、多角筒状であってもよいが、センサ取付座２０との間隔ａが略一定となるよう、センサ取付座２０と同心に配置される円筒状であることが好ましい。分離筒部３４とセンサ取付座２０との間隔ａとしては、１ｍｍ以上２０ｍｍ以下が好ましく、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下がより好ましい。分離筒部３４とセンサ取付座２０との間隔ａを前記範囲内とすることによって、降水管７から分離筒部３４への飽和水の十分な流入量を確保しつつ、分離筒部３４への過剰な飽和水の流入、ひいては分離筒部３４に流入する飽和水の運動エネルギーの総和を小さくすることができるので、分離筒部３４の中の水蒸気の滞留をより確実に防止できる。

分離筒部３４は、複数の通水開口３３を有するため、いずれかの通水開口３３から新たな飽和水が分離筒部３４の中に流入すると同時に、他の通水開口３３から分離筒部３４の中の飽和水が流出する。これにより、水質センサ取付部材３０は、常に降水管７から飽和水を取り込んで分離筒部３４の内部の飽和水を連続的に入れ換えられるので、水質センサ１００が実質的にそのとき流れている飽和水の水質を検出することができる。

分離筒部３４は、周方向に所定の間隔をあけて形成された４つ以上の通水開口３３を有することが好ましい。これにより、分離筒部３４の中心軸周りの角度位置によらず、水蒸気の滞留を防止できる。つまり、このような構成により、本実施形態のように、水質センサ取付部材３０をセンサ取付座２０にねじ込んで取り付けるような構造も採用できる。

通水開口３３は、降水管７の軸方向視において、降水管７よりも外側の位置に形成されることが好ましい。通水開口３３を、降水管７よりも外側の位置に形成することにより、飽和水が降水管７から直線的に分離筒部３４の内側に流入することを防げるため、水質センサ１００の検出部１０１の周囲に水蒸気が滞留することをより確実に防止できる。

通水開口３３の径としては、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましく、２ｍｍ以上７ｍｍ以下がより好ましい。通水開口３３の径を前記範囲内とすることによって、降水管７から分離筒部３４への飽和水の十分な流入量を確保しつつ、分離筒部３４への水蒸気の進入を効果的に抑制できる。

壁部３５は、分離筒部３４の先端部を閉鎖できればよく、その形状は、例えば平板状、ドーム状、円錐状当、特に限定されない。壁部３５は、分離筒部３４とセンサ取付座２０との間への飽和水の流入を阻害しないよう、分離筒部３４から分離筒部３４の径方向外側に突出しないことが好ましい。図示する実施形態において、壁部３５は、分離筒部３４の内側に嵌合する円盤状とされ、分離筒部３４の先端部の内周面と壁部３５の外周部の降水管７側面と肉盛り溶接することによって接合されることが企図される。

ボイラ１において、設置スペース等の問題により、気液分離器６の分離能力を十分に大きく設計することができない場合がある。この場合、ボイラ１の水蒸気生成量が大きくなると、気液分離器６で飽和水と水蒸気とを完全に分離することができず、降水管７に水蒸気を含む飽和水が流出し得る。

しかしながら、ボイラ１では、水質センサ取付部材３０を用いて降水管７に突設したセンサ取付座２０に水質センサ１００を取り付ける構成としたことによって、気液分離器６の能力が不十分となって降水管７を流れる飽和水に水蒸気が含まれている場合であっても、水質センサ取付部材３０が水蒸気が飽和水と共に水質センサ１００の検出部１０１の周囲に流れ込むことを抑制できる。これにより、水質センサ１００の検出値が水蒸気によって大きな誤差を生じることを防止できるので、降水管７を流れる飽和水の水質を正確に測定できる。

以上、本発明に係るボイラの好ましい実施形態につき説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。

１ ボイラ
２ 水管
３ 下部ヘッダ
４ 上部ヘッダ
５ 缶体カバー
６ 気液分離器
７ 降水管
１０ 水質センサ取付構造
２０ センサ取付座
３０ 水質センサ取付部材
３１ 保持孔
３２ 封止部
３３ 通水開口
３４ 分離筒部
３５ 壁部
１００ 水質センサ
１０１ 検出部
１０２ 出力部
１０３ 固定構造

Claims (4)

1. ボイラにおいて、気液分離器から下部ヘッダに飽和水を還流させる降水管に突設される筒状のセンサ取付座と、
   前記センサ取付座に挿入され、前記飽和水の水質を測定する水質センサを保持する水質センサ取付部材と、
   を備え、
   前記水質センサ取付部材は、
   前記センサ取付座の開口部を封止するとともに、前記水質センサが挿入される保持孔を有する封止部と、
   前記水質センサを取り囲むよう前記封止部から前記センサ取付座の内側に延びる筒状に形成され、複数の通水開口が形成された分離筒部と、
   前記分離筒部の先端を閉塞する壁部と、
   を有し、
   前記通水開口は、前記降水管の軸方向視において、前記降水管よりも外側の位置に形成される、水質センサ取付構造。
2. 前記分離筒部は、周方向に所定の間隔をあけて形成された４つ以上の前記通水開口を有する、請求項１に記載の水質センサ取付構造。
3. 前記分離筒部と前記センサ取付座との間隔は、１ｍｍ以上２０ｍｍ以下である、請求項１又は２に記載の水質センサ取付構造。
4. 複数の水管と、
   前記複数の水管の下端に接続される下部ヘッダと、
   前記複数の水管の上端に接続される上部ヘッダと、
   前記上部ヘッダから流出する水蒸気から飽和水を分離する気液分離器と、
   前記気液分離器と前記下部ヘッダとを接続し、前記気液分離器が分離した前記飽和水を前記下部ヘッダに還流させる降水管と、
   を備え、
   前記降水管に、請求項１から３のいずれかに記載の水質センサ取付構造を有する、ボイラ。

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