JPH02263001A - 蒸気発生器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、蒸気発生器に関し、特には、缶体の水位検出
装置を省略し℃メンテナンスフリー化を図るようにした
蒸気発生器に関するものである。

（従来の技術） 第５図は従来の蒸気発生器を概略的に示す構成図である
。同図において、（１）は給水元電磁弁、（２）は水位
検出装置付給水タンク、（３）Ｌよ給水電磁弁、（４）
は缶体、（５）は缶体水位検出装置Ｉ、（６）はバーナ
、（７）はガス制御弁装置（ガスメカ）、（８）はファ
ン、（９）は蒸気搬送管、（１０）は排水電磁弁である
。前記缶体水位検出装置（５）は排水時に水位が最高水
位に上昇したことを検出する排水用水位検出スイッチ（
５１）　と、蒸気発生運転中に給水が停止される給水停
止水位まで水位が上昇したことを検出する給水停止水位
検出スイッチ（５２）と、蒸気発生運転の初期立上り時
にバーナ（６）の点火が許容され、また、蒸気発生運転
中に補水を開始すべき最低水位に水位が到達したことを
検出する最低水位検出スイッチ（５３）とを備えている
。これら排水用水位検出スイッチ（５１）　、給水停止
水位検出スイッチ（５２）及び最低水位検出スイッチ（
５３）がフロートスイッチで構成されたり　（フロート
スイッチ式）、各水位で極性の異なる宙、極と水を介し
て導通される各電極で構成されたり（電極式）している
。

上記の構成において、初期駅部では、缶体（４）及び缶
体水位検出装置（５）は空になっており、蒸気発生運転
の初期立上り時には排水電磁弁（１０）が開弁状態から
開弁状態に切換えられ、給水元電磁弁（１）を開弁じて
給水タンク（２）内に所定量゛の水を貯水してから給水
電磁弁（３）を開弁させ、缶体（４）及び缶体水位検出
装置（５）への給水が開始される。そして、缶体（４）
及び缶体水位検出装置（５）内の水位が前記最低水位に
上昇すると最低水位検出スイッチ（５３）が作動してバ
ーナ（６）が点火され、缶体（４）内の水の加熱が開始
される。加熱が開始された時からは給水を連続させると
ともにバーナ（６）の燃焼を連続させ、蒸気を発生させ
ながら水位を上昇させて行く（初期給水時）。この後、
缶体（４）及び缶体水位検出装置（５）内の水位が前記
給水停止水位まで」二昇すると給水停止水位検出スイッ
チ（５２）が作動し、給水電磁弁（３）が閉弁され、缶
体（４）（排水時）。そして、その水位が前記最高水位
まで上昇すると、υ１水水位検出スイッチ（５１）が作
動して給水電磁弁（３）及び給水元電磁弁（１）を閉弁
させる一方、捕水電磁弁（１ｏ）を開弁させて缶体（４
）及び缶体水位検出装置４（５）内の水を排出して初期
駅部に復帰される。

（発明が解決しようとする課題） ところで、前記の従来例によれば、フロートスイッチ式
のものではフロートの昇降を案内するカイトやフロート
の内周面にスケールが付着してフロートのガイドへの固
着という動作不良が発生することがあり、また、電極式
のものでは陰極にスケールが析出して導通不良による動
作不良を発生することがある。このような動作不良を防
止するためには、水位検出装置内のスケール除去をする
必要があり、メンテナンスフリー化を図る上で不利にな
っている。

本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものであり、そ
の目的は、缶体の水位検出装置を省略してメンテナンス
フリー化を図れるようにし及び缶体水位検出装置（５）
への給水が停什される。給水が停止された後にもバーナ
（６）の燃焼は連続され、缶体（４）内で蒸気が発生す
るに従って缶体（４）及び缶体水位検出装置（５）内の
水位が低下して行く　（蒸発時）。そして、缶体（４）
及び缶体水位検出装置（５）内の水位が前記最低水位ま
で低下すると、最低水位検出スイッチ（５３）が作動し
て給水電磁弁（３）を開弁させることにより給水が再開
される。

この時バーナ（６）は消火されることなく、その燃焼は
連続される。そして、給水を連続させるとともにバーナ
（６）の燃焼を連続させ、蒸気を発生させながら水位を
給水停止水位まで上昇させて行き（補水時）、以後、こ
のようにして水位を最低水位と給水停止水位との間で昇
降させながら燃焼を連続させるプロセスが繰り返される
。蒸気発生を停止させるときには、バーナ（６）を消火
するとともに、給水電磁弁（３）を開弁さゼて缶体（４
）及び缶体水位検出装置（５）内の水位を前記最高水位
まで上昇させるた蒸気発生器を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明に係る蒸気発生器は、前記目的を達成するため、
缶体に至る給水路に給水手段並びに入水温度センサを介
設すると共に、缶体と接続した排水路に排水電磁弁を介
設したものにおいて、加熱量並びに入水温度センサの検
出水温に基づき缶体内の設定水位から蒸発により所定水
位まで水位が低下するに要する時間を演算し、当該演算
時間に基づいて上記給水手段を制御する制御回路を備え
た構成としである。

（作用） 上記構成によれば、加熱量並びに水温に基づいて制御回
路により、缶体内の設定水位から蒸発により所定水位ま
で水位が低下するに要する時間即ち補水開始時間を演算
し、当該演算された時間後に給水手段を制御して所定量
の補水を行うものである。

（実施例） 以下、本発明を図例に基づき具イ木的に説明す第１図は
本発明の一実施例に係る蒸気発生器の構成図であり、同
図において、（１）は給水元電磁弁、（２）は水位検出
装置付給水タンク、（３）は給水電磁弁、（４）は缶体
、（６）はバーナ、（７）はガス制御弁装置、（８）は
ファン、（９）は蒸気搬送管、（１０）は排水電磁弁、
（１１）は制御回路、（１２）は給水ポンプ、（１３）
は三方弁、（１４）は入水温度センサ、（１５）は水量
センサ、（１６）は母体内温度センサ、（２１）はリタ
ーン管、Ｌｌは排水用水位、Ｌ２は給水停止水位、Ｌ３
は最低水位である。

上記の構成において、初期状態では給水元電磁弁（１）
は閉弁され、三方弁（１３）は給水タンク（２）を給水
電磁弁（３）及びリターンパイプに連通させ、給水電磁
弁（３）及び排水電磁弁（１０）は開弁され、バーナ（
６）は消火されている。従って、初期状態では給水タン
ク（２）及び缶体（４）内は空になっている。電源投入
等により運転開始が指令されると制御回路すると、缶体
（４）内の水位が最低水位に達したものと仮定してバー
ナ（６）が点火され、加熱が開始される。次に、制御回
路（１１）は初期給水時間Ｔ１（ｍｉｎ）に連続して所
定の満水時間Ｔ２にわたって給水電磁弁（３）を開弁さ
せる。この満水時間Ｔ２は初期給水に続いて缶体（４）
内の水位が給水停止水位Ｌ２まで上昇するに要する時間
として演算され、最低水位Ｌ３から蒸発開始までに供給
される水量ｖ、２　（ｚ〕と、最低水位Ｌ３から給水停
止水位Ｌ２までの容積Ｖ２　（１）と、蒸発開始時から
給水停止水位Ｌ２まで水位が上昇する間に蒸発する水ｔ
Ｖ３［Ａ）と、ポンプ（１２）の吐出量Ｑ１（１／ｌｌ
ｌ１ｎ）とから演算される。即ち、まず、最低水位Ｌ３
から水温ｔｌの水Ｑｌ（／！／組ｎ）を補水しながら、
入力１０（Ｋｃａｌ／ｈ）　、熱効率ηで時間Ｔ孫（Ｉ
Ｉｉｎ）にわたり加熱して缶体（４）内の水温を沸点（
：１００℃）で昇温させる場合、（２）式が成り立つ。

（１１）は、排水弁（１０）及び給水電磁弁（３）を閉
弁させた後給水元電磁弁（１）を開弁させ、給水タンク
（２）への給水が開始される。そして、給水タンク（２
）内の水位が所定の高い水位まで上昇すれば給水元雷、
ｗｔ弁（１）を閉弁させて待機状態となる。この状態で
蒸気発生指令が与えられると、制御回路（１１）はポン
プ（１２）の運転を開始させるとともに給水電磁弁（３
）を開弁させ、制御回路（１１）が演算した初期給水時
間にわたって給水電磁弁（３）を開弁状態に保持させる
。初期給水時間ＴＩ　（ｍｉｎ）は、給水開始から缶体
（４）内の水位が最低水位し３まで上昇するに要する時
間として演算され、（１）式に示すように、缶体（４）
内の水位が最低水位Ｌ３まで上昇するに要する給水Ｊｌ
ｔＶｔ［Ｉりをポンプ（１２）が定流量を吐出するもの
としてそのポンプ（１２）の吐出量Ｑｌ（Ｊ７ｍｉｎ）
で除することにより演算される。

ｒｌ　　＝＝　　　　　　（ｍｉｎ）　　　　φ・Ｉｌ
ｌｌ 給水の開始から初期給水時間ＴＩ（ｍｉｎ）が経追５ま
た、最低水位Ｌ３から給水停止水位Ｌ２までの缶体（４
）の容積量をＶ２（１）とすれば、この容積分給水する
に要する時間弓は、 ここで、Ｔｉ＞Ｔ”ｉとなるように各（ｆ＋を決めてお
くと、Ｔ３＝Ｔｄ−Ｔｉの間に蒸発する水量Ｖａ　（１
）は、最低水位Ｌ３から給水停止水位Ｌ２に水位を上昇
させる間に缶体（４）に供給すべき水量は（ｖ２′十ｖ
３）であるから、最低水位Ｌ３から給水停止水位Ｌ２に
水位を上昇させるに要する満水時間Ｔ２（ｍｉｎｌは＼ となる。

満水時間Ｔ２が経過すると給水電磁弁（３）が閉弁され
、蒸気安定期に入る。ここで、１００℃の湯が蒸気にな
る１４分間に減る水量をＶ４（ｊ？）とすると、 であるので、給水停止水位Ｌ２と最低水位１−３との間
の容８＃ｖ２の水が蒸発する蒸気安定期即ち補水開始時
間Ｔイは、 となり、この間は給水が停止される。

上記演算された補水開始時間Ｔイが経過すると缶体（４
）内の水位は最低水位１．３に下降し、給水電磁弁（３
）が開弁され補水量Ｔ’に入る。補水量Ｔｄにおいて、
最低水位Ｌ３までの１０００（：の湯と補水されたｔｌ
ｏＣの水Ｑ＋〔Ａ）とが加熱され、１ｏ。

°Ｃの腸になるまでの必要加熱量ＩＩ　（１／　ｍｉｎ
　）は、缶体（４）内の残留蒸気潜熱は缶体容積から無
視できるので、 ＩＩ　＝６０Ｊ　（１００−Ｊ）［Ｋｃａｌ／ｈ）　　
・＝（３１ここで、熱効率をηとすると、加熱時間Ｔ５
は、となる。この加熱時間Ｔ５の間は蒸気が停止し、こ
の間の補水量Ｖ５１りは、 ■１ ｖ５＝Ｑ］×Ｔ５＝ＱＩＩｏｔＬ・川σ。

すれば、最低水位Ｌ３の時に蒸気発生停止指令が与えら
れたときには、 給水停止水位Ｌ２の時に蒸気発生停止指令が与えられた
ときには、 補水中に補水開始からＴに時間経過したときに蒸気発生
停止指令が与えられたときには、Ｔ５’“＜　７５の場
合、 Ｔ５″゛（Ｔ５の場合、 ・・・・ＧＯ 蒸発中に給水停止水位到達時からＴイ゛時間経過したと
きに蒸気発生停止指令が与えられたときには、 となる。

蒸気発生停止指令が与えられ、前記のす１水給水時間Ｔ
７が経過すると、給水元電磁弁（１）をとなる。また、
Ｖ５　ｚ　　の補水の後は補水と蒸発が同時進行し、そ
の斧が見かけ上の補水ｆ＋１となる。今、蒸発量を０２
（ｌ／ｍ１ｎ）とすると、よって、見かけ上の補水量Ｑ
３＝Ｑ１−Ｑ２だけ増水となる。ここで、 Ｑ３　°　Ｔ６　　＝　　Ｖ２−Ｖ５ となり、従って、前記補水時間Ｔｇは、Ｔ６’　：＝　
Ｔ５　＋７６　（ｍｉｎ）　　　　　−・・・α２とな
る。

そして、上記した蒸発と補水とが交互に繰り返され、任
意の時に蒸気停止指令が与えられるとバーナ（６）が消
火されるとともにファン（８）が停止され、同時に、給
水電磁弁（３）が開弁され、缶体（４）内を補水する前
に給水が開始される。この時の給水量、即ち、捕水用給
水時間Ｔ７は、蒸気発生停止指令を与えた時の缶体（４
）の水位によって異なる。

即ち、排水水位Ｊまでの缶体容積をＶ（、（７）と閉弁
し、ポンプ（１２）を停止させてからυ１水電磁弁（ｌ
Ｏ）が開弁され、缶体（４）及び給水タンク（２）内の
水が排水されて初期状態に復帰する。

尚、上記実施例では、給水手段を給水電磁弁（３）と給
水ポンプ（１２）とで構成し、給水ポンプ（］２）が定
流量を吐出する機能を有するものとして、所定量の給水
を給水ポンプ（１２）の駆動時間を制御することにより
行っているが、これに限られず、例えば水η１センサ（
１５）の検出水量を積算して給水量を所定量に制御する
ようにしてもよい。即ち、かかる缶体（４）内の最低水
位Ｌ３、給水停止水位Ｌ２、ｔｉ１１水用水位■、１ま
での各給水必要量は予め設定される用であり、従って例
えば最低水位Ｌ３から給水停止水位Ｌ２に上昇させるに
必要な給水量は、Ｖ２〔１りに（４）式で示す■３を加
算した水量であり、それ故最低水位【−３到達時から検
出水量の積算を開始して、その積算値がＶ２−４−Ｖ３
になれば給水停止水位Ｌ２に」：昇したとして給水を停
什するようにしてもよい。

尚、このように積算水量で給水量を制御する場合に、定
流量で給水する必要がある場合には、例えば水１ｉ１制
御弁（図示せず）を設けて、水ＩＩ（センサ（１５）の
検出水量が一定値になるように水量側柳井の開度を制御
するようにしてもよい。

また、この実施例では、初期給水時間ＴＩ　（ｍｉｎ）
が経過した後、缶体水温センサ（１６）によって缶体（
４）内の温度ｔが監視される。そして、初期給水経過後
の場合には制御回路（１１）において演算された正常温
度勾配（△ｔ／△Ｔ）と実測温度勾配（Δ１／／Δ７）
とを比較し、缶体（４）内の水位が所定の最低水位Ｌ３
に達しているか否かが判定される。つまり最低水位Ｌ３
の水量ｖＩＣノ］、同水位Ｌ３からの給水量Ｑｌ　、　
Ｔ２（１３、水温ｔｔ（’ｃ）入力ＩＯ〔ｋｃａｌ／ｈ
’ｌ　、熱効率４とすれば、ｔｌの水（Ｖ１＋Ｑ１ｉ　
’ｒ２）　　ｌが１００°Ｃの湯になる時間Ｔ２は、Ｔ
２：Ｖｌ　（１００−ｔｌ）　／（ｒｏｌ／６ｏ−Ｑｌ
　（１００−ｔｌ））１２分の間にｔｌから１００℃に
なっているので、その温度勾配△ｔ／△Ｔは、 △ｔ／ΔＴ二　（＋ｏｏ−ｔ１）　　／Ｔ２＝　（ＩＯ
７１／６Ｏ−Ｑｌ　（より正常（イ）、水量不足（ロ）
、異常補水（ハ）を判定することができる。更に第４図
に示すように、補水時においては、正常な場合、最低水
位Ｌ３（７）　１００’ＣテＶ１１Ｊ）　（７）湯にｔ
ｌ（’Ｃ）テＱ１（７！／ｗｉｎ）の補水が１０７１（
ｋｃａｌ／　ｈ）の加熱と同時に行われ、再度それが１
００℃になるのに時間Ｔ５〔ｗｉｎ）を要するとすると
、その補水時の温度勾配△ｔ／△Ｔは△ｔ／△Ｔ＝　　
（１００−ｔｌ）　　／Ｔ５＝Ｉ０７ｉ／６０・Ｑｌと
なり、かかる温度勾配と缶体水温センサ（１６）で検出
した実測温度勾配とを比較することにより、正常（イ）
、補水量／１１（ロ）、補水量大（ハ）を判別すること
ができ、その判別結果に基づき、安全側作成るいは給水
、補水時間を補正することで、信頼性を高めることがで
きる。

更に、この実施例では、制御回路（１１）内で初期給水
時間、補水時間、排水用給水時間の最大値を設定して、
各時間をその最大値以下に制限して部品故障時のオーバ
ーフローを防止することもできる。

１ｏｏ　−ｔ４））　／　Ｖ＋ となる。従って第２図に示すように、缶体（４）内の水
位が不足している場合には、実測温度勾配（△ｔ７△Ｔ
′）は、△ｔ７△ヂン△ｔ／△Ｔとなり、又缶体（４）
内の水位が殆んど零の場合には、実測温度勾配（△ｔ７
へｔ′）は、△ｔ’／ｙ△Ｔ′ンン△ｔ／△Ｔとなる。

加えて前回使用時の水の残留等によって水位が所定の最
低水位Ｌ３を上回る場合には△をン△Ｔ〈△ｔ／△Ｔと
なるので、水位状態が正常か杏かを判定することができ
、実測温度勾配が正常温度勾配と著しく異なる場合には
、加熱を停止するなどの安全動作の処置が採られること
になる。

又第３図に示すように、蒸発時においては、最低水位Ｌ
３から給水停止水位Ｌ２までの水量を■２［Ａｌとする
と、蒸発により最低水位Ｌ３に下降するに要する時間Ｔ
４　ｍｉｎ　　は、Ｔ４二６０・５３９・ｖ２／■・π
であり、この１４分間は缶体水温センサ（１６）の検出
温度は１００°Ｃであることから、この１４分間の缶体
水温センサ（１６）の検出温度の変化に即ち、初期給水
時間に関しては、最低水位Ｌ３の水１１Ｖ１（ＡＬ最低
水位Ｌ３から給水停止水位Ｌ２までの水量Ｖ２（ｊり、
水温ｔｔｃ°ｃ１、水ｆｆｉ、Ｑ１（Ａ／ｍ１ｎ〕、加
熱量Ｉ□ｑ　（ｋｃａ　ｌ　／　ｈｌとすると、最低水
位Ｌ３に達するに必要な時間Ｔ１は、ＴＩ：ＶＩ／Ｑｌ
　［ｍｉｒ＋）給水停止水位Ｌ２に達するに必要な時間
Ｔ２は、一方給水停止水位Ｌ２からＩＩ水用水位Ｌｌま
での水量をｖ３（７りとすると、最低水位Ｌ３から排水
用水位Ｌ１に達するに要する時間Ｔ３は、 に制限することで、オーバーフローが防止できる。又、
補水時間に関しては、補水速中より蒸発開始し給水停止
水位Ｌ２に達する時間Ｔ４は５３９・６０ となり、初期給水と同様に排水用水位Ｌ１までの補水を
仮定して、その補水時間をＴ５とすればとなり、補水時
間Ｔ４をＴ５以下に制限することでオーバフローが防止
できる。

更に又捕水用水位Ｉ−１までの給水時間に関しては、燃
焼停止の際に行われる給水モードであることから、最低
水位Ｌ３以上から開始されることから、その給水時間を
Ｔ６とすれば、 Ｔ６　＝　（Ｖ２　＋ｖ５）　／Ｑ１ となり、この（Ｖ２ＨＶ：３）　／　Ｑｌが最長時間で
あることから給水時間Ｔ６を上記（Ｖ２＋Ｖａ）　、／
（１１以下成るいは若干の余裕水量ｖ５を設定して、（
Ｖ２十ｖ４＋ｖ、；）　／Ｑ＋Ｑｌに制限することでオ
ーバーフローを防月＝することができる。

（発朗の効果） 以上のように、本発明は要するに、缶体に至る給水路に
、給水手段並びに入水温度センサを介設すると共に、缶
体と接続したｒＪｌ水路にす１水電磁弁を介設したもの
において、加熱量並びに入水温度センサによる検出水温
に基づき缶体内の設定水位から蒸発により所定水位に低
下するに要する時間を演９し、肖該演９時間にＭづいて
上記給水手段を制御する制御回路を備えたので、水位検
出装置が不要になると共に、水位検出装置のスケール除
去作業等が不要になり、この種蒸気発生器のメンテナン
スフリー化を図る上で極めて有益な効果を有するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体概略構成図、第２
図、第３図、第４図は共に回倒の作用説明図であり、第
５図は従来例を示す全体概略構成図である。 （３）・・・給水電磁弁（給水手段） （４）・・・缶体 （１０）・・・υ１水電磁弁 （１１）・・・制御回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 缶体に至る給水路に、給水手段並びに入水温度センサを
   介設すると共に、缶体と接続した排水路に排水電磁弁を
   介設したものにおいて、加熱量並びに入水温度センサに
   よる検出水温に基づき缶体内の設定水位から蒸発により
   所定水位に低下するに要する時間を演算し、当該演算時
   間に基づいて上記給水手段を制御する制御回路を備えた
   ことを特徴とする蒸気発生器。