JPS6337842B2

JPS6337842B2 -

Info

Publication number: JPS6337842B2
Application number: JP57077323A
Authority: JP
Inventors: Tadao Fujita; Shin Taniguchi; Ichiro Hiraiwa
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1982-05-07
Filing date: 1982-05-07
Publication date: 1988-07-27
Also published as: JPS58195702A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、ボイラ系の蒸気負荷すなわち蒸気
量を自動的に計測するための蒸発量計測装置に係
わり、特に、ボイラ系の缶水を加熱するための加
熱制御系の断続制御により、昇降する蒸気圧が、
上下限蒸気圧の間に設定された第一、第二の基準
値間を上昇する期間に基づいて蒸発量を計測する
ようにした蒸発量計測装置に関するものである。

一般に、ボイラ系では、長時間の運転に際し
て、缶水の濃縮化に伴うキヤリーオーバーやスケ
ールの成長等のように累積蒸発量に応じて増大す
る運転阻害要因が知られている。

更には、ボイラ系には、給水量等のように蒸発
量に応じて適正量に制御される制御対象があるの
で、蒸発量に基づいてこれらの制御が適正に行わ
れているか否かを判断し、不適当な場合には後備
保護を図ることも行われており、蒸発量はボイラ
系の運転管理上重要な基礎データであることも知
られている。

而して、かかる運転管理上の基礎データとして
の蒸発量を把握するためには、蒸気負荷の流量を
流量計でもつて計測することがしばしば行われて
はいるものの、小形のボイラ系では、流量計を装
備することの経済的負担が相対的に大きくなるの
で、その採用が一般的に困難であつた。

したがつて、従前の小形ボイラ系では、蒸発量
を正確に把握することができなかつたので、給水
制御系等の後備保護を十分に図ることができない
ばかりか、キヤリーオーバーに起因する機器の破
損やスケール成長に起因する水管の焼損等を被る
危険性が極めて大であるという欠点があつた。

この発明の目的は、上記従来技術に基づくボイ
ラ系の蒸発量計測の問題点に鑑み、流量計を用い
ることなく、加熱制御系の断続制御に際して、昇
降する蒸気圧が、上下限蒸気圧の間に設定された
第二の設定値から、同様に設定された第一の設定
値まで上昇するに要する基準圧力上昇期間を計測
し、その計測結果に基づいて蒸発量を算出するこ
とにより、上記欠点を除去し、蒸発量を自動的に
計測することができる優れたボイラ系における蒸
発量計測装置を提供せんとするものである。

上記目的に沿うこの発明の構成は、水管中の蒸
気圧に対応する蒸気圧信号を出力する圧力センサ
と、蒸気圧信号が上下限蒸気圧に対応する上下限
設定値に到達したことを検出する第一第二のコン
パレータとを配設して、第一の蒸気圧検出部を形
成し、第一第二のコンパレータの各各からの出力
信号に応答して水管を加熱するための加熱装置、
典型的には、バーナを始動あるいは停止させる加
熱制御部を設けて、蒸気の消費に伴い水管中の蒸
気圧が低下して下限蒸気圧に到達したときには、
第一のコンパレータがこれを検出して、下限蒸気
圧信号を加熱制御部に送つて加熱装置を始動さ
せ、加熱の開始に伴い水管中の蒸気圧が上昇して
上限蒸気圧に到達したときには、第二のコンパレ
ータがこれを検出して上限蒸気圧信号を加熱制御
部に送つて、加熱装置を停止させるようにした断
続制御の加熱制御系を備えたボイラ系において、
水管中の蒸気圧に対応する蒸気圧信号を出力する
第二の圧力センサと蒸気圧信号が上限設定値と下
限設定値の間に設定された第一の基準値であるこ
とを検出して第一の基準蒸気圧信号を出力する第
三のコンパレータと、蒸気圧信号が上記第一の基
準値と下限設定値との間に設定された第二の基準
値であることを検出して第二の基準蒸気圧信号を
出力する第四のコンパレータとから成る第二の蒸
気圧検出部を形成し、上記第二の基準蒸気圧信号
が出力されてから上記第一の基準蒸気圧信号が出
力されるまでの基準圧力上昇期間を計測し、更
に、蒸発量演算部を付設して、前記上下限蒸気圧
に従つて定まる各ボイラ系固有の定数を上記基準
圧力上昇期間計測部でもつて計測された基準圧力
上昇期間で除して商を算出し、その商を各ボイラ
系固有の最大蒸発量から減算する演算を実行し、
その演算結果を蒸発量信号として出力するように
したことを特徴とするものである。

さて、後続するこの発明の実施例の説明に先が
けて、この発明の構成を付設することができる典
型的な小形ボイラ系の構成及び動作を説明すれば
以下の通りである。

第１図Ａは、かかるボイラ系の構成を示すブロ
ツク説明図であり、ボイラ１はその断面が示され
ている。第１図Ｂは第１図ＡにおけるＡ−Ａ断面
図である。

図において、ボイラ１の内部には、壁１ａの内
周面に沿つて多数の水管１ｂが立設され、水管１
ｂは中空筒状体から成り、その下端部は環状の下
部管寄せ１ｃ（水室）に、そして、その上端部は
同じく環状の上部管寄せ１ｄ（蒸気圧）にそれぞ
れ連通し、下部管寄せ１ｃ及び水管１ｂの下部に
は、缶水が収納される。

水管１ｂで囲まれたボイラ１の中心部には、燃
焼室１ｅが形成される。

ボイラ１の上部には、電動機１ｆで駆動される
ブロア１ｇに連通する風道１ｈが設けられ、風道
１ｈ内には、ノズル棒１ｉと電極棒１ｊが垂設さ
れて、加熱装置下が形成される。

燃焼室１ｅの下端部は、多数の水管１ｂの中空
部を経て煙道１ｋに連通する。上部管寄せ１ｄか
らは、連通管１ｌが壁１ａ外に延びて下部管寄せ
１ｃに連通する。

連通管１ｌの中間部には、缶水水位を目視可能
に表示する水位ゲージ１ｍと水位検出部２が介装
される。水位検出部２には、給水制御部３が接続
され、その出力端子は給水ポンプ４を駆動する電
動機４ａに接続される。給水ポンプ４の導入管は
図示しない水源に連通し、その吐出管は下部管寄
せ１ｃに連通する。

更に、連通管１ｌの上部には、蒸気圧検出部５
が接続され、その出力端子は燃焼制御部６に接続
される。燃焼制御部６からは、制御信号線６a′〜
６c′が延びて電動機１ｆ、電極棒１ｊ、燃料ポン
プ６d′のそれぞれに接続される。燃料ポンプ６
d′の導入管は図示しない燃料タンクに連通し、そ
の吐出管はノズル棒１ｉに連通する。そして、下
部管寄せ１ｃからはブロー管１ｎが延びて、ブロ
ーコツク１ｐを介して図示しない排水路に連通
し、上部管寄せ１ｄからは蒸気管１ｑが延びて図
示しない所望の蒸気負荷に連通する。

上記ボイラ系の構成では、蒸気を発生させるに
際しては、電動機１ｆでもつてブロア１ｇを駆動
して風道１ｈ内に空気を圧送しつつ電極棒１ｊに
高電圧を印加してノズル棒１ｉの先端から噴射さ
れる燃料を着火させ、これを燃焼室１ｅ内で燃焼
させる。かかる燃焼により生じた高温度の燃焼ガ
スは、燃焼室１ｅ下端部から水管１ｂの中空部に
進入し、これが通過して煙道１ｋに至り排気され
る。この間に熱交換が行われて水管１ｂ中の缶水
が加熱されて蒸気となり、これが上部管寄せ１ｄ
にて収集、蓄積され、蒸気管１ｑを通じて蒸気負
荷に供給されるものである。

そして、燃焼制御に関しては、上部管寄せ１ｄ
内の蒸気圧を連通管１ｌを通じて抽出して蒸気圧
検出部５に供給し、蒸気圧検出部５は上部管寄せ
１ｄ内の蒸気圧が予め設定された下限蒸気圧に達
したことを検出したときには、下限蒸気圧信号
を、同様に、上限蒸気圧に達したことを検出した
ときには、上限蒸気圧信号を燃焼制御部６に送
る。

燃焼制御部６は、蒸気の消費が続行して上部管
寄せ１ｄ内の蒸気圧検出部５から下限蒸気圧信号
を受けたときには、制御信号線６a′を通じて電動
機１ｆを始動させて、ブロア１ｇでもつて風道１
ｈを空気パージしてから制御信号線６b′を通じて
電極棒１ｊに高電圧を印加するとともに、制御信
号線６c′を通じて燃料ポンプ６d′を始動させてノ
ズル棒１ｉから噴射される燃料に点火し燃焼を開
始させ、更に、蒸気の発生が続行して蒸気圧が上
昇し、蒸気圧検出部５から上限蒸気圧信号を受け
たときには、制御信号線６c′を通じて燃料ポンプ
６d′を停止させて、燃料供給を断つことにより燃
焼を停止させるとともに、燃焼ガスの排出を待つ
て制御信号線６a′を通じて電動機１ｆを停止させ
てブロア１ｇからの送風を断つ。

而して、燃焼の断続制御でもつて上部管寄せ１
ｄ内の蒸気圧を上下限蒸気圧として予め設定され
た両圧力値の間に圧力値に保つことができるもの
である。

なお、簡便な装置では、電動機１ｆ、燃料ポン
プ６d′の始動・停止制御、及び電極棒１ｊへの高
電圧の印加を同時的に行つてもよい。

更に、給水系に関しては、連通管１ｌ内の気水
境界面、すなわち、水管１ｂ中の缶水水位の変化
を水位検出部２に伝達し、水位検出部２は缶水水
位が予め設定された下限水位に達したことを検出
したときには、下限水位信号を、同様に、上限水
位に達したことを検出したときには、上限水位信
号を給水制御部３に送る。

給水制御部３は、蒸気の消費により水管中の缶
水水位が降下し、水位検出部２から下限水位信号
を受けたときには、電動機４ａを始動させて給水
ポンプ４でもつて下部管寄せ１ｃを通じて水管１
ｂへの給水を開始させ、給水が続行して缶水水位
が上昇し、水位検出部２から上限水位信号を受け
たときには、電動機４ａを停止させて水管１ｂへ
の給水を断つ。

而して、給水の断続制御でもつて、水管１ｂ内
の缶水水位を上下限水位として予め設定された両
水位値の間の水位値に保つことができるものであ
る。

そして、かかる給水の断続制御と、前記燃焼の
断続制御は互いに別個独立に行われるものであ
る。

また、缶水のブローに際しては、ブローコツク
１ｐを開くことにより、排水管１ｎを通じて下部
管寄せ１ｃ及び水管１ｂ中の缶水の一部あるいは
全部をブローすることができるものである。

なお、ブロア１ｇ、風道１ｈ、ノズル棒１ｉ、
電極棒１ｊから成るバーナは、これに限られるも
のではなく、要すれば、水管１ｂ中の缶水を加熱
して蒸気を発生させ得れば足りるので、一般的に
は、電気ヒータ等をも含む加熱装置であればよ
い。

而して、同様に、燃焼制御部６も加熱装置を断
続する加熱制御部であればよい。

続いて、第２図〜第４図に基づいて、この発明
の実施例の構成及び動作を説明すれば以下の通り
である。

第２図は、この発明の一実施例の構成を示すブ
ロツク図であり、図中、第１図における符号と同
一の符号で表わされる構成要素はそれぞれ第１図
のものに対応している。

第一の蒸気圧検出部５は、連通管１ｌを通じて
上部管寄せ１ｄ内の蒸気圧が導かれる圧力センサ
５ａと、圧力センサ５ａの出力端子にそれぞれの
第一の入力端子が接続された第一、第二のコンパ
レータ５ｂ，５ｃと、第一、第二のコンパレータ
５ｂ，５ｃの第二の入力端子にそれぞれ接続され
た基準電圧源５ｄ，５ｅとから成る。

加熱制御部６は、第一のコンパレータ５ｂの出
力端子がそのセツト端子に接続され、第二のコン
パレータ５ｃの出力端子がインバータ６ａを通じ
てそのリセツト端子に接続されたフリツプフロツ
プ６ｂと、フリツプフロツプ６ｂの正相出力端子
がドライバ６ｃを通じてその一端に接続され、そ
の他端が電源６ｄに接続されたリレー６ｅとから
成り、リレー６ｅの接点６e′，６e″，６ｅは電
動機１ｆ、電極棒１ｊ、燃料ポンプ６d′を制御す
るための制御信号線６a′，６b′，６c′のそれぞれ
と電源の間に挿入される。

第二の蒸気圧検出部７は、連通管１ｌを通じて
上部管寄せ１ｄ内の蒸気圧が導かれる圧力センサ
７ａと、圧力センサ７ａの出力端子にそれぞれ第
一の入力端子が接続された第三、第四のコンパレ
ータ７ｂ，７ｃと、第三、第四のコンパレータ７
ｂ，７ｃの第二の入力端子にそれぞれ接続された
基準電圧源７ｄ，７ｅとから成る。

基準圧力上昇期間計測部８は、第三のコンパレ
ータ７ｂの出力端子がインバータ８ａを通じて、
そのリセツト端子に接続され、第四のコンパレー
タ７ｃの出力端子がインバータ８ｂを通じて、そ
のセツト端子に接続されたフリツプフロツプ８ｃ
と、クロツクパルス発振器８ｄと、その一つの入
力端子がクロツクパルス発振器８ｄの出力端子に
接続され、他の一つの入力端子がフリツプフロツ
プ８ｃの正相出力端子に接続されたアンドゲート
８ｅと、アンドゲート８ｅの出力端子がその入力
端子に接続されたカウンタ８ｆと、その入力端子
がフリツプフロツプ８ｃの正相出力端子に接続さ
れ、その出力端子がカウンタ８ｆのクリア端子に
接続された単安定マルチバイブレータ８ｇとから
成る。

蒸発量演算部９は、一つの入力端子がカウンタ
８ｆの出力端子に接続され、その制御端子がフリ
ツプフロツプ８ｃの正相出力端子に接続された演
算器９ａと、その出力端子が演算部９ａの他の入
力端子に接続された定数設定器９ｂ、最大蒸発量
設定器９ｃとから成る。１０は蒸発量演算部９ａ
に接続された表示部である。

第３図、第５図は、連通管１ｌに抽出された上
部管寄せ１ｄ内の蒸気圧の変化Ａと、第一第二の
コンパレータ５ｂ，５ｃが出力する上下限蒸気圧
信号Ｂ，Ｃと、フリツプフロツプ６ｂの正相出力
信号Ｄとを対比し、更に、第三、第四のコンパレ
ータ７ｂ，７ｃが出力する第一、第二の基準蒸気
圧信号Ｅ，Ｆと、フリツプフロツプ８ｃ及び１１
ｃの各正相出力信号Ｇ，Ｈ及びＪ，Ｋとを対比し
て示す波形図である。

上記構成において、先ず、第一の蒸気圧検出部
５、加熱制御部６の動作を説明すれば以下の通り
である。

圧力センサ５ａは連通管１ｌを通じて導かれた
上部管寄せ１ｄ内の蒸気圧に応答して、これに対
応する蒸気圧信号S₁を出力するものであるとこ
ろ、いま、第３図Ａ，ａに示すように、蒸気圧が
下限蒸気圧Ｌよりも高い場合には、基準電圧源５
ｄから供給される下限蒸気圧Ｌに対応する、蒸気
圧信号S₁の下限設定値に等しい基準電圧V_Lより
も蒸気圧信号S₁の方が大きくなるので、これを検
出して第一のコンパレータ５ｂは第３図Ｂ，ｂに
示すように「１」を出力する。

そして、蒸気の消費あるいは温度低下に伴つて
蒸気圧が低下し、第３図Ａ，ｃに示すように、下
限蒸気圧Ｌに達すると、蒸気圧信号S₁が基準電圧
V_Lよりも小さくなるので、これを検出して第一
のコンパレータ５ｂは第３図Ｂ，ｄに示すように
「０」を出力する。

かかる第一のコンパレータ５ｂの出力信号の
「１」から「０」への下限蒸気圧信号S_Lとしてセ
ツト端子に受けてフリツプフロツプ６ｂが「１」
にセツトされ、その正相出力信号は、第３図Ｄ，
ｅに示すように、「０」から「１」に反転する。
この信号を受けてドライバ６ｃが導通状態とな
り、リレー６ｅが励磁されて、接点６e′，６e″，
６ｅが閉成し、電動機１ｆ、電極棒１ｊ、燃料
ポンプ６d′に電源が供給されるので、缶水の加熱
が行われる。

而して、フリツプフロツプ６ｂが「１」になつ
ている期間中、加熱が続行し、第３図Ａ，ｆに示
すように、蒸気圧が上昇し続ける。

やがて、第３図Ａ，ｇに示すように蒸気圧が上
限蒸気圧Ｈに達すると、いままで、蒸気圧信号S₁
が、基準電源５ｅから供給される上限蒸気圧Ｈに
対応する、蒸気圧信号S₁の上限設定値に等しい基
準電圧V_Hよりも小さかつたために、第３図Ｃ，
ｈに示すように、「０」を出力していた第二のコ
ンパレータ５ｃが第３図Ｃ，ｉに示すように、
「１」を出力するようになる。

かかる第二のコンパレータ５ｃの出力信号の
「０」から「１」への反転はインバータ６ａによ
り、「１」から「０」への反転に変換されて、上
限蒸気圧信号S_Hとしてフリツプフロツプ６ｂのリ
セツト端子に供給され、これを「０」にリセツト
する。

而して、第３図Ｄ，ｊに示すように、フリツプ
フロツプ６ｂの正相出力信号が「０」となるの
で、リレー６ｅが非励磁状態となり、接点６e′，
６e″，６ｅが開成し、缶水の加熱が停止する。

このようにして、加熱装置が始動してから停止
するまでの期間T₁（以下加熱期間という）はフリ
ツプフロツプ６ｂが「１」になつている期間でも
つて特定され、更に、加熱装置が停止してから始
動するまでの期間T₂（以下加熱停止期間という）
は、フリツプフロツプ６ｂが「０」になつている
期間でもつて特定されるものである。

加熱を停止した後は第３図Ａ，ｋに示すよう
に、蒸気の消費あるいは温度低下に伴つて蒸気圧
が再び低下し、下限蒸気圧Ｌに達するまでは、フ
リツプフロツプ６ｂが「０」に留まつて、加熱停
止期間T₂が形成され、しかる後、同様の動作が
繰返し行われて、蒸気圧は上限蒸気圧と下限蒸気
圧の間に保たれる。

次に、第二の蒸気圧検出部７、基準圧力上昇期
間計測部８の動作を説明すれば以下の通りであ
る。

第一の蒸気圧検出部５内の圧力センサ５ａと並
列に接続され、連通管１ｌを通じて導かれた上部
管寄せ１ｄ内の蒸気圧に応答して、第二の圧力セ
ンサ７ａはこれに対応する蒸気圧信号S₁′を出力
する。このとき、第３図Ａ，ａに示すように、蒸
気圧が第二の基準蒸気圧Ｂより低い場合には、基
準電圧源７ｅから供給される第二の基準蒸気圧Ｂ
に対応する、蒸気圧信号S₁′の第二の基準設定値
に等しい基準電圧V_Bよりも蒸気圧信号S₁′の方が
小さくなるので、これを検出して第四のコンパレ
ータ７ｃは第３図Ｅ，ｍに示すように、「０」を
出力する。そして、第３図Ａ，ｎに示すように、
蒸気圧が第二の基準蒸気圧Ｂに達すると、蒸気圧
信号S₁′は基準電圧V_Bより大きくなるので、これ
を検出して第四のコンパレータ７ｃは第３図Ｅ，
ｏに示すように、「１」を出力する。

かかる第四のコンパレータ７ｃの出力信号の
「０」から「１」への反転はインバータ８ｂによ
り「１」から「０」への反転に変換されて、第二
の基準蒸気圧信号S_Bとして、フリツプフロツプ８
ｃのセツト端子に供給されるので、フリツプフロ
ツプ８ｃが「１」にセツトされ、その正相出力信
号は、第３図Ｇ，ｐに示すように、「０」から
「１」に反転する。

更に、第３図Ａ，ｑに示すように、蒸気圧が第
一の基準蒸気圧Ａに達すると、いままで蒸気圧信
号S₁′が基準電源７ｄから供給される第一の基準
蒸気圧に対応する、蒸気圧信号S₁′の第一の基準
設定値に等しい基準電圧V_Aよりも小さかつたた
めに、第３図Ｆ，ｒに示すように、「０」を出力
していた第三のコンパレータ７ｂが第３図Ｆ，ｓ
に示すように、「１」を出力するようになる。

かかる第三のコンパレータ７ｂの出力信号の
「０」から「１」への反転はインバータ８ａによ
り、「１」から「０」への反転に変換されて、第
一の基準蒸気圧信号S_Aとして、フリツプフロツ
プ８ｃのリセツト端子に供給され、これを「０」
にリセツトする。

而して、第３図Ｇ，ｔに示すように、フリツプ
フロツプ８ｃの正相出力信号が「０」となる。

このように、加熱時間T₁中において、フリツ
プフロツプ８ｃが「１」になつている期間は基準
圧力上昇期間t₁を表わすものである。

そして、例えば、蒸気圧の上昇工程で蒸発量
（蒸気負荷）が増大した場合は、缶水の加熱、缶
水の供給によつてボイラ系に流入する熱量と、放
熱によつてボイラ系から流出する熱量が定常運転
中の加熱期間について略々一定であるところ、缶
水の蒸発によつてボイラ系から流出する熱量が蒸
発量に応じて増大するので、ボイラ系からより多
くの熱量が奪われることとなり、第３図Ａ，f′に
示すように、蒸気圧の上昇勾配が鈍化するもので
ある。

而して、蒸気量が増大した場合には、第３図
Ａ，n′の時点で、第３図Ｈ，p′に示すように、フ
リツプフロツプ８ｃが「１」に反転して基準圧力
上昇期間に移行し、第３図Ａ，q′の時点で第３図
Ｈ，t′に示すように、フリツプフロツプ８ｃが
「０」に反転することとなるので、蒸発量が増大
する以前の基準圧力上昇期間t₁よりも長時間の基
準圧力上昇期間t₁′が形成される。

かかる蒸発量の変化に依存する基準圧力上昇期
間t₁の変化を定量的に考察すると、蒸発量G_Sは、 G_S＝C_B−C_R−C_V／T₁ ……(1) なる式で表わされる。

ただし、 C_B＝η・Ｂ・H_u／I_SM−I_W ……（1a） C_R＝Q_R／I_SM−I_W ……（1b） C_V＝U_A−U_B／I_SM−I_W ……（1c）であり、給水エンタルピーが一定であれば、いず
れも各ボイラ系固有の定数である。

更に、上式中の記号は、 η……ボイラ効率（放熱損失を除く）Ｂ……燃料消費量（流量） H_u……燃料の発熱量 I_W……給水のエンタルピー G_S……蒸発量（流量） I_SM……蒸気のエンタルピー（第一、第二の基準
蒸気圧に対応するエンタルピーの平均値） Q_R……ボイラの放熱量（熱流量） U_A……第一の基準蒸気圧Ａに対応して基準圧力
上昇期間t₁の終了時点においてボイラ系が保有
する内部熱エネルギー U_B……第二の基準蒸気圧Ｂに対応して基準圧力
上昇期間t₁の開始時点においてボイラ系が保有
する内部熱エネルギーである。

而して、(1)式において、Ｃ＝C_B−C_R ……(2) とおくと、蒸気量G_Sは G_S＝Ｃ−C_V／t₁ ……(3) で表わされる。

そして、Ｃは基準圧力上昇期間t₁が無限大の場
合の蒸発量、すなわち、各ボイラ系固有の最大蒸
発量を表わす。

また、G_S＝０における基準圧力上昇期間t₁₀は t₁₀＝C_V／Ｃ ……(4) となり、かかる基準圧力上昇期間t₁₀は蒸発量
（蒸気負荷）が零であつても、主にボイラからの
放熱により流出する熱エネルギーを補つて、ボイ
ラ系を運転状態に維持するために必要な最小の基
準圧力上昇期間である。

そして、前記(3)式で表わされる基準圧力上昇期
間t₁と蒸発量G_Sの関係を例示するグラフが第４図
である。

このように、ボイラ系の基準圧力上昇期間t₁は
蒸発量G_Sに従つて各ボイラ系固有の値に特定さ
れるので、基準圧力上昇期間t₁を計測してこれを
特定すれば、前記(1)〜(3)式に従つて蒸発量G_Sを
算出することができるものである。

続いて、第２図、第３図にもどつて、基準圧力
上昇期間計測部８、蒸発量演算部９の動作を説明
すれば以下の通りである。

加熱装置の断続制御に際して、フリツプフロツ
プ８ｃの正相出力信号は、例えば、第３図Ｇに示
すように、基準圧力上昇期間t₁の間「１」とな
る。かかる正相出力信号を受けて、該期間t₁中に
限り、アンドゲート８ｅが開いて、クロツクパル
ス発振器８ｄからのクロツクパルスをカウンタ８
ｆに導き、これを計数させる。

そして、第３図Ｇ，ｔに示すように、フリツプ
フロツプ８ｃが「１」から「０」に反転すると、
その正相出力信号は「１」から「０」に反転し、
アンドゲート８ｅが閉じてカウンタ８ｆへのクロ
ツクパルスの供給が断たれ、カウンタ８ｆには、
基準圧力上昇期間t₁を表わすデイジタル符号が生
成され、基準圧力上昇期間信号S₂として出力され
る。

このとき同時に、フリツプフロツプ８ｃの正相
出力信号の「１」から「０」への反転を制御端子
に受けて演算器９ａは後述の演算処理を実行す
る。

上記演算器９ａによる演算処理が完了した後
に、前述したフリツプフロツプ８ｃの正相出力信
号の「１」から「０」への反転に際して、トリガ
され、準安定状態に移行していた単安定マルチバ
イブレータ８ｇが安定状態に復帰して、クリアパ
ルスをカウンタ８ｆのクリア端子に送るので、カ
ウンタ８ｆはクリアされ、次回の計測に備えられ
る。

この間、すなわち、カウンタ８ｆがクリアされ
る前に演算器９ａは、デイジタルスイツチ等より
成る定数設定器９ｂに予め設定されている定数
C_Vを表わす定数信号S₃を、カウンタ８ｆが出力
している基準圧力上昇期間信号S₂で除して商を算
出し、更に、同じくデイジタルスイツチ等より成
る最大蒸発量設定器９ｃに予め設定されている最
大蒸発量Ｃを表わす最大蒸発量信号S₄を読み込ん
で、これから上記商を減算して、その演算結果を
蒸発量信号S₅として出力する。

このようにして得られた蒸発量信号S₅は、 G_S＝Ｃ−C_V／t₁〔Kg／Ｈ〕の算出結果であるので、(3)式に示したように蒸気
量を表わすものである。

表示部１０は減算器９ａから蒸発量信号S₅を受
けて、これを蒸発量G_Sとして目視可能に表示す
る。

この発明に牽連する第二の発明の構成は、この
発明の構成における基準圧力上昇期間計測部に代
えて、基準圧力降下期間計測部を付設して、昇降
する蒸気圧が、上下限蒸気圧の間に設定された第
一の設定値から、同様に設定された第二の設定値
まで降下するに要する基準圧力降下期間を計測
し、蒸発量演算部では、上下限蒸気圧に従つて定
まる各ボイラ系固有の第一の定数を上記基準圧力
降下期間計測部でもつて計測された基準圧力降下
期間で除して商を算出し、その商から、ボイラの
放熱量に従つて定まる各ボイラ系固有の第二の定
数を減算する演算を実行し、その演算結果を蒸発
量信号として出力するようにしたことを特徴とす
るものである。

第５図〜第７図に基づいて、この発明に牽連す
る第二の発明の実施例の構成及び動作を説明すれ
ば以下の通りである。

第７図は上記第二の発明の実施例の構成を示す
ブロツク図であり、図中、基準圧力降下期間計測
部１１は第２図における基準圧力上昇期間計測部
８と同様に構成され、アンドゲート１１ｅの一つ
の入力端子がフリツプフロツプ１１ｃの正相出力
端子に接続される。更に、図中、蒸発量演算部１
２は第２図における蒸発量演算部９と同様に構成
され、定数設定器９ｂに代えて、第一定数設定器
１２ｂが、そして、最大蒸発量設定器９ｃに代え
て、第二定数設定器１２ｃが設けられている。

他の構成要素は、第２図において同一の符号が
示す構成要素とそれぞれ同一である。

上記構成における基準圧力降下期間計測部１１
と蒸発量演算部１２の動作を第５図をも参照しつ
つ説明すれば、以下の通りである。

加熱時間T₁に後続する加熱停止期間T₂では、
第５図Ａ，ｋに示すように、蒸気圧が蒸気の消費
あるいは温度の低下に伴つて上限蒸気圧Ｈから低
下しはじめ、途中第５図Ａ，ｕに示すように、第
一の基準蒸気圧Ａに達すると、蒸気圧信号S₁′が
基準電圧V_Aよりも小さくなるので、これを検出
して、第三のコンパレータ７ｂは第５図Ｆ，ｗに
示すように、「１」から「０」へその出力信号を
反転させる。これを、第一の基準蒸気圧信号
S_A′としてセツト端子に受けてフリツプフロツプ
１１ｃが「１」にセツトされ、その正相出力信号
は、第５図Ｊ，ｐに示すように「０」から「１」
に反転する。更に、蒸気圧が降下し、第５図Ａ，
ｖに示すように、第二の基準蒸気圧Ｂに達する
と、蒸気圧信号S₁′が基準蒸気圧V_Bよりも小さく
なるので、これを検出して第四のコンパレータ７
ｃは第５図Ｅ，ｘに示すように、「１」から「０」
へその出力信号を反転させる。これを、第二の基
準蒸気圧信号S_B′としてリセツト端子に受けてフ
リツプフロツプ１１ｃが「０」にリセツトされ、
その位相出力は、第５図Ｊ，ｔに示すように、
「１」から「０」に反転する。

このようにして、フリツプフロツプ１１ｃが
「１」になつている期間は基準圧力降下期間t₂を
表わすものである。

続いて、例えば、蒸気圧の下降工程で蒸発量
（蒸気負荷）が増大した場合には、缶水の加熱に
よつてボイラ系に流入する熱量がなく、更に、缶
水の供給によつてボイラ系に流入する熱量と、放
熱によつてボイラ系から流出する熱量が定常運転
中の加熱停止期間中について略々一定であるとこ
ろ、缶水の蒸発によつてボイラ系から流出する熱
量が蒸発量に応じて増大するので、蒸気圧の上昇
工程の場合と同様に、ボイラ系からより多くの熱
量が奪われることとなり、第３図に対応する第５
図Ａ，k′に示すように、蒸気圧の下降勾配が急峻
化するものである。

而して、いま仮りに、第５図Ａ，ｇに示す時点
で、同時に、第５図Ｄ，ｊに示すように、フリツ
プフロツプ６ｂが「０」に反転して加熱停止期間
に移行したと仮定すると、蒸発量が増大した場合
には、第５図Ａ，u′及びv′に示す時点で、第５図
Ｋ，p′及びt′に示すように、フリツプフロツプ１
１ｃの出力信号が反転することとなるので、蒸発
量が増大する以前の基準圧力降下期間t₂よりも短
期間の基準圧力降下期間t₂′が形成される。

かかる蒸発量の変化に依存する基準圧力降下期
間t₂の変化を定量的に考察すると、蒸発量G_Sは、 G_S＝C_V′／t₂−C_R ……(5) なる式で表わされる。

ただし、 C_V′＝U_A−U_B／I_SM−I_W＝C_V ……（5a） C_R＝Q_R／I_SM−I_W ……（5b）そして、G_S＝０における基準圧力降下期間t₂₀
は t₂₀＝C_V′／C_R となり、かかる基準圧力降下期間t₂₀は蒸発量
（蒸気負荷）が零であつても、主にボイラからの
放熱による熱エネルギーの流出のために、第一の
基準蒸気圧から第二の基準蒸気圧に至るまでに要
する最大の基準圧力降下期間である。

そして、前記(5)式で表わされる基準圧力降下期
間t₂と蒸発量G_Sの関係を例示するグラフが第６図
である。

このように、ボイラ系の基準圧力降下期間t₂も
蒸発量G_Sに従つて各ボイラ系固有の値に特定さ
れるので、基準圧力降下期間t₂を計測して、これ
を特定すれば前記(5)式に従つて蒸発量G_Sを算出
することができるものである。

即ち、加熱装置の断続制御に際して、フリツプ
フロツプ１１ｃの正相出力信号は、例えば、第５
図Ｊに示すように、基準圧力降下期間t₂の間
「１」となるので、かかる正相出力信号を受けて、
基準圧力降下期間中に限り、アンドゲート１１ｅ
が開いて、クロツクパルス発振器１１ｄからのク
ロツクパルスをカウンタ１１ｆに導き、これを計
数させる。

そして、第５図Ｊ，ｔに示すように、フリツプ
フロツプ１１ｃが「１」から「０」に反転する
と、アンドゲート１１ｅが閉じてカウンタ１１ｆ
へのクロツクパルスの供給が断たれ、カウンタ１
１ｆには、基準圧力降下期間t₂を表わすデイジタ
ル符号が生成され、基準圧力降下期間信号S₂′と
して出力される。

このとき同時に、フリツプフロツプ１１ｃの正
相出力信号の「１」から「０」への反転を制御端
子に受けて演算器１２ａは後述の演算処理を実行
する。

上記演算器１１ａによる演算処理が完了した後
に、前述したフリツプフロツプ１１ｃの正相出力
信号の「１」から「０」への反転に際して、トリ
ガされ、準安定状態に移行していた単安定マルチ
バイブレータ１１ｇが安定状態に復帰して、クリ
アパルスをカウンタ１１ｆのクリア端子に送るの
で、カウンタ１１ｆはクリアされ、次回の計測に
備えられる。

この間、すなわち、カウンタ１１ｆがクリアさ
れる前に演算器１２ａは、デイジタルスイツチ等
より成る第一定数設定器１２ｂに予め設定されて
いる第一の定数C_V′を表わす第一定数信号S₃′を、
カウンタ１１ｆが出力している基準圧力降下期間
信号S₂′で除して商を算出し、更に、同じくデイ
ジタルスイツチ等より成る第二定数設定器１２ｃ
に予め設定されている第二定数C_Rを表わす第二
定数信号S₄′を読み込んで、これを上記商から減
算して、その演算結果を蒸発量信号S₅′として出
力する。

このようにして得られた蒸発量信号S₅′は、 G_S＝C_V′／T₂−C_R の演算結果であるので、(5)式に示したように蒸発
量を表わすものである。

表示部１３は演算器１２ａから蒸発量信号
S₅′を受けて、これを蒸発量G_Sとして目視可能に
表示する。

なお、上記この発明及びこれに牽連する第二の
発明の構成では、基準圧力上昇期間計測部８、基
準圧力降下期間計測部１１は１回の断続制御に関
して基準圧力上昇期間t₁、基準圧力降下期間t₂を
計測して、それぞれ一つの基準圧力上昇期間信号
S₂、一つの基準圧力降下期間信号S₂′を出力し、
各々に基づいて蒸発量を算出しているが、複数回
の断続制御に関して基準圧力上昇期間、基準圧力
上昇期間を計測して、これらの平均値を算出して
一つの基準圧力上昇期間信号、一つの基準圧力降
下期間信号として処理することもできる。

そのようにすれば、ボイラ系の瞬時的変動、特
に、給水の断続制御に起因する基準圧力上昇期間
信号、基準圧力降下期間信号のバラツキを回避で
き、より安定で正確な蒸発量が得られるという実
益がある。

以上のように、この発明及びこれに牽連する第
二の発明は、加熱装置を断続制御するボイラ系に
おいて、基準圧力上昇期間、基準圧力降下期間を
計測してその各々に基づいて蒸発量を演算するよ
うに構成されているので、ボイラ系における蒸発
量を自動的に計測し、これを正確に把握すること
ができる。

したがつて、この発明及びこれに牽連する第二
の発明によれば、蒸発量に基づく制御系、典型的
には、給水制御系の後備保護を図ることにより、
空焚きを完全に防止できるとともに、蒸発量とい
うボイラ系の運転管理上、重要な基礎データを確
保することにより、キヤリーオーバーやスケール
成長に起因する機器等の破損、焼損を未然に防止
できるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａはこの発明の構成を付設することがで
きる小形ボイラ系の構成を示すブロツク図、第１
図Ｂは第１図Ａにおけるボイラ１のＡ−Ａ断面
図、第２図〜第４図はこの発明の実施例に関する
ものであり、第２図はその構成を示すブロツク
図、第３図は第２図における加熱制御部６及び基
準圧力上昇期間計測部８の要部の波形図、第４図
は基準圧力上昇期間t₁と蒸発量G_Sの関係を示すグ
ラフである。第５図〜第７図はこの発明に牽連す
る第二の実施例に関するものであり、第５図は第
７図における加熱制御部６及び基準圧力降下期間
計測部１１の要部の波形図、第６図は基準圧力降
下期間t₂と蒸発量G_Sの関係を示すグラフ、第７図
はその構成を示すブロツク図である。１……ボイラ、５……第一の蒸気圧検出部、５
ａ……圧力センサ、５ｂ，５ｃ……コンパレー
タ、６……加熱制御部、７……第二の蒸気圧検出
部、７ａ……圧力センサ、７ｂ，７ｃ……コンパ
レータ、８……基準圧力上昇期間計測部、９……
蒸発量演算部、１０……表示部、１１……基準圧
力降下期間計測部、１２……蒸発量演算部、１３
……表示部。

Claims

【特許請求の範囲】１ボイラの蒸気圧に対応する蒸気圧信号S₁を出
力する圧力センサ５ａと、蒸気圧信号S₁が下限設
定値Ｌであることを検出して下限蒸気圧信号S_Lを
出力する第一のコンパレータ５ｂと、蒸気圧信号
S₁が上限設定値Ｈであることを検出して上限蒸気
圧信号S_Hを出力する第二のコンパレータ５ｃとか
ら成る第一の蒸気圧検出手段５と、下限蒸気圧信号S_Lに応答して、缶水を加熱する
ための加熱装置Ｆを始動させ、上限蒸気圧信号S_H
に応答して加熱装置Ｆを停止させる断続制御の加
熱制御手段６とを備えたボイラ系において、ボイラの蒸気圧に対応する蒸気圧信号S₁′を出
力する圧力センサ７ａと、蒸気圧信号S₁′が上限
設定値Ｈと下限設定値Ｌの間に設定された第一の
基準値Ａであることを検出して、第一の基準蒸気
圧信号S_Aを出力する第三のコンパレータ７ｂと、
蒸気圧信号S₁′が上記第一の基準値Ａと下限設定
値Ｌとの間に設定された第二の基準値Ｂであるこ
とを検出して、第二の基準蒸気圧信号S_Bを出力す
る第四のコンパレータ７ｃとから成る第二の蒸気
圧検出手段７と、上記第二の基準蒸気圧信号S_Bが出力されてから
上記第一の基準蒸気圧信号S_Aが出力されるまで
の基準圧力上昇期間t₁を計測して、その計測結果
を表わす基準圧力上昇期間信号S₂を出力する基準
圧力上昇期間計測手段８と、基準圧力上昇期間信号S₂に基づいて蒸気量を算
出し、その算出結果を表わす蒸発量信号S₅を出力
する蒸発量演算手段９とを付設して成り、上記蒸発量演算手段９は、定数設定器９ｂと最
大蒸発量設定器９ｃとを含み、該定数設定器９ｂ
に予め設定記憶されているボイラ系に固有の定数
Cvを基準圧力上昇期間t₁で除して、その商Cv／t₁
を算出し、この商を、該最大蒸発量設定器９ｃに
予め設定記憶されているボイラ系の運用に固有の
最大蒸発量Ｃから減算することを特徴とするボイ
ラ系における蒸発量計測装置。２ボイラの蒸気圧に対応する蒸気圧信号S₁を出
力する圧力センサ５ａと、蒸気圧信号S₁が下限設
定値Ｌであることを検出して下限蒸気圧信号S_Lを
出力する第一のコンパレータ５ｂと、蒸気圧信号
S₁が上限設定値Ｈであることを検出して、上限蒸
気圧信号S_Hを出力する第二のコンパレータ５ｃと
から成る第一の蒸気圧検出手段５と、下限蒸気圧信号S_Lに応答して、缶水を加熱する
ための加熱装置Ｆを始動させ、上限蒸気圧信号S_H
に応答して、加熱装置Ｆを停止させる断続制御の
加熱制御手段６とを備えたボイラ系において、ボイラの蒸気圧に対応する蒸気圧信号S₁′を出
力する圧力センサ７ａと、蒸気圧信号S₁′が上限
設定値Ｈと下限設定値Ｌの間に設定された第一の
基準値Ａであることを検出して、第一の基準蒸気
圧信号S_A′を出力する第三のコンパレータ７ｂ
と、蒸気圧信号S₁′が上記第一の基準値Ａと下限
設定値Ｌとの間に設定された第二の基準値Ｂであ
ることを検出して、第二の基準蒸気圧信号S_B′を
出力する第四のコンパレータ７ｃとから成る第二
の蒸気圧検出手段７と、上記第一の基準蒸気圧信号S_A′が出力されてか
ら上記第二の基準蒸気圧信号S_B′が出力されるま
での基準圧力降下期間t₂を計測して、その計測結
果を表わす基準圧力降下期間信号S₂′を出力する
基準圧力降下期間計測手段１１と、基準圧力降下期間信号S₂′に基づいて蒸発量を
算出し、その算出結果を表わす蒸発量信号S₅′を
出力する蒸発量演算手段１２とを付設して成り、上記蒸発量演算手段１２は、第一定数設定器１
２ｂと第二定数設定器１２ｃとを含み、第一定数
設定器１２ｂに予め設定記憶されているボイラ系
に固有の第一定数C′vを基準圧力降下期間t₂で除
して、その商C′v／t₂を算出し、この商から、第
二定数設定器１２ｃに予め設定記憶されているボ
イラ系に固有の第二定数C_Rを減算することを特
徴とするボイラ系における蒸発量計測装置。