JPS6337843B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、ボイラ系の蒸気負荷、即ち、蒸発
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
値間を上昇し又は降下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、加熱制御系の継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と、逆に第
一の設定値から第二の設定値まで降下するに要す
る基準圧力降下期間とを計測し、それら双方の計
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、蒸気圧検出部を形成し、
第一第二のコンパレータの各々からの出力信号に
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、および上記第一の基準
蒸気圧信号が出力されてから上記第二の基準蒸気
圧信号が出力されるまでの基準圧力降下期間との
双方を計測し、更に、蒸発量演算部を付設して基
準圧力上昇期間と基準圧力降下期間の双方に基づ
いて蒸発量の演算を実行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（蒸気室）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１
ｃ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、第一の蒸気圧検
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１ｉ、燃
料ポンプ６d′のそれぞれに接続される。燃料ポン
プ６d′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、これを通過して煙道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を通じて抽出して第一の
蒸気圧出部５に供給し、第一の蒸気圧検出部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内の蒸気圧が降下し、第一の蒸気圧検出
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１ｈ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、第一蒸気圧検出
部５から上限蒸気圧信号を受けてときには、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、燃料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
１ｄ内の蒸気圧を上下限蒸気圧として予め設定さ
れた両圧力値の間の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１ｇ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、即ち、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９図に基づいて、この発明
の一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の
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
７ｂ，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８
ｃ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。

基準圧力降下期間計測部１１は基準圧力上昇期
間計測部８と全く同様に、第三のコンパレータ７
ｂの出力端子がそのセツト端子に接続され、第四
のコンパレータ７ｃの出力端子がそのリセツト端
子に接続されたフリツプフロツプ１１ｃと、アン
ドゲート１１ｅ、カウンタ１１ｆ、単安定マルチ
バイブレータ１１ｇとから成り、アンドゲート１
１ｅの一つの入力端子には、クロツクパルス発振
器８ｄの出力端子が、そして、他の一つの入力端
子には、フリツプフロツプ１１ｃの正相出力端子
がそれぞれ接続される。

蒸発量演算部９は、データバス９ａ、アドレス
バス９ｂ、コントロールバス９ｃでもつて相互接
続されたマイクロプロセツサ９ｄ、メモリ９ｅ、
第一第二第三の入力ポート９ｆ，９ｇ，９ｈ、出
力ポート９ｉと、第一第二第三の割込制御線９
ｊ，９ｋ，９ｍのうち、第二第三の割込制御線９
ｋ，９ｍにその補相出力端子が接続された単安定
マルチバイブレータ９ｎ，９ｐとから成り、第
二、第三の入力ポート９ｇ，９ｈの入力端子に
は、カウンタ８ｆ，１１ｆの出力端子にそれぞれ
接続され、第一の入力ポート９ｆの入力端子に
は、キーボード１０ａを含む定数設定部１０から
延びるデータ線が接続され、更に、単安定マルチ
バイブレータ９ｎ，９ｐの入力端子は、フリツプ
フロツプ８ｃ及び１１ｃの各正相出力端子にそれ
ぞれ接続される。

なお、１２は出力ポート９ｉ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Ｆ，Ｅと、フリツプフロツプ８ｃ及び１
１ｃ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、それに対
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５ｄ
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」への反転を下限蒸気圧信号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′、６
e″，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、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Ｈと
下限蒸気圧Ｌ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、加熱期間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）が増大した場合には、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、
放電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、蒸発量が増大した場合には、第３図
An′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。

かかる蒸発量に依存して変化する基準圧力上昇
期間t₁の一般的変化傾向を例示するグラフが第４
図である。

同図から明らかなように、基準圧力上昇期間t₁
の小さい領域、換言すれば、蒸発量の小さい領域
では、基準圧力上昇期間t₁の単位量の増減に対応
する蒸発量の増減が極めて大きくなり、曲線の勾
配が急峻化する傾向にあるものである。

次に、加熱期間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、
その正相出力は、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。

かかる蒸発量に依存して変化する基準圧力降下
期間tAの一般的変化傾向を例示するグラフが第
６図である。

同図から明らかなように、基準圧力降下期間t₂
の小さい領域、換言すれば、蒸発量の大きい領域
では、基準圧力降下期間t₂の単位量の増減に対応
する蒸発量の増減が極めて大きくなり、曲線の勾
配が急峻化する傾向にあるものである。

この傾向は、蒸発量の小さい領域で急峻化する
第４図の曲線の傾向と対照的である。

そして、以上に定性的に説明した蒸発量、基準
圧力上昇期間t₁、基準圧力降下期間t₂の相互関係
を定量的に考察すると、蒸発量G_Sは、 G_S＝C_B・t₁／t₁＋t₂−C_R ………(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） であり、給水エンタルピーが一定なら、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_S……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） である。

このようにして、ボイラ系の基準圧力上昇期間
t₁と基準圧力降下期間t₂は、蒸発量G_Sに従つて各
ボイラ系固有に値に特定されるので、基準圧力上
昇期間t₁と基準圧力降下期間t₂を計測してこれら
を特定すれば、上記(1)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。

そして、(1)式に基づいて、基準圧力上昇期間t₁
の、基基準圧力上昇期間t₁と基準圧力降下期間t₂
の和に対する比t₁／t₁＋t₂と蒸発量G_Sの関係をグラ フに例示すると、第７図のようになり、t₁／t₁＋t₂ に対して蒸発量G_Sが直線的に変化するので、第
４図、第６図に例示したグラフにおけるように、
基準圧力上昇期間t₁、基準圧力降下期間t₂が小さ
い領域にて、急峻な勾配を伴うことがなく、
t₁／t₁＋t₂の全変化範囲、即ち、蒸発量の全変化範 囲にわたつて、蒸発量G_Sの変化率が均等化され
るものである。

なお、第７図のグラフについて付言すれば、放
熱損失の小さい場合（C_Rが小さい場合）の直線
Ａは、放射損失の大きい場合（C_Rの大きい場合）
の直線Ｂよりも上方に位置する。

続いて、第２図、第３図、第５図及び第８図を
参照しつつ基準圧力上昇期間計測部８、基準圧力
降下期間計測部１１、蒸発量演算部９、定数設定
部１０及び表示部１２の動作を説明すれば以下の
通りである。

第８図は、蒸発量演算部９における演算処理の
フローチヤートである。

先ず、蒸発量演算部９が動作を開始すると、マ
イクロプロセツサ９ｄは第８図ａの工程を実行
し、定数C_B、C_Rを手動設定するための割込処理
以外の割込処理を禁止することにより、定数C_B、
C_Rが設定される以前に基準圧力上昇期間t₁、基準
圧力降下期間t₂の読み込みを行わないようにして
から、第８図ｂの工程に移動し、定数C_B、C_Rを
設定するための割込処理を実行すべく、割り込み
待ちの状態で待機する。

操作者が定数設定部１０のキーボード１０ａを
操作して、定数設定処理を開始するためのキー操
作を行うと、第一の割込制御線９ｊが「０」にな
つて、マイクロプロセツサ９ｄに第一の割込指令
信号が与えられる。すると、マイクロプロセツサ
９ｄは第８図ｃの工程に移行し、第一の割込処理
以外の割込処理を禁止することにより、定数C_B、
C_Rを設定するための処理の実行中に、基準圧力
上昇期間t₁、基準圧力降下期間t₂を読み込まない
ようにしてから、第８図ｄの工程に移行する。

そして、アドレスバス９ｂに第一の入力ポート
９ｆを指定するアドレス信号を送出するととも
に、コントロールバス９ｃに制御信号を送出して
第一の入力ポート９ｆに定数設定部１０から供給
される定数信号S₃を読み込む。定数信号S₃はキー
ボード１０ａにおける定数設定のためのキー操作
により、生成されるデイジタル符号であつて、定
数C_Bを表わすものである。このとき、第一の入
力ポート９ｆから読み込まれた定数信号S₃は、デ
ータバス９ａを通じてマイクロプロセツサ９ｄに
転送され、マイクロプロセツサ９ｄ内の第一のレ
ジスタに記憶される。続いて、マイクロプロセツ
サ９ｄは第８図ｅの工程に移行し、上記定数C_B
を設定する処理と全く同様にして、定数C_Rをデ
イジタル符号で表わす定数信号S₃′を第一の入力
ポート９ｆを通じてマイクロプロセツサ９ｄの第
二のレジスタに転送記憶する。

しかる後、第８図ｆの工程に移動し、同図ｃの
工程にて実行した割込処理の禁止を解除してか
ら、第８図ｇの復帰工程を通じて第８図ｂの工程
にもどつて、基準圧力上昇期間t₁、基準圧力降下
期間t₂を読み込むべく割り込み待ちの状態で待機
する。

このような状態下で、フリツプフロツプ８ｃの
正相出力信号は第３図Ｇに示すように基準圧力上
昇期間t₁の間「１」となるので、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８ｆに導き、これを計
数させる。

そして、第３図Gt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、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」への反転により、
単安定マルチバイブレータ９ｎがトリガされて準
安定状態に移行し、第二の割込制御線９ｋを
「０」にして、マイクロプロセツサ９ｄに第二の
割込指令信号を与える。

第二の割込指令信号を受けたマイクロプロセツ
サ９ｄは、第８図ｈの工程を実行し、アドレスバ
ス９ｂに第二の入力ポート９ｇを指定するアドレ
ス信号を送出するとともに、コントロールバス９
ｃに制御信号を送出して、カウンタ８ｆが出力す
る基準圧力上昇期間t₁を表わす基準圧力上昇期間
信号S₂を入力ポート９ｇから読み込み、第８図ｉ
の工程にて、これをデータバス９ａを通じてマイ
クロプロセツサ９ｄ内に転送して第三のレジスタ
に記憶する。

しかる後、第８図ｊに復帰工程を通じて第８図
ｂの工程にもどつて、基準圧力上昇期間t₁に続
く、基準圧力降下期間t₂を読み込むべく、割り込
み待ちの状態で待機する。

そして、カウンタ８ｆが出力する基準圧力上昇
期間信号S₂がマイクロプロセツサ９ｄに読み込ま
れた後、フリツプフロツプ９ｃの正相出力信号の
「１」から「０」への反転により、トリガされて
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、カウンタ８ｆをク
リアし、これを次回の基準圧力上昇期間の計測に
備える。

一つの加熱期間が終了すると、第３図、第５図
Ｄ，ｊに示すように、フリツプフロツプ６ｂの正
相力信号が「１」から「０」に反転して、加熱停
止期間T₂が開始する。

このような状態下で、今度は、フリツプフロツ
プ１１ｃの正相出力信号を受けて、アンドゲート
１１ｅ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１１ｆに導く。カウン
タ１１ｆは前述のカウンタ８ｆと同様に作動し、
第５図Ｊ，ｔに示すように、フリツプフロツプ１
１ｃの正相出力信号が「１」から「０」に反転し
て基準圧力降下期間t₂が終了した時点で、基準圧
力降下期間t₂を表わす基準圧力降下期間信号S₄を
出力する。

このとき同時に、単安定マルチバイブレータ９
ｐがトリガされて準安定状態に移行し、第三の割
込制御線９ｍを「０」にして、マイクロプロセツ
サ９ｄに第三の割込指令信号を与える。

第三の割込指令信号を受けたマイクロプロセツ
サ９ｄは、今度は、第８図ｋの工程を実行し、第
三の入力ポート９ｈを通じて基準圧力降下期間t₂
を表わす基準圧力降下期間信号S₄を読み込んで、
第８図ｌの工程にて、これをマイクロプロセツサ
９ｄ内の第四のレジスタに、転送、記憶させてか
ら第８図ｍの工程に移行する。

第８図ｍの工程では、前記ｄの工程で記憶され
た第一のレジスタの内容に前記ｉの工程で記憶さ
れた第三のレジスタの内容を乗じて積を算出し、
更に、第三のレジスタの内容に前記ｌの工程で記
憶された第四のレジスタの内容を加算して和を算
出し、上記積を上記和で割つて商を算出し、更
に、上記商から前記ｅの工程で記憶された第二の
レジスタの内容を減算することにより、 t₁C_B／t₁＋t₂−C_R の演算を実行し、その演算結果を第五のレジスタ
に記憶する。

かかる演算結果は、(1)式に示したように、蒸発
量G_Sを表わすものである。

続いて、マイクロプロセツサ９ｄは第８図ｎの
工程に移行し、第五のレジスタの記憶内容を蒸発
量信号S₅として出力ポート９ｉを通じて出力し、
第８図の復帰工程にて、同図ｂの工程にもどつ
て、割り込み待ちの状態となり、次回の計測、即
ち、第二の割込指令信号を受けるべく待期する。

表示部１２は、蒸発量信号S₅を受けて、これを
目視可能に表示する。

なお、メモリ９ｅは上記一連の演算処理のプロ
グラムを記憶するためのものであり、プログラム
の各ステツプがメモリ９ｅから逐次に読み出され
て、マイクロプロセツサ９ｄに転送され、解読さ
れて、上記一連の演算処理が実行されるものであ
る。

ところで、上記(1)式に示した蒸発量を表わす理
論式は、現実的な数値の範囲では、 G_S／G_Smax＝t₁−Kt₂／t₁＋t₂ ………(2) なる実測式でもつて近似することができる。

ここに、G_Smax、Ｋはそれぞれ各ボイラ系固
有の最大蒸発量と補正係数である。

そして、各ボイラ系について、蒸発量G_Sと基
準圧力上昇期間t₁、基準圧力降下期間t₂との関係
を実測することにより、補正係数Ｋを特定すれ
ば、(1)式に代えて(2)式を採用することができるも
のである。

第９図は、かかる実測式、即ち、(2)式を用いて
蒸発量を算出する場合における演算処理のフロー
チヤートの要部を抽出して示すものであり、第８
図ｍの工程がm′に置き換えられている。

第９図m′の工程では、第８図ｄの工程におい
て、定数G_Bを設定する処理と全く同じ処理でも
つて記憶された第一のレジスタの内容、即ち、補
正係数Ｋに第９図ｌの工程で記憶された第四のレ
ジスタの内容を乗じて積を算出し、この積を第８
図ｉの工程で記憶された第三のレジスタの内容か
ら減算して差を算出し、更に、第三のレジスタの
内容と第四のレジスタの内容を加算して和を算出
し、前記差を上記和で割つて商を算出することに
より、(2)式に従つて、G_S／G_Smaxを算出し、そ
の演算結果を第五のレジスタに記憶する。

その他の各工程における動作は第８図のフロー
チヤートに示すものと全く同一である。

ただし、(2)式に従う場合には、定数設定処理は
唯一の補正係数Ｋについてのみ実行すれば足りる
ので、第８図ｅの工程は不要となる。

なお、上記この発明の構成では、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S₄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、基準圧力降下期間を計測して、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双方に基づいて蒸
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。

しかも、この発明は、基準圧力上昇期間と基準
圧力降下期間の双方を用いて蒸発量の演算処理を
実行するように構成されているので、基準圧力上
昇期間、あるいは、基準圧力降下期間のいずれか
一方に基づく演算処理では避け難い蒸発量の急峻
な変化、即ち、第４図、第６図のグラフに示すよ
うに、基準圧力上昇期間t₁、基準圧力降下期間t₂
の小さい領域において、基準圧力上昇期間t₁、基
準圧力降下期間t₂の単位量の増減に対する蒸発量
の極めて大きな増減傾向が解消され、第７図のグ
ラフに示すように、基準圧力上昇期間t₁、基準圧
力降下期間t₂の全変化範囲、換言すれば、蒸発量
の全変化範囲にわたつて基準圧力上昇期間t₁、基
準圧力降下期間t₂の変化に対する蒸発量の変化率
を均等化することができる。

したがつて、この発明によれば、基準圧力上昇
期間t₁、基準圧力降下期間t₂の計測に際しての量
子化誤差に起因する蒸発量の誤差が蒸発量の全変
化範囲にわたつて均等化するので、蒸発量の全変
化範囲について略々均一の精度でもつて蒸発量の
計測ができ、ひいては、高精度の計測を実現でき
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８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、第５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、基準圧力降下
期間計測部１１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、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図は基準圧力上昇期間t₁の、基準
圧力上昇期間t₁と基準圧力降下期間t₂の和に対す
る比と蒸発量G_Sの関係を示すグラフ、第８図は
第２図中の蒸発量演算部９における演算処理の手
順の一例を示すフローチヤート、第９図はこの発
明の他の実施例に関するものであり、第２図中の
蒸発量演算部９における演算処理の手順の他の一
例を示すフローチヤートである。 １……ボイラ、５……第一の蒸気圧検出部、５
ａ，７ａ……圧力センサ、５ｂ，５ｃ，７ｂ，７
ｃ……コンパレータ、６……加熱制御部、７……
第二の蒸気圧検出部、８……基準圧力上昇期間計
測部、９……蒸発量演算部、１０……定数設定
部、１１……基準圧力降下期間計測部、１２……
表示部。

Claims (1)

1. 【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が下限蒸
   気圧に対応する下限設定値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が上限蒸気圧に対応する
   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、ボイラを加熱す
   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１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、 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S₄を出力する基
   準圧力降下期間計測手段１１と、 基準圧力上昇期間信号S₂により表わされる基準
   圧力上昇期間t₁と基準圧力降下期間信号S₄により
   表わされる基準圧力降下期間t₂の双方を変数と
   し、C_B及びC_Rをボイラ系に固有の定数とする下
   記演算式、 G_S＝t₁・C_B／t₁＋t₂−C_R に基づいて蒸発量G_Sを算出し、その演算結果を
   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 上記蒸発量演算手段９における演算式が、請
   求項１記載の下記演算式、 G_S＝t₁・C_B／t₁＋t₂−C_R に対する近似式であつて、Ｋをボイラ系に固有の
   補正系数とし、G_Smaxをボイラ系に固有の定数
   である最大蒸発量とする下記演算式、 G_S／G_Smax＝t₁−Kt₂／t₁＋t₂ である請求項１に記載されたボイラ系における蒸
   発量計測装置。