TWI401422B - 水位檢測用電極棒、水位檢測方法、鍋爐的水位控制方法及氣水分離器的水位控制方法 - Google Patents

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Description

水位檢測用電極棒、水位檢測方法、鍋爐的水位控制方法及氣水分離器的水位控制方法
本發明係關於一種裝設於金屬製之容器且使用於檢測該容器內之水位的水位檢測用電極棒、使用該水位檢測用電極棒的水位檢測方法、鍋爐的水位控制方法、以及氣水分離器的水位控制方法。
鍋爐產生的蒸氣，在因加熱而使鍋爐水管內產生之氣泡超過上方集管部的狀態時，產生的蒸氣內會混雜著水，所獲得的蒸氣會變成多水潮濕之品質不好的蒸氣。此外，在水管內產生之氣泡為尚未到達上方集管部的狀態時，產生的蒸氣內沒有混雜著水，所獲得的蒸氣會變成乾燥之品質良好的蒸氣，但在水管內產生氣泡的位置低，無法在上方集管部形成由氣泡造成之水膜的情形中，由於水管為鐵製的緣故，會發生上方集管部因火焰而過熱熔解破損的情況。因此需要將水管內的水位，控制在因加熱而在水管內產生的氣泡不超過上方集管部，且在上方集管部可形成水膜之程度的水位。
上述水管內的水位因加熱產生之氣泡大小而有所要求。亦即，產生之氣泡大的時候水位要低，氣泡小的時候水位要高。產生之氣泡的大小係因鍋爐運轉時之燃燒量、蒸氣壓力、供水溫度、鍋爐水電導度而有所差異。
依據上述，在鍋爐內，根據燃燒量、蒸氣壓力、供水溫度、以及鍋爐水電導度等，預先設定最適當的水位，藉由做為感測器之水位檢測用電極棒將水管內的水位予以檢測，同時藉由對水管內進行供水、停止供水來控制水管內的水位，使水位成為因應於鍋爐運轉時之燃燒量、蒸氣壓力、供水溫度、以及鍋爐水電導度等的水位。
在習知的鍋爐中，由上述水位檢測用電極棒對水管內水位所進行之檢測，係以下列的方法進行。
上述水位檢測用電極棒係具有連接電源之外部電源連接端子部、以及和水接觸之水位檢測電極部，並隔介絕緣體裝設在和鍋爐水管連通之水位檢測用的金屬製容器中。和鍋爐水管連通之容器係收容和鍋爐水管相通的水，收容的水和水管的水位會成為共通的水位。之後，將電源的一方連接在水位檢測用電極棒的外部電源連接端子部，將電源的另一方連接至容器並通電，而構成為藉由外部電源連接端子部和容器之間的通電狀態的變化，而能檢測出水位是否到達水位檢測電極部。
在上述容器中，裝設有每根長度不同的複數根水位檢測用電極棒，該等電極棒係對應於藉由燃燒量、蒸氣壓力、供水溫度、以及鍋爐水電導度設定之水位，而於各水位檢測用電極棒檢測出之上述容器內的水位會傳送至水位控制裝置，且以令水管內的水位成為因應於鍋爐運轉時之燃燒量、蒸氣壓力、供水溫度、鍋爐水電導度等所設定的水位的方式進行供水控制，而將水管內的水位控制在預定的水位(例如，參考專利文獻1)。
另一方面在鍋爐內，藉由加熱水管而產生的蒸氣會從上方集管部被取出而送至負荷方，但從上方集管部取出之蒸氣係混雜著鍋爐水，混雜著鍋爐水的蒸氣會變成多水潮濕之品質不好的蒸氣。
因此一般而言，在鍋爐內都具有用以將水份從上方集管部所取出之蒸氣中予以分離的氣水分離器。當氣水分離器的水位太高時，會有產生的蒸氣容易伴隨著鍋爐水，而使蒸氣乾燥度降低的問題。相反的，當氣水分離器的水位太低時，氣水分離器的功能無法完全發揮，雖可獲得乾燥品質良好的蒸氣，但也預測到水管內的水位較低。當水管內的水位較低時，在水管內產生氣泡的位置低而無法在上方集管部形成由氣泡造成之水膜時，由於水管為鐵製的緣故，會發生在水管的上方還有上方集管部因火焰而過熱熔解破損的問題。
為了迴避像這樣的問題，將水管內的水位控制在可限制混雜於所產生之蒸氣內之鍋爐水的增加且可在上方集管部形成水膜的程度，而進行將氣水分離器的水位控制在一定程度的動作。
作為將氣水分離器的水位控制在一定程度的手段，已知有一種控制方法，係藉由水位檢測用電極棒檢測出氣水分離器的水位，透過該檢測出之水位來開啟(ON)、關斷(OFF)用以供給鍋爐水至水管內之供水幫浦。像這樣的氣水分離器內水位之控制方法，係對氣水分離器內的水位，設定上限水位和下限水位，檢測出為上限水位時將供水幫浦關斷，檢測出為下限水位時將供水幫浦開啟，讓氣水分離器內的水位經常保持在上限水位和下限水位之間(例如，參考專利文獻2)。
於習知的氣水分離器內用以檢測水位的上述水位檢測用電極棒，係與使用於檢測上述鍋爐之水管內水位的上述水位檢測用電極棒為相同的構造，水位的檢測係以下列的方法進行。
上述水位檢測用電極棒係隔介絕緣體而裝設在和氣水分離器連通之氣水分離器水位檢測用的金屬製容器。該容器係收容和氣水分離器之水管共通的水，所收容的水和氣水分離器內的水位會成為共通的水位。之後，將電源的一方連接在水位檢測用電極棒的外部電源連接端子部，將電源的另一方連接至上述容器並予以通電，而成為藉由外部電源連接端子部和容器之間的通電狀態的變化，而能檢測水位是否到達水位檢測電極部。
[專利文獻1]日本特開平6－147407號公報[專利文獻2]日本特開2003－294204號公報
鍋爐水管內的水位控制，係根據鍋爐運轉時之燃燒量、蒸氣壓力、供水溫度、以及鍋爐水電導度等而被控制，但為了獲得品質良好的蒸氣，還有為了防止水管的破損，較佳為根據燃燒量、蒸氣壓力、供水溫度、以及鍋爐水電導度等精密地設定水位來控制。
然而，在習知方法中，水管內水位之檢測乃藉由上述長度不同的複數根水位檢測用電極棒進行檢測，由於1根水位檢測用電極棒只能夠檢測出1種水位，若想要根據燃燒量、蒸氣壓力、供水溫度、以及鍋爐水電導度等精密地設定水位來控制，會有裝設在容器的水位檢測用電極棒之數量增加，裝置因而變大，以及成本上升等問題。
因此，在習知方法中，係設定3至4種水位，並在該設定的水位中，控制水管內的水位。在上述專利文獻1中記載著，設定有組合燃燒量和蒸氣壓力、還有燃燒量和鍋爐水電導度的4組水位，並在這4組水位中控制水管內的水位。然而，在上述3至4種水位中進行的水位控制，要讓水管內水位成為必定能獲得品質良好之蒸氣且防止水管破損的水位是很困難的。
因此，作為解決上述問題點之手段，在水位檢測用電極棒之水位檢測電極部的表面形成成為介電體之絕緣膜，以在容器內水接觸到水位檢測電極部的部份作為電容器，測量通電後和水位檢測電極部接觸之水的變化所造成之水位檢測電極部和容器間的靜電容量，藉由該測量出之靜電容量就可用類比方式檢測出在容器內和水位檢測電極部接觸之水的水位，透過這種方式可以精密地控制水管內的水位。
然而，鍋爐的水管內，係為高溫、高壓、高pH值的環境，而以能夠承受高溫、高壓、高pH值的絕緣材質在水位檢測電極部的表面形成成為介電體之絕緣膜的水位檢測用電極棒並不存在。
此外，氣水分離器的水位控制，係如上述方式，控制讓氣水分離器內的水位經常保持在上限水位和下限水位之間，但這種狀況下，也無法保證一定能穩定獲得乾燥度高品質良好的蒸氣，此外，也無法保證能防止因火焰而造成水管的上方，還有上方集管部破損的情況。
原因在於，蒸氣速度快時，積存在氣水分離器的水會伴隨著蒸氣成為含有水分、亦即乾燥度低之蒸氣。因此，例如讓氣水分離器的水位配合蒸氣速度快的狀態時，氣水分離器內的上限水位要設定成較低，這樣的結果會導致，當蒸氣速度變慢時，即使氣水分離器內的水位在上限水位，亦會有因火焰而造成水管的上方、還有上方集管部破損之情況發生的疑慮。此外，讓氣水分離器的水位配合蒸氣速度慢的狀態時，氣水分離器內的上限水位要設定成較高，這樣的結果會導致，當蒸氣速度變快時，即使氣水分離器內的水位在上限水位，積存在氣水分離器的水亦會伴隨著蒸氣成為含有水分、亦即乾燥度低之蒸氣。
本發明者等為了解決上述之問題點，係找出藉由鍋爐產生之蒸氣速度來控制氣水分離器內之水位的方法，但為此目的必須將氣水分離器內之水位予以精密檢測出，因此，希望能夠將氣水分離器內之水位以類比方式檢測出來。作為將氣水分離器內之水位以類比方式檢測出來的手段，和上述鍋爐之水管內水位的檢測相同，係以和氣水分離器連通之容器內之水會接觸到水位檢測用電極棒之水位檢測電極部的部份予以作為電容器，並藉由測量通電後和水位檢測電極部接觸之水的變化所造成之水位檢測電極部和容器間的靜電容量，可將水位以類比方式檢測出來，但氣水分離器內亦為高溫、高壓、高pH值的環境。
於是，本發明者等實驗研究的結果，找出高度耐高溫性、耐高壓性、耐高pH值性(耐藥性)的絕緣材質，而得以完成本發明。
本發明之目的，係提供一種水位檢測用電極棒，可將收容於金屬製容器之水的水位以類比方式檢測出來。
本發明之另一目的，係提供一種水位檢測方法，藉由使用上述水位檢測用電極棒，將收容於金屬製容器之水的水位以類比方式檢測出來。
本發明之另一目的，係提供一種鍋爐的水位控制方法，藉由使用上述水位檢測方法，可將水管內的水位控制在獲得品質良好之蒸氣且防止水管破損的最佳水位。
本發明之另一目的，係提供一種氣水分離器的水位控制方法，藉由使用上述水位檢測方法，透過鍋爐產生之蒸氣速度來控制氣水分離器之水位，而從在鍋爐產生之蒸氣中將水分分離，從而可穩定獲得乾燥度高品質良好之蒸氣，並能謀求鍋爐的安全運轉。
為了達成上述目的，申請專利範圍第1項所記載的發明，係為以貫穿金屬製容器之方式，隔著絕緣體而裝設，且具有向上述容器外側突出之外部電源連接端子部和向上述容器內側突出之水位檢測電極部，而用以檢測上述容器內水位的水位檢測用電極棒，其特徵為在上述水位檢測用電極部的表面，形成有由耐熱性、耐高壓性、耐藥性高之工程塑膠所構成的絕緣膜。
申請專利範圍第2項所記載的發明，其中，如申請專利範圍第1項記載的上述工程塑膠係為聚醚醚酮(polyetheretherketone)或是氟樹脂(fluororesin)。
申請專利範圍第3項所記載的發明，係使用如申請專利範圍第1項或第2項之水位檢測用電極棒的水位檢測方法，其中，係將電源的一方連接至上述外部電源連接端子部，將上述電源的另一方連接至金屬製容器並予以通電，而將在上述水位檢測電極部表面所形成之絕緣膜作為介電體，測量上述水位檢測電極部和上述容器間的靜電容量，並藉由該靜電容量將上述容器內中和上述水位檢測電極部接觸之水的水位予以檢測。
申請專利範圍第4項所記載的發明係為在申請專利範圍第3項所記載的發明中，在上述容器中同時裝設用以檢測上述水位檢測電極部之範圍內的特定水位的修正用水位檢測用電極棒，並求取該修正用水位檢測用電極棒所檢測出之特定水位、和測量上述靜電容量而檢測出之水位的差，且根據該差量，對測量上述靜電容量而檢測出之水位進行修正。
申請專利範圍第5項所記載的發明，係使用如申請專利範圍第3項或第4項之水位檢測方法的鍋爐水位控制方法，其中，係藉由燃燒量、蒸氣壓力、供水溫度、以及鍋爐水電導度中至少1者以上預先設定該鍋爐的比例目標水位，並將上述鍋爐運轉時之燃燒量、蒸氣壓力、供水溫度、以及鍋爐水電導度中至少1者以上予以檢測出，且隨時計算藉由檢測出之檢測值所預定的比例目標水位、和藉由上述水位檢測方法檢測出之上述鍋爐實際水位間的差，當實際水位高於預定的比例目標水位時停止供水，當實際水位低於特定的比例目標水位時供水至比例目標水位，以此方式控制供水量。
申請專利範圍第6項所記載的發明，係使用如申請專利範圍第3項或第4項之水位檢測方法的氣水分離器水位控制方法，其中，係藉由鍋爐的供水溫度、燃燒量、蒸氣壓力中至少1者以上預先設定上述氣水分離器之比例目標水位，並將上述鍋爐運轉時之供水溫度、燃燒量、蒸氣壓力中至少1者以上予以檢測出，由所檢測出之檢測值特定出比例目標水位，之後，透過上述水位檢測方法將上述氣水分離器的實際水位予以檢測出，並隨時計算上述特定的比例目標水位、和上述實際水位間的差，當上述實際水位高於上述特定的比例目標水位時停止朝上述鍋爐供水，當上述實際水位低於上述特定的比例目標水位時朝上述鍋爐供水至比例目標水位，以此方式控制供水量。
根據申請專利範圍第1項所記載之水位檢測用電極棒，在向金屬容器內側突出之水位檢測電極部的表面，形成有藉由耐熱性、耐高壓性、耐藥性高之工程塑膠所構成的絕緣膜，在水位檢測電極部表面所形成的絕緣膜，可承受上述容器內的高溫、高壓、藥物，接著在上述容器內水和上述水位檢測電極部接觸的部份成為電容器，藉由測量通電後水接觸之上述水位檢測電極部和上述容器間的靜電容量，可檢測出在上述容器內中和上述水位檢測電極部接觸之水的水位，透過該測量出之靜電容量的變化可將上述水位的變化以類比方式檢測出來。
根據申請專利範圍第2項所記載之水位檢測用電極棒，其中，如申請專利範圍第1項記載的上述工程塑膠為聚醚醚酮，故在水位檢測電極部表面所形成的絕緣膜可承受金屬製容器內的高溫、高壓、藥物，能確實達到作為電容器的功能。
根據申請專利範圍第3項所記載之水位檢測方法，在上述容器內水和上述水位檢測電極部接觸的部份成為電容器，藉由測量通電後水接觸之上述水位檢測電極部和上述容器間的靜電容量，可檢測出在上述容器內和上述水位檢測用電極棒接觸之水的水位，透過該測量出之靜電容量的變化可將上述水位的變化以類比方式檢測出來。
根據申請專利範圍第4項所記載之水位檢測方法，即使因水中混雜的雜質等附著在水位檢測電極部而使靜電容量產生變化，在檢測出之水的水位產生誤差，亦可將上述容器內之水的正確水位檢測出來。
根據申請專利範圍第5項所記載之鍋爐的水位控制方法，根據上述鍋爐運轉時之燃燒量、蒸氣壓力、供水溫度、以及鍋爐水電導度等，可讓水管內之水的水位經常處於最適當水位，可獲得品質良好之蒸氣，並且有效防止水管的破損。
根據申請專利範圍第6項所記載之氣水分離器的水位控制方法，讓氣水分離器的水位經常處於最適當的水位，亦即成為可根據上述鍋爐運轉時之燃燒量、蒸氣壓力、供水溫度等所特定的比例目標水位，可穩定獲得乾燥度高品質良好之蒸氣，並且有效防止水管的破損而謀求上述鍋爐的安全運轉。
以下，說明關於本發明之水位檢測用電極棒、水位檢測方法、鍋爐的水位控制方法及氣水分離器的水位控制方法之最佳實施例。
首先，說明關於本發明之鍋爐的水位檢測用電極棒之實施例。
第1圖係顯示關於本發明之水位檢測用電極棒的實施例一例之部分剖面正面圖。
本例之水位檢測用電極棒1係於一端具有外部電源連接端子部2，於另一端具有水位檢測電極部3，並以筒狀絕緣體4支撐，且隔著該絕緣體4，以外部電源連接端子部2向金屬製容器5外側突出、水位檢測電極部3向容器5內側突出的方式裝設於容器5中。
水位檢測電極部3係由不鏽鋼所構成，在其表面形成由耐熱性、耐高壓性、耐藥性高的工程塑膠所構成之絕緣膜6。作為該工程塑膠，係使用聚醚醚酮、聚醚酮(polyetherketone)、聚醚酮酮(polyetherketoneketone)、聚芳基醚酮(polyaryletherketone)等酮類合成樹脂材料，尤其較佳為耐熱性高之聚醚醚酮。
如上述，在其表面形成由耐熱性、耐高壓性、耐藥性高的工程塑膠所構成之絕緣膜6之水位檢測電極部3，其長度設定為至少要可檢測出必要最低水位的長度。
根據如上述所構成之水位檢測用電極棒1，由於在向收容水之容器5內側突出的水位檢測電極部3表面，形成由耐熱性、耐高壓性、耐藥性高的工程塑膠所構成之絕緣膜6，在將電源的一方連接在外部電源連接端子部2，將電源的另一方連接至容器5並予以通電時，在容器5內和水接觸之水位檢測電極部3的接觸部份會成為電容器，將水位檢測電極部3表面所形成之絕緣膜6作為介電體，把水位檢測電極部3和容器5之間的靜電容量予以測量，藉由該靜電容量可將容器5內中和水位檢測用電極棒1接觸之水的水位檢測出來，藉由該檢測出之靜電容量的變化可將上述水位的變化以類比方式檢測出來。在本例中係使用交流電源作為上述電源。
水位檢測電極部3表面之絕緣膜6，係由如上述耐熱性、耐高壓性、耐藥性高的工程塑膠所構成，可承受容器5內之高溫、高壓、藥品，確實達到作為電容器的功能。
接下來，說明使用上述水位檢測用電極棒1之本發明之水位檢測方法的實施例。
本例中，將於水位檢測電極部3表面形成有由耐熱性、耐高壓性、耐藥性高的工程塑膠所構成之絕緣膜6之水位檢測用電極棒1，以讓其外部電源連接端子部2向容器5外側突出、然後讓水位檢測電極部3向容器5內側突出的方式予以裝設，並將交流電源的一方連接在水位檢測用電極棒1的外部電源連接端子部2，將上述交流電源的另一方連接至容器5並予以通電。
之後，將在水位檢測電極部3表面所形成之絕緣膜6作為介電體，測量水位檢測電極部3和容器5間的靜電容量，藉由該靜電容量將容器5內中和水位檢測電極棒1接觸之水的水位檢測出來。
藉由這樣的動作，在容器5內和水接觸之水位檢測電極棒1的接觸部份會成為電容器，藉由測量通電後水接觸之水位檢測電極部3和容器5間的靜電容量，可檢測出在容器5內和水位檢測電極部3接觸之水的水位。接著，藉由測量出之靜電容量的變化可將水位的變化以類比方式檢測出來，透過檢測出之水位的變化，可將鍋爐水管內的水位以類比方式檢測出來。
此外本例中，於容器5同時裝設有用以檢測水位檢測電極部3之範圍內特定水位的修正用水位檢測用電極棒，並求得該修正用水位檢測用電極棒所檢測出之收容於容器5之水的特定水位、以及測量水位檢測電極部3和容器5間的靜電容量而檢測出之容器5內之水的水位的差，根據該差量，對用以測量水位檢測電極部3和容器5間的靜電容量的容器5內之水位進行修正。
藉由這樣的動作，即使因水中混雜的雜質等附著在水位檢測電極部3使靜電容量產生變化，讓檢測出之水的水位產生誤差，亦可將容器5內之水的正確水位予以檢測出來。
修正用水位檢測用電極棒檢測出之特定水位，只要在可藉由水位檢測電極部3檢測出之水位的範圍內即可，並無特別的限制。在修正用水位檢測用電極棒檢測出之特定水位為容器5內之上位水位的情形中，例如，當藉由水位檢測電極部3和容器5間的靜電容量，檢測出容器5內水位而控制容器5內水位時，在確認到藉由以水位檢測電極部3所測量的靜電容量而檢測出之水位、和以修正用水位檢測用電極棒所檢測出之容器5內水位的差時，可預測在水位檢測用電極棒1的水位檢測電極部3發生故障。當水位檢測用電極棒1的水位檢測電極部3發生故障時，收容於容器5的水所造成之靜電容量會有減少的傾向，結果，由於造成水位不進一步上升便無法達到預定的靜電容量，故控制成使容器5內的水位上升。容器5之上位水位，係代表容器5內水位之常用範圍的上端。
此外，在修正用水位檢測用電極棒所檢測出之特定水位為容器5內之中位水位的情形中，例如，在藉由水位檢測電極部3和容器5間的靜電容量檢測出容器5內水位而控制容器5內水位時，修正用水位檢測用電極棒檢測出之特定水位係為在容器5內水位的常用範圍內之存在於因水位變動而重複處於有水和無水狀態之領域，結果，由於將水位檢測用電極棒1所檢測出之容器5內之水位誤差予以適當地修正的次數變多，故可提高容器5內水位的檢測精準度，能更加正確地控制容器5內的水位。容器5之中位水位，係代表容器5內水位的常用範圍。
此外，在修正用水位檢測用電極棒檢測出之特定水位為容器5內之下位水位的情形中，例如，當藉由水位檢測電極部3和容器5間的靜電容量，檢測出容器5內水位而控制容器5內水位時，容器5內的水位一定會透過修正用水位檢測用電極棒檢測出一次，而將水位檢測用電極棒1檢測出之容器5內水位誤差予以修正為正確值，從而能檢測出在容器5內水的正確水位，而正確地控制容器5內的水位。
接下來，說明使用上述水位檢測方法之本發明之鍋爐的水位控制方法之實施例。
第2圖係顯示實施本發明之鍋爐水位控制方法的鍋爐系統一例之概略構造之說明圖。
在該鍋爐系統中，鍋爐7係具有鍋爐本體15，鍋爐本體15係由下述所構成：複數支水管8，係以預定間隔朝圓周方向直立設置；下方集管部11，係連接於該複數支水管8下方，並從供水幫浦9經由供水管10將水導入供給複數支水管8；上方集管部13，係連接於該複數支水管8上方，將複數支水管8所產生之蒸氣收集起來，並從蒸氣管12送往負荷方；以及燃燒室14，係被複數支水管8包圍而形成。
並且，鍋爐7具有：水位檢測手段16，係實施用以檢測水管8內的水位之上述水位檢測方法；以及水位控制手段17，係控制水管8內的水位。
水位檢測手段16係將經由連通管18、19連接於下方集管部11及上方集管部13之容器5中所裝設的水位檢測用電極棒1之水位檢測電極部3和容器5間予以通電從而將容器5內的水位檢測出來，而檢測出和容器5同水位之水管8內的水位。
本例之水位檢測手段16，係具有：水位檢測用電極棒1，係裝設於容器5中；水位檢測部20，係將表面形成有成為介電體之絕緣膜6的水位檢測用電極棒1之水位檢測電極部3和容器5間予以通電，藉此測量水位檢測電極部3和容器5間產生之靜電容量，並將測量出之靜電容量轉換為水位而檢測出容器5內的水位，並傳送至水位控制手段17之後述供水量控制部；修正用水位檢測用電極棒21，係裝設於容器5中，用以檢測可由水位檢測電極部3檢測出之水位範圍內之容器5內的特定水位；修正用水位檢測部22，係藉由將修正用水位檢測用電極棒21和容器5間予以通電而檢測出容器5內的水位到達特定水位；以及轉換關係適當修正部23等，係根據水位檢測部20檢測出之水位和修正用水位檢測部22檢測出之水位間的差，將水位檢測部20轉換之靜電容量和水位的轉換關係修正為正確值。
本例中，在修正用水位檢測用電極棒21之修正用水位檢測部22檢測出的容器5內的特定水位，係容器5內的中位水位。
裝設於容器5的水位檢測用電極棒1係以外部電源連接端子部2向容器5外側突出、水位檢測電極部3向容器5內側突出的方式裝設於容器5。水位檢測電極部3之長度設定為最短要可檢測出必要最低水位的長度。
修正用水位檢測用電極棒21於一端具有外部電源連接端子部24，另一端具有修正用水位檢測電極部25，以筒狀絕緣體26支撐，並隔著該絕緣體26，以外部電源連接端子部24向容器5外側突出、修正用水位檢測電極部25向容器5內側突出的方式裝設於容器5。
水位檢測手段16的水位檢測部20其構成為連接有：測量電路部28，係在水位檢測用電極棒1的外部電源連接端子部2連接電源27的一方，將電源27的另一方連接至容器5之電源電路，藉由通電將在水位檢測電極部3表面所形成的絕緣膜6作為介電體，並測量水位檢測電極部3和容器5間的靜電容量；以及水位檢測電路部29，係儲存預先設定之靜電容量和容器5內水位的轉換關係，並且具有將根據該轉換關係在測量電路部28測量之靜電容量轉換為容器5內水位的程式。
此外，水位檢測電路部29係構成為，將上述已轉換的水位傳送至轉換關係適當修正部23，並將根據在轉換關係適當修正部23修正的轉換關係所轉換之容器5內的水位傳送至水位控制手段17之後述供水量控制部。電源27在本例中係使用交流電源。
修正用水位檢測部22其構成為連接有修正用水位檢測電路部31，該修正用水位檢測電路部31係在修正用水位檢測用電極棒21的外部電源連接端子部24連接電源30的一方且將電源30的另一方連接至容器5之電源電路，藉由因通電導致修正用水位檢測電極部25下端和水接觸所造成之外部電源連接端子部24和容器5間的通電狀態變化，檢測出容器5內的水到達修正用水位檢測電極部25下端並傳送訊號至轉換關係適當修正部23。電源30在本例中係使用交流電源。
轉換關係適當修正部23係由轉換關係適當修正電路部32所構成，該轉換關係適當修正電路部32係具有程式，該程式為當容器5內的水接觸到修正用水位檢測用電極棒21之修正用水位檢測電極部25下端而檢測出容器5內水位的訊號從修正用水位檢測電路部31傳送過來時，求得於該修正用水位檢測電路部31檢測出之容器5內水位和此時從水位檢測電路部29傳送之水位間的差，並根據該差量將儲存於水位檢測電路部29之靜電容量和將容器5內的水位轉換關係修正為正確值，且上述轉換關係適當修正電路部32係將修正為正確值之靜電容量和容器5內之水位轉換關係傳送至水位檢測電路部29，讓在水位檢測電路部29檢測出之水位修正為正確值。
水位控制手段17之構造為具備有：比例目標水位特定部33，係根據鍋爐7的燃燒量、蒸氣壓力、供給至水管8之供水溫度、以及鍋爐水電導度預先設定水管8的比例目標水位，從已設定之比例目標水位，根據實際的燃燒量、蒸氣壓力、供給至水管8之供水溫度、鍋爐水電導度來特定比例目標水位；燃燒量檢測部34，係檢測出鍋爐7的燃燒量並傳送至比例目標水位特定部33；蒸氣壓力檢測部35，係檢測出在鍋爐7產生的蒸氣壓力並傳送至比例目標水位特定部33；供水溫度檢測部36，係檢測出供給至水管8之供水溫度並傳送至比例目標水位特定部33；鍋爐水電導度檢測部37，係檢測出鍋爐水電導度並傳送至比例目標水位特定部33；以及供水量控制部38，係隨時計算藉由燃燒量檢測部34、蒸氣壓力檢測部35、供水溫度檢測部36、鍋爐水電導度檢測部37所檢測出鍋爐運轉時之燃燒量、蒸氣壓力、供水溫度、以及鍋爐水電導度的檢測值而恆常地計算出在比例目標水位特定部33特定之比例目標水位、和在水位檢測手段16檢測出之容器5內的水位(亦即水管8的實際水位)間的差，當實際水位高於特定的比例目標水位時停止向水管8供水，當實際水位低於特定的比例目標水位時供水至特定比例目標水位，以此方式控制供水量。
由燃燒量檢測部34進行之燃燒量檢測，可將燃燒量置換為供給至燃燒裝置之燃料量，亦可將燃料量作為燃燒量進行檢測。
水管8內的比例目標水位，係代表根據鍋爐7的燃燒量、蒸氣壓力、供給至水管8之供水溫度、以及鍋爐水電導度的水管8內最適當水位，乃藉由燃燒量、蒸氣壓力、供水溫度、以及鍋爐水電導度等綜合算出之綜合數值A所設定的水位。
綜合數值A係例如以下方式算出。
鍋爐的水位和燃燒量、蒸氣壓力、供水溫度、以及鍋爐水電導度，係為以下關係：燃燒量增加時降低水位、蒸氣壓力上升時提升水位、供水溫度上升時降低水位、鍋爐水電導度變大時降低水位。
首先，將顯示燃燒量、蒸氣壓力、供水溫度、以及鍋爐水電導度特定值時之適當水位的基準值設為1。
例如，燃燒量：100%燃燒＝1蒸氣壓力：5kg/cm2 ＝1供水溫度：15℃＝1鍋爐水電導度：3000μS/cm＝1根據燃燒量、蒸氣壓力、供水溫度、以及鍋爐水電導度的數值變化分別求得顯示適當水位的個別水位基準值a、b、c、d。
例如，燃燒量：70%燃燒＝1.1(a)蒸氣壓力：10kg/cm2 ＝1.3(b)供水溫度：15℃＝1(c)鍋爐水電導度：1500μS/cm＝1.2(d)將這樣求得之基準值a、b、c、d相乘，得綜合數值A。亦即，A＝a×b×c×d上述例中，A＝1.1×1.3×1×1.2＝1.7，綜合數值A為1.7，1.7為最適當之水位。
之後，藉由取得如上述算出之綜合數值A和因應此綜合數值A之水位的資料，算出並設定比例目標水位。
比例目標水位特定部33係將特定的比例目標水位傳送至供水量控制部38，係具有：儲存部，係儲存根據燃燒量、蒸氣壓力、供水溫度、以及鍋爐水電導度來設定作為水管8最適當水位的比例目標水位；以及程式，係根據實際燃燒量、蒸氣壓力、供水溫度、以及鍋爐水電導度特定出比例目標水位。
供水量控制部38係具有程式，該程式係隨時計算從比例目標水位特定部33傳送過來之特定的比例目標水位和從水位檢測電路部29傳送過來之水管8實際水位之間的差，當實際水位高於特定的比例目標水位時停止向水管8供水，當實際水位低於特定的比例目標水位時供水至特定比例目標水位，以此方式向供水幫浦9傳送指令訊號，以控制水管8之供水量。
藉由上述方式構成之鍋爐系統，本發明之鍋爐的水位控制方法係如以下方式實施。
藉由水位檢測手段16，對鍋爐7之水管8內的水位進行檢測，並從水位檢測電路部29予以傳送至水位控制手段17的供水量控制部38。
另一方面，藉由水位控制手段17，將鍋爐7運轉時之燃燒量、蒸氣壓力、供水溫度、以及鍋爐水電導度分別由燃燒量檢測部34、蒸氣壓力檢測部35、供水溫度檢測部36、以及鍋爐水電導度檢測部37予以檢測出，將這些檢測值傳送至比例目標水位特定部33。接受燃燒量、蒸氣壓力、供水溫度、以及鍋爐水電導度之檢測值之比例目標水位特定部33，係從這些檢測值算出綜合數值A，根據從已設定比例目標水位算出之綜合數值A而將比例目標水位特定出來並予以傳送至供水量控制部38。
供水量控制部38係隨時計算從比例目標水位特定部33傳送過來之特定的比例目標水位和從水位檢測電路部29傳送過來之水管8實際水位間的差，當實際水位高於特定的比例目標水位時停止向水管8供水，當實際水位低於特定的比例目標水位時供水至特定比例目標水位，以此方式向供水幫浦9傳送指令訊號，控制水管8之供水量。
藉由這樣的動作，讓鍋爐7運轉時之水管8內的水位經常處於最適當水位，亦即可根據鍋爐7運轉時之燃燒量、蒸氣壓力、供水溫度、以及鍋爐水電導度使之成為特定的比例目標水位，能穩定獲得乾燥度高品質良好之蒸氣，並有效防止水管8的破損而謀求鍋爐7的安全運轉。
另外，在本例中雖藉由燃燒量、蒸氣壓力、供水溫度、以及鍋爐水電導度來設定水管8的比例目標水位，但亦可以燃燒量、蒸氣壓力、供水溫度、以及鍋爐水電導度其中1個以上來設定水管8的比例目標水位。
接下來，說明使用上述水位檢測方法之本發明之氣水分離器的水位控制方法的實施例。
第3圖係顯示實施本發明之氣水分離器水位控制方法的鍋爐系統一例概略構成之說明圖。
在該鍋爐系統，和實施第2圖所示之鍋爐水位控制方法的鍋爐系統相同之部份，係附上相同的符號，並省略其說明。
該鍋爐系統係於鍋爐7具有氣水分離器39。鍋爐7係具有鍋爐本體15，該鍋爐本體15係由下述所構成：複數個水管8於圓周方向以預定間隔直立設置；下方集管部11，係連接於該複數個水管8下方，從供水幫浦9經由供水管10將水導入，並供給至複數個水管8；上方集管部13，係連接於該複數個水管8上方，將複數個水管8產生之蒸氣收集起來並從蒸氣管12送往負荷方；以及燃燒室14，係被複數個水管8包圍而形成。
接著，將蒸氣送往負荷方的蒸氣管12係連接在上方集管部13，該蒸氣管12係連接有氣水分離器39。該氣水分離器39和下方集管部11由連結管40連接，在氣水分離器39從蒸氣被分離的水分係經由連結管40回到下方集管部11。
氣水分離器39係具有：水位檢測手段41，係將氣水分離器39內的水位予以檢測出、以及水位控制手段42，係控制供給至水管8之供水量，以控制氣水分離器39內水位。
水位檢測手段41係藉由裝設在附設於氣水分離器39之金屬製容器5之水位檢測用電極棒1的水位檢測電極部3和容器5間予以通電，而將氣水分離器39內的水位檢測出來。
本例之水位檢測手段41係具有：水位檢測用電極棒1，係裝設在附設於氣水分離器39之金屬製容器5；水位檢測部43，係將在表面形成有成為介電體之絕緣膜6的水位檢測用電極棒1之水位檢測電極部3和容器5間予以通電，藉此測量於水位檢測電極部3和容器5間產生之靜電容量，並將測量出之靜電容量轉換為水位而檢測出容器5內的水位，且傳送至水位控制手段42之後述供水量控制部；修正用水位檢測用電極棒21，係裝設於容器5，藉由水位檢測電極部3將可檢測出的水位範圍內之容器5內特定的水位檢測出來；修正用水位檢測部44，係將水位檢測用電極棒21和容器5間予以通電，藉此檢測出容器5內的水位到達特定水位；以及轉換關係適當修正部45等，係根據水位檢測部43檢測出之水位和修正用水位檢測部44檢測出之水位間的差，將水位檢測部43轉換之靜電容量和水位的轉換關係修正為正確值。本例中，在修正用水位檢測用電極棒21之修正用水位檢測部44檢測出的容器5內的特定水位，係為容器5內的下位水位。
附設於氣水分離器39之容器5係經由上方連通管46而與氣水分離器39連通，並經由下方連通管47而與連結管40連通。裝設於容器5之水位檢測用電極棒1，係為檢測容器5內水位者，一端具有外部電源連接端子部2，另一端具有水位檢測電極部3。此外，水位檢測用電極棒1係以筒狀絕緣體4支撐，並隔著該絕緣體4，以外部電源連接端子部2向容器5外側突出、水位檢測電極部3向容器5內側突出的方式裝設於容器5。
水位檢測用電極棒1之水位檢測電極部3，係由不鏽鋼所形成，在其表面形成成為介電體之絕緣膜6係由耐熱性、耐高壓性、耐藥性高的工程塑膠所形成。
做為工程塑膠，係使用聚醚醚酮、聚醚酮、聚醚酮酮、聚芳基醚酮等酮類合成樹脂材料，尤其較佳為耐熱性高之聚醚醚酮。
如上述，在其表面形成有由耐熱性、耐高壓性、耐藥性高的工程塑膠所構成之絕緣膜6之水位檢測電極部3，其長度設定為最短要可測量儲存於後述比例目標水位特定部所設定之比例目標水位。
修正用水位檢測用電極棒21於一端具有外部電源連接端子部24，另一端具有修正用水位檢測電極部25，以筒狀絕緣體26支撐，並隔著該絕緣體26，以外部電源連接端子部24向容器5外側突出、修正用水位檢測電極部25向容器5內側突出的方式裝設於容器5。
水位檢測部43之構成為連接有：測量電路部48，係在水位檢測用電極棒1的外部電源連接端子部2連接電源27的一方，且將電源27的另一方連接至容器5之電源電路，藉由通電而將在水位檢測電極部3表面所形成的絕緣膜6作為介電體，並測量水位檢測電極部3和容器5間的靜電容量；以及水位檢測電路部49，係具有程式，該程式係預先設定之靜電容量和容器5內水位之轉換關係，並根據該轉換關係將在測量電路部48測量之靜電容量轉換為容器5內的水位。
此外，水位檢測電路部49係構成為，將上述已轉換的水位傳送至轉換關係適當修正部45，並且將根據在轉換關係適當修正部45修正的轉換關係所轉換之容器5內的水位傳送至水位控制手段42之後述供水量控制部。電源27在本例中使用交流電源。
修正用水位檢測部44其構成為連接有修正用水位檢測電路部50，該修正用水位檢測電路部50係在修正用水位檢測用電極棒21的外部電源連接端子部24連接電源30的一方，且將電源30的另一方連接至容器5之電源電路，藉由因通電導致修正用水位檢測電極部25下端和水接觸所造成之外部電源連接端子部24和容器5間的通電狀態變化，檢測出容器5內的水到達修正用水位檢測電極部25下端，並傳送訊號至轉換關係適當修正部45。電源30在本例中使用交流電源。
轉換關係適當修正部45係由轉換關係適當修正電路部51所構成，該轉換關係適當修正電路部51係具有程式，當容器5內的水接觸到修正用水位檢測用電極棒21之修正用水位檢測電極部25下端而檢測出容器5內水位的訊號從修正用水位檢測電路部50傳送過來時，該程式係求得於該修正用水位檢測電路部50檢測出之容器5內的水位和此時從水位檢測電路部49傳送之水位間的差，並根據該差量將儲存於水位檢測電路部49之靜電容量和將容器5內的水位轉換關係修正為正確值；且上述轉換關係適當修正電路部51係將修正為正確值之靜電容量和容器5內之水位轉換關係傳送至水位檢測電路部49，使水位檢測電路部49檢測出之水位修正為正確值。
水位控制手段42之構成係具備有：比例目標水位特定部52，係根據供給至水管8之供水溫度、燃燒量、蒸氣壓力來設定氣水分離器39的比例目標水位，從已設定之比例目標水位根據實際的供水溫度、燃燒量、蒸氣壓力來特定比例目標水位；供水溫度檢測部36，係檢測出供水溫度並傳送至比例目標水位特定部52；燃燒量檢測部34，係檢測出鍋爐7的燃燒量並傳送至比例目標水位特定部52；蒸氣壓力檢測部35，係檢測出在鍋爐7產生的蒸氣壓力並傳送至比例目標水位特定部52；以及供水量控制部53，係隨時計算藉由在供水溫度檢測部36、燃燒量檢測部34、蒸氣壓力檢測部35檢測出鍋爐運轉時之供水溫度、燃燒量、蒸氣壓力的檢測值而在比例目標水位特定部52特定之比例目標水位、和在水位檢測手段41檢測出之氣水分離器39實際水位間的差，當實際水位高於特定的比例目標水位時停止向水管8供水，當實際水位低於特定的比例目標水位時供水至特定比例目標水位，以此方式控制供水量。
由燃燒量檢測部34進行之燃燒量檢測，可將燃燒量置換為供給於燃燒裝置之燃料量，亦可將燃料量作為燃燒量進行檢測。
氣水分離器39之比例目標水位，係代表根據供給水管8之供水溫度、燃燒量、蒸氣壓力的氣水分離器39最適當水位，乃藉由供水溫度、燃燒量、蒸氣壓力綜合算出之數值所設定的水位。氣水分離器39之最適當水位，係代表積存在氣水分離器39的水不會伴隨蒸氣流向負荷方，且可在上方集管部13形成由氣泡造成水膜之程度的水位。
蒸氣速度快時積存在氣水分離器的水會伴隨著蒸氣，成為含有水分乾燥度低之蒸氣。此外，蒸氣速度慢時會有無法在上方集管部13形成由氣泡造成之水膜的場合，有發生在水管上方還有上方集管部13因火焰而過熱熔解破損之情況的疑慮。因此，蒸氣速度快時降低氣水分離器39的水位，蒸氣速度慢時提升氣水分離器的水位即可。
在本例中由供水溫度、燃燒量、蒸氣壓力設定氣水分離器39之比例目標水位，係因蒸氣速度由供水溫度、燃燒量、蒸氣壓力決定。亦即，供水溫度、燃燒量、蒸氣壓力和蒸氣速度，係為以下關係：供水溫度高時蒸氣速度變快、燃燒量大時蒸氣速度變快、蒸氣壓力高時蒸氣速度變快。
比例目標水位特定部52係將特定的比例目標水位傳送至供水量控制部53，並具有：儲存部，係儲存根據供水溫度、燃燒量、蒸氣壓力來設定作為氣水分離器39最適當水位的比例目標水位；以及程式，係根據實際供水溫度、燃燒量、蒸氣壓力來特定出比例目標水位。
供水量控制部53，係具有程式，該程式係隨時計算從比例目標水位特定部52傳送過來之特定的比例目標水位和從水位檢測手段41檢測出之氣水分離器39實際水位間的差，當實際水位高於特定的比例目標水位時停止向水管8供水，當實際水位低於特定的比例目標水位時供水至特定比例目標水位，以此方式向供水幫浦9傳送指令訊號，控制水管8之供水量。
藉由如上述方式構成之鍋爐系統，本發明之氣水分離器的水位控制方法係如以下方式實施。
藉由水位檢測手段41，將氣水分離器39內、亦即容器5內的水位予以檢測出，並從水位檢測電路部49予以傳送至供水量控制部53。
另一方面，透過水位控制手段42，將鍋爐7運轉時之供水溫度、燃燒量、蒸氣壓力分別由供水溫度檢測部36、燃燒量檢測部34、蒸氣壓力檢測部35予以檢測出，並將這些檢測值傳送至比例目標水位特定部52。接受供水溫度、燃燒量、蒸氣壓力等檢測值之比例目標水位特定部52，係從根據供水溫度、燃燒量、蒸氣壓力設定並儲存作為氣水分離器39最適當水位的比例目標水位，將根據傳送過來之供水溫度、燃燒量、蒸氣壓力等檢測值的比例目標水位予以特定出來，並把該特定之比例目標水位傳送至供水量控制部53。
供水量控制部53係隨時計算從比例目標水位特定部52傳送過來之特定的比例目標水位和從水位檢測電路部49傳送過來之氣水分離器39內實際水位之間的差，當實際水位高於特定的比例目標水位時停止向水管8供水，當實際水位低於特定的比例目標水位時供水至特定比例目標水位，以此方式向供水幫浦9傳送指令訊號，控制水管8之供水量。
藉由這樣的動作，讓氣水分離器39內的水位經常處於最適當水位，亦即可根據鍋爐7運轉時之供水溫度、燃燒量、蒸氣壓力使之成為特定的比例目標水位，可穩定獲得乾燥度高品質良好之蒸氣，並有效防止水管8的破損而謀求鍋爐7的安全運轉。
另外，在本例中藉由供水溫度、燃燒量、蒸氣壓力設定氣水分離器39內的比例目標水位，但亦可由供水溫度、燃燒量、蒸氣壓力其中1個以上來設定氣水分離器39內的比例目標水位。
1．．．水位檢測用電極棒
2、24．．．外部電源連接端子部
3．．．水位檢測電極部
4、26．．．絕緣體
5．．．容器
6．．．絕緣膜
7．．．鍋爐
8．．．水管
9．．．供水幫浦
10．．．供水管
11．．．下方集管部
12．．．蒸氣管
13．．．上方集管部
14．．．燃燒室
15．．．鍋爐本體
16、41．．．水位檢測手段
17、42．．．水位控制手段
18、19．．．連通管
20、43．．．水位檢測部
21．．．修正用水位檢測用電極棒
22、44．．．修正用水位檢測部
23、45．．．轉換關係適當修正部
25．．．修正用水位檢測電極部
27、30．．．電源
28、48．．．測量電路部
29、49．．．水位檢測電路部
31、50．．．修正用水位檢測電路部
32、51．．．轉換關係適當修正電路部
33、52．．．比例目標水位特定部
34．．．燃燒量檢測部
35．．．蒸氣壓力檢測部
36．．．供水溫度檢測部
37．．．鍋爐水電導度檢測部
38、53．．．供水量控制部
39．．．氣水分離器
40．．．連結管
46．．．上方連通管
47．．．下方連通管
第1圖係顯示本發明之鍋爐的水位檢測用電極棒實施例一例之部分剖面正面圖。
第2圖係顯示實施本發明之鍋爐水位控制方法的鍋爐系統一例概略構造之說明圖。
第3圖係顯示實施本發明之氣水分離器水位控制方法的鍋爐系統一例概略構成之說明圖。
1．．．水位檢測用電極棒
2、24．．．外部電源連接端子部
3．．．水位檢測電極部
4、26．．．絕緣體
5．．．容器
7．．．鍋爐
8．．．水管
9．．．供水幫浦
10．．．供水管
11．．．下方集管部
12．．．蒸氣管
13．．．上方集管部
14．．．燃燒室
15．．．鍋爐本體
16．．．水位檢測手段
17．．．水位控制手段
18、19．．．連通管
20．．．水位檢測部
21．．．修正用水位檢測用電極棒
22．．．修正用水位檢測部
23．．．轉換關係適當修正部
25．．．修正用水位檢測電極部
27、30．．．電源
28．．．測量電路部
29．．．水位檢測電路部
31．．．修正用水位檢測電路部
32．．．轉換關係適當修正電路部
33．．．比例目標水位特定部
34．．．燃燒量檢測部
35．．．蒸氣壓力檢測部
36．．．供水溫度檢測部
37．．．鍋爐水電導度檢測部
38．．．供水量控制部

Claims (3)

  1. 一種水位檢測方法，係使用水位檢測用電極棒，該水位檢測用電極棒係以貫穿金屬製容器之方式隔著絕緣體而裝設，且具有向上述容器外側突出之外部電源連接端子部和向上述容器內側突出之水位檢測電極部，而用以檢測上述容器內水位，且在上述水位檢測用電極部的表面，形成有藉由耐熱性、耐高壓性、耐藥性高之工程塑膠所構成的絕緣膜，該水位檢測方法係將電源的一方連接至上述外部電源連接端子部，將上述電源的另一方連接至金屬製容器並予以通電，而將在上述水位檢測電極部表面所形成之絕緣膜作為介電體，測量上述水位檢測電極部和上述容器間的靜電容量，並藉由該靜電容量將上述容器內中和上述水位檢測電極部接觸之水的水位予以檢測；其中，在上述容器中同時裝設用以檢測上述水位檢測電極部之範圍內之特定水位的修正用水位檢測用電極棒，並求取該修正用水位檢測用電極棒所檢測出之特定水位和測量上述靜電容量而檢測出之水位的差，且根據該差量，對測量上述靜電容量而檢測出之水位進行修正。
  2. 一種鍋爐的水位控制方法，係使用如申請專利範圍第1項之水位檢測方法，該鍋爐的水位控制方法係藉由燃燒量、蒸氣壓力、供水溫度、以及鍋爐水電導度中至少1 者以上預先設定該鍋爐比例目標水位，並將上述鍋爐運轉時之燃燒量、蒸氣壓力、供水溫度、以及鍋爐水電導度中至少1者以上予以檢測出，且隨時計算由檢測出之檢測值所特定的比例目標水位、和由上述水位檢測方法檢測出之上述鍋爐實際水位間的差，當實際水位高於特定的比例目標水位時停止供水，當實際水位低於特定的比例目標水位時供水至比例目標水位，以此方式控制供水量。
  3. 一種氣水分離器的水位控制方法，係使用如申請專利範圍第1項之水位檢測方法，該氣水分離器的水位控制方法係藉由鍋爐的供水溫度、燃燒量、蒸氣壓力中至少1者以上預先設定上述氣水分離器之比例目標水位，並將上述鍋爐運轉時之供水溫度、燃燒量、蒸氣壓力中至少1者以上予以檢測出，藉由所檢測出之檢測值特定出比例目標水位，之後，透過上述水位檢測方法將上述氣水分離器之實際水位予以檢測出，並隨時計算上述特定的比例目標水位和上述實際水位間的差，當上述實際水位高於上述特定的比例目標水位時停止朝上述鍋爐供水，當上述實際水位低於上述特定的比例目標水位時朝上述鍋爐供水至比例目標水位，以此方式控制供水量。
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