ボイラ装置
【課題】ボイラ燃焼停止時の混入空気に起因する、ボイラ再起動時における一時的なアラーム動作が防止されるボイラ装置を提供する。
【解決手段】ボイラ給水は、配管１からボイラ２０に供給され、チューブ２３内で加熱される。蒸気はボイラ缶２２から配管２４を介してユースポイントへ送られる。ボイラ缶２４には、弁２８を有した配管２６を介して不活性ガスが導入可能とされている。この配管２４の途中から分岐した採取ライン４０によって蒸気の一部が分取される。熱交換器５０で凝縮した凝縮水は、溶存酸素計７１、電気伝導度計７２、ＴＯＣ計７３及びｐＨ計７４で測定される。凝縮水の温度及び流量が一定となるように弁５１，６１が制御される。
【解決手段】ボイラ給水は、配管１からボイラ２０に供給され、チューブ２３内で加熱される。蒸気はボイラ缶２２から配管２４を介してユースポイントへ送られる。ボイラ缶２４には、弁２８を有した配管２６を介して不活性ガスが導入可能とされている。この配管２４の途中から分岐した採取ライン４０によって蒸気の一部が分取される。熱交換器５０で凝縮した凝縮水は、溶存酸素計７１、電気伝導度計７２、ＴＯＣ計７３及びｐＨ計７４で測定される。凝縮水の温度及び流量が一定となるように弁５１，６１が制御される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラ装置に係り、特に蒸気の質を測定することができるよう構成されたボイラ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、製品を加熱ないし殺菌する際、ボイラで発生させた蒸気を熱交換器に導入して製品と間接的に熱交換する手法が多く採用されているが、近年、この蒸気を熱交換器を使用せずに直接製品に吹き込んで製品の加熱や殺菌を行うことが一般化してきた。
【０００３】
食品製造工場では、原材料のおいしさや新鮮さをできるだけ維持するために、蒸気を直接食品に吹き込み、殺菌することが行われ始めた。このような状況下では、蒸気に万一異物が含まれると、この蒸気を吹き込んだ食品は品質が維持できないために出荷されず、廃棄されてしまう。従来は、十分に水処理された水を用い、かつ十分に管理されたボイラが使用されているので、このような蒸気の質は殆ど問題になることはなく、最終製品の品質を経験者が試験により判定し、合格品のみを出荷していた。このような状況は、コーンフレークなどのシリアル、レトルト食品や缶詰などの製造工程でも発生する他に、病院におけるガーゼ、包帯などの殺菌などでも発生する。
【０００４】
従来のように、蒸気発生源として十分に水処理され水を用い、管理されたボイラを使用する限りは、発生した蒸気の質はさほど問題にならい。しかし、近年、比較的価格が安く、無人運転が可能な小型貫流ボイラが普及してきた。小型貫流ボイラ（ＪＩＳ Ｂ ８２２３では特殊循環ボイラと定義されている。）においては、経済性が重視され、性能的にあまり優れていない汽水分離機が設けられているために、蒸気に不純物が含まれやすい傾向がある。従って、このような小型貫流ボイラで作った蒸気を製品と直接接触させるような用途に使用するためには、蒸気の質をモニタリングする必要がある。
また、従来においては、十分に水処理された水を用い、かつ十分に管理されたボイラを使用する場合であっても、蒸気への異物の混入を防止するために、ボイラの運転開始初期の蒸気は廃棄し、運転開始から相当な時間が経過のちの蒸気を使用に供しているため、いたずらに廃棄される蒸気量が多く蒸気の無駄を生じていた。蒸気の質を的確に計測することができるならば、このような蒸気の無駄を防止することができる。
【０００５】
従来、ボイラの蒸気を凝縮させて、水質を評価することは行われている。例えば、ボイラ復水系用腐食監視装置として、ボイラから蒸気を受け入れて凝縮させる蒸気冷却器と、復水出口を有し、内部にテストピースを装着可能な、透明材料で構成されたテストピースカラムと、蒸気冷却器からの復水をテストピースカラムに供給する配管とを備えてなるボイラ復水系用腐食監視装置が提案されている（特開平８−２８８０３号公報）。しかし、従来の蒸気の冷却装置は、凝縮水の流量制御にスチームトラップを用いているために、蒸気圧力及び温度の変化や、冷媒温度や流量の変化によって、凝縮水流量が不規則に変化していた。また、冷媒の流量制御に手動弁を一定の開度で用いているために、冷媒の送圧の変化及び温度の変化により、冷媒の熱交換容量が変化し、凝縮水の温度が不規則に変化していた。腐食性を調べるためには、蒸気を凝縮水として測定に供すればよいが、この方法で蒸気の質を計測しようとすると、凝縮水の水質の計測結果と、蒸気成分との関係が一定とならず、計測結果の再現性が良好でなくなる。
【０００６】
上記従来の問題点を解決し、常に一定の安定した条件で蒸気を凝縮水としてサンプリングし、凝縮水の水質を計測することにより、蒸気の質を正確に判定することができる蒸気質モニタリング装置として、本出願人は、先に「隔壁を隔てて流通する冷媒との熱交換によって蒸気を冷却・液化する蒸気質モニタリング装置において、蒸気が冷却・液化されて凝縮水となって流出する凝縮水出口に流量計を設け、該流量計の計測値信号を元に演算を行い、凝縮水出口に設けた自動弁の開度を制御することにより、凝縮水の流量を所定の値に制御することを特徴とする蒸気質モニタリング装置」を提案した（特願２００５−２８３８７０）。
【０００７】
この蒸気質モニタリング装置によれば、蒸気の凝縮水の水質が計測される流量条件及び／又は温度条件を一定に保つことにより、凝縮水の水質の計測結果と蒸気の質が常に一定の関係となり、凝縮水の水質の計測結果から、蒸気の質を正確に判定することができる。このために、質の低い蒸気を食品、飲料などの製品に誤って直接吹き込んで、不良品を発生させるような事故を未然に防止することができる。また、常時蒸気質をモニタリングできるため、基準内の蒸気をムダに系外に放出することがない。さらに、蒸気を冷却・液化するための熱交換に、必要以上の冷媒を消費することがないために、冷媒の使用量や、冷媒の冷却に要するエネルギーを節約することができる。
【特許文献１】特開平８−２８８０３号公報
【特許文献２】特願２００５−２８３８７０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特願２００５−２８３８７０の蒸気質モニタリング装置では、ボイラの燃焼が停止され、ボイラの上記が凝縮してボイラ缶内の圧力が低下し、その結果、破裂を防止するために、ボイラ缶内に大気が流入する。ボイラの再起動時に、この流入した空気が蒸気と共に蒸気ラインに送り出され、採取ラインに流入し、熱交換器冷却水中の溶存酸素濃度を一時的に高めることになる。実際のボイラでは、この混入空気量は少量であり、蒸気ラインからユースポイントに送られる蒸気の質には問題はないのであるが、この混入空気のために監視装置が異常を検知し、アラームシステムが作動する等の不具合が生じることがある。
【０００９】
本発明は、蒸気質監視手段を有したボイラ装置において、このようなボイラ燃焼停止時の混入空気に起因する、ボイラ再起動時における一時的なアラーム動作が防止され、安定運転が継続可能なボイラ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１のボイラ装置は、ボイラ給水を加熱して蒸気を発生させるボイラと、該ボイラからの蒸気の一部を冷却して凝縮させる凝縮手段と、該凝縮手段からの凝縮水の水質を測定する測定手段とを備えてなるボイラ装置において、該ボイラの燃焼停止時にボイラ缶内の圧力が所定圧力以下になったときに該ボイラ缶内に不活性ガスを封入する不活性ガス封入手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項２のボイラ装置は、請求項１において、前記凝縮手段から流出する凝縮水の流量を制御する流量制御手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項３のボイラ装置は、請求項１又は２において、前記凝縮手段から流出する凝縮水の温度を制御する温度制御手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項４のボイラ装置は、請求項３において、前記凝縮手段は、冷媒が隔壁を隔てて蒸気と熱交換する熱交換器であり、前記温度制御手段は、該熱交換器における冷媒の流量を制御して凝縮水の温度を制御するものであることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項５のボイラ装置は、請求項１ないし４のいずれか１項において、ボイラ給水を窒素ガスと接触させて該ボイラ給水中の溶存酸素を除去する密閉式の窒素式脱酸素装置を備え、該窒素式脱酸素装置から排出される気体を不活性ガスとして前記不活性ガス封入手段によってボイラ缶内に封入するようにしたことを特徴とするものである。
【００１５】
請求項６のボイラ装置は、請求項１ないし５のいずれか１項において、前記測定手段は少なくとも溶存酸素を測定するものであることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項７のボイラ装置は、請求項６において、前記測定手段は、少なくとも溶存酸素とＴＯＣとを測定するものであることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項８のボイラ装置は、請求項１ないし７のいずれか１項において、前記ボイラ装置は複数のボイラを備えており、各々のボイラは運転制御を独立に行うことが可能となっており、各々のボイラに、前記不活性ガス封入手段を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のボイラ装置では、ボイラからの蒸気の一部を凝縮させて水質測定するので、蒸気の質を監視することができる。
【００１９】
本発明のボイラ装置によると、ボイラの燃焼停止時にボイラ缶内の圧力が所定圧力以下になると不活性ガスが該ボイラ缶内に封入される。このため、ボイラの再起動時に空気が蒸気に混入することがない。この結果、再起動時に混入空気に起因した異常検知が発生せず、アラームシステムが徒に動作することも防止される。
【００２０】
本発明において、請求項２のように凝縮水の流量を制御することにより、また、請求項３のように凝縮水の温度を制御することにより、凝縮水の水質を精度よく監視することができる。なお、流量と温度の双方を制御してもよい。
【００２１】
本発明のボイラ装置は、請求項４の通り、ボイラ給水を窒素ガスと接触させて該ボイラ給水中の溶存酸素を除去する密閉式の窒素式脱酸素装置を備え、該窒素式脱酸素装置から排出される気体を不活性ガス封入手段によってボイラ缶内に封入するように構成してもよい。このように構成した場合、ボイラ缶の封入ガスとして別途窒素ガスを用いる必要がなくなり、封入ガスのコストを低減することができる。
【００２２】
複数のボイラを備えたボイラ装置にあっては、一部のボイラが燃焼停止状態となる場合が多い。そこで、このようにボイラ装置が複数のボイラを備えたものである場合に、各々のボイラに前記不活性ガス封入手段を設け、燃焼が停止された各々のボイラにのみ不活性ガスを封入できるようにするのが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。図１は実施の形態に係るボイラ装置の系統図である。
【００２４】
ボイラ給水は、配管１からボイラ２０に供給され、チューブ２３内で加熱される。蒸気はボイラ缶２２から配管２４を介してユースポイントへ送られる。ボイラ缶２４には、弁２８を有した配管２６を介して不活性ガスが導入可能とされている。
【００２５】
この配管２４の途中から分岐した採取ライン４０によって蒸気の一部が分取される。この蒸気は、逆止弁４１、圧力計４２、開閉弁４３を経て熱交換器５０に送られ、凝縮する。なお、開閉弁４３は、圧力計４２によって検出される蒸気圧が所定圧以上の場合に開とされる。
【００２６】
熱交換器５０には、冷却水が流量調節弁５１を有した配管５２を介して導入され、熱交換後の冷却水が配管５３を介して排出される。この冷却排水は、廃棄されてもよく、ボイラ用水として利用されてもよい。
【００２７】
熱交換器５０で凝縮した凝縮水は、蒸気トラップ５５を経て、温度計５６及び流量計５７で温度及び流量が測定された後、凝縮水用の流量調節弁６１を経て測定部７０に送られる。この測定部７０には、溶存酸素計７１、電気伝導度計７２、ＴＯＣ（全有機炭素）計７３及びｐＨ計７４が設けられている。凝縮水は、これらの計器７１〜７４によって測定が行われた後、配管７５を介して排出される。
【００２８】
この測定部７０で測定された溶存酸素濃度、電気伝導度、ＴＯＣ濃度、ｐＨ等のデータが信号線７６を介してボイラ制御システムに送信される。
【００２９】
この実施の形態では、ボイラ２０の燃焼停止時にボイラ缶２２内の圧力が所定圧力以下に低下すると、弁２８が開とされ、ボイラ缶２２内に不活性ガスが封入される。このため、燃焼停止中にボイラ缶内に空気が混入することがなく、ボイラの再起動時に配管２４からの蒸気に空気が混入することもない。従って、従来のボイラ装置において発生するおそれがあった再起動時における一時的空気混入に起因したアラーム動作が防止される。なお、本発明において、所定圧力は、大気圧〜蒸気逆止弁の設定圧力未満とする。
【００３０】
この実施の形態では、温度計５６及び流量計５７で検出される凝縮水の温度及び流量が制御装置６０に入力されている。この制御装置６０は、温度計５６で検出される温度が一定となるように、弁５１の開度を調節して熱交換器５０への冷却水の供給量を制御する。また、この制御装置６０は、流量計５７で検出される凝縮水流量が一定となるように弁６１の開度を制御する。このようにして測定部７０に流入する凝縮水の温度及び流量を一定とすることにより、測定部７０での測定精度を向上させることができる。
【００３１】
これらの測定機器７１〜７４で分析された測定値は、記録計に記録されてもよい。この記録計は制御装置６０に設けられてもよい。また、この測定値をパネルに映し出してもよく、通信回線を介して測定値を遠隔地に送って、集中管理するようにしてもよい。
【００３２】
なお、図１では流量調節弁５１を冷却水供給側の配管５２に設けているが、排出側の配管５３に設けてもよい。また、流量調節弁６１を流量計５７よりも上流側に設けてもよい。
【００３３】
上記実施の形態では熱交換器５０に冷却水を通水しているが、水以外の冷却媒体を通してもよい。
【００３４】
上記実施の形態では測定部７０で上記４項目を測定しているが、これらのうちの一部の項目を測定してもよく、これら以外の水質項目を測定してもよい。測定項目は、ボイラ用水の水質、蒸気の使用目的などに応じて適宜選択されるのが好ましい。
【００３５】
例えば、蒸気を食品、飲料などの製品に直接吹き込んで加熱、殺菌などを行う場合、蒸気中の不純物の量は、一応水道水の水質基準以内をメドとする。
【００３６】
溶存酸素は、水道水の水質基準項目には挙げられていないが、蒸気の質を判定する上で重要な項目である。凝縮水の溶存酸素が多いことは、蒸気の中に酸素が多量に存在することを意味する。酸素含有量の多い高温の蒸気を食品、飲料などの製品に直接吹き込むと、製品が酸化により劣化するおそれがある。また、蒸気配管の腐食の原因となり、腐食した配管から剥離した錆が製品に混入するなどの事故を引き起こす可能性がある。
【００３７】
ｐＨは、蒸気に含まれるｐＨ影響成分を検出するために測定される。水質基準には、１８種の無機化合物が個別に取り上げられ、それぞれについて基準値が定められている。本発明装置においては、凝縮水の電気伝導率を測定することにより、凝縮水中に存在するイオンの量を総合的に判定し、電気伝導率が所定の値以下であれば、凝縮水中にイオン性物質は少なく、したがって蒸気の中の無機性の不純物も少ないと判定することができる。凝縮水の電気伝導率が上昇した場合には、個別の化合物について原因を追究し、対策を立てることができる。
【００３８】
水質基準には、２２種の有機化合物が個別に取り上げられ、それぞれについて基準値が定められている。本発明装置においては、凝縮水の有機体炭素を測定することにより、凝縮水中に存在する有機化合物の量を総合的に判定し、有機体炭素が所定の値以下であれば、凝縮水中に有機化合物は少なく、したがって蒸気の中の有機性の不純物も少ないと判定することができる。凝縮水の有機体炭素が上昇した場合には、個別の化合物について原因を追究し、対策を立てることができる。
【００３９】
なお、本発明は、再起動時の空気混入を防止して再起動時における測定誤差（ノイズ的データ）の発生を防止するものであるので、空気混入による影響が大きい溶存酸素について測定する場合に好適である。
【００４０】
なお、小型貫流ボイラ（ＪＩＳ Ｂ ８２２３では特殊循環ボイラと定義されている。）においては、経済性が重視され、性能的にあまり優れていない汽水分離機が設けられているために、蒸気に不純物が含まれやすい傾向がある。従って、本発明では、このような小型貫流ボイラで発生させた蒸気を製品と直接接触させるユースポイントに供給するボイラ装置に適用するのに好適である。この製品としては、食品、食材、医療用品などが例示されるが、これに限定されない。
【００４１】
本発明のボイラ装置において、熱交換器５０から流出する凝縮水の流量は、３０〜２００ｍＬ／ｍｉｎであることが好ましく、５０〜１５０ｍＬ／ｍｉｎであることがより好ましい。凝縮水の流量が３０ｍＬ／ｍｉｎ未満であると、凝縮水の水質の計測が不正確になるおそれがある。凝縮水は、流量２００ｍＬ／ｍｉｎ以下で正確な水質の計測が可能であり、通常は２００ｍＬ／ｍｉｎを超える流量は必要とされない。
【００４２】
また、本発明のボイラ装置において、熱交換器５０から流出する凝縮水の設定温度は１０〜４０℃であることが好ましく、２０〜３０℃であることがより好ましい。凝縮水の設定温度が１０℃未満であっても、４０℃を超えても、凝縮水出口から計測部までの移送中に凝縮水の温度が変化し、凝縮水の水質の計測が不正確になるおそれがある。
【００４３】
凝縮水の流量を上記程度とした場合、逆止弁４１〜測定部７０で構成される部分の構成を小型で軽量とすることができるので、例えば、キャスターのついたステンレス鋼製などのアングルに組み込んだ装置とし、必要に応じて蒸気を発生させる現場に運び込み、現場において凝縮水の水質を計測し、蒸気の質を判定することができる。
【００４４】
本発明のボイラ装置では、ボイラ給水を不活性ガスによって脱酸素処理すると共に、この脱酸素処理に用いた廃不活性ガスをボイラ缶の封入用に利用するように構成してもよい。
【００４５】
図２はかかるボイラ装置におけるボイラ及び脱酸素装置部分の構成を示す概略図である。
【００４６】
図２において、配管１からのボイラ給水は、窒素置換式脱酸素装置１０にて脱酸素処理された後、配管２を経てボイラ２０へ給水される。この脱酸素装置１０からの廃窒素ガスはチャンバ３０に貯えられ、ボイラ２０のボイラ缶２２ａ〜２２ｃの不活性ガス封入に利用される。
【００４７】
以下、この脱酸素装置１０及びボイラ２０の構成について詳細に説明する。
【００４８】
窒素置換式脱酸素装置１０は、給水に窒素ガスを効率よく接触させて、水中の飽和酸素濃度を低下させ、溶存酸素を除去する周知の装置であり、塔上部から充填材に給水を噴霧落下させ、下部から窒素ガスを供給して接触させるものであってもよく、水中に窒素ガスをバブリングするものであってもよい。この窒素置換式脱酸素装置１０には、給水を供給するための給水流入配管１と、窒素ガスを供給するための窒素ガス流入配管３が接続されている。また、窒素置換式脱酸素装置１０内で窒素置換された給水を抜き出すための給水流出配管２と、窒素置換式脱酸素装置１０内のガスを排気する排気配管４が接続されている。この給水流出配管２は、下流側が分岐して配管２ａ，２ｂ，２ｃとなっており、各々ボイラユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃの下部に接続されている。配管２ａ，２ｂ，２ｃの各々には、開閉弁３ａ，３ｂ，３ｃが設けられている。
【００４９】
ボイラ２０は、３個のボイラユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃより構成されている。
【００５０】
各ボイラユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃ内には、その上部側に配置されたボイラ缶２２ａ，２２ｂ，２２ｃと、上端側が該ボイラ缶の下部に接続され、下端側が各ボイラユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃの下部まで延在した複数のチューブ２３ａ，２３ｂ，２３ｃとが設けられている。各チューブ２３ａ，２３ｂ，２３ｃの下端側は、合流して前記配管２ａ，２ｂ，２ｃと接続されている。
【００５１】
ボイラ缶２２ａ，２２ｂ，２２ｃの各々には、蒸気流出配管２４ａ，２４ｂ，２４ｃと、不活性ガス導入配管２６ａ，２６ｂ，２６ｃとが接続されている。
【００５２】
蒸気流出配管２４ａ，２４ｂ，２４ｃには、開閉弁２５ａ，２５ｂ，２５ｃ及び逆止弁２９ａ，２９ｂ，２９ｃが設けられており、その下流側で合流して１本の蒸気流出配管２４となっている。逆止弁２９ａ，２９ｂ，２９ｃは、ボイラ缶２２ａ，２２ｂ，２２ｃから蒸気流出配管２４ａ，２４ｂ，２４ｃへの流出を許容するように設けられている。
【００５３】
図２には図示は省略するが、この配管２４以降の構成は図１の通りとされる。
【００５４】
不活性ガス導入配管２６ａ，２６ｂ，２６ｃには、各々逆止弁２７ａ，２７ｂ，２７ｃ及び電磁弁２８ａ，２８ｂ，２８ｃが設けられている。これら不活性ガス導入配管２６ａ，２６ｂ，２６ｃの他端側は、チャンバ３０と接続されている。逆止弁２７ａ，２７ｂ，２７ｃは、チャンバ３０からボイラ缶２２ａ，２２ｂ，２２ｃへの流入を許容するように設けられている。
【００５５】
各ボイラ缶２２ａ，２２ｂ，２２ｃの上部には、ボイラ缶の圧力を計測する圧力計Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃが設けられている。各圧力計Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃから前記電磁弁２８ａ，２８ｂ，２８ｃへ電気信号が送信され、圧力計Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃが所定圧力以下であると、対応する電磁弁２８ａ，２８ｂ，２８ｃが閉弁するように構成されている。これら不活性ガス導入配管２６ａ，２６ｂ，２６ｃと、電磁弁２８ａ，２８ｂ，２８ｃと、圧力計Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃとにより不活性ガス封入手段が構成されている。
【００５６】
チャンバ３０には、前記排気配管４及び前記不活性ガス導入配管２６ａ，２６ｂ，２６ｃが接続されると共に、ベント管３１が接続されている。ベント管３１には電磁弁３１ａが設けられている。チャンバ３０には圧力計Ｐｄが設けられている。圧力計Ｐｄから電磁弁３１ａへ電気信号が送信され、圧力計Ｐｄが設定圧力以上であると、電磁弁３１ａが開弁するように構成されている。なお、この設定圧力は、前記電磁弁２８ａ，２８ｂ，２８ｃが開弁する所定圧力よりも高く設定されており、電磁弁２８ａ，２８ｂ，２８ｃの開弁時にチャンバ３０内の不活性ガスがボイラユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃ内に流入可能となっている。
【００５７】
次に、このように構成されたボイラ装置において、ボイラユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃの総てを運転する場合と、その後ボイラユニット２０ａの燃焼を停止し、ボイラユニット２０ｂ，２０ｃのみを運転する場合とを説明する。
【００５８】
［ボイラユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃの総てを運転する場合］
開閉弁３ａ，３ｂ，３ｃ及び開閉弁２５ａ，２５ｂ，２５ｃの総てを開弁し、給水流入配管１から窒素置換式脱酸素装置１０に給水すると共に窒素ガス流入配管３から窒素置換式脱酸素装置１０に窒素ガスを導入する。
【００５９】
この窒素置換式脱酸素装置１０内で給水と窒素ガスとが接触し、給水中の溶存酸素が窒素と置換されて除去される。
【００６０】
給水から除去された酸素は窒素ガスと共に排気配管４から排気され、チャンバ３０内に送られる。
【００６１】
溶存酸素が除去された給水は、給水流出配管２から流出し、配管２ａ，２ｂ，２ｃを通って各ボイラユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃに送水される。各ボイラユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃ内に送水された給水は、各チューブ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ内で加熱された後、各ボイラ缶２２ａ，２２ｂ，２２ｃ内に流入し、気液分離される。気液分離された蒸気は、蒸気流出配管２４ａ，２４ｂ，２４ｃ及び蒸気流出配管２４を通ってボイラ装置の外部に供給される。
【００６２】
なお、総てのボイラユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃは燃焼運転状態にあり、ユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃ内は高圧となっていることから、電磁弁２８ａ，２８ｂ，２８ｃは閉弁したままとなっている。
【００６３】
窒素置換式脱酸素装置１０からチャンバ３０内に送給された、窒素ガスに若干の酸素が混入した不活性ガスは、チャンバ３０内に貯蓄される。該不活性ガスが十分に貯蓄されてチャンバ３０内が設定圧力以上になると、電磁弁３１ａが開弁し、余剰の不活性ガスがベント管３１から排気される。これにより、チャンバ３０内は設定圧力に保持される。
【００６４】
［ボイラユニット２０ａのみを燃焼停止する場合］
上記の通りボイラユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃを運転している状態において、ボイラユニット２０ａの燃焼を停止する場合、ボイラユニット２０ａの加熱を停止し、開閉弁３ａを閉弁する。蒸気流出配管２４内の圧力とボイラユニット２０ａ内の圧力とが等しくなると逆止弁２９ａが閉となり、ボイラユニット２０ａへの蒸気の逆流を防止する。
【００６５】
これにより、ボイラユニット２０ａ内の温度が徐々に低下し、それに伴い圧力も低下する。ボイラユニット２０ａ内の圧力が所定圧力以下となると、電磁弁２８ａが開弁し、チャンバ３０内の不活性ガスが不活性ガス導入配管２６ａを通り、ボイラユニット２０ａ内に供給される。これにより、ボイラユニット２０ａ内に不活性ガスが封入され、ボイラユニット２０ａが保存される。
【００６６】
なお、一般に、窒素置換式脱酸素装置１０から排気される不活性ガス中の酸素は約０．１〜２．０％程度と極めて低濃度であることから、この不活性ガスはボイラの保存用の封入ガスとして問題なく用いることができる。
【００６７】
本実施の形態のボイラ装置は、窒素置換式脱酸素装置１０を備え、該窒素置換式脱酸素装置１０から排気される気体をボイラ缶２２ａ，２２ｂ，２２ｃ内に封入するようにしたことから、ボイラ缶２２ａ，２２ｂ，２２ｃの封入ガスとして別途窒素ガスを用いる必要がなくなり、封入ガスのコストが低くなり、これによりボイラ缶２２ａ，２２ｂ，２２ｃの保存コストが低くなる。
【００６８】
この実施の形態では、ボイラ缶２２ａ，２２ｂ，２２ｃ内が所定圧力以下となったときに開弁してガスを該ボイラ缶内に流入させる電磁弁２８ａ，２８ｂ，２８ｃを備えたため、ボイラユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃのいずれかの燃焼を停止した場合にあっても、停止したボイラ内が大気圧以下となってボイラ缶、チューブ、ボイラに付属する圧力計等の計装装置が損傷することが確実に防止される。
【００６９】
本実施の形態のボイラ装置は、各々のボイラユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃに、電磁弁２８ａ，２８ｂ，２８ｃ、不活性ガス導入配管２６ａ，２６ｂ，２６ｃ、圧力計Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃよりなる不活性ガス封入手段を備えていることから、各々のボイラユニットを個別に保存することができる。
【実施例】
【００７０】
以下に実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。
【００７１】
実施例１
図１においてボイラ２０として、伝熱面積７．９４ｍ２、最高圧力０．９８ＭＰａの多管式小型貫流ボイラ［（株）サムソン製］を用いた。このボイラを燃焼停止後再起動する際に発生する蒸気について、熱交換器５０によって凝縮させ、測定部７０において、凝縮水の溶存酸素を計測した。
【００７２】
この熱交換器５０は、伝熱面積０．１３ｍ２のコイル式熱交換器であり、熱交換器の冷却水の温度を２０℃とし、凝縮水の流量を１００ｍＬ／ｍｉｎ、凝縮水の設定温度を２５℃に設定した。ボイラ給水は軟水である。
【００７３】
この実施例では、燃焼停止後、ボイラ缶２２内の圧力が０ＭＰａになった時点で窒素ガスをボイラ缶２２に封入した。
【００７４】
再起動時における溶存酸素計７１の検出値の経時変化を図３に示す。
【００７５】
比較例１
実施例１において、燃焼停止後に窒素ガスの封入を行わなかったこと以外は同様にして再起動した。このときの溶存酸素計７１の検出値を図３に示す。
【００７６】
図３の通り、本発明によると再起動時の蒸気中には酸素が混入しないが、比較例では一時的に酸素が混入することが認められる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】実施の形態に係るボイラ装置を示す系統図である。
【図２】別の実施の形態に係るボイラ装置のボイラ及び脱酸素装置部分の構成図である。
【図３】実施例及び比較例の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７８】
２０ ボイラ
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ ボイラユニット
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ ボイラ缶
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ チューブ
２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ 蒸気流出配管
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ 不活性ガス導入配管
２８ａ，２８ｂ，２８ｃ 電磁弁
３０ チャンバ
３１ ベント管
４０ 採取ライン
５０ 熱交換器
５１，８１ 流量調節弁
７０ 測定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラ装置に係り、特に蒸気の質を測定することができるよう構成されたボイラ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、製品を加熱ないし殺菌する際、ボイラで発生させた蒸気を熱交換器に導入して製品と間接的に熱交換する手法が多く採用されているが、近年、この蒸気を熱交換器を使用せずに直接製品に吹き込んで製品の加熱や殺菌を行うことが一般化してきた。
【０００３】
食品製造工場では、原材料のおいしさや新鮮さをできるだけ維持するために、蒸気を直接食品に吹き込み、殺菌することが行われ始めた。このような状況下では、蒸気に万一異物が含まれると、この蒸気を吹き込んだ食品は品質が維持できないために出荷されず、廃棄されてしまう。従来は、十分に水処理された水を用い、かつ十分に管理されたボイラが使用されているので、このような蒸気の質は殆ど問題になることはなく、最終製品の品質を経験者が試験により判定し、合格品のみを出荷していた。このような状況は、コーンフレークなどのシリアル、レトルト食品や缶詰などの製造工程でも発生する他に、病院におけるガーゼ、包帯などの殺菌などでも発生する。
【０００４】
従来のように、蒸気発生源として十分に水処理され水を用い、管理されたボイラを使用する限りは、発生した蒸気の質はさほど問題にならい。しかし、近年、比較的価格が安く、無人運転が可能な小型貫流ボイラが普及してきた。小型貫流ボイラ（ＪＩＳ Ｂ ８２２３では特殊循環ボイラと定義されている。）においては、経済性が重視され、性能的にあまり優れていない汽水分離機が設けられているために、蒸気に不純物が含まれやすい傾向がある。従って、このような小型貫流ボイラで作った蒸気を製品と直接接触させるような用途に使用するためには、蒸気の質をモニタリングする必要がある。
また、従来においては、十分に水処理された水を用い、かつ十分に管理されたボイラを使用する場合であっても、蒸気への異物の混入を防止するために、ボイラの運転開始初期の蒸気は廃棄し、運転開始から相当な時間が経過のちの蒸気を使用に供しているため、いたずらに廃棄される蒸気量が多く蒸気の無駄を生じていた。蒸気の質を的確に計測することができるならば、このような蒸気の無駄を防止することができる。
【０００５】
従来、ボイラの蒸気を凝縮させて、水質を評価することは行われている。例えば、ボイラ復水系用腐食監視装置として、ボイラから蒸気を受け入れて凝縮させる蒸気冷却器と、復水出口を有し、内部にテストピースを装着可能な、透明材料で構成されたテストピースカラムと、蒸気冷却器からの復水をテストピースカラムに供給する配管とを備えてなるボイラ復水系用腐食監視装置が提案されている（特開平８−２８８０３号公報）。しかし、従来の蒸気の冷却装置は、凝縮水の流量制御にスチームトラップを用いているために、蒸気圧力及び温度の変化や、冷媒温度や流量の変化によって、凝縮水流量が不規則に変化していた。また、冷媒の流量制御に手動弁を一定の開度で用いているために、冷媒の送圧の変化及び温度の変化により、冷媒の熱交換容量が変化し、凝縮水の温度が不規則に変化していた。腐食性を調べるためには、蒸気を凝縮水として測定に供すればよいが、この方法で蒸気の質を計測しようとすると、凝縮水の水質の計測結果と、蒸気成分との関係が一定とならず、計測結果の再現性が良好でなくなる。
【０００６】
上記従来の問題点を解決し、常に一定の安定した条件で蒸気を凝縮水としてサンプリングし、凝縮水の水質を計測することにより、蒸気の質を正確に判定することができる蒸気質モニタリング装置として、本出願人は、先に「隔壁を隔てて流通する冷媒との熱交換によって蒸気を冷却・液化する蒸気質モニタリング装置において、蒸気が冷却・液化されて凝縮水となって流出する凝縮水出口に流量計を設け、該流量計の計測値信号を元に演算を行い、凝縮水出口に設けた自動弁の開度を制御することにより、凝縮水の流量を所定の値に制御することを特徴とする蒸気質モニタリング装置」を提案した（特願２００５−２８３８７０）。
【０００７】
この蒸気質モニタリング装置によれば、蒸気の凝縮水の水質が計測される流量条件及び／又は温度条件を一定に保つことにより、凝縮水の水質の計測結果と蒸気の質が常に一定の関係となり、凝縮水の水質の計測結果から、蒸気の質を正確に判定することができる。このために、質の低い蒸気を食品、飲料などの製品に誤って直接吹き込んで、不良品を発生させるような事故を未然に防止することができる。また、常時蒸気質をモニタリングできるため、基準内の蒸気をムダに系外に放出することがない。さらに、蒸気を冷却・液化するための熱交換に、必要以上の冷媒を消費することがないために、冷媒の使用量や、冷媒の冷却に要するエネルギーを節約することができる。
【特許文献１】特開平８−２８８０３号公報
【特許文献２】特願２００５−２８３８７０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特願２００５−２８３８７０の蒸気質モニタリング装置では、ボイラの燃焼が停止され、ボイラの上記が凝縮してボイラ缶内の圧力が低下し、その結果、破裂を防止するために、ボイラ缶内に大気が流入する。ボイラの再起動時に、この流入した空気が蒸気と共に蒸気ラインに送り出され、採取ラインに流入し、熱交換器冷却水中の溶存酸素濃度を一時的に高めることになる。実際のボイラでは、この混入空気量は少量であり、蒸気ラインからユースポイントに送られる蒸気の質には問題はないのであるが、この混入空気のために監視装置が異常を検知し、アラームシステムが作動する等の不具合が生じることがある。
【０００９】
本発明は、蒸気質監視手段を有したボイラ装置において、このようなボイラ燃焼停止時の混入空気に起因する、ボイラ再起動時における一時的なアラーム動作が防止され、安定運転が継続可能なボイラ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１のボイラ装置は、ボイラ給水を加熱して蒸気を発生させるボイラと、該ボイラからの蒸気の一部を冷却して凝縮させる凝縮手段と、該凝縮手段からの凝縮水の水質を測定する測定手段とを備えてなるボイラ装置において、該ボイラの燃焼停止時にボイラ缶内の圧力が所定圧力以下になったときに該ボイラ缶内に不活性ガスを封入する不活性ガス封入手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項２のボイラ装置は、請求項１において、前記凝縮手段から流出する凝縮水の流量を制御する流量制御手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項３のボイラ装置は、請求項１又は２において、前記凝縮手段から流出する凝縮水の温度を制御する温度制御手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項４のボイラ装置は、請求項３において、前記凝縮手段は、冷媒が隔壁を隔てて蒸気と熱交換する熱交換器であり、前記温度制御手段は、該熱交換器における冷媒の流量を制御して凝縮水の温度を制御するものであることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項５のボイラ装置は、請求項１ないし４のいずれか１項において、ボイラ給水を窒素ガスと接触させて該ボイラ給水中の溶存酸素を除去する密閉式の窒素式脱酸素装置を備え、該窒素式脱酸素装置から排出される気体を不活性ガスとして前記不活性ガス封入手段によってボイラ缶内に封入するようにしたことを特徴とするものである。
【００１５】
請求項６のボイラ装置は、請求項１ないし５のいずれか１項において、前記測定手段は少なくとも溶存酸素を測定するものであることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項７のボイラ装置は、請求項６において、前記測定手段は、少なくとも溶存酸素とＴＯＣとを測定するものであることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項８のボイラ装置は、請求項１ないし７のいずれか１項において、前記ボイラ装置は複数のボイラを備えており、各々のボイラは運転制御を独立に行うことが可能となっており、各々のボイラに、前記不活性ガス封入手段を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のボイラ装置では、ボイラからの蒸気の一部を凝縮させて水質測定するので、蒸気の質を監視することができる。
【００１９】
本発明のボイラ装置によると、ボイラの燃焼停止時にボイラ缶内の圧力が所定圧力以下になると不活性ガスが該ボイラ缶内に封入される。このため、ボイラの再起動時に空気が蒸気に混入することがない。この結果、再起動時に混入空気に起因した異常検知が発生せず、アラームシステムが徒に動作することも防止される。
【００２０】
本発明において、請求項２のように凝縮水の流量を制御することにより、また、請求項３のように凝縮水の温度を制御することにより、凝縮水の水質を精度よく監視することができる。なお、流量と温度の双方を制御してもよい。
【００２１】
本発明のボイラ装置は、請求項４の通り、ボイラ給水を窒素ガスと接触させて該ボイラ給水中の溶存酸素を除去する密閉式の窒素式脱酸素装置を備え、該窒素式脱酸素装置から排出される気体を不活性ガス封入手段によってボイラ缶内に封入するように構成してもよい。このように構成した場合、ボイラ缶の封入ガスとして別途窒素ガスを用いる必要がなくなり、封入ガスのコストを低減することができる。
【００２２】
複数のボイラを備えたボイラ装置にあっては、一部のボイラが燃焼停止状態となる場合が多い。そこで、このようにボイラ装置が複数のボイラを備えたものである場合に、各々のボイラに前記不活性ガス封入手段を設け、燃焼が停止された各々のボイラにのみ不活性ガスを封入できるようにするのが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。図１は実施の形態に係るボイラ装置の系統図である。
【００２４】
ボイラ給水は、配管１からボイラ２０に供給され、チューブ２３内で加熱される。蒸気はボイラ缶２２から配管２４を介してユースポイントへ送られる。ボイラ缶２４には、弁２８を有した配管２６を介して不活性ガスが導入可能とされている。
【００２５】
この配管２４の途中から分岐した採取ライン４０によって蒸気の一部が分取される。この蒸気は、逆止弁４１、圧力計４２、開閉弁４３を経て熱交換器５０に送られ、凝縮する。なお、開閉弁４３は、圧力計４２によって検出される蒸気圧が所定圧以上の場合に開とされる。
【００２６】
熱交換器５０には、冷却水が流量調節弁５１を有した配管５２を介して導入され、熱交換後の冷却水が配管５３を介して排出される。この冷却排水は、廃棄されてもよく、ボイラ用水として利用されてもよい。
【００２７】
熱交換器５０で凝縮した凝縮水は、蒸気トラップ５５を経て、温度計５６及び流量計５７で温度及び流量が測定された後、凝縮水用の流量調節弁６１を経て測定部７０に送られる。この測定部７０には、溶存酸素計７１、電気伝導度計７２、ＴＯＣ（全有機炭素）計７３及びｐＨ計７４が設けられている。凝縮水は、これらの計器７１〜７４によって測定が行われた後、配管７５を介して排出される。
【００２８】
この測定部７０で測定された溶存酸素濃度、電気伝導度、ＴＯＣ濃度、ｐＨ等のデータが信号線７６を介してボイラ制御システムに送信される。
【００２９】
この実施の形態では、ボイラ２０の燃焼停止時にボイラ缶２２内の圧力が所定圧力以下に低下すると、弁２８が開とされ、ボイラ缶２２内に不活性ガスが封入される。このため、燃焼停止中にボイラ缶内に空気が混入することがなく、ボイラの再起動時に配管２４からの蒸気に空気が混入することもない。従って、従来のボイラ装置において発生するおそれがあった再起動時における一時的空気混入に起因したアラーム動作が防止される。なお、本発明において、所定圧力は、大気圧〜蒸気逆止弁の設定圧力未満とする。
【００３０】
この実施の形態では、温度計５６及び流量計５７で検出される凝縮水の温度及び流量が制御装置６０に入力されている。この制御装置６０は、温度計５６で検出される温度が一定となるように、弁５１の開度を調節して熱交換器５０への冷却水の供給量を制御する。また、この制御装置６０は、流量計５７で検出される凝縮水流量が一定となるように弁６１の開度を制御する。このようにして測定部７０に流入する凝縮水の温度及び流量を一定とすることにより、測定部７０での測定精度を向上させることができる。
【００３１】
これらの測定機器７１〜７４で分析された測定値は、記録計に記録されてもよい。この記録計は制御装置６０に設けられてもよい。また、この測定値をパネルに映し出してもよく、通信回線を介して測定値を遠隔地に送って、集中管理するようにしてもよい。
【００３２】
なお、図１では流量調節弁５１を冷却水供給側の配管５２に設けているが、排出側の配管５３に設けてもよい。また、流量調節弁６１を流量計５７よりも上流側に設けてもよい。
【００３３】
上記実施の形態では熱交換器５０に冷却水を通水しているが、水以外の冷却媒体を通してもよい。
【００３４】
上記実施の形態では測定部７０で上記４項目を測定しているが、これらのうちの一部の項目を測定してもよく、これら以外の水質項目を測定してもよい。測定項目は、ボイラ用水の水質、蒸気の使用目的などに応じて適宜選択されるのが好ましい。
【００３５】
例えば、蒸気を食品、飲料などの製品に直接吹き込んで加熱、殺菌などを行う場合、蒸気中の不純物の量は、一応水道水の水質基準以内をメドとする。
【００３６】
溶存酸素は、水道水の水質基準項目には挙げられていないが、蒸気の質を判定する上で重要な項目である。凝縮水の溶存酸素が多いことは、蒸気の中に酸素が多量に存在することを意味する。酸素含有量の多い高温の蒸気を食品、飲料などの製品に直接吹き込むと、製品が酸化により劣化するおそれがある。また、蒸気配管の腐食の原因となり、腐食した配管から剥離した錆が製品に混入するなどの事故を引き起こす可能性がある。
【００３７】
ｐＨは、蒸気に含まれるｐＨ影響成分を検出するために測定される。水質基準には、１８種の無機化合物が個別に取り上げられ、それぞれについて基準値が定められている。本発明装置においては、凝縮水の電気伝導率を測定することにより、凝縮水中に存在するイオンの量を総合的に判定し、電気伝導率が所定の値以下であれば、凝縮水中にイオン性物質は少なく、したがって蒸気の中の無機性の不純物も少ないと判定することができる。凝縮水の電気伝導率が上昇した場合には、個別の化合物について原因を追究し、対策を立てることができる。
【００３８】
水質基準には、２２種の有機化合物が個別に取り上げられ、それぞれについて基準値が定められている。本発明装置においては、凝縮水の有機体炭素を測定することにより、凝縮水中に存在する有機化合物の量を総合的に判定し、有機体炭素が所定の値以下であれば、凝縮水中に有機化合物は少なく、したがって蒸気の中の有機性の不純物も少ないと判定することができる。凝縮水の有機体炭素が上昇した場合には、個別の化合物について原因を追究し、対策を立てることができる。
【００３９】
なお、本発明は、再起動時の空気混入を防止して再起動時における測定誤差（ノイズ的データ）の発生を防止するものであるので、空気混入による影響が大きい溶存酸素について測定する場合に好適である。
【００４０】
なお、小型貫流ボイラ（ＪＩＳ Ｂ ８２２３では特殊循環ボイラと定義されている。）においては、経済性が重視され、性能的にあまり優れていない汽水分離機が設けられているために、蒸気に不純物が含まれやすい傾向がある。従って、本発明では、このような小型貫流ボイラで発生させた蒸気を製品と直接接触させるユースポイントに供給するボイラ装置に適用するのに好適である。この製品としては、食品、食材、医療用品などが例示されるが、これに限定されない。
【００４１】
本発明のボイラ装置において、熱交換器５０から流出する凝縮水の流量は、３０〜２００ｍＬ／ｍｉｎであることが好ましく、５０〜１５０ｍＬ／ｍｉｎであることがより好ましい。凝縮水の流量が３０ｍＬ／ｍｉｎ未満であると、凝縮水の水質の計測が不正確になるおそれがある。凝縮水は、流量２００ｍＬ／ｍｉｎ以下で正確な水質の計測が可能であり、通常は２００ｍＬ／ｍｉｎを超える流量は必要とされない。
【００４２】
また、本発明のボイラ装置において、熱交換器５０から流出する凝縮水の設定温度は１０〜４０℃であることが好ましく、２０〜３０℃であることがより好ましい。凝縮水の設定温度が１０℃未満であっても、４０℃を超えても、凝縮水出口から計測部までの移送中に凝縮水の温度が変化し、凝縮水の水質の計測が不正確になるおそれがある。
【００４３】
凝縮水の流量を上記程度とした場合、逆止弁４１〜測定部７０で構成される部分の構成を小型で軽量とすることができるので、例えば、キャスターのついたステンレス鋼製などのアングルに組み込んだ装置とし、必要に応じて蒸気を発生させる現場に運び込み、現場において凝縮水の水質を計測し、蒸気の質を判定することができる。
【００４４】
本発明のボイラ装置では、ボイラ給水を不活性ガスによって脱酸素処理すると共に、この脱酸素処理に用いた廃不活性ガスをボイラ缶の封入用に利用するように構成してもよい。
【００４５】
図２はかかるボイラ装置におけるボイラ及び脱酸素装置部分の構成を示す概略図である。
【００４６】
図２において、配管１からのボイラ給水は、窒素置換式脱酸素装置１０にて脱酸素処理された後、配管２を経てボイラ２０へ給水される。この脱酸素装置１０からの廃窒素ガスはチャンバ３０に貯えられ、ボイラ２０のボイラ缶２２ａ〜２２ｃの不活性ガス封入に利用される。
【００４７】
以下、この脱酸素装置１０及びボイラ２０の構成について詳細に説明する。
【００４８】
窒素置換式脱酸素装置１０は、給水に窒素ガスを効率よく接触させて、水中の飽和酸素濃度を低下させ、溶存酸素を除去する周知の装置であり、塔上部から充填材に給水を噴霧落下させ、下部から窒素ガスを供給して接触させるものであってもよく、水中に窒素ガスをバブリングするものであってもよい。この窒素置換式脱酸素装置１０には、給水を供給するための給水流入配管１と、窒素ガスを供給するための窒素ガス流入配管３が接続されている。また、窒素置換式脱酸素装置１０内で窒素置換された給水を抜き出すための給水流出配管２と、窒素置換式脱酸素装置１０内のガスを排気する排気配管４が接続されている。この給水流出配管２は、下流側が分岐して配管２ａ，２ｂ，２ｃとなっており、各々ボイラユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃの下部に接続されている。配管２ａ，２ｂ，２ｃの各々には、開閉弁３ａ，３ｂ，３ｃが設けられている。
【００４９】
ボイラ２０は、３個のボイラユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃより構成されている。
【００５０】
各ボイラユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃ内には、その上部側に配置されたボイラ缶２２ａ，２２ｂ，２２ｃと、上端側が該ボイラ缶の下部に接続され、下端側が各ボイラユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃの下部まで延在した複数のチューブ２３ａ，２３ｂ，２３ｃとが設けられている。各チューブ２３ａ，２３ｂ，２３ｃの下端側は、合流して前記配管２ａ，２ｂ，２ｃと接続されている。
【００５１】
ボイラ缶２２ａ，２２ｂ，２２ｃの各々には、蒸気流出配管２４ａ，２４ｂ，２４ｃと、不活性ガス導入配管２６ａ，２６ｂ，２６ｃとが接続されている。
【００５２】
蒸気流出配管２４ａ，２４ｂ，２４ｃには、開閉弁２５ａ，２５ｂ，２５ｃ及び逆止弁２９ａ，２９ｂ，２９ｃが設けられており、その下流側で合流して１本の蒸気流出配管２４となっている。逆止弁２９ａ，２９ｂ，２９ｃは、ボイラ缶２２ａ，２２ｂ，２２ｃから蒸気流出配管２４ａ，２４ｂ，２４ｃへの流出を許容するように設けられている。
【００５３】
図２には図示は省略するが、この配管２４以降の構成は図１の通りとされる。
【００５４】
不活性ガス導入配管２６ａ，２６ｂ，２６ｃには、各々逆止弁２７ａ，２７ｂ，２７ｃ及び電磁弁２８ａ，２８ｂ，２８ｃが設けられている。これら不活性ガス導入配管２６ａ，２６ｂ，２６ｃの他端側は、チャンバ３０と接続されている。逆止弁２７ａ，２７ｂ，２７ｃは、チャンバ３０からボイラ缶２２ａ，２２ｂ，２２ｃへの流入を許容するように設けられている。
【００５５】
各ボイラ缶２２ａ，２２ｂ，２２ｃの上部には、ボイラ缶の圧力を計測する圧力計Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃが設けられている。各圧力計Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃから前記電磁弁２８ａ，２８ｂ，２８ｃへ電気信号が送信され、圧力計Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃが所定圧力以下であると、対応する電磁弁２８ａ，２８ｂ，２８ｃが閉弁するように構成されている。これら不活性ガス導入配管２６ａ，２６ｂ，２６ｃと、電磁弁２８ａ，２８ｂ，２８ｃと、圧力計Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃとにより不活性ガス封入手段が構成されている。
【００５６】
チャンバ３０には、前記排気配管４及び前記不活性ガス導入配管２６ａ，２６ｂ，２６ｃが接続されると共に、ベント管３１が接続されている。ベント管３１には電磁弁３１ａが設けられている。チャンバ３０には圧力計Ｐｄが設けられている。圧力計Ｐｄから電磁弁３１ａへ電気信号が送信され、圧力計Ｐｄが設定圧力以上であると、電磁弁３１ａが開弁するように構成されている。なお、この設定圧力は、前記電磁弁２８ａ，２８ｂ，２８ｃが開弁する所定圧力よりも高く設定されており、電磁弁２８ａ，２８ｂ，２８ｃの開弁時にチャンバ３０内の不活性ガスがボイラユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃ内に流入可能となっている。
【００５７】
次に、このように構成されたボイラ装置において、ボイラユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃの総てを運転する場合と、その後ボイラユニット２０ａの燃焼を停止し、ボイラユニット２０ｂ，２０ｃのみを運転する場合とを説明する。
【００５８】
［ボイラユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃの総てを運転する場合］
開閉弁３ａ，３ｂ，３ｃ及び開閉弁２５ａ，２５ｂ，２５ｃの総てを開弁し、給水流入配管１から窒素置換式脱酸素装置１０に給水すると共に窒素ガス流入配管３から窒素置換式脱酸素装置１０に窒素ガスを導入する。
【００５９】
この窒素置換式脱酸素装置１０内で給水と窒素ガスとが接触し、給水中の溶存酸素が窒素と置換されて除去される。
【００６０】
給水から除去された酸素は窒素ガスと共に排気配管４から排気され、チャンバ３０内に送られる。
【００６１】
溶存酸素が除去された給水は、給水流出配管２から流出し、配管２ａ，２ｂ，２ｃを通って各ボイラユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃに送水される。各ボイラユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃ内に送水された給水は、各チューブ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ内で加熱された後、各ボイラ缶２２ａ，２２ｂ，２２ｃ内に流入し、気液分離される。気液分離された蒸気は、蒸気流出配管２４ａ，２４ｂ，２４ｃ及び蒸気流出配管２４を通ってボイラ装置の外部に供給される。
【００６２】
なお、総てのボイラユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃは燃焼運転状態にあり、ユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃ内は高圧となっていることから、電磁弁２８ａ，２８ｂ，２８ｃは閉弁したままとなっている。
【００６３】
窒素置換式脱酸素装置１０からチャンバ３０内に送給された、窒素ガスに若干の酸素が混入した不活性ガスは、チャンバ３０内に貯蓄される。該不活性ガスが十分に貯蓄されてチャンバ３０内が設定圧力以上になると、電磁弁３１ａが開弁し、余剰の不活性ガスがベント管３１から排気される。これにより、チャンバ３０内は設定圧力に保持される。
【００６４】
［ボイラユニット２０ａのみを燃焼停止する場合］
上記の通りボイラユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃを運転している状態において、ボイラユニット２０ａの燃焼を停止する場合、ボイラユニット２０ａの加熱を停止し、開閉弁３ａを閉弁する。蒸気流出配管２４内の圧力とボイラユニット２０ａ内の圧力とが等しくなると逆止弁２９ａが閉となり、ボイラユニット２０ａへの蒸気の逆流を防止する。
【００６５】
これにより、ボイラユニット２０ａ内の温度が徐々に低下し、それに伴い圧力も低下する。ボイラユニット２０ａ内の圧力が所定圧力以下となると、電磁弁２８ａが開弁し、チャンバ３０内の不活性ガスが不活性ガス導入配管２６ａを通り、ボイラユニット２０ａ内に供給される。これにより、ボイラユニット２０ａ内に不活性ガスが封入され、ボイラユニット２０ａが保存される。
【００６６】
なお、一般に、窒素置換式脱酸素装置１０から排気される不活性ガス中の酸素は約０．１〜２．０％程度と極めて低濃度であることから、この不活性ガスはボイラの保存用の封入ガスとして問題なく用いることができる。
【００６７】
本実施の形態のボイラ装置は、窒素置換式脱酸素装置１０を備え、該窒素置換式脱酸素装置１０から排気される気体をボイラ缶２２ａ，２２ｂ，２２ｃ内に封入するようにしたことから、ボイラ缶２２ａ，２２ｂ，２２ｃの封入ガスとして別途窒素ガスを用いる必要がなくなり、封入ガスのコストが低くなり、これによりボイラ缶２２ａ，２２ｂ，２２ｃの保存コストが低くなる。
【００６８】
この実施の形態では、ボイラ缶２２ａ，２２ｂ，２２ｃ内が所定圧力以下となったときに開弁してガスを該ボイラ缶内に流入させる電磁弁２８ａ，２８ｂ，２８ｃを備えたため、ボイラユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃのいずれかの燃焼を停止した場合にあっても、停止したボイラ内が大気圧以下となってボイラ缶、チューブ、ボイラに付属する圧力計等の計装装置が損傷することが確実に防止される。
【００６９】
本実施の形態のボイラ装置は、各々のボイラユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃに、電磁弁２８ａ，２８ｂ，２８ｃ、不活性ガス導入配管２６ａ，２６ｂ，２６ｃ、圧力計Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃよりなる不活性ガス封入手段を備えていることから、各々のボイラユニットを個別に保存することができる。
【実施例】
【００７０】
以下に実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。
【００７１】
実施例１
図１においてボイラ２０として、伝熱面積７．９４ｍ２、最高圧力０．９８ＭＰａの多管式小型貫流ボイラ［（株）サムソン製］を用いた。このボイラを燃焼停止後再起動する際に発生する蒸気について、熱交換器５０によって凝縮させ、測定部７０において、凝縮水の溶存酸素を計測した。
【００７２】
この熱交換器５０は、伝熱面積０．１３ｍ２のコイル式熱交換器であり、熱交換器の冷却水の温度を２０℃とし、凝縮水の流量を１００ｍＬ／ｍｉｎ、凝縮水の設定温度を２５℃に設定した。ボイラ給水は軟水である。
【００７３】
この実施例では、燃焼停止後、ボイラ缶２２内の圧力が０ＭＰａになった時点で窒素ガスをボイラ缶２２に封入した。
【００７４】
再起動時における溶存酸素計７１の検出値の経時変化を図３に示す。
【００７５】
比較例１
実施例１において、燃焼停止後に窒素ガスの封入を行わなかったこと以外は同様にして再起動した。このときの溶存酸素計７１の検出値を図３に示す。
【００７６】
図３の通り、本発明によると再起動時の蒸気中には酸素が混入しないが、比較例では一時的に酸素が混入することが認められる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】実施の形態に係るボイラ装置を示す系統図である。
【図２】別の実施の形態に係るボイラ装置のボイラ及び脱酸素装置部分の構成図である。
【図３】実施例及び比較例の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７８】
２０ ボイラ
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ ボイラユニット
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ ボイラ缶
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ チューブ
２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ 蒸気流出配管
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ 不活性ガス導入配管
２８ａ，２８ｂ，２８ｃ 電磁弁
３０ チャンバ
３１ ベント管
４０ 採取ライン
５０ 熱交換器
５１，８１ 流量調節弁
７０ 測定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラ給水を加熱して蒸気を発生させるボイラと、
該ボイラからの蒸気の一部を冷却して凝縮させる凝縮手段と、
該凝縮手段からの凝縮水の水質を測定する測定手段と
を備えてなるボイラ装置において、
該ボイラの燃焼停止時にボイラ缶内の圧力が所定圧力以下になったときに該ボイラ缶内に不活性ガスを封入する不活性ガス封入手段を備えたことを特徴とするボイラ装置。
【請求項２】
請求項１において、前記凝縮手段から流出する凝縮水の流量を制御する流量制御手段を備えたことを特徴とするボイラ装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記凝縮手段から流出する凝縮水の温度を制御する温度制御手段を備えたことを特徴とするボイラ装置。
【請求項４】
請求項３において、前記凝縮手段は、冷媒が隔壁を隔てて蒸気と熱交換する熱交換器であり、
前記温度制御手段は、該熱交換器における冷媒の流量を制御して凝縮水の温度を制御するものであることを特徴とするボイラ装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、ボイラ給水を窒素ガスと接触させて該ボイラ給水中の溶存酸素を除去する密閉式の窒素式脱酸素装置を備え、
該窒素式脱酸素装置から排出される気体を不活性ガスとして前記不活性ガス封入手段によってボイラ缶内に封入するようにしたことを特徴とするボイラ装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項において、前記測定手段は少なくとも溶存酸素を測定するものであることを特徴とするボイラ装置。
【請求項７】
請求項６において、前記測定手段は、少なくとも溶存酸素とＴＯＣとを測定するものであることを特徴とするボイラ装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項において、前記ボイラ装置は複数のボイラを備えており、各々のボイラは運転制御を独立に行うことが可能となっており、
各々のボイラに、前記不活性ガス封入手段を備えたことを特徴とするボイラ装置。
【請求項１】
ボイラ給水を加熱して蒸気を発生させるボイラと、
該ボイラからの蒸気の一部を冷却して凝縮させる凝縮手段と、
該凝縮手段からの凝縮水の水質を測定する測定手段と
を備えてなるボイラ装置において、
該ボイラの燃焼停止時にボイラ缶内の圧力が所定圧力以下になったときに該ボイラ缶内に不活性ガスを封入する不活性ガス封入手段を備えたことを特徴とするボイラ装置。
【請求項２】
請求項１において、前記凝縮手段から流出する凝縮水の流量を制御する流量制御手段を備えたことを特徴とするボイラ装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記凝縮手段から流出する凝縮水の温度を制御する温度制御手段を備えたことを特徴とするボイラ装置。
【請求項４】
請求項３において、前記凝縮手段は、冷媒が隔壁を隔てて蒸気と熱交換する熱交換器であり、
前記温度制御手段は、該熱交換器における冷媒の流量を制御して凝縮水の温度を制御するものであることを特徴とするボイラ装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、ボイラ給水を窒素ガスと接触させて該ボイラ給水中の溶存酸素を除去する密閉式の窒素式脱酸素装置を備え、
該窒素式脱酸素装置から排出される気体を不活性ガスとして前記不活性ガス封入手段によってボイラ缶内に封入するようにしたことを特徴とするボイラ装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項において、前記測定手段は少なくとも溶存酸素を測定するものであることを特徴とするボイラ装置。
【請求項７】
請求項６において、前記測定手段は、少なくとも溶存酸素とＴＯＣとを測定するものであることを特徴とするボイラ装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項において、前記ボイラ装置は複数のボイラを備えており、各々のボイラは運転制御を独立に行うことが可能となっており、
各々のボイラに、前記不活性ガス封入手段を備えたことを特徴とするボイラ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−２５５８３８（Ｐ２００７−２５５８３８Ａ）
【公開日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−８３２７９（Ｐ２００６−８３２７９）
【出願日】平成１８年３月２４日（２００６．３．２４）
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月２４日（２００６．３．２４）
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
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