貫流ボイラの水位検出用電極棒、貫流ボイラの水位検出方法及び貫流ボイラの水位制御方法。
【課題】高温、高圧、高ＰＨ環境下の貫流ボイラの水管と連通する金属製の容器に収容された水の水位をアナログ的に検出することができる貫流ボイラの水位検出用電極棒を提供する。
【解決手段】ボイラ缶体と連通する金属製の容器５を貫通するように取り付けられ、容器５の外側へ突出する外部電源接続端子部２と容器５の内側へ突出する水位検出電極部３を備えた貫流ボイラの水位検出用電極棒１の水位検出電極部３の表面に、耐熱性、耐高圧性、耐薬品性の高いポリエーテルエーテルケトンまたはフッ素樹脂などのエンジニアリングプラスチックで絶縁被膜６を形成する。
【解決手段】ボイラ缶体と連通する金属製の容器５を貫通するように取り付けられ、容器５の外側へ突出する外部電源接続端子部２と容器５の内側へ突出する水位検出電極部３を備えた貫流ボイラの水位検出用電極棒１の水位検出電極部３の表面に、耐熱性、耐高圧性、耐薬品性の高いポリエーテルエーテルケトンまたはフッ素樹脂などのエンジニアリングプラスチックで絶縁被膜６を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貫流ボイラの水位を検出するために、ボイラ缶体内と連通するように接続された金属製の容器に取り付けられる水位検出用電極棒、及びこの水位検出用電極棒を使用した貫流ボイラの水位検出方法、及び貫流ボイラの水位制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気の生成に貫流ボイラが多く使用されているが、貫流ボイラでは、加熱により水管内で発生した泡が上部管寄せに接続されるヘッダ部位を超える状態であるとき、生成された蒸気内に水が混ざり、得られる蒸気は、水分の多い湿った品質の悪い蒸気となる。また、水管内で発生した泡がヘッダ部位まで達しない状態であるとき、生成された蒸気内に水が混ざらず、得られる蒸気は乾いた品質の良い蒸気となるが、水管内で発生した泡の位置が低く、水管のヘッダ部位に泡による水膜が形成できない場合、水管が鉄で製造されているためヘッダ部位が火炎により加熱され溶けて破損するといった事態が生じる。そのため、水管内の水位を、加熱により水管内で発生した泡がヘッダを超えず、水管のヘッダ部分に水膜ができる程度の水位に制御することが求められている。
【０００３】
前記水管内の水位は加熱により発生する泡の大きさによって求められる。即ち、発生する泡が大きい時は水位を低くし、泡が小さい時は水位を高くする。発生する泡の大きさは、貫流ボイラの運転時における燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度等によって異なる。
【０００４】
このようなことから、貫流ボイラでは、燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度等に応じて、最適の水位を設定しておき、水管内の水位をセンサーとなる水位検出用電極棒により検出しながら、貫流ボイラの運転時における燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度等に応じた水位となるように、水管内への給水、給水停止を行うことにより水管内の水位を制御している。
【０００５】
従来の貫流ボイラでは、前記水位検出用電極棒による水管内における水位の検出は、次のようにして行われている。
【０００６】
前記水位検出用電極棒は、電源に接続される外部電源接続端子部と水と接する水位検出電極部を備え、絶縁体を介して貫流ボイラの水管と連通する水位検出用の金属製の容器に取り付けられている。貫流ボイラの水管と連通する容器は、貫流ボイラの水管と共通する水を収容し、収容した水は水管の水位と共通の水位となる。そして、電源の一方を水位検出用電極棒の外部電源接続端子部と接続し、電源の他方を容器と接続して通電し、外部電源接続端子部と容器との間の導通状態の変化により、水位が水位検出電極部に達したかどうかを検出することができるようになっている。
【０００７】
前記容器には、燃焼量と蒸気圧力と給水温度と缶水の電気伝導度とにより設定された水位に対応したそれぞれ長さの異なる複数の水位検出用電極棒が取り付けられており、各水位検出用電極棒で検出された前記容器内の水位が水位制御装置に送信され、水管内の水位が、貫流ボイラの運転時における燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度等に応じて設定された水位となるように、給水制御されて、水管内の水位が所定の水位に制御されるようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平６−１４７４０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
貫流ボイラでは、水管内の水位制御は、貫流ボイラの運転時における燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度等に応じて制御されるが、良質な蒸気を得るため、また水管の破損を防止するためには、燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度等に応じて細かく水位を設定して制御することが好ましい。
【０００９】
しかし、従来は、水管内の水位の検出は前記のように長さの異なる複数の水位検出用電極棒により検出しており、１本の水位検出用電極棒で１つの水位しか検出できないため、燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度等に応じて水位を細かく制御しようとすると、容器に取り付ける水位検出用電極棒の本数も多くなり、その分装置も大きくなり、またコストもアップするといった問題がある。
【００１０】
そのため、従来は、３〜４通りの水位を設定し、この設定された水位の中で、水管内の水位を制御している。前記特許文献１では、燃焼量と蒸気圧力、また燃焼量と缶水の電気伝導度を組み合わせた４通りの水位を設定し、この４通りの水位の中で水管内の水位を制御することが記載されている。しかし、前記３〜４通りの水位の中での水位の制御では、水管内の水位を必ずしも良質な蒸気を得るため、また水管の破損を防止するための水位とすることは難しい。
【００１１】
そこで、上記の問題点を解決するものとして、水位検出用電極棒の水位検出電極部の表面に誘電体となる絶縁被膜を形成し、容器内で水が水位検出電極部に接触する部分をもってコンデンサとし、通電して水位検出電極部に接触する水の変化による水位検出電極部と容器との間の静電容量を測定すれば、この測定された静電容量により容器内における水位検出電極部と接触する水の水位をアナログ的に検出することができ、これにより水管内の水位の細かな制御ができることが考えられる。
【００１２】
しかし、貫流ボイラの水管内は、高温、高圧、高ＰＨの環境にあり、高温、高圧、高ＰＨに耐える絶縁材で水位検出電極部の表面に誘電体となる絶縁被膜を形成した水位検出用電極棒は無かった。
【００１３】
そこで、本発明者等は、試験研究の結果、耐高温性、耐高圧性、耐高ＰＨ性（耐薬品性）の高い絶縁材を見出し、本発明を完成するに至った。
【００１４】
本発明の目的は、貫流ボイラの水管と連通する金属製の容器に収容された水の水位をアナログ的に検出することができる貫流ボイラの水位検出用電極棒を提供することにある。
【００１５】
本発明の他の目的は、上記水位検出用電極棒を使用することにより、ボイラの水管と連通する金属製の容器に収容された水の水位をアナログ的に検出する貫流ボイラの水位検出方法を提供することにある。
【００１６】
本発明の他の目的は、水管内の水位を、良質な蒸気を得、且つ、水管の破損を防止する最良の水位に制御できるようにした貫流ボイラの水位検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の目的を達成するために請求項１に記載の発明は、ボイラ缶体内と連通する金属製の容器を貫通するように絶縁体を介して取り付けられ、前記容器の外側へ突出する外部電源接続端子部と前記容器の内側へ突出する水位検出電極部を備えた貫流ボイラの水位検出用電極棒であって、前記水位検出電極部の表面に、耐熱性、耐高圧性、耐薬品性の高いエンジニアリングプラスチックによる絶縁被膜が形成されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の、前記エンジニアリングプラスチックは、ポリエーテルエーテルケトン或いはフッ素樹脂であることを特徴とする。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の水位検出用電極棒を使用した貫流ボイラの水位検出方法であって、電源の一方を前記外部電源接続端子部と接続し、前記電源の他方を前記容器と接続して通電し、前記水位検出電極部の表面に形成された絶縁被膜を誘電体として、前記水位検出電極部と前記容器との間の静電容量を測定し、この静電容量により前記容器内における前記水位検出電極部と接触する水の水位を検出することを特徴とする。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の、前記容器に、前記水位検出電極部の範囲内における特定の水位を検出する補正用水位検出用電極棒を併設し、この補正用水位検出用電極棒が検出した特定の水位と、前記静電容量を測定して検出した水位との差を求め、この差を基に、前記静電容量を測定して検出する水位を補正することを特徴とする。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の貫流ボイラの水位検出方法を使用した貫流ボイラの水位制御方法であって、燃焼量と、蒸気圧力と、給水温度と、缶水の電気伝導度とにより、当該貫流ボイラの目標比例水位を設定しておき、前記貫流ボイラの運転時における燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度とを検出し、これらの検出された検出値により特定される目標比例水位と、水位検出方法により検出された前記貫流ボイラの現実水位との差を常時算出し、現実の水位が特定される目標比例水位を上回っているときは給水を停止し、現実の水位が特定される目標比例水位を下回っているときは目標比例水位まで給水するように給水量を制御することを特徴とする。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の、前記水位検出方法は、前記容器に、前記水位検出電極部の範囲内における特定の水位を検出する補正用水位検出用電極棒を併設し、この補正用水位検出用電極棒が検出した特定の水位と、前記静電容量を測定して検出した水位との差を求め、この差を基に、前記静電容量を測定して検出する水位を補正する水位補正手段を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１に記載の貫流ボイラの水位検出用電極棒によれば、ボイラ缶体内と連通する金属製の容器の内側へ突出する水位検出電極部の表面に、耐熱性、耐高圧性、耐薬品性の高いエンジニアリングプラスチックによる絶縁被膜が形成されているので、水位検出電極部の表面に形成されている絶縁被膜は、前記容器内の高温、高圧、薬品に耐えることができ、そして、前記容器内で水が前記水位検出電極部と接触する部分がコンデンサがとなり、通電して水が接触する前記水位検出電極部と前記容器との間の静電容量を測定することにより、前記容器内における前記水位検出電極部と接触する水の水位を検出することができ、該測定された静電容量の変化によって前記水位の変化をアナログ的に検出することができる。
【００２４】
このような水位検出用電極棒を貫流ボイラの水位の制御に使用することにより、貫流ボイラの運転時における燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度等に応じて、水管内の水の水位を細かく制御することが容易となり、水管内の水を常に最適の水位とすることができ、良質な蒸気を得ることができるとともに、水管の破損を有効に防止することができることになる。
【００２５】
請求項２に記載の貫流ボイラの水位検出用電極棒によれば、請求項１に記載の、前記エンジニアリングプラスチックが、ポリエーテルエーテルケトンであるので、水位検出電極部の表面に形成された絶縁被膜は金属製容器内の高温、高圧、薬品に耐えることができ、コンデンサとしての機能を確実に果たすことができる。
【００２６】
請求項３に記載の貫流ボイラの水位検出方法は、請求項１又は２に記載の水位検出用電極棒を使用し、電源の一方を前記外部電源接続端子部と接続し、前記電源の他方を前記容器と接続して通電し、前記水位検出電極部の表面に形成された絶縁被膜を誘電体として、前記水位検出電極部と前記容器との間の静電容量を測定し、この静電容量により前記容器内における前記水位検出電極部と接触する水の水位を検出するようにしたので、前記容器内で水が前記水位検出電極部に接触する部分がコンデンサとなり、通電して水が接触する前記水位検出電極部と前記容器との間の静電容量を測定することにより、前記容器内における前記水位検出電極部と接触する水の水位を検出することができ、この測定された静電容量の変化によって前記水位の変化をアナログ的に検出することができ、この水位の変化を検出することにより、貫流ボイラの水管内の水の水位をアナログ的に検出することができる。
【００２７】
このような水位検出方法を貫流ボイラの水位の制御に使用することにより、貫流ボイラの運転時における燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度等に応じて、水管内の水の水位を細かく制御することが容易となり、水管内の水を常に最適の水位とすることができ、良質な蒸気を得ることができるとともに、水管の破損を有効に防止することができる。
【００２８】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の、前記容器に、前記水位検出電極部の範囲内における特定の水位を検出する補正用水位検出用電極棒を併設し、この補正用水位検出用電極棒が検出した特定の水位と、前記静電容量を測定して検出した水位との差を求め、この差を基に、前記静電容量を測定して検出する水位を補正するようにしたので、水内に混在した芥等が水位検出電極部へ付着することにより静電容量に変化が生じ、検出した水の水位に誤差が生じても、前記容器内における水の正確な水位を検出することができる。
【００２９】
請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の貫流ボイラの水位検出方法を使用した貫流ボイラの水位制御方法であって、燃焼量と、蒸気圧力と、給水温度と、缶水の電気伝導度とにより、当該貫流ボイラの目標比例水位を設定しておき、前記貫流ボイラの運転時における燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び給缶の電気伝導度とを検出し、これらの検出された検出値により特定される目標比例水位と、水位検出方法により検出された前記貫流ボイラの現実水位との差を常時算出し、現実の水位が特定される目標比例水位を上回っているときは給水を停止し、現実の水位が特定される目標比例水位を下回っているときは目標比例水位まで給水するように給水量を制御するようにしたので、前記貫流ボイラの運転時における燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度等に応じて、水管内の水の水位を常に最適の水位とすることができることになり、良質な蒸気を得ることができるとともに、水管の破損を有効に防止することができる。
【００３０】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の、前記水位検出方法が、前記容器に、前記水位検出電極部の範囲内における特定の水位を検出する補正用水位検出用電極棒を併設し、この補正用水位検出用電極棒が検出した特定の水位と、前記静電容量を測定して検出した水位との差を求め、この差を基に、前記静電容量を測定して検出する水位を補正する水位補正手段を備えているので、水内に混在した芥等が水位検出電極部へ付着することにより静電容量に変化が生じ、検出した水の水位に誤差が生じても、前記容器内における現実の水位を正確に検出することができ、これにより前記貫流ボイラの運転時における燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度等に応じて、水管内の水の水位を常に且つ確実に最適の水位とすることができることになり、良質な蒸気を確実に得ることができるとともに、水管の破損を確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明に係る貫流ボイラの水位検出用電極棒、貫流ボイラの水位検出方法及び貫流ボイラの水位制御方法を実施するための最良の形態を説明する。
【００３２】
先ず、本発明に係る貫流ボイラの水位検出用電極棒の実施の形態を説明する。
図１は本発明に係る貫流ボイラの水位検出用電極棒の実施の形態の一例を示す一部断面正面図である。
【００３３】
本例の水位検出用電極棒１は、一端側に外部電源接続端子部２を、他端側には水位検出電極部３を備えており、筒状の絶縁体４で保持され、この絶縁体４を介して、外部電源接続端子部２が金属製の容器５の外側へ突出し、そして水位検出電極部３が容器５の内側へ突出するように容器５に取り付けられるようになっている。
【００３４】
水位検出電極部３にあっては、ステンレスで形成され、その表面に、耐熱性、耐高圧性、耐薬品性の高いエンジニアリングプラスチックによる絶縁被膜６が形成されている。該エンジニアリングプラスチックとしては、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリアリルエーテルケトン等のケトン系合成樹脂材料が使用されるが、特に、耐熱性の高いポリエーテルエーテルケトンが好ましい。
【００３５】
前記のように、その表面に、耐熱性、耐高圧性、耐薬品性の高いエンジニアリングプラスチックによる絶縁被膜６が形成されている水位検出電極部３は、その長さが、少なくとも必要最低水位を検出できる長さに設定されている。
【００３６】
前記のように構成された水位検出用電極棒１によれば、水を収容する容器５の内側へ突出する水位検出電極部３の表面に、耐熱性、耐高圧性、耐薬品性の高いエンジニアリングプラスチックによる絶縁被膜６が形成されているので、電源の一方を外部電源接続端子部２と接続し、前記電源の他方を容器５と接続して通電すると、容器５内で水と接触する水位検出電極部３の接触部分がコンデンサとなり、水位検出電極部３の表面に形成された絶縁被膜６を誘電体として、水位検出電極部３と容器５との間の静電容量を測定し、該静電容量により容器５内で水位検出電極部３と接触する水の水位を検出することができ、該測定された静電容量の変化によって前記水位の変化をアナログ的に検出することができる。前記電源として、本例では交流電源が使用されている。
【００３７】
このような水位検出用電極棒１を貫流ボイラの水位の制御に使用することにより、貫流ボイラの運転時における燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度等に応じて、水管内の水の水位を細かく制御することが容易となり、水管内の水を常に最適の水位とすることができ、良質な蒸気を得ることができるとともに、水管の破損を有効に防止することができるものとなる。
【００３８】
また、水位検出電極部３の表面の絶縁被膜６は耐熱性、耐高圧性、耐薬品性の高いエンジニアリングプラスチックで形成されているので、容器５内の高温、高圧、薬品に耐えることができ、コンデンサとしての機能を確実に果たすことができる。
【００３９】
次に、前記水位検出用電極棒１を使用した本発明に係る貫流ボイラの水位検出方法の実施の形態を説明する。
本例では、水位検出電極部３の表面に、耐熱性、耐高圧性、耐薬品性の高いエンジニアリングプラスチックによる絶縁被膜６が形成されている水位検出用電極棒１を、その外部電源接続端子部２を容器５の外側へ突出させ、そして水位検出電極部３を容器５の内側へ突出させるようにして取り付け、交流電源の一方を水位検出用電極棒１の外部電源接続端子部２と接続し、前記交流電源の他方を容器５と接続して通電する。
【００４０】
そして、水位検出電極部３の表面に形成された絶縁被膜６を誘電体として、水位検出電極部３と容器５との間の静電容量を測定し、この静電容量により容器５内で水位検出電極部３と接触する水の水位を検出する。
【００４１】
このようにすることにより、容器５内で水と接触する水位検出電極部３の接触部分がコンデンサとなり、通電して水と接触する水位検出電極部３と容器５との間の静電容量を測定することにより、容器５内で水位検出電極部３と接触する水の水位を検出することができる。そして、測定された静電容量の変化によって水位の変化をアナログ的に検出することができ、検出した水位の変化により、貫流ボイラの水管内の水の水位をアナログ的に検出することができる。
【００４２】
このような水位検出方法を貫流ボイラの水位の制御に使用することにより、貫流ボイラの運転時における燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度等に応じて、水管内の水の水位を細かく制御することが容易となり、水管内の水を常に最適の水位とすることができ、良質な蒸気を得ることができるとともに、水管の破損を有効に防止することができる。
【００４３】
また、本例では、容器５に、水位検出電極部３の範囲内における特定の水位を検出する補正用水位検出用電極棒を併設し、この補正用水位検出用電極棒が検出した容器５に収容された水の特定の水位と、水位検出電極部３と容器５との間の静電容量を測定して検出した容器５内における水の水位との差を求め、この差を基に、水位検出電極部３と容器５との間の静電容量を測定して検出する容器５内における水の水位を補正する。
【００４４】
このようにすることにより、水内に混在した芥等が水位検出電極部３へ付着することにより静電容量に変化が生じ、検出した水の水位に誤差が生じても、容器５内における水の正確な水位を検出することができるものとなり、貫流ボイラの運転時における燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度等に応じて、水管内の水を常に最適の水位に正確に制御することができ、良質な蒸気をより確実に得ることができるとともに、水管の破損をより確実に防止することができる。
【００４５】
図２は本発明に係る貫流ボイラの水位検出方法を実施するボイラシステムの一例の概略構成を示す説明図である。
図中、７はボイラ缶体であって、このボイラ缶体７は、円周方向へ所定の間隔で立設された複数の水管８と、この複数の水管８の下端に接続され、給水ポンプ９から給水管１０を介して水を導入し複数の水管８に供給する下部管寄せ１１と、複数の水管８の上端に接続され、水管８で生成された蒸気を集め蒸気管１２から負荷側へ送りだす上部管寄せ１３と、複数の水管８により包囲されて形成された燃焼室１４とで構成されている。
【００４６】
ボイラ缶体７には、下部管寄せ１１及び上部管寄せ１３に、連通管１５，１６を介して水管８内の水位を検出する水位検出用の容器５が接続されている。
【００４７】
容器５には、水位検出電極部３の表面に、耐熱性、耐高圧性、耐薬品性の高いエンジニアリングプラスチックによる絶縁被膜６が形成されている水位検出用電極棒１が、その外部電源接続端子部２を容器５の外側へ突出させ、そして水位検出電極部３を容器５の内側へ突出させるようにして取り付けられている。水位検出電極部３は、その長さが、少なくとも必要最低水位を検出できる長さに設定されている。
【００４８】
そして、電源１７の一方が外部電源接続端子部２と接続され、電源１７の他方が容器５と接続されている。本例では、電源１７として交流電源が使用されている。この電源回路には、通電により、水位検出電極部３の表面に形成された絶縁被膜６を誘電体として、水位検出電極部３と容器５との間の静電容量を測定する測定回路部１８と、予め設定した静電容量と水管８内の水位の関係が記憶され、測定回路部１８で測定した静電容量を水管８内の水位に変換するプログラムを備え、静電容量から変換した水位を検出する水位検出回路部１９と、後述する補正用水位検出用電極棒で検出された水の特定の水位と、水位検出回路部１９で検出した水位との差を求め、該差を記憶し、該差を基に、水位検出回路部１９で検出した水位を補正するプログラムを備え、水位検出回路部１９で検出した水位を補正する補正水位検出回路部２０とが接続されている。
【００４９】
更に、容器５には、水位検出電極部３の範囲内における特定の水位を検出する補正用水位検出用電極棒２１が併設されている。この補正用水位検出用電極棒２１は、一端側に外部電源接続端子部２２を、他端側には水位検出電極部２３を備えており、筒状の絶縁体２４で保持され、この絶縁体２４を介して、外部電源接続端子部２２が容器５の外側へ突出し、そして水位検出電極部２３が容器５の内側へ突出するように容器５に取り付けられている。
【００５０】
そして、電源２５の一方が外部電源接続端子部２２と接続され、電源２５の他方が容器５と接続されている。本例では、電源２５として交流電源が使用されている。この電源回路には、通電により、水位検出電極部２３の下端に水が接触することによる外部電源接続端子部２２と容器５との間の導通状態の変化により、容器５内の水が水位検出電極部２３の下端に達したこと、即ち、容器５内の水が特定の水位に達したことを検出し、容器５内の水が特定の水位に達したことを補正水位検出回路部２０に送信する水位検出回路部２６が接続されている。
【００５１】
更に、貫流ボイラの水位検出方法を実施するボイラシステムには、燃焼量と蒸気圧力と給水温度と缶水の電気伝導度とにより水管８内の水の水位を設定した水位設定部２７と、貫流ボイラの現実の運転時における燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度等の入力により水位設定部２７から特定の水位を求め、補正水位検出回路部２０から容器５内の、即ち水管８内の水の水位信号を受けながら、給水ポンプ９を駆動して水管８内に水を供給し、又は給水ポンプ９を停止して水管８内への水の供給を停止し、水管８内の水の水位を、水位設定部２７で特定された水位に制御する水位制御部２８が備えられている。
【００５２】
前記ボイラシステムにおいて本発明に係る貫流ボイラの水位検出方法の実施は、次のようにして行われる。
【００５３】
水位検出用電極棒１の外部電源接続端子部２と容器５との間を通電すると、水位検出電極部３と水が接触しているとき、水位検出電極部３の表面に形成された絶縁被膜６が誘電体となり、容器５内で水と接触する水位検出電極部３の接触部分がコンデンサとなる。そして、水位検出用電極棒１の外部電源接続端子部２と容器５との間を通電することにより、水位検出電極部３と容器５との間の静電容量が測定回路部１８で測定され、この測定された静電容量が水位検出回路部１９で水位に変換されて検出され、静電容量の変化による水位の変化がアナログ的に検出される。
【００５４】
また、水位検出用電極棒１の外部電源接続端子部２と容器５との間を通電するとともに、補正用水位検出用電極棒２１の外部電源接続端子部２２と容器５との間を通電すると、水位検出回路部２６で、容器５内の水が水位検出電極部２３の下端に達したこと、即ち、容器５内の水が特定の水位に達したことが検出され、容器５内の水が特定の水位に達したことが補正水位検出回路部２０に送信される。
【００５５】
そして、補正水位検出回路部２０で、水位検出回路部２６で検出された容器５内の水の水位と、水位検出回路部１９で検出した水位との差が求められ、差がある場合は、この差を基に水位検出回路部１９で検出した水位が正しい水位に補正される。
【００５６】
更に、貫流ボイラの水位検出方法を実施するボイラシステムには、水管８内の水の水位を、水位設定部２７で設定された特定の水位に制御する水位制御部２８が備えられており、貫流ボイラの現実の運転時における燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度等の入力があると、水位設定部２７から特定の水位を求め、補正水位検出回路部２０から容器５内における、即ち水管８内における水の水位信号を受けながら、給水ポンプ９を駆動して水管８内に水を供給し、又は給水ポンプ９を停止して水管８内への水の供給を停止し、水管８内の水の水位を、水位設定部２７で設定された特定の水位に制御する。
【００５７】
次に、本発明に係る貫流ボイラの水位制御方法の実施の形態を説明する。
本例では、燃焼量と、蒸気圧力と、給水温度と、缶水の電気伝導度とにより、貫流ボイラの目標比例水位を設定しておく。そして、貫流ボイラの現実の運転時における燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度等を検出し、これらの検出された検出値により算出される目標比例水位と、貫流ボイラの前記水位検出方法により検出された現実水位との差を常時算出し、現実の水位が目標比例水位を上回っているときは給水を停止し、現実水位が目標比例水位を下回っているときは目標比例水位まで給水するように給水量を制御するようにした。
【００５８】
前記貫流ボイラの目標比例水位とは、燃焼量と、蒸気圧力と、給水温度と、缶水の電気伝導度等とを総合して算出した総合数値Ａにより設定した水位である。
【００５９】
総合数値Ａは、次のようにして算出される。
貫流ボイラの水位と、燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度とは、燃焼量が増えたとき水位を下げ、蒸気圧力が上昇したとき水を上げ、給水温度が上昇したとき水位を下げ、缶水の電気伝導度が大きくなったとき水位を下げる、といった関係にある。
【００６０】
先ず、燃焼量と、蒸気圧力と、給水温度と、缶水の電気伝導度の特定な値の時の適切な水位を示す基準値を１とする。
【００６１】
例えば、
燃焼量：１００％燃焼＝１
蒸気圧力：５ｋｇ／ｃｍ２＝１
給水温度：１５℃＝１
缶水の電気伝導度：３０００μＳ／ｃｍ＝１
とし、燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度の値の変化に応じたそれぞれの適切な水位を示す個別水位基準値ａ，ｂ，ｃ，ｄを求める。
【００６２】
例えば、
燃焼量：７０％燃焼＝１．１（ａ）
蒸気圧力：１０ｋｇ／ｃｍ２＝１．３（ｂ）
給水温度：１５℃＝１（ｃ）
缶水の電気伝導度：１５００μＳ／ｃｍ＝１．２（ｄ）
このようにして求めた基準値ａ，ｂ，ｃ，ｄを乗じ、総合数値Ａとしている。
即ち、Ａ＝ａ×ｂ×ｃ×ｄ
上記例では、Ａ＝１．１×１．３×１×１．２＝１．７であり、総合数値Ａが１．７となり、１．７のところが最適の水位となる。
【００６３】
そして、前記のようにして算出した総合数値Ａと、この総合数値Ａに応じた水位をデータ取りして目標比例水位を算出して設定しておく。そして、貫流ボイラの運転時における燃焼量と蒸気圧力と給水温度と缶水の電気伝導度とを検出し、検出された検出値から、前記計算式により総合数値Ａを算出し、設定されている目標比例水位から前記算出した総合数値Ａに応じた目標比例水位を特定し、この特定した目標比例水位と、貫流ボイラの前記水位検出方法により検出された現実水位との差を常時算出し、現実水位が特定される目標比例水位を上回っているときは給水を停止し、現実水位が特定される目標比例水位を下回っているときは目標比例水位まで給水するように給水量を制御する。
【００６４】
このようにすることにより、貫流ボイラの運転時における燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度等に応じて、水管内の水の水位を細かく制御することが容易となり、水管内の水の水位を常に最適の水位とすることができることになり、良質な蒸気を得ることができるとともに、水管の破損を有効に防止することができる。
【００６５】
本発明に係る貫流ボイラの水位制御方法は、前記図２に示すボイラシステムにより実施される。
図２に示すボイラシステムにおいて、本発明に係る貫流ボイラの水位制御方法を実施するために、水位設定部２７は、総合数値Ａに応じた水位をデータ取りして設定された目標比例水位を記憶する記憶手段と、適宜のセンサー等により検出された貫流ボイラの運転時における燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度の検出値により総合数値Ａを算出するプログラムと、記憶手段に記憶されている目標比例水位から総合数値Ａに応じた目標比例水位を特定するプログラムを備えている。
【００６６】
前記ボイラシステムにおいて本発明に係る貫流ボイラの水位制御方法の実施は、次のようにして行われる。
貫流ボイラの運転時における燃焼量と蒸気圧力と給水温度と給水の電気伝導度とが適宜のセンサー等で検出され、それらの検出値が水位設定部２７に送信される。燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度の検出値を受けた水位設定部２７は、それらの検出値から、総合数値Ａを算出し、設定されている目標比例水位から算出した総合数値Ａに応じた目標比例水位を特定して水位制御部２８に送信する。水位制御部２８は、水位設定部２７から特定した目標比例水位信号を受けると共に補正水位検出回路部２０から容器５内の、即ち水管８内の水の水位信号を受け、特定した目標比例水位と補正水位検出回路部２０から受けた容器５内の、即ち水管８内の水の水位（現実の水位）との差を常時算出し、現実の水位が特定された目標比例水位を上回っているときは給水ポンプ９を停止して水管８内への水の供給を停止し、現実水位が特定された目標比例水位を下回っているときは給水ポンプ９を駆動して水管８内に水を目標比例水位まで給水するように給水量を制御する。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明に係る貫流ボイラの水位検出用電極棒の実施の形態の一例を示す一部断面正面図。
【図２】本発明に係る貫流ボイラの水位検出方法及び貫流ボイラの水位制御方法を実施するボイラシステムの一例の概略構成を示す説明図。
【符号の説明】
【００６８】
１ 水位検出用電極棒
２ 外部電源接続端子部
３ 水位検出電極部
４ 絶縁体
５ 容器
６ 絶縁被膜
７ ボイラ缶体
８ 水管
９ 給水ポンプ
１０ 給水管
１１ 下部管寄せ
１２ 蒸気管
１３ 上部管寄せ
１４ 燃焼室
１５，１６ 連通管
１７ 電源
１８ 測定回路部
１９ 水位検出回路部
２０ 補正水位検出回路部
２１ 補正用水位検出用電極棒
２２ 外部電源接続端子部
２３ 水位検出電極部
２４ 絶縁体
２５ 電源
２６ 水位検出回路部
２７ 水位設定部
２８ 水位制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貫流ボイラの水位を検出するために、ボイラ缶体内と連通するように接続された金属製の容器に取り付けられる水位検出用電極棒、及びこの水位検出用電極棒を使用した貫流ボイラの水位検出方法、及び貫流ボイラの水位制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気の生成に貫流ボイラが多く使用されているが、貫流ボイラでは、加熱により水管内で発生した泡が上部管寄せに接続されるヘッダ部位を超える状態であるとき、生成された蒸気内に水が混ざり、得られる蒸気は、水分の多い湿った品質の悪い蒸気となる。また、水管内で発生した泡がヘッダ部位まで達しない状態であるとき、生成された蒸気内に水が混ざらず、得られる蒸気は乾いた品質の良い蒸気となるが、水管内で発生した泡の位置が低く、水管のヘッダ部位に泡による水膜が形成できない場合、水管が鉄で製造されているためヘッダ部位が火炎により加熱され溶けて破損するといった事態が生じる。そのため、水管内の水位を、加熱により水管内で発生した泡がヘッダを超えず、水管のヘッダ部分に水膜ができる程度の水位に制御することが求められている。
【０００３】
前記水管内の水位は加熱により発生する泡の大きさによって求められる。即ち、発生する泡が大きい時は水位を低くし、泡が小さい時は水位を高くする。発生する泡の大きさは、貫流ボイラの運転時における燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度等によって異なる。
【０００４】
このようなことから、貫流ボイラでは、燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度等に応じて、最適の水位を設定しておき、水管内の水位をセンサーとなる水位検出用電極棒により検出しながら、貫流ボイラの運転時における燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度等に応じた水位となるように、水管内への給水、給水停止を行うことにより水管内の水位を制御している。
【０００５】
従来の貫流ボイラでは、前記水位検出用電極棒による水管内における水位の検出は、次のようにして行われている。
【０００６】
前記水位検出用電極棒は、電源に接続される外部電源接続端子部と水と接する水位検出電極部を備え、絶縁体を介して貫流ボイラの水管と連通する水位検出用の金属製の容器に取り付けられている。貫流ボイラの水管と連通する容器は、貫流ボイラの水管と共通する水を収容し、収容した水は水管の水位と共通の水位となる。そして、電源の一方を水位検出用電極棒の外部電源接続端子部と接続し、電源の他方を容器と接続して通電し、外部電源接続端子部と容器との間の導通状態の変化により、水位が水位検出電極部に達したかどうかを検出することができるようになっている。
【０００７】
前記容器には、燃焼量と蒸気圧力と給水温度と缶水の電気伝導度とにより設定された水位に対応したそれぞれ長さの異なる複数の水位検出用電極棒が取り付けられており、各水位検出用電極棒で検出された前記容器内の水位が水位制御装置に送信され、水管内の水位が、貫流ボイラの運転時における燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度等に応じて設定された水位となるように、給水制御されて、水管内の水位が所定の水位に制御されるようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平６−１４７４０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
貫流ボイラでは、水管内の水位制御は、貫流ボイラの運転時における燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度等に応じて制御されるが、良質な蒸気を得るため、また水管の破損を防止するためには、燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度等に応じて細かく水位を設定して制御することが好ましい。
【０００９】
しかし、従来は、水管内の水位の検出は前記のように長さの異なる複数の水位検出用電極棒により検出しており、１本の水位検出用電極棒で１つの水位しか検出できないため、燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度等に応じて水位を細かく制御しようとすると、容器に取り付ける水位検出用電極棒の本数も多くなり、その分装置も大きくなり、またコストもアップするといった問題がある。
【００１０】
そのため、従来は、３〜４通りの水位を設定し、この設定された水位の中で、水管内の水位を制御している。前記特許文献１では、燃焼量と蒸気圧力、また燃焼量と缶水の電気伝導度を組み合わせた４通りの水位を設定し、この４通りの水位の中で水管内の水位を制御することが記載されている。しかし、前記３〜４通りの水位の中での水位の制御では、水管内の水位を必ずしも良質な蒸気を得るため、また水管の破損を防止するための水位とすることは難しい。
【００１１】
そこで、上記の問題点を解決するものとして、水位検出用電極棒の水位検出電極部の表面に誘電体となる絶縁被膜を形成し、容器内で水が水位検出電極部に接触する部分をもってコンデンサとし、通電して水位検出電極部に接触する水の変化による水位検出電極部と容器との間の静電容量を測定すれば、この測定された静電容量により容器内における水位検出電極部と接触する水の水位をアナログ的に検出することができ、これにより水管内の水位の細かな制御ができることが考えられる。
【００１２】
しかし、貫流ボイラの水管内は、高温、高圧、高ＰＨの環境にあり、高温、高圧、高ＰＨに耐える絶縁材で水位検出電極部の表面に誘電体となる絶縁被膜を形成した水位検出用電極棒は無かった。
【００１３】
そこで、本発明者等は、試験研究の結果、耐高温性、耐高圧性、耐高ＰＨ性（耐薬品性）の高い絶縁材を見出し、本発明を完成するに至った。
【００１４】
本発明の目的は、貫流ボイラの水管と連通する金属製の容器に収容された水の水位をアナログ的に検出することができる貫流ボイラの水位検出用電極棒を提供することにある。
【００１５】
本発明の他の目的は、上記水位検出用電極棒を使用することにより、ボイラの水管と連通する金属製の容器に収容された水の水位をアナログ的に検出する貫流ボイラの水位検出方法を提供することにある。
【００１６】
本発明の他の目的は、水管内の水位を、良質な蒸気を得、且つ、水管の破損を防止する最良の水位に制御できるようにした貫流ボイラの水位検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の目的を達成するために請求項１に記載の発明は、ボイラ缶体内と連通する金属製の容器を貫通するように絶縁体を介して取り付けられ、前記容器の外側へ突出する外部電源接続端子部と前記容器の内側へ突出する水位検出電極部を備えた貫流ボイラの水位検出用電極棒であって、前記水位検出電極部の表面に、耐熱性、耐高圧性、耐薬品性の高いエンジニアリングプラスチックによる絶縁被膜が形成されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の、前記エンジニアリングプラスチックは、ポリエーテルエーテルケトン或いはフッ素樹脂であることを特徴とする。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の水位検出用電極棒を使用した貫流ボイラの水位検出方法であって、電源の一方を前記外部電源接続端子部と接続し、前記電源の他方を前記容器と接続して通電し、前記水位検出電極部の表面に形成された絶縁被膜を誘電体として、前記水位検出電極部と前記容器との間の静電容量を測定し、この静電容量により前記容器内における前記水位検出電極部と接触する水の水位を検出することを特徴とする。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の、前記容器に、前記水位検出電極部の範囲内における特定の水位を検出する補正用水位検出用電極棒を併設し、この補正用水位検出用電極棒が検出した特定の水位と、前記静電容量を測定して検出した水位との差を求め、この差を基に、前記静電容量を測定して検出する水位を補正することを特徴とする。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の貫流ボイラの水位検出方法を使用した貫流ボイラの水位制御方法であって、燃焼量と、蒸気圧力と、給水温度と、缶水の電気伝導度とにより、当該貫流ボイラの目標比例水位を設定しておき、前記貫流ボイラの運転時における燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度とを検出し、これらの検出された検出値により特定される目標比例水位と、水位検出方法により検出された前記貫流ボイラの現実水位との差を常時算出し、現実の水位が特定される目標比例水位を上回っているときは給水を停止し、現実の水位が特定される目標比例水位を下回っているときは目標比例水位まで給水するように給水量を制御することを特徴とする。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の、前記水位検出方法は、前記容器に、前記水位検出電極部の範囲内における特定の水位を検出する補正用水位検出用電極棒を併設し、この補正用水位検出用電極棒が検出した特定の水位と、前記静電容量を測定して検出した水位との差を求め、この差を基に、前記静電容量を測定して検出する水位を補正する水位補正手段を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１に記載の貫流ボイラの水位検出用電極棒によれば、ボイラ缶体内と連通する金属製の容器の内側へ突出する水位検出電極部の表面に、耐熱性、耐高圧性、耐薬品性の高いエンジニアリングプラスチックによる絶縁被膜が形成されているので、水位検出電極部の表面に形成されている絶縁被膜は、前記容器内の高温、高圧、薬品に耐えることができ、そして、前記容器内で水が前記水位検出電極部と接触する部分がコンデンサがとなり、通電して水が接触する前記水位検出電極部と前記容器との間の静電容量を測定することにより、前記容器内における前記水位検出電極部と接触する水の水位を検出することができ、該測定された静電容量の変化によって前記水位の変化をアナログ的に検出することができる。
【００２４】
このような水位検出用電極棒を貫流ボイラの水位の制御に使用することにより、貫流ボイラの運転時における燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度等に応じて、水管内の水の水位を細かく制御することが容易となり、水管内の水を常に最適の水位とすることができ、良質な蒸気を得ることができるとともに、水管の破損を有効に防止することができることになる。
【００２５】
請求項２に記載の貫流ボイラの水位検出用電極棒によれば、請求項１に記載の、前記エンジニアリングプラスチックが、ポリエーテルエーテルケトンであるので、水位検出電極部の表面に形成された絶縁被膜は金属製容器内の高温、高圧、薬品に耐えることができ、コンデンサとしての機能を確実に果たすことができる。
【００２６】
請求項３に記載の貫流ボイラの水位検出方法は、請求項１又は２に記載の水位検出用電極棒を使用し、電源の一方を前記外部電源接続端子部と接続し、前記電源の他方を前記容器と接続して通電し、前記水位検出電極部の表面に形成された絶縁被膜を誘電体として、前記水位検出電極部と前記容器との間の静電容量を測定し、この静電容量により前記容器内における前記水位検出電極部と接触する水の水位を検出するようにしたので、前記容器内で水が前記水位検出電極部に接触する部分がコンデンサとなり、通電して水が接触する前記水位検出電極部と前記容器との間の静電容量を測定することにより、前記容器内における前記水位検出電極部と接触する水の水位を検出することができ、この測定された静電容量の変化によって前記水位の変化をアナログ的に検出することができ、この水位の変化を検出することにより、貫流ボイラの水管内の水の水位をアナログ的に検出することができる。
【００２７】
このような水位検出方法を貫流ボイラの水位の制御に使用することにより、貫流ボイラの運転時における燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度等に応じて、水管内の水の水位を細かく制御することが容易となり、水管内の水を常に最適の水位とすることができ、良質な蒸気を得ることができるとともに、水管の破損を有効に防止することができる。
【００２８】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の、前記容器に、前記水位検出電極部の範囲内における特定の水位を検出する補正用水位検出用電極棒を併設し、この補正用水位検出用電極棒が検出した特定の水位と、前記静電容量を測定して検出した水位との差を求め、この差を基に、前記静電容量を測定して検出する水位を補正するようにしたので、水内に混在した芥等が水位検出電極部へ付着することにより静電容量に変化が生じ、検出した水の水位に誤差が生じても、前記容器内における水の正確な水位を検出することができる。
【００２９】
請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の貫流ボイラの水位検出方法を使用した貫流ボイラの水位制御方法であって、燃焼量と、蒸気圧力と、給水温度と、缶水の電気伝導度とにより、当該貫流ボイラの目標比例水位を設定しておき、前記貫流ボイラの運転時における燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び給缶の電気伝導度とを検出し、これらの検出された検出値により特定される目標比例水位と、水位検出方法により検出された前記貫流ボイラの現実水位との差を常時算出し、現実の水位が特定される目標比例水位を上回っているときは給水を停止し、現実の水位が特定される目標比例水位を下回っているときは目標比例水位まで給水するように給水量を制御するようにしたので、前記貫流ボイラの運転時における燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度等に応じて、水管内の水の水位を常に最適の水位とすることができることになり、良質な蒸気を得ることができるとともに、水管の破損を有効に防止することができる。
【００３０】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の、前記水位検出方法が、前記容器に、前記水位検出電極部の範囲内における特定の水位を検出する補正用水位検出用電極棒を併設し、この補正用水位検出用電極棒が検出した特定の水位と、前記静電容量を測定して検出した水位との差を求め、この差を基に、前記静電容量を測定して検出する水位を補正する水位補正手段を備えているので、水内に混在した芥等が水位検出電極部へ付着することにより静電容量に変化が生じ、検出した水の水位に誤差が生じても、前記容器内における現実の水位を正確に検出することができ、これにより前記貫流ボイラの運転時における燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度等に応じて、水管内の水の水位を常に且つ確実に最適の水位とすることができることになり、良質な蒸気を確実に得ることができるとともに、水管の破損を確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明に係る貫流ボイラの水位検出用電極棒、貫流ボイラの水位検出方法及び貫流ボイラの水位制御方法を実施するための最良の形態を説明する。
【００３２】
先ず、本発明に係る貫流ボイラの水位検出用電極棒の実施の形態を説明する。
図１は本発明に係る貫流ボイラの水位検出用電極棒の実施の形態の一例を示す一部断面正面図である。
【００３３】
本例の水位検出用電極棒１は、一端側に外部電源接続端子部２を、他端側には水位検出電極部３を備えており、筒状の絶縁体４で保持され、この絶縁体４を介して、外部電源接続端子部２が金属製の容器５の外側へ突出し、そして水位検出電極部３が容器５の内側へ突出するように容器５に取り付けられるようになっている。
【００３４】
水位検出電極部３にあっては、ステンレスで形成され、その表面に、耐熱性、耐高圧性、耐薬品性の高いエンジニアリングプラスチックによる絶縁被膜６が形成されている。該エンジニアリングプラスチックとしては、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリアリルエーテルケトン等のケトン系合成樹脂材料が使用されるが、特に、耐熱性の高いポリエーテルエーテルケトンが好ましい。
【００３５】
前記のように、その表面に、耐熱性、耐高圧性、耐薬品性の高いエンジニアリングプラスチックによる絶縁被膜６が形成されている水位検出電極部３は、その長さが、少なくとも必要最低水位を検出できる長さに設定されている。
【００３６】
前記のように構成された水位検出用電極棒１によれば、水を収容する容器５の内側へ突出する水位検出電極部３の表面に、耐熱性、耐高圧性、耐薬品性の高いエンジニアリングプラスチックによる絶縁被膜６が形成されているので、電源の一方を外部電源接続端子部２と接続し、前記電源の他方を容器５と接続して通電すると、容器５内で水と接触する水位検出電極部３の接触部分がコンデンサとなり、水位検出電極部３の表面に形成された絶縁被膜６を誘電体として、水位検出電極部３と容器５との間の静電容量を測定し、該静電容量により容器５内で水位検出電極部３と接触する水の水位を検出することができ、該測定された静電容量の変化によって前記水位の変化をアナログ的に検出することができる。前記電源として、本例では交流電源が使用されている。
【００３７】
このような水位検出用電極棒１を貫流ボイラの水位の制御に使用することにより、貫流ボイラの運転時における燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度等に応じて、水管内の水の水位を細かく制御することが容易となり、水管内の水を常に最適の水位とすることができ、良質な蒸気を得ることができるとともに、水管の破損を有効に防止することができるものとなる。
【００３８】
また、水位検出電極部３の表面の絶縁被膜６は耐熱性、耐高圧性、耐薬品性の高いエンジニアリングプラスチックで形成されているので、容器５内の高温、高圧、薬品に耐えることができ、コンデンサとしての機能を確実に果たすことができる。
【００３９】
次に、前記水位検出用電極棒１を使用した本発明に係る貫流ボイラの水位検出方法の実施の形態を説明する。
本例では、水位検出電極部３の表面に、耐熱性、耐高圧性、耐薬品性の高いエンジニアリングプラスチックによる絶縁被膜６が形成されている水位検出用電極棒１を、その外部電源接続端子部２を容器５の外側へ突出させ、そして水位検出電極部３を容器５の内側へ突出させるようにして取り付け、交流電源の一方を水位検出用電極棒１の外部電源接続端子部２と接続し、前記交流電源の他方を容器５と接続して通電する。
【００４０】
そして、水位検出電極部３の表面に形成された絶縁被膜６を誘電体として、水位検出電極部３と容器５との間の静電容量を測定し、この静電容量により容器５内で水位検出電極部３と接触する水の水位を検出する。
【００４１】
このようにすることにより、容器５内で水と接触する水位検出電極部３の接触部分がコンデンサとなり、通電して水と接触する水位検出電極部３と容器５との間の静電容量を測定することにより、容器５内で水位検出電極部３と接触する水の水位を検出することができる。そして、測定された静電容量の変化によって水位の変化をアナログ的に検出することができ、検出した水位の変化により、貫流ボイラの水管内の水の水位をアナログ的に検出することができる。
【００４２】
このような水位検出方法を貫流ボイラの水位の制御に使用することにより、貫流ボイラの運転時における燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度等に応じて、水管内の水の水位を細かく制御することが容易となり、水管内の水を常に最適の水位とすることができ、良質な蒸気を得ることができるとともに、水管の破損を有効に防止することができる。
【００４３】
また、本例では、容器５に、水位検出電極部３の範囲内における特定の水位を検出する補正用水位検出用電極棒を併設し、この補正用水位検出用電極棒が検出した容器５に収容された水の特定の水位と、水位検出電極部３と容器５との間の静電容量を測定して検出した容器５内における水の水位との差を求め、この差を基に、水位検出電極部３と容器５との間の静電容量を測定して検出する容器５内における水の水位を補正する。
【００４４】
このようにすることにより、水内に混在した芥等が水位検出電極部３へ付着することにより静電容量に変化が生じ、検出した水の水位に誤差が生じても、容器５内における水の正確な水位を検出することができるものとなり、貫流ボイラの運転時における燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度等に応じて、水管内の水を常に最適の水位に正確に制御することができ、良質な蒸気をより確実に得ることができるとともに、水管の破損をより確実に防止することができる。
【００４５】
図２は本発明に係る貫流ボイラの水位検出方法を実施するボイラシステムの一例の概略構成を示す説明図である。
図中、７はボイラ缶体であって、このボイラ缶体７は、円周方向へ所定の間隔で立設された複数の水管８と、この複数の水管８の下端に接続され、給水ポンプ９から給水管１０を介して水を導入し複数の水管８に供給する下部管寄せ１１と、複数の水管８の上端に接続され、水管８で生成された蒸気を集め蒸気管１２から負荷側へ送りだす上部管寄せ１３と、複数の水管８により包囲されて形成された燃焼室１４とで構成されている。
【００４６】
ボイラ缶体７には、下部管寄せ１１及び上部管寄せ１３に、連通管１５，１６を介して水管８内の水位を検出する水位検出用の容器５が接続されている。
【００４７】
容器５には、水位検出電極部３の表面に、耐熱性、耐高圧性、耐薬品性の高いエンジニアリングプラスチックによる絶縁被膜６が形成されている水位検出用電極棒１が、その外部電源接続端子部２を容器５の外側へ突出させ、そして水位検出電極部３を容器５の内側へ突出させるようにして取り付けられている。水位検出電極部３は、その長さが、少なくとも必要最低水位を検出できる長さに設定されている。
【００４８】
そして、電源１７の一方が外部電源接続端子部２と接続され、電源１７の他方が容器５と接続されている。本例では、電源１７として交流電源が使用されている。この電源回路には、通電により、水位検出電極部３の表面に形成された絶縁被膜６を誘電体として、水位検出電極部３と容器５との間の静電容量を測定する測定回路部１８と、予め設定した静電容量と水管８内の水位の関係が記憶され、測定回路部１８で測定した静電容量を水管８内の水位に変換するプログラムを備え、静電容量から変換した水位を検出する水位検出回路部１９と、後述する補正用水位検出用電極棒で検出された水の特定の水位と、水位検出回路部１９で検出した水位との差を求め、該差を記憶し、該差を基に、水位検出回路部１９で検出した水位を補正するプログラムを備え、水位検出回路部１９で検出した水位を補正する補正水位検出回路部２０とが接続されている。
【００４９】
更に、容器５には、水位検出電極部３の範囲内における特定の水位を検出する補正用水位検出用電極棒２１が併設されている。この補正用水位検出用電極棒２１は、一端側に外部電源接続端子部２２を、他端側には水位検出電極部２３を備えており、筒状の絶縁体２４で保持され、この絶縁体２４を介して、外部電源接続端子部２２が容器５の外側へ突出し、そして水位検出電極部２３が容器５の内側へ突出するように容器５に取り付けられている。
【００５０】
そして、電源２５の一方が外部電源接続端子部２２と接続され、電源２５の他方が容器５と接続されている。本例では、電源２５として交流電源が使用されている。この電源回路には、通電により、水位検出電極部２３の下端に水が接触することによる外部電源接続端子部２２と容器５との間の導通状態の変化により、容器５内の水が水位検出電極部２３の下端に達したこと、即ち、容器５内の水が特定の水位に達したことを検出し、容器５内の水が特定の水位に達したことを補正水位検出回路部２０に送信する水位検出回路部２６が接続されている。
【００５１】
更に、貫流ボイラの水位検出方法を実施するボイラシステムには、燃焼量と蒸気圧力と給水温度と缶水の電気伝導度とにより水管８内の水の水位を設定した水位設定部２７と、貫流ボイラの現実の運転時における燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度等の入力により水位設定部２７から特定の水位を求め、補正水位検出回路部２０から容器５内の、即ち水管８内の水の水位信号を受けながら、給水ポンプ９を駆動して水管８内に水を供給し、又は給水ポンプ９を停止して水管８内への水の供給を停止し、水管８内の水の水位を、水位設定部２７で特定された水位に制御する水位制御部２８が備えられている。
【００５２】
前記ボイラシステムにおいて本発明に係る貫流ボイラの水位検出方法の実施は、次のようにして行われる。
【００５３】
水位検出用電極棒１の外部電源接続端子部２と容器５との間を通電すると、水位検出電極部３と水が接触しているとき、水位検出電極部３の表面に形成された絶縁被膜６が誘電体となり、容器５内で水と接触する水位検出電極部３の接触部分がコンデンサとなる。そして、水位検出用電極棒１の外部電源接続端子部２と容器５との間を通電することにより、水位検出電極部３と容器５との間の静電容量が測定回路部１８で測定され、この測定された静電容量が水位検出回路部１９で水位に変換されて検出され、静電容量の変化による水位の変化がアナログ的に検出される。
【００５４】
また、水位検出用電極棒１の外部電源接続端子部２と容器５との間を通電するとともに、補正用水位検出用電極棒２１の外部電源接続端子部２２と容器５との間を通電すると、水位検出回路部２６で、容器５内の水が水位検出電極部２３の下端に達したこと、即ち、容器５内の水が特定の水位に達したことが検出され、容器５内の水が特定の水位に達したことが補正水位検出回路部２０に送信される。
【００５５】
そして、補正水位検出回路部２０で、水位検出回路部２６で検出された容器５内の水の水位と、水位検出回路部１９で検出した水位との差が求められ、差がある場合は、この差を基に水位検出回路部１９で検出した水位が正しい水位に補正される。
【００５６】
更に、貫流ボイラの水位検出方法を実施するボイラシステムには、水管８内の水の水位を、水位設定部２７で設定された特定の水位に制御する水位制御部２８が備えられており、貫流ボイラの現実の運転時における燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度等の入力があると、水位設定部２７から特定の水位を求め、補正水位検出回路部２０から容器５内における、即ち水管８内における水の水位信号を受けながら、給水ポンプ９を駆動して水管８内に水を供給し、又は給水ポンプ９を停止して水管８内への水の供給を停止し、水管８内の水の水位を、水位設定部２７で設定された特定の水位に制御する。
【００５７】
次に、本発明に係る貫流ボイラの水位制御方法の実施の形態を説明する。
本例では、燃焼量と、蒸気圧力と、給水温度と、缶水の電気伝導度とにより、貫流ボイラの目標比例水位を設定しておく。そして、貫流ボイラの現実の運転時における燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度等を検出し、これらの検出された検出値により算出される目標比例水位と、貫流ボイラの前記水位検出方法により検出された現実水位との差を常時算出し、現実の水位が目標比例水位を上回っているときは給水を停止し、現実水位が目標比例水位を下回っているときは目標比例水位まで給水するように給水量を制御するようにした。
【００５８】
前記貫流ボイラの目標比例水位とは、燃焼量と、蒸気圧力と、給水温度と、缶水の電気伝導度等とを総合して算出した総合数値Ａにより設定した水位である。
【００５９】
総合数値Ａは、次のようにして算出される。
貫流ボイラの水位と、燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度とは、燃焼量が増えたとき水位を下げ、蒸気圧力が上昇したとき水を上げ、給水温度が上昇したとき水位を下げ、缶水の電気伝導度が大きくなったとき水位を下げる、といった関係にある。
【００６０】
先ず、燃焼量と、蒸気圧力と、給水温度と、缶水の電気伝導度の特定な値の時の適切な水位を示す基準値を１とする。
【００６１】
例えば、
燃焼量：１００％燃焼＝１
蒸気圧力：５ｋｇ／ｃｍ２＝１
給水温度：１５℃＝１
缶水の電気伝導度：３０００μＳ／ｃｍ＝１
とし、燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度の値の変化に応じたそれぞれの適切な水位を示す個別水位基準値ａ，ｂ，ｃ，ｄを求める。
【００６２】
例えば、
燃焼量：７０％燃焼＝１．１（ａ）
蒸気圧力：１０ｋｇ／ｃｍ２＝１．３（ｂ）
給水温度：１５℃＝１（ｃ）
缶水の電気伝導度：１５００μＳ／ｃｍ＝１．２（ｄ）
このようにして求めた基準値ａ，ｂ，ｃ，ｄを乗じ、総合数値Ａとしている。
即ち、Ａ＝ａ×ｂ×ｃ×ｄ
上記例では、Ａ＝１．１×１．３×１×１．２＝１．７であり、総合数値Ａが１．７となり、１．７のところが最適の水位となる。
【００６３】
そして、前記のようにして算出した総合数値Ａと、この総合数値Ａに応じた水位をデータ取りして目標比例水位を算出して設定しておく。そして、貫流ボイラの運転時における燃焼量と蒸気圧力と給水温度と缶水の電気伝導度とを検出し、検出された検出値から、前記計算式により総合数値Ａを算出し、設定されている目標比例水位から前記算出した総合数値Ａに応じた目標比例水位を特定し、この特定した目標比例水位と、貫流ボイラの前記水位検出方法により検出された現実水位との差を常時算出し、現実水位が特定される目標比例水位を上回っているときは給水を停止し、現実水位が特定される目標比例水位を下回っているときは目標比例水位まで給水するように給水量を制御する。
【００６４】
このようにすることにより、貫流ボイラの運転時における燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度等に応じて、水管内の水の水位を細かく制御することが容易となり、水管内の水の水位を常に最適の水位とすることができることになり、良質な蒸気を得ることができるとともに、水管の破損を有効に防止することができる。
【００６５】
本発明に係る貫流ボイラの水位制御方法は、前記図２に示すボイラシステムにより実施される。
図２に示すボイラシステムにおいて、本発明に係る貫流ボイラの水位制御方法を実施するために、水位設定部２７は、総合数値Ａに応じた水位をデータ取りして設定された目標比例水位を記憶する記憶手段と、適宜のセンサー等により検出された貫流ボイラの運転時における燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度の検出値により総合数値Ａを算出するプログラムと、記憶手段に記憶されている目標比例水位から総合数値Ａに応じた目標比例水位を特定するプログラムを備えている。
【００６６】
前記ボイラシステムにおいて本発明に係る貫流ボイラの水位制御方法の実施は、次のようにして行われる。
貫流ボイラの運転時における燃焼量と蒸気圧力と給水温度と給水の電気伝導度とが適宜のセンサー等で検出され、それらの検出値が水位設定部２７に送信される。燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度の検出値を受けた水位設定部２７は、それらの検出値から、総合数値Ａを算出し、設定されている目標比例水位から算出した総合数値Ａに応じた目標比例水位を特定して水位制御部２８に送信する。水位制御部２８は、水位設定部２７から特定した目標比例水位信号を受けると共に補正水位検出回路部２０から容器５内の、即ち水管８内の水の水位信号を受け、特定した目標比例水位と補正水位検出回路部２０から受けた容器５内の、即ち水管８内の水の水位（現実の水位）との差を常時算出し、現実の水位が特定された目標比例水位を上回っているときは給水ポンプ９を停止して水管８内への水の供給を停止し、現実水位が特定された目標比例水位を下回っているときは給水ポンプ９を駆動して水管８内に水を目標比例水位まで給水するように給水量を制御する。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明に係る貫流ボイラの水位検出用電極棒の実施の形態の一例を示す一部断面正面図。
【図２】本発明に係る貫流ボイラの水位検出方法及び貫流ボイラの水位制御方法を実施するボイラシステムの一例の概略構成を示す説明図。
【符号の説明】
【００６８】
１ 水位検出用電極棒
２ 外部電源接続端子部
３ 水位検出電極部
４ 絶縁体
５ 容器
６ 絶縁被膜
７ ボイラ缶体
８ 水管
９ 給水ポンプ
１０ 給水管
１１ 下部管寄せ
１２ 蒸気管
１３ 上部管寄せ
１４ 燃焼室
１５，１６ 連通管
１７ 電源
１８ 測定回路部
１９ 水位検出回路部
２０ 補正水位検出回路部
２１ 補正用水位検出用電極棒
２２ 外部電源接続端子部
２３ 水位検出電極部
２４ 絶縁体
２５ 電源
２６ 水位検出回路部
２７ 水位設定部
２８ 水位制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラ缶体内と連通する金属製の容器を貫通するように絶縁体を介して取り付けられ、前記容器の外側へ突出する外部電源接続端子部と前記容器の内側へ突出する水位検出電極部を備えた貫流ボイラの水位検出用電極棒であって、前記水位検出電極部の表面に、耐熱性、耐高圧性、耐薬品性の高いエンジニアリングプラスチックによる絶縁被膜が形成されていることを特徴とする貫流ボイラの水位検出用電極棒。
【請求項２】
前記エンジニアリングプラスチックは、ポリエーテルエーテルケトン或いはフッ素樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の貫流ボイラの水位検出用電極棒。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の水位検出用電極棒を使用した貫流ボイラの水位検出方法であって、電源の一方を前記外部電源接続端子部と接続し、前記電源の他方を前記容器と接続して通電し、前記水位検出電極部の表面に形成された絶縁被膜を誘電体として、前記水位検出電極部と前記容器との間の静電容量を測定し、この静電容量により前記容器内における前記水位検出電極部と接触する水の水位を検出することを特徴とする貫流ボイラの水位検出方法。
【請求項４】
前記容器に、前記水位検出電極部の範囲内における特定の水位を検出する補正用水位検出用電極棒を併設し、この補正用水位検出用電極棒が検出した特定の水位と、前記静電容量を測定して検出した水位との差を求め、この差を基に、前記静電容量を測定して検出する水位を補正することを特徴とする請求項３に記載の貫流ボイラの水位検出方法。
【請求項５】
請求項３に記載の貫流ボイラの水位検出方法を使用した貫流ボイラの水位制御方法であって、燃焼量と、蒸気圧力と、給水温度と、缶水の電気伝導度とにより、当該貫流ボイラの目標比例水位を設定しておき、前記貫流ボイラの運転時における燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度を検出し、これらの検出された検出値により特定される目標比例水位と、水位検出方法により検出された前記貫流ボイラの現実水位との差を常時算出し、現実の水位が特定される目標比例水位を上回っているときは給水を停止し、現実の水位が特定される目標比例水位を下回っているときは目標比例水位まで給水するように給水量を制御することを特徴とする貫流ボイラの水位制御方法。
【請求項６】
前記水位検出方法は、前記容器に、前記水位検出電極部の範囲内における特定の水位を検出する補正用水位検出用電極棒を併設し、この補正用水位検出用電極棒が検出した特定の水位と、前記静電容量を測定して検出した水位との差を求め、この差を基に、前記静電容量を測定して検出する水位を補正する水位補正手段を備えていることを特徴とする請求項５に記載の貫流ボイラの水位制御方法。
【請求項１】
ボイラ缶体内と連通する金属製の容器を貫通するように絶縁体を介して取り付けられ、前記容器の外側へ突出する外部電源接続端子部と前記容器の内側へ突出する水位検出電極部を備えた貫流ボイラの水位検出用電極棒であって、前記水位検出電極部の表面に、耐熱性、耐高圧性、耐薬品性の高いエンジニアリングプラスチックによる絶縁被膜が形成されていることを特徴とする貫流ボイラの水位検出用電極棒。
【請求項２】
前記エンジニアリングプラスチックは、ポリエーテルエーテルケトン或いはフッ素樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の貫流ボイラの水位検出用電極棒。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の水位検出用電極棒を使用した貫流ボイラの水位検出方法であって、電源の一方を前記外部電源接続端子部と接続し、前記電源の他方を前記容器と接続して通電し、前記水位検出電極部の表面に形成された絶縁被膜を誘電体として、前記水位検出電極部と前記容器との間の静電容量を測定し、この静電容量により前記容器内における前記水位検出電極部と接触する水の水位を検出することを特徴とする貫流ボイラの水位検出方法。
【請求項４】
前記容器に、前記水位検出電極部の範囲内における特定の水位を検出する補正用水位検出用電極棒を併設し、この補正用水位検出用電極棒が検出した特定の水位と、前記静電容量を測定して検出した水位との差を求め、この差を基に、前記静電容量を測定して検出する水位を補正することを特徴とする請求項３に記載の貫流ボイラの水位検出方法。
【請求項５】
請求項３に記載の貫流ボイラの水位検出方法を使用した貫流ボイラの水位制御方法であって、燃焼量と、蒸気圧力と、給水温度と、缶水の電気伝導度とにより、当該貫流ボイラの目標比例水位を設定しておき、前記貫流ボイラの運転時における燃焼量、蒸気圧力、給水温度及び缶水の電気伝導度を検出し、これらの検出された検出値により特定される目標比例水位と、水位検出方法により検出された前記貫流ボイラの現実水位との差を常時算出し、現実の水位が特定される目標比例水位を上回っているときは給水を停止し、現実の水位が特定される目標比例水位を下回っているときは目標比例水位まで給水するように給水量を制御することを特徴とする貫流ボイラの水位制御方法。
【請求項６】
前記水位検出方法は、前記容器に、前記水位検出電極部の範囲内における特定の水位を検出する補正用水位検出用電極棒を併設し、この補正用水位検出用電極棒が検出した特定の水位と、前記静電容量を測定して検出した水位との差を求め、この差を基に、前記静電容量を測定して検出する水位を補正する水位補正手段を備えていることを特徴とする請求項５に記載の貫流ボイラの水位制御方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００７−２７１５９３（Ｐ２００７−２７１５９３Ａ）
【公開日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１０６０７２（Ｐ２００６−１０６０７２）
【出願日】平成１８年４月７日（２００６．４．７）
【出願人】（０００１７５２７２）三浦工業株式会社 (1,055)
【出願人】（５０４１４３５２２）株式会社三浦プロテック (488)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月７日（２００６．４．７）
【出願人】（０００１７５２７２）三浦工業株式会社 (1,055)
【出願人】（５０４１４３５２２）株式会社三浦プロテック (488)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]