貫流ボイラ
【課題】高い増加率によりボイラの燃焼量を増加させることができると共に、高い減少率によりボイラの燃焼量を減少させることができる貫流ボイラを提供すること。
【解決手段】本発明の貫流ボイラ１は、上部管寄せ８と下部管寄せ６との間に複数の液管３を接続してなる缶体１０と、液管３を可変の燃焼量で加熱するバーナ２４と、バーナ２４における燃焼量を制御する燃焼量制御手段２５と、上部管寄せ８と下部管寄せ６との間に接続されて連通する気液分離器２と、気液分離器２における液位である分離器液位を制御する分離器液位制御手段１２と、を備える。分離器液位制御手段１２は、燃焼量制御手段２５により燃焼量を増加させる場合に前記分離器液位を増加させ、燃焼量制御手段２５により燃焼量を減少させる場合に前記分離器液位を減少させる。
【解決手段】本発明の貫流ボイラ１は、上部管寄せ８と下部管寄せ６との間に複数の液管３を接続してなる缶体１０と、液管３を可変の燃焼量で加熱するバーナ２４と、バーナ２４における燃焼量を制御する燃焼量制御手段２５と、上部管寄せ８と下部管寄せ６との間に接続されて連通する気液分離器２と、気液分離器２における液位である分離器液位を制御する分離器液位制御手段１２と、を備える。分離器液位制御手段１２は、燃焼量制御手段２５により燃焼量を増加させる場合に前記分離器液位を増加させ、燃焼量制御手段２５により燃焼量を減少させる場合に前記分離器液位を減少させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貫流ボイラに関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気を生成するボイラとして、上部管寄せと下部管寄せとの間に複数の液管を接続してなる缶体を備える貫流ボイラが、一般的に使用されている。貫流ボイラにおいては、液管を加熱することにより生成した蒸気は、上部管寄せから取り出され、負荷側へ送られる。上部管寄せから取り出された蒸気には、缶水が混ざっており、缶水が混ざった蒸気は、水分が多く湿った品質の悪い蒸気となる。
【０００３】
そのため、一般的に、貫流ボイラは、上部管寄せから取り出された蒸気から液体分（主として水分）を分離する気液分離器を備えている。この気液分離器における液位（以下「分離器液位」ともいう）が高すぎると、生成された蒸気に缶水が同伴されやすく、蒸気の乾き度が低下してしまう事態が生じる。一方、分離器液位が低すぎると、気液分離器の能力が十分発揮され、乾いた品質の良い蒸気が得られるが、液管内の液位が低いということも想定される。
液管内の液位が低いと、液管内で発生した泡の位置が低くなる。液管の上部に泡による水膜が形成されないと、液管の上部が火炎により過熱されて溶ける事態が生じる。
【０００４】
そのため、生成された蒸気に混ざる缶水の増大を規制し且つ液管のヘッダ部分に水膜が形成される程度に液管内の液位を制御するために、気液分離器における液位を一定のレベルに制御するといったことが行われている。
【０００５】
気液分離器における液位を一定のレベルに制御する手段として、気液分離器における液位（分離器液位）を検出し、この検出した液位により液管内に缶水を供給する給液ポンプをオン・オフする制御方法が知られている。このような分離器液位の制御方法は、気液分離器の液位に上限液位及び下限液位を設定し、上限液位を検出したときに給液ポンプをオフとし、下限液位を検出したときに給液ポンプをオンとする方法であり、気液分離器の液位を上限液位と下限液位との間に常に保つようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、気液分離器における液位が高すぎると、気液分離器に溜まっている水が蒸気に同伴されてしまい、水分を含んだ蒸気、即ち乾き度が低い蒸気となってしまう。そのため、上限液位は、気液分離器に溜まっている水が蒸気に同伴されない程度の高さの液位（この液位を「乾き度限界液位」ともいう）よりも若干低く設定される。
このように、貫流ボイラにおいては、気液分離器における液位を一定のレベルに制御することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２９４２０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、貫流ボイラにおいては、バーナの燃焼量に応じて缶体の液管における液位（以下「缶内液位」ともいう）の高さを制御する必要がある。例えば、バーナの燃焼量を増加させて、蒸気速度を増加させる場合には、缶内液位を低くする。一方、バーナの燃焼量を減少させて、蒸気速度を低下させる場合には、缶内液位を高くする。
【０００９】
しかし、ボイラの燃焼量、すなわち蒸発速度に応じて分離器液位を一定に制御する技術には、例えば、以下の問題点がある。
分離器液位は、前述の通り、上限液位よりも若干低く設定されている。仮に、バーナの燃焼量を急速に増加させると、分離器液位が上限液位よりも高くなり、その結果、蒸気の乾き度を確保できなくなる。そのため、分離器液位が上限液位によりも高くならない程度に燃焼量の増加率（「燃焼移行速度」等とも呼ばれる）を抑えながら、ボイラを燃焼させる必要がある。
【００１０】
従って、ボイラの燃焼量を増加させる場合に、高い増加率によりボイラの燃焼量を増加させることは困難である。そのため、高い増加率によりボイラの燃焼量を増加させることが望まれていた。
【００１１】
一方、例えば、気液分離器における液位を蒸気速度が速い状態に合わせると、気液分離器における上限液位を低く設定することになり、この結果、蒸気速度が遅くなったときに、すなわちボイラの燃焼量を減少させる場合に、気液分離器における液位が上限液位にあっても、火炎により液管の上部が破損する事態が生じるおそれがある。
【００１２】
従って、ボイラの燃焼量を減少させる場合に、高い減少率によりボイラの燃焼量を減少させることは困難である。そのため、高い減少率によりボイラの燃焼量を減少させることが望まれていた。
【００１３】
本発明は、高い増加率によりボイラの燃焼量を増加させることができると共に、高い減少率によりボイラの燃焼量を減少させることができる貫流ボイラ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】
【００１４】
本発明は、上部管寄せと下部管寄せとの間に複数の液管を接続してなる缶体と、前記液管を可変の燃焼量で加熱するバーナと、該バーナにおける燃焼量を制御する燃焼量制御手段と、前記上部管寄せと前記下部管寄せとの間に接続されて連通する気液分離器と、該気液分離器における液位である分離器液位を制御する分離器液位制御手段と、を備え、前記分離器液位制御手段は、前記燃焼量制御手段により燃焼量を増加させる場合に前記分離器液位を増加させ、前記燃焼量制御手段により燃焼量を減少させる場合に前記分離器液位を減少させる貫流ボイラに関する。
【００１５】
また、前記分離器液位制御手段は、前記燃焼量制御手段により燃焼量を増加させる場合に燃焼量の増加率の大小に応じて前記分離器液位の増加率を増減させ、前記燃焼量制御手段により燃焼量を減少させる場合に燃焼量の減少率の大小に応じて前記分離器液位の減少率を増減させることが好ましい。
【００１６】
また、前記燃焼量制御手段は、燃焼量を増加させる場合に、燃焼量の増加に要する時間が、燃焼量の増加に伴って前記液管における液量が蒸発に要する時間よりも短くなるように、燃焼量を増加させることが好ましい。
【００１７】
また、前記燃焼量制御手段は、燃焼量を増加させる場合に、燃焼量の増加に要する時間が、燃焼量の増加に伴って前記液管における液量が蒸発に要する時間よりも長くなるように、燃焼量を増加させることが好ましい。
【００１８】
また、前記分離器液位の下限値と、該下限値に対応する前記バーナの燃焼量に対応する前記液管における液位とは略一致することが好ましい。
【００１９】
また、前記気液分離器は、縦向き円筒状で、上部に蒸気出口管を有し且つ下部に分離液出口管を有する胴と、横向き円筒状で、前記胴の周側壁に対して接線方向に接続される蒸気入口管と、前記蒸気入口管から前記胴の内部へ導入される蒸気とこの蒸気が前記胴の内部で旋回されることで分離される液体とが衝突しないように、前記蒸気入口管から前記胴の内部へ蒸気が導入される蒸気導入部に設けられるガイド板と、前記蒸気入口管から導入される蒸気が前記胴に衝突した際に液体が跳ね上がらないように、前記ガイド板の上部に配置される蓋板と、を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、高い増加率によりボイラの燃焼量を増加させることができると共に、高い減少率によりボイラの燃焼量を減少させることができる貫流ボイラを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態の貫流ボイラ１を示す概略構成図である。
【図２】貫流ボイラ１の分離器液位検出装置１３における液位検出用電極棒２０を示す一部断面正面図である。
【図３】気液分離器２を示す縦断面図である。
【図４】図３におけるＡ−Ａ断面図である。
【図５】図３におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図６】気液分離器２の内部構造を示す概略斜視図である。
【図７】高燃焼モードにおける気液分離器２及び缶体１０それぞれにおける液位を模式的に示す図である。
【図８】低燃焼モードにおける気液分離器２及び缶体１０それぞれにおける液位を模式的に示す図である。
【図９】高燃焼モード及び低燃焼モードにおける気液分離器２及び缶体１０それぞれにおける液位の変化を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る貫流ボイラ１について説明する。図１は、本実施形態の貫流ボイラ１を示す概略構成図である。図２は、貫流ボイラ１の分離器液位検出装置１３における液位検出用電極棒２０を示す一部断面正面図である。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態の貫流ボイラ１は、上部管寄せ８と下部管寄せ６との間に複数の液管３を接続してなる缶体１０と、液管３を可変の燃焼量で加熱するバーナ２４と、バーナ２４における燃焼量を制御する燃焼量制御手段としての燃焼量制御部２５と、上部管寄せ８と下部管寄せ６との間に接続されて連通する気液分離器２と、気液分離器２における液位（「分離器液位」ともいう）を制御する分離器液位制御手段としての分離器液位制御部１２と、を備える。
「液管」は、一般的に「水管」とも呼ばれる。「気液分離器」は、一般的に「気水分離器」とも呼ばれる。「液位」は、一般的に「水位」とも呼ばれる。
【００２４】
缶体１０は、円周方向へ所定の間隔で立設された複数の液管３と、この複数の液管３の下端に接続され、給液ポンプ４から給液管５を介して液体（主として、水）を導入し、複数の液管３へ供給する下部管寄せ６と、複数の液管３の上端に接続され、複数の液管３で生成された蒸気を集め、蒸気入口管７から負荷側へ送りだす上部管寄せ８と、複数の液管３により包囲されて形成される燃焼室９と、を主体として構成されている。
【００２５】
バーナ２４は、液管３を可変の燃焼量で加熱する。本実施形態においては、バーナ２４は、燃焼量を「高燃焼モード」（出力１００％）、「低燃焼モード」（出力２０％）及び「停止モード」（出力０％）の３段階に段階的に変化させて、液管３を加熱する。
【００２６】
バーナ２４は、上部管寄せ８の中央部に、下方へ向けて火炎を放射可能に設けられる。バーナ２４には、燃料及び燃焼用空気が供給される。バーナ２４を作動させることで、缶体１０において燃料の燃焼が行われる。その燃焼ガスは、各液管３の内部の液体（主として、水）と熱交換し、排ガスとして煙道（図示せず）から排出される。この間、燃焼ガスは、各液管３の内部の液体と熱交換し、各液管３の内部の液体を加熱する。これにより、上部管寄せ８から蒸気を取り出すことができる。その蒸気は、気液分離器２へ送られ、乾き度を向上された後、蒸気使用設備（図示せず）などの負荷側へ送られる。
【００２７】
気液分離器２は、缶体１０から排出される蒸気に対して気液分離を行う。気液分離器２は、上部管寄せ８と下部管寄せ６との間に接続されて連通する。気液分離器２の詳細については後述する。
【００２８】
蒸気入口管７には、気液分離器２が接続されている。蒸気入口管７は、気液分離器２を介して蒸気を負荷側へ送り出す管であり、上部管寄せ８に接続されている。
気液分離器２と下部管寄せ６とは、分離液出口管１１により接続されている。これにより、気液分離器２において蒸気から分離した液体分（主として、水分）が、分離液出口管１１を介して下部管寄せ６に戻されるようになっている。
【００２９】
気液分離器２には、上部連通管２７及び下部連通管２８を介して、分離器液位検出装置１３が接続されている。また、分離器液位検出装置１３には、分離器液位検出装置１３の液位検出部２３を介して、分離器液位制御部１２が電気的に接続されている。
【００３０】
分離器液位検出装置１３は、気液分離器２における液位を検出する。分離器液位検出装置１３は、気液分離器２に接続された金属製の容器１９と、容器１９に取り付けられる液位検出用電極棒２０と、液位検出部２３と、を備えている。図１及び図２に示すように、分離器液位検出装置１３は、気液分離器２に接続される金属製の容器１９と、液位検出用電極棒２０の液位検出電極部２１（後述）との間を通電することにより、気液分離器２における液位（分離器液位）を検出するようになっている。
【００３１】
容器１９は、上部連通管２７を介して気液分離器２と連通し、下部連通管２８を介して分離液出口管１１と連通している。
液位検出用電極棒２０は、容器１９に取り付けられる。液位検出用電極棒２０は、液位検出電極部２１の表面に、誘電体となる絶縁被膜２２が形成されて構成される。
【００３２】
液位検出部２３は、液位検出電極部２１と容器１９との間を通電することにより、液位検出電極部２１と容器１９との間に発生する静電容量を測定し、測定した静電容量を液位に変換して、容器１９の内部の液位を検出する。液位検出部２３は、検出された液位を分離器液位制御部１２へ送信する。
【００３３】
液位検出用電極棒２０は、容器１９の内部の液位を検出するための電極棒である。液位検出用電極棒２０は、一端側に外部電源接続端子部２９を有し、他端側に液位検出電極部２１を有している。液位検出用電極棒２０は、筒状の絶縁体３０を介して容器１９に保持されている。外部電源接続端子部２９は、絶縁体３０を介して、容器１９の上側へ突出するように容器１９に取り付けられている。また、液位検出電極部２１は、絶縁体３０を介して、容器１９の内側へ突出するように容器１９に取り付けられている。
【００３４】
液位検出電極部２１は、ステンレス合金から形成される。絶縁被膜２２は、液位検出電極部２１の表面に形成され、誘電体となる。絶縁被膜２２は、耐熱性、耐高圧性及び耐薬品性の高いエンジニアリングプラスチックにより形成されている。
【００３５】
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、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。
【００３６】
液位検出部２３は、電源３４と、測定回路部３５と、液位検出回路部３６とを主体として構成されている。液位検出部２３は、電源３４の一方を液位検出用電極棒２０の外部電源接続端子部２９に接続し且つ電源３４の他方を容器１９に接続した電源回路に、測定回路部３５及び液位検出回路部３６を接続した構成となっている。
【００３７】
電源３４は、交流電源から構成される。
測定回路部３５は、通電により、液位検出電極部２１の表面に形成された絶縁被膜２２を誘電体として、液位検出電極部２１と容器１９との間の静電容量を測定する。
液位検出回路部３６は、予め設定した静電容量と容器１９の内部の液位との変換関係が記憶されるメモリを備えると共に、この変換関係に基づいて、測定回路部３５において測定された静電容量を容器１９の内部の液位に変換するプログラムを備えている。
【００３８】
気液分離器２に対しては、液体の供給（給液）は直接行われず、缶体１０の液管３の内部の液体が蒸発し、液体が湿り蒸気の状態で、気液分離器２に導入され、気液分離器２において気液分離が行われることで、分離された液体（主として、水）が供給されることになる。
【００３９】
従って、分離器液位制御部１２は、主として、給液量制御部１８（後述）により缶体１０の液管３に供給する給液量を制御すると共に、燃焼量制御部２５によりバーナ２４における燃焼量を制御することで、気液分離器２における液位（の増減）を制御する。
分離器液位制御部１２には、給液量制御部１８及び燃焼量制御部２５が電気的に接続されている。また、分離器液位制御部１２には、液位検出部２３の液位検出回路部３６、缶内液位検出部２６、燃焼量検出部１６及び蒸気圧力検出部１７が電気的に接続されている。
【００４０】
給液量制御部１８は、分離器液位制御部１２からの指示信号に基づいて、給液管５を介して缶体１０の下部管寄せ６へ給液を行うように、給液ポンプ４を制御する。
燃焼量制御部２５は、分離器液位制御部１２からの指示信号に基づいて、燃焼量の増減を行うように、バーナ２４を制御する。
分離器液位制御部１２は、燃焼量制御部２５により燃焼量を増加させる場合に分離器液位を増加させ、また、燃焼量制御部２５により燃焼量を減少させる場合に分離器液位を減少させる。
【００４１】
また、分離器液位制御部１２は、燃焼量制御部２５により燃焼量を増加させる場合に、燃焼量の増加率の大小に応じて分離器液位の増加率を増減させる。また、分離器液位制御部１２は、燃焼量制御部２５により燃焼量を減少させる場合に、燃焼量の減少率の大小に応じて分離器液位の減少率を増減させる。
【００４２】
例えば、分離器液位制御部１２は、停止モード（出力０％）から低燃焼モード（出力２０％）へ移行する場合（停止→低燃焼移行時）の燃焼量の増加率よりも、低燃焼モード（出力２０％）から高燃焼モード（出力１００％）へ移行する場合（低燃焼→高燃焼移行時）の燃焼量の増加率の方が大きいときには、燃焼量の増加率が小さい「停止→低燃焼移行時」（２０％−０％＝２０％）における分離器液位の増加率よりも、燃焼量の増加率が大きい「低燃焼→高燃焼移行時」（１００％−２０％＝８０％）における分離器液位の増加率の方を大きくする。
【００４３】
同様に、分離器液位制御部１２は、低燃焼モード（出力２０％）から停止モード（出力０％）へ移行する場合（低燃焼→停止移行時）の燃焼量の減少率よりも、高燃焼モード（出力１００％）から低燃焼モード（出力２０％）へ移行する場合（高燃焼→低燃焼移行時）の燃焼量の減少率の方が大きいときには、燃焼量の減少率が小さい「低燃焼→停止移行時」（２０％−０％＝２０％）における分離器液位の減少率よりも、燃焼量の減少率が大きい「高燃焼→低燃焼移行時」（１００％−２０％＝８０％）における分離器液位の減少率の方を大きくする。
【００４４】
また、燃焼量制御部２５は、燃焼量を増加させる場合に、燃焼量の増加に要する時間が、燃焼量の増加に伴って液管３における液量が蒸発に要する時間よりも長くなるように、燃焼量を増加させる。例えば、燃焼量制御部２５は、低燃焼モードから高燃焼モードへ移行する場合（低燃焼→高燃焼移行時）に、燃焼量の増加に要する時間、つまり低燃焼モードから高燃焼モードへの移行に要する時間（例えば３０秒）が、燃焼量の増加に伴って液管３における液量が蒸発に要する時間（例えば、２５秒）よりも長くなるように、燃焼量を増加させる。
【００４５】
また、燃焼量制御部２５は、燃焼量を増加させる場合に、燃焼量の増加に要する時間が、燃焼量の増加に伴って液管３における液量が蒸発に要する時間よりも短くなるように、燃焼量を増加させる。例えば、燃焼量制御部２５は、低燃焼モードから高燃焼モードへ移行する場合（低燃焼→高燃焼移行時）に、燃焼量の増加に要する時間、つまり低燃焼モードから高燃焼モードへの移行に要する時間（例えば２５秒）が、燃焼量の増加に伴って液管３における液量が蒸発に要する時間（例えば、３０秒）よりも短くなるように、燃焼量を増加させる。
【００４６】
缶内液位検出部２６は、上部管寄せ８と下部管寄せ６とに連通して設けられている。缶内液位検出部２６は、導電性材料により形成された中空容器を有し、上部において上部管寄せ８に接続され、下部において下部管寄せ６に接続されている。缶内液位検出部２６の上壁には、長さの異なる複数の電極棒（図示せず）の上部が、それぞれ絶縁性材料のガイシ（図示省略）を介して保持される。このようにして、缶内液位検出部２６には、複数の電極棒が、その下端部の高さ位置を互いに異ならせて、挿入されて保持される。缶内液位検出部２６と複数の電極棒とにより、電極式液位検出器が構成される。
【００４７】
各電極棒は分離器液位制御部１２に接続され、缶内液位検出部２６はアースされている。従って、各電極棒は、その下端部が水に浸かれば、缶内液位検出部２６との間で電気的な導通が確保される。これにより、分離器液位制御部１２は、各電極棒に流れる電流の有無によって、各電極棒の下端部に液位があるか否かを検出する。そして、分離器液位制御部１２は、各電極棒による缶内液位の検出の有無に基づき、貫流ボイラ１を制御する。
【００４８】
燃焼量検出部１６は、バーナ２４の燃焼量を検出し、その検出信号を分離器液位制御部１２へ送信する。なお、燃焼量検出部１６による燃焼量の検出においては、「燃焼量」は、燃焼装置へ供給する燃料量に置き換えることが可能である。従って、燃料量を燃焼量として検出するようにしてもよい。
蒸気圧力検出部１７は、缶体１０で生成される蒸気圧力を検出し、その検出信号を分離器液位制御部１２へ送信する。
【００４９】
次に、気液分離器２の構成の詳細について、図面を参照しながら説明する。図３は、気液分離器２を示す縦断面図である。図４は、図３におけるＡ−Ａ断面図である。図５は、図３におけるＢ−Ｂ断面図である。図６は、気液分離器２の内部構造を示す概略斜視図である。
【００５０】
気液分離器２は、遠心式の分離器であり、図３から図６に示すように、縦向き円筒状の胴１１５と、この胴１１５の周側壁に設けられる蒸気入口管７と、胴１１５の上部に設けられる蒸気出口管１１７と、胴１１５の下部に設けられる分離液出口管１１と、蒸気入口管７から胴１１５の内部への蒸気導入部に設けられるガイド板１１９と、このガイド板１１９の上部に設けられる蓋板１２０と、胴１１５の内部の下部に設けられるバッフル板１２１と、を備える。
【００５１】
胴１１５は、上下の開口部に、鏡板１２２，１２３が設けられた円筒状である。胴１１５は、その軸線を上下方向へ沿って配置される。上側の鏡板１２２は、上方へ膨出した緩やかな球面状に形成されている。
蒸気出口管１１７は、円管状で、上側の鏡板１２２の中央部に上方へ延出して設けられる。下側の鏡板１２３は、下方へ膨出した緩やかな球面状に形成されている。下側の鏡板１２３の中央部には、円管状の分離液出口管１１が下方へ延出して設けられる。
【００５２】
蒸気入口管７は、胴１１５よりも小径の円筒状で、その軸線を左右方向へ沿って配置される。蒸気入口管７は、胴１１５の上下方向中央部において、胴１１５の周側壁に接続される。蒸気入口管７は、その軸方向一端部を胴１１５の内部に突入して、胴１１５の周側壁に接続される。
【００５３】
蒸気入口管７の軸方向一端部は、図４に示すように、斜めに切り落とされた形状である。具体的には、蒸気入口管７の軸方向一端部は、軸方向一端側へ行くに従って、後方へ傾斜した形状である。
【００５４】
蒸気入口管７は、このように傾斜した軸方向一端部が胴１１５の内部に差し込まれて、胴１１５の周側壁に接続される。蒸気入口管７の軸方向一端部において、その周側壁後端部は、胴１１５の周側壁後端部に配置される。具体的には、蒸気入口管７においては、前記傾斜の先端部（前記傾斜により軸方向一端側へ最も延出する部分）１２５の外面は、胴１１５の左右方向中央部の後方内周面に当接されて配置される。そして、その状態では、蒸気入口管７の軸方向一端部において、周側壁前端部は、胴１１５の周側壁の前後方向中央部に配置される。具体的には、蒸気入口管７における前記傾斜の基端部１２６は、胴１１５の周側壁の前後方向中央部に配置される。
【００５５】
缶体１０からの蒸気は、蒸気入口管７を介して、胴１１５の内部に接線方向で導入される。
蒸気出口管１１７は、胴１１５よりも小径の円管状で、その軸線を上下方向へ沿って配置される。蒸気出口管１１７の下端部は、胴１１５の上側の鏡板１２２の中央部に接続される。
分離液出口管１１は、胴１１５よりも小径の細長い円管状で、その軸線を上下方向へ沿って配置される。分離液出口管１１の上端部は、胴１１５の下側の鏡板１２３の中央部に接続される。
【００５６】
ガイド板１１９は、略長方形状の板材で、その板面を前後へ向けて配置される。ガイド板１１９は、図４に示すように、後方へ膨出するよう湾曲されている。ガイド板１１９における上下方向の高さは、図３に示すように、蒸気入口管７の外径と同一寸法とされている。そして、ガイド板１１９は、蒸気入口管７と対応した高さに設置される。
【００５７】
ガイド板１１９は、前述したように、平面視において、後方へ膨出するよう湾曲されている。この湾曲形状は、適宜に設定されるが、本実施形態では、図４に示すように、「へ」の字状とされている。具体的には、ガイド板１１９は、蒸気入口管７の軸方向の一端部に形成された傾斜した基端部（蒸気入口管７の周側壁前端部と胴１１５の周側壁との接続部）１２６から、胴１１５の内方へ行くに従って後方へ延出した後、胴１１５の左右方向中央部よりも前方へ回り込むように、円弧状に湾曲されている。図４に示す平面視において、ガイド板１１９の延出側の端部は、分離液出口管１１の後方から回り込むのと対応した形状とされている。
【００５８】
蓋板１２０は、略半円形状の板材で、その板面を上下へ向けて、ガイド板１１９の上端縁に水平に配置される。具体的には、蓋板１２０は、図４及び図６に示すように、平面視において、胴１１５の後方半周部に設けられると共に、ガイド板１１９の上端縁から後方へ延出して設けられる。このようにして、蓋板１２０は、図３に示すように、蒸気入口管７の周側壁上端部と対応した高さにおいて、ガイド板１１９の上端部と胴１１５の周側壁後部との隙間を閉塞するように、胴１１５の後方半周部に設けられる。
【００５９】
バッフル板１２１は、略円板状の板材で、その板面を上下へ向けて、胴１１５の内部の下部に水平に配置される。具体的には、バッフル板１２１は、胴１１５の内径よりも若干小径の円板状である。バッフル板１２１の外周部には周方向等間隔に、円弧状の切欠き１３４が形成されている。本実施形態においては、外周部に四つの切欠き１３４が形成されている。このバッフル板１２１の底面には、十字状に板材が立てられて、脚部１３５が設けられている。この脚部１３５の下端部は、下側の鏡板１２３の円弧と対応した形状となっている。
【００６０】
気液分離器２は、このような構成を有するため、下側の鏡板１２３の上部において、脚部１３５により安定してバッフル板１２１を水平に保持することができる。このようにして、分離液出口管１１の上部開口を塞ぐことなく、その上部開口よりも少し上方に離隔した位置に、バッフル板１２１が設けられる。また、バッフル板１２１の外周部に形成された切欠き１３４により、バッフル板１２１の上下は連通される。
【００６１】
本実施形態の貫流ボイラ１は、例えば、以下のように気液分離器２における液位（分離器液位）を制御（増減）する。図７は、高燃焼モードにおける気液分離器２及び缶体１０それぞれにおける液位を模式的に示す図である。図８は、低燃焼モードにおける気液分離器２及び缶体１０それぞれにおける液位を模式的に示す図である。図９は、高燃焼モード及び低燃焼モードにおける気液分離器２及び缶体１０それぞれにおける液位の変化を模式的に示す図である。
【００６２】
貫流ボイラ１の運転時、バーナ２４により加熱された液管３の内部の缶水は蒸発する。これにより生成された蒸気は、上部管寄せ８から取り出され、蒸気入口管７を介して気液分離器２に導入され、気液分離器２において蒸気内の水分（液体分）が分離される。分離された水分は、気液分離器２の内部に溜まりながら、分離液出口管１１を介して下部管寄せ６に順次戻される。
【００６３】
本実施形態においては、分離器液位検出装置１３の液位検出部２３は、気液分離器２における液位を検出し、缶内液位検出部２６は、缶体１０の液管３の内部の液位を検出し、燃焼量検出部１６は、バーナ２４における燃焼量を検出し、蒸気圧力検出部１７は、缶体１０において生成される蒸気圧力を検出する。液位検出部２３、缶内液位検出部２６、燃焼量検出部１６及び蒸気圧力検出部１７それぞれにより検出された各種情報信号は、分離器液位制御部１２へ送信される。
【００６４】
分離器液位検出装置１３による気液分離器２における液位の検出は、以下のようにして行われる。液位検出用電極棒２０の外部電源接続端子部２９と容器１９との間を通電すると、液位検出電極部２１と水が接触しているときに、液位検出電極部２１の表面に形成された絶縁被膜２２は誘電体となり、また、容器１９内で水と接触する液位検出電極部２１の接触部分はコンデンサとなる。そして、液位検出用電極棒２０の外部電源接続端子部２９と容器１９との間を通電することにより、液位検出電極部２１と容器１９との間の静電容量が測定回路部３５で測定され、この測定された静電容量が液位検出回路部３６で液位に変換されて検出され、静電容量の変化による液位の変化がアナログ的に検出される。
【００６５】
分離器液位制御部１２は、燃焼量制御部２５により燃焼量を増加させる場合に、分離器液位を増加させ、また、燃焼量制御部２５により燃焼量を減少させる場合に、分離器液位を減少させる。
詳細には、分離器液位制御部１２は、燃焼量制御部２５により燃焼量を増加させる場合に、分離器液位を増加させるように、給液量制御部１８及び燃焼量制御部２５へ、指示信号を送信する。また、分離器液位制御部１２は、燃焼量制御部２５により燃焼量を減少させる場合に、分離器液位を減少させるように、給液量制御部１８及び燃焼量制御部２５へ、指示信号を送信する。
【００６６】
前述の通り、分離器液位検出装置１３によれば気液分離器２における液位の変化をアナログ的に検出することができる。そのため、分離器液位制御部１２は、液位を無段階で調整することができ、そのため、蒸気の乾き度を無段階で制御することができ、従って、ドレン水を抑制ことができる。
【００６７】
給液量制御部１８は、分離器液位制御部１２からの指示信号に基づいて、給液ポンプ４による給液量を制御する。また、燃焼量制御部２５は、分離器液位制御部１２からの指示信号に基づいて、バーナ２４における燃焼量を制御する。
【００６８】
分離器液位を増加させる場合には、給液ポンプ４による缶体１０への給液量を増加させると共に、バーナ２４における燃焼量を増加させる。これにより、缶体１０の液管３の内部の液体（図７において右下がりハッチングで模式的に示す）が蒸発し、湿り蒸気の状態で気液分離器２に導入される液体（図７において右下がりハッチングで模式的に示す）が増加し、その結果、気液分離器２における液位（分離器液位）は、乾き度限界液位Ｈ２３よりも若干低く設定された液位Ｈ２２に増加する。
液位Ｈ２２と液位Ｈ１１との差ｈ１（＝Ｈ２２−Ｈ１１）は、缶体１０の内部の圧力Ｐ０と気液分離器２の内部の圧力Ｐ１との差（Ｐ０−Ｐ１）に相当する。
【００６９】
一方、分離器液位を減少させる場合には、給液ポンプ４による缶体１０への給液量を減少させると共に、バーナ２４における燃焼量を減少させる。これにより、缶体１０の液管３の内部の液体（図８において右下がりハッチングで模式的に示す）が蒸発し、湿り蒸気の状態で気液分離器２に導入される液体（図８において右下がりハッチングで模式的に示す）が減少し、その結果、気液分離器２における液位（分離器液位）は、バーナ２４による火炎により液管の上部が破損しない程度の下限値Ｈ２１（＜Ｈ２２）に減少する。
【００７０】
このとき、図８に示すように、分離器液位の下限値Ｈ２１と、この下限値Ｈ２１に対応するバーナ２４の燃焼量に対応する液管３における液位（缶内液位）Ｈ１２とは略一致する。ここで、「略一致する」とは、分離器液位の下限値Ｈ２１と液管３における液位（缶内液位）Ｈ１２との差が、１００ｍｍ以内であること、好ましくは５０ｍｍ以内であることをいう。
【００７１】
ここで、図９を参照して、缶体１０の液管３と気液分離器２との間における液体（水）の移動について模式的に説明する。
ここで、低燃焼モード（出力２０％）のときには、缶体１０の液位（缶内液位）がＨ１２で、気液分離器２の液位（分離器液位）がＨ２１であるものとする。
【００７２】
低燃焼モードから高燃焼モード（出力１００％）へ移行すると（低燃焼→高燃焼移行時）、缶体１０へ供給される液体の量以上に、液管３の内部の液体の蒸発が進行し、缶体１０の液位（缶内液位）は、Ｈ１２からＨ１１へ減少する。また、液管３の内部の液体は、蒸発し、湿り蒸気の状態で、気液分離器２に移動する。これにより、気液分離器２の液位（分離器液位）がＨ２１から、乾き度限界液位Ｈ２３の近傍のＨ２２へ増加する。
【００７３】
つまり、本実施形態の貫流ボイラ１によれば、低燃焼モードから高燃焼モードへ移行した場合に、気液分離器２の液位（分離器液位）の差（Ｈ２２−Ｈ２１）に対応する空間（容積）をバッファー空間として利用して、分離器液位を増加させ（Ｈ２１→Ｈ２２）、蒸気の乾き度を維持することができる。従って、本実施形態の貫流ボイラ１によれば、高い増加率によりバーナ２４の燃焼量を増加させることができる。
【００７４】
一方、高燃焼モード（出力１００％）のときには、缶体１０の液位（缶内液位）がＨ１１で、気液分離器２の液位（分離器液位）がＨ２２であるものとする。
高燃焼モードから低燃焼モード（出力２０％）へ移行すると（高燃焼→低燃焼移行時）、液管３の内部の液体における蒸発の進行の低下による缶体１０の液位（缶内液位）の低下以上に、缶体１０へ液体が供給され、缶内液位は、Ｈ１１からＨ１２へ増加する。また、液管３の内部の液体が気液分離器２に移動する液体の量が減少し、これにより、気液分離器２の液位（分離器液位）は、乾き度限界液位Ｈ２３の近傍のＨ２２から下限値Ｈ２１へ減少する。
【００７５】
つまり、本実施形態の貫流ボイラ１によれば、高燃焼モードから低燃焼モードへ移行した場合に、気液分離器２の液位（分離器液位）の差（Ｈ２２−Ｈ２１）に対応する量の液体を缶体１０に戻すことができる。これにより、缶体１０の液位（缶内液位）を速やかに増加させることができる。そのため、本実施形態の貫流ボイラ１によれば、火炎により液管３の上部が破損する事態が生じることを抑制することができ、従って、高い減少率によりバーナ２４の燃焼量を減少させることができる。
【００７６】
本実施形態の貫流ボイラ１によれば、例えば、次の効果が奏される。
本実施形態の貫流ボイラ１においては、分離器液位制御部１２は、燃焼量制御部２５により燃焼量を増加させる場合に分離器液位を増加させ、燃焼量制御部２５により燃焼量を減少させる場合に分離器液位を減少させる。
このように、本実施形態によれば、分離器液位の増減を制御することにより、蒸気の乾き度を維持することができ、ドレン水を抑制することができると共に、高い増加率によりバーナ２４の燃焼量を増加させることができる。また、本実施形態によれば、火炎により液管３の上部が破損する事態が生じることを抑制することができ、従って、高い減少率によりバーナ２４の燃焼量を減少させることができる。
【００７７】
また、本実施形態においては、分離器液位制御部１２は、燃焼量制御部２５により燃焼量を増加させる場合に、燃焼量の増加率の大小に応じて分離器液位の増加率を増減させ、分離器液位制御部１２は、燃焼量制御部２５により燃焼量を減少させる場合に、燃焼量の減少率の大小に応じて分離器液位の減少率を増減させる。
そのため、本実施形態によれば、前述の「高い増加率によりバーナ２４の燃焼量を増加させることができる。」及び「高い減少率によりバーナ２４の燃焼量を減少させることができる。」という効果を一層向上することができる。
【００７８】
また、本実施形態においては、燃焼量制御部２５は、燃焼量を増加させる場合に、燃焼量の増加に要する時間が、燃焼量の増加に伴って液管３における液量が蒸発に要する時間よりも長くなるように、燃焼量を増加させる。
そのため、本実施形態によれば、気液分離器２に溜まっている液体が蒸気に同伴されて、蒸気の乾き度が低下する不具合の可能性を一層確実に抑制することができる。
【００７９】
図８に示すように、本実施形態においては、分離器液位の下限値Ｈ２１と、この下限値Ｈ２１に対応するバーナ２４の燃焼量に対応する液管３における液位（缶内液位）Ｈ１２とは略一致する。
そのため、本実施形態によれば、気液分離器２の液位（分離器液位）の差（Ｈ２２−Ｈ２１）に対応する空間（容積）を最大限確保することができ、従って、前述の分離器液位の差（Ｈ２２−Ｈ２１）を利用した効果を最大限発揮することができる。
【００８０】
また、本実施形態においては、気液分離器２は、縦向き円筒状で、上部に蒸気出口管１１７を有し且つ下部に分離液出口管１１を有する胴１１５と、横向き円筒状で、胴１１５の周側壁に対して接線方向に接続される蒸気入口管７と、蒸気入口管７から胴１１５の内部へ導入される蒸気とこの蒸気が胴１１５の内部で旋回されることで分離される液体とが衝突しないように、蒸気入口管７から胴１１５の内部へ蒸気が導入される蒸気導入部に設けられるガイド板１１９と、蒸気入口管７から導入される蒸気が胴１１５に衝突した際に液体が跳ね上がらないように、ガイド板１１９の上部に配置される蓋板１２０と、を有する。
【００８１】
そのため、本実施形態によれば、上部管寄せ８からの蒸気は、蒸気入口管７を介して、胴１１５の内部に接線方向へ導入される。これにより、胴１１５の内部において蒸気の旋回流が生じ、気液分離が行われる。具体的には、上部管寄せ８からの蒸気は、気液混合体としての湿り飽和蒸気とされる。しかし、この蒸気は、胴１１５の内部で旋回されることで、遠心力により気液分離が行われる。すなわち、遠心力により液体分は、外方へ飛ばされて脱落し、分離液出口管１１を介して下部管寄せ６へ送られる。一方、そのような遠心分離によって乾き度を向上された蒸気は、上方の蒸気出口管１１７から導出される。
【００８２】
この気液分離器２においては、蒸気入口管７から胴１１５の内部への蒸気導入部に、曲線状のガイド板１１９が取り付けられているので、胴１１５の内部における蒸気の旋回が促進される。また、このガイド板１１９は、蒸気入口管７から胴１１５の内部へ導入される蒸気と、その蒸気が胴１１５の内部で旋回されることで分離される液体（分離液）との衝突を抑制する。さらに、胴１１５の内部における蒸気及び分離液の旋回は、ガイド板１１９により妨げられることはない。
【００８３】
また、気液分離器２は、蒸気入口管７から胴１１５の内部への蒸気導入部において、ガイド板１１９の上部に蓋板１２０が取り付けられている。これにより、蒸気入口管７から導入される蒸気が胴１１５に衝突した際における液体の跳ね上げは抑制される。従って、旋回による気液分離後の蒸気に、前記跳ね上げによる液体が混入されることが抑制される。
【００８４】
また、本実施形態においては、胴１１５の内部の下部に、バッフル板１２１が設けられている。これにより、胴１１５の内部の液体が分離液出口管１１へ排出される際に渦が生じることが抑制される。従って、分離液出口管１１への排液が円滑になされると共に、蒸気出口管１１７へ排出される蒸気に分離液が巻き込まれることが抑制される。
【００８５】
以上、好適な実施形態について説明したが、本発明は、前述した実施形態に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。
例えば、気液分離器は、前記実施形態における気液分離器２に制限されない。
【符号の説明】
【００８６】
１ 貫流ボイラ
２ 気液分離器
３ 液管
６ 下部管寄せ
７ 蒸気入口管
８ 上部管寄せ
１０ 缶体
１１ 分離液出口管
１２ 分離器液位制御部（分離器液位制御手段）
１３ 分離器液位検出装置
１８ 給液量制御部
２４ バーナ
２５ 燃焼量制御部（燃焼量制御手段）
１１５ 胴
１１７ 蒸気出口管
１１９ ガイド板
１２０ 蓋板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貫流ボイラに関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気を生成するボイラとして、上部管寄せと下部管寄せとの間に複数の液管を接続してなる缶体を備える貫流ボイラが、一般的に使用されている。貫流ボイラにおいては、液管を加熱することにより生成した蒸気は、上部管寄せから取り出され、負荷側へ送られる。上部管寄せから取り出された蒸気には、缶水が混ざっており、缶水が混ざった蒸気は、水分が多く湿った品質の悪い蒸気となる。
【０００３】
そのため、一般的に、貫流ボイラは、上部管寄せから取り出された蒸気から液体分（主として水分）を分離する気液分離器を備えている。この気液分離器における液位（以下「分離器液位」ともいう）が高すぎると、生成された蒸気に缶水が同伴されやすく、蒸気の乾き度が低下してしまう事態が生じる。一方、分離器液位が低すぎると、気液分離器の能力が十分発揮され、乾いた品質の良い蒸気が得られるが、液管内の液位が低いということも想定される。
液管内の液位が低いと、液管内で発生した泡の位置が低くなる。液管の上部に泡による水膜が形成されないと、液管の上部が火炎により過熱されて溶ける事態が生じる。
【０００４】
そのため、生成された蒸気に混ざる缶水の増大を規制し且つ液管のヘッダ部分に水膜が形成される程度に液管内の液位を制御するために、気液分離器における液位を一定のレベルに制御するといったことが行われている。
【０００５】
気液分離器における液位を一定のレベルに制御する手段として、気液分離器における液位（分離器液位）を検出し、この検出した液位により液管内に缶水を供給する給液ポンプをオン・オフする制御方法が知られている。このような分離器液位の制御方法は、気液分離器の液位に上限液位及び下限液位を設定し、上限液位を検出したときに給液ポンプをオフとし、下限液位を検出したときに給液ポンプをオンとする方法であり、気液分離器の液位を上限液位と下限液位との間に常に保つようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、気液分離器における液位が高すぎると、気液分離器に溜まっている水が蒸気に同伴されてしまい、水分を含んだ蒸気、即ち乾き度が低い蒸気となってしまう。そのため、上限液位は、気液分離器に溜まっている水が蒸気に同伴されない程度の高さの液位（この液位を「乾き度限界液位」ともいう）よりも若干低く設定される。
このように、貫流ボイラにおいては、気液分離器における液位を一定のレベルに制御することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２９４２０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、貫流ボイラにおいては、バーナの燃焼量に応じて缶体の液管における液位（以下「缶内液位」ともいう）の高さを制御する必要がある。例えば、バーナの燃焼量を増加させて、蒸気速度を増加させる場合には、缶内液位を低くする。一方、バーナの燃焼量を減少させて、蒸気速度を低下させる場合には、缶内液位を高くする。
【０００９】
しかし、ボイラの燃焼量、すなわち蒸発速度に応じて分離器液位を一定に制御する技術には、例えば、以下の問題点がある。
分離器液位は、前述の通り、上限液位よりも若干低く設定されている。仮に、バーナの燃焼量を急速に増加させると、分離器液位が上限液位よりも高くなり、その結果、蒸気の乾き度を確保できなくなる。そのため、分離器液位が上限液位によりも高くならない程度に燃焼量の増加率（「燃焼移行速度」等とも呼ばれる）を抑えながら、ボイラを燃焼させる必要がある。
【００１０】
従って、ボイラの燃焼量を増加させる場合に、高い増加率によりボイラの燃焼量を増加させることは困難である。そのため、高い増加率によりボイラの燃焼量を増加させることが望まれていた。
【００１１】
一方、例えば、気液分離器における液位を蒸気速度が速い状態に合わせると、気液分離器における上限液位を低く設定することになり、この結果、蒸気速度が遅くなったときに、すなわちボイラの燃焼量を減少させる場合に、気液分離器における液位が上限液位にあっても、火炎により液管の上部が破損する事態が生じるおそれがある。
【００１２】
従って、ボイラの燃焼量を減少させる場合に、高い減少率によりボイラの燃焼量を減少させることは困難である。そのため、高い減少率によりボイラの燃焼量を減少させることが望まれていた。
【００１３】
本発明は、高い増加率によりボイラの燃焼量を増加させることができると共に、高い減少率によりボイラの燃焼量を減少させることができる貫流ボイラ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】
【００１４】
本発明は、上部管寄せと下部管寄せとの間に複数の液管を接続してなる缶体と、前記液管を可変の燃焼量で加熱するバーナと、該バーナにおける燃焼量を制御する燃焼量制御手段と、前記上部管寄せと前記下部管寄せとの間に接続されて連通する気液分離器と、該気液分離器における液位である分離器液位を制御する分離器液位制御手段と、を備え、前記分離器液位制御手段は、前記燃焼量制御手段により燃焼量を増加させる場合に前記分離器液位を増加させ、前記燃焼量制御手段により燃焼量を減少させる場合に前記分離器液位を減少させる貫流ボイラに関する。
【００１５】
また、前記分離器液位制御手段は、前記燃焼量制御手段により燃焼量を増加させる場合に燃焼量の増加率の大小に応じて前記分離器液位の増加率を増減させ、前記燃焼量制御手段により燃焼量を減少させる場合に燃焼量の減少率の大小に応じて前記分離器液位の減少率を増減させることが好ましい。
【００１６】
また、前記燃焼量制御手段は、燃焼量を増加させる場合に、燃焼量の増加に要する時間が、燃焼量の増加に伴って前記液管における液量が蒸発に要する時間よりも短くなるように、燃焼量を増加させることが好ましい。
【００１７】
また、前記燃焼量制御手段は、燃焼量を増加させる場合に、燃焼量の増加に要する時間が、燃焼量の増加に伴って前記液管における液量が蒸発に要する時間よりも長くなるように、燃焼量を増加させることが好ましい。
【００１８】
また、前記分離器液位の下限値と、該下限値に対応する前記バーナの燃焼量に対応する前記液管における液位とは略一致することが好ましい。
【００１９】
また、前記気液分離器は、縦向き円筒状で、上部に蒸気出口管を有し且つ下部に分離液出口管を有する胴と、横向き円筒状で、前記胴の周側壁に対して接線方向に接続される蒸気入口管と、前記蒸気入口管から前記胴の内部へ導入される蒸気とこの蒸気が前記胴の内部で旋回されることで分離される液体とが衝突しないように、前記蒸気入口管から前記胴の内部へ蒸気が導入される蒸気導入部に設けられるガイド板と、前記蒸気入口管から導入される蒸気が前記胴に衝突した際に液体が跳ね上がらないように、前記ガイド板の上部に配置される蓋板と、を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、高い増加率によりボイラの燃焼量を増加させることができると共に、高い減少率によりボイラの燃焼量を減少させることができる貫流ボイラを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態の貫流ボイラ１を示す概略構成図である。
【図２】貫流ボイラ１の分離器液位検出装置１３における液位検出用電極棒２０を示す一部断面正面図である。
【図３】気液分離器２を示す縦断面図である。
【図４】図３におけるＡ−Ａ断面図である。
【図５】図３におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図６】気液分離器２の内部構造を示す概略斜視図である。
【図７】高燃焼モードにおける気液分離器２及び缶体１０それぞれにおける液位を模式的に示す図である。
【図８】低燃焼モードにおける気液分離器２及び缶体１０それぞれにおける液位を模式的に示す図である。
【図９】高燃焼モード及び低燃焼モードにおける気液分離器２及び缶体１０それぞれにおける液位の変化を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る貫流ボイラ１について説明する。図１は、本実施形態の貫流ボイラ１を示す概略構成図である。図２は、貫流ボイラ１の分離器液位検出装置１３における液位検出用電極棒２０を示す一部断面正面図である。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態の貫流ボイラ１は、上部管寄せ８と下部管寄せ６との間に複数の液管３を接続してなる缶体１０と、液管３を可変の燃焼量で加熱するバーナ２４と、バーナ２４における燃焼量を制御する燃焼量制御手段としての燃焼量制御部２５と、上部管寄せ８と下部管寄せ６との間に接続されて連通する気液分離器２と、気液分離器２における液位（「分離器液位」ともいう）を制御する分離器液位制御手段としての分離器液位制御部１２と、を備える。
「液管」は、一般的に「水管」とも呼ばれる。「気液分離器」は、一般的に「気水分離器」とも呼ばれる。「液位」は、一般的に「水位」とも呼ばれる。
【００２４】
缶体１０は、円周方向へ所定の間隔で立設された複数の液管３と、この複数の液管３の下端に接続され、給液ポンプ４から給液管５を介して液体（主として、水）を導入し、複数の液管３へ供給する下部管寄せ６と、複数の液管３の上端に接続され、複数の液管３で生成された蒸気を集め、蒸気入口管７から負荷側へ送りだす上部管寄せ８と、複数の液管３により包囲されて形成される燃焼室９と、を主体として構成されている。
【００２５】
バーナ２４は、液管３を可変の燃焼量で加熱する。本実施形態においては、バーナ２４は、燃焼量を「高燃焼モード」（出力１００％）、「低燃焼モード」（出力２０％）及び「停止モード」（出力０％）の３段階に段階的に変化させて、液管３を加熱する。
【００２６】
バーナ２４は、上部管寄せ８の中央部に、下方へ向けて火炎を放射可能に設けられる。バーナ２４には、燃料及び燃焼用空気が供給される。バーナ２４を作動させることで、缶体１０において燃料の燃焼が行われる。その燃焼ガスは、各液管３の内部の液体（主として、水）と熱交換し、排ガスとして煙道（図示せず）から排出される。この間、燃焼ガスは、各液管３の内部の液体と熱交換し、各液管３の内部の液体を加熱する。これにより、上部管寄せ８から蒸気を取り出すことができる。その蒸気は、気液分離器２へ送られ、乾き度を向上された後、蒸気使用設備（図示せず）などの負荷側へ送られる。
【００２７】
気液分離器２は、缶体１０から排出される蒸気に対して気液分離を行う。気液分離器２は、上部管寄せ８と下部管寄せ６との間に接続されて連通する。気液分離器２の詳細については後述する。
【００２８】
蒸気入口管７には、気液分離器２が接続されている。蒸気入口管７は、気液分離器２を介して蒸気を負荷側へ送り出す管であり、上部管寄せ８に接続されている。
気液分離器２と下部管寄せ６とは、分離液出口管１１により接続されている。これにより、気液分離器２において蒸気から分離した液体分（主として、水分）が、分離液出口管１１を介して下部管寄せ６に戻されるようになっている。
【００２９】
気液分離器２には、上部連通管２７及び下部連通管２８を介して、分離器液位検出装置１３が接続されている。また、分離器液位検出装置１３には、分離器液位検出装置１３の液位検出部２３を介して、分離器液位制御部１２が電気的に接続されている。
【００３０】
分離器液位検出装置１３は、気液分離器２における液位を検出する。分離器液位検出装置１３は、気液分離器２に接続された金属製の容器１９と、容器１９に取り付けられる液位検出用電極棒２０と、液位検出部２３と、を備えている。図１及び図２に示すように、分離器液位検出装置１３は、気液分離器２に接続される金属製の容器１９と、液位検出用電極棒２０の液位検出電極部２１（後述）との間を通電することにより、気液分離器２における液位（分離器液位）を検出するようになっている。
【００３１】
容器１９は、上部連通管２７を介して気液分離器２と連通し、下部連通管２８を介して分離液出口管１１と連通している。
液位検出用電極棒２０は、容器１９に取り付けられる。液位検出用電極棒２０は、液位検出電極部２１の表面に、誘電体となる絶縁被膜２２が形成されて構成される。
【００３２】
液位検出部２３は、液位検出電極部２１と容器１９との間を通電することにより、液位検出電極部２１と容器１９との間に発生する静電容量を測定し、測定した静電容量を液位に変換して、容器１９の内部の液位を検出する。液位検出部２３は、検出された液位を分離器液位制御部１２へ送信する。
【００３３】
液位検出用電極棒２０は、容器１９の内部の液位を検出するための電極棒である。液位検出用電極棒２０は、一端側に外部電源接続端子部２９を有し、他端側に液位検出電極部２１を有している。液位検出用電極棒２０は、筒状の絶縁体３０を介して容器１９に保持されている。外部電源接続端子部２９は、絶縁体３０を介して、容器１９の上側へ突出するように容器１９に取り付けられている。また、液位検出電極部２１は、絶縁体３０を介して、容器１９の内側へ突出するように容器１９に取り付けられている。
【００３４】
液位検出電極部２１は、ステンレス合金から形成される。絶縁被膜２２は、液位検出電極部２１の表面に形成され、誘電体となる。絶縁被膜２２は、耐熱性、耐高圧性及び耐薬品性の高いエンジニアリングプラスチックにより形成されている。
【００３５】
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、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。
【００３６】
液位検出部２３は、電源３４と、測定回路部３５と、液位検出回路部３６とを主体として構成されている。液位検出部２３は、電源３４の一方を液位検出用電極棒２０の外部電源接続端子部２９に接続し且つ電源３４の他方を容器１９に接続した電源回路に、測定回路部３５及び液位検出回路部３６を接続した構成となっている。
【００３７】
電源３４は、交流電源から構成される。
測定回路部３５は、通電により、液位検出電極部２１の表面に形成された絶縁被膜２２を誘電体として、液位検出電極部２１と容器１９との間の静電容量を測定する。
液位検出回路部３６は、予め設定した静電容量と容器１９の内部の液位との変換関係が記憶されるメモリを備えると共に、この変換関係に基づいて、測定回路部３５において測定された静電容量を容器１９の内部の液位に変換するプログラムを備えている。
【００３８】
気液分離器２に対しては、液体の供給（給液）は直接行われず、缶体１０の液管３の内部の液体が蒸発し、液体が湿り蒸気の状態で、気液分離器２に導入され、気液分離器２において気液分離が行われることで、分離された液体（主として、水）が供給されることになる。
【００３９】
従って、分離器液位制御部１２は、主として、給液量制御部１８（後述）により缶体１０の液管３に供給する給液量を制御すると共に、燃焼量制御部２５によりバーナ２４における燃焼量を制御することで、気液分離器２における液位（の増減）を制御する。
分離器液位制御部１２には、給液量制御部１８及び燃焼量制御部２５が電気的に接続されている。また、分離器液位制御部１２には、液位検出部２３の液位検出回路部３６、缶内液位検出部２６、燃焼量検出部１６及び蒸気圧力検出部１７が電気的に接続されている。
【００４０】
給液量制御部１８は、分離器液位制御部１２からの指示信号に基づいて、給液管５を介して缶体１０の下部管寄せ６へ給液を行うように、給液ポンプ４を制御する。
燃焼量制御部２５は、分離器液位制御部１２からの指示信号に基づいて、燃焼量の増減を行うように、バーナ２４を制御する。
分離器液位制御部１２は、燃焼量制御部２５により燃焼量を増加させる場合に分離器液位を増加させ、また、燃焼量制御部２５により燃焼量を減少させる場合に分離器液位を減少させる。
【００４１】
また、分離器液位制御部１２は、燃焼量制御部２５により燃焼量を増加させる場合に、燃焼量の増加率の大小に応じて分離器液位の増加率を増減させる。また、分離器液位制御部１２は、燃焼量制御部２５により燃焼量を減少させる場合に、燃焼量の減少率の大小に応じて分離器液位の減少率を増減させる。
【００４２】
例えば、分離器液位制御部１２は、停止モード（出力０％）から低燃焼モード（出力２０％）へ移行する場合（停止→低燃焼移行時）の燃焼量の増加率よりも、低燃焼モード（出力２０％）から高燃焼モード（出力１００％）へ移行する場合（低燃焼→高燃焼移行時）の燃焼量の増加率の方が大きいときには、燃焼量の増加率が小さい「停止→低燃焼移行時」（２０％−０％＝２０％）における分離器液位の増加率よりも、燃焼量の増加率が大きい「低燃焼→高燃焼移行時」（１００％−２０％＝８０％）における分離器液位の増加率の方を大きくする。
【００４３】
同様に、分離器液位制御部１２は、低燃焼モード（出力２０％）から停止モード（出力０％）へ移行する場合（低燃焼→停止移行時）の燃焼量の減少率よりも、高燃焼モード（出力１００％）から低燃焼モード（出力２０％）へ移行する場合（高燃焼→低燃焼移行時）の燃焼量の減少率の方が大きいときには、燃焼量の減少率が小さい「低燃焼→停止移行時」（２０％−０％＝２０％）における分離器液位の減少率よりも、燃焼量の減少率が大きい「高燃焼→低燃焼移行時」（１００％−２０％＝８０％）における分離器液位の減少率の方を大きくする。
【００４４】
また、燃焼量制御部２５は、燃焼量を増加させる場合に、燃焼量の増加に要する時間が、燃焼量の増加に伴って液管３における液量が蒸発に要する時間よりも長くなるように、燃焼量を増加させる。例えば、燃焼量制御部２５は、低燃焼モードから高燃焼モードへ移行する場合（低燃焼→高燃焼移行時）に、燃焼量の増加に要する時間、つまり低燃焼モードから高燃焼モードへの移行に要する時間（例えば３０秒）が、燃焼量の増加に伴って液管３における液量が蒸発に要する時間（例えば、２５秒）よりも長くなるように、燃焼量を増加させる。
【００４５】
また、燃焼量制御部２５は、燃焼量を増加させる場合に、燃焼量の増加に要する時間が、燃焼量の増加に伴って液管３における液量が蒸発に要する時間よりも短くなるように、燃焼量を増加させる。例えば、燃焼量制御部２５は、低燃焼モードから高燃焼モードへ移行する場合（低燃焼→高燃焼移行時）に、燃焼量の増加に要する時間、つまり低燃焼モードから高燃焼モードへの移行に要する時間（例えば２５秒）が、燃焼量の増加に伴って液管３における液量が蒸発に要する時間（例えば、３０秒）よりも短くなるように、燃焼量を増加させる。
【００４６】
缶内液位検出部２６は、上部管寄せ８と下部管寄せ６とに連通して設けられている。缶内液位検出部２６は、導電性材料により形成された中空容器を有し、上部において上部管寄せ８に接続され、下部において下部管寄せ６に接続されている。缶内液位検出部２６の上壁には、長さの異なる複数の電極棒（図示せず）の上部が、それぞれ絶縁性材料のガイシ（図示省略）を介して保持される。このようにして、缶内液位検出部２６には、複数の電極棒が、その下端部の高さ位置を互いに異ならせて、挿入されて保持される。缶内液位検出部２６と複数の電極棒とにより、電極式液位検出器が構成される。
【００４７】
各電極棒は分離器液位制御部１２に接続され、缶内液位検出部２６はアースされている。従って、各電極棒は、その下端部が水に浸かれば、缶内液位検出部２６との間で電気的な導通が確保される。これにより、分離器液位制御部１２は、各電極棒に流れる電流の有無によって、各電極棒の下端部に液位があるか否かを検出する。そして、分離器液位制御部１２は、各電極棒による缶内液位の検出の有無に基づき、貫流ボイラ１を制御する。
【００４８】
燃焼量検出部１６は、バーナ２４の燃焼量を検出し、その検出信号を分離器液位制御部１２へ送信する。なお、燃焼量検出部１６による燃焼量の検出においては、「燃焼量」は、燃焼装置へ供給する燃料量に置き換えることが可能である。従って、燃料量を燃焼量として検出するようにしてもよい。
蒸気圧力検出部１７は、缶体１０で生成される蒸気圧力を検出し、その検出信号を分離器液位制御部１２へ送信する。
【００４９】
次に、気液分離器２の構成の詳細について、図面を参照しながら説明する。図３は、気液分離器２を示す縦断面図である。図４は、図３におけるＡ−Ａ断面図である。図５は、図３におけるＢ−Ｂ断面図である。図６は、気液分離器２の内部構造を示す概略斜視図である。
【００５０】
気液分離器２は、遠心式の分離器であり、図３から図６に示すように、縦向き円筒状の胴１１５と、この胴１１５の周側壁に設けられる蒸気入口管７と、胴１１５の上部に設けられる蒸気出口管１１７と、胴１１５の下部に設けられる分離液出口管１１と、蒸気入口管７から胴１１５の内部への蒸気導入部に設けられるガイド板１１９と、このガイド板１１９の上部に設けられる蓋板１２０と、胴１１５の内部の下部に設けられるバッフル板１２１と、を備える。
【００５１】
胴１１５は、上下の開口部に、鏡板１２２，１２３が設けられた円筒状である。胴１１５は、その軸線を上下方向へ沿って配置される。上側の鏡板１２２は、上方へ膨出した緩やかな球面状に形成されている。
蒸気出口管１１７は、円管状で、上側の鏡板１２２の中央部に上方へ延出して設けられる。下側の鏡板１２３は、下方へ膨出した緩やかな球面状に形成されている。下側の鏡板１２３の中央部には、円管状の分離液出口管１１が下方へ延出して設けられる。
【００５２】
蒸気入口管７は、胴１１５よりも小径の円筒状で、その軸線を左右方向へ沿って配置される。蒸気入口管７は、胴１１５の上下方向中央部において、胴１１５の周側壁に接続される。蒸気入口管７は、その軸方向一端部を胴１１５の内部に突入して、胴１１５の周側壁に接続される。
【００５３】
蒸気入口管７の軸方向一端部は、図４に示すように、斜めに切り落とされた形状である。具体的には、蒸気入口管７の軸方向一端部は、軸方向一端側へ行くに従って、後方へ傾斜した形状である。
【００５４】
蒸気入口管７は、このように傾斜した軸方向一端部が胴１１５の内部に差し込まれて、胴１１５の周側壁に接続される。蒸気入口管７の軸方向一端部において、その周側壁後端部は、胴１１５の周側壁後端部に配置される。具体的には、蒸気入口管７においては、前記傾斜の先端部（前記傾斜により軸方向一端側へ最も延出する部分）１２５の外面は、胴１１５の左右方向中央部の後方内周面に当接されて配置される。そして、その状態では、蒸気入口管７の軸方向一端部において、周側壁前端部は、胴１１５の周側壁の前後方向中央部に配置される。具体的には、蒸気入口管７における前記傾斜の基端部１２６は、胴１１５の周側壁の前後方向中央部に配置される。
【００５５】
缶体１０からの蒸気は、蒸気入口管７を介して、胴１１５の内部に接線方向で導入される。
蒸気出口管１１７は、胴１１５よりも小径の円管状で、その軸線を上下方向へ沿って配置される。蒸気出口管１１７の下端部は、胴１１５の上側の鏡板１２２の中央部に接続される。
分離液出口管１１は、胴１１５よりも小径の細長い円管状で、その軸線を上下方向へ沿って配置される。分離液出口管１１の上端部は、胴１１５の下側の鏡板１２３の中央部に接続される。
【００５６】
ガイド板１１９は、略長方形状の板材で、その板面を前後へ向けて配置される。ガイド板１１９は、図４に示すように、後方へ膨出するよう湾曲されている。ガイド板１１９における上下方向の高さは、図３に示すように、蒸気入口管７の外径と同一寸法とされている。そして、ガイド板１１９は、蒸気入口管７と対応した高さに設置される。
【００５７】
ガイド板１１９は、前述したように、平面視において、後方へ膨出するよう湾曲されている。この湾曲形状は、適宜に設定されるが、本実施形態では、図４に示すように、「へ」の字状とされている。具体的には、ガイド板１１９は、蒸気入口管７の軸方向の一端部に形成された傾斜した基端部（蒸気入口管７の周側壁前端部と胴１１５の周側壁との接続部）１２６から、胴１１５の内方へ行くに従って後方へ延出した後、胴１１５の左右方向中央部よりも前方へ回り込むように、円弧状に湾曲されている。図４に示す平面視において、ガイド板１１９の延出側の端部は、分離液出口管１１の後方から回り込むのと対応した形状とされている。
【００５８】
蓋板１２０は、略半円形状の板材で、その板面を上下へ向けて、ガイド板１１９の上端縁に水平に配置される。具体的には、蓋板１２０は、図４及び図６に示すように、平面視において、胴１１５の後方半周部に設けられると共に、ガイド板１１９の上端縁から後方へ延出して設けられる。このようにして、蓋板１２０は、図３に示すように、蒸気入口管７の周側壁上端部と対応した高さにおいて、ガイド板１１９の上端部と胴１１５の周側壁後部との隙間を閉塞するように、胴１１５の後方半周部に設けられる。
【００５９】
バッフル板１２１は、略円板状の板材で、その板面を上下へ向けて、胴１１５の内部の下部に水平に配置される。具体的には、バッフル板１２１は、胴１１５の内径よりも若干小径の円板状である。バッフル板１２１の外周部には周方向等間隔に、円弧状の切欠き１３４が形成されている。本実施形態においては、外周部に四つの切欠き１３４が形成されている。このバッフル板１２１の底面には、十字状に板材が立てられて、脚部１３５が設けられている。この脚部１３５の下端部は、下側の鏡板１２３の円弧と対応した形状となっている。
【００６０】
気液分離器２は、このような構成を有するため、下側の鏡板１２３の上部において、脚部１３５により安定してバッフル板１２１を水平に保持することができる。このようにして、分離液出口管１１の上部開口を塞ぐことなく、その上部開口よりも少し上方に離隔した位置に、バッフル板１２１が設けられる。また、バッフル板１２１の外周部に形成された切欠き１３４により、バッフル板１２１の上下は連通される。
【００６１】
本実施形態の貫流ボイラ１は、例えば、以下のように気液分離器２における液位（分離器液位）を制御（増減）する。図７は、高燃焼モードにおける気液分離器２及び缶体１０それぞれにおける液位を模式的に示す図である。図８は、低燃焼モードにおける気液分離器２及び缶体１０それぞれにおける液位を模式的に示す図である。図９は、高燃焼モード及び低燃焼モードにおける気液分離器２及び缶体１０それぞれにおける液位の変化を模式的に示す図である。
【００６２】
貫流ボイラ１の運転時、バーナ２４により加熱された液管３の内部の缶水は蒸発する。これにより生成された蒸気は、上部管寄せ８から取り出され、蒸気入口管７を介して気液分離器２に導入され、気液分離器２において蒸気内の水分（液体分）が分離される。分離された水分は、気液分離器２の内部に溜まりながら、分離液出口管１１を介して下部管寄せ６に順次戻される。
【００６３】
本実施形態においては、分離器液位検出装置１３の液位検出部２３は、気液分離器２における液位を検出し、缶内液位検出部２６は、缶体１０の液管３の内部の液位を検出し、燃焼量検出部１６は、バーナ２４における燃焼量を検出し、蒸気圧力検出部１７は、缶体１０において生成される蒸気圧力を検出する。液位検出部２３、缶内液位検出部２６、燃焼量検出部１６及び蒸気圧力検出部１７それぞれにより検出された各種情報信号は、分離器液位制御部１２へ送信される。
【００６４】
分離器液位検出装置１３による気液分離器２における液位の検出は、以下のようにして行われる。液位検出用電極棒２０の外部電源接続端子部２９と容器１９との間を通電すると、液位検出電極部２１と水が接触しているときに、液位検出電極部２１の表面に形成された絶縁被膜２２は誘電体となり、また、容器１９内で水と接触する液位検出電極部２１の接触部分はコンデンサとなる。そして、液位検出用電極棒２０の外部電源接続端子部２９と容器１９との間を通電することにより、液位検出電極部２１と容器１９との間の静電容量が測定回路部３５で測定され、この測定された静電容量が液位検出回路部３６で液位に変換されて検出され、静電容量の変化による液位の変化がアナログ的に検出される。
【００６５】
分離器液位制御部１２は、燃焼量制御部２５により燃焼量を増加させる場合に、分離器液位を増加させ、また、燃焼量制御部２５により燃焼量を減少させる場合に、分離器液位を減少させる。
詳細には、分離器液位制御部１２は、燃焼量制御部２５により燃焼量を増加させる場合に、分離器液位を増加させるように、給液量制御部１８及び燃焼量制御部２５へ、指示信号を送信する。また、分離器液位制御部１２は、燃焼量制御部２５により燃焼量を減少させる場合に、分離器液位を減少させるように、給液量制御部１８及び燃焼量制御部２５へ、指示信号を送信する。
【００６６】
前述の通り、分離器液位検出装置１３によれば気液分離器２における液位の変化をアナログ的に検出することができる。そのため、分離器液位制御部１２は、液位を無段階で調整することができ、そのため、蒸気の乾き度を無段階で制御することができ、従って、ドレン水を抑制ことができる。
【００６７】
給液量制御部１８は、分離器液位制御部１２からの指示信号に基づいて、給液ポンプ４による給液量を制御する。また、燃焼量制御部２５は、分離器液位制御部１２からの指示信号に基づいて、バーナ２４における燃焼量を制御する。
【００６８】
分離器液位を増加させる場合には、給液ポンプ４による缶体１０への給液量を増加させると共に、バーナ２４における燃焼量を増加させる。これにより、缶体１０の液管３の内部の液体（図７において右下がりハッチングで模式的に示す）が蒸発し、湿り蒸気の状態で気液分離器２に導入される液体（図７において右下がりハッチングで模式的に示す）が増加し、その結果、気液分離器２における液位（分離器液位）は、乾き度限界液位Ｈ２３よりも若干低く設定された液位Ｈ２２に増加する。
液位Ｈ２２と液位Ｈ１１との差ｈ１（＝Ｈ２２−Ｈ１１）は、缶体１０の内部の圧力Ｐ０と気液分離器２の内部の圧力Ｐ１との差（Ｐ０−Ｐ１）に相当する。
【００６９】
一方、分離器液位を減少させる場合には、給液ポンプ４による缶体１０への給液量を減少させると共に、バーナ２４における燃焼量を減少させる。これにより、缶体１０の液管３の内部の液体（図８において右下がりハッチングで模式的に示す）が蒸発し、湿り蒸気の状態で気液分離器２に導入される液体（図８において右下がりハッチングで模式的に示す）が減少し、その結果、気液分離器２における液位（分離器液位）は、バーナ２４による火炎により液管の上部が破損しない程度の下限値Ｈ２１（＜Ｈ２２）に減少する。
【００７０】
このとき、図８に示すように、分離器液位の下限値Ｈ２１と、この下限値Ｈ２１に対応するバーナ２４の燃焼量に対応する液管３における液位（缶内液位）Ｈ１２とは略一致する。ここで、「略一致する」とは、分離器液位の下限値Ｈ２１と液管３における液位（缶内液位）Ｈ１２との差が、１００ｍｍ以内であること、好ましくは５０ｍｍ以内であることをいう。
【００７１】
ここで、図９を参照して、缶体１０の液管３と気液分離器２との間における液体（水）の移動について模式的に説明する。
ここで、低燃焼モード（出力２０％）のときには、缶体１０の液位（缶内液位）がＨ１２で、気液分離器２の液位（分離器液位）がＨ２１であるものとする。
【００７２】
低燃焼モードから高燃焼モード（出力１００％）へ移行すると（低燃焼→高燃焼移行時）、缶体１０へ供給される液体の量以上に、液管３の内部の液体の蒸発が進行し、缶体１０の液位（缶内液位）は、Ｈ１２からＨ１１へ減少する。また、液管３の内部の液体は、蒸発し、湿り蒸気の状態で、気液分離器２に移動する。これにより、気液分離器２の液位（分離器液位）がＨ２１から、乾き度限界液位Ｈ２３の近傍のＨ２２へ増加する。
【００７３】
つまり、本実施形態の貫流ボイラ１によれば、低燃焼モードから高燃焼モードへ移行した場合に、気液分離器２の液位（分離器液位）の差（Ｈ２２−Ｈ２１）に対応する空間（容積）をバッファー空間として利用して、分離器液位を増加させ（Ｈ２１→Ｈ２２）、蒸気の乾き度を維持することができる。従って、本実施形態の貫流ボイラ１によれば、高い増加率によりバーナ２４の燃焼量を増加させることができる。
【００７４】
一方、高燃焼モード（出力１００％）のときには、缶体１０の液位（缶内液位）がＨ１１で、気液分離器２の液位（分離器液位）がＨ２２であるものとする。
高燃焼モードから低燃焼モード（出力２０％）へ移行すると（高燃焼→低燃焼移行時）、液管３の内部の液体における蒸発の進行の低下による缶体１０の液位（缶内液位）の低下以上に、缶体１０へ液体が供給され、缶内液位は、Ｈ１１からＨ１２へ増加する。また、液管３の内部の液体が気液分離器２に移動する液体の量が減少し、これにより、気液分離器２の液位（分離器液位）は、乾き度限界液位Ｈ２３の近傍のＨ２２から下限値Ｈ２１へ減少する。
【００７５】
つまり、本実施形態の貫流ボイラ１によれば、高燃焼モードから低燃焼モードへ移行した場合に、気液分離器２の液位（分離器液位）の差（Ｈ２２−Ｈ２１）に対応する量の液体を缶体１０に戻すことができる。これにより、缶体１０の液位（缶内液位）を速やかに増加させることができる。そのため、本実施形態の貫流ボイラ１によれば、火炎により液管３の上部が破損する事態が生じることを抑制することができ、従って、高い減少率によりバーナ２４の燃焼量を減少させることができる。
【００７６】
本実施形態の貫流ボイラ１によれば、例えば、次の効果が奏される。
本実施形態の貫流ボイラ１においては、分離器液位制御部１２は、燃焼量制御部２５により燃焼量を増加させる場合に分離器液位を増加させ、燃焼量制御部２５により燃焼量を減少させる場合に分離器液位を減少させる。
このように、本実施形態によれば、分離器液位の増減を制御することにより、蒸気の乾き度を維持することができ、ドレン水を抑制することができると共に、高い増加率によりバーナ２４の燃焼量を増加させることができる。また、本実施形態によれば、火炎により液管３の上部が破損する事態が生じることを抑制することができ、従って、高い減少率によりバーナ２４の燃焼量を減少させることができる。
【００７７】
また、本実施形態においては、分離器液位制御部１２は、燃焼量制御部２５により燃焼量を増加させる場合に、燃焼量の増加率の大小に応じて分離器液位の増加率を増減させ、分離器液位制御部１２は、燃焼量制御部２５により燃焼量を減少させる場合に、燃焼量の減少率の大小に応じて分離器液位の減少率を増減させる。
そのため、本実施形態によれば、前述の「高い増加率によりバーナ２４の燃焼量を増加させることができる。」及び「高い減少率によりバーナ２４の燃焼量を減少させることができる。」という効果を一層向上することができる。
【００７８】
また、本実施形態においては、燃焼量制御部２５は、燃焼量を増加させる場合に、燃焼量の増加に要する時間が、燃焼量の増加に伴って液管３における液量が蒸発に要する時間よりも長くなるように、燃焼量を増加させる。
そのため、本実施形態によれば、気液分離器２に溜まっている液体が蒸気に同伴されて、蒸気の乾き度が低下する不具合の可能性を一層確実に抑制することができる。
【００７９】
図８に示すように、本実施形態においては、分離器液位の下限値Ｈ２１と、この下限値Ｈ２１に対応するバーナ２４の燃焼量に対応する液管３における液位（缶内液位）Ｈ１２とは略一致する。
そのため、本実施形態によれば、気液分離器２の液位（分離器液位）の差（Ｈ２２−Ｈ２１）に対応する空間（容積）を最大限確保することができ、従って、前述の分離器液位の差（Ｈ２２−Ｈ２１）を利用した効果を最大限発揮することができる。
【００８０】
また、本実施形態においては、気液分離器２は、縦向き円筒状で、上部に蒸気出口管１１７を有し且つ下部に分離液出口管１１を有する胴１１５と、横向き円筒状で、胴１１５の周側壁に対して接線方向に接続される蒸気入口管７と、蒸気入口管７から胴１１５の内部へ導入される蒸気とこの蒸気が胴１１５の内部で旋回されることで分離される液体とが衝突しないように、蒸気入口管７から胴１１５の内部へ蒸気が導入される蒸気導入部に設けられるガイド板１１９と、蒸気入口管７から導入される蒸気が胴１１５に衝突した際に液体が跳ね上がらないように、ガイド板１１９の上部に配置される蓋板１２０と、を有する。
【００８１】
そのため、本実施形態によれば、上部管寄せ８からの蒸気は、蒸気入口管７を介して、胴１１５の内部に接線方向へ導入される。これにより、胴１１５の内部において蒸気の旋回流が生じ、気液分離が行われる。具体的には、上部管寄せ８からの蒸気は、気液混合体としての湿り飽和蒸気とされる。しかし、この蒸気は、胴１１５の内部で旋回されることで、遠心力により気液分離が行われる。すなわち、遠心力により液体分は、外方へ飛ばされて脱落し、分離液出口管１１を介して下部管寄せ６へ送られる。一方、そのような遠心分離によって乾き度を向上された蒸気は、上方の蒸気出口管１１７から導出される。
【００８２】
この気液分離器２においては、蒸気入口管７から胴１１５の内部への蒸気導入部に、曲線状のガイド板１１９が取り付けられているので、胴１１５の内部における蒸気の旋回が促進される。また、このガイド板１１９は、蒸気入口管７から胴１１５の内部へ導入される蒸気と、その蒸気が胴１１５の内部で旋回されることで分離される液体（分離液）との衝突を抑制する。さらに、胴１１５の内部における蒸気及び分離液の旋回は、ガイド板１１９により妨げられることはない。
【００８３】
また、気液分離器２は、蒸気入口管７から胴１１５の内部への蒸気導入部において、ガイド板１１９の上部に蓋板１２０が取り付けられている。これにより、蒸気入口管７から導入される蒸気が胴１１５に衝突した際における液体の跳ね上げは抑制される。従って、旋回による気液分離後の蒸気に、前記跳ね上げによる液体が混入されることが抑制される。
【００８４】
また、本実施形態においては、胴１１５の内部の下部に、バッフル板１２１が設けられている。これにより、胴１１５の内部の液体が分離液出口管１１へ排出される際に渦が生じることが抑制される。従って、分離液出口管１１への排液が円滑になされると共に、蒸気出口管１１７へ排出される蒸気に分離液が巻き込まれることが抑制される。
【００８５】
以上、好適な実施形態について説明したが、本発明は、前述した実施形態に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。
例えば、気液分離器は、前記実施形態における気液分離器２に制限されない。
【符号の説明】
【００８６】
１ 貫流ボイラ
２ 気液分離器
３ 液管
６ 下部管寄せ
７ 蒸気入口管
８ 上部管寄せ
１０ 缶体
１１ 分離液出口管
１２ 分離器液位制御部（分離器液位制御手段）
１３ 分離器液位検出装置
１８ 給液量制御部
２４ バーナ
２５ 燃焼量制御部（燃焼量制御手段）
１１５ 胴
１１７ 蒸気出口管
１１９ ガイド板
１２０ 蓋板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部管寄せと下部管寄せとの間に複数の液管を接続してなる缶体と、前記液管を可変の燃焼量で加熱するバーナと、該バーナにおける燃焼量を制御する燃焼量制御手段と、前記上部管寄せと前記下部管寄せとの間に接続されて連通する気液分離器と、該気液分離器における液位である分離器液位を制御する分離器液位制御手段と、を備え、
前記分離器液位制御手段は、前記燃焼量制御手段により燃焼量を増加させる場合に前記分離器液位を増加させ、前記燃焼量制御手段により燃焼量を減少させる場合に前記分離器液位を減少させる
貫流ボイラ。
【請求項２】
前記分離器液位制御手段は、前記燃焼量制御手段により燃焼量を増加させる場合に燃焼量の増加率の大小に応じて前記分離器液位の増加率を増減させ、前記燃焼量制御手段により燃焼量を減少させる場合に燃焼量の減少率の大小に応じて前記分離器液位の減少率を増減させる
請求項１に記載の貫流ボイラ。
【請求項３】
前記燃焼量制御手段は、燃焼量を増加させる場合に、燃焼量の増加に要する時間が、燃焼量の増加に伴って前記液管における液量が蒸発に要する時間よりも長くなるように、燃焼量を増加させる
請求項２に記載の貫流ボイラ。
【請求項４】
前記燃焼量制御手段は、燃焼量を増加させる場合に、燃焼量の増加に要する時間が、燃焼量の増加に伴って前記液管における液量が蒸発に要する時間よりも短くなるように、燃焼量を増加させる
請求項２に記載の貫流ボイラ。
【請求項５】
前記分離器液位の下限値と、該下限値に対応する前記バーナの燃焼量に対応する前記液管における液位とは略一致する
請求項１から４のいずれかに記載の貫流ボイラ。
【請求項６】
前記気液分離器は、
縦向き円筒状で、上部に蒸気出口管を有し且つ下部に分離液出口管を有する胴と、
横向き円筒状で、前記胴の周側壁に対して接線方向に接続される蒸気入口管と、
前記蒸気入口管から前記胴の内部へ導入される蒸気とこの蒸気が前記胴の内部で旋回されることで分離される液体とが衝突しないように、前記蒸気入口管から前記胴の内部へ蒸気が導入される蒸気導入部に設けられるガイド板と、
前記蒸気入口管から導入される蒸気が前記胴に衝突した際に液体が跳ね上がらないように、前記ガイド板の上部に配置される蓋板と、を有する
請求項１から５のいずれかに記載の貫流ボイラ。
【請求項１】
上部管寄せと下部管寄せとの間に複数の液管を接続してなる缶体と、前記液管を可変の燃焼量で加熱するバーナと、該バーナにおける燃焼量を制御する燃焼量制御手段と、前記上部管寄せと前記下部管寄せとの間に接続されて連通する気液分離器と、該気液分離器における液位である分離器液位を制御する分離器液位制御手段と、を備え、
前記分離器液位制御手段は、前記燃焼量制御手段により燃焼量を増加させる場合に前記分離器液位を増加させ、前記燃焼量制御手段により燃焼量を減少させる場合に前記分離器液位を減少させる
貫流ボイラ。
【請求項２】
前記分離器液位制御手段は、前記燃焼量制御手段により燃焼量を増加させる場合に燃焼量の増加率の大小に応じて前記分離器液位の増加率を増減させ、前記燃焼量制御手段により燃焼量を減少させる場合に燃焼量の減少率の大小に応じて前記分離器液位の減少率を増減させる
請求項１に記載の貫流ボイラ。
【請求項３】
前記燃焼量制御手段は、燃焼量を増加させる場合に、燃焼量の増加に要する時間が、燃焼量の増加に伴って前記液管における液量が蒸発に要する時間よりも長くなるように、燃焼量を増加させる
請求項２に記載の貫流ボイラ。
【請求項４】
前記燃焼量制御手段は、燃焼量を増加させる場合に、燃焼量の増加に要する時間が、燃焼量の増加に伴って前記液管における液量が蒸発に要する時間よりも短くなるように、燃焼量を増加させる
請求項２に記載の貫流ボイラ。
【請求項５】
前記分離器液位の下限値と、該下限値に対応する前記バーナの燃焼量に対応する前記液管における液位とは略一致する
請求項１から４のいずれかに記載の貫流ボイラ。
【請求項６】
前記気液分離器は、
縦向き円筒状で、上部に蒸気出口管を有し且つ下部に分離液出口管を有する胴と、
横向き円筒状で、前記胴の周側壁に対して接線方向に接続される蒸気入口管と、
前記蒸気入口管から前記胴の内部へ導入される蒸気とこの蒸気が前記胴の内部で旋回されることで分離される液体とが衝突しないように、前記蒸気入口管から前記胴の内部へ蒸気が導入される蒸気導入部に設けられるガイド板と、
前記蒸気入口管から導入される蒸気が前記胴に衝突した際に液体が跳ね上がらないように、前記ガイド板の上部に配置される蓋板と、を有する
請求項１から５のいずれかに記載の貫流ボイラ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１５４５６０（Ｐ２０１２−１５４５６０Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３６５９（Ｐ２０１１−１３６５９）
【出願日】平成２３年１月２６日（２０１１．１．２６）
【出願人】（０００１７５２７２）三浦工業株式会社 (1,055)
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２６日（２０１１．１．２６）
【出願人】（０００１７５２７２）三浦工業株式会社 (1,055)
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