(57)【要約】【課題】蒸気圧力の変動に関わらず、給水ポンプにより供給される水の流量を一定に制御することができるボイラを提供すること。【解決手段】ボイラ１は、複数の水管２２を有する缶体２０と、缶体２０に水を供給する給水ポンプ４と、缶体２０の内部の蒸気圧力を測定する圧力測定部３０と、圧力測定部３０により測定された蒸気圧力に基づいて、給水ポンプ４から缶体２０へ供給される水の流量が一定の流量となるように給水ポンプ４のインバータ４１の周波数を求め、当該インバータ４１の周波数で給水ポンプ４の回転数を制御する制御部１００と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の水管を有する缶体と、
インバータ及びモーターを有し、前記缶体に水を供給する給水ポンプと、
前記缶体の内部の蒸気圧力を測定する圧力測定部と、
前記圧力測定部により測定された前記蒸気圧力に基づいて、前記給水ポンプから前記缶体に供給される水の流量が一定の流量となるように前記インバータの周波数を求め、当該インバータの周波数で前記モーターの回転数を制御する制御部と、
を備えるボイラ。
【請求項２】
複数の蒸気圧力と該複数の蒸気圧力それぞれに対応する複数のインバータの周波数とを関連付けて記憶する記憶部をさらに備え、
前記制御部は、前記記憶部に記憶された前記蒸気圧力及び前記インバータの周波数から、線形補間を用いて前記圧力測定部により測定された前記蒸気圧力における前記インバータの周波数を求め、当該インバータの周波数で前記モーターの回転数を制御する請求項１に記載のボイラ。
【請求項３】
前記インバータの周波数を求めるための近似関数を記憶する記憶部をさらに備え、
前記制御部は、前記近似関数を用いて前記圧力測定部により測定された前記蒸気圧力における前記インバータの周波数を求め、当該インバータの周波数で前記モーターの回転数を制御する請求項１に記載のボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラに関する。より詳細には、給水ポンプにより供給される水の流量を一定に制御することができるボイラに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、蒸気を生成するボイラとして、上部ヘッダと下部ヘッダとの間に複数の水管を接続した缶体を備える貫流ボイラが使用されている。貫流ボイラにおいて、缶体に供給される水の流量は、給水ポンプによって制御される。
【０００３】
給水ポンプにより缶体に供給される水の流量は、蒸気圧力が変動すると変動する。例えば、蒸気圧力が高い場合には、給水ポンプにより缶体に供給される水の流量は減少し、蒸気圧力が低い場合には、給水ポンプにより缶体に供給される水の流量は増加する。そこで、缶体に供給される水の流量を制御するために、給水ポンプの回転数をインバータの周波数により制御するボイラが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２８２９３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のようなボイラでは、従来、蒸気圧力に応じてインバータの周波数を段階的に設定していた。つまり、従来のボイラは、一定範囲の蒸気圧力ごとにインバータの周波数を設定していた。そのため、蒸気圧力の上限値と下限値とでは供給される水の流量に差異が生じる。これにより、缶体において必要とされる流量よりも過剰な流量で水が供給される場合が生じるため、ボイラの製造コスト及び消費電力の増大の原因となっていた。よって、蒸気圧力の変動に関わらず、給水ポンプにより供給される水の流量を一定に制御することが望まれていた。
【０００６】
本発明は、蒸気圧力の変動に関わらず、給水ポンプにより供給される水の流量を一定に制御することができる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】
【０００７】
本発明は、複数の水管を有する缶体と、インバータ及びモーターを有し、前記缶体に水を供給する給水ポンプと、前記缶体の内部の蒸気圧力を測定する圧力測定部と、前記圧力測定部により測定された前記蒸気圧力に基づいて、前記給水ポンプから前記缶体に供給される水の流量が一定の流量となるように前記インバータの周波数を求め、当該インバータの周波数で前記モーターの回転数を制御する制御部と、を備えるボイラに関する。
【０００８】
また、前記ボイラは、複数の蒸気圧力と該複数の蒸気圧力それぞれに対応する複数のインバータの周波数とを関連付けて記憶する記憶部をさらに備え、前記制御部は、前記記憶部に記憶された前記蒸気圧力及び前記インバータの周波数から、線形補間を用いて前記圧力測定部により測定された前記蒸気圧力における前記インバータの周波数を求め、当該インバータの周波数で前記モーターの回転数を制御することが好ましい。
【０００９】
また、前記ボイラは、前記インバータの周波数を求めるための近似関数を記憶する記憶部をさらに備え、前記制御部は、前記近似関数を用いて前記圧力測定部により測定された前記蒸気圧力における前記インバータの周波数を求め、当該インバータの周波数で前記モーターの回転数を制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、蒸気圧力の変動に関わらず、給水ポンプにより供給される水の流量を一定に制御することができるボイラを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のボイラの一実施形態を模式的に示す図である。
【図２】本実施形態のボイラにおける制御装置の機能的構成を示すブロック図である。
【図３】蒸気圧力とインバータの周波数とが関連付けられたテーブルの一例を示す図である。
【図４】本実施形態の給水の流量制御について説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明のボイラの好ましい一実施形態について図面を参照しながら説明する。
本実施形態のボイラ１は、水を加熱して蒸気を生成する蒸気ボイラである。
ボイラ１は、負荷率を連続的に変更して燃焼可能な比例制御ボイラ、又は負荷率を段階的に変更して燃焼可能な段階値制御ボイラからなる。比例制御ボイラとは、少なくとも、最小燃焼状態（例えば、最大燃焼量の２０％の燃焼量における燃焼状態）から最大燃焼状態の範囲で、燃焼量が連続的に制御可能とされているボイラである。また、段階値制御ボイラとは、複数の燃焼位置（燃焼停止位置、低燃焼位置、中燃焼位置及び高燃焼位置等）を備え、燃焼位置を切り換えることで、燃焼量が段階的に制御可能とされているボイラである。
【００１３】
ボイラ１は、図１に示すように、缶体２０と、圧力測定部３０と、給水ポンプ４と、気水分離器５と、制御装置６と、を備える。
【００１４】
缶体２０は、図１に示すように、ボイラ筐体２１と、複数の水管２２と、下部ヘッダ２３と、上部ヘッダ２４と、燃焼室２５と、バーナ２６と、を備える。
ボイラ筐体２１は、缶体２０の外形を構成する。
【００１５】
複数の水管２２は、ボイラ筐体２１の内部に上下方向に延びて配置される。
下部ヘッダ２３は、ボイラ筐体２１の下部に配置される。下部ヘッダ２３には、複数の水管２２の下端部が接続される。
上部ヘッダ２４は、ボイラ筐体２１の上部に配置される。上部ヘッダ２４には、複数の水管２２の上端部が接続される。
【００１６】
燃焼室２５は、複数の水管２２に囲まれた空間により構成される。
バーナ２６は、燃料を燃焼させることによりボイラ筐体２１の内部を加熱する。バーナ２６は、燃料噴射ノズル及び空気供給ノズル（いずれも図示せず）を含んで構成される。バーナ２６は、燃料噴射ノズルから燃料をボイラ筐体２１の燃焼室２５に向けて噴射すると共に、空気供給ノズルから空気をボイラ筐体２１の燃焼室２５に供給して、燃料を燃焼させる。
【００１７】
圧力測定部３０は、各ボイラ１の上部ヘッダ２４の内部の蒸気圧力を測定する。圧力測定部３０で測定された上部ヘッダ２４の内部の蒸気圧力は、制御装置６に測定信号として送信される。
【００１８】
給水ポンプ４は、供給源（不図示）から水を吸入し、供給水ラインＬ１を流通する供給水Ｗ１をボイラ筐体２１に向けて送出する。給水ポンプ４が供給水Ｗ１をボイラ筐体２１に送り出すタイミングは、制御装置６から送信される駆動信号により制御される。
給水ポンプ４は、インバータ４１と、モーター４２と、を備える。モーター４２の回転数は、インバータ４１の周波数により制御される。インバータ４１の周波数は、制御装置６から送信される駆動信号により制御される。
【００１９】
気水分離器５は、上部ヘッダ２４から蒸気取出ラインＬ４を介して導入された蒸気ＳＭ１を、乾き蒸気ＳＭ２と水分（以下「分離水Ｗ４」ともいう）とに分離する装置である。なお、前述のとおり、気水分離器５により分離される分離水Ｗ４は、缶水Ｗ２の一部でもある。
【００２０】
制御装置６は、ボイラ１及びボイラ１の周辺の構成を制御する。制御装置６は、ボイラ１における各種の測定装置に電気的に接続され、各種の測定装置から測定情報を受信する。
【００２１】
また、ボイラ１は、供給水ラインＬ１と、燃料供給ラインＬ２と、ブローラインＬ３と、蒸気取出ラインＬ４と、蒸気送出ラインＬ５と、降水ラインＬ６と、を備える。本明細書における「ライン」とは、流路、経路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。
【００２２】
供給水ラインＬ１は、供給水Ｗ１をボイラ筐体２１に供給するラインである。供給水ラインＬ１には、供給源から缶体２０に向けて順に、給水ポンプ４及び給水温度センサ３２が設けられている。
【００２３】
燃料供給ラインＬ２は、バーナ２６により燃焼される燃料Ｆをバーナ２６に供給するラインである。燃料供給ラインＬ２には、燃料供給弁９２が設けられている。燃料供給弁９２における弁体の開閉は、制御装置６からの駆動信号により制御される。
【００２４】
ブローラインＬ３は、降水ラインＬ６を流通する分離水Ｗ４を、接続部Ｊ１を介して、缶体２０の外部に排出するラインである。ブローラインＬ３には、ブロー弁９３が設けられている。ブロー弁９３における弁体の開閉は、制御装置６からの駆動信号により制御される。
【００２５】
蒸気取出ラインＬ４は、生成された蒸気ＳＭ１を、ボイラ筐体２１から取り出して、気水分離器５に導入させるラインである。
【００２６】
蒸気送出ラインＬ５は、気水分離器５により分離された乾き蒸気ＳＭ２を、蒸気ヘッダ５０に向けて送り出すラインである。蒸気送出ラインＬ５には、蒸気弁９５が設けられている。
蒸気ヘッダ５０は、ボイラ１からの蒸気を集合させて、集合した蒸気ＳＭ３を負荷機器（不図示）に供給する設備である。
【００２７】
降水ラインＬ６は、気水分離器５により分離された分離水Ｗ４を、ボイラ筐体２１の下部ヘッダ２３に向けて流下させるラインである。接続部Ｊ１には、ブローラインＬ３の上流側の端部が接続されている。
【００２８】
次に、図２を参照して、本実施形態のボイラ１の制御装置６の制御に係る機能について説明する。図２は、本実施形態のボイラ１における制御装置６の機能的構成を示す機能ブロック図である。
【００２９】
図２に示すように、制御装置６は、制御部１００と、記憶部１１０と、を備える。
制御部１００は、ボイラ１を構成する各種装置に駆動信号を送信する。制御部１００は、ボイラ１を構成する各種の測定装置からの測定信号を受信して、測定信号に応じた処理を行う。例えば、制御部１００は、圧力測定部３０により測定された蒸気圧力に基づいて給水ポンプ４の制御を行う。
【００３０】
記憶部１１０は、ボイラ１の運転を実施する制御プログラムや、所定のパラメータや、各種テーブル等を記憶する。例えば、記憶部１１０は、図３に示すインバータ４１の周波数のテーブル１１１等を記憶する。
【００３１】
次に、図１を参照して、本実施形態のボイラ１の動作について説明する。図１に示すように、まず、給水ポンプ４を作動させることにより、供給源（不図示）に貯留された供給水Ｗ１は、供給水ラインＬ１を通して、ボイラ筐体２１の下部ヘッダ２３に向けて送り出される。そして、供給された供給水Ｗ１は、下部ヘッダ２３において、缶水Ｗ２として貯留される。
【００３２】
次に、燃料供給弁９２を閉状態から開状態に切り替えることで、バーナ２６に燃料を供給する。バーナ２６が着火されることで、バーナ２６は、燃焼を開始する。
【００３３】
下部ヘッダ２３及び各水管２２に貯留された缶水Ｗ２は、水管壁を通してバーナ２６により加熱されながら、各水管２２の内部を上昇していき、その後、蒸気ＳＭ１となる。そして、各水管２２の内部において生成された蒸気ＳＭ１は、上部ヘッダ２４に集められ、蒸気取出ラインＬ４を介して、気水分離器５に導入される。
【００３４】
気水分離器５に導入された蒸気ＳＭ１は、乾き蒸気ＳＭ２と分離水Ｗ４とに分離される。気水分離器５で分離された乾き蒸気ＳＭ２は、蒸気弁９５を閉状態から開状態に切り替えておくことにより、蒸気送出ラインＬ５を通じて、蒸気ヘッダ５０において集合される。気水分離器５で分離された分離水Ｗ４は、降水ラインＬ６を通じて下部ヘッダ２３に戻される。
【００３５】
次に、本実施形態のボイラ１の給水の流量制御の詳細について説明する。
従来のインバータを備える給水ポンプでは、供給水ラインＬ１を流れる供給水Ｗ１の流量を制御するために、蒸気圧力に応じてインバータの周波数を段階的に設定していた。つまり、従来のボイラは、一定範囲の蒸気圧力ごとにインバータの周波数を設定していた。そのため、蒸気圧力の上限値と下限値とでは供給される水の流量に差異が生じる。これにより、缶体において必要とされる流量よりも過剰な流量で水が供給される場合が生じるため、ボイラの製造コスト及び消費電力の増大の原因となっていた。
【００３６】
そこで、本実施形態のボイラ１では、制御部１００は、圧力測定部３０により測定された蒸気圧力に基づいて、給水ポンプ４から缶体２０に供給される供給水Ｗ１の流量が一定の流量となるように給水ポンプ４のインバータ４１の周波数を求め、当該インバータ４１の周波数で給水ポンプ４のモーター４２の回転数を制御する。
【００３７】
具体的には、蒸気圧力に対応するインバータ４１の周波数を求めるために、記憶部１１０は、複数の蒸気圧力と複数の蒸気圧力それぞれに対応する複数のインバータ４１の周波数とを関連付けて記憶する。
例えば、図３に示すように、記憶部１１０は、蒸気圧力と当該蒸気圧力に対応する適正なインバータ４１の周波数とが関連付けられたテーブル１１１を記憶する。
【００３８】
制御部１００は、記憶部１１０に記憶された蒸気圧力及び当該蒸気圧力に対応するインバータ４１の周波数から、線形補間を用いて圧力測定部３０により測定された蒸気圧力におけるインバータ４１の周波数を求め、当該インバータ４１の周波数で給水ポンプ４のモーター４２の回転数を制御する。
【００３９】
図４は、ボイラ１の給水の流量制御について説明するフローチャートである。
ステップＳＴ１において、制御部１００は、圧力測定部３０により測定された蒸気圧力の測定信号を受信する。
【００４０】
ステップＳＴ２において、制御部１００は、記憶部１１０に記憶されたテーブル１１１から、線形補間を用いて圧力測定部３０により測定された蒸気圧力におけるインバータ４１の周波数を求める。
【００４１】
例えば、制御部１００は、圧力測定部３０により測定された蒸気圧力が０．０１ＭＰａの場合、テーブル１１１の０．０１ＭＰａに対応する周波数２１Ｈｚをインバータ４１の周波数として決定する。
また、制御部１００は、圧力測定部３０により測定された蒸気圧力が０．０２５ＭＰａの場合、テーブル１１１には０．０２５ＭＰａに対応する周波数が存在しないため、テーブル１１１の蒸気圧力及びインバータ４１の周波数から、線形補間を用いて圧力測定部３０により測定された蒸気圧力０．０２５ＭＰａにおけるインバータ４１の周波数を求める。
【００４２】
ステップＳＴ３において、制御部１００は、ステップＳＴ２において求めたインバータ４１の周波数で給水ポンプ４のモーター４２の回転数を制御する。
【００４３】
また、近似関数を用いてインバータ４１の周波数を求めてもよい。
具体的には、記憶部１１０は、インバータ４１の周波数を求めるための近似関数を記憶する。
制御部１００は、記憶部１１０に記憶された近似関数を用いて圧力測定部３０により測定された蒸気圧力におけるインバータ４１の周波数を求め、当該インバータ４１の周波数で給水ポンプ４のモーター４２の回転数を制御する。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態のボイラ１によれば、例えば、次の効果が奏される。
本実施形態の制御部１００は、圧力測定部３０により測定された蒸気圧力に基づいて、給水ポンプ４から缶体２０に供給される供給水Ｗ１の流量が一定の流量となるように給水ポンプ４のインバータ４１の周波数を求め、当該インバータ４１の周波数で給水ポンプ４のモーター４２の回転数を制御する。
【００４５】
そのため、ボイラ１は、圧力測定部３０により測定される蒸気圧力の変動に関わらず、給水ポンプ４により供給される供給水Ｗ１の流量を一定に制御することができる。よって、ボイラ１は、給水ポンプ４により供給される水の流量を一定に制御することにより、過剰な給水を抑制し、ボイラ１の製造コスト及び給水ポンプ４の消費電力等を低減することができる。
【００４６】
また、制御部１００は、記憶部１１０に記憶された複数の蒸気圧力及び複数の蒸気圧力それぞれに対応する複数のインバータ４１の周波数から、線形補間を用いて圧力測定部３０により測定された蒸気圧力におけるインバータ４１の周波数を求め、当該インバータ４１の周波数で給水ポンプ４のモーター４２の回転数を制御する。そのため、ボイラ１は、線形補間を用いてインバータ４１の周波数を求めることにより、給水ポンプ４により供給される水の流量を高い精度で一定に制御すると共に、インバータ４１の周波数を求めるための演算処理の負担を低減することができる。
【００４７】
また、制御部１００は、記憶部１１０に記憶された近似関数を用いて圧力測定部３０により測定された蒸気圧力におけるインバータ４１の周波数を求め、当該インバータ４１の周波数で給水ポンプ４のモーター４２の回転数を制御してもよい。これにより、ボイラ１は、給水ポンプ４により供給される水の流量を高い精度で一定に制御すると共に、インバータ４１の周波数を求めるための演算処理の負担を低減することができる。
【００４８】
以上、本発明のボイラの好ましい一実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１  ボイラ
４  給水ポンプ
６  制御装置
２０  缶体
３０  圧力測定部
４１  インバータ
４２  モーター
１００  制御部
【図１】
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【図２】
2014219122.tif 000004
【図３】
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【図４】
2014219122.tif 000006