(57)【要約】  【課題】新規な流量計測装置を用いた高精度なボイラ効率算出装置を提供する。  【解決手段】ボイラ効率算出装置１０は、給水液位計測室２５が形成された給水タンク２０と、給水液位計測室２５内の第一給水液位と当該第一給水液位よりも低位の第二給水液位とを計測する給水液位計測部材３１を有し、第一給水液位と第二給水液位との間の移動回数からボイラ８０への給水量を計測する給水量計測装置３０と、ブロー液位計測室４５が形成されたブロータンク４０と、ブロー液位計測室４５内の第一ブロー液位と当該第一ブロー液位よりも低位の第二ブロー液位とを計測するブロー液位計測部材５１を有し、第一ブロー液位と第二ブロー液位との間の移動回数からボイラ８０のブロー水量を計測するブロー水量計測装置５０と、給水量及びブロー水量からボイラの効率を算出する効率算出器７５と、を備える。【選択図】図１
2014202458.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラの給水量及びブロー水量に基づいてボイラ効率を算出するボイラ効率算出装置において、
前記ボイラの給水ラインに設置され、内部に給水液位計測室が形成された給水タンクと、
前記給水タンクに設置され、前記ボイラへの給水量を計測する給水量計測装置であって、前記給水液位計測室内の第一給水液位と当該第一給水液位よりも低位の第二給水液位とを計測する給水液位計測部材を有し、前記給水液位計測室内の液位の前記第一給水液位と前記第二給水液位との間の移動回数から前記ボイラへの給水量を計測する給水量計測装置と、
前記ボイラのブローラインに設置され、内部にブロー液位計測室が形成されたブロータンクと、
前記ブロータンクに設置され、前記ボイラのブロー水量を計測するブロー水量計測装置であって、前記ブロー液位計測室内の第一ブロー液位と当該第一ブロー液位よりも低位の第二ブロー液位とを計測するブロー液位計測部材を有し、前記ブロー液位計測室内の液位の前記第一ブロー液位と前記第二ブロー液位との間の移動回数から前記ボイラのブロー水量を計測するブロー水量計測装置と、
前記給水量及びブロー水量からボイラの効率を算出する効率算出器と、
を備えることを特徴とするボイラ効率算出装置。
【請求項２】
前記給水タンクは、直列に接続された少なくとも3つの部屋に内部が仕切られており、前記給水液位計測室は、中間の部屋であることを特徴とする請求項１記載のボイラ効率算出装置。
【請求項３】
前記給水タンクは、前記給水液位計測室の流入路に設置された給水流入路開閉部材と、前記給水液位計測室の流出路に設置された給水流出路開閉部材と、を備え、
給水量計測装置は、前記給水液位計測室内の液位が前記第一給水液位から前記第二給水液位へと下降している間は、前記給水液位計測室の給水流入路開閉部材を閉じておき、前記給水液位計測室内の液位が前記第二給水液位から前記第一給水液位へと上昇している間は、前記給水液位計測室の給水流出路開閉部材を閉じておくように制御し、
前記ブロータンクは、前記ブロー液位計測室の流入路に設置されたブロー流入路開閉部材と、前記ブロー液位計測室の流出路に設置されたブロー流出路開閉部材と、を備え、
ブロー水量計測装置は、前記ブロー液位計測室内の液位が前記第一ブロー液位から前記第二ブロー液位へと下降している間は、前記ブロー液位計測室のブロー流入路開閉部材を閉じておき、前記ブロー液位計測室内の液位が前記第二ブロー液位から前記第一ブロー液位へと上昇している間は、前記ブロー液位計測室のブロー流出路開閉部材を閉じておくように制御する、
ことを特徴とする請求項１又は２記載のボイラ効率算出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入出熱法によりボイラの効率を算出するボイラ効率算出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場やビルでは、ボイラで生成した蒸気を加熱手段や暖房手段として使用しているが、近年の省エネルギーへの関心の高まりもあり、ボイラに供給された燃料が完全燃焼するときに発生する総熱量に対する、蒸気を作り出すために使われた熱量の占める割合であるボイラ効率を把握する必要性が高まっている。
【０００３】
ボイラのボイラ効率を入出熱法により算出する方法については、例えば、下記特許文献１，２に開示されている。ここで、ボイラ効率を算出するためには、ボイラの給水量やブロー水量を計測する必要があり、下記特許文献１，２では、流量計により給水ライン等の流量を計測している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１１９６０２号公報
【特許文献２】特許第２５３０４２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、流量計は比較的高価であり、また、施工方法や測定範囲の問題が発生すると、給水量やブロー水量の測定誤差が大きくなり、ボイラ効率の算出精度が大幅に低下するといった課題がある。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、新規な流量計測装置を用いた高精度なボイラ効率算出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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係るボイラ効率算出装置は、ボイラの給水量及びブロー水量に基づいてボイラ効率を算出するボイラ効率算出装置において、前記ボイラの給水ラインに設置され、内部に給水液位計測室が形成された給水タンクと、前記給水タンクに設置され、前記ボイラへの給水量を計測する給水量計測装置であって、前記給水液位計測室内の第一給水液位と当該第一給水液位よりも低位の第二給水液位とを計測する給水液位計測部材を有し、前記給水液位計測室内の液位の前記第一給水液位と前記第二給水液位との間の移動回数から前記ボイラへの給水量を計測する給水量計測装置と、前記ボイラのブローラインに設置され、内部にブロー液位計測室が形成されたブロータンクと、前記ブロータンクに設置され、前記ボイラのブロー水量を計測するブロー水量計測装置であって、前記ブロー液位計測室内の第一ブロー液位と当該第一ブロー液位よりも低位の第二ブロー液位とを計測するブロー液位計測部材を有し、前記ブロー液位計測室内の液位の前記第一ブロー液位と前記第二ブロー液位との間の移動回数から前記ボイラのブロー水量を計測するブロー水量計測装置と、
前記給水量及びブロー水量からボイラの効率を算出する効率算出器と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るボイラ効率算出装置によれば、新規な流量計測装置を用いて高精度にボイラ効率を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係るボイラ効率算出装置の構成を概略的に示す模式図である。
【図２】図２は、給水量計測装置により給水量を計測する際の作用を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るボイラ効率算出装置について説明する。図１は、本実施形態に係るボイラ効率算出装置の構成を概略的に示す模式図である。
【００１１】
ボイラ効率算出装置１０は、ボイラ８０に設置されており、ボイラ８０と構成部材の一部を共有している。ここで、ボイラ８０は、缶体８１と、缶体８１のバーナ８２に燃焼用の燃料を供給する燃料供給ライン８５と、蒸気取出ライン８８と、給水ライン９０と、ブローライン９５と、ボイラ８０全体を制御する制御器７０とを備えている。
【００１２】
ボイラ効率算出装置１０は、燃料流量計１５と、給水タンク２０と、給水量計測装置３０と、給水温度センサ３７と、ブロータンク４０と、ブロー水量計測装置５０と、ブロー水温度センサ５７と、蒸気圧センサ６０と、効率算出器７５とを備えている。
【００１３】
燃料流量計１５は、ボイラ８０の燃料供給ライン８５に設置された流量計であり、バーナ８２への燃焼用燃料の供給量を計測する。
【００１４】
給水タンク２０は、ボイラ８０の給水ライン９０に設置されており、缶体８１への給水を一時的に貯蔵している。給水タンク２０は、タンク内を3つの部屋に仕切る第一給水仕切り２１と第二給水仕切り２２を備えている。
【００１５】
これにより、給水タンク２０内には、給水ライン９０の上流側から下流側に向けて、第一給水室２４、第二給水室２５及び第三給水室２６の3つの部屋が形成されている。第二給水室２５は、後述する給水液位計測部材３１により給水液位を計測される給水液位計測室である。
【００１６】
また、給水タンク２０は、第一給水室２４と第二給水室２５との間を接続する第一連通管２７と、第二給水室２５と第三給水室２６との間を接続する第二連通管２８とを備えており、連通管２７，２８を通って各給水室間で給水が移動可能である。ここで、第一連通管２７は、給水液位計測室である第二給水室２５の給水流入路であり、第二連通管２８は、第二給水室２５の給水流出路である。
【００１７】
給水タンク２０は、第一連通管２７に設置された第一開閉弁２７１と、第二連通管２８に設置された第二開閉弁２８１とを備え、第一開閉弁２７１は第一連通管２７を開閉し、第二開閉弁２８１は第二連通管２８を開閉する。すなわち、第一開閉弁２７１は、第二給水室２５の給水流入路開閉部材であり、第二開閉弁２８１は、第二給水室２５の給水流出路開閉部材である。
【００１８】
給水量計測装置３０は、給水タンク２０に設置されており、給水タンク２０から缶体８１への給水量を計測する機能を有する。給水量計測装置３０は、第二給水室２５内の液位を計測する給水液位計測部材３１と、給水液位計測部材３１の計測値から給水量を算出する給水量算出器３５とを備えている。なお、給水量算出器３５は、ボイラ８０の制御器７０と一体に構成されている。
【００１９】
給水液位計測部材３１は、第二給水室２５内において垂直に延在する第一給水液位用電極３１１及び第二給水液位用電極３１２を備えている。第一給水液位用電極３１１は、第二給水室２５内の所定の第一液位を検知するための電極であり、第二給水液位用電極３１２は、第一液位よりも低位の所定の第二液位を検知するための電極である。よって、第二給水液位用電極３１２のほうが第一給水液位用電極３１１よりも長く、その下端が低位に位置している。
【００２０】
給水量算出器３５は、給水液位計測部材３１の検知により、第二給水室２５内の給水液位が第一液位から第二液位に移動した回数を求め、この液位移動回数から給水タンク２０からボイラ８０への給水量を算出すると共に、給水量の計測にあたって、第一開閉弁２７１及び第二開閉弁２８１の開閉を制御する。
【００２１】
具体的には、給水量算出器３５は、給水量の計測にあたって、第二給水室２５の給水流入路開閉部材である第一開閉弁２７１と給水流出路開閉部材である第二開閉弁２８１とを同時に開くことがないように、第二給水室２５内の給水液位が第一液位から第二液位へと下降している間には常に第一開閉弁２７１を閉じた状態で第二開閉弁２８１を開いておき、給水液位が第二液位から第一液位へと上昇している間には常に第二開閉弁２８１を閉じた状態で第一開閉弁２７１を開いておくよう制御している。
【００２２】
これにより、第二給水室２５内の水位が第一液位から第二液位へと下降している間は、第二給水室２５内への新たな流入はなく、第二液位まで液位が下降すると、第二給水室２５内の第一液位から第二液位の間に存在していた水量分だけ第二給水室２５から第三給水室２６へと給水が移動したことになり、この移動量が給水タンク２０からボイラ８０への給水量に相当する。
【００２３】
したがって、第二給水室２５内の第一液位から第二液位の間の定容積を予め給水量算出器３５に設定しておくことで、給水量算出器３５は、第二給水室２５内の第一液位から第二液位への移動回数（定容積変化回数）からボイラ８０への給水の体積流量を算出することができる。
【００２４】
給水タンク２０への外部からの給水は、給水タンク２０の第一給水室２４内の液位が所定の液位となるように、例えば、ボールタップ等によって行われると共に、給水タンク２０の第三給水室２６からボイラ８０への給水は、ボイラ８０でのボイラ負荷等に応じて適宜行われる。よって、給水タンク２０全体で見ると、流入と流出が適宜同時に行われるため、給水タンク２０内の液位の変動により給水タンク２０を通過した給水の体積流量を算出することは困難である。
【００２５】
これに対して、本実施形態のように給水タンク２０内を3つの給水室２４，２５，２６に分けることで、給水タンク２０内への流入や流出は適宜同時に行いながらも、第二給水室２５内においては、室内への流入と流出を同時に行わないように制御し、液位変動による給水量の算出を可能とした。
【００２６】
図２は、給水量計測装置３０により給水量を計測する際の作用を説明するための図であり、第二給水室２５内の給水液位と、第一開閉弁２７１及び第二開閉弁２８１の開閉状態と、給水量算出器３５がカウントする液位の移動回数との給水量計測時の関係を示す図である。同図に示すように、まず、給水量算出器３５は、給水液位が第一液位となったときに、移動回数を0回とし、第一開閉弁２７１を閉じて第二開閉弁２８１を開いた状態とする。
【００２７】
そうすると、第二連通管２８によってつながっている第二給水室２５と第三給水室２６の液位は同じになるため、ボイラ８０への給水に伴って、第三給水室２６内の液位が徐々に低下すると、第二給水室２５内の液位も一緒に低下する。このとき、第一開閉弁２７１は閉じているので、第一給水室２４から第二給水室２５内に水が移動することはない。
【００２８】
ボイラ８０への給水に伴って第二給水室２５内の給水液位が第二液位まで低下すると、給水量算出器３５は、第一液位から第二液位への液位の移動回数を1回カウントすると共に、第一開閉弁２７１を開いて第二開閉弁２８１を閉じた状態にする。
【００２９】
そうすると、第二給水室２５と第三給水室２６との間は遮断され、第二給水室２５の液位は第一連通管２７によってつながっている第一給水室２４の液位と同じになる。第二給水室２５への給水の移動によって第一給水室２４の液位が低下すると、給水ライン９０の上流部（補給水ライン）から順次第一給水室２４内に給水されるため、第二液位まで低下した第二給水室２５内の液位は第一給水室２４からの給水により第一液位まで徐々に上昇する。
【００３０】
第二給水室２５内の給水液位が第一液位まで上昇すると、給水量算出器３５は、再度、第一開閉弁２７１を閉じて第二開閉弁２８１を開いた状態に制御する。これにより、第二給水室２５内への第一給水室２４からの流入が停止し、第二給水室２５から第三給水室２６への流出が再開する。そして、再度、第二給水室２５内の液位が第二液位まで低下すると、給水量算出器３５は、移動回数を2回とカウントする。
【００３１】
このような制御を繰り返すことで、給水量算出器３５は、第二給水室２５内の液位の第一液位から第二液位への移動回数を求め、この移動回数に基づいて、給水タンク２０からボイラ８０への給水量を算出する。
【００３２】
なお、第一液位から第二液位への移動回数に基づいて第二給水室２５からの流出量を算出して給水量を求めるのではなく、第二液位から第一液位への移動回数に基づいて第二給水室２５への流入量を算出して給水量を求めるようにしても良い。
【００３３】
給水温度センサ３７は、給水タンク２０に設置され、第二給水室２５内の水温を計測する。
【００３４】
ブロータンク４０は、ボイラ８０のブローライン９５に設置されており、缶体８１からのブロー水を一時的に貯蔵している。ブロータンク４０は、タンク内を2つの部屋に仕切る第一ブロー仕切り４１を備えている。
【００３５】
これにより、ブロータンク４０内には、ブローライン９５の上流側から下流側に向けて、第一ブロー室４４及び第二ブロー室４５の2つの部屋が形成されている。第二ブロー室４５は、後述するブロー液位計測部材５１によりブロー液位を計測されるブロー液位計測室である。
【００３６】
また、ブロータンク４０は、第一ブロー室４４と第二ブロー室４５との間を接続する第一連通管４７を備えており、第一連通管４７を通ってブロー室間でブロー水が移動する。第一連通管４７は、ブロー液位計測室である第二ブロー室４５のブロー流入路であり、ブロータンク４０の出口に接続されたブローライン９５が第二ブロー室４５のブロー流出路である。
【００３７】
ブロータンク４０は、第一連通管４７に設置された第一開閉弁４７１と、ブロー流出路であるブローライン９５に設置された第二開閉弁４８１とを備え、第一開閉弁４７１は第一連通管４７を開閉し、第二開閉弁４８１はブロー流出路であるブローライン９５を開閉する。すなわち、第一開閉弁４８１は、第二ブロー室４５のブロー流入路開閉部材であり、第二開閉弁４８１は、第二ブロー室４５のブロー流出路開閉部材である。
【００３８】
ブロー水量計測装置５０は、ブロータンク４０に設置されており、缶体８１から排出されるブロー水量を計測する機能を有する。ブロー水量計測装置５０は、第二ブロー室４５内の液位を計測するブロー液位計測部材５１と、ブロー液位計測部材５１の計測値からブロー水量を算出するブロー水量算出器５５とを備えている。なお、ブロー水量算出器５５は、ボイラ８０の制御器７０と一体に構成されている。
【００３９】
ブロー液位計測部材５１は、第二ブロー室４５内において垂直に延在する第一ブロー液位用電極５１１及び第二ブロー液位用電極５１２を備えている。第一ブロー液位用電極５１１は、第二ブロー室４５内の所定の第一液位を検知するための電極であり、第二ブロー液位用電極５１２は、第一液位よりも低位の所定の第二液位を検知するための電極である。よって、第二ブロー液位用電極５１２のほうが第一ブロー液位用電極５１１よりも長く、その下端が低位に位置している。
【００４０】
ブロー水量算出器５５は、ブロー液位計測部材５１の検知により、第二ブロー室４５内のブロー液位が第一液位から第二液位に移動した回数を求め、この液位移動回数からボイラ８０のブロー水量を算出すると共に、ブロー水量の計測にあたって、第一開閉弁４７１及び第二開閉弁４８１の開閉を制御する。
【００４１】
具体的には、ブロー水量算出器５５は、ブロー水量の計測にあたって、第二ブロー室４５のブロー流入路開閉部材である第一開閉弁４７１とブロー流出路開閉部材である第二開閉弁４８１とを同時に開くことがないように、第二ブロー室４５内のブロー液位が第一液位から第二液位へと下降している間には常に第一開閉弁４７１を閉じた状態で第二開閉弁４８１を開いておき、ブロー液位が第二液位から第一液位へと上昇している間には常に第二開閉弁４８１を閉じた状態で第一開閉弁４７１を開いておくよう制御している。
【００４２】
これにより、第二ブロー室４５内の液位が第一液位から第二液位へと下降している間は、第二ブロー室４５内への新たな流入はないことになり、第一液位から第二液位へと液位が下降すると、第二ブロー室４５内の第一液位から第二液位の間に存在していた水量分が第二ブロー室４５から外部へ排出される排水量となる。
【００４３】
したがって、第二ブロー室４５内の第一液位から第二液位の間の定容積を予めブロー水量算出器５５に設定しておくことで、ブロー水量算出器５５は、第二ブロー室４５内の第一液位から第二液位への移動回数に基づいて、ボイラ８０から排出されるブロー水の体積流量を算出することができる。
【００４４】
ボイラ８０からのブロー水のブロータンク４０への流入は、所定のタイミングで行われるため、ブロータンク４０からブロー水の排出を行っている間にブロータンク４０への流入が行われると、ブロータンク４０内の液位の変動によりブロータンク４０を通過したブロー水の体積流量を算出することは困難である。
【００４５】
これに対して、本実施形態のようにブロータンク４０内を2つのブロー室４４，４５に分けることで、ボイラ８０のブロー排水は任意のタイミングで行いながらも、第二ブロー室４５内では、室内への流入と流出を同時に行わないように制御し、液位変動によるブロー水量の算出を可能とした。
【００４６】
ブロー水量計測装置５０によりブロー水量を計測する際も、図２に示したように給水量計測装置３０と同様の制御処理を第一開閉弁４７１及び第二開閉弁４８１等に対して行うことで、ブロー水量算出器５５は、第二ブロー室４５内の第一液位から第二液位への移動回数を求め、この移動回数に基づいて、ボイラ８０からのブロー水量を算出することができる。
【００４７】
なお、ブロー水量計測装置５０においても、第一液位から第二液位への移動回数に基づいて第二ブロー室４５からの流出量を算出してブロー水量を求めるのではなく、第二液位から第一液位への移動回数に基づいて第二ブロー室４５への流入量を算出してブロー水量を求めるようにしても良い。
【００４８】
ブロー水温度センサ５７は、ブロータンク４０に設置され、第二ブロー室４５内の水温を計測する。蒸気圧センサ６０は、缶体８１に設置され、ボイラ８０が生成する蒸気の圧力を計測する。
【００４９】
効率算出器７５は、燃料流量計１５が計測したボイラ８０への燃料供給量、給水量計測装置３０が計測したボイラ８０への給水量、ブロー水量計測装置５０が計測したボイラ８０のブロー水量、給水温度センサ３７が計測した給水温度、ブロー水温度センサ５７が計測したブロー水温度、蒸気圧センサ６０が計測した蒸気圧に基づいて、ボイラ効率を算出する。なお、効率算出器７５は、ボイラ８０の制御器７０と一体に構成されている。
【００５０】
具体的には、ボイラ効率に関して下記関係式（入出熱法）が成立するため、効率算出器７５は、下記関係式の三段目の（式１）に基づいて、ボイラ効率を算出する。
【数１】
2014202458.tif 000003
【００５１】
ここで、「給水量」は給水量計測装置３０の計測値、「ブロー水量」はブロー水量計測装置５０の計測値を用いる。「給水密度」は給水温度センサ３７の計測値、「ブロー水密度」はブロー水温度センサ５７の計測値から求める。
【００５２】
「蒸気熱量」は蒸気圧センサ６０の計測値から求めるが、蒸気圧力は計測期間中多少変動があるため平均値を用いる。「給水熱量」は給水温度センサ３７の計測値から求める。「燃焼量」は燃料流量計１５の計測値を用いる。「燃料低位発熱量」は燃料の種類から決まる値である。
【００５３】
以上、ボイラ効率算出装置１０について詳細に説明したが、本実施形態では、給水ライン９０やブローライン９５に流量計を設置することなく、給水タンク２０やブロータンク４０内の液位の変動から給水量やブロー水量を計測しており、低コストで正確に給水量やブロー水量を計測し、高精度にボイラ効率を算出することができる。
【００５４】
なお、本発明の実施の形態は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、流量を計測する際に用いるタンク内の部屋の数は適宜変更可能であり、室内への流入と流出を同時に行わない部屋を構成できれば1つの部屋でも良い。
【００５５】
また、上記実施形態では、燃料の供給量を計測するために燃料流量計を用いているが、燃料が液体燃料の場合には、上記実施形態の給水量計測装置やブロー水量計測装置のように、燃料供給ラインに設置したタンク内の液位の変動に基づいて燃料供給量を計測するようにしても良い。
【符号の説明】
【００５６】
１０      ボイラ効率算出装置
１５      燃料流量計
２０      給水タンク
２１      第一給水仕切り
２２      第二給水仕切り
２４      第一給水室
２５      第二給水室
２６      第三給水室
２７      第一連通管
２７１    第一開閉弁
２８      第二連通菅
２８１    第二開閉弁
３０      給水量計測装置
３１      給水液位計測部材
３１１    第一給水液位用電極
３１２    第二給水液位用電極
３５      給水量算出器
３７      給水温度センサ
４０      ブロータンク
４１      第一ブロー仕切り
４４      第一ブロー室
４５      第二ブロー室
４７      第一連通管
４７１    第一開閉弁
４８１    第二開閉弁
５０      ブロー水量計測装置
５１      ブロー液位計測部材
５１１    第一ブロー液位用電極
５１２    第二ブロー液位用電極
５５      ブロー水量算出器
５７      ブロー水温度センサ
６０      蒸気圧センサ
７０      制御器
７５      効率算出器
８０      ボイラ
８１      缶体
８２      バーナ
８５      燃料供給ライン
８８      蒸気取出ライン
９０      給水ライン
９５      ブローライン
【図１】
2014202458.tif 000004
【図２】
2014202458.tif 000005