(57)【要約】【課題】ボイラ起動時の水位制御の異常を検知することができ、より安全に運転することの可能なボイラを提供する。【解決手段】本発明によれば、給水ポンプと、水管と、当該水管に連結された水位制御計と、当該水位制御計内に挿入された下端の高さの異なる複数の電極棒と、前記複数の電極棒の検出信号に基づいて水位を検出し且つ当該水位に応じて給水ポンプを駆動して水位を制御する制御手段とを備えたボイラであって、前記制御手段は、前記ボイラの初期起動時から所定時間が経過しても下端の高さの最も高い電極棒が前記検出信号の出力を継続するかどうかを判定する第１の動作モードを有する、ボイラが提供される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水ポンプと、水管と、当該水管に連結された水位制御計と、当該水位制御計内に挿入された下端の高さの異なる複数の電極棒と、前記複数の電極棒の検出信号に基づいて水位を検出し且つ当該水位に応じて給水ポンプを駆動して水位を制御する制御手段とを備えたボイラであって、
前記制御手段は、前記ボイラの初期起動時から所定時間が経過しても下端の高さの最も高い電極棒が前記検出信号の出力を継続するかどうかを判定する第１の動作モードを有する、ボイラ。
【請求項２】
前記複数の電極棒は第１の電極棒と第２の電極棒とを含んでおり、
前記制御手段は、前記第１の電極棒により検出される第１の水位と前記第２の電極棒により検出される第２の水位との間を水位が昇降するのに要する正常昇降時間を記憶するとともに、前記第１の電極棒が前記第１の水位を検出してから前記正常昇降時間を経過するまでに前記第２の電極棒が前記第２の水位を検出するかどうかを判定する第２の動作モードを備えており、
前記制御手段は、前記ボイラの起動後前記所定時間が経過するまでに前記下端の高さの最も高い電極棒が水位の減少を検出した場合に、前記第１の動作モードから前記第２の動作モードに切り替える、請求項１に記載のボイラ。
【請求項３】
電極棒の検出信号に基づいて水位を検出し且つ当該水位に応じて給水ポンプを駆動して前記水位を制御するボイラの水位制御方法であって、
前記ボイラの初期起動時から所定時間が経過しても下端の高さの最も高い電極棒が前記検出信号の出力を継続した場合に、異常と判断する、ボイラの水位制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水位検出装置を備えたボイラと、ボイラの水位制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、水管に連結された水位制御計内に複数本の電極棒を挿入し、電極棒の検出信号に基づいて水位を検出し、水位制御を行うボイラがある。このようなボイラでは、基本的に、高水位電極棒が水位を検知すれば給水ポンプを停止し、水位が低水位電極棒を切れば給水ポンプを駆動して給水することで、水位の制御を行っている。
【０００３】
このようなボイラの中には、水位制御計閉塞や電極棒短絡等の異常に基づくボイラの空焚き防止のため、異なる電極棒間を水位が昇降するに要する正常昇降時間を設定したタイマーを備え、ある水位間に対する正常昇降時間を経過しても所定の水位信号が発せられていない場合に、異常と判定して注意信号を発するロジック（動作モード）を備えたものがある（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】特公平０２−０１０３２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のボイラでは、水位が高水位電極棒（電極棒１２）を超えた状態を想定していない。そのため、ボイラの初期起動時に水位が高水位電極棒より高いと、上記ロジックによる正常昇降時間を超えても水位が高水位電極棒を下回らないことがあり、異常と判定して誤動作してしまう。また、この誤動作を防止するために、水位が一度いずれかの電極棒を下回らないとロジックを開始しない構成とすると、ロジック開始前、すなわち初期起動時の異常を検知できないおそれがあった。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ボイラ起動時の水位制御の異常を検知することができ、より安全に運転することの可能な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】
本発明によれば、給水ポンプと、水管と、当該水管に連結された水位制御計と、当該水位制御計内に挿入された下端の高さの異なる複数の電極棒と、前記複数の電極棒の検出信号に基づいて水位を検出し且つ当該水位に応じて給水ポンプを駆動して水位を制御する制御手段とを備えたボイラであって、前記制御手段は、前記ボイラの初期起動時から所定時間が経過しても下端の高さの最も高い電極棒が前記検出信号の出力を継続するかどうかを判定する第１の動作モードを有する、ボイラが提供される。
【０００８】
本発明によれば、制御手段が、ボイラの初期起動から所定時間が経過しても下端の高さの最も高い電極棒が検出信号の出力を継続した場合に異常を通知するため、ボイラ起動時の水位制御の異常を検知することができ、ボイラをより安全に運転することが可能となる。
【０００９】
以下、本発明の種々の実施形態を例示する。以下に示す実施形態は互いに組み合わせ可能である。
【００１０】
好ましくは、前記複数の電極棒は第１の電極棒と第２の電極棒とを含んでおり、前記制御手段は、前記第１の電極棒により検出される第１の水位と前記第２の電極棒により検出される第２の水位との間を水位が昇降するのに要する正常昇降時間を記憶するとともに、前記第１の電極棒が前記第１の水位を検出してから前記正常昇降時間を経過するまでに前記第２の電極棒が前記第２の水位を検出するかどうかを判定する第２の動作モードを備えており、前記制御手段は、前記ボイラの起動後前記所定時間が経過するまでに前記下端の高さの最も高い電極棒が水位の減少を検出した場合に、前記第１の動作モードから前記第２の動作モードに切り替える。
【００１１】
また、本発明によれば、電極棒の検出信号に基づいて水位を検出し且つ当該水位に応じて給水ポンプを駆動して前記水位を制御するボイラの水位制御方法であって、前記ボイラの初期起動時から所定時間が経過しても下端の高さの最も高い電極棒が前記検出信号の出力を継続した場合に、異常と判断する、ボイラの水位制御方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るボイラの概略構成を示す説明図である。
【図２】本発明の水位制御方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。また、各特徴について独立して発明が成立する。
【００１４】
＜ボイラの構成＞
本発明の第１実施形態に係るボイラ１は、図１に示すように、略環状の上部ヘッダ２及び下部ヘッダ３を複数本の水管４で連結して構成した缶体５を備える。上部ヘッダ２の上部には、水管４を加熱するバーナ６が設置され、このバーナ６には、電磁弁７が設けられた燃料供給ライン８と、燃焼用空気を供給する送風機（図示せず）が接続される。また、上部ヘッダ２には蒸気弁９を備えた蒸気流出管１０が接続され、水管４内で発生した蒸気は蒸気流出管１０を介して各機器に供給される。一方、下部ヘッダ３には、逆止弁１１及び給水ポンプ１２が接続された給水ライン１３と、排水弁１４を備えた排水ライン１５が接続される。
【００１５】
また、本実施形態に係るボイラ１は、缶体５の外側に、缶体５内の水位を検出する水位検出装置２０を備えている。水位検出装置２０は、筒状の水位制御計２１と、上部ヘッダ２と接続される上部連絡管２２及び下部ヘッダ３と接続される下部連絡管２３と、給水ポンプ１２を駆動して水位を制御する制御手段２４とを備え、水位制御計２１内には、高水位を検出する高水位電極棒２５及び低水位を検出する低水位電極棒２６の２本の電極棒が挿入される。なお、正常状態では、図１に示すように、水管４内の水位Ｌ１と水位制御計２１内の水位Ｌ２が一致するようになっている。
【００１６】
高水位電極棒２５及び低水位電極棒２６は、それぞれ絶縁体（図示省略）により水位制御計２１の上端部に保持されており、水位制御計２１外において一端側に外部接続端子２５ａ，２６ａが取り付けられ、水位制御計２１内において他端側は電極部２５ｂ，２６ｂとされる。また、水位制御計２１と絶縁された外部接続端子２５ａ，２６ａは所定の電源部（図示省略）の一方側に接続され、導電性の水位制御計２１は電源部の他方側に接続される。そして、制御手段２４は、外部接続端子２５ａ，２６ａと水位制御計２１との間の通電状態の変化を検知することで、水位を検出する。例えば、高水位電極棒２５の電極部２５ｂが水位制御計２１内の水と接触すると、外部接続端子２５ａと水位制御計２１との間の通電状態が非通電状態から通電状態に変化するため、高水位が検出される。なお、本実施形態において、高水位とは、ボイラ１の通常運転時の給水ポンプ１２による給水を停止する目標水位（満水）であり、低水位とは、給水を開始する最低水位である。
【００１７】
制御手段２４は、高水位電極棒２５及び低水位電極棒２６の検出信号に基づいて、水管４内の水位を間接的に検出し且つ当該水位に応じて給水ポンプ１２の駆動及び停止等の各種の制御を行う。具体的には、制御手段２４は、高水位電極棒２５が水位を検知すれば給水ポンプ１２を停止し、低水位電極棒２６が水位を検知しなくなれば給水ポンプ１２を駆動して水管４に給水することで水位を高水位と低水位の間で維持する制御を行う。
【００１８】
また、制御手段２４は、電極棒２５，２６の異常を検知するための第１の動作モード及び第２の動作モードを備えている。以下、第１の動作モード及び第２の動作モードの詳細及びこれらの動作モードの切り替え制御について詳細に説明する。
【００１９】
＜第１の動作モード＞
本実施形態において、第１の動作モードは、ボイラ１の初期起動後所定時間ｔ１が経過しても高水位電極棒２５が水位の検出信号を出力を継続した場合に異常を通知するモードである。
【００２０】
ここで、「ボイラ１の初期起動」とは、ボイラ１の電源をオンにすることのほか、これに伴って順次行われる、給水ポンプ１２を駆動して水管４内の水を満水（高水位以上）にすること、燃焼スイッチをオンにすること、送風機をオンにすること、着火源をオンにすること、燃料供給ライン８の電磁弁７を開くこと、火炎を検知すること、のいずれかを含むこととする。なお、給水ポンプ１２の駆動前には、排水ライン１５により水管４内に貯留されていた水を排出（ブロー）することもある。
【００２１】
また、第１の動作モードにおいて、「ボイラ１の初期起動時」とは、ボイラ１の電源をオンにしたときから火炎を検知するときまでの、上述した一連の動作期間又はその直後のある時点を意味し、この時点でタイマーがスタートする。そして、「所定時間ｔ１」は、タイマーがスタートしてから、仮に水管４に水がなかった場合でも空焚きによりボイラ１本体が損傷しない時間が設定される。ただし、この時間は、後述する第２の動作モードにおける正常下降時間ｔ２よりは長いものとする（ｔ２＜ｔ１）。
【００２２】
第１の動作モードでは、初期起動時すでに、水位制御計２１又は連絡管２２，２３が閉塞していて水管４内の水位Ｌ１が減少しても水位制御計２１内の水位Ｌ２が満水のままであることや、電極棒２５，２６が短絡していることにより、水管４内の水位Ｌ１が減少しているのに給水ポンプ１２による給水が行われない場合に異常を通知するため、水管４の空焚きを防止することができる。
【００２３】
＜第２の動作モード＞
一方、本実施形態において、第２の動作モードは、高水位電極棒２５と低水位電極棒２６により検出される高水位と低水位の間を水位が下降及び上昇するのに要する正常下降時間ｔ２及び正常上昇時間ｔ３（これらを合わせて正常昇降時間とする）を記憶しておき、一方の電極棒が水位を検出してから、つまり給水を開始するか又は給水を停止してから正常昇降時間を経過しても他方の電極棒が水位を検出しない場合に異常を通知するものである。つまり、高水位電極棒２５が高水位を検出して給水を停止した状態で正常下降時間ｔ２が経過しても低水位電極棒２６が低水位を検出せず通電状態のままであるか、低水位電極棒２６が低水位を検出して給水を続けた状態で正常上昇時間ｔ３が経過しても高水位電極棒２５が高水位を検出せず非通電状態のままである場合に、水管４内の水位Ｌ１と水位制御計２１内の水位Ｌ２が一致していないとして異常を通知するのである。なお、特許請求の範囲に記載の「第１の電極棒」と「第２の電極棒」は、高水位電極棒２５又は低水位電極棒２６のいずれかを示すものであり、これに対応して、「第１の水位」と「第２の水位」は、高水位と低水位を示す。
【００２４】
＜動作モードの切り替え＞
以上のような動作モードの開始及び切り替えは、図２のフローチャートに示すステップにより行われる。制御手段２４は、まず、ステップＳ１において水位Ｌ２（＝Ｌ１）が高水位（満水）であるかどうかを判断し、満水でなければステップＳ２及びステップＳ３において、給水ポンプ１２を駆動して満水状態にする。ここで、給水ポンプ１２を駆動しても高水位にならない、すなわち高水位電極棒２５が通電しない場合は、異常が通知され（ステップＳ４）、ボイラは起動しない。
【００２５】
次に、制御手段２４は、水管４が満水であると判断したら（実際に満水であるかないかにかかわらず、水位検出装置２０が満水を検出したら）、ステップＳ５において、ボイラ１を起動する。ボイラ１の起動により、上述したように、燃焼スイッチオン、送風機オン、着火源オン、燃料供給ライン８の電磁弁７オン、火炎検知器（図示せず）オン等が順次行われる。そして、このいずれかのタイミングで、第１の動作モードを開始し、タイマーをスタートさせる（ステップＳ６）。
【００２６】
次に、制御手段２４は、ステップＳ７において、タイマーがスタートしてから所定時間ｔ１内に高水位電極棒２５が通電状態から非通電状態になるかどうかを判断し、非通電状態にならなければ、言い換えれば、電極棒が検出信号の出力を継続すれば、異常を通知する（ステップＳ８）。そして、非通電状態になれば、制御手段２４は、水位検出装置２０が正常に動作していると判断して、ステップＳ９において動作モードを第１の動作モードから第２の動作モードに切り替え、切り替えのステップを終了する。
【００２７】
その後は、第２の動作モードにおいて、制御手段２４は、給水ポンプ１２の制御により高水位と低水位の間で水位を維持する制御を行いつつ、ボイラ１が停止するまで、水位検出装置２０が一方の水位検出後正常昇降時間内に他方の水位を検出するかの判定を継続する。
【００２８】
＜作用効果＞
以上説明した実施形態によれば次の作用効果を奏することができる。
（１）ボイラ１の動作中に水位検出装置２０に異常が生じた場合、第２の動作モードにより、異常を検知してボイラ１を停止させることができる。
（２）ボイラ１の初期起動時からすぐに第２の動作モードを開始すると、水管４の水位Ｌ１が高水位電極棒２５よりある程度高い場合に、正常下降時間ｔ２を過ぎても水位が高水位電極棒を下回らず、水位検出装置２０は正常なのに異常を通知してしまうことがあるが、本実施形態では、初期起動時には第１の動作モードにより異常を検知するようになっており、正常下降時間ｔ２より長い所定時間ｔ１が経過するまで異常を通知しないようになっているため、ボイラ１の空焚きを防止しつつも、異常の誤検知を抑制することができる。
【００２９】
なお、本発明は、以下の態様でも実施可能である。
・上記実施形態では、水位検出装置２０は高水位電極棒２５と低水位電極棒２６の２本の電極棒により水位制御を行っていたが、低水位電極棒２６よりも低い水位を検出し、ボイラにインターロックをかけるための電極棒や、予備の電極棒など、３本以上の電極棒により水位制御を行うも場合にも、本発明を適用することができる。
【００３０】
なお、この発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内において種々の変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１      ：ボイラ
２      ：上部ヘッダ
３      ：下部ヘッダ
４      ：水管
５      ：缶体
６      ：バーナ
７      ：電磁弁
８      ：燃料供給ライン
９      ：蒸気弁
１０    ：蒸気流出管
１１    ：逆止弁
１２    ：給水ポンプ
１２    ：電極棒
１３    ：給水ライン
１４    ：排水弁
１５    ：排水ライン
２０    ：水位検出装置
２１    ：水位制御計
２２    ：連絡管
２２    ：上部連絡管
２３    ：連絡管
２３    ：下部連絡管
２４    ：制御手段
２５    ：電極棒
２５    ：高水位電極棒
２５ａ  ：外部接続端子
２５ｂ  ：電極部
２６    ：電極棒
２６    ：低水位電極棒
２６ａ  ：外部接続端子
２６ｂ  ：電極部
Ｌ１    ：水位
Ｌ２    ：水位
Ｓ１〜Ｓ９    ：ステップ
ｔ１    ：所定時間
ｔ２    ：正常下降時間
ｔ３    ：正常上昇時間
【図１】
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【図２】
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