(57)【要約】【課題】給水ポンプを連続駆動して、比例制御によりボイラの水管に給水する場合に、給水ポンプの劣化を適確に検出することが可能な給水制御装置及びこの給水制御装置を用いたボイラを提供すること。【解決手段】水管と、この水管内の水を加熱する加熱部と、前記水管に連続的に水を供給する給水部と、を備えたボイラにおいて、前記給水部の給水量を予め設定したパラメータに基づいて比例制御する給水制御装置であって、給水制御部は、前記給水部に対する制御量が所定範囲を超えた場合に、前記給水ポンプの劣化状態を検出した場合に信号出力する給水ポンプ劣化検出手段を備えることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水管と、この水管内の水を加熱する加熱部と、前記水管に連続的に水を供給する給水部と、を備えたボイラにおいて、前記給水部の給水量を予め設定したパラメータに基づいて比例制御する給水制御装置であって、
給水制御部は、
前記給水部に対する制御量が所定範囲を超えた場合に、前記給水ポンプの劣化状態を検出した場合に信号出力する給水ポンプ劣化検出手段を備えることを特徴とする給水制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の給水制御装置であって、
前記給水ポンプ劣化検出手段は、
前記ポンプを駆動するためのインバータ周波数により前記ポンプの劣化状態を検出するように構成されていることを特徴とする給水制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の給水制御装置であって、
前記給水部は、流量調整バルブを有し、
前記給水ポンプ劣化検出手段は、
前記給水部が所定量の給水をする場合における流量調整バルブの開度により、前記ポンプの劣化状態を検出するように構成されていることを特徴とする給水制御装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の給水制御装置を備えることを特徴とするボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、バーナをはじめとする加熱部を備えたボイラの水管に、比例制御により水を供給する給水制御装置及びこの給水制御装置を用いたボイラボイラに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ボイラ等の機器に給水するための給水システムとして、所定量の給水を行なうために給水ポンプの「ＯＮ−ＯＦＦ」を繰り返す間欠制御方式と、燃焼量、ライン圧力等の各種パラメータに基づいて、インバータの出力周波数を算出して給水ポンプにより連続的に給水する比例制御方式に関する技術が開示されている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−０７８２０４号公報
【特許文献２】特開２００８−１８８５４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記間欠制御方式では、給水ポンプは、例えば、所定量の水を給水する際に、定格出力等、一定の出力で駆動されるため、給水ポンプの間欠運転における「ＯＮ時間」を計測することにより給水ポンプの劣化を検出することが可能である。
しかしながら、給水ポンプを連続駆動して、比例制御により給水する場合、給水ポンプは常時駆動されているために、給水ポンプの劣化を検出することは容易ではない。
そこで、給水ポンプを連続駆動して比例制御により給水する比例制御方式において、給水ポンプの劣化を適確に検出することへの技術的要請がある。
【０００５】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、給水ポンプを連続駆動して、比例制御によりボイラの水管に給水する場合に、給水ポンプの劣化を適確に検出することが可能な給水制御装置及びこの給水制御装置を用いた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】
【０００６】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１記載の発明は、水管と、この水管内の水を加熱する加熱部と、前記水管に連続的に水を供給する給水部と、を備えたボイラにおいて、前記給水部の給水量を予め設定したパラメータに基づいて比例制御する給水制御装置であって、給水制御部は、前記給水部に対する制御量が所定範囲を超えた場合に、前記給水ポンプの劣化状態を検出した場合に信号出力する給水ポンプ劣化検出手段を備えることを特徴とする。
【０００７】
この発明に係る給水制御装置によれば、ボイラの水管に、給水ポンプを連続駆動して比例制御により給水する場合に、予め設定したパラメータと対応する所定量の給水をする際の給水部への制御量を検知し、この制御量が所定範囲を超えたことを以って給水ポンプの劣化を検出する。
その結果、給水ポンプの劣化を検出することが可能となり、給水ポンプの適確なメンテナンスをすることができ、ひいてはボイラの過熱等による劣化、破損を抑制することができる。
【０００８】
この明細書において、制御量が所定範囲を超えるとは、例えば、下限値と上限値により構成される設定範囲（例えば、ｘ１〜ｘ２のような設定範囲）、下限値以上、下限値を超えた状態、上限値以下、上限値未満を含む概念である。
また、基準とする設定値に対するオフセット量（例えば、設定値に対して、ｘ３以上、以下等、あるいは設定値に対して、ｘ４％以上、以下）等、範囲を示す種々の概念が含まれる。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係る給水制御装置及びボイラによれば、給水ポンプを連続駆動して比例制御により給水する場合に、給水部に対する制御量を検知して給水ポンプの劣化を検出することができる。
その結果、給水ポンプの劣化を検出することが可能となり、給水ポンプの適確なメンテナンスをすることができ、ひいてはボイラの過熱等による劣化、破損を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るボイラの概略構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る給水制御装置の作用を説明するフロー図である。
【図３】この発明の第２の実施形態に係る給水制御装置の作用を説明するフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図１、図２を参照し、この発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、第１の実施形態に係る小型貫流式のボイラ１０の概略構成を示す図であり、図２は、給水制御装置の作用を説明するフロー図を示している。
【００１２】
ボイラ１０は、筐体１１と、缶体（水管）１２と、バーナ（加熱部）１６と、燃焼ガス排出管１７と、送風手段１８と、燃料供給部１９と、給水部２０と、エコノマイザ３０と、制御部４０とを備えており、制御部４０は、バーナ１６の燃焼量を制御する燃焼制御部と、缶体１２への給水量を制御する給水制御部（給水制御装置）とを有している。
【００１３】
缶体１２は、水管群１３と、水管群１３の下方に位置する下部管寄せ１４Ａと、水管群１３の上方に位置する上部管寄せ１４Ｂとを備え、バーナ１６で生成された燃焼ガスＧ２が、水管群１３に形成された燃焼ガス通路を通じて燃焼ガス排出管１７に向かって移動するようになっている。
【００１４】
上部管寄せ１４Ｂには、上部管寄せ１４Ｂ内の蒸気の圧力を検出する圧力センサ７が接続されており、下部管寄せ１４Ａの上部及び上部管寄せ１４Ｂの下部には、キャスタブル（耐火物）１１Ａが配置されている。
【００１５】
バーナ１６は、例えば、水管群１３側の面にノズル部１６Ａを有する箱型に形成されていて、ノズル部１６Ａには複数のノズル孔が平面状に配列され、送風手段により供給された予混合ガスＧ１がノズル部１６Ａに供給されるようになっている。
【００１６】
また、バーナ１６は、例えば、圧力センサ７により検出された蒸気の圧力に基づいて、燃焼状態（例えば、高燃焼、低燃焼）を制御可能とされている。
なお、図１において、ノズル部１６Ａから水管群１３側に拡がる破線部は、ノズル部１６Ａで生成される火炎を概念的に表したものである。
【００１７】
ノズル部１６Ａに供給された予混合ガスＧ１は、ノズル孔から噴射、燃焼されることにより高温の燃焼ガスＧ２となり、燃焼ガスＧ２は、水管群１３内に形成された燃焼ガス通路１２Ｇを通過して水管群１３の水Ｗを加熱し、その後、排出路１７Ａを通ってエコノマイザ３０に導入されるようになっている。
【００１８】
燃焼ガス排出管１７は、燃焼ガス通路１２Ｇの末端に接続され、燃焼ガスＧ２をボイラ１０の外部に排出する排出路１７Ａを構成し、排出路１７Ａはエコノマイザ３０に燃焼ガスＧ２を導くようになっている。
【００１９】
送風手段１８は、送風機１８Ａと給気通路１８Ｂと、ダンパ１８Ｃとを備え、送風機１８Ａにより燃焼用空気Ａ１を給気通路１８Ｂに移送し、燃焼用空気Ａ１と燃料供給部１９から供給された燃料ガスＧ０とが給気通路１８Ｂ内で混合されて予混合ガスＧ１となりバーナ１６に供給されるようになっている。
【００２０】
送風機１８Ａは、送風ファンを回転して燃焼用空気Ａ１を供給するものであり、この実施形態における送風機１８Ａは、バーナ１６の燃焼状態に対応して送風ファンの回転数をインバータにより制御して燃焼用空気Ａ１の送風量を調整するようになっている。
また、ダンパ１８Ｃは、図示しないモータにより開度が制御可能とされており、送風機１８Ａとともに、又は単独で燃焼用空気Ａ１の送風量を調整することができるようになっている。
【００２１】
燃料供給部１９は、燃料供給管１９Ａと、流量調整バルブ１９Ｂとを備えており、流量調整バルブ１９Ｂを制御することによりバーナ１６の燃焼状態に対応する量の燃料ガスＧ０を燃料供給管１９Ａに供給するようになっている。
【００２２】
給水部２０は、給水源Ｓと接続された給水ライン２１と、水質測定部２２と、給水ポンプ２３と、流量調整バルブ２４と、流量計２５と、逆止弁２６とを備え、給水源Ｓから缶体１２にエコノマイザ３０を介して水Ｗを供給するようになっている。
【００２３】
エコノマイザ３０は、水管群１３を通過してきた燃焼ガスＧ２の廃熱を利用して缶体１２に供給する水Ｗを加熱して省エネルギーを図るものであり、排出路１７Ａ内に配置された熱交換部に水Ｗを流して燃焼ガスＧ２と熱交換して水Ｗを加熱し、加熱された水Ｗが缶体１２の下部管寄せ１４Ａに供給されるようになっている。
【００２４】
制御部４０は、バーナ１６の燃焼量、缶体１２への給水量を制御するように構成されており、入力部４１と、メモリ４２と、演算部４３と、ハードディスク４４と、出力部４６と、通信線４７とを備え、入力部４１、メモリ４２、演算部４３、ハードディスク４４、出力部４６は通信線４７によって相互に接続され、データ等を通信可能とされている。
また、ハードディスク４４には第１のデータベース４５Ａ、第２のデータベース４５Ｂが格納されている。
【００２５】
入力部４１は、例えば、図示しないキーボード等のデータ入力機器を有していて設定等を演算部４３に出力可能とされるとともに、圧力センサ７、水質測定部２２、流量計２５、給水用圧力センサ２７、水温センサ２８と信号線４８Ａにより接続され、圧力センサ７、水質測定部２２、流量計２５、給水用圧力センサ２７、水温センサ２８から入力された信号を演算部４３に出力するようになっている。
【００２６】
出力部４６は、送風機１８Ａ、ダンパ１８Ｃ、流量調整バルブ１９Ｂ、給水ポンプ２３、流量調整バルブ２４と信号線４８Ｂより接続され、演算部４３からの信号を送風機１８Ａ、ダンパ１８Ｃ、流量調整バルブ１９Ｂ、給水ポンプ２３、流量調整バルブ２４に出力するようになっている。
【００２７】
演算部４３は、メモリ４２の記憶媒体（例えば、ＲＯＭ）に格納されたプログラムを読み込んで実行して、入力部４１からの入力に基づいて、燃焼制御部によりバーナ１６の燃焼量を算出し、給水制御部により缶体１２への給水量を算出するようになっている。
【００２８】
第１のデータベース４５Ａには、例えば、現在の圧力と、現在の圧力を設定圧力に移行するための燃焼量との関係を示す数値データがデータテーブルの形式で格納されている。
燃焼制御部は、圧力センサ７が検出した蒸気の圧力から第１のデータベース４５Ａを参照して、バーナ１６の燃焼量、送風機１８Ａ、ダンパ１８Ｃ、流量調整バルブ１９Ｂの各制御量を算出し、これら制御量を送風機１８Ａ、ダンパ１８Ｃ、流量調整バルブ１９Ｂに出力して、バーナ１６を燃焼量に対応する燃焼状態に制御するようになっている。
【００２９】
また、第２のデータベース４５Ｂには、例えば、バーナ１６の燃焼量、給水ライン２１の給水圧力、給水ライン２１の給水温度、図示しないブローラインのブロー量からなるパラメータと、給水部２０による給水量、流量調整バルブ２４のバルブ開度、給水ポンプ２３に対するインバータ周波数の関係を示す数値データがデータテーブルの形式で格納されている。
【００３０】
給水制御部は、流量計２５、給水用圧力センサ２７、水温センサ２８から入力部４１を介して入力される信号から、第２のデータベース４５Ｂを参照して、予め設定したパラメータ（給水量、給水ライン２１の給水圧力、給水温度）及びメモリ４２に格納されたパラメータ（バーナ１６の燃焼量、ブロー量）に基づいて、流量調整バルブ２４のバルブ開度、及び給水ポンプ２３に対するインバータの出力周波数（制御量）（以下、インバータ周波数という）等の制御量を算出し、これら制御量を出力部４６に出力するようになっている。
【００３１】
また、給水制御部は、流量計２５から入力された缶体１２への給水量に、バーナ１６の燃焼量に対応して給水されるべき基準給水量を比較して、流量計２５による給水量が基準給水量に近づくように、給水ポンプ２３に対するインバータ周波数にフィードバックをかけて、上記算出したインバータ周波数（設定値）を、基準給水量に対応可能なインバータ周波数に調整してゆくようになっている。
【００３２】
第１の実施形態において、給水制御部による給水量の制御は、例えば、流量調整バルブ２４のバルブ開度はバーナ１６の燃焼状態のみに対応して制御されるものとし、燃焼状態以外のパラメータに基づく給水量制御は、給水ポンプ２３に対するインバータ周波数により比例制御されるものとする。
【００３３】
また、給水制御部は、給水ポンプの劣化を検出するための劣化検出部（給水ポンプ劣化検出手段）を有しており、所定の給水量を得る際に算出されたインバータ周波数と、所定の給水量を得るための設定インバータ周波数とを比較して、所定の給水量を得るためのインバータ周波数が、設定インバータ周波数に対する所定範囲外となった場合に、例えば、アラーム等の信号出力をするようになっている。
【００３４】
次に、図２を参照して、劣化検出部による給水ポンプ２３の劣化検出の概略を説明する。
１）まず、給水制御パラメータ（例えば、バーナ１６の燃焼量、給水温度、圧力、ブロー量）、給水ポンプ２３を駆動するためのインバータ周波数、インバータ周波数の許容範囲を設定する（Ｓ１）。なお、インバータ周波数の許容範囲としては、例えば、インバータ周波数の上限値が設定されており、例えば、所定の給水量を得るためのインバータ周波数が４０Ｈｚである場合に、約５７Ｈｚ以上となったら、劣化検出に係る信号を出力するようになっている。。
２）次に、ボイラ１０が運転中であるかどうかを判断する（Ｓ２）。ボイラ１０が運転中の場合には、Ｓ３に移行し、運転中でない場合には制御を終了する。
３）給水制御パラメータを取得する（Ｓ３）。Ｓ３を実行したら、Ｓ４に移行する。
４）給水制御パラメータに基づいて、設定給水量を設定する（Ｓ４）。
５）演算部４３は、設定給水量に基づいて、給水ポンプ２３を駆動するためのインバータ周波数を調整する（Ｓ５）。
６）演算部４３は、流量計２５から入力された信号をもとに給水量を算出する（Ｓ６）。
７）演算部４３は、Ｓ６で検出した給水量と、設定給水量とを対比して給水量が定常状態に到達しているかどうかを判断する（Ｓ７）。給水量が定常状態になっていない場合にはＳ２に移行し、給水量が定常状態になっている場合にはＳ８に移行する。
８）演算部４３は、Ｓ５で調整した給水ポンプ２３を駆動するインバータ周波数を、周波数許容値と対比して、インバータ周波数が許容範囲であるかどうかを判断する（Ｓ８）。インバータ周波数が許容範囲である場合にはＳ２に移行し、インバータ周波数が許容範囲を外れている場合にはＳ９に移行する。
９）アラームを出力する（Ｓ９）。
Ｓ９を実行したらＳ２に移行する。
運転がされている間、上記２）から９）を繰り返して実行する。
【００３５】
第１の実施形態に係る給水制御部によれば、予め設定したパラメータに基づいて給水量を制御する場合に、例えば、給水ポンプ２３が所定の給水量が確保するためのインバータ周波数が、設定インバータ周波数以上となるような、インバータ周波数が許容範囲を外れたことを以って給水ポンプ２３の劣化を検出することができる。
その結果、給水ポンプ２３の適確なメンテナンスをすることができ、ひいてはボイラ１０の過熱等による劣化、破損を抑制することができる。
【００３６】
次に、この発明の第２の実施形態に係る給水制御部について説明する。
第２の実施形態が、第１の実施形態と異なるのは、第１の実施形態においては、給水制御部が、給水ポンプ２３に対するインバータ周波数により、給水部２０による流量調整をしていたのに対して、第２の実施形態においては、給水制御部が、給水ポンプ２３に対するインバータ周波数と、流量調整バルブ２４のバルブ開度により流量調整を制御している点である。
【００３７】
図３は、第２の実施形態に係る劣化検出部の作用を示すフロー図であり、第１の実施形態に係るフロー図（図２）とは、Ｓ１０１における設定が異なるのと、Ｓ１０６に係るバルブ開度の調整、Ｓ１１０に係るバルブ開度に係る判断が挿入され、給水ポンプ２３に対するインバータ周波数と流量調整バルブ２４のバルブ開度のいずれかにより、給水ポンプ２３の劣化が検出できる点で異なっている。
【００３８】
その結果、第２の実施形態においては、劣化検出部が、給水ポンプ２３に対するインバータ周波数と流量調整バルブ２４バルブ開度のいずれか一方のみが許容範囲を外れても、給水ポンプ２３の劣化を検出できる。その他は、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００３９】
第２の実施形態に係る給水制御部によれば、給水ポンプ２３に加えて流量調整バルブ２４のバルブ開度により給水量を調整するので、給水幅（最大給水量／最低給水量）を大きくするとともに給水精度を向上することができる。
また、給水ポンプ２３及び流量調整バルブ２４のいずれかが許容範囲を外れた場合に給水ポンプ２３の劣化を検出することができるので、信頼性を向上することができる。
【００４０】
なお、この発明は、第１、第２の実施形態.に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更をすることが可能である。
【００４１】
また、ボイラが小型貫流型の蒸気ボイラ１０である場合について説明したが、小型貫流型ボイラの他、水管が環状に配列された多管式のボイラ、炉筒煙管ボイラ、バーナにより加熱管を直接加熱する給湯器等、種々の構造のボイラに適用してもよい。
【００４２】
また、上記実施の形態においては、エコノマイザ３０を介して缶体１２に水Ｗを供給する場合について説明したが、エコノマイザ３０を備えない構成としてもよいことはいうまでもない。
【００４３】
また、上記実施の形態においては、給水制御部が、給水ポンプ２３により流量調整し、又は給水ポンプ２３と流量調整バルブ２４により流量調整する場合について説明したが、流量制御弁２４のバルブ開度のみを制御して給水量を調整する構成としてもよいし、他の周知の構成からなる給水部に適用することも可能である。
また、給水ポンプ２３に対するインバータ周波数による比例制御には、単純な比例（一定量を含む）、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御を服務概念であり、いずれによるかは任意に設定可能である。
【００４４】
また、第１の実施の形態においては、劣化検出部が給水ポンプ２３に対するインバータ周波数を検出し、第２の実施の形態においては、劣化検出部が給水ポンプ２３に対するインバータ周波数と流量調整バルブ２４のバルブ開度を検出する場合について説明したが、劣化検出部が検出、監視する制御量の対象をインバータ周波数、バルブ開度以外の制御量から選択してもよい。
【００４５】
また、第２の実施形態において、劣化検出部が、インバータ周波数とバルブ開度のいずれかが許容範囲を外れたら信号を出力する場合について説明したが、インバータ周波数とバルブ開度がともに許容範囲外となった場合に信号出力する構成としてもよい。
【００４６】
また、上記実施の形態においては、給水ポンプ２３に対するインバータ周波数、流量調整バルブ２４のバルブ開度に係る制御量を、給水部２０による給水量に基づいて設定する場合について説明したが、給水量に代えて、例えば、水管と連通する水位計により検出される水位等、他の特性に基づく構成としてもよい。
【００４７】
また、上記実施の形態においては、給水部２０の給水量を設定する際のパラメータとして、燃焼量（ブロアの回転（インバータ周波数））、給水温度（水温計）、ライン圧力（圧力センサ）、濃縮ブロー量（ブロー用バルブ開度）を用いる場合について説明したが、給水制御に係るパラメータは任意に組合せることができる。
すなわち、上記パラメータの一部に基づいて給水制御に係る制御量を設定してもよいし、上記パラメータの一部を他のパラメータに置換し、又は上記パラメータの一部又は全部と他のパラメータを組合せて制御してもよい。
【００４８】
また、上記実施の形態においては、劣化を検出した場合に、アラームを出力する場合について説明したが、アラームに代えて又はアラームとともに、ボイラ１０の停止信号等、他の信号出力をするように構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
この発明に係る給水制御装置、ボイラによれば、給水部に対する制御量を監視することにより、給水ポンプの劣化を検出することができるので、産業上利用可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１６    バーナ（加熱部）
１２    缶体（水管）
２０    給水部
２３    給水ポンプ
２４    流量調整バルブ
４０    制御部（給水制御装置、給水ポンプ劣化検出手段）
【図１】
2012072992.tif 000003
【図２】
2012072992.tif 000004
【図３】
2012072992.tif 000005