特開 2024-49626 ボイラ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024049626

(43)【公開日】2024-04-10

(54)【発明の名称】ボイラ

(51)【国際特許分類】

   F22B 35/04 20060101AFI20240403BHJP

   F22D 5/26 20060101ALI20240403BHJP

【ＦＩ】

F22B35/04

F22D5/26 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022155968

(22)【出願日】2022-09-29

(71)【出願人】

【識別番号】000175272

【氏名又は名称】三浦工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100142365

【弁理士】

【氏名又は名称】白井 宏紀

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 務

【テーマコード（参考）】

3L021

【Ｆターム（参考）】

3L021EA04

3L021FA01

(57)【要約】

【課題】燃焼開始後において供給される蒸気の乾き度が過度に低くなってしまうことを防止するボイラを提供することである。
【解決手段】蒸気を生成するボイラ本体２と、前記ボイラ本体２からの蒸気を気水分離するセパレータ９と、前記セパレータ９の下部と前記ボイラ本体２の下部とを接続する降水管７と、前記降水管７に設けられる弁７ａと、ボイラの停止状態又は待機状態から燃焼要求があったときに、前記弁７ａを制御することで前記セパレータ９に流れる給水を制限する制御部５とを備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

蒸気を生成するボイラ本体と、
前記ボイラ本体からの蒸気を気水分離するセパレータと、
前記セパレータの下部と前記ボイラ本体の下部とを接続する降水管と、
前記降水管に設けられる弁と、
ボイラの停止状態又は待機状態から燃焼要求があったときに、前記弁を制御することで前記セパレータに流れる給水を制限する制御部とを備える、ボイラ。

【請求項2】

前記制御部は、前記燃焼要求に応じて前記ボイラ本体への給水が開始された後において所定条件が成立したときに、前記セパレータに流れる給水を制限する制御を終了する、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。

【背景技術】

【0002】

従来より、ボイラが停止状態又は待機状態にあるときから、給水開始をする際に、水管過熱を防止するために、缶内水位を所定水位まで引き上げてから燃焼を開始するボイラがある（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平５－２９６４０８

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、従来のボイラにおいては、ボイラが停止状態又は待機状態にあるときから、燃焼開始するために給水を開始すると、缶内水位とともに降水管を介してセパレータ内の水位も上昇することとなる。そのため、燃焼開始後において缶内水位が乾き度限界水位にまで低下するまでの間は、ボイラ本体からセパレータに持ち出された飽和水を当該セパレータで十分に分離しきれなくなり、乾き度の低い蒸気が供給されてしまう虞がある。

【0005】

本発明は、かかる実情に鑑み考え出されたものであり、その目的は、燃焼開始後において供給される蒸気の乾き度が過度に低くなってしまうことを防止するボイラを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、本発明のある局面に従うボイラは、蒸気を生成するボイラ本体と、前記ボイラ本体からの蒸気を気水分離するセパレータと、前記セパレータの下部と前記ボイラ本体の下部とを接続する降水管と、前記降水管に設けられる弁と、ボイラの停止状態又は待機状態から燃焼要求があったときに、前記弁を制御することで前記セパレータに流れる給水を制限する制御部とを備える。

【0007】

上記の構成によれば、燃焼要求があったときに、降水管に設けられる弁を制御することで、セパレータ内へ余剰な給水がされることを制限することによりセパレータ内の水位が高くなり過ぎることを防止できる。これにより、燃焼開始後においてもボイラ本体からセパレータに持ち出された飽和水を分離できる。その結果、燃焼開始後において供給される蒸気の乾き度が過度に低くなることを抑止できる。

【0008】

好ましくは、前記制御部は、前記燃焼要求に応じて前記ボイラ本体への給水が開始された後において所定条件が成立したときに、前記セパレータに流れる給水を制限する制御を終了する。

【0009】

上記の構成によれば、燃焼要求に応じてボイラ本体への給水が開始された後において所定条件が成立すれば、セパレータに流れる給水の制限を終了する。これにより、ボイラの通常運転を開始し、降水管を介して水を循環させることができるようになるため、質の高い蒸気を供給することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】ボイラの概略構成を模式的に示す図である。

【図2】給水開始時制御処理の一例を説明するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

＜概略構成について＞
以下に、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。まず、図１を参照して、本実施の形態に係るボイラの概略構成について説明する。

【0012】

ボイラ１は、図１に示すように、燃料を燃焼させて蒸気を生成するボイラ本体２と、ボイラ１の運転・動作を制御する制御装置５と、ボイラ本体２に給水を行う給水ライン６と、空気供給路２ｅを介してボイラ本体２の燃焼室内に空気を送り込む送風機３と、セパレータ（気水分離器）９と、ボイラ本体２からの排ガスを導出する排気通路（図示せず）と、ボイラ本体２に燃料を供給する燃料供給ライン（図示せず）とを備えている。なお、燃料は、油である例について説明するが、油などの液体に限らず、ガスなどの気体であってもよい。

【0013】

ボイラ本体２は、略円筒状に形成されており、その内部にバーナ２ａ、複数の水管２ｂ、上部ヘッダ２ｃ、および、下部ヘッダ２ｄなどを備えている。複数の水管２ｂは、ボイラ本体２の内部に収容されており、ボイラ本体２の円周方向に所定の間隔で立設されている。これにより、ボイラ本体２の略中央部に、燃焼室が形成される。

【0014】

バーナ２ａは、燃焼室の上方に設けられている。バーナ２ａは、複数の水管２ｂの内部に導入された缶水を加熱して、蒸気を生成する。また、バーナ２ａは、燃料供給ラインを介して燃料タンク（図示せず）と接続されている。燃料供給ラインには、流量調整弁が設けられている。ボイラ１の燃焼量は、制御装置５により流量調整弁の開度が制御されることにより、連続的又は段階的に調整される。例えば、高燃焼時には、流量調整弁の開度が１００％に制御され、低燃焼時には、流量調整弁の開度が５０％に制御される。

【0015】

下部ヘッダ２ｄは、ボイラ本体２の下部に設けられ、複数の水管２ｂの下部と連結されている。下部ヘッダ２ｄは、給水ライン６と接続されている。給水ライン６には、給水ポンプ６１が設けられている。給水ポンプ６１から給水ライン６を介して下部ヘッダ２ｄへ給水され、給水された水は水管２ｂにおいて加熱される。

【0016】

上部ヘッダ２ｃは、ボイラ本体２の上部に設けられ、複数の水管２ｂの上部と連結されている。上部ヘッダ２ｃは、複数の水管２ｂにおいて生成した蒸気を集め、連絡路４を介してセパレータ９へ導出する。セパレータ９の上部には、蒸気を取り出すための蒸気配管（図示せず）が接続されて、セパレータ９により分離された蒸気は、蒸気配管から取り出される。また、セパレータ９の下部と下部ヘッダ２ｄとを接続する降水管７が設けられており、セパレータ９により分離された水は、降水管７から下部ヘッダ２ｄを通してボイラ本体２に戻される。

【0017】

降水管７には、降水管７内の流路を制限する開閉弁７ａと、ボイラ本体２の缶水を排出するブロー配管８とが接続されている。ブロー配管８にはブロー弁８ａが設けられている。ブロー弁８ａを開くことにより、ボイラ本体２内の缶水の排出（ブロー）を行うことができる。

【0018】

制御装置５は、内部にメモリ、タイマ、および演算処理部を含むコンピュータにより実現され、ボイラ１の運転・動作等を制御するものであり、例えば、着火時および停止時の動作、燃焼量が異なる複数種類の燃焼状態（例えば、低燃焼、高燃焼）、給水ポンプ６１の動作（給水制御）、開閉弁７ａの開閉動作、および、ブロー弁８ａの開閉動作などを制御する。制御装置５には、給水ポンプ６１、開閉弁７ａ、および、ブロー弁８ａが電気的に接続されている。

【0019】

制御装置５は、ボイラの停止状態又は待機状態から燃焼要求があったときには、水管２ｂが過熱されて損傷されることを抑止するために、水管２ｂ内の水位が燃焼開始時において過熱を防止するための水位（例えば、水管２ｂ内の上部であって水位を引き上げることが可能な最高水位まで）に到達するまでボイラ本体２内への給水をしてから燃焼を開始する。そのため、従来においては、ボイラ本体内への給水に伴い、セパレータ内へも降水管を介し、連動するように給水（降水管を介しセパレータ内へ水が上昇）されてしまっていた。そうすると、燃焼を開始する頃には、セパレータ内の水位が、水管から上部ヘッダに吹きあげられた飽和水をセパレータで十分に分離しきれない水位まで高くなってしまい、乾き度が過度に低い蒸気が供給されてしまう虞が生じる実情があった。

【0020】

そこで、上記実情に鑑み、本実施の形態において、制御装置５は、ボイラの運転が停止されている状態、又は、ボイラの燃焼（運転）待機状態にあるときから、燃焼要求があったとき（起蒸時）であって、給水ポンプ６１を駆動させてボイラ本体２内への給水を開始する際に、降水管７を介してセパレータ９内へも連動して流れる給水を制限（遮断）するために、開閉弁７ａを閉状態とする制御を行う。これにより、セパレータ９内の水位が高くなってしまうことを防止でき、上部ヘッダ２ｃに吹きあげられた飽和水をセパレータ９内で分離することができるため、乾き度が過度に低い蒸気が供給されてしまうことを抑止することができる。

【0021】

また、制御装置５は、燃焼要求に応じてボイラ本体２内への給水を開始した後において、所定条件が成立したときに、開閉弁７ａを開状態とする制御を行う。これにより、セパレータ９内へ流れる給水を制限する制御を終了することができる。所定条件とは、水管２ｂ内の水位が所定位置（例えば、乾き度限界水位）よりも下がった場合である。このように、セパレータ９内へ流れる給水を制限する制御を終了することで、ボイラ１の通常運転を開始し、降水管７を介して水を循環させることができるようになるため、質の高い蒸気を供給することができるようになる。

【0022】

本実施の形態では、水管２ｂ内の水位が所定位置よりも下がっているか否か、例えば、乾き度限界水位よりも下がっているか否かを、上部ヘッダ２ｃと下部ヘッダ２ｄとを連通する水管水位検出装置（図示しない）によって検出するものとすることができる。乾き度限界水位とは、水管２ｂ内の水位が当該乾き度限界水位よりも上昇した場合に、乾き度の高い蒸気を生成することができなくなる虞がある水位であり、ボイラを通常運転する際に上回らないようにすることが望ましい水位である。なお、乾き度限界水位は、燃焼量に応じて予め定められているものであってもよく、これに加えて、缶水の濃縮度などに応じた水位が予め定められているものであってもよい。

【0023】

水管水位検出装置は、導通可能な金属により形成される水位制御筒と、互いに長さの異なる複数の電極棒とを備え、水位制御筒内の水位は、ボイラ本体２内の水管２ｂの水位と略一致するものとする。この場合、複数の電極棒は、燃焼量に応じて水位制御筒内の複数の水位を、電極棒の先端で段階的に検出可能に構成されている。例えば、Ｌ棒と、Ｌ棒よりも長さが短くＬ棒よりも高い水位を検出するＳ棒とを設け、燃焼量が低燃焼の場合にはＳ棒によって水位が検出されなくなった場合に水管２ｂ内の水位が所定位置よりも下がったものとし、燃焼量が高燃焼の場合にはＬ棒によって水位が検出されなくなった場合に水管２ｂ内の水位が所定位置よりも下がったものとすることができる。なお、水管水位検出装置は、上部ヘッダ２ｃと下部ヘッダ２ｄとを直接接続するものに限らず、水管２ｂ内の水位を推測することが可能なものであれば、例えば、セパレータ９と、下部ヘッダ２ｄとの間に設けられているものでもよい。

【0024】

図２は、給水開始時制御処理の一例を説明するためのフローチャートである。給水開始時制御処理は、ボイラの停止状態又は待機状態から燃焼要求があったとき（起蒸時）に、制御装置５により実行される。

【0025】

ボイラの停止状態又は待機状態から燃焼要求があったとき（起蒸時）に、ステップＳ０１では、給水ポンプ６１を駆動させてボイラ本体２への給水を開始する。

【0026】

ステップＳ０２では、ステップＳ０１において給水が開始されるとともに、開閉弁７ａを閉状態とする制御が行われる。これにより、降水管７を介してセパレータ９内へ流れる給水を制限（遮断）することができる。

【0027】

ステップＳ０３では、所定条件が成立したか否かを判定する。例えば、水管２ｄ内の水位が所定位置よりも下がった場合に所定条件が成立したと判定される。ステップＳ０３において所定条件が成立したと判定されなかったときには、処理をステップＳ０３の前に戻す。

【0028】

ステップＳ０３において、所定条件が成立したと判定されたときには、ステップＳ０４で、開閉弁７ａを開状態とする制御が行われる。すなわち、セパレータ９へ流れる給水の制限をする処理を終了する。

【0029】

以上のように、本実施の形態では、降水管７に設けられる開閉弁７ａを制御することで、セパレータ９内へ余剰な給水がされることを制限することによりセパレータ９内の水位が高くなり過ぎることを防止できる。これにより、燃焼開始後においてもボイラ本体２からセパレータ９に持ち出された飽和水を分離できる。その結果、燃焼開始後において供給される蒸気の乾き度が過度に低くなることを抑止できる。

【0030】

また、燃焼要求に応じてボイラ本体３への給水が開始された後において所定条件が成立すれば、セパレータ９に流れる給水の制限を終了する。これにより、ボイラの通常の運転を開始し、降水管７を介して水を循環させることができるようになるため、質の高い蒸気を供給することができるようになる。

【0031】

本発明は、上記の実施の形態に限られず、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可能な上記の実施の形態の変形例などについて説明する。

【0032】

上記実施形態では、図２のステップＳ０３において、水管２ｄ内の水位が所定位置よりも下がった場合に所定条件が成立したと判定される例を説明した。しかし、これに限らず、例えば、セパレータ９内の水位が所定位置に達した場合、あるいは、給水開始後（あるいは燃焼開始後）所定時間が経過した場合などに成立するものであってもよい。なお、例示した所定条件は、いずれかのみを所定条件としてもよく、あるいは、例示した条件を複数組み合わせ、複数の条件が成立した場合に所定条件が成立したものとしてもよい。

【0033】

所定条件の一例として上述した、セパレータ９内の水位が所定位置に達したか否かの判断は、例えばセパレータ９内に電極棒を設け、電極棒の先端に水位が検出された場合に、セパレータ９内の水位が所定位置に達したものとするものとしてもよい。上部ヘッダ２ｃに吹きあげられた飽和水がセパレータ９内に一定量持ち出されていれば、水管２ｂ内の水位が下がっていると考えられ、開閉弁７ａを開けても、乾き度の低い蒸気が過度に供給される虞が低くなるためである。そのため、この場合の所定位置は、水管２ｂ内の水位が下がっており、かつ、セパレータ９内に持ち出された飽和水を十分に分離できるとみなすことができる水位とすることができる。すなわち、セパレータ９内で検出される所定位置とは、乾き度の低い蒸気が供給されてしまう虞が低くなると推定できる位置である。

【0034】

所定条件の一例として上述した、給水開始後（あるいは燃焼開始後）の所定時間とは、例えば、水管２ｂ内の水位が、乾き度限界水位などの、乾き度の低い蒸気が供給されてしまう虞が低くなる所定位置に水位が下がるまでに平均的に要する時間よりも長い時間を、燃焼状態（例えば、低燃焼、高燃焼）に応じて予め定めるものとしてもよい。

【0035】

上述した所定条件が成立したか否かの判定において、水管水位検出装置の電極棒、および、セパレータ９内の水位を検出する電極棒について、電極棒の先端で水位を検知するものを例示した。しかし、これに限らず、例えば水位を検知する電極棒の表面に誘電体となる絶縁被膜を形成し、水位制御筒内、または、セパレータ９内で水が電極棒に接触する部分をもってコンデンサとし、通電して電極棒に接触する水の変化による電極棒と水位制御筒等との間の静電容量を測定すれば、この測定された静電容量により水位制御筒内等における電極棒と接触する水の水位をアナログ的に検知することができるものであってもよい。

【0036】

上記実施形態では、図２のステップＳ０１およびステップＳ０２における、ボイラ本体２内への給水の開始と、開閉弁７ａを閉状態とするための制御とが、同時に行われる例について説明した。しかし、これに限らず、例えば、開閉弁７aを閉状態とする制御を開始して閉状態なった後、所定時間経過後に、給水を開始するものとしてもよい。

【0037】

上記実施形態においては、図２のステップＳ０２で、開閉弁７ａをセパレータ９内への給水が遮断されるように、すなわち完全に閉じるようにする（開度０％）例について説明した。しかし、これに限らず、完全に遮断されるものではなく、所定開度（例えば開度１５％）まで閉じられるものであってもよい。

【0038】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0039】

１ ボイラ
２ ボイラ本体
２ａ バーナ
２ｂ 水管
２ｃ 上部ヘッダ
２ｄ 下部ヘッダ
２ｅ 空気供給路
３ 送風機
４ 連結管
５ 制御装置
６ 給水ライン
６１ 給水ポンプ
７ 降水管
８ ブロー配管
８ａ ブロー弁
９ セパレータ

【図1】

【図2】