JP2004138302A - 燃焼制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】炉内爆発防止をより確実に行い安全性をより一層高めること。
【解決手段】バーナにより形成される炎の光が入射する入射状態と入射を遮断する非入射状態とを選択する遮光手段９を有する炎センサ６と、バーナの所定燃焼時間毎に燃焼状態で炎センサ６の自己診断を行う第一自己診断およびバーナの燃焼以外の状態で炎センサ６の自己診断を行う第二の自己診断を含む炎センサ自己診断手段とを備える。
【選択図】　　　　図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、安全性を向上させた燃焼制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、蒸気ボイラなどを設置するボイラ室の無人化が、省力化の観点から重要なテーマとなってきている。このボイラ室の無人化を達成するするには、蒸気ボイラの安全性を向上させ、本質安全を達成することが、重要な課題である。そして、蒸気ボイラなどの安全性向上において、炉内爆発防止が一つの重要な課題である。
【０００３】
一般に、炉内爆発は、炎が存在しないにもかかわらず、炎センサが炎有りの誤信号を出力して燃料弁を開くことで、燃料が流出して、これが発火することにより生ずる。このため従来では、炎センサの劣化による異常を自己診断する技術が種々提案されている。これらの技術の一つは、燃焼停止中に炎センサの自己診断を行うもの（例えば、特許文献１参照。）であり、他の一つは燃焼中に炎センサの自己診断を行うもの（例えば、特許文献２参照。）である。
【０００４】
しかしながら、これらの従来技術は、燃焼停止中か燃焼中かいずれかにおいて炎センサの自己診断を行うだけであり、炉内爆発防止において十分なものといえなかった。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６３−１５４９３２号公報（第３頁、第２図）
【特許文献２】
特開２００２−４８３３９号公報（第３頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この発明が解決しようとする課題は、炉内爆発防止をより確実に行い安全性をより一層高めることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、バーナにより形成される炎の光が入射する入射状態と入射を遮断する非入射状態とを選択する遮光手段９を有する炎センサと、前記バーナの所定燃焼時間毎に燃焼状態で前記炎センサの自己診断を行う第一自己診断および前記バーナの燃焼以外の状態で前記炎センサの自己診断を行う第二の自己診断を含む炎センサ自己診断手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の実施の形態について説明する。この実施の形態は、燃焼炉（燃焼室）を有する機器であって、業務用および家庭用の蒸気ボイラに適用され、水管ボイラ，炉筒ボイラなど種々の形式のボイラに適用される。
【０００９】
この実施の形態は、バーナにより形成される炎の有無を検出する炎センサと、この炎センサが正常かどうかの自己診断を行う炎センサ自己診断手段とを備える。なお、自己診断とは、燃焼制御装置自身の制御器による前記炎センサが異常か正常かの判断（チェックと称してもよい。）を行うことである。
【００１０】
前記炎センサは、好ましくは紫外線放電管からなり、前記バーナにより形成される炎の紫外線が入射する入射状態と入射を遮断する非入射状態とを選択する遮光手段を具備している。前記遮光手段の構成は、たとえば、前記特許文献２に示されるものとするが、これに限定されるものではない。
【００１１】
そして、前記炎センサ自己診断手段は、所定の燃焼時間経過毎に燃焼状態を継続した状態で行う第一自己診断と、燃焼以外の運転状態，すなわち燃焼前のプレパージや燃焼停止後のポストパージなどの前記バーナが燃焼停止している状態において行う第二自己診断とを含む。
【００１２】
前記第一自己診断は、所定の燃焼時間経過毎に前記遮光手段を所定時間閉じ、その時間内に炎無し信号が所定時間継続して出力されなかった時にセンサ異常と判断して、センサ異常警報処理を行う。前記燃焼経過時間の判断は、前記炎センサによる炎有り信号の継続により判断するものとするが、制御器による燃焼指令信号の継続により判断することもできる。
【００１３】
前記異常警報処理は、前記炎センサの異常との報知処理と前記バーナの燃焼停止処理とを含む。この燃焼停止処理は、燃焼停止状態の解除操作を行わない限り燃焼を再開できないという固定（ロック）処理を含む。
【００１４】
また、前記第二自己診断は、前記バーナの燃焼以外の状態（ステージ）において、炎有り信号が検出された時、前記遮光手段を所定時間閉じ、その時間内に炎無し信号が所定時間継続して出力されない時にセンサ異常と判断してセンサ異常警報処理を行う。ここでのセンサ異常警報処理は、前記の報知処理を含むとともに、燃焼停止状態であるので停止状態のロック処理とを含む。ここでいうバーナの燃焼とは、メインバーナと着火用のバーナ（パイロットバーナ）とを有する場合、前記メインバーナが燃焼している状態をいいい、前記メインバーナは、前記炎センサにより炎の有無が検出される。
【００１５】
そして、第二自己診断において、センサ異常が判断されない時は、何らかの炎が存在すると判断して擬似炎処理を行う。この擬似炎処理は、擬似炎報知処理と前記燃焼停止状態のロック処理とを含む。
【００１６】
なお、第一自己診断および第二自己診断における前記のセンサ異常の判断は、前記遮光手段９の所定閉時間内に炎有り信号が所定時間継続して出力される時にセンサ異常と判断するように構成できる。
【００１７】
この発明の実施の形態によれば、二つの自己診断を組み合わせることでより確実に炎センサの異常を検出できる。
【００１８】
【実施例】
以下、この発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、この発明を実施した蒸気ボイラの一実施例の概略構成図であり、図２は、同実施例の要部概略構成図であり、図３は、同実施例の制御回路の要部構成図であり、第４図は、同実施例の制御手順を示すフローチャート図であり、図５は、同実施例の他の制御手順を示すフローチャート図である。
【００１９】
図１に示す前記一実施例の蒸気ボイラ１（以下、単に「ボイラ」という。）は、缶体（図示しない）に供給された水を加熱して、蒸気を生成する。そして、前記ボイラ１は、上下ヘッダ間に多数の垂直水管を有する缶体と前記各水管を加熱するバーナ（いずれも図示しない。）と前記バーナへのガス燃料を供給を制御する第一弁２および第二弁３を設けた燃料供給路４と、前記バーナへ燃焼用空気を供給する送風機５とを具備している。前記第一弁２および第二弁３はいずれも電磁弁である。
【００２０】
前記ボイラ１は、燃料弁漏れ検出手段および炎センサ自己診断手段を含む炉内爆発防止手段と缶体圧力破壊防止手段とを具備している。
【００２１】
まず、前記炉内爆発防止手段について説明する。前記燃料弁漏れ検出手段は、前記第一弁２および第二弁３間の管路の圧力を検出する圧力検出器７と、前記第一弁２および前記第二弁３を制御して、前記第一弁２のガス漏れを検出する制御回路８とを含む。
【００２２】
また、前記炎センサ自己診断手段は、紫外線光電管からなる炎センサ６と、この炎センサ６からの信号を入力してこの炎センサ６の劣化による異常を自己診断する制御回路８とを含む。前記炎センサ６は、図２に示すように前記バーナにより形成される炎の紫外線が前記炎センサ６へ入射する入射状態（実線図示）と入射を遮断する非入射状態（点線図示）とを選択する遮光手段９を有しており、前記入射状態と非入射状態の選択は前記制御回路８によって制御される。
【００２３】
つぎに、缶体圧力破壊防止手段について説明する。この缶体圧力破壊防止手段は、前記缶体の蒸気温度を検出しその温度がキュリー点である１８５℃（前記ボイラ１の許容最高圧力：０．９８ＭＰａに対応）を超えると磁性が失われて開くリードスイッチを有する温度スイッチ１０と、この温度スイッチ１０の作動により直接前記第一弁２および第二弁３の開閉を制御する前記制御回路８とを含む。前記温度スイッチ１０は、前記缶体の前記上ヘッダ内の蒸気温度を検出するように設けられる。前記温度スイッチ１０は、スイッチ全体が前記缶体内へ挿入される。
【００２４】
ここで、前記制御回路８の具体的構成を図３に示す。１０は、前記炎センサ６および前記圧力検出器７からの信号を入力するマイコンを含む制御器で、前記マイコン以外に前記第一弁２および前記第二弁３の開閉を制御するリレー回路，前記炎センサ６への給電回路，前記炎センサ６からの検出信号をを処理する信号検出回路（いずれも図示しない。）を含む。
【００２５】
この制御器１１のマイコンは、前記リレー回路により前記第一弁２，第二弁３の通電を制御する第一リレー接点１２，第二リレー接点１３の開閉を制御する。前記第一弁２，第二弁３の通電回路には、前記温度スイッチ１０を直接接続している。前記温度スイッチ１０は、前記制御器１１にも接続され、前記温度スイッチ１０の開閉信号が前記制御器１１に取り込まれるよう構成されている。
【００２６】
前記マイコンは、予め記憶している処理手順に従い炉内爆発防止機能をなす。その処理手順は、図４および図５に示されている。
【００２７】
炉内爆発防止機能は、燃料弁漏れ検出機能と炎センサ自己診断機能とを含んでおり、まず燃料弁漏れ検出機能につき説明する。図４において、ステップＳ１（以下、ステップＳＮを単にＳＮと称す。）において、燃焼停止信号を出力しているかどうかを判定する。ＮＯの場合、リターンに戻り、ＹＥＳの場合、Ｓ２へ移行し、前記第一弁２を閉じる処理を行う。この処理により、前記リレー回路が前記第一リレー接点１２を開くことで、第一弁２への通電が遮断されて、前記第一弁２が閉じる。
【００２８】
ついで、Ｓ３にて、前記第一弁２の閉指令から所定時間（Ｔ１秒）経過後に前記第二弁３を閉じる，すなわち前記第二弁３を前記第一弁２の閉に時間差をおいて閉じる処理を行う。この処理により、前記リレー回路が前記第二リレー接点１３を開くことで、第二弁３への通電が遮断されて、前記第二弁３が閉じる。
【００２９】
Ｓ４において、前記第二弁３の閉指令から所定時間（Ｔ２秒）が経過したどうかを判断する。所定時間が経過するとＳ５へ移行して、前記圧力検出器７からの信号に基づき前記第二弁３が最初に閉じた時の検出圧力から所定以上の圧力上昇があったかどうかを判定する。前記所定時間Ｔ１，Ｔ２は、ガス漏れと判断するに適した値を実験的に求める。所定以上の圧力上昇があった場合には、前記第一弁２がガス漏れをしていると判断して、Ｓ６へ移行してガス漏れ報知を報知手段（図示しない。）により報知する。このガス漏れ報知によりサービスマンが前記第一弁２の点検を行い、交換などを行う。Ｓ５において所定以上の圧力がなかった場合は、ガス漏れ無しと判断して、処理はリターンする。
【００３０】
つぎに、炎センサ自己診断機能について図５に従い説明する。この自己診断は、所定の燃焼時間経過毎に燃焼状態で行う第一自己診断と、プレパージやポストパージなどのメインの前記バーナが燃焼停止している燃焼以外の運転状態において行う第二自己診断とからなる。
【００３１】
前記第一自己診断は、Ｓ１０からＳ１３の処理により行われる。まず、Ｓ１０において、前記バーナの燃焼が所定時間Ｔ３分（たとえば６０分）が経過したかどうかを判定する。ここでＹＥＳが判定されると、Ｓ１１へ移行して前記遮光手段９を最長で所定時間Ｔ４秒（たとえば、３秒）閉じて、Ｓ１２へ移行する。Ｓ１２においては、前記炎センサ６から炎無し信号が所定時間Ｔ５秒（Ｔ４より短く、たとえば０．５秒）継続して出力されていないかどうかを判定し、ＹＥＳの場合は、センサ異常と判断してＳ１３へ移行する。Ｓ１３ではセンサ異常の報知を行う。この場合は、燃焼中であるので、前記第一弁２，第二弁３を閉じ、この状態をロックする。このロックとは、燃焼要求がある場合でも前記ロックを解除しない限り燃焼を開始できないことを意味する。
【００３２】
Ｓ１２において、ＮＯが判断されると、前記炎センサ６が正常であるので、燃焼を継続する。このＳ１２において、前記炎センサ６から炎無し信号が所定時間Ｔ５秒継続して出力無しが一度判定されると、直ちに前記遮光部材９を開く。Ｓ１０での判断が、ＹＥＳとなると、Ｓ１０での燃焼時間のカウントがリセットされ、カウントが再開される。
【００３３】
こうした第一自己診断により、蒸気ボイラが長時間連続して燃焼を続けているうちに前記炎センサ６が劣化して誤信号を出力し、炎が無いのに燃料が流出することによる炉内爆発を未然に防止できるものである。
【００３４】
また、前記第二自己診断は、Ｓ１４からＳ１８の処理により行われる。Ｓ１４において、本来炎有り信号が検出されない状態，すなわち燃焼状態（ステージ）以外の状態にて前記炎センサ６から炎有り信号が出力されているかどうかを判定する。Ｓ１４にてＹＥＳが判定されると、Ｓ１５へ移行し前記遮光手段９を閉じ、Ｓ１６へ移行する。
【００３５】
Ｓ１６において、Ｓ１２と同様のセンサ異常判定を行う。ここで、ＹＥＳが判定されると、Ｓ１７へ移行し、Ｓ１３と同様のセンサ異常報知を行う。また、Ｓ１６にてＮＯが判定されると、Ｓ１８へ移行して擬似炎処理を行う。この擬似炎処理においては、擬似炎が存在すると判断しているので、燃焼要求があっても燃焼を開始しない状態にロックする。このロックは、サービスマンなどの点検後、手動により解除可能である。
【００３６】
こうした第二自己診断により、前記炎センサ６の異常か擬似炎かの判断ができ、それぞれに適した対応を行うことができる。
【００３７】
以上のように、前記第一弁２の漏れを確実に検出するとともに、前記炎センサ６の異常を燃焼継続状態での第一自己診断および燃焼状態以外の第二自己診断により確実に検出することができる。そして、これらの検出に対して自動的あるいはサービスマンなどの人的な対応により炉内爆発を未然に、かつ確実に防止できる。
【００３８】
つぎに、缶体圧力破壊防止機能について説明する。図１および図３において、前記ボイラ１の缶体内圧力は、蒸気負荷要求の増減に応じて作動する蒸気圧力検出手段（図示しない。）により一定に制御されている。しかしながら、前記蒸気圧力検出器の不良による圧力制御異常を生じたり、前記制御器１１が暴走して前記第一リレー接点１２および前記第二リレー接点１３を閉じ続ける状態となると、前記缶体内圧力が前記蒸気圧力検出器の作動圧力以上に異常に上昇する。
【００３９】
この缶体内の圧力上昇に伴って、前記缶体内の温度が上昇する。そして、温度が、前記温度スイッチ１０のキュリー点以上となると、前記温度スイッチ１０が開き、燃焼を停止する。
【００４０】
つぎに、燃焼停止により再び温度が低下して前記温度スイッチ１０が閉じた場合につき説明する。前記制御器１１のマイコンが正常な場合、前記制御器１１により、前記第一リレー接点１２および前記第二リレー接点１３の開放が保持されるので、前記第一弁２および前記第二弁３が開くことはない。
【００４１】
また、前記制御器１１のマイコンが暴走した場合でも、つぎのようにして前記第一弁２および第二弁３が開くことは無いよう構成されている。前記第一弁２および第二弁３には、前記炎センサ６の前記信号検出回路により直接（マイコンを介することなく）制御され、前記マイコンが暴走しても閉じない安全スイッチ（図示しない。）が接続されている。この安全スイッチは、前記バーナの着火動作時に所定時間のみ閉じ、炎あり信号の検出によりこの閉を保持し、炎無し信号により開く。したがって、前記安全スイッチは、前記温度スイッチ１０が開いて前記バーナの燃焼が停止すると、それ以降は開放を維持するので、前記温度スイッチ１０が再び閉じ、前記マイコンの暴走により前記第一リレー接点１２および第二リレー接点１３が閉じても前記第一弁２および第二弁３が開くことは無い。
【００４２】
こうして、前記温度スイッチ１０により、前記缶体内圧力が異常に上昇することによる缶体圧力破壊を未然に防止できる。そして、前記温度スイッチ１０がフェールセーフなスイッチであることに加えて、前記制御器１１を介することなく燃焼弁回路に直接接続されているので、確実に缶体圧力破壊を防止できる。
【００４３】
【発明の効果】
この発明によれば、炉内爆発防止より確実に行い、蒸気ボイラなどの燃焼機器の安全性をより一層高めることことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明を実施した蒸気ボイラの一実施例の概略構成図である。
【図２】図２は、同実施例の要部概略構成図である。
【図３】図３は、同実施例の制御回路の要部構成図である。
【図４】図４は、同実施例の制御手順を示すフローチャート図である。
【図５】図５は、同実施例の他の制御手順を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
１　蒸気ボイラ
６　炎センサ
９　遮光手段

Claims (1)

1. バーナにより形成される炎の光が入射する入射状態と入射を遮断する非入射状態とを選択する遮光手段９を有する炎センサ６と、前記バーナの所定燃焼時間毎に燃焼状態で前記炎センサ６の自己診断を行う第一自己診断および前記バーナの燃焼以外の状態で前記炎センサ６の自己診断を行う第二の自己診断を含む炎センサ自己診断手段とを備えることを特徴とする燃焼制御装置。

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