JP2008051391A - 燃焼装置 - Google Patents

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【課題】 ダンパ装置によって空気供給量を調節している燃焼装置において、ダンパ開度が設定位置からずれることによって、空気供給量が適正値から外れることを防止する。
【解決手段】 バーナ部1への空気供給は送風機3によって行っており、送風機3とバーナ部1を結ぶ送風路6の途中に設けたダンパ装置4の開度を変更することで空気供給量を調節している燃焼装置において、空気供給量を減少する場合は、ダンパ4の開度を閉じる方向に動かしている際、変更後の空気供給量位置にあたるリミットスイッチのリミット信号検出に基づいてダンパを停止し、空気供給量を増加する場合は、ダンパの開度を開く方向に動かし、変更後の空気供給量位置を一旦通り過ぎ、その後ダンパの移動方向を閉じる方向へ反転させた後、ダンパを閉じる方向に動かしている際に、変更後の空気供給量位置にあたるリミットスイッチのリミット信号検出に基づいてダンパを停止する制御を行う。
【選択図】図1

Description

本発明は、高燃焼工程・低燃焼工程・着火工程や、高燃焼工程・中燃焼工程・低燃焼工程といった工程にあわせて空気供給量を変更している燃焼装置に関するものであり、より詳しくは、空気供給量を調節する際に空気供給量が適正値を外れることで燃焼が不安定になることを防止することのできる燃焼装置に関するものである。
実公平6−12348号公報に記載があるように、ボイラなどにおける燃焼装置では、送風機によって燃焼用空気の供給を行うことが広く行われている。高燃焼工程・低燃焼工程・着火工程といった工程ごとに必要な空気量が異なる燃焼装置では、バーナ部と送風機を結ぶ送風路の途中にダンパ装置を設けておき、ダンパの開度を変更することでバーナ部への空気供給量を調節する。また、燃焼を行っていない場合、ボイラからの放熱を減少するためにダンパを全閉位置とすることもあり、この場合には、ダンパの開度を、全閉位置・着火位置・低燃焼位置・高燃焼位置の4位置とする。
ダンパ位置の検出にはリミットスイッチを用いる。図11は、リミット検出位置とダンパ移動の例を記載している。図11の場合、リミット検出位置はダンパを閉じた状態から順に、全閉位置・着火位置・低燃焼位置・高燃焼位置としている。リミットスイッチでは、ダンパが位置の検出を行っている所に達したときにオンからオフへ変化、又はオフからオンへ変化するようにしておき、リミット信号の変化によってダンパが所定の位置にあることを検出してダンパの動きを停止する。ところが、ダンパの位置を検出するリミットスイッチは、ダンパを閉じる方向に移動させている状態でリミット信号を検出する位置と、ダンパを開く方向に移動させている状態でリミット信号を検出する位置では、ずれが生じるという問題があった。
図11の場合、矢印と実線でダンパの動きを示している。低燃焼位置の検出は、着火工程から低燃焼工程への移行時と、高燃焼工程から低燃焼工程への移行時に行われる。着火工程から低燃焼工程へ移行時は、ダンパが低燃焼位置より開いたことを検出したとき、ダンパは低燃焼位置にあると判定し、高燃焼工程から低燃焼工程へ移行時は、ダンパが低燃焼位置より閉じたことを検出したとき、ダンパは低燃焼位置にあると判定する。このとき、ダンパが低燃焼位置より開いたことを検出する位置と、ダンパが低燃焼位置より閉じたことを検出する位置にずれが生じることは避けられない。
図10は、燃焼工程とダンパ開度の変化を示したタイムチャートであり、タイムチャートに基づいて説明する。この図では、燃焼の前後に燃焼室内を換気するプレパージとポストパージを行う場合のものである。図では停止の工程から始まっているため、最初のダンパ開度は全閉位置、送風機の稼働は停止している。燃焼を開始する場合、着火前にプレパージの工程を行う。プレパージの工程では、送風機の稼働を開始しておき、ダンパ位置は高燃焼位置とすることで燃焼室内へ空気の供給を行って燃焼室内を換気する。
プレパージが終了すると着火を行う。着火工程では、空気量が多いと吹き消えるため、ダンパ位置を着火位置とすることで空気供給量を絞り、着火を行う。その後は、ボイラの燃焼指令に基づいて燃焼装置は燃焼量を低燃焼又は高燃焼に調節する。低燃焼工程ではダンパ位置を低燃焼位置とし、高燃焼工程ではダンパ位置を高燃焼位置とすることで空気供給量を調節する。燃焼終了時にはポストパージを行った後で送風機の稼働を停止し、ダンパを全閉位置として燃焼を停止する。この場合、ダンパ開度は着火位置から低燃焼位置へ変化させた場合と、高燃焼位置から低燃焼位置へ変化させた場合でずれが生じている。本図では、高燃焼位置から低燃焼位置へ移動させた場合にリミット信号の検出に基づいて停止した位置が正しい低燃焼位置であり、着火位置から低燃焼位置へ移動させた場合にリミット信号の検出に基づいて停止した位置は、正しい低燃焼位置よりも高燃焼位置側にずれている。ダンパ位置がずれていると、空気供給量が適正な値からは、外れることになるため、燃焼が不安定となり、CO・NOx・煤などの発生量が増加したり、火炎が吹き消えるといったことが発生する。
実公平6−12348号公報
本発明が解決しようとする課題は、ダンパ装置によって空気供給量を調節しており、ダンパ位置をリミットスイッチにて検出している燃焼装置において、ダンパ開度が設定位置からずれることによって、空気供給量が適正値から外れ、燃焼が不安定になるということを防止することにある。
請求項1に記載の発明は、バーナ部への空気供給は送風機によって行っており、運転の工程に応じて空気供給量を変更している燃焼装置であって、送風機とバーナ部を結ぶ送風路の途中に設けたダンパ装置の開度を変更することで空気供給量を調節しており、ダンパ位置の検出にはリミットスイッチを用いている燃焼装置において、
空気供給量を減少する場合は、ダンパの開度を閉じる方向に動かしている際、変更後の空気供給量位置にあたるリミットスイッチのリミット信号検出に基づいてダンパを停止し、空気供給量を増加する場合は、ダンパの開度を開く方向に動かし、変更後の空気供給量位置を一旦通り過ぎ、その後ダンパの移動方向を閉じる方向へ反転させた後、ダンパを閉じる方向に動かしている際に、変更後の空気供給量位置にあたるリミットスイッチのリミット信号検出に基づいてダンパを停止する制御、
又は、空気供給量を減少する場合は、ダンパの開度を閉じる方向に動かし、変更後の空気供給量位置を一旦通り過ぎ、その後ダンパの移動方向を開く方向へ反転させた後、ダンパを開く方向に動かしている際に、変更後の空気供給量位置にあたるリミットスイッチのリミット信号検出に基づいてダンパを停止し、空気供給量を増加する場合は、ダンパの開度を開く方向に動かしている際、変更後の空気供給量位置にあたるリミットスイッチのリミット信号検出に基づいてダンパを停止する制御、を行うことを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、前記の燃焼装置において、ダンパの開度を変更する場合、変更後の空気供給量位置を一旦通り過ぎた後に反転させるのは、高燃焼工程・低燃焼工程・着火工程や、高燃焼工程・中燃焼工程・低燃焼工程のように3段階以上に空気供給量を設定している場合において、最も大きな空気供給量および最も小さな空気供給量以外である、中間位置の空気供給量へ移行する場合にのみ行うことを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、前記の燃焼装置において、前記中間位置を検出するリミットスイッチは、ダンパを開いてきた場合と閉じてきた場合のどちらからでもリミット信号を出力することができるようにしておき、変更後の空気供給量位置を一旦通り過ぎた後でダンパの移動方向を反転させ、その後に所定の位置で停止させる制御を行う場合、ダンパ移動開始後の最初に目標位置のとするリミット信号を検出すると、ダンパ移動方向を反転させ、その後の二度目に検出する目標位置のリミット信号に基づいてダンパを停止する制御を行うことを特徴とする。
本発明を実施することによって、空気供給量を常に適切に保つことができるため、燃焼状態を安定させることができ、CO・NOx・煤の発生量増加や、火炎の吹き消えの発生を防止することができる。
本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図1は本発明を実施しているボイラの概要図、図2は本発明の実施例におけるタイムチャート、図3はダンパ位置のリミット信号検出位置の説明図、図4から図8は実施例の回路図における電流の流れを示した説明図である。また、図9は他の実施例におけるダンパ位置のリミット信号検出位置の説明図である。
まず図1の説明を行う。図1では、ボイラ本体部2の上部に燃焼装置を設けており、燃焼装置のバーナ部1へ燃料と空気を供給することで燃焼を行うようにしている。燃焼装置への燃焼用空気の供給は、送風機3を稼働することによって行うようにしており、バーナ部1と送風機3の間を送風路6にて連結している。送風路6の途中には、送風路6内の流路面積を変更するダンパ装置4を設けておき、ダンパ装置4の開度を変更することで燃焼用空気供給量を調節する。燃料供給量の調節は、燃料供給路に設けている燃料供給量制御装置5によって行う。送風機3、ダンパ装置4、燃料供給量制御装置5と接続した運転制御装置7を設けておき、各部の作動制御は運転制御装置7によって行う。
燃焼装置は、高燃焼・低燃焼・停止の3位置で燃焼を制御するものであり、高燃焼の場合は燃料供給量と燃焼用空気量を多くすることで燃焼量を大きくし、低燃焼の場合は燃料供給量と燃焼用空気量を少なくすることで燃焼量を小さくする。ダンパ装置4は、図3に記載している通り、高燃焼位置と低燃焼位置の他に、全閉位置と着火位置を設定しておく。全閉位置は送風路6での空気流れ方向に対してダンパの羽根が垂直となる位置であり、全閉位置・着火位置・低燃焼位置・高燃焼位置の順に空気供給量が多くなるように設定する。ダンパ装置4は、送風路6内に設けている羽根をDCM(ダンパコントロールモータ)にて回転させる構成である。ダンパ軸には複数のカムを設けておき、カムの動きとリミットスイッチによってダンパの位置を検出することができるようにしている。
リミットスイッチによるリミット信号の検出は、高燃焼位置(cm3)・低燃焼位置(cm5)・着火位置(cm6)・全閉位置(cm4)の4箇所で行う。各ダンパ位置に対応させてカムを設定しておき、各リミットスイッチでは、設定位置よりダンパが開けばオンを出力(a接側)、閉じていればオフを出力する。リミット信号を検出することでダンパの位置を検出し、所定の位置でダンパを停止することができるようにしておく。図3において、低燃焼位置が二重になっているのは、低燃焼位置でリミット信号がオンになる位置と、オフになる位置では、ずれが生じるためである。
次に図2及び図4から図8に基づいて運転状態とダンパの動きを説明する。図2のタイムチャートでは、燃焼停止の状態から始まっているため、最初のダンパ開度は全閉位置、送風機の稼働は停止している。ボイラに対して燃焼指令の出力が行われると、ボイラは燃焼を開始する。燃焼を開始する場合、燃焼室内には燃料分が残っていない状態で着火を行うようにするため、着火前にプレパージの工程を行う。プレパージの工程では、送風機の稼働を開始しておき、ダンパ位置は高燃焼位置とすることで燃焼室内へ空気の供給を行って燃焼室内を換気する。
ダンパ位置を全閉位置から高燃焼位置へ変更する場合、図4の回路に電流を流すことでダンパ位置を移動させる。図4はダンパを高燃焼位置まで開くための回路であり、RY1(全開)をオンにしている。RY1をオンにすると、電流はcm3へ流れる。cm3は高燃焼位置のリミット信号に基づいてオン−オフするものであり、ダンパが高燃焼位置よりも閉じている場合はオフ出力となる。そのため、ダンパが高燃焼位置に達するまではDCM(ダンパコントロールモータ)には開方向に電流が流れ(太実線)、ダンパは開方向に駆動する。ダンパが高燃焼位置に達し、cm3のリミット信号がオンになると、DCMへの電流は停止するためダンパの移動は停止し、運転制御装置7へは高燃焼位置の信号が出力される(太破線)。
運転制御装置7では、プレパージ時間が終了するまでは燃焼室の換気を継続し、プレパージ時間が終了すると、着火工程に移行する。着火工程では、空気量が多いと吹き消えるため、ダンパ位置を着火位置として着火を行う。図5はダンパを着火位置まで閉じるための回路であり、RY2(着火)をオンにしている。RY2をオンにすると、電流はcm6へ流れる。cm6は着火位置のリミット信号に基づいてオン−オフするものであり、ダンパが着火位置よりも開いている場合はオン出力となる。そのため、ダンパが着火位置に達するまではDCMには閉方向に電流が流れ(太実線)、ダンパは閉方向に駆動する。ダンパが着火位置に達し、cm6のリミット信号がオフになると、DCMへの電流は停止するためダンパの移動は停止し、運転制御装置7へは着火位置の信号が出力される(太破線)。運転制御装置7はダンパを着火位置とすることで空気供給量を少なくしておき、着火装置(図示せず)の作動と燃料の供給を開始して着火を行う。
運転制御装置7ではダンパを着火位置とした状態で着火を行い、着火の工程が終了すると、低燃焼工程に移行する。図6はダンパを低燃焼位置まで開くための回路であり、RY5(着火→低燃焼)をオンにしている。RY5をオンにすると、cm5がオフである間は電流がDCMへ流れる。cm5は低燃焼位置のリミット信号に基づいてオン−オフするものであり、ダンパが低燃焼位置よりも閉じている場合はオフ出力となる。そのため、ダンパが低燃焼位置に達するまではDCMには開方向に電流が流れ(太実線)、ダンパは開方向に駆動する。ダンパが低燃焼位置に達し、cm5のリミット信号がオンになると、DCMへの電流は停止するためダンパの移動は停止し、運転制御装置7へは低燃焼位置の信号が出力される(太破線)。
しかし、リミット信号がオンからオフになる位置と、オフからオンになる位置には、ずれがあることより、この時点でのダンパ位置は本来の低燃焼位置よりも高燃焼位置側にずれている。そのため運転制御装置7は、ダンパを閉じる方向に移動させることで、ダンパを本来の低燃焼位置とする。図7はダンパを低燃焼位置まで閉じるための回路であり、RY5(着火→低燃焼)をオフにしている。RY5をオフにすると、DCMへの電流はそれまでとは逆方向、つまりDCMには閉方向に電流が流れる。ダンパの閉方向への移動は、cm5がオフとなるまで行う(太実線)。cm5がオフとなるまでダンパを閉じ、cm5のリミット信号がオフになると、DCMへの電流は停止するためダンパの移動は停止し、運転制御装置7へは低燃焼位置の信号が出力される(太破線)。ダンパ移動方向を反転させる操作を行うことで、低燃焼に適した空気供給量とすることができる。
その後、ボイラに対して高燃焼の燃焼指令が出力された場合は、運転制御装置7は燃焼装置の燃焼量を高燃焼とする。低燃焼から高燃焼に燃焼量を増加する場合、ダンパ位置は低燃焼位置から高燃焼位置へ変更される。ダンパ位置を高燃焼位置まで開く場合、先に説明した図4の回路を用いてダンパを高燃焼位置とする。同様にボイラに対して低燃焼の燃焼指令が出力された場合は、運転制御装置7は燃焼装置の燃焼量を低燃焼とする。高燃焼から低燃焼に燃焼量を減少する場合、ダンパ位置は高燃焼位置から低燃焼位置へ変更される。ダンパ位置を低燃焼位置まで閉じる場合、先に説明した図7の回路を用いてダンパを低燃焼位置とする。
ボイラに対する燃焼指令が終了すると、運転制御装置7は燃焼装置による燃焼を終了する。この場合、燃焼停止後にも所定時間は送風機の稼働を継続しておき、燃焼室内を換気するポストパージを行う。ポストパージにおけるダンパ位置は低燃焼時と同じであるため、ポストパージ開始時にはダンパ位置の変更は行っていない。所定のポストパージ時間が終了すると、ダンパは全閉位置とし、送風機の稼働も停止する。
図8はダンパを全閉位置まで閉じるための回路であり、RY3(全閉)をオンにしている。RY3をオンにすると、電流はcm4へ流れる。cm4は全閉位置のリミット信号に基づいてオン−オフするものであり、ダンパが全閉位置に閉じられるまではオン出力である。そのため、ダンパが全閉位置に達するまではDCMには閉方向に電流が流れ(太実線)、ダンパは閉方向に駆動する。ダンパが全閉位置に達し、cm4のリミット信号がオフになると、DCMへの電流は停止するためダンパの移動は停止し、運転制御装置7へは全閉位置の信号が出力される(太破線)。
ダンパ装置の開閉は上記のように行うことで、着火工程から低燃焼工程への変更した場合におけるダンパ位置と、高燃焼工程から低燃焼工程に変更した場合におけるダンパ位置を同じにすることができ、燃焼用空気供給量がずれることによって燃焼が不安定になることを防止できる。
本実施例では、ダンパ位置は高燃焼位置・低燃焼位置・着火位置・全閉位置の4箇所としているが、これ以外の場合であっても同様に行うことができる。図9は、他の実施例におけるダンパのリミット信号検出位置とダンパの動きを示している。ここでは、ダンパ位置を高燃焼位置・中燃焼位置・低燃焼位置・着火位置・全閉位置の5箇所としている。この場合、最も大きな空気供給量と最も小さな空気供給量以外の空気供給量である低燃焼の空気供給量と中燃焼の空気供給量が中間位置となる。低燃焼の空気供給量へ移行するのは、着火直後であって着火位置から低燃焼位置として空気供給量を増加する場合と、高燃焼から燃焼量を減少する場合の2通りある。中燃焼の空気供給量へ移行するのも、低燃焼から燃焼量を増加する場合と、高燃焼から燃焼量を減少する場合の2通りある。低燃焼時及び中燃焼において空気供給量を常に一定とするために、空気供給量増加時又は空気供給量減少時のいずれかにおいて、ダンパが目標とする位置(低燃焼位置又は中燃焼位置)を通り過ぎた後でダンパ移動方向を反転させる制御を行う。
また、実施例では、中間位置の空気供給量へ変更する場合のリミット信号の検出は、ダンパを開く方向で動かしている状態での検出と、ダンパを閉じる方向で動かしている状態での検出の両方が行えるようにしている。そのため、例えば着火工程から低燃焼工程への移行時には、低燃焼位置のリミット信号がオフからオンに切り替わった時にダンパの移動方向を反転させ、低燃焼位置のリミット信号が先ほどとは逆にオンからオフに切り替わった時にダンパを停止するということができる。このようにした場合、燃焼用空気供給量の設定値を少しだけ通り過ぎた後ですぐに反転させることができ、設定値を通り過ぎることによって燃焼用空気供給量が過剰となる幅を小さくすることができる。ただし、リミット信号の検出を両方から行えるようにするためには、制御回路が複雑になる。そのため、ダンパを移動させ始めた時からの時間を計測しておき、ダンパの移動を始めてから所定時間後に移動方向を反転するようにしてもよい。
なお、中燃焼工程のように、空気供給量を増加して中燃焼とする場合と、空気供給量を減少して中燃焼とする場合がほぼ同じ割合で発生する場合は、空気供給量の増加時と減少時のどちらでダンパ移動方向の反転を行うように設定しても大差ない。しかし、着火工程から低燃焼工程への移行は、着火直後の1回しか行われないため、この場合には、ダンパの移動方向を反転させることで停止位置を調節するのは、着火工程から低燃焼工程へ移行のためにダンパを開いていく場合とする。ダンパが開いている場合の低燃焼位置で反転するようにした方が、反転する回数を少なくすることができる。
本発明を実施しているボイラの概要図 実施例におけるダンパ開度と運転工程を示したタイムチャート 実施例におけるダンパのリミット信号検出位置とダンパの動きを示した説明図 ダンパを高燃焼位置へ向けて開く場合の電流の流れを示した回路図 ダンパを着火位置へ向けて閉じる場合の電流の流れを示した回路図 ダンパを低燃焼位置へ向けて開く場合の電流の流れを示した回路図 ダンパを低燃焼位置へ向けて閉じる場合の電流の流れを示した回路図 ダンパを全閉位置へ向けて閉じる場合の電流の流れを示した回路図 他の実施例におけるダンパのリミット信号検出位置とダンパの動きを示した説明図 従来の制御例におけるダンパ開度と運転工程を示したタイムチャート 従来例におけるダンパのリミット信号検出位置とダンパの動きを示した説明図
符号の説明
1 燃焼装置
2 ボイラ本体部
3 送風機
4 ダンパ装置
5 燃料供給量制御装置
6 送風路
7 運転制御装置

Claims (3)

  1. バーナ部への空気供給は送風機によって行っており、運転の工程に応じて空気供給量を変更している燃焼装置であって、送風機とバーナ部を結ぶ送風路の途中に設けたダンパ装置の開度を変更することで空気供給量を調節しており、ダンパ位置の検出にはリミットスイッチを用いている燃焼装置において、
    空気供給量を減少する場合は、ダンパの開度を閉じる方向に動かしている際、変更後の空気供給量位置にあたるリミットスイッチのリミット信号検出に基づいてダンパを停止し、空気供給量を増加する場合は、ダンパの開度を開く方向に動かし、変更後の空気供給量位置を一旦通り過ぎ、その後ダンパの移動方向を閉じる方向へ反転させた後、ダンパを閉じる方向に動かしている際に、変更後の空気供給量位置にあたるリミットスイッチのリミット信号検出に基づいてダンパを停止する制御、
    又は、空気供給量を減少する場合は、ダンパの開度を閉じる方向に動かし、変更後の空気供給量位置を一旦通り過ぎ、その後ダンパの移動方向を開く方向へ反転させた後、ダンパを開く方向に動かしている際に、変更後の空気供給量位置にあたるリミットスイッチのリミット信号検出に基づいてダンパを停止し、空気供給量を増加する場合は、ダンパの開度を開く方向に動かしている際、変更後の空気供給量位置にあたるリミットスイッチのリミット信号検出に基づいてダンパを停止する制御、を行うことを特徴とする燃焼装置。
  2. 請求項1に記載の燃焼装置において、ダンパの開度を変更する場合、変更後の空気供給量位置を一旦通り過ぎた後に反転させるのは、高燃焼工程・低燃焼工程・着火工程や、高燃焼工程・中燃焼工程・低燃焼工程のように3段階以上に空気供給量を設定している場合において、最も大きな空気供給量および最も小さな空気供給量以外である、中間位置の空気供給量へ移行する場合にのみ行うことを特徴とする燃焼装置。
  3. 請求項1または2に記載の燃焼装置において、前記中間位置を検出するリミットスイッチは、ダンパを開いてきた場合と閉じてきた場合のどちらからでもリミット信号を出力することができるようにしておき、変更後の空気供給量位置を一旦通り過ぎた後でダンパの移動方向を反転させ、その後に所定の位置で停止させる制御を行う場合、ダンパ移動開始後の最初に目標位置のとするリミット信号を検出すると、ダンパ移動方向を反転させ、その後の二度目に検出する目標位置のリミット信号に基づいてダンパを停止する制御を行うことを特徴とする燃焼装置。
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