JP2014020774A

JP2014020774A - 燃焼装置

Info

Publication number: JP2014020774A
Application number: JP2012171460A
Authority: JP
Inventors: Shigetoshi Takahata; 重俊高畠; Naoki Noguchi; 直希野口
Original assignee: SAMSON CO Ltd
Current assignee: SAMSON CO Ltd
Priority date: 2012-07-17
Filing date: 2012-07-17
Publication date: 2014-02-03

Abstract

【課題】燃焼によって発生するＣＯ濃度の値をＣＯセンサにて計測している燃焼装置において、燃焼量の増減によって燃焼排ガスの温度が変化した場合でもＣＯ濃度を精度良く測定することができ、さらにＣＯセンサの異常発生時にはＣＯセンサの異常を判定する。
【解決手段】
燃焼量を高燃焼／低燃焼のように段階的に調節することができるようにした燃焼装置１であって、燃焼排ガスを通す排気通路にＣＯセンサ２を設け、ＣＯセンサにて計測したＣＯ濃度に基づいて燃焼装置の異常を検出するようにしている燃焼装置において、排気通路の比較的上流箇所に設置したＣＯセンサＡと、排気通路の比較的下流箇所に設置したＣＯセンサＢを設け、燃焼装置での燃焼量が小さい場合には上流側に設置しているＣＯセンサＡを使用してＣＯ濃度を計測し、燃焼量が大きな場合には下流側に設置しているＣＯセンサＢを使用してＣＯ濃度を計測する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼ガスに含まれているＣＯ濃度を検出するＣＯセンサを持った燃焼装置に関するものである。

燃焼装置によって燃焼を行うと、ＣＯが発生する。燃料と燃焼用空気の比率が適正であって良好な燃焼が行われている場合にはＣＯ発生量は少ないが、何らかの異常によってこの比率がずれた場合など、燃焼状態が悪化するとＣＯ発生量は急激に増加する。ＣＯは無臭無色な気体であって、人には感じることはできないが、人体にとって有害であるため、実公平１−３３９６９号公報にあるように、ＣＯセンサを燃焼装置に設けてＣＯの発生量を監視することも広く行われている。ＣＯセンサを設けた燃焼装置では、ＣＯセンサによって燃焼ガス中のＣＯ濃度を計測しておき、ＣＯ濃度の計測値が設定基準濃度より高くなったことを検出すると、ＣＯ濃度異常の報知を行って運転を停止することで安全を確保するようにしている。

ＣＯセンサの感度は温度によって左右される性質があり、ＣＯセンサの精度を高く維持するためにはＣＯセンサ設置箇所での排ガス温度を所定の作動温度に保つ必要がある。
排気通路内を流れる排ガスの量が多いと、排ガスの温度が容易に下がらず、温度調節が行いにくいため、実公平１−３３９６９号公報では、制限された流量の排ガスを流す副排気路を設置し、副排気路には放熱フィンを設けている。副排気路で温度の調節を行うようにしており、所定温度の排ガスが流れる箇所にＣＯセンサを設けることで、ＣＯセンサの精度を高く維持することができる。

ところで燃焼装置では、負荷に応じて燃焼の発停を行うオン−オフ制御のほかに、燃焼量を高燃焼と低燃焼などに分けて設定しておき、負荷に応じて燃焼量を増減することも広く行われている。燃焼量を増減するようにした燃焼装置では、定格燃焼量と最低燃焼量の比であるターンダウン比を５：１や１０：１などとすることがあり、高燃焼と低燃焼では燃焼量が大きく異なる。燃焼量が大きく変化すると、燃焼排ガスの量も同様に大きく変化し、燃焼排ガスが保有する熱量も大きく変化することになる。排気通路内を流れる燃焼排ガスは、温度を低下させながら流れていくために下流ほど低くなるが、燃焼量が変化すると排ガスの温度も変化することになる。

燃焼量が大きい場合には、燃焼排ガス量が多くなるために温度低下量が少なくなり、排気通路には比較的高温の排ガスが流れる。逆に、燃焼量が小さい場合には、燃焼排ガス量が少なくなるために温度低下量が多くなり、排気通路には比較的低温の排ガスが流れる。そのため排気通路の同じ箇所でも、燃焼量が大きい場合の排ガス温度は燃焼量が小さい場合の排ガス温度よりも高くなる。すると、ある燃焼状態の時にはＣＯ濃度の検出に適した温度の排ガスが流れる箇所でも、燃焼状態が異なった場合にはＣＯ濃度の検出に適さない温度の排ガスが流れる、ということになり、その場合にはＣＯセンサの検出精度が低下することになっていた。

実公平１−３３９６９号公報

本発明が解決しようとする課題は、燃焼によって発生するＣＯ濃度の値をＣＯセンサにて計測している燃焼装置において、燃焼量の増減によって燃焼排ガスの温度が変化した場合でもＣＯ濃度を精度良く測定することができ、さらにＣＯセンサの異常発生時にはＣＯセンサの異常を判定することもできる燃焼装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、燃焼量を高燃焼／低燃焼のように段階的に調節することができるようにした燃焼装置であって、燃焼排ガスを通す排気通路にＣＯセンサを設け、ＣＯセンサにて計測したＣＯ濃度に基づいて燃焼装置の異常を検出するようにしている燃焼装置において、排気通路の比較的上流箇所に設置したＣＯセンサＡと、排気通路の比較的下流箇所に設置したＣＯセンサＢを設け、燃焼装置での燃焼量が小さい場合には上流側に設置しているＣＯセンサＡを使用してＣＯ濃度を計測し、燃焼量が大きな場合には下流側に設置しているＣＯセンサＢを使用してＣＯ濃度を計測するものであることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記の燃焼装置において、採用しないとした側のＣＯセンサでも参考としてＣＯ濃度の計測を行っておき、２つのＣＯセンサで計測したＣＯ濃度の差があらかじめ設定しておいた所定値よりも大きくなっていた場合には、ＣＯセンサ異常との判定を行うものであることを特徴とする。

燃焼量が大きい場合、排気通路での排ガス温度は比較的高い値となるため、排ガス温度がＣＯセンサの作動に適した温度になる位置は排気通路での比較的下流位置となる。逆に燃焼量が小さい場合、排気通路での排ガス温度は比較的低い値となるため、排ガス温度がＣＯセンサの作動に適した温度になる位置は排気通路での比較的上流位置となる。それぞれの燃焼量での適正な位置にＣＯセンサを設け、燃焼量に応じて計測したＣＯ濃度の値を採用するＣＯセンサを切り替えることで、ＣＯ濃度の測定精度は常に高くすることができる。また、適正位置から外れたことでＣＯ濃度は採用しないとしたＣＯセンサでは、精度は低下するが目安となる値は計測することができる。この場合、２つのＣＯセンサが正常であれば、２つのＣＯセンサで計測するＣＯ濃度は極端に異なることにはならない。そのため、２つのＣＯセンサで検出したＣＯ濃度を比較し、２つのＣＯ濃度がかけ離れた数値であった場合には、ＣＯセンサに異常が発生していると判断することができる。

本発明では、燃焼量が変化してもＣＯセンサ設置箇所での排ガス温度は適正な値となることより、ＣＯ濃度の測定精度を常に高くすることができる。また、ＣＯセンサに異常が発生した場合には異常を検出することができるため、ＣＯ濃度の計測値に対する信頼性をより高くすることができる。

本発明を実施している燃焼装置の概略構成図

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燃焼装置の概略構成図である。実施例での燃焼装置１は、蒸気を発生するボイラであって、火炎の燃焼を行うバーナ３、燃料をバーナ３へ供給する燃料供給装置４、燃焼用空気をバーナ３へ供給する給気装置５、燃焼排ガスを戸外へ排出する排気通路６などを設けている。燃焼装置１の運転制御は、燃料供給装置４や給気装置５と接続している運転制御装置７にて行うようにしており、運転制御装置７はバーナ３へ供給する燃料量の調節や、バーナ３へ供給する燃焼用空気量の調節などを行う。

燃焼装置１はボイラであるため、バーナ３での燃焼によって発生した熱によってボイラ内部の水を加熱し、蒸気を発生する。蒸気発生に使用した後の排ガスは、排気通路６を通して戸外へ排出する。排気通路６の途中には、燃焼装置１へ供給する水を予熱する給水予熱器８を設けている。給水予熱器８は、排気通路内に伝熱管を多数設けたものであって、伝熱管の表面には排ガス流に対して交差方向に延びる熱吸収用のフィンを多数段設けており、排気通路内を流れる排ガスによって伝熱管を外側から加熱するようにしている。伝熱管内にはボイラへの給水を流すようにしており、ボイラ給水を流すと伝熱管の熱によって給水の温度が上昇する。給水予熱器８は排ガスとボイラ給水の間で熱交換を行うものであるため、ボイラ給水の温度が上昇する替わりに排ガスの温度は低下する。給水予熱器の排ガス流入り口では３００℃であった燃焼排ガスが、出口では９０℃まで低下していたとすると、約２００℃分の熱がボイラ給水に移動したことになり、また潜熱の回収も行うことでボイラ給水の温度は上昇する。給水予熱器８のボイラ給水入り口では１５℃程度であった給水が、出口では１００℃近くまで予熱されていると、その分はボイラ内で加熱する必要がなくなるため、ボイラの効率は向上する。

運転制御装置７によるボイラの運転制御は、燃焼量の大きな高燃焼と燃焼量の小さな低燃焼を設定しておき、蒸気の必要量に応じて燃焼量の増減を行う。低燃焼の場合、燃料供給装置４によってバーナ３へ供給する燃料量と、給気装置５によってバーナ３へ供給する燃焼用空気量は、それぞれ少なく設定しておいて小さな燃焼を行う。高燃焼の場合、燃料供給装置４によってバーナ３へ供給する燃料量と、給気装置５によってバーナ３へ供給する燃焼用空気量は、それぞれ多く設定しておいて大きな燃焼を行う。

ところで、燃焼を行うとＣＯが発生する。ＣＯの発生量は、適正な燃焼が行われている場合には少ないが、燃焼状態によっては非常に高濃度となることがある。燃焼排ガスは戸外へ排出しているため、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が多少増加しても直ちに危険とはならないが、燃焼によって発生するＣＯは、人体にとって有害であってＣＯ発生量は低く保つことが必要である。そのため、排気通路６の途中にはＣＯ濃度を検出するＣＯセンサ２を設けておき、ＣＯ濃度が異常上昇した場合には燃焼装置１の運転を停止するようにしておく。ＣＯセンサ２は、排気通路６の比較的上流側に設置するＣＯセンサＡと、排気通路６の比較的下流側に設置するＣＯセンサＢをそれぞれ設ける。各ＣＯセンサ２は運転制御装置７と接続しておき、ＣＯセンサ２で計測したＣＯ濃度の値は運転制御装置７へ出力する。

ＣＯセンサの感度は温度によって左右されるため、排ガス温度がＣＯセンサの作動温度となる箇所にＣＯセンサ２を設置しておく。排気通路６の同じ箇所でも、燃焼装置１での燃焼量によって排ガス温度は異なるため、低燃焼時にＣＯ濃度の検出に適した温度となる箇所と、高燃焼時にＣＯ濃度の検出に適した温度となる箇所のそれぞれにＣＯセンサ２を設置する。

排気通路６内を流れる燃焼排ガスの温度は、排気通路６内を流れていく過程で徐々に低下し、給水予熱器８の部分でボイラ給水と熱交換することで大きく低下する。また、燃焼量が大きい場合には燃焼排ガスが持つ熱の総量は大きくなり、燃焼量が小さい場合には燃焼排ガスが持つ熱の総量は小さくなる。燃焼排ガスの熱量が大きい場合、熱量が小さい場合よりも排気通路６の下流まで温度の高い状態が続くため、排ガス温度がＣＯ濃度の検出に適した温度、例えば１５０℃となる箇所は、燃焼量が大きな場合には排気通路６の比較的下流位置、燃焼量が小さな場合には排気通路の比較的上流位置となる。

低燃焼用のＣＯセンサＡと高燃焼用のＣＯセンサＢは、それぞれでの燃焼量の場合にＣＯ濃度を検出するに適した温度となる位置に設置しておき、それぞれの位置でＣＯ濃度を検出する。運転制御装置７では、バーナ３での燃焼量に基づいてＣＯ濃度を採用するＣＯセンサを切り替える。燃焼量が小さい場合には上流側に設置しているＣＯセンサＡを使用してＣＯ濃度を計測し、燃焼量が大きな場合には下流側に設置しているＣＯセンサＢを使用してＣＯ濃度を計測する。このようにすることで、燃焼量の変化によって排ガス温度が変化しても、それぞれの燃焼量に対応させて設置しているＣＯセンサによって、精度良くＣＯ濃度を検出することができる。

また運転制御装置７では、採用しないとした側のＣＯセンサでも参考としてＣＯ濃度の検出を行っておく。ＣＯセンサ部分での排ガス温度がＣＯ検出に適した温度から外れていた場合、そのＣＯセンサで検出するＣＯ濃度の値は精度が低下することになるが、それでも極端にかけ離れた値となることはなく、ある程度の傾向を読みとることはできる。そのため、現在の燃焼量に適した側のＣＯセンサで検出した精度の高いＣＯ濃度と、もう一方のＣＯセンサで検出した精度の低いＣＯ濃度を比較した際に、両方のＣＯセンサが正常であれば両者の値はある程度似通った数値となり、大きくかけ離れることはない。もしも２つのＣＯセンサで計測したＣＯ濃度の差が、あらかじめ設定しておいた所定値よりも大きくなっていた場合には、２つのＣＯセンサのいずれかに異常が発生していると判断することができる。その場合にはＣＯセンサ異常の報知を行う。

なお、本発明は以上説明した実施例に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。

１燃焼装置
２ＣＯセンサ（Ａ・Ｂ）
３バーナ
４燃料供給装置
５給気装置
６排気通路
７運転制御装置
８給水予熱器

Claims

燃焼量を高燃焼／低燃焼のように段階的に調節することができるようにした燃焼装置であって、燃焼排ガスを通す排気通路にＣＯセンサを設け、ＣＯセンサにて計測したＣＯ濃度に基づいて燃焼装置の異常を検出するようにしている燃焼装置において、排気通路の比較的上流箇所に設置したＣＯセンサＡと、排気通路の比較的下流箇所に設置したＣＯセンサＢを設け、燃焼装置での燃焼量が小さい場合には上流側に設置しているＣＯセンサＡを使用してＣＯ濃度を計測し、燃焼量が大きな場合には下流側に設置しているＣＯセンサＢを使用してＣＯ濃度を計測するものであることを特徴とする燃焼装置。
請求項１に記載の燃焼装置において、採用しないとした側のＣＯセンサでも参考としてＣＯ濃度の計測を行っておき、２つのＣＯセンサで計測したＣＯ濃度の差があらかじめ設定しておいた所定値よりも大きくなっていた場合には、ＣＯセンサ異常との判定を行うものであることを特徴とする燃焼装置。