JP2014119178A

JP2014119178A - 蒸気ボイラの燃焼制御装置および該燃焼制御装置を備える蒸気ボイラ

Info

Publication number: JP2014119178A
Application number: JP2012274560A
Authority: JP
Inventors: Tomoo Miura; 智郎三浦
Original assignee: Nippon Thermoener Co Ltd
Current assignee: Nippon Thermoener Co Ltd
Priority date: 2012-12-17
Filing date: 2012-12-17
Publication date: 2014-06-30

Abstract

【課題】低価格で比例燃焼制御を実現できる蒸気ボイラの燃焼制御装置を提供する。
【解決手段】燃料ガス及び燃焼用空気の少なくとも一方の供給路に介在されたバタフライ弁２と、蒸気ボイラから取り出した蒸気圧力を動力源としてバタフライ弁２を開閉駆動する駆動機構３と、を備えることとした。駆動機構３は、蒸気圧力の変化に応じて変位する感圧変位部４と、感圧変位部４の変位を回転運動に変換してバタフライ弁２の弁棒２ａに伝える動力伝達機構６とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、蒸気ボイラの燃焼制御装置および該燃焼制御装置を備える蒸気ボイラに関する。

蒸気ボイラは、都市ガスなどの燃料を燃焼し、その燃焼量によって蒸気圧力の制御を行う。負荷側の蒸気使用量の変動により、ボイラの蒸気圧力は変動する。安定した蒸気供給を行うために、蒸気圧力に応じて燃焼量を調節し、蒸気圧力を一定に保つ比例燃焼制御が用いられる。比例燃焼制御は、圧力調節器（ベローズを介し、すべり抵抗器で変位を電気信号に変換）を用い、蒸気圧力の変化を電気信号としてモジュトロールモータに送り、燃焼量を調整している（非特許文献１）。

近年、図８に示すように、蒸気ボイラ３０で発生した蒸気の蒸気圧力の検出に圧電素子を利用した圧力センサ３１を用い、その測定値を圧力調節計３２で演算し、比例動作に積分／微分動作を組み合わせて、ＰＩＤ制御信号をモジュトローモータ３３に伝えて、このモータ軸と連動し燃料調節器や空気ダンパを構成するバタフライ弁３４を開閉操作するか、或いは、燃料調節器や空気ダンパを比例電磁弁または比例電動弁（図示せず。）で構成し、圧力調整計３２で演算したＰＩＤ信号により比例電磁弁または比例電動弁を駆動することにより、燃料ガスＧや燃焼用空気の供給量を制御し、より高い精度で燃焼量を制御できるようになっている。

中井多喜雄著、「ボイラ技師のための自動ボイラ読本」、明現社、１９８０年２月出版、Ｐ．５７〜７０

しかしながら、従来の比例燃焼制御は、蒸気圧力の検出器、圧力調整計、およびモジュトロールモータを用いるため高価格なシステムとなっており、イニシャルコストが優先される小容量のボイラ（簡易ボイラー等）では、導入が難しく、オンオフもしくは、三位置（Ｈｉ−Ｌｏｗ−Ｏｆｆ）による燃焼制御しか行われていなかった。

そこで、本発明は、小容量のボイラにも導入可能な、低価格で比例燃焼制御を実現できる蒸気ボイラの燃焼制御装置を提供することを主たる目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る蒸気ボイラの燃焼制御装置は、燃料ガス及び燃焼用空気の少なくとも一方の供給路に介在されたバタフライ弁と、蒸気ボイラから取り出した蒸気圧力を動力源として前記バタフライ弁を開閉駆動する駆動機構と、を備えることを特徴とする。

前記駆動機構は、蒸気圧力の変化に比例して前記バタフライ弁の開度を変化させるように構成されていることが好ましい。

前記駆動機構は、蒸気圧力の変化に応じて変位する感圧変位部と、該感圧変位部の変位を回転運動に変換して前記バタフライ弁の弁棒に伝える動力伝達機構と、を備えることが好ましい。

前記感圧変位部が、ブルドン管を含むことが好ましい。

前記感圧変位部が、ベローズを含むことが好ましい。

前記感圧変位部が、シリンダーと、該シリンダー内に収容されたピストンと、該ピストンに固定されたロッドと、前記シリンダー内で前記ピストンによって仕切られて蒸気を受け入れるピストン室と、前記ピストン室の容積を小さくする方向に弾性付勢する弾性部材と、を備え、前記動力伝達機構は、前記ロッドの往復直線運動を回転運動に変換して前記バタフライ弁の弁棒に伝達する機構であることが好ましい。

前記駆動機構は、蒸気圧力が小さくなると前記バタフライ弁を開方向に駆動し、蒸気圧力が大きくなると前記バタフライ弁を開方向に駆動するように構成されていることが好ましい。

本発明によれば、燃料ガス調整弁又は燃焼空気用ダンパ或いは双方を構成するバタフライ弁を、蒸気圧力を駆動源として開閉駆動するため、燃料ガス調整弁や燃焼空気用ダンパを駆動するモータやコントローラが不要で、それらを駆動する電力も不要となり、低価格で実現できる。また、前記駆動機構は、蒸気圧力の変化に比例して前記バタフライ弁の開度を変化させることで、比例燃焼制御を実現できる。

蒸気圧力をブルドン管、ベローズ、ピストンシリンダによって弾性変形や直線運動の変位に変換し、これらの変位を更に回転運動に変換してバタフライ弁の弁棒に伝えることにより、シンプルで機械的な機構で完結しているため、従来の電気信号を利用した燃焼制御装置より部品点数が少なく故障等のリスクも低減できる。

また、従来の燃焼制御装置ではバタフライ弁を電力で駆動しているが、本発明ではボイラ本体の蒸気圧力を動力にバタフライ弁を駆動しているため、消費電量を削減できる。

本発明に係る蒸気ボイラの燃焼制御装置の第１実施形態の内部構造を示す正面図である。図１の燃焼制御装置のＩＩ−ＩＩ視一部断面側面図である。図１の他の作動状態を示す正面図である。図３のＩＶ−ＩＶ視一部断面側面図である。本発明に係る蒸気ボイラの燃焼制御装置の第２実施形態の内部構造を示す正面図である。本発明に係る蒸気ボイラの燃焼制御装置の第３実施形態の内部構造を示す正面図である。本発明に係る蒸気ボイラの燃焼制御装置の第４実施形態の内部構造を示す正面図である。従来の蒸気ボイラの燃焼制御装置を示すシステム図である。

本発明に係る蒸気ボイラの燃焼制御装置の実施形態について、以下に図１〜図７を参照して説明する。全図及び全実施形態を通じて、同様の構成部分には同符号を付している。

本発明に係る蒸気ボイラの燃焼制御装置の第１実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。第１実施形態の燃焼制御装置１Ａは、燃料ガスＧの供給路Ｇ１に介在されたバタフライ弁２と、蒸気ボイラ（図示せず。）から取り出した蒸気圧力を動力源としてバタフライ弁２を開閉駆動する駆動機構３と、を備えている。

駆動機構３は、蒸気圧力の変化に応じて変位する感圧変位部４と、感圧変位部４の変位を回転運動に変換してバタフライ弁２の弁棒２ａに伝える動力伝達機構６と、を備えている。駆動機構３は、ケース５内に収容されている。

感圧変位部４は、第１実施形態では、公知のブルドン管圧力計と同様のブルドン管４ａが用いられている。ブルドン管４ａは、弾性がある金属製で断面が楕円又は扁平な管を円弧状に曲げて先端４ｂを封じてあり、固定された他端開口部４ｃから蒸気ボイラより取り出した蒸気圧力Ｖを導入して管内部に圧力を加えることにより弾性変形して真っ直ぐに伸びようと変動し、先端４ｂが変位する。

動力伝達機構６は、図示例では、感圧変位部４を構成するブルドン管４ａに連結するリンク６ａと、リンク６ａと連結されピン６ｂ回りに揺動可能に支持されたセクタ歯車６ｃと、セクタ歯車６ｃと噛み合うとともにバタフライ弁２の弁棒２ａに固定されたピニオン６ｄと、を備えている。

感圧変位部４を構成するブルドン管４ａの開口部４ｃに加えられた蒸気ボイラから取り出した蒸気圧力Ｖが上昇すると、図３に示すように、ブルドン管４ａは弾性変形して先端４ｂが変位し、その変動を動力伝達機構６によって回転運動に変換してバタフライ弁２の弁棒２ａを回転させ、図３及び図４に示すように、弁棒２ａに固定されている円板状の弁体２ｂが燃料ガスの供給路Ｇ１を閉じる。

感圧変位部４を構成するブルドン管４ａは蒸気圧力に比例して変位する。蒸気ボイラの負荷が大きい（蒸気圧力が低い）ときは、ブルドン管４ａの変位が小さく、バタフライ弁２は開方向となり、より多くの燃焼ガスが供給されて燃焼量が増加するようになっている。蒸気ボイラの負荷が小さい（蒸気圧力が高い）ときは、ブルドン管４ａの変位が大きくなり、バタフライ弁２は閉方向となり、燃料ガスの供給が減り、燃焼量も減少するようになっている。こうして、蒸気圧力に比例した燃焼量制御を行うことができる。

次に第２実施形態について図５を参照して説明する。第２実施形態の燃焼制御装置１Ｂは、公知の隔膜式圧力計（ダイアフラムシール式圧力計とも言う。）と同様に、ダイアフラム（隔膜）７を備える。蒸気圧力は、ダイアフラム７と封入液Ｌを介してブルドン管４ａで構成された感圧変位部４に伝えられる。ダイアフラム７は、上下のフランジ８，９によって周囲を密封固定されている。ダイアフラム７は、ステンレス等の耐食性を有する薄い金属板で形成される。下方のフランジ９に、蒸気ボイラから取り出した蒸気圧力を導入する導入口９ａが形成されている。

また、第３実施形態の燃焼制御装置１Ｃとして、公知のベローズ式圧力計と同様に、図６に示すように、感圧変位部４Ａがベローズ１０を備えることもできる。ベローズ１０は、蒸気導入口１１を備える容器１２内に収容されている。ベローズ１０の内部には、公知のベローズ式圧力計と同様に、ベローズ１０の弾性を補強するに圧縮スプリング１３が収容され、蒸気圧力Ｖに対する比例性を向上させている。ベローズ１０の変位に伴う変動は、動力伝達機構６Ａを構成するリンク６ｅ、６ｆ、６ａ、セクタ歯車６ｃ、ピニオン６ｄを通じて、回転運動に変換されて弁棒２ａに伝えられる。

さらに、図７は、本発明に係る燃焼制御装置の第４実施形態を示している。第４実施形態の燃焼制御装置１Ｄでは、感圧変位部４Ｂが、シリンダー１５と、シリンダー１５内に収容されたピストン１６と、ピストン１６に固定されたロッド１７と、シリンダー１５内でピストン１６によって仕切られて蒸気を受け入れるピストン室１５ａと、ピストン室１５ａの容積を小さくする方向に弾性付勢する弾性部材１８と、を備えている。

第４実施形態の動力伝達機構６Ｂは、ロッド１７に形成されたラック２０と、ラック２０と噛み合い弁棒２ａに固定されたピニオン２１とを備えている。動力伝達機構６Ｂは、ロッド１７の往復直線運動による変位を回転運動に変換してバタフライ弁２の弁棒に伝達する。

弾性部材１８は、図示例では、コイルススプリングであり、ロッド１７に固定された鍔１７ａに一端が当接し、他端がケーシング５に突設された凹部５ａに収容されるとともに設定圧調節ネジ２２に螺着されて凹部５ａ内を上下位置調節可能な座部２３に当接している。

第４実施形態の燃焼制御装置１Ｄでは、蒸気圧力が上昇すると、図７に示すようにピストン１５及びロッド１７を持ち上げ、ロッド１７に形成されたラック２０がピニオン２１を回転させ、弁棒２ａを回転させて弁棒２ａと共に弁体２ｂが回転する。

ピストン室１５ａの蒸気圧力が上昇すると弁体２ｂは閉方向（図７の矢印方向）に回転し、逆に、ピストン室１５ａの蒸気圧力が減少すると弁体２ｂは開方向に回転する。ピストン室１５ａの蒸気圧力に比例してバタフライ弁２の開度が変化することで、蒸気圧力に比例した燃焼量制御を行うことができる。

図７に示すラック２０に代えて、図１に示すようなセクタ歯車（６ｃ）をピニオン２１に噛み合わせ、セクタ歯車をロッド１７と連結する構成とすることもできる。

上記の説明では、燃料ガスを制御する燃焼制御装置の例を説明したが、燃料ガスに代えて燃焼用空気についても同様の構成により制御することができる。

１Ａ、１Ｂ，１Ｃ、１Ｄ燃焼制御装置
２バタフライ弁
３駆動機構
４、４Ａ、４Ｂ感圧変位部
４ａブルドン管
６、６Ａ、６Ｂ動力伝達機構
１０ベローズ
１５シリンダー
１６ピストン
１７ロッド
１８弾性部材

Claims

燃料ガス及び燃焼用空気の少なくとも一方の供給路に介在されたバタフライ弁と、蒸気ボイラから取り出した蒸気圧力を動力源として前記バタフライ弁を開閉駆動する駆動機構と、を備えることを特徴とする蒸気ボイラの燃焼制御装置。
前記駆動機構は、蒸気圧力の変化に比例して前記バタフライ弁の開度を変化させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の蒸気ボイラの燃焼制御装置。
前記駆動機構は、蒸気圧力の変化に応じて変位する感圧変位部と、該感圧変位部の変位を回転運動に変換して前記バタフライ弁の弁棒に伝える動力伝達機構と、を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の蒸気ボイラの燃焼制御装置。
前記感圧変位部が、ブルドン管を含むことを特徴とする請求項３に記載の蒸気ボイラの燃焼制御装置。
前記感圧変位部が、ベローズを含むことを特徴とする請求項３に記載の蒸気ボイラの燃焼制御装置。
前記感圧変位部が、シリンダーと、該シリンダー内に収容されたピストンと、該ピストンに固定されたロッドと、前記シリンダー内で前記ピストンによって仕切られて蒸気を受け入れるピストン室と、前記ピストン室の容積を小さくする方向に弾性付勢する弾性部材と、を備え、
前記動力伝達機構は、前記ロッドの往復直線運動を回転運動に変換して前記バタフライ弁の弁棒に伝達することを特徴とする請求項３に記載の蒸気ボイラの燃焼制御装置。
前記駆動機構は、蒸気圧力が小さくなると前記バタフライ弁を開方向に駆動し、蒸気圧力が大きくなると前記バタフライ弁を開方向に駆動するように構成されていることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の蒸気ボイラの燃焼制御装置。
請求項１〜７の何れかに記載の燃焼制御装置を備える蒸気ボイラ。