JP2016109338A

JP2016109338A - 燃焼装置

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Publication number: JP2016109338A
Application number: JP2014245636A
Authority: JP
Inventors: 西山　将人; Masato Nishiyama; 将人西山; 崇河田; Takashi Kawada
Original assignee: SAMSON CO Ltd
Current assignee: SAMSON CO Ltd
Priority date: 2014-12-04
Filing date: 2014-12-04
Publication date: 2016-06-20
Anticipated expiration: 2034-12-04
Also published as: JP6525569B2

Abstract

【課題】燃焼用空気供給量を段階的変更するダンパ装置を持った燃焼装置において、リミットスイッチの微動作特性によって一時的にダンパ位置検出ができなくなった場合と、ダンパが動作していない場合を区別して異常を検出する。
【解決手段】ダンパ制御回路２内のリミットスイッチにより、ダンパ羽根の位置に応じて通電経路の切り替えを行ってダンパ位置情報を作成している燃焼装置１において、ダンパ制御回路２ではダンパコントロールモータへの通電時には必ず電圧がかかる位置で通電状態の検出を行っておき、該検出部で通電ＯＮからＯＦＦの変化を検出し、かつ前記ダンパ位置情報のうち、リミットスイッチがａ接点とb接点の中間位置で停止した場合に誤った信号が作成される可能性のある箇所以外の部分では正常であることが確認できた場合は、ダンパ位置情報が意図した状態となっていなくても、ダンパ位置が異常であるとの判定は行わない。
【選択図】図１

Description

本発明は、各工程にあわせて、ダンパによっ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、ダンパ装置に設けているカムによって作動するリミットスイッチによってダンパ制御回路での通電経路の切り替えを行い、ダンパの作動制御とダンパ位置信号の作成を行っている燃焼装置に関するものである。

特開２００８−５１３９１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・中燃焼工程・低燃焼工程・着火工程といった工程ごとに供給する空気量を異ならせている燃焼装置では、バーナ部と送風機を結ぶ送風路の途中に設けたダンパ羽根とダンパ羽根を回転させるダンパコントロールモータを持ったダンパ装置を設け、ダンパ装置によって空気供給量を調節する。ダンパ装置では、ダンパ羽根の位置を変更することで送風路の流路面積を変更し、バーナ部への空気供給量の調節を行う。供給する風量が、着火風量・低燃焼風量・中燃焼風量・高燃焼風量であれば、各工程に応じてダンパの開度を４段階に設定しておき、工程を移行するごとにダンパコントロールモータにてダンパ羽根の位置を変更し、空気の供給量を調節する。

ダンパ位置の検出にはリミットスイッチを用いる。図７から図９は、リミットスイッチの作動状況を記載している。リミットスイッチでは、ダンパの軸に設置しているカムの位置によってスイッチが切り替わる。リミットスイッチでは、カムによる押さえつけ有無によってＯＮからＯＦＦへ変化、又はＯＦＦからＯＮへ変化するようにしておき、ダンパ制御回路内の電流が流れる経路をリミットスイッチで切り替えてダンパの動作を制御し、また電流経路の切り替えによって変化する信号によってダンパの位置を検出する。図７はカムによる押さえつけのある場合におけるリミットスイッチの状態を示しており、スイッチは下側の接点に接触しているために下側接点に電流が流れる。図８はカムによる押さえつけのない場合におけるリミットスイッチの状態を示しており、スイッチは上側の接点に接触しているために上側接点に電流が流れる。リミットスイッチの動作部はバネになっており、リミットスイッチが正常であれば、ａ接点又はb接点のどちらかと繋るというものであるが、リミットスイッチではまれにａ接点とb接点の中間位置にとどまる現象が発生し、位置確認ができなくなることにより、ダンパ異常となることがあった。この現象は微動作特性とも呼ばれており、図９の記載しているように、リミットスイッチの端子部分がａ接点とb接点の中間位置に停止してしまうと、ａ接点とb接点のどちらにも接しないためにリミットスイッチの先へ電流が流れなくなる。ダンパ制御回路では、リミットスイッチによって切り替わる電流の流路からダンパ位置信号を作成しており、リミットスイッチに微動作特性が発生することで正しいダンパ位置信号が作成されなくなると、ダンパ位置を確認することができなくなる。

なお、リミットスイッチでの微動作特性はまれにしか発生しないものであり、発生してもすぐに回復する。そして微動作特性が発生することでダンパ位置の検出は行えなくなっていても、移動しているダンパはリミットスイッチが微動作特性になって接点が離れた時に停止するものであれば、ダンパ位置は正しい位置となる。しかしダンパ位置は正しい位置にあったとしても、制御装置側では正しい位置にあることが確認できなければダンパが異常であると判断されるため、この燃焼装置では異常発生によって運転を強制的に停止することになる。

特開２００８−５１３９１号公報

本発明が解決しようとする課題は、燃焼用空気供給量を段階的変更するダンパ装置を持った燃焼装置において、リミットスイッチの微動作特性によって一時的にダンパ位置検出ができなくなっただけであってダンパは正常に作動している場合には、運転を強制的に停止する異常とはせず、制御回路で断線が発生していてダンパが動作していないような異常が発生した場合には、対処の必要な異常であると区別して検出することのできるダンパ制御装置を持ったボイラを提供することにある。

バーナ部への空気供給は送風機によって行っており、運転制御装置は運転の工程に応じて空気供給量を変更するようにしている燃焼装置であって、ダンパコントロールモータとダンパ羽根を持ちダンパコントロールモータでダンパ羽根を駆動することでバーナ部へ供給する空気量の調節を行うダンパ装置、前記運転制御装置が出力する指令に基づいて前記ダンパコントロールモータへの通電を制御するダンパ制御回路、前記のダンパ羽根の位置を検出して前記ダンパ制御回路内の通電経路の切り替えを行うリミットスイッチ、ダンパ制御回路内での通電経路の状況から作成したダンパ位置情報を前記運転制御装置へ送るコネクタをそれぞれ設けている燃焼装置において、ダンパ制御回路ではダンパコントロールモータへの通電時には必ず電圧がかかる位置において通電状態の検出を行っておき、該通電検出部で通電ＯＮからＯＦＦに変化したことを検出し、かつ前記ダンパ位置情報のうち、リミットスイッチにて微動作特性が発生した場合に誤った信号が作成される可能性のある箇所を除いた部分では正常であることが確認できた場合には、ダンパ位置情報が意図した状態となっていなくても、ダンパ位置が異常であるとの判定は行わない。

本発明を実施することで、リミットスイッチの微動作特性によって一時的にダンパ位置検出ができなくなっただけの場合には燃焼の停止を伴う異常とはしないため、無駄な燃焼停止を防止することができる。また、制御回路で断線が発生していてダンパが動作していないような場合には、燃焼停止の必要な異常であるとして検出するものであるため、ダンパが動作していないにもかかわらず異常が見逃されることは防止できる。

本発明の一実施例での燃焼装置構成概要図本発明の一実施例におけるダンパ開度の変更状況を記したタイムチャート本発明の一実施例におけるダンパ制御時の制御情報の流れを記した説明図本発明の一実施例のダンパ制御回路でのダンパ位置移動中における電流の流れを示した説明図本発明の一実施例のダンパ制御回路でのダンパ位置移動完了時における電流の流れを示した説明図本発明の一実施例のダンパ制御回路でのリミットスイッチに微動作特性が発生した場合での電流の流れを示した説明図カムによる押さえつけを行っている場合のリミットスイッチの作動状況説明図カムによる押さえつけを行っていない場合のリミットスイッチの作動状況説明図微動作特性が発生している場合のリミットスイッチの作動状況説明図本発明の一実施例のダンパ制御回路での着火位置から低燃焼位置へ移動する場合のスイッチＯＮ／ＯＦＦ状況一覧図

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明の一実施例での燃焼装置構成概要図、図２は本発明の一実施例におけるダンパ開度の変更状況を記したタイムチャート、図３はダンパ制御時の制御情報の流れを記した説明図、図４から図６は一実施例における電流の流れを示したダンパ制御回路説明図、図７から図９はリミットスイッチの作動状況説明図、図１０はダンパ制御回路でのスイッチのＯＮ／ＯＦＦ状況一覧図である。

まず図１の説明を行う。本実施例の燃焼装置１はボイラであり、ボイラ本体部の上部にバーナを設け、バーナ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い、バーナ部と送風機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、ダンパ羽根によって送風路６内の流路面積を変更するダンパ装置４を設ける。ダンパ装置４はダンパ羽根部をダンパコントロールモータで回転駆動することにより送風路６の流路面積を変更するものであり、流路面積の変更によって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。運転制御装置７にはダンパ制御回路２を設置しておき、ダンパコントロールモータの動作とダンパ位置の検出はダンパ制御回路２で行う。

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、空気量を絞った状態で着火を行い、低燃焼、高燃焼の順に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する。ダンパ装置４は、全閉位置と全開位置の間に高燃焼位置・低燃焼位置・着火位置を設定している。ダンパ装置４の動作は、運転制御装置７内のダンパ制御回路２にて行う。運転制御装置７からダンパ制御回路２にダンパ位置指令の出力を行うと、ダンパ制御回路内のリレーが動作し、ダンパ制御回路内での通電経路が変化する。ダンパコントロールモータに電流を流すと、ダンパコントロールモータが動作し、ダンパ羽根の位置を移動させる。ダンパコントロールモータでは、ダンパ開方向とダンパ閉方向の２方向へ動作するようにしており、ダンパ制御回路内を流れる電流の流路によって反対方向への動作も可能としている。ダンパ羽根の位置は、全閉位置から全開位置まで約９０度あり、あらかじめ設定しておいた燃焼量ごとの位置に停止させることで、燃焼用空気の供給量を調節する。

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、着火位置・低燃焼位置・高燃焼位置の順に開度を大きくしていくことで空気供給量が多くなる。ダンパ制御回路２は、送風路６内に設けている羽根をダンパコントロールモータ（ＤＣＭ）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、ダンパ軸とともに回転するカムがリミットスイッチをＯＮ／ＯＦＦさせるようにしておき、リミットスイッチによって切り替える回路内の電流経路によってダンパの位置を検出するようにしている。

ダンパ位置によるリミットスイッチの動作は、高燃焼位置（ｃｍ１）・低燃焼位置（ｃｍ２）・着火位置（ｃｍ３）で行う。ダンパの位置に対応させてカムを設置しておき、各リミットスイッチでは、設定位置よりダンパが開けばＯＮを出力（ａ接側）、閉じていればＯＦＦ（b接点）を出力する。リミットスイッチの動作によってダンパ制御回路内を流れる電流の流路が変化し、ダンパコントロールモータへの通電が行われるとダンパ羽根が駆動し、ダンパコントロールモータへの通電が停止すると、ダンパ羽根の駆動は停止する。また、運転制御装置７ではダンパ制御回路２から入力される信号によってダンパ位置の検出を行う。ダンパ制御回路で複数の端子を持ったコネクタＣＮに、ＣＮ−１からＣＮ−６の端子を設定しており、このうちＣＮ−１からＣＮ−３はダンパ位置情報を伝達するためのものである。運転制御装置ではこのコネクタＣＮ−１からＣＮ−３の端子より出力される信号の組み合わせに基づいてダンパ位置を読みとる。

図２はボイラ運転時の状態変化例を示したタイムチャートである。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着火位置（停止位置）、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。

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。運転制御装置７では、着火の工程が終了すると、低燃焼工程に移行する。低燃焼でのダンパ位置は着火時のダンパ位置よりも開度を大きくしており、ダンパの開度を低燃焼位置まで開く。その後、ボイラの燃焼量を高燃焼に変更する場合は、燃焼用空気供給量は低燃焼時よりも多くなるため、ダンパ開度を高燃焼位置まで開く。燃焼量を少なくしていく場合も同様であり、高燃焼から低燃焼へ変更する場合にはダンパの開度を１段階小さくし、低燃焼から着火位置へ変更する場合にはダンパの開度をさらにもう１段階小さくする。

次に図４から図６と図１０に基づいてダンパの作動状況とダンパ位置情報の出力状況について説明する。図４から図６は各状態におけるダンパ制御回路内の通電ルート示しており、図４では着火位置にあるダンパを低燃焼位置に移動させている状態でのダンパ制御回路内の通電状況を記載している。この場合、動作開始前の段階では図１０に記載している低燃焼移行開始前の欄に記載しているように、ＲＹ１・ＲＹ２・ＲＹ３がＯＦＦとなり、ｃｍ１・ｃｍ２・ｃｍ３はＯＦＦとなっている。この状態で電流を流した場合、ダンパコントロールモータへの通電は行われず、この時のダンパ位置情報は、コネクタのＣＮ−１・３・４は通電停止、ＣＮ−２・５には通電が行われることになる。運転制御装置には、コネクタのＣＮ−１・３はＯＦＦでＣＮ−２はＯＮとなっているダンパ位置情報が入力され、この位置情報に基づいてダンパ位置の判断を行う。

この状態からダンパ開度を低燃焼位置に変更する場合には、ダンパ制御回路では図１０の着火→低燃焼の欄に記載しているように、ＲＹ３をＯＦＦからＯＮに変更する。この場合、ダンパ制御回路内では図４に記載しているように電流が流れる。図４では、ダンパコントロールモータには開方向の電流が流れるため、開度を大きくする方向にダンパ羽根を動かす。開度変更途中でのダンパ位置情報は、コネクタのＣＮ−１・２・３・５がＯＮ、ＣＮ−４はＯＦＦとなる。

その後、低燃焼位置検出用のリミットスイッチであるｃｍ２がＯＮとなるまではダンパを開方向に移動させる。ｃｍ２は低燃焼位置のリミット信号に基づいてＯＮ／ＯＦＦ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ＯＦＦ、低燃焼位置よりも開くとＯＮの出力を行う。そのため、ダンパが低燃焼位置に達するまではダンパコントロールモータには開方向に電流が流れ、ダンパは開方向に駆動する。

ダンパ羽根が低燃焼位置に達し、ｃｍ２のリミット信号がＯＦＦからＯＮに切り替わると、図５に記載している経路で電流が流れることになる。この場合、ダンパコントロールモータへの電流は停止するためダンパの移動は停止する。そして、コネクタのＣＮ−１・３・５でＯＮからＯＦＦへ、ＣＮ−４はＯＦＦからＯＮへ変更となる。運転制御装置では、ダンパ制御回路から送られてきたダンパ位置情報を取り込み、ダンパ位置の検出を行う。ダンパ位置情報が、ＣＮ−２でＯＮ、ＣＮ−１・３でＯＦＦであった場合、ダンパ位置は低燃焼位置であり、運転制御装置ではダンパ位置が正しいことを確認する。

リミットスイッチでは、図７・図８に記載しているように、カムによる押さえつけの有無によってスイッチが切り替わる。図７に記載しているようにダンパの軸に設けたカムでスイッチの端部が押さえられている場合、スイッチ部は下側の接点まで押し下げられ、下側の接点に電流が流れる。そして図８に記載しているようにカムによる押さえが無くなると、スイッチ部は上側の接点まで持ち上がり、上側の接点に電流が流れる。このような構成としているため、リミットスイッチでは２つある接点のどちらかに電流を流すことになる。

しかしリミットスイッチの異常により、図９に記載しているように２つある接点のどちらにも接しない状態がまれに発生することがある。この場合のダンパ制御回路内での電流の流れは、図６に記載の通りとなる。ｃｍ２では２つある接点のどちらにも電流が流れないため、本来なら図５に記載しているようにコネクタのＣＮ−４でＯＮになるはずであったものが、リミットスイッチｃｍ２の先にあるＣＮ−４には電流が流れていないためにＣＮ−４はＯＦＦとなり、運転制御装置７に入力されるダンパ位置情報は誤ったものとなる。この場合であっても、ダンパ位置が低燃焼位置に達するまではダンパコントロールモータへの通電が行われ、ダンパ位置が低燃焼位置に達してリミットスイッチｃｍ２への押さえつけがなくなることでｃｍ２を通してダンパコントロールモータに流れていた電流はなくなり、ダンパコントロールモータでは駆動を停止するものであるため、ダンパは低燃焼位置まで移動して停止していることになる。この場合、燃焼用空気の供給量は目標としていた低燃焼用の供給量になっているため、燃焼上の異常は発生していない。しかし、運転制御装置７は誤ったダンパ位置情報に基づき、ダンパ位置異常の判定を行うことになると、ダンパ位置の異常によって燃焼装置の運転を強制停止することになる。

異常が発生した場合に強制停止する機能は必要なものであるが、上記の異常はダンパの位置を確認できなかっただけであって、ダンパは正しい位置で停止している。そしてリミットスイッチでの上記のような異常は、すぐに回復する一時的なものである場合が多い。そのためにこの異常の場合は、燃焼装置の運転を停止する異常とはせず、運転を継続する方が好ましい。しかし、ダンパ位置が不明であった場合、単に異常は無視するとして対処は行わないとしたのでは、実際にダンパ位置が異常であった場合に異常に対する対処が行われないために好ましくない。

そこで運転制御装置では、ダンパを移動させる制御を行っている状態において、ダンパ制御回路のダンパコントロールモータへの通電時には必ず電圧がかかる位置での通電状態の検出を行っておき、該通電検出部で通電ＯＮからＯＦＦに変化したことを検出し、かつ前記ダンパ位置情報のうち、リミットスイッチにて微動作特性が発生した場合に誤った信号が出力される可能性のある箇所を除いた部分では正常であることが確認できた場合には、ダンパ位置の異常とはしない。

このダンパ制御回路においては、コネクタのＣＮ−１又はＣＮ−３で、ダンパコントロールモータへの通電時に必ず電圧がかかるため、ＣＮ−１又はＣＮ−３がＯＮからＯＦＦに変化していた場合には、第一の条件を満たしていることになる。ダンパ制御回路のダンパコントロールモータは、電流の位相をコンデンサで９０°ずらして回転させるため、例えば開方向に動作させるためにＣＮ−１に電流を印加すると、ＣＮ−３も位相がずれた電流が流れてＯＮとなる。ＣＮ−１又はＣＮ−３がＯＮからＯＦＦに変化したということは、ダンパコントロールモータへの通電が行われていた状態から停止に変化したということであり、ダンパ位置を移動した後に停止したものであることが分かるから、低燃焼のダンパ位置信号が入力されていた場合には、燃焼を停止する異常ではない可能性が高くなる。

そしてここで微動作特性が発生することのあるリミットスイッチはｃｍ２であり、ｃｍ２で微動作特性が発生した場合に誤った信号が出力されるのはＣＮ−４であるため、ＣＮ−４を除いた残りのコネクタ端子において正常なダンパ位置情報が得られていた場合には、第二の条件を満たしていることになる。

運転制御装置では、コネクタのＣＮ−１・２・３から低燃焼のダンパ位置信号が入力されていた場合には、微動作特性の発生によって影響を受ける可能性がある以外の部分では正常な信号が出力されていることが確認できたことになる。その場合、異常が発生しているのはダンパの位置ではなく、リミットスイッチであると推定することができる。この実施例では、上記二つの条件を満たしているため、ダンパ位置の異常とはしない。

微動作特性が発生することを前提として、そのリミットスイッチはＯＮでもＯＦＦでも正常と判断した状態でダンパの位置確認を行う。そのため異常はリミットスイッチの異常であって、ダンパは正常に作動している場合にまでボイラの運転を停止させることは防止でき、微動作特性を持つリミットスイッチを使用しても、精度の高い位置確認が可能となる。

上記のようにリミットスイッチのみの異常と判断した場合には、ボイラの運転は停止させない。このことによりリミットスイッチでは微動作特性が発生しているが、ボイラは運転を継続するということができる。

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
２ダンパ制御回路
３送風機
４ダンパ装置
５リミットスイッチ
６送風路
７運転制御装置
８カム
９ダンパコントロールモータ

Claims

バーナ部への空気供給は送風機によって行っており、運転制御装置は運転の工程に応じて空気供給量を変更するようにしている燃焼装置であって、
ダンパコントロールモータとダンパ羽根を持ちダンパコントロールモータでダンパ羽根を駆動することでバーナ部へ供給する空気量の調節を行うダンパ装置、
前記運転制御装置が出力する指令に基づいて前記ダンパコントロールモータへの通電を制御するダンパ制御回路、
前記のダンパ羽根の位置を検出して前記ダンパ制御回路内の通電経路の切り替えを行うリミットスイッチ、
ダンパ制御回路内での通電経路の状況から作成したダンパ位置情報を前記運転制御装置へ送るコネクタをそれぞれ設けている燃焼装置において、
ダンパ制御回路ではダンパコントロールモータへの通電時には必ず電圧がかかる位置において通電状態の検出を行っておき、該通電検出部で通電ＯＮからＯＦＦに変化したことを検出し、かつ前記ダンパ位置情報のうち、リミットスイッチにて、ａ接点とb接点の中間位置となる現象（リミットスイッチの微動作特性によってごくまれに発生する現象）が発生した場合に誤った信号が作成される可能性のある箇所を除いた部分では正常であることが確認できた場合には、ダンパ位置情報が意図した状態となっていなくても、ダンパ位置が異常であるとの判定は行わないものであることを特徴とする燃焼装置。