JP2017198378A - ボイラ - Google Patents

Abstract

【課題】可燃性物質が雰囲気中に存在している環境下であっても安全に運用できるボイラを提供する。【解決手段】本発明によれば、予混合ガスが導入されるウインドボックスと、当該ウインドボックス内部に対して光透過部を隔てて配置され且つ前記ウインドボックスと連通する燃焼室の火炎を検出する検出センサと、当該検出センサを収容する防爆ケースと、当該防爆ケース内を加圧する加圧手段とを備え、前記加圧手段は、前記防爆ケース内を外部雰囲気に対して陽圧にすることができるよう構成される、ボイラが提供される。【選択図】図２

Description

この発明は、火炎を検出する火炎検出装置を備えたボイラに関するものである。

従来、燃焼室内でバーナから噴射された燃料を燃焼させ、燃焼室内に配置された水管の水を発生した燃焼熱によって加熱して蒸気を発生させるボイラがある。このようなボイラには、バーナで火炎が形成されているかを検出する検出センサ（火炎検出装置）を備えているものがある。例えば、特許文献１に記載される火炎検出装置では、検出センサは燃焼室外側の空間に設けられている。

特開２０１４−１０５９０６号公報

しかしながら、ボイラが設置される環境によっては可燃性物質が雰囲気中に存在しており、燃焼室外側に配置された検出センサやこれと接続する他の電気機器等から生じる火花や静電気によって危険な状態となりえる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、可燃性物質が雰囲気中に存在している環境下であっても安全に運用できるボイラを提供することを目的とする。

本発明によれば、予混合ガスが導入されるウインドボックスと、当該ウインドボックス内部に対して光透過部を隔てて配置され且つ前記ウインドボックスと連通する燃焼室の火炎を検出する検出センサと、当該検出センサを収容する防爆ケースと、当該防爆ケース内を加圧する加圧手段とを備え、前記加圧手段は、前記防爆ケース内を外部雰囲気に対して陽圧にすることができるよう構成される、ボイラが提供される。

本発明によれば、加圧手段が、防爆ケース内を外部雰囲気に対して陽圧にすることができるよう構成されることから、検出センサ及びこれと接続される電気機器等を外部雰囲気から隔離することが可能となる。その結果、可燃性物質が雰囲気中に存在している環境下であってもボイラを安全に運用することが可能となる。

以下、本発明の種々の実施形態を例示する。以下に示す実施形態は互いに組み合わせ可能である。

好ましくは、前記ウインドボックスと前記防爆ケースの間の位置に、これらウインドボックスと防爆ケースを隔てるアダプタを備え、前記アダプタは、前記検出センサによる光の検出を妨げず且つ前記ウインドボックスと前記防爆ケースを互いに離間させるように構成される。

好ましくは、前記アダプタの一端と前記ウインドボックスの間にシール構造が設けられている。

好ましくは、前記アダプタの他端と前記防爆ケースの間にシール構造が設けられている。

好ましくは、前記アダプタは気密性を有し且つ通気孔を備え、当該通気孔は減圧手段と接続されており、当該減圧手段は、前記アダプタ内を前記防爆ケースに対して陰圧にすることができるよう構成される。

好ましくは、前記ボイラは送風機を備えており、前記アダプタと前記送風機の吸込口が配管接続される。

好ましくは、前記アダプタは通気孔を有しており、前記アダプタ内部は外部雰囲気と連通される。

また、好ましくは、前記加圧手段は、前記ボイラを制御する制御機器が収容された制御ボックス内を加圧して、前記防爆ケース内及び前記制御ボックス内のそれぞれを外部雰囲気に対して陽圧にすることができるよう構成される。

本発明の第１実施形態に係るボイラの概略構成を示す説明図である。 図１のボイラの検出センサの防爆ケースを示す拡大図である。 本発明の実施形態に係るボイラの送風機を示す斜視図である。 図３の送風機の断面図である。 本発明の第２実施形態に係るボイラの概略構成を示す説明図である。 図５のボイラの検出センサの防爆ケースを示す拡大図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。また、各特徴について独立して発明が成立する。

（第１実施形態）
＜ボイラ＞
本発明の第１実施形態に係るボイラ１は、図１の縦断面の説明図に示すように、燃焼室３と、水管２を加熱するバーナ４と、バーナ４に燃焼用空気を供給する送風機５と、バーナ４に燃料ガスを供給するガス供給路６と、水管２に給水を行う給水路７と、燃焼室３から排ガスを導出する排ガス路８と、ボイラ１を制御する制御装置９と、火炎を検出する火炎検出装置２０とを備える。

燃焼室３は、下部管寄せ１１と上部管寄せ１２との間を多数の水管２で接続して構成される缶体を備える。水管２内には、給水路７を介して下部管寄せ１１から適宜給水されており、水管２内の水位が維持される。また、燃焼室３は、一端部（図１の左側）にバーナ４が設けられ、他端部（図１の右側）に排ガス路８が接続される。

各水管２内の水は、バーナ４からの燃焼ガスによって加熱され、蒸気として上部管寄せ１２から気水分離器（図示せず）を介して蒸気路１３へ導出される。蒸気は、蒸気ヘッダなどを介して各種の蒸気使用設備へ送られる。一方、バーナ４による燃焼ガスは、各水管２内の水と熱交換した後、排ガスとして排ガス路８から排出される。なお、排ガス路８には、余熱によって給水を予加熱するエコノマイザ（図示せず）を設けても良い。

バーナ４は、予混合バーナとされ、このバーナ４には燃焼量に応じた量の燃焼用空気と燃料ガスとが、燃焼用空気路１４を通って供給される。燃焼用空気路１４のバーナ４近傍は、箱形状のウインドボックス（風箱）１５によって覆われている。このウインドボックス１５のバーナ４とは反対側の位置には、火炎検出装置２０を取り付けるための取付孔１５ａ（図２参照）が形成される。燃焼用空気は、送風機５により、燃焼用空気路１４を介してバーナ４へ送り込まれる。燃焼用空気の流量は、燃焼用空気路１４に設けられたダンパ（傾斜角度を変更可能な板材）１６によって調整される。なお、これに代えて又はこれに加えて、インバータを用いて送風機５のモータの回転速度を変えてもよい。一方、燃料ガスは、燃焼用空気路１４のダンパ１６よりも下流においてガス供給路６から供給され、ガス供給路６からのガスは、燃焼用空気路１４内において噴出され、送風機５からの空気に混合されて、バーナ４へ送られる。ガス供給路６には、燃焼ガスの供給と供給の停止を切り替える遮蔽弁１７が設けられる。遮蔽弁１７より下流には、流量調整弁（図示省略）を設けてもよい。燃焼量に応じて、流量調整弁の開度を変更することで、燃焼量に応じた空気比に調整することができる。

送風機５は、図３及び図４に示すように、複数の羽根板５１ａを有するインペラ５１と、ファンケーシング５２と、カバー５３と、モータ５４とを備える。モータ５４によりインペラ５１が回転すると、周囲の空気が吸込口５５からインペラ５１の軸方向に吸い込まれ、この吸い込まれた空気はファンケーシング５２内部を通り昇圧されつつ吹出口５６に向かい、吹出口５６からインペラ５１の外周部の接線方向に吹き出される。そして、吹出口５６から吹き出された空気は、燃焼用空気路１４及びウインドボックス１５を介してバーナ４に供給される。

制御装置９は、図１に示す制御ボックス１８内に配置されるコントロールユニットとして構成され、送風機５及びダンパ１６による燃焼用空気の供給量の制御、遮蔽弁１７による燃焼ガスの供給量の制御、後述する火炎検出装置２０の検出センサ２１（図２参照）の制御等、ボイラ１の各部の制御を行う。この際、例えば、燃焼用空気と燃料ガスの比を設定した比とする制御が行われる。そして、制御装置９の制御により、ボイラ１が発生させる蒸気量や蒸気圧力が調整される。なお、制御ボックス１８は気密性を有し、制御ボックス１８内は、加圧手段１９による加圧によって周囲雰囲気に対して陽圧となっている。この圧力は、例えば２０ｍｍＡｑ〜６０ｍｍＡｑとされ、圧力が２０ｍｍＡｑ以下になるとアラームを発するとともにボイラを停止し、６０ｍｍＡｑ以上になるとパージを行うよう制御される。
＜火炎検出装置＞

火炎検出装置２０は、本実施形態においては、図１に示すように、ウインドボックス１５のバーナ４とは反対側の位置に設置され、図２に示すように、検出センサ２１と、検出センサ２１を囲う防爆ケース２２と、検出センサ２１及び防爆ケース２２をウインドボックス１５に取り付ける取付部材２３を備える。検出センサ２１は、バーナ４で混合がスが燃焼することで形成される火炎の光が届く範囲に、光透過部としての透明ガラス３０を隔てて配置され、例えば、この火炎のＵＶ光を検出し、火炎が形成されているかを検出する。なお、火炎検出装置２０は、検出センサ２１の検出結果のみを制御装置９に送り、制御装置９で検出結果を解析し、火炎が形成されているかを判定するようにしても良い。

防爆ケース２２は、検出センサ２１全体を覆う大きさに形成された箱型のケースであり、ウインドボックス１５の取付孔１５ａと対向する位置に形成される取付孔２２ａと、チューブ４０が接続される接続部２４を備える。チューブ４０は、制御装置９から検出センサ２１へ繋がる信号線２１ａを内部に備える。また、チューブ４０の接続部２４は、フィッティング４１によって信号線を導通させつつ防爆ケース２２内の密閉を保っている。。取付孔２２ａ、接続部２４を除いて防爆ケース２２内は閉止されており、防爆ケース２２をウインドボックス１５に取り付け、チューブ４０を接続した後は、防爆ケース２２内はケース外部の雰囲気から隔離される。そして、この防爆ケース２２内は、図１に示すエアコンプレッサ２６（特許請求の範囲における加圧手段）によって加圧ダクト２７（図２参照）を介して加圧されることにより、周囲雰囲気に対して陽圧となっている。このような構成により、周囲雰囲気中に可燃性物質が存在していたとしても、可燃性物質は防爆ケース２２内に入り込むことができず、安全にボイラを運用することができる。

取付部材２３は、図２に示すように、透明ガラス３０と、ウインドボックス１５に固定されるボックス側取付部材３１と、防爆ケース２２と固定されるケース側取付部材３２と、透明ガラス３０を保持する保持板３３とを備える。ボックス側取付部材３１、ケース側取付部材３２及び保持板３３は、それぞれ同一軸上に貫通孔３１ｈ、３２ｈ、３３ｈを有しており、バーナ４による火炎は、透明ガラス３０を通過して検出センサ２１に到達する。透明ガラス３０とボックス側取付部材３１の間は、Ｏリング３４によってシールされる。そして、ボックス側取付部材３１、ケース側取付部材３２及び保持板３３をボルト３５によって固定することで、ウインドボックス１５に検出センサ２１及び防爆ケース２２が固定される。このような構成により、ウインドボックス１５内の予混合ガスと防爆ケース２２内空気は透明ガラス３０によって分離され、予混合ガスが検出センサ２１等から生じた火花や静電気とが交わることがない。

＜ボイラの動作＞
次に、本実施形態に係るボイラ１の動作を説明する。ボイラ１は、制御装置９が各部の動作を制御することで、各動作を実現する。制御装置９は、送風機５及びダンパ１６と、ガス供給路６の遮蔽弁１７を駆動しバーナ４での燃焼を開始する。制御装置９は、火炎検出装置２０の検出結果に基づいてバーナ４に火炎が形成されているかを判定し、バーナ４の燃焼を制御する。ボイラ１は、バーナ４で燃料を燃焼して火炎を形成し、燃料の燃焼で生成される燃焼ガスで水管を加熱し、蒸気を生成する。

ボイラ１の動作の間、制御ボックス１８内は、加圧手段１９により加圧されて周囲雰囲気に対して陽圧となっており、制御ボックス１８と連通する防爆ケース２２内も周囲雰囲気に対して陽圧となる。これにより、検出センサ２１及び制御装置９の電気機器を外部雰囲気から隔離することが可能となる。したがって、万が一可燃性物質が外部雰囲気に含まれていた場合にも、可燃性物質は防爆ケース２２内の検出センサ２１及び制御装置９の電気機器等まで入り込むことがなく、火花や静電気によって引火や爆発が生じることを防止することができる。

（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態に係るボイラ１の概略構成を示す説明図であり、図６は、ボイラ１の検出センサ２１及び防爆ケース２２と、これらの取付部材２３を示す拡大図である。本実施形態において、第１実施形態と同一の構成要素に対しては同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施形態のボイラ１は、図６示すように、ウインドボックス１５と防爆ケース２２の間にアダプタ６０を設けた点が第１実施形態との主な相違点である。以下、この相違点及び相違点による効果について説明する。

本実施形態において、アダプタ６０は、図６に示すように、ウインドボックス１５に取り付けられる筒状のボックス側筒体６１と、防爆ケース２２と一体的に形成される筒状のケース側筒体６２とから構成され、ボックス側筒体６１のフランジ６１ａとケース側筒体６２のフランジ６２ａとを当接させて固定することで、アダプタ６０が形成される。ボックス側筒体６１は、ボックス側取付部材３１を介してウインドボックス１５に取り付けられており、ボックス側取付部材３１とボックス側筒体６１の間には、透明ガラス３０ａが配置される。透明ガラス３０ａとボックス側取付部材３１は、Ｏリング３４ａによってシールされる。

一方、ケース側筒体６２と防爆ケース２２の接続部分は、厚肉部２５となっており、この厚肉部２５には、保持板３３ｂによって透明ガラス３０ｂが保持され、透明ガラス３０ｂと厚肉部２５は、Ｏリング３４ｂによってシールされる。また、保持板３３ｂには、ケース側取付部材３２を介して検出センサ２１が取り付けられる。

ここで、本実施形態においては、防爆ケース２２内と制御ボックス１８内とがダクト２７によって連通している。そのため、防爆ケース２２内も加圧ダクト２７を介して加圧手段１９によって加圧され（図５参照）、周囲雰囲気に対して陽圧状態とされる。したがって、万が一可燃性物質が外部雰囲気に含まれていた場合にも、検出センサ２１及び制御装置９の電気機器等から生じた火花や静電気によって引火や爆発が生じることを防止することができる。なお、このような構成であっても、ボックス側取付部材３１、ケース側取付部材３２、保持板３３ｂの貫通孔（符号省略）及びアダプタ６０が同一軸上に位置するよう組み付けることで、バーナ４による火炎が透明ガラス３０ａ，３０ｂを通過して検出センサ２１に到達するようになっている。

また、アダプタ６０のケース側筒体６２には、筒の外側に貫通する通気孔６４が形成され、この通気孔６４にはダクト６５が取り付けられており、ダクト６５は、図３及び図４に示すように、送風機５のカバー５３と接続される。これにより、ダクト６５は送風機５側が陰圧となり、アダプタ６０内の空気を吸引する。したがって、アダプタ６０内は周囲雰囲気に対して陰圧となっている。なお、本実施形態においては、上述した送風機５及びダクト６５が特許請求の範囲の陰圧手段に相当する。

ここで、第１実施形態のボイラ１を考えると、ウインドボックス１５の予混合ガスと防爆ケース２２内の空気は、透明ガラス３０のみによって分離される構成となっていた。加えて、検出センサ２１及び制御装置９内の他の電気機器の強度上、加圧手段１９により制御ボックス１８及び防爆ケース２２内を予混合ガスの圧力よりも高圧とすることはできないため、ウインドボックス１５の予混合ガスと防爆ケース２２内の空気では、予混合ガスのほうが高圧状態となっていた。したがって、第１実施形態のボイラ１でも周囲雰囲気中の可燃性物質が防爆ケース２２内に侵入することを効果的に防止することができるものの、ウインドボックス１５の予混合ガスに対する対策としては更なる工夫の余地が残っていた。

しかしながら、本実施形態においては、上述したように、ウインドボックス１５と防爆ケース２２の間にアダプタ６０を設け、アダプタ６０内をウインドボックス１５内及び防爆ケース２２内に対してそれぞれ陰圧としていることから、ウインドボックス１５側から予混合ガスがアダプタ６０に流出したとしても、防爆ケース２２に予混合ガスが流入せず、検出センサ２１等の電気機器から生じる火花や静電気による引火や爆発を確実に阻止することが可能となっている。また、本実施形態では、アダプタ６０の通気孔６４からセンサ（図示せず）を用いて可燃ガスの漏れを容易に検出することも可能である。

なお、本発明は、以下の態様でも実施可能である。
・上記実施形態では、アダプタ６０の通気孔６４と送風機５を接続することで、アダプタ６０内を周囲雰囲気に対して陰圧としていたが、ウインドボックス１５内及び防爆ケース２２内は共に周囲雰囲気に対して陽圧となっていることから、単にアダプタ６０に通気孔６４をあけて大気開放し、アダプタ６０内を周囲雰囲気と同圧とすることによっても、上記陰圧にする場合に準じた効果を得ることができる。
・さらに、アダプタ６０に通気孔６４を設けず気密状態とすることや、通気孔６４に加圧手段を接続し、アダプタ内を防爆ケース２２内に対して陽圧にすることも考えられる。この場合も、ウインドボックス１５と防爆ケース２２が隣接していないため、ウインドボックス１５側の透明ガラス３０ａ及び防爆ケース２２側の透明ガラス３０ｂ双方に漏れが生じない限りは防爆ケース２２に予混合ガスが流入することはなく、引火や爆発の可能性を抑制することが可能である。

なお、この発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内において種々の変形や変更が可能である。

１：ボイラ、３：燃焼室、５：送風機、１５：ウインドボックス、１８：制御ボックス、１９：加圧手段、２１：検出センサ、２２：防爆ケース、６０：アダプタ、６４：通気孔

Claims (8)

1. 予混合ガスが導入されるウインドボックスと、当該ウインドボックス内部に対して光透過部を隔てて配置され且つ前記ウインドボックスと連通する燃焼室の火炎を検出する検出センサと、当該検出センサを収容する防爆ケースと、当該防爆ケース内を加圧する加圧手段とを備え、
   前記加圧手段は、前記防爆ケース内を外部雰囲気に対して陽圧にすることができるよう構成される、ボイラ。
2. 前記ウインドボックスと前記防爆ケースの間の位置に、これらウインドボックスと防爆ケースを隔てるアダプタを備え、前記アダプタは、前記検出センサによる光の検出を妨げず且つ前記ウインドボックスと前記防爆ケースを互いに離間させるように構成される、請求項１に記載のボイラ。
3. 前記アダプタの一端と前記ウインドボックスの間にシール構造が設けられている、請求項２に記載のボイラ。
4. 前記アダプタの他端と前記防爆ケースの間にシール構造が設けられている、請求項３に記載のボイラ。
5. 前記アダプタは気密性を有し且つ通気孔を備え、当該通気孔は減圧手段と接続されており、当該減圧手段は、前記アダプタ内を前記防爆ケースに対して陰圧にすることができるよう構成される、請求項２〜請求項４に記載のボイラ。
6. 前記ボイラは送風機を備えており、前記アダプタと前記送風機の吸込口が配管接続される、請求項５に記載のボイラ。
7. 前記アダプタは通気孔を有しており、前記アダプタ内部は外部雰囲気と連通される、請求項２〜請求項４のいずれかに記載のボイラ。
8. 前記加圧手段は、前記ボイラを制御する制御機器が収容された制御ボックス内を加圧して、前記防爆ケース内及び前記制御ボックス内のそれぞれを外部雰囲気に対して陽圧にすることができるよう構成される、請求項１〜請求項７に記載のボイラ。