JP4265556B2 - ダンパ位置調整装置およびこれを備える燃焼装置 - Google Patents

Description

この発明は、燃焼装置のバーナへの給気量を調整するためのダンパ位置調整装置と、このダンパ位置調整装置を備える燃焼装置に関するものである。特に、ガスまたは油を燃焼させる形式のボイラにおいて、そのバーナへ供給する燃焼用空気の流量を調整するために、その給気路に設けられるダンパの開度を調整するダンパ位置調整装置と、このダンパ位置調整装置を備えるボイラに関するものである。

ボイラのバーナへ空気を供給する給気路には、給気量を調整するダンパが設けられている。従来、下記特許文献１に開示されるように、高燃焼風量位置と低燃焼風量位置の二位置の内、いずれかを択一的にとるダンパが知られている。
特開平８−３０３７５９号公報

前記特許文献１に記載の発明のように、ダンパの停止位置を二者択一として制御するだけでは、外気温などの変化に基づいてダンパの位置を調整できない上、燃焼状態や燃費の改善にも限界があった。仮に、ステッピングモータを用いてダンパの位置を調整するにしても、過負荷による回転異常が起こるおそれがある。すなわち、ステッピングモータへ回転駆動パルスを出力したにもかかわらず、実際にはステッピングモータが回転せず、ひいてはダンパの回転がなされず、黒煙の発生などの燃焼不良につながるので、このような回転異常への対応が必要である。

この発明が解決しようとする課題は、ダンパの位置の調整が可能であると共に、万一のダンパの回転異常を検出可能なダンパ位置調整装置と、このダンパ位置調整装置を備える燃焼装置を実現することにある。

この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、燃焼装置のバーナへの給気量を調整するダンパに設けられるダンパ位置調整装置であって、前記ダンパをその回転軸まわりに回転させるモータと、前記回転軸と一体回転可能に設けられる被検出板と、この被検出板に形成したスリットを検出する検出器と、前記ダンパが指定の回転停止位置で停止するよう前記モータを制御するとともに、前記モータへの制御信号と前記検出器からの検出信号とに基づき、前記ダンパの回転異常を検知する制御器とを備え、前記モータは、ステッピングモータとされており、前記制御器は、前記ステッピングモータへの駆動パルスからなる前記制御信号と、前記検出器による前記スリットの検出パルスからなる前記検出信号とに基づき、前記ダンパの回転異常を検知し、前記被検出板は、周方向等間隔に多数の前記スリットを形成したスリット形成領域を有する円形または扇形の板材とされており、前記ダンパが前記バーナへの給気路の全閉位置と全開位置との間を回転する際、前記被検出板が前記検出器を通過する領域が、前記スリット形成領域とされると共に、前記スリット形成領域の周方向一方の端部スリットを前記検出器が検出する位置が前記ダンパの全開位置とされ、前記スリット形成領域の周方向他方の端部スリットを前記検出器が検出する位置が前記ダンパの全閉位置とされることを特徴とするダンパ位置調整装置である。

請求項１に記載の発明によれば、指定の回転停止位置で停止するようにモータを制御することで、ダンパの回転停止位置を任意に調整できる。しかも、モータへの制御信号と検出器からの検出信号とに基づき、ダンパの回転異常を検知することができる。すなわち、ダンパの実際の動作を検出器からの検出信号で把握し、モータへ出力した制御信号と比較することで、ダンパの回転異常を検知できる。
また、請求項１に記載の発明によれば、ステッピングモータを使用することで、ダンパの回転停止位置の調整が容易に行える。また、ステッピングモータへの駆動パルスからなる制御信号と、検出器からの検出パルスからなる検出信号とに基づき、ダンパの回転異常を容易に検知できる。
さらに、請求項１に記載の発明によれば、ダンパの全閉位置から全開位置までの範囲に多数のスリットを設けた被検出板を用いることで、簡易な構成および制御で、ダンパの回転異常の検出が可能である。

請求項２に記載の発明は、既設または既存の燃焼装置に適用され、既設または既存のダンパの回転軸に、前記モータにより駆動される駆動軸を連結して取り付けることを特徴とする請求項１に記載のダンパ位置調整装置である。

請求項２に記載の発明によれば、既設または既存の燃焼装置への後付けが可能である。従って、既設または既存の燃焼装置であっても、ダンパの回転停止位置の調整が可能で、またダンパの回転異常の検知が可能となる。

請求項３に記載の発明は、複数種の前記燃焼装置に適用可能に、前記被検出板に前記スリット形成領域が複数形成されており、適用する燃焼装置に対応したスリット形成領域が使用されることを特徴とする請求項２に記載のダンパ位置調整装置である。

請求項３に記載の発明によれば、複数種の燃焼装置に対しても共通部品としてダンパ位置調整装置を提供することができる。

請求項４に記載の発明は、前記バーナへ供給される空気の温度を検出する外気温センサ、前記燃焼装置の排ガスの温度を検出する排ガス温度センサ、その排ガス中の煤塵の量を検出する煤塵センサ、前記排ガス中の窒素酸化物の量を検出する窒素酸化物センサ、前記排ガス中の酸素の量を検出する酸素センサ、および前記排ガス中の一酸化炭素の量を検出する一酸化炭素センサの内、一または複数のセンサを備え、このセンサの出力に基づき、前記制御器は前記ダンパの回転停止位置を調整することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のダンパ位置調整装置である。

請求項４に記載の発明によれば、各種センサを用いることで、外気温、排ガス温度、排ガス中の煤塵量、窒素酸化物量、酸素量、または一酸化炭素量を考慮した制御が可能である。これにより、燃焼不良をメンテナンスなしに有効に防止できる。

さらに、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のダンパ位置調整装置を備えることを特徴とする燃焼装置である。

請求項５に記載の発明によれば、請求項１〜４のいずれか１項に記載の作用効果を奏するボイラなどの燃焼装置を提供することができる。

この発明のダンパ位置調整装置およびこれを備える燃焼装置によれば、ダンパの位置の調整が可能であり、しかも万一のダンパの回転異常が検出可能である。万一、前記回転異常が検知されれば、燃焼装置の燃焼を停止するなどにより、燃焼不良状態での運転を防止できる。

つぎに、この発明の実施の形態について説明する。
本発明のダンパ位置調整装置は、小型貫流ボイラなどの水管ボイラ、給湯器、吸収式冷凍機の再熱器などの各種燃焼装置（熱機器）に適用される。この燃焼装置は、バーナの他、このバーナの燃焼によって加熱される吸熱体群を有する。また、燃焼装置には、バーナへ燃焼用空気を供給する給気路に、その供給空気流量を調整可能にダンパが設けられている。このダンパは、給気路に設けられた弁であり、回転軸まわりに回転可能とされた板材からなる。従って、ダンパの回転停止位置を調整することで、バーナ側へ供給される空気流量を調整することができる。

ダンパ位置調整装置は、ダンパの回転軸を調整可能に可動する装置である。ダンパ位置調整装置は、ダンパの回転軸に連結される駆動軸を備え、回転停止位置を任意に調整可能なモータにて前記駆動軸を回転させる。これにより、前記回転軸ひいてはダンパは、その回転停止位置が調整される。前記モータとして、典型的にはステッピングモータ（パルスモータ）が使用される。

ステッピングモータの回転異常を検知するために、ダンパ位置調整装置は、ダンパの回転軸と一体回転可能に設けられる被検出板と、この被検出板に形成したスリットを検出する検出器とを備える。

被検出板は、前記駆動軸と一体回転するよう設けられる板材であって、典型的には円板である。この円板の外周部の少なくとも一部には、多数のスリットが周方向等間隔に形成されて、スリット形成領域とされている。各スリットは、円板の半径方向に沿って配置されており、同一の形状および大きさである。これらスリットは、金属などで形成された不透明な円板に、細長い矩形の溝や穴を貫通形成して構成される。あるいは、プラスチックなどで形成された透明な円板に、周方向に沿って明暗の縞模様となるような印刷などを施すことによって、透明で残した部分をスリットとすることができる。このような被検出板は、スリット形成領域を有していればよいので、円形でなくても、扇形などであってもよい。

一方、検出器は、ダンパ位置調整装置の外ケースなどに固定して設けられ、発光素子と受光素子とを備える。典型的には、フォトインタラプタを用いることができる。そして、その発光素子と受光素子との間に、被検出板を介在させた状態で取り付けられる。つまり、被検出板は、その外周部が検出器の発光素子と受光素子との間に配置された状態で、前記駆動軸ひいてはダンパとともに回転するよう設けられる。

ダンパが給気路の全閉位置と全開位置との間を回転する際、被検出板もダンパの回転軸と一体回転するが、その際に被検出板が検出器を通過する領域がスリット形成領域とされる。本実施形態では、スリット形成領域の周方向一端部のスリットを検出器が検出する位置が、ダンパの全開位置と対応し、スリット形成領域の周方向他端部のスリットを検出器が検出する位置が、ダンパの全閉位置と対応するように、ダンパ位置調整装置はダンパの回転軸に取り付けられる。

ダンパ位置調整装置は、制御手段としての制御器により制御される。この制御器は、各スリットの検出信号を検出器から取得する。従って、検出器が被検出板のスリット形成領域内にあれば、モータひいてはダンパの回転に伴い、所定間隔でスリットが検出される。逆に、検出器が被検出板のスリット形成領域外にあれば、モータひいてはダンパを回転させても、スリットの検出がなされない。このことを利用して、制御器は、ダンパ位置の原点確認が可能である。具体的には、スリット形成領域外に検出器が配置されるまで、モータを一方向へ回転させた後、他方向へ逆転させてスリット形成領域の周方向他端部のスリットを検出器が検出する位置を原点とする。

また、制御器は、駆動軸が指定の回転停止位置で停止するようモータを制御する。本実施形態のようにステッピングモータを使用する場合には、ステッピングモータへ駆動パルスからなる制御信号を送ることで、モータひいてはダンパを所望の角度だけ正転または逆転することができる。

制御器は、前記モータを所望量だけ駆動するために、モータへ制御信号を出力するが、この制御信号に基づきダンパが実際に前記所望量だけ開閉したかを確認する。つまり、制御器は、検出器からの検出信号をモータへの制御信号と比較して、ダンパの回転異常を監視する。本実施形態のようにステッピングモータを使用する場合には、ステッピングモータへの駆動パルスからなる制御信号と、検出器によるスリットの検出パルスからなる検出信号とを比較し、回転異常の有無を監視する。

たとえば、ステッピングモータへ駆動パルスを送ったのに、検出器から検出パルスが検出されない場合に、回転異常と検知し、ボイラの燃焼を停止させる。また逆に、ステッピングモータへ駆動パルスを送っていないのに、検出器からパルスが検出された場合にも、回転異常と検知するように構成できる。

ダンパ位置調整装置は、バーナへ供給される空気の温度を検出する外気温センサや、燃焼装置の排ガスの温度を検出する排ガス温度センサ、その排ガス中の煤塵の量を検出する煤塵センサ、前記排ガス中の窒素酸化物の量を検出する窒素酸化物センサ、前記排ガス中の酸素の量を検出する酸素センサ、および前記排ガス中の一酸化炭素の量を検出する一酸化炭素センサの内、一または複数のセンサをさらに備えていてもよい。その場合、それらセンサを用いることで、外気温、排ガス温度、排ガス中の煤塵量、窒素酸化物量、酸素量、または一酸化炭素量を考慮した制御が可能である。

たとえば、外気温センサを備えた場合、その出力に基づいて回転停止位置を調整することができる。よって、たとえばバーナに供給される空気の空気比を調整して、外気温に左右されず、空気比一定の運転を続けることができる。ここで、空気比とは、実際燃焼空気量／理論燃焼空気量をいう。つまり、「燃焼に際して実際に必要な空気量」／「燃焼に際して理論上必要な空気量」を「空気比」という。空気は、外気温の変化に伴い体積が変化するが、外気温センサを設けることで、この体積変化に容易に対応することができる。

本実施形態のダンパ位置調整装置は、ボイラなどの燃焼装置において、そのバーナへの給気路に設けられるダンパの回転軸に取り付けられる。このダンパは、前記モータを制御することで、燃焼停止時には給気路を全閉することもでき、缶体（炉）から給気路側への空気やガスの逆流を防止できる。よって、ダクトやそれに接続された各種機器への熱影響を最小にできると共に、ドラフトによる排熱損失を防ぐこともできる。特に、パイロットバーナによる点火形式に有効であり、パイロット燃焼時の送風量などの調整が可能である。

ダンパ位置調整装置は、既設または既存の燃焼装置に対し、その既設または既存のダンパの回転軸に後付け可能な構成とすることができる。ボイラなどの燃焼装置は、ダンパを開く方向が時計方向の右回りのものと、反時計方向の左回りのものがあり、またダンパの回転軸のキー溝もダンパの板面に対し、機種により異なる場合もある。これら異なる形式の燃焼装置に対しても、共通して適用可能となるように、前記被検出板には複数のスリット形成領域を設けてもよい。その場合、適用する燃焼装置に応じて、いずれかのスリット形成領域が択一的に使用される。

以下、この発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。本発明のダンパ位置調整装置は、ボイラだけでなく、吸収式冷凍機の再熱器などにも適用可能であるが、ここでは水管ボイラの一種である貫流式の蒸気ボイラに適用した例について説明する。

図１は、本発明のダンパ位置調整装置の一実施例が適用されたボイラを示す概略縦断面図である。また、図２は、図１のII−II断面図である。

本実施例のボイラ１は、バーナ２と多数の伝熱管３，３…が配置された缶体４を備える。バーナ２は、缶体４の一端部に設けられ、本実施例では平面状の燃焼面（予混合気噴出面）を有する完全予混合式のものが採用されている。缶体４には、バーナ２側の一端部に、送風機５からの燃焼用空気をバーナ２へ送る給気路６が接続され、バーナ２と反対側の他端部に、缶体４からの排ガスを排出する排ガス路（煙突）７が設けられる。給気路６には、送風機５の下流側に、バーナ２側へ送り出す空気量を調整するダンパ８が設けられている。このダンパ８は、給気路６の流路方向と直交するように配置された回転軸９まわりに回転可能な板材である。給気路６を構成するダクトの内側に、ダンパ８が回転可能に保持されることで、その回転角度を調整して、バーナ２側へ送り出す空気量を調整することができる。

給気路６には更に、ダンパ８の下流側に、燃料ガスを給気路６内へ噴出するガス燃料供給管１０が設けられている。このガス燃料供給管１０を介して給気路６内へ燃料ガスを噴出することで、バーナ２側へ送る空気に燃料ガスを混合することができる。このガス燃料供給管１０には、燃料流量調整バルブ１１が設けられており、噴出させる燃料ガスの流量を調整することができる。

缶体４内に設けられる各伝熱管３は、上部管寄せ１２と下部管寄せ１３との間に配置される。また、図２に示すように、缶体４の両側壁に沿って配置された外側伝熱管１４，１４…は、板状部１５にて互いに連結されており、水管壁１６，１６を形成している。この一対の水管壁１６，１６と上部管寄せ１２および下部管寄せ１３との間で、バーナ２の燃焼によって生ずる燃焼ガスは、排ガス路７へ向けて直線状に流通するよう導かれる。

給気路６のダンパ８には、本発明のダンパ位置調整装置が設けられる。本実施例のダンパ位置調整装置は、給気路６を構成するダクトの外面に設置され、ダンパ８の回転軸９を操作することで、ダンパ８による給気路６の開度を変えて燃焼用空気の流量を調整する。

図３から図５は、本実施例のダンパ位置調整装置１７を示す図であり、図３は本体部１８の斜視図であり、図４は使用状態を示すシステム構成図であり一部を断面にして示しており、図５は回転異常検出手段１９およびダンパ位置表示手段２０を示す断面図である。

本実施例のダンパ位置調整装置１７は、ダンパ８の回転軸９に着脱自在に連結される駆動軸２１を備え、この駆動軸２１は、減速機２２を介してモータ２３にて回転可能である。このモータ２３としては、回転停止位置を任意に調整可能なモータが使用される。本実施例ではステッピングモータ（パルスモータ）２３が使用される。

前記駆動軸２１は、ダンパ８の回転軸９と、カップリング２４を介して連結されることで、同一軸線上で一体回転可能とされる。本実施例のカップリング２４は、段付き円柱形状とされ、その中央部には軸方向に貫通して段付き穴２５，２６が形成されている。その小径穴２５には前記駆動軸２１が挿入され、この駆動軸２１は取付ネジ２７にてカップリング２４と一体化される。一方、大径穴２６にはダンパ８の回転軸９が挿入可能とされ、この回転軸９はキー２８にてカップリング２４と一体回転可能とされる。そのために、回転軸９およびカップリング２４の大径穴２６には、それぞれキー溝２９，３０が形成されている。

このようなカップリング２４は、一端部に駆動軸２１が挿入された状態で、他端部が軸受３１を介してダンパ位置調整装置１７の外ケース３２に回転可能に保持される。この外ケース３２には、一端部に前記減速機２２およびステッピングモータ２３が保持され、他端部にカップリング２４のキー溝３０付きの大径穴２６を露出した状態で、カップリング２４や回転異常検出手段１９を内部に密閉する構造である。

回転異常検出手段１９は、被検出板３３と検出器３４とを備える。被検出板３３は、カップリング２４の軸方向中央部の段付き部に、半径方向外側へ延出して固定される。本実施例の被検出板３３は、薄い円板からなり、ステンレスなどの金属製である。この被検出板３３は、カップリング２４や駆動軸２１と同心に設けられる。被検出板３３の外周部の一部には、周方向等間隔に多数のスリット３５，３５…を形成したスリット形成領域３６が設けられる。本実施例では、四分の一（９０度）の円弧分だけ、スリット形成領域３６が設けられる。スリット形成領域３６に形成される各スリット３５は、同一の形状および大きさである。本実施例では、被検出板３３の半径方向に沿った細長い矩形状の溝が、周方向に沿って等間隔に打ち抜き形成されている。

このスリット３５を検出するための検出器３４は、前記外ケース３２に固定される。本実施例の検出器３４は、透過型フォトインタラプタからなり、発光素子３７と受光素子３８との間に被検出板３３の外周部が介在された状態に取り付けられる。検出器３４の発光素子３７と受光素子３８との間に被検出板３３を介在させることで、検出器３４と対応した位置（発光素子３７から受光素子３８への光路と対応した位置）に被検出板３３のスリット３５が配置されるか否かにより、受光素子３８における発光素子３７からの受光の有無が切り替えられる。これにより、検出器３４は、被検出板３３に形成したスリット３５の検出が可能とされる。

ダンパ位置調整装置１７は、図５においてスリット形成領域３６の時計方向の端部スリット３９が、検出器３４と対応した位置に配置された状態で、ダンパ８が給気路６を全閉状態とするように位置決めされて、ダンパ８の回転軸９に取り付けられる。ダンパ８の板面に対する回転軸９のキー溝２９の位置は予め定まっているので、カップリング２４に形成するキー溝３０の周方向位置と、カップリング２４に取り付ける被検出板３３の周方向位置とを調整しておくことで、前記位置決めは容易になされる。

そして、本実施例では、スリット形成領域３６は、被検出板の９０度分だけ形成しているので、スリット形成領域３６の時計方向の端部スリット３９が、検出器３４と対応した位置に配置された状態では、上述したようにダンパ８が給気路６を全閉する一方、スリット形成領域３６の反時計方向の端部スリット４０が、検出器３４と対応した位置に配置された状態では、ダンパ８が給気路６を全開することになる。

このような構成のダンパ位置調整装置１７（本体部１８）は、給気路６を構成するダクトの外面に設けられる。その際、そのダクトを貫通して外部へ突出したダンパ８の回転軸９に、カップリング２４を介して駆動軸２１が連結される。このような構成であるから、本実施例のダンパ位置調整装置１７は、既設または既存のボイラ１にも容易に後付けできる。

ところで、ボイラ１を点検，保守する人は、ダンパ８の位置を容易に視認できることが望ましい。そこで、本実施例のダンパ位置調整装置１７には、ダンパ８の回転方向の位置を表示するダンパ位置表示手段２０が設けられている。本実施例のダンパ位置表示手段２０は、カップリング２４から半径方向外側へ延出するよう設けられる棒状の表示指針４１と、外ケース３２に形成した周方向溝４２に設けられる表示板４３とを備える。

図示例の表示指針４１は、その基部４４が、カップリング２４の外周面に取り付けられる。そして、この基部４４の一端部から外方へ延出して、丸棒状の指針本体４５が形成されている。この指針本体４５の先端部には、先端側へ行くに従って互いに近接する傾斜面４６，４６が形成されている。この傾斜面４６，４６同士が突き当たることで形成される線状の先端部４７は、表示指針４１のカップリング２４への取付状態において、カップリング２４の軸方向に沿って配置される。この線状の先端部４７には、蛍光塗料などを塗布するのが好ましい。

このような表示指針４１は、前記基部４４の中央部に形成した貫通穴を介して、カップリング２４の外周面に固定ネジ４８がねじ込まれることで取り付けられる。このようにしてカップリング２４に固定された表示指針４１の先端部は、外ケース３２に形成した周方向溝４２に突入して配置される。この周方向溝４２は、９０度よりもやや大きい角度分だけ形成されている。従って、ダンパ８の回転異常が発生しても、表示指針４１が周方向溝４２の端部に当接することで、それ以上の回転が阻止される。

外ケース３２の外周面には、前記周方向溝４２を覆うように、可撓性を有する透明の表示板４３が設けられる。この表示板４３は透明であるから、外ケース３２の外部から表示指針４１を視認することができる。従って、指針本体４５の移動具合で、回転軸９つまりダンパ８の位置を知ることができる。本実施例の表示板４３には、「０」から「９」までの数値が等間隔に付されている。ダンパ８が全閉時には表示指針４１（指針本体４５の先端部４７）が「０」を示し、ダンパ８が全開時には表示指針４１が「９」を示すように構成されている。

本実施例のダンパ位置調整装置１７は、さらに制御器（制御手段）４９を備える。この制御器４９は、前記ステッピングモータ２３と前記検出器３４とに接続されている。これにより、ダンパ８の回転異常を監視しつつ、モータ２３の回転を制御することができる。モータ２３を制御するために、制御器４９は、ステッピングモータ２３への駆動パルスを含む制御信号の作成回路を有し、その作成した制御信号をステッピングモータ２３へ出力可能である。これにより、ステッピングモータ２３は、正転または逆転と、その回転角が任意に制御される。また、駆動パルスの間隔を変えることで、回転速度が制御される。

実際にダンパ８を開閉制御するに際し、制御器４９は、まずダンパ８の全閉位置を原点とするために原点検出動作を行う。本実施例では、まず図５において、反時計方向へ被検出板３３を回転させる。いま被検出板３３のスリット形成領域３６内に検出器３４が配置されているとすれば、被検出板３３の回転に伴い検出器３４は定期的にスリット３５を検出するので、その検出パルスが検出信号として制御器４９へ入力される。そして、検出器３４がスリット形成領域３６外に配置されるまで被検出板３３が回転されると、パルスが検出されなくなる。所定時間パルスが検出されないと、制御器４９は検出器３４がスリット形成領域３６外にあると認識し、回転方向を逆方向へ切り替える。すなわち、本実施例では、被検出板３３を時計方向へ逆転させ、最初にパルス（時計方向の端部スリット３９）が検出された位置を原点とする。この時計方向への回転による原点確認は、回転方向切替え前の反時計方向の回転よりも微速でなされる。

このようにして検出された原点は、ダンパ８の全閉位置と対応しているので、この状態を基準として、制御器４９はステッピングモータ２３へ駆動信号を出力し、ダンパ８を開閉制御することができる。制御器４９は、ダンパ８の開閉のためにステッピングモータ２３を駆動すれば、それに伴い検出器３４からスリット３５の検出信号がパルスとして取得される。従って、制御器４９は、検出器３４からの検出信号をモータ２３への制御信号と比較して、ダンパ８の回転異常を監視することができる。具体的には、ステッピングモータ２３への駆動パルスからなる制御信号と、検出器３４によるスリット３５の検出パルスからなる検出信号とを比較し、回転異常の有無を監視する。

たとえば、ステッピングモータ２３へ駆動パルスを送ったのに、検出器３４から検出パルスが検出されない場合に、回転異常と検知する。この際、検出器３４からの検出パルスは、ステッピングモータ２３への駆動パルスの周波数と異なるのが通常であるから、この相違を考慮して制御する。たとえば、駆動信号の所定パルス分の時間が経過しても、なお検出信号のパルスが一つも検出されない場合に、はじめて回転異常と判断するよう制御する。回転異常と検知した場合、制御器４９は、ボイラ１の制御盤（図示省略）へ停止信号ＳＰを送り、燃焼を停止させるなどの処置を行う。また逆に、ステッピングモータ２３へ駆動パルスを送っていないのに、検出器３４からパルスが検出された場合にも、回転異常を検知することができる。

ところで、バーナ２へ供給される空気温度（外気温）、ボイラ１の排ガス温度、その排ガス中の煤塵、窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）、酸素（Ｏ_２）または一酸化炭素（ＣＯ）の量（濃度）などに基づき、ダンパ８の回転停止位置を調整するために、ダンパ位置調整装置１７には各種センサ５０，５１を備えるのがよい。このようなセンサとして、温度センサ、煤塵センサ、ＮＯ_ｘセンサ、Ｏ_２センサ、ＣＯセンサなどを挙げることができる。このようなセンサは、一つだけ設けてもよいし、複数種設けてもよい。各センサ５０，５１は制御器４９に接続されており、検出信号が制御器４９へ入力される。

本実施例では、ダンパ位置調整装置１７の外ケース３２に、第一センサ５０を設ける一方、ボイラ１の缶体４出口における排ガス路７に、第二センサ５１を設けている。第一センサ５０は、サーミスタからなる外気温センサであり、第二センサ５１は、排ガス温度を計測する排ガス温度センサの他、その排ガス中の煤塵の量を計測する煤塵センサ、前記排ガス中の窒素酸化物の量を計測するＮＯｘセンサ、前記排ガス中の酸素の量を計測するＯ _２ センサ、または前記排ガス中の一酸化炭素の量を計測するＣＯセンサなどの内からいずれか一以上のセンサを採用して取り付けられる。

ただし、必ずしも第一センサ５０と第二センサ５１の両方を設ける必要はなく、いずれか一方のセンサだけを使用して制御することも可能である。また、外気温センサからなる第一センサ５０は、外気温、すなわちバーナ２へ供給する空気温度を計測する。この第一センサ５０は、外気温を検出できればよく、その取付位置は特に問わず、ダンパ位置調整装置１７の外ケース３２から離れて設置することもできる。

本実施例のダンパ位置調整装置１７が設けられた蒸気ボイラ１の概略動作は、以下のとおりである。

外気吸込路５２（図１）から供給される燃焼用空気（外気）は、ガス燃料供給管１０から供給される燃料ガスと給気路６内において予混合され、この予混合気はバーナ２から缶体４内へ向けて噴出される。その際、予混合気は、バーナ２で着火手段（図示省略）により着火され燃焼する。この燃焼に伴い生ずる燃焼ガスは、缶体４内の各伝熱管群３，３…と熱交換して排ガスとなり、この排ガスは排ガス路７から大気中へ排出される。各伝熱管３内の水は、燃焼ガスとの熱交換により加熱され、蒸気化される。この蒸気は、上部管寄せ１２に接続される蒸気取出手段（図示省略）から蒸気使用設備（図示省略）へ供給される。

本実施例のボイラ１は、高燃焼と低燃焼とを切り替えて運転する。そのために、ダンパ８は、高燃焼風量位置と低燃焼風量位置のいずれかを選択して位置決め可能である。このダンパ８の位置調整は、ダンパ位置調整装置１７の制御器４９が行う。つまり、制御器４９には、ボイラ１から高燃焼か低燃焼かの選択信号ＳＬが入力され、それに基づきモータ２３を制御して、ダンパ８を所望の回転停止位置へ配置する。モータ２３がステッピングモータの場合には、上述した原点検出動作をなした後、その原点から所望の回転停止位置まで駆動軸２１が回転するように、各燃焼に対応した所定数のパルスを出力する。たとえば、高燃焼風量位置までには５００パルス、低燃焼風量位置までには２００パルスを出力して、ダンパ８を回転させる。この出力パルス数は、一例であり、使用モータにより異なることは勿論である。ダンパ８の回転時には、上述したように、検出器３４にて回転異常が監視される。

このようにして、ボイラ１はダンパ８を低燃焼風量位置か高燃焼風量位置のいずれかに配置して運転を行うが、ダンパ８の回転停止位置は前記各種センサ５０，５１に基づき調整される。たとえば、外気温センサ（第一センサ）５０を用いた場合には、それにより検出した外気温の変化に応じて、ダンパ８の位置を調整可能である。これにより、外気温が変化した場合でも、適切な燃焼状態および燃費で、ボイラ１を運転することができる。

具体的には、制御器４９は、外気温センサ５０からの出力に基づいて、高燃焼および低燃焼の各回転停止位置を補正する。つまり、外気温の高低を考慮して、前記パルス数を増減するなどして、ダンパ８の回転停止位置を調整する。このような制御器４９による制御を利用して、本実施例のダンパ位置調整装置１７により、たとえば空気比を一定に制御してボイラ１を運転することもできる。具体的には、制御器４９は、外気温が変化してもバーナ２の空気比がほぼ一定の値となるように、モータ２３の回転を制御するプログラムを記憶している。

また、外気温センサ５０に代えてまたはそれに加えて、上述した煤塵センサ、ＮＯ_ｘセンサ、Ｏ_２センサまたはＣＯセンサなどから選択した第二センサ５１を用いて、ダンパ８の回転停止位置を調整可能とできる。これらセンサ５１は、いずれも従来公知のセンサを利用できるが、煤塵センサについては、発光素子と受光素子との間に排ガスを介在させ、受光素子における受光強度からスモークの濃度を把握するスモーク測定装置を利用できる。このスモーク測定装置として、特願２００４−７８５９７号に開示した装置を利用することもできる。

煤塵センサを用いる場合は、煤塵量が少なくなる方向にダンパを調整する。ＮＯ_ｘセンサやＣＯセンサの場合は、ＮＯ_ｘまたはＣＯが少なくなる方向にダンパを調整する。Ｏ_２センサの場合は、最適燃焼状態の酸素濃度に維持するようダンパを調整するか、または前記外気温センサと同様に、空気比が一定になるようにダンパを調整する。また、排ガス温度センサは、排ガス温度に基づき、最適燃焼状態となるように、ダンパを調整する。

外気温センサ、排ガス温度センサ、煤塵センサ、ＮＯ_ｘセンサ、Ｏ_２センサ、ＣＯセンサなどの内、複数のセンサ５０，５１を用いる場合には、予め設定された優先度に基づき、その優先度の高いセンサからの検出信号を優先して制御するようにプログラムを組んで制御することができる。この優先順位は、ボイラ１の運転工程全体を通して同じであってもよいし、運転段階に応じて変更してもよい。

ところで、制御器４９は、ボイラ１の燃焼停止時には、ダンパ８を駆動して、給気路６を全閉状態とする。これにより、炉内から給気路６への熱風の逆流を防止して、熱影響を最小にすることができる。また、このことは、排熱損失の抑制にもつながる。

以上の説明は、本実施例のダンパ位置調整装置１７がボイラ１の出荷前に既に装備されている場合の説明であるが、同ダンパ位置調整装置１７は、既設のボイラ１に簡単に装備できるように以下のように工夫されている。すなわち、既設のボイラ１が、高燃焼風量と低燃焼風量とのいずれかを選択して位置決め可能に構成されているとする。この既設ボイラ１の構成は、図４において、ダンパ位置調整装置１７の本体部１８がなく、代わりにモータユニット（図示省略）が装着されている。そして、ダンパ位置調整装置１７を既設のボイラ１に装着するには、前記モータユニットなどを取り外し、代わりにダンパ位置調整装置１７を装着すればよい。その際、前記モータユニットおよびダンパ位置調整装置１７とは、給気路６を構成するダクトの外面に取り付ける固定ネジ（図示省略）の位置を同じに構成している。このような構成としているので、モータユニットなどを取り外し、ダンパ位置調整装置１７を簡単に取り付けることができる。

本実施例のダンパ位置調整装置１７によれば、ステッピングモータ２３を用いて、ダンパ８を任意の位置に高精度で停止できる。また、各種センサ５０，５１と組み合わせて制御すれば、ボイラ１は良好な燃焼状態を継続可能となる。特に、外気温センサ５０などを使用して、一定の空気比または酸素量で燃焼させることで、燃焼効率が向上し、燃料費を節約できる。また、被検出板３３と検出器３４とにより、回転異常が検出できるため、機器誤動作による燃焼不良を防止できる。

本発明のダンパ位置調整装置およびこれを備える燃焼装置は、上記実施例の構成に限らず適宜変更可能である。たとえば、前記実施例では、被検出板３３は円板としたが、スリット形成領域３６の箇所を少なくとも備えていればよいので、扇形などにすることも可能である。

また、前述したように、ダンパ位置調整装置１７は、既設ボイラ１において、既設ダンパ８の既設回転軸９に後付け可能な構成とすることができる。その場合には、既設ボイラ１を各種センサ５０，５１に基づきダンパ８の位置を自動調整できるので、メンテナンスフリーのボイラとすることができる。逆に、ボイラ１に最初からダンパ位置調整装置１７を取り付ける場合には、その駆動軸２１はダンパ８の回転軸９と共通化することができる。

また、ダンパ位置調整装置１７は、既設ボイラ１においても、既設ダンパ８の既設回転軸９に後付け可能であるが、ボイラ１には、ダンパ８を開く方向が時計方向の右回りのものと、反時計方向の左回りのものがあり、またダンパ８の回転軸９のキー溝２９もダンパ８の板面に対し、機種により異なる場合がある。これら異なる形式のボイラ１に対しても互換性のある部品とするために、図６に示すように、被検出板３３には複数のスリット形成領域３６，５３を設けると共に、カップリング２４に対する表示指針４１の取付位置も変更可能とするのがよい。この場合、適用するボイラ１に応じて、いずれかのスリット形成領域３６，５３が択一的に使用される。

図６は、複数種のボイラ１に対する共通部品としての被検出板３３を示す図である。この図においては、スリット形成領域３６，５３は、左右対称の二箇所に、それぞれ９０度分ずつ形成されている。左側のスリット形成領域３６は、前記実施例と同様に、ダンパ８を開く方向が時計方向（右回り）であるボイラ１に取り付ける場合に使用される。

一方、右側のスリット形成領域５３は、ダンパ８を開く方向が反時計方向（左回り）であるボイラ１に取り付ける場合に使用される。この場合、ダンパ８の原点確認は、被検出板を一旦時計方向へ回転させて、検出器３４をスリット形成領域５３外に配置した後、反時計方向へ逆転させて、最初にスリット（反時計方向の端部スリット５４）が検出された位置を原点とする。そして、その位置においてダンパ８が給気路６を全閉するように、カップリング２４に対するキー溝３０の周方向位置が決定されている。カップリング２４に形成するキー溝３０は、左右いずれのスリット形成領域３６，５３を使用する場合でも共通となるように、一箇所にのみ形成するのがよい。一方、本実施例では、表示指針４１については、各スリット形成領域３６，５３に応じた取付箇所がある。つまり、いずれのスリット形成領域３６，５３を使用するかにより、それに応じて表示指針４１のカップリング２４への固定位置を変えて使用される。

ところで、図６において、左右のスリット形成領域間３６，５３が４０度分だけ離隔しているのは、回転軸９のキー溝２９が、ダンパ８の板面と垂直方向に対し２０度分だけずれているボイラ１に適用されることを考慮したものである。

さらに、前記実施例では、被検出板３３には同一形状のスリット３５を周方向等間隔に形成したが、周方向所定角度ずつで模様の異なるスリット（図示省略）を形成して、検出器３４による絶対角の認識が可能な被検出板（図示省略）を使用してもよい。この場合、原点検出動作が容易となる。

本発明のダンパ位置調整装置の一実施例が適用されたボイラを示す概略縦断面図である。 図１のII−II断面図である。 本発明のダンパ位置調整装置の一実施例を示し、その本体部の斜視図である。 図３のダンパ位置調整装置の使用状態を示すシステム構成図であり、一部を断面にして示すとともに制御状態も示している。 図３のダンパ位置調整装置の回転異常検出手段およびダンパ位置表示手段を示す断面図である。 被検出板の変形例を示す図である。

符号の説明

１ 燃焼装置（ボイラ）
２ バーナ
６ 給気路
７ 排ガス路（煙突）
８ ダンパ
９ 回転軸
１７ ダンパ位置調整装置
１９ 回転異常検出手段
２０ ダンパ位置表示手段
２１ 駆動軸
２３ モータ（ステッピングモータ）
３３ 被検出板
３４ 検出器
３５ スリット
３６ スリット形成領域
３９ 周方向他端部のスリット（時計方向の端部スリット）
４０ 周方向一端部のスリット（反時計方向の端部スリット）
４９ 制御器
５０ 第一センサ（外気温センサ）
５１ 第二センサ（煤塵センサ、ＮＯ_ｘセンサ、Ｏ_２センサ、ＣＯセンサなど）
５３ スリット形成領域

Claims (5)

1. 燃焼装置のバーナへの給気量を調整するダンパに設けられるダンパ位置調整装置であって、
   前記ダンパをその回転軸まわりに回転させるモータと、
   前記回転軸と一体回転可能に設けられる被検出板と、
   この被検出板に形成したスリットを検出する検出器と、
   前記ダンパが指定の回転停止位置で停止するよう前記モータを制御するとともに、前記モータへの制御信号と前記検出器からの検出信号とに基づき、前記ダンパの回転異常を検知する制御器とを備え、
   前記モータは、ステッピングモータとされており、
   前記制御器は、前記ステッピングモータへの駆動パルスからなる前記制御信号と、前記検出器による前記スリットの検出パルスからなる前記検出信号とに基づき、前記ダンパの回転異常を検知し、
   前記被検出板は、周方向等間隔に多数の前記スリットを形成したスリット形成領域を有する円形または扇形の板材とされており、
   前記ダンパが前記バーナへの給気路の全閉位置と全開位置との間を回転する際、前記被検出板が前記検出器を通過する領域が、前記スリット形成領域とされると共に、前記スリット形成領域の周方向一方の端部スリットを前記検出器が検出する位置が前記ダンパの全開位置とされ、前記スリット形成領域の周方向他方の端部スリットを前記検出器が検出する位置が前記ダンパの全閉位置とされる
   ことを特徴とするダンパ位置調整装置。
2. 既設または既存の燃焼装置に適用され、
   既設または既存のダンパの回転軸に、前記モータにより駆動される駆動軸を連結して取り付ける
   ことを特徴とする請求項１に記載のダンパ位置調整装置。
3. 複数種の前記燃焼装置に適用可能に、前記被検出板に前記スリット形成領域が複数形成されており、
   適用する燃焼装置に対応したスリット形成領域が使用される
   ことを特徴とする請求項２に記載のダンパ位置調整装置。
4. 前記バーナへ供給される空気の温度を検出する外気温センサ、前記燃焼装置の排ガスの温度を検出する排ガス温度センサ、その排ガス中の煤塵の量を検出する煤塵センサ、前記排ガス中の窒素酸化物の量を検出する窒素酸化物センサ、前記排ガス中の酸素の量を検出する酸素センサ、および前記排ガス中の一酸化炭素の量を検出する一酸化炭素センサの内、一または複数のセンサを備え、
   このセンサの出力に基づき、前記制御器は前記ダンパの回転停止位置を調整する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のダンパ位置調整装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のダンパ位置調整装置を備えることを特徴とする燃焼装置。

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