JP5541131B2 - 燃焼装置 - Google Patents

Description

この発明は、予混合バーナを有する燃焼装置に関する。

燃焼炉(缶体)と、多数のガス噴出孔から予混合気を噴出させてガス噴出端面側に多数の火炎を形成し、ガス噴出孔を燃焼炉に面して固定されるバーナエレメント（予混合バーナ）と、送風手段からの空気と燃料供給手段からの燃料ガスとを混合した予混合気を前記バーナエレメントへ供給するダクトと、送風手段および燃料供給手段を制御する制御器とを備える燃焼装置は、特許文献１等にて知られている。

この特許文献１のような燃焼装置は、バーナエレメントにおいて、逆火を生じ易い。この逆火の原因の一つは、ガス噴出孔にゴミや埃が詰まることで、予混合気の流速が低下し、バーナエレメント自体の温度が上昇してゆき、発火温度にまで上昇することである。

一般的に逆火を検出する技術は、特許文献２などで知られている。特許文献２は、燃焼用空気と燃料ガスとの予混合気が通過する混合部に温度センサを設けるものである。しかしながら、温度センサの取付位置がバーナエレメントから遠く離れているとともに、比較的高速で通過する予混合気により冷却されるために、逆火につながるバーナエレメントの温度上昇を検出することが難しい。

特開２００４−６０９８５号公報 実公平４−２４２９０号公報

この発明が解決しようとする課題は、目詰まりによる異常温度上昇を応答性良く検出して、逆火を効果的に防止することである。

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、燃焼炉と、多数のガス噴出孔から予混合気を噴出させてガス噴出端面側に多数の火炎を形成し、前記ガス噴出孔を前記燃焼炉に面して固定されるバーナエレメントと、送風手段からの空気と燃料供給手段からの燃料ガスとを混合した予混合気を前記バーナエレメントへ供給するダクトと、前記送風手段および前記燃料供給手段を制御する制御器とを備える燃焼装置において、前記バーナエレメントの前記ダクト側のガス入口端面側に取り付けた温度センサを備え、前記制御器は、前記温度センサの検出温度が通常燃焼時の検出温度よりも高く、燃料ガスの発火温度未満に設定された逆火予知温度以上となると、前記燃料供給手段による燃料供給を停止することを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、前記温度センサを前記バーナエレメントの前記ダクト側のガス入口端面側に取り付けているので、前記ガス噴出孔の目詰まりによる異常温度上昇を速やかに検出し、前記温度センサの検出温度が通常燃焼時の検出温度よりも高く、燃料ガスの発火温度以下に設定された逆火予知温度以上となると、燃料供給を停止するので、逆火を防止することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記バーナエレメントは、平板と波板とを交互に重ね合せて前記平板と前記波板との間に前記ガス噴出孔を形成するとともに、ガス噴出端面側における多数のガス噴出孔を複数のガス噴出孔グループに区画するための複数の保炎板部材を含み、前記保炎板部材が、二枚一組の保炎板部材から構成され、前記二枚一組の保炎板部材は、前記ガス入口端面より突出するセンサ取付部を備え、前記温度センサを一対の前記センサ取付部により挟持して固定したことを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明による効果に加えて、前記温度センサを、前記保炎板部材を利用して、前記バーナエレメントのガス入口端面側に容易に取り付けることができる。また、前記バーナエレメントのガス入口端面の目詰まりし易い，すなわち逆火が生じ易い箇所近くに前記温度センサを取り付けることができるとともに、逆火前のバーナエレメントの温度上昇を応答性良く検出することができるという効果を奏する。

請求項３に記載の発明は、請求項２において、前記温度センサをその検出部が前記センサ取付部から突出するように固定したことを特徴としている。

請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明による効果に加えて、逆火時の応答性を向上できるという効果を奏する。

この発明によれば、予混合バーナの目詰まりによる異常温度上昇を応答性良く検出して、目詰まりによる異常温度上昇を応答性良く検出して、逆火を防止することができるという効果を奏する。

この発明の実施例１の燃焼装置の概略構成図である。 同実施例１のバーナエレメントの縦断面の模式的な概略説明図である。 同バーナエレメントを缶体内側から見た模式的な要部斜視図である。 同実施例の温度センサの取付け状態を説明する側面図である。 同実施例の制御手順を説明するフローチャート図である。

つぎに、この発明の実施の形態について説明する。この発明の実施の形態は、予混合バーナを有するボイラなどの燃焼装置に実施される。

この実施の形態の燃焼装置は、燃焼炉と、多数のガス噴出孔から予混合気を噴出させてガス噴出端面側に多数の火炎を形成し、前記ガス噴出孔を前記燃焼炉に面して固定されるバーナエレメントと、送風手段からの空気と燃料供給手段からの燃料ガスとを混合した予混合気を前記バーナエレメントへ供給するダクトと、前記送風手段および前記燃料供給手段を制御する制御器とを備えている。前記バーナエレメントは、面状体に構成されている。

この実施の形態の第一の特徴は、前記バーナエレメントの前記ダクト側のガス入口端面側に取り付けた温度センサを備えるところにある。この温度センサの取付位置は、前記バーナエレメントのガス（予混合ガス）入口面であって、予混合ガスの流量が少ない前記バーナエレメントの端部を除く箇所とする。前記バーナエレメントの温度をすばやく検出する，すなわち前記バーナエレメントの温度の検出の応答性を向上させるには、前記温度センサを前記バーナエレメントに近づければ近づけるほどよいが、近づけすぎると逆火の検知の応答性が低下する。

この実施の形態の第二の特徴は、前記制御器によって、前記温度センサの検出温度が通常燃焼時の検出温度よりも高く、燃料ガスの発火温度未満に設定された逆火予知温度（設定温度）以上となると、前記燃料供給手段による燃料供給を停止するように構成するところにある。

前記通常燃焼時の検出温度は、前記予混合バーナの構造，燃焼量，燃料ガス種などにより変化するので、実験により求める。前記設定温度を通常燃焼時の検出温度よりも高くしたのは、逆火を生じない通常燃焼において、前記燃料供給手段による燃料供給を停止することがないようにするためである。また、前記設定温度を燃料ガスの発火温度未満に設定するのは、前記温度センサの検出温度が、燃料ガスの発火温度以上となると発火する，すなわち逆火するので、この逆火を防止するためである。

前記温度センサは、前記設定温度を検出可能なセンサであればよいが、耐熱性の観点から好ましくは、熱電対とするが、応答性の観点から熱電対以外に測温抵抗体やサーミスタとすることができる。

また、前記設定温度は、逆火を人為的に発生させる実験により定める。そして、この設定温度は、逆火が生ずる前兆を捉える，すなわち逆火予知温度に設定している。こうすることで、逆火を生ずる前に、前記燃料供給手段による燃料供給を停止することができる。

この実施の形態においては、前記制御器は、前記温度センサのノイズによる逆火誤検出を防止すべく、好ましくは、前記逆火予知温度以上を検出した後、前記設定値以上が設定時間継続するとき、逆火と判定（逆火が生ずる可能性が大きいと判定、または実際に逆火が生じたと判定）して、前記燃料供給手段による燃料供給を停止するように構成する。前記設定時間は、前記温度センサによるサンプリングを適数回行うための時間である。

前記予混合バーナは、前述のように、前記ガス噴出孔にゴミや埃が詰まると、予混合気の流速が低下し、前記バーナエレメント自体の温度が上昇し、発火温度まで上昇して、逆火を生ずる。この出願の発明者は、製品開発の過程において、こうしたゴミや埃詰まりによる逆火は、前記バーナエレメントの中央部において生じ易いことを知るに至った。

前記第一の特徴および前記第二の特徴を備える実施の形態によれば、前記温度センサにより、逆火または逆火に至る前の前記バーナエレメントの異常温度上昇を、検出遅れを生ずることなく、速やかに検出することができる。そして、前記燃料供給手段による燃料供給を停止して、逆火を防止することができる。

この実施の形態において、前記バーナエレメントは、好ましくは、平板と波板とを交互に重ね合せて前記平板と前記波板との間に前記ガス噴出孔を形成するとともに、ガス噴出端面側における多数のガス噴出孔を複数のガス噴出孔グループに区画するための複数の保炎板部材を含み、前記保炎板部材が、二枚一組の保炎板部材から構成されものとする。そして、前記二枚一組の保炎板部材に、前記ガス入口面から前記ダクト側へ突出するセンサ取付部を一体的に設けて、前記温度センサを一対の前記センサ取付部により挟持して固定するように構成する。

このように構成される好ましいバーナエレメントによれば、前記バーナエレメントのガス入口端面側への取り付けが困難な前記温度センサを、前記保炎板部材を利用して、容易に取り付けることができる。また、前記バーナエレメントのガス入口端面の逆火が生じ易い箇所の近くに前記温度センサを取り付けることができる。その結果、逆火が生ずる前の状態を応答性良く検出することができる。

この好ましいバーナエレメントにおいては、前記温度センサを前記一対のセンサ取付部により挟持する際に、前記温度センサの検出部が前記センサ取付部から突出して、前記バーナエレメントのガス入口端面に露出するように構成することが望ましい。こうすることにより、逆火が発生したときに、逆火の検出の応答性を高めることができる。

前記バーナエレメントは、セラミック板に多数のガス噴出孔を形成したものとすることができる。この場合、前記セラミック板を保持する保持枠に保持枠と別の構成部材となるセンサ取付部を用いて前記温度センサを前記バーナエレメントのガス入口端面に取り付けることができる。

この発明の実施例１の燃焼装置１を図面に従い説明する。図１は、この発明の実施例１の燃焼装置１の概略構成図であり、図２は、同実施例１のバーナエレメントの縦断面の模式的な概略説明図であり、図３は、同バーナエレメントを缶体内側から見た要部斜視図であり、図４は、同実施例の温度センサの取付け状態を説明する模式的な側面図であり、図５は、同実施例の制御手順を説明するフローチャート図である。

（実施例１の構成）
まず、燃焼装置１を図１に基づき説明する。燃焼装置１は、燃焼炉としての缶体２と、全一次空気式の予混合バーナとしてのバーナエレメント３と、送風手段４からの空気と燃料供給手段５からの燃料ガスとを混合した予混合気をバーナエレメント３へ供給するダクト６と、送風手段４および燃料供給手段５を制御する制御器９とを備えている。

缶体２は、バーナエレメント３にて形成される火炎により水管（図示省略）が加熱されて蒸気または温水を生成するように構成されている。

図２および図３を参照して、バーナエレメント３は、扁平な直方体の面状体に形成され、特公平６−２１６８４号公報，特許第２５０８９１９号公報などにて知られている構造のバーナである。

具体的には、バーナエレメント３は、多数の平板７，７，・・・と多数の波板８，８，・・・とを交互に重ね合せて、各平板７と各波板８との間に多数のガス噴出孔１０，１０，・・・を形成している。そして、積層した平板７，７，・・・及び波板８，８，・・・を枠状フレーム１１で保形支持している。

そして、バーナエレメント３には、ガス噴出端面１２側における多数のガス噴出孔１０，１０，・・・を複数のガス噴出孔グループ１３，１３，・・に区画するための複数の第一保炎板部材１４および第二保炎板部材１５を備えている。各平板７，各波板８，各第一保炎板部材１４および各第二保炎板部材１５は、耐熱性並びに耐食性に優れた金属材で形成されている。

また、第一保炎板部材１４および第二保炎板部材１５は、二枚一組の保炎板部材から構成され、直角な折り曲げ部を介して第１の板部分１４Ａ，１５Ａおよび第２の板部分１４Ｂ，１５Ｂとを備えている。第１の板部分１４Ａ，１５Ａは、バーナエレメント３の厚さ寸法に略等しく、冷却脚部として機能する。一方、第２の板部分１４Ｂ，１５Ｂは、バーナエレメント３のガス噴出端面１２の一部を帯状に覆う幅寸法を有している。

そして、第一保炎板部材１４には、第１の板部分１４Ａからガス入口端面１６からクト６側へ突出するセンサ取付部１４Ｃを一体的に設けて、逆火検出用の熱電対からなる温度
センサ１７を一対のセンサ取付部１４Ｃ，１４Ｃにより挟持して固定している。

一対のセンサ取付部１４Ｃ，１４Ｃを締付手段としての複数のボルト１８とナット１９とで締め付けることで、温度センサ１７を挟持するが、その際、図４に示すように、温度センサ１７の検出部１７Ａがセンサ取付部１４Ｃから突出してバーナエレメント３のガス入口端面１６に露出するとともに、ガス入口端面１６と少許の間隔Ｌを存するように固定されている。符号２０，２０は、ボルト１８の挿通孔である。間隔Ｌは、好ましくは数ｍｍとする。

図１に戻って、送風手段４は、インバータ（図示省略）により回転数が調整可能なように、モータ２１と送風機２２とを含んで構成されている。また、燃料供給手段５は、燃料供給管２３に設けた燃焼ガス流量を任意に調整可能な流量調整弁２４と、燃料供給管２３に設けた、燃焼停止時に閉じ、燃焼開始時に開くガス遮断弁２５とを含んで構成されている。

制御器９は、缶体２にて生成される蒸気圧力に基づき負荷を検出する負荷検出手段（図示省略），缶体２内の水位を検出する水位検出手段（図示省略），温度センサ１７などからの信号を入力して、予め記憶した制御手順に基づき、モータ２１，流量調整弁２４，ガス遮断弁２５，表示器２６などを制御する。

制御器９による制御手順には、逆火予知および逆火検出（逆火予知・検出）の制御手順が含まれている。この逆火予知・検出制御手順は、温度センサ１７の検出温度が通常燃焼時の検出温度よりも高く、燃料ガスの発火温度未満に設定された逆火予知の逆火設定温度Ｔ０以上となると、ガス遮断弁２５を閉じて燃料供給を停止する手順であり、図５に示す。

この実施例１では、実験の結果、通常燃焼時の検出温度が、高燃焼時で約６０℃，低燃焼時で約８０℃，パイロットバーナ（図示省略）を燃焼させ、低燃焼時よりも低風量で送風機２２を回転させる燃焼待機時で約１００℃である。また、逆火が生じたときの検出温度が約３２０℃であり、燃料ガスを１３Ａとした場合、発火温度が６３０〜７３０℃であるので、設定温度Ｔ０を２５０℃としている。この設定温度Ｔ０：２５０℃は、逆火が生ずる前の温度，すなわち逆火を予知することができる温度であるとともに、実際に生じた逆火を検出することができる温度である。

そして、温度センサ１７がノイズの影響を受けて誤動作しないようにすることを考慮して、逆火設定温度Ｔ０：２５０℃からディファレンシャルを１００℃設け、一度逆火設定温度Ｔ０を超えた場合において、２００−１００＝１５０℃（設定値Ｔ１）以上を設定時間（例えば２秒）継続すると、制御器９は、逆火（逆火予知または逆火発生）と判定するように構成している。

（実施例１の動作）
つぎに、実施例１の動作を図５に基づき説明する。バーナエレメント３は、長時間燃焼を続けると、ガス噴出孔１０に目詰まりを生じてくる。すると、目詰まりを生じた部分の予混合気の流速が低下し、その部分の温度が上昇してゆく。制御器９は、処理ステップＳ１（以下、処理ステップＳＮは、単にＳＮと称する。）で、温度センサ１７による検出温度が設定温度Ｔ０：２５０℃を超えたかどうかを判定する。

そして、逆火が生ずる前に、温度センサ１７による検出温度が設定値Ｔ０を超えたことを検出すると、Ｓ１でＹＥＳが判定され、Ｓ２へ移行する。Ｓ２では、検出温度が設定値Ｔ１以上が設定時間継続するかどうかを判定する。Ｓ２でＹＥＳが判定されると、Ｓ３へ
移行する。

Ｓ３では、逆火処理を行う。この逆火処理は、逆火（逆火予知または逆火発）生と判定して、ガス遮断弁２５を閉じて燃焼を停止するとともに、表示器２６にて逆火発生を報知する。この逆火の報知は、逆火が実際に生じたことだけを意味するのではなく、逆火が発生する前の逆火予知を含んでいる。Ｓ１でＹＥＳが判定されてもＳ２でＹＥＳが判定されないとＳ３の逆火処理は行わない。

逆火は、目詰まりだけで生ずるのではなく、何らかの原因でバーナエレメント３の焼損などで孔が開き、これが原因で生ずることもある。この場合は、バーナエレメント３の温度が異常上昇し、温度センサ１７の検出温度が設定温度Ｔ０以上となる前に、逆火が生ずることになる。この場合も、温度センサ１７が逆火を直接検出して、Ｓ１，Ｓ２の処理を経て、Ｓ３の逆火処理を行う。

表示器２６は、逆火の報知だけでなく、バーナエレメント３の温度をモニタして表示するように構成することができる。

以上の如く構成される実施例１によれば、保炎板部材１４，１４を利用して、取り付けが困難なバーナエレメント３のガス入口端面１７側へ温度センサ１７を容易に取り付けることができる。また、バーナエレメント３のガス入口端面１７の逆火が生じ易い箇所の近くに温度センサ１７を取り付けることができる。その結果、逆火が生ずる前の状態を応答性良く検出する，逆火予知を行うことができる。さらに、実際に逆火が生じた場合でも逆火を速やかに検出して、燃料供給手段５による燃料供給を遮断して、逆火を速やかに終了させることができる。

この発明は、前記実施例１に限定されるものではなく、例えば、設定温度Ｔ０は、ガス種により変更され、設定値Ｔ１は、より設定温度Ｔ０に近づけることができる。

１ 燃焼装置
２ 缶体（燃焼炉）
３ バーナエレメント
４ 送風手段
５ 燃料供給手段
６ 制御器
７ 平板
８ 波板
１０ ガス噴出孔
１２ ガス噴出端面
１３ ガス噴出孔グループ
１４ 第一保炎板部材（保炎板部材）
１４Ｃ センサ取付部
１６ ガス入口端面

Claims (3)

1. 燃焼炉と、多数のガス噴出孔から予混合気を噴出させてガス噴出端面側に多数の火炎を形成し、前記ガス噴出孔を前記燃焼炉に面して固定されるバーナエレメントと、送風手段からの空気と燃料供給手段からの燃料ガスとを混合した予混合気を前記バーナエレメントへ供給するダクトと、前記送風手段および前記燃料供給手段を制御する制御器とを備える燃焼装置において、
   前記バーナエレメントは、平板と波板とを交互に重ね合せて前記平板と前記波板との間に前記ガス噴出孔を形成するとともに、
   ガス噴出端面側における多数のガス噴出孔を複数のガス噴出孔グループに区画するための複数の保炎板部材を含み、
   前記バーナエレメントの前記ダクト側のガス入口端面側に、前記保炎板部材を用いて取り付けた温度センサを備え、
   前記制御器は、前記温度センサの検出温度が通常燃焼時の検出温度よりも高く、燃料ガスの発火温度未満に設定された逆火予知温度以上となると、前記燃料供給手段による燃料供給を停止することを特徴とする燃焼装置。
2. 前記保炎板部材が、二枚一組の保炎板部材から構成され、
   前記二枚一組の保炎板部材は、前記ガス入口端面より突出するセンサ取付部を備え、
   前記温度センサを一対の前記センサ取付部により挟持して固定したことを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。
3. 前記温度センサをその検出部が前記センサ取付部から突出するように固定したことを特徴とする請求項２に記載の燃焼装置。
   

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