JP6328969B2 - 流体加熱機の燃焼制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、メインバーナ及び先混合方式のパイロットバーナを備えた温水ボイラや蒸気ボイラ、熱媒ボイラ、熱交換器、吸収式冷凍機等の流体加熱機に設置される燃焼制御装置の改良に係り、特に、パイロットバーナへ単独の燃焼用空気を供給しない先混合方式のパイロットバーナを用いた連続パイロット制御時又は交替パイロット制御時におけるパイロットバーナの単独燃焼において、複雑で精密な風量制御機構を用いることなく、また、送風機の電動機の耐久性を損なわずに、パイロット燃焼火炎の安定性を保ちつつ、パイロットバーナへの燃焼用空気の量を低減できるようにした流体加熱機の燃焼制御装置に関するものである。

一般に、温水ボイラや蒸気ボイラ、熱媒ボイラ、熱交換器、吸収式冷凍機等の流体加熱機には、水等の流体を加熱するメインバーナ及び点火用のパイロットバーナを備えた燃焼制御装置が設置されている。

パイロットバーナは、メインバーナを着火させるための種火用バーナであり、燃焼量はメインバーナの燃焼量と比較してかなり少ない量であるが、連続パイロット制御又は交替パイロット制御を採用している場合、メインバーナで燃焼に必要な空気量のまま、連続パイロット制御時又は交替パイロット制御時にパイロットバーナを単独で燃焼させているため、大幅な空気過剰となる。

その結果、排ガスからの熱損失が大きくなり、連続パイロット制御時又は交替パイロット制御時におけるパイロットバーナの単独燃焼時には、流体加熱機の熱効率が大幅に低下してしまうと云う問題がある。
また、不完全燃焼により一酸化炭素（ＣＯ）が発生する虞もある。

一方、従来の流体加熱機の燃焼制御装置においては、上述した問題を回避するため、連続パイロット制御時又は交替パイロット制御時におけるパイロットバーナの単独燃焼時に燃焼用空気の量を制御する風量制御用ダンパーを絞ったり、送風機の回転数をインバータにより調整して燃焼用空気の量を低減させるようにした技術が開発されている（例えば、特許文献１参照）。

即ち、前記流体加熱機（ボイラ）の燃焼制御装置は、図４に示す如く、主バーナ２０、点火用バーナ２１、送風機２２、缶体２３、第一空気流路２４、第二空気流路２５、風量制御用ダンパー２６、インバータ装置２７及び制御装置２８等を備えており、主バーナ２０の停止中、インバータ装置２７によって送風機２２を主バーナ２０の最小燃焼量時の送風量より少ない送風量で作動させるとともに、点火用バーナ２１を作動させ、風量制御用ダンパー２６を第一空気流路２４を閉鎖することなく、第一空気流路２４の流路断面積を減少させるように作動させることにより、送風機２２から第一空気流路２４への送風量を減少させ、その分、送風機２２から第二空気流路２５への送風量を増加させるようにしたものである。

しかし、パイロットバーナへ単独の燃焼用空気を供給しない先混合式のパイロットバーナを採用した前記流体加熱機（ボイラ）の燃焼制御装置では、次のような問題が発生する。
（１）風量制御用ダンパーの閉め切り時にダクトとの隙間精度を向上するために、精密な寸法公差でダンパー部分を製作しなければならない。
（２）送風機の特性によっては風量制御用ダンパーを閉めすぎると、サージングが発生し、異音や燃焼の不安定が発生する場合がある。
（３）送風機の電動機の低回転数域では一般的に許容トルクが低下するため、電動機の回転数を許容トルクを超えない回転数の下限値以上に設定する必要がある。
（４）送風機の回転数をインバータ装置により低減し過ぎた場合、燃焼用空気の供給にムラが生じ、燃焼の不安定が発生する場合がある。

特許第４５５４１５３号公報

本発明は、このような問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は、複雑で精密な風量制御機構を用いることなく、また、送風機の電動機の耐久性を損なわずに、パイロット燃焼火炎の安定性を保ちつつ、パイロットバーナへの燃焼用空気の量を低減できるようにした流体加熱機の燃焼制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１の発明は、流体加熱機本体に設けたメインバーナ及び先混合方式のパイロットバーナと、メインバーナ及びパイロットバーナに燃焼用空気を供給する送風機と、流体加熱機本体と送風機を接続し、燃焼用空気の空気通路を形成する空気ダクトと、空気ダクトに設けられ、燃焼用空気の量を制御する風量制御用ダンパーとを備え、パイロットバーナへ単独の燃焼用空気を供給しない先混合式のパイロットバーナの運転に連続パイロット制御又は交替パイロット制御を採用した流体加熱機の燃焼制御装置において、前記風量制御用ダンパーの一次側の空気通路に空気通路を分岐する複数の空気分岐通路を並列状に設け、前記各空気分岐通路にクイックシャット型の自動弁又はクイックオープン型の自動弁をそれぞれ設けると共に、各空気分岐通路の下流側端部を流体加熱機の排ガスダクトに接続し、前記パイロットバーナの単独燃焼時のみ自動弁を開状態に制御し、空気通路を流れる燃焼用空気の一部を空気分岐通路側に流してパイロットバーナに供給する燃焼用空気の量を低減することに特徴がある。

本発明の参考例に係る流体加熱機の燃焼制御装置は、流体加熱機本体に設けたメインバーナ及び先混合方式のパイロットバーナと、メインバーナ及びパイロットバーナに燃焼用空気を供給する送風機と、流体加熱機本体と送風機を接続し、燃焼用空気の空気通路を形成する空気ダクトと、空気ダクトに設けられ、燃焼用空気の量を制御する風量制御用ダンパーと備えており、前記風量制御用ダンパーの一次側の空気通路に空気通路から分岐する空気分岐通路を設け、当該空気分岐通路に自動弁を設けると共に、空気分岐通路の下流側端部を流体加熱機の排ガスダクトに接続若しくは大気に開放する構成としているため、先混合方式のパイロットバーナの連続パイロット制御時又は交替パイロット制御時におけるパイロットバーナの単独燃焼において、自動弁を開放することにより送風機から供給される燃焼用空気の一部を空気分岐通路へバイパスさせることができ、パイロットバーナに供給する燃焼用空気の量を低減させることができると共に、不必要な燃焼排ガスを低減させることが可能となり、流体加熱機から排出される熱損失を低減し、流体加熱機の熱効率の大幅な低下を防止することができる。

その結果、本発明の参考例に係る流体加熱機の燃焼制御装置は、パイロットバーナの単独燃焼において複雑で精密な風量制御機構を用いることなく、空気分岐通路及び自動弁を設けるだけで、パイロットバーナへの燃焼用空気の量を低減することができる。
また、本発明の参考例に係る流体加熱機の燃焼制御装置は、パイロットバーナの単独燃焼時に燃焼用空気を空気分岐通路へバイパスさせているので、風量制御用ダンパーを閉め過ぎることがなくなり、サージングによる異音や燃焼の不安定を回避することができる。
更に、本発明の参考例に係る流体加熱機の燃焼制御装置は、パイロットバーナの単独燃焼時に燃焼用空気を空気分岐通路へバイパスさせているので、インバータ装置により送風機の電動機の回転数を下限回転数以下に下げる必要が無く、許容トルクに対する電動機の故障リスクを回避することができると共に、燃焼用空気の供給量の不安定による燃焼の不安定を回避することができる。このことにより、メインバーナの燃焼時に送風機の電動機の回転数を下限回転数まで利用範囲を広げられることになり、通常運転期間が最も長いとされるメインバーナの燃焼時の中負荷領域〜低負荷領域における省電力化に有効である。

本発明の流体加熱機の燃焼制御装置は、空気分岐通路を複数設けると共に、各空気分岐通路に自動弁をそれぞれ設ける構成とした場合、バイパスさせる燃焼用空気の量が多くなっても確実且つ良好に対応することができる。

本発明の流体加熱機の燃焼制御装置は、自動弁にクイックシャット型の自動弁を採用した場合、パイロットバーナの単独燃焼中にメインバーナの燃焼指令を受けたときにメイン燃焼への移行を瞬時に行うことがことができ、時間を短縮できて負荷追従性を向上させることができる。

本発明の流体加熱機の燃焼制御装置は、自動弁にクイックオープン型の自動弁を採用した場合、メイン燃焼からパイロット単独燃焼へ移行したときでも、自動弁を開けることにより過剰な量の燃焼用空気を瞬時にバイパスさせることとかできるので、パイロットバーナの吹き消えリスクを低減させることができる。

本発明の参考例に係る流体加熱機の燃焼制御装置の一部省略概略図である。 本発明の参考例に係る流体加熱機の燃焼制御装置の一部省略概略図である。 本発明の実施形態に係る流体加熱機の燃焼制御装置の一部省略概略図である。 従来の流体加熱機（ボイラ）の燃焼制御装置の概略図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の参考例に係る流体加熱機の燃焼制御装置を示し、当該流体加熱機の燃焼制御装置は、流体加熱機本体１に設けたメインバーナ２及び先混合方式のパイロットバーナ３と、メインバーナ２及びパイロットバーナ３に燃焼用空気Ａを供給するファン（図示省略）及び電動機４ａ等から成る送風機４と、流体加熱機本体１に設けたウインドボックス５と送風機４を接続し、燃焼用空気Ａの空気通路６ａを形成する空気ダクト６と、空気ダクト６に設けられ、燃焼用空気Ａの量を制御する風量制御用ダンパー７と、風量制御用ダンパー７の一次側の空気通路６ａに分岐状に設けられ、空気通路６ａから分岐する空気分岐通路８と、空気分岐通路８に設けた自動弁９と、送風機４の回転数を調整するインバータ装置１２、風量制御用ダンパー７及び自動弁９をそれぞれ制御すると共に、燃料供給ライン１０からメインバーナ２及びパイロットバーナ３への燃料Ｆの供給を制御する制御装置１１と備えており、先混合式のパイロットバーナ３の運転に連続パイロット制御又は交替パイロット制御を採用したものである。

尚、ここで流体加熱機とは、温水ボイラ、蒸気ボイラ、熱媒ボイラ、熱交換器、吸収式冷凍機等のバーナ付機器を指している。

前記空気分岐通路８は、配管又はダクトから成り、その下流側端部が流体加熱機本体１の排ガスダクト１３に接続されている。
この空気分岐通路８は、パイロットバーナ３の単独燃焼時に空気通路６ａ内を流れている燃焼用空気Ａの一部を流体加熱機本体１の排ガスダクト１３にバイパスさせ、パイロットバーナ３へ過剰な量の燃焼用空気Ａが流れないようにするものである。

また、空気分岐通路８に設けた自動弁９は、ＯＮ−ＯＦＦタイプで且つクイックシャット型又はクイックオープン型の自動弁９から成り、パイロットバーナ３の連続パイロット制御時又は交替パイロット制御時において、パイロットバーナ３の単独燃焼時のみ開状態となるように制御装置１１により制御されている。
この自動弁９には、電磁弁タイプ、液動弁タイプ、電動弁タイプ、エア駆動ダイヤフラム弁タイプ等の自動弁９が使用されており、バイパスさせたい燃焼用空気Ａの量や送風機４出口の風圧等の流体条件により使用するタイプの自動弁９が選定されている。

尚、下記の表１は、上述した自動弁９の動作を示す表であり、また、下記の表２は、上述した流体加熱機の燃焼制御装置が採用可能なメインバーナ２及びパイロットバーナ３の組み合わせを示す表である。

上述した流体加熱機の燃焼制御装置においては、風量制御用ダンパー７の一次側の空気通路６ａに空気分岐通路８を設け、この空気分岐通路８に自動弁９を設けると共に、空気分岐通路８の下流側端部を流体加熱機の排ガスダクト１３に接続しており、前記自動弁９は、パイロットバーナ３の連続パイロット制御時又は交替パイロット制御時において、パイロットバーナ３の単独燃焼時のみ開状態となるように制御されている。

このように、パイロットバーナ３の単独燃焼時に自動弁９が開状態になると、送風機４から供給される燃焼用空気Ａを空気分岐通路８へバイパスさせることができ、メインバーナ２の最低負荷燃焼時の風量制御用ダンパー７の開度及び送風機４の電動機４ａの回転数を維持したままパイロットバーナ３に供給される燃焼用空気Ａの量を低減させることができ、その結果、不必要な燃焼排ガスを低減させることが可能となり、流体加熱機から排出される熱損失を低減するとことができると共に、流体加熱機の熱効率の大幅な低下を防止することができる。

また、この流体加熱機の燃焼制御装置は、パイロットバーナ３の単独燃焼時において、複雑で精密な風量制御機構を用いることなく、空気分岐通路８及び自動弁９を設けるだけで、パイロットバーナ３への燃焼用空気Ａの量を低減することができる。

更に、この流体加熱機の燃焼制御装置は、パイロットバーナ３の単独燃焼時に燃焼用空気Ａを空気分岐通路８へバイパスさせているので、風量制御用ダンパー７を閉め過ぎることがなくなり、サージングによる異音や燃焼の不安定を回避することができる。

更に、この流体加熱機の燃焼制御装置は、パイロットバーナ３の単独燃焼時に燃焼用空気Ａを空気分岐通路８へバイパスさせているので、インバータ装置１２により送風機４の電動機４ａの回転数を下限回転数以下に下げる必要が無く、許容トルクに対する電動機４ａの故障リスクを回避することができると共に、燃焼用空気Ａの供給量の不安定による燃焼の不安定を回避することができる。このことにより、メインバーナ２の燃焼時に送風機４の電動機４ａの回転数を下限回転数まで利用範囲を広げられることになり、通常運転期間が最も長いとされるメインバーナ２の燃焼時の中負荷領域〜低負荷領域における省電力化に有効である。

そのうえ、この流体加熱機の燃焼制御装置は、自動弁９にクイックシャット型の自動弁９を採用した場合、パイロット単独燃焼からメイン燃焼へ移行する際の時間を短縮することができ、負荷追従性を向上させることができる。

加えて、この流体加熱機の燃焼制御装置は、自動弁９にクイックオープン型の自動弁９を採用した場合、メイン燃焼からパイロット単独燃焼へ移行したときでも、過剰な燃焼用空気Ａによるパイロットバーナ３の吹き消えリスクを低減させることができる。

図２は本発明の参考例に係る流体加熱機の燃焼制御装置を示し、当該流体加熱機の燃焼制御装置は、空気分岐通路８の下流側端部を大気開放型としたものであり、その他の構成は図１に示す流体加熱機の燃焼制御装置と同様構造に構成されているため、図１に示す流体加熱機の燃焼制御装置と同じ部位・部材には同一の参照番号を付し、その詳細な説明を省略する。

図２に示す流体加熱機の燃焼制御装置も、図１に示す流体加熱機の燃焼制御装置と同様の作用効果を奏することができる。しかも、図２に示す流体加熱機の燃焼制御装置は、空気分岐通路８の下流側端部を大気に開放しているため、図１に示す流体加熱機の燃焼制御装置に比較して空気分岐通路８の設置を簡単に行うことができる。

図３は本発明の実施形態に係る流体加熱機の燃焼制御装置を示し、当該流体加熱機の燃焼制御装置は、空気分岐通路８を複数本（２本以上）設けると共に、各空気分岐通路８に自動弁９をそれぞれ設けたものであり、その他の構成は図１に示す流体加熱機の燃焼制御装置と同様構造に構成されているため、図１に示す流体加熱機の燃焼制御装置と同じ部位・部材には同一の参照番号を付し、その詳細な説明を省略する。

図３に示す流体加熱機の燃焼制御装置も、図１に示す流体加熱機の燃焼制御装置と同様の作用効果を奏することができる。しかも、図３に示す流体加熱機の燃焼制御装置は、複数の空気分岐通路８を備えているため、バイパスさせる燃焼用空気Ａの量が多くなっても確実且つ良好に対応することができる。

尚、図３に示す流体加熱機の燃焼制御装置において、各空気分岐通路８の下流側端部を大気開放型としても良いことは勿論である。

１は流体加熱機本体
２はメインバーナ
３はパイロットバーナ
４は送風機
４ａは送風機の電動機
５はウインドボックス
６は空気ダクト
６ａは空気通路
７は風量制御用ダンパー
８は空気分岐通路
９は自動弁
１０は燃料供給ライン
１１は制御装置
１２はインバータ装置
１３は排ガスダクト
Ａは燃焼用空気
Ｆは燃料

Claims (1)

1. 流体加熱機本体に設けたメインバーナ及び先混合方式のパイロットバーナと、メインバーナ及びパイロットバーナに燃焼用空気を供給する送風機と、流体加熱機本体と送風機を接続し、燃焼用空気の空気通路を形成する空気ダクトと、空気ダクトに設けられ、燃焼用空気の量を制御する風量制御用ダンパーとを備え、パイロットバーナへ単独の燃焼用空気を供給しない先混合式のパイロットバーナの運転に連続パイロット制御又は交替パイロット制御を採用した流体加熱機の燃焼制御装置において、前記風量制御用ダンパーの一次側の空気通路に空気通路を分岐する複数の空気分岐通路を並列状に設け、前記各空気分岐通路にクイックシャット型の自動弁又はクイックオープン型の自動弁をそれぞれ設けると共に、各空気分岐通路の下流側端部を流体加熱機の排ガスダクトに接続し、前記パイロットバーナの単独燃焼時のみ自動弁を開状態に制御し、空気通路を流れる燃焼用空気の一部を空気分岐通路側に流してパイロットバーナに供給する燃焼用空気の量を低減することを特徴とする流体加熱機の燃焼制御装置。

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