JP6398312B2 - 燃焼装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば蒸気ボイラ等の燃焼装置に関する。

従来、燃焼装置としては、特開２０１３−３６６９１号公報(特許文献１)に開示された蒸気ボイラがある。この蒸気ボイラは、燃焼室が設けられた蒸気ボイラ本体と、燃焼室に空気を供給する送風機と、燃焼室で生じた排ガスを外部へ案内するダクトと、ダクト内の排ガスの酸素濃度を検出するＯ_２センサとを備えている。また、上記送風機から燃焼室に供給される空気の量は、Ｏ_２センサによって検出される酸素濃度に基づいて、空気量調整ダンパで調整される。

特開２０１３−３６６９１号公報

ところで、上記Ｏ_２センサの使用を重ねると、Ｏ_２センサによって検出される酸素濃度が、実際の酸素濃度からずれるようになる。

したがって、上記従来の蒸気ボイラでは、Ｏ_２センサの信頼性が低下してしまうという問題があった。

当然、ユーザがＯ_２センサの検出精度を定期的にチェックすれば、Ｏ_２センサの信頼性を高く維持することができるが、メンテナンスの負荷が増大してしまう。

そこで、この発明の課題は、Ｏ_２センサの信頼性を高く維持することができると共に、メンテナンスの負荷を低減できる燃焼装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の燃焼装置は、
燃料が燃焼する燃焼室と、
上記燃焼室に空気を供給する送風機と、
上記燃焼室で生成された排ガスを外部へ案内するダクトと、
上記ダクト内の排ガスの酸素濃度を検出するＯ_２センサと、
上記燃料の燃焼が停止したか否かを判定する燃焼停止判定手段と、
上記燃焼停止判定手段によって上記燃料の燃焼が停止したと判定されたとき、パージのための空気が上記送風機から上記燃焼室に供給されているか否かを判定する空気供給判定手段と、
上記空気供給判定手段によって上記送風機から上記燃焼室にパージのための空気が供給されていると判定されたとき、上記Ｏ_２センサを校正するＯ_２センサ校正手段と、
上記Ｏ _２ センサの下流側に配置されたエコノマイザと
を備え、
上記ダクトは、上記燃焼室からの排ガスを下方から上方へ案内する第１流路と、上記第１流路の下流側の端部に接続され、燃焼室からの排ガスを上方から下方へ案内する第２流路とを有し、
上記第１流路には上記Ｏ _２ センサが設置され、かつ、上記第２流路には上記エコノマイザが設置されていることを特徴としている。

上記構成によれば、上記燃焼停止判定手段によって燃料の燃焼が停止したと判定されたとき、空気供給判定手段が、パージのための空気が送風機から燃焼室に供給されているか否かを判定する。そして、上記空気供給判定手段によって送風機から燃焼室に空気が供給されていると判定されたとき、Ｏ_２センサ校正手段がＯ_２センサを校正する。その結果、上記燃焼装置はＯ_２センサの信頼性を高く維持することができる。

また、上記Ｏ_２センサ校正手段がＯ_２センサを校正するので、ユーザはＯ_２センサの検出精度を定期的にチェックしなくて済む。したがって、上記燃焼装置はメンテナンスの負荷を低減できる。

また、上記Ｏ_２センサ校正手段がＯ_２センサを校正するとき、送風機から燃焼室にパージするための空気が供給されているので、その空気を用いてＯ_２センサを正確に校正することができる。
また、上記排ガスはエコノマイザとの熱交換によって温度が下がるため、エコノマイザの下流側では結露が生じやすい。一方、上記エコノマイザの上流側では、排ガスの温度が高いので、結露は生じ難い。したがって、上記Ｏ _２ センサはエコノマイザの上流側に配置されているので、水による故障が起き難い。

一実施形態の燃焼装置では、
上記Ｏ_２センサ校正手段は、上記パージのための空気の供給開始から、予め設定された時間が経過した後、かつ、上記パージのための空気の供給終了前に、上記Ｏ_２センサを校正する。

上記実施形態によれば、上記パージのための空気の供給開始から、予め設定された時間が経過した後、かつ、上記パージのための空気の供給終了前であると、ダクト内に清浄な空気を確実に流すことができる。したがって、上記パージのための空気の供給開始から、予め設定された時間が経過した後、かつ、パージのための空気の供給終了前に、Ｏ_２センサ校正手段がＯ_２センサを校正することにより、Ｏ_２センサ校正手段によるＯ_２センサの校正の信頼性を確実に高めることができる。

この発明の燃焼装置は、空気供給判定手段によって送風機から燃焼室にパージのための空気が供給されていると判定されたとき、Ｏ_２センサを校正するＯ_２センサ校正手段を備えるので、Ｏ_２センサの信頼性を高く維持することができる。

また、上記Ｏ_２センサ校正手段がＯ_２センサを校正することによって、メンテナンスの負荷を低減できる。

また、上記Ｏ_２センサ校正手段がＯ_２センサを校正するとき、送風機から燃焼室にパージするための空気が供給されているので、その空気を用いてＯ_２センサを正確に校正することができる。

図１はこの発明の一実施の形態の蒸気ボイラの模式図である。 図２はＯ_２センサの校正に関するフローチャートである。 図３は上記蒸気ボイラの変形例の模式図である。

以下、この発明の燃焼装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。

図１は、この発明の一実施形態の蒸気ボイラの構成を示す模式図である。なお、図１では、構成の理解を容易にするため、ダクトおよびその内部のみ断面で示している。また、以下の説明において、「ライン」とは、流路、経路、管路などの総称である。

上記蒸気ボイラ１は、燃焼室２ａが内部に設けられた蒸気ボイラ本体２と、燃焼室２ａに空気を供給する送風機３と、燃焼室２ａで生成された排ガスを外部へ案内するダクト４と、ダクト４内の排ガスの酸素濃度を検出するＯ_２センサ５とを備えている。

上記蒸気ボイラ本体２は、給水ラインＬ１を介して給水タンク(図示せず)に接続されている。この給水ラインＬ１には、上記給水タンク側から順に、給水ポンプ６と逆止弁７が設けられている。給水ポンプ６が駆動することにより、上記給水タンク内の水が、給水ラインＬ１を介して蒸気ボイラ本体２に供給される。

また、上記蒸気ボイラ本体２の上部にはバーナ８が取り付けられている。このバーナ８が噴射したガスが燃焼室２ａで燃焼する。また、バーナ８は、燃料供給ラインＬ２を介して、ガスタンク(図示せず)に接続されている。このガスタンクは燃料の一例としてのガス(例えば天然ガスなど)を貯留する。また、燃料供給ラインＬ２には、上記ガスタンク側から順に、第１遮断弁９、第２遮断弁１０および流量調整弁１１が設けられている。

上記送風機３は、給気ラインＬ３を介して、蒸気ボイラ本体２に接続されている。これにより、送風機３が吹き出した空気は、給気ラインＬ３を流れて、燃焼室２ａに流入できるようになっている。

上記ダクト４は、一端が蒸気ボイラ本体２に取り付けられ、内部の空間が燃焼室２ａと連通している。また、ダクト４は、蒸気ボイラ本体２側から略水平方向に延びた後、屈曲して上方に延びている。このダクト４において上方に延びている部分内には、触媒１２が配置されている。この触媒１２の触媒活性物質としては例えば白金がある。

上記Ｏ_２センサ５は、触媒１２よりも上流側に位置するように、ダクト４の内壁に取り付けられている。また、Ｏ_２センサ５は、ダクト４内の空間の死水域を避けて配置されている。すなわち、Ｏ_２センサ５は、燃焼室２ａからの排ガスが多く流れる場所に配置されている。

また、上記蒸気ボイラ１は、マイクロコンピュータとインバータ回路と入出力回路などからなる制御装置１３を備えている。この制御装置１３は、Ｏ_２センサ５が検出した酸素濃度に基づいて、送風機３の回転数を制御する。また、制御装置１３は、送風機３や給水ポンプ６などの駆動停止制御を行うと共に、第１遮断弁９、第２遮断弁１０および流量調整弁１１などの開閉制御も行う。

以下、図２のフローチャートを用いて、制御装置１３によるＯ_２センサ５の校正について説明する。

まず、ステップＳ１０１で、燃焼室２ａにおいて燃料の燃焼が停止したか否かが判定される。このとき、上記燃焼の停止は、第１,第２遮断弁９,１０の開閉状態に基づいて判定される。例えば、第１,第２遮断弁９,１０の両方とも閉鎖されていれば、燃焼は停止していると判定される。また、第１,第２遮断弁９,１０の一方でも開放されていれば、燃焼は停止していないと判定される。このようなステップＳ１０１で、燃焼室２ａにおいて燃料の燃焼が停止したと判定されると、次のステップＳ１０２に進む。一方、ステップＳ１０１で、燃焼室２ａにおいて燃料の燃焼が停止していないと判定されると、再び、ステップＳ１０１が行われる。

次に、ステップＳ１０２で、燃焼室２ａのパージが実行されているか否かが判定される。すなわち、ステップＳ１０２で、パージのための空気が送風機３から燃焼室２ａに供給されているか否かが判定される。このとき、上記空気の供給は、送風機３の駆動停止状態に基づいて判定される。例えば、送風機３が駆動していれば、パージのための空気が燃焼室２ａに供給されていると判定される。また、送風機３が駆動していなければ、パージのための空気が燃焼室２ａに供給されていないと判定される。このようなステップＳ１０２で、パージのための空気が送風機３から燃焼室２ａに供給されていると判定されると、次のステップＳ１０３に進む。一方、ステップＳ１０２で、パージのための空気が送風機３から燃焼室２ａに供給されていないと判定されると、再び、ステップＳ１０２が行われる。

次に、ステップＳ１０３で、パージのための空気の供給開始から、予め設定された時間が経過したか否かが判定される。このステップＳ１０３で、パージのための空気の供給開始から、予め設定された時間が経過したと判定されると、次のステップＳ１０４に進む。一方、ステップＳ１０３で、パージのための空気の供給開始から、予め設定された時間が経過していないと判定されると、再び、ステップＳ１０３が行われる。なお、上記予め設定された時間は、パージのための空気の供給開始から供給終了までの時間よりも短く設定されている。別の言い方をすれば、上記予め設定された時間は、パージを行うために予め設定された時間よりも短く設定されている。

最後に、ステップＳ１０４で、Ｏ_２センサを校正する。このとき、送風機３からの清浄な空気がダクト４内を流れている。

この実施形態では、ステップＳ１０１が燃焼停止判定手段の一例、ステップＳ１０２が空気供給判定手段の一例、ステップＳ１０３,Ｓ１０４がＯ_２センサ校正手段の一例となっている。

このように、上記Ｏ_２センサが校正されるので、Ｏ_２センサの信頼性を高く維持することができる。

また、上記制御装置１３によるＯ_２センサ５の校正が行われることによって、ユーザはＯ_２センサの検出精度を定期的にチェックしなくて済むので、メンテナンスの負荷を低減できる。

また、上記Ｏ_２センサ５の校正が行われるとき、送風機３からの清浄な空気がガイド４内を流れているので、その空気を用いてＯ_２センサ５を正確に校正することができる。

また、上記パージのための空気の供給開始から、予め設定された時間が経過した後、かつ、パージのための空気の供給終了前に、Ｏ_２センサ校正手段がＯ_２センサが校正される。これにより、Ｏ_２センサの校正の信頼性を確実に高めることができる。

上記実施形態では、パージのための空気の供給開始から、予め設定された時間が経過した後、かつ、パージのための空気の供給終了前に、Ｏ_２センサ５が校正されていたが、パージのための空気の供給開始と同時に、Ｏ_２センサ５が校正されるようにしてもよい。

上記実施形態では、例えば天然ガスなどのガスを燃料の一例として用いていたが、灯油、Ａ重油などの油を燃料の一例としても用いてもよい。

上記実施形態において、Ｏ_２センサ５の校正は、パージを実行する毎に行ってもよい。あるいは、Ｏ_２センサ５の校正は、パージの実行回数が予め設定された回数に達する毎に行ってもよい。あるいは、Ｏ_２センサ５の校正は、予め設定された日数が経過する毎に行ってもよい。

上記実施形態では、蒸気ボイラ１は、エコノマイザを備えていなかったが、エコノマイザを備えるようにしてもよい。例えば図３に示すように、蛇行する流路が設けられたダクト２０４の一端を蒸気ボイラ本体２に取り付けて、燃焼室２ａで生成された排ガスをダクト２０４で外部へ案内するようにしてもよい。

上記ダクト２０４内には、蒸気ボイラ本体２への給水を予熱するためのエコノマイザ２５０が配置されている。このエコノマイザ２５０の上流側にはＯ_２センサ５が配置されている。これにより、エコノマイザ２５０で結露が生じても、結露水がＯ_２センサ５に付着するのを防ぐことができる。したがって、結露水によるＯ_２センサ５の故障が起き難くなっている。

なお、図３において、図１の構成部と同一構成部には、図１の構成部の参照番号と同一参照番号を付している。

この発明の具体的な実施形態について説明したが、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。

１ 蒸気ボイラ
２ 蒸気ボイラ本体
２ａ 燃焼室
３ 送風機
４,２０４ ダクト
５ Ｏ_２センサ
２５０ エコノマイザ

Claims (2)

1. 燃料が燃焼する燃焼室と、
   上記燃焼室に空気を供給する送風機と、
   上記燃焼室で生成された排ガスを外部へ案内するダクトと、
   上記ダクト内の排ガスの酸素濃度を検出するＯ_２センサと、
   上記燃料の燃焼が停止したか否かを判定する燃焼停止判定手段と、
   上記燃焼停止判定手段によって上記燃料の燃焼が停止したと判定されたとき、パージのための空気が上記送風機から上記燃焼室に供給されているか否かを判定する空気供給判定手段と、
   上記空気供給判定手段によって上記送風機から上記燃焼室にパージのための空気が供給されていると判定されたとき、上記Ｏ_２センサを校正するＯ_２センサ校正手段と、
   上記Ｏ _２ センサの下流側に配置されたエコノマイザと
   を備え、
   上記ダクトは、上記燃焼室からの排ガスを下方から上方へ案内する第１流路と、上記第１流路の下流側の端部に接続され、燃焼室からの排ガスを上方から下方へ案内する第２流路とを有し、
   上記第１流路には上記Ｏ _２ センサが設置され、かつ、上記第２流路には上記エコノマイザが設置されていることを特徴とする燃焼装置。
2. 請求項１に記載の燃焼装置において、
   上記Ｏ_２センサ校正手段は、上記パージのための空気の供給開始から、予め設定された時間が経過した後、かつ、上記パージのための空気の供給終了前に、上記Ｏ_２センサを校正することを特徴とする燃焼装置。

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