JP6481637B2 - ボイラ - Google Patents

Description

本発明は、加熱流体を循環させて負荷側の被加熱流体との間で熱交換を行わせるボイラに関する。

加熱流体を循環させて負荷側の被加熱流体との間で熱交換を行わせるボイラは、例えば、特許文献１に示されている。特許文献１のボイラでは、加熱流体の温度を所定の設定温度に維持するために、バーナの燃焼を制御している。

特開平７−１２７９１６号公報

ところで、バーナの燃焼は、バーナへの燃料供給を継続しながら行われる。しかるに、バーナが燃焼していないにも拘わらず燃料供給が継続されると、すなわち、燃料の過剰供給が行われると、ボイラの性能やメンテナンス等に不具合が生じる。したがって、燃料の過剰供給を防止することが、望まれている。

本発明は、バーナすなわちボイラが燃焼していないことを精度良く検知して燃料供給を停止することによって、燃料の過剰供給を防止できる、ボイラを、提供することを目的としている。

本発明は、熱交換器との間で加熱流体を循環させて負荷側の被加熱流体と熱交換を行わせるボイラにおいて、
前記ボイラの排気ガス温度によって前記ボイラの燃焼が停止しているか否かを判定する、ガス温度燃焼判定手段、
及び／又は、
循環する加熱流体の往き温度と還り温度との差である第１温度差、及び／又は、前記被加熱流体の熱交換後温度と熱交換前温度との差である第２温度差、を算出し、前記第１温度差及び／又は前記第２温度差によって前記ボイラの燃焼が停止しているか否かを判定する、温度差燃焼判定手段、
を備えており、
更に、前記ガス温度燃焼判定手段及び／又は前記温度差燃焼判定手段の判定結果が「停止している」である場合に、前記ボイラの燃焼を停止させる、燃焼停止手段を、備えており、
前記温度差燃焼判定手段は、前記第１温度差及び／又は前記第２温度差が第２所定時間継続して第２所定値を下回っている場合に「停止している」と判定するようになっており、
前記第２所定時間は、前記ボイラの運転立ち上げ時間よりも長く設定されており、前記第２所定値は、前記加熱流体が最大流量で循環しているときの前記第１温度差以下に設定されており、
前記ガス温度燃焼判定手段は、前記排気ガス温度が第１所定時間継続して第１所定値を下回っている場合に「停止している」と判定するようになっており、
前記第１所定時間は、前記ボイラの運転立ち上げ時間よりも長く設定されており、前記第１所定値は、前記ボイラの最小燃焼時の排気ガス温度以下に設定されている、
ことを特徴としている。

本発明によれば、ボイラが燃焼していないことを精度良く検知して燃料供給を停止できるので、燃料の過剰供給を防止できる。

本発明の一実施形態のボイラの概略構成を示す図である。 本実施形態のボイラの制御部を示すブロック図である。 本実施形態のボイラの作動を示すフローチャートである。

図１は、本発明の一実施形態のボイラの概略構成を示している。本実施形態のボイラ１は、外部負荷５に温水を供給するように機能する。ボイラ１は、本体１１、熱交換器１２、５個の温度検出器Ｔｇ、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、制御部１３、及び燃料供給弁１４を、備えている。

本体１１のバーナ（図示せず）には、燃料供給ライン９１が連結されている。燃料供給弁１４は、燃料の供給をオン・オフするように、燃料供給ライン９１に設けられている。温度検出器Ｔｇは、本体１１の排気ガス放出口１１１から放出されていく排気ガスの温度を検出するように、排気ガス放出口１１１に設けられている。

本体１１と熱交換器１２とは、往きライン９２と還りライン９３とで連結されている。本体１１と熱交換器１２との間では、本体１１の加熱流体が、往きライン９２を通り、熱交換器１２を経て、還りライン９３を通って、本体１１へ戻されるようになっている、すなわち、循環するようになっている。還りライン９３には、加熱流体の循環を駆動するポンプ１１２が設けられている。一方、熱交換器１２には、供給ライン９４と送出ライン９５とが連結されている。供給ライン９４は、常温水の水源（図示せず）に連結されており、送出ライン９５は、外部負荷５に連結されている。これにより、熱交換器１２においては、供給ライン９４を通って供給されて来た常温水（被加熱流体）と、往きライン９２を通って供給されて来た加熱流体との間で、熱交換が行われ、加熱された常温水すなわち温水が送出ライン９５を通って外部負荷５へ供給されるようになっている。外部負荷５は、例えば、温水をそのまま使用する温水シャワーである。

温度検出器Ｔ１は、往きライン９２を通る加熱流体の温度（往き温度）を検出するように、往きライン９２に設けられている。温度検出器Ｔ２は、還りライン９３を通る熱交換後の加熱流体の温度（還り温度）を検出するように、還りライン９３に設けられている。温度検出器Ｔ４は、供給ライン９４を通る常温水の温度（熱交換前温度）を検出するように、供給ライン９４に設けられている。温度検出器Ｔ３は、送出ライン９５を通る温水の温度（熱交換後温度）を検出するように、送出ライン９５に設けられている。

制御部１３は、ボイラ１の作動を制御するように設けられている。制御部１３は、図２に示されるように、温度検出器Ｔｇによって検出された排気ガス温度ｔｘに基づいてボイラ１の燃焼が停止しているか否かを判定する、ガス温度燃焼判定部１３１と、温度検出器Ｔ１によって検出された往き温度ｔ１と温度検出器Ｔ２によって検出された還り温度ｔ２との差である第１温度差ｔ12、及び、温度検出器Ｔ３によって検出された熱交換後温度ｔ３と温度検出器Ｔ４によって検出された熱交換前温度ｔ４との差である第２温度差ｔ34、を算出する機能を有する温度差算出部１３２と、算出された第１温度差ｔ12及び第２温度差ｔ34に基づいてボイラ１の燃焼が停止しているか否か、を判定する、温度差燃焼判定部１３３と、ガス温度燃焼判定部１３１及び温度差燃焼判定部１３３の両方の判定結果が「停止している」である場合に、ボイラ１の燃焼を停止させる、燃焼停止部１３４と、を備えている。「燃焼を停止させる」とは、燃料供給弁１４をオフすることによって燃料供給を停止させることを含む。なお、制御部１３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により、実現されている。

すなわち、本発明のガス温度燃焼判定手段は、温度検出器Ｔｇ及びガス温度燃焼判定部１３１を含んでおり、温度差燃焼判定手段は、温度検出器Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、温度差算出部１３２、及び温度差燃焼判定部１３３を、含んでおり、燃焼停止手段は、燃料供給弁１４及び燃焼停止部１３４を含んでいる。

具体的には、ガス温度燃焼判定部１３１は、排気ガス温度ｔｘが所定時間Ｈ１（第１所定時間）継続して所定値ｔｓ（第１所定値）を下回っている場合に、「停止している」と判定するようになっている。ここで、所定値ｔｓは、ボイラ１の最小燃焼時の排気ガス温度以下に予め設定されている。例えば、所定値ｔｓは、ボイラ１がオン−オフの切り替えのボイラである場合には、オン状態のときの排気ガス温度以下に設定でき、ボイラ１が停止・低燃焼・高燃焼の切り替えが可能なボイラである場合には、低燃焼のときの排気ガス温度以下に設定できる。所定時間Ｈ１は、ボイラ１の加熱流体の温度が常温から所定の設定温度（定常運転状態の温度）に到達するまでのいわゆる「運転立ち上げ時間」に基づいて設定されており、通常は、「運転立ち上げ時間」よりも長く設定されている。例えば、「運転立ち上げ時間」が２分である場合には、所定時間Ｈ１は５分に設定される。

具体的には、温度差燃焼判定部１３３は、算出された第１温度差ｔ12及び第２温度差ｔ34が共に所定時間Ｈ２（第２所定時間）継続して所定値ｔｚ（第２所定値）を下回っている場合に、「停止している」と判定するようになっている。ここで、所定値ｔｚは、加熱流体が最大流量で循環しているときの第１温度差以下として予め設定されている（例えば、３度に設定される）。なお、第２温度差ｔ34に関する所定値ｔｚと第１温度差ｔ12に関する所定値ｔｚとは独立して設定してもよい。所定時間Ｈ２は、所定時間Ｈ１と同様に、ボイラ１の「運転立ち上げ時間」に基づいて設定されており、通常は、「運転立ち上げ時間」よりも長く設定されている。

図３は、本実施形態のボイラ１の作動を示すフローチャートである。まず、ボイラ１の作動に伴って排気ガス放出口１１１から放出されていく排気ガスの温度ｔｘが、温度検出器Ｔｇによって検出され、且つ、第１温度差ｔ12及び第２温度差ｔ34が温度差算出部１３２によって算出される（ステップ２０１）。次に、温度ｔｘが所定時間Ｈ１継続して所定値ｔｓを下回っているか（以下、要件Ａと称する）否かが、ガス温度燃焼判定部１３１によって判定され、且つ、第１温度差ｔ12及び第２温度差ｔ34が共に所定時間Ｈ２継続して所定値ｔｚを下回っているか（以下、要件Ｂと称する）否かが、温度差燃焼判定部１３３によって判定される（ステップ２０２）。そして、要件Ａ、Ｂのいずれかが満たされていない場合、すなわち、いずれか一方が「下回っていない」場合には、ステップ２０１が繰り返される。一方、要件Ａ、Ｂの両方が満たされている場合、すなわち、両方とも「下回っている」場合には、燃焼停止部１３４によって、燃料供給弁１４がオフされる（ステップ２０３）。

ところで、要件Ａが満たされている場合には、バーナすなわちボイラ１の燃焼が極めて低い状態であるので、「ボイラ１の燃焼が停止している」すなわち「ボイラ１は燃焼していない」と判断しても支障はない。

一方、第１温度差ｔ12及び第２温度差ｔ34が所定値ｔｚを上回っている場合には、熱交換器１２において熱交換が行われていると判断できるので、「ボイラ１は燃焼している」と判断できる。これに対して、第１温度差ｔ12及び第２温度差ｔ34が所定値ｔｚを下回っている場合には、熱交換器１２において熱交換が行われていない可能性があると判断できる。しかるに、例えば負荷側の急激な流量変化に起因した瞬間的な温度変動があると、第１温度差ｔ12が所定値ｔｚを一時的に下回る場合が、想定される。また、ボイラ１が定常状態になっていない場合には第１温度差ｔ12が小さいので、第１温度差ｔ12が所定値ｔｚを一時的に下回る場合が、想定される。しかしながら、要件Ｂでは、第１温度差ｔ12が所定値ｔｚを所定時間Ｈ２継続して下回ることが要求されている。したがって、要件Ｂが満たされている場合には、熱交換器１２において熱交換が行われていないと判断でき、すなわち「ボイラ１は燃焼していない」と判断できる。

そして、本実施形態では、要件Ａ、Ｂの両方が満たされた場合のみ、「ボイラ１は燃焼していない」と判断しているので、「ボイラ１が燃焼していない」ことを精度良く判断できる。したがって、本実施形態のボイラによれば、ボイラが燃焼していないことを精度良く検知して燃料供給を停止することによって、燃料の過剰供給を防止できる。

（変形例）
（１）前記実施形態において、温度差算出部１３２は、第１温度差ｔ12及び第２温度差ｔ34の両方を算出しており、温度差燃焼判定部１３３は、第１温度差ｔ12及び第２温度差ｔ34の両方に基づいて判定している。しかるに、本発明は、これに限るものではなく、温度差算出部１３２は、第１温度差ｔ12及び第２温度差ｔ34の一方のみを算出し、温度差燃焼判定部１３３は、算出された、第１温度差ｔ12のみ又は第２温度差ｔ34のみに基づいて判定してもよい。

（２）前記実施形態において、燃焼停止部１３４は、ガス温度燃焼判定部１３１及び温度差燃焼判定部１３３の両方の判定結果が「停止している」である場合に、ボイラ１の燃焼を停止させている。しかるに、本発明は、これに限るものではなく、燃焼停止部１３４は、ガス温度燃焼判定部１３１及び温度差燃焼判定部１３３の一方のみの判定結果が「停止している」である場合に、ボイラ１の燃焼を停止させてもよい。

（３）前記実施形態では、要件Ａ、Ｂの両方が満たされることが要求されている。しかるに、本発明は、要件Ａ、Ｂの両方が満たされることを、特定の場合のみに限定して要求してもよい。すなわち、加熱流体の循環量が所定量Ｖより多い場合には、第１温度差ｔ12の値の信用性が低いので、要件Ｂだけでなく要件Ａも採用するが、加熱流体の循環量が所定量Ｖより少ない場合には、第１温度差ｔ12の値の信用性が高いので、要件Ｂのみを採用してもよい。なお、所定量Ｖは、温度検出器Ｔ１、Ｔ２の性能に起因して定まる。

（４）前記実施形態は、熱交換器を内部に含む型のボイラを対象としているが、本発明は、熱交換器が外部例えば顧客先に存在している型のボイラを対象としてもよく、同様に適用できる。またボイラは、温水ボイラであってもよく、又は、熱媒ボイラや他のタイプのボイラであってもよい。

（５）前記実施形態では、所定時間Ｈ１、Ｈ２は、「運転立ち上げ時間」よりも長く設定している。しかしながら、本発明では、所定時間Ｈ１、Ｈ２は、「運転立ち上げ時間」より短く設定されてもよく、その場合には、「運転立ち上げ時間」以降において、ガス温度燃焼判定部１３１及び／又は温度差燃焼判定部１３３が、ボイラ１の燃焼が停止しているか否かを判定すればよい。

本発明のボイラは、ボイラが燃焼していないことを精度良く検知して燃料供給を停止できるので、産業上の利用価値が大である。

１ ボイラ １１ 本体 １２ 熱交換器 １３ 制御部 １３１ ガス温度燃焼判定部 １３２ 温度差算出部 １３３ 温度差燃焼判定部 １３４ 燃焼停止部
１４ 燃料供給弁 ５ 外部負荷 Ｔｇ、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４ 温度検出器

Claims (1)

1. 加熱流体を循環させて負荷側の被加熱流体との間で熱交換を行わせるボイラにおいて、
   前記ボイラの排気ガス温度に基づいて前記ボイラの燃焼が停止しているか否かを判定する、ガス温度燃焼判定手段、
   及び／又は、
   循環する加熱流体の往き温度と還り温度との差である第１温度差、及び／又は、前記被加熱流体の熱交換後温度と熱交換前温度との差である第２温度差、を算出し、前記第１温度差及び／又は前記第２温度差に基づいて前記ボイラの燃焼が停止しているか否かを判定する、温度差燃焼判定手段、
   を備えており、
   更に、前記ガス温度燃焼判定手段及び／又は前記温度差燃焼判定手段の判定結果が「停止している」である場合に、前記ボイラの燃焼を停止させる、燃焼停止手段を、備えており、
   前記温度差燃焼判定手段は、前記第１温度差及び／又は前記第２温度差が第２所定時間継続して第２所定値を下回っている場合に「停止している」と判定するようになっており、
   前記第２所定時間は、前記ボイラの運転立ち上げ時間よりも長く設定されており、前記第２所定値は、前記加熱流体が最大流量で循環しているときの前記第１温度差以下に設定されており、
   前記ガス温度燃焼判定手段は、前記排気ガス温度が第１所定時間継続して第１所定値を下回っている場合に「停止している」と判定するようになっており、
   前記第１所定時間は、前記ボイラの運転立ち上げ時間よりも長く設定されており、前記第１所定値は、前記ボイラの最小燃焼時の排気ガス温度以下に設定されている、
   ことを特徴とするボイラ。

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