JP6514556B2 - 燃焼制御装置および燃焼システム - Google Patents

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Description

本発明は、燃焼制御装置および燃焼システムに関し、特に、火炎を発生させる燃焼空間を複数有する燃焼システムを制御する燃焼制御装置に関する。
一般に、鉄鋼炉や加熱炉、脱臭炉等の工業炉に代表される燃焼炉(燃焼システム)では、燃焼制御装置によって、燃焼炉内に設けられたバーナの燃焼状態や、炉内温度、燃焼用空気の圧力、バーナに供給される燃料の圧力等を監視しながら燃焼制御を行うことにより、燃焼の安全性を確保している。例えば、燃焼炉の爆発を防止するために、燃焼制御装置が、バーナの点火時において、燃焼炉内の残留燃料(ガス)を燃焼炉外に排出するパージ(プレパージ)を行ってからバーナの点火を実行するとともに、バーナが着火したか否かを火炎検出器を用いて判定し、バーナが着火しなかった場合に燃焼炉への燃料の供給を停止する安全制御を行っている(例えば特許文献1参照。)。
特開平11−37460号公報
ところで、複数のバーナを備える燃焼システム(マルチバーナシステム)では、共通の燃焼室(ゾーン)内に複数のバーナが設置される。ここで、燃焼室とは、温度や圧力等が同一の条件(パラメータ)で燃焼が制御される空間を言い、以下「ゾーン」とも称する。
マルチバーナシステムの多くは、夫々のバーナ毎に設けられ、対応するバーナの点火を制御するバーナコントローラと、それらのバーナコントローラを制御することにより燃焼室全体の燃焼を制御する安全制御装置とによって構成されている。
このようなマルチバーナシステムでは、安全制御装置による燃焼室単位でのパージ(プレパージ)が行われることが一般的である。例えば、何れのバーナも着火していない状態から所望のバーナを点火する起動(以下、「初起動」と称する。)時には、先ず、安全制御装置が燃焼室全体のプレパージを行い、その後に、安全制御装置が所望のバーナコントローラに対して点火指示を与えることにより、当該バーナコントローラが点火シーケンス制御を実行して、対応するバーナを点火させる。
これに対し、ラジアントチューブバーナを用いたマルチバーナシステムのように、火炎を発生させる燃焼空間と加熱処理の対象物を配置するための加熱空間とが物理的分離されている燃焼室を有するマルチバーナシステムでは、複数の燃焼空間の残留燃料を一斉に排出させる燃焼室単位のパージ(以下、「全体パージ」と称する。)のみならず、各燃焼空間の残留燃料を個別に排出させる燃焼空間単位のパージ(以下、「単体パージ」と称する。)が必要な場合がある。
例えば、燃焼している複数のバーナのうち一つのバーナが断火した状況において、その断火したバーナを再点火する場合を考える。この場合、ラジアントチューブバーナを用いたマルチバーナシステムでは、燃焼室内の他のバーナが燃焼している状況であっても、各バーナの燃焼空間が分離されているため、再点火すべきバーナの燃焼空間のプレパージを行ってから当該バーナの点火を行う必要がある。なお、上述したラジアントチューブバーナを用いないマルチバーナシステムでは、燃焼室内で他のバーナが燃焼していることから、燃焼室全体のプレパージ(全体パージ)を行うことなく、上記断火したバーナの再点火を行うことが可能である(例えば、JIS B 8415等)。
このように、ラジアントチューブバーナを用いたマルチバーナシステムでは、燃焼空間単位のプレパージが必要な場合がある。そのため、従来のラジアントチューブバーナを用いたマルチバーナシステムでは、安全制御装置による全体パージとは別に、単体パージを行うための処理を、各バーナコントローラの点火シーケンスに組み込んでいた。これにより、ラジアントチューブバーナを個別に再点火する場合においても、燃焼しているバーナの燃焼空間を含めた全燃焼空間のパージを行うことなく、再点火すべきバーナの燃焼空間のみのプレパージを行うことが可能となる。
しかしながら、上記のラジアントチューブバーナを用いたマルチバーナシステムでは、初起動時において、安全制御装置による全体パージの後に各バーナコントローラによる点火シーケンス制御が実行されるため、全体パージのパージ時間と点火シーケンス制御内の単体パージのパージ時間とが加算され、初起動時には全体的なプレパージ時間が長くなり、バーナが着火するまでに時間が掛かるという問題があった。
本発明の目的は、燃焼空間と加熱空間とが物理的に分離されている燃焼室を有するマルチバーナシステムにおいて、燃焼空間のパージ時間を最適化することにある。
本発明に係る燃焼制御装置(1)は、相互に異なる燃焼空間(21A〜21C)を有するN(Nは2以上の整数)個のバーナ(22A〜22C)の運転を制御する燃焼制御装置であって、バーナ毎に設けられ、対応するバーナの点火と、対応するバーナの燃焼空間に対するパージを制御するバーナコントローラ(11A〜11C)と、バーナコントローラに対して、燃焼空間のパージの実行を指示するとともに、バーナの点火を指示する指示部(10、102)と、を有し、指示部は、N個のバーナの何れも着火していない状態からM(Mは1以上N以下の整数)個のバーナを点火させる場合には、燃焼空間のパージを夫々のバーナコントローラに対して指示するとともに、当該パージが完了した後にM個のバーナの点火を対応するバーナコントローラに対して指示し、M個のバーナが正常に着火した後の通常動作状態において任意のバーナを点火させる場合には、燃焼空間に対するパージを指示することなく、上記任意のバーナの点火を指示し、バーナコントローラは、バーナの何れも着火していない状態において指示部からバーナの点火が指示された場合には、対応するバーナの燃焼空間に対する燃料の供給を停止した状態でエアーの供給を行ってから第1プレパージ時間(T1)の経過後に、対応するバーナの点火動作を開始し、通常動作状態において指示部からバーナの点火が指示された場合には、対応するバーナの燃焼空間に対して燃料の供給を停止した状態でエアーの供給を行ってから第2プレパージ時間(T2)の経過後に、対応するバーナの点火動作を開始することを特徴とする。
上記燃焼制御装置において、第1プレパージ時間(T1)は、第2プレパージ時間(T2)よりも短くしてもよい。
上記燃焼制御装置において、第1プレパージ時間は0秒であってもよい。
上記燃焼制御装置において、N個のバーナの何れも着火していない状態からM個のバーナを点火するための初起動モードと、M個のバーナが正常に着火した後の通常動作状態においてN個のバーナの運転を制御するための通常動作モードの何れか一方を、動作モードとして設定する動作モード設定部(101)を更に有し、バーナコントローラは、指示部によるパージの実行の指示に応じて、対応するバーナの燃焼空間のパージを制御するパージ制御部(114)と、対応するバーナの点火を制御する点火制御部(115)と、動作モード設定部によって初起動モードが設定された場合に、プレパージの実行時間を第1プレパージ時間に設定し、動作モード設定部によって通常動作モードが設定された場合に、プレパージの実行時間を第2プレパージ時間に設定するパージ時間設定部(111)と、指示部によるバーナの点火の指示に応じて、パージ時間設定部によって設定されたプレパージの実行時間に基づくプレパージの実行を対応するパージ制御部に指示するとともに、バーナの点火を対応する点火制御部に指示する点火シーケンス制御部(112)と、を含んでもよい。
上記燃焼制御装置において、動作モード設定部は、初起動モードにおいてM個のバーナが正常に着火した場合に、動作モードを初起動モードから通常動作モードに切り替えてもよい。
本発明に係る燃焼システムは、上記燃焼制御装置と、N個の燃焼空間を有する燃焼室(2)と、燃焼空間毎に設けられ、パージ制御部からの制御信号(24A〜24C)に基づいて、対応する燃焼空間に対するエアーの供給を制御する第1バルブ(41A〜41C)と、燃焼空間毎に設けられ、点火制御部からの制御信号(25A)に基づいて、対応する燃焼空間のバーナに対する燃料の供給を制御する第2バルブ(31B)とを備えることを特徴とする。
上記燃焼システムにおいて、バーナは、ラジアントチューブバーナであってもよい。
なお、上記説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の構成要素を、括弧を付した参照符号によって表している。
以上説明したことにより、本発明によれば、燃焼空間と加熱空間とが物理的に分離されている燃焼室を有するマルチバーナシステムにおいて、燃焼空間のパージ時間を最適化することができる。
図1は、本実施の形態に係る燃焼制御装置を備えた燃焼システムの構成を示す図である。 図2は、実施の形態に係る燃焼制御装置の構成を示す図である。 図3は、実施の形態に係る燃焼制御装置による順次起動時のバーナの点火動作を説明するためのタイミングチャートである。 図4は、実施の形態に係る燃焼制御装置による同時起動時のバーナの点火動作を説明するためのタイミングチャートである。
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
〈燃焼システムの構成〉
図1は、本実施の形態に係る燃焼制御装置を備えた燃焼システムの構成を示す図である。
同図に示される燃焼システム500は、バーナによって火炎を発生させる複数の燃焼空間と加熱処理の対象物(以下、「ワーク」とも称する。)を配置するための加熱空間とが物理的に分離されている燃焼室を備えたマルチバーナシステムである。燃焼システム500としては、脱臭炉および加熱炉等の小型の工業用燃焼炉や、プラント等における鉄鋼炉等の大型の工業用燃焼炉を例示することができる。
ここで、燃焼室(ゾーン)とは、上述したように、温度や圧力等が同一の条件(パラメータ)で燃焼が制御される空間を言い、燃焼室同士が互いに物理的に分離されている構造を有するもののみならず、燃焼室同士が互いに物理的に分離されていない構造を有するものも含まれる。
また、上記ワークとしては、鉄やアルミ等の素材や、浸炭対象としての鋼、乾燥処理の対象物としての車体、焼成対象のセラミック等の加工対象物を例示することができる。
具体的に、燃焼システム500は、燃焼室2と、燃焼室2に配置された複数のバーナの燃焼を制御する燃焼制御装置1と、各バーナに燃料(ガス)を供給するための燃料流路3と、各バーナの燃焼空間に空気(エアー)を供給するための空気流路4と、燃焼制御装置1を制御する制御装置5等を備えている。
燃焼室2には、相互に異なる燃焼空間を有するN(Nは2以上の整数)個のバーナ(主バーナ)が設けられている。
本実施の形態では、図1に示すように、燃焼室2が、物理的に分離された3個(N=3)の燃焼空間21A、21B、21Cと、各燃焼空間21A〜21Cと物理的に分離された加熱空間20とを有し、夫々の燃焼空間21A〜21Cに主バーナとしてのバーナ22A、22B、22Cが1つ設けられる場合を一例として説明するが、燃焼室20内の燃焼空間の個数と各燃焼空間に設けられるバーナの個数に、特に制限はない。例えば、燃焼室20に4つ以上の燃焼空間を設けてもよいし、各燃焼空間に2つ以上のバーナを設けてもよい。
バーナ22A〜22C(総称する場合には、「バーナ22」と表記する。)は、対応する燃焼空間21A〜21C(総称する場合には、「燃焼空間21」と表記する。)に火炎を発生させることにより、加熱空間20に配置されたワークを加熱する機器である。燃焼空間21には、その中に配置されたバーナ22の燃焼に利用される燃料(ガス)が供給される。また、加熱空間20には、例えば、ワークの加熱処理に用いる、燃焼空間21に供給される燃料とは異なるガスまたはエアーが供給される。
バーナ22A〜22Cは、例えばラジアントチューブバーナである。夫々のバーナ22A〜22Cの周辺には、対応するバーナ22の火炎の有無を検出するための火炎検出器と、対応するバーナ22を点火するための点火装置(イグナイタ)やパイロットバーナ等が設けられる。上記点火装置は、後述する燃焼制御装置1からの制御信号25A〜25Cに基づいて対応するバーナの点火を行う。また、上記火炎検出器による火炎の有無の検出結果(火炎検出信号)23A〜23Cは、後述する燃焼制御装置1に入力される。なお、図1では、図示の都合上、バーナ、火炎検出器、点火装置、およびパイロットバーナ等が一体となったものをバーナ22A、22B、22Cとして図示している。
燃料流路3は、各燃焼空間21A〜21C(バーナ22A〜22C)に燃料(ガス)を供給するための流路である。燃料流路3は、外部から燃料が供給される主流路から複数の流路に分岐している。分岐した流路は、各バーナ22A〜22Cに接続されている。これにより、外部から燃料流路3に供給された燃料が各バーナ22A〜22Cに送出されることとなる。また、燃料流路3の主流路にはバルブ(安全遮断弁)30が設けられ、燃料流路3の主流路から分岐した各流路にはバルブ(安全遮断弁)31A〜31Cが設けられている。安全遮断弁30は、燃料流路3の元弁であり、例えば燃焼制御装置1内の後述する安全制御装置10によって弁の開閉が制御される。また、安全制御弁31A〜31C(総称する場合は、「安全遮断弁31」と表記する。)は、燃焼制御装置1内の後述するバーナコントローラ11A〜11Cからの制御信号25A〜25Cによって弁の開閉が制御され、対応するバーナ22A〜22Cへの燃料の供給と燃料の遮断を制御する。
空気流路4は、各燃焼空間21A〜21Cに空気(エアー)を供給するための流路である。空気流路4は、ブロア40から吐出されたエアーが供給される主流路から複数の流路に分岐している。分岐した流路は、各バーナ22A〜22Cに接続されている。これにより、ブロア40から吐出されたエアーが各バーナ22A〜22Cに供給されることとなる。なお、ブロア40は安全制御装置10からだけではなく、制御装置5によって駆動してもよい。
また、空気流路4の主流路から分岐した各流路にはエアーバルブ(エアー電磁弁)41A〜41Cと風圧スイッチ42A〜42Cが設けられている。エアーバルブ41A〜41C(総称する場合は、「エアーバルブ41」と表記する。)は、燃焼制御装置1内の後述するバーナコントローラ11A〜11Cからの制御信号24A〜24Cによって弁の開閉が制御され、対応するバーナ22A〜22Cに対応するエアーの供給と遮断を制御する。
風圧スイッチ42A〜42C(総称する場合には、「風圧スイッチ42」と表記する。)は、対応するバーナ22A〜22Cに供給されるエアーの圧力を検出するための素子である。具体的に、風圧スイッチ42A〜42Cは、スイッチと、対応する空気流路3の分岐流路内のエアーの圧力を検出するセンサと、センサによって検出されたエアー圧力が予め設定された設定圧力値を超えているか否かを判定し、判定結果に応じて上記スイッチのオン・オフを制御するスイッチ駆動部と、から構成されている。例えば、上記スイッチ駆動部は、エアー圧力が設定圧力値を超えた場合に上記スイッチをオンさせ、エアー圧力が設定圧力値を超えない場合に上記スイッチをオフさせる。上記スイッチのオン・オフを示す情報は、2値の検出信号26A〜26Cとして、例えば対応するバーナコントローラ11A〜11Cおよび安全制御装置10に入力される。
制御装置5は、燃焼室2の統括的な制御を行うための、燃焼システム500における上位側の機器である。制御装置5は、オペレータ等(ユーザ)からの入力操作に従って、燃焼室2内の各バーナの燃焼要求や、燃焼室20内のバーナ毎または全バーナに対する燃焼の停止要求を、燃焼制御装置1に対して与える。
制御装置5は、ユーザの操作に応じて燃焼制御装置1に対して指示を出す機器であればよい。例えば、ユーザの操作を入力する機能部(操作ボタンやレバー、キーボード等)、モニタ、および燃焼制御装置1A、1Bに対する指示等を出力する機能部等が一体に形成された制御盤を例示することができる。また、例えば、燃焼制御装置1、モニタ、および中央管理装置等がネットワークを介して接続されたネットワーク制御システムを構築している場合には、上記中央管理装置のように、燃焼制御装置1に対して指示を出す機能部が制御装置5となり得る。
燃焼制御装置1は、上述したように、制御装置4からの燃焼要求や燃焼の停止要求等に応じて、燃焼室2内の各バーナ22A〜22Cの燃焼を制御する。以下、燃焼制御装置1の具体的な構成について説明する。
〈燃焼制御装置の構成〉
図1に示されるように、燃焼制御装置1は、安全制御装置10とバーナコントローラ11A〜11C(総称する場合には、「バーナコントローラ11」と表記する。)とから構成されている。
安全制御装置10は、燃焼システム500の安全運転、すなわち燃焼室20の爆発等を防止するために、各バーナの燃焼状態や各リミット・インターロック(図示せず)の状態等を監視することにより、対応する燃焼室内の各バーナの運転の許可および不許可を各バーナコントローラに指示する安全制御を行う装置である。
安全制御装置10としては、工業用燃焼炉に関する安全規格(例えば、工業用燃焼炉の安全通則 JIS B 8415等)に基づいて製造されたリミット・インターロックを監視するためのリミット・インターロックモジュールや、上記安全通則に対応した専用のソフトウェアを設定したプログラマブルロジックコントローラ(所謂安全PLC)等を例示することができる。
具体的に、安全制御装置10は、制御部5からのバーナの燃焼要求および燃焼の停止要求や、各バーナコントローラ11A〜11Cから入力される火炎判定情報等に基づいて、各バーナコントローラ11A〜11Cに対して、各バーナの燃焼制御に係る各種の指示を出力する。
例えば、バーナを点火させる際の動作としては、安全制御装置10は、N個のバーナ22の何れも着火していない状態からM(1≦M≦Nの整数)個のバーナ22を点火させる場合には、燃焼空間21A〜21Cのパージを夫々のバーナコントローラ11A〜11Cに対して指示するとともに、当該パージが完了した後にM個のバーナ22の点火を対応するバーナコントローラ11に対して指示する。一方、M個のバーナが正常に着火した後の動作状態(以下、「通常動作状態」と称する。)においてバーナを点火させる場合には、バーナコントローラ11に対して、燃焼空間21に対するパージを指示することなく、バーナ22の点火を指示する。
バーナコントローラ11A〜11Cは、バーナ毎に設けられ、対応するバーナの点火と、対応するバーナの燃焼空間に対するパージを制御する装置である。
具体的に、バーナコントローラ11は、安全制御装置10から燃焼空間21に対するパージの実行が指示された場合には、対応するエアーバルブ41を制御することにより、指示された燃焼空間21のパージを行う。
また、バーナコントローラ11は、安全制御装置10からバーナ22の点火が指示された場合には、所定の点火シーケンスに従って対応するバーナを点火する制御を行う。本実施の形態に係る燃焼制御装置(バーナコントローラ11)では、この点火シーケンスに従って実行されるプレパージの実行時間は、初起動時と通常動作状態とにおいて異なる時間に設定することができる。
以下、点火シーケンスに基づく制御について詳細に説明する。
〈点火シーケンスに基づく制御〉
図2は、実施の形態に係る燃焼制御装置1の構成を示す図である。
なお、同図には、燃焼制御装置1(安全制御装置10およびバーナコントローラ11)において、バーナコントローラ11による点火シーケンスに基づく制御に関連する機能部のみが図示されており、その他の機能部(例えば、リミットやインターロックの監視等を行う機能部等)については、図示を省略している。
また、図示はしないが、安全制御装置10およびバーナコントローラ11は、外部機器(安全遮断弁31やエアーバルブ41等)との間で信号の送受信を行うための外部端子や、入力回路、および出力回路等の外部インターフェースを備えているものとする。
(1)安全制御装置10
図2に示されるように、安全制御装置10は、上記点火シーケンスに基づく制御に関連する機能部として、動作モード設定部101および指示部102を有している。例えば、これらの機能部は、CPUなどのプロセッサと、各種のメモリと、その他の周辺回路とから構成されたマイクロコントローラ(MCU)によって実現される。すなわち、MCUにおける上記プロセッサが上記メモリに記憶されたプログラムに従って各種のデータ処理を実行することにより、動作モード設定部101および指示部102が実現される。
動作モード設定部101は、燃焼室2におけるバーナ22の動作モードを設定する機能部である。具体的に、動作モード設定部101は、各バーナコントローラ11A〜11Cから供給される火炎判定情報や制御装置5からの燃焼要求および停止要求等に基づいて、初起動モードと通常動作モードの何れか一方を動作モードとして設定する。
ここで、初起動モードとは、N個のバーナ22の何れも着火していない状態からM個のバーナを点火するための動作モードである。また、通常動作モードとは、通常動作状態においてN個のバーナ22の運転を制御するための動作モードである。
また、M個のバーナとは、初起動時に点火すべきバーナであり、例えば、後述する順次起動の場合には、最初に点火すべき1本目のバーナであり(M=1)、後述する同時起動の場合には、同時に点火すべき全てのバーナである(M≧2)。
例えば、動作モード設定部101は、何れのバーナ22も着火していない場合には、動作モードを“初起動モード”に設定する。例えば、燃焼システム500が起動した直後の初期動作時や、制御装置5からの全てのバーナ22に対する燃焼要求が無い場合、および燃焼室20内の全てのバーナ22がロックアウトした場合(または、ロックアウトが解除(リセット)された場合)には、動作モード設定部101は、動作モードを“初起動モード”に設定する。
一方、初起動モードにおいてM個のバーナが正常に着火した場合(後述する同時起動においては同時点火対象の全てのバーナが着火した場合、後述する順次起動においては最初に燃焼要求が出されたバーナが着火した場合)には、動作モード設定部101は、動作モードを“初起動モード”から“通常動作モード”に切り替える。具体的には、動作モード設定部101は、初起動モードにおいて点火が指示されたバーナ22に対応する後述の火炎判定部116からの火炎判定情報が“安定した火炎が発生していること”を示す場合には、動作モードを“初起動モード”から“通常動作モード”に切り替える。
指示部102は、各バーナコントローラ11A〜11Cに対して、対応するバーナ22A〜22Cの運転の許可・不許可を指示するとともに、各燃焼空間21A〜21Cのパージの実行を指示する。
具体的には、指示部102は、初起動モードにおいて制御装置5からバーナ22を点火する指示を受け取った場合には、先ず、全体パージの実行を指示する。例えば、夫々のバーナコントローラ11A〜11Cに対して対応する燃焼空間21A〜21Cのパージの実行を指示する。全体パージを実行する期間(全体プレパージ時間)T0(T0>0)の情報は、例えば、安全制御装置10の記憶部(図示せず)に予め記憶されており、指示部102は、記憶部に記憶された情報に基づいて全体パージの実行指示を出力する。全体プレパージ時間T0の経過後、指示部102は、制御装置5から点火が指示されたバーナ22の点火指示を、対応するバーナコントローラ11に対して出力する。
一方、通常動作モードにおいて制御装置5から特定のバーナ22を点火する指示を受け取った場合には、指示部102は、全体パージの実行を指示することなく、制御装置5から指示された特定のバーナ22の点火指示を、対応するバーナコントローラ11に対して出力する。
(2)バーナコントローラ11
図2に示されるように、バーナコントローラ11は、上記点火シーケンスに基づく制御に関連する機能部として、パージ時間設定部111、点火シーケンス制御部112、記憶部113、パージ制御部114、点火制御部115、および火炎判定部116を有している。例えば、これらの機能部は、CPUなどのプロセッサと、各種のメモリと、その他の周辺回路とから構成されたマイクロコントローラ(MCU)によって実現される。すなわち、MCUにおける上記プロセッサが上記メモリに記憶されたプログラムに従って各種のデータ処理を実行することにより、パージ時間設定部111、点火シーケンス制御部112、記憶部113、パージ制御部114、点火制御部115、および火炎判定部116が実現される。
なお、各バーナコントローラ11A〜11Cは同一の構成を有していることから、以下は、バーナコントローラ11Aについて代表して説明し、その他のバーナコントローラ11B、11Cについては詳細な説明を省略する。
パージ時間設定部111は、動作モード設定部101によって設定された動作モードに基づいて、点火シーケンスに従って実行されるプレパージ、すなわち単体パージの実行時間を設定する機能部である。具体的には、パージ時間設定部111は、動作モード設定部101によって初起動モードが設定された場合には、単体パージの実行時間を第1プレパージ時間T1に設定し、動作モード設定部101によって通常動作モードが設定された場合には、単体パージの実行時間を第2プレパージ時間T2に設定する。
第1プレパージ時間T1の情報1130および第2プレパージ時間T2の情報1131は、例えば、燃焼制御装置1(安全制御装置10またはバーナコントローラ11)の製造時または出荷時等において内部のフラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ等に書き込まれ、燃焼制御装置1の起動時等において、上記不揮発性メモリからバーナコントローラ11のMPU内のRAM等に展開されることにより、記憶部113に記憶される。
パージ時間設定部111は、動作モード設定部101によって選択された動作モードに対応するプレパージ時間の情報を記憶部113から読み出すことにより、単体パージの実行時間を設定する。
ここで、第1プレパージ時間T1および第2プレパージ時間T2は、燃焼システム500の種類や燃焼システム500を使用するユーザの要求等に応じて任意に設定することが可能である。本実施の形態では、一例として、T1=0[s]とし、T2=T0とする。
点火シーケンス制御部112は、所定の点火シーケンスに従って、パージ制御部114および点火制御部115に指示を出すことにより、対応するバーナの点火動作を制御する機能部である。
上記所定の点火シーケンスとは、バーナを点火する際に、各リミット・インターロックの監視や、プレパージの実行、点火動作(イグニッショントライアル)の実行等の手順を規定しているプログラムである。上記所定の点火シーケンスの情報は、例えば各バーナコントローラ11内部の記憶部(図示せず)に記憶されている。例えば、指示部102から点火指示がバーナコントローラ11に入力されると、上記記憶部に記憶されているプログラムが実行され、点火シーケンス制御部112が、そのプログラムに従ってパージ制御部114および点火制御部115に対して指示を出すことにより、決められた手順でバーナを点火する。
具体的に、点火シーケンス制御部112は、指示部102からバーナ22の点火指示を受け取った場合には、パージ時間設定部111によって設定された単体パージの実行時間に基づくプレパージの実行をパージ制御部114に指示するとともに、バーナ22の点火を点火制御部115に対して指示する。
例えば、初起動モード時、すなわちパージ時間設定部111によって単体パージの実行時間が第1プレパージ時間T1に設定されているときに、指示部102からバーナ22の点火指示を受け取った場合には、点火シーケンス制御部112は、パージ制御部114に指示することにより、対応するバーナの燃焼空間に対して燃料の供給を停止した状態でエアーを供給させる。そして、点火シーケンス制御部112は、第1プレパージ時間T1の経過後に、点火制御部115に指示することにより、対応するバーナの点火動作を開始させる。このとき、T1=0であるならば、点火シーケンス制御部112は、パージ制御部114に対して、0秒間のプレパージの実行、すなわちプレパージを実行させることなく、点火制御部115に指示してバーナ22を点火させる。
また、通常動作モード時、パージ時間設定部111によって単体パージの実行時間が第2プレパージ時間T2に設定されているときに、指示部102からバーナ22の点火指示を受け取った場合には、点火シーケンス制御部112は、パージ制御部114に指示することにより、対応するバーナの燃焼空間に対して燃料の供給を停止した状態でエアーを供給させる。そして、点火シーケンス制御部112は、第1プレパージ時間T2の経過後に、点火制御部115に指示することにより、対応するバーナの点火動作を開始させる。
パージ制御部114は、指示部102および点火シーケンス制御部112からのパージの実行の指示に応じて、対応する燃焼空間21のパージを制御する機能部である。具体的には、指示部102または点火シーケンス制御部112から燃焼空間21に対するパージの実行が指示された場合には、制御信号24を出力することにより、指示された燃焼空間21に対応するエアーバルブ41を開け、その燃焼空間のパージを開始する。また、指示部102または点火シーケンス制御部112から燃焼空間21に対するパージの停止が指示された場合には、制御信号24を出力することにより、指示された燃焼空間21に対応するエアーバルブ41を閉じ、その燃焼空間のパージを停止する。
点火制御部115は、指示部102からの指示、および点火シーケンス制御部112からの点火の指示に応じて、対応するバーナ22の点火と、対応するバーナの燃焼停止を制御する機能部である。具体的に、点火制御部115は、安全遮断弁31の開閉を制御する機能部と、点火装置(図示せず)を制御する機能部とを含み、各機能部から制御信号を出力することにより、制御対象の機器を駆動する。なお、本実施の形態では、点火制御部115における上記機能部から出力される夫々の制御信号を“制御信号25”としてまとめて表記する。
点火制御部115は、点火シーケンス制御部112から点火が指示された場合には、制御信号25を出力することにより、点火が指示されたバーナ22に対応する安全遮断弁31を開けるとともに、点火装置(図示せず)によってスパークを発生させ、バーナ22を点火する。一方、点火シーケンス制御部112または指示部102からバーナの燃焼の停止が指示された場合には、制御信号25を出力することにより、対応する安全遮断弁31を閉じ、バーナの燃焼を停止させる。
火炎判定部116は、対応するバーナ22の火炎検出器(図示せず)から出力された火炎検出信号23に基づいて、バーナ22による安定した火炎が発生しているか否かを示す火炎判定情報を生成する。上記火炎判定情報は、上述した動作モード設定部101による動作モードの切り替えの判定に利用される他、バーナコントローラ11による対応するバーナのロックアウトの実行の判定等に利用される。
次に、上述した点火シーケンスに基づく制御に関連する機能部によるバーナ22の点火動作について、図3、図4のタイミングチャートを用いて具体的に説明する。
一般に、燃焼システム500のようなマルチバーナシステムでは、初起動時の点火手法として、燃焼室内の各バーナを順番に点火する“順次起動”と、燃焼室内の各バーナを同時に点火する“同時起動”の2種類の手法が知られている。ここでは、一例として、上記の夫々の点火手法におけるバーナ22の点火動作について説明する。
また、以下の説明では、上述したように、全体プレパージ時間T0>0、第1プレパージ時間T1=0、第2プレパージ時間T2=T0が燃焼制御装置1に設定されているものとする。
先ず、順次起動時のバーナの点火動作について説明する。
図3は、実施の形態に係る燃焼制御装置による順次起動時のバーナの点火動作を説明するためのタイミングチャートである。
図3の最上段には、安全制御装置10によるパージの指示(パージ指令)の有無、および全体プレパージの期間が示されている。また、その下の段には、バーナコントローラ11A、11B、11Cの順に、バーナに対する点火要求(燃焼要求)の有無、点火動作(イグニッショントライアル)の有無、安全遮断弁31の開閉状態、エアーバルブ41の開閉状態、風圧スイッチ42Aの検出状態、およびバーナ22の火炎の有無が示されている。また、図3の最下段には、動作モードが示されている。
また、図3において、燃焼要求の出力されている期間、点火動作が行われている点火期間(イグニッショントライアル期間)、安全遮断弁31が開いている期間、エアーバルブ41が開いている期間、風圧スイッチ42が一定以上の圧力を検出している期間、および火炎が発生している期間を、ハッチングを付して示している。なお、これらの図3に関する各種情報は、後述する図4においても同様である。
図3に示されるように、例えば時刻t0において、燃焼システム500が起動すると、動作モード設定部101が“初起動モード”を選択し、それに応じて、パージ時間設定部111が単体パージの実行時間として第1プレパージ期間T1(=0)を設定する。
その後、制御装置5が、順次起動のシーケンスに従って、燃焼室2の燃焼要求を燃焼制御装置1に対して出力する。具体的には、制御装置5が、順次起動のシーケンスにおける最初に点火すべきバーナ、例えばバーナ22Aの燃焼要求を燃焼制御装置10に対して出力する。その燃焼要求を受け取った燃焼制御装置1は、先ず、全体パージを実行する。具体的には、例えば時刻t1において、安全制御装置10の指示部102が、各バーナコントローラ11A〜11Cに対して夫々の燃焼空間21A〜21Cのプレパージの実行を指示する。その指示を受け取った各バーナコントローラ11A〜11Cは、パージ制御部114によって対応する燃焼空間21A〜21Cのプレパージを開始する。
プレパージの開始後、例えば時刻t2において、各風圧スイッチ42A〜42Cから一定以上の圧力を検出していることを示す検出信号26A〜26Cが出力されたら、安全制御装置10が、パージ時間のカウントを開始する。そして、例えば時刻t3において、カウント時間が全体パージ時間T0と一致したら、安全制御装置10の指示部102が、各バーナコントローラ11A〜11Cに対してパージの停止を指示することにより、全体パージが終了する。
全体パージ終了直後の時刻t4において、安全制御装置10の指示部102が、バーナコントローラ11Aに対してバーナ22Aの点火指示を出力する。点火指示を受け取ったバーナコントローラ11Aは、点火シーケンスに従った点火動作を開始する。
先ず、点火シーケンス制御部112が、パージ制御部114に対して、エアーバルブ41Aを開けることを指示する。ここで、単体パージの実行時間は第1プレパージ時間T1(=0)に設定されているので、例えば時刻t5において風圧スイッチ42Aから一定以上の圧力を検出していることを示す検出信号26Aが出力されたら、点火シーケンス制御部112は、パージ時間のカウントを行うことなく、点火制御部115に対してバーナの点火を指示する。指示を受けた点火制御部115は、安全遮断弁31Aを開けてバーナ22Aに燃料を供給するとともに、イグニッショントライアルを開始する。これにより、バーナ22Aが着火する。
バーナ22Aの点火期間の経過後、例えば時刻t6において、バーナコントローラ11Aの火炎判定部116が、安定した火炎が発生していることを示す火炎判定情報を安全制御装置10に対して出力する。この火炎判定情報を受け取った安全制御装置10は、動作モード設定部101によって、動作モードを“初起動モード”から“通常動作モード”に切り替える。これを受けて、各バーナコントローラ11A〜11Cのパージ時間設定部111は、単体パージの実行時間を“第1プレパージ時間T1”から“第2プレパージ時間T2”に変更する。
通常動作モードに切り替わった後の時刻t7において、制御装置5が、順次起動のシーケンスにおける次に点火すべきバーナ、例えばバーナ22Bに対する点火指示を燃焼制御装置1に対して出力すると、安全制御装置10は、バーナコントローラ11Bに対してバーナ22Bの点火指示を出力する。点火指示を受け取ったバーナコントローラ11Bは、点火シーケンスに従った点火動作を開始する。
上述したように、単体パージの実行時間は、第1パージ時間T1から第2プレパージ時間T2に変更されているので、バーナコントローラ11Bの点火シーケンス制御部112は、先ず、パージ制御部114に対してエアーバルブ41Aを開けることを指示することにより、燃焼空間21Bのプレパージが開始される。その後、例えば時刻t8において風圧スイッチ42Bから一定以上の圧力を検出していることを示す検出信号26Bが出力されたら、点火シーケンス制御部112は、パージ時間のカウントを開始する。そして、例えば時刻t9において、カウント時間が第2プレパージ時間T2と一致したら、点火シーケンス制御部112が、パージ制御部114に対してパージの停止を指示することにより、燃焼空間21Bの単体パージが終了する。
燃焼空間21Bの単体パージの終了後、バーナコントローラ11Bにおいて、点火シーケンス制御部112が、点火制御部115に対してバーナ22Bの点火を指示する。指示を受けた点火制御部115は、安全遮断弁31Bを開けてバーナ22Bに燃料を供給するとともに、イグニッショントライアルを開始する。これにより、バーナ22Bが着火する。
その後、例えば時刻t10において、制御装置5が順次起動のシーケンスにおいて最後に点火すべきバーナ、すなわちバーナ22Cに対する点火の要求を燃焼制御装置1に対して出力すると、安全制御装置10が、バーナコントローラ11Cに対してバーナ22Cの点火指示を出力する。点火指示を受け取ったバーナコントローラ11Cは、上述したバーナコントローラ11Bと同様に、点火シーケンスに従った点火動作を行う。すなわち、バーナコントローラ11Cは、第2プレパージ時間T2の単体パージを行った後に、バーナ22Cを点火する。これにより、全てのバーナ22A〜22Cが着火する。
次に、同時起動時のバーナの点火動作について説明する。
図4は、実施の形態に係る燃焼制御装置による同時起動時のバーナの点火動作を説明するためのタイミングチャートである。
図4に示されるように、例えば時刻t0において、燃焼システム500が起動すると、動作モード設定部101が“初起動モード”を選択し、それに応じて、パージ時間設定部111が単体パージの実行時間として第1プレパージ期間T1(=0)を設定する。
その後、制御装置5が、同時起動のシーケンスに従って、燃焼室2の燃焼要求を燃焼制御装置1に対して出力する。具体的には、制御装置5が、同時起動のシーケンスにおいて点火すべき全てのバーナ、すなわちバーナ22A〜22Cの燃焼要求を燃焼制御装置10に対して出力する。その燃焼要求を受け取った燃焼制御装置1は、例えば、時刻t1において、全体パージを実行する。全体パージにおける具体的な処理手順は、上述した図3と同様である。
時刻t3において全体パージ終了すると、その直後の時刻t4において、安全制御装置10の指示部102が、各バーナコントローラ11A〜11Cに対してバーナ22A〜22Cの点火指示を出力する。点火指示を受け取った各バーナコントローラ11A〜11Cは、点火シーケンスに従った点火動作を開始する。
具体的には、各バーナコントローラ11A〜11Cにおいて、点火シーケンス制御部112が、パージ制御部114に対して、エアーバルブ41A〜41Cを開けることを指示する。ここで、単体パージの実行時間は第1プレパージ時間T1(=0)に設定されているので、例えば時刻t5において各風圧スイッチ42A〜42Cから一定以上の圧力を検出していることを示す検出信号26A〜26Cが出力されたら、各バーナコントローラ11A〜11Cにおいて、点火シーケンス制御部112が、パージ時間のカウントを行うことなく、点火制御部115に対してバーナの点火を指示する。指示を受けた点火制御部115は、安全遮断弁31A〜31Cを開けてバーナ22A〜22Cに燃料を供給するとともに、イグニッショントライアルを開始する。これにより、バーナ22A〜22Cが着火する。
バーナ22A〜22Cが着火した後、例えば時刻t6において、各バーナコントローラ11A〜11Cの火炎判定部116が、安定した火炎が発生していることを示す火炎判定情報を安全制御装置10に対して夫々出力する。これらの火炎判定情報を受け取った安全制御装置10は、初起動モードにおいて同時点火対象の全てのバーナ22A〜22Cが正常に着火したと判定し、動作モード設定部101によって、動作モードを“初起動モード”から“通常動作モード”に切り替える。これを受けて、各バーナコントローラ11A〜11Cのパージ時間設定部111は、単体パージの実行時間を“第1プレパージ時間T1”から“第2プレパージ時間T2”に変更する。
その後、例えば時刻t7においてバーナ22Bが断火し、時刻t8において再びバーナ22Bの再点火が制御装置5から要求されたとする。この場合、安全制御装置10の指示部102が、バーナコントローラ11Bに対してバーナ22Bの点火を指示する。
この場合に、上述したように、単体パージの実行時間は、第1パージ時間T1から第2プレパージ時間T2に変更されているので、バーナコントローラ11Bの点火シーケンス制御部112は、先ず、パージ制御部114に対してエアーバルブ41Aを開けることを指示することにより、燃焼空間21Bのプレパージを開始する。その後、例えば時刻t9において風圧スイッチ42Bから一定以上の圧力を検出していることを示す検出信号26Bが出力されたら、点火シーケンス制御部112は、パージ時間のカウントを開始する。そして、例えば時刻t10において、カウント時間が第2プレパージ時間T2と一致したら、点火シーケンス制御部112が、パージ制御部114に対してパージの停止を指示することにより、燃焼空間21Bの単体パージが終了する。
燃焼空間21Bの単体パージの終了後、バーナコントローラ11Bにおいて、点火シーケンス制御部112が、点火制御部115に対してバーナ22Bの点火を指示する。指示を受けた点火制御部115は、安全遮断弁31Bを開けてバーナ22Bに燃料を供給するとともに、イグニッショントライアルを開始する。これにより、バーナ22Bが再度、着火する。
〈燃焼制御装置による効果〉
以上、本発明に係る燃焼制御装置によれば、バーナを点火する際の各燃焼空間の単体プレパージの実行時間として、初起動時の単体パージ時間(第1プレパージ時間T1)と、通常動作時の単体パージ時間(第2プレパージ時間T2)と別個に設定することができる。これにより、初起動時にバーナを点火する場合と通常動作時にバーナを点火する場合とで、単体パージの実行時間を相違させることができるので、初起動時においてバーナを点火する際の全体的なパージ時間を最適化することが可能となる。
具体的には、上述したように、第1プレパージ時間T1をT2よりも短くすることにより、通常動作状態における再点火時には各バーナの適切なプレパージ時間を確保しつつ、初起動時には、全体パージの時間と単体パージの時間との合計パージ時間を短縮して、バーナが着火するまでの時間を短くすることができる。
特に、初起動時の単体パージの実行時間を0秒に設定することにより、初起動時の単体パージを省略することができる。これによれば、初起動時の単体パージを省略したとしても、初起動時には全体パージが実行されることから、適切なパージ時間を確保することができ、且つ、バーナが着火するまでの時間を更に短くすることができる。
以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、上記実施の形態において、燃焼システム500が1つの燃焼室20を有する場合を一例として説明したが、燃料室の個数は、特に制限されない。例えば、燃焼システム500が複数の燃焼室を有していてもよい。この場合には、燃焼室毎に上記燃焼制御装置1を設け、夫々の燃焼制御装置1によって対応する燃焼室内に設けられたバーナ22の燃焼を制御すればよい。なお、夫々の燃焼室は、例えばワークがベルトコンベア等によって燃焼室間を移動できるように、隣接する燃焼室同士の壁の一部が開放された構造を有してもよい。すなわち、夫々の燃焼室は、温度や圧力等を別個に制御することが可能な空間であればよく、物理的に分離されているか否かは問わない。
また、上記実施の形態において、第1プレパージ時間T1の情報1130および第2プレパージ時間T2の情報1131が、燃焼制御装置1の製造時または出荷時等においてフラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ等に書き込まれるものとして説明したが、例えば、燃焼システム500の構築時や燃焼システム500のメンテナンス時等の燃焼制御装置1の製造後においても、第1プレパージ時間T1の情報1130および第2プレパージ時間T2の情報1131が書き換えられるようにしてもよい。
また、上記実施の形態において、風圧スイッチ42A〜42Cを例示したが、燃焼空間へのエアーの供給が確認できる装置であれば、これに限定されない。例えば、風圧スイッチ42A〜42Cの代わりに、差圧センサや流量センサを用いてもよい。
1…燃焼制御装置、2…燃焼室、3…燃料流路、4…空気流路、5…制御装置、10…安全制御装置、11A〜11C…バーナコントローラ、20…加熱空間、21A〜21C…燃焼空間、22A〜22C…バーナ、23A〜23C…火炎検出信号、24A〜24C、25A〜25C…制御信号、26A〜26C…検出信号、30、31A〜31C…安全遮断弁、40…ブロア、41A〜41C…エアーバルブ、42A〜42C…風圧スイッチ、101…動作モード設定部、102…指示部、111…パージ時間設定部、112…点火シーケンス制御部、113…記憶部、1130…第1プレパージ時間T1の情報、1131…第2プレパージ時間T2の情報、114…パージ制御部、115…点火制御部、116…火炎判定部。

Claims (5)

  1. 相互に異なる燃焼空間を有するN(Nは2以上の整数)個のバーナの運転を制御する燃焼制御装置であって、
    前記バーナ毎に設けられ、対応するバーナの点火と、対応するバーナの燃焼空間に対するパージを制御するバーナコントローラと、
    前記バーナコントローラに対して、前記燃焼空間のパージの実行を指示するとともに、前記バーナの点火を指示する指示部と、を有し、
    前記指示部は、前記N個のバーナの何れも着火していない状態からM(Mは1以上N以下の整数)個のバーナを点火させる場合には、前記燃焼空間のパージを夫々の前記バーナコントローラに対して指示するとともに、当該パージが完了した後に前記M個のバーナの点火を対応するバーナコントローラに対して指示し、前記M個のバーナが正常に着火した後の通常動作状態において任意のバーナを点火させる場合には、前記燃焼空間に対するパージを指示することなく、前記任意のバーナの点火を指示し、
    前記バーナコントローラは、前記バーナの何れも着火していない状態において前記指示部からバーナの点火が指示された場合には、対応するバーナの燃焼空間に対する燃料の供給を停止した状態でエアーの供給を行ってから第1プレパージ時間の経過後に、対応するバーナの点火動作を開始し、前記通常動作状態において前記指示部からバーナの点火が指示された場合には、対応するバーナの燃焼空間に対して燃料の供給を停止した状態でエアーの供給を行ってから第2プレパージ時間の経過後に、対応するバーナの点火動作を開始し、
    前記第1プレパージ時間は、前記第2プレパージ時間よりも短く、
    前記第1プレパージ時間は、0秒である
    ことを特徴とする燃焼制御装置。
  2. 請求項1に記載の燃焼制御装置において、
    前記N個のバーナの何れも着火していない状態から前記M個のバーナを点火するための初起動モードと、前記M個のバーナが正常に着火した後の通常動作状態において前記N個のバーナの運転を制御するための通常動作モードの何れか一方を、動作モードとして設定する動作モード設定部を更に有し、
    前記バーナコントローラは、
    前記指示部によるパージの実行の指示に応じて、対応するバーナの燃焼空間のパージを制御するパージ制御部と、
    対応するバーナの点火を制御する点火制御部と、
    前記動作モード設定部によって前記初起動モードが設定された場合に、前記プレパージの実行時間を前記第1プレパージ時間に設定し、前記動作モード設定部によって前記通常動作モードが設定された場合に、前記プレパージの実行時間を前記第2プレパージ時間に設定するパージ時間設定部と、
    前記指示部によるバーナの点火の指示に応じて、前記パージ時間設定部によって設定された前記プレパージの実行時間に基づくプレパージの実行を対応する前記パージ制御部に指示するとともに、バーナの点火を対応する前記点火制御部に指示する点火シーケンス制御部と、を含む
    ことを特徴とする燃焼制御装置。
  3. 請求項2に記載の燃焼制御装置において、
    前記動作モード設定部は、前記初起動モードにおいて前記M個のバーナが正常に着火した場合に、前記動作モードを前記初起動モードから前記通常動作モードに切り替える
    ことを特徴とする燃焼制御装置。
  4. 請求項2または請求項3に記載の燃焼制御装置と、
    前記N個の燃焼空間を有する燃焼室と、
    前記燃焼空間毎に設けられ、前記パージ制御部からの制御信号に基づいて、対応する燃焼空間に対するエアーの供給を制御する第1バルブと、
    前記燃焼空間毎に設けられ、前記点火制御部からの制御信号に基づいて、対応する燃焼空間のバーナに対する燃料の供給を制御する第2バルブと、を備える
    ことを特徴とする燃焼システム。
  5. 請求項4に記載の燃焼システムにおいて、
    前記バーナは、ラジアントチューブバーナである
    ことを特徴とする燃焼システム。
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