TWI796645B - 鍋爐風門控制器暨安全保護裝置 - Google Patents

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曾坤富
詹健彬
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陳勝雄
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Abstract

一種鍋爐風門控制器暨安全保護裝置，一種鍋爐風門控制器暨安全保護裝置，其包含：一控制器、一風門控制器、一安全保護裝置及一人機介面，該控制器提供指令與動作，並電性連接該風門控制器、該安全保護裝置及該人機介面，該風門控制器設於一鍋爐的風管處，包含一馬達驅轉一控制軸，該控制軸驅轉一風門，該風門設於該風管內，該控制軸延伸到該安全保護裝置，該安全保護裝置，包含一基板電性連接該馬達與該控制器，該基板上設有一電子訊號偵測器及一訊號轉換單元，該控制軸延伸到該安全保護裝置時受該電子訊號偵測器判讀，當該控制軸轉動角度變化時，達到不同的訊號偵測判斷，傳遞到該控制器再到該人機介面，該人機介面提供使用者操作與判讀數據。

Description

鍋爐風門控制器暨安全保護裝置
本創作係關於一種裝設於鍋爐的進風口的風門控制器，以控制風門的進氣流量的設計。
舉凡電力、機械、冶金、化工、紡織、造紙、食品等行業都會用到鍋爐，鍋爐是用瓦斯或燃油等可燃流體噴入一鍋爐本體中並點火燃燒，其可燃流體燃燒時，必須配合可燃流體等比例的空氣進入鍋爐本體內，才能達到有效率的燃燒，而目前該種可燃流體進入鍋爐本體與空氣進入鍋爐本體的方式均是預先算好後，以自動控制方式，控制風門的大小，以切換流量。
當鍋爐本體內進入的空氣與可燃流體比例不對時，在空氣多於可燃流體會有燃燒效能不彰問題，另外在可燃流體多於空氣時，可燃流體無法完全燃燒，會累積在鍋爐中，當累積到一範圍時，如未能及時發現修正，最終會引發鍋爐爆炸，因此風門控制多少空氣進入鍋爐本體是非常重要的結構，目前已知的風門控制裝置，分別如下：
一種為2018年9月17日申請，專利號公告第M572478號的「多段式流量控制器」，該種設計是利用一電路板與一驅動馬達電性連接，該驅動馬達與一驅動桿相結合並可驅轉該驅動桿，該驅動桿連動複數個段數控制組，該各段數控制組分別配合一微動開關，各段數控制組為堆疊設置，且分別代表一不同的角度，當該驅動馬達轉動該驅動桿與選定的段數控制組匹配時，利用選定的段數控制組轉到特定角度去觸碰微動開關，該驅動馬達即因此停止運作；該種設計會因為微動開關的損壞，令驅動馬達與驅動桿轉動高出預期或未達到預期，造成空氣時與可燃流體混合比錯誤，又或控制的人於遠端控制電路板令驅動馬達轉動，但是事實驅動馬達卻未驅動時，於遠端控制的人只能知道他切換驅動桿轉動轉動的角度，但是不知道驅動桿是不是有依照轉動到指定角度。
另一種為2018年1月18日申請，2018年8月1日公告，專利號公告第I631300號的「風門驅動器」，該種設計具有可以看出驅動桿轉動到指定角度的揭示，但必須在鍋爐現場才能以視覺直接進行判斷，該係於風門驅動器上直接設置一辨識板，該辨識板上有角度指示片，一指針可以配合在該角度指示片上擺動，供現場工作人員識別辨識。
專利號公告第I631300號的「風門驅動器」雖然有風量的顯示供工程人員辨識實際出風量，但是該種設計僅限於現場人工識別，無法做最即時的反應，且人工辨識的失誤率與遺漏率高，使用仍有其風險，且因僅限於現場人工識別耗費人力，與增加現場必須有人的安全性。
已知現有風門控制器多半沒有核對實際風門開啟的安全機制，使用具有其風險，另有核對實際風門開啟的設計，卻必須有工作人員於現場用人眼辨識，該種現場工作人員辨識的方式，其具有耗費人力，人員至於危險環境，與工作人員的人工辨識有失誤率與遺漏率高的缺失，工作人員不可能全天候盯著風門控制器。
本創作之鍋爐風門控制器暨安全保護裝置，其包含：一控制器、一風門控制器、一安全保護裝置及一人機介面；該控制器提供指令與動作，並電性連接該風門控制器、該安全保護裝置及該人機介面；該風門控制器設於一鍋爐的風管處，包含：一馬達、一減速機構、一控制軸及一風門，該馬達驅動該減速機構，該減速機構驅轉該控制軸，該控制軸連動可驅轉該風門，該風門設於該風管內，當該控制軸連動驅轉該風門時，可以控制該風管的通過空間大小，該控制軸延伸到該安全保護裝置；該安全保護裝置，包含一基板，以該基板電性連接該馬達與該控制器，該基板上設有一電子訊號偵測器及一訊號轉換單元，該控制軸延伸到該安全保護裝置時受該電子訊號偵測器判讀，當該控制軸轉動時，以達到不同的訊號偵測判斷，該電子訊號偵測器判讀數據由該訊號轉換單元轉換角度數據，該轉動角度數據再提供給該基板傳遞到該控制器再到該人機介面；該人機介面提供使用者操作與判讀數據。
本創作鍋爐風門控制器暨安全保護裝置，其風門實際轉動的角度可以被遠端監控，且所有訊號均轉換為數據化，可以達到危險時自動警告、自動停機等功能，使用更人性化、更省人力、更確實與更安全，與習知必須由現場人員目視判斷更不會出錯、更節省人力，與不受限需在現場，於任何地點都能安全監控，更適合實現無人化工廠。
請先參閱第一圖、第二圖、第三圖、第四圖、第五圖及、第六圖所示，本創作鍋爐包含：一鍋爐本體10、一燃料管20、一風管30、一風門控制器40、一安全保護裝置50及一人機介面60。
該鍋爐本體10配合設有一控制器111，該控制器111設於一控制箱11，該控制箱11設於該鍋爐本體10旁，該控制器111提供指令與動作，並電性連接該風門控制器40、該安全保護裝置50及該人機介面60；該控制器111為單晶控制器或PLC控制器(可程式化邏輯控制器programmable logic controller，簡稱PLC)。
該燃料管20一端連接瓦斯(或其他可燃流體)來源，另一端連接到該鍋爐本體10，提供瓦斯配合該風管30進入該鍋爐本體10。
該風管30一端連接鼓風機31，另一端連接到該鍋爐本體10，以該鼓風機31提供空氣來源配合該燃料管20進入該鍋爐本體10。
該風門控制器40設於該風管30上靠近該鍋爐本體10處，包含：一馬達41、一減速機構42、一控制軸43及一風門44，該馬達41驅動該減速機構42，該減速機構42驅轉該控制軸43，該控制軸43連動可驅轉該風門44，該風門44設於該風管30內，當該控制軸43連動驅轉該風門44時，可以控制該風管30的通過空間大小，該控制軸43延伸到該安全保護裝置50，該控制軸43延伸出為非圓形柱體431，見第二圖與第五圖所示。
該安全保護裝置50，包含一基板51，以該基板51電性連接該馬達41與該控制器111，該基板51上設有一電子訊號偵測器52及一訊號轉換單元53，該控制軸43延伸到該安全保護裝置50時受該電子訊號偵測器52判讀，該電子訊號偵測器52是設有一非圓形孔521供該非圓形柱體431穿入，該電子訊號偵測器52為電阻訊號偵測方式，當該控制軸43轉動時該非圓形柱體431會在該非圓形孔521中轉動，不同的角度該電子訊號偵測器52會產生不同的電阻值，藉以達到不同的訊號偵測判斷，該轉動位置對應的電阻值數據是由該訊號轉換單元53轉換成角度數據，該轉換角度數據再提供給該基板51傳遞到該控制器111再到該人機介面60，見第六圖所示。
該人機介面60提供操作與判讀數據，其可以為個人電腦或智慧手機等裝置，該可以透過該控制器111操作該風門控制器40的該風門44大小(或角度、流量)，也可以顯示該電子訊號偵測器52判讀該控制軸43的角度，供操作人員解讀操作出的數據與該風門44實際的數據是否相同，該比對結果並可以設定給一警示裝置61，當風門44實際的數據與操作數據不同時，該人機介面60可以透過該警示裝置61發生聲音或光線等警示。
如第七圖所示，該操作流程為：
A、開始，啟動鍋爐。
B、設定風門數據，由該人機介面60設定風門數據，該為設定風門開啟該風管30的流量。
C、傳送風門數據，該人機介面60設定數據傳遞給該安全保護裝置50與該風門控制器40。
D、轉動風門，以該風門控制器40轉動該風門44實際角度。
E、比對風門數據，比對步驟B的風門數據與步驟D的該風門44實際角度為相符或不相符。
F、相符，當比對風門數據為相符則到步驟J。
G、不相符，當比對風門數據為不相符，則到步驟H。
H、發出警告，由該安全保護裝置50透過該人機介面60發出警告。
I、停機/檢查，當該人機介面60發出警告後則由維修人員進行檢查，或停止鍋爐運轉，如沒問題回到步驟A。
J、完成，重複回到步驟E。
藉由上述結構，當該燃料管20送入設定流量的瓦斯進入該鍋爐本體10時，該同時傳遞給該控制器111，透過預先計算的比例，該控制器111會連接該風門控制器40，令該馬達41啟動該減速機構42而帶動該控制軸43與該風門44，該安全保護裝置50的該電子訊號偵測器52並同時偵測該控制軸43，再傳訊號回該控制器111再到該人機介面60。
由上述具體實施例之結構，可得到下述之效益：其風門44實際轉動的角度可以被遠端監控，且所有訊號均轉換為數據化，可以達到危險時自動警告、自動停機等功能，使用更人性化、更省人力、更確實與更安全，與習知必須由現場人員目視判斷更不會出錯、更節省人力，與不受限需在現場，於任何地點都能安全監控，更適合實現無人化工廠。
10:鍋爐本體 11:控制箱 111:控制器 20:燃料管 30:風管 31:鼓風機 40:風門控制器 41:馬達 42:減速機構 43:控制軸 431:非圓形柱體 44:風門 50:安全保護裝置 51:基板 52:電子訊號偵測器 521:非圓形孔 53:訊號轉換單元 60:人機介面 A:開始 B:設定風門數據 C:傳送風門數據 D:轉動風門 E:比對風門數據 F:相符 G:不相符 H:發出警告 I:停機/檢查 J:完成
第一圖為本創作的整體結構圖。 第二圖為本創作的立體組合圖。 第三圖為本創作第二圖的局部剖面圖，此為完全封閉流量。 第四圖為本創作第二圖的局部剖面圖，此為完全開啟流量。 第五圖為本創作轉動風門並判讀風門角度示意圖。 第六圖為本創作結構間連結關係示意圖。 第七圖為本創作操作流程圖。
30:風管
40:風門控制器
41:馬達
42:減速機構
43:控制軸
431:非圓形柱體
44:風門
50:安全保護裝置
51:基板
52:電子訊號偵測器
521:非圓形孔
53:訊號轉換單元

Claims (6)

  1. 一種鍋爐風門控制器暨安全保護裝置，其包含：一控制器、一風門控制器、一安全保護裝置及一人機介面；該控制器提供指令與動作，並電性連接該風門控制器、該安全保護裝置及該人機介面；該風門控制器設於一鍋爐的風管處，包含：一馬達、一控制軸及一風門，該馬達驅轉該控制軸，該控制軸連動可驅轉該風門，該風門設於該風管內，當該控制軸連動驅轉該風門時，可以控制該風管的通過空間大小，該控制軸延伸到該安全保護裝置，該控制軸延伸出為非圓形柱體；該安全保護裝置，包含一基板，以該基板電性連接該馬達與該控制器，該基板上設有一電子訊號偵測器及一訊號轉換單元，該控制軸延伸到該安全保護裝置時受該電子訊號偵測器判讀，該電子訊號偵測器設有一非圓形孔供該非圓形柱體穿入，當該控制軸轉動角度變化時該非圓形柱體在該非圓形孔中轉動，達到不同的訊號偵測判斷，該電子訊號偵測器判讀數據由該訊號轉換單元轉換角度數據，該轉動角度數據再提供給該基板傳遞到該控制器再到該人機介面；該人機介面提供使用者操作與判讀數據。
  2. 如請求項1之鍋爐風門控制器暨安全保護裝置，其中該電子訊號偵測器當為電阻訊號偵測方式。
  3. 如如請求項1之鍋爐風門控制器暨安全保護裝置，其中該電子訊號偵測器當為電阻訊號偵測方式。
  4. 如請求項1之鍋爐風門控制器暨安全保護裝置，其中該人機介面可以為個人電腦或智慧手機等裝置。
  5. 如請求項4之鍋爐風門控制器暨安全保護裝置，其中更包含：一警示裝置，當風門實際的數據與操作數據不同時，該人機介面可以透過該警示裝置發生聲音或光線等警示。
  6. 如請求項1之鍋爐風門控制器暨安全保護裝置，其中該風門控制器更包含：一減速機構，該減速機構設於該馬達與該控制軸之間，該控制軸透過該馬達驅動。
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