(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水加熱システムであって、
上部に第１の平板を含む密閉ハウジングを含む燃焼室、および前記第１の平板に取り付けられ前記燃焼室内に設置されたメッシュバーナーを含む直立型ボイラー、
前記燃焼室にガスを運ぶために前記燃焼室に流体連結された少なくとも１つのコンジットであって、前記バーナーがガスを燃焼させ、燃焼生成物を生成するコンジット、
前記燃焼室の上部平板に連結されて、前記燃焼室内に配置されて前記燃焼生成物中の酸素の量を検出する酸素センサーであって、前記燃焼生成物中の酸素の量を表すデータを出力する酸素センサー、
前記水加熱システムのフィードバック制御のための制御ユニットであって、前記酸素センサーからデータを受信し、前記燃焼室中でのガスの燃焼が少なくとも前記データに基づいて制御できる制御ユニット、
前記燃焼室に連結され、前記燃焼生成物を使って水を加熱する熱交換システムであって、前記燃焼室の下方に配置され、前記燃焼生成物が通る略垂直に真直ぐな複数の管を含む熱交換システム、および
前記熱交換システムに連結されて前記燃焼生成物を前記熱交換システムから外部へ運び出す少なくとも１つの煙管、
を含み、
前記上部平板が、前記第１の平板に取り付けられかつ前記第１の平板の上に配置されており、
前記上部平板及び前記第１の平板が凹部を画定し、前記第１の平板によって前記凹部の表面が前記燃焼室内に画定され、前記酸素センサーが前記凹部内に配置され、前記酸素センサーの検出部の全体が前記凹部内にある水加熱システム。
【請求項２】
前記酸素センサーが、前記燃焼室中の前記バーナーに隣接して配置される、請求項１に記載の水加熱システム。
【請求項３】
前記バーナーが、前記第１の平板に取り付けられ、円柱状短炎低窒素酸化物（ＮＯｘ）メッシュバーナーを含む、請求項１に記載の水加熱システム。
【請求項４】
前記第１の平板が前記少なくとも１つのコンジットを前記燃焼室に流体連結する凹部を
画定し、前記ガスが、前記少なくとも１つのコンジットから前記凹部を経由して前記円柱状短炎低窒素酸化物（ＮＯｘ）メッシュバーナーに移動する、請求項３に記載の水加熱システム。
【請求項５】
前記ボイラーが、水ジャケットおよび前記燃焼室を収容する外部ハウジングをさらに含み、前記水ジャケットが、前記外部ハウジングおよび前記燃焼室の間に配置される、請求項１に記載の水加熱システム。
【請求項６】
前記ボイラーが、前記ガスを前記燃焼室に送り込む送風機をさらに含む、請求項１に記載の水加熱システム。
【請求項７】
前記制御ユニットが、前記送風機を制御して、前記酸素センサーからのデータに基づいて、前記燃焼室に入るガスの速度を変更、または維持する、請求項６に記載の水加熱システム。
【請求項８】
前記ガスが、成分の混合物を含み、前記制御ユニットが、前記酸素センサーのデータに基づいて前記ガスの成分の比率を変更する、請求項１に記載の水加熱システム。
【請求項９】
前記制御ユニットが、前記酸素センサーからのデータを前記水加熱システムのフィードバック制御用の所定の値と比較する、請求項１に記載の水加熱システム。
【請求項１０】
前記熱交換システムが、煙管を含む、請求項１に記載の水加熱システム。
【請求項１１】
水加熱システムを制御する方法であって、
上部に第１の平板を含む密閉ハウジングを含む燃焼室、および前記第１の平板に取り付けられ前記燃焼室内に設置されたメッシュバーナーを含む直立型ボイラー、
前記燃焼室にガスを運ぶために前記燃焼室に流体連結された少なくとも１つのコンジットであって、前記バーナーがガスを燃焼させ、燃焼生成物を生成するコンジット、
前記燃焼室の上部平板に連結されて、前記燃焼室内に配置されて前記燃焼生成物中の酸素の量を検出する酸素センサーであって、前記燃焼生成物中の酸素の量を表すデータを出力する酸素センサー、
前記水加熱システムのフィードバック制御のための制御ユニットであって、前記酸素センサーからデータを受信し、前記燃焼室中でのガスの燃焼が少なくとも前記データに基づいて制御できる制御ユニット、および
前記燃焼室に連結され、前記燃焼生成物を使って水を加熱する熱交換システムであって、前記燃焼室の下方に配置され、前記燃焼生成物が通る略垂直に真直ぐな複数の管を含む熱交換システム
を含み、
前記上部平板が、前記第１の平板に取り付けられかつ前記第１の平板の上に配置されており、
前記上部平板及び前記第１の平板が凹部を画定し、前記第１の平板によって前記凹部の表面が前記燃焼室内に画定され、前記酸素センサーが前記凹部内に配置され、前記酸素センサーの検出部の全体が前記凹部内にある水加熱システムを提供するステップ、
前記燃焼室に流体連結されている少なくとも１つの前記コンジットを通してガスを運ぶステップ、
前記燃焼室の内部に設置された前記バーナーで前記ガスを燃焼して燃焼生成物を生成するステップ、
前記燃焼室に連結された前記酸素センサーを使って前記燃焼生成物中の酸素の量を検知するステップ、
前記燃焼生成物中の前記酸素の量を表すデータを、前記水加熱システム制御ユニットに
出力するステップ、
少なくとも前記酸素センサーからの前記データに対応した前記水加熱システムのフィードバック制御を行うステップ、
前記燃焼室からの前記燃焼生成物を、前記燃焼室に連結された前記熱交換システムに移動させるステップ、
前記燃焼生成物を使って前記熱交換システム中で水を加熱するステップ、および
前記燃焼生成物を、煙管を通して前記熱交換システムから外部へ移動させるステップ、を含む方法。
【請求項１２】
前記燃焼生成物中の酸素の量を検知する前記ステップ、および前記燃焼生成物中の前記酸素の量を表すデータを出力するステップが、１秒未満の時間内に起こる請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般的には、水加熱システムおよび水加熱システムを制御する方法に関する。
【０００２】
関連出願の相互参照
米国仮出願特許第６１／５２５，０４４号として２０１１年８月１８日に出願された「酸素センサーを備えた水加熱システム（ＷＡＴＥＲ  ＨＥＡＴＩＮＧ  ＳＹＳＴＥＭ  ＷＩＴＨ  ＡＮ  ＯＸＹＧＥＮ  ＳＥＮＳＯＲ）」の名称の特許が参照され、本出願は、この仮出願特許の優先権および利益を主張する。この仮出願特許は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
住居用および営業用建築物では、水を加熱するための水加熱システムが必要である。しかし、水加熱システムは、複雑で、非効率的であることがある。既知の加熱システムは、水加熱システムに関する特性をモニターし、水加熱システムを向上させる。このような特性のモニタリングには、システムを出る水温のモニタリング、システムに入るガスの比率のモニタリング、水加熱の際の加熱に消費されるエネルギー量のモニタリング、などが含まれてもよい。これらの加熱システムは、このような情報を使って、加熱システムの変数を変えて、システムの出力を最適化できる。
【０００４】
加熱システムを最適化するのを支援することができる１つの特性は、加熱システムの燃焼生成物中の酸素の量である。ある加熱システムは、燃焼生成物中の酸素の量を非分散型赤外線（ＮＤＩＲ）センサーでモニターできる。ＮＤＩＲセンサーは、ガス分析によく使われる分光装置である。しかし、ＮＤＩＲセンサーは、高価で、約＄３０，０００の費用を要する。残念ながら、既知の加熱システムは、燃焼生成物中の燃焼酸素の量を効率的に、また、コスト効率の良い方法でモニターできていない。
【発明の概要】
【０００５】
さらに効率の良い水加熱システム、およびそれを操作する方法に対する産業界のニーズが存在する。
【０００６】
開示対象の一実施形態では、水加熱システムは、燃焼室を含むボイラー、および燃焼室の中に設置されたバーナーを含む。少なくとも１つのコンジットが燃焼室に流体連結されて、ガスを燃焼室に導く。バーナーは、ガスを燃焼して燃焼生成物を生成させる。酸素センサーは、燃焼室に取り付けられて、燃焼室の中に配置され、燃焼生成物中に残っている酸素の量を検出する。酸素センサーの出力データは、燃焼生成物中の酸素の量を表す値である。制御ユニットは、水加熱システムのフィードバック制御を調整するが、この場合、制御ユニットは、酸素センサーからデータを受け、少なくともそのデータに基づいて制御ユニットにより燃焼室のガスの燃焼が制御できる。熱交換システムが燃焼室に連結され、熱交換器中で燃焼生成物を使って水が加熱される。少なくとも１つの煙管が熱交換システムに連結され、熱交換システムから外へ燃焼生成物を送り出す。
【０００７】
開示対象のさらなる態様では、水加熱システムを制御する方法が提供され、この方法は、ボイラーの燃焼室に流体連結された少なくとも１つのコンジットにガスを流すこと、および燃焼室の内部に設置されたバーナーで燃焼させることを含む。ガスの燃焼中の酸素の量は、バーナーに隣接する燃焼室に取り付けられ、燃焼室内に配置された酸素センサーにより決定される。燃焼生成物中の酸素の量を表すデータは、ボイラーの制御ユニットへの
出力となる。水加熱システムのフィードバック制御は、少なくとも燃焼生成物中の酸素の量に基づいて制御される。燃焼生成物は、燃焼室から燃焼室に連結された熱交換システムに誘導される。熱交換システム中の燃焼生成物は、熱交換システム中で水を加熱する。燃焼生成物は、熱交換システムから煙管を通って外へ導かれる。
【０００８】
本明細書記載の特徴は、下記の図を参考にすることにより、さらに良く理解されよう。図は必ずしも正確な縮尺ではなく、むしろ、本発明の原理の図示のために全体的に強調されている。図中では、全体の図を通して、類似の数字を使って、類似の部分が示されている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】開示対象の一実施形態における水加熱システムの斜視図である。
【図２】開示対象の一実施形態における水加熱システムの上半分の概略斜視図である。
【図３】開示対象の一実施形態における水加熱システムの一実施形態の燃焼室の内部の斜視図である。
【図４】開示対象の一実施形態における水加熱システムの上端の斜視図である。
【図５】開示対象の一実施形態における円柱状短炎低窒素酸化物（ＮＯｘ）メッシュバーナーの斜視図である。
【図６】開示対象の一実施形態において覗き窓を通して見た燃焼室の内側の斜視図である。
【図７】開示対象の一実施形態における図５のメッシュバーナーの内部の斜視図である。
【図８】開示対象の一実施形態における水加熱システムの上端部の斜視図である。
【図９】開示対象の一実施形態における水加熱システムの上端部の斜視図である。
【図１０】開示対象の一実施形態において燃焼室の内側から少なくとも１つのコンジットの中をのぞき込んだ図である。
【図１１】開示対象の一実施形態におけるスリーブ中の酸素センサーの斜視図である。
【図１２】開示対象の一実施形態における水加熱システムの斜視図である。
【図１３】開示対象の別の一実施形態における水加熱システムの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、水加熱システム１００の実施形態を示す。水加熱システムは、水加熱システム１００のフィードバック制御のための制御ユニット１０１を含む。制御ユニット１０１は、コンピュータ、またはその類を含んでもよい。制御ユニットは、水加熱システムの全部品の連携および操作を制御できる。一実施形態では、制御ユニットは、酸素制御を含む比例積分微分（ＰＩＤ）制御を使って水加熱システムを最適化する。開示対象は、他の適切な制御システムをさらに含む。
【００１１】
図２を参照すると、水加熱システム１００は、限定されないが、復水ボイラーなどのボイラー２００を含み、これは、制御ユニット１０１により制御されうる。ボイラー２００は、垂直円柱状、水平円柱状、および矩形形状を含む種々の形状を取ることができる。図２は垂直円柱状ボイラーの一例を示す。ボイラーは、種々出力のものがあり、例えば、約５０，０００〜６．２百万ＢＴＵ／ｈｒのボイラーがある。さらに、例えば、限定されないが、ボイラーには、２０：１および１５：１のターンダウン比を持つものもある。２０：１のターンダウン比は、ボイラーが５％〜１００％の最大出力（例えば、１／２０）で動作可能であることを示し、１５：１のターンダウン比は、ボイラーが６．７％〜１００％の最大出力で動作可能であることを示す。ボイラー２００は、限定されないが、鋳鉄、鋳造アルミニウム、およびステンレス鋼、などの複数の適切な材料から構成されてもよい
。１つの代表的垂直円柱状ボイラー２００は、Ｂｌａｕｖｅｌｔ、Ｎｅｗ  ＹｏｒｋのＡｅｒｃｏ（登録商標）Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ、Ｉｎｃ．により製造されたＢＥＮＣＨＭＡＲＫ（登録商標）ボイラーである。さらなるボイラーの例は、米国特許第５，８８１，６８１号；同６，４３５，８６２号；同４，８５２，５２４号；同４，５１９，４２２号；同４，３４６，７５９号；および同４，３０５，５４７号で見つけることができる。これらの特許は、その全体が本明細書に組み込まれる。
【００１２】
ボイラー２００は、図３に示す燃焼室４００を含む複数の部品を有する。燃焼室４００は、第１の平板４０２（図２）、第１の平板と一定の距離を置いて配置された第２の平板４０４、および第１の平板４０２と第２の平板４０４を連結するための少なくとも１つの側壁４０６を含む密閉ハウジング４０１を含む。第２の平板４０４は、図３に示すように管板を含んでもよい。図４に示すように、上部平板４１２を、燃焼室４００の外側の第１の平板４０２の上に追加で配置できる。さらに本明細書で考察されるように、上部平板４１２および第１の平板４０２は、燃焼室と流体連通状態を生ずる別の器具をボイラーに連結するための複数の凹部を画定できる。このような器具は、凹部中に挿入可能であり、また、密封できる。
【００１３】
燃焼室４００は、限定されないが、円柱状および矩形形状などの種々の形状であってよい。燃焼室が円柱状として具体化される場合、燃焼室は、第１の平板４０２および第２の平板４０４に連結された曲面形状側壁４０６を有する。燃焼室が矩形形状として具体化される場合は、燃焼室は、第１の平板および第２の平板に連結された４つの側壁を有する。
【００１４】
燃焼室４００は、限定されないが、炭素鋼、ステンレス鋼、または非金属耐熱材料などの複数の適切な材料から構成されてもよい。上部平板４１２は、例えば、炭素鋼またはテンレス鋼から構成されてもよい。
【００１５】
ボイラー２００は、水ジャケット４２０および燃焼室４００を収容する外部ハウジング４３０をさらに含んでもよい。水ジャケット４２０は、図３に示すように、外部ハウジング４３０と燃焼室４００の間に配置され、ボイラーの冷却、補給水の加熱、またはその両方を提供できる。
【００１６】
燃焼室４００は、ガスを受け、ガスの燃焼に耐えるように設計されている。ガスには、複数の適切なガスを含めることができる。例えば、ガスには、空気および圧縮天然ガス（ＣＮＧ）の混合ガスを含めてもよい。ＣＮＧの化学組成は、変わってもよく、多くの適切な組成物が本明細書で意図されている。一実施形態では、ＣＮＧは、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、窒素（Ｎ２）、および二酸化炭素炭素（ＣＯ２）を含む。
【００１７】
燃焼室４００に導入されるガスは、空気と予備混合されてもよい。他の実施形態では、図１２と１３に示すように、ガスと空気が別々に燃焼室導入される。例えば、空気コンジットおよびガスコンジットが、燃焼室に連結され、それぞれ、空気およびガスを別々に送ってもよい。さらなる実施形態では、空気コンジットおよびガスコンジットが、混合チャンバーに向けられ、その後、燃焼室に一緒に送られてもよい。
【００１８】
制御ユニット１０１（図１）は、空気／ガス比をモニターして、燃焼プロセスのための所望のレベルの酸素を維持できる。複数の器具および方法を使って、空気／ガス混合比を制御することができ、また、これは、本明細書で意図されている。一例では、空気バルブ、空気／ガスバルブ、および／またはガスバルブがさらに提供され、空気およびガスが燃焼室４００に送られるようにしてもよい。制御ユニット１０１は、それぞれのバルブを制御し、空気／ガス比を調節できる。一実施形態では、さらに以下で考察のように、制御ユニット１０１は、酸素センサーから得たデータに基づいてそれぞれのバルブを調節する。
【表１】
0005969028.tif 000002
【００１９】
空気／ガス比は、所望の用途に応じて変えることができる。表１は、一実施形態を示す。
【００２０】
ボイラー２００は、図４に示すような、燃焼室４００に流体連結された少なくとも１つのコンジット５００をさらに含み、ガスを燃焼室に通す。コンジット５００は、燃焼室４００の第１の平板４０２および／または上部平板４１２中に画定された凹部を経由して燃焼室に連結できる。
【００２１】
ボイラーは、ガスを少なくとも１つのコンジット５００に送る送風機６００をさらに含む。送風機６００は、ガスが燃焼室４００に入る速度を変えることができる。送風機６００は、可変速送風機または定速送風機であってもよい。さらに、送風機６００は、燃焼室に入るガスの組成割合を変えることができる。送風機６００は、制御ユニット１０１により制御可能であり、モニター可能である（図１）。送風機６００は、制御ユニットに出力を送信および制御ユニットから受信できる。別の実施形態（図示せず）では、送風機は、送風機駆動装置により別々に制御されうる。送風機は、燃焼室の比較的上部で高圧を生成し、それにより、コンジットから燃焼室の方へガスをさらに押し込むことができる。
【００２２】
バーナー７００が、さらに燃焼室４００の内部に備えられ、燃焼室に入るガスの燃焼を促進する。バーナー７００は、種々の適切な形状であってよい。一実施形態では、バーナー７００は、図５に示すような円柱状短炎低窒素酸化物（ＮＯｘ）メッシュバーナーを含む。バーナー７００は、燃焼室４００内の第１の平板４０２の内側に取り付けることができる。図６は、覗き窓Ｗを介した燃焼室４００の内側の斜視図を示す。図６には、第１の平板４０２に取り付けられた円柱状短炎低窒素酸化物（ＮＯｘ）メッシュバーナー７００をさらに示す。開示対象の別の実施形態では、バーナーは、限定されないが、フラットバーナーなどの異なる形状を含む。
【００２３】
円柱状メッシュバーナーを有する実施形態では、バーナー７００は、管状形状を有し、操作中、火炎はバーナーの外側に置かれる。図６の覗き窓を通して、バーナーの外側が示されている。バーナー７００は、図７に示すように、バーナーの側壁に沿って複数の穴７０１を画定できる。この実施形態では、少なくとも１つのコンジット５００（図４）がガスをバーナーの内側へ通す。ガスは、バーナーの複数の穴７０１を通って、または底を通って、バーナーから出ることができる。ガスがバーナーの複数の穴、または底を通って出るとすぐに、ガスは、バーナーの火炎と相互作用し、燃焼して燃焼生成物を生成する。低窒素酸化物（ＮＯｘ）メッシュバーナーを使ったガスの燃焼は、バーナーの外側から短距離のところで完結する。
【００２４】
バーナーは、１．５百万ＢＴＵ／ｈｒボイラーに対し、約２０００°Ｆ〜２６００°Ｆ（１０９３℃〜１４２７℃）の温度で保持できる。制御ユニットは、バーナーの温度および火炎の大きさを制御できる。
【００２５】
バーナーは、限定されないが、ステンレス鋼、セラミック、および金属間材料などの複数の適切な材料から構成されてもよい。
【００２６】
さらに、図６に示すように、フレームロッド７１１がバーナー近くに設置されてもよい。フレームロッド７１１は、火炎が検出される場合、または検出されない場合に、制御ユニットに反射のデータを送る安全装置として機能させることができる。
【００２７】
水加熱システムは、燃焼室に取り付けられた酸素センサー８００（図２）をさらに含む。特に、酸素センサーは、燃焼生成物中の酸素の量を検出できる。酸素センサーは、データを送受信できる。このように、酸素センサーは、ガスの燃焼中の酸素の量を別の装置に出力できる。制御ユニット１０１は、酸素の量などのデータを酸素センサーから直接受信することができる。他の実施形態では、酸素センサーは、酸素センサーに接続されたセンサー制御器８０１（図示せず）と通信する。一例では、センサー制御器８０１は、酸素センサー本体に組み込まれた特定用途向けの集積回路（ＡＳＩＣ）であってもよい。センサー制御器８０１は、制御ユニット１０１と直接通信できる。適切な酸素センサーの一例には、限定されないが、Ｂｏｓｃｈ（登録商標）ＬＳＵ４．９広帯域センサーが挙げられる。この特殊酸素センサーは、約０．８０秒で燃焼室中の酸素の量を検出できる。言い方を変えれば、酸素センサー８００の応答時間は、約０．８０秒である。センサー制御器の一例には、限定されないが、Ｂｏｓｃｈ（登録商標）Ｌａｍｄａｔｒｏｎｉｃ  １．５ＥＣＵモジュールが挙げられる。
【００２８】
酸素センサー８００の応答時間が非常に速いために、制御ユニット１０１は、酸素センサーからのデータを使って、水加熱システムを制御でき、さらには、水加熱システムの最適化ができる。制御ユニットは、ガスの燃焼中の所望の酸素レベルおよび燃焼挙動に対する所定の値を使ってプログラムできる。制御ユニットは、酸素センサーのデータを所与の所定の所望値と比較して、燃焼生成物中の酸素レベルが水加熱システムに適切な否かを判定できる。酸素センサーからのデータが所定の所望値と比べて許容範囲外の場合、制御ユニットは、水加熱システムの制御を変更して、より好適する燃焼生成物の酸素レベルを生成できる。さらに、制御ユニットは、限定されないが、燃焼生成物により加熱される水の温度などの、水加熱システムの他のモニタリングシステムからのデータを使用して、水加熱システムをさらに最適化できる。
【００２９】
一実施形態では、制御ユニット１０１は、酸素センサーから得たデータに基づいて、送風機６００がガスを燃焼室に送り込む速度を制御し、ガス燃焼中の酸素レベルを変更できる。別の実施形態では、制御ユニットは、酸素センサーから得たデータに基づいて、ガスの組成、または空気／ガス比を制御し、燃焼生成物中の酸素レベルを変更できる。酸素センサーのデータに基づいて、送風機を制御してガスが燃焼室に入る速度を変えることにより、制御ユニットは、空気／ガス比をさらに微調整できる。さらなる実施形態では、制御ユニットは、バーナーの火炎を制御し、燃焼生成物中の酸素レベルを変更できる。制御ユニットは、水加熱システムの他の複数の変数をさらに操作し、燃焼生成物中の酸素レベルを制御できる。
【００３０】
酸素センサーは、限定されないが、図２、図１２、および図１３に示すように、第１の平板４０２、上部平板４１２の上、および側壁４０６上などの燃焼室内の複数の適切な位置に配置できる。一実施形態では、酸素センサーは、燃焼室の上部平板および第１の平板中のそれぞれ同軸凹部４０３、４１３を通して配置される。このような実施形態では、図８に示すように、酸素センサー８００は、上部平板４１２上に取り付けることができ、酸素センサーの先端が第１の平板の凹部４０３内に配置される。酸素センサー８００の先端は、燃焼室の燃焼ガスの再循環により凹部４１３中で燃焼ガスに露出される。酸素センサーの先端は、第１の平板４０２の外表面とぴったり一致させることができる。このように、酸素センサーの先端は、第１の平板内でわずかに引っ込んでおり、酸素センサーの先端は第１の平板の凹部により保護される。
【００３１】
別の実施形態では、酸素センサーの先端は、図１３に示すように、第１の平板の外表面を通り越してして伸びる。このような実施形態では、酸素センサーは、図９に示すように、燃焼ガスの経路内で障害物になり、移動する燃焼ガスと直接接触する。さらに、この実施形態では、図９に示すように、酸素センサーは、第１の平板の凹部中に直接配置され、第１の平板上に直接取り付けられる。
【００３２】
図１０は、少なくとも１つのコンジット５００の内部を燃焼室の内側からのぞき込んだ図である。図８および９に示したセンサー８００の先端は、図１０に示されている。さらなる実施形態では、酸素センサーは、図２の位置ＸとＹで示されるように、燃焼室側壁の凹部を貫通して配置される。
【００３３】
酸素センサーは、図２と図１１に示すように、さらに、燃焼室の挿入可能なスリーブ８０２内に配置できる。スリーブは、燃焼室内で酸素センサーをさらに保護する。
【００３４】
上記実施形態のいずれにおいても、酸素センサーがバーナーの近くになるように酸素センサーを配置できる。ガスの燃焼は、バーナーの火炎の位置で起こり、酸素センサーは、バーナーの近くの位置で正確な読み取り値を得ることができる。
【００３５】
酸素センサーは、燃焼室内の正確な読み取り値を得るために複数の構成を取ることができる。酸素センサーは、ジルコニア、ジルコニウム酸化物、電気化学（ガルヴァニック）、赤外線、超音波、化学電池、および／またはレーザー形式センサーであってもよい。Ｂｏｓｃｈ（登録商標）ＬＳＵ４．９広帯域センサーを使った実施形態では、酸素センサーは、燃焼室中の燃焼ガスの酸素含量およびラムダ値を測定するように設計されている。このセンサーは、内蔵ヒーターを備えた平面状ＺｒＯ２デュアルセル制限電流センサーである。これのＸ＝０．６５から空気までの範囲の単調出力シグナルは、このセンサーをＸ＝１測定ならびに他のラムダ範囲の測定に対するユニバーサルセンサーとして使用可能にする。センサーは、トリマ抵抗器を含むコネクターモジュールに取り付けられている。センサーは、約９５０°Ｆ〜１４００°Ｆ（５１０℃〜７６０℃）の内部温度でより正確に動作する。通常、センサーは、約８００°Ｆ（４２３℃）未満の内部温度での酸素読み取り値を検出できない。センサーは、種々の酸素レベルに暴露されたジルコニウム酸化物の抵抗変化を測定できる。センサーは、約１０年の長寿命を有する。
【００３６】
水加熱システム１００は、燃焼室に連結された熱交換システム９００をさらに含む。燃焼ガスは、燃焼室を出て、熱交換システムに送られ、水を加熱する。水が所定の温度まで加熱されるとすぐに、水は、水加熱システムから出口コンジット９３０を経由して出て行くことができる。熱交換システムは、図１２と図１３にあるような適切な異なる構成を含んでもよい。例えば、熱交換システムは、当技術分野で既知の煙管または、その代わりに水管を含んでもよい。
【００３７】
水加熱システム１００は、熱交換システムから燃焼生成物を送り出すために熱交換システム９００に連結された少なくとも１つの煙管９５０をさらに含む。煙管は、図１２と図１３にあるように、種々の位置に配置できる。
【００３８】
さらに、上述のような水加熱システムの制御方法が提供される。図１２の実施形態に示されるように、水加熱システムの制御方法は、ガスを少なくとも１つの流体連結されたコンジットを通してボイラーの燃焼室に運ぶこと、および、そのガスを燃焼室内に設置されたバーナーで燃焼させることを含む。燃焼ガス流中の酸素の量は、燃焼室に組み込まれ、バーナーに隣接した燃焼室内に配置された酸素センサーにより決定される。燃焼生成物中の酸素の量を表すデータが、ボイラーの制御ユニットに出力される。水加熱システムのフィードバック制御は、少なくとも燃焼生成物中の酸素の量に基づいて行われる。燃焼生成
物は、燃焼室から燃焼室に連結された熱交換システムに誘導される。熱交換システムの燃焼生成物は、熱交換システム中で水を加熱する。燃焼生成物は、熱交換システムから煙管を通って外部に誘導される。
【表２】
0005969028.tif 000003
【００３９】
開示対象による水加熱システムでは、煙管内に配置されたＮＤＩＲセンサーにより採取された読み取り値に比較して燃焼室内の酸素センサーの精度が試験された。この試験では、燃焼室内の第１の平板の位置に配置された酸素センサーによる読み取り値は、ＮＤＩＲセンサーの読み取り値と実質的に類似であった。表２は、開示対象による燃焼室の酸素センサーの読み取り値（「シーモア（Ｃ−Ｍｏｒｅ）0２」）に比べて、ＮＤＩＲの読み取
り値（「0２」）を示す試験運転の表である。
【００４０】
本発明は、いくつかの具体的実施形態を基準にして説明されてきたが、本発明の本来の趣旨および範囲は、本明細書により裏付けられる請求項に対してのみ規定されるべきであることが理解されよう。さらに、本明細書中の多くのケースで、システムおよび装置ならびに方法が特定の数の要素を持つとして記載されているが、このようなシステム、装置および方法は、記述された特定の数よりも少ない要素で実施可能であることも理解されよう。また、いくつかの特定の実施形態が記載されているが、それぞれの特定の実施形態を基準として記載されている特徴および態様は、それぞれの残りの特定の記載された実施形態と一緒に使用可能であることも理解されよう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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