(57)【要約】【課題】  燃焼状態を把握するための機構を有するボイラを提供する。【解決手段】  傾斜部２７に導入された排ガスは、垂直部２８を通過する際に冷却部３２で冷却される。冷却部３２で冷却された排ガスは、水平部２９を通過する際に加熱部３３で測定に適した温度に調節される。また、排ガスは、加熱部３３で暖められて若干乾燥した状態となり、この状態で排ガス測定器２１へ送り出される。排ガス測定器２１の測定容器３０内部に充満した排ガスは、排ガスセンサで所定の測定を受ける。排ガス測定器２１での測定後の排ガスは、下流側通路２６を流れ、そして下流開口部２４を介して煙突７へ戻され、屋外へ排気される。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスを流す排ガス通路に、排ガスの一部を取り込んで測定を行う排ガス測定機構を設ける
ことを特徴とするボイラ。
【請求項２】
前記排ガス測定機構を、上流開口部および下流開口部を有する測定用通路と、該測定用通路の途中に設ける排ガス測定器と、該排ガス測定器および前記上流開口部の間に設ける排ガス温度調節手段とを備えて構成する
ことを特徴とする請求項１に記載のボイラ。
【請求項３】
前記排ガス温度調節手段を、前記上流開口部側に設ける冷却部と、前記排ガス測定器側に設ける加熱部とを備えて構成する
ことを特徴とする請求項２に記載のボイラ。
【請求項４】
前記排ガス温度調節手段により前記測定用通路に生じた結露水を、該結露水の自重によって前記排ガス通路へ移動させる
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ボイラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境汚染問題等への注目が高まってきている。このため、様々な分野で有害燃焼廃棄物を低減するための努力がなされている。ボイラの分野も例外でなく、有害燃焼廃棄物を低減するために、下記特許文献１では異常燃焼の判定を行う方法が提案されている。
【０００３】
ところで、ボイラは、バーナから噴出された燃料の燃焼の際に生じる排ガスを屋外に排気する必要性があることから、排ガスを流すための排ガス通路（煙道、煙突等）を有している（例えば特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−１７６９１３号公報  （第３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
有害燃焼廃棄物をより一層低減するためには、従来にも増してボイラの燃焼状態を把握することが大切である。しかしながら、上記特許文献１以上の対策を施してないのが現状である。
【０００５】
この発明が解決しようとする課題は、燃焼状態を把握するための機構を有するボイラを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、排ガスを流す排ガス通路に、排ガスの一部を取り込んで測定を行う排ガス測定機構を設けることを特徴としている。このような請求項１に記載の発明によれば、排ガス通路を流れる排ガスの一部が排ガス測定機構へ取り込まれ、この取り込まれた排ガスが排ガス測定機構によって所定の成分濃度等の測定を受ける。そして、この測定の結果からボイラの燃焼状態が把握される。ボイラの燃焼状態が把握されると、有害燃焼廃棄物の低減に効果的な運転が行われる。燃焼状態を把握することができれば、ボイラの安全確保と、ボイラの計画的なメンテナンスをすることが可能になる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、前記排ガス測定機構を、上流開口部および下流開口部を有する測定用通路と、該測定用通路の途中に設ける排ガス測定器と、該排ガス測定器および前記上流開口部の間に設ける排ガス温度調節手段とを備えて構成することを特徴としている。このような請求項２に記載の発明によれば、測定用通路の上流開口部を介して排ガスの一部が取り込まれ、この取り込まれた排ガスが排ガス温度調節手段で測定に適した温度に調節される。そして、温度調節された排ガスは、排ガス測定器において所定の測定を受ける。測定後の排ガスは、下流開口部を介して排ガス通路へ戻される。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、前記排ガス温度調節手段を、前記上流開口部側に設ける冷却部と、前記排ガス測定器側に設ける加熱部とを備えて構成することを特徴としている。このような請求項３に記載の発明によれば、測定用通路に取り込まれた排ガスが先ず冷却部で冷却され、次に冷却された排ガスが加熱部で測定に適した温度に調節される。加熱部は、冷却部で冷却した排ガスを暖めて乾燥させ、この状態で排ガスを排ガス測定器へ送り出す。
【０００９】
さらに、請求項４に記載の発明は、前記排ガス温度調節手段により前記測定用通路に生じた結露水を、該結露水の自重によって前記排ガス通路へ移動させることを特徴としている。このような請求項４に記載の発明によれば、排ガスの冷却の際に生じる結露水が排ガス測定器へ流れることはない。すなわち、結露水は排ガス通路へ戻される。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、燃焼状態を把握するための機構を有するボイラを実現することができる。これにより、有害燃焼廃棄物をより一層低減することができる。また、ボイラの安全確保と、ボイラの計画的なメンテナンスをすることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、燃焼状態を把握するための機構をより良く構成することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、精度良く排ガスの測定を行うことができる。
【００１３】
さらに、請求項４に記載の発明によれば、排ガス測定器の耐久性向上に寄与するとともに、精度良く排ガスの測定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
つぎに、この発明の実施の形態について説明する。この発明は、排ガス測定機構を排ガス通路に設けて排ガスの測定をし、排ガスの測定結果から燃焼状態を従来にも増してより良く把握することができるようにしたボイラの発明である。ボイラは、バーナから噴出された燃料の燃焼の際に生じる排ガスを屋外に排気するための排ガス通路（煙道、煙突等）を有している。この発明は、排ガス通路を有するボイラの全てを対象にしている。排ガス通路には、前記の如く、排ガス測定機構が設けられている。
【００１５】
ボイラは、制御部を有している。ボイラは、この制御部の制御に基づいて、バーナから噴出された燃料の燃焼が最適となるように保たれている。排ガス通路に設けた排ガス測定機構は、信号線を介してボイラの制御部により制御されている。排ガス測定機構は、測定用通路と、この測定用通路の途中に設ける排ガス測定器および排ガス温度調節手段とを備えて構成されている。
【００１６】
測定用通路は、排ガス通路を流れる排ガスの一部を取り込んで、測定後にまた排ガス通路へ戻すことができるように形成されている。測定用通路は、排ガス通路に連通する上流開口部および下流開口部を有している。測定用通路は、測定に必要な流量を確保することができるように形成されている。測定用通路は、結露水が生じた場合に、この結露水を自重によって排ガス通路へ移動させることができるように形成されている。具体的な一例としては、上流開口部が排ガス温度調節手段よりも低い位置に存在するように配置形成されている。これは、最もシンプルな構造でもって結露水を自重によって上流開口部へ移動させることができる。結露水は、専用の排水通路を設けてここから排ガス通路へ移動させることも可能である。結露水は、排ガス通路へ戻ると、この排ガス通路を流れる高温の排ガスによって暖められ、そして蒸発する。
【００１７】
測定用通路に排ガスの一部を流す方法としては、上流開口部を正圧にするとともに、下流開口部を負圧にして排ガスの一部を取り込む方法があり、また動圧の状態で上流開口部から排ガスの一部を取り込む方法があり、さらにポンプを用いて一定流量を流す方法等が一例として挙げられる。
【００１８】
排ガス測定器は、所定量の排ガスを充満させる測定容器と、この測定容器内に配置される排ガスセンサとを有している。排ガスセンサは、測定容器に充満した排ガス中のＮＯｘ、ＣＯ、Ｏ２等を測定することができるセンサであり、信号線を介して前記制御部へ接続されている。
【００１９】
前記制御部は、排ガスセンサからの信号を取り込んでボイラの燃焼状態を把握するとともに、有害燃焼廃棄物の低減に効果的な運転を行えるように構成されている。前記制御部は、いわゆるマイクロコンピュータの機能を有している。このような前記制御部は、所定地域に存在するボイラ群を遠隔管理する管理拠点に備えられた管理装置（管理用のコンピュータ）からの要求によって、あるいは所定のタイミングで、ボイラの燃焼状態に係るデータを前記管理装置へ送信するように構成されている。前記管理装置は、送信されてくるデータを受信して記憶するとともに、この記憶したデータを、後にボイラの計画的なメンテナンスに反映させるように構成されている。
【００２０】
排ガス温度調節手段は、測定用通路に取り込んだ高温の排気ガスがこのままの温度では排ガスセンサの使用環境温度に適さないことから、排ガスセンサの測定に適した温度に調節することを目的として設けられている。排ガス温度調節手段は、排ガス測定器と測定用通路の上流開口部との間に設けられている。排ガス温度調節手段は、上流開口部側に設ける冷却部と、排ガス測定器側に設ける加熱部とを備えて構成されている。
【００２１】
排ガス温度調節手段は、たとえば２００℃〜３００℃の排ガスを排ガス測定機構の周囲の雰囲気くらいにまで、あるいは排ガスセンサにもよるが、たとえば５０℃〜６０℃くらいにまで冷却する機能を有している。冷却部は、測定用通路に取り込んだ排ガスを冷却するように構成されている。加熱部は、冷却部で冷却した排ガスを測定に適した温度に調節するように構成されている。また、加熱部は、冷却部で冷却した排ガスを暖めて乾燥させ、この状態で排ガスを排ガス測定器へ送り出すようになっている。
【００２２】
冷却部としては、ペルチェ素子の吸熱部やこれと同等の機能を有する熱交換器が一例として挙げられる。また、加熱部は、ペルチェ素子の放熱部やヒータが一例として挙げられる。前記熱交換器は、排ガス測定機構の周囲の雰囲気で冷却する構造が最もシンプルである。測定用通路の上流開口部と前記ペルチェ素子との間に簡易的な熱交換部分を設けると、省電力化を図ることが可能になる。前記簡易的な熱交換部分としては、たとえば小さなフィンが一例として挙げられる。排ガスが雰囲気よりも冷却される場合には、前記ヒータの代わりに雰囲気を温度上昇のための手段とすることも可能である。
【００２３】
上記構成において、排ガス通路を流れる排ガスの一部が排ガス測定機構へ取り込まれ、この取り込まれた排ガスが排ガス測定機構によって所定の成分濃度等の測定を受ける。そして、この測定の結果からボイラの燃焼状態が把握される。ボイラの燃焼状態が把握されると、有害燃焼廃棄物の低減に効果的な運転が行われる。
【実施例１】
【００２４】
以下、この発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１はこの発明の第一実施例を示す図であり、（ａ）は模式的な全体構成図、（ｂ）は排ガス測定機構の模式的な構成図である。
【００２５】
図１において、引用符号１はこの発明に係るボイラを示している。ボイラ１は、特に限定するものではないが、ここでは水を加温する温水ボイラを一例として挙げている。ボイラ１は、内部に水を保有する缶体２と、この缶体２内の水を加熱するバーナ３と、このバーナ３へ燃焼用空気を供給する送風機４とを備えて構成されている。
【００２６】
缶体２は、この内部に水を貯留する貯水部５と、バーナ３の火炎を形成するための燃焼室（以下、「炉内６」と云う）とを備えて構成されている。このような缶体２には、貯水部５内の水温を検出する温度センサ（図示省略）が設けられている。また、缶体２には、炉内６から排ガス（燃焼排ガス）を屋外へ排出する煙突（排ガス通路）７が設けられている。煙突７は、缶体２の側面に接続されている。このような煙突７には、排ガス測定機構８が設けられている。
【００２７】
送風機４には、空気ダクト９が接続されている。また、空気ダクト９には、燃焼用空気を整流するウィンドボックス１０が接続されている。バーナ３は、ウィンドボックス１０を介して空気ダクト９と接続されている。バーナ３は、燃料制御弁１１とノズル１２と点火トランス１３と着火ガイシ１４とを備えて構成されている。
【００２８】
燃料制御弁１１とノズル１２は、燃料供給ライン１５に設けられている。ノズル１２は、燃料制御弁１１を通過し燃料供給ライン１５によって供給される燃料を噴射することができるように形成されている。点火トランス１３は、高電圧を発生させ、着火ガイシ１４は、高電圧でスパークを発生させることができるように形成されている。
【００２９】
バーナ３は、エアレジスタ１６と保炎板１７とをさらに備えている。また、バーナ３は、火炎を検出する炎センサ（図示省略）をさらに備えている。エアレジスタ１６と保炎板１７は、炉内６にそれぞれ設けられている。エアレジスタ１６は、燃焼用空気を整流することができるように形成されている。
【００３０】
空気ダクト９には、この内部の圧力を検出する圧力センサ１８が設けられている。圧力センサ１８は、ボイラ１全体を制御する制御器（制御部）１９へ空気ダクト９内の圧力値を電気信号の形で出力するようになっている。
【００３１】
排ガス測定機構８は、缶体２から排出される排ガスの通路となる煙突７の垂直方向にのびる部分の側面に設けられている。排ガス測定機構８は、測定用通路２０と、この測定用通路２０の途中に設ける排ガス測定器２１および排ガス温度調節手段２２とを備えて構成されている。
【００３２】
測定用通路２０は、煙突７に開口する上流開口部２３と下流開口部２４とを有している。測定用通路２０は、上流開口部２３から排ガス測定器２１までの上流側通路２５と、排ガス測定器２１から下流開口部２４までの下流側通路２６とで構成されている。上流側通路２５は、図１（ｂ）の場合、上流開口部２３を有する傾斜部２７と、この傾斜部２７に連続する垂直部２８と、垂直部２８に連続し排ガス測定器２１に接続される水平部２９とを備えて構成されている。
【００３３】
傾斜部２７は、垂直部２８に連続する部分の方が上流開口部２３よりも高い位置となるように配置形成されている。下流側通路２６は、図１（ｂ）の場合、水平方向に形成されている。このような測定用通路２０において、上流開口部２３には正圧が生じ、下流開口部２４には負圧が生じるようになっている。
【００３４】
排ガス測定器２１は、所定量の排ガスを充満させる測定容器３０と、この測定容器３０内に配置される排ガスセンサ（図示省略）とを有している。測定容器３０には、水平部２９と下流側通路２６とが接続されている。
【００３５】
排ガス温度調節手段２２は、補助冷却部３１と冷却部３２と加熱部３３とを備えて構成されている。補助冷却部３１は、傾斜部２７に設けられている。補助冷却部３１は、小さなフィンで構成されている。冷却部３２は、垂直部２８に設けられている。冷却部３２は、ペルチェ素子３４の吸熱部３５に接触するように設けられている。加熱部３３は、水平部２９に設けられている。加熱部３３は、ペルチェ素子３４の放熱部３６に接触するように設けられている。
【００３６】
前記制御器１９には、前記送風機４、前記燃料制御弁１１、前記点火トランス１３、前記圧力センサ１８、前記温度センサ、前記炎センサ、前記排ガスセンサ、前記ペルチェ素子３４からの信号線（破線で示し、符号省略）がそれぞれ接続されている。前記制御器１９には、遠隔監視システムに対する通信手段（図示省略）が備えられている。前記制御器１９には、異常燃焼の有無の判定を行うプログラムと、排ガスの測定に基づいて燃焼状態を把握するプログラムとが組み込まれている（前記異常燃焼の有無の判定を行うプログラムの実行に係る作用は、背景技術の欄の特許文献１である特開２００３−１７６９１３号公報を参照）。
【００３７】
上記構成において、炉内６での燃焼の際に生じる高温の排ガスが煙突７を介して屋外へ流れると、排ガス測定機構８には、測定用通路２０の構造からも分かるように、上流開口部２３に正圧が生じ、さらに下流開口部２４には負圧が生じる。これにより排ガスの一部は、上流開口部２３を介して傾斜部２７へ導入される。傾斜部２７へ導入された排ガスは、補助冷却部３１で若干冷却され、垂直部２８を通過する際に冷却部３２で急激に冷却される。この際、高温の排ガス中に含まれる水蒸気は結露して結露水が発生し、この結露水が垂直部２８の内面に付着する。この結露水は、自重で垂直部２８および傾斜部２７を下り、煙突７において高温の排ガスで暖められて蒸発する。
【００３８】
冷却部３２で冷却された排ガスは、水平部２９を通過する際に加熱部３３で測定に適した温度に調節される。また、排ガスは、加熱部３３で暖められて若干乾燥した状態となり、この状態で排ガス測定器２１へ送り出される。排ガス測定器２１の測定容器３０内部に充満した排ガスは、前記排ガスセンサで所定の測定を受ける。このときの測定値は、信号線を介して制御器１９へ送信される。制御器１９では、排ガスの測定に基づいて燃焼状態を把握するプログラムが実行され、有害燃焼廃棄物の低減に係る制御、ボイラ１の安全確保に係る制御、ボイラ１の計画的なメンテナンスに係る制御等が必要に応じて行われる。排ガス測定器２１での測定後の排ガスは、下流側通路２６を流れ、そして下流開口部２４を介して煙突７へ戻され、屋外へ排気される。
【００３９】
以上、図１を参照しながら説明してきたように、ボイラ１は、排ガス測定機構８を排ガス通路である煙突７に設けて排ガスの測定をし、そしてこの排ガスの測定結果から燃焼状態を従来にも増してより良く把握することができるようにしたものであることから、有害燃焼廃棄物をより一層低減することができる。また、ボイラ１の安全確保と、ボイラ１の計画的なメンテナンスをすることができる。
【実施例２】
【００４０】
図２はこの発明の第二実施例を示す図であり、（ａ）は模式的な全体構成図、（ｂ）は排ガス測定機構の模式的な構成図である。
【００４１】
図２において、引用符号４１で示されるボイラは、前記第一実施例に対して別の排ガス測定機構４２を用いた点のみが異なっている。以下、排ガス測定機構４２について説明する（前記第一実施例と基本的に同じ構成部材については、同一の符号を付して説明を省略する）。
【００４２】
排ガス測定機構４２は、煙突７の垂直方向にのびる部分の側面に設けられている。排ガス測定機構４２は、測定用通路２０と、この測定用通路２０の途中に設ける排ガス測定器２１および排ガス温度調節手段４３とを備えて構成されている。
【００４３】
排ガス温度調節手段４３は、冷却部４４と加熱部４５とを備えて構成されている。冷却部４４は、垂直部２８に設けられている。冷却部４４は、熱交換器であり、たとえば排ガス測定機構４２の周囲の雰囲気で冷却する構造（放熱面積を十分に確保して雰囲気で冷却する構造）となるように形成されている。加熱部４５としては、既知のヒータが用いられている。
【００４４】
上記構成において、炉内６での燃焼の際に生じる高温の排ガスが煙突７を介して屋外へ流れると、排ガス測定機構４２には、上流開口部２３に正圧が生じる。また、下流開口部２４には負圧が生じる。これにより排ガスの一部は、上流開口部２３を介して傾斜部２７へ導入される。傾斜部２７へ導入された排ガスは、垂直部２８を通過する際に冷却部４４で冷却される。この際、高温の排ガス中に含まれる水蒸気は結露して結露水が発生し、この結露水が冷却部４４や垂直部２８の内面に付着する。この結露水は、自重で冷却部４４や垂直部２８や傾斜部２７を下り、煙突７において高温の排ガスで暖められて蒸発する。
【００４５】
冷却部４４で冷却された排ガスは、水平部２９を通過する際に加熱部３３で測定に適した温度に調節される。また、排ガスは、加熱部３３で暖められて若干乾燥した状態となり、この状態で排ガス測定器２１へ送り出される。排ガス測定器２１の測定容器３０内部に充満した排ガスは、前記排ガスセンサで所定の測定を受ける。このときの測定値は、信号線を介して制御器１９へ送信される。制御器１９では、排ガスの測定に基づいて燃焼状態を把握するプログラムが実行され、有害燃焼廃棄物の低減に係る制御、ボイラ４１の安全確保に係る制御、ボイラ４１の計画的なメンテナンスに係る制御等が必要に応じて行われる。排ガス測定器２１での測定後の排ガスは、下流側通路２６を流れ、そして下流開口部２４を介して煙突７へ戻され、屋外へ排気される。
【００４６】
以上、図２を参照しながら説明してきたように、ボイラ４１は、排ガス測定機構４２を排ガス通路である煙突７に設けて排ガスの測定をし、そしてこの排ガスの測定結果から燃焼状態を従来にも増してより良く把握することができるようにしたものであることから、有害燃焼廃棄物をより一層低減することができる。また、ボイラ４１の安全確保と、ボイラ４１の計画的なメンテナンスをすることができる。
【００４７】
その他、本発明は本発明の主旨を変えない範囲で種々変更実施可能なことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】この発明の第一実施例を示す図であり、（ａ）は模式的な全体構成図、（ｂ）は排ガス測定機構の模式的な構成図である。
【図２】この発明の第二実施例を示す図であり、（ａ）は模式的な全体構成図、（ｂ）は排ガス測定機構の模式的な構成図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  ボイラ
２  缶体
３  バーナ
７  煙突（排ガス通路）
８  排ガス測定機構
１９  制御器
２０  測定用通路
２１  排ガス測定器
２２  排ガス温度調節手段
２３  上流開口部
２４  下流開口部
２５  上流側通路
２６  下流側通路
２７  傾斜部
２８  垂直部
２９  水平部
３０  測定容器
３１  補助冷却部
３２  冷却部
３３  加熱部
３４  ペルチェ素子
３５  吸熱部
３６  放熱部
４１  ボイラ
４２  排ガス測定機構
４３  排ガス温度調節手段
４４  冷却部
４５  加熱部
【図１】
2006183910.tif 000003
【図２】
2006183910.tif 000004