(57)【要約】【課題】流量調整弁の開度ずれを判定可能なガス流量制御装置を提供する。【解決手段】バーナへのガス流路１に設けられた流量調整弁２と、この流量調整弁２の開度ずれを判定する判定手段とを備える。判定手段は、流量調整弁２の実際の開度における容量係数を、予め設定しておいた基準値と比較して、流量調整弁２の開度ずれを判定する。容量係数の基準値は、異なる２以上の開度と、これらの開度における容量係数から流量特性として近似式により求められるのが好ましい。【選択図】図１
2019045076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナへのガス流路に設けられた流量調整弁と、
前記流量調整弁の実際の開度における容量係数と、予め設定しておいた、前記開度における容量係数の基準値とを比較して、前記流量調整弁の開度ずれを判定する判定手段と
を備えることを特徴とするガス流量制御装置。
【請求項２】
前記流量調整弁の開度における前記容量係数の基準値は、異なる２以上の前記開度と、これらの開度における前記容量係数から流量特性として近似式により予め求められる
ことを特徴とする請求項１に記載のガス流量制御装置。
【請求項３】
前記流量調整弁の一次側の圧力および前記バーナへの空気流量に基づき、前記開度を調整し、
この調整後の開度について、前記近似式により、前記容量係数の基準値が求められる
ことを特徴とする請求項２に記載のガス流量制御装置。
【請求項４】
前記バーナは、燃焼段階が大きくなる順に少なくとも第一燃焼、第二燃焼および第三燃焼で制御され、
前記第一燃焼および前記第二燃焼にそれぞれ対応する前記流量調整弁の開度における前記容量係数が基準値として近似式により求められると共に、前記第二燃焼および前記第三燃焼にそれぞれ対応する前記流量調整弁の開度における前記容量係数が基準値として近似式により求められる
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のガス流量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量調整弁の開度ずれを判定可能なガス流量制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、下記特許文献１に開示されるように、バーナへのガス流路に流量調整弁を設けてガス流量を調整するガス流量制御装置が知られている。流量調整弁は、流路の途中にオリフィスが設けられ、そのオリフィス穴に対し弁体をモータで進退させることで、オリフィス穴と弁体との隙間を増減させて、流量を調整可能とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２１８９５０号公報（段落００２４、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のガス流量制御装置では、流量調整弁の原点の確認はできるが、原点以外の開度についてはその確認手段がなかった。そのため、たとえばボイラの制御器からの指示開度に対して、実際に指示通りの開度になっているかは不明である。従って、たとえば、電気的ノイズなどによる動作不良、ステッピングモータの脱調、経年による摩耗などで、開度ずれが生じた場合、所期のガス量をバーナへ送り込めず、燃焼不良を生じるおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、流量調整弁の開度ずれを判定可能なガス流量制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、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、バーナへのガス流路に設けられた流量調整弁と、前記流量調整弁の実際の開度における容量係数と、予め設定しておいた、前記開度における容量係数の基準値とを比較して、前記流量調整弁の開度ずれを判定する判定手段とを備えることを特徴とするガス流量制御装置である。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、流量調整弁の実際の開度における容量係数を、予め設定された基準値と比較して、流量調整弁の開度ずれを判定することができる。これにより、所期のガス量がバーナへ供給されているか否かを監視して、燃焼不良を未然に防止することができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、前記流量調整弁の開度における前記容量係数の基準値は、異なる２以上の前記開度と、これらの開度における前記容量係数から流量特性として近似式により予め求められることを特徴とする請求項１に記載のガス流量制御装置である。
【０００９】
請求項２に記載の発明によれば、容量係数の基準値は、異なる２以上の開度とその開度での容量係数とに基づく近似式から求められるので、実際の開度の変更に応じて、その開度での容量係数と比較すべき基準値を容易に取得することができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、前記流量調整弁の一次側の圧力および前記バーナへの空気流量に基づき、前記開度を調整し、この調整後の開度について、前記近似式により、前記容量係数の基準値が求められることを特徴とする請求項２に記載のガス流量制御装置である。
【００１１】
請求項３に記載の発明によれば、流量調整弁の一次側の圧力およびバーナへの空気流量に基づき、流量調整弁の開度を調整することで、所望のガス量をバーナへ供給することができる。しかも、調整後の開度について、近似式による基準値との比較により、開度ずれの有無を監視することができる。
【００１２】
さらに、請求項４に記載の発明は、前記バーナは、燃焼段階が大きくなる順に少なくとも第一燃焼、第二燃焼および第三燃焼で制御され、前記第一燃焼および前記第二燃焼にそれぞれ対応する前記流量調整弁の開度における前記容量係数が基準値として近似式により求められると共に、前記第二燃焼および前記第三燃焼にそれぞれ対応する前記流量調整弁の開度における前記容量係数が基準値として近似式により求められることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のガス流量制御装置である。
【００１３】
請求項４に記載の発明によれば、燃焼量を複数段階で調整されるバーナにおいて、各燃焼量における基準値を近似式により容易に求めることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、流量調整弁の開度ずれを判定可能なガス流量制御装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施例のガス流量制御装置が適用されたガス流路を示す概略図である。
【図２】流量調整弁の開度と容量係数との関係の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本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、本発明の一実施例のガス流量制御装置が適用されたガス流路１を示す概略図である。本実施例のガス流量制御装置は、ボイラのバーナ（図示省略）へのガス流路１に適用され、流量調整弁２によりガス流量を調整可能であると共に、流量調整弁２の開度ずれ（制御器による指示開度と実際の開度とのずれ）を判定可能である。
【００１７】
ガス流路１には、ガス供給源からバーナへ向けて順に、第一遮断弁３、第二遮断弁４および流量調整弁２が設けられている。第一遮断弁３および第二遮断弁４は、開閉を制御される電磁弁であり、バーナへのガス供給の有無を切り替える。各遮断弁３，４を開けることで、バーナへガスを供給することができ、各遮断弁３，４を閉じることで、バーナへのガス供給を停止することができる。そして、各遮断弁３，４の開放中、流量調整弁２の開度を調整することで、バーナへのガス流量を調整することができる。
【００１８】
流量調整弁２は、具体的構成までは図示しないが、流路が形成されたボディと、このボディ内の流路の中途に設けられたオリフィスと、このオリフィスに対し進退する弁体付きのシャフトと、このシャフトを進退させるモータとを備える。オリフィスは、オリフィス穴が形成された板材から形成されている。弁体は、外周面がテーパ状（たとえばシャフトの軸方向基端側へ行くに従って縮径したテーパ状）に形成されており、シャフトにより進退可能とされる。シャフトを進退させるモータは、典型的にはステッピングモータとされる。モータによりオリフィス穴に対し弁体を進退させることで、弁体とオリフィス穴との隙間を増減して、オリフィス穴を通る流量を調整することができる。
【００１９】
ガス流路１には、流量調整弁２の一次側（入口側）に、第一圧力センサ５が設けられ、流量調整弁２の二次側（出口側）に、第二圧力センサ６が設けられる。また、ガスの温度を監視するために、たとえば流量調整弁２の二次側に、温度センサ７が設けられる。さらに、バーナへのガスの供給流量を監視するために、たとえば第一遮断弁３の一次側に、流量センサ８が設けられる。
【００２０】
第一遮断弁３、第二遮断弁４および流量調整弁２の他、第一圧力センサ５、第二圧力センサ６、温度センサ７および流量センサ８などは、制御器（図示省略）に接続される。そして、制御器は、以下に述べるように、各弁２〜４を制御して、バーナへのガス供給の有無や量を変更すると共に、各センサ５〜８の検出信号などに基づき、流量調整弁２の開度ずれを判定する。つまり、制御器は、流量調整弁２の開度ずれの判定手段としても機能する。本実施例のガス流量制御装置は、図１の構成中、少なくとも流量調整弁２を備える他、流量調整弁２の開度ずれの判定手段を備えて構成される。
【００２１】
以下、制御器による各弁２〜４の制御方法と、流量調整弁２の開度ずれの判定方法とについて、説明する。なお、制御器は、流量調整弁２の特定位置（典型的には最大閉鎖位置つまり開度０％）を原点として、センサ（図示省略）により確認可能とされる。
【００２２】
本実施例では、第一遮断弁３、第二遮断弁４および流量調整弁２を介して、ボイラのバーナへガス燃料が供給される。ボイラは、蒸気の使用負荷に応じて、燃焼量が調整される。たとえば、ボイラの出口側の蒸気圧に基づき、蒸気の使用負荷を監視し、蒸気の使用負荷が上がる（言い換えれば蒸気圧が下がる）ほど、バーナへのガス流量を増加させて燃焼量を上げる一方、蒸気の使用負荷が下がる（言い換えれば蒸気圧が上がる）ほど、バーナへのガス流量を減少させて燃料量を下げる。本実施例では、たとえば、高燃焼、中燃焼、低燃焼および停止の４位置で、燃焼量を段階的に切り替える。燃焼量の変更に応じて、流量調整弁２によりガスの流量が変更されると共に、送風機からバーナへの燃焼用空気の流量も変更される。これら制御も、制御器により行われる。
【００２３】
ボイラの運転中、第一圧力センサ５により、流量調整弁２の一次側の圧力を検出でき、第二圧力センサ６により、流量調整弁２の二次側の圧力を検出でき、温度センサ７により、ガスの温度を検出でき、流量センサ８により、ガスの流量を検出できる。
【００２４】
ボイラは、予め、適正な空気比になるように、燃焼調整がなされている。たとえば、ボイラの据付時（現地試運転時）や、据付後の年次点検時などには、ガスと燃焼用空気との割合が設定値になるように、燃焼ステージ（上述の例では、高燃焼、中燃焼、低燃焼の各位置）ごとに、流量調整弁２の開度が燃焼調整値（後述する基準値作成用）として、制御器に設定（登録）される。この際、各燃焼ステージでの流量調整弁２の開度に対する容量係数も、燃焼調整値（後述する基準値作成用）として求められる。具体的には、各燃焼ステージにおいて、各センサ５〜８の検出値などに基づき、後述の［数１］により、燃焼調整時の容量係数が求められて、制御器に設定（登録）される。
【００２５】
流量調整弁２の容量係数には、各種のものがあるが、たとえばＣｖ値が用いられる。Ｃｖ値は、公知のとおり、Ｃｖ＝Ｑ×√（Ｇ／Δｐ）で求められる。ここで、Ｑはガスの流量、Ｇはガスの比重、Δｐは流量調整弁２の前後の差圧である。さらに詳細には、本実施例では、Ｃｖ値は、次式により求められる。
【００２６】
［数１］  Ｃｖ＝Ｑ／４１４０×√｛（Ｇｇ×（２７３＋ｔ））／（（Ｐ１−Ｐ２）×Ｐ２）｝
【００２７】
但し、数式中の各記号は、次のとおりである。
Ｑ［ｍ３／ｈｒ］は、ガスの標準流量を示し、流量センサ８により求められる。
Ｇｇは、ガスの比重（空気を１としたとき）であり、たとえば、都市ガス１３Ａを用いる場合、０．６４となる。
ｔ［℃］は、ガスの温度であり、温度センサ７により求められる。
Ｐ１［ＭＰａ］は、流量調整弁２の一次側のガス圧（絶対圧）であり、第一圧力センサ５により求められる。
Ｐ２［ＭＰａ］は、流量調整弁２の二次側のガス圧（絶対圧）であり、第二圧力センサ６により求められる。
【００２８】
図２は、流量調整弁２の開度Ｏｐ［％］（全閉が０％、全開が１００％）と容量係数Ｃｖとの関係の一例を示す概略図である。図中、点Ｌ，Ｍ，Ｈは、前述した燃焼調整時に得られた各燃焼ステージでの値（開度，Ｃｖ値）である。具体的には、燃焼調整時において、低燃焼時の開度とＣｖ値が点Ｌで示され、中燃焼時の開度とＣｖ値が点Ｍで示され、高燃焼時の開度とＣｖ値が点Ｈで示される。
【００２９】
制御器は、異なる２以上の開度と、これらの開度におけるＣｖ値とから、流量特性として近似式により、任意の開度におけるＣｖ値を求めることができ、その求めたＣｖ値を基準値とする。図示例では、点Ｌと点Ｍとの燃焼調整値に基づき、この間（点Ｌ〜点Ｍ）の任意の開度に対するＣｖ値が線形近似（線形補間）により、基準値として取得可能とされる。また、点Ｍと点Ｈとの燃焼調整値に基づき、この間（点Ｍ〜点Ｈ）の任意の開度に対するＣｖ値が線形近似（線形補間）により、基準値として取得可能とされる。
【００３０】
なお、点Ｍ〜点Ｈ間の線形近似直線を、同じ傾きで、点Ｈよりも高開度側に延長して、点Ｈよりも大きな任意の開度に対するＣｖ値も取得可能とされる。同様に、点Ｌ〜点Ｍ間の線形近似直線を、同じ傾きで、点Ｌよりも低開度側に延長して、点Ｌよりも小さな任意の開度に対するＣｖ値も取得可能としてもよい。さらに、所望により、同様に、点Ｍ〜点Ｈ間の線形近似直線を、点Ｍよりも低開度側に延長したり、点Ｌ〜点Ｍ間の線形近似直線を、点Ｍよりも高開度側に延長したりして、それぞれ任意の開度におけるＣｖ値を取得可能としてもよい。このようにして求められたＣｖ値は、いずれも後述するように、開度ずれ判定時の基準値として利用される。
【００３１】
ボイラの運転中、前述したとおり、本実施例では、蒸気負荷に基づき、高燃焼、中燃焼、低燃焼および停止の四位置で、燃焼量が段階的に調整される。その際、制御器は、各燃焼ステージに応じた開度を流量調整弁２に指示する。具体的には、高燃焼時には高燃焼用開度、中燃焼時には中燃焼用開度、低燃焼時には低燃焼用開度を、それぞれ基本的には前述した燃焼調整時の開度（点Ｈ，Ｍ，Ｌの開度）として、流量調整弁２に指示すればよい。あるいは、燃焼ステージに応じて空気流量を変え、それに伴い、所定の空気比となる開度を流量調整弁２に指示すればよい。一方、燃焼停止時（待機時）には、各遮断弁を閉じればよい。
【００３２】
高燃焼、中燃焼および低燃焼の各状態では、燃焼ステージに応じて空気流量が変わる（さらに場合により外気温などによっても調整する）と共に、同じ燃焼ステージであってもガス供給圧などが変化し得ることを考慮して、流量調整弁２の一次側のガス圧およびバーナへの空気流量に基づき、燃焼調整時の開度を調整するのが好ましい。たとえば、ガス供給圧（第一圧力センサ５の検出圧力）が低いほど、燃焼調整値の開度よりも大きめの開度をとるように制御すればよい。なお、流量調整弁２の一次側のガス圧は、第一圧力センサ５の検出圧力により求められる。また、バーナへの空気流量は、送風機の回転数やダンパの開度などにより求められる他、燃焼用空気の供給系統に設けたオリフィス前後の差圧などにより求めてもよい。
【００３３】
ボイラの運転中、制御器は、設定タイミング（たとえば設定時間ごと、あるいは燃焼ステージの移行ごとなど）で、流量調整弁２の開度ずれの判定を行う。但し、燃焼ステージの移行後には、すぐに判定せずに、流量センサ８の検出流量が安定（たとえば変動率が所定範囲に収まるか、移行後に所定時間が経過）してから、流量調整弁２の開度ずれの判定を行うのがよい。
【００３４】
開度ずれの判定のために、制御器は、流量調整弁２の実際の開度におけるＣｖ値を求める。つまり、判定タイミングにおいて、各センサ５〜８の検出信号に基づき、前記［数１］に基づき、Ｃｖ値を求めればよい。そして、この実際の開度におけるＣｖ値と、予め設定しておいた基準値（基準Ｃｖ値）とを比較して、流量調整弁２の開度ずれを判定する。
【００３５】
ここで、基準値は、制御器から流量調整弁２への指示開度に基づき求められる。すなわち、燃焼ステージに応じた開度であり、好ましくは前述したとおり、流量調整弁２の一次側のガス圧などに基づき調整された開度について、その開度に対するＣｖ値が、図２に基づき説明した近似式に基づき、基準値として取得される。そして、実際のＣｖ値が、近似式による基準値よりも、所定以上離隔しているか否かに基づき、流量調整弁２の開度ずれの有無を判定する。たとえば、実際のＣｖ値が「基準値±１０％」以内であれば、開度ずれはないと判定し、「基準値±１０％」を超えていれば、開度ずれがあると判定する。そして、開度ずれがあると判定した場合、たとえば、ブザーやタッチパネルなどへの表示により、ユーザに報知したり、あるいは、ボイラの運転を停止したりすればよい。
【００３６】
たとえば、燃焼調整時の高燃焼時、開度５９％でＣｖ値５．３４、ガス流量１７９［ｍ３Ｎ／ｈｒ］だったものが、流量調整弁２の故障により制御器からの指示開度５９％に対して開度が５４％程度しか開かず、ガス流量１６０［ｍ３Ｎ／ｈｒ］しか流れなかったとすると、開度ずれ判定時に計算したＣｖ値は約４．７７となり、Ｃｖ値が約１０％ずれることになる。このような場合に、流量調整弁２の開度ずれが発生している可能性ありの判定を行う。但し、流量センサ８のズレが発生している可能性もあるので、判定時には流量センサ８によるものか否かの確認を行うのが好ましい。
【００３７】
本実施例のガス流量制御装置によれば、バーナへのガス供給中、適宜、流量調整弁２の実際の開度におけるＣｖ値（実際値）を求めると共に、その時点での制御器から流量調整弁２への指示開度に対するＣｖ値（基準値）を、燃焼調整時などに予め求めておいた開度とＣｖ値との理想状態の関係（図２の近似式）から求めて、実際値が基準値からどの程度離れているかにより、流量調整弁２の開度ずれを判定することができる。これにより、所期のガス量がバーナへ供給されているか否かを監視して、燃焼不良を未然に防止することができる。
【００３８】
本発明のガス流量制御装置は、前記実施例の構成に限らず適宜変更可能である。特に、（ａ）バーナへのガス流路に設けられた流量調整弁２と、（ｂ）流量調整弁２の実際の開度における容量係数と、予め設定しておいた容量係数の基準値とを比較して、流量調整弁２の開度ずれを判定する判定手段とを備えるのであれば、その他の構成は、適宜に変更可能である。
【００３９】
たとえば、前記実施例では、ボイラは、高燃焼、中燃焼、低燃焼および停止の四位置で制御されたが、高燃焼、低燃焼および停止の三位置で制御されたり、逆に四位置以上で制御されたりしてもよい。あるいは、蒸気圧に基づき燃焼量を比例的に増減させるなど、流量調整弁２の開度を連続的に調整するボイラにも同様に適用可能である。
【００４０】
いずれの場合も、予め、燃焼調整時などにおいて、少なくとも二点以上の開度とその開度におけるＣｖ値とを求めておき、それに基づき近似式により、制御器からの指示開度に応じたＣｖ値の基準値を求めて、実際のＣｖ値と比較すればよい。その場合において、燃焼段階が大きくなる順に少なくとも第一燃焼、第二燃焼および第三燃焼で制御される場合、第一燃焼および第二燃焼にそれぞれ対応する流量調整弁２の開度（制御器からの指示開度）における容量係数が基準値として近似式により求められると共に、第二燃焼および第三燃焼にそれぞれ対応する流量調整弁２の開度（制御器からの指示開度）における容量係数が基準値として近似式により求められるようにしてもよい。
【００４１】
また、前記実施例では、容量係数として、Ｃｖ値を用いたが、Ｃｖ値以外（たとえばＫｖ値やＡｖ値）を用いてもよい。さらに、前記実施例では、容量係数の基準値を求める近似式は、線形近似を利用したが、多項式近似などを利用してもよい。
【００４２】
また、前記実施例では、蒸気ボイラに適用した例を示したが、温水ボイラなどにも適用可能である。さらに、ボイラ以外の各種装置へのガス流路にも同様に適用可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１  ガス流路
２  流量調整弁
３  第一遮断弁
４  第二遮断弁
５  第一圧力センサ
６  第二圧力センサ
７  温度センサ
８  流量センサ
【図１】
2019045076.tif 000003
【図２】
2019045076.tif 000004