(57)【要約】【課題】燃焼機器における制御装置の構成を簡略化することができ、また燃焼用空気の温度に応じた送風量の調整を適切に行うことができ、さらに温度検出器の異常により燃焼機器が危険な状態となるのを防止することである。【解決手段】燃焼用空気を供給するための送風機６と、燃焼用空気の温度検出器１５と、この温度検出器１５からの検出信号の入力部１６，この入力部１６からの信号を外部へ送信する通信部１７および前記送風機６へ回転数調整信号を出力する駆動部１８を備えた駆動装置１２と、前記通信部１７からの信号を入力し、所定の空気比を維持するための回転数指令信号を前記駆動部１８へ出力する制御装置１４とを含む燃焼機器１である。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼用空気を供給するための送風機６と、燃焼用空気の温度検出器１５と、この温度検出器１５からの検出信号の入力部１６，この入力部１６からの信号を外部へ送信する通信部１７および前記送風機６へ回転数調整信号を出力する駆動部１８を備えた駆動装置１２と、前記通信部１７からの信号を入力し、所定の空気比を維持するための回転数指令信号を前記駆動部１８へ出力する制御装置１４とを含むことを特徴とする燃焼機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、所定の空気比を維持するように送風機の回転数を制御するようにした燃焼機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ボイラなどの燃焼機器においては、ＮＯｘやＣＯなどの有害燃焼排気物が少ない状態で、安定して燃焼させるため、所定の空気比となるように燃料および燃焼用空気の供給量が設定されている。しかし、気候の変化などにより、気温が変化すると、燃焼用空気の密度が変化するため、所定の空気比を維持することができない。
【０００３】
そこで、インバータ装置などの駆動装置を用い、前記燃焼機器への燃焼用空気の温度（以下、「給気温度」と云う）に応じて送風機の回転数を調整することによって、気温の変化に応じて燃焼用空気の供給量を調整することで、所定の空気比を維持するように制御（以下、「空気比一定制御」と云う）する燃焼機器が提案されている（たとえば、特許文献１および特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１−２６３４１３号公報（第２頁および第３頁，第１図および第２図）
【０００５】
【特許文献２】
実公平８−７２３５号公報（第２頁，図１）
まず、前記特許文献１に記載の燃焼機器は、前記給気温度を検出するための温度検出器と、前記送風機の回転数を調整可能に駆動する駆動装置を備えている。そして、前記燃焼機器の制御装置は、前記温度検出器による前記給気温度の検出結果に基き、前記給気温度に応じた回転数指令信号を前記駆動装置へ出力するように構成されている。前記駆動装置は、前記回転数指令信号に基いて、前記送風機を前記給気温度に応じた回転数で運転するようになっている。
【０００６】
通常、ボイラにおいて、前記送風機は、前記ボイラの後部や上部に設けられており、前記制御装置は、操作部を有する点から前記ボイラの前部に配置されている。また、前記駆動装置としてのインバータ装置は、高周波ノイズの発生を抑制するため、前記送風機の近傍に設けられており、また前記温度検出器は、前記給気温度の検出誤差を少なくするため、前記送風機の近傍に設けられている。そのため、前記温度検出器と前記制御装置との間に長い配線が必要となり、また配線が長くなるとノイズの影響を受け易く、コストが上昇すると云う問題がある。また、前記制御装置には、前記温度検出器からの検出信号を前記制御装置で利用できる信号に変換する入力部を設ける必要があって、前記制御装置の構造が複雑になり、またコストが上昇すると云う問題がある。
【０００７】
つぎに、前記特許文献２に記載の燃焼機器は、サーミスタ（温度検出器）をインバータ装置の周波数設定用抵抗器に直列に接続し、前記サーミスタと並列にリニアライズ用抵抗器を接続した構成である。前記燃焼装置においては、前記サーミスタの抵抗値が気温の変化に応じて変化することを利用して前記送風機への供給電力の周波数を調整することで、前記インバータ装置側で前記送風機の回転数を補正するように構成されている。ここにおいて、前記リニアライズ用抵抗器を用いるのは、前記サーミスタの抵抗値が気温の変化に対して比例して変化しないため、抵抗値が気温に対して比例するように補正するためである。
【０００８】
前記特許文献２に記載の燃焼装置は、前記特許文献１に記載の燃焼機器のような配線の問題点や前記制御装置の複雑化といった問題点はない。しかし、前記リニアライズ用抵抗器を用いたとしても、気温に応じた前記サーミスタの抵抗値の補正には限度があり、広い温度範囲にわたって前記送風機の回転数を適切に調整することができない。さらに、前記サーミスタは、前記インバータ装置の周波数設定用抵抗器に接続されているため、前記制御装置側では、前記サーミスタの異常（断線や短絡など）の判断を行うことができない。そのため、前記サーミスタに異常が生じると、前記送風機の回転数の調整ができなくなり、その結果、燃焼用空気の供給量が過大または過小となって、火炎の吹き消えや不完全燃焼などの危険な状態が生じてしまうと云う問題があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
この発明が解決しようとする課題は、燃焼機器における制御装置の構成を簡略化することができ、また燃焼用空気の温度に応じた送風量の調整を適切に行うことができ、さらに温度検出器の異常により燃焼機器が危険な状態となるのを防止することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
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、燃焼用空気を供給するための送風機と、燃焼用空気の温度検出器と、この温度検出器からの検出信号の入力部，この入力部からの信号を外部へ送信する通信部および前記送風機へ回転数調整信号を出力する駆動部を備えた駆動装置と、前記通信部からの信号を入力し、所定の空気比を維持するための回転数指令信号を前記駆動部へ出力する制御装置とを含むことを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
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、燃焼用空気の温度検出器からの検出信号に基いて、所定の空気比を維持するように送風機の回転数を調整する燃焼機器において好適に実施することができる。ここにおいて、前記燃焼機器は、蒸気ボイラ，温水ボイラなどのボイラや、給湯器や、吸収式冷凍機の再熱器や、焼却炉などである。
【００１２】
さて、この発明の燃焼機器は、燃焼用空気を供給するための送風機と、燃焼用空気の温度検出器と、前記送風機の駆動装置と、前記温度検出器からの検出信号に基いて、所定の空気比を維持するための回転数指令信号を前記駆動装置へ出力する制御装置とを備えている。
【００１３】
前記温度検出器は、燃焼用空気の温度（以下、「給気温度」と云う）を検出するための温度検出器であって、前記送風機に近接させて設けることができるし、また前記送風機から前記バーナまでの送風経路の途中に設けることができる。前記温度検出器は、サーミスタ，測温抵抗体，熱電対などである。
【００１４】
前記駆動装置は、前記送風機の駆動用モータの駆動装置である。前記駆動装置は、前記送風機の駆動用モータの種類に応じて適宜選択される。前記駆動装置としては、前記モータが交流電動機の場合、インバータ装置であり、直流電動機の場合、電圧調整器である。したがって、前記回転数調整信号は、前記駆動装置が前記インバータ装置の場合、所定周波数の電流であり、前記駆動装置が電圧調整器の場合、所定電圧の電流である。
【００１５】
前記駆動装置は、前記温度検出器からの検出信号の入力部，この入力部からの信号を外部へ送信する通信部および前記送風機へ回転数調整信号を出力する駆動部を備えている。前記入力部には、前記温度検出器からの配線が接続される。前記入力部は、前記温度検出器からの検出信号を前記通信部へ出力する機能を備えている。前記通信部は、前記温度検出器からの検出信号のほか、前記送風機への回転数調整信号（電圧値，電流値，周波数などを調整した供給電力）の状態や、前記駆動部の運転状態などを通信用信号として外部へ出力するように構成されている。前記駆動部は、前記駆動装置本体であり、前記回転数指令信号に応じた前記回転数調整信号として、所定周波数の電流や所定電圧の電流を供給する機能を備えている。
【００１６】
前記制御装置は、前記通信部と相互に通信する機能を備えており、この通信機能によって、前記通信部からの前記通信用信号を入力し、また前記通信部へ前記回転数指令信号を出力するように構成されている。すなわち、前記制御装置は、前記温度検出器からの検出信号を前記通信部との通信によって入力し、前記送風機の前記回転数指令信号を前記通信部へ送信するように構成されている。
【００１７】
前記燃焼機器において、前記温度検出器による前記給気温度の検出結果に基いた空気比一定制御は、つぎのように行われる。まず、前記温度検出器は、前記給気温度の検出信号を前記入力部へ出力する。この検出信号は、前記入力部から前記通信部へ出力され、前記通信用信号として前記通信部を介して前記制御装置へ出力される。前記制御装置は、前記検出信号に基き、所定の空気比を維持するための回転数指令信号を求め、この回転数指令信号を前記通信部へ出力する。前記通信部は、前記回転数指令信号を前記駆動部へ出力する。前記駆動部は、前記回転数指令信号に基き、前記回転数指令信号に応じた回転数で前記送風機を駆動するための回転数調整信号を出力し、前記送風機を駆動する。
【００１８】
したがって、前記燃焼機器においては、前記駆動装置と前記制御装置との通信によって、前記温度検出器からの検出信号を前記制御装置へ入力するように構成しているため、前記制御装置に前記温度検出器の入力部を形成する必要がなくなる。また、前記温度検出器からの配線も前記駆動装置までの間で済むため、前記配線を短縮することができる。
【００１９】
ここにおいて、前記燃焼機器は、前記温度検出器からの検出信号を前記駆動装置を介して前記制御装置へ入力するように構成してあるので、前記制御装置によって、前記温度検出器の異常（前記温度検出器自体の故障のほか断線，短絡など）の判定を行うように構成することができる。たとえば、前記検出信号による前記給気温度の検出値が通常とりうる範囲（たとえば、ボイラ室では、−１０℃〜６０℃）を外れた場合、前記温度検出器に異常の兆候が生じたと判断することができ、また前記給気温度の検出値が明らかに異常な値（たとえば、−５０℃以下や１００℃以上の値）を示すとき、前記温度検出器に異常が生じたと判断することができる。また、前記温度検出器に異常の兆候が生じたと判断したときは、前記送風機を所定の回転数で運転し、異常が生じたと判断したときは、前記燃焼機器を停止させるように制御する。
【００２０】
【実施例】
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、この発明の燃焼機器の一実施例の概略構成の説明図であり、図２は、図１の詳細構造の説明図である。ここで、この実施例の燃焼機器は、蒸気ボイラ（以下、単に「ボイラ」と云う）であって、主バーナと、主バーナへの点火用の小容量のバーナ（以下、「点火用バーナ」と云う）を備えている。前記蒸気ボイラにおいては、前記主バーナを高燃焼，低燃焼および停止の三位置で制御する，いわゆる三位置制御式の燃焼制御が採用されている。
【００２１】
まず、図１を参照しながら、ボイラの基本構成について説明する。図１において、ボイラ１は、多数の伝熱管２，２，…を有する缶体３と、主バーナ４と、点火用バーナ５と、前記各バーナ４，５へ燃焼用空気を供給するための送風機６とを備えている。
【００２２】
前記缶体３の左側面には、前記主バーナ４が設けられており、また前記缶体３の右側面は、排ガス排出部７となっている。そして、前記缶体３内には、前記主バーナ４からの燃料ガスを燃焼させながら、前記各伝熱管２内の水と熱交換を行うためのガス通路８が形成されている。
【００２３】
前記主バーナ４は、この実施例においては、平面状の燃焼面（予混合気の噴出面）を有する完全予混合式のバーナである。前記主バーナ４と前記送風機６との間には、前記送風機６からの燃焼用空気を前記主バーナ４へ供給するための第一空気流路９が設けられている。この第一空気流路９には、前記第一空気流路９の流路断面積を調整するためのダンパ１０が設けられている。このダンパ１０は、前記主バーナ４の燃焼時には、図１に実線で示す燃焼位置Ａに制御され、前記主バーナ４の点火時には、図１に点線で示す点火位置Ｂに制御される。また、前記主バーナ４には、前記主バーナ４へ燃料ガスを供給するための第一燃料供給ライン（図示省略）が接続されている。
【００２４】
前記点火用バーナ５は、前記主バーナ４の近傍に設けられている。この実施例では、前記主バーナ４の燃焼面の上端側に設けられている。前記点火用バーナ５と前記送風機６との間には、前記送風機６からの燃焼用空気を前記点火用バーナ５へ供給するための第二空気流路１１が設けられている。また、前記点火用バーナ５には、前記点火用バーナ５へ燃料ガスを供給するための第二燃料供給ライン（図示省略）が接続されている。
【００２５】
前記送風機６は、この実施例では、駆動用モータ（図示省略）として、誘導電動機を備えている。そして、前記駆動用モータには、駆動装置としてのインバータ装置１２が接続されている。このインバータ装置１２は、前記駆動用モータへの供給電力の周波数を調整することで、前記送風機６の回転数を調整する装置である。すなわち、前記インバータ装置１２は、前記送風機６の回転数を調整することにより、所定の送風量で前記送風機６を運転するようになっている。
【００２６】
そして、前記ダンパ１０および前記インバータ装置１２は、回線１３を介してそれぞれ制御装置１４に接続されている。この制御装置１４は、前記ボイラ１の負荷に基づいて、前記ダンパ１０および前記インバータ装置１２を制御するとともに、前記各燃料供給ラインから前記各バーナ４，５へのガス燃料の供給を制御するように構成されている。これらの制御内容は、前記制御装置１４にソフトウェアとして記憶させてある。
【００２７】
以上の構成において、前記制御装置１４による前記ボイラ１の概略動作は、以下の通りである。まず、前記ボイラ１を起動する際には、前記送風機６を起動させ、プレパージを行う。このプレパージは、前記送風機６を前記主バーナ４の高燃焼量に対応する送風量（以下、「高燃焼時送風量」と云う）で作動させ、前記ダンパ１０を前記燃焼位置Ａとした状態で行う。
【００２８】
プレパージ終了後、前記主バーナ４への点火を行う際には、まず前記点火用バーナ５の点火を行う。前記点火用バーナ５の点火は、前記送風機６を前記高燃焼時送風量とし、前記ダンパ１０を前記点火位置Ｂへ移動させた状態で、前記点火用バーナ５へ燃料ガスを供給し、点火手段（図示省略）を作動させることによって行う。つぎに、前記点火用バーナ５を点火させた後、前記主バーナ４へ燃料ガスを供給することにより、前記主バーナ４の点火を行う。
【００２９】
そして、前記主バーナ４へ点火してから、所定時間経過後、前記送風機６を前記主バーナ４の低燃焼量に対応する送風量（以下、「低燃焼時送風量」と云う）で作動させるとともに、前記ダンパ１０の位置を前記燃焼位置Ａとする。そして、これ以後、前記ダンパ１０を前記燃焼位置Ａとした状態のまま、前記ボイラ１の負荷に応じて、前記送風機６の送風量および前記主バーナ４への燃焼量を調整することにより、前記主バーナ４を高燃焼，低燃焼および停止の三位置で制御する。
【００３０】
そして、前記ボイラ１の運転を終了する際には、運転停止スイッチ（図示省略）の操作により、まず前記各バーナ４，５への燃料ガスの供給を停止し、前記ダンパ１０を前記燃焼位置Ａとした状態で、前記送風機６を前記高燃焼時送風量で所定時間運転し、ポストパージを行う。
【００３１】
つぎに、この実施例の特徴部分について、図１および図２を参照しながら説明する。この実施例において、前記ボイラ１は、燃焼用空気の温度（以下、「給気温度」と云う）を検出するための温度検出器１５を備えている。また、前記インバータ装置１２は、入力部１６，通信部１７および駆動部１８を備えている。また、前記制御装置１４は、前記温度検出器１５からの検出信号に基いて、所定の空気比を維持するための回転数指令信号を前記インバータ装置１２へ出力し、前記送風機６を前記回転数指令信号に応じた所定の回転数で運転させるようになっている。すなわち、前記制御器１４は、前記送風機６を前記高燃焼時送風量または前記低燃焼時送風量で運転させる場合、前記温度検出器１５からの検出信号に基づいて、所定の空気比を維持するように各送風量を調整するようになっている。
【００３２】
以下、前記温度検出器１５，前記インバータ装置１２および前記制御器１４について詳細に説明する。まず、前記温度検出器１５は、この実施例ではサーミスタであって、前記給気温度の検出誤差を少なくするため、前記送風機６の吸込口（符号省略）近くに設けられている。前記温度検出器１５は、回線１３を介して、前記入力部１６に接続されている。
【００３３】
つぎに、前記インバータ装置１２において、前記入力部１６には、前記温度検出器１５からの前記回線１３が接続されている。前記入力部１６は、前記温度検出器１５からの検出信号を入力し、この検出信号の示す値を前記通信部１７へ出力する機能を備えている。ここにおいて、前記温度検出器１５は、サーミスタであり、前記給気温度の変化に応じて抵抗値が変化するため、前記入力部１６は、抵抗値の変化を電圧の変化として入力するようになっている。したがって、前記入力部１６は、前記検出信号を電圧の信号（以下、この検出信号を「第一検出信号」と云う）として入力し、前記検出信号の示す電圧値を第二検出信号として前記通信部１７へ出力するようになっている。
【００３４】
前記通信部１７は、回線１３を介して前記制御装置１４と接続されており、前記入力部１６からの前記第二検出信号を前記制御装置１４へ送信する機能を備えている。また、前記通信部１７は、前記制御装置１４からの回転数指令信号を入力し、前記駆動部１８へ出力する機能を備えている。ここにおいて、前記通信部１７は、前記第二検出信号のほか、前記送風機６への回転数調整信号（この実施例では、周波数を調整した供給電力）の状態や、前記駆動部１８の運転状態などを纏めて通信用信号として前記制御装置１４へ送信することができるように構成されている。
【００３５】
前記駆動部１８は、前記制御装置１４からの前記回転数指令信号に基いて、前記送風機６へ回転数調整信号を出力する機能を備えている。この回転数調整信号は、前記回転数指令信号に基いて周波数を調整した供給電力である。
【００３６】
前記制御装置１４は、前記通信部１７と相互に通信する機能を備えており、この通信機能によって、前記通信部１７からの各種信号を入力するように構成されている。そして、前記通信部１７との通信によって入力した前記第二検出信号に基く回転数指令信号を前記通信部１７へ送信するように構成されている。
【００３７】
ここにおいて、前記制御装置１４には、前記第二検出信号による前記温度検出器１５の検出値と前記給気温度との関係を対照表または関係式の形で記憶させてあり、この対照表または関係式によって、前記第二検出信号から前記給気温度を求めるように構成されている。また、前記制御装置１４には、前記給気温度の変化に応じた前記送風機６の回転数の調整量を決定し、この調整量に基づく回転数指令信号を出力するように構成されている。すなわち、前記給気温度が高いほど、回転数を増加させ、逆に前記給気温度が低いほど、回転数を低下させるように調整量を決定し、この調整量に基づく回転数指令信号を出力する。以上の制御内容は、前記制御装置１４にソフトウェア（プログラム）として記憶させてある。
【００３８】
前記ボイラ１において、前記温度検出器１５からの前記給気温度の検出結果に基いた空気比一定制御は、つぎのように行われる。まず、前記温度検出器１５は、前記給気温度を検出し、この検出信号を前記入力部１６へ出力する。前記入力部１６は、前記検出信号の示す値を前記第二検出信号として、前記通信部１７へ出力する。前記通信部１７は、前記第二検出信号とともに他の信号を纏めて前記通信用信号として前記制御装置１４へ通信により出力する。前記制御装置１４は、前記第二検出信号に基き、所定の空気比を維持するための回転数指令信号を求め、この回転数指令信号を前記通信部１７へ出力する。前記通信部１７は、前記回転数指令信号を前記駆動部１８へ出力する。前記駆動部１８は、前記回転数指令信号に基き、前記回転数指令信号に応じた回転数で前記送風機６を駆動するための回転数調整信号を出力し、前記送風機６を駆動する。
【００３９】
前記ボイラ１においては、前記インバータ装置１２と前記制御装置１４との通信によって、前記第二検出信号を前記制御装置１４へ出力するように構成しているため、前記制御装置１４に前記温度検出器１５の入力部を設ける必要がなくなる。また、前記温度検出器１５からの前記回線１３も、前記制御装置１４と前記インバータ装置１２との間に新たな回線１３を設ける必要がなく、前記インバータ装置１２までの間で済むため、前記回線１３を短縮することができる。
【００４０】
ここにおいて、前記ボイラ１は、前記第二検出信号を前記インバータ装置１２を介して前記制御装置１４へ入力するように構成してあるので、前記制御装置１４によって、前記温度検出器１５の異常（前記温度検出器１５自体の故障のほか断線や短絡など）の判定を行うように構成することができる。たとえば、前記第二検出信号による前記給気温度の検出値が明らかに異常な値（たとえば、−５０℃以下や１００℃以上の値）を示すとき、前記温度検出器１５に異常が生じたと判断することができる。
【００４１】
また、前記第二検出信号による前記給気温度の検出値が、通常とりうる温度範囲、たとえばボイラ室内の気温が通常とりうる温度範囲（たとえば、−１０℃〜６０℃）を外れる値を示す場合、前記温度検出器１５に異常の兆候が生じたと判断することができる。ここにおいて、以上の説明では、前記温度検出器１５の異常の兆候を判断するための温度範囲を−１０℃〜６０℃としているが、この温度範囲は、前記給気温度に基づく前記回転数指令信号により、前記送風機６を運転したとき、前記主バーナ４に吹き消えなどを生じることなく、安定した燃焼を継続することができる回転数の範囲に基づいて決定している。
【００４２】
また、前記制御装置１４によって、前記温度検出器１５の異常の判定を行う場合、この判定結果に基づいて、つぎのような制御を行うこともできる。まず、前記温度検出器１５に異常が生じたと判断した場合には、前記ボイラ１を停止，すなわち前記各バーナ４，５および前記送風機６を停止させる。
【００４３】
つぎに、前記温度検出器１５に異常の兆候が生じたと判断した場合は、つぎのような制御を行う。すなわち、前記温度検出器１５による前記給気温度の検出値が−１０℃未満のときは、以後前記検出値を用いず、前記給気温度が−１０℃のときに対応する回転数指令信号を出力する。また、前記温度検出器１５による前記給気温度の検出値が６０℃を超えたときは、以後前記検出値を用いず、前記給気温度が６０℃のときに対応する回転数指令信号を出力する。
【００４４】
【発明の効果】
この発明によれば、燃焼機器における制御装置の構成を簡略化することができ、また燃焼用空気の温度に応じた送風量の調整を適切に行うことができ、さらに温度検出器の異常により燃焼機器が危険な状態となるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の燃焼機器の一実施例の概略構成の説明図である。
【図２】図１の詳細構造の説明図である。
【符号の説明】
１  ボイラ（燃焼機器）
６  送風機
１２  インバータ装置（駆動装置）
１４  制御装置
１５  温度検出器
１６  入力部
１７  通信部
１８  駆動部
【図１】
2004286269.tif 000003
【図２】
2004286269.tif 000004