(57)【要約】【課題】燃焼空気用ファンの空気ダンパの開度制御及びファンモータ回転数制御によって空気流量及びファンモータ回転数を良好に制御するとともに、最適なモータ効率で運転すること。【解決手段】ボイラ負荷から算出される空気要求量１０と計測された空気流量信号９との偏差信号に基づいて空気ダンパ４の開度を制御する第１の制御系統と、ボイラ負荷２２に基づいて設定されるモータ回転数設定信号２４によってモータ回転数を制御する第２の制御系統と、を備え、モータ負荷信号を計測し、計測されたモータ負荷信号に対するモータ効率の最適となるモータ回転数３０を演算し、演算されたモータ回転数３０と計測された実際のモータ回転数２６との偏差信号を求めてモータ回転数補正信号３３とする第３の制御系統を設け、第３の制御系統のモータ回転数補正信号を第２の制御系統のモータ回転数設定信号に加算２５する構成とする。【選択図】        図１
2005037014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼空気用ファンの空気流量を空気ダンパで制御するとともに、前記ファン用モータの回転数をインバータで制御する燃焼空気用ファン制御装置であって、
要求される燃焼空気量の設定信号と、前記設定信号と比較される計測された空気流量信号と、に基づいて前記空気ダンパの開度を制御する第１の制御系統と、
燃焼装置の負荷に基づいて設定される前記ファン用モータのモータ回転数設定信号を前記インバータに入力してモータ回転数を制御する第２の制御系統と、を備え、
前記ファン用モータのモータ電流を一例とするモータ負荷信号を計測し、前記計測されたモータ負荷信号に対するモータ効率の最適となるモータ回転数を演算し、前記演算されたモータ回転数と計測された実際のモータ回転数との偏差信号を求めてモータ回転数補正信号とする第３の制御系統を設け、
前記第３の制御系統のモータ回転数補正信号を前記第２の制御系統のモータ回転数設定信号に加算する
ことを特徴とする燃焼空気用ファン制御装置。
【請求項２】
燃焼空気用ファンの空気流量を空気ダンパで制御するとともに、前記ファン用モータの回転数をインバータで制御する燃焼空気用ファン制御装置であって、
要求される燃焼空気量の設定信号と、前記設定信号と比較される計測された空気流量信号と、に基づいて前記空気ダンパの開度を制御する第１の制御系統と、
前記計測された空気流量信号に対するファン効率の最適となる空気ダンパ開度信号を演算し、前記演算された空気ダンパ開度信号と計測された実際の空気ダンパ開度信号との偏差信号を求め、前記偏差信号を前記インバータに入力してモータ回転数を制御する第２の制御系統と、を有する
ことを特徴とする燃焼空気用ファン制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はボイラ等の燃焼空気用ファン制御装置に関し、特に、燃焼空気用ファンの空気ダンパの開度制御及び燃焼空気用ファンのモータの回転数制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な従来技術として、石炭焚きボイラ等においては、燃焼空気を火炉へ送風するための燃焼空気用ファンが備えられており、燃焼空気用ファンの制御は、要求される燃焼空気量となるように空気ダンパにて空気流量を制御し、更に、ファン用モータの回転数をボイラの負荷によって予め設定された回転数に制御することで、動力の節約を図っている。
【０００３】
図５は一般的な従来技術における燃焼空気用ファン制御装置の構成例を示すブロック図であり、燃焼空気用ファン１の前流側に空気ダンパ４が設けられ、その開度が制御されて空気量が調整される。また、燃焼空気用ファン１の後流側には差圧発生器２が設けられて空気流が計測され流量発信器３から空気流量信号９が出力される。
【０００４】
そして、流量発信器３からの空気流量信号９と空気流量設定値１０とを引算器１１へ入力して偏差信号１２を求め、比例積分調節器１３へ入力することによって得られる空気ダンパ開度指令信号１４をダンパドライブ５へ出力することで空気流量を制御しており、また、ボイラ負荷信号２２を関数発生器２３に入力することで得られる回転数指令信号２４をインバータ８へ出力して、ファン用モータ７の回転数を制御している。
【０００５】
また、燃焼空気用ファンの空気ダンパの開度制御と、燃焼空気用ファンのモータの回転数制御を行う従来技術として、ファンを駆動するインバータの故障時における流量制御が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。これによると、インバータ故障信号の検知によって、空気ダンパを先行的に絞る先行閉信号が形成されて、インバータ故障に伴うファンの回転数上昇特性に関わらず、流量の適切な制御を図っている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−１３７９３６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した一般的な従来技術では、ファンの空気流量は空気流量設定値に基づき空気ダンパにて制御され、一方、ファン用モータの回転数はボイラ負荷毎に予め設定された回転数に制御されていて、燃焼空気用ファンのモータ効率とファン効率については特に配慮されていなかった。
【０００８】
また、特許文献１では、インバータ故障時のファン回転数とダンパ開度の適宜の制御によって空気流量を制御することが開示されているが、ファン用モータ効率やファン動力を最適化しようとする観点は示されていない。
【０００９】
本発明の目的は、燃焼空気用ファンの空気ダンパの開度制御及びファンモータ回転数制御によって空気流量及びファンモータ回転数を良好に制御するとともに、最適なモータ効率とファン効率で運転することのできる燃焼空気用ファンの制御装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は次のような構成を採用する。
燃焼空気用ファンの空気流量を空気ダンパで制御するとともに、前記ファン用モータの回転数をインバータで制御する燃焼空気用ファン制御装置であって、
要求される燃焼空気量の設定信号と、前記設定信号と比較される計測された空気流量信号と、に基づいて前記空気ダンパの開度を制御する第１の制御系統と、
燃焼装置の負荷に基づいて設定される前記ファン用モータのモータ回転数設定信号を前記インバータに入力してモータ回転数を制御する第２の制御系統と、を備え、
前記ファン用モータのモータ電流を一例とするモータ負荷信号を計測し、前記計測されたモータ負荷信号に対するモータ効率の最適となるモータ回転数を演算し、前記演算されたモータ回転数と計測された実際のモータ回転数との偏差信号を求めてモータ回転数補正信号とする第３の制御系統を設け、
前記第３の制御系統のモータ回転数補正信号を前記第２の制御系統のモータ回転数設定信号に加算する構成とする。
【００１１】
また、燃焼空気用ファンの空気流量を空気ダンパで制御するとともに、前記ファン用モータの回転数をインバータで制御する燃焼空気用ファン制御装置であって、
要求される燃焼空気量の設定信号と、前記設定信号と比較される計測された空気流量信号と、に基づいて前記空気ダンパの開度を制御する第１の制御系統と、
前記計測された空気流量信号に対するファン効率の最適となる空気ダンパ開度信号を演算し、前記演算された空気ダンパ開度信号と計測された実際の空気ダンパ開度信号との偏差信号を求め、前記偏差信号を前記インバータに入力してモータ回転数を制御する第２の制御系統と、を有する構成とする。
【００１２】
このような構成を採用することによって、空気流量及びファンモータ回転数を良好に制御するとともに、最適なモータ効率とファン効率で運転することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の第１及び第２の実施形態に係る燃焼空気用ファン制御装置について、図１から図４を参照しながら以下詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施形態に係る燃焼空気用ファン制御装置の全体構成を示すブロック図であり、図２は第１の実施形態におけるボイラ負荷変化時のモータ効率変動を示す図である。また、図３は本発明の第２の実施形態に係る燃焼空気用ファン制御装置の全体構成を示すブロック図であり、図４は第２の実施形態におけるボイラ負荷変化時のファン効率変動を示す図である。
【００１４】
ここで、１は燃焼空気用ファン、２は差圧発生器、３は流量発信器、４は空気ダンパ、５はダンパドライブ、６は開度発信器、７はファン用モータ、８はインバータ、９は流量信号、１０は空気流量設定値、１１は引算器、１２は偏差信号、１３は比例積分調節器、１４はダンパ開度指令信号、１５は関数発生器、１６はダンパ開度信号、１７はダンパ開度信号、１８は引算器、１９は偏差信号、２０は比例積分調節器、２１はインバータへの出力信号、２２はボイラ負荷信号、２３は関数発生器、２４はモータ回転数設定信号、２５は加算器、２６はモータ回転数（計測値）、２７は引算器、２８はモータ負荷（計測値）、２９は関数発生器、３０はモータ回転数信号、３１はモータ回転数偏差信号、３２は比例積分調節器、３３はモータ回転数指令補正信号、３４はモータ回転数指令、をそれぞれ表す。
【００１５】
本発明の第１の実施形態に係る燃焼空気用ファン制御装置について、図１と図２を参照しながら説明する。燃焼空気の差圧発生器２からの差圧に基づいて流量発信器３は空気流量信号９を出力する。この空気流量信号９と空気流量設定値１０（ボイラ負荷から算出される空気要求量）とを引算器１１へ入力して偏差信号１２を求め、比例積分調節器１３へ入力することによって得られる空気ダンパ開度指令信号１４をダンパドライブ５へ出力することによって空気流量を制御している。
【００１６】
また、ファン用モータ７の回転数を制御して空気流量を制御する他の系統があり、具体的には、ボイラ負荷に基づいたボイラ負荷信号２２を関数発生器２３に入力することで得られる回転数指令信号２４をインバータ８へ出力して、ファン用モータ７の回転数を制御している（図５に示す従来技術の系統と同様）。
【００１７】
第１の実施形態では上述した従来技術の系統に加えて、次のような制御系統を設けるものである。即ち、計測されたモータ電流に基づくモータ負荷信号２８からモータ効率最適となるモータ回転数信号３０を求める関数発生器２９と、最適効率のモータ回転数信号３０とモータ回転数（計測された実際のモータ回転数）２６との偏差を求める引算器２７と、前記引算器２７からの偏差信号３１を入力してモータ回転数指令補正信号３３を出力する比例積分調節器３２と、モータ回転数設定値２４にモータ回転数指令補正信号３３を加算する加算器２５と、を設ける。
【００１８】
そして、ボイラ負荷信号２２を関数発生器２３に入力することで得られるモータ回転数設定値２４と、モータ負荷信号２８を関数発生器２９に入力して求められるモータ回転数信号３０とモータ回転数計測値２６との偏差信号３１を比例積分調節器３２に入力して得られるモータ回転数指令補正信号３３と、を加算して、インバータ８への出力信号３４を得るような制御系統を構成している。
【００１９】
例えば、ボイラ負荷が一定の運転状態において、空気ダンパの手動操作等により、空気流量が各ボイラ負荷毎に予め設定された空気流量と大幅に相違した場合においても、ボイラ負荷信号２２を関数発生器２３に入力することで得られるモータ回転数設定値２４と、モータ負荷信号２８を関数発生器２９に入力して求められるモータ回転数信号３０とモータ回転数計測値との偏差信号３１を比例積分調節器３２に入力して得られるモータ回転数指令補正信号３３と、を加算して、加算した信号がインバータ８への出力信号３４としている。
【００２０】
そうすると、最適効率のモータ回転数信号３０に合わせるようにモータ回数数制御が行われるため、常にモータ効率が最適となるように制御される。このモータ効率の最適化を勘案したモータ回転数によって燃焼空気量が調節されると、流量発信器３の系統による空気ダンパ４による流量制御が並行して実施される。
【００２１】
次に、本発明の第１の実施形態によるボイラ負荷変化時のモータ効率変動の改善効果を図２を用いて説明すると、図２の（１）は本発明のモータ効率を示し、（２）は従来技術のモータ効率を示すグラフである。図２の（２）によると（従来技術）、ボイラ負荷が経時的に低下する場合、モータ回転数も低下してそれに連れてモータ効率も低下する。これに対して、本発明の第１の実施形態では、（１）を参照して、ボイラ負荷が低下しても、モータ負荷信号２８での最適効率のモータ回転数信号３０に合わせるように回転数制御を行うので、モータ効率はボイラ負荷低下前と同レベルに維持される。以上のように、第１の実施形態では、空気流量によって空気ダンパ開度を制御し、且つ、モータ負荷から求められるモータ効率最適となるモータ回転数信号によってインバータを制御することで、最適なモータ効率での運転を可能とする。
【００２２】
尚、本発明の第１の実施形態に係る燃焼空気用ファン制御装置は、上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができるものである。
【００２３】
次に、本発明の第２の実施形態に係る燃焼空気用ファン制御装置について、図３と図４を参照しながら説明する。燃焼空気の差圧発生器２からの差圧に基づいて流量発信器３は空気流量信号９を出力する。この空気流量信号９と空気流量設定値１０（ボイラ負荷から算出される空気要求量）とを引算器１１へ入力して偏差信号１２を求め、比例積分調節器１３へ入力することによって得られる空気ダンパ開度指令信号１４をダンパドライブ５へ出力することによって空気流量を制御している。
【００２４】
また、ファン用モータ７の回転数を制御して空気流量を制御する他の系統がある。図５に示す従来技術では、インバータ８への入力信号はボイラ負荷毎に設定された回転数指令に基づいて回転数制御を行っていたのに対して、本発明の第２の実施形態では、ファン効率が最適となるようにモータの回転数を制御する下記のような制御系統を構成している。
【００２５】
即ち、流量発信器３からの流量信号９を用いてファン効率が最適となる空気ダンパ開度信号１６を求める関数発生器１５と、空気ダンパ４の開度を検出する開度発信器６と、前記開度発信器６からの開度信号１７と前記空気ダンパ開度信号１６との偏差を求める引算器１８と、前記引算器１８から出力される偏差信号１９を入力する比例積分調節器２０と、を設け、空気流量信号９を関数発生器１５に入力することで得られるファン効率最適の空気ダンパ開度信号１６と開度発信器６からの開度信号１７との偏差信号１９を比例積分調節器２０に入力することによって、インバータ８への出力信号２１を得るようにしている。
【００２６】
例えば、ボイラ負荷が一定の運転状態において、空気ダンパの手動操作等により、空気流量が各ボイラ負荷毎に予め設定された空気流量と大幅に相違した場合においても、空気流量信号９を関数発生器１５に入力することで得られる空気ダンパ開度信号１６と開度発信器６からの開度信号１７との偏差信号１９を比例積分調節器２０に入力することでインバータ８への出力信号２１を得るようにしている。そうすると、所定の空気流量９におけるファン効率最適の空気ダンパ開度信号１６に合わせるようにモータの回数数制御が行われるため、常にファン効率が最適となるように制御される。また、流量発信器３からの空気流量信号９の系統による空気ダンパ４による流量制御が並行して実施される。
【００２７】
次に、本発明の第２の実施形態によるボイラ負荷変化時のファン効率変動の改善効果を図４を用いて説明すると、図４の（１）は本発明のファン効率を示し、（２）は従来技術のモータ効率を示すグラフである。図４の（２）によると（従来技術）、ボイラ負荷が経時的に低下する場合、モータ回転数も低下してそれに連れてファン効率も低下する。これに対して、本発明の第２の実施形態では、（１）を参照して、ボイラ負荷が低下しても、流量信号９を用いてファン効率が最適となる空気ダンパ開度信号１６に合わせるように回転数制御を行うので、ファン効率はボイラ負荷低下前と同レベルに維持される。以上のように、第２の実施形態では、空気流量によって空気ダンパ開度を制御し、且つ前記空気ダンパ開度が、空気流量から導き出される、ファン効率最適となる空気ダンパ開度と等しくなるようにファン用モータの回転数を制御することで、最適なファン効率での運転を可能とする。
【００２８】
尚、本発明の第２の実施形態に係る燃焼空気用ファン制御装置は、上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができるものである。
【００２９】
以上説明したように、本発明の実施形態は、上述の図示構造を参照して次のような構成例を含むものである。即ち、燃焼空気用ファンの空気流量を空気ダンパで制御し、ファン用モータの回転数をインバータで制御する系統構成において、燃焼空気用ファン１の空気流量を測定するための差圧発生器２及び流量発信器３と、空気流量を制御するための空気ダンパ４と、空気ダンパ４の開度を制御するダンパドライブ５と、燃焼空気用ファン１の駆動用モータ７と、駆動用モータ７の回転数を制御するインバータ８と、流量発信器３からの流量信号９と空気流量設定値１０との偏差を求める引算器１１と、引算器１１からの偏差信号１２を入力してダンパドライブ５の開度指令信号を出力する比例積分調節器１３と、ボイラ負荷信号２２からモータ回転数設定値２４を求める関数発生器２３と、モータ負荷信号２８からモータ効率最適となるモータ回転数信号３０を求める関数発生器２９と、モータ回転数信号３０とモータ回転数との偏差を求める引算器２７と、引算器２７からの偏差信号３１を入力してモータ回転数指令補正信号３３を出力する比例積分調節器３２と、モータ回転数設定値２４にモータ回転数指令補正信号３３を加算する加算器２５と、を備え、
空気流量信号９と空気流量設定値１０との偏差を比例積分調節器１３へ入力することによって得られる空気ダンパ開度指令信号１４をダンパドライブ５へ出力することで空気流量を制御するように構成し、
更に、ボイラ負荷信号２２を関数発生器２３に入力することで得られるモータ回転数設定値２４と、モータ負荷信号２８を関数発生器２９に入力して求められるモータ回転数信号３０とモータ回転数計測値との偏差信号３１を比例積分調節器３２に入力して得られるモータ回転数指令補正信号３３とを加算してインバータ８への出力信号３４を得るように構成すること。この構成によって、最適なモータ効率での運転を可能とする。
【００３０】
また、燃焼空気用ファンの空気流量を空気ダンパで制御し、燃焼空気用ファンの駆動用モータの回転数をインバータで制御する系統構成において、燃焼空気用ファン１の空気流量を測定するための差圧発生器２及び流量発信器３と、空気流量を制御するための空気ダンパ４と、空気ダンパ４の開度を制御するダンパドライブ５と、空気ダンパ４の開度を計測する開度発信器６と、燃焼空気用ファン１の駆動用モータ７と、駆動用モータ７の回転数を制御するインバータ８と、流量発信器３からの流量信号９と空気流量設定値１０との偏差を求める引算器１１と、引算器１１からの偏差信号１２を入力してダンパドライブ５への開度指令信号を出力する比例積分調節器１３と、流量発信器３からの流量信号９からファン効率最適となる空気ダンパ開度信号１６を導き出す関数発生器１５と、開度発信器６からの開度信号１７と該空気ダンパ開度信号１６との偏差を求める引算器１８と、引算器１８からの偏差信号１９を入力してインバータ８への出力信号２１を出力する比例積分調節器２０と、を備え、
空気流量信号９と空気流量設定値１０との偏差を比例積分調節器１３へ入力することによって得られる空気ダンパ開度指令信号１４をダンパドライブ５へ出力することで空気流量を制御するように構成し、
更に、空気流量信号９を関数発生器１５に入力することで得られる空気ダンパ開度信号１６と開度発信器６からの開度信号１７との偏差信号１９を比例積分調節器２０に入力することでインバータ８への出力信号２１を得るように構成すること。この構成によって、最適なファン効率での運転を可能とする。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、燃焼空気用ファンの空気ダンパの開度制御及びファンモータ回転数制御によって空気流量及びファンモータ回転数を制御する制御装置において、モータ負荷信号からモータ効率最適となるモータ回転数信号を求める関数発生器を設けて、この関数発生器からの出力をモータ回転数指令補正信号とすることによって、常にモータ効率最適となるようにモータの回転数を制御することができる。
【００３２】
また、燃焼空気用ファンの空気ダンパの開度制御及びファンモータ回転数制御によって空気流量及びファンモータ回転数を制御する制御装置において、流量信号を用いてファン効率が最適となる空気ダンパ開度信号を求める関数発生器を設けて、この関数発生器からの出力をモータ回転数指令信号とすることによって、常にファン効率最適となるようにモータの回転数を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃焼空気用ファン制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態におけるボイラ負荷変化時のモータ効率変動を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る燃焼空気用ファン制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図４】第２の実施形態におけるボイラ負荷変化時のファン効率変動を示す図である。
【図５】一般的な従来技術における燃焼空気用ファン制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  燃焼空気用ファン
２  差圧発生器
３  流量発信器
４  空気ダンパ
５  ダンパドライブ
６  開度発信器
７  ファン用モータ
８  インバータ
９  流量信号
１０  空気流量設定値
１１  引算器
１２  偏差信号
１３  比例積分調節器
１４  ダンパ開度指令信号
１５  関数発生器
１６  ダンパ開度信号
１７  ダンパ開度信号
１８  引算器
１９  偏差信号
２０  比例積分調節器
２１  インバータへの出力信号
２２  ボイラ負荷信号
２３  関数発生器
２４  モータ回転数設定信号
２５  加算器
２６  モータ回転数（計測値）
２７  引算器
２８  モータ負荷（計測値）
２９  関数発生器
３０  モータ回転数信号
３１  モータ回転数偏差信号
３２  比例積分調節器
３３  モータ回転数指令補正信号
３４  モータ回転数指令
【図１】
2005037014.tif 000003
【図２】
2005037014.tif 000004
【図３】
2005037014.tif 000005
【図４】
2005037014.tif 000006
【図５】
2005037014.tif 000007