JP2006242523A - 温水ボイラ - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼開始時の流体温度と、目標流体温度との差が小さい場合でも確実に配管の閉塞を判断して熱交換器の損傷を防止することのできる油だきボイラを提供すること。
【解決手段】制御部１１が燃焼器（１，２）の燃焼開始直後に、流体温度と、同流体温度と設定温度とから決定される燃焼量とにより流体配管６の詰まりを判断して流量調整弁２１を制御してなり、燃焼開始時の流体温度（Ｔ０）と判定時間経過後の流体温度（Ｔ）とを検出し、判定時間経過後の流体温度（Ｔ）が燃焼開始時の流体温度（Ｔ０）に判定温度上昇（ΔＴ）を加算した判定温度以下であり、かつ、判定時間経過後の燃焼量（Ｑ）が所定の判定燃焼量（Ｑｊ）以上である場合にのみ流体配管の詰まりと判断し、流量調整弁２１を全閉、消火するようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、温水により室内を暖房する温水式暖房装置に流体を加熱供給する油だき温水ボイラに係り、詳しくは温水配管の詰まりや凍結を判断する安全装置に関する。

従来の油だき温水ボイラは、例えば、特許文献１に開示されているように、燃料を燃焼させる燃焼器と、同燃焼器により発生した燃焼熱と内部を流れる流体とを熱交換する熱交換器を有する流体配管と、前記燃焼器に燃料を供給する供給路を開閉する開閉手段と、前記燃焼器による前記燃料による燃焼の停止を指示する指示手段を有し、同指示手段の指示に応じて前記開閉手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記熱交換器または同熱交換器付近の前記流体の温度または温度の変化量を検出する検出手段を有し、前記指示手段によって前記燃焼器による前記燃料の燃焼が指示された時、前記開閉手段を制御して前記供給路を開き、前記検出手段によって検出された前記流体の温度または温度の変化量が所定範囲外である場合、例えば、燃焼を開始してから第１設定時間ｔ１が経過するまでに第１設定温度Ｔ１（＝７℃）以下または第１温度変化ΔＴ１（＝７℃）以下である場合は、熱交換器またはこの熱交換器付近の温水管内の温水が凍結していると判断し、前記開閉手段を制御して前記供給路を閉じることにより、流体が沸点に達する前に燃焼器による燃料の燃焼を中止して熱交換器内の流体の加熱を止めるようにしている。
これにより、流体配管内を流体が流れ難くても流体配管内の圧力があまり上昇せず、流体配管が破裂したりすることを防止していた。

しかし、特許文献１に開示されている技術は、図８に示すように、燃焼開始時の温度と、目標流体温度との差が大きい場合は、正常時の温度変化が大きいため、凍結による管の閉塞時の温度変化ΔＴとの差が大きいので、判定し易いが、図７−ａに示すように、燃焼開始時の流体温度と、目標流体温度との差が小さい場合、目標流体温度近傍で燃焼量が制御され、前記第１設定時間ｔ１経過時点で正常時の温度変化が閉塞時の温度変化ΔＴより小さくなることがある。
このため、凍結検知機能を有効とする温度を例えば５℃以下としているため、燃焼開始時の流体温度と、目標流体温度との差が小さい場合、前記凍結検知機能を有効とする温度を超えるため、凍結やスケールによる配管の閉塞を判断することができないという問題がある。

特開平０４−６４８５９号公報（第７−３４頁、第１図）

本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、燃焼開始時の流体温度と、目標流体温度との差が小さい場合でも確実に配管の閉塞を判断して熱交換器の損傷を防止することのできる油だきボイラを提供することを目的とする。

本発明は、本体内に燃料の流量を調整する流量調整弁と、同流量調整弁を介して供給される液体燃料を燃焼させる燃焼器と、同燃焼器で発生する燃焼熱と内部を流通する流体と熱交換する熱交換器と、前記流体を前記熱交換器に流通させる流体ポンプと、前記熱交換器で温められた流体（温水）を室内機に流出する流体往き管と同室内機を流通して冷やされた流体を流入する流体戻り管とでなる流体配管と、前記流体往き管に流通する流体温度を検出する流体温度検出手段と、同流体温度検出手段の検出する流体温度と前記室内機から設定された設定温度とから前記流量調整弁を調節して前記燃焼器の燃焼量を制御する制御部とからなる温水ボイラにおいて、
前記制御部が前記流体温度の変化量と前記燃焼量の変化量とにより前記流量調整弁を調整することを特徴とする温水ボイラとしている。

また、前記燃焼器の燃焼開始時の流体温度と所定の判定時間経過後の流体温度とを検出し、同判定時間経過後の流体温度が前記燃焼開始時の流体温度に判定温度上昇分を加算した判定温度以下であり、かつ、判定時間経過後の燃焼量が所定の判定燃焼量以上である場合に前記流体配管の詰まりと判断し前記流量調整弁を調整してなる温水ボイラとしている。

以上説明したように、制御部が燃焼器の燃焼開始直後に、流体温度と、同流体温度と設定温度とから決定される燃焼量とにより流体配管の詰まりを判断して流量調整弁を制御してなり、燃焼開始時の流体温度Ｔ０と判定時間経過後の流体温度Ｔとを検出し、判定時間経過後の流体温度Ｔが燃焼開始時の流体温度Ｔ０に判定温度上昇ΔＴを加算した判定温度以下であり、かつ、判定時間経過後の燃焼量Ｑが所定の判定燃焼量Ｑｊ以上である場合にのみ流体配管の詰まりと判断し、流量調整弁を全閉、消火するので、
初期流体温度Ｔ０が比較的目標流体温度に近い場合であっても、誤判断を防止し、確実に流体配管の詰まりを判断するので、流体配管内を流体が流れ難くても流体配管内の圧力があまり上昇せず、流体配管が破裂したりすることを防止することのできる油だき温水ボイラを提供する。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。

図１は本発明に係る油だきボイラの構造図、図２は本発明による油だきボイラを使用した暖房システムの構成図である。
油だきボイラ（１０）は、ファンコンベクタや、床暖房用配管等の室内機（３０）に温かい流体（温水）を供給するものである。
図１および図２に示すように、本発明の油だきボイラは、その本体１０内に外部に設置されたコック２０ａを備える燃料タンク２０より外部送油管２０ｂ、送油管接続口２１ａ１および内部送油管２１ａを介して供給される灯油（液体燃料）の流量を調整する流量調整弁２１と、同流量調整弁２１を介して供給される灯油（液体燃料）を送風ファン１ａにより送風される空気と混合して気化する気化室１と同気化室１の上方に配設され気化した液体燃料を燃焼させる燃焼室２とでなる燃焼器と、同燃焼器の前記燃焼室２の上部に配設され、同燃焼室２で発生する燃焼熱と、内部を流通する流体と熱交換する熱交換器３と、上部に給水口４ａを備え流体を溜めるリザーブタンク４と、同リザーブタンク４からの流体を前記熱交換器３側に送出する流体ポンプ５と、前記リザーブタンク４、前記流体ポンプ５、および前記熱交換器３を順次接続して前記流体を流通して、同熱交換器３で温められた流体（温水）を流体往き管６ａから流体往き口６ａ１を介して前記室内機３０に送出し、同室内機３０の熱交換器３１を流通して冷やされた流体を流体戻り口６ｂ１を介して流体戻り管６ｂから前記リザーブタンク４に戻す流体配管６とで構成されている。

そして、図１に示すように、前記流体往き管６ａの流体往き口６ａ１近傍と、前記流体戻り管６ｂの流体戻り口６ｂ１近傍との間をバイパス管７で接続している。
このバイパス管７は、例えば前記室内機３０の配管が詰まったり、流通量が減った時に前記流体配管６の流通量を確保して前記熱交換器３内で流体が沸騰して空焚きとなり同熱交換器３が溶損するのを防止するためのものである。
また、前記熱交換器３と前記流体往き口６ａ１を接続する前記流体往き管６ａの途中には流体往き口６ａ１側に内部を流通する流体の温度を検出するサーミスタでなる流体温度センサ８と、熱交換器３側にバイメタルでなる加熱防止装置９が設けられている。

また、図２に示す制御部１１は、前記流体温度センサ８の検出する流体温度と、内臓する時計（タイマー）からの時間と、室内機３０の操作部３４の操作により指示された設定温度から決定される目標流体温度とから、前記流量調整弁２１の開度および前記気化室内に配置される送風ファン１ａの送風量を調整することにより前記燃焼器の燃焼量を制御している。

なお、前記室内機３０には前記流体往き口６ａ１を介して流入された流体と室内空気と熱交換する熱交換器３１と、同熱交換器３１に室内空気を送風する送風機３２と、室内温度を検出する室温検出手段３３と、設定温度を入力する前記操作部３４と、前記室内温度、設定温度等の情報を前記油だきボイラ本体１０の制御部１１に送信し、同制御部１１からの制御信号に基づいて前記送風機３２を制御する制御部３５とを備えている。

図３は本発明による油だきボイラの室内機３０を含む流体配管６の凍結や不凍液のスケールによる詰まりを検出する動作を示すフローチャート図、図４は本発明による油だき温水ボイラにおける流体温度の制御を説明するための図で、流体温度の時間的推移を示す推移図、図５は同油だき温水ボイラにおける燃焼量の制御を説明するための図で、燃焼量の時間的推移を示す推移図、図６は同油だき温水ボイラの正常時における着火時の流体温度が目標流体温度に近い場合と離れている場合についての流体温度の時間的推移をそれぞれ示す推移図、図７は同流体配管６の詰まりの検出原理を説明するための図で、図７−ａは流体温度の時間的推移、図７−ｂは燃焼量の時間的推移を示す推移図である。

流体配管６の詰まりの検出原理を説明する前に、まず、図４、図５、図６を参照して本発明による油だき温水ボイラにおける流体温度の制御方法について説明する。
図４に示すように、燃焼器に着火して流体の加熱が開始されると、流体（温水）温度は目標流体（温水）温度Ｔｓを目指して上昇を開始する。
図４中の(1) に示すように、流体（温水）温度が目標流体（温水）温度Ｔｓに達した時点で、図５の(1) に示すように燃焼量を制御しても、流体温度はオーバーシュートして消火温度に達してしまう。
そこで、(2) に示すように、流体温度が温水温度制御開始温度Ｔｃ（例えばＴｓ−１０℃）に達した時点で、図５の(2) に示すように燃焼量を制御することにより、流体温度（温水温度）の余分な上昇を防ぎ、オーバーシュートを起こして消火温度に達し、誤って消火してしまうのを防いでいる。
このような制御の下で、流体配管６の詰まりのない正常な場合では、図６の(1) に示すように、着火時の流体（温水）温度が目標流体（温水）温度Ｔｓより十分低い場合、凍結検知判定時間を経過しても、流体温度が温水温度制御開始温度Ｔｃ（例えばＴｓ−１０℃）に達しないので、温度上昇ΔＴ１は大きい値になる。
また、図６の(2) に示すように、着火時の流体（温水）温度が目標流体（温水）温度Ｔｓに近い場合には、凍結検知判定時間経過前に温水温度制御開始温度Ｔｃ（例えばＴｓ−１０℃）に達して、燃焼量が制御され、流体温度（温水温度）の上昇が抑えられるので、温度上昇ΔＴ２は、着火時の流体温度（温水温度）が目標流体温度（目標温水温度）Ｔｓより十分低い場合の温度上昇ΔＴ１より小さい値で、しかも、従来の凍結判定条件（例えばΔＴ＜５℃）を満足してしまうため、従来の凍結判定方法では流体配管６の詰まりのない正常な場合でも凍結と誤判定されてしまう。

次に、図４〜図７を参照して本発明における流体配管６の詰まりの検出原理を説明する。
前記燃焼器は燃焼が開始されると、一定の増加率で燃料の燃焼量を増やすように制御される。

前記流体配管６の詰まりが有る凍結時には、図７−ａおよび図７−ｂに示すように、燃焼が開始されると、前記流体温度センサ８の検出する流体温度は初期流体温度Ｔ０から序々に上昇するが、流体温度制御開始温度Ｔｃを超えないか、または、超える時間が遅く、凍結判定時間経過後の判定流体温度Ｔ１は（凍結判定温度）＝（初期流体温度Ｔ０＋凍結判定温度上昇ΔＴ）を超えないが、前記図７−ｂに示すように、前記燃焼器の燃焼量Ｑは初期の燃焼量Ｑ０から一定の増加率で増加し続けて凍結判定時間経過後には燃焼量Ｑ１に達する。

一方、前記流体配管６の詰まりが無い正常時には、図７−ａまたは図４の(2) に示すように、燃焼が開始されると、前記流体温度センサ８の検出する流体温度は初期流体温度Ｔ０から目標流体温度に向けて序々に上昇するが、流体温度制御開始温度Ｔｃ（例えば、目標流体温度−１０℃）を超えると、前記制御部１１が前記流量調整弁２１の開度および前記気化室内に配置される送風ファン１ａの送風量を調整することにより、図７−ｂまたは図５の(2) に示すように前記燃焼器の燃焼量Ｑを減らすことにより、オーバーシュートを抑えながら流体温度を目標流体温度に近づけるように制御される。
図６に示すように、初期流体温度Ｔ０が目標流体温度と離れている(1) の場合は凍結判定時間内に前記燃焼器の燃焼量Ｑの増加が抑えられることがなく、凍結判定時間経過後の判定流体温度Ｔ２が（凍結判定温度）＝（初期流体温度Ｔ０＋凍結判定温度上昇ΔＴ）を超える。
しかし、正常時であっても、初期流体温度Ｔ０が比較的目標流体温度に近い図６の(2) の場合は凍結判定時間内に前記燃焼器の燃焼量Ｑの増加が抑えられ、凍結判定時間経過後の判定流体温度Ｔ２が（凍結判定温度）＝（初期流体温度Ｔ０＋凍結判定温度上昇ΔＴ）を超えないことがある。
従って、初期流体温度Ｔ０が目標流体温度と離れている場合は、従来のように、凍結判定時間経過後の判定流体温度を検出しただけで判定することで問題ないが、初期流体温度Ｔ０が比較的目標流体温度に近い場合は、従来のように、凍結判定時間経過後の判定流体温度を検出しただけで判定すると、正常時でも凍結、即ち、詰まりと判定してしまうことになる。

図７−ｂに示すように、正常時と凍結時との前記凍結判定時間経過後の前記燃焼器の燃焼量Ｑを比較すると、正常時の燃焼量Ｑ２は凍結時の燃焼量Ｑ１より少なくなるので、本発明においては、このことを利用して初期流体温度Ｔ０が比較的目標流体温度に近い場合でも凍結（詰まり）の判定をすることが可能となる。

次に、図３のフローチャートを参照して、本発明による油だき温水ボイラの動作を説明する。
室内機３０の操作部３４の操作により電源が投入されると、同操作部３４の操作により設定された目標温度となる目標流体温度を設定（ＳＴ１）し、初期流体温度Ｔ０を検出し記憶する（ＳＴ２）。
次に、流量調整弁２１を開放して点火後、燃焼量Ｑ０で燃焼を開始し、一定の増加率で燃焼量を増量する（ＳＴ３）。
次に、タイマーをスタートさせ（ＳＴ１０４）、凍結（詰まり）判定時間経過したか監視する（ＳＴ１０５）と共に、前記流体流体温度センサ８の検出する流体温度Ｔと前記目標流体温度から所定温度を引いた値として決定される制御開始温度Ｔｃと比較する（ＳＴ２０４）。
ＳＴ２０４で流体温度Ｔが制御開始温度Ｔｃより高くなると、前記流量制御弁２１の開度を調整すると共に、前記送風ファン１ａを制御して、前記目標流体温度から決定される燃焼量Ｑ２となるように調整する（ＳＴ２０５）。
また、ＳＴ１０５で凍結判定時間ｔ１経過すると、その時の流体温度Ｔと、ＳＴ２で検出した初期流体温度Ｔ０に凍結判定温度上昇ΔＴを加えた凍結判定温度（Ｔ０＋ΔＴ）と比較する（ＳＴ１０６）。
ＳＴ１０６で流体温度Ｔが凍結判定温度（Ｔ０＋ΔＴ）以下でなければ、流体配管の詰まりは無いと判定し終了するが、流体温度Ｔが凍結判定温度（Ｔ０＋ΔＴ）以下であった場合は、その時の燃焼量Ｑが凍結判定燃焼量ＱＪと比較する（ＳＴ１０７）。
ＳＴ１０７で、燃焼量Ｑが凍結判定燃焼量ＱＪ以上でなければ、流体配管の詰まりは無いと判定し終了するが、燃焼量Ｑが凍結判定燃焼量ＱＪ以上である場合は、流体配管の詰まりがあると判定し、前記制御弁２１を全閉して消火する（ＳＴ１０８）。
なお、本実施例では制御弁２１を全閉としているが、必ずしも全閉である必要ではなく、全閉よりわずかに開けた状態を維持することにより、流体配管の凍結を解凍させることも可能となる。

本発明に係る油だき温水ボイラの構造図である。 本発明による油だき温水ボイラを使用した温水暖房システムの構成図である。 本発明による油だき温水ボイラの室内機３０を含む流体配管６の凍結や不凍液のスケールによる詰まりを検出する動作を示すフローチャート図である。 本発明による油だき温水ボイラにおける流体温度の制御を説明するための図で、流体温度の時間的推移を示す推移図である。 本発明による油だき温水ボイラにおける燃焼量の制御を説明するための図で、燃焼量の時間的推移を示す推移図である。 本発明による油だき温水ボイラの正常時における流体温度の時間的推移を示す推移図で、着火時の流体温度が目標流体温度に近い場合と離れている場合について対比して示している。 本発明による油だき温水ボイラの流体配管の詰まりの検出原理を説明するための図で、図７−ａは流体温度の時間的推移、図７−ｂは燃焼量の時間的推移を示す推移図である。 従来の油だき温水ボイラの流体配管の詰まりの検出原理を説明するための流体温度の時 間的推移図である。

符号の説明

１ 気化室
１ａ 送風ファン
２ 燃焼室
３ 熱交換器
４ リザーブタンク
４ａ 給水口
５ 流体ポンプ
６ 流体配管
６ａ 流体往き管
６ａ１ 流体往き口
６ｂ 流体戻り管
６ｂ１ 流体戻り口
７ バイパス管
８ 流体温度センサ
９ 加熱防止装置
１０ 油だき温水ボイラ本体
１１ 制御部
２０ 燃料タンク
２０ａ コック
２０ｂ 外部送油管
２１ 流量調整弁
２１ａ 内部送油管
２１ａ１ 送油管接続口
３０ 室内機
３１ 熱交換器
３２ 送風機
３３ 室温検出手段
３４ 操作部
３５ 制御部

Claims (2)

1. 本体内に燃料の流量を調整する流量調整弁と、同流量調整弁を介して供給される液体燃料を燃焼させる燃焼器と、同燃焼器で発生する燃焼熱と内部を流通する流体と熱交換する熱交換器と、前記流体を前記熱交換器に流通させる流体ポンプと、前記熱交換器で温められた流体（温水）を室内機に流出する流体往き管と同室内機を流通して冷やされた流体を流入する流体戻り管とでなる流体配管と、前記流体往き管に流通する流体温度を検出する流体温度検出手段と、同流体温度検出手段の検出する流体温度と前記室内機から設定された設定温度とから前記流量調整弁を調節して前記燃焼器の燃焼量を制御する制御部とからなる温水ボイラにおいて、
   前記制御部が前記流体温度の変化量と前記燃焼量の変化量とにより前記流量調整弁を調整することを特徴とする温水ボイラ。
2. 前記制御部が、前記燃焼器の燃焼開始時の流体温度と所定の判定時間経過後の流体温度とを検出し、同判定時間経過後の流体温度が前記燃焼開始時の流体温度に判定温度上昇分を加算した判定温度以下であり、かつ、判定時間経過後の燃焼量が所定の判定燃焼量以上である場合に前記流体配管の詰まりと判断し前記流量調整弁を調整することを特徴とする請求項１記載の温水ボイラ。

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