JP2007120450A - 空気温度に応じて送風機回転数の補正を行う送風装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 空気温度の変化によって空気密度が変化する場合においても、空気比がずれることをなくし、常に適正な空気比を保つ。
【解決手段】 送風機回転数を変更することで燃焼用空気供給量の調節を可能としている送風装置４において、検出燃焼用空気温度を検出する給気温度検出装置１２と、検出燃焼用空気温度に基づいて送風機の回転数を制御する空気比安定制御装置７を設け、空気比安定制御装置７には、基準燃焼用空気温度と基準回転数を、燃焼量ごとにそれぞれ設定しておき、空気比安定制御装置は、燃焼量を変更する場合には、燃焼量変更前に現時点での検出燃焼用空気温度と、燃焼量変更後の燃焼量における基準燃焼用空気温度及び基準回転数から、空気温度に対応させて補正した補正回転数を算出し、算出した補正回転数となるように送風機５の回転数を調節する。
【選択図】図１

Description

本発明は空気温度に応じて送風機回転数の補正を行う送風装置に関するものである。

特開２００２−１３０１８５号公報に記載されているように、燃焼量に合わせて送風機の回転数を変更することで送風量を制御することが行われている。特開２００２−１３０１８５号公報に記載されている発明では、送風機にインバータ装置を接続しておき、供給電力の周波数を変更することで送風量を調節している。燃焼装置への燃焼用空気供給を行う場合、所定の空気比となるように燃焼用空気を供給する必要があるため、多段階に設定した燃焼量に応じて送風量を調節する必要がある。この場合、燃焼量ごとに送風機回転数を設定しておけば所定の空気比を保つことができるはずであるが、実際には気温が変化するなどによって空気の比重が変化するため、空気比がずれるという問題があった。

空気密度は温度によって変化するため、空気温度が高くなって空気の密度が小さくなると、一定容積内における酸素量は少なくなる。燃料が燃焼するには、一定の割合で酸素が必要であるが、燃料量に対して一定容積量分の空気を供給するように設定していた場合には、空気密度の変化によって酸素量に過不足が発生する。気温の高い夏季には酸素量が不足し、気温の低い冬季には酸素量が過剰になるため、季節ごとに燃焼用空気供給量の設定を変更することが必要であった。

しかし、季節ごとに空気比の点検を行って空気供給量の設定を変更するのは煩雑であるため、特開２００２−１３０１８５号公報では、送風機の送風量を検出することができるようにしておき、所定の送風量となるように送風機の回転数を制御することが記載されている。そして、燃焼量を変更する場合に燃焼量変更後の送風量へ迅速に切り替えるため、燃焼量切替え時には、切替え後の送風機回転数を前回の同じ燃焼量時の回転数になるように調節することが提案されている。

季節の移り変わりによる空気温度の変化は、長い時間を掛けて緩やかに変化していくため、切替え後の送風機回転数を前回の同じ燃焼量時における回転数とすれば、ほぼ適正な空気比とすることができる。しかしこの場合、燃焼量は同じでも前回燃焼量時とは空気温度が異なるという場合には、空気比が適正値から外れるという問題が発生する。例えばボイラでは、缶体部周囲からの放熱を利用して燃焼用空気の予熱を行っており、この場合には放熱量の変化によって燃焼用空気温度は大きく変化する。ボイラの温度が低い起動直後の場合にはボイラからの放熱が少ないため、空気の予熱は行われずに室温どおりの燃焼用空気が供給される。しかし、ボイラが燃焼を行って缶体温度が上昇してくると、ボイラからの放熱量が増加して空気は予熱されるため、燃焼用空気温度は高くなる。この場合、空気温度は急速に変化するため、燃焼量変更時に前回の同じ燃焼量時における送風量に調節しても、空気温度変化による空気密度変化が発生していることによって、適正な空気比にすることはできなかった。

また、高燃焼・低燃焼というように燃焼量を段階的設定している場合、燃焼量は大きい方が放熱量も大きくなるため、燃焼状態ごとに燃焼用空気温度が異なる。そして燃焼用空気温度は燃焼量変更から後れて変化していくため、ある燃焼量を開始する時の燃焼用空気温度とその燃焼量を終了する時の燃焼用空気温度は異なる。同じ燃焼量でも必要な空気量は異なるため、燃焼量変更時に前回の同じ燃焼量時における最終の送風量へ調節したのでは、適正な空気比にすることはできないという問題があった。
特開２００２−１３０１８５号公報

本発明が解決しようとする課題は、空気温度の変化によって空気密度が変化する場合においても、空気比がずれることをなくし、常に適正な空気比を保つことができるようにすることにある。

請求項１に記載の発明は、高燃焼・低燃焼のように段階的に設定された値で燃焼を行う燃焼装置に燃焼用空気を供給しており、送風機回転数を変更することで燃焼用空気供給量の調節を可能としている送風装置において、燃焼用空気の温度である検出燃焼用空気温度を検出する給気温度検出装置と、検出燃焼用空気温度に基づいて送風機の回転数を制御する空気比安定制御装置を設け、空気比安定制御装置には、基準燃焼用空気温度と基準回転数を、燃焼量ごとにそれぞれ設定しておき、
空気比安定制御装置は、燃焼量一定の場合には、現時点での検出燃焼用空気温度と、現時点での燃焼量における基準燃焼用空気温度及び基準回転数から、空気温度に対応させて補正した補正回転数を算出し、算出した補正回転数となるように送風機の回転数を調節するとともに、燃焼量を変更する場合には、燃焼量変更前に現時点での検出燃焼用空気温度と、燃焼量変更後の燃焼量における基準燃焼用空気温度及び基準回転数から、空気温度に対応させて補正した補正回転数を算出し、算出した補正回転数となるように送風機の回転数を調節することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記の空気温度に応じて送風機回転数の補正を行う送風装置において、補正回転数の算出は、高燃焼用補正回転数と低燃焼用補正回転数をそれぞれ算出するものであり、

の補正回転数算出式にて行うことを特徴とする空気温度に応じて送風機回転数の補正を行うことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、前記の空気温度に応じて送風機回転数の補正を行う送風装置において、送風装置はインバータ装置による電源周波数の変更によって送風機の回転数を調節するものであることを特徴とする。

本発明を実施することで、空気温度の急速な変化によって空気密度が急速に変化していたり、燃焼量によって燃焼用空気温度が変化している場合であっても、燃焼量の切替え時に空気比がずれることはなく、常に適正な空気比を保つことができる。

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明を実施する送風装置の概要を示した一部断面説明図、図２は本実施例のフローチャート、図３と図４は本実施例での燃焼状態と空気温度に対する送風機周波数の関係を示した説明図である。

図１は中央に燃焼室を設け、その周囲に水管を配置したボイラ１であり、中央上部にバーナ２を設置している。バーナ２は、高燃焼・低燃焼・停止の３位置燃焼制御を行うものであり、高燃焼用燃料量と低燃焼用燃料量の供給を可能とした燃料供給装置３と、燃焼量に応じた空気量を供給する送風装置４を接続する。送風装置４は、空気ダクト１１を通してバーナ２へ空気を送り込む送風機５、送風機の回転翼を回転させるモータ６、モータ６の回転速度を制御する空気比安定制御装置７からなる。空気比安定制御装置７には、モータへ出力する電源周波数を変更するインバータ装置８と、インバータ装置が出力する周波数を決定する送風量制御回路９を設けており、送風量制御回路９にて燃焼用空気供給量を定める。

ボイラは、中央に設けた燃焼室内で火炎の燃焼を行い、燃焼室周囲に配置した水管で熱を吸収し、水管内の缶水を蒸発させるものである。水管などからなる缶体外面を断熱材で覆いさらにその周囲は外殻で覆っており、外殻にはスリット状の空気入口１３を多数開口しておく。缶体部と外殻の間には空気予熱用の空間を空け、送風機５は外殻内の空気を吸引するように接続しておき、バーナ２へ送る空気は、空気入口１３からボイラ缶体部周囲を流れて送風機５内に入り、空気ダクト１１を通ってバーナ２へと送られるようにしておく。ボイラ缶体部周囲で予熱された燃焼用空気の温度を検出するため、燃焼用空気流の予熱部よりも下流側に給気温度検出装置１２を設け、給気温度検出装置１２で検出した検出燃焼用空気温度の値は送風量制御回路９へ出力するようにしておく。

バーナの燃焼量はボイラにおける蒸気圧力値に基づいて制御することになっており、蒸気圧力値が低い場合には高燃焼、蒸気圧力値が高い場合には燃焼停止、蒸気圧力値がその中間にある場合には低燃焼の３位置で燃焼量を制御する。燃焼制御を行う燃焼制御装置１０は、バーナ２、燃料供給装置３、送風装置４と接続しており、燃焼制御装置１０にて燃焼量を決定し、燃料供給装置３は燃焼制御装置からの信号に基づいてあらかじめ設定しておいた量の燃料量を供給する。燃焼用空気供給量も燃焼制御装置１０にて決定した燃料量に対応させて供給するものであるが、燃焼用空気供給量は空気密度の変化に応じて補正する必要がある。そのため、標準状態における燃焼用空気供給量とともに下記の補正回転数（周波数）算出式を設定しておき、補正した燃焼用空気量を供給するようにしておく。

ボイラの場合、個体差や設置環境に影響されずに最適な燃焼状態を得るため、設置直後に行う試運転時に燃焼用空気供給量の設定を行っている。試運転時の設定では、低燃焼時において、送風機の回転数を増減することで燃焼状態が最適となるポイントを見いだし、低燃焼用基準回転数として空気比安定制御装置７へ入力しておくとともに、設定時における燃焼用空気温度を検出し、低燃焼用基準燃焼用空気温度として空気比安定制御装置７へ入力しておく。同様に高燃焼用時においても、送風機の回転数を増減することで燃焼状態が最適となるポイントを見いだし、高燃焼用基準回転数として空気比安定制御装置７へ入力しておくととともに、設定時における燃焼用空気温度を検出し、高燃焼用基準燃焼用空気温度として空気比安定制御装置７へ入力する。

図２のフローチャートに基づき説明する。送風量制御回路９では、まず給気温度検出装置１２によって検出している検出燃焼用空気温度を読み込み、補正回転数の算出を行う。現時点での燃焼用空気温度が分かれば、低燃焼用の基準回転数と基準燃焼用空気温度を代入した補正回転数算出式を用いて低燃焼用補正回転数が算出でき、高燃焼用の基準回転数と基準燃焼用空気温度を代入した補正回転数算出式を用いて高燃焼用補正回転数が算出できる。

また、送風量制御回路９は、燃焼制御装置１０から出力する燃焼指令の読み込みを行っておく。３位置燃焼制御を行っている場合、燃焼指令は高燃焼／低燃焼／停止のいずれかとなる。インバータ装置８へ出力する送風機回転数（補正回転数）の値は、読み込んだ燃焼指令に応じて決定しており、燃焼指令が高燃焼であれば高燃焼用補正回転数を出力、低燃焼であれば低燃焼用補正回転数を出力する。また、燃焼停止の指令が出力されていた場合は回転数０の出力つまり送風機の稼働は停止とする。インバータ装置８では、送風量制御回路８からの回転数指令に応じてモータ６へ供給する電源周波数の値を変更しており、送風機回転数を調節すること所定量の空気を供給する。以上の制御は繰り返し行っており、空気温度が変化すればその時点で回転数の補正を行う。なお、本実施例では３位置燃焼制御の場合を示しているが、本発明制御の考え方は３位置燃焼制御以外の燃焼制御を行っている場合であっても応用可能である。例えば高燃焼・低燃焼の他に中燃焼を行う４位置燃焼制御であれば、中燃焼用の補正回転数を算出するようにすればよい。

次に送風量制御の例を図３・図４に基づいて説明する。本実施例では、試運転時に設定した低燃焼用基準回転数（周波数）は２５Hz、設定時の燃焼用空気温度である低燃焼用基準燃焼用空気温度は３０℃であり、高燃焼用基準回転数（周波数）は５５Hz、高燃焼用基準燃焼用空気温度は４０℃であったとしている。低燃焼時と高燃焼時では、燃焼用空気を予熱する熱量が異なるため、高燃焼時の方が燃焼用空気温度は高くなっている。また、燃焼用空気温度変化は模式化しており、図の通りに変化したものとして説明する。なお、送風機５の回転数とモータ６へ供給する電源周波数はほぼ比例の関係にあり、実際の装置では周波数基準で設定を行うことが広く行われているため、本実施例では送風機回転数の値を電源周波数の値にて設定している。

図３・図４はそれぞれ燃焼を停止している状態から始まっており、点Ａ・点Ｉで低燃焼開始、点Ｃ・点Ｋで高燃焼へ移行、点Ｅ・点Ｍで再び低燃焼となり、点Ｇ・点Ｏで高燃焼となる。図３は気温の高い夏季におけるものであり、当初はボイラの燃焼を停止しており、燃焼用空気温度の予熱を行っていない。この状態において、給気温度検出装置１２で検出している温度はボイラ室温度に等しく、３５℃となっている。燃焼停止中の場合、送風機も停止しておくため送風機周波数は０Hzとなっている。

点Ａからは低燃焼を行うため、低燃焼用の空気供給が必要となる。この時、給気温度検出装置１２で検出している検出燃焼用空気温度は３５℃であり、低燃焼用基準燃焼用空気温度の３０℃よりも５℃高くなっている。空気温度上昇によって、一定容積内における酸素量は基準時よりも減少しているため、基準時よりも多くの空気を供給しなければ酸素量が不足することになる。送風量制御回路９では、補正回転数算出式に値を代入することで低燃焼における補正回転数を算出する。

低燃焼用補正回転数＝２５×（２７３＋３５）／（２７３＋３０）＝２５.４であるため、送風量制御回路９はインバータ装置８に対して出力周波数を２５.４Hzとするように指令を送る。インバータ装置８は、モータ６へ供給する電源周波数を２５.４Hzとし、低燃焼用基準回転数よりも０.４Hz分だけ送風機回転数を高める。送風機周波数を２５Hzではなく２５.４Hzとすることで、空気温度上昇による空気密度の低下によって、一定容積における酸素量が減少した分を補うだけ空気供給量を多くしたことになり、最適量の酸素を供給することができ、安定した燃焼を行うことができる。なお、この時に制御プログラム上では高燃焼であった場合の補正回転数も算出しているが、出力は行われないものであるため高燃焼用補正回転数算出などの記載は省略する。

燃焼を開始すると缶体の温度が上昇し、缶体温度の上昇に伴って缶体部から漏れ出す熱量は増加する。缶体周囲を流れて送風機５へ向かっている燃焼用空気は、缶体からの熱を吸収するため、温度が上昇する。燃焼用空気温度は点Ｂから上昇を開始しており、送風量制御回路９では給気温度検出装置１２で検出している検出燃焼用空気温度の上昇に伴って変化する低燃焼用補正回転数の値に応じて、インバータ装置８へ出力する送風機周波数の値を変更していく。

点Ｃ時点における燃焼用空気温度は４０℃となっており、点Ｃまでは低燃焼であるため、この時の送風機周波数は、低燃焼用補正回転数＝２５×（２７３＋４０）／（２７３＋３０）＝２５.８Hzとなる。点Ｃから燃焼量を高燃焼へ変更するため、送風量制御回路９では高燃焼用の燃焼用空気供給量とする。この場合、送風量制御回路９からインバータ装置へ出力する送風機周波数は、点Ｃにおける検出燃焼用空気温度と、高燃焼用基準燃焼用空気温度及び高燃焼用基準回転数から算出した高燃焼用の補正回転数となる。ここでは基準燃焼用空気温度と検出燃焼用空気温度が偶然同じ値となっているため、高燃焼用補正回転数＝５５×（２７３＋４０）／（２７３＋４０）＝５５であり、送風量制御回路９は送風機周波数を５５.０Hzへ変更するように指令を出力する。

燃焼用空気温度は、ボイラからの放熱量変化に伴って変化していくものであるため、送風機周波数を５５.０Hzへ変更した後も検出燃焼用空気温度の上昇は続いており、点Ｄで５５℃まで上昇している。検出燃焼用空気温度が上昇すれば、高燃焼補正回転数も上昇するため、送風機周波数は点Ｄの時点で５７.６Hzまで上昇している。燃焼用空気温度は缶体からの放熱量によって決まり、高燃焼の場合は室温から２０℃程度の上昇で安定する。ここでは、燃焼用空気温度は５５℃となった以降は変化しておらず、送風機周波数もその間は一定となっている。

点Ｅで燃焼量を高燃焼から低燃焼に変更する。この場合の補正回転数は、給気温度検出装置で検出した点Ｅ時点の検出燃焼用空気温度と、低燃焼用基準燃焼用空気温度及び低燃焼用基準回転数から算出した値となるため、低燃焼補正回転数＝２５×（２７３＋５５）／（２７３＋３０）＝２７.１Hzとなる。送風量制御回路９はインバータ装置８に対し、周波数を２７.１Hzへ変更するように指令を出力する。低燃焼時の燃焼用空気予熱量は室温から１０℃程度の上昇にとどまるため、点Ｆにかけて検出燃焼用空気温度は低下しており、送風機周波数も点Ｆまでは低下していく。点Ｆ以降の検出燃焼用空気温度は４５℃で安定しているため、送風機周波数も２６.２Hzの値を保つ。

点Ｇで燃焼状態を低燃焼から高燃焼へ変更すると、この場合の送風機周波数も、点Ｇ時点での検出燃焼用空気温度に対応した高燃焼の値である５５.９Hzとなる。その後、検出燃焼用空気温度は点Ｐにかけて５５℃まで上昇しているため、送風機周波数も５７.６Hzまで上昇させている。

一回目の低燃焼を終了する点Ｃ時点の燃焼用空気温度は４０℃であるため、低燃焼終了時の最適な送風機周波数は２５.８Hzである。しかし、二回目の低燃焼を開始する点Ｅにおける燃焼用空気温度は５５℃となっているため、低燃焼開始時の最適な送風機周波数は２７.１Hzとなる。同様に一回目の高燃焼を終了する点Ｅ時点の燃焼用空気温度は５５℃であるため、高燃焼終了時の最適な送風機周波数は５７.６Hzとなる。そして二回目の高燃焼を開始する点Ｇにおける燃焼用空気温度は４５℃となっているため、高燃焼開始時の最適な送風機周波数は５５.９Hzとなっている。本発明制御では、燃焼量を変更する場合には、燃焼量変更前にその時点における検出燃焼用空気温度と、燃焼量変更後の燃焼量における基準燃焼用空気温度及び基準回転数から補正回転数を算出し、算出した補正回転数となるように送風機の回転数を調節するため、燃焼用空気温度が変化していても、その時々で常に最適な空気比とすることができる。

図４は気温の低い冬季におけるものである。この場合も図３と同じように空気温度ごとに補正回転数を算出すると、図４に記載の通りとなる。気温の高い夏季の場合には送風機周波数は基準値よりも大きな値となっていたが、気温の低い冬季の場合は送風機周波数は基準値よりも小さな値となっている。

図４の場合、一回目の低燃焼を終了する点Ｋ時点の燃焼用空気温度は１０℃であるため、低燃焼終了時の最適な送風機周波数は２３.３Hzである。そして、二回目の低燃焼を開始する点Ｍにおける燃焼用空気温度は２５℃となっているため、低燃焼開始時の最適な送風機周波数は２４.６Hzとなっている。同様に一回目の高燃焼を終了する点Ｍ時点の燃焼用空気温度は２５℃であるため、高燃焼終了時の最適な送風機周波数は５２.４Hzとなる。そして二回目の高燃焼を開始する点Ｏにおける燃焼用空気温度は１５℃となっているため、高燃焼開始時の最適な送風機周波数は５０.６Hzとなっている。この場合も燃焼量変更前にその時点における検出燃焼用空気温度と、燃焼量変更後の燃焼量における基準燃焼用空気温度及び基準回転数から補正回転数を算出し、算出した補正回転数となるように送風機の回転数を調節するため、燃焼用空気温度が変化していても、その時々で常に最適な空気比とすることができる。

燃焼量を変更する場合、前回の同じ燃焼量時の送風機回転数とする制御の場合には、燃焼用空気温度が前回と今回とで同じになっていなければ、空気比が崩れるという問題があった。しかし、上記のとおり、燃焼量変更前に現時点での検出燃焼用空気温度と、燃焼量変更後の燃焼量における基準燃焼用空気温度及び基準回転数から、空気温度に対応させて補正した補正回転数を算出することで、空気温度が変化している場合であっても、常に最適な空気比を保つことができ、安定した燃焼を行うことができる。

本発明を実施する送風装置の概要を示した一部断面説明図 本実施例のフローチャート 燃焼状態と空気温度に対する送風機周波数の関係を示した説明図 燃焼状態と空気温度に対する送風機周波数の関係を示した説明図

符号の説明

１ ボイラ
２ バーナ
３ 燃料供給装置
４ 送風装置
５ 送風機
６ モータ
７ 空気比安定制御装置
８ インバータ装置
９ 送風量制御回路
１０ 燃焼制御装置
１１ 空気ダクト
１２ 給気温度検出装置
１３ 空気入口

Claims (3)

1. 高燃焼・低燃焼のように段階的に設定された値で燃焼を行う燃焼装置に燃焼用空気を供給しており、送風機回転数を変更することで燃焼用空気供給量の調節を可能としている送風装置において、燃焼用空気の温度である検出燃焼用空気温度を検出する給気温度検出装置と、検出燃焼用空気温度に基づいて送風機の回転数を制御する空気比安定制御装置を設け、空気比安定制御装置には、基準燃焼用空気温度と基準回転数を、燃焼量ごとにそれぞれ設定しておき、
   空気比安定制御装置は、燃焼量一定の場合には、現時点での検出燃焼用空気温度と、現時点での燃焼量における基準燃焼用空気温度及び基準回転数から、空気温度に対応させて補正した補正回転数を算出し、算出した補正回転数となるように送風機の回転数を調節するとともに、燃焼量を変更する場合には、燃焼量変更前に現時点での検出燃焼用空気温度と、燃焼量変更後の燃焼量における基準燃焼用空気温度及び基準回転数から、空気温度に対応させて補正した補正回転数を算出し、算出した補正回転数となるように送風機の回転数を調節することを特徴とする空気温度に応じて送風機回転数の補正を行う送風装置。
2. 請求項１に記載の空気温度に応じて送風機回転数の補正を行う送風装置において、補正回転数の算出は、高燃焼用補正回転数と低燃焼用補正回転数をそれぞれ算出するものであり、
   

   

   

   の補正回転数算出式にて行うことを特徴とする空気温度に応じて送風機回転数の補正を行う送風装置。
3. 請求項１又は２に記載の空気温度に応じて送風機回転数の補正を行う送風装置において、送風装置はインバータ装置による電源周波数の変更によって送風機の回転数を調節するものであることを特徴とする空気温度に応じて送風機回転数の補正を行う送風装置。

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