JP2012026715A

JP2012026715A - 予備混合式の燃焼装置

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Publication number: JP2012026715A
Application number: JP2011161644A
Authority: JP
Inventors: Gerhard Werle; ヴェルレ，ゲルハルド; Guenther Koeb; ケブ，ギュンター; Markus Telian; テリアン，マルクス
Original assignee: Hoval AG
Current assignee: Hoval AG
Priority date: 2010-07-26
Filing date: 2011-07-25
Publication date: 2012-02-09
Anticipated expiration: 2031-07-25
Also published as: US9052108B2; CN102345877B; CN102345877A; JP6042601B2; ES2474417T3; EP2413031B1; US20120021365A1; CA2747176C; CA2747176A1; EP2413031A1

Abstract

【課題】予備混合式の燃焼装置において、暖房ボイラの確実な始動を保障し、障害を防止する。
【解決手段】燃料と空気からなる燃焼混合気を送風機（２）の吐出口（８）から燃焼シリンダ（９）を介して燃焼ゾーンへ送出する送風機（２）を含み、送風機（２）の上流側に配置された混合装置（３）が燃焼混合気を前処理する、暖房ボイラのための予備混合式の燃焼装置（１）において、設計的に簡単な仕方で暖房ボイラの確実な始動を保証するとともに障害を防止する解決法を提供することが意図される。このことは、送風機（２）の吐出口（８）を開放する位置と送風機（２）の吐出口（８）を狭める位置との間で位置調節可能である、送風機（２）の吐出口（８）と燃焼シリンダ（９）との間に配置された流量低減部材（１３）を備える流量低減装置（１０）によって実現される。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料と空気からなる燃焼混合気を送風機の吐出口から燃焼シリンダを介して燃焼ゾーンへ送出する送風機を含み、送風機の上流側に配置された混合装置が燃焼混合気を前処理する、暖房ボイラのための予備混合式の燃焼装置に関する。

さらに本発明は、燃料と空気から形成される燃焼混合気が送風機の上流側に配置された混合装置によって前処理され、送風機の吐出口から燃焼混合気が燃焼シリンダを介して燃焼ゾーンへ送出される、暖房ボイラのための予備混合式の燃焼装置を始動させる方法に関する。

予備混合式の燃焼装置を備える暖房ボイラは従来技術から知られており、ビルや住宅で暖房用の水および／または雑用水を温めるのに利用される。このような従来型の暖房ボイラの作動時には、熱交換器パイプの中の高温の燃焼排ガスが、暖房ボイラの内部にある暖房用の水および／または雑用水に通される。このとき燃焼排ガスが冷却されて最終的に凝縮する。従来型の暖房ボイラとは異なり、いわゆる復水ボイラでは、燃焼排ガスの熱に加えて、燃焼排ガス中の水蒸気の凝縮熱も利用され、それにより、使用される燃料のエネルギー含有量がほぼ完全に活用される。

上に述べた型式の暖房ボイラにおいて、燃焼装置の始動は、燃焼混合気の点火の問題につながる可能性のある特別にクリティカルな段階となる。一般に、燃焼ガスで作動する燃焼装置では、始動段階中に空気の割合を減らし、それにより、燃料で過飽和した燃焼混合気を確実に点火できるようにすることが知られている。さらに従来技術より、燃焼装置の始動段階中に空気量が引き下げられ、および／または燃料量が引き上げられるコントローラが知られており、確実な点火が行われるまで、同時に燃焼混合気を変化させながら、このようなプロセスが周期的に反復される。空気割合の引き下げ、および／または燃料割合の引き上げという方策は、まず第１に、暖房ボイラを連続動作でできるだけ有害物質を少なく作動できるようにする目的に資するものであるが、この方策は暖房ボイラの始動段階中にも適用される。

それに応じて公知の技術の欠点は、要求される目標加熱出力の値に合わせて燃焼混合気が常に即座に調整され、始動段階中には目標空気割合が低減されるか、または目標ガス割合が引き上げられ、そのために有害物質の排出量が増えてしまうという点にある。これに加えて、可燃性の燃焼混合気が始動段階中にほとんど急激と言ってよいほどに燃焼ゾーンへ流れ込み、その結果、点火が負荷動作への飛躍を引き起こすことになる。このようなプロセスは、暖房ボイラの燃焼室内での望ましくない圧力衝撃ないし脈動につながり、燃焼装置の障害につながる可能性がある。

本発明の課題は、冒頭に述べた種類の予備混合式の燃焼装置において、暖房ボイラの確実な始動を設計的に簡単な仕方で保証し、障害を防止する解決法を提供することにある。

この課題は本発明によると、冒頭に述べた種類の予備混合式の燃焼装置において、送風機の吐出口を開放ないし解放する位置と送風機の吐出口を狭める位置との間で調節可能である、送風機の吐出口と燃焼シリンダとの間に配置された流量低減部材を備える流量低減装置によって解決される。

同様に上述の課題は、冒頭に述べた種類の方法において、燃焼装置の始動と同時に、送風機の吐出口と燃焼シリンダとの間に配置された流量低減装置の流量低減部材が、送風機の吐出口を開放ないし解放する位置から送風機の吐出口を狭める位置へと動くことによって解決される。

本発明の好ましく好都合な実施形態や発展例は、従属請求項に記載されている。

本発明により、予備混合式の燃焼装置における燃料混合気の確実な点火が、設計的に簡単な仕方で保証されるという可能性が開かれる。流量低減装置の流量低減部材により、予備混合式の燃焼装置の始動時に送風機の吐出口の断面積を変更することで、燃焼シリンダへと流れる燃料混合気の圧力と速度を調節ないし制御することができ、それにより、確実な点火のための条件が与えられる。点火条件の調節ないし制御が可能なので、燃焼装置の「柔らかい」始動ないし「ソフトな」始動が可能であり、それによって始動段階で脈動を防止することができる。これに加えて点火条件の調節ないし制御は、排ガス通路のチムニー状況が厳しい場合にも、燃焼装置を確実に始動させるように作用する。

本発明の枠内において、燃焼装置の「柔らかい」始動ないし「ソフトな」始動のためには、および始動脈動の回避のためには、比較的高い送風機圧力と、比較的低い燃焼混合気の流動速度とが有益であることが見出されている。このことは、本発明の燃焼装置の実施形態において、流量低減部材が燃焼装置の始動時に送風機の吐出口を狭める位置に配置されることによって実現される。そして燃焼混合気の点火が完了した直後に、流量低減部材は送風機の吐出口を開放する位置へと動き、燃焼装置の作動中はこの位置のままに保たれる。

本発明による燃焼装置の実施形態では、流量低減部材が送風機の吐出口を狭める位置にあるときの吐出口の解放断面積は、流量低減部材が開いた位置にあるときの吐出口の断面積の１５％から４５％であることが意図される。同様に、本発明は方法の発展例において、流量低減部材が送風機の吐出口を狭める位置にあるときの吐出口の解放断面積は、流量低減部材が開いた位置にあるときの吐出口の断面積の１５％から４５％に狭められることを意図している。それに応じて送風機の吐出口の断面積は流量低減部材によって狭められ、すなわち、吐出口の本来の断面積の５５％から８５％だけ狭められる。送風機の吐出口の解放される断面積は３０％に狭められるのが好ましく、それにより、比較的高い送風機圧力と比較的低い燃焼混合気の流動速度が燃焼ゾーンで実現される。

さらに、本発明の燃焼装置の実施形態において、流量低減部材は回転可能に支承されたフラップ部材であることを意図している。それにより、燃焼混合気が貫流する吐出口の流量断面積の変更を、および点火条件の調節ないし制御を、設計的に簡単な仕方で実現することができる。しかしながら、本発明は、フラップ部材の形態の流量低減部材に限定されるものではない。むしろ当業者ならば理解できるように、流量の変更を惹起する別案の実施形態も考えられる。たとえば、流量低減部材は遮蔽スライダとして構成されていてもよい。

予備混合式の燃焼装置ないし暖房ボイラの作動時には、流量低減部材は送風機の吐出口を開放する位置にある。流量低減部材のこの位置が暖房ボイラ動作の進行中に確保されるようにするために、本発明は実施形態において、流量装置は、送風機の吐出口を開放ないし解放する位置へ流量低減部材を押圧する力を印加する復帰部材を有していることを意図している。このような復帰部材は、たとえば送風機の吐出口を解放する位置へと流量低減部材に初期応力をかける、ないしは押圧された状態に保つ、復帰ばねの形態で構成されていてよい。

流量低減部材は、燃料装置の始動段階のときにのみ、ないしは燃料混合気の点火段階中にだけ、送風機の吐出口を狭める位置にある。この位置を流量低減部材によって占めることができるようにするために、本発明によると、流量低減装置は電磁石を有しており、該電磁石は、燃焼装置の始動の時点では電磁石が流量低減部材を送風機の吐出口を開く位置から送風機の吐出口を狭める位置へと復帰部材の力に抗して動かすように、燃焼装置と結合されていることが意図される。この目的のために電磁石は、たとえば燃焼装置の点火制御部と結合されていてよい。点火制御部は、点火電極を活動化するための点火トランスにも電磁石にも相応の電圧が並行して、ないしは同時に印加されるように作用し、それによって点火と同時に電磁石が活動化されて、電磁石が流量低減部材の位置の変化を惹起する。点火制御部によって点火トランスと電磁石が一緒に同時に活動化することで、電磁石が流量低減部材を実際に燃焼装置の始動段階中にのみ、送風機の吐出口を狭める位置へ動かすことが保証される。そして始動段階が成功した後は、電磁石と点火電極に電圧が印加されることはなくなるので、流量低減部材に作用する復帰部材の力によって、流量低減部材は送風機の吐出口を開く位置に戻されてその位置で保持される。

電磁石に代えて、流量低減装置は流量低減部材のポジションないし位置を変更するために、これ以外の適当な位置調節手段を有することができる。たとえば電磁石に代えて、点火段階中にのみ流量低減部材を送風機の吐出口を開放する位置から送風機の吐出口を狭める位置へ動かし、および再び戻るように動かす、点火制御部と結合された電動モータまたは点火制御部と結合された空気圧式の位置調節手段を使用することもできるであろう。本発明は方法の発展例において、燃焼装置の始動後に、すなわち始動段階の成功後ないし燃焼混合気の点火の成功後に、流量低減部材が送風機の吐出口を狭める位置から送風機の吐出口を解放する位置へ動くことを意図している。このように、送風機の吐出口を狭めることは始動プロセスの時点で講じられる方策であるにすぎない。燃焼混合気が点火されるとただちに、送風機の吐出口の全部ないし本来の断面積が再び解放される。

当然のことながら、上に述べた構成要件および以下に説明する構成要件はそれぞれ記載の組み合わせにおいてばかりでなく、それ以外の組み合わせでも単独でも、本発明の枠組から外れることなく適用可能である。本発明の枠組は、特許請求の範囲によってのみ定義される。

本発明の対象物のその他の具体的事項、構成要件、および利点は、本発明の好ましい実施例が一例として示されている図面と関連する以下の説明から明らかとなる。

本発明による予備混合式の燃焼装置を示す斜視図である。本発明による予備混合式の燃焼装置を示す側面図である。流量低減装置を示す詳細部分図である。流量低減装置を組み立てられた状態で示す図である。

復水ボイラとして構成されていてよい詳しくは図示しない暖房ボイラのための、図１と図２に示す予備混合式の燃焼装置１は、燃料（たとえばガス）と空気が組み合わされてなる燃料混合気を、図面には示さない燃焼ゾーンへ送出する送風機２を含んでいる。送風機２は、保守目的や洗浄目的のために保持装置７によって旋回可能に保持される、いわゆるバーナードア６に組み付けられている。燃焼混合気は送風機２の上流側に配置された混合装置３で前処理され、この混合装置はベンチュリ管の形態で構成されており、空気ないし燃焼空気がこれによって送出される。混合装置３に横から連通する供給配管４によって空気に燃焼ガスが供給され、ガスの割合はバルブ５によって調整可能である。燃焼混合気の均一化は、送風機２の内部での集中的な混合によって実現される。

燃焼ガスと燃焼空気からなる燃焼混合気は、図２に詳しく図示する送風機２の吐出口８を介して、送風機２の下方に配置されてその下で垂直方向に延びる燃焼シリンダ９に入る。そして、燃焼シリンダ９の中にある燃焼混合気は、半径方向で燃焼シリンダ９の図示しない通過口からその外に出て燃焼ゾーンへ流入し、そこで燃焼混合気は燃焼装置１の始動段階のときに、燃焼シリンダ９から半径方向で間隔をおく点火電極によって点火される。火炎の監視は、同じく燃焼シリンダ９の外部に配置されたイオン化電極によって、従来技術から知られている仕方で行われる。

本発明によると、さらに予備混合式の燃焼装置１は、送風機２の吐出口８と燃焼シリンダ９との間に配置された流量低減装置１０を含んでいる。図３と図４に詳しく図示する流量低減装置１０は、送風機２の吐出口８と燃焼シリンダ９との間に配置され、そこで送風機２および燃焼シリンダ９の対応するフランジ区域に取り付けられ、ないしは組み付けられた差込プレート１１を含んでいる。差込プレート１１は、送風機２の吐出口８の断面積に呼応する貫通孔１２を有している。差込プレート１１の貫通孔１２には、遮蔽フラップの形態の流量低減部材１３が配置されている。流量低減部材１３は駆動軸１４と回転不能に結合されるとともに、これによって差込プレート１１の貫通孔１２で回転可能に支承されている。流量低減部材１３が回転することで、燃焼混合気が貫流する断面積を変更することができ、それにより、燃焼シリンダ９へ流れ込む燃焼混合気の圧力と速度を調節ないし制御することができる。当業者であれば理解できるように、別案として、流量低減部材は送風機２の吐出口８に直接配置されて、そこで支承されていてもよく、そうすれば差込プレート１１の部品は不要になる。

回転可能に支承された流量低減部材１３は、送風機２の吐出口８を開放する位置と、送風機２の吐出口８を狭める位置との間で位置調節可能である。このとき、図２に示す流量低減部材１３の位置は、送風機２の吐出口８を開放ないし解放する位置に相当している。この位置を流量低減部材１３がとるのは燃焼装置１の本来の動作時であり、すなわち燃焼混合気の点火後である。それに対して燃焼装置１の始動段階では、流量低減部材１３は送風機２の吐出口８を狭める位置に配置され、この位置のとき、燃焼混合気が貫流する断面積を低減させる。

燃焼装置１の始動段階中に、ないしは燃焼混合気の点火段階中に、送風機２の吐出口８の断面積を狭めることは、送風機圧力の上昇と、燃焼混合気の流動速度の低減を惹起することが見出されており、このことは、燃焼ゾーンにある燃焼混合気の点火に好ましく作用する。

このように、燃焼装置１の始動時に吐出口８が完全にではなく一部分だけ、流量低減部材１３によって遮蔽される。本発明によると、流量低減部材１３が送風機２の吐出口８を狭める位置にあるとき、吐出口８の解放断面積は、流量低減部材１３が開いた位置にあるときの吐出口８の断面積の約１５％から４５％である。このとき吐出口８の断面積の低減の度合いは暖房ボイラのサイズないし出力に依存して決まり、吐出口８の解放される断面積を吐出口８の断面積の約３０％まで狭めることが、暖房ボイラの始動段階中には特別に好ましいことが判明している。

このように燃焼装置１の始動時には、流量低減部材１３が送風機２の吐出口８を狭める位置に配置される。そして燃焼混合気の点火が成功した後、流量低減部材１３は送風機２の吐出口８を開放する位置へと回動し、それにより、送風機２から送出される燃焼混合気は、流量低減部材１３から及ぼされる制限を実質的に受けることなく燃焼シリンダ９へと流れ、燃焼混合気の圧力と速度は送風機２によってのみ規定されることになる。

送風機２の吐出口８を開放する位置への流量低減部材１３の位置の切換は、図示しない復帰部材によって惹起される。たとえば復帰部材は、流量低減部材１３が送風機２の吐出口８を開放する位置へ押圧される力を印加するばね部材の形態で構成されていてよい。送風機の吐出口８を狭める位置へと流量低減部材１３を回動ないし旋回させるために、流量低減装置１０は、送風機２の側方に配置され、流量低減装置１０と結合された電磁石１５を有している。電磁石１５はレバー機構１６を介して、差込プレート１１から突き出している駆動軸１４の端部と結合されており、これに加えて、燃焼装置１すなわちその点火制御部とも制御工学的に結合されている。このような結合は、燃焼混合気の点火時ないしは燃焼装置１の始動時に、点火電極の制御と並行して電圧が電磁石１５に印加されることを惹起し、それにより、往復式ソレノイドの形式で施工された電磁石１５の、レバー機構１６と結合されたフォークヘッド１７が動かされる。点火電極と電磁石１５への電圧の並行する印加は、たとえば、これら両方の部品と結合された点火トランス１８によって行うことができる。電磁石１５に電圧が印加されているとき、フォークヘッド１７の運動はレバー機構１６を介して駆動軸１４へ伝えられ、流量低減部材１３の旋回ないし回動につながる。それにより流量低減部材１３は、送風機２の吐出口８を開放する位置から送風機２の吐出口８を狭める位置へと復帰部材の力に抗して動き、それによって最終的に送風機の吐出口８の解放断面積が低減される。点火トランスの電圧が存在しなくなると、すぐに電磁石１５へも電圧が印加されなくなる。それによって復帰部材が、送風機２の吐出口８を開放する位置へと流量低減部材１３を押圧し、その結果、送風機２の吐出口８が実質的に解放されて、燃焼混合気が妨げられることなく通過して流れることができるようになる。

当業者であれば理解できるように、流量低減装置は電磁石に代えて、流量低減部材の位置を燃焼装置またはその点火制御部からの信号依存的および／または電圧依存的に変更する、これ以外の適当な位置調節手段を有することもできる。たとえば電動モータや空気圧式の位置調節手段を、フラップ部材として構成された流量低減部材を動かすために利用することができ、この場合、電動モータまたは空気圧式の位置調節手段の活動化は、燃焼装置１またはその点火制御部と制御工学的に結合されていてよい。

暖房ボイラのための予備混合式の燃焼装置１を始動させる本発明の方法では、燃料ないし燃焼ガスと燃焼空気とで形成される燃焼混合気が、送風機２の上流側に配置された混合装置３によって前処理される。そして前処理された燃焼混合気は、送風機２によって吐出口８から燃焼シリンダ９を経て燃焼ゾーンへと送出される。燃焼装置１の始動段階中にのみ、送風機２の吐出口８と燃焼シリンダ９との間に配置された流量低減装置１０の流量低減部材１３が、送風機２の吐出口８を開放する位置から送風機２の吐出口８を狭める位置へと動き、このとき吐出口８の解放断面積は、流量低減部材１３が開いた位置にあるときの吐出口８の断面積の１５％から４５％まで、好ましくは３０％まで狭められる。そして燃焼装置１の始動後、流量低減部材１３は送風機２の吐出口８を狭める位置から、送風機２の吐出口８を解放する位置へと動く。このようにして、普通ならば障害につながりかねない暖房ボイラの始動段階中の脈動を回避することができる。

以上に説明した本発明は、当然ながら、説明および図示した実施形態に限定されるものではない。図示した実施形態には、それによって本発明の範囲を外れることなく、意図される用途に即して当業者に想到可能な数多くの改変を行うことができる。このとき本発明には、発明の詳細な説明に含まれているものの一切および／または図面に示されているものの一切が属しており、具体的な実施例から離れて当業者に想到可能であるものも包含される。

Claims

燃料と空気からなる燃焼混合気を送風機（２）の吐出口（８）から燃焼シリンダ（９）を介して燃焼ゾーンへ送出する送風機（２）を含み、前記送風機（２）の上流側に配置された混合装置（３）が燃焼混合気を前処理する、暖房ボイラのための予備混合式の燃焼装置（１）において、前記送風機（２）の前記吐出口（８）を開放する位置と前記送風機（２）の前記吐出口（８）を狭める位置との間で位置調節可能である、前記送風機（２）の前記吐出口（８）と前記燃焼シリンダ（９）との間に配置された流量低減部材（１３）を備える流量低減装置（１０）を有していることを特徴とする予備混合式の燃焼装置。
前記流量低減部材（１３）は前記燃焼装置（１）の始動時には前記送風機（２）の前記吐出口（８）を狭める位置に配置されており、燃焼混合気の点火後には前記送風機（２）の前記吐出口（８）を開放する位置に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の予備混合式の燃焼装置（１）。
前記流量低減部材（１３）が前記送風機（２）の前記吐出口（８）を狭める位置にあるとき前記吐出口（８）の解放断面積は前記流量低減部材（１３）が開いた位置にあるときの前記吐出口（８）の断面積の１５％から４５％であることを特徴とする、請求項１または２に記載の予備混合式の燃焼装置（１）。
前記流量低減部材（１３）は回転可能に支承されたフラップ部材であることを特徴とする、先行請求項のうちいずれか１項に記載の予備混合式の燃焼装置（１）。
前記流量低減装置（１０）は前記送風機（２）の前記吐出口（８）を開放する位置へ前記流量低減部材（１３）を押圧する力を印加する復帰部材を有していることを特徴とする、先行請求項のうちいずれか１項に記載の予備混合式の燃焼装置（１）。
前記流量低減装置（１０）は電磁石（１５）を有しており、該電磁石は、前記燃焼装置（１）の始動時に前記電磁石（１５）が前記流量低減部材（１３）を前記送風機（２）の前記吐出口（８）を開放する位置から前記送風機（２）の前記吐出口（８）を狭める位置へ前記復帰部材の力に抗して動くように、前記燃焼装置（１）と結合されていることを特徴とする、請求項５に記載の予備混合式の燃焼装置（１）。
燃料と空気で形成される燃焼混合気が送風機（２）の上流側に配置された混合装置（３）によって前処理され、送風機（２）の吐出口（８）から燃焼混気が燃焼シリンダ（９）を介して燃焼ゾーンへ送出される、暖房ボイラのための予備混合式の燃焼装置（１）を始動させる方法において、前記燃焼装置（１）の始動と同時に、前記送風機（２）の前記吐出口（８）と前記燃焼シリンダ（９）との間に配置された流量低減装置（１０）の流量低減部材（１３）が、前記送風機（２）の前記吐出口（８）を開放する位置から前記送風機（２）の前記吐出口（８）を狭める位置へと動くことを特徴とする方法。
前記流量低減部材（１３）が前記送風機（２）の前記吐出口（８）を狭める位置にあるとき前記吐出口（８）の解放断面積は前記流量低減部材（１３）が開いた位置にあるときの前記吐出口（８）の断面積の１５％から４５％まで狭められることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
前記燃焼装置（１）の始動後に前記流量低減部材（１３）は前記送風機（２）の前記吐出口（８）を狭める位置から前記送風機（２）の前記吐出口（８）を解放する位置へ動くことを特徴とする、請求項７または８に記載の方法。