JP2016109355A - ボイラ - Google Patents

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Kazue Toyama
和紅 遠山
辰美 植村
Tatsumi Uemura
辰美 植村
陽一 矢作
Yoichi Yahagi
陽一 矢作
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Abstract

【課題】瞬時停電の際に、熱損失を抑制しながら運転復帰できるボイラを提供する。【解決手段】燃焼室で燃焼を行う燃焼装置と、燃焼装置へ燃焼用空気を供給する送風機と、燃焼装置への燃料供給量を制御する、燃料電磁弁、オリフィス及びメイン燃料流量制御弁と、停電を検知する停電検知部と、送風機を作動させて燃焼室を掃気した後に、燃焼装置を、ボイラの熱要求に応じた燃料供給量での通常時燃焼で燃焼させる、燃焼制御部と、を備え、燃焼制御部は、燃焼装置が通常時燃焼をしているときに停電検知部によって停電が検知された場合、燃焼装置を、通常時燃焼での燃料供給量よりも低減された燃料供給量での停電時燃焼に移行させて、その後に所定時間内に停電が解消されると、燃焼室内を掃気することなく通常時燃焼へ移行させる、ことを特徴とする。【選択図】図3

Description

本発明は、ボイラに関し、特に停電解消時において、自動的に運転復帰可能なボイラに関する。
特許文献1には、瞬間的な停電時(以下、瞬時停電と称する)において、ボイラをインターロック状態にすることなく、自動的に運転復帰させるようにした、安全装置が開示されている。
特開平6−58534号公報
しかしながら、特許文献1の安全装置は、停電時において、ボイラを、燃焼を停止した燃焼待機状態に移行させる。このため、運転復帰時においては、メインバーナに点火する前に、燃焼室内を掃気するためのパージ運転が実施される。この結果、パージ運転により燃焼室の熱が奪われて、燃焼室の温度が低下するために、運転復帰時におけるボイラから生成される蒸気圧又は温水等の出力が低下しやすい。特に、瞬時停電であっても、一旦、燃焼待機状態に移行させた後に、パージ運転が実施されるので、ボイラの熱損失が大きく、ボイラを効率的に運転させることができない。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、瞬時停電の際に、熱損失を抑制しながら運転復帰できるボイラを提供することを目的とする。
本発明は、ボイラであって、燃焼室で燃焼を行うバーナと、前記バーナへ燃焼用空気を供給する空気供給手段と、前記バーナへの燃料供給量を制御する燃料供給制御手段と、停電を検知する停電検知部と、前記空気供給手段を作動させて前記燃焼室を掃気した後に、前記バーナを、前記ボイラの熱要求に応じた燃料供給量での通常時燃焼で燃焼させる、燃焼制御部と、を備え、前記燃焼制御部は、前記バーナが前記通常時燃焼をしているときに前記停電検知部によって停電が検知された場合、前記バーナを、前記通常時燃焼での燃料供給量よりも低減された燃料供給量での停電時燃焼に移行させて、その後に所定時間内に停電が解消されると、前記燃焼室内を掃気することなく前記通常時燃焼へ移行させる、ことを特徴とする。
本構成によれば、所定時間内に停電が解消された場合、燃焼室内を掃気することなく、ボイラを停電時燃焼から通常時燃焼へ移行させることができる。すなわち、停電時においても燃焼を維持させることで、ボイラ内の未燃ガスの滞留を防止して、運転復帰時において、燃焼室内を掃気することを省略できる。これにより、運転復帰時において、燃焼室の温度低下を抑制して、ボイラの熱損失を抑制できる。
前記バーナは、メイン燃焼を行うメインバーナを備えており、前記停電時燃焼は、前記メインバーナを、停電後に駆動停止された前記空気供給手段の動作によって供給される燃焼用空気の供給量に応じて低減された前記燃料供給量で、燃焼させることで実現される、ことが好ましい。
本構成によれば、停電後に、惰性で動作する空気供給手段から供給される空気を利用することで、停電時燃焼に必要とされる燃焼用空気を確保して、空気供給手段を別途に設けることなく、メインバーナによるメイン燃焼で停電時燃焼を実現できる。しかも、停電後の空気供給手段の動作によって供給される空気の供給量に応じた燃焼とすることで、失火させることなく燃焼を維持できる。
前記バーナは、パイロット燃焼を行うパイロットバーナを備えており、前記停電時燃焼は、前記パイロット燃焼で実現される、
ことが好ましい。
本構成によれば、パイロット燃焼により、燃料の供給量に制限をかけた停電時燃焼を容易に実現できる。
前記パイロットバーナは、前記通常時燃焼及び前記停電時燃焼において連続的に燃焼している、ことが好ましい。
本構成によれば、連続パイロット燃焼で運転されているボイラにおいて、本発明を好適に実現できる。すなわち、パイロット燃焼を通常時燃焼から継続させることで、停電時燃焼を容易に実現できる。
前記パイロットバーナは、前記通常時燃焼から前記停電時燃焼に移行するときに燃焼を開始する、ことが好ましい。
本構成によれば、連続パイロット燃焼をしていない場合にも、メインバーナによるメイン燃焼からパイロットバーナによるパイロット燃焼に移行させることで、本発明を好適に適用できる。
本発明に係るボイラによれば、瞬時停電後の運転復帰時における熱損失を抑制できる。
本実施形態に係るボイラの概略構成を示すブロック図である。 制御システムの概略構成を示すブロック図である。 停電時におけるボイラの作動を示すフローチャートである。 他の実施形態に係るボイラの作動を示す図3と同様のフローチャートである。
[ボイラの全体構成]
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係るボイラ1を説明する。図1は、本実施形態に係るボイラ1の概略構成を示している。図1に示すように、ボイラ1は、ガス炊きボイラであり、複数の水管からなる水管群(図示しない)が設けられた缶体2と、缶体2の一端部に設けられたダクト3と、缶体2の他端部に設けられた排気筒4と、ボイラ1の作動を制御するための制御装置50と、を備えている。
また、ボイラ1は、外部電源8からの電力によって後述する各機器が駆動されて、所望の運転状態で作動するようになっており、外部電源8の電圧を検出する電圧センサ9を備えている。
ダクト3には、前記水管内の水を加熱する燃焼装置10が設けられており、送風機5(空気供給手段)からの燃焼用空気を燃焼装置10に供給するための燃焼用空気路20と、ガス燃料を燃焼装置10に供給するための燃料供給路30と、が接続されている。送風機5は、ボイラ1の運転状態に応じて所望の送風量を供給するように、制御装置50によってインバータ制御される。
水管内の水は、制御装置50によって制御される給水ポンプ6により所望の水位に維持されており、燃焼装置10によって供給される燃焼ガスによって加熱されて、上部から蒸気として負荷側の機器(図示しない)に供給される。ボイラ1は、導出される蒸気圧に基づいて、ボイラ1の熱要求を検出する熱要求検出器7を、さらに備えている。燃焼装置10からの燃焼ガスは、水管内の水と熱交換された後、排気筒4から排出される。
燃焼装置10は、メインバーナ11と、パイロットバーナ12と、点火器13と、を備えている。メインバーナ11は、缶体2とダクト3との間の接続部に設けられており、ダクト3を介して燃焼用空気路20から燃焼用空気が供給される。パイロットバーナ12は、ダクト3の内側に臨むように設けられている。点火器13は、パイロットバーナ12を点火させるためのものであり、例えばスパーク式点火装置を使用でき、ダクト3に設けられている。
燃焼用空気路20は、送風機5とダクト3とを接続して、ダクト3を介してメインバーナ11へ燃焼用空気を供給するメイン送風路21と、メイン送風路21から分岐されて、パイロットバーナ12へ燃焼用空気を供給するパイロット送風路22と、を備えている。また、メイン送風路21は、パージ運転用の空気供給路も兼ねており、メイン送風路21からダクト3に空気を供給することで、ダクト3及び缶体2の燃焼室内が掃気される。
メイン送風路21には、メイン送風路21を流れる燃焼用空気の圧力を計測するための圧力センサ23が設けられている。パイロット送風路22には、パイロットエア電磁弁24と、オリフィス25と、が設けられている。パイロットエア電磁弁24は、パイロット送風路22を開閉して、メイン送風路21からパイロット送風路22への燃焼用空気の供給を制御する。オリフィス25は、パイロット送風路22への燃焼用空気の供給量を制限する。
燃料供給路30は、メインバーナ11に燃料を供給するメイン燃料供給路31と、パイロットバーナ12に燃料を供給するパイロット燃料供給路32と、を備えている。メイン燃料供給路31には、メイン燃料電磁弁33と、メイン燃料流量制御弁36と、が設けられている。メイン燃料電磁弁33は、メイン燃料供給路31を開閉してメインバーナ11への燃料供給を制御する。メイン燃料流量制御弁36は、メイン燃料電磁弁33が開弁されたときの、メインバーナ11への燃料供給量を制御する。
パイロット燃料供給路32には、パイロット燃料電磁弁34と、オリフィス35と、が設けられている。パイロット燃料電磁弁34は、パイロット燃料供給路32を開閉してパイロットバーナ12への燃料供給を制御する。オリフィス35は、パイロットバーナ12への燃料供給量を制限する。
すなわち、メイン燃料電磁弁33、メイン燃料流量制御弁36、パイロット燃料電磁弁34及びオリフィス35は、燃料供給制御手段として構成されている。
[制御システム]
図2に示すブロック図を参照しながら、ボイラ1の制御システム100について説明する。制御システム100は、入力装置110からの入力信号が制御装置50に入力されて、制御装置50は出力装置120に制御信号を出力するようになっており、ボイラ1の各種動作は制御装置50によって制御される。制御装置50は、CPU、メモリ、記憶手段等を備えた周知のコンピュータを備えている。
制御装置50には、外部電源8の停電を検知する停電検知部51と、燃焼装置10の燃焼を制御する燃焼制御部52と、が設けられている。また、図1を併せて参照して、制御装置50は、無停電電源装置53に接続されており、外部電源8が停電状態にあるときでも、所定時間の間、電力が供給されて作動可能とされている。
入力装置110としては、熱要求検出器7と電圧センサ9と圧力センサ23とが含まれている。制御装置50には、電圧センサ9によって検出された外部電源8の電圧値と、熱要求検出器7によって検出されたボイラ1の熱要求と、圧力センサ23によって検出されたメイン送風路21からダクト3に供給される空気の圧力が入力される。なお、制御装置50には、その他の種々の機器からの信号が入力されるようにしてもよい。
また、制御装置50は、熱要求検出器7、電圧センサ9及び/又は圧力センサ23からの入力信号に基づいて、送風機5、点火器13、パイロットエア電磁弁24、メイン燃料電磁弁33及びパイロット燃料電磁弁34、メイン燃料流量制御弁36等の出力装置120に制御信号を出力する。
停電検知部51は、電圧センサ9によって検出された外部電源8の電圧値に基づいて、ボイラ1の停電を検知する。具体的には、所定の電圧を下回る電圧降下が所定時間以上、継続した場合に、停電検知部51は、ボイラ1が停電状態にあると検知する。本実施形態では、ボイラ1の定格電圧を200Vとして、外部電源8の電圧が140Vを下回る状態が、0.04秒以上継続した場合に、停電検知部51は、ボイラ1が停電状態にあると検知する。
さらに、停電検知部51は、ボイラ1の停電状態を、ボイラ1が停電状態を継続する停電時間に応じて、瞬時停電、短時間停電又は長時間停電に区別して検知する。本実施形態では、停電検知部51は、ボイラ1の停電状態が0.2秒より短い場合には瞬時停電と検知し、0.2秒以上1.0秒未満には短時間停電と検知し、1.0秒以上継続する場合には長時間停電と検知する。
燃焼制御部52は、熱要求検出器7によって検出されるボイラ1の熱要求に基づいて、送風機5、点火器13、パイロットエア電磁弁24、メイン燃料電磁弁33、パイロット燃料電磁弁34及びメイン燃料流量制御弁36に制御信号を出力して駆動させることで、ボイラ1の燃焼を制御している。また、燃焼制御部52は、停電検知部51によりボイラ1が停電状態にあると検知されたときの、ボイラ1の燃焼を制御する。ここで、以下の説明において、ボイラ1の通常時、すなわち停電時でないときの燃焼を通常時燃焼と称し、ボイラ1が停電状態にあるときの燃焼を停電時燃焼と称する。
本実施形態では、通常時燃焼は、ボイラ1の熱要求に基づく燃料供給量での燃焼である。通常時燃焼においては、メインバーナ11と、パイロットバーナ12と、が両方とも燃焼され、パイロット燃焼では、パイロットバーナ12のみが燃焼される。すなわち、ボイラ1は、いわゆる連続パイロット燃焼するように制御されている。
ボイラ1を停止状態から通常時燃焼へ移行させる場合、まず、燃焼制御部52により送風機5が駆動されて、メイン送風路21を介して、ダクト3及び缶体2に空気が供給され、これにより、ダクト3及び缶体2の内側が十分に掃気される。続いて、燃焼制御部52は、パイロットエア電磁弁24及びパイロット燃料電磁弁34を開弁させてパイロットバーナ12へ燃焼用空気及び燃料を供給して、点火器13を作動させることで、パイロットバーナ12によるパイロット燃焼に移行させる。
次に、燃焼制御部52は、メイン燃料電磁弁33開弁させて、メインバーナ11によるメイン燃焼を開始させる。この結果、ボイラ1は、メインバーナ11によるメイン燃焼と、パイロットバーナ12によるパイロット燃焼と、からなる通常時燃焼に移行する。
ボイラ1は、所望の蒸気圧を生成する定常状態に移行した後は、熱要求検出器7からの入力信号(熱要求)に基づいて、所望の燃焼状態に制御される。このとき、メイン燃料流量制御弁36によりメインバーナ11への燃料供給量が調整されるとともに、送風機5をインバータ制御によりメインバーナ11への燃焼用空気の供給量を調整されることで、所望の空燃比が実現されて、ボイラ1の熱要求に応じた通常時燃焼が実現される。
停電時燃焼においては、ボイラ1の燃焼は、停電検知部51により検知されたボイラ1の停電状態に応じて、制御される。以下、図3に示すフローチャートを参照しながら、ボイラ1の停電時の作動を説明する。
[ボイラの停電時の作動]
ボイラ1が通常時燃焼しているとき、すなわちメインバーナ11及びパイロットバーナ12が共に燃焼しているときに、停電(すなわち140Vを下回る電圧効果又は停電)が発生したとする。この場合、図3に示すように、まず停電検知部51により停電が検知される(ステップS101)。具体的には、停電検知部51は停電時間が0.04秒以上継続している場合に、ボイラ1が停電状態にあると検知する。ボイラ1の停電時間が0.04秒より短時間である場合には、ボイラ1が停電状態にあると検知せず、ボイラ1の通常時燃焼を継続させる。
停電検知部51によりボイラ1が停電状態にあると検知されたとき、燃焼制御部52は、ボイラ1の燃焼を、停電時燃焼に移行させる(ステップS102)。詳細には、燃焼制御部52は、メイン燃料電磁弁33を閉弁させてメインバーナ11への燃料供給を遮断する一方で、パイロット燃料電磁弁34を開弁状態に維持する。
すなわち、停電時燃焼とは、パイロットバーナ12によるパイロット燃焼により実現され、通常時燃焼での燃料供給量よりも低減された燃料供給量での燃焼である。このとき、送風機5は停電のため駆動されていないが、停電後に惰性で所定時間の間、動作する送風機により供給される空気及び/又はダクト3内に残存する空気により、パイロット燃焼が所定時間の間、可能とされる。
次に、停電検知部51は、ボイラ1の停電時間が0.2秒以上継続しているか否かを検知する(ステップS103)。停電検知部51により、ボイラ1の停電時間が0.2秒より短時間であると検知された場合、すなわちボイラ1の停電が瞬時停電であると検知されたとき、燃焼制御部52は、熱要求検出器7からの入力信号に基づいて、ボイラ1の熱要求の有無を確認する(ステップS104)。
ボイラ1の熱要求がある場合、燃焼制御部52は、停電時燃焼を所定時間(例えば5秒間)継続(ステップS105)させた後、ボイラ1を通常時燃焼へ移行させる(ステップS106)。詳細には、メイン燃料電磁弁33を開弁させるとともに、送風機5を作動させることにより、メインバーナ11への燃料供給及び燃焼用空気の供給を再開させる。これにより、ボイラ1は、パイロット燃焼を基にメインバーナ11によるメイン燃焼を生じ、メインバーナ11及びパイロットバーナ12による通常時燃焼へ移行する。
このとき、停電の間にも、パイロットバーナ12によるパイロット燃焼が継続されているため、ダクト3及び缶体2における未燃ガスの滞留が抑制されているので、パージ運転することなくボイラ1を通常時燃焼に復帰させることができる。
なお、ステップS104において、ボイラ1の熱要求がない場合、燃焼制御部52は、熱要求があるまで、ボイラ1を、パイロットバーナ12によるパイロット燃焼に維持させる。
次に、ボイラ1の停電状態が、短時間停電及び長時間停電である場合を説明する。すなわち、ステップS103において、停電が0.2秒以上継続している場合、停電検知部51は、ボイラ1が瞬時停電でないと検知する。この場合、燃焼制御部52は、ボイラ1を、停電時燃焼から燃焼待機状態に移行させる(ステップS107)。燃焼待機状態においては、パイロット燃料電磁弁34が閉弁され、パイロットバーナ12によるパイロット燃焼が停止されて、ボイラ1は燃焼を停止する。
次に、停電検知部51は、停電が1秒以上継続しているか否かを検知する(ステップS108)。停電時間が1秒より短時間である場合、すなわち、ボイラ1の停電が短時間停電であると検知されたとき、燃焼制御部52は、熱要求検出器7からの入力信号に基づいて、ボイラ1の熱要求の有無を確認する(ステップS109)。
ボイラ1の熱要求がある場合、燃焼制御部52は、送風機5を駆動させて、燃焼用空気路20を通じて空気を所定時間供給して、ダクト3及び缶体2の内側を掃気するパージ運転を行う(ステップS110)。
そして、燃焼制御部52は、パイロット燃料電磁弁34を開弁させて、パイロットバーナ12へ燃料供給をするとともに、点火器13を作動させてパイロットバーナ12に点火することで、燃焼待機状態からパイロットバーナ12よるパイロット燃焼に移行させる(ステップS111)。次に、メイン燃料電磁弁33を開弁させて、ボイラ1の熱要求に応じた通常時燃焼に移行させる(ステップS106)。
また、停電が1秒以上継続している場合、ステップS108において、停電検知部51は、ボイラ1の停電が長時間停電であると検知し、燃焼制御部52は、ボイラ1の制御を停止する(ステップS112)。次に、ボイラ1の停電が解消されたとき(ステップS113)、燃焼制御部52は、図示しない報知手段を作動させて、停電によりボイラ1が停止されたことをユーザへ報知させつつ、ボイラ1をインターロック停止させる(S114)。ボイラ1がインターロック停止された状態では、ボイラ1の運転を再開させるには、オペレータによる起動操作を要する。
すなわち、上記実施形態によれば、瞬時停電、つまり所定時間(本実施形態では0.2秒)経過する前に停電が解消された場合、パージ運転をすることなくボイラ1を自動的に運転再開させることができる。つまり、停電時においてパイロット燃焼が継続されているので、燃焼室内における未燃ガスの滞留が防止され、運転再開時にパージ運転をすることを不要にすることができる。これにより、運転復帰時における缶体2内の温度が奪われることがなくボイラ1の燃焼室の温度低下が抑制されるので、ボイラ1を定常状態に早急に移行させることができる。よって、ボイラ1を、瞬時停電の際に、熱損失を抑制しながら運転復帰させることができる。
また、短時間停電の場合には、インターロック停止させることなく、自動的に運転を再開させることができるので、ボイラ1を効率的に運転させることができる。
また、長時間停電の場合には、ボイラ1をインターロック停止させることで、ボイラを安全に停止させることができる。
上記実施形態では、ステップS104において、熱要求があるまでパイロット燃焼を維持するようにしたが、これに限らず、図4に示すように、熱要求がない場合には、ボイラ1を、停電時燃焼から、燃焼待機状態に移行させてもよい(ステップS115)。この場合、上述したように(ステップS109〜S111)、熱要求があることを条件に、燃焼制御部52は、ボイラ1を、パージ運転、パイロット燃焼、を介してメインバーナ11によるメイン燃焼を生じさせて、通常時燃焼に移行させる。
また、上記実施形態では、ボイラ1が連続パイロット燃焼するとして説明したが、これに限らない。すなわち、通常時燃焼においてメインバーナ11のみ燃焼させる場合には、停電時燃焼へ移行させるときに、メイン燃料電磁弁33を閉じることに加えて、パイロット燃料電磁弁34を開弁させつつ、点火器13を作動させることで、メインバーナ11によるメイン燃焼から、パイロットバーナ12によるパイロット燃焼へ移行させてもよい。これにより、連続パイロット燃焼をしていない場合にも、停電時において停電時燃焼に移行させることができる。
また、停電時燃焼を、メインバーナ11による燃焼で行ってもよい。この場合、停電時において所望の駆動条件が停止された送風機5の動作(すなわち、惰性で駆動される送風機の動作)によって供給される燃焼用空気の供給量に応じて、メインバーナ11への燃料供給量を制御することで、メインバーナ11による停電時燃焼に移行させることができる。具体的には、燃焼制御部52は、圧力センサ23で検出されたメイン送風路21からメインバーナ11へ供給される燃焼用空気の供給量に応じて、メイン燃料流量制御弁36に出力信号を送り、メインバーナ11への燃料供給量を制御する。
これにより、停電後に、惰性で動作する送風機5から供給される空気を利用することで、停電時燃焼に必要とされる燃焼用空気を確保して、空気供給手段を別途設けることなく、メインバーナ11によるメイン燃焼で停電時燃焼を実現できる。しかも、停電後の送風機5の動作によって供給される空気の供給量に応じて、メインバーナ11への燃料供給量を制限することで、失火させることなく停電時燃焼を実現できる。
特許請求の範囲に記載された本発明の精神および範囲から逸脱することなく、各種変形及び変更を行うことも可能である。
以上のように、本発明に係るボイラによれば、瞬時停電の際に、熱損失を抑制しながら運転復帰できるので、この種の製造技術分野において好適に実施される可能性がある。
1 ボイラ
2 缶体
3 ダクト
5 送風機
7 熱要求検出器
8 外部電源
9 電圧センサ
10 燃焼装置
11 メインバーナ
12 パイロットバーナ
13 点火器
20 燃焼用空気路
21 メイン送風路
22 パイロット送風路
23 圧力センサ
24 パイロットエア電磁弁
25 オリフィス
30 燃料供給路
31 メイン燃料供給路
32 パイロット燃料供給路
33 メイン燃料電磁弁
34 パイロット燃料電磁弁
35 オリフィス
36 メイン燃料流量制御弁
50 制御装置
51 停電検知部
52 燃焼制御部
53 無停電電源装置

Claims (5)

  1. ボイラであって、
    燃焼室で燃焼を行うバーナと、
    前記バーナへ燃焼用空気を供給する空気供給手段と、
    前記バーナへの燃料供給量を制御する燃料供給制御手段と、
    停電を検知する停電検知部と、
    前記空気供給手段を作動させて前記燃焼室を掃気した後に、前記バーナを、前記ボイラの熱要求に応じた燃料供給量での通常時燃焼で燃焼させる、燃焼制御部と、
    を備え、
    前記燃焼制御部は、前記バーナが前記通常時燃焼をしているときに前記停電検知部によって停電が検知された場合、前記バーナを、前記通常時燃焼での燃料供給量よりも低減された燃料供給量での停電時燃焼に移行させて、その後に所定時間内に停電が解消されると、前記燃焼室内を掃気することなく前記通常時燃焼へ移行させる、ことを特徴とするボイラ。
  2. 前記バーナは、メイン燃焼を行うメインバーナを備えており、
    前記停電時燃焼は、前記メインバーナを、停電後に駆動停止された前記空気供給手段の動作によって供給される燃焼用空気の供給量に応じて低減された前記燃料供給量で、燃焼させることで実現される、
    請求項1に記載のボイラ。
  3. 前記バーナは、パイロット燃焼を行うパイロットバーナを備えており、
    前記停電時燃焼は、前記パイロット燃焼で実現される、
    請求項1に記載のボイラ。
  4. 前記パイロットバーナは、前記通常時燃焼及び前記停電時燃焼において連続的に燃焼している、
    請求項3に記載のボイラ。
  5. 前記パイロットバーナは、前記通常時燃焼から前記停電時燃焼に移行するときに燃焼を開始する、
    請求項3に記載のボイラ。
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