JP6375927B2 - ガス焚きボイラ - Google Patents

Description

本発明は、ガス焚きボイラに関し、特に燃料制御弁の弁越しガス漏れの有無を判定できるガス焚きボイラに関する。

従来から、ガスセンサを備えたボイラが知られている。例えば、特許文献１のボイラは、排気ガスに含まれる一酸化炭素、二酸化炭素、酸素又は窒素酸化物の濃度を検知するガスセンサを備えている。そして、缶体内の不完全燃焼ガスの有無を検知するようにガスセンサを制御し、その検知結果に基づいてバーナの不完全燃焼の有無が判定されている。

特開２０１２−１４５５２３号公報

ガス焚きボイラは、燃料ガスをバーナで燃焼し、排気ガスを缶体内から排出するようになっており、バーナへの燃料ガス供給を制御する燃料制御弁を備えている。そして、燃料制御弁の閉弁時においては、バーナへの燃料ガス供給が遮断されるので、バーナの燃焼が停止する。ところで、閉弁時における燃料制御弁からバーナへ漏れる弁越しガス漏れが発生することがあり、該弁越しガス漏れを精度よく判定することが望まれていた。

しかしながら、バーナの燃焼停止時においては、バーナの燃焼によって生じた排気ガスが、缶体内に残留しているおそれがあり、この排気ガスを、閉弁時における燃料制御弁からの弁越しガス漏れにより漏れた燃料ガスとして誤検知してしまうおそれがあった。このため、燃料制御弁の閉弁時における弁越しガス漏れの有無を誤判定してしまうおそれがあった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、燃料制御弁の閉弁時における弁越しガス漏れの有無を精度よく判定できる、ガス焚きボイラを提供することを目的とする。

本発明は、缶体内において燃料ガスをバーナで燃焼し、排気ガスを缶体内から排出するようになっている、ガス焚きボイラであって、前記缶体に空気を供給する空気供給手段と、前記バーナへの燃料ガス供給を制御する燃料制御弁を有する燃料供給手段と、前記缶体内の燃料ガス及び排気ガスを含む検知対象ガスを検知するガスセンサと、閉弁時における前記燃料制御弁から前記缶体内へ漏れる弁越しガス漏れの有無を判定する弁越しガス漏れ判定手段と、を備え、前記弁越しガス漏れ判定手段は、前記バーナの燃焼停止時に、前記缶体内の１回目の掃気である第１掃気を行うように前記空気供給手段を制御し、前記第１掃気に続いて前記缶体内の前記検知対象ガスを検知する第１検知を行うように前記ガスセンサを制御する、第１検知制御部と、前記第１検知で前記検知対象ガスが検知されなかった場合、前記弁越しガス漏れが「無い」と判定する第１判定部と、前記第１検知で前記検知対象ガスが検知された場合、前記缶体内の更なる掃気である第２掃気を行うように前記空気供給手段を制御し、前記第２掃気に続いて前記缶体内の前記検知対象ガスを再検知する第２検知を行うように前記ガスセンサを制御する、第２検知制御部と、前記第２検知で前記検知対象ガスが検知されなかった場合、前記弁越しガス漏れが「無い」と判定し、前記第２検知で前記検知対象ガスが検知された場合、前記弁越しガス漏れが「有る」と判定する、第２判定部と、を含んでいることを特徴とする。

本発明によれば、第１検知で検知対象ガスが検知された場合に第２掃気を行うので、第１掃気後も缶体内に残留している可能性のある排気ガスを缶体内から排出できる。よって、第２検知で、排気ガスが検知されることを防止でき、これにより排気ガスを弁越しガス漏れによって漏れた燃料ガスとして誤検知することを防止できる。したがって、弁越しガス漏れの有無を精度よく判定できる。

（１）前記第２検知制御部は、前記第２掃気と前記第２検知とのセットを１回実施する、ことが好ましい。

本構成によれば、弁越しガス漏れの有無を短時間で判定できる。

（２）前記第２検知制御部は、前記第２検知で前記検知対象ガスが再検知された場合、前記第２掃気と前記第２検知とのセットを更に実施する、ことが好ましい。

本構成によれば、第２掃気後も缶体内に残留している可能性のある排気ガスを、缶体内から確実に排出できる。したがて、弁越しガス漏れの有無をより精度よく判定できる。

（３）前記第２検知制御部は、前記第１掃気で供給される空気量よりも多い空気量を前記第２掃気で供給するように、前記空気供給手段を制御する、ことが好ましい。

本構成によれば、第１掃気後も缶体内に残留している可能性のある排気ガスを、缶体内から確実に排出できる。したがって、弁越しガス漏れの有無をより精度よく判定できる。

（４）前記缶体内の不完全燃焼ガスの有無を検知するように前記ガスセンサを制御し、その検知結果に基づいて前記バーナの不完全燃焼の有無を判定する、不完全燃焼判定手段を、更に含んでいる、ことが好ましい。

本構成によれば、新たに不完全燃焼を検知するためのガスセンサを設けることなく、既存のガスセンサを流用して、バーナの不完全燃焼の有無を判定できる。

本発明に係るガス焚きボイラによれば、燃料制御弁の閉弁時における弁越しガス漏れの有無を精度よく判定できる。

本実施形態に係るガス焚き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。 燃料制御弁を閉弁させたときに、制御装置によって実行される燃料制御弁の弁越しガス漏れの有無判定を説明するフローチャートである。

［ボイラ１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。ボイラ１は、ガス焚きボイラであり、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内で燃焼を行うバーナ３と、缶体２に接続されており、バーナ３の燃焼により生じた排気ガスを缶体２から排出する排気筒４と、ボイラ１の作動を制御する制御装置５０と、ボイラ１の運転状態を表示する表示器７０と、を備えている。

バーナ３には、燃料ガスを供給するための燃料供給手段５と、燃焼用空気を供給するための空気供給手段１０と、が接続されている。燃料供給手段５は、燃料供給路６と、燃料供給路６上に設けられており、バーナ３への燃料ガス供給を制御する燃料制御弁７と、を有している。空気供給手段１０は、送風機１１と、送風機１１とバーナ３とを接続する空気供給路１２と、を有している。

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１３により所望の水位に維持されており、バーナ３の燃焼により生じる火炎（燃焼ガス）によって加熱されて、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、缶体２で生成される蒸気の蒸気圧に基づいて、ボイラ１の熱要求を検出する熱要求検出器１４を、さらに備えている。バーナ３の燃焼により生じた火炎は、水管内の水と熱交換された後、排気ガスとして排気筒４から排出される。

また、空気供給手段１０は、缶体２内（排気筒４内も含む）を掃気するための掃気用空気を供給する掃気手段も兼ねている。具体的には、送風機１１は、空気供給路１２及びバーナ３を介して缶体２内に掃気用空気を供給し、缶体２内が、この掃気用空気によって掃気される。送風機１１は、ボイラ１の運転状態に応じて所望量の空気を供給するように、制御装置５０によってインバータ制御される。

排気筒４には、ガス検知装置２０が設けられている。ガス検知装置２０は、抽出パイプ２１を介して先端部２１ｂに設けられたガスセンサ２２を備えており、抽出パイプ２１内に形成されるガス流路２３に取り出した、燃料ガス及び排気ガスを含む検知対象ガスを、ガスセンサ２２で検知するようになっている。抽出パイプ２１は、排気筒４に接続された基部２１ａから斜め上方に延びている。ガス流路２３は、基部２１ａから、抽出パイプ２１に沿って斜め上方に延び、先端部２１ｂで折り返されて、排気筒４に還流するように、形成されている。

抽出パイプ２１の先端部２１ｂには、上方に向いた凹部が形成されており、ガスセンサ２２は、該凹部内に配置されている。上記構成により、ガスセンサ２２は、排気筒４を流れる排気ガスに直接に晒されることがない。また、ガスセンサ２２は、抽出パイプ２１を介して設けられているので、排気筒４からガスセンサ２２への伝熱が抑制される。よって、ガスセンサ２２が高温になることが抑制されている。

さらに、抽出パイプ２１が斜め上方に延びるように設けられているので、排気ガスが結露した結露水が、抽出パイプ２１内に溜まることが抑制される。よって、抽出パイプ２１の先端部２１ｂに設けられたガスセンサ２２に、結露水が付着することが防止されている。

したがって、ガスセンサ２２が高温になること及びガスセンサ２２に結露水が付着することが抑制できるので、ガスセンサ２２の故障を抑制できる。なお、ガス検知装置２０を、排気筒４に設けて缶体２及び排気筒４内の検知対象ガスを検知可能としているが、ガス検知装置２０を、缶体２に設けてもよい。

［制御装置５０］
図２に示すブロック図を参照しながら、制御装置５０について説明する。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は、ボイラ１の熱要求を判定する熱要求判定部５１と、バーナ３による燃焼を制御する燃焼制御部５２と、燃料制御弁７の閉弁時における弁越しガス漏れの有無を判定する弁越しガス漏れ判定手段６０と、表示器７０にボイラ１の運転状態を表示させる表示制御部５３と、を備えている。弁越しガス漏れ判定手段６０は、第１検知制御部６１と、第２検知制御部６２と、第１判定部６３と、第２判定部６４と、を有している。

熱要求判定部５１は、熱要求検出器１４から信号を受けて、ボイラ１の熱要求の有無を判定する。具体的には、熱要求判定部５１は、熱要求検出器１４によって検出されたボイラ１内の蒸気圧が所定の下限蒸気圧を下回る場合に、ボイラ１の熱要求が「有る」と判定し、熱要求検出器１４によって検出されたボイラ１内の蒸気圧が所定の上限蒸気圧を上回る場合には、ボイラ１の熱要求が「無い」と判定する。

燃焼制御部５２は、熱要求判定部５１によって判定されたボイラ１の熱要求の有無に応じて、バーナ３の燃焼を制御する。具体的には、ボイラ１の熱要求が「有る」場合、燃焼制御部５２は、バーナ３への燃料ガス供給量を調整するように燃料制御弁７の開度を制御して、これによって、バーナ３の燃焼が所望の燃焼状態に制御される。一方、ボイラ１の熱要求が「無い」場合、燃焼制御部５２は、バーナ３への燃料ガス供給を遮断するように燃料制御弁７を閉弁するように制御して、これによって、バーナ３の燃焼が停止される。これにより、ボイラ１における蒸気圧は、所定の下限蒸気圧と上限蒸気圧との間に維持される。

第１検知制御部６１は、バーナ３の燃焼停止時に、缶体２内の１回目の掃気である第１掃気を行うように空気供給手段１０を制御し、第１掃気に続いて缶体２内の検知対象ガスを検知する第１検知を行うようにガスセンサ２２を制御する。

第１判定部６３は、第１検知で検知対象ガスが検知されなかった場合、弁越しガス漏れが「無い」と判定する。

第２検知制御部６２は、第１検知で検知対象ガスが検知された場合、缶体２内の更なる掃気である第２掃気を行うように空気供給手段１０を制御し、第２掃気に続いて缶体２内の検知対象ガスを再検知する第２検知を行うようにガスセンサ２２を制御する。

第２判定部６４は、第２検知で検知対象ガスが検知されなかった場合、弁越しガス漏れが「無い」と判定し、第２検知で検知対象ガスが検知された場合、弁越しガス漏れが「有る」と判定する。

表示制御部５３は、弁越しガス漏れ判定手段６０によって弁越しガス漏れが「有る」と判定された場合、表示器７０に弁越しガス漏れが「有る」ことを、表示させる。よって、表示器７０の表示によって、ユーザに弁越しガス漏れが「有る」ことが報知される。

なお、第１検知制御部６１は、バーナ３で燃焼を開始させる前に缶体２を掃気するための空気量（プレパージ）よりも多い空気量を、第１掃気で供給するように、空気供給手段１０を制御する。例えば、プレパージで供給される空気量が、缶体２の容積の５〜６倍とすると、第１掃気では、缶体２の容積の１０〜１２倍の空気量が供給される。これにより、缶体２内から排気ガスを排出させやすい。

第２検知制御部６２は、第１掃気で供給される空気量よりも多い空気量を第２掃気で供給するように、空気供給手段１０を制御する。これにより、第１掃気後も缶体内に残留している可能性のある排気ガスを、缶体２内から確実に排出できる。

なお、実際のボイラにおいては、バーナ３の燃焼制御に関しては、燃料制御弁７の開閉制御のみならず、送風機１１や着火装置（図示しない）の制御も関連付けて行っており、また、同時に給水ポンプ１３等の制御も同時におこなっているが、この実施例では説明の簡略化のために説明を省略する。

［弁越しガス漏れの有無判定］
図３のフローチャートを参照して、ボイラ１による燃焼停止時に燃料制御弁７を閉弁させたときに行われる、弁越しガス漏れの有無を判定するときのボイラ１の作動について説明する。

ボイラ１がバーナ３で燃焼している状態において、熱要求判定部５１によって、ボイラ１の熱要求の有無が判定される（ステップＳ１０１）。ボイラ１の熱要求がある場合、燃焼制御部５２は、バーナ３の燃焼を継続させる（ステップＳ１０２）。ボイラ１の熱要求がない場合、燃焼制御部５２は、バーナ３への燃料ガス供給を遮断させるように、燃料制御弁７を制御して、バーナ３の燃焼を停止させる（ステップＳ１０３）。

次に、第１検知制御部６１は、第１掃気を行うように空気供給手段１０を制御し（ステップＳ１０４）、第１掃気に続いて第１検知を行うようにガスセンサ２２を制御する（ステップＳ１０５）。

第１判定部６３は、第１検知における検知対象ガスの検知結果に基づいて、弁越しガス漏れの有無を判定する（ステップＳ１０６）。具体的には、第１判定部６３は、第１検知で検知対象ガスが検知されなかった場合に弁越しガス漏れが「無い」と判定する（ステップＳ１１２）。

第１検知で検知対象ガスが検知された場合、第２検知制御部６２は、第２掃気を行うように空気供給手段１０を制御し（ステップＳ１０７）、第２掃気に続いて第２検知を行うようにガスセンサ２２を制御する（ステップＳ１０８）。

第２判定部６４は、第２検知における検知対象ガスの検知結果に基づいて、弁越しガス漏れの有無を判定する（ステップＳ１０９）。具体的には、第２判定部６４は、第２検知で検知対象ガスが再検知された場合に弁越しガス漏れが「有る」と判定し（ステップＳ１１０）、第２検知で検知対象ガスが検知されなかった場合に弁越しガス漏れが「無い」と判定する（ステップＳ１１２）。

表示制御部５３は、第２判定部６４で弁越しガス漏れが「有る」と判定された場合、表示器７０に弁越しガス漏れが「有る」ことを表示させる（ステップＳ１１１）。

したがって、本実施形態に係るボイラ１によれば、第１検知で検知対象ガスが検知された場合に第２掃気を行うので、第１掃気後も缶体２内に残留している可能性のある排気ガスを缶体２内から排出できる。よって、第２検知で、排気ガスが検知されることを防止でき、これにより排気ガスを弁越しガス漏れによって漏れた燃料ガスとして誤検知することを防止できる。したがって、弁越しガス漏れの有無を精度よく判定できる。

また、第２検知制御部６２は、第１掃気で供給される空気量よりも多い空気量を第２掃気で供給するように、空気供給手段１０を制御するので、第１掃気後も缶体２内に残留している可能性のある排気ガスを、缶体２内から確実に排出できる。したがって、弁越しガス漏れの有無をより精度よく判定できる。

上記実施形態では、第２検知制御部６２は、第２掃気と第２検知とのセットを１回実施して、第２判定部６４で弁越しガス漏れを判定するので、弁越しガス漏れの有無を、短時間で精度よく判定できる。

なお、第２検知制御部６２は、第２検知で検知対象ガスが再検知された場合、第２掃気と第２検知とのセットを更に実施してもよい。これにより、第２掃気後も缶体２内に残留している可能性のある排気ガスを、缶体２内から確実に排出できる。したがって、弁越しガス漏れの有無をより精度よく判定できる。

また、バーナ３の燃焼時に、缶体２内の不完全燃焼ガスの有無を検知するようにガスセンサ２２を制御し、その検知結果に基づいてバーナ３の不完全燃焼の有無を判定する、不完全燃焼判定手段を、制御装置５０に更に設けてもよい。これにより、新たに不完全燃焼を検知するためのガスセンサを追加することなく、既存のガスセンサ２２を流用して、バーナ３の不完全燃料の有無を判定できる。

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、燃焼停止時における弁越しガス漏れの有無を精度よく判定できるので、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 バーナ
４ 排気筒
５ 燃料供給手段
６ 燃料供給路
７ 燃料制御弁
１０ 空気供給手段
１１ 送風機
１２ 空気供給路
１３ 給水ポンプ
１４ 熱要求検出器
２０ ガス検知装置
２１ 抽出パイプ
２２ ガスセンサ
２３ ガス流路
５０ 制御装置
５１ 熱要求判定部
５２ 燃焼制御部
５３ 表示制御部
６０ 弁越しガス漏れ判定手段
６１ 第１検知制御部
６２ 第２検知制御部
６３ 第１判定部
６４ 第２判定部
７０ 表示器

Claims (5)

1. 缶体内において燃料ガスをバーナで燃焼し、排気ガスを缶体内から排出するようになっている、ガス焚きボイラであって、
   前記缶体に空気を供給する空気供給手段と、前記バーナへの燃料ガス供給を制御する燃料制御弁を有する燃料供給手段と、前記缶体内の燃料ガス及び排気ガスを含む検知対象ガスを検知するガスセンサと、閉弁時における前記燃料制御弁から前記缶体内へ漏れる弁越しガス漏れの有無を判定する弁越しガス漏れ判定手段と、を備え、
   前記弁越しガス漏れ判定手段は、
   前記バーナの燃焼停止時に、前記缶体内の１回目の掃気である第１掃気を行うように前記空気供給手段を制御し、前記第１掃気に続いて前記缶体内の前記検知対象ガスを検知する第１検知を行うように前記ガスセンサを制御する、第１検知制御部と、
   前記第１検知で前記検知対象ガスが検知されなかった場合、前記弁越しガス漏れが「無い」と判定する第１判定部と、
   前記第１検知で前記検知対象ガスが検知された場合、前記缶体内の更なる掃気である第２掃気を行うように前記空気供給手段を制御し、前記第２掃気に続いて前記缶体内の前記検知対象ガスを再検知する第２検知を行うように前記ガスセンサを制御する、第２検知制御部と、
   前記第２検知で前記検知対象ガスが検知されなかった場合、前記弁越しガス漏れが「無い」と判定し、前記第２検知で前記検知対象ガスが検知された場合、前記弁越しガス漏れが「有る」と判定する、第２判定部と、
   を含んでいることを特徴とする、ガス焚きボイラ。
2. 前記第２検知制御部は、前記第２掃気と前記第２検知とのセットを１回実施する、
   請求項１に記載のガス焚きボイラ。
3. 前記第２検知で前記検知対象ガスが再検知された場合、前記第２検知制御部は、前記第２掃気と前記第２検知とのセットを更に実施する、
   請求項１に記載のガス焚きボイラ。
4. 前記第２検知制御部は、前記第１掃気で供給される空気量よりも多い空気量を前記第２掃気で供給するように、前記空気供給手段を制御する、
   請求項１〜３のいずれか１つに記載のガス焚きボイラ。
5. 前記缶体内の不完全燃焼ガスの有無を検知するように前記ガスセンサを制御し、その検知結果に基づいて前記バーナの不完全燃焼の有無を判定する、不完全燃焼判定手段を、更に含んでいる、
   請求項１〜４のいずれか１つに記載のガス焚きボイラ。

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