(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明のボイラ装置の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【0015】
<第1実施形態>
まず、本発明の第1実施形態に係るボイラ装置1について説明する。
第1実施形態に係るボイラ装置1は、水を加熱して蒸気を生成する。ボイラ装置1は、
図1に示すように、缶体10と、缶体10に空気を供給する送風機20と、送風機20から供給される空気が流通する給気ダクト30と、給気ダクト30に配置される空気減圧部材としてのパンチングメタル40と、給気ダクト30における、パンチングメタル40の上流側の圧力と下流側の圧力との差圧を検出する給気差圧検出部50と、給気ダクト30に燃料ガスを供給するガス供給ライン60と、ガス供給ライン60に配置される調整弁70と、ガス供給ライン60の調整弁70よりも下流側に配置される燃料ガス減圧部材としてのオリフィス80と、ガス供給ライン60における、オリフィス80の上流側の圧力と下流側の圧力との差圧を検出するガス差圧検出部90と、缶体10から排出される燃焼ガスが流通する排気筒100と、缶体10に水を供給する給水路(図示せず)と、給気ダクト30に供給される燃料ガスの量を制御する制御装置110と、を備える。
【0016】
缶体10は、
図1及び
図2に示すように、ボイラ筐体11と、複数の水管12と、連結壁13と、下部ヘッダ14と、上部ヘッダ15と、バーナ17と、を備える。
ボイラ筐体11は、缶体10の外形を構成し、平面視矩形形状の直方体状に形成される。このボイラ筐体11の長手方向の一端側に位置する第1側面11aには、給気口18が形成され、ボイラ筐体11の長手方向の他端側に位置する第2側面11bには、排気口19が形成される。
給気口18には、後述する給気ダクト30の先端部が接続される。排気口19には、後述の排気筒100の基端部が接続される。
【0017】
複数の水管12は、ボイラ筐体11の内部に上下方向に延びて配置されるとともに、ボイラ筐体11の長手方向及び幅方向に所定の間隔をあけて配置される。
本実施形態では、複数の水管12は、ボイラ筐体11の長手方向に延びる側部に沿って配置される外側水管群12aと、ボイラ筐体11の幅方向の中央部に、長手方向に沿って配置される中央水管群12bと、外側水管群12aと中央水管群12bとの間に配置される中間水管群12cと、に分類される。
連結壁13は、外側水管群12aにおいて隣り合って配置される水管12同士を連結する。
【0018】
下部ヘッダ14は、平面視矩形形状の直方体状の容器によって構成され、ボイラ筐体11の下部に配置される。下部ヘッダ14には、複数の水管12の下端部が接続される。下部ヘッダ14には、水が供給され、この下部ヘッダ14から複数の水管12に水が供給される。
【0019】
上部ヘッダ15は、平面視矩形形状の直方体状の容器によって構成され、ボイラ筐体11の上部に配置される。上部ヘッダ15には、複数の水管12の上端部が接続される。上部ヘッダ15には、複数の水管12において生成された蒸気が集められる。上部ヘッダ15に集められた蒸気は、蒸気導出管(図示せず)を介して外部に導出される。
バーナ17は、給気口18に配置される。
【0020】
送風機20は、エアホイール羽根(図示せず)を有する。エアホイール羽根は、送風機20の内部に配置される。このエアホイール羽根が回転することで、燃焼用空気が送風機20に引き込まれて、後述の給気ダクト30に送り込まれる。
【0021】
給気ダクト30は、上流側の端部が送風機20に接続され、下流側の端部が給気口18に接続される。給気ダクト30は、送風機20から送り込まれた燃焼用空気を缶体10に供給する。
パンチングメタル40は、貫通孔が形成された金属板である。パンチングメタル40は、給気ダクト30を流通する燃焼用空気を減圧する。
給気差圧検出部50は、パンチングメタル40の上流側の圧力と下流側の圧力との差圧を検出する差圧センサPD1を備える。差圧センサPD1は、検出した差圧を後述する制御装置110に出力する。
【0022】
ガス供給ライン60は、給気ダクト30における、パンチングメタル40が配置された位置よりも下流側に接続される。ガス供給ライン60は、圧力センサPSと、ノズル61と、を備える。圧力センサPSは、給気ダクト30に供給される燃料ガスの圧力を検出する。圧力センサPSは、検出された圧力を緊急制御装置(図示せず)に出力する。この緊急制御装置は、圧力センサPSによって検出された圧力が所定の値を超えた場合に、後述する調整弁70を閉止することで、燃料ガスが供給過多になることを防ぐ。ノズル61は、ガス供給ライン60の先端部に配置され、給気ダクト30に燃料ガスを噴出する。
【0023】
調整弁70は、給気ダクト30に供給される燃料ガスの流通量を調整する。
オリフィス80は、ガス供給ライン60を流通する燃料ガスを減圧する。オリフィス80は、ガス供給ライン60の圧力センサPSよりも上流側に配置される。
ガス差圧検出部90は、オリフィス80の上流側の圧力と下流側の圧力との差圧を検出する差圧センサPD2を備える。差圧センサPD2は、検出した差圧を後述する制御装置110に出力する。
【0024】
排気筒100は、排気口19に接続され、缶体10の内部で燃料ガスが燃焼して生じた燃焼ガスを排出する。
制御装置110は、給気ダクト30に供給される燃料ガスの量を制御することで、缶体10の内部における燃焼ガスの燃焼状態を安定させる。
【0025】
以上のボイラ装置1によれば、送風機20により給気ダクト30に送り込まれた燃焼用空気は、ガス供給ライン60から供給された燃料ガスと混合され、燃料ガスと燃焼用空気との混合ガスがバーナ17から缶体10の内部に噴出され、燃焼される。そして、バーナ17による混合ガスの燃焼に伴って発生する熱により、下部ヘッダ14から複数の水管12の内部に供給された水が加熱され、蒸気が生成される。複数の水管12の内部において生成された蒸気は、上部ヘッダ15に集合された後、蒸気導出管(図示せず)を介して外部に導出される。また、混合ガスの燃焼により生じた燃焼ガスは、排気筒100から外部に排出される。
【0026】
次に、制御装置110による、給気ダクト30に供給される燃料ガスの量の制御について説明する。
制御装置110は、制御部111と、記憶部112と、を備える。制御部111は、調整弁70の開度を制御する。また、制御部111は、第1制御部113と、第2制御部114と、を備える。
【0027】
第1制御部113は、差圧センサPD1(給気差圧検出部50)により検出された差圧から給気ダクト30に供給すべき燃料ガス目標供給量を算出する。燃料ガス目標供給量とは、差圧センサPD1により検出された差圧に対応する燃焼用空気の量に対応した、缶体10の内部における燃焼状態が安定する燃焼ガスの量である。また、第1制御部113は、給気ダクト30に供給される燃料ガスの供給量が燃料ガス目標供給量となるように調整弁70の開度を制御する。
【0028】
第2制御部114は、差圧センサPD2(ガス差圧検出部90)により検出された差圧に基づいて、調整弁70の開度を補正する。つまり、第2制御部114は、差圧センサPD2により検出された差圧から算出した燃料ガス供給量と、第1制御部113によって算出された燃料ガス目標供給量とを比較し、その比較結果に基づいて調整弁70の開度を補正する。
より詳しくは、まず、第2制御部114は、差圧センサPD2(ガス差圧検出部90)により検出された差圧から、前記給気ダクトに供給される燃料ガス供給量を算出する。
そして、第2制御部114は、燃料ガス供給量と、第1制御部113により算出された燃料ガス目標供給量との差((燃料ガス供給量)−(燃料ガス目標供給量))が所定の第1の閾値を上回っている場合には調整弁70の開度を小さくするように制御する。つまり、この場合は、実際の燃料ガスの供給量が、燃料ガス目標供給量を大幅に上回っている状態なので、調整弁70の開度を小さくすることで燃料ガスの供給量を少なくする。
一方、第2制御部114は、第1制御部113により算出された燃料ガス目標供給量と、燃料ガス供給量との差((燃料ガス目標供給量)−(燃料ガス供給量))が所定の第2の閾値を上回っている場合には調整弁70の開度を大きくするように制御する。つまり、この場合は、実際の燃料ガスの供給量が、燃料ガス目標供給量を大幅に下回っている状態なので、調整弁70の開度を大きくすることで燃料ガスの供給量を多くする。
【0029】
記憶部112は、差圧センサPD1により検出された差圧と燃料ガス目標供給量との関係、算出された燃料ガス目標供給量に応じた調整弁70の開度、差圧センサPD2により検出された差圧と燃料ガス供給量との関係等を記憶する。
【0030】
図3は、燃料ガスの供給量を調整する処理について説明するフローチャートである。
初めに、ステップST1において、差圧センサPD1(給気差圧検出部50)によってパンチングメタル40の上流側の圧力と下流側の圧力との差圧を検出する。そして、差圧センサPD1は、検出した差圧を第1制御部113に出力する。
【0031】
ステップST2において、第1制御部113は、差圧センサPD1により検出された差圧から給気ダクト30に供給すべき燃料ガス目標供給量を算出する。具体的には、第1制御部113は、予め記憶部112に記憶された、差圧センサPD1により検出された差圧と燃料ガス目標供給量との関係から、燃料ガス目標供給量を算出する。
【0032】
ステップST3において、第1制御部113は、給気ダクト30に供給される燃料ガスの供給量が、ステップST2において算出された燃料ガス目標供給量となるように調整弁70の開度を制御する。具体的には、第1制御部113は調整弁70の開度を、記憶部112に記憶された、燃料ガス目標供給量に応じた開度に制御する。
【0033】
ステップST4において、差圧センサPD2(ガス差圧検出部90)は、オリフィス80の上流側の圧力と下流側の圧力との差圧を検出する。そして、差圧センサPD2は、検出した差圧を第2制御部114に出力する。
【0034】
ステップST5において、第2制御部114は、差圧センサPD2により検出された差圧から、給気ダクト30に供給される燃料ガス供給量を算出する。ここで、給気ダクト30に供給される燃料ガス供給量とは、差圧センサPD2による差圧の検出時における、実際の燃料ガスの供給量である。具体的には、第2制御部114は、記憶部112に記憶された、差圧センサPD2により検出された差圧と燃料ガス供給量との関係から、燃料ガス供給量を算出する。
【0035】
続いて、第2制御部114は、ステップST5において算出された燃料ガス供給量と、ステップST2において算出された燃料ガス目標供給量とを比較し、調整弁70の開度を補正する。調整弁70の開度を補正することにより、燃料ガス供給量と燃料ガス目標供給量との差が大きくなってしまうことを防ぐことができる。
【0036】
調整弁70の開度を補正する処理は、具体的には、まず、ステップST6において、第2制御部114は、燃料ガス供給量と燃料ガス目標供給量との差((燃料ガス供給量)−(燃料ガス目標供給量))を算出する。第2制御部114は、その差が所定の第1の閾値以下であると判定した場合には、処理をステップST7に移す。他方、その差が所定の第1の閾値を上回っている場合には、処理をステップST8に移す。
ステップST8において、第2制御部114は、調整弁の開度を小さくして、給気ダクト30に供給される燃料ガスの量を減少させる。ステップST8において、調整弁の開度を小さくした後には、一連の処理を終了する。
【0037】
ステップST7において、第2制御部114は、燃料ガス目標供給量と燃料ガス供給量との差((燃料ガス目標供給量)−(燃料ガス供給量))を算出する。第2制御部114は、その差が所定の第2の閾値以下であると判定した場合には、処理を終了する。他方、その差が所定の第2の閾値を上回っている場合には、処理をステップST9に移す。
ステップST9において、第2制御部114は、調整弁の開度を大きくして給気ダクト30に供給される燃料ガスの量を増加させる。ステップST9において、調整弁の開度を大きくした後にも、処理を終了する。
【0038】
本発明の第1実施形態に係るボイラ装置1は、以下のような効果を奏する。
(1)第1実施形態に係るボイラ装置1では、給気ダクト30に供給される燃料ガスの供給量が燃料ガス目標供給量となるように、第1制御部113に調整弁70の開度を制御させ、ガス差圧検出部90により検出された差圧に基づいて、第2制御部114に調整弁70の開度を補正させた。これにより、空燃比を一定に保つために必要な燃料ガス量と実際に給気ダクトに供給される燃料ガス量との間の誤差が大きくなることを防ぐことができる。従って、ボイラ装置1によれば、缶体10の内部における燃焼状態を安定させることができる。
【0039】
(2)第1実施形態に係るボイラ装置1では、ガス差圧検出部90が差圧センサPD2を備えるものとした。また、差圧センサPD2により検出された差圧に基づいて、第2制御部114に調整弁70の開度を補正させた。これにより、既存のボイラ装置に差圧センサPD2を取り付けることで、ガス差圧検出部90を構成できる。従って、既存のボイラ装置で空燃比を安定させることもできる。
【0040】
(3)第1実施形態に係るボイラ装置1では、ガス差圧検出部90により検出された差圧から、第2制御部114に給気ダクト30に供給される燃料ガス供給量を算出させた。そして、燃料ガス供給量と燃料ガス目標供給量との差((燃料ガス供給量)−(燃料ガス目標供給量))が所定の第1の閾値を上回っている場合には、第2制御部114に調整弁70の開度を小さくするように制御させた。これにより、実際に供給される燃料ガスの供給量が、燃料ガス目標供給量を大幅に上回った場合、調整弁70の開度を小さくすることで燃料ガスの供給量を少なくできる。
一方、燃料ガス目標供給量と燃料ガス供給量との差((燃料ガス目標供給量)−(燃料ガス供給量))が所定の第2の閾値を上回っている場合には、第2制御部114に調整弁70の開度を大きくするように制御させた。これにより、実際に供給される燃料ガスの供給量が、燃料ガス目標供給量を大幅に下回った場合、調整弁70の開度を大きくすることで燃料ガスの供給を多くできる。従って、ボイラ装置1によれば、燃料ガス供給量と燃料ガス目標供給量との間に大幅なずれが生じず、空燃比を安定させることができる。
【0041】
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態に係るボイラ装置1Aついて説明する。
なお、第2実施形態に係るボイラ装置1Aについては、第1実施形態に係るボイラ装置1と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
図4は、本発明の第2実施形態に係るボイラ装置1Aを模式的に示す図である。
【0042】
第2実施形態のボイラ装置1Aは、主として、ガス差圧検出部90Aの構成において第1実施形態と異なる。
ガス差圧検出部90Aは、第1圧力センサPS1と、第2圧力センサPS2と、を備える。第1圧力センサPS1は、オリフィス80Aの上流側の圧力を検出する。第2圧力センサPS2は、オリフィス80Aの下流側の圧力を検出する。ここで、第2圧力センサPS2によって検出される圧力が所定の値を超えた場合に、調整弁70Aが閉止されるようにしてもよい。これにより、燃料ガスが供給過多になることを防ぐことができる。
【0043】
続いて、制御装置110Aによる、給気ダクト30Aに供給される燃料ガスの量の制御について、
図3のフローチャートを用いて説明するが、第1実施形態と同様の処理については説明を省略する。
第2実施形態においては、第2制御部114Aは、第1圧力センサPS1により検出された圧力と第2圧力センサPS2により検出された圧力との差に基づいて、調整弁70Aの開度を補正する。
【0044】
第2実施形態において、第1圧力センサPS1及び第2圧力センサPS2は、それぞれ検出した圧力を第2制御部114Aに出力する(
図3のステップST4)。
次に、第2制御部114Aは、第1圧力センサPS1及び第2圧力センサPS2によりそれぞれ検出された圧力から、給気ダクト30に供給される燃料ガス供給量を算出する(
図3のステップST5)。具体的には、第2制御部114Aは、第1圧力センサPS1及び第2圧力センサPS2により検出された圧力から、オリフィス80Aの上流側の圧力と下流側の圧力との差圧を算出する。続いて、第2制御部114Aは、算出された差圧から、更に給気ダクト30Aに供給される燃料ガス供給量を算出する。
第2制御部114Aは、この燃料ガス供給量を用いて調整弁70Aの開度を補正する(
図3のステップST6〜9)。
【0045】
本発明の第2実施形態に係るボイラ装置1Aによれば、上述した(1)及び(3)に加えて以下のような効果を奏する。
(4)第2実施形態に係るボイラ装置1Aでは、ガス差圧検出部がガス減圧部材の上流側の圧力を検出する第1圧力センサPS1と、下流側の圧力を検出する第2圧力センサPS2と、を備えるものとした。また、第1圧力センサPS1により検出された圧力と第2圧力センサPS2により検出された圧力との差に基づいて、第2制御部114Aに調整弁70Aの開度を補正させた。これにより、例えば燃料ガスの供給過多を防ぐことを目的として既存のボイラ装置に設けられている圧力センサ(第2圧力センサPS2)に加えて、第1圧力センサPS1を取り付けることで、ガス差圧検出部90Aを構成できる。従って、既存のボイラ装置で空燃比を安定させることもできる。
【0046】
以上、本発明のボイラ装置の好ましい各実施形態につき説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
上述の実施形態では、ボイラ装置1,1Aが、給気ダクト30,30Aに配置される空気減圧部材として、パンチングメタル40,40Aを備えるものとしたが、空気減圧部材としてはパンチングメタルに限定されない。例えば、給気ダクト30,30Aの一部の内径を縮小することができる部材を給気ダクト30,30Aに配置してもよい。