(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、従来の燃焼システムでは、燃焼装置に不調(正常な範囲内ではあるが通常の状態からずれた状態)が発生しても、外部からそれを認識する手段はなかった。すなわち、ブロワ風量の低下、配管からのわずかな空気漏れなど異常とは言える程度ではないが燃焼効率が悪いなど望ましくない現象が発生していても、外部からそれを認識することができなかった。
【0007】
このため、燃焼装置の不調は、不調が進んで断火や不着火などの異常として現れ、異常により燃焼装置の運転が止まって初めてわかるものであり、燃焼システム全体の安定した稼働を妨げていた。また、外部から不調があるかどうかわからないため、実際には不調がなく、メンテナンスの必要性のないものについても定期的にメンテナンスをする必要があったため、コスト増を招いていた。
【0008】
なお、上記の特許文献1では、燃焼装置に発生した異常を検出し、異常を検出したら燃焼を停止するようにしている。このように、従来は専ら燃焼の継続が許容できない異常に至ったことを検知するものであり、異常は検知できるが、燃焼を復旧させるのに時間がかかっていた。そのため、燃焼装置の不調を早期に検出できる手法の開発が求められていた。
【0009】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、燃焼装置の不調をその原因を特定して早期に検出することが可能な燃焼システム
、及び、不調判定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
このような目的を達成するために本発明
に係る燃焼システムは、燃焼室(5)への空気の供給系統(101)と燃料の供給系統(102)とを備えた燃焼装置(20)と、燃焼装置の運転を制御する燃焼制御装置(2)とを備えた燃焼システム(100)において、燃焼室への空気の供給状態が所定の状態に達したことを検出するように構成されたセンサ部(17)と、燃焼制御装置から空気の供給系統に対して空気の供給開始指令および供給停止指令の少なくとも一方が発せられてから、燃焼室への空気の供給状態が所定の状態に達したことをセンサ部が検出するまでの時間を計測するように構成されたタイマ部(2−2)と、タイマ部によって計測された時間に基づいて空気の供給系統が正常な範囲内ではあるが通常の状態からずれた不調な状態にあるか否かを判定するように構成された不調判定部(2−3)とを備えることを特徴とする。
本発明に係る不調判定装置は、前記の不調判定部(2−3)を備える。
【0011】
本発明において、例えば、空気の供給状態として燃焼室への空気の圧力が所定値に達したことをセンサ部が検出するものとした場合、また燃焼制御装置から空気の供給系統に対して空気の供給開始指令が発せられるものとした場合、この空気の供給開始指令が発せられてから燃焼室への空気の圧力が所定値に達したことをセンサ部が検出するまでの時間が計測され、この計測された時間に基づいて空気の供給系統が不調な状態にあるか否かが判定される。
【0012】
例えば、本発明では、空気の供給系統の不調を判定するために定められた通常範囲の上限側の時間を第1の基準時間とし、空気の供給系統の異常を判定するために定められた第1の基準時間よりも長い時間を第2の基準時間とし、計測された時間が第1の基準時間と第2の基準時間との間にある場合に、空気の供給系統が不調な状態にあると判定するようにする。
【0013】
なお、上記説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の構成要素を、括弧を付した参照符号によって示している。
【発明の効果】
【0014】
以上説明したことにより、本発明によれば、燃焼制御装置から空気の供給系統に対して空気の供給開始指令および供給停止指令の少なくとも一方が発せられてから、燃焼室への空気の供給状態が所定の状態に達したことをセンサ部が検出するまでの時間を計測するようにし、この計測した時間に基づいて空気の供給系統が不調な状態にあるか否かを判定するようにしたので、燃焼装置の不調をその原因を特定して早期に検出することが可能となる。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。先ず、実施の形態の説明に入る前に、本実施の形態の概要について説明する。
【0017】
〔実施の形態の概要〕
本実施の形態では、燃焼装置の不調のうち、ブロワ出力の低下や配管からのエア漏れなど、異常とは言えないまでも非効率な燃焼状態もたらす望ましくない空気の供給系統に関わる不調を捉えるために、燃焼制御装置において、ブロワにONを命令してから風圧スイッチがONするまでの時間Tを計測する(
図1参照)。この時間Tの計測を繰り返し、不調がない時に取り得る時間範囲を通常の時間範囲として導出する。
【0018】
例えば、計測した時間Tの平均値を基準時間TBとし(
図2参照)、この基準時間TBを中心とする±10%の時間帯を通常の時間範囲とする。そして、計測した時間Tが正常の範囲内(T<TE)ではあるが、通常の時間範囲(TL≦T≦TH)から逸脱していた時、空気の供給系統に不調があると判定する。
【0019】
なお、TEは異常を判定するための時間であり、例えば3分以上というように、通常の時間範囲の上限側の時間THよりも長く設定される。また、本実施の形態において、基準時間TBは、計測した時間Tの平均値ではなく、運用開始時の初期値として定めるなどしてもよい。
【0020】
〔実施の形態〕
図3に、本発明に係る燃焼システムの一実施の形態の構成を示す。この燃焼システム100は、燃焼機器1と、燃焼制御装置2と、燃料流路3と、空気流路4とを備えている。
【0021】
燃焼機器1は、燃焼室5と、この燃焼室5内を加熱するメインバーナ6と、このメインバーナ6を点火するパイロットバーナ7と、このパイロットバーナ7を点火する点火装置(IG)8と、バーナ(パイロットバーナ7およびメインバーナ6)の火炎の強さを検出する火炎検出器9と、燃焼室5内の温度を検出する温度センサ10とを備えている。
【0022】
燃料流路3は、燃焼機器1に燃料を供給するための流路であり、外部から燃料が供給される主流路3aと、主流路3aから分岐した第1の流路3bおよび第2の流路3cとから構成されている。第1の流路3bはメインバーナ6に接続され、第2の流路3cはパイロットバーナ7に接続されている。また、主流路3aにはガス圧スイッチ15が設けられ、第1の流路3bには安全遮断弁11,12およびダンパ(燃料流量調整用ダンパ)18が設けられ、第2の流路3cには安全遮断弁13,14が設けられている。
【0023】
空気流路4は、一端がブロワ16に接続され、他端が第1の流路3bに接続されている。ブロワ16から吐出された空気(エアー)は、第1の流路3bを介して燃料(ガス)とともにメインバーナ6に供給される。また、空気流路4には、風圧スイッチ(エアーフロースイッチ)17やダンパ(空気流量調整用ダンパ)19が設けられている。
【0024】
この空気流路4において、空気流量調整用ダンパ19は、制御モータM1によって燃料流量調整用ダンパ18とリンケージして駆動される。制御モータM1には、ダンパ18,19の開度位置が所定の高開度位置へ達したことを検出する高開度位置センサHSと、所定の低開度位置へ達したことを検出する低開度位置センサLSとが設けられている。
【0025】
燃焼制御装置2は、火炎検出器9からの火炎検出信号(バーナの火炎の強さを示す信号)、温度センサ10からの温度検出信号を入力とし、安全遮断弁11〜14や点火装置8、ブロワ16、ダンパ18,19などに対して制御信号を出力する。これにより、図中その構成要素を1点鎖線で囲んで示す燃焼装置20の運転が制御される。
【0026】
なお、燃焼装置20の種類によっては、メインバーナ6の点火が終わればパイロットバーナ7の火炎を消すタイプ、メインバーナ6の点火後もパイロットバーナ7の火炎を継続するタイプなどがあり、火炎検出器9は、前者のタイプでは、最初にパイロットバーナ7の火炎の強さを検出し、その後、メインバーナ6の火炎の強さを検出する。後者のタイプでは、パイロットバーナ7とメインバーナ6の火炎の強さを合わせて検出する。
【0027】
本明細書では、パイロットバーナ7もメインバーナ6もバーナと呼び、そして火炎検出器9が検出する火炎をバーナの火炎と呼ぶ。
図3は、メインバーナ6の点火後もパイロットバーナ7の火炎を継続するタイプとされており、火炎検出器9はパイロットバーナ7およびメインバーナ6の火炎をバーナの火炎として検出する。
【0028】
また、この燃焼装置20では、空気流路4とブロワ16と空気流量調整用ダンパ19とで燃焼室5への空気の供給系統101が構成され、燃料流路3(3a,3b,3c)と安全遮断弁11〜14と燃料流量調整用ダンパ18とで燃焼室5への燃料の供給系統102が構成されている。
【0029】
なお、パイロットバーナを設けずにメインバーナのみとするタイプも存在し、そのタイプでは、
図4に示すように、主流路3aの入口側と出口側とをバイパスするようにして流路(副流路)3cが設けられ、主流路3aと副流路3cとの出口側の合流点とバーナ6との間に燃料流量調整用ダンパ18が設置される。この場合、バーナ6がメインバーナとパイロットバーナとを兼ね、パイロットバーナ7が不要となる。
【0030】
この燃焼システム100(
図3)において、燃焼装置20の起動から正常燃焼に至るまでの動作順序は、燃焼シーケンスとして定められている。例えば、燃焼装置20の起動から正常燃焼に至るまでの動作順序として「スタートチェック」、「プレパージ」、「点火待機」、「イグニッショントライアル」、「パイロットトライアル」、「メイントライアル」、「正常燃焼」というように、各燃焼シーケンスの時間帯が定められている。
【0031】
図5に、燃焼装置20の起動から正常燃焼に至るまでの燃焼シーケンスのタイムチャートを示す。燃焼制御装置2は、起動入力があると(
図5(a)に示すt1点)、制御モータM1へ開方向への駆動指令を送り、ブロア16からの空気流路4への空気の送風を開始する(
図5(d)に示すt1点)。これにより、ダンパ18,19の開度が開かれ、空気流路4内の圧力が高まる。
【0032】
そして、空気流路4内の圧力が高まり(燃焼室5への空気の圧力が高まり)、空気流路4内の圧力が所定値に達すると、風圧スイッチ17がONとなる(
図5(c)に示すt2点)。
【0033】
燃焼制御装置2は、風圧スイッチ17がONとなり、かつ高開度位置センサHSがダンパ18,19の開度位置が高開度位置に達したことを検出すると(
図5(e)に示すt3点)、この時点を起点としてプレパージ時間S2の計時を開始する。
【0034】
燃焼制御装置2は、プレパージ時間S1の経過後、制御モータM1へ閉方向への駆動指令を送る(
図5(d)に示すt4点)。これにより、ダンパ18,19の開度が閉じられて行く。
【0035】
燃焼制御装置2は、低開度位置センサLSがダンパ18,19の開度位置が低開度位置に達したことを検出すると(
図5(f)に示すt5点)、所定の待ち時間S2の経過後、安全遮断弁(パイロットバルブ)13,14を開とし(
図5(g)に示すt7点)、点火装置(イグニッション)8を作動させ(
図5(h)に示すt6点)、パイロットバーナ7への点火を行う(
図5(i)に示すt6点)。
【0036】
燃焼制御装置2は、パイロットバーナ7への点火を行うと、パイロット点火時間とパイロットオンリ時間とを合わせた時間S3の経過を待って、安全遮断弁(メインバルブ)13,14を開とし(
図5(j)に示すt7点)、メインバーナ6への着火を行う(
図5(k)に示すt7点)。
【0037】
燃焼制御装置2は、メインバーナ6への着火を行うと、メイン着火時間とメイン安定時間とを合わせた時間S4を待って、ダンパ18,19の開度の比例制御を開始し(
図5(d)に示すt8点)、定常燃焼へと移行する。
【0038】
本実施の形態では、このような燃焼シーケンスに従う動作を行わせる燃焼制御装置2に、燃焼装置20が不調な状態にあるか否かを判定する不調判定機能を設けている。
図6に、この不調判定機能を設けた燃焼制御装置2の要部の機能ブロック図を示す。
【0039】
この燃焼制御装置2は、プロセッサや記憶装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して各種機能を実現させるプログラムとによって実現され、燃焼制御部2−1と、タイマ部2−2と、不調判定部2−3と、基準時間記憶部2−4とを備えている。
【0040】
〔基準時間記憶部〕
基準時間記憶部2−4には、ブロワ16にONを命令してから風圧スイッチ17がONするまでの時間、すなわち空気の供給系統101に対して空気の供給開始指令を発してから燃焼室5への空気の圧力が所定値に達したことを風圧スイッチ17が検出するまでの時間(
図5に示すt1点からt2点までの時間)をTとし、この時間Tに対して先に
図2を用いて説明したようにして導出した通常の時間範囲を規定する上限側の時間THと下限側の時間TLと、正常か異常かを判定するための時間TEが記憶されている。以下、時間THを第1の基準時間、時間TEを第2の基準時間、時間TLを第3の基準時間と呼ぶ。
【0041】
〔不調判定機能〕
〔燃焼制御部〕
燃焼制御部2−1は、ブロワ16をONとすると同時に(
図7に示すステップS101)、タイマ部2−2における時間Tの計測をスタートさせる(ステップS102)。
【0042】
〔タイマ部〕
タイマ部2−2は、風圧スイッチ17がONになった時点で(ステップS103のYES)、すなわち燃焼室5への空気の圧力が所定値に達したことを風圧スイッチ17が検出した時点で、時間Tの計測をストップする(ステップS104)。この計測された時間Tは不調判定部2−3へ送られる。
【0043】
〔不調判定部〕
不調判定部2−3は、基準時間記憶部2−4から第1の基準時間THと第3の基準時間TLとを読み出し、タイマ部2−2からの計測時間TがTL≦T≦THであるか否か、すなわち通常の時間範囲に入っているか否かを確認する(ステップS105)。
【0044】
ここで、計測時間Tが通常の時間範囲に入っていなかった場合(ステップS105のNO)、不調判定部2−3は、基準時間記憶部2−4から第2の基準時間TEを読み出し、タイマ部2−2からの計測時間TがTE≦Tであるか否かを確認する(ステップS106)。
【0045】
不調判定部2−3は、計測時間TがTE≦Tであった場合(ステップS106のYES)、空気の供給系統101が異常であると判定し(ステップS107)、その判定結果を監視装置30へ送り、監視装置30の画面(監視画面)30−1上に表示させる(ステップS108)。また、安全遮断弁11〜14を閉とし、バーナへの燃料の供給を遮断する。すなわち、燃焼装置20をロックアウト状態とする(ステップS109)。
【0046】
この場合、監視装置30の監視画面30−1に、例えば燃焼システム100の計装図を表示し、この計装図中の空気の供給系統101を赤色で点滅させるなどして、空気の供給系統101に異常が生じていることを知らせるようにする。
【0047】
不調判定部2−3は、計測時間TがT<TEであった場合(ステップS106のNO)、すなわち計測時間Tが第1の基準時間THと第2の基準時間TEとの間にあった場合(TH<T<TE)、あるいは計測時間Tが第3の計測時間TLよりも短かった場合(T<TL)、空気の供給系統101が不調な状態にあると判定し(ステップS110)、その判定結果を監視装置30へ送り、監視装置30の監視画面30−1上に表示させる(ステップS111)。
【0048】
この場合、監視装置30の監視画面30−1に、例えば燃焼システム100の計装図を表示し、この計装図中の空気の供給系統101を黄色で点滅させるなどして、空気の供給系統101が不調な状態にあることを知らせるようにする。
【0049】
このようにして、本実施の形態では、燃焼装置20の燃焼運転を中断しなければならないほどの異常に至る前の段階で、正常ではあるが燃焼効率が悪い望ましくない不調な状態に燃焼装置20があることを早期に検出することができるようになる。すなわち、燃焼装置20の異常の予兆を事前に検出し、異常な状態となる前の早い段階で、メンテナンスの必要性を管理者に知らせることができるようになる。これにより、メンテナンスを頻繁に行わなくてもよくなり、コスト増が避けられるものとなる。
【0050】
また、燃焼装置20をロックアウト状態とすると復旧させるのに時間と手間を要するが、異常が発生する前にこれを阻止することができるので、管理者への負担が軽減されるものとなる。また、不調の原因が空気の供給系統101にあることを特定することができるので、ピンポイントでメンテナンスを行うことができる。
【0051】
なお、上述した実施の形態では、1回の判定で不調と判定するようにしているが、連続して所定回数不調であると判定した場合に正式に不調と判定するようにしてもよい。
図8に、この場合のフローチャートを示す。このフローチャートでは、ステップS106の後で不調と判定された回数Nをカウントするようにし(ステップS110)、この不調と判定された回数Nが所定回数Nth以上となった場合に(ステップS111のYES)、正式に不調と判定し(ステップS112)、その判定結果を表示する(ステップS113)。
【0052】
また、上述した実施の形態では、空気の供給系統101に対して空気の供給開始指令を発してから燃焼室5への空気の圧力が所定値に達するまでの時間(風圧スイッチ17がONとされるまでの時間)Tを計測し、この計測した時間Tに基づいて空気の供給系統101の不調を判定するようにしたが、空気の供給系統101に対して空気の供給停止指令を発してから燃焼室5への空気の圧力が所定値に達するまでの時間(風圧スイッチ17がOFFとされるまでの時間)を計測し、上述と同様にして、この計測した時間に基づいて空気の供給系統101の不調を判定するようにしてもよい。ブロワ16の停止後には、ファンが惰性で回り続けるなど、空気の供給時とは異なった挙動があるため、不調の現れ方が違う可能性がある。この場合も、計測を繰り返して、通常の時間範囲を導出するものとする。
【0053】
また、上述した実施の形態では、風圧スイッチ17を空気流量調整用ダンパ19の上流側に設けているが、空気流量調整用ダンパ19の下流側に設けるようにしてもよい。このようにすると、ブロワ風量の低下、配管からのわずかな空気漏れなどの不調だけではなく、空気流量調整用ダンパ19の不調についても検出することが可能となる。
【0054】
また、上述した実施の形態では、燃焼室5への空気の供給状態が所定の状態に達した状態として、燃焼室5への空気の圧力が所定値に達したことを風圧スイッチ17によって検出するようにしたが、風圧スイッチ17に代えて流量計を設け、燃焼室5への空気の流量が所定値に達したことを流量計によって検出するようにしてもよい。
【0055】
また、上述した実施の形態では、燃焼制御装置2に隣接して監視装置30を設けるようにしているが、
図9に示すように、燃焼制御装置2内に送信部2−5を設け、この送信部2−5からインターネット40を介して、遠隔地の監視装置(遠隔監視装置)30に不調判定部2−3からの判定結果を送り、監視装置30の監視画面30−1上に表示させるようにしてもよい。
【0056】
また、上述した実施の形態では、タイマ部2−2、不調判定部2−3、基準時間記憶部2−4を燃焼制御装置2内に設けるようにしたが、必ずしも燃焼制御装置2内に設けなくてもよく、燃焼制御装置2とは別に診断装置を設け、この診断装置内に同様の機能を設けるなどしてもよい。
【0057】
〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。