特開 2024-128570 ボイラ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024128570

(43)【公開日】2024-09-24

(54)【発明の名称】ボイラ

(51)【国際特許分類】

   F23K 5/18 20060101AFI20240913BHJP

   F23N 1/00 20060101ALI20240913BHJP

   F23K 5/02 20060101ALI20240913BHJP

   F22B 35/00 20060101ALI20240913BHJP

   F22B 35/18 20060101ALN20240913BHJP

【ＦＩ】

F23K5/18 Z

F23N1/00 105G

F23K5/02 Z

F22B35/00 J

F22B35/18

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023037598

(22)【出願日】2023-03-10

(71)【出願人】

【識別番号】000175272

【氏名又は名称】三浦工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100142365

【弁理士】

【氏名又は名称】白井 宏紀

(72)【発明者】

【氏名】仙波 將

(72)【発明者】

【氏名】藤久 義幸

(72)【発明者】

【氏名】田窪 昇

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 務

(72)【発明者】

【氏名】平井 桂二

【テーマコード（参考）】

3K068

3L021

【Ｆターム（参考）】

3K068BB01

3K068BB12

3K068CA24

3K068FA03

3K068FB01

3K068FC02

3K068FD07

3K068HA02

3L021FA12

(57)【要約】

【課題】燃料ノズルの油硬化（または粘化）を防止することができるボイラを提供することである。
【解決手段】第１のノズルに液体燃料を供給する第１燃料供給路６２と、第２のノズルに液体燃料を供給する第２燃料供給路６３、６４と、第１燃料供給路６２に設けられ、第１のノズルへ供給される液体燃料の流量を調整する第１流量調整部６２ａと、第２燃料供給路６３、６４に設けられ、第２のノズルへ供給される液体燃料の流量を調整する第２流量調整部６３ａ、６４ａと、燃焼段階に応じて第１流量調整部６２ａおよび第２流量調整部６３ａ、６４ａを制御する制御部４とを備え、制御部４は、所定の燃焼段階において第１流量調整部６２ａを開状態に制御しつつ第２流量調整部６３ａ、６４ａを閉状態に制御し、当該所定の燃焼段階において所定期間が経過することにより第２流量調整部６４ａを開状態に制御した後に閉状態に制御する、ボイラ。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１のノズルに液体燃料を供給する第１燃料供給路と、
第２のノズルに液体燃料を供給する第２燃料供給路と、
前記第１燃料供給路に設けられ、前記第１のノズルへ供給される液体燃料の流量を調整する第１流量調整部と、
前記第２燃料供給路に設けられ、前記第２のノズルへ供給される液体燃料の流量を調整する第２流量調整部と、
燃焼段階に応じて前記第１流量調整部および前記第２流量調整部を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、所定の燃焼段階において前記第１流量調整部を開状態に制御しつつ前記第２流量調整部を閉状態に制御し、当該所定の燃焼段階において所定期間が経過することにより前記第２流量調整部を開状態に制御した後に閉状態に制御する、ボイラ。

【請求項2】

前記第２燃料供給路は、主経路と副経路とを含み、
前記第２流量調整部は、前記主経路に設けられた主流量調整部と前記副経路に設けられた副流量調整部とを含み、
前記制御部は、前記所定の燃焼段階において前記主流量調整部および前記副流量調整部を閉状態に制御し、当該所定の燃焼段階において所定期間が経過することにより前記副流量調整部を開状態に制御した後に閉状態に制御する、請求項１に記載のボイラ。

【請求項3】

前記副経路には、前記液体燃料の圧力を低下させるための減圧部が設けられている、請求項２に記載のボイラ。

【請求項4】

前記所定の燃焼段階は、低燃焼段階である、請求項１～請求項３のいずれかに記載のボイラ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ボイラに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、食品工場などによって廃棄物として扱われていた魚油等の動物性の油を化石燃料に変えてボイラの燃焼に用いて有効活用することで、コスト削減や、新たな熱エネルギーの確保が図られていた（例えば、特許文献１など）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４－０９１０８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、魚油などの油が空気に触れると酸化重合するといった特性を有する燃料を使用する場合、従来のバーナでは、油を噴霧していないときにノズルの先端の油が空気に触れることで硬化してしまうことにより、噴霧不良や供給する燃料の流量低下が生じる虞があった。特に、燃焼段階に応じて複数のノズルが使用されるボイラにおいては、所定条件のときにのみ使用するノズル（例えば高燃焼段階のときにのみ使用される）が、所定条件ではない場合（例えば低燃焼段階）での燃焼時間が長いと、使用されていないノズルの先端に油硬化（または粘化）による詰まりが発生する虞がさらに高くなっていた。

【0005】

本発明は、かかる実情に鑑み考え出されたものであり、その目的は、燃料ノズルの油硬化（または粘化）を防止することができるボイラを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、本発明のある局面に従うボイラは、第１のノズルに液体燃料を供給する第１燃料供給路と、第２のノズルに液体燃料を供給する第２燃料供給路と、前記第１燃料供給路に設けられ、前記第１のノズルへ供給される液体燃料の流量を調整する第１流量調整部と、前記第２燃料供給路に設けられ、前記第２のノズルへ供給される液体燃料の流量を調整する第２流量調整部と、燃焼段階に応じて前記第１流量調整部および前記第２流量調整部を制御する制御部とを備え、前記制御部は、所定の燃焼段階において前記第１流量調整部を開状態に制御しつつ前記第２流量調整部を閉状態に制御し、当該所定の燃焼段階において所定期間が経過することにより前記第２流量調整部を開状態に制御した後に閉状態に制御する。

【0007】

上記の構成によれば、所定の燃焼段階において第２のノズルに燃料が供給されていなかったとしても、所定時間が経過することにより、第２燃料供給路に燃料が供給されるため、第２のノズルの先端の油硬化（または粘化）を防止することができる。その結果、第２のノズルの噴霧不良や、流量低下を抑制することができる。

【0008】

好ましくは、前記第２燃料供給路は、主経路と副経路とを含み、前記第２流量調整部は、前記主経路に設けられた主流量調整部と前記副経路に設けられた副流量調整部とを含み、前記制御部は、前記所定の燃焼段階において前記主流量調整部および前記副流量調整部を閉状態に制御し、当該所定の燃焼段階において所定期間が経過することにより前記副流量調整部を開状態に制御した後に閉状態に制御する。

【0009】

上記の構成によれば、所定の燃焼段階における第２流量調整部の開閉制御は、副流量調整部で行うため、第２のノズルの先端の油硬化（または粘化）を防止するために必要な燃料の流量を、当該第２のノズルへ供給することができる。

【0010】

好ましくは、前記副経路には、前記液体燃料の圧力を低下させるための減圧部が設けられている。

【0011】

上記の構成によれば、副流量調整部には減圧部が設けられているため、ノズルより噴霧される燃料の圧力が低下し、所定の燃焼段階に応じた燃料の供給への影響を極力与えないように抑制しつつ、第２のノズルの先端の油硬化（または粘化）を防止することができる。

【0012】

好ましくは、前記所定の燃焼段階は、低燃焼段階である。

【0013】

上記の構成によれば、低燃焼段階に応じた燃料の供給がされていたとしても、第１のノズルおよび第２のノズルのいずれにも燃料が供給されるため、ノズルの先端の油硬化（または粘化）を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】ボイラの概略構成を模式的に示す図である。

【図2】ボイラの制御処理の一例を説明するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

＜概略構成について＞
以下に、図１を参照しつつ、本発明の実施の形態に係るボイラ１について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るボイラ１の構成を模式的に示す図である。

【0016】

ボイラ１は、燃料を燃焼させて蒸気を生成するボイラ本体２と、ボイラ本体２の上部に設けられたウィンドボックス７を介してボイラ本体２内に空気を送り込む送風機３と、ボイラ本体２内のバーナ１０へ燃料を供給する燃料供給路６と、燃焼段階に応じてボイラ本体２内への空気供給流量および燃料供給流量を制御する制御装置（制御部）４とを備えている。なお、本実施の形態に係るボイラ１は、燃料として魚油を用いる油焚きボイラである例について説明する。

【0017】

燃料供給路６には、メイン流量調整弁６１ａが設けられている。メイン流量調整弁６１ａは、開度調整が可能な絞り弁であり、たとえばモータバルブにより構成される。なお、メイン流量調整弁６１ａは、開状態と閉状態とに切り替え可能な開閉弁であってもよい。さらに、燃料供給路６は、メイン流量調整弁６１ａより下流において第１燃料供給路６２と、第２燃料供給路とに分岐している。第２燃料供給路は、主経路６３と、バイパスとして副経路６４とに分岐している。

【0018】

本実施の形態に係るバーナ１０は、例えば圧力噴霧式のバーナである。第１燃料供給路６２の下流には、バーナ１０の第１のノズル（図示しない）が接続され、第２燃料供給路の下流には、バーナ１０の第２のノズル（図示しない）が接続されている。第１のノズルおよび、第２のノズル各々には、燃焼段階に応じて燃料が供給される。ボイラ１では、第１燃料供給路６２、および、第２燃料供給路の各々を流通する油自身の圧力によって、バーナ１０のノズルチップ（第１のノズル、および第２のノズル）からボイラ本体２内の燃焼室内に油が噴霧され、空気と混合されることで燃焼が行われる。

【0019】

第１燃料供給路６２には、第１のノズルへ供給する燃料の流量を調整する第１流量調整弁６２ａが設けられている。第１流量調整弁６２ａは、低燃焼段階、および、高燃焼段階において開状態に制御されて燃料の流量を調整する。第２燃料供給路には、第２のノズルへ供給する燃料の流量を調整する弁として、主経路６３に主流量調整弁６３ａが設けられ、副経路６４に副流量調整弁６４ａが設けられている。主流量調整弁６３ａは、低燃焼段階において閉状態に制御され、高燃焼段階において開状態に制御されて燃料の流量を調整する。一方、副流量調整弁６４ａは、低燃焼段階および高燃焼段階のいずれにおいても基本的に閉状態に制御されるが、後述するように低燃焼段階において所定時間が経過することにより開状態に制御された後に閉状態に制御される。

【0020】

第２燃料供給路では、主流量調整弁６３ａと、副流量調整弁６４ａとの下流において、副経路６４が主経路６３と合流した後に、第２のノズルに接続される。副経路６４のうち、副流量調整弁６４ａの上流には、副経路６４を流通する燃料の圧力を低下させるオリフィス８が複数（図１では３つ）設けられている。以下、主経路６３および副経路６４をまとめて、第２燃料供給路ともいい、主流量調整弁６３ａおよび副流量調整弁６４ａをまとめて、第２流量調整弁ともいう。また、第１流量調整弁６２ａおよび、第２流量調整弁は、開状態および閉状態の２つの状態に切り替え可能なバルブ（弁）、すなわち切り替えバルブである。

【0021】

ボイラ１の燃焼状態は、ボイラ１の運転・動作を制御する制御装置（制御部）４によって、燃焼段階（燃焼量）に応じた態様で、送風機３と、メイン流量調整弁６１ａ、第１流量調整弁６２ａ、第２流量調整弁の各々の開度とが制御（調整）されることにより、低燃焼段階（例えば燃焼量５０％）、高燃焼段階（例えば燃焼量１００％）、および燃焼停止のいずれかに段階的に制御される。制御装置４は、内部にメモリ、タイマ、および演算処理部を含むコンピュータにより実現される。

【0022】

ボイラ１が低燃焼段階であるときにおいて、制御装置４は、第１流量調整弁６２ａを開状態に制御し、第２流量調整弁が閉状態となるように制御する。これにより、低燃焼段階においては基本的に第１のノズルのみから燃料が噴霧されるため、ボイラ本体２へ低燃焼段階に応じた燃料が供給されるようになる。

【0023】

ボイラ１が高燃焼段階であるときにおいては、制御装置４は、第１流量調整弁６２ａおよび、第２流量調整弁の主流量調整弁６３ａが開状態となるように制御する。これにより、第１のノズルおよび第２のノズル各々から燃料が噴霧されるため、ボイラ本体２へ高燃焼段階に応じた燃料が供給されるようになる。また、ボイラ１を燃焼停止する際は、制御装置４は、メイン流量調整弁６１ａ、第１流量調整弁６２ａ、および第２流量調整弁の各々が閉状態となるように制御する。

【0024】

ここで、魚油などの空気に触れると酸化重合するといった特性を有する油燃料を使用する場合、ノズルの先端に残留する油が、酸化重合によって硬化または粘化してしまいやすい。そのため、燃焼段階によって複数のノズルが制御されるボイラにおいて、例えば、低燃焼段階においては使用されないノズル（例えば、本実施の形態においては、高燃焼段階で使用される第２ノズル）があった場合、低燃焼段階での燃焼時間が長くなると、使用されていないノズルの先端が硬化により詰まりが発生する虞があった。

【0025】

本実施の形態においては、低燃焼段階において、制御装置４のタイマが、経過時間Ｔを計時する。制御装置４は、計時される経過時間タイマ（以下、経過時間Ｔともいう）が、所定時間（例えば１５分）経過することにより、第２供給路の副経路６４（バイパス）の副流量調整弁６４ａを開閉制御する。これにより、低燃焼段階においても、第１のノズルのみならず、第２のノズルからも、定期的に油が噴霧され、先端の残留油の入れ替えが行われるため、しばらく使用されていなかったことによる第２ノズルの先端の油硬化（または粘化）を防止することができる。その結果、第２ノズルの噴霧不良や、流量低下を抑制することができる。また、副流量調整弁６４ａの開閉制御は、所定時間経過したときの短い時間（例えば開状態１秒）だけであるため、第２のノズルから燃料が噴霧されても、低燃焼の燃焼状態に影響を極力与えないように抑制しつつ、燃焼状態の安定を維持できる。

【0026】

＜ボイラ制御処理について＞
図２は、本実施の形態のボイラの制御の一例を示すためのフローチャートである。制御装置４は、一定時間（例えば１秒）毎に本制御を行い、ボイラ１の運転中は継続して本制御を実行する。

【0027】

ステップＳ０１では、ボイラ１における燃焼段階が低燃焼中であるか否かを判定する。ステップＳ０１において、低燃焼中であると判定されたときには、ステップＳ０２に進む。

【0028】

ステップＳ０２では、経過時間Ｔが計時され、ステップＳ０３に進む。ステップＳ０３では、ステップＳ０２で計時されている経過時間Ｔが、所定時間（例えば１５分）経過しているか否かを判定する。所定時間経過していると判定されなかったときは、処理を終了する。一方、経過時間Ｔが、所定時間経過していると判定されたときには、ステップＳ０４に進む。

【0029】

ステップＳ０４では、バイパス（副経路６４の副流量調整弁６４ａ）の開閉制御（例えば開状態１秒）が行われる。これにより、低燃焼段階であるときに、低燃焼段階においては使用されない第２のノズルからも燃料が噴霧される。

【0030】

ステップＳ０４において、バイパス開閉制御がされたあとは、ステップＳ０５に進み、経過時間Ｔがリセットされ、処理を終了する。

【0031】

ステップＳ０１に戻り、低燃焼中であると判定されなかったときには、ステップＳ０６に進む。ステップＳ０６では、ボイラ１の燃焼段階が高燃焼への切り替え時（切り替えタイミング）であるか否かを判定する。高燃焼への切り替え時であると判定されなかったときには、すでに高燃焼段階であり、第１ノズル、および第２ノズルのいずれのノズルも使用されているため、処理を終了する。

【0032】

一方、ステップＳ０６において、高燃焼への切り替え時であると判定されたときには、ステップＳ０５に進む。ステップＳ０５では、低燃焼段階において計時されていた経過時間Ｔがリセットされ、処理を終了する。

【0033】

以上により、本実施の形態に係るボイラ１では、低燃焼段階において、第１流量調整弁６２ａを開状態に制御しつつ、第２燃料供給経路（主経路６３、副経路６４）の第２流量調整弁（主流量調整弁６３ａ、副流量調整弁６４ａ）を閉状態に制御し、所定時間経過することにより（所定時間経過毎に）、副流量調整弁６４ａを開状態から閉状態に開閉制御する。これにより、所定の燃焼段階（例えば、低燃焼段階）において、第２のノズルに燃料が供給されていなかったとしても、所定時間経過することにより（所定時間経過毎に）、第２燃料供給路に燃料が供給されるため、第２のノズルの先端の油硬化（または粘化）を防止することができる。その結果、第２のノズルの噴霧不良や、流量低下を抑制することができる。

【0034】

また、副流量調整弁６４ａは、第２燃料供給路の主経路５３からバイパスとして分岐した副経路６４に設けられている。その結果、第２のノズルの先端の油硬化（または粘化）を防止するために必要な燃料の流量を、第２のノズルへ供給することができる。

【0035】

さらに、副経路６４には、オリフィス８が設けられているため、ノズルより噴霧される燃料の圧力が低下し、低燃焼段階に応じた燃料の供給への影響を極力与えないように抑制しつつ、第２のノズルの先端の油硬化（または粘化）を防止することができる。

【0036】

本発明では、上記の実施の形態に限られず、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可能な上記の実施の形態の変形例などについて説明する。

【0037】

上記実施形態では、液体燃料として魚油が用いられる例について説明した。しかし、これに限らず、酸化重合によって硬化（または粘化）しやすい、あるいは、酸化重合によって硬化（または粘化）することが有り得る燃料であれば、その他の燃料（例えば、他の動物性油脂として、牛や豚の脂や、植物性の油など）を用いるバーナを備えたボイラに本発明を適用することができる。

【0038】

上記実施形態では、高燃焼段階においては、第１のノズル、および第２のノズルのいずれからも燃料が噴霧されるバーナを備えたボイラの例について説明した。しかし、これに限らず、燃焼段階に応じて使い分けられる複数のノズルを備えたボイラであって、例えば、低燃焼段階においては使用されるが、高燃焼段階においては使用されないノズルがあるバーナを備えたボイラに適用してもよい。この場合、低燃焼段階において使用されるノズルへ燃料を供給する燃料供給路に、本実施形態の副経路６４と同様のバイパスを設け、高燃焼段階が所定時間経過する毎に、バイパスの開閉制御を行うようにする。

【0039】

上記実施形態では、バーナ１０は、圧力噴霧式のバーナである例について説明した。しかし、これに限らず、回転式バーナや、霧化媒体を使用するバーナであってもよい。この場合、副経路６４にオリフィス８を設けず、あるいは、オリフィス８に加えて、副経路６４を流通する燃料の流量が、燃焼段階に影響を与えない程度の噴霧量が第２のノズルから噴射される流量となる程度まで、副流量調整弁６４ａが開状態となるときの開度があらかじめ絞られているものとする。

【0040】

上記実施形態では、副経路６４にオリフィス８が３つ設けられる例について説明した。しかし、これに限らず、燃焼段階に影響を与えない程度の噴霧量となるように減圧することができれば、例えば、１つだけ、あるいは４つ以上などとしてもよい。また、オリフィス８は、副流量調整弁６４ａより上流に設けられる例について説明した。しかし、第２のノズルへ供給される燃料の圧力が減圧されていればよく、副流量調整弁６４ａよりも下流に設けられていてもよい。

【0041】

上記実施形態では、副流量調整弁６４ａの開閉制御を所定時間として１５分経過毎に、１秒だけ開状態にする例について説明した。しかし、これに限らず、燃料として用いられる油の種類や、ノズルの大きさ（例えば、ノズルチップの孔径の大小）などに応じて、硬化するまでに要する平均の時間より短い時間を所定時間とし、ノズルの先端に残留した燃料を十分に入れ替えることができる時間だけ開状態にすることができる。

【0042】

上記実施形態では、第１流量調整弁６２ａおよび、第２流量調整弁は、開状態および閉状態の２つの状態に切り替え可能なバルブ（弁）である例について説明した。しかし、これに限らず、第１流量調整弁６２ａおよび、第２流量調整弁が、開度調整が可能な絞り弁であってもよい。この場合、第１流量調整弁６２ａ、および、主流量調整弁６３ａは、燃焼段階に応じた燃料の流量がバーナへ供給されるよう制御される。また、副流量調整弁６４ａは、例えば低燃焼段階において、副経路６４を流通する燃料の流量が、燃焼段階に影響を与えない程度の噴霧量が第２のノズルから噴射される流量となる開度に開くように制御する。

【0043】

上記実施形態では、副流量調整弁６４ａは、低燃焼段階および高燃焼段階のいずれにおいても基本的に閉状態に制御される例について説明した。しかし、これに限らず、高燃焼段階においては、主流量調整弁６３ａとともに開状態となるものとしてもよい。

【0044】

上記実施の形態においては、ボイラ１が、低燃焼状態、高燃焼状態、および燃焼停止状態のいずれかに制御可能となるいわゆる三位置制御ボイラにより構成される例について説明した。しかし、ボイラ１を構成するボイラは、これに限らず、例えば、三位置制御ボイラに替えて、低燃焼状態、中燃焼状態、高燃焼状態、および燃焼停止状態のいずれかに制御可能となるいわゆる四位置制御ボイラであってもよい。例えば、中燃焼段階（および高燃焼段階）において使用される第３のノズルを設け、第３のノズルへ燃料を供給する燃料供給路に、本実施形態の副経路６４と同様のバイパスを設けるようにし、低燃焼段階において、所定時間が経過することにより、バイパスに設けられた開閉弁を開閉することで、第３のノズルの油硬化（または粘化）を抑制するものとしてもよい。また、ボイラ１を構成するボイラは、負荷率を連続的に変化するように制御可能となるいわゆる比例制御ボイラであってもよい。例えば、負荷率２０％～５０％まで比例制御可能な比例制御状態と、比例制御状態よりも負荷率が高い高燃焼状態とに制御可能となるようなボイラであってもよい。この場合、所定の燃焼量以下の状態を、前記比例制御状態における負荷率が、例えば５０％以下の範囲、具体的には、２０％～３０％の範囲である場合を低燃焼段階として判断することができる。

【0045】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0046】

１ ボイラ
２ ボイラ本体
３ 送風機
４ 制御装置（制御部）
６ 燃料供給路
７ ウィンドボックス
８ オリフィス（減圧部）
１０ バーナ
６１ａ メイン燃料流量調整弁
６２ 第１燃料供給路
６２ａ 第１流量調整弁（第１流量調整部）
６３ 主経路
６３ａ 主流量調整弁（主流量調整部）
６４ 副経路（バイパス）
６４ａ 副流量調整弁（副流量調整部）

【図1】

【図2】