特許 7006363 ボイラ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-01-11

(45)【発行日】2022-01-24

(54)【発明の名称】ボイラ装置

(51)【国際特許分類】

   F22B 35/00 20060101AFI20220117BHJP

   F23N 5/18 20060101ALI20220117BHJP

【ＦＩ】

F22B35/00 J

F23N5/18 101J

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018029707

(22)【出願日】2018-02-22

(65)【公開番号】P2019143914

(43)【公開日】2019-08-29

【審査請求日】2020-11-19

(73)【特許権者】

【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】山内 孝太

(72)【発明者】

【氏名】松木 繁昌

【審査官】河野 俊二

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－１０５８８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６３－１４８０４８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０９－１１２８９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１０８３５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－３４６３４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０６２１６６８５（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２２Ｂ ３５／００

Ｆ２３Ｎ ５／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ボイラ本体と、
送風路を介して前記ボイラ本体内へ空気を送り込む送風機と、
前記送風路と連通する第１連通路と、
前記ボイラ本体と連通する第２連通路と、
前記第１連通路内と前記第２連通路内との差圧に応じて、前記ボイラ本体に供給する燃料の流量を調整する流量調整部とを備え、
前記第１連通路には、前記送風路からの圧力を減圧する第１減圧部が設けられている、ボイラ装置。

【請求項2】

前記第２連通路には、前記ボイラ本体からの圧力を減圧する第２減圧部が設けられている、請求項１に記載のボイラ装置。

【請求項3】

前記第２減圧部の流路面積は、前記第１減圧部の流路面積よりも大きい、請求項２に記載のボイラ装置。

【請求項4】

前記流量調整部は、前記第１減圧部により減圧された圧力と前記第２減圧部により減圧された圧力との差圧と、供給する燃料の圧力とに応じて、開度を調整する圧力調整弁を含み、
前記圧力調整弁は、開度に応じて供給する燃料の流量を調整する、請求項２または請求項３に記載のボイラ装置。

【請求項5】

前記流量調整部は、
開度に応じて供給する燃料の流量を調整する流量調整弁と、
前記第１連通路内と前記第２連通路内との差圧を特定するための差圧情報を出力する差圧情報出力部と、
前記差圧情報に基づいて、前記流量調整弁の開度を制御する制御部とを含む、請求項１～請求項３のいずれかに記載のボイラ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料を燃焼させて蒸気を生成するボイラ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、燃料供給路に圧力調整弁（いわゆるガバナ）を設け、供給する燃料の圧力を一定に維持する燃焼装置があった。また、このような燃焼装置においては、燃焼用空気を整流するためのウインドボックス内の圧力をガバナのダイヤフラム孔に導入するものがあった（例えば、特許文献１）。これにより、ウインドボックス内の圧力低下に連動してガバナの２次圧を低下させて、供給する燃料を少なくすることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００６－３８４１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来のような燃焼装置においては、燃焼用空気と外気（大気）との差圧をガバナへ導入するものが一般的であった。このため、例えば、燃焼装置からの排ガスによる背圧がかかったときにはガバナに導入される差圧が小さくなり、供給する燃料の圧力が低下してしまう。その結果、背圧がかかったときには、燃焼用空気に対して供給する燃料が少ない高空気比となり失火する原因となっていた。

【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、背圧の影響を受けずに空気比を極力一定に維持できるボイラ装置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装置は、ボイラ本体と、送風路を介して前記ボイラ本体内へ空気を送り込む送風機と、前記送風路と連通する第１連通路と、前記ボイラ本体と連通する第２連通路と、前記第１連通路内と前記第２連通路内との差圧に応じて、前記ボイラ本体に供給する燃料の流量を調整する流量調整部とを備え、前記第１連通路には、前記送風路からの圧力を減圧する第１減圧部が設けられている。

【0007】

上記の構成によれば、第１連通路内と第２連通路内との差圧に応じてボイラ本体に供給する燃料の流量を調整できるため、背圧の影響を受けることなく空気比を一定に維持することができる。また、ボイラ装置の仕様・設計等に合せて、送風路からの圧力を第１減圧部により調整できる。

【0010】

好ましくは、前記第２連通路には、前記ボイラ本体からの圧力を減圧する第２減圧部が設けられている。

【0011】

上記の構成によれば、ボイラ装置の仕様・設計等に合せて、ボイラ本体からの圧力を第２減圧部により調整できる。

【0012】

好ましくは、前記第２減圧部の流路面積は、前記第１減圧部の流路面積よりも大きい。

【0013】

上記の構成によれば、異物などの影響により第１減圧部よりも先に第２減圧部が詰まってしまうことを極力回避できる。また、仮に第１減圧部が詰まった場合には高空気比となり失火するため、より安全側にボイラ装置を制御できる。

【0014】

好ましくは、前記流量調整部は、前記第１減圧部により減圧された圧力と前記第２減圧部により減圧された圧力との差圧と、供給する燃料の圧力とに応じて、開度を調整する圧力調整弁を含み、前記圧力調整弁は、開度に応じて供給する燃料の流量を調整する。

【0015】

上記の構成によれば、第１減圧部により減圧された圧力と第２減圧部により減圧された圧力との差圧に応じて、圧力調整弁により機械的に燃料の流量を調整することができる。

【0016】

好ましくは、前記流量調整部は、開度に応じて供給する燃料の流量を調整する流量調整弁と、前記第１連通路内と前記第２連通路内との差圧を特定するための差圧情報を出力する差圧情報出力部と、前記差圧情報に基づいて、前記流量調整弁の開度を制御する制御部とを含む。

【0017】

上記の構成によれば、第１連通路内と第２連通路内との差圧を特定するための差圧情報に応じて、制御部により流量調整弁の開度が制御されて、燃料の流量を調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】実施の形態１に係るボイラ装置の構成を模式的に示す図である。

【図2】実施の形態２に係るボイラ装置の構成を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

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

【0020】

ボイラ装置１は、燃料を燃焼させて蒸気を生成するボイラ本体２と、送風路３０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からの排ガスなどを導出する煙道４と、ボイラ本体２に燃料を供給する燃料供給ライン（燃料供給路）５とを備えている。なお、燃料は、ガスである例について説明するが、ガスなどの気体に限らず、油などの液体であってもよい。

【0021】

燃料供給ライン５は、送風路３０に接続されている。燃料供給ライン５から供給される燃料は、送風路３０において、送風機３から送風される空気と混合して、ボイラ本体２内のバーナ２０に供給される。

【0022】

燃料供給ライン５には、流路を開閉するための開閉弁６１（電磁弁）と、ボイラ本体２に供給する燃料の流量を調整可能であるとともに遮断機能をも備えるガバナ６２とが設けられている。ガバナ６２は、開閉弁６１の下流側に配置されている。

【0023】

下流側のガバナ６２は、ボイラ本体２に供給する燃料の流量を調整する流量調整部８を構成している。つまり、ガバナ６２は、ボイラ本体２に供給する燃料の圧力を調整する圧力調整弁として機能する。本実施の形態におけるガバナ６２は、送風路３０内の圧力とボイラ本体２内の圧力との差圧に応じて開度が変化するように構成されている。ガバナ６２は、導入される差圧と供給する燃料の圧力（２次側の圧力）とが均圧となるように機械的に開度が調整される均圧弁である。ガバナ６２の下流側流路からは、分岐路５３が設けられている。ガバナ６２は、分岐路５３から得られる二次側の圧力が、導入される送風路３０内の圧力とボイラ本体２内の圧力との差圧となるように開度を調整することができる。

【0024】

具体的には、ボイラ装置１は、送風路３０と連通する第１連通路５１と、ボイラ本体２（炉内）と連通する第２連通路５２とを備えている。第２連通路５２は、第１連通路５１に合流するように配置されており、ボイラ本体２内の圧力に応じて、例えば第１連通路５１に流入した空気をボイラ本体２内へ吹き込むように構成されている。その結果、第１連通路５１上における第２連通路５２との合流点よりも下流側通路を通る気体の圧力は、送風路３０内の圧力とボイラ本体２内の圧力との差圧に相当する。また、第１連通路５１は、第２連通路５２との合流点よりも下流側の通路により、ガバナ６２に接続されている。これにより、送風路３０内の圧力とボイラ本体２内の圧力との差圧をガバナ６２に導入することができる。ガバナ６２は、第１連通路５１から導入された気体の圧力に応じて開度を変化させる。

【0025】

ここで、「送風路３０内の圧力」と「外気の圧力」との差圧に応じて流量を調整する従来からの形態（以下「比較例」という）においては、ボイラ本体２からの排ガスによる背圧がかかった場合、「送風路３０内の圧力」と「外気の圧力」との差圧が小さくなり得る。このため、ガバナ６２に導入される差圧は小さくなる。その結果、ボイラ本体２からの背圧がかかった場合、供給する燃料の圧力が低下し、送風機３から送風される空気量に対してバーナ２０へ供給する燃料が少ない高空気比となり失火する虞があった。

【0026】

これに対し、本実施の形態では、「送風路３０内の圧力」と「ボイラ本体２内（炉内）の圧力」との差圧をガバナ６２に導入している。このため、ボイラ本体２の背圧の影響を受けず空気比を維持するように、送風機３から送風される空気量に対してバーナ２０へ供給する燃料の圧力（流量）を調整することができる。その結果、背圧耐性を向上させることができる。

【0027】

さらに、第１連通路５１には、送風路３０から流入する気体の圧力を減圧する（第１の）減圧部７１が設けられている。同様に、第２連通路５２には、ボイラ本体２から流入する気体の圧力を減圧する（第２の）減圧部７２が設けられている。減圧部７１および減圧部７２は、例えばオリフィスであるが、これに限らず開度調整可能なバルブなどであってもよい。減圧部７１および減圧部７２各々により減圧する割合（流路面積）を調整することにより、ボイラ装置１の仕様あるいは設計などに適合させることができる。

【0028】

また、第２連通路５２の減圧部７２の流路面積（オリフィス径）は、第１連通路５１の減圧部７１の流路面積（オリフィス径）よりも大きい。これにより、第１連通路５１に異物が混入した場合や減圧部７１および減圧部７２各々に異物が蓄積した場合などであっても、第１連通路５１の減圧部７１よりも第２連通路５２の減圧部７２が先に詰まってしまう可能性を低減できる。これにより、例えば第１連通路５１の減圧部７１よりも先に第２連通路５２の減圧部７２が詰まった場合、第１連通路５１に流入した空気の圧力がそのままガバナ６２に導入されて、バーナ２０へ供給する燃料が多くなり過ぎる低空気比となる結果、不完全燃焼となりＣＯ過多となる危険な状態となってしまうことを本実施の形態では上記構成により回避できる。また、仮に第１連通路５１の減圧部７１が詰まった場合には、ガバナ６２に導入される圧力が小さくなるため、バーナ２０へ供給する燃料を少なくなる（高空気比となる）ことにより保炎ができずに失火するため、より安全側となるようにボイラ装置１を制御できる。

【0029】

＜実施の形態２＞
実施の形態１では、流量調整部８が機械式のガバナ６２を含み、ボイラ本体２に供給する燃料の流量を機械的に調整する構成について説明したのに対し、実施の形態２では、ボイラ本体２に供給する燃料の流量を制御部により電子的に調整する構成を説明する。以下では、実施の形態１に係るボイラ装置１との相違点のみ詳細に説明する。

【0030】

図２は、本発明の実施の形態２に係るボイラ装置１Ａの構成を模式的に示す図である。図２を参照して、本実施の形態では、燃料供給ライン５に、上記した開閉弁６１およびガバナ６２に加えて、調整弁８１が設けられている。調整弁８１は、ガバナ６２よりも下流側に設けられており、制御部９によって開度が調整されるモータバルブである。なお、調整弁８１は、燃料の流量を調整するものであればモータバルブに限らず、例えば、空気式制御弁であってもよい。制御部９は、例えばＣＰＵなどの演算処理装置により実現される。

【0031】

本実施の形態では、第１連通路５１と第２連通路５２とは直列的に配置されており、第１連通路５１はガバナ６２に接続されていない。つまり、第１連通路５１および第２連通路５２は、送風路３０に一端が接続され、かつ、ボイラ本体２に他端が接続されたダクトにより実現される。

【0032】

ダクト上には、圧力センサ７３が設けられている。圧力センサ７３は、第１連通路５１内の気体の圧力と、第２連通路５２内の気体の圧力との差圧を特定するための差圧情報を出力する。

【0033】

本実施の形態においても、第１連通路５１および第２連通路５２のそれぞれに、減圧部７１，７２が設けられている。減圧部７１は、圧力センサ７３よりも送風路３０側に設けられ、減圧部７２は圧力センサ７３よりもボイラ本体２側に設けられている。

【0034】

圧力センサ７３は、制御部９と電気的に接続されている。これにより、圧力センサ７３からの差圧情報を制御部９に入力することができる。なお、圧力センサ７３から出力されるアナログ信号はデジタル信号に変換されて、制御部９に入力される。

【0035】

制御部９は、圧力センサ７３から入力される差圧情報に基づいて、調整弁８１の開度を調整する。制御部９は、メモリ１０に予め記憶された開度調整情報に基づいて、調整弁８１に対して開度を特定するための開度特定信号を送信する。これにより、調整弁８１は、送風路３０内の圧力とボイラ本体２内の圧力との差圧に応じた開度に制御されて、ボイラ本体２に供給する燃料の流量を調整することができる。なお、開度調整情報とは、例えば、差圧に応じて調整弁８１の開度を特定可能なテーブルであってもよく、また差圧に応じて調整弁８１の開度を特定するための演算式であってもよい。

【0036】

従来から、例えば送風路３０内にパンチングメタル等を設けてその前後の圧力損失から燃焼用空気の空気量を算出するものがあった。しかし、このようなものにおいては、パンチングメタルにより相当の圧力が失われるため、送風機の性能が高いものを採用する必要があり、高コストとなっていた。これに対し、実施の形態２では、パンチングメタル等を用いずに、送風路３０からボイラ本体２（路内）に至るまでの固定圧損を利用して燃焼用空気の流量を算出可能となる。このため、少なくとも送風機に要するコストを抑えることができる。

【0037】

本発明は、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。

【0038】

上記実施の形態におけるボイラ装置１は、ガスを供給する燃料供給ラインと、油を供給する燃料供給ラインとを備え、ガスを燃料として使用するモードと、油を燃料として使用するモードとのいずれかに切り替えて制御することができるものであってもよい。

【0039】

上記実施の形態では、減圧部７１および減圧部７２としてオリフィスを例示した。しかし、減圧部７１および減圧部７２は、減圧可能なものであればこれに限らず、開度調整可能なバルブなどであってもよい。また、上記実施の形態では、第１連通路５１および第２連通路５２各々に減圧部を設けた例について説明した。しかし、これに限らず、第１連通路５１および第２連通路５２各々に減圧部が設けられていないものであってもよく、また、第１連通路５１および第２連通路５２のうちいずれか一方（例えば第１連通路５１）のみに減圧部を設けるものであってもよい。この場合、実施の形態１では、例えば、ボイラ装置１の仕様あるいは設計などに応じて、第１連通路５１および第２連通路５２各々の径の大きさを調整してもよく、また、実施の形態２では、例えばボイラ装置１の仕様あるいは設計などに応じて開度調整情報を調整してもよい。

【0040】

上記実施の形態２では、開閉弁６１よりも下流側にガバナ６２を設けている例について説明したが、これに限らず、開閉弁６１よりも下流側には、開閉弁６１と同様に流路を開閉するための弁（電磁弁）を設けるものであってもよい。

【0041】

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】

【0042】

１ ボイラ装置
１Ａ ボイラ装置
２ ボイラ本体
３ 送風機
４ 煙道
５ 燃料供給ライン
８ 流量調整部
９ 制御部
１０ メモリ
２０ バーナ
３０ 送風路
５１ 第１連通路
５２ 第２連通路
５３ 分岐路
６１ 開閉弁
６２ ガバナ
７１ 減圧部
７２ 減圧部
７３ 圧力センサ
８１ 調整弁

【図1】

【図2】