特許 7654580 燃焼制御システム

(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】2025-03-24

(45)【発行日】2025-04-01

(54)【発明の名称】燃焼制御システム

(51)【国際特許分類】

   F23N 5/24 20060101AFI20250325BHJP

【ＦＩ】

F23N5/24 106A

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2022006116

(22)【出願日】2022-01-19

(65)【公開番号】P2023105355

(43)【公開日】2023-07-31

【審査請求日】2024-06-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000006666

【氏名又は名称】アズビル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098394

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】奥村 大輔

(72)【発明者】

【氏名】日比野 知久

(72)【発明者】

【氏名】西山 武志

【審査官】柳本 幸雄

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１８０８６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第３２６６０２６（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許第３１１１１６０（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許第２６９２９６２（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２３Ｎ ５／２４

Ｆ２３Ｎ ５／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃焼制御開始指令もしくは燃焼制御停止指令を受けて、複数のバーナに対する燃料の供給および遮断を一括して切り替える共通の安全遮断弁の開閉を制御する遮断弁制御装置と、
前記複数のバーナの各々に対応して設けられ、前記燃焼制御開始指令もしくは前記燃焼制御停止指令を受けて、対応するバーナの点火を制御するとともに、着火後の対応するバーナの火炎状態を監視し、燃焼制御中の断火が検知された場合に、対応するバーナの燃焼制御を停止する複数のバーナ制御装置と、
前記遮断弁制御装置に設けられた接点入力と、
前記複数のバーナ制御装置の各々に設けられた複数の接点出力と
を備え、
前記接点入力の一端側から他端側にかけて、前記複数の接点出力が数珠つなぎにループ接続され、
前記複数のバーナ制御装置の各々は、対応するバーナの点火制御中の不着火および着火後の燃焼制御中の断火の何れかが検知された場合に自装置の接点出力を開放し、
前記遮断弁制御装置は、前記接点入力の開放を検出して前記安全遮断弁を閉状態とする
ことを特徴とする燃焼制御システム。

【請求項2】

請求項１記載の燃焼制御システムにおいて、
前記遮断弁制御装置は、前記接点入力の短絡を検出して前記安全遮断弁を開状態とする
ことを特徴とする燃焼制御システム。

【請求項3】

請求項１または２記載の燃焼制御システムにおいて、
前記遮断弁制御装置は、電圧または電流の有無により前記接点入力の開放または短絡を検出することを特徴とする燃焼制御システム。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載の燃焼制御システムにおいて、
前記燃焼制御開始指令、前記燃焼制御停止指令を前記遮断弁制御装置および前記複数のバーナ制御装置に通知する主制御装置を備える
ことを特徴とする燃焼制御システム。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか１項に記載の燃焼制御システムにおいて、
前記複数のバーナ制御装置の各々は、対応するバーナの火炎の有無を検知する火炎検出器が接続され、
前記複数のバーナ制御装置の各々は、自装置に接続される前記火炎検出器による火炎の有無検知に基づいて対応するバーナの火炎の有無を判定する
ことを特徴とする燃焼制御システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数のバーナへの燃料の供給を制御する燃焼制御システムに関する。

【背景技術】

【0002】

鉄鋼炉、加熱炉、および脱臭炉などの燃焼炉では、燃焼炉に設けられたバーナの燃焼状態や、炉内温度、燃焼用空気の圧力、バーナに供給される燃料の圧力などを、燃焼制御システムによって監視および燃焼制御を実施している。燃焼制御システムとしては、共通の燃焼室内に設置された複数のバーナの燃焼を制御するマルチバーナシステムがある。

【0003】

マルチバーナシステムには、バーナ毎に遮断弁を設けず、元弁で一括制御する構成のシステムがある。このような燃焼システムを制御するために、元弁を制御するマスタ装置と、バーナ毎の点火装置・火炎検出器を制御するスレーブ装置と、その上位となる安全制御装置が用いられている（特許文献１参照）。

【0004】

このシステムでは、マスタ装置とスレーブ装置は、点火信号を受けて点火を行い、スレーブ装置は、点火に成功しているかどうかをマスタ装置に通知する。よって、点火に成功しなかった場合にマスタ装置は、遮断弁を閉じることができ、安全に制御ができる。従来、このシステムでは、マスタ装置とスレーブ装置との間は、通信バスによって接続され、この通信バスによって上述した相互の情報の授受を実現していた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１７－１８０８６３号公報

【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、上述した技術では、マスタ装置とスレーブ装置との間の点火信号や点火されている状態信号の授受に、通信を使っていたため、通信による遅れやノイズによる誤った通知がなされるなどの課題があった。

【0007】

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、通信の遅れやノイズによる問題などがない状態で、燃焼の制御ができるようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係る燃焼制御システムは、燃焼制御開始指令もしくは燃焼制御停止指令を受けて、複数のバーナに対する燃料の供給および遮断を一括して切り替える共通の安全遮断弁の開閉を制御する遮断弁制御装置と、複数のバーナの各々に対応して設けられ、燃焼制御開始指令もしくは燃焼制御停止指令を受けて、対応するバーナの点火を制御するとともに、着火後の対応するバーナの火炎状態を監視し、燃焼制御中の断火が検知された場合に、対応するバーナの燃焼制御を停止する複数のバーナ制御装置と、遮断弁制御装置に設けられた接点入力と、複数のバーナ制御装置の各々に設けられた複数の接点出力とを備え、接点入力の一端側から他端側にかけて、複数の接点出力が数珠つなぎにループ接続され、複数のバーナ制御装置の各々は、対応するバーナの点火制御中の不着火および着火後の燃焼制御中の断火の何れかが検知された場合に自装置の接点出力を開放し、遮断弁制御装置は、接点入力の開放を検出して安全遮断弁を閉状態とする。

【0009】

上記燃焼制御システムの一構成例において、遮断弁制御装置は、接点入力の短絡を検出して安全遮断弁を開状態とする。

【0010】

上記燃焼制御システムの一構成例において、遮断弁制御装置は、電圧または電流の有無により接点入力の開放または短絡を検出する。

【0011】

上記燃焼制御システムの一構成例において、燃焼制御開始指令、燃焼制御停止指令を遮断弁制御装置および複数のバーナ制御装置に通知する主制御装置を備える。

【0012】

上記燃焼制御システムの一構成例において、複数のバーナ制御装置の各々は、対応するバーナの火炎の有無を検知する火炎検出器が接続され、複数のバーナ制御装置の各々は、自装置に接続される火炎検出器による火炎の有無検知に基づいて対応するバーナの火炎の有無を判定する。

【発明の効果】

【0013】

以上説明したように、本発明によれば、複数のバーナ制御装置の各々に設けられた複数の接点出力が、数珠つなぎにループ接続されている遮断弁制御装置に設けられた接点入力が開放されると、安全遮断弁が閉状態とされるので、通信の遅れやノイズによる問題などがない状態で、燃焼の制御ができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、本発明の実施の形態に係る燃焼制御システムの一部構成を示す構成図である。

【図2】図２は、本発明の実施の形態に係る燃焼制御システムの構成を示す構成図である。

【図3】図３は、本発明の実施の形態に係る燃焼制御システムの動作例を説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施の形態に係る燃焼制御システムについて図１を参照して説明する。この燃焼制御システムは、遮断弁制御装置１０１、複数のバーナ制御装置１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄを備える。この例では、４つのバーナ制御装置１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄを備える場合を示しているが、これに限るものではない。

【0016】

遮断弁制御装置１０１は、燃焼制御開始指令もしくは燃焼制御停止指令を受けて、複数のバーナに対する燃料の供給および遮断を一括して切り替える共通の安全遮断弁１０３の開閉を制御する。

【0017】

複数のバーナ制御装置１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄは、複数のバーナの各々に対応して設けられ、燃焼制御開始指令もしくは燃焼制御停止指令を受けて、対応するバーナの点火を制御するとともに、着火後の対応するバーナの火炎状態を監視し、燃焼制御中の断火が検知された場合に、対応するバーナの燃焼制御を停止する。

【0018】

また、このシステムは、図２に示すように、燃焼制御開始指令、燃焼制御停止指令を遮断弁制御装置１０１および複数のバーナ制御装置１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄに通知する主制御装置１０６を備える。

【0019】

複数のバーナ制御装置１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄの各々は、燃焼室１２０の内部に配置されたバーナ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄの点火を制御する。バーナ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄの各々には、点火装置１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄが対応して設けられている。また、バーナ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄの各々には、火炎検出器１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ、１２３ｄが対応して設けられている。また、燃焼室１２０には、温度センサなどの燃焼制御に必要な装置が設けられている。

【0020】

複数のバーナ制御装置１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄの各々は、自装置に接続される火炎検出器１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ、１２３ｄによる火炎の有無検知に基づいて対応するバーナ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄの火炎の有無を判定する。

【0021】

バーナ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄは、燃焼室１２０の内部を加熱する機器である。なお、バーナ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄは、パイロットバーナを有さず、主バーナを直接点火するダイレクト点火方式のバーナである場合を一例としている。バーナ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄは、バーナ毎に対応して設けられた点火装置１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄによって点火されることにより、着火する。

【0022】

点火装置１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄの各々は、例えば、点火トランスと、点火トランスの二次側配線に接続された点火用電極棒（スパークロッド）とを備えている。点火装置１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄの各々は、バーナ制御装置１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄからの制御信号に応じて、例えば数ｋＶ～十数ｋＶの高電圧をスパークロッドに発生させることにより、対応するバーナ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄを点火させる。

【0023】

火炎検出器１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ、１２３ｄは、バーナ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄ毎に対応して設けられ、対応するバーナの火炎の有無を検出する機器である。火炎検出器１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ、１２３ｄの各々は、火炎の有無を示す火炎検出信号を出力する。

【0024】

主燃料流路１３１，分岐燃料流路１３２は、バーナ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄに燃料を供給するための流路である。主燃料流路１３１に、外部から燃料が供給され、主燃料流路１３１から複数に分岐した分岐燃料流路１３２により、各バーナ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄに燃料が供給される。主燃料流路１３１に、安全遮断弁１０３が設置され、分岐燃料流路１３２は、バーナ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄの各々に接続されている。ここで、燃料は、例えば、ガス（気体）や油（液体）とすることができる。燃料種は特に限定されない。

【0025】

安全遮断弁１０３は、複数のバーナ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄに対する燃料の供給と遮断を一括して切り替える。安全遮断弁１０３が開いているとき、主燃料流路１３１から分岐燃料流路１３２へ燃料が送出され、各バーナ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄに燃料が供給される。安全遮断弁１０３が閉じているとき、主燃料流路１３１から分岐燃料流路１３２への燃料の流入が遮断され、バーナ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄには燃料が供給されない。安全遮断弁１０３は、例えば、二重遮断を行うために２つの遮断弁を一組とした構成を有し、主燃料流路１３１における一ヶ所に配置されている。

【0026】

なお、図示はしないが、分岐燃料流路１３２とは別に、バーナ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄの各々に空気（エア）を供給するための空気流路が設けられており、ブロアから吐出されたエアが空気流路を介して各バーナ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄに供給される。

【0027】

主制御装置１０６は、遮断弁制御装置１０１、バーナ制御装置１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄの安全運転のために、バーナ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄの燃焼状態や、各リミット・インターロック（図示せず）の状態等や、上位機器からのバーナの燃焼要求および遮断要求などに基づいて、燃焼室１２０内の１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄの運転の許可および不許可を、遮断弁制御装置１０１、およびバーナ制御装置１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄに指示を出力し、遮断弁制御装置１０１、およびバーナ制御装置１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄを介して各バーナ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄの運転を制御する。

【0028】

または、遮断弁制御装置は１０１、バーナ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄの燃焼状態や、各リミット・インターロック（図示せず）の状態等を監視し、これらが正常な状態であることを確認した場合のみ、安全遮断弁１０３を開状態とする。

【0029】

主制御装置１０６としては、工業用燃焼炉に関する安全規格（例えば、工業用燃焼炉の安全通則 ＪＩＳ Ｂ ８４１５等）に基づいて製造されたリミット・インターロックを監視するためのリミット・インターロックモジュールや、上記安全通則に対応した専用のソフトウェアを設定したプログラマブルロジックコントローラ（所謂安全ＰＬＣ）等を例示することができる。

【0030】

ここで、実施の形態に係る燃焼制御システムでは、遮断弁制御装置１０１は、接点入力１０４を備え、複数のバーナ制御装置１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄの各々は、接点出力１０５を備える。また、配線１５１により、接点入力１０４の一端側から他端側にかけて、複数の接点出力１０５が数珠つなぎにループ接続されている。

【0031】

複数のバーナ制御装置１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄの各々は、対応するバーナの燃焼制御中の不着火および着火後の燃焼制御中の断火の何れかが異常検知された場合に、自装置の接点出力１０５を開放する。また、遮断弁制御装置１０１は、接点入力１０４の開放を検出して安全遮断弁１０３を閉状態とする。遮断弁制御装置１０１は、接点入力１０４の短絡を検出して安全遮断弁１０３を開状態とする。遮断弁制御装置１０１は、電圧または電流の有無により接点入力１０４の開放または短絡を検出する。

【0032】

次に、燃焼制御システムの動作例について、図３のフローチャートを用いて説明する。

【0033】

まず、ステップＳ１０１で、点火指令を受け付けると（ステップＳ１０１のｙｅｓ）、ステップＳ１０２で、バーナ制御装置１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄが、対応するバーナ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄの点火が可能か否かを確認する。バーナ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄの点火の可能が確認されると（ステップＳ１０２のｙｅｓ）、ステップＳ１０３で、バーナ制御装置１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄの各々は、接点出力１０５を短絡状態とし、点火装置を駆動させる。

【0034】

上述したことにより、接点入力１０４が短絡状態となり、この状態（接点入力１０４の短絡）が遮断弁制御装置１０１に検出され（ステップＳ１０４のｙｅｓ）、ステップＳ１０５で、遮断弁制御装置１０１は、安全遮断弁１０３を開状態とする。この後、ステップＳ１０６で、バーナ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄを点火させる。

【0035】

この後、火炎検出器１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ、１２３ｄの測定などにより、バーナ制御装置１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄが、バーナ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄのいずれかが着火していない状態（不着火、断火）を把握すると（ステップＳ１０７のｎｏ）、ステップＳ１０８で、少なくとも１つの接点出力１０５が開放される。この状態を検出した遮断弁制御装置１０１は、ステップＳ１１０で、安全遮断弁１０３を閉状態とする。または、主制御装置１０６から停止指令が出力されると（ステップＳ１０９のｙｅｓ）、遮断弁制御装置１０１は、ステップＳ１１０で、安全遮断弁１０３を閉状態とする。この結果、バーナ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄの全てが消火状態となる。

【0036】

以上に説明したように、本発明によれば、複数のバーナ制御装置の各々に設けられた複数の接点出力が、数珠つなぎにループ接続されている遮断弁制御装置に設けられた接点入力が開放されると、安全遮断弁が閉状態とされるので、通信の遅れやノイズによる問題などがない状態で、燃焼の制御ができるようになる。

【0037】

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。

【符号の説明】

【0038】

１０１…遮断弁制御装置、１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ…バーナ制御装置、１０３…安全遮断弁、１０４…接点入力、１０５…接点出力、１５１…配線。

【図1】

【図2】

【図3】