熱媒ボイラ
【課題】 燃料種に応じた予熱上限温度で予熱し、熱媒ボイラの高効率を維持しながら、排ガス中のＮＯｘ濃度が規制値を超えないようにした熱媒ボイラを得る。
【解決手段】 気体燃料を燃焼させるボイラ１から排出される排ガスと送風機８を用いてバーナ２に送る燃焼用空気とを熱交換して燃焼用空気を予熱するレキュペレータ１１を備えた熱媒ボイラであって、レキュペレータ１１に導入される排ガスの一部をバイパスさせるバイパスライン１４を排ガスライン１０に接続し、バイパスライン１４に開度調整弁１５を設け、燃焼用空気供給ライン７にはレキュペレータ１１の出口側の燃焼用空気の温度を検出する温度センサ１６を設け、さらに、燃料種に応じた予熱上限温度を記憶し、温度センサ１６で検出した温度を入力し、燃料種に応じてレキュペレータ１１の出口側の燃焼用空気の温度が予熱上限温度を超えないように開度調整弁１５の開度を調整する制御部１７を備えた。
【解決手段】 気体燃料を燃焼させるボイラ１から排出される排ガスと送風機８を用いてバーナ２に送る燃焼用空気とを熱交換して燃焼用空気を予熱するレキュペレータ１１を備えた熱媒ボイラであって、レキュペレータ１１に導入される排ガスの一部をバイパスさせるバイパスライン１４を排ガスライン１０に接続し、バイパスライン１４に開度調整弁１５を設け、燃焼用空気供給ライン７にはレキュペレータ１１の出口側の燃焼用空気の温度を検出する温度センサ１６を設け、さらに、燃料種に応じた予熱上限温度を記憶し、温度センサ１６で検出した温度を入力し、燃料種に応じてレキュペレータ１１の出口側の燃焼用空気の温度が予熱上限温度を超えないように開度調整弁１５の開度を調整する制御部１７を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体燃料を燃焼させるボイラから排出される排ガスと送風機を用いてバーナに送る燃焼用空気とを熱交換して燃焼用空気を予熱するレキュペレータを備えた熱媒ボイラに関する。
【背景技術】
【０００２】
熱媒ボイラは、熱媒油を高温（２５０℃〜３００℃）に加熱し、この熱媒油を熱源として間接的に使用するものとして広く使用されている。加熱される熱媒油の温度は２５０℃〜３００℃と高いため、排ガス温度は３００℃〜３５０℃になり、持ち去られるエネルギーが大きい。このため、例えば、小型貫流ボイラのボイラ効率が９２％以上であるのに比較して、熱媒ボイラのボイラ効率は約８０％程度と熱効率が悪い。熱媒ボイラの高効率化を図るためには燃焼用空気を予熱することが一般的方法であり、燃焼用空気を予熱する方法として、ボイラから排出される排ガスと燃焼用空気とを熱交換する方法が用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
しかし、燃焼用空気の予熱温度を高めることにより、排ガス中の窒素酸化物濃度（以下、ＮＯｘ濃度という。）も増加してしまい、大気汚染防止法で規制されている１５０ｐｐｍを超えてしまう場合がある。熱媒ボイラの高効率を維持しながらも、前記規制値を超えないようにするには予熱温度の上限を求め、予熱上限温度を超えない範囲で燃焼用空気を予熱する必要がある。この予熱上限温度は燃料の発熱量によって変わるため、例えば都市ガス（１３Ａ）、液化石油ガス（ＬＰＧ）などの燃料種ごとに定める必要がある。
【０００４】
従来、燃焼用空気の予熱による排ガス中のＮＯｘの大量放出を抑制するものとして、空気ダクトと排ガスダクトのいずれか一方に熱交換器内を通過しないバイパスダクトを設け、前記ダクト内にバイパスダクトを流れる流体量を制御する切り換えダンパーを設けた排熱回収システムがある（例えば、特許文献２参照。）。
特許文献２に記載されている排熱回収システムによれば、前記ダクト内に設けた切り換えダンパーを切り換えてバイパスダクトを流れる流体量を制御し、排ガス中のＮＯｘの量を所定量以下に抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２４３６０５号公報
【特許文献２】特開昭５８−１５８４１６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、前記したように大気汚染防止法の規制値を超えないようにするために設ける予熱上限温度は燃料種によって異なるため、熱媒ボイラの高効率を維持しながらも、前記規制値を超えないようにするためには、燃料種に応じた予熱上限温度で予熱することが望まれるが、特許文献２に記載されている排熱回収システムには燃料種に応じた予熱上限温度で予熱するといった記載はなく、このため燃料種によっては予熱上限温度に達しない温度の予熱となってしまい、ボイラの効率を高めることができず、また予熱上限温度を超えた温度で予熱し、排ガス中のＮＯｘ濃度が前記規制値を超えてしまう場合があるといった問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、燃料種に応じた予熱上限温度で予熱し、熱媒ボイラの高効率を維持しながら、排ガス中のＮＯｘ濃度が規制値を超えないようにした熱媒ボイラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、気体燃料を燃焼させるボイラから排出される排ガスと送風機を用いてバーナに送る燃焼用空気とを熱交換して燃焼用空気を予熱するレキュペレータを備えた熱媒ボイラであって、前記レキュペレータに導入される排ガスの一部をバイパスさせるバイパスラインを排ガスラインに接続し、前記バイパスラインに開度調整弁を設け、燃焼用空気供給ラインにはレキュペレータの出口側の燃焼用空気の温度を検出する温度センサを設け、さらに、燃料種に応じた予熱上限温度を記憶し、前記温度センサで検出した温度を入力し、燃料種に応じて前記レキュペレータの出口側の燃焼用空気の温度が予熱上限温度を超えないように前記開度調整弁の開度を調整する制御部を備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、温度センサで検出したレキュペレータの出口側の燃焼用空気の温度を入力し、前記レキュペレータの出口側の燃焼用空気の温度が燃料種に応じた予熱上限温度よりも低ければ前記開度調整弁の開度を絞る方向に調整して前記レキュペレータを流れる排ガス量を多くすることにより燃焼用空気の温度を上昇させ、前記レキュペレータの出口側の燃焼用空気の温度が前記予熱上限温度を超えるような場合は、前記開度調整弁の開度を開く方向に調整することにより前記レキュペレータを流れる排ガス量を少なくして燃焼用空気の温度の上昇を抑えることができることから、常に燃料種に応じた予熱上限温度で予熱することができることになり、熱媒ボイラの効率を高く維持しながら、排ガス中のＮＯｘ濃度が規制値を超えないようにすることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、気体燃料を燃焼させるボイラから排出される排ガスと送風機を用いてバーナに送る燃焼用空気とを熱交換して燃焼用空気を予熱するレキュペレータを備えた熱媒ボイラであって、前記レキュペレータに導入される燃焼用空気の一部をバイパスさせるバイパスラインを燃焼用空気供給ラインに接続し、前記バイパスラインに開度調整弁を設け、前記燃焼用空気供給ラインにはレキュペレータの出口側の燃焼用空気の温度を検出する温度センサを設け、さらに、燃料種に応じた予熱上限温度を記憶し、前記温度センサで検出した温度を入力し、燃料種に応じて前記レキュペレータの出口側の燃焼用空気の温度が予熱上限温度を超えないように前記開度調整弁の開度を調整する制御部を備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、温度センサで検出したレキュペレータの出口側の燃焼用空気の温度を入力し、前記レキュペレータの出口側の燃焼用空気の温度が燃料種に応じた予熱上限温度よりも低ければ前記開度調整弁の開度を絞る方向に調整して前記レキュペレータを流れる燃焼用空気量を多くすることにより燃焼用空気の温度を上昇させ、前記レキュペレータの出口側の燃焼用空気の温度が予熱上限温度を超えるような場合は、前記開度調整弁の開度を開く方向に調整することにより前記レキュペレータを流れる燃焼用空気量を少なくして燃焼用空気の温度の上昇を抑えることができることから、常に燃料種に応じた予熱上限温度で予熱することができることになり、熱媒ボイラの効率を高く維持しながら、排ガス中のＮＯｘ濃度が規制値を超えないようにすることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２のいずれか１に記載の、前記送風機とレキュペレータの間の燃焼用空気供給ラインに圧力損失部を設けてこの前後の圧力を検出して差圧を求める差圧検出手段を設け、また、前記送風機はインバータを備えており、前記制御部は、燃料種の燃焼量に対応した前記燃焼用空気供給ラインに設けた圧力損失部の入口側と出口側の差圧、差圧に対応したインバータの周波数の数値を記憶し、前記インバータの周波数を前記検出された差圧に対応する周波数に制御する機能を有することを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、前記開度調整弁の開度の調整により予熱空気温度が変化し、燃焼用空気量が変化したとき、前記差圧検出手段で検出された圧力損失部の入口側と出口側の差圧に基づいて、前記制御部が前記インバータの周波数を前記差圧検出手段で検出された差圧に対応する前記記憶している燃焼量に対応した数値の周波数に制御するので、燃焼用空気を燃焼種の燃焼量に追従させることができ、安定した燃焼性を維持することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、レキュペレータの出口側の燃焼用空気の温度が燃料種に応じた予熱上限温度よりも低ければ前記レキュペレータを流れる排ガス量または燃焼用空気量を多くすることにより燃焼用空気の温度を上昇させ、前記レキュペレータの出口側の燃焼用空気の温度が予熱上限温度を超えるような場合は、前記レキュペレータを流れる排ガス量または燃焼用空気量を少なくして燃焼用空気の温度の上昇を抑えることができるので、常に燃料種に応じた予熱上限温度で予熱することができることになり、熱媒ボイラの効率を高く維持しながら、排ガス中のＮＯｘ濃度が規制値を超えないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る熱媒ボイラの実施の形態の第１例を示す概略構成図である。
【図２】図１の開度調整弁の他例を示す説明図である。
【図３】図１の開度調整弁の他例を示す説明図である。
【図４】本発明に係る熱媒ボイラの実施の形態の第２例を示す概略構成図である。
【図５】図４の開度調整弁の他例を示す説明図である。
【図６】図４の開度調整弁の他例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る熱媒ボイラを実施するための形態を、図面に示す実施例を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る熱媒ボイラの実施の形態の第１例を示す概略構成図、図２，図３はそれぞれ図１の開度調整弁の他例を示す説明図である。
である。
【００１７】
本例の熱媒ボイラ１は、上部にバーナ２が配置され、熱媒油が通る熱媒油加熱管３を２重のコイル状に形成した缶体４の内側に燃焼室５を形成している。バーナ２は缶体４の上部に設けられたウインドボックス６に取り付けられており、ウインドボックス６に燃焼用空気供給ライン７を介して燃焼用空気を送り込む送風機８を備えている。送風機８にはインバータ９が備えられており、インバータ９の周波数を制御することにより送風機８の回転数を制御して風量を調整できるようになっている。燃焼室５で燃焼した燃焼ガスは、缶体４を構成する２重のコイル状に形成した熱媒油加熱管３の内列下方の隙間から内列と外列の間に流入し、内列と外列の間を上昇する。熱媒油加熱管３の内列と外列の間を上昇した燃焼ガスは排ガスライン１０へ流れる。
【００１８】
また、排ガスライン１０と燃焼用空気供給ライン７とに接続するレキュペレータ１１を備えており、排ガスライン１０を流通する排ガスと燃焼用空気供給ライン７を流通する燃焼用空気とを熱交換して燃焼用空気を予熱する。
バーナ２には、燃料ガスを供給する燃料ガス供給ライン１２が接続されている。燃料ガス供給ライン１２には、バーナ２へ燃料ガスを供給する燃料ガス流量調整弁１３が設けられている。
【００１９】
本例では、前記レキュペレータ１１に導入される排ガスの一部をバイパスさせるバイパスライン１４が排ガスライン１０に接続されており、バイパスライン１４には開度調整弁１５が設けられている。また、燃焼用空気供給ライン７にはレキュペレータ１１の出口側の燃焼用空気の温度を検出する温度センサ１６が設けられ、温度センサ１６で検出した温度を制御部１７へ発信するようになっている。
開度調整弁１５にあっては、図２に示すようにダンパとしてもよい。また、本例では、開度調整弁１５はバイパスライン１４に設けられているが、図３に示すように、開度調整弁１５として３方弁を用い、３方弁を排ガスライン１０とバイパスライン１４の分岐部分に設け、３方弁の開度を調整して排ガスライン１０およびバイパスライン１４への排ガス流量を分割調整するようにしてもよい。
【００２０】
送風機８とレキュペレータ１１の間の燃焼用空気供給ライン７には、燃焼用空気供給ライン７を流通する燃焼用空気に圧力損失を付与する圧力損失部１８が設けられている。さらに、圧力損失部１８の入口側と出口側の圧力を検出して差圧を求める差圧検出手段１９が設けられており、差圧検出手段１９により求めた圧力損失部１８の入口側と出口側の差圧を制御部１７へ発信するようになっている。
【００２１】
本例の熱媒ボイラ１は、熱媒油は負荷機器（図示省略）と缶体４との間で循環ポンプ２０の運転により循環しており、負荷機器で温度が低下した熱媒油が缶体４の熱媒油加熱管３に戻り、缶体４で加熱されて、再び負荷機器に送られるようになっている。また、缶体４の熱媒油加熱管３の出口には温度センサ２１が設けられている。
【００２２】
前記制御部１７は、熱媒油加熱管３の出口に設けた温度センサ２１が検出する温度に応じて、必要燃焼量を決定し、その燃焼量になるように燃料ガス流量調整弁１３を調整するとともに、決定された燃焼量に応じた燃焼用空気量になるようにインバータ９の周波数を制御することにより送風機８の回転数を制御して風量を調整する機能と、燃料種に応じた予熱上限温度を記憶し、温度センサ１６で検出したレキュペレータ１１の出口側の燃焼用空気の温度データを取り込み、レキュペレータ１１の出口側の燃焼用空気の温度が、燃料種毎に決められた予熱上限温度を超えないように開度調整弁１５の開度を調整する機能と、燃料種の燃焼量に対応した燃焼用空気供給ライン７に設けた圧力損失部１８の入口側と出口側の差圧、差圧に対応したインバータ９の周波数の数値を記憶し、インバータ９の周波数を検出された差圧に対応する周波数に制御する機能を有している。
【００２３】
制御部１７に記憶させる燃料種に応じた予熱上限温度は、燃料種毎に設定するもであって、その設定にあっては、制御部１７に組み込まれるプログラムに予定されている使用燃料に応じた予熱上限温度を設定する方法や、液晶タッチパネルなどの操作画面を熱媒ボイラ１に設けておき、操作画面上で燃料種を選択するようにし、プログラムは選択された燃料種に応じた予熱上限温度を設定するようにする方法などがある。なお、予熱上限温度は、都市ガス（１３Ａ）３００℃、液化石油ガス（ＬＰＧ）２００℃などとして設定されている。
【００２４】
このように構成した本例の熱媒ボイラ１は、つぎのように運転される。
本例の熱媒ボイラ１は、熱媒油は負荷機器と缶体４との間で循環ポンプ２０の運転により循環しており、負荷機器で温度が低下した熱媒油が缶体４の熱媒油加熱管３に戻り、缶体４で加熱されて、再び負荷機器に送られる。
運転中、ウインドボックス６に送られる燃焼用空気はレキュペレータ１１で予熱されるため、予熱温度によって空気の体積が変化し、燃焼用空気量が変化するが、制御部１７は、一定の空燃比になるように、差圧検出手段１９により求めた送風機８とレキュペレータ１１の間の燃焼用空気供給ライン７に設けた圧力損失部１８の入口側と出口側の差圧に基づいて、インバータ９を制御して送風機８からの総風量を制御する。
なお、総風量の制御は、上述のほかに、レキュペレータ１１の出口側に設けた温度センサ１６の検出温度に基づいて、実験などによって求めた演算式に応じた送風機８の回転数を制御部１７内にテーブルとして記憶させておき、温度センサ１６の検出温度に応じて、インバータ９の回転数を制御する方法でも良い。
【００２５】
そして、本例では、運転中に温度センサ１６でレキュペレータ１１の出口側の燃焼用空気の温度が検出され、検出された温度が制御部１７へ発信される。温度センサ１６で検出された温度が、制御部１７で記憶している燃料種に応じた予熱上限温度を超えた場合、制御部１７は、バイパスライン１４に設けた開度調整弁１５を徐々に開いていく。開度調整弁１５を開くことで、排ガスの一部はバイパスライン１４を流れるようになるため、レキュペレータ１１内の熱交換量が減り、燃焼用空気の予熱温度は低下する。
このとき、排ガスの一部をバイパスさせても直ぐには燃焼用空気の温度は低下しないので、制御部１７は開度調整弁１５を所定開度開いて所定時間経過したのちに温度センサ１６による検出温度を判定し、検出温度が予熱上限温度を超えているようであれば、開度調整弁１５をさらに所定開度開くようにする。このようにした温度センサ１６による検出温度が予熱上限温度を下回ったら、開度調整弁１５の開度をその開度で固定する。このようにして開度調整弁１５の開度を調整している間、予熱空気温度は変化するので、空燃比を一定に保つために、圧力損失部１８の入口側と出口側の差圧に基づいて、インバータ９を制御して送風機８からの総風量を制御する。
【００２６】
また、温度センサ１６で検出された温度が制御部１７で記憶している燃料種に応じた予熱上限温度より低くなった場合、制御部１７は、バイパスライン１４に設けた開度調整弁１５を徐々に閉じる方向に調整する。開度調整弁１５を閉じる方向に調整することで、レキュペレータ１１を流れる排ガス量が増えるため、レキュペレータ１１内の熱交換量が増え、燃焼用空気の予熱温度は上昇する。
このとき、排ガスの一部をバイパスさせても直ぐには燃焼用空気の温度は上昇しないので、制御部１７は開度調整弁１５を所定開度閉じて所定時間経過したのちに温度センサ１６による検出温度を判定し、検出温度が予熱上限温度より低いようであれば、開度調整弁１５をさらに所定開度閉じるようにする。このようにした温度センサ１６による検出温度が予熱上限温度に達したら、開度調整弁１５の開度をその開度で固定する。このようにして開度調整弁１５の開度を調整している間、予熱空気温度は変化するので、空燃比を一定に保つために、圧力損失部１８の入口側と出口側の差圧に基づいて、インバータ９を制御して送風機８からの総風量を制御する。
【００２７】
これにより、燃焼中、常に熱媒ボイラ１で使用している燃料種に応じた予熱上限温度に燃焼用空気を予熱することができることになり、熱媒ボイラの効率を高く維持しながら、排ガス中のＮＯｘ濃度が規制値を超えないようにすることができる。
また、開度調整弁１５の開度の調整により予熱空気温度が変化し、燃焼用空気量が変化したとき、圧力損失部１８の入口側と出口側の差圧に基づいて、制御部１７がインバータ９の周波数を前記差圧に対応する周波数に制御するので、燃焼用空気を燃焼種の燃焼量に追従させることができ、安定した燃焼性を維持することができる。
【００２８】
図４は本発明に係る熱媒ボイラの実施の形態の第２例を示す概略構成図、図５，図６はそれぞれ図４の開度調整弁の他例を示す説明図である。
本例の熱媒ボイラについて、前記第１例と同一の構成については同一の符号を付しその説明を省略し、第１例と異なる構成についてのみ説明する。
【００２９】
本例の熱媒ボイラ１は、レキュペレータに導入される燃焼用空気の一部をバイパスさせるバイパスライン２２が燃焼用空気供給ライン７に接続接続されており、バイパスライン２２には開度調整弁２３が設けられている。
開度調整弁２３にあっては、図５に示すようにダンパとしてもよい。また、本例では、開度調整弁２３はバイパスライン２２に設けられているが、図６に示すように、開度調整弁２３として３方弁を用い、３方弁を燃焼用空気供給ライン７とバイパスライン２２の分岐部分に設け、３方弁の開度を調整して燃焼用空気供給ライン７とバイパスライン２２への燃焼用空気流量を分割調整するようにしてもよい。
また、燃焼用空気供給ライン７にはレキュペレータ１１の出口側の燃焼用空気の温度を検出する温度センサ１６が設けられ、温度センサ１６で検出した温度を制御部２４へ発信するようになっている。
【００３０】
さらに、本例では、前記第１例と同様に、送風機８とレキュペレータ１１の間の燃焼用空気供給ライン７には、燃焼用空気供給ライン７を流通する燃焼用空気に圧力損失を付与する圧力損失部１８と、圧力損失部１８の入口側と出口側の圧力を検出して差圧を求める差圧検出手段１９が設けられており、差圧検出手段１９により求めた圧力損失部１８の入口側と出口側の差圧を制御部２４へ発信するようになっている。
【００３１】
前記制御部２４は、熱媒油加熱管３の出口に設けた温度センサ２１が検出する温度に応じて、必要燃焼量を決定し、その燃焼量になるように燃料ガス流量調整弁１３を調整するとともに、決定された燃焼量に応じた燃焼用空気量になるようにインバータ９の周波数を制御することにより送風機８の回転数を制御して風量を調整する機能と、燃料種に応じた予熱上限温度を記憶し、温度センサ１６で検出したレキュペレータ１１の出口側の燃焼用空気の温度データを取り込み、レキュペレータ１１の出口側の燃焼用空気の温度が、燃料種毎に決められた予熱上限温度を超えないように開度調整弁２３の開度を調整する機能と、燃料種の燃焼量に対応した燃焼用空気供給ライン７に設けた圧力損失部１８の入口側と出口側の差圧、差圧に対応したインバータ９の周波数の数値を記憶し、インバータ９の周波数を検出された差圧に対応する周波数に制御する機能を有している。
制御部２４に記憶させる燃料種に応じた予熱上限温度は、燃料種毎に設定するもであって、その設定にあっては、第１例と同様に、制御部２４に組み込まれるプログラムに予定されている使用燃料に応じた予熱上限温度を設定する方法や、液晶タッチパネルなどの操作画面を熱媒ボイラ１に設けておき、操作画面上で燃料種を選択するようにし、プログラムは選択された燃料種に応じた予熱上限温度を設定するようにする方法などがある。なお、予想上限温度は、都市ガス（１３Ａ）３００℃、液化石油ガス（ＬＰＧ）２００℃などとして設定されている。
【００３２】
このように構成した本例の熱媒ボイラ１は、つぎのように運転される。
本例の熱媒ボイラ１は、第１例と同様に、熱媒油は負荷機器と缶体４との間で循環ポンプ２０の運転により循環しており、負荷機器で温度が低下した熱媒油が缶体４の熱媒油加熱管３に戻り、缶体４で加熱されて、再び負荷機器に送られる。
運転中、ウインドボックス６に送られる燃焼用空気はレキュペレータ１１で予熱されるため、予熱温度によって空気の体積が変化し、燃焼用空気量が変化するが、制御部２４は、一定の空燃比になるように、差圧検出手段１９により求めた送風機８とレキュペレータ１１の間の燃焼用空気供給ライン７に設けた圧力損失部１８の入口側と出口側の差圧に基づいて、インバータ９を制御して送風機８からの総風量を制御する。
なお、総風量の制御は、上述のほかに、レキュペレータ１１の出口側に設けた温度センサ１６の検出温度に基づいて、実験などによって求めた演算式に応じた送風機８の回転数を制御部２４内にテーブルとして記憶させておき、温度センサ１６の検出温度に応じて、インバータ９の回転数を制御する方法でも良い。
【００３３】
そして、本例では、運転中に温度センサ１６でレキュペレータ１１の出口側の燃焼用空気の温度が検出され、検出された温度が制御部２４へ発信される。温度センサ１６で検出された温度が、制御部２４で記憶している燃料種に応じた予熱上限温度を超えた場合、制御部２４は、バイパスライン２２に設けた開度調整弁２３を徐々に開いていく。開度調整弁２３を開くことで、燃焼用空気の一部はバイパスライン２２を流れるようになるため、レキュペレータ１１内で熱交換した予熱空気とバイパスされた予熱されていない空気とがウインドボックス６の上流側で合流するため燃焼用空気の予熱温度は低下する。
制御部２４は開度調整弁２３を所定開度開いて所定時間経過したのちに温度センサ１６による検出温度を判定し、検出温度が予熱上限温度を超えているようであれば、開度調整弁２３をさらに所定開度開くようにする。このようにした温度センサ１６による検出温度が予熱上限温度を下回ったら、開度調整弁２３の開度をその開度で固定する。このようにして開度調整弁２３の開度を調整している間、予熱空気温度は変化するので、空燃比を一定に保つために、圧力損失部１８の入口側と出口側の差圧に基づいて、インバータ９を制御して送風機８からの総風量を制御する。
【００３４】
また、温度センサ１６で検出された温度が制御部２４で記憶している燃料種に応じた予熱上限温度より低くなった場合、制御部２４は、バイパスライン２２に設けた開度調整弁２３を徐々に閉じる方向に調整する。開度調整弁２３を閉じる方向に調整することで、
レキュペレータ１１を流れる燃焼用空気量が増えるため、レキュペレータ１１内の熱交換量が増え、燃焼用空気の予熱温度は上昇する。
制御部２４は開度調整弁２３を所定開度閉じて所定時間経過したのちに温度センサ１６による検出温度を判定し、検出温度が予熱上限温度より低いようであれば、開度調整弁２３をさらに所定開度閉じるようにする。このようにした温度センサ１６による検出温度が予熱上限温度に達したら、開度調整弁２３の開度をその開度で固定する。このようにして開度調整弁２３の開度を調整している間、予熱空気温度は変化するので、空燃比を一定に保つために、圧力損失部１８の入口側と出口側の差圧に基づいて、インバータ９を制御して送風機８からの総風量を制御する。
【００３５】
このように構成した本例の熱媒ボイラ１によれば、温度センサ１６で燃焼中にレキュペレータ１１の出口側の燃焼用空気の温度が検出され、検出された温度が制御部２４へ発信される。制御部２４は、入力した温度が、記憶している熱媒ボイラ１で使用している燃料ガスの種類に応じた予熱上限温度よりも低ければ開度調整弁２３の開度を絞る方向に調整してレキュペレータ１１を流れる燃焼用空気量を多くすることにより燃焼用空気の温度を上昇させ、予熱上限温度を超えるような場合は、開度調整弁２３の開度を開く方向に調整することによりレキュペレータ１１を流れる燃焼用空気量を少なくして燃焼用空気の温度の上昇を抑える。
【００３６】
これにより、燃焼中、常に熱媒ボイラ１で使用している燃料種に応じた予熱上限温度に燃焼用空気を予熱することができることになり、熱媒ボイラの効率を高く維持しながら、排ガス中のＮＯｘ濃度が規制値を超えないようにすることができる。
また、開度調整弁２３の開度の調整により予熱空気温度が変化し、燃焼用空気量が変化したとき、圧力損失部１８の入口側と出口側の差圧に基づいて、制御部２４がインバータ９の周波数を前記差圧に対応する周波数に制御するので、燃焼用空気を燃焼種の燃焼量に追従させることができ、安定した燃焼性を維持することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１ 熱媒ボイラ
２ バーナ
３ 熱媒油加熱管
４ 缶体
５ 燃焼室
６ ウインドボックス
７ 燃焼用空気供給ライン
８ 送風機
９ インバータ
１０ 排ガスライン
１１ レキュペレータ
１２ 燃料ガス供給ライン
１３ 燃料ガス流量調整弁
１４ バイパスライン
１５ 開度調整弁
１６ 温度センサ
１７ 制御部
１８ 圧力損失部
１９ 差圧検出手段
２０ 循環ポンプ
２１ 温度センサ
２２ バイパスライン
２３ 開度調整弁
２４ 制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体燃料を燃焼させるボイラから排出される排ガスと送風機を用いてバーナに送る燃焼用空気とを熱交換して燃焼用空気を予熱するレキュペレータを備えた熱媒ボイラに関する。
【背景技術】
【０００２】
熱媒ボイラは、熱媒油を高温（２５０℃〜３００℃）に加熱し、この熱媒油を熱源として間接的に使用するものとして広く使用されている。加熱される熱媒油の温度は２５０℃〜３００℃と高いため、排ガス温度は３００℃〜３５０℃になり、持ち去られるエネルギーが大きい。このため、例えば、小型貫流ボイラのボイラ効率が９２％以上であるのに比較して、熱媒ボイラのボイラ効率は約８０％程度と熱効率が悪い。熱媒ボイラの高効率化を図るためには燃焼用空気を予熱することが一般的方法であり、燃焼用空気を予熱する方法として、ボイラから排出される排ガスと燃焼用空気とを熱交換する方法が用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
しかし、燃焼用空気の予熱温度を高めることにより、排ガス中の窒素酸化物濃度（以下、ＮＯｘ濃度という。）も増加してしまい、大気汚染防止法で規制されている１５０ｐｐｍを超えてしまう場合がある。熱媒ボイラの高効率を維持しながらも、前記規制値を超えないようにするには予熱温度の上限を求め、予熱上限温度を超えない範囲で燃焼用空気を予熱する必要がある。この予熱上限温度は燃料の発熱量によって変わるため、例えば都市ガス（１３Ａ）、液化石油ガス（ＬＰＧ）などの燃料種ごとに定める必要がある。
【０００４】
従来、燃焼用空気の予熱による排ガス中のＮＯｘの大量放出を抑制するものとして、空気ダクトと排ガスダクトのいずれか一方に熱交換器内を通過しないバイパスダクトを設け、前記ダクト内にバイパスダクトを流れる流体量を制御する切り換えダンパーを設けた排熱回収システムがある（例えば、特許文献２参照。）。
特許文献２に記載されている排熱回収システムによれば、前記ダクト内に設けた切り換えダンパーを切り換えてバイパスダクトを流れる流体量を制御し、排ガス中のＮＯｘの量を所定量以下に抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２４３６０５号公報
【特許文献２】特開昭５８−１５８４１６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、前記したように大気汚染防止法の規制値を超えないようにするために設ける予熱上限温度は燃料種によって異なるため、熱媒ボイラの高効率を維持しながらも、前記規制値を超えないようにするためには、燃料種に応じた予熱上限温度で予熱することが望まれるが、特許文献２に記載されている排熱回収システムには燃料種に応じた予熱上限温度で予熱するといった記載はなく、このため燃料種によっては予熱上限温度に達しない温度の予熱となってしまい、ボイラの効率を高めることができず、また予熱上限温度を超えた温度で予熱し、排ガス中のＮＯｘ濃度が前記規制値を超えてしまう場合があるといった問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、燃料種に応じた予熱上限温度で予熱し、熱媒ボイラの高効率を維持しながら、排ガス中のＮＯｘ濃度が規制値を超えないようにした熱媒ボイラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、気体燃料を燃焼させるボイラから排出される排ガスと送風機を用いてバーナに送る燃焼用空気とを熱交換して燃焼用空気を予熱するレキュペレータを備えた熱媒ボイラであって、前記レキュペレータに導入される排ガスの一部をバイパスさせるバイパスラインを排ガスラインに接続し、前記バイパスラインに開度調整弁を設け、燃焼用空気供給ラインにはレキュペレータの出口側の燃焼用空気の温度を検出する温度センサを設け、さらに、燃料種に応じた予熱上限温度を記憶し、前記温度センサで検出した温度を入力し、燃料種に応じて前記レキュペレータの出口側の燃焼用空気の温度が予熱上限温度を超えないように前記開度調整弁の開度を調整する制御部を備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、温度センサで検出したレキュペレータの出口側の燃焼用空気の温度を入力し、前記レキュペレータの出口側の燃焼用空気の温度が燃料種に応じた予熱上限温度よりも低ければ前記開度調整弁の開度を絞る方向に調整して前記レキュペレータを流れる排ガス量を多くすることにより燃焼用空気の温度を上昇させ、前記レキュペレータの出口側の燃焼用空気の温度が前記予熱上限温度を超えるような場合は、前記開度調整弁の開度を開く方向に調整することにより前記レキュペレータを流れる排ガス量を少なくして燃焼用空気の温度の上昇を抑えることができることから、常に燃料種に応じた予熱上限温度で予熱することができることになり、熱媒ボイラの効率を高く維持しながら、排ガス中のＮＯｘ濃度が規制値を超えないようにすることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、気体燃料を燃焼させるボイラから排出される排ガスと送風機を用いてバーナに送る燃焼用空気とを熱交換して燃焼用空気を予熱するレキュペレータを備えた熱媒ボイラであって、前記レキュペレータに導入される燃焼用空気の一部をバイパスさせるバイパスラインを燃焼用空気供給ラインに接続し、前記バイパスラインに開度調整弁を設け、前記燃焼用空気供給ラインにはレキュペレータの出口側の燃焼用空気の温度を検出する温度センサを設け、さらに、燃料種に応じた予熱上限温度を記憶し、前記温度センサで検出した温度を入力し、燃料種に応じて前記レキュペレータの出口側の燃焼用空気の温度が予熱上限温度を超えないように前記開度調整弁の開度を調整する制御部を備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、温度センサで検出したレキュペレータの出口側の燃焼用空気の温度を入力し、前記レキュペレータの出口側の燃焼用空気の温度が燃料種に応じた予熱上限温度よりも低ければ前記開度調整弁の開度を絞る方向に調整して前記レキュペレータを流れる燃焼用空気量を多くすることにより燃焼用空気の温度を上昇させ、前記レキュペレータの出口側の燃焼用空気の温度が予熱上限温度を超えるような場合は、前記開度調整弁の開度を開く方向に調整することにより前記レキュペレータを流れる燃焼用空気量を少なくして燃焼用空気の温度の上昇を抑えることができることから、常に燃料種に応じた予熱上限温度で予熱することができることになり、熱媒ボイラの効率を高く維持しながら、排ガス中のＮＯｘ濃度が規制値を超えないようにすることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２のいずれか１に記載の、前記送風機とレキュペレータの間の燃焼用空気供給ラインに圧力損失部を設けてこの前後の圧力を検出して差圧を求める差圧検出手段を設け、また、前記送風機はインバータを備えており、前記制御部は、燃料種の燃焼量に対応した前記燃焼用空気供給ラインに設けた圧力損失部の入口側と出口側の差圧、差圧に対応したインバータの周波数の数値を記憶し、前記インバータの周波数を前記検出された差圧に対応する周波数に制御する機能を有することを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、前記開度調整弁の開度の調整により予熱空気温度が変化し、燃焼用空気量が変化したとき、前記差圧検出手段で検出された圧力損失部の入口側と出口側の差圧に基づいて、前記制御部が前記インバータの周波数を前記差圧検出手段で検出された差圧に対応する前記記憶している燃焼量に対応した数値の周波数に制御するので、燃焼用空気を燃焼種の燃焼量に追従させることができ、安定した燃焼性を維持することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、レキュペレータの出口側の燃焼用空気の温度が燃料種に応じた予熱上限温度よりも低ければ前記レキュペレータを流れる排ガス量または燃焼用空気量を多くすることにより燃焼用空気の温度を上昇させ、前記レキュペレータの出口側の燃焼用空気の温度が予熱上限温度を超えるような場合は、前記レキュペレータを流れる排ガス量または燃焼用空気量を少なくして燃焼用空気の温度の上昇を抑えることができるので、常に燃料種に応じた予熱上限温度で予熱することができることになり、熱媒ボイラの効率を高く維持しながら、排ガス中のＮＯｘ濃度が規制値を超えないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る熱媒ボイラの実施の形態の第１例を示す概略構成図である。
【図２】図１の開度調整弁の他例を示す説明図である。
【図３】図１の開度調整弁の他例を示す説明図である。
【図４】本発明に係る熱媒ボイラの実施の形態の第２例を示す概略構成図である。
【図５】図４の開度調整弁の他例を示す説明図である。
【図６】図４の開度調整弁の他例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る熱媒ボイラを実施するための形態を、図面に示す実施例を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る熱媒ボイラの実施の形態の第１例を示す概略構成図、図２，図３はそれぞれ図１の開度調整弁の他例を示す説明図である。
である。
【００１７】
本例の熱媒ボイラ１は、上部にバーナ２が配置され、熱媒油が通る熱媒油加熱管３を２重のコイル状に形成した缶体４の内側に燃焼室５を形成している。バーナ２は缶体４の上部に設けられたウインドボックス６に取り付けられており、ウインドボックス６に燃焼用空気供給ライン７を介して燃焼用空気を送り込む送風機８を備えている。送風機８にはインバータ９が備えられており、インバータ９の周波数を制御することにより送風機８の回転数を制御して風量を調整できるようになっている。燃焼室５で燃焼した燃焼ガスは、缶体４を構成する２重のコイル状に形成した熱媒油加熱管３の内列下方の隙間から内列と外列の間に流入し、内列と外列の間を上昇する。熱媒油加熱管３の内列と外列の間を上昇した燃焼ガスは排ガスライン１０へ流れる。
【００１８】
また、排ガスライン１０と燃焼用空気供給ライン７とに接続するレキュペレータ１１を備えており、排ガスライン１０を流通する排ガスと燃焼用空気供給ライン７を流通する燃焼用空気とを熱交換して燃焼用空気を予熱する。
バーナ２には、燃料ガスを供給する燃料ガス供給ライン１２が接続されている。燃料ガス供給ライン１２には、バーナ２へ燃料ガスを供給する燃料ガス流量調整弁１３が設けられている。
【００１９】
本例では、前記レキュペレータ１１に導入される排ガスの一部をバイパスさせるバイパスライン１４が排ガスライン１０に接続されており、バイパスライン１４には開度調整弁１５が設けられている。また、燃焼用空気供給ライン７にはレキュペレータ１１の出口側の燃焼用空気の温度を検出する温度センサ１６が設けられ、温度センサ１６で検出した温度を制御部１７へ発信するようになっている。
開度調整弁１５にあっては、図２に示すようにダンパとしてもよい。また、本例では、開度調整弁１５はバイパスライン１４に設けられているが、図３に示すように、開度調整弁１５として３方弁を用い、３方弁を排ガスライン１０とバイパスライン１４の分岐部分に設け、３方弁の開度を調整して排ガスライン１０およびバイパスライン１４への排ガス流量を分割調整するようにしてもよい。
【００２０】
送風機８とレキュペレータ１１の間の燃焼用空気供給ライン７には、燃焼用空気供給ライン７を流通する燃焼用空気に圧力損失を付与する圧力損失部１８が設けられている。さらに、圧力損失部１８の入口側と出口側の圧力を検出して差圧を求める差圧検出手段１９が設けられており、差圧検出手段１９により求めた圧力損失部１８の入口側と出口側の差圧を制御部１７へ発信するようになっている。
【００２１】
本例の熱媒ボイラ１は、熱媒油は負荷機器（図示省略）と缶体４との間で循環ポンプ２０の運転により循環しており、負荷機器で温度が低下した熱媒油が缶体４の熱媒油加熱管３に戻り、缶体４で加熱されて、再び負荷機器に送られるようになっている。また、缶体４の熱媒油加熱管３の出口には温度センサ２１が設けられている。
【００２２】
前記制御部１７は、熱媒油加熱管３の出口に設けた温度センサ２１が検出する温度に応じて、必要燃焼量を決定し、その燃焼量になるように燃料ガス流量調整弁１３を調整するとともに、決定された燃焼量に応じた燃焼用空気量になるようにインバータ９の周波数を制御することにより送風機８の回転数を制御して風量を調整する機能と、燃料種に応じた予熱上限温度を記憶し、温度センサ１６で検出したレキュペレータ１１の出口側の燃焼用空気の温度データを取り込み、レキュペレータ１１の出口側の燃焼用空気の温度が、燃料種毎に決められた予熱上限温度を超えないように開度調整弁１５の開度を調整する機能と、燃料種の燃焼量に対応した燃焼用空気供給ライン７に設けた圧力損失部１８の入口側と出口側の差圧、差圧に対応したインバータ９の周波数の数値を記憶し、インバータ９の周波数を検出された差圧に対応する周波数に制御する機能を有している。
【００２３】
制御部１７に記憶させる燃料種に応じた予熱上限温度は、燃料種毎に設定するもであって、その設定にあっては、制御部１７に組み込まれるプログラムに予定されている使用燃料に応じた予熱上限温度を設定する方法や、液晶タッチパネルなどの操作画面を熱媒ボイラ１に設けておき、操作画面上で燃料種を選択するようにし、プログラムは選択された燃料種に応じた予熱上限温度を設定するようにする方法などがある。なお、予熱上限温度は、都市ガス（１３Ａ）３００℃、液化石油ガス（ＬＰＧ）２００℃などとして設定されている。
【００２４】
このように構成した本例の熱媒ボイラ１は、つぎのように運転される。
本例の熱媒ボイラ１は、熱媒油は負荷機器と缶体４との間で循環ポンプ２０の運転により循環しており、負荷機器で温度が低下した熱媒油が缶体４の熱媒油加熱管３に戻り、缶体４で加熱されて、再び負荷機器に送られる。
運転中、ウインドボックス６に送られる燃焼用空気はレキュペレータ１１で予熱されるため、予熱温度によって空気の体積が変化し、燃焼用空気量が変化するが、制御部１７は、一定の空燃比になるように、差圧検出手段１９により求めた送風機８とレキュペレータ１１の間の燃焼用空気供給ライン７に設けた圧力損失部１８の入口側と出口側の差圧に基づいて、インバータ９を制御して送風機８からの総風量を制御する。
なお、総風量の制御は、上述のほかに、レキュペレータ１１の出口側に設けた温度センサ１６の検出温度に基づいて、実験などによって求めた演算式に応じた送風機８の回転数を制御部１７内にテーブルとして記憶させておき、温度センサ１６の検出温度に応じて、インバータ９の回転数を制御する方法でも良い。
【００２５】
そして、本例では、運転中に温度センサ１６でレキュペレータ１１の出口側の燃焼用空気の温度が検出され、検出された温度が制御部１７へ発信される。温度センサ１６で検出された温度が、制御部１７で記憶している燃料種に応じた予熱上限温度を超えた場合、制御部１７は、バイパスライン１４に設けた開度調整弁１５を徐々に開いていく。開度調整弁１５を開くことで、排ガスの一部はバイパスライン１４を流れるようになるため、レキュペレータ１１内の熱交換量が減り、燃焼用空気の予熱温度は低下する。
このとき、排ガスの一部をバイパスさせても直ぐには燃焼用空気の温度は低下しないので、制御部１７は開度調整弁１５を所定開度開いて所定時間経過したのちに温度センサ１６による検出温度を判定し、検出温度が予熱上限温度を超えているようであれば、開度調整弁１５をさらに所定開度開くようにする。このようにした温度センサ１６による検出温度が予熱上限温度を下回ったら、開度調整弁１５の開度をその開度で固定する。このようにして開度調整弁１５の開度を調整している間、予熱空気温度は変化するので、空燃比を一定に保つために、圧力損失部１８の入口側と出口側の差圧に基づいて、インバータ９を制御して送風機８からの総風量を制御する。
【００２６】
また、温度センサ１６で検出された温度が制御部１７で記憶している燃料種に応じた予熱上限温度より低くなった場合、制御部１７は、バイパスライン１４に設けた開度調整弁１５を徐々に閉じる方向に調整する。開度調整弁１５を閉じる方向に調整することで、レキュペレータ１１を流れる排ガス量が増えるため、レキュペレータ１１内の熱交換量が増え、燃焼用空気の予熱温度は上昇する。
このとき、排ガスの一部をバイパスさせても直ぐには燃焼用空気の温度は上昇しないので、制御部１７は開度調整弁１５を所定開度閉じて所定時間経過したのちに温度センサ１６による検出温度を判定し、検出温度が予熱上限温度より低いようであれば、開度調整弁１５をさらに所定開度閉じるようにする。このようにした温度センサ１６による検出温度が予熱上限温度に達したら、開度調整弁１５の開度をその開度で固定する。このようにして開度調整弁１５の開度を調整している間、予熱空気温度は変化するので、空燃比を一定に保つために、圧力損失部１８の入口側と出口側の差圧に基づいて、インバータ９を制御して送風機８からの総風量を制御する。
【００２７】
これにより、燃焼中、常に熱媒ボイラ１で使用している燃料種に応じた予熱上限温度に燃焼用空気を予熱することができることになり、熱媒ボイラの効率を高く維持しながら、排ガス中のＮＯｘ濃度が規制値を超えないようにすることができる。
また、開度調整弁１５の開度の調整により予熱空気温度が変化し、燃焼用空気量が変化したとき、圧力損失部１８の入口側と出口側の差圧に基づいて、制御部１７がインバータ９の周波数を前記差圧に対応する周波数に制御するので、燃焼用空気を燃焼種の燃焼量に追従させることができ、安定した燃焼性を維持することができる。
【００２８】
図４は本発明に係る熱媒ボイラの実施の形態の第２例を示す概略構成図、図５，図６はそれぞれ図４の開度調整弁の他例を示す説明図である。
本例の熱媒ボイラについて、前記第１例と同一の構成については同一の符号を付しその説明を省略し、第１例と異なる構成についてのみ説明する。
【００２９】
本例の熱媒ボイラ１は、レキュペレータに導入される燃焼用空気の一部をバイパスさせるバイパスライン２２が燃焼用空気供給ライン７に接続接続されており、バイパスライン２２には開度調整弁２３が設けられている。
開度調整弁２３にあっては、図５に示すようにダンパとしてもよい。また、本例では、開度調整弁２３はバイパスライン２２に設けられているが、図６に示すように、開度調整弁２３として３方弁を用い、３方弁を燃焼用空気供給ライン７とバイパスライン２２の分岐部分に設け、３方弁の開度を調整して燃焼用空気供給ライン７とバイパスライン２２への燃焼用空気流量を分割調整するようにしてもよい。
また、燃焼用空気供給ライン７にはレキュペレータ１１の出口側の燃焼用空気の温度を検出する温度センサ１６が設けられ、温度センサ１６で検出した温度を制御部２４へ発信するようになっている。
【００３０】
さらに、本例では、前記第１例と同様に、送風機８とレキュペレータ１１の間の燃焼用空気供給ライン７には、燃焼用空気供給ライン７を流通する燃焼用空気に圧力損失を付与する圧力損失部１８と、圧力損失部１８の入口側と出口側の圧力を検出して差圧を求める差圧検出手段１９が設けられており、差圧検出手段１９により求めた圧力損失部１８の入口側と出口側の差圧を制御部２４へ発信するようになっている。
【００３１】
前記制御部２４は、熱媒油加熱管３の出口に設けた温度センサ２１が検出する温度に応じて、必要燃焼量を決定し、その燃焼量になるように燃料ガス流量調整弁１３を調整するとともに、決定された燃焼量に応じた燃焼用空気量になるようにインバータ９の周波数を制御することにより送風機８の回転数を制御して風量を調整する機能と、燃料種に応じた予熱上限温度を記憶し、温度センサ１６で検出したレキュペレータ１１の出口側の燃焼用空気の温度データを取り込み、レキュペレータ１１の出口側の燃焼用空気の温度が、燃料種毎に決められた予熱上限温度を超えないように開度調整弁２３の開度を調整する機能と、燃料種の燃焼量に対応した燃焼用空気供給ライン７に設けた圧力損失部１８の入口側と出口側の差圧、差圧に対応したインバータ９の周波数の数値を記憶し、インバータ９の周波数を検出された差圧に対応する周波数に制御する機能を有している。
制御部２４に記憶させる燃料種に応じた予熱上限温度は、燃料種毎に設定するもであって、その設定にあっては、第１例と同様に、制御部２４に組み込まれるプログラムに予定されている使用燃料に応じた予熱上限温度を設定する方法や、液晶タッチパネルなどの操作画面を熱媒ボイラ１に設けておき、操作画面上で燃料種を選択するようにし、プログラムは選択された燃料種に応じた予熱上限温度を設定するようにする方法などがある。なお、予想上限温度は、都市ガス（１３Ａ）３００℃、液化石油ガス（ＬＰＧ）２００℃などとして設定されている。
【００３２】
このように構成した本例の熱媒ボイラ１は、つぎのように運転される。
本例の熱媒ボイラ１は、第１例と同様に、熱媒油は負荷機器と缶体４との間で循環ポンプ２０の運転により循環しており、負荷機器で温度が低下した熱媒油が缶体４の熱媒油加熱管３に戻り、缶体４で加熱されて、再び負荷機器に送られる。
運転中、ウインドボックス６に送られる燃焼用空気はレキュペレータ１１で予熱されるため、予熱温度によって空気の体積が変化し、燃焼用空気量が変化するが、制御部２４は、一定の空燃比になるように、差圧検出手段１９により求めた送風機８とレキュペレータ１１の間の燃焼用空気供給ライン７に設けた圧力損失部１８の入口側と出口側の差圧に基づいて、インバータ９を制御して送風機８からの総風量を制御する。
なお、総風量の制御は、上述のほかに、レキュペレータ１１の出口側に設けた温度センサ１６の検出温度に基づいて、実験などによって求めた演算式に応じた送風機８の回転数を制御部２４内にテーブルとして記憶させておき、温度センサ１６の検出温度に応じて、インバータ９の回転数を制御する方法でも良い。
【００３３】
そして、本例では、運転中に温度センサ１６でレキュペレータ１１の出口側の燃焼用空気の温度が検出され、検出された温度が制御部２４へ発信される。温度センサ１６で検出された温度が、制御部２４で記憶している燃料種に応じた予熱上限温度を超えた場合、制御部２４は、バイパスライン２２に設けた開度調整弁２３を徐々に開いていく。開度調整弁２３を開くことで、燃焼用空気の一部はバイパスライン２２を流れるようになるため、レキュペレータ１１内で熱交換した予熱空気とバイパスされた予熱されていない空気とがウインドボックス６の上流側で合流するため燃焼用空気の予熱温度は低下する。
制御部２４は開度調整弁２３を所定開度開いて所定時間経過したのちに温度センサ１６による検出温度を判定し、検出温度が予熱上限温度を超えているようであれば、開度調整弁２３をさらに所定開度開くようにする。このようにした温度センサ１６による検出温度が予熱上限温度を下回ったら、開度調整弁２３の開度をその開度で固定する。このようにして開度調整弁２３の開度を調整している間、予熱空気温度は変化するので、空燃比を一定に保つために、圧力損失部１８の入口側と出口側の差圧に基づいて、インバータ９を制御して送風機８からの総風量を制御する。
【００３４】
また、温度センサ１６で検出された温度が制御部２４で記憶している燃料種に応じた予熱上限温度より低くなった場合、制御部２４は、バイパスライン２２に設けた開度調整弁２３を徐々に閉じる方向に調整する。開度調整弁２３を閉じる方向に調整することで、
レキュペレータ１１を流れる燃焼用空気量が増えるため、レキュペレータ１１内の熱交換量が増え、燃焼用空気の予熱温度は上昇する。
制御部２４は開度調整弁２３を所定開度閉じて所定時間経過したのちに温度センサ１６による検出温度を判定し、検出温度が予熱上限温度より低いようであれば、開度調整弁２３をさらに所定開度閉じるようにする。このようにした温度センサ１６による検出温度が予熱上限温度に達したら、開度調整弁２３の開度をその開度で固定する。このようにして開度調整弁２３の開度を調整している間、予熱空気温度は変化するので、空燃比を一定に保つために、圧力損失部１８の入口側と出口側の差圧に基づいて、インバータ９を制御して送風機８からの総風量を制御する。
【００３５】
このように構成した本例の熱媒ボイラ１によれば、温度センサ１６で燃焼中にレキュペレータ１１の出口側の燃焼用空気の温度が検出され、検出された温度が制御部２４へ発信される。制御部２４は、入力した温度が、記憶している熱媒ボイラ１で使用している燃料ガスの種類に応じた予熱上限温度よりも低ければ開度調整弁２３の開度を絞る方向に調整してレキュペレータ１１を流れる燃焼用空気量を多くすることにより燃焼用空気の温度を上昇させ、予熱上限温度を超えるような場合は、開度調整弁２３の開度を開く方向に調整することによりレキュペレータ１１を流れる燃焼用空気量を少なくして燃焼用空気の温度の上昇を抑える。
【００３６】
これにより、燃焼中、常に熱媒ボイラ１で使用している燃料種に応じた予熱上限温度に燃焼用空気を予熱することができることになり、熱媒ボイラの効率を高く維持しながら、排ガス中のＮＯｘ濃度が規制値を超えないようにすることができる。
また、開度調整弁２３の開度の調整により予熱空気温度が変化し、燃焼用空気量が変化したとき、圧力損失部１８の入口側と出口側の差圧に基づいて、制御部２４がインバータ９の周波数を前記差圧に対応する周波数に制御するので、燃焼用空気を燃焼種の燃焼量に追従させることができ、安定した燃焼性を維持することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１ 熱媒ボイラ
２ バーナ
３ 熱媒油加熱管
４ 缶体
５ 燃焼室
６ ウインドボックス
７ 燃焼用空気供給ライン
８ 送風機
９ インバータ
１０ 排ガスライン
１１ レキュペレータ
１２ 燃料ガス供給ライン
１３ 燃料ガス流量調整弁
１４ バイパスライン
１５ 開度調整弁
１６ 温度センサ
１７ 制御部
１８ 圧力損失部
１９ 差圧検出手段
２０ 循環ポンプ
２１ 温度センサ
２２ バイパスライン
２３ 開度調整弁
２４ 制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体燃料を燃焼させるボイラから排出される排ガスと送風機を用いてバーナに送る燃焼用空気とを熱交換して燃焼用空気を予熱するレキュペレータを備えた熱媒ボイラであって、
前記レキュペレータに導入される排ガスの一部をバイパスさせるバイパスラインを排ガスラインに接続し、前記バイパスラインに開度調整弁を設け、燃焼用空気供給ラインにはレキュペレータの出口側の燃焼用空気の温度を検出する温度センサを設け、さらに、燃料種に応じた予熱上限温度を記憶し、前記温度センサで検出した温度を入力し、燃料種に応じて前記レキュペレータの出口側の燃焼用空気の温度が予熱上限温度を超えないように前記開度調整弁の開度を調整する制御部を備えたことを特徴とする熱媒ボイラ。
【請求項２】
気体燃料を燃焼させるボイラから排出される排ガスと送風機を用いてバーナに送る燃焼用空気とを熱交換して燃焼用空気を予熱するレキュペレータを備えた熱媒ボイラであって、
前記レキュペレータに導入される燃焼用空気の一部をバイパスさせるバイパスラインを燃焼用空気供給ラインに接続し、前記バイパスラインに開度調整弁を設け、前記燃焼用空気供給ラインにはレキュペレータの出口側の燃焼用空気の温度を検出する温度センサを設け、さらに、燃料種に応じた予熱上限温度を記憶し、前記温度センサで検出した温度を入力し、燃料種に応じて前記レキュペレータの出口側の燃焼用空気の温度が予熱上限温度を超えないように前記開度調整弁の開度を調整する制御部を備えたことを特徴とする熱媒ボイラ。
【請求項３】
前記送風機とレキュペレータの間の燃焼用空気供給ラインに圧力損失部を設けてこの前後の圧力を検出して差圧を求める差圧検出手段を設け、また、前記送風機はインバータを備えており、前記制御部は、燃料種の燃焼量に対応した前記燃焼用空気供給ラインに設けた圧力損失部の入口側と出口側の差圧、差圧に対応したインバータの周波数の数値を記憶し、前記インバータの周波数を前記検出された差圧に対応する周波数に制御する機能を有することを特徴とする請求項１または２のいずれか１に記載の熱媒ボイラ。
【請求項１】
気体燃料を燃焼させるボイラから排出される排ガスと送風機を用いてバーナに送る燃焼用空気とを熱交換して燃焼用空気を予熱するレキュペレータを備えた熱媒ボイラであって、
前記レキュペレータに導入される排ガスの一部をバイパスさせるバイパスラインを排ガスラインに接続し、前記バイパスラインに開度調整弁を設け、燃焼用空気供給ラインにはレキュペレータの出口側の燃焼用空気の温度を検出する温度センサを設け、さらに、燃料種に応じた予熱上限温度を記憶し、前記温度センサで検出した温度を入力し、燃料種に応じて前記レキュペレータの出口側の燃焼用空気の温度が予熱上限温度を超えないように前記開度調整弁の開度を調整する制御部を備えたことを特徴とする熱媒ボイラ。
【請求項２】
気体燃料を燃焼させるボイラから排出される排ガスと送風機を用いてバーナに送る燃焼用空気とを熱交換して燃焼用空気を予熱するレキュペレータを備えた熱媒ボイラであって、
前記レキュペレータに導入される燃焼用空気の一部をバイパスさせるバイパスラインを燃焼用空気供給ラインに接続し、前記バイパスラインに開度調整弁を設け、前記燃焼用空気供給ラインにはレキュペレータの出口側の燃焼用空気の温度を検出する温度センサを設け、さらに、燃料種に応じた予熱上限温度を記憶し、前記温度センサで検出した温度を入力し、燃料種に応じて前記レキュペレータの出口側の燃焼用空気の温度が予熱上限温度を超えないように前記開度調整弁の開度を調整する制御部を備えたことを特徴とする熱媒ボイラ。
【請求項３】
前記送風機とレキュペレータの間の燃焼用空気供給ラインに圧力損失部を設けてこの前後の圧力を検出して差圧を求める差圧検出手段を設け、また、前記送風機はインバータを備えており、前記制御部は、燃料種の燃焼量に対応した前記燃焼用空気供給ラインに設けた圧力損失部の入口側と出口側の差圧、差圧に対応したインバータの周波数の数値を記憶し、前記インバータの周波数を前記検出された差圧に対応する周波数に制御する機能を有することを特徴とする請求項１または２のいずれか１に記載の熱媒ボイラ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−１０４５６９（Ｐ２０１３−１０４５６９Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４６１８９（Ｐ２０１１−２４６１８９）
【出願日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【出願人】（０００１７５２７２）三浦工業株式会社 (1,055)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【出願人】（０００１７５２７２）三浦工業株式会社 (1,055)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]