JPS6172901A - ボイラー用のバーナ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ボイラー用バーナを制御する制御装置に関す
る。

〔従来の技術〕

動作流体とのエネルギーの授受は、通常温度検出ユニッ
トあるいは圧力検出ユニットなどの状態検出手段の制御
の下で行われる。通常状態検出手段は、動作流体の１状
態ｔを測定し、設定値からの偏差に比例して動作流体と
のエネルギーの授受ｔを制御する。この種の制御装置は
、燃焼装置（以下装置と略記する。）の運転のために設
定された所望の設定値からのオフセット（ｐｒｏｐｏｒ
ｔｉｏｎａｌｏｆｆｓｅｔ）を生じる。多くの装置には
、固定されたエネルギー授受可能な最小量がある。その
最小量以上では、装置は通常、ある固定上限値まで連続
的に調節することができる。完全な停止状態と最小量の
間の移行には、起動エネルギー損失があるので、装置が
運転サイクルをくり返す度にかなりの起動損失をともな
う。

起動損失およびオフセットをもつ装置の運転においては
、通常ある程の非効率を生じる。

装置の起動回数ｆｔ最少にし、また動作流体に特定の負
荷を満足させる最小エネルギーを供給して、必要以上に
加熱しないような運転制御を行うことにより、このよう
な装置の運転をより効率的にすることができる。

後述する実施例の中で従来技術による状態応答装置を第
１図を用いて説明する。そこでは、従来技術とはどうい
うものか、何故効率が悪いかを説明する。実施例では、
バーナ制御装置に応答して、蒸気を負荷に供給するボイ
ラーについて記述している。

経済的かつ効率的運転方法を与える他の従来技術として
、ジエイ・エム・ノ・マーによる米国特許第４３７３６
６３号（１９８３年２月１５日発行）が開示されている
。

本発明は、主として水を蒸気に変換し動作流体として負
荷に供給するボイラー装置に関する。

このような装置では、圧力センサーは動作流体の状態を
判定し、最初は低燃焼量で、次いで高燃焼量で作動する
。Ｓ−すで運転される。

通常、２つの固定された燃焼量の間では、ボイラー蒸気
に対する需要ｉｔ満たすために、調節モードで運転され
る。圧力センサーは燃料バーナを制御する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この種の装置はバーナの起動毎に、損失をともない、さ
らに圧力センサーは負荷を効率よく満足させるに必要で
ある圧力より高い圧力を通常与える点で非効率的である
。

〔問題点を解決するための手段〕

ジエイ・エムφハマーによる米国特許第４３７４６６３
号に開示されたものに類似したボイラー運転装置を、既
存の圧力作動式調節器（ｐｒｅｓｓｕｒｅｏｐｅｒａｔ
ｅｄ　ｍｏｄｕｌａｔｉｎｇ　ｃｏｎｔｒｏｌ　）とリ
レースイッチング回路を用いた極めて簡単な構成で実現
できた。

通常ボイラー装置は圧力応答制御器を有するが、この圧
力応答制御器の改良により、ボイラーの負荷需要に適合
したバーナ出力すなわち燃焼量に調節できるボイラー運
転装置が得られる。

ボイラー燃焼量は、ボイラー圧力の関数であるが、本発
明による極めて簡単化した構成により、ボイラーの低燃
焼運転が負荷需要を満足できるかどうかを決める機能を
もったより効率的なボイラー運転装置が得られる。

もし、低燃焼運転が、負荷需要を満足できるならば、そ
のボイラー運転サイクルは持続され、必要な運転サイク
ル回数を減らし、各運転サイクルを相対的に長い時間と
することができるので、エネルギーを節減できる。

もし、低燃焼運転が負荷需要を満足できないならば、装
置は自動的に正規の高燃焼運転そして調節モード（ｍｏ
ｄｕｌａｔｉｎｇ　ｍｏｄｅ　）運転に切換える。

バーナを起動する毎に、低燃焼運転が負荷需要を満足さ
せ得るかどうかを決定するチェックを自動的に行う。

本発明は、二重ポテンシオメータ、トランジスタスイッ
チング回路、および２個の従来形のリレーにより構成さ
れる。

既存の圧力応答ダイラー制御器は容易に修正できる。圧
力に応答する２個のポテンシオメータとワイパー機構を
もった制御器は従来より市販されているので本発明の実
施のために入手することは容易である。

本発明により、 低燃焼モード、高燃焼モードおよび調節モードをもつボ
イラー用バーナを制御する制御装置であって、 ボイラーの流体圧力に連動して応答する第１および第２
の可変インピーダンス手段をもった圧力応答手段と、 電源に接続され、上記流体圧力により上記第１の可変イ
ンピーダンス手段が上記ボイラーの最低所要流体圧力に
近づくときに付勢され上記低燃焼モーＦに上記バーナを
制御するための少くとも１個のスイッチをもつ第１のス
イッチング手段と、上記第１の可変インピーダンス手段
が上記ボイラーの上記最低所要流体圧力に近づくときに
付勢される常開（Ｎｏ　）スイッチと常閉（Ｎｏ　）ス
イッチをもつ第２のスイッチング手段とを含むスイッチ
ング回路手段とをもち、 上記第２の可変インピーダンス手段は上記第２のスイッ
チング手段が付勢されるとき上記第２のスイッチング手
段の上記スイッチを通して上記調節モードに上記バーナ
を制御することを特徴とする制御装置が提供される。

〔実施例〕

第１図に代表的なボイラー運転サイクルを示す。

燃焼量１１に対するボイラ、−圧力１０が図示されてい
る。ボイラー圧力は左から右へ増加し、燃焼量は点１２
のオフ、点１３の低燃焼量、点１４の高燃焼量のいずれ
かで示される。高燃焼量１４と低燃焼量１３の間の調節
範囲（ｍｏｄｕｌａｔｉｎｇ　ｒａｎｇｅ）を範囲１５
で示す。

ボイラーが圧力ＰＢＲＥＡＫで運転停止したと仮にする
。ボイラーに負荷があれば圧力は線入に溢って降下する
であろう。圧力がＰＭＡＫＥ達するとバーナは最高燃焼
量１４でスタートする。圧力は点Ｂまで上昇するであろ
う。この点でバーナ燃焼量ヲ絞る制御が開始される。バ
ーナは高燃焼ｔ１４の点Ｂと低燃焼量の点Ｃの間で、ボ
イラー負荷に適合するように調節されるであろう。しか
し、軽負荷であると、低燃、１１量であっても圧力は線
Ｃに沿って点りまで上昇を統けるであろう。点りでは圧
力は充分に高くバーナを停止しボイラーの２２！！転サ
イクルが完了する。この制御方法は調節範囲１５内にあ
る負荷に対しては極めて安定した運転を可能にする。け
れども、この運転方式は軽負荷に対しては好ましくない
。なぜならば、燃焼可能な最小量以上のバーナ燃焼で負
荷条件に適合するようにすることは、効率全低下させ、
バーナ装置の頻繁なサイクリングを生じさせるからであ
る。このサイクリングは機構部品の摩耗を促進し、燃焼
生成物のもつ熱量を利用することなく大気中に放出して
しまうプレパージやボストバージを必要とする大型バー
ナでは起動の効率を低下させる。

第２図は改善された圧力制御の方法を示す。ボイラー圧
力は左から右へ増加しボイラーの燃焼量は点１２のオフ
、点１３の低燃焼量、点１４の高燃焼量で示され、調節
範囲１５もまた示されている。ボイラーが運転を停止し
、圧力が線Ｂに沿って降下すると仮定する。圧力がＰＭ
ＡＫＥ　ｔで降下するとボイラーは点Ｆで示される燃焼
可能な最小量１３になる。負荷が充分に大きい場合には
、圧力は点Ｆから点Ｇへと降下を続けるであろう。この
圧力で制御装置は負荷が高燃焼ｔを必要としていること
を認識し、高燃焼量１４にし、続いて、調節範囲１５に
入る。調節範囲１５では第１図と同様に点Ｈから点Ｊへ
の線に沿って運転される。低負荷の場合には、圧力は点
Ｆから点Ｇへ降下せず、バーナが低燃焼量に保たれても
圧力は点Ｆから点Ｊの方向へ上昇する。圧力がＰＥＲＫ
ＡＫ　１で上昇するとバーナは停止し、運転サイクルを
完了する。

この運転サイクルを完了するまでの時間は、従来の運転
サイクルに較べて極めて長い。なぜならば低燃焼ｔ１３
では高燃焼′＃、１４に較べて圧力はより緩やかに上昇
するからである。調節モードにおけるもともとの制御の
所望の安定性は損なわれない。

この？ｌｉ制御方法の他の利点は実施が容易なことであ
る。すなわち市販品金利用して第３図に示すような制御
口Ｗ＆を実現できる。

第３図はバーナ制御装置２０を示す。制御装置２０は、
１対のリレーＩＫ、２に’に含むスイッチング回路手段
２１全含む。スイッチング回路手段２１は１対のポテン
シオメータ２２．２３に接続されている。ポテンシオメ
ータ２２．２３は一般的には可変インピーダンス手段で
あるが、特に１対のポテンシオメータとして示す。ポテ
ンシオメータ２２はワイパー２４を、ポテンシオメータ
２３はワイパー２５をもつ。ポテンシオメータ２２は１
対の終端ｍ２６，２８’ｔ、ポテンシオメータ２３は１
対の終端部２７．２９をもつ。２個のポテンシオメータ
のワイパー２４．２５はリンク３０で連結され、従来型
のゼイラー・バーナ装置３２からの圧力３１によって連
動して駆動される。

ゼイラー・バーナ装置ｌ１３２は、バーナ制御装置２０
から従来の方法３３により動作される。

ボテ／ジオメータ機器２２．２３はノ・ネウエル社のＬ
９１モジュレーティング　プレッシャトロールナトであ
る。Ｌ９１モジュレーティング　プレッシャトロールを
用いるときには、多少の機構的変更が必要である。この
機器は通常の抵抗質イヒ範囲Ｏ〜１３５Ωにわたって連
動する２個のポテンシオメータ２２．２３を含む。

このポテンシオメータ機器は／々−す制御装置に高燃焼
位置と低燃焼位置の間で調節させる。

ポテンシオメータ２３の上端２７ば、従来通りの方法で
バーナ制御装置２０の端子３４に接続されている。

ポテンシオメータ２３の高燃焼動作端でおる下端２９は
、端子３５に接続されている。ポテンシオメータのワイ
パー２５はリレー２にのＮ　ＯＩＪシレ一点２に２を通
して端子３６に接続されている。

もう１個のＮｏリレー接点２に１は端子３４　、３６の
間に接続されている。

リレー接点が第３図に示される位置にあると、ワイパー
２５１４回路から切離され、゛また接点２に１は端子３
４．３５を短絡し、実効的に装置を低燃焼モード運転に
する。

リレー２Ｋが付勢され、接点２　Ｋ　２７５（閉じ、接
点２に１が開かれると、ポテンシオメータのワイパー２
５は端子３６に接続されるので、装置は１ノンク３０へ
の圧力によるワイパイーの動きに応答して調節、動作を
行うことができる。

スイッチング回路手段２１は２個のリレーＩＫおよび２
Ｋを含む。リレーＩＫは、電源４０とシリコン制御整流
器４ｚのアノード４１との間に接続されている。シリコ
ン制御整流器４２はゲート４３とカソード４４をもつ。

抵抗４５は電源４０とゲート４３、トランジスタ４６を
接続している。

トランジスタ４６はシリコン制御整流器４２のゲート４
３とカソード４４の間に接続されている。

トランジスタ４６が導通状態にあると、シリコン制御整
流器４２はゲート駆動電圧がないので導通状態にはなら
ない。

第２のリレー２には電源４０と第２の７１ノコン制御整
流器５００間に接続されている。第２のシリコン制御整
流器はアノード５１、カッ−１′５２およびゲート５３
をもつ。ゲート５３は抵抗５４全通して電源４０に接続
されている。ゲート５３はまたトランジスタ５５を通゛
してシリコン制御整流器５０のカソード５２に接続され
ている。

カソード４４．５２とトランジスタ４６．５５は、共通
接続点５６をもつトランジスタ６０を通してアースに接
続されている。トランジスタ６０は抵抗６２、トランジ
スタ６３を通して、電源４０からアース６１への分圧器
を構成する２個の抵抗６５．６６の間の接続点６４に接
続されている。

ワイパー２４は抵抗７０ｔ−通して、トランジスタ５５
を制御し、導線７１に電圧を供給し更に抵抗６９を通し
てトランジスタ６３を制御し、また導線７２を通してト
ランジスタ４６を制御する。

装置の動作圧を調整するための可変抵抗７３が設けられ
ている。更に抵抗７４が加えられて、スイッチング回路
手段２１が完成される。

〔動作〕

ポテンシオメータ２２．２３はスイッチング回路手段２
１の主要構成要素であシ、既存のＬ９１制御器を図示の
ように変更することによって得られる。

７ビイラー蒸気圧はＬ９１のグイアフラムに作用し、リ
ンク３１を通じてポテンシオメータ２２゜２３のワイパ
ー２４．２５ｅ制御する。圧力が高くなるとワイパー２
４．２５はポテンシオメータの上端すなわち低燃焼の位
置の方へ動く。ポテンシオメータ２３は第１図および第
２図に示されるＡＭをする標準的な方法で用いられる。

ポテンシオメータ２２は圧力センサーとして用いられ、
スイッチング回路手段２１に電圧を出力する。

高Ｈ？イラー圧力が存在し、かつバーナが燃焼していな
いと仮定すると、動作は第２図の線ＥＫ溢って圧力ＰＢ
ＲＥＡＫの位置にちる。高圧ではポテンシオメータ２２
のワイパー２４はポテンシオメータ２２の上端にあり、
したがって電圧４０にある。

その結果、トランジスタ４６．５５はＯＮ状態になり、
トランジスタ６３はＯＦＦ状態になる。トランジスタ６
０はトランジスタ６３ｔ−追尾し、　ＯＦＦ状態にある
。トランジスタ６０がＯＦＦ状態ならば、リレーＩ　Ｋ
　、　２　Ｋは消勢されている。トランジスタ４６．５
５がＯＮ状態でちれば、シリコン制御整流器４２．５０
はＯＦＦ状態にとどまる。リレーＩＫは接点１１（１に
より０Ｎ−ＯＦＦ制御をするので、バーナは付勢されな
い。

圧力が線Ｅ　Ｋ　ＧつてＰＢＲＫＡＫから降下するとト
ランジスタ６３はＯＮ状態になり、トランジスタ６０が
ＯＮ状態になる。しかし、トランジスタ４６．５５はな
おＯＮ状態にちり、シリコン制御整流器、↓２，５０の
ゲー）４３，５３の電流ｆ　Ａイバスするので、リレー
ＩＫ、２にはなおＯＦＦ状態に留まっている。

更に、圧力が、線ＥＫ浴って降下し、点ＰＭＡＫＫにな
ると、トランジスタ４６のベースはゼイラー圧力ヲ示す
ポテンシオメータ２２のワイパー位置２４に追従するの
で、トランジスタ４６の電圧は、ＯＮ状態に保つには充
分でなくなる。トランジスタ４６がＯＦＦ状態になると
、シリコン制御整流器４２はＯＮＮ便所なシ、その状態
にラッチされる。

、その結果、リレーＩＫは付勢され、バーナｉｉｌ制御
器は第２図の低燃焼位置でＯＮ・ＯＦＦモードで動作す
る。リレー２Ｋが消勢されているのでバーナは低燃焼量
に固定される。接点２に１．２に２は端子３４と端子３
６を短絡し、端子３５と３６の間を開路するので、調節
用ポテンシオメータが低燃焼位置にあることを模擬する
ことになる。

もし、負荷が軽いと、圧力は線ＦＪに沿ってＫまで上昇
するであろう。リレー２には消勢されたま＼に留まり、
装置は低燃焼モードに固定されたま＼に留まる。圧力が
点にすなわちＰＢＲＦｊＡＫに達すると、ワイパー２４
上の電圧はトランジスタ６３゜ｆｉｏ’１ｒＯＦＦ状態
にし、リレーＩＫは消勢され、バーナを消勢する。

もし、負荷が低燃焼モードで満足される負荷より太きい
ならば、圧力は線ＰＫ沿って点Ｇまで降下するであろう
。点Ｇにおいて、トランジスタ５５はＯＦＦ状態になり
、シリコン制御整流器５ｏは、ＯＮ状態になり、ＯＮ状
態に固定される。その結果、リレー２Ｋが付勢され、接
点２に１．２に２は、切換えられる。制御器は、バーナ
制御装置ｆｔ２０全調節範囲１５で運転するように調節
状態（ｍｏｄｕｌａ−ｔｉｎｇ　５ｔａｔｅ）になる。

圧力は極めて低いすなわちポテンシオメータ２３０下端
２９に近いので、ワイ／”−２５は高燃焼運転の位置に
ある。バーナ制御装置２０はバーナ３２を高燃焼モーＦ
の運転にする。

次いで、制御器は調節モードになり、負荷の減少が圧力
を上昇させ、ワイパーをポテンシオメータ２２．２３の
上端に移動させる。この時点でトランジスタ６３．６０
およびリレーＩＫ、２には全てＯＦＦに切り換わシ運転
サイクルが一巡する。

本発明の記述から 軽負荷に対する低燃焼モードに保持することができる極
めて単純化された０Ｎ−ＯＦＦ’調節のゼイラー圧力制
御器が開発されたことは明白である。

既存の圧力制御器の簡単な変更による構成を示したが、
当業者には、この種の制御器および回路の多くの変更が
できることは明白である。

従って、本発明は説明のために示した実施例に限定され
るべきものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図はオン・オフ制御を含む従来技術による比例制御
方式を示す。 第２図は、本発明をとり入れた比例制御方式を示す。 第３図は、バーナ制御装置にとり入れたスイッチング回
路手段の回路構成図を示す。 ２０・・・バーナ制御装置 ２１・・・スイッチング回路手段 ２２．２３・・・ポテンシオメータ ２４．２５・・・ワイパー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）低燃焼モードと、高燃焼モードを含む調節モード
   とを有するボイラー用のバーナ制御装置であつて、 ボイラーの流体圧力に応答して連動する第１および第２
   の可変インピーダンス手段を有する圧力応答手段と、 電源に接続され、スイッチ回路を持つ第１のスイッチン
   グ手段と、常開スイッチ回路と常閉スイッチ回路とを持
   つ第２のスイッチング手段とを含むスイッチング回路手
   段とを具備し、 上記流体圧力が上記ボイラーの所定の最低流体圧力に近
   づくと、これに応動する上記第１の可変インピーダンス
   手段により、上記第１のスイッチング手段は付勢され、
   この付勢により上記スイッチ回路は開閉制御され、以つ
   て上記バーナを低燃焼モードに制御し、 更に、上記流体圧力が上記所定の最低流体圧力に達する
   と、これに応動する上記第１の可変インピーダンス手段
   により、上記第２のスイッチング手段も付勢され、この
   付勢により上記常開スイッチ回路と常閉スイッチ回路は
   開閉状態が反転され、以つて、上記第２の可変インピー
   ダンス手段を介して上記バーナを調節モードに制御する
   ことを特徴とするボイラー用のバーナ制御装置。
2. （２）上記第１および第２の可変インピーダンス手段は
   、可変抵抗手段であり、上記第１および第２のスイッチ
   ング手段はリレー手段であり、かつ上記スイッチ回路は
   接点であることを特徴とする第（１）項記載のボイラー
   用のバーナ制御装置。
3. （３）上記２個の可変抵抗手段は、それぞれ抵抗とワイ
   パーからなる１対のポテンシオメータであり、該ワイパ
   ーは上記ボイラー圧力の変化に機械的に連動することを
   特徴とする第（２）項記載のボイラー用のバーナ制御装
   置。