JP2011208921A - 燃焼制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より安全に燃焼を制御できる燃焼制御装置を提供する。
【解決手段】燃焼炉の燃焼を制御する機器を燃焼制御装置４と、この燃焼制御装置４により動作が制御される機器の動作確認をする安全制御装置５という２つの制御装置を設ける。これにより、燃焼制御装置４および安全制御装置５のうちの一方に異常が生じても、他方の装置より燃焼を停止するための処理が行われるので、より安全に燃焼を制御することができる。また、ボイラシステムの燃焼を制御する構成要素を制御する制御装置（燃焼制御装置４）とその構成要素に由来する出力の動作確認をする制御装置（安全制御装置５）とが異なるので、何れかの構成要素や制御装置に異常が生じた場合であっても、この異常を確実に検出することができるので、より安全に燃焼を制御することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃焼炉における燃焼を制御する燃焼制御装置に関するものである。

従来より、燃焼制御装置では、所望の空燃比を保ちながら燃焼炉内の燃焼を制御するために、ガス流路内のガス圧、空気流路内の空気の流量、燃焼炉内の温度などに基づいて、ガス流路の遮断弁、ガス流路の流量制御用ダンパ、空気流路の空気供給用ブロア、空気流量制御用ダンパなどを調節している（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００１−２３５１４６号公報

しかしながら、従来では、全ての構成要素を１台の燃焼制御装置で制御や監視を行っていたので、その燃焼制御装置自身に異常が生じた場合には、安全に燃焼を停止できないおそれがあった。例えば、ブロアとこのブロアが動作した結果を測定する風圧スイッチなど、ある被制御機器（ブロア）と、被制御機器の動作によって測定値が変化するセンサ機器（風圧スイッチ）といった関連する複数の機器を１台の燃焼制御装置で制御または監視することが一般的に行われている。便宜上、以下においては、ブロアと風圧スイッチを一例として説明する。上述したような制御系において燃焼制御装置に異常が生じると、ブロアを正しく制御できなくなる、または、風圧スイッチの出力を正しく検出できなくなり、結果として、燃焼停止ができなくなるおそれがあった。

そこで、本発明は、より安全に燃焼を制御できる燃焼制御装置を提供することを目的とする。

上述したような課題を解決するために、本発明に係る燃焼制御装置は、燃焼炉の燃焼を制御する第１の機器に対してこの第１の機器の動作を制御する制御信号を出力する第１の制御部と、第１の機器の動作確認をするとともに、燃焼を停止させる第２の機器を制御する第２の制御部とを備え、第１の制御部は、制御信号を第２の制御部に出力し、第２の制御部は、第１の機器の動作確認結果を第１の制御部に出力し、第１の制御部および第２の制御部は、制御信号および動作確認結果に基づいて第１の機器に異常があることを確認すると、燃焼を停止するための処理を行うことを特徴とするものである。

上記燃焼制御装置において、第２の制御部は、第２の機器を制御することにより燃焼を停止させるようにしてもよい。
また、上記燃焼制御装置において、第１の制御部は、第１の機器を制御することにより燃焼を停止させるようにしてもよい。

本発明によれば、燃焼炉の燃焼を制御する第１の機器に対してこの第１の機器の動作を制御する制御信号を出力する第１の制御部と、第１の機器の動作確認をするとともに、燃焼を停止させる第２の機器を制御する第２の制御部という２つの制御部を設けることにより、一方の制御部に異常が生じても他方の制御部により燃焼を停止するための処理を行えるので、より安全に燃焼を制御することができる。また、第１の機器を制御する制御部と第１の機器の動作確認をする制御部とが異なるので、何れかの機器や制御部に異常が生じた場合であっても、この異常を確実に検出することができるので、より安全に燃焼を制御することができる。

図１は、本発明に係る燃焼炉システムの構成を模式的に示す図である。 図２は、正常に動作している場合の起動シーケンスを説明するための図である。 図３は、異常が生じている場合の起動シーケンスを説明するための図である。 図４は、起動から停止までの一例を示すシーケンスを説明するための図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下においては、本発明に係る燃焼制御装置を用いたシステムとしてボイラシステムに適用した実施の形態について説明する。

＜ボイラシステムの構成＞
図１に示すように、本実施の形態に係るボイラシステムは、タンク１１内に温水を生成する燃焼装置１と、この燃焼装置１に燃料を供給する燃料流路２と、燃焼装置１の主バーナ１２にブロア３１からの空気を供給する空気流路３と、燃焼制御装置４と、安全制御装置５とを備えている。

燃焼装置１は、水を貯留するタンク１１と、このタンク１１を加熱する主バーナ１２と、この主バーナ１２に点火するパイロットバーナ１３と、このパイロットバーナ１３を点火する点火トランス１４と、主バーナ１２の点火状態を検出する火炎検出器１５と、タンク１１に水を供給するポンプ１６と、タンク１１内の水の温度を検出する温度センサ１７とを備えている。

燃料流路２は、外部から燃料が供給される主流路２ａと、この主流路２ａから分岐した第１の流路２ｂおよび第２の流路２ｃとから構成され、第１の流路２ｂは主バーナ１２、第１の流路２ｂはパイロットバーナ１３に接続されている。これにより、主流路２ａに供給された燃料は、主バーナ１２およびパイロットバーナ１３に送出されることとなる。ここで、主流路２ａにはガス圧力スイッチ２１、第１の流路２ｂには第１，第２安全遮断弁２２，２３、第２の流路２ｃには第３，第４安全遮断弁２４，２５が設けられている。

空気流路３は、一端がブロア３１、他端が第１の流路２ｂに接続されており、ブロア３１から吐出された空気を第１の流路２ｂを介して燃料と共に主バーナ１２に供給する。このような空気流路３には、風圧スイッチ３２と、ダンパ３３とが設けられている。

燃焼制御装置４は、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）などの電気回路から構成され、例えばポンプ１６、ブロア３１およびダンパ３３など燃焼装置１における燃焼を制御するための構成要素を制御する。このような燃焼制御装置４は、通信部４１と、燃焼制御部４２とを備えている。

ここで、通信部４１は、温度センサ１７からそれぞれの検出結果が入力されるとともに、ポンプ１６，ブロア３１およびダンパ３３およびに対して制御信号を出力する。また、通信部４１は、その制御信号を安全制御装置５に対して出力するとともに、安全制御装置５から後述する制御信号や検出結果が入力される。

また、燃焼制御部４２は、後述する燃焼シーケンスを含むボイラシステムの各種動作を制御する。具体的には、温度センサ１７の検出結果や安全制御装置５から各種情報などに基づき、ブロア３１、ダンパ３３、および、安全制御装置５に対して制御信号を生成することにより、主バーナ１２の起動および停止や主バーナ１２の出力調整など、ボイラシステムの各種動作をシーケンス制御する。

安全制御装置５は、バーナーコントロールモジュールやインターロックモジュールなどの電気回路から構成され、燃焼制御装置４が制御する構成要素の動作確認を行う。ここで、インターロックモジュールとは、燃焼制御部４２からの制御信号に基づき、主バーナ１２の起動および停止や主バーナ１２の出力調整などの命令をバーナコントロールモジュールに指示するとともに、火炎検出器１５からの信号に基づいて燃焼の状況を確認し、不完全燃焼等の不測の事態にあたっては燃料供給を停止して安全を確保する役割を果たすものである。また、バーナコントロールモジュールは、インターロックモジュールからの指示に従い、パイロットバーナ１３の点火を行って主バーナ１２の点火を行うものである。また、図示していないが、複数の主バーナ１２と、これに対応する複数のバーナコントロールモジュールを配設するとともに、複数のバーナコントロールモジュール等を単一のインターロックモジュールで制御するように構成してもよい。このような安全制御装置５は、通信部５１と、安全確認部５２とを備えている。

ここで、通信部５１は、火炎検出器１５、ガス圧スイッチ２１および風圧スイッチ３２からそれぞれの検出結果および燃焼制御装置４からの制御信号が入力されるとともに、点火トランス１４および第１〜第４安全遮断弁２２〜２５に対して制御信号を出力する。また、通信部５１は、その制御信号や検出結果を燃焼制御装置４に対して出力するとともに、燃焼制御装置４から上述した制御信号が入力される。

また、安全確認部５２は、火炎検出器１５、ガス圧スイッチ２１および風圧スイッチ３２による検出結果、ならびに、燃焼制御装置４が生成した制御信号に基づいて、後述する燃焼シーケンスを構成する各段階のうち１以上の段階を行う燃焼制御装置４による各種動作を安全に実行できるか否かを確認する。安全に実行できることが確認された場合、安全確認部５２は、燃焼制御装置４に対し次の段階に相当する処理を行わせるなど、各種燃焼動作の展開を許可する。一方、安全に実行できないことが確認された場合、安全確認部５２は、燃焼制御装置４に次の処理に進ませないなど、各種燃焼動作を停止させる。

＜起動シーケンス＞
次に、図２，図３を参照して、燃焼制御装置４による燃焼シーケンスについて説明する。以下においては、一例として、ボイラシステムを起動させるときの起動シーケンスについて説明する。この起動シーケンスは、複数の処理から構成されるが、最初の処理１から次の処理２に移行する場合について説明する。

ボイラシステムを起動させる場合、処理１として以下の動作が行われる。まず、燃焼制御装置４の燃焼制御部４２は、安全制御装置５に対して、ボイラシステムを起動させる旨を示す制御信号を出力する。

燃焼制御装置４からボイラシステムの起動を示す制御信号が入力されると、安全制御装置５の安全確認部５２は、風圧スイッチ３２からの信号がＯＦＦの状態であるか否かを確認し、この確認結果を燃焼制御装置４に出力する。

この段階において、燃焼制御部４２は、ブロア３１に対して駆動を指示する制御信号を出力していない。したがって、燃焼制御装置４、安全制御装置５、ブロア３１および風圧スイッチ３２が正常に動作している場合には、ブロア３１が停止しているために空気流路３内部に空気が供給されないので、この空気流路３に設けられた風圧スイッチ３２は、ＯＦＦ状態となるはずである。しかしながら、燃焼制御装置４、安全制御装置５、ブロア３１、および、風圧スイッチ３２の何れかに故障が生じていると、風圧スイッチ３２の信号がＯＮとなるか、または、確認結果が燃焼制御装置４に対して出力されない。例えば、図３に示すように、燃焼制御装置４に故障が生じてブロア３１に対して駆動を指示する制御信号が出力されていると、風圧スイッチ３２の信号はＯＮとなる。

燃焼制御装置４からボイラシステムの起動を示す制御信号が入力されておらず、かつ、風圧スイッチ３２からの信号がＯＮである場合、安全確認部５２は、燃焼制御装置４、ブロア３１および風圧スイッチ３２の何れかに異常が生じていると判断する。そして、安全確認部５２は、点火トランス１４を起動させないとともに、第１〜第４安全遮断弁２２〜２５が閉止された状態が維持するなど、燃焼を停止させるための制御信号を出力する。

風圧スイッチ３２の確認結果が燃焼制御装置４に入力されない場合、または、風圧スイッチ３２からの信号がＯＮであることを示す確認結果が入力された場合、燃焼制御部４２は、安全制御装置５に異常が生じていると判断し、ダンパ３３を閉じるなど燃焼を停止させるための制御信号を出力する。

これにより、ボイラシステムにおいて燃焼動作が行われないので、ボイラシステムに危険が生じるのを防ぐことができる。

一方、ボイラシステムの起動を示す制御信号を出力した後、風圧スイッチ３２の信号がＯＦＦであることを示す確認結果が入力されると、燃焼制御部４２は、ブロア３１に対して駆動を指示する制御信号を出力するとともに、この制御信号を安全制御装置５に対しても出力する。

燃焼制御装置４からブロア３１の駆動を示す制御信号が入力されると、安全制御装置５の安全確認部５２は、風圧スイッチ３２からの信号がＯＮの状態であるか否かを確認し、この確認結果を燃焼制御装置４に出力する。

この段階において、燃焼制御装置４、安全制御装置５、ブロア３１および風圧スイッチ３２が正常に動作している場合には、ブロア３１が駆動して空気流路３内部に空気が供給されるので、この空気流路３に設けられた風圧スイッチ３２は、ＯＮ状態となるはずである。しかしながら、それらの構成要素のうちの何れかに故障が生じていると、風圧スイッチ３２からの信号がＯＦＦとなるか、または、風圧スイッチ３２の確認結果が燃焼制御装置４に入力されない。

燃焼制御装置４からブロア３１の駆動を示す制御信号が入力されたにもかかわらず、風圧スイッチ３２からの信号がＯＦＦである場合、安全確認部５２は、燃焼制御装置４、ブロア３１および風圧スイッチ３２の何れかに異常が生じていると判断する。そして、安全確認部５２は、点火トランス１４を起動させないとともに、第１〜第４安全遮断弁２２〜２５が閉止された状態が維持するなど、燃焼を停止させるための制御信号を出力する。

風圧スイッチ３２の確認結果が燃焼制御装置４に入力されない場合、または、風圧スイッチ３２からの信号がＯＦＦであることを示す確認結果が入力された場合、燃焼制御部４２は、安全制御装置５に異常が生じていると判断し、ダンパ３３を閉じるなど燃焼を停止させるための制御信号を出力する。

これにより、ボイラシステムにおいて燃焼動作が行われないので、ボイラシステムに危険が生じるのを防ぐことができる。

風圧スイッチ３２の信号がＯＮであることを示すが確認されると、燃焼制御装置４の燃焼制御部４２は、ボイラシステムの起動シーケンスにおいて、次の処理２に進む。

以上説明したように、本実施の形態によれば、燃焼炉の燃焼を制御する機器を燃焼制御装置４と、この燃焼制御装置４により動作が制御される機器の動作確認をする安全制御装置５という２つの制御装置を設けることにより、燃焼制御装置４および安全制御装置５のうちの一方に異常が生じても、他方の装置より燃焼を停止するための処理が行われるので、より安全に燃焼を制御することができる。また、ボイラシステムの燃焼を制御する構成要素を制御する制御装置（燃焼制御装置４）とその構成要素に由来する出力の動作確認をする制御装置（安全制御装置５）とが異なるので、何れかの構成要素や制御装置に異常が生じた場合であっても、この異常を確実に検出することができるので、より安全に燃焼を制御することができる。

なお、本実施の形態では、ブロア３１と、このブロア３１からの出力を確認する風圧スイッチ３２とに関係する構成要素間で異常の発生を確認する場合を例に説明したが、この確認を行う対象は、何らかの動作を行う構成要素と、この構成要素の動作に由来する出力を確認する構成要素とに関係する構成要素間であればブロア３１と風圧スイッチ３２に限定されず、例えばダンパ３３とダンパ３３の位置を検出するセンサとの間で異常の発生を確認するなど、各シーケンスに含まれる各構成要素間で適宜自由に設定することができる。そこで、図４を参照して、正常に動作した場合の起動から停止までのシーケンスの全容について説明する。

ボイラシステムを起動させる場合、上述したように、まず、燃焼制御装置４は、安全制御装置５に対して、ボイラシステムを起動させる旨を示す制御信号を出力する（ステップＳ１）。このボイラシステムを起動させる制御信号が入力されると、安全制御装置５は、風圧スイッチ３２からの信号を確認する（ステップＳ２）。風圧スイッチ３２からの信号がＯＦＦであることを確認すると、安全制御装置５は、風圧スイッチ３２がＯＦＦ状態である旨を示す制御信号を燃焼制御装置４に出力する（ステップＳ３）。風圧スイッチ３２がＯＦＦ状態を示す制御信号が入力されると、燃焼制御装置４は、ブロア３１を駆動させるための制御信号をブロア３１に出力する（ステップＳ４）。

ブロア３１の駆動を指示する制御信号が入力されることによりブロア３１が駆動し（ステップＳ５）、これにより風圧スイッチ３２により空気流路３に空気が流れていることが検出されると（ステップＳ６）、安全制御装置５は、その空気流路３に空気が流れている旨を示す制御信号を燃焼制御装置４に出力する（ステップＳ７）。

空気流路３に空気が流れている旨を示す制御信号が入力されると、燃焼制御装置４は、ダンパ３３を全開状態とする旨を示す制御信号をダンパ３３に対して出力する（ステップＳ８）。ここで、ダンパ３３には、ＬｏリミットスイッチとＨｉリミットスイッチとが設けられているものとする。

ダンパ３３に全開状態を指示する制御信号が入力されるまでは、ダンパ３３は、閉状態となっている。したがって、ダンパ３３が閉状態であるか否かを検出するＬｏリミットスイッチは、その制御信号３３が出力されるまでダンパ３３が閉状態である、すなわちＯＮ状態となっている（ステップＳ９）。

全開状態を指示する制御信号が入力されると、ダンパ３３は、ダンパを全開状態とする（ステップＳ１０）。これにより、ダンパ３３が全開状態であるか否かを検出するＨｉリミットスイッチは、ダンパ３３が全開状態である、すなわちＯＮ状態となる（ステップＳ１１）。このとき、Ｌｏリミットスイッチは、ダンパ３３が全開状態であるので、ＯＦＦ状態となっている。

ダンパ３３が全開状態であることを確認すると（ステップＳ１２）、安全制御装置５は、プレパージを維持するために、ブロア３１の駆動およびダンパ３３の全開状態を所定時間（プレパージ時間）維持する（ステップＳ１３）。この所定時間が経過すると、安全制御装置５は、所定時間が経過した旨を示す制御信号を燃焼制御装置４に出力する（ステップＳ１４）。

所定時間が経過した旨を示す制御信号が入力されると、燃焼制御装置４は、ダンパ３３を閉状態とする旨の制御信号をダンパ３３に出力する（ステップＳ１５）。

閉状態を指示する制御信号が入力されると、ダンパ３３は、ダンパを閉状態とする。ダンパ３３が閉状態となると、ＨｉリミットスイッチがＯＦＦ状態になり、ＬｏリミットスイッチがＯＮ状態となる（ステップＳ１６）。

ＬｏリミットスイッチがＯＮ状態であることを確認すると（ステップＳ１７）、安全制御装置５は、第３，第４安全遮断弁２４，２５を開状態とする制御信号を出力するとともに（ステップＳ１８）、点火トランス１４を駆動させる制御信号を出力する（ステップＳ１９）。

第３，第４安全遮断弁２４，２５が開状態となり（ステップＳ２０）、ガス圧力スイッチ２１により燃料量流路２内にガスが流れていることを確認し（ステップＳ２１）、かつ火炎検出器１５によりパイロットバーナ１３が点火したことを確認すると（ステップＳ２２）、安全制御装置５は、点火トランス１４を停止させる制御信号を出力する（ステップＳ２３）。この制御信号が入力されると、点火トランス１４は、駆動を停止する。

また、パイロットバーナ１３が点火した旨を示す制御信号が安全制御装置５から入力されると（ステップＳ２４）、燃焼制御装置４は、主バーナ１２を点火する旨を制御信号を安全制御装置５に出力する（ステップＳ２５）。すると、安全制御装置５は、第１，第２安全遮断弁２２，２３を開状態とする旨の制御信号を出力する（ステップＳ２６）。第１，第２安全遮断弁２２，２３が開状態となり（ステップＳ２７）、火炎検出器１５により主バーナ１２が点火したことが確認されると、安全制御装置５は、第３，第４安全遮断弁２４，２５を閉状態とする旨を示す制御信号を出力し（ステップＳ２８）、第３，第４安全遮断弁２４，２５を閉状態とする。このような処理により、ボイラシステムが駆動することなる。

このようにボイラシステムが駆動している状態において、このボイラシステムを停止させる場合、燃焼制御装置４からボイラシステムの停止を指示する制御信号が入力されると（ステップＳ３０）、安全制御装置５は、第１，第２安全遮断弁２２，２３を閉状態とする旨を示す制御信号を出力し（ステップＳ３１）、第１，第２安全遮断弁２２，２３を閉状態とする。これにより、ガス圧力スイッチ２１によって燃料量流路２内にガスが流れていないことが確認され（ステップＳ２１）、火炎検出器１５により主バーナ１２が消火したことが確認されると、安全制御装置５は、駆動を停止する。

このような起動から停止に至るシーケンスにおいても、例えば、ＬｏリミットスイッチおよびＨｉリミットスイッチとダンパ３３との間、点火トランス１４と火炎検出器１５との間、第１〜第４安全遮断弁２２〜２５とガス圧スイッチとの間など、何らかの動作を行う構成要素と、この構成要素の動作に由来する出力を確認する構成要素とに関係する構成要素間で異常の発生を確認することができる。

本発明は、ボイラシステムなどに用いられる燃焼炉の燃焼を制御する燃焼制御装置に適用することができる。

１…燃焼装置、２…燃料流路、２ａ…主流路、２ｂ…第１の流路、２ｃ…第２の流路、３…空気流路、４…燃焼制御装置、５…安全制御装置、１１…タンク、１２…主バーナ、１３…パイロットバーナ、１４…点火トランス、１５…火炎検出器、１６…ポンプ、１７…温度センサ、２１…ガス圧力スイッチ、２２…第１安全遮断弁、２３…第２安全遮断弁、２４…第３安全遮断弁、２５…第４安全遮断弁、３１…ブロア、３２…風圧スイッチ、３３…ダンパ、４１…通信部、４２…燃焼制御部、５１…通信部、５２…安全確認部。

Claims (3)

1. 燃焼炉の燃焼を制御する第１の機器に対してこの第１の機器の動作を制御する制御信号を出力する第１の制御部と、
   前記第１の機器の動作確認をするとともに、前記燃焼を停止させる第２の機器を制御する第２の制御部と
   を備え、
   前記第１の制御部は、前記制御信号を前記第２の制御部に出力し、
   前記第２の制御部は、前記第１の機器の動作確認結果を前記第１の制御部に出力し、
   前記第１の制御部および前記第２の制御部は、前記制御信号および前記動作確認結果に基づいて前記第１の機器に異常があることを確認すると、前記燃焼を停止するための処理を行う
   ことを特徴とする燃焼制御装置。
2. 前記第２の制御部は、前記第２の機器を制御することにより前記燃焼を停止させる
   ことを特徴とする請求項１記載の燃焼制御装置。
3. 前記第１の制御部は、前記第１の機器を制御することにより前記燃焼を停止させる
   ことを特徴とする請求項１または２記載の燃焼制御装置。

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