JP5850311B2

JP5850311B2 - 熱媒ボイラ

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Publication number: JP5850311B2
Application number: JP2011205860A
Authority: JP
Inventors: 浩小澤
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2011-04-18
Filing date: 2011-09-21
Publication date: 2016-02-03
Anticipated expiration: 2031-09-21
Also published as: JP2012233674A

Description

本発明は、熱媒ボイラに関する。

従来から、高温（２５０℃〜３００℃）の熱を利用するために熱媒油を所望される温度まで加熱して負荷に供給する熱媒ボイラが知られている。
熱媒ボイラは、一般的に、負荷側と熱媒ボイラ間を循環する熱媒油の温度を化石燃料の燃焼による燃焼ガスとの熱交換を行うことによって、ほぼ所定の温度に保つように燃焼制御されている。しかしながら、熱媒油の温度は、利用される温度が高いこともあり、加熱される熱媒油の温度は300℃近傍となるため、熱媒ボイラで加熱したあとの排ガス温度が350℃程度と高く、持ち去られるエネルギーが大きく、例えば、小型貫流型の蒸気ボイラのボイラ効率が９２％程度であるのに対して、熱媒ボイラではボイラ効率が８０％程度と熱効率が低い。
ボイラ効率を上げるためには、排ガス温度を下げる必要があるが、熱媒ボイラの場合、給水予熱は不可能であり、さらに定常運転時における油の予熱はほとんど効果が期待できないため、熱媒ボイラの排ガス排出部分に、特許文献１に示されているようにレキュペレータ（熱交換器）を用いて、送風機で燃焼用空気をレキュペレータに押し込みながら、燃焼排ガスと熱交換を行い、燃焼用空気を予熱することが行われている。

特開平０８−３１２９４４号公報

燃焼用空気を加熱した場合、つぎの課題がある。
循環され熱媒ボイラに戻ってくる熱媒油の温度の低下に比例して燃焼量（燃料）を増加させた場合、燃焼量の増加に応じて燃焼用空気を増加させなければならないが、排ガスと熱交換されて予熱された燃焼用空気は体積が膨張するため、送風機の回転数が一定では、ダンパ部分を通過する空気の速度が速くなり、ダンパ部分での圧力損失が増大し、送風機による空気の押し込み量が減り、燃焼用空気の量が減少する。
すなわち、燃焼用の空気が不足（酸素濃度が低下）して燃焼性が悪化する。

さらに、負荷側の変動に伴い燃焼量を変化させることになるが、排ガス温度が変化するため、排ガスとの熱交換量が変化し、燃焼用空気の温度が変化してしまい、空気過多や空気不足が起こり、一酸化炭素の増加や消炎、吹き消えなど燃焼が安定しないといった問題も起こる。

したがって、燃焼用空気の予熱を行う場合には、燃焼量の変化に伴う燃焼用空気の温度変化を的確に捉え、必要な空気量を燃焼部位に送気するように制御を行わなければならない。
このため、特許文献１の技術は、温度上昇による空気の膨張でバーナ部の流速が増大して着火が不安定になることを防止するために、レキュペレータで予熱された空気をバーナに供給する空気流量調整弁を設け、バーナ着火後の所定時間だけ空気流量調整弁を所定の初期開度に保持し、予熱された空気の温度の検出結果に応じて空気流量調整弁の初期開度を変化させてバーナにおいて所定の空気比の範囲内で燃焼を行わせている。
しかしながら、特許文献１の技術では、負荷変動が大きく、バーナ着火後に燃焼量が安定するまでに予熱された燃焼用空気の温度が大きく変化することが予想され、空気比が大きく変化して燃焼が不安定になるおそれがある。
本発明は上記のような点に鑑みなされたもので、燃焼量の変動に応じて燃焼用空気の供給量を的確に制御することで、燃焼性を良好に保ち、燃焼の安定化を図ることができる熱媒ボイラを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために請求項１に記載の発明は、バーナと、設定された燃焼量に応じて気体燃料を前記バーナに供給する燃料供給手段と、前記バーナに燃焼用空気を供給する送風機と、前記送風機と前記バーナとの間に設けられ、前記バーナによる前記気体燃料の燃焼により生成された排ガスによって前記燃焼用空気を予熱する熱交換器と、前記熱交換器により予熱された前記燃焼用空気の予熱温度を検出する燃焼用空気温度検出手段と、前記熱交換器と前記バーナとを接続する空気供給路に設けられ開度が制御されるダンパと、前記設定された燃焼量に応じて、前記ダンパの開度を制御すると共に、前記燃焼用空気温度検出手段で検出された前記予熱温度により、空気比が予め定められた目標空気比となるように前記送風機の回転数を調整する制御手段とを備え、発熱量が異なる気体燃料毎に、前記予熱温度の上限温度が予め設定されており、前記制御手段は、前記送風機の回転数の調整を、前記燃焼用空気温度検出手段で検出される前記予熱温度が前記設定された上限温度を超えないように行うことを特徴とする。

請求項１および後述する請求項２に記載の発明によれば、設定された燃焼量に応じて、ダンパの開度を制御すると共に、燃焼用空気温度検出手段で検出された燃焼用空気の予熱温度から、空気比が予め定められた目標空気比となるように送風機の回転数を調整するようにした。
したがって、燃焼量の変化に応じて、燃焼用空気の供給量を的確に制御することができるので、空気比を目標空気比となるように制御でき、燃焼性を良好に保ち燃焼の安定性を図ることができる。

請求項１に記載の発明によれば、燃焼用空気の予熱温度の上限温度を設定し、その温度を超えないように送風機の回転数を調整するので、目標空気比に近い燃焼効率の良い燃焼性を維持するとともに、予熱による燃焼ガス温度の上昇を抑え、ＮＯｘ（窒素酸化物）の排出を抑制することができる。

請求項２に記載の発明は、バーナと、設定された燃焼量に応じて気体燃料を前記バーナに供給する燃料供給手段と、前記バーナに燃焼用空気を供給する送風機と、前記送風機と前記バーナとの間に設けられ、前記バーナによる前記気体燃料の燃焼により生成された排ガスによって前記燃焼用空気を予熱する熱交換器と、前記熱交換器により予熱された前記燃焼用空気の予熱温度を検出する燃焼用空気温度検出手段と、前記熱交換器と前記バーナとを接続する空気供給路に設けられ開度が制御されるダンパと、前記設定された燃焼量に応じて、前記ダンパの開度を制御すると共に、前記燃焼用空気温度検出手段で検出された前記予熱温度により、空気比が予め定められた目標空気比となるように前記送風機の回転数を調整する制御手段とを備え、発熱量が異なる気体燃料毎に、前記予熱温度の上限温度が予め設定されており、前記熱交換器は、気体燃料毎に設定された前記上限温度以下となるように、前記気体燃料毎に伝熱面積を変えた熱交換器であって、前記気体燃料の種類に合わせて前記予熱温度の上限温度以下となる熱交換器が選択されていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、上限温度に対応して定められた伝熱面積を有する熱交換器を用いるので、熱媒ボイラの効率を高めつつ、燃焼効率を向上させるとともに予熱による燃焼ガス温度の上昇を抑え、ＮＯｘの排出を抑制することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の熱媒ボイラにおいて、前記気体燃料の種類に合わせて選択された熱交換器に対応する前記上限温度を第１上限温度Ｔｈ１とし、前記第１上限温度Ｔｈ１に予め定められた温度を加算した温度を第２上限温度Ｔｈ２としたとき、前記熱交換器は、前記燃焼用空気を前記第２上限温度Ｔｈ２まで予熱することが可能に構成され、前記制御手段は、前記送風機の回転数の調整を、前記予熱温度が前記第１上限温度Ｔｈ１以下となるように行うことを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、気体燃料の燃料種に応じて予熱温度の上限値である第１上限温度Ｔｈ１に予め定めた温度を加算した予熱温度の上限値である第２上限温度Ｔｈ２を熱交換器が有する性能とし、予熱温度が第１上限温度Ｔｈ１を超えたとき、予熱温度を第１上限温度Ｔｈ１以下に下げるように送風機の回転数を調整するようにした。したがって、燃焼用空気の予熱温度は上限温度（第１上限温度Ｔ１）あるいは上限温度に近い温度に維持できるので、熱媒ボイラとして高効率を維持できると共に、ＮＯｘの排出を抑制することができる。
さらに、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱媒ボイラにおいて、前記制御手段による前記送風機の回転数の調整は、前記予熱温度が変化しても空気比を前記目標空気比に維持するに足る燃焼用空気量を前記バーナに供給させるために、前記送風機の回転数と前記予熱温度との相関関係を示す関係式を用いてなされることを特徴とする。
請求項４に記載の発明によれば、送風機の回転数の調整に要する処理を、関係式を用いて行うようにしたので、送風機の回転数の調整を精密に行うことができる。

本発明によれば、燃焼量の変動に応じて燃焼用空気の供給量を的確に制御することで、燃焼性を良好に保ち、燃焼の安定化を図ることができるとともに、ＮＯｘの排出を抑制することができる。

第１の実施の形態に係る熱媒ボイラ１００の構成を示す構成図である。第１の実施の形態に係る熱媒ボイラ１００における缶体１０、ウインドボックス２２、バーナ２４、ダンパ４２の構造を示す斜視図である。（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は第１の実施の形態に係る熱媒ボイラ１００におけるダンパ４２の動作説明図である。燃焼用空気の予熱温度Ｔと送風機２８の回転数Ｎとの相関関係を示す関数の線図である。第１の実施の形態に係る熱媒ボイラ１００の動作を示すフローチャートである。温度差ΔＴと補正係数αとを関連付けたテーブルの説明図である。第２の実施の形態に係る熱媒ボイラ１００の動作を示すフローチャートである。

（第１の実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は熱媒ボイラ１００の構成を示す構成図である。
熱媒ボイラ１００は、缶体１０を含んで構成されている。
図２に示すように、缶体１０は、コイル状に巻回された加熱管１２を備えている。
図１に示すように、加熱管１２の上流端は、熱媒体戻りライン１４であり、負荷側で熱を放出して温度の低下した熱媒油が熱媒ボイラ１００に戻るラインである。加熱管１２の下流端は、負荷側に熱媒を供給する熱媒体供給ライン１６である。
そして、熱媒油が不図示の循環ポンプによって加熱管１２と負荷との間で熱媒体戻りライン１４、熱媒体供給ライン１６を介して循環される。
コイル状に巻回された加熱管１２の内側には燃焼室１８が形成され、この燃焼室１８内で後述するバーナ２４によりガス燃料（気体燃料）が燃焼されることにより、加熱管１２を循環する熱媒油が加熱される。

熱媒ボイラ１００は、図１に示すように、ウインドボックス２２と、バーナ２４と、燃料供給手段２６と、送風機２８と、インバータ３０と、熱交換器３２と、第１、第２、第３、第４の温度センサ３４、３６、３８、４０と、ダンパ４２と、制御装置４４とを含んで構成されている。

ウインドボックス２２は、本例では図２に示すように、缶体１０の上部に設けられており、バーナ２４が収容保持されている。
ウインドボックス２２は、送風機２８から供給される燃焼用空気を均一にバーナ２４に送るための箱体である。ウインドボックス２２から供給された燃焼用空気は、燃料供給手段２６からバーナ２４に供給される燃料（本実施の形態ではガス燃料）とバーナ２４で混合される。

バーナ２４は、図２に示すように、燃料供給手段２６から供給されるガス燃料と燃焼用空気を混合して燃焼させるものである。燃焼用空気と混合されたガス燃料は、バーナ２４により缶体１０の加熱管１２の内側の燃焼室１８で燃焼される。

燃料供給手段２６は、設定された燃焼量に応じて燃料をバーナ２４に供給するものである。
図１に示すように、本実施の形態では、燃料供給手段２６は、ガス燃料供給路２６０２と、遮断弁２６０４と、ガバナ２６０６と、比例弁２６０８と、後述する制御装置４４とを含んで構成されている。
ガス燃料供給路２６０２は、その上流端が不図示のガス供給源に接続され、下流端がバーナ２４に接続されている。
遮断弁２６０４は、ガス燃料供給路２６０２に設けられ、制御装置４４から供給される制御信号により開閉されるものである。
ガバナ２６０６は、ガス燃料供給路２６０２において遮断弁２６０４の下流側に設けられ、ガス燃料供給路２６０２を流れるガス燃料の圧力を一定の圧力に調整するものである。
比例弁２６０８は、ガス燃料供給路２６０２においてガバナ２６０６の下流側に設けられ、モータ２７により開度が調整されるものである。モータ２７はステッピングモータ（パルスモータ）で構成され制御装置４４によりモータ２７の回転量（回転停止位置）が制御されることで比例弁２６０８の開度が調整される。
したがって、制御装置４４により遮断弁２６０４の開閉が制御されることでバーナ２４へのガス燃料の供給および停止が制御され、制御装置４４により比例弁２６０８の開度が調整されることにより、バーナ２４へのガス燃料の供給量、すなわち燃焼量の制御がなされる。

送風機２８は、バーナ２４に燃焼用空気を供給するものである。
送風機２８は、モータ２８０２と該モータ２８０２によって回転される不図示のファンとを備え、モータ２８０２によってファンを回転させることによって、吸入口から常温の空気を吸込み、吐出口から燃焼用空気を吐出する。

インバータ３０は、制御装置４４から供給される制御信号により、送風機２８のモータの回転数を調整するものである。
後述するように、制御装置４４によりインバータ３０を介して送風機２８のモータの回転数が調整されることにより、燃焼用空気の温度に応じて燃焼用空気の供給量が調整される。

熱交換器３２（レキュペレータ）は、１次側３２０２と２次側３２０４とを備えている。
熱交換器３２の１次側３２０２は、燃焼排ガスを外部に導く排ガス供給路４６の途中に接続されている。
熱交換器３２の２次側３２０４は、送風機２８の吐出口とウインドボックス２２とを接続する空気供給路３３の途中に接続されている。
すなわち、熱交換器３２は、バーナ２４による燃料の燃焼により得られる燃焼ガスと循環する熱媒油との熱交換を行った後の燃焼排ガスによって、送風機２８から押し込まれた燃焼用空気を予熱するものである。
以下、熱交換器３２によって予熱された燃焼用空気の温度を予熱温度という。

熱交換器３２によって燃焼排ガスと燃焼用空気との熱交換を行う場合、燃焼温度は燃焼用空気の予熱温度を上げるほど上昇する。燃焼温度が高くなると、燃焼排ガス中に含まれるＮＯｘ濃度が高くなることが知られている。そして、燃焼温度はガス燃料種の違いによって異なる。
発明者らの実験によれば、燃焼排ガスに含まれるＮＯｘ濃度を所定濃度以下に抑制するために必要な予熱温度の上限温度は、例えば、都市ガス（１３Ａ）の場合３００℃程度、液化石油ガス（ＬＰＧ）の場合２００℃程度であることが明らかとなった。予熱温度の上限温度に違いが生じる理由はガス燃料の種類によってその発熱量に違いがあるためである。
したがって、本実施の形態では、ＮＯｘの排出を抑制するために、後述するように予熱温度が上限温度を超えないようにしている。

第１の温度センサ３４は、送風機２８の吐出口の近傍に設けられ、吐出口から空気供給路３３に押し込まれる燃焼用空気の温度を検出し、その検出結果を制御装置４４に供給するものである。この第1の温度センサ３４は、送風機２８の吸入口に設けてもよい。
第２の温度センサ３６は、熱交換器３２により予熱された燃焼用空気の温度、すなわち予熱温度を検出し、その検出結果を制御装置４４に供給するものであり、空気供給路３３のうち熱交換器３２の２次側３２０４の下流端とウインドボックス２２とを接続する部分に設けられている。第２の温度センサ３６は、特許請求の範囲における燃焼用空気温度検出手段を構成する。
第３の温度センサ３８は、排ガス供給路４６のうち熱交換器３２の１次側３２０２の下流端に接続された部分に設けられ、外部に排出される排ガスの温度を検出し、その検出結果を制御装置４４に供給するものである。
第４の温度センサ４０は、熱媒体供給ライン１６のうち缶体１０（加熱管１２）の出口近傍に設けられ、缶体１０から負荷に供給される熱媒油の温度を検出し、その検出結果を制御装置４４に供給するものである。

ダンパ４２は、図１に示すように、板体４２０２を含んで構成されている。
板体４２０２は、空気供給路３３のうち熱交換器３２の２次側３２０４の下流端とウインドボックス２２とを接続する部分に設けられた回転可能に構成され、前記のモータ２７によって比例弁２６０８と同期して回転される。
したがって、制御装置４４から供給される制御信号によりモータ２７が回転することにより板体４２０２が回転し、図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すようにダンパ４２の開度が調整され、ダンパ４２の開度は比例弁２６０８の開度と同期して調整されることになる。
すなわち、モータ２７が回転することにより、ダンパ４２の開度が制御されて空気供給路３３を流れる燃焼用空気の供給量が制御されると共に、比例弁２６０８の開度が制御されて燃焼量が制御される。

制御装置４４は、外部から要求される燃焼量の指令と、第１乃至第４の温度センサ４０からの検出信号とを受け付けると共に、燃料供給手段２６、送風機２８およびダンパ４２を制御するものである。
制御装置４４は、マイクロコンピュータによって構成することができる。
すなわち、マイクロコンピュータは、ＣＰＵと、バスラインを介して接続されたＲＯＭ、ＲＡＭ、インタフェースなどを含んで構成されている。ＲＯＭはＣＰＵが実行する熱媒ボイラの制御プログラムなどを格納し、ＲＡＭはワーキングエリアを提供する。
そして、ＣＰＵが前記の制御プログラムを実行することによって、特許請求の範囲の制御手段が実現される。

制御装置４４は、第４の温度センサ４０の検出温度に基づき、循環する熱媒油の温度を所定温度に維持するよう燃焼量を判断し、遮断弁２６０４を開き、燃焼量に見合う開度になるように比例弁２６０８を開くと共に所定範囲の空気比となるようにダンパ４２の開度を制御する。制御装置４４による燃焼量の設定は、第４の温度センサ４０の検出温度と所定温度との温度差に比例してなされる（比例制御でなされる）。
より詳細には、燃焼用空気の予熱温度が予め定められた一定温度（例えば２５０℃）に維持されているという仮定で、燃焼量毎に、所定範囲の空気比となるダンパ４２の開度を実験的に求める。
そして、モータ２７の回転により燃焼量（比例弁２６０８の開度）が設定されると、所定範囲の空気比となるダンパ４２の開度が得られるように、言い換えると、モータ２７の回転量に応じて比例弁２６０８の開度とダンパ４２の開度とが同期して調整されるように、比例弁２６０８およびダンパ４２を構成しておく。
具体的には、燃焼量毎にモータ２７の回転停止位置を決め、燃焼量と回転停止位置とをデータテーブルとして前記ＲＯＭに記憶しておく。
制御装置４４は、燃焼量を決定すると、決定した燃焼量に基づいて前記データテーブルから読みだした回転停止位置となるようにモータ２７を制御する。これにより、燃焼量に対応して所定範囲の空気比となるダンパ４２の開度が調整される。
ここで、空気比について説明する。
空気は、大気圧で２０．９％の酸素（Ｏ_２）を含んでいる。
空気比は、燃焼用空気の酸素濃度（２０．９％）を、該酸素濃度から排ガスの酸素濃度を差し引いた値で割った値であり、式（１）で定義される。
空気比＝２０．９／（２０．９−排ガス中の酸素濃度）……（１）
したがって、供給した燃料に対して、理論上完全な燃焼を行うだけの空気を供給した場合は、空気比＝１（理論空気量）となる。熱効率的に見れば、空気比＝１は理想であるが、工業的な熱媒ボイラでは、このような理論的な燃焼を達成することが困難であるので、燃料を完全燃焼させるために、理論空気量よりも多い空気、つまり（１）の式に基づけば、空気比＞１となるように供給する。
この場合の所定範囲の空気比とは、不完全燃焼による一酸化炭素の急増や火炎の途中消炎が起こらない燃焼性が得られる、およそ１．１５〜１．４５の範囲である。

そして、制御装置４４は、設定されたダンパ開度において、予熱温度を検出する第２の温度センサ３６の検出値に基づいて、目標空気比を得るように送風機２８の回転数を設定し、該設定した回転数に基づいてインバータ３０を介して送風機２８を調整する。
ここで目標空気比について説明する。
ダンパ４２の開度の設定により前記の所定範囲の空気比あるいはその近傍までの調整は可能であるが、予熱温度は、大気温度、燃焼量や負荷の変動などによって変化する。
この結果、燃焼量によるダンパ４２の開度調整だけでは、空気量の変動が大きくなり、所定範囲の空気比を逸脱したり、空気比が低くなり燃焼性を悪化させることが起こり得る。
このため、送風機２８の回転数を調整することにより、目標空気比になるように調整することが必要となる。
供給する空気量はできる限り理論空気比＝１に近い量が理想であるが、本実施の形態の熱媒ボイラ１００の場合は、この目標空気比はおよそ１．２０１〜１．２３７である。この過剰な空気量は、熱媒ボイラによっても変わる。

制御装置４４（制御手段）による送風機２８の回転数の調整は、燃焼用空気の予熱温度Ｔが変化してもバーナ２４の空気比を目標空気比に維持するに足る燃焼用空気量をバーナ２４に供給させるための、送風機の回転数Ｎと予熱温度Ｔとの相関関係を示す関係式を用いてなされる。
すなわち、制御装置４４は、第２の温度センサ３６で検出された予熱温度Ｔから、以下に説明する関係式に基づいて送風機２８の回転数Ｎを設定し調整する。
図４は、予熱温度Ｔと回転数Ｎとの相関関係を示す関数の線図であり、横軸は予熱温度Ｔ、縦軸は送風機２８の回転数Ｎを示す。
図中、Ｎ＝ｆ（Ｔ）で示されている線が相関関係を示しており、ｆ（Ｔ）は、空気比を目標空気比とするための、予熱温度Ｔに対応する回転数Ｎを求める関係式（相関式）である。
すなわち、空気比が目標空気比となるように、熱交換器３２の出口における予熱温度Ｔと、送風機２８の回転数Ｎとの相関関係を示す曲線を計算により求め、この曲線を示す相関式を作成し制御装置４４の制御プログラムに組み込む。
このような関係式の作成は、従来公知の様々な方法が使用可能である。

熱媒ボイラ１００に使用されるガス燃料（ガス種）は、熱媒ボイラ１００を使用するユーザによって決定される。
また、前述したように、複数種存在するガス燃料毎に発熱量が変わるので、燃焼用空気の上限温度は熱媒ボイラ１００で使用されるガス燃料に対して予め設定されることになる。以下の説明では、熱媒ボイラ１００でガス燃料に対して予め設定される予熱温度Ｔの上限温度をＴｈとする。
そこで、制御装置４４は、燃焼用空気の予熱温度Ｔが上限温度Ｔｈを超えないように、該制御装置４４により予熱温度Ｔに基づいて調整された送風機２８の回転数Ｎを調整する。すなわち、制御装置４４は、通常時は空気比が目標空気比となるようによる送風機２８の回転数Ｎの調整を行う一方、燃焼用空気の予熱温度Ｔが上限温度Ｔｈを超えようとした場合は、送風機２８の回転数Ｎをさらに上げて空気比がさらに高くなるようにすることで、燃焼用空気の予熱温度Ｔが上限温度Ｔｈを超えないようにする。

次に、熱媒ボイラ１００の動作について図５のフローチャートを参照して説明する。
予め熱媒ボイラ１００は停止状態にあるものとする。
熱媒ボイラ１００が起動されると、前記の循環ポンプは、缶体１０と負荷との間での熱媒油の循環を開始する。これと同時に制御装置４４が起動することにより図５の処理が実行される。

制御装置４４は、第４の温度センサ４０により検出された熱媒油の温度と、予め設定された熱媒油の目標温度との温度差に基づいて燃焼量（燃料の量）を設定する（ステップＳ１０、Ｓ１２）。

次に、制御装置４４は、設定された燃焼量に基づいて燃料供給手段２６を制御してガス燃料をバーナ２４に供給し、設定された燃焼量に応じてダンパ４２の開度を設定し、ダンパ４２のモータ４２０４を制御してダンパ４２を設定した開度とする（ステップＳ１４）。

次に、制御装置４４は、第２の温度センサ３６で検出された予熱温度Ｔの検出結果を受け付け、予熱温度Ｔが上限温度Ｔｈ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１６、Ｓ１８）。
制御装置４４は、予熱温度Ｔが上限温度Ｔｈ以下であれば、予熱温度Ｔに基づいて前記の関係式から送風機２８の回転数Ｎを算出する（ステップＳ２０）。
次いで、制御装置４４は、インバータ３０を介して送風機２８の回転数が回転数Ｎとなるように制御し（ステップＳ２２）、ステップＳ１０に戻り、同様の処理を繰り返して実行する。

一方、ステップＳ１８で、予熱温度Ｔが上限温度Ｔｈを超えていれば、制御手段４４は、予熱温度Ｔに基づいて前記の関係式から送風機２８の回転数Ｎを算出し（ステップＳ２４）、予熱温度Ｔと上限温度Ｔｈとの温度差（ΔＴ＝Ｔｈ−Ｔ）に基づいて後述する補正係数αを算出し（ステップＳ２６）、この補正係数αを回転数Ｎに乗算した回転数αＮを算出する（ステップＳ２８）。
ここで補正係数αについて説明する。
図６は、温度差ΔＴと補正係数αとを関連付けたテーブルの説明図であり、制御装置４４には、予めこのテーブルが格納されている。
図６に示すように、補正係数αは、温度差ΔＴの値が大きくなるほど値が大きくなるように定められている。
例えば、ある燃焼量において第２の温度センサ３６で検出される予熱温度Ｔが上限温度Ｔｈよりも小さい場合、予熱温度Ｔに応じて目標空気比となるように送風機２８の回転数Ｎが決定され制御されている（補正係数α＝１）。
補正係数αは、第２の温度センサ３６で検出される予熱温度Ｔが上限温度Ｔｈよりも大きくなったとき、α＝１として回転している送風機２８の回転数Ｎに温度差ΔＴに応じて乗じる値である。
このように温度差ΔＴに応じて実験的に補正係数αを決めても良い。
あるいは、第２の温度センサ３６で予熱温度Ｔを検出しながら、所定時間毎に、例えば０．０１／分の変化率で補正係数αを大きくしながら回転数αＮを求めるようにしてもよい。
次いで、制御装置４４は、インバータ３０を介して送風機２８の回転数が回転数αＮとなるように制御し（ステップＳ３０）、ステップＳ１８に戻り、同様の処理を繰り返して実行する。
このような処理がなされることにより、燃焼用空気の予熱温度Ｔは上限温度Ｔｈ以下となるように制御される。

以上説明したように本実施の形態によれば、設定された燃焼量に応じて、ダンパ４２の開度を制御すると共に、第２の温度センサ３６で検出された予熱温度Ｔから、バーナ２４の空気比が予め定められた目標空気比となるように送風機２８の回転数Ｎを調整するようにした。
したがって、燃焼量の変動に応じて燃焼用空気の供給量を的確に制御することにより、燃焼用空気を的確に予熱して排ガス温度を下げることでボイラ効率（燃焼効率）を高めることができ、かつ、負荷の増大に応じて燃焼量（燃料）を増加させた場合に、的確に燃焼用空気を増加させつつ、予熱された燃焼用空気の熱膨張に伴う燃焼用空気の供給量の減少を抑制して空気比を目標空気比となるように送風機２８を制御できるため、燃焼性を良好に保ち、燃焼の安定化を図ることができる。
したがって、燃焼量の変化に応じて、燃焼用空気の供給量を的確に制御することができるので、空気比を目標空気比となるように制御でき、燃焼性を良好に保ち燃焼の安定性を図ることができる。

また、本実施の形態によれば、送風機２８の回転数Ｎの調整は、燃焼用空気の予熱温度Ｔが変化してもバーナ２４の空気比を目標空気比に維持するに足る燃焼用空気量をバーナ２４に供給させるための、送風機２４の回転数Ｎと予熱温度Ｔとの相関関係を示す関係式を用いて行うようにしたので、送風機２４の回転数Ｎの調整を精密に行うことができる。

また、本実施の形態によれば、発熱量が異なるガス燃料毎に、燃焼用空気の予熱温度Ｔの上限温度Ｔｈを予め設定しておき、検出される予熱温度Ｔが設定された上限温度Ｔｈを超えないように送風機２４の回転数Ｎを調整するようにした。
したがって、予熱温度Ｔが上限温度Ｔｈを超えないように制御されるので、目標空気比に近い燃焼効率の良い燃焼性を維持するとともに、予熱による燃焼ガス温度の上昇を抑え、ＮＯｘの排出を抑制することができる。

（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態について説明する。
なお、以下の実施の形態において第１の実施の形態と同様の部分については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
第１の実施の形態では、制御装置４４によって、予熱温度Ｔが上限温度Ｔｈを超えないように送風機２４の回転数Ｎを調整する場合について説明したが、第２の実施の形態では、予熱温度Ｔが上限温度Ｔｈを超えないようにするために、ガス燃料毎に伝熱面積を変えた熱交換器３２を準備しておき、熱媒ボイラ１００に使用するガス燃料の種類に合わせて上限温度Ｔｈ以下となる熱交換器３２を選択するようにした。

第２の実施の形態における熱媒ボイラ１００の動作について図７のフローチャートを参照して説明する。なお、図１のフローチャートの処理ステップと同一内容の処理ステップについては同一の符号を付して説明する。

制御装置４４は、第４の温度センサ４０により検出された熱媒油の温度と、予め設定された熱媒油の目標温度との温度差に基づいて燃焼量（燃料の量）を設定する（ステップＳ１０、Ｓ１２）。
次に、制御装置４４は、設定された燃焼量に基づいて燃料供給手段２６を制御してガス燃料をバーナ２４に供給し、設定された燃焼量に応じてダンパ４２の開度を設定し、ダンパ４２のモータ４２０４を制御してダンパ４２を設定した開度とする（ステップＳ１４）。
次に、制御装置４４は、第２の温度センサ３６で検出された予熱温度Ｔの検出結果を受け付ける（ステップＳ１６）。
制御装置４４は、検出された予熱温度Ｔに基づいて前記の関係式から送風機２８の回転数Ｎを算出する（ステップＳ２０）。
次いで、制御装置４４は、インバータ３０を介して送風機２８の回転数が回転数Ｎとなるように制御し（ステップＳ２２）、ステップＳ１０に戻り、同様の処理を繰り返して実行する。

このような処理がなされることにより、空気比が理想空気比となるように送風機２８の回転数Ｎの調整が行われる。前述したように、熱交換器３２として熱媒ボイラ１００に使用するガス燃料の種類に合わせて上限温度Ｔｈ以下となるものが選択されているため、燃焼用空気の予熱温度Ｔは上限温度Ｔｈ以下となるように制御される。

このような第２の実施の形態においては、燃料種に応じた上限温度Ｔｈを超えないようにして、燃焼量の変化に応じて、燃焼用空気の供給量を的確に制御することができるので、空気比を目標空気比となるように制御でき、燃焼性を良好に保ち燃焼の安定性を図ることができるとともに、ＮＯｘの排出を抑制することができる。

（第３の実施の形態）
次に第３の実施の形態について説明する。
第２の実施の形態で説明では、ガス燃料毎に伝熱面積を変えた熱交換器３２を準備しておき、熱媒ボイラ１００に使用するガス燃料の種類に合わせて上限温度Ｔｈ以下となる熱交換器３２を選択するようにした。
しかしながら、実際には、大気温度の変化や湿度の変化などによって、燃焼ガスの温度が上下し、予熱温度Ｔが上限温度Ｔｈを上回ってしまう場合や、上限温度Ｔｈよりも低い温度となってしまい、熱媒ボイラの効率が低くなってしまうことが懸念される。
そこで、予め大気温度の変化や湿度の変化による影響を考慮し、第３の実施の形態では、熱交換器３２での熱交換における予熱温度の最大値が燃料種に応じて設定された予熱温度を超えないようにするのではなく、燃料種に応じて設定された予熱温度の上方に余裕をもたせた設計としておき、これを燃料種に応じて選択できるようにすると共に、送風機２８の回転数Ｎを的確に調整することで燃焼ガス温度の上昇の抑制を図るようにしたものである。
すなわち、第３の実施の形態では、ガス燃料毎に設定された上限温度を第１上限温度Ｔｈ１とし、第１上限温度Ｔｈ１に予め定められた温度を加算した温度を第２上限温度Ｔｈ２とし、熱交換器３２は、燃焼用空気を第２上限温度Ｔｈ２まで予熱することが可能に構成されている。
そして、制御装置４４は、送風機２８の回転数Ｎの調整を、予熱温度Ｔが第１上限温度Ｔｈ１以下となるように行う。
第３の実施の形態における熱媒ボイラ１００の動作は、図５に示した第１の実施の形態と同様であり、図５の上限温度Ｔｈを第１上限温度Ｔｈ１に読み替えたものとなる。
すなわち、制御装置４４は、通常時は空気比が目標空気比となるようによる送風機２８の回転数Ｎの調整を行う一方、燃焼用空気の予熱温度Ｔが第１上限温度Ｔｈを超えようとした場合は、送風機２８の回転数Ｎをさらに上げて空気比がさらに高くなるようにすることで、予熱温度Ｔが第１上限温度Ｔｈ１以下となるように制御する。

このような第３の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、燃焼量の変化に応じて、燃焼用空気の供給量を的確に制御することができるので、空気比を目標空気比となるように制御でき、燃焼性を良好に保ち燃焼の安定性を図ることができることは無論のこと以下の効果が奏される。
すなわち、ガス燃料の燃料種に応じて予熱温度Ｔの上限値である第１上限温度Ｔｈ１に予め定めた温度を加算した予熱温度Ｔの上限値である第２上限温度Ｔｈ２を熱交換器３２が有する性能とした。そして、予熱温度Ｔが第１上限温度Ｔｈ１を超えたとき、予熱温度Ｔを第１上限温度Ｔｈ１以下に下げるように送風機２８の回転数Ｎを調整するようにした。したがって、燃焼用空気の予熱温度Ｔは上限温度（第１上限温度Ｔ１）あるいは上限温度に近い温度に維持できるので、熱媒ボイラとして高効率を維持できると共に、ＮＯｘの排出を抑制することができる。

１００……熱媒ボイラ
１０……缶体
１２……加熱管
１５……燃焼室
１４……熱媒体戻りライン
１６……熱媒体供給ライン
１８……燃焼室
２２……ウインドボックス
２４……バーナ
２６……燃料供給手段
２８……送風機
３０……インバータ
３２……熱交換器
３４……第１の温度センサ
３６……第２の温度センサ（燃焼用空気温度検出手段）
３８……第３の温度センサ
４０……第４の温度センサ
４２……ダンパ
４４……制御手段（制御手段）
１００……熱媒ボイラ

Claims

バーナと、
設定された燃焼量に応じて気体燃料を前記バーナに供給する燃料供給手段と、
前記バーナに燃焼用空気を供給する送風機と、
前記送風機と前記バーナとの間に設けられ、前記バーナによる前記気体燃料の燃焼により生成された排ガスによって前記燃焼用空気を予熱する熱交換器と、
前記熱交換器により予熱された前記燃焼用空気の予熱温度を検出する燃焼用空気温度検出手段と、
前記熱交換器と前記バーナとを接続する空気供給路に設けられ開度が制御されるダンパと、
前記設定された燃焼量に応じて、前記ダンパの開度を制御すると共に、前記燃焼用空気温度検出手段で検出された前記予熱温度により、空気比が予め定められた目標空気比となるように前記送風機の回転数を調整する制御手段とを備え、
発熱量が異なる気体燃料毎に、前記予熱温度の上限温度が予め設定されており、
前記制御手段は、前記送風機の回転数の調整を、前記燃焼用空気温度検出手段で検出される前記予熱温度が前記設定された上限温度を超えないように行う
ことを特徴とする熱媒ボイラ。
バーナと、
設定された燃焼量に応じて気体燃料を前記バーナに供給する燃料供給手段と、
前記バーナに燃焼用空気を供給する送風機と、
前記送風機と前記バーナとの間に設けられ、前記バーナによる前記気体燃料の燃焼により生成された排ガスによって前記燃焼用空気を予熱する熱交換器と、
前記熱交換器により予熱された前記燃焼用空気の予熱温度を検出する燃焼用空気温度検出手段と、
前記熱交換器と前記バーナとを接続する空気供給路に設けられ開度が制御されるダンパと、
前記設定された燃焼量に応じて、前記ダンパの開度を制御すると共に、前記燃焼用空気温度検出手段で検出された前記予熱温度により、空気比が予め定められた目標空気比となるように前記送風機の回転数を調整する制御手段とを備え、
発熱量が異なる気体燃料毎に、前記予熱温度の上限温度が予め設定されており、
前記熱交換器は、気体燃料毎に設定された前記上限温度以下となるように、前記気体燃料毎に伝熱面積を変えた熱交換器であって、前記気体燃料の種類に合わせて前記予熱温度の上限温度以下となる熱交換器が選択されている
ことを特徴とする熱媒ボイラ。
前記気体燃料の種類に合わせて選択された熱交換器に対応する前記上限温度を第１上限温度Ｔｈ１とし、前記第１上限温度Ｔｈ１に予め定められた温度を加算した温度を第２上限温度Ｔｈ２としたとき、前記熱交換器は、前記燃焼用空気を前記第２上限温度Ｔｈ２まで予熱することが可能に構成され、
前記制御手段は、前記送風機の回転数の調整を、前記予熱温度が前記第１上限温度Ｔｈ１以下となるように行うことを特徴とする、
請求項２に記載の熱媒ボイラ。
前記制御手段による前記送風機の回転数の調整は、
前記予熱温度が変化しても空気比を前記目標空気比に維持するに足る燃焼用空気量を前記バーナに供給させるために、前記送風機の回転数と前記予熱温度との相関関係を示す関係式を用いてなされることを特徴とする、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱媒ボイラ。