JP6369677B2

JP6369677B2 - ボイラ

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Publication number: JP6369677B2
Application number: JP2014126840A
Authority: JP
Inventors: 藤原　達也; 達也藤原
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2014-06-20
Filing date: 2014-06-20
Publication date: 2018-08-08
Anticipated expiration: 2034-06-20
Also published as: JP2016006356A

Description

本発明は、ガス焚きのボイラに関するものである。

ガス焚きのボイラでは、バーナへのガス供給路に、バーナへのガス供給の有無を切り替える遮断弁が設けられている。この遮断弁の閉鎖時の弁越し漏れ（閉鎖不良によるガス漏れ）の有無や量を監視してボイラを制御する方法として、たとえば下記特許文献１に開示される技術が知られている。

この従来技術では、ポストパージ中、二重遮断弁間の圧力変化に基づき、各遮断弁の弁越し漏れの有無を判定し、この漏れがあると判定した場合、漏れ量を求めて、その漏れ量が許容値以下であるか否かを判定する。そして、漏れが検出されなかった場合、プレパージを省略して着火動作へ移行可能とする一方、漏れが検出された場合、漏れ量が許容値以下であればプレパージ後に着火動作へ移行可能とし、漏れ量が許容値よりも多ければポストパージを継続して着火動作への移行を阻止する。つまり、従来技術では、漏れの有無と量を求めて、漏れが全くない場合にのみプレパージを省略し、許容値以下の漏れがある場合はプレパージを行い、許容値を超える漏れがある場合はポストパージを継続する。

特許第３９３１６１９号公報

遮断弁閉鎖中の弁越し漏れの検出には、単に設定流量を超える漏れがあるか否かを確認するのが簡易で迅速に行える。但し、この場合、漏れがないと判定しても、最悪のケースとして、前記設定流量の漏れがあり得ることを考慮しなければならない。微量に漏れたガスが炉内に溜まるおそれがあり、その場合の安全対策が必要となる。

この点を考慮して、従来技術では、漏れ量が許容値以下であっても、着火動作への移行前、プレパージを行っているといえる。ところが、プレパージの実行分だけ着火が遅れ、負荷追従性（蒸気ボイラの場合は蒸気圧変動に対する応答性）に劣ることになる。また、プレパージにより炉内の熱が外部へ放出されるので、放熱損失が増すことになる。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、簡易で迅速に弁越し漏れを検出でき、安全性を確保しながら、負荷追従性に優れ、放熱損失も低減できるボイラを提供することにある。

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、バーナへのガス供給の有無を切り替える遮断弁と、この遮断弁の閉鎖中、設定流量を超えるガスの弁越し漏れの有無を判定する漏れ検出手段と、前記バーナの燃焼停止中、前記漏れ検出手段により、前記設定流量を超える漏れを検出した場合、着火動作へ移行不能とする一方、前記設定流量を超える漏れを検出しない場合、前記遮断弁閉鎖後のパージの終了から安全待機時間内であればプレパージなしで着火動作へ移行可能とする運転制御手段とを備え、前記設定流量を超える漏れを検出しない場合、前記バーナの燃焼停止による待機中、前記安全待機時間ごとに炉内をパージすることを特徴とするボイラである。

請求項１に記載の発明によれば、遮断弁の閉鎖中、設定流量を超えるガスの弁越し漏れの有無を判定することができる。そして、設定流量を超える漏れを検出した場合、着火動作へ移行不能とするので、安全性を確保することができる。一方、設定流量を超える漏れを検出しない場合、パージ後の所定の安全待機時間内であればプレパージなしで着火動作へ移行可能とするので、安全性を確保しながら、負荷追従性に優れ、放熱損失も低減することができる。
また、請求項１に記載の発明によれば、設定流量を超える漏れを検出しない場合、ボイラの待機中、安全待機時間ごとに炉内をパージすることで、炉内のガス濃度が爆発下限界濃度を超えることがないので、安全性を確保することができる。

請求項２に記載の発明は、前記設定流量を超える漏れを検出しない場合でも、最大、前記設定流量の漏れがあり得ると仮定して、炉内容積、ガスの爆発下限界濃度および前記設定流量に基づき、炉内のガス濃度が爆発下限界濃度に至るまでの時間内で、前記安全待機時間が設定されることを特徴とする請求項１に記載のボイラである。

請求項２に記載の発明によれば、設定流量を超える漏れを検出しない場合、炉内のガス濃度が爆発下限界濃度に至るまでの時間内で、安全待機時間を設定し、その安全待機時間内であればプレパージなしで着火動作へ移行可能とするので、安全性を確保しながら、負荷追従性に優れ、放熱損失も低減することができる。

請求項３に記載の発明は、前記パージ間の待機中、負荷要求があれば、プレパージなしで着火動作へ移行することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のボイラである。

請求項３に記載の発明によれば、設定流量を超える漏れを検出しない場合、ボイラの待機中、安全待機時間ごとに炉内をパージすることで、炉内のガス濃度が爆発下限界濃度を超えることがないので、プレパージなしで着火動作へ移行しても安全である。また、プレパージなしで着火動作へ移行可能とするので、負荷追従性に優れる。

請求項４に記載の発明は、前記遮断弁の閉鎖直後、ポストパージを行い、前記遮断弁閉鎖後のパージの内、前記ポストパージ以外のパージ中、負荷要求があれば、実行中のパージを途中で中止して、着火動作へ移行することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のボイラである。

請求項４に記載の発明によれば、設定流量を超える漏れを検出しない場合、ボイラの待機中、安全待機時間ごとに炉内をパージすることで、炉内のガス濃度が爆発下限界濃度を超えることがないので、パージ中、そのパージを中止して、プレパージなしで着火動作へ移行しても安全である。また、プレパージなしで着火動作へ移行可能とするので、負荷追従性に優れる。

請求項５に記載の発明は、前記バーナへのガス供給路に、前記遮断弁が一対、直列に設けられており、前記遮断弁の閉鎖中、前記設定流量を超える漏れを検出しない場合でも、前記遮断弁間の圧力を開放した状態で閉鎖された前記遮断弁間の圧力が所定圧力を超えないことを常時監視することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のボイラである。

請求項５に記載の発明によれば、設定流量を超える漏れを検出しない場合でも、遮断弁間の圧力が所定圧力を超えないことを常時監視することで、比較的長時間に亘る微量のガス漏れの有無を監視することができる。

さらに、請求項６に記載の発明は、前記所定圧力をＰ_ｉｎ×αに設定して、前記遮断弁の閉鎖中の弁越し漏れ流量がＱ_ｍａｘ×√αを超えないことを監視する（但し、Ｑ_ｍａｘは前記設定流量、Ｐ_ｉｎはガス供給圧、αは１未満の数値）ことを特徴とする請求項５に記載のボイラである。

請求項６に記載の発明によれば、設定流量を超える漏れを検出しない場合でも、遮断弁間の圧力がＰ_ｉｎ×αを超えないことを常時監視することで、弁越し漏れ流量がＱ_ｍａｘ×√αを超えないことを保証することができる。

本発明のボイラによれば、簡易で迅速に弁越し漏れを検出でき、安全性を確保しながら、負荷追従性に優れ、放熱損失も低減できる。

本発明の一実施例のボイラを示す概略図であり、一部を断面にして示している。

以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例のボイラ１を示す概略図であり、一部を断面にして示している。

本実施例のボイラ１は、ガス焚きの多管式貫流ボイラであり、多数の水管２を備えた缶体３と、この缶体３の水管２を加熱するバーナ４と、このバーナ４に燃焼用空気を供給する送風機５と、前記バーナ４に燃料ガスを供給するガス供給路６と、前記缶体３から排ガスを導出する排ガス路７とを備える。

缶体３は、上部管寄せ８と下部管寄せ９との間を多数の水管２で接続して構成され、缶体カバー（図示省略）で覆われる。缶体３の形状は、特に問わないが、本実施例では角形とされる。缶体３は、給水路１０を介して下部管寄せ９から水管２内へ適宜給水され、水管２内の水位は所望に維持される。缶体３は、一端部にバーナ４が設けられ、他端部に排ガス路７が接続される。排ガス路７には、所望によりエコノマイザが設けられる。バーナ４からの燃焼ガス（当初は火炎を含む）は、各水管２内の水と熱交換した後、排ガスとして排ガス路７から導出される。バーナ４からの燃焼ガスにより、各水管２内の水は加熱され、蒸気として、上部管寄せ８から気水分離器（図示省略）を介して、蒸気路１１へ導出される。その蒸気は、所望により蒸気ヘッダなどを介して、各種の蒸気使用設備へ送られる。

バーナ４は、本実施例では予混合バーナとされるが、場合により先混合バーナとされてもよい。図示例では、平面状の燃焼面（予混合気噴出面）を有する完全予混合式のバーナとされる。このバーナ４は、燃焼の有無をオンオフで切り替えられてもよいし、燃焼量を段階的または連続的に調整されてもよい。たとえば、バーナ４は、高燃焼（１００％燃焼）、低燃焼（たとえば５０％燃焼）および停止の三位置で、燃焼量を切り替えられる。もしくは、バーナ４は、高燃焼、中燃焼、低燃焼および停止の四位置で、燃焼量を切り替えられる。または、バーナ４は、負荷要求の増減に比例して、連続的に燃焼量を調整される。いずれにしても、バーナ４には、燃焼量に応じた量の燃焼用空気とガスとが供給される。

バーナ４への燃焼用空気の供給は、送風機５からの空気を、燃焼用空気路１２を介して送り込むことでなされる。燃焼用空気の流量の調整は、燃焼用空気路１２にダンパ（傾斜角度を変更可能な板材）１３を設けてこのダンパ１３の位置を調整するが、これに代えてまたはこれに加えて、インバータを用いて送風機５のモータの回転速度を変えてもよい。

バーナ４へのガスの供給は、本実施例では、ガス供給路６からのガスを、燃焼用空気路１２を介して送り込むことでなされる。燃焼用空気路１２にダンパ１３が設けられる場合、燃焼用空気路１２には、ダンパ１３より下流において、ガス供給路６からガスが供給される。ガス供給路６からのガスは、燃焼用空気路１２内において噴出され、送風機５からの空気に混合されて、バーナ４へ送られる。

ガス供給路６には、ガス供給の有無を切り替える遮断弁１４が設けられる。本実施例では、ガス供給路６には、直列に配置された一対の遮断弁（上流側遮断弁１４Ａ，下流側遮断弁１４Ｂ）と、オリフィス１５とが順に設けられる。バーナ４へのガス供給を実行する際、各遮断弁１４を開放し、バーナ４へのガス供給を停止する際、各遮断弁１４を閉鎖する。本実施例では、下流側遮断弁１４Ｂは、開放時、その出口側のガス圧力を所望圧力に維持する機能を備える。さらに、ガス供給路６には、各遮断弁１４より下流に、流量調整弁（図示省略）が設けられてもよい。燃焼量に応じて、流量調整弁の開度を変更することで、燃焼量に応じた空気比に調整することができる。

バーナ４がパイロットバーナを用いて点火される点火方式の場合、ボイラ１は、前記バーナとしてのメインバーナ４の他、パイロットバーナ（図示省略）をさらに備える。パイロットバーナは、メインバーナ４に近接して設けられ、点火装置により点火される。パイロットバーナの燃焼時、パイロットバーナには、燃焼用空気とガスとが供給される。パイロットバーナに燃焼用空気を供給する送風機は、メインバーナ４に燃焼用空気を供給する送風機５と同一あるいは一体的に構成されてもよいし、メインバーナ４用の送風機５と別に備えられてもよい。いずれにしても、所望によりダンパも用いて、各バーナへの燃焼用空気の供給の有無や量を、個別に変更可能に構成するのがよい。

本実施例のボイラ１は、さらに、各遮断弁１４の閉鎖中、一方または双方の遮断弁１４について、設定流量を超えるガスの弁越し漏れ（閉鎖すべき条件での閉鎖不良によるガス漏れ）の有無を判定する漏れ検出手段１６を備える。漏れ検出手段１６は、その具体的構成を特に問わないが、典型的には、遮断弁１４間の圧力を監視して弁越し漏れの有無を判定する。この場合、漏れ検出手段１６は、遮断弁１４間に圧力検出手段（圧力スイッチまたは圧力センサ）を備える。そして、制御器が、必要に応じて各遮断弁１４の開閉などを制御しつつ、圧力検出手段による検出信号に基づき、設定流量を超える弁越し漏れの有無を判定する。この制御器は、後述する運転制御手段（図示省略）の制御器と統一して構成されてもよい。あるいは、漏れ検出手段１６の圧力検出手段と制御器などが、バルブプルービングシステム（ＶＰＳ）１６Ａとしてユニット化されてもよい。その場合、後述する運転制御手段の制御器は、バルブプルービングシステム１６Ａによる遮断弁１４の弁越し漏れの判定結果を取得して、ボイラ１を制御する。

本実施例の漏れ検出手段１６は、以下のようにして、各遮断弁１４の弁越し漏れの有無を判定するが、場合により一部の判定機能（たとえば下流側遮断弁１４Ｂの判定機能）のみを有していてもよい。あるいは、両遮断弁１４について弁越し漏れの判定を行う場合でも、後述する運転制御手段による制御では、両遮断弁１４の弁越し漏れの判定結果の内、いずれか一方の判定結果のみを利用してもよい。

上流側遮断弁１４Ａの弁越し漏れの判定は、下記（Ａ１）または（Ａ２）によりなされる。

（Ａ１）一対の遮断弁１４を閉じた後、その遮断弁１４間は、漏れ検出手段１６の所定機構を介して（言い換えれば下流側遮断弁１４Ｂを介さずに）、大気圧に開放される。そして、その開放部を閉じた状態で、遮断弁１４間の圧力を監視する。遮断弁１４間に所定の圧力上昇があれば（たとえば第一設定時間内に第一設定圧力を上回れば）、上流側遮断弁１４Ａに設定流量を超える漏れがあると判定する。一方、そのような圧力上昇がなければ、上流側遮断弁１４Ａに設定流量を超える漏れはないと判定する。

（Ａ２）一対の遮断弁１４を閉じた状態で、下流側遮断弁１４Ｂを一旦開いた後、閉じる。あるいは、バーナ４の燃焼停止に際して遮断弁１４を閉じる際、まずは上流側遮断弁１４Ａを閉じた後、遅れて下流側遮断弁１４Ｂを閉じる。いずれの場合も、遮断弁１４間の圧力を所定（本実施例では炉内圧）まで下げることができ、その後、遮断弁１４間の圧力を監視する。遮断弁１４間に所定の圧力上昇があれば（たとえば第二設定時間内に第二設定圧力を上回れば）、上流側遮断弁１４Ａに設定流量を超える漏れがあると判定する。一方、そのような圧力上昇がなければ、上流側遮断弁１４Ａに設定流量を超える漏れはないと判定する。

下流側遮断弁１４Ｂの弁越し漏れの判定は、下記（Ｂ１）または（Ｂ２）によりなされる。

（Ｂ１）一対の遮断弁１４を閉じた後、その遮断弁１４間には、漏れ検出手段１６の所定機構を介して（言い換えれば上流側遮断弁１４Ａを介さずに）、ガス供給源からのガスが供給可能とされる。たとえば、遮断弁１４間の圧力を開放した後、その開放部を閉じた状態で、遮断弁１４間にガス供給圧をかける。閉鎖された遮断弁１４間を所定に昇圧（たとえば第三設定時間内に第三設定圧力まで昇圧）できなければ、下流側遮断弁１４Ｂに設定流量を超える漏れがあると判定する。一方、所定に昇圧できれば、下流側遮断弁１４Ｂに設定流量を超える漏れはないと判定する。

（Ｂ２）一対の遮断弁１４を閉じた状態で、上流側遮断弁１４Ａを一旦開いた後、閉じる。あるいは、バーナ４の燃焼停止に際して遮断弁１４を閉じる際、まずは下流側遮断弁１４Ｂを閉じた後、遅れて上流側遮断弁１４Ａを閉じる。いずれの場合も、遮断弁１４間にガス供給圧をかけた状態とでき、その後、遮断弁１４間の圧力を監視する。遮断弁１４間に所定の圧力降下があれば（たとえば第四設定時間内に第四設定圧力を下回れば）、下流側遮断弁１４Ｂに設定流量を超える漏れがあると判定する。一方、そのような圧力降下がなければ、下流側遮断弁１４Ｂに設定流量を超える漏れはないと判定する。

なお、ここでは、遮断弁１４間の圧力が設定時間内に設定圧力を上回るか（あるいは下回るか）に基づき、設定流量を超える弁越し漏れの有無を判定したが、圧力センサで圧力上昇速度（あるいは圧力下降速度）を監視して、設定流量を超える弁越し漏れの有無を判定してもよい。

ボイラ１は、運転制御手段としての制御器（図示省略）より制御される。特に、制御器は、送風機５のモータ、ダンパ１３の位置調整装置、各遮断弁１４および漏れ検出手段１６などに接続されており、負荷要求に基づきバーナ４の燃焼を制御する。

蒸気ボイラの場合、負荷要求は、蒸気の使用負荷であり、蒸気圧（缶体３内またはそこから蒸気が供給される箇所の蒸気圧）に基づき監視できる。負荷要求が大きいと蒸気圧が下がる一方、負荷要求が少ないと蒸気圧が上がる。そこで、圧力検出器（圧力センサまたは圧力スイッチ）により、蒸気圧を監視する。制御器は、蒸気圧が上限圧力を上回ると、負荷要求がない判定する一方、蒸気圧が下限圧力を下回ると、負荷要求があると判定する。負荷要求がない場合、バーナ４の燃焼を停止する一方、負荷要求がある場合、バーナ４を燃焼させる。バーナ４の燃焼中、前述したように、負荷要求の増減に応じて、バーナ４の燃焼量を段階的にまたは連続的に調整してもよい。

バーナ４においてガスを燃焼させるには、送風機５を作動させると共に各遮断弁１４を開放して、パイロットバーナ（または点火装置）により点火すればよい。一方、バーナ４における燃焼を停止するには、各遮断弁１４を閉鎖すればよい。バーナ４の燃焼停止による待機中、送風機５を停止させるが、それに代えてまたはそれに加えて、送風機５の入口側もしくは出口側にダンパを設けてそのダンパを閉じるか、排ガス路にダンパを設けてそのダンパを閉じてもよい。

バーナ４の燃焼量の調整は、バーナ４へ供給される燃焼用空気とガスの流量を調整してなされる。燃焼用空気の流量の調整は、ダンパ１３の位置を調整するか、これに代えてまたはこれに加えて、インバータを用いて送風機５のモータの回転速度を変えることでなされる。一方、ガスの流量の調整は、ガス供給路６に設けた流量調整弁（図示省略）の開度を変更すればよい。

各遮断弁１４の閉鎖中（つまりバーナ４の燃焼停止中）、設定タイミングにおいて、漏れ検出手段１６により、一方または双方の遮断弁１４について、設定流量を超えるガスの弁越し漏れの有無を判定する。設定流量を超える弁越し漏れを検出した場合、制御器は、その後の着火を認めない。設定流量として、たとえば５［Ｌ／ｈｒ］が設定され、その判定に必要な圧力変化（たとえば下流側遮断弁１４Ｂの検査時の圧力降下）は、たとえば１５０［Ｐａ／ｓ］程度であり、十分な安全性が確保される。

制御器は、設定流量を超える弁越し漏れを検出しない場合、ポストパージ（また後述する待機中の間欠的な各パージ）後、所定の安全待機時間内であれば、負荷要求があると、プレパージなしに着火動作へ移行させる。ポストパージとは、バーナ４の燃焼停止直後に行う炉内換気であり、プレパージとは、バーナ４の燃焼開始直前に行う炉内換気である。ポストパージ後、ボイラ１は負荷要求待ちの待機状態となり、この待機中、負荷要求があれば、従来はプレパージ後に着火しているが、本実施例のボイラ１の場合、安全待機時間内であれば爆発の可能性はないので、プレパージを省略することができる。

安全待機時間とは、換気なしで安全に着火できる待機時間として、炉内が爆発下限界濃度に至るまでの時間内で設定される。つまり、漏れ検出手段１６により設定流量を超える漏れを検出しない場合でも、最大、設定流量の漏れがあり得るので、これを考慮して、炉内容積、ガスの爆発下限界濃度および設定流量に基づき、炉内のガス濃度が爆発下限界濃度に至るまでの時間内で、安全待機時間が設定される。たとえば、缶体３内の炉内容積が１８１［Ｌ］、燃料ガスがプロパン（爆発下限界濃度２．２％）である場合に、前記設定流量として５［Ｌ／ｈｒ］の漏れが発生し、炉内容積に対してガスが均一に拡散したとすると、次式により爆発下限界濃度に至るまでの時間は約４８分となる。

爆発下限界濃度に至るまでの時間［ｍｉｎ］＝｛炉内容積［Ｌ］×（爆発下限界濃度［％］／１００）｝／｛設定流量［Ｌ／ｈｒ］／６０｝

そして、このようにして求めた爆発下限界濃度に至るまでの時間内で、安全待機時間が設定される。具体的には、爆発下限界濃度に至るまでの時間に、所定の安全率をとって、安全待機時間を設定すればよい。仮に、安全率を２とすれば、上記の例の場合、安全待機時間は、４８分の半分の時間として、２４分となる。

本実施例のボイラ１の制御方法について、さらに具体的に説明すると、好ましくは、以下のとおりである。

（ａ）バーナ４においてガスを燃焼中、負荷要求がなくなり、遮断弁１４を閉じて燃焼を停止した際、漏れ検出手段１６により、設定流量を超える弁越し漏れの有無を判定する。これと同時に、ポストパージとして、送風機５による送風で、炉内を換気する。たとえば、炉内容積の４倍の風量で、炉内に通風して、炉内を換気する。その後、送風機５を停止して、待機状態（次の負荷要求待ち状態）へ移行する。

（ｂ）漏れ検出手段１６により、設定流量を超える漏れを検出した場合、負荷要求があっても、着火動作へ移行させない。設定流量を超える漏れを検出した場合、その旨、ユーザに報知すると共に、炉内換気（ポストパージ）を継続するのが望ましい。設定流量を超える漏れを検出した場合、着火動作へ移行不能とするので、安全性を確保することができる。

（ｃ）漏れ検出手段１６により、設定流量を超える漏れを検出しない場合、ポストパージの終了後、待機状態へ移行するが、この待機中、負荷要求があれば、待機時間（ポストパージ終了からの経過時間）が安全待機時間以内であれば、プレパージなしに即、着火動作へ移行する（つまりバーナの燃焼状態へ戻す）。たとえば、パイロット点火方式の場合、負荷要求があれば、直ちにパイロットバーナに点火し、そのパイロットバーナでメインバーナ４に点火して、パイロットバーナの燃焼を停止させればよい。その際、送風機５を作動させると共に、各遮断弁１４を開放する。この場合、ポストパージを実質的にプレパージとみなすことができる。

設定流量を超える漏れを検出しない場合、炉内のガス濃度が爆発下限界濃度に至るまでの時間内で、安全待機時間が予め設定されており、その安全待機時間内であればプレパージなしで着火動作へ移行可能とするので、安全性を確保しながら、負荷追従性に優れ、放熱損失も低減することができる。

（ｄ）漏れ検出手段１６により、設定流量を超える漏れを検出しないが、ポストパージの終了後、安全待機時間を経過後に負荷要求があれば、プレパージ後に着火動作へ移行してもよいが、プレパージの実施による負荷追従性が劣るのを防止するために、待機中、安全待機時間ごとに前記ポストパージと同様のパージを行うのが好ましい。つまり、待機中、安全待機時間経過ごとに炉内をパージして、待機状態を維持するのがよい。

（ｅ）前記（ｄ）において、各パージ間の待機中、負荷要求があれば、前記（ｃ）と同様に、プレパージなしに即、着火動作へ移行する。この場合、直近のパージを実質的にプレパージとみなすことができる。

ボイラ１の待機中、安全待機時間ごとに炉内をパージすることで、炉内のガス濃度が爆発下限界濃度を超えることがないので、プレパージなしで着火動作へ移行しても安全である。また、プレパージなしで着火動作へ移行可能とするので、負荷追従性に優れる。

（ｆ）前記（ｄ）において、ポストパージ以外のパージ中、負荷要求があれば、実行中のパージを途中で中止して、前記（ｅ）と同様に、プレパージなしに即、着火動作へ移行するのがよい。具体的には、パージ中、負荷要求があれば、送風機５の回転数を下げるか、および／または、ダンパ１３の位置を調整して、着火に適した送風量に下げ次第、着火動作へ移行する。この場合、一つ前のパージを実質的にプレパージとみなすことができる。

設定流量を超える漏れを検出しない場合、ボイラ１の待機中、安全待機時間ごとに炉内をパージすることで、炉内のガス濃度が爆発下限界濃度を超えることがないので、パージ中、そのパージを中止して、プレパージなしで着火動作へ移行しても安全である。また、プレパージなしで着火動作へ移行可能とするので、負荷追従性に優れる。

従来、パイロットバーナを連続燃焼させておくことで、プレパージを省略して負荷追従性を向上する連続パイロット制御が知られているが、ガス供給圧が比較的低圧の場合は、メインバーナ燃焼中の炉内圧との関係で使えないことがある。また、弁越し漏れ検出装置を用いて、弁越し漏れが検出されない限り、プレパージを省略することも考えられるが、万一、微量の弁越し漏れがある場合、待機時間が長くなると、炉内にガスが溜まり、プレパージなしに着火すると危険である。ところが、本実施例のボイラ１によれば、漏れ検出手段１６により検出可能な漏れ流量と、漏れが継続する待機時間とを考慮して、パージタイミングを設定するので、負荷要求があった際にはパージを再度行うことなく、安全に着火動作へ移行することができる。これにより、負荷追従性に優れる上、通風による放熱損失を伴う連続パイロット制御を継続するよりも、大幅に損失を抑えた運転が可能となる。

ところで、本実施例のボイラ１には、さらに以下のような微量漏れ判定機能を付加してもよい。なお、この微量漏れ判定機能は、上述した設定流量を超える漏れの判定結果に基づく燃焼制御（安全待機時間を用いた制御）とは独立して、各種のガス焚きの燃焼装置に用いることもできる。すなわち、遮断弁１４の閉鎖中、遮断弁１４間の圧力変化の確認により各遮断弁１４の弁越し漏れが設定流量以下であることを監視（典型的には前記Ａ１またはＡ２と、Ｂ１またはＢ２の監視）でき、これにより遮断弁１４にガス供給圧がかかった状態で設定流量を超える漏れが発生しないことを確認できるシステムに、広く適用できる。そして、弁越し漏れを検出した場合、着火動作へ移行不能とする一方、弁越し漏れを検出しない場合でも、その判定後の遮断弁閉鎖中（特に待機中）、以下に述べるような監視を行えばよい。

つまり、遮断弁１４の閉鎖中、漏れ検出手段１６により設定流量を超える漏れを検出しない場合でも、遮断弁１４間の圧力を漏れ検出手段（圧力検出手段）により監視するのがよい。具体的には、漏れ検出手段１６により設定流量を超える漏れを検出しない場合でも、遮断弁１４の閉鎖中、遮断弁１４間の圧力を開放した状態で閉鎖された遮断弁１４間の圧力が所定圧力を超えないことを常時監視する。

たとえば、一対の遮断弁１４を閉じた状態で、下流側遮断弁１４Ｂを一旦開いた後、閉じることで、遮断弁１４間の圧力を炉内圧（略大気圧）まで下げる。あるいは、遮断弁１４間は、漏れ検出手段１６の所定機構を介して、一時的に大気圧に開放される。このようにして、遮断弁１４間の圧力を開放した状態で閉鎖された遮断弁１４間の圧力が所定圧力を超えないことを常時監視する。なお、遮断弁１４間の圧力開放のための操作は、前述した設定流量を超える漏れを判定する際に行った操作でも足り、改めて行う必要はない。

前記設定流量（遮断弁１４の弁越し漏れ判定の基準流量）をＱ_ｍａｘ、ガス供給圧（上流側遮断弁１４Ａの上流側圧力）をＰ_ｉｎ、αを１未満の数値とする。また、一般に、弁を通過する流量は、圧力の平方根に比例する。従って、前記所定圧力をＰ_ｉｎ×αとすれば、その所定圧力を上回らない限り、遮断弁１４から漏れる可能性のあるガス流量は、Ｑ_ｍａｘ×√αを超えないことになる。

たとえば、漏れ検出手段１６による漏れ判定の基準としての前記設定流量を、各種制約から５０［Ｌ／ｈｒ］とした場合でも、待機中の圧力監視にて、遮断弁１４間の圧力がガス供給圧のたとえばα＝１／２５以下であることを常時監視することで、１０［Ｌ／ｈｒ］を超えるガス漏れがないことを保証できる。

このように、漏れ検出手段１６により設定流量を超える漏れを検出しない場合でも、その漏れ判定後も引き続き（遮断弁１４の閉鎖中）、遮断弁１４間の圧力が所定圧力を超えないことを常時監視することで、比較的長時間に亘る微量のガス漏れの有無を監視することができる。そして、制御器は、万一、漏れを判定した場合、その旨ユーザに報知したり、パージを開始または継続したりするのがよい。

本発明のボイラ１は、前記実施例の構成に限らず適宜変更可能である。特に、遮断弁１４の閉鎖中、設定流量を超えるガスの弁越し漏れの有無を判定し、設定流量を超える漏れを検出した場合、着火動作へ移行不能とする一方、設定流量を超える漏れを検出しない場合、遮断弁１４閉鎖後のパージの終了から安全待機時間内であればプレパージなしで着火動作へ移行可能とするのであれば、その他の構成は適宜に変更可能である。

たとえば、ボイラ１の缶体３は、角形に限らず円筒型としてもよく、その場合、バーナ４は缶体３の上部に、下方へ向けて設置するのがよい。また、それに応じて、バーナ４の構成は適宜変更される。本発明のガス漏れ検出方法は、任意のガスバーナに対して適用可能である。また、バーナ４は、パイロットバーナによる点火ではなく、点火装置により点火されてもよい。さらに、ボイラ１は、前記実施例では蒸気ボイラとしたが、場合により温水ボイラなどでもよい。

さらに、前記実施例では、バーナ４に供給される燃焼用空気へのガスの混合は、送風機５より下流側で行ったが、場合により送風機５より上流側で行ってもよい。その場合、送風機５の吸込口に、吸込口への空気の吸込みに伴いガスを吸引して空気と共に吸込口へ送り込むガス吸引機構を設ければよい。ガス吸引機構は、典型的にはベンチュリ管を備え、そのスロート部にガス供給路６が接続される。ガス供給路６の遮断弁１４を開けた状態で、送風機５を作動させると、送風機５への空気にガス供給路６からのガスが混入される。なお、ベンチュリ管でガスを吸引する場合、下流側遮断弁１４Ｂは、開放時、ゼロガバナとして機能し、出口側の圧力を大気圧に調整するのがよい。下流側遮断弁１４Ｂの出口側を大気圧とする場合、ベンチュリ管に空気が流れない限りガスが流れないので、送風機５の停止時のガス漏れを確実に防止することができる。

１ボイラ
２水管
３缶体
４バーナ
５送風機
６ガス供給路
７排ガス路
８上部管寄せ
９下部管寄せ
１０給水路
１１蒸気路
１２燃焼用空気路
１３ダンパ
１４遮断弁（１４Ａ：上流側遮断弁、１４Ｂ：下流側遮断弁）
１５オリフィス
１６漏れ検出手段（１６Ａ：バルブプルービングシステム（ＶＰＳ））

Claims

バーナへのガス供給の有無を切り替える遮断弁と、
この遮断弁の閉鎖中、設定流量を超えるガスの弁越し漏れの有無を判定する漏れ検出手段と、
前記バーナの燃焼停止中、前記漏れ検出手段により、前記設定流量を超える漏れを検出した場合、着火動作へ移行不能とする一方、前記設定流量を超える漏れを検出しない場合、前記遮断弁閉鎖後のパージの終了から安全待機時間内であればプレパージなしで着火動作へ移行可能とする運転制御手段とを備え、
前記設定流量を超える漏れを検出しない場合、前記バーナの燃焼停止による待機中、前記安全待機時間ごとに炉内をパージする
ことを特徴とするボイラ。
前記設定流量を超える漏れを検出しない場合でも、最大、前記設定流量の漏れがあり得ると仮定して、炉内容積、ガスの爆発下限界濃度および前記設定流量に基づき、炉内のガス濃度が爆発下限界濃度に至るまでの時間内で、前記安全待機時間が設定される
ことを特徴とする請求項１に記載のボイラ。
前記パージ間の待機中、負荷要求があれば、プレパージなしで着火動作へ移行する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のボイラ。
前記遮断弁の閉鎖直後、ポストパージを行い、
前記遮断弁閉鎖後のパージの内、前記ポストパージ以外のパージ中、負荷要求があれば、実行中のパージを途中で中止して、着火動作へ移行する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のボイラ。
前記バーナへのガス供給路に、前記遮断弁が一対、直列に設けられており、
前記遮断弁の閉鎖中、前記設定流量を超える漏れを検出しない場合でも、前記遮断弁間の圧力を開放した状態で閉鎖された前記遮断弁間の圧力が所定圧力を超えないことを常時監視する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のボイラ。
前記所定圧力をＰ_ｉｎ×αに設定して、前記遮断弁の閉鎖中の弁越し漏れ流量がＱ_ｍａｘ×√αを超えないことを監視する（但し、Ｑ_ｍａｘは前記設定流量、Ｐ_ｉｎはガス供給圧、αは１未満の数値）
ことを特徴とする請求項５に記載のボイラ。