JP5455564B2 - 熱媒ボイラ - Google Patents

Description

本発明は燃焼を行うことで熱媒油を加熱し、加熱した熱媒油を熱使用部との間で循環させることで熱の供給を行う熱媒ボイラに関するものである。

中央に空間を開けたコイル状の熱媒油加熱管によって側面を形成し、上下端は耐火材で断熱している円筒形の燃焼室を持ち、燃焼室内で燃焼を行うことで熱媒油加熱管内の熱媒油を加熱する熱媒ボイラが広く普及している。熱媒ボイラでは、熱使用部との間を熱媒油循環管で接続しておき、熱媒油を循環させることで熱使用部へ熱を供給する。熱媒油の循環は、熱使用部から戻ってきた熱媒油を熱媒ボイラ内へ送り込むボイラ入口配管に循環ポンプを設置しておき、循環ポンプを作動することで行う。熱媒ボイラの燃焼を行い、循環ポンプの作動を行うことで、加熱した高温の熱媒油を熱使用部へ送り、熱使用部で熱を放出することによって温度の低下した熱媒油は、熱媒ボイラに戻して再び加熱する循環を行うことで熱の供給を行う。

熱媒ボイラの場合、特開平６−３４１６０６号公報に記載があるように、熱媒ボイラの燃焼時には耐火材に熱が蓄えられ、燃焼を停止しても耐火材から発する熱が熱媒油を加熱するということがある。この時に熱媒油の流動が停止していると、耐火材の熱を受けやすい箇所における熱媒油では、過熱されることで劣化（炭化）することがある。熱媒ボイラによる熱供給運転中は燃焼の有無に関係なく循環ポンプを作動するため、熱媒油が過熱されることはないが、熱供給の必要が無くなって熱媒ボイラの運転を停止した場合、運転停止と同時に循環ポンプを停止したのでは熱媒油が過熱されることになる。そのため、熱媒ボイラ運転停止時には、ボイラの温度が十分下がるまで冷却運転を行う必要があった。特開平６−３４１６０６号公報では、燃焼停止後の経過時間と熱媒温度を検出しておき、ボイラ停止後所定時間経過し、かつ熱媒温度があらかじめ設定した温度以下になるまで送風機及び循環ポンプの稼働を行うことで熱媒油の劣化を防止している。

しかし、熱の供給を行っていない場合に循環ポンプの作動を行うということは、その分だけ電力消費量が増大するということであるため、熱媒油の劣化を防止しながら無駄な電力消費を抑えることが望まれていた。

特開平６−３４１６０６号公報

本発明が解決しようとする課題は、熱媒ボイラにおいて運転停止時に熱媒油が過熱されることを防止し、かつ電力消費量の増大を抑制することにある。

請求項１に記載の発明は、中央に空間を開けたコイル状の熱媒油加熱管によって側面を形成し、上下端は耐火材で断熱している円筒形の燃焼室を持ち、加熱した熱媒油を熱使用部へ供給する熱媒ボイラであって、熱使用部と熱媒ボイラの間を結ぶ熱媒油管に循環ポンプを設けて熱媒油を循環させるようにしている熱媒ボイラにおいて、前記循環ポンプの回転数を変更する回転数変更装置と、熱媒ボイラの耐火材温度を検出する耐火材温度検出装置を設けておき、熱媒ボイラ運転停止後の熱媒油冷却運転時に循環ポンプの作動を行う場合、熱媒ボイラの運転中よりも循環ポンプの回転数を低くする制御を耐火材温度検出装置で検出する耐火材温度が設定値に低下するまで行うことを特徴とする熱媒ボイラ。

熱媒ボイラ運転停止後の熱媒油冷却運転時の場合、循環ポンプの回転数を低くした状態で循環ポンプを作動させることで、熱媒油は緩やかであるが流動し続けるために熱媒油が部分的に過熱されて劣化するということはなく、循環ポンプの回転数は低くしているため循環ポンプの電力消費量は低くすることができる。また、耐火材温度が所定の温度まで低下したことを検出して循環ポンプの作動を停止することで、循環ポンプの停止が早すぎて熱媒油の劣化を招いたり、循環ポンプを必要以上に長く作動することで無駄な電力を消費するといったことを防止することができる。

本発明を実施している熱媒ボイラと熱使用部のフロー図

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は並列設置した３台の熱媒ボイラと熱使用部のフロー図である。熱媒ボイラ１は、中央に空間を開けたコイル状の熱媒油加熱管３によって側面を形成した円筒形の燃焼室を持ち、加熱した熱媒油を熱使用部２へ供給するものである。熱媒ボイラ１は、中央上部に燃焼装置を持っており、燃焼装置から燃焼室に向けて燃焼を行うことで、熱媒油加熱管３内の熱媒油を加熱する。燃焼室の上部と下部には耐火材５を設置しており、耐火材５によって断熱している。

各熱媒ボイラ１には、運転制御装置８を設けており、運転制御装置８によって熱媒ボイラ１の各装置の作動を制御する。熱媒ボイラ１で発生させた熱は、熱媒油を通じて移送するようにしており、熱使用部２と熱媒ボイラ１の間を熱媒油が循環することができるようにしておく。各熱媒ボイラ１では、個別のボイラ出口配管１３を通じて熱媒油を送り出すようにしており、ボイラ出口配管１３は共通の熱媒油集合管１１と接続している。熱媒油集合管１１は熱使用部２と接続しており、熱媒ボイラ１から送り出された高温の熱媒油は熱媒油集合管１１を通して熱使用部２へ送られる。熱使用部２で熱を奪われた熱媒油は、共通の熱媒油分配管１２とボイラ入口配管１４を通じて各熱媒ボイラ１へ戻すようにしており、熱媒油分配管１２と各熱媒ボイラ１の間をボイラ入口配管１４にて接続している。循環ポンプ４は、各熱媒ボイラ１に分岐した後のボイラ入口配管１４に設けておく。

循環ポンプ４には回転数変更装置としてインバータ装置６を設けておき、インバータ装置６によって循環ポンプ４の回転速度を調節することができるようにしている。また、熱媒ボイラ１の耐火材５部分の温度を検出する耐火材温度検出装置７を設けておき、耐火材温度検出装置７で検出した耐火材温度は運転制御装置８へ出力するようにしておく。

複数台設置している熱媒ボイラ１は、負荷の状況に基づいて燃焼台数を増減することで出力を調節する。熱媒油集合管１１での熱媒油温度を検出する熱媒油温度検出装置９と、熱媒油温度検出装置９で検出した熱媒油温度に基づき、熱媒ボイラ１の燃焼台数を決定する台数制御装置１０を設けておき、熱媒油温度が高くなった場合には燃焼台数を減少することで出力量を減少し、熱媒油温度が低くなった場合には燃焼台数を増加することで出力量を増加する台数制御を行う。台数制御装置１０から熱媒ボイラ１の運転制御装置８に対して、燃焼要求信号が出力されると、運転制御装置８は熱媒ボイラ１の各部を作動させて燃焼を行い、燃焼要求信号が途切れると熱媒ボイラ１の燃焼を停止する。

熱媒ボイラ１での燃焼を行うことで、熱媒ボイラの燃焼室内にある熱媒油加熱管３を加熱し、熱媒油加熱管内の熱媒油を加熱する。この時、循環ポンプ４は定格能力で作動し、加熱した高温の熱媒油を熱使用部２へと送る。循環ポンプ４の運転を行っている間は、熱媒油加熱管３内を熱媒油が常に流れており、加熱された熱媒油は、熱媒油加熱管３・ボイラ出口配管１３・熱媒油集合管１１を通って熱使用部２へ送られる。熱使用部２へ送られた高温の熱媒油は、熱使用部２で熱を奪われることで温度を低下させ、低温の熱媒油は熱媒ボイラ１へ戻る。

熱使用部２での熱使用量が減少すると、熱使用部２での熱媒油温度低下量が少なくなるため、熱媒油の温度が上昇し、熱媒油温度検出装置９で検出している熱媒油温度が高くなる。台数制御装置１０では、熱の供給量が過剰であって熱媒油温度が高くなった場合には、熱媒ボイラ１の燃焼台数を減少する。台数制御装置１０から燃焼停止の指令が送られてきた熱媒ボイラでは、燃焼を停止する。この場合、燃焼を停止したボイラでは、燃焼は停止したが台数制御対象から外れたわけではなく、運転状態は継続している。このときには熱媒ボイラによる熱の供給は続くため、循環ポンプは定格能力で作動を続けることになり、熱媒油が過熱されることはない。

これが熱媒ボイラの運転スイッチを切る運転停止であった場合、熱媒ボイラからの熱供給を停止することになるため、循環ポンプを作動する必要がなくなる。しかし、このときの耐火材温度検出装置７で検出している耐火材温度が所定温度よりも高い場合には、熱媒油の過熱防止のために循環ポンプ４の作動は継続する。ただし、運転を停止している場合の循環ポンプ４の作動は、インバータ装置６によって回転数を減少しておき、運転中よりも熱媒油循環量を低下させておく。

熱媒ボイラ１の運転停止中に発生する熱媒油の劣化は、熱媒油が移動しないことによって耐火材５からの熱が特定箇所に集中し、熱媒油温度を通常よりも高い温度まで過熱してしまうことが原因であり、熱媒油を流動させて熱の集中をなくすことで熱媒油の劣化を防止することができる。この場合に必要な熱媒油の流動は、熱媒油の過熱を防止するためだけのものであるため、熱使用部２へ熱を送る場合の流動量よりも少ないものでよく、循環ポンプ４の回転数を少なくすることで循環ポンプ４での電力消費量を削減することができる。

熱媒ボイラの運転停止中に行う循環ポンプ４の作動は、耐火材温度検出装置７で検出している耐火材５の温度が所定温度に低下するまで行う。熱使用部２の温度や熱媒油の温度は、周囲の影響を受けて短期的な変動を発生することがある。特に、循環ポンプ４の回転数を少なくしている場合、通常の回転数に比べると熱媒油温度に発生するばらつきが発生しやすくなる。そのため、熱使用部や熱媒油の温度に基づいて循環ポンプ４の作動有無を定めていたのでは、必要以上に循環ポンプ４の作動を続けたり、必要分の作動が行われないことがあった。耐火材５の場合、周囲の影響による短期的な温度変動は発生せず、温度は緩やかに変化するため、耐火材５の温度を検出することで循環ポンプ４の作動を終了する時期を正確に検出することができる。

１ 熱媒ボイラ
２ 熱使用部
３ 熱媒油加熱管
４ 循環ポンプ
５ 耐火材
６ インバータ装置
７ 耐火材温度検出装置
８ 運転制御装置
９ 熱媒油温度検出装置
１０ 台数制御装置
１１ 熱媒油集合管
１２ 熱媒油分配管
１３ ボイラ出口配管
１４ ボイラ入口配管

Claims (1)

1. 中央に空間を開けたコイル状の熱媒油加熱管によって側面を形成し、上下端は耐火材で断熱している円筒形の燃焼室を持ち、加熱した熱媒油を熱使用部へ供給する熱媒ボイラであって、熱使用部と熱媒ボイラの間を結ぶ熱媒油管に循環ポンプを設けて熱媒油を循環させるようにしている熱媒ボイラにおいて、前記循環ポンプの回転数を変更する回転数変更装置と、熱媒ボイラの耐火材温度を検出する耐火材温度検出装置を設けておき、熱媒ボイラ運転停止後の熱媒油冷却運転時に循環ポンプの作動を行う場合、熱媒ボイラの運転中よりも循環ポンプの回転数を低くする制御を耐火材温度検出装置で検出する耐火材温度が設定値に低下するまで行うことを特徴とする熱媒ボイラ。

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