(57)【要約】【課題】  ガス燃料と廃食用油などの液体燃料との混焼をなすための燃焼制御方法および燃焼装置を提供する。【解決手段】  液体燃料とガス燃料とを、リターン形圧力噴霧式バーナ１０が一体的に形成されたガスバーナ３０を備えた燃焼装置Ａを用いて混焼させる場合、ガス燃料着火量をガス燃料着火空気量で着火し、空気量を一次着火空気量まで増加し、一次着火量の液体燃料を噴霧し、空気量を二次着火空気量まで増加し、二次着火量の液体燃料を噴霧して液体燃料を確実に着火させるものである。【選択図】  図１
2006300419.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料とガス燃料とを圧力噴霧式バーナが一体的に組み込まれたガスバーナを用いて混焼させる場合の燃焼制御方法であって、
ガス燃料着火量をガス燃料着火空気量で着火する手順と、
空気量を一次着火空気量まで増加させる手順と、
一次着火量の液体燃料を噴霧する手順と、
空気量を二次着火空気量まで増加させる手順と、
二次着火量の液体燃料を噴霧する手順
とを含んでいることを特徴とする燃焼制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の燃焼制御方法に適用される燃焼装置であって、
リターン形圧力噴霧式バーナと、該リターン形圧力噴霧式バーナに液体燃料を供給する液体燃料系統と、ガスバーナと、該ガスバーナにガス燃料を供給するガス燃料系統と、燃焼用空気を供給する燃焼用空気系統とを備え、
前記液体燃料系統は、前記リターン形圧力噴霧式バーナに液体燃料を供給する液体燃料供給配管と、同リターン形圧力噴霧式バーナからの液体燃料を液体燃料供給配管に戻す戻し液体燃料戻し配管とを含み、
前記液体燃料戻し配管は、並列配置された第１の止め弁および第２の止め弁と、オリフィスを有する前記止め弁をバイパスするバイパス配管とを備え、
前記燃焼用空気系統は、燃焼用空気量を制御する流量制御手段を備えてなる
ことを特徴とする燃焼装置。
【請求項３】
オリフィスの口径が、第１の止め弁および第２の止め弁が閉とされた状態で、圧力噴霧式バーナ側の圧力が所定圧力となるようにされてなることを特徴とする請求項２記載の燃焼装置。
【請求項４】
液体燃料供給配管が、液体燃料加熱手段を備え、
液体燃料戻し配管が、温度検出手段を備えてなる
ことを特徴とする請求項２記載の燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃焼制御方法および燃焼装置に関する。さらに詳しくは、ガス燃料と液体燃料とを混焼するための燃焼制御方法および燃焼装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、燃焼方式の一種としてガス燃料と液体燃料とを同時に燃焼させる、いわゆる混焼方式が知られている。
【０００３】
混焼方式においては、燃焼性の劣る液体燃料にその燃焼性が大きく左右されるため、混焼方式をボイラや冷温水機などに適用する場合、液体燃料の燃焼性を検討してその混焼割合を決定することがなされている。その上、安全性および燃焼性の良否の確認のため、燃焼試験がなされ、その結果に基づいて燃焼制御がなされている。したがって、この混焼方式は手軽に利用することができないところから、その適用は大型ボイラや大型冷温水機に限定されている。
【０００４】
ところで、近年、一部の地方自治体においては、環境問題の意識高揚策として廃食用油の回収促進が図られている。この回収された廃食用油は、バイオディーゼル油に再合成され未利用のエネルギーの回収・利用が図られている。しかしながら、廃食用油をバイオディーゼル油に再合成する設備は高価であるところから、廃食用油の利用促進の妨げとなっている。かかる事情から、廃食用油の回収を行っている地方自治体から、ガス燃料と廃食用油とを手軽にしかも良好に混焼させ得る、小型のボイラや冷温水機に適用できる燃焼装置の出現が熱望されている。
【０００５】
しかしながら、前述したように、混焼方式を小型のボイラや冷温水機に適用した例は存在しないところから、その燃焼制御を如何にするかが問題となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、ガス燃料と廃食用油などの液体燃料との混焼をなすための燃焼制御方法および燃焼装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の燃焼制御方法は、液体燃料とガス燃料とを圧力噴霧式バーナが一体的に組み込まれたガスバーナを用いて混焼させる場合の燃焼制御方法であって、ガス燃料着火量をガス燃料着火空気量で着火する手順と、空気量を一次着火空気量まで増加させる手順と、一次着火量の液体燃料を噴霧する手順と、空気量を二次着火空気量まで増加させる手順と、二次着火量の液体燃料を噴霧する手順とを含んでいることを特徴とする。
【０００８】
本発明の燃焼装置は、前記燃焼制御方法に適用される燃焼装置であって、リターン形圧力噴霧式バーナと、該リターン形圧力噴霧式バーナに液体燃料を供給する液体燃料系統と、ガスバーナと、該ガスバーナにガス燃料を供給するガス燃料系統と、燃焼用空気を供給する燃焼用空気系統とを備え、前記液体燃料系統は、前記リターン形圧力噴霧式バーナに液体燃料を供給する液体燃料供給配管と、同リターン形圧力噴霧式バーナからの液体燃料を液体燃料供給配管に戻す戻し液体燃料戻し配管とを含み、前記液体燃料戻し配管は、並列配置された第１の止め弁および第２の止め弁と、オリフィスを有する前記止め弁をバイパスするバイパス配管とを備え、  前記燃焼用空気系統は、燃焼用空気量を制御する流量制御手段を備えてなることを特徴とする。
【０００９】
本発明の燃焼装置においては、オリフィスの口径が、第１の止め弁および第２の止め弁が閉とされた状態で、圧力噴霧式バーナ側の圧力が所定圧力となるようにされてなるのが好ましい。
【００１０】
また、本発明の燃焼装置においては、液体燃料供給配管が、液体燃料加熱手段を備え、液体燃料戻し配管が、温度検出手段を備えてなるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ガス燃料を断火させることなく液体燃料を確実に着火させることができるという優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではない。
【００１３】
本発明の燃焼制御方法は、１）廃食用油の燃焼を受け持つ圧力噴霧式バーナにおいて、２）廃食用油の目詰まりを許容でき、かつ、適正な燃焼および噴霧が確保される上部および下部限界圧力を例えば試験的に求めてその範囲を廃食用油燃焼領域とし、３）ガス燃料の適正な燃焼が確保される領域をガス燃焼領域として例えば試験的に求め、４）ガス燃料の着火に必要な量（以下、ガス燃料着火量という）をガス燃料燃焼領域内で最低空気量、つまりガス燃料着火空気量にて着火させ、５）そのガス燃料着火量の安定燃焼を確認し、６）空気量を、ガス燃料着火量が廃食用油燃焼領域の圧力下限域で安定燃焼する最大まで増加させ、つまり一次着火空気量まで増加させ、７）廃食用油をその最低噴霧圧力で噴霧して、つまり廃食用油の一次着火量を噴霧してそれを着火（一次着火）させ、８）空気量を混焼開始に必要な量、つまり二次着火空気量まで増加させ、９）廃食用油の噴霧圧力を、混焼の開始がなし得る量を噴霧できるまで、つまり二次着火量を噴霧できるまで昇圧させ、その圧力により廃食用油を噴霧して着火（二次着火）させ、１０）その後、所望量の廃食用油と所望量のガス燃料との混焼を開始する、つまり定格運転を開始するものである。
【００１４】
より具体的には、ガス燃料と液体燃料とを混焼させる場合、従来、ガス燃料の最低燃焼量、つまりガス燃料着火量（定格量の約２０％）で着火させ、ついで液体燃料の最低燃焼量、つまり液体燃料着火量（定格量の約３０％）で着火させることがなされている。その場合、後で着火させる液体燃料は、安定燃焼する空気量まで先に増加させた後に着火する必要がある。しかしながら、空気量を先に増加させた場合には、先に着火させたガス燃料の空気量を必要量の２倍程度にしなければ液体燃料が一度で着火しないところから、ガス燃料の空気量を必要量に抑えると、未燃の黒煙を発生させることになる。その逆に、液体燃料を一度に着火させるに必要な空気量を供給すると、ガス燃料はガス燃料燃焼領域をはずれるため、未燃のＣＯガスを発生させるばかりでなく、保炎もできずに断火する（図１の破線参照）。
【００１５】
そこで、本発明の燃焼制御方法においては、ガス燃料を従来と同様にして着火させた後、まず空気量を一次着火空気量まで増加させた後に、廃食用油を廃食用油燃焼領域における圧力噴霧式バーナの噴霧ノズルの適正な噴霧圧力の下限値である約０．１ＭＰａにおける噴霧量（つまり一次着火量、定格量の約２０％）で噴霧させて着火（一次着火）させ、ついで空気量をさらに廃食用油の所定量（つまり二次着火量、定格量の約３０％）の燃焼に必要な量、つまり二次着火空気量まで増加させた後、廃食用油の圧力を二次着火量の噴霧が確保できる約０．１８ＭＰａまで昇圧して安定・確実な着火（つまり二次着火）が得られるようにしている。すなわち、廃食用油を１個の噴霧ノズルを用いて廃食用油燃焼領域を適宜利用して着火を２段階に分割するとともにそれに応じた昇圧をして、ガス燃料の過剰空気によるリフト炎断火およびＣＯガスの発生、ならびに廃食用油の未燃による黒煙の発生などを回避するものである（図１の実線参照）。
【００１６】
図２に、かかる燃焼制御方法が適用された燃焼装置の燃料系統および燃焼用空気系統を示す。
【００１７】
燃料系統Ｆは、液体燃料である廃食用油を供給する廃食用油系統ＬＦと、ガス燃料であるガス燃料を供給するガス燃料系統ＧＦとから構成されている。
【００１８】
廃食用油系統ＬＦは、燃焼装置Ａの圧力噴霧式バーナ１０に廃食用油を供給する廃食用油供給配管ＦＰと、圧力噴霧式バーナ１０に供給された廃食用油の一部を前記供給配管ＦＰに戻す廃食用油戻し配管ＲＰとを含む。つまり、圧力噴霧式バーナ１０は、リターン形とされている。これは、ノンリターン形に比して比較的ターンダウンが大きくとれることによる。
【００１９】
廃食用油供給配管ＦＰには、図２に示すように、廃食用油が供給される上流側から入口止弁４１、ストレーナ４２、空気分離器４３、噴霧ポンプ（昇圧手段）４４、油加熱器（液体燃料加熱手段）４５および主電磁弁４６がこの順で介装され、その先端部が燃焼装置Ａの圧力噴霧式バーナ１０に接続されている。圧力噴霧式バーナ１０は、公知の圧力噴霧式バーナと同様に、防滴弁１１および噴霧ノズル１２を備えてなるものとされる。
【００２０】
噴霧ポンプ４４は例えばトロコイドギァポンプとされ、廃食用油の圧力を例えば最大２．５ＭＰａまで昇圧する能力を有するものとされる。
【００２１】
また、燃焼装置Ａの圧力噴霧式バーナ１０からの戻し配管ＲＰは、ストレーナ４２と空気分離器４３との間に戻されて供給配管ＦＰに接合され、廃食用油を再循環する。戻し配管ＲＰをこの位置に戻すのは、戻し配管ＲＰ内の圧力変化などにより戻し配管ＲＰ内に発生した気泡を空気分離器４３により分離させるためである。
【００２２】
この戻し配管ＲＰには、図２に示すように、上流側（圧力噴霧式バーナ１０側）から並列配置された第１戻り電磁弁５１および第２戻り電磁弁５２と、逆止弁５３とがこの順で介装され、この第１戻り電磁弁５１の上流側には温度スイッチ（温度検出手段）５４が設けられている。また、第１戻り電磁弁５１および第２戻り電磁弁５２が介装された箇所には再循環オリフィス５５を有するパイパス配管ＢＰが設けられている。再循環オリフィス５５は、第１戻り電磁弁５１および第２戻り電磁弁５２が共に閉とされた状態で、圧力噴霧式バーナ１０側の圧力が所定圧力、例えば１．８ＭＰａとなるようその口径が調整されている。
【００２３】
圧力噴霧式バーナ１０、廃食用油供給配管ＦＰおよび戻し配管ＲＰがかかる構成とされていることにより、冷温水機などの停止中における廃食用油の逆流は、逆止弁５３、主電磁弁４６および防滴弁１１による二重遮断方式で防止される。
【００２４】
ガス系統ＧＦは、ガスバーナ３０にガス燃料を供給するガス燃料供給配管ＧＰと、パイロットバーナＰＢにガス燃料を供給するパイロットガス供給配管ＰＰとを含む。
【００２５】
ガス供給配管ＧＰは、ガスストレーナ６１、主ガスユニット弁６２などを備えた公知構造のものとされ、ガスストレーナ６１と主ガスユニット弁６２との間からパイロットガス供給配管ＰＰが分岐されている。パイロットガス供給配管ＰＰは、パイロットガスユニット弁６３などを備えた公知構造のものとされている。
【００２６】
燃焼用空気系統ＦＡは、送風機７１と、空気流量を制御する空気流量制御弁７２とを含む。なお、送風機７１の回転数を制御することにより、空気流量を制御するようにしてもよい。つまり、燃焼用空気系統ＦＡは、空気流量を制御する空気流量制御手段を備えて成るものとされる。
【００２７】
なお、図２中、符号ＩＧは点火装置を示す。
【００２８】
次に、かかる構成とされた燃焼装置Ａの燃焼制御について説明する。なお、この燃焼制御は、図示しない制御装置の制御によりなされる。また、起動開始前の初期状態においては、主電磁弁４６は閉とされ、第１戻り電磁弁５１および第２戻り電磁弁５２はそれぞれ開とされ、主ガスユニット弁６２は閉とされ、パイロットガスユニット弁６３は閉とされ、空気制御弁７２は閉とされている。
【００２９】
手順１：冷温水機の起動指示に応答して、送風機７１を起動するとともに、空気制御弁７２を開として燃焼炉内（明瞭には図示されていない）を掃気する。また、油加熱器４５を起動して廃食用油の加熱を開始する。
【００３０】
手順２：掃気完了後、パイロットガスユニット弁６３を開としてパイロットバーナＰＢにガス燃料を供給し、点火装置ＩＧによりパイロットバーナＰＢを点火する。
【００３１】
手順３：パイロット火炎の確実な着火の確認後、主ガスユニット弁６２を開とし、ガスバーナ３０からガス燃料着火量を供給してガス燃料着火空気量にて着火・燃焼させる。
【００３２】
手順４：ガス燃料着火量の確実な着火の確認後、空気量を一次着火空気量まで増加させる。
【００３３】
手順５：噴霧ポンプ４４を起動するとともに主電磁弁４６を開として、廃食用油を所定圧力、例えば０．４ＭＰａで循環させて供給配管ＦＰおよび戻し配管ＲＰを含む廃食用油系を暖機する。
【００３４】
手順６：温度スイッチ５４により廃食用油の温度が所定温度、例えば９５℃に到達したことが検知されると、第１戻り電磁弁５１を閉とする。これにより、供給配管ＦＰおよび圧力噴霧式バーナ１０の圧力が上昇し、その圧力が防滴弁１１の最低通過圧力、例えば０．６ＭＰａになると噴霧ノズル１２から廃食用油の一次着火量が噴霧され、既に着火されているガスバーナ３０により着火（一次着火）される。
【００３５】
手順７：一次着火量の確実な着火の確認後、空気量を二次着火空気量まで増加させる。
【００３６】
手順８：第２戻り電磁弁５２を閉とする。これにより、圧力噴霧式バーナ１０側の圧力が所定圧力、例えば１．８ＭＰａとなり、噴霧量が二次着火量まで増加する。この二次着火量も同様にガスバーナ３０により着火（二次着火）される。
手順９：二次着火量の安定燃焼が確認されると、パイロットバーナＰＢを消火する。これにより、廃食用油の着火作業が終了する。
【００３７】
この後、制御装置の制御により負荷に応じた燃焼制御がなされる。例えば、定格運転がなされる。
【００３８】
このように、本実施形態においては、廃食用油の噴霧圧力を２段階に調整して噴霧させているので、廃食用油の確実な着火がなされるとともに、ガスバーナの断火も回避することができる。そのため、廃食用油をガス燃料と混焼させることができる。
【００３９】
以上、本発明を実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではなく、種々改変が可能である。例えば、実施形態では液体燃料として廃食用油が例にあげられているが、液体燃料は廃食用油に限定されるものではなく、各種液体燃料とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、ガス燃料と液体燃料との混焼方式が適用される燃焼装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態に係る着火方法の説明図である。
【図２】同着火方法に用いられる燃焼装置周りの系統図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０      圧力噴霧式バーナ
１１      防滴弁
１２      噴霧ノズル
３０      ガスバーナ
４３      空気分離器
４４      噴霧ポンプ（昇圧手段）
４５      油加熱器
４６      主電磁弁
５１      第１戻り電磁弁
５２      第２戻り電磁弁
５３      逆止弁
５４      温度スイッチ
５５      再循環オリフィス
７１      送風機
７２      空気制御弁
Ａ      燃焼装置
【図１】
2006300419.tif 000003
【図２】
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