(57)【要約】      （修正有）【課題】窒素酸化物の排出量を限りなく零に近く低減でき、一酸化炭素排出量を許容範囲に低減する。【解決手段】予混合バーナ１と、予混合バーナにて生成されるガスとの熱交換により、ガス温度を抑制し窒素酸化物濃度を所定値以下に抑制する水管群２と、水管群を通過後のガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒４と、予混合バーナの空気比を調整する空気比調整手段２８とを備え、予混合バーナおよび水管群は、空気比を設定空気比としたとき、酸化触媒一次側のガス中の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比が所定濃度比となる特性を有し、記酸化触媒は、濃度比を所定濃度比としたとき酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を実質的に零または所定値以下とするとする特性を有し、空気比調整手段により設定空気比に制御することにより所定濃度比を一定に保持する。【選択図】図１
2008057956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素含有の燃料を燃焼させて、炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、
この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、
この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、
前記予混合バーナの空気比を調整する空気比調整手段とを備え、
前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比を設定空気比としたとき、前記酸化触媒一次側のガス中の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比が所定濃度比となる特性を有し、
前記酸化触媒は、前記濃度比を前記所定濃度比としたとき前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を実質的に零または所定値以下とするとする特性を有し、
前記空気比調整手段により前記設定空気比に制御することにより前記所定濃度比を一定に保持することを特徴とするボイラ。
【請求項２】
炭化水素含有の燃料を燃焼させて、炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、
この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、
この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、
前記予混合バーナの空気比を調整する空気比調整手段とを備え、
前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比を基準設定空気比としたとき、前記酸化触媒一次側のガス中の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比Ｋが基準所定濃度比Ｋ０となる特性を有し、
前記酸化触媒は、前記濃度比Ｋを前記基準所定濃度比Ｋ０としたとき前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とする特性を有し、
前記空気比調整手段により前記基準設定空気比に制御することにより前記所定濃度比を一定に保持することを特徴とするボイラ。
【請求項３】
炭化水素含有の燃料を燃焼させて、炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、
この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、
この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、
前記予混合バーナの空気比を調整する空気比調整手段とを備え、
前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比を第一設定空気比としたとき、前記酸化触媒一次側のガス中の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比Ｋが第一所定濃度比Ｋ１となる特性を有し、
前記酸化触媒は、前記濃度比Ｋを前記第一所定濃度比Ｋ１としたとき前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を所定値以下とする特性を有し、
前記空気比調整手段により前記第一設定空気比に制御することにより前記所定濃度比を一定に保持することを特徴とするボイラ。
【請求項４】
前記基準所定濃度比Ｋ０を判定する式を次式（１）とし、前記基準所定濃度比ＫＯが次式（２）を満たし、前記第一所定濃度比Ｋ１を前記基準濃度比Ｋ０より小さくしたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のボイラ。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ２］）／［ＣＯ］＝Ｋ      …（１）
１．０≦Ｋ＝Ｋ０≦２．０                     …（２）
（式（１）において、［ＣＯ］、［ＮＯｘ］および［Ｏ２］はそれぞれ一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度を示し、［Ｏ２］＞０の条件を満たす。）
【請求項５】
炭化水素含有の燃料を燃焼させ、炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、
この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、
この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、
前記予混合バーナの空気比を検出するためのセンサと、  
このセンサの検出信号に基づき設定空気比に前記予混合バーナを制御する空気比調整手段とを備え、
前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に調整したとき、前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を実質的に零または所定値以下とする前記酸化触媒一次側における酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の所定濃度比を得ることができるように構成されることを特徴とするボイラ。
【請求項６】
炭化水素含有の燃料を燃焼させ、炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、
この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、
この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、
前記予混合バーナの空気比を検出するためのセンサと、
このセンサの検出信号に基づき設定空気比に前記予混合バーナを制御する空気比調整手段とを備え、
前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に調整したとき、前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度および酸素濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を実質的に零または所定値以下とする空気比−ＮＯx・ＣＯ特性を有することを特徴とするボイラ。
【請求項７】
炭化水素含有の燃料を燃焼させ、炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、
この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、
この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、
前記予混合バーナの空気比を検出するためのセンサと、  
このセンサの検出信号に基づき設定空気比に前記予混合バーナを制御する空気比調整手段とを備え、
前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に調整したとき、前記酸化触媒一次側の前記ガスにおける一酸化炭素濃度が前記酸化により前記酸化触媒内で低減される一酸化炭素濃度と前記還元により前記酸化触媒内で低減される一酸化炭素濃度とを加えた値とほぼ等しいか、それ以上となるように構成されることを特徴とするボイラ。
【請求項８】
炭化水素含有の燃料を燃焼させ、炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、
この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、
この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、
前記予混合バーナの空気比を検出するためのセンサと、  
このセンサの検出信号に基づき設定空気比に前記予混合バーナを制御する空気比調整手段とを備え、
前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に調整したとき、前記酸化触媒への流入前の前記ガスの濃度比が次式（３）を満たすように構成されることを特徴とするボイラ。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ２］）／［ＣＯ］≦２．０      …（３）
（式（３）において、［ＣＯ］、［ＮＯｘ］および［Ｏ２］はそれぞれ一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度を示し、［Ｏ２］＞０の条件を満たす。）
【請求項９】
前記設定空気比を実質的に１．０とすることを特徴とする請求項５〜請求項８に記載の燃焼装置。
【請求項１０】
炭化水素含有の燃料を燃焼させ、炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、
この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、
この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、
前記予混合バーナの空気比を調整する空気比調整手段とを備え、
前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により空気比１．０の近傍にて調整することにより得られる前記酸化触媒一次側の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含む前記ガスに関する前記酸化触媒の一次側の空気比−ＮＯx・ＣＯ特性を有し、
前記酸化触媒は、前記一次側の空気比−ＮＯx・ＣＯ特性を有するガスを前記酸化触媒と接触させることにより得られる前記酸化触媒二次側の空気比−ＮＯx・ＣＯ特性を有し、
前記空気比調整手段は、前記二次側の空気比−ＮＯx・ＣＯ特性のＮＯx・ＣＯ低減領域において前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度濃度を実質的に零とする設定空気比にて前記予混合バーナの空気比を制御することを特徴とするボイラ。
【請求項１１】
炭化水素含有の燃料を燃焼させ、炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、
この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、
この水管群通過後の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスと接触される酸化触媒と、
前記予混合バーナの燃焼空気量と燃料量との割合を調整する空気比調整手段とを備え、
前記酸化触媒は、その二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とする前記酸化触媒一次側のガス中の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比を基準濃度比として、前記濃度比を前記基準濃度比とすると、前記酸化触媒二次側の酸素濃度，窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とし、前記基準酸素濃度よりも一次側酸素濃度を低くすると、前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度および酸素濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を低減する特性を有し、
前記空気比調整手段は、前記酸化触媒二次側の酸素濃度および／または一酸化炭素濃度に基づき前記空気比を調整することにより、前記酸化触媒一次側の酸素濃度を前記基準酸素濃度に対して調整して、前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を実質的に零または低減することを特徴とするボイラ。
【請求項１２】
前記ガス温度を抑制し窒素酸化物濃度を所定値以下に抑制する窒素酸化物生成抑制手段を備えたことを特徴とする請求項１〜３，５〜８，１０，１１のいずれか1項に記載のボイラ。
【請求項１３】
前記酸化触媒の二次側に給水予熱器を備えたことを特徴とする請求項１〜３，５〜８，
１０，１１のいずれか1項に記載のボイラ。
【請求項１４】
前記触媒または前記センサの異常を検出するための第二のセンサと、
報知手段と、
前記第二のセンサの検出値に基づき前記異常を判定して前記報知手段によりその異常を報知する制御手段とを備えたことを特徴とする請求項１〜３，５〜８，１０，１１のいずれか1項に記載のボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水管ボイラ，蒸気ボイラ，温水ボイラなどに適用されるおよびボイラに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＮＯxの発生の抑制原理として、火炎（燃焼ガス）温度の抑制，高温燃焼ガスの滞留時間の短縮などが知られている。そして、これらの原理を応用した種々の低ＮＯx化技術がある。たとえば、２段燃焼法，濃淡燃焼法，排ガス再循環燃焼法，水添加燃焼法，蒸気噴射燃焼法，水管群による火炎冷却燃焼法などが提案され実用化されている。
【０００３】
ところで、水管ボイラなどの比較的容量の小さいＮＯx発生源についても環境への影響が高まり、一層の低ＮＯx化が求められるようになってきている。この低ＮＯx化においては、ＮＯxの生成を低減するとＣＯの排出量が増加するので、ＮＯxとＣＯを同時に削減することが難しい。
【０００４】
その原因は、低ＮＯx化と低ＣＯ化とが相反する技術的課題であることにある。すなわち、低ＮＯxを推し進めるために燃焼ガス温度を急激に低下させ、９００℃以下の低い温度に抑制すると、ＣＯが多量に発生すると共に発生したＣＯが酸化されないまま排出され、ＣＯ排出量が増大してしまう。逆に、ＣＯの排出量を少なくするために、燃焼ガス温度を高めに抑制すると、ＮＯxの生成量の抑制が不十分となる。
【０００５】
この課題を解決するために、出願人は、低ＮＯx化に伴い発生するＣＯ量をできるだけ少なくするように、また発生したＣＯが酸化するように燃焼ガス温度を抑制する低ＮＯxおよび低ＣＯ技術を提案し、製品化している（特許文献１，２参照）。しかしながら、この特許文献１，２記載の低ＮＯx化技術は、現実には生成ＮＯx値が２５ppm程度にとどまっていた。
【０００６】
この課題の解決案として、出願人は、ＮＯx発生の抑制を排出ＣＯ値の低減に優先するように燃焼ガス温度を抑制して生成ＮＯx値を所定値以下とする低ＮＯx化ステップを行い、その後に前記低ＮＯx化ステップからの排出ＣＯ値を所定値以下とする低ＣＯ化ステップを行う低ＮＯx燃焼方法を提案している（特許文献３，４参照）。この特許文献３，４記載の技術によれば、１０ppmを下回る低ＮＯx化が可能となるが、５ppmを下回る低ＮＯx化を実現することは難しい。これは、燃焼の特性により、５ppm以上のＮＯxの生成が避けられないことによる。
【０００７】
そして、特許文献３，４記載の低ＮＯx化技術は、図１７に示すように、空気比が１．３８以上の所謂高空気比燃焼領域Ｚ１に属するものである。一方、空気比１．１以下（以下、「低空気比」という。）の燃焼領域Ｚ２では窒素酸化物の発生量が増えて、低ＮＯx、低ＣＯが困難であること，および空気比が１以下となるとバックファイヤーを起こすなど安定燃焼制御が困難なことから、低空気比燃焼の領域Ｚ２は、これまで殆ど研究開発の対象とされていなかった。図１７において、ラインＦ，Ｅは、それぞれこの発明の燃焼装置による一次側のＮＯx特性およびＣＯ特性を模式的に示し、ラインＵ，Ｊは、それぞれこの発明の燃焼装置による触媒二次側のＮＯx特性およびＣＯ特性を模式的に示している。前記特許文献３，４の低ＮＯx化技術は、いずれも基本的には高空気比領域Ｚ１にてバーナを燃焼させることでＮＯx生成を抑制し、酸化触媒（特許文献３，４）にて発生ＣＯを除去する技術である。
【０００８】
一方、時代背景として、ボイラに対して一層の低ＮＯx化が求められるとともに、省エネルギーとなる低空気比運転が求められるようになってきている。
【０００９】
こうした背景のもとに、この出願の発明者らは、酸化触媒を用いて窒素酸化物を限りなく零に近く低減できる燃焼方法の研究開発を行ってきた。
【００１０】
ところで、バーナの燃焼により生ずる窒素酸化物含有ガスの処理方法としては、特許文献５が知られている。
【００１１】
前記特許文献５の排気ガス処理方法は、第一ステップにおいて、バーナを空気比１．０未満（理論空気量より少ない量の燃焼空気量）で燃焼させることにより燃焼排気ガス中に酸素を含まず、ＣＯ，ＨＣ（炭化水素）の未燃成分を含ませ、窒素酸化還元触媒において未燃成分により窒素酸化物を還元して、窒素酸化物を浄化する。そして、第二ステップにおいて、その浄化後の排気ガスに空気を添加して酸化触媒にて未燃成分を浄化するものである。
【００１２】
この特許文献５の処理方法は、酸素の存在下で、一酸化炭素および窒素酸化物を低減するものではない。また、この特許文献５によれば、未燃焼の炭化水素が多量に排出されるので、酸化触媒により排出窒素酸化濃度および排出一酸化炭素濃度を実質的に零とするのは困難である。また、炭化水素の存在下で、窒素酸化物の還元の効率が低下する特性の酸化触媒は、利用することができない。また、窒素酸化物の還元ステップと未燃成分の酸化ステップとを別の触媒を用いて行うので、処理が複雑となる。
【００１３】
また、ガスエンジンからの窒素酸化物含有ガスの浄化方法が特許文献６にて知られている。この特許文献６は、三元触媒を用いて窒素酸化物および一酸化炭素を浄化するものであるが、ガス中に炭化水素の存在が必須であるとともに、過剰酸素が存在しない理論空気比のガスにしか適用できない。よって、特許文献６の処理方法は、バーナの燃焼により生じ、過剰の酸素を含有するボイラの燃焼ガス処理には適さない。
【００１４】
さらに、酸化触媒を用いて焼却炉の排気ガス中の窒素酸化物を一酸化炭素により還元する技術が特許文献７にて知られている。この特許文献７の技術は、排気ガス中に酸素が存在すると窒素酸化物の還元が進行しないので、一次燃焼において、燃料過濃（空気比１未満）燃焼させることで、排気ガスを無酸素状態とするものである。この特許文献７では、燃料過濃燃焼という制約を受けるので、バーナを用いたボイラのような排気ガス中に酸素を含む燃焼装置には適用が困難である。
【００１５】
【特許文献１】特許第３２２１５８２号公報
【特許文献２】米国特許第５３５３７４８号明細書
【特許文献３】特開２００４−１２５３７８号公報
【特許文献４】米国特許第６７９２８９５号明細書
【特許文献５】特開２００１−２４１６１９号公報
【特許文献６】特開平５−３８４２１号公報
【特許文献７】特開平２００３−２７５５４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
この発明が解決しようとする主たる課題は、簡易な装置により、窒素酸化物および一酸化炭素の排出量を限りなく零に近い値まで低減、または許容範囲に低減するとともに、安定した有害物質低減効果を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この出願の発明者等は、前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、特許文献３，４に記載の一酸化炭素を低減するための酸化触媒を備えたボイラにおいてこれまで殆ど研究が行われていなかった限りなく１に近い低空気比での予混合バーナの燃焼領域（図１７の領域Ｚ２）において、窒素酸化物および一酸化炭素の排出量を実質的に零とするポイントを見出した。そして、窒素酸化物および一酸化炭素の排出量を実質的に零とすることができた原因を追及した結果、酸化触媒一次側の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比を基準所定濃度比とすることで、酸化触媒を用いて窒素酸化物および一酸化炭素の排出量を限りなく零に近く低減できるとともに、前記濃度比を前記基準所定濃度比の近傍で調整することにより、有害物質（窒素酸化物および一酸化炭素）の排出量を実質的に零または許容値まで低減可能であるいう新たな知見を得た。この発明は、この知見に基づき完成したものである。この発明によれば、有害物質の排出濃度を実質的に零とすることができるだけではなく、これが限りなく１．０に近い空気比にて実現できるので、顕著な省エネルギーを実現することができる。
以下、単に濃度比という場合、酸化触媒の一次側の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比を意味する。前記酸化触媒は、公知の酸化触媒を用いても良く、新規な酸化触媒を用いても良い。
【００１８】
すなわち、この出願の発明者等は、特許文献７に記載のように、酸化触媒作用のもとで、一酸化炭素により窒素酸化物を還元するには、酸素が障害となるという技術常識を破り、酸素を活用することにより、酸化触媒一次側における酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度の関係を所定の関係（所定濃度比）に調整するという新規な技術手段を採用することにより前記課題を解決するに至ったものである。
【００１９】
前記課題には、つぎの副課題がある。第一の副課題は、前記酸化触媒の有害物質（ＮＯxおよびＣＯ）の低減を阻害する炭化水素を予混合バーナにて生成されるガス中に含ませないことである。これは、内燃機関のような急激な冷却を行わない燃焼とすることにより、炭化水素除去手段を用いることなく、解決できる。
【００２０】
第二の副課題は、前記ガスの濃度比をいかにして前記基準所定濃度比とするかである。前記予混合バーナを単に燃焼させただけでは、前記基準所定濃度を得ることはできない。この副課題に対しては、前記予混合バーナの前記濃度比特性を生かしながら、酸素濃度を調整することで、前記基準所定濃度比に調整することで解決できる。予混合バーナを用いることで、安定した燃焼をさせながら前記濃度比の調整が比較的容易にできる濃度比特性が得られる。前記酸素濃度の調整は、前記予混合バーナへ供給する燃料量と燃焼空気量との割合を調整する空気比調整にて行うことで、簡易にしかも低空気比領域において実現できる。この発明の前記空気比調整は、単に燃料量と燃焼空気量との割合を調整するだけでなく、前記濃度比を調整するものであり、従来の空気比制御とは異なる新規な調整である。
【００２１】
また、前記濃度比の調整において、前記ガス中の窒素酸化物濃度が高すぎると、必要とする一酸化炭素の量も多くなり、前記予混合バーナの濃度比特性では安定的に必要とする一酸化炭素濃度を得られない場合がある。そこで、この発明では、水管群による燃焼ガス温度の抑制により、発生する窒素酸化物濃度を抑制して、濃度比の調整を容易にすることができる。
【００２２】
第三の副課題は、この発明が有害物質排出濃度を実質的に零、またはそれに近い値を狙うものであるから、外気温の変動などにより前記濃度比が変化すると、排出濃度が増加し、安定した低減効果を得られないことである。この副課題に対しては、濃度比一定制御により解決した。この濃度比一定制御は、前記濃度比を調整する手段としての空気比調整手
段を用い、空気比を検出して、空気比のフィードバック制御を行うことで解決できる。
【００２３】
以上のように、この発明は、従来のバーナ，酸化触媒および空気比制御を用いるか、またはその延長線上の技術を用いても零ＮＯxボイラと称し得る有害物質低減効果において顕著であり、省エネルギーを実現できる地球環境に優しいボイラを提供できる画期的な発明である。
【００２４】
請求項１に記載の発明は、炭化水素含有の燃料を燃焼させて、炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を調整する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比を設定空気比としたとき、前記酸化触媒一次側のガス中の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比が所定濃度比となる特性を有し、前記酸化触媒は、前記濃度比を前記所定濃度比としたとき前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を実質的に零または所定値以下とするとする特性を有し、前記空気比調整手段により前記設定空気比に制御することにより前記所定濃度比を一定に保持することを特徴としている。本発明および以下の説明において、「水管群を通過後」とは、「水管群全体を通過後」および「水管群の一部を通過後」を含むものとする。
【００２５】
ここで、窒素酸化物濃度が実質的に零とは、好ましくは、５ppm，さらに好ましくは、３ppm，さらに好ましくは、零である。一酸化炭素濃度が実質的に零とは、３０ppm，さらに好ましくは、１０ppmである。また、以下の説明で、酸素濃度が実質的に零とは、１００ppm以下とするが、好ましくは、計測限界値以下とする。さらに、窒素酸化物濃度，一酸化炭素濃度が所定値以下とは、各国、各地域で定める排出基準濃度以下を意味するが、限りなく実質的に零に近い値に設定することが好ましいのはいうまでもない。このように排出基準値という意味において、「所定値」以下を「許容値」，「排出基準値」と称することができる。
【００２６】
請求項１に記載の発明によれば、前記予混合バーナおよび前記水管群の特性を活かして前記バーナの空気比を設定空気比とし前記ガスの濃度比を前記所定濃度比とすることにより前記酸化触媒を用いて排出窒素酸化物濃度を実質的に零とし、排出一酸化炭素濃度を実質的に零または所定値以下とすることができる。また、前記酸化触媒二次側の酸素濃度は、実質的に零となるので、前記予混合バーナを低空気比にて燃焼させることとなり、省エネルギーを実現できる。また、前記ガス中に炭化水素を排出しないように前記予混合バーナを燃焼させるので、特許文献７のような炭化水素を排出するように燃焼させる方法と比較して前記予混合バーナの燃焼制御を容易に行える。前記酸化触媒に流入するガス中に炭化水素を含まないので、特許文献５のような複雑な手法を用いることなく、前記酸化触媒による窒素酸化物および一酸化炭素の低減を効果的に行うことができるとともに、炭化水素による反応を考慮することなく、前記所定濃度比の調整を容易に行える。また、前記空気比調整手段により前記所定濃度をほぼ一定値に保持するので、外気温の変動などによる前記所定濃度比の変動を抑制することができ、安定した有害物質の低減効果を発揮することができるとともに、前記空気比調整手段と別に前記所定濃度比を一定に制御するための手段が不要であり、装置の構成を簡素化できる。また、予混合バーナを用いているので、低空気比領域で前記所定濃度比を比較的容易に得ることができる。  
【００２７】
請求項２に記載の発明は、炭化水素含有の燃料を燃焼させて、炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記
予混合バーナの空気比を調整する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比を基準設定空気比としたとき、前記酸化触媒一次側のガス中の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比Ｋが基準所定濃度比Ｋ０となる特性を有し、前記酸化触媒は、前記濃度比Ｋを前記基準所定濃度比Ｋ０としたとき前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とする特性を有し、前記空気比調整手段により前記基準設定空気比に制御することにより前記所定濃度比を一定に保持することを特徴としている。
【００２８】
請求項２に記載の発明によれば、前記予混合バーナおよび前記水管群の濃度比特性を活かして前記バーナの空気比を基準設定空気比とし前記ガスの濃度比Ｋを前記基準所定濃度比Ｋ０とすることにより前記酸化触媒を用いて排出窒素酸化物濃度および排出一酸化炭素濃度を実質的に零とすることができる。また、請求項２に記載の発明においても、前記した請求項１により得られるその他効果を同様に奏することができる。
【００２９】
請求項３に記載の発明は、炭化水素含有の燃料を燃焼させて、炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を調整する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比を第一設定空気比としたとき、前記酸化触媒一次側のガス中の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比Ｋが第一所定濃度比Ｋ１となる特性を有し、前記酸化触媒は、前記濃度比Ｋを前記第一所定濃度比Ｋ１としたとき前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を所定値以下とする特性を有し、前記空気比調整手段により前記第一設定空気比に制御することにより前記所定濃度比を一定に保持することを特徴としている。
【００３０】
請求項３に記載の発明によれば、前記予混合バーナおよび前記水管群の濃度比特性を活かして前記バーナの空気比を第一設定空気比とし前記ガスの濃度比Ｋを前記第一所定濃度比Ｋ１とすることにより前記酸化触媒を用いて排出窒素酸化物濃度を実質的に零とし、排出一酸化炭素濃度を所定値以下とすることができる。また、請求項３に記載の発明においても、前記した請求項１により得られるのその他効果を同様に奏することができる。
【００３１】
請求項４に記載の発明は、請求項２または請求項３において、前記基準所定濃度比Ｋ０を判定する式を次式（１）とし、前記基準所定濃度比ＫＯが次式（２）を満たし、前記第一所定濃度比Ｋ１を前記基準濃度比Ｋ０より小さくしたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のボイラ。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ２］）／［ＣＯ］＝Ｋ      …（１）
１．０≦Ｋ＝Ｋ０≦２．０                     …（２）
（式（１）において、［ＣＯ］、［ＮＯｘ］および［Ｏ２］はそれぞれ一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度を示し、［Ｏ２］＞０の条件を満たす。）
【００３２】
請求項４に記載の発明によれば、請求項２〜請求項３と同様な効果を奏する。
【００３３】
請求項５に記載の発明は、炭化水素含有の燃料を燃焼させ、炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を検出するためのセンサと、このセンサの検出信号に基づき設定空気比に前記予混合バーナを制御する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に調整したとき、前記
酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を実質的に零または所定値以下とする前記酸化触媒一次側における酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の所定濃度比を得ることができるように構成されることを特徴としている。ここにおいて、本請求項および以下の請求項において、前記検出空気比（前記センサにより検出される空気比）および前記設定空気比は、それぞれ検出空燃比，設定空燃比または検出酸素濃度，設定酸素濃度に置き換えることができる。
【００３４】
請求項６に記載の発明は、炭化水素含有の燃料を燃焼させ炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を検出するためのセンサと、このセンサの検出信号に基づき設定空気比に前記予混合バーナを制御する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に調整したとき、前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度および酸素濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を実質的に零または所定値以下とする空気比−ＮＯx・ＣＯ特性を有することを特徴としている。
【００３５】
請求項７に記載の発明は、炭化水素含有の燃料を燃焼させ炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を検出するためのセンサと、このセンサの検出信号に基づき設定空気比に前記予混合バーナを制御する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に調整したとき、前記酸化触媒一次側の前記ガスにおける一酸化炭素濃度が前記酸化により前記酸化触媒内で低減される一酸化炭素濃度と前記還元により前記酸化触媒内で低減される一酸化炭素濃度とを加えた値とほぼ等しいか、それ以上となるように構成されることを特徴としている。
【００３６】
請求項８に記載の発明は、炭化水素含有の燃料を燃焼させ炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を検出するためのセンサと、このセンサの検出信号に基づき設定空気比に前記予混合バーナを制御する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に調整したとき、前記酸化触媒への流入前の前記ガスの濃度比が次式（３）を満たすように構成されることを特徴としている。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ２］）／［ＣＯ］≦２．０      …（３）
（式（３）において、［ＣＯ］、［ＮＯｘ］および［Ｏ２］はそれぞれ一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度を示し、［Ｏ２］＞０の条件を満たす。）
【００３７】
請求項５〜請求項８に記載の発明によれば、請求項１と同様な効果を奏することができる。
【００３８】
請求項９に記載の発明は、請求項５〜請求項８において、前記設定空気比を実質的に１．０とすることを特徴としている。
【００３９】
請求項９に記載の発明によれば、請求項５〜請求項８に記載の発明による効果に加えて、限りなく１に近い低空気比燃焼による省エネルギーを実現できるという効果を奏する。
【００４０】
請求項１０に記載の発明は、炭化水素含有の燃料を燃焼させ炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を調整する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により空気比１．０の近傍にて調整することにより得られる前記酸化触媒一次側の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含む前記ガスに関する前記酸化触媒の一次側の空気比−ＮＯx・ＣＯ特性を有し、前記酸化触媒は、前記一次側の空気比−ＮＯx・ＣＯ特性を有するガスを前記酸化触媒と接触させることにより得られる前記酸化触媒二次側の空気比−ＮＯx・ＣＯ特性を有し、前記空気比調整手段は、前記二次側の空気比−ＮＯx・ＣＯ特性のＮＯx・ＣＯ低減領域において前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度濃度を実質的に零とする設定空気比にて前記予混合バーナの空気比を制御することを特徴としている。
【００４１】
請求項１０に記載の発明によれば、前記設定空気比に制御することにより、前記酸化触媒を用いて排出窒素酸化物濃度を実質的に零とし、排出一酸化炭素濃度を実質的に零または所定値以下とすることができる。その他の効果は、前記請求項５〜８と同様である。
【００４２】
請求項１１に記載の発明は、炭化水素含有の燃料を燃焼させ炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群通過後の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスと接触される酸化触媒と、前記予混合バーナの燃焼空気量と燃料量との割合を調整する空気比調整手段とを備え、前記酸化触媒は、その二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とする前記酸化触媒一次側のガス中の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比を基準所定濃度比として、前記濃度比を前記基準所定濃度比とすると、前記酸化触媒二次側の酸素濃度，窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とし、前記基準酸素濃度よりも一次側酸素濃度を低くすると、前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度および酸素濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を低減する特性を有し、前記空気比調整手段は、前記酸化触媒二次側の酸素濃度および／または一酸化炭素濃度に基づき前記空気比を調整することにより、前記酸化触媒一次側の酸素濃度を前記基準酸素濃度に対して調整して、前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を実質的に零または低減することを特徴としている。
【００４３】
請求項１１に記載の発明によれば、前記設定空気比に制御することにより、前記酸化触媒を用いて排出窒素酸化物濃度を実質的に零とし、排出一酸化炭素濃度を実質的に零または所定値以下に低減することができる。その他の効果は、前記請求項５〜８と同様である。
【００４４】
請求項１２に記載の発明は、請求項１〜３，５〜８，１０，１１において、前記ガス温度を抑制し窒素酸化物濃度を所定値以下に抑制する窒素酸化物生成抑制手段を備えたことを特徴としている。
【００４５】
請求項１２に記載の発明によれば、請求項１〜３，５〜８，１０，１１に記載の発明による効果に加えて、ＮＯxの生成を所定値以下に抑制しているので、前記酸化触媒の使用量を低減することができるという効果を奏する。
【００４６】
請求項１３に記載の発明は、請求項１〜３，５〜８，１０，１１において、前記酸化触媒の二次側に給水予熱器を備えたことを特徴としている。
【００４７】
請求項１３に記載の発明によれば、請求項１〜３，５〜８，１０，１１に記載の発明による効果に加えて、前記酸化触媒にて生じた熱を前記給水予熱器にて回収でき、一層の省エネルギー化を実現できるという効果を奏する。また、窒素酸化物の排出量を実質的に零とすることにより、前記給水予熱器の腐食を抑制することができる。
【００４８】
請求項１４に記載の発明は、請求項１〜３，５〜８，１０，１１において、前記触媒または前記センサの異常を検出するための第二のセンサと、報知手段と、前記第二のセンサの検出値に基づき前記異常を判定して前記報知手段によりその異常を報知する制御手段とを備えたことを特徴としている。
【００４９】
請求項１４に記載の発明によれば、請求項１〜３，５〜８，１０，１１に記載の発明による効果に加えて、前記酸化触媒または前記センサの異常の報知により、ボイラの管理者などが異常の対応を行うことにより、多量の一酸化炭素の排出を防止することができるという効果を奏する。
【発明の効果】
【００５０】
この発明によれば、前記空気比調整手段により前記濃度比を前記所定濃度比に調整することにより、前記酸化触媒を用いて、窒素酸化物および一酸化炭素の排出量を限りなく零に近く低減できる。また、有害物質の低減を安定して実現することができる。また、濃度比一定制御のための手段を別個に必要とせず、装置構成を簡易化することができる。また、先混合バーナと比較して、燃焼空気と燃料とを均一混合して燃焼することができ、理論空気比近傍であっても炭化水素やＣＯの発生量が少なく、前記所定濃度比のガスの生成を比較的容易に安定して行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
つぎに、この発明の実施の形態について説明する。この発明の実施の形態を説明する前に、この出願において使用する用語について説明する。「ガス」とは、バーナから酸化触媒（酸化・還元触媒と称することができる。以下。単に「触媒」と称することができる。）を通過し終わるまでのガスをいい、触媒を通過した後のガスを「排ガス」という。したがって、ガスは、燃焼反応中（燃焼過程）のガスと燃焼反応が完結したガスとを含み、燃焼ガスと称することができる。ここにおいて、前記触媒がガスの流れに沿って多段に設けられている場合、「ガス」は、最終段の触媒を通過し終わるまでのガスをいい、「排ガス」は、最終段の触媒を通過した後のガスをいう。
【００５２】
「触媒の一次側」とは、触媒に対しバーナが設けられている側であって、特に断らない限り、ガスがこの触媒を通過する直前をいい、「触媒の二次側」とは、触媒の一次側の反対側をいう。
【００５３】
また、「炭化水素を含まない」とは、燃焼反応の過程で全く炭化水素が生成されないことを意味するのではなく、燃焼反応の過程では、若干の炭化水素が生成されるが、燃焼反応が終了する段階，すなわち前記触媒に流入するガス中に窒素酸化物を還元する炭化水素が実質的に含まれていない（測定限界以下である）ことを意味している。
【００５４】
さらに、空気比ｍは、ｍ＝２１／（２１−[Ｏ２]）と定義する。ただし、 [Ｏ２]は、触媒二次側の排ガス中の酸素濃度を表すが、空気比を求める際に用いる[Ｏ２]は、酸素過剰領域では過剰酸素濃度を表し、燃料過剰領域では一酸化炭素などの未燃ガスを空気比ｍ＝１で燃焼させるのに必要な不足酸素濃度を負の値として表す。
【００５５】
つぎに、この発明の実施の形態について説明する。この発明は、小型貫流ボイラなどの水管ボイラ，給湯器，吸収式冷凍機の再生器などの燃焼装置（熱機器または燃焼機器と称
しても良い。）に適用される。
【００５６】
（実施の形態１）
この発明の実施の形態１は、炭化水素含有の燃料を燃焼させて、炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を調整する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比を設定空気比としたとき、前記酸化触媒一次側のガス中の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比が所定濃度比となる特性を有し、前記酸化触媒は、前記濃度比を前記所定濃度比としたとき前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を実質的に零または所定値以下とするとする特性を有し、前記空気比調整手段により前記設定空気比に制御することにより前記所定濃度比を一定に保持することを特徴とするボイラである。この実施の形態１は、つぎの二つの実施の形態２，３を含む。
【００５７】
（実施の形態２）
前記実施の形態２は、炭化水素含有の燃料を燃焼させて、炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を調整する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比を基準設定空気比としたとき、前記酸化触媒一次側のガス中の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比Ｋが基準所定濃度比Ｋ０となる特性を有し、前記酸化触媒は、前記濃度比Ｋを前記基準所定濃度比Ｋ０としたとき前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とする特性を有し、前記空気比調整手段により前記基準設定空気比に制御することにより前記所定濃度比を一定に保持することを特徴とするボイラである。
【００５８】
（実施の形態３）
また、前記実施の形態３は、炭化水素含有の燃料を燃焼させて、炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を調整する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比を第一設定空気比としたとき、前記酸化触媒一次側のガス中の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比Ｋが第一所定濃度比Ｋ１となる特性を有し、前記酸化触媒は、前記濃度比Ｋを前記第一所定濃度比Ｋ１としたとき前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を所定値以下とする特性を有し、前記空気比調整手段により前記第一設定空気比に制御することにより前記所定濃度比を一定に保持することを特徴とするボイラである。
【００５９】
前記基準所定濃度比Ｋ０，前記第一所定濃度比Ｋ１は、それぞれ前記基準設定空気比，前記第一設定空気比に制御することにより、次の調整０，調整１がなされる。  
調整０：前記濃度比Ｋを前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とする基準所定濃度比Ｋ０に調整する。
調整１：前記濃度比Ｋを、前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とするとともに一酸化炭素濃度を所定値以下とする第一所定濃度比Ｋ１に調整する。
【００６０】
そして、前記触媒は、前記調整０を行うと、それぞれ前記触媒二次側の窒素酸化物濃度
および一酸化炭素濃度を実質的に零とし、前記調整１を行うと前記触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とするとともに一酸化炭素濃度を所定値以下する特性を有している。
【００６１】
これらの実施の形態２，３において、濃度比とは、一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度の相互の関係を意味する。前記調整０における基準所定濃度比Ｋ０は、次式（１）の判定式にて判定され、好ましくは、次式（２）を満たし、前記第一所定濃度比Ｋ１を前記基準所定濃度比Ｋ０より小さくするように設定される。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ２］）／［ＣＯ］＝Ｋ      …（１）
１．０≦Ｋ＝Ｋ０≦２．０                     …（２）
（式（１）において、［ＣＯ］、［ＮＯｘ］および［Ｏ２］はそれぞれ一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度を示し、［Ｏ２］＞０の条件を満たす。）
【００６２】
すなわち、前記基準所定濃度比Ｋ０は、前記酸化触媒二次側の酸素濃度，窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度をそれぞれ実質的に零とする前記酸化触媒の一次側の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比である。前記式（１）は、前記基準所定濃度比Ｋ０を判定するための判定式であり、式（２）は、前記酸化触媒二次側の酸素濃度，窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度をそれぞれ実質的に零とする条件を示している。理論的には、Ｋ０＝１．０の条件で、各濃度を零とすることができる。しかしながら、実験結果によると、前記式（２）の範囲で各濃度を実質的に零とすることが確認されているが、前記Ｋ０の上限２．０は、前記触媒の特性によっては、２．０より大きい値をとることが考えられる。
【００６３】
前記基準所定濃度比Ｋ０の値を下回るように，すなわち式（１）のＫがＫ０よりも小さい前記第一所定濃度比Ｋ１となるように前記酸化触媒の一次側の濃度比Ｋを調整する（前記調整１）と、前記酸化触媒二次側の酸素濃度および窒素酸化物濃度が実質的に零となるとともに一酸化炭素濃度が所定値以下となる。この一酸化炭素濃度の所定値は、好ましくは、排出基準値（この値は、国により異なるので、国ごとに変更することが可能である。）以下に設定する。この所定値を決めると、実験的に前記第一所定濃度比Ｋ１を定めることができる。前記濃度比Ｋの値がＫ０よりも小さい前記第一所定濃度比Ｋ１となるような濃度比Ｋの調整は、具体的には、前記酸化触媒一次側の一酸化炭素濃度に対する酸素濃度の割合を、前記基準所定濃度比Ｋ０を満たす一酸化炭素濃度に対する酸素濃度の割合よりも少なくすることで実現可能である。
【００６４】
以上の実施の形態１〜３においては、まず、前記酸化触媒の一次側に酸素が存在するように、前記予混合バーナで燃焼する。この燃焼により、酸素と、窒素酸化物および一酸化炭素とを含み、炭化水素を含まないガスが生成される。そして、前記触媒の一次側の前記ガスにおける酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比Ｋは、前記予混合バーナおよび前記水管群により、それぞれ前記基準所定濃度比Ｋ０，前記第一所定濃度比Ｋ１に調整される。そして、前記触媒にて、前記ガスが前記触媒と接触して前記ガス中の酸素により一酸化炭素が酸化され、一酸化炭素により窒素酸化物が還元される。前記調整０または前記調整１が行われた場合の酸素の役割は、一酸化炭素濃度の調整，すなわち窒素酸化物を還元してその濃度を実質的に零とするのに必要な量以上に存在する一酸化炭素量を消費して低減するものである。この前記調整０，前記調整１後に前記触媒との接触により、前記ガス中の窒素酸化物の排出量が実質的に零に低減され、一酸化炭素の排出量が実質的に零または所定値以下に低減される。また、前記濃度比一定制御により、前記各所定濃度比Ｋ０，Ｋ１の値の変動が抑制され、窒素酸化物排出量および一酸化炭素排出量の低減効果を安定して発揮することができる。特に、前記調整０において、窒素酸化物排出量を実質的に零とするには、前記濃度比一定制御が重要である。
【００６５】
前記調整０の基準所定濃度比Ｋ０および前記調整１の第一所定濃度比Ｋ１は、次式（３
）で包含して表現される。すなわち、式（３）を満たすと、前記触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を実質的に零とするか、低減する。一酸化炭素濃度の低減を前記所定値以下とするには、式（３）の左辺の値がＫ０よりも小さい値となるように前記酸化触媒一次側の前記濃度比Ｋを調整し、前記第一所定濃度比Ｋ１とする。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ2］）／［ＣＯ］＝Ｋ≦２．０      …（３）
（式（３）において、［ＣＯ］、［ＮＯｘ］および［Ｏ2］はそれぞれＣＯ濃度、ＮＯx濃度およびＯ2濃度を示し、［Ｏ2］＞０の条件を満たす。）
【００６６】
（実施の形態４）
この発明は、つぎの実施の形態４を含む。この実施の形態４は、炭化水素含有の燃料を燃焼させ、炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を検出するためのセンサと、このセンサの検出信号に基づき設定空気比に前記予混合バーナを制御する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に調整したとき、前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を実質的に零または所定値以下とする前記酸化触媒一次側における酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の所定濃度比を得ることができるように構成されることを特徴とするボイラである。
【００６７】
前記設定空気比は、好ましくは、１．０の設定空気比に制御するが、前記触媒での反応の結果、１．０の設定空気比を満たし得る前記触媒の一次側の酸素濃度が所定濃度となるように空気比を制御するように構成することもできる。
【００６８】
この発明の実施の形態４においては、前記バーナは、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に制御されて燃焼する。燃焼により生成されるガスは、前記水管群にて吸熱作用を受けた後、前記触媒により一酸化炭素が酸化され、窒素酸化物が還元される。その結果、前記ガス中の窒素酸化物の排出量が５ppm以下の零に近い値に低減される。また、一酸化炭素の排出量が低減される。
【００６９】
この発明の実施の形態４によれば、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に制御することにより、前記触媒の二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とする前記触媒の一次側における酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比が得られる。
【００７０】
低空気比制御においては、安定的な空気比制御が難しいが、前記空気比調整手段に、前記空気比を安定的に制御する電気的制御手段および／または機械的制御手段を含ませることにより、安定した空気比制御を行うことができる。
【００７１】
前記触媒の一次側の濃度比調整は、好ましくは、前記触媒の一次側の前記ガスにおける一酸化炭素濃度が一酸化炭素の酸化（第一反応）により前記触媒内で低減される一酸化炭素濃度と窒素酸化物の一酸化炭素による還元（第二反応）により前記触媒内で低減される一酸化炭素濃度とを加えた値とほぼ等しいか、それ以上となるように制御される。
【００７２】
ここで、有害物質（窒素酸化物および一酸化炭素）の低減作用についてさらに説明する。この低減作用は、つぎのようにして行われると考えられる。ＨＣ（炭化水素）を含まないガスにおいて、前記触媒では、主反応として、一酸化炭素を酸化させる第一反応と窒素酸化物を一酸化炭素により還元させる第二反応とが生じている。そして、前記触媒における反応（触媒反応）において、酸素存在下では、前記第一反応が前記第二反応よりも優位であり、前記第一反応に基づき一酸化炭素は、酸素により消費されて、濃度調整された後
、前記第二反応により窒素酸化物を還元する。この説明は、簡略化したものである。実際は、前記第一反応は、前記第二反応と競合反応であるが、一酸化炭素と酸素との反応が酸素存在下において前記第二反応と比較し見かけ上速く起こるため、第一段階で前記第一反応が行われ、第二段階で前記第二反応が行われると考えられる。
【００７３】
要するに、前記触媒において、酸素の存在下では、ＣＯ＋１／２Ｏ２→ＣＯ２なる前記第一反応により、酸素が消費され、残りのＣＯを用いて、２ＣＯ＋２ＮＯ→Ｎ2＋２ＣＯ２なる前記第二反応により、窒素酸化物を還元して、排出窒素酸化物濃度を低減する。
【００７４】
ここで、前記の反応式の説明において、ＮＯxを用いることなく、ＮＯを用いているのは、高温場での生成窒素酸化物の組成は、主成分がＮＯであり、ＮＯ２が数％に過ぎないので、近似的に説明することができるからである。ＮＯ２は、存在してもＮＯと同様にＣＯにより還元されると考えられる。
【００７５】
前記バーナおよび前記水管群は、両者によって前記濃度比の調整を行う，すなわち前記バーナおよび前記水管群の濃度比特性を利用して濃度比の調整を行うものである。この濃度比特性とは、前記バーナを空気比を変化させて燃焼させることにより生成される前記水管群の全部または一部を通過後の一酸化炭素濃度および窒素酸化物濃度が変化する特性である。また、この濃度比特性は、基本的には前記バーナによる濃度比特性により決まり、前記水管群は、典型的には、前記バーナの濃度比特性を一部変化させるか、またはその濃度比特性を保持する機能を有する。前記水管群の形態としては、前記バーナの直近に燃焼空間を殆ど有さず、燃焼空間内に水管群を配置した第一の態様（前記特許文献１〜４に相当）と、前記バーナと水管群との間に燃焼空間を有する第二の態様とを含む。前記第一の態様では、水管管の隙間で燃焼反応が進行する。前記水管群を前記第一の態様とする場合は、燃焼反応中のガスの冷却により、一酸化炭素濃度の増加をもたらすとともに、窒素酸化物濃度を抑制する。前記水管群を前記第二の態様とする場合は、典型的には、前記バーナによる濃度比特性を殆ど変更することなく、保持するものである。
【００７６】
そして、前記バーナおよび前記水管群は、つぎの空気比―ＮＯx・ＣＯ特性を有する。この空気比―ＮＯx・ＣＯ特性は、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に調整したとき、前記触媒の二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とする前記触媒の一次側のガスにおける酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比が得られるものである。前記空気比―ＮＯx・ＣＯ特性は、好ましくは、前記触媒一次側における前記窒素酸化物の濃度を３００ppm以下とする。こうすることにより、前記触媒の使用量を低減できる。
【００７７】
また、前記バーナと前記水管群とによる前記濃度比調整は、実験的なデータに基づいて空気比―ＮＯx・ＣＯ特性（濃度比特性）を求めることにより行われる。この濃度比調整により、前記触媒の一次側の前記ガスにおける一酸化炭素濃度が一酸化炭素の酸化により前記触媒内で低減される一酸化炭素濃度と窒素酸化物の一酸化炭素による還元により前記触媒内で低減される一酸化炭素濃度とを加えた値とほぼ等しいか、それ以上とする。ここで、この発明では、前記濃度比調整に関与する構成要素として、水管群以外の要素を含む場合もこの発明に包含される。
【００７８】
この濃度比調整において、空気比を実質的に１．０の設定空気比に制御すれば、省エネルギーを達成するうえで好ましい。また、この濃度比調整は、好ましくは、燃焼温度の調整，すなわち前記バーナからの燃焼反応中のガスを冷却することにより窒素酸化物量および一酸化炭素量を所定量以下に抑制するとともに、ガス温度を保持して得られた一酸化炭素濃度を低減させないことにより行われる。一酸化炭素は、ガス温度が約９００℃以上となると酸化されやすいので、好ましくは、前記触媒の一次側におけるガス温度が６００℃以下に保持されるように前記バーナおよび前記水管群とが構成される。
【００７９】
前記濃度比の範囲を表す式は、前記の式（３）にて表現することができる。  ここで、（［ＮＯx］＋２［Ｏ２］）／［ＣＯ］の値（濃度比の値）は、２．０以下とするが、好ましくは、１．５以下とする。また、窒素酸化物濃度（［ＮＯx］）は、一酸化窒素濃度（［ＮＯ］）と二酸化窒素濃度（［ＮＯ２］）との合計濃度である。また、前記式（３）を満たす一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度の濃度比を所定濃度比という。
【００８０】
前記所定濃度比の値が１．０の場合は、理論上は、前記触媒から排出される酸素濃度，窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を零とすることができる。しかしながら、実験上は、僅かに一酸化炭素が排出されることが分かっている。前記式（１）における（［ＮＯx］＋２［Ｏ２］）／［ＣＯ］＝１は、実験結果を考慮して、前記第一反応および第二反応から理論的に導き出したものである。
【００８１】
ここで、（［ＮＯx］＋２［Ｏ2］）／［ＣＯ］＝１を如何にして導き出したかを説明する。この式は、前記基準所定濃度比Ｋ０を典型的に満足する式であるので、基準所定濃度充足式と称する。
前記触媒内では、前記第一反応（I）が主反応として起こることが知られている。
ＣＯ ＋１／２Ｏ2 →  ＣＯ2                        …（I）
また、Pt等の貴金属触媒を用いた触媒内では、酸素が存在しない雰囲気で前記第二反応（II）によるＣＯによるＮＯ還元反応が進行する。
ＣＯ ＋ＮＯ →  ＣＯ2 ＋１／２Ｎ2                  …（II）
そこで、前記第一反応（I）、前記第二反応（II）の反応に寄与する物質の濃度に着目し、前記基準濃度充足式を導きだした。
すなわち、ＣＯ濃度，ＮＯ濃度，Ｏ2濃度をそれぞれ［ＣＯ］ppm，［ＮＯ］ppm，［Ｏ2］ppmとすると、前記式（I）よりＣＯにより除去できる酸素濃度は、次式（III）で表される。
２［Ｏ2］＝ ［ＣＯ］ａ                                              …（III）
また、前記式（II）の反応を起こすためには、ＣＯがＮＯの等量必要であり、次式（IV）の関係がいえる。
［ＣＯ］ｂ ＝[ＮＯ]                             …（IV）
前記式（I）、（II）の反応を前記触媒内で連続して起こす場合、前記式（III）と前記式（IV）を足し合わせることで得られる次式（V）の濃度関係が必要となる。
［ＣＯ］ａ ＋［ＣＯ］ｂ ＝２［Ｏ2］＋ ［ＮＯ］    …（V）
［ＣＯ］ａ ＋［ＣＯ］ｂは、同一成分であるため、前記触媒二次側のガス中のＣＯ濃度として［ＣＯ］で表すことができる。
よって、前記基準所定濃度比充足式，
すなわち［ＣＯ］＝２［Ｏ2］＋［ＮＯ］の関係を導くことができる。
【００８２】
前記所定濃度比の値が１．０よりも小さい場合は、一酸化炭素の濃度が前記窒素酸化物の還元に必要な濃度以上に存在するので、排出酸素濃度が零で、前記触媒通過後のガス中に一酸化炭素が残留する。このため前記式（３）における濃度比の下限値を設けていない。前記触媒通過後に、一酸化炭素が含まれる場合は、この残留一酸化炭素を酸化する酸化手段を更に設けることが好ましい。この酸化手段は、前記触媒と別個の触媒を設け、この触媒の上流側へ酸素を投入して一酸化炭素を酸化するように構成することができる。
【００８３】
また、前記濃度比の値の１．０を越える２．０は、実験的に得られた値であるが、つぎの理由によると考えられる。前記触媒中で生じている反応は、完全に解明されておらず、前記第一反応および前記第二反応の主反応以外に、副反応が生じていることが考えられる。この副反応の一つとして、蒸気と一酸化炭素との反応により水素が生じ、この水素により窒素酸化物および酸素が還元される反応が考えられる。
【００８４】
つぎに、この発明の実施の形態の構成要素についてさらに説明する。前記バーナは、好ましくは、ガス燃料を予混合燃焼させる全一次空気式の予混合バーナとする。前記触媒にて、前記第一反応および前記第二反応を効果的に生じさせるには、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素に関する前記（２）（３）式で示すような濃度比が重要である。前記バーナを予混合バーナとすることにより、低空気比領域で前記所定濃度比を比較的容易に得ることができる。
【００８５】
また、前記式（３）を満たすという条件下で前記触媒の一次側の酸素濃度Ｏ２を０％＜Ｏ２≦１．００％とすると、空気比はほぼ１．０となり、排出濃度が零に近い低ＮＯxと低ＣＯに加えて省エネルギーが実現され、低公害で、省エネルギーの燃焼装置を提供することができる。
【００８６】
また、前記水管群は、燃焼装置がボイラの場合は、水管とし、再生器の場合は、吸収液濃縮管とする。そして、前記水管群は、前記触媒へ流入するガス温度を前記触媒の活性化温度近くに制御する機能をも有する。すなわち、ガス温度を前記第一反応および前記第二反応を効果的に生じさせ、かつ温度による劣化を抑制し、耐久性を考慮した温度に制御する。前記水管群は、前記バーナからのガスと熱交換する複数の水管であるが、給湯器の水管のように１本の水管を蛇行させることで複数の水管を構成することができる。
【００８７】
前記触媒は、前記ガス中にＨＣが含まれない状態において効率よく前記窒素酸化物を還元する機能を有する触媒で、前記水管群の後流または前記水管群の途中に設けられ、通気性を有する基材に触媒活性物質を担持した構成とし、構造は特定のものに限定されない。前記基材としては、ステンレスなどの金属，セラミックが用いられ、排ガスとの接触面積を広くするような表面処理が施される。触媒活性物質としては、一般的に白金が用いられるが、実施に応じて、白金に代表される貴金属（Ａｇ，Ａｕ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｐｔ，Ｐｄ）または金属酸化物を用いることができる。前記触媒を前記水管群の途中に設ける場合は、複数の水管間の隙間に設けるか、前記水管を基材として、その表面に触媒活性物質を担持した構成とすることができる。
【００８８】
前記空気比調整手段は、流量調整手段と、この流量調整手段を駆動するモータと、このモータを制御する制御手段とを含む。前記流量調整手段は、前記バーナの燃焼空気量および燃料量いずれか一方，または両方を変えることで両者の比率を変え、前記バーナの空気比を調整するための手段である。前記燃焼空気量を調整するものの場合、好ましくは、ダンパ（弁の意味を含む）とする。このダンパの構造としては、回転軸を中心に回転する弁体により流路の開度を変える回転タイプのもの、流路の断面開口に対してスライドすることにより流路の開度を変えるスライドタイプのものとすることができる。
【００８９】
この流量調整手段を燃焼空気量を変えるものとする場合には、好ましくは、送風機と燃料供給手段との間の空気流路に設けるが、前記送風機の吸い込み口など前記送風機の吸い込み口側に設けることができる。
【００９０】
前記モータは、好ましくは、前記流量調整手段を駆動する手段であり、前記流量調整手段の開度量を駆動量に応じて制御でき、かつ単位時間当たりの駆動量を調整できるモータとする。このモータは、前記空気比を安定的に制御する「機械的制御手段」の一部を構成する。この「開度量を駆動量に応じて制御できる。」とは、駆動量が決まれば、前記流量調整弁の開度を特定の位置に停止制御できることを意味する。また、「単位時間当たりの駆動量を調整できる。」とは、位置制御の応答性を調整できることを意味する。
【００９１】
このモータは、好ましくは、ステッピングモータ（ステップモータと称することができ
る。）とするが、ギヤモータ（ギヤドモータと称することができる。）やサーボモータなどとすることができる。前記ステッピングモータとした場合は、前記駆動量は駆動パルスにより決まり、前記流量調整手段の開度位置を基準開度位置から駆動パルスの数に応じた量だけ開閉移動して任意の目的とする停止位置に制御できる。また、前記ギヤモータまたは前記サーボモータとした場合は、前記駆動量が開閉駆動時間であり、前記流量調整手段の開度位置を基準開度位置から開閉駆動時間に応じた量だけ開閉移動して任意の目的とする停止位置に制御できる。
【００９２】
前記センサとしては、酸素過剰領域では過剰酸素濃度を表し、燃料過剰領域では一酸化炭素等の未燃ガスを空気比ｍ＝１．０で燃焼させるのに必要な不足酸素濃度を負の値として表す酸素濃度計を好適に用いることができる。
また、前記センサとしては、酸素濃度センサと一酸化炭素濃度センサとを組み合わせ、近似的に空気比を求めることもできる。
【００９３】
以上のようなセンサの取付位置は、好ましくは、前記触媒の二次側とするが、これに限定されるものではなく、前記触媒の一次側や、前記触媒の下流側に排熱回収器を設けた場合は、この下流側とすることができる。
【００９４】
前記空気比調整手段は、予め記憶した空気比制御プログラムに基づき、前記センサの検出値を入力して、前記モータの駆動量をフィードバック制御して、前記触媒の一次側の前記ガスにおける一酸化炭素濃度が前記酸化により前記触媒内で低減される一酸化炭素濃度と前記還元により前記触媒内で低減される一酸化炭素濃度とを加えた値とほぼ等しいか、それ以上となるように、または、前記式（３）を満たすように、前記空気比を１の設定空気比に制御（濃度比Ｋの一定制御）する。
【００９５】
前記空気比制御プログラムは、好ましくは、前記検出空気比と前記設定空気比との差に応じて前記モータの単位時間当たり駆動量（１駆動単位当たりの時間で表現することができる。）を変える第一制御帯と、この第一制御帯の外側において単位時間当たりの前記駆動量を固定の所定値とする第二制御帯とを設けて、前記モータの駆動量を制御するように構成する。この制御は、前記検出空気比が前記設定空気比を中心にした設定範囲内に収まるように制御する前記電気的制御手段を構成する。なお、この空気比制御プログラムは、この制御方式に限定されるものではなく、種々のＰＩＤ制御とすることができる。前記第一制御帯における制御量は、検出空気比と設定空気比との差と設定ゲインとの積の式により制御することができる。こうした制御により、設定空気比に速やかに制御できるととともに、オーバーシュートおよびハンチングの少ない制御を行うことができる効果を奏することができる。
【００９６】
前記バーナおよび前記水管群による濃度比調整は、前記水管群以外の前記バーナから前記触媒までのガス通路を構成する要素およびこのガス通路に含まれる要素によりおこなう形態を含むものである。
【００９７】
また、前記機械的制御手段は、燃焼空気の給気通路を主通路とこれと並列の補助通路とから構成し、前記主通路に設けた弁体の作動で空気流量を粗調整し、前記補助通路に設けた弁体の作動で空気流量を微調整するように構成することができる。また、機械的制御手段は、燃料供給通路を主通路とこれと並列の補助通路とから構成し、前記主通路に設けた弁体の作動で空気流量を粗調整し、前記補助通路に設けた弁体の作動で空気流量を微調整するように構成することができる。
【００９８】
前記空気比調整手段の流量調整手段は、送風機のモータをインバータにより制御するもととすることができる。このインバータは、周知の構成のものを利用できる。このインバ
ータを用いる場合も、ダンパ制御に用いる前記空気比制御プログラムにより制御することができる。
【００９９】
（実施の形態５）
この発明は、前記ボイラの実施の形態１〜５に限定されるものではなく、つぎの実施の形態５〜７を含んでいる。
【０１００】
前記実施の形態５は、炭化水素含有の燃料を燃焼させ、炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を検出するためのセンサと、このセンサの検出信号に基づき設定空気比に前記予混合バーナを制御する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に調整したとき、前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度および酸素濃度を実質的に零とし、一酸化炭素濃度を実質的に零または所定値以下とする空気比−ＮＯx・ＣＯ特性を有することを特徴とするボイラである。
【０１０１】
前記実施の形態６は、炭化水素含有の燃料を燃焼させ、炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を検出するためのセンサと、このセンサの検出信号に基づき設定空気比に前記予混合バーナを制御する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に調整したとき、前記酸化触媒一次側の前記ガスにおける一酸化炭素濃度が前記酸化により前記酸化触媒内で低減される一酸化炭素濃度と前記還元により前記酸化触媒内で低減される一酸化炭素濃度とを加えた値とほぼ等しいか、それ以上となるように構成されることを特徴とするボイラである。
【０１０２】
前記実施の形態７は、炭化水素含有の燃料を燃焼させ、炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を検出するためのセンサと、このセンサの検出信号に基づき設定空気比に前記予混合バーナを制御する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により前記空気比を前記設定空気比に調整したとき、前記酸化触媒への流入前の前記ガスの濃度比が次式（３）を満たすように構成されることを特徴とするボイラである。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ２］）／［ＣＯ］≦２．０      …（３）
（式（３）において、［ＣＯ］、［ＮＯｘ］および［Ｏ２］はそれぞれ一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度を示し、［Ｏ２］＞０の条件を満たす。）
【０１０３】
以上の実施の形態５〜７のボイラは、前記実施の形態４と同様な作用効果を奏する。この発明は、つぎの実施の形態８を含む。
【０１０４】
（実施の形態８）
前記実施の形態８は、炭化水素含有の燃料を燃焼させ、炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群を通過後の前記ガスに含まれる一酸化
炭素を酸素により酸化し窒素酸化物を一酸化炭素により還元する酸化触媒と、前記予混合バーナの空気比を調整する空気比調整手段とを備え、前記予混合バーナおよび前記水管群は、前記空気比調整手段により空気比１．０の近傍にて調整することにより得られる前記酸化触媒一次側の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含む前記ガスに関する前記酸化触媒の一次側の空気比−ＮＯx・ＣＯ特性を有し、前記酸化触媒は、前記一次側の空気比−ＮＯx・ＣＯ特性（一次特性）を有するガスを前記酸化触媒と接触させることにより得られる前記酸化触媒二次側の空気比−ＮＯx・ＣＯ特性（二次特性）を有するように構成され、前記空気比調整手段は、前記二次側の空気比−ＮＯx・ＣＯ特性のＮＯx・ＣＯ低減領域の設定空気比であって、前記二次特性における窒素酸化物濃度（排出ＮＯx濃度）を実質的に零とする値に設定される。この窒素酸化物濃度を実質的に零とするのは、好ましくは、前記予混合バーナの空気比を実質的に１．０に制御することにより実現される。この制御は、好ましくは、前記酸化触媒の二次側の空気比により行うが、前記触媒での反応の結果、実質的に１．０の設定空気比を満たし得る前記触媒の一次側の酸素濃度（Ｏ2濃度）が所定濃度となるように一次側のＯ2濃度により行うように構成することもできる。前記一次特性は、この発明の前記バーナおよび前記水管群による濃度比特性であり、空気比−ＮＯx特性と空気比−ＣＯ特性とを含む。また、前記二次特性は、前記触媒による特性（触媒特性）であり、空気比−ＮＯx特性と空気比−ＣＯ特性とを含む。
【０１０５】
この実施の形態８において、前記バーナの燃焼により生成されるガスは、前記水管群にて吸熱作用を受け、所定濃度比で酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスとなる。そして、前記バーナの空気比を低空気比の領域で変化させると、前記バーナおよび前記水管群による濃度比特性である前記一次特性と前記触媒の特性による前記二次特性が得られる。
【０１０６】
（実施の形態９）
前記実施の形態８は、つぎのボイラ実施の形態９にて表現することができる。この実施の形態９は、炭化水素含有の燃料を燃焼させ、炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱を行う水管群と、この水管群を通過後の前記ガスと接触され、このガス中の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比がＮＯx非低減領域のとき一酸化炭素を低減し、窒素酸化物を低減せず、前記濃度比がＮＯx低減領域のとき、一酸化炭素および窒素酸化物を低減する触媒と、前記予混合バーナへ供給する空気量および／または燃料量の割合を調整する空気比調整手段とを備え、前記空気比調整手段は、前記濃度比が前記ＮＯx低減領域となるように、空気量および／または燃料量の割合を調整するものであって、前記調整は、前記酸化触媒二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とするように構成する。この実施の形態９の前記濃度比の調整は、前記調整０および前記調整１を含むものである。さらに、前記濃度比の調整は、好ましくは、前記酸化触媒二次側の酸素濃度を実質的に零とするように構成する。前記触媒における一酸化炭素の低減は、酸化により、窒素酸化物の低減は一酸化炭素による還元によりなされる。    
【０１０７】
また、この実施の形態９において、好ましくは、前記予混合バーナおよび前記水管群による濃度比調整は、生成される有害物質濃度を設定濃度以下に抑制するように構成する。ここで、有害物質（公害物質と称することもできる。）とは、窒素酸化物および一酸化炭素である。この設定濃度は、有害物質を窒素酸化物とした場合、たとえば３００ppmとすることができる。すなわち、前記濃度比調整により生成される有害物質濃度を設定濃度以下に抑制しておくことにより、前記酸化触媒における処理量，すなわち前記触媒の量を少なくすることができる。前記ガス温度を抑制し窒素酸化物濃度を所定値以下に抑制する手段を窒素酸化物生成抑制手段と称する。この窒素酸化物抑制手段としては、水管群により燃焼反応中のガスを冷却する手段、排ガスを再循環させる手段、燃焼反応中のガス中に水または蒸気を添加する手段、これらの複数の手段を組み合わせたものを含む。この窒素酸
化物生成抑制手段は、この実施の形態９だけでなく、他の実施の形態においても適用することができる。
【０１０８】
（実施の形態１０）
さらに、この発明は、つぎのボイラの実施の形態１０を含む。この実施の形態１０は、炭化水素含有の燃料を燃焼させ、炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスを生成させる予混合バーナと、この予混合バーナにて生成されるガスから吸熱する水管群と、この水管群通過後の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含むガスと接触され、前記ガス中の酸素により一酸化炭素を酸化する第一反応と、前記ガス中の一酸化炭素により窒素酸化物を還元する第二反応とを主反応として行う触媒と、前記予混合バーナの燃焼空気と燃料との割合を調整する制御手段（濃度比調整手段）とを備え、前記触媒は、その二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とする前記触媒の一次側のガス中の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比を基準所定濃度比として、前記濃度比を前記基準所定濃度比とすると、前記触媒の二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とし、前記基準所定濃度比に対応する基準酸素濃度よりも一次側酸素濃度を高くすると、前記触媒二次側において一次側酸素濃度と基準酸素濃度の差に応じた濃度の酸素が検出されるとともに、前記触媒の二次側の一酸化炭素濃度を実質的に零とし、窒素酸化物濃度を低減し、前記基準酸素濃度よりも一次側酸素濃度を低くすると、前記触媒の二次側において一次側酸素濃度と基準酸素濃度の差に応じた濃度の一酸化炭素が検出されるとともに前記触媒の二次側の窒素酸化物濃度実質的に零とし、一酸化炭素濃度を低減する特性を有し、前記濃度比調整手段は、前記触媒の特性を利用して、前記触媒の二次側の酸素濃度に基づき前記予混合バーナの燃焼空気量と燃料量との割合を調整することにより、前記触媒の一次側の酸素濃度を前記基準酸素濃度に対して調整して、前記触媒の二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を低減することを特徴とするボイラである。ここにおける調整は、前記調整０および前記調整１を含む。
【０１０９】
前記実施の形態８，９は、前記触媒二次側の酸素濃度および／または一酸化炭素濃度などにより求められる空気比に対する前記予混合バーナおよび水管群の前記一次特性と前記二次特性とに基づいて表現したものである。これに対して、この実施の形態１０は、前記触媒の一次側の酸素濃度に対する前記予混合バーナおよび前記水管群の前記一次特性と前記触媒の特性とに基づいて表現したものである。
【０１１０】
この触媒特性とは、つぎのような特性である。すなわち、図７の模式図に示すように、前記触媒一次側の前記濃度比の特性ラインＬ（二次側［ＮＯx］＝０，［ＣＯ］＝０ライン）を有している。このラインＬ上に前記触媒一次側の前記濃度比Ｋが位置すると、前記触媒の二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度が実質的に零となる。このラインＬは、理論的には前記式（３）の前記所定濃度比Ｋが１．０（前記式（２）ではＫ０＝１．０）に対応している。しかしながら、前述のように、実験的に前記濃度比Ｋが１．０を越える２．０までの範囲で、前記触媒の二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とすることができることが確認されているので、前記二次側の特性ラインＬは、図７のラインに限定されない。
【０１１１】
そして、前記バーナおよび前記水管群の前記一次特性のラインＭと、前記二次側側の特性ラインＬとの交点における酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比Ｋを仮に特異基準所定濃度比Ｋ０Ｘ（以下、特異基準濃度比という。）と称する。前記触媒の一次側の前記濃度比Ｋを前記特異基準濃度比Ｋ０Ｘに調整する（前記調整０）と、前記触媒の二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とする。そして、前記特異基準濃度比Ｋ０Ｘに対応する基準酸素濃度ＳＫよりも一次側酸素濃度を高くする，すなわち前記空気比調整手段により一次側酸素濃度を高くすると前記触媒二次側において一次側酸素濃度と基準酸素濃度の差に応じた濃度の酸素が検出されるとともに、前記触媒の二次側の窒素
酸化物濃度が一次側の窒素酸化物濃度よりも低減し、かつ二次側の一酸化炭素濃度が実質的に零となる。また、前記特異基準濃度比Ｋ０Ｘよりも一次側酸素濃度を低くする（前記調整１）と前記触媒の二次側において一次側酸素濃度と基準酸素濃度の差に応じた濃度の一酸化炭素が検出されるとともに、前記触媒の二次側の窒素酸化物濃度が実質的に零となり、かつ二次側の一酸化炭素濃度が低減する。  
【０１１２】
こうした前記触媒の特性と前記予混合バーナおよび前記水管群の前記一次特性とを利用すると、前記触媒の二次側の酸素濃度および／または一酸化炭素濃度を零に制御する，すなわち空気比を１．０に制御することで、簡易に排出ＮＯx濃度および排出ＣＯ濃度を実質的に零に制御することができる。すなわち、前記触媒の二次側の酸素濃度および／または一酸化炭素濃度の制御により、空気比１．０で燃焼することによる省エネルギーと、排出ＮＯx濃度および排出ＣＯ濃度が実質的に零の超低公害化とを同時に実現することができる。
【０１１３】
また、前記触媒の二次側の酸素濃度および／または一酸化炭素濃度を零の近傍にてその量を制御することにより、排出ＮＯx濃度が実質的に零とすることができないまでも零に近い低い値に低減することができる。
【０１１４】
以上の実施の形態１〜９において、好ましくは、前記触媒の二次側（後流側）に排熱回収器としての給水予熱器を設け、前記触媒における一酸化炭素の酸化による多量の発熱を給水に回収できるように構成する。また、前記触媒は、好ましくは、前記水管群の後流の煙道であって、前記排熱回収器からの凝縮水落下による汚れを回避するように設け、前記排熱回収器から落下する凝縮水により前記触媒が汚されることが防止するように構成する。
【０１１５】
また、以上の実施の形態１〜９において、好ましくは、前記触媒または前記センサ（第一センサ）の異常を検出するための第二のセンサ（第二センサ）と、報知手段と、前記第二センサの検出値に基づき前記異常を検出して前記報知手段によりその異常を報知する異常時制御プログラムを実行する制御手段とを備える。
【０１１６】
前記実施の形態１〜９においては、前記触媒が劣化するなどして本来の機能を果たさなくなると、前記触媒の二次側のガス中に設定値以上の一酸化炭素が含まれるようになる。前記制御手段は、前記第二センサの検出値が異常値を示すと、前記触媒または前記第一センサが異常と判定して、前記報知手段にて異常を報知する。この異常報知により、ボイラの管理者や保守業者は、前記触媒または前記第一センサを点検して前記触媒の交換などの保守を行うことができる。
【０１１７】
前記第二センサは、前記触媒または前記第一センサ異常を検出するセンサである。前記第二センサを前記触媒の異常を検出するセンサとする場合、好ましくは、前記触媒の二次側において一酸化炭素濃度が増加することを検出するＣＯセンサとする。しかしながら、前記触媒の二次側の窒素酸化物濃度が増加することを検出するＮＯxセンサとすることができる。また、ＣＯセンサとＮＯxセンサとの二つのセンサで前記第二センサを構成することができる。
【０１１８】
前記第二センサを前記第一センサの異常を検出するセンサとする場合、前記第二センサを前記第一センサと同じ空気比を検出するセンサとすることができる。          
【０１１９】
前記報知手段は、前記触媒の異常を視覚的および／聴覚的に報知するものであればよく、特定のものに限定されない。また、この報知手段は、前記制御手段を構成する制御器に付設するか、燃焼装置と離れた位置で通信回線を介して報知するように構成することがで
きる。
【０１２０】
前記異常時制御プログラムは、前記触媒または前記第一センサが正常に機能しない場合であっても前記触媒二次側の一酸化炭素濃度を排出基準値以下とすべく、前記触媒の一次側の一酸化炭素濃度が排出基準値以下の第二設定値となるように前記空気比を第二設定空気比λ２（たとえば、１．２５）に制御するプログラムを含む。
【０１２１】
この異常時制御プログラムは、つぎのように構成できる。前記第二センサが前記触媒の異常を検出するためのセンサである場合、前記制御手段は、前記第二センサの検出値が異常判定の基準値である設定値を越えると、前記報知手段を駆動して異常を報知するとともに、前記第一設定空気比λ１の燃焼から前記第二設定空気比λ２の燃焼へ移行する。この第二設定空気比λ２の燃焼は、応急的な運転であるが、前記触媒一次側のガス中の一酸化炭素濃度が排出基準値である３００ppm以下であるので、仮に前記触媒が全く機能しなかったとしても排出一酸化炭素濃度を排出基準値以下とすることができる。
【０１２２】
また、前記第二センサが前記第一センサの異常を検出するためのセンサである場合、前記制御手段は、前記第二センサが正常値，すなわち設定空気比を検出しているのに、前記第一センサが異常値，すなわち前記設定空気比を検出していないとき、前記設定空気比を変更する。そして、前記第一センサが変更した空気比を検出せず、前記第二センサが変更した空気比を検出したとき、前記第一センサを異常と判定し、前記第二センサによる空気比制御に切り替えるように構成される。
【０１２３】
前記報知手段の報知に基づき、燃焼装置の管理者またはメンテナンス員は、前記触媒の交換や手入れを行い、前記触媒の機能を正常化させる。その後、前記第一設定空気比λ１による燃焼を開始する。  
【０１２４】
以上説明した実施の形態において、好ましくは、前記空気比調整手段の流量調整手段に自らの異常を検出する異常検出手段を備える。前記第二センサによる異常検出時、異常の原因として前記触媒，前記第一センサおよび前記流量調整手段などが考えられるが、この異常検出手段を備えることにより、異常原因の特定を容易に行うことができる。
【実施例１】
【０１２５】
ついで、この発明の燃焼装置を蒸気ボイラに適用した実施例を図面に従い説明する。図１は、本実施例１の蒸気ボイラの縦断面の説明図であり、図２は、図１のII−II線に沿う断面図であり、図３は、図２の酸化触媒を排ガスの流れ方向から見た要部構成を示す図であり、図４は、本実施例１の空気比−ＮＯx・ＣＯ特性を説明する図であり、図５は、同実施例１のダンパ位置調整装置の使用状態の一部断面の説明図であり、図６は、ダンパ位置調整装置の使用状態の一部断面の説明図であり、図７は、本実施例１のバーナおよび吸熱手段特性および触媒の特性を説明する模式図であり、図８は、本実施例１のセンサの出力特性を説明する図であり、図９は、本実施例１のモータ制御特性を説明する図であり、図１０は、本実施例１のＮＯxおよびＣＯ低減特性を説明する図である。
【０１２６】
まず、本実施例１の蒸気ボイラについて説明する。この蒸気ボイラは、バーナ１と、このバーナ１から生成されるガスの吸熱を行う吸熱手段としての伝熱管（水管）群２を含む缶体３と、前記伝熱管群２通過後の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素をそれぞれ所定濃度比で含むガスが接触して通過し、一酸化炭素を酸化させるとともに窒素酸化物を還元させる酸化触媒（以下、単に「触媒」と称することもできる。）４と、前記バーナ１へガス燃料を供給する燃料供給手段５と、前記バーナ１へ燃焼空気を供給するとともに燃焼空気および燃料を予混合する燃焼空気供給手段６と、前記触媒４の下流において酸素濃度を検出するセンサ７と、このセンサ７などの信号を入力して前記燃料供給手段５および前記燃
焼空気供給手段６などを制御するボイラ制御器としての制御器８とを主要部として備えている。
【０１２７】
前記バーナ１は、平面状の燃焼面（予混合気の噴出面）を有する完全予混合式バーナである。このバーナ１は、特許文献１に記載のバーナと同様の構成である。
【０１２８】
前記缶体３は、上部管寄せ９および下部管寄せ１０を備え、この両管寄せ間に前記水管群２を構成する複数の内側水管１１，１１，…を配置している。そして、図２に示すように、前記缶体３の長手方向の両側部に外側水管１２，１２，…を連結部材１３，１３，…で連結して構成した一対の水管壁１４，１４を設け、この両水管壁１４，１４と前記上部管寄せ９および前記下管寄せ１０との間に前記バーナ１からのガスがほぼ直線的に流通する第一ガス通路１５を形成している。前記第一ガス通路１５の一端には前記バーナ１が設けられ、他端の排ガス出口１６には排ガスが流通する第二ガス通路（煙道）１７が接続されている。この実施例１においては、前記バーナ１および前記缶体３は、公知のものを用いている。
【０１２９】
前記第二ガス通路１７は水平部１８と垂直部１９とを含み、前記水平部１８には、前記触媒４が装着されている。前記垂直部１９には、前記触媒４の下流側に位置するように排熱回収器としての給水予熱器２０が装着され、前記触媒４および前記給水予熱器２０の間に前記センサ７が配置されている。
【０１３０】
前記バーナ１，前水管群２を含む前記バーナ１から前記触媒４に至る構成要素（特にバーナ１と水管群２がその主要部）は、前記触媒４の一次側のガスにおける前記濃度比Ｋを前記所定濃度比Ｋ０，Ｋ１に調整する機能をなすものである。すなわち、後述する空気比調整手段２８により設定空気比に調整したとき、図４に示す空気比―ＮＯx・ＣＯ特性が得られるように構成されている。この空気比―ＮＯx・ＣＯ特性は、前記空気比調整手段２８を制御して、空気比を変化して燃焼させた時に得られる前記触媒４の一次側の空気比―ＮＯx・ＣＯ特性（以下、一次特性という。）である。そして、前記触媒４は、前記一次特性を有する前記ガスを前記触媒４に接触させることにより得られる前記触媒４の二次側空気比―ＮＯx・ＣＯ特性（以下、二次特性という。）を有している。前記一次特性は、前記バーナ１から前記触媒４に至る構成要素による特性であり、前記二次特性は、前記触媒４による濃度比特性である。前記一次特性は、前記設定空気比を１．０に調整したとき、前記触媒４の二次側のＮＯx濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とする。このとき、前記触媒４の一次側のガスにおける基準所定濃度比Ｋ０は、特異基準濃度比（以下、特異基準濃度比という。）Ｋ０Ｘとなる（図７参照）。
【０１３１】
図４は、縦軸，横軸の目盛りの付け方は異なるが、図１７の低空気比領域Ｚ２を引き延ばした模式図である。この図４において、第一ライン（特性線）Ｅは、前記触媒４一次側のＣＯ濃度を示し、第二ラインＦは、同じく一次側のＮＯx濃度を示している。また、第三ラインＪは、前記触媒４二次側のＣＯ濃度を示し、空気比１．０以上でＣＯ濃度が実質的に零となり、空気比が１．０より小さくなるに従い、濃度が急激に増加する特性を有している。また、第四ラインＵは、前記触媒４二次側のＮＯx濃度を示し、空気比１．０以下の所定の領域でＮＯx濃度が実質的に零となり、空気比が１．０を越えるに従い、実質的に零から濃度が増加し、やがて前記触媒４の一次側の濃度と等しくなる特性を有している。この前記触媒４の二次側ＮＯx濃度が、一次側の濃度と等しくなる空気比以下の領域をＮＯx・ＣＯ低減領域と称する。このＮＯx・ＣＯ低減領域の下限は、前記触媒４の二次側のＣＯ濃度が３００ppm（日本のＣＯ排出基準）となる空気比とすることができる。この低空気比領域の空気比―ＮＯx・ＣＯ特性は、これまで研究されてこなかった新規な特性である。
【０１３２】
前記触媒４は、前記水管群２を通過後の炭化水素を含まない前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸化する（第一反応）とともに窒素酸化物を還元する（第二反応）機能を有し、本実施例１では、触媒活性物質を白金とした触媒を用いている。前記「発明を実施するための最良の実施の形態」の欄で説明したように、実験結果を考慮して理論的に考察すると、前記式（３）の濃度比式を満たす前記ガスと前記触媒４の触媒活性物質との接触により、主に一酸化炭素を酸化させる第一反応と窒素酸化物を一酸化炭素により還元させる第二反応とが生じると考えられる。前記第一反応は、酸素濃度により反応が進行するか、しないかが決定され、この触媒４においては、前記第一反応が前記第二反応に対して優位であると考えられる。
【０１３３】
前記触媒４をより具体的に説明すると、この触媒は、図３に示すような構造のもので、たとえば，つぎのようにして形成される。前記基材としての共にステンレス製の平板２１および波板２２のそれぞれの表面に多数の微小凹凸を形成し、その表面に触媒活性材料（図示省略）を担持する。ついで、所定幅の前記平板２１および波板２２を重ね合わせたうえで、螺旋状に巻回してロール状に形成する。このロール状のものを側板２３にて包囲し固定して形成している。前記触媒活性材料としては、白金を用いている。なお、図３においては、前記平板２１および前記波板２２の一部のみを示している。
【０１３４】
この触媒４は、低温域で酸化活性を有し、前記第二ガス通路１７の途中の前記水平部１８であって、排ガス温度が約１００℃〜３５０℃，好ましくは、１５０℃〜３５０℃程度の位置に配置されている。そして、この触媒４は、性能が劣化した場合に交換可能なように、前記第二ガス通路１７に対して着脱自在に装着されている。
【０１３５】
前記燃料供給手段５は、ガス燃料供給管２４と、このガス燃料供給管２４に設けた燃料流量を調整する流量調整弁２５とを含んで構成されている。前記流量調整弁２５は、燃料供給量を高燃焼用流量と低燃焼用流量とに制御する機能を有する。
【０１３６】
前記燃焼空気供給手段６は、送風機２６と、この送風機２６から前記バーナ１へ燃焼空気を供給する給気通路２７と、この給気通路２７を流れる燃焼空気量を調整することで前記バーナ１の空気比を調整する空気比調整手段２８を含んで構成されている。前記給気通路２７内へは、前記ガス燃料供給管２４が燃料ガスを噴出するように接続されている。
【０１３７】
前記空気比調整手段２８は、前記給気通路２７の開度（流路断面積）を調整する流量調整手段としてのダンパ２９と、このダンパ２９の開度位置を調整するためのダンパ位置調整装置３０と、このダンパ位置調整装置３０の作動を制御する前記制御器８とを含んで構成されている。
【０１３８】
前記ダンパ位置調整装置３０は、図５に示すように、前記ダンパ２９の回転軸３１に着脱自在に連結される駆動軸３２を備え、この駆動軸３２は、減速機３３を介してモータ３４にて回転可能である。このモータ３４としては、回転停止位置を任意に調整可能なモータが使用される。本実施例ではステッピングモータ（パルスモータ）が使用される。
【０１３９】
前記駆動軸３２は、前記ダンパ２９の回転軸３１と、カップリング３５を介して連結されることで、略同一軸線上で一体回転可能とされる。前記カップリング３５は、段付き円柱形状とされ、その中央部には軸方向に貫通して小径穴３６および大径穴３７が形成されている。その小径穴３６には前記駆動軸３２が挿入され、この駆動軸３２は取付ネジ３８にて前記カップリング３５と一体化される。一方、前記大径穴３７には前記ダンパ２９の回転軸３１が挿入可能とされ、この回転軸３１はキー３９にて前記カップリング３５と一体回転可能とされる。そのために、前記回転軸３１および前記カップリング３５の前記大径穴３７には、それぞれキー溝４０，４１が形成されている。
【０１４０】
このようなカップリング３５は、一端部に前記駆動軸３２が挿入された状態で、他端部が軸受４２を介して前記ダンパ位置調整装置３０の外ケース４３に回転可能に保持される。この外ケース４３には、一端部に前記減速機３３および前記モータ３４が保持され、他端部に前記カップリング３５のキー溝４１付きの前記大径穴３７を露出した状態で、前記カップリング３５や回転異常検出手段４４を内部に密閉する構造である。
【０１４１】
前記回転異常検出手段４４は、被検出板４５と検出器４６とを備える。前記被検出板４５は、前記カップリング３５の軸方向中央部の段付き部に、半径方向外側へ延出して固定される。この被検出板４５は、前記カップリング３５や前記駆動軸３２と同心に設けられる。前記被検出板４５の外周部の一部には、周方向等間隔に多数のスリット４７，４７…を形成したスリット形成領域４８が設けられる。本実施例では、四分の一（９０度）の円弧分だけ、前記スリット形成領域４８が設けられる。このスリット形成領域４８に形成される前記各スリット４７は、同一の形状および大きさである。本実施例では、前記被検出板４５の半径方向に沿った細長い矩形状の溝が、周方向に沿って等間隔に打ち抜き形成されている。
【０１４２】
前記スリット４７を検出するための前記検出器４６は、前記外ケース４３に固定される。この検出器４６は、透過型フォトインタラプタからなり、発光素子４９と受光素子５０との間に前記被検出板４５の外周部が介在された状態に取り付けられる。前記検出器４６の前記発光素子４９と前記受光素子５０との間に前記被検出板４５を介在させることで、前記検出器４６と対応した位置（前記発光素子４９から前記受光素子５０への光路と対応した位置）に前記被検出板４５の前記スリット４７が配置されるか否かにより、前記受光素子５０における前記発光素子４９からの受光の有無が切り替えられる。これにより、前記ダンパ２９の開度位置の検出が可能とされる。
【０１４３】
前記ダンパ位置調整装置３０は、図６において前記スリット形成領域４８の時計方向の端部スリット５１が、前記検出器４６と対応した位置に配置された状態で、前記ダンパ２９が前記給気通路路２７を全閉状態とするように位置決めされて、前記ダンパ２９の前記回転軸３１に取り付けられる。
【０１４４】
そして、前記スリット形成領域４８は、前記被検出板４５の９０度分だけ形成しているので、このスリット形成領域４８の時計方向の端部スリット５１が、前記検出器４６と対応した位置に配置された状態では、上述したように前記ダンパ２９が前記給気通路２７を全閉する一方、前記スリット形成領域４８の反時計方向の端部スリット５２が、前記検出器４６と対応した位置に配置された状態では、前記ダンパ２９が前記給気通路２７を全開することになる。
【０１４５】
前記ダンパ位置調整装置３０は、前記モータ３４と前記検出器４６とが前記制御器８と接続され、前記ダンパ２９の回転異常を監視しつつ、前記モータ３４の回転を制御することができるように構成されている。すなわち、前記モータ３４を制御するために、このダンパ位置調整装置３０は、前記モータ３４への駆動パルスを含む制御信号の作成回路を有し、その作成した制御信号を前記モータ３４へ出力可能である。これにより、前記モータ３４は、正転または逆転と、駆動量，すなわち駆動パルスの数に対応してその回転角が任意に制御される。また、駆動パルスの間隔（送り速度）を変えることで、回転速度を制御可能に構成されている。
【０１４６】
実際に前記ダンパ２９を開閉制御するに際し、前記制御器８は、まず前記ダンパ２９の全閉位置を原点とするために原点検出動作を行う。まず図５において、反時計方向へ前記被検出板４５を回転させる。いま、この被検出板４５の前記スリット形成領域４８内に前
記検出器４６が配置されているとすれば、前記被検出板４５の回転に伴い前記検出器４６は定期的に前記スリット４７を検出するので、その検出パルスが検出信号として前記制御器８へ入力される。そして、前記検出器４６が前記スリット形成領域４８外に配置されるまで前記被検出板４５が回転されると、パルスが検出されなくなる。所定時間パルスが検出されないと、前記制御器８は、前記検出器４６が前記スリット形成領域４８外にあると認識し、回転方向を逆方向へ切り替える。すなわち、本実施例では、前記被検出板４５を時計方向へ逆転させ、最初にパルス（時計方向の端部スリット５１）が検出された位置を原点とする。この時計方向への回転による原点確認は、回転方向切替え前の反時計方向の回転よりも低速でなされる。
【０１４７】
このようにして検出された原点は、前記ダンパ２９の全閉位置と対応しているので、この状態を基準として、前記制御器８は、前記モータ３４へ駆動信号を出力し、前記ダンパ２９を開閉制御することができる。前記制御器８は、前記ダンパ２９の開閉のために前記モータ３４を駆動すれば、それに伴い前記検出器４６から前記スリット４７の検出信号がパルスとして取得される。従って、前記制御器８は、前記検出器４６からの検出信号を前記モータ３４への制御信号と比較して、前記ダンパ２９の回転異常を監視することができる。具体的には、前記モータ３４への駆動パルスからなる制御信号と、前記検出器４６による前記スリット４７の検出パルスからなる検出信号とを比較し、回転異常の有無を監視する。
【０１４８】
たとえば、前記モータ３４へ駆動パルスを送ったにもかかわらず、前記検出器４６から検出パルスが検出されない場合に、前記制御器８は、回転異常と判定する。この際、前記検出器４６からの検出パルスは、前記モータ３４への駆動パルスの周波数と異なるのが通常であるから、この相違を考慮して制御する。たとえば、駆動信号の所定パルス分の時間が経過しても、なお検出信号のパルスが一つも検出されない場合に、はじめて回転異常と判断するよう制御する。前記制御器８は、回転異常と判定した場合、異常の報知や燃焼を停止させるなどの処置を行う。また逆に、前記モータ３４へ駆動パルスを送っていないのに、前記検出器４６からパルスが検出された場合にも、回転異常を検知することができる。
【０１４９】
前記制御器８は、予め記憶した空気比制御プログラムにより、前記センサ７の検出信号に基づき、前記バーナ１の空気比が設定空気比となるように（第一制御条件）、かつこの設定空気比において前記触媒４の一次側の前記ガスの濃度比Ｋが次式（３）を満たすように（第二制御条件）、前記モータ３４を制御するように構成されている。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ２］）／［ＣＯ］≦２．０      …（３）
（式（３）において、［ＣＯ］、［ＮＯｘ］および［Ｏ２］はそれぞれ一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度および酸素濃度を示し、［Ｏ２］＞０の条件を満たす。）
この実施例１においては、直接制御しているのは、前記第一制御条件であり、この第一制御条件を満たすことにより、自動的に前記第二制御条件が満たされるように構成している。この点を図４および図７に基づき以下に説明する。
【０１５０】
図４の空気比―ＮＯx・ＣＯ特性は、前記バーナ１および前記水管群２を含む構成要素の前記一次特性と前記触媒４による前記二次特性とに基づいて表現したものであるが、図７は、これを前記触媒４一次側の酸素濃度に対する前記構成要素の前記一次特性と前記触媒４の特性とに基づいて表現したものである。
【０１５１】
前記触媒４の特性は、図７に示すように、前記触媒４一次側の前記基準所定濃度比Ｋ０に関する第五ラインＬ（二次側［ＮＯx］＝０，［ＣＯ］＝０ライン）にてその特徴を表している。この第五ラインＬは、そのライン上に前記触媒４一次側の前記濃度比Ｋが位置する（載る）と、前記触媒４の二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に
零とする，すなわち前記基準所定濃度比Ｋ０を満たすラインである。この第五ラインＬは、前記式（３）の前記所定濃度比が１の場合に対応している。すなわち、この第五ラインＬは、次式（３Ａ）を表したラインである。
［ＮＯｘ］＋２［Ｏ2］＝［ＣＯ］    …（３Ａ）
【０１５２】
ここで、［ＮＯｘ］は、図１０に示すように［ＣＯ］の１／３０〜１／５０程度であるので、図７においては、酸素濃度に対するＮＯx濃度特性を省略するとともに、式（３Ａ）における［ＮＯｘ］を無視できるものとしている。この第五ラインＬにおいて、一次側酸素濃度をＸ１とした場合、一次側一酸化炭素濃度Ｙ１は、Ｙ１＝２Ｘ１＋［ＮＯx］となる。なお、前記濃度比Ｋの値が１．０を越える２．０までの範囲で、前記触媒４の二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とする前記基準所定濃度比Ｋ０とすることができることが確認されているので、前記第五ラインＬは、図示のラインＬに限定されず、前記式（２）を満たすラインとすることができる。
【０１５３】
そして、前記バーナ１および前記水管群２の前記一次特性曲線を表す第六ラインＭと、前記第五ラインＬとの交点における酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の基準所定濃度比Ｋ０が前記特異基準濃度比Ｋ０Ｘである。前記触媒４は、その一次側の前記濃度比Ｋを前記特異基準濃度比Ｋ０Ｘとした場合、前記触媒４の二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零とする特性を有している。この前記基準濃度比Ｋ０Ｘとする調整が、この発明の調整０に相当する。
【０１５４】
そして、前記触媒４は、前記特異基準濃度比Ｋ０Ｘに対応する基準酸素濃度ＳＫよりも一次側酸素濃度を高くすると前記触媒４二次側において一次側酸素濃度と基準酸素濃度の差に応じた濃度の酸素が検出されるとともに、前記触媒４の二次側の一酸化炭素濃度を実質的に零とし、前記触媒４の二次側の窒素酸化物濃度を還元反応により一次側の窒素酸化物濃度よりも低減する特性を有している。この前記触媒４二次側において酸素が検出されるとともに、一次側の窒素酸化物濃度よりも低減する特性の領域を二次側ＮＯx漏れ領域Ｒ１と称する。この二次側ＮＯx漏れ領域Ｒ１では、前記バーナ１の空気比は、１．０を越える。
【０１５５】
また、前記基準酸素濃度ＳＫよりも一次側酸素濃度を低くすると前記触媒４の二次側において一次側酸素濃度と基準酸素濃度ＳＫの差に応じた濃度の一酸化炭素が検出されるとともに、所定の範囲で前記触媒４の二次側の窒素酸化物濃度を実質的に零とする特性を有している。この前記触媒４二次側において一酸化炭素が検出されるとともに、窒素酸化物濃度を実質的に零とする特性の領域を二次側ＣＯ漏れ領域Ｒ２と称する。この二次側ＣＯ漏れ領域Ｒ２は、この発明の調整１を実現する領域であり、前記バーナ１の空気比が１．０未満である。前記バーナ１の空気比は、１．０未満に設定される場合でも、前記触媒４の一次側で、炭化水素を含まず、酸素を含む範囲で設定される。前記二次側ＮＯx漏れ領域Ｒ１と前記二次側ＣＯ漏れ領域Ｒ２とを合わせた領域をＮＯx・ＣＯ低減領域Ｒ３と称する。
【０１５６】
こうした図７に示す触媒４の特性は、図４に示す空気比―ＮＯx・ＣＯ特性に符合するものである。この図７から明らかなように、前記触媒４の二次側の酸素濃度および／または一酸化炭素濃度を検出し、この酸素濃度および／または一酸化炭素濃度が零となるように前記空気比調整手段２８を制御すると、前記触媒４の一次側における前記濃度比Ｋが前記特異基準濃度比Ｋ０Ｘに制御され、前記触媒４の二次側の窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度を実質的に零に制御できる。こうして、前記第一制御条件を満たすと前記第二制御条件が満たされることになる。
【０１５７】
前記第一制御条件は、これが満たされないと、炭化水素などの未燃分が生成される。そ
うなると、エネルギーのロスとなるとともに、前記触媒４におけるＮＯx低減が効果的に行われないことになる。
【０１５８】
前記第二制御条件は、排出窒素酸化物濃度をほぼ零とするために必要な条件である。前記触媒４の二次側の窒素酸化物濃度，一酸化炭素濃度を零とするには、前記第一反応と前記第二反応とから、（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ２］）／［ＣＯ］なる濃度比Ｋをほぼ１．０とすればよいことを実験および理論的考察により見出した。しかしながら、前記濃度比Ｋが１以上の１．０〜２．０でも排出窒素酸化物濃度をほぼ零とすることができることが確認されている。
【０１５９】
前記センサ７として、排出酸素濃度の分解能が５０ppmで応答時間２sec以下の応答性の良好なジルコニア式空燃比センサを用いている。このセンサ７の出力特性は、図８に示すように、出力Ｅが正側で酸素濃度に関係する出力となり、負側で一酸化炭素濃度等に関係する出力となる。すなわち、測定される酸素濃度（酸素過剰領域）および一酸化炭素濃度等（燃料過剰領域）から空気比ｍを算出し、この空気比ｍに対応した電流または電圧の出力を得ている。図８において、Ｑ１は、酸素濃度検出帯を示し、Ｑ２は、一酸化炭素濃度検出帯を示している。
【０１６０】
そして、前記空気比制御プログラムは、前記センサ７の出力信号に基づき、前記バーナの空気比ｍが基準設定空気比ｍ０になるように制御するものであるが、具体的には、つぎのように構成されている。すなわち、図９に示すように、前記センサ７からの出力値Ｅと基準設定空気比ｍ０に対応する設定値との差に応じて前記モータ３４の送り速度Ｖ（単位時間当たりの駆動量）を変える第一制御帯Ｃ１と、この第一制御帯Ｃ１の外側において送り速度Ｖをそれぞれ第一設定値Ｖ１，第二設定値Ｖ２とする第二制御帯Ｃ２Ａ，Ｃ２Ｂとを設けて、前記モータ３４の駆動量を制御する制御手順が含まれている。図９において、Ｐ１は、ダンパ開領域，Ｐ２は、ダンパ閉領域を示す。
【０１６１】
前記第一制御帯Ｃ１の設定範囲は、酸素濃度Ｎ１（たとえば１００ppm）と一酸化炭素濃度等Ｎ２（たとえば５０ppm）とで設定され、空気比を実質的に１の設定空気ｍ０（前記基準酸素濃度ＳＫに対応）とすべく制御される。
【０１６２】
前記第一制御帯Ｃ１における送り速度Ｖは、次式（４）で計算される。前記送り速度Ｖは、単位時間当たりの駆動量である。本実施例１の前記モータ３４の１ステップによる回転角度は、０．０７５度で、Ｏ２に換算すると約３０ppmの変動に相当する。
【０１６３】
Ｖ＝Ｋ×△Ｘ      …（４）
（但し、Ｋはゲインであり、△Ｘは、（前記センサ７の前記出力値）−（前記設定値）との差である。）
【０１６４】
つぎに、以上の構成の前記蒸気ボイラの動作を説明する。まず、蒸気ボイラの概略的動作について、前記送風機２６から供給される燃焼空気（外気）は、前記ガス燃料供給管２４から供給される燃料ガスと前記給気通路２７内において予混合される。この予混合気は前記バーナ１から前記缶体３内の前記第一ガス通路１５へ向けて噴出される。予混合気は、着火手段（図示しない）により着火され、燃焼する。この燃焼は、１．０の近傍低空気比にて行われる。
【０１６５】
この燃焼に伴い生ずるガスは、上流側の水管群２と交叉して冷却された後、下流側の水管群２と熱交換して吸熱されて約１００℃〜３５０℃のガスとなる。このガスは、炭化水素を含まず、酸素，窒素酸化物および一酸化炭素を含み、前記触媒４にて、処理され、窒素酸化物濃度および一酸化炭素濃度がほぼ零とされた後、排ガスとして前記第二ガス通路
１７から大気中へ排出される。
【０１６６】
つぎに、前記空気比調整手段２８による空気比制御について説明する。本実施例のボイラは、高燃焼と低燃焼とを切り替えて運転する。そのために、前記ダンパ２９は、高燃焼風量位置と低燃焼風量位置のいずれかを選択して位置決めされる。
【０１６７】
このダンパ２９の位置調整は、前記制御器８からの指令により前記ダンパ位置調整装置３０により行う。すなわち、前記制御器８は、高燃焼か低燃焼かの選択信号と、前記センサ７の検出空気比に対応した出力値を入力して、前記モータ３４の駆動信号を出力して、前記ダンパ２９の開度位置を調整させる。前記制御器８は、高燃焼時と低燃焼時の各基準設定空気比ｍ０に対応した設定値となる前記ダンパ２９の設定開度位置を原点からのパルス数でそれぞれ初期値として記憶している。
【０１６８】
まず、高燃焼時の制御について説明する。前記制御器８は、現在の前記ダンパ２９の開度位置が前記設定開度位置に対して開放側（閉じる方向へ制御しなければいけない側）か、閉鎖側（開く方向へ制御しなければいけない側）かを判定するとともに、前記モータ３４の駆動パルス数を演算する。併せて、前記出力値が図９において、前記第一制御帯Ｃ１および前記第二制御帯Ｃ２Ａ，Ｃ２Ｂのいずれに属するかを判定する。
【０１６９】
前記第二制御帯Ｃ２Ａに属する場合には、第一設定送り速度Ｖ２で、かつ演算された駆動パルスで前記モータ３４を駆動し、早い速度で前記ダンパ２９を閉じる。前記第二制御帯Ｃ２Ｂに属する場合には、第二設定送り速度Ｖ１で、かつ演算された駆動パルスで前記モータ３４を駆動し、早い速度で前記ダンパ２９を開く。こうして、基準設定空気比ｍ０に対応した設定値から比較的離れている場合は、早い速度で検出空気比に対応した出力値を基準設定空気比ｍ０に対応した設定値に近づける制御を行うので、応答性の良い空気比制御を行うことができる。
【０１７０】
また、前記第一制御帯Ｃ１に属する場合は、回転方向を判定したうえで、前記式（４）に基づいて、前記モータ３４の送り速度を演算し、演算した送り速度と演算した駆動パルスで前記モータ３４を駆動する。この第一制御帯Ｃ１における制御は、基準設定空気比ｍ０に対応した設定値から遠ざかるにつれて送り速度を早くする。こうした制御により、目標とする基準設定空気比ｍ０に対応した設定値に速やかに近づけることができる。また、回転位置制御を確実に行えるステッピングモータにより行っていることと、検出空気比に対応した出力値が設定空気比ｍ０に対応した設定値に近づくにつれて送り速度を遅くする制御としていることとにより、基準設定空気比ｍ０に対応した設定値の近傍における空気比のオーバーシュートおよびハンチングを抑制することができる。
【０１７１】
こうした空気比制御により、前記バーナ１の空気比を１．０に近い低空気比とし、かつ前記触媒４の一次側のガスの濃度比変化幅が少なく制御され、前記式（２）を安定的に満たすことができる。その結果、前記触媒４の二次側の窒素酸化物濃度をほぼ零にするとともに、一酸化炭素濃度をほぼ零低減することができる。設定空気比ｍ０を１．０未満とすると、二次側の窒素酸化物濃度をほぼ零にするとともに、一酸化炭素濃度を実用範囲の所定値以下に低減する。
（実験例１）
【０１７２】
単位時間当たり蒸発量を８００kgの缶体３（出願人が製造の型式：ＳＱ―８００と称される缶体）で、燃焼量４５．２m3N/hの予混合バーナ１で燃焼させ、触媒活性物質としてＰｔを２．０ｇ／Ｌの割合で担持した体積１０Ｌ、内径３６０ｍｍの触媒とした場合の実験結果について説明する。前記基準設定空気比ｍ０を１とした場合、前記触媒４の一次側（前記触媒４通過前）の一酸化炭素濃度，窒素酸化物濃度，酸素濃度がそれぞれ１０分間
の平均値で２２９５ppm，９４ppm，１６５５ppmに調整され、前記触媒４の二次側（前記触媒４通過後）のそれぞれの濃度が１０分間の平均値で１３ppm，０．３ppm，１００ppm未満となった。ここで、前記触媒４の二次側の酸素濃度１００ppmは、酸素濃度の測定限界である。また、前記触媒４の前後でのガスの温度は、それぞれ、３０２℃，３２７℃であった。本実験例１および以下の実験例２，３においては、前記触媒４を前記給水予熱器２０のやや上流に配置し、その前後に測定装置を配置し、前記触媒４の通過後の各濃度およびガスの温度は、株式会社堀場製作所製ＰＧ−２５０を用い、通過前の各濃度は、株式会社堀場製作所製ＣＯＰＡ−２０００を用いて計測した。勿論、前記触媒４を図１に示す位置に配置しても測定濃度値は殆ど変わらないと考えられる。
（実験例２）
【０１７３】
実験例１と同じバーナ１および缶体３を用い、燃焼量を実験例１と同じとし、触媒活性物質としてＰｄを２．０ｇ／Ｌの割合で担持した体積１０Ｌ、内径３６０ｍｍの触媒とした場合の一酸化炭素濃度，窒素酸化物濃度，酸素濃度の各濃度比Ｋにおける値を図１０に示す。ここで、触媒通過後の酸素濃度を実験例１と同様の酸素濃度センサを用いて測定したので、実際は１００ppm以下の値であっても１００ppmで示した。前記触媒４の前後でのガスの温度は、それぞれ、約３２３℃〜３２５℃，約３４４℃〜３４６℃であった。
【０１７４】
前記実施例１によれば、燃焼空気と燃料の割合を調整するダンパ位置調整手段（空気比調整手段）３０により、空気比を１．０に制御することで、前記触媒４の一次側の酸素，窒素酸化物および一酸化炭素の濃度比を前記特異基準濃度比Ｋ０Ｘに制御（前記調整０）することができ、排出ＮＯx濃度および排出ＣＯ濃度を実質的に零に低減できる。したがって、水／蒸気添加による低ＮＯx化技術や、脱硝剤の投入による低ＮＯx化技術と比較して、空気比調整手段と触媒を用いた簡易な構成にて低ＮＯxおよび低ＣＯを実現できる。
【０１７５】
また、空気比を実質的に１．０としているので、省エネ運転を行える。ちなみに、通常のボイラにおける酸素濃度４％（空気比約１．２３５）の運転と、酸素濃度０％（空気比約１．０）の運転とを比較すると、ボイラ効率約１〜２％アップを達成することができる。地球温暖化対策が叫ばれている昨今において、このボイラ効率アップ達成は、産業的価値が多大である。
【０１７６】
さらに、前記触媒４の二次側に前記センサ７を設けて、空気比を制御しているので、前記触媒４の一次側にセンサを設けて制御するものと比較して制御を安定化することができる。また、酸素濃度１００ppm以下の分解能で空気比を制御しているので、ＣＯ量が多く、かつ空気比−ＣＯ特性においてＣＯ増加率の高い領域での空気比制御を応答性よく、安定的に行うことができる。
【０１７７】
また、この実施例１によれば、前記触媒４により排出窒素酸化物濃度がほぼ零とされるので、前記給水予熱器２０の窒素酸化物による腐食を抑制できる。そして、前記バーナ１を予混合ガスバーナとしていることにより、生成ガスに硫黄酸化物が殆ど含まれないので、硫酸による腐食が少ないとともに、加えて前記触媒４により硝酸腐食が抑制される。その結果、前記給水予熱器２０の排ガスによる腐食が少ないボイラを提供することができる。また、前記触媒４においては、約２０００ppm以上の一酸化炭素が酸化、還元作用を行うので、そ
の発熱量は、前記特許文献２（約４００ppm程度の一酸化炭素を酸化）と比較して、多大である。この実施例によれば、この多量の熱を前記給水予熱器２０により、効果的に回収することができる。
【実施例２】
【０１７８】
この発明の他の実施例２を図１１および図１２に従い説明する。この実施例２は、酸素
濃度を検出するセンサ７を前記触媒４の二次側でなく、一次側に設けたものである。このセンサ７は酸素濃度のみを検出するセンサとしている。そして、このセンサ７に基づく前記モータ３４の制御特性を図１２に示す。以下、前記実施例１と異なるところのみを説明し、共通箇所は説明を省略する。
【０１７９】
この実施例２では、基準設定空気比ｍ０を１（前記触媒４の二次側の酸素濃度を零）とするように、前記センサ７により、前記触媒４の一次側の酸素濃度を検出して間接的に空気比を制御するものである。種々の実験結果に基づき、前記触媒４の一次側の酸素濃度Ｏ２を０％＜Ｏ２≦１．００％の値に制御すると、前記式（２）を満たして、前記触媒４の二次側の酸素濃度をほぼ零にする，すなわち空気比をほぼ１にすることが可能であることが分かっている。
【０１８０】
そこで、この実施例２の空気比制御プログラムには、図１２に示すように、前記センサ７からの検出値Ｅ（酸素濃度信号）に基づき、この検出値と設定酸素濃度値との差に応じて前記モータ３４の送り速度Ｖ（単位時間当たりの駆動量）を変える第一制御帯Ｃ１と、この第一制御帯Ｃ１の外側において送り速度Ｖをそれぞれ第一設定値，第二設定値とする第二制御帯Ｃ２Ａ，Ｃ２Ｂとを設けて、前記モータ３４の駆動量を制御する制御手順が含まれている。
【０１８１】
前記第一制御帯の設定範囲は、酸素濃度Ｎ１と酸素濃度Ｎ２とで設定される範囲に収まるように制御される。前記第一制御帯における送り速度Ｖは、前記実施例１と同様に、前記式（４）で計算される。
【実施例３】
【０１８２】
この実施例３は、図１３を参照して、前記空気比制御手段２８を、前記送風機２６を駆動する送風機用モータ５２、このモータ５２の回転数を制御するインバータ５３とを含んで構成したものである。この実施例４では、空気比制御と前記濃度比一定制御とを前記ダンパ２９を用いて行うのではなく、前記インバータ５３を用いて行うように構成している。前記制御器８による前記送風機用モータ５２の制御は、前記実施例１の図９に示すオーバーシュートおよびハンチングを抑制する制御とすることができる。前記ダンパ２９は、着火時は開度を低くし、着火後の定常燃焼に入ると、開度を大きくして、高燃焼および低燃焼の風量制御を行う。この風量制御は、前記インバータ５３を用いて行うことができるが、これに限定されることなく、前記ダンパ２９および前記インバータ５３のいずれか一方で着火時などの風量制御を行うように構成することができる。この実施例３において、その他の構成は、前記実施例１と同様であるので、その説明を省略する。
【実施例４】
【０１８３】
つぎに、前記実施例１において、前記空気比制御プログラムに前記触媒４の異常時に多量の一酸化炭素の排出を防止する異常時制御プログラムを含む実施例４につき、図１４および図１５に基づき説明する。以下、前記実施例１と異なる構成を中心に説明する。
【０１８４】
図１４を参照して、前記触媒４の二次側に前記触媒４の異常を検出する第二センサ５４を備えている。この第二センサ５４は、一酸化炭素濃度を検出するセンサである。さらに、前記制御器８に付設して、報知手段としての表示器５５を備えている。また、前記異常時制御プログラムは、前記触媒４が正常に機能しない場合であっても前記触媒４二次側の一酸化炭素濃度を排出基準値（３００ppm）以下とすべく、前記触媒４の一次側の一酸化炭素濃度が排出基準値以下の第二設定値となるように前記空気比を第二設定空気比λ２（たとえば、１．２５）に制御するプログラムを含む。
【０１８５】
この異常時制御プログラムは、つぎのように構成されている。前記制御手段は、前記第
二センサ５４の検出値が異常判定基準値である設定値（たとえば３００ppm）を越えると、まず、前記報知器５５にて異常を報知するとともに、前記第一設定空気比λ１の燃焼から前記第二設定空気比λ２の燃焼へ移行する。
【０１８６】
この実施例４の動作を図１５に基づき説明する。処理ステップＳ１（以下、処理ステップＳＮは、単にＳＮという。）にいては、前記バーナ１は、第一設定空気比λ１にて燃焼を行っている。この状態で、Ｓ２において、前記第二センサ５４の検出値が前記設定値を越えたかどうかを判定する。Ｓ２において、ＮＯが判定されると、Ｓ１に戻る。
【０１８７】
前記触媒４の性能が低下した結果、前記検出値が設定値を超えると、ＹＥＳが判定され、Ｓ３へ移行する。前記制御器８は、報知手段としての前記表示器５５へ信号を送り、異常を報知する。そして、Ｓ４へ移行して、前記第一設定空気比λ１の燃焼から前記第二設定空気比λ２の燃焼を開始する。この第二設定空気比λ２の燃焼により、前記触媒４の一次側のガス中に含まれる一酸化炭素濃度は、前記排出基準以下（たとえば１００〜５０ppm）となる。その結果、仮に前記触媒４が全く機能しなかったとしても排出一酸化炭素濃度を排出基準値以下とすることができる。
【０１８８】
この実施例４のボイラの管理者またはメンテナンス員は、前記表示器５５による報知に基づき、前記触媒４が異常であることを知り、その交換や手入れを行うことで前記触媒の機能を正常化させる。その後、前記第一設定空気比λ１による燃焼を開始することができる。
【実施例５】
【０１８９】
この発明の実施例５を図１６に基づき説明する。この実施例５は、前記第二センサ５４を前記第一センサ７の異常を検出するためのセンサとしている。この第二センサ５４は、前記第一センサ７と同じ空気比を検出するセンサである。
【０１９０】
この実施例５の異常時制御プログラムは、図１６に示す制御手順により実行される。すなわち、Ｓ１１にて、前述のように、前記第一センサ７による空気比制御が行われる。Ｓ１２にて、前記第一センサ７の異常判定が行われる。この判定には、つぎの処理が含まれる。まず、前記第二センサ５４の検出値と前記第一センサ７の検出値とを比較する。ついで、前記第二センサ５４が正常値，すなわち設定空気比を検出しているのに、前記第一センサ７が異常値，すなわち前記設定空気比を検出していないとき、前記設定空気比を変更する。そして、前記第一センサ７が変更した空気比を検出せず、前記第二センサ５４が変更した空気比を検出したとき、前記第一センサ７が異常であると判定する。
【０１９１】
Ｓ１２にて、異常が判定されると、Ｓ１３にて前記第二センサ５４による空気比制御を行う。こうして、前記第一センサ７の異常時は、前記第二センサ５４により空気比が制御されるので、前記第一センサ７の異常により、前記触媒４の処理能力を超えた一酸化炭素が生成されることが防止でき、結果として多量の一酸化炭素の排出が防止される。
【０１９２】
この発明は、前記実施例１〜５に限定されるものではない。たとえば、図４に示す空気比−ＮＯx・ＣＯ特性は、燃焼装置の前記バーナ１および前記缶体３の構造に応じて曲線および濃度値が異なるので、異なった特性を用いることができる。また、前記実施例１，２では、設定空気比を１．０以上としているが、燃焼性を損なわず、炭化水素を含まない範囲で、空気比１．０より低い値とすることができる。
【０１９３】
また、前記実施例２において、前記センサ７をＯ2濃度センサとしているが、ＣＯ濃度センサとすることができる。また、前記ダンパ位置調整装置３０の構造は、種々変形可能である。また、前記モータ３４は、ステッピングモータ以外の、たとえばギヤモータ（図
示省略）とすることができる。さらに、前記ダンパ位置調整装置３０を単一の制御器（ボイラ制御用の制御器）８にて制御しているが、この制御器８と別に前記ダンパ位置調整装置３０用の別の制御器（図示省略）を設け、この制御器と前センサ７，前記制御器８を接続して、空気比制御を行うように構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１９４】
【図１】本実施例１の蒸気ボイラの縦断面の説明図である。
【図２】図１のII−II線に沿う断面図である。
【図３】図２の酸化触媒を排ガスの流れ方向から見た要部構成を示す図である。
【図４】本実施例１の空気比−ＮＯx・ＣＯ特性を示す図である。
【図５】本実施例１のダンパ位置調整装置の使用状態の一部断面の説明図である。
【図６】同ダンパ位置調整装置の要部の断面説明図である。
【図７】本実施例１のバーナおよび吸熱手段の特性および触媒の特性を説明する模式図である。
【図８】本実施例１のセンサの出力特性を説明する図である。
【図９】本実施例１のモータ制御特性を説明する図である。
【図１０】本実施例１のＮＯxおよびＣＯ低減特性を説明する図である。
【図１１】本実施例２の蒸気ボイラの縦断面の説明図である。
【図１２】本実施例２のモータ制御特性を説明する図である。
【図１３】本実施例３の蒸気ボイラの縦断面の説明図である。
【図１４】本実施例４の蒸気ボイラの縦断面の説明図である。
【図１５】本実施例４の制御手順を説明するフローチャート図である。
【図１６】本実施例４の制御手順を説明するフローチャート図である。
【図１７】この発明によるＮＯx・ＣＯ一次特性および二次特性を説明する図である。
【符号の説明】
【０１９５】
１  バーナ
２  水管群（伝熱管群）
４  酸化触媒
７  センサ
８  制御器
２８  空気比調整手段
２９  ダンパ
３０  ダンパ位置調整装置
３４  モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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