(57)【要約】【課題】濃淡バーナに供給される混合気の空気過剰率を検知する方法を提供する。【解決手段】淡バーナ１と該淡バーナ１の外側に配置された濃バーナ２とからなる濃淡バーナ３において、濃バーナ２の炎口の一部を閉塞部材５により塞ぎ、塞がれた濃バーナ２の炎口の部分の上方から淡バーナ１の炎口の上方に亘って熱電対４の測温部１２を配置する。コントローラ１０は、濃淡バーナ３の燃焼時における熱電対４の出力電圧から、濃淡バーナ３に供給される燃料ガスと燃焼用空気との混合気の空気過剰率を検知する。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと空気の混合気が供給される第１のバーナと該第１のバーナの周囲に設けられた第２のバーナとからなり、該第１のバーナに供給される混合気の空気過剰率を１よりも大きくすると共に、該第２のバーナに供給される混合気の空気過剰率を１よりも小さくした濃淡バーナに供給される混合気の空気過剰率を検知する方法であって、
前記第２のバーナの炎口の一部を塞ぎ、
前記濃淡バーナの燃焼炎の温度又は火炎電流を検出する炎センサの感炎部を、塞がれた前記第２のバーナの炎口部分の上方から前記第１のバーナの炎口の上方に亘って配置し、
該炎センサの検出信号に基づいて前記濃淡バーナに供給される混合気の空気過剰率を検知することを特徴とする濃淡バーナにおける空気過剰率検知方法。
【請求項２】
前記第２のバーナの炎口を塞ぐ長さを、前記炎センサの感炎部の幅の１．５〜５倍としたことを特徴とする請求項１記載の濃淡バーナにおける空気過剰率検知方法。
【請求項３】
前記第２のバーナの炎口の一部を閉塞部材により塞ぎ、該閉塞部材に設けられたセンサ取付け部に前記炎センサを取付けて、前記第２のバーナの炎口が塞がれる部分と前記炎センサの感炎部を所定の位置関係に位置決めすることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の濃淡バーナにおける空気過剰率検知方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、濃淡バーナに供給される燃料ガスと空気の混合気の空気過剰率を検知する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料ガスと空気の混合気が供給されるバーナを有する燃焼装置において、該バーナの炎口に熱電対やフレームロッド等の炎センサを臨ませ、バーナの燃焼状態に応じて変化する該炎センサの検出信号に基づいて、バーナに供給される混合気における燃料ガスを完全燃焼させる理論空気量に対する供給空気の比率（空気過剰率）を検知するものが知られている。
【０００３】
図６は、前記バーナにおける混合気の空気過剰率と該バーナの炎口に臨んで設けられた熱電対の出力電圧との関係を、横軸を混合気の空気過剰率（λ）、縦軸を熱電対の出力電圧（Ｖ）として表したグラフであり、熱電対の出力電圧（Ｖ）は、空気過剰率（λ）が１．０付近で最大となる。そして、空気過剰率（λ）が１．０よりも大きくなるほど、また、空気過剰率（λ）が１．０よりも小さくなるほど、熱電対の出力電圧（Ｖ）が低下する。
【０００４】
そのため、熱電対の出力電圧（Ｖ）から、バーナに供給される混合気の空気過剰率（λ）を検知することができる。そして、検知される混合気の空気過剰率が最適なものとなるように、バーナに空気を供給する燃焼ファンの回転数を調節してバーナに対する空気の供給流量を制御している。
【０００５】
また、燃焼排気中に含有されるＮＯｘの濃度を低減するために、空気過剰（空気過剰率＞１．０）にした混合気（エアリッチ混合気）を燃焼させるバーナ（以下、淡バーナという）と、燃料ガス過剰（空気過剰率＜１．０）にした混合気（ガスリッチ混合気）を燃焼させるバーナ（以下、濃バーナという）とを配置したいわゆる濃淡バーナが知られている。
【０００６】
かかる濃淡バーナにおいては、淡バーナの燃焼炎（淡火炎）は燃焼速度が遅くリフトし易いため、図７（ａ）に示したように、淡バーナ１００の周囲に濃バーナ１０１を配置して濃淡バーナ１１０を構成し、リフトし易い淡火炎１０２を濃バーナ１０１の燃焼炎（濃火炎）１０３により保炎するようにしている。
【０００７】
ここで、濃淡バーナ１１０においても、供給される混合気の空気過剰率を検知して、空気過剰率が予め定められた設定値（例えば、淡バーナ１００に対しては１．５、濃バーナ１１０に対しては０．５）となるように、濃淡バーナ１１０に供給される空気の流量を制御することが考えられる。しかし、図７（ａ）に示したように、濃淡バーナ１１０の炎口に熱電対１０４を臨ませた場合、熱電対１０４の測温部１０５は淡火炎１０２と濃火炎１０３の双方により加熱される。
【０００８】
そして、燃焼ファンの吸気口の閉塞等が生じて濃淡バーナ１１０に供給される空気の流量が減少し、淡バーナ１００と濃バーナに供給される混合気の空気過剰率が小さくなると、図７（ｂ）に示したように、淡バーナ１００においては燃焼速度が上昇するため淡火炎１０２が短くなり、濃バーナ１０１においては燃焼速度が低下するため濃火炎１０３が長くなる。
【０００９】
この場合、図６を参照して、淡バーナ１００においては、元々１．５であった空気過剰率（λ）が１．０に向かって低下するため、熱電対の出力電圧（Ｖ）を上昇させるように作用する。一方、濃バーナ１０１においては、元々０．５であった混合気の空気過剰率（λ）がさらに低下するため、熱電対の出力電圧（Ｖ）を低下させるように作用する。
【００１０】
そのため、淡バーナ１００による熱電対１０４の出力電圧（Ｖ）を上昇させる作用と、濃バーナ１０１による熱電対１０４の出力電圧（Ｖ）を低下させる作用が相殺し合い、全体としては、熱電対１０４の出力電圧の変化が極めて小さくなる。したがって、熱電対１０４の出力電圧（Ｖ）の変化から濃淡バーナ１１０に供給される混合気の空気過剰率を検知することは困難である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記背景を鑑みてなされたものであり、濃淡バーナに供給される混合気の空気過剰率を検知する方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、燃料ガスと空気の混合気が供給される第１のバーナと該第１のバーナの周囲に設けられた第２のバーナとからなり、該第１のバーナに供給される混合気の空気過剰率を１よりも大きくすると共に、該第２のバーナに供給される混合気の空気過剰率を１よりも小さくした濃淡バーナに供給される混合気の空気過剰率を検知する方法に関する。
【００１３】
そして、前記第２のバーナの炎口の一部を塞ぎ、前記濃淡バーナの燃焼炎の温度又は火炎電流を検出する炎センサの感炎部を、塞がれた前記第２のバーナの炎口部分の上方から前記第１のバーナの炎口の上方に亘って配置し、該炎センサの検出信号に基づいて前記濃淡バーナに供給される混合気の空気過剰率を検知することを特徴とする。
【００１４】
かかる本発明によれば、前記炎センサの感炎部が前記第２のバーナの炎口の塞がれた部分の上方に配置される。そのため、前記濃淡バーナに供給される混合気の空気過剰率が予め設定された正常状態であるときは、前記炎センサの感炎部は前記第２のバーナの燃焼炎から遮られ、前記炎センサの検出信号のレベルは前記第１のバーナの燃焼炎の状態に依存して変化する。
【００１５】
そして、前記濃淡バーナへの空気の供給量が減少して、前記第２のバーナに供給される混合気の空気過剰率が小さくなると、前記第２のバーナの燃焼速度が減少し、前記第２のバーナの燃焼炎が伸びて塞がれた部分を回り込むようになる。その結果、前記第２のバーナの炎口の閉塞部分を回り込んだ燃焼炎が前記炎センサの感炎部に接近し、燃焼炎の温度を検出する炎センサにあっては検出温度が上昇し、燃焼炎の火炎電流を検出する炎センサにあっては検出電流が増加する。
【００１６】
一方、前記第１のバーナにおいては、供給される空気の流量が減少して混合気の空気過剰率が１に向かって小さくなると、燃焼速度が増加するため燃焼炎が短くなる。その結果、前記第１のバーナの燃焼炎の先端部により前記炎センサの感炎部が晒されるようになり、燃焼炎の温度を検出する炎センサにあっては検出温度が上昇し、燃焼炎の火炎電流を検出する炎センサにあっては検出電流が増加する。
【００１７】
このように、濃淡バーナに供給される空気の量が減少して、前記第１のバーナ及び前記第２のバーナに供給される混合気の空気過剰率が小さくなると、いずれのバーナの燃焼炎によっても、燃焼炎の温度を検出する炎センサにあっては検出温度が上昇し、燃焼炎の火炎電流を検出する炎センサにあっては検出電流が増加するように作用する。したがって、前記炎センサの検出信号に基づいて、前記濃淡バーナに供給される混合気の空気過剰率を検知することができる。
【００１８】
また、前記第２のバーナの炎口を塞ぐ長さを、前記炎センサの感炎部の幅の１．５〜５倍としたことを特徴とする。
【００１９】
かかる本発明によれば、前記濃淡バーナに供給される混合気の空気過剰率が正常であるときに、前記第２のバーナの炎口の一部を塞いだことによって、前記第２のバーナの燃焼炎により前記第１のバーナの燃焼炎を保炎する効果が減少することを抑制すると共に、前記濃淡バーナに供給される混合気の空気過剰率が小さくなったときに、前記第２のバーナの燃焼炎が長くなることによる前記炎センサの検出信号の出力低下を防止することができる。また、前記第２のバーナの燃焼炎が該第２のバーナの炎口の塞がれた箇所を回りこみ易くして、空気過剰率の減少に応じた前記炎センサの検出信号のレベルの変化を大きくすることができる。
【００２０】
また、前記第２のバーナを閉塞部材により塞ぎ、該閉塞部材は、前記炎センサの取付け部を有して、前記第２のバーナに装着されて該取付け部に前記炎センサが取付けられたときに、前記第２のバーナの炎口が塞がれる部分と前記炎センサの感炎部を所定の位置関係に位置決めすることを特徴とする。
【００２１】
かかる本発明によれば、前記閉塞部材を使用して前記第２のバーナの炎口を塞ぐことによって、該閉塞部材により塞がれる前記第２のバーナの炎口部分と前記炎センサの感炎部の位置関係を調節する作業を不要とすることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の一例について、図１〜６を参照して説明する。図１は濃淡バーナに閉塞部材を装着した状態を示した図、図２は図１に示した濃淡バーナの縦断面図、図３は濃バーナの炎口の一部を塞いだときの燃焼状態の説明図、図４は熱電対の出力電圧と濃淡バーナに供給される混合気の空気過剰率との関係を示したグラフ、図５は図１に示した濃淡バーナを上方からみた図、図６はバーナに臨んで設けられた熱電対の出力電圧と該バーナに供給される混合気の空気過剰率との関係を示したグラフである。
【００２３】
図１を参照して、本実施の形態では、淡バーナ１（本発明の第１のバーナに相当する）の周囲に濃バーナ２（本発明の第２のバーナに相当する）を配置して構成された濃淡バーナ３に供給される混合気の空気過剰率を、濃バーナ２の炎口の上部から淡バーナ１の炎口の上部に渡って測温部１２（本発明の感炎部に相当する）が設けられた熱電対４（本発明の炎センサに相当する）により検知する。そして、熱電対４は、濃バーナ２の炎口の一部を塞ぐ閉塞部材５の取付け穴６（本発明のセンサ取付け部に相当する）により位置決めされて取付けられている。
【００２４】
濃淡バーナ３に供給される混合気は、ガス供給管（図示しない）により供給される燃料ガスと、燃焼ファン（図示しない）により供給される空気とにより生成されるが、淡バーナ１に供給される混合気の空気過剰率が１．５、濃バーナ２に供給される混合気の空気過剰率が０．５となるように、燃焼ファンの回転数と淡バーナ１用のガスノズル（図示しない）及び濃バーナ２用のガスノズル（図示しない）の仕様が決定されている。そして、これにより濃淡バーナ３全体としての燃焼排気の低ＮＯｘ化という効果を得ている。
【００２５】
ここで、ガス供給管から供給される燃料ガスの流量はほぼ一定に保たれるが、燃焼ファンにより供給される燃焼用空気の流量は、燃焼ファンの吸気口（図示しない）への埃の付着等により減少する場合がある。そして、このように濃淡バーナ３に供給される燃焼用空気の流量が減少すると、濃淡バーナ３を構成する淡バーナ１及び濃バーナ２に供給される混合気の空気過剰率が小さくなって、上述した燃焼排気の低ＮＯｘ化の効果が低下する。
【００２６】
そこで、図２（ａ）に示したように、濃淡バーナ３の燃焼運転を制御するコントローラ１０は、熱電対４の出力電圧（本発明の検出信号に相当する）から濃淡バーナ３に供給される混合気の空気過剰率を検知し、混合気の空気過剰率が初期設定（淡バーナ１に対しては１．５、濃バーナ２に対しては０．５）に保たれるように、燃焼ファンのファンモータ１１の回転数を補正する制御を行なう。
【００２７】
図２（ａ）及び図２（ｂ）は、図１に示した濃淡バーナ３の縦断面図であり、図２（ａ）は濃淡バーナ３に供給される混合気の空気過剰率が正常（淡バーナ１に供給される混合気の空気過剰率が１．５、濃バーナ２に供給される混合気の空気過剰率が０．５に保たれた状態）であるときの炎の状態を示している。
【００２８】
一方、図２（ｂ）は、燃焼ファンの吸気口の閉塞等が生じて、濃淡バーナ３に供給される空気の流量が減少したときの炎の状態を示している。先ず、図２（ａ）の状態では、熱電対４の測温部１２は淡バーナ１の燃焼炎２０のみによって加熱される。すなわち、測温部１２の下方の濃バーナ２の炎口の部分は、閉塞部材５により塞がれているため、濃バーナ２の燃焼炎２１は閉塞部材５によって遮られ、熱電対４の測温部１２に到達しない。
【００２９】
そして、濃淡バーナ３に供給される燃焼用空気の流量が減少すると、淡バーナ１においては、供給される混合気の空気過剰率が１．５から１．０に向かって減少する。また、濃バーナ２においては、供給される混合気の空気過剰率が０．５からさらに小さくなる。
【００３０】
ここで、淡バーナ１及び濃バーナ２に供給される混合気の空気過剰率と熱電対４の出力電圧の関係は、図６に示したように、横軸の空気過剰率（λ）が１．０付近であるときに、縦軸の熱電対４の出力電圧（Ｖ）が最大となる。そして、空気過剰率（λ）が１．０よりも大きくなるほど、また、空気過剰率（λ）が１．０よりも小さくなるほど、熱電対４の出力電圧（Ｖ）が低下する。
【００３１】
これは、空気過剰率（λ）が１．０付近であるときに淡バーナ１及び濃バーナ２の燃焼速度が最大となって炎口に接近するため、熱電対４の感温部１２に対する加熱量が最大となり、空気過剰率（λ）が１．０から離れるほど淡バーナ１及び濃バーナ２の燃焼速度が減少して燃焼炎が炎口からリフトするため、感温部１２に対する加熱量が減少するからである。
【００３２】
そのため、濃淡バーナ３に供給される混合気の空気過剰率が小さくなると、図２（ｂ）に示したように、淡バーナ１の燃焼炎２０は供給される混合気の空気過剰率が１．０に近づくために短くなって、熱電対４の出力電圧を上昇させるように働く。一方、濃バーナ２の燃焼炎２１供給される混合気の空気過剰率が０．５よりもさらに小さくなるため長くなる。
【００３３】
ここで、図３（ａ），３（ｂ）は、図１に示した濃淡バーナ３を内側（淡バーナ１側）から熱電対４の測温部１２に向かって見たときの濃バーナ２の燃焼炎２１の状態を示している。そして、本実施の形態では、閉塞部材５により塞がれる濃バーナ２の炎口３０の長さ（図中Ｌ）は、熱電対４の測温部１２の径（図中Ｄ）の２．５倍に設定されている。
【００３４】
この場合、濃淡バーナ３に供給される混合気の空気過剰率が正常なときは、図３（ａ）に示したように、濃バーナ２の燃焼炎２１は短いため、閉塞部材５により遮られて測温部１２に達しない。しかし、濃淡バーナ３に供給される混合気の空気過剰率が小さくなると、図３（ｂ）に示したように、濃バーナ３の燃焼炎２１が長くリフトして閉塞部材５を回り込み、熱電対４の測温部１２に達するようになる。
【００３５】
その結果、熱電対４の測温部１２が濃バーナ３の燃焼炎によっても加熱され、熱電対４の出力電圧を上昇させるように作用する。そのため、濃淡バーナ３に供給される混合気の空気過剰率が小さくなると、淡バーナ１の燃焼炎２０と濃バーナ２の燃焼炎２１の双方により、熱電対４の出力電圧を上昇させる作用が生じる。
【００３６】
したがって、コントローラ１０は、濃淡バーナ３の燃焼開始後、熱電対４の出力電圧を検出することにより、濃淡バーナ３に供給される混合気の空気過剰率を検知することができる。
【００３７】
図４は、横軸を濃淡バーナ３に供給される混合気の空気過剰率（λ）とし、縦軸を熱電対４の出力電圧（Ｖ）とした、空気過剰率（λ）／出力電圧（Ｖ）のグラフであり、▲１▼は閉塞部材１５を設けない場合、▲２▼は閉塞部材１５により塞がれる濃バーナ２の炎口３０の長さ（図３のＬ）を熱電対４の感温部１２の径（図３のＤ）と等しくした場合、▲３▼は閉塞部材１５により塞がれる濃バーナ２の炎口３０の長さ（図３のＬ）を熱電対４の感温部１２の径（図３のＤ）の１．５〜５倍とした場合のグラフを示している。
【００３８】
▲１▼のグラフでは、空気過剰率（λ）が小さくなっても熱電対４の出力電圧（Ｖ）はあまり変化していない。これは、閉塞部材５を設けない場合は、図２（ａ）の状態で、濃バーナ２の燃焼炎２１により熱電対４の感温部１２が加熱されるが、空気過剰率が小さくなって図２（ｂ）の状態に変化すると、濃バーナ２の燃焼炎２１がリフトして熱電対４の出力電圧を下げる方向に作用して、淡バーナ１の燃焼炎２０が短くなることによる熱電対４の出力電圧を上げる作用を打ち消すためである。
【００３９】
また、▲２▼のグラフでは、閉塞部材５により濃バーナ２の炎口を塞ぐ効果が不十分であるため、▲１▼のグラフと同様に、空気過剰率（λ）が小さくなったときの熱電対４の出力電圧（Ｖ）の変化が小さいと考えられる。
【００４０】
それに対して、▲３▼のグラフでは、空気過剰率（λ）が小さくなるにつれて、ほぼ直線的に熱電対４の出力電圧（Ｖ）が上昇している。そのため、コントローラ１０は、熱電対４の出力電圧（Ｖ）を検出することによって、濃淡バーナ３に供給される混合気の空気過剰率（λ）を精度良く検知することができる。
【００４１】
なお、閉塞部材１５により塞がれる濃バーナ２の炎口３０の長さ（Ｌ，図３参照）を熱電対４の感温部１２の径（Ｄ，図３参照）の５倍よりもさらに長くすると、濃バーナ２による淡バーナ１に対する保炎効果が小さくなって、図４の▲４▼に示したように、空気過剰率（λ）が１．０よりも大きい範囲での直線性が悪化する。
【００４２】
そして、コントローラ１０は、熱電対４の出力電圧（Ｖ）が、予め設定された空気過剰率（図中λｓ，淡バーナ１に対しては１．５、濃バーナ２に対しては０．５）に対応した電圧（Ｖｓ）と一致するように、ファンモータ１１の回転数を補正することによって、燃焼排ガスの低ＮＯｘ化の効果を維持して濃淡バーナ３を燃焼させることができる。
【００４３】
次に、図５（ａ）は、図１に示した濃淡バーナ３を上方から見た図であり、本実施の形態では、閉塞部材５により濃淡バーナ３の片側の炎口を塞いでいるが、図５（ｂ）に示したように、閉塞部材４０により濃淡バーナ３の両側を塞ぐようにしてもよい。
【００４４】
また、本実施の形態では、図１を参照して、閉塞部材４０に熱電対４の取付け部６を設けることにより、閉塞部材４０に熱電対４を取付けて、閉塞部材４０を濃バーナ２の炎口に取付けたときに、閉塞部材４０により塞がれる濃バーナ２の炎口の部分と熱電対４の感温部１２との位置が所定の位置関係に規制される。
【００４５】
そして、これにより、閉塞部材４０と熱電対４の位置関係を調整する作業を不要としたが、熱電対４を閉塞部材４０との別の部材により固定する場合であっても、本発明の効果を得ることができる。
【００４６】
また、閉塞部材４０により塞がれる濃バーナ２の長さを熱電対４の感温部１２の径の１．５〜５倍とすることによって本発明の最良の効果を得ることができるが、この範囲から外れた場合であっても本発明の効果を得ることができる。
【００４７】
また、本実施の形態では、本発明の炎センサとして熱電対を用いたが、火炎電流を検出するフレームロッドを用いてもよい。フレームロッドを用いた場合には、濃淡バーナ３に供給される混合気の空気過剰率が小さくなるに従って、フレームロッドの検出電流が大きくなるため、該検出電流に基づいて混合気の空気過剰率を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】濃淡バーナに閉塞部材を装着した状態を示した図。
【図２】図１に示した濃淡バーナの縦断面図。
【図３】濃バーナの炎口の一部を塞いだときの燃焼状態の説明図。
【図４】熱電対の出力電圧と濃淡バーナに供給される混合気の空気過剰率との関係を示したグラフ。
【図５】図１に示した濃淡バーナを上方からみた図。
【図６】バーナに臨んで設けられた熱電対の出力電圧と該バーナに供給される混合気の空気過剰率との関係を示したグラフ。
【図７】従来の濃淡バーナの縦断面図。
【符号の説明】
１…淡バーナ、２…濃バーナ、３…濃淡バーナ、４…熱電対、５…閉塞部材、６…取付け部、１０…コントローラ、１１…ファンモータ、１２…測温部、２０…淡バーナの燃焼炎、２１…濃バーナの燃焼炎、３０…濃バーナの炎口
【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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