(57)【要約】【課題】空気比を一定に保つことができる簡素なバーナ燃焼装置を提供する。【解決手段】バーナ燃焼装置は、バーナ２に燃焼空気を供給する空気流路３に設けられた固定オリフィス８と、バーナ２に燃料を供給する燃料流路４に設けられ、開口面積を変化させられる可変オリフィス１２と、燃料流路４の可変オリフィス１２の上流側に設けられ、その位置における燃料の圧力を空気流路３の固定オリフィス８の上流側における燃焼空気の圧力と等しい圧力にする第１均圧弁１３と、燃料流路４の可変オリフィス１２の下流側に設けられ、その位置における燃料の圧力を空気流路３の固定オリフィス８の下流側における燃焼空気の圧力と等しい圧力にする第２均圧弁１４と、空気流路３に設けられ、燃焼空気の温度を検出する空気温度検出器１１と、空気温度検出器１１が検出した温度に応じて、可変オリフィス１２の開口面積を制御する制御装置１５とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナに燃焼空気を供給する空気流路に設けられた固定オリフィスと、
前記バーナに燃料を供給する燃料流路に設けられ、開口面積を変化させられる可変オリフィスと、
前記燃料流路の前記可変オリフィスの上流側に設けられ、その位置における前記燃料の圧力を前記空気流路の前記固定オリフィスの上流側における前記燃焼空気の圧力と等しい圧力にする第１均圧弁と、
前記燃料流路の前記可変オリフィスの下流側に設けられ、その位置における前記燃料の圧力を前記空気流路の前記固定オリフィスの下流側における前記燃焼空気の圧力と等しい圧力にする第２均圧弁と、
前記空気流路に設けられ、前記燃焼空気の温度を検出する空気温度検出器と、
前記空気温度検出器が検出した温度に応じて、前記可変オリフィスの開口面積を制御する制御装置とを有することを特徴とするバーナ燃焼装置。
【請求項２】
前記可変オリフィスは、前記燃料流路の流路面積に対する開口面積の比の機械的な最小値が０．２から０．２８の間であることを特徴とする請求項１に記載のバーナ燃焼装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記燃焼空気の温度と前記可変オリフィスの開口面積とを１対１に対応付ける特性曲線データを記憶していることを特徴とする請求項１または２に記載のバーナ燃焼装置。
【請求項４】
前記制御装置は、複数の異なる前記特性曲線データを記憶していることを特徴とする請求項３に記載のバーナ燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バーナ燃焼装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
バーナでは、良好な燃焼状態を維持するために、燃料と燃焼空気との比を適正な値に保つ必要がある。つまり、実際に供給される空気量の燃料を完全燃焼させるために必要な理論空気量に対する比である空気比（空気量／理論空気量）を適切な値に保つ必要がある。一般に、バーナに求められる燃焼熱量を確保するために、燃料の流量が調整され、それに合わせて燃焼空気の流量も調整される。
【０００３】
燃焼空気の流量を調整する方法として、特許文献１に記載されているように、燃料流路に流量計を設け、検出した燃料流量に応じて、空気流路のバルブの開度を調整し、空気比を一定に保つ方法がある。また、より簡素な構成として、特許文献２に記載されているように、燃料の圧力と燃焼空気の圧力とを等しく保つ均圧弁を設けることで、空気比を一定に保つ方法もある。
【０００４】
さらに、燃料および燃焼空気の流路にそれぞれオリフィスを設け、燃料流路のオリフィスの前後に、燃料の圧力をオリフィスの前後の燃焼空気の圧力とそれぞれ等しくする均圧弁を設けることで、オリフィスを通過する燃料と燃焼空気との流量比を一定に保つ二重均圧弁方式も知られている。二重均圧弁方式では、燃料流路のオリフィスの開口面積を調整することで、空気比を設定できる。
【０００５】
これらの方法では、燃料や燃焼空気の温度が変化すると、気体の状態方程式にしたがって体積が温度に比例して変化するため、空気比を一定に保つことができないという問題がある。特に、燃焼排ガスから燃焼空気に熱回収を行う空気予熱式の燃焼装置では、燃焼空気の温度が大きく変化するため、上述の方法では、空気比を適切に調整できなかった。例えば、図６に示すように、３５０℃に予熱された空気について適正な空気比μ＝１．１となるようにオリフィス径を選定したとしても、炉の立ち上げ時などにおいて実際の空気温度が５０℃であれば、空気比μ＝１．５３となり、バーナが吹き消える畏れもある。
【０００６】
燃料および燃焼空気の流路にそれぞれ質量流量を検出できる流量計を設け、燃料の流量に応じて燃焼空気の流量を調整するバルブを制御すれば、空気比を正確に制御することができるが、装置のコストが高くなるため、小型の燃焼装置に採用することは難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許４２３４３０９号公報
【特許文献２】特開２０１０−２３０２７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記問題点に鑑みて、空気比を一定に保つことができる簡素なバーナ燃焼装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、本発明によるバーナ燃焼装置は、バーナに燃焼空気を供給する空気流路に設けられた固定オリフィスと、前記バーナに燃料を供給する燃料流路に設けられ、開口面積を変化させられる可変オリフィスと、前記燃料流路の前記可変オリフィスの上流側に設けられ、その位置における前記燃料の圧力を前記空気流路の前記固定オリフィスの上流側における前記燃焼空気の圧力と等しい圧力にする第１均圧弁と、前記燃料流路の前記可変オリフィスの下流側に設けられ、その位置における前記燃料の圧力を前記空気流路の前記固定オリフィスの下流側における前記燃焼空気の圧力と等しい圧力にする第２均圧弁と、前記空気流路に設けられ、前記燃焼空気の温度を検出する空気温度検出器と、前記空気温度検出器が検出した温度に応じて、前記可変オリフィスの開口面積を制御する制御装置とを有するものとする。
【００１０】
この構成によれば、燃料流路と空気流路のオリフィスの前後の圧力が同じになるようにし、空気流路のオリフィスの開口面積を空気温度に応じて調整可能とすることで、空気温度に応じて燃料流量を最適化し、空気温度に拘わらず最適な空気比を実現できる。これにより、空気や燃料の質量流量を測定する必要がなく、装置が高価にならない。
【００１１】
また、本発明のバーナ燃焼装置において、前記可変オリフィスは、前記燃料流路の流路面積に対する開口面積の比の機械的な最小値が０．２から０．２８の間であってもよい。
【００１２】
この構成によれば、可変オリフィスの開口を、広範囲の空気比および空気温度に対して適切な面積にすることができ、且つ、可変オリフィスの開口面積の機械的に調整可能な範囲の中の広い範囲を実際に使用することができるので、開口面積の調整の分解能が高く、繊細な制御が可能である。
【００１３】
また、本発明のバーナ燃焼装置において、前記制御装置は、前記燃焼空気の温度と前記可変オリフィスの開口面積とを１対１に対応付ける特性曲線データを記憶してもよい。
【００１４】
この構成によれば、可変オリフィスの制御に参照テーブルを使用する簡単な制御が適用できる。
【００１５】
また、本発明のバーナ燃焼装置において、前記制御装置は、複数の異なる前記特性曲線データを記憶してもよい。
【００１６】
この構成によれば、ユーザが特性曲線を選択することによって空気比を指定することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、二重均圧弁方式の燃料オリフィスの開口面積を空気温度に応じて調整可能とすることで、安価な構成で、空気温度に拘わらず最適な空気比を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の１つの実施形態であるバーナ燃焼装置の構成図である。
【図２】図１のバーナ燃焼装置における可変オリフィスの開口比の特性曲線である。
【図３】図１の可変オリフィスの弁の概略正面図である。
【図４】図３の可変オリフィスの弁開度と開口比の関係を示す図である。
【図５】図２の代案の可変オリフィスの開口比の特性曲線である。
【図６】従来の二重均圧弁方式の空気比変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１に、本発明の１つの実施形態であるバーナ燃焼装置の構成を示す。本実施形態のバーナ燃焼装置は、燃焼室１に設けたバーナ２に、燃焼空気を供給する空気流路３と、燃料を供給する燃料流路４とを備える。
【００２０】
空気流路３には、燃焼室１から煙道５を通して排出される燃焼排ガスと熱交換して空気を予熱するための熱交換器６が設けられている。さらに、空気流路３には、空気量を調節するための主調整弁７が設けられ、主調整弁７の下流に、開口面積が固定された固定オリフィス８が配設されている。主調整弁７は、燃焼室１内の温度を検出する炉内温度センサ９の検出値が設定温度になるように、その弁の開度がＰＩＤコントローラ１０によって調整される。また、空気流路３には、燃焼空気の温度を検出する空気温度検出器１１も設けられている。
【００２１】
燃料流路４には、開口面積を調整可能な可変オリフィス１２が配設されている。さらに、燃料流路４には、可変オリフィス１２の上流側の圧力を、空気流路３の固定オリフィス８の上流側の圧力と同じ圧力に調整する第１均圧弁１３と、可変オリフィス１２の下流側の圧力を、空気流路３の固定オリフィス８の下流側の圧力と同じ圧力に調整する第２均圧弁１４とが設けられている。
【００２２】
可変オリフィス１２は、オリフィス制御装置１５によって、その開口面積が、空気温度検出器１１の検出値と、ユーザが予め設定する空気比とに応じて調整されるようになっている。
【００２３】
第１均圧弁１３および第２均圧弁１４は、ダイアフラムの両側に導圧管１６，１７を介して圧力を等しくすべき２つの部分の圧力が導かれ、それらの圧力差によって弁体が駆動される。
【００２４】
図２に、オリフィス制御装置１５によって設定される可変オリフィス１２の開口面積の燃料流路４の流路面積に対する比（開口比）を示す。本実施形態では、オリフィス制御装置１５において、ユーザが空気比μを０．９から１．３までの間で０．１刻みの値から選択した所望の比に設定できるようになっている。
【００２５】
オリフィス制御装置１５は、図示するように、各空気比μの設定値毎に、空気温度検出器１１が検出した空気温度と可変オリフィス１２の開口比とを１対１に対応付ける特性曲線データを記憶している。特性曲線データは、通常、空気温度の区分毎に開口比を割り当てた参照テーブルとして記憶されるが、開口比を空気温度の関数として記憶して演算によって導出するようにしてもよい。
【００２６】
図３に、可変オリフィス１２の構成を示す。可変オリフィス１２は、燃料流路４の流路径と等しい内径のハウジング１８の中に、円盤状の弁体１９が駆動軸２０によって保持されており、駆動軸２０の回転によって、弁体１９が傾斜して開口面積を拡大するバタフライタイプの可変オリフィスである。本実施形態の可変オリフィス１２は、弁体１９の径がハウジング１８の流路径よりも小さく、その最大投影面積が流路面積の８０％である。このように小型の弁体１９を備える可変オリフィス１２は、機械的に最も開口面積を小さくしたときの開口比が０．２になる。
【００２７】
図４に、可変オリフィス１２の弁開度（１％は、駆動軸２０の回転角度０．９°に相当する）と、オリフィス開口比との関係を、径がハウジングの内径に等しい通常の弁体を用いた場合の開口比と対比して示す。尚、駆動軸２０は、パルスモータによって駆動され、その分解能（１パルスに相当）は、０．３％であり、角度にして０．２７°である。
【００２８】
図４には、図２において、最も開口比が小さくなる空気比μ＝１．３で空気温度５００℃の場合の開口比０．２０から、最も開口比が大きくなる空気比μ＝０．９で空気温度２０℃の場合の開口比０．４８までの弁開度範囲を示す。図示するように、本実施形態の小型の弁体１９は、通常の弁体に比べて格段に広い範囲の弁開度で使用される。即ち、小型の弁体１９を有する可変オリフィス１２は、駆動軸２０の角度位置決め分解能当たりの開口比の変化量が小さく、繊細な制御が可能である。
【００２９】
尚、オリフィス制御装置１５が記憶する特性曲線データは、可変オリフィス１２の開口比を、駆動軸２０の角度で表した値として記述したものであってもよい。
【００３０】
一般に、オリフィス前後の圧力差とオリフィス開口比と応じて流量が正確に定められるのは、開口比０．２から０．６６の範囲である。そこで、図５に、本実施形態において、最も開口比が小さくなる空気比μ＝０．９で空気温度２０℃の場合の開口比がオリフィスとして機能する最大開口比である０．６６になるように、弁体１７の外径を変更した場合の特性曲線を示す。この場合、最も開口比が小さくなる空気比μ＝１．３で空気温度５００℃のとき、開口比は０．２８となる。
【００３１】
これらより、可変オリフィス１２の開口比の最小値は、図２の場合の０．２から図５の場合の０．２８の間であればよい。つまり、可変オリフィス１２の弁体１９の最大投影面積が、燃料流路４（可変オリフィス１２前後の実効部分）の流路面積の０．７２倍から０．８倍の間になるようにすればよい。
【符号の説明】
【００３２】
１…燃焼室
２…バーナ
３…空気流路
４…燃料流路
５…煙道
６…熱交換器
７…主調整弁
８…固定オリフィス
９…炉内温度センサ
１０…ＰＩＤコントローラ
１１…空気温度検出器
１２…可変オリフィス
１３…第１均圧弁
１４…第２均圧弁
１５…オリフィス制御装置
１６，１７…導圧管
１８…ハウジング
１９…弁体
２０…駆動軸
【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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