JP2000146162A

JP2000146162A - 燃焼装置

Info

Publication number: JP2000146162A
Application number: JP10326075A
Authority: JP
Inventors: Takashi Morimatsu; 隆史森松
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 1998-10-30
Filing date: 1998-10-30
Publication date: 2000-05-26

Abstract

(57)【要約】【課題】燃焼量が段階的な値に制御される燃焼装
置において、燃焼量を切り替える際の空気比の変動を抑
制する。【解決手段】燃焼量が段階的な値に制御される燃焼装
置１において、回転数の制御によって送風量が調整され
る送風機１２と、燃料噴霧量が連続的に調整される燃料
噴霧手段３と、燃焼量を切り替える際に前記送風機１２
の回転数の変化に対応させて前記燃料噴霧手段３の燃焼
量を連続的に変化させる制御装置１３とを備えるた構成
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、燃焼量が段階的
な値に制御される燃焼装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】燃焼装置には、その燃焼量を高低２段階
あるいはそれ以上の段数に制御するものがある。この燃
焼量を切り替える際には燃料噴霧量と送風量（燃焼用空
気量）を調整し、この切り替えの前後で空気比を一定に
保っているが、この燃焼量の切り替えの過程においても
燃焼の安定性の点から、空燃比を一定に維持するのが好
ましい。従来の一般的な燃焼装置では、燃料噴霧量の調
整は、複数の燃料噴霧手段を用い、これらの燃料噴霧手
段への燃料供給を制御する開閉弁( 一般には電磁弁が用
いられる) を選択的に開閉して、これらの燃料噴霧手段
のうちの所定数のものを選択的に作動させることによっ
て行っており、また送風量の調整は、仕切弁の一種であ
るダンパを段階的に開閉することによって行っている。
したがって、燃料噴霧と送風量は、ほぼ瞬時に切り替わ
るため、この空気比は、切り替えの過程においてもほぼ
一定に保たれていた。

【０００３】ところで、近年においては、このような燃
焼装置に用いられる送風機には、インバータ装置などの
回転数制御装置を用いて送風機の回転数を制御すること
によって送風量を調整するものが増えている。しかし、
燃料噴霧量の調整は、従来同様に開閉弁の制御により複
数の燃料噴霧手段を選択的に作動させることによって行
っている。このような燃焼装置において、燃焼量をたと
えば低燃焼量から高燃焼量に切り替える場合について説
明すると、送風量は駆動用電動機の回転数の制御による
ため所定の時間を要して連続的に増加するが、燃料噴霧
量は電磁弁などの開閉弁の制御によるものであるためほ
ぼ瞬時に高燃焼用噴霧量に切り替わる。そのため、燃焼
量を切り替える過程においては、空燃比が変動し、ＣＯ
の発生量の増加や黒煙の発生を引き起す。また、送風量
を高燃焼用送風量から低燃焼用送風量へ切り替える際の
送風機の回転数の制御は、送風機の駆動用電動機に電気
的制動（インバータ装置を利用した場合には回生制動）
をかけることによって行うため、前述の回転数制御装置
の保護対策上、低燃焼用送風量から高燃焼用送風量に切
り替える場合よりも時間をかけて行っている。そのた
め、前述の空燃比の変動は時間的にも長いものとなる。
さらに、燃焼量の切り替えの前後における比率が大きく
なるほどこの空燃比の変動が大きく、前述の問題が一層
顕著になる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明が解決しよう
とする課題は、燃焼量が段階的な値に制御される燃焼装
置において、燃焼量を切り替える際の空気比の変動を抑
制することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、前記課題を
解決するためになされたものであって、請求項１に記載
の発明は、燃焼量が段階的な値に制御される燃焼装置に
おいて、回転数の制御によって送風量が調整される送風
機と、燃料噴霧量が連続的に調整される燃料噴霧手段
と、燃焼量を切り替える際に前記送風機の回転数の変化
に対応させて前記燃料噴霧手段の燃焼量を連続的に変化
させる制御装置とを備えたことを特徴としている。

【０００６】請求項２に記載の発明は、前記燃料噴霧手
段が、燃料供給ラインと燃料戻りラインとを備え、この
燃焼燃料戻りラインの燃料流量を制御することによって
燃料噴霧量を連続的に調整するものであることを特徴と
している。

【０００７】請求項３に記載の発明は、前記燃焼装置
が、複数の燃料噴霧手段を備え、それらのうちの少なく
とも１つが、燃料噴霧量を連続的に調整される燃料噴霧
手段であることを特徴としている。

【０００８】

【発明の実施の形態】つぎに、この発明の実施の形態に
ついて説明すると、この発明は、燃焼量が段階的な値に
制御される燃焼装置であって、送風機が、回転数の制御
によって送風量を調整するものにおいて実現される。こ
のような燃焼装置は、たとえばボイラや流体加熱機のほ
か、焼却炉などに用いられる。

【０００９】この燃焼装置において、送風機の回転数の
制御は、たとえばインバータ装置によって駆動用電動機
の回転数を制御することによって行う。インバータ装置
は、送風機の駆動用電動機が交流電動機の場合に用いる
ものであるが、直流電動機の場合には、たとえば印加す
る電圧を調整する電圧調整装置を利用する。

【００１０】この燃焼装置には、燃料噴霧量が連続的に
調整される燃料噴霧手段を用いる。この燃料噴霧手段と
しては、たとえばリターンノズルと称される燃料噴霧噴
霧手段を用いる。このリターンノズルは、燃料供給ライ
ンと燃料戻りラインを備えており、この燃料戻りライン
の燃料の流量を流量制御手段によって調整することによ
って、燃料噴霧量を調整するものである。この流量制御
手段としては、モータバルブや比例制御弁のように、流
量を連続的に調整できるものを用いる。

【００１１】この燃焼装置において、燃焼量を切り替え
るに際しては、送風機の回転数を目的とする送風量に対
応する回転数に増減させるとともに、燃料噴霧手段から
の燃料噴霧量を目的とする量に増減させる。そして、こ
の燃焼量の切り替えの過程において、送風量の変化率と
燃料噴霧量の変化率とを一致させるように、送風量の変
化と燃料噴霧量の変化とを対応させて行う。前述のイン
バータ装置を用いた場合においては、インバータ装置か
ら送風機駆動用電動機への駆動電力の周波数の変化に対
応させて、流量制御手段を制御することによって燃料噴
霧量を変化させる。これにより、燃焼量の調整の過程に
おいて、空燃比の変動が無くなるため、ＣＯの発生量が
増加したり、黒煙が発生することが無い。

【００１２】ここで、送風機の回転数を、前述の燃焼量
に対応する段階的な送風量に切り替える場合、その駆動
用電動機の回転数を前述の段階的な送風量に対応する回
転数間で連続的に増加または減少させることによって行
っているため、送風量の切り替えには所定の時間が必要
である。この送風量の切り替えに際しての所要時間は、
前述のインバータ装置や電圧調整装置などの回転数制御
装置の保護対策上、回転数を増加させる場合よりも減少
させる場合を長く設定してある。しかし、この燃焼装置
においては、送風機の回転数の変化率と同じ変化率でも
って燃料噴霧手段からの燃料噴霧量を制御することによ
り、送風機の回転数の切り替えに際しての所要時間が変
化したとしても、空燃比を一定に保つことができる。

【００１３】ここで、送風機の回転数の検出は、前述の
回転数制御装置から駆動用電動機へ出力される駆動電力
の周波数，電圧，電流に基づいて行うほか、送風機の羽
根車自体の回転数を直接検出することによって行うこと
もできる。この回転数の検出には、たとえば、送風機の
羽根車の軸や羽根車自体に、ロータリーエンコーダのよ
うな回転数検出手段を取り付けることによって行う。

【００１４】さらに、この発明の他の実施の形態におい
ては、複数の燃料噴霧手段を備えた燃焼装置についても
実現されるものである。この実施の形態においては、複
数の燃料噴霧手段のうちの少なくとも１つを、燃料噴霧
量を連続的に調整される燃料噴霧手段とし、残りを燃料
噴霧量が固定の燃焼噴霧手段とする。そして、低い側の
燃焼量に対応する燃料噴霧手段を、燃焼噴霧量が固定の
ものとする。

【００１５】また、このような燃焼装置において、燃焼
性の点から１つの燃料噴霧手段から燃料を噴霧するほう
が好適なものにおいては、以下のように制御する。すな
わち、燃焼量の切り替え前に作動中の燃焼噴霧手段と切
り替え後に作動させる燃料噴霧手段を一定期間同時に作
動させる。このとき、少なくとも一方の燃料噴霧手段か
らの燃料噴霧量は、他方の燃料噴霧手段からの燃料噴霧
量に該当する量を低下させておく。

【００１６】

【実施例】以下、この発明に係る燃焼装置の第一実施例
について、図１および図２を参照しながら説明する。図
１は、この発明に係る燃焼装置の第一実施例の説明図、
図２は、第一実施例の燃焼装置における送風量と燃料噴
霧量との関係を示す説明図である。ここで、第一実施例
は、ボイラの燃焼装置に適用したものである。また、こ
の燃焼装置は、停止，低燃焼および高燃焼の３つの段階
で制御される３位置制御方式を採用している。

【００１７】図１において、燃焼装置１は、ボイラ２の
上部に取り付けてある。この燃焼装置１の燃料噴霧手段
３には、燃料供給ライン４と燃料戻りライン５を接続し
てある。この燃料噴霧手段３は、前記燃料供給ライン４
からの燃料の一部を前記燃料戻りライン５から取り出す
ことによって燃料噴霧量を調整する構成となっている。
このような燃料噴霧手段３を用いた燃焼装置を戻り油式
圧力噴霧バーナという場合がある。

【００１８】前記燃料供給ライン４には、燃料タンク６
内の燃料が燃料ポンプ７によって供給される。そして、
前記燃料供給ライン４における前記燃料ポンプ７の下流
側に接続した燃料弁８の開閉動作によって、前記燃料噴
霧手段３への燃料の供給と停止が行われる。前記燃料戻
りライン５は、流量制御弁９を介して前記燃料タンク６
に接続してある。前記燃料戻りライン５において、前記
流量制御弁９と前記燃料タンク６との間には、圧力およ
び流量調整用のオリフィス装置１０を設けてある。さら
に、前記燃焼装置１は、燃焼用空気の供給経路であるウ
インドボックス１１を接続してあり、このウインドボッ
クス１１の上流に送風機１２を接続してある。この送風
機１２の駆動用電動機（図示省略）には、回転数制御装
置としてのインバータ装置１３を接続してある。

【００１９】前記燃焼装置１において、前記燃料弁８，
前記流量制御弁９および前記インバータ装置１３は、前
記ボイラ２からの要求に応じて前記制御装置１４によっ
て制御され、これによって燃焼量が段階的な値に切り替
えられる。すなわち、この燃焼装置１において、燃焼量
を切り替える際には、前記送風機１２の回転数の制御と
前記流量制御弁９の開閉制御が行われる。この第一実施
例の燃焼装置１は、３位置制御方式であるため、燃焼量
の切り替えは、低燃焼と高燃焼との間で行われる。した
がって、前記燃料噴霧手段３からの燃料噴霧量は、前記
流量制御弁９の制御によって低燃焼用噴霧量と高燃焼用
噴霧量とに調整される。

【００２０】一方、前記送風機１２は、低燃焼用送風量
に対応する回転数（以下、「低燃用回転数」という）と
高燃焼用送風量に対応する回転数（以下、「高燃用回転
数」という）とに制御される。より具体的には、前記送
風機１２の回転数の制御は、前記制御装置１４からの信
号によりインバータ装置１３によって行う。このインバ
ータ装置１３は、前記制御装置１４からの信号により、
高燃焼用回転数または低燃焼用回転数に対応した周波数
の駆動電力を前記送風機１２に出力する。この送風量の
切り替えは、瞬時に行われるのではなく、羽根車の回転
数の変化によるものであり、数秒〜数十秒程度の所要時
間を要する。また、前記制御装置１４は、前記インバー
タ装置１３から前述の駆動電力の周波数の信号を入力
し、この周波数の変化に対応させて前記流量制御弁９の
開度を制御する。

【００２１】以下、この燃焼装置１の作用について説明
する。まず、燃焼装置１が低燃焼量の場合には、送風機
１２は、低燃焼用回転数で駆動され、低燃焼用送風量を
供給している。一方、燃料噴霧手段３からの燃料は、流
量制御弁９は開状態として燃料戻りライン５の燃料流量
を多くすることにより、低燃焼用燃料噴霧量となってい
る。この状態で、ボイラ２の負荷の増加により、燃焼量
を高燃焼に切り替える場合、制御装置１４は、前記送風
機１２の回転数を高燃焼用回転数に増加させる。前記送
風機１２の回転数は、瞬時には高燃焼用回転数に変化せ
ず、所定の変化率でもって所定の時間をかけて高燃焼用
回転数に達する。

【００２２】さらに、制御装置１４は、送風機１２の回
転数を増加させ始めると同時に、前記送風機１２の回転
数の変化率と燃料噴霧量の変化率とを一致させた状態で
流量調整弁９を徐々に閉じ、前記送風機１２が高燃焼用
回転数に達した時点で、完全に閉じた状態とする。する
と、燃料戻りライン５の燃料流量が徐々に減少し、これ
によって燃料噴霧手段３からの燃料噴霧量は、低燃焼量
に対応する量から高燃焼量に対応する量に徐々に変化す
る。

【００２３】このときの送風量と燃料噴霧量との関係
は、図２に示すように、低燃焼の状態から高燃焼の状態
に同じ変化率でもって変化している。したがって、この
制御により、燃焼量を低燃焼から高燃焼に調整するに当
たって、空燃比を一定に保つことができるため、ＣＯの
増加や黒煙の発生といった問題が解消される。

【００２４】この第一実施例において、ボイラ２の負荷
の減少により、燃焼量を高燃焼量から低燃焼量に切り替
える場合には、制御装置１４は、前述とは逆に、送風機
１２を高燃焼用回転数から低燃焼用回転数に減少させる
とともに、前記送風機１２の回転数の変化に応じて前記
流量制御弁９を閉じた状態から開いた状態に制御し、燃
料噴霧手段３からの燃料を高燃焼用噴霧量から低燃焼用
噴霧量に調整する。ここで、燃焼量を高燃焼量から低燃
焼量に切り替える場合、送風量の切り替えの際の所要時
間は、インバータ装置１３の保護対策上、前述の低燃焼
量から高燃焼量へ切り替える場合に比べて長いものとな
る。しかし、前記前記流量制御弁９を前記送風機１２の
回転数の変化率に合わせて制御することにより、前記送
風機１２の回転数の変化と前記燃料噴霧手段３からの燃
料噴霧量の変化とが同期しているため、送風機１２の送
風量の切り替えの際の所要時間の変化によらず、この燃
焼量の切り替えの過程における空燃比の変動は無くな
る。

【００２５】つぎに、この発明に係る燃焼装置の第二実
施例について説明する。前記第一実施例に示す燃焼装置
は、１つの燃料噴霧手段を備えるものであるが、図３，
図４に示す第二実施例は２つの燃焼噴霧手段を備えるも
のである。ここで、図３において、図１に該当する構成
部材については同一の参照番号を付し、その詳細説明を
省略する。

【００２６】この第二実施例において、燃焼装置１は、
前述の第一実施例同様に３位置制御方式のものである。
ここで、この第二実施例の燃焼装置は、複数の燃料噴霧
手段を備えるものであるが、燃焼性の点から、１つの燃
料噴霧手段から燃料の噴霧を行うものである。

【００２７】図３において、燃焼装置１は、低燃焼量に
対応する第一燃料噴霧手段１５と高燃焼量に対応する第
二燃料噴霧手段１６を備えている。また、前記第一燃料
噴霧手段１５は、燃料噴霧量が固定のものであり、前記
第二燃料噴霧手段１６は、燃料噴霧量が可変のものであ
る。

【００２８】前記第一燃料噴霧手段１５および前記第二
燃料噴霧手段１６には、燃料供給ライン４を分岐させて
接続してある。前記燃料供給ライン４のうち、前記第一
燃料噴霧手段１５に向けて分岐する部分には第一燃料弁
１７を接続してあり、前記第二燃料噴霧手段１６に向け
て分岐する部分には第二燃料弁１８を接続してある。そ
して、前記第一燃料弁１７および前記第二燃料弁１８を
選択的に動作させることによって、前記第一燃料噴霧手
段１５および前記第二燃料噴霧手段１６に燃料を供給す
る。

【００２９】前記第一燃料弁１７，前記第二燃料弁１
８，前記流量制御弁９および前記インバータ装置１３
は、ボイラ２における燃焼量の要求に応じて制御装置１
４によって制御され、これによって前記燃焼装置１の燃
焼量が段階的に制御される。

【００３０】さて、以上の構成の燃焼装置１において、
低燃焼量のときには、制御装置１４は、第一燃料弁１７
を開状態、第二燃料弁１８を閉状態とし、第一燃料噴霧
手段１５のみから燃料を噴霧させる。また、前記制御装
置１４は、インバータ装置１３を介して、送風機１２を
低燃焼用回転数に調整する。

【００３１】そして、ボイラ２の負荷が増加すれば、制
御装置１４は、燃焼装置１を低燃焼量から高燃焼量に切
り替える。この燃焼量の切り替え時の制御について、図
４を参照しながら説明する。ここで、図４は、上段から
順に、送風量の変化、第一燃料噴霧手段１５の燃料噴霧
量の変化、第二燃料噴霧手段１６の燃料噴霧量の変化お
よび燃焼装置全体における燃料噴霧量の変化を示すもの
である。

【００３２】燃焼装置１を高燃焼量に切り替えるに際し
ては、制御装置１４は、インバータ装置１３に送風量切
り替えの指示を発信し、このインバータ装置１３から送
風機１２への駆動周波数を高燃焼用回転数に対応する周
波数に増加させ始める。同時に第二燃料弁１８を開いて
第二燃料噴霧手段１６からも燃料を噴霧させるととも
に、前記流量制御弁９の制御により燃料戻りライン５を
流れる燃料流量を増大させる。このとき、第二燃料噴霧
手段１６からの燃料は、第一燃料噴霧手段１５による火
炎によって点火され、燃焼する。

【００３３】この状態では、第二燃料噴霧手段１６から
の燃料噴霧量は、本来の高燃焼用の燃料噴霧量よりも少
なくしてある。たとえば、高燃焼用噴霧量を１００％、
低燃焼用噴霧量を３５％とすると、この燃焼量の切り替
えの際には、前記第二燃料噴霧手段１６からの燃料噴霧
量は０％から６５％まで増大させる。すなわち、この切
り替えの際に、前記第一燃料噴霧手段１５および前記第
二燃料噴霧手段１６から同時に燃料を噴霧している場合
には、それらの燃料噴霧量の合計が低燃焼量用噴霧量
（３５％）から高燃焼用燃料噴霧量（１００％）に変化
するように設定してある。

【００３４】この状態では、送風量は、高燃焼用送風量
であり、また第一燃料噴霧手段１５および第二燃料噴霧
手段１６からの燃料噴霧量は、合計で高燃焼用噴霧量と
なっているため、この際の空気比は、低燃焼量のときの
空気比とほぼ同じであり、ＣＯの発生量が増加したり、
黒煙が発生するようなこともない。

【００３５】そして、この送風量が高燃焼用風量となる
と、第一燃料弁１７を閉鎖して第一燃料噴霧手段１５か
らの燃料の噴霧を中断する。これと同時に、流量制御弁
９を一気に閉鎖方向に作動させる。この状態では、前記
第二燃料噴霧手段１６のみから燃料が噴霧しているが、
このときの燃料噴霧量は高燃焼用噴霧量である。この高
燃焼量においては、第二燃料噴霧手段１６のみによって
燃料の噴霧をおこなうため、燃焼量の切り替えの前後
で、燃料量の比率が大きくても燃料の供給は、良好に行
われる。

【００３６】つぎに、この燃焼装置１において、ボイラ
２への負荷が減少し、燃焼量を低燃焼量に切り替えるに
際しては、以上と逆の手順でもって行う。すわなち、前
記制御装置１４は、第二燃料弁１８に加えて、第一燃料
弁１７を開状態とし、第一燃料噴霧手段１５および第二
燃料噴霧手段１６の両方から燃料を噴霧させる。このと
き、同時に前記流量制御弁９を開方向に所定量作動さ
せ、前記第二燃料噴霧手段１６からの燃料噴霧量を低燃
焼用噴霧量に相当する分減少させておく。この状態で
は、前記第一燃料噴霧手段１５および前記第二燃料噴霧
手段１６からの燃料噴霧量は、高燃焼用噴霧量である。
そして、この状態で、前記第二燃料噴霧手段１６におけ
る火炎によって第一燃料噴霧手段１５からの燃料に着火
する。

【００３７】制御装置１４は、この状態から送風機１２
の回転数を減少させて低燃焼用送風量に調整するととも
に、この送風機１２の回転数の減少に同期させて、流量
制御弁９を徐々に開いて第二燃料噴霧手段１６からの燃
料噴霧量を減少させる。そして、送風量が低燃焼用送風
量に到達した時点で、第二燃料噴霧手段１６からの燃料
の噴霧を停止し、第一燃料噴霧手段１７のみから燃料が
噴霧している状態とする。この第二燃料噴霧手段１６か
らの燃料の噴霧を停止した時点では、第二燃料弁１８を
閉鎖しておく。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、送風機の送風量の変化に対応させて燃料の供給量を
調整できるため、燃焼量を調整する過程における空燃比
を一定に保つことによって、ＣＯの発生量の増加や黒煙
の発生を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る燃焼装置の第一実施例の説明図
である。

【図２】第一実施例の燃焼装置における送風量と燃料噴
霧量との関係を示す説明図である。

【図３】この発明に係る燃焼装置の第二実施例の説明図
である。

【図４】第二実施例の燃焼装置における送風量と燃料噴
霧量との関係を示す説明図である。

【符号の説明】

１燃焼装置３燃料噴霧手段４燃料供給ライン５燃料戻りライン１２送風機１４制御装置１５第一燃料噴霧手段（燃料噴霧手段）１６第二燃料噴霧手段（燃料噴霧手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼量が段階的な値に制御される燃焼装
置１において、回転数の制御によって送風量が調整され
る送風機１２と、燃料噴霧量が連続的に調整される燃料
噴霧手段３と、燃焼量を切り替える際に前記送風機１２
の回転数の変化に対応させて前記燃料噴霧手段３の燃焼
量を連続的に変化させる制御装置１４とを備えたことを
特徴とする燃焼装置。
【請求項２】前記燃料噴霧手段３が、燃料供給ライン
４と燃料戻りライン５とを備え、この燃料戻りライン５
の燃料流量を制御することによって燃料噴霧量を連続的
に調整するものであることを特徴とする請求項１に記載
の燃焼装置。
【請求項３】前記燃焼装置１が、複数の燃料噴霧手段
１５，１６を備え、それらのうちの少なくとも１つが、
燃料噴霧量を連続的に調整される燃料噴霧手段であるこ
とを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃焼装
置。