JP2001165410A - 燃焼装置の燃焼制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、燃焼部５へ供給される燃料と酸素
含有ガスの少なくとも一方の流体の供給を周期的な間欠
供給とし、燃焼部５において燃料の点消火を繰り返す燃
焼装置１において、その燃焼状態を自動的に安定したも
のに維持しながら、窒素酸化物削減の効果を発揮できる
間欠燃焼の技術を確立することを目的とする。 【解決手段】 燃焼装置１が、間欠供給される流体の少
なくとも１つの供給周波数、又は間欠供給される流体の
少なくとも１つの供給デューティー比を間欠供給パラメ
ータ値として設定可能に構成され、燃焼部における燃焼
状態を検出し、検出された燃焼状態に基づいて、間欠供
給パラメータ値を設定して、燃焼状態を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼部へ供給され
る燃料と酸素含有ガスの少なくとも一方の流体の供給を
周期的な間欠供給として、前記燃焼部において周期的な
点消火を繰り返す間欠燃焼を行う燃焼装置の燃焼制御方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、燃焼装置の窒素酸化物削減を目的
に、燃焼部へ供給される燃料と燃焼用空気（酸素含有ガ
スの一例）の少なくとも一方の流体の供給を、供給と非
供給とを周期的に繰り返す間欠供給として、燃焼部にお
いて点消火を繰り返す間欠燃焼が提案されている。この
間欠燃焼は、燃焼部における燃焼炎の消滅を原因とする
排ガス再循環（ＥＧＲ）の効果により窒素酸化物排出を
抑制する燃焼技術の一つであり、窒素酸化物抑制の困難
な高温用途で利用が期待されている。窒素酸化物排出を
効果的に抑制する間欠燃焼の先願技術として、特願平１
０−３４５４０を挙げることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような間欠燃焼
を、実燃焼装置に適用する場合には、窒素酸化物を抑制
すると共に安定燃焼を自動的に行う燃焼方法が必要であ
った。なぜなら、間欠燃焼においては、燃料若しくは燃
焼用空気の間欠供給される流体において、その間欠供給
の状態を変化させると、窒素酸化物削減が図れるが、そ
の間欠供給の状態を適正に設定しておかないと燃焼の継
続が不可能若しくは不安定になり、一酸化炭素等が発生
する。この傾向は、燃焼部を内部に備えた燃焼室の温度
が、燃料の自着火温度以下の低温で著しい。

【０００４】従って、本発明の目的は、間欠燃焼法を実
装置に応用するために、その燃焼状態を自動的に安定し
たものに維持しながら、窒素酸化物削減の効果を発揮で
きる間欠燃焼の技術を確立する点にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る本発明の
燃焼装置の燃焼制御方法の特徴・作用・効果は次の通り
である。

【０００６】〔特徴〕燃焼部へ供給される燃料と酸素含
有ガスの少なくとも一方の流体の供給を周期的な間欠供
給として、前記燃焼部において周期的な点消火を繰り返
す間欠燃焼を行う燃焼装置の燃焼制御方法であって、前
記燃焼装置が、前記間欠供給される流体の少なくとも１
つの供給周波数、又は前記間欠供給される流体の少なく
とも１つの供給デューティー比を間欠供給パラメータ値
として設定可能に構成され、前記燃焼部における燃焼状
態を検出し、前記検出された燃焼状態に基づいて、前記
間欠供給パラメータ値を設定して、前記燃焼状態を制御
する点にある。尚、前記酸素含有ガスには、燃焼用空気
及び酸素富化空気等の他成分を添加した空気をも含む。

【０００７】〔作用・効果〕上記のように、本発明にお
いて、間欠燃焼を行う燃焼装置は、間欠供給される流体
の少なくとも１つの供給周波数又は間欠供給される流体
の少なくとも１つの供給デューティー比を間欠供給パラ
メータ値として設定可能に構成されている。即ち、前記
間欠供給される流体の供給周波数（間欠供給される流体
の単位時間あたりに供給される回数）及び供給デューテ
ィー比（間欠供給される流体の１周期あたりに供給され
る時間の割合）を、供給量等の他のパラメータとは独立
して設定可能に構成されており、例えば、流体の単位時
間あたりの供給量を変化させることなく供給周波数のみ
を変化させる場合は、供給圧を一定に保ちながら、供給
周波数を変化させる。一方、流体の単位時間あたりの供
給量を変化させることなく供給デューティー比のみを変
化させる場合は、間欠供給における１周期に供給される
流体の量を一定に保つため設定される供給デューティー
比に対して２乗に反比例的に流体の供給圧を変化させな
がら供給デューティー比を変化させる。

【０００８】このような間欠燃焼において、前記間欠供
給パラメータ値としての間欠供給される流体の少なくと
も１つの供給周波数を低く設定したり、前記間欠供給パ
ラメータ値としての間欠供給される流体の少なくとも１
つの供給デューティー比を小さく設定することで、上記
燃焼部における火炎の消滅による排ガス再循環の効果に
より窒素酸化物は低減するが、過剰に行うと燃焼の継続
が不可能若しくは不安定になり一酸化炭素等が発生す
る。

【０００９】そこで、本発明においては、上記の構成に
より、燃焼部における燃焼状態を検出しながら、その検
出結果に基づいて前記間欠供給パラメータ値としての前
記供給周波数若しくは前記供給デューティー比を制御す
ることによって、燃焼部における燃焼状態を自動的に安
定したものに維持することができる。ここで、上記の検
出される燃焼状態としては、燃焼排ガス中の一酸化炭素
濃度若しくは窒素酸化物濃度は勿論のこと、その他、一
酸化炭素より敏感な指標であるＴＨＣ（未燃炭化水素
類）濃度や、燃焼が不安定になると周波数が乱れたり大
きな音圧を示す燃焼騒音の検出も有効であり、さらに、
火炎スペクトル（色）、火炎温度、燃焼騒音・振動、燃
焼排ガス中の酸素濃度や炭酸ガス濃度等があり、予め求
めておいたこれらの燃焼状態と前記間欠供給パラメータ
値としての前記供給周波数若しくは前記供給デューティ
ー比との相関式に基づいて、検出される燃焼状態を好ま
しいものとするべく、前記間欠供給パラメータ値を制御
することができる。

【００１０】また、このような間欠供給パラメータ値と
しての供給周波数は、２Ｈｚから２０Ｈｚの範囲内に設
定されることが好ましく、燃焼部に供される燃料若しく
は燃焼用空気の供給が起こらない状態が発生するため、
火炎の形成とその消滅が交互に発生される。このような
火炎の形成は、燃焼室内に燃焼炎の消滅を原因とする排
ガス再循環状態とすることとなり、結果的に、一時的な
緩慢燃焼状態を実現して窒素酸化物の発生の少ない間欠
燃焼を実現できる。

【００１１】請求項２に係る本発明の燃焼装置の燃焼制
御方法の特徴・作用・効果は次の通りである。

【００１２】〔特徴〕上記請求項１に係る本発明の燃焼
装置の燃焼制御方法において、前記検出される燃焼状態
が前記燃焼部を内部に備えた燃焼室の温度であり、前記
燃焼状態を制御するに、前記検出された燃焼室の温度が
前記燃料の自着火温度以上のときは、前記間欠供給パラ
メータ値としての供給周波数を１０Ｈｚ未満に設定し、
前記検出された燃焼室の温度が前記燃料の自着火温度未
満のときは、前記間欠供給パラメータ値としての供給周
波数を１０Ｈｚ以上に設定する点にある。

【００１３】〔作用・効果〕このような間欠燃焼の場
合、燃焼部において点消火を繰り返す間欠燃焼を行うた
め、燃焼部を内部に備えた燃焼室の温度が燃料の自着火
温度以上であるか否かが重要である。燃焼室の温度が自
着火温度以上であれば、着火遅れはあるものの基本的に
は自着火的に間欠燃焼は継続できるが、燃焼室の温度が
自着火温度未満であれば、火花点火等の外部点火手段を
使わないと間欠燃焼は継続できない。そこで、本発明に
おいては、上記の構成により、燃焼室の温度を燃焼状態
として検出しながら、検出結果に基づいて、間欠供給さ
れる流体の時間平均の流量は一定としながら、間欠供給
の間欠供給パラメータ値としての供給周波数を設定して
燃焼状態を制御するのであるが、燃焼室の温度が燃料の
自着火温度以上のときは、前記間欠供給パラメータ値と
しての供給周波数を１０Ｈｚ未満に設定して、間欠燃焼
における火炎消滅によるＮＯｘ低減の効果を充分に発揮
させ、燃焼室の温度が燃料の自着火温度未満のときは、
前記間欠供給パラメータ値としての供給周波数を１０Ｈ
ｚ以上に設定して、間欠燃焼を連続燃焼に近いものにし
て、燃焼部における燃焼を安定して継続させることがで
きる。

【００１４】請求項３に係る本発明の燃焼装置の燃焼制
御方法の特徴・作用・効果は次の通りである。

【００１５】〔特徴〕上記請求項１又は２に係る本発明
の燃焼装置の燃焼制御方法において、前記検出される燃
焼状態が、前記燃焼排ガス中に含まれる一酸化炭素濃度
であり、前記燃焼状態を制御するに、前記検出される一
酸化炭素濃度に許容濃度範囲を設定し、前記検出された
一酸化炭素濃度の前記許容濃度範囲に対する増加に対し
て前記間欠供給パラメータ値としての供給周波数又は前
記間欠供給パラメータ値としての供給デューティー比を
増加側に可逆的に設定する点にある。

【００１６】〔作用・効果〕このような間欠燃焼におい
て、例えば、間欠供給される流体の供給量若しくは燃料
と燃焼用空気との空気比を一定に保ちながら、前記間欠
供給パラメータ値としての供給周波数又は前記間欠供給
パラメータ値としての供給デューティー比を小さく設定
すると、燃焼部における燃焼火炎の消滅を原因とする排
ガス再循環状態の効果を充分に発揮させて、窒素酸化物
の削減効果の向上を図ることができるが、この間欠供給
パラメータ値を過剰に小さく設定すると、間欠燃焼の継
続が不可能若しくは不安定になり一酸化炭素が発生す
る。この傾向は、燃料の自着火温度以下の低温で著し
い。また、一酸化炭素濃度は間欠燃焼の場合、燃焼部に
おける着火遅れが大きくて完全燃焼できない場合や自着
火が困難になった場合に立ち上がるため、本発明におけ
る間欠供給パラメータ値の制御用の燃焼状態の検出に
は、この一酸化炭素濃度の検出が特に有効である。

【００１７】そこで、本発明において、上記の構成によ
り、燃焼室温度等の燃焼状態の検出に加えて、若しくは
単独で、一酸化炭素濃度を燃焼状態として検出しなが
ら、間欠燃焼における間欠供給状態の制御用間欠供給パ
ラメータ値である前記供給周波数又は前記供給デューテ
ィー比を制御することで、間欠燃焼において窒素酸化物
を最小限に抑制できると共に一酸化炭素濃度を許容濃度
範囲内に維持することで安定燃焼を維持できる。

【００１８】請求項４に係る本発明の燃焼装置の燃焼制
御方法の特徴・作用・効果は次の通りである。

【００１９】〔特徴〕上記請求項１から３の何れかに係
る本発明の燃焼装置の燃焼制御方法において、前記燃料
及び前記酸素含有ガスのそれぞれの流体を互いに等しい
共通供給周波数で間欠供給し、前記設定される間欠供給
パラメータ値が、前記共通供給周波数、又は前記供給共
通周波数で間欠供給されるそれぞれの流体の少なくとも
一方の供給デューティー比、又は前記供給共通周波数で
間欠供給されるそれぞれの流体間の供給位相差である点
にある。

【００２０】〔作用・効果〕即ち、燃料及び前記酸素含
有ガスのそれぞれの流体を互いに等しい共通供給周波数
で間欠供給して、燃焼部において点消火を行う間欠燃焼
においては、燃焼状態制御用の間欠供給の間欠供給パラ
メータ値として、前記共通供給周波数、又は前記供給共
通周波数で間欠供給されるそれぞれの流体の少なくとも
一方の供給デューティー比を制御する他に、上記のよう
に、前記供給共通周波数で間欠供給されるそれぞれの流
体間の供給位相差（共通供給周波数で間欠供給される両
流体間における開状態となる時期のずれ量）を制御する
ことができる。このような間欠燃焼において、窒素酸化
物の削減効果の向上を図るために、前記間欠供給パラメ
ータ値としての共通供給周波数又は前記間欠供給パラメ
ータ値としての供給デューティー比を小さく設定するこ
とができるが、前記供給位相差を大きく設定して燃料と
燃焼用空気の夫々の供給時期を大きく離間させることで
も、窒素酸化物の削減効果の向上を図ることができる。
しかし、この供給位相差を過剰に大きく設定すると、間
欠燃焼の継続が不可能若しくは不安定になり一酸化炭素
が発生する場合がある。

【００２１】そこで、本発明においては、上記の構成に
より、燃焼状態を検出しながら、検出結果に基づいて、
前記間欠供給パラメータ値としての前記共通供給周波数
若しくは前記供給デューティー比に加えて又は単独で、
前記間欠供給パラメータ値としての前記供給位相差を制
御することで、燃焼状態を好ましいものに制御すること
ができる。尚、本発明において、供給位相差とは、間欠
供給される両流体の夫々の供給時期の最も近い側の位相
の差（０°以上１８０°以下の値となる）を示す。

【００２２】請求項５に係る本発明の燃焼装置の燃焼制
御方法の特徴・作用・効果は次の通りである。

【００２３】〔特徴〕上記請求項４に係る本発明の燃焼
装置の燃焼制御方法において、前記検出される燃焼状態
が、前記燃焼排ガス中に含まれる一酸化炭素濃度であ
り、前記燃焼状態を制御するに、前記検出される一酸化
炭素濃度に許容濃度範囲を設定し、前記検出された一酸
化炭素濃度の前記許容濃度範囲に対する増加に対して、
前記間欠供給パラメータ値としての供給位相差を減少側
に可逆的に設定する点にある。

【００２４】〔作用・効果〕即ち、燃料と燃焼用空気の
両方を共通供給周波数において間欠供給する間欠燃焼に
おいて、供給位相差を減少側に設定して、間欠供給され
る燃料及び燃焼用空気の夫々の流体の供給時期を接近さ
せることで、燃料と酸素を充分に混合して燃焼させるこ
とができるので、一酸化炭素の発生が抑制され燃焼が安
定したものとなる。このような間欠燃焼において、燃焼
排ガスの一酸化炭素濃度を燃焼状態として検出しなが
ら、両方の流体間の供給位相差を、この一酸化炭素濃度
制御の間欠供給パラメータ値として制御する場合、本発
明においては、上記の構成により、一酸化炭素濃度の許
容濃度範囲に対する増加に対して、前記間欠供給パラメ
ータ値としての供給位相差を減少側に可逆的に設定す
る、言い換えれば、前記共通供給周波数で間欠供給され
る両流体の夫々の供給時期が接近する側に可逆的に設定
するので、一酸化炭素濃度を許容濃度範囲内に制御する
ことができ、燃焼部における間欠燃焼を安定なものとす
ることができる。

【００２５】請求項６に係る本発明の燃焼装置の燃焼制
御方法の特徴・作用・効果は次の通りである。

【００２６】〔特徴〕上記請求項１から５の何れかに係
る本発明の燃焼装置の燃焼制御方法において、前記検出
される燃焼状態が、前記燃焼排ガス中に含まれる一酸化
炭素濃度及び窒素酸化物濃度であり、前記燃焼状態を制
御するに、前記間欠供給パラメータ値に関する前記一酸
化炭素濃度及び窒素酸化物のそれぞれの相関式を線形結
合して生成された制御関数に基づいて、前記間欠供給パ
ラメータ値を設定する点にある。

【００２７】〔作用・効果〕このような燃焼において、
燃焼排ガス中の窒素酸化物濃度は、それ自体を抑制する
ことが目的であるが、一酸化炭素濃度とトレードオフの
関係になるため、直接検出して一酸化炭素と同時に制御
できれば最上である。そこで、本発明においては、上記
の構成により、窒素酸化物の削減効果を維持しながら、
燃焼排ガス中に一酸化炭素が生成することを確実に抑制
できるようになる。しかも、これが間欠供給の間欠供給
パラメータ値としての供給周波数、供給デューティー
比、若しくは供給位相差の設定であるから、制御動作が
単純でオーバシュートのおそれもなく、短時間で静定さ
せることができ、安定して排ガス成分を許容範囲に維持
できるようになる。つまり、前記間欠供給パラメータ値
に関する前記一酸化炭素濃度及び窒素酸化物のそれぞれ
の相関式を予め求めておき、前記両相関式を線形結合し
て制御関数を生成し、前記制御関数に基づいて目標間欠
供給パラメータ値を設定して前記燃焼部への燃料の間欠
供給若しくは燃焼用空気の間欠供給の状態を調節するの
であり、燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度を許容範囲内に
維持しながら、この範囲内において窒素酸化物値が最低
値を取るように前記間欠供給パラメータ値を制御するこ
とができる。

【００２８】また、上記請求項１に係る本発明の燃焼装
置の燃焼制御方法を実施するために使用される燃焼装置
は、燃焼部へ供給される燃料と酸素含有ガスの少なくと
も一方の流体の流路に設けられて周期的な開閉動作を行
い前記流体の供給を間欠供給とする開閉弁を備え、前記
燃焼部において前記燃料の点消火を繰り返す強制振動燃
焼装置であって、前記燃焼部における燃焼状態を検出す
る検出手段を備え、少なくとも１つの前記開閉弁の開閉
動作の開閉周波数、又は少なくとも１つの前記開閉弁の
開閉動作の開閉デューティー比を開閉動作パラメータ値
として設定する開閉動作パラメータ値設定手段を備え、
前記検出手段の検出結果に基づいて、前記開閉動作パラ
メータ値設定手段を働かせ、前記開閉動作パラメータ値
を制御して、前記燃焼状態を制御する制御手段を備え
る。

【００２９】上記の構成により、燃料と酸素含有ガスの
少なくとも一方の流体は、前記開閉弁によって周期的な
間欠供給されることとなり、開閉動作パラメータ値設定
手段によって、前記開閉弁の開閉動作の開閉周波数（開
閉弁が単位時間あたりに開状態となる回数）、又は前記
開閉弁の開閉動作の開閉デューティー比（開閉弁が１周
期あたりに開状態となる割合）を開閉動作パラメータ値
として設定することで、結果、間欠供給される流体の少
なくとも１つの供給周波数（間欠供給される流体の単位
時間あたりに供給される回数）、又は間欠供給される流
体の少なくとも１つの供給デューティー比（間欠供給さ
れる流体の１周期あたりに供給される時間の割合）であ
る間欠供給パラメータ値を設定することができる。

【００３０】さらに、制御手段は、検出手段による燃焼
状態の検出結果に基づいて、前記開閉弁の開閉動作パラ
メータ値を設定し、前記燃焼状態を制御することができ
るので、燃焼部における燃焼状態を自動的に安定したも
のに維持することができ、簡単な構成で、窒素酸化物削
減に有効な間欠燃焼を行うことができる燃焼装置を実現
することができる。

【００３１】さらに、上記請求項４に係る本発明の燃焼
装置の燃焼制御方法を実施するために使用される燃焼装
置は、上記請求項１に係る本発明の燃焼装置の燃焼制御
方法を実施する為の燃焼装置の構成に加えて、前記開閉
弁が、前記燃料及び前記酸素含有ガスのそれぞれの流路
に設けられて、互いに等しい共通開閉周波数で開閉動作
を行うものであり、前記開閉動作パラメータ値設定手段
が、前記共通開閉周波数、又は前記共通開閉周波数下に
設定されたそれぞれの開閉弁の少なくとも一方の開閉動
作の開閉デューティー比、又は前記供給共通周波数下に
設定されたそれぞれの開閉弁の開閉動作間の開閉位相差
を開閉動作パラメータ値として設定する手段である。

【００３２】即ち、燃料及び前記酸素含有ガスのそれぞ
れの流路に設けられた開閉弁を互いに等しい共通開閉周
波数で開閉動作させることで、燃料及び前記酸素含有ガ
スのそれぞれの流体を互いに等しい共通供給周波数で燃
焼部に間欠供給することとなり、このような場合におい
ては、前記開閉動作パラメータ値設定手段は、前記共通
開閉周波数、又は前記共通開閉周波数下に設定されたそ
れぞれの開閉弁の少なくとも一方の開閉動作の開閉デュ
ーティー比を前記開閉動作パラメータ値として設定する
他に、前記供給共通周波数下に設定されたそれぞれの開
閉弁の開閉動作間の開閉位相差（共通開閉周波数で開閉
動作する両開閉弁の開状態となる時期のずれ量）を設定
して、前記供給共通周波数で間欠供給されるそれぞれの
流体間の供給位相差を設定することができる。間欠燃焼
を行う燃焼装置において、窒素酸化物の削減効果の向上
を図るために、前記開閉動作パラメータ値としての開閉
動作周波数又は前記開閉動作パラメータ値としての開閉
動作デューティー比を小さく設定することができるが、
前記開閉動作位相差を大きく設定して両開閉弁の開時期
を大きく離間させることで、前記供給位相差を大きく設
定して燃料と燃焼用空気の夫々の供給時期を大きく離間
させ、窒素酸化物の削減効果の向上を図ることができ
る。しかし、この開閉動作位相差を過剰に大きく設定す
ると、間欠燃焼の継続が不可能若しくは不安定になり一
酸化炭素が発生する場合がある。そこで、本発明におい
ては、上記の構成により、制御手段により、燃焼状態を
検出しながら、検出結果に基づいて、前記開閉動作パラ
メータ値をを制御することで、燃焼状態を好ましいもの
に制御することができる尚、本発明において、開閉動作
位相差とは、開閉動作する両開閉弁の夫々の開時期の最
も近い側の位相の差（０°以上１８０°以下の値とな
る）を示す。

【００３３】さらに、上記請求項３から５の何れかに係
る本発明の燃焼装置の燃焼制御方法を実施するために使
用される燃焼装置は、上記請求項１に係る本発明の燃焼
装置の燃焼制御方法を実施する為の燃焼装置、又は上記
請求項４に係る本発明の燃焼装置の燃焼制御方法を実施
する為の燃焼装置の構成に加えて、前記検出手段が、前
記燃焼状態として燃焼排ガス中に含まれる一酸化炭素濃
度、又は前記一酸化炭素濃度と窒素酸化物濃度の両方を
検出する手段である。

【００３４】上記の構成により、前記開閉動作パラメー
タ値を設定するために検出される燃焼状態として、燃焼
排ガス中に含まれる一酸化炭素濃度単独で、又は一酸化
炭素濃度と窒素酸化物濃度の両方を検出することができ
る。また、前記開閉動作パラメータ値としての開閉動作
周波数、又前記開閉動作パラメータ値としての開閉動作
デューティー比を小さく設定することで、若しくは前記
開閉動作パラメータ値としての開閉動作位相差を大きく
設定することで、間欠供給パラメータ値としての間欠供
給される流体の供給周波数又は間欠供給デューティー比
を小さく、若しくは間欠供給パラメータ値としての供給
位相差を大きく設定することができ、結果、燃焼部にお
ける燃焼火炎の消滅を原因とする排ガス再循環状態の効
果を充分に発揮させて、窒素酸化物の削減効果の向上を
図ることができるが、このパラメータ値を過剰に小さく
設定すると、間欠燃焼の継続が不可能若しくは不安定に
なり一酸化炭素が発生する。この傾向は、燃料の自着火
温度以下の低温で著しい。そこで、本発明においては、
上記の構成により、制御装置は、少なくとも一酸化炭素
濃度検出の検出結果に基づいて、前記開閉弁の開閉パラ
メータ値を設定して制御するので、窒素酸化物を最小限
に抑制できると共に一酸化炭素濃度を許容濃度範囲内に
維持することで安定燃焼を維持できる間欠燃焼を行うこ
とができる。更に、この構成により、上記請求項３から
５の何れかに係る本発明の燃焼装置の燃焼制御方法を実
施することができるため、上記請求項３又は５と同等の
作用効果を発揮することができるのである。

【００３５】

【発明の実施の形態】本願の燃焼制御方法が採用される
燃焼装置１の概略構成を、図１に示した。この装置１
は、燃焼室２内に燃焼炎３が形成される燃焼装置本体４
と、この燃焼装置本体４の所定箇所に備えられるバーナ
部５（燃焼部の一例）を備えて構成されている。このバ
ーナ部５には燃焼用燃料を供給するための燃料供給路６
が接続されているとともに、同様にバーナ部５に燃焼用
空気を供給するための燃焼用空気供給路７が接続されて
いる。従って、これらの供給路６、７からそれぞれ燃料
及び燃焼用空気が、別個に供給されてバーナ部５及び燃
焼室２内に火炎３を形成することができる。さらに、バ
ーナ部５には、着火あるいは燃焼維持用の点火機構８ａ
（パイロットバーナあるいは点火ロッド）が備えられて
いる。この点火機構８ａは、燃焼器であるバーナ部５と
一体に設けられていてもいい。また、燃焼室２内の温度
を検出するための温度検出機構８ｂが備えられている。
図示するように、各供給路６、７の起端側には、燃料タ
ンク９及び燃焼用空気タンク１０が備えられ、充分なガ
ス量が確保できるようになっている。前記燃料供給路６
及び燃焼用空気供給路７には、それぞれ、そのタンク
９、１０側の上流側に調圧弁１１ａ、１１ｂ、下流側に
開閉弁１２ａ、１２ｂが備えられている。ここで、開閉
弁１２ａ、１２ｂはソレノイド形式のものであり、具体
的には自動車用の燃焼噴射弁等に使用されるものを採用
する。したがって、このような弁１２ａ、１２ｂは、数
百Ｈｚの応答性と、十分な耐久性を備えている。

【００３６】また、燃焼室２から燃焼排ガスを外部へ排
出する為の排ガス路２ａには、その燃焼排ガス中に含ま
れる一酸化炭素濃度を検出する一酸化炭素濃度検出器１
５の検出端１５ａと、燃焼排ガス中に含まれる窒素酸化
物濃度を検出する窒素酸化物濃度検出器１６の検出端１
６ａとが設けられ、それぞれの検出結果を入力する制御
装置１３が備えられ、制御装置１３は、前記調圧弁１１
ａ、１１ｂ、開閉弁１２ａ、１２ｂ、さらに、前記点火
機構８ａに関して、その動作制御をおこなうように構成
されている。

【００３７】以上が、基本的な燃焼関連の機構構成であ
るが、この制御装置１３による開閉弁制御は、前記調圧
弁１１ａ、１１ｂ及に対しては、適切な調圧量の指定制
御であり、前記開閉弁１２ａ、１２ｂに関しては、所
謂、開閉動作デューティ制御を行える構成が採用されて
いる。図２に、開閉弁１２ａの開閉動作制御による一周
期中の燃料供給状態（イ）と、開閉弁１２ｂの開閉動作
制御による燃焼用空気供給状態（ロ）を示した。各々の
開閉弁１２ａ、１２ｂに対して、その開時間Ｔｏと閉時
間Ｔｃとを交互に所定の開閉周波数（周期Ｔの逆数）で
設定し、開閉弁１２ａ、１２ｂを周期的に開閉動作さ
せ、バーナ部５において燃料が点消火を繰り返す間欠燃
焼するように構成されている。

【００３８】この開閉動作デューティ比とは、開時間Ｔ
ｏ＋閉時間Ｔｃに対する開時間Ｔｏの割合であり、開閉
動作デューティ比を設定することで、この開閉動作デュ
ーティー比と同値である、開閉弁１２ａ、１２ｂの開閉
動作によって周期的に間欠供給される燃料もしくは燃焼
用空気の１周期あたりに供給時間の割合、所謂供給デュ
ーティー比を設定することができる。

【００３９】また、本実施例において、開閉弁１２ａ、
１２ｂは、互いに等しい周期Ｔで開閉動作するように構
成されており、間欠供給される燃料及び燃焼用空気の供
給周波数が互いに等しい共通供給周波数に設定されてい
る。さらに、開閉弁１２ａ、１２ｂの一周期中に於ける
開操作の位相設定が自由に行える構成とされており、結
果的に、開閉弁１２ａの開状態となる時期と開閉弁１２
ｂの開状態となる時期との開閉動作位相差ｔａを任意に
設定できるように構成されており、開閉動作位相差を設
定することで、この開閉動作位相差と同値である、開閉
弁１２ａ、１２ｂの開閉動作によって周期的に間欠供給
される燃料と燃焼用空気との供給開始時期の供給位相差
を設定することができる。この位相差は、本件にあって
は、一周期を３６０度として、燃料の供給開始時期（開
閉弁１２ａの開状態となる時期）と燃焼用空気の供給開
始時期（開閉弁１２ｂの開状態となる時期）との最も近
い位相の差により表現するので、よって位相差の値は０
°以上１８０°以下の値となる。このように、制御装置
１３によって開閉弁１２ａ、１２ｂの開閉動状態を制御
して、開閉動作周波数、開閉動作デューティー比、及び
開閉動作位相差を任意設定する手段を開閉動作パラメー
タ値設定手段Ａと呼ぶ。

【００４０】従って、この装置１にあっては、開閉動作
パラメータ値設定手段Ａによってガス供給の供給周波
数、供給デューティ比、及び供給位相差の間欠供給パラ
メータ値を任意設定が可能である。例えば、燃料もしく
は燃料空気の開閉弁１２ａ、１２ｂの開閉動作デューテ
ィ比を変化させることで、燃料もしくは燃料空気の供給
量を制御することができる。更に、供給周波数及び供給
デューティー比を、供給量等の他のパラメータとは独立
して設定することができ、例えば、流体の単位時間あた
りの供給量を変化させることなく供給周波数のみを変化
させる場合は、調圧弁１１ａ、１１ｂによって供給圧を
一定に保ちながら、開閉動作パラメータ値設定手段Ａに
よって開閉弁１２ａ、１２ｂの開閉動作周波数を変化さ
せて供給周波数を変化させる。また、流体の単位時間あ
たりの供給量を変化させることなく供給デューティー比
のみを変化させる場合は、間欠供給における１周期に供
給される流体の量を一定に保つため設定される供給デュ
ーティー比に対して、調圧弁１１ａ、１１ｂの設定供給
圧を反比例的に変化させながら開閉動作パラメータ値設
定手段Ａによって開閉弁１２ａ、１２ｂの開閉動作デュ
ーティー比を変化させて供給デューティー比を変化させ
る。

【００４１】このような間欠燃焼を行う燃焼装置１にお
いて、先に説明した燃焼室内の温度検出機構８ｂにより
検出される燃焼室２の温度が、燃料の自着火温度以上で
ある場合は、バーナ部５へ供給され、燃焼室２内に噴出
する燃焼は、その燃焼室温度により自着火燃焼するの
で、間欠燃焼は継続されるので問題がないが、制御装置
１３は、燃焼室２の温度が燃料の自着火温度未満の場合
において、その間欠燃焼を継続させるように構成されて
いる。即ち、制御装置１３は、燃焼室２の温度が燃料の
自着火温度未満では、開閉弁１２ａ、１２ｂの少なくと
も１つの開閉動作周波数を約１０Ｈｚ以上に設定し、燃
焼室２において間欠燃焼が継続されるようにし、燃焼室
２の温度が燃料の自着火温度以上では、開閉弁１２ａ、
１２ｂの少なくとも１つの開閉動作周波数を３Ｈｚ以上
（燃焼室２の大きさ、流速等に依存する）１０Ｈｚ未満
に設定し、バーナ部５における火炎の消滅による排ガス
再循環の効果を充分発揮させて、より窒素酸化物の削減
を図る間欠燃焼を行うことができる。また、燃焼室２の
温度が燃料の自着火温度未満の場合において、上記のよ
うに開閉弁１２ａ、１２ｂ少なくとも１つの開閉動作周
波数を約１０Ｈｚ以上に設定するのではなく、点火機構
８ａを前記開閉動作に合わせて連続して働かせることで
も間欠燃焼を継続することができ、この場合は、開閉動
作周波数が１Ｈｚ程度まで間欠燃焼を継続させることが
できる。

【００４２】間欠燃焼において、燃焼排ガス中の窒素酸
化物濃度は、それ自体を抑制することが目的であるが、
一酸化炭素濃度とトレードオフの関係になるため、直接
検出して一酸化炭素と同時に制御できれば最上である。
また、これらの燃焼状態としての一酸化炭素濃度及び窒
素酸化物濃度は、間欠燃焼における供給パラメータ値で
ある燃料若しくは燃焼等空気の供給周波数、又は供給デ
ューティー比、又は燃料と燃焼等空気の供給位相差に依
存され、これらの供給パラメータ値を変化させると、そ
れぞれの濃度は変化する。詳しくは、図３（イ）に示す
ように、燃料若しくは燃焼等空気の供給周波数、所謂開
閉弁１２ａ、１２ｂの少なくとも一方の開閉動作周波数
の減少に伴って窒素酸化物濃度は低下するが、逆に一酸
化炭素濃度は上昇する。また同様に、図３（ロ）に示す
ように、燃料若しくは燃焼等空気の供給デューティー
比、所謂開閉弁１２ａ、１２ｂの少なくとも一方の開閉
動作デューティー比の減少に伴って窒素酸化物濃度は低
下するが、逆に一酸化炭素濃度は上昇する。また、図３
（ハ）に示すように、燃料と燃焼等空気との供給位相
差、所謂開閉弁１２ａ、１２ｂの開閉動作位相差の増加
に伴って窒素酸化物濃度は低下するが、逆に一酸化炭素
濃度は上昇する。尚、間欠供給される燃料の供給時期に
対する燃焼用空気の供給時期を離間させていくと、初期
においては供給位相差が増加していくが、１８０°を超
えると、次の供給時期との差が供給位相差となる為に、
供給位相差は減少するので、供給位相差を増加させると
は、供給位相差を１８０°に近づけることを示す。

【００４３】尚、上記図３（イ）（ロ）（ハ）に示す供
給パラメータ値と一酸化炭素濃度及び窒素酸化物濃度と
の相関関係は、一定の燃焼負荷におけるものであり、即
ち、燃料及び燃焼用空気の単位時間あたりの供給量を変
化させることなく、上記供給パラメータ値を変化させた
ときの一酸化炭素濃度及び窒素酸化物濃度変化を示すも
のである。

【００４４】そこで、本発明の燃焼装置１においては、
燃焼室２における間欠燃焼を窒素酸化物の削減効果を維
持しながら一酸化炭素の発生が少ない安定したものに維
持する為に、制御装置１３は、先に説明した、一酸化炭
素濃度検出器１５及び一窒素酸化物濃度検出器１６の検
出結果の基づいて、開閉弁１２ａ、１２ｂの開閉動作周
波数、開閉動作デューティー比、若しくは開閉動作位相
差を制御するように構成されている。即ち、制御装置１
３には、予め求めておいた一酸化炭素濃度及び窒素酸化
物濃度と、開閉弁１２ａ、１２ｂのそれぞれの開閉動作
パラメータ値との相関式が記憶されており、一酸化炭素
濃度検出器１５及び一窒素酸化物濃度検出器１６の検出
結果に基づいて、一酸化炭素濃度が許容濃度範囲内とな
るように開閉弁１２ａ、１２ｂを制御すると共に、その
一酸化炭素濃度の許容濃度範囲内において、最も窒素酸
化物濃度が低くなるような条件において開閉弁１２ａ、
１２ｂを制御する。

【００４５】

【発明の効果】本発明を実施すれば、間欠燃焼において
燃焼排ガス中の窒素酸化物抑制と、燃焼の安定性確保を
両立することができ、さらには、窒素酸化物を抑制する
方法の一つが燃料用の開閉弁若しくは燃焼用空気用の開
閉弁の開閉動作周波数を減少させることであるため、そ
の開閉弁の寿命を延命させる効果がある。また一酸化炭
素発生を抑制できるので、燃焼効率を高く維持して省エ
ネルギーとなるだけでなく、安全性においても有利であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願の燃焼制御方法を採る燃焼装置の構成の概
略を示す図

【図２】一周期内に於けるガス供給及び火炎形成の状態
を示す図

【図３】一酸化炭素濃度及び窒素酸化物濃度と間欠供給
される流体の供給パラメータ値との関係を示す図

【符号の説明】

１ 燃焼装置 ２ 燃焼室 ３ 燃焼炎 ４ 燃焼装置本体 ５ バーナ部 ６ 燃料供給路 ７ 燃焼用空気供給路 ８ａ 点火機構 ８ｂ 温度検出機構 １１ 調圧弁 １２ 開閉弁 １３ 制御装置 １５ 一酸化炭素濃度検出器 １６ 窒素酸化物濃度検出器 Ａ 開閉動作パラメータ値設定手段

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼部へ供給される燃料と酸素含有ガス
   の少なくとも一方の流体の供給を周期的な間欠供給とし
   て、前記燃焼部において周期的な点消火を繰り返す間欠
   燃焼を行う燃焼装置の燃焼制御方法であって、 前記燃焼装置が、前記間欠供給される流体の少なくとも
   １つの供給周波数、又は前記間欠供給される流体の少な
   くとも１つの供給デューティー比を間欠供給パラメータ
   値として設定可能に構成され、 前記燃焼部における燃焼状態を検出し、前記検出された
   燃焼状態に基づいて、前記間欠供給パラメータ値を設定
   して、前記燃焼状態を制御する燃焼装置の燃焼制御方
   法。
2. 【請求項２】 前記検出される燃焼状態が前記燃焼部を
   内部に備えた燃焼室の温度であり、 前記燃焼状態を制御するに、前記検出された燃焼室の温
   度が前記燃料の自着火温度以上のときは、前記間欠供給
   パラメータ値としての供給周波数を１０Ｈｚ未満に設定
   し、前記検出された燃焼室の温度が前記燃料の自着火温
   度未満のときは、前記間欠供給パラメータ値としての供
   給周波数を１０Ｈｚ以上に設定する請求項１に記載の燃
   焼装置の燃焼制御方法。
3. 【請求項３】 前記検出される燃焼状態が、前記燃焼排
   ガス中に含まれる一酸化炭素濃度であり、 前記燃焼状態を制御するに、前記検出される一酸化炭素
   濃度に許容濃度範囲を設定し、前記検出された一酸化炭
   素濃度の前記許容濃度範囲に対する増加に対して前記間
   欠供給パラメータ値としての供給周波数又は前記間欠供
   給パラメータ値としての供給デューティー比を増加側に
   可逆的に設定する請求項１又は２に記載の燃焼装置の燃
   焼制御方法。
4. 【請求項４】 前記燃料及び前記酸素含有ガスのそれぞ
   れの流体を互いに等しい共通供給周波数で間欠供給し、 前記設定される間欠供給パラメータ値が、前記共通供給
   周波数、又は前記供給共通周波数で間欠供給されるそれ
   ぞれの流体の少なくとも一方の供給デューティー比、又
   は前記供給共通周波数で間欠供給されるそれぞれの流体
   間の供給位相差である請求項１から３の何れか１項に記
   載の燃焼装置の燃焼制御方法。
5. 【請求項５】 前記検出される燃焼状態が、前記燃焼排
   ガス中に含まれる一酸化炭素濃度であり、 前記燃焼状態を制御するに、前記検出される一酸化炭素
   濃度に許容濃度範囲を設定し、前記検出された一酸化炭
   素濃度の前記許容濃度範囲に対する増加に対して、前記
   間欠供給パラメータ値としての供給位相差を減少側に可
   逆的に設定する請求項４に記載の燃焼装置の燃焼制御方
   法。
6. 【請求項６】 前記検出される燃焼状態が、前記燃焼排
   ガス中に含まれる一酸化炭素濃度及び窒素酸化物濃度で
   あり、 前記燃焼状態を制御するに、前記間欠供給パラメータ値
   に関する前記一酸化炭素濃度及び窒素酸化物のそれぞれ
   の相関式を線形結合して生成された制御関数に基づい
   て、前記間欠供給パラメータ値を設定する請求項１から
   ５の何れか１項に記載の燃焼装置の燃焼制御方法。