JP2006098023A - 温風発生装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＨＣやホルムアルデヒドなどの未燃分の発生の少ない温風発生装置およびその制御方法を提供する。
【解決手段】 燃焼用空気量を減らしたり、燃料量を増やすことにより、点火直後の初期燃焼工程Ｔ１における空気過剰率を、定常燃焼工程Ｔ２より低くなるように制御する。燃焼室に投入される空気量を相対的に減らすことにより、燃焼室５を早期に高温にして、定常燃焼工程Ｔ２に移行可能とし、ＨＣやホルムアルデヒドの発生を抑制する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、燃焼ガスと外気を混合して大量の温風を供給することができる温風発生装置およびその制御方法に関するものである。

温風発生装置として、ハウジングの内部に設けられた燃焼室で、バーナによって霧状に吹出された液体燃料を、ブロワーから供給される燃焼空気により燃焼させ、その結果得られる高温の燃焼ガスと、燃焼室をバイパスするようにハウジングを通して前方に供給された外気とを混合することにより温風を生成し、供給するものが知られている。この温風発生装置は、大量の温風を供給できるので、工場内の暖房、ビニールハウス内の温度制御、食物の乾燥など多種多様な用途に用いられている。
特開平１１−２０１４１１号公報

このタイプの温風発生装置は、燃料は燃焼室において最適な条件で燃焼させることができるので未燃分は少なく、一酸化炭素（ＣＯ）あるいは炭化水素（ハイドロカーボン（ＨＣ））などの人体に有害な成分の発生は少ない。しかしながら、さらに、これらの成分を少なくすることが要望されており、特許文献１においては、燃焼室の放出口に触媒層を形成して未燃分を除去するようにしている。

そこで、本発明においては、さらに、燃焼中におけるハイドロカーボンやホルムアルデヒド等の生成を低減することにより、さらにクリーンな温風を供給することができる温風発生装置およびその制御方法を提供することを目的としている。

未燃分を少なくするための１つの方法は、燃焼用空気の空気過剰率を十分に高くすることである。これに対し、本発明では、点火直後の、定常燃焼の前段階となる、初期燃焼において、空気過剰率を低く（小さく）することにより、ハイドロカーボンやホルムアルデヒド等の未燃分の排出を低減する。燃焼を促進させる大きな要素は、温度と、空気過剰率である。空気過剰率を低くすると、燃料量に対して燃焼室に送り込まれる空気量が減るので、発熱量に対して空気量を相対的に低減でき、燃焼室内の温度を早期に高めることができる。しかしながら、空気過剰率が減るために燃え切り性は低下する。

これに対し、本発明の温風発生装置は、燃焼室から出力された燃焼ガスは、外気と混合して温風となって出力される。したがって、高温の未燃分は、外気と混合する段階で、十分に過剰な空気に触れることになるので、燃え切り性の低下による影響はほとんどなくなる。このため、燃焼用空気の空気過剰率を下げて燃焼室に投入される空気量を減らし、燃焼室の温度を急激に高めることにより、初期燃焼において、温風中に含まれるハイドロカーボンやホルムアルデヒド等などの未燃分を低減できる。初期燃焼時の燃焼用空気量を減らすか、初期燃焼時の燃料投入量を増やすか、あるいはその両方を行なうことにより、燃焼用空気の空気過剰率を下げることができる。

したがって、本発明においては、燃焼室のバーナに液体燃料を燃料ポンプにより供給する燃料供給手段と、バーナにより噴霧された燃料を燃焼させるための燃焼用空気を燃焼室に供給する燃焼空気供給手段と、燃焼室をバイパスして外気を供給し、燃焼室から出力された燃焼ガスと混合し温風として出力するための送風手段と、点火直後の初期燃焼の空気過剰率が定常燃焼時の空気過剰率より低くなるように、燃料供給手段および／または燃焼空気供給手段を制御する制御手段とを有する温風発生装置を提供する。また、本発明の温風発生装置の制御方法は、点火直後の初期燃焼の空気過剰率が定常燃焼時の空気過剰率より低くなるように、燃料供給手段および／または燃焼空気供給手段を制御する初期燃焼工程を有する。したがって、本発明においては、初期燃焼後から定常燃焼に移行する過程では、空気過剰率を段階的に、または連続的に増やす制御が行なわれる。

空気過剰率を減らすという点では、初期燃焼の燃料供給量を増やすことが１つの制御方法である。空気過剰率の制御を燃焼空気の供給量で行い、さらに、初期燃焼の燃料供給量を減らすことにより、初期燃焼時に燃焼室に投入される空気量をさらに低減することが可能となり、燃焼室の温度をいっそう急激に上昇させることができる。また、初期燃焼時の燃焼量そのものも小さくなるので、ＨＣやホルムアルデヒドの発生量をさらに少なくできる。

さらに、本発明では、上記に加え、消火の際に燃焼用空気の供給を停止する、または量を減らすように温風発生装置を制御する。すなわち、本発明の温風発生装置の制御手段は、消火後に、燃焼用空気の供給を停止する、または量を減らすように、燃焼空気供給手段を制御する消火処理工程を有することが望ましい。消火後は、定常燃焼と同量の燃焼用空気を供給し、燃焼室を冷却するとともに、ポストパージされる。しかしながら、燃料配管中の気泡が膨張するなどの要因により、消火後に、燃料が燃焼室に吐出されることがあると、高温の燃焼室内で気化されるので、ＨＣやホルムアルデヒドの発生に繋がる。

これに対し、本発明の温風発生装置においては、消火後に、燃焼用空気の供給を停止しても、燃焼室は、温風発生用の送風手段により供給される外気により急激に冷やされる。したがって、消火後は、燃焼が発生する可能性は低く、直ぐにポストパージを行なう必要性は低い。このため、本発明のように、消火後に、燃焼用空気の供給を停止または減らすことで、燃料が燃焼室に漏れ出しても、それに伴うＨＣやホルムアルデヒドを燃焼室に止め、それらが温風に混ざって排出されるのを防止できる。

さらに、燃焼室の温度を急激に下げることにより、燃料配管中の気泡が膨張するなどの燃料が漏れ出す要因も低減できる。燃料の漏れ出しを防止するという点では、制御手段により、消火直前に、燃料ポンプの吐出圧力を下げることも有用である。

以上に説明したように、本発明では、初期燃焼時において、定常燃焼と異なる設定とし、空気過剰率が低くなるように、空気送風量を少なくして、バーナおよび燃焼室の温度を早期に高めることによって、ハイドロカーボンやホルムアルデヒド等の排出を低減し、クリーンな温風を常時供給できる温風発生装置を提供できる。また、消火時においても、燃焼用空気の供給を一旦停止することにより、ハイドロカーボンやホルムアルデヒド等の排出を低減できる。

図１に、本発明に係る温風発生装置の概要を示してある。この温風発生装置１は、燃料タンク２の上に、温風を発生するほぼ筒状のハウジング３が設置されており、その中に筒状の燃焼室５がほぼ同心円に配置されている。燃焼室５の後端には燃焼を噴霧するためのバーナ８と、バーナ８により噴霧された燃料７１を点火するための点火棒１６とが配置され、前端には炎止めとして機能する多孔状の板１８が装着されている。また、燃焼室５の後方には、燃焼室５に燃焼用空気６９を供給する燃焼空気供給手段となるブロワー１０およびブロワー用モータ１０ｍが配置されている。さらに、ブロワー１０の後方のハウジング３の後端には、燃焼用空気６９を含む外気７２をハウジング３の内部に供給するための送風手段である、送風ファン１２およびファン用モータ１２ｍが配置されている。温風発生装置１は、さらに、燃焼室５のバーナ８に液体燃料７０を供給する手段である燃料ポンプ１１と、サクションパイプ１３とを備えている。

燃料ポンプ１１により燃焼室５に送り込まれた液体燃料は、バーナ８により霧化され、ブロワー１０から供給された燃焼用空気６９と混合されて火炎燃焼する。この燃焼により生成された燃焼ガス７１は、燃焼室５の前端からハウジング３に出力され、ハウジング３の前方において、燃焼室５とハウジング３との間の供給通路４を通り、燃焼室５をバイパスしてハウジング３の前方に供給された外気７２と混合され、温風７３となり、吹出し口６から外部に吹出される。

この温風発生装置１においては、ブロワー用モータ１０ｍ、ファン用モータ１２ｍおよび燃料ポンプ１１は、制御手段であるコントロールユニット３０を介して集中制御されるようになっている。したがって、ブロワー１０、ファン１２および燃料ポンプ１１は、運転スイッチ３１をマニュアルで操作することによりオンオフでき、運転中は、これらブロワー１０、ファン１２および燃料ポンプ１１をプログラムにより制御できる。

図２に、プログラム制御の比較例をタイムチャートにより示してある。時刻ｔ１１に運転スイッチ３１がオンになると、ファン１２およびブロワー１０が稼動し、燃焼室５に対し燃焼用空気の供給が開始される。プレパージを終了すると、時刻ｔ１２に電磁式の燃料ポンプ１１がオンになり、燃焼室５のバーナ８から燃料が噴出され燃焼が開始される。燃焼開始から時間Ｔ１が経過すると、燃焼室５の温度が上昇してほぼ一定になり、その他の条件も定常状態になるので、所望の温度の温風７３が安定して得られるようになる。燃焼開始から時間Ｔ１の間を初期燃焼工程と称し、その後の期間Ｔ２を定常燃焼工程と称する。

燃焼を終了するときは、時刻ｔ１３に運転スイッチ３１をオフする。これにより、燃料ポンプ１１が停止され、定常燃焼（通常燃焼）の期間Ｔ２は終了する。その後、時刻ｔ１４に至る時間Ｔ３の間、ブロワー１０およびファン１２が稼動し、空気を燃焼室５に供給してポストパージを行なう。時間Ｔ３の間を消火処理工程と称する。

図３（ａ）に、本発明に係る温風発生装置１の制御方法をタイムチャートにより示してある。本発明の温風発生装置１においては、時刻ｔ１に運転スイッチ３１がオンになると、ブロワー１０およびファン１２が稼働し、プレパージが開始される。このとき、コントロールユニット３０は、ブロワー用モータ１０ｍの回転数をプログラム制御して、ブロワー１０から燃焼室５に供給される空気量を、定常燃焼工程Ｔ２の２／３程度の量となるようにする。

時刻ｔ２に、燃料ポンプ１１がスタートされ、燃焼が開始されて初期燃焼工程Ｔ１に入る。この初期燃焼工程Ｔ１では、ブロワー１０から燃焼室５へ供給される燃焼用空気６９の量は、後の定常燃焼工程Ｔ２より少なく、燃料ポンプ１１から燃焼室５に供給される燃料７０の量は、定常燃焼工程Ｔ２と同じになっている。したがって、初期燃焼工程Ｔ１では、空気過剰率が低い状態で燃焼が行なわれる。燃焼用空気６９の量が少ないので、初期燃焼により、燃焼室５の温度は急激に上昇し、短期間で通常燃焼の温度に到達する。したがって、時刻ｔ３に、コントロールユニット３０はブロワー用モータ１０ｍの回転数を上げ、燃焼用空気６９の量を段階的に増やして定常燃焼工程Ｔ２に移行する。このため、定常燃焼工程Ｔ２では、燃焼室５において高い空気過剰率で燃焼が行なわれる。

このように、本例の温風発生装置１のコントロールユニット３０は、点火直後の初期燃焼工程Ｔ１において、空気過剰率を、定常燃焼工程Ｔ２より低くセットし、燃焼室５に供給される燃焼用空気量を下げている。このため、燃焼温度は上がり、燃焼室５の温度が上昇すると共に、燃焼ガス７１の温度も上昇する。空気過剰率を低くしているために、燃焼室５における燃え切り性は多少低下する可能性がある。しかしながら、ファン１２が稼動し、燃焼室５の出口には外気が供給されており、高温の燃焼ガス７１と共に燃焼室５から出力された未燃分は、燃焼室５の出口において多量の空気と混合され、酸化される。燃焼温度は急激な上昇に伴い、高温の状態で出力された未燃分は効率良く２次酸化される。したがって、温風に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）あるいは炭化水素（ＨＣ）などの人体に有害な成分は少なく、燃焼初期においても臭いのほとんどない温風を供給できる。

一方、燃焼温度の急激な上昇に伴い、燃焼室５の温度は上昇する。したがって、燃焼室５の温度も早期に通常燃焼温度に到達するので、その状態で空気過剰率を上げると、燃焼室内における燃え切り性も向上し、一酸化炭素（ＣＯ）あるいは炭化水素（ＨＣ）などの未燃分の発生を抑制できる。

燃焼を終了する場合は、時刻ｔ４において、運転スイッチがオフになると、燃料ポンプ１１がオフになり、消火される。本例の温風発生装置１のコントロールユニット３０は、時刻ｔ４の後の消火処理工程Ｔ３において、時刻ｔ５に至るまでの間、ブロワー用モータ１０ｍの回転数を減らして低出力でブロワー１０を運転する。またファン１２は、時刻ｔ５まで通常に運転する。

消火処理工程Ｔ３において、燃焼室５に供給される空気量を減らすことで、燃焼室５の中に、燃焼ポンプ１１からバーナ８に至るまでの配管１７から燃料が吐出して、それが気化しても温風７３として出力されるのを抑止できる。したがって、消火時の臭いの発生を防止できる。消火するときにブロワー１０から燃焼室５に供給される燃焼用空気量を減らしても、燃焼室５は、ファン１２から供給された外気により冷却されるので、温度が下がり安全である。また、ハウジング３も燃焼室５との隙間４をファン１２から供給された外気が流れるので温度上昇は少なく安全である。

消火時に、燃料配管１７からの燃焼室５へ燃料が吐出されるのを防止するには、燃料配管１７の内部圧力を下げておくことが望ましい。したがって、運転スイッチ３１が操作されて時刻ｔ４に燃料ポンプ１１を停止する直前に、燃料ポンプ１１の回転数を下げたり、ストロークを小さくしたりして、燃料ポンプ１１の吐出圧力を下げる制御を自動的に行うことが望ましい。

図３（ｂ）に、本発明の温風発生装置１の制御方法の異なる例をタイムチャートにより示してある。この実施例では、初期燃焼工程Ｔ１において、ブロワー用モータ１０ｍの回転数を徐々に、連続的に上げて、燃焼用空気６９の供給量を定常燃焼工程Ｔ２に向けて増やすようにしている。それと共に、燃料ポンプ１１による燃料７０の供給量を若干減らすようにしている。したがって、初期燃焼工程Ｔ１の点火直後においては、定常燃焼工程Ｔ２より、少ない燃焼用空気量で多量の燃料が燃焼される状態となり、定常燃焼工程Ｔ２より低い空気過剰率で燃焼が行なわれる。このため、上記と同様に、燃焼室５の温度が急激に増加し、すばやく定常燃焼工程Ｔ２に移行できる。したがって、燃焼初期においてＨＣやホルムアルデヒド等の発生量を抑制でき、臭いの少ないクリーンな温風を供給できる。

一方、消火処理工程Ｔ３においては、時刻ｔ４で、運転スイッチ３１がオフになると、燃料ポンプ１１を停止すると共に、ブロワー用モータ１０ｍも停止して燃焼室５に空気が供給されないようにしている。したがって、燃焼室５に燃料が吐出されても、それが気化したガスは燃焼室５に留まり、温風７３としてはほとんど出力されない。したがって、消火時においても、さらにクリーンな温風が出力される。なお、本例では、燃焼室５の温度が下がった時刻ｔ５に、再びブロワー１０を稼働して燃焼室５の内部をパージしている。時刻ｔ５では、燃焼室５の温度は低下し、吐出した燃料も気化せず、液化状態となっているので、ほとんど臭いが外に出ることはない。

図３（ｃ）に、本発明の温風発生装置１の制御方法のさらに異なる例をタイムチャートにより示してある。この実施例では、初期燃焼工程Ｔ１において、ブロワー用モータ１０ｍの回転数を多段階で上げて、燃焼用空気６９の供給量を定常燃焼工程Ｔ２に向けて増やすようにしている。また、定常燃焼工程Ｔ２において、燃料ポンプ１１による燃料７０の供給量を増やすようにしている。すなわち、初期燃焼工程Ｔ１では、燃料量を下げ、さらに、燃料量に対する空気過剰率を下げているので、ブロワー１０により燃焼室５に供給される空気量を上記の例に比べさらに低くすることができる。したがって、初期燃焼工程Ｔ１における発熱量は若干低下するが、空気量はさらに減少するので、燃焼室５の温度をさらに早く上げることができる。このため、燃焼初期からＨＣやホルムアルデヒド等の発生量を抑制でき、臭いの少ないクリーンな温風を供給できる。

消火処理工程Ｔ３においては、時刻ｔ４で、運転スイッチ３１がオフになると、燃料ポンプ１１を停止すると共に、ブロワー用モータ１０ｍの回転数を下げる制御を採用している。消火処理工程Ｔ３において、図３（ｂ）に示した制御を採用することも可能である。

なお、本発明においては、燃焼室５の温度をできるだけ早く上げることにより、ホルムアルデヒドなどの未燃分の発生量を下げるようにしているが、燃焼室の出口などに触媒プレートなどのホルムアルデヒド等を分解する機構を採用することにより、さらに、未燃分が温風に混ざるのを防止することができる。

本発明に係る温風発生装置の概略構成を示す図である。 従来の温風発生装置の燃焼用空気の供給量などの制御方法を比較例としてタイムチャートにより示す図である。 本発明に係る温風発生装置の燃焼用空気の供給量などの制御方法をタイムチャートにより示す図である。

符号の説明

１ 温風発生装置
５ 燃焼室、８ バーナ、１０ ブロワー
１１ 燃料ポンプ、１２ 送風ファン、３０ コントロールユニット
６９ 燃焼用空気、７１ 燃焼ガス、７２ 外気、７３ 温風

Claims (8)

1. 燃焼室のバーナに液体燃料を燃料ポンプにより供給する燃料供給手段と、
   前記バーナにより噴霧された燃料を燃焼させるための燃焼用空気を前記燃焼室に供給する燃焼空気供給手段と、
   前記燃焼室をバイパスして外気を供給し、前記燃焼室から出力された燃焼ガスと混合し温風として出力するための送風手段と、
   点火直後の初期燃焼の空気過剰率が定常燃焼時の空気過剰率より低くなるように、前記燃料供給手段および／または前記燃焼空気供給手段を制御する制御手段とを有する温風発生装置。
2. 請求項１において、前記制御手段は、前記初期燃焼から定常燃焼に向けて、前記空気過剰率を段階的に、または連続的に増やす、温風発生装置。
3. 請求項１において、前記制御手段は、前記初期燃焼の燃料供給量を増やす、温風発生装置。
4. 請求項１において、前記制御手段は、前記初期燃焼の燃料供給量を減らす、温風発生装置。
5. 請求項１において、前記制御手段は、消火後に、前記燃焼用空気の供給を停止する、または量を減らすように前記燃焼空気供給手段を制御する、温風発生装置。
6. 請求項１において、前記制御手段は、消火直前に、前記燃料ポンプの吐出圧力を下げる、温風発生装置。
7. 燃焼室のバーナに液体燃料を燃料ポンプにより供給する燃料供給手段と、前記バーナにより噴霧された燃料を燃焼させるための燃焼用空気を前記燃焼室に供給する燃焼空気供給手段と、前記燃焼室をバイパスして外気を供給し、前記燃焼室から出力された燃焼ガスと混合した温風として出力するための送風手段とを有する温風発生装置の制御方法であって、
   点火直後の初期燃焼の空気過剰率が定常燃焼時の空気過剰率より低くなるように、前記燃料供給手段および／または前記燃焼空気供給手段を制御する初期燃焼工程を有する制御方法。
8. 請求項７において、消火後に、前記燃焼用空気を停止する、または量を減らすように前記燃焼空気供給手段を制御する、消火処理工程を有する、制御方法。

Images