JP5519961B2

JP5519961B2 - 燃料空気供給量比率制御装置

Info

Publication number: JP5519961B2
Application number: JP2009150262A
Authority: JP
Inventors: 行男清水; 裕介山本
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2009-06-24
Filing date: 2009-06-24
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2029-06-24
Also published as: JP2011007398A

Description

本発明は、バーナへ供給される燃料流量を調整する燃料制御弁と、
前記バーナへ供給される燃焼用空気流量を調整する空気制御弁と、
前記燃料流量が前記バーナの燃焼負荷に応じた流量となり且つ前記燃料流量と前記燃焼用空気流量との流量比率が設定流量比率になるように前記燃料制御弁及び前記空気制御弁を制御する制御手段とが設けられた燃料空気供給量比率制御装置に関する。

かかる燃料空気供給量比率制御装置は、バーナに供給される燃料と燃焼用空気との供給量比率を制御するものであり、バーナは、例えば各種工業炉の加熱用として用いられる。
そして、燃料流量がバーナの燃焼負荷に応じた流量となり且つ燃料流量と燃焼用空気流量との流量比率が設定流量比率になるように、制御手段により燃料制御弁及び空気制御弁が制御されるように構成されている。

このような燃料空気供給量比率制御装置において、従来は、空気制御弁の弁開度を調整する駆動部が設けられ、その駆動部による空気制御弁の弁開度の変更調整に連動して、燃料流量と燃焼用空気流量との流量比率が設定流量比率になるように燃料制御弁の弁開度が調整されるべく、空気制御弁と燃料制御弁とがリンク機構にて連結されていた。
そして、制御手段により弁駆動部が制御されて、燃焼用空気流量がバーナの燃焼負荷に応じた流量となるように空気制御弁の弁開度が調整されると、それに連動して、リンク機構により燃料制御弁の弁開度が調整されることにより、燃料流量がバーナの燃焼負荷に応じた流量となり且つ燃料流量と燃焼用空気流量との流量比率が設定流量比率になるように、燃料制御弁及び空気制御弁が制御されるように構成されていた（例えば、特許文献１参照）。

特公平４−２９９３４号公報

しかしながら、従来の燃料空気供給量比率制御装置では、空気制御弁の弁開度の調整範囲全域において、空気制御弁の弁開度の調整に連動して燃料制御弁の弁開度が適切に調整されるようにリンク機構を調整する必要があり、その調整が複雑であるとともにその調整に熟練を要し、設定変更・メンテナンスに困難が伴っていた。更に、リンク機構の調整を適切に行ったとしても、そのリンク機構でカバーできる空気比調整範囲には限界がある。ここで、空気比は、燃料を完全燃焼させる必要最低限の理論空気量と実際に供給されている空気量の比を意味する。
又、リンク機構の連結部の緩み等により、燃料流量と燃焼用空気流量との流量比率が設定流量比率からずれる虞もあった。

本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、低廉化を図りながら、燃料流量と燃焼用空気流量との流量比率を適切に調整し得る燃料空気供給量比率制御装置を提供することにある。

本発明の燃料空気供給量比率制御装置は、バーナへ供給される燃料流量を調整する燃料制御弁と、
前記バーナへ供給される燃焼用空気流量を調整する空気制御弁と、
前記燃料流量が前記バーナの燃焼負荷に応じた流量となり且つ前記燃料流量と前記燃焼用空気流量との流量比率が設定流量比率になるように前記燃料制御弁及び前記空気制御弁を制御する制御手段とが設けられた燃料空気供給量比率制御装置であって、
前記燃料制御弁における前記燃焼負荷が最小燃焼負荷のときの最小弁開度と前記燃焼負荷が最大燃焼負荷のときの最大弁開度との開度差と、前記空気制御弁における前記燃焼負荷が最小燃焼負荷のときの最小弁開度と前記燃焼負荷が最大燃焼負荷のときの最大弁開度との開度差とが異なり、
前記燃料制御弁が、弁開度と前記燃料流量との関係が線形又は略線形であり、弁開度を調整する弁駆動部を備えて構成され、
前記空気制御弁が、弁開度と前記燃焼用空気流量との関係が線形又は略線形であり、弁開度を調整する弁駆動部を備えて構成され、
前記燃料制御弁及び前記空気制御弁夫々について弁開度変更速度が、前記最小弁開度と前記最大弁開度との間の遷移時間が前記燃料制御弁と前記空気制御弁とで同一になる速度に定められ、
前記制御手段が、前記燃料制御弁及び前記空気制御弁を夫々について定められた弁開度変更速度で同一時間作動させて、前記燃料制御弁の弁駆動部及び前記空気制御弁の弁駆動部を制御することにより、前記燃料制御弁の弁開度及び前記空気制御弁の弁開度を前記燃料流量が前記燃焼負荷に応じた流量となり且つ前記流量比率が前記設定流量比率となる弁開度に調整する点にある。

即ち、燃料制御弁が、弁開度と燃料流量との関係が線形又は略線形であり、弁開度を調整する弁駆動部を備えて構成されているので、燃料制御弁の弁開度の変更速度が分かった状態（変更速度が特定された状態）で弁駆動部を作動させ且つその弁駆動部の作動時間を管理することにより、燃料制御弁の弁開度を目標の弁開度に調整して、バーナへ供給される燃料流量を目標の流量に調整することが可能となる。
空気制御弁も、同様に、弁開度と燃焼用空気流量との関係が線形又は略線形であり、弁開度を調整する弁駆動部を備えて構成されているので、空気制御弁の弁開度の変更速度が分かった状態（変更速度が特定された状態）で弁駆動部を作動させ且つその弁駆動部の作動時間を管理することにより、空気制御弁の弁開度を目標の弁開度に調整して、バーナへ供給される燃焼用空気流量を目標の流量に調整することが可能となる。ちなみに、燃料制御弁及び空気制御弁夫々の弁開度は、全開状態に対する比率として表され、例えば、全閉状態の弁開度を０％、全開状態の弁開度を１００％として、百分率で表される。

つまり、制御手段により、燃料制御弁の弁開度変更速度が分かった状態で作動時間を管理するように燃料制御弁の弁駆動部を制御し、並びに、空気制御弁の弁開度変更速度が分かった状態で作動時間を管理するように空気制御弁の弁駆動部を制御するように構成することにより、燃料流量検出手段及び燃焼用空気流量検出手段を設けて、夫々の検出情報に基づいて燃料制御弁の弁駆動部及び空気制御弁の弁駆動部夫々を制御する高価なフィードバック制御を用いることなく、燃料制御弁の弁開度及び空気制御弁の弁開度を燃料流量が燃焼負荷に応じた流量となり且つ流量比率が設定流量比率となる弁開度に調整することができる。
そして、燃料制御弁及び空気制御弁夫々に専用の弁駆動部により、燃料制御弁及び空気制御弁夫々の弁開度を独立して調整することにより、従来の如きリンク機構を用いないようにして、燃料流量及び燃焼用空気流量を適切に調整してそれらの流量比率を設定流量比率に適切に調整することができる。
従って、低廉化を図りながら、燃料流量と燃焼用空気流量との流量比率を適切に調整し得る燃料空気供給量比率制御装置を提供することができるようになった。
更に、上記特徴構成によれば、燃料制御弁及び空気制御弁夫々の弁開度変更速度が、最小弁開度と最大弁開度との間の遷移時間が燃料制御弁と空気制御弁とで同一になる速度に夫々定められる。
そして、制御手段により、燃料制御弁及び空気制御弁を夫々について定められた弁開度変更速度で同一時間作動させて、燃料制御弁の弁駆動部及び空気制御弁の弁駆動部が制御されることにより、燃料制御弁の弁開度及び空気制御弁の弁開度を燃料流量が燃焼負荷に応じた流量となり且つ流量比率が設定流量比率となる弁開度に調整される。
このように燃料制御弁及び空気制御弁夫々の弁開度が調整されることにより、燃料制御弁及び空気制御弁夫々の弁開度が現在の弁開度から目標の弁開度にまで調整される弁開度調整過渡期間においても、燃料流量と燃焼用空気流量との流量比率を適切に調整することができるのである。
ちなみに、本願構成とは異なり、燃料制御弁及び空気制御弁夫々の弁開度変更速度が、最小弁開度と最大弁開度との間の遷移時間が燃料制御弁と空気制御弁とで異なるような速度に定められる場合は、現在の弁開度から目標の弁開度にまで調整されるときに、燃料制御弁及び空気制御弁のうちの一方の弁開度が目標の弁開度に達しているのに他方の弁開度が目標の弁開度に達していない期間が発生することになる。そして、そのような期間は、燃料流量に対する適正な燃焼用空気流量に対して実際の燃焼用空気流量に過不足が生じることになり、燃料流量と燃焼用空気流量との流量比率を適切に調整することができない。
従って、燃料制御弁及び空気制御弁夫々の弁開度が目標の弁開度に調整される弁開度調整過渡期間においても、燃料流量と燃焼用空気流量との流量比率を適切に調整することができるようになった。
更に、上記特徴構成によれば、最小燃焼負荷のときは、燃焼用空気流量の絶対量が少なくて、燃焼用空気不足状態になり易いので、最小燃焼負荷のときの燃料流量と燃焼用空気流量との流量比率を最大燃焼負荷のときの流量比率よりも大きく設定する場合があり、例えばこのような場合には、燃料制御弁における最小弁開度と最大弁開度との開度差と空気制御弁における最小弁開度と最大弁開度との開度差とが異なるようになる。
そして、このように最小弁開度と最大弁開度との開度差が燃料制御弁と空気制御弁とで異なる場合でも、燃料制御弁及び空気制御弁夫々の弁開度を夫々について定められた弁開度変更速度にて変更すべく燃料制御弁及び空気制御弁夫々の弁駆動部が制御されることにより、弁開度調整過渡期間においても、燃料流量と燃焼用空気流量との流量比率を適切に調整することができる。
従って、燃料流量と燃焼用空気流量との流量比率を最小燃焼負荷のときと最大燃焼負荷のときとで異なるように設定した場合でも、燃料制御弁及び空気制御弁夫々の弁開度が目標の弁開度に調整される弁開度調整過渡期間においても、燃料流量と燃焼用空気流量との流量比率を適切に調整することができるようになった。

第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、
前記制御手段が、前記遷移時間を変更設定自在に構成されている点にある。

即ち、加熱対象物を加熱する加熱条件等に応じて、最小弁開度と最大弁開度との間の遷移時間を異なるように設定する場合がある。
例えば、燃焼負荷の変動が大きいときは、バーナの燃焼量の変更を速くして燃焼負荷の変動に速く対応すべく、遷移時間を短く設定して弁開度変更速度を大きく設定し、燃焼負
荷の変動が小さいときは、バーナの燃焼量の変更調整による加熱温度のオーバーシュートを小さくすべく、遷移時間を長く設定して弁開度変更速度を小さく設定する。
そして、このように最小弁開度と最大弁開度との間の遷移時間が変更されても、上記の第１特徴構成のように、燃料制御弁及び空気制御弁夫々の弁開度を夫々について定められた弁開度変更速度にて変更すべく燃料制御弁及び空気制御弁夫々の弁駆動部が制御されることにより、弁開度調整過渡期間においても、燃料流量と燃焼用空気流量との流量比率を適切に調整することができる。
従って、加熱条件等に応じて、最小弁開度と最大弁開度との間の遷移時間を変更設定できるようにしながら、燃料制御弁及び空気制御弁夫々の弁開度が目標の弁開度に調整される弁開度調整過渡期間においても、燃料流量と燃焼用空気流量との流量比率を適切に調整することができるようになった。

第３特徴構成は、上記第１又は第２特徴構成に加えて、
前記最小燃焼負荷及び前記最大燃焼負荷のうちの少なくとも一方が異なり燃焼負荷調整範囲が異なる複数の運転モードからいずれか一つの運転モードを指令するモード指令手段が設けられ、
前記複数の運転モードの夫々に対応して、前記弁開度変更速度が前記燃料制御弁及び前記空気制御弁夫々について定められ、
前記制御手段が、前記モード指令手段にて指令された運転モードに対応する前記燃料制御弁及び前記空気制御弁夫々の弁開度変更速度で、前記燃料制御弁及び前記空気制御弁夫々を作動させるべく、前記燃料制御弁の弁駆動部及び前記空気制御弁の弁駆動部を制御する点にある。

即ち、モード指令手段により、燃焼負荷調整範囲が異なる複数の運転モードからいずれか一つの運転モードが指令される。
すると、制御手段により、そのモード指令手段にて指令された運転モードに対応する燃料制御弁及び空気制御弁夫々の弁開度変更速度で、燃料制御弁及び空気制御弁夫々を作動させるべく、燃料制御弁の弁駆動部及び空気制御弁の弁駆動部が制御される。

例えば、加熱対象物を加熱する加熱処理の種類が異なると、加熱温度やその加熱温度の調整範囲が異なるので、加熱処理の種類に応じて、最小燃焼負荷及び最大燃焼負荷のうちの少なくとも一方を異ならせることにより、燃焼負荷調整範囲が異なる複数の運転モードを設定する。
そして、複数の運転モードからいずれか一つの運転モードを指令するモード指令手段を設けて、そのモード指令手段にて指令される運転モードにて設定されている燃焼負荷調整範囲でバーナの燃焼量を制御することにより、加熱処理に応じた燃焼負荷調整範囲でバーナの燃焼量を制御することができ、汎用性を向上することができる。

このように、燃焼負荷調整範囲が異なる複数の運転モードから任意に選択した運転モードでバーナの作動が制御される場合でも、任意に選択した運転モードで設定されている条件に基づいて、上記の第１特徴構成のように、燃料制御弁及び空気制御弁夫々の弁開度変更速度が定められて、そのように夫々について定められた弁開度変更速度にて燃料制御弁及び空気制御弁夫々の弁開度を変更すべく燃料制御弁及び空気制御弁夫々の弁駆動部が制御されることにより、弁開度調整過渡期間においても、燃料流量と燃焼用空気流量との流量比率を適切に調整することができる。
従って、燃焼負荷調整範囲が異なる複数の運転モードから任意に選択される運転モードにてバーナの燃焼量を調整できるようにして、汎用性を向上した場合でも、燃料制御弁及び空気制御弁夫々の弁開度が目標の弁開度に調整される弁開度調整過渡期間においても、燃料流量と燃焼用空気流量との流量比率を適切に調整することができるようになった。

実施形態にかかる燃料空気供給量比率制御装置のブロック図表示部の表示画面の要部を示す図弁開度と流量との関係を示す図燃料制御弁及び空気制御弁の開閉時間及び燃焼負荷と設定空気比との関係を示す図

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
図１に示すように、燃料空気供給量比率制御装置は、燃料供給路１を通してバーナ２に供給されるガス燃料流量を調整する燃料制御弁３と、燃焼用送風機５から空気供給路４を通して供給される燃焼用空気流量を調整する空気制御弁６と、ガス燃料流量がバーナ２の燃焼負荷に応じた流量となり且つガス燃料流量と燃焼用空気流量との流量比率が設定流量比率になるように燃料制御弁３及び空気制御弁６を制御する制御部（制御手段に相当する）７と、その制御部７と通信自在な操作部８等を備えて構成されている。

この実施形態では、バーナ２は、炉９の加熱用として、加熱対象の炉９の炉壁９ｗに設けられる。
そして、この実施形態では、バーナ２が加熱対象の炉９の炉壁９ｗに２台設けられ、燃料制御弁３及び空気制御弁６が２台のバーナ２夫々に対応して設けられている。尚、以下の説明では、２台のバーナ２を区別して説明するときは、第１バーナ２ａ、第２バーナ２ｂと記載する。
燃料供給路１は、例えば、都市ガス（１３Ａ等、メタンガス（ＣＨ₄）を主成分とするガス）が供給される都市ガス管（図示省略）に接続されて、都市ガスが燃焼用として各バーナ２に供給される。
燃料供給路１における２台のバーナ２に対する分岐箇所よりも上流側の部分には、２台のバーナ２に対するガス燃料の供給を一括して断続する燃料元弁１０が設けられている。
又、炉内の温度を検出する炉温センサ１１が設けられ、この炉温センサ１１の検出情報が制御部７に入力されるように構成されている。

本発明では、燃料制御弁３が、弁開度とガス燃料流量との関係が線形であり、弁開度を調整する弁駆動部３ｄを備えて構成されている。
又、空気制御弁６が、弁開度と燃焼用空気流量との関係が線形であり、弁開度を調整する弁駆動部６ｄを備えて構成されている。このような燃料制御弁３、空気制御弁６としては、ボール弁、ゲート弁等を採用することができる。
そして、制御部７が、燃料制御弁３の弁開度及び空気制御弁６の弁開度をガス燃料流量が燃焼負荷に応じた流量となり且つ流量比率が設定流量比率となる弁開度に調整すべく、燃料制御弁３の弁駆動部３ｄ及び空気制御弁６の弁駆動部６ｄを制御するように構成されている。

この実施形態では、燃料制御弁３及び空気制御弁６夫々について燃焼量調整用の弁開度変更速度が、燃焼負荷が最小燃焼負荷のときの最小弁開度と燃焼負荷が最大燃焼負荷のときの最大弁開度との間の遷移時間が燃料制御弁３と空気制御弁６とで同一になる速度に夫々定められる。
そして、制御部７が、燃料制御弁３及び空気制御弁６を夫々について定められた燃焼量調整用の弁開度変更速度で同一時間作動させるように、燃料制御弁３の弁駆動部３ｄ及び空気制御弁６の弁駆動部６ｄを制御することにより、燃料制御弁３の弁開度及び空気制御弁６の弁開度をガス燃料流量が燃焼負荷に応じた流量となり且つ流量比率が設定流量比率となる弁開度に調整するように構成されている。

燃料空気供給量比率制御装置の各部について、説明を加える。
燃料制御弁３は、電動モータからなる弁駆動部３ｄを備えた電動ボール弁にて構成され、図３に示すように、弁開度とガス燃料流量との関係が線形である。
又、空気制御弁６も、電動モータからなる弁駆動部６ｄを備えた電動ボール弁にて構成され、図３に示すように、弁開度と燃焼用空気流量との関係が線形である。
燃料制御弁３及び空気制御弁６夫々を構成する電動ボール弁は、全閉状態で流体の通流を遮断することが可能なように構成されている。
ちなみに、燃料制御弁３及び空気制御弁６夫々の弁開度は、全閉状態の弁開度を０％、全開状態の弁開度を１００％として、百分率で表される。

図３に示すように、例えば後述するＡ運転モードの場合、燃料制御弁３については、燃焼負荷が最小燃焼負荷のときの最小弁開度が３８％、燃焼負荷が最大燃焼負荷のときの最大弁開度が８５％に夫々設定され、空気制御弁６については、燃焼負荷が最小燃焼負荷のときの最小弁開度が４１％、燃焼負荷が最大燃焼負荷のときの最大弁開度が９６％に夫々設定されるとする。
つまり、燃料制御弁３における最小弁開度と最大弁開度との開度差は、全開状態の４７％の開度であり、空気制御弁６における最小弁開度と最大弁開度との開度差は、全開状態の５５％の開度であり、最小弁開度と最大弁開度との開度差が燃料制御弁３と空気制御弁６とで異なる。

そして、最小弁開度と最大弁開度との間の遷移時間、即ち、弁開度を最小弁開度から最大弁開度にまで大きくするのに要する時間、及び、弁開度を最大弁開度から最小弁開度にまで小さくするのに要する時間を、例えば、３０秒とする。
この場合、燃料制御弁３における燃焼量調整用の弁開度変更速度が、１．５７％／秒に設定され、空気制御弁６における燃焼量調整用の弁開度変更速度が、１．８３％／秒に設定されることになる。

又、この実施形態では、最小燃焼負荷及び最大燃焼負荷のうちの少なくとも一方が異なることにより燃焼負荷調整範囲が異なる２種類の運転モードが設定可能なように構成されている。ちなみに、以下では、２種類の運転モードを区別して説明する場合、Ａ運転モード、Ｂ運転モードと記載する。
そして、図１に示すように、それら２種類の運転モードからいずれか一つの運転モードを指令するモード指令手段としてのモード指令部１２が操作部８に設けられている。つまり、このモード指令部１２は、Ａ運転モードとＢ運転モードのいずれか一方を指令するように構成されている。

次に、運転モードの設定の仕方について説明を加える。
即ち、各運転モード毎に、燃料制御弁３及び空気制御弁６の夫々についての最小弁開度及び最大弁開度、並びに、燃料制御弁３及び空気制御弁６に共通の遷移時間からなるモード条件を設定することができるように構成されている。
ちなみに、燃料制御弁３について設定する最小弁開度、最大弁開度は、夫々、最小燃焼負荷に対応する流量のガス燃料を流すための弁開度、最大燃焼負荷に対応する流量のガス燃料を流すための弁開度であり、空気制御弁６について設定する最小弁開度、最大弁開度は、夫々、最小燃焼負荷に対応するガス燃料流量に対して最小燃焼負荷時空気比となる流量の燃焼用空気を流すための弁開度、最大燃焼負荷に対応するガス燃料流量に対して最大燃焼負荷時空気比となる流量の燃焼用空気を流すための弁開度である。
ちなみに、最小燃焼負荷時空気比及び最大燃焼負荷時空気比は互いに同じ値に設定されてもよいし、互いに異なる値に設定されてもよい。

又、２台のバーナ２の夫々について、Ａ運転モード及びＢ運転モード夫々のモード条件を設定可能なように構成されている。
そして、２台のバーナ２で各運転モードのモード条件を異なる条件に設定することができる。
つまり、各運転モードにおいて、燃料制御弁３の最小弁開度及び最大弁開度、空気制御弁６の最小弁開度及び最大弁開度、並びに、遷移時間のうちのいずれか、又は、全てを２台のバーナ２で異なる値に設定することができる。
例えば、炉９の入口側のバーナ２は、奥側のバーナ２よりも燃焼負荷が大きく、しかも、燃焼負荷が変動し易い。そこで、入口側のバーナ２に対応する燃料制御弁３及び空気制御弁６夫々の最小弁開度及び最大弁開度を、奥側のバーナ２に対応する燃料制御弁３及び空気制御弁６夫々の最小弁開度及び最大弁開度よりも大きく設定し、並びに、入口側のバーナ２に対応する遷移時間を奥側のバーナ２に対応する遷移時間よりも短く設定すると、入口側のバーナ２の燃焼負荷の変動に対する応答を速くすることが可能となる。

又、炉９にて行う加熱処理の種類毎に、運転モードを設定し、その運転モードのモード条件を加熱処理の種類に応じて設定することができる。
例えば、加熱処理として、焼入れ処理と焼戻し処理を行う場合、焼入れ処理は焼き戻し処理よりも高温が要求されるので、燃料制御弁３及び空気制御弁６夫々の最小弁開度及び最大弁開度を、焼戻し処理に対応する運転モードよりも焼入れ処理に対応する運転モードの方が大きくなるように設定することになる。

図１及び図２に示すように、操作部８には、炉９を加熱する加熱運転の開始及び停止を指令する運転スイッチ１３、２台のバーナ２の夫々について、２種類の運転モード夫々のモード条件を設定するためのモード条件設定部１４、そのモード条件設定部１４にて設定されるモード条件等を表示する表示部１５、及び、炉９の加熱目標温度を設定する加熱温度設定部１６等が設けられている。
尚、図２は、モード条件を表示している状態の表示部１５の画面の詳細を示すものであるが、この図２では、２台のバーナ２のうちの第１バーナ２ａについてのモード条件の表示領域のみが示され、第２バーナ２ｂについてのモード条件の表示領域が省略されている。
図示を省略するが、操作部８には、表示部１５の表示画面を、モード条件を表示する画面等に切り換える表示画面切換部も設けられている。

図２に示すように、モード条件を表示している表示部１５の画面では、Ａ運転モードについて、モード条件設定部１４にて設定される燃料制御弁３の最小弁開度、最大弁開度、空気制御弁６の最小弁開度、最大弁開度、及び、遷移時間を夫々表示する表示領域１５ａ〜１５ｅが備えられ、Ｂ運転モードについて、モード条件設定部１４にて設定される燃料制御弁３の最小弁開度、最大弁開度、空気制御弁６の最小弁開度、最大弁開度、及び、遷移時間を夫々表示する表示領域１５ｆ〜１５ｊが備えられている。

詳細な図示を省略するが、モード条件設定部１４は、第１バーナ２ａか第２バーナ２ｂか、並びに、Ａ運転モードかＢ運転モードかを選択して、各選択状態において、燃料制御弁３の最小弁開度及び最大弁開度、空気制御弁６の最小弁開度及び最大弁開度、並びに、遷移時間を入力可能なように構成されている。
つまり、各バーナ２毎に、複数の運転モード夫々について、燃料制御弁３の最小弁開度及び最大弁開度、空気制御弁６の最小弁開度及び最大弁開度、並びに、遷移時間を設定することができる。

図２及び図３に示すように、例えば、第１バーナ２ａのＡ運転モードについては、燃料制御弁３の最小弁開度、最大弁開度が夫々３８％、８５％に設定され、空気制御弁６の最小弁開度、最大弁開度が夫々４１％、９６％に設定され、遷移時間が３０秒に設定される。
又、第１バーナ２ａのＢ運転モードについては、燃料制御弁３の最小弁開度、最大弁開度が夫々１２％、５５％に設定され、空気制御弁６の最小弁開度、最大弁開度が夫々１９％、６３％に設定され、遷移時間が２５秒に設定される。

そして、第１バーナ２ａのＡ運転モードでは、燃料制御弁３における最小弁開度と最大弁開度との開度差は全開状態の４７％の開度となり、遷移時間が３０秒であるので、燃焼量調整用の弁開度変更速度が１．５７％／秒に設定され、空気制御弁６における最小弁開度と最大弁開度との開度差は全開状態の５５％の開度となり、遷移時間が３０秒であるので、燃焼量調整用の弁開度変更速度が、１．８３％／秒に設定されることになる。
又、第１バーナ２ａのＢ運転モードでは、燃料制御弁３における最小弁開度と最大弁開度との開度差は全開状態の４３％の開度となり、遷移時間が２５秒であるので、燃焼量調整用の弁開度変更速度が１．７２％／秒に設定され、空気制御弁６における最小弁開度と最大弁開度との開度差は全開状態の４４％の開度となり、遷移時間が２５秒であるので、燃焼量調整用の弁開度変更速度が、１．７６％／秒に設定されることになる。
ちなみに、制御部７は、モード条件設定部１４にて設定される上述の如きモード条件に基づいて、複数のバーナ２夫々に対応して、燃料制御弁３及び空気制御弁６夫々について、複数の運転モード夫々での燃焼量調整用の弁開度変更速度を求めるように構成されている。
つまり、モード条件設定部１４により最小弁開度と最大弁開度との間の遷移時間を変更設定自在であり、制御部７は、そのモード条件設定部１４により設定される遷移時間に基づいて、燃料制御弁３及び空気制御弁６夫々について燃焼量調整用の弁開度変更速度を求めるように構成されているので、制御部７は、最小弁開度と最大弁開度との間の遷移時間を変更設定自在なように構成されていることになる。

次に、制御部７の制御動作について説明する。
制御部７は、運転スイッチ１３により加熱運転の開始が指令されると、燃焼用送風機５を作動させ、各バーナ２に対応する空気制御弁６を開弁した後、各バーナ２に対応する点火プラグ（図示省略）を作動させ、並びに、燃料元弁１０及び各バーナ２に対応する燃料制御弁３を開弁して、各バーナ２を点火することにより、加熱運転を開始し、運転スイッチ１３により加熱運転の停止が指令されると、燃焼用送風機５を停止し、燃料元弁１０、各バーナ２に対応する燃料制御弁３及び空気制御弁６を閉弁して、各バーナ２を消火することにより、加熱運転を停止する。
そして、制御部７は、加熱運転の実行中は、設定周期毎に、加熱温度設定部１６にて設定されている加熱目標温度と炉温センサ１１の検出温度とに基づいて燃焼負荷を求めて、その求めた燃焼負荷に応じて各バーナ２の燃焼量を調整し且つガス燃料流量と燃焼用空気流量との流量比率を調整する燃焼量調整制御を実行する。
尚、この実施形態では、ガス燃料流量と燃焼用空気流量との流量比率として、空気比を用いる。ここで、空気比は、燃料を完全燃焼させる必要最低限の理論空気量と実際に供給されている空気量の比を意味する。

燃焼量調整制御について説明を加える。
加熱運転の開始時、即ち、バーナ２の点火時の燃料制御弁３及び空気制御弁６夫々の弁開度が、開始時弁開度として、例えば、燃料制御弁３及び空気制御弁６夫々について設定されている最大弁開度に設定される。
又、加熱運転の開始時に、弁開度を閉弁状態から開始時弁開度に調整するための開始時用弁開度変更速度が、燃料制御弁３及び空気制御弁６夫々について、夫々の弁駆動部３ｄ，６ｄにて弁開度を変更可能な最大速度に設定されている。

制御部７は、燃料制御弁３の弁開度を、モード指令部１２にて指令されている運転モードに対応する燃料制御弁３の燃焼量調整用の弁開度変更速度で変更するための燃料制御弁３の弁駆動部３ｄの駆動速度を燃焼量調整用駆動速度として求め、並びに、空気制御弁６の弁開度を、モード指令部１２にて指令されている運転モードに対応する空気制御弁６の燃焼量調整用の弁開度変更速度で変更するための空気制御弁６の弁駆動部６ｄの駆動速度を燃焼量調整用駆動速度として求める。

又、制御部７は、燃焼負荷を加熱目標温度と炉温センサ１１の検出温度との偏差に応じて求める。
例えば、炉温センサ１１の検出温度が加熱目標温度以上のときは、燃焼負荷が０であるとし、炉温センサ１１の検出温度が加熱目標温度よりも低いときは、その偏差が大きくなるほど燃焼負荷が大きくなる形態で、燃焼負荷を百分率等で複数段階に求める。
又、制御部７は、複数段階の燃焼負荷に対応する燃料制御弁３の弁開度（以下、燃焼負荷対応弁開度と記載する場合がある）を、モード指令部１２にて指令されている運転モードに対応する燃料制御弁３の最小弁開度と最大弁開度との間に、等間隔で燃焼負荷の段階数と同数の段階にて複数段階に設定する。

例えば、燃焼負荷が０〜１００％の間に１０％おきで１１段階に設定される場合、燃料制御弁３の燃焼負荷対応弁開度を、モード指令部１２にて指令されている運転モードに対応する燃料制御弁３の最小弁開度と最大弁開度との間に等間隔で１１段階に設定する。
例えば、モード指令部１２にてＡ運転モードが指令されている場合は、上述のように、燃焼負荷が０〜１００％の間に１０％おきで１１段階に設定されるとすると、例えば、燃焼負荷が０％のときの燃焼負荷対応弁開度、５０％のときの燃焼負荷対応弁開度、１００％のときの燃焼負荷対応弁開度を、夫々、燃料制御弁３の最小弁開度である３８％、６１．５％、燃料制御弁３の最大弁開度である８５％に設定する。

そして、制御部７は、加熱運転の開始時には、燃料制御弁３の弁開度を閉弁状態からその燃料制御弁３に対応して設定されている開始時弁開度に開始時用弁開度変更速度にて変更調整すべく、燃料制御弁３の弁駆動部３ｄを制御し、並びに、空気制御弁６の弁開度を閉弁状態からその空気制御弁６に対応して設定されている開始時弁開度に開始時用弁開度変更速度にて変更調整すべく、空気制御弁６の弁駆動部６ｄを制御する。

以降、制御部７は、設定周期が経過する毎に、燃焼負荷を求めると共に、求めた燃焼負荷に対応する燃料制御弁３の燃焼負荷対応弁開度を求め、更に、燃料制御弁３の弁開度をモード指令部１２にて指令されている運転モードに対応する燃料制御弁３の燃焼量調整用の弁開度変更速度にて現在の弁開度から燃焼負荷対応弁開度に変更するのに要する時間（以下、弁開度変更用時間と記載する場合がある）を求めて、燃料制御弁３の弁駆動部３ｄを弁開度が燃焼負荷対応弁開度に近づく側（即ち、弁開度が大きくなる側又は小さくなる側）に変更される側に、燃料制御弁用の燃焼量調整用駆動速度にて弁開度変更用時間作動させ、並びに、空気制御弁６の弁駆動部６ｄを弁開度が燃料制御弁３の弁開度変更側と同じ側に変更される側に、空気制御弁用の燃焼量調整用駆動速度にて弁開度変更用時間作動させる。

つまり、制御部７は、上述したように、燃料制御弁３及び空気制御弁６を夫々について定められた燃焼量調整用の弁開度変更速度で同一時間作動させるように、燃料制御弁３の弁駆動部３ｄ及び空気制御弁６の弁駆動部６ｄを制御することにより、燃料制御弁３の弁開度及び空気制御弁６の弁開度をガス燃料流量が燃焼負荷に応じた流量となり且つ流量比率が設定流量比率となる弁開度に調整するように構成されていることになる。
又、制御部７が、モード指令部１２にて指令された運転モードに対応する燃料制御弁３及び空気制御弁６夫々の弁開度変更速度で、燃料制御弁３及び空気制御弁６夫々を作動させるべく、燃料制御弁３の弁駆動部３ｄ及び空気制御弁６の弁駆動部６ｄを制御するように構成されていることになる。

例えば、モード指令部１２にてＡ運転モードが指令されている場合において、第１バーナ２ａに対応する燃料制御弁３及び空気制御弁６夫々の弁開度の調整を例にして説明を加える。
例えば、燃料制御弁３の開始時弁開度がその最大弁開度である８５％に設定され、空気制御弁６の開始時弁開度がその最大弁開度である９６％に設定されているとする。
そして、制御部７は、加熱運転の開始時には、燃料制御弁３の弁開度を閉弁状態からその燃料制御弁用の開始時弁開度である８５％に開始時用弁開度変更速度にて調整すべく、燃料制御弁３の弁駆動部３ｄを制御し、並びに、空気制御弁６の弁開度を閉弁状態からその空気制御弁用の開始時弁開度である９６％に開始時用弁開度変更速度にて調整すべく、空気制御弁６の弁駆動部６ｄを制御する。
続いて、制御部７は、設定周期が経過すると、燃焼負荷を求め、その燃焼負荷が５０％の場合は、その燃焼負荷に対応する燃料制御弁３の燃焼負荷対応弁開度を６１．５％と求め、又、燃料制御弁３の弁開度を現在の８５％から燃焼負荷対応弁開度の６１．５％に燃焼量調整用の弁開度変更速度である１．５７％／秒にて変更するのに要する弁開度変更用時間を１５秒と求める。
そして、制御部７は、燃料制御弁３の弁駆動部３ｄを弁開度が燃焼負荷対応弁開度に近づく側に変更される側に燃料制御弁用の燃焼量調整用駆動速度にて１５秒間作動させ、並びに、空気制御弁６の弁駆動部６ｄを弁開度が燃料制御弁３の弁開度変更側と同じ側に変更される側に空気制御弁用の燃焼量調整用駆動速度にて１５秒間作動させる。
以降、制御部７は、設定周期が経過する毎に、上述の如き制御を繰り返す。

次に、上述したように燃料制御弁３及び空気制御弁６夫々の弁開度が燃焼負荷に応じて調整される場合に、燃焼負荷に応じて設定される設定空気比について、説明を加える。
例えば、最小燃焼負荷時のガス燃料流量が１ｍ³（標準状態）／ｈに、その最小燃焼負荷時の設定空気比が１．３に夫々設定され、最大燃焼負荷時のガス燃料流量が１０ｍ³（標準状態）／ｈに、その最大燃焼負荷時の設定空気比が１．１に夫々設定される場合を例にして説明する。

この場合、燃料制御弁３の最小弁開度が、ガス燃料流量が１ｍ³（標準状態）／ｈとなる弁開度に設定され、空気制御弁６の最小弁開度が、１ｍ³（標準状態）／ｈのガス燃料流量に対して空気比が１．３となる流量（１３．９１ｍ³（標準状態）／ｈ）の燃焼用空気を流すための弁開度に設定される。
又、燃料制御弁３の最大弁開度が、ガス燃料流量が１０ｍ³（標準状態）／ｈとなる弁開度に設定され、空気制御弁６の最大弁開度が、１０ｍ³（標準状態）／ｈのガス燃料流量に対して空気比が１．１となる流量（１１７．７ｍ³（標準状態）／ｈ）の燃焼用空気を流すための弁開度に設定される。
又、最小弁開度と最大弁開度との間の遷移時間が、３０秒に設定されるとする。
又、燃焼負荷が０％のときの燃料制御弁３及び空気制御弁６夫々の燃焼負荷対応弁開度を夫々の最小弁開度とし、燃焼負荷が１００％のときの燃料制御弁３及び空気制御弁６夫々の燃焼負荷対応弁開度を夫々の最大弁開度とする。

燃料制御弁３及び空気制御弁６夫々の弁開度が燃焼負荷に応じて上述のように調整される場合に、燃料制御弁３及び空気制御弁６の開閉時間並びに燃焼負荷と設定空気比との関係は、図４に示す通りとなる。

〔別実施形態〕
次に別実施形態について説明する。
（１）上記の実施形態では、燃焼量調整制御において、燃焼負荷に対応する燃料制御弁３の燃焼負荷対応弁開度を求め、更に、燃料制御弁３の弁開度を燃料制御弁３に対応する燃焼量調整用の弁開度変更速度にて現在の弁開度から燃焼負荷対応弁開度に変更するのに要する弁開度変更用時間を求めて、燃料制御弁３の弁駆動部３ｄ及び空気制御弁６の弁駆動部６ｄを夫々の燃焼量調整用駆動速度にて弁開度変更用時間作動させる場合について例示した。
これに代えて、燃焼負荷に対応する空気制御弁６の燃焼負荷対応弁開度を求め、更に、空気制御弁６の弁開度を空気制御弁６に対応する燃焼量調整用の弁開度変更速度にて現在の弁開度から燃焼負荷対応弁開度に変更するのに要する弁開度変更用時間を求めて、燃料制御弁３の弁駆動部３ｄ及び空気制御弁６の弁駆動部６ｄを夫々の燃焼量調整用駆動速度にて弁開度変更用時間作動させるように構成しても良い。

（２）バーナ２を複数設置する場合の設置台数は、上記の実施形態の如き２台に限定されるものではなく、３台以上でも良い。又、バーナの設置台数は１台でも良い。

（３）燃焼負荷調整範囲が異なる複数の運転モードを設定する場合、その設定数は、上記の実施形態において例示した２つの限定されるものではなく、３つ以上でも良い。

（４）弁開度と流体の流量との関係が線形又は略線形となる弁の種類としては、上記の実施形態において例示したボール弁に限定されるものではなく、例えば、ゲート弁等、種々の弁を採用することができる。

以上説明したように、低廉化を図りながら、燃料流量と燃焼用空気流量との流量比率を適切に調整し得る燃料空気供給量比率制御装置を提供することができる。

２バーナ
３燃料制御弁
３ｄ弁駆動部
６空気制御弁
６ｄ弁駆動部
７制御手段
１２モード指令手段

Claims

バーナへ供給される燃料流量を調整する燃料制御弁と、
前記バーナへ供給される燃焼用空気流量を調整する空気制御弁と、
前記燃料流量が前記バーナの燃焼負荷に応じた流量となり且つ前記燃料流量と前記燃焼用空気流量との流量比率が設定流量比率になるように前記燃料制御弁及び前記空気制御弁を制御する制御手段とが設けられた燃料空気供給量比率制御装置であって、
前記燃料制御弁における前記燃焼負荷が最小燃焼負荷のときの最小弁開度と前記燃焼負荷が最大燃焼負荷のときの最大弁開度との開度差と、前記空気制御弁における前記燃焼負荷が最小燃焼負荷のときの最小弁開度と前記燃焼負荷が最大燃焼負荷のときの最大弁開度との開度差とが異なり、
前記燃料制御弁が、弁開度と前記燃料流量との関係が線形又は略線形であり、弁開度を調整する弁駆動部を備えて構成され、
前記空気制御弁が、弁開度と前記燃焼用空気流量との関係が線形又は略線形であり、弁開度を調整する弁駆動部を備えて構成され、
前記燃料制御弁及び前記空気制御弁夫々について弁開度変更速度が、前記最小弁開度と前記最大弁開度との間の遷移時間が前記燃料制御弁と前記空気制御弁とで同一になる速度に定められ、
前記制御手段が、前記燃料制御弁及び前記空気制御弁を夫々について定められた弁開度変更速度で同一時間作動させて、前記燃料制御弁の弁駆動部及び前記空気制御弁の弁駆動部を制御することにより、前記燃料制御弁の弁開度及び前記空気制御弁の弁開度を前記燃料流量が前記燃焼負荷に応じた流量となり且つ前記流量比率が前記設定流量比率となる弁開度に調整する燃料空気供給量比率制御装置。
前記制御手段が、前記遷移時間を変更設定自在に構成されている請求項１に記載の燃料空気供給量比率制御装置。
前記最小燃焼負荷及び前記最大燃焼負荷のうちの少なくとも一方が異なり燃焼負荷調整範囲が異なる複数の運転モードからいずれか一つの運転モードを指令するモード指令手段が設けられ、
前記複数の運転モードの夫々に対応して、前記弁開度変更速度が前記燃料制御弁及び前記空気制御弁夫々について定められ、
前記制御手段が、前記モード指令手段にて指令された運転モードに対応する前記燃料制御弁及び前記空気制御弁夫々の弁開度変更速度で、前記燃料制御弁及び前記空気制御弁夫々を作動させるべく、前記燃料制御弁の弁駆動部及び前記空気制御弁の弁駆動部を制御する請求項１又は２に記載の燃料空気供給量比率制御装置。