JPH06502481A - ガスバーナー装置，ガスバーナーおよび燃焼制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ナー装置、および燃料ガスと空気からなる燃焼のための混合物の燃焼を制御する 方法に関する。

この発明によれば、一般的な条件に基づいて、上記混合物中の燃焼ガスと空気の 割合が、上記燃焼の質が最良になるように、たとえば、空気の相対的に少ない超 過量（約５〜１０％）による−酸化炭素の少ない放出に関する質的な制御がなさ れる。改善された出力は、比較的大量の凝結した水の形成でもって達成される。

さらに、窒素酸化物の排出が減少させられる。この発明の、もうひとつの重要な 面は、この発明が、上記ガスバーナーや上記装置を改造することなく、どのよう なタイプの燃焼ガスにたいしても適用でき、最適でほとんど完全な燃焼を生じさ せるということにある。

ＥＰ−Ａ−１５４，３６１は、酸化還元センサの形式における燃焼制御手段がセ ラミックの燃焼板が設けられた燃焼室内の燃焼を制御するために用いられるガス バーナー装置を記述している。この装置の欠点は、上記センサは、ＣＯおよびＣ Ｈ４のようなガスを還元させるための長い期間の間、露出させられ、このことに よって上記センサが汚染されることにある。この装置は、さらに、対流によって 実質的な熱の移動が発生するような構成を有している。このため、上記センサの 付近における温度および酸素の濃度が変動して、センサの感度と精度に不利に影 響する。

この発明は、この発明の目的のために、上述した利点に加えて、上記熱移動が、 かなりの範囲、たとえば５０％以上、好ましくは５５％以上、より好ましくは６ ０％以上かそれ以上の範囲で、放熱によって起こるガスバーナーおよびガスバー ナー装置を提供する。

この発明によれば、この発明によるすくなくとも１つのガスバーナーを有するこ の発明のガスバーナー装置によってこのことが達成される。このガスバーナー装 置は、 １）燃料ガスと空気を供給するための混合室と、ｌｌ）上記混合室の下に配置さ れ、かつ、セラミツク製のバーナー板によって分離された閉鎖した燃焼室と、 １ｉｉ）　上記燃焼室に連結された起立したファイアチューブを備え、上記燃焼 室を取り囲み、かつ、加熱のための液体のための入口と出口と一緒に放射によっ て加熱可能であるジャケットと、 ｉｖ）　燃焼ガスのための出口と、 ν）制御装置に接続された上記バーナー板の付近にある上記燃焼室内に配置され た燃焼制御手段とを備えている。

上記燃焼制御手段は、たとえば、フィガロ・コンパスジョン・モニター・センサ ー（Ｆｉｇａｒｏ　Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　Ｍｏｎ１ｔｏｒ　５ｅｎｓｏｒ）、 フィガロエンジュアリ〉グ株式会社製のＣＭＳ　３０１もしくは３０２のような 酸化還元センサーを含んでいることが好ましい。このセンサーは、実質的に二酸 化銀からなる半導体材料を含む焼結された酸化金属を含んでいる。

この酸化還元センサーは、少な（とも１つの螺旋形のフィラメントと、上記螺旋 形のフィラメントを２つの異なる白熱温度に調節する手段を含むことが望ましい 。これにより、燃焼できる＃：全合物存在する場合に１発を避け、かつ、より高 い白熱温度における良好な動作を決定し燃焼できる混合物の供給を許した後に上 記燃焼が開始されるるような温度に上記ガスバーナーの動作を制御することが可 能である。

上記熱移動は、放熱手段によって相当の範囲で行われるので、上記放熱によって 加熱された表面は、拡大されることができ、上記起立したファイアチューブが上 記ジャケット内で横方向に曲げられていることがより好ましい。

上記装置および上記ガスバーナーは、ｍｇセンサーを上記燃焼室に接続すること によって、不規則な燃焼もしくは燃焼の中断に対して保護されている。

上記装！および上記ガスバーナーの出力は、さらに大なる熱出力のために上記フ ァイアチューブから出る上記燃焼カスの温度を利用することによって、さらに増 加させられる。したがって、ファイアチューブが通過する二次的な熱交換器が上 記本箱に接続されていることが推奨される。−この発明のもうひとつの面は、燃 焼のための燃料ガスと空気の混合物の燃焼の制御方法に関連している。ここでの 効用は酸化還元センサーから獲得される。上記ガスバーナーの動作は、この方法 が、ｉ）上記酸化還元センサーを上記混合物の点火温度Ｔｌｌより低い温度Ｔ、 に設定し、 ±１）上記燃焼室に空気を流入させ、 １ｉｉ）　酸化還元センサーを、Ｔｏよりも高い温度Ｔ２に設定し、１ν）上記 混合物を供給し、そして、 Ｖ）発生した酸化還元センザー信号Ｓにしたがって、上記燃料ガスおよび／′ま たは空気の供給を変化させるときに、制御される。

動作期間の間、上記燃焼の特性は、空気と燃料ガスの混合物中の空気量を変化さ せることによって制御されることが好ましい。このことは、ステップＶ）におい て、上記信号Ｓが最小値Ｓ　ｗｉｎに近づいたときに上記空気の供給が減少させ られて行われ、そして、ステップＶ）において、上記信号Ｓが最大値５ｌｌＩａ ｘに近づいたときに、上記空気の供給が増加させられて行われることが好ましい 。

上記バーナー装置の始動は、ステップ１１）の後に、上記信号ＳがＳｌからＳ２ に下降したときにステップ１１１）が続くときと、ステップ１ｉｉ）の後に、Ｓ 、がＳ、よりも大きく上記信号Ｓが８２からＳ、に上昇したときにステップｉｖ ）が続くときに起こる。上記燃焼のための動作状態は、上記混合物の供給がステ ップｉｖ）において、もし上記信号Ｓが値Ｓ　ｗａｘに達した後に下降したなら ば維持されて、達せられる。

上記ガスバーナー装置の既述した特徴および他の特徴と、この発明の上記ガスバ ーナーと上記燃焼方法は、単に一例として与えられた実施例に基づいて、以下に 、添付図面を参照して、さらに詳細に記述される。

図面において、 図１は、この発明によるガスバーナーを部分的に切除して斜めから見た状態を示 す。

図２は、図１のＴ　Ｉ−Ｉ　Ｉ線を横切る断面を示す。

図３は、上記センサによって発生された信号のグラフ状の描写である。

図４は、図１の細部ＩＶをより大きな縮尺で示す。

図５は、図１の細部■をより大きな縮尺で示す。

図６は、図５の細部の変形例である。

図７は、図１の細部Ｖｌｌの変形例である。

図８は、図７のＶＩＩＴ−ＶＩＩＴ線に沿った断面を示す。

図１は、この発明によるがスハーナー１を示す。カスバーナー１は、制御装！（ ここには示さない）と−緒に、この発明のガスバーナー装置を構成する。このガ スバーナー装置は、この発明の１つもしくはそれ以上のガスバーナー１を含むこ とができ、たとえば、セントラルヒーティングおよび給湯装置に使用される。

この発明の上記ガスバーナー１は、並列または直列に連結されてもよい。

この発明の上記ガスバーナー１は、混合室２．互いに接して配置された燃焼室３ および鵬交換器４を含んでいる。

屋根裏に配置されたセントラルヒーティングユニットと、浴室および台所のため の２つの給湯器は、それぞれ、１つの制御装置で制御されるこの発明のガスバー ナー１を備えている。

上記混合室２は、下面６に開口したハンギングバイブ７に接続した入口５を備え ている。底端（下面）６の付近において、上記パイプ７の中に突き出ているのは 、ノズル８である。ノズル８は、バルブ１０が開かれているときに、供給配管９ および制御バルブ１０を介して燃料ガス１１が供給される。上記バルブ１０は、 上記制御装置（図示せず）に接続された制御線１２によって、作動させられる。

さらに、上記バイブ７の中に備えられているのは、供給面が上記混合室２に向か って方向づけられている軸方向のファン１３である。このファン１３は、上記制 御線１４を介して上記制御装置に接続されている。

さらに、上記混合室２に配置されているのは、空気ど燃料ガスの混合物を刺激す ると共に、燃焼室３から上記混合室２へ炎が吹き戻すことを防ぐ銅製の混合網１ ５である。また、一様な圧力分布が、燃焼室３と上記混合室２を分離するセラミ ック製のバーナー板１６の表面の上で、促進される。たとえば、テナグロＴ（商 標）が、セラミック製のバーナー板１６として用いられる。

酸化還元センサ１８を含む燃焼制御装置１７は、実質的に円筒形状の燃焼室内に 、上記バーナー板１６から短い距離だけ離して配置されている。上記板１６への 上記距離は、２乃至５ｍｍであることが好ましい。

上記センサ１８は、図５に、さらに詳細に示されている。上記センサ１８（フイ ガロＣＭＳ−２０２）は、センサー部１９を含んでいる。このセンサー部１９の 中には、触媒が混合されて焼結されたＳｎＯ，が配！されている。このセンサー 部１９は、４００℃から１１００℃の温度において、還元ガスの濃度の変化を感 知する。

上記センサー１８は、さらに、端子２１と２２との間に配！された螺旋状のフィ ラメント２０を含んでいる。これらの端子２１および２２は、制御ユニット２３ に連結されている。この制御ユニット２３によって、螺旋状のフィラメント２０ は２つの異なる温度Ｔ１およびＴ２に設定される。

図６は、上記センサー１８の変形例を示す。この例では、センサー２５は、セン サー部１９に巻き回され、端子２１と２２の間に配置された螺旋状のフィラメン ト２６を有している。上記端子２１および２２は、さらに、上記制御ユニツト２ ３に接続され、一方、センサー２５の端子２７および２８は、上記制御装置に直 接に接続される。

上記円筒形の燃焼室３は、円筒形の第１ジャケット部３０の下側の底部２９によ って、側面および底部に結び付けられている。第１ジャケット部３０は、もうひ とつのジャケット部３０とともに、熱交換器４のジャケットを構成する。上記ジ ャケット部３０および３１は、重なった継ぎ目３２で連結されている。上記混合 室２は、底縁３３に固定されて底縁３３上に載置されている。上記セラミ１．り 製のバーナー板１６は、外形リング３４内に配置されている。

上記底部２９に突出しているのは、水３６で満たされた水箱７７を通過する多数 のファイアチューブ３５である。上記ファイアチューブは、横方向屈曲部３７を 有している。したがって、起立した縁３８．上記底部２９および上記ファイアチ ューブの屈曲部３７からなる上記燃焼室は、放射によって加熱される最大の表面 積が設けられる。

図２に示すように、入口３９からファイアチューブ３５に入る熱放射は、その出 口４０に達することがないだろう。なぜならば、それは、最初に、上記ファイア チューブの屈曲部３７に出会うからである。

上記ファイアチューブ３５は、一端において底部２９内で固定され１．他端にお いて上記ジャケット部３１の底部４２の鍔４１に固定されている。

加熱された水は、入口４３から流入し、高い位置にある出口４４を経由して熱交 換器４を後にする。

上記ファイアチューブ３５は、燃焼ガスのための出口４６に突き出した燃焼ガス 室４５に突き出している。上記燃焼ガス室４５の溢れ底部４７の最下点は、ファ イアチューブ３５から上記燃焼ガス室４５に滴る凝結した水のための出口４８１ ；なっている。

図４は、この発明の計測センサー４９を示す。上記センサー４９は、管部５１を 通って上記燃焼室内の上記バーナー板１６に接近する点に延びるＮｉＣｒ／Ｎｉ Ａ／熱電対５０を含んでいる。立ち上げ時および動作時の間の上記バーナー板１ ６上の炎の存在は、上記計測センサー４９によって検出される。上記計測センサ ー４９からの信号は、制御線５５．５６を通って制御ユニット２３に伝達される 。制御ユニット２３は制御線５７を経由して上記制御装置に接続されている。

分離した計測センサー４９に替えて、計測センサーは、図５および６に示すセン サー１８に統合されてもよい。

この発明の上記ガスバーナー１によって実行される燃焼方法は、以下に、図３を 参照して、さらに詳細に説明される。図３において、上記センサーによって出力 された信号Ｓは、始動期間５８および動作期間５９に対応する時間ｔの関数とし て示される。

始動時には、上記バルブ１０は閉鎖され、上記ファン１３はオフになっている。

時刻ｔ、において、センサー２５は、上記制御装置によって上記制御ユニット２ ３を経由して螺旋状のフィラメント２６を用いて、酸化還元センサー温度’Ｌ（ たとえば４００℃）に加熱される。上記センサー２５は信号Ｓ、を発生する。上 記ファン１３は、時刻ｔ２に始動する。周囲の空気６０が流入し、もし、バルブ １０の漏れの結果もしくは混合室１０内にまだ混合物が存在していることの結果 として燃料ガスが供給されることがないならば、上記センサーの温度が低下し、 上記信号はＳ２に低下する。燃料ガスが供給されることがないことは、上記信号 Ｓの増加を生じ、信号Ｓの増加は、上記制御装置に上記始動手順の中断を決定さ せる。

充満期間の後に、上記センサー２５は、ｔ３で螺旋フィラメント２６を用いて、 より高い温度Ｔ２（８００乃至１０００℃）にさせられる。この温度で、燃焼の ための混合物が点火される。この高温度のために、上記センサーは、Ｓ２より大 きく、かつ、Ｓｌよりも大きな信号Ｓ３を発生する。　。

上記ガスバルブ１０は、その後、ｔ４で開かれる。その後、上記燃料ガスと空気 の混合物は、上記バーナー板を経由して上記燃焼室に流入し、熱センサ−２５／ 螺旋フイラメント２６によって点火される。上記センサー信号は増加し、ｔ５で 上記螺旋フィラメント２６の加熱が中断する。これによって、上記始動期間５８ が終了する。

上記燃焼の結果、上記燃焼室３内の還元ガスの濃度が減少し、それによって上記 センサーからの信号Ｓが減少する。

上記空気の供給は、たとえば、ｔ６から、ｎ＝１．０５の空気過剰まで減少させ られ、その点で、出口４６から出る燃料ガス内に、最大で５０ｐｐｍのＣＯと１ ６ｐｐｍのＮＯｘが存在する。

さらに、上記空気の超過量は、上記ファン１３の回転速度の減少によって、また は、上記バルブ１０を経由する上記ガスの供給の増加によって、低下させられ、 上記信号Ｓが増加する。上記信号Ｓが、最大ｍｓ、、、に近づき、または、それ （約−３０ｐｐｍのＣＯに相当）を越えたときに、たとえば、ｔ７で上記ファン １３の回転速度が増加して、上記空気の超過量が増加する。上記信号Ｓは、再び 減少する。

そして、それが、Ｓ、、、。（たとえば２０ｐｐｍのＣＯ）に近づいたときｊこ 、上記ファン１３の回転速度がｔ８で減少し、ｔ９で増加するまで減少する。こ の動作状態Ｉこおいて、上記燃焼が、上記燃焼ガス中のＣＯ濃度に対する狭い限 度内に最適に調節されることは、明らかである。上記加熱の要求が終わったとき に、上記ガスバルブ１０はｔｌｏで閉じられ、上記ファン１３は上記センサーか らの信号が零値に達したときに停止する。

図７および８は、この発明の変形例のガスバーナー６１を示す。この例では、第 ２の熱交換器６２が上記熱交換器４に接続している。上記第２熱交換器６２は、 交換バイブロ４を備えた円筒形のハウジング６３を含んでいる。交換バイブロ４ は、それらの上端に、上部６６の鍔６５が設けられている。上部６６において、 上記ファイアチューブ３５を用いた連結が行われる。上記交換バイブロ４間に、 仕切り６７が配置されている。入口６８を経由して供給される空気６９は、迷路 を経由して上記熱交換器６２を通過し、上記バイブロ４および仕切り６７におい て加熱され、上記化ロア０を経由して上記熱交換器６２から出る。

図７は、上記第２熱交換器６２が上記熱交換器４と上記燃焼ガス室４５の間に配 ！されていることをはっきりと示す。

上記第２熱交換器６２は、上記ガスバーナー１に、制御および保護のための装置 を必要とすることなく、後で付加することができる。上記熱交換器６２を据え付 けることによって、上記ガスバーナー１内で造り出されるより高い抵抗は、上記 ファン１３の出力に影響する。しかし、これは、自動的に、上記センサー制御に よって、再び、正しい値にされる。

以上より、この発明の上記ガスバーナー装置および上記ガスバーナーは、最適な 出力で、かつ、−酸化炭素、窒素酸化物および炭化水素のような有害な燃焼生成 物の最小の放出で、多くの種類の燃料ガスを燃焼させるために使用できることは 明らかである。上記バーナーの制御と保護は、良好かつ、安価である。上記ガス バーナーおよび上記ガスバーナー装置は、保守が容易であり、かつ、汚染と経時 劣化による煙突の吸い込み量の変更に対する敏感さがより少ない。

最後に、上記制御装置によってなされる切替操作を記録することによって、上記 装置もしくは上記ガスパーチーのエネルギー消費を記録することができる。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．少なくとも１つのガスバーナーを有するガスバーナー装置であって、ｉ）燃 料ガスと空気を供給するための混合室と、ｉｉ）上記混合室の下に配置され、か つ、セラミック製のバーナー板によってそれから分離された閉鎖した燃焼室と、 ｉｉｉ）上記燃焼室に連結された起立したファイアチューブを備え、上記燃焼室 を取り囲み、かつ、加熱のための液体のための入口と出口と一緒に放射によって 加熱可能であるジャケットと、 ｉｖ）燃焼ガスのための出口と、 ｖ）制御装置に接続された上記バーナー板の付近にある上記燃焼室内に配置され た燃焼制御手段とを備えるガスバーナー装置。
2. ２．請求項１に記載の装置において、上記燃焼制御手段は、酸化還元センサーを 含むガスバーナー装置。
3. ３．請求項２に記載の装置において、上記酸化還元センサーは、少なくとも１つ の螺旋形のフィラメントと、上記螺旋形のフィラメントを２つの異なる温度に調 節可能な手段とを含むガスバーナー装置。
4. ４．請求項１乃至３のいずれか１つに記載の装置において、上記起立したファイ アチューブは、上記ジャケット内で横方向に曲がっているガスバーナー装置。
5. ５．請求項１乃至４のいずれか１つに記載の装置において、センサーが上記燃焼 室に接続されているガスバーナー装置。
6. ６．請求項１乃至５のいずれか１つに記載の装置において、ファイアチューブが 通過する二次的な熱交換器が、水箱に連結されているガスバーナー装置。
7. ７．請求項１乃至６のいずれか１つに記載のガスバーナー。
8. ８．セラミック製のバーナー板と、酸化還元センサーの温度を設定するための設 定手段が設けられた上記酸化還元センサーとを備えた燃焼室内の燃料ガスと空気 との混合物の燃焼を制御するための燃焼制御方法であって、ｉ）上記酸化還元セ ンサーを上記混合物の点火温度Ｔ０より低い温度Ｔ１に設定し、 ｉｉ）上記燃焼室に空気を流入させ、 ｉｉｉ）酸化還元センサーを、Ｔ０よりも高い温度Ｔ２に設定し、ｉｖ）上記混 合物を供給し、そして、 ｖ）発生した酸化還元センサー信号Ｓにしたがって、上記燃料ガスおよび／また は空気の供給を変化させる燃焼制御方法。
9. ９．請求項８に記載の方法において、ステップｖ）において、上記信号Ｓが最小 値Ｓｍｉｎに近づいたときに上記空気の供給が減少させられる燃焼制御方法。
10. １０．請求項９に記載の方法において、ステップｖ）において、上記信号Ｓが最 大値Ｓｍａｘに近づいたときに、上記空気の供給が増加させられる燃焼制御方法 。
11. １１．請求項８乃至１０のいずれか１つに記載の方法において、ステップｉｉ） の後に、上記信号ＳがＳ１からＳ２に下降したときにステップｉｉｉ）が続く燃 焼制御方法。
12. １２．請求項８乃至１１のいずれか１つに記載の方法において、ステップｉｉｉ ）の後に、上記信号ＳがＳ２からＳ３に上昇したときにステップｉｖ）が続き、 ここでＳ３はＳ１よりも大きい燃焼制御方法。
13. １３．請求項８乃至１２のいずれか１つに記載の方法において、上記混合物の供 給は、ステップｉｖ）において上記信号Ｓが値Ｓｍａｘに達した後に下降したな らば、維持される燃焼制御方法。