JPH1047654A - 燃焼装置の空気比自動補正システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流量計が不要で、装置毎の微調整もいらずに
空気比が自動調節できるようにする。 【解決手段】 燃焼用空気供給路１と燃料供給路２とに
それぞれ圧力計３，４と温度計５，６とを備えると共
に、燃料供給路２に燃料供給圧を燃焼用空気供給圧と等
しくする均圧弁７を設け、更に該均圧弁７のインパルス
ライン８にオリフィス９とブリード弁１０を設け、各温
度計３，４と圧力計５，６で測定された実際の空気温度
と空気供給圧及び燃料温度から所定の空気比を維持する
のに必要な燃料を供給するための燃料供給圧を求めると
共にこの求められた燃料供給圧と実際に計測された燃料
供給圧とを比較してこれらが等しくなるようにブリード
弁１０を調整するようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、予熱した燃焼用空
気を使用する燃焼装置において、燃焼用空気の予熱温度
が変化しても所望の空気比を維持する空気比自動補正シ
ステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ガスバーナ等の燃焼装置において
は、燃焼効率を向上させるため、燃焼用空気を予熱器で
予熱して供給することが行われている。しかしながら、
空気は加熱されると膨張するので、予熱温度に応じて見
かけの空気供給量と実質上の空気供給量との間には大き
なズレが生ずる。したがって予熱温度の変化に対応した
燃料供給量のコントロールをしなければ空気比が変動
し、せっかくの予熱燃焼効果も半減してしまう。

【０００３】即ち、一般にバーナは、その通常の操業で
は空気比を１．２前後に設定しているが、バーナ供給空
気圧力を一定とすると、燃焼空気温度が２０℃から４０
０℃まで変化するのに相応して空燃比も１．１０から
１．６８まで変化する。空気比を燃焼用空気が４００℃
の時に合わせておけば、予熱温度がその温度に達するま
では排ガス損失が大きくなる問題を伴う。また、常温
（２０℃）で空気比を１．１に合わせた場合には、空気
の予熱温度が３００℃程度で、空気比が０．７９となっ
て極端な空気不足となり、ＣＯやススが大量に発生する
ばかりか、場合によっては失火を招くこともある。

【０００４】したがって予熱した空気を燃焼空気として
使用するバーナにあっては燃焼用空気の予熱温度に対応
させて空気比を如何に所望の値に保つかが大きな課題と
なっている。

【０００５】そこで、燃焼用空気を予熱して使用する燃
焼装置においては、空気温度に関係なく一定の空気比を
保つため、空気温度が変わればそれに応じて空気の供給
量を制御することが望まれる。

【０００６】このような要望に応える空燃比制御システ
ムとして、従来、図３に示すように空気流路１０３の熱
交換器１０５の下流に温度センサ１０７及び圧力センサ
１０８を設ける一方、燃料供給流路１０４に流量調節弁
１１０及びオリフィス１１１と、該オリフィス１１１の
前後に圧力センサ１１２，１１２を設け、空気流路１０
３の温度センサ１０７及び圧力センサ１０８の信号を基
にコンピュータのＲＯＭのデータテーブルから実質上の
供給空気量を読み取ってそれに適合する燃料の理想供給
量を算出すると共に、燃料供給路１０４に備えたオリフ
ィス１１１の前後の圧力差信号から実際の燃料供給量を
算出する演算回路１１３と、この実際の燃料供給量と理
想供給量とを比較してその差が所望の判断値以下になる
よう燃料供給路１０４に備えた流量調節弁１１０を制御
する自動制御回路とによって空燃比を常時一定に保つよ
う構成したものが提案されている（特開昭６２−８７７
２６号）。この空燃比制御システムによれば実質上の供
給空気量ａと空気比の組み合わせを何種類かプリセット
しておけば細やかな燃焼制御が可能となる。

【０００７】また、簡易な制御方法として、一定圧で供
給される燃焼用空気の予熱後の温度変化を膨張流体の膨
張度に変換し、この膨張度により燃料供給圧を調節して
空燃比を設定値に保持する方法も提案されている（特開
昭５１−１２８７３１号）。この燃焼制御方法では、予
熱後の燃焼用空気の温度が変化するとそれに追従して感
温手段の水銀等の膨張度が変化して燃料圧力を調整する
弁の開度を変化させる弁構造が採用されている。このた
め、空気温度が上がると、液圧が上がって弁棒が移動し
て弁が開いて燃料供給圧を下げ、燃料供給量を減少させ
るので空気比が一定に保たれる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
６２−８７７２６号の空燃比制御システムによると、非
常に高価な流量計測器を必要とするため、コストが大変
高くつく問題がある。

【０００９】また、特開昭５１−１２８７３１号のシス
テムによると、空気温度の変化に対する圧力調整弁の弁
開度特性と空気を一定にするための燃料供給圧の変化と
は誤差があるため、応答性が悪く空気比を一定に保つこ
とは難しい。特に、低温の時は制御性が悪く、空気比を
一定に保つことは難しい。更に、燃料温度が変化すると
益々狂いは大きくなる。即ち、このシステムにおける燃
料圧力調整弁の弁開度の空気温度に対する特性は、非直
線的であり、このような特性を有するブリード弁を製作
することは難しく、またその特性には個体誤差が発生し
てしまうため、それに合わせて調整を必要とすることか
らメンテナンスに手間がかかってしまう。

【００１０】本発明は、流量計が不要で、装置毎の微調
整もいらずに空気比が自動調節できる制御方法を提供す
ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明の燃焼装置の空気比自動補正システムは、燃
焼用空気供給路と燃料供給路とにそれぞれ圧力計と温度
計とを備えると共に、燃料供給路に燃料供給圧を燃焼用
空気供給圧と等しくする均圧弁を設け、更に該均圧弁の
インパルスラインにオリフィスとブリード弁を設け、各
温度計と圧力計で測定された実際の空気温度と空気供給
圧及び燃料温度から所定の空気比を維持するのに必要な
燃料を供給するための燃料供給圧を求めると共にこの求
められた燃料供給圧と実際に計測された燃料供給圧とを
比較してこれらが等しくなるようにブリード弁を調整す
るようにしている。

【００１２】したがって、均圧弁には実際の空気供給圧
がかからず、空気供給路を流れる燃焼用空気の温度で所
定の空気比を維持するのに必要な燃料を供給するための
燃料供給圧に相当する見掛け上の空気供給圧がかけられ
る。そこで、均圧弁は空気供給路を流れる燃焼用空気の
実際の供給圧にかかわらず、所定の空気比を維持するの
に必要な燃料を供給するように弁開度を変える。そし
て、燃焼用空気の温度の変動に関係なく空気比を一定に
保持する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を図面に示す
実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。

【００１４】図１に本発明の空気比自動補正システムの
実施の一形態を原理図で示す。この空気比自動システム
は、燃焼用空気供給路１と燃料供給路２とにそれぞれ設
けられた圧力計３，４および温度計５，６と、燃料供給
路２に設けられて燃料供給圧を空気供給圧と等しくする
均圧弁７と、この均圧弁７のインパルスライン８に設け
られるオリフィス９およびブリード弁１０と、ブリード
弁１０の開度を調整する制御部１１とから構成されてい
る。尚、燃焼用空気供給路１には熱交換器１２が設けら
れ、さらにその下流には供給空気量を制御するコントロ
ールバルブ１３が設けられている。また、燃焼用空気供
給路１および燃料供給路２には仕切弁１４，１４がそれ
ぞれ設けられている。

【００１５】ここで、制御部１１は、各温度計５，６と
圧力計３，４で測定された実際の空気温度Ｔａと空気供
給圧Ｐａ及び燃料温度Ｔｂから所定の空気比を維持する
のに必要な燃料を供給するための燃料供給圧Ｐｂを求め
て、この求められた燃料供給圧Ｐｂと実際に計測された
燃料供給圧Ｐｂ’とを比較してこれらが等しくなるよう
にブリード弁１０を調整するためのものである。即ち、
制御部１１は、ブリード弁１０の開度を調整することに
よって、オリフィス９と均圧弁７との間の空気圧を実際
の燃焼用空気供給路１の空気供給圧Ｐａとは異なりその
温度Ｔａで所定の空気比を維持するのに必要な燃料を供
給するための燃料供給圧Ｐｂに相当する圧力に減圧し
て、見掛け上の空気供給圧を均圧弁７にかけるようにし
ている。この制御部１１としては、例えば一般に公知の
コンピュータとそれを動作させる演算処理ソフトが採用
されている。コンピュータは、図示していないが、基本
的にはＲＯＭと少なくとも１つの中央演算処理部、ＲＡ
Ｍ、ＩＯ等により構成され、ＲＯＭに書き込まれた例え
ば図２に示す演算処理プログラムに従った制御によって
所定の演算処理が行われる。

【００１６】以上のように構成された空気比自動補正シ
ステムによると、燃焼用空気の温度が熱交換器１２にお
ける熱回収に伴って変動しても、自動的に燃料の供給圧
が変化して空気比が所定の値に保たれる。

【００１７】即ち、燃焼装置の着火後、時間が経過する
に従って熱交換器１２での排ガスとの熱交換によって燃
焼用空気が予熱されその温度が徐々に上昇し、例えば３
００℃から４００℃程度に上昇する。

【００１８】この燃焼用空気の昇温の過程において、燃
焼用空気供給路１および燃料供給路２を流れる燃焼用空
気および燃料ガスの温度Ｔａ，Ｔｂ並びに圧力Ｐａ，Ｐ
ｂ’が常時あるいは定期的に若しくは必要に応じて計測
され、制御部１１に随時入力される（ステップ１）。そ
して、空気温度Ｔａ、空気供給圧Ｐａ、燃料温度Ｔｂの
実測値から、空気温度Ｔａのときに所定の空気比を維持
するのに必要な燃料を供給するための燃料供給圧Ｐｂが
演算される（ステップ２）。演算は、例えば次の数式１
に基づいて行われる。

【００１９】

【数１】 （但し、ｋ及びｎは通常１であるが、実機に取り付けた
後の測定データに基づいて適宜補正されることがあ
る。） そして、求められた燃料供給圧Ｐｂと実際に計測された
燃料供給圧Ｐｂ’とが比較されて、燃料供給圧の実測値
と演算結果とが等しくなるブリード弁１０の開度が求め
られて（ステップ３）、ブリード弁１０のコントロール
モータ１５が制御される（ステップ４）。

【００２０】したがって、均圧弁７には実際の空気供給
圧Ｐａがかからず、空気供給路１を流れる燃焼用空気の
温度Ｔａで所定の空気比を維持するのに必要な燃料を供
給するための燃料供給圧Ｐｂに相当する見掛け上の空気
供給圧Ｐａ’がかけられる（ステップ５）。そこで、均
圧弁７は空気供給路１を流れる燃焼用空気の実際の供給
圧Ｐａにかかわらず、所定の空気比を維持するのに必要
な燃料を供給するように弁開度を変える。そして、燃焼
用空気の温度の変動に関係なく空気比を一定に保持す
る。

【００２１】なお、上述の実施形態は本発明の好適な実
施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発
明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能で
ある。例えば、燃焼用空気の温度変化量に比べて燃料の
温度変化はほとんど一定と考えることができるほど僅か
であるため、最も簡易な制御は燃料温度を一定として燃
料供給圧を求めることである。また、本実施形態では燃
料供給圧を演算で求めたが、空気比と空気温度Ｔａと燃
料供給圧（燃料供給量）ＰｂとのテーブルをＲＯＭにあ
らかじめ記憶させておき、そこから求めるようにしても
良い。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
の燃焼装置の空気比自動補正システムによると、高価な
流量計を必要とせずに正確な空気比を維持できるので、
安価で応答性の良い制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃焼装置の空気比自動補正システムの
一実施の形態を示す原理図である。

【図２】演算処理プログラムの一例を示すフローチャー
トである。

【図３】従来の空燃比制御システムの一例を示す原理図
である。

【符号の説明】

１ 燃焼用空気供給路 ２ 燃料供給路 ３，４ 圧力計 ５，６ 温度計 ７ 均圧弁 ８ インパルスライン ９ オリフィス １０ ブリード弁 １１ 制御部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼用空気を予熱して供給する燃焼装置
   において、燃焼用空気供給路と燃料供給路とにそれぞれ
   圧力計と温度計とを備えると共に、前記燃料供給路に燃
   料供給圧を燃焼用空気供給圧と等しくする均圧弁を設
   け、更に該均圧弁のインパルスラインにオリフィスとブ
   リード弁を設け、前記各温度計と圧力計で測定された実
   際の空気温度と空気供給圧及び燃料温度から所定の空気
   比を維持するのに必要な燃料を供給するための燃料供給
   圧を求めると共にこの求められた燃料供給圧と実際に計
   測された燃料供給圧とを比較してこれらが等しくなるよ
   うに前記ブリード弁を調整することを特徴とする燃焼装
   置の空気比自動補正システム。