JPH11344217A - ガス燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】空気温度の高低等に係わらず、また大きなター
ンダウンレシオにおいても、適正な空気比を維持し得る
ガス燃焼装置を提供する。 【解決手段】燃焼用空気を通路内に強制的に供給する送
風機と、燃焼用空気の流量に応じた通路差圧を導入して
燃料ガスの流量制御を行う空気圧駆動制御弁を有するガ
ス燃焼装置において、燃焼排ガス通路内に配置された空
気比検出手段と、空気圧駆動制御弁のローディング圧力
を可変する圧力調整弁、圧力調整ダンパ機構、開口を有
する圧力導入管等からなる圧力調整手段と、空気比検出
手段の検出信号に基づいて圧力調整手段に制御信号を出
力する制御手段と、を具備することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス燃焼装置に係
わり、特に空気比をフィードバック制御可能なガス燃焼
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ガス燃焼装置においては、燃焼時
の空気比制御のために、図６に示すような空気圧駆動制
御弁２が設けられている。すなわち、ガス燃焼装置５１
の空気圧駆動制御弁２は、ガス入口３とガス出口４、ガ
ス圧口５、炉内圧口６及び空気二次圧口７を有し、ガス
出口４には開閉バルブ９を有する燃料ガス供給路８が接
続されている。

【０００３】この燃料ガス供給路８は、燃焼部１０の燃
焼用空気通路１１内のガスノズル１２に接続され、ま
た、空気圧駆動制御弁２の炉内圧口６は、炉内圧導入路
１３を介して炉１４の燃焼排ガス通路１５に接続されて
いる。さらに、空気二次圧口７は空気圧導入路１６を介
して、燃焼用空気通路１１の上流側に設けられモータ１
７の回転で作動する燃焼空気制御ダンパ１８の下流側に
接続されている。

【０００４】この空気圧駆動制御弁２は、内部に図示し
ないダイアフラム、リンク機構、サーボ弁、制御弁及び
遮断弁等を一体的に有し、燃焼用空気圧力が上昇する
と、ダイアフラムによりサーボ弁が閉じる方向に移動し
て、制御弁の開度が上がりガス量が増加すると共にガス
二次圧が上昇する。また一方、燃焼用空気圧力が下降す
ると、ダイアフラムによりサーボ弁が開く方向に移動し
て、制御弁の開度が下がりガス量が減少すると共にガス
二次圧が下降する。そして、この燃焼用空気圧力によっ
て、一定の混合比率で燃料ガスが制御されつつ、燃焼部
１０の炉１４の表面燃焼バーナ１９部で燃焼され、その
燃焼排ガスが燃焼排ガス通路１５から外部に排気される
ように構成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなガス燃焼装置５１にあっては、動作原理が空気圧と
ガス圧の圧力バランスによって制御弁の弁開度を制御す
る方式であるため、空気温度の高低による空気密度の補
正ができず、地域や季節の温度変化によって空気比が変
化し、燃焼特性に影響をもたらすという問題点があっ
た。また、空気圧駆動制御弁２による比例制御運転時
に、ガス量及び空気量を大きく変化させると、燃焼用空
気通路１１の圧損係数が変化し、流量と圧力の平方根の
比例関係が多少崩れるため、広域で適正な空気比に維持
することが困難であるという問題点があった。

【０００６】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、請求項１ないし４記載の発明の目的は、空気温
度の高低等に係わらず、またターンダウンレシオの大き
な比例制御運転時でも適正な空気比を維持し得るガス燃
焼装置を提供することにある。また、請求項５記載の発
明の目的は、請求項１ないし４記載の発明の目的に加
え、吸気温度の高低による空気密度の補正が確実とな
り、燃焼前のガス量補正が可能で点火時から空気比のよ
り一層の適正化を図り得るガス燃焼装置を提供すること
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成すべ
く、本発明のうち請求項１記載の発明は、燃焼用空気を
通路内に強制的に供給する送風機と、燃焼用空気の流量
に応じた通路差圧を導入して燃料ガスの流量制御を行う
空気圧駆動制御弁を有するガス燃焼装置において、燃焼
排ガス通路内に配置された空気比検出手段と、空気圧駆
動制御弁のローディング圧力を可変する圧力調整手段
と、空気比検出手段の検出信号に基づいて圧力調整手段
に制御信号を出力する制御手段と、を具備することを特
徴とする。

【０００８】そして、圧力調整手段の具体的態様として
は、請求項２記載の発明のように、空気圧駆動制御弁の
空気圧導入路と炉内圧導入路との間に設けられた圧力調
整弁で構成されたり、請求項３記載の発明のように、空
気圧駆動制御弁に空気圧を導入する燃焼用空気の通路の
空気圧導入部近傍に設けらた圧力調整ダンパ機構で構成
されたり、請求項４記載の発明のように、先端部分に設
けられた開口の位置が燃焼用空気の通路内で変化する圧
力導入管で構成される。

【０００９】このように構成することにより、燃焼排ガ
ス通路内に設けられた空気比検出手段で、燃焼排ガスの
空気比が検出されると、これが電気信号となって制御部
に入力される。制御部は、この電気信号に基づいて、圧
力調整弁や圧力調整タンバ機構あるいは圧力導入管等か
らなる圧力調整手段を制御して、空気圧駆動制御弁のロ
ーディング圧力を可変する。すなわち、空気温度の高低
及びガス量や空気量の変化等による空気比の変化を空気
比検出手段で検出し、この検出信号で空気圧駆動制御弁
の動作がフイードバック制御されることになり、ガス燃
焼装置の空気比が、空気温度やガス量等に係わらず常に
適正な空気比に維持される。

【００１０】また、請求項５記載の発明は、燃焼用空気
の通路の入口側に吸気温センサが設けられ、該吸気温セ
ンサの検出信号に基づいて圧力調整手段が初期補正制御
されることを特徴とする。このように構成することによ
り、送風機から燃焼用空気の通路内に供給される空気の
温度が吸気温センサで直接検出される。そして、燃焼後
に空気比検出手段で燃焼排ガスが安定検出される間、吸
気温センサの検出信号に基づいて圧力調整手段が制御さ
れて、空気圧駆動制御弁のローディング圧力が可変され
ることになり、ガス燃焼装置が燃焼初期の段階からその
空気比がより適正に維持される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係
わるガス燃焼装置の一実施例を示す基本構成図である。
なお、図６に示す従来例と同一部位には同一符号を付
し、その詳細な説明は省略する。以下の各実施例におい
ても同様である。

【００１２】図１において、ガス燃焼装置１は、空気比
に応じて空気圧駆動制御弁２のローディング圧力を可変
し得る制御装置２１を有している。この制御装置２１
は、燃焼部１０の炉１４の燃焼排ガス通路１５内に設け
られた空気比検出手段としての空気比センサ２２と、空
気圧駆動制御弁２の空気二次圧口７と炉内圧口６間に接
続された圧力調整手段としての圧力調整弁２３と、この
圧力調整弁２３等を制御する制御手段としての制御部２
４を有している。

【００１３】空気比センサ２２は、例えば図示しない高
性能ヒータ、大気側電極及び排気側電極、拡散抵抗層等
を有し、電極間に所定の電圧を印加することにより、空
気比１０のリッチ状態から大気雰囲気までの空気比に対
応した電流が流れ、この電流が検出信号（電気信号）と
して制御部２４に出力される如く構成されている。

【００１４】また、制御部２４は、例えば図示しない比
較回路等を有し、空気比センサ２２から入力される電気
信号と、予め設定した基準値とを比較し、圧力調整弁２
３に所定の制御信号を出力するように構成されている。
さらに、圧力調整弁２３は、制御部２４からの制御信号
によりその弁開度が可変され、この弁開度によって空気
圧駆動制御弁２の空気二次圧口７のローディング圧力、
すなわち、空気圧導入路１６から空気圧駆動制御弁内２
に導入される空気量が調整される如く構成されている。
なお、燃焼部１０の燃焼用空気通路１１の上流側には、
燃焼用空気通路１１内に燃焼用空気を強制的に送り込む
送風機２５が設けられている。

【００１５】次に、このガス燃焼装置１の動作について
説明する。先ず、燃焼用空気通路１１内に送風機２５か
ら空気が送り込まれると、その空気圧は、燃焼用空気通
路１１の上流側に設けられモータ１７によって回転動作
する燃焼空気制御ダンパ１８によって制御される。ま
た、燃料してのガスは、空気圧駆動制御弁２のガス入口
３から供給され、空気圧駆動制御弁２内の図示しない制
御弁及び遮断弁の開閉動作によってガス出口４側に送出
される。

【００１６】そして、所定圧力の空気が燃焼用空気通路
１１内を矢印イの如く流れると、この空気圧が空気圧導
入路１６から空気圧駆動調整弁２の空気二次圧口７に導
入され、この空気圧に応じて前述した如く空気圧駆動制
御弁２内のサーボ弁が開閉する。このサーボ弁の開閉に
より、空気圧駆動制御弁２のガス入口３から供給される
ガスが流量制御されて、ガス出口４から燃料ガス供給路
８の開いている開閉バルブ９を介して燃焼部１０のガス
ノズル１２に供給される。

【００１７】ガスノズル１２に燃料ガスが供給される
と、この燃料ガスが燃焼用空気通路１１内に噴出して燃
焼用空気と混合し、これが燃焼部１０内の表面燃焼バー
ナ１９で燃焼する。この表面燃焼バーナ１９の燃焼によ
る生じる燃焼排ガスは、熱交換器を通過した後に、炉１
４に接続された燃焼排ガス通路１５から矢印ロの如く排
気される。この時、燃焼排ガス通路１５内を流れる燃焼
排ガスにより、炉１４内の圧力が炉内圧導入路１３を介
して空気圧駆動制御弁２の炉内圧口６に供給されて、前
記ダイアフラムの動作が補正される。また、燃焼排ガス
通路１５内を流れる燃焼排ガスによって、制御装置２１
が次のように動作する。

【００１８】すなわち、燃焼排ガスの空気比が空気比セ
ンサ２２で検出され、この空気比センサ２２で検出され
た空気比に対応した電気信号（電流信号）が、制御部２
４に入力される。制御部２４は前述した如く、検出信号
と基準値とを比較し、例えば検出信号が基準値より大き
い場合には、圧力調整弁２３にその開度を大きくする制
御信号を出力し、検出信号が基準値より小さい場合に
は、圧力調整弁２３にその開度を小さくする制御信号を
出力する。

【００１９】この圧力調整弁２３の開度調整により、空
気圧駆動制御弁２の空気二次圧口７に導入される空気圧
が可変、すなわち、ガス流量が制御されることになる。
したがって、例えば送風機２５から供給される空気の温
度変化や、ガス量と空気量を大きく変化させた場合であ
っても、制御装置２１によって、これらの変化に伴う空
気比の変化が即座に検出されて、ガス燃焼装置１が常に
適正な空気比で燃焼することになる。

【００２０】なお、この例において、例えば図１の二点
鎖線で示すように、燃焼用空気通路１１の上流側に吸気
温センサ２６を配置し、この吸気温センサ２６の検出信
号を制御部２４に入力させ、空気比センサ２２と吸気温
センサ２６の両センサの検出信号に基づいて圧力調整弁
２３を制御するようにしても良い。

【００２１】この場合は、送風機２５から供給される空
気の温度が吸気温センサ２６で直接検出されるため、燃
焼前の段階でガス量の補正を予測し、空気圧駆動制御弁
２のローディング圧制御を作動させることで、燃焼初期
からより適正な空気比のガス量制御が可能となる。ま
た、燃焼後は、空気比センサ２２による空気比検出が可
能となるため、吸気温センサ２６による制御から空気比
センサ２２による制御に移行させる。これにより、空気
温度の高低による空気密度の補正がより確実となって安
定燃焼が実現する。

【００２２】このように、上記実施例のガス燃焼装置１
にあっては、燃焼排ガス通路１５内に空気比センサ２２
を配置すると共に、この空気比センサ２２の検出信号に
基づいて、制御部２４から圧力調整弁２３に制御信号を
出力して、空気圧駆動制御弁２の空気二次圧口７に導入
される空気圧を調整することができるため、空気比に応
じた空気圧のフィードバック制御（補正）ができて、常
に適正な空気比でガス燃焼装置１を燃焼させることがで
きる。

【００２３】その結果、送風機２５から供給される空気
の温度に高低差があったり、ガス量や空気量を大きく変
化させた（大きなターンダウンレシオがあった）場合で
あっても、これらの差や変化よる空気比に基づいて、制
御装置２１によって空気圧駆動制御弁２に供給される空
気圧を時事刻々可変制御することができ、ガス燃焼装置
１を広域で適正な空気比を維持させた状態で燃焼させる
ことが可能になり、良好な燃焼特性が得られる。特に、
燃焼用空気通路１１の上流側に吸気温センサ２６を設け
れば、この吸気温センサ２６によって、空気温度の高低
による空気密度を確実に補正することができて、燃焼初
期から空気比をより適正化することができる。

【００２４】また、燃焼排ガス通路１５内に空気比セン
サ２２を設け、空気圧駆動制御弁２の空気二次圧口７と
炉内圧口６間に制御部２４の制御信号により開度が調整
可能な圧力調整弁２３を接続することによって、制御装
置２１を構成することができると共に、制御部２４を例
えば空気比センサ２２から入力される電気信号と基準値
とを比較する比較回路等で構成することができて、ガス
燃焼装置１の全体構成を簡略化することができ、そのコ
ストアップを極力抑えることができる。さらに、空気圧
駆動制御弁２等を有する既存のガス燃焼装置にも容易に
適用することができる。

【００２５】図２及び図３は、本発明に係わるガス燃焼
装置のそれぞれ他の実施例を示す基本構成図である。先
ず、図２に示すガス燃焼装置１の特徴は、制御装置２１
の圧力調整手段として、圧力調整ダンパ機構を使用した
点にある。すなわち、燃焼用空気通路１１の燃焼空気制
御ダンパ１８の下流側で空気圧導入路１６の導入口１６
ａ近傍に、モータ２７と板状のダンパ２８からなる圧力
調整ダンパ機構を設ける。

【００２６】この実施例においても、制御部２４からの
制御信号でモータ２７が回転することによってダンパ２
８の回動位置が変化し、このダンパ２８の位置によって
導入口１６ａの近傍の気流方向あるいは流速が可変され
て、導入口１６ａから空気圧導入路１６に導入される空
気圧が調整される。なお、この実施例においては、ダン
パ２９を回動させたが、これは一例に過ぎず、例えば板
状のダンパ２８を摺動（移動）可能に設け、燃焼用空気
通路１１内の幅方向における位置等を変化させることに
よって、導入口１６ａの近傍の気流方向を可変させるこ
ともでき、各種形状のダンパ及びその位置調整構造を採
用することができる。

【００２７】また、図３に示すガス燃焼装置１の特徴
は、制御装置２１の圧力調整手段として、空気圧導入路
１６の燃焼用空気通路１１側の端部に圧力導入管２９を
回動可能に配置するようにした点にある。この圧力導入
管２９は、図４及び図５に示すように、その先端面が閉
塞されると共に、先端側周面に圧力導入口としての開口
２９ａが形成されており、この開口２９ａがモータ３０
（図３参照）の回転によって軸回り方向に回動すること
になる

【００２８】この実施例によれば、図４及び図５に示す
開口２９ａが下方に向いた状態において、圧力導入管２
９が気流方向に対向し圧力導入管２９内に最大の空気圧
が導入され、図５の二点鎖線で示すように、開口２９ａ
が上方を向くことにより、最小の空気圧が導入されるこ
とになる。すなわち、圧力導入管２９の回動位置に応じ
て、圧力導入管２９内（空気圧駆動制御弁２の空気二次
圧口７）に導入される空気圧が調整されることになり、
上記実施例と同様の作用効果を得ることができる。この
実施例においても、圧力導入管２９を回動させるのみな
らず、例えば図４の矢印ハの如く燃焼用空気通路１１内
を移動させても良い。

【００２９】なお、本発明は、上記の各実施例のそれぞ
れに限定されるものでもなく、例えば図１に示す圧力調
整弁２３と、図２に示す圧力調整ダンパ機構や図３に示
す圧力導入管２９を併用し、これらを一つの制御部２４
によって制御するように構成する等、各実施例を適宜に
組み合わせることもできる。また、上記実施例におけ
る、ガス燃焼装置１の全体構成、空気圧駆動制御弁２自
体の構造、制御部２４の構成等も一例であって、本発明
の要旨を逸脱しない範囲において、種々変更可能である
ことはいうまでもない。

【００３０】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１ないし４
記載の発明によれば、空気温度の高低や大きなターンダ
ウンレシオ等による空気比の変化を、燃焼排ガス通路内
に配置し空気比検出手段で検出し、この検出信号に基づ
いて制御手段によって、空気圧駆動制御弁の動作が補正
（フィードバック制御）されるため、ガス燃焼装置の空
気比を、空気温度やガス量等に係わらず常に適正な空気
比に維持することができて、良好な燃焼特性が得られ
る。

【００３１】また、請求項５記載の発明によれば、請求
項１ないし４記載の発明の効果に加え、送風機から燃焼
用空気通路内に供給される空気の温度を吸気温センサで
直接検出し、この検出信号に基づいて圧力調整部を制御
することができるため、空気温度の高低による空気比の
変化を燃焼前に予測してガス量の補正制御を行うことが
でき、ガス燃焼装置の空気比を燃焼初期からより適正に
維持することができる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるガス燃焼装置の一実施例を示す
基本構成図

【図２】本発明に係わるガス燃焼装置の他の実施例を示
す基本構成図

【図３】本発明に係わるガス燃焼装置のさらに他の実施
例を示す基本構成図

【図４】同図３のＡ部拡大図

【図５】同図４のＢ−Ｂ矢視図

【図６】従来のガス燃焼装置を示す基本構成図

【符号の説明】

１・・・・・・・ガス燃焼装置 ２・・・・・・・空気圧駆動制御弁 ３・・・・・・・ガス入口 ４・・・・・・・ガス出口 ６・・・・・・・炉内圧口 ７・・・・・・・空気二次圧口 ８・・・・・・・燃料ガス供給路 １０・・・・・・燃焼部 １１・・・・・・燃焼用空気通路 １２・・・・・・ガスノズル １３・・・・・・炉内圧導入路 １４・・・・・・炉 １５・・・・・・燃焼排ガス通路 １６・・・・・・空気圧導入路 １６ａ・・・・・導入口 １８・・・・・・燃焼空気制御ダンパ １９・・・・・・表面燃焼バーナ ２１・・・・・・制御装置 ２２・・・・・・空気比センサ ２３・・・・・・圧力調整弁 ２４・・・・・・制御部 ２５・・・・・・送風機 ２７・・・・・・モータ ２８・・・・・・ダンパ ２９・・・・・・圧力導入管 ２９ａ・・・・・開口

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃焼用空気を通路内に強制的に供給する送
   風機と、燃焼用空気の流量に応じた通路差圧を導入して
   燃料ガスの流量制御を行う空気圧駆動制御弁を有するガ
   ス燃焼装置において、 燃焼排ガス通路内に配置された空気比検出手段と、前記
   空気圧駆動制御弁のローディング圧力を可変する圧力調
   整手段と、前記空気比検出手段の検出信号に基づいて前
   記圧力調整手段に制御信号を出力する制御手段と、を具
   備することを特徴とするガス燃焼装置。
2. 【請求項２】前記圧力調整手段が、前記空気圧駆動制御
   弁の空気圧導入路と炉内圧導入路との間に設けられた圧
   力調整弁で構成されていることを特徴とする請求項１記
   載のガス燃焼装置。
3. 【請求項３】前記圧力調整手段が、前記空気圧駆動制御
   弁に空気圧を導入する前記燃焼用空気の通路の空気圧導
   入部近傍に設けられた圧力調整ダンパ機構で構成されて
   いることを特徴とする請求項１記載のガス燃焼装置。
4. 【請求項４】前記圧力調整手段が、先端部分に設けた開
   口の位置が前記燃焼用空気の通路内で変化する圧力導入
   管で構成されていることを特徴とする請求項１記載のガ
   ス燃焼装置。
5. 【請求項５】前記燃焼用空気の通路の入口側に吸気温セ
   ンサが設けられ、該吸気温センサの検出信号に基づいて
   前記圧力調整手段が初期補正制御されることを特徴とす
   る請求項１から４のいずれかに記載のガス燃焼装置。