WO2014167737A1

WO2014167737A1 - バーナー

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Publication number: WO2014167737A1
Application number: PCT/JP2013/064839
Authority: WO
Inventors: 和彦小笠原; 智輝安彦
Original assignee: 日本オイルポンプ株式会社
Priority date: 2013-04-09
Filing date: 2013-05-29
Publication date: 2014-10-16
Also published as: JPWO2014167737A1; EP2985530A1; US20160003476A1; TW201502439A; KR20150139498A; JP6192243B2; WO2014167646A1

Abstract

本発明は、比例制御タイプのバーナーにおける機械部品を出来る限り省略して消費電力を抑制することが出来て、しかも、煙道を経由して捨てられていた熱量を可能な限り少なくすることができるバーナーの提供を目的としている。そのため、本発明では、燃料供給系統（Ｌｆ）に高速電磁弁（１１）を設けており、高速電磁弁（１１）は入力されるパルス信号がＯＮのときに開きＯＦＦの時に閉じる機能を有しており、燃焼排気側に配置されて燃焼ガスの酸素濃度を計測する酸素濃度センサー（８０）と、酸素濃度センサー（８０）の計測結果が送出される制御装置（６０）を設け、当該制御装置（６０）は酸素濃度センサー（８０）で検出された燃焼ガス中の酸素濃度がゼロに近づくようにインバーター（５０）の周波数を変化し、燃焼空気量を調節する機能を有している。

Description

バーナー

　本発明は燃焼用のバーナー、特に比例制御式のバーナーに関する。

　図６を参照して、従来技術における比例制御式のバーナーを説明する。
　図６において、全体を符号１００Ｊで示すバーナーは、送風ファン１０Ｊと、送風ファン１０Ｊの先端部に設けられた燃料噴射ノズル１２と、燃料ポンプ２０Ｊと、燃料供給系統Ｌｆと、エアダンパー１３、ダンパーモーター３５、エアーコントロールディスク３６、リンク３７、３８等の機械式の構成部品を備えている。そして燃料供給系統Ｌｆは、燃料制御用のバルブ類２１～２３と、エア抜きバルブ２４と、オイルストレーナー２８と、燃料タンク４０を備えている。

　バーナー１００Ｊの燃焼に際しては、燃料噴射ノズル１２からの燃料噴射量を調整するのみならず、送風ファン１０Ｊによる空気供給量をも調整する必要がある。
　燃料噴射量の調整に際して、供給ラインＬｆ１２を介して燃料噴射ノズル１２に供給される燃料供給量をＱＡｊ、燃料戻しラインＬｆ１３を介して燃料噴射ノズル１２から燃料ポンプ２０Ｊに戻る燃料戻り量をＱＢｊとすれば、燃料噴射ノズル１２で噴射される燃料ＱＣは、式　ＱＣ＝ＱＡｊ－ＱＢｊ　で示される。
　図６で示す従来技術のバーナー１００Ｊでは燃料供給量ＱＡｊは一定量である。そのため戻り量ＱＢｊを流量調整弁２３で調節することにより（ＱＢｊを制御することにより）、噴射量ＱＣを調節（制御）している。
　そして従来技術のバーナー１００Ｊでは、送風ファン１０Ｊの回転数も一定であるため、エアダンパー１３で絞ることによって、燃料噴射ノズル１２側に流れる空気量を制御している。

　図７は縦軸に燃料量と空気量を示している。そして図７では、バーナー１００Ｊについて、燃料供給量ＱＡｊと、燃料戻り量ＱＢｊと、ノズル１２からの燃料噴射量ＱＣと、燃料ポンプ２０Ｊから燃料タンク４０に戻る燃料油の循環量ＱＲ（ポンプ燃料戻し量）と、送風ファン１０Ｊによって供給される空気供給量Ｑａの特性或いは関係を示している。
　図７において、符号Ｔ－Ｑａは空気供給量の変化を示し、符号Ｔ－ＱＡｊは燃料供給量ＱＡｊの特性を示し（燃料供給量ＱＡｊは一定であり、変化しない）、符号Ｔ－ＱＢｊは燃料戻り量ＱＢｊの特性を示し、符号Ｔ－ＱＣは燃料噴射量の特性を示し、符号Ｔ－ＱＲはポンプ燃料戻し量ＱＲの特性を示している。
　図７において、垂直方向に延在するラインＬＨよりも左側の領域ではバーナー１００Ｊが最大燃焼状態である。ラインＬＨよりも右側の領域では燃焼調整がされて、燃料噴射ノズル１２で噴射される燃料ＱＣｊは右側に行くほど減少し、燃料戻り量ＱＢｊは右側に行くほど増加する。

　バーナー１００Ｊで良好な燃焼を行うためには、空気供給量と燃料噴射量の比率は一定となる。そのため図７では、空気供給量特性Ｔ－Ｑａｊと燃料噴射量特性Ｔ－ＱＣｊは、平行に延在している。
　係る特性を実現するため、従来技術における比例制御式のバーナーでは、図６における燃料戻しラインＬｆ１３における流量調整弁２３を制御するのと同期して、送風ファン１０Ｊにおけるエアダンパー１３を調節（制御）して、送風ファン１０Ｊの風量を調節（制御）している。

　図６で示す従来技術に係るバーナー１００Ｊでは、上述した様な流量調整弁２３の制御とエアダンパー１３の調節（制御）を、ダンパーモーター３５と、エアーコントロールディスク３６、リンク３７、３８等によって達成している。
　しかし、ダンパーモーター３５と、エアーコントロールディスク３６、リンク３７、３８等による調節（制御）は複雑な構成の機械系部品が必要である。
　そして、複雑な構成の機械系部品を用いる従来技術に係るバーナー１００Ｊでは、構造が複雑となり、且つ、高い精度の制御が困難である。
　さらに、初期投資はもちろん、メンテナンスにも多大な労力が必要となる。
　これに加えて、図６で示す従来技術に係るバーナー１００Ｊでは、消費電力が大きく、ランニングコストが高額であるという問題も有している。

　ここで、比例制御を行うバーナーについては従来から種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。
　しかし、当該従来技術（特許文献１）に係る燃焼装置は、２つの燃焼部を備え且つ総燃焼量が規制された燃焼装置において、使い勝手が悪い側の燃焼部を有効利用することを目的としており、上述した問題に対処するものではない。
　また、当該従来技術（特許文献１）に係る燃焼装置においては、不完全燃焼を防止する目的で燃焼ガス中に多量の酸素を包含しており、煙道を経由して排出される排気量が多くなり、排気に含まれる熱量が多量に無駄に捨てられてしまうという問題を有していた。

特開２００６－６４３０１号公報

　本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、比例制御タイプのバーナーにおける機械部品を出来る限り省略して消費電力を抑制することが出来て、しかも、煙道を経由して捨てられている熱量を可能な限り少なくすることができるバーナーの提供を目的としている。

　本発明のバーナー（１００）は、燃料供給系統（Ｌｆ）と空気供給系統（Ｌａ）を備え、
　燃料供給系統（Ｌｆ）は燃料供給用ポンプ（２０）を介装しており、燃料供給系統（Ｌｆ）における燃料供給用ポンプ（２０）よりも噴射側の領域（Ｌｆ２）には高速電磁弁（１１）を設けており、高速電磁弁（１１）は入力されるパルス信号がＯＮのときに開きＯＦＦのときに閉じる機能を有しており、燃料供給用ポンプ（２０）を駆動する駆動モーター（３０）の電源回路にインバーター（５０）が介装されており、
　空気供給系統（Ｌａ）は空気供給用の送風ファン（１０）を有しており、空気供給用の送風ファン（１０）を駆動する駆動モーター（３０）の電源回路にはインバーター（５０）が介装されていることを特徴としている。

　本発明において、燃料供給系統（Ｌｆ）に設けられた高速電磁弁（１１）の吐出側にノズル（１２）を配置しているのが好ましい。

　また本発明において、排気管（Ｅ）に配置されて燃焼ガスの酸素濃度を計測する酸素濃度センサー（８０）と、酸素濃度センサー（８０）の計測結果が送出される制御装置（６０）を設け、当該制御装置（６０）は酸素濃度センサー（８０）で検出された燃焼ガス中の酸素濃度がゼロに近づくようにインバーター（５０）の周波数を変化し、燃焼空気量を調節する機能を有しているのが好ましい。

　本発明のバーナーの運転方法は、前記酸素濃度センサー（８０）と制御装置（６０）を有するバーナーの運転に際しては、
　排気管（Ｅ）の燃焼排気側に配置された酸素濃度センサー（８０）により燃焼ガスの酸素濃度を計測する工程（Ｓ１）と、
　酸素濃度センサー（８０）で検出された燃焼ガス中の酸素濃度がゼロに近づくようにインバーター（５０）の周波数を変化させて燃焼空気量を調整する工程（Ｓ３、Ｓ４）を有していることを特徴としている。

　本発明において、燃料供給用ポンプ（２０）及び送風ファン（１０）は単一の駆動モーター（３０）により駆動されており、前記インバーター（５０）は当該単一の駆動モーター（３０）の電源回路（Ｌｅ）に介装されていることが好ましい。
　ただし、燃料供給用ポンプと送風ファンを別個の駆動モーターで駆動して、当該別個の駆動モーターの各々の駆動電源回路にインバーターが介装する様に構成することも可能である。

　上述する構成を具備する本発明によれば、高速電磁弁（１１）でパルス幅を制御して燃料噴射量を制御するので、従来の供給燃料量と戻り燃料量の差分により燃料噴射量を決定する比例制御タイプのバーナー（例えば、図６）に比較して、燃料噴射量の制御精度を向上することが出来る。
　そして本発明によれば、インバーター（５０）によって駆動モーター（３０）の回転数を制御することにより、高速電磁弁（１１）側（噴射側）へ燃料を供給する燃料供給用ポンプ（２０）の回転数と、高速電磁弁（１１）側（噴射側）へ空気を供給する送風ファン（１０）の回転量を、適正に数値に変更することが出来る。その結果、無駄な電力消費を抑制することが可能である。

　本発明では、燃料供給用ポンプ（２０）の回転数が一定ではなくても、高速電磁弁（１１）に入力される信号のパルス幅を制御して燃料噴射量を高精度で制御することにより、燃料噴射量を適正に制御することが出来る。換言すれば、本発明によれば、従来技術のように、ノズルから燃料供給源側に戻る燃料の流量を制御しなくても、燃料噴射量を適正に制御出来る。
　その結果、本発明によれば、ノズル（１２）から燃料供給源（４０）側に戻る燃料配管は不要である。すなわち本発明では、燃料供給用ポンプ（２０）と高速電磁弁（１１）の間には燃料を供給する系統のみを設け、高速電磁弁（１１）から燃料を燃料供給用ポンプ（２０）側に戻す回路は設ける必要がない。そして、本発明における燃料を燃料供給源（４０）側に戻す回路は、当該ポンプ（２０）と燃料供給源（４０）の間を連通する回路（Ｌｆ１、ＬＦ３）のみにすることが出来る。
　従って、ノズルに燃料を供給する回路とノズルから噴射されずに燃料供給源側に戻る回路を有する従来技術に比較して、本発明によれば燃料供給系統の配管数を少なくして、メンテナンスに必要な労力を低減することが出来る。

　また本発明において、インバーター（５０）によって駆動モーター（３０）の回転数を制御することにより、高速電磁弁（１１）側（噴射側）へ燃料を供給する燃料供給用ポンプ（２０）の回転数を制御することが出来るので、従来の比例制御タイプのバーナー（１００Ｊ）とは異なり、噴射側へ供給される燃料供給量（送油量）を一定にする必要はない。運転時の状態に応じて、適宜、燃料供給量を変化することが出来る。
　その結果、燃料供給源（４０）側に戻る燃料の流量を少なくして、燃料循環のために必要な電力を節減することが可能である。
　発明者の実験によれば、システム全体として、従来のバーナー（１００Ｊ）に比較して、燃料の戻り流量を約７割減少して、バーナー（１００）全体として約６割の電力消費を節約することができた。

　本発明によれば、バーナー（１００）の燃焼に必要な空気供給量は、空気供給用の送風ファン（１０）を駆動する駆動モーター（３０）の電源回路（Ｌｅ）に介装されたインバーター（５０）により、適正な回転数に制御することが出来る。
　その結果、バーナー（１００）の燃焼条件に好適な流量の空気を供給して、バーナー（１００）の燃焼効率を向上することが出来る。
　そして、燃料の余分な消費を抑制して、消費電力を低く抑えることが出来る。

　さらに本発明によれば、高速電磁弁（１１）でパルス幅を制御して燃料噴射量を制御すると共に、インバーター（５０）によって駆動モーター（３０）の回転数を制御しているので、従来の比例制御バーナー（１００Ｊ）で必要とされていた機械要素、例えばエアダンパー（１３）、リンク（３７、３８）、エアーコントロールディスク（３６）等が不必要となる。そのため、構成が簡素化されて、製造やメンテナンスにおけるコストや労力を減少することが出来る。

　本発明において、高速電磁弁（１１）の吐出側にノズル（１２）を設けることが好ましい。
　発明者の実験によれば、高速電磁弁（１１）の吐出側にノズル（１２）を設けることにより、燃焼性が向上することが確認されている。

　本発明において、燃焼排気側に配置されて燃焼ガスの酸素濃度を計測する酸素濃度センサー（８０）と、酸素濃度センサー（８０）の計測結果が送出される制御装置（６０）を設け、制御装置（６０）が酸素濃度センサー（８０）で検出された燃焼ガス中の酸素濃度がゼロに近づくようにインバーター（５０）の周波数を変化し、送風ファンの回転数を調節する機能を有する様に構成されていれば、燃焼ガス中の酸素濃度がゼロを近づく様にインバーター（５０）の周波数を変化させ燃焼空気量を調節することにより、燃焼の際に供給される空気の量も少なくて済むため、燃焼ガスの量を最小にすることが出来る。また、排気に含まれている熱量の分だけエネルギーを節約することが出来る。
　そして燃焼ガスの量を最小にすることにより、排気量が減少し、煙道を介して排気される熱量も減少する。その結果、燃料が有効に利用され、バーナーあるいはバーナーを使用する設備（例えば、ボイラー）の熱効率が向上する。さらに、周囲環境に与える熱的影響が小さくなる。

本発明の第１実施形態を示すブロック図である。第１実施形態で用いられる高速電磁弁の入力信号を示す特性図である。第１実施形態における送風量、ポンプへの燃料供給量、燃料噴射量を示す特性図である。本発明の第２実施形態を示すブロック図である。第２実施形態の制御方法を説明するフローチャートである。従来の比例制御タイプのバーナーを示すブロック図である。従来の比例制御タイプのバーナー送風量、ポンプへの燃料供給量、燃料噴射量を示す特性図である。

　以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
　先ず、図１に基づいて、第１実施形態に係るバーナー１００を説明する。
　図１において、バーナー１００は、燃料供給系統Ｌｆと、空気供給系統Ｌａと、出力軸を２本備えたモーター３０と、インバーター５０と、制御手段であるコントロールユニット６０を備えている。

　燃料供給系統Ｌｆは、高速電磁弁１１と、燃料噴射ノズル１２と、燃料ポンプ２０と、燃料の供給源である燃料タンク４０と、オイルストレーナー２８を介装した燃料吸い込みラインＬｆ１と、燃料供給ラインＬｆ２と、燃料戻しラインＬｆ３を有している。ここで、燃料供給ラインＬｆ２には電磁開閉弁２５が介装されている。そして、燃料ポンプ２０における余剰燃料は、燃料戻しラインＬｆ３を経由して燃料タンク４０に戻る。
　オイルストレーナー２８を介装した燃料吸い込みラインＬｆ１は、燃料タンク４０と燃料ポンプ２０の吸い込み側２０ｉとを接続している。電磁開閉弁２５を介装した燃料供給ラインＬｆ２は、燃料ポンプ２０の吐出側２０ｏと高速電磁弁１１を接続している。
　オイルポンプ２０はモーター３０の出力軸３１によって駆動される。

　空気供給系統Ｌａは送風ファン１０を有しており、送風ファン１０は前記モーター３０により駆動される。そして送風ファン１０は、前記モーター３０の出力軸３２に結合している。送風ファン１０の先端近傍には、高速電磁弁１１及び燃料噴射ノズル１２が設けられている。
　ここで、前記モーター３０は出力軸を２本備えており、一方の出力軸３１にはオイルポンプ２０が接続されており、他方の出力軸３２には送風ファン１０が接続されている。図示のように出力軸を２本（３１、３２）有するモーターに代えて、２個の電動モーターを用意して、一方のモーターでオイルポンプ２０を駆動し、他方のモーターで送風ファン１０を駆動することも可能である。

　燃料供給ラインＬｆ２（ポンプ２０と燃料噴射ノズル１２の間の領域）において、高速電磁弁１１と直列に配置された電磁開閉弁２５は、バーナー１００の消火後にノズル１２から燃料が漏れ出ることを防止するために設けられている。
　換言すれば、電磁開閉弁２５は安全上の規制の一環として設けられた機器である。

　モーター３０は、インバーター５０を介装した電源回路Ｌｅによって交流電源７０と接続している。
　制御手段であるコントロールユニット６０は、インバーター５０と制御信号ランＳｏ１を介して接続している。またコントロールユニット６０は、制御信号ラインＳｏ２を介して高速電磁弁１１と接続している。

　コントロールユニット６０は、制御信号ラインＳｏ１を介してインバーター５０に制御信号を出力し、制御信号ラインＳｏ２を介して高速電磁弁１１に制御信号を出力する。
　コントロールユニット６０からの制御信号を受信したインバーター５０は、電源回路Ｌｅを流れる電流及び／又は電圧を調整することにより、モーター３０の回転速度を制御する。そして、モーター３０の回転数を制御することにより、送風ファン１０の風量（空気供給量）及び燃料ポンプ２０から吐出される燃料供給量を制御している。

　図２は、コントロールユニット６０から高速電磁弁１１に出力される制御信号であるパルス信号における信号波形を例示している。図２では２つのパターンの波形を例示している。
　図２において、上方のパターンと下方のパターンは、周期は同一である。上方のパターンは、高速電磁弁１１が開弁している時間（ＯＮの時間）が長く、燃料噴射量が比較的多い場合のパルス信号を示している。一方、下方のパターンは、高速電磁弁１１が開弁している時間が短く、燃料噴射量が比較的少ない場合のパルス信号を示している。
　第１実施形態では、高速電磁弁の開弁している時間（パルス幅：ＯＮの時間）を調節することで、燃料噴射量を高精度にて制御することが出来る。

　バーナー１００において、燃焼する燃料の量（燃料噴射量）が決まると、燃焼に必要な空気量も必然的に決定する。
　第１実施形態では、例えば実験などで確認した上で、インバーター５０からの供給電流及び／又は供給電圧の制御パラメーターや、高速電磁弁１１の制御パターン（図２のパルス波形におけるＯＮの時間或いは開弁時間）や、燃料噴射量と供給空気量との比率等が決定されている。
　図２では、１制御サイクル（１周期）が例えば１０ｍｓｅｃに設定されているが、周期はこれに限定されるものではない。
　なお、１制御サイクル（１周期）が短いほど、高精度な制御が実行出来る。

　図３は、燃料供給量ＱＡと、ノズル１２に供給される燃料供給量ＱＣと、燃料戻しラインＬｆ３を流れる燃料の量ＱＲ（ポンプ燃料戻し量）と、送風ファン１０によって供給される空気供給量Ｑａの特性を示している。
　図７と同様に、図３においても縦軸は燃料量と空気量を示している。図３において、符号Ｔ－Ｑａは空気供給量Ｑａの特性を示し、符号Ｔ－ＱＡはポンプ２０に供給される燃料供給量ＱＡの特性を示し、符号Ｔ－ＱＣは燃料噴射量ＱＣの特性を示し、符号Ｔ－ＱＲは燃料戻しラインＬｆ３を流れるポンプ燃料戻し量ＱＲの特性を示している。ここで、燃料噴射量ＱＣは、ポンプ２０に供給される燃料供給量ＱＡからポンプ燃料戻し量ＱＲを減算した値となる。
　図３においても、図７と同様に、垂直方向に延在するラインＬＨよりも左側の領域ではバーナーが最大燃焼されており、ラインＬＨよりも右側の領域ではバーナーの燃焼が調整がされて、燃料噴射量ＱＣが減少している。そして図３において、空気供給量特性Ｔ－Ｑａと燃料噴射量特性Ｔ－ＱＣは平行に延在しており、空気量と燃料噴射量の比率が一定である。

　上述した様に、図７で示す従来技術においては、ポンプ２０Ｊは、燃料供給量ＱＡｊ、燃料戻り量ＱＢｊ、ノズル１２からの燃料噴射量ＱＣ、ポンプ燃料戻し量ＱＲに相当する仕事を常に行なっている。
　それに対して第１実施形態では、ポンプ２０は、図７における燃料戻り量ＱＢｊに相当する仕事をする必要が無い。従って、その分だけ、ポンプ２０の電力消費量を節約することが出来る。
　また、図３と図７を比較すれば明らかなように、第１実施形態では、ポンプ燃料戻し量ＱＲは従来技術のポンプ燃料戻し量ＱＲｊに比較して遥かに少なく、それに伴い、燃料供給量ＱＡも従来技術に比較して少ない。さらに、第１実施形態における空気供給量Ｑａは、図７で示す空気供給量Ｑａｊと同じであるが、消費電力は遥かに少ない。
　従って、第１実施形態によれば、ポンプ２０の消費電力と、モーター３０の消費電力を節約することが出来る。

　換言すれば、第１実施形態では、ポンプ２０の回転数をインバーター５０により制御して、燃料供給量をバーナー１００の燃焼状態に対応して調節することが出来て、且つ、燃料噴射量を高速電磁弁１１により高精度で制御することが出来るので、バーナー運転の際の消費電力を低減することが出来る。
　発明者の実験によれば、システム全体として、図６、図７で示す従来のバーナー１００Ｊに比較して、図示の実施形態に係るバーナー１００では燃料の戻り流量を約７割減少して、バーナー１００全体の消費電力を約６割節約することができた。

　また、第１実施形態によれば、高速電磁弁１１でパルス幅を制御して燃料噴射量を制御するので、従来の様に供給燃料量と戻り燃料量の差分により燃料噴射量を決定するバーナー（例えば、図６）に比較して、燃料噴射量の制御精度を向上することが出来る。
　そして第１実施形態によれば、インバーター５０によってモーター３０の回転数を制御することにより、燃料供給用ポンプ２０の回転数と、高速電磁弁１１側（噴射側）へ空気を供給する送風ファン１０の回転量を、適正な数値に変更することが出来る。その結果、無駄な電力消費を抑制することが可能である。

　第１実施形態では、燃料供給ポンプ２０の回転数が一定ではなくても、高速電磁弁１１に入力される信号のパルス幅を制御して燃料噴射量を高精度で制御することにより、ノズル１２から燃料供給源側に戻る燃料の流量を制御することなく、ノズル１２からの燃料噴射量を適正に制御出来る。
　第１実施形態において、ポンプ２０に供給された燃料流量と、実際にノズル１２から噴射される噴射量との差分は、ポンプ２０からの戻り量として、ラインＬｆ３を介して燃料タンク４０に戻される。

　第１実施形態によれば、ノズル１２から燃料タンク４０側に戻る燃料配管が不要となる。換言すれば、図示の実施形態では、燃料を燃料タンク４０側に戻す回路は、オイルポンプ２０と燃料タンク４０の間を連通する回路Ｌｆ１、ＬＦ３のみにすることが出来る。
　そのため、ノズル１２に燃料を供給する回路Ｌｆ１２（図６参照）とノズル１２から噴射されずに燃料供給源側に戻る回路Ｌｆ１３を有する従来技術に比較して、燃料供給系統の配管数を少なくして、メンテナンスに必要な労力を低減することが出来る。

　また第１実施形態において、インバーター５０によってモーター３０の回転数を制御することにより、高速電磁弁１１側（噴射側）へ燃料を供給する燃料供給ポンプ２０の回転数を制御することが出来るので、従来の比例制御タイプのバーナー１００Ｊとは異なり、噴射側へ供給される燃料供給量（送油量）を一定にする必要はない。すなわち、運転時の状態に応じて、適宜、燃料供給量を変化することが出来る。
　その結果、燃料戻しラインＬｆ３を経由して燃料タンク４０側に戻る燃料の流量を少なくすることが可能であり、燃料循環のために必要な電力を節減することが出来る。

　さらに第１実施形態によれば、バーナー１００の燃焼に必要な空気供給量は、空気供給用の送風ファン１０を駆動するモーター３０の電源回路Ｌｅに介装されたインバーター５０により、適正な回転数に制御することが出来る。
　その結果、図６、図７で示す従来技術のように、送風ファン１０の回転数を常に最大にしてエアダンパー１３で送風量を絞る必要がなく、バーナー１００の燃焼条件に好適な流量の空気を供給して、バーナー１００の燃焼効率を向上することが出来る。それと共に、燃料の余分な消費を抑制することや、消費電力を低く抑えることが出来る。

　第１実施形態によれば、高速電磁弁１１でパルス幅を制御して燃料噴射量を制御すると共に、インバーター５０によってモーター３０の回転数を制御しているので、従来の比例制御バーナー１００Ｊで必要とされていた機械要素、例えばエアダンパー１３、リンク３７、３８、エアーコントロールディスク３６等が不必要となる。そのため、構成が簡素化されて、製造やメンテナンスにおけるコストや労力を減少することが出来る。

　第１実施形態において、高速電磁弁１１の吐出側にノズル１２が設けられている。
　発明者の実験によれば、高速電磁弁１１の吐出側にノズル１２を設けることにより、ノズル１２を設けていない場合に比較して、燃焼性が向上することが確認された。

　次に、図４以下を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。
　第２実施形態では、図１～図３を参照して構成に加えて、排気管Ｅ内の燃焼排気側に燃焼ガスの酸素濃度を計測する酸素濃度センサー（以下、「Ｏ_２センサー」と言う）８０を設けている。そして、コントロールユニット６０はＯ_２センサー８０の計測結果に基づいて、Ｏ_２センサー８０で検出された燃焼ガス中の酸素濃度がゼロに近づくようにインバーター５０の周波数を変化し、送風ファン１０の回転数を調整して燃焼空気量を調整（変化）する機能を有している。

　以下、図４、図５を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。
　図４、図５の説明においては、主として、図１～図３の第１実施形態とは異なる構成及び作用効果について説明する。

　図４において、第２実施形態のバーナー１００Ａは、排気管Ｅ内の燃焼排気側（図４では左方）に、Ｏ_２センサー８０を配置している。
　Ｏ_２センサー８０は、入力信号ラインＬｉを介して、制御手段であるコントロールユニット６０に接続されている。
　コントロールユニット６０は、第１実施形態と同様に、制御信号ラインラインＳｏ１を介してインバーター５０と接続され、制御信号ラインＳｏ２を介して高速電磁弁１１と接続されている。

　次に、図５の制御フローチャートに従って、第２実施形態のバーナー１００Ａの制御について説明する。
　図５のステップＳ１では、Ｏ_２センサー８０により、ノズル１２の吐出側の領域における燃焼ガスのＯ_２濃度を計測する。
　ステップＳ２では、コントロールユニット６０はＯ_２センサー８０で計測されたＯ_２濃度から空燃比λを演算し、空燃比λが１．０以上であるか否かを判断する。空燃比λが１．０未満であれば（ステップＳ２がＮＯ）、空気量が少ないと判断してステップＳ３に進む。
　一方、空燃比λが１．０以上であれば（ステップＳ２がＹＥＳ）、空気量が多いと判断してステップＳ４に進む。

　ステップＳ３（空気量が少ない場合：ステップＳ２がＮＯ）では、コントロールユニット６０は、インバーター５０に制御信号を出力し、インバーター５０によって電動モーター３０の回転数を増加して、送風ファン１０の空気供給量を増加させる。

　ここで燃料噴射量は、バーナー１００Ａにより加熱される機器（被加熱機器：例えばボイラー：図示せず）により要求される発熱量から一義的に決定される。従って、図示しない被加熱機器が要求する発熱量が変化しない限り、バーナー１００Ａの燃料噴射量は一定に維持する必要がある。
　図示の実施形態では、高速電磁弁１１の開放時間を一定に制御することにより、被加熱機器が要求する発熱量が変化しない限り、バーナー１００Ａの燃料噴射量は一定に維持することが出来る。ここで、電動モーター３０の回転数が増加すれば燃料供給ポンプ２０の回転数が増大するが、燃料供給ポンプ２０内に設置されたレリーフ弁（図示せず）を経由して、余剰の燃料はラインＬｆ３を経由して燃料タンク４０に戻される。
　被加熱側機器から要求される熱量が増加した場合には、図２で示すパルス波の幅を広げて、高速電磁弁１１の開放時間を延長する。一方、被加熱側機器から要求される熱量が減少した場合には、図２で示すパルス波の幅を縮めて、高速電磁弁１１の開放時間を短縮する。
　ステップＳ３において、送風ファン１０からの空気供給量を増加することにより空燃比λが１．０に近づく。そして、ステップＳ５に進む。

　ステップＳ４（空気量が多い場合：ステップＳ２がＹＥＳ）では、インバーター５０の周波数を減少して、送風ファン１０からの空気供給量を減少する。これにより、空燃比λを１．０に近づける。そして、ステップＳ５に進む。
　ステップＳ５では、バーナー１００Ａの運転を終了するのか否かを判断する。バーナー１００Ａの運転を終了するのであれば（ステップＳ５がＹＥＳ）、制御を終了する。一方、バーナー１００Ａの運転を続行するのであれば（ステップＳ５がＮＯ）、ステップＳ１まで戻り、再びステップＳ１以降を繰り返す。その結果、制御サイクルを繰り返す毎に空燃比λは１．０に近づき、燃焼ガス中の酸素濃度がゼロを近づく。

　第２実施形態によれば、空燃比λを１．０に近づけ、燃焼ガス中の酸素濃度がゼロを近づく様に、インバーター５０の周波数を変化させて、燃焼空気量を調節することにより、噴射される燃料が完全燃焼される状態に近づけることが出来る。
　噴射される燃料が完全燃焼される状態に近づけて、燃焼ガスの量を最小にすることにより、排気量が減少し、煙道を介して排気される熱量も減少する。その結果、燃料が有効に利用され、バーナー１００Ａあるいはバーナー１００Ａを使用するボイラー等の設備における熱効率が向上する。さらに、周囲環境に与える熱的影響が小さくなる。

　図４、図５の第２実施形態における上述した以外の構成及び作用効果については、図１～図３の第１実施形態と同様である。

　図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。

１０・・・送風ファン
１１・・・高速電磁弁
１２・・・燃料噴射ノズル
２０・・・オイルポンプ
２５・・・電磁開閉弁
３０・・・モーター
４０・・・燃料タンク
５０・・・インバーター
６０・・・制御手段／コントロールユニット
７０・・・交流電源
８０・・・酸素濃度センサー／Ｏ_２センサー

Claims

　燃料供給系統と空気供給系統を備え、
　燃料供給系統は燃料供給用ポンプを介装しており、燃料供給系統における燃料供給用ポンプよりも噴射側の領域には高速電磁弁を設けており、高速電磁弁は入力されるパルス信号がＯＮのときに開きＯＦＦのときに閉じる機能を有しており、燃料供給用ポンプを駆動する駆動モーターの電源回路にインバーターが介装されており、
　空気供給系統は空気供給用の送風ファンを有しており、空気供給用の送風ファンを駆動する駆動モーターの電源回路にはインバーターが介装されていることを特徴とするバーナー。
　燃料供給系統に設けられた高速電磁弁の吐出側にノズルを配置している請求項１のバーナー。
　高速電磁弁の吐出側に配置されて燃焼ガスの酸素濃度を計測する酸素濃度センサーと、酸素濃度センサーの計測結果が送出される制御装置を設け、当該制御装置は酸素濃度センサーで検出された燃焼ガス中の酸素濃度がゼロに近づくようにインバーターの周波数を変化し、燃焼空気量を調節する機能を有している請求項１のバーナー。
　酸素濃度センサーと制御装置を有する請求項３のバーナーの運転方法において、
　排気管の燃焼排気側に配置された酸素濃度センサーにより燃焼ガスの酸素濃度を計測する工程と、
　酸素濃度センサーで検出された燃焼ガス中の酸素濃度がゼロに近づくようにインバーターの周波数を変化させて燃焼空気量を調整する工程を有していることを特徴とするバーナーの運転方法。