WO2015189975A1 - 酸素濃度センサー - Google Patents
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- the fuel supply system Lf includes a high-speed solenoid valve 11, a fuel injection nozzle 12, a fuel pump 20, a fuel tank 40 as a fuel supply source, a fuel suction line Lf1 including an oil strainer 28, and a fuel supply line. Lf2 and a fuel return line Lf3 are provided.
- an electromagnetic on-off valve 25 is interposed in the fuel supply line Lf2.
- the surplus fuel in the fuel pump 20 returns to the fuel tank 40 via the fuel return line Lf3.
- the fuel suction line Lf1 with the oil strainer 28 interposed between the fuel tank 40 and the suction side 20i of the fuel pump 20 is connected.
- a fuel supply line Lf2 having an electromagnetic opening / closing valve 25 is connected to the discharge side 20o of the fuel pump 20 and the high-speed electromagnetic valve 11.
- the oil pump 20 is driven by the output shaft 31 of the motor 30.
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Abstract
本発明は、高温気体における酸素濃度センサーを容易且つ正確に計測することが出来る酸素濃度センサーの提供を目的としている。そのため本発明の酸素濃度センサーは、外管（２０１）及び内管（２０２）を有する二重管構造をしており、外管（２０１）は、熱伝導性が低い材料で構成されて高温環境下に配置される第１の部分（２０１Ａ）と、熱伝導性が高い材料で構成されて高温環境外に位置している第２の部分（２０１Ｂ）を備え、外管（２０１）と内管（２０２）の間の環状流路（２１０）を流過した気体が内管（２０２）に流入する箇所に感知部（２０８）が設けられている。
Description
本発明は、例えば燃焼用のバーナー（特に比例制御式のバーナー）の排気のような高温気体における酸素濃度を計測するのに用いられる酸素濃度センサーに関する。
図６は、従来技術に係る比例制御式のバーナーを示している。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。
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－Ｑａｊ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－ＱＣｊは燃料噴射量の特性を示し、符号Ｔ－ＱＲｊはポンプ燃料戻し量ＱＲｊ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。
図７において、符号Ｔ－Ｑａｊ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－ＱＣｊは燃料噴射量の特性を示し、符号Ｔ－ＱＲｊはポンプ燃料戻し量ＱＲｊ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。
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。
従来の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が包含されていた。
しかし、燃焼ガス中に多量の酸素が包含されていると、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が存在する。
そして、従来技術に係るバーナー１００Ｊにおいて排気中の酸素濃度を計測しようとしても、排気温度が高温（例えば２００℃）であり、通常のジルコニア（ＺｒＯ２）製の酸素濃度センサーではその様な高温環境下で正確に酸素濃度を測定することは不可能であった。
しかし、燃焼ガス中に多量の酸素が包含されていると、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が存在する。
そして、従来技術に係るバーナー１００Ｊにおいて排気中の酸素濃度を計測しようとしても、排気温度が高温（例えば２００℃）であり、通常のジルコニア（ＺｒＯ２）製の酸素濃度センサーではその様な高温環境下で正確に酸素濃度を測定することは不可能であった。
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）においても、燃焼ガス中に多量の酸素が包含されており、酸素濃度センサーに関する上述した問題を解消してはいない。
しかし、当該従来技術（特許文献１）においても、燃焼ガス中に多量の酸素が包含されており、酸素濃度センサーに関する上述した問題を解消してはいない。
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、高温気体における酸素濃度センサーを容易且つ正確に計測することが出来る酸素濃度センサーの提供を目的としている。
本発明の酸素濃度センサー（２００）は、
外管（２０１）及び内管（２０２）を有する二重管構造をしており、
外管（２０１）は、熱伝導性が低い材料（例えば、ステンレス）で構成されて高温環境下（例えば、バーナー１０の排気管Ｅ内）に配置される第１の部分（２０１Ａ）と、熱伝導性が高い材料（例えば、アルミニウム）で構成されて高温環境外（例えば、バーナー１０の排気管Ｅの外側）に位置している第２の部分（２０１Ｂ）を備え、前記外管（２０１）の第１の部分（２０１Ａ）には、高温流体の流路の上流側（Ｐｘ１）に開放され且つ外管（２０１）と内管（２０２）の間の環状流路（２１０）に連通している流入口（２０１ｉ）と、高温流体の流路の下流側（Ｐｘ２）に開放され且つ内管（２０２）に連通している流出口（２０１o）が形成されており、
内管（２０２）は熱伝導性が低い材料（例えば、ステンレス）で構成され、
外管（２０１）と内管（２０２）の間の環状流路（２１０）を流過した気体が内管（２０２）に流入する箇所に感知部（ＺｒＯ２製のセンサー本体２０８）が設けられていることを特徴としている。
外管（２０１）及び内管（２０２）を有する二重管構造をしており、
外管（２０１）は、熱伝導性が低い材料（例えば、ステンレス）で構成されて高温環境下（例えば、バーナー１０の排気管Ｅ内）に配置される第１の部分（２０１Ａ）と、熱伝導性が高い材料（例えば、アルミニウム）で構成されて高温環境外（例えば、バーナー１０の排気管Ｅの外側）に位置している第２の部分（２０１Ｂ）を備え、前記外管（２０１）の第１の部分（２０１Ａ）には、高温流体の流路の上流側（Ｐｘ１）に開放され且つ外管（２０１）と内管（２０２）の間の環状流路（２１０）に連通している流入口（２０１ｉ）と、高温流体の流路の下流側（Ｐｘ２）に開放され且つ内管（２０２）に連通している流出口（２０１o）が形成されており、
内管（２０２）は熱伝導性が低い材料（例えば、ステンレス）で構成され、
外管（２０１）と内管（２０２）の間の環状流路（２１０）を流過した気体が内管（２０２）に流入する箇所に感知部（ＺｒＯ２製のセンサー本体２０８）が設けられていることを特徴としている。
本発明の酸素濃度センサー（２００）は、外管（２０１）と内管（２０２）の間の環状流路（２１０）における感知部（ＺｒＯ２製のセンサー本体２０８）側の端部にフィルター（２０７）が設けられているのが好ましい。
本発明の酸素濃度センサー（２００）はバーナー（１００）の排気管（Ｅ）に設けられており、前記外管（２０１）の第１の部分（２０１Ａ）は排気管（Ｅ）内に位置しており、第２の部分（２０１Ｂ）は排気管（Ｅ）の外側に位置しており、前記バーナー（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の時に開き、ＯＦＦの時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（Ｌｅ）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）が介装されており、
当該酸素濃度センサー（２００）の計測結果が送出される制御装置（６０）を有しており、当該制御装置（６０）は酸素濃度センサー（２００）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。
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の時に開き、ＯＦＦの時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（Ｌｅ）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）が介装されており、
当該酸素濃度センサー（２００）の計測結果が送出される制御装置（６０）を有しており、当該制御装置（６０）は酸素濃度センサー（２００）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。
上述したバーナー（１００）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。
上述したバーナー（１００）の運転方法は、排気管（Ｅ）の燃焼排気側に配置された酸素濃度センサー（２００）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（２００）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）を有しているのが好ましい。
酸素濃度センサー（２００）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）を有しているのが好ましい。
上述したバーナー（１００）は、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。
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。
上述した構成を具備する本発明の酸素濃度センサー（２００）は、外管（２０１）及び内管（２０２）を有する二重管構造をしており、熱伝導性が低い材料（例えば、ステンレス）で構成されている外管（２０１）の第１の部分（２０１Ａ）のみが高温環境下に配置されているので、高温環境下で使用することが可能である。
そして、感知部（ＺｒＯ２製のセンサー本体２０８）は外管（２０１）と内管の（２０２）間の環状流路（２１０）を流過した気体が内管（２０２）に流入する箇所に感知部（ＺｒＯ２製のセンサー本体２０８）が設けられているため、外管（２０１）の第１の部分（２０１Ａ）の流入口（２０１ｉ）から外管（２０１）と内管の（２０２）間の環状流路（２１０）を流れる高温気体（酸素濃度を計測するべき気体）は熱伝導性が高い材料（例えば、アルミニウム）で構成されている外管（２０１）の第２の部分（２０１Ｂ）と内管（２０２）の間の領域（環状流路２１０）を流過する際に十分に降温される。そのため、感知部（ＺｒＯ２製のセンサー本体２０８）が熱により損傷することが防止される。
そして、感知部（ＺｒＯ２製のセンサー本体２０８）は外管（２０１）と内管の（２０２）間の環状流路（２１０）を流過した気体が内管（２０２）に流入する箇所に感知部（ＺｒＯ２製のセンサー本体２０８）が設けられているため、外管（２０１）の第１の部分（２０１Ａ）の流入口（２０１ｉ）から外管（２０１）と内管の（２０２）間の環状流路（２１０）を流れる高温気体（酸素濃度を計測するべき気体）は熱伝導性が高い材料（例えば、アルミニウム）で構成されている外管（２０１）の第２の部分（２０１Ｂ）と内管（２０２）の間の領域（環状流路２１０）を流過する際に十分に降温される。そのため、感知部（ＺｒＯ２製のセンサー本体２０８）が熱により損傷することが防止される。
感知部（ＺｒＯ２製のセンサー本体２０８）で酸素濃度が計測された気体は内管（２０２）を流れ、流出口（２０１ｏ）を介して排出されるが、流入口（２０１ｉ）は高温流体の流路の上流側（Ｐｘ１）に開放されているのに対して、流出口（２０１ｏ）は高温流体の流路の下流側（Ｐｘ２）に開放されている。また、流出口（２０１ｏ）から排出される気体は、降温し且つ各種管路抵抗を受ける。そのため、流入口（２０１ｉ）から流入する高温気体の圧力に比較して、流出口（２０１ｏ）から排出される気体の圧力は低く、流入口（２０１ｉ）側と流出口（２０１ｏ）側において圧力差が存在する。そして当該圧力差により、流入口（２０１ｉ）から感知部（ＺｒＯ２製のセンサー本体２０８）を介して流出口（２０１ｏ）から排出する気体の流れが形成される。
そのため本発明の酸素濃度センサー（２００）によれば、別途吸引機構を設けること無く、高温環境下の高温気体が連続的に感知部（ＺｒＯ２製のセンサー本体２０８）で計測される。
そのため本発明の酸素濃度センサー（２００）によれば、別途吸引機構を設けること無く、高温環境下の高温気体が連続的に感知部（ＺｒＯ２製のセンサー本体２０８）で計測される。
本発明の酸素濃度センサー（２００）を適用したバーナー（１００）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（２００）と、酸素濃度センサー（２００）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（２００）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（１００）あるいはバーナー（１００）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。
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（１００）あるいはバーナー（１００）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。
ここで、従来の比例制御式のバーナー（１００Ｊ）は、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）を行うので、複雑な構成の機械系部品が必要であった。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った。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。
これに対して、本発明の酸素濃度センサー（２００）を適用したバーナー（１００）において、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）が介装されていれば、
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。
そして上述した様なバーナー（１００）であれば、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。
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。
これに対して、本発明の酸素濃度センサー（２００）を適用したバーナー（１００）において、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）が介装されていれば、
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。
そして上述した様なバーナー（１００）であれば、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。
上述したバーナー（１００）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。
そのため、上述したバーナー（１００）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。
そのため、上述したバーナー（１００）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。
また上述したバーナー（１００）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。
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。
上述したバーナー（１００）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。
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。
さらに上述したバーナー（１００）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。
上述したバーナー（１００）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。
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。
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。
図示のバーナーは本発明の実施形態に係る酸素濃度センサーを用いている。図１に基づいて、実施形態に係る酸素濃度センサーを用いたバーナー１００について説明する。
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。
図示のバーナーは本発明の実施形態に係る酸素濃度センサーを用いている。図１に基づいて、実施形態に係る酸素濃度センサーを用いたバーナー１００について説明する。
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。
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。
排気管Ｅの上流側（図１では右側：送風ファン１０側）には、高速電磁弁１１及び燃料噴射ノズル１２が連通している。
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。
排気管Ｅの上流側（図１では右側：送風ファン１０側）には、高速電磁弁１１及び燃料噴射ノズル１２が連通している。
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。
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。
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／また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。
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／また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１のバーナー１００において、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、「Ｏ２センサー」と言う）２００を設けている。
Ｏ２センサー２００はコントロールユニット６０と入力信号ラインＳｉで接続されている。そしてコントロールユニット６０は、Ｏ２センサー２００の計測結果に基づいて、Ｏ２センサー２００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。
Ｏ２センサー２００はコントロールユニット６０と入力信号ラインＳｉで接続されている。そしてコントロールユニット６０は、Ｏ２センサー２００の計測結果に基づいて、Ｏ２センサー２００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。
Ｏ２センサー２００を、主として図２を参照して説明する。
図２において、Ｏ２センサー２００は、外管２０１及び内管２０２を有する二重管構造をしている。外管２０１の排気管Ｅの半径方向内方側端部（図２では左端）は、閉塞部材２０３によって閉塞している。そして外管２０１において、排気管Ｅから離隔する側（図２の右側）の端部は、閉塞部材２０４によって閉塞している。
内管２０２は外管２０１よりも短い。
図２において、Ｏ２センサー２００は、外管２０１及び内管２０２を有する二重管構造をしている。外管２０１の排気管Ｅの半径方向内方側端部（図２では左端）は、閉塞部材２０３によって閉塞している。そして外管２０１において、排気管Ｅから離隔する側（図２の右側）の端部は、閉塞部材２０４によって閉塞している。
内管２０２は外管２０１よりも短い。
外管２０１と内管２０２の間の環状流路２１０は、内管２０２の排気管Ｅの半径方向内方端部（図２の左端）側が、仕切り板２０５によって閉塞している。
内管２０２の排気管Ｅから離隔する側（図２の右側）にはフィルター２０７が取り付けられており、フィルター２０７は外管２０１の半径方向内方の空間（外管２０１の内部空間）全体を仕切っている（カバーしている）。
外管２０１は、第１の部分２０１Ａと第２の部分２０１Ｂを有している。第１の部分２０１Ａは、熱伝導性が低い材料（例えば、ステンレス）で構成されており、高温環境下であるバーナー１０（図１参照）の排気管Ｅ内に配置されている。第２の部分２０１Ｂは、熱伝導性が高い材料（例えば、アルミニウム）で構成されて、バーナー１０の排気管Ｅの外側（高温環境の外側）に位置している。
内管２０２の排気管Ｅから離隔する側（図２の右側）にはフィルター２０７が取り付けられており、フィルター２０７は外管２０１の半径方向内方の空間（外管２０１の内部空間）全体を仕切っている（カバーしている）。
外管２０１は、第１の部分２０１Ａと第２の部分２０１Ｂを有している。第１の部分２０１Ａは、熱伝導性が低い材料（例えば、ステンレス）で構成されており、高温環境下であるバーナー１０（図１参照）の排気管Ｅ内に配置されている。第２の部分２０１Ｂは、熱伝導性が高い材料（例えば、アルミニウム）で構成されて、バーナー１０の排気管Ｅの外側（高温環境の外側）に位置している。
外管２０１の第１の部分２０１Ａには、流入口２０１ｉと流出口２０１oが形成されている。流入口２０１ｉは、高温流体の流路の上流側Ｐｘ１に開放され、外管２０１と内管２０２の間の環状流路２１０に連通している。流出口２０１oは、高温流体の流路の下流側Ｐｘ２に開放され、内管２０２に連通している。
内管２０２は熱伝導性が低い材料（例えば、ステンレス）で構成され、感知部（ＺｒＯ２製のセンサー本体）２０８が設けられている。感知部２０８は、外管２０１と内管２０２の間の環状流路２１０を流過した気体が内管２０２に流入する箇所（上述の内管２０２の右端部）の近傍に配置されている。そして感知部２０８は、排気管Ｅから離隔する側（図２の右側）の端部における閉塞部材２０４に対して、外管２０１内部側（排気管Ｅ側）に固設されている。
内管２０２は熱伝導性が低い材料（例えば、ステンレス）で構成され、感知部（ＺｒＯ２製のセンサー本体）２０８が設けられている。感知部２０８は、外管２０１と内管２０２の間の環状流路２１０を流過した気体が内管２０２に流入する箇所（上述の内管２０２の右端部）の近傍に配置されている。そして感知部２０８は、排気管Ｅから離隔する側（図２の右側）の端部における閉塞部材２０４に対して、外管２０１内部側（排気管Ｅ側）に固設されている。
通常のジルコニア（ＺｒＯ２）製の酸素濃度センサーでは、高温環境下（例えば２００℃以上）で正確に酸素濃度を測定することは不可能である。
しかし、図示の実施形態によれば、例えばジルコニア（ＺｒＯ２）製の酸素濃度センサー２００は、その検知部（ジルコニアＺｒＯ２製のセンサー本体２０８）が配置されているは、高温環境外であるバーナー１０の排気管Ｅの外側の位置であり、第２の部分２０１Ｂの端部であり、且つ、排気管Ｅから最も離れた位置である。また、第２の部分２０１Ｂは熱伝導性が高い材料（例えば、アルミニウム）で構成されているため、排気管Ｅの外側環境における気温により降温し易い。
そのため、酸素濃度センサー２００の検知部（ジルコニアＺｒＯ２製のセンサー本体２０８）は高温環境に曝されることはなく、正確に酸素濃度を検出することが出来る。
しかし、図示の実施形態によれば、例えばジルコニア（ＺｒＯ２）製の酸素濃度センサー２００は、その検知部（ジルコニアＺｒＯ２製のセンサー本体２０８）が配置されているは、高温環境外であるバーナー１０の排気管Ｅの外側の位置であり、第２の部分２０１Ｂの端部であり、且つ、排気管Ｅから最も離れた位置である。また、第２の部分２０１Ｂは熱伝導性が高い材料（例えば、アルミニウム）で構成されているため、排気管Ｅの外側環境における気温により降温し易い。
そのため、酸素濃度センサー２００の検知部（ジルコニアＺｒＯ２製のセンサー本体２０８）は高温環境に曝されることはなく、正確に酸素濃度を検出することが出来る。
コントロールユニット６０は、酸素濃度センサー２００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、送風ファン１０の回転数を調節する機能を有している。そしてコントロールユニット６０は、燃焼ガス中の酸素濃度がゼロに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機能を有している。
そのため図示の実施形態によれば、燃焼の際に供給される空気の量も少なくて済む。その結果、図示の実施形態によれば、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、排気管Ｅを介して排気される熱量も減少する。その結果、図示の実施形態によれば、燃料が有効に利用され、バーナー１００あるいはバーナー１００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。
そのため図示の実施形態によれば、燃焼の際に供給される空気の量も少なくて済む。その結果、図示の実施形態によれば、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、排気管Ｅを介して排気される熱量も減少する。その結果、図示の実施形態によれば、燃料が有効に利用され、バーナー１００あるいはバーナー１００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。
次に、図５の制御フローチャートに従って、バーナー１００の制御について説明する。
図５のステップＳ１では、Ｏ２センサー２００により、ノズル１２の吐出側の領域における燃焼ガスのＯ２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Ｏ２センサー２００で計測されたＯ２濃度から空気比λを演算し、空気比λが１．０以上であるか否かを判断する。空気比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、空気比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。
図５のステップＳ１では、Ｏ２センサー２００により、ノズル１２の吐出側の領域における燃焼ガスのＯ２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Ｏ２センサー２００で計測されたＯ２濃度から空気比λを演算し、空気比λが１．０以上であるか否かを判断する。空気比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、空気比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１００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１００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１００の燃料噴射量は一定に維持することが出来る。
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１００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、パルス波の幅を広げて（図３を参照して後述）、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、パルス波の幅を縮めて（図３を参照して後述）、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気比λが１．０に近づく。そして、ステップＳ５に進む。
被加熱側機器から要求される熱量が増加した場合には、パルス波の幅を広げて（図３を参照して後述）、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、パルス波の幅を縮めて（図３を参照して後述）、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気比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の周波数を減少させて、送風ファン１０からの空気供給量を減少させる。これにより、空気比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１００の運転を終了するのか否かを判断する。バーナー１００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１００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気比λは１．０に近づき、燃焼ガス中の酸素濃度がゼロに近づく。
ステップＳ５では、バーナー１００の運転を終了するのか否かを判断する。バーナー１００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１００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気比λは１．０に近づき、燃焼ガス中の酸素濃度がゼロに近づく。
図５を参照して説明した制御を行なうことにより、空気比λを１．０に近づけ、燃焼ガス中の酸素濃度がゼロに近づく様に、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する状態に近づけて、燃焼ガスの量を最小にすることにより、排気量が減少し、排気管Ｅ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１００あるいはバーナー１００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。
噴射される燃料が完全燃焼する状態に近づけて、燃焼ガスの量を最小にすることにより、排気量が減少し、排気管Ｅ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１００あるいはバーナー１００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３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３では２つのパターンの波形を例示している。
図３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１１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。
図３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１１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。
図示の実施形態では、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／また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３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３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。
図示の実施形態では、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／また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３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３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４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４においても縦軸は燃料量と空気量を示している。図４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４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されて、燃料噴射量ＱＣが減少している。そして図４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。
図７と同様に、図４においても縦軸は燃料量と空気量を示している。図４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４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されて、燃料噴射量ＱＣが減少している。そして図４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ＱＣｊ、ポンプ燃料戻し量ＱＲｊに相当する仕事を常に行なっている。
それに対して図示の実施形態では、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４と図７を比較すれば明らかなように、図示の実施形態では、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、図示の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、図示の実施形態によれば、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。
それに対して図示の実施形態では、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４と図７を比較すれば明らかなように、図示の実施形態では、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、図示の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、図示の実施形態によれば、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、図示の実施形態では、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。
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、図示の実施形態によれば、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させることが出来る。
そして図示の実施形態によれば、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。
そして図示の実施形態によれば、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。
図示の実施形態では、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。
図示の実施形態において、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。
図示の実施形態において、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。
図示の実施形態によれば、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。
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。
また図示の実施形態において、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。
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。
さらに図示の実施形態によれば、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。
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。
図示の実施形態によれば、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。
図示の実施形態において、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。
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。
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。
例えば、図示の実施形態では、酸素濃度センサーをバーナー１００の排気管Ｅにおける酸素濃度の計測のために用いているが、本発明の酸素濃度センサーは他の機器における酸素濃度の計測に用いることができる。
例えば、図示の実施形態では、酸素濃度センサーをバーナー１００の排気管Ｅにおける酸素濃度の計測のために用いているが、本発明の酸素濃度センサーは他の機器における酸素濃度の計測に用いることができる。
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
１００・・・バーナー
２００・・・酸素濃度センサー／Ｏ２センサー
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
１００・・・バーナー
２００・・・酸素濃度センサー／Ｏ２センサー
Claims (3)
- 外管及び内管を有する二重管構造をしており、
外管は、熱伝導性が低い材料で構成されて高温環境下に配置される第１の部分と、熱伝導性が高い材料で構成されて高温環境外に位置している第２の部分を備え、前記外管の第１の部分には、高温流体の流路の上流側に開放され且つ外管と内管の間の環状流路に連通している流入口と、高温流体の流路の下流側に開放され且つ内管に連通している流出口が形成されており、
内管は熱伝導性が低い材料で構成され、
外管と内管の間の環状流路を流過した気体が内管に流入する箇所に感知部が設けられていることを特徴とする酸素濃度センサー。 - 請求項１の酸素濃度センサが排気管に設けられており、前記外管の第１の部分は排気管内に位置しており、第２の部分は排気管の外側に位置しており、
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おり、
酸素濃度センサーの計測結果が送出される制御装置を有しており、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ことを特徴とするバーナー。 - 請求項２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。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2014/065691 WO2015189975A1 (ja) | 2014-06-13 | 2014-06-13 | 酸素濃度センサー |
| TW104119014A TW201602505A (zh) | 2014-06-13 | 2015-06-12 | 氧氣濃度感測器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2014/065691 WO2015189975A1 (ja) | 2014-06-13 | 2014-06-13 | 酸素濃度センサー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2015189975A1 true WO2015189975A1 (ja) | 2015-12-17 |
Family
ID=54833103
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2014/065691 WO2015189975A1 (ja) | 2014-06-13 | 2014-06-13 | 酸素濃度センサー |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| TW (1) | TW201602505A (ja) |
| WO (1) | WO2015189975A1 (ja) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH08128928A (ja) * | 1994-10-28 | 1996-05-21 | Shimadzu Corp | ガス濃度測定装置 |
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-
2014
- 2014-06-13 WO PCT/JP2014/065691 patent/WO2015189975A1/ja active Application Filing
-
2015
- 2015-06-12 TW TW104119014A patent/TW201602505A/zh unknown
Patent Citations (7)
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| Publication number | Publication date |
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