燃焼装置
【課題】ファンの回転速度が変更されても望ましい空燃比を維持し、安定した燃焼を実現する。
【解決手段】低燃焼工程から高燃焼工程へ移行するときは、ファンの回転速度の高燃焼用回転速度への変更を開始するとともに、流量調整弁と移行弁は開弁状態とし、流量調整弁はファンの回転速度の増加と対応するように燃料供給量を無段階的に増加させ、移行弁が開かれた時点から所定時間経過後、移行弁が閉弁状態とするとともに第二燃料弁は開弁状態とする。高燃焼工程から低燃焼工程へ移行するときは、ファンの回転速度の低燃焼用回転速度への変更を開始するとともに、移行弁は開弁状態、第二燃料弁は閉弁状態とし、流量調整弁がファンの回転速度の減少と対応するように燃料供給量を無段階的に減少させ、移行弁が開かれた時点から所定時間経過後、移行弁は閉弁状態とする。
【解決手段】低燃焼工程から高燃焼工程へ移行するときは、ファンの回転速度の高燃焼用回転速度への変更を開始するとともに、流量調整弁と移行弁は開弁状態とし、流量調整弁はファンの回転速度の増加と対応するように燃料供給量を無段階的に増加させ、移行弁が開かれた時点から所定時間経過後、移行弁が閉弁状態とするとともに第二燃料弁は開弁状態とする。高燃焼工程から低燃焼工程へ移行するときは、ファンの回転速度の低燃焼用回転速度への変更を開始するとともに、移行弁は開弁状態、第二燃料弁は閉弁状態とし、流量調整弁がファンの回転速度の減少と対応するように燃料供給量を無段階的に減少させ、移行弁が開かれた時点から所定時間経過後、移行弁は閉弁状態とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ファンの回転速度を制御することにより風量調整を行う送風装置を備えた燃焼装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃焼状態を高燃焼、低燃焼、停止の三位置など設定された複数の燃焼状態で燃焼制御を行う、ボイラなどの燃焼装置においては、各燃焼状態に応じて必要とされる空気量がそれぞれ異なる。そこで、送風装置を構成するファンを備えた電動機にインバータを接続し、ファン回転速度を増減することにより、各燃焼状態において必要とされる量の燃焼用空気を供給することが行われている。
【０００３】
しかしながら、このような燃焼装置においては、送風装置がファン回転速度の変更を開始してから必要な風量に達するまでにある程度の時間を要するのに対し、燃料供給量の変更は弁の切替えにより瞬時に行われるため、燃料と空気量との比率（以下、「空燃比」と言う。）が崩れ、燃焼不良が発生するという問題があった。
【０００４】
そこで、下記特許文献１に開示される燃焼装置が提案されている。特許文献１に記載の燃焼装置は、一定量の燃料を通過させる２つの電磁弁を備えており、図５に示すように、低燃焼においては第１電磁弁のみ開弁状態として燃料供給を行い、低燃焼から高燃焼へ燃焼工程を変更する場合には、まず送風装置がファン回転速度の増加を開始し、その増加開始から所定時間Ta経過後に第２電磁弁を開くというものである。また、高燃焼から低燃焼へ燃焼工程を変更する場合も同様に、まず送風装置がファンの回転速度の減少を開始し、その減少開始から所定時間経過後に第２電磁弁を閉じるように構成されている。すなわち、特許文献１に記載の燃焼装置は、第２電磁弁の開閉をファン回転速度の変更開始時点から所定時間遅らせて燃料供給量の変更を行うことにより、空燃比の崩れを極力抑えようとするものである。
【特許文献１】特開平９−２１０３４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１に記載の燃焼装置においては、低燃焼工程と高燃焼工程との間で行われる燃料供給量の変更は、第２電磁弁の開閉のみで行われる２段階の変化であることから、ファン回転速度の変更開始から第２電磁弁が開閉されるまでの間は空燃比が大きく崩れてしまい、燃焼不良が発生する原因となっていた。
【０００６】
この発明が解決しようとする課題は、送風装置のファン回転速度が変更されても常に望ましい空燃比を保つことができ、安定した燃焼を行うことのできる燃焼装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、ファンの回転速度を、少なくとも高燃焼用回転速度、または前記高燃焼用回転速度より低い回転速度の低燃焼用回転速度に制御することにより風量調整を行う送風装置と、燃料供給量を無段階的に変化させる燃料供給装置とを備えており、燃焼工程を変更する場合には、前記送風装置は前記ファンの回転速度の変更を行う一方、前記燃料供給装置は前記ファンの回転速度の変化と対応するように燃料供給量を無段階的に変化させることを特徴としている。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、ファンの回転速度の移行時においても望ましい空燃比を維持することができ、安定した燃焼を行うことができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成要件に加えて、前記燃料供給装置は、少なくとも低燃焼工程において開弁状態とされる第一燃料弁と、高燃焼工程において開弁状態とされる第二燃料弁と、燃料供給量を無段階的に変化させる流量調整弁と、前記流量調整弁を通過する燃料の供給の有無を切り替える移行弁とを備えており、低燃焼工程から高燃焼工程へ移行するときは、前記送風装置が前記ファンの回転速度の高燃焼用回転速度への変更を開始するとともに、前記移行弁は開弁状態とされ、前記流量調整弁は前記ファンの回転速度の増加と対応するように燃料供給量を無段階的に増加させ、前記移行弁が開かれた時点から所定時間経過後、前記移行弁が閉弁状態とされるとともに前記第二燃料弁は開弁状態とされ、高燃焼工程から低燃焼工程へ移行するときは、前記送風装置が前記ファンの回転速度の低燃焼用回転速度への変更を開始するとともに、前記移行弁は開弁状態、前記第二燃料弁は閉弁状態とされ、前記流量調整弁が前記ファンの回転速度の減少と対応するように燃料供給量を無段階的に減少させ、前記移行弁が開かれた時点から所定時間経過後、前記移行弁は閉弁状態とされることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、ファンの回転速度の移行時においても望ましい空燃比を維持することができ、安定した燃焼を行うことができるのに加え、流量調整弁に起因する流路の詰まりなどを効果的に防止することができ、故障の少ない安定した運転を可能とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の構成要件に加えて、前記燃料供給装置は、低燃焼工程において開弁状態とされる第一燃料弁と、高燃焼工程において開弁状態とされる第二燃料弁と、燃料供給量を無段階的に変化させる流量調整弁と、前記流量調整弁を通過する燃料の供給の有無を切り替える移行弁とを備えており、低燃焼工程から高燃焼工程へ移行するときは、前記送風装置が前記ファンの回転速度の高燃焼用回転速度への変更を開始するとともに、前記移行弁は開弁状態とされ、前記流量調整弁は前記ファンの回転速度の増加と対応するように燃料供給量を無段階的に増加させ、前記移行弁が開かれた時点から所定時間経過後、前記移行弁と前記第一燃料弁が閉弁状態とされるとともに、前記第二燃料弁は開弁状態とされ、高燃焼工程から低燃焼工程へ移行するときは、前記送風装置が前記ファンの回転速度の低燃焼用回転速度への変更を開始するとともに、前記第一燃料弁と前記移行弁は開弁状態、前記第二燃料弁は閉弁状態とされ、前記流量調整弁が前記ファンの回転速度の減少と対応するように燃料供給量を無段階的に減少させ、前記移行弁が開かれた時点から所定時間経過後、前記移行弁は閉弁状態とされることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、ファンの回転速度の移行時においても望ましい空燃比を維持することができ、安定した燃焼を行うことができるのに加え、流量調整弁に起因する流路の詰まりなどを効果的に防止することができ、故障の少ない安定した運転を可能とする。さらには、高燃焼用ノズルと低燃焼用ノズルとを設けた場合には、２つのノズルから燃焼室内へ噴霧される燃料が互いに干渉して燃焼不良を起こすことがなく、より良好な燃焼を実現することができる。
【００１３】
さらに、請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の構成要件に加えて、少なくとも高燃焼用風量位置、または前記高燃焼用風量位置より開度の小さい低燃焼用風量位置に配置されることにより、前記送風装置からの風量を制御するダンパを備え、燃焼工程の移行時には、前記ファンの回転速度の変化および前記ダンパの開度変化と対応するように燃料供給量を無段階的に変化させることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、さらにダンパを備えた場合でも、ファンの回転速度の移行時においても望ましい空燃比を維持することができ、安定した燃焼を行うことができる。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、送風装置のファン回転速度が変更されても望ましい空燃比を保ち続けることができ、安定した燃焼を実現できる燃焼装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
つぎに、この発明の実施の形態について説明する。本発明は、高燃焼、低燃焼および停止の三段階で燃焼量を調整する三位置式燃焼制御などの多位置式燃焼制御を行う燃焼装置に用いられる。本発明の燃焼装置は、燃焼室へ燃焼用空気を供給する送風装置を備えている。この送風装置は、ファンを備えた電動機と、電動機に接続されファンの回転速度を制御する風量制御装置とを備えている。この風量制御装置としては、特に限定されないがインバータが好適に用いられる。前記送風装置は、ファンの回転速度を高燃焼用回転速度、着火用回転速度および低燃焼用回転速度に増減することにより、三段階の風量を供給する。この高燃焼用回転速度および着火用回転速度は、低燃焼用回転速度よりも速い回転速度に設定されている。この着火用回転速度は、簡単化のため高燃焼用回転速度と同一の回転速度として兼用させることもできる。ところで、三位置式燃焼制御以外の多位置式燃焼制御を採用する場合は、これらの回転速度に加えて他の回転速度を設定することもできる。
【００１７】
まず、本発明の第一の実施形態は、燃焼工程を変更する場合には、送風装置はファンの回転速度の変更を行う一方、燃料供給装置は前記ファンの回転速度の変化と対応するように燃料供給量を無段階的に変化させる。ここで、燃料の種類は特に限定されない。また、ファンの回転速度の変化と対応するように燃料供給量を無段階的に変化させるとは、ファンの回転速度の変化に伴い増減する風量に対し、望ましい空燃比を維持するように燃料供給量を無段階的に変化させることをいい、ファンの回転速度が経過時間に比例して増減する場合に限られない。
【００１８】
次に、本発明の第二の実施形態は、低燃焼工程から高燃焼工程へ移行するときは、前記送風装置が前記ファンの回転速度の高燃焼用回転速度への変更を開始するとともに、前記移行弁は開弁状態とされ、前記流量調整弁は前記ファンの回転速度の増加と対応するように燃料供給量を無段階的に増加させ、前記移行弁が開かれた時点から所定時間経過後、前記移行弁が閉弁状態とされるとともに前記第二燃料弁は開弁状態とされ、高燃焼工程から低燃焼工程へ移行するときは、前記送風装置が前記ファンの回転速度の低燃焼用回転速度への変更を開始するとともに、前記移行弁は開弁状態、前記第二燃料弁は閉弁状態とされ、前記流量調整弁が前記ファンの回転速度の減少と対応するように燃料供給量を無段階的に減少させ、前記移行弁が開かれた時点から所定時間経過後、前記移行弁は閉弁状態とされるというものである。
【００１９】
ここで、第一燃料弁および第二燃料弁は、開閉の二動作で制御され、開弁状態において一定量の燃料を通過させるものである。この第二燃料弁は、高燃焼工程においてのみ開かれる。そして、第一燃料弁を通過して供給される燃料は、低燃焼工程において必要な燃料供給量に設定されている。また、前記流量調整弁は、通過して供給される燃料供給量を無段階的に変化させるものである。この流量調整弁としては、流路面積の大きさを無段階的に調節することにより燃料供給量を変化させるものがあるが、弁の種類は特に限定されない。前記移行弁は、開閉の二動作で制御されるものであって、前記流量調整弁を通過する燃料の供給の有無を切り替えるものである。このように、高燃焼工程において一定量の燃料を通過させる第二燃料弁を設け、流量調整弁をファン回転速度の移行時においてのみ使用するようにしたことにより、前記流量調整弁に起因する流路の詰まりなどを効果的に防ぐことができ、故障の少ない安定した運転が実現できる。
【００２０】
また、前記移行弁は、低燃焼工程から高燃焼工程へ移行するときは、送風装置がファンの回転速度の高燃焼用回転速度への変更を開始するとともに開かれ、所定時間経過後に閉じられる。また、高燃焼工程から低燃焼工程へ移行するときは、前記移行弁は、送風装置がファンの回転速度の低燃焼用回転速度への変更を開始するとともに開かれ、所定時間経過後に閉じられる。なお、前記所定時間の経過を計測する手段としては、タイマー装置により時間を計測する手段のほか、タイマー装置に代えて、送風装置により供給された風量を検知する風圧センサ、インバータから電動機へ出力される周波数信号、流量調整弁を通過する燃料供給量を検知する流量センサなどの各種センサを用い、検出値が設定値に達した時点で移行弁を閉じるようにすることにより、所定時間経過後に閉じられるようにする手段を含む。ところで、低燃焼工程および高燃焼工程は、それぞれ低燃焼状態の工程，高燃焼状態の工程を意味する。
【００２１】
本発明の第三の実施形態は、低燃焼工程から高燃焼工程へ移行するときは、前記送風装置が前記ファンの回転速度の高燃焼用回転速度への変更を開始するとともに、前記移行弁は開弁状態とされ、前記流量調整弁は前記ファンの回転速度の増加と対応するように燃料供給量を無段階的に増加させ、前記移行弁が開かれた時点から所定時間経過後、前記移行弁と前記第一燃料弁が閉弁状態とされるとともに、前記第二燃料弁は開弁状態とされ、高燃焼工程から低燃焼工程へ移行するときは、前記送風装置が前記ファンの回転速度の低燃焼用回転速度への変更を開始するとともに、前記第一燃料弁と前記移行弁は開弁状態、前記第二燃料弁は閉弁状態とされ、前記流量調整弁が前記ファンの回転速度の減少と対応するように燃料供給量を無段階的に減少させ、前記移行弁が開かれた時点から所定時間経過後、前記移行弁は閉弁状態とされるというものである。
【００２２】
この第三の実施形態では、高燃焼工程において、第一燃料弁は閉弁状態とされ、第二燃料弁のみが開弁状態とされる。つまり、第一燃料弁を通過して供給される燃料は、低燃焼工程において必要な供給量に設定され、第二燃料弁を通過して供給される燃料は、高燃焼工程において必要な供給量に設定されている。
【００２３】
さらに、本発明の第四の実施形態では、燃焼工程の移行時には、前記ファンの回転速度の変化および前記ダンパの開度変化と対応するように燃料供給量を無段階的に変化させるものである。
【００２４】
ここで、前記ダンパは、送風装置により供給される燃焼用空気の風量を制御するものである。そして、燃焼工程の移行時においては、前記ファンの回転速度の変化および前記ダンパの開度変化に伴い増減する風量に対し、燃料供給装置は望ましい空燃比を維持するように燃料供給量を無段階的に変化させる。
【実施例１】
【００２５】
以下、この発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、第一実施例の燃焼装置の概略構成図、図２は、第一実施例の燃焼装置における燃料供給装置の概略構成図であり、図３は、第一実施例の燃焼装置が実行する制御のタイムチャートである。
【００２６】
本実施例の燃焼装置１は、図１に示すように、ファンの回転速度を制御することにより風量調整を行う送風装置２と、前記送風装置２により供給された燃焼用空気の風量を制御するダンパ３と、燃料供給量を無段階的に変化させる燃料供給装置４とを備え、燃焼室５内で燃焼を行う。前記送風装置２、ダンパ３、および燃料供給装置４は、制御部６からの制御信号に基づき制御されている。本発明において、燃料の種類は限定されないが、本実施例の燃焼装置１は油焚きボイラである。
【００２７】
前記送風装置２は、ファン（図示せず）を備えた電動機７と、電動機７に接続されファン回転速度を制御するインバータ８とを備えており、制御部６からの制御信号に基づきインバータ８から出力される周波数信号を変化させることによりファン回転速度を制御する。本実施例では、この周波数信号として、高いほうから高燃焼用周波数、着火用周波数、および低燃焼用周波数が設定されており、各周波数により運転されるときのファン回転速度が、それぞれ高燃焼用回転速度、着火用回転速度、低燃焼用回転速度となる。ところで、高燃焼用周波数より着火用周波数を高い数値に設定してもよい。また、この実施例においては、パージ用の周波数は着火用周波数と同じに設定している。
【００２８】
また、前記ダンパ３は、送風装置２により供給される燃焼用空気の流路となるダクト９内に設けられ、ダクト９の断面を一部閉じることにより前記燃焼用空気の風量を制御する。このダンパ開度として、高燃焼用風量位置（ダクト９の中心軸方向，すなわち空気の流れ方向に垂直の方向に対して９０°）、前記高燃焼用風量位置より開度の小さい低燃焼用風量位置（ダクト９の中心軸方向に垂直の方向に対して２５°）、および前記低燃焼用風量位置より更に開度の小さい着火用風量位置（ダクト９の中心軸方向に垂直の方向に対して２０°）の３位置が設定されている。
【００２９】
次に、図２を参照しながら、本実施例の燃料供給装置４について説明する。燃料供給装置４は、燃料ポンプ（図示せず）、燃料タンク（図示せず）、第一燃料弁１０、第二燃料弁１１、流量調整弁１２、移行弁１３、低燃焼用ノズル１４および高燃焼用ノズル１５を備え、これらは各燃料流路１６，１７，１８により連結して設けられている。第一燃料流路１６は、燃料ポンプ、燃料タンクと接続されており、燃料は、第一燃料流路１６を矢印の方向へ流れる。第一燃料流路１６には第一燃料弁１０が設けられており、第一燃料弁１０の下流側末端では低燃焼用ノズル１４に繋がっている。燃料流路は、第一燃料弁１０の上流側において、第一燃料流路１６から第二燃料流路１７と第三燃料流路１８に分岐している。第二燃料流路１７には第二燃料弁１１が設けられており、第三燃料流路１８には上流側から流量調整弁１２と移行弁１３が設けられ、流量調整弁１２の上流側には、高燃焼用ノズル１５への燃料供給量を調整するためオリフィス１９が設けられている。第二燃料流路１７と第三燃料流路１８とは、第二燃料弁１１および移行弁１３の下流側で合流して１つとなり、末端で高燃焼用ノズル１５に繋がっている。ところで、本実施例では、第三燃料流路１８において移行弁１３を流量調整弁１２の下流側に配置しているが、移行弁１３を流量調整弁１２の上流側に配することもできる。
【００３０】
前記第一燃料弁１０、第二燃料弁１１および移行弁１３には、開閉の二動作で制御される電磁弁が用いられている。そして、前記流量調整弁１２は、第三燃料流路１８の流路断面積の大きさを無段階的に変化させることのできる弁装置であって、流量調整弁１２を通過し高燃焼用ノズル１５へ供給される燃料の量を無段階的に変化させることができる。
【００３１】
次に、図３を参照しつつ、制御部６により実行される本実施例における制御方法を説明する。本実施例の燃焼装置１が起動されると、送風装置２が運転を開始し、ファン回転速度が着火用回転速度まで上げられ、プレパージが行われる。プレパージの間、ダンパ開度は高燃焼用風量位置とされる。
【００３２】
プレパージが所定時間行われた後、送風装置２はファン回転速度を着火用回転速度に維持したまま、ダンパ３は着火用風量位置まで閉じられ、着火工程に移行する。着火工程においては、まず、着火装置が起動され、着火装置が起動されてから所定時間経過後に第一燃料弁１０が開かれ、燃料の供給が開始される。この間、前記着火装置は継続して起動しており、燃料の供給が開始されてから所定時間経過後に停止される。ところで、着火装置が起動されてから燃料供給が開始されるまでの期間はプレイグニッション、燃料供給が開始されてから着火装置が停止されるまでの期間は着火トライと呼ばれ、これら２つの工程により着火工程が構成される。
【００３３】
着火工程が終了した後、ファン回転速度を着火用回転速度、ダンパ開度を着火用風量位置とした状態が所定時間継続される。その後、低燃焼工程へと移行する。まず、送風装置２がファン回転速度の低燃焼用回転速度への変更を開始する。そして、ファン回転速度の変更開始時点からの経過時間を時間計測手段により計測し、その経過時間が設定時間T1に達したらダンパ３は低燃焼用風量位置まで開かれる。この実施例においては、ダンパ３の開閉速度が遅く、図３に示すように時間T1で着火用風量位置から低燃焼用風量位置まで変化するように構成されている。しかしながら、ダンパ３の開閉速度が速い場合は、ファン回転速度の変更途中で、ダンパ３を開くように構成することもできる。
【００３４】
低燃焼工程においては、ファン回転速度は低燃焼用回転速度とされ、ダンパ開度は低燃焼用風量位置とされる。ここで、低燃焼用回転速度とは、ダンパを低燃焼用風量位置とした場合に、低燃焼工程に必要とされる量の燃焼用空気が供給されるように設定されたファンの回転速度であり、ダンパを全開位置とした状態で、低燃焼工程に必要な風量となるファンの回転速度よりも高速度とされる。また、前記ダンパの低燃焼用風量位置とは、低燃焼工程において、火炎により生ずる風圧がファンの方向へ伝播することを防止できる程度にまで閉じられた状態の開度であって、ファンの回転速度を低燃焼用回転速度とした場合に、低燃焼工程に必要とされる燃焼用空気が供給されるようなダンパ開度を意味する。このように、低燃焼工程においてファン回転速度を低燃焼用回転速度、ダンパを低燃焼用風量位置とすることにより、低燃焼工程に必要な風量の燃焼用空気が供給されるとともに、送風装置２側の吐出圧が火炎により生ずる風圧の影響をほとんど受けないようにすることができ、低燃焼工程においても安定した燃焼を行うことができる。また、低燃焼工程においては、第一燃料弁１０を通じて、低燃焼工程に必要な量の燃料が低燃焼用ノズル１４へ供給される。
【００３５】
低燃焼工程から高燃焼工程ヘ移行する場合は、まず流量調整弁１２および移行弁１３が開かれ、時間計測手段が前記移行弁１３が開かれた時点からの経過時間を計測し、設定時間T2に達したら送風装置２がファン回転速度の低燃焼用回転速度から高燃焼用回転速度への変更を開始する。この設定時間T2は、流量調整弁１２の開弁動作開始時点から実際に高燃焼用ノズル１５に燃料が供給されるまでに要する時間と同程度の時間に設定されている。ところで、前記流量調整弁１２の開弁動作開始時点から実際に高燃焼用ノズル１５に燃料が供給されるまでの時間差を無視できる場合は、この設定時間T2は設けなくてもよく、また、前記ファン回転速度の変更と前記流量調整弁１２の開弁動作との前後は問わない。
【００３６】
本実施例においては、風量制御装置としてインバータ８が使用されており、前記ファン回転速度は経過時間に比例して増加するように制御されている。前記流量調整弁１２は、前記ファン回転速度の増加と対応して、望ましい空燃比を維持するように燃料供給量を無段階的に増加させる。そして、流量調整弁１２を通過して高燃焼用ノズル１５に供給される燃料は、ファン回転速度が高燃焼用回転速度に達した時点で、第一燃料弁１０を通過して低燃焼用ノズル１４に供給される燃料供給量と合計して高燃焼工程に必要な量となるように設定されている。
【００３７】
また、時間計測手段により移行弁１３が開かれた時点からの経過時間が計測され、その経過時間が設定時間T3に達すると移行弁１３が閉じられる。前記設定時間T3は、前記設定時間T2とファン回転速度が低燃焼用回転速度から高燃焼用回転速度に達するまでに要する時間T4とを合計した時間と同程度の時間に設定されている。
【００３８】
一方、前記流量調整弁１２は、移行弁１３が閉じられた後の高燃焼工程の間も開弁状態が維持される。また、本実施例では、前記移行弁１３が閉じられると同時に、第一燃料弁１０も閉じられ、第二燃料弁１１が開かれる。すなわち、高燃焼工程においては、第二燃料流路１７のみを通じて高燃焼工程に必要な量の燃料が高燃焼用ノズル１５に供給されることになり、低燃焼用ノズル１４への燃料の供給は行われない。このように、高燃焼工程において、高燃焼用ノズル１５のみから燃焼室５内へ燃料が噴霧されるため、両ノズル１４，１５から噴霧される燃料が互いに干渉して燃焼不良を起こすことがなく、より良好な燃焼を行うことができる。また、このように、前記流量調整弁１２をファン回転速度の移行時においてのみ使用するようにしたことにより、流量調整弁１２に起因する流路の詰まりなどを効果的に防ぐことができ、故障の少ない安定した運転が実現できる。
【００３９】
併せて、ファン回転速度の低燃焼用回転速度から高燃焼用回転速度への変更開始と同時に、ダンパ３は高燃焼用風量位置へ開かれる。この実施例においては、ダンパ３の開閉速度が遅く、図３に示すように時間T4で低燃焼用風量位置から高燃焼用風量位置まで開くように構成されている。このダンパ開度の変化とファン回転速度の変化により生ずる風量の漸増，すなわち滑らかに増加することに対応して、流量調整弁１２により高燃焼用ノズル１５への燃料供給量が漸増されるため、空燃比を崩すことなく安定した燃焼を行うことができる。この実施例では、ダンパ３を時間T4で低燃焼用風量位置から高燃焼用風量位置まで変化するように構成しているが、ダンパ３の開閉速度が速い場合には、ファン回転速度の変更の途中でダンパ３を開くように構成することもできる。
【００４０】
高燃焼工程においては、ダンパ開度は高燃焼用風量位置とされた状態で、送風装置２のファン回転速度は高燃焼用回転速度に継続される。
【００４１】
高燃焼工程から低燃焼工程ヘ移行する場合は、まず閉弁状態であった第一燃料弁１０および移行弁１３が開かれると同時に、第二燃料弁１１が閉じられる。これにより、第二燃料流路１７に代わって第一燃料流路１６および第三燃料流路１８を通じて燃料が各ノズル１４，１５へ供給されるようになる。そして、時間計測手段により前記移行弁１３が開かれた時点からの経過時間が計測され、その経過時間が設定時間T5に達したら、送風装置２のファン回転速度の、高燃焼用回転速度から低燃焼用回転速度への移行が開始される。この設定時間T5は、前記移行弁１３が開かれてから実際に高燃焼用ノズル１５に燃料が供給されるまでに要する時間と同程度の時間とされる。ところで、前記移行弁１３が開かれてから実際に高燃焼用ノズル１５に燃料が供給されるまでの時間差が無視できる場合は、この設定時間T5は設けなくてもよく、また、前記ファン回転速度の変更と前記移行弁１３の開弁動作との前後は問わない。
【００４２】
前記ファン回転速度の変更は、インバータ８により経過時間に比例して減少するように制御される。そして、前記流量調整弁１２は、前記ファン回転速度の減少と対応して、望ましい空燃比を維持するように燃料供給量を無段階的に減少させる。
【００４３】
また、時間計測手段により移行弁１３が開かれた時点からの経過時間が計測され、その経過時間が設定時間T6に達すると流量調整弁１２および移行弁１３は閉じられる。前記設定時間T6は、前記設定時間T5とファン回転速度が高燃焼用回転速度から低燃焼用回転速度に達するまでに要する時間T7とを合計した時間と同程度の時間に設定されている。
【００４４】
併せて、前記ファン回転速度の高燃焼用回転速度から低燃焼用回転速度への変更開始と同時に、ダンパ３は低燃焼用風量位置まで閉じられる。この実施例においては、ダンパ３の開閉速度が遅く、図３に示すように時間T7で高燃焼用風量位置から低燃焼用風量位置まで閉じるように構成されている。このダンパ開度の変化とファン回転速度の変化により生ずる風量の漸減，すなわち滑らかに減少することに対応して、流量調整弁１２により高燃焼用ノズル１５への燃料供給量が漸減されるため、空燃比が崩れることなく安定した燃焼を行うことができる。この実施例では、ダンパ３を時間T7で高燃焼用風量位置から低燃焼用風量位置まで変化するように構成しているが、ダンパ３の開閉速度が速い場合には、ファン回転速度の変更の途中でダンパ３が閉じるように構成することもできる。
【００４５】
燃焼の終了は、低燃焼工程に続いて行われ、第一燃料弁１０が閉じられるとともに、送風装置２のファン回転速度が低燃焼用回転速度から着火用回転速度へ移行し、併せてダンパ開度が高燃焼用風量位置とされ、そのまま着火用回転速度とした状態を所定時間継続してポストパージを行う。その後、送風装置２が停止される。このようにして、燃焼装置１は運転を停止する。前記ポストパージは、必要に応じて省略できる。
【００４６】
前記の実施例１によれば、着火工程から低燃焼工程への移行時および低燃焼工程において安定燃焼を実現でき、燃焼性に優れた燃焼装置１を提供できる。また、低燃焼工程における燃焼用空気の風量および燃料供給量を低減しても安定な燃焼が可能となり、ターンダウン比（低燃焼量に対する高燃焼量の比率）を大きくすることができる。また、高燃焼工程において、各ノズル１４，１５から燃焼室内へ噴霧される燃料が互いに干渉して燃焼不良を起こすことがなく、より良好な燃焼を実現することができる。さらに、着火工程とこれに続く低燃焼工程において、共通して第一燃料弁１０を通じて燃料供給を行うことによって燃料供給量を同じとしているため、低燃焼工程の燃料供給量を低減すれば着火工程の燃料供給量をも同時に低減することができ、着火衝撃をより抑えることができる。
【実施例２】
【００４７】
次に、本発明の第二実施例について説明する。図４は、第二実施例の燃焼装置が実行する制御のタイムチャートである。第二実施例において、図１に示す燃焼装置１の構成、図２に示す燃料供給装置４の構成については第一実施例の燃焼装置１と共通している。
【００４８】
第二実施例においては、燃焼を行っている間、継続して第一燃料弁１０が開弁状態とされる点で第一実施例と異なっている。したがって、高燃焼工程においては、第一実施例の燃焼装置１と異なり、第一燃料弁１０は閉じられることはなく、第一燃料弁１０を通過して低燃焼用ノズル１４へ供給される燃料の量と第二燃料弁１１を通過して高燃焼用ノズル１５へ供給される燃料の量との合計が、高燃焼工程に必要とされる燃料供給量となる。この場合、低燃焼用ノズル１４および高燃焼用ノズル１５の双方から同時に燃焼室５内へ燃料が噴霧されることになるが、良好な燃焼を行うために、各ノズル１４，１５から噴霧される燃料が互いに干渉しないような方策をとることが望ましい。
【００４９】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は前記実施例の構成に限定されるものではなく、適宜変更可能である。例えば、燃料供給装置４における第二燃料弁１１が設けられた第二燃料流路１７および移行弁１３を設けず、高燃焼工程において第三燃料流路１８を通じて燃料が供給されるようにすることもできる。また、前記実施例では、低燃焼工程においてダンパ３を低燃焼用風量位置としているが、高燃焼用風量位置とするように構成することもできる。さらに、本発明は、ガス燃料を燃焼させる燃焼装置においては、ノズルを一つとしてこれにモータ弁などの流量調整弁を接続し、この上流側にガバナなどの均圧弁を設けて、ガス流量制御する構成のものにもの適用可能であり、油燃料を燃焼させる燃焼装置においては、ノズルを一つとしてこれに流量調整弁を接続する構成のものにも適用可能である。ところで、燃焼停止時においてダンパ３を全閉するように構成し、ボイラの缶体（図示省略）からの放熱を防止するように構成してもよいことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施例における燃焼装置の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施例における燃料供給装置の概略構成図である。
【図３】本発明における第一実施例の制御チャートを示す図である。
【図４】本発明における第二実施例の制御チャートを示す図である。
【図５】従来の燃焼装置における制御チャートを示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ 燃焼装置
２ 送風装置
３ ダンパ
４ 燃料供給装置
１０ 第一燃料弁
１１ 第二燃料弁
１２ 流量調整弁
１３ 移行弁
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ファンの回転速度を制御することにより風量調整を行う送風装置を備えた燃焼装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃焼状態を高燃焼、低燃焼、停止の三位置など設定された複数の燃焼状態で燃焼制御を行う、ボイラなどの燃焼装置においては、各燃焼状態に応じて必要とされる空気量がそれぞれ異なる。そこで、送風装置を構成するファンを備えた電動機にインバータを接続し、ファン回転速度を増減することにより、各燃焼状態において必要とされる量の燃焼用空気を供給することが行われている。
【０００３】
しかしながら、このような燃焼装置においては、送風装置がファン回転速度の変更を開始してから必要な風量に達するまでにある程度の時間を要するのに対し、燃料供給量の変更は弁の切替えにより瞬時に行われるため、燃料と空気量との比率（以下、「空燃比」と言う。）が崩れ、燃焼不良が発生するという問題があった。
【０００４】
そこで、下記特許文献１に開示される燃焼装置が提案されている。特許文献１に記載の燃焼装置は、一定量の燃料を通過させる２つの電磁弁を備えており、図５に示すように、低燃焼においては第１電磁弁のみ開弁状態として燃料供給を行い、低燃焼から高燃焼へ燃焼工程を変更する場合には、まず送風装置がファン回転速度の増加を開始し、その増加開始から所定時間Ta経過後に第２電磁弁を開くというものである。また、高燃焼から低燃焼へ燃焼工程を変更する場合も同様に、まず送風装置がファンの回転速度の減少を開始し、その減少開始から所定時間経過後に第２電磁弁を閉じるように構成されている。すなわち、特許文献１に記載の燃焼装置は、第２電磁弁の開閉をファン回転速度の変更開始時点から所定時間遅らせて燃料供給量の変更を行うことにより、空燃比の崩れを極力抑えようとするものである。
【特許文献１】特開平９−２１０３４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１に記載の燃焼装置においては、低燃焼工程と高燃焼工程との間で行われる燃料供給量の変更は、第２電磁弁の開閉のみで行われる２段階の変化であることから、ファン回転速度の変更開始から第２電磁弁が開閉されるまでの間は空燃比が大きく崩れてしまい、燃焼不良が発生する原因となっていた。
【０００６】
この発明が解決しようとする課題は、送風装置のファン回転速度が変更されても常に望ましい空燃比を保つことができ、安定した燃焼を行うことのできる燃焼装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、ファンの回転速度を、少なくとも高燃焼用回転速度、または前記高燃焼用回転速度より低い回転速度の低燃焼用回転速度に制御することにより風量調整を行う送風装置と、燃料供給量を無段階的に変化させる燃料供給装置とを備えており、燃焼工程を変更する場合には、前記送風装置は前記ファンの回転速度の変更を行う一方、前記燃料供給装置は前記ファンの回転速度の変化と対応するように燃料供給量を無段階的に変化させることを特徴としている。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、ファンの回転速度の移行時においても望ましい空燃比を維持することができ、安定した燃焼を行うことができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成要件に加えて、前記燃料供給装置は、少なくとも低燃焼工程において開弁状態とされる第一燃料弁と、高燃焼工程において開弁状態とされる第二燃料弁と、燃料供給量を無段階的に変化させる流量調整弁と、前記流量調整弁を通過する燃料の供給の有無を切り替える移行弁とを備えており、低燃焼工程から高燃焼工程へ移行するときは、前記送風装置が前記ファンの回転速度の高燃焼用回転速度への変更を開始するとともに、前記移行弁は開弁状態とされ、前記流量調整弁は前記ファンの回転速度の増加と対応するように燃料供給量を無段階的に増加させ、前記移行弁が開かれた時点から所定時間経過後、前記移行弁が閉弁状態とされるとともに前記第二燃料弁は開弁状態とされ、高燃焼工程から低燃焼工程へ移行するときは、前記送風装置が前記ファンの回転速度の低燃焼用回転速度への変更を開始するとともに、前記移行弁は開弁状態、前記第二燃料弁は閉弁状態とされ、前記流量調整弁が前記ファンの回転速度の減少と対応するように燃料供給量を無段階的に減少させ、前記移行弁が開かれた時点から所定時間経過後、前記移行弁は閉弁状態とされることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、ファンの回転速度の移行時においても望ましい空燃比を維持することができ、安定した燃焼を行うことができるのに加え、流量調整弁に起因する流路の詰まりなどを効果的に防止することができ、故障の少ない安定した運転を可能とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の構成要件に加えて、前記燃料供給装置は、低燃焼工程において開弁状態とされる第一燃料弁と、高燃焼工程において開弁状態とされる第二燃料弁と、燃料供給量を無段階的に変化させる流量調整弁と、前記流量調整弁を通過する燃料の供給の有無を切り替える移行弁とを備えており、低燃焼工程から高燃焼工程へ移行するときは、前記送風装置が前記ファンの回転速度の高燃焼用回転速度への変更を開始するとともに、前記移行弁は開弁状態とされ、前記流量調整弁は前記ファンの回転速度の増加と対応するように燃料供給量を無段階的に増加させ、前記移行弁が開かれた時点から所定時間経過後、前記移行弁と前記第一燃料弁が閉弁状態とされるとともに、前記第二燃料弁は開弁状態とされ、高燃焼工程から低燃焼工程へ移行するときは、前記送風装置が前記ファンの回転速度の低燃焼用回転速度への変更を開始するとともに、前記第一燃料弁と前記移行弁は開弁状態、前記第二燃料弁は閉弁状態とされ、前記流量調整弁が前記ファンの回転速度の減少と対応するように燃料供給量を無段階的に減少させ、前記移行弁が開かれた時点から所定時間経過後、前記移行弁は閉弁状態とされることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、ファンの回転速度の移行時においても望ましい空燃比を維持することができ、安定した燃焼を行うことができるのに加え、流量調整弁に起因する流路の詰まりなどを効果的に防止することができ、故障の少ない安定した運転を可能とする。さらには、高燃焼用ノズルと低燃焼用ノズルとを設けた場合には、２つのノズルから燃焼室内へ噴霧される燃料が互いに干渉して燃焼不良を起こすことがなく、より良好な燃焼を実現することができる。
【００１３】
さらに、請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の構成要件に加えて、少なくとも高燃焼用風量位置、または前記高燃焼用風量位置より開度の小さい低燃焼用風量位置に配置されることにより、前記送風装置からの風量を制御するダンパを備え、燃焼工程の移行時には、前記ファンの回転速度の変化および前記ダンパの開度変化と対応するように燃料供給量を無段階的に変化させることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、さらにダンパを備えた場合でも、ファンの回転速度の移行時においても望ましい空燃比を維持することができ、安定した燃焼を行うことができる。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、送風装置のファン回転速度が変更されても望ましい空燃比を保ち続けることができ、安定した燃焼を実現できる燃焼装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
つぎに、この発明の実施の形態について説明する。本発明は、高燃焼、低燃焼および停止の三段階で燃焼量を調整する三位置式燃焼制御などの多位置式燃焼制御を行う燃焼装置に用いられる。本発明の燃焼装置は、燃焼室へ燃焼用空気を供給する送風装置を備えている。この送風装置は、ファンを備えた電動機と、電動機に接続されファンの回転速度を制御する風量制御装置とを備えている。この風量制御装置としては、特に限定されないがインバータが好適に用いられる。前記送風装置は、ファンの回転速度を高燃焼用回転速度、着火用回転速度および低燃焼用回転速度に増減することにより、三段階の風量を供給する。この高燃焼用回転速度および着火用回転速度は、低燃焼用回転速度よりも速い回転速度に設定されている。この着火用回転速度は、簡単化のため高燃焼用回転速度と同一の回転速度として兼用させることもできる。ところで、三位置式燃焼制御以外の多位置式燃焼制御を採用する場合は、これらの回転速度に加えて他の回転速度を設定することもできる。
【００１７】
まず、本発明の第一の実施形態は、燃焼工程を変更する場合には、送風装置はファンの回転速度の変更を行う一方、燃料供給装置は前記ファンの回転速度の変化と対応するように燃料供給量を無段階的に変化させる。ここで、燃料の種類は特に限定されない。また、ファンの回転速度の変化と対応するように燃料供給量を無段階的に変化させるとは、ファンの回転速度の変化に伴い増減する風量に対し、望ましい空燃比を維持するように燃料供給量を無段階的に変化させることをいい、ファンの回転速度が経過時間に比例して増減する場合に限られない。
【００１８】
次に、本発明の第二の実施形態は、低燃焼工程から高燃焼工程へ移行するときは、前記送風装置が前記ファンの回転速度の高燃焼用回転速度への変更を開始するとともに、前記移行弁は開弁状態とされ、前記流量調整弁は前記ファンの回転速度の増加と対応するように燃料供給量を無段階的に増加させ、前記移行弁が開かれた時点から所定時間経過後、前記移行弁が閉弁状態とされるとともに前記第二燃料弁は開弁状態とされ、高燃焼工程から低燃焼工程へ移行するときは、前記送風装置が前記ファンの回転速度の低燃焼用回転速度への変更を開始するとともに、前記移行弁は開弁状態、前記第二燃料弁は閉弁状態とされ、前記流量調整弁が前記ファンの回転速度の減少と対応するように燃料供給量を無段階的に減少させ、前記移行弁が開かれた時点から所定時間経過後、前記移行弁は閉弁状態とされるというものである。
【００１９】
ここで、第一燃料弁および第二燃料弁は、開閉の二動作で制御され、開弁状態において一定量の燃料を通過させるものである。この第二燃料弁は、高燃焼工程においてのみ開かれる。そして、第一燃料弁を通過して供給される燃料は、低燃焼工程において必要な燃料供給量に設定されている。また、前記流量調整弁は、通過して供給される燃料供給量を無段階的に変化させるものである。この流量調整弁としては、流路面積の大きさを無段階的に調節することにより燃料供給量を変化させるものがあるが、弁の種類は特に限定されない。前記移行弁は、開閉の二動作で制御されるものであって、前記流量調整弁を通過する燃料の供給の有無を切り替えるものである。このように、高燃焼工程において一定量の燃料を通過させる第二燃料弁を設け、流量調整弁をファン回転速度の移行時においてのみ使用するようにしたことにより、前記流量調整弁に起因する流路の詰まりなどを効果的に防ぐことができ、故障の少ない安定した運転が実現できる。
【００２０】
また、前記移行弁は、低燃焼工程から高燃焼工程へ移行するときは、送風装置がファンの回転速度の高燃焼用回転速度への変更を開始するとともに開かれ、所定時間経過後に閉じられる。また、高燃焼工程から低燃焼工程へ移行するときは、前記移行弁は、送風装置がファンの回転速度の低燃焼用回転速度への変更を開始するとともに開かれ、所定時間経過後に閉じられる。なお、前記所定時間の経過を計測する手段としては、タイマー装置により時間を計測する手段のほか、タイマー装置に代えて、送風装置により供給された風量を検知する風圧センサ、インバータから電動機へ出力される周波数信号、流量調整弁を通過する燃料供給量を検知する流量センサなどの各種センサを用い、検出値が設定値に達した時点で移行弁を閉じるようにすることにより、所定時間経過後に閉じられるようにする手段を含む。ところで、低燃焼工程および高燃焼工程は、それぞれ低燃焼状態の工程，高燃焼状態の工程を意味する。
【００２１】
本発明の第三の実施形態は、低燃焼工程から高燃焼工程へ移行するときは、前記送風装置が前記ファンの回転速度の高燃焼用回転速度への変更を開始するとともに、前記移行弁は開弁状態とされ、前記流量調整弁は前記ファンの回転速度の増加と対応するように燃料供給量を無段階的に増加させ、前記移行弁が開かれた時点から所定時間経過後、前記移行弁と前記第一燃料弁が閉弁状態とされるとともに、前記第二燃料弁は開弁状態とされ、高燃焼工程から低燃焼工程へ移行するときは、前記送風装置が前記ファンの回転速度の低燃焼用回転速度への変更を開始するとともに、前記第一燃料弁と前記移行弁は開弁状態、前記第二燃料弁は閉弁状態とされ、前記流量調整弁が前記ファンの回転速度の減少と対応するように燃料供給量を無段階的に減少させ、前記移行弁が開かれた時点から所定時間経過後、前記移行弁は閉弁状態とされるというものである。
【００２２】
この第三の実施形態では、高燃焼工程において、第一燃料弁は閉弁状態とされ、第二燃料弁のみが開弁状態とされる。つまり、第一燃料弁を通過して供給される燃料は、低燃焼工程において必要な供給量に設定され、第二燃料弁を通過して供給される燃料は、高燃焼工程において必要な供給量に設定されている。
【００２３】
さらに、本発明の第四の実施形態では、燃焼工程の移行時には、前記ファンの回転速度の変化および前記ダンパの開度変化と対応するように燃料供給量を無段階的に変化させるものである。
【００２４】
ここで、前記ダンパは、送風装置により供給される燃焼用空気の風量を制御するものである。そして、燃焼工程の移行時においては、前記ファンの回転速度の変化および前記ダンパの開度変化に伴い増減する風量に対し、燃料供給装置は望ましい空燃比を維持するように燃料供給量を無段階的に変化させる。
【実施例１】
【００２５】
以下、この発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、第一実施例の燃焼装置の概略構成図、図２は、第一実施例の燃焼装置における燃料供給装置の概略構成図であり、図３は、第一実施例の燃焼装置が実行する制御のタイムチャートである。
【００２６】
本実施例の燃焼装置１は、図１に示すように、ファンの回転速度を制御することにより風量調整を行う送風装置２と、前記送風装置２により供給された燃焼用空気の風量を制御するダンパ３と、燃料供給量を無段階的に変化させる燃料供給装置４とを備え、燃焼室５内で燃焼を行う。前記送風装置２、ダンパ３、および燃料供給装置４は、制御部６からの制御信号に基づき制御されている。本発明において、燃料の種類は限定されないが、本実施例の燃焼装置１は油焚きボイラである。
【００２７】
前記送風装置２は、ファン（図示せず）を備えた電動機７と、電動機７に接続されファン回転速度を制御するインバータ８とを備えており、制御部６からの制御信号に基づきインバータ８から出力される周波数信号を変化させることによりファン回転速度を制御する。本実施例では、この周波数信号として、高いほうから高燃焼用周波数、着火用周波数、および低燃焼用周波数が設定されており、各周波数により運転されるときのファン回転速度が、それぞれ高燃焼用回転速度、着火用回転速度、低燃焼用回転速度となる。ところで、高燃焼用周波数より着火用周波数を高い数値に設定してもよい。また、この実施例においては、パージ用の周波数は着火用周波数と同じに設定している。
【００２８】
また、前記ダンパ３は、送風装置２により供給される燃焼用空気の流路となるダクト９内に設けられ、ダクト９の断面を一部閉じることにより前記燃焼用空気の風量を制御する。このダンパ開度として、高燃焼用風量位置（ダクト９の中心軸方向，すなわち空気の流れ方向に垂直の方向に対して９０°）、前記高燃焼用風量位置より開度の小さい低燃焼用風量位置（ダクト９の中心軸方向に垂直の方向に対して２５°）、および前記低燃焼用風量位置より更に開度の小さい着火用風量位置（ダクト９の中心軸方向に垂直の方向に対して２０°）の３位置が設定されている。
【００２９】
次に、図２を参照しながら、本実施例の燃料供給装置４について説明する。燃料供給装置４は、燃料ポンプ（図示せず）、燃料タンク（図示せず）、第一燃料弁１０、第二燃料弁１１、流量調整弁１２、移行弁１３、低燃焼用ノズル１４および高燃焼用ノズル１５を備え、これらは各燃料流路１６，１７，１８により連結して設けられている。第一燃料流路１６は、燃料ポンプ、燃料タンクと接続されており、燃料は、第一燃料流路１６を矢印の方向へ流れる。第一燃料流路１６には第一燃料弁１０が設けられており、第一燃料弁１０の下流側末端では低燃焼用ノズル１４に繋がっている。燃料流路は、第一燃料弁１０の上流側において、第一燃料流路１６から第二燃料流路１７と第三燃料流路１８に分岐している。第二燃料流路１７には第二燃料弁１１が設けられており、第三燃料流路１８には上流側から流量調整弁１２と移行弁１３が設けられ、流量調整弁１２の上流側には、高燃焼用ノズル１５への燃料供給量を調整するためオリフィス１９が設けられている。第二燃料流路１７と第三燃料流路１８とは、第二燃料弁１１および移行弁１３の下流側で合流して１つとなり、末端で高燃焼用ノズル１５に繋がっている。ところで、本実施例では、第三燃料流路１８において移行弁１３を流量調整弁１２の下流側に配置しているが、移行弁１３を流量調整弁１２の上流側に配することもできる。
【００３０】
前記第一燃料弁１０、第二燃料弁１１および移行弁１３には、開閉の二動作で制御される電磁弁が用いられている。そして、前記流量調整弁１２は、第三燃料流路１８の流路断面積の大きさを無段階的に変化させることのできる弁装置であって、流量調整弁１２を通過し高燃焼用ノズル１５へ供給される燃料の量を無段階的に変化させることができる。
【００３１】
次に、図３を参照しつつ、制御部６により実行される本実施例における制御方法を説明する。本実施例の燃焼装置１が起動されると、送風装置２が運転を開始し、ファン回転速度が着火用回転速度まで上げられ、プレパージが行われる。プレパージの間、ダンパ開度は高燃焼用風量位置とされる。
【００３２】
プレパージが所定時間行われた後、送風装置２はファン回転速度を着火用回転速度に維持したまま、ダンパ３は着火用風量位置まで閉じられ、着火工程に移行する。着火工程においては、まず、着火装置が起動され、着火装置が起動されてから所定時間経過後に第一燃料弁１０が開かれ、燃料の供給が開始される。この間、前記着火装置は継続して起動しており、燃料の供給が開始されてから所定時間経過後に停止される。ところで、着火装置が起動されてから燃料供給が開始されるまでの期間はプレイグニッション、燃料供給が開始されてから着火装置が停止されるまでの期間は着火トライと呼ばれ、これら２つの工程により着火工程が構成される。
【００３３】
着火工程が終了した後、ファン回転速度を着火用回転速度、ダンパ開度を着火用風量位置とした状態が所定時間継続される。その後、低燃焼工程へと移行する。まず、送風装置２がファン回転速度の低燃焼用回転速度への変更を開始する。そして、ファン回転速度の変更開始時点からの経過時間を時間計測手段により計測し、その経過時間が設定時間T1に達したらダンパ３は低燃焼用風量位置まで開かれる。この実施例においては、ダンパ３の開閉速度が遅く、図３に示すように時間T1で着火用風量位置から低燃焼用風量位置まで変化するように構成されている。しかしながら、ダンパ３の開閉速度が速い場合は、ファン回転速度の変更途中で、ダンパ３を開くように構成することもできる。
【００３４】
低燃焼工程においては、ファン回転速度は低燃焼用回転速度とされ、ダンパ開度は低燃焼用風量位置とされる。ここで、低燃焼用回転速度とは、ダンパを低燃焼用風量位置とした場合に、低燃焼工程に必要とされる量の燃焼用空気が供給されるように設定されたファンの回転速度であり、ダンパを全開位置とした状態で、低燃焼工程に必要な風量となるファンの回転速度よりも高速度とされる。また、前記ダンパの低燃焼用風量位置とは、低燃焼工程において、火炎により生ずる風圧がファンの方向へ伝播することを防止できる程度にまで閉じられた状態の開度であって、ファンの回転速度を低燃焼用回転速度とした場合に、低燃焼工程に必要とされる燃焼用空気が供給されるようなダンパ開度を意味する。このように、低燃焼工程においてファン回転速度を低燃焼用回転速度、ダンパを低燃焼用風量位置とすることにより、低燃焼工程に必要な風量の燃焼用空気が供給されるとともに、送風装置２側の吐出圧が火炎により生ずる風圧の影響をほとんど受けないようにすることができ、低燃焼工程においても安定した燃焼を行うことができる。また、低燃焼工程においては、第一燃料弁１０を通じて、低燃焼工程に必要な量の燃料が低燃焼用ノズル１４へ供給される。
【００３５】
低燃焼工程から高燃焼工程ヘ移行する場合は、まず流量調整弁１２および移行弁１３が開かれ、時間計測手段が前記移行弁１３が開かれた時点からの経過時間を計測し、設定時間T2に達したら送風装置２がファン回転速度の低燃焼用回転速度から高燃焼用回転速度への変更を開始する。この設定時間T2は、流量調整弁１２の開弁動作開始時点から実際に高燃焼用ノズル１５に燃料が供給されるまでに要する時間と同程度の時間に設定されている。ところで、前記流量調整弁１２の開弁動作開始時点から実際に高燃焼用ノズル１５に燃料が供給されるまでの時間差を無視できる場合は、この設定時間T2は設けなくてもよく、また、前記ファン回転速度の変更と前記流量調整弁１２の開弁動作との前後は問わない。
【００３６】
本実施例においては、風量制御装置としてインバータ８が使用されており、前記ファン回転速度は経過時間に比例して増加するように制御されている。前記流量調整弁１２は、前記ファン回転速度の増加と対応して、望ましい空燃比を維持するように燃料供給量を無段階的に増加させる。そして、流量調整弁１２を通過して高燃焼用ノズル１５に供給される燃料は、ファン回転速度が高燃焼用回転速度に達した時点で、第一燃料弁１０を通過して低燃焼用ノズル１４に供給される燃料供給量と合計して高燃焼工程に必要な量となるように設定されている。
【００３７】
また、時間計測手段により移行弁１３が開かれた時点からの経過時間が計測され、その経過時間が設定時間T3に達すると移行弁１３が閉じられる。前記設定時間T3は、前記設定時間T2とファン回転速度が低燃焼用回転速度から高燃焼用回転速度に達するまでに要する時間T4とを合計した時間と同程度の時間に設定されている。
【００３８】
一方、前記流量調整弁１２は、移行弁１３が閉じられた後の高燃焼工程の間も開弁状態が維持される。また、本実施例では、前記移行弁１３が閉じられると同時に、第一燃料弁１０も閉じられ、第二燃料弁１１が開かれる。すなわち、高燃焼工程においては、第二燃料流路１７のみを通じて高燃焼工程に必要な量の燃料が高燃焼用ノズル１５に供給されることになり、低燃焼用ノズル１４への燃料の供給は行われない。このように、高燃焼工程において、高燃焼用ノズル１５のみから燃焼室５内へ燃料が噴霧されるため、両ノズル１４，１５から噴霧される燃料が互いに干渉して燃焼不良を起こすことがなく、より良好な燃焼を行うことができる。また、このように、前記流量調整弁１２をファン回転速度の移行時においてのみ使用するようにしたことにより、流量調整弁１２に起因する流路の詰まりなどを効果的に防ぐことができ、故障の少ない安定した運転が実現できる。
【００３９】
併せて、ファン回転速度の低燃焼用回転速度から高燃焼用回転速度への変更開始と同時に、ダンパ３は高燃焼用風量位置へ開かれる。この実施例においては、ダンパ３の開閉速度が遅く、図３に示すように時間T4で低燃焼用風量位置から高燃焼用風量位置まで開くように構成されている。このダンパ開度の変化とファン回転速度の変化により生ずる風量の漸増，すなわち滑らかに増加することに対応して、流量調整弁１２により高燃焼用ノズル１５への燃料供給量が漸増されるため、空燃比を崩すことなく安定した燃焼を行うことができる。この実施例では、ダンパ３を時間T4で低燃焼用風量位置から高燃焼用風量位置まで変化するように構成しているが、ダンパ３の開閉速度が速い場合には、ファン回転速度の変更の途中でダンパ３を開くように構成することもできる。
【００４０】
高燃焼工程においては、ダンパ開度は高燃焼用風量位置とされた状態で、送風装置２のファン回転速度は高燃焼用回転速度に継続される。
【００４１】
高燃焼工程から低燃焼工程ヘ移行する場合は、まず閉弁状態であった第一燃料弁１０および移行弁１３が開かれると同時に、第二燃料弁１１が閉じられる。これにより、第二燃料流路１７に代わって第一燃料流路１６および第三燃料流路１８を通じて燃料が各ノズル１４，１５へ供給されるようになる。そして、時間計測手段により前記移行弁１３が開かれた時点からの経過時間が計測され、その経過時間が設定時間T5に達したら、送風装置２のファン回転速度の、高燃焼用回転速度から低燃焼用回転速度への移行が開始される。この設定時間T5は、前記移行弁１３が開かれてから実際に高燃焼用ノズル１５に燃料が供給されるまでに要する時間と同程度の時間とされる。ところで、前記移行弁１３が開かれてから実際に高燃焼用ノズル１５に燃料が供給されるまでの時間差が無視できる場合は、この設定時間T5は設けなくてもよく、また、前記ファン回転速度の変更と前記移行弁１３の開弁動作との前後は問わない。
【００４２】
前記ファン回転速度の変更は、インバータ８により経過時間に比例して減少するように制御される。そして、前記流量調整弁１２は、前記ファン回転速度の減少と対応して、望ましい空燃比を維持するように燃料供給量を無段階的に減少させる。
【００４３】
また、時間計測手段により移行弁１３が開かれた時点からの経過時間が計測され、その経過時間が設定時間T6に達すると流量調整弁１２および移行弁１３は閉じられる。前記設定時間T6は、前記設定時間T5とファン回転速度が高燃焼用回転速度から低燃焼用回転速度に達するまでに要する時間T7とを合計した時間と同程度の時間に設定されている。
【００４４】
併せて、前記ファン回転速度の高燃焼用回転速度から低燃焼用回転速度への変更開始と同時に、ダンパ３は低燃焼用風量位置まで閉じられる。この実施例においては、ダンパ３の開閉速度が遅く、図３に示すように時間T7で高燃焼用風量位置から低燃焼用風量位置まで閉じるように構成されている。このダンパ開度の変化とファン回転速度の変化により生ずる風量の漸減，すなわち滑らかに減少することに対応して、流量調整弁１２により高燃焼用ノズル１５への燃料供給量が漸減されるため、空燃比が崩れることなく安定した燃焼を行うことができる。この実施例では、ダンパ３を時間T7で高燃焼用風量位置から低燃焼用風量位置まで変化するように構成しているが、ダンパ３の開閉速度が速い場合には、ファン回転速度の変更の途中でダンパ３が閉じるように構成することもできる。
【００４５】
燃焼の終了は、低燃焼工程に続いて行われ、第一燃料弁１０が閉じられるとともに、送風装置２のファン回転速度が低燃焼用回転速度から着火用回転速度へ移行し、併せてダンパ開度が高燃焼用風量位置とされ、そのまま着火用回転速度とした状態を所定時間継続してポストパージを行う。その後、送風装置２が停止される。このようにして、燃焼装置１は運転を停止する。前記ポストパージは、必要に応じて省略できる。
【００４６】
前記の実施例１によれば、着火工程から低燃焼工程への移行時および低燃焼工程において安定燃焼を実現でき、燃焼性に優れた燃焼装置１を提供できる。また、低燃焼工程における燃焼用空気の風量および燃料供給量を低減しても安定な燃焼が可能となり、ターンダウン比（低燃焼量に対する高燃焼量の比率）を大きくすることができる。また、高燃焼工程において、各ノズル１４，１５から燃焼室内へ噴霧される燃料が互いに干渉して燃焼不良を起こすことがなく、より良好な燃焼を実現することができる。さらに、着火工程とこれに続く低燃焼工程において、共通して第一燃料弁１０を通じて燃料供給を行うことによって燃料供給量を同じとしているため、低燃焼工程の燃料供給量を低減すれば着火工程の燃料供給量をも同時に低減することができ、着火衝撃をより抑えることができる。
【実施例２】
【００４７】
次に、本発明の第二実施例について説明する。図４は、第二実施例の燃焼装置が実行する制御のタイムチャートである。第二実施例において、図１に示す燃焼装置１の構成、図２に示す燃料供給装置４の構成については第一実施例の燃焼装置１と共通している。
【００４８】
第二実施例においては、燃焼を行っている間、継続して第一燃料弁１０が開弁状態とされる点で第一実施例と異なっている。したがって、高燃焼工程においては、第一実施例の燃焼装置１と異なり、第一燃料弁１０は閉じられることはなく、第一燃料弁１０を通過して低燃焼用ノズル１４へ供給される燃料の量と第二燃料弁１１を通過して高燃焼用ノズル１５へ供給される燃料の量との合計が、高燃焼工程に必要とされる燃料供給量となる。この場合、低燃焼用ノズル１４および高燃焼用ノズル１５の双方から同時に燃焼室５内へ燃料が噴霧されることになるが、良好な燃焼を行うために、各ノズル１４，１５から噴霧される燃料が互いに干渉しないような方策をとることが望ましい。
【００４９】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は前記実施例の構成に限定されるものではなく、適宜変更可能である。例えば、燃料供給装置４における第二燃料弁１１が設けられた第二燃料流路１７および移行弁１３を設けず、高燃焼工程において第三燃料流路１８を通じて燃料が供給されるようにすることもできる。また、前記実施例では、低燃焼工程においてダンパ３を低燃焼用風量位置としているが、高燃焼用風量位置とするように構成することもできる。さらに、本発明は、ガス燃料を燃焼させる燃焼装置においては、ノズルを一つとしてこれにモータ弁などの流量調整弁を接続し、この上流側にガバナなどの均圧弁を設けて、ガス流量制御する構成のものにもの適用可能であり、油燃料を燃焼させる燃焼装置においては、ノズルを一つとしてこれに流量調整弁を接続する構成のものにも適用可能である。ところで、燃焼停止時においてダンパ３を全閉するように構成し、ボイラの缶体（図示省略）からの放熱を防止するように構成してもよいことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施例における燃焼装置の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施例における燃料供給装置の概略構成図である。
【図３】本発明における第一実施例の制御チャートを示す図である。
【図４】本発明における第二実施例の制御チャートを示す図である。
【図５】従来の燃焼装置における制御チャートを示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ 燃焼装置
２ 送風装置
３ ダンパ
４ 燃料供給装置
１０ 第一燃料弁
１１ 第二燃料弁
１２ 流量調整弁
１３ 移行弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファンの回転速度を、少なくとも高燃焼用回転速度、または前記高燃焼用回転速度より低い回転速度の低燃焼用回転速度に制御することにより風量調整を行う送風装置（２）と、
燃料供給量を無段階的に変化させる燃料供給装置（４）とを備えており、
燃焼工程を変更する場合には、前記送風装置（２）は前記ファンの回転速度の変更を行う一方、前記燃料供給装置（４）は前記ファンの回転速度の変化と対応するように燃料供給量を無段階的に変化させる
ことを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】
前記燃料供給装置（４）は、
少なくとも低燃焼工程において開弁状態とされる第一燃料弁（１０）と、
高燃焼工程において開弁状態とされる第二燃料弁（１１）と、
燃料供給量を無段階的に変化させる流量調整弁（１２）と、
前記流量調整弁を通過する燃料の供給の有無を切り替える移行弁（１３）と
を備えており、
低燃焼工程から高燃焼工程へ移行するときは、前記送風装置（２）が前記ファンの回転速度の高燃焼用回転速度への変更を開始するとともに、前記移行弁（１３）は開弁状態とされ、前記流量調整弁（１２）は前記ファンの回転速度の増加と対応するように燃料供給量を無段階的に増加させ、前記移行弁（１３）が開かれた時点から所定時間経過後、前記移行弁（１３）が閉弁状態とされるとともに前記第二燃料弁（１１）は開弁状態とされ、
高燃焼工程から低燃焼工程へ移行するときは、前記送風装置（２）が前記ファンの回転速度の低燃焼用回転速度への変更を開始するとともに、前記移行弁（１３）は開弁状態、前記第二燃料弁（１１）は閉弁状態とされ、前記流量調整弁（１２）が前記ファンの回転速度の減少と対応するように燃料供給量を無段階的に減少させ、前記移行弁（１３）が開かれた時点から所定時間経過後、前記移行弁（１３）は閉弁状態とされる
ことを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。
【請求項３】
前記燃料供給装置（４）は、
低燃焼工程において開弁状態とされる第一燃料弁（１０）と、
高燃焼工程において開弁状態とされる第二燃料弁（１１）と、
燃料供給量を無段階的に変化させる流量調整弁（１２）と、
前記流量調整弁を通過する燃料の供給の有無を切り替える移行弁（１３）と
を備えており、
低燃焼工程から高燃焼工程へ移行するときは、前記送風装置（２）が前記ファンの回転速度の高燃焼用回転速度への変更を開始するとともに、前記移行弁（１３）は開弁状態とされ、前記流量調整弁（１２）は前記ファンの回転速度の増加と対応するように燃料供給量を無段階的に増加させ、前記移行弁（１３）が開かれた時点から所定時間経過後、前記移行弁（１３）と前記第一燃料弁（１０）が閉弁状態とされるとともに、前記第二燃料弁（１１）は開弁状態とされ、
高燃焼工程から低燃焼工程へ移行するときは、前記送風装置（２）が前記ファンの回転速度の低燃焼用回転速度への変更を開始するとともに、前記第一燃料弁（１０）と前記移行弁（１３）は開弁状態、前記第二燃料弁（１１）は閉弁状態とされ、前記流量調整弁（１２）が前記ファンの回転速度の減少と対応するように燃料供給量を無段階的に減少させ、前記移行弁（１３）が開かれた時点から所定時間経過後、前記移行弁（１３）は閉弁状態とされる
ことを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。
【請求項４】
少なくとも高燃焼用風量位置、または前記高燃焼用風量位置より開度の小さい低燃焼用風量位置に配置されることにより、前記送風装置からの風量を制御するダンパ（３）を備え、
燃焼工程の移行時には、前記ファンの回転速度の変化および前記ダンパ（３）の開度変化と対応するように燃料供給量を無段階的に変化させる
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃焼装置。
【請求項１】
ファンの回転速度を、少なくとも高燃焼用回転速度、または前記高燃焼用回転速度より低い回転速度の低燃焼用回転速度に制御することにより風量調整を行う送風装置（２）と、
燃料供給量を無段階的に変化させる燃料供給装置（４）とを備えており、
燃焼工程を変更する場合には、前記送風装置（２）は前記ファンの回転速度の変更を行う一方、前記燃料供給装置（４）は前記ファンの回転速度の変化と対応するように燃料供給量を無段階的に変化させる
ことを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】
前記燃料供給装置（４）は、
少なくとも低燃焼工程において開弁状態とされる第一燃料弁（１０）と、
高燃焼工程において開弁状態とされる第二燃料弁（１１）と、
燃料供給量を無段階的に変化させる流量調整弁（１２）と、
前記流量調整弁を通過する燃料の供給の有無を切り替える移行弁（１３）と
を備えており、
低燃焼工程から高燃焼工程へ移行するときは、前記送風装置（２）が前記ファンの回転速度の高燃焼用回転速度への変更を開始するとともに、前記移行弁（１３）は開弁状態とされ、前記流量調整弁（１２）は前記ファンの回転速度の増加と対応するように燃料供給量を無段階的に増加させ、前記移行弁（１３）が開かれた時点から所定時間経過後、前記移行弁（１３）が閉弁状態とされるとともに前記第二燃料弁（１１）は開弁状態とされ、
高燃焼工程から低燃焼工程へ移行するときは、前記送風装置（２）が前記ファンの回転速度の低燃焼用回転速度への変更を開始するとともに、前記移行弁（１３）は開弁状態、前記第二燃料弁（１１）は閉弁状態とされ、前記流量調整弁（１２）が前記ファンの回転速度の減少と対応するように燃料供給量を無段階的に減少させ、前記移行弁（１３）が開かれた時点から所定時間経過後、前記移行弁（１３）は閉弁状態とされる
ことを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。
【請求項３】
前記燃料供給装置（４）は、
低燃焼工程において開弁状態とされる第一燃料弁（１０）と、
高燃焼工程において開弁状態とされる第二燃料弁（１１）と、
燃料供給量を無段階的に変化させる流量調整弁（１２）と、
前記流量調整弁を通過する燃料の供給の有無を切り替える移行弁（１３）と
を備えており、
低燃焼工程から高燃焼工程へ移行するときは、前記送風装置（２）が前記ファンの回転速度の高燃焼用回転速度への変更を開始するとともに、前記移行弁（１３）は開弁状態とされ、前記流量調整弁（１２）は前記ファンの回転速度の増加と対応するように燃料供給量を無段階的に増加させ、前記移行弁（１３）が開かれた時点から所定時間経過後、前記移行弁（１３）と前記第一燃料弁（１０）が閉弁状態とされるとともに、前記第二燃料弁（１１）は開弁状態とされ、
高燃焼工程から低燃焼工程へ移行するときは、前記送風装置（２）が前記ファンの回転速度の低燃焼用回転速度への変更を開始するとともに、前記第一燃料弁（１０）と前記移行弁（１３）は開弁状態、前記第二燃料弁（１１）は閉弁状態とされ、前記流量調整弁（１２）が前記ファンの回転速度の減少と対応するように燃料供給量を無段階的に減少させ、前記移行弁（１３）が開かれた時点から所定時間経過後、前記移行弁（１３）は閉弁状態とされる
ことを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。
【請求項４】
少なくとも高燃焼用風量位置、または前記高燃焼用風量位置より開度の小さい低燃焼用風量位置に配置されることにより、前記送風装置からの風量を制御するダンパ（３）を備え、
燃焼工程の移行時には、前記ファンの回転速度の変化および前記ダンパ（３）の開度変化と対応するように燃料供給量を無段階的に変化させる
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃焼装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−１４５１２１（Ｐ２００６−１４５１２１Ａ）
【公開日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３３６４１６（Ｐ２００４−３３６４１６）
【出願日】平成１６年１１月１９日（２００４．１１．１９）
【出願人】（０００１７５２７２）三浦工業株式会社 (1,055)
【出願人】（５０４１４３５２２）株式会社三浦プロテック (488)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月１９日（２００４．１１．１９）
【出願人】（０００１７５２７２）三浦工業株式会社 (1,055)
【出願人】（５０４１４３５２２）株式会社三浦プロテック (488)
【Ｆターム（参考）】
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