燃焼装置
【課題】燃焼量の変動に応じて燃焼用空気の供給量を的確に制御することで、燃焼性を良好に保ち、燃焼の安定化を図ることができる燃焼装置を提供する。
【解決手段】送風機２８は、バーナ２４に燃焼用空気を供給する。熱交換器３２は、燃料の燃焼により生成された排ガスによって、送風機２８から押し込まれた燃焼用空気を予熱する。開度制御手段５０は、燃焼量に対応して所定範囲の空気比となるダンパ４２の開度が調整する。回転数設定手段５２は、設定された燃焼量と第２の温度センサ３６で検出された燃焼用空気の温度とから、前記のデータテーブルに基づいて送風機２８の第１の回転数Ｎ１を設定する。回転数制御手段５４は、酸素濃度センサ４４により検出された酸素濃度に応じてバーナ２４の空気比が前記の目標空気比となるように送風機２８の回転数をフィードバック制御する。
【解決手段】送風機２８は、バーナ２４に燃焼用空気を供給する。熱交換器３２は、燃料の燃焼により生成された排ガスによって、送風機２８から押し込まれた燃焼用空気を予熱する。開度制御手段５０は、燃焼量に対応して所定範囲の空気比となるダンパ４２の開度が調整する。回転数設定手段５２は、設定された燃焼量と第２の温度センサ３６で検出された燃焼用空気の温度とから、前記のデータテーブルに基づいて送風機２８の第１の回転数Ｎ１を設定する。回転数制御手段５４は、酸素濃度センサ４４により検出された酸素濃度に応じてバーナ２４の空気比が前記の目標空気比となるように送風機２８の回転数をフィードバック制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱媒ボイラ、蒸気ボイラ、燃焼炉などに使用される燃焼装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、高温（２５０℃〜３００℃）の熱を利用するために熱媒油を所望される温度まで加熱して負荷に供給する熱媒ボイラが知られている。
熱媒ボイラは、一般的に、負荷側と熱媒ボイラ間を循環する熱媒油の温度を化石燃料の燃焼による燃焼ガスとの熱交換を行うことによって、ほぼ所定の温度に保つように燃焼制御されている。しかしながら、熱媒油の温度は、利用される温度が高いこともあり、加熱される熱媒油の温度は300℃近傍となるため、熱媒ボイラで加熱したあとの排ガス温度が350℃程度と高く、持ち去られるエネルギーが大きく、例えば、小型貫流型の蒸気ボイラのボイラ効率が９２％程度であるのに対して、熱媒ボイラではボイラ効率が８０％程度と熱効率が低い。
ボイラ効率を上げるためには、排ガス温度を下げる必要があるが、熱媒ボイラの場合、給水予熱は不可能であり、さらに定常運転時における油の予熱はほとんど効果が期待できないため、熱媒ボイラの排ガス排出部分に、特許文献１に示されているようにレキュペレータ（熱交換器）を用いて、送風機で燃焼用空気をレキュペレータに押し込みながら、燃焼排ガスと熱交換を行い、燃焼用空気を予熱することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０８−３１２９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃焼用空気を加熱した場合、つぎの課題がある。
循環され熱媒ボイラに戻ってくる熱媒油の温度の低下に比例して燃焼量（燃料）を増加させた場合、燃焼量の増加に応じて燃焼用空気を増加させなければならないが、排ガスと熱交換されて予熱された燃焼用空気は体積が膨張するため、送風機の回転数が一定では、ダンパ部分を通過する空気の速度が速くなり、ダンパ部分での圧力損失が増大し、送風機による空気の押し込み量が減り、燃焼用空気の量が減少する。
すなわち、燃焼用の空気が不足（酸素濃度が低下）して燃焼性が悪化する。
【０００５】
さらに、負荷側の変動に伴い燃焼量を変化させることになるが、排ガス温度が変化するため、排ガスとの熱交換量が変化し、燃焼用空気の温度が変化してしまい、空気過多や空気不足が起こり、一酸化炭素の増加や消炎、吹き消えなど燃焼が安定しないといった問題も起こる。
【０００６】
したがって、燃焼用空気の予熱を行う場合には、燃焼量の変化に伴う燃焼用空気の温度変化を的確に捉え、必要な空気量を燃焼部位に送気するように制御を行わなければならない。
このため、特許文献１の技術は、温度上昇による空気の膨張でバーナ部の流速が増大して着火が不安定になることを防止するために、レキュペレータで予熱された空気をバーナに供給する空気流量調整弁を設け、バーナ着火後の所定時間だけ空気流量調整弁を所定の初期開度に保持し、予熱された空気の温度の検出結果に応じて空気流量調整弁の初期開度を変化させてバーナにおいて所定の空気比の範囲内で燃焼を行わせている。
しかしながら、特許文献１の技術では、負荷変動が大きく、バーナ着火後に燃焼量が安定するまでに予熱された燃焼用空気の温度が大きく変化することが予想され、空気比が大きく変化して燃焼が不安定になるおそれがある。
本発明は上記のような点に鑑みなされたもので、燃焼量の変動に応じて燃焼用空気の供給量を的確に制御することで、燃焼性を良好に保ち、燃焼の安定化を図ることができる燃焼装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために請求項１に記載の発明は、バーナと、設定された燃焼量に応じて燃料を前記バーナに供給する燃料供給手段と、前記バーナに燃焼用空気を供給する送風機と、前記送風機と前記バーナとの間に設けられ、前記バーナによる前記燃料の燃焼により生成された排ガスによって前記燃焼用空気を予熱する熱交換器と、前記熱交換器により予熱された前記燃焼用空気の温度を検出する燃焼用空気温度検出手段と、前記熱交換器と前記バーナとを接続する空気供給路に設けられ開度が制御されるダンパと、前記排ガス中の酸素濃度を検出する排ガス酸素濃度検出手段と、前記設定された燃焼量に応じて、前記ダンパの開度を制御する開度制御手段と、前記燃焼用空気温度検出手段で検出された前記燃焼用空気の温度により、前記バーナの空気比が予め定められた目標空気比となる前記送風機の回転数を第１の回転数として設定する回転数設定手段と、前記第１の回転数に基づいて、前記排ガス酸素濃度検出手段により検出された酸素濃度に応じて前記バーナの空気比が前記目標空気比となるように前記送風機の回転数をフィードバック制御する回転数制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、設定された燃焼量に応じて、ダンパの開度を制御すると共に、燃焼用空気温度検出手段で検出された燃焼用空気の温度から、バーナの空気比が予め定められた目標空気比となるように送風機の第１の回転数を設定するようにした。
したがって、燃焼量の変化に応じて、燃焼用空気の供給量を的確に制御することができるので、空気比を目標空気比となるように制御でき、燃焼性を良好に保ち燃焼の安定性を図ることができる。
また、排ガス中の酸素濃度に応じてバーナの空気比が目標空気比となるように送風機の回転数をフィードバック制御するようにした。
したがって、送風機の回転数の制御の応答性を高めつつバーナの空気比の変動の抑制を図ることができ、燃焼性をより良好に保ち、燃焼のさらなる安定化を図ることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃焼装置において、前記回転数制御手段による前記送風機の回転数のフィードバック制御は、前記第１の回転数に微調整係数と粗補正係数とを乗算することで得られる第２の回転数に基づいて前記送風機の回転数を制御することでなされ、前記回転数制御手段は、前記検出された酸素濃度に応じて前記微調整係数を調整すると共に、前記微調整係数が予め定められた調整範囲を超えた場合には前記微調整係数が前記調整範囲内となるように前記粗補正係数を調整し、該粗補正係数を記憶することを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明によれば、燃焼が停止し、再起動したときに前記記憶されている粗補正係数で得られた新たな補正式を用いて必要な送風機の回転数を制御するので、微調整係数の調整範囲を小さい範囲に留めることができ、目標空気比への調整を短時間で実現することができるため、燃焼の安定化をより一層早く実現することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項２記載の燃焼装置において、前記回転数制御手段による前記粗補正係数の調整は、前記微調整係数が前記調整範囲を超えた場合に、前記粗補正係数を単位時間当たり予め定められた補正量変化させることでな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、予め定められた補正量を変化させるといった簡単な制御により粗補正係数の調整を行うことができるので、排ガス中の酸素濃度に応じた送風機の回転数のフィードバック制御の簡素化を図ることができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３に何れか１項に記載の燃焼装置において、前記回転数設定手段による前記送風機の第１の回転数の調整は、前記燃焼量に対して予め実測された、前記燃焼用空気の温度と前記送風機の回転数とに基づいて定められた相関関係を示すデータテーブルを用いてなされることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、送風機の回転数の設定に要する処理を、データテーブルを用いて簡単に行うことができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至３に何れか１項に記載の燃焼装置において、前記回転数設定手段による前記送風機の第１の回転数の調整は、前記燃焼量に対して予め実測された、前記燃焼用空気の温度と予め実測された前記送風機の回転数とに基づいて定められた相関関係を示す相関式を用いてなされることを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明によれば、送風機の回転数の設定に要する処理を、相関式を用いて行うようにしたので、送風機の回転数の設定を精密に行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、燃焼量の変動に応じて燃焼用空気の供給量を的確に制御することで、燃焼性を良好に保ち、燃焼の安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施の形態に係る燃焼装置が適用された熱媒ボイラ１００の構成を示す構成図である。
【図２】熱媒ボイラ１００の缶体１０、ウインドボックス２２、バーナ２４、ダンパ４２の構造を示す斜視図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はダンパ４２の動作説明図である。
【図４】熱媒ボイラ１００の機能ブロック図である。
【図５】第１の回転数Ｎ１、粗補正係数Ｋ１、微調整係数Ｋ２を説明するフローチャートである。
【図６】微調整係数Ｋ２が調整範囲内に収まるように粗補正係数Ｋ１を調整する場合の説明図である。
【図７】熱媒ボイラ１００の動作を示すフローチャートである。
【図８】外気温や湿度等をある条件に設定したときの燃焼用空気の温度Ｔと回転数Ｎとの相関関係を示す関数の線図である。
【図９】微調整係数Ｋ２による回転数の補正を説明するための線図である。
【図１０】粗補正係数Ｋ１による相関式の補正を説明するための線図である。
【図１１】粗補正係数Ｋ１の調整を説明するための線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る燃焼装置が熱媒ボイラ１００に適用された実施の形態について説明する。
図１は熱媒ボイラ１００の構成を示す構成図である。
熱媒ボイラ１００は、缶体１０を含んで構成されている。
図２に示すように、缶体１０は、コイル状に巻回された加熱管１２を備えている。
図１に示すように、加熱管１２の上流端は、熱媒体戻りライン１４であり、負荷側で熱を放出して温度の低下した熱媒油が熱媒ボイラ１００に戻るラインである。加熱管１２の下流端は、負荷側に熱媒を供給する熱媒体供給ライン１６である。
そして、熱媒油が不図示の循環ポンプによって加熱管１２と負荷との間で熱媒体戻りライン１４、熱媒体供給ライン１６を介して循環される。
コイル状に巻回された加熱管１２の内側には燃焼室１８が形成され、この燃焼室１８内で後述するバーナ２４によりガス燃料が燃焼されることにより、加熱管１２を循環する熱媒油が加熱される。
【００２０】
熱媒ボイラ１００は、図１に示すように、ウインドボックス２２と、バーナ２４と、燃料供給手段２６と、送風機２８と、インバータ３０と、熱交換器３２と、第１、第２、第３、第４の温度センサ３４、３６、３８、４０と、ダンパ４２と、酸素濃度センサ（Ｏ２センサ）４４と、制御装置４６とを含んで構成されている。
【００２１】
ウインドボックス２２は、本例では図２に示すように、缶体１０の上部に設けられており、バーナ２４が収容保持されている。
ウインドボックス２２は、送風機２８から供給される燃焼用空気を均一にバーナ２４に送るための箱体である。ウインドボックス２２から供給された燃焼用空気は、燃料供給手段２６からバーナ２４に供給される燃料（本実施の形態ではガス燃料）とバーナ２４で混合される。
【００２２】
バーナ２４は、図２に示すように、燃料供給手段２６から供給されるガス燃料と燃焼用空気を混合して燃焼させるものである。燃焼用空気と混合されたガス燃料は、バーナ２４により缶体１０の加熱管１２の内側の燃焼室１８で燃焼される。
【００２３】
燃料供給手段２６は、設定された燃焼量に応じて燃料をバーナ２４に供給するものである。
図１に示すように、本実施の形態では、燃料供給手段２６は、ガス燃料供給路２６０２と、遮断弁２６０４と、ガバナ２６０６と、比例弁２６０８と、制御装置４６とを含んで構成されている。
ガス燃料供給路２６０２は、その上流端が不図示のガス供給源に接続され、下流端がバーナ２４に接続されている。
遮断弁２６０４は、ガス燃料供給路２６０２に設けられ、制御装置４６から供給される制御信号により開閉されるものである。
ガバナ２６０６は、ガス燃料供給路２６０２において遮断弁２６０４の下流側に設けられ、ガス燃料供給路２６０２を流れるガス燃料の圧力を一定の圧力に調整するものである。
比例弁２６０８は、ガス燃料供給路２６０２においてガバナ２６０６の下流側に設けられ、モータ２７により開度が調整されるものである。モータ２７はステッピングモータ（パルスモータ）で構成され制御装置４６によりモータ２７の回転量（回転停止位置）が制御されることで比例弁２６０８の開度が調整される。
したがって、制御装置４６により遮断弁２６０４の開閉が制御されることでバーナ２４へのガス燃料の供給および停止が制御され、制御装置４６により比例弁２６０８の開度が調整されることにより、バーナ２４へのガス燃料の供給量、すなわち燃焼量の制御がなされる。
【００２４】
送風機２８は、バーナ２４に燃焼用空気を供給するものである。
送風機２８は、モータ２８０２と該モータ２８０２によって回転される不図示のファンとを備え、モータ２８０２によってファンを回転させることによって、吸入口から常温の空気を吸込み、吐出口から燃焼用空気を吐出する。
【００２５】
インバータ３０は、制御装置４６から供給される制御信号により、送風機２８のモータの回転数を調整するものである。
後述するように、制御装置４６によりインバータ３０を介して送風機２８のモータの回転数が調整されることにより、燃焼用空気の温度および燃焼排ガス中の酸素濃度に応じて燃焼用空気の供給量が調整される。
【００２６】
熱交換器３２（レキュペレータ）は、１次側３２０２と２次側３２０４とを備えている。
熱交換器３２の１次側３２０２は、燃焼排ガスを外部に導く排ガス供給路４８の途中に接続されている。
熱交換器３２の２次側３２０４は、送風機２８の吐出口とウインドボックス２２とを接続する空気供給路３３の途中に接続されている。
すなわち、熱交換器３２は、バーナ２４による燃料の燃焼により得られる燃焼ガスと循環する熱媒油との熱交換を行った後の燃焼排ガスによって、送風機２８から押し込まれた燃焼用空気を予熱するものである。
【００２７】
第１の温度センサ３４は、送風機２８の吐出口の近傍に設けられ、吐出口から空気供給路３３に押し込まれる燃焼用空気の温度を検出し、その検出結果を制御装置４６に供給するものである。この第1の温度センサ３４は、送風機２８の吸入口に設けてもよい。
第２の温度センサ３６は、熱交換器３２により予熱された燃焼用空気の温度を検出し、その検出結果を制御装置４６に供給するものであり、空気供給路３３のうち熱交換器３２の２次側３２０４の下流端とウインドボックス２２とを接続する部分に設けられている。第２の温度センサ３６は、特許請求の範囲における燃焼用空気温度検出手段を構成する。
第３の温度センサ３８は、排ガス供給路４８のうち熱交換器３２の１次側３２０２の下流端に接続された部分に設けられ、外部に排出される排ガスの温度を検出し、その検出結果を制御装置４６に供給するものである。
第４の温度センサ４０は、第２の熱媒体循環ライン１６のうち缶体１０（加熱管１２）の出口近傍に設けられ、缶体１０から負荷に供給される熱媒油の温度を検出し、その検出結果を制御装置４６に供給するものである。
【００２８】
ダンパ４２は、図１に示すように、板体４２０２を含んで構成されている。
板体４２０２は、空気供給路３３のうち熱交換器３２の２次側３２０４の下流端とウインドボックス２２とを接続する部分に設けられた回転可能に構成され、前記のモータ２７によって比例弁２６０８と同期して回転される。
したがって、制御装置４６から供給される制御信号によりモータ２７が回転することにより板体４２０２が回転し、図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すようにダンパ４２の開度が調整され、ダンパ４２の開度は比例弁２６０８の開度と同期して調整されることになる。
すなわち、モータ２７が回転することにより、ダンパ４２の開度が制御されて空気供給路３３を流れる燃焼用空気の供給量が制御されると共に、比例弁２６０８の開度が制御されて燃焼量が制御される。
【００２９】
酸素濃度センサ４４は、排ガス酸素濃度検出手段を構成するものであって、燃焼排ガス中の酸素濃度を検出し、その検出結果を制御装置４６に供給するものである。
本実施の形態では、酸素濃度センサ４４は、排ガス供給路４８のうち熱交換器３２の１次側３２０２の下流側に接続された部分に設けられている。
【００３０】
制御装置４６は、外部から要求される燃焼量の指令と、第１乃至第４の温度センサ４０、酸素濃度センサ４４からの検出信号とを受け付けると共に、燃料供給手段２６、送風機２８およびダンパ４２を制御するものである。
制御装置４６は、マイクロコンピュータによって構成することができる。
すなわち、マイクロコンピュータは、ＣＰＵと、バスラインを介して接続されたＲＯＭ、ＲＡＭ、インタフェースなどを含んで構成されている。ＲＯＭはＣＰＵが実行する燃焼装置の制御プログラムなどを格納し、ＲＡＭはワーキングエリアを提供する。
そして、図４に示すように、ＣＰＵが前記の制御プログラムを実行することにより、制御装置４６は、開度制御手段５０、回転数設定手段５２、回転数制御手段５４として機能する。
【００３１】
開度制御手段５０は、第４の温度センサ４０の検出温度に基づき、循環する熱媒油の温度を所定温度に維持するよう燃焼量を判断し、遮断弁２６を開き、燃焼量に見合う開度になるように比例弁２６０８を開くと共に所定範囲の空気比となるようにダンパ４２の開度を制御する。開度制御手段５０による燃焼量の設定は、第４の温度センサ４０の検出温度と所定温度との温度差に比例してなされる（比例制御でなされる）。
より詳細には、熱交換器３２により予熱された燃焼用空気の温度が予め定められた一定温度（例えば２５０℃）に維持されているという仮定で、燃焼量毎に、所定範囲の空気比となるダンパ４２の開度を実験的に求める。
そして、モータ２７の回転により燃焼量（比例弁２６０８の開度）が設定されると、所定範囲の空気比となるダンパ４２の開度が得られるように、言い換えると、モータ２７の回転量に応じて比例弁２６０８の開度とダンパ４２の開度とが同期して調整されるように、比例弁２６０８およびダンパ４２を構成しておく。
具体的には、燃焼量毎にモータ２７の回転停止位置を決め、燃焼量と回転停止位置とをデータテーブルとして前記ＲＯＭに記憶しておく。
開度制御手段５０は、燃焼量を決定すると、決定した燃焼量に基づいて前記データテーブルから読みだした回転停止位置となるようにモータ２７を制御する。これにより、燃焼量に対応して所定範囲の空気比となるダンパ４２の開度が調整される。
ここで、空気比について説明する。
空気は、大気圧で２０．９％の酸素（Ｏ２）を含んでいる。
空気比は、燃焼用空気の酸素濃度（２０．９％）を、該酸素濃度から排ガスの酸素濃度を差し引いた値で割った値であり、式（１）で定義される。
空気比＝２０．９／（２０．９−排ガス中の酸素濃度）……（１）
したがって、供給した燃料に対して、理論上完全な燃焼を行うだけの空気を供給した場合は、空気比＝１（理論空気量）となる。熱効率的に見れば、空気比＝１は理想であるが、工業的な燃焼装置では、このような理論的な燃焼を達成することが困難であるので、燃料を完全燃焼させるために、理論空気量よりも多い空気、つまり（１）の式に基づけば、空気比＞１となるように供給する。
この場合の所定範囲の空気比とは、不完全燃焼による一酸化炭素の急増や火炎の途中消炎が起こらない燃焼性が得られる、およそ１．１５〜１．４５の範囲である。
【００３２】
回転数設定手段５２は、開度制御手段５０で設定されたダンパ開度において、予熱された燃焼用空気の温度を検出する第２の温度センサ３６の検出値に基づいて、目標空気比を得るために必要な送風機２８の回転数を第１の回転数Ｎ１として設定するものである。
ここで目標空気比について説明する。
ダンパ４２の開度の設定により前記の所定範囲の空気比あるいはその近傍までの調整は可能であるが、予熱された燃焼用空気の温度は、大気温度、燃焼量や負荷の変動などによって変化する。
この結果、燃焼量によるダンパ４２の開度調整だけでは、空気量の変動が大きくなり、所定範囲の空気比を逸脱したり、空気比が低くなり燃焼性を悪化させることが起こり得る。
このため、送風機２８の回転数を調整することにより、目標空気比になるように調整することが必要となる。
供給する空気量はできる限り理論空気比＝１に近い量が理想であるが、本実施の形態の熱媒ボイラ１００の場合は、この目標空気比はおよそ１．２０１〜１．２３７である。この過剰な空気量は、燃焼装置によっても変わり、あるいは、燃焼装置と該燃焼装置が適用される熱媒ボイラ、蒸気ボイラ、燃焼炉との組み合わせなどによっても変わる。
【００３３】
回転数設定手段５２による第１の回転数Ｎ１の設定は、以下の（１）、（２）のような構成によって実現することができる。
（１）空気比が目標空気比となるように、熱交換器３２の出口における燃焼用空気の温度Ｔと、送風機２８の回転数Ｎとの相関関係を示す曲線を計算により求め、この曲線を示す相関式を作成し制御プログラムに組み込む。
このような相関式の作成は、従来公知の様々な方法が使用可能である。
回転数設定手段５２は、第２の温度センサ３６で検出された燃焼用空気の温度から、前記の相関式に基づいて送風機２８の第１回転数Ｎ１を設定する。
【００３４】
（２）空気比が目標空気比となるように、第２の温度センサ３６で検出される燃焼用空気の温度と送風機２８の回転数の関係を計算により求め、ある温度幅、例えば２５℃から５℃ごとに必要となる送風機２８の回転数を求めておき、これをデータテーブルとして前記のＲＯＭなどの記憶手段に格納しておく。
回転数設定手段５２は、第２の温度センサ３６で検出された燃焼用空気の温度から、前記の相関関係を示すデータテーブルから送風機２８の第１の回転数Ｎ１を求めて設定する。
データテーブルにおける燃焼用空気の温度と、送風機２８の回転数とは離散的な値であるため、データテーブルに無い値は、前後のデータを比例配分するなど従来公知の方法を用いて補完すればよい。
【００３５】
回転数制御手段５４は、第１の回転数Ｎ１に基づいて、酸素濃度センサ４４により検出された酸素濃度に応じてバーナの空気比が目標空気比となるように送風機２８の回転数をフィードバック制御するものである。
回転数制御手段５４は、第１の回転数Ｎ１に後述する微調整係数Ｋ２と粗補正係数Ｋ１とを乗算することで得られる第２の回転数Ｎ２に基づいて送風機２８の回転数のフィードバック制御を行う。
また、回転数制御手段５４は、検出された酸素濃度に応じて微調整係数Ｋ２を調整すると共に、微調整係数Ｋ２が予め定められた調整範囲を超えた場合には微調整係数Ｋ２が調整範囲内となるように粗補正係数Ｋ１を調整し、該粗補正係数Ｋ１を記憶する。
【００３６】
本実施の形態では、回転数制御手段５４は、粗補正演算回路５６と、微調整演算回路５８とを含んで構成されている。
微調整演算回路５８は、第２の温度センサ３６で検出された燃焼用空気の温度から前記の相関式に基づいて算出された回転数（第１の回転数Ｎ１）で燃焼用空気の風量を制御させ、さらに酸素濃度センサ４４により検出された排ガス中の酸素濃度に応じて空気比が前記の目標空気比となるように送風機２８の回転数を変更するものである。
粗補正演算回路５６は、前述した燃焼用空気の温度と送風機の回転数との相関関係が外気温や湿度等によって変化した場合に、燃焼用空気の温度と送風機の回転数との新たな相関関係を得るものである。
【００３７】
微調整演算回路５８は、燃焼用空気の温度と送風機２８の回転数の相関関係（相関式）から求められる送風機２８の第１の回転数Ｎ１を微調整するものであり、この微調整は、酸素濃度センサ４４により検出された酸素濃度に応じて、目標の空気比となるように送風機２８の回転数を調整することによって行う。
すなわち、微調整演算手段５８は、目標空気比に対応する酸素濃度（目標値）と検出された酸素濃度（現在値）との差分である酸素濃度の偏差（誤差）が“０”となるように第１の回転数Ｎ１に乗算する微調整係数Ｋ２を算出する。
この場合、算出した微調整係数Ｋ２の単位時間あたりの変化量が大きすぎると、目標空気比を安定させる上で不利となることから、微調整係数Ｋ２の単位時間あたりの変化量は、例えば、０．０１／分とされている。
なお、微調整係数Ｋ２の単位時間あたりの変化量の具体的な数値を例示すると、インバータ３０の周波数が４０Ｈｚであった場合、微調整係数Ｋ２の単位時間あたりの変化量は０．０１×４０Ｈｚ／分＝０．４Ｈｚ／分となる。
このように微調整係数Ｋ２の単位時間あたりの変化量が定められていることから、微調整前と微調整後との間で微調整係数Ｋ２の変化量が大きくなるほど、実際の空気比が目標空気比に到達するまでに長い時間を要することになる。
したがって、実際の空気比が目標空気比に到達するまでに要する時間の短縮化を図るために、微調整係数Ｋ２が予め定められた調整範囲内に収まるように設定している。
すなわち、微調整係数Ｋ２を用いて実際の空気比が目標空気比となるように調整した結果、微調整係数Ｋ２が前記の調整範囲を超えている場合は、微調整係数Ｋ２の変化量の合計が前記調整範囲に収まるように後述する粗補正係数Ｋ１を調整する。
なお、微調整係数Ｋ２の調整範囲は、例えば、燃焼用空気温度に基づいて前記の相関関係（相関式）から求められる第１の回転数Ｎ１に対して±２％である。
【００３８】
粗補正演算回路５６は、微調整係数Ｋ２を用いて実際の空気比が目標空気比となるように回転数の微調整を行った結果、微調整係数Ｋ２が前記の調整範囲を超えている場合に、燃焼用空気の温度と送風機２８の回転数との相関関係（相関式）を補正するものである。
【００３９】
次に、上述した粗補正演算回路５６および微調整演算回路５８を含む回転数制御手段５４の動作手順について説明する。
まず、空気比が目標空気比となるように、燃焼用空気の温度と送風機２８の回転数との関係を計算で求め、相関関係を示す式（１）としてこれをＲＯＭに記憶しておく。
Ｎ＝Ｋ１×Ｋ２×ｆ（Ｔ）……（１）
Ｎ：送風機２８の回転数
Ｋ１：粗補正係数
Ｋ２：微調整係数
Ｔ：燃焼用空気の温度
ｆ：燃焼用空気Ｔと回転数Ｎとの相関関係を示す関数（ただし、外気温や湿度等による影響を考慮しないもの）
【００４０】
そして、第２の温度センサ３６で検出された燃焼用空気の温度Ｔから、Ｋ２＝Ｋ１＝１とした式（１）を用いて、送風機２８の第１の回転数Ｎ１を得て、回転数制御手段５４により送風機２８の回転数をＮ１に変更する。
この回転数Ｎ１の状態で酸素濃度センサ４４によって検出された酸素濃度に基づいて微調整演算回路５８によって、微調整係数Ｋ２を図６に示す方法により求めて式（１）に代入して回転数Ｎを微調整する。このとき粗補正係数Ｋ１＝１の状態が維持されている。
すなわち、微調整係数Ｋ２の単位時間あたりの変化量を０．０１／分として変化させることにより、空気比が目標空気比となるように回転数Ｎを微調整する。
空気比が目標空気比に調整された結果、微調整係数Ｋ２が前記の調整範囲を超えている場合は、微調整係数Ｋ２が調整範囲内に収まるように、式（１）における粗補正係数Ｋ１を一定の比率で変化（増減）させることにより、燃焼用空気と送風機２８の回転数との新たな相関関係（相関式）を作る。すなわち、式（１）の粗補正係数Ｋ１の値を増減する。
そして、回転数制御手段５４は、新たな相関関係（相関式）に基づいて決定された送風機２８の第２の回転数Ｎ２に基づいて送風機２８の回転数を制御する。
さらに、酸素濃度センサ４４により検出された酸素濃度に応じて目標空気比となるように送風機の回転数Ｎ２に微調整係数Ｋ２を乗算して微調整を行う。
微調整係数Ｋ２に基づいて回転数を調整して目標空気比に調整した結果、再び、微調整係数Ｋ２の変化量の合計が調整範囲を超えている場合は、微調整係数Ｋ２が調整範囲内に収まるように粗補正係数Ｋ１を一定の比率で変化して、新たな相関関係（相関式）を作り、上述と同様の動作を繰り返す。
【００４１】
次に、上述した粗補正演算回路５６および微調整演算回路５８を含む回転数制御手段５４の動作について図８、図９、図１０に示す線図を用いて改めて説明する。
図８は、外気温や湿度等をある条件に設定したときの燃焼用空気の温度Ｔと回転数Ｎとの相関関係を示す関数の線図である。
図９は微調整係数Ｋ２による回転数の補正を説明するための線図である。
図１０は粗補正係数Ｋ１による相関式の補正を説明するための線図である。
なお、図８、図９、図１０において、横軸は燃焼用空気の温度Ｔ、縦軸は送風機２８の回転数Ｎを示す。
図８において、Ｎ＝ｆ（Ｔ）＝Ｋ１×Ｋ２×ｆ（Ｔ）で示されている線が相関関係を示しており、この場合、Ｋ１＝Ｋ２＝１である。
ｆ（Ｔ）は、空気比を目標空気比とするための、燃焼用空気の温度Ｔに対応する回転数Ｎを求める相関式である。
相関式ｆ（Ｔ）は曲線になる。この曲線の式を導き、この相関式に基づいて熱交換器３２の出口温度に対して必要な送風機２８の回転数を求める。
以下では、説明の簡略化を図るため、相関式として曲線に近似した一次式（ｆ（Ｔ）＝ａ×Ｔ＋ｂ）を用いて送風機２８の回転数の制御を行った場合について例示する。
この相関式は、目標空気比を得るための燃焼用空気の温度Ｔと回転数Ｎとの相関関係は外的要因によって変化しないことを前提としている。
しかしながら、外気温や湿度等による影響を受けると、上記の相関関係はそのままでは成立しなくなり、空気比を目標空気比に制御することができなくなるため、回転数の補正と、相関関係の補正とを行うことが必要となる。
すなわち、N＝ｆ（Ｔ）で得られた回転数Ｎを補正する（微調整する）微調整係数Ｋ２と、相関関係を補正する粗補正係数Ｋ１とを定めることが必要となる。
このことを示す式が前記の式（１）である。
【００４２】
図９に示すように、検出された燃焼用空気の温度がＴ０からＴ１に変化した場合、Ｎ＝ｆ（Ｔ）＝Ｋ１×Ｋ２×ｆ（Ｔ）（ただしＫ１＝Ｋ２＝１）を用いて回転数ＮをＮ０からＮ１に変化させる。
次いで、検出された排ガス中の酸素濃度に基づいて目標空気比ｍ０となるように、送風機２８の回転数Ｎを微調整する。すなわち、粗補正係数Ｋ１＝１とし、かつ、微調整係数Ｋ２をｆ（Ｔ）に乗算することで送風機２８の回転数Ｎを微調整する。この結果、回転数ＮがＮ１からＮ２になったものとする。
この結果、微調整された微調整係数Ｋ２が前記の調整範囲を超えた場合は、当初の相関関係が成立しなくなったものとし、新たな相関関係を作成する。
そこで、図１０に示すように、空気比を目標空気比ｍ０にするための微調整係数Ｋ２が前記の調整範囲内に収まるように粗補正係数Ｋ１を変更する。
【００４３】
粗補正係数Ｋ１の変更について説明する。
図１１は粗補正係数Ｋ１の調整を説明するための線図である。
横軸は時間ｔ、縦軸は空気比ｍを示す。
上述したように微調整係数Ｋ２を変更して空気比が目標空気比ｍ０となり、このときの微調整係数Ｋ２の値が１．０３であるとする（粗補正係数Ｋ１＝１）。
次に、微調整係数Ｋ２が前記の調整範囲内に収まるように、あるいは、微調整係数Ｋ２＝１となるように操作を行う。
このような操作は以下のことが懸念されるためである。すなわち、微調整係数Ｋ２が調整範囲外にある状態であると、燃焼停止後に再び燃焼を開始した際、粗補正係数Ｋ＝１の状態で制御がなされるため、前述したように微調整係数Ｋ２の単位時間当たりの変化量が定められていることから、回転数の制御に長い時間がかかることが懸念される。
なお、以下では、燃焼用空気の温度が一定であるものとする。
上述したように粗補正係数Ｋ１＝１、微調整係数Ｋ２＝１．０３で空気比が目標空気比ｍ０であるものとする。
ここで、燃焼性に影響を与えないように、目標空気比ｍ０からあまり離れない程度に粗補正係数Ｋ１の値を変化させる。
図１１では、粗補正係数Ｋ１を１から１．０１まで（ｔ２−ｔ１）の時間をかけて０．０１増加させる。
このとき、微調整係数Ｋ２は１．０３のまま維持しているため、空気比が目標空気比ｍ０を上回る。
そして、粗補正係数Ｋ１が１．０１に到達したならば、Ｋ１×Ｋ２＝１．０３となるように微調整係数Ｋ２を減少させる。この場合、微調整係数Ｋ２＝１．０２となる。
これにより、空気比は目標空気比ｍ０まで低下する。
さらに微調整係数Ｋ２を減少させるため、粗補正係数Ｋ１を上記と同じ変化量で上記と同じ時間をかけて増加させる。すなわち、粗補正係数Ｋ１を１．０１から１．０２まで同じ時間（ｔ３−ｔ２）＝（ｔ２−ｔ１）をかけて０．０１増加させる。この結果、粗補正係数Ｋ１＝１．０２となる。
すなわち、粗補正係数Ｋ１の調整は、微調整係数Ｋ２が前記調整範囲を超えた場合に、粗補正係数Ｋ１を単位時間当たり予め定められた補正量変化させることで行われる。
このような操作を繰り返すことで微調整係数Ｋ２を前記の調整範囲内に収まるように、あるいは、微調整係数Ｋ２＝１となるように調整する。
そして、得られた粗補正係数Ｋ１≠１を記憶させ、燃焼停止後の燃焼時には、この記憶されていた粗補正係数Ｋ１を用いた相関関係（相関式）に基づいて燃焼用空気の温度から送風機２８の回転数Ｎを求める。
【００４４】
次に、熱媒ボイラ１００の動作について図７のフローチャートを参照して説明する。
予め熱媒ボイラ１００は停止状態にあるものとする。
熱媒ボイラ１００が起動されると、前記の循環ポンプは、缶体１０と負荷との間での熱媒油の循環を開始する。これと同時に制御装置４６が起動することにより図７の処理が実行される。
【００４５】
次に、回転数制御手段５４（粗補正演算回路５６）は、図５に示すように、相関式で得られた温度に応じて決められる第１の回転数Ｎ１によって送風機２８を制御する（Ｓ２０）。
そして、酸素濃度センサ４４により検出された酸素濃度に応じて微調整係数Ｋ２を用いて空気比が目標空気比となるように回転数を調整する（Ｓ２２、Ｓ２４）。
【００４６】
そして、回転数制御手段５４（微調整演算回路５８）は、図５に示すように、微調整係数Ｋ２が調整範囲を超えている場合は、微調整係数Ｋ２が調整範囲内に収まるように粗補正係数Ｋ１を一定の比率で相関式に乗算し、新たな相関を作り、第２の回転数Ｎ２を得る（Ｓ２６）。
第２の回転数Ｎ２で送風機２８の制御を行い、検出された酸素濃度に応じて空気比が目標空気比となるように第２の回転数Ｎ２に乗算する微調整係数Ｋ２を算出し、空気比が目標空気比となるまでステップＳ２４、Ｓ２６を繰り返したのち（Ｓ２８）、ステップＳ１０に戻り、同様の処理を繰り返して実行する。
すなわち、回転数制御手段５４によって、酸素濃度センサ４４により検出された酸素濃度に応じてバーナ２４の空気比が前記の目標空気比となるように送風機２８の回転数がフィードバック制御されることになる。
以降、ガス燃料の燃焼により熱媒ボイラ１００によって熱媒油が加熱され、加熱された熱媒油が負荷と熱媒ボイラ１００との間で循環される。
また、燃焼が停止された場合は、停止直前の粗補正係数Ｋ１を記憶しておき、燃焼が開始されたときは、この粗補正係数Ｋ１を用いた相関式に基づいて燃焼用空気の温度から送風機２８の回転数を求め、その回転数で送風機２８を制御する。
【００４７】
以上説明したように本実施の形態によれば、設定された燃焼量に応じて、ダンパ４２の開度を制御すると共に、第２の温度センサ３６で検出された燃焼用空気の温度から、バーナ２４の空気比が予め定められた目標空気比となるように送風機２８の第１の回転数Ｎ１を設定するようにした。
したがって、燃焼量の変動に応じて燃焼用空気の供給量を的確に制御することにより、燃焼用空気を的確に予熱して排ガス温度を下げることでボイラ効率（燃焼効率）を高めることができ、かつ、負荷の増大に応じて燃焼量（燃料）を増加させた場合に、的確に燃焼用空気を増加させつつ、予熱された燃焼用空気の熱膨張に伴う燃焼用空気の供給量の減少を抑制して空気比を目標空気比となるように送風機２８を制御できるため、燃焼性を良好に保ち、燃焼の安定化を図ることができる。
また、燃焼用空気に応じて第１の回転数Ｎ１を設定するだけでは、外気温度や湿度の変化、負荷温度の変動などに対して第１の回転数Ｎ１の調整が間に合わず、バーナ２４の空気比が目標空気比から外れることが想定される。すなわち、燃焼用空気に応じて第１の回転数Ｎ１を設定するだけでは、送風機２８の回転数の制御の応答性を確保することが困難である。
そこで、本実施の形態では、第１の回転数Ｎ１に基づいて、排ガス中の酸素濃度に応じてバーナ２４の空気比が目標空気比となるように送風機２８の回転数をフィードバック制御するようにした。
したがって、送風機２８の回転数の制御の応答性を高めつつバーナ２８の空気比の変動の抑制を図ることができるので、燃焼性をより良好に保ち、燃焼のさらなる安定化を図ることができる。
【００４８】
また、本実施の形態では、前記のフィードバック制御を、第１の回転数に微調整係数Ｋ２と粗補正係数Ｋ１とを乗算することで得られる第２の回転数に基づいて送風機２８の回転数を制御することで行うものとし、検出された酸素濃度に応じて微調整係数Ｋ２を調整すると共に、微調整係数Ｋ２が予め定められた調整範囲を超えた場合には微調整係数Ｋ２が前記の調整範囲内となるように粗補正係数Ｋ１を調整し、この値を記憶するようにした。
これにより、燃焼が停止し、再起動したときに補正した粗補正係数Ｋ１で得られた新たな補正式を用いて第２の温度センサ３６で検出された温度に基づいて必要な送風機２８の回転数を得ることができる。したがって、微調整係数Ｋ２の調整範囲を小さい範囲に留めることができるので、目標空気比への調整を短時間で実現することができるため、燃焼の安定化をより一層早く実現することができる。
【００４９】
また、本実施の形態では、回転数制御手段５４による粗補正係数Ｋ１の調整は、微調整係数Ｋ２が前記調整範囲を超えた場合に、粗補正係数Ｋ１を単位時間当たり予め定められた補正量変化させることで行うようにした。
したがって、予め定められた補正量を変化させるといった簡単な制御により粗補正係数Ｋ１の調整を行うことができるので、排ガス中の酸素濃度に応じた送風機２８の回転数のフィードバック制御の簡素化を図ることができる。
【００５０】
また、本実施の形態では、回転数設定手段５２による送風機２８の第１の回転数Ｎ１の設定を、予め実測された燃焼用空気の温度と、予め実測された送風機の回転数とに基づいて定められた相関関係を示す相関式を用いて行うようにしたので、送風機２８の回転数の設定を精密に行うことができる。
【００５１】
また、本実施の形態では、回転数設定手段５２による送風機２８の第１の回転数Ｎ１の設定を、予め実測された燃焼用空気の温度と、予め実測された送風機の回転数とに基づいて定められた相関関係を示すデータテーブルを用いて行うようにしたので、送風機２８の回転数の設定に要する処理を簡単に行うことができる。
【００５２】
なお、本実施の形態では、燃焼装置が熱媒ボイラ１００に適用された場合について説明したが、本発明の燃焼装置は、蒸気ボイラ、あるいは、燃焼炉についても無論適用可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１００……熱媒ボイラ
１０……缶体
１２……加熱管
１５……燃焼室
１４……熱媒体戻りライン
１６……熱媒体供給ライン
１８……燃焼室
２０……燃焼装置
２２……ウインドボックス
２４……バーナ
２６……燃料供給手段
２８……送風機
３０……インバータ
３２……熱交換器
３４……第１の温度センサ
３６……第２の温度センサ（燃焼用空気温度検出手段）
３８……第３の温度センサ
４０……第４の温度センサ
４２……ダンパ
４４……酸素濃度センサ（排ガス酸素濃度検出手段）
４６……制御装置
５０……開度制御手段
５２……回転数設定手段
５４……回転数制御手段
５６……粗補正演算回路
５８……微調整演算回路
Ｎ１……第１の回転数
Ｎ２……第２の回転数
Ｋ１……粗補正係数
Ｋ２……微調整係数
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱媒ボイラ、蒸気ボイラ、燃焼炉などに使用される燃焼装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、高温（２５０℃〜３００℃）の熱を利用するために熱媒油を所望される温度まで加熱して負荷に供給する熱媒ボイラが知られている。
熱媒ボイラは、一般的に、負荷側と熱媒ボイラ間を循環する熱媒油の温度を化石燃料の燃焼による燃焼ガスとの熱交換を行うことによって、ほぼ所定の温度に保つように燃焼制御されている。しかしながら、熱媒油の温度は、利用される温度が高いこともあり、加熱される熱媒油の温度は300℃近傍となるため、熱媒ボイラで加熱したあとの排ガス温度が350℃程度と高く、持ち去られるエネルギーが大きく、例えば、小型貫流型の蒸気ボイラのボイラ効率が９２％程度であるのに対して、熱媒ボイラではボイラ効率が８０％程度と熱効率が低い。
ボイラ効率を上げるためには、排ガス温度を下げる必要があるが、熱媒ボイラの場合、給水予熱は不可能であり、さらに定常運転時における油の予熱はほとんど効果が期待できないため、熱媒ボイラの排ガス排出部分に、特許文献１に示されているようにレキュペレータ（熱交換器）を用いて、送風機で燃焼用空気をレキュペレータに押し込みながら、燃焼排ガスと熱交換を行い、燃焼用空気を予熱することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０８−３１２９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃焼用空気を加熱した場合、つぎの課題がある。
循環され熱媒ボイラに戻ってくる熱媒油の温度の低下に比例して燃焼量（燃料）を増加させた場合、燃焼量の増加に応じて燃焼用空気を増加させなければならないが、排ガスと熱交換されて予熱された燃焼用空気は体積が膨張するため、送風機の回転数が一定では、ダンパ部分を通過する空気の速度が速くなり、ダンパ部分での圧力損失が増大し、送風機による空気の押し込み量が減り、燃焼用空気の量が減少する。
すなわち、燃焼用の空気が不足（酸素濃度が低下）して燃焼性が悪化する。
【０００５】
さらに、負荷側の変動に伴い燃焼量を変化させることになるが、排ガス温度が変化するため、排ガスとの熱交換量が変化し、燃焼用空気の温度が変化してしまい、空気過多や空気不足が起こり、一酸化炭素の増加や消炎、吹き消えなど燃焼が安定しないといった問題も起こる。
【０００６】
したがって、燃焼用空気の予熱を行う場合には、燃焼量の変化に伴う燃焼用空気の温度変化を的確に捉え、必要な空気量を燃焼部位に送気するように制御を行わなければならない。
このため、特許文献１の技術は、温度上昇による空気の膨張でバーナ部の流速が増大して着火が不安定になることを防止するために、レキュペレータで予熱された空気をバーナに供給する空気流量調整弁を設け、バーナ着火後の所定時間だけ空気流量調整弁を所定の初期開度に保持し、予熱された空気の温度の検出結果に応じて空気流量調整弁の初期開度を変化させてバーナにおいて所定の空気比の範囲内で燃焼を行わせている。
しかしながら、特許文献１の技術では、負荷変動が大きく、バーナ着火後に燃焼量が安定するまでに予熱された燃焼用空気の温度が大きく変化することが予想され、空気比が大きく変化して燃焼が不安定になるおそれがある。
本発明は上記のような点に鑑みなされたもので、燃焼量の変動に応じて燃焼用空気の供給量を的確に制御することで、燃焼性を良好に保ち、燃焼の安定化を図ることができる燃焼装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために請求項１に記載の発明は、バーナと、設定された燃焼量に応じて燃料を前記バーナに供給する燃料供給手段と、前記バーナに燃焼用空気を供給する送風機と、前記送風機と前記バーナとの間に設けられ、前記バーナによる前記燃料の燃焼により生成された排ガスによって前記燃焼用空気を予熱する熱交換器と、前記熱交換器により予熱された前記燃焼用空気の温度を検出する燃焼用空気温度検出手段と、前記熱交換器と前記バーナとを接続する空気供給路に設けられ開度が制御されるダンパと、前記排ガス中の酸素濃度を検出する排ガス酸素濃度検出手段と、前記設定された燃焼量に応じて、前記ダンパの開度を制御する開度制御手段と、前記燃焼用空気温度検出手段で検出された前記燃焼用空気の温度により、前記バーナの空気比が予め定められた目標空気比となる前記送風機の回転数を第１の回転数として設定する回転数設定手段と、前記第１の回転数に基づいて、前記排ガス酸素濃度検出手段により検出された酸素濃度に応じて前記バーナの空気比が前記目標空気比となるように前記送風機の回転数をフィードバック制御する回転数制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、設定された燃焼量に応じて、ダンパの開度を制御すると共に、燃焼用空気温度検出手段で検出された燃焼用空気の温度から、バーナの空気比が予め定められた目標空気比となるように送風機の第１の回転数を設定するようにした。
したがって、燃焼量の変化に応じて、燃焼用空気の供給量を的確に制御することができるので、空気比を目標空気比となるように制御でき、燃焼性を良好に保ち燃焼の安定性を図ることができる。
また、排ガス中の酸素濃度に応じてバーナの空気比が目標空気比となるように送風機の回転数をフィードバック制御するようにした。
したがって、送風機の回転数の制御の応答性を高めつつバーナの空気比の変動の抑制を図ることができ、燃焼性をより良好に保ち、燃焼のさらなる安定化を図ることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃焼装置において、前記回転数制御手段による前記送風機の回転数のフィードバック制御は、前記第１の回転数に微調整係数と粗補正係数とを乗算することで得られる第２の回転数に基づいて前記送風機の回転数を制御することでなされ、前記回転数制御手段は、前記検出された酸素濃度に応じて前記微調整係数を調整すると共に、前記微調整係数が予め定められた調整範囲を超えた場合には前記微調整係数が前記調整範囲内となるように前記粗補正係数を調整し、該粗補正係数を記憶することを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明によれば、燃焼が停止し、再起動したときに前記記憶されている粗補正係数で得られた新たな補正式を用いて必要な送風機の回転数を制御するので、微調整係数の調整範囲を小さい範囲に留めることができ、目標空気比への調整を短時間で実現することができるため、燃焼の安定化をより一層早く実現することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項２記載の燃焼装置において、前記回転数制御手段による前記粗補正係数の調整は、前記微調整係数が前記調整範囲を超えた場合に、前記粗補正係数を単位時間当たり予め定められた補正量変化させることでな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、予め定められた補正量を変化させるといった簡単な制御により粗補正係数の調整を行うことができるので、排ガス中の酸素濃度に応じた送風機の回転数のフィードバック制御の簡素化を図ることができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３に何れか１項に記載の燃焼装置において、前記回転数設定手段による前記送風機の第１の回転数の調整は、前記燃焼量に対して予め実測された、前記燃焼用空気の温度と前記送風機の回転数とに基づいて定められた相関関係を示すデータテーブルを用いてなされることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、送風機の回転数の設定に要する処理を、データテーブルを用いて簡単に行うことができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至３に何れか１項に記載の燃焼装置において、前記回転数設定手段による前記送風機の第１の回転数の調整は、前記燃焼量に対して予め実測された、前記燃焼用空気の温度と予め実測された前記送風機の回転数とに基づいて定められた相関関係を示す相関式を用いてなされることを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明によれば、送風機の回転数の設定に要する処理を、相関式を用いて行うようにしたので、送風機の回転数の設定を精密に行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、燃焼量の変動に応じて燃焼用空気の供給量を的確に制御することで、燃焼性を良好に保ち、燃焼の安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施の形態に係る燃焼装置が適用された熱媒ボイラ１００の構成を示す構成図である。
【図２】熱媒ボイラ１００の缶体１０、ウインドボックス２２、バーナ２４、ダンパ４２の構造を示す斜視図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はダンパ４２の動作説明図である。
【図４】熱媒ボイラ１００の機能ブロック図である。
【図５】第１の回転数Ｎ１、粗補正係数Ｋ１、微調整係数Ｋ２を説明するフローチャートである。
【図６】微調整係数Ｋ２が調整範囲内に収まるように粗補正係数Ｋ１を調整する場合の説明図である。
【図７】熱媒ボイラ１００の動作を示すフローチャートである。
【図８】外気温や湿度等をある条件に設定したときの燃焼用空気の温度Ｔと回転数Ｎとの相関関係を示す関数の線図である。
【図９】微調整係数Ｋ２による回転数の補正を説明するための線図である。
【図１０】粗補正係数Ｋ１による相関式の補正を説明するための線図である。
【図１１】粗補正係数Ｋ１の調整を説明するための線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る燃焼装置が熱媒ボイラ１００に適用された実施の形態について説明する。
図１は熱媒ボイラ１００の構成を示す構成図である。
熱媒ボイラ１００は、缶体１０を含んで構成されている。
図２に示すように、缶体１０は、コイル状に巻回された加熱管１２を備えている。
図１に示すように、加熱管１２の上流端は、熱媒体戻りライン１４であり、負荷側で熱を放出して温度の低下した熱媒油が熱媒ボイラ１００に戻るラインである。加熱管１２の下流端は、負荷側に熱媒を供給する熱媒体供給ライン１６である。
そして、熱媒油が不図示の循環ポンプによって加熱管１２と負荷との間で熱媒体戻りライン１４、熱媒体供給ライン１６を介して循環される。
コイル状に巻回された加熱管１２の内側には燃焼室１８が形成され、この燃焼室１８内で後述するバーナ２４によりガス燃料が燃焼されることにより、加熱管１２を循環する熱媒油が加熱される。
【００２０】
熱媒ボイラ１００は、図１に示すように、ウインドボックス２２と、バーナ２４と、燃料供給手段２６と、送風機２８と、インバータ３０と、熱交換器３２と、第１、第２、第３、第４の温度センサ３４、３６、３８、４０と、ダンパ４２と、酸素濃度センサ（Ｏ２センサ）４４と、制御装置４６とを含んで構成されている。
【００２１】
ウインドボックス２２は、本例では図２に示すように、缶体１０の上部に設けられており、バーナ２４が収容保持されている。
ウインドボックス２２は、送風機２８から供給される燃焼用空気を均一にバーナ２４に送るための箱体である。ウインドボックス２２から供給された燃焼用空気は、燃料供給手段２６からバーナ２４に供給される燃料（本実施の形態ではガス燃料）とバーナ２４で混合される。
【００２２】
バーナ２４は、図２に示すように、燃料供給手段２６から供給されるガス燃料と燃焼用空気を混合して燃焼させるものである。燃焼用空気と混合されたガス燃料は、バーナ２４により缶体１０の加熱管１２の内側の燃焼室１８で燃焼される。
【００２３】
燃料供給手段２６は、設定された燃焼量に応じて燃料をバーナ２４に供給するものである。
図１に示すように、本実施の形態では、燃料供給手段２６は、ガス燃料供給路２６０２と、遮断弁２６０４と、ガバナ２６０６と、比例弁２６０８と、制御装置４６とを含んで構成されている。
ガス燃料供給路２６０２は、その上流端が不図示のガス供給源に接続され、下流端がバーナ２４に接続されている。
遮断弁２６０４は、ガス燃料供給路２６０２に設けられ、制御装置４６から供給される制御信号により開閉されるものである。
ガバナ２６０６は、ガス燃料供給路２６０２において遮断弁２６０４の下流側に設けられ、ガス燃料供給路２６０２を流れるガス燃料の圧力を一定の圧力に調整するものである。
比例弁２６０８は、ガス燃料供給路２６０２においてガバナ２６０６の下流側に設けられ、モータ２７により開度が調整されるものである。モータ２７はステッピングモータ（パルスモータ）で構成され制御装置４６によりモータ２７の回転量（回転停止位置）が制御されることで比例弁２６０８の開度が調整される。
したがって、制御装置４６により遮断弁２６０４の開閉が制御されることでバーナ２４へのガス燃料の供給および停止が制御され、制御装置４６により比例弁２６０８の開度が調整されることにより、バーナ２４へのガス燃料の供給量、すなわち燃焼量の制御がなされる。
【００２４】
送風機２８は、バーナ２４に燃焼用空気を供給するものである。
送風機２８は、モータ２８０２と該モータ２８０２によって回転される不図示のファンとを備え、モータ２８０２によってファンを回転させることによって、吸入口から常温の空気を吸込み、吐出口から燃焼用空気を吐出する。
【００２５】
インバータ３０は、制御装置４６から供給される制御信号により、送風機２８のモータの回転数を調整するものである。
後述するように、制御装置４６によりインバータ３０を介して送風機２８のモータの回転数が調整されることにより、燃焼用空気の温度および燃焼排ガス中の酸素濃度に応じて燃焼用空気の供給量が調整される。
【００２６】
熱交換器３２（レキュペレータ）は、１次側３２０２と２次側３２０４とを備えている。
熱交換器３２の１次側３２０２は、燃焼排ガスを外部に導く排ガス供給路４８の途中に接続されている。
熱交換器３２の２次側３２０４は、送風機２８の吐出口とウインドボックス２２とを接続する空気供給路３３の途中に接続されている。
すなわち、熱交換器３２は、バーナ２４による燃料の燃焼により得られる燃焼ガスと循環する熱媒油との熱交換を行った後の燃焼排ガスによって、送風機２８から押し込まれた燃焼用空気を予熱するものである。
【００２７】
第１の温度センサ３４は、送風機２８の吐出口の近傍に設けられ、吐出口から空気供給路３３に押し込まれる燃焼用空気の温度を検出し、その検出結果を制御装置４６に供給するものである。この第1の温度センサ３４は、送風機２８の吸入口に設けてもよい。
第２の温度センサ３６は、熱交換器３２により予熱された燃焼用空気の温度を検出し、その検出結果を制御装置４６に供給するものであり、空気供給路３３のうち熱交換器３２の２次側３２０４の下流端とウインドボックス２２とを接続する部分に設けられている。第２の温度センサ３６は、特許請求の範囲における燃焼用空気温度検出手段を構成する。
第３の温度センサ３８は、排ガス供給路４８のうち熱交換器３２の１次側３２０２の下流端に接続された部分に設けられ、外部に排出される排ガスの温度を検出し、その検出結果を制御装置４６に供給するものである。
第４の温度センサ４０は、第２の熱媒体循環ライン１６のうち缶体１０（加熱管１２）の出口近傍に設けられ、缶体１０から負荷に供給される熱媒油の温度を検出し、その検出結果を制御装置４６に供給するものである。
【００２８】
ダンパ４２は、図１に示すように、板体４２０２を含んで構成されている。
板体４２０２は、空気供給路３３のうち熱交換器３２の２次側３２０４の下流端とウインドボックス２２とを接続する部分に設けられた回転可能に構成され、前記のモータ２７によって比例弁２６０８と同期して回転される。
したがって、制御装置４６から供給される制御信号によりモータ２７が回転することにより板体４２０２が回転し、図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すようにダンパ４２の開度が調整され、ダンパ４２の開度は比例弁２６０８の開度と同期して調整されることになる。
すなわち、モータ２７が回転することにより、ダンパ４２の開度が制御されて空気供給路３３を流れる燃焼用空気の供給量が制御されると共に、比例弁２６０８の開度が制御されて燃焼量が制御される。
【００２９】
酸素濃度センサ４４は、排ガス酸素濃度検出手段を構成するものであって、燃焼排ガス中の酸素濃度を検出し、その検出結果を制御装置４６に供給するものである。
本実施の形態では、酸素濃度センサ４４は、排ガス供給路４８のうち熱交換器３２の１次側３２０２の下流側に接続された部分に設けられている。
【００３０】
制御装置４６は、外部から要求される燃焼量の指令と、第１乃至第４の温度センサ４０、酸素濃度センサ４４からの検出信号とを受け付けると共に、燃料供給手段２６、送風機２８およびダンパ４２を制御するものである。
制御装置４６は、マイクロコンピュータによって構成することができる。
すなわち、マイクロコンピュータは、ＣＰＵと、バスラインを介して接続されたＲＯＭ、ＲＡＭ、インタフェースなどを含んで構成されている。ＲＯＭはＣＰＵが実行する燃焼装置の制御プログラムなどを格納し、ＲＡＭはワーキングエリアを提供する。
そして、図４に示すように、ＣＰＵが前記の制御プログラムを実行することにより、制御装置４６は、開度制御手段５０、回転数設定手段５２、回転数制御手段５４として機能する。
【００３１】
開度制御手段５０は、第４の温度センサ４０の検出温度に基づき、循環する熱媒油の温度を所定温度に維持するよう燃焼量を判断し、遮断弁２６を開き、燃焼量に見合う開度になるように比例弁２６０８を開くと共に所定範囲の空気比となるようにダンパ４２の開度を制御する。開度制御手段５０による燃焼量の設定は、第４の温度センサ４０の検出温度と所定温度との温度差に比例してなされる（比例制御でなされる）。
より詳細には、熱交換器３２により予熱された燃焼用空気の温度が予め定められた一定温度（例えば２５０℃）に維持されているという仮定で、燃焼量毎に、所定範囲の空気比となるダンパ４２の開度を実験的に求める。
そして、モータ２７の回転により燃焼量（比例弁２６０８の開度）が設定されると、所定範囲の空気比となるダンパ４２の開度が得られるように、言い換えると、モータ２７の回転量に応じて比例弁２６０８の開度とダンパ４２の開度とが同期して調整されるように、比例弁２６０８およびダンパ４２を構成しておく。
具体的には、燃焼量毎にモータ２７の回転停止位置を決め、燃焼量と回転停止位置とをデータテーブルとして前記ＲＯＭに記憶しておく。
開度制御手段５０は、燃焼量を決定すると、決定した燃焼量に基づいて前記データテーブルから読みだした回転停止位置となるようにモータ２７を制御する。これにより、燃焼量に対応して所定範囲の空気比となるダンパ４２の開度が調整される。
ここで、空気比について説明する。
空気は、大気圧で２０．９％の酸素（Ｏ２）を含んでいる。
空気比は、燃焼用空気の酸素濃度（２０．９％）を、該酸素濃度から排ガスの酸素濃度を差し引いた値で割った値であり、式（１）で定義される。
空気比＝２０．９／（２０．９−排ガス中の酸素濃度）……（１）
したがって、供給した燃料に対して、理論上完全な燃焼を行うだけの空気を供給した場合は、空気比＝１（理論空気量）となる。熱効率的に見れば、空気比＝１は理想であるが、工業的な燃焼装置では、このような理論的な燃焼を達成することが困難であるので、燃料を完全燃焼させるために、理論空気量よりも多い空気、つまり（１）の式に基づけば、空気比＞１となるように供給する。
この場合の所定範囲の空気比とは、不完全燃焼による一酸化炭素の急増や火炎の途中消炎が起こらない燃焼性が得られる、およそ１．１５〜１．４５の範囲である。
【００３２】
回転数設定手段５２は、開度制御手段５０で設定されたダンパ開度において、予熱された燃焼用空気の温度を検出する第２の温度センサ３６の検出値に基づいて、目標空気比を得るために必要な送風機２８の回転数を第１の回転数Ｎ１として設定するものである。
ここで目標空気比について説明する。
ダンパ４２の開度の設定により前記の所定範囲の空気比あるいはその近傍までの調整は可能であるが、予熱された燃焼用空気の温度は、大気温度、燃焼量や負荷の変動などによって変化する。
この結果、燃焼量によるダンパ４２の開度調整だけでは、空気量の変動が大きくなり、所定範囲の空気比を逸脱したり、空気比が低くなり燃焼性を悪化させることが起こり得る。
このため、送風機２８の回転数を調整することにより、目標空気比になるように調整することが必要となる。
供給する空気量はできる限り理論空気比＝１に近い量が理想であるが、本実施の形態の熱媒ボイラ１００の場合は、この目標空気比はおよそ１．２０１〜１．２３７である。この過剰な空気量は、燃焼装置によっても変わり、あるいは、燃焼装置と該燃焼装置が適用される熱媒ボイラ、蒸気ボイラ、燃焼炉との組み合わせなどによっても変わる。
【００３３】
回転数設定手段５２による第１の回転数Ｎ１の設定は、以下の（１）、（２）のような構成によって実現することができる。
（１）空気比が目標空気比となるように、熱交換器３２の出口における燃焼用空気の温度Ｔと、送風機２８の回転数Ｎとの相関関係を示す曲線を計算により求め、この曲線を示す相関式を作成し制御プログラムに組み込む。
このような相関式の作成は、従来公知の様々な方法が使用可能である。
回転数設定手段５２は、第２の温度センサ３６で検出された燃焼用空気の温度から、前記の相関式に基づいて送風機２８の第１回転数Ｎ１を設定する。
【００３４】
（２）空気比が目標空気比となるように、第２の温度センサ３６で検出される燃焼用空気の温度と送風機２８の回転数の関係を計算により求め、ある温度幅、例えば２５℃から５℃ごとに必要となる送風機２８の回転数を求めておき、これをデータテーブルとして前記のＲＯＭなどの記憶手段に格納しておく。
回転数設定手段５２は、第２の温度センサ３６で検出された燃焼用空気の温度から、前記の相関関係を示すデータテーブルから送風機２８の第１の回転数Ｎ１を求めて設定する。
データテーブルにおける燃焼用空気の温度と、送風機２８の回転数とは離散的な値であるため、データテーブルに無い値は、前後のデータを比例配分するなど従来公知の方法を用いて補完すればよい。
【００３５】
回転数制御手段５４は、第１の回転数Ｎ１に基づいて、酸素濃度センサ４４により検出された酸素濃度に応じてバーナの空気比が目標空気比となるように送風機２８の回転数をフィードバック制御するものである。
回転数制御手段５４は、第１の回転数Ｎ１に後述する微調整係数Ｋ２と粗補正係数Ｋ１とを乗算することで得られる第２の回転数Ｎ２に基づいて送風機２８の回転数のフィードバック制御を行う。
また、回転数制御手段５４は、検出された酸素濃度に応じて微調整係数Ｋ２を調整すると共に、微調整係数Ｋ２が予め定められた調整範囲を超えた場合には微調整係数Ｋ２が調整範囲内となるように粗補正係数Ｋ１を調整し、該粗補正係数Ｋ１を記憶する。
【００３６】
本実施の形態では、回転数制御手段５４は、粗補正演算回路５６と、微調整演算回路５８とを含んで構成されている。
微調整演算回路５８は、第２の温度センサ３６で検出された燃焼用空気の温度から前記の相関式に基づいて算出された回転数（第１の回転数Ｎ１）で燃焼用空気の風量を制御させ、さらに酸素濃度センサ４４により検出された排ガス中の酸素濃度に応じて空気比が前記の目標空気比となるように送風機２８の回転数を変更するものである。
粗補正演算回路５６は、前述した燃焼用空気の温度と送風機の回転数との相関関係が外気温や湿度等によって変化した場合に、燃焼用空気の温度と送風機の回転数との新たな相関関係を得るものである。
【００３７】
微調整演算回路５８は、燃焼用空気の温度と送風機２８の回転数の相関関係（相関式）から求められる送風機２８の第１の回転数Ｎ１を微調整するものであり、この微調整は、酸素濃度センサ４４により検出された酸素濃度に応じて、目標の空気比となるように送風機２８の回転数を調整することによって行う。
すなわち、微調整演算手段５８は、目標空気比に対応する酸素濃度（目標値）と検出された酸素濃度（現在値）との差分である酸素濃度の偏差（誤差）が“０”となるように第１の回転数Ｎ１に乗算する微調整係数Ｋ２を算出する。
この場合、算出した微調整係数Ｋ２の単位時間あたりの変化量が大きすぎると、目標空気比を安定させる上で不利となることから、微調整係数Ｋ２の単位時間あたりの変化量は、例えば、０．０１／分とされている。
なお、微調整係数Ｋ２の単位時間あたりの変化量の具体的な数値を例示すると、インバータ３０の周波数が４０Ｈｚであった場合、微調整係数Ｋ２の単位時間あたりの変化量は０．０１×４０Ｈｚ／分＝０．４Ｈｚ／分となる。
このように微調整係数Ｋ２の単位時間あたりの変化量が定められていることから、微調整前と微調整後との間で微調整係数Ｋ２の変化量が大きくなるほど、実際の空気比が目標空気比に到達するまでに長い時間を要することになる。
したがって、実際の空気比が目標空気比に到達するまでに要する時間の短縮化を図るために、微調整係数Ｋ２が予め定められた調整範囲内に収まるように設定している。
すなわち、微調整係数Ｋ２を用いて実際の空気比が目標空気比となるように調整した結果、微調整係数Ｋ２が前記の調整範囲を超えている場合は、微調整係数Ｋ２の変化量の合計が前記調整範囲に収まるように後述する粗補正係数Ｋ１を調整する。
なお、微調整係数Ｋ２の調整範囲は、例えば、燃焼用空気温度に基づいて前記の相関関係（相関式）から求められる第１の回転数Ｎ１に対して±２％である。
【００３８】
粗補正演算回路５６は、微調整係数Ｋ２を用いて実際の空気比が目標空気比となるように回転数の微調整を行った結果、微調整係数Ｋ２が前記の調整範囲を超えている場合に、燃焼用空気の温度と送風機２８の回転数との相関関係（相関式）を補正するものである。
【００３９】
次に、上述した粗補正演算回路５６および微調整演算回路５８を含む回転数制御手段５４の動作手順について説明する。
まず、空気比が目標空気比となるように、燃焼用空気の温度と送風機２８の回転数との関係を計算で求め、相関関係を示す式（１）としてこれをＲＯＭに記憶しておく。
Ｎ＝Ｋ１×Ｋ２×ｆ（Ｔ）……（１）
Ｎ：送風機２８の回転数
Ｋ１：粗補正係数
Ｋ２：微調整係数
Ｔ：燃焼用空気の温度
ｆ：燃焼用空気Ｔと回転数Ｎとの相関関係を示す関数（ただし、外気温や湿度等による影響を考慮しないもの）
【００４０】
そして、第２の温度センサ３６で検出された燃焼用空気の温度Ｔから、Ｋ２＝Ｋ１＝１とした式（１）を用いて、送風機２８の第１の回転数Ｎ１を得て、回転数制御手段５４により送風機２８の回転数をＮ１に変更する。
この回転数Ｎ１の状態で酸素濃度センサ４４によって検出された酸素濃度に基づいて微調整演算回路５８によって、微調整係数Ｋ２を図６に示す方法により求めて式（１）に代入して回転数Ｎを微調整する。このとき粗補正係数Ｋ１＝１の状態が維持されている。
すなわち、微調整係数Ｋ２の単位時間あたりの変化量を０．０１／分として変化させることにより、空気比が目標空気比となるように回転数Ｎを微調整する。
空気比が目標空気比に調整された結果、微調整係数Ｋ２が前記の調整範囲を超えている場合は、微調整係数Ｋ２が調整範囲内に収まるように、式（１）における粗補正係数Ｋ１を一定の比率で変化（増減）させることにより、燃焼用空気と送風機２８の回転数との新たな相関関係（相関式）を作る。すなわち、式（１）の粗補正係数Ｋ１の値を増減する。
そして、回転数制御手段５４は、新たな相関関係（相関式）に基づいて決定された送風機２８の第２の回転数Ｎ２に基づいて送風機２８の回転数を制御する。
さらに、酸素濃度センサ４４により検出された酸素濃度に応じて目標空気比となるように送風機の回転数Ｎ２に微調整係数Ｋ２を乗算して微調整を行う。
微調整係数Ｋ２に基づいて回転数を調整して目標空気比に調整した結果、再び、微調整係数Ｋ２の変化量の合計が調整範囲を超えている場合は、微調整係数Ｋ２が調整範囲内に収まるように粗補正係数Ｋ１を一定の比率で変化して、新たな相関関係（相関式）を作り、上述と同様の動作を繰り返す。
【００４１】
次に、上述した粗補正演算回路５６および微調整演算回路５８を含む回転数制御手段５４の動作について図８、図９、図１０に示す線図を用いて改めて説明する。
図８は、外気温や湿度等をある条件に設定したときの燃焼用空気の温度Ｔと回転数Ｎとの相関関係を示す関数の線図である。
図９は微調整係数Ｋ２による回転数の補正を説明するための線図である。
図１０は粗補正係数Ｋ１による相関式の補正を説明するための線図である。
なお、図８、図９、図１０において、横軸は燃焼用空気の温度Ｔ、縦軸は送風機２８の回転数Ｎを示す。
図８において、Ｎ＝ｆ（Ｔ）＝Ｋ１×Ｋ２×ｆ（Ｔ）で示されている線が相関関係を示しており、この場合、Ｋ１＝Ｋ２＝１である。
ｆ（Ｔ）は、空気比を目標空気比とするための、燃焼用空気の温度Ｔに対応する回転数Ｎを求める相関式である。
相関式ｆ（Ｔ）は曲線になる。この曲線の式を導き、この相関式に基づいて熱交換器３２の出口温度に対して必要な送風機２８の回転数を求める。
以下では、説明の簡略化を図るため、相関式として曲線に近似した一次式（ｆ（Ｔ）＝ａ×Ｔ＋ｂ）を用いて送風機２８の回転数の制御を行った場合について例示する。
この相関式は、目標空気比を得るための燃焼用空気の温度Ｔと回転数Ｎとの相関関係は外的要因によって変化しないことを前提としている。
しかしながら、外気温や湿度等による影響を受けると、上記の相関関係はそのままでは成立しなくなり、空気比を目標空気比に制御することができなくなるため、回転数の補正と、相関関係の補正とを行うことが必要となる。
すなわち、N＝ｆ（Ｔ）で得られた回転数Ｎを補正する（微調整する）微調整係数Ｋ２と、相関関係を補正する粗補正係数Ｋ１とを定めることが必要となる。
このことを示す式が前記の式（１）である。
【００４２】
図９に示すように、検出された燃焼用空気の温度がＴ０からＴ１に変化した場合、Ｎ＝ｆ（Ｔ）＝Ｋ１×Ｋ２×ｆ（Ｔ）（ただしＫ１＝Ｋ２＝１）を用いて回転数ＮをＮ０からＮ１に変化させる。
次いで、検出された排ガス中の酸素濃度に基づいて目標空気比ｍ０となるように、送風機２８の回転数Ｎを微調整する。すなわち、粗補正係数Ｋ１＝１とし、かつ、微調整係数Ｋ２をｆ（Ｔ）に乗算することで送風機２８の回転数Ｎを微調整する。この結果、回転数ＮがＮ１からＮ２になったものとする。
この結果、微調整された微調整係数Ｋ２が前記の調整範囲を超えた場合は、当初の相関関係が成立しなくなったものとし、新たな相関関係を作成する。
そこで、図１０に示すように、空気比を目標空気比ｍ０にするための微調整係数Ｋ２が前記の調整範囲内に収まるように粗補正係数Ｋ１を変更する。
【００４３】
粗補正係数Ｋ１の変更について説明する。
図１１は粗補正係数Ｋ１の調整を説明するための線図である。
横軸は時間ｔ、縦軸は空気比ｍを示す。
上述したように微調整係数Ｋ２を変更して空気比が目標空気比ｍ０となり、このときの微調整係数Ｋ２の値が１．０３であるとする（粗補正係数Ｋ１＝１）。
次に、微調整係数Ｋ２が前記の調整範囲内に収まるように、あるいは、微調整係数Ｋ２＝１となるように操作を行う。
このような操作は以下のことが懸念されるためである。すなわち、微調整係数Ｋ２が調整範囲外にある状態であると、燃焼停止後に再び燃焼を開始した際、粗補正係数Ｋ＝１の状態で制御がなされるため、前述したように微調整係数Ｋ２の単位時間当たりの変化量が定められていることから、回転数の制御に長い時間がかかることが懸念される。
なお、以下では、燃焼用空気の温度が一定であるものとする。
上述したように粗補正係数Ｋ１＝１、微調整係数Ｋ２＝１．０３で空気比が目標空気比ｍ０であるものとする。
ここで、燃焼性に影響を与えないように、目標空気比ｍ０からあまり離れない程度に粗補正係数Ｋ１の値を変化させる。
図１１では、粗補正係数Ｋ１を１から１．０１まで（ｔ２−ｔ１）の時間をかけて０．０１増加させる。
このとき、微調整係数Ｋ２は１．０３のまま維持しているため、空気比が目標空気比ｍ０を上回る。
そして、粗補正係数Ｋ１が１．０１に到達したならば、Ｋ１×Ｋ２＝１．０３となるように微調整係数Ｋ２を減少させる。この場合、微調整係数Ｋ２＝１．０２となる。
これにより、空気比は目標空気比ｍ０まで低下する。
さらに微調整係数Ｋ２を減少させるため、粗補正係数Ｋ１を上記と同じ変化量で上記と同じ時間をかけて増加させる。すなわち、粗補正係数Ｋ１を１．０１から１．０２まで同じ時間（ｔ３−ｔ２）＝（ｔ２−ｔ１）をかけて０．０１増加させる。この結果、粗補正係数Ｋ１＝１．０２となる。
すなわち、粗補正係数Ｋ１の調整は、微調整係数Ｋ２が前記調整範囲を超えた場合に、粗補正係数Ｋ１を単位時間当たり予め定められた補正量変化させることで行われる。
このような操作を繰り返すことで微調整係数Ｋ２を前記の調整範囲内に収まるように、あるいは、微調整係数Ｋ２＝１となるように調整する。
そして、得られた粗補正係数Ｋ１≠１を記憶させ、燃焼停止後の燃焼時には、この記憶されていた粗補正係数Ｋ１を用いた相関関係（相関式）に基づいて燃焼用空気の温度から送風機２８の回転数Ｎを求める。
【００４４】
次に、熱媒ボイラ１００の動作について図７のフローチャートを参照して説明する。
予め熱媒ボイラ１００は停止状態にあるものとする。
熱媒ボイラ１００が起動されると、前記の循環ポンプは、缶体１０と負荷との間での熱媒油の循環を開始する。これと同時に制御装置４６が起動することにより図７の処理が実行される。
【００４５】
次に、回転数制御手段５４（粗補正演算回路５６）は、図５に示すように、相関式で得られた温度に応じて決められる第１の回転数Ｎ１によって送風機２８を制御する（Ｓ２０）。
そして、酸素濃度センサ４４により検出された酸素濃度に応じて微調整係数Ｋ２を用いて空気比が目標空気比となるように回転数を調整する（Ｓ２２、Ｓ２４）。
【００４６】
そして、回転数制御手段５４（微調整演算回路５８）は、図５に示すように、微調整係数Ｋ２が調整範囲を超えている場合は、微調整係数Ｋ２が調整範囲内に収まるように粗補正係数Ｋ１を一定の比率で相関式に乗算し、新たな相関を作り、第２の回転数Ｎ２を得る（Ｓ２６）。
第２の回転数Ｎ２で送風機２８の制御を行い、検出された酸素濃度に応じて空気比が目標空気比となるように第２の回転数Ｎ２に乗算する微調整係数Ｋ２を算出し、空気比が目標空気比となるまでステップＳ２４、Ｓ２６を繰り返したのち（Ｓ２８）、ステップＳ１０に戻り、同様の処理を繰り返して実行する。
すなわち、回転数制御手段５４によって、酸素濃度センサ４４により検出された酸素濃度に応じてバーナ２４の空気比が前記の目標空気比となるように送風機２８の回転数がフィードバック制御されることになる。
以降、ガス燃料の燃焼により熱媒ボイラ１００によって熱媒油が加熱され、加熱された熱媒油が負荷と熱媒ボイラ１００との間で循環される。
また、燃焼が停止された場合は、停止直前の粗補正係数Ｋ１を記憶しておき、燃焼が開始されたときは、この粗補正係数Ｋ１を用いた相関式に基づいて燃焼用空気の温度から送風機２８の回転数を求め、その回転数で送風機２８を制御する。
【００４７】
以上説明したように本実施の形態によれば、設定された燃焼量に応じて、ダンパ４２の開度を制御すると共に、第２の温度センサ３６で検出された燃焼用空気の温度から、バーナ２４の空気比が予め定められた目標空気比となるように送風機２８の第１の回転数Ｎ１を設定するようにした。
したがって、燃焼量の変動に応じて燃焼用空気の供給量を的確に制御することにより、燃焼用空気を的確に予熱して排ガス温度を下げることでボイラ効率（燃焼効率）を高めることができ、かつ、負荷の増大に応じて燃焼量（燃料）を増加させた場合に、的確に燃焼用空気を増加させつつ、予熱された燃焼用空気の熱膨張に伴う燃焼用空気の供給量の減少を抑制して空気比を目標空気比となるように送風機２８を制御できるため、燃焼性を良好に保ち、燃焼の安定化を図ることができる。
また、燃焼用空気に応じて第１の回転数Ｎ１を設定するだけでは、外気温度や湿度の変化、負荷温度の変動などに対して第１の回転数Ｎ１の調整が間に合わず、バーナ２４の空気比が目標空気比から外れることが想定される。すなわち、燃焼用空気に応じて第１の回転数Ｎ１を設定するだけでは、送風機２８の回転数の制御の応答性を確保することが困難である。
そこで、本実施の形態では、第１の回転数Ｎ１に基づいて、排ガス中の酸素濃度に応じてバーナ２４の空気比が目標空気比となるように送風機２８の回転数をフィードバック制御するようにした。
したがって、送風機２８の回転数の制御の応答性を高めつつバーナ２８の空気比の変動の抑制を図ることができるので、燃焼性をより良好に保ち、燃焼のさらなる安定化を図ることができる。
【００４８】
また、本実施の形態では、前記のフィードバック制御を、第１の回転数に微調整係数Ｋ２と粗補正係数Ｋ１とを乗算することで得られる第２の回転数に基づいて送風機２８の回転数を制御することで行うものとし、検出された酸素濃度に応じて微調整係数Ｋ２を調整すると共に、微調整係数Ｋ２が予め定められた調整範囲を超えた場合には微調整係数Ｋ２が前記の調整範囲内となるように粗補正係数Ｋ１を調整し、この値を記憶するようにした。
これにより、燃焼が停止し、再起動したときに補正した粗補正係数Ｋ１で得られた新たな補正式を用いて第２の温度センサ３６で検出された温度に基づいて必要な送風機２８の回転数を得ることができる。したがって、微調整係数Ｋ２の調整範囲を小さい範囲に留めることができるので、目標空気比への調整を短時間で実現することができるため、燃焼の安定化をより一層早く実現することができる。
【００４９】
また、本実施の形態では、回転数制御手段５４による粗補正係数Ｋ１の調整は、微調整係数Ｋ２が前記調整範囲を超えた場合に、粗補正係数Ｋ１を単位時間当たり予め定められた補正量変化させることで行うようにした。
したがって、予め定められた補正量を変化させるといった簡単な制御により粗補正係数Ｋ１の調整を行うことができるので、排ガス中の酸素濃度に応じた送風機２８の回転数のフィードバック制御の簡素化を図ることができる。
【００５０】
また、本実施の形態では、回転数設定手段５２による送風機２８の第１の回転数Ｎ１の設定を、予め実測された燃焼用空気の温度と、予め実測された送風機の回転数とに基づいて定められた相関関係を示す相関式を用いて行うようにしたので、送風機２８の回転数の設定を精密に行うことができる。
【００５１】
また、本実施の形態では、回転数設定手段５２による送風機２８の第１の回転数Ｎ１の設定を、予め実測された燃焼用空気の温度と、予め実測された送風機の回転数とに基づいて定められた相関関係を示すデータテーブルを用いて行うようにしたので、送風機２８の回転数の設定に要する処理を簡単に行うことができる。
【００５２】
なお、本実施の形態では、燃焼装置が熱媒ボイラ１００に適用された場合について説明したが、本発明の燃焼装置は、蒸気ボイラ、あるいは、燃焼炉についても無論適用可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１００……熱媒ボイラ
１０……缶体
１２……加熱管
１５……燃焼室
１４……熱媒体戻りライン
１６……熱媒体供給ライン
１８……燃焼室
２０……燃焼装置
２２……ウインドボックス
２４……バーナ
２６……燃料供給手段
２８……送風機
３０……インバータ
３２……熱交換器
３４……第１の温度センサ
３６……第２の温度センサ（燃焼用空気温度検出手段）
３８……第３の温度センサ
４０……第４の温度センサ
４２……ダンパ
４４……酸素濃度センサ（排ガス酸素濃度検出手段）
４６……制御装置
５０……開度制御手段
５２……回転数設定手段
５４……回転数制御手段
５６……粗補正演算回路
５８……微調整演算回路
Ｎ１……第１の回転数
Ｎ２……第２の回転数
Ｋ１……粗補正係数
Ｋ２……微調整係数
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナと、
設定された燃焼量に応じて燃料を前記バーナに供給する燃料供給手段と、
前記バーナに燃焼用空気を供給する送風機と、
前記送風機と前記バーナとの間に設けられ、前記バーナによる前記燃料の燃焼により生成された排ガスによって前記燃焼用空気を予熱する熱交換器と、
前記熱交換器により予熱された前記燃焼用空気の温度を検出する燃焼用空気温度検出手段と、
前記熱交換器と前記バーナとを接続する空気供給路に設けられ開度が制御されるダンパと、
前記排ガス中の酸素濃度を検出する排ガス酸素濃度検出手段と、
前記設定された燃焼量に応じて、前記ダンパの開度を制御する開度制御手段と、
前記燃焼用空気温度検出手段で検出された前記燃焼用空気の温度により、前記バーナの空気比が予め定められた目標空気比となる前記送風機の回転数を第１の回転数として設定する回転数設定手段と、
前記第１の回転数に基づいて、前記排ガス酸素濃度検出手段により検出された酸素濃度に応じて前記バーナの空気比が前記目標空気比となるように前記送風機の回転数をフィードバック制御する回転数制御手段とを備える、
ことを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】
前記回転数制御手段による前記送風機の回転数のフィードバック制御は、前記第１の回転数に微調整係数と粗補正係数とを乗算することで得られる第２の回転数に基づいて前記送風機の回転数を制御することでなされ、
前記回転数制御手段は、前記検出された酸素濃度に応じて前記微調整係数を調整すると共に、前記微調整係数が予め定められた調整範囲を超えた場合には前記微調整係数が前記調整範囲内となるように前記粗補正係数を調整し、該粗補正係数を記憶すること特徴とする、
請求項１に記載の燃焼装置。
【請求項３】
前記回転数制御手段による前記粗補正係数の調整は、前記微調整係数が前記調整範囲を超えた場合に、前記粗補正係数を単位時間当たり予め定められた補正量変化させることでなされる、
請求項２記載の燃焼装置。
【請求項４】
前記回転数設定手段による前記送風機の第１の回転数の調整は、
前記燃焼量に対して予め実測された、前記燃焼用空気の温度と前記送風機の回転数とに基づいて定められた相関関係を示すデータテーブルを用いてなされることを特徴とする、
請求項１乃至３に何れか１項に記載の燃焼装置。
【請求項５】
前記回転数設定手段による前記送風機の第１の回転数の調整は、
前記燃焼量に対して予め実測された、前記燃焼用空気の温度と予め実測された前記送風機の回転数とに基づいて定められた相関関係を示す相関式を用いてなされることを特徴とする、
請求項１乃至３に何れか１項に記載の燃焼装置。
【請求項１】
バーナと、
設定された燃焼量に応じて燃料を前記バーナに供給する燃料供給手段と、
前記バーナに燃焼用空気を供給する送風機と、
前記送風機と前記バーナとの間に設けられ、前記バーナによる前記燃料の燃焼により生成された排ガスによって前記燃焼用空気を予熱する熱交換器と、
前記熱交換器により予熱された前記燃焼用空気の温度を検出する燃焼用空気温度検出手段と、
前記熱交換器と前記バーナとを接続する空気供給路に設けられ開度が制御されるダンパと、
前記排ガス中の酸素濃度を検出する排ガス酸素濃度検出手段と、
前記設定された燃焼量に応じて、前記ダンパの開度を制御する開度制御手段と、
前記燃焼用空気温度検出手段で検出された前記燃焼用空気の温度により、前記バーナの空気比が予め定められた目標空気比となる前記送風機の回転数を第１の回転数として設定する回転数設定手段と、
前記第１の回転数に基づいて、前記排ガス酸素濃度検出手段により検出された酸素濃度に応じて前記バーナの空気比が前記目標空気比となるように前記送風機の回転数をフィードバック制御する回転数制御手段とを備える、
ことを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】
前記回転数制御手段による前記送風機の回転数のフィードバック制御は、前記第１の回転数に微調整係数と粗補正係数とを乗算することで得られる第２の回転数に基づいて前記送風機の回転数を制御することでなされ、
前記回転数制御手段は、前記検出された酸素濃度に応じて前記微調整係数を調整すると共に、前記微調整係数が予め定められた調整範囲を超えた場合には前記微調整係数が前記調整範囲内となるように前記粗補正係数を調整し、該粗補正係数を記憶すること特徴とする、
請求項１に記載の燃焼装置。
【請求項３】
前記回転数制御手段による前記粗補正係数の調整は、前記微調整係数が前記調整範囲を超えた場合に、前記粗補正係数を単位時間当たり予め定められた補正量変化させることでなされる、
請求項２記載の燃焼装置。
【請求項４】
前記回転数設定手段による前記送風機の第１の回転数の調整は、
前記燃焼量に対して予め実測された、前記燃焼用空気の温度と前記送風機の回転数とに基づいて定められた相関関係を示すデータテーブルを用いてなされることを特徴とする、
請求項１乃至３に何れか１項に記載の燃焼装置。
【請求項５】
前記回転数設定手段による前記送風機の第１の回転数の調整は、
前記燃焼量に対して予め実測された、前記燃焼用空気の温度と予め実測された前記送風機の回転数とに基づいて定められた相関関係を示す相関式を用いてなされることを特徴とする、
請求項１乃至３に何れか１項に記載の燃焼装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−５０２３１（Ｐ２０１３−５０２３１Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８６８８４（Ｐ２０１１−１８６８８４）
【出願日】平成２３年８月３０日（２０１１．８．３０）
【出願人】（０００１７５２７２）三浦工業株式会社 (1,055)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３０日（２０１１．８．３０）
【出願人】（０００１７５２７２）三浦工業株式会社 (1,055)
【Ｆターム（参考）】
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