JP2013217612A

JP2013217612A - 燃焼装置とそれを備える各種加熱装置

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Publication number: JP2013217612A
Application number: JP2012090386A
Authority: JP
Inventors: Norio Yumoto; 範夫湯本
Original assignee: Hosoyama Nekki Co Ltd
Current assignee: Hosoyama Nekki Co Ltd
Priority date: 2012-04-11
Filing date: 2012-04-11
Publication date: 2013-10-24

Abstract

【課題】目詰まりが発生しても、必要な加熱、加温を安定的に継続することができる燃焼装置とそれを備える加熱装置を提供することを課題とする。
【解決手段】燃焼機器と、前記燃焼機器に燃焼用空気を供給する送風装置と、前記燃焼機器に燃料ガスを供給する燃料ガス供給管と、前記燃焼機器に供給される燃焼用空気と燃料ガスの量比を設定された値に保つ空燃比制御装置を備え、さらに、前記燃料ガス供給管から前記燃焼機器に供給される燃料ガス量と相関する値を計測するガス量計測手段と、計測された前記相関する値を予め定められた設定値と比較する手段と、計測された前記相関する値が前記設定値を下回ったとき前記送風装置の送風力を高める手段を備えている燃焼装置、及びその燃焼装置を備える加熱装置を提供することによって上記課題を解決する。
【選択図】図１

Description

本発明は燃焼装置とそれを備える各種加熱装置に関し、詳細には、フィルターの目詰まり等の外乱が発生した場合でも、必要な加熱、加温を安定的に継続することができる燃焼装置と、それを備える各種加熱装置に関するものである。

近年、メタルニットバーナ、メタルマットバーナ、焼結金属バーナ、ファイバーバーナ等の予混合バーナが高い燃焼効率の観点から注目されつつある。しかし、これらの予混合バーナはいずれもバーナプレートにおける混合ガス流路が狭く、ややもすればバーナプレートが塵埃等で目詰まりすることがある。バーナプレートが目詰まりすると、所期の燃焼を実現するに足る混合ガス流量が得られず、バーナの加熱能力が低下してしまうことになる。

この不都合を防止するために、バーナプレートにおける混合ガス流路よりも細かな目のフィルターを燃焼用空気の取り込み口等に取り付けることが行われている。しかし、燃焼用空気の取り込み口等にフィルターを取り付ける場合には、バーナプレートの目詰まりは防止できるものの、フィルター自身の目詰まりに対する対策が必要となり、通常、定期的にフィルターを清掃又は交換するか、或いは、フィルター前後の圧力差などから目詰まりを検知してフィルターを清掃又は交換することが行われている。

しかし、上記のような対策では、フィルターを清掃又は交換するまでの間は目詰まりが徐々に進行するので、バーナに供給される空気量が不足し、所定の空燃比が得られず、バーナの燃焼が不安定になるとともに加熱能力が低下するという問題があった。このような問題を解決するために、必要以上に高い圧力で燃焼用空気を供給することによってフィルターの目詰まりの影響を小さくし、整圧器で一定の圧力に落としてバーナに供給することも行われている。しかし、このようなやり方では、燃焼用空気の供給に余分なエネルギーを必要とし、設備も過剰になるという別の不都合がもたらされる。

一方、特許文献１には、空気の取り込み口に設けたフィルターの目詰まりを給気ファンを回転させるモータに流れる電流値の変化から検知して、フィルターの目詰まりが進行した場合には給気ファンの回転速度を速くすることにより、バーナに供給される燃焼用空気が不足する事態を回避するようにした燃焼装置が開示されている。しかし、特許文献１に開示された燃焼装置においては、フィルターの目詰まりを検知するために給気ファンのモータに流れる電流値を常時監視しなければならず、電流計等の計測器を必要とする上に、バーナの燃焼量の調整が給気ファンの基準回転速度を基準にして行われているので、フィルターの目詰まり度合いに応じて給気ファンの回転速度を速くした場合には、バーナの燃焼量と給気ファンの基準回転速度との関係を補正しなければならないという煩雑さがある。

特開平９−９６４１６号公報

本発明は、上記従来の燃焼装置の欠点を解消するために為されたもので、フィルターや燃焼機器の目詰まりなどの外乱が発生しても、必要な加熱、加温を安定的に継続することができる、比較的構造の簡単な燃焼装置、特に気体燃料燃焼装置と、それを備える各種加熱装置を提供することを課題とするものである。

本発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、都市ガスやプロパンガスなどの気体燃料を熱源とする燃焼装置において、空燃比を一定に制御する空燃比制御装置が設けられている場合には、フィルターや燃焼機器における目詰まり等の外乱が発生して燃焼機器に供給される空気量が減少すると、その減少に伴い、空燃比を一定に保つために燃料ガスの供給量も減少する点に着目し、燃焼機器に供給される燃料ガス量を監視することで目詰まり等の外乱を検知することができることを見出した。また、本発明者は、目詰まり等の外乱が検知されたとき、減少した空気量を補うように送風装置の送風力を高めることによって、多少の目詰まりが発生しても、必要な加熱、加温を安定的に継続できることを見出して本発明を完成した。

すなわち、本発明は、燃焼機器と、前記燃焼機器に燃焼用空気を供給する送風装置と、前記燃焼機器に燃料ガスを供給する燃料ガス供給管と、前記燃焼機器に供給される燃焼用空気と燃料ガスの量比を設定された値に保つ空燃比制御装置を備え、さらに、前記燃料ガス供給管から前記燃焼機器に供給される燃料ガス量と相関する値を計測するガス量計測手段と、計測された前記相関する値を予め定められた設定値と比較する手段と、計測された前記相関する値が前記設定値を下回ったとき前記送風装置の送風力を高める手段を備えている燃焼装置と、それを備える各種加熱装置を提供することによって、上記の課題を解決するものである。

本発明の燃焼装置においては、上記のとおり、燃焼機器に供給される燃焼用空気量と燃料ガス量との比率は空燃比制御装置によって一定値に保たれているので、燃焼機器に供給される燃料ガス量が不足しているということは、とりもなおさず、燃焼機器に供給される燃焼用空気量が不足しているということを意味している。したがって、前記燃料ガス供給管から前記燃焼機器に供給される燃料ガス量と相関する値を計測し、その相関する値が予め定められた設定値を下回るか否かをみることによって、燃焼機器に供給される空気量の不足、つまりは、燃焼機器又はフィルターの目詰まりなどの外乱を検知することができる。

なお、燃焼機器に供給される空気量が不足する原因としては、最も一般的には、燃焼機器におけるバーナプレートの目詰まりや、燃焼用空気管路に設置されたフィルターの目詰まりを挙げることができるが、それ以外にも、例えば、燃焼用空気管路の破損或いは送風装置の能力低下などが原因で空気量が不足する場合があり、本発明の燃焼装置が対象とする外乱には、これら目詰まり以外の外乱も含まれるものである。

通常、空燃比は、燃料ガスが都市ガスの場合には（空気：都市ガス）＝１３：１、プロパンガスの場合には（空気：プロパンガス）＝３０：１程度に設定されるので、燃焼用空気よりも燃料ガスの方が遙かに少量である。したがって、直接に燃焼用空気の量を指標とするよりも燃料ガスの量を指標とする場合の方が、使用する機器が小型で済み、簡単であるとともに経済的でもある。また、燃焼機器に供給される燃料ガス量は燃焼機器が発生する熱量と直接関係しているので、燃料ガス量を監視して、その量が設定された値を下回ったときには設定された値になるように送風装置の送風力を高めることで、目詰まり等の外乱時にも、燃焼装置による加熱、加温をより安定的に維持継続させることができるという利点もある。

因みに、前記燃料ガス供給管から前記燃焼機器に供給される燃料ガス量と相関する値は、例えば、前記燃料ガス供給管を流れる燃料ガスの流量であり、その場合、前記ガス量計測手段は前記燃料ガス供給管に設けられた流量計である。燃料ガス供給管を流れる燃料ガスの流量は、前記燃料ガス供給管から前記燃焼機器に供給される燃料ガス量と相関する値として直接的で最適であり、燃料ガス供給管に流量計を設置することによって容易に計測することができる。流量計としては、体積流量計であっても良いが、温度や圧力が変化した場合でも正確に燃料ガス量を計測することができる質量流量計を用いるのが好ましい。

また、前記燃料ガス供給管から前記燃焼機器に供給される燃料ガス量と相関する値としては、前記燃焼機器によって加熱される物体の昇温速度を用いても良い。この場合、前記ガス量計測手段は前記物体の温度を計測する温度センサである。燃焼機器によって加熱される物体の質量と比熱が定まっている場合には、その物体の昇温速度は燃焼機器によって供給される単位時間あたりの熱量に比例するので、昇温速度を監視することによって、単位時間あたり所定の熱量が前記物体に供給されているか否かを知ることができる。昇温速度が設定値を下回る場合には、単位時間あたり所定の熱量が前記物体に供給されていないことになり、燃焼機器に供給される燃料ガス量が不足しているということになる。したがって、燃焼機器によって加熱される物体の昇温速度は、燃料ガス供給管から前記燃焼機器に供給される燃料ガス量と相関する値として採用することができる。

燃焼機器によって加熱される物体の昇温速度を燃料ガス量と相関する値として計測する場合には、加熱される物体の温度を温度センサを用いて計測すれば良く、燃料ガス供給管に質量流量計などの高価な機器を設置する必要がないので、設備が簡単になり、本発明の燃焼装置を安価に構築できるという利点が得られる。なお、昇温速度を計測する物体としては、本発明の燃焼装置によって加熱される加熱対象物そのものであっても良いし、加熱対象物とは別に用意された昇温速度計測用の物体であっても良い。また、昇温速度計測用の物体は、液体、気体、固体のいずれの形態にあっても良い。

好ましい一態様において、本発明の燃焼装置は、前記送風装置の送風力が、前記送風装置の最大送風力に対して予め定められた第１の割合以上となった時、燃焼用空気流路又は前記燃焼機器が目詰まりしつつあると判断して、目詰まり予告信号及び／又は要清掃信号を発する手段を備えている。また、好ましい他の一態様において、本発明の燃焼装置は、前記送風装置の送風力が、前記送風装置の最大送風力に対して予め定められた第２の割合以上となった時、燃焼用空気流路又は前記燃焼機器が目詰まりであると判断して、目詰まり信号、要清掃信号、及び／又は燃焼プロセス開始不可信号を発する手段を備えている。前記送風装置としては、通常、送風ファンが用いられ、その場合、送風力は送風ファンを回転させるモータの単位時間あたりの回転数に比例する。したがって、送風力を高めるとは送風ファンを回転させるモータの単位時間あたりの回転数を増加させることを意味し、最大送風力とは用いる送風ファンにおけるファンを回転させるモータの単位時間あたりの最大回転数ということになる。

好ましい一態様において、本発明の燃焼装置における前記燃焼機器は予混合バーナであり、この場合、前記送風装置から供給される燃焼用空気と、前記燃料ガス供給管から供給される燃料ガスとは、予め混合された状態で前記燃焼機器に供給されることになる。予混合バーナとしては、例えば、メタルニットバーナ、メタルマットバーナ、焼結金属バーナ、ファイバーバーナ等の予混合バーナを挙げることができる。

好ましい他の一態様において、本発明の燃焼装置における前記燃焼機器は先混合バーナであり、この場合、前記送風装置から供給される燃焼用空気と、前記燃料ガス供給管から供給される燃料ガスとは、別々に前記燃焼機器に供給され、ガスバーナノズルの先端部などの燃焼機器の燃焼部において燃焼用空気と燃料ガスとが混合することになる。

本発明の燃焼装置は、フィルターや燃焼機器の目詰まりなどの外乱が発生しても、必要な加熱、加温を安定的に継続することができるので、必要な加熱、加温を安定的に継続することが求められる各種加熱装置の熱源として用いることができる。そのような加熱装置としては、例えば、調理用装置、熱処理装置、乾燥装置、恒温装置、湯沸かし器、ボイラ、精密加熱装置、又は熱加工装置などが挙げられ、本発明の燃焼装置を備えたこれらの加熱装置は、必要な加熱、加温を安定的に継続することができる加熱装置として有用である。

本発明の燃焼装置によれば、流量計又は温度センサといった汎用されている機器を用いて、比較的簡単な構成で、フィルターや燃焼機器の目詰まりを検知することができるという利点が得られる。また、本発明の燃焼装置においては、フィルターや燃焼機器の目詰まりなどの外乱が検知されると、送風装置の送風力が高まり、燃焼機器に送られる燃焼用空気と燃料ガスの量が所期の値に保たれるように制御されるので、目詰まりなどの外乱が発生しても、必要な加熱、加温を安定的に継続して実行することができるという利点が得られる。さらに、本発明の燃焼装置を熱源として備える本発明の各種加熱装置によれば、フィルターや燃焼機器の目詰まりなどの外乱が発生しても、必要な加熱、加温を安定的に継続することができるので、信頼性のある加熱装置として使用することができるという利点が得られる。

本発明の燃焼装置の一例を示す図である。本発明の燃焼装置の他の一例を示す図である。本発明の燃焼装置のさらに他の一例の一部分を示す図である。本発明の燃焼装置のさらに他の一例を示す図である。

以下、図面を用いて本発明の燃焼装置を説明するが、本発明が図示のものに限られないことは勿論である。

図１は、本発明の燃焼装置の一例を示す図である。図１において、１は本発明の燃焼装置、２は燃焼装置１を構成する燃焼機器、３は燃焼機器２のバーナプレートである。本例において、燃焼機器２は予混合バーナであり、例えば、メタルニットバーナ、メタルマットバーナ、焼結金属バーナ、ファイバーバーナ等の予混合バーナを用いることができる。

４は送風装置である送風ファン、５はフィルター、６は燃焼機器２に燃料ガスを供給する燃料ガス供給管である。燃料ガス供給管６の上流側の一端は図示しない燃料ガス源に接続されており、燃料ガス供給管６には、燃料ガス源に近い上流側から燃焼機器２に近い下流側に向かって、開閉弁７、質量流量計８、遮断弁９、ゼロガバナ１０が順次配置されており、ゼロガバナ１０の下流端はベンチュリミキサ１１に接続されている。ゼロガバナ１０とベンチュリミキサ１１とは空燃比制御装置１２を構成しており、送風ファン４が作動して、ベンチュリミキサ１１に空気が供給されると、ベンチュリミキサ１１を通過する空気量に比例した量の燃料ガスがゼロガバナ１０からベンチュリミキサ１１内に吸引され、空気と燃料ガスとが常に一定の割合、すなわち一定の空燃比で混合され、予混合ガスとなって管路１３をとおって燃焼機器２へと供給される。空燃比制御装置１２で一定に制御される空燃比は、ベンチュリミキサ１１における燃料ガス側のオリフィス面積を調整ネジ等によって変更することによって適宜変更可能である。

１４はガス流量調節装置、１５は制御装置であり、１６は燃焼機器２の点火装置、１７は例えば水などの被加熱物体、１８は被加熱物体１７を収容する容器である。制御装置１５と送風ファン４、ガス流量調節装置１４、及び点火装置１６とは、有線又は無線で接続されており、相互間で信号や情報の授受ができるようになっている。

図１に示す燃焼装置１の動作は次のとおりである。図示しない入出力装置を介して作業者が制御装置１５に対して燃焼プロセス開始命令を与えると、制御装置１５は、送風ファン４を作動させてフィルター５を介して外気を吸引し、予め制御装置１５に設定されている一定の風量で、燃焼用空気をベンチュリミキサ１１へと送出する。送風ファン４がベンチュリミキサ１１へと送出する空気の量は、送風ファン４のファンを回転させるモータの単位時間あたりの回転数を変更することによって調整可能であり、制御装置１５は、送風ファン４におけるモータの単位時間あたりの回転数を制御することによって、送風ファン４からベンチュリミキサ１１へと送出される空気の量を制御する。なお、制御装置１５に設定されている燃焼用空気の風量は、図示しない入出力装置を介して作業者が適宜設定、変更が可能である。

送風ファン４の作動と同時又は相前後して、制御装置１５は開閉弁７を「開」として、図示しない燃料ガス源からの燃料ガスを燃料ガス供給管６内へと導入する。燃料ガス供給管６内に導入された燃料ガスはゼロガバナ１０へと導かれ、ゼロ圧力に調整された後、ベンチュリミキサ１１内を通過する空気によって発生する負圧によってベンチュリミキサ１１内に吸引され、燃焼用空気と混合する。混合ガスは、管路１３をとおり、予混合ガスとなって燃焼機器２へと供給される。ベンチュリミキサ１１内に吸引される燃料ガスの量はベンチュリミキサ１１内を通過する空気の量に比例するので、ベンチュリミキサ１１内で混合される空気と燃料ガスの割合、すなわち空燃比は常に一定に保たれることになる。次いで制御装置１５は、点火装置１６を作動させて、燃焼機器２のバーナプレート３から噴出する混合ガスに着火し、燃焼機器２は燃焼状態となり、燃焼プロセスが開始する。燃焼機器２が発生する燃焼熱は容器１８に収容されている被加熱物体１７を加熱する。

燃焼機器２が燃焼状態にある燃焼プロセスの進行中に、フィルター５に目詰まりが生じると、送風ファン４のファンを回転させるモータの単位時間あたりの回転数が同じであっても、送風ファン４からベンチュリミキサ１１に送出される空気量が減少する。ベンチュリミキサ１１に送出される空気量が減少し、ベンチュリミキサ１１内を通過する空気量が減少すると、それに伴い、ベンチュリミキサ１１内に吸引される燃料ガス量も減少することになる。質量流量計８は、燃料ガス供給管６内を通過する燃料ガスの流量を計測しており、その計測値を適宜ガス流量調節装置１４に送信している。ガス流量調節装置１４は、質量流量計８から送信されてくる燃料ガスの流量を予め定められた設定値と比較し、質量流量計８によって計測された燃料ガスの流量が上記設定値を下回ると、制御装置１５に風量低下信号を送る。ガス流量調節装置１４からの風量低下信号を受けた制御装置１５は、送風ファン４に信号を送って送風ファン４のモータの回転数を増加させ、送風ファン４の送風力を高めるように送風ファン４の動作を制御する。これにより、ベンチュリミキサ１１に送出される空気量が増加し、その結果、ベンチュリミキサ１１内に吸引される燃料ガスの量も増加するので、質量流量計８によって計測される燃料ガスの流量は上昇する。

送風ファン４の送風力がフィルター５の目詰まりによる空気量の減少分を補うに十分な程度にまで高まると、質量流量計８によって計測される燃料ガスの流量は上記設定値か上記設定値を若干上回る程度となり、ガス流量調節装置１４は風量低下信号を制御装置１５に送信するのを停止する。ガス流量調節装置１４からの風量低下信号がなくなると、制御装置１５はそれ以上送風ファン４の送風力を高めるのを止め、高められた送風力での送風が継続されるように送風ファン４のモータの回転数を増加した値で維持する。これにより、燃焼機器２に供給される燃焼用空気と燃料ガスの量はフィルター５の目詰まり前の状態に維持され、安定した加熱、加温が継続されることになる。なお、燃料ガス供給管６はゼロガバナ１０、ベンチュリミキサ１１、及び管路１３を介して燃焼機器２に接続されているので、質量流量計８によって計測される燃料ガス供給管６内を通過する燃料ガスの流量が、燃料ガス供給管６から燃焼機器２に供給される燃料ガス量と相関する値であることは明らかである。

質量流量計８によって計測される燃料ガスの流量と比較される上記設定値は、燃焼機器２に求められる発生熱量と、燃料ガスの発熱量とに基づいて決定することができる。すなわち、燃焼機器２が燃焼時に所定の熱量を発生するに必要とされる燃料ガスの必要質量流量を求めてそれを設定値にするか、或いは、送風ファン４による送風量の時間的な変動をみて、前記必要質量流量よりも若干低い値、好ましくは前記必要質量流量よりも１〜１０％低い値、より好ましくは３〜７％低い値を設定値とすれば良い。

なお、質量流量計８によって計測される燃料ガスの流量が前記必要質量流量よりも増加した場合には、逆に、送風ファン４の送風力を低下させるように制御しても良い。すなわち、前記必要質量流量か、或いは、前記必要質量流量よりも若干高い値、好ましくは前記必要質量流量よりも１〜１０％高い値、より好ましくは３〜７％高い値を上限設定値として設定し、質量流量計８によって計測される燃料ガスの流量が上限設定値を上回った場合には、ガス流量調節装置１４が風量上昇信号を制御装置１５に送信し、制御装置１５が送風ファン４の送風力が低下するように送風ファン４の動作を制御するようにしても良い。

このように、ガス流量調節装置１４が風量低下信号に加えて、風量上昇信号を出す場合には、燃焼機器２に供給される燃料ガスの流量を前記必要質量流量、若しくは前記必要質量流量の±１〜１０％以内、好ましくは±３〜７％以内に制御することができる。

送風ファン４は、通常、ファンを回転させるモータが最大回転数の７０〜８０％程度の回転数で回転する状態で使用するのが効率的に好ましいとされており、本発明の燃焼装置１においても、当初は、送風ファン４のファンが最大回転数の７０〜８０％程度の回転数で回転して、通常の燃焼プロセスが進行するように設計されている。しかし、燃焼プロセス中に、フィルター５等の目詰まりが発生し、その目詰まりによる燃焼空気量の低下を補うために送風ファン４の送風力を高めた結果、例えば、送風ファン４のファンの回転数が最大回転数の９０％にまで上昇した場合には、目詰まりがかなり進行していると判断して、目詰まり予告信号若しくは要清掃信号、又はその両者を発するようにするのが好ましい。これは制御装置１５によって自動的に行うことができる。すなわち、制御装置１５に送風ファン４におけるファンの最大回転数の例えば９０％を第１の割合として記憶させておき、制御装置１５に送風ファン４のファンの現在の回転数と最大回転数とを比較させ、現在の回転数が最大回転数に対して前記第１の割合以上となったときに、目詰まりが発生しつつあることを知らせる目詰まり予告信号か、フィルター５の清掃が必要であることを知らせる要清掃信号、又はその両者を発するようにさせることができる。

また、制御装置１５に送風ファン４におけるファンの最大回転数の例えば１００％を第２の割合として記憶させておき、制御装置１５に送風ファン４のファンの現在の回転数と最大回転数とを比較させ、現在の回転数が最大回転数に対して前記第２の割合以上となったときに、目詰まりが発生したことを知らせる目詰まり信号か、フィルター５の清掃が必要であることを知らせる要清掃信号か、新たな燃焼プロセスを開始することができないことを知らせる燃焼プロセス開始不可信号、又はそれらのうちのいずれか二者若しくはすべてを発するようにさせることができる。

なお、上述した９０％と１００％という割合は、それぞれ第１の割合及び第２の割合の例示であり、第１の割合及び第２の割合は９０％及び１００％以外の割合であっても良い。ただし、発する信号の性質上、第２の割合は第１の割合よりも高い割合に設定するのが好ましい。また、上述した各種の信号は、作業者に知らせることができる限り、音、光、音声、ランプ、文字、電子メール等の適宜の形態の信号とすることができる。

なお、以上はフィルター５が目詰まりをする場合を例に説明したが、燃焼機器２のバーナプレート３が目詰まりする場合についても同様である。すなわち、バーナプレート３が目詰まりすると、流路抵抗が大きくなり、送風ファン４のファンを回転させるモータの単位時間あたりの回転数が同じであっても、送風ファン４からベンチュリミキサ１１に送出される空気量が減少するので、上述したのと同様に、燃料ガス供給管６内を通過する燃料ガスの流量が低下することになる。また、上述した例では、ガス流量調節装置１４は、制御装置１５と別体に設けられているが、ガス流量調節装置１４と制御装置１５とを一体化し、ガス流量調節装置１４が有している手段を制御装置１５が有する手段の一部としても良い。

図２は、本発明の燃焼装置１の他の一例を示す図である。本例においては、燃焼機器２によって加熱される被加熱物体１７の温度を計測する温度センサ１９が設けられている点が先に説明した燃焼装置１とは異なっている。すなわち、制御装置１５が作動して、燃焼プロセスが開始されると、温度センサ１９は被加熱物体１７の温度を計測し、計測した温度信号を制御装置１５に送信する。制御装置１５は、温度センサ１９から送信されてくる温度信号に基づいて被加熱物体１７の昇温速度を求め、その昇温速度を予め制御装置１５に設定されている昇温速度と比較する。被加熱物体１７の昇温速度は、被加熱物体１７の質量が一定の場合、燃焼機器２から被加熱物体１７に供給される単位時間あたりの熱量に比例しているので、被加熱物体１７の昇温速度は燃料ガス供給管６から燃焼機器２に供給される燃料ガスの量と相関する値である。したがって、被加熱物体１７の昇温速度が予め設定されている昇温速度を下回るときには、燃料ガス供給管６から燃焼機器２に供給される燃料ガスの量が不足し、つまりは送風ファン４からベンチュリミキサ１１に送出される燃焼用空気が不足していることになり、燃焼機器２のバーナプレート３又はフィルター５に目詰まり等の外乱が発生していると判断される。

このように、被加熱物体１７の昇温速度を予め定められた設定値と比較することによって、目詰まり等の外乱の発生を検知することが可能であり、質量流量計８によって計測される燃料ガス供給管６内を通過する燃料ガスの流量に代えて、被加熱物体１７の昇温速度を燃料ガス供給管６から燃焼機器２に供給される燃料ガスの量と相関する値として用いることができる。被加熱物体１７の昇温速度が制御装置１５に設定されている昇温速度を下回る場合、制御装置１５が送風ファン４に信号を送り、送風ファン４の送風力を高めるようにすることは前述した場合と同様である。また、第１の割合又は第２の割合を設定して、送風ファン４のファンの回転数がそれぞれの割合以上となったときに各種の信号を発するようにしても良いことも、前述した場合と同様である。

なお、予め制御装置１５に設定する昇温速度は、燃焼機器２に求められる発生熱量と、被加熱物体１７の質量及び比熱に基づいて決定することができる。すなわち、燃焼機器２が燃焼時に所定の熱量を発生した場合に想定される被加熱物体１７の昇温速度を想定昇温速度として求めてそれを設定値にするか、或いは、送風ファン４による送風量の時間的な変動をみて、前記想定昇温速度よりも若干低い値、好ましくは前記想定昇温速度よりも１〜１０％、より好ましくは３〜７％低い値を昇温速度の設定値とすれば良い。

また、前述した例におけると同様に、昇温速度の設定値には上限値を設けても良い。すなわち、前記想定昇温速度か、或いは、前記想定昇温速度よりも若干高い値、好ましくは前記想定昇温速度よりも１〜１０％、より好ましくは３〜７％高い値を上限設定値として設定し、温度センサ１９からの信号に基づいて求められる被加熱物体１７の昇温速度が上限設定値を上回った場合には、制御装置１５に燃料ガス量が過剰であると判断させ、送風ファン４の送風力が低下するように送風ファン４の動作を制御するようにしても良い。このように、上述した昇温速度の設定値に加えて、上記のような上限設定値を制御装置１５に設定する場合には、燃焼機器２に供給される燃料ガスの流量を所定の値、若しくは所定の値の±１〜１０％以内、好ましくは±３〜７％以内に制御することが可能である。

図３は、本発明の燃焼装置１のさらに他の一例を示す図であり、燃焼機器２と被加熱物体１７の周囲だけを示している。図３において、２０は昇温速度モニター用の被加熱物体であり、燃焼機器２が発生する熱によって加熱される位置に配置されている。このように、本発明の燃焼装置１においては、燃焼機器２が加熱対象とする被加熱物体１７とは別に、昇温速度モニター用の被加熱物体２０を設けて、燃焼機器２によって加熱される物体として用いることができる。昇温速度モニター用の被加熱物体２０は比較的少量で良く、その質量を一定にすることが容易であるので、その昇温速度は、燃料ガス供給管６から燃焼機器２に供給される燃料ガス量と相関する値として、燃焼機器２が加熱対象とする被加熱物体１７の昇温速度よりも、より好ましく使用することができる。

図４は、本発明の燃焼装置１のさらに他の一例を示す図である。本例においては、空燃比制御装置１２がダイヤフラム２１を備えた均圧弁２２によって構成されている点、及び、燃焼機器２が先混合バーナであり、燃焼用空気と燃料ガスが、それぞれ空気管路１３_ＡＩＲ及びガス管路１３_ＧＡＳを介して別々に燃焼機器２に供給されている点が、先に説明した例とは異なっている。空気管路１３_ＡＩＲを流れる燃焼用空気の圧力とガス管路１３_ＧＡＳを流れる燃料ガスの圧力とはダイヤフラム２１を介して均衡し、空気管路１３_ＡＩＲを流れる燃焼用空気量とガス管路１３_ＧＡＳを流れる燃料ガス量とは常に一定の比率に保たれる。なお、空気管路１３_ＡＩＲを流れる燃焼用空気量とガス管路１３_ＧＡＳを流れる燃料ガス量との比率を変えるには、空気管路１３_ＡＩＲ及びガス管路１３_ＧＡＳにそれぞれ設けられるオリフィスの面積比を調節すれば良い。

また、本例の燃焼装置１においては、質量流量計８は燃料ガス供給管６に設けても良いし、図中破線で示すように、ガス管路１３_ＧＡＳに配置しても良い。質量流量計８をガス管路１３_ＧＡＳに配置する場合には、ガス管路１３_ＧＡＳを流れる燃料ガスの流量が、燃料ガス供給管６から燃焼機器２に供給される燃料ガス量と相関する値となる。本例の燃焼装置１は、前述した例におけると同様に制御され、燃焼機器２又はフィルター５の目詰まり等の外乱が発生した場合でも、一定した加熱、加温を安定的に継続することができる。なお、先に図１を用いて説明した燃焼装置１においても、空燃比制御装置１２を図４に示す均圧弁２２で構成しても良いことは勿論である。

以上のとおり、本発明の燃焼装置１によれば、燃焼機器２又はフィルター５の目詰まり等の外乱が発生した場合でも、必要とされる加熱、加温を安定的に継続することができるので、本発明の燃焼装置１を熱源として備える調理用装置、熱処理装置、乾燥装置、恒温装置、湯沸かし器、ボイラ、精密加熱装置、又は熱加工装置などの各種加熱装置は、必要な加熱、加温を安定的に継続することができる信頼性のある加熱装置として極めて有用である。

以上述べたとおり、本発明の燃焼装置は、燃焼機器又はフィルターの目詰まり等の外乱が発生した場合でも、必要とされる加熱、加温を安定的に継続することができるので、信頼性の高い燃焼装置である。また、本発明の燃焼装置を熱源として備える各種加熱装置は、必要とされる加熱、加温を安定的に継続することができる信頼性の高い加熱装置として極めて有用であり、本発明の産業上の利用可能性は多大である。

１燃焼装置
２燃焼機器
３バーナプレート
４送風ファン
５フィルター
６燃料ガス供給管
７開閉弁
８質量流量計
９遮断弁
１０ゼロガバナ
１１ベンチュリミキサ
１２空燃比制御装置
１３管路
１４ガス量調節装置
１５制御装置
１６点火装置
１７被加熱物体
１８容器
１９温度センサ
２０昇温速度モニター用の被加熱物体
２１ダイヤフラム
２２均圧弁

Claims

燃焼機器と、前記燃焼機器に燃焼用空気を供給する送風装置と、前記燃焼機器に燃料ガスを供給する燃料ガス供給管と、前記燃焼機器に供給される燃焼用空気と燃料ガスの量比を設定された値に保つ空燃比制御装置を備え、さらに、前記燃料ガス供給管から前記燃焼機器に供給される燃料ガス量と相関する値を計測するガス量計測手段と、計測された前記相関する値を予め定められた設定値と比較する手段と、計測された前記相関する値が前記設定値を下回ったとき前記送風装置の送風力を高める手段を備えている燃焼装置。
前記相関する値が前記燃料ガス供給管を流れる燃料ガス流量であり、前記ガス量計測手段が前記燃料ガス供給管に設けられた流量計である請求項１記載の燃焼装置。
前記相関する値が前記燃焼機器によって加熱される物体の昇温速度であり、前記ガス量計測手段が前記物体の温度を計測する温度センサである請求項１記載の燃焼装置。
前記送風装置の送風力が、前記送風装置の最大送風力に対して予め定められた第１の割合以上となった時、燃焼用空気流路又は前記燃焼機器が目詰まりしつつあると判断して、目詰まり予告信号及び／又は要清掃信号を発する手段を備えている請求項１〜３のいずれかに記載の燃焼装置。
前記送風装置の送風力が、前記送風装置の最大送風力に対して予め定められた第２の割合以上となった時、燃焼用空気流路又は前記燃焼機器が目詰まりしていると判断して、目詰まり信号、要清掃信号、及び／又は燃焼プロセス開始不可信号を発する手段を備えている請求項１〜４のいずれかに記載の燃焼装置。
請求項１〜５のいずれかに記載の燃焼装置を備えている調理用装置、熱処理装置、乾燥装置、恒温装置、湯沸かし器、ボイラ、精密加熱装置、又は熱加工装置。