特許 6170744 空気比制御装置及び燃焼システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6170744

(24)【登録日】2017年7月7日

(45)【発行日】2017年7月26日

(54)【発明の名称】空気比制御装置及び燃焼システム

(51)【国際特許分類】

   F23N 1/02 20060101AFI20170713BHJP

   F23N 3/04 20060101ALI20170713BHJP

   F23N 5/02 20060101ALI20170713BHJP

【ＦＩ】

   F23N1/02 J

   F23N3/04

   F23N5/02 320Z

【請求項の数】14

【全頁数】39

(21)【出願番号】特願2013-116812(P2013-116812)

(22)【出願日】2013年6月3日

(65)【公開番号】特開2014-89036(P2014-89036A)

(43)【公開日】2014年5月15日

【審査請求日】2016年4月4日

(31)【優先権主張番号】特願2012-220930(P2012-220930)

(32)【優先日】2012年10月3日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000116633

【氏名又は名称】愛知時計電機株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000221834

【氏名又は名称】東邦瓦斯株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】神谷 司

(72)【発明者】

【氏名】森山 達也

【審査官】 藤原 弘

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５８−０１２９２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−１４９８２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−２１６１２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５５２０５３３（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特公昭５７−４４８８８（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２３Ｎ １／０２

Ｆ２３Ｎ ３／０４

Ｆ２３Ｎ ５／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃焼器に供給される気体燃料と燃焼用空気の空気比を制御する空気比制御装置であって、
前記気体燃料を前記燃焼器に案内する燃料流路と、
前記燃焼用空気を前記燃焼器に案内する空気流路と、
前記燃料流路に設けられた、該燃料流路の内部圧力と前記空気流路の内部圧力とを均圧する均圧弁と、
前記燃料流路及び前記空気流路の少なくとも一方に設けられて、前記気体燃料及び前記燃焼用空気の少なくとも一方の流体の流量を調節する調節機構と、を備え、
前記調節機構は、温度上昇に応じて体積変化する変化部材と該変化部材の体積変化を弁体の移動に変換する軸とを備えた感温装置、及び前記流体が案内されるとともに前記弁体に対向配置されて前記弁体の移動に伴い前記流体の流量を可変とする弁口、及び内部に前記弁口が形成されて前記感温装置を収容するケースを有し、
該調節機構のケースは、前記燃焼用空気を前記燃焼器に案内する燃焼案内流路と、前記燃焼用空気の流量に相関する圧力を前記均圧弁のローディング圧として取り出す取出流路とを形成し、
前記軸及び前記弁体が、前記取出流路の上流側に配置され、
前記弁口が、前記取出流路の途中に設けられた隔壁に形成されてなる
ことを特徴とする空気比制御装置。

【請求項2】

前記取出流路の上流側に配置された弁体は、前記軸の突出方向に直径が縮径する形状をなす
請求項１に記載の空気比制御装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載の空気比制御装置において、
当該空気比制御装置は、２つの均圧弁が前記燃料流路に設けられるダブル均圧弁方式であり、
前記空気流路には、該空気流路の流径を絞る空気用のオリフィスと前記燃焼用空気を予熱する熱交換器とが前記流体の進行方向に沿って順に配置され、
前記調節機構が、前記熱交換器の配置位置よりも前記流体の進行方向上流であって前記空気用のオリフィスの前後に一つずつ配置され、
前記燃料流路には、該燃料流路の流径を絞る燃料用のオリフィスが設けられるとともに、該燃料用のオリフィスの前後に前記均圧弁が一つずつ配置され、該燃料用のオリフィスの前後に配置された各均圧弁の各ローディング圧として前記空気用のオリフィスの前後に一つずつ配置された各調節機構の取出流路により取り出された各圧力が用いられる
ことを特徴とする空気比制御装置。

【請求項4】

請求項１または２に記載の空気比制御装置において、
当該空気比制御装置は、２つの均圧弁が前記燃料流路に設けられるダブル均圧弁方式であり、
前記空気流路には、該空気流路の流径を絞る空気用のオリフィスと前記燃焼用空気を予熱する熱交換器とが前記流体の進行方向に沿って順に配置され、
前記調節機構が、前記熱交換器の配置位置よりも前記流体の進行方向上流であって前記空気用のオリフィスの前後に一つずつ配置され、
前記燃料流路にはさらに、気体燃料の流量調節用の調節機構が別途設けられてなり、該調節機構は、前記弁口が前記ケースの途中に設けられた隔壁に形成されたことによって構成されてなり、
前記気体燃料の流量調節用の調節機構の前後に前記均圧弁が一つずつ配置され、前記燃料流路の流径を絞る燃料用のオリフィスの前後に配置された各均圧弁の各ローディング圧として、前記気体燃料の流量調節用の調節機構の前後に一つずつ配置された前記燃焼用空気の流量調節用の各調節機構の取出流路により取り出された各圧力が用いられる
ことを特徴とする空気比制御装置。

【請求項5】

請求項１または２に記載の空気比制御装置において、
当該空気比制御装置は、前記燃料流路の内部圧力と前記空気流路の内部圧力とを均圧する一つの均圧弁が前記燃料流路に設けられるシングル均圧弁方式であり、
前記空気流路には、該空気流路の流径を絞る空気用のオリフィスが設けられ、
前記燃料流路には、該燃料流路の流径を絞る燃料用のオリフィスが設けられ、
前記調節機構として一つの調節機構が前記空気流路に配置されるとともに、前記均圧弁として一つの均圧弁が前記燃料流路に設けられる
ことを特徴とする空気比制御装置。

【請求項6】

請求項１または２に記載の空気比制御装置において、
当該空気比制御装置は、一つの均圧弁が前記燃料流路に設けられるシングル均圧弁方式であり、
前記空気流路には、該空気流路の流径を絞る空気用のオリフィスが設けられ、
前記燃料流路にはさらに、気体燃料の流量調節用の調節機構が別途設けられてなり、該調節機構は、前記弁口が前記ケースの途中に設けられた隔壁に形成されてなる
ことを特徴とする空気比制御装置。

【請求項7】

燃焼器に供給される気体燃料と燃焼用空気の空気比を制御する空気比制御装置であって、
前記気体燃料を前記燃焼器に案内する燃料流路と、
前記燃焼用空気を前記燃焼器に案内する空気流路と、
前記燃料流路及び前記空気流路の少なくとも一方に設けられて、前記気体燃料及び前記燃焼用空気の少なくとも一方の流体の流量を調節する調節機構と、を備え、
前記調節機構は、温度上昇に応じて体積変化する変化部材と該変化部材の体積変化を弁体の移動に変換する軸とを備えた感温装置、及び前記流体が案内されるとともに前記弁体に対向配置されて前記弁体の移動に伴い前記流体の流量を可変とする弁口、及び内部に前記弁口が形成されて前記感温装置を収容するケースを有し、
前記調節機構は、前記弁口が前記ケースの途中に設けられた隔壁に形成されてなり、
当該空気比制御装置は、前記燃料流路の内部圧力と前記空気流路の内部圧力とを均圧する２つの均圧弁が前記燃料流路に設けられるダブル均圧弁方式であり、
前記空気流路には、前記燃焼用空気を予熱する熱交換器と前記調節機構として燃焼用空気の流量調整用の調節機構とが設けられ、
前記調節機構が、前記熱交換器の配置位置よりも前記流体の進行方向上流に配置され、
前記燃料流路に、前記気体燃料の流径を絞る燃料用のオリフィスが設けられるとともに、該燃料用のオリフィスの前後に前記均圧弁が一つずつ配置されてなり、
燃料用のオリフィスの配置位置よりも前記流体の進行方向上流に設けられた均圧弁は、前記空気流路に配置された調節機構の配置位置よりも前記流体の進行方向上流の内部圧力をローディング圧として取り出し、
燃料用のオリフィスの配置位置よりも前記流体の進行方向下流に設けられた均圧弁は、前記空気流路に配置された調節機構の配置位置よりも前記流体の進行方向下流の内部圧力をローディング圧として取り出す
ことを特徴とする空気比制御装置。

【請求項8】

前記空気流路及び燃料流路の少なくとも一方の前記調節機構に配置された弁体は、前記軸の突出方向にかけて直径が拡径する形状をなす
請求項７に記載の空気比制御装置。

【請求項9】

請求項７または８に記載の空気比制御装置において、
当該空気比制御装置は、前記燃料流路の内部圧力と前記空気流路の内部圧力とを均圧する２つの均圧弁が前記燃料流路に設けられるダブル均圧弁方式であり、
前記空気流路には、前記燃焼用空気を予熱する熱交換器と前記調節機構として燃焼用空気の流量調整用の調節機構が設けられ、
前記調節機構が、前記熱交換器の配置位置よりも前記流体の進行方向上流に配置され、
前記燃料流路にはさらに、気体燃料の流量調節用の調節機構が別途設けられてなり、該調節機構は、前記弁口が、前記ケースの途中に設けられた隔壁に形成されたことによって構成され、
前記気体燃料の流量調節用の調節機構の前後に、前記均圧弁が一つずつ配置されてなり、
前記気体燃料の流量調節用の調節機構の配置位置よりも前記流体の進行方向上流に設けられた均圧弁は、前記空気流路に配置された調節機構の配置位置よりも前記流体の進行方向上流の内部圧力をローディング圧として取り出し、
燃料用のオリフィスの配置位置よりも前記流体の進行方向下流に設けられた均圧弁は、前記空気流路に配置された調節機構の配置位置よりも前記流体の進行方向下流の内部圧力をローディング圧として取り出す
ことを特徴とする空気比制御装置。

【請求項10】

請求項７または８に記載の空気比制御装置において、
当該空気比制御装置は、前記燃料流路の内部圧力と前記空気流路の内部圧力とを均圧する一つの均圧弁が前記燃料流路に設けられるシングル均圧弁方式であり、
前記燃料流路には、該燃料流路の流径を絞る燃料用のオリフィスが設けられ、
前記調節機構として一つの調節機構が前記空気流路に配置されるとともに、前記均圧弁として一つの均圧弁が前記燃料流路に設けられる
ことを特徴とする空気比制御装置。

【請求項11】

請求項７または８に記載の空気比制御装置において、
当該空気比制御装置は、前記燃料流路の内部圧力と前記空気流路の内部圧力とを均圧する一つの均圧弁が前記燃料流路に設けられるシングル均圧弁方式であり、
前記調節機構として前記空気流路及び前記燃料流路にそれぞれ一つの調節機構が配置されるとともに、前記均圧弁として一つの均圧弁が前記燃料流路に設けられる
ことを特徴とする空気比制御装置。

【請求項12】

前記弁口の直径は、前記弁体の最大径よりも大きく形成されてなる
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の空気比制御装置。

【請求項13】

前記変化部材は、温度変化に応じて体積が変化する特性を有するワックス、水銀、アルコール、オイル、バイメタル、及び形状記憶合金の少なくとも１つからなる
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の空気比制御装置。

【請求項14】

燃焼器に供給される気体燃料を燃焼器に案内する燃料流路と、燃焼用空気を燃焼器に案内する空気流路と、燃焼器に供給される気体燃料と燃焼用空気の空気比を制御する空気比制御装置とを備えた燃焼システムであって、
前記空気比制御装置として、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の空気比制御装置を備える
ことを特徴とする燃焼システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、バーナ等の燃焼器に供給される気体燃料と燃焼用空気の空気比を制御する空気比制御装置及び該空気比制御装置を備えた燃焼システムに関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、燃焼システムを構成するガスバーナや燃焼炉等の各種燃焼器においては、供給される気体燃料及び燃焼用の空気の比率である空気比が所定の比率に調節されている。また、この種の燃焼器には、燃焼用の空気が予熱されることにより、燃焼効率の向上が図られたものもある。

【0003】

一方、空気は温度に応じて膨張、収縮する特性を有しており、燃焼器への空気流量もこうした特性により変化する。このため、一旦調整された空気比が空気の流量の変化に伴い変動し、燃焼効率の低下等を招いていた。

【0004】

このような問題に対処するため、例えば特許文献１に記載の燃焼装置においては、図２１に示すように、空気比を調節する自動空気比調節装置１が、空気流路２３に設けられている。また、空気流路２３にあって熱交換器２５の下流には、ワイヤ３ａにより自動空気比調節装置１と接続された感温手段３が設置されている。この装置では、ブロワ２４により送られた空気が、熱交換器２５にて加熱されたのちにバーナ２６に供給される。そして、加熱されて高温となった空気は、空気流路２３から分岐された分岐パイプ２８、自動空気比調節装置１を経由して、バーナ２６に供給される燃料の供給圧力を調節する圧力調整弁３１の作動室３２に供給される。

【0005】

ここで、自動空気比調節装置１は、上記分岐パイプ２８から供給される空気の温度が変化すると、水銀等の膨張流体が封入された感温手段３が空気の温度の変化を感知する。
図２２に示すように、自動空気比調節装置１を構成する感温手段３は、感知した温度に応じて、本体２の内部に突出して設けられた作動ロッド７の突出量を変化させる。作動ロッド７の突出量が変化すると、この作動ロッド７が揺動レバー１６の一端に当接されることにより揺動レバー１６が揺動する。そして、揺動レバー１６の揺動は、その他端に当接されている補正弁８に伝達される。補正弁８は、揺動レバー１６から伝達された揺動により作動し、図２１に示した作動室３２の圧力を変化させる。こうして、作動室３２の圧力変化に応じて圧力調整弁３１の開度が変化し、バーナ２６に供給される燃料量が調節される。これにより、バーナ２６に供給される空気の温度が変化したとしても、温度変化に応じて燃料量が調節されることによって、バーナ２６に供給される空気と燃料との比が所定の比率に維持されることとなる。
特許文献１に記載の燃焼装置に関連する構成として、図２３に示すような燃焼装置も知られている。この燃焼装置では、熱交換器２５の上流に接続される分岐流路２８ａ中にパイロット弁３３を設けている。こうした構成では、ブロワ２４により送られた空気が分岐流路２８ａによりパイロット弁３３を介して自動空気比調節装置１に案内される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開昭５７−１６６４１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところが、上記従来構成においては、空気比調整用の自動空気比調節装置１やパイロット弁３３の設置スペースが必要となる。また、ワイヤ３ａの取り回し作業が必要となり装置導入時の設置作業の煩雑化を招いていた。こうしたことから、空気比の調節を行う上で、構造上の複雑化や作業効率の低下が避けられなかった。

【0008】

なお、こうした課題は、熱交換器の有無に拘わらず、バーナ等の燃焼器に供給される気体や燃料の温度変化に伴う空気比の変化を抑制する機構においては、概ね共通した課題となっている。

【0009】

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、簡易な構成でありながらも空気比の調節を的確に行うことのできる空気比制御装置及び該空気比制御装置を備えた燃焼システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記の目的を達成するために、この発明は、燃焼器に供給される気体燃料と燃焼用空気の空気比を制御する空気比制御装置であって、前記気体燃料を前記燃焼器に案内する燃料流路と、前記燃焼用空気を前記燃焼器に案内する空気流路と、前記燃料流路に設けられた、該燃料流路の内部圧力と前記空気流路の内部圧力とを均圧する均圧弁と、前記燃料流路及び前記空気流路の少なくとも一方に設けられて、前記気体燃料及び前記燃焼用空気の少なくとも一方の流体の流量を調節する調節機構と、を備え、前記調節機構は、温度上昇に応じて体積変化する変化部材と該変化部材の体積変化を弁体の移動に変換する軸とを備えた感温装置、及び前記流体が案内されるとともに前記弁体に対向配置されて前記弁体の移動に伴い前記流体の流量を可変とする弁口、及び内部に前記弁口が形成されて前記感温装置を収容するケースを有し、該調節機構のケースは、前記燃焼用空気を前記燃焼器に案内する燃焼案内流路と、前記燃焼用空気の流量に相関する圧力を前記均圧弁のローディング圧として取り出す取出流路とを形成し、前記軸及び前記弁体が、前記取出流路の上流側に配置され、前記弁口が、前記取出流路の途中に設けられた隔壁に形成されてなる。

【0011】

従って、この発明の空気比制御装置においては、ケースに流体が流入すると、このケースに収容された感温装置が流体の温度を感知する。そして、感温装置に収容された変化部材の体積が流体の温度に応じて変化すると、この変化部材の体積の膨張もしくは収縮に応じて軸が動作する。この軸が動作することにより、軸に設けられた弁体が軸の突出方向に移動し、この弁体と弁口との間の面積である開口面積が変化する。そして、弁口の開口面積が変化すると、この弁口を流通する流体の流量が変化することにより、燃焼器に供給される流体の流量が調節される。

【0012】

こうして、調節機構の設けられた流路を流れる流体の流量、すなわち、気体燃料と燃焼用空気の少なくとも一方の流量が調節される。これにより、この流量に相関する気体燃料と燃焼用空気の空気比が調節され、気体燃料や燃焼用空気の温度変化の影響を受けることなく、それらの空気比が一定に維持される。

【0013】

また、この発明の空気比制御装置においては、感温装置、変化部材の体積変化に応じて移動する弁体、及び弁口が形成されたケースといった簡易な構成要素によって調節機構が構成される。よって、より簡易な構成のもとに調節機構を構成することが可能となり、空気比の調節がより容易に実現されることとなる。

【0014】

また、この発明の空気比制御装置においては、燃焼用空気の温度変化に応じて弁口の開口面積が変化すると、取出流路に流出する燃焼用空気の流量が変化する。そして、この流量の変化に伴い、燃料流路に設けられた均圧弁のローディング圧が変化する。このため、均圧弁により燃料流路の内部圧力が調節され、燃料流路を流通する気体燃料の流量が、この調節された圧力に応じて変化する。よって、燃焼用空気に温度変化が生じた分だけ、燃焼器に供給される気体燃料の流量が調節される。これにより、燃焼器に供給される燃焼用空気及び気体燃料の比が一定に維持され、空気比が一定に維持されることとなる。

【0015】

前記の空気比制御装置において、前記取出流路の上流側に配置された弁体は、前記軸の突出方向に直径が縮径する形状をなすとよい。
従って、この発明の空気比制御装置においては、弁体が軸の突出方向にかけて直径の縮径する形状をなすことにより、この弁体により塞がれる弁口の開口面積が、燃焼用空気の温度に応じて変化する。このため、弁口の間から流出する流体の流量が高精度に調節され、この流体の流量調節を通じた空気比の調節が高精度に行われることとなる。

【0016】

前記の空気比制御装置において、当該空気比制御装置は、２つの均圧弁が前記燃料流路に設けられるダブル均圧弁方式であり、前記空気流路には、該空気流路の流径を絞る空気用のオリフィスと前記燃焼用空気を予熱する熱交換器とが前記流体の進行方向に沿って順に配置され、前記調節機構が、前記熱交換器の配置位置よりも前記流体の進行方向上流であって前記空気用のオリフィスの前後に一つずつ配置され、前記燃料流路には、該燃料流路の流径を絞る燃料用のオリフィスが設けられるとともに、該燃料用のオリフィスの前後に前記均圧弁が一つずつ配置され、該燃料用のオリフィスの前後に配置された各均圧弁の各ローディング圧として前記空気用のオリフィスの前後に一つずつ配置された各調節機構の取出流路により取り出された各圧力が用いられるとよい。

【0017】

従って、この発明の空気比制御装置においては、熱交換器の手前に設けられた調節機構によって、予熱前の燃焼用空気の温度に基づいて燃焼用空気の流量の調節が行われる。このため、調節機構は、常温の燃焼用空気に基づいてその流量を調節することが可能となり、熱交換器により加熱された高温の燃焼用空気に晒されることがない。よって、調節機構が耐熱部品等で覆われる必要がなく、調節機構の構成の簡略化が図られる。

【0018】

また、この発明の空気比制御装置においては、２つの均圧弁の内部圧力が、調節機構の取出流路により取り出されたローディング圧に基づいて変化する。そして、２つの均圧弁の圧力差に応じて気体燃料の流量が変化し、燃焼器に供給される気体燃料の流量が調節されることにより、所定の空気比に維持される。

【0019】

特に、熱交換器が設けられる構成では、熱交換器によって燃焼用空気が昇温される。このため、燃焼用空気の空気密度も変化することから燃焼用空気の実質流量が変化する。しかし、本発明では、２つの均圧弁、すなわち、ダブル均圧弁方式による流量調節により、空気比の制御精度が高く維持される。また、燃焼器に供給される燃焼用空気が燃焼前に予熱されることで、燃焼効率の向上が図られることともなる。

【0020】

前記の空気比制御装置において、当該空気比制御装置は、２つの均圧弁が前記燃料流路に設けられるダブル均圧弁方式であり、前記空気流路には、該空気流路の流径を絞る空気用のオリフィスと前記燃焼用空気を予熱する熱交換器とが前記流体の進行方向に沿って順に配置され、前記調節機構が、前記熱交換器の配置位置よりも前記流体の進行方向上流であって前記空気用のオリフィスの前後に一つずつ配置され、前記燃料流路にはさらに、気体燃料の流量調節用の調節機構が別途設けられてなり、該調節機構は、前記弁口が前記ケースの途中に設けられた隔壁に形成されたことによって構成されてなり、前記気体燃料の流量調節用の調節機構の前後に前記均圧弁が一つずつ配置され、前記燃料流路の流径を絞る燃料用のオリフィスの前後に配置された各均圧弁の各ローディング圧として、前記気体燃料の流量調節用の調節機構の前後に一つずつ配置された前記燃焼用空気の流量調節用の各調節機構の取出流路により取り出された各圧力が用いられるとよい。

【0021】

従って、この発明の空気比制御装置においては、上記発明の空気比制御装置にさらに、気体燃料の流量調節用の調節機構が燃料流路に配置される。このため、外気温の変化等に起因して気体燃料の温度が変化し、その密度が変化したとしても、燃焼器に供給される気体燃料の実質流量が維持されるように気体燃料の流量が調節される。よって、燃焼用空気及び気体燃料の双方の温度に応じて燃焼用空気及び気体燃料の流量が調節され、空気比が一定の値に維持される。これにより、空気比がさらに高精度に制御されることとなる。

【0022】

前記の空気比制御装置において、当該空気比制御装置は、前記燃料流路の内部圧力と前記空気流路の内部圧力とを均圧する一つの均圧弁が前記燃料流路に設けられるシングル均圧弁方式であり、前記空気流路には、該空気流路の流径を絞る空気用のオリフィスが設けられ、前記燃料流路には、該燃料流路の流径を絞る燃料用のオリフィスが設けられ、前記調節機構として一つの調節機構が前記空気流路に配置されるとともに、前記均圧弁として一つの均圧弁が前記燃料流路に設けられるとよい。

【0023】

従って、この発明の空気比制御装置においては、空気流路に熱交換器が設けられないとき、シングル均圧弁方式が採用される。そして、燃料流路に設けられた均圧弁のローディング圧が、空気流路に設けられた一つの調節機構によって調節される。このため、燃焼用空気の温度、換言すれば、該温度に相関する燃焼用空気の実質流量に応じて、気体燃料の流量が調節され、空気比が所定の値に維持される。これにより、熱交換器が設置されない空気比制御装置における空気比の精度向上が図られることとなる。

【0024】

前記の空気比制御装置において、当該空気比制御装置は、一つの均圧弁が前記燃料流路に設けられるシングル均圧弁方式であり、前記空気流路には、該空気流路の流径を絞る空気用のオリフィスが設けられ、前記燃料流路にはさらに、気体燃料の流量調節用の調節機構が別途設けられてなり、該調節機構は、前記弁口が前記ケースの途中に設けられた隔壁に形成されてなるとよい。

【0025】

従って、この発明の空気比制御装置においては、上記発明の空気比制御装置にさらに、気体燃料の流量調節用の調節機構が燃料流路に配置される。このため、外気温の変化等に起因して気体燃料の密度が変化したとしても、燃焼器に供給される気体燃料の実質流量が、気体燃料の流量が調節されることによって維持される。よって、燃焼用空気及び気体燃料の双方の温度に応じて燃焼用空気及び気体燃料の流量が調節され、空気比が一定の値に維持される。これにより、空気比がさらに高精度に制御されることとなる。

【0026】

この発明の空気比制御装置において、燃焼器に供給される気体燃料と燃焼用空気の空気比を制御する空気比制御装置であって、前記気体燃料を前記燃焼器に案内する燃料流路と、前記燃焼用空気を前記燃焼器に案内する空気流路と、前記燃料流路及び前記空気流路の少なくとも一方に設けられて、前記気体燃料及び前記燃焼用空気の少なくとも一方の流体の流量を調節する調節機構と、を備え、 前記調節機構は、温度上昇に応じて体積変化する変化部材と該変化部材の体積変化を弁体の移動に変換する軸とを備えた感温装置、及び前記流体が案内されるとともに前記弁体に対向配置されて前記弁体の移動に伴い前記流体の流量を可変とする弁口、及び内部に前記弁口が形成されて前記感温装置を収容するケースを有し、前記調節機構は、前記弁口が前記ケースの途中に設けられた隔壁に形成され、当該空気比制御装置は、前記燃料流路の内部圧力と前記空気流路の内部圧力とを均圧する２つの均圧弁が前記燃料流路に設けられるダブル均圧弁方式であり、前記空気流路には、前記燃焼用空気を予熱する熱交換器と前記調節機構として燃焼用空気の流量調整用の調節機構とが設けられ、前記調節機構が、前記熱交換器の配置位置よりも前記流体の進行方向上流に配置され、前記燃料流路に、前記気体燃料の流径を絞る燃料用のオリフィスが設けられるとともに、該燃料用のオリフィスの前後に前記均圧弁が一つずつ配置されてなり、燃料用のオリフィスの配置位置よりも前記流体の進行方向上流に設けられた均圧弁は、前記空気流路に配置された調節機構の配置位置よりも前記流体の進行方向上流の内部圧力をローディング圧として取り出し、燃料用のオリフィスの配置位置よりも前記流体の進行方向下流に設けられた均圧弁は、前記空気流路に配置された調節機構の配置位置よりも前記流体の進行方向下流の内部圧力をローディング圧として取り出してなるとよい。

【0027】

従って、この発明の空気比制御装置においては、流体の温度変化に応じて弁体と弁口との間の開口の面積が変化すると、弁口から流出する流体の流量が変化する。よって、流体に温度変化が生じた分だけ、温度変化の生じた流体、換言すれば、温度変化に伴い密度の変化した流体の流量が調節される。これにより、燃焼器に供給される燃焼用空気及び気体燃料の比が一定に維持され、空気比が一定に維持されることとなる。

【0028】

また、この発明の空気比制御装置においては、熱交換器の手前に設けられた調節機構によって、予熱前の燃焼用空気の温度に基づいて燃焼用空気が調節される。このため、調節機構には、常温の燃焼用空気が供給され、熱交換器により加熱された高温の燃焼用空気に晒されることがない。よって、調節機構が耐熱部品等で覆われる必要がなく、調節機構の構造の簡略化が図られる。

【0029】

また、この発明の空気比制御装置においては、燃焼用空気の温度変化に応じて調節機構の弁体と弁口との間の開口の面積が変化すると、弁口から流出する燃焼用空気の流量が変化する。よって、流体に温度変化が生じた分だけ、温度変化の生じた燃焼用空気、換言すれば、温度変化に伴い密度の変化した燃焼用空気の流量が調節される。これにより、燃焼器に供給される燃焼用空気及び気体燃料の比が一定に維持され、空気比が一定に維持されることとなる。

【0030】

前記の空気比制御装置において、前記空気流路及び燃料流路の少なくとも一方の前記調節機構に配置された弁体は、前記軸の突出方向にかけて直径が拡径する形状をなすとよい。

【0031】

従って、この発明の空気比制御装置においては、流体の温度が高まると、変化部材の膨張に伴って、軸に設けられた弁体が流体の進行方向下流に移動する。そして、弁体が移動するほど、弁体と弁口との開口が次第に大きくなり、この開口から流出する流体の流量が増大する。

【0032】

こうして、温度上昇により密度の低下した流体の流量が増大することで、密度の低下を補填する量の流体が燃焼器に供給される。このため、燃焼器に供給される流体の総量が一定に保たれ、温度変化の生じた流体の総量と温度変化の生じていない流体の総量とが一定に保たれ、空気比が一定の値に維持されることとなる。

【0033】

前記の空気比制御装置において、当該空気比制御装置は、前記燃料流路の内部圧力と前記空気流路の内部圧力とを均圧する２つの均圧弁が前記燃料流路に設けられるダブル均圧弁方式であり、前記空気流路には、前記燃焼用空気を予熱する熱交換器と前記調節機構として燃焼用空気の流量調整用の調節機構が設けられ、前記調節機構が、前記熱交換器の配置位置よりも前記流体の進行方向上流に配置され、前記燃料流路にはさらに、気体燃料の流量調節用の調節機構が別途設けられてなり、該調節機構は、前記弁口が、前記ケースの途中に設けられた隔壁に形成されたことによって構成され、前記気体燃料の流量調節用の調節機構の前後に、前記均圧弁が一つずつ配置されてなり、前記気体燃料の流量調節用の調節機構の配置位置よりも前記流体の進行方向上流に設けられた均圧弁は、前記空気流路に配置された調節機構の配置位置よりも前記流体の進行方向上流の内部圧力をローディング圧として取り出し、燃料用のオリフィスの配置位置よりも前記流体の進行方向下流に設けられた均圧弁は、前記空気流路に配置された調節機構の配置位置よりも前記流体の進行方向下流の内部圧力をローディング圧として取り出すとよい。

【0034】

従って、この発明の空気比制御装置においては、上記発明の空気比制御装置にさらに、気体燃料の流量調節用の調節機構が燃料流路に配置される。このため、外気温の変化等に起因して気体燃料の密度が変化しても、燃焼器に供給される気体燃料の実質流量が、気体燃料の流量が調節されることにより維持される。よって、燃焼用空気及び気体燃料の双方の温度に応じて燃焼用空気及び気体燃料の流量が調節され、空気比が一定の値に維持される。これにより、空気比がさらに高精度に制御されることとなる。

【0035】

前記の空気比制御装置において、当該空気比制御装置は、前記燃料流路の内部圧力と前記空気流路の内部圧力とを均圧する一つの均圧弁が前記燃料流路に設けられるシングル均圧弁方式であり、前記燃料流路には、該燃料流路の流径を絞る燃料用のオリフィスが設けられ、前記調節機構として一つの調節機構が前記空気流路に配置されるとともに、前記均圧弁として一つの均圧弁が前記燃料流路に設けられるとよい。

【0036】

従って、この発明の空気比制御装置においては、燃焼用空気の温度変化に応じて調節機構の弁体と弁口との間の開口の面積が変化すると、弁口から流出する燃焼用空気の流量が変化する。よって、流体に温度変化が生じた分だけ、温度変化の生じた燃焼用空気、換言すれば、温度変化に伴い密度の変化した燃焼用空気の流量が調節される。これにより、燃焼器に供給される燃焼用空気及び気体燃料の比が一定に維持され、空気比が一定に維持されることとなる。

【0037】

前記の空気比制御装置において、当該空気比制御装置は、前記燃料流路の内部圧力と前記空気流路の内部圧力とを均圧する一つの均圧弁が前記燃料流路に設けられるシングル均圧弁方式であり、前記調節機構として前記空気流路及び前記燃料流路にそれぞれ一つの調節機構が配置されるとともに、前記均圧弁として一つの均圧弁が前記燃料流路に設けられるとよい。

【0038】

従って、この発明の空気比制御装置においては、空気流路に熱交換器が設けられないとき、シングル均圧弁方式が採用される。そして、空気流路に設けられた一つの調節機構によって、空気流路を流通する燃焼用空気の流量が調節される。このため、一つの調節機構及び均圧弁といった簡易な構成により、燃焼用空気の温度に応じてその流量が調節され、空気比が所定の値に維持される。これにより、熱交換器が設置されない空気比制御装置における空気比の精度向上が図られることとなる。

【0039】

前記の空気比制御装置において、前記弁口の直径は、前記弁体の最大径よりも大きく形成されてなるとよい。
従って、この発明の空気比制御装置においては、弁口の直径が弁体の直径よりも大きく形成されたことにより、弁体によって弁口が完全に封止されることが抑制される。このため、弁口の開口面積が所定以上となるように保持されることとなり、弁口を介して流通する流体の流量が極端に低下することが抑止される。よって、空気比に大幅な変動が生じることが抑制されることとなる。

【0040】

前記の空気比制御装置において、前記変化部材は、温度変化に応じて体積が変化する特性を有するワックス、水銀、アルコール、オイル、バイメタル、及び形状記憶合金の少なくとも１つからなるとよい。

【0041】

従って、この発明の空気比制御装置においては、ワックス、水銀、アルコール、オイル、バイメタル、及び形状記憶合金といった温度変化に応じて敏感に反応する変化部材が用いられる。よって、流体の温度変化が、変化部材を作動源とする弁体に的確に反映されることとなる。

【0042】

上記課題を達成するため、この発明に係る燃焼システムは、燃焼器に供給される気体燃料を燃焼器に案内する燃料流路と、燃焼用空気を燃焼器に案内する空気流路と、燃焼器に供給される気体燃料と燃焼用空気の空気比を制御する空気比制御装置とを備えた燃焼システムであって、前記空気比制御装置として、上記の空気比制御装置を備えることを特徴とする。

【0043】

従って、この発明の燃焼システムにおいては、上記の空気比制御装置を備えたシステムが構成される。これにより、安定した空気比のもとに気体燃料を燃焼可能なシステムの構築が可能となる。

【発明の効果】

【0044】

以上のように、この発明によれば、簡易な構成でありながらも空気比の調節を的確に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0045】

【図1】第１実施形態の空気比制御装置が適用される燃焼システムの概略構成を示すブロック図。

【図2】（ａ）は、上流側の均圧弁の概略構成を示す断面図。（ｂ）は、下流側の均圧弁の概略構成を示す断面図。

【図3】（ａ）は、調節機構の側面図。（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線に沿った部分断面図。（ｃ）は、調節機構の底面図。

【図4】（ａ）は、弁体の側面図。（ｂ）は、弁口の開口面積の変位特性の一例を示すグラフ。

【図5】同空気比制御装置及び燃焼システムの動作例を示すブロック図。

【図6】（ａ）は、燃焼用空気の低温時における弁体と弁口との位置関係を示す調節機構の断面図。（ｂ）は、燃焼用空気の高温時における弁体と弁口との位置関係を示す調節機構の断面図。

【図7】同実施の形態の空気比制御装置及び燃焼システムにより制御される空気比の推移例と従来の燃焼システムにより制御される空気比の推移例とを示すグラフ。

【図8】第２実施形態の空気比制御装置が適用される燃焼システムの概略構成を示すブロック図。

【図9】第２実施形態の調節機構の側面構造を示す断面図。

【図10】同空気比制御装置及び燃焼システムの動作例を示すブロック図。

【図11】第３実施形態の空気比制御装置が適用される燃焼システムの概略構成を示すブロック図。

【図12】第４実施形態の空気比制御装置が適用される燃焼システムの概略構成を示すブロック図。

【図13】第５実施形態の空気比制御装置が適用される燃焼システムの概略構成を示すブロック図。

【図14】第６実施形態の空気比制御装置が適用される燃焼システムの概略構成を示すブロック図。

【図15】第７実施形態の空気比制御装置が適用される燃焼システムの概略構成を示すブロック図。

【図16】第８実施形態の空気比制御装置が適用される燃焼システムの概略構成を示すブロック図。

【図17】変形例の空気比制御装置が適用される燃焼システムの概略構成を示すブロック図。

【図18】弁口の開口面積の変位特性の一例を示すグラフ。

【図19】（ａ）は、第１実施形態の弁体の形状を示す側面図。（ｂ）〜（ｇ）は、別の変形例の弁体の形状を示す側面図。

【図20】さらに別の変形例の調節機構を示す図であり、（ａ）は、燃焼用空気の低温時における弁体と弁口との位置関係を示す調節機構の断面図。（ｂ）は、燃焼用空気の高温時における弁体と弁口との位置関係を示す調節機構の断面図。

【図21】従来の燃焼装置の概略構成を示すブロック図。

【図22】従来の自動空気比調節装置の断面図。

【図23】従来の燃焼装置の概略構成を示すブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0046】

（第１実施形態）
以下に、この発明を燃焼システム及び空気比制御装置に具体化した第１実施形態を図面に従って説明する。

【0047】

図１に示すように、この実施形態の燃焼システムは、燃焼用空気を燃焼器１０１に供給する空気流路１００、及び気体燃料を燃焼器１０１に供給する燃料流路２００を備えている。

【0048】

空気流路１００には、燃焼器１０１での気体燃料の燃焼に供される燃焼用空気を空気流路１００に送り出すブロワ１１０が設けられている。ブロワ１１０は、外気を取り込み、取り込んだ外気を、気体燃料との燃焼に用いられる燃焼用空気として空気流路１００に送り出す。空気流路１００に送り出された燃焼用空気は、その進行方向下流に設けられて該燃焼用空気の流量を制御する空気コントロール弁１２０に供給される。

【0049】

空気コントロール弁１２０は、アクチュエータ１２１等を駆動源として作動することにより、ブロワ１１０から供給される燃焼用空気の流量を制御する。
この空気コントロール弁１２０の燃焼用空気の進行方向下流には、燃焼用空気の流量をその温度に応じて調節する２つの調節機構３００Ａ及び３００Ｂが設けられている。また、調節機構３００Ａ及び３００Ｂの間には、空気流路１００の一部の流径を絞る空気用のオリフィス１３０が設けられている。さらに、調節機構３００Ｂの燃焼用空気の進行方向下流には、燃焼器１０１に供給される燃焼用空気を予熱する熱交換器１４０が設けられている。

【0050】

調節機構３００Ａ及び３００Ｂは、燃焼用空気の温度を感知し、燃料流路２００を流通する気体燃料の流量を、感知した燃焼用空気の温度に応じて調節する。
なお、この実施形態の上流側の調節機構３００Ａは、燃焼用空気の温度の変化を、空気流路１００の内部圧力と燃料流路２００の内部圧力とを均圧する上流側の均圧弁２１０のローディング圧として取り出す。また、下流側の調節機構３００Ｂは、燃焼用空気の温度の変化を、空気流路１００の内部圧力と燃料流路２００の内部圧力とを均圧する下流側の均圧弁２２０のローディング圧として取り出す。

【0051】

空気用のオリフィス１３０は、その開口１３１の直径が変更されることにより、当該空気用のオリフィス１３０が設けられた部分の空気流路１００の流径を絞る。これにより、空気用のオリフィス１３０は、燃焼器１０１に供給される燃焼用空気の流量を調節する。そして、空気用のオリフィス１３０は、流量を調節した燃焼用空気を燃焼器１０１に送り出す。

【0052】

なお、空気用のオリフィス１３０の開口１３１は、燃焼用空気と燃料流路２００を介して燃焼器１０１に供給される気体燃料との所定の温度における混合比（空気比）が、規定された理論空気比となるように設定されている。

【0053】

熱交換器１４０は、気温と同程度の温度の常温の燃焼用空気が供給されると、この燃焼用空気を加熱することにより、燃焼用空気の温度を例えば約「２０〜４０℃」から約「５００℃」程度へと昇温する。熱交換器１４０は、昇温した燃焼用空気を燃焼器１０１に供給する。

【0054】

一方、燃料流路２００には、２つの均圧弁２１０及び２２０が配置されている。すなわち、この実施形態の燃焼システムは、２つの均圧弁２１０及び２２０が採用されるダブル均圧弁方式となっている。

【0055】

気体燃料の進行方向の上流側の均圧弁２１０は、上流側の調節機構３００Ａによって取り出されたローディング圧に基づき作動する。また、気体燃料の進行方向の下流側の均圧弁２２０は、下流側の調節機構３００Ｂによって取り出されたローディング圧に基づき作動する。そして、各均圧弁２１０及び２２０は、各ローディング圧に基づき作動することで、燃料流路２００の内部圧力を変化させる。これにより、各均圧弁２１０及び２２０は、燃料流路２００内に差圧を発生させる。そして、この実施形態では、こうした各均圧弁２１０及び２２０が発生させる内部圧力の変化によって、燃料流路２００を流通する気体燃料の流量が調節される。そして、ガス用のオリフィス２３０は、流量を調節した気体燃料を燃焼器１０１に送り出す。

【0056】

ガス用のオリフィス２３０は、その開口２３１の直径が変更されることにより、当該ガス用のオリフィス２３０が設けられた部分の燃料流路２００の流径を絞る。これにより、ガス用のオリフィス２３０は、燃焼器１０１に供給される気体燃料の流量を調節する。ガス用のオリフィス２３０の開口２３１は、該開口２３１から流出する気体燃料と上記燃焼用空気との空気比が、規定された理論空気比となるように設定されている。

【0057】

燃焼器１０１は、空気流路１００から供給された燃焼用空気と燃料流路２００から供給された気体燃料とを燃焼させる。
なお、この実施形態では、調節機構３００Ａ及び３００Ｂ、並びに均圧弁２１０及び２２０によって上記空気比制御装置が構成される。

【0058】

ここで、図２（ａ）に示すように、上流側の均圧弁２１０には、内部圧力を変化させるダイヤフラム２１１に、燃料流路２００の内部圧力を調節するバルブ２１２が設けられている。また、上流側の均圧弁２１０には、ダイヤフラム２１１に対してバルブ２１２の設置位置とは反対側に、ローディング圧Ｐｇが導入される開口２１３が形成されている。

【0059】

こうした構成により、上流側の均圧弁２１０には、バルブ２１２の設置位置とは反対側からローディング圧Ｐｇが導入される。そして、上流側の均圧弁２１０では、ローディング圧Ｐｇが小さくなるとバルブ２１２が閉まる方向に動作する。

【0060】

これに対し、図２（ｂ）に示すように、下流側の均圧弁２２０には、内部圧力を変化させるダイヤフラム２２１に、燃料流路２００の内部圧力を調節するバルブ２２２が設けられている。また、下流側の均圧弁２２０には、ダイヤフラム２２１に対してバルブ２２２の設置位置側に、ローディング圧Ｐｇが導入される開口２２３が形成されている。

【0061】

こうした構成により、下流側の均圧弁２２０には、バルブ２２２の設置位置側からローディング圧Ｐｇが導入される。そして、下流側の均圧弁２２０は、ローディング圧Ｐｇが小さくなるとバルブ２２２が開く方向に動作する。

【0062】

一方、この実施の形態の調節機構３００Ａ及び３００Ｂは、それぞれ同一の構成とされている。このため、燃焼用空気の温度上昇による均圧弁２１０及び均圧弁２２０でのローディング圧Ｐｇの減少量は、それぞれ調節機構３００Ａ及び調節機構３００Ｂに取り込まれる燃焼用空気の圧力Ｐａとそこで調節される圧力の差圧ΔＰｔとの差で表される。

【0063】

そして、空気用のオリフィス１３０の上流圧力Ｐａ１よりも同下流圧力Ｐａ２の方が小さいことから、上流側の均圧弁２１０のバルブ２１２の閉動作に対して下流側の均圧弁２２０のバルブ２２２の開動作が小さくなる。このため、こうした上流側の均圧弁２１０のバルブ２１２の閉動作、及び下流側の均圧弁２２０のバルブ２２２の開動作により、ガス用のオリフィス２３０前後の差圧が低下し、気体燃料の流量は減少する。すなわち、燃焼用空気の温度が上昇すると、気体燃料の流量が減少する。

【0064】

一方、燃焼用空気の温度が上昇すると、その密度が低下する。このため、燃焼器１０１に供給される燃焼用空気の実質流量が低下する。しかし、この実施の形態では、上記均圧弁２１０及び２２０の作用によって、気体燃料の流量が燃焼用空気の温度上昇に応じて調節される。これにより、燃焼用空気の温度の低下に伴う実質流量の低下に応じて、気体燃料の流量が低減され、気体燃料と燃焼用空気の空気比が一定に維持されることとなる。

【0065】

次に、図３を参照して、この実施形態の調節機構３００Ａ及び３００Ｂを詳述する。
図３（ａ）に側面構造を示す調節機構３００Ａ及び３００Ｂは、そのＡ−Ａ線に沿った部分断面構造を図３（ｂ）に示すように、流体の温度に応じて反応する感温装置３１０を有している。感温装置３１０は、温度に応じて体積変化する変化部材３１１と、該変化部材３１１の体積変化を弁体３２０の移動に変換する軸３１２とを備えて構成される。

【0066】

変化部材３１１は、例えば、温度が上昇する程、膨張して体積が増加する特性を有したワックス、水銀、アルコール、オイル、バイメタル、及び形状記憶合金のいずれかによって構成される。

【0067】

また、調節機構３００Ａ及び３００Ｂは、燃焼用空気等の流体が案内されるとともに弁体３２０に対向配置されて弁体３２０が挿入される弁口３３１、及び内部に弁口３３１が形成されて感温装置３１０を収容するケース３３０を有する。

【0068】

ケース３３０は、燃焼用空気をブロワ１１０側から燃焼器１０１側に案内する燃焼案内流路３３０Ａと、燃焼用空気の流量に相関する圧力を上記均圧弁２１０及び２２０のローディング圧Ｐｇとして取り出す取出流路３３０Ｂとを形成している。

【0069】

この実施形態では、感温装置３１０の軸３１２及び弁体３２０は、取出流路３３０Ｂの上流側に配置されている。
また、この実施形態では、弁口３３１が、軸３１２の配置位置よりも流体の進行方向下流にあって取出流路３３０Ｂの途中に設けられた隔壁３３２に形成されている。また、取出流路３３０Ｂには、大気開放用のブリーダ３３３が形成されている。このブリーダ３３３の開口面積は、弁体３２０と弁口３３１との間の開口から流出する燃焼用空気の流量とブリーダ３３３から流出する燃焼用空気の流量とにより発生する圧力が一定となるように形成されている。

【0070】

また、調節機構３００Ａ及び３００Ｂを構成するケース３３０は、燃焼案内流路３３０Ａ、取出流路３３０Ｂ、及び感温装置３１０を収容する収容ケース３３０Ｃが連結されることによって構成される。

【0071】

弁体３２０は、感温装置３１０から突出した軸３１２の先端にねじ込まれることにより、軸３１２に固定されている。
収容ケース３３０Ｃは、該収容ケース３３０Ｃと燃焼案内流路３３０Ａとを連結する連結ケース３３４に、パッキン３３５を介してネジＢＴ１により固定されている。また、収容ケース３３０Ｃは、パッキン３３６を介してネジＢＴ２によって取出流路３３０Ｂに固定されている。そして、収容ケース３３０Ｃは、該収容ケース３３０Ｃに固定された連結ケース３３４が、燃焼案内流路３３０Ａの開口３３９にねじ込まれることにより、燃焼案内流路３３０Ａと連結されている。

【0072】

また、取出流路３３０Ｂには、弁口３３１から流出した燃焼用空気を均圧弁２１０（２２０）に案内する案内口３３７が形成されている。取出流路３３０Ｂは、収容ケース３３０Ｃとの取付口３３８に収容ケース３３０Ｃがねじ込まれることにより、収容ケース３３０Ｃと連結されている。

【0073】

こうして、図３（ａ）及び（ｃ）に示す外観を有する調節機構３００Ａ及び３００Ｂが構成されている。
なお、この実施形態において、空気用のオリフィス１３０、ガス用のオリフィス２３０、弁口３３１、ブリーダ３３３の面積は、以下の［式１］〜［式５］に基づき設定される。この［式１］〜［式５］は、ＪＩＳ−Ｚ−８７６２「円形管路の絞り機構による流量測定方法−第２部：オリフィス板」の流量計算式に基づくものである。

【0074】

【数1】

【0075】

ｑｍ：質量流量
ΔＰ：差圧
ε：気体の膨張補正係数
ρ：流体の密度
Ｃ：流出係数（β、ＲｅＤ及びＤの関数）

【0076】

【数2】

【0077】

ｑｖ：体積流量
なお、［式１］における流出係数Ｃは、以下の式に基づき算出される。

【0078】

Ｃ＝０．５９６１＋０．０２６１×β^２−０．２１６×β^８
＋０．０００５２１×（１０^６×β／ＲｅＤ）^０．７
＋［０．０１８８＋０．００６３×（１９０００×β／ＲｅＤ）^０．８］
×β^３．５×（１０^６／ＲｅＤ）^０．３
＋（０．０４３＋０．０８ｅ^{（−１０ラ２５．４／Ｄ）}
−０．１２３ｅ^{（−７ラ２５．４／Ｄ）}）
×［１−０．１１×（１９０００×β／ＲｅＤ）^０．８］
×β^４／（１−β^４）−０．０３１×｛２×（２５．４／Ｄ）／（１−β）
−０．８×［（２×（２５．４／Ｄ）／（１−β））］^１．１｝×β^１．３
＋０．０１１×（０．７５−β）×［２．８−（Ｄ／２５．４）］

【0079】

【数3】

【0080】

ＲｅＤ：Ｄに関するレイノルズ数
μ：流体粘度

【0081】

【数4】

【0082】

β：絞り直径比
ｄ：絞り孔径
Ｄ：絞り機構の上流側管径

【0083】

【数5】

【0084】

ｐ１：上流側圧力取出し口の圧力
ｐ２：下流側圧力取出し口の圧力
κ：アイゼントロピック指数
κ＝（定圧比熱）／（定積比熱）
ここで、気体燃料と燃焼用空気との空気比は、図１に示される空気用のオリフィス１３０の流量を「Ｑａ」、ガス用のオリフィス２３０の流量を「Ｑｇ」とするとき、
Ｑａ＝空気比ｍ×Ａ×Ｑｇ
Ａ：理論空気量
によって示される。

【0085】

ここで、上記ダブル均圧弁方式において燃焼用空気の温度が一定のとき、空気流路１００では、上記空気コントロール弁１２０による制御量、空気用のオリフィス１３０の径、及び空気流路１００の配管構造によって、空気用のオリフィス１３０の上流圧力Ｐａ１と下流圧力Ｐａ２とが決定される。

【0086】

燃料流路２００では、Ｑａ＝空気比ｍ×Ａ×Ｑｇとなるように、ガス用のオリフィス２３０の上流圧力Ｐｇ１と、下流圧力Ｐｇ２とが設定されている。
一方、燃焼用空気の温度が変化すると、燃焼用空気の密度の変化に伴い燃焼用空気の実質流量が変化するために、この燃焼用空気と気体燃料との混合比（空気比）が変化する。

【0087】

そこで、この実施形態では、燃焼用空気の温度が変化すると、調節機構３００Ａ及び３００Ｂにより作動される均圧弁２１０及び２２０が、燃料流路２００を流通する気体燃料の流量を調節する。これにより、空気比が一定となるように保持されている。

【0088】

次に、この実施形態の弁体３２０の特性を図４を参照して詳述する。
図４（ａ）に弁体３２０を側面から見た概略構成を示すように、弁体３２０は、軸３１２の突出方向に漸次縮径する形状をなしている。また、この実施形態の弁体３２０は、その基端に位置する最大径Ｌ１が、弁口３３１の直径よりも小さく形成されている。これにより、弁口３３１に弁体３２０が過剰に挿入されたとしても、弁体３２０によって弁口３３１が完全に塞がれることが抑止されている。

【0089】

図４（ｂ）に、弁口３３１の開口面積の変位特性の一例を示すように、この実施形態では、感温装置３１０により感知される流体の温度変化に応じて弁口３３１の開口面積が直線的に変化する推移をなす。そして、弁口３３１の開口面積に応じて、この弁口３３１から流出する流体の流量が変化する。

【0090】

次に、この実施形態の調節機構３００Ａ及び３００Ｂによる流体の流量調節の原理を図５を参照して詳述する。
図５に示すこの実施形態の燃焼システムでは、上流側の調節機構３００Ａの弁口３３１から流出する流体の流量Ｑｔは、以下の式（１）によって示される。

【0091】

Ｑｔ＝σ√（２・ΔＰｔ・ρａ） …（１）
σ：調節機構３００Ａに流入される気体の温度と弁口３３１の開口面積とを含む関数
σ＝［ｃ×／√（１−β^４）］ε・（π／４）・ｄ^２
ΔＰｔ：弁口３３１の上流側と下流側との差圧
ρａ：空気の密度
また、上流側の調節機構３００Ａの大気開放用のブリーダ３３３の流量Ｑｔ’は、以下の式（２）によって示される。

【0092】

Ｑｔ’＝τ√（２・ΔＰｔ’ρａ） …（２）
τ：調節機構３００Ａに流入される流体の温度と大気開放用のブリーダ３３３の開口面積とを含む関数
τ＝［ｃ×／√（１−β^４）］ε・（π／４）・ｄ^２
ΔＰｔ’：ブリーダ３３３の上流側と下流側との差圧
ρａ：空気の密度
ここで、Ｑｔ＝Ｑｔ’とすると、以下の式（３）が得られる。

【0093】

σ^２ΔＰｔ＝τ^２ΔＰｔ’ …（３）
また、空気用のオリフィス１３０の上流側の圧力Ｐａ１＝ΔＰｔ＋ΔＰｔ７’、ガス用のオリフィス２３０の上流側の圧力Ｐｇ１＝ΔＰｔ’より、以下の式（４）が得られる。

【0094】

Ｐｇ１＝Ｐａ１・σ^２／（σ^２＋τ^２） …（４）
同様にして、下流側の調節機構３００Ｂについても、式（４）に対応する以下の式（５）が得られる。

【0095】

Ｐｇ２＝Ｐａ２・σ^２／（σ^２＋τ^２） …（５）
そして、ガス用のオリフィス２３０の上流側の圧力Ｐｇ１及び同下流側の圧力Ｐｇ２はそれぞれ、空気用のオリフィス１３０の上流側の圧力Ｐａ１及び同下流側の圧力Ｐａ２に比例して変化することから、以下の関係式（６）が得られる。

【0096】

ΔＰｇ＝σ^２／（σ^２＋τ^２）・ΔＰａ …（６）
ΔＰｇ：ガス用のオリフィス２３０前後の差圧
ΔＰａ：空気用のオリフィス１３０前後の差圧
したがって、ブロワ１１０の発熱や気温の変化等により燃焼用空気の温度が変化すると、調節機構３００Ａ及び３００Ｂの弁口３３１の開口面積に相関する関数σが変化することにより、気体燃料と燃焼用空気の流量比が一定になるように、ガス用のオリフィス２３０前後の差圧が調整される。

【0097】

そして、気体燃料と燃焼用空気の流量の比が一定に維持されることにより、気体燃料と燃焼用空気の空気比が一定に維持される。
空気用オリフィス１３０前後の差圧ΔＰａが与えられると、式（１）〜（６）及びＱａ＝空気比ｍ×Ａ×Ｑｇによって必要なΔＰｇが求まる。またブリーダ３３３の開口面積が一定であれば、弁口３３１の開口面積が算出される。

【0098】

以下、本実施形態の空気比制御装置及び燃焼システムの作用を図３及び図５〜図７を参照して説明する。
図５に示すように、ブロワ１１０により供給された燃焼用空気は、空気コントロール弁１２０を介して、調節機構３００Ａ及び３００Ｂに供給される。調節機構３００Ａ及び３００Ｂに供給された燃焼用空気の一部は、図３に示したように、各調節機構３００Ａ及び３００Ｂの各取出流路３３０Ｂに流出する。

【0099】

各取出流路３３０Ｂに流出した燃焼用空気は、各調節機構３００Ａ及び３００Ｂの弁体３２０と弁口３３１との間の隙間（開口）から流出する。弁体３２０と弁口３３１との間の開口から流出した燃焼用空気は、調節機構３００Ａ及び３００Ｂの各ブリーダ３３３により大気中に開放される。そして、調節機構３００Ａ及び３００Ｂの弁体３２０と弁口３３１との開口から流出する燃焼用空気の流量と各ブリーダ３３３から大気開放される燃焼用空気の流量とにより発生するローディング圧Ｐｇが一定に維持される。こうして、燃焼用空気の温度が一定に維持されているときには、一定のローディング圧Ｐｇが均圧弁２１０及び２２０に付与される。

【0100】

そして、ブロワ１１０の発熱や気温の変化により燃焼用空気の温度が変化すると、この温度の変化に応じて、調節機構３００Ａ及び３００Ｂの各変化部材３１１が膨張することにより温度変化が感知される。

【0101】

変化部材３１１が膨張することにより、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、軸３１２がその突出方向に移動し、弁体３２０が弁口３３１に挿入される。そして、弁体３２０が軸３１２の突出方向に漸次縮径されているために、弁口３３１の開口Ｒｏの面積が次第に減少する。これにより、弁口３３１から流出可能な燃焼用空気の流量が減少する。

【0102】

こうした流量の減少により、均圧弁２１０及び２２０のローディング圧Ｐｇが変化し、ガス用のオリフィス２３０前後の差圧が低下する。そして、ガス用のオリフィス２３０前後の差圧が低下したことに起因して、燃料流路２００を流通する気体燃料の流量が減少する。

【0103】

これにより、燃焼用空気の温度上昇に伴って空気流路１００の燃焼用空気の実質流量が減少すると、燃料流路２００の気体燃料の流量も減少することとなる。よって、燃焼用空気に温度上昇が生じても、燃焼用空気と気体燃料との空気比が一定に維持されることとなる。

【0104】

一方、上昇した燃焼用空気の温度が低下すると、この温度の変化に応じて、調節機構３００Ａ及び３００Ｂの各変化部材３１１が収縮することにより温度変化が感知される。
調節機構３００Ａ及び３００Ｂの各変化部材３１１が収縮することにより、各調節機構３００Ａ及び３００Ｂの軸３１２及び弁体３２０がその突出方向とは反対側に移動する。すなわち、図６（ｂ）の位置にあった弁体３２０が、図６（ａ）に示す位置に向かって移動する。

【0105】

そして、弁体３２０が軸３１２の突出方向に漸次縮径されているために、調節機構３００Ａ及び３００Ｂの各弁口３３１の開口Ｒｏの面積が次第に増大する。これにより、調節機構３００Ａ及び３００Ｂの各弁口３３１から流出可能な燃焼用空気の流量が増大する。

【0106】

こうした流量の増大により、均圧弁２１０及び２２０のローディング圧Ｐｇが変化し、ガス用のオリフィス２３０前後の差圧が増大する。そして、ガス用のオリフィス２３０前後の差圧が増大したことに起因して、燃料流路２００を流通する気体燃料の流量が増大する。

【0107】

これにより、燃焼用空気の温度低下に伴って空気流路１００の燃焼用空気の実質流量が増大すると、燃料流路２００の気体燃料の流量も増大することとなる。よって、燃焼用空気に温度の低下が生じても、燃焼用空気と気体燃料との空気比が一定に維持されることとなる。

【0108】

なお、図７に推移Ｌ１として示すように、この実施形態の空気比制御装置及び燃焼システムによれば、調節機構３００Ａ及び３００Ｂによる流量調節が行われることで、燃焼用空気の温度が変化したとしても燃焼用空気及び気体燃料の空気比が所定の目標値に維持される。

【0109】

これに対し、推移Ｌ２として示すように、従来のように、調節機構３００Ａ及び３００Ｂによる流量調節が行われないときには、燃焼用空気の温度の変化に起因して、燃焼用空気が変動することとなる。

【0110】

従って、この実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）この空気比制御装置及び燃焼システムにおいては、調節機構３００Ａ及び３００Ｂが空気流路１００に設けられた。この調節機構３００Ａ及び３００Ｂは、燃焼用空気の温度の変化を均圧弁２１０及び２２０のローディング圧Ｐｇとして取り出した。そして、ローディング圧Ｐｇに応じて変化する燃料流路２００のガス用のオリフィス２３０前後の差圧により、気体燃料の流量が調節された。

【0111】

このため、燃焼用空気の温度変化に起因してその流量が変化すると、これに応じて気体燃料の流量が調節される。これにより、燃焼用空気の温度変化が発生しても、燃焼用空気及び気体燃料の空気比が一定に維持される。また、これにより、燃焼用空気や気体燃料の流量が調節機構３００Ａ及び３００Ｂによって機械的に制御され、電子機器等を要することなく空気比の制御が可能となる。

【0112】

（２）空気流路１００に熱交換器１４０が設けられるとき、ダブル均圧弁方式が採用された。これにより、熱交換器１４０により燃焼用空気が昇温されるときであっても、燃焼用空気の流量制御の精度が維持される。

【0113】

（３）調節機構３００Ａ及び３００Ｂが、熱交換器１４０よりも燃焼用空気の進行方向上流に配置された。これにより、熱交換器１４０により昇温された燃焼用空気に調節機構３００Ａ及び３００Ｂが晒されることがなく、調節機構３００Ａ及び３００Ｂの耐熱部品等を割愛することが可能となる。

【0114】

（第２実施形態）
以下に、この発明を具体化した空気比制御装置及び燃焼システムの第２実施形態を、第１実施形態との相違点を中心に、図８〜図１０を参照して説明する。なお、この実施形態にかかる空気比制御装置及び燃焼システムも、その基本的な構成は第１実施形態と同等であり、図８〜図１０においても第１実施形態と実質的に同一の要素にはそれぞれ同一の符号を付して示し、重複する説明は割愛する。

【0115】

なお、この実施形態の燃焼システムも、２つの均圧弁が用いられるダブル均圧弁方式となっている。
図８に示すように、この実施形態の空気流路１００には、燃焼用空気の流量調整用の一つの調節機構４００ａが、該空気流路１００の上流側に配置される。なお、この実施の形態では、燃焼用空気の流量調整用の調節機構４００ａが空気流路１００に配置されることで、上記空気用のオリフィス１３０が割愛される構成となっている。

【0116】

また、この実施形態の上流側の均圧弁２１０は、調節機構４００ａの配置位置よりも燃焼用空気の進行方向上流の空気流路１００の内部圧力をローディング圧Ｐｇとして取り出す。一方、下流側の均圧弁２２０は、調節機構４００ａの配置位置よりも燃焼用空気の進行方向下流の空気流路１００の内部圧力をローディング圧Ｐｇとして取り出す。

【0117】

図９に、この実施形態の調節機構４００ａを示すように、調節機構４００ａは、変化部材４１１を備えた感温装置４１０を有している。また、調節機構４００ａでは、感温装置４１０から突出する軸４１２及び弁体４２０が、空気流路１００の上流側に配置される。また、調節機構４００ａの弁口４３１は、軸４１２及び弁体４２０の配置位置よりも燃焼用空気の進行方向下流にあってケース４３０の途中に設けられた隔壁４３２に形成されている。

【0118】

なお、この実施形態の弁体４２０は、軸４１２の突出方向にかけて直径が拡径する形状をなしている。よって、この実施形態では、低温となった燃焼用空気に反応した変化部材４１１が収縮するほど、弁体４２０の最大径に近い部分によって弁口４３１が塞がれ、弁口４３１の開口Ｒｏの面積が減少する。一方、高温となった燃焼用空気に反応した変化部材４１１が膨張するほど、弁体４２０の最小径に近い部分によって弁口４３１が塞がれ、弁口４３１の開口Ｒｏの面積が増大する。

【0119】

また、この実施形態において弁体４２０及び軸４１２の初期位置は、予め規定された最高温度のもとで変化部材４１１が膨張したときに、弁体４２０の基端に位置する最小径の部分によって弁口４３１が塞がれる位置となるように調節されている。

【0120】

同様に、弁体４２０及び軸４１２の初期位置は、予め規定された最低温度のもとで変化部材４１１が収縮したときに、弁体３２０の先端に位置する最大径の部分によって弁口４３１が塞がれる位置となるように調節されている。

【0121】

なお、この実施形態では、調節機構４００ａによって、上記空気比制御装置が構成される。
以下、図１０を参照して、この実施形態の調節機構４００ａによる流量の調節原理を説明する。

【0122】

調節機構４００ａの弁口４３１から流出する燃焼用空気の流量Ｑａ’は、オリフィスの流量計算式に基づき、以下の式（７）によって示される。
Ｑａ’＝Ｃａ’√（２・ΔＰａ’・ρａ） …（７）
Ｃａ’：調節機構４００ａに流入される燃焼用空気の温度と弁口４３１の開口面積とを含む関数
ΔＰａ’：弁口４３１前後の差圧
ρａ：空気の密度
したがって、ブロワ１１０の発熱や気温の変化等により燃焼用空気の温度が変化すると、調節機構４００ａの弁口４３１の開口面積に相関する関数Ｃａ’が変化する。これにより、燃焼用空気の流量が調節され、気体燃料と燃焼用空気の空気比が一定に維持される。

【0123】

次に、この実施形態の空気比制御装置及び燃焼システムの作用を図１０を参照して説明する。
図１０に示すように、ブロワ１１０により供給された燃焼用空気は、空気コントロール弁１２０を介して、調節機構４００ａに供給される。調節機構４００ａに供給された燃焼用空気は、弁体４２０と弁口４３１との間の開口を介して、調節機構４００ａの下流に流出する。調節機構４００ａから流出した燃焼用空気は、熱交換器１４０により昇温された後に燃焼器１０１に供給される。

【0124】

また、調節機構４００ａ前後の内部圧力が、ローディング圧Ｐｇとして均圧弁２１０及び２２０に付与される。
一方、燃料流路２００では、所定の装置等により供給された気体燃料が、ガス用のオリフィス２３０を介して燃焼器１０１に供給される。そして、この気体燃料の流量は、調節機構４００ａ前後の内部圧力に基づき制御される上流側の均圧弁２１０と下流側の均圧弁２２０とによって決定される。

【0125】

そして、こうして燃焼器１０１に供給された燃焼用空気及び気体燃料が所定の空気比のもとに燃焼される。ここで、ブロワ１１０の発熱や気温の変化により燃焼用空気の温度が上昇すると、この温度上昇に応じて、調節機構４００ａの変化部材４１１が膨張することにより燃焼用空気の温度変化が感知される。

【0126】

変化部材４１１が膨張すると、軸４１２がその突出方向に移動し、弁体４２０が初期位置から移動する。そして、弁体４２０が軸４１２の突出方向に漸次拡径されているために、弁口４３１の開口面積が次第に増大する。これにより、弁口４３１から流出可能な燃焼用空気の流量が増大し、弁口４３１の下流における燃焼用空気の実質流量が維持される。よって、温度上昇に伴い密度が低下した燃焼用空気の実質流量が補填される。

【0127】

一方、燃料流路２００では、気体燃料の流量が維持されることにより、この気体燃料の実質流量と温度の上昇した燃焼用空気の実質流量との均衡が維持される。よって、燃焼用空気に温度上昇が生じても、燃焼用空気と気体燃料との空気比が一定に維持されることとなる。

【0128】

逆に、燃焼用空気の温度の低下に伴い変化部材４１１が収縮すると、軸４１２及び弁体４２０がその突出方向と反対側に移動することにより、弁口４３１の開口面積が次第に減少する。これにより、弁口４３１から流出可能な燃焼用空気の流量が減少し、温度低下のために密度の高まった燃焼用空気の実質流量が維持される。

【0129】

一方、燃料流路２００では、気体燃料の流量が維持されることにより、この気体燃料の実質流量と温度の低下した燃焼用空気の実質流量との均衡が維持される。よって、燃焼用空気に温度の低下が生じても、燃焼用空気と気体燃料との空気比が一定に維持されることとなる。

【0130】

従って、この実施形態によれば、前記（２）、（３）の効果が得られるとともに、前記（１）に代えて以下のような効果を得ることができる。
（１Ａ）この実施形態の空気流路１００には、燃焼用空気の流量調整用の一つの調節機構４００ａが、上記空気用のオリフィス１３０に代えて配置された。このため、調節機構４００ａによって、空気流路１００の燃焼用空気の流量が直接制御される。これにより、燃焼用空気の調節精度が向上される。また、空気用のオリフィス１３０が不要となり、燃焼システムとしての構成の簡略化が図られることとなる。

【0131】

（第３実施形態）
以下に、この発明を具体化した空気比制御装置及び燃焼システムの第３実施形態を、第１実施形態との相違点を中心に、図１１を参照して説明する。なお、この実施形態にかかる空気比制御装置及び燃焼システムも、その基本的な構成は第１実施形態と同等であり、図１１においても第１実施形態と実質的に同一の要素にはそれぞれ同一の符号を付して示し、重複する説明は割愛する。

【0132】

なお、この実施形態の燃焼システムも、２つの均圧弁が用いられるダブル均圧弁方式となっている。
図１１に示すように、この実施形態の燃焼システムは、先の図１に示した燃焼システムにおいて、ガス用のオリフィス２３０に代えて、気体燃料の流量調整用の調節機構４００ｇが燃料流路２００に配置される構成となっている。なお、気体燃料の流量調整用の調節機構４００ｇは、上記燃焼用空気の流量調整用の調節機構４００ａと同一の構成となっている。

【0133】

調節機構４００ｇは、燃料流路２００を流通する気体燃料の流量をその温度に応じて調節する。すなわち、調節機構４００ｇでは、気体燃料の温度に応じて軸４１２及び弁体４２０が移動することにより、気体燃料の温度が高いほど気体燃料の流量が増大され、気体燃料の温度が低いほど気体燃料の流量が減少される。これにより、気体燃料の温度変化に伴い実質流量が変化しても、燃焼器１０１に供給される気体燃料の実質流量が維持されることとなる。

【0134】

なお、この実施形態では、調節機構３００Ａ及び３００Ｂ、調節機構４００ｇ、並びに均圧弁２１０及び２２０によって、上記空気比制御装置が構成される。
ここで、上記ガス用のオリフィス２３０に代えて配置された調節機構４００ｇ前後の差圧ΔＰｇ’は、先の第１実施形態の上記式（６）に基づき、以下の式（８）によって示される。

【0135】

ΔＰｇ’＝σ^２／（σ^２＋τ^２）・ΔＰａ …（８）
また、調節機構４００ｇの弁口４３１から流出する気体燃料の流量Ｑｇ’は、以下の式（９）によって示される。

【0136】

Ｑｇ’＝Ｃｇ’√（２・ΔＰｇ’・ρｇ） …（９）
Ｃｇ’：調節機構４００ｇに流入される気体燃料の温度と該調節機構４００ｇの弁口４３１の開口面積とを含む関数
ΔＰｇ’：弁口４３１前後の差圧
ρｇ：ガスの密度
そして、上記式（８）、（９）に示す関係のもと、気体燃料の温度に応じて調節機構４００ｇの開口面積が変化し、この開口面積に応じて気体燃料の流量が変化する。

【0137】

以下、この実施形態の空気比制御装置及び燃焼システムの作用を説明する。
まず、燃焼用空気の温度が上昇もしくは低下すると、先の第１実施形態と同様に、調節機構３００Ａ及び３００Ｂにより取り出される各ローディング圧Ｐｇにより、均圧弁２１０及び２２０の内部圧力が調節される。これにより、均圧弁２１０及び２２０が発生させる調節機構４００ｇ前後の差圧に応じて、気体燃料の流量が調節され、この気体燃料と燃焼用空気との空気比が維持される。

【0138】

これに対し、外気温の変化や気体燃料の供給源の状態の変化等に起因して、気体燃料の温度が上昇すると、燃料流路２００に設けられた調節機構４００ｇの変化部材４１１が膨張することにより気体燃料の温度変化が感知される。

【0139】

変化部材４１１が膨張すると、軸４１２がその突出方向に移動し、弁体４２０が初期位置から移動する。そして、弁体４２０が軸４１２の突出方向に漸次拡径されているために、弁口４３１の開口面積が次第に増大する。これにより、弁口４３１から流出可能な気体燃料の流量が増大し、弁口４３１を介して燃焼器１０１に供給される気体燃料の実質流量が維持される。よって、温度上昇に伴い密度が低下した気体燃料の実質流量が補填される。

【0140】

一方、空気流路１００では、燃焼用空気の流量が維持されることにより、この燃焼用空気の実質流量と温度の上昇した気体燃料の実質流量との均衡が維持される。よって、気体燃料に温度上昇が生じても、燃焼用空気と気体燃料との空気比が一定に維持されることとなる。

【0141】

逆に、気体燃料の温度の低下に伴い変化部材４１１が収縮すると、軸４１２及び弁体４２０がその突出方向と反対側に移動することにより、弁口４３１の開口面積が次第に減少する。これにより、弁口４３１から流出可能な気体燃料の流量が減少し、温度低下のために密度の高まった気体燃料の実質流量が維持される。

【0142】

そして、空気流路１００では、気体燃料に温度変化が生じても、燃焼用空気に温度変化が生じない限り燃焼用空気の流量が維持されることにより、この燃焼用空気の実質流量と温度の低下した気体燃料の実質流量との均衡が維持される。よって、気体燃料に温度の低下が生じても、燃焼用空気と気体燃料との空気比が一定に維持されることとなる。

【0143】

よって、この実施形態では、燃料流路２００を流通する気体燃料の流量が、燃焼用空気の温度に応じて調節されるとともに気体燃料の温度に応じて調節される。
従って、この実施形態によれば、前記（１）〜（３）の効果が得られるとともに、さらに以下のような効果を得ることができる。

【0144】

（４）気体燃料の流量調節用の調節機構４００ｇが、燃料流路２００のガス用のオリフィス２３０に代えて、燃料流路２００に配置された。そして、調節機構４００ｇの弁口４３１の開口面積が調節されることにより、弁口４３１の隙間から流出する気体燃料の流量が調節された。

【0145】

このため、燃料流路２００を流通する気体燃料は、均圧弁２１０及び２２０が発生させる差圧に応じて調節されるとともに、燃料流路２００を流通する気体燃料の温度に応じて調節される。よって、燃料流路２００を流通する気体燃料の流量が、燃焼用空気の温度及び気体燃料の温度の双方の観点から調節される。これにより、燃焼用空気の温度及び気体燃料の温度の双方に応じた空気比の制御が行われることとなり、空気比の制御がより高精度に行われることとなる。

【0146】

（第４実施形態）
以下に、この発明を具体化した空気比制御装置及び燃焼システムの第４実施形態を、第２実施形態との相違点を中心に、図１２を参照して説明する。なお、この実施形態にかかる空気比制御装置及び燃焼システムも、その基本的な構成は第２実施形態と同等であり、図１２においても第２実施形態と実質的に同一の要素にはそれぞれ同一の符号を付して示し、重複する説明は割愛する。

【0147】

なお、この実施形態の燃焼システムも、２つの均圧弁が用いられるダブル均圧弁方式となっている。
図１２に示すように、この実施形態の燃焼システムは、燃焼用空気用の流量調節用の調節機構として調節機構４００ａが、空気流路１００における空気コントロール弁１２０と熱交換器１４０との間に配置される。なお、この実施の形態では、空気用のオリフィス１３０の機能を併せ持つ調節機構４００ａが空気流路１００に設けられることで、空気流路１００の上記空気用のオリフィス１３０が割愛される構成となる。

【0148】

また、この実施の形態では、気体燃料の流量調節用の調節機構４００ｇが、上記ガス用のオリフィス２３０に代えて燃料流路２００に配置される。
そして、この実施形態では、燃焼用空気用の流量調節用の調節機構４００ａ及び気体燃料の流量調節用の調節機構４００ｇにより、上記空気比制御装置が構成される。

【0149】

ここで、調節機構４００ａの弁口４３１から流出する燃料用空気の流量Ｑａ’は、先の第２実施形態の上記式（７）と同様に、以下の式（１０）によって示される。
Ｑａ’＝Ｃａ’√（２・ΔＰａ’・ρａ）…（１０）
Ｃａ’＝調節機構４００ａに流入される燃焼用空気の温度と弁口４３１の開口面積とを含む関数
ΔＰａ’：弁口４３１前後の差圧
ρａ：空気の密度
また、気体燃料の流量調節用の調節機構４００ｇの弁口４３１から流出する気体燃料の流量Ｑｇ’は、先の第３実施形態の式（９）と同様に以下の式（１１）によって示される。

【0150】

Ｑｇ’＝Ｃｇ’√（２・ΔＰｇ’・ρｇ） …（１１）
Ｃｇ’：調節機構４００ｇに流入される気体燃料の温度と弁口４３１の開口面積とを含む関数
ΔＰｇ’：弁口４３１前後の差圧
ρｇ：ガスの密度
そして、上記式（１０）、（１１）に示す関係のもと、気体燃料の温度に応じて調節機構４００ｇの開口面積が変化し、この開口面積に応じて気体燃料の流量が変化する。

【0151】

以下、この実施形態の空気比制御装置及び燃焼システムの作用を説明する。
まず、ブロワ１１０の発熱や気温の変化により燃焼用空気の温度が上昇すると、この温度の変化に応じて、燃焼用空気の流量調節用の調節機構４００ａの変化部材４１１が膨張することにより燃焼用空気の温度変化が感知される。

【0152】

燃焼用空気用の調節機構４００ａの変化部材４１１が膨張すると、軸４１２がその突出方向に移動し、弁体４２０が初期位置から移動する。そして、燃焼用空気用の調節機構４００ａの弁体４２０が軸４１２の突出方向に漸次拡径されているために、弁口４３１の開口面積が次第に増大する。これにより、燃焼用空気用の調節機構４００ａの弁口４３１から流出可能な燃焼用空気の流量が増大し、弁口４３１の下流における燃焼用空気の実質流量が維持される。よって、温度上昇に伴い密度が低下した燃焼用空気の実質流量が補填される。

【0153】

一方、燃料流路２００では、気体燃料の流量が維持されることにより、この気体燃料の実質流量と温度の上昇した燃焼用空気の実質流量との均衡が維持される。よって、燃焼用空気に温度上昇が生じても、燃焼用空気と気体燃料との空気比が一定に維持されることとなる。

【0154】

逆に、燃焼用空気の温度の低下に伴い燃焼用空気用の調節機構４００ａの変化部材４１１が収縮すると、軸４１２及び弁体４２０がその突出方向と反対側に移動することにより、弁口４３１の開口面積が次第に減少する。これにより、燃焼用空気用の調節機構４００ａの弁口４３１から流出可能な燃焼用空気の流量が減少し、温度低下のために密度の高まった燃焼用空気の実質流量が維持される。

【0155】

これに対し、外気温の変化や気体燃料の供給源の状態の変化等に起因して、気体燃料の温度が上昇すると、この温度の変化に応じて、気体燃料の流量調節用の調節機構４００ｇの変化部材４１１が膨張することにより気体燃料の温度変化が感知される。

【0156】

気体燃料用の調節機構４００ｇの変化部材４１１が膨張すると、軸４１２がその突出方向に移動し、弁体４２０が初期位置から移動する。そして、気体燃料用の調節機構４００ｇの弁体４２０が軸４１２の突出方向に漸次拡径されているために、弁口４３１の開口面積が次第に増大する。これにより、気体燃料用の調節機構４００ｇの弁口４３１から流出可能な気体燃料の流量が増大し、弁口４３１を介して燃焼器１０１に供給される気体燃料の実質流量が維持される。よって、温度上昇に伴い密度が低下した気体燃料の実質流量が補填される。

【0157】

一方、空気流路１００では、燃焼用空気の流量が維持されることにより、この燃焼用空気の実質流量と温度の上昇した気体燃料の実質流量との均衡が維持される。よって、気体燃料に温度上昇が生じても、燃焼用空気と気体燃料との空気比が一定に維持されることとなる。

【0158】

逆に、気体燃料の温度の低下に伴い気体燃料用の調節機構４００ｇの変化部材４１１が収縮すると、軸４１２及び弁体４２０がその突出方向と反対側に移動することにより、調節機構４００ｇの弁口４３１の開口面積が次第に減少する。これにより、気体燃料用の調節機構４００ｇの弁口４３１から流出可能な気体燃料の流量が減少し、温度低下のために密度の高まった気体燃料の実質流量が維持される。

【0159】

そして、空気流路１００では、気体燃料に温度変化が生じても、燃焼用空気に温度変化が生じない限り燃焼用空気の流量が維持されることにより、この燃焼用空気の実質流量と温度の低下した気体燃料の実質流量との均衡が維持される。よって、気体燃料に温度の低下が生じても、燃焼用空気と気体燃料との空気比が一定に維持されることとなる。

【0160】

従って、この実施形態によれば、前記（２）、（３）の効果が得られるとともに、さらに以下のような効果を得ることができる。
（５）空気流路１００に、燃焼用空気の流量調節用の調節機構４００ａが設けられた。また、燃料流路２００に、気体燃料の流量調節用の調節機構４００ｇが設けられた。

【0161】

このため、空気流路１００を流通する燃焼用空気の温度が変化したときには、燃焼用空気用の調節機構４００ａによって燃焼用空気の流量のみが調節される。また、燃料流路２００を流通する気体燃料の温度が変化したときには、気体燃料用の調節機構４００ｇによって気体燃料の流量のみが調節される。これにより、燃焼用空気や気体燃料の各温度に応じて、空気流路１００及び燃料流路２００を流通する燃焼用空気及び気体燃料の流量が調節される。よって、燃焼用空気及び気体燃料の流量の双方が一定の空気比が維持される態様で調節されることとなり、より高精度に空気比の制御が行われることとなる。なお、この構成によれば、以下に説明する実施形態も含めた第１〜第８実施形態の中で、空気比の制御精度を最も高くすることが可能となる。

【0162】

（第５実施形態）
以下に、この発明を具体化した空気比制御装置及び燃焼システムの第５実施形態を、第１実施形態との相違点を中心に、図１３を参照して説明する。なお、この実施形態にかかる空気比制御装置及び燃焼システムも、その基本的な構成は第１実施形態と同等であり、図１３においても第１実施形態と実質的に同一の要素にはそれぞれ同一の符号を付して示し、重複する説明は割愛する。

【0163】

なお、この実施形態の燃焼システムは、１つの均圧弁が用いられるシングル均圧弁方式となっている。
図１３に示すように、この実施形態の燃焼システムは、空気流路１００に燃焼用空気の流量調節用の一つの調節機構３００Ａが設けられている。調節機構３００Ａは、空気コントロール弁１２０と空気用のオリフィス１３０との間に設けられている。調節機構３００Ａは、空気流路１００を流通する燃焼用空気の流量の変化を、ローディング圧Ｐｇとして取り出す。そして、調節機構３００Ａは、取り出したローディング圧Ｐｇを、燃料流路２００に設けられた一つの均圧弁２１０に付与する。

【0164】

また、この実施形態の空気流路１００には、燃焼用空気を予熱するための熱交換器１４０が配置されておらず、これに対応してシングル均圧弁方式が採用されている。
均圧弁２１０は、ガス用のオリフィス２３０よりも気体燃料の進行方向上流に配置されている。この実施形態の均圧弁２１０は、燃料流路２００の内部圧力を、調節機構３００Ａから付与されるローディング圧Ｐｇに応じて調節する。そして、この燃料流路２００の内部圧力が調節されることにより、燃料流路２００を流通する気体燃料の流量が変化する。

【0165】

ここで、この実施形態の調節機構３００Ａの弁口３３１から流出する燃焼用空気の流量Ｑｔは、以下の式（１２）によって示される。
Ｑｔ＝σ√（２・ΔＰｔ・ρａ） …（１２）
σ：調節機構３００Ａに流入される燃焼用空気の温度と弁口３３１の開口面積とを含む関数
σ＝［ｃ×／√（１−β^４）］ε・（π／４）・ｄ^２
ΔＰｔ：弁口３３１の上流側と下流側との差圧
ρａ：空気の密度
また、調節機構３００Ａの大気開放用のブリーダ３３３から流出する燃焼用空気の流量Ｑｔ’は、以下の式（１３）によって示される。

【0166】

Ｑｔ’＝τ√（２・ΔＰｔ’ρａ） …（１３）
τ：調節機構３００Ａに流入される燃焼用空気の温度とブリーダ３３３の開口面積とを含む関数
τ＝［ｃ×／√（１−β^４）］ε・（π／４）・ｄ^２
ΔＰｔ’：ブリーダ３３３の上流側と下流側との差圧
ρａ：空気の密度
ここで、Ｑｔ＝Ｑｔ’とすると、以下の式（１４）が得られる。

【0167】

σ^２ΔＰｔ＝τ^２ΔＰｔ’…（１４）
また、空気用のオリフィス１３０の上流側の圧力Ｐａ１＝ΔＰｔ＋ΔＰｔ’、ガス用のオリフィス２３０の上流側の圧力Ｐｇ１＝ΔＰｔ’より、以下の式（１５）が得られる。

【0168】

Ｐｇ１＝σ^２／（σ^２＋τ^２）・Ｐａ１ …（１５）
そして、熱交換器がなく、Ｐａ２＝Ｐｇ２となるように設定されていることから、以下の関係式（１６）が得られる。

【0169】

ΔＰｇ＝σ^２／（σ^２＋τ^２）・ΔＰａ …（１６）
したがって、ブロワ１１０の発熱や気温の変化等により燃焼用空気の温度が変化すると、調節機構３００Ａの弁口３３１の開口面積に相関する関数σが変化することにより、気体燃料と燃焼用空気の流量比が一定に維持されることにより、気体燃料と燃焼用空気の空気比が一定に維持される。

【0170】

なお、ブリーダ３３３の開口面積は一定であるため、ガス用のオリフィス２３０前後の差圧ΔＰｇが適切な値に設定されるための弁口３３１の開口面積が一意的に算出されることとなる。

【0171】

以下、本実施形態の空気比制御装置及び燃焼システムの作用を説明する。
ブロワ１１０により供給された燃焼用空気は、空気コントロール弁１２０を介して、調節機構３００Ａに供給される。調節機構３００Ａに供給された燃焼用空気の一部は、調節機構３００Ａの取出流路３３０Ｂに流出する。

【0172】

取出流路３３０Ｂに流出した燃焼用空気は、弁体３２０と弁口３３１との間の隙間（開口）から流出する。弁体３２０と弁口３３１との間の開口から流出した燃焼用空気は、ブリーダ３３３により大気中に開放される。そして、弁体３２０と弁口３３１との開口から流出する燃焼用空気の流量とブリーダ３３３から大気開放される燃焼用空気の流量とにより発生するローディング圧Ｐｇが一定に維持される。こうして、燃焼用空気の温度が一定に維持されているときには、一定のローディング圧Ｐｇが均圧弁２１０に付与される。

【0173】

そして、ブロワ１１０の発熱や気温の変化により燃焼用空気の温度が上昇すると、この温度上昇に応じて、調節機構３００Ａの変化部材３１１が膨張することにより温度変化が感知される。

【0174】

変化部材３１１が膨張することにより軸３１２がその突出方向に移動し、弁体３２０が弁口３３１に挿入される。そして、弁体３２０が軸３１２の突出方向に漸次縮径されているために、弁口３３１の開口面積が次第に減少する。これにより、弁口３３１から流出可能な燃焼用空気の流量が減少する。

【0175】

こうした流量の減少により、均圧弁２１０のローディング圧Ｐｇが低下する。そして、均圧弁２１０は、先の図２（ａ）に例示したように、バルブ２１２の設置位置とは反対側からローディング圧Ｐｇが導入されることにより、ローディング圧Ｐｇが小さくなるとバルブ２１２が閉まる方向に動作する。

【0176】

バルブ２１２が閉まる方向に動作することにより、均圧弁２１０により付与される燃料流路２００の内部圧力が増大し、燃料流路２００で圧損が生じる。そして、この圧損により、燃料流路２００を流通する気体燃料の流量が減少する。

【0177】

これにより、燃焼用空気の温度上昇に伴って空気流路１００の燃焼用空気の実質流量が減少すると、燃料流路２００の気体燃料の流量も減少することとなる。よって、燃焼用空気に温度上昇が生じても、燃焼用空気と気体燃料との空気比が一定に維持されることとなる。

【0178】

一方、上昇した燃焼用空気の温度が低下すると、この温度の変化に応じて、調節機構３００Ａの変化部材３１１が収縮することにより温度変化が感知される。
変化部材３１１が収縮することにより、軸３１２及び弁体３２０がその突出方向とは反対側に移動する。そして、弁体３２０が軸３１２の突出方向に漸次縮径されているために、弁口３３１の開口面積が次第に増大する。これにより、弁口３３１から流出可能な燃焼用空気の流量が増大する。

【0179】

こうした流量の増大により、均圧弁２１０のローディング圧Ｐｇが高まる。そして、均圧弁２１０は、先の図２（ａ）に例示したように、バルブ２１２の設置位置とは反対側からローディング圧Ｐｇが導入されることにより、ローディング圧Ｐｇが上昇するとバルブ２１２が開く方向に動作する。

【0180】

バルブ２１２が開く方向に動作することにより、均圧弁２１０により付与される燃料流路２００の内部圧力が減少し、燃料流路２００で生じる圧損が減少する。そして、この圧損の減少により、燃料流路２００を流通する気体燃料の流量が増大する。

【0181】

これにより、燃焼用空気の温度低下に伴って空気流路１００の燃焼用空気の実質流量が増大すると、燃料流路２００の気体燃料の流量も増大することとなる。よって、燃焼用空気に温度低下が生じても、燃焼用空気と気体燃料との空気比が一定に維持されることとなる。

【0182】

従って、この実施形態によれば、前記（１）〜（３）の効果に代えて以下のような効果を得ることができる。
（１Ｂ）空気流路１００に熱交換器１４０が設けられないとき、シングル均圧弁方式が採用された。また、空気流路１００には、一つの調節機構３００Ａが設けられた。燃料流路２００には、調節機構３００Ａにより取り出されたローディング圧Ｐｇが付与される一つの均圧弁２１０が設けられた。

【0183】

このため、空気流路１００を流通する燃焼用空気の温度が変化し、その流量が変化すると、均圧弁２１０が動作することにより燃料流路２００の内部圧力が変化する。そして、この内部圧力が変化することにより、気体燃料の流量が調節される。これにより、一つの調節機構３００Ａ及び均圧弁２１０により、気体燃料の流量が燃焼用空気の温度に応じて調節され、空気比が一定に維持される。よって、より簡易な構成により、気体燃料と燃焼用空気の空気比が維持されることとなる。

【0184】

（第６実施形態）
以下に、この発明を具体化した空気比制御装置及び燃焼システムの第６実施形態を、第２実施形態との相違点を中心に、図１４を参照して説明する。なお、この実施形態にかかる空気比制御装置及び燃焼システムも、その基本的な構成は第２実施形態と同等であり、図１４においても第２実施形態と実質的に同一の要素にはそれぞれ同一の符号を付して示し、重複する説明は割愛する。

【0185】

なお、この実施形態の燃焼システムは、１つの均圧弁が用いられるシングル均圧弁方式となっている。
図１４に示すように、この実施形態の燃焼システムは、燃焼用空気の流量調整用の一つの調節機構４００ａが空気流路１００に設けられている。調節機構４００ａは、空気流路１００の上流側に配置されている。また、この調節機構４００ａは、上記空気用のオリフィス１３０に代えて空気流路１００に配置される。

【0186】

また、この実施形態の空気流路１００には、燃焼用空気を予熱するための熱交換器１４０が配置されておらず、これに対応してシングル均圧弁方式が採用されている。
燃料流路２００には、均圧弁２１０及びガス用のオリフィス２３０が配置されている。均圧弁２１０は、空気コントロール弁１２０と調節機構４００ａとの間の内部圧力をローディング圧Ｐｇとして取り出す。

【0187】

調節機構４００ａの弁口４３１から流出する燃焼用空気の流量Ｑａ’は、先の第２実施形態の上記式（７）と同様に、以下の式（１７）によって示される。
Ｑａ’＝Ｃａ’√（２・ΔＰａ’・ρａ） …（１７）
Ｃａ’：調節機構４００ａに流入される燃焼用空気の温度と弁口４３１の開口面積とを含む関数
ΔＰａ’：弁口４３１前後の差圧
ρａ：空気の密度
したがって、ブロワ１１０の発熱や気温の変化等により燃焼用空気の温度が変化すると、調節機構４００ａの弁口４３１の開口面積に相関する関数Ｃａ’が変化する。これにより、燃焼用空気の流量が調節され、気体燃料と燃焼用空気の空気比が一定に維持される。

【0188】

次に、この実施形態の空気比制御装置及び燃焼システムの作用を説明する。
ブロワ１１０により供給された燃焼用空気は、空気コントロール弁１２０を介して、調節機構４００ａに供給される。調節機構４００ａに供給された燃焼用空気は、弁体４２０と弁口４３１との間の開口を介して、調節機構４００ａの下流に流出する。調節機構４００ａから流出した燃焼用空気は、燃焼器１０１に供給される。

【0189】

また、空気コントロール弁１２０と調節機構４００ａとの間の内部圧力が、ローディング圧Ｐｇとして均圧弁２１０に付与される。
一方、調節機構４００ａでは、所定の装置等により供給された気体燃料が、ガス用のオリフィス２３０を介して燃焼器１０１に供給される。そして、この気体燃料の流量は、空気コントロール弁１２０と調節機構４００ａとの間の内部圧力に基づき制御される均圧弁２１０によって決定される。

【0190】

こうして、燃焼器１０１に供給された燃焼用空気及び気体燃料が所定の空気比のもとに燃焼される。
そして、ブロワ１１０の発熱や気温の変化により燃焼用空気の温度が上昇すると、この温度上昇に応じて、調節機構４００ａの変化部材４１１が膨張することにより燃焼用空気の温度変化が感知される。

【0191】

変化部材４１１が膨張すると、軸４１２がその突出方向に移動し、弁体４２０が初期位置から移動する。そして、弁体４２０が軸４１２の突出方向に漸次拡径されているために、弁口４３１の開口面積が次第に増大する。これにより、弁口４３１から流出可能な燃焼用空気の流量が増大し、弁口４３１の下流における燃焼用空気の実質流量が維持される。よって、温度上昇に伴い密度が低下した燃焼用空気の実質流量が補填される。

【0192】

一方、燃料流路２００では、気体燃料の流量は当該気体燃料の温度に変化がないために維持されている。そして、この気体燃料の実質流量と、上記変化部材４１１の作動を通じて調節された燃焼用空気の実質流量とが互いに均衡する。このように、この気体燃料の実質流量と温度の上昇した燃焼用空気の実質流量との均衡が維持されることで、燃焼用空気に温度上昇が生じても、燃焼用空気と気体燃料との空気比が一定に維持されることとなる。

【0193】

逆に、燃焼用空気の温度の低下に伴い変化部材４１１が収縮すると、軸４１２及び弁体４２０がその突出方向と反対側に移動することにより、弁口４３１の開口面積が次第に減少する。これにより、弁口４３１から流出可能な燃焼用空気の流量が減少し、温度低下のために密度の高まった燃焼用空気の実質流量が維持される。

【0194】

一方、燃料流路２００では、気体燃料の流量が維持されることにより、この気体燃料の実質流量と温度の低下した燃焼用空気の実質流量との均衡が維持される。よって、燃焼用空気に温度の低下が生じても、燃焼用空気と気体燃料との空気比が一定に維持されることとなる。

【0195】

従って、この実施形態によれば、前記（１）〜（３）の効果に代えて以下のような効果を得ることができる。
（１Ｃ）空気流路１００に熱交換器１４０が設けられないとき、シングル均圧弁方式が採用された。また、空気流路１００には、空気用のオリフィス１３０に代えて一つの調節機構４００ａが設けられた。

【0196】

このため、空気流路１００を流通する燃焼用空気の流量が、その温度に応じて、一つの調節機構４００ａにより調節される。これにより、一つの調節機構４００ａにより、気体燃料の流量が燃焼用空気の温度に応じて調節され、空気比が一定に維持される。よって、より簡易な構成により、気体燃料と燃焼用空気の空気比が維持されることとなる。なお、この構成では、第１〜第８実施形態の中で燃焼システム及び空気比制御装置としての構成が最も簡易なものとなり、コストの一層の低減が図られることとなる。

【0197】

（第７実施形態）
以下に、この発明を具体化した空気比制御装置及び燃焼システムの第７実施形態を、第１実施形態との相違点を中心に、図１５を参照して説明する。なお、この実施形態にかかる空気比制御装置及び燃焼システムも、その基本的な構成は第１実施形態と同等であり、図１５においても第１実施形態と実質的に同一の要素にはそれぞれ同一の符号を付して示し、重複する説明は割愛する。

【0198】

なお、この実施形態の燃焼システムは、１つの均圧弁が用いられるシングル均圧弁方式となっている。
図１５に示すように、この実施形態の燃焼システムは、先の図１３に例示した燃焼システムにおいて、気体燃料の流量調整用の一つの調節機構４００ｇが、ガス用のオリフィス２３０に代えて燃料流路２００に配置される構成となっている。

【0199】

また、この実施形態の空気流路１００には、燃焼用空気を予熱するための熱交換器１４０が配置されておらず、これに対応してシングル均圧弁方式が採用されている。
調節機構４００ｇは、燃料流路２００を流通する気体燃料の流量をその温度に応じて調節する。すなわち、調節機構４００ｇは、気体燃料の温度に応じて移動することにより、気体燃料の温度が高いほど気体燃料の流量を増大させ、気体燃料の温度が低いほど気体燃料の流量を減少させる。これにより、気体燃料の温度変化に伴い実質流量が変化しても、燃焼器１０１に供給される気体燃料の流量が維持されることとなる。

【0200】

なお、この実施形態では、調節機構３００Ａ、調節機構４００ｇ、及び均圧弁２１０によって、上記空気比制御装置が構成される。
ここで、上記ガス用のオリフィス２３０に代えて配置された調節機構４００ｇ前後の差圧ΔＰｇ’は、先の第１実施形態の上記式（６）に基づき、以下の式（１８）によって示される。

【0201】

ΔＰｇ’＝σ^２／（σ^２＋τ^２）・ΔＰａ …（１８）
また、調節機構４００ｇの弁口４３１から流出する気体燃料の流量Ｑｇは、先の第２実施形態の上記式（９）と同様に、以下の式（１９）によって示される。

【0202】

Ｑｇ’＝Ｃｇ’√（２・ΔＰｇ’・ρｇ） …（１９）
Ｃｇ’：調節機構４００ｇに流入される気体燃料の温度と該調節機構４００ｇの弁口４３１の開口面積とを含む関数
ΔＰｇ’：弁口４３１前後の差圧
ρｇ：ガスの密度
そして、上記式（１８）、（１９）に示す関係のもと、気体燃料の温度に応じて調節機構４００ｇの開口面積が変化し、この開口面積に応じて気体燃料の流量が変化する。

【0203】

以下、この実施形態の空気比制御装置及び燃焼システムの作用を説明する。
まず、燃焼用空気の温度が上昇もしくは低下すると、先の第１実施形態と同様に、調節機構３００Ａにより取り出されるローディング圧Ｐｇにより、均圧弁２１０の内部圧力が調節される。これにより、均圧弁２１０が発生させる調節機構４００ｇ前後の差圧に応じて、燃料流路２００を流通する気体燃料の流量が調節され、この気体燃料と燃焼用空気との空気比が維持される。

【0204】

これに対し、外気温の変化や気体燃料の供給源の状態の変化等に起因して、気体燃料の温度が上昇すると、この温度上昇に応じて、調節機構４００ｇの変化部材４１１が膨張することにより気体燃料の温度変化が感知される。

【0205】

変化部材４１１が膨張すると、軸４１２がその突出方向に移動し、弁体４２０が初期位置から移動する。そして、弁体４２０が軸４１２の突出方向に漸次拡径されているために、弁口４３１の開口面積が次第に増大する。これにより、弁口４３１から流出可能な気体燃料の流量が増大し、弁口４３１を介して燃焼器１０１に供給される気体燃料の実質流量が維持される。よって、温度上昇に伴い密度が低下した気体燃料の実質流量が補填される。

【0206】

一方、空気流路１００では、燃焼用空気の流量が維持されることにより、この燃焼用空気の実質流量と温度の上昇した気体燃料の実質流量との均衡が維持される。よって、気体燃料に温度上昇が生じても、燃焼用空気と気体燃料との空気比が一定に維持されることとなる。

【0207】

逆に、気体燃料の温度の低下に伴い変化部材４１１が収縮すると、軸４１２及び弁体４２０がその突出方向と反対側に移動することにより、弁口４３１の開口面積が次第に減少する。これにより、弁口４３１から流出可能な気体燃料の流量が減少し、温度低下のために密度の高まった気体燃料の実質流量が維持される。

【0208】

そして、空気流路１００では、気体燃料に温度変化が生じても、燃焼用空気に温度変化が生じない限り燃焼用空気の流量が維持されることにより、この燃焼用空気の実質流量と温度の低下した気体燃料の実質流量との均衡が維持される。よって、気体燃料に温度の低下が生じても、燃焼用空気と気体燃料との空気比が一定に維持されることとなる。

【0209】

よって、この実施形態では、燃料流路２００を流通する気体燃料の流量が、燃焼用空気の温度に応じて調節されるとともに気体燃料の温度に応じて調節される。
従って、この実施形態によれば、前記（１Ｂ）の効果が得られるとともに、さらに以下のような効果を得ることができる。

【0210】

（６）燃料流路２００のガス用のオリフィス２３０に代えて、気体燃料の流量調整用の調節機構４００ｇが燃料流路２００に配置された。そして、調節機構４００ｇの弁口４３１の開口面積が調節されることにより、弁口４３１の隙間から流出する気体燃料の流量が調節された。

【0211】

このため、燃料流路２００を流通する気体燃料は、均圧弁２１０が発生させる内部圧力の変化に応じて調節されるとともに、燃料流路２００を流通する気体燃料の温度に応じて調節される。よって、燃料流路２００を流通する気体燃料の流量が、燃焼用空気の温度及び気体燃料の温度の双方の観点から調節される。これにより、燃焼用空気の温度及び気体燃料の温度の双方に応じた空気比の制御が行われることとなり、空気比の制御がより高精度に行われることとなる。

【0212】

（第８実施形態）
以下に、この発明を具体化した空気比制御装置及び燃焼システムの第８実施形態を、第２実施形態との相違点を中心に、図１６を参照して説明する。なお、この実施形態にかかる空気比制御装置及び燃焼システムも、その基本的な構成は第２実施形態と同等であり、図１６においても第２実施形態と実質的に同一の要素にはそれぞれ同一の符号を付して示し、重複する説明は割愛する。

【0213】

なお、この実施形態の燃焼システムは、１つの均圧弁が用いられるシングル均圧弁方式となっている。
また、この実施形態の空気流路１００には、燃焼用空気を予熱するための熱交換器１４０が配置されておらず、これに対応してシングル均圧弁方式が採用されている。

【0214】

図１６に示すように、この実施形態の燃焼システムは、燃焼用空気用の流量調節用の調節機構として調節機構４００ａが、空気流路１００における空気コントロール弁１２０と燃焼器１０１との間に配置される。なお、この実施の形態では、空気用のオリフィス１３０の機能を併せ持つ調節機構４００ａが空気流路１００に設けられることで、空気流路１００の上記空気用のオリフィス１３０が割愛される構成となる。

【0215】

また、気体燃料の流量調節用の調節機構として調節機構４００ｇが、上記ガス用のオリフィス２３０に代えて燃料流路２００に配置される。そして、この実施の形態では、ガス用のオリフィス２３０の機能を併せ持つ調節機構４００ｇが燃料流路２００に設けられることで、燃料流路２００の上記ガス用のオリフィス２３０が割愛される構成となる。

【0216】

そして、この実施形態では、燃焼用空気用の流量調節用の調節機構４００ａ及び気体燃料の流量調節用の調節機構４００ｇにより、上記空気比制御装置が構成される。
ここで、調節機構４００ｇの弁口４３１から流出する燃焼用空気の流量Ｑａ’は、先の第２実施形態の上記式（７）と同様に、以下の式（２０）によって示される。

【0217】

Ｑａ’＝Ｃａ’√（２・ΔＰａ’・ρａ） …（２０）
Ｃａ’：調節機構４００ａに流入される燃焼用空気の温度と弁口４３１の開口面積とを含む関数
ΔＰａ’：弁口４３１前後の差圧
ρａ：空気の密度
また、気体燃料の流量調節用の調節機構４００ｇの弁口４３１から流出する気体燃料の流量Ｑｇ’は、先の第３実施形態の式（９）と同様に以下の式（２１）によって示される。

【0218】

Ｑｇ’＝Ｃｇ’√（２・ΔＰｇ’・ρｇ） …（２１）
Ｃｇ’：調節機構４００ｇに流入される気体燃料の温度と該調節機構４００ｇの弁口４３１の開口面積とを含む関数
ΔＰｇ’：弁口４３１前後の差圧
ρｇ：ガスの密度
そして、上記式（２０）、（２１）に示す関係のもと、気体燃料の温度に応じて調節機構４００ｇの開口面積が変化し、この開口面積に応じて気体燃料の流量が変化する。

【0219】

以下、この実施形態の空気比制御装置及び燃焼システムの作用を説明する。
まず、ブロワ１１０の発熱や気温の変化により燃焼用空気の温度が上昇すると、この温度上昇に応じて、燃焼用空気の流量調節用の調節機構４００ａの変化部材４１１が膨張することにより燃焼用空気の温度変化が感知される。

【0220】

燃焼用空気用の調節機構４００ａの変化部材４１１が膨張すると、軸４１２がその突出方向に移動し、弁体４２０が初期位置から移動する。そして、燃焼用空気用の調節機構４００ａの弁体４２０が軸４１２の突出方向に漸次拡径されているために、弁口４３１の開口面積が次第に増大する。これにより、燃焼用空気用の調節機構４００ａの弁口４３１から流出可能な燃焼用空気の流量が増大し、弁口４３１の下流における燃焼用空気の実質流量が維持される。よって、温度上昇に伴い密度が低下した燃焼用空気の実質流量が補填される。

【0221】

一方、燃料流路２００では、気体燃料の流量が維持されることにより、この気体燃料の実質流量と温度の上昇した燃焼用空気の実質流量との均衡が維持される。よって、燃焼用空気に温度上昇が生じても、燃焼用空気と気体燃料との空気比が一定に維持されることとなる。

【0222】

逆に、燃焼用空気の温度の低下に伴い燃焼用空気用の調節機構４００ａの変化部材４１１が収縮すると、軸４１２及び弁体４２０がその突出方向と反対側に移動することにより、弁口４３１の開口面積が次第に減少する。これにより、燃焼用空気用の調節機構４００ａの弁口４３１から流出可能な燃焼用空気の流量が減少し、温度低下のために密度の高まった燃焼用空気の実質流量が維持される。

【0223】

これに対し、外気温の変化や気体燃料の供給源の状態の変化等に起因して、気体燃料の温度が上昇すると、この温度上昇に応じて、気体燃料の流量調節用の調節機構４００ｇの変化部材４１１が膨張することにより気体燃料の温度変化が感知される。

【0224】

気体燃料用の調節機構４００ｇの変化部材４１１が膨張すると、軸４１２がその突出方向に移動し、弁体４２０が初期位置から移動する。そして、気体燃料用の調節機構４００ｇの弁体４２０が軸４１２の突出方向に漸次拡径されているために、弁口４３１の開口面積が次第に増大する。これにより、気体燃料用の調節機構４００ｇの弁口４３１から流出可能な気体燃料の流量が増大し、弁口４３１を介して燃焼器１０１に供給される気体燃料の実質流量が維持される。よって、温度上昇に伴い密度が低下した気体燃料の実質流量が補填される。

【0225】

一方、空気流路１００では、燃焼用空気の流量が維持されることにより、この燃焼用空気の実質流量と温度の上昇した気体燃料の実質流量との均衡が維持される。よって、気体燃料に温度上昇が生じても、燃焼用空気と気体燃料との空気比が一定に維持されることとなる。

【0226】

逆に、気体燃料の温度の低下に伴い気体燃料用の調節機構４００ｇの変化部材４１１が収縮すると、軸４１２及び弁体４２０がその突出方向と反対側に移動することにより、調節機構４００ｇの弁口４３１の開口面積が次第に減少する。これにより、気体燃料用の調節機構４００ｇの弁口４３１から流出可能な気体燃料の流量が減少し、温度低下のために密度の高まった気体燃料の実質流量が維持される。

【0227】

そして、空気流路１００では、気体燃料に温度変化が生じても、燃焼用空気に温度変化が生じない限り燃焼用空気の流量が維持されることにより、この燃焼用空気の実質流量と温度の低下した気体燃料の実質流量との均衡が維持される。よって、気体燃料に温度の低下が生じても、燃焼用空気と気体燃料との空気比が一定に維持されることとなる。

【0228】

従って、この実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（７）空気流路１００に、燃焼用空気の流量調節用の調節機構４００ａが設けられた。また、燃料流路２００に、気体燃料の流量調節用の調節機構４００ｇが設けられた。

【0229】

このため、空気流路１００を流通する燃焼用空気の温度が変化したときには、燃焼用空気用の調節機構４００ａによって燃焼用空気の流量のみが調節される。また、燃料流路２００を流通する気体燃料の温度が変化したときには、気体燃料用の調節機構４００ｇによって気体燃料の流量のみが調節される。これにより、燃焼用空気や気体燃料の各温度に応じて、空気流路１００及び燃料流路２００を流通する燃焼用空気及び気体燃料の流量が調節される。よって、燃焼用空気及び気体燃料の流量の双方が一定の空気比が維持される態様で調節されることとなり、より高精度に空気比の制御が行われることとなる。なお、この構成によれば、先の第４実施形態の空気比制御装置及び燃焼システムと同様のレベルで空気比の制御精度を高くすることが可能となる。

【0230】

また、調節機構４００ｇがガス用のオリフィス２３０に代替する機能を有することで、ガス用のオリフィス２３０を割愛することが可能となる。また、調節機構４００ａが空気用のオリフィス１３０に代替する機能を有することで、空気用のオリフィス１３０を割愛することが可能となる。これにより、燃焼システムとしてのさらなる簡略化が図られることとなる。

【0231】

（変形例）
なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・変化部材を、ワックス、水銀、アルコール、オイル、バイメタル、及び形状記憶合金の他、燃焼用空気や気体燃料の温度の上昇に応じて膨張する特性を有した材料によって構成すること。また、変化部材を、ワックス、水銀、アルコール、オイル、バイメタル、及び形状記憶合金の他、燃焼用空気や気体燃料の温度の低下に応じて収縮する特性を有した材料によって構成すること。

【0232】

・図１７に示すように、空気流路１００には流量調節用の調節機構を設けず、燃料流路２００には均圧弁２１０及び気体燃料の流量調整用の調節機構４００ｇが設けられる構成とすること。

【0233】

・図１９に示すように、図１９（ａ）に示す上記弁体３２０に代えて、図１９（ｂ）〜（ｅ）に示すように、基端から先端にかけて段階的に縮径する弁体３２０ｂ〜３２０ｅを採用すること。なお、温度に対して、軸変位量が図１８に示す推移Ｓｂ〜Ｓｅのような場合に図１９（ｂ）〜（ｅ）のようなバルブを取り付けることで開口面積を直線的に変化させる。また、上記弁体３２０に代えて、図１９（ｆ）、（ｇ）のような、基端から先端にかけて段階的に縮径する弁体３２０ｆ、３２０ｇを採用することも可能である。

【0234】

・調節機構３００Ａ及び３００Ｂの弁体として、図２０（ａ）に示すように、基端から先端にかけて直径が同一の弁体３２０ａを用いること。また、この弁体３２０ａの弁口として、流体の進行方向下流にかけて縮径する弁口３３１ａを形成すること。なお、この構成でも、図２０（ｂ）に示すように、弁体３２０ａが軸３１２の突出する方向に移動するほど、弁体３２０ａと弁口３３１ａとの間の開口Ｒｏが小さくなる。

【0235】

・同様に、調節機構４００ａ及び４００ｇの弁体として、基端から先端にかけて同一の直径を有する弁体を用いること。また、調節機構４００ａ及び４００ｇの弁体として、流体の進行方向下流にかけて拡径する弁口を形成すること。

【0236】

・弁体の直径を弁口の直径以下とすること。
・この他、調節機構３００Ａ及び３００Ｂ、調節機構４００ａ及び４００ｇの弁体や弁口の形状は、弁体が弁口に挿入されることで、弁体と弁口との間の流出する流体の流量が変化する形状であればよい。

【0237】

・空気流路１００に、３つ以上の調節機構を設けること。また、燃料流路２００に、３つ以上の調節機構を設けること。
・空気流路１００に熱交換器１４０が設けられないときにも、ダブル均圧弁方式を採用すること。また、空気流路１００に熱交換器１４０が設けられるときに、シングル均圧弁方式を採用すること。

【0238】

・空気流路１００と燃料流路２００とが燃焼器１０１の手前で合流するとともに、合流地点から燃焼器１０１まで一つの流路が設けられること。これによれば、空気流路１００を流通する燃焼用空気と燃料流路２００を流通する気体燃料とが混合されたのちに、燃焼器１０１に案内される。

【符号の説明】

【0239】

１…自動空気比調節装置、２…本体、３…感温手段、３ａ…ワイヤ、７…作動ロッド、８…補正弁、１６…揺動レバー、２３…空気流路、２４…ブロワ、２５…熱交換器、２６…バーナ、２８…分岐パイプ、２８ａ…分岐流路、３１…圧力調整弁、３２…作動室、３３・pイロット弁、１００…空気流路、１０１…燃焼器、１１０…ブロワ、１１０…空気流路、１２０…空気コントロール弁、１２１…アクチュエータ、１３０…空気用のオリフィス、１３１…空気用のオリフィスの開口、１４０…熱交換器、２００…燃料流路、２１０…上流側の均圧弁、２１１…ダイヤフラム、２１２…バルブ、２１３…均圧弁の開口、２２０…下流側の均圧弁、２２１…ダイヤフラム、２２２…バルブ、２２３…均圧弁の開口、２３０…ガス用のオリフィス、２３１…ガス用のオリフィスの開口、３００Ａ…調節機構、３００Ｂ…調節機構、３１０…感温装置、３１１…変化部材、３１２…調節機構の軸、３２０…調節機構の弁体、３２０ａ…調節機構の弁体、３２０ｂ−３２０ｅ…調節機構の弁体、３３０…ケース、３３０Ａ…燃焼案内流路、３３０Ｂ…取出流路、３３０Ｃ…収容ケース、３３１…調節機構の弁口、３３１ａ…調節機構の弁口、３３２…調節機構の隔壁、３３３…ブリーダ、３３４…連結ケース、３３５…パッキン、３３６…パッキン、３３７…案内口、３３８…取付口、３３９…開口、４００ａ…燃焼用空気の流量調整用の調節機構、４００ｇ…気体燃料の流量調整用の調節機構、４１１…変化部材、４１２…調節機構の軸、４２０…調節機構の弁体、４３１…調節機構の弁口、４３２…調節機構の隔壁。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】