特許 6673863 混合気供給装置および燃焼装置

(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】6673863

(24)【登録日】2020年3月9日

(45)【発行日】2020年3月25日

(54)【発明の名称】混合気供給装置および燃焼装置

(51)【国際特許分類】

   F23N 5/18 20060101AFI20200316BHJP

   F23D 14/62 20060101ALI20200316BHJP

   F23N 1/02 20060101ALI20200316BHJP

【ＦＩ】

   F23N5/18 101D

   F23D14/62

   F23N1/02 104Z

【請求項の数】9

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2017-47651(P2017-47651)

(22)【出願日】2017年3月13日

(65)【公開番号】特開2018-151126(P2018-151126A)

(43)【公開日】2018年9月27日

【審査請求日】2018年9月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】000220262

【氏名又は名称】東京瓦斯株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】517260700

【氏名又は名称】アイナックス稲本株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000142698

【氏名又は名称】株式会社桂精機製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001092

【氏名又は名称】特許業務法人サクラ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】斎藤 優介

(72)【発明者】

【氏名】松尾 賢治

(72)【発明者】

【氏名】武石 竜二

(72)【発明者】

【氏名】廣澤 吉則

(72)【発明者】

【氏名】藤田 淳一

【審査官】 二階堂 恭弘

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭４７−０１７２３２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭４８−０８４０３９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実公昭４８−０４００３７（ＪＰ，Ｙ１）

【文献】 実開昭５０−０５５２４５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平１０−０８９６２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０７２２２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１２４３１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１１８５３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５３−０２７２４５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００２−０２２１６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−００５０６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−０２１１１８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２３Ｎ ５／１８

Ｆ２３Ｄ １４／６２

Ｆ２３Ｎ １／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃焼器に燃料と空気の予混合気を供給する混合気供給装置であって、
前記燃焼器に前記予混合気を送風するファンと、
一端が前記ファンの吸引口に接続され、燃料と空気を混合する混合器と、
前記混合器に接続され、燃料を前記混合器内に供給する燃料供給管と、
前記混合器の他端に連結され、前記ファンの送風に伴う吸引力により内部が負圧となる筒体と、
前記筒体の開口端部に設けられ、前記筒体内に導入する空気を整流する整流部と、
前記整流部を介して前記筒体内に吸引された空気の全圧を検出する全圧検出部と、
前記燃料供給管に介在し、前記全圧検出部において検出された全圧に基づいて、一次圧で供給された燃料を二次圧に調整して前記混合器側に排出する燃料流量調整部と
を備えることを特徴とする混合気供給装置。

【請求項2】

前記混合器内の通路が、流れ方向に流路断面積が徐々に減少してスロート部を有するベンチュリ構造を備え、
前記燃料供給管の出口が前記スロート部の内部に連通していることを特徴とする請求項１記載の混合気供給装置。

【請求項3】

前記燃料流量調整部が、均圧弁またはゼロガバナによって構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の混合気供給装置。

【請求項4】

前記全圧検出部が、空気の流れ方向に対向する全圧検出口を有する管状のプローブを備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の混合気供給装置。

【請求項5】

前記ファンのファン回転数を検出する回転数検出部と、
前記燃料供給管を流れる燃料の流量を検出する燃料流量検出部と、
前記回転数検出部において検出されたファン回転数、前記燃料流量検出部において検出された実燃料流量、およびデータベースに記憶されたファン回転数に対応する設定燃料流量に基づいて、動作状態を検知する制御部と
備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の混合気供給装置。

【請求項6】

前記制御部は、データベースに記憶されたファン回転数に対応する設定燃料流量に基づいて、前記実燃料流量が、流量異常を引き起こす蓋然性が高い警告範囲であると判定した場合、警告の発報処理を実行することを特徴とする請求項５記載の混合気供給装置。

【請求項7】

前記燃料供給管に介在し、前記燃料供給管を流れる燃料を遮断する遮断弁を備え、
前記制御部は、データベースに記憶されたファン回転数に対応する設定燃料流量に基づいて、前記実燃料流量が、異常範囲であると判定した場合、前記遮断弁を閉じることを特徴とする請求項５または６記載の混合気供給装置。

【請求項8】

前記筒体の圧力を検出する圧力検出部を備え、
前記制御部は、データベースに記憶されたファン回転数に対応する前記筒体内の基準圧力に基づいて、前記圧力検出部によって検出された実圧力が、異常範囲であると判定した場合、前記遮断弁を閉じることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項記載の混合気供給装置。

【請求項9】

請求項１乃至８のいずれか１項記載の混合気供給装置と、
前記混合気供給装置から供給された燃料と空気の予混合気を燃焼する燃焼器と
を備えたことを特徴とする燃焼装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、混合気供給装置および燃焼装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の燃焼器には、予め燃料と空気を混合した予混合気を燃焼領域に導入して燃焼させるものがある。このような予混合燃焼方式の燃焼器では、何らかの原因で燃焼用空気の流量が減少して空気比が設定範囲を逸脱すると、燃料と空気の混合比である当量比が設定範囲から逸脱することとなる。この当量比の設定範囲からの逸脱は、例えば、不安定な燃焼や燃焼ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の増大などを引き起こす。

【0003】

そこで、従来の予混合燃焼方式の燃焼器は、燃料を供給する燃料供給路に均圧弁などの流量調整手段を設けて、空気比の変動に応じて燃料流量を調整する混合気供給装置を備えている。なお、この混合気供給装置において形成された予混合気は、燃焼器に導入される。

【0004】

このような均圧弁を備えた混合気供給装置として、ファンの吸引部に筒状の混合室を設け、この混合室内に燃料を供給するものがある。この混合室では、ファンを作動することで混合室の一端から吸引された空気と、混合室内に吸引された燃料とが均一に混合する。そして、混合した混合気は、ファンの吸引口からファン内に吸引され、ファン内を通過して燃焼器に導入される。

【0005】

この際、均圧弁では、均圧弁に導入される信号圧に基づいて、一次圧で供給された燃料を二次圧になるよう調整して燃焼器に供給している。ここで、信号圧は、均圧弁内のダイヤフラムに作用して、二次圧を信号圧に応じた圧力に調整するための圧力である。信号圧としては、例えば、空気を吸引する混合室などの静圧が用いられる。なお、混合室における圧力は負圧となるため、信号圧は負圧となる。また、燃料の二次圧も負圧となる。なお、ここでいう負圧とは、大気圧を０気圧としたゲージ圧で大気圧より低い圧力をいう（以下、同じ）。

【0006】

このような従来の負圧式の混合室を備える混合気供給装置に使用される均圧弁３００の構成について説明する。

【0007】

図７は、従来の負圧式の混合室を備える混合気供給装置に使用される均圧弁３００の縦断面を模式的に示した図である。

【0008】

図７に示すように、均圧弁３００は、ガス通路の開度を調整する弁体３１０、空気を吸引する混合室の静圧である信号圧Ｐ１３と均圧弁３００の出口圧力Ｐ１２の圧力差を受けるダイヤフラム３１１、弁体３１０およびダイヤフラム３１１を支えるスプリング３１２、スプリング３１２を調節する調節機構３１３を備える。

【0009】

例えば、ファンの回転数が増加して、信号圧Ｐ１３がより負圧側に圧力変動したときには、ダイヤフラム３１１がその圧力変動に伴って調節機構３１３側（図７では下方側）に引かれ、弁体３１０が下方に移動する。そして、均圧弁３００の出口圧力Ｐ１２は、負圧側に圧力変動した信号圧Ｐ１３になるように調整される。これによって、混合室に導入される燃料流量は増加する。

【0010】

このように、従来の燃焼器では、混合室などの静圧を均圧弁３００の信号圧Ｐ１３として使用し、空気流量の変動に応じて燃料流量を変動させ、燃焼装置に供給する燃料と空気の混合比を一定に維持するようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特開２０１０−１２７５４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

上記したように、均圧弁を用いて燃料供給圧を維持する場合、従来、信号圧として混合室などの静圧が用いられている。ここで、低出力負荷時には、信号圧Ｐ１３である静圧も小さく、適正な燃料流量を制御することが難しい。

【0013】

そこで、従来の負圧式の混合室を備える混合気供給装置では、調節機構３１３を調整して、低出力負荷時における燃料流量を確保するための調整がなされている。そのため、高出力負荷時において、適正な燃料流量よりも多くの燃料流量が均圧弁３００から排出されることがある。これによって、各出力負荷において、燃料と空気の混合比を一定に維持することが困難となる。

【0014】

本発明が解決しようとする課題は、各出力負荷において、燃料と空気の混合比を一定に維持することができる混合気供給装置および燃焼装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0015】

実施形態の混合気供給装置は、燃焼器に燃料と空気の予混合気を供給する。この混合気供給装置は、前記燃焼器に前記予混合気を送風するファンと、一端が前記ファンの吸引口に接続され、燃料と空気を混合する混合器と、前記混合器に接続され、燃料を前記混合器内に供給する燃料供給管と、前記混合器の他端に連結され、前記ファンの送風に伴う吸引力により内部が負圧となる筒体と、前記筒体の開口端部に設けられ、前記筒体内に導入する空気を整流する整流部と、前記整流部を介して前記筒体内に吸引された空気の全圧を検出する全圧検出部と、前記燃料供給管に介在し、前記全圧検出部において検出された全圧に基づいて、一次圧で供給された燃料を二次圧に調整して前記混合器側に排出する燃料流量調整部とを備える。

【発明の効果】

【0016】

本発明の混合気供給装置および燃焼装置によれば、各出力負荷において、燃料と空気の混合比を一定に維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】実施の形態の混合気供給装置を備えた燃焼装置の概要を模式的に示した図である。

【図2】実施の形態の混合気供給装置の一部の断面を拡大して模式的に示した図である。

【図3】実施の形態の混合気供給装置に備えられる燃料流量調整部の縦断面を模式的に示した図である。

【図4】実施の形態の混合気供給装置のファン回転数に対応する設定燃料流量のデータベースの一例を示す図である。

【図5】実施の形態の混合気供給装置における異常検知処理のフローチャートである。

【図6】燃焼器の出力負荷に対する混合気供給装置の筒体内の、全圧、静圧、動圧の圧力変化を示した図である。

【図7】従来の負圧式の混合室を備える混合気供給装置に使用される均圧弁の縦断面を模式的に示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

【0019】

図１は、実施の形態の混合気供給装置１０を備えた燃焼装置１の概要を模式的に示した図である。図２は、実施の形態の混合気供給装置１０の一部の断面を拡大して模式的に示した図である。図３は、実施の形態の混合気供給装置１０に備えられる燃料流量調整部７０の縦断面を模式的に示した図である。

【0020】

図１に示すように、燃焼装置１は、混合気供給装置１０と、燃焼器１００とを備える。

【0021】

混合気供給装置１０は、燃料（ガス燃料）と空気を均一に混合して予混合気を形成する。混合気供給装置１０は、ファン２０と、混合器３０と、燃料供給管４０と、筒体５０と、全圧検出部６０と、燃料流量調整部７０と、制御部９０と、操作パネル１５０とを備える。

【0022】

ファン２０は、図２に示すように、ケーシング２１を備え、このケーシング２１内には、例えば、回転羽根２２が設けられている。さらに、ファン２０は、回転羽根２２を回転させるモータ２３を備える。ファン２０のケーシング２１には、ファン２０の内部に混合器３０からの予混合気を吸引する吸引口２４、吸引した予混合気を排出する吐出口２５が形成されている。

【0023】

また、ファン２０には、例えば、ファン２０の回転数を検出するファン回転数計２６が備えられている。なお、ファン回転数計２６は、回転数検出部として機能する。ファン２０は、例えば、シロッコファンやターボファンなどで構成される。

【0024】

なお、ファン２０の吐出口２５は、後述する燃焼器１００の予混合気導入空間１０２に、直接または配管などを介して連通している。

【0025】

混合器３０は、内部に通路３１を有する筒体で構成される。この混合器３０は、いわゆるミキサである。混合器３０の一端３２は、ファン２０の吸引口２４に接続されている。具体的には、混合器３０の通路３１が吸引口２４を介してファン２０の内部と連通するように、混合器３０の一端は、例えば、ファン２０のケーシング２１に接続されている。そのため、混合器３０を通過した空気と燃料の予混合気は、ファン２０の内部に吸引され、さらに混合される。

【0026】

通路３１は、空気流れ方向（図２に示す矢印方向）に流路断面積が徐々に減少してスロート部３３を有するベンチュリ構造を有している。そして、スロート部３３の下流の通路３１は、例えば、流れ方向に流路断面積が徐々に増加している。

【0027】

燃料供給管４０は、燃料供給源４１から供給された燃料（ガス燃料）を混合器３０の通路３１に供給する。燃料供給管４０の一端４０ａは、図２に示すように、通路３１のスロート部３３の内部に連通している。

【0028】

また、燃料供給管４０において、燃料流量調整部７０よりも混合器３０側、および燃料流量調整部７０よりも燃料供給源４１側には、燃料供給管４０の燃料の流れを遮断する遮断弁４２、４３が介在している。また、例えば、遮断弁４３と燃料供給源４１との間には、燃料供給管４０を流れる燃料の流量を検出する燃料流量計４４が介在している。なお、燃料流量計４４は、燃料流量検出部として機能する。

【0029】

混合器３０の他端３４に連結された筒体５０は、図２に示すように、例えば、円筒状の両端開口の筒体である。混合器３０側と異なる側の筒体５０の開口端部には、整流板５１が備えられている。すなわち、整流板５１は、筒体５０における、空気流れ方向の上流側の開口端部に備えられる。

【0030】

また、筒体５０には、筒体５０内の圧力（静圧）を検出する圧力センサ５２が備えられている。圧力センサ５２は、例えば、筒体５０内の圧力が、後述する異常範囲となったことを検出するために設けられる。なお、圧力センサ５２は、圧力検出部として機能する。

【0031】

例えば、図２に示すように、筒体５０の混合器３０側の内径が、混合器３０の他端３４側の内径よりも大きい場合、筒体５０の混合器３０側の端部は、通路断面積が混合器３０に向かって徐々に減少するテーパ状形状に構成されてもよい。これによって、筒体５０から混合器３０に空気が流れる際の圧力損失を抑制できる。

【0032】

整流板５１は、ファン２０の送風に伴って筒体５０内に吸引される空気の流れを整流する。整流板５１は、例えば、多孔質体、ハニカム構造体、パンチングメタルなどの平板で構成される。なお、整流板５１は、整流部として機能する。

【0033】

全圧検出部６０は、筒体５０内に吸引された燃焼用空気の全圧を検出する。全圧検出部６０は、図１および図２に示すように、例えば、管状のプローブ６１と、このプローブ６１で検出した全圧を燃料流量調整部７０に伝達する伝達管６２を備える。プローブ６１は、図２に示すように、燃焼用空気の流れ方向に対向して開口する全圧検出口６３を有する。そして、全圧検出口６３では流れがせき止められ、全圧検出口６３において流れの全圧が検出される。

【0034】

プローブ６１は、例えば、筒体５０の中心軸上に全圧検出口６３の中心が位置するように配置される。プローブ６１は、空気の流れを阻害しないように、管径が小さいことが好ましい。また、ここでは、一つのプローブ６１を備えた一例を示しているが、複数のプローブ６１を備えてもよい。

【0035】

複数のプローブ６１を備える場合、例えば、筒体５０の中心軸上に全圧検出口６３の中心が位置するように配置されたプローブ６１と、このプローブ６１よりも半径方向外側に配置された他のプローブ６１とを備えてもよい。すなわち、筒体５０の中心軸上に一つのプローブを備えるとともに、筒体５０の中心軸から半径方向外側に離れた位置に他のプローブ６１を備えてもよい。

【0036】

なお、複数のプローブ６１を備える場合、各プローブ６１に連通する伝達管６２を下流側で一つの集合管とし、この集合管を燃料流量調整部７０に連通させてもよい。この場合、複数のプローブ６１で検出された全圧の平均圧が燃料流量調整部７０に伝達される。

【0037】

燃料流量調整部７０は、図１に示すように、燃料供給管４０に介在する。燃料流量調整部７０は、全圧検出部６０において検出された全圧に基づいて、一次圧で供給された燃料を二次圧に調整して混合器３０側に排出する。燃料流量調整部７０は、例えば、均圧弁、ゼロガバナなどによって構成される。

【0038】

図３に示すように、燃料流量調整部７０は、燃料導入口７１と、燃料排出口７２と、信号圧導入口７３とを備える。信号圧導入口７３は、全圧検出部６０の伝達管６２と連結される。

【0039】

燃料流量調整部７０では、燃料導入口７１から導入された一次圧（入口圧力Ｐ１）の燃料を、信号圧導入口７３から導入される信号圧である全圧Ｐ３に応じた二次圧（出口圧力Ｐ２）に調整して排出する。すなわち、燃料排出口７２から排出される燃料の圧力が、全圧Ｐ３に依存して変化する。

【0040】

燃料流量調整部７０のケーシング７９内には、ガス通路が形成され、弁体７４と、ダイヤフラム７５と、スプリング７６と、調節機構７７とが備えられている。なお、弁体７４は、ガス通路の開度を調整する。

【0041】

ダイヤフラム７５は、ケーシング７９の内部で信号圧室８０を形成する。信号圧室８０には、信号圧導入口７３から導入される全圧Ｐ３がかかる。そのため、ダイヤフラム７５の一方には、全圧Ｐ３がかかる。

【0042】

ダイヤフラム７５の他方側には、二次圧連通室８１が形成される。二次圧連通室８１は、二次圧連通路８２を介して二次側の燃料排出口７２と連通している。そのため、ダイヤフラム７５は、全圧Ｐ３と出口圧力Ｐ２の圧力差が生じる。

【0043】

スプリング７６は、ダイヤフラム７５を支えるものであり、スプリング７６の強さは、調節機構７７によって調節される。なお、燃料導入口７１と二次圧連通室８１とは、仕切膜８３で区画されている。

【0044】

弁体７４は、ガス通路の開度を調整するものであり、弁棒７８を介してダイヤフラム７５に接続されている。なお、弁棒７８は、仕切膜８３に対して弁棒７８の軸方向に摺動可能に設けられている。また、弁棒７８と仕切膜８３との間は、燃料が漏れないように構成されている。

【0045】

燃焼器１００は、図１に示すように、ケーシング１０１と、バーナ１０３とを備える。

【0046】

ケーシング１０１内の下方側には、ファン２０の吐出口２５から排出された燃料と空気の予混合気を導入する予混合気導入空間１０２を備える。この予混合気導入空間１０２の上方に、バーナ１０３が備えられる。

【0047】

バーナ１０３の出口には、予混合気導入空間１０２に導入された予混合気を燃焼領域１０７に噴出する燃料噴出孔１０４を有する。バーナ１０３は、燃料噴出孔１０４から噴出された予混合気に着火する着火装置１０６を備える。なお、着火装置１０６は、例えば、イグナイタなどで構成される。火炎１０５は、図１に示すように、燃料噴出孔１０４の下流側に形成する。

【0048】

操作パネル１５０は、例えば、運転の開始・停止を指令する運転スイッチ１５１、燃焼器１００の出力を設定する出力設定スイッチ１５２などが備えられている。なお、操作パネル１５０の構成は、これらに限られるものではなく、必要に応じてモニタや各種設定スイッチを備えることができる。

【0049】

図１に示す制御部９０は、例えば、演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）やランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの記憶手段、出入力手段などを主に備えている。ＣＰＵでは、例えば、記憶手段に格納されたプログラムやデータベースなどを用いて各種の演算処理を実行する。

【0050】

出入力手段は、外部機器から電気信号を入力したり、外部機器に電気信号を出力する。具体的には、出入力手段は、例えば、ファン２０、遮断弁４２、４３、燃料流量計４４、圧力センサ５２、操作パネル１５０などと各種信号の出入力が可能になるよう接続されている。ファン２０においては、出入力手段は、例えば、ファン２０の回転数を制御するモータや、ファン２０の回転数を検出するファン回転数計２６などと信号の出入力が可能に接続されている。

【0051】

なお、出入力手段は、燃焼器１００の各機器とも、各種信号の出入力が可能に接続されている。この制御部９０が実行する処理は、例えば、マイクロコンピュータなどのコンピュータ装置などで実現される。

【0052】

記憶手段には、例えば、ファン２０の回転数に対応する設定燃料流量のデータベース、燃焼器１００の設定出力に対応するファン回転数のデータベース、ファン回転数に対応する筒体５０内の基準圧力のデータベースなどが記憶されている。また、記憶手段には、例えば、燃焼器１００を制御するための各種データベースなどが記憶されている。なお、記憶手段に記憶されるデータベースは、これらに限られるものではなく、必要に応じて適宜他のデータベースを記憶することができる。

【0053】

制御部９０は、例えば、ファン回転数計２６や燃料流量計４４からの出力信号に基づいて、遮断弁４２、４３などを制御する。また、制御部９０は、例えば、ファン回転数計２６や圧力センサ５２からの出力信号に基づいて、遮断弁４２、４３などを制御する。また、制御部９０は、操作パネル１５０で入力された情報に基づいて、例えば、ファン２０などを制御する。さらに、制御部９０は、例えば、燃焼器１００の各機器からの出力信号に基づいて、燃焼器１００の各機器や混合気供給装置１０の各機器などを制御する。

【0054】

なお、制御部９０における制御は、これらに限られるものではない。制御部９０は、例えば、混合気供給装置１０、燃焼器１００の運転動作全体を制御することができる。

【0055】

次に、混合気供給装置１０および燃焼器１００の作用について説明する。

【0056】

制御部９０は、図１に示す操作パネル１５０の運転の開始・停止を指令する運転スイッチ１５１が押されたと判定した場合、ファン２０を作動させる。

【0057】

続いて、制御部９０は、燃焼器１００の着火装置１０６を作動させる。そして、制御部９０は、遮断弁４２、４３を開き、燃料を混合器３０に供給する。

【0058】

具体的には、ファン２０が作動することで、外気が整流板５１を通り筒体５０内に吸引される。筒体５０内は、負圧となる。吸引された空気は、混合器３０に導かれる。

【0059】

また、遮断弁４２、４３が開いたことで、燃料供給源４１から燃料が燃料供給管４０を通り混合器３０内に導入される。燃料が燃料供給管４０を通過する際、燃料流量調整部７０によって流量が調整され、燃料流量計４４によって流量が計測される。燃料流量調整部７０では、プローブ６１、伝達管６２を介して伝達された筒体５０内の全圧Ｐ３を信号圧として流量が調整される。

【0060】

混合器３０内に導入された空気および燃料は、混合器３０内の通路３１を通過する際に混合し、所定の空気比、換言すると所定の当量比の予混合気となる。この混合気は、吸引口２４からファン２０内に流入し、さらに混合され、燃焼器１００の予混合気導入空間１０２に導入される。

【0061】

予混合気導入空間１０２に導入された予混合気は、バーナ１０３内を通り燃料噴出孔１０４から燃焼領域１０７に噴出する。燃焼領域１０７に噴出した予混合気は、着火装置１０６によって着火され、燃焼して火炎１０５を形成する。

【0062】

バーナ１０３を着火後、制御部９０は、例えば、操作パネル１５０の出力設定スイッチ１５２によって設定された出力になるように、記憶手段に記憶されたその設定出力に対応するファン回転数を参照し、例えば、ファン回転数計２６からの出力に基づいて、ファン２０のモータ２３を制御してファン２０の回転数を調整する。ファン２０の回転数が調整されることで、空気流量が調整される。そして、空気流量の調整に伴って、燃料流量調整部７０では、燃料流量が調整される。

【0063】

ここで、例えば、制御部９０は、操作パネル１５０の出力設定スイッチ１５２によって、設定出力が増加されたと判定した場合、ファン２０の回転数を増加させる。具体的には、制御部９０は、操作パネル１５０からの増加された設定出力に係る信号に基づいて、記憶手段に記憶されたその設定出力に対応するファン回転数のデータベースを参照する。そして、制御部９０は、参照した設定出力に対応するファン回転数、およびファン回転数計２６からの出力に基づいて、ファン２０のモータ２３を制御してファン２０の回転数をデータベースのファン回転数に調整する。

【0064】

ファン２０の回転数が増加することで、信号圧である全圧Ｐ３がより負圧側に圧力変動する。すなわち、ファン２０の回転数が増加することで、負圧である全圧Ｐ３の絶対値は増加する。これによって、図３に示すダイヤフラム７５が信号圧室８０側（図３では下方側）に引かれ、弁体７４が下方に移動する。そして、出口圧力Ｐ２は、負圧側に圧力変動した全圧Ｐ３になるように調整される。これによって、混合器３０に導入される燃料流量は増加する。なお、燃料流量は、所定の当量比を維持できるように、空気流量の増加量に対応して、増加される。

【0065】

一方、例えば、制御部９０は、操作パネル１５０の出力設定スイッチ１５２によって、設定出力が減少されたと判定した場合、ファン２０の回転数を減少させる。具体的には、制御部９０は、操作パネル１５０からの減少された設定出力に係る信号に基づいて、記憶手段に記憶されたその設定出力に対応するファン回転数のデータベースを参照する。そして、制御部９０は、参照した設定出力に対応するファン回転数、およびファン回転数計２６からの出力に基づいて、ファン２０のモータ２３を制御してファン２０の回転数をデータベースのファン回転数に調整する。

【0066】

ファン２０の回転数が減少することで、負圧の信号圧である全圧Ｐ３が大気圧側に変動する。すなわち、ファン２０の回転数が減少することで、負圧である全圧Ｐ３の絶対値は減少する。これによって、図３に示すダイヤフラム７５が二次圧連通室８１側（図３では上方側）に押され、弁体７４が上方に移動する。そして、出口圧力Ｐ２は、大気圧側に圧力変動した全圧Ｐ３になるように調整される。これによって、混合器３０に導入される燃料流量は減少する。なお、燃料流量は、所定の当量比を維持できるように、空気流量の減少量に対応して、減少される。

【0067】

このように、混合気供給装置１０では、燃料流量調整部７０において筒体５０の全圧Ｐ３を信号圧として使用し、空気流量の変動に応じて燃料流量を変動させ、燃焼器１００に供給する燃料と空気の混合比である当量比を一定に維持している。

【0068】

なお、燃焼器１００に供給される混合気における空気比は、例えば、１．３０〜１．６０程度に設定される。すなわち、この混合気は、当量比が０．６３〜０．７７程度の希薄予混合気である。

【0069】

すなわち、空気流量が増加したときには、燃料流量調整部７０において、その空気流量の増加（負圧である全圧Ｐ３の絶対値の増加）に応じて燃料流量を増加させ、燃焼器１００に供給する燃料と空気の混合比を一定に維持している。また、空気流量が減少したときには、燃料流量調整部７０において、その空気流量の減少（負圧である全圧Ｐ３の絶対値の減少）に応じて燃料流量を減少させ、燃焼器１００に供給する燃料と空気の混合比、すなわち当量比を一定に維持している。

【0070】

混合気供給装置１０から予混合気が供給される燃焼器１００では、空気流量が変動する出力負荷を変化させた場合でも、一定の当量比の予混合気が供給される。これによって、燃焼器１００では、各出力負荷に亘って、安定した燃焼を維持することができるとともに、窒素酸化物（ＮＯｘ）などを抑制することができる。

【0071】

なお、上記した混合気供給装置１０および燃焼器１００の作用は、一例を示したものであり、上記した作用に限られるものではない。混合気供給装置１０において、燃料流量調整部７０における信号圧として筒体５０の全圧を使用していればよい。

【0072】

ここで、混合気供給装置１０の異常検知処理について説明する。

【0073】

図４は、実施の形態の混合気供給装置１０のファン回転数に対応する設定燃料流量のデータベースの一例を示す図である。図５は、実施の形態の混合気供給装置１０における異常検知処理のフローチャートである。

【0074】

制御部９０の記憶手段には、例えば、図４に示すようなファン回転数に対応する設定燃料流量のデータベースが記憶されている。図４において、横軸は、ファン回転数を示し、縦軸は、設定燃料流量を示している。なお、図４では、所定のファン回転数について、具体的に、後述する適正範囲Ｗ１、警告範囲Ｗ２、異常範囲Ｗ３を示しているが、他のファン回転数の場合もこれらの範囲の定義は同じである。

【0075】

図４に示すように、ファン回転数に対応する基準燃料流量は、例えば、ラインＬ１上に設定されている。そして、ラインＬ２で囲まれる範囲は、ファン回転数に対応する実際の燃料流量（実燃料流量）の適正な範囲（適正範囲Ｗ１）として設定されている。なお、適正範囲Ｗ１には、ラインＬ２上の範囲を含む。すなわち、実燃料流量が、基準燃料流量から所定の範囲で増加側または減少側に変動しても適正な燃料流量範囲としている。

【0076】

また、適正範囲Ｗ１を超え、ラインＬ３で囲まれる範囲は、ファン回転数に対応する実燃料流量が直ちに流量異常であると判定して動作を停止する範囲ではないが、流量異常を引き起こす蓋然性が高い範囲（警告範囲Ｗ２）として設定されている。なお、警告範囲Ｗ２には、ラインＬ３上の範囲を含む。換言すると、警告範囲Ｗ２は、ラインＬ２とラインＬ３との間の範囲である。

【0077】

さらに、警告範囲Ｗ２を超えた範囲は、ファン回転数に対応する実燃料流量が流量異常であると判定して動作を停止する範囲（異常範囲Ｗ３）として設定されている。なお、警告範囲Ｗ２を超えた範囲とは、ラインＬ３よりも設定燃料流量が大きい側および小さい側である。

【0078】

ここで、ファン回転数に対応する実燃料流量がデータベースに記憶された設定燃料流量よりも少なくなる場合として、ファン回転数に対応する適正な空気流量が流れていない場合などが挙げられる。

【0079】

この場合の原因として、例えば、整流板５１の目詰まりが挙げられる。すなわち、整流板５１が目詰まりすると、ファン回転数に対応する適正な流量よりも少ない流量の空気が流れる。燃料流量調整部７０においては、実際に流れている空気流量に対応して燃料流量が調整されるため、空気流量が減少すると実燃料流量も減少する。

【0080】

ファン回転数に対して燃料流量がデータベースに記憶された設定燃料流量よりも多くなる場合として、信号圧が信号圧室８０に伝わらない場合、すなわち信号圧が信号圧室８０に掛からない場合などが挙げられる。

【0081】

この場合の原因として、例えば、プローブ６１が破損して、大気と連通している場合などが挙げられる。

【0082】

次に、混合気供給装置１０の異常検知処理を図５に示したフローチャートを参照して説明する。

【0083】

制御部９０は、データベースに記憶されたファン回転数に対応する設定燃料流量を参照し、ファン回転数計２６および燃料流量計４４からの出力に基づいて、ファン回転数に対して実燃料流量が適正範囲Ｗ１内であるか否かを判定する（ステップＳ２００）。

【0084】

具体的には、制御部９０は、ファン回転数計２６からの出力に基づいて実ファン回転数を特定し、その実ファン回転数における設定燃料流量をデータベースから特定する。続いて、制御部９０は、燃料流量計４４からの出力に基づいて実燃料流量を特定し、その実燃料流量とデータベースから特定した設定燃料流量と比較して、実ファン回転数において実燃料流量の範囲が適正範囲Ｗ１内であるか否かを判定する。

【0085】

ステップＳ２００の判定で、ファン回転数に対して実燃料流量が適正範囲Ｗ１内であると判定した場合（ステップＳ２００のＹｅｓ）、制御部９０は、再度ステップＳ２００の処理を実行する。

【0086】

ステップＳ２００の判定で、ファン回転数に対して実燃料流量が適正範囲Ｗ１内でないと判定した場合（ステップＳ２００のＮｏ）、制御部９０は、データベースに記憶されたファン回転数に対応する設定燃料流量を参照し、ファン回転数計２６および燃料流量計４４からの出力に基づいて、ファン回転数に対して実燃料流量が警告範囲Ｗ２内であるか否かを判定する（ステップＳ２０２）。

【0087】

具体的には、制御部９０は、ファン回転数計２６からの出力に基づいて実ファン回転数を特定し、その実ファン回転数における設定燃料流量をデータベースから特定する。続いて、制御部９０は、燃料流量計４４からの出力に基づいて実燃料流量を特定し、その実燃料流量とデータベースから特定した設定燃料流量と比較して、実ファン回転数において実燃料流量の範囲が警告範囲Ｗ２内であるか否かを判定する。

【0088】

ステップＳ２０２の判定で、ファン回転数に対して実燃料流量が警告範囲Ｗ２内であると判定した場合（ステップＳ２０２のＹｅｓ）、制御部９０は、警告の発報処理を実行する（ステップＳ２０４）。

【0089】

警告の発報処理では、例えば、操作パネル１５０にモニタなどの表示部がある場合には、制御部９０は、その表示部に警告情報を表示する。また、操作パネル１５０に警告ランプがある場合には、制御部９０は、その警告ランプを点灯または点滅させる。さらに、操作パネル１５０に音を発する音源機能を備える場合には、制御部９０は、音源機能を作動して警告音を鳴らす。

【0090】

なお、警告の発報処理において、ファン回転数に対して実燃料流量がデータベースに記憶された設定燃料流量よりも少なくなる場合には、制御部９０は、例えば、整流板５１が目詰まりしている旨の表示を表示部に表示してもよい。また、操作パネル１５０に、整流板５１が目詰まりしている旨を示す警告ランプや音源機能を備えてもよい。

【0091】

ステップＳ２０２の判定で、ファン回転数に対して実燃料流量が警告範囲Ｗ２内でないと判定した場合（ステップＳ２０２のＮｏ）、制御部９０は、作動停止処理を実行する（ステップＳ２０６）。

【0092】

ステップＳ２０２の判定で、ファン回転数に対して実燃料流量が警告範囲Ｗ２内でない場合とは、適正範囲Ｗ１かつ警告範囲Ｗ２でないときであり、すなわち、前述した異常範囲Ｗ３に相当する。

【0093】

作動停止処理では、制御部９０は、遮断弁４２、４３を閉じて、例えば、混合器３０への燃料の供給を遮断する。この場合、例えば、操作パネル１５０にモニタなどの表示部がある場合には、制御部９０は、その表示部に異常検知情報を表示してもよい。また、操作パネル１５０に異常ランプがある場合には、制御部９０は、その異常ランプを点灯または点滅させてもよい。さらに、操作パネル１５０に音を発する音源機能を備える場合には、制御部９０は、音源機能を作動して音を鳴らしてもよい。

【0094】

このように、異常検知処理機能を備えることで、混合気供給装置１０における異常を確実に検知することができる。また、異常検知処理機能を備えることで、混合気供給装置１０の安全性を向上させることができる。さらに、異常検知処理機能を備えることで、使用者が混合気供給装置１０の稼働状態を確認することができ、例えば、整流板５１などのメンテナンス時期を認識することができる。

【0095】

ここで、混合気供給装置１０の異常検知処理は、上記した処理に限られるものではない。混合気供給装置１０において、次のように異常を検知してもよい。

【0096】

制御部９０は、圧力センサ５２からの出力信号に基づいて筒体５０内の実圧力（静圧）を検出する。そして、制御部９０は、データベースに記憶されたファン回転数に対応する筒体５０内の基準圧力に基づいて、ファン回転数に対して実圧力が、例えば、基準圧力の±２０％を超えていると判定した場合、異常範囲であると判定する。

【0097】

制御部９０は、データベースに記憶されたファン回転数に対応する筒体５０内の基準圧力に基づいて、ファン回転数に対して実圧力が異常範囲であると判定した場合、制御部９０は、作動停止処理を実行する。なお、この作動停止処理は、前述したステップＳ２０６における処理と同じである。

【0098】

混合気供給装置１０において、図５に示した異常検知処理とともに、上記した筒体５０内の実圧力に基づく異常検知処理を備えることで、二重の異常検知機能を備えることとなる。これによって、混合気供給装置１０の安全性をさらに向上させることができる。

【0099】

次に、燃焼器１００の出力負荷に対する混合気供給装置１０の筒体５０内の圧力変化について説明する。

【0100】

図６は、燃焼器１００の出力負荷に対する混合気供給装置１０の筒体５０内の、全圧、静圧、動圧の圧力変化を示した図である。図６の横軸は、燃焼器１００の出力負荷を示し、縦軸は、圧力を示している。また、図６では、０以上の圧力を正圧とし、０より小さい圧力を負圧として縦軸に併記している。なお、圧力は、ゲージ圧である。

【0101】

図６に示すように、静圧は、燃焼器１００の出力負荷の増加に伴って減少する。すなわち、図６に示す静圧は、負圧であるため、その絶対値が、燃焼器１００の出力負荷の増加に伴って増加する。

【0102】

全圧も静圧同様に、燃焼器１００の出力負荷の増加に伴って減少する。しかしながら、動圧が正圧であり、かつ動圧が燃焼器１００の出力負荷の増加に伴って増加するため、全圧の減少（全圧の絶対値の増加）は、静圧の減少（静圧の絶対値の増加）よりも小さい。

【0103】

そして、図６に示すように、燃焼器１００の出力負荷が高くなるほど、全圧と静圧の圧力差は大きくなる。

【0104】

すなわち、燃料流量調整部７０における信号圧として、負圧となる筒体５０内の全圧を使用する方が、負圧となる筒体５０内の静圧を使用するよりも、適正な燃料流量を供給することができる。

【0105】

ここで、前述したように、負圧式の混合室を備え均圧弁の信号圧として静圧を使用する従来の混合気供給装置において、均圧弁は、低出力負荷時における燃料流量が確保できるように調節機構によって調整されている。そのため、高出力負荷時において、適正な燃料流量よりも多くの燃料流量が均圧弁から排出されていた。

【0106】

しかしながら、本実施の形態の混合気供給装置１０のように、負圧となる筒体５０内の全圧を燃料流量調整部７０の信号圧として使用することで、燃焼器１００の出力負荷の増加に伴う信号圧の増加が抑制される。これによって、燃焼器１００の出力負荷が増加したときにおいても、適正な燃料流量を供給することができる。

【0107】

上記したように、本実施の形態の混合気供給装置１０によれば、負圧となる筒体５０内の全圧を燃料流量調整部７０の信号圧として使用することで、低出力負荷時における燃料流量を確保するために燃料流量調整部７０が調整されていても、高出力負荷時においても適正な燃料流量を供給できる。そのため、本実施の形態の混合気供給装置１０では、低出力負荷時から高出力負荷時まで、燃料と空気の混合比、すなわち当量比が一定に維持された予混合気を供給することができる。

【0108】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0109】

１…燃焼装置、１０…混合気供給装置、２０…ファン、２１、７９、１０１…ケーシング、２２…回転羽根、２３…モータ、２４…吸引口、２５…吐出口、２６…ファン回転数計、３０…混合器、３１…通路、３２、４０ａ…一端、３３…スロート部、３４…他端、４０…燃料供給管、４１…燃料供給源、４２、４３…遮断弁、４４…燃料流量計、５０…筒体、５１…整流板、５２…圧力センサ、６０…全圧検出部、６１…プローブ、６２…伝達管、６３…全圧検出口、７０…燃料流量調整部、７１…燃料導入口、７２…燃料排出口、７３…信号圧導入口、７４…弁体、７５…ダイヤフラム、７６…スプリング、７７…調節機構、７８…弁棒、８０…信号圧室、８１…二次圧連通室、８２…二次圧連通路、８３…仕切膜、９０…制御部、１００…燃焼器、１０２…予混合気導入空間、１０３…バーナ、１０４…燃料噴出孔、１０５…火炎、１０６…着火装置、１０７…燃焼領域、１５０…操作パネル、１５１…運転スイッチ、１５２…出力設定スイッチ、Ｐ１…入口圧力、Ｐ２…出口圧力、Ｐ３…全圧。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】