JPH02242014A - 燃焼制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、燃焼室内にバーナを配し、燃料供給量と燃焼
用空気の供給量との割合を補正する空燃比補正機能を有
する燃焼制御装置に関し、特に、燃料と燃焼用空気とを
予混合させる全−次空気式バーナにおいて効果的である
。

［従来の技術］ 例えば、全−次空気式バーナを備えた燃焼機器では、送
風機の制御状態が同じであっても、バーナプレートの温
度に応じて供給される燃焼用空気量が変化する。このた
め、適正な空燃比が得られるように燃料供給量を補正す
る空燃比制御が行われる。この空燃比制御では、適正な
空燃比に応じた燃焼温度が得られているか否かを、例え
ばサーモカップルによってバーナプレートの温度を検知
し、その出力電圧を適正な空燃比に対応する基準電圧と
比較して燃料供給量の過不足分を補正する。

この結果、例えば、初期点火（再点火でない場合）等の
ｃｏｌｄ時における点火初期には、バーナプレートの温
度が低いため、定常燃焼時に比べて多くの燃焼用空気が
供給されるが、このときには、サーモカップルの温度が
低くその出力電圧が不足しているため、燃料不足の状態
として検知される。

従って、バーナには定常時の適正な空燃比よりガスリッ
チとなる量の燃料が供給されるため、こうしたｃｏｌｄ
時にも確実な着火をさせることができる。

そして、着火後、時間の経過とともに、サーモカップル
が加熱され、それに応じて燃料供給量が補正されて、適
正な空燃比が得られるように、送風機および比例弁がそ
れぞれ制御される。

こうした燃焼制御装置としては、決定された目標加熱量
に基づいて送風機を制御し、送風機の回転数等の作動状
態を検出して比例弁を制御するものがある。

［発明が解決しようとする課Ｉｌｌ このように、バーナプレートの温度を検知して燃料供給
量を補正するものにおいて、点火時に、ガスリッチの状
態が得られるためには、補正される燃料供給量が定常時
の燃料供給量に対して十分に多くなければならない。

従って、バーナプレートの温度がある程度高い定常燃焼
時において、適正な空燃比で燃焼用空気および燃料をそ
れぞれ供給するための送風機の回転数に対する比例弁の
１ｉ流値の関係が、第６図において実線Ｈに示される場
合には、点火時の比例弁の電流値は、破線Ｉに示すよう
に、定常燃焼時の電流値に比べてかなり大きくしなけれ
ばならず、これに伴って、空燃比の補正幅Ｗ１を少なく
とも電流値を大きくする側には、十分に大きく広げる必
要がある。

この結果、従来のものでは、決定された目標加熱量が燃
焼領域内の最小加熱量である場合には、送風機の制御状
態は最小加熱量に対応しているのに対して、比例弁の制
御状態は、サーモカップルによる空燃比の補正を受ける
。このときサーモカップルは、着火後まもないためその
温度が十分に上昇していない、従って、サーモカップル
による燃料補正では、実際に不足している量よりも多く
の燃料を増加させるような補正が行われるため、供給さ
れる燃焼用空気に対応した燃料供給量が得られないとと
もに、決定された最小加熱量に応じた燃料より多い燃料
を供給することになる。

このとき、サーモカップルの出力電圧は、第７図の破線
Ｊに示すとおり、応答遅れがあるため、目標加熱量に対
するサーモカップルの基準電圧■１に対して大きく不足
した電圧となる。このため、燃料供給量は、実線Ｋに示
すとおり、サーモカップルの電圧が基準電圧■１を越え
るまでは、目標加熱量に対して過剰になるとともに、目
標加熱量としての最小加熱量に応じた供給量に減少する
までに時間が掛かる。また、この間、供給される燃焼用
空気に対して空燃比が適正に維持されず、燃料過剰にな
るため、バーナプレートが赤熱したり燃焼状態が不安定
になり、例えば、全−次空気式バーナを備えた給湯器の
ように、必要に応じて排気筒の延長をしなければならな
い燃焼機器では、共鳴音等の騒音が発生しやすくなる。

本発明は、送風機により燃焼用空気が供給される全−次
空気式バーナにおいて、点火初期におけるサーモカップ
ルの応答遅れによる影響をなくし、燃焼状態を安定させ
て共鳴音等の騒音およびバーナプレートの赤熱を防止す
るとともに、特に最小加熱量付近での燃焼量の過剰をな
くして目標加熱量に応じた燃焼量が得られる燃焼制御装
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］ 本発明は、ケーシング内にバーナを配し、該バーナへの
燃料供給路中に燃料調節弁を設けるとともに、前記バー
ナへ燃焼用空気を供給するための送風機を設け、目標加
熱量に応じて前記燃料調節弁および前記送風機を制御す
るとともに、前記バーナの温度を検知する温度検知手段
と、基準温度に対する前記温度検知手段の検知温度に応
じて前記バーナへの燃料供給量の補正量を決定する空燃
比補正手段とを備えた燃焼制御装置において、前記空燃
比補正手段は、点火後の経過時間を計時する計時手段を
備え、点火後、所定時間が経過するまでは、前記基準温
度を低く設定することを技術的手段とする。

［作用コ 本発明では、初期点火となるｃｏｌｄ時における点火動
作の開始時には、温度検知手段の検知温度が低いため、
燃料供給量が多く、供給される燃焼用空気に対して十分
な及の燃料が供給され、ガスリッチとなって容易に着火
する。

一方、点火後、所定時間が経過するまでは、燃料供給量
を補正するために基準温度が低く設定されている。この
ため、ある程度時間が経過すると、温度検知手段の検知
温度が十分に高くならなくても、検知温度は基準温度を
越える。

このとき、供給燃料が減少され、点火後の比較的早い時
間に燃料供給量を減らすことができる。

この結果、早く目標加熱量に到達する。

従って、サーモカップルの温度が定常燃焼時に比べて十
分に高くなっていない点火初期において、温度検知手段
の応答遅れの影響を受けることが少なく、燃料供給量を
速やかに減らすことができる。

［発明の効果］ 本発明では、点火後、所定時間が経過するまでは、基準
温度が低く設定されているため、比較的早い時間に燃料
供給量を減らすことができ、点火初期における温度検知
手段の応答遅れによる影響が少なくすることができる。

従って、バーナプレートの赤熱を防止することができる
とともに、燃焼状態が安定するため、共鳴音等の騒音が
発生することが少ない。

また、点火時に、供給される燃焼用空気に対して燃料補
正量がある程度多く必要な燃料を使用する場合には、空
燃比補正手段の燃料補正量の幅をある程度広く設定して
おくことによって、点火時には十分な燃料を供給するこ
とができるため、１実に着火させることができる。

［実施例］ 次に本発明を実施例に基づいて説明する。

第２図にその概略を示すガス給湯器１では、給湯器ケー
ス１０の内部にセラミックス製のバーナプレート１１が
配され、給湯器ケース１０によって燃焼室１０ａと混合
室１０ｂが形成され、給湯器ケース１０の下方に、燃焼
用空気を供給する送風機１２を備えている。

送風機１２は、スクロールケーシング１２ａ内に羽根車
１２ｂを備え、図示しないモータによって羽根車１２ｂ
を回転駆動する。スクロールゲージング１２ａには燃料
ガスを噴出するノズル１３が設けられている。

バーナプレート１１には、多数の炎口１１ａが形成され
、給湯器ケース１０およびバーナプレート１１は、送風
機１２によって供給される一次空気のみで燃焼する全−
次空気式バーナを形成し、燃焼排ガスは図示しない排気
口から給湯器ケース１０外へ排出される。なお混合室１
０１）内には、送風機１２によって供給される混合気を
均等にバーナプレート１１へ供給するために、多数の穴
が設けられた整流板ＬＯｃが配されている。

燃焼室１０ａ内には、バーナプレート１１の近傍に、火
花放電を行うスパーカ電極１４、バーナプレート１１の
温度を検知するためのサーモカップル１５が設けられて
いる。

ここでは、サーモカップル１５が、炎の影響を直接受け
ないようにするために、バーナプレート１１では、サー
モカップル１５の近傍には、炎口１１ａが形成されてい
ない。

燃焼室１０ａ内には、図示しない水供給源および給湯口
とそれぞれ接続された熱交換器１６が設けられ、熱交換
器１６の士、流には流入水量を検出する流量センサ１７
、流入水温を検知する入水温サーミスタ１８が備えられ
、熱交換器１６の下流には、加熱された湯水の温度を検
知するための出湯温サーミスタ１９が備えられている。

燃料ガスをノズル１３へ導く燃料管２ｏには、上流側か
ら順に燃料ガスを遮断するための元電磁弁２１、主電磁
弁２２と、燃料ガスの下流側の圧力を通電電流値に応じ
て調節するガバナ比例弁２３がそれぞれ設けられている
。

制御装置４０は、マイクロコンピュータ（マイコン）を
中心としてあらかじめ組み込まれたプログラムによって
必要な制御動作を行うもので、第１図に示すとおり、点
火制御部４１、温調制御部４２、燃焼制御部４３の各機
能部からなる。

点火制御部４１は、熱交換器１６への水の流入が検知さ
れると、所定のシーケンスで各電磁弁２１．２２を開く
とともに、スパーカ電極１４で火花放電をする点火制御
を行う。

温調制御部４２は、流量センサ１７、入水温サーミスタ
１８、出湯温サーミスタ１９の各検知信号およびコント
ローラ５０による設定温度に基づいて燃焼制御部４３を
制御するための燃焼量を決定する。

燃焼制御部４３は、送風機制御部４４、比例弁制御部４
５、空燃比補正部４６の各機能部からなる。

送風機制御部４４は、温調制御部４２で決定された燃焼
量に応じて、送風ｌｌ１１２のモータへの印加電圧を最
小電圧ＶＩＩｉｎから最大電圧ｖ　＋ｍａｘまでの間で
制御する。

比例弁制御部４５は、送風ｆｉ１２のモータの回転数Ｎ
を検出して、検出された回転数Ｎに基づいてガバナ比例
弁２３への電流値を制御する。

ここでは、第３図の実線Ａに示すとおり、検出される送
風機１２の回転数Ｎに応じて、最小回転数Ｎｇｉｉｎか
ら最大回転数Ｎ　ＩＩａＸまでの間で、基準電流値Ｉｓ
を決定する。

基準電流値Ｉｓは、後述する空燃比補正部４６による空
燃比補正の補正量に応じて、第３図の破＆ｌＣから破線
りの間の補正幅Ｗａをもって補正電流値１ｒに補正され
、ガバナ比例弁２３には、補正電流値Ｉｒが通電される
。

この結果、ガバナ比例弁２３への電流値Ｉは、例えば、
送風機１２の最小回転数Ｎｍ１ｎでは、電流値１１〜■
２の間で補正され、最大回転数Ｎｍａ×では、電流値１
３〜Ｉ４の間で補正される。

空燃比補正部４６は、サーモカップル１５の出力電圧■
に応じて、燃料供給量の補正量を決定し、その補正量に
よって比例弁制御部４５の基準電流値Ｉｓを補正する。

ここでは、サーモカップル１５の出力電圧■が基準電圧
Ｖｓに対して高い場合には、燃料供給量を減らすように
補正量を決定し、逆に低い場合には、燃料供給量を増や
すような補正量を決定する。

ここでは、第３図の破線Ｃ，Ｄに示すとおり、実線Ａに
示す基準電流値Ｉｓに対して、十分な補正幅Ｗａが得ら
れるように、燃料補正量が決定されていて、破線Ｃに示
すとおり、十分な増加補正量を与えることによって点火
時の着火性を向上させるとともに、図示しない排気筒の
延長等によって、燃焼用空気の供給量が少なくなる場合
にも対応できるように、破線りに示すように、減少補正
量についても、補正電流値Ｉｒが基準電流値Ｉｓよりか
なり少なくなるように設定されている。

この基準電圧Ｖｓは、バーナプレート１１の温度が十分
に高くなった定常燃焼時のバーナプレート１１の温度を
基準にして設定された一定の電圧を与えられたもので、
点火後、所定時間ｔａ（例えば３分子ＷＪ）が経過した
後の基準値とされるものである。

そして、点火後、所定時間ｔａが経過する前の基準値と
しては、初期基準電圧Ｖｓ、が設定されている。

初期基準電圧Ｖ　ｓ　６は、決定された加熱量が最小加
熱量付近である場合に、燃焼量が過剰にならないように
するために設定されたもので、第４図の一点ｇ線Ｅに示
すとおり、基準電圧Ｖｓよりも低く設定されていて、タ
イマ部４６ａによって計時される点火後の経過時間ｔが
所定時間ｔａを経過すると基準電圧Ｖｓになる。

ここでは、急激な空燃比の変化をなくすために、タイマ
部４６ａによって計時される点火後の経過時間ｔに応じ
て、徐々に高く変更されて、所定時間ｔａが経過すると
基準電圧Ｖｓになる。

従って、サーモカップル１５の出力電圧Ｖが同じであっ
ても、点火後の経過時間ｔに応じて異なった燃料補正量
が決定され、それによって燃料ガスは増加されたり減少
されたりする。

また、決定された加熱量が、最小加熱量付近でない場合
には、サーモカップル１５の温度」二昇が比較的早くな
るため、サーモカップル１５の出力電圧■が、基準電圧
Ｖｓより高くなった場合に、その時点でタイマ部４６ａ
の作動を終了させて、基準電圧Ｖｓを基準値とする。

次に以上の構成からなる本実施例のガス給湯器１の作動
を、基準電圧Ｖｓの設定の制御を中心にして、第５図を
参考に説明する。

時間ｔ、に、使用者が、図示しない水栓を操作して給湯
を開始して通水が検知されると、タイマ部４６ａの計時
が開始され（ステップ１）、所定のシーケンスで点火側
…が行われる。

この点火制御では、送風機１２には温調制御部４２で決
定される燃焼量に応じた電圧が印加される。また、ガバ
ナ比例弁２３には、送風機１２の回転数Ｎに応じた基準
電流値Ｉｓが、サーモカップル１５の出力電圧■に応じ
て補正された補正電流値Ｉｒが通電される。

サーモカップル１５の温度が低く、その出力電圧■が基
準電圧Ｖｓより低い場合にはくステップ２においてＹＥ
Ｓ）、経過時間ｔに応じた初期基準電圧Ｖ　ｓ　、が空
燃比補正部４６において算出され〈ステップ３〉、この
初期基準電圧Ｖ　ｓ　６の算出は、経過時ｒＷｉ１が所
定時間ｔａを越えないかぎり（ステップ４においてＮＯ
）、繰り返し行われる。このとき、燃料補正量を決定す
るための空燃比補正部４６における初期基準電圧Ｖｓｏ
は、基準電圧Ｖｓより低くなっている。

サーモカップル１５の出力電圧■が初期基準電圧Ｖｓｏ
より低い場合には、ノズル１３からは燃料補正によって
燃料供給量が増加された燃料ガスが噴出する。従って、
混合室１０ｂ内には、燃焼用空気に対して多くの燃料ガ
スが供給され、ガスリッチ状態が得られて、確実に着火
する。

その後、タイマ部４６ａで計時される点火後の経過時間
ｔとともに、初期基準電圧Ｖ　ｓ、は次第に高くなる。

また、サーモカップル１５の温度も、破線Ｆに示すとお
り、点火後、次第に」−昇して、時間ｔ２に、その出力
電圧■が経過時間ｔとともに変更されつつある初期基準
電圧Ｖｓｏより高くなると、燃料供給量は、実線Ｇに示
すとおり、逆に減少し、燃焼量が減少する。

時間ｔ３に、所定時間ｔａが経過するとくステップ４に
おいてＹＥＳ）、燃料補Ｎ、ｔを決定するための基準値
は基準電圧Ｖｓに固定され（ステップ５）、以後、サー
モカップル１５の出力電圧■は基準電圧Ｖｓと比較され
、その差に応じて燃料補正量が決定される。

一方、例えば、決定された加熱量が大きくて、所定時間
ｔａが経過する前にサーモカップル１５の出力電圧■が
基準電圧Ｖｓを越えた場合には（ステップ２においてＮ
ｏ）、タイマ部４６ａの計時を終了して（ステップ６）
、直ちに基準電圧Ｖｓを基準値として（ステップ５）、
基準電圧ＶＳとの比較によって燃料補正量を決定する。

以上のとおり、本実ｊ＠例では、サーモカップル１５の
温度が低くても、燃料供給量を減らすことができるため
、一定の基準電圧に基づいて燃料供給量を補正する従来
の燃焼制御装置に比べて、早く燃料供給量を減らすこと
ができる。また、温調制御部４２で決定された加熱量が
少なくて、最小加熱量付近であっても、従来のように、
サーモカップル１５の応答遅れによる影響をうけること
がなく、時ｒｆｊｆｌ　ｔｓには、燃料供給量を決定さ
れた燃焼量に対応した量付近まで確実に減らすことがで
きる。

また、空燃比制御部４６の補正幅Ｗａを広くすることが
できるため、多少原料の異なる供給ガスでも燃焼性の悪
い燃料でも確実に空燃比を補正することができる。従っ
て、共鳴音等の騒音が発生することが少なく、またバー
ナプレート１１の赤熱を防止することができる 本実施例では、ガス給湯器を示したが、暖房機でもよく
、加熱源はガスに限定されず、石油等による燃焼機器で
もよい。

本実施例では、ケーシング内にセラミックス製のバーナ
プレートを配した燃焼器を示したが、バーナプレートは
金属製であってもよく、またバーナプレート以外の板金
バーナや鋳物のバーナ等の特にバーナの熱容量が大きい
場合に効果的である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例のガス給湯器の制御装置の機能構成を
示すブロック図、第２図は本実施例のガス給湯器の構成
を示す概略図、第３図は本実施例における送風機の回転
数とガバナ比例弁の電流値との関係を示す特性図、第４
図は本実施例における作動説明のためのタイムチャート
、第５図は本実施例の作動説明のための流れ図、第６図
は従来の燃焼制御装置における送風機の回転数とガバナ
比例弁の電流値との関係を示す特性図、第７図は従来の
燃焼制御装置における作動を示すタイムチャートである
。 図中、１０・・・給湯器ケース（ケーシング）、１１・
・・バーナプレート（バーナ）、１２・・・送風機、１
５・・・サーモカップル（温度検知手段）、２０・・・
燃料管（燃料供給路）、２３・・・ガバナ比例弁（燃料
調節弁）、４０・・・制御装置（燃焼制御装置）、４６
・・・空燃比制御部（空燃比補正手段）、４６ａ・・・
タイマ部（計時手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ケーシング内にバーナを配し、該バーナへの燃料供
   給路中に燃料調節弁を設けるとともに、前記バーナへ燃
   焼用空気を供給するための送風機を設け、目標加熱量に
   応じて前記燃料調節弁および前記送風機を制御するとと
   もに、前記バーナの温度を検知する温度検知手段と、基
   準温度に対する前記温度検知手段の検知温度に応じて前
   記バーナへの燃料供給量の補正量を決定する空燃比補正
   手段とを備えた燃焼制御装置において、 前記空燃比補正手段は、点火後の経過時間を計時する計
   時手段を備え、点火後、所定時間が経過するまでは、前
   記基準温度を低く設定することを特徴とする燃焼制御装
   置。