JPH0423167B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はガスや石油等を使用した燃焼機器にお
ける空燃比の制御装置に関するものである。

従来の技術 ガスや石油を燃料として燃焼させる時、燃料に
応じた最適な空気量を供給する事により逆火や失
火、あるいは不完全燃焼の発生を防ぎ安定な燃焼
を維持できる。この燃料と空気量の比を空燃比と
呼び、従来燃焼状態を検知して常に最適な空燃比
を保つように燃料、あるいは空気量を制御する手
段が考えられていた。

石油燃焼機における空燃比制御の方式は、例え
ば特開昭51−119635号公報に記載されているもの
がよく考えられる。これは火災に挿入したフレー
ムロツドにより火炎の炎イオン電流を検出し、こ
の炎イオン電流が空燃比により変化することを利
用し、ある燃焼量における炎電流I_fを最適な空燃
比におけるI_fの設定値に保つように燃料供給用ポ
ンプの発振周波数を制御する構成である。第７図
にこの制御特性を示す。第７図で横軸I_fはフレー
ムロツドの炎電流、縦軸ｆは燃料ポンプの発振周
波数を示す。今、バーナの燃焼量がローに相当す
る空気量を供給している時、炎電流I_fが最適空燃
比の炎電流値I_fLになるようにポンプ周波数ｆを
制御する。もし空燃比がずれて炎電流I_fがI_f′にな
つた時、ポンプ周波数はf′になり燃焼量を増加
し、炎電流がI_fLに戻るように制御する。燃焼量
をハイに切替た時はＢ線に従つて制御する。

発明が解決しようとする問題点 しかし上記のような従来の空燃比制御方式に大
２つの問題点を有する。１つは炎電流I_fは各種条
件により大きく変化する点にある。例えばフレー
ムロツドとバーナの距離、ロツドの形状、ロツド
に印加する電圧等が変化するとI_fの値が異なり、
同じI_fLに設定できたとしてもそれが最適空燃比
であるとは限らない。２番目の問題点は従来例に
示す制御方式にフアンヒータ等の室内開放型燃焼
機に応用した場合、炎電流I_fが室内の酸素濃度低
下（以下酸欠と呼ぶ）が発生した場合にも変化す
ることにある。

通常空燃比制御のない場合はこの特性を利用
し、炎電流I_fが一定値になつた時に酸欠と判定し
て室内換気を促すか燃焼を停止する。しかし空燃
比制御を行なつている時は、酸欠が発生しても常
に炎電流I_fLに保つようにポンプ周波数を修正し
てしまう。従つて室内酸素濃度が16〜15％に低下
してもそれなりにバーナの燃焼は継続し、酸欠が
検出できない。

これを検知するにはポンプ周波数ｆの変化量が
一定の値以上になつた時に酸欠と判定する方法が
考えられるが、ポンプ周波数ｆは燃焼量によつて
も変化するため、これとの判別も必要となり、複
雑な制御アリゴリズムを必要とした。

問題点を解決するための手段 本発明は上記問題点を解決するために、フレー
ムロツドの信号により、バーナとの燃料の供給量
を制御する燃料制御装置および燃焼空気を供給す
る送風機を制御する燃焼制御回路を設け、燃焼制
御回路は燃焼機の運転初期に空燃比を設定する空
燃比設定部と、この設定された空燃比を保ちなが
ら、室温等の負荷の変化に応じて燃焼量を演算制
御する燃焼量制御部、およびフレームロツド電波
を検出する燃焼検知部とからなり、空燃比設定部
には基準となる空気量を出力する基準空気出力部
から供給された空気量の時にフレームロツド出力
が最大となるように燃焼量を調整する燃料調整部
と、フレームロツド出力が最大であることを検知
するピーク検知部、およびこの時の燃料の調整値
と記憶する記憶部を有する構成とし、以後燃焼量
制御部は、必要な燃料供給量をこの記憶部で記憶
した値を元に演算する構成とした。

作 用 上記構成により、空燃比の調整は機器の運転開
始時に行ない、一度空燃比調整が終了するとその
後の空燃比は調整時の記憶値から演算して求める
ように作用する。つまり通常燃焼時は炎電流によ
る空燃比のフイードバツク制御は行なわない。ま
た空燃比の調整時においても炎電流I_fの絶対値で
検出する構成ではなく、炎電流のピーク値になる
ように空燃比を調整する。

実施例 以下本発明の実施例を第１図から第６図を用い
て説明する。実施例では石油気化式バーナによる
室内開放燃焼型温風暖房機（フアンヒータ）を例
にして説明していく。

第１図は本発明のシステムブロツク図を示す。
１はバーナで、燃料タンク２から燃料ポンプ３に
より供給された燃料と送風機４により送風された
空気を気化混合器５により気化混合されバーナ１
で燃焼する。６はフレームロツドでバーナ１の火
炎に流れる炎電流I_fを燃焼制御回路７の燃焼検知
器８に伝える。送風機４は外部に設けた室温セン
サ９と温度設定値１０の温度差に応じて燃焼用送
風空気量を演算する空気量制御部１１により制御
される。一方燃料ポンプ３は燃焼量制御部１２の
信号により制御する。尚、燃焼機の運転開始時は
スイツチSa、Sbが図とは逆方向の接点に接続さ
れ、送風機４は基準空気出力部１３から予め定め
られた基準空気量を供給するように制御され、燃
料ポンプ３はこの基準空気量の時に炎電流I_fが最
大値になるようにピーク検知部１４の信号に応じ
て燃料調整部１５で調整される。調整が終了すれ
ばこの調整値、つまり炎電流I_fがピーク時の燃料
ポンプ出力（周波数）を記憶部１６に記憶する。
基準空気出力部１３、ピーク検出器１４、燃料調
整部１５、記憶部１６を含めて空燃比設定部１７
と呼ぶ。この後スイツチSa，Sbは図の接点に戻
り以後空気量制御部１１からの送風機出力に応じ
てポンプ３の発振周波数を記憶部１６の値を関数
として演算して求め、燃焼量制御部１２からポン
プ駆動出力を出す。

次に具体動作を説明していく。第２図は空燃比
と炎電流の関係を示すグラフで横軸に一次空気比
P_A（ここでは空燃比を一次空気比P_Aで説明する。
P_A＝実際のバーナ一次空気量／理論一次空気量）
縦軸に炎電流I_fを示す。図のＡ，Ｂ線は燃焼量に
よる差で燃焼量が大きい時はＢ線、小さい時はＡ
線となる。炎電流I_fはP_Aが1.0の点をピークとし
た曲線となり、P_A＞1.0（空気過剰側）、P_A＜1.0
（空気不足側）でも低下する山形のカーブを描く。
ここではバーナはP_Aが１より少し低い点P_A1で最
適燃焼となるように設計されているとする。（こ
れはバーナによる異なる）またP_A≦P_A2の時にバ
ーナは不完全燃焼となるため炎電流I_fがI_faあるい
はI_fb以下になつた時に制御回路は異常と判定す
る。

P_Aは、ある燃焼量に固定した時の供給空気量
と比例するためバーナの燃焼量Θ_Fに対する燃料
ポンプ３の発振周波数ｆ、および送風機４の送風
モータ回転数ｎは、第３図ａ，ｂに示すように比
例関係となる。今、第２図でP_A＝P_A1の時のモー
タ回転数はnA、nBとなりポンプ周波数はfA、
fBとなる。nPは燃焼量Θ_FBにおけるP_A＝1.0の時
のモータ回転数で基準空気出力部１３より出力さ
れる。図でCDE線は燃料ポンプのバラツキであ
り同じポンプ周波数fBであつても燃焼量はΘ_FB′
〜Θ_FB″まで変化する。このためモータ回転数nB
が一定でもP_AがP_A1からずれてしまう。これを解
決するためにポンプ周波数fBをポンプばらつき
に応じてfB′〜fB″に調整する必要が有る。本発明
では空燃比設定部１７でこの作業を行なう。

第４図に空燃比設定部１７をマイクロコンピユ
ータで構成した場合のフローチヤートを、第５図
にその特性を示す。ここでは空燃比の設定を燃焼
量Θ_FBで行なう場合を例に説明する。今ポンプ周
波数がfBの時、燃焼量が標準値Θ_FBであるなら
ば、モータ回転数nPの風量で炎電流I_fがピークと
なる。（第５図Ｃ線）これを検出するためにピー
ク検知部１４は、モータ回転数をn1とn2に可変
し、各々の炎電流I_f1、I_f2を計測し、その差△ｆ
が一定値Ｋ以下である時にピーク点であると判定
する。もし燃焼量がバラツキで第３図Ｄ線であつ
たとすると、ポンプ周波数fBでの燃焼量はΘ_FB′
となる。このため炎電流のピーク点はnPよりも
大きな（風量が多い）nP′に発生する。ピーク検
知部１４はn1とn2の炎電流I_f1′とI_f2′の差△Ｔを
求め、この傾きの方向に応じてポンプ周波数fB
を増減する。（ここでは減少）これをくり返し、
第５図の矢印のようにＣ線に近づけていく。

以上のようにして燃焼量Θ_FBのポンプ周波数fB
が求まると、記憶部１６にこの周波数fBを記憶
する。

一方空気量制御部１１は温度センサ９と温度設
定値１０の温度差△Ｔに応じて送風機４のモータ
回転数ｎを決定する。（この時のｎは第２図の一
時空気比P_A＝P_A1の時の値を示す。）第６図にこ
の特性を示す。第６図は横軸に温度差△Ｔ（RSは
設定温度１０、Rtは温度センサの値９）および
ポンプ周波数ｆ、縦軸ｎはモータの回転数を示
す。n_naxは最大燃焼時、n_nioは最小燃焼時の各々
のモータ回転数である。

モータの回転数ｎが決定すればこの値によりポ
ンプ周波数ｆを演算求める。この時ポンプ周波数
ｆは図のＥ〜Ｄにバラツキが発生する。ここで前
述の空燃比設定部１７により最大燃焼時のポンプ
周波数ｆがfBであつたとすればＦ線上で周波数
ｆを演算するように燃焼量制御部１２が動作す
る。（演算例ｆ＝（ａ・ｎ＋ｂ）・fB ａ、ｂは定
数）以上の構成によりポンプのバラツキは修正
し、常に求める燃焼量で、求める空燃比で燃焼可
能となるのである。

尚、本実施例では空燃比設定部１７で、最大燃
焼Θ_FBの時にポンプ周波数ｆを設定したが、これ
に限らずどの燃焼量で設定しても全く同一の働き
が得られる。またフアンヒータ以外の燃焼機やガ
ス燃料であつても同様の効果が得られる。

さらに安全性を向上させるために、燃料調整部
１５にポンプ周波数ｆの可変幅（fBの最大値と
最小値）を限定し、この値以上に周波数ｆを持つ
てこなければピーク点がない時には、ゴミづまり
等により正常な空気量が送られていない、あるい
は正常な燃焼量が出ていないと判定して燃焼を停
止する構成にしてもよい。またピーク検知部１４
はこの時の炎電流I_f1、I_f2の値にも上下に限界値
を決めておくことにより、フレームロツドの絶縁
不良や、既に不完全燃焼になつていると判定して
燃焼を停止することも容易に実現できる。

発明の効果 以上説明したように本発明の燃焼制御装置は次
の様な効果がある。

(1) 燃焼量、空燃比共最適点に自動設定されるた
め、手動の調整手段が全くなく常に安定な燃焼
を維持できる。

(2) 空燃比設定部は、燃焼機の使用開始時の一定
時間動作するのみであり、それ以後は設定され
た値を基に演算してモータ回転数および燃料供
給量を決定するのみである。従つて燃焼中、酸
素欠乏が発生してもこれにより空燃比を補正す
ることがないので、炎電流の変化を検出して酸
欠が検知可能となり安全である。

(3) 空燃比設定部では炎電流の絶対値で制御する
のでなく、炎電流のピーク点を検出する手段で
ある。このため、ロツド電極の距離やロツド形
状、印加電圧の差があつても炎電流のピーク点
は全く影響されることがなく、正確な空燃比の
設定が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の燃焼制御装置の制
御ブロツク図、第２図は空燃比とフレームロツド
による炎電流の特性図、第３図ａ，ｂは燃焼量と
ポンプ周波数および送風機モータ回転数の関係を
示す特性図、第４図は空燃比制御部の動作を説明
するフロー図、第５図はその特性図、第６図は燃
焼量制御部の特性図、第７図は従来の空燃比制御
方式の特性図である。 １……バーナ、３……燃料ポンプ（燃料制御装
置）、４……送風機、６……フレームロツド、７
……燃焼制御回路、８……燃焼検知部、１２……
燃焼制御部、１３……基準空気出力部、１４……
ピーク検知部、１５……燃料調整部、１６……記
憶部、１７……空燃比設定部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 燃焼機の燃料を燃焼するバーナと、このバー
   ナへの燃料の供給量を制御する燃料制御装置と、
   燃焼空気を供給する送風機と、燃焼火炎に挿入し
   炎イオン電流によりバーナの燃焼状態を検知する
   フレームロツドと、前記燃料制御装置および送風
   機を駆動制御する燃焼制御回路を有し、前記燃焼
   制御回路には、燃焼機の運転開始時に燃焼条件を
   設定する空燃比設定部と、前記空燃比設定部で設
   定した空燃比を保ちつつバーナの燃焼量を演算制
   御する燃焼量制御部、およびフレームロツド出力
   を検出する燃焼検知部を含み、前記空燃比設定部
   は、送風機より予め定められた空気量を出力する
   基準空気出力部と、この時にフレームロツド出力
   が最大となるように燃料供給量を調整する燃料調
   整部と、ピーク検知部、および燃料調整部の調整
   値を記憶し、必要な時に燃焼量制御部に出力する
   記憶部とからなる燃焼制御装置。