JPH06241445A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃焼装置の燃焼状態変化を遅れなく検知し燃
焼の安全を確保する。 【構成】 バーナ５による燃焼状態を検知する燃焼状態
検知手段８と、燃焼状態検知手段８の応答遅れを出力変
化の微分値により補正する補正手段１５と、予め最適な
空燃比における燃焼状態検知手段８の出力を設定した状
態設定手段１４と、状態設定手段１４の設定値と補正手
段１５の出力の偏差が小さくなるようファン６の回転数
を制御する制御手段１６を設け、燃焼状態変化に対して
検出遅れすることなくファン６の制御を行う。これらの
動作により何等かの要因で空燃比が設定よりも外れて
も、空燃比を最適値に制御しているので、燃焼装置の安
全が確保できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃焼火炎を検出してフ
ァンの供給風量を制御する燃焼装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の燃焼装置は、図４に示す
ように、バーナ１と、このバーナ１による燃焼状態を検
出するセンサ２と、センサ２の検出値に応じてファン３
を制御する制御手段４からなり、制御手段４は、予め求
めた空燃比とセンサ２出力の関係から現在の空燃比を得
て、目標とする空燃比と比較し、この差を減少させる方
向にファン３の送風量を制御する。一般に、センサ２は
温度センサ、酸素センサなどが用いられている。

【０００３】このように、空気や燃料の過不足の検出、
調節により最適燃焼状態となるよう制御される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の燃焼装置の構成では、たとえばセンサ２により火炎
温度を検出する場合、センサ２が加熱されるまでの応答
遅れがあり、強風等による何等かの要因で空燃比が急激
に設定から外れた場合、検出が間に合わず異常加熱、吹
き消え、逆火などの異常事態が発生するという課題があ
った。また、センサ２が酸素センサであっても同様に応
答時間の遅れが課題となる。

【０００５】そこで、本発明は上記課題を解決するもの
で、センサの応答遅れを補正し、空燃比の最適化を図る
ことにより機器の安全性と最適燃焼の両立を図ることを
目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の燃焼装置はバーナと、前記バーナに空気を送
るファンと、前記バーナによる燃焼状態を検知する燃焼
状態検知手段と、前記燃焼状態検知手段の応答遅れを補
正する補正手段と、予め最適な空燃比における燃焼状態
検知手段の出力を設定した状態設定手段と、前記状態設
定手段の設定値と補正手段の出力の偏差が小さくなるよ
う前記ファンの送風量を制御する制御手段を備えたもの
である。

【０００７】

【作用】本発明は上記構成によって、何等かの要因で空
燃比が非常に小さくなった場合、火炎がバーナに近接し
て燃焼するので、バーナ温度が上昇し燃焼状態検知手段
の出力が上昇し始める。この上昇変化を捉えて補正手段
が燃焼状態検知手段の定常値を予測し出力する。そし
て、状態設定手段の設定値と比較し、偏差が正であれ
ば、正のレベルに応じてファン送風量を増加させる。こ
の結果、火炎がバーナから少し離れた最適状態で燃焼す
る。

【０００８】その後、先の要因が解除された場合、ファ
ン送風量増加分、空燃比が大きくなり、火炎がバーナか
らさらに離れて燃焼するので、燃焼状態検知手段の出力
が低下する。そして、偏差が負となれば負のレベルに応
じてファン送風量を減少させる。したがって、火炎がバ
ーナからリフトすることなく、素早く安定した燃焼状態
が実現する。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面にもとづいて
説明する。

【００１０】図１において、５はバーナ、６はバーナ５
に空気を送るファン、７は燃焼室、８はバーナ５による
燃焼状態を検知する燃焼状態検知手段で、温接点（図示
せず）を燃焼室７に内接した熱電対１２よりなる。９は
バーナ５へ燃料であるガスの供給量を制御する比例弁、
１０は燃焼室７の上部に設けられる熱交換器で、例えば
給湯器や風呂釜として使用される。１１は空燃比制御装
置で、熱電対１２の起電力を検出する検出部１３と、熱
電対１２の目標起電力を設定した状態設定手段１４と、
熱電対１２の検出応答遅れを補正する補正手段１５と、
補正手段１５の出力と状態設定手段１４の設定値とを比
較し、両者の偏差に応じた制御信号を出力する制御手段
１６と、制御手段１６の信号に応じてファン６の回転数
を駆動制御するファンドライバー回路１７と、燃焼量設
定部１８の設定信号に応じて比例弁９を駆動する比例弁
ドライバー回路１９とより構成される。

【００１１】空燃比と燃焼状態検知手段８である熱電対
１２の起電力には図２に示すように燃焼量別に一定の相
関があり、この起電力を知れば空燃比が求められる。状
態設定手段１４は燃焼量別に最適な空燃比における熱電
対１２の起電力（燃焼量大であれば図２中のａ点）を予
め目標値として設定している。

【００１２】熱電対１２はバーナ５の燃焼により温接点
が加熱され冷接点（図示せず）との温度差により起電力
が発生する。ここで、燃焼状態が急変し温接点周囲の温
度が急変した場合、熱電対１２は固有の熱応答遅れがあ
り、正確な起電力を発生して安定するまでに時間を要す
る。これは、サーミスタや酸素センサ等の他の燃焼状態
検知手段８によっても同様に、それぞれ固有の応答遅れ
を有している。補正手段１５は燃焼状態検知手段８の短
い時間に於ける出力変化状態から安定状態を予測し、こ
の応答遅れを補正するもので、検出部１３の検出値の時
間的変化の微分値と熱電対１２の熱時定数を乗ずる状態
予測部２０と、状態予測部２０の演算値を移動平均する
平均部２１により構成される。

【００１３】熱電対１２の熱応答が１次遅れと仮定する
と次の微分方程式により応答遅れを相殺した安定状態の
起電力が求められる。

【００１４】Ｅｃ＝Ｅi＋Ｔ×（ｄＥi／ｄｔ） ただし、Ｅc：安定状態の起電力 Ｅi：変化状態（現在）の起電力 Ｔ：熱電対の熱時定数 ｄＥi／ｄｔ：起電力の時間的微分値 しかし、起電力の変化状態は、炎の揺らぎやノイズによ
る変動成分を含んでおり、そのため微分値は大きく変動
してしまう。平均部２１は、この変動成分を移動平均に
より吸収する。

【００１５】移動平均は、デジタル計測における計測値
の変動吸収に用いられているもので、移動平均時間を変
動成分の変動周期より大きく取れば良好な結果が得られ
る。ただし、平均時間を大きくすると平均による応答遅
れが発生するため、制御上問題にならない時間設定が必
要となる。

【００１６】制御手段１６は、補正手段１５の出力と状
態設定手段１４の設定値とを比較し、両者の偏差が小さ
くなるようファン６の比例制御信号を出力する。すなわ
ち、偏差が正であれば、正のレベルに比例してファン回
転数を増加させ、偏差が負であれば負のレベルに比例し
てファン回転数を減少させる。

【００１７】次に、上記構成における通常の燃焼動作を
説明する。ファン６から供給される空気はバーナ５に分
配される。一方、ノズル２３から噴出される燃料はバー
ナ５の内部で空気と混合する。このバーナ５からの混合
気は上部より噴出して火炎２４を形成する。

【００１８】次に、たとえば無風から突然強風が発生
し、空燃比が非常に小さくなった場合と、逆に強風から
突然無風になり、空燃比が非常に大きくなった場合の両
極端について、図３を用いて説明する。

【００１９】最初に、時刻ｔ０に無風から突然強風が発
生し、この強風による排気抵抗の増加に伴い、空燃比が
非常に小さくなった場合について説明する。この場合、
火炎２４がバーナ５に近接して燃焼するので、バーナ５
の温度上昇に伴い熱電対の温接点が火炎２４の輻射によ
り加熱されて燃焼状態検知手段８の出力３０が上昇し始
める。しかし熱電対雰囲気温度３２に対して応答遅れが
あり、正確な検出が行われていない。この応答遅れを補
正手段１５の状態予測部２０により演算すると３１のよ
うに雰囲気温度３２に近似した値が得られるが、微分に
よる変動増幅がある。３３は、これを平均部２１により
移動平均した値で、これが補正手段１５の補正値とな
る。制御手段１５はこの補正値３３と状態設定手段１４
の設定値３４を比較し、偏差ｄｅに応じてファン回転数
を増加させ、偏差ｄｅが０となる回転数３５まで増加が
続く。この結果、時刻ｔ１でファン６から所定の空気量
が供給され、空燃比３６は所定値に復帰する。これに伴
い、火炎２４はバーナ５から所定の距離で燃焼するの
で、バーナの熱劣化、変形を防止できる。

【００２０】続いて、時刻ｔ２に強風から突然無風な
り、強風による排気抵抗が解消した場合について説明す
る。この場合、逆にファン回転数を増加した分、空燃比
３６が非常に大きくなり、火炎２４がバーナ５から所定
より離れて燃焼するので、燃焼状態検知手段８の出力が
低下し始める。したがって、補正手段１５の補正値３３
は状態設定手段１４の設定値３４より低くなり、負の偏
差−ｄｅが発生する。この偏差に応じてファン回転数を
減少させ、偏差−ｄｅが０となる回転数３５まで減少は
続く。したがって、時刻ｔ３にファン回転数は初期値の
無風時の値に復帰し、空燃比も所定の値に戻る。このよ
うに、燃焼状態検知手段８の応答遅れを補正手段１５に
より補正することにより、短時間で火炎２４がバーナ５
からリフトすることを防止し、安定した燃焼状態が実現
できる。

【００２１】燃焼状態検知手段８は、サーミスタ、酸素
センサ、フレームロッドを用いてもも同様の効果が得ら
れる。

【００２２】また、送風量の制御は、ファン回転数の制
御ばかりではなくバーナ２３へ空気を供給する空気孔の
ダンパ開度の調節によってもよい。

【００２３】

【発明の効果】以上実施例で説明したように本発明の燃
焼装置によれば次の効果が得られる。

【００２４】燃焼状態検知手段の応答遅れを補正手段に
より補正し、強風等による空燃比変化に素早く対応して
ファン回転数を制御するため、燃焼装置の熱劣化、変形
の防止が図れ、さらに、火炎がバーナからリフトするこ
とを防止し、安定した燃焼状態の実現が図れる。

【００２５】補正手段は、燃焼状態検知手段の検出値の
時間的変化の微分値と燃焼状態検知手段の熱時定数を乗
ずる状態予測部と、前記状態予測部からの予測値を移動
平均する平均部により構成するため、燃焼が小さく揺ら
ぐ等の燃焼状態検知手段の検出値変動に対しても、短時
間でかつ、変動の少ない補正ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の燃焼装置の構成図

【図２】同燃焼装置の一例を示す空燃比と燃焼状態検知
手段の出力特性図

【図３】同燃焼装置の制御特性図

【図４】従来の燃焼装置の断面図

【符号の説明】 ５ バーナ ６ ファン ８ 燃焼状態検知手段 １４ 状態設定手段 １５ 補正手段 １６ 制御手段 ２０ 状態予測部 ２１ 平均部

フロントページの続き (72)発明者 富田 英夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 植田 順一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 木村 洋一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】バーナと、前記バーナに空気を送るファン
   と、前記バーナによる燃焼状態を検知する燃焼状態検知
   手段と、前記燃焼状態検知手段の応答遅れを補正する補
   正手段と、予め最適な空燃比における燃焼状態検知手段
   の出力を設定した状態設定手段と、前記状態設定手段の
   設定値と補正手段の出力の偏差が小さくなるよう前記フ
   ァンの送風量を制御する制御手段とを備えた燃焼装置。
2. 【請求項２】補正手段は、燃焼状態検知手段の検出値の
   時間的変化の微分値と燃焼状態検知手段の熱時定数を乗
   ずる状態予測部と、前記状態予測部からの値を移動平均
   する平均部により構成する請求項１記載の燃焼装置。