JPH06272854A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃焼装置の燃焼状態検知を遅れなく検知し燃
焼の安全を確保する。 【構成】 バーナ５の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の応答遅れの出力変化を
補正する補正手段１５と、燃焼状態検知手段８もしくは
燃料制御手段１８の信号変化量に応じて補正手段１５の
係数を変更する演算手段１５ａと、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１
４と前記補正手段１５の信号により燃料制御手段１８も
しくは送風制御手段６を調節する空燃比制御手段１６と
を設け、燃焼状態変化に対して検出遅れすることなく空
燃比の制御を行う。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燃
料や送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５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
を制御する空燃比制御手段４からなり、空燃比制御手段
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するとともに、この補正係
数を燃焼状態によって速やかに最適化を図り、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、前記バーナに燃料と
空気をそれぞれ供給する燃料制御手段および送風制御手
段と、前記バーナの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、前記燃焼状態検知手段の信号変化時あるいは前
記燃料制御手段の変化時に前記補正手段の時定数を変更
する演算手段と、燃焼状態設定手段と、前記状態設定手
段と前記補正手段の信号により前記燃料制御手段もしく
は前記送風制御手段を調節する空燃比制御手段とを備え
たものである。

【０００７】

【作用】本発明は上記構成によって、何等かの要因で燃
焼状態が変化したとき、燃焼状態検知手段の出力が変化
し始める。この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。このとき燃焼状態検知手
段や燃料制御手段の信号が大きく変化したときすなわち
過渡時には、演算手段により補正手段の時定数を変更し
て定常値を予測する。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送風制
御手段を増加させる。この結果、火炎が安定な状態で燃
焼する。

【０００８】

【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。図１において、５はバーナ、６はバーナ５へ
の送風量を制御する送風制御手段（以下ファンとい
う）、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燃料制御手段１８、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空燃比制御
手段１６と、空燃比制御手段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、燃料制御手段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。

【０００９】空燃比と燃焼状態検知手段８である熱電対
１２の起電力は図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のａ）を予め目標
値として設定している。

【００１０】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。１５ａは演算手段で燃料制御手段１８や検
出部１３の信号の変化を捉え、所定量以上の変化の時状
態予測部２０の値に係数を掛けるものである。熱電対１
２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。

【００１１】Ｅc ＝Ｅi ＋Ｔ×Ｋ×（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 Ｋ ：係数 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。

【００１２】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採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。

【００１３】空燃比制御手段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。

【００１４】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。

【００１５】次に、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。

【００１６】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。さらにこ
の状態予測部２０値を燃焼状態検知手段８の変化値に応
じて演算手段１５ａで係数を掛ける。微分による変動増
幅の値は変動があるので、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の補正値にな
る。空燃比制御手段１６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が小さくなる回転数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。

【００１７】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と
演算手段１５ａで補正することにより、短時間で火炎２
４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。演算手段１５ａは燃焼状態検知手
段８の通常の信号変化では演算をせず、信号の変化が所
定値を越えた場合に係数を補正する。

【００１８】図４は燃焼量を急変させたときの状態を示
したもので、燃料制御手段１８によって比例弁電流の増
加とともに燃焼状態が変化し、燃焼状態検知手段８の出
力変化を状態予測部２０によって予測するものである
が、燃焼量の急激な変化時は燃料制御手段１８の信号に
応じて演算手段１５ａによって状態予測部２０の値をさ
らに補正している。演算手段１５ａの出力は燃焼量が急
変してからの時間に応じて段階的に変化させる。

【００１９】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。

【００２０】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５に供給される空気量を調節す
るダンパ開度の調節によってもよい。

【００２１】

【発明の効果】以上のように本発明の燃焼装置によれば
次の効果が得られる。

【００２２】燃焼状態検知手段の応答遅れを補正手段に
より補正し、さらに燃焼状態検知手段や燃焼量設定部の
信号変化に応じてさらに補正したので、強風等による空
燃比変化に素早く対応して空燃比をを制御するため、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。

【００２３】演算手段は、燃焼状態検知手段もしくは燃
料制御手段の信号変化に応じて係数を変えたので、燃焼
量の急激な変化にもすばやく安定な燃焼状態を得ること
ができる。さらに演算手段は、燃焼状態検知手段もしく
は燃料制御手段の信号変化からの時間に応じて係数を補
正したので、燃焼開始時や再燃焼時の変化にも空燃比を
安定にすることができる。

【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】同燃焼装置の他の実施例の制御特性図

【図５】従来の燃焼装置の断面図

【符号の説明】

５ バーナ ６ 送風制御手段（ファン） ８ 燃焼状態検知手段 １４ 状態設定手段 １５ 補正手段 １５ａ 演算手段 １６ 空燃比制御手段 １８ 燃料制御手段 ２０ 状態予測部

───────────────────────────────────────────────────── 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 (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】バーナと、前記バーナに燃料と空気をそれ
   ぞれ供給する燃料制御手段および送風制御手段と、前記
   バーナの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、前
   記燃焼状態検知手段もしくは燃料制御手段の信号変化時
   に前記補正手段の時定数を変更する演算手段と、燃焼状
   態を設定する状態設定手段と、前記状態設定手段と前記
   補正手段の信号により前記燃料制御手段もしくは前記送
   風制御手段を調節する空燃比制御手段とを備えた燃焼装
   置。
2. 【請求項２】演算手段は燃焼状態検知手段もしくは燃料
   制御手段の信号変化度合に応じて異なった係数を適用す
   る請求項１記載の燃焼装置。
3. 【請求項３】演算手段は、燃料制御手段もしくは燃焼状
   態検知手段の信号変化からの時間に応じて補正手段の係
   数を変更する請求項１記載の燃焼装置。
4. 【請求項４】バーナと、前記バーナに燃料と空気をそれ
   ぞれ供給する燃料制御手段および送風制御手段と、前記
   バーナの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信号を処理する補正手段と、前記燃
   焼状態検知手段もしくは燃料制御手段の信号変化時に前
   記補正手段の係数を変更する演算手段と、燃焼状態を設
   定する状態設定手段と、前記状態設定手段と前記補正手
   段の信号により前記燃料制御手段もしくは前記送風制御
   手段を調節する空燃比制御手段とを備えた燃焼装置。