JPH06341635A - 燃焼制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低ＮＯｘの燃焼装置に設けた温度センサによ
り炎口温度による空燃比制御を行い外乱に対しても速や
かに安定燃焼を回復させる。 【構成】 燃料と空気の混合比が当量比以上の濃火炎１
３と、当量比以下の淡火炎１０と、空気過剰率の違う淡
炎口９の炎口温度を検知する第一の温度センサ１９と、
第二の温度センサ２１と、燃焼量に応じた第一の温度セ
ンサ１９の出力を予め設定する第一の状態設定手段２３
と、設定値と出力値の偏差を小さくなるように燃焼用の
空気を供給するファン１６を制御する制御手段３３から
なる燃焼制御装置。 【効果】 温度センサを設けた淡炎口は他の淡炎口より
も低空気過剰率にしているので外乱により燃焼設定点が
ずれた場合には、より速く温度センサによってずれを検
知しファン風量が修正されるので常に安定した燃焼を維
持し安全性と信頼性が保証できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は濃淡燃焼により低ＮＯｘ
化を図ったバーナブロックを、燃焼量が変化したり、外
乱を受けた場合炎口温度の状態を検知し、常に安定燃焼
を維持するように制御を行なう燃焼制御装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の燃焼制御装置には、図５に
示すようなものがあった。すなわち、バーナの炎口板１
上に燃料と空気との理論比率を表す指数であるｍ値であ
る低ｍ値火炎２と高ｍ値火炎３とをそれぞれ形成するよ
うに、上流側に設けられたファン４と、低ｍ値と高ｍ値
の各バーナにガスを供給するそれぞれのガス供給部５、
６が設けられていた。そして、各々の温度センサ７、８
の出力に基づいて、低ｍ値火炎２と高ｍ値火炎３で同一
の出力値を示してもその区別をつけることによりファン
４を制御するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、低ｍ値火炎２すなわち濃火炎、高ｍ値火炎
３すなわち淡火炎はそれぞれ還元炎および酸化炎であ
り、温度センサ７、８の設定環境が全く異なる。特に低
ｍ値火炎２は混合比に対する感度が非常に小さく、燃焼
量による感度が非常に高い。従ってセンサの感度の経時
変化や寿命に差が存在し、信頼性の点で問題がある。ま
た、低ｍ値火炎２、高ｍ値火炎３それぞれの燃焼状態が
一様であり、かつ常に温度センサ７、８間の出力が一定
の関係にバランスが保たれていることが前提条件となっ
ているため、いずれか一方の火炎に炎口詰まりや給気閉
塞などで変化が発生しセンサ出力のバランスが崩れる
と、本来設定された空気量が供給されなくなり異常燃焼
状態に陥る。さらに燃焼量が変化した場合の対応や、風
の有無や給排気系の閉塞等の変化に対しての対応には触
れられていない。

【０００４】本発明は上記課題を解決するもので、低Ｎ
Ｏｘとなる濃淡燃焼のバーナブロックを、温度センサの
取付部の炎口部温度のばらつきによる空燃比制御の誤動
作を防止し、燃焼状態に影響を及ぼすような要因や外乱
を受けた場合に、自動的に所定の燃焼設定点に復帰させ
て常に最適な燃焼制御が行われることを第一の目的とし
ている。

【０００５】第二の目的は大きな外乱を受けた場合や異
常燃焼が発生した場合には、速やかに異常状態から脱出
して元の燃焼設定点に復帰させ、万一復帰できない場合
には燃焼を停止させることにある。

【０００６】第三の目的は炎口等のつまりを事前に予測
し、点検等のメンテナンスを表示警告することにある。

【０００７】第四の目的は炎口、空気供給経路等のごみ
等による閉塞により炎口間の温度センサの取付部の炎口
部温度のばらつきが生じた場合に燃焼状態が異常でない
範囲で燃焼を継続することにある。

【０００８】第五の目的は第四の目的において燃焼状態
が異常になった場合には燃焼を停止させることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】第一の目的を達成するた
めに本発明は、燃料と空気の混合比が当量比以上の濃火
炎を形成する濃炎口と、当量比以下の淡火炎を形成する
淡炎口と、濃炎口と淡炎口を交互に複数本配列し淡炎口
を構成する第一の淡炎口と第二の淡炎口は他の淡炎口、
第二の淡炎口、第一の淡炎口の順で淡火炎に対する空気
供給量を少なくし混合比を高めたバーナブロックと、第
一の淡炎口に接触または近接して設けられた第一の温度
センサと、第二の淡炎口に接触または近接して設けられ
た第二の温度センサと、バーナブロックに燃焼用空気を
供給するファンと、燃焼量に応じて予め最適な空気過剰
率における第一の温度センサの出力を設定した第一の状
態設定手段と、燃焼量に応じて予め最適な空気過剰率に
おける第二の温度センサの出力を設定した第二の状態設
定手段と、第一の状態設定手段の設定値と第一の温度セ
ンサの出力値の偏差が小さくなるようにファンを制御す
る制御手段を備えたものである。

【００１０】そして、第一の温度センサの出力が設定時
間以上継続して所定値を越える場合には、燃焼を停止す
る。

【００１１】また、第一の温度センサの出力と第二の温
度センサの出力が等しくなる場合には燃焼状態の異常を
検知し、炎口などのつまりを点検することを表示する表
示部を設けた。

【００１２】さらに、第二の温度センサの出力が第一の
温度センサの出力を越えた場合には第二の状態設定作用
の設定値と前記第二の温度センサの出力値の偏差が小さ
くなるように前記ファンを制御し、第二の温度センサの
出力が設定時間以上継続して所定値を越える場合には、
燃焼を停止させるものである。

【００１３】

【作用】本発明は上記構成によって、第一の淡炎口、第
二の淡炎口、他の淡炎口の順で空気過剰率が高くなる。
また淡火炎を形成する淡炎口の炎口温度は、空気過剰率
と密接な関係があるため、この淡炎口に接触または近接
して設けられた温度センサは淡炎口の温度を検出するこ
とになる。即ち温度センサで空気過剰率を検出すること
ができる。従って第一の温度センサ、第二の温度センサ
の順で温度センサの出力が高くなるとともに他の淡炎口
に対して低空気過剰率側で敏感な特性となり空気不足を
速く検知することができる。故に通常時は第一の温度セ
ンサにより次の空燃比制御を行う。

【００１４】燃焼量に応じて第一の状態設定手段で予め
定められた最適な空気過剰率における第一の温度センサ
の出力に基づいて、制御手段がファンを制御して燃焼用
空気をバーナブロックに供給する。ここで風の有無や給
排気系の閉塞等で所定の空気量が供給できなかった場合
には、第一の温度センサにより空気過剰率が燃焼量に応
じて定められた値と異なることを検出することになる。
そして、制御手段は第一の状態設定手段の設定値と比較
し、偏差の正負のレベルに応じて両者の差が小さくなる
ようにファン風量を増減することによって、所定の燃焼
状態に戻されることになる。

【００１５】また、何らかの異常により第一の淡炎口の
温度が異常に上昇した場合には第一の温度センサがこの
状態を検出することになる。そこで第一の温度センサの
出力が設定時間以上所定の値を越える場合には燃焼装置
を保護するために燃焼を停止する。設定時間以内に回復
した場合には第一の温度センサの出力が所定の値以下に
なるため燃焼を継続させる。

【００１６】本来、燃焼室の空気過剰率分布からみて第
一の淡炎口が第二の淡炎口よりも低空気過剰率であるが
部分的な炎口、空気供給口等のごみ等による閉塞により
初期の分布から変化する場合がある。第二の淡炎口が第
一の淡炎口より低空気過剰率になっている場合は第一の
温度センサと第二の温度センサの出力が等しくなり、そ
して温度センサ出力が逆転する。第一の温度センサ出力
と第二の温度センサ出力が等しくなった時点には部分的
な炎口、空気供給口等のごみ等による閉塞が考えられる
のでごみづまり等の点検を表示警告する。

【００１７】第二の温度センサ出力が第一の温度センサ
出力よりも高くなった場合は第二の状態設定手段の設定
値と第二の温度センサの出力値の偏差が小さくなるよう
にファンを制御する。なお第二の温度センサの出力が設
定時間以上継続して所定値を越える場合には、燃焼を停
止する。

【００１８】

【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はバーナおよび制御のブロック図であ
る。山形状に成形された淡炎口９上に淡火炎１０を形成
する淡バーナ１１と、濃炎口１２上に濃火炎１３を形成
する濃バーナ１４が交互に複数本併設されバーナブロッ
ク１５を構成している。バーナブロック１５の上流側に
は燃焼用空気を供給するファン１６が装着されている。
各々の淡バーナ１１及び濃バーナ１４には燃料を噴出供
給するノズル１７がそれぞれ配設されている。第一の淡
炎口１８の上流側にも、感温部が接触して配設された第
一の温度センサ１９と、第二の淡炎口２０の上流側に
は、感温部が接触して装着された第二の温度センサ２１
が設けられている。なお第一の淡炎口１８、第二の淡炎
口２０の順で上流の空気取入れ口は他の淡炎口の空気取
入れ口より小さく設定しており第一の淡炎口１８、第二
の淡炎口２０、他の淡炎口の順で空気過剰率が高くなる
ようにしている。

【００１９】燃焼制御部２２は、最適燃焼状態での第一
の温度センサ１９の目標値を設定する第一の状態設定手
段２３と、最適燃焼状態での第二の温度センサ２１の目
標値を設定する第二の状態設定手段２４と、第一の温度
センサ１９の信号を検出する第一の温度検出部２５と、
第二の温度センサ２１の信号を検出する第二の温度検出
部２６と、第一の温度検出部２５の出力と第二の温度検
出部２６の出力を比較する温度比較部２７と、炎口温度
を判定して電磁弁２８の閉止信号を出力する温度判定手
段２９と、使用状況から演算された燃焼量を設定する燃
焼量設定手段３０と、燃焼量設定信号に応じて比例弁３
１を制御する比例弁回路３２と、第一の温度検出部２５
の出力と第一の状態設定手段２３の設定値を比較し、両
者の偏差に応じた制御信号を出力する制御手段３３と、
この制御手段３３の信号に応じてファン１６を駆動制御
するファンドライバー回路３４と、異常等を表示する表
示部３５より構成されている。

【００２０】上記構成における燃焼および制御動作を説
明する。各ノズル１７から、比例弁３１で流量を調節さ
れた燃料が濃および淡火炎を形成する所定の量に分割し
て噴出され、ファン１６から供給された燃焼用空気と混
合する。ここで淡バーナ１１内では当量比以下の淡混合
気となって淡炎口９から噴出し淡火炎１０を形成する。
同様に濃バーナ１４内では等量比以上の濃混合気となっ
て濃炎口１２から噴出し濃火炎１３を形成する。従って
バーナブロック１５全体では淡火炎１０と濃火炎１３が
交互に形成され濃淡燃焼となり低ＮＯｘ燃焼が達成され
る。

【００２１】ここで図２を参照して燃焼制御上の限界状
態について予め説明しておく。設定される燃焼量が変化
すると、燃焼限界を考慮した最適な淡火炎１０および濃
火炎１３の混合比も変化する。従って、バーナブロック
１５全体の空気過剰率ｍは、燃焼量の変化とともに曲線
Ｊで示される値に制御される。燃焼量が小さくなると淡
火炎１０が淡炎口９に近接するようになり、さらに空気
量が少ない場合には火炎温度が上昇するため、淡炎口９
は異常加熱を受けて図２で示すような淡炎口赤熱域が発
生するようになる。一方、空気量が多すぎると淡火炎１
０はさらに希薄となり、吹き飛びから消火にいたり濃火
炎１３も同様にさらに空気量が増加すると消火するの
で、図２に示す消火域が存在するようになる。

【００２２】この様な燃焼上の限界が存在する中で、安
定な燃焼状態を確保するための制御動作を説明する。燃
焼量設定手段３０で必要な燃焼量が決定され、比例弁回
路３２とファンドライバー回路３４によって、比例弁３
１とファン１６を制御して、燃料と空気の流量を設定
し、その燃焼量に応じた最適な空気過剰率である点Ａに
設定される。ここで図３に示すごとく、空気過剰率ｍと
第一の温度センサ１９、第二の温度センサ２１の出力信
号には燃焼量別に一定の相関があり、この出力信号を知
れば空気過剰率ｍが求められる。

【００２３】この燃焼装置が、風等の外乱要因により給
排気量が変化した場合の動作を図４を参照して説明す
る。時間ｔ１において微風により排気抵抗が増加した場
合、空気過剰率ｍは図２に示すごとく、点Ａから点Ｂに
向かって移動しはじめる。この時淡火炎１０は淡炎口９
に近接し、淡炎口９の温度が上昇する。本発明の構成よ
り燃焼室の空気過剰率分布からみて第一の淡炎口が第二
の淡炎口・他淡炎口よりも低空気過剰率に設定されてい
るため第一の温度センサ１９は他の淡炎口より、速くこ
の温度上昇をとらえることができ、第一の温度検出部２
５は第一の温度センサ出力３６が燃焼量に応じて予め決
定されている設定値３７からずれ始めたことを検知す
る。制御手段３３は、第一の温度センサ出力３６と第一
の状態設定手段２３の設定値３７を比較し、両者の偏差
が小さくなるようにファン１６の比例制御信号を出力す
る。この場合制御手段３３は、第一の状態設定手段２３
の設定値３７と比較し、正の偏差が発生しているためフ
ァン回転数３８を増加させ、偏差が零になるようにファ
ンドライバー回路３４を制御する。この結果燃焼設定点
は、点Ｂから再び点Ａに戻り、第一の温度センサ出力３
６と設定値３７が一致する。また時間ｔ２で微風が停止
した場合にも同様に前記の動作を行い、今度は負の偏差
が発生するため、ファン回転数３８を低減する。従って
微風が停止した直後は点Ａから点Ｃ方向に向かって移動
し、再び点Ａに戻される。時間ｔ３で強風のため排気抵
抗が大きく増加した場合、燃焼設定点は点Ａから淡炎口
９の赤熱域内の点Ｄに向かって移動する。この場合に
は、第一の温度センサ出力３６の偏差も大きいため、大
幅にファン回転数３８も増加される。

【００２４】ここで更に、突風が発生して排気抵抗が大
幅に増加し、燃焼設定点が点Ａから一挙に点Ｅに向かっ
て移動した場合の対応を説明する。第一の温度センサ出
力３６と設定値３７の偏差が再び発生するため、制御手
段３３が点Ａへ戻すために更に必要となるファン回転数
の増加分を補正値として出力するが、今度はファンモー
タ容量の限界以上の回転数を要求する事になる。ファン
ドライバー回路３４は、ファンモータ保護のためファン
回転数を限界値３９に設定したままとなる。このため第
一の温度センサ出力３６は、再び上昇し時間ｔ７で再び
所定値４０を越える。ファン回転数が限界値３９に達し
ているため、温度判定手段２９は、時間ｔ７からｔ８ま
での時間Ｔ１が設定時間Ｔ０を越えた時、電磁弁２８に
閉止信号を出力し燃焼を停止させ燃焼装置の焼損を防止
する。

【００２５】また部分的な炎口、空気供給口等のごみ等
による閉塞により第一の淡炎口１８、第二の淡炎口２
０、他の淡炎口の順で空気過剰率が高くなる初期の空気
過剰率分布から変化する場合がある。このような場合、
温度センサの接触している炎口が正常な空気過剰率で燃
焼していても他の炎口でより低空気過剰率で燃焼して淡
炎口赤熱域に突入し炎口等の変形を起こすことがある。
よって第一の淡炎口１８の次に空気過剰率が低く設定し
た第二の淡炎口２０が他の淡炎口に比べ低空気過剰率に
なりやすいことを利用して、第一の温度センサ１９の出
力と第二の温度センサ２１の出力を温度比較部２７で比
較し出力が等しくなる場合には炎口、空気供給経路等の
ごみ詰まりを表示部３５に表示警告する。

【００２６】そして第二の温度センサ２１の出力が第一
の温度センサ１９の出力を越えた場合には第一の温度セ
ンサ１９よりのフィードバック空燃比制御を中止し第二
の温度センサ２１からのフィードバック空燃比制御を行
い、第二の状態設定手段２４の設定値と第二の温度セン
サ２１の出力値の偏差が小さくなるようにファンを制御
する。また第一の温度センサ１９で説明したのと同様
に、突風等が発生して排気抵抗が大幅に増加し制御手段
３３がファンモータ容量の限界以上の回転数を要求した
場合には、ファンドライバー回路３４はファンモータ保
護のためファン回転数を限界値に設定したままとなり第
二の温度センサ出力が所定値を越える。温度判定手段２
９は、所定値を越えた時間を算出し所要設定時間を越え
た時、電磁弁２８に閉止信号を出力し燃焼を停止させ燃
焼装置の焼損を防止する。このような空燃比制御を行う
ことで炎口、空気供給経路等のごみ詰まりを予知でき最
適なメンテナンスを実施できるとともに上記ごみ詰まり
等により炎口間の温度センサの取付部の炎口部温度のば
らつきが生じた場合にも燃焼状態が異常でない範囲内で
燃焼を継続することができる。

【００２７】

【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。

【００２８】（１）外乱等により燃焼設定点が所定の位
置からずれた場合には、第一の温度センサの出力変化を
検知し、設定値との偏差が小さくなるように制御手段で
ファン風量を制御することによって、元の設定点に戻さ
れるので、一時的な外乱要因の発生や経時的な変化に対
しても、常に安定した低ＮＯｘ燃焼を維持することがで
きる。また他の炎口に対して低空気過剰率になる炎口に
温度検出部を設け空気不足を速く検知できるので他の淡
炎口が赤熱し変形や損傷する等の問題を防ぎ安全性を高
めることができる。

【００２９】（２）淡炎口が赤熱を開始し、第一の温度
センサの出力が設定時間以上所定値を越えた場合には、
燃料の供給を停止するため、淡炎口が変形や損傷を受け
ることがなくなる。従って淡炎口の材料は薄板加工によ
ることが可能となり、量産性が向上する。

【００３０】（３）炎口等のつまりを事前に予測し、点
検等のメンテナンスを表示警告することができる。

【００３１】（４）部分的な炎口、空気供給経路等のご
み等による閉塞により炎口間の温度センサの取付部の炎
口部温度のばらつきが生じた場合に第二の温度センサに
よるフィードバック空燃比制御を行うことによって燃焼
状態が異常でない範囲内で燃焼を継続することができ
る。

【００３２】（５）第二の温度センサによるフィードバ
ック空燃比制御を行う状態において燃焼状態が異常にな
った場合には燃焼を停止させ炎口が変形や損傷する等の
問題を防ぎ安全性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における燃焼制御装置のバー
ナおよび制御のブロック図

【図２】燃焼量と空気過剰率で燃焼限界領域と燃焼設定
点を示した説明図

【図３】空気過剰率と温度センサの相関を示した図

【図４】外乱による制御対応を示した時間チャート図

【図５】従来の燃焼制御装置の全体断面図

【符号の説明】

９ 淡炎口 １０ 淡火炎 １２ 濃炎口 １３ 濃火炎 １５ バーナブロック １６ ファン １８ 第一の淡炎口 １９ 第一の温度センサ ２０ 第二の淡炎口 ２１ 第二の温度センサ ２３ 第一の状態設定手段 ２４ 第二の状態設定手段 ３３ 制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長岡 行夫 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 国本 啓次郎 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 (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料と空気の混合比が当量比以上の濃火炎
   を形成する濃炎口と、当量比以下の淡火炎を形成する淡
   炎口と、前記濃炎口と前記淡炎口を交互に複数本配列し
   他の淡炎口、前記第二の淡炎口、前記第一の淡炎口の順
   で淡火炎に対する空気供給量を少なくし混合比を高めた
   バーナブロックと、前記第一の淡炎口に接触または近接
   して設けられた第一の温度センサと、前記第二の淡炎口
   に接触または近接して設けられた第二の温度センサと、
   前記バーナブロックに燃焼用空気を供給するファンと、
   燃焼量に応じて予め最適な空気過剰率における前記第一
   の温度センサの出力を設定した第一の状態設定手段と、
   燃焼量に応じて予め最適な空気過剰率における前記第二
   の温度センサの出力を設定した第二の状態設定手段と、
   前記第一の状態設定手段の設定値と前記第一の温度セン
   サの出力値の偏差が小さくなるように前記ファンを制御
   する制御手段を備えた燃焼制御装置。
2. 【請求項２】第一の温度センサの出力が設定時間以上継
   続して所定値を越える場合には、燃焼を停止する請求項
   １記載の燃焼制御装置。
3. 【請求項３】第一の温度センサの出力と第二の温度セン
   サの出力が等しくなる場合には燃焼状態の異常を検知
   し、炎口等のつまりを点検することを表示する表示部を
   設けた請求項１または請求項２記載の燃焼制御装置。
4. 【請求項４】第二の温度センサの出力が第一の温度セン
   サの出力を越えた場合には第二の状態設定手段の設定値
   と前記第二の温度センサの出力値の偏差が小さくなるよ
   うに前記ファンを制御する制御手段を備えた請求項１、
   請求項２または請求項３記載の燃焼制御装置。
5. 【請求項５】第二の温度センサの出力が設定時間以上継
   続して所定値を越える場合には、燃焼を停止する請求項
   １、請求項２、請求項３または請求項４記載の燃焼制御
   装置。