JPH0749850B2 - 燃焼制御装置 - Google Patents

燃焼制御装置

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JPH0749850B2
JPH0749850B2 JP61212247A JP21224786A JPH0749850B2 JP H0749850 B2 JPH0749850 B2 JP H0749850B2 JP 61212247 A JP61212247 A JP 61212247A JP 21224786 A JP21224786 A JP 21224786A JP H0749850 B2 JPH0749850 B2 JP H0749850B2
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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
燃比制御、および安全制御に関するものである。
従来の技術 近年、ガスや石油を燃料として燃焼させる時、燃料と空
気量の混合比つまり空燃比を最適に制御して不完全燃焼
の発生を防ぎ、また失火等により未燃ガスの漏出を防止
する安全制御機能への要望が高まりつつある。
これ等の制御を行なうためにはバーナの燃焼状態を検出
し、この燃焼状態を一定に維持するように空気量、ある
いは燃焼量を制御する手段が最良であり過去から種々の
ものが開発されている。しかしこの制御を実現するため
にはバーナの燃焼状態を検知するセンサにより、制御シ
ステムの性能が決定されると言っても過言ではない。現
在、市場にある燃焼状態を検知するセンサは各々一長一
短があり、また家庭用の燃焼機器を考えた場合、センサ
は安価で、耐久性、信頼性の高い事が要求される。
特開昭51−31933号公報には、前述の燃焼状態検知セン
サとして、火炎に電極棒を挿入して、炎イオン電流を検
知するフレームロッドを用いて空燃比を制御する手段が
説明されている。第8図にこの構成図を示す。この例は
燃料として灯油を使用し、これを気化室1で気化して混
合室2で送風機3からの空気と混合し、燃焼室4で火炎
5を形成して燃焼する。制御回路6は燃料油を供給する
燃料ポンプ7、および送風機3を駆動制御する。同時に
火炎5に挿入され燃焼室4とガイシ8により絶縁されて
フレームロッド9が配され、燃焼室4との間に流れる炎
電流Ifを制御回路6で検知し、この炎電流Ifに応じて燃
料ポンプ7の駆動量を制御する構成となっている。一般
に炎電流Ifは空燃比と相関があり、空燃比m=1近傍に
ピークを持つ上に凸のカーブを示す。(第5図参照)従
って炎電流Ifが一定の値となるように燃料供給量、ある
いは空気量を制御することにより空燃比の制御が可能と
なる。ここで空燃比m=1ということは燃料が完全燃焼
するために必要な理論空気量を供給している状態を言
い、m>1は空気過剰、m<1は燃料過剰の状態とな
る。
発明が解決しようとする問題点 従来の燃焼機は空燃比m=1近傍あるいは1より少し低
い所で燃焼させることが多かった。しかし近年、燃焼機
のクリーン性が要求され、窒素酸化物(NOx)の低い低N
Ox燃焼に移行しつつある。この低NOx燃焼のためには空
燃比mが1.4〜1.6で希薄燃焼させることが効果あること
が知られている。ところがこのような燃焼をした場合、
第8図のような明確な火炎5とならず、バーナの表面に
密着して数mmの薄い燃焼となる。従ってフレームロッド
9で検出可能な炎電流Ifは数マイクロAあるいはナノA
と微少値となりノイズの影響により正確な検知が難し
い。また第5図に示すように、空燃比mが1.4〜1.6近傍
では炎電流Ifの変化が少なく特に燃焼量が低い時には著
しくこの値で空燃比を一定に制御することは非常に困難
を伴なう。
また燃焼火炎の温度によって空燃比制御を行なう手段も
あるが、この場合温度の変化は緩慢であり、例えばバー
ナが失火した時には、これを判定するのに時間がかかる
という問題点がある。
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、バーナの燃焼火
炎に挿入したフレームロッドと、バーナあるいはその近
傍の温度を検出する温度センサを設け、コントローラは
フレームロッドの信号でバーナの異常燃焼を検出する異
常リセット部を駆動する異常燃焼検知部と、温度センサ
の温度が予め定められた値に維持するように給気手段の
給気量あるいは燃料制御手段の燃料供給量を制御する空
燃比制御部を有する構成とする。
作用 上記構成により、バーナの着火、失火や極端な空燃比の
ずれ等の異常検知はフレームロッドの信号により動作さ
せ、瞬時に検知可能となる。また空燃比の制御は信号が
安定し、変化量の大きな温度信号により行なうため、正
確な空燃比制御が可能となる。
実施例 以下、本発明の燃焼制御装置の実施例を図を用いて説明
していく。尚、実施例では灯油を燃料とする石油ファン
ヒータを例にして説明していく。
第1図で燃料油は燃料ポンプ10によりヒータ11で予熱さ
れた気化器12に供給され、バーナモータ13で供給された
空気と混合され、バーナ14の表面で燃焼する。ここでバ
ーナ14は表面に多数の炎孔を有する形状で混合気が炎孔
から噴出してその表面で燃焼する。燃焼排ガスは送風用
ファンモータ15からの空気と混合して吹出口(図示せ
ず)から室内に放出して室内を暖房する。コントローラ
16はこれ等バーナの燃焼制御を行なう。室温センサ17か
らの室温信号と室温設定値18を比較し、必要な燃焼量に
対応した燃焼係数Kを演算部19で求め、この値Kに応じ
て燃焼量設定部20で燃焼量を決定し、燃料ポンプ10を駆
動するポンプ駆動部21へ信号を送る。燃料ポンプ10はこ
こではパルスポンプを使用しているため、ポンプ駆動部
21は燃焼量に対応したパルス周波数を出力する。また演
算部19で決定した係数Kはファンモータ回転数設定部22
により対流ファンモータ15の回転数を設定し、ファンモ
ータ駆動部23に信号を出力する。これは燃焼量に適した
風量として冷風感や熱風感を使用者に感じさせることを
防ぐ。同時に係数Kからバーナ14の内部に設けた温度セ
ンサ24(ここではサーモカップルを使用)の温度を設定
部25で決定する。空燃比制御部26はサーモカップル24の
温度がバーナ温度設定部25で定めた温度を維持するよう
にバーナモータ回転数設定部27により回転数を設定し、
バーナモータ駆動部28でバーナモータ13を駆動する。さ
らに燃焼係数Kに応じて異常燃焼検知部29の炎電流しき
い値設定部30により炎電流のしきい値を決定し、バーナ
14の燃焼火炎に面したフレームロッド31により火炎の炎
電流Ifを炎電流検知部32で検知し、前述のしきい値と異
常判定部33で異常判定し、異常燃焼と判定した場合は異
常リセット部34に異常信号を出力し、ポンプ駆動部21に
よりポンプ10の駆動を停止し、燃焼を停止する。
第2図はサーモカップル24で検知したバーナ温度TBが空
燃比mに対してどのように変化するかを示している。図
でH.M.Lの線は燃焼量の異なる場合を示す。図から温度T
Bは空燃比mと一定の相関があることがわかる。第2図
の特性を横軸燃焼量QFで書き替えたのが第3図である。
ここで例えば温度TBを一定値TS1に制御すれば、燃焼量Q
FがLの時には空燃比がm1、QFがMの時はm2、QFがHの
時はm2とm3の中間となる破線aが得られる。これは第1
図でサーモカップル24の温度がTS1になるようにバーナ
モータの回転数設定部27で制御すればよい。
また第3図で燃焼量QFがHの時はバーナ温度TBがTS2、Q
FがLの時にはTS3になる破線bに制御すれば燃焼量QF
値が変化しても空燃比はほぼm3一定に制御可能である。
これは第1図で演算部19により決定した燃焼係数Kに応
じてバーナ温度設定部25で設定値TSを可変し、係数Kが
一定の時には常にこの設定値を保つようにバーナモータ
回転数を制御することになる。
以上で空燃比mの制御は実現できるが、サーモカップル
24の温度変化は非常に緩慢であり、失火や急激な空燃比
変化が発生した時にはバーナ温度TBの変化を待っている
間に不完全燃焼による一酸化炭素10の発生は未燃ガスの
噴出につながり非常に危険である。そこで第1図で示し
たように異常燃焼の検知はフレームロッド31の炎電流If
の変化により検知する。第4図にバーナの着火、失火時
の炎電流Ifとバーナ温度TBの応答時間を比較する。図か
ら温度TBペーパー収納部26の変化に対して炎電流Ifは非
常に応答が早いことがわかる。
第5図は空燃比mに対する炎電流Ifの変化特性を示す。
第2図のバーナ温度TBの変化よりも不安定であることが
わかる。また炎電流Ifの絶対値も非常に小さく実際には
火炎のふらつきやノイズにより安定しない場合が多い。
このため、この信号で空燃比制御を行なうには非常に危
険でありハンチング現象等の原因となる。そこで炎電流
Ifがあるしきい値よりも上か下かの判断のみに使用し
て、応答が早いという利点を生かした異常燃焼検知を行
なった。
第5図で燃焼量QFがHの時に炎電流Ifがしきい値Ifa>I
f>Ifbにある時を正常とし、これから外れた時には何等
かの異常が発生したとして異常リセットする。この場合
タイマ要素を設けて異常が一定時間継続した時にリセッ
トする構成でもよい。炎電流のしきい値Ifa、Ifbは図の
ように燃焼量QFに応じて設定変更する。これは第1図で
燃焼係数Kに応じて炎電流しきい値設定部30により決定
される。
第6図は以上の制御をマイクロコンピュータ等で実現す
る場合の要部フロー図を示し、第1図に対応した番号を
示す。ここではバーナ温度設定部25で設定温度TSと同時
に上下限値Tsa、Tsbも設定し、異常判定部33aでバーナ
温度TBがこれ等の値をこえた時にも異常判定を行なう。
さらに空燃比制御部26のバーナモータ回転数の補正量OB
Mが、限界補正量BMf以上の値となった時も異常判定し、
冗長性の高い安全器を構成している。
第7図は他の実施例で、第1図と同一機能に同一番号を
記す。ここでは空燃比制御部26はバーナ温度Tbに応じて
燃焼量QFを制御する構成であり、第1図は燃料を一定に
して空気量を制御する燃量基準式空燃比制御に対して第
7図は空気量つまりバーナモータ回転数を一定にして燃
焼量を制御する空気量基準式空燃比制御の例であり、い
ずれの手段においても同様の効果を有する。
本実施例では石油ファンヒータを例に説明したが給湯機
その他の燃焼機器にも応用可能である。またガス燃料で
あっても燃料ポンプに替えてガス比例制御弁等を利用す
ることにより容易に実現可能である。
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ような
効果を有する。
(1)空燃比制御は変化が安定しているバーナ温度Tb
信号により一定の空燃比を維持するように作用するた
め、制御系が安定している上に確実で精度の高い制御が
可能となる。
(2)異常燃焼の検知はフレームロッドによる炎電流If
により検知判定するため応答が速く、瞬時に燃焼を停止
できる。
(3)バーナ温度とフレームロッドの2種のセンサを使
用し各々独立した機能を持たせているため、いずれかの
センサが異常になっても他方のセンサでこれを判定する
ことが可能であり、センサ故障時に対してもフェールセ
ーフである。
(4)同様に一方のセンサが何等かの理由で異常を見の
がしても他方のセンサにより検知可能となり冗長性の高
い制御システムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す燃焼制御装置のブロッ
ク図、第2図はバーナ温度特性図、第3図は空燃比制御
特性図、第4図はバーナ温度と炎電流の応答を示す特性
図、第5図は炎電流の特性図、第6図は第1図を実現す
るためのフローチャート、第7図は同他の実施例を示す
ブロック図、第8図は従来例を説明する構成図である。 10……燃料ポンプ(燃料制御手段)、13……バーナモー
タ(給気手段)、14……バーナ、16……コントローラ、
24……サーモカップル(バーナ温度センサ)、26……空
燃比制御部、29……異常燃焼検知部、31……フレームロ
ッド、34……異常リセット部。
フロントページの続き (72)発明者 粉川 勝蔵 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 平田 康 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 (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】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手段と、燃焼空気を供
    給する給気手段と、バーナの燃焼火炎に挿入して炎イオ
    ン電流を検出するフレームロッドと、前記バーナあるい
    はその近傍の温度を検出する温度センサと、前記燃料制
    御手段および給気手段を駆動制御するコントローラから
    なり、前記コントローラは、前記フレームロッドの信号
    によりバーナの異常燃焼を検知し、前記燃料制御手段の
    駆動を停止してバーナを消火する異常リセット部に信号
    を出力する異常燃焼検知部と、前記温度センサの信号が
    予め定められた設定温度を維持するように前記給気手段
    の給気量あるいは燃料制御手段の燃料供給量を制御する
    空燃比制御部を有する燃焼制御装置。
JP61212247A 1986-09-09 1986-09-09 燃焼制御装置 Expired - Lifetime JPH0749850B2 (ja)

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JPS6370023A JPS6370023A (ja) 1988-03-30
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JPS6370023A (ja) 1988-03-30

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