JPH10267265A - ガスボイラーの空気対ガス比制御装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 赤外線センサを用いて感知される燃焼室での
燃焼温度に応じて燃焼に必要な空気量を制御するガスボ
イラーの空気対ガス比制御装置及びその方法を提供す
る。 【解決手段】 ガスボイラーの空気対ガス比制御方法
は、順風や逆風などの外部の影響を解消するために風量
を調節する。そのための風量調節方法は、所定の基準火
花電圧範囲及びファン駆動電圧の電圧変化量を設定す
る。ガスバルブを介して供給されるガスの量を測定す
る。ガス量が一定している場合は、火花電圧を測定す
る。測定された火花電圧を基準火花電圧範囲と比較す
る。火花電圧が基準火花電圧範囲の上限より大きければ
ガス量に対応するファン駆動電圧を電圧変化量だけ減少
させ、火花電圧が基準火花電圧範囲の下限より小さけれ
ばファン駆動電圧を電圧変化量だけ増加させる。かかる
過程は火花電圧が基準火花電圧範囲内に存在するように
なるまで繰り返される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガスボイラーの空気
対ガス比制御装置及びその方法に関し、より詳しくは赤
外線センサを用いて感知される燃焼室での燃焼温度に応
じて燃焼に必要な空気量を制御するガスボイラーの空気
対ガス比制御装置及びその方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、室内暖房及び温水供給のためのガ
スボイラーはその便利さや汚染度の低い物質の排出など
によって広く使われている。

【０００３】図１は従来のガスボイラーの構成を概略的
に示す概略図である。

【０００４】同図に示すように、従来のガスボイラーは
ガスバルブ１０１、制御板１０３、バーナ１０５、点火
栓１０７、赤外線センサ１０９、熱交換器１１１、給気
フード１１３、給気ファン１１５、フローバルブ１１
７、直水供給管１１９、循環ポンプ１２１、三方弁１２
３、水タンク１２５、温水供給管１２７、温水戻り管１
２９を含む。また、直水供給管１１９は熱交換器１１１
の内部を通過するように構成されている。

【０００５】図２は図１に示された赤外線センサの位置
を示す概略図である。同図に示すように、赤外線センサ
１０９は火炎２０１から一定の距離Ｌだけ離隔された燃
焼室ケース２００に装着される。

【０００６】次に、従来のガスボイラーの作用を説明す
る。

【０００７】ガスがガスバルブ１０１の開閉作用により
バーナ１０５に供給されると、点火栓１０７により発せ
られた点火火花はガスを着火させる。着火が行われる
と、燃焼による燃焼火花がバーナ１０５から発生する。
このとき、赤外線センサ１０９は燃焼火花の温度を感知
して燃焼火花の温度に対応する火花電圧を発生して制御
機１０３に伝達することにより、バーナ１０５の着火及
び燃焼状態に対する情報を制御機１０３に伝達する。

【０００８】着火によってガスが燃焼すると、このとき
発生する高温の燃焼ガスは上側に上昇する。燃焼ガスが
通るバーナ１０５の上方には温水を加熱するための熱交
換器１１１が設置されている。熱交換器１１１の内部に
は温水が循環する。また、直水供給管１１９を通過する
直水（冷水）は熱交換器１１１内で加熱される。従っ
て、バーナ１０５での燃焼により温水及び直水（冷水）
が加熱される。

【０００９】三方弁１２３は暖房モードでは温水を循環
させ、温水モードでは温水を供給するように制御され
る。ここで、温水モードの認識は温水を使用するために
直水を供給するとき、フローバルブ１１７に供給される
直水を認識することにより温水使用状態であることが判
断される。

【００１０】従来のガスボイラーの作動モードが暖房モ
ードである場合は、熱交換器１１１で昇温した温水は温
水供給管１２７を介して室内に設置された温水管（図示
せず）に排出された後、また温水戻り管１２９を介して
戻る。温水戻り管１２９を介して戻された温水は温水管
（図示せず）を通過しながら熱を奪われるので熱交換器
１１１から排出されるときより低い温度で水タンク１２
５に戻る。水タンク１２５に戻った温水は三方弁１２３
及び循環ポンプ１２１を通過して再び熱交換器１１１に
流入する。流入した温水は再び熱交換器１１１で加熱さ
れた後温水供給管１２７を介して排出される。

【００１１】三方弁１２３は流路を制御するためのもの
で、暖房モードでは水タンク１２５から熱交換器１１１
に温水が移動するように制御され、温水モードでは熱交
換器１１１から三方弁１２３、循環ポンプ１２１、及び
熱交換器１１１で構成される閉回路を循環するように制
御される。従って、直水供給管１１９を介して熱交換器
１１１に流入する直水は温水との熱交換により高温の温
水に昇温された後に排出される。

【００１２】このような構成及び作用を有する従来のガ
スボイラーは燃焼中に外部の影響、すなわち順風や逆風
により不完全燃焼が発生したり過酸素燃焼が発生したり
することがある。また、かかる順風や逆風が過度な場合
には、ガスボイラーが消火することがあるという問題点
がある。従って、順風や逆風が過度な地域では点火及び
消火が繰り返されてボイラーの寿命が短縮されるばかり
でなく、ガスボイラーの暖房機能が充分に行われないと
いう問題点がある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような従
来の問題点を解決するためのものであり、その目的は、
逆風や順風が過度な地域で発生する不安定な燃焼状態を
改善するためのガスボイラーの空気対ガス比制御装置及
びその方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明によるガスボイラーの空気対ガス比制御装
置は、給気ファンを駆動する給気ファン駆動部と、ガス
バルブ内の圧力を測定することによってガス量を測定す
るガス量測定器と、燃焼室内の燃焼温度を測定して燃焼
温度を火花電圧に変換する温度感知器と、火花電圧がガ
ス量に対応する基準火花電圧範囲内に維持されるように
給気ファン駆動部に供給されるファン駆動電圧を所定量
だけ減少或いは増加させる制御機とを含む。

【００１５】上記の目的を達成するために、本発明によ
るガスボイラーの空気対ガス比制御方法は、燃焼中のガ
スボイラーにおいて、ファン駆動電圧のファン駆動電圧
変化量を設定する段階と、ガスバルブを介して供給され
るガス量を測定する段階と、ガス量が一定している場
合、火花電圧を測定する段階と、火花電圧がガス量に対
応する基準火花電圧範囲の上限より大きければガス量に
対応するファン駆動電圧をファン駆動電圧変化量だけ減
少させ、火花電圧が基準火花電圧範囲の下限より小さけ
ればファン駆動電圧をファン駆動電圧変化量だけ増加さ
せるファン駆動電圧調節段階とを含んで、火花電圧が上
記基準火花電圧範囲内に存在するようにする。

【００１６】上記したガスボイラーの装置及びその方法
によれば、燃焼中に外部の影響すなわち順風や逆風によ
り不完全燃焼又は過酸素燃焼が発生しても、ガスボイラ
ーが消火する恐れがない。また、点火及び消火の頻繁な
反復によるボイラーの寿命短縮という問題も解決され
る。つまり、空気対ガス比が適切に調節されるので、暖
房機能の円滑な遂行を期待することができ、その結果、
燃焼効率が向上する。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて本発明
をより詳しく説明する。

【００１８】図３はガス消費量及び火花電圧の関係によ
る正常燃焼領域を示すグラフである。ここで、火花電圧
とは、バーナーで燃焼の際発生する火炎の温度から変換
された電圧を言う。一般に、火花電圧は燃焼時に発生す
る火炎の色合変化に相応する電圧が発生する。

【００１９】図３に示すように、所定のガス消費量にお
いて火花電圧が過多に検出される場合は現在の燃焼状態
が順風状態にあることを示し、火花電圧が過小に検出さ
れる場合は現在の燃焼状態が逆風状態にあることを示
す。ここで、順風状態とは、燃焼に必要な空気よりずっ
と多い量の空気が流入することにより過酸素燃焼が行わ
れる状態を言う。また、逆風状態とは、燃焼した給気ガ
スが円滑に排出されずガスボイラーの内部へ逆流するこ
とにより不完全燃焼が行われる状態を言う。

【００２０】同図において、ハッチング部分は正常燃焼
領域を示し、上限火花電圧線Ｖｆｍａｘを境界として正
常燃焼領域と順風領域とに分離され、下限火花電圧線Ｖ
ｆｍｉｎを境界として正常燃焼領域と逆風領域とに分離
される。

【００２１】まず、本発明によるガスボイラーの空気対
ガス比制御装置について説明する。

【００２２】図４は本発明によるガスボイラーの空気対
ガス比制御装置の構成を示すブロック図である。

【００２３】同図に示すように、ガスボイラーの空気対
ガス比制御装置は制御機４００、給気ファン４０１、給
気ファン駆動部４０３、ガスバルブ４０５、ガス圧力測
定器４０７、温度感知器４０９、貯蔵部４１１を含む。

【００２４】給気ファン４０１は給気ファン駆動部４０
３に連結される。給気ファン駆動部４０３は制御機４０
０に連結されて制御機４００によるファン駆動電圧の変
動に応じて給気ファン駆動部４０３が駆動される。

【００２５】ガスバルブ４０５は制御機４００に連結さ
れる。ガス圧力測定器４０７はガスバルブ４０５に連結
されてガスの圧力を測定する。また、ガス圧力測定器４
０７は制御機４００に連結されて測定されたガス圧力を
制御機４００に伝達する。

【００２６】貯蔵部４１１は制御機に連結されて、制御
機４００の必要に応じた所定の貯蔵値を貯蔵する。

【００２７】燃焼室内に設置された温度感知器４０９は
制御機４００に連結されて、測定された燃焼温度による
火花電圧を制御機４００に伝達する。ここで、温度感知
器４０９は赤外線センサで構成しても良い。

【００２８】次に、ガスボイラーの空気対ガス比制御装
置の作用を説明する。

【００２９】ガス圧力測定器４０７はガスバルブ４０５
内の圧力を測定して制御機４００に伝達する。制御機４
００に伝達された圧力はガス圧力対ガス消費量の関係に
よりガス消費量を決定する。

【００３０】温度感知器４０９は燃焼室内の燃焼温度を
測定し、燃焼温度に対応する火花電圧に変換して制御機
４００に伝達する。

【００３１】制御機４００はガス消費量と火花電圧とを
比較して、図３に示された所定の基準火花電圧の範囲内
にガス消費量に対応する火花電圧が存在するようにファ
ン駆動電圧を所定量だけ減少／増加させて、給気ファン
の回転数を減少／増加させることで、燃焼室に供給され
る空気の量を調節する。

【００３２】このとき、ファン駆動電圧の変化量は貯蔵
部４１１に貯蔵される。ここで、ファン駆動電圧の変化
量は５Ｖ乃至１５Ｖの範囲内の所定の電圧に設定され
る。好ましくは１０Ｖに設定する。

【００３３】このようなファン駆動電圧の調節は火花電
圧が正常領域内に存在するようになるまで繰り返され
る。

【００３４】一方、ガス消費量が変更される場合は、変
更されたガス消費量に対応するファン駆動変更電圧に貯
蔵されたファン駆動電圧の変化量を付加することにより
再調節される。

【００３５】次に、本発明によるガスボイラーの空気対
ガス比制御方法を説明する。

【００３６】図５は本発明によるガスボイラーの空気対
ガス比制御方法を示すフローチャートである。ボイラー
が作動すれば現在の燃焼状態を把握するための基本的な
資料を収集することが必要である。すなわち、燃焼室で
消費されるガス消費量Ｇｃを測定し、温度感知器４０９
で燃焼室内の燃焼温度を測定することにより、現在の燃
焼状態に該当する火花電圧Ｖｂが測定される（ステップ
Ｓ５０１）。測定されたガス消費量に対応するファン駆
動電圧Ｖｆｄ及び基準火花電圧範囲が決定される。すな
わち、上限火花電圧Ｖｆｍａｘ及び下限火花電圧Ｖｆｍ
ｉｎが決定され、ファン駆動電圧の適宜な電圧変化量の
幅ΔＶｆｄが選択される（ステップＳ５０３）。ここ
で、電圧変化量の幅は１０Ｖに設定する。

【００３７】それから、燃焼室に供給されているガスの
消費量が一定しているか否かがチェックされる（ステッ
プＳ５０５）。ここで、ガス消費量の変動状態は、所定
の時間内に起こるガスバルブ４０５内の圧力変化を感知
することにより判断される。すなわち、ガスバルブ４０
５内の所定の時間における第１ガス圧力を測定し、所定
の時間が経過した後第２ガス圧力を測定する。その後、
第１ガス圧力及び第２ガス圧力を算術平均する。ここ
で、所定の時間は１秒乃至３秒に設定する。好ましくは
２秒に設定する。ガス消費量Ｇｃは所定のガス圧力対ガ
ス消費量の関係により決定される。

【００３８】まず、ガス消費量が一定している場合につ
いて説明すると、燃焼室内の燃焼火花の温度に対応する
火花電圧Ｖｂを上限火花電圧Ｖｆｍａｘ及び下限火花電
圧Ｖｆｍｉｎと比較する（ステップＳ５０７）。この
際、三つの場合が考えられる。すなわち、火花電圧Ｖｂ
が下限火花電圧Ｖｆｍｉｎより小さい場合、火花電圧Ｖ
ｂが下限火花電圧Ｖｆｍｉｎと上限火花電圧Ｖｆｍａｘ
との間に存在する場合、及び火花電圧Ｖｂが上限火花電
圧Ｖｆｍａｘより大きい場合である。

【００３９】第一に、火花電圧Ｖｂが下限火花電圧Ｖｆ
ｍｉｎより小さい場合に関して説明する。この場合は逆
風状態と判断され、これを解決するためには風量を増加
させることが必要である。このような風量の増加はファ
ン駆動電圧Ｖｆｄを増加させることで達成される。つま
り、電圧変化量ΔＶｆｄがファン駆動電圧に加えられる
（ステップＳ５１１）。そして、加えられた電圧変化量
＋ΔＶｆｄは貯蔵部４１１に貯蔵される（ステップＳ５
１３）。それから、ガス消費量が一定であるか否かが再
びチェックされ（ステップＳ５０５）、以後の段階が繰
り返される。

【００４０】第二に、火花電圧Ｖｂが下限火花電圧Ｖｆ
ｍｉｎと上限火花電圧Ｖｆｍａｘとの間に存在する場合
に関して説明する。この場合は正常状態である。従っ
て、ガス消費量が一定であるか否かが再びチェックされ
（ステップＳ５０５）、以後の段階が繰り返される。

【００４１】最後に、火花電圧Ｖｂが上限火花電圧Ｖｆ
ｍａｘより大きい場合に関して説明する。この場合は順
風状態と判断され、これを解決するためには風量を減少
させることが必要である。このような風量の減少はファ
ン駆動電圧Ｖｆｄを減少させることにより達成される。
電圧変化量ΔＶｆｄがファン駆動電圧から引かれる（ス
テップＳ５２１）。そして引かれた電圧変化量−ΔＶｆ
ｄは貯蔵部４１１に貯蔵される（ステップＳ５２３）。
それから、ガス消費量が一定であるか否かが再びチェッ
クされ（ステップＳ５０５）、以後の段階が繰り返され
る。

【００４２】次に、ガス消費量が一定しているか否かの
判断段階（ステップＳ５０５）においてガス消費量が一
定でない場合について説明する。ガスボイラーの燃焼工
程遂行中にガス消費量が一定でない場合とは、ガスボイ
ラーを一定のガス消費量で使用していて、途中で温度の
再設定によりガス消費量が変更される場合を言う。

【００４３】まず、既に設定されたファン駆動電圧が変
更されたガス消費量に対応するファン駆動変更電圧に調
整される（ステップＳ５３１）。しかし、ファン駆動変
更電圧は外部の影響、すなわち順風や逆風の影響を考慮
しない固定不変のファン駆動電圧である。従って、ファ
ン駆動変更電圧は外部の影響を考慮した補正電圧に変更
されなければならない。補正は変化する前のガス消費量
に対応するファン駆動電圧の電圧変化量を援用すること
により遂行される。すなわち、貯蔵部４１１に貯蔵され
た電圧変化量ΔＶｆｄをファン駆動変更電圧に加えるこ
とで補正される（ステップＳ５３３）。もし貯蔵された
電圧変化量ΔＶｆｄが正（＋）の値を有すればファン駆
動電圧が正常燃焼のために上昇することを意味する。貯
蔵された電圧変化量ΔＶｆｄは変更されたガス消費量に
も同一に適用される。従って、変更されたファン駆動電
圧は変化する前のファン駆動変更電圧に電圧変化量ΔＶ
ｆｄを加えた値として決定される。

【００４４】しかし、貯蔵された電圧変化量ΔＶｆｄが
負（−）の値を有すればファン駆動電圧が正常燃焼のた
めに下降することを意味する。貯蔵された電圧変化量Δ
Ｖｆｄは変更されたガス消費量にも同一に適用される。
従って、変更されたファン駆動電圧は変化する前のファ
ン駆動変更電圧から電圧変化量ΔＶｆｄを減じた値とし
て決定される。

【００４５】それから、ガス消費量が一定しているか否
かが再びチェックされ（ステップＳ５０５）、以後の段
階が繰り返される。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
燃焼中に外部の影響すなわち順風や逆風によって不完全
燃焼又は過酸素燃焼が発生する場合でも、ガスボイラー
が消火する恐れがない。また、点火及び消火の頻繁な反
復によるボイラーの寿命短縮という問題も解決される。
つまり、空気対ガス比が適切に調節されることにより、
暖房機能の円滑な遂行を期待することができ、その結
果、燃焼効率が向上する。

【００４７】以上、本発明を望ましい実施例に基づいて
具体的に説明したが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で変更及び改
良が可能なことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のガスボイラーの構成を概略的に示す概略
図である。

【図２】図１に示された赤外線センサの位置を示す概略
図である。

【図３】ガス消費量及び火花電圧の関係による正常燃焼
領域を示すグラフである。

【図４】本発明によるガスボイラーの空気対ガス比制御
装置の構成を示すブロック図である。

【図５】本発明によるガスボイラーの空気対ガス比制御
方法を示すフローチャートである。

【符号の説明】

４００ 制御機 ４０１ 給気ファン ４０３ 給気ファン駆動部 ４０５ ガスバルブ ４０７ ガス圧力測定器 ４０９ 温度感知器 ４１１ 貯蔵部

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼中のガスボイラーにおいて、 ファン駆動電圧のファン駆動電圧変化量を設定する段階
   と、 ガスバルブを介して供給されるガス量を測定する段階
   と、 上記ガス量が一定している場合、火花電圧を測定する段
   階と、 上記火花電圧がガス量に対応する基準火花電圧範囲の上
   限より大きければ上記ガス量に対応するファン駆動電圧
   をファン駆動電圧変化量だけ減少させ、火花電圧が上記
   基準火花電圧範囲の下限より小さければ上記ファン駆動
   電圧をファン駆動電圧変化量だけ増加させるファン駆動
   電圧調節段階と、を含み、上記火花電圧が上記基準火花
   電圧範囲内に存在するようにすることを特徴とするガス
   ボイラーの空気対ガス比制御方法。
2. 【請求項２】 上記ガスボイラーの空気対ガス比制御方
   法は、上記ガス量が一定でない場合、上記ファン駆動電
   圧を上記変化したガス量に対応する所定のファン駆動変
   更電圧に変更するファン駆動電圧変更段階をさらに含む
   ことを特徴とする請求項１に記載のガスボイラーの空気
   対ガス比制御方法。
3. 【請求項３】 上記ガスボイラーの空気対ガス比制御方
   法は、 上記ファン駆動電圧変化量を貯蔵する段階と、 上記ファン駆動変更電圧に上記ファン駆動電圧変化量を
   加える段階とをさらに含むことを特徴とする請求項２に
   記載のガスボイラーの空気対ガス比制御方法。
4. 【請求項４】 上記ガス量測定段階は、 上記ガスバルブ内の第１圧力を測定する段階と、 上記ガスバルブ内の第２圧力を測定する段階と、 上記第１圧力及び第２圧力から平均圧力を算出する段階
   とを含み、 上記平均圧力に対応するガス量を算出することを特徴と
   する請求項１に記載のガスボイラーの空気対ガス比制御
   方法。
5. 【請求項５】 上記ガス量測定段階は、上記第１圧力測
   定時刻と第２圧力測定時刻との間の時間間隔が１秒乃至
   ３秒の範囲内の所定の時間間隔に設定されることを特徴
   とする請求項４に記載のガスボイラーの空気対ガス比制
   御方法。
6. 【請求項６】 上記火花電圧測定段階は、 燃焼室壁内の所定の位置に設置された赤外線センサを用
   いて上記燃焼室内の燃焼温度を測定する段階と、 上記燃焼温度を上記火花電圧に変換させる段階と、を含
   むことを特徴とする請求項１に記載のガスボイラーの空
   気対ガス比制御方法。
7. 【請求項７】 上記ファン駆動電圧変化量は、５Ｖ乃至
   １５Ｖの範囲内の所定の電圧に設定されることを特徴と
   する請求項１に記載のガスボイラーの空気対ガス比制御
   方法。
8. 【請求項８】 給気ファンを駆動する給気ファン駆動部
   と、 ガスバルブ内の圧力を測定することによってガス量を測
   定するガス量測定器と、 燃焼室内の燃焼温度を測定して燃焼温度を火花電圧に変
   換する温度感知器と、 火花電圧が上記ガス量に対応する基準火花電圧範囲内に
   維持されるように上記給気ファン駆動部に供給されるフ
   ァン駆動電圧を所定量だけ減少或いは増加させる制御機
   と、を含むことを特徴とするガスボイラーの空気対ガス
   比制御装置。
9. 【請求項９】 上記ガスボイラーの空気対ガス比制御装
   置は、上記ファン駆動電圧のファン駆動電圧変化量を貯
   蔵する貯蔵部をさらに含み、 上記ガス量が一定でない場合上記ファン駆動電圧を上記
   変化したガス量に対応するファン駆動変更電圧に変更
   し、上記貯蔵部に貯蔵されたファン駆動電圧変化量を上
   記ファン駆動変更電圧に加えることを特徴とする請求項
   ８に記載のガスボイラーの空気対ガス比制御装置。
10. 【請求項１０】 上記温度感知器は赤外線センサである
    ことを特徴とする請求項８に記載のガスボイラーの空気
    対ガス比制御装置。