JPS5926849B2 - 強制給排気式燃焼制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、空気過剰率を一定に保って燃焼を安定化する
強制給排気式燃焼装置に関する。

従来の構成とその問題点 第１図に従来の強制給排気式燃焼装置の一例を示す。

強制給排気式燃焼装置において、不完全燃焼を防止し、
ＣＯ２ＮＯｘの発生を防ぎ、炎のリフトやバンクファイ
ヤー等の危険を防止し、かつ機器の熱効率を高く維持す
るため空気過剰率を適正範囲に保つ必要がある。

そのため一般に燃焼風量に応じてガスを供給する空気・
ガス比例混合装置が使われる。

第１図ではベンチュリーあるいはエゼフクなどの空気・
ガス混合管１とゼロガバナ２を有し、ガス混合管１上流
の空気通路の圧力をゼロガバナ２の空気室に導いてゼロ
ガバナンの出口圧力を前記空気通路の圧力に等しく制御
する。

これにより第２図のように空気通路の風量に比例したガ
ス量が自動的に供給されるため、風量の変化にかかわら
ず空気過剰率は一定に保たれる。

一方上記の様に燃焼量を決定する風量は、ファン３の電
圧変動、給排気ダクト４，５の長さ変化、給排気ダクト
４，５に受ける強風の影響で大きく変動する。

また点火直後には、バーナ６、熱交換器７の温度、燃焼
ガスの温度等が低く通気抵抗が低い、さらにファン３を
通る排気ガスの温度が低いため密度が高くファン３の回
転数が同じでも実質的な風量が増大する。

この値はバーナ６、熱交換器７、ファン３等の条件によ
っては、定格風量の２〜３倍に達することがある。

これらのため風量が増加するとガス量が比例して供給さ
れるため、過大な燃焼量となり機器の過熱や燃焼騒音の
増加につながってしまう。

さらに、供給ガス圧力が低い時あるいは給排気筒４，５
が強風を受けて燃焼装置の内圧が上昇した場合風量の増
加はなくても、空気通路の圧力がガス供給圧力よりも高
くなるとゼロガバナ２の出口圧力は空気通路の圧力に追
従できなくなる。

すなわちガス量が必要なだけ供給されないので空気過剰
率は上昇し第４図に示した空気過剰率の上限を越え不完
全燃焼となる。

この問題はガス供給圧の低い家庭用ガス燃料特に都市ガ
スでは最低ガス圧が５Ｑｍｉ水柱程度きなり、影響が大
きい。

よってこの種の燃焼制御装置の家庭用機器への適用を困
難にしていた。

発明の目的 本発明はこのような従来の問題点を解決するもので、ダ
クト長変化、ファン電圧、強風の影響による燃焼量変化
をなくシ、点火直後の過大インプットによる機器の過熱
、燃焼騒音の増加を抑えるとともに、特に低ガス時の空
気過剰率の上昇を抑えて、燃焼の安定値を保ち、低ガス
圧燃料を家庭用機器に使用することができるようにする
ことを目的きする。

発明の構成 上記の目的のために本発明は、空気・ガス混合管が風量
に応じた差圧を発生する空気ノズルとガス量に応じた差
圧を発生するガスノズルを有し、ガスノズルの上流に前
記空気ノズルの上流の圧力を導いて、ガスノズル上流に
接続される出口圧力を前記空気ノズル上流の圧力に等し
く調整するガス圧力調整器を設け、さらに空気通路には
風量を検出して風量設定値と比較して風量を制御する風
量安定装置を設け、さらに前記空気ノズル上流の圧力と
前記ガス圧力調節器の出口圧力との差圧を検出する差圧
検出器を設け、差圧検出器の出力により前記風量安定装
置の風量設定値を変化させる様構成したものである。

そしてこの構成によれば供給ガス圧が充分高い時にはガ
ス圧力調節器の出口圧に空気ノズル上流の圧力とほぼ等
しくなり空気ノズルとガスノズルの開口比で決まる一定
の比率で空気とガスが混合される。

一方風量は風量安定装置により風量を検出しながら風量
設定値と比較されフィードバック制御されるため風量設
定値とほぼ等しく保たれる。

ガス供給圧力が低下して空気ノズル上流の圧力よりも低
くなったとき、ガス圧力調節器の出口圧は空気ノズル上
流の圧力よりも低くなり、差圧検出器の出力信号が発生
する。

差圧検出器の出力信号は風量安定装置の風量設定値を小
さくするように働き、その結果風量を小さくし空気ノズ
ル上流の圧力をガス供給圧程度になり、空気過剰率は安
定であるという作用を有する。

実施例の説明 以下本発明の実施例を第５図、第６図を用いて詳しく説
明する。

第５図において、ガス混合管１１には空気ノズル１３吉
ガスノズル１０が設けられ、ガスノズル１０の上流には
ゼロガバナ１２が設けられガス圧力調節器を構成してい
る。

ゼロガバナ１２の背圧室１６には空気ノズル１３の上流
の圧力が導圧管１４によって導かれる。

ゼロガバナ１２のダイアフラム１５は背圧室１６の圧力
と出口１７の圧力との差を受けてガス通路の弁体を調節
し、出口１７の圧力を背圧室１６の圧力すなわち空気ノ
ズル１３の上流圧力とほぼ等しく調節するものである。

空気ノズル１３の上流の空気通路には風量安定装置２０
が設けられ、風量を検出して、風量設定値に等しく風量
を調節するものである。

差圧検出器２１には空気ノズル１３の上流の圧力とゼロ
ガバナ１２の出口１７の圧力とが導かれ、その差圧に応
じた出力を発生し、風量安定装置２０の風量設定値を変
化させる。

この構成により、ゼロガバナ１２の入口２２の圧力が空
気ノズル１３の上流圧力より充分高い時は、出口１７の
圧力は空気ノズル１３の上流の圧力とほぼ等しく調節さ
れ空気ノズル１３とガスノズル１０の開口比で決まる一
定の比率で空気とガスが混合されバーナ２３は安全燃焼
を保つことができる。

風量調節器２０の風量設定値を変化させて風量を変化さ
せると自動的にガス量が追従する。

この間上記のように空気ノズル１３の上流の圧力とゼ゛
ロガバナ１２の出口１７の圧力はほぼ等しく調節されて
いるため、その差圧が導かれた差圧検出器２１はほさん
と出力を発生しないため、風量安定装置２０の風量設定
値は差圧検出器２１によって変化させられることはない
。

今、ガス供給圧が低下するかあるいは給排気筒（図示せ
ず）が強風を受けて風量変化はなくても機器の内圧が全
体に上昇した場合、空気ノズル１３の上流の圧力はゼロ
ガバナ１２の入口２２の圧力よりも高くなり、出口１７
の圧力は弁を全開にしても入口２２の圧力以上にはなら
ず、空気ノズル１３の上流圧力に追従できなくなる。

ここで差圧検出器２１はそお圧力差を検出して風量安定
装置２０の風量設定値を減する信号を発生し、風量安定
装置２０は、差圧検出器２１の出力が小さくなる様風量
を調節する。

従って空気ノズル１３の上流圧をゼロガバナ１２の出口
１７の圧力に近くなるまで風量を減じ空気過剰率の上昇
を抑えることができる。

第６図は風量安定装置２０、差圧検出器２１の具体的な
構成例であり、図中第５図と同一部分については同一番
号を付し、説明を省略する。

第６図において風量安定装置２０と差圧検出器２１は一
体化された構成になっている。

空気通路２４から入った空気は弁２５を経て空気ノズル
１３の上流１９に至る。

弁体２５は空気ノズル１３の上流圧室３３と導圧路３４
により空気ノズル１３の下流圧が導かれた空気ノズル１
３の下流圧室３５を仕切る風量検出ダイアフラム２６に
連結され、さらに空気ノズル１３上流の圧力を導圧管１
４から分岐して導圧管３０により導かれた圧力室２８と
ゼロガバナ１２の出口１７の圧力を導圧管３１で導いた
圧力室２９とを仕切る差圧検出ダイアフラム２７にも連
結される。

差圧検出ダイアフラム２７は空気ノズル１３の圧力がゼ
ロガバナ１２の出口１７の圧力より高い時に弁体２５を
閉じる方向に働くよう配置されている。

ダイアフラム２６，２７が連結された弁２５にはスプリ
ング３２により弁が開く方向に付勢される。

スプリング３２の付勢力はツマミ３６の回動により調節
される。

上記の構成において、風量検出ダイアフラム２６の有効
面積をＡｄＡｌその受ける力をＦｄＡ１差圧検出ダイア
フラム２７の有効面積をＡｄＢ、その受ける力をＦｄＢ
、スプリング２３の力をＦｓとし、Ｆｄ４１．ＦｄＢは
上向きを正、Ｆｓは下向きを正とし、空気ノズル１３の
風量ＱＡに対する発生差圧の定数をに１とすると、 ここでＰ３３は圧力室３３の圧力、Ｐ３５は圧力室３５
の圧力、Ｐ２８は圧力室２８の圧力、Ｐ２．は圧力室２
９の圧力である。

空気ノズルの発生差圧ΔＰと風量ＱＡの関係はΔＰ−Ｐ
３３−Ｐ３５−に１・ＱＡ２であるからで表わすことが
できる。

ここでＰ２８は空気ノズル１３の上流圧、Ｐ２．はゼロ
ガバナ出口１７の圧力に等しい。

ガス供給圧力が空気ノズル１３上流の圧力より高い場合
はゼロガバナ１２の働きでＰ２８キＰ２９に保たれてお
り差圧検出ダイアフラム２７にはほとんど力が発生しな
い。

すなわち（３）式はとなり、スプリング３２の力Ｆｓと
ダイアフラム２６の面積ＡｄＡと、空気ノズル１３の定
数に１で決まる風量に安定化される。

すなわち、図示しない部分の通気抵抗の変化、強風の影
響があっても空気ノズル１３の発生差圧がフィードバッ
クされ風量は安定である。

次にゼ狛ガバナ１２の入口圧Ｐ２□が空気ノズル１３の
上流圧力よりも低くなると、前述のようにゼロガバナ１
２の出口１７の圧力は空気ノズル１３の上流圧力よりも
低くなりすなわちＰ２８〉Ｐ２Ｏとなる。

したがって（３）式においてＡｄＢ・（Ｐ２８Ｐ２９）
の力が、スプリング３２の力Ｆｓと反対の方向にかかり
設定風量が減じられることになる。

その結果風量は弁２５により、その結果が（３）式を満
たすＰ２８（空気ノズル上流圧力）になるまで絞られる
こさになる。

その結果の（Ｐ２８ Ｐ２Ｏ）の値は、空気過剰率の
変化として残るが、ダイアフラム２７の面積ＡｄＢを大
きくすることで充分小さくでき、何も補正を加えない場
合に比べて空気過剰率の変化は少さく抑えることができ
る。

発明の効果 本発明によれば、混合管とガス圧力調節器からなる空気
先導形の空気・ガス比例混合装置に、風量を検出し風量
設定値と比較して風量を制御する風量安定装置を設け、
さらに混合管の空気ノズル上流圧力とガス圧力調節器の
出口圧との差圧を検出する差圧検出器の出力で風量安定
装置の風量設定値を変化する様構成したことにより、ガ
ス供給圧力が充分高い場合には、風量を設定値に対して
フィードバック制御するため、温度による通気抵抗変化
、ダクト長変化、強風の影響等の外乱を吸収して風量を
設定値に保ち、過大インプットによる機器の過熱や燃焼
騒音の増加を防止するとさもに、ガス圧低下時や強風に
より機器の内圧上昇が起った場合には、ゼロガバナの制
御誤差を差圧検出器で検出し風量安定装置の風量設定値
を減少させて、空気過剰率の上昇を抑え、安定な燃焼を
維持することができる。

これにより、供給ガス圧の低い家庭用都市ガス燃料を使
った機器への空気ガス比例混合装置の適用を可能とし、
安全、安定な機器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の強制給排気燃焼装置の構成図、第２図は
空気・ガス比例混合装置の動作説明図、第３図は従来例
の強制給排気式燃焼装置の点火直後の燃焼量の変化を示
す特性図、第４図はバーナの燃焼性能を示す特性図、第
５図は本発明の一実施例を示す構成図、第６図は本発明
の他の実施例を示す構成図である。 １０・・・・・・ガスノズル、１１・・・・・・空気・
ガス混合管、１２・・・・・・ゼロガバナ、１３・・・
・・・空気ノズル、２０・・・・・・同量安定装置、２
１・・・・・・差圧検出器、２３・・・・・・バーナ、
２４・・・・・・空気通路、３２・・・・・・スプリン
グ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 空気通路とガス通路を合流しバーナに混合ガスを供
   給する空気・ガス混合管が、風量に応じた差圧を発生す
   る空気ノズルとガス量に応じた差圧を発生するガスノズ
   ルとを有し、ガスノズルの上流には前記空気ノズル上流
   の圧力を導いて、自身の出口圧力を前記空気ノズル上流
   の圧力に等しく調節するガス圧力調節器を有し、空気通
   路には風量を検出し風量設定値さ比較して風量を制御す
   る風量安定装置を有し、さらに前記空気ノズル上流の圧
   力と前記ガス圧力調節器の出口圧力との差圧を検出する
   差圧検出器とを有し、前記差圧検出器の出力で前記風量
   安定装置の風量設定値を変化させるように構成した強制
   給排気式燃焼制御装置。