JPS5969612A - ガス燃焼制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、負荷に応じて燃焼量を連続可変するとともに
、燃焼量空気量（以下単に空気量という）とガス量の比
（以下、空燃比と言う）をほぼ一定に保ち、燃焼の安定
性と高効率を実現するだめの特に家庭用機器に用いられ
るガス燃焼制御装置に関する。

従来例の構成とその問題点 従来のこの種のガス燃焼制御装置として第１図に示す均
圧弁方式（あるいはゼロガバナ方式）がよく知られてい
る。すなわち送風機１により送られた空気は空気絞り２
を経て混合部３へ、ガスは均圧弁４．ガス絞り６を経て
混合部３へ入り空気とガスとが混合され、バーナ６へ導
かれて燃焼する。

均圧弁４の背圧空７には空気絞り２の上流の圧力が導か
れており、均圧弁４は均圧弁出口の圧力を背圧室７の圧
力と等しくなる様に自動調節する。

ここで空気絞りの上流の圧力をＦＡ、空気量をＱＡ。

ガス絞りの上流の圧力をＰＧ、ガス量をＱＧ　、混合部
の圧力をＰＭとすると、空燃比ＱＡ／ＱａはＱＡ　　　
　ＫＩＸ５四］晋 ＱＧ　　　　Ｋ２Ｘ／狽「］習 の関係がある。

均圧弁４が理想的にｐＧ＝ｐＡに調節できればとカリ、
ＱＡを変化させても空燃比は常に一定となるはずである
。しかし均圧弁はダイアフラム８でＰＡとＰＧとの差圧
を受けて弁９を機械的に動かすものであるから、ダイア
クラムの剛性、変位に伴うダイアフラムの有効面積の変
化、弁９が受ける均圧弁入口圧力の影響等により、必ず
圧力調節誤差ΔＰＧを生じる。すなわちＰＧ　＝　ＰＡ
＋ΔｐＧであるので、 となり、圧力調節誤差による空燃比の変動はＰＡ−ＰＭ
の値が小きくなるほど大きくなる。

したがって、空燃比誤差を一定の範囲１月で保ちながら
燃焼量調節比を大きくとろうとすれば、ＰＡ−ｐＭＯ値
を大きくするか、ΔＰＧを小さくしなければならなかっ
た。

一方、家庭用のガス燃焼器として給湯用あるいは暖房用
の用途では燃焼量調節比が１１５ないし１／１０程度必
要である。そのためにＰＡ−ＰＭを大きくすると送風機
がきわめて大きくカるだけでなく、供給圧の低い都市ガ
ス等ではＰＡがガス供給圧より高くなり実現不可能であ
る。また、都市ガス以外のガスで実現したとしてもガス
圧が低下した場合には、空燃比制御精度が著しく悪化し
て良好な燃焼状態が得られなくなるという問題があった
。更にまたΔＰＧを小さくするにも均圧弁の大きさから
限度があり、経時変化の影響、調節の困φ１（であるな
ど、家庭用燃焼機器への適用は難しかった。

発明の目的 本発明はかかる従来の問題を解消するもので、送風機や
弁装置を大型化することなく、燃焼量調節比が大きく、
かつ空燃比安定性に優れたガス燃焼制御装置を提供する
ことを目的とするものである。

発明の構成 この目的を達成するために本発明は、空気側通路とガス
側通路にそれぞれの流量に応じた圧力損失を生じさせる
空気絞りとガス絞りを設け、その下流側を合流して共通
圧力にするとともに、前記二つの絞り上流側の圧力を、
圧力差に応じて電気信号を発生する差圧センサに導びく
とともに被加熱体の温度を検出する温度検出器と、温度
設定器と、前記温度検出器の信号と前記温度設定器の信
号との差を増幅演算する温度調節回路と、前記差圧セン
サの出力の絶対値が一定値以上のとき出力を発生する差
圧比較器を有し、勲記温度調節回路の出力で前記空気絞
り上流に設けられた空気量調節手段を制御し、前記差圧
センサの出力に応じてガス絞り上流に設けられたガス量
調節手段を制御するとともに、前記差圧比較器の出力が
発生した時は、前記温度調節回路に優先して差圧センサ
の信号に応じた前記空気量調節手段を制御するように構
成したものである。

この構成によって、空気側、ガス側二つの絞り上流側の
差圧を検出する手段に電気的に作用する差圧センサを備
え、この差圧センサ出力に応じて空燃比が一定になるよ
うにガス量をガス量調節手段によって制御し、差圧セン
サの出力があらかじめ定められた一定値よりも大きくな
った場合には、温度調節回路に優先して、空気量を空気
量調節手段で制御することでガス圧が低下した場合でも
、空燃比を補正制御するので常に安定した燃焼状態を可
能にする。

実施例の説明 以下、本発明の一実施例を第２〜第４図の図面を用いて
説明する。なお、第２図中、第１図と同一部品について
は同一番号を付している。

第２図において、４は差圧センサ、７はガス圧力比例制
御弁等のガス量調節手段（以下７をガス圧力比例制御弁
と呼ぶ）、８は熱交換器、９は出湯管、１０は出湯管上
に設置されているサーミスタ等の温度検出器であり、１
１及び１２はそれぞれガス側通路及び空気側通路である
。そして、電気制御系として、温度検出器１ｏの信号に
応じて１の送風機を制御する為に、１３の温度検出回路
。

１４の温度設定器、１６の温度調節回路、１６の回転数
調節回路等の空気量調節手段（送風機１の下流にダンパ
ーを設けて、このダンパー゛の回転角度を変える手段も
考えられる）から構成すると共に、４の差圧センサの出
力に応じて７のガス圧力比例制御弁を制御する為に１７
の差圧センサ検出回路、１８の空燃比調節回路で構成し
、更に、ガス圧が低下した場合に空燃比が許容範囲を越
えないように制御する為の手段として、差圧比較器１９
で構成している。

第３図のイに於いて、ＡＢＣの直線は異常なガス圧低下
環の々い場合の空燃比制御特性を示し、ＢＤＨの直線は
異常なガス圧低下が発生した場合に空気量が増加しても
ＧＬよりもガス量が増加しない状態を示している。捷だ
、第３図の口及びハはこのような場合に、空気量に対応
して発生ずる差圧比較器の出力及び差圧センサの出力の
状況を示している。

第４図は、本発明一実施例としてガス給湯機器に応用し
た場合に於ける給湯能力特性図を示している。

一ト記構成に於いてすでに、バーす６には点火され、そ
して、出湯管９から流れでる出湯量が第４図におけるｗ
Ｍｒ　Ｎである時に丁度、第３図に於けるイのＡ点で制
御されているものとする。（すなわちこの状態は、制御
範囲の最小の状態であって空気量はＡＭＩＮ　、ガス量
はＧＭＩＮに制御されている。）このような状態から温
度設定器１４をそのままにしておいて、出湯量を増加さ
せていくと出湯温度が一時降下するように作用するので
、１３の温度経用回路と１４の温度設定器との間に温度
偏差信号ΔＴが発生する。そして、この温度偏差信号Δ
Ｔは１５の温度調節回路、１６の回転数調節回路で処理
されて１の送風機からの空気量を増加させるように制御
する。空気量が刻々変化するこのような状態では、４の
差圧センサに差圧が発生するので、この差圧を差圧セン
サ検出回路１７及び空燃比調節回路１８で電気的に処理
して、差圧センサ４に作用している差圧が零になるよう
に、７のガス圧力比例制御弁からの流量を増加させるよ
うに制御する。

この時、第３図イに於いてはＡからＢ（又はＣ方向）に
むかうはマ直線に沿った制御になる。

また、第４図に於いては、ｅからｅ′にむかう線上で、
出湯温度がは”：　ＴＭＡＸ一定に制御されている。

さらにまた、湯量をＷ’ＭＩＮになるように絞りさらに
温度設定器１４をＴＭＩＮになるように設定すると、第
４図のＣの状態を維持する。そして、この状態から出湯
量を徐々にＷＭＡＸ迄増加させると、ｅからｅ′に制御
された上述の場合と同じように、０ 出湯温度がＴＭＩＮをはソ維持しつ＼、ｆからｆ・の状
態まで制御される。

この状態を第３図イにもとづいて説明するとＡとＣの途
中の状態からＡＣの線上に沿って、最大定格値Ｃの状態
、すなわち空気量がＡＭＡＸ　＋ガス量がＧＭＡ　Ｘの
状態まで空燃比一定で制御されることになる。

逆にｅ′やｆ′またはその中間の状態から出湯量を減少
させたり、最低制御温度ＴＭＩＮ以上の状態から１４の
温度設定器で設定温度を低くしだ場合には、上述とは逆
に、送風機１は空気量を減少するように制御され、第２
図におけるＰＡの圧力が低下する方向に作用するので差
圧センサ４に見かけ上蓋圧が発生する。したがって、こ
の差圧が零になるように７のガス圧力比例制御弁はガス
量を減少するように自動制御される。

以上がガス圧の低下等のない正常な制御状態に於ける作
用の説明である。周知の如く家庭用のガス燃焼機器に使
われているガス種は、都市ガス。

天然ガス、プロパンガス等で代表される。これらのいづ
れのガスも供給ガス圧が規定されており、例えば、都市
ガスの場合には、標準ガス圧１００ｍｍＨ２Ｏ、最低ガ
ス圧６０ｍｍＨ２Ｏ，最高ガス圧２００ｍｍＨ２Ｏと規
定されている。

燃焼機器の設計は最低ガス圧の時でも燃焼機器として規
定されている燃焼特性、給湯能力等が十分満足されるよ
うに配慮されていることは勿論であるＯ ところが今第３図に於けるＡＢの中間の燃焼状態、給湯
状態、空燃比であったとき、異常に供給ガス圧が低下し
ている場合には前述と同様に、燃焼出力を増加させよう
とすると空気量ＱＡはＡ１゜Ａ２　、　Ａ５と増加する
がガス量はＢ点に於けるＧＬより増加しないので空燃比
制御特性は、ＡＢＣ線に沿わ々いてＢ点から折り曲がり
、ＡＢＤＲ：の如く制御されることになる。つまり、ガ
ス量が不足して空燃比が増加するようになる。つまり燃
焼特性等から定まる許容空燃比の限界点がＤ点である。

一方、このような状態にあるとき、燃焼状態を可変させ
ると、ＡＢ線上では所定の空燃比で制御されているので
差圧センサ４の出力は零に々る」：うに制御されるので
、ａ１〜ａ２の線に沿い、又差圧比較器１９からの出力
はｂ１〜ｂ２の線に沿って（すなわち出力零）制御され
る。

そして、ガス圧が低下している制御域Ｂ−Ｄに入いると
、差圧センサ４からａ２〜ａ３線に沿う出力が発生し、
更にＤ点から燃焼出力が増加するとａ３〜ａ４線に沿う
出力が発生する。このと＠ＤＥの線に沿って更に空燃比
が増加する方向に変ろうとするが、一方、Ｄ点を越えて
、すなわち空気量がＡ２から増加しようとすると、差圧
センサ４の出力が一定値ａ３の点を越えるので、差圧比
較器１９からｂ５〜ｂ４に沿った出力が発生する。この
ような場合には差圧比較器１９の出力により盃１度調節
回路１６に優先して送風機１の回転数を減少きせるよう
に、すなわちＥ点からＤ点へひき戻すように制御するも
のである。

ガス圧が異常に低下する場合として、供給圧そのものが
低下する以外に次のものがある。すなわち燃焼機器の排
気系路の圧力が強風等の為に」１列　３ すると、ガス量が減少するので、供給ガス圧が低下した
場合と同じになる。

このように、ガス燃焼機器のガス供給圧が低下した場合
に、差圧センサ４の出力が一定値を越えると、差圧比較
器１９の出力により空気量を減少させるような出力を送
風機１に与えることで、空燃比のバラツキを許容範囲内
に入るような制御が可能に々る。したがって−酸化炭素
やススが発生するような燃焼特性を悪化させることもな
くなる。

発明の効果 以上のように、本発明のガス燃焼制御装置によれば、次
の効果が得られるものである。

空気側及びガス側の両通路に空気絞り及びガス絞りを設
け、その下流側を合流して共通圧力にするとともに、前
記二つの絞シ上流側の圧力を差圧センサで検出し、燃焼
出力に対応して発生する差圧センサの出力で、空燃比が
一定になるように制御するので、従来のような機械式の
均圧弁制御に比較して、圧力調節誤差が小さくなり燃焼
制御精度が向上するばかりでなく、差圧センサの差圧を
　４ 小さくして制御することが出来るので送風機等が小型化
され、かつ、都市ガス等の供給ガス圧が低い場合の家庭
用燃焼機器への適用を可能にするものである。

そしてまた、差圧センサの出力が一定値以」−のとき出
力を発生する差圧比較器を備えたことにより、供給ガス
圧が低下したり、燃焼機器に強風が作用した場合には、
ガス量調節手段に優先して空気量調節手段を制御するよ
うにしたことによシ、空燃比変動を一定範囲内になるよ
うに制御できる。

したがって、常に燃焼状態を安定させることが出来るの
で安全性の高い燃焼機器の実現を可能にするものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のガス燃焼制御装置の構成説明図、第２図
は本発明のガス燃焼制御装置の一実施例を示す構成及び
ブロック説明図、第３図は本発明の上記一実施例に於け
る制御動作説明図、第４図は本発明上記一実施例に於け
るガス給湯機器の給湯能力特性図である。 １６ １　・・・・送風機、２・・・・・・空気絞り、３・・
・・・・混合部、４・・・・・・差圧センサ、６・・・
・・・ガス絞す、６・・・・・・バーナ、７・・・・・
ガス量調節手段、１０・・・・・・温度検出器、１１・
・・・・・ガス側通路、１２・・・・・・空気側通路、
１４・・・・・温度設定器、１６・・・・・・温度調節
回路、１６・・・・・・空気量調節手段、１９・・・・
・・差圧比較器。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名”’
；　１図 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 空気側通路には燃焼用空気を供給する送風機と空気量調
   節手段と空気絞りとを、ガス側通路にはガス量調節手段
   とガス絞りを配設し、この空気絞りとガス絞りとの下流
   を合流し空気とガスを混合する混合部と、前記空気絞り
   の上流とガス絞りの上流との圧力差に対応した電気信号
   を発生する差圧センサを具備すると共に、バーナにより
   加熱される被加熱体の温度を検出する温度検出器と、被
   加熱体の出口温度を設定する温度設定器と、前記温度検
   出器の信号と前記温度設定器の信号との差を増幅演算す
   る温度調節回路と、前記差圧センサの出力の絶対値が一
   定値以上のとき出力を発生する差圧比較器を有し、前記
   温度調節回路からの出力で前記空気量調節手段を制御し
   、前記差圧センサの出力に応じて前記ガス量調節手段を
   制御するとともに、前記差圧比較器の出力が発生した時
   は、前記温度調節回路に優先して前記差圧センサの信号
   に応じた前記空気量調節手段を制御するガス燃焼制御装
   置。