JPS6370023A - 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、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ＮＵ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】市に；ｌｉｌ＋４１
１して不完全燃焼の発生を防き゛、また失火等により未
燃ガスの回出を防＋ｈ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だめにはバーナの燃焼状悪を検出
し、この燃焼状聾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
にはバーナの燃暁状１８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、゛易言ではな
い。現在、市場にある燃１暁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、５暁機器を考えた場
合、センサは安価で、１肘久性、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７レームロン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とがイシ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。一般に炎室流目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批を供給し
ている状態を言い、ｍ＞　１は空気過料、ｍ＜１は燃料
過剰の状ｊ唇となる。

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ＮＯｘ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ｏｍ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１１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
り正確な検知が錐しい。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。

また燃焼火炎の湿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ケ、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、嘴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７アン
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
混合気が炎孔かも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フ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、燃おトボンプ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
係数にはファンモーフ回転数設定部２２により対流ファ
ンモーフ１５の回転数を設定し、ファンモーフ駆動部２
３に信号を出力する。これは燃焼量に適した風量として
？！６風感や熱風域を使几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ｎ度セン丈
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２
４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フ回転数設定部２７により回転数を
設定し、バーナモータ駆動部２８でバーナモーフ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２
９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４１４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！！！ｌＪ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ｙト部３
４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＋ｈ　Ｌ、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ＴＢ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で書き替えだのが第
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ＱＦがＬの時には空燃比がｍｌ、ＯＦがＭの時はｍ
２、ＯＦがＨの時はｍ２とｍ３の中間となる破線とが得
られる。これは第１図でサーモカツフ”ル２４の温度が
ＴＳＩ　になるようにバーナモーフの回転数設定部２７
で制御すればよい。

また第３図で燃焼量ＯＦがＨの時はバーナ温度ＴＢがＴ
ｓ２、ＱＦがＬの時にはＴＳ３になる破線すに制御すれ
１ｌ−ｊ１′燃焼量ＯＦの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に保つようにバーナ
モーフ回１伝数を１−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の湿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湿度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１００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
常に危険であリノ・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がした異常燃焼
検知を行なった。

第５図で燃焼量ＯＦがＨの時に炎電流Ｉｆがしきい値１
１ａ＞　Ｉ　ｆ＞　１１ｂにある時を正常とし、これか
ら外れた時には（ｒｉｌ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
定時間経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■ｆａ　、工ｆｂ　は図のように燃焼量Ｑｌ
−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フンピユータ等で実現す
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’ｒ３
と同時に上下限値Ｔｌ１ａ　％Ｔｓｂも設定し、異常利
定部３３ａでバーナ温度ＴＢがこれ等の値をこえた時に
も異常や］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ＯＢＭが、限界補正量ＢＭｆ以
上の値となった時も異常判定し、冗長性の高い安全圏を
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ＯＦ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フ回転数を一定に
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。

まだ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。

発明の詳細 な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
の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１゛ニゲ実で精度の高い
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Ｉ
ｆ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）　　ｙ＜−−ｙ−湿度トフレームロッドの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ｌ’ｌＪ定することが可能であり、センサ故障時に対
しても７ユールセー７である。

（４）同様に一方のセンサが何等かの理田で異常を児の
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図はバーナ湿度特性図、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
るだめのフローチャート、第７図は同値の実施例を示す
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・
・・・・・バーナモーフ（給気手段）、１４・・・・・
・バーナ、１６・・・・・・コントローラ、２４・川・
・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・ノド、３４・・・・・・
異常リセット部。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第２
図 ／、Ｌｌ 望！烈比　ｍ 第　３　図 ｆ １’−７、’１ ス竺”　　ＱＦ　（ＫｃＪ／ハラ 第　４ｉＮ ４８　　　　埼、間　で 第　５　図　　□ 望ン′！！ｊ比　　ｍ 第６図 第８図 火文

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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。