JP2683125B2 - 燃焼装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、回転数検出手段による検出ファン回転数の
フィードバックを伴い燃焼用ファンの回転数を指定され
る回転数に調整するファン回転数制御手段、燃焼量に応
じたファン回転数を前記ファン回転数制御手段に対して
指定する回転数指定手段を備えた燃焼装置に関する。

〔従来の技術〕

上記燃焼装置は、予め設定してある燃焼量とファン回
転数との相関関係に基づき、燃焼量に応じたファン回転
数を指定させて、検出ファン回転数をフィードバックし
ながら、燃焼用ファンの回転数を、その指定回転数に調
整させることにより、燃焼量の変更にかかわらず空燃比
を適正に維持するようにしたものであるが、 従来、この種の燃焼装置では、排気風路の閉塞、排気
風路に対する逆風圧（外風圧）の印加、ないし、ファン
軸の固着化による抵抗増大等が発生しても、燃焼状態に
あるかぎりは、燃焼用ファンの回転数を燃焼量に応じた
指定回転数に調整する上述の回転数制御を一貫して継続
する構成となっていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、ファン軸の固着化による抵抗増大に対
しては上述の回転数制御は有効であるが、すなわち、フ
ァン軸の抵抗が増大してもファン回転数が指定回転数に
調整されることで燃焼用空気の送風量は燃焼量に応じた
適正風量に維持される（空燃比が適正に維持される）
が、排気風路の閉塞や排気風路に対する逆風圧の印加が
生じた場合には、下記の如き不都合を生じた。

つまり、排気風路の閉塞や逆風圧の印加が生じると、
ファンの送風量が低下するが、この閉塞状態ないし逆風
圧印加状態において仮に上述の回転数制御を実施してい
ないとすれば、ファンはその特性上、一定のファン駆動
電流に対し回転数増大傾向となる。ところが、実際には
この回転数増大傾向に対し、検出ファン回転数をフィー
ドバックしての上述の回転数制御が機能して、ファン回
転数が指定回転数に調整（すなわち、回転数低下側に調
整）されてしまうために、ファンの送風量はさらに低下
することとなり、その結果、空燃比の悪化をかえって助
長して不完全燃焼の発生を招く問題があった。

そこで、この問題に対処すべく（第１図参照）、上述
の回転数制御を実行するための冒記の手段、すなわち、
回転数検出手段（20）による検出ファン回転数のフィー
ドバックを伴い燃焼用ファン（３）の回転数を指定され
る回転数に調整するファン回転数制御手段（14）、及
び、燃焼量に応じたファン回転数（Na）を前記ファン回
転数制御手段（14）に対して指定する回転数指定手段
（13）の夫々に加えて、燃焼量に応じたファン駆動電流
（Is）を指定する電流指定手段（17）、前記ファン
（３）の駆動電流を検出する電流検出手段（15）、及
び、前記電流検出手段（15）による検出電流（Io）が前
記電流指定手段（17）による指定電流（Is）よりも小さ
くなったとき、ファン駆動電流を前記指定電流（Is）に
調整するように、前記指定電流（Is）と前記検出電流
（Io）との偏差（ΔＩ）に応じて、前記回転数指定手段
（13）から前記ファン回転数制御手段（14）に指定する
指定回転数を補正（NaＮ）する補正手段（16）を設
け、もって、ファン軸の固着化による抵抗増大に対して
は、検出ファン回転数をフィードバックしながらファン
回転数を回転数指定手段（13）により指定される燃焼量
に応じた指定回転数（Na）に調整する前述の回転数制御
の利点を生かしながらも、排気風路の閉塞や逆風圧印加
が生じた場合には、ファン特性上の回転数増大傾向に対
しファン回転数を低下側である回転数指定手段（13）の
指定回転数（Na）に調整すべく前述の回転数制御におい
てファン駆動電流が低下側に調整されることにより、電
流検出手段（15）による検出電流（Io）が電流指定手段
（17）により指定される燃焼量に応じた指定電流（Is）
よりも小さくなることをもって、閉塞状態ないし逆風圧
印加状態を検知し、そして、この検知に基づき補正手段
（16）により指定電流（Is）と検出電流（Io）との偏差
（ΔＩ）に応じて、回転数指定手段（13）からファン回
転数制御手段（14）に指定する指定回転数を補正（Na
Ｎ）することで、検出電流（Io）が燃焼量に応じた指定
電流（Is）となるようにファン回転数を増大側に調整し
て空燃比を適正に保つようにしたものを開発した。

その結果、排気風路の閉塞や逆風圧の印加と、ファン
軸の固着化による抵抗増大との両方に対処できて、前述
の回転数制御のみを行う従来装置に比べ、不完全燃焼に
対する安全性を大巾に向上し得たが、更に試験・研究を
重ねたところ、排気風路の閉塞や逆風圧の印加に対して
空燃比を適正に保つ上述の補正制御を実行させる上で未
だ改善すべき点があることが判明した。

つまり、ファン駆動電流（Ｉ）とファン回転数（Ｎ）
との関係の代表例を第２図に模式的に示すが、同図に示
される如く、前述の補正制御で基準とする指定電流（I
s）と検出電流（Io）との偏差（ΔＩ）が同じであって
も、燃焼量が小さいときと大きいときとでは（すなわ
ち、ファン駆動電流（Ｉ）のレベルが小さいときと大き
いときとでは）、排気風路の閉塞状態ないし逆風圧の印
加状態が異なり、図上、それら閉塞状態ないし印加状態
でのファン駆動電流（Ｉ）とファン回転数（Ｎ）との相
関を示す状態線（ロ，ハ）の傾きが、燃焼量が小さいと
きほど大となるために（図中（イ）は正常状態を示
す）、同一の電流偏差（ΔＩ）に対して検出電流（Io）
を指定電流（Is）に回復するために要するファン回転数
（Ｎ）の補正巾（ΔN₁），（ΔN₂）は、燃焼量が小さい
ときほど大（ΔN₂＞ΔN₁）となる。

従って、燃焼量の大小にかかわらず単に指定電流（I
s）と検出電流（Io）との偏差（ΔＩ）に応じて前述の
補正制御を実行したのでは、燃焼量が大きい場合と小さ
い場合とで補正制御における応答性に差異を生じ、燃焼
量が大きくて補正巾（ΔＮ）が小さいときには、補正制
御の応答が早すぎてファン回転数の増大補正にいわゆる
オーバーシュートを生じ易くなり、そのために、ファン
回転数を燃焼量に応じた指定回転数（Na）に調整する基
本の回転数制御と電流偏差（ΔＩ）に応じて指定回転数
を補正（NaＮ）する上述の補正制御との間でハンチン
グ現象を招いたり、逆に、燃焼量が小さくて補正巾（Δ
Ｎ）が大きいときには、補正制御の応答が遅くてファン
回転数の増大補正が遅れ、そのために、空燃比の適正化
がかなり遅れるといったことが生じ、この点、未だ改善
の余地があった。

本発明の目的は、排気風路の閉塞や逆風圧の印加と、
ファン軸の固着化による抵抗増大とのいずれにも対処で
きて空燃比を適正に維持でき、しかも、排気風路の閉塞
や逆風圧の印加に対するファン回転数の増大補正を常に
適切に実施できるようにする点にある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による燃焼装置の特徴構成は、回転数検出手段
による検出ファン回転数のフィードバックを伴い燃焼用
ファンの回転数を指定される回転数に調整するファン回
転数制御手段、燃焼量に応じたファン回転数を前記ファ
ン回転数制御手段に対して指定する回転数指定手段を備
える構成において、燃焼量に応じたファン駆動電流を指
定する電流指定手段、前記ファンの駆動電流を検出する
電流検出手段、及び、前記電流検出手段による検出電流
が前記電流指定手段による指定電流よりも小さくなった
とき、ファン駆動電流を前記指定電流に調整するよう
に、前記指定電流と前記検出電流との偏差に応じて、前
記回転数指定手段から前記ファン回転数制御手段に指定
する指定回転数を補正する補正手段を設け、前記補正手
段が、前記指定回転数を補正するときの補正率を燃焼量
が小であるほど大きくするように構成されていることに
あり、その作用・効果は次の通りである。

〔作 用〕

つまり、基本的には、回転数指定手段（13）（第１図
参照）が燃焼量に応じた回転数（Na）をファン回転数制
御手段（14）に指定し、これに対しファン回転数制御手
段（14）は、回転数検出手段（20）による検出回転数を
フィードバックしながらファン回転数を回転数指定手段
（13）から指定される燃焼量に応じた指定回転数（Na）
に調整維持する。したがって、ファン軸の固着化による
抵抗増大があったとしても、この回転数制御によりファ
ン回転数が燃焼量に応じた指定回転数（Na）に調整維持
されることで空燃比は適正に保たれる。

一方、上述の回転数制御状態において排気風路の閉塞
や逆風圧の印加が生じて実際の送風量の低下とともに、
電流検出手段（15）により検出されるファン駆動電流
（Io）が電流指定手段（17）により指定される燃焼量に
応じた指定電流（Is）よりも小さくなると、補正手段
（16）が、指定電流（Is）と検出電流（Io）との偏差
（ΔＩ）に応じて、回転数指定手段（13）からファン回
転数制御手段（14）に指定する指定回転数を補正（Na
Ｎ）することで、検出電流（Io）が燃焼量に応じた指定
電流（Is）となるようにファン回転数が増大側に調整さ
れ空燃比の適正化が図られるが、この際、先述の如く燃
焼量が小さいほど一定の電流偏差（ΔＩ）に対するファ
ン回転数の増大補正巾（ΔＮ）が大きいのに対し、それ
に応じた状態で、補正手段（16）が指定回転数を補正
（NaＮ）するときの補正率（Ｋ）を燃焼量が小である
ほど大きくすることにより、燃焼量の大小にかかわら
ず、すなわち、一定の電流偏差（ΔＩ）に対するファン
回転数の増大補正巾（ΔＮ）が大小異なることにかかわ
らず、補正手段（16）による補正制御において一定の適
切な応答性を得ることができる。

〔発明の効果〕

その結果、排気風路の閉塞や逆風圧の印加と、ファン
軸の固着化による抵抗増大とのいずれに対しても、空燃
比を適正に保つことができ、ファン回転数を燃焼量に応
じた指定回転数に調整維持するだけの回転数制御のみを
実施していた従来装置に比べ、不完全燃焼防止性を大巾
に向上し得るに至った。

しかも、排気風路の閉塞や逆風圧印加が生じたときに
電流偏差に応じファン回転数を増大補正することにおい
て燃焼量の大小にかかわらず一定の適切な応答性を得る
ことができて、先述の如き不都合、すなわち、燃焼量が
大きいとき、補正制御の応答が早すぎてファン回転数の
増大補正にオーバーシュートを生じ易くなり、そのため
に、ファン回転数を燃焼量に応じた指定回転数に調整す
る基本の回転数制御と電流偏差に応じて指定回転数を補
正する補正制御との間でハンチング現象を招いたり、
又、燃焼量が小さいとき、補正制御の応答が遅くてファ
ン回転数の増大補正が遅れ、そのために、空燃比の適正
化が遅れてしまうといった不都合が解消されることで、
排気風路の閉塞や逆風圧の印加が生じたときの空燃比の
適正化が燃焼量の大小にかかわらず常に円滑、かつ、安
定的に実施される装置特性面で極めて優れた燃焼装置と
し得るに至った。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を図面に基づき説明する。

第１図は、燃焼装置の一例としてのガス給湯器の制御
構成を示し、このガス給湯器は、熱交換器（１）と、熱
交換器（１）を加熱するバーナ（２）と、バーナ（２）
へ燃焼用空気を送る燃焼用ファン（３）と、バーナ
（２）に対する燃焼量調整手段（４）とを備えると共
に、空燃比制御手段（５）を備えている。

燃焼量調整手段（４）は、出湯温検出器（６）にて検
出された出湯温をフィードバックしながら加熱量演算部
（７）にて算出される必要加熱量に基づき、バーナ
（２）への燃料供給量を調節する電磁比例式ガス供給調
節弁（８）に対する駆動電流を比例弁電流演算部（９）
により算出し、そして、この算出駆動電流値に基づき比
例弁駆動回路（10）によりガス供給調節弁（８）に対し
開閉操作駆動を行って、バーナ（２）への燃料供給量
（すなわち、バーナ（２）の燃焼量）を算出必要加熱量
に応じた量に調節するものである。

加熱量演算部（７）は、具体的には給水温検出器（1
1）による検出給水温と、水量検出器（12）による検出
水量と、出湯温検出器（６）による検出出湯温と、設定
温とに応じて必要な加熱量を演算する。

空燃比制御手段（５）は、予め設定された、加熱量と
ファン回転数（Ｎ）との相関関係に基づき、加熱量演算
部（７）にて算出された必要加熱量（燃焼量）に応じた
ファン回転数（Na）を指定する回転数指定手段としてフ
ァン第１目標回転数演算部（13）と、その指定回転数
（Na）に基づいて燃焼用ファン（３）の回転数を制御す
るファン回転数制御手段（14）と、燃焼用ファン（３）
の駆動電流を検出する電流検出手段としてファン駆動電
流検出部（15）と、この検出電流に基づいて上記指定回
転数（Na）を補正する補正手段（16）と、算出必要加熱
量（燃焼量）に応じたファン駆動電流を補正手段（16）
に対して指定する電流指定手段（17）とから構成されて
いる。

ファン回転数制御手段（14）は、速度演算部（18）、
ファン駆動回路（19）、及び、回転数検出部（20）を備
え、速度演算部（18）は、現に回転駆動しているファン
（３）の回転数を指定される回転数に一致させるように
PID（比例・積分・微分）制御による演算処理を行い、
ファン駆動回路（19）は、速度演算部（18）により演算
処理された結果に基づいて燃焼用ファン（３）のトラン
ジスタ・モータを駆動する。

又、回転数検出部（20）は、燃焼用ファン（３）の回
転羽根の回転数、又は燃焼用ファン（３）に対するトラ
ンジスタ・モータの回転数を検出して、その検出回転数
を速度演算部（18）へとフィードバックする。

電流指定手段（17）は、ファン回転数（Ｎ）とファン
駆動電流（Ｉ）との標準相関関係を記憶させたメモリ
（21）と、この記憶されたファン回転数（Ｎ）とファン
駆動電流（Ｉ）との標準相関関係を参照して前記ファン
第１目標回転数演算部（13）による指定回転数（Na）に
応じた（換言すれば、算出必要加熱量（燃焼量）に応じ
た）基準となる指定電流（Is）を演算する基準電流演算
部（22）とからなり、この指定電流（Is）を補正手段
（16）に対し指定する。

補正手段（16）は、オフセット回路（23）と補正率演
算部（24）と補正演算部（25）とからなり、前記ファン
駆動電流検出部（15）による検出電流（Io）が前記電流
指定手段（17）による指定電流（Is）よりも小さくなっ
たときに、ファン駆動電流（Ｉ）を指定電流（Is）に調
整するように、指定電流（Is）と検出電流（Io）との偏
差（ΔＩ）に応じて、前記ファン第１目標回転数演算部
（13）からファン回転数制御手段（14）の前記速度演算
部（18）に指定する指定回転数（Na）を補正（NaＮ）
する制御手段である。

オフセット回路（23）は、電流指定手段（17）による
指定電流（Is）とファン駆動電流検出部（15）による検
出電流（Io）との電流偏差（ΔＩ）が負のときのみ、つ
まり検出電流（Io）が指定電流（Is）よりも小さくなっ
たときにスイッチON状態となるスイッチング機能を果た
す回路である。

補正率演算部（24）は、前記加熱量演算部（７）によ
り算出された必要加熱量（燃焼量）に応じた補正率
（Ｋ）を演算するものであり、燃焼量が小さいほど大き
な補正率（Ｋ）を算出するようになっている。

そして、補正演算部（25）は、補正率演算部（24）に
より演算された補正率（Ｋ）と前記の電流偏差（ΔＩ）
との積に比例して指定回転数の補正（NaＮ）を実行す
る構成となっている。

第２図は、ファン駆動電流（１）とファン回転数
（Ｎ）との相関関係を示すが、図中、右側の（ΔＩ）は
燃焼量が大きいときに生じた電流偏差を代表的に示し、
左側の（ΔＩ）は燃焼量が小さいとき生じた電流偏差を
代表的に示す。又、図中（イ）は正常状態におけるファ
ン駆動電流（Ｉ）とファン回転数（Ｎ）との相関を示
し、これに対し、（ロ）及び（ハ）は燃焼量が大きいと
き、及び、小さいときの夫々において、上記の電流偏差
（ΔＩ）が生じた排気風路閉塞状態ないし逆風圧印加状
態でのファン駆動電流（Ｉ）とファン回転数（Ｎ）との
相関を示す。

そして、この第２図に基づいて上述補正手段（16）に
よる補正制御を説明すると、燃焼量が大きいとき、及
び、小さいときのいずれの場合においても、検出電流
（Io）がそのときの指定電流（Is）よりも小となって電
流偏差（ΔＩ）が生じると、そのときの排気風路閉塞状
態ないし逆風圧印加状態（（ロ）又は（ハ）に示される
状態）において、検出電流（Io）をそのときの指定電流
（Is）に回復すべく、電流偏差（ΔＩ）に応じて補正手
段（16）により指定回転数が増大補正（Na→Ｎ）され
る。

又、この補正にあたり、燃焼量が大きいときと小さい
ときとでは、電流偏差（ΔＩ）が同じであっても状態線
（ロ），（ハ）の傾きの違いにより、燃焼量が小さいと
きほどファン回転数（Ｎ）の増大補正巾（ΔＮ）が大で
ある（ΔN₂＞ΔN₁）ことに対し、補正手段（16）は、燃
焼量の大小にかかわらず、すなわち、補正巾（ΔN₁），
（ΔN₂）の大小にかかわらず補正制御において一定の応
答性を得るべく、燃焼量が小さいほど補正率（Ｋ）を大
にして補正制御を実行する。

〔別実施例〕

前述実施例においては、加熱量演算部（７）が算出す
る必要加熱量（燃焼量）に応じて補正率（Ｋ）を直接的
に算出するようにしたが、これに代えて、回転数指定手
段としてのファン第１目標回転数演算部（13）により指
定される燃焼量に応じた指定回転数（Na）に基づき、燃
焼量に応じた補正率（Ｋ）を算出する構成としても良
い。

尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にする
為に符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構
造に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の実施例を示し、第１図はブ
ロック構成図、第２図はファン回転数とファン駆動電流
との相関を示すグラフである。 （３）……ファン、（13）……回転数指定手段、（14）
……ファン回転数制御手段、（15）……電流検出手段、
（16）……補正手段、（17）……電流指定手段、（20）
……回転数検出手段。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転数検出手段（20）による検出ファン回
   転数のフィードバックを伴い燃焼用ファン（３）の回転
   数を指定される回転数に調整するファン回転数制御手段
   （14）、燃焼量に応じたファン回転数を前記ファン回転
   数制御手段（14）に対して指定する回転数指定手段（1
   3）を備えた燃焼装置であって、 燃焼量に応じたファン駆動電流を指定する電流指定手段
   （17）、前記ファン（３）の駆動電流を検出する電流検
   出手段（15）、及び、前記電流検出手段（15）による検
   出電流が前記電流指定手段（17）による指定電流よりも
   小さくなったとき、ファン駆動電流を前記指定電流に調
   整するように、前記指定電流と前記検出電流との偏差に
   応じて、前記回転数指定手段（13）から前記ファン回転
   数制御手段（14）に指定する指定回転数を補正する補正
   手段（16）を設け、前記補正手段（16）が、前記指定回
   転数を補正するときの補正率を燃焼量が小であるほど大
   きくするように構成されている燃焼装置。