JP2707030B2

JP2707030B2 - ガス器具の燃焼制御方法

Info

Publication number: JP2707030B2
Application number: JP4231945A
Authority: JP
Inventors: 雅昭中浦
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 1992-08-31
Filing date: 1992-08-31
Publication date: 1998-01-28
Anticipated expiration: 2013-01-28
Also published as: JPH0674444A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はガス器具の燃焼制御方
法、特に、燃焼排気に含まれる窒素酸化物の量を少なく
する燃焼制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来技術及び課題】完全燃焼に必要な空気量の全てを
一次空気として混合させて燃焼を行う全一次空気式のガ
ス燃焼器は概略図７の如く構成されている。ガス量調整
弁(15)を具備するガス回路(10)は給気用ファン(12)のフ
ァンケースに接続されていると共に、該ファン(12)の吐
出口(13)は多数の炎孔(21)(21)が穿設されたバーナプレ
ート(20)に下方から臨んでいる。又、前記バーナプレー
ト(20)の特定の炎孔(21)の上方には炎監視用の熱電対(2
4)が配設されていると共に、該熱電対(24)の出力は制御
装置(5）に印加されており、該制御装置(5）によって、
上記ガス量調整弁(15)の開度やファン(12)の回転数が制
御されるようになっている。

【０００３】このものでは、バーナ(2）の燃焼に伴なっ
て生じる窒素酸化物の発生量を可能な限り少なく抑え得
るようにしており、このため、燃焼制御動作に支障を来
さない範囲で大きな空気過剰率が確保できるよにガス量
調整弁(15)の開度やファン(12)の回転数が制御されるよ
うにしている。即ち、空気過剰率を大きくすることによ
り、ガスの燃焼に関与しない余剰空気を炎内に混入させ
て該炎を冷却し、該冷却により窒素酸化物の発生量を抑
えるのである。尚、空気過剰率と窒素酸化物の発生量は
図５に示すような関係があり、空気過剰率λの増加に伴
って窒素酸化物の発生量は減少する。

【０００４】さて、上記従来のものにおいて火力調節つ
まみ(51)を操作すると、予め定められた演算式に従って
ガス量調整弁(15)の開度やファン(12)の回転数を制御
し、これにより、窒素酸化物の発生量を抑えた燃焼状態
が確保できるようにガスと空気を混合させて空気過剰率
を調整する。次に、熱電対(24)の出力を監視しながら、
ファン(12)やガス量調整弁(15)をフィードバック制御し
て可能な限り大きな空気過剰率に保ちながら窒素酸化物
の発生量を最小限に抑える微調整を行う。

【０００５】即ち、炎孔(21)(21)に形成された炎が赤火
状態となって熱電対(24)の出力が大きいときには空気不
足と判断して、ガス量調整弁(15)を絞るか又はファン(1
2)の回転数を増加させ、ガスと空気の混合割合を変化さ
せて空気過剰率を大きくする。又、上記とは逆に、熱電
対(24)の出力が低下したときは、空気過剰と判断して上
記と逆の制御を行う。

【０００６】しかしながら、上記従来のものでは、窒素
酸化物の発生量を十分に低く抑えることができないとい
う問題があった。上記問題点について更に詳述する。炎
孔(21)(21)から噴出するガスの空気過剰率が高くなる
と、既述したように燃焼に関与しない余剰空気が炎を冷
却する。すると、ガスの燃焼速度が遅くなって炎はリフ
ト傾向を示す。

【０００７】又、図６を見ると、空気過剰率が約１．２
以上の空気過剰側では、空気過剰率に対する熱電対(24)
の出力変化が小さいことから、熱電対(24)の出力が僅か
に低下したとき空気過剰率は極めて顕著に増加してい
る。従って、炎孔(21)(21)に形成された炎がリフトする
ほど空気過剰状態になったときに、これを熱電対(24)の
出力で判断してファン(12)やガス量調整弁(15)をフィー
ドバック制御しても、既に失火状態になっている恐れが
高い。又、熱電対(24)の出力は緩慢に変化することか
ら、上記ファン(12)等の制御動作の遅れが一層顕著にな
って適正な燃焼制御の実現を阻害する。

【０００８】そこで、上記従来のものでは失火防止の
為、設定の空気過剰率をあまり高くすることができず、
現実的には空気過剰率に対する熱電対(24)の出力変化が
大きい範囲を選択すべく該空気過剰率を「1.1 」程度に
設定して燃焼制御を行っている。従って、空気過剰率を
「1.1 」程度に設定している既述従来のものでは、図５
から解るように窒素酸化物の発生量が十分に軽減されて
いるとは言えない。このように、既述従来のものでは、
空気過剰率をあまり大きくできない分だけ、窒素酸化物
の発生量を十分に抑えることができないのである。

【０００９】尚、炎を監視する上記熱電対（２４）に代
えてフレームロッドを使用する場合には、該フレームロ
ッドは専ら炎の有無を検知する機能を有するだけである
ことから、バーナ（２）に形成された炎を上記従来のも
のと同様に単純に監視するだけでは失火前に、該失火を
防止をすることはできない。本発明は上記の点に鑑みて
成されたもので、『複数の炎孔（２１）（２１）を具備
するバーナ（２）と、燃焼に必要な空気量を全て一次空
気として前記バーナ（２）に供給するファン（１２）
と、上記バーナ（２）へのガス回路（１０）に挿入した
ガス量調整弁（１５）と、更に、上記炎孔の近傍に配設
された炎の有無を検知するフレームロッド等の炎監視セ
ンサを具備し、該炎監視センサの信号によってガス量調
整弁（１５）の開度やファン（１２）の回転数を制御し
て空気過剰率をコントロールし、これにより、燃焼排気
に含まれる窒素酸化物の量を抑制するようにしたガス器
具の燃焼制御方法』において、炎孔（２１）（２１）か
ら噴出するガスの空気過剰率を大きく設定できるように
して燃焼排気中に於ける窒素酸化物の量を一層少なくし
得るようにすることをその課題とする。［請求項１の発
明について］

【００１０】

【技術的手段】上記課題を解決するための請求項１の発
明の技術的手段は、『炎監視センサが検知する炎孔（２
１）から噴出するガスの空気過剰率を他の炎孔（２１）
（２１）から噴出するガスの空気過剰率よりも高く設定
し、上記炎監視センサが失火信号を出すまで全体の空気
過剰率を増加させるようにした』ことである。

【００１１】

【作用】上記技術的手段は次のように作用する。ガス量
調整弁(15)の開度を絞ったりファン(12)の回転数を増加
させることによって、バーナ(2）に供給するガスの空気
過剰率を増加させると、燃焼排気中の窒素酸化物の量が
次第に減少する。

【００１２】又、上記空気過剰率が増加すると各炎孔
（２１）（２１）に形成される炎はリフトし易くなる
が、炎監視センサが検知する特定の炎孔（２１）から噴
出するガスは他の炎孔（２１）（２１）から噴出するガ
スより空気過剰率を高く設定していることから、該特定
の炎孔（２１）に形成された炎は他の炎孔（２１）（２
１）に形成された炎より先行してリフトして失火するこ
ととなる。すると、上記特定の炎孔（２１）の炎がリフ
トしたり失火したりして該炎を監視する炎監視センサが
炎の存在を検知しなくなった場合には、炎監視センサが
失火信号を出す。即ち、他の炎孔（２１）（２１）に形
成された炎のリフト又は失火に先行して上記炎監視セン
サから失火信号が出力されるのである。

【００１３】そして、上記炎監視センサから失火信号が
出ると、ファン（１２）やガス量調整弁（１５）を制御
して全体の空気過剰率の増加を停止させる。このよう
に、上記技術的手段によれば、他の炎より先行して失火
する特定の炎を監視する為の炎監視センサの失火信号を
利用することにより、該失火信号が発生したときに全体
の空気過剰率の増加動作を停止させるから、これら炎孔
（２１）（２１）に形成される炎が失火する直前に該失
火を防止することができ、該炎孔（２１）（２１）から
噴出するガスの空気過剰率を大きくしてもバーナ（２）
が失火してしまう恐れがない。即ち、上記技術的手段に
よれば、バーナ（２）から噴出するガスの空気過剰率を
十分に大きく設定できるのである。

【００１４】

【効果】請求項１の発明は次の特有の効果を有する。バ
ーナ(2）から噴出するガスの空気過剰率を大きく設定で
きるから、その分、窒素酸化物の発生量を少なくするこ
とができる。炎監視センサが検知する失火信号は、炎の
有無を示す信号であり、熱量の大きさを示す信号でない
から、炎が存在する場合とこれが消失した場合では、炎
監視センサから出力される信号が明確に区別できること
となり、ファン(12)等の制御が迅速且つ簡便に行える。

【００１５】

【実施例】次に、上記した請求項１の発明を実施するガ
ス燃焼装置を図面に従って詳述する。図１に示すよう
に、ファン(12)の吐出口(13)の下流側に接続されたバー
ナ(2）の内部には、ガス噴出パイプ(25)が水平配設され
ており、該ガス噴出パイプ(25)にはガス回路(10)からガ
ス供給されるようになっている。又、上記ガス噴出パイ
プ(25)の側壁上面には、等間隔でガス噴出孔(26)(26)が
穿設されており、これらガス噴出孔(26)(26)から噴出さ
れるガスは、その上方のバーナプレート(20)に穿設され
た炎孔(21)(21)から噴出するようになっている。

【００１６】炎監視センサとしてのフレームロッド(23)
に対応する特定の炎孔(21)の下方には、給気パイプ(32)
の下流端(33)が対向しており、更に該給気パイプ(32)の
上流端(34)はファン(12)の吐出口(13)内に導かれてい
る。そして、上記給気パイプ(32)からの供給空気によ
り、フレームロッド(23)に対応する特定の炎孔(21)から
噴出するガスの空気過剰率を、他の炎孔(21)(21)から噴
出するガスの空気過剰率よりも０．３程度大きくなるよ
うにしている。即ち、各炎孔(21)(21)から噴出するガス
の空気過剰率が１．３の場合、フレームロッド(23)に対
応する特定の炎孔(21)から噴出するガスの空気過剰率が
１．６程度になるようにしているのである。

【００１７】又、上記フレームロッド(23)や、ガス回路
(10)に挿入したガス量調整弁(15)や更にファン(12)等は
既述従来のものと同様に制御装置(5）に電気接続されて
いる。このものでは、ガス噴出パイプ(25)から供給され
るガスは、等間隔で穿設されたガス噴出孔(26)(26)から
均一に噴出し、該噴出ガスに対してファン(12)からの供
給空気が一次空気として混合せしめられる。そして、燃
焼に必要な空気が混合せしめられたガスは、各炎孔(21)
(21)から均一に噴出して燃焼せしめられる。

【００１８】他方、フレームロッド(23)に対応する特定
の炎孔(21)から噴出するガスの空気過剰率は、給気パイ
プ(32)からの給気作用によって各炎孔(21)(21)から噴出
するガスの空気過剰率より高く設定されているから、上
記特定の炎孔(21)に形成される炎は他の炎孔(21)(21)に
形成される炎より空気過多の状態で燃焼する。そして、
バーナ(2）の燃焼に伴なう窒素酸化物の発生量を抑える
べく各炎孔(21)(21)から噴出するガスの空気過剰率を上
昇させて行き、該空気過剰率が図６で示す１．３まで上
昇すると、フレームロッド(23)に対応する特定の炎孔(2
1)から噴出するガスの空気過剰率が１．６に達し、該特
定の炎孔(21)に形成されていた炎はリフトして失火す
る。

【００１９】フレームロッド(23)に対応する炎孔(21)の
炎がリフト又は失火して該フレームロッド(23)が炎で包
まれない状態になると、上記失火を検知する前記フレー
ムロッド(23)の出力電流が「０」に落ちてこれが制御装
置(5）に印加される。すると、該制御装置(5）は図２に
示すように、ファン(12)の回転数を低下させ、これによ
り、各炎孔(21)(21)に形成される炎が失火する前に、該
炎孔(21)(21)から噴出するガスの空気過剰率を若干低下
させる。即ち、フレームロッド(23)に対応する炎孔(21)
から噴出するガスの空気過剰率が１．６に達して該炎孔
(21)(21)の炎が消失すると、このときに空気過剰率が
１．３になっている他の炎孔(21)(21)の空気過剰率を若
干低下させる制御を行う。又、ファン(12)の回転数を低
下させた結果、フレームロッド(23)に対応する炎孔(21)
に炎が再形成されると、これを検知する前記フレームロ
ッド(23)の出力電流を判断してファン(12)の回転数を増
加させて空気過剰率を上昇させる。

【００２０】このように、フレームロッド(23)の出力を
監視しながらファン(12)の回転数を増減させることによ
り、各炎孔(21)(21)から噴出するガスの空気過剰率を約
１．３程度にコントロールする。尚、上記実施例では、
ファン(12)の回転数を制御することによって空気過剰率
をコントロールするようにしたが、ガス量調整弁(15)の
開度を制御することによって空気過剰率をコントロール
するようにしてもよい。

【００２１】図３に示す実施例は、ガス噴出パイプ(25)
の側壁上面に等間隔で穿設された複数の大径孔(27)(27)
と一つの小径孔(28)を穿設すると共に、夫々の大径孔(2
7)(27)及び小径孔(28)の相互間を区画する区画壁(29)(2
9)を等間隔で配設したものである。このものでは、小径
孔(28)から噴出するガス量は他の大径孔(27)(27)からの
噴出ガス量に比べて少ないので、該小径孔(28)の上方に
位置する炎孔(21)から噴出するガスの空気過剰率が他の
炎孔(21)(21)のそれより高くなる。そして、空気過剰率
の高い上記炎孔(21)(21)に臨むフレームロッド(23)の出
力を判断することにより、既述第１実施例と同様に燃焼
動作をコントロールする。

【００２２】尚、上記実施例では、区画壁(29)(29)で区
切られる単一の区画空間に各一個の大径孔(27)又は小径
孔(28)を設けたが、上記単一の区画空間に複数の小径孔
(28)(28)を対応させると共に他の区画空間に単一又は複
数の大径孔(27)を対応させてもよい。この場合、上記小
径孔(28)(28)の合計面積が、上記単一の区画空間に対応
する一つの大径孔の面積又は、単一の区画空間に対応す
る複数の大径孔の合計面積より小さくなるようにする。

【００２３】又、上記大径孔(27)(27)の間を区切る区画
壁(29)は必ずしも設ける必要はない。更に、バーナプレ
ート(20)とガス噴出管(25)の間隔が小さない場合等、小
径孔(28)に対応する炎孔(21)と大径孔(27)(27)に対応す
る炎孔(21)(21)の夫々に流れ込むガス量に差を設けるこ
とができる場合は、区画壁(29)を設ける必要はない。
尚、上記いずれの実施例においても、炎監視センサとし
てフレームロッド(23)を採用したが、炎の有無を瞬時に
判断できる方式のものであるならばホトトランジスタ等
の光センサで炎の失火を検知するようにしてもよい。［請求項２の発明について］請求項２の発明は、上記請
求項１の発明と同一課題を解決するものである。

【００２４】

【技術的手段】上記課題を解決するための請求項２の発
明の技術的手段は、『炎監視センサが検知する炎孔（２
１）からのガス噴出速度を他の炎孔（２１）（２１）か
ら噴出するガスの噴出速度よりも速く設定し、上記炎監
視センサが失火信号を出すまで空気過剰率を増加させる
ようにした』ことである。

【００２５】

【作用・効果】上記技術的手段によれば、炎監視センサ
に対応する炎孔（２１）からのガス噴出速度が他の炎孔
（２１）（２１）からのガス噴出速度より大きく設定さ
れているから、空気過剰状態においては、前者の炎孔
（２１）に形成される炎が後者の炎孔（２１）（２１）
に形成される炎より先行してリフトして失火することと
なる。

【００２６】従って、上記技術的手段によれば、請求項
１の発明と同様に、各炎孔(21)(21)に形成された炎が失
火する直前に、該失火を防止することができ、空気過剰
率を大きくしてもバーナ(2）が失火してしまう恐れがな
い。即ち、空気過剰率を大きく設定して窒素酸化物の発
生量を少なくすることができるのである。

【００２７】

【実施例】次に、上記した請求項２の発明の実施例を図
４を引用しながら記載する。図４に示す燃焼装置では、
バーナプレート(20)に穿設した炎孔(21)(21)のうち、フ
レームロッド(23)に対応する特定の炎孔(21)の下部を直
径拡大させて該炎孔(21)の小径部分の距離を短くし、こ
れにより、該炎孔(21)部分を通過するガスの通過抵抗を
小さくしている。従って、該特定の炎孔(21)からのガス
噴出速度は、他の炎孔(21)(21)の噴出速度より大きくな
り、フレームロッド(23)に対応する炎孔(21)部分に形成
される炎は、他の炎孔(21)(21)に形成される炎に比べて
リフトし易くなる。即ち、上記ガス噴出速度が高い特定
の炎孔(21)に形成される炎は、他の炎孔(21)(21)に形成
される炎より先行して失火するようになっているのであ
る。尚、この実施例においては、炎孔(21)(21)から噴出
するガスの空気過剰率が１．３に達したときに、フレー
ムロッド(23)に対応する炎孔(21)の炎がリフトして失火
することとなるように、該特定の炎孔(21)のガス噴出速
度を若干大きく設定している。

【００２８】このものでは、他の炎孔(21)(21)より先行
してリフト・失火する上記ガス噴出速度の大きな炎孔(2
1)に形成された炎がリフト又は失火したことをフレーム
ロッド(23)が検知しすると、該検知信号が制御装置(5）
に印加されることとなる。以後、既述請求項１の発明の
実施例と同様に、ファン(12)の回転数を増加したりガス
量調整弁(15)の開度を調節することによって炎孔(21)(2
1)から噴出するガスの空気過剰率を１．３程度に維持す
る制御を実行する。

【００２９】尚、上記実施例では、特定の炎孔(21)の下
部を直径拡大させて該炎孔(21)の距離を短くしたが、該
炎孔(21)の上部を直径拡大させてもよい。又、既述請求
項１の発明の実施例と同様、この実施例においても炎の
有無を瞬時に判断できる方式のものであるならば、フレ
ームロッド(23)に代えてホトトランジスタ等の光センサ
が使用できることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に対応する発明の第１実施例の説明図

【図２】空気過剰率を調整する際の制御動作説明図

【図３】請求項１に対応する発明の第２実施例の説明図

【図４】請求項２に対応する発明の実施例の説明図

【図５】空気過剰率と窒素酸化物の発生量の関係を示す
グラフ

【図６】空気過剰率とフレームロッド(23)の出力の関係
を示すグラフ

【図７】従来例の説明図

【符号の説明】

(2）・・・バーナ (10)・・・ガス回路 (12)・・・ファン (15)・・・ガス量調整弁 (21)・・・炎孔

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の炎孔（２１）（２１）を具備する
バーナ（２）と、燃焼に必要な空気量を全て一次空気と
して前記バーナ（２）に供給するファン（１２）と、上
記バーナ（２）へのガス回路（１０）に挿入したガス量
調整弁（１５）と、更に、上記炎孔の近傍に配設された
炎の有無を検知するフレームロッド等の炎監視センサを
具備し、該炎監視センサの信号によってガス量調整弁
（１５）の開度やファン（１２）の回転数を制御して空
気過剰率をコントロールし、これにより、燃焼排気に含
まれる窒素酸化物の量を抑制するようにしたガス器具の
燃焼制御方法において、炎監視センサが検知する炎孔
（２１）から噴出するガスの空気過剰率を他の炎孔（２
１）（２１）から噴出するガスの空気過剰率よりも高く
設定し、上記炎監視センサが失火信号を出すまで全体の
空気過剰率を増加させるようにしたガス器具の燃焼制御
方法。
【請求項２】複数の炎孔（２１）（２１）を具備する
バーナ（２）と、燃焼に必要な空気量を全て一次空気と
して前記バーナ（２）に供給するファン（１２）と、上
記バーナ（２）へのガス回路（１０）に挿入したガス量
調整弁（１５）と、更に、上記炎孔の近傍に配設された
炎の有無を検知するフレームロッド等の炎監視センサを
具備し、該炎監視センサの信号によってガス量調整弁
（１５）の開度やファン（１２）の回転数を制御して空
気過剰率をコントロールし、これにより、燃焼排気に含
まれる窒素酸化物の量を抑制するようにしたガス器具の
燃焼制御方法において、炎監視センサが検知する炎孔
（２１）からのガス噴出速度を他の炎孔（２１）（２
１）から噴出するガスの噴出速度よりも速く設定し、上
記炎監視センサが失火信号を出すまで空気過剰率を増加
させるようにしたガス器具の燃焼制御方法。