JP2784562B2 - 燃焼制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はボイラ等の燃焼器におけ
る燃焼状態を制御するための燃焼制御装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】例えば、工場内の暖房装置に蒸気を供給
するボイラにおいては、バーナの火炎によって水を加熱
して蒸気にしている。このボイラでは、暖房装置で使用
される蒸気の量に応じて蒸気の圧力（蒸気圧）が変動す
ることから、同暖房装置への安定した蒸気の供給を行う
には、蒸気圧が常に一定となるように、ボイラの運転状
態を制御する必要がある。

【０００３】そこで従来は、図８で示すように、バーナ
７０へ燃料を導く燃料供給路７１に燃料調整弁７２を設
けるとともに、同バーナ７０へ空気を導く空気供給路７
３に空気調整弁７４を設けている。また、蒸気圧を検出
する圧力計７５をボイラ７９に設けている。さらに、前
記蒸気圧に応じて燃料供給量を制御するためのコントロ
ーラ７６が設けられている。すなわち、このコントロー
ラ７６は、圧力計７５による蒸気圧が予め定められた目
標蒸気圧と同一となるように、燃料調整弁７２の開度を
コントロールモータ７７にて調整し、バーナ７０への燃
料供給量を増減させている。さらに、この燃料の供給に
ともない空気を供給させるために、リンク機構７８を用
いて、前記燃料調整弁７２と空気調整弁７４とを機械的
に連結させている。従って、一つのコントロールモータ
７７の作動によって、燃料調整弁７２の開度調整と空気
調整弁７４の開度調整とが行われる。

【０００４】しかし、この技術では、主として燃料供給
量が適正となるように燃料調整弁７２の開度調整が行わ
れ、それに付随して空気調整弁７４の開度調整が機械機
構的に行われることから、空気供給量の微調整ができな
い。そのため、適正量よりも多めの空気がバーナ７０に
供給されるような設定がなされている。

【０００５】これは、以下の理由による。ボイラの燃焼
能力に対する燃料供給量の比率と、燃焼による排気ガス
中の酸素濃度（空気流量に相当）との間には図９で示す
ような関係がある。図中の特性線Ｌ１は煙が出ない最小
の酸素濃度であり、特性線Ｌ１以下の領域は発煙不完全
燃焼領域である。ここで、煙の発生を防止し、かつ、空
気の過剰供給に起因する熱損失を少なくするという観点
からは、特性線Ｌ１よりもわずかに高い特性線Ｌ４に従
って空気供給量を制御することが望ましい。

【０００６】しかし、燃料が非圧縮性流体であるのに対
し、空気が圧縮性流体であることから、前記の空気供給
量制御を行っていると、燃料の供給量が急激に変化した
場合、その変化に空気の供給が追従しきれず、若干の遅
れをともなう。そして、この遅れにより、図９において
二点鎖線で示すように、酸素濃度が瞬間的に低下して発
煙領域に入り込み、煙が発生してしまう。そのため、上
記の不具合を防止するために、実際には前記特性線Ｌ１
よりもかなり多めの酸素濃度となるような特性線Ｌ５を
設定して空気供給量を制御している。

【０００７】従って、急激な燃料供給量の変化等のない
ボイラ７９の定常運転時には、過剰量の空気がバーナ７
０に供給されて熱損失が増大してしまう。この現象は、
省エネの観点からは好ましくない。

【０００８】そこで、図１０で示すように、２つのコン
トロールモータ８１，８２と、２つのリンク機構８３，
８４と、２つのコントローラ８５，８６とを用いて、燃
料調整弁７２の開度調整及び空気調整弁７４の開度調整
を別々に行い、燃料供給量に対して最適な空気供給量と
なるような制御を行うことが考えられる。その一つとし
て、特開平３−１６４６１４号公報に開示された技術が
ある。

【０００９】この技術では、第１コントローラ８５は、
圧力計７５による蒸気圧が予め定められた目標蒸気圧と
同一となるように、燃料調整弁７２の開度をリンク機構
８３及びコントロールモータ８１によって調整させ、バ
ーナ７０への燃料供給量を増減させている。また、光セ
ンサ８８を内蔵したセンサアンプ８７によって、火炎光
の状態が電気信号に変換されると、第２コントローラ８
６はセンサアンプ８７からの出力信号を周波数解析した
後、全周波数領域での強度積分値である振動パワーを求
める。そして、第２コントローラ８６は、前記振動パワ
ーを流量計８９による燃料流量に応じた最適振動パワー
に一致させるべく、前記空気調整弁７４の開度を調整す
るようにしている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、後者の技術
においては、燃料供給系と空気供給系とを完全に独立さ
せてそれぞれ別々に制御しているので、以下の問題点を
有している。

【００１１】（１）センサアンプ８７、第２コントロー
ラ８６等の空気供給系の制御装置に何らかの異常が起こ
った場合、燃料調整弁７２の開度が変化して燃料供給量
が増加しても、空気調整弁７４の開度が変化しないこと
がある。この場合、バーナ７０への空気供給量が不足す
るおそれがある。

【００１２】（２）燃料供給量が急激に増加しても、空
気供給系側での機械的な追従遅れ等が原因で、瞬間的に
空気調整弁７４の開度調整を行うことができず、一時的
な空気不足を招く。

【００１３】（３）燃料が非圧縮性流体であるのに対
し、空気は圧縮性流体である。このため、燃料供給量の
変化に空気供給量を追従させようとすると、より速く空
気調整弁７４を開閉動作させる必要がある。しかし、空
気調整弁駆動用のコントロールモータ８２は、その駆動
軸８２ａが９０゜回転するのに１５〜３０秒を要する。
これに対し、駆動軸８２ａのわずかな回転で空気調整弁
７４が大きく開閉するように、リンク機構８４のうち駆
動軸８２ａ側のロッド９１を長くすることが考えられ
る。しかし、このようにすると、当然のことながら、空
気調整弁７４の分解能が低下し、空気供給量の微調整が
困難となる。

【００１４】（４）燃料供給量が変動した場合に不完全
燃焼が発生しないような空気供給を行うには、空気供給
系での各種制御パラメータの調整、リンク機構８４のロ
ッドの長さ調整等を行う必要があり、調整工数が多い。

【００１５】本発明は上述した両技術の問題点を解決す
るためになされたものであり、その目的は、空気供給量
の微調整を可能にして、適正量の空気をバーナに供給で
きるばかりでなく、空気供給系の制御装置の異常時や燃
料供給量の急増時における空気供給不足を解消し、さら
には空気供給系での各種制御パラメータの調整、リンク
機構の各部の長さ調整等を不要とし、調整工数の低減を
図ることのできる燃焼制御装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、燃焼室内へ火炎を発するバーナと、燃料供
給路を介して前記バーナに供給される燃料の流量を調整
可能な燃料調整弁と、空気供給路を介して前記バーナに
供給される空気の流量を調整可能な空気調整弁と、前記
燃料調整弁及び空気調整弁に動力伝達用ロッドにより機
械的に連結され、その動力伝達用ロッドを介して両調整
弁を所望開度に調整するための開度調整用アクチュエー
タと、前記バーナの火炎による被加熱流体の加熱状態を
検出する加熱状態検出手段と、前記加熱状態検出手段に
よる被加熱流体の加熱状態が予め定められた加熱状態と
なるように、前記開度調整用アクチュエータを駆動制御
する第１の制御手段と、前記バーナからの火炎光の状態
を検出する火炎光検出手段と、前記動力伝達用ロッドの
ロッド長を変更させ、そのロッド長の調節により、前記
開度調整用アクチュエータによる空気調整弁の開度特性
を調整するためのロッド長可変部材と、前記火炎光検出
手段による火炎光の状態からそのときの燃焼状態を求
め、その燃焼状態が予め定められた最適燃焼状態となる
ように、前記ロッド長可変部材を駆動制御する第２の制
御手段とを備えている。

【００１７】

【作用】バーナが発する火炎によって被加熱流体が加熱
され、その加熱状態が加熱状態検出手段によって検出さ
れると、第１の制御手段はそのときの加熱状態が予め定
められた加熱状態となるように、開度調整用アクチュエ
ータを駆動制御する。この駆動は動力伝達用ロッドを介
して燃料調整弁及び空気調整弁に伝達され、両調整弁が
所望開度に調整される。すると、燃料供給路を介してバ
ーナに供給される燃料の流量が調整されるとともに、空
気供給路を介してバーナに供給される空気の流量が調整
される。

【００１８】前記燃料流量及び空気流量の制御時には、
バーナからの火炎光の状態が火炎光検出手段によって検
出される。第２の制御手段は、火炎光検出手段による火
炎光の状態からそのときの燃焼状態を求める。そして、
第２の制御手段は、その燃焼状態が予め定められた最適
燃焼状態となるようにロッド長可変部材を駆動制御す
る。この駆動により前記動力伝達用ロッドのロッド長が
変更される。すると、前記開度調整用アクチュエータに
よる空気調整弁の開度特性が調整される。

【００１９】従って、加熱状態検出手段、開度調整用ア
クチュエータ、動力伝達用ロッド及び第１の制御手段に
よって燃料調整弁及び空気調整弁の各開度が調整される
ことで、燃料供給量制御及び基本的な空気供給量制御が
行われる。このうちの空気供給量の微調整は、火炎光検
出手段、ロッド長可変部材及び第２の制御手段によって
行われる。

【００２０】このため、燃料供給量が急激に増加した場
合、第１の制御手段側だけで対応しようとすると、機械
的な追従遅れ等が原因で、瞬間的な空気調整弁の開度調
整を行うことができず一時的な空気不足を招くが、本発
明では開度調整用アクチュエータの伸縮動作が前記の追
従遅れ等を補い、空気調整弁の瞬間的な作動を可能にす
る。

【００２１】これにともない、開度調整用アクチュエー
タのわずかな作動で空気調整弁が大きく作動するよう
に、リンク機構の各部材の長さ調整等を行う必要がなく
なる。従って、空気調整弁の分解能を低下させることな
く空気供給量を微調整することが容易となる。

【００２２】さらに、空気供給量の微調整が可能となる
ことから、空気供給系側での各種制御パラメータの調
整、リンク機構の各部の調整を行わなくてもすむ。その
分、調整工数が少なくなる。

【００２３】第２の制御手段に何らかの異常が発生した
場合には、ロッド長可変部材が伸縮不能となるが、この
ロッド長可変部材は動力伝達用ロッドの一部分として機
能する。このため、前記異常時においても開度調整用ア
クチュエータによる空気調整弁の開度調整が行われる。
従って、前記開度調整によりバーナへの空気供給不足が
防止される。

【００２４】

【実施例】以下、本発明を、工場内の暖房装置に蒸気を
供給するボイラ等の燃焼器に適用した一実施例を図１〜
図７に従って説明する。

【００２５】図１に示すように、燃焼器１の側面には、
その燃焼室２内へ向けて火炎Ｆを発するバーナ４が取付
けられている。バーナ４には、燃料供給路５を介して図
示しない燃料ポンプ及び燃料タンクが接続されており、
燃料ポンプの作動により燃料タンク内の燃料が燃料供給
路５を通ってバーナ４に供給される。また、前記バーナ
４には空気供給路６を介して送風ファン７が配設されて
おり、その送風ファン７の作動により空気が空気供給路
６を通ってバーナ４に供給される。従って、バーナ４に
は燃料の外、送風ファン７によって発生する空気流も供
給される。これらの燃料と空気とは混ざり合ってバーナ
４で燃焼し、火炎Ｆが生ずる。

【００２６】前記燃焼器１上部には液室１ａが形成さ
れ、ここに被加熱流体としての水３が収容されている。
また、液室１ａには、図示しない配管を介して暖房装置
が接続されている。そのため、液室１ａ内の水３はバー
ナ４からの火炎Ｆにより加熱されて水蒸気になり、配管
を通って暖房装置に導かれる。そして、前記暖房装置で
用いられた蒸気量に応じて液室１ａ内の蒸気圧が変動す
ることから、本実施例では液室１ａ内の蒸気圧が一定と
なるように、燃料流量を増減させている。

【００２７】前記バーナ４への燃料供給量を調節するた
めに、燃料供給路５には燃料調整弁８が設けられてい
る。また、前記バーナ４への空気供給量を調節するため
に、同バーナ４内には、空気調整弁としての平板状空気
ダンパ９が軸１１により回動可能に支持されている。燃
料調整弁８及び空気ダンパ９には、開度調整用アクチュ
エータとしてのコントロールモータ１２の駆動軸１３が
連結されている。コントロールモータ１２は、入力信号
に応じた角度だけ駆動軸１３を回転させることが可能な
電動モータである。

【００２８】前記コントロールモータ１２と燃料調整弁
８との間、及び同コントロールモータ１２と空気ダンパ
９との間の機械的な連結には、リンク機構１４が用いら
れている。図２にリンク機構１４の概略構成を示す。

【００２９】コントロールモータ１２の駆動軸１３には
アーム１５が一体回動可能に取付けられている。燃料調
整弁８には、軸１７により燃料調整アーム１６が回動可
能に取付けられており、その回動にともなって燃料調整
弁８の開度が変化するようになっている。また、空気ダ
ンパ９の軸１１には空気ダンパアーム１８が一体回動可
能に取付けられている。

【００３０】コントロールモータ１２の駆動軸１３の回
転を燃料調整アーム１６及び空気ダンパアーム１８に伝
えるために、３本の伝達アーム１９ａ，１９ｂ，１９ｃ
と、中間アーム２１と、略扇形状をなす偏心カム２２
と、ダンパ駆動アーム２４とが用いられている。全伝達
アーム１９ａ〜１９ｃの基端部は、軸２０に対し一体回
動可能に固着されている。中間アーム２１の基端部及び
偏心カム２２の中心部は軸２３に対し一体回動可能に固
着されている。

【００３１】燃料供給量に応じた最適空気供給量を得る
べく、空気ダンパ９の開閉速度を調整するために、偏心
カム２２の外周部には、多数本のビス２６によってレー
ル２７が取付けられており、これらのビス２６を個々に
締付けたり緩めたりすることによってレール２７の曲率
を変えることが可能となっている。図７には、燃焼器１
の燃焼能力に対する燃料供給量の比率と、排気ガス中の
酸素濃度との関係を示す。図中、特性線Ｌ１は、燃焼室
２内で煙が発生しない最小酸素濃度を示している。ここ
で、発煙を防止し、かつ空気の過剰供給に起因する熱損
失を少なくするという観点から、特性線Ｌ１よりも若干
上側の特性線Ｌ２が得られるように、前記レール２７の
曲率が設定されている。

【００３２】図２に示すように、前記ダンパ駆動アーム
２４の基端部は、軸２５に一体回動可能に固着されてい
る。ダンパ駆動アーム２４には前記レール２７の一部が
係合されている。そして、偏心カム２２及びレール２７
が軸２３を中心として回動すると、そのレール２７に対
するダンパ駆動アーム２４の係合位置が変化し、同ダン
パ駆動アーム２４が軸２５を中心として偏心カム２２と
同一方向へ回動するようになっている。

【００３３】前記コントロールモータ１２と中央の伝達
アーム１９ｂ、燃料調整アーム１６と下側の伝達アーム
１９ｃ、上側の伝達アーム１９ａと中間アーム２１、ダ
ンパ駆動アーム２４と空気ダンパアーム１８とはそれぞ
れ動力伝達用ロッド２８，２９，３０，３１によって連
結されている。

【００３４】さらに、前記ダンパ駆動アーム２４の先端
部と動力伝達用ロッド３１との間には、ロッド長可変部
材としてのモータシリンダ３２が介装されている。モー
タシリンダ３２は、ダンパ駆動アーム２４と空気ダンパ
アーム１８との間隔であるロッド長ＬR を変更させ、そ
のロッド長ＬR の調節により、前記コントロールモータ
１２による空気ダンパ９の開度特性を調整するためのも
のである。

【００３５】モータシリンダ３２は、シリンダ３３と、
そのシリンダ３３内に進退可能に螺入されたねじ杆３４
と、変速器３５を介してねじ杆３４に連結された直流モ
ータ３６とを備えている。シリンダ３３の左端はダンパ
駆動アーム２４に固定され、ねじ杆３４の右端は動力伝
達用アーム３１に固定されている。直流モータ３６には
ポジショナ３７が電気的に接続されており、同直流モー
タ３６の駆動軸３６ａはポジショナ３７からの駆動信号
の大きさ（例えば４〜２０ｍＡ）に応じて回転する。こ
の駆動軸３６ａの回転は変速器３５にて変速された後に
ねじ杆３４に伝達される。ねじ杆３４の回転にともな
い、シリンダ３３が自身の長さ方向へ移動し、その結
果、モータシリンダ３２全体が図２の左右方向へ伸縮す
るようになっている。

【００３６】本実施例では、ポジショナ３７から直流モ
ータ３６への駆動信号が４ｍＡのとき、モータシリンダ
３２が伸びきった状態となって図７の特性線Ｌ３が得ら
れ、同駆動信号が２０ｍＡのとき、モータシリンダ３２
が最も縮んだ状態となって、図７の特性線Ｌ２が得られ
るように設定されている。

【００３７】図１に示すように、液室１ａの上部には加
熱状態検出手段としての圧力計３８が設けられている。
圧力計３８は、前記バーナ４の火炎による水３の加熱状
態（この場合、加熱により発生する水蒸気の圧力、蒸気
圧）を検出する。また、燃料供給路５における燃料調整
弁８の上流には流量計３９が配設されている。この流量
計３９は燃料供給路５を流通する燃料供給量を測定す
る。モータシリンダ３２には、シリンダ３３の変位量を
検出するスライド抵抗４１が設けられている（図２参
照）。

【００３８】さらに、燃焼器１において、前記バーナ４
と対向する部位にはのぞき窓４２が設けられている。の
ぞき窓４２には、光ファイバ４３を介して火炎光検出手
段としてのセンサアンプ４４が接続されている。センサ
アンプ４４は、バーナ４からの火炎光の状態を検出する
光センサ４５を内蔵している。光センサ４５はゲルマニ
ウムフォトダイオード等の赤外線検出素子からなる。光
センサ４５は前記のぞき窓４２及び光ファイバ４３を通
過した火炎光を取り込み、電気信号（電流）に変換す
る。センサアンプ４４は光センサ４５による電気信号を
各種演算処理して出力する。

【００３９】前記圧力計３８は、第１の制御手段として
の第１コントローラ４６の入力側に接続されている。第
１コントローラ４６の出力側には前記コントロールモー
タ１２が接続されている。そして、第１コントローラ４
６は圧力計３８によって検出された蒸気圧信号を取り込
むと、コントロールモータ１２に駆動信号を出力し、燃
料調整弁８の開度を調節する。この燃料調整弁８の開度
調節にともない、空気ダンパ９の開度が強制的に調整さ
れる。

【００４０】前記モータシリンダ３２のスライド抵抗４
１はポジショナ３７の入力側に接続されている。ポジシ
ョナ３７の出力側にはモータシリンダ３２の直流モータ
３６が接続されている。

【００４１】前記流量計３９及びセンサアンプ４４は、
第２の制御手段としての第２コントローラ４７の入力側
に接続されている。この第２コントローラ４７の出力側
にはポジショナ３７が接続されている。第２コントロー
ラ４７は、センサアンプ４４からの出力信号と、流量計
３９による燃料流量信号とを取り込むと、各種演算処理
を行い、その演算結果によって得られた操作信号をポジ
ショナ３７に出力する。ポジショナ３７はスライド抵抗
４１によって検出されたシリンダ３３の位置信号を常時
フィードバックしており、前記第２コントローラ４７か
らの操作信号と前記位置信号とを比較し、両者の偏差を
なくすべく直流モータ３６に駆動信号を出力する。

【００４２】なお、前記第２コントローラ４７には総合
制御盤４８が接続されており、両者４７，４８間で信号
の授受が行われるようになっている。例えば、燃焼器１
の作動に異常が発生した場合には、第２コントローラ４
７から総合制御盤４８に対し、燃焼器１の運転を強制的
に停止させるための指令信号が出力される。

【００４３】次に、前記のように構成された本実施例の
作用及び効果について説明する。図１に示すように、燃
焼器１の運転時には、バーナ４の火炎Ｆによって生じた
水蒸気の圧力（蒸気圧）が圧力計３８によって検出され
る。第１コントローラ４６は圧力計３８によって検出さ
れた蒸気圧信号を取り込むと、そのときの蒸気圧と、予
め設定された目標蒸気圧との偏差を求め、その偏差をな
くすべくコントロールモータ１２に駆動信号を出力す
る。

【００４４】すると、図２に示すように、コントロール
モータ１２の駆動軸１３が回動し、その回動がアーム１
５及び動力伝達用ロッド２８を介して中央の伝達アーム
１９ｂに伝達される。この伝達により、３本の伝達アー
ム１９ａ〜１９ｃが軸２０を中心として前記アーム１５
の回動方向とは反対方向へ回動する。伝達アーム１９ａ
〜１９ｃの回動は、動力伝達用ロッド２９を介して燃料
調整アーム１６に伝えられる。その結果、軸１７を中心
として燃料調整アーム１６が前記伝達アーム１９ａ〜１
９ｃと同一方向へ回動する。燃料調整アーム１６の回動
によって燃料調整弁８の開度が調節され、バーナ４への
燃料供給量が増減され、前記液室１ａ内の蒸気圧が目標
蒸気圧に制御される。その結果、暖房装置への蒸気の供
給が安定して行われる。

【００４５】また、前記伝達アーム１９ａ〜１９ｃの回
動は、動力伝達用ロッド３０を介して中間アーム２１及
び偏心カム２２に伝達され、これらが軸２３を中心とし
て前記伝達アーム１９ａ〜１９ｃと同一方向へ回動す
る。これにともない、ダンパ駆動アーム２４が偏心カム
２２上のレール２７によって押圧されるかあるいは引っ
張られ、軸２５を中心として前記伝達アーム１９ａ〜１
９ｃと同一方向へ回動する。この回動は、モータシリン
ダ３２及び動力伝達用ロッド３１を介して空気ダンパア
ーム１８に伝わり、同空気ダンパアーム１８が軸１１を
中心として回動する。すると、軸１１上の空気ダンパ９
の開度が調整され、バーナ４への空気供給量が増減され
る。

【００４６】一方、図１に示すように、センサアンプ４
４は、バーナ４の火炎光をのぞき窓４２及び光ファイバ
４３を介して光センサ４５に取り込み、ここで電気信号
（電流）に変換する。センサアンプ４４は前記電流を電
圧に変換し、その信号の振幅を図４で示すように所定の
レベルまで増幅した後、第２コントローラ４７に出力す
る。

【００４７】図３は、第２コントローラ４７の内部構成
及び信号の流れを示す図である。図中、一点鎖線で囲ま
れる箇所がメインの制御内容である。ここでは、センサ
アンプ４４からの出力信号をもとに火炎Ｆの振動パワー
を求めるとともに、そのときの燃料供給量に応じた振動
パワーを求める。そして、前者の振動パワーを後者の振
動パワーに一致させるべく、空気ダンパ９の開度を調整
するようにしている。

【００４８】詳しくは、前記センサアンプ４４からの電
気信号が取り込まれると、第２コントローラ４７は、ま
ずＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理部５１において、電
気信号をＦＦＴ処理する。このＦＦＴ処理は、前記電気
信号における各周波数成分の強度を求めるための処理で
ある。このＦＦＴ処理により、図５に示すような、各周
波数に応じた振動の強度波形（パワースペクトル）が得
られる。この波形の面積は火炎のゆらぎ状態と明るさを
表している。ここでの波形の面積と燃焼状態とは強い相
関関係があるので、面積を求めることによって燃焼状態
を定量化できる。そこで、第２コントローラ４７はＦＦ
Ｔ処理部５１で前記周波数に応じた振動の強度波形を積
分し、前記強度波形の面積（振動パワー）を求める。

【００４９】次に、第２コントローラ４７は移動平均処
理部５２において、前記ＦＦＴ処理部５１で求められた
振動パワーを、移動平均回数テーブル５３にて設定され
た平均回数で平均化する。この処理は、ＦＦＴ処理によ
って得られたデータ間のばらつきを小さくするための処
理である。

【００５０】一方、流量計３９による燃料流量信号が取
り込まれると、第２コントローラ４７は移動平均処理部
５４において、燃料流量信号を移動平均回数テーブル５
５にて設定された平均回数で平均化する。そして、第２
コントローラ４７は、図６で示す折線テーブル５６を参
照して、前記平均化処理された燃料流量に応じた振動パ
ワーを読み込む。折線テーブル５６には、燃料流量に対
する目標値が予め設定されている。ここでの目標値は、
最適空気比時の振動パワーである。

【００５１】第２コントローラ４７は、前記折線テーブ
ル５６から読み出した振動パワーの目標値と、移動平均
処理部５２にて処理された振動パワーとを加算器５７で
加算する。この場合、目標値から振動パワーを減算して
両者の偏差を求める。

【００５２】続いて、第２コントローラ４７は、不感帯
処理部５８において前記加算器５７からの偏差信号を不
感帯処理する。すなわち、不感帯処理部５８には予め不
感帯が設定されていて、前記偏差がその不感帯内で変動
している場合には、変動とみなさないようにしている。
そして、第２コントローラ４７はＰＩＤ演算部５９にお
いて、前記不感帯処理後の偏差に対しＰＩＤ演算し、そ
のときの偏差をなくすべくポジショナ３７を駆動制御す
るための信号を加算器６１に出力する。

【００５３】そして、第２コントローラ４７は出力リミ
ッタ６２において、前記加算器６１を経た信号に対し制
限を加える。すなわち、出力リミッタ６２には上限値及
び下限値がそれぞれ設定されていて、加算器６１を経た
信号が上限値を越えた場合、及び下限値を下回った場合
には、強制的にそれらの上限値及び下限値に一致させて
いる。

【００５４】前記の演算によって得られた操作信号は、
ポジショナ３７に出力される。図２に示すように、ポジ
ショナ３７は、スライド抵抗４１によって検出されたシ
リンダ３３の位置信号と前記操作信号とを比較し、両者
の偏差をなくすべく直流モータ３６に駆動信号を出力す
る。この駆動信号により、直流モータ３６が作動し、モ
ータシリンダ３２のねじ杆３４が回動してシリンダ３３
が移動する。そして、モータシリンダ３２が伸縮して動
力伝達用ロッド３１のロッド長ＬR が調節される。この
ロッド長ＬR の変化によって空気ダンパアーム１８が軸
１１を中心として回動し、空気ダンパ９の開度が調節さ
れる。その結果、前記コントロールモータ１２によるダ
ンパ９の開度特性が調整される。

【００５５】ところで、第２コントローラ４７において
は、上述したメインの制御以外にも、燃焼状態の変化に
対する追従性向上や、部分負荷時の空気比最適化を目的
とした補正を行うようにしている。

【００５６】この補正について説明すると、図３に示す
ように第２コントローラ４７は、前記移動平均処理部５
２による振動パワーの平均値が、予め設定された下限値
を下回ったかどうかをＰＶ下限モニタ６３で検出する。
すなわち、ＰＶ下限モニタ６３には、例えば、そのとき
の振動パワーの目標値の−１０％に相当する値が前記折
線テーブル５６によって設定されていて、何らかの原因
で振動パワーの平均値が設定値を下回った場合には、そ
の状態を検出するようになっている。

【００５７】ここで、振動パワーの平均値が設定値を下
回ったことがＰＶ下限モニタ６３によって検出される
と、第２コントローラ４７はＰＶ下限モニタレシオ演算
部６４においてレシオ演算を行う。ＰＶ下限モニタレシ
オ演算部６４には、所定の比率（例えば１０％）が予め
設定されていて、第２コントローラ４７は比較選択部６
５を介し、前記の設定比率を前記加算器６１に出力す
る。すると、この加算器６１において、設定比率が前記
ＰＩＤ演算部５９の出力信号に加算され、モータシリン
ダ３２が通常時よりも大きく伸長され、空気ダンパ９が
強制的に開放される。このような処理を行うのは、移動
平均処理部５２での振動パワーの平均値がＰＶ下限モニ
タ６３での設定値を下回った場合には、空気量が絶対的
に不足しており、急激に空気ダンパ９を開いて空気を補
う必要があるからである。

【００５８】一方、第２コントローラ４７は変化率モニ
タ６６によって燃料流量の変化の程度を検出する。詳し
くは、変化率モニタ６６には所定変化率（例えば５％）
が予め設定されていて、燃料流量が急激に増加してその
変化率が前記所定変化率以上となったかどうかを検出す
る。

【００５９】燃料流量の変化率が所定比率以上となった
ことが変化率モニタ６６によって検出されると、第２コ
ントローラ４７は燃料変化率モニタレシオ演算部６７で
レシオ演算を行う。燃料変化率モニタレシオ演算部６７
には、所定の比率（％）が予め設定されていて、第２コ
ントローラ４７は比較選択部６５を介し、前記の設定比
率を前記加算器６１に出力する。すると、この加算器６
１において、設定比率が前記ＰＩＤ演算部５９の出力信
号に加算され、モータシリンダ３２が通常時よりも大き
く伸長され、空気ダンパ９が強制的に開放される。この
ような処理を行うのは、燃料流量の急激な変化に追従さ
せるべく、瞬間的に空気ダンパ９を開いて空気を補う必
要があるからである。

【００６０】すなわち、燃料増加に応じて空気量を増加
させる際に追従性が悪いと、必要な空気量が得られず、
黒煙発生、失火等の原因になる。このため、流量計３９
による出力信号の平均値の変化率を変化率モニタ６６に
より常時監視して燃料流量を把握し、一定値以上の急激
な燃料量の増加についてはＰＩＤ出力信号に、さらに開
度情報を加算して出力するのである。

【００６１】なお、前記比較選択部６５は、ＰＶ下限モ
ニタレシオ演算部６４と燃料変化率モニタレシオ演算部
６７とが同時に作動した場合に、どちらの信号を優先さ
せるかを判断するためのものである。本実施例では比較
選択部６５は絶対値の大きい方の値を選択するようにな
っている。

【００６２】このように本実施例では、空気供給量のお
おまかな調整を偏心カム２２によって行うようにした。
また、燃料供給量の急激な増加に対しては、前記偏心カ
ム２２を用いた空気供給量の調整に加え、モータシリン
ダ３２を伸縮させてロッド長ＬR を調節することによっ
て適応できるようにした。すなわち、燃料供給量が急激
に増加した場合、第１コントローラ４６側だけで対応し
ようとすると、リンク機構１４の機械的な追従遅れ等が
原因で、瞬間的な空気ダンパ９の開度調整を行うことが
できず、一時的な空気不足を招く。しかし、本実施例で
は、モータシリンダ３２の伸縮動作が前記の追従遅れ等
を補い、空気ダンパ９を瞬間的に作動させることができ
る。このため、燃料供給量の急増に空気供給量を確実に
追従させて、一時的な空気不足を解消できる。

【００６３】また、第２コントローラ４７、センサアン
プ４４等に何らかの異常が発生し、ポジショナ３７から
直流モータ３６へ信号が出力されないような事態が発生
した場合、つまり、操作信号が０ｍＡとなった場合、モ
ータシリンダ３２が伸びきった状態となる。このため、
モータシリンダ３２が動力伝達用ロッド３１の一部分と
して機能し、第１コントローラ４６側の偏心カム２２に
よって空気ダンパ９の開度調整が行われる。このときの
排気ガス中の酸素濃度特性は、図７の特性線Ｌ３で示さ
れる。これからも明らかなように、熱損失が大きくなる
ものの、空気ダンパ９の動作が確保される。従って、前
記異常時にも、空気ダンパ９の開度調整を確実に行っ
て、バーナ４への空気供給不足を防止できる。このよう
に、基本的な空気流量制御がボイラ側の偏心カム２２に
よってバックアップされているので、システム全体の安
全性が高い。

【００６４】さらに、本実施例では上述したように、モ
ータシリンダ３２の伸縮によって空気ダンパ９を瞬間的
に開閉させることが可能である。このため、従来技術と
は異なって、コントロールモータ１２の駆動軸１３のわ
ずかな回転で空気ダンパ９が大きく開閉するように、リ
ンク機構１４の各部材の長さ調整等を行う必要がなくな
る。従って、リンク機構１４の各部材の調整によって生
ずる弊害を解消できる。つまり、空気ダンパ９の開閉動
作の分解能低下を防止でき、空気供給量の微調整が容易
となる。

【００６５】また、従来技術では、燃料供給量が変動し
た場合の不完全燃焼の発生を防止するために、空気供給
系での各種制御パラメータの調整、リンク機構１４の各
部の長さ調整等が必要であった。しかし、本実施例では
前述したように 空気供給量の微調整が可能なので、各
部の調整を行わなくてもすむ。これに付随して、偏心カ
ム２２のレール２７の曲率はおおまかに調整しておい
て、第２コントローラ４７側で最適な空気比に制御する
ことができる。このため、調整工数を大幅に削減でき
る。

【００６６】なお、本発明は前記実施例の構成に限定さ
れるものではなく、例えば以下のように発明の趣旨から
逸脱しない範囲で任意に変更してもよい。 （１）光センサ４５としてシリコンフォトダイオードや
フォトトランジスタを用いてもよい。

【００６７】（２）本発明の燃焼制御装置は、炉筒煙管
ボイラ、水管ボイラ等の一般的な燃焼器に幅広く採用で
きる。 （３）本発明は、従来より実施されているＯ₂ フィード
バック制御、ＣＯフィードバック制御等にも適用でき
る。

【００６８】（４）前記実施例では燃料流量を直接流量
計３９で検出したが、これに代えて、コントロールモー
タ１２に出力される信号から間接的に燃料流量を求める
ようにしてもよい。

【００６９】（５）燃焼器１の熱を利用する設備として
は、工場の暖房装置以外にも、塗装ブースの空調機器
や、機械の洗浄装置等が挙げられる。 （６）前記実施例では蒸気圧を圧力計３８で測定し、そ
の蒸気圧が目標蒸気圧となるように燃料調整弁８の開度
を調節したが、燃焼器１の熱を利用する負荷によって
は、燃焼室２内の温度を温度センサによって測定し、そ
の温度が所定値となるように燃料調整弁８の開度を調節
してもよい。この場合には、燃焼室２内の空気が被加熱
流体を構成し、温度センサが加熱状態検出手段を構成す
る。

【００７０】（７）モータシリンダ３２の伸縮長さ、推
力、速度等は燃焼器１の種類や能力に応じて設定するこ
とが必要である。 （８）前記実施例ではダンパ駆動アーム２４と動力伝達
用ロッド３１との間にモータシリンダ３２を設けたが、
動力伝達用ロッド３１と空気ダンパアーム１８との間
や、動力伝達用ロッド３１の中間部分にモータシリンダ
３２を設けてもよい。

【００７１】（９）前記実施例では、モータシリンダ３
２が伸びきったときに同モータシリンダ３２が動力伝達
用ロッド３１の一部として作用するようにしたが、モー
タシリンダ３２が最も縮んだときに動力伝達用ロッド３
１の一部として作用するようにしてもよい。

【００７２】（１０）モータシリンダの構成は、前記実
施例の限りだけではなく入力信号に対して位置決めでき
る構成のシリンダであればよい。

【００７３】

【発明の効果】以上詳述したように本発明は、開度調整
用アクチュエータによる空気調整弁の開度特性を調整す
るためのロッド長可変部材を設け、火炎光検出手段によ
る火炎光の状態からそのときの燃焼状態を求め、その燃
焼状態が予め定められた最適燃焼状態となるように、前
記ロッド長可変部材を駆動制御するようにしたので、空
気供給量の微調整が可能となり、適正量の空気をバーナ
に供給できる。また、空気供給系の制御装置の異常時や
燃料供給量の急増時における空気供給不足を解消でき
る。さらに、空気供給系での各種制御パラメータの調
整、リンク機構の各部の長さ調整等が不要となり、調整
工数の低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した一実施例における燃焼器及
び燃焼制御装置の概略構成を示す図である。

【図２】一実施例におけるコントロールモータ、燃料調
整弁、空気ダンパ間の連結状態を示す概略構成図であ
る。

【図３】一実施例における第２コントローラの内部構成
と信号の流れとを概略的に示す図である。

【図４】一実施例において、センサアンプから出力され
る信号波形を示す図である。

【図５】一実施例において、第２コントローラ内のＦＦ
Ｔ処理部で周波数解析された信号波形を示す図である。

【図６】一実施例において、燃焼器の燃焼能力に対する
燃料供給量の比率と振動パワーとの関係を示す図であ
る。

【図７】一実施例において、燃焼器の燃焼能力に対する
燃料供給量の比率と、排気ガス中の酸素濃度との関係を
示す図である。

【図８】燃料調整弁及び空気調整弁の各開度を１つのコ
ントロールモータによって調整するようにした従来の燃
焼制御装置を示す概略構成図である。

【図９】従来技術において、ボイラの燃焼能力に対する
燃料供給量の比率と、排気ガス中の酸素濃度との関係を
示す図である。

【図１０】燃料調整弁及び空気調整弁の各開度を別々の
コントロールモータによって調整するようにした従来の
燃焼制御装置を示す概略構成図である。

【符号の説明】

２…燃焼室、３…被加熱流体としての水、４…バーナ、
５…燃料供給路、６…空気供給路、８…燃料調整弁、９
…空気調整弁としての空気ダンパ、１２…開度調整用ア
クチュエータとしてのコントロールモータ、２８，２
９，３０，３１…動力伝達用ロッド、３２…ロッド長可
変部材としてのモータシリンダ、３８…加熱状態検出手
段としての圧力計、４４…火炎光検出手段としてのセン
サアンプ、４６…第１の制御手段としての第１コントロ
ーラ、４７…第２の制御手段としての第２コントロー
ラ、Ｆ…火炎、ＬR …ロッド長

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 勝利 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車 株式会社 内 (72)発明者 戸松 和也 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車 株式会社 内 (72)発明者 諸星 征夫 神奈川県藤沢市川名１丁目12番２号 山 武ハネウエル 株式会社 藤沢工場内 (56)参考文献 特開 平５−118531（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−164614（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−8751（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭60−27896（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F23N 1/02 F23N 1/02 101 F23N 1/02 102 F23N 1/02 103 F23N 5/08

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼室内へ火炎を発するバーナと、 燃料供給路を介して前記バーナに供給される燃料の流量
   を調整可能な燃料調整弁と、 空気供給路を介して前記バーナに供給される空気の流量
   を調整可能な空気調整弁と、 前記燃料調整弁及び空気調整弁に動力伝達用ロッドによ
   り機械的に連結され、その動力伝達用ロッドを介して両
   調整弁を所望開度に調整するための開度調整用アクチュ
   エータと、 前記バーナの火炎による被加熱流体の加熱状態を検出す
   る加熱状態検出手段と、 前記加熱状態検出手段による被加熱流体の加熱状態が予
   め定められた加熱状態となるように、前記開度調整用ア
   クチュエータを駆動制御する第１の制御手段と、 前記バーナからの火炎光の状態を検出する火炎光検出手
   段と、 前記動力伝達用ロッドのロッド長を変更させ、そのロッ
   ド長の調節により、前記開度調整用アクチュエータによ
   る空気調整弁の開度特性を調整するためのロッド長可変
   部材と、 前記火炎光検出手段による火炎光の状態からそのときの
   燃焼状態を求め、その燃焼状態が予め定められた最適燃
   焼状態となるように、前記ロッド長可変部材を駆動制御
   する第２の制御手段とを備えたことを特徴とする燃焼制
   御装置。