JP3178170B2 - 液体燃料燃焼装置 - Google Patents

液体燃料燃焼装置

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JP3178170B2
JP3178170B2 JP17900593A JP17900593A JP3178170B2 JP 3178170 B2 JP3178170 B2 JP 3178170B2 JP 17900593 A JP17900593 A JP 17900593A JP 17900593 A JP17900593 A JP 17900593A JP 3178170 B2 JP3178170 B2 JP 3178170B2
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敏弘 堀内
和弘 安達
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、灯油等の液体燃料を用
いて、給湯や暖房を行う燃焼装置に関するもので、詳し
くは燃焼量のコントロールにパルス駆動型燃料ポンプ
(以降、パルスポンプと称す)を用いたものを対象とす
る。
【0002】
【従来の技術】従来のこの種の技術による液体燃料燃焼
装置を図4に示す。本技術は、給湯機に応用した例であ
る。図において、1は燃焼部(バーナ)、2はパルスポ
ンプで、3はパルスポンプ駆動部、4は周波数演算部、
7は燃焼量演算部、8はセンサ検出部、9は流量セン
サ、10は入水サーミスタである。入水サーミスタ10
で入水温度を、また、流量センサ9で入水流量を検出
し、センサ検出部8に送られる。センサ検出部8のデー
タは燃焼量演算部7に取り込まれ、ここで必要燃焼量が
演算される。そして、周波数演算部4では、必要燃焼量
を得るためにパルスポンプ2の駆動に必要な周波数が求
められ、その周波数にしたがって、パルスポンプ駆動部
3を通じてパルスポンプ2が駆動され、相当した燃料が
燃焼部1に送られる。
【0003】一般に、給湯機の場合、浴槽に給湯するケ
ースのように、高温、大流量の給湯の要求から、台所給
湯のケースのように、低温、小流量の要求までの広い対
応が必要で、燃焼量のコントロール範囲としては、最大
30,000Kcal/Hから、最小5,000Kca
l/Hといったように、そのコントロール比率(TD
R)は6倍を超えるものが要求される。特に、最近で
は、最大能力の大きなものが求められており、今後ます
ますTDRの拡大が必要となることが予測できる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の方式では、TDRの拡大に限界がある。即ちパルス
ポンプは、その周波数に同期して内部のプランジャーが
動作し、1回の動作で一定量の燃料を押し出す構造のも
ので、周波数を変えるとそれに比例した燃料の総流量が
得られるものである。従って、仮に6倍のTDRを実現
するには、パルスポンプの周波数として6倍の設定が必
要になる。(例えば、5Hz〜30Hz)ところが、パ
ルスポンプの構造が上述のようであるので、あまり周波
数を上げると、機械的に動作が追随しなくなる。また、
一方では、周波数をあまり下げると、燃焼状態にその周
波数が現れてきて脈動状態となり、燃焼が不連続(脈動
燃焼)になり、燃焼特性に悪影響が出る。すなわち、周
波数の上限、下限ともに無制限に広げることはできない
ため、実現できるTDRの巾も限られるといった課題が
あった。
【0005】本発明は、このような課題を解決し、従来
のパルスポンプを用いて、簡単な制御回路で巾広いTD
Rを実現することにより、使い勝手のよい燃焼機を提供
することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明の液体燃料燃焼装置は、周波数あるいはパルス幅
を変化して油流量を制御するパルス駆動型ポンプと、必
要燃焼量を演算する燃焼量演算部と、前記パルス駆動型
ポンプの制御条件を判別する燃焼量判定部とを備え、前
記燃焼量判定部は燃焼量可変巾の全領域において、予め
定めた燃焼量と前記燃焼量演算部のデータを比較し、そ
の比較結果に基づいて前記パルス駆動型ポンプの制御を
周波数で行うか、あるいはパルス幅で行うかを判別し、
この判別された制御条件を変更することで燃焼量を可変
するようにしている。また、燃焼量判定部は、予め定め
た燃焼量と燃焼量演算部のデータの比較結果が、予め定
めた燃焼量<燃焼量演算部のデータの関係のときは、
焼量コントロールをパルス駆動型ポンプの駆動パルス周
波数の変化によって行い、予め定めた燃焼量>燃焼量演
算部のデータの関係のときは、燃焼量コントロールをパ
ルス駆動型ポンプの駆動パルス幅の変化によって行うよ
うにしている。また、燃焼量判定部は、予め定めた燃焼
量と燃焼量演算部のデータの比較結果が、予め定めた燃
焼量<燃焼量演算部のデータの関係のときは、燃焼量コ
ントロールをパルス駆動型ポンプの駆動パルス幅の変化
によって行い、予め定めた燃焼量>燃焼量演算部のデー
タの関係のときは、燃焼量コントロールをパルス駆動型
ポンプの駆動パルス周波数の変化によって行うようにし
ている。
【0007】
【作用】本発明は上記の構成によって、燃焼量可変幅の
全領域において、予め定めた燃焼量と必要燃焼量を比較
し、その比較結果に応じてパルス駆動型ポンプの制御を
行うようにしているため、ポンプ特性に合致した制御が
可能となり、安定した燃料供給を行うことができるとと
もに、前記比較結果で選択された制御条件だけを変化し
て燃焼量をコントロールするため制御構成が極めて簡素
できる。例えば、最大燃焼から周波数が燃焼状態に影
響を与えない範囲まで、周波数を変えることで燃焼量の
コントロールができ、それ以下は周波数を変えずにパル
ス巾を減少することで燃焼量を減らす。すなわち、パル
スポンプの印加パルスの巾を減少すると、プランジャー
の動作ストロークが減少し、1回の動作ストロークで押
し出す燃料が減少する。前記とは逆に、最小燃焼から高
周波数側の動作限界手前まで周波数変化で燃焼量をコン
トロールし、それ以上は周波数を変えずにパルス巾を増
加することで燃焼量が増える。
【0008】いずれの場合も周波数で対応できるコント
ロール範囲に加え、パルス巾によるコントロールも行
う。
【0009】
【実施例】以下、本発明の一実施例の液体燃料燃焼装置
を図面に基づいて説明する。図1は本発明の請求項1に
かかる一実施例の石油給湯機のシステム図で、図におい
て、1は石油を燃焼させる燃焼部(バーナ)、2は燃焼
部1に石油を送るためのパルスポンプ、3はパルスポン
プ2を駆動するためのパルスポンプ駆動部、4はパルス
ポンプの駆動周波数を算出する周波数演算部、5はパル
スポンプの駆動パルス巾を算出するパルス巾演算部、6
はパルス巾を可変するのか、周波数を可変するのかを燃
焼量で判定する燃焼量判定部、7はセンサで検出した入
力の状態から、必要燃焼量を演算する燃焼量演算部、8
はセンサの信号を検出するセンサ検出部、9は入水流量
を検出する流量センサ、10は入水温度を検出する入水
サーミスタである。ここで、燃焼量判定部6では、1
0,000Kcal/Hで判定し、それより大きい場合
は周波数演算部4に、また小さい場合はパルス巾演算部
5に接続し、それぞれの演算を行っている。なお、周波
数演算部4では、必要燃焼量が30,000Kcal/
Hに対して、周波数30Hz、10,000Kcal/
Hに対して周波数10Hzになるような1次演算を行っ
ている。また、パルス巾演算部5では、10,000K
cal/Hに対して6mS、5,000Kcal/Hに
対して4mSになるような1次演算をおこなっている。
【0010】つぎに上記構成において動作を説明する。
たとえば冬期において、42℃の湯を浴槽に給湯するケ
ースを考える。入水温度が5℃、入水流量が14リット
ル/分とすると、これらの情報が入水サーミスタ10お
よび流量センサ9によりそれぞれ検出され、センサ検出
部8に送られる。燃焼演算部7では、これらのデータを
もとに下記の計算式により必要燃焼量Qが演算される。
【0011】 Q(Kcal/H)=(Ts−Ti)×Fl×e×60 −−−−A Ts:設定温度 Ti:入水温度 Fl:入水流量 e:燃焼効率(90%) 上式にTs=42、Ti=5、Fl=14、e=0.9
をいれて計算すると、 Q=27,972Kcal/H となる。燃焼量判定部6では、10,000Kcal/
Hとの比較が行われ、その結果、周波数演算部4にこの
データが送られ、以下の式で周波数が演算される。
【0012】 f(Hz)=30×Q/30,000 −−−−B この結果、f=28.0Hzが得られ、パルスポンプ駆
動部3で、周波数28.0Hz、パルス巾6.0mSの
駆動波形がつくられ、パルスポンプ2に印加されて、燃
焼部1に燃料が送られる。
【0013】次に、夏期の台所等での少量出湯のケース
を考える。同様に、湯の温度を42℃、入水温度20
℃、入水流量5リットル/分とすると、燃焼量演算部7
で得られる必要燃焼量は、式Aを用いて、 Q=5,940Kcal/H となる。燃焼量判定部6では、10,000Kcal/
Hとの比較が行われ、その結果、パルス巾演算部5にこ
のデータが送られ、以下の式でパルス巾が演算される。
【0014】T(mS)=(Q−5,000)/(1
0,000−5,000)×(6−4)+4 この結果、T=4.376mSが得られ、パルスポンプ
駆動部3で、周波数10.0Hz、パルス巾4.376
mSの駆動波形がつくられ、パルスポンプ2に印加され
て、燃焼部1に燃料が送られる。
【0015】図2に、本実施例の必要燃焼量と、パルス
ポンプの周波数およびパルス巾の関係の特性図を示す。
【0016】尚、本実施例の請求項2にかかる実施例
は、図1において燃焼量判定部6の判定結果の大小関係
を逆に(大のとき、パルス巾演算部に、小のとき、周波
数演算部に)することで構成できる。同様に、パルス巾
演算部5に、必要燃焼量が30,000Kcal/Hに
対して、パルス巾6mS、20,000Kcal/Hに
対してパルス巾4mSになるような1次演算を、また、
周波数演算部4に、20,000Kcal/Hに対して
周波数30Hz、5,000Kcal/Hに対して周波
数7.5Hzになるような1次演算をセットした場合の
必要燃焼量と、パルスポンプの周波数およびパルス巾の
関係の特性図を図3に示す。
【0017】以上のように上記2つの実施例によれば、
いずれもパルス巾とパルス周波数の組み合わせによっ
て、最大限の燃焼量コントロール範囲を確保することが
できる。
【0018】
【発明の効果】以上の実施例で説明した様に本発明の液
体燃料燃焼装置によれば次の効果が得られる。 1)パルスポンプの周波数とパルス巾の両方を用いて燃
焼量コントロールするため、コントロール範囲(TD
R)が大きくとれる。 2)周波数の変化、およびパルス巾の変化を同時に行わ
ず、いずれか一方を固定し、他方を変化させる構成のた
め、制御構成が極めて簡素化でき、実現が容易である。3)燃焼量に応じてパルスポンプの制御方法を変更する
ようにしているため、ポンプ特性に合した制御が可能と
なり、安定した燃料供給を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の液体燃料燃焼装置の一実施例のシステ
ム図
【図2】本発明の液体燃料燃焼装置の請求項1の一実施
例の特性図
【図3】本発明の液体燃料燃焼装置の請求項2の一実施
例の特性図
【図4】従来の液体燃料燃焼装置のシステム図
【符号の説明】
1 燃焼部(バーナ) 2 パルスポンプ 3 パルスポンプ駆動部 4 周波数演算部 5 パルス巾演算部 6 燃焼量判定部 7 燃焼量演算部 8 センサ検出部 9 流量センサ 10 入水サーミスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−287012(JP,A) 特開 昭63−315827(JP,A) 特開 平6−58529(JP,A) 実開 昭61−66682(JP,U) 実開 昭48−45236(JP,U) 実開 昭48−44027(JP,U) 実開 昭60−105947(JP,U) 実開 昭56−59986(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F23N 1/00 105 F23N 1/00 106

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 周波数あるいはパルス幅を変化して油流
    量を制御するパルス駆動型ポンプと、必要燃焼量を演算
    する燃焼量演算部と、前記パルス駆動型ポンプの制御条
    件を判別する燃焼量判定部とを備え、前記燃焼量判定部
    は燃焼量可変巾の全領域において、予め定めた燃焼量と
    前記燃焼量演算部のデータを比較し、その比較結果に基
    づいて前記パルス駆動型ポンプの制御を周波数で行う
    か、あるいはパルス幅で行うかを判別し、この判別され
    た制御条件を変更することで燃焼量を可変するようにし
    た液体燃料燃焼装置。
  2. 【請求項2】 燃焼量判定部は、予め定めた燃焼量と燃
    焼量演算部のデータの比較結果が、予め定めた燃焼量<
    燃焼量演算部のデータの関係のときは、燃焼量コントロ
    ールをパルス駆動型ポンプの駆動パルス周波数の変化に
    よって行い、予め定めた燃焼量>燃焼量演算部のデータ
    の関係のときは、燃焼量コントロールをパルス駆動型ポ
    ンプの駆動パルス幅の変化によって行うようにした請求
    項1記載の液体燃料燃焼装置。
  3. 【請求項3】 燃焼量判定部は、予め定めた燃焼量と燃
    焼量演算部のデータの比較結果が、予め定めた燃焼量<
    燃焼量演算部のデータの関係のときは、燃焼量コントロ
    ールをパルス駆動型ポンプの駆動パルス幅の変化によっ
    て行い、予め定めた燃焼量>燃焼量演算部のデータの関
    係のときは、燃焼量コントロールをパルス駆動型ポンプ
    の駆動パルス周波数の変化によって行うようにした請求
    項1記載の液体燃料燃焼装置。
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US6774440B1 (en) 1997-05-30 2004-08-10 Sharp Kabushiki Kaisha Semiconductor device and method for driving the same

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