JP3288226B2 - 燃焼状態判定装置 - Google Patents

燃焼状態判定装置

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JP3288226B2
JP3288226B2 JP21299296A JP21299296A JP3288226B2 JP 3288226 B2 JP3288226 B2 JP 3288226B2 JP 21299296 A JP21299296 A JP 21299296A JP 21299296 A JP21299296 A JP 21299296A JP 3288226 B2 JP3288226 B2 JP 3288226B2
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保彰 馬場
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重雄 吉田
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼装置における
燃焼状態の正常/異常を判定するための燃焼状態判定装
置の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、ガス等の流体燃料を燃焼する燃焼
装置において、フレームロッド(FR)やサーミスタ等
のセンサからの出力信号に基づいて燃焼状態を監視する
ことにより、正常燃焼/異常燃焼の判定を行なう燃焼状
態判定装置が知られている。この判定装置が例えばFR
を備えたものであれば、FRからのFR電流検出値と、
正常燃焼/異常燃焼を判定するためのFR電流値の閾値
との比較結果に基づき燃焼状態の正常/異常を判定す
る。この閾値は、例えば図1のFR電流値―CO濃度特
性データにおいて、その特性曲線10上の点(a、a
´)で示される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な方法で燃焼装置が異常燃焼状態になったと判定された
ときは、燃焼装置に供給される空気量の増加や燃焼量の
減少、また、異常燃焼状態の度合が極端にひどいときに
は、燃焼動作の強制停止等の制御が行なわれる。
【0004】しかし、上記閾値は、通常、燃料として用
いられる代表的なガス燃料の成分や、燃焼装置の適宜箇
所に設けられるサーミスタや水量センサ等の特性のバラ
ツキのセンター値等に基づいて予め設定されるデータで
ある。そのため、実際に供給されるガス燃料の成分や、
サーミスタ等の特性のバラツキのセンター値が、上記閾
値設定時におけるガス燃料の成分や、サーミスタ等の特
性のバラツキのセンター値と相違している場合には、燃
焼状態の正常/異常を正確に判定することができず、誤
判定する虞があった。
【0005】従って本発明の目的は、燃焼装置における
燃焼状態の正常/異常を判定するための閾値の信頼性を
向上させることにより誤判定を防止することができる燃
焼状態判定装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に従う燃焼状態判
定装置は、予め決められた燃焼装置の状態量閾値に基づ
いて燃焼状態の正常/異常を判定するもので、上記燃焼
装置の状態量を検出する状態量検出手段と、予め記憶さ
れている上記状態量の初期値と、上記状態量検出手段か
ら出力された状態量検出値との偏差を演算する偏差演算
手段と、上記算出された偏差に基づいて上記状態量閾値
を補正する状態量閾値補正手段とを備え、上記状態量
は、上記燃焼装置の各燃焼範囲を表わすもので、各燃焼
量範囲毎に設定されており、上記状態量検出値は、上記
燃焼装置を設置してから所定時間内に所定数以上サンプ
リングされた状態量検出値から演算される値であり、上
記状態量検出値から演算される値は、予め設定されてい
る適正サンプリング領域に属する状態量検出値のみによ
って各燃焼量範囲毎に算出される。
【0007】本発明に従えば、予め記憶されている状態
量の初期値と、状態量検出手段から出力された状態量検
出値との偏差に基づいて状態量閾値を補正することとし
た。そのため、実際に供給されるガス燃料の成分や、サ
ーミスタ等の特性のバラツキのセンター値が、状態量閾
値設定の代表的なガス燃料の成分や、サーミスタ等の特
性のバラツキのセンター値と相違しているか否かに関わ
らず、燃焼状態の正常/異常を正確に判定することが可
能である。よって、燃焼装置における燃焼状態の正常/
異常の誤判定を防止することができる。
【0008】また、本発明に従えば、状態量は、燃焼装
置の各燃焼量範囲を表わすもので、各燃焼量範囲毎に設
定されている。また、状態量検出値は、燃焼装置を設置
してから所定時間内に所定数以上サンプリングされた状
態量検出値から演算される値である。この状態量検出値
から演算される値は、予め設定されている適正サンプリ
ング領域に属する状態量検出値のみによって各燃焼量範
囲毎に算出される。
【0009】よって、本発明によれば、状態量検出値の
サンプリング数が所定個数以上で、サンプリング領域も
適正範囲内に限定されているために、信頼性の高い状態
量検出値と状態量の初期値との偏差の信頼性も高いこと
となるから、この偏差によって補正された状態量閾値も
信頼性が高いこととなる。
【0010】本発明に係る好適な実施形態では、上記各
燃焼範囲のうち、サンプリングされた状態量検出値が所
定数より少ない燃焼量範囲については、上記状態量検出
値より演算される値を、各燃焼量範囲の状態量検出値か
ら演算される正常な値を更に平均することにより得られ
る値とする。これによって、上述した演算が行えなかっ
た燃焼量範囲についても、信頼性の高い状態量閾値の補
正が行える。或いは、上記各燃焼範囲のうち、サンプリ
ングされた状態量検出値が所定数より少ない燃焼量範囲
については、上記状態量検出値より演算される値を、予
め設定されている値とすることもできる。
【0011】本発明に係る別の好適な実施形態では、上
記状態量検出値から演算される値を、上記状態量検出値
の平均値とすることもできる。
【0012】上述した各実施形態では、状態量検出手段
として、燃焼装置が有するバーナの火炎に挿入されて火
炎電流を検知する火炎電流検知手段が用いられる。よっ
て、状態量検出値は、火炎電流値である。
【0013】或いは、状態量検出手段として、燃焼装置
が有するバーナ又はその近傍の温度を検知する温度検知
手段を用いることも可能である。この場合、状態量検出
値は、温度検出値である。
【0014】なお、燃焼装置を設置してから所定時間が
経過するまでの間は、状態量閾値の補正を行なわずに、
この状態量閾値に基づいて燃焼状態の正常/異常を判定
することとしても良い。その理由は、燃焼装置の累積使
用時間が短ければ、例えば燃焼装置が給湯機の燃焼系統
を構成している場合を例にとると、熱交換器に煤詰り等
の不具合が生じている可能性は低く、各種センサ類につ
いても正常に機能している可能性が高いので、敢えて状
態量閾値を補正しなくても異常燃焼状態の検出が正しく
行なえるからである。また、上記と別の理由としては、
設置直後の燃料配管の中には空気が混入している可能性
が高く、誤った補正をしてしまう可能性が高いからであ
る。
【0015】
【実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図面によ
り詳細に説明する。
【0016】図2は、本発明の一実施形態に係る燃焼状
態判定装置を適用した燃焼装置を示すブロック図であ
る。
【0017】上記燃焼装置は、例えば給湯機の燃焼系統
を構成するもので、図示のように、外気吸引用ファン1
と、空気導入部3と、金属体5と、複数のバーナ7〜1
5と、絶縁部材17と、FR19と、抵抗23と、トラ
ンス25と、演算処理部27と、記憶部29と、ガス制
御装置31とを備える。
【0018】外気吸引用ファン1は、空気導入部3の端
部に設けられ、空気導入部3内に外部空気を供給すべく
駆動する。空気導入部3は、このファン1から供給され
た空気を燃料ガスと共に混合気を形成するための一次空
気、及びそれとは別に酸素補給のための二次空気として
バーナ側に導入する。金属体5は、空気導入部3の外壁
面に設けられている。
【0019】各バーナ7〜15は、互いに所定の間隔を
おいて基端部が金属体5に連結され、各々の混合気導入
口(図示しない)が空気導入部3及びガスマニホルド
(図示しない)に夫々連通するよう設けられている。
【0020】本実施形態では、各バーナ7〜15の設置
間隔33は、少なくとも各バーナ7〜15が正常燃焼し
ているとき、各火炎21同士が互いに接触せず、かつC
O濃度値の増加(異常燃焼状態への移行)に伴う火炎幅
の拡大につれて各火炎21同士の接触の度合いが大きく
なるような距離に設定される。この距離は、各バーナ7
〜15から吹き出される火炎21の大きさ(火炎の大き
さはバーナの構造や燃料ガスとして用いられるガスの種
類により影響を受ける)によって相違するので一義的に
決められないが、上記各バーナ7〜15において火移り
が悪化しない限度で設定される。更に、上記各設置間隔
33にそれぞれ対応する空気導入部3及び金属体5の部
位に、各バーナ7〜15に対し酸素補給のための二次空
気を導入するのに必要な二次空気導入孔41がそれぞれ
形成されている。
【0021】FR19は、火炎検出のために絶縁部材1
7に支持されて、バーナ7、9の火炎吹出口に臨まされ
ている。抵抗23及びトランス25は、バーナ7,9か
ら吹き出される火炎21を通じて、FR19、バーナ
7、9、金属体5と共にFR電流を通すための閉ループ
を形成すべく設けられている。
【0022】記憶部29は、演算処理部27の処理動作
を規定したプログラムを内蔵しており、演算処理部27
が燃焼装置の燃焼状態の正常/異常を判定するのに必要
な種々のデータを記憶する。
【0023】図3及び図4は、記憶部29に記憶される
種々のデータのうち、演算処理部27が燃焼装置の燃焼
状態の正常/異常を判定するのに必要なデータを示した
図である。
【0024】これらデータには、例えば図3に示すよう
に、燃焼装置が工場から出荷されユーザ方に設置された
時点でのデータとして各燃焼号数毎のFR電流値の初期
値データ33や、各燃焼号数毎に異常燃焼か否かを判定
するためのFR電流値の閾値データ35等の不揮発性固
定値データがある。この閾値データ35は、通常、燃料
として用いられる代表的なガス燃料の成分や、給水源と
給湯機とを接続する給水管等に設けられるサーミスタや
水量センサ等の特性のバラツキのセンター値等に基づい
て予め設定されるデータである。
【0025】また、上記以外のデータとしては、演算処
理部27によって新たに書込まれる種々のデータがあ
る。これらデータには、例えば図3に示すように、演算
処理部27によりサンプリングされた各燃焼号数毎のF
R電流検出値データ群37や、これらFR電流検出値デ
ータ群37に基づいて演算処理部27により求められた
各燃焼号数毎の平均値データ39がある。更に、演算処
理部27により演算された初期値データ33と平均値デ
ータ39との偏差40に基づき閾値データ35を補正し
て得られた閾値データ(補正後の閾値データ)41もあ
る。
【0026】また、上記以外のデータとしては、図4に
示すように、各燃焼号数毎に設定されているFR電流検
出値の適正サンプリング領域を定めるための上限値デー
タ43、及び下限値データ45等の不揮発性固定データ
もある。これによって、両データ43、45により決ま
る適正サンプリング領域外のサンプリングデータ47、
49については、不適正なサンプリングデータとして演
算処理部27による平均値39の算出対象から除外され
ることとなる。そのため、突発的な外乱(例えば、風や
埃等の影響)に起因するFR電流検出値の大きなバラツ
キが、演算処理部27による閾値補正(閾値データ4
1)に悪影響を及ぼすことが回避されるので、閾値補正
の正確度が損なわれるのを防止することができる。
【0027】再び図2に戻って、記憶部29は、演算処
理部27が上記閾値データの補正を行なうために一連の
演算処理動作を開始する目標値となる累積燃焼時間デー
タ(本実施形態では、200時間)や、前記図1に示し
たFR電流値―CO濃度値特性データのようなデータを
も不揮発性固定データとして記憶する。
【0028】演算処理部27は、抵抗23に生じる電圧
信号を入力して以下に説明するような処理動作を実行す
る。即ち、燃焼装置が燃焼状態にあるときには、図4に
示したような適正サンプリング領域内にある各燃焼号数
毎のFR電流検出値をサンプリングし、累積燃焼時間が
所定時間に達した時点で各燃焼号数毎にサンプリング値
の平均値を演算する。そして、これら平均値と各燃焼号
数毎のFR電流値の初期値との偏差を求め、求めた偏差
によりFR電流値の閾値を補正し、補正後のFR電流値
の閾値データとFR19からのFR電流検出値との比較
結果に基づき、燃焼装置が異常燃焼状態(空気量不足に
よるもの及び酸欠によるもの)か否かを判定する(図4
参照)。
【0029】演算処理部27は、或る燃焼号数における
FR電流検出値のサンプリング数が、所定数より少なく
て信頼度の高い平均値データが得られないときには、他
の燃焼号数で求めた平均値データの平均値を求め、この
求めた平均値を上記燃焼号数における平均値データとし
て、閾値データの補正を行なう。
【0030】例えば図5に示すように、燃焼号数14号
の適正データ数が不足しているために、この燃焼号数に
ついて適正な平均値データが得られなかったとすれば、
下記(1)式に示すように10号から16号までの各燃
焼号数の平均値データa〜hの加算値を7で除した値
を、燃焼号数14号の平均値データfとして用いる。
【0031】 f=(a+b+c+d+e+g+h)/7 ……(1) このように、特定の燃焼号数におけるFR電流検出値の
サンプリング数が所定数より少ない理由としては、例え
ばその燃焼号数について不適正なサンプリングデータが
多過ぎることが挙げられる。
【0032】本実施形態では、燃焼装置を設置してから
累積燃焼時間が200時間に達するまでの間のFR電流
値を各燃焼号数毎にサンプリングし、これらサンプリン
グしたデータの平均値データを各燃焼号数毎に求めるこ
ととしたものである。
【0033】なお、演算処理部27は、燃焼装置の累積
燃焼時間が所定時間に達してないと判定したときには、
図3に示したような、予め固定データとして記憶されて
いる閾値データ35を用いてFR電流検出値と比較する
ことにより燃焼装置が異常燃焼状態か否かを判定する。
閾値データ35を用いる理由は、燃焼装置の初期状態で
は累積燃焼時間が相当経過している場合と異なり、熱交
換器に煤詰り等の不具合が生じている可能性は低く、各
種センサ類についても正常に機能している可能性が高い
ので、敢えて閾値データ35を補正しなくても異常燃焼
状態の検出が正しく行なえるためである。
【0034】ガス制御装置31は、演算処理部27から
の通知に基づいて、給ガス源(図示しない)と上記ガス
マニホルドとの間を断/続するためのガス電磁弁(図示
しない)の開/閉制御や、給ガス源から各バーナ7〜1
5への給ガス量を調節するためのガス比例弁(図示しな
い)の開度調節を行なう。ガス制御装置31は、演算処
理部27より燃焼装置が異常燃焼状態である旨の通知が
あったときには、上記ガス電磁弁(図示しない)を閉
じ、燃焼装置の燃焼を停止させる。
【0035】次に、上記構成の燃焼装置において、上述
したFR電流値の閾値データを補正する処理手順を図6
のフローチャートを参照して説明する。
【0036】図6において、ユーザが燃焼装置の運転ス
イッチ(図示しない)をオンし、給湯栓を開栓したこと
によって給水源から給水管(いずれも図示しない)を通
じて給湯機に対する給水が開始される。この給水流量Q
が所定の着火流量(着火号数)に達したことを給水流量
センサ(図示しない)からの流量検出信号によって認識
すると、演算処理部27は、ガス制御装置31を介して
上記ガス電磁弁(図示しない)を開く。そして、上記ガ
ス比例弁(図示しない)の開度を、ユーザが設定した給
湯設定温度Ts、入水温度センサ(図示しない)からの
入水温度検出値Tc及び給水流量Qによって決まる必要
燃焼量Fで燃焼装置が燃焼動作を行なうよう、所定の開
度に調節する(ステップS1)。ここで、必要燃焼量F
は、給湯設定温度Ts、入水温度検出値Tc、及び給水
流量Qが与えられていれば、下記の(2)式によって求
めることができる。
【0037】F=Q(Ts−Tc) …………(2) 次に、抵抗23に生じる電圧信号を所定の周期でサンプ
リングすることによってFR電流検出値を読み込み、こ
れらFR電流検出値が適正なサンプリング領域内にある
か否かを各燃焼号数毎にチェックし、適正なサンプリン
グ領域内にあるFR電流検出値のみを抽出する(ステッ
プS2)。そして、これら抽出したFR電流検出値のみ
を各燃焼号数毎に纏めて記憶部29に記憶する(ステッ
プS3)。ステップS1〜S3で示した処理動作は、燃
焼装置が最初に燃焼動作を開始した時点から累積燃焼時
間が200時間に達するまでの間、断続的に行なわれ
る。即ち、燃焼装置が燃焼動作を行なっているときに記
憶部29に記憶された上記サンプリングデータは、燃焼
装置が燃焼動作を停止している間も保持される。そし
て、燃焼装置が再び燃焼動作を開始すると、上記処理動
作は繰り返され、新たにサンプリングされたデータが各
燃焼号数毎に纏められて記憶部29に蓄積されることと
なる(ステップS4、S5)。
【0038】なお、累積燃焼時間が200時間に達しな
い場合には、図3に示した閾値データ35の補正は行な
わずに、閾値データ35を用いてFR電流検出値と比較
することにより燃焼状態の正常/異常を判断する。その
理由については前述した通りである。
【0039】次に、燃焼装置の累積燃焼時間が200時
間に達したことを認識すると(ステップS4)、記憶部
29に蓄積されているサンプリングデータ(図3におい
て符号37で示した)を各燃焼号数毎に読み出す。そし
て、各燃焼号数毎にこれらサンプリング値の適正な平均
値(図3において符号39で示した)を演算する(ステ
ップS6)。この処理の後、各燃焼号数毎に適正な平均
値が算出できたか否かをチェックする(ステップS
7)。このチェックの結果、平均値が算出できなかった
燃焼号数があることを確認すると、図5において説明し
たように、上記(2)式を用いて得られた値を平均値が
算出できなかった燃焼号数の平均値データとし(ステッ
プS8)、次のステップS9に示す処理動作に移行す
る。平均値が算出できない燃焼号数が存在し得る理由に
ついては、図4及び図5において説明した。ステップS
7において、平均値が算出できなかった燃焼号数がない
ことを確認したときも、ステップS9に移行する。
【0040】次に、これら平均値と各燃焼号数毎のFR
電流値の初期値との偏差を求め、求めた偏差によりFR
電流値の閾値を補正する(ステップS9、S10)。そ
して、この補正後のFR電流値の閾値データ(図3にお
いて、符号41で示した)とFR19からのFR電流検
出値との比較結果に基づいて、燃焼装置が異常燃焼状態
か否かを判定することとなる。
【0041】上述した処理動作を行なうことにより、実
際に供給されるガス燃料の成分や、サーミスタ等の特性
のバラツキのセンター値が、閾値データ35設定時の代
表的なガス燃料の成分や、サーミスタ等の特性のバラツ
キのセンター値と相違しているか否かに関わらず、燃焼
状態の正常/異常を正確に判定することが可能である。
【0042】以上説明した内容は、あくまで本発明の一
実施形態に関するものであって、本発明が上記内容のみ
に限定されることを意味するものでないのは勿論であ
る。
【0043】例えば、上記実施形態では、FR電流検出
値をサンプリングする期間を、燃焼装置が設置された時
点から累積燃焼時間が200時間に達するまでの間に設
定したが、燃焼装置が設置されてから累積燃焼時間が1
00〜200時間までの間に設定することとしても差支
えない。
【0044】また、上記実施形態では、図6のフローチ
ャートにおいて、平均値データが算出できなかった燃焼
号数があることを確認したとき(ステップS7)、平均
値データが得られた他の燃焼号数の平均値データを平均
し、これによって得られた平均値データを上記燃焼号数
についての平均値データとした(ステップS8)。しか
し、平均値データが算出できなかった燃焼号数について
は、上記のような複雑な処理は行なわずに、燃焼状態の
正常/異常の判定を行なわないようにしても良い。
【0045】更に、上記実施形態では、FR19からの
FR電流検出値を用いて燃焼状態の正常/異常を判定す
ることとしたが、例えばサーミスタのようなFR以外の
センサを用いて、燃焼状態の正常/異常を判定する燃焼
装置にも本発明が適用可能なのは勿論である。
【0046】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
燃焼装置における燃焼状態の正常/異常を判定するため
の閾値の信頼性を向上させることにより誤判定の防止が
可能な燃焼状態判定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】燃焼装置におけるフレームロッド電流値―CO
濃度特性データを示す図。
【図2】本発明の一実施形態に係る燃焼状態判定装置を
適用した燃焼装置のブロック図。
【図3】燃焼装置の燃焼状態の正常/異常を判定するの
に必要なデータを示した図。
【図4】燃焼装置の燃焼状態の正常/異常を判定するの
に必要なデータを示した図。
【図5】燃焼号数毎のFR電流検出値の平均値データを
示す説明図。
【図6】FR電流値の閾値データを補正する処理手順を
示すフローチャート。
【符号の説明】 5 金属体 7、9、11、13、15 バーナ 19 フレームロッド(FR) 21 火炎 23 抵抗 25 トランス 27 演算処理部 29 記憶部 31 ガス制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 重雄 兵庫県神戸市東灘区魚崎浜町43番1号 日本ユプロ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭57−187648(JP,A) 特開 昭62−142918(JP,A) 実開 平1−123057(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F23N 5/12 F23N 5/20

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 予め決められた燃焼装置の状態量閾値に
    基づいて燃焼状態の正常/異常を判定する燃焼状態判定
    装置において、 前記燃焼装置の状態量を検出する状態量検出手段と、 予め記憶されている前記状態量の初期値と、前記状態量
    検出手段から出力された状態量検出値との偏差を演算す
    る偏差演算手段と、 前記算出された偏差に基づいて前記状態量閾値を補正す
    る状態量閾値補正手段とを備え、 前記状態量が、前記燃焼装置の各燃焼範囲を表わすもの
    で、各燃焼量範囲毎に設定されており、 前記状態量検出値が、前記燃焼装置を設置してから所定
    時間内に所定数以上サンプリングされた状態量検出値か
    ら演算される値であり、 前記状態量検出値から演算される値が、予め設定されて
    いる適正サンプリング領域に属する状態量検出値のみに
    よって各燃焼量範囲毎に算出される燃焼状態判定装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の燃焼状態判定装置におい
    て、 前記各燃焼範囲のうち、サンプリングされた状態量検出
    値が所定数より少ない燃焼量範囲については、前記状態
    量検出値より演算される値を、各燃焼量範囲の状態量検
    出値から演算される正常な値を更に平均することにより
    得られる値とする燃焼状態判定装置。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の燃焼状態判定装置におい
    て、 前記各燃焼範囲のうち、サンプリングされた状態量検出
    値が所定数より少ない燃焼量範囲については、前記状態
    量検出値より演算される値を、予め設定されている値と
    する燃焼状態判定装置。
  4. 【請求項4】 請求項1又は請求項2記載の燃焼状態判
    定装置において、 前記状態量検出値から演算される値が、前記状態量検出
    値の平均値である燃焼状態判定装置。
  5. 【請求項5】 請求項1記載の燃焼状態判定装置におい
    て、 前記状態量検出手段が、前記燃焼装置が有するバーナの
    火炎に挿入されて火炎電流を検知する火炎電流検知手段
    であり、 前記状態量検出値が、火炎電流値である燃焼状態判定装
    置。
  6. 【請求項6】 請求項1記載の燃焼状態判定装置におい
    て、 前記状態量検出手段が、前記燃焼装置が有するバーナ又
    はその近傍の温度を検知する温度検知手段であり、 前記状態量検出値が、温度検出値である燃焼状態判定装
    置。
  7. 【請求項7】 請求項1記載の燃焼状態判定装置におい
    て、 前記燃焼装置を設置してから所定時間が経過するまでの
    間は、前記状態量閾値の補正を行わない燃焼状態判定装
    置。
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