JP3586831B2 - 燃焼制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス流量と空気流量との比（以下、「空燃比」とする）を制御しながら、ガスと空気をバーナに供給する燃焼制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃焼制御を行うに当たって、空燃比を一定に制御することは、燃焼安全性の確保、排気損失の低減、並びに炉内雰囲気の安定上極めて有用である。
空燃比制御を行うに際して、従来では、例えば特開昭５８−２２４２２５号公報に記載された燃焼制御装置が使用されることがある。
【０００３】
この燃焼制御装置は、差圧検出器、空燃比制御回路、及び送風機回転数制御回路等を備えている。差圧検出器は、空気側流路とガス側流路とに設けられた絞りの上流側の圧力差を検出するようになっており、空燃比制御回路は、差圧に比例した電気信号を利用して差圧をゼロにすべく、送風機回転数制御回路に制御信号を送るようになっている。又、送風機回転数制御回路は、空燃比制御回路の制御信号に基づき、送風機の回転数を制御するようになっている。
【０００４】
上述した差圧検出器は、ダイアフラムによって２つの圧力室が画成され、一方の圧力室に空気側絞り上流圧力を導入し、他方の圧力室にガス側絞り上流圧力を導入する構造を有している。ダイアフラムは、スプリングによって一方向に付勢され、その偏差は、圧力差がゼロのときに作動トランスの出力信号がゼロとなるように調整されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、構造の複雑な差圧検出器を用いて空燃比制御を行うと、コスト高となる。又、高圧の加わるダイヤフラムの偏差を常に正しく調整したり、ダイヤフラムの破損の有無を確認するなど定期的なメンテナンスを必要とする。更には、ダイヤフラム型の差圧検出器は、１Ｐａ以下の微差圧を検出することができず、応答性に優れた空燃比制御を行うことが不可能であるばかりか、ガスのリークチェックを行うこともできない。
【０００６】
一方、特開平１０−３３２１４３号公報に記載された燃焼制御装置は、前述のような差圧検出器を備えると共に、ガス流路にガス用流速センサを備え、空気流路に空気用流速センサを備えている。そして、この構成によって、空気及びガスの実流量に基づく燃焼制御を行い、差圧検出器の故障に伴って誤った燃焼制御が行われるのを防止している。
【０００７】
しかし、このような構成をとると、本来構造が複雑である差圧検出器の他に、更にガス用流速センサ、空気用流速センサを備えなければならず、更にコスト高となる。又、空気流路の空気中には粉塵等が多く含まれているので、粉塵等の詰まりによって空気用流速センサが正常に機能しなくなる恐れがある。
本発明の目的は、単純な構成で信頼性の高い空燃比制御を行う燃焼制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明に係る燃焼制御装置は、基本的にはガス流路と空気流路とを連通する連通路に設けられ前記連通路のガス流又は空気流を測定する流れセンサと、前記流れセンサの出力に基づき、前記ガス流路内のガス圧と前記空気流路内の空気圧の圧力比を一定に保つ空燃比制御手段と、前記絞りの圧力比を制御する絞り制御手段とを備えたことを特徴としている。
【００１２】
特に本発明の請求項１に記載された燃焼制御装置は、ガス流路と空気流路とを連通する連通路と、空気流路の空気流量を調節するブロア又はダンパを備えた燃焼装置に使用され、その構成は、前記連通路に設けられ、前記連通路のガス流又は空気流を測定する第１の流れセンサと、ガス流路に設けられ、ガス流路のガス流を測定する第２の流れセンサと、前記第１の流れセンサによって測定されたガス流及び空気流がほぼなくなるように前記ブロア又はダンパの作動量を制御する制御装置と、前記第１の流れセンサによって測定されたガス流及び空気流がほぼなくなった場合、前記第２の流れセンサの測定値と前記ブロア又はダンパの作動値とから前記ブロア又はダンパの異常を検出する異常検出手段とを備えたことを特徴としている。
【００１３】
燃焼装置のブロア及びダンパが正常に作動していれば、第１の流れセンサによって測定されたガス流及び空気流がほぼなくなった場合、第２の流れセンサの測定値とブロア又はダンパの作動値とは対応関係にある。従って、これらの対応関係をみることから燃焼装置の空気流路に流れセンサを設けることなくブロア又はダンパの異常を検出することができる。即ち、空気側ダンパが故障して空気流量が十分でない場合であってもガス圧と空気圧が均圧と判断される恐れがあるが、このような場合であっても第２の流れセンサの測定値から空気側ダンパの故障を検出することができる。その結果、空気流路に流れセンサを設けた従来の燃焼制御装置のように粉塵等の影響による流れセンサの検出不良が生じることなく、信頼性の高い燃焼制御が可能となる。
【００１４】
又、本発明の請求項２に記載された燃焼制御装置は、請求項１に記載の燃焼制御装置において、前記第１の流れセンサによって測定されたガス流及び空気流、及び前記ブロア又はダンパの作動値から前記第１の流れセンサの異常を検出する異常検出手段を備えたことを特徴としている。
第１の流れセンサの測定値とブロア又はダンパの作動値とは対応関係にある。従って、これらの対応関係をみることから第１の流れセンサの異常を検出することができ、信頼性の高い燃焼制御が可能となる。
【００１５】
又、本発明の請求項３に記載された燃焼制御装置は、ガス流路と空気流路との間を連通し且つ第１の遮断弁を備えた連通路と、前記ガス流路の前記連通路より上流側に設けられた第２の遮断弁と、前記ガス流路の前記連通路より下流側に設けられた第３の遮断弁とを備えた燃焼装置に使用され、その構成は、前記連通路の、第１の遮断弁と空気流路との間に備えられ、前記連通路のガス流又は空気流を測定する流れセンサと、前記第１の遮断弁、第２の遮断弁、及び第３の遮断弁を個別に開閉する弁開閉制御手段と、前記弁開閉制御手段の開閉信号と前記流れセンサの測定値に基づきガス漏れ検知を行うリークチェック手段と、前記第１の遮断弁、第２の遮断弁、及び第３の遮断弁が開放された際に、前記流れセンサによってガス流及び空気流を検出しなくなるように前記ガス流路又は前記空気流路の少なくともいずれか一方の流路の流量を制御する空燃比制御手段とを備えたことを特徴としている。
【００１６】
流れセンサによって空燃比制御を行うだけでなく、弁開閉制御手段の開閉信号と流れセンサの測定値に基づきガス漏れ検知をも行う。従って、従来の燃焼制御装置のように、ダイアフラム型の差圧検出器を使用する必要がなく、簡単な構成で安全性と信頼性に優れた燃焼制御を行うことができる。
又、本発明の請求項４に記載された燃焼制御装置は、ガス流路と空気流路との間を連通する連通路とガス流路をバイパスするバイパス路とが三方弁によって択一的に形成され、前記ガス流路の前記バイパス路より上流側に設けられた第１の遮断弁と、前記ガス流路の前記バイパス路より下流側に設けられた第２の遮断弁とを備えた燃焼装置に使用され、その構成は、前記三方弁の切り替えによって前記連通路が形成された際に前記連通路のガス流又は空気流を測定すると共に、前記三方弁の切り替えによって前記バイパス路が形成された際にガス流を測定する流れセンサと、前記三方弁、前記第１の遮断弁及び前記第２の遮断弁を個別に開閉する弁開閉制御手段と、前記弁開閉制御手段の開閉信号と前記流れセンサの測定値に基づきガス漏れ検知を行うリークチェック手段と、前記三方弁の切り替えによって連通路が形成され、前記第１の遮断弁及び前記第２の遮断弁が開放されたとき、前記流れセンサの出力値に基づき、前記連通路のガス流及び空気流がほぼなくなるように前記ガス流路又は前記空気流路の少なくともいずれか一方の流路の流量を制御する空燃比制御手段とを備えたことを特徴としている。
【００１７】
上述の請求項３に記載された燃焼制御装置と同様に、流れセンサによって空燃比制御を行うだけでなく、弁開閉制御手段の開閉信号と流れセンサの測定値に基づきガス漏れ検知をも行う。従って、従来の燃焼制御装置のように、ダイアフラム型の差圧検出器を使用する必要がなく、簡単な構成で安全性と信頼性に優れた燃焼制御を行うことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態に係る燃焼制御装置について説明する。
本発明の第１の実施形態に係る燃焼制御装置１０は、図１に示すように、流れセンサ１１、空燃比制御部１２、絞り制御部１３、弁開閉制御部１４、燃焼制御部１５及び異常検知部１６を備え、所望の空燃比を保ちながら燃焼制御を行うことを特徴としている。
【００２１】
燃焼制御装置１０の使用される燃焼装置５０は、ガス流路５１、空気流路５２、空気流路５２の下流に連結されたウインドボックス５３、これらの流路及びウインドボックス５３を連通する連通路５４、及び燃焼炉５５を備えている。
ガス流路５１には、第１の遮断弁５１ａ、第２の遮断弁５１ｂ、ガス流量制御用ダンパ５１ｄ、及び固定絞り５１ｓが設けられている。一方、空気流路５２には、空気供給用ブロア５２ｂ、空気流量制御用ダンパ５２ｄ、固定絞り５２ｓが設けられている。又、燃焼炉内のウインドボックス開口部にはバーナ５５ｂが設けられている。
【００２２】
連通路５４は、ガス流量制御用ダンパ５１ｄの下流近傍と空気流量制御用ダンパ５２ｄの下流近傍とを連通し、この一部が分岐して更にウインドボックス５３と連通するように形成されている。連通路５４の分岐部からガス流路側には第１の可変絞り５４ａが設けられ、同様に連通路５４の分岐部からウインドボックス側には第２の可変絞り５４ｂが設けられている。
【００２３】
ガス流量制御用ダンパ５１ｄの開度、空気流量制御用ダンパ５２ｄの開度、及びブロア５２ｂの回転数は、図示しない公知の角度検知手段や回転数検知手段によって検知可能になっており、且つ燃焼制御部１５や空燃比制御部１６の制御信号によってその回転数や開度を制御できるようになっている。又、燃焼炉内のバーナ５５ｂも燃焼制御部によって制御されるようになっている。
【００２４】
第１の遮断弁５１ａ、第２の遮断弁５１ｂは、弁開閉制御部１４によって開閉制御され、第１の可変絞り５４ａ、第２の可変絞り５４ｂも絞り制御部１３によって制御されその断面積比を自在に変更できるようになっている。尚、ガス流路側のガス圧Ｐｇと空気流路側の空気圧Ｐａとの関係は、第１の可変絞り５４ａの断面積Ｓ１、第２の可変絞り５４ｂの断面積Ｓ２との断面積比によって決定されるようになっており、具体的には、以下の関係式（１）が成立する。
【００２５】
Ｐｇ／Ｐａ＝１＋（Ｓ２／Ｓ１）２ ・・・（１）
流れセンサ１１は微小流量センサからなり、連通路５４の分岐部から空気流路側に設けられている。流れセンサ１１は、例えば特開平４−２３０８０８号公報に記載されるような、微細加工ダイアフラム構造を有している。
次に、流れセンサ１１の具体的構成について説明する。
【００２６】
流れセンサ１１は、図２に示すようにシリコン基板の背面側中央部に異方性エッチングによって凹部１１ｒを形成することで、シリコン基板に薄肉状のダイアフラム１１ｄを形成し、このダイアフラム上にヒータエレメント１１ｈ、測温抵抗エレメント１１ａ，１１ｂ、周囲温度測温抵抗エレメント１１ｔを配設した構造を有している。尚、ヒータエレメント１１ｈはダイアフラム１１ｄの表面中央に配設され、測温抵抗エレメント１１ａ，１１ｂはヒータエレメント１１ｈの両側に配設され、周囲温度測温抵抗エレメント１１ｔはシリコン基板の基板部分に配設されている。又、ダイアフラム１１ｄには、ヒータエレメント１１ｈと測温抵抗エレメント１１ａ，１１ｂとの間にスリット１１ｓが形成され、これらのエレメント間の熱的絶縁を確保している。
【００２７】
流れセンサ１１によるガス又は空気の流れ測定は、ヒータエレメント１１ｈからその下流側の測温抵抗エレメント１１ａ，１１ｂへの熱的移動を検出することで行われる。流れセンサ１１はその構成上、極めて速い応答速度で且つ高精度に気体の流れを検出できる上、気体の微小流れまでも確実に検出できる特徴を有している。
【００２８】
次に、流れセンサ１１によるガス又は空気の流れ検出の方法を図３に基づいて具体的に説明する。ヒータエレメント１１ｈと周囲温度測温抵抗エレメント１１ｔとは、固定抵抗Ｒ１、固定抵抗Ｒ２とでヒータブリッジ回路が形成されている。一方、測温抵抗エレメント１１ａ，１１ｂ、固定抵抗Ｒ３、固定抵抗Ｒ４とでセンサブリッジ回路が構成されている。ヒータエレメント１１ｈを周囲温度に対して一定温度上昇するように加熱し、流体の流速に応じた温度上昇に伴う測温抵抗エレメント１１ａ，１１ｂの抵抗変化を電圧として取り出す。これを作動アンプで増幅することで、流体の流れに応じた電圧値を出力するようになっている。
【００２９】
流れセンサ１１は以上の構成を有しているので、出力された電圧値の正負で気体の流れ方向をも検出することができる。即ち、連通路内におけるガス流路５１から空気流路５２へのガス流れと空気流路５２からガス流路５１への空気流れを区別して検出することができる。
次に、上述の構成を有する燃焼制御装置１０による空燃比制御ルーチンを、図４及び図５のフローチャートに基づいて説明する。
【００３０】
尚、本空燃比制御ルーチンにおいては、プレパージが正しく行われているか否かを併せて判断できることを特徴としている。
空燃比制御ルーチンを開始するに当たって、弁開閉制御部１４によって遮断弁５１ａ、遮断弁５１ｂを閉塞し（ステップＳ１０１）、燃焼制御部１５によってプレパージ実行中か否かを判断する（ステップＳ１０２）。プレパージ実行中でない場合は、後述するステップＳ１０９にジャンプする。
【００３１】
プレパージ実行中の場合は、流れセンサ１１により連通路５４の気体流れを流量として検出し（ステップＳ１０３）、連通路５４の気体流れが一定流量の範囲内か否かを判断する（ステップＳ１０４）。連通路５４の気体流れが一定流量の範囲内でない場合は、プレパージが適切に行われておらず、ブロア故障などの燃焼装置５０の異常であると判断し（ステップＳ１０５）、燃焼装置５０の異常警報を行う（ステップＳ１０６）。尚、この判断に当たって、連通路５４を流れる気体の向きも考慮し、ガス流路側から空気流路側への気体の流れを流れセンサ１１で検知したときは、ブロア５２ｂが故障していると共に、プレパージ中にガス流れが生じており、ガス漏れ状態と判断して即刻警報を行うようにしても良い。
【００３２】
連通路の気体の流れが一定流量の範囲内である場合は、プレパージが適切に行われていると判断し（ステップＳ１０７）、プレパージが終了するのを待つ（ステップＳ１０８）。
プレパージが終了したならば、図５に示すように、遮断弁５１ａ、遮断弁５１ｂを開放し（ステップＳ１０９）、実際の空燃比制御を開始する。まず、流れセンサ１１によって流れを流量として検出し（ステップＳ１１０）、流れセンサ１１の出力がゼロ、即ち連通路５４における空気流れ及びガス流れがないか否かを判断する（ステップＳ１１１）。流れセンサ１１の出力がゼロでない、即ち連通路５４における空気流れ又はガス流れがあると判断した場合は、流れセンサ１１の出力がゼロになるようにガス流路側ダンパ５１ｄの開度を制御する（ステップＳ１１２）。
【００３３】
流れセンサ１１の出力がゼロであれば、連通路５４における空気流れ及びガス流れがない状態と判断する。即ち、ガス流路側のガス圧Ｐｇと空気流路側の空気圧Ｐａとの関係が、第１の可変絞り５４ａの断面積Ｓ１、第２の可変絞り５４ｂの断面積Ｓ２の場合、上述の式（１）で表す、Ｐｇ／Ｐａ＝１＋（Ｓ２／Ｓ１）２の空燃比の関係にあると判断する。
【００３４】
従って、ガス種やブロアの能力、燃焼炉の容量に応じて理想的な燃焼状態になる空燃比を予め第１の可変絞り５４ａと第２の可変絞り５４ｂとで設定しておき、流れセンサ１１の出力を利用して正確な空燃比制御を行うことができる。
更に、理想的な燃焼状態になる空燃比を変更する必要があるか否かを判断し（ステップＳ１１３）、変更の必要がある場合は、絞り制御部１３によって第１の可変絞り５４ａと第２の可変絞り５４ｂの断面積比を変更し（ステップＳ１１４）、空燃比を変更する必要がない場合は燃焼シーケンスが終了するまで流れセンサ１１の出力とガス流路側ダンパ５１ｄの開度調整とで、一定の空燃比を維持するように制御する（ステップＳ１１５）。燃焼シーケンスが終了したならば、弁開閉制御部１４によって遮断弁５１ａ、遮断弁５１ｂを閉塞すると共に空燃比制御ルーチンを終了する（ステップＳ１１６）。
【００３５】
尚、上述の実施形態と異なり、連通路に設けられた絞りは一方のみ可変絞りであっても良い。又、流れセンサの出力がゼロとなるように、空気流路側ダンパの開度を制御しても良く、若しくはガス流路側ダンパと空気流路側ダンパの双方の開度を制御しても良い。
次に本発明の第２の実施形態に係る燃焼制御装置について説明する。
【００３６】
尚、第１の実施形態に係る燃焼制御装置と同等の構成については、対応する符号を付して詳細な説明を省略する。
本発明の第２の実施形態に係る燃焼制御装置２０は、図６に示すように、第１の流れセンサ２１、第２の流れセンサ２２、空燃比制御部２３、弁開閉制御部２４、燃焼制御部２５、ブロア／ダンパ異常検出部２６、及びセンサ異常検出部２７を備え、所望の空燃比を保ちながら燃焼制御を行うことを特徴とする。
【００３７】
燃焼制御装置２０が使用される燃焼装置６０は、ガス流路６１、空気流路６２、空気流路６２の下流に連結されたウインドボックス６３、ガス流路６１と空気流路６２を連通する連通路６４、及び燃焼炉６５を備えている。
ガス流路６１には、第１の遮断弁６１ａ、第２の遮断弁６１ｂ、ガス流量制御用ダンパ６１ｄ、及び固定絞り６１ｓが設けられている。一方、空気流路６２には、空気供給用ブロア６２ｂ、空気流量制御用ダンパ６２ｄ、固定絞り６２ｓが設けられている。
【００３８】
連通路６４は、ガス流量制御用ダンパ６１ｄの下流近傍と空気流量制御用ダンパ６２ｄの下流近傍とを連通するように形成されている。連通路６４には、第１の実施形態に係る燃焼装置５０のようにウインドボックス６３に至る分岐路が形成されておらず、且つ可変絞りも設けられていない。従って、連通路内のガス流れ及び空気流れがゼロとなるガス流路内のガス圧と空気流路内の空気圧との関係は、ガス流路の固定絞り６１ｓと空気流路の固定絞り６２ｓとの関係で決定される。具体的には、ガス流路内のガス圧と空気流路内の空気圧が均圧になった場合のみ連通路内の空気流れ及びガス流れがゼロとなるように、固定絞り６１ｓ，６２ｓの断面積比が設定されている。
【００３９】
第１の流れセンサ２１は第１の実施形態と同様の微小流量センサからなり、連通路６４に設けられている。第２の流れセンサ２２も第１の実施形態と同様の微小流量センサからなり、ガス流路６１の、連通路下流側に設けられている。
次に、上述の構成を有する燃焼制御装置２０による空燃比制御ルーチンを、図７及び図８のフローチャートに基づいて説明する。
【００４０】
尚、本空燃比制御ルーチンにおいては、空気流路６２に流れセンサを設けることなく、空気流路６２の空気流量を正確に推定して空気流路６２の流量制御ダンパ６２ｄの故障を検出したり、連通路６４に設けられた第１の流れセンサ２１の故障を併せて検出することを特徴としている。
空燃比制御ルーチンを開始するに当たって、弁開閉制御部２４によって遮断弁６１ａ、遮断弁６１ｂを開放し（ステップＳ２０１）、第１の流れセンサ２１によって連通路内のガス又は空気の流量を検出すると共に、第２の流れセンサ２２によってガス流路内のガス流量を検出する（ステップＳ２０２）。続いて、空気流路６２の流量調整ダンパ６２ｄの開度を検出する（ステップＳ２０３）。続いて、第１の流れセンサ２１の出力がゼロか否かを判断し（ステップＳ２０４）、第１の流れセンサ２１の出力がゼロでない場合、即ち連通路内にてガス又は空気の流れがある場合は、図８に示すように、ガス流路６１のダンパ開度を変更する（ステップＳ２０５）。そして、ガス流路６１のダンパ開度の変更により第１の流れセンサ２１の出力が変化したか否かを判断する（ステップＳ２０６）。第１の流れセンサ２１の出力が変化しない場合は、第１の流れセンサ２１が故障していると判断し（ステップＳ２０７）、異常警報を行い空燃比制御ルーチンを中止する（ステップＳ２０８）。
【００４１】
ステップＳ２０６で第１の流れセンサ２１の出力が変化したと判断した場合は、第１の流れセンサ２１の出力がゼロになるまで上述の空気流路６２のダンパ開度変更ルーチンを繰り返す。
ステップＳ２０４で第１の流れセンサ２１の出力がゼロと判断したときは、ステップＳ２０２で検出した第２の流れセンサ２２の出力とステップＳ２０３で検出した空気流路６２のダンパ開度が一定の対応関係にあるか否かを判断する（ステップＳ２０９）。第１の流れセンサ２１の出力がゼロの場合、連通路内には空気流れ及びガス流れがなく、ガス流路６１のガス圧と空気流路６２の空気圧が均圧となる。このような状態では、ガス流路６１のガス流量と空気流路６２の空気流量とが一定の対応関係になる。そこで、ガス流路６１のガス流量に基づき空気流路６２の空気流量、即ち、空気流路側ダンパ６２ｄの開度を正確に推定することができる。ステップＳ２０９で第２の流れセンサ２２の出力と空気流路６２のダンパ開度が一定の対応関係にないと判断した場合は、空気流路側のダンパ６２ｄに何らかの異常があると判断して異常警報を発報する（ステップＳ２１０）。
【００４２】
即ち、空気側ダンパ６２ｄが故障して空気流量が十分でない場合であってもガス圧と空気圧が均圧と判断される恐れがあるが、このような異常状態を確実に検出することができる。
第２の流れセンサ２２の出力と空気流路側ダンパ６２ｄの開度が一定の対応関係にあると判断した場合は、燃焼シーケンスの終了まで上述のステップＳ２０２からステップＳ２１０までのルーチンを繰り返し（ステップＳ２１１）、燃焼シーケンスが終了したら遮断弁６１ａ、遮断弁６１ｂを閉塞すると共に、空燃比制御ルーチンを終了する（ステップＳ２１２）。
【００４３】
以上、説明したように、本空燃比制御ルーチンでは、燃焼装置６０の空気流路６２に流れセンサを設けることなくブロア６２ｂ又はダンパ６２ｄの異常を検出することができる。その結果、空気流路に流れセンサを設けた従来の燃焼制御装置のように粉塵等の影響による流れセンサの検出不良が生じることなく、信頼性の高い燃焼制御が可能となる。
【００４４】
次に本発明の第３の実施形態に係る燃焼制御装置について説明する。
尚、第１及び第２の実施形態に係る燃焼制御装置と同等の構成については、対応する符号を付して詳細な説明を省略する。
本発明の第３の実施形態に係る燃焼制御装置３０は、図９に示すように、流れセンサ３１、空燃比制御部３２、弁開閉制御部３３、リークチェック部３４及び燃焼制御部３５を備え、所望の空燃比を保ちながら安全性の高い燃焼制御を行うことを特徴としている。
【００４５】
燃焼制御装置３０が使用される燃焼装置７０は、ガス流路７１、空気流路７２、空気流路の下流に連結されたウインドボックス７３、ガス流路７１と空気流路７２を連通する連通路７４、及び燃焼炉７５を備えている。
ガス流路７１には、第１の遮断弁７１ａ、第２の遮断弁７１ｂ、ガス流量制御用ダンパ７１ｄ、及び固定絞り７１ｓが設けられている。一方、空気流路７２には、空気供給用ブロア７２ｂ、空気流量制御用ダンパ７２ｄ、固定絞り７２ｓが設けられている。
【００４６】
連通路７４は、ガス流量制御用ダンパ７１ｄの下流近傍と空気流量制御用ダンパ７２ｄの下流近傍とを連通するように形成されている。又、連通路７４には、第３の遮断弁７４ｃが設けられている。尚、連通路７４には、第２の実施形態と同様にウインドボックス７３に至る分岐路が形成されておらず、且つ可変絞りも設けられていない。又、第２の実施形態と同様に、ガス流路内のガス圧と空気流路内の空気圧が均圧になった場合のみ連通路内のガス流れと空気流れがゼロとなるように、ガス流路の固定絞り７１ｓと空気流路の固定絞り７２ｓの断面積比が設定されている。
【００４７】
流れセンサ３１は第１及び第２の実施形態と同様の微小流量センサからなり、連通路７４の、第３の遮断弁７４ｃと空気流路７２と間に設けられている。
次に、上述の構成を有する燃焼制御装置３０による空燃比制御ルーチンを、図１０及び図１１のフローチャートに基づいて説明する。
尚、本空燃比制御ルーチンにおいては、第１の流れセンサ３１を使用して空燃比制御を行うだけでなく遮断弁７１ａ，７１ｂ，７４ｃのリークチェックも行い、安全性が確認された場合、プレパージを省略することを特徴としている。
【００４８】
まず最初に、遮断弁７１ａ、遮断弁７１ｂを閉塞し、遮断弁７４ｃを開放する（ステップＳ３０１）。続いて、流れセンサ３１の出力がゼロか否かを判断し（ステップＳ３０２）、流れセンサ３１の出力がゼロ、即ち連通路内のガス流れ及び空気流れがないと判断したときは、流れセンサ３１の出力値の正負によって連通路７４においてガス流路７１から空気流路７２への気体の流れがあるか否かを判断する（ステップＳ３０３）。連通路７４において気体の流れが空気流路７２からガス流路７１にあると判断したときは、空気流路７２から連通路７４、遮断弁７１ｂを通って空気が流れており、遮断弁７１ｂが故障と判断し異常警報を行う（ステップＳ３０４）。
【００４９】
一方、ステップＳ３０３で連通路７４においてガス流路７１から空気流路７２に気体が流れていると判断したときは（ステップＳ３０３）、遮断弁７１ａから連通路７４、空気流路７２を通ってガスが流れており、遮断弁７１ａが故障してガスリークが生じていると判断し、リークチェック部３４が異常警報を行う（ステップＳ３０５）。
【００５０】
流れセンサ３１の出力がゼロ、即ち連通路内のガス流れ及び空気流れがないと判断したときは（ステップＳ３０２）、遮断弁７１ａ、遮断弁７１ｂは正常であると判断し、遮断弁７１ａを開放し、遮断弁７１ｂ、遮断弁７４ｃを閉塞する（ステップＳ３０６）。
次いで、流れセンサ３１の出力がゼロか否かを判断し（ステップＳ３０７）、出力がゼロでない場合は、ガス流路７１から遮断弁７４ｃ、流れセンサ３１を通って空気流路７２にガスが流れており、遮断弁７４ｃが故障と判断し、異常警報を行う（ステップＳ３０８）。出力がゼロの場合は、遮断弁７４ｃは正常であるので、３つの遮断弁は全て正常であり、遮断弁閉塞時にガス漏れは生じないと判断する（ステップＳ３０９）。
【００５１】
次いで、プレパージ開始前か否かを判断し（ステップＳ３１０）、プレパージ開始前であればプレパージを省略する（ステップＳ３１１）。
燃焼シーケンスにおいては、燃焼開始直前にプレパージを行い、燃焼炉内のガスを炉外に排出することが一般的に行われている。しかし、ガス流路７１の遮断弁７１ａ，７１ｂが正常であれば燃焼開始前に燃焼炉内にガスがたまることはないので、このようなプレパージ動作を行う必要はない。上述の判断ルーチンで安全性が確認できれば、プレパージ動作を省略してブロア駆動に関する消費電力の低減、プレパージ動作に伴う騒音の低減を図ると共に、プレパージ動作によって燃焼装置の余熱を奪うのを回避し、熱損失を最低限に抑えることができる。
【００５２】
次に、燃焼制御部３５が燃焼制御を開始したか否かを判断し（ステップＳ３１２）、燃焼制御開始に伴って遮断弁７１ａ、遮断弁７１ｂ、遮断弁７４ｃを開放する（ステップＳ３１３）。そして、流れセンサ３１により流れを測定し（ステップＳ３１４）、流れセンサ３１の出力がゼロか否かを判断する（ステップＳ３１５）。流れセンサ３１の出力がゼロでない場合は、ガス流路側ダンパの開度を変更し（ステップＳ３１６）、流れセンサ３１の出力がゼロ、即ちガス流路７１のガス圧と空気流路７２の空気圧とが均圧となるまでこのルーチンを繰り返す。
【００５３】
流れセンサ３１の出力がゼロの場合は、燃焼シーケンスが終了したか否かを判断し（ステップＳ３１７）、終了していない場合は、ステップＳ３１４からステップＳ３１６までを繰り返す。燃焼シーケンスが終了した場合は、遮断弁７１ａ、遮断弁７１ｂ、遮断弁７４ｃを閉塞すると共に、空燃比制御ルーチンを終了する（ステップＳ３１８）。
【００５４】
前述した通り、本空燃比制御ルーチンによると、所望の空燃比を保ちながら燃焼制御を行うと共に、安全性を確保しながらプレパージ動作を省略することができる。従って、消費電力や騒音の低減を図ると共に、熱損失を最低限に抑えることができる。
次に本発明の第４の実施形態に係る燃焼制御装置について説明する。
【００５５】
尚、第１乃至第３の実施形態に係る燃焼制御装置と同等の構成については、対応する符号を付して詳細な説明を省略する。
本発明の第４の実施形態に係る燃焼制御装置４０は、図１２に示すように、流れセンサ４１、空燃比制御部４２、弁開閉制御部４３、リークチェック部４４、及び燃焼制御部４５を備え、所望の空燃比を保ちながら燃焼制御を行うことを特徴としている。
【００５６】
燃焼制御装置４０の使用される燃焼装置８０は、ガス流路８１、空気流路８２、空気流路８２の下流に連結されたウインドボックス８３、ガス流路８１と空気流路８２を連通する連通路８４、ガス流路のバイパス路８５、及び燃焼炉８６を備えている。
ガス流路８１には、第１の遮断弁８１ａ、第２の遮断弁８１ｂ、ガス流量制御用ダンパ８１ｄ、及び固定絞り８１ｅ、固定絞り８１ｆが設けられている。一方、空気流路８２には、空気供給用ブロア８２ｂ、空気流量制御用ダンパ８２ｄ、固定絞り８２ｓが設けられている。
【００５７】
連通路８４とバイパス路８５とは一部が共通して形成され、三方弁８４ｃの切り替えによって連通路８４とバイパス路８５とが択一的に形成されるようになっている。
尚、ガス流路の絞り８１ｅ、絞り８１ｆと空気流路の絞り８２ｓは、ガス流路のガス圧と空気流路の空気圧とが均圧の場合に連通路８４においてガス流れ及び空気流れが生じないように断面積が設定されている。
【００５８】
流れセンサ４１は、連通路８４とバイパス路８５との共通部分、即ち三方弁のＣとガス流路８１とを連通する管路に設けられている。尚、流れセンサ４１には、第１乃至第３の実施形態と同様に微小流量センサが使用されている。
次に、上述の構成を有する燃焼制御装置４０による空燃比制御ルーチンを、図１３及び図１５のフローチャートに基づいて説明する。
【００５９】
尚、本空燃比制御ルーチンにおいては、流れセンサ４１を使用して空燃比制御を行うだけでなく遮断弁８１ａ，８１ｂ及び三方弁８４ｃのリークチェックも行い、安全性が確認された場合、プレパージを省略することを特徴としている。
図１３に示すように、まず最初に、遮断弁８１ａ、遮断弁８１ｂを閉塞し、三方弁８４ｃのＣとＮＣで流路を形成する（ステップＳ４０１）。続いて、流れセンサ４１の出力がゼロか否かを判断し（ステップＳ４０２）、流れセンサ４１の出力がゼロでない場合、即ち連通路内のガス流れ及び空気流れがあると判断したときは、流れセンサ４１の出力値の正負から連通路８４においてガス流路８１から空気流路８２への気体の流れがあるか否かを判断する（ステップＳ４０３）。連通路８４において気体の流れが空気流路８２からガス流路８１にあると判断したときは、空気流路８２から連通路８４、三方弁８４ｃを通ってガス流路８１に空気が流れており、遮断弁８１ｂが故障と判断し異常警報を行う（ステップＳ４０４）。
【００６０】
一方、連通路８４において気体の流れがガス流路８１から空気流路８２にあると判断したときは（ステップＳ４０３）、遮断弁８１ａから連通路８４、空気流路８２を通ってガスが流れており、遮断弁８１ａが故障と判断し異常警報を行う（ステップＳ４０５）。
流れセンサ４１の出力がゼロ、即ち連通路内のガス流及び空気流がない場合は遮断弁８１ａ、遮断弁８１ｂは正常であると判断し、遮断弁８１ａを開放し、遮断弁８１ｂを閉塞し、三方弁８４ｃのＣとＮＯで流路を形成する（ステップＳ４０６）。
【００６１】
次いで、流れセンサ４１の出力がゼロか否かを判断し（ステップＳ４０７）、出力がゼロでない場合は、ガス流路８１から流れセンサ４１、三方弁８４ｃのＣとＮＣを通って空気流路８２にガスが流れており、三方弁８４ｃのＣとＮＣ間が故障と判断し、異常警報を行う（ステップＳ４０８）。出力がゼロの場合は、三方弁８４ｃのＣとＮＣ間は正常であるので、２つの遮断弁８１ａ，８１ｂ及び三方弁８４ｃは全て正常であり、遮断弁閉塞時にガス漏れは生じないと判断する（ステップＳ４０９）。
【００６２】
次いで、図１４に示すように、プレパージ開始前か否かを判断し（ステップＳ４１０）、プレパージ開始前であればプレパージを省略する（ステップＳ４１１）。
燃焼シーケンスにおいて、上述の判断ルーチンで安全性が確認できればプレパージ動作を省略することができる。これによって、第３の実施形態と同様にブロア駆動に関する消費電力の低減やプレパージ動作に伴う騒音の低減を図ると共に、プレパージ動作によって燃焼装置の余熱を奪うのを回避し、熱損失を最低限に抑えることができる。
【００６３】
次に、燃焼制御を開始したか否かを判断し（ステップＳ４１２）、燃焼制御開始に伴って遮断弁８１ａ、遮断弁８１ｂを開放し、三方弁８４ｃをＣとＮＣで流路を形成する（ステップＳ４１３）。そして、図１５に示すように、流れセンサ４１により流れを測定し（ステップＳ４１４）、流れセンサ４１の出力がゼロか否かを判断する（ステップＳ４１５）。流れセンサ４１の出力がゼロでない場合は、ガス流路側ダンパ８１ｄの開度を変更し（ステップＳ４１６）、流れセンサ４１の出力がゼロ、即ちガス流路８１のガス圧と空気流路８２の空気圧とが均圧となるまでこのルーチンを繰り返す。
【００６４】
流れセンサ４１の出力がゼロの場合は、燃焼シーケンスが終了したか否かを判断し（ステップＳ４１７）、終了していない場合は、ステップＳ４１４からステップＳ４１６までを繰り返す。燃焼シーケンスが終了した場合は、遮断弁８１ａ、遮断弁８１ｂを閉塞し、三方弁８４ｃのＣとＮＯで流路を形成し（ステップＳ４１８）、空燃比制御ルーチンを終了する（ステップＳ４１９）。
【００６５】
尚、上述した第１乃至第４の実施形態に係る空燃比制御ルーチンは、燃焼制御ルーチンの中で又はこれと並行して適時行われるようになっている。
以上説明した本発明に係る燃焼制御装置を使用すれば、燃焼装置の構造を簡略化できると共にセンサ等の調整を容易に行うことができ、製造上のコスト低減を図れると共にメンテナンス工数の低減も達成することができる。
【００６６】
尚、上述の実施形態では、流れセンサの出力がゼロとなるようにガス流路側ダンパの開度を調整したが、この代わりに空気流路側ダンパの開度を制御しても良く、若しくはガス流路側ダンパと空気流路側ダンパの双方の開度を制御しても良い。
更に、第２乃至第４の実施形態のように、ガス流路のガス圧と空気流路の空気圧とが均圧の場合に連通路内のガス流れ及び空気流れがなくなるように空気流路の絞りとガス流路の絞りの断面積比が設定されていなくても良い。即ち、空気流路の絞りとガス流路の絞りの断面積比は、ガスと空気の圧力比が所定の比率の場合に連通路内のガス流れ及び空気流れがなくなるように設定されていても良い。
【００６７】
又、第１乃至第４の実施形態において流れセンサとして微小流量センサを用いたが、必ずしもこれに限定されることはなく、通常の熱線式流量計等の流量計を使用しても良い。
上述した空燃比制御ルーチンは、本発明の燃焼制御装置が行う燃焼制御ルーチンの一形態を示したものであるに過ぎず、本発明の目的を逸脱しない範囲で空燃比制御ルーチンの様々な組み合わせが考えられることは言うまでもない。
【００６８】
又、本発明の燃焼制御装置は、給湯器やボイラ等の様々な燃焼装置に使用できることは言うまでもない。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る燃焼制御装置は、ガス流路と空気流路との間に形成された連通路に流れセンサを備えたので、ガス流路内の圧力と空気流路内の圧力が一定の比率であるか否かを流れセンサによって確実に確認することができる。従って、精度の高い空燃比制御を行うことが可能となる。又、従来の燃焼制御装置のように、複雑な構造の差圧検出器を用いる必要がないので、製造コスト的に優れると共に、ダイアフラム等で画成された差圧検出器の各圧力室の気密性を確保する必要もなく、メンテナンスコスト的にも優れる。更に、流れセンサを空気流路内に備えていないので、流れセンサが粉塵等から悪影響を受けることもない。
【００７０】
又、連通路に設けられた絞りを絞り制御部によって制御することで、連通路内のガス流及び空気流をなくすガス流路内の圧力と空気流路内の圧力比を自由に変更することができる。その結果、ガス種やブロアの能力、燃焼炉の容量が異なる様々なタイプの燃焼機器に適用可能な汎用性の高い燃焼制御装置を提供することができる。
【００７１】
特に本発明の請求項１に係る燃焼制御装置は、燃焼装置のブロア及びダンパが正常に作動していれば、第１の流れセンサによって測定されたガス流及び空気流がほぼなくなった場合、第２の流れセンサの測定値とブロア又はダンパの作動値とは対応関係にあることを利用している。従って、これらの対応関係をみることから燃焼装置の空気流路に流れセンサを設けることなくブロア又はダンパの異常を検出することができる。その結果、空気流路に流れセンサを設けた従来の燃焼制御装置のように粉塵等の影響による流れセンサの検出不良が生じることなく、信頼性の高い燃焼制御が可能となる。
【００７２】
又、本発明の請求項２に係る燃焼制御装置は、第１の流れセンサの測定値とブロア又はダンパの作動値とは対応関係にあることを利用している。従って、これらの対応関係をみることから第１の流れセンサの異常を検出することができ、信頼性の高い燃焼制御が可能となる。
又、本発明の請求項３に係る燃焼制御装置は、流れセンサによって空燃比制御を行うだけでなく、弁開閉制御部の開閉信号と流れセンサの測定値に基づきガス漏れ検知をも行う。従って、従来の燃焼制御装置のダイアフラム型の差圧検出器では達成不可能であったガス漏れ検知を空燃比制御と共に行うことが可能となる。その為、簡単な構成で安全性と信頼性に優れた燃焼制御を行うことができる。
【００７３】
又、本発明の請求項４に係る燃焼制御装置は、上述の請求項５に記載された燃焼制御装置と同様に、流れセンサによって空燃比制御を行うだけでなく、弁開閉制御部の開閉信号と流れセンサの測定値に基づきガス漏れ検知をも行う。従って、上述と同様にダイアフラム型の差圧検出器では達成不可能であったガス漏れ検知を空燃比制御と共に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃焼制御装置の構成を示す概略図である。
【図２】図１の燃焼制御装置に使用される流れセンサ（微小流量センサ）の構造を示す図である。
【図３】図２の流れセンサの出力信号検出回路を示す図である。
【図４】図１の燃焼制御装置の空燃比制御ルーチンの一部を示すフローチャートである。
【図５】図４に続くフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る燃焼制御装置の構成を示す概略図である。
【図７】図６の燃焼制御装置の空燃比制御ルーチンの一部を示すフローチャートである。
【図８】図７に続くフローチャートである。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る燃焼制御装置の構成を示す概略図である。
【図１０】図９の燃焼制御装置の空燃比制御ルーチンの一部を示すフローチャートである。
【図１１】図１０に続くフローチャートである。
【図１２】本発明の第４の実施形態に係る燃焼制御装置の構成を示す概略図である。
【図１３】図１２の燃焼制御装置の空燃比制御ルーチンの一部を示すフローチャートである。
【図１４】図１３に続くフローチャートである。
【図１５】図１４に続くフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 燃焼制御装置
１１ 流れセンサ
１２ 空燃比制御部
１３ 絞り制御部
１６ 異常検出部
２０ 燃焼制御装置
２１ 第１の流れセンサ
２２ 第２の流れセンサ
２３ 空燃比制御部
２６ 異常検出部
２７ 異常検出部
３０ 燃焼制御装置
３１ 流れセンサ
３２ 空燃比制御部
３４ リークチェック部
４０ 燃焼制御装置
４１ 流れセンサ
４２ 空燃比制御部
４３ 弁開閉制御部
４４ リークチェック部
５０ 燃焼装置
５１ ガス流路
５２ 空気流路
５３ ウインドボックス
５４ 連通路
６１ ガス流路
６２ 空気流路
６２ｂ ブロア
６２ｄ ダンパ
６４ 連通路
７１ ガス流路
７１ａ 第２の遮断弁
７１ｂ 第３の遮断弁
７２ 空気流路
７４ｃ 第１の遮断弁
７４ 連通路
８０ 燃焼装置
８１ ガス流路
８１ａ 第１の遮断弁
８１ｂ 第２の遮断弁
８２ 空気流路
８４ 連通路
８４ｃ 三方弁
８５ バイパス路
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス流量と空気流量との比（以下、「空燃比」とする）を制御しながら、ガスと空気をバーナに供給する燃焼制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃焼制御を行うに当たって、空燃比を一定に制御することは、燃焼安全性の確保、排気損失の低減、並びに炉内雰囲気の安定上極めて有用である。
空燃比制御を行うに際して、従来では、例えば特開昭５８−２２４２２５号公報に記載された燃焼制御装置が使用されることがある。
【０００３】
この燃焼制御装置は、差圧検出器、空燃比制御回路、及び送風機回転数制御回路等を備えている。差圧検出器は、空気側流路とガス側流路とに設けられた絞りの上流側の圧力差を検出するようになっており、空燃比制御回路は、差圧に比例した電気信号を利用して差圧をゼロにすべく、送風機回転数制御回路に制御信号を送るようになっている。又、送風機回転数制御回路は、空燃比制御回路の制御信号に基づき、送風機の回転数を制御するようになっている。
【０００４】
上述した差圧検出器は、ダイアフラムによって２つの圧力室が画成され、一方の圧力室に空気側絞り上流圧力を導入し、他方の圧力室にガス側絞り上流圧力を導入する構造を有している。ダイアフラムは、スプリングによって一方向に付勢され、その偏差は、圧力差がゼロのときに作動トランスの出力信号がゼロとなるように調整されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、構造の複雑な差圧検出器を用いて空燃比制御を行うと、コスト高となる。又、高圧の加わるダイヤフラムの偏差を常に正しく調整したり、ダイヤフラムの破損の有無を確認するなど定期的なメンテナンスを必要とする。更には、ダイヤフラム型の差圧検出器は、１Ｐａ以下の微差圧を検出することができず、応答性に優れた空燃比制御を行うことが不可能であるばかりか、ガスのリークチェックを行うこともできない。
【０００６】
一方、特開平１０−３３２１４３号公報に記載された燃焼制御装置は、前述のような差圧検出器を備えると共に、ガス流路にガス用流速センサを備え、空気流路に空気用流速センサを備えている。そして、この構成によって、空気及びガスの実流量に基づく燃焼制御を行い、差圧検出器の故障に伴って誤った燃焼制御が行われるのを防止している。
【０００７】
しかし、このような構成をとると、本来構造が複雑である差圧検出器の他に、更にガス用流速センサ、空気用流速センサを備えなければならず、更にコスト高となる。又、空気流路の空気中には粉塵等が多く含まれているので、粉塵等の詰まりによって空気用流速センサが正常に機能しなくなる恐れがある。
本発明の目的は、単純な構成で信頼性の高い空燃比制御を行う燃焼制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明に係る燃焼制御装置は、基本的にはガス流路と空気流路とを連通する連通路に設けられ前記連通路のガス流又は空気流を測定する流れセンサと、前記流れセンサの出力に基づき、前記ガス流路内のガス圧と前記空気流路内の空気圧の圧力比を一定に保つ空燃比制御手段と、前記絞りの圧力比を制御する絞り制御手段とを備えたことを特徴としている。
【００１２】
特に本発明の請求項１に記載された燃焼制御装置は、ガス流路と空気流路とを連通する連通路と、空気流路の空気流量を調節するブロア又はダンパを備えた燃焼装置に使用され、その構成は、前記連通路に設けられ、前記連通路のガス流又は空気流を測定する第１の流れセンサと、ガス流路に設けられ、ガス流路のガス流を測定する第２の流れセンサと、前記第１の流れセンサによって測定されたガス流及び空気流がほぼなくなるように前記ブロア又はダンパの作動量を制御する制御装置と、前記第１の流れセンサによって測定されたガス流及び空気流がほぼなくなった場合、前記第２の流れセンサの測定値と前記ブロア又はダンパの作動値とから前記ブロア又はダンパの異常を検出する異常検出手段とを備えたことを特徴としている。
【００１３】
燃焼装置のブロア及びダンパが正常に作動していれば、第１の流れセンサによって測定されたガス流及び空気流がほぼなくなった場合、第２の流れセンサの測定値とブロア又はダンパの作動値とは対応関係にある。従って、これらの対応関係をみることから燃焼装置の空気流路に流れセンサを設けることなくブロア又はダンパの異常を検出することができる。即ち、空気側ダンパが故障して空気流量が十分でない場合であってもガス圧と空気圧が均圧と判断される恐れがあるが、このような場合であっても第２の流れセンサの測定値から空気側ダンパの故障を検出することができる。その結果、空気流路に流れセンサを設けた従来の燃焼制御装置のように粉塵等の影響による流れセンサの検出不良が生じることなく、信頼性の高い燃焼制御が可能となる。
【００１４】
又、本発明の請求項２に記載された燃焼制御装置は、請求項１に記載の燃焼制御装置において、前記第１の流れセンサによって測定されたガス流及び空気流、及び前記ブロア又はダンパの作動値から前記第１の流れセンサの異常を検出する異常検出手段を備えたことを特徴としている。
第１の流れセンサの測定値とブロア又はダンパの作動値とは対応関係にある。従って、これらの対応関係をみることから第１の流れセンサの異常を検出することができ、信頼性の高い燃焼制御が可能となる。
【００１５】
又、本発明の請求項３に記載された燃焼制御装置は、ガス流路と空気流路との間を連通し且つ第１の遮断弁を備えた連通路と、前記ガス流路の前記連通路より上流側に設けられた第２の遮断弁と、前記ガス流路の前記連通路より下流側に設けられた第３の遮断弁とを備えた燃焼装置に使用され、その構成は、前記連通路の、第１の遮断弁と空気流路との間に備えられ、前記連通路のガス流又は空気流を測定する流れセンサと、前記第１の遮断弁、第２の遮断弁、及び第３の遮断弁を個別に開閉する弁開閉制御手段と、前記弁開閉制御手段の開閉信号と前記流れセンサの測定値に基づきガス漏れ検知を行うリークチェック手段と、前記第１の遮断弁、第２の遮断弁、及び第３の遮断弁が開放された際に、前記流れセンサによってガス流及び空気流を検出しなくなるように前記ガス流路又は前記空気流路の少なくともいずれか一方の流路の流量を制御する空燃比制御手段とを備えたことを特徴としている。
【００１６】
流れセンサによって空燃比制御を行うだけでなく、弁開閉制御手段の開閉信号と流れセンサの測定値に基づきガス漏れ検知をも行う。従って、従来の燃焼制御装置のように、ダイアフラム型の差圧検出器を使用する必要がなく、簡単な構成で安全性と信頼性に優れた燃焼制御を行うことができる。
又、本発明の請求項４に記載された燃焼制御装置は、ガス流路と空気流路との間を連通する連通路とガス流路をバイパスするバイパス路とが三方弁によって択一的に形成され、前記ガス流路の前記バイパス路より上流側に設けられた第１の遮断弁と、前記ガス流路の前記バイパス路より下流側に設けられた第２の遮断弁とを備えた燃焼装置に使用され、その構成は、前記三方弁の切り替えによって前記連通路が形成された際に前記連通路のガス流又は空気流を測定すると共に、前記三方弁の切り替えによって前記バイパス路が形成された際にガス流を測定する流れセンサと、前記三方弁、前記第１の遮断弁及び前記第２の遮断弁を個別に開閉する弁開閉制御手段と、前記弁開閉制御手段の開閉信号と前記流れセンサの測定値に基づきガス漏れ検知を行うリークチェック手段と、前記三方弁の切り替えによって連通路が形成され、前記第１の遮断弁及び前記第２の遮断弁が開放されたとき、前記流れセンサの出力値に基づき、前記連通路のガス流及び空気流がほぼなくなるように前記ガス流路又は前記空気流路の少なくともいずれか一方の流路の流量を制御する空燃比制御手段とを備えたことを特徴としている。
【００１７】
上述の請求項３に記載された燃焼制御装置と同様に、流れセンサによって空燃比制御を行うだけでなく、弁開閉制御手段の開閉信号と流れセンサの測定値に基づきガス漏れ検知をも行う。従って、従来の燃焼制御装置のように、ダイアフラム型の差圧検出器を使用する必要がなく、簡単な構成で安全性と信頼性に優れた燃焼制御を行うことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態に係る燃焼制御装置について説明する。
本発明の第１の実施形態に係る燃焼制御装置１０は、図１に示すように、流れセンサ１１、空燃比制御部１２、絞り制御部１３、弁開閉制御部１４、燃焼制御部１５及び異常検知部１６を備え、所望の空燃比を保ちながら燃焼制御を行うことを特徴としている。
【００２１】
燃焼制御装置１０の使用される燃焼装置５０は、ガス流路５１、空気流路５２、空気流路５２の下流に連結されたウインドボックス５３、これらの流路及びウインドボックス５３を連通する連通路５４、及び燃焼炉５５を備えている。
ガス流路５１には、第１の遮断弁５１ａ、第２の遮断弁５１ｂ、ガス流量制御用ダンパ５１ｄ、及び固定絞り５１ｓが設けられている。一方、空気流路５２には、空気供給用ブロア５２ｂ、空気流量制御用ダンパ５２ｄ、固定絞り５２ｓが設けられている。又、燃焼炉内のウインドボックス開口部にはバーナ５５ｂが設けられている。
【００２２】
連通路５４は、ガス流量制御用ダンパ５１ｄの下流近傍と空気流量制御用ダンパ５２ｄの下流近傍とを連通し、この一部が分岐して更にウインドボックス５３と連通するように形成されている。連通路５４の分岐部からガス流路側には第１の可変絞り５４ａが設けられ、同様に連通路５４の分岐部からウインドボックス側には第２の可変絞り５４ｂが設けられている。
【００２３】
ガス流量制御用ダンパ５１ｄの開度、空気流量制御用ダンパ５２ｄの開度、及びブロア５２ｂの回転数は、図示しない公知の角度検知手段や回転数検知手段によって検知可能になっており、且つ燃焼制御部１５や空燃比制御部１６の制御信号によってその回転数や開度を制御できるようになっている。又、燃焼炉内のバーナ５５ｂも燃焼制御部によって制御されるようになっている。
【００２４】
第１の遮断弁５１ａ、第２の遮断弁５１ｂは、弁開閉制御部１４によって開閉制御され、第１の可変絞り５４ａ、第２の可変絞り５４ｂも絞り制御部１３によって制御されその断面積比を自在に変更できるようになっている。尚、ガス流路側のガス圧Ｐｇと空気流路側の空気圧Ｐａとの関係は、第１の可変絞り５４ａの断面積Ｓ１、第２の可変絞り５４ｂの断面積Ｓ２との断面積比によって決定されるようになっており、具体的には、以下の関係式（１）が成立する。
【００２５】
Ｐｇ／Ｐａ＝１＋（Ｓ２／Ｓ１）２ ・・・（１）
流れセンサ１１は微小流量センサからなり、連通路５４の分岐部から空気流路側に設けられている。流れセンサ１１は、例えば特開平４−２３０８０８号公報に記載されるような、微細加工ダイアフラム構造を有している。
次に、流れセンサ１１の具体的構成について説明する。
【００２６】
流れセンサ１１は、図２に示すようにシリコン基板の背面側中央部に異方性エッチングによって凹部１１ｒを形成することで、シリコン基板に薄肉状のダイアフラム１１ｄを形成し、このダイアフラム上にヒータエレメント１１ｈ、測温抵抗エレメント１１ａ，１１ｂ、周囲温度測温抵抗エレメント１１ｔを配設した構造を有している。尚、ヒータエレメント１１ｈはダイアフラム１１ｄの表面中央に配設され、測温抵抗エレメント１１ａ，１１ｂはヒータエレメント１１ｈの両側に配設され、周囲温度測温抵抗エレメント１１ｔはシリコン基板の基板部分に配設されている。又、ダイアフラム１１ｄには、ヒータエレメント１１ｈと測温抵抗エレメント１１ａ，１１ｂとの間にスリット１１ｓが形成され、これらのエレメント間の熱的絶縁を確保している。
【００２７】
流れセンサ１１によるガス又は空気の流れ測定は、ヒータエレメント１１ｈからその下流側の測温抵抗エレメント１１ａ，１１ｂへの熱的移動を検出することで行われる。流れセンサ１１はその構成上、極めて速い応答速度で且つ高精度に気体の流れを検出できる上、気体の微小流れまでも確実に検出できる特徴を有している。
【００２８】
次に、流れセンサ１１によるガス又は空気の流れ検出の方法を図３に基づいて具体的に説明する。ヒータエレメント１１ｈと周囲温度測温抵抗エレメント１１ｔとは、固定抵抗Ｒ１、固定抵抗Ｒ２とでヒータブリッジ回路が形成されている。一方、測温抵抗エレメント１１ａ，１１ｂ、固定抵抗Ｒ３、固定抵抗Ｒ４とでセンサブリッジ回路が構成されている。ヒータエレメント１１ｈを周囲温度に対して一定温度上昇するように加熱し、流体の流速に応じた温度上昇に伴う測温抵抗エレメント１１ａ，１１ｂの抵抗変化を電圧として取り出す。これを作動アンプで増幅することで、流体の流れに応じた電圧値を出力するようになっている。
【００２９】
流れセンサ１１は以上の構成を有しているので、出力された電圧値の正負で気体の流れ方向をも検出することができる。即ち、連通路内におけるガス流路５１から空気流路５２へのガス流れと空気流路５２からガス流路５１への空気流れを区別して検出することができる。
次に、上述の構成を有する燃焼制御装置１０による空燃比制御ルーチンを、図４及び図５のフローチャートに基づいて説明する。
【００３０】
尚、本空燃比制御ルーチンにおいては、プレパージが正しく行われているか否かを併せて判断できることを特徴としている。
空燃比制御ルーチンを開始するに当たって、弁開閉制御部１４によって遮断弁５１ａ、遮断弁５１ｂを閉塞し（ステップＳ１０１）、燃焼制御部１５によってプレパージ実行中か否かを判断する（ステップＳ１０２）。プレパージ実行中でない場合は、後述するステップＳ１０９にジャンプする。
【００３１】
プレパージ実行中の場合は、流れセンサ１１により連通路５４の気体流れを流量として検出し（ステップＳ１０３）、連通路５４の気体流れが一定流量の範囲内か否かを判断する（ステップＳ１０４）。連通路５４の気体流れが一定流量の範囲内でない場合は、プレパージが適切に行われておらず、ブロア故障などの燃焼装置５０の異常であると判断し（ステップＳ１０５）、燃焼装置５０の異常警報を行う（ステップＳ１０６）。尚、この判断に当たって、連通路５４を流れる気体の向きも考慮し、ガス流路側から空気流路側への気体の流れを流れセンサ１１で検知したときは、ブロア５２ｂが故障していると共に、プレパージ中にガス流れが生じており、ガス漏れ状態と判断して即刻警報を行うようにしても良い。
【００３２】
連通路の気体の流れが一定流量の範囲内である場合は、プレパージが適切に行われていると判断し（ステップＳ１０７）、プレパージが終了するのを待つ（ステップＳ１０８）。
プレパージが終了したならば、図５に示すように、遮断弁５１ａ、遮断弁５１ｂを開放し（ステップＳ１０９）、実際の空燃比制御を開始する。まず、流れセンサ１１によって流れを流量として検出し（ステップＳ１１０）、流れセンサ１１の出力がゼロ、即ち連通路５４における空気流れ及びガス流れがないか否かを判断する（ステップＳ１１１）。流れセンサ１１の出力がゼロでない、即ち連通路５４における空気流れ又はガス流れがあると判断した場合は、流れセンサ１１の出力がゼロになるようにガス流路側ダンパ５１ｄの開度を制御する（ステップＳ１１２）。
【００３３】
流れセンサ１１の出力がゼロであれば、連通路５４における空気流れ及びガス流れがない状態と判断する。即ち、ガス流路側のガス圧Ｐｇと空気流路側の空気圧Ｐａとの関係が、第１の可変絞り５４ａの断面積Ｓ１、第２の可変絞り５４ｂの断面積Ｓ２の場合、上述の式（１）で表す、Ｐｇ／Ｐａ＝１＋（Ｓ２／Ｓ１）２の空燃比の関係にあると判断する。
【００３４】
従って、ガス種やブロアの能力、燃焼炉の容量に応じて理想的な燃焼状態になる空燃比を予め第１の可変絞り５４ａと第２の可変絞り５４ｂとで設定しておき、流れセンサ１１の出力を利用して正確な空燃比制御を行うことができる。
更に、理想的な燃焼状態になる空燃比を変更する必要があるか否かを判断し（ステップＳ１１３）、変更の必要がある場合は、絞り制御部１３によって第１の可変絞り５４ａと第２の可変絞り５４ｂの断面積比を変更し（ステップＳ１１４）、空燃比を変更する必要がない場合は燃焼シーケンスが終了するまで流れセンサ１１の出力とガス流路側ダンパ５１ｄの開度調整とで、一定の空燃比を維持するように制御する（ステップＳ１１５）。燃焼シーケンスが終了したならば、弁開閉制御部１４によって遮断弁５１ａ、遮断弁５１ｂを閉塞すると共に空燃比制御ルーチンを終了する（ステップＳ１１６）。
【００３５】
尚、上述の実施形態と異なり、連通路に設けられた絞りは一方のみ可変絞りであっても良い。又、流れセンサの出力がゼロとなるように、空気流路側ダンパの開度を制御しても良く、若しくはガス流路側ダンパと空気流路側ダンパの双方の開度を制御しても良い。
次に本発明の第２の実施形態に係る燃焼制御装置について説明する。
【００３６】
尚、第１の実施形態に係る燃焼制御装置と同等の構成については、対応する符号を付して詳細な説明を省略する。
本発明の第２の実施形態に係る燃焼制御装置２０は、図６に示すように、第１の流れセンサ２１、第２の流れセンサ２２、空燃比制御部２３、弁開閉制御部２４、燃焼制御部２５、ブロア／ダンパ異常検出部２６、及びセンサ異常検出部２７を備え、所望の空燃比を保ちながら燃焼制御を行うことを特徴とする。
【００３７】
燃焼制御装置２０が使用される燃焼装置６０は、ガス流路６１、空気流路６２、空気流路６２の下流に連結されたウインドボックス６３、ガス流路６１と空気流路６２を連通する連通路６４、及び燃焼炉６５を備えている。
ガス流路６１には、第１の遮断弁６１ａ、第２の遮断弁６１ｂ、ガス流量制御用ダンパ６１ｄ、及び固定絞り６１ｓが設けられている。一方、空気流路６２には、空気供給用ブロア６２ｂ、空気流量制御用ダンパ６２ｄ、固定絞り６２ｓが設けられている。
【００３８】
連通路６４は、ガス流量制御用ダンパ６１ｄの下流近傍と空気流量制御用ダンパ６２ｄの下流近傍とを連通するように形成されている。連通路６４には、第１の実施形態に係る燃焼装置５０のようにウインドボックス６３に至る分岐路が形成されておらず、且つ可変絞りも設けられていない。従って、連通路内のガス流れ及び空気流れがゼロとなるガス流路内のガス圧と空気流路内の空気圧との関係は、ガス流路の固定絞り６１ｓと空気流路の固定絞り６２ｓとの関係で決定される。具体的には、ガス流路内のガス圧と空気流路内の空気圧が均圧になった場合のみ連通路内の空気流れ及びガス流れがゼロとなるように、固定絞り６１ｓ，６２ｓの断面積比が設定されている。
【００３９】
第１の流れセンサ２１は第１の実施形態と同様の微小流量センサからなり、連通路６４に設けられている。第２の流れセンサ２２も第１の実施形態と同様の微小流量センサからなり、ガス流路６１の、連通路下流側に設けられている。
次に、上述の構成を有する燃焼制御装置２０による空燃比制御ルーチンを、図７及び図８のフローチャートに基づいて説明する。
【００４０】
尚、本空燃比制御ルーチンにおいては、空気流路６２に流れセンサを設けることなく、空気流路６２の空気流量を正確に推定して空気流路６２の流量制御ダンパ６２ｄの故障を検出したり、連通路６４に設けられた第１の流れセンサ２１の故障を併せて検出することを特徴としている。
空燃比制御ルーチンを開始するに当たって、弁開閉制御部２４によって遮断弁６１ａ、遮断弁６１ｂを開放し（ステップＳ２０１）、第１の流れセンサ２１によって連通路内のガス又は空気の流量を検出すると共に、第２の流れセンサ２２によってガス流路内のガス流量を検出する（ステップＳ２０２）。続いて、空気流路６２の流量調整ダンパ６２ｄの開度を検出する（ステップＳ２０３）。続いて、第１の流れセンサ２１の出力がゼロか否かを判断し（ステップＳ２０４）、第１の流れセンサ２１の出力がゼロでない場合、即ち連通路内にてガス又は空気の流れがある場合は、図８に示すように、ガス流路６１のダンパ開度を変更する（ステップＳ２０５）。そして、ガス流路６１のダンパ開度の変更により第１の流れセンサ２１の出力が変化したか否かを判断する（ステップＳ２０６）。第１の流れセンサ２１の出力が変化しない場合は、第１の流れセンサ２１が故障していると判断し（ステップＳ２０７）、異常警報を行い空燃比制御ルーチンを中止する（ステップＳ２０８）。
【００４１】
ステップＳ２０６で第１の流れセンサ２１の出力が変化したと判断した場合は、第１の流れセンサ２１の出力がゼロになるまで上述の空気流路６２のダンパ開度変更ルーチンを繰り返す。
ステップＳ２０４で第１の流れセンサ２１の出力がゼロと判断したときは、ステップＳ２０２で検出した第２の流れセンサ２２の出力とステップＳ２０３で検出した空気流路６２のダンパ開度が一定の対応関係にあるか否かを判断する（ステップＳ２０９）。第１の流れセンサ２１の出力がゼロの場合、連通路内には空気流れ及びガス流れがなく、ガス流路６１のガス圧と空気流路６２の空気圧が均圧となる。このような状態では、ガス流路６１のガス流量と空気流路６２の空気流量とが一定の対応関係になる。そこで、ガス流路６１のガス流量に基づき空気流路６２の空気流量、即ち、空気流路側ダンパ６２ｄの開度を正確に推定することができる。ステップＳ２０９で第２の流れセンサ２２の出力と空気流路６２のダンパ開度が一定の対応関係にないと判断した場合は、空気流路側のダンパ６２ｄに何らかの異常があると判断して異常警報を発報する（ステップＳ２１０）。
【００４２】
即ち、空気側ダンパ６２ｄが故障して空気流量が十分でない場合であってもガス圧と空気圧が均圧と判断される恐れがあるが、このような異常状態を確実に検出することができる。
第２の流れセンサ２２の出力と空気流路側ダンパ６２ｄの開度が一定の対応関係にあると判断した場合は、燃焼シーケンスの終了まで上述のステップＳ２０２からステップＳ２１０までのルーチンを繰り返し（ステップＳ２１１）、燃焼シーケンスが終了したら遮断弁６１ａ、遮断弁６１ｂを閉塞すると共に、空燃比制御ルーチンを終了する（ステップＳ２１２）。
【００４３】
以上、説明したように、本空燃比制御ルーチンでは、燃焼装置６０の空気流路６２に流れセンサを設けることなくブロア６２ｂ又はダンパ６２ｄの異常を検出することができる。その結果、空気流路に流れセンサを設けた従来の燃焼制御装置のように粉塵等の影響による流れセンサの検出不良が生じることなく、信頼性の高い燃焼制御が可能となる。
【００４４】
次に本発明の第３の実施形態に係る燃焼制御装置について説明する。
尚、第１及び第２の実施形態に係る燃焼制御装置と同等の構成については、対応する符号を付して詳細な説明を省略する。
本発明の第３の実施形態に係る燃焼制御装置３０は、図９に示すように、流れセンサ３１、空燃比制御部３２、弁開閉制御部３３、リークチェック部３４及び燃焼制御部３５を備え、所望の空燃比を保ちながら安全性の高い燃焼制御を行うことを特徴としている。
【００４５】
燃焼制御装置３０が使用される燃焼装置７０は、ガス流路７１、空気流路７２、空気流路の下流に連結されたウインドボックス７３、ガス流路７１と空気流路７２を連通する連通路７４、及び燃焼炉７５を備えている。
ガス流路７１には、第１の遮断弁７１ａ、第２の遮断弁７１ｂ、ガス流量制御用ダンパ７１ｄ、及び固定絞り７１ｓが設けられている。一方、空気流路７２には、空気供給用ブロア７２ｂ、空気流量制御用ダンパ７２ｄ、固定絞り７２ｓが設けられている。
【００４６】
連通路７４は、ガス流量制御用ダンパ７１ｄの下流近傍と空気流量制御用ダンパ７２ｄの下流近傍とを連通するように形成されている。又、連通路７４には、第３の遮断弁７４ｃが設けられている。尚、連通路７４には、第２の実施形態と同様にウインドボックス７３に至る分岐路が形成されておらず、且つ可変絞りも設けられていない。又、第２の実施形態と同様に、ガス流路内のガス圧と空気流路内の空気圧が均圧になった場合のみ連通路内のガス流れと空気流れがゼロとなるように、ガス流路の固定絞り７１ｓと空気流路の固定絞り７２ｓの断面積比が設定されている。
【００４７】
流れセンサ３１は第１及び第２の実施形態と同様の微小流量センサからなり、連通路７４の、第３の遮断弁７４ｃと空気流路７２と間に設けられている。
次に、上述の構成を有する燃焼制御装置３０による空燃比制御ルーチンを、図１０及び図１１のフローチャートに基づいて説明する。
尚、本空燃比制御ルーチンにおいては、第１の流れセンサ３１を使用して空燃比制御を行うだけでなく遮断弁７１ａ，７１ｂ，７４ｃのリークチェックも行い、安全性が確認された場合、プレパージを省略することを特徴としている。
【００４８】
まず最初に、遮断弁７１ａ、遮断弁７１ｂを閉塞し、遮断弁７４ｃを開放する（ステップＳ３０１）。続いて、流れセンサ３１の出力がゼロか否かを判断し（ステップＳ３０２）、流れセンサ３１の出力がゼロ、即ち連通路内のガス流れ及び空気流れがないと判断したときは、流れセンサ３１の出力値の正負によって連通路７４においてガス流路７１から空気流路７２への気体の流れがあるか否かを判断する（ステップＳ３０３）。連通路７４において気体の流れが空気流路７２からガス流路７１にあると判断したときは、空気流路７２から連通路７４、遮断弁７１ｂを通って空気が流れており、遮断弁７１ｂが故障と判断し異常警報を行う（ステップＳ３０４）。
【００４９】
一方、ステップＳ３０３で連通路７４においてガス流路７１から空気流路７２に気体が流れていると判断したときは（ステップＳ３０３）、遮断弁７１ａから連通路７４、空気流路７２を通ってガスが流れており、遮断弁７１ａが故障してガスリークが生じていると判断し、リークチェック部３４が異常警報を行う（ステップＳ３０５）。
【００５０】
流れセンサ３１の出力がゼロ、即ち連通路内のガス流れ及び空気流れがないと判断したときは（ステップＳ３０２）、遮断弁７１ａ、遮断弁７１ｂは正常であると判断し、遮断弁７１ａを開放し、遮断弁７１ｂ、遮断弁７４ｃを閉塞する（ステップＳ３０６）。
次いで、流れセンサ３１の出力がゼロか否かを判断し（ステップＳ３０７）、出力がゼロでない場合は、ガス流路７１から遮断弁７４ｃ、流れセンサ３１を通って空気流路７２にガスが流れており、遮断弁７４ｃが故障と判断し、異常警報を行う（ステップＳ３０８）。出力がゼロの場合は、遮断弁７４ｃは正常であるので、３つの遮断弁は全て正常であり、遮断弁閉塞時にガス漏れは生じないと判断する（ステップＳ３０９）。
【００５１】
次いで、プレパージ開始前か否かを判断し（ステップＳ３１０）、プレパージ開始前であればプレパージを省略する（ステップＳ３１１）。
燃焼シーケンスにおいては、燃焼開始直前にプレパージを行い、燃焼炉内のガスを炉外に排出することが一般的に行われている。しかし、ガス流路７１の遮断弁７１ａ，７１ｂが正常であれば燃焼開始前に燃焼炉内にガスがたまることはないので、このようなプレパージ動作を行う必要はない。上述の判断ルーチンで安全性が確認できれば、プレパージ動作を省略してブロア駆動に関する消費電力の低減、プレパージ動作に伴う騒音の低減を図ると共に、プレパージ動作によって燃焼装置の余熱を奪うのを回避し、熱損失を最低限に抑えることができる。
【００５２】
次に、燃焼制御部３５が燃焼制御を開始したか否かを判断し（ステップＳ３１２）、燃焼制御開始に伴って遮断弁７１ａ、遮断弁７１ｂ、遮断弁７４ｃを開放する（ステップＳ３１３）。そして、流れセンサ３１により流れを測定し（ステップＳ３１４）、流れセンサ３１の出力がゼロか否かを判断する（ステップＳ３１５）。流れセンサ３１の出力がゼロでない場合は、ガス流路側ダンパの開度を変更し（ステップＳ３１６）、流れセンサ３１の出力がゼロ、即ちガス流路７１のガス圧と空気流路７２の空気圧とが均圧となるまでこのルーチンを繰り返す。
【００５３】
流れセンサ３１の出力がゼロの場合は、燃焼シーケンスが終了したか否かを判断し（ステップＳ３１７）、終了していない場合は、ステップＳ３１４からステップＳ３１６までを繰り返す。燃焼シーケンスが終了した場合は、遮断弁７１ａ、遮断弁７１ｂ、遮断弁７４ｃを閉塞すると共に、空燃比制御ルーチンを終了する（ステップＳ３１８）。
【００５４】
前述した通り、本空燃比制御ルーチンによると、所望の空燃比を保ちながら燃焼制御を行うと共に、安全性を確保しながらプレパージ動作を省略することができる。従って、消費電力や騒音の低減を図ると共に、熱損失を最低限に抑えることができる。
次に本発明の第４の実施形態に係る燃焼制御装置について説明する。
【００５５】
尚、第１乃至第３の実施形態に係る燃焼制御装置と同等の構成については、対応する符号を付して詳細な説明を省略する。
本発明の第４の実施形態に係る燃焼制御装置４０は、図１２に示すように、流れセンサ４１、空燃比制御部４２、弁開閉制御部４３、リークチェック部４４、及び燃焼制御部４５を備え、所望の空燃比を保ちながら燃焼制御を行うことを特徴としている。
【００５６】
燃焼制御装置４０の使用される燃焼装置８０は、ガス流路８１、空気流路８２、空気流路８２の下流に連結されたウインドボックス８３、ガス流路８１と空気流路８２を連通する連通路８４、ガス流路のバイパス路８５、及び燃焼炉８６を備えている。
ガス流路８１には、第１の遮断弁８１ａ、第２の遮断弁８１ｂ、ガス流量制御用ダンパ８１ｄ、及び固定絞り８１ｅ、固定絞り８１ｆが設けられている。一方、空気流路８２には、空気供給用ブロア８２ｂ、空気流量制御用ダンパ８２ｄ、固定絞り８２ｓが設けられている。
【００５７】
連通路８４とバイパス路８５とは一部が共通して形成され、三方弁８４ｃの切り替えによって連通路８４とバイパス路８５とが択一的に形成されるようになっている。
尚、ガス流路の絞り８１ｅ、絞り８１ｆと空気流路の絞り８２ｓは、ガス流路のガス圧と空気流路の空気圧とが均圧の場合に連通路８４においてガス流れ及び空気流れが生じないように断面積が設定されている。
【００５８】
流れセンサ４１は、連通路８４とバイパス路８５との共通部分、即ち三方弁のＣとガス流路８１とを連通する管路に設けられている。尚、流れセンサ４１には、第１乃至第３の実施形態と同様に微小流量センサが使用されている。
次に、上述の構成を有する燃焼制御装置４０による空燃比制御ルーチンを、図１３及び図１５のフローチャートに基づいて説明する。
【００５９】
尚、本空燃比制御ルーチンにおいては、流れセンサ４１を使用して空燃比制御を行うだけでなく遮断弁８１ａ，８１ｂ及び三方弁８４ｃのリークチェックも行い、安全性が確認された場合、プレパージを省略することを特徴としている。
図１３に示すように、まず最初に、遮断弁８１ａ、遮断弁８１ｂを閉塞し、三方弁８４ｃのＣとＮＣで流路を形成する（ステップＳ４０１）。続いて、流れセンサ４１の出力がゼロか否かを判断し（ステップＳ４０２）、流れセンサ４１の出力がゼロでない場合、即ち連通路内のガス流れ及び空気流れがあると判断したときは、流れセンサ４１の出力値の正負から連通路８４においてガス流路８１から空気流路８２への気体の流れがあるか否かを判断する（ステップＳ４０３）。連通路８４において気体の流れが空気流路８２からガス流路８１にあると判断したときは、空気流路８２から連通路８４、三方弁８４ｃを通ってガス流路８１に空気が流れており、遮断弁８１ｂが故障と判断し異常警報を行う（ステップＳ４０４）。
【００６０】
一方、連通路８４において気体の流れがガス流路８１から空気流路８２にあると判断したときは（ステップＳ４０３）、遮断弁８１ａから連通路８４、空気流路８２を通ってガスが流れており、遮断弁８１ａが故障と判断し異常警報を行う（ステップＳ４０５）。
流れセンサ４１の出力がゼロ、即ち連通路内のガス流及び空気流がない場合は遮断弁８１ａ、遮断弁８１ｂは正常であると判断し、遮断弁８１ａを開放し、遮断弁８１ｂを閉塞し、三方弁８４ｃのＣとＮＯで流路を形成する（ステップＳ４０６）。
【００６１】
次いで、流れセンサ４１の出力がゼロか否かを判断し（ステップＳ４０７）、出力がゼロでない場合は、ガス流路８１から流れセンサ４１、三方弁８４ｃのＣとＮＣを通って空気流路８２にガスが流れており、三方弁８４ｃのＣとＮＣ間が故障と判断し、異常警報を行う（ステップＳ４０８）。出力がゼロの場合は、三方弁８４ｃのＣとＮＣ間は正常であるので、２つの遮断弁８１ａ，８１ｂ及び三方弁８４ｃは全て正常であり、遮断弁閉塞時にガス漏れは生じないと判断する（ステップＳ４０９）。
【００６２】
次いで、図１４に示すように、プレパージ開始前か否かを判断し（ステップＳ４１０）、プレパージ開始前であればプレパージを省略する（ステップＳ４１１）。
燃焼シーケンスにおいて、上述の判断ルーチンで安全性が確認できればプレパージ動作を省略することができる。これによって、第３の実施形態と同様にブロア駆動に関する消費電力の低減やプレパージ動作に伴う騒音の低減を図ると共に、プレパージ動作によって燃焼装置の余熱を奪うのを回避し、熱損失を最低限に抑えることができる。
【００６３】
次に、燃焼制御を開始したか否かを判断し（ステップＳ４１２）、燃焼制御開始に伴って遮断弁８１ａ、遮断弁８１ｂを開放し、三方弁８４ｃをＣとＮＣで流路を形成する（ステップＳ４１３）。そして、図１５に示すように、流れセンサ４１により流れを測定し（ステップＳ４１４）、流れセンサ４１の出力がゼロか否かを判断する（ステップＳ４１５）。流れセンサ４１の出力がゼロでない場合は、ガス流路側ダンパ８１ｄの開度を変更し（ステップＳ４１６）、流れセンサ４１の出力がゼロ、即ちガス流路８１のガス圧と空気流路８２の空気圧とが均圧となるまでこのルーチンを繰り返す。
【００６４】
流れセンサ４１の出力がゼロの場合は、燃焼シーケンスが終了したか否かを判断し（ステップＳ４１７）、終了していない場合は、ステップＳ４１４からステップＳ４１６までを繰り返す。燃焼シーケンスが終了した場合は、遮断弁８１ａ、遮断弁８１ｂを閉塞し、三方弁８４ｃのＣとＮＯで流路を形成し（ステップＳ４１８）、空燃比制御ルーチンを終了する（ステップＳ４１９）。
【００６５】
尚、上述した第１乃至第４の実施形態に係る空燃比制御ルーチンは、燃焼制御ルーチンの中で又はこれと並行して適時行われるようになっている。
以上説明した本発明に係る燃焼制御装置を使用すれば、燃焼装置の構造を簡略化できると共にセンサ等の調整を容易に行うことができ、製造上のコスト低減を図れると共にメンテナンス工数の低減も達成することができる。
【００６６】
尚、上述の実施形態では、流れセンサの出力がゼロとなるようにガス流路側ダンパの開度を調整したが、この代わりに空気流路側ダンパの開度を制御しても良く、若しくはガス流路側ダンパと空気流路側ダンパの双方の開度を制御しても良い。
更に、第２乃至第４の実施形態のように、ガス流路のガス圧と空気流路の空気圧とが均圧の場合に連通路内のガス流れ及び空気流れがなくなるように空気流路の絞りとガス流路の絞りの断面積比が設定されていなくても良い。即ち、空気流路の絞りとガス流路の絞りの断面積比は、ガスと空気の圧力比が所定の比率の場合に連通路内のガス流れ及び空気流れがなくなるように設定されていても良い。
【００６７】
又、第１乃至第４の実施形態において流れセンサとして微小流量センサを用いたが、必ずしもこれに限定されることはなく、通常の熱線式流量計等の流量計を使用しても良い。
上述した空燃比制御ルーチンは、本発明の燃焼制御装置が行う燃焼制御ルーチンの一形態を示したものであるに過ぎず、本発明の目的を逸脱しない範囲で空燃比制御ルーチンの様々な組み合わせが考えられることは言うまでもない。
【００６８】
又、本発明の燃焼制御装置は、給湯器やボイラ等の様々な燃焼装置に使用できることは言うまでもない。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る燃焼制御装置は、ガス流路と空気流路との間に形成された連通路に流れセンサを備えたので、ガス流路内の圧力と空気流路内の圧力が一定の比率であるか否かを流れセンサによって確実に確認することができる。従って、精度の高い空燃比制御を行うことが可能となる。又、従来の燃焼制御装置のように、複雑な構造の差圧検出器を用いる必要がないので、製造コスト的に優れると共に、ダイアフラム等で画成された差圧検出器の各圧力室の気密性を確保する必要もなく、メンテナンスコスト的にも優れる。更に、流れセンサを空気流路内に備えていないので、流れセンサが粉塵等から悪影響を受けることもない。
【００７０】
又、連通路に設けられた絞りを絞り制御部によって制御することで、連通路内のガス流及び空気流をなくすガス流路内の圧力と空気流路内の圧力比を自由に変更することができる。その結果、ガス種やブロアの能力、燃焼炉の容量が異なる様々なタイプの燃焼機器に適用可能な汎用性の高い燃焼制御装置を提供することができる。
【００７１】
特に本発明の請求項１に係る燃焼制御装置は、燃焼装置のブロア及びダンパが正常に作動していれば、第１の流れセンサによって測定されたガス流及び空気流がほぼなくなった場合、第２の流れセンサの測定値とブロア又はダンパの作動値とは対応関係にあることを利用している。従って、これらの対応関係をみることから燃焼装置の空気流路に流れセンサを設けることなくブロア又はダンパの異常を検出することができる。その結果、空気流路に流れセンサを設けた従来の燃焼制御装置のように粉塵等の影響による流れセンサの検出不良が生じることなく、信頼性の高い燃焼制御が可能となる。
【００７２】
又、本発明の請求項２に係る燃焼制御装置は、第１の流れセンサの測定値とブロア又はダンパの作動値とは対応関係にあることを利用している。従って、これらの対応関係をみることから第１の流れセンサの異常を検出することができ、信頼性の高い燃焼制御が可能となる。
又、本発明の請求項３に係る燃焼制御装置は、流れセンサによって空燃比制御を行うだけでなく、弁開閉制御部の開閉信号と流れセンサの測定値に基づきガス漏れ検知をも行う。従って、従来の燃焼制御装置のダイアフラム型の差圧検出器では達成不可能であったガス漏れ検知を空燃比制御と共に行うことが可能となる。その為、簡単な構成で安全性と信頼性に優れた燃焼制御を行うことができる。
【００７３】
又、本発明の請求項４に係る燃焼制御装置は、上述の請求項５に記載された燃焼制御装置と同様に、流れセンサによって空燃比制御を行うだけでなく、弁開閉制御部の開閉信号と流れセンサの測定値に基づきガス漏れ検知をも行う。従って、上述と同様にダイアフラム型の差圧検出器では達成不可能であったガス漏れ検知を空燃比制御と共に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃焼制御装置の構成を示す概略図である。
【図２】図１の燃焼制御装置に使用される流れセンサ（微小流量センサ）の構造を示す図である。
【図３】図２の流れセンサの出力信号検出回路を示す図である。
【図４】図１の燃焼制御装置の空燃比制御ルーチンの一部を示すフローチャートである。
【図５】図４に続くフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る燃焼制御装置の構成を示す概略図である。
【図７】図６の燃焼制御装置の空燃比制御ルーチンの一部を示すフローチャートである。
【図８】図７に続くフローチャートである。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る燃焼制御装置の構成を示す概略図である。
【図１０】図９の燃焼制御装置の空燃比制御ルーチンの一部を示すフローチャートである。
【図１１】図１０に続くフローチャートである。
【図１２】本発明の第４の実施形態に係る燃焼制御装置の構成を示す概略図である。
【図１３】図１２の燃焼制御装置の空燃比制御ルーチンの一部を示すフローチャートである。
【図１４】図１３に続くフローチャートである。
【図１５】図１４に続くフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 燃焼制御装置
１１ 流れセンサ
１２ 空燃比制御部
１３ 絞り制御部
１６ 異常検出部
２０ 燃焼制御装置
２１ 第１の流れセンサ
２２ 第２の流れセンサ
２３ 空燃比制御部
２６ 異常検出部
２７ 異常検出部
３０ 燃焼制御装置
３１ 流れセンサ
３２ 空燃比制御部
３４ リークチェック部
４０ 燃焼制御装置
４１ 流れセンサ
４２ 空燃比制御部
４３ 弁開閉制御部
４４ リークチェック部
５０ 燃焼装置
５１ ガス流路
５２ 空気流路
５３ ウインドボックス
５４ 連通路
６１ ガス流路
６２ 空気流路
６２ｂ ブロア
６２ｄ ダンパ
６４ 連通路
７１ ガス流路
７１ａ 第２の遮断弁
７１ｂ 第３の遮断弁
７２ 空気流路
７４ｃ 第１の遮断弁
７４ 連通路
８０ 燃焼装置
８１ ガス流路
８１ａ 第１の遮断弁
８１ｂ 第２の遮断弁
８２ 空気流路
８４ 連通路
８４ｃ 三方弁
８５ バイパス路
Claims (4)
- ガス流路と空気流路とを連通する連通路と、空気流路の空気流量を調節するブロア又はダンパを備えた燃焼装置に使用される燃焼制御装置であって、
前記連通路に設けられ、前記連通路のガス流又は空気流を測定する第１の流れセンサと、ガス流路に設けられ、ガス流路のガス流を測定する第２の流れセンサと、前記第１の流れセンサによって測定されたガス流及び空気流がほぼなくなるように前記ブロア又はダンパの作動量を制御する空燃比制御手段と、前記第１の流れセンサによって測定されたガス流及び空気流がほぼなくなった場合、前記第２の流れセンサの測定値と前記ブロア又はダンパの作動値とから前記ブロア又はダンパの異常を検出する異常検出手段とを備えたことを特徴とする燃焼制御装置。 - 前記第１の流れセンサによって測定されたガス流及び空気流、及び前記ブロア又はダンパの作動値から前記第１の流れセンサの異常を検出する異常検出手段を備えたことを特徴とする、請求項１に記載の燃焼制御装置。
- ガス流路と空気流路との間を連通し且つ第１の遮断弁を備えた連通路と、前記ガス流路の前記連通路より上流側に設けられた第２の遮断弁と、前記ガス流路の前記連通路より下流側に設けられた第３の遮断弁とを備えた燃焼装置に使用される燃焼制御装置であって、
前記連通路の、第１の遮断弁と空気流路との間に備えられ、前記連通路のガス流又は空気流を測定する流れセンサと、前記第１の遮断弁、第２の遮断弁、及び第３の遮断弁を個別に開閉する弁開閉制御手段と、前記弁開閉制御手段の開閉信号と前記流れセンサの測定値に基づきガス漏れ検知を行うリークチェック手段と、前記第１の遮断弁、第２の遮断弁、及び第３の遮断弁が開放された際に、前記流れセンサによってガス流及び空気流を検出しなくなるように前記ガス流路又は前記空気流路の少なくともいずれか一方の流路の流量を制御する空燃比制御手段とを備えたことを特徴とする燃焼制御装置。 - ガス流路と空気流路との間を連通する連通路とガス流路をバイパスするバイパス路とが三方弁によって択一的に形成され、前記ガス流路の前記バイパス路より上流側に設けられた第１の遮断弁と、前記ガス流路の前記バイパス路より下流側に設けられた第２の遮断弁とを備えた燃焼装置に使用される燃焼制御装置であって、
前記三方弁の切り替えによって前記連通路が形成された際に前記連通路のガス流又は空気流を測定すると共に、前記三方弁の切り替えによって前記バイパス路が形成された際にガス流を測定する流れセンサと、前記三方弁、前記第１の遮断弁及び前記第２の遮断弁を個別に開閉する弁開閉制御手段と、前記弁開閉制御手段の開閉信号と前記流れセンサの測定値に基づきガス漏れ検知を行うリークチェック手段と、前記三方弁の切り替えによって連通路が形成され、前記第１の遮断弁及び前記第２の遮断弁が開放されたとき、前記流れセンサの出力値に基づき、前記連通路のガス流及び空気流がほぼなくなるように前記ガス流路又は前記空気流路の少なくともいずれか一方の流路の流量を制御する空燃比制御手段とを備えたことを特徴とする燃焼制御装置。
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