JPH02242015A - 燃焼制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、燃焼室内にバーナを配し、燃料供給量と燃焼
用空気の供給量との割合を補正する空燃比補正機能を有
する燃焼制御装置に関し、特に、燃料と燃焼用空気とを
予混合させる全−次空気式バーナにおいて効果的である
。

［従来の技術］ 例えば、全−次空気式バーナを備えた燃焼機器では、送
風機の制御状態が同じであっても、バーナプレートの温
度に応じて供給される燃焼用空気量が変化する。このな
め、適正な空燃比が得られるように燃料供給量を補正す
る空燃比制御が行われる。この空燃比制御では、適正な
空燃比に応じた燃焼温度が得られているか否かを、例え
ばサーモカップルによってバーナプレートの温度を検知
し、その出力電圧を燃料供給量に対応する基準電圧と比
較して燃料供給量の過不足分を補正する。

この結果、例えば、初期点火（再点火でない場合）等の
ｃｏｌｄ時における点火初期には、バーナプレートの温
度が低いため、定常燃焼時に比べて多くの燃焼用空気が
供給されるが、このときには、サーモカップルの温度が
低くその出力電圧が不足しているため、燃料不足の状！
ふとして検知される。

従って、バーナには定常時の適正な空燃比よりガスリッ
チとなる量の燃料が供給されるため、こうしたｃｏｌｄ
時にも確実な着火をさせることができる。

そして、着火後、時間の経過とともに、サーモカップル
が加熱され、それに応じて燃料供給量が補正されて、適
正な空燃比が得られるように、送風機および比例弁がそ
れぞれ制御される。

こうした燃焼制御装置としては、決定された目標加熱量
に基づいて送風機を制御し、送風機の回転数等の作動状
態を検出して比例弁を制御するものがある。

［発明が解決しようとする課題］ このように、バーナプレートの温度を検知して燃料供給
量を補正するものにおいて、点火時に、ガスリッチの状
態が得られるためには、補正される燃料供給量が定常時
の燃料供給量に対して十分に多くなければならない。

従って、バーナプレートの温度がある程度高い定常燃焼
時において、適正な空燃比で燃焼用空気および燃料をそ
れぞれ供給するための送風機の回転数に対する比例弁の
電流値の関係が、第５図において実線Ｉ］に示される場
合には、点火時の比例弁の電流値は、破線■に示すよう
に、定常燃焼時の電流値に比べてかなり大きくしなけれ
ばならず、これに伴って、空燃比の補正幅Ｗ１を少なく
とも電流値を大きくする側には、十分に大きく広げる必
要がある。

この結果、従来のものでは、決定された目標加熱量が燃
焼領域内の最小加熱量である場合には、送風機の制御状
態は最小加熱量に対応しているのに対して、比例弁の制
御状態は、サーモカップルによる空燃比の補正を受ける
。このときサーモカップルは、着火後まもないためその
温度が十分に上昇していない、従って、サーモカップル
による燃料補正では、実際の不足している量よりも多く
の燃料を増加させるような補正が行われるため、供給さ
れる燃焼用空気に対応した燃料供給量が得られないとと
もに、決定された最小加熱量に応じた燃料より多い燃料
を供給することになる。

このとき、サーモカップルの出力電圧は、第６図の破線
Ｊに示すとおり、応答遅れがあるため、必要加熱量に対
するサーモカップルの基準電圧■１に対して大きく不足
した電圧となる。このため、燃料供給量は、実線Ｋに示
すとおり、サーモカップルの電圧が基準電圧ｖ１を越え
るまでは、目標加熱量に対して過剰になるとともに、目
標加＠２としての最小加熱量に応じた供給量に変化する
までに時間が掛かる。また、この間、供給される燃焼用
空気に対して空燃比が適正に維持されないため、バーナ
プレートが赤熱したり燃焼状態が不安定になり、例えば
、全−次空気式バーナを備えた給湯器のように、必要に
応じて排気筒の延長をしなければならない燃焼機器では
、共鳴音等の騒音が発生しやすくなる。

本発明は、送風機により燃焼用空気が供給される全−次
空気式バーナにおいて、点火初期におけるサーモカップ
ルの応答遅れによる影響をなくし、燃焼状態を安定させ
て共鳴音等の騒音およびバーナプレートの赤熱を防止す
るとともに、特に最小燃焼量付近での過剰燃焼量をなく
して目標燃焼量に応じた燃焼量が得られる燃焼制御装置
を提供することを目的とする。

［Ｒ題を解決するための手段］ 本発明は、ケーシング内にバーナを配し、該バーナへの
燃料供給路中に燃料調節弁を設けるとともに、前記バー
ナへ燃焼用空気を供給するための送風機を設け、必要加
熱量に応じて前記燃料調節弁および前記送風機を制御す
るとともに、前記バーナの温度を検知する温度検知手段
と、該温度検知手段の検知温度に基づいて前記バーナへ
の燃料供給量を補正する空燃比補正手段とを備えた燃焼
制御装置において、点火動作時における燃料供給量の補
正量を点火補正量として設定するとともに、点火後の経
過時間を計時する計時手段を備え、点火後、所定時間が
経過するまで前記点火補正量に基づいて燃料供給量を制
御し、点火後、前記所定時間が経過したとき前記空燃比
補正手段による燃料補正を開始することを技術的手段と
する。

［作用］ 本発明は、点火動作時には、送風機によって燃焼用空気
が供給され、通常の空燃比補正とは別に点火用に設定さ
れた点火補正量によって補正された燃料が供給される。

この点火補正量による燃料の補正は、点火後、所定時間
が経過するまで行われる。従って、着火性を考慮した点
火補正量を設定しておくことによって、初期点火となる
ｃｏｌｄ時にも確実に着火するようにすることができる
。

点火後、所定時間が経過すると、空燃比補正手段による
通常の空燃比補正が開始される。従って、この場合には
、着火性を考慮しなくてもよいため、燃料補正量から点
火補正量を排除して、限定した燃料補正量を設定してお
くことができる。この結果、点火後まもないために、サ
ーモカップル等の温度検知手段による検知温度がバーナ
の温度上昇を十分に検知していなくて、燃料増加の補正
要求があっても、燃料補正量の最大値に基づいて燃料が
補正されるため、燃料供給量が最大値に制限される。

［発明の効果］ 本発明では、点火後、所定時間が経過すると、点火補正
量とは別の空燃比補正手段の燃料補正量によって燃料の
補正量が制限される。このため、点火初期における温度
検知手段の応答遅れによる影響がなく、燃料供給量が必
要以上に多くなることがない、特に、例えば、必要加熱
量が最小加熱量付近であって、必要加熱量の指示がそれ
以と下げられない場合においては、この制限によって、
燃料供給量が必要以上に多くなることがないため、効果
的である。

また、燃料供給量が供給される燃焼用空気に対して多く
ならないように空燃比補正手段の燃料補正量を設定して
おくことができるため、燃焼状態が安定し、共鳴音等の
騒音が発生することが少なく、バーナプレートの赤熱を
防止することができる。

［実施例］ 次に本発明を実施例に基づいて説明する。

第２図にその概略を示すガス給湯器１では、給湯器ケー
ス１０の内部にセラミックス製のバーナプレート１１が
配され、給湯器ケース１０によって燃焼室１０ａと混合
室１０ｂが形成され、給湯器ケース１０の下方に、燃焼
用空気を供給する送風機１２を備えている。

送風機１２は、スクロールケーシング１２ａ内に羽根車
１２ｂを備え、図示しないモータによって羽根車１２ｔ
）を回転駆動する。スクロールケーシング１２ａには燃
料ガスを噴出するノズル１３が設けられている。

バーナプレート１１には、多数の炎口１１ａが形成され
、給湯器ケース１０およびバーナプレー）１１は、送風
機１２によって供給される一次空気のみで燃焼する全−
次空気式バーナを形成し、燃焼排ガスは図示しない排気
口から給湯器ケース１０外へ排出される。なお混合室１
０ｔ）内には、送風機１２によって供給される混合気を
均等にバーナプレート１１へ供給するために、多数の穴
が設けられた整流板１０ｃが配されている。

燃焼室１０ａ内には、バーナプレート１１の近傍に、火
花放電を行うスパーカ電極１４、バーナプレート１１の
温度を検知するためのサーモカップル１５が設けられて
いる。

ここでは、サーモカップル１５が、炎の影響を受けない
ようにするために、バーナプレート１１では、サーモカ
ップル１５の近傍には、炎口１１ａが形成されていない
。

燃焼室１０ａ内には、図示しない水供給源および給湯口
とそれぞれ接続された熱交換器１６が設けられ、熱交換
器１６の上流には流入水量を検出する流量センサ１７、
流入水温を検知する入水温サーミスタ１８が備えられ、
熱交換器１６の下流には、加熱された湯水の温度を検知
するための出湯温サーミスタ１９が備えられている。

燃料ガスをノズル１３へ導く燃料管２０には、上流側か
ら順に燃料ガスを遮断するための元電磁弁２１、主電磁
弁２２と、燃料ガスの下流側の圧力を通電電流値に応じ
て調節するガバナ比例弁２３がそれぞれ設けられている
。

制御装置４０は、マイクロコンピュータ（マイコン）を
中心としてあらかじめ組み込まれたプログラムによって
必要な制御動作を行うもので、第１図に示すとおり、点
火制御部４１、温調制御部４２、燃焼制御部４３の各機
能部からなる。

点火制御部４１は、熱交換器１６への水の流入が検知さ
れると、所定のシーケンスで点火制御を行う、温調制御
部４２は、流量センサ１７、入水温サーミスタ１８、出
湯温サーミスタ１９の各検知信号およびコントローラ５
０による設定温度に基づいて燃焼制御部４３を制御する
ための燃焼量を決定する。

燃焼制御部４３は、送風機制御部４４、比例弁制御部４
５、空燃比補正部４６の各機能部からなる。

送風機制御部４４は、温調制御部４２で決定された燃焼
量に応じて、送風機４２のモータへの印加電圧を最小電
圧Ｖａｉｎから最大電圧Ｖ　ｌａＸまでの間で制御する
。

比例弁制御部４５は、送風機１２のモータの回転数Ｎを
検出して、検出された回転数Ｎに基づいてガバナ比例弁
２３への電流値を制御する。

ここでは、第３図の実線Ａに示すとおり、検出される送
風機１２の回転数Ｎに応じて、最小回転数Ｎ１１ｎから
最大回転数Ｎ　ｌ１ａＸまでの間で、基準電流値Ｉｓを
決定する。そして、比例弁制御部４５に設けられたタイ
マ部４５ａにより計時される点火後の所定時間ｔａが経
過するまでは、送風機１２の回転数Ｎに対応した供給量
より多くの燃料ガスを供給するために、基準？１！流値
Ｉｓより多い、−点鎖線Ｂに示す点火電流値Ｉｉに変更
してガバナ比例弁２３を通電制御する。

所定時間ｔａが経過した後は、基準電流値Ｉｓは、後述
する空燃比補正部４６による空燃比補正の補正量に応じ
て、第３図の破線Ｃから破線りの間の補正幅Ｗａをもっ
て補正電流値Ｉｒに補正され、ガバナ比例弁２３には、
補正電流値Ｉｒが通電される。

この場合、補正電流値Ｉｒの増加補正量は、基準電流値
Ｉｓに対して、あまり多くならないように、破線Ｃに示
すように、基準電流値Ｉｓより若干多くなる程度に設定
されている。

また、図示しない排気筒の延長等によって、燃焼用空気
の供給量が少なくなる場合にも対応できるように、補正
電流値Ｉｒの減少補正量は、破線りに示すように、基準
電流値Ｉｓよりある程度少なくなるように、設定されて
いる。

この結果、ガバナ比例弁２３への電流値Ｉは、例えば、
送風機１２の最小回転数Ｎｍ１ｎでは、電流値１１〜Ｉ
２の間で補正され、最大回転数Ｎ１ａＸでは、電流値Ｉ
３〜Ｉ４の間で補正される。

この場合、点火電流値Ｉｔから補正電流値Ｉｒへの変更
は、空燃比の急激な変化をなくすために、例えば１０秒
程度の時間を掛けて、徐々に行われる。

空燃比補正部４６は、サーモカップル１５の出力電圧に
基づいて、送風機１２の回転数Ｎに対する燃焼温度の過
不足を演算し、例えば、送風機１２の作動状態に対して
燃焼温度が高すぎる場合には、燃料供給量を減少させる
ように補正し、逆に低すぎる場合には、燃料供給量を増
加させるように補正する。この空燃比補正部４６による
補正は、タイマ部４５ａによる所定時間ｔａが経過して
からの燃焼において行われる。

次に以上の構成からなる本実施例のガス給湯器１の作動
を、ガバナ比例弁２３の制御を中心にして、第４図を参
考に説明する。

時間１．に、使用者が、図示しない水栓を操作して給湯
を開始して通水が検知されると、所定のシーケンスで点
火制御が行われ、各電磁弁２１．２２が開かれるととも
に、スパーカ電極１４で火花放電が行われる。

この点火制御の間、送風機１２には温調制御部４２で決
定される燃焼量に応じた電圧が印加され、ガバナ比例弁
２３は、送風機１２の回転数Ｎに応じた基準電流値Ｉｓ
が点火補正された点火電流値Ｉｉが通電される。

この点火補正は、タイマ部４５ａで計時される所定時間
ｔａが経過するまで行われる。

時間ｔ２に、所定時間ｔａが経過すると、送風機１２は
引き続いて温調制御部４２の加熱量に応じた電圧が印加
されるが、ガバナ比例弁２３への電流値工は、点火電流
値Ｉｔから徐々に変更され、時間ｔ、には空燃比補正部
４６の補正によって、送風機１２の回転数Ｎに対応した
補正幅Ｗａ内の補正電流値１ｒになる。

この間に、サーモカップル１５の温度は、第１図の破線
Ｆのように変化し、その出力電圧は基準電圧ｖ１に対し
て明らかに不足を示すが、サーモカップル１５の出力電
圧に基づく補正幅Ｗａが狭くなっていて、補正できる限
界の補正のみを受けるため、燃料供給量は空燃比補正部
４６の補正によっては大きく増えず、実線Ｅに示すとお
り、少なくなる。

従って、サーモカップル１５の温度変化に応じて燃料供
給量を補正する従来の燃焼制御装置に比べて、早く燃料
供給量を減らすことができる。

この結果、温調制御部４２で決定された燃焼量が少なく
て、最小燃焼量付近であっても、従来のように、サーモ
カップル１５の応答遅れによる影響をうけることがなく
、時間ｔ、には、燃料供給量を決定された燃焼量に対応
した量付近まで確実に減らすことができる。

また、空燃比制御部４６の補正幅Ｗａを狭くすることが
できるため、燃料供給量の変化が少なくなり、燃焼状態
が安定する。従って、共鳴音等の騒音が発生することが
少なく、またバーナプレート１１の赤熱を防止すること
ができる。補正電流値Ｉｒによる通電は、以後、給湯停
止が検知されるまでそれぞれの燃焼量に応じて行われる
。

本実施例では、ガス給湯器を示したが、暖房機でもよく
、加熱源はガスに限定されず、石油等による燃焼機器で
もよい。

本実施例では、ケーシング内にセラミックス製のバーナ
プレートを配した燃焼器を示したが、バーナプレートは
金属製であってもよく、またバーナプレート以外の板金
バーナや鋳物のバーナ等の特にバーナの熱容量が大きい
場合に効果的である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例のガス給湯器の制御装置の機能構成を
示すブロック図、第２図は本実施例のガス給湯器の構成
を示す概略図、第３図は本実施例における送風機の回転
数とガバナ比例弁の電流値との関係を示す特性図、第４
図は本実施例における作動説明のためのタイムチャート
、第５図は従来の燃焼制御装置における送風機の回転数
とガバナ比例弁の電流値との関係を示す特性図、第６図
は従来の燃焼制御装置における作動を示すタイムチャー
トである。 図中、１０・・・給湯器ケース（ケーシング）、１１・
・・バーナプレート（バーナ）、１２・・・送風機、１
５・・・サーモカップル（温度検知手段）、２０・・・
燃料管（燃料供給路）、２３・・・ガバナ比例弁（燃料
調節弁）、４０・・・制御装置（燃焼制御装置）、４５
ａ・・・タイマ部（計時手段）、４６・・・空燃比制御
部（空燃比補正手段）。 第３ｒＸｉ ガバナ比例弁の電流 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ケーシング内にバーナを配し、該バーナへの燃料供
   給路中に燃料調節弁を設けるとともに、前記バーナへ燃
   焼用空気を供給するための送風機を設け、必要加熱量に
   応じて前記燃料調節弁および前記送風機を制御するとと
   もに、前記バーナの温度を検知する温度検知手段と、該
   温度検知手段の検知温度に基づいて前記バーナへの燃料
   供給量を補正する空燃比補正手段とを備えた燃焼制御装
   置において、 点火動作時における燃料供給量の補正量を点火補正量と
   して設定するとともに、点火後の経過時間を計時する計
   時手段を備え、点火後、所定時間が経過するまで前記点
   火補正量に基づいて燃料供給量を制御し、点火後、前記
   所定時間が経過したとき前記空燃比補正手段による燃料
   補正を開始することを特徴とする燃焼制御装置。