JPH0584413B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はガスや石油等を使用した燃焼機器にお
ける空燃比の制御装置に関するものである。

従来の技術 ガスや石油を燃料として燃焼させる時、燃料に
応じた最適な空気量を供給する事により逆火や失
火、あるいは不完全燃焼の発生を防ぎ安定な燃焼
を維持できる。この燃料と空気量の比を空燃比と
呼び、従来燃焼状態を検知して常に最適な空燃比
を保つように燃料、あるいは空気量を制御する手
段が考えられていた。

石油燃焼機における空燃比制御の方式は、例え
ば特開昭51−119635号公報に記載されているもの
がよく考えられる。これは火炎に挿入したフレー
ムロツドにより火炎の炎イオン電流を検出し、こ
の炎イオン電流が空燃比により変化することを利
用し、ある燃焼量における炎電流I_fを最適な空燃
比におけるI_fの設定値に保つように燃料供給用ポ
ンプの発振周波数を制御する構成である。第７図
にこの制御特性を示す。第７図で横軸I_fはフレー
ムロツドの炎電流、縦軸ｆと燃料ポンプの発振周
波数を示す。今、バーナの燃焼量がローに相当す
る空気量を供給している時、炎電流I_fが最適空燃
比の炎電流値I_fLになるようにポンプ周波数を
制御する。もし空燃比がずれて炎電流I_fがI_f′にな
つた時、ポンプ周波数は′になり燃焼量を増加
し、炎電流I_fLに戻るように制御する。燃焼量を
ハイに切替た時はＢ線に従つて制御する。

発明が解決しようとする問題点 しかし上記のような従来の空燃比制御方式に下
２つの問題点を有する。１つは炎電流I_fは各種条
件により大きく変化する点にある。例えばフレー
ムロツドとバーナの距離、ロツドの形状、ロツド
に的加する電圧等が変化するとI_f値が異なり、同
じI_fLに設定できたとしてもそれが最適空燃比で
あるとは限らない。２番目の問題点は、従来例に
示す制御方式にフアンヒータ等の室内開放型燃焼
機に応用した場合、炎電流I_fが室内の酸素濃度低
下（以下酸欠と呼ぶ）が発生した場合にも変化す
ることにある。

通常空燃比制御のない場合はこの特性を利用
し、炎電流I_fが一定値になつた時に酸欠と判定し
て室内換気を促すか燃焼を停止する。しかし空燃
比制御を行なつている時は、酸欠が発生しても常
に炎電流I_fLに保つようにポンプ周波数を修正し
てしまう。従つて室内酸素濃度が16〜15％に低下
してもそれなりにバーナの燃焼は継続し、酸欠が
検出できない。

これを検知するにはポンプ周波数の変化量が
一定の値以上になつた時に酸欠と判定する手段が
考えられるが、ポンプ周波数は燃焼量によつて
も変化するため、これとの判別も必要となり複雑
な制御アルゴリズムを必要とした。

問題点を解決するための手段 本発明は上記問題点を解決するためには、フレ
ームロツドの信号により、、バーナへの燃料の供
給量を制御する燃料制御装置および燃焼空気を供
給する送風機を制御する燃焼制御回路を設け、燃
焼制御回路は燃焼機の運転初期に空燃比を設定す
る空燃比設定部と、室温等により必要な燃焼量を
演算し燃料制御装置を駆動する燃焼室制御部と、
その燃焼量において空燃比設定部で設定した空燃
比を保つように送風機の送風量を演算制御する空
気量制御部、およびフレームロツド出力を検出す
る燃焼検知部を含む構成とし、空燃比設定部に
は、予め定められた燃焼量の燃料を供給する信号
を出力する基準燃焼出力部と、この時フレームロ
ツド電流が最大となるように空気量を調整するピ
ーク検知部、およびこの調整値を記憶し、必要な
時に空気量制御部に出力する記憶部を有する構成
とした。

作 用 上記構成により、空燃比の調整は機器の運転開
始時に行ない、一度空燃比調整が終了するとその
後の空燃比は調整時の記憶値から演算して求める
ように作用する。つまり通常燃焼時は炎電流によ
る空燃比のフイードパツク制御は行なわない。ま
た空燃比の調整時においても炎電流I_fの絶対値で
検出する構成ではなく、炎電流のピーク値になる
ように空燃比を調整する。

実施例 以下本発明の実施例を第１図から第６図を用い
る説明する。実施例では石油気化式にバーナによ
る室内開放燃焼型温風暖房機（フアンヒータ）を
例にして説明していく。

第１図は本発明のシステムブロツク図を示す。
１はバーナで、燃料タンク２から燃料ポンプ３に
より供給された燃料と送風機４により送風された
空気を気化混合器５により気化混合されバーナ１
で燃焼する。６はフレームロツドでバーナ１の火
災に流れる炎電流I_fを燃焼制御回路７の燃焼検知
部８に伝える。燃料ポンプ３は外部に設けた室温
センサ９と温度設定値１０の温度差に応じて燃焼
量を演算する燃焼量制御部１１により制御され
る。一方送風機４は空気量制御部１２の信号によ
り制御する。尚、燃焼機の運転開始時はスイツチ
Sa，Sbが図とは逆方向の接点に接続され、燃料
ポンプ３は基準燃焼出力部１３から予め定められ
た基準燃焼量を供給するように制御され、送風機
４はこの基準燃焼量の時に炎電流I_fが最大値にな
るようにピーク検知部１４の信号に応じて空気調
整部１５で調整される。調整が終了すればこの調
整値、つまり炎電流I_fがピーク時の送風機出力
（回転数）を記憶部１６に記憶する。基準燃焼出
力部１３、ピーク検知部１４、空気調整部１５、
記憶部１６を含めて空燃比設定部１７と呼ぶ。こ
の後スイツチSa，Sbは図の接点に戻り以後燃焼
量制御部１１からのポンプ３の発振周波数出力に
応じて送風機４の回転数を記憶部１６の値を関数
として演算して求め、空気量制御部１２から送風
機４の駆動出力を出す。

次に具体動作を説明していく。第２図は空燃比
と炎電流の関係を示すグラフで横軸に一次空気比
P_A（ここでは空燃比を一次空気比P_Aで説明する。

P_A＝実際のバーナ一次空気量／理論一次空気
量）縦軸に炎電流I_fを示す。図のＡ，Ｂ線は燃焼
量による差で燃焼量が大きい時はＢ線、小さい時
はＡ線となる。炎電流I_fはP_Aが1.0の点をピーク
とした曲線となり、P_A＞1.0（空気過剰側）、P_A＜
1.0（空気不足側）でも低下する山形のカーブを描
く。ここではバーナはP_Aが１より少し低い点P_A1
で最適燃焼となるように設計されているとする。
（これはバーナにより異なる）またP_A≦P_A2の時
にバーナは不完全燃焼となるため炎電流I_fがI_faあ
るいはI_fb以下になつた時に制御回路は異常と判
定する。

P_Aは、ある燃焼量に固定した時の供給空気量
と比例するためバーナの燃焼量Q_Fに対する燃料
ポンプ３の発振周波数、および送風機４の送風
モータ回転数ｎは第３図ａ，ｂに示すように比例
関係となる今第２図でP_A＝P_A1の時のモータ回転
数はn_A，n_Bとなりポンプ周波数は_A，_Bとなる。
図でCDE線は燃料ポンプ３のばらつきであり同
じポンプ周波数_Bであつても燃焼量はQFB′〜
QFB″まで変化する。このためモータ回転数n_Bが
一定でもP_AがP_A1からずれてしまう。これを解決
するためにポンプばらつきに応じてモータ回転数
ｎをn_B′あるいはn_B″に調整する必要が有る。本発
明では空燃比設定部１７でこの作業を行なう。

第４図に空燃比設定部１７をマイクロコンピユ
ータで構成した場合のフローチヤートを、第５図
にその特性を示す。ここでは燃焼量Q_FがQ_FBとな
るべきポンプ周波数を_Bという値で出力し、こ
の時に炎電流I_fがピーク値となるべき送風空気量
すなわちモータ回転数npを出力した時に、定格
燃焼量Q_FBであれば第５図の破線の特性となり炎
電流I_f1′とI_f2′との差ΔI_fがほとんどなく（ΔI_f＜Ｋ
）
ピーク値であることが検出できる。今、ポンプ周
波数＝_Bの時に燃焼量Q_FがばらつきQ_FB′となつ
た時、モータ回転数npではΔI_f＝I_f2−I_f1が大き
く、燃焼量がずれていることがわかる。この時
ΔI_fの方向に応じてモータ回転数naをΔnだけ増減
し、I_foを再計測する。以上をくり返してΔI_f＜Ｋ
（Ｋ＝定数となつた時、あるいはΔI_fの傾斜が逆転
した時のnaの値を燃焼量Q_FB′の時のモータ回転数
np′と決定する。

以上のようにポンプのばらつきに応じた最適な
モータの回転数np′が決定されると、記憶部１６
にこの値を記憶される。

一方燃焼量制御部１１は温度センサ９と温度設
定値１０の温度差ΔTに応じてポンプｐの周波数
を決定する。第６図にこの特性を示す。第６図
は右側の特性は横軸に温度差ΔT（R_Sは設定温度
１０、R_Tは温度センサの値９）、縦軸ｆはポンプ
周波数を示す図で燃焼量制御部１１の動作特性を
示す。また左側の図は横軸にフアンモータの回転
数ｎ、縦軸にポンプ周波数を示し、空気量制御
部１２の動作特性である。空気量制御部１２は温
度差ΔTに応じてポンプ周波数が決定すれば、
この値を基にモータ回転数ｎを演算して決定する
が、この時ポンプ３のばらつきに応じて空燃比制
御部１７により調整され、記憶部１６に記憶され
ているnpの値を係数として演算する。例えばモ
ータ回転数ｎ＝Ｌ・Np（ａ・ｆ＋ｂ）という演算
式でポンプｆに応じた最適な送風モータ回転数ｎ
が決定される。尚、上式でL.a.bは定数である。
以上から第６図でポンプばらつきがない時にはＦ
線上を、第５図実線の様にポンプばらつきが大燃
焼量側にある時はＧ線上を反対にばらつきがある
時はＨ線上で制御する。第６図でnp，np′，
np″がＧ，Ｆ，Ｈ線と交わらないのは、第２図に
示すように、空燃比設定部１７では炎電流のピー
クを検出するが実際の燃焼はピーク点からずれた
空燃比P_A1に設定するためであり、P_A1がピーク点
で燃焼させる場合は、Ｇ，Ｆ，Ｈ線と周波数_nAX
点の交差点がnp，np′，np″と一致する。またピ
ーク検知部１４は最大燃焼量の時には行なわずに
他の燃焼量で行なつてもよいが、これでも前述の
Ｌの値を変更するのみでよい。

以上の構成によりポンプのばらつきに応じて空
気量を自動的に調整され、常に最適な燃焼状態を
保ちながら燃焼可能となる。

尚、本実施例では、石油フアンヒータで説明し
たが、フアンヒータ以外の燃焼機器やガス燃料で
あつても同様の効果が得られる。

更に安全性を向上させるために、空気調整部１
５にモータ回転数ｎの可変幅（npの最大値と最
小値）を限定し、この値以上に回転数ｎを持つて
こなければピーク点がない時には、ゴミづまり等
により正常な空気量が送られていない、あるいは
正常な燃焼量が出ていないと判定して燃焼を停止
する構成にしてもよい。またピーク検知部１４は
この時の炎電流I_f，I_f2の値にも上下に限界値を決
めておくことにより、フレームロツドの絶縁不良
や既に不完全燃焼になつていると判定して燃焼を
停止することも容易に実現できる。

発明の効果 以上説明したように本発明の燃焼制御装置は次
の様な効果がある。

(1) 燃焼量、空燃比共最適点に自動設定されるた
め、手動の調整手段が全くなく正常に安定な燃
焼を維持できる。

(2) 空燃比設定部は、燃焼機の使用開始時の一定
時間動作するのみであり、それ以後は設定され
た値を基に演算してモータ回転数を決定するの
みである。従つて燃焼中、酸素欠乏が発生して
もこれにより空燃比を補正することがないの
で、炎電流の変化を検出して酸欠が検知可能と
なり安全である。

(3) 空燃比設定部では炎電流の絶対値で制御する
のでなく、炎電流のピーク点を検出する手段で
ある。このため、ロツド電極の距離やロツド形
状印加電圧の差があつても炎電流のピーク点は
全く影響されることがなく、正確な空燃比の設
定が可能である。

(4) 空燃比設定部１７では、ポンプばらつきに応
じて送風モータの回転数ｎを調整する構成であ
る。従つて燃焼機の燃焼量のばらつきはポンプ
ばらつき以上にならない。これは製品の製造時
に、ポンプ単体で検査すれば製品の燃焼量は決
定できるため、製品に組上げてから検査の必要
がなくなり、製造工程が簡略化できるという効
果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の燃焼制御装置の制
御ブロツク図、第２図は空燃比とフレームロツド
による炎電流の特性図、第３図は燃焼量とポンプ
周波数および送風機モータ回転数の関係を示す特
性図、第４図は空燃比設定部の動作を説明するフ
ロー図、第５図はその特性図、第６図は燃焼量制
御部の特性図、第７図は従来の空燃比制御方式の
特性図を示す。 １……バーナ、３……燃料ポンプ（燃料制御装
置）、４……送風機、６……フレームロツド、７
……燃焼制御回路、８……燃焼検知部、１１……
燃焼量制御部、１２……空気量制御部、１３……
基準燃焼出力部、１４……ピーク検知部、１５…
…空気調整部、１６……記憶部、１７……空燃比
設定部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 燃焼機の燃料を燃焼するバーナと、このバー
   ナへの燃料の供給量を制御する燃料制御装置と、
   燃焼空気を供給する送風機と、燃焼火炎に挿入し
   炎イオン電流によりバーナの燃焼状態を検知する
   フレームロツドと、前記燃料制御装置および送風
   機を駆動制御する燃焼制御回路を有し、前記燃焼
   制御回路には燃焼機の運転開始時に燃焼条件を設
   定する空燃比設定部と、負荷に応じて燃焼量を演
   算し、前記燃料制御装置を制御する燃焼量制御部
   とその燃焼量において前記空燃比設定部で設定し
   た空燃比を保つように送風機の送風量を演算制御
   する空気量制御部、およびフレームロツド出力を
   検出する燃焼検知部を含み、前記空燃比設定部
   は、燃料制御装置より予め定められた燃焼量の燃
   料を供給する基準燃焼出力部と、この時にフレー
   ムロツド出力が最大となるように空気量を調整す
   る空気調整部と、ピーク検知部、および空気調整
   部の調整値を記憶し、必要な時に空気量制御部に
   出力する記憶部とからなる燃焼制御装置。