JPH0586527B2 - - Google Patents

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一次空気式
バーナにおいて効果的である。

［従来の技術］ 例えば、全一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つても、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。このため、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
モカツプルによつてバーナプレートの温度を検知
し、その出力電圧を適正な空燃比に対応する基準
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、
サーモカツプルの温度が低くその出力電圧が不足
しているため、燃料不足の状態として検知され
る。従つて、バーナには定常時の適正な空燃比よ
りガスリツ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
カツプルが加熱され、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、
ガスリツ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。

従つて、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６図に
おいて実線Ｈに示される場合には、点火時の比例
弁の電流値は、破線Ｉ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、これに伴つて、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、サーモカツプル
による空燃比の補正を受ける。このときサーモカ
ツプルは、着火後まもないためその温度が十分に
上昇していない。従つて、サーモカツプルによる
燃料補正では、実際に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に得
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、サーモカツプルの出力電圧は、第７
図の破線Ｊに示すとおり、応答遅れがあるため、
目標加熱量に対するサーモカツプルの基準電圧
V1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
カツ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
熱量としての最小加熱量に応じた供給量に減少す
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
ず、燃料過剰になるため、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、全一次
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
る全一次空気式バーナにおいて、点火初期におけ
るサーモカツ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
最小加熱量付近での燃焼量の過剰をなくして目標
加熱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。

［課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、目標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、基準温度
に対する前記温度検知手段の検知温度に応じて前
記バーナへの燃料供給量の補正量を決定する空燃
比補正手段とを備えた燃焼制御装置において、前
記空燃比補正手段は、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
までは、前記基準温度を低く設定することを技術
的手段とする。

［作用］ 本発明では、初期点火となるcold時における点
火動作の開始時には、温度検知手段の検知温度が
低いため、燃料供給量が多く、供給される燃焼用
空気に対して十分な量の燃料が供給され、ガスリ
ツチとなつて容易に着火する。

一方、点火後、所定時間が経過するまでは、燃
料供給量を補正するために基準温度が低く設定さ
れている。このため、ある程度時間が経過する
と、温度検知手段の検知温度が十分に高くならな
くても、検知温度は基準温度を越える。

このとき、供給燃料が減少され、点火後の比較
的早い時間に燃料供給量を減らすことができる。
この結果、早く目標加熱量に到達する。

従つて、サーモカツプルの温度が定常燃焼時に
比べて十分に高くなつていない点火初期におい
て、温度検知手段の応答遅れの影響を受けること
が少なく、燃料供給量を速やかに減らすことがで
きる。

［発明の効果］ 本発明では、点火後、所定時間が経過するまで
は、基準温度が低く設定されているため、比較的
早い時間に燃料供給量を減らすことができ、点火
初期における温度検知手段の応答遅れによる影響
が少なくすることができる。

従つて、バーナプレートの赤熱を防止すること
ができるとともに、燃焼状態が安定するため、共
鳴音等の騒音が発生することが少ない。

また、点火時に、供給される燃焼用空気に対し
て燃料補正量がある程度多く必要な燃料を使用す
る場合には、空燃比補正手段の燃料補正量の幅を
ある程度広く設定しておくことによつて、点火時
には十分な燃料を供給することができるため、確
実に着火させることができる。

［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の内部にセラミツクス製のバーナ
プレート１１が配され、給湯器ケース１０によつ
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つ
て羽根車１２ｂ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
ト１１は、送風機１２によつて供給される一次空
気のみで燃焼する全一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１０ｂ内には、
送風機１２によつ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ツ
プル１５が設けられている。

ここでは、サーモカツプル１５が、炎の影響を
直接受けないようにするために、バーナプレート
１１では、サーモカツプル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２
３がそれぞれ設けられている。

制御装置４０は、マイクロコンピユータ（マイ
コン）を中心としてあらかじめ組み込まれたプロ
グラムによつ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各電磁弁２
１，２２を開くとともに、スパーカ電極１４で火
花放電をする点火制御を行う。

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５０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４５、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１２のモータへの印
加電圧を最小電圧Vminから最大電圧Vmax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Nminから最大回転数Nmaxまでの間で、基準
電流値Isを決定する。

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Ｄの間の補正幅Waをもつて補正電流
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Nminでは、電
流値I1〜I2の感で補正され、最大回転数Nmaxで
は、電流値I3〜I4の間で補正される。

空燃比補正部４６は、サーモカツプル１５の出
力電圧Ｖに応じて、燃料供給量の補正量を決定
し、その補正量によつて比例弁制御部４５の基準
電流値Isを補正する。

ここでは、サーモカツプル１５の出力電圧Ｖが
基準電圧Vsに対して高い場合には、燃料供給量
を減らすように補正量を設定し、逆に低い場合に
は、燃料供給量を増やすような補正量を決定す
る。

ここでは、第３図の破線Ｃ，Ｄに示すとおり、
実線Ａに示す基準電流値Isに対して、十分な補正
幅Waが得られるように、燃料補正量が決定され
ていて、破線Ｃに示すとおり、十分な増加補正量
を与えることによつて点火時の着火性を向上させ
るとともに、図示しない排気筒の延長等によつ
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、破線Ｄに示すように、減少補正
量についても、補正電流値Irが基準電流値Isより
かなり少なくなるように設定されている。

この基準電圧Vsは、バーナプレート１１の温
度が十分に高くなつた定常燃焼時のバーナプレー
ト１１の温度を基準にして設定された一定の電圧
を与えられたもので、点火後、所定時間ta（例え
ば３分間）が経過した後の基準値とされるもので
ある。

そして、点火後、所定時間taが経過する前の基
準値としては、初期基準電圧Vs₀が設定されてい
る。

初期基準電圧Vs₀は、決定された加熱量が最小
加熱量付近である場合に、燃焼量が過剰にならな
いようにするために設定されたもので、第４図の
一点鎖線Ｅに示すとおり、基準電圧Vsよりも低
く設定されていて、タイマ部４６ａによつて計時
される点火後の経過時間ｔが所定時間taを経過す
ると基準電圧Vsになる。

ここでは、急激な空燃比の変化をなくすため
に、タイマ部４６ａによつて計時される点火後の
経過時間ｔに応じて、徐々に高く変更されて、所
定時間taが経過すると基準電圧Vsになる。

従つて、サーモカツプル１５の出力電圧Ｖが同
じであつても、点火後の経過時間ｔに応じて異な
つた燃料補正量が決定され、それによつて燃料ガ
スは増加されたり減少されたりする。

また、決定された加熱量が、最小加熱量付近で
ない場合には、サーモカツプル１５の温度上昇が
比較的早くなるため、サーモカツプル１５の出力
電圧Ｖが、基準電圧Vsより高くなつた場合に、
その時点でタイマ部４６ａの作動を終了させて、
基準電圧Vsを基準値とする。

次に以上に構成からなる本実施例のガス給湯器
１の作動を、基準電圧Vsの設定の制御を中心に
して、第５図を参考に説明する。

時間t₁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、タイマ部
４６ａの計時が開始され（ステツプ１）、所定の
シーケンスで点火制御が行われる。

この点火制御では、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
る。また、ガバナ比例弁２３には、送風機１２の
回転数Ｎに応じた基準電流値Isが、サーモカツプ
ル１５の出力電圧Ｖに応じて補正された補正電流
値Irが通電される。

サーモカツプル１５の温度が低く、その出力電
圧Ｖが基準電圧Vsより低い場合には（ステツプ
２においてYES）、経過時間ｔに応じた初期基準
電圧Vs₀が空燃比補正部４６において算出され
（ステツプ３）、この初期基準電圧Vs₀の算出は、
経過時間ｔが所定時間taを越えないかぎり（ステ
ツプ４においてNO）、繰り返し行われる。この
とき、燃料補正量を決定するための空燃比補正部
４６における初期基準電圧Vs₀は、基準電圧Vsよ
り低くなつている。

サーモカツプル１５の出力電圧Ｖが初期基準電
圧Vs₀より低い場合には、ノズル１３からは燃料
補正によつて燃料供給量が増加された燃料ガスが
噴出する。従つて、混合室１０ｂ内には、燃焼用
空気に対して多くの燃料ガスが供給され、ガスリ
ツチ状態が得られて、確実に着火する。

その後、タイマ部４６ａで計時される点火後の
経過時間ｔとともに、初期基準電圧Vs₀は次第に
高くなる。

また、サーモカツプル１５の温度も、破線Ｆに
示すとおり、点火後、次第に上昇して、時間t₂
に、その出力電圧Ｖが経過時間ｔとともに変更さ
れつつある初期基準電圧Vs₀より高くなると、燃
料供給量は、実線Ｇに示すとおり、逆に減少し、
燃焼量が減少する。

時間t₃に、所定時間taが経過すると（ステツプ
４においてYES）、燃料補正量を決定するための
基準値は基準電圧Vsに固定され（ステツプ５）、
以後、サーモカツプル１５の出力電圧Ｖは基準電
圧Vsと比較され、その差に応じて燃料補正量が
決定される。

一方、例えば、決定された加熱量が大きくて、
所定時間taが経過する前にサーモカツプル１５の
出力電圧Ｖが基準電圧Vsを越えた場合には（ス
テツプ２においてNO）、タイマ部４６ａの計時
を終了して（ステツプ６）、直ちに基準電圧Vsを
基準値として（ステツプ５）、基準電圧Vsとの比
較によつて燃料補正量を決定する。

以上のとおり、本実施例では、サーモカツプル
１５の温度が低くても、燃料供給量を減らすこと
ができるため、一定の基準電圧に基づいて燃料供
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。また、温調
制御部４２で決定された加熱量が少なくて、最小
加熱量付近であつても、従来のように、サーモカ
ツプル１５の応答遅れによる影響をうけることが
なく、時間t₃には、燃料供給量を決定された燃焼
量に応答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を広くす
ることができるため、多少原料の異なる供給ガス
でも燃焼性の悪い燃料でも確実に空燃比を補正す
ることができる。従つて、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。

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ツクス製
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つてもよく、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
能構成を示すブロツク図、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ヤート、第５図は本
実施例の作動説明のための流れ図、第６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７図は
従来の燃焼制御装置における作動を示すタイムチ
ヤートである。 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、１５……サーモカツプル（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）、４６……空燃比制御部（空燃比補正
手段）、４６ａ……タイマ部（計時手段）。

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、目標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、基準温度に対する
   前記温度検知手段の検知温度に応じて前記バーナ
   への燃料供給量の補正量を決定する空燃比補正手
   段とを備えた燃焼制御装置において、 前記空燃比補正手段は、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
   するまでは、前記基準温度を低く設定することを
   特徴とする燃焼制御装置。