JPH06100336B2 - 燃焼制御装置 - Google Patents

燃焼制御装置

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JPH06100336B2
JPH06100336B2 JP61090411A JP9041186A JPH06100336B2 JP H06100336 B2 JPH06100336 B2 JP H06100336B2 JP 61090411 A JP61090411 A JP 61090411A JP 9041186 A JP9041186 A JP 9041186A JP H06100336 B2 JPH06100336 B2 JP H06100336B2
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博久 今井
慶一 森
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00Systems for controlling combustion
    • F23N5/02Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/12Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods
    • F23N5/123Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods using electronic means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
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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、燃料と空気量を
最適な比率にして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、従来より燃焼状態
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。
石油燃焼機器における空燃比制御の方式は、例えば特開
昭61−24917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ッドにより火炎
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て空燃比を最適にするように
燃料供給用ポンプの駆動周波数を調節する構成である。
第5図に炎イオン電流値Ifの一例を示す。横軸は一次空
気比μでここでは空燃比を一次空気比μで説明する。代
表的な入力範囲(3000〜1000kcal/h)では、炎イオン電
流値Ifはほぼμ=0.8〜0.9でピークを持つ分布をしてい
る。そこでポンプ駆動周波数を調節して、炎イオン電流
値Ifが最大値になるように灯油供給量を決めることによ
り空燃比制御を行ない安定した燃焼状態を維持するもの
である。
発明が解決しようとする問題点 上記従来例ではμ=0.8〜0.9で最も安定した燃焼状態を
維持できるように構成したバーナを使用したが、μ=1.
5付近で最も安定した燃焼状態を維持できるように構成
したバーナもある。(以下、全一次燃焼バーナと記す)
全一次燃焼バーナは一般に、火災温度が低く、排ガス中
の有害成分がある窒素酸化物(NOx)が極めて少ないと
いう特長を有し、NOx低減のためには効果の大きいバー
ナ構成であることが知られている。
しかしながら上記のような従来の空燃比制御手段は、炎
イオン電流値Ifが最大値になるように灯油供給量を決め
るので、μ=0.8〜0.9に調節してしまい、μ=1.5付近
での安定した燃焼状態の維持ができないという問題点を
有していた。
本発明はかかる従来の問題を解消するもので、全一次燃
焼バーナでμ=1.5付近に調節し安定した燃焼状態を維
持することを目的とする。
問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の燃焼制御装置は、
多数の小孔を有する筒と、前記筒の外側に金網を設けて
形成したバーナと、前記バーナへ燃料を供給する燃料供
給手段と、燃焼空気を供給する送風機と、燃焼火炎に挿
入したフレームロッドと、前記バーナの燃焼制御を行な
う制御回路部を有し、前記制御回路部は燃焼量を演算し
前記燃料供給手段を制御する燃焼量制御部と、供給空気
量を演算し前記送風機を制御する空気量制御部と、前記
燃焼量制御部と前記空気量制御部に燃焼の強弱を切換え
る信号を出力する切換部と、前記フレームロッドにより
炎のイオン電流を検出する炎電流検出部と、強燃焼時の
炎電流を記憶する強燃焼炎電流記憶部と、弱燃焼時の炎
電流を記憶する弱燃焼炎電流記憶部と、前記強燃焼炎電
流記憶部の記憶内容と前記弱燃焼炎電流記憶部の記憶内
容との相対値を演算する相対値演算部と、前記相対値演
算部の演算結果より空燃比を判定して前記燃焼量制御部
が前記空気量制御部の少なくとも一方に信号出力して目
標とする空燃比となるように調整する空燃比調整部を有
する構成としたものである。
作用 本発明は上記した構成によって、強燃焼時と弱燃焼時の
炎電流の相対値より空燃比を検出し調整してμ=1.5付
近で安定した燃焼状態を維持するのである。
実施例 以下、本発明の実施例を添付図面にもとづいて説明す
る。実施例では石油気化式バーナによる室内開放燃焼型
温風暖房器(ファンヒータ)を例にして説明していく。
第1図は本発明の燃焼制御装置のシステムブロック図を
示す。1はバーナで多数の小孔を有するパンチング板の
外側に金網で炎口を形成した全一次燃焼バーナであり、
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により供給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はフレームロッドで
バーナ1の火炎に流れる炎電流Ifを制御回路部7の炎電
流検出部8に伝える。又、切換部9は燃焼量制御部10と
空気量制御部11に燃焼量の大小を切換る信号を出力す
る。燃焼量制御部10は燃焼量小のときにはQFa、燃焼量
大のときにはQFbで燃焼するように燃料供給手段3を制
御する。空気量制御部11は燃焼量小のときにはQAa、燃
焼量大のときにはQAbの空気量を供給するように送風機
4を制御する。ここでQAb/QAa=QFb/QFaとする。即ち燃
焼量の大小で空燃比は等しいものとする。燃焼量小のと
きは炎電流検出部8が検出した炎電流Ifを弱燃焼炎電流
記憶部12にIfaとして記憶し、燃焼量大のときは炎電流
検出部8が検出した炎電流Ifを強燃焼炎電流記憶部13に
Ifbとして記憶する。14は相対値演算部で弱燃焼炎電流
記憶部12の記憶内容Ifaと、強燃焼炎電流記憶部13の記
憶内容Ifbとの比Ifb/Ifaを演算し空燃比調整部15に出力
する。空燃比調整部15はIfb/Ifaよりその時点での一次
空気比μを演算し、目標とする一次空気比との差に応じ
空気量制御部11に調整する信号を出力する。制御回路部
7は炎電流検出部8と切換部9と燃焼量制御部10と空気
量制御部11と弱燃焼炎電流記憶部12と強燃焼炎電流記憶
部13と相対値演算部14と空燃比調整部15を含んでいる。
次に具体動作を説明していく。第2図は全一次燃焼バー
ナにおいての炎電流Ifの特性を示す。図のA,B線は燃焼
量による差で燃焼量が小さい時はA線、大きい時はB線
となる。燃焼量が小さい時はμ=0.9付近で火炎中のイ
オン濃度が最も高くμが大きくなるに従いイオン濃度だ
低くなる。全一次燃焼バーナではμ=0.9付近では火炎
はバーナに密着し、μが大きくなるに従い火炎が伸びて
くる現象を確認している。火炎が伸びてくるに従い火炎
中で最もイオン密度の高い部分がフレームロッドに近づ
いてくる。従ってμ>0.9の領域で炎イオン電流Ifはμ
が大きくなるに従い、イオン濃度低下による減少の現象
と、イオン密度の高い部分がフレームロッドに近づくこ
とによる増加の現象があり、双方の作用によりμ=1.5
〜1.6付近で最小の極値をとるA線の特性となることを
確認している。一方、燃焼量が大きい時は同様にμ=0.
9付近で火炎中のイオン濃度が最も高くμが大きくなる
に従いイオン濃度が低くなるが、燃焼量が小さい時ほど
火炎がバーナに密着しておらず、イオン密度の高い部分
がフレームロッドに近づくことによる増加の影響が小な
く最小の極値をとらないB線の特性となることを確認し
ている。C線はイオン電流比で、A線の炎電流Ifa、B
線の炎電流Ifbとの比率K=Ifb/Ifaを示すものである。
前記したように燃焼量の大小で特性が違ったものとなる
ので、イオン電流比Kは一定の値にはならない。図に示
すように特に一次空気比μ>1.2の領域ではKは大きく
変化し、μ増加に従って単調に減少する曲線を描くの
で、逆にKからμを特性することは可能である。今、K
からμを導き出す関数をg(K)とすると、Kの範囲を
限定すればg(K)=a1×K+a0のような簡易な一次関
数としても十分近似できる。ここでa1、a0はバーナ固有
の定数である。又、近似の精度を上げるにはg(K)=
Σ(a1×K1)のような高次の関数としても良い。ここで
a1はバーナ固有の定数である。
μは、ある燃焼量に固定した時の供給空気量と比例す
る。又、燃焼量QFとポンプ3の発振周波数f、供給空気
量QAと送風機4の送風モータ回転数nは比例するためバ
ーナの燃焼量QFに対する燃料ポンプ3の発振周波数f、
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
す様に比例関係となる。今、第2図で最適な一次空気比
μ=μ1の時のモータ回転数はna,nbとなりポンプ周波数
fa,fbとなる。図でD,E,F線は燃料ポンプ3のばらつき
であり、同じポンプ周波数faであっても燃焼量はQFa
〜QFa″まで変化する。このためモータ回転数naが一定
でもμ=μ1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na′あるいは
na″に調整する必要がある。本発明では空燃比調整部15
でこの作業を行なう。
動作の流れを第4図の流れ図に示す。切換部9からの信
号により、燃焼量制御装置10は燃焼量大(QFb)に相当
するポンプ周波数fbで燃料ポンプ3が発振するように制
御し、空気量制御装置11は送風モータ回転数nbで回転す
るように送風機4を制御する。その時の炎電流Ifbを強
燃焼炎電流記憶部13に記憶すると、次に切換部9の信号
により、燃焼量制御装置10は燃焼量小(QFa)に相当す
るポンプ周波数faで燃料ポンプ3が発振するように制御
し、空気量制御装置11は送風モータ回転数naで回転する
ように送風機4を制御する。その時の炎電流Ifaを弱燃
焼炎電流記憶部12に記憶し、相対値演算部14がK=Ifb/
Ifaを演算し、空燃比調整部15は第2図C線よりこのK
よりμを演算する関数μ=g(K)をもっていて、現状
の一次空気比μを演算する。更に演算結果である現状の
一次空気比μと最適な一次空気比μ1からのずれをP=
μ1/μという式で演算する。空気量制御部11はモータ
回転数naをna×Pに変更するように送風機4を制御す
る。又、燃焼量大(QFb)の時にはモータ回転数nbをnb
×Pに変更し、大小の中間の燃焼量の時にもすべてモー
タ回転数をP倍するように送風機4を制御する。
以上の構成によりポンプのばらつきに応じて空気量を調
整し、常に最適な燃焼状態を保ちながら燃焼可能とな
る。
さらに安全性を向上させるために相対値演算部の演算結
果Kに上限、下限を設定してその限界を越えれば異常と
判断して燃焼量制御部10が燃料ポンプ3を停止させても
よい。
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っても同様の効
果が得られる。
発明の効果 以上のように本発明の燃焼制御装置によれば次の効果が
得られる。
(1)空燃比最適点に自動設定されるため、手動の調整
手段が不要で常に安定した燃焼状態を維持できる。
(2)調整する目標の空燃比を自在に設定できるのでμ
=1.5〜1.6付近で最適な燃焼を行ないNOxの低い全一次
燃焼バーナでの燃焼制御に応用できる。
(3)炎電流の絶対値で制御するのでなく燃焼量大の時
と燃焼量小の時の相対値で制御するので、ロッド電極の
距離やロッド形状、印加電圧などの差があっても補正さ
れ、影響を受けることなく正確な空燃比制御が可能であ
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ッ
ク図、第2図は一次空気比と炎電流および炎電流比の特
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図は動作の流れを示
す流れ図、第5図は従来の空燃比制御方式の特性図であ
る。 1……バーナ、3……燃料供給手段、4……送風機、6
……フレームロッド、7……制御回路部、8……炎電流
検出部、9……切換部、10……燃焼量制御部、11……空
気量制御部、12……弱燃焼炎電流記憶部、13……強燃焼
炎電流記憶部、14……相対値演算部、15……空燃比調整
部。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】多数の小孔を有する筒と、前記筒の外側に
    金網を設けて形成したバーナと、前記バーナへ燃料を供
    給する燃料供給手段と、燃焼空気を供給する送風機と、
    燃焼火炎に挿入したフレームロッドと、前記バーナの燃
    焼制御を行なう制御回路部を有し、前記制御回路部は燃
    焼量を演算し前記燃料供給手段を制御する燃焼量制御部
    と、供給空気量を演算し前記送風機を制御する空気量制
    御部と、前記燃焼量制御部と前記空気量制御部に燃焼の
    強弱を切換える信号を出力する切換部と、前記フレーム
    ロッドにより炎のイオン電流を検出する炎電流検出部
    と、強燃焼時の炎電流を記憶する強燃焼炎電流記憶部
    と、弱燃焼時の炎電流を記憶する弱燃焼炎電流記憶部
    と、前記強燃焼炎電流記憶部の記憶内容と前記弱燃焼炎
    電流記憶部の記憶内容との相対値を演算する相対値演算
    部と、前記相対値演算部の演算結果より空燃比を判定し
    て前記燃焼量制御部か前記空気量制御部の少なくとも一
    方に信号出力して目標とする空燃比となるように調整す
    る空燃比調整部を有する構成の燃焼制御装置。
  2. 【請求項2】切換部は強燃焼時と弱燃焼時での供給燃料
    量の比率と供給空気量の比率を同一の定数として記憶す
    る定数記憶部を有する特許請求の範囲第1項記載の燃焼
    制御装置。
JP61090411A 1986-04-18 1986-04-18 燃焼制御装置 Expired - Lifetime JPH06100336B2 (ja)

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JPS62245020A JPS62245020A (ja) 1987-10-26
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