JPH0682037A - 燃焼機器の空燃比制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 油類を燃焼させるボイラー等の燃焼機器にあ
って、排気されるＣＯガス量を測定して予め設定された
範囲内で燃焼を行うようにすることにより、最適な燃焼
状態を維持し有害ガスであるＣＯガスの排出量を規定値
以下に低めるようにする燃焼機器の空燃比制御方法に関
するものである。 【構成】 燃焼室の排気筒にＣＯセンサーを装着し、最
適空燃比でのＣＯガス量を実験により求めて基準値とし
て予め貯蔵した後、ＣＯセンサーにより検出されるＣＯ
ガス量が前記基準値と一致するようにコントローラーが
混合空気量を調節して常に最適な空燃比に燃焼機器を制
御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はボイラー等のように油類
を燃焼させる燃焼機器の空燃比を制御する方法に関する
もので、詳しくは排気されるＣＯガス量を測定して予め
設定された範囲内で燃焼するようにして最適な燃焼状態
を維持し、有害ガスＣＯガスの排出量を規定値以下に低
めるようにする燃焼機器の空燃比制御方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図１は一般的な燃焼機器の構造を示す概
略構成図であって、図示したように、燃焼機器はハウジ
ング１と、該ハウジング内部に設置され燃焼と熱交換を
行う空間の燃焼室２と、該燃焼室２内部の下側に設置さ
れ空気と燃料を混合して燃焼させるバーナー３と、該ハ
ウジング１の外部より前記バーナー３に燃料を供給する
燃料ホース４と、該燃料ホースに設置されコントローラ
ー（図示せず）の制御により燃料の供給を制御する燃料
バルブ５と、前記ハウジング１の外部から前記バーナー
３に空気を供給する吸気筒６と、前記コントローラーの
制御により前記ハウジング１の外部空気を吸気筒６を通
じて吸入して前記バーナー３に供給する送風ファン７
と、前記加熱室２内部の上側を経て加熱室２の外部へ引
き返すように設置されて熱交換を行う熱交換器８と、前
記加熱室２の排気ガスを排出させる排気筒９とから構成
される。そして、図面に図示しなかったが、前記燃焼機
器の運転を制御するコントローラーとその周辺回路が前
記ハウジング１内に装着されて燃焼を制御するようにな
っている。又、前記熱交換器８は燃焼機器の外部より前
記加熱室２の内部を経由し、その内部に水が流れるよう
になった管である。

【０００３】このように構成された一般的な燃焼機器の
作用を説明すると、図示しないコントローラーにより燃
料バルブ５と前記送風ファン７が制御されてバーナー３
に燃料と空気が供給され、そのバーナー３で空気と燃料
が混合されて燃焼される。この際に、加熱室内部の上側
を経由して外部へ引き返すように設置された熱交換器８
は前記バーナー３の燃焼熱により加熱されて熱交換を行
う。

【０００４】一方、前記のような一般の燃焼機器にあっ
て、従来の燃焼機器の空燃比制御方法は、最適燃焼のた
めの燃料と空気との混合比率を考慮して実験により求め
られた前記燃料バルブ５の開閉程度と前記送風ファン７
の回転数を制御するための空燃比制御データーがコント
ローラーに予め貯蔵されたあと、運転が開始されると、
前記コントローラーが予め貯蔵された空燃比制御データ
ーに応じて前記燃料バルブ５の開閉程度と前記送風ファ
ン７の回転数を制御する。これにより、前記燃料バルブ
５及び前記送風ファン７が制御されて適宜な燃料と空気
が前記バーナー３で混合され燃焼される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、予め貯
蔵された空燃比制御データーにより空燃比を制御する場
合、各製品の周辺回路の誤差又は燃焼機器の設置場所に
よる外部環境変化により、流入燃料量又は空気量を一定
に維持できなくなって最適な空燃比に制御し得ない問題
点がある。

【０００６】又、前記のように最適の空燃比に制御し得
なくなると、燃焼状態が悪くなり、併せて有害ガスであ
るＣＯガスの排出量が規定値を過ぎる問題点がある。
又、燃料バルブ５を制御する制御電圧が変わると、燃料
量が変わって実際空燃比と最適空燃比との差が一層大き
くなり、これはコントローラーによる制御によっては全
然対処し得ない問題点がある。

【０００７】一方、酸素センサーを使用して外部環境或
いは周辺回路の誤差等に応じて自動的に最適な空燃比と
なるように制御する空燃比制御装置があるが、これは外
部環境又は機器別周辺装置の誤差等に応じて最適な空燃
比に調整し得るが、有害物質であるＣＯガスの発生量を
知ることはできず、酸素センサー自体の値段は高価であ
って家庭用燃焼機器としては適合しない問題点がある。

【０００８】従って、本発明は前記従来の問題に鑑みて
なされたもので、ＣＯガスの排気量を検出して規定値以
下となるように空燃比を制御することにより、外部環境
或いは製品度に生じる周辺回路の誤差に係わらず最適な
空燃比に制御し得る燃焼機器の空燃比制御方法を提供す
ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような本発明の目的
は、燃焼室の排気筒にＣＯセンサーを装着し、最適空燃
比でのＣＯガス量を実験により求めて基準値として予め
記憶した後、コントローラーが前記ＣＯセンサーにより
検出されるＣＯガス量が前記基準値と一致するように燃
料と混合される空気量を調節して、常に最適な空燃比を
有するように燃焼機器を制御することにより達成され
る。

【００１０】前記コントローラーが前記ＣＯセンサーに
より検出されるＣＯガス量による第１の発明にかかる燃
焼機器の空燃比制御方法は、ＣＯガス量の基準値及び初
期空燃比をセッティングし、燃焼機器の運転開始の際に
初期に予め決められた空燃比に燃焼機器を制御する初期
運転段階と、前記初期運転が所定時間経過した後、排気
されるＣＯガス量を検出するガス量検出段階と、前記検
出されたＣＯガス量と予め設定された基準値とを比較し
て最適の燃焼であるかを判別する段階と、前記ＣＯガス
量が前記基準値と同じくなると、吸入空気量を一定に固
定させる主モードを遂行する段階とからなる。

【００１１】第２の発明にかかる燃焼機器の空燃比制御
方法は、前記検出されたＣＯガス量と予め設定された基
準値とを比較して空燃比を制御する段階は、検出された
ＣＯガス量が設定基準値より最適な燃焼であるかを判別
する最適燃焼判別段階と、前記比較段階で検出されたＣ
Ｏガス量が設定基準値より大きければ送風ファンの回転
数を増加させてＣＯガス量の減少を判別する段階と、Ｃ
Ｏガス量が減少されると、検出されるＣＯガス量が前記
基準値以下となるまで前記送風ファンの回転数を増加さ
せる段階と、ＣＯガス量が減少されないと、検出される
ＣＯガス量が前記基準値以下となるまで前記送風ファン
の回転数を減少させる段階と、前記段階で検出されたＣ
Ｏガス量が前記基準値以下となると、そのＣＯガス量が
前記基準値と一致するまで前記送風ファンの回転数を減
少させる段階と、前記ＣＯガス量が前記基準値と同じく
なると、現在の送風ファンの回転数を固定させる段階と
からなる。

【００１２】第３の発明にかかる燃焼機器の空燃比制御
方法は、前記主モードを遂行する間に所定時間の間隔と
して周期的に前記ＣＯガス量感知以後の段階を遂行して
空燃比変化に対応する。

【００１３】

【作用】このような本発明によると、排気筒の所定部位
に付着されたＣＯセンサーにより燃焼時の発生ガス量が
検出され、コントローラーが前記検出されるＣＯガス量
と予め設定された基準値とを比較して排気ＣＯガス量が
前記基準値と同じくなるように送風ファンを制御する。

【００１４】従って、空燃比の変化によりＣＯガス量が
変わると、その変化量に応じて送風ファンを制御して自
動に空燃比を調節するので、燃焼機器が設置された外部
環境の変化又は製品自体の周辺回路の誤差に係わらず常
に最適な空燃比に燃焼制御し得る。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例を添付図面に
基づいて詳細に説明する。図２は本発明による空燃比制
御方法を適用する燃焼機器の構造を示す概略構成図であ
る。図示した燃焼機器は、燃焼機器ハウジング１と、前
記ハウジング内部に設置されて燃焼と熱交換を行う空間
である燃焼室２と、前記燃焼室２内部の下側に設置され
空気と燃料を混合して燃焼させるバーナー３と、該ハウ
ジング１の外部より前記バーナー３に燃料を供給する燃
料ホース４と、該燃料ホースに設置されコントローラー
の制御により燃料の供給を制御する燃料バルブ５と、前
記ハウジング１の外部から前記バーナー３に空気を供給
する吸気筒６と、前記コントローラーの制御により前記
ハウジング１の外部空気を吸気筒６を通じて吸入して前
記バーナー３へ供給する送風ファン７と、前記加熱室２
内部の上側を経て加熱室２の外部へ引き返すように設置
されて熱交換を行う熱交換器８と、前記加熱室２の排気
ガスを排出させる排気筒９と、前記排気筒の所定部位に
設置され前記燃焼室２から発生するＣＯガス量を検出す
るＣＯセンサー１１と、前記送風ファン７の所定部位に
設置され送風ファン７の回転数を検出する回転数検出セ
ンサー１２とから構成される。

【００１６】このように構成された燃焼機器の作用を説
明すると、コントローラーにより前記燃料バルブ５と前
記送風ファン７が制御されてバーナー３に燃料と空気が
供給され、前記バーナーで空気と燃料が混合されて燃焼
される。この際に、加熱室３内部の上側を経由して外部
へ引き返すように設置された熱交換器８は前記バーナー
３の燃焼熱により加熱されて熱交換を遂行する。

【００１７】図３は本発明による燃焼機器の空燃比制御
装置のブロック図である。図示したように、コントロー
ラー２０は前記ＣＯセンサー１１及び回転数検出センサ
ー１２により検出されるＣＯガス量及び送風ファン７の
回転数に基づいて燃料バルブ５及び送風ファン７を制御
して最適な空燃比に燃焼制御する。前記コントローラー
２０により制御される本発明による燃焼機器の空燃比制
御方法は、図４及び図５に示すように、ＣＯガス量の基
準値及び初期空燃比をセッティングし、燃焼機器の運転
開始の際に初期に予め決められた空燃比に燃焼機器を制
御する初期運転段階と、前記初期運転が所定時間経過し
た後、排気されるＣＯガス量を検出するガス量検出段階
と、前記検出されたＣＯガス量と予め設定された設定値
とを比較して最適の燃焼であるかを判別する段階と、前
記比較段階で検出されたＣＯガス量が設定値より大きけ
れば送風ファンの回転数を増加させてＣＯガス量の減少
を判別する段階と、ＣＯガス量が減少されると、検出さ
れるＣＯガス量が設定値以下となるまで前記送風ファン
の回転数を増加させ、ＣＯガス量が減少されないと前記
送風ファンの回転数を減少させる段階と、前記段階で検
出されたＣＯガス量が設定値以下となると、そのガス量
が前記基準値と一致するまで前記送風ファンの回転数を
減少させる段階と、前記ＣＯガス量が前記基準値と同じ
くなると、現在の送風ファンの回転数を固定し主モード
を遂行する段階とからなる。

【００１８】このような本発明の作用を説明すると次の
ようである。先ず、燃焼室２から排気されるＣＯガス量
と空燃比との関係は、図６に示すように、最適な空燃比
に燃焼されるときＣＯガス量が最小となり、最適な空燃
比で空気量が増加するか減少すると前記ＣＯガス量が増
加する特性がある。ここで、曲線（Ｉ）は最適な空燃比
範囲が狭い燃焼機器での空燃比に対するＣＯガス量の特
性を示し、曲線（II）は最適な空燃比範囲が広い燃焼機
器での空燃比に対するＣＯガス量特性を示すもので、

【００１９】従って、燃焼機器の種類に応じて最適空燃
比の範囲が異なるので、燃焼機器の種類に応じて適宜な
ＣＯガス量基準値を設定し、図５に示すような制御流れ
により制御する。即ち、最適な空燃比範囲が狭い燃焼機
器では、図７に示すように、最適燃焼領域のＣＯ濃度Ｐ
＋ｎを基準値として設定し、最適な空燃比範囲が広い燃
焼機器では、図８に示すように、最適燃焼領域のＣＯ濃
度Ｐ＋ｋを設定値として設定する。

【００２０】このような状態で運転開始すると、初期点
火モードで予め決められた空燃比により送風ファン７と
燃料バルブ５を制御して所定時間燃焼させ、その所定時
間の経過後に排気筒９に付着されたＣＯセンサー１１に
より検出されるＣＯガス量に応じて送風ファン７を制御
する。前記ＣＯセンサー１１によりガス量が検出される
と、そのガス量と設定値とを比較する。

【００２１】その比較結果、ＣＯガス量が設定値より大
きければ最適燃焼領域ではない濃厚領域又は過剰空気領
域であるので、前記送風ファン７の回転数を増加させ
る。続いて、ＣＯガス量を再び検出して一番目検出され
たＣＯガス量に比べて減少された場合は濃厚領域に属す
るので、送風ファン７の回転数を増加させ、ＣＯガス量
が減少されなかった場合は前記送風ファン７の回転数を
減少させる。

【００２２】即ち、図７及び図８に示すように、送風フ
ァン７の回転数を増加させて空気量を増加させたときに
検出されたＣＯガス量が減少された場合は濃厚な領域に
属するので、空気量をもっと増加させるために前記送風
ファン７の回転速度を増加させる。一方、前記送風ファ
ン７の回転数を増加させて空気量を増加させたときに検
出されたＣＯガス量が増加された場合は過剰空気領域に
属するので、空気量を減少させるために前記送風ファン
７の回転速度を減少させる。

【００２３】続いて、検出されるＣＯガス量が前記設定
値と同じであるか又は設定値より小さくなるまで前記Ｃ
Ｏガス量感知、ＣＯガスの減少判別、送風ファン７の回
転数増／減制御を遂行する。以後、検出されたＣＯガス
量が設定値以下となると、再びＣＯガス量を検出して検
出されたＣＯガス量が基準値と同じくなるまで送風ファ
ン７の回転数を減少させる動作を反復遂行する。

【００２４】続いて、検出されたＣＯガス量が前記基準
値と同じくなると、その時の送風ファンの回転数を固定
した主モードを実行する。そして、前記主モード遂行中
にも所定時間間隔で前記空燃比制御モードを周期的に遂
行することもできる。一方、燃料供給量に従って熱量が
比例的に変化する比例制御方式にも本発明の空燃比制御
方法を適用し得る。即ち、燃料量が増加するか減少し、
送風ファンの回転速度が固定されていると、最適な燃焼
状態から免れて検出されるＣＯガス量か変化するので、
再び前記空燃比制御モードを遂行して最適な空燃比に調
節する。従って、燃料供給量が変化してもＣＯガス量検
出により送風ファン７の回転速度を調節して最適な燃焼
状態を成す。

【００２５】又、周辺装置を制御する電圧が変わって送
風ファンの回転数が変化する場合でも、最適な燃焼状態
から免れるので、前記空燃比モードを遂行することによ
り再び最適な空燃比に調節し得る。

【００２６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明は、
空燃比が変化してＣＯガス量が変わると、その変化量に
応じて送風ファンを制御して自動に空燃比を調節するの
で、燃焼機器が設置された外部環境の変化又は製品自体
の周辺回路の誤差に係わらず常に最適な燃焼比に燃焼制
御し得る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】一般的な燃焼機器の概略構成図である。

【図２】本発明による空燃比制御方法を適用する燃焼機
器の概略構成図である。

【図３】本発明による燃焼機器の空燃比制御装置のブロ
ック図である。

【図４】本発明による燃焼機器の運転開始時の制御流れ
図である。

【図５】本発明による空燃比制御モードの制御流れ図で
ある。

【図６】ＣＯガス量と空燃比との関係を示す特性図であ
る。

【図７】最適な燃焼領域が狭い場合の燃焼機器のＣＯガ
ス量の変化を現す特性図である。

【図８】最適な燃焼領域が広い場合の燃焼機器のＣＯガ
ス量の変化を現す特性図である。

【符号の説明】

１…燃焼機器のハウジング ２…燃焼室 ３…バーナー ４…燃料ホース ５…燃料バルブ ６…空気吸入筒 ７…送風ファン ８…熱交換機 ９…排気筒 １１…ＣＯセンサー １２…回転数検出センサー ２０…コントローラー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＣＯガス量の基準値及び初期空燃比をセ
   ッティングし、燃焼機器の運転開始の際に初期に予め定
   められた空燃比に燃焼機器を制御する初期運転段階と、 前記初期運転が所定時間経過した後、排気されるＣＯガ
   ス量を検出するガス量検出段階と、 前記検出されたＣＯガス量と予め設定された基準値とを
   比較して空燃比を制御する段階と、 前記ＣＯガス量が前記基準値と同じくなると、吸入空気
   量を一定に固定させ、主モードを遂行する段階とからな
   ることを特徴とする燃焼機器の空燃比制御方法。
2. 【請求項２】 前記検出されたＣＯガス量と予め設定さ
   れた基準値とを比較して空燃比を制御する段階は、前記
   検出されたＣＯガス量が設定基準値より最適な燃焼であ
   るかを判別する最適燃焼判別段階と、前記比較段階で検
   出されたＣＯガス量が設定基準値より大きければ送風フ
   ァンの回転数を増加させてＣＯガス量の減少を判別する
   段階と、ＣＯガス量が減少されると、検出されるＣＯガ
   ス量が前記基準値以下となるまで前記送風ファンの回転
   数を増加させる段階と、ＣＯガス量が減少されないと、
   検出されるＣＯガス量が前記基準値以下となるまで前記
   送風ファンの回転数を減少させる段階と、前記段階で検
   出されたＣＯガス量が前記基準値以下となると、そのＣ
   Ｏガス量が前記基準値と一致するまで前記送風ファンの
   回転数を減少させる段階と、前記ＣＯガス量が前記基準
   値と同じくなると、現在の送風ファンの回転数を固定さ
   せる段階とからなることを特徴とする請求項１記載の燃
   焼機器の空燃比制御方法。
3. 【請求項３】 前記主モードを遂行する間に所定時間の
   間隔として周期的に前記ＣＯガス量感知以後の段階を遂
   行して空燃比変化に対応するようになることを特徴とす
   る請求項１記載の燃焼機器の空燃比制御方法。