JPH07158991A - 燃焼制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 周囲の温度変動による、単位体積あたりの空
気中の酸素含有率（質量基準）の変動などの外的因子に
対応し、燃焼効率を高く維持し省エネルギーを図る。 【構成】 冷凍サイクル７中の図示しない蒸発器からの
冷温水の出口側温度を検出する図示しない温度センサを
設け、熱交換器２の下流側には酸素濃度センサ１１を設
ける。図示しない温度センサの検出値に基づいて最適燃
焼量を演算し、この演算値により燃料弁３の開度を調節
する。この演算値により定まる燃焼用空気供給量を酸素
濃度センサ１１による検出値に基づいて補正し、この補
正後の値により空気弁４の開度を調節する。現在の燃料
供給量、燃焼用空気供給量に対応した検出酸素濃度が小
さければ、燃料が十分に完全燃焼するためには現在の燃
焼用空気量では不十分であることが、大きければ、燃焼
に支障のない範囲で燃焼用空気量を減らして排ガス熱損
失を抑えるためには燃焼用空気量が過剰であることがわ
かる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、吸収式冷凍機その他の
空気調和装置の熱源となる燃焼器に供給する燃焼用の燃
料と空気との量を調節する燃焼制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃焼反応は、燃焼中の可燃成分が酸素と
化合する酸化反応であり、燃焼のための燃焼用空気と燃
料との比率（空気比）によって燃焼状態は大きく変化す
る。燃焼効率を向上させ、省エネルギーを図るには、燃
焼の定常時、変動時にかかわらず次のような条件が必要
である。（１）燃料を完全燃焼させること。（２）燃焼
に支障のない範囲で、燃焼用空気量を減らして排ガス熱
損失を抑えること。

【０００３】すなわち、空気比が大きくなると、燃焼に
必要な空気量以外の余分な空気が加熱されて大気中に放
出され、排ガス熱損失として無駄になる。逆に空気比が
小さくなると、不完全燃焼による熱損失は急増し黒鉛の
発生を招く。したがって、燃焼制御のためには、この両
者の要請を考慮し最適な燃焼範囲に燃焼用空気量を調節
することが重要となる。

【０００４】そのため、従来、空気調和装置の熱源とな
る燃焼器に供給する燃焼用の燃料と空気との量を調節す
る燃焼制御装置においては、燃焼量（入熱量）の増加、
減少操作を目標温度に向けて自動的に制御するため、燃
料と燃焼用空気量を一定の比率に保つ比例燃焼制御技術
が用いられている。以下では、かかる技術について説明
する。

【０００５】図６、図７は、何れも従来の比例燃焼制御
技術における制御系統図であり、吸収式冷凍機の例で示
している。図６に示す比例燃焼制御技術において、１は
バーナであり、ガスなどの燃料を燃焼用空気で燃焼す
る。２は吸収式冷凍機の図示しない再生器に設けられた
熱交換器であり、燃料の燃焼により生じた熱で溶液を加
熱する。３はバーナ１に供給する燃料量を調節する燃料
弁であり、４はバーナ１に供給する燃焼用空気量を調節
する空気弁である。燃焼により生じた燃焼排ガスは系外
へ排出される。

【０００６】７は図示しない再生器を起点とする吸収式
冷凍機の冷凍サイクルであり、周知のとおり、蒸発器、
吸収器などの熱交換器を備え、吸収液や冷媒が循環し、
各種熱交換が行なわれて冷暖房がなされる。また、図示
しない温度センサにより、バーナ１を燃焼させて得られ
る冷凍サイクル７中の熱媒体の温度を検出する。ここに
いう熱媒体とは、例えば吸収式冷凍機においては、一般
的には蒸発器から得られる冷温水であり（この冷温水は
ファンコイルユニットに導かれて、このファンコイルユ
ニットが設置された室内の空気と熱交換し、最終的に冷
暖房を行なう。）、蒸発器からの出口側で温度検出され
るのが一般的である。また、燃焼器における燃焼により
最終的に冷温水を得るまでには凝縮器、吸収器など各種
熱交換器において熱交換が行なわれ、これらの熱交換器
への入口側や出口側などで吸収液や冷媒などの熱媒体の
温度検出が行なわれる場合もあるので、これらの吸収液
や冷媒などもここにいう熱媒体である。すなわち、ここ
にいう熱媒体とは吸収式冷凍機の蒸発器から得られる冷
温水や、あるいは吸収液、冷媒などや、場合によっては
バーナ１の排ガスなどのように、バーナ１などの燃焼器
の燃焼により直接的、間接的に影響を受け、空調温度と
直接的、間接的に相関関係にある熱媒体が含まれる。ま
た、吸収式冷凍機以外の空気調和装置においても、冷凍
サイクル中の冷水、温水、温風、冷風など燃焼器の燃焼
により直接的、間接的に影響を受け、空調温度と直接
的、間接的に相関関係にある種々の熱媒体温度が検出さ
れるので、このような熱媒体も含まれる。

【０００７】この検出温度は予め設定された目標温度と
比較され、また、燃料弁３の弁開度が検出され、検出温
度と目標温度との差と、燃料弁３の弁開度情報とに基づ
いて燃料弁３を操作し、バーナ１に供給する燃料量を調
節する。この燃料弁３の開度すなわちバーナ１に供給す
る燃料量に対応した適切な燃焼用空気量の比率は予め比
率設定器５に設定されており、燃料弁３の開度に対応し
て空気弁４を操作し、燃料量に比例した適切量の燃焼用
空気がバーナ１に供給される。

【０００８】図７に示す比例燃焼制御技術において、図
６と同一符号部材は図６を参照して説明した比例燃焼制
御技術と同様である。この図７に示す技術においては、
燃料弁５と空気弁４とがリンク機構６により連結されて
おり、また、比率設定器５が設けられていない点を除き
図６の構成と同様である。かかる構成においては、バー
ナ１に供給する燃料量に対応した適切な燃焼用空気量の
比率は、燃料弁３の開度に対応してリンク機構６により
連結された空気弁４が動き、これにより燃料量に比例し
た適切量の燃焼用空気がバーナ１に供給される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これら従来の
技術によっても、図６、７に示している外乱因子により
燃焼効率を高く維持するためには十分ではない。このよ
うな外乱因子としては次のようなものがある。（１）周
囲の温度変動による、単位体積あたりの空気中の酸素含
有率（質量基準）の変動。（２）燃料、燃焼用空気、各
弁の開度（燃料や燃焼用空気の供給量）の特性の相違に
より発生する燃料量に対する燃焼用空気比の変動。
（３）燃料ガス（燃料としてガスを用いた場合）の圧力
の変動。（４）燃料ガス成分の変動。（５）周囲の温度
変動による燃料ガスの単位体積当りの発熱量の変動。す
なわち、燃焼効率を高く維持するためには、熱媒体温度
を検出して、この検出温度に基づいて燃料量を調節し、
この燃料量に比例して燃焼用空気量を調節するのみでは
燃焼効率を十分に高く維持することができない。つま
り、燃料を完全燃焼させ、かつ、燃焼に支障のない範囲
で、燃焼用空気量を減らして排ガス熱損失を抑えるため
には、上記の外的因子に起因して燃焼用空気量が不足し
たり、逆に過剰になったりしてしまう。

【００１０】本発明は、従来のものに比べて燃焼効率を
高く維持することができて省エネルギーを図ることので
きる、空気調和装置の熱源用燃焼器の燃焼制御装置を提
供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明は、空気調和装置の熱源たる燃焼器を燃焼させ
て得られる熱媒体の温度を検出する温度検出器と、この
温度検出器の検出値に基づいて前記燃焼器に供給する燃
料と燃焼用空気量とを一定の比率に調節して比例燃焼制
御する第１の制御器とを備えた燃焼制御装置において、
前記燃焼排ガスの酸素濃度を検出する酸素濃度検出器
と、前記温度検出値に基づき決定した前記燃焼用空気量
をこの酸素濃度検出器による検出濃度に基づいて補正す
る第２の制御器とを備えたことを特徴とする燃焼制御装
置である。

【００１２】

【作用】酸素濃度検出器により燃焼排ガスの酸素濃度を
検出し、現在の燃料供給量、燃焼用空気供給量に対応し
た検出酸素濃度が小さければ、燃料が十分に完全燃焼す
るためには現在の燃焼用空気量では不十分であることが
わかり、燃焼用空気量を増やす必要がある。逆に検出酸
素濃度が大きければ、現在の燃焼用空気量は燃焼に支障
のない範囲で燃焼用空気量を減らして排ガス熱損失を抑
えるためには過剰であることがわかり、燃焼用空気量を
減らす必要がある。

【００１３】よって、上述の外的因子によって影響を受
けても、燃料を完全燃焼させ、かつ、燃焼に支障のない
範囲で燃焼用空気量を減らして排ガス熱損失を抑えると
いう見地からの燃焼用空気の過不足を、燃焼排ガスの酸
素濃度を検出することにより検知することができ、従来
のように、空気調和装置の熱源たる燃焼器の燃焼により
得られる熱媒体（前述のとおり、吸収式冷凍機の蒸発器
から得られる冷温水や、あるいは吸収液、冷媒などや、
場合によっては燃焼器の排ガスなどのように、燃焼器の
燃焼により直接的、間接的に影響を受け、空調温度と直
接的、間接的に相関関係にある熱媒体が含まれる。ま
た、吸収式冷凍機以外の空気調和装置においても、冷凍
サイクル中の冷水、温水、温風、冷風など燃焼器の燃焼
により直接的、間接的に影響を受け、空調温度と直接
的、間接的に相関関係にある種々の熱媒体温度が検出さ
れるので、このような熱媒体も含まれる。）の温度を検
出し、この検出値に基づいて決定した燃焼用空気量を、
燃焼排ガスの酸素濃度を検出することによる燃焼用空気
の過不足に基づき第２の制御器で補正し、この補正後の
値による制御信号で燃焼用空気量を調節すれば、上述の
外的因子の存在にもかかわらず従来よりも燃焼効率を高
く維持することができ、省エネルギーを図ることができ
る。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説
明する。図１は本発明の１実施例である燃焼制御装置の
制御系統図である。図２は該燃焼制御装置を適用した空
気調和装置の熱源となる燃焼器の系統図である。この燃
焼器は吸収式冷凍機の再生器を例として示している。図
６と同一符号の部材は図６を参照して説明した従来の燃
焼制御装置と同様の部材ゆえ、詳細な説明は省略する。

【００１５】８は燃料であるガスをバーナ１に供給する
ガス供給管であり、燃料弁３の上流側には燃料遮断弁９
が設けられている。１３は燃焼用空気流路であり、１０
は燃焼用空気流路１３を介して燃焼用空気をバーナ１に
供給する送風器である。バーナ１の燃焼で生じた燃焼排
ガスは熱交換器２を流通して図示しない臭化リチウム水
溶液を加熱して冷却化した後、排気筒１２から排出され
る。なお、燃焼排ガス、燃焼用空気の流れは図２中に矢
印で示している。また、図示しない蒸発器から図示しな
いファンコイルユニットへ導かれる熱媒体たる冷温水の
温度が、例えば図示しない蒸発器の出口側において図示
しない温度センサにより検出される。

【００１６】本実施例の燃焼制御装置においては、排気
筒１２には燃焼排ガスの酸素濃度を検出する酸素濃度セ
ンサ１１が設けられている。また、目標温度となるよう
に燃焼排ガスの温度検出を行ない燃焼量を決定する温度
検出ループに、酸素濃度センサ１１による検出酸素濃度
で燃焼用空気量をフィードバック制御する空気量補正制
御ループを加えて比例燃焼制御ループを構成している。

【００１７】すなわち、図示しない温度センサによる冷
温水の検出温度を目標温度と比較し、目標温度との偏差
から燃焼量を決定する。燃料弁３の開度を検出し（この
検出はなくともよい）、決定された燃焼量に基づき燃料
弁３の開度を調節し、燃料であるガスの供給量が調節さ
れる。決定された燃焼量により定まるバーナ１に供給す
る燃料の量に対応してバーナ１に供給する燃焼用空気量
も定まるが、本実施例では排気筒１２を流通する燃焼排
ガスの酸素濃度を酸素濃度センサ１１により検出してい
る。検出酸素濃度値は予め設定された最適燃焼状態を維
持するための酸素の目標濃度値と比較し、この比較によ
る偏差により、すでに決定された燃焼量により定まる燃
焼用空気の供給量を補正して最終的に空気弁４の弁開度
が決定される。空気弁４の現在の弁開度が検出され（こ
の検出はなくてもよい）、最終的に決定された弁開度の
大きさに空気弁４を操作して調節する。

【００１８】比較による偏差の求め方としては、酸素濃
度の実測値から酸素の目標濃度値を単純に減算して求め
てもよい。また、ＰＩＤ制御などにより時間的な傾向を
捉えてもよい。例えば、目標値の酸素濃度を０１、酸素
濃度センサ１１による酸素濃度の実測値を０２とすると
偏差Δ０＝０１−０２となる。目標酸素濃度３％、実測
酸素濃度５％であった場合、その差−２％の酸素濃度差
に見合う燃焼用空気量を減じるように空気弁４の開度を
調節すればよい。

【００１９】以下では本実施例でＰＩＤ制御を用いる場
合についてさらに詳細に説明する。図３は本実施例に用
いる制御部の動作を説明する模式図であり、図４は本実
施例の制御の流れを示すブロック図である。この制御部
は、送風器１０の動作、燃料の供給など基本的な燃焼動
作の制御とバーナ１の炎、燃焼圧力、燃焼用空気圧力な
どの検出（炎検出センサ等１４により検出する。）によ
り燃焼の保安機能を制御する燃焼シーケンス制御部と、
燃焼量を比例的に制御して、目標温度の維持と燃焼効率
向上を図る温度・空気比制御部とを備えている。吸収冷
凍機の運転命令がでると燃焼シーケンス制御部の制御に
従い、送風機１０の運転、燃料ガスの供給、着火動作な
ど一連の燃焼動作が開始される。これにより燃焼状態に
移行すると、温度・空気比制御部は、温度センサ１５
（上述の図示しない温度センサ）により上述のとおり温
度を検出し、入力ポートでＡ／Ｄ変換した後、ＣＰＵで
デジタル値として目標温度に対し演算処理（ＰＩＤ制
御）する。この処理した値の一方は燃焼による吸収式冷
凍機への入熱量として、出力ポートで再びアナログ値
（例えば、１〜５Ｖ、４〜２０ｍＡ）にＤ／Ａ変換し、
燃料弁３の弁開度（燃焼用空気量）の制御値となり、燃
料弁３の動作により燃料量の調節を行なう。すなわち、
図１に示す弁開度検出、調節のブロックは燃料弁３の弁
開度制御値と現在の弁開度検出値との偏差によりこの偏
差がゼロになるように調節することを示す。

【００２０】また、酸素濃度センサ１１により検出した
酸素濃度に対応するアナログ値は検出温度値と同様、Ａ
／Ｄ変換され、予め設定された目標濃度と比較して目標
濃度との偏差が求められる。この偏差値は、さきに目標
温度に対して演算処理された値に補正を加えるためのも
のであり、演算処理されて再びＤ／Ａ変換された空気弁
４の最終的な制御値となる。この後の空気弁４の調節は
燃料弁３と同様である。この燃料弁３、空気弁４の制御
ループは随時所定のサンプリング周期で制御する。な
お、図５は本実施例によるＰＩＤ制御の常数、サンプリ
ング時間等の設定値の一例を示す図である。

【００２１】以上の説明においては、燃料としてガスを
用いた場合について説明したが、灯油、重油などの液体
燃料を用いた場合について本実施例の燃焼制御装置を適
用してもよい。この場合は燃料弁３を液体用のものに変
更するか、燃料弁３の弁開度を調節する代わりに液体燃
料をバーナ１に供給する燃料ポンプの回転数を調節する
ようにすればよい。また、本実施例においては、冷温水
燃焼排ガスの酸素濃度検出を熱交換器２の出口側で行な
っているが、熱交換器２の入口側で行なってもよい（図
１において点線で示す）。

【００２２】つづいて本実施例の作用について説明す
る。酸素濃度センサ１１により燃焼排ガスの酸素濃度を
検出し、現在の燃料供給量、燃焼用空気供給量に対応し
た検出酸素濃度が小さければ、燃料が十分に完全燃焼す
るためには現在の燃焼用空気量では不十分であることが
わかり、燃焼用空気量を増やす必要がある。逆に検出酸
素濃度が大きければ、現在の燃焼用空気量は燃焼に支障
のない範囲で燃焼用空気量を減らして排ガス熱損失を抑
えるためには過剰であることがわかり、燃焼用空気量を
減らす必要がある。よって、前述の外的因子（図１中に
おいても示している）によって影響を受けても、燃料を
完全燃焼させ、かつ、燃焼に支障のない範囲で燃焼用空
気量を減らして排ガス熱損失を抑えるという見地からの
燃焼用空気の過不足を、燃焼排ガスの酸素濃度を検出す
ることにより検知することができ、従来のように、図示
しない蒸発器からの出口側の冷温水温度を検出し、この
検出値に基づいて決定した燃焼用空気量を、燃焼排ガス
の酸素濃度を検出することによる燃焼用空気の過不足に
基づき補正し、この補正後の値による制御信号で空気弁
４の開度を調節し燃焼用空気量をコントロールすれば、
前述の外的因子の存在にもかかわらず従来よりも燃焼効
率を高く維持することができ、省エネルギーを図ること
ができる。

【００２３】また、本実施例で補正するのは燃焼用空気
供給量のみであり、燃料供給量は補正していない。した
がって、予め空気量の補正範囲を設定しておくことによ
り、かりに酸素濃度センサ１１が故障などを起こして酸
素濃度検出不能となっても目標温度との比較により燃焼
量とそれに見合う空気量は求められているので、その求
められた値により燃料と燃焼用空気との供給量を調節す
れば、酸素濃度センサ１１の故障によっても燃焼システ
ム全体にまで障害を起こす事態となることを防止でき
る。

【００２４】さらに、本実施例においては図示しない蒸
発器からの出口側の冷温水温度を検出する場合を例とし
て説明したが、本発明は、かかる場合に限定されるもの
ではなく、空気調和装置の熱源たる燃焼器の燃焼により
得られる熱媒体（前述のとおり、吸収式冷凍機の蒸発器
から得られる冷温水や、あるいは吸収液、冷媒などや、
場合によっては燃焼器の排ガスなどのように、燃焼器の
燃焼により直接的、間接的に影響を受け、空調温度と直
接的、間接的に相関関係にある熱媒体が含まれる。ま
た、吸収式冷凍機以外の空気調和装置においても、冷凍
サイクル中の冷水、温水、温風、冷風など燃焼器の燃焼
により直接的、間接的に影響を受け、空調温度と直接
的、間接的に相関関係にある種々の熱媒体温度が検出さ
れるので、このような熱媒体も含まれる。）の温度を検
出する場合すべてを含むことはいうまでもない。

【００２５】

【発明の効果】以上説明した本発明の燃焼制御装置によ
れば、従来のものに比べて燃焼効率を高く維持すること
ができて省エネルギーを図ることのできる、空気調和装
置の熱源用燃焼器の燃焼制御装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例である燃焼制御装置の制御系
統図である。

【図２】本発明の１実施例である燃焼制御装置を適用し
た空気調和装置の熱源となる燃焼器の系統図である。

【図３】本発明の１実施例である燃焼制御装置に用いる
制御部の動作を説明する模式図である。

【図４】本発明の１実施例である燃焼制御装置の制御の
流れを示すブロック図である。

【図５】本発明の１実施例である燃焼制御装置のＰＩＤ
制御の常数、サンプリング時間等の設定値の一例を示す
図である。

【図６】従来の比例燃焼制御技術における制御系統図で
ある。

【図７】従来の比例燃焼制御技術における制御系統図で
ある。

【符号の説明】

１ バーナ ２ 熱交換器 ３ 燃料弁 ４ 空気弁 ７ 冷凍サイクル １１ 酸素濃度センサ １２ 排気筒

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空気調和装置の熱源たる燃焼器を燃焼さ
   せて得られる熱媒体の温度を検出する温度検出器と、こ
   の温度検出器の検出値に基づいて前記燃焼器に供給する
   燃料と燃焼用空気量とを一定の比率に調節して比例燃焼
   制御する第１の制御器とを備えた燃焼制御装置におい
   て、前記燃焼排ガスの酸素濃度を検出する酸素濃度検出
   器と、前記温度検出値に基づき決定した前記燃焼用空気
   量をこの酸素濃度検出器による検出濃度に基づいて補正
   する第２の制御器とを備えたことを特徴とする燃焼制御
   装置。