JPH0727331A

JPH0727331A - 燃焼装置

Info

Publication number: JPH0727331A
Application number: JP17644393A
Authority: JP
Inventors: Hideo Tomita; 英夫富田; Fumitaka Kikutani; 文孝菊谷; Yukio Nagaoka; 行夫長岡; Keijiro Kunimoto; 啓次郎国本; Junichi Ueda; 順一植田; Yoichi Kimura; 洋一木村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-07-16
Filing date: 1993-07-16
Publication date: 1995-01-27

Abstract

(57)【要約】【目的】バーナ能力切換えのためのバーナの本数切換
えに対して燃焼状態を検知して燃焼を制御する。【構成】燃焼状態検知手段２１の出力を検出する検出
部２９と、燃焼量設定部３０の設定信号に応じて切換え
弁２０を開閉させる切換え判定部３１と、切換え判定部
３１の信号に応じて、設定燃焼状態の目標検出値を設定
する燃焼状態設定手段３２と切換え弁２０を駆動する切
換え弁駆動回路３３および比例弁１６を駆動する比例弁
駆動回路３４と、検出部２９の出力と燃焼状態設定手段
３２の設定値とを比較し、両者の偏差に応じた制御信号
を制御する制御手段３５と、制御手段３５の信号に応じ
てファン２６の回転数を駆動制御するファン駆動回路３
６とを設け、切換え弁２０の開閉に対して燃焼状態変化
の検出遅れすることなく空気過剰率の制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃焼状態を検知して燃
料や空気量を制御する燃焼装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の燃焼装置は、図７に示す
ように、濃火炎を形成する濃炎口部１と希薄火炎を形成
する希薄炎口部２とを交互に並べてバーナ３を構成して
いる。このバーナ３には２系統から成る燃料を噴出する
ノズル４、５が臨まされ、さらにノズル５への燃料供給
を停止する切換え弁６を設けている。バーナ３の燃焼状
態を検知する熱電対７は、加熱端８を希薄炎口２の下流
側に、冷却端９を燃焼室１０の外になるように設置され
ている。この熱電対７の起電力に応じてファン１１を制
御する制御手段１２が設けられ、予め求めた空気過剰率
と熱電対７の起電力の関係から現在の空気過剰率を得
て、目標とする空気過剰率と比較し、この差を減少させ
る方向にファン１１からの空気量を制御する。特に、燃
焼量を大きく減少する場合、切換え弁６を動作させノズ
ル５からの燃料の噴出を停止して、燃料供給を切換え
る。

【０００３】このように、空気や燃料の過不足の検知、
調整により最適燃焼状態となるように制御される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の燃焼装置の構成では、切換え弁６を動作させて燃料
供給を切換えた場合、停止したバーナ３の火炎抵抗がな
くなる分、燃焼中のバーナ３への空気の流れ方が変化す
る。すなわち、切換え弁６の動作により火炎分布が変化
するので、空気過剰率と熱電対７の起電力の関係が異な
り、目標とした空気過剰率で燃焼できないという課題が
あった。

【０００５】また、切換え弁６を動作させて燃料供給を
切換えた直後、熱電対７は火炎分布の変化に追従できな
い（応答性が非常に悪い）。この時に、強風等による何
等かの要因で空気過剰率が急激に設定値から外れた場
合、熱電対７の起電力の変化が間に合わず異常加熱、吹
き消え、逆火などの異常事態が発生するという課題があ
った。

【０００６】一方、加熱端８は主に希薄火炎に直接加熱
されるので、加熱端８の温度は比較的短時間で収束する
のが、冷却端９は加熱端８からの熱伝導により温度上昇
するので、収束するのに時間を要する。したがって、加
熱端８と冷却端９との温度差に依存する熱電対７の起電
力も収束するのに時間を要し、熱電対７の起電力による
空気過剰率制御は応答性が非常に悪いという課題があっ
た。

【０００７】また、希薄火炎は温度分布が大きく、ゆら
ぎも発生している。したがって、取り付けばらつきと希
薄火炎自身のゆらぎとにより、空気過剰率と熱電対７の
起電力の関係はばらつきが大きく、空気過剰率の制御は
精度が悪いという課題があった。さらに、熱電対７は比
較的温度の高い濃火炎にも加熱されるので、熱劣化しや
すいという課題があった。

【０００８】本発明は上記課題を解決するもので、燃料
供給を切換えた時における空気過剰率の制御精度および
応答性の向上を目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の第一の課題解決手段はバーナの燃焼状態を検
知する燃焼状態検知手段と、燃焼量を設定する燃焼量設
定部と、切換え弁の開閉を判定する切換え判定部と、こ
の切換え判定部の開閉信号と燃焼量設定部の設定信号と
により燃焼状態を設定する燃焼状態設定手段と、この燃
焼状態設定手段と燃焼状態検知手段との信号により燃料
供給手段もしくは空気供給手段を調整する制御手段を備
えたものである。

【００１０】また、第二の課題解決手段は切換え判定部
の信号変化時に燃焼状態検知手段の応答遅れを補正する
補正手段を備えたものである。

【００１１】また、第三の課題解決手段は燃焼状態検知
手段の冷却端の温度を検出する補償温度検出手段と、こ
の補償温度検出手段の検出温度から燃焼状態検知手段の
加熱端の温度を演算する加熱端演算手段と、燃焼量を設
定する燃焼量設定部と、この燃焼量設定部の設定信号に
より目標加熱端温度を設定する燃焼状態設定手段と、こ
の燃焼状態設定手段と加熱端演算手段との信号により燃
料供給手段もしくは空気供給手段を調整する制御手段を
備えたものである。

【００１２】また、第四の課題解決手段は濃炎口部と希
薄炎口部とを交互に並設したバーナと、希薄炎口部の長
手方向に沿うように、かつ、下流側から加熱端を同希薄
炎口部に当接する燃焼状態検知手段を備えたものであ
る。

【００１３】

【作用】本発明は上記構成によって、切換え弁の開閉に
よる火炎分布の変化に対応するように切換え判定部の開
閉信号と燃焼量設定部の設定信号とにより燃焼状態設定
手段が目標検出値を再設定する。すなわち、切換え弁の
開閉に対して空気過剰率と目標検出値の関係を使い分け
ているので、切換え弁の開閉に関係なく、常に目標とし
た空気過剰率で燃焼を制御できる。

【００１４】一方、切換え弁の開閉直後、燃焼状態検知
手段はバーナの空気の流れの変化に追従できないが、補
正手段が切換え判定部の信号変化時に燃焼状態検知手段
の応答遅れを補正するので、切換え弁の開閉直後でも常
に目標とした空気過剰率で燃焼を制御できる。

【００１５】また、補償温度検出手段が冷却端の温度を
検出し、この補償温度検出手段の検出温度から加熱端演
算手段が加熱端の温度を演算する。一方、燃焼状態設定
手段は加熱端の温度を設定する。そして、制御手段が加
熱端演算手段と燃焼状態設定手段との信号により燃料供
給手段もしくは空気供給手段を調整するので、冷却端の
温度変化の影響もなく常に目標とした空気過剰率で燃焼
を制御できる。

【００１６】また、加熱端を希薄炎口部に当接させてい
るので、燃焼状態検知手段の取り付けばらつきを防止し
ている。さらに、燃焼状態検知手段の加熱端は希薄火炎
による加熱に加えて希薄炎口部から安定した熱伝導とに
支配されている。この結果、空気過剰率と燃焼状態検知
手段の出力との関係はばらつかないので、空気過剰率の
制御精度は向上する。一方、燃焼状態検知手段の加熱端
はあまり濃火炎に加熱されないので、熱劣化が防止でき
る。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面にもとづいて
説明する。図１において、１３は濃火炎を生ずる濃炎口
部、１４は下流側に突出した希薄火炎を生ずる希薄炎口
部で、濃炎口部１３と希薄炎口部１４とを交互に並べて
バーナ１５を構成している。このバーナ１５には比例弁
１６を設けた２系統から成る燃料供給手段１７にノズル
１８、１９が臨まされ、さらにノズル１９への燃料供給
を停止する切換え弁２０を設けている。２１はバーナ１
５の燃焼状態を検知する熱電対２２から成る燃焼状態検
知手段で、加熱端２３を希薄炎口１４の下流側に、冷却
端２４は燃焼室２５の外に設置されている。なお、２６
はバーナケース２７に取り付けた空気供給手段（以下フ
ァンという）である。

【００１８】制御装置２８は、燃焼状態検知手段２１の
出力を検出する検出部２９と、燃焼量設定部３０の設定
信号に応じて切換え弁２０を開閉させる切換え判定部３
１と、切換え判定部３１の信号に応じて設定燃焼状態の
目標検出値を設定する燃焼状態設定手段３２と切換え弁
２０を駆動する切換え弁駆動回路３３および比例弁１６
を駆動する比例弁駆動回路３４と、検出部２９の出力と
燃焼状態設定手段３２の設定信号とを比較し、両者の偏
差に応じた制御信号を制御する制御手段３５と、制御手
段３５の信号に応じてファン２６の回転数を駆動制御す
るファン駆動回路３６とにより構成される。

【００１９】空気過剰率と燃焼状態検知手段２１である
熱電対２２の起電力には図２に示すように燃焼量別に一
定の相関があり、この出力を知れば空気過剰率が求めら
れる。燃焼状態設定手段３２は燃焼量別に最適な空気過
剰率における燃焼状態検知手段２１の出力を予め目標検
出値として設定する。

【００２０】次に、上記構成における燃焼動作につい
て、図３を用いて説明する。この図３には燃焼量（燃焼
量設定部３０の設定信号）に対する比例弁１６の開度と
燃焼状態設定手段３２の目標検出値および切換え判定部
３１の開閉信号との関係を示している。

【００２１】最初に燃焼量設定部３０が設定信号を切換
え判定部３１と比例弁駆動回路３４および燃焼状態設定
手段３２へ出力する。次に、切換え判定部３１がこの設
定信号値を判定値Ｑ２より大きいと判定した場合、開信
号を燃焼状態設定手段３２と切換え弁駆動回路３３およ
び比例弁駆動回路３４へ信号を出力する。切換え弁駆動
回路３３はこの開信号により切換え弁２０を開ける。同
時に、比例弁駆動回路３４は設定信号と開信号、すなわ
ち、比例弁開度特性線Ｈ２３により比例弁１６の開度を
設定する。そして、燃料がノズル１８、１９からバーナ
１５へ噴出し、濃炎口部１３と希薄炎口部１４とで燃焼
を開始する。さらに、燃焼状態設定手段３２も設定信号
と開信号、すなわち、空気過剰率特性線Ｍ２３に応じて
目標検出値を制御手段３５へ出力する。

【００２２】逆に、切換え判定部３１が燃焼量設定部３
０の出力した設定信号値を判定値Ｑ２より小さいと判断
した場合、閉信号を燃焼状態設定手段３２と切換え弁駆
動回路３３および比例弁駆動回路３４へ出力する。切換
え弁駆動回路３３はこの閉信号により切換え弁２０を閉
じる。同時に、比例弁駆動回路３４は設定信号と閉信
号、すなわち、比例弁開度特性線Ｈ１２により比例弁１
６の開度を設定する。そして、燃料がノズル１８からバ
ーナ１５へ噴出し、一部の濃炎口部１３と希薄炎口部１
４とで燃焼を開始する。さらに、燃焼状態設定手段３２
は設定信号と閉信号、すなわち、空気過剰率特性線Ｍ１
２に応じて目標検出値を制御手段３５へ出力する。

【００２３】続いて、制御手段３５は、燃焼状態設定手
段３２の目標検出値と燃焼状態検知手段２１の出力を検
出する検出部２９の検出値とを比較し、両者の偏差が小
さくなるようにファン２６の比例制御信号をファン駆動
回路３６に出力する。すなわち、偏差が正であれば、正
のレベルに比例してファン回転数を増加させ、偏差が負
であれば負のレベルに比例してファン回転数を減少させ
る。

【００２４】この様に、切換え弁２０の開閉によりバー
ナ１５内の空気の流れが変化し、火炎分布が変化する
が、その変化に対応するように切換え判定部３１の開閉
信号と燃焼量設定部３０の設定信号とにより燃焼状態設
定手段３２が目標検出値を再設定する。すなわち、切換
え弁２０の開閉に対して空気過剰率と目標検出値の関係
を使い分けているので、切換え弁２０の開閉に関係な
く、常に目標とした空気過剰率で燃焼を制御できる。

【００２５】燃焼状態検知手段２１は、サーミスタ、酸
素センサ、フレームロッドを用いても、同様の効果が得
られる。また、空気量の制御はファン回転数の制御ばか
りでなくダンパ開度の調節によってもよい。

【００２６】次に他の実施例を図４に基づいて説明す
る。図４において、前記一実施例と相違する点は切換え
判定部３７の開閉信号の変化を捉え、燃焼状態検知手段
３８の応答遅れを一定期間補正する補正手段３９を備え
たものである。なお、その他の部材は前記一実施例の場
合と同じである。

【００２７】補正手段３９では、燃焼状態検知手段３８
の応答が一次遅れと仮定する次の微分方程式により応答
遅れを相殺した安定状態の起電力が得られる。

【００２８】Ｅｃ＝Ｅｉ＋Ｔ×Ｋ×（ｄＥｉ／ｄｔ）ただし、Ｅｃ：安定状態の起電力Ｅｉ：変化状態（現在）の起電力Ｔ：熱電対の時定数ｄＥｉ／ｄｔ：起電力の時間的微分値Ｋ：係数次に、燃焼量設定部３０が切換え判定部３７へ出力した
判定値Ｑ２より大きい設定信号が、判定値Ｑ２より小さ
くなった場合について説明する。

【００２９】この場合、切換え判定部３７が出力した閉
信号により、切換え弁２０を閉じると同時に、比例弁１
６の開度を変更する。さらに、燃焼状態設定手段３２も
新しい目標検出値を制御手段３５へ出力する。この直
後、燃焼状態検知手段３８はバーナ１５の空気の流れの
変化に追従できないが（応答遅れが非常に大きい）、補
正手段３９が一定期間燃焼状態検知手段３８の応答遅れ
を補正するので、切換え弁の開閉直後でも常に目標とし
た空気過剰率で燃焼を制御できる。

【００３０】また、常に補正手段３９を動作させ、切換
え弁２０の開閉直後に係数Ｋを変更する、すなわち、切
換え弁２０の開閉直後に補正値をさらに補正することに
より、さらにより目標とした空気過剰率で燃焼を制御で
きる。

【００３１】次に他の実施例を図５に基づいて説明す
る。図５に示すように、前記一実施例と相違する点は熱
電対４０から成る燃焼状態検知手段４１の冷却端４２に
はサーミスタ４３から成る補償温度検出手段４４を設け
ている。４５は補償温度検出手段４４の出力を検出する
補償温度検出部である。４６は補償温度検出手部４５の
補償温度から燃焼状態検知手段４１の加熱端４７の温度
を演算する加熱端演算手段である。４８は燃焼量を設定
する燃焼量設定部である。４９は燃焼量設定部４８の設
定信号により目標加熱端温度を設定する燃焼状態設定手
段である。５０は加熱端演算手段４６と燃焼状態設定手
段４９との信号により燃料供給手段５１もしくはファン
５２を調整する制御手段である。なお、その他の部材は
前記実施例と同じである。

【００３２】空気過剰率と加熱端４７の温度は空気過剰
率と燃焼状態検知手段４１の出力との関係と同様に燃焼
量別に一定の相関があり、この加熱端４７の温度を知れ
ば空気過剰率が求められる。燃焼状態設定手段４９は燃
焼量別に最適な空気過剰率における加熱端演算手段４５
の出力を予め目標加熱端温度として設定する。また、熱
電対４０の起電力は冷却端４２と加熱端４７との温度差
に依存している、すなわち、起電力と冷却端４２の温度
が分かれば、加熱端４７の温度は演算できる。

【００３３】次に、上記構成における燃焼状態制御動作
について説明する。検出部２９は燃焼状態検知手段４１
の出力を検出する。一方、補償温度検出部４５は冷却端
４２の温度を検出する。そして、加熱端演算手段４６は
燃焼状態検知手段４１の出力と冷却端４２の温度から加
熱端４７の温度を演算する。

【００３４】続いて、制御手段５０は、燃焼状態設定手
段４９の目標加熱端温度と加熱端演算手段４６の出力と
を比較し、両者の偏差が小さくなるようにファン５２の
比例制御信号をファン駆動回路３６に出力する。この様
に、制御手段５０が加熱端演算手段４６と燃焼状態検知
手段４１との信号により燃料供給手段５１もしくはファ
ン５２を調整する。冷却端４２と加熱端４７との温度
差、特に、冷却端４２の温度の応答性に依存する熱電対
４０の起電力により空気過剰率を制御するのでなく、応
答性の早い加熱端４７の温度に対して空気過剰率を制御
しているので、常に目標とした空気過剰率で燃焼を制御
できる。

【００３５】補償温度検出手段４４は温度補償付熱電
対、測温抵抗体を用いても同様の効果が得られる。ま
た、補償温度検出手段４４は冷却端４２の近傍、例えば
バーナケース２７に取り付けても、若干応答性が劣るが
加熱端４７の温度を演算できる。

【００３６】次に他の実施例を図６に基づいて説明す
る。図６において、前記一実施例と相違する点は濃火炎
を形成する濃炎口部５３と希薄火炎を形成する希薄炎口
部５４とを交互に並べてバーナ５５を構成している。５
６は希薄炎口部５３の長手方向に沿うように、かつ、下
流側から熱電対５７の加熱端５８を希薄炎口部５４に当
接する燃焼状態検知手段である。なお、その他の部材は
前記一実施例の場合と同じである。

【００３７】次に、上記構成における燃焼状態検知動作
について説明する。加熱端５８を希薄炎口部５４に当接
させて、熱電対５７の取り付けばらつきを防止している
ので、希薄火炎の温度分布が大きいにもかかわらず、燃
焼状態検知手段５６は安定した出力が得られる。また、
加熱端５８は希薄火炎による加熱と希薄炎口部５４から
の熱伝導とに支配されている。すなわち、希薄火炎によ
る加熱端５８への加熱は、希薄火炎自身のゆらぎにより
不安定になるが、しかし、希薄炎口部５４の温度が希薄
火炎のゆらぎの影響を受けず安定なので、希薄炎口部５
４からの熱伝導は安定している。この安定した熱伝導に
より空気過剰率と燃焼状態検知手段５６の出力との関係
はゆらがずに安定しているので、空気過剰率の制御の精
度は向上する。一方、加熱端５８は火炎温度が高い濃火
炎に加熱されないので、熱劣化が防止できる。

【００３８】

【発明の効果】以上のように本発明の燃焼装置によれば
次の効果が得られる。

【００３９】（１）燃焼状態設定手段が切換え判定部の
開閉信号と燃焼量設定部の設定信号とに応じて目標検出
値を設定しているので、切換え弁の開閉に関係なく、常
に目標とした空気過剰率で燃焼を制御できる。

【００４０】（２）補正手段が切換え判定部の信号変化
時に燃焼状態検知手段の応答遅れを補正するので、切換
え弁の開閉直後でも常に目標とした空気過剰率で燃焼を
制御できる。

【００４１】（３）加熱端演算手段が補償温度検出手段
の検出した冷却端の温度から加熱端の温度を演算し、こ
の加熱端の温度に対して燃料供給手段もしくは空気供給
手段を調整するので、冷却端の温度に影響されず、常に
目標とした空気過剰率で燃焼できる。

【００４２】（４）燃焼状態検知手段を希薄炎口部の長
手方向に沿うように、かつ、下流側から加熱端を同希薄
炎口部に当接するように設けているので、燃焼状態検知
手段の取り付けばらつきを防止できる。また、空気過剰
率と燃焼状態検知手段の出力との関係はゆらがずに安定
しているので、空気過剰率の制御の精度は向上する。一
方、加熱端は火炎温度が高い濃火炎に加熱されにくいの
で、熱劣化が防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の燃焼装置の構成図

【図２】同燃焼装置の一例を示す空気過剰率と燃焼状態
検知手段の出力特性図

【図３】同燃焼装置の制御特性図

【図４】同燃焼装置の他の実施例の構成図

【図５】同燃焼装置の他の実施例の構成図

【図６】同燃焼装置の他の実施例の構成図

【図７】従来の燃焼装置の構成図

【符号の説明】

１５、５５バーナ１７、５１燃料供給手段２０切換え弁２１、４１、５６燃焼状態検知手段２６、５２空気供給手段（ファン）３０、４８燃焼量設定部３１、３７切換え判定部３２、３８、４９燃焼状態設定手段３５、５０制御手段３９補正手段４２冷却端４４補償温度検出手段４６加熱端演算手段４７、５８加熱端５３濃炎口部５４希薄炎口部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者国本啓次郎大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者植田順一大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者木村洋一大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数本からなるバーナと、このバーナに燃
料と空気をそれぞれ供給する燃料供給手段および空気供
給手段と、前記バーナの燃焼状態を検知する燃焼状態検
知手段と、燃焼量を設定する燃焼量設定部と、前記バー
ナの使用本数を切換える切換え弁と、この切換え弁の開
閉を判定する切換え判定部と、この切換え判定部の開閉
信号と前記燃焼量設定部の設定信号とにより燃焼状態を
設定する燃焼状態設定手段と、この燃焼状態設定手段と
前記燃焼状態検知手段との信号により前記燃料供給手段
もしくは空気供給手段を調整する制御手段とを備えた燃
焼装置。
【請求項２】切換え判定部の信号変化時に燃焼状態検知
手段の応答遅れを補正する補正手段を備えた請求項１記
載の燃焼装置。
【請求項３】熱電対からなる燃焼状態検知手段と、この
燃焼状態検知手段の冷却端の温度、または近傍の温度を
検出する補償温度検出手段と、この補償温度検出手段の
検出温度から燃焼状態検知手段の加熱端の温度を演算す
る加熱端演算手段と、燃焼量を設定する燃焼量設定部
と、この燃焼量設定部の設定信号により目標加熱端温度
を設定する燃焼状態設定手段と、この燃焼状態設定手段
と前記加熱端演算手段との信号により前記燃料供給手段
もしくは空気供給手段を調整する制御手段を備えた燃焼
装置。
【請求項４】濃火炎を形成する濃炎口部と希薄火炎を形
成する希薄炎口部とを交互に並設したバーナと、前記希
薄炎口部の長手方向に沿うように、かつ、下流側から加
熱端を希薄炎口部に当接する燃焼状態検知手段とを備え
た燃焼装置。