JPH0727332A - 燃焼機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は酸素センサーを有する燃焼機に関す
るもので、センサー検出精度の向上を目的としたもので
ある。 【構成】 この燃焼機は、バーナ３を内蔵したダクト８
内の排気経路８Ａと温風用の空気を供給する対流ファン
９の吸い込み側との間を連通路１０で連絡するととも
に、この連通路内に酸素センサー１２を配置し、この酸
素センサー１２からの出力に基づいて燃焼空気量あるい
は燃料量の少なくともいずれか一方を制御するように構
成してある。従って、ダクト内の最も混合のよい排気ガ
スを対流ファンの吸引力により連通路内に採取してその
排気ガス中の酸素濃度を検出することができ、精度の高
い酸素濃度検出が可能になると共に酸素センサーも比較
的温度の低いところに設置して耐久性の高いものとする
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は石油ファンヒータ等の燃
焼機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般にこの種の燃焼機は図７に示すよう
に、温風吹出口５１を有する機器本体５２内にバーナ５
３と、このバーナ５３からの燃焼ガスを温風吹出口５１
に案内するダクト５４を設け、かつ前記ダクト５４内に
温風用の空気を供給する対流ファン５５を設けて構成し
てある。

【０００３】そして上記ダクト５４の上部に酸素センサ
ー５６を設け、この酸素センサー５６からの出力に基づ
きセンサー制御部５７がダク５４内の排気ガス中の酸素
濃度を検出し、空燃比設定部５８で予め設定された空燃
比との比較により空燃比制御部５８がバーナファンモー
タ５９または燃料ポンプ６０の動作補正を行って、最適
な空気量設定、燃焼量設定で燃焼量の可変巾拡大および
各種要因による燃焼への影響を軽減し、安定燃焼を確保
するようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成の開放型の燃焼機にあっては密閉型燃焼機に比べ、熱
的要因による燃焼機への影響等を考慮して排気経路が比
較的大きく構成されているため、排気ガスの混合が行わ
れ難く、酸素センサー５６による検出精度が低く、正確
な制御ができないという課題があった。また、できるだ
け分布ばらつきの少ない排気ガスを採取しようとした場
合はバーナ５３の上方に酸素センサー５６を設けなけれ
ばならず、酸素センサー５６の温度が極端に高くなり、
耐久性に問題が生じるという課題があった。

【０００５】本発明は上記課題を解決したもので、酸素
センサーの耐久性を維持しつつ検出精度を向上させるこ
とを目的としたものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、温風吹出口を有する機器本体内にバーナと、
バーナからの燃焼ガスを温風吹出口に案内するダクトと
を設けると共に、前記ダクト内に温風用の空気を供給す
る対流ファンを機器本体の背面に設け、かつ上記ダクト
内と対流ファンの吸い込み側との間を連通路で連絡し、
この連通路内に酸素センサーを配置した構成としてあ
る。

【０００７】

【作用】本発明は上記構成によって、ダクト内の最も混
合のよい排気ガスを対流ファンの吸引力により連通路内
に採取してその排気ガス中の酸素濃度を検出することが
でき、精度の高い酸素濃度検出が可能になると共に酸素
センサーも比較的温度の低いところに設置して耐久性の
高いものとすることができる。

【０００８】

【実施例】以下本発明の実施例を図１〜図３を参照して
説明する。まず図１を用いてその構成を説明すると、１
は前面に温風吹出口２を有する機器本体、３はこの機器
本体１内に設けたバーナで、燃料を気化し燃焼用空気と
混合させて燃焼させる気化式バーナが用いてあり、その
気化筒３Ａにはヒータ４ならびに温度検知センサー４Ａ
が埋設してある。５は前記気化筒３Ａ内に燃料を供給す
る燃料ポンプ、６は同燃焼用空気を供給するバーナファ
ン、７はバーナ３の上方を覆う燃焼筒、８は燃焼筒７か
らの排気ガスを温風吹出口２に案内するダクトで、排気
経路８Ａを構成している。９はダクト８内に温風用の空
気を供給する対流ファンで、機器本体１の背面に取り付
けてある。

【０００９】１０は上記ダクト８内の排気経路８Ａと対
流ファン９の吸引側９Ａとの間を連絡する連通路で、排
気経路８Ａ側は燃焼筒７の上部開口７Ａの縁部と対向す
る部分に開口させてある。１１は連通路１０内に設けた
抵抗板で、排気ガス流と交差する方向に複数設けてあ
り、採取した排気ガスの温度低減および混合を行うよう
になっている。

【００１０】１２は酸素センサーで、前記連通路１０の
対流ファン側に取り付けてあり、連通路１０内に採取し
た排気ガス中の酸素濃度を測定する。１３は酸素センサ
ーのヒータ用電源で、酸素センサーに内蔵されたヒータ
を加熱するためのものである。１３Ａはヒータ印加電圧
を所定のシーケンスに基づき、切り替えるための電圧切
り替え部、１４はセンサー用の電源で、酸素濃度に応じ
て限界電流を発生させるための電源である。１５は調整
抵抗で、前記酸素センサー１２の出力調整用である。１
６は増幅器で、前記酸素センサー１２の出力を制御部に
入力するために増幅する。

【００１１】１７は空燃比（ｍ値）の目標設定部、１８
は補正演算部で、前記酸素センサー１２の出力と空燃比
目標値を比較して補正値を演算する。１９はバーナファ
ンモータ回転数補正部で、前記補正演算部１８の計算結
果に基づきバーナファンモータ回転数の出力値を決定す
る。２０はリミッターで、前記バーナファンモータ回転
数の出力値が所定の範囲を外れた時、停止させるもので
ある。２１は燃焼量に応じて空燃比の目標値を補正する
Ｋ値補正部で、燃焼制御部からの信号により空燃比の目
標値を補正演算する。２２は自己補正部で、酸素センサ
ーの初期特性を検出し、その特性に応じて空燃比目標値
を補正する。２３はリミッターで、空燃比の目標値補正
結果を制限する部分で所定の範囲を外れた場合、停止さ
せる。

【００１２】２４燃焼制御部、２５は燃料ポンプ駆動回
路、２６はバーナファンモータ駆動回路、２７は前記各
要素により構成された空燃比制御部、２８はフレームロ
ッドで、バーナヘッドに対向した燃焼火炎に曝される場
所に取り付けている。２９は燃焼検知部で、前記フレー
ロッド発生する炎電流を燃焼制御信号に変換し、前記燃
焼制御部に入力する。

【００１３】上記構成において、まずその燃焼制御動作
について図２、図３のフローチャートを用いて説明す
る。まず室内環境が正常な状態においては、運転開始に
より空燃比目標値の初期設定を行い、同時にセンサー用
ヒータおよびセンサーに所定の電圧を印加する。センサ
ー用ヒータの電源は電源切り替え部１３Ａにより所定の
時間が経過すると電圧レベルを切り替える。これはセン
サーの初期応答性を向上するために行う。その状態でセ
ンサー出力の安定性を待ち、所定時間経過するとセンサ
ー出力を読み取り、標準出力特性と比較して空燃比目標
の初期値に自己補正を行い、リミッター範囲内であれば
空燃比目標値の更新を行う。また、リミッター範囲より
外れている場合は停止させる。つまり、劣化等による出
力特性のずれを補正する目的で行い、図５に示すように
標準特性の傾きＤ／Ｃとセンサー読み込み値Ｅより空燃
比初期値Ｄに補正をかけ、空燃比目標値Ｆ点を求める。
この自己補正動作がない場合、出力特性がずれた状態で
空燃比Ｄ点で制御される燃焼排ガス中の酸素濃度が大き
くなる。つまり、二酸化炭素設定が低いリフト気味の燃
焼になる訳である。そこで、空燃比をＦ点に補正するこ
とにより正規の酸素濃度で燃焼するようにする。

【００１４】次に燃焼制御部２４により所定の燃焼シー
ケンスで燃焼動作に入り、その後燃焼が安定するまで所
定の条件で燃焼を行う。所定時間が経過し、設定温度と
室温の差で燃焼量を制御するＫ値制御動作に入ると、更
に空燃比目標値を燃焼量に適した値に補正をし、空燃比
目標値として設定する。同時にセンサー出力の読み込み
を行い、前記空燃比目標値と比較し、補正動作を行う。
補正動作について、図３を用いて説明すると、補正は空
燃比目標値に対して所定の巾（比較量Ｘ）をもって行う
ようにしており、空燃比目標値−比較量Ｘの場合は、補
正量として＋Ｙ％（２％）を設定、反対に空燃比目標値
＋比較量Ｘの場合は、補正量として−Ｙ％（２％）を設
定、また、センサー出力の読み込み値が比較量の範囲内
の場合は補正量を０％に設定する。この補正量の設定サ
イクルを所定の時間（４００ｍｓ）で繰り返し行わせ、
更に所定の時間（２秒）が経過すると補正量として決定
る。また、上記補正量の設定サイクルによる補正量演算
は積算方式で行い、２秒間の燃焼状態を平均化して補正
をかけるようにしている。次に、補正量が決定するとリ
ミッター２０により、補正量が予め設定した許容範囲内
であるかどうかをチェックし、許容内の場合は駆動回路
へ出力を送り、モータまたは燃料ポンプを制御し、設定
空燃比で燃焼するように調整する。許容外の場合は異常
使用状態とみなし停止状態とする。前記、一連の補正動
作が完了すると、再度センサー出力を読み込み同様の補
正動作を繰り返す。

【００１５】以上の動作を繰り返すことにより、センサ
ー特性の変化を補正し、燃焼量に応じて最適の空燃比に
設定し燃焼量の可変巾を拡大すると共に各要因による燃
焼への影響を補正し、各燃焼量における燃焼状態を最適
に制御することができる。

【００１６】図６にセンサー特性と二酸化炭素特性の関
係について記す。空燃比を目標値±比較量Ｘで制御する
ことにより、いかなる燃焼条件変動においても二酸化炭
素を規定の設定巾で制御可能となる。

【００１７】ここで、上記制御により燃焼量に合致した
最適燃焼が確保されるためには、読み込まれる酸素セン
サー出力が燃焼特性を代表する安定した値であることが
条件となる。一般的に開放型燃焼機における排気経路内
の二酸化炭素分布は図４に示すように火炎直上が高く、
中心部が低い状態となる。このような分布のどの場所か
ら採取するかによって、二酸化炭素濃度つまり酸素濃度
は異なってくる。よってこの排気ガスの採取場所、方法
が重要な要素となるわけである。適当に排気経路内に取
り付けた場合は分布の影響を受け、酸素センサー出力が
大きく変動する。

【００１８】本発明では対流ファン９の吸引（エゼクタ
ー作用）により火炎直上付近の排気ガスを連通路１０内
に採取し、この連通路１０内に採取した排気ガス中の酸
素濃度を酸素センサー１２で検出する。すなわち、本発
明の構成によると比較的酸素濃度分布の安定した中心部
より集中して採取することが可能であり、また、連通路
１０の採取口の構成を検討することにより全体の排気ガ
スを平均化して採取することも可能であるため安定した
酸素センサーの出力を得ることができる。しかも酸素セ
ンサー１２は温度の高いバーナ３上方を避けて設けるこ
とができ、耐久性に問題を生じるようなこともなくな
る。

【００１９】また、連通路１０内に設けた抵抗板１１で
排気ガスの混合及び排気温度の低減を図ることができ、
さらなるセンサー特性の安定性と耐久性向上が確保され
ることとなる。

【００２０】なお、上記実施例は本発明を効果的に具現
化したものとして例示したものであって、例えば酸素セ
ンサーやバーナ形態は実施例のものに限定されるもので
はなく、また燃焼用空気量を制御するのではなく燃料量
あるいはその両方を制御するようにしてもよく、本発明
の目的を達成する範囲のものであればどの様に構成して
もよいものである。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明の燃焼機は、
対流ファンのエジェクター作用を利用して排気ガスの採
取を行うことで、排ガス分布が均一でない燃焼機におい
ても容易に燃焼特性を代表する排気ガスを排気経路の任
意の場所から採取することができ、かつ採取した排気ガ
スを連通路内に設けた抵抗板を介して酸素センサーに供
給することで、混合をよくし、温度低減を図って安定し
たセンサー出力と高い検出精度が確保できる。また、酸
素センサーは設置の自由度が確保されるため比較的温度
の低いところに設けることができ耐久性の向上も併せて
図ることができる。

【００２２】また、酸素センサーを用いて制御するに際
し空燃比目標値を燃焼量及び酸素センサー自体の出力状
態に応じて補正することにより各燃焼量における燃焼状
態を最適に制御することができ、かつ酸素センサーの経
時変化があっても高精度な燃焼制御ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における燃焼機を示す構成図

【図２】同燃焼機の制御動作を示すフローチャート図

【図３】同燃焼機の制御動作を示すフローチャート図

【図４】同燃焼機における二酸化炭素分布を示す説明図

【図５】同燃焼機に用いた酸素センサーの特性図

【図６】同燃焼機のセンサー出力と二酸化炭素との関係
を示す特性図

【図７】従来の燃焼機の構成図

【符号の説明】

１ 機器本体 ２ 温風吹出口 ３ バーナ ５ 燃料ポンプ ６ バーナファン ８ ダクト ８Ａ 排気経路 ９ 対流ファン １０ 連通路 １１ 抵抗板 １２ 酸素センサー １７ 空燃比目標設定部 １８ 補正演算部 ２１ Ｋ値補正部 ２２ 自己補正部 ２５ 空燃比制御部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 温風吹出口を有する機器本体と、この機
   器本体内に設けたバーナと、バーナからの燃焼ガスを温
   風吹出口に案内するダクトと、前記ダクト内に温風用の
   空気を供給する対流ファンとを備え、上記ダクト内と対
   流ファンの吸い込み側との間を連通路で連絡するととも
   に、この連通路内に酸素センサーを配置し、この酸素セ
   ンサーからの出力に基づいて燃焼空気量あるいは燃料量
   の少なくともいずれか一方を制御する空燃比制御部を設
   けた燃焼機。
2. 【請求項２】 温風吹出口を有する機器本体と、この機
   器本体内に設けたバーナと、バーナからの燃焼ガスを温
   風吹出口に案内するダクトと、前記ダクト内に温風用の
   空気を供給する対流ファンと、上記ダクト内と対流ファ
   ンの吸い込み側との間を連絡する連通路と、この連通路
   内に配置した酸素センサーと、前記バーナの燃焼量を制
   御する燃焼制御部と、この燃焼制御部からの燃焼量出力
   に基づいて空燃比の補正出力を出すＫ値補正部と、前記
   酸素センサーの特性劣化等によりセンサー出力を補正す
   る自己補正部と、この自己補正部と前記Ｋ値補正部から
   の出力に基づいて空燃比を設定する空燃比目標設定部
   と、上記空燃比目標設定部からの出力と前記酸素センサ
   ーからの出力に基づいて燃焼用空気量あるいは燃料量の
   少なくともいずれか一方の制御用出力を出す補正演算部
   とからなる燃焼機。
3. 【請求項３】 連通路内に燃焼ガスの温度を低下すると
   共に混合をよくする抵抗板を設けた請求項１または２記
   載の燃焼機。