JPH07280260A - ガス燃焼装置の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガス燃焼装置において、燃焼室の温度が高く
ても低くても、常に適切な空燃比の下で確実に着火又は
火移りが行なわれるようにする。 【構成】 燃焼室の温度を温度センサ１７により測定
し、これが基準温度（例えば、３０℃）より低ければ理
想空燃比に対するガスリッチの度合いを高くした空燃比
で着火及び火移りを行い、基準温度より低ければガスリ
ッチの度合いを低くした空燃比で着火及び火移りを行
う。燃焼室温度を直接測る代りに、出湯管内の滞留湯温
度ＴHや消火からの経過時間等により、燃焼室温度を間
接的に推測してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガス燃焼装置の空燃比
制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガス燃焼装置において、バーナの着火
や、燃焼中のバーナから他の未着火のバーナへ火移りを
行なう際、この着火や火移りを確実にするために、空燃
比を制御して通常燃焼時よりもガスリッチ状態にするも
のが既に公知である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この従来の制御の１つ
の問題は、燃焼室に供給される空気の温度（以下、単に
「燃焼室温度」という）が高い時には、空燃比がガスリ
ッチになり過ぎてすすが発生することがある点である。

【０００４】即ち、バーナの着火性能は温度の影響を受
け、燃焼室温度が低い時は、高い時に比較し、着火しに
くくなる。その理由の１つは、空気の密度であると考え
られ、低温時は高温時に比較し、空気の密度が高いた
め、同体積の空気を供給した場合、よりエアリッチの状
態となる。もう１つの理由は、熱の逸散速度であると考
えられ、低温時は高温時に比較し、熱の逸散速度が高い
ため、空燃比における着火可能なレンジが狭まり、着火
しにくくなる。

【０００５】このように、バーナの着火性態が燃焼室温
度によって異なるため、従来のように着火や火移り時に
は通常燃焼時よりも空燃比をガスリッチ状態にする、と
いう単純な制御では、適切な着火又は火移りが難しいと
いう問題がある。

【０００６】従って、本発明の目的は、ガス燃焼装置に
おいて、燃焼室の温度が高くても低くても、常に適切な
空燃比の下で確実に着火又火移り（以下、単に「着火
（緩点火）」で総称する）が行なわれるようにすること
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係るガス燃焼装
置の空燃比制御装置は、着火時に燃焼室に供給される空
気の温度を検出又は予測する燃焼室温度検知手段と、燃
焼室温度検知手段により検出又は予測された温度に応じ
て、この温度が高い時は低い時に比較して着火時の空燃
比のガスリッチの度合いが小さくなるように、着火時の
空燃比を変化させる着火空燃比調節手段とを備えること
を特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明の空燃比制御装置によれば、燃焼室温度
に応じて、これが高ければ着火時の空燃比のガスリッチ
の度合いが小さくなるように制御され、燃焼室温度が低
ければ着火時の空燃比のガスリッチの度合いが大きくな
るように制御される。従って、燃焼室温度に応じた適切
な着火時空燃比が選択され、高温時にすすが出るなどの
問題がなく、かつ確実に着火を行うことができる。

【０００９】燃焼室温度は、燃焼室に設けた温度センサ
で直接測定してもよいし、消火からの経過時間や、給湯
機の場合は出湯管内の滞留湯温度などから間接的に予測
してもよい。直接測定の場合は、確実に燃焼室温度が測
定できるメリットがあり、間接予測の場合は、新しい部
品（温度センサ）を追加することなく既存の部品だけで
実現できるというメリットがある。

【００１０】空燃比の調節は、予め複数の空燃比を用意
しておき、測定又は予測した燃焼室温度の高低に応じて
適当な空燃比を選択するようにすれば、簡単な制御アル
ゴリズムで実用的な調節が実現できる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面により詳細に説
明する。

【００１２】図１は、本発明に係る空燃比制御装置を備
えたガス給湯機の一実施例の概略的な全体構成を示す。

【００１３】図１において、給湯機本体１内には、燃焼
室２の上部に熱交換器３が設置され、これに入水管５と
出湯管７とが接続され、出湯管７の先端は出湯栓９が取
付けられている。

【００１４】入水管５には入水温度センサ１１と流量セ
ンサ１３とが取付けられ、出湯管７には出湯温度センサ
１５が取付けられている。また、燃焼室２には、燃焼室
温度センサ１７とフレームセンサ１９とが設けられてい
る。これらセンサの出力信号は制御装置２１に入力され
る。

【００１５】燃焼室２の下部にはバーナ２３が設置さ
れ、その近傍にイグナイタ２４が設けられている。バー
ナ２３には給ガス管２５が接続され、この給ガス管２５
には、これを開閉する元弁２７及びガス量を調節するガ
ス比例弁２９が取付けられている。更に、燃焼室２へ空
気を供給するために、ファン３１が設けられている。

【００１６】上記のイグナイタ２４、元弁２７、ガス比
例弁２９、ファン３１は、制御装置２１によって制御さ
れる。制御装置２１には更に、給湯機本体１の外部に設
置されたリモートコントローラ３３とも接続されてい
る。リモートコントローラ３３には、湯温設定のための
温度設定器３５や、その他各種の指令スイッチや表示器
がある。

【００１７】図２は、制御装置２１の機能構成を示す。

【００１８】図２において、タイマ３７は消火からの経
過時間をカウントするものである。比較部３９は、タイ
マ３７のカウント時間と、燃焼室温度センサ１７からの
燃焼室温度Ｔkと、出湯温度センサ１５からの出湯温度
ＴHとを受け、これらの値と基準値記憶部４１に予め記
憶されている基準経過時間、基準燃焼室温度及び基準出
湯温度とを比較する。ここで、基準経過時間は例えば１
０分であり、基準燃焼室温度は例えば３０℃である。ま
た、基準出湯温度は、温度設定器３５からの設定温度Ｔ
Sに応じて決まる値で、例えばＴS−５℃である。

【００１９】緩点火モード選択部４３は、比較部３９か
らの比較結果に応じて、緩点火モード記憶部４５に予め
記憶してある。複数種（例えば、２種）の緩点火モード
を選択する。この緩点火モードは、後述するように、バ
ーナ着火時の空燃比を燃焼室内温度の高低に応じて適切
に与えるためのデータである。

【００２０】出力演算部４６は、温度設定器３５からの
設定温度ＴS、入水温度センサ１１からの入水温度ＴC及
び流量センサ１３からの入水流量Ｑとに基づいて、バー
ナ２３が出力すべき熱量ＦＦを計算するものである。

【００２１】熱量比較部４７は、出力演算部４６が計算
した出力熱量ＦＦと、最低着火号数記憶部４９に予め記
憶されている最低着火号数とを比較し、出力熱量ＦＦが
最低着火号数に達しているか否かを判断するものであ
る。

【００２２】流量比較部５１は、流量センサ１３からの
入水流量Ｑと、最低着火流量記憶部５３に予め記憶され
ている最低着火流量とを比較し、入水流量Ｑが最低着火
流量に達しているか否かを判断するものである。

【００２３】フィードバック量補正部５５は、バーナの
出力熱量のフィードバック制御のためのフィードバック
熱量を補正するための補正係数を計算するものである。

【００２４】フィードバック熱量演算部５７は、温度設
定器３５からの設定温度とＴSと、出湯温度センサ１５
からの出湯温度ＴHと、フィードバック量補正部５５か
らの補正係数に基づいて、フィードバック熱量ＦＢを演
算するものである。

【００２５】要求熱量演算部５９は、出力演算部４６か
らの出力熱量ＦＦとフィードバック熱量演算部５７から
のフィードバック熱量ＦＢとを加えて、バーナ２３に実
際に要求すべき要求熱量Ｆを演算するものである。

【００２６】緩点火制御部６１は、フレームセンサ１９
からの信号がフレームを検出していない状態において、
熱量比較部４７及び流量比較部５１からの判断結果が共
に最低着火条件を満たした時、緩点火（着火）を行うべ
く、元電磁弁２７、イグナイタ２４、ガス比例弁２９及
びファン３１を駆動するものである。この緩点火の際、
緩点火制御部６１は、緩点火モード選択部４３で選択さ
れた緩点火モードが示す空燃比を得るように、ガス比例
弁２９の開度とファン３１の回転数を制御する。

【００２７】燃焼制御部６３は、緩点火の終了後、要求
熱量演算部５９からの要求熱量を発生させるように、ガ
ス比例弁２９の開度とファン３１の回転数を調節して燃
焼を制御するものである。

【００２８】図３は、緩点火モードの２種類のバリエー
ション（緩点火Ａ及び緩点火Ｂ）を示すものである。

【００２９】図３において、操作線ＬG及びＬFは、通常
燃焼（比例燃焼）時における要求熱量Ｆに対するガス比
例弁電流及びファン回転数の操作量をそれぞれ示したも
のである。緩点火Ａでは、比例弁電流を操作線ＬG上の
点ａ1とし、ファン回転数を操作線ＬF上の対応点ａ3よ
り少し低い点ａ2とする。また、緩点火Ｂでは、比例弁
電流を操作線ＬG上の点ｂ1（ａ1より高い）とし、ファ
ン回転数をａ2と同じ値の点ｂ2とする。従って、緩点火
ＡもＢも共に、その空燃比ａ1／ａ2、ｂ1／ｂ2は通常燃
焼時の理想空燃比（ＬG／ＬF）それよりも少しガスリッ
チ状態となっている。しかし、緩点火Ａの空燃比ａ1／
ａ2と緩点火Ｂの空燃比ｂ1／ｂ2とを比較すると、ａ1／
ａ2＜ｂ1／ｂ2であり、緩点火Ｂの方がよりガスリッチ
状態となっている。

【００３０】図４は、この２種類の緩点火Ａ、Ｂの一方
を選択して緩点火を行い、そして比例燃焼に入るとき
の、制御装置２１の処理流れを示す。

【００３１】図４に示すように、まず、燃焼室温度ＴK
が基準温度３０℃より大きいか否かをチェックし（ステ
ップＳ１）、大きければ緩点火Ａを選択して（ステップ
Ｓ２）、小さければ緩点火Ｂを選択する（ステップＳ
３）。即ち、燃焼室温度ＴKが高ければ、低い時に比較
して着火が容易であるため、ガスリッチの程度を低く目
に設定してすすの発生を抑えるようにする。

【００３２】この後、着火条件（最低着火号数及び流
量）が満たされたか否かをチェックし（ステップＳ
４）、満たされていれば、上記設定した緩点火空燃比で
緩点火を行う（ステップＳ５）。緩点火が確立した後、
要求熱量Ｆに応じ図３の操作線ＬG、LF上の操作量で比
例燃焼を行う（ステップＳ６）。

【００３３】図５及び図６は、図４に示した制御流れの
変形を示すものである。図５の制御は、出湯温度ＴH
（出湯管７内の滞留湯の温度であって、消火からの経過
時間を反映する）が基準温度ＴS−５℃より高いか否か
により、燃焼室温度ＴKの高低を推測して、緩点火Ａ又
はＢを選択するものである。また、図６の制御は、消火
からの経過時間が基準時間１０分を超えたか否かによ
り、燃焼室温度ＴKの高低を推測して、緩点火Ａ又はＢ
を選択するものである。

【００３４】図４に示した制御は、燃焼室温度ＴKに直
接基づいて緩点火モードを選択するので、選択が的確で
ある。尚、この制御を採用する場合、図２のタイマ３７
は不要であり、また出湯温度ＴHを比較部３９に入力す
る必要はない。

【００３５】図５に示した制御を採用する場合は、タイ
マ３７や燃焼室温度センサ１７が不要なので、既存の部
品だけで実現できるメリットがある。

【００３６】また、図６に示した制御の場合も、燃焼室
温度センサ１７が不要であり、またタイマ３７は実際に
はソフトウェアで実現するため、やはり既存の部品だけ
で実現できるメリットがある。

【００３７】尚、図４〜図６の緩点火モード選択方法
は、これらを組み合わせて行ってもよい。

【００３８】以上、本発明の好適な実施例を説明した
が、本発明はこれらの実施例以外の種々の態様でも実施
することができる。例えば、緩点火モードの種類は３種
類以上であってもよい。また、実施例では緩点火モード
によってガス量を変化させファン回転数は固定としてい
るが、逆に、ガス量を固定してファン回転数を変化させ
てもよい。更に、実施例では一段のバーナの着火につい
てのみ説明したが、バーナが複数段ある場合には、火移
りの際の空燃比も燃焼室温度に応じて同様に可変とする
ことができる。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、ガス燃焼装置におい
て、燃焼室温度が高くても低くても、常に適切な空燃比
の下で確実に着火が行なえる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る空燃比制御装置を備えたガス給湯
機の一実施例の概略的な全体構成図。

【図２】制御装置の機能構成を示すブロック図。

【図３】緩点火モードの２種類のバリエーション（緩点
火Ａ及び緩点火Ｂ）を示す説明図。

【図４】制御装置の処理流れを示すフローチャート。

【図５】図４に示した制御流れの変形例を示すフローチ
ャート。

【図６】図４に示した制御流れの別の変形例を示すフロ
ーチャート。

【符号の説明】

１ 給湯機本体 ２ 燃焼室 ３ 熱交換器 ５ 入水管 ７ 出湯管 ９ 出湯栓 １１ 入水温度センサ １３ 流量センサ １５ 出湯温度センサ １７ 燃焼室温度センサ １９ フレームセンサ ２１ 制御装置 ２３ バーナ ２４ イグナイタ ２５ 給ガス管 ２７ 元弁 ２９ ガス比例弁 ３１ ファン ３３ リモートコントローラ ３５ 温度設定器 ３７ タイマ ３９ 比較部 ４１ 基準値記憶部 ４３ 緩点火モード選択部 ４５ 緩点火モード記憶部 ４６ 出力演算部 ４７ 熱量比較部 ４９ 最低着火号数記憶部 ５１ 流量比較部 ５３ 最低着火流量記憶部 ５５ フィードバック量補正部 ５７ フィードバック熱量演算部 ５９ 要求熱量演算部 ６１ 緩点火制御部 ６３ 燃焼制御部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼室に燃料ガスと空気とを供給して燃
   焼を行うガス燃焼装置における着火時の空燃比を制御す
   るための装置において、 前記着火時に前記燃焼室に供給される空気の温度を検出
   又は予測する燃焼室温度検知手段と、 前記燃焼室温度検知手段により検出又は予測された温度
   に応じて、この温度が高い時は低い時に比較して着火時
   の空燃比のガスリッチの度合いが小さくなるように、前
   記着火時の空燃比を変化させる着火空燃比調節手段と、
   を備えることを特徴とするガス燃焼装置の空燃比制御装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の装置において、 前記燃焼室温度検知手段が前記燃焼室に設けられた温度
   センサであることを特徴とするガス燃焼装置の空燃比制
   御装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の装置において、 前記燃焼室温度検知手段が、前記ガス燃焼装置の消火か
   らの経過時間を測定し、この経過時間が長いほど前記燃
   焼室への供給空気温度が低いと予測するものであること
   を特徴とするガス燃焼装置の空燃比制御装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の装置において、 前記ガス燃焼装置が給湯機であって、 前記燃焼室温度検知手段が、前記給湯機の出湯管内の滞
   留湯温度を測定し、この滞留湯温度が低いほど前記燃焼
   室への供給空気温度が低いと予測するものであることを
   特徴とするガス燃焼装置の空燃比制御装置。
5. 【請求項５】 請求項１記載の装置において、 前記着火空燃比調節手段が、通常燃焼時の理想空燃比よ
   りガスリッチ状態にある予め用意した複数の空燃比の中
   から、前記検出又は予測された温度に応じて１つの空燃
   比を選択することを特徴とするガス燃焼装置の空燃比制
   御装置。
6. 【請求項６】 請求項１記載の装置において、 前記着火空燃比調節手段が、前記空燃比を変えるため
   に、前記空気と燃料ガスの一方を固定とし他方を可変と
   することを特徴とするガス燃焼装置の空燃比制御装置。