JPH0735338A

JPH0735338A - 燃焼装置

Info

Publication number: JPH0735338A
Application number: JP18372293A
Authority: JP
Inventors: Keijiro Kunimoto; 啓次郎国本; Yukio Nagaoka; 行夫長岡; Fumitaka Kikutani; 文孝菊谷; Hideo Tomita; 英夫富田; 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: 1993-07-26
Filing date: 1993-07-26
Publication date: 1995-02-07

Abstract

(57)【要約】【目的】燃焼装置の燃焼状態を検知し燃焼装置の燃焼
の安全と最適燃焼を確保する。【構成】バーナ５による燃焼状態を検知する燃焼状態
検知手段８と、この燃焼状態検知手段８の検出値に応じ
て最適空燃比になるよう燃焼用ファン６を制御する閉制
御手段１６と、燃焼量に応じてファン６を一定に制御す
る開制御手段１７と、燃焼開始時に状態検知手段８の出
力が所定値に達するまでは開制御手段１７を選択し、そ
れ以降閉制御手段１６に切り換える切換手段２２を備え
ることにより、燃焼開始時の燃焼状態検知手段８の検知
遅れによる制御誤動作を防止し、安定燃焼時には空燃比
を最適値に制御するので、燃焼装置の安全を確保でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃焼状態を検出してフ
ァン供給風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６に示す
ように、バーナ１と、このバーナ１による燃焼状態を検
出するセンサ２と、センサ２の検出値に応じてファン３
を制御する制御手段４からなり、制御手段４は、予め求
めた空燃比とセンサ２出力との関係から現在の空燃比を
得て、目標とする空燃比と比較し、この差を減少させる
方向にファン３の送風量を制御する。一般に、センサ２
は温度センサ、酸素センサなどが用いられている。

【０００３】図２は空燃比と温度センサの起電力の関係
をしめすもので、制御はほぼＡからＢの範囲でなされ、
Ｃの目標の空燃比の起電力Ｅと現在のセンサ出力との偏
差が分かる。すなわち、編差が正であれば風量を増加さ
せ、負であれば風量を減少させるよう動作する。

【０００４】このように、空気や燃料の過不足の検出、
調節により最適燃焼状態となるよう制御される。

【０００５】

【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、たとえばセンサ２により火炎
温度を検出する場合、センサ２が加熱されるまでの応答
遅れがあり、燃焼開始時や燃焼量を急変させた場合、検
出が間に合わず異常加熱、吹き消えなどの異常事態が発
生するという課題があった。

【０００６】そこで、本発明は上記課題を解決するもの
で、燃焼開始時のセンサの検出値遅れによる誤動作を防
止し、空燃比の最適化を図ることにより機器の安全性と
最適燃焼の両立を図ることを第一の目的としている。

【０００７】第二の目的は、燃焼量の急変時におけるセ
ンサの検出値遅れによる誤動作を防止し、空燃比の最適
化を図ることにより機器の安全性と最適燃焼の両立を図
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の燃焼装置はバーナと、前記バーナに空気を送
るファンと、燃焼量に応じて予め設定された目標送風量
になるよう前記ファンを制御する開制御手段と、前記バ
ーナによる燃焼状態を検知する燃焼状態検知手段と、予
め最適な空燃比における燃焼状態検知手段の出力を設定
した状態設定手段と、前記状態設定手段の設定値と前記
状態検知手段の出力の偏差が小さくなるよう前記ファン
の送風量を制御する閉制御手段と、燃焼開始時に状態検
知手段の出力が所定値に達するまで前記開制御手段を選
択し、それ以降前記閉制御手段に切り換える切換手段を
備えたものである。

【０００９】また、燃焼量変更時にリセットし燃焼量変
化量に応じて時限設定値を変更するタイマを設け、切換
手段は前記タイマ出力に応じて開制御手段から閉制御手
段へとを切り換える構成としたものである。

【００１０】

【作用】本発明は上記構成によって、燃焼開始時、状態
検知手段が所定値に達するまでは開制御手段により、燃
焼量に応じたファンの送風量設定を行うオープンループ
制御となる。これは状態検知手段の検出値にかかわらず
燃焼量に応じて一定のファン制御となる。

【００１１】時間経過とともに燃焼状態検知手段の出力
が上昇し、所定値に達すると切換手段が開制御手段から
閉制御手段へと切り換える。

【００１２】閉制御手段は、何等かの要因で空燃比が非
常に小さくなった場合、火炎がバーナに近接して燃焼す
るので、バーナ温度が上昇し燃焼状態検知手段の出力が
上昇する。そして、状態設定手段の設定値と比較し、偏
差が正であれば、正のレベルに応じてファン送風量を増
加させる。この結果、火炎がバーナから少し離れた最適
状態で燃焼する。

【００１３】その後、先の要因が解除された場合、ファ
ン送風量増加分、空燃比が大きくなり、火炎がバーナか
らさらに離れて燃焼するので、燃焼状態検知手段の出力
が低下する。そして、偏差が負となれば負のレベルに応
じてファン送風量を減少させる。したがって、火炎がバ
ーナからリフトすることなく、外乱に対して素早く安定
した燃焼状態が実現できる。

【００１４】また、燃焼量を急変させた場合、タイマは
リセットすると同時に、タイマはこの時の燃焼量変化量
に応じて時限設定値を変更する。切換手段はタイマ出力
に応じて開制御手段から閉制御手段へと切り換える。す
なわち、燃焼量変更時点で開制御手段によるオープンル
ープ制御となり、時限設定を超えると閉制御手段による
上記の制御に切り換わる。

【００１５】

【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。

【００１６】図１において、５はバーナ、６はバーナ５
に空気を送るファン、７は燃焼室、８はバーナ５による
燃焼状態を検知する燃焼状態検知手段で、温接点（図示
せず）を燃焼室７に内接した熱電対１３によりなる。９
はバーナ５へ燃料であるガスの供給量を制御する比例
弁、１１は燃焼室７の上部に設けられる熱交換器で、例
えば給湯器や風呂釜として使用される。１２は空燃比制
御装置で、燃焼量設定部２０と、熱電対１３の起電力を
検出する検出部１４と、熱電対１３の目標起電力を設定
する状態設定手段１５と、検出部１４の出力と状態設定
手段１５の設定値との偏差に応じた制御信号を出力する
閉制御手段１６と、燃焼量設定部２０の設定値に応じた
ファン６の制御信号を出力する開制御手段１７と、タイ
マ１８と、検出部１４とタイマ１８の信号に応じて閉制
御手段１６と開制御手段１７を切り換える切換手段２２
と、切換手段２２からの信号に応じてファン６の回転数
を駆動制御するファンドライバー回路１９と、燃焼量設
定部２０の設定信号に応じて比例弁９を駆動する比例弁
ドライバー回路２１より構成される。

【００１７】空燃比と燃焼状態検知手段８である熱電対
１３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、この起電力を知れば空燃比が求められる。状
態設定手段１５は燃焼量設定部２０の設定値毎の最適な
空燃比における熱電対１３の起電力を予め目標値として
設定している。

【００１８】タイマ１８は、燃焼量設定部２０による燃
焼量変更と同時にタイマーをスタートさせ、同時に燃焼
量変更幅に応じた時限設定値を定める。時限設定値は燃
焼量変更時に熱電対１３の安定時間を設定する。

【００１９】熱電対１３はバーナ５の燃焼火炎２３によ
り温接点が加熱され冷接点（図示せず）との温度差によ
り起電力が発生する。ここで、燃焼状態が急変し温接点
周囲の温度が急変した場合、熱電対１３は固有の熱応答
遅れがあり、正確な起電力を発生して安定するまでに時
間を要する。図３に燃焼開始時における熱電対１３の起
電力のステップ別応答状況を示す。図４は燃焼量の切換
時の応答である。図のように燃焼開始や、燃焼量変更時
に熱電対１３の応答遅れによる検出誤差が発生する。ま
た、燃焼量変化幅により安定時間が異なる。

【００２０】そこで切換手段２２は、燃焼開始時に検出
部１４の信号が予め設定した制御域値より低い場合に開
制御手段１７を選択し、制御域値を超えれば閉制御手段
１６を選択するよう切り換える。また、燃焼量設定部２
０による燃焼量変更時にタイマ１８の時限設定値以内で
あれば開制御手段１７を選択し、時限設定時間になれば
閉制御手段１６を選択するよう切り換える。

【００２１】制御域値は、熱電対１３の起電力の制御範
囲の下限（図２のＢ）をめやすとして設定するが、図２
のように起電力の目標値Ｅが燃焼量によってＥ’、Ｅ”
と変化するため、制御域値を燃焼量に応じて変化させ設
定してもよい。

【００２２】次に、上記構成における切換手段２２が閉
制御手段１６を選択する安定燃焼時における通常の燃焼
動作を説明する。

【００２３】ファン６から供給される空気はバーナ５に
分配される。一方、ノズル２４から噴出される燃料はバ
ーナ５の内部で空気と混合する。このバーナ５からの混
合気は上部より噴出して火炎２３を形成する。

【００２４】このときに、たとえば無風から突然強風が
発生した場合について、図５に基づいて説明する。図に
示すように、最初に、時刻ｔ０に無風から突然強風が発
生し、この強風による排気抵抗の増加に伴い、空燃比３
６が非常に小さくなる。この場合、火炎２３がバーナ５
に近接して燃焼するので、バーナ５の温度上昇に伴い熱
電対１３の温接点が火炎２３の輻射により加熱されて検
知部１４の出力３３が上昇しする。閉制御手段１６は状
態設定手段１５の設定値３４と検出部１４の信号３３を
比較し、偏差ｄｅに応じてファン回転数３５を増加さ
せ、偏差ｄｅが０となる回転数まで増加が続く。この結
果、時刻ｔ１でファン６から所定の空気量が供給され、
空燃比３６は所定値に復帰する。これに伴い、火炎２３
はバーナ５から所定の距離で燃焼するので、バーナの熱
劣化・変形を防止できる。

【００２５】続いて、時刻ｔ２に強風から突然無風な
り、強風による排気抵抗が解消した場合について説明す
る。この場合、逆にファン回転数を増加した分、空燃比
３６が非常に大きくなり、火炎２３がバーナ５から所定
より離れて燃焼するので、熱電対１３の出力が低下す
る。したがって、検知部１４の出力３３は状態設定手段
１５の設定値３４より低くなり、負の偏差−ｄｅが発生
する。この偏差に応じてファン回転数３５を減少させ、
偏差−ｄｅが０となる回転数まで減少は続く。したがっ
て、時刻ｔ３にファン回転数３５は初期値の無風時の値
に復帰し、空燃比３６も所定の値に戻る。このように、
燃焼状態検知手段８の出力のフィードバック制御によ
り、火炎２３がバーナ５からリフトすることを防止し、
安定した燃焼状態が実現できる。

【００２６】次に、たとえば燃焼量「中」設定で燃焼を
開始して、途中で燃焼量を「中」から「大」に変更した
場合の制御動作を図６を用いて説明する。

【００２７】最初に、時刻ｔ０において燃焼を開始する
と熱電対１３の起電力４０は上昇し始めるが、その値は
制御域値４１より低いため切換手段２２は開制御手段１
７を選択する。したがって開制御手段１７によりファン
回転数４２は燃焼量「中」設定に対応した一定の回転数
４２が設定される。

【００２８】時刻ｔ１に起電力４０が制御域値４１に達
すると、切換手段２２が開制御手段１７から閉制御手段
１６へ切り換える。閉制御手段１６は、起電力４０と状
態設定手段１５の設定値４３との偏差に応じてファン回
転数４２を制御する。このとき起電力４０はすでに安定
状態に達しているため熱電対１３の温度検出遅れの影響
はほとんどない。

【００２９】時刻ｔ２で燃焼量を「中」から「大」に変
更すると、タイマ１８はタイムカウントをリセットしス
タートさせると同時に、燃焼量変化幅（「大」設定と
「中」設定の差）に応じた時限設定値ＴＬを設定する。
切換手段２２はタイムカウントが時限設定値ＴＬ以内で
あれば開制御手段１７を選定し、ファン回転数４２は燃
焼量「大」設定に対応した一定の回転数４２が設定され
る。

【００３０】時刻ｔ３でタイムカウントが時限設定値Ｔ
Ｌにたっすると、切換手段２２が開制御手段１７から閉
制御手段１６へ切り換える。閉制御手段１６は、起電力
４０と状態設定手段１５の設定値４３との偏差に応じて
ファン回転数４２を制御する。したがって、燃焼量変更
時の熱電対１３の応答遅れの影響もほとんどない。

【００３１】燃焼状態検知手段８は、サーミスタ、酸素
センサ、フレームロッドを用いてもも同様の効果が得ら
れる。

【００３２】また、回転数の制御は、ファン回転数の制
御ばかりではなくバーナ５へ空気を供給する空気孔のダ
ンパ開度の調節によってもよい。

【００３３】

【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。

【００３４】切換手段により燃焼開始時、状態検知手段
が所定値に達するまでは開制御手段が選択され、燃焼量
に応じたファンの一定送風量設定なるため、燃焼開始時
の燃焼状態検知手段の応答遅れによる誤動作を防止で
き、安定した燃焼状態の実現が図れる。

【００３５】また、燃焼量変更時にリセットするととも
に燃焼量変化量に応じて時限設定値を変更するタイマを
設け、切換手段は前記タイマ出力に応じて開制御手段か
ら閉制御手段へとを切り換える構成にすることにより、
燃焼量変更時点で開制御手段によるオープンループ制御
となり、燃焼量変更からの経過時間が時限設定を超える
と閉制御手段に戻りフィードバック制御に切り換わるた
め、燃焼量変更時におけるセンサの検出値遅れによる誤
動作を防止するとともに、空燃比の最適化を図ることが
でき、機器の安全性と最適燃焼の両立が可能となる。

【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燃比と燃焼状態検知
手段の出力特性図

【図３】同燃焼装置の燃焼開始時における燃焼状態検知
手段の過渡応答特性図

【図４】同燃焼装置の燃焼量変更時における燃焼状態検
知手段の過渡応答特性図

【図５】同燃焼装置の閉制御手段の制御特性図

【図６】同燃焼装置の燃焼開始時および燃焼量変更時の
制御特性図

【図７】従来の燃焼装置の構成図

【符号の説明】

５バーナ６ファン８燃焼状態検知手段１５状態設定手段１６閉制御手段１７開制御手段１８タイマ２２切換手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者富田英夫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】バーナと、前記バーナに空気を送るファン
と、燃焼量に応じて予め設定された目標送風量になるよ
う前記ファンを制御する開制御手段と、前記バーナによ
る燃焼状態を検知する燃焼状態検知手段と、予め最適な
空燃比における燃焼状態検知手段の出力を設定した状態
設定手段と、前記状態設定手段の設定値と前記状態検知
手段の出力の偏差が小さくなるよう前記ファンの送風量
を制御する閉制御手段と、燃焼開始時に状態検知手段の
出力が所定値に達するまで前記開制御手段を選択し、そ
れ以降前記閉制御手段に切り換える切換手段を備えた燃
焼装置。
【請求項２】バーナと、前記バーナに空気を送るファン
と、燃焼量に応じて予め設定された目標送風量になるよ
う前記ファンを制御する開制御手段と、前記バーナによ
る燃焼状態を検知する燃焼状態検知手段と、予め最適な
空燃比における燃焼状態検知手段の出力を設定した状態
設定手段と、前記状態設定手段の設定値と前記状態検知
手段の出力の偏差が小さくなるよう前記ファンの送風量
を制御する閉制御手段と、燃焼量変更時にリセットし燃
焼量変化量に応じて時限設定値を変更するタイマと、前
記タイマ出力に応じて開制御手段から閉制御手段へと切
換える切換手段を備えた燃焼装置。