JPH074639A - 燃焼装置 - Google Patents

燃焼装置

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JPH074639A
JPH074639A JP14050993A JP14050993A JPH074639A JP H074639 A JPH074639 A JP H074639A JP 14050993 A JP14050993 A JP 14050993A JP 14050993 A JP14050993 A JP 14050993A JP H074639 A JPH074639 A JP H074639A
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Yukio Nagaoka
行夫 長岡
Keijiro Kunimoto
啓次郎 国本
Fumitaka Kikutani
文孝 菊谷
Hideo Tomita
英夫 富田
Junichi Ueda
順一 植田
Yoichi Kimura
洋一 木村
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃焼装置の燃焼状態検知を遅れなく検知し燃
焼の安全を確保する。 【構成】 バーナ5の、燃焼状態を検知する燃焼状態検
知手段8と、燃焼状態検知手段8の応答遅れの出力変化
を補正する補正手段15と、この補正手段15の運転時
の熱時定数を記憶する記憶手段と、燃焼状態検知手段8
の出力を設定した状態設定手段14と、状態設定手段1
4と前記補正手段15の信号により燃料制御手段18も
しくは送風制御手段6を調節する空燃比制御手段16と
を設け、燃焼状態変化に対して検出遅れすることなく空
燃比の制御を行う。これらの動作により熱時定数が使用
する度に更新され、燃焼状態検知手段8のばらつきや経
年変化に対しても安定して、空燃比を最適値に制御して
いるので燃焼装置の安全が確保できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、燃焼火炎を検出して燃
料や送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
を制御する空燃比制御手段4からなり、空燃比制御手段
4は、予め求めた空燃比とセンサ2出力の関係から現在
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】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。
【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、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、その時間内にはセンサ2の出力が得られな
いので何等かの要因で空燃比が急激に設定から外れた場
合、検出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。またセンサ2
が酸素センサであっても同様に応答時間が課題となる。
【0005】そこで、本発明は上記課題を解決するもの
で、センサの応答遅れを補正するとともに、この補正係
数を燃焼状態によって速やかに最適化を図り、機器の安
全性と最適燃焼の両立を図ることを第1の目的としてい
る。
【0006】また本発明は燃焼量に応じてきめ細かな補
正係数を適用し、幅広い燃焼量の変化に対しても安定さ
せることを第2の目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記第1の目的を達成す
るために本発明の燃焼装置は、バーナと、バーナに燃料
と空気をそれぞれ供給する燃料制御手段および送風制御
手段と、バーナの燃焼状態を検知する燃焼状態検知手段
と、燃焼状態検知手段の応答遅れを補正する補正手段
と、燃焼時の時定数を記憶する記憶手段と、燃焼状態を
設定する状態設定手段と、状態設定手段と補正手段の信
号により燃料制御手段もしくは送風制御手段を調節する
空燃比制御手段とを備えたものである。空燃比制御手段
とを備えたものである。
【0008】また上記第2の目的を達成するために、燃
焼状態検知手段の応答遅れを補正する補正手段と、燃料
制御手段もしくは送風制御手段の値に対応した燃焼時の
補正手段の時定数を記憶する記憶手段と、燃焼状態を設
定する状態設定手段と、状態設定手段と補正手段の信号
により前記燃料制御手段もしくは前記送風制御手段を調
節する空燃比制御手段とを備えたものである。
【0009】
【作用】本発明は上記構成によって、使用時の燃焼状態
検知手段の熱的時定数を記憶しておき、何等かの要因で
燃焼状態が変化して燃焼状態検知手段の出力が変化し始
めた時、この変化を捉えて補正手段が前述の時定数によ
って燃焼状態検知手段の定常値を予測し出力する。この
予測値と状態設定手段の設定値と比較し、偏差の正負と
そのレベルに応じて送風制御手段を増減させる。この結
果、火炎が安定な状態で燃焼する。
【0010】
【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、5はバーナ、6はバーナ5へ
の送風量を制御する送風制御手段(以下ファンとい
う)、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、温接点を燃焼室7に内接した
熱電対9よりなる。10はバーナ5へ燃料であるガスの
供給量を制御する燃料制御手段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、熱電対9の起電力を
検出する検出部13と、熱電対9の目標起電力を設定し
た状態設定手段14と、熱電対9の検出応答遅れを補正
する補正手段15と、補正手段15の出力と状態設定手
段14の設定値とを比較し、両者の偏差に応じた制御信
号を出力する空燃比制御手段16と、空燃比制御手段1
6の信号に応じてファン6の回転数を駆動制御するファ
ン制御回路17と、燃料設定手段18の設定信号に応じ
て燃料制御手段10を駆動する燃料制御回路19とより
構成される。
【0011】空燃比と燃焼状態検知手段8である熱電対
9の起電力は図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14は燃焼量別に最適な空燃比における熱電対9
の起電力(燃焼量大であれば図2のa)を予め目標値と
して設定している。
【0012】熱電対9はバーナ5の燃焼により温接点が
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9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。
これは、サーミスタや酸素センサ等の他の燃焼状態検知
手段8によっても同様に、それぞれ固有の応答遅れを有
している。補正手段15は燃焼状態検知手段8の出力変
化状態から安定状態を予測し、この応答遅れを補正する
もので、検出部13の検出値の時間的変化の微分値と熱
電対9の熱時定数を乗ずる状態予測部20と、状態予測
部20の演算値を移動平均する平均部21により構成さ
れる。22は熱電対9の時定数の値を複数記憶するもの
で、使用される度に時間毎の熱電対9の出力から熱時定
数を求める。熱電対9の熱応答が1次遅れと仮定すると
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
電力が求められる。
【0013】 Ec =Ei +T×K×(dEi /dt) (式1) ただし、 Ec :安定状態の起電力 Ei :変化状態(現在)の起電力 T :熱電対の熱時定数 dEi /dt:起電力の時間的微分値 K :係数 しかし、起電力の変化状態は、炎の揺らぎやノイズによ
る変動成分を含んでおり、そのため微分値は大きく変動
してしまう。平均部21は、この変動成分を移動平均に
より吸収する。
【0014】移動平均は、デジタル計測における計測値
の変動吸収に用いられているもので、移動平均時間を変
動成分の変動周期より大きく採れば良好な結果が得られ
る。ただし、平均時間を大きくすると平均による応答遅
れが発生するため、制御上問題にならない時間設定が必
要となる。
【0015】空燃比制御手段16は、補正手段15の出
力と状態設定手段14の設定値とを比較し、両者の偏差
が小さくなるようファン6の比例制御信号を出力する。
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。
【0016】次に、上記構成における通常の燃焼動作を
説明する。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23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を形成する。この火炎によっ
て燃焼状態検知手段8が加熱され、図3に示すように熱
起電力が発生する。この熱起電力の時間毎の値をサンプ
リングし、時定数Tを求める。この時定数Tの値は使用
される毎に記憶手段22に順次記憶され、その平均値が
補正手段15の演算に使用される。記憶手段22は複数
個の値を記憶でき、当初はあらかじめ設定された初期値
が書き込まれており使用される度に新しいものに置き換
えられ、値の数が記憶容量を越えた場合には古いものと
順次入れ換えられる。またなんらかの異常によってかけ
離れた時定数の値の場合には取り除いたり、新しい値を
重視して重み付けの平均値を採用することや、記憶値を
すべてクリヤして初期値に変更することもできる。
【0017】このようにして求められた時定数により式
1により安定状態の熱起電力Ecを推定し、その値と状
態設定手段14の値を比較し空燃比制御手段14によっ
てファンドライバー回路17を介しファン6の回転数を
制御するか、あるいは燃料制御手段10によって燃焼量
を制御する。
【0018】一例として空燃比が小さくなった場合につ
いて説明する。この場合、火炎がバーナ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の温接点
が火炎の輻射により加熱された燃焼状態検知手段8の出
力がB0のように上昇しはじめる。しかし熱電対雰囲気
温度A0に対して応答遅れがあり、正確な検出が行われ
ていない。この応答遅れを補正手段15の状態予測部2
0により演算すると雰囲気温度A0に近接した値C0が
えられる。微分による変動増幅の値は変動があるので、
平均部21により移動平均した値D0が補正手段15の
出力になる。空燃比制御手段16はこの値D0と状態設
定手段14の設定値を比較し、その偏差に応じてファン
回転数をE0のように増加させ、偏差が小さくなる回転
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、空燃比はG0からG1の値に
復帰する。これに伴い、火炎24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。一方燃焼状態の変化によって空燃比が大きくなった
場合には前述とは逆の動作になる。図4は本発明の他の
実施例を示したもので、空燃比制御装置12の記憶手段
22で記憶する燃焼状態検知手段8の熱時定数を燃料の
量と関連させたものである。すなわち熱時定数を記憶す
る際に、燃料設定手段18の信号によってその時の燃料
の値とし、その燃料の量と対応させて熱時定数を記憶さ
せ、燃料の量が変わったときはその量別の時定数を変え
て適用するものである。もちろん燃料設定手段18の信
号のかわりに燃料制御回路19の信号や、ファン制御回
路の信号を利用してもよい。
【0019】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同様の効果が得られ
る。
【0020】また、送風量の制御は、ファン回転数の制
御ばかりではなくバーナ5に供給される空気量を調節す
るダンパ開度の調節によって行なってもよい。
【0021】
【発明の効果】以上のように本発明の燃焼装置によれ
ば、バーナの燃焼状態を検知する燃焼状態検知手段と、
燃焼状態検知手段の応答遅れを補正する補正手段と、燃
焼時の補正手段の時定数を記憶する記憶手段と、補正手
段の信号により燃料制御手段もしくは送風制御手段を調
節する空燃比制御手段とを備えたので次の効果が得られ
る。
【0022】(1)製造あるいは組み立て時のばらつき
によって熱時定数の誤差が大きくなっても使用される毎
に最適値に近くなり空燃比の誤差が少なくなり良好な燃
焼状態が得られる。
【0023】(2)経年変化によって熱時定数が変化し
ても自動的に補正されるので、長期に渡って性能が保証
される。
【0024】(3)メンテナンスによって部品の交換が
されても自動的に熱時定数の最適値が求められる。
【0025】また燃料制御手段もしくは送風制御手段の
値に対応した燃焼時の前記補正手段の時定数を記憶する
記憶手段を備えているので次の効果が得られる。
【0026】(1)燃焼量(送風量で代用することもで
きる)別の値を記憶しているので、より正確な熱時定数
が適用され、より高精度の空燃比制御ができる。
【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】同燃焼装置の燃焼状態検知手段の応答特性図
【図4】同燃焼装置の他の制御特性図
【図5】同燃焼装置の他の実施例の制御構成図
【図6】従来の燃焼装置の断面図
【符号の説明】
5 バーナ 6 送風制御手段(ファン) 8 燃焼状態検知手段 10 燃料制御手段 14 状態設定手段 15 補正手段 18 空燃比制御手段 19 燃料設定手段 22 記憶手段
───────────────────────────────────────────────────── 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 (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】バーナと、前記バーナに燃料と空気をそれ
    ぞれ供給する燃料制御手段および送風制御手段と、前記
    バーナの燃焼状態を検知する燃焼状態検知手段と、安定
    燃焼時の前記燃料制御手段の応答遅れを補正する補正手
    段と、燃焼時の前記補正手段の時定数を記憶する記憶手
    段と、燃焼状態を設定する状態設定手段と、前記状態設
    定手段と前記補正手段の信号により前記燃料制御手段も
    しくは前記送風制御手段を調節する空燃比制御手段とを
    備えた燃焼装置。
  2. 【請求項2】記憶手段は、燃焼開始時からの燃焼状態検
    知手段の出力変化に基づいて演算した時定数を記憶する
    請求項1記載の燃焼装置。
  3. 【請求項3】記憶手段は複数個の値を記憶し、その平均
    値により時定数を求める請求項1記載の燃焼装置。
  4. 【請求項4】バーナと、前記バーナに燃料と空気をそれ
    ぞれ供給する燃料制御手段および送風制御手段と、前記
    バーナの燃焼状態を検知する燃焼状態検知手段と、前記
    燃焼状態検知手段の応答遅れを補正する補正手段と、燃
    料制御手段もしくは送風制御手段の値に対応した燃焼時
    の前記補正手段の時定数を記憶する記憶手段と、燃焼状
    態を設定する状態設定手段と、前記状態設定手段と前記
    補正手段の信号により前記燃料制御もしくは前記送風制
    御手段を調節する空燃比制御手段とを備えた燃焼装置。
JP14050993A 1993-06-11 1993-06-11 燃焼装置 Expired - Lifetime JP3345964B2 (ja)

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JP3345964B2 JP3345964B2 (ja) 2002-11-18

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09170756A (ja) * 1995-11-20 1997-06-30 Haitai Electronics Co Ltd 燃焼機器の燃焼制御回路
US8821154B2 (en) 2010-11-09 2014-09-02 Purpose Company Limited Combustion apparatus and method for combustion control thereof
JP2014219120A (ja) * 2013-05-01 2014-11-20 三浦工業株式会社 ボイラ

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH09170756A (ja) * 1995-11-20 1997-06-30 Haitai Electronics Co Ltd 燃焼機器の燃焼制御回路
US8821154B2 (en) 2010-11-09 2014-09-02 Purpose Company Limited Combustion apparatus and method for combustion control thereof
JP2014219120A (ja) * 2013-05-01 2014-11-20 三浦工業株式会社 ボイラ

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