JPH074642A - 燃焼制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 淡炎口の温度を検出し、最適な空気過剰率に
制御するとともに、外乱に対しても速やかに安定燃焼を
回復させる。 【構成】 当量比以下の淡火炎１０を形成する淡炎口９
と、淡炎口９に接触して装着した即熱センサ２１と、炎
口温度を検知るす温度センサ２２と、燃焼量に応じた即
熱センサ２１の出力を予め設定する状態設定手段２６
と、即熱センサ２１の出力を補正する補正手段２５と、
設定値と補正値の偏差を小さくなるようにファン１６を
制御する制御手段３１と、温度センサ２２の出力信号を
判定する炎口温度判定手段２８を有し、温度センサ２２
の検知信号が設定時間以上継続して所定値３７を越える
場合には燃料の供給を停止する。 【効果】 燃焼設定点がずれた場合には、ズレを検知
し、元の設定点に戻されるので安定した燃焼を維持し、
補正しきれない場合には温度センサでバックアップす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は主として濃淡燃焼により
低ＮＯｘ化を図ったバーナブロックを、燃焼量が変化し
たり、外乱を受けた場合でも炎口温度の状態を検知し、
常に安定燃焼を維持するように制御を行なう燃焼制御装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の燃焼制御装置には、図６に
示すようなものがあった。すなわち、バーナの炎口板１
上に低ｍ値火炎２と高ｍ値火炎３とをそれぞれ形成する
ように、上流側に設けられたファン４と、低ｍ値と高ｍ
値の各バーナにガスを供給するそれぞれのガス供給部
５、６が設けられていた。そして、各々の温度センサ
７、８の出力に基づいて、低ｍ値火炎２と高ｍ値火炎３
で空気過剰率ｍ＝１を境として同一の出力値を示しても
いずれの側のものかを区別することによりファン４を制
御するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、低ｍ値火炎２すなわち濃火炎、高ｍ値火炎
３すなわち淡火炎はそれぞれ還元炎および酸化炎であ
り、温度センサ７、８の設定環境が全く異なる。特に低
ｍ値火炎２は混合比に対する感度が非常に小さく、燃焼
量による感度が非常に高い。従ってセンサの感度の経時
変化や寿命に差が存在し、信頼性の点で問題がある。ま
た、低ｍ値火炎２、高ｍ値火炎３それぞれの燃焼状態が
一様であり、かつ常に温度センサ７、８間の出力が一定
の関係にバランスが保たれていることが前提条件となっ
ているため、いずれか一方の火炎に炎口詰まりや給気閉
塞などで変化が発生しセンサ出力のバランスが崩れる
と、本来設定された空気量が供給されなくなり異常燃焼
状態に陥る。さらに燃焼量が変化した場合の対応や、風
の有無や給排気系の閉塞等の変化に対しての対応には触
れられていない。

【０００４】本発明は上記課題を解決するもので、低Ｎ
Ｏｘとなる濃淡燃焼のバーナブロックを、燃焼状態に影
響を及ぼすような要因や外乱を受けた場合にも、自動的
に所定の燃焼設定点に復帰させて常に最適な燃焼制御が
行われることを第一の目的としている。

【０００５】第二の目的は大きな外乱を受けた場合や異
常燃焼が発生した場合には、速やかに異常状態から脱出
して元の燃焼設定点に復帰させ、かつ万一復帰できない
場合には燃焼を停止させることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は第一の目的を達
成するために、燃料と空気の混合比が当量比以上の濃火
炎を形成する濃炎口と、当量比以下の淡火炎を形成する
淡炎口と、濃炎口と淡炎口を交互に複数本配列したバー
ナブロックと、淡炎口に接触または近接して設けられた
即熱温度センサと、淡炎口の近傍に設けられ所定値を越
えた時には燃焼を停止させる温度センサと、バーナブロ
ックに燃焼用空気を供給するファンと、燃焼量に応じて
予め最適な空気過剰率における即熱温度センサの出力を
設定した状態設定手段と、即熱温度センサの応答遅れを
補正する補正手段と、状態設定手段の設定値と即熱温度
センサの出力値の偏差が小さくなるようにファンを制御
する制御手段を備えたものである。

【０００７】また第二の目的を達成するために燃料と空
気の混合比が当量比以上の濃火炎を形成する濃炎口と、
当量比以下の淡火炎を形成する淡炎口と、濃炎口と淡炎
口を交互に複数本配列したバーナブロックと、淡炎口に
接触または近接して設けられた即熱温度センサと、淡炎
口の近傍に設けられた温度センサと、バーナブロックに
燃焼用空気を供給するファンと、燃焼量に応じて予め最
適な空気過剰率における即熱温度センサの出力を設定し
た状態設定手段と、即熱温度センサの応答遅れを補正す
る補正手段と、状態設定手段の設定値と即熱温度センサ
の出力値の偏差が小さくなるようにファンを制御する制
御手段と、温度センサの出力信号を判定する炎口温度判
定手段を有し、温度センサの検知信号が設定時間以上継
続して所定値を越える場合には、燃焼を停止するもので
ある。

【０００８】さらに即熱温度センサと温度センサは、バ
ーナブロックの燃焼量切り換え時に、常に燃焼する淡炎
口に装着したものである。

【０００９】

【作用】本発明は上記構成によって、淡火炎を形成する
淡炎口の炎口温度は、空気過剰率と密接な関係があるた
め、この淡炎口に接触または近接して設けられた即熱温
度センサは淡炎口の温度を感度良く検出することにな
る。即ち即熱温度センサで空気過剰率を検出することが
できる。燃焼量に応じて状態設定手段で予め定められた
最適な空気過剰率における即熱温度センサの出力に基づ
いて、制御手段がファンを制御して燃焼用空気をバーナ
ブロックに供給する。ここで風の有無や給排気系の閉塞
等で所定の空気量が供給できなかった場合には、即熱温
度センサにより空気過剰率が燃焼量に応じて定められた
値と異なることを検出することになる。この変化をとら
えて補正手段が即熱温度センサの応答遅れを補正した定
常値を予測して出力する。そして、制御手段は状態設定
手段の設定値と比較し、偏差の正負のレベルに応じて両
者の差が小さくなるようにファン風量を増減することに
よって、所定の燃焼状態に戻されることになる。

【００１０】また、何らかの異常により淡炎口の温度が
異常に上昇した場合には温度センサがこの状態を検出す
ることになる。そこで温度センサの出力が設定時間以上
所定の値を越える場合には燃焼装置を保護するために燃
焼を停止する。設定時間以内に回復した場合には温度セ
ンサの出力が所定の値以下になるため燃焼を継続させ
る。

【００１１】

【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はバーナおよび制御のブロック図であ
り、図２はセンサの装着状態を示したものである。山形
状に成形された淡炎口９上に淡火炎１０を形成する淡バ
ーナ１１と、濃炎口１２上に濃火炎１３を形成する濃バ
ーナ１４が交互に複数本併設されバーナブロック１５を
構成している。バーナブロック１５の上流側には燃焼用
空気を供給するファン１６が設けられている。各々の淡
バーナ１１及び濃バーナ１４には電磁弁１７、比例弁１
８を通過して供給される燃料を噴出供給するノズル１９
がそれぞれ取り付けられている。また切り替え弁２０を
通過しないでノズル１９から燃料が供給される淡バーナ
１１の淡炎口９下流側には、感温部が接触して装着され
た即熱温度センサ２１と、感温部が上流側近傍の空間に
装着された温度センサ２２が設けられている。

【００１２】燃焼制御部２３は、即熱温度センサ２１の
信号を検出する混合比検出部２４と、即熱温度センサ２
１の検出応答遅れを補正する補正手段２５と、最適燃焼
状態での即熱温度センサ２１の目標値を設定する状態設
定手段２６と、温度センサ２２の信号を検出する温度検
出部２７と、炎口温度を判定して電磁弁１７の閉止信号
を出力する温度判定手段２８と、使用状況から演算され
た燃焼量を設定する燃焼量設定手段２９と、燃焼量設定
信号に応じて比例弁１８に印加する電圧もしくは電流値
を制御する比例弁ドライバー回路３０と、補正手段２５
の出力と状態設定手段２６の設定値を比較し、両者の偏
差に応じた制御信号を出力する制御手段３１と、制御手
段３１の信号に応じてファン１６を駆動制御するファン
ドライバー回路３２とより構成されている。

【００１３】上記構成における燃焼および制御動作を説
明する。各ノズル１９から、比例弁１８で流量を調節さ
れた燃料が濃および淡火炎を形成する所定の量に分割し
て噴出され、ファン１６から供給された燃焼用空気と混
合する。ここで淡バーナ１１内では当量比以下の淡混合
気となって淡炎口９から噴出し淡火炎１０を形成する。
同様に濃バーナ１４内では等量比以上の濃混合気となっ
て濃炎口１２から噴出し濃火炎１３を形成する。従って
バーナブロック１５全体では淡火炎１０と濃火炎１３が
交互に形成され濃淡燃焼が実現され低ＮＯｘ燃焼が達成
される。

【００１４】ここで図３を参照して燃焼制御上の限界状
態について予め説明しておく。設定される燃焼量が変化
すると、燃焼限界を考慮した最適な淡火炎１０および濃
火炎１３の混合比も変化する。従って、バーナブロック
１５全体の空気過剰率ｍは、燃焼量の変化とともに曲線
Ｊで示される値に制御される。燃焼量が小さくなると淡
火炎１０が淡炎口９に近接するようになり、さらに空気
量が少ない場合には火炎温度が上昇するため、淡炎口９
は異常加熱を受けて図３で示すような淡炎口赤熱域が発
生するようになる。一方、空気量が多すぎると淡火炎１
０はさらに希薄となり、吹き飛びから消火にいたり濃火
炎１３も同様にさらに空気量が増加すると消火するの
で、図３に示す消火域が存在するようになる。

【００１５】この様な燃焼上の限界が存在する中で、安
定な燃焼状態を確保するための制御動作を説明する。燃
焼量設定手段２９で必要な燃焼量が決定され、比例弁ド
ライバー回路３０とファンドライバー回路３２によっ
て、比例弁１８とファン１６を制御して、燃料と空気の
流量を設定し、その燃焼量に応じた最適な空気過剰率で
ある点Ａに設定される。ここで図４に示すごとく、空気
過剰率ｍと即熱温度センサ２１の出力信号には燃焼量別
に一定の相関があり、この出力信号を知れば空気過剰率
ｍが求められる。

【００１６】この燃焼装置が、風等の外乱要因により給
排気量が変化した場合の動作を図５を参照して説明す
る。時間ｔ１において微風により排気抵抗が増加した場
合、空気過剰率ｍは図３および図４に示すごとく、点Ａ
から点Ｂに向かって移動しはじめる。この時淡火炎１０
は淡炎口９に近接し、淡炎口９の温度が上昇する。即熱
温度センサ２１は感温部が淡炎口１０に接触しているた
め、比較的早くこの温度上昇をとらえることができ、混
合比検知部２４は即熱温度センサ出力３３が燃焼量に応
じて予め決定されている設定値３４からずれ始めたこと
を検知する。この変化をとらえて即熱温度センサ２１の
応答遅れを考慮した補正値を補正手段２５が出力する。
次に制御手段３１は、補正手段２５の補正値と状態設定
手段２６の設定値を比較し、両者の偏差が小さくなるよ
うにファン１６の比例制御信号を出力する。この場合制
御手段３１は、状態設定手段２６の設定値３４と比較
し、正の偏差が発生しているためファン回転数３５を増
加させ、偏差が零になるようにファンドライバー回路３
２を制御する。この結果燃焼設定点は、点Ｂから再び点
Ａに戻り、即熱温度センサ出力３３と設定値３４が一致
する。また時間ｔ２で微風が停止した場合にも同様に前
記の動作を行い、今度は負の偏差が発生するため、ファ
ン回転数３５を低減する。従って微風が停止した直後は
点Ａから点Ｃ方向に向かって移動し、再び点Ａに戻され
る。時間ｔ３で強風のため排気抵抗が大きく増加した場
合、燃焼設定点は点Ａから淡炎口９の赤熱域内の点Ｄに
向かって移動する。この場合には、即熱温度センサ出力
３３の偏差も大きいため、補正手段２５から出力される
補正値も大きくなり大幅にファン回転数３５も増加され
る。

【００１７】ここで淡炎口９の温度は温度センサ２２に
よっても検出される。温度検知部２７から出力された温
度センサ出力３６は、温度センサ２２が淡炎口９の上流
側で、かつ感温部がやや離れて設置されているため、や
や大きな時間遅れをもって小さな出力レベルを示す。温
度判定手段２８は、淡炎口９が赤熱域を脱出する時間ｔ
４からｔ５までの時間Ｔ１だけ過渡的に所定値３７を越
えたことを検知する。この場合、時間Ｔ１は設定時間Ｔ
０より小さいため電磁弁１７の閉止信号は出力されな
い。

【００１８】ここで更に、突風が発生して排気抵抗が大
幅に増加し、燃焼設定点が点Ａから一挙に点Ｅに向かっ
て移動した場合の対応を説明する。即熱温度センサ出力
３３と設定値３４の偏差が再び発生するため、補正手段
２５が点Ａへ戻すために更に必要となるファン回転数の
増加分を補正値として出力するが、今度はファンモータ
容量の限界以上の回転数を要求する事になる。ファンモ
ータドライバー回路３２は、ファンモータ保護のためフ
ァン回転数を限界値３８に設定したままとなる。このた
め温度センサ出力３６は、再び上昇し時間ｔ７で再び所
定値３７を越える。ファン回転数３５が限界値３８に達
しているため、温度判定手段２８は、時間ｔ７からｔ８
までの時間Ｔ２が設定時間Ｔ０を越えた時、電磁弁１７
に閉止信号を出力し燃焼を停止させ燃焼装置の焼損を防
止する。

【００１９】また高頻度で高温にさらされる即熱温度セ
ンサ２１が破損した場合には、常に低温領域で使用され
ている温度センサ２２がバックアップとなって、空気不
足や淡炎口９の赤熱を検知し、燃焼を停止するため安全
性が保証される。

【００２０】さらに燃焼量が小さくなり、バーナブロッ
ク１５のうち切り替え弁２０で消火する淡バーナ１１と
濃バーナ１４があるが、即熱温度センサ２１も温度セン
サ２２も常に燃焼する淡炎口９に装着されているため、
センサの装着数を最小にすることができる。

【００２１】

【発明の効果】以上実施例で説明したように本発明の燃
焼装置によれば次の効果が得られる。

【００２２】（１）外乱等により燃焼設定点が所定の位
置からずれた場合には、即熱温度センサの出力変化を検
知し、補正手段から補正値が出力され、設定値との偏差
が小さくなるように制御手段でファン風量を制御するこ
とによって、元の設定点に戻されるので、一時的な外乱
要因の発生や経時的な変化に対しても、常に安定した低
ＮＯｘ燃焼を維持することができる。

【００２３】（２）補正手段の補正値だけでは補正しき
れずに燃焼設定点が所定の位置に戻らない状態に陥った
場合でも、空気不足の場合には温度センサが淡炎口の赤
熱状態を、検知して燃料の供給を停止させるため、異常
燃焼が継続することがなく安全性を保証することができ
る。

【００２４】（３）淡炎口が赤熱を開始し、温度センサ
の出力が設定時間以上所定値を越えた場合には、燃料の
供給を停止するため、淡炎口が変形や損傷を受けること
がなくなる。従って淡炎口の材料は薄板を使用すること
が可能となり、安価となるとともに、量産性が向上す
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制御装置のバー
ナおよび制御のブロック図

【図２】図１のセンサ装着の要部一部断面図

【図３】燃焼量と空気過剰率で燃焼限界領域と燃焼設定
点を示した説明図

【図４】即熱センサ出力と空気過剰率の関係を示す説明
図

【図５】外乱による制御対応を示した時間チャート図

【図６】従来の燃焼制御装置の全体断面図

【符号の説明】

９ 淡炎口 １０ 淡火炎 １２ 濃炎口 １３ 濃火炎 １５ バーナブロック １６ ファン ２１ 即熱温度センサ ２２ 温度センサ ２５ 補正手段 ２６ 状態設定手段 ２８ 炎口温度判定手段 ３１ 制御手段 ３７ 所定値

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 国本 啓二郎 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 (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料と空気の混合比が当量比以上の濃火炎
   を形成する濃炎口と、当量比以下の淡火炎を形成する淡
   炎口と、前記濃炎口と前記淡炎口を交互に複数本配列し
   たバーナブロックと、前記淡炎口に接触または近接して
   設けられた即熱温度センサと、前記淡炎口の近傍に設け
   られ所定値を越えた時には燃焼を停止させる温度センサ
   と、前記バーナブロックに燃焼用空気を供給するファン
   と、燃焼量に応じて予め最適な空気過剰率における前記
   即熱温度センサの出力を設定した状態設定手段と、前記
   即熱温度センサの応答遅れを補正する補正手段と、前記
   状態設定手段の設定値と前記即熱温度センサの出力値の
   偏差が小さくなるように前記ファンを制御する制御手段
   を備えた燃焼制御装置。
2. 【請求項２】燃料と空気の混合比が当量比以上の濃火炎
   を形成する濃炎口と、当量比以下の淡火炎を形成する淡
   炎口と、前記濃炎口と前記淡炎口を交互に複数本配列し
   たバーナブロックと、前記淡炎口に接触または近接して
   設けられた即熱温度センサと、前記淡炎口の近傍に設け
   られた温度センサと、前記バーナブロックに燃焼用空気
   を供給するファンと、燃焼量に応じて予め最適な空気過
   剰率における前記即熱温度センサの出力を設定した状態
   設定手段と、前記即熱温度センサの応答遅れを補正する
   補正手段と、前記状態設定手段の設定値と前記即熱温度
   センサの出力値の偏差が小さくなるように前記ファンを
   制御する制御手段と、前記温度センサの出力信号を判定
   する炎口温度判定手段を有し、前記温度センサの検知信
   号が設定時間以上継続して所定値を越える場合には、燃
   焼を停止する燃焼制御装置。
3. 【請求項３】即熱温度センサと温度センサは、バーナブ
   ロックの燃焼量切り換え時に、常に燃焼する淡炎口に装
   着した特許請求の範囲第１項または第２項記載の燃焼制
   御装置。