JPS596340B2 - 液体燃料燃焼機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、灯油などの液体燃料を気化し、燃焼させる
液体燃料燃焼機に関する。

一般に燃料と燃焼用空気をあらかじめ混合して燃焼させ
る、いわゆる予混合燃焼においては、常に安定した燃焼
を維持するために、空気量と燃料量との比、すなわち、
空気過剰率をほぼ一定に保つことが望ましい。

温風暖房機により室温が上昇した場合には、当然それに
対応して燃焼機の燃焼量を低下する必要があり、通常、
燃焼機の間欠制御を行なう。

しかし、間欠制御は負荷の温度リップルを生じ、燃焼機
の始動、停止の繰り返しが頻繁に行なわれ、機器の信頼
性を低下させる。

これらの問題を解決するには、燃焼を間欠せずに燃料供
量のみ負荷変動に対応して増減させればよいが、この場
合空気過剰率が大きく変わり、炎のブロー不完全燃焼、
ひいては、スーテイングを引き起こす可能性がある。

そこで、この発明は、空気過剰率を完全燃焼領域に保ち
ながら、負荷変動に対応して燃焼機の発熱量の制御を行
なうようにして、燃焼系の追随応答を可能にできる液体
燃料燃焼機を提供するものである。

次に、図面を参照してこの発明の液体燃料燃焼機の実施
例について説明すれば、第１図はその一実施例に適用さ
れる回路図を主体にして示した図であり、この第１図に
おける１はバーナで、２はこのバーナ１から発する火炎
である。

火炎２の中にはフレーム・ロッド３が挿入されており、
このフレーム・ロッド３により炎電流を検知するもので
ある。

フレーム・ロッド３セ直流電源４の正極に接続されてお
り、この直流電源４の負極とバーナ１との間には可変抵
抗５が接続されている。

この可変抵抗５はプログラマブル・ユニ・ジャンクショ
ン・トランジスタ（以下、ＰＵＴと称する）６のゲート
電圧を設定するだめのものであり、可変抵抗５の可動端
子はＰＵＴ６のゲートに接続されている。

これにより、フレーム・ロッド３から火炎２−バーナ１
−ＯＴ変低抵抗５直流電源４−フレーム・ロッド３の閉
回路に炎電流が流れたとき、可変抵抗５０両端に電圧が
生ずる。

そして、可変抵抗５は可動端子により抵抗値がｒｌ
とｒ２に２分されており、したがって、可変抵抗５０両
端に生じた上記電圧により、ＰＵＴ６のゲートにはｒ２
／ｒ１＋ｒ２ に比例した電圧を印加している。

第２図はある空気量（一定）のときの燃焼量に対する炎
電流特性を示したものであり、いま、Ａ点を理想的な空
気過剰率の点とするならば、このＡ点より燃焼量が多け
れば（空気過剰率が小となる）、炎電流は増加し、少な
ければ（空気過剰率が人となる）減少する。

すなわち、燃焼状態の変化により、炎電流が増減するた
めに、ＰＵＴ６のゲート電圧が増減する。

この第１図に示す回路はＰＵＴ６の弛張発振回路になっ
ているので、そのゲート電圧の値により、発振周波数が
決定される。

そして、ＰＵＴ６はそのアノ−〉゛電圧とゲート電圧が
ほぼ一致したとき、アノード・カソード間が導通するも
のである。

このＰＵＴ６のアノードはコンデンサＩと抵抗８との接
続点に接続されており、コンデンサ７と抵抗８との直列
回路の両端は直流電源１１０両極に接続されている。

したがって、ＰＵＴ６が非導通状態のとき、抵抗８の抵
抗値Ｒ３とコンデンサ７の容量Ｃ１とによって決まる時
定数で、コンデンサ７が充電され、ＰＵＴ６の導通時に
、このコンデンサ７の充電々荷はＰＵＴ６を通して放電
されるものである。

いま、上述のように、ＰＵＴ６のアノード電圧とゲート
電圧がほぼ一致すると、アノード・カソード間が導通す
るので、このアノードの電圧ヲコンデンサ７と抵抗８と
の充放電で弛張することができ、それによって、ＰＵＴ
６のゲート電圧に対する周期を決めている。

一方、９は駆動回路であって、この、駆動回路９はＰＵ
Ｔ６のカソードおよび直流電源４，１１０負極にも接続
されている。

、駆動回路９の出力側には電磁ポンプ１０が接続されて
いる。

電磁ポンプ１０は灯油などのような液体燃料を上記バー
ナ１に供給するだめのものである。

まだ、１２はバーナ１へ燃焼用空気を送るだめの送風機
であり、この送風機１２からの燃焼用空気は送風管１３
を通してバーナ１に送風されるようになっている。

送風管１３０所定個所にはダンパ１４が設けられており
、どのバーナ１への送風量を調節できるようになってい
る。

この送風量の調節は動作枠１４ａによって行なわれるも
のであり、動作枠１４ａは上記可変抵抗５の可動端子と
機械的に連結されており、可変抵抗５の可動端子を操作
することにより、可変抵抗５の抵抗値ｒ１．ｒ２の関係
において、ｒ１／ｒ２の値が小さくなると、ダンパ１４
はバーナ１への送風量を減らすようになっている。

さて、上述のようにして、ＰＵＴ６が導通すると、駆動
回路９が作動して、電磁ポンプ１０が駆動され、それに
よって、灯油などの液体燃料がバーナ１へ供給され、燃
焼が行なわれる。

この際、上述のようにして、ダンパ１４の動作枠１４ａ
は可変抵抗５の可動端子と連動して操作されるので、送
風機１２からダンパ１４を経てバーナ１には最適量の燃
焼用空気が送られる。

第３図は燃焼用空気量を変えて行った場合の燃焼量−炎
電流特性を示すもので、この第３図において、Ｑｌ、Ｑ
２．Ｑ３の順に風量が小さくなっていることを示してい
る。

したがって、燃焼量を一定にしておいて、風量を増すと
、炎電流は減少する（図中のＡ点からＢ点に移行する）
。

逆に、風量を減らすと、炎電流は増加する（図中のＡ点
から０点に移行する）。

いま、この第３図において、Ａ点を理想的な燃焼状態に
ある点と仮定するなりば、空気量が減少して、空気過剰
率が小さくなった場合、炎電流が増加して、ＰＵＴ６の
ゲート電圧が高くなり、発振周波数は低くなる。

このため、炎電流は元の設定値に戻り、常に理想的な空
気過剰率が維持されるように動作する。

逆に空気量が増加して、空気過剰率が人きぐなった場合
、炎電流が減少して、ＰＵＴ６のゲート電圧は高くなり
、発振周波数は高くなる。

したがって、炎電流は元の値に戻り、常に理想的な空気
過剰率が維持される。

以上の特性を利用して、ダンパ１４の開閉により、空気
量を変化させ、燃焼量を燃焼機の負荷に対応させること
ができる。

バーナ１への空気量を増減させると、第３図の一点鎖線
ｍに沿って燃焼量は変化する。

すなわち、最初Ｑ２の空気量でＡ点で動作させておいて
、Ｑｌまで空気を増加させると、動作点はＳｌ に移
行する。

また、逆にＱ３に空気量を減らせば、Ｔに移行する。

つまり、これは、この制御系の感度から決まる。

理想的に感度無限大の場合は動作点が移動しても、その
炎電流は変化しない。

燃焼量の変化分 なお、感度−□と表現できる。

炎電流の変化分 実際には、感度は有限であり、一点鎖線ｍのように変化
する。

この場合、５−Ａ−Ｔと移行するにつれて、空気過剰率
が小さくなって行く。

ところが、空気量が減少して、空気過剰率が小さくなる
と、燃焼速度が早くなるだけに、逆火を起こし易くなっ
たり、バーナ１の炎口部の温度が異常に高くなる。

そこで、この発明では、空気量が小さくなった場合も、
空気過剰率が小さくならないように制御しようとするも
のであり、第３図の一点鎖線ｍ′のように動作させよう
とするものであり、既述したように、可変抵抗５の可動
端子を操作することにより、ｒ１／ の値が小さく
なると、ダンパ１４２ はバーナ１への送風空気量を減らす方向に働くようにな
っている。

この結果、ｒ１／ｒ２ の値を固定したときよりも、Ｐ
ＵＴ６のゲート電圧は高くなり、発振周波数は低下して
、液体燃料の流量は減少する。

つまり、空気過剰率はｒ１／ｒ２ の固定時よりも大き
くなる。

このようにして、第３図に示すごとく、空気量をＱｌ
からＱ３方向に減らすことにより、一点鎖線ゴに沿って
動作点がＳ′からＴ′に移行し、燃焼機の負荷が減少し
て、燃焼量を低下させた場合のバーナ１の炎口部の異常
高温を防止する。

また、可変抵抗５の抵抗値を固定させたまま燃焼量を低
下させて行くと、熱交換効率が上がり、熱交換器（図示
せず）内に結露が生ずるが、この発明を適用すると、低
燃焼量のときに空気過剰率が大きくなるので、熱交換効
率が低下する。

その結果、露点が上がり、結露の可能性が減少する。

以上、定常運転時の動作について説明したが、始動時に
は問題がある。

すなわち、始動時には、最初炎が存在しているので、炎
のインピーダンスは無限大となっているから、ＰＵＴ６
のゲート電位は零となり、最大周波数となり、油量か最
大油量となる。

したがって、始動時、ダンパ１４が低入力側に設定され
ている場合は空気量が不足して、スーテイングを起こす
可能性がある。

そこで、ダンパ１４がどこに設定されていようと、始動
時たけ、自動的に最大風量となるように、ダンパ１４を
開路し、スーテイング防止を計る必要がある。

さらに、着火後、ダンパ１４は設定位置に戻さねばなら
ないが、給油系に応答遅れがあるだめ、ダンパ１４の設
定位置に戻すときに、給油系の応答時間に合わせながら
戻す必要がある。

以上の要請に応えるために、この発明では、ダンパ１４
は第４図に示すように実施されている。

この第４図において、１５はダンパ１４の弁であり、送
風管１３内において、傾きを変えることにより、流路抵
抗を変えて風量調整を行な−っている。

この弁１５の軸１５ａの一端はロータリ・ソレノイド１
６に直結されており、ロータリ・ソレノイド１６に通電
することにより、弁１５は最大に開路する。

弁１５の軸１５ａの他端は送風管１３を貫通して、ピン
１７が取り付けられており、このピン１１は結合ピン１
８を介して可変抵抗５の可動端子に連結されている。

しだがって、ロータリ・ソレノイド１６の通電を断つと
、弁１５はロータリ・ソレノイド１６内のばね（図示せ
ず）により、ピン１７が結合ピン１８に当たるまで戻り
、流路を閉じる方向に動作する。

１９は微調ダイヤルであり、可変抵抗５の軸をフレキシ
ブル・ワイヤ２０で回転させるようになっており、した
がって、微調ダイヤル１９０回転力は結合ピン１８とピ
ン１７を介して弁１５に伝達される。

ここで、微調ダイヤ？し１９を使用する理由について概
すると、手動で弁１５を直接設定すると、弁１５の動作
速度が早すぎるため、給油系の応答遅れから、定常状態
になるまでに、不完全燃焼やブローオフ、スーティング
を起こす可能性があり、そこで、手の動きを微調ダイヤ
ル１９で減速し、弁１５の動きを遅動させようと云うも
のである。

したがって、微調ダイヤル１９を動かすことにより、可
変抵抗５の抵抗値と弁１５の位置を可変することができ
る。

一方、ロークリ・ソレノイド１６の軸の他端にはカップ
ラ２１を介してギヤ２２が連結されており、このギヤ２
２により、ロータリ・ソレノイド１６の軸の回転を増速
するようになっている。

ギヤ２２には羽根車２３が連結されており、ギヤ２２０
回転がこの羽根車２３に伝達され、羽根車２３が回転す
るようになっている。

ここで、カップラ２１ば、ロータリ・ソレノイド１６が
非通電状態へと変わった場合、弁１５を最大に開路する
方向に動作するが、このとき、カップラ２１は回転力を
羽根車に伝達しない。

しかし、通電が解かれ、弁１５がばね力で戻るときには
、カップラ２１ばそのばねカをギヤ２２に伝達し、羽根
車２３を回転させる。

このため、弁１５の動きは羽根車２３の空気抵抗により
、減速され、ゆっくり動いて行く。

その結果、燃焼用空気量の時間的変化は漸減特性を示し
、時間的に燃料系が充分追随して、油量が減少してぐる
。

以上詳述したように、この発明によれば、燃焼機のバー
ナへの送風量を制御するダンパと炎電流に応じて入力電
圧が変化する発振回路の入力信号値を増減する可変抵抗
の可動端子とを連動させ、ダンパが送風量を増加させる
ときには発振回路の入力信号の設定値を燃料の流量が増
加するように可変抵抗の抵抗値を可変し、逆にダンパが
送風量を減少させるときには発振回路の入力信号の設定
値を燃料の流量が減少するようｐｔｚ可変抵抗の抵抗値
を可変するようにしだので、燃焼機の負荷が減少して燃
焼量を低下させても、炎口部の異常高温を防止すること
ができるとともに、空気過剰率を一定に保ちながら負荷
変動に対応して燃焼機の発熱量の制御を行なうことがで
きるばかりか、結露の可能性が少なくなる。

また、燃焼機が始動状態から定常状態に移行するときに
制動機構により、ダンパを緩速移行させるようにしてい
るので、送風系統に燃料系が追随でき、始動時における
燃料系の応答遅れを解消できるなどの実用上の効果は極
めて人である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の液体燃料燃焼機の一実施例の構成を
電気回路を主体にして示す図、第２図は同上液体燃料燃
焼機において空気量一定のときの燃焼量に対する炎電流
特性を示す図、第３図は同上液体燃料燃焼機において空
気量を変えた場合の燃焼量対炎電流特性を示す図、第４
図は同上液体燃料燃焼機におけるダンパの制御装置の構
成図である。 １・・・・・・バーナ、２・・・・・・火炎、３・・・
・・・フレーム・ロッド、４，１１・・・・・・直流電
源、５・・・・・・可変抵抗、６・・・・・・プログラ
マブル・ユニ・ジャンクション・トランジスタ、７・・
・・・コンデンサ、８・・・・・・抵抗、９・・・・・
・駆動回路、１０・・・・・・電磁ポツプ、１２・・・
・・・送風機、１３・・・・・・送風管、１４・・・・
・・ダンパ、１６・・・・・・ロータリ・ソレノイド、
１９・・・・・・微調ダイヤル、２１・・・・・・カッ
プラ、２２・・・・・・ギヤ、２３・・・・・・羽根車
。 なお、図中同一符号は同一部分または相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 燃焼炎に生ずる炎電流を検出して発振回路の入力信
   号とし、この発振回路の出力により燃料ポンプを駆動す
   るようにした燃焼制御装置を有する気化式の液体燃料燃
   焼機において、上記燃焼機へ送風する燃焼用空気の送風
   量を制御するダンパを設け、上記発振回路の入力信号値
   を増減する可変抵抗の可動端子と上記ダンパとを連動で
   きるように構成し、上記ダンパが送風量を増加させるよ
   うに動作したときは上記入力信号の設定値が燃料の流量
   を増加させるように上記可変抵抗値を可変し、上記ダン
   パが送風量を減少させるように動作させるときには入力
   信号の設定値が燃料の流量を減少させるように上記可変
   抵抗の抵抗値を可変させ、上記燃焼機が始動状態から定
   常状態に移行するときに上記ダンパが制動機構により緩
   速移行をさせるようにしたことを特徴とする液体燃料燃
   焼機。 ２ 上記ダンパはダンパの弁を手動で設定するための設
   定手段とダンパ間に減速機構を介在させることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の液体燃料燃焼機。 ３ 上記ダンパはダンパの弁を通電時に開放しかつ非通
   電時にばねの弾力で上記弁を閉じるロータリ・ソレノイ
   ドと、このロータリ・ソレノイドに連結されロータリ・
   ソレノイドが非通電状態になったときに変速手段に上記
   ばねの弾力を伝達するカップラと、上記変速手段に連結
   され上記ばねの弾力で回転して上記弁の動きを減速させ
   る羽根車とを具備することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の液体燃料燃焼機。