JPS5997421A - 燃焼制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本、発明は、負荷に応じて燃焼量を連続可変するととも
に、燃焼用空気量（以下、単に空気量と言う）とガス量
の比（以下、空燃比と言う）をほぼ一定に保ち、燃焼の
安定性と高効率を実現するための、特に家庭用機器に用
いられる高負荷ガス燃焼制御装置に関する。

従来例の構成とそ偽朋頓、転 従来のこの種の高負荷ガス燃焼制御装置として第１図に
示す均圧弁方式（あるいはゼロガバナ一方式）がよく知
られている。

図１において、送風機１により送られた空気は空気絞り
２を経て混合部３へ導かれ、一方ガスは均圧弁４、ガス
絞り５を経て混合部３・＼導れ、混合ガスはバーナ６へ
導かれて燃焼する。

ここで、均圧弁４の背圧室７には空気絞り２の上流の圧
力ＰＡが導かれており、均圧弁４はその出ｌコ圧力Ｐｃ
が背圧室７の圧力と等しぐなるように自動調節する。空
気量をＱＡ、ガス量をＱＧ、混合部の圧力をＰＭ　とす
ると、空燃比ＱＡ／ＱＧは、次の関係がある。

（Ｋ１　、に２はそれぞれ空気絞り、ガス絞りの定数） 均圧弁により理想的ＶｃＰｏ＝ＰＡＫ調節できれば、式
１は となり、空燃比はＱＡ、ＱＧに関係なく常に一定になる
はずである。

しかし均圧弁４はダイアフラム８でＰｃとＰＡとの圧力
差を受けて、その圧力差により発生する力で弁９を動か
して出口圧力Ｐｃを調節するものであるからＰａとＰＡ
の間には必ず定常偏差が生じる上、さらにダイアフラム
の剛性、変位に伴うダイアフラムの有効受圧面積の変化
、弁が受ける均圧弁入口圧力等の影響で圧力調節誤差△
Ｐｃを生じる。すなわちｐ（１＝ｐＡ４△Ｐａでありで
表わされる。

式３より、燃焼量を小さくするだめに空気量ＱＡを小さ
くしていくと（ＰＡ−ＰＭ）はＱＡの２乗に比例するだ
め、一定のΔＰａに対して空燃比の誤差は急激に大きく
なるのである。

したがって空燃比を一定の誤差範囲に保って燃焼の安定
性と高効率を保ちながら燃焼量調節比を大きくしようと
すれば（ＰＡ−ＰＭ）の値を充分大きくとるか、ΔＰａ
を小さくする必要がある。

（ＰＡ−Ｐ［］）を大きくすることは、空気絞りの開口
面積を小さぐすることであり送風機の供給圧力の増加を
意味し大きな送風機を必要とするばかりでなく、供給圧
力の低い家庭用都市ガス等ではＰＡがガス供給圧より高
くなり必要なガス量を得ることができない等の問題が生
じる。まだ△ＰＧを小さくするためには、均圧弁のダイ
アフラムが大きくなり、さらに経時変化、調整が困難に
なる等の問題があり現実的ではない○ 家庭用のガス燃焼器として給湯あるいは暖房の用途で比
例制御により湯温制御等を行なおうとすれば燃焼量調節
比が１／６ないし１／１ｏ程度必要となり、従来例の方
式の適用は困難であった。

発明の目的 本発明はかかる従来の問題を解消するもので、送風機や
弁装置を大型化することなく、燃焼量調節比が犬きぐ、
かつ空燃比と定格燃焼量を正確に決めることのできる高
負荷ガス燃焼制御装置を提供することを目的とするもの
である。

発明の構成 この目的を達成するために本発明は、燃焼装置の燃焼用
空気通路にその上流側より燃焼用空気供給手段、空気量
調節手段、空気絞り部を設け、一方燃料ガス通路にはそ
の上流側より、弁全開検出部を有するガス量調節手段、
ガス絞り部を設け、空気絞り部とガス絞り部の下流側を
合流して混合部を構成し、前記の空気絞り部とガス絞り
部の上流側の圧力を差圧セ／すに導き、両者の差に応じ
た電気信号を得られるようにしている。一方前記燃料ガ
スを燃焼するバーナによって加熱される加熱流体の出口
温度を検出する温度検出器、被加熱流体の出口温度を設
定する温度設定器、温度検出器の信号と温度設定器の信
号の差を演算増巾して空気量調節手段を制御する温度調
節回路を設け、さらに前記差圧セ／すの信号によってガ
、ス量調節手段を駆、動する空燃比調節回路、弁全開を
検出する弁全開検出回路及びガス量調節手段の駆動信号
のあらかじめ定められた最大値を検出する最大値検出回
路、空燃比調節回路の駆動信号の上限値を制限するＩＪ
　ミッタ、前記の差圧センサの出力の絶対値が一定値以
上のとき出力を発生する差圧比較器が設けられている。

この構成によって、先ず温度設定器と温度検出器の差に
応じて、すなねち検出された温度が、設定された温度よ
りも低い場合は温度調節回路によって空気量調節手段を
空気量が増加するように制御する。その結果差圧センサ
は、燃焼用空気側の圧力が高いという極性の出力を空燃
比調節回路＼出力し、ガス量調節手段を制御してガス量
を増加して差圧センサの出力を零にしてＰＡ＝ＰＧとし
空燃比を一定値に制御する。上述の場合と逆に検出され
た温度が、設定された温度よりも高い場合にも上記の制
御部により差圧センサの出力を零にしてＰＡ＝ＰＧとし
、やはり空燃比を一定値に保つ。

上述のような動作中燃料ガスの供給圧力が低下しだ場合
低燃焼量時においても弁が全開となりなお必要な量の燃
料ガスを供給できないことがあるがこのとき従来のもの
は温度調節回路によって空気量調節手段が継続して駆動
されて燃焼用空気量がひきつづき増加し、空燃比が過大
となり燃焼悪化が生ずる。本発明においては、前述の弁
全開検出部が動作して弁全開検出回路が動作し弁が全開
状態でありこれ以上の量の燃料ガスを供給できないこと
を前記差圧比較器に伝えて温度調節回路に優先させて動
作させ、燃焼用空気量を制限し、空燃比を適正に保りよ
うになっている。燃料ガスの供給圧力が標準状態である
ときは、燃焼装置に対する負荷の要求が犬なるとき、温
度調節回路によって先ず空気量調節手段が、次いでガス
量調節手段の駆動信号が前記の最大値に達したときＩＪ
　Ｓツタが動作してその上限値を制限すると同時に最大
値検出回路が動作して差圧比較器を温度調節回路に優先
させて動作させて燃焼用空気量を制限し、燃焼量の上限
値（定格）を定めると同時に空燃比の　　　　゛上昇を
おさえて一定に保つものである。

実施例の説明 以下本発明の一実施例を第２図によって説明する。先ず
構成を説明する。１１は燃焼用空気供給手段として設け
られた送風機で１２に燃焼用空気通路１３に設けられた
空気絞り部、１４は燃料ガス通路１６に設けられたガス
量調節手段としての圧力制御弁で弁全開検出部１４Ａを
有する。１６はガス絞り部であり燃焼用空気通路１３と
燃料ガス通路１６は混合部１７で合流し、給湯機１８の
出湯口２１には温度検出器としてのサーミスタ２２が設
けられている。２３は空気絞り部１２とガス絞り部１６
０入ロ部の差圧を検出する差圧セ／すである。次に制御
部の構成を説明する。２４は温度検出回路２６と温度設
定器２６の信号の加え合せ点Ａで２７の温度調節回路へ
信号を送る〇一方２８は差圧センサ２３からの信号を受
ける差圧センサ検出回路で、空燃比調節回路２９と差圧
センサ２３の出力の絶対値が△定値を越えたとき出力を
発生する差圧比較器３ｏに接続されている。

３１は空燃比調節回路２９からの圧力制御弁１４の駆動
信号のリミッタでその出力は最大値検出回路３２と圧力
制御弁１４に送られている。まだ３３は差圧比較器３ｏ
の出力信号を０Ｎ−ＯＦＦするスイッチで最大値検出回
路３２あるいは弁全開検出回路３４によって０Ｎ−ＯＦ
Ｆ制御される０前記スイツチ３３を通過する差圧比較器
３ｏからの信号は、前記温度調節回路２７からの信号と
、３６の加え合せ点Ｂにて加え合せられ、その信号は送
風機１１の回転数を制御する回転数調節回路３６に伝え
られ、その出力信号は送風機１１に伝えられるように構
成されている。ＰＧｏ、　ＰＡＯ，ＰＭＯはそれぞれガ
ス絞り部１６の入口圧力、空気絞り部１２の入口圧力、
混合部１７の圧力を示している。以上のように構成され
た燃焼制御装置の動作効果を説明する。

サーミスタ２２からの出湯温度に対応した信号は温度検
出回路２６で検出され、２４の加え合せ点Ａにて温度設
定器２６で設定された信号から減算されて温度調節回路
２７に送られ、通常のスイッチ３３がＯＦＦの場合はそ
のまま回転数調節回路３６に送られ、それがプラスであ
れば出湯温度が温度設定器２６で設定された温度に達し
ていないのであるから回転数調節回路３６は送風機１１
の回転数を増加させて燃焼用空気量を増加させる。

その結果ＰＡＯが上昇し、ＰＡＯ＞　ｐＧｏなる状態に
対応した信号が差圧センサ２３から出力され、差圧セン
サ検出回路２８に送られ次段の空燃比調節回路２９にて
ＰＧＯを増加させるような駆動信号が圧力制御弁１４に
送られて弁を開き、ＰＡＯ−ｐＧｏ−０となって空燃比
も一定値となって平衡状態に達する。以上の説明は加え
合せ点Ｂ２４に於る合成信号がプラスの場合の説明であ
るが、これがマイナスの場合には送ｔ！Ｉｉｔ、機１１
の回転数を減少させるとともに圧力制御弁を閉じるよう
に制御回路が動作し、最終的にＰＡＯ−ＰＧＯ−０とな
って空燃比も一定値で安定する。以上の説明はスイッチ
３３がＯＦＦの場合の説明であるがＯＮになる条件はす
でに簡単に説明したように２つの場合がある。すなわち
、 （１）給湯機１８の負荷が大きくて圧力制御弁１４の駆
動信号が定められた最大値に達したとき。

（２）給湯機１８の負荷の大小にかかわらず燃料ガスの
供給圧力が低下して、所定の燃焼量を得るだめに特に弁
開度を太きぐする必要があり弁が全開状態になったとき
。

である。このような場合に負荷からの要求に応じて更に
燃焼用空気量を増加すると燃焼量が定格を越えだり空燃
比が過大となって燃焼不良が発生する。このような不都
合をなくすることが本発明の骨子であり、そのだめの手
段が前述のスイッチ３３をはじめとするリミッタ３１．
最大値検出回路３２．弁全開検出部１４人、弁全開検出
回路３４等である。（１）、（２）の場合の作用効果を
いま少し詳しく説明する。

（１）の場合：給湯機１８の出湯量が増加したり出湯温
度を高く設定した場合は先ず送風機１１の回転数が増加
し、最終的には圧力制御弁１４の駆動信号が増大し、燃
焼量が増大するが駆動信号が定められた最大値に達する
とリミッタ３１が動作して圧力制御弁１４の駆動信号が
制限されて弁開度が制限され、燃焼量がそれ以上増加し
なくなり燃焼量の最大定格が設定されるが同時に最大値
検出回路３２が動作してスイッチ３３をＯＮＩ、、差圧
比較器３ｏの出力をマイナスの信号として３５の加え合
せ点Ｂに送り、差圧比較器３ｏの信号を優先的に作用さ
せて回転数調節回路３６を制御する０差圧比較器３ｏは
すでに説明したように差圧セ／ザ２３の出力の絶対値が
一定値を越えたとき出力を発生するものであり、その出
力がマイナス信号として送風機１１の回転数調節回路３
６に加えられているため上記差圧センサ２３の出力は定
められた一定値を越えることがない。

すなわち空燃比も一定範囲内におさえられることになる
。

＜２ンの場合：燃料ガスの供給圧力が低下した場合は所
定の燃焼量を得るために特に弁開度を太きぐする必要が
あり所定の燃焼量を得る前に弁が全開状態となりそれ以
上燃焼量を増加することができなくなることがある。第
２図の実施例では磁気センサで構成された弁全開検出部
１４Ａがストッパと弁全開検出機能を兼ねており、弁全
開検出部１４Ａがストッパ動作を行ったとき弁が全開で
あり、弁全開検出回路３４が弁全開信号を発生するよう
になっている０その弁全開信号はスイッチ３３をＯＮし
、差圧比較器３０の出力をマイナスの信号として３５の
加え合せ点Ｂに送り、差圧比較器３０の信号を優先的に
作用させて回転数調節回路３６を制御し、送風機１１０
回転数を制限し、空燃比を一定範囲内におさえる。この
空燃比制御動に関しては（１）で述べた圧力制御弁１４
の駆動信号が最大値に達した場合と同じである。

発明の効果 すでに説明したように本発明の目的は燃焼量の定格値と
空燃比を正確に決定することおよび燃料ガスの供給圧力
が低下して正規のガス量を送ることができなくなった場
合にも空燃比が上昇するのを防ぎ正確に空燃比を決定す
ることであるＯこの実現手段の骨子は、燃料ガスと燃焼
用空気の圧力を発生する差圧比較器を設け、燃料ガス流
量を制御する圧力制御弁の駆動信号が最大値に達したと
きその駆動信号をリミッタで制限して燃焼量の定格を正
確に定めるとともに差圧比較器の出力により燃焼用空気
量を制限するようにして空燃比の上昇を防いで一定値に
保つようにし、または圧力制御弁が全開状態に達してそ
れ以上燃料ガス流量を増加することができない状態にな
ったときは弁が全開状態であることを検出してやはり前
記の差圧比較器の出力を用いて燃焼用空気量を制限する
ことである。すなわち本発明によって定格燃゛焼量とそ
の時の空燃比を正確に決定し、燃料ガス供給圧力の低下
等の理由により、を規の燃料ガス流量が得られない場合
にも空燃比を正確に一定値に保つ燃焼制御装置を実現す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の構成図、第２図は本発明の一実施例の構
成図である。 １１・・・・・・送風機（燃焼用°空気供給手段）、１
２・・・・・・空気絞り部、１３・・・・・・燃焼空気
通路、１４・・・・・・圧力制御弁（ガス量調節手段）
、１４Ａ・・・・・・弁全開検出部、１６・・・・・・
燃料ガス通路、１６・・・・・・ガス絞り部、１７・・
・・・・混合部、１９・・・・・・ノ（−す、２２・・
・・・・サーミスタ（温度検出器）、２３・・・・・・
差圧センサ、２６・・・・・・温度設定器、２７・・・
・・・温度調節回路、２９・・・・・・空燃比調節回路
、３ｏ・・・・・・差圧比較器、３１・・・・・・リミ
ッタ、３２・・・・・・最大値検出回路、３４・・・・
・・弁全開検出回路、３６・・・・・・回転数調節回路
（空気量調整手段）。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第　
１　＠ 準　２　因

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃焼用空気通路に燃焼用空気供給手段、空気量調節手段
   、空気絞り部を設け、燃料ガス通路に弁全開検出部を有
   するガス量調節手段、ガス絞り部を設け、空気絞り部と
   ガス絞り部の下流側を合流して混合部を構成するととも
   に、空気絞り部とガス絞り部の上流側の圧力差に応じて
   電気信号を発生する差圧センサ、前記燃料ガスを燃焼す
   るバーナによって加熱される被加熱流体の出口温度を検
   出する温度検出器、被加熱流体の出口温度を設定する温
   度設定器、温度検出器の信号と温度設定器の信号の信号
   の差を演算増巾して空気量調節手段を制御する温度調節
   回路、差圧センサの信号によって前記ガス量調節手段を
   駆動する空燃比調節回路、及びその駆動信号の最大値を
   検出する最大値検出回路、空燃比調節回路の駆動信号を
   制限するリミッタ、弁全開検出部が弁の全開を検出しだ
   とき出力を発生する弁全開検出回路、差圧センサの出力
   の絶対値が一定値を越えたとき出力を発生する差圧比較
   器を有し、前記譚度調節回路の信号で空気量調節手段を
   駆動し、空燃比調節回路でガス量調節手段を駆動して差
   圧センサの出力を一定値以下に保つようにし、空燃比調
   節回路の駆動信号が定められた最大値に達した場合リミ
   ッタにより駆動信号を強制的に制限するようにしかつ差
   圧比較器を温度調節回路に優先させて動作させることに
   より差圧センサの出力を一定値以下に保つようにすると
   ともに弁が全開に達した場合にも差圧比較器を温度調節
   回路に優先させて動作させることにより差圧センサの出
   力を一定値以下に保つようにしてなる燃焼制御装置。