JPS6360286B2

JPS6360286B2 -

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Publication number: JPS6360286B2
Application number: JP14587779A
Authority: JP
Priority date: 1979-11-09
Filing date: 1979-11-09
Publication date: 1988-11-24
Also published as: JPS5668719A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は石油、ガス等を燃料とする燃焼器にお
いて負荷の大きさに応じて負荷温度のヒステリシ
ス幅を制御する燃焼制御装置に関する。

従来の技術従来技術に関し、石油暖房機を例として説明す
る。

第１図は従来の強制吸排気式石油温風機の概略
構成図、第２図はその制御回路図である。第１図
において、１は温風機の外装であり、給排気ユニ
ツト２、バーナユニツト３、燃焼筒４、熱交換器
５、オイルタンク６、制御装置７等を収納してい
る。燃焼空気で、バーナモータ８により回転され
るフアン９，９′により吸気筒１０から吸気され
る。燃料（灯油）はオイルタンク６より、パルス
ポンプ１１によつてくみあげられ、給油管１２に
より、回転板１３に供給され霧化される。気化筒
１４には内部にシーズヒータ１５が埋め込まれて
おり、気化筒１４は灯油気化に十分な温度に予熱
されている。したがつて回転板１３により霧化さ
れた灯油は、気化筒１４により気化され、フアン
９，９′により供給される空気と混合し、バーナ
ヘツド１６より燃焼筒４におくられる。バーナヘ
ツド１６の出口側には点火電極１７が設けられ、
こゝで点火される。燃焼ガスは燃焼筒４から熱交
換器５を通り、排気筒１８より屋外に排気され
る。１９は燃焼検知用電極（フレームロツド）で
あり、火炎の有無によるイオン電流により、着
火、失火検知を行うためのものである。２０はバ
ーナサーモスイツチであり、気化ヒータ１５への
通電制御を行うものである。２１は熱交換器５の
温度が、所定の温度に達すれば、対流フアン２２
を駆動し、室内空気を対流させるためのスイツチ
である。この温風機の制御装置７は第２図に示し
た制御回路により構成される。

第２図において、２３，２４は商用電源端子で
ある。運転スイツチ２５を投入すると運転ランプ
２６が点灯し、気化ヒータ１５が通電される。気
化筒１４の温度が所定の温度に達すると、バーナ
サーモスイツチ２０が作動し、接点は２０ａから
２０ｂに切替わる。そしてリレー２７が励磁され
その接点２７ａが閉じ、リレー２７は自己保持す
る。同時に電源トランス２８は通電される。室温
（または吸込空気温度）は負荷温度検知器（サー
ミスタ）２９により検知され、暖房すべき温度で
あつたとき、電子制御部３０はリレー接点３１を
閉じ、バーナモータ８は通電され、プリパージが
開始される。一定時間のプリパージ後リレー接点
３２，３３が閉じられ、パルスポンプ１１の駆動
回路３４、点火装置３５が通電され、動作開始す
る。燃焼検知電極１９により着火が確認される
と、リレー接点３３は開となり、点火装置３５へ
の通電は停止される。室温（負荷温度）が上昇
し、設定された温度に達すると、リレー接点３
１，３２は開となり、燃焼は停止する。再び室温
が低下すると、前述と同様の点火、燃焼シーケン
スを実行する。なお、３６，３７，３８はそれぞ
れ電流ヒユーズ、温度ヒユーズ、震動消火スイツ
チである。

このように従来は一定の燃焼量で燃焼させ、負
荷温度（室温）が上昇すると燃焼を停止させるい
わゆる一定デイフアレンシヤルのオンオフ制御方
式であつた。

発明が解決しようとする問題点このように、オンオフ制御におけるデイフアレ
ンシヤルを一定にした制御方式の場合、次のよう
な問題点があつた。

すなわち、このデイフアレンシヤルが小さすぎ
るとオンオフ回数が極端に増加し機器の寿命を短
くしたり、点火、消火という過渡状態がひんぱん
に生じ排ガス特性が悪化するという不都合があつ
た。一方、デイフアレンシヤルが大きすぎると室
温のスイングが大きすぎて体感上好ましくないと
いう欠点があつた。

従つて、暖房負荷の大きさにかかわらず、平均
的な暖房負荷を想定した一定のデイフアレンシヤ
ルでオンオフ制御するようにしていたが特に暖房
負荷の大きい時は、この負荷の大きさのわりに室
温スイングが一定で体感としては好ましくなく感
じるのであつた。これは、負荷温度検知手段によ
り検知される負荷温度が実際の居住空間温度を検
知することが困難であり、かつ、暖房負荷が大き
い程、室の場所による室温分布が大きくなるため
である。

問題点を解決するための手段本発明は、上記問題点を解決するために、以下
に述べる構成により成るものである。

すなわち、バーナと、負荷の温度を検知する負
荷温度検知手段と、この負荷温度検知手段からの
信号により前記バーナの燃焼量を制御する燃焼量
制御手段と、この燃焼量制御手段を介し前記バー
ナの燃焼量を複数段に可変制御して負荷の温度を
所定値に制御する主制御部とを備え、この主制御
部は前記バーナを有する機器の電源を投入した時
点から、室温が設定温度に到達するまでの間にお
ける任意の検出温度を設定し、前記電源の投入し
た時点から前記検出温度に到達するまでに要す時
間によつて前記負荷の大きさを判定し、前記複数
段に可変制御される前記バーナの燃焼量の各段ご
との負荷温度ヒステリシス幅を負荷が大きいほど
小さく制御するものである。

作用上記構成により、本発明の燃焼制御装置は、暖
房負荷の大きさなどの負荷の大きさに応じて、燃
焼停止と燃焼状態との温度差などのいわゆる段階
制御におけるヒステリシス幅を自動的に変化し、
負荷の大きさに応じた温度差で燃焼のオンオフあ
るいはハイローなどの段階制御を行い、負荷の平
均温度を制御するものである。

実施例以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明
する。

第３図は本発明の一実施例のブロツク図であ
る。図において、第１図および第２図と同番号は
同部材を示し、３９は暖房室である。

温風機１の吸込空気の温度は、室温検知器（サ
ーミスタ）２９より増幅器４０に送られる。一
方、４１は温度設定器であり、前記増幅器４０か
らの室温信号と温度設定器４１からの設定温度信
号はそれぞれ比較器４２，４３に送られる。４４
は複数個の基準信号を、主制御部４５の指令によ
り発生するデコード用基準信号発生器であり、主
制御部４５は前記基準信号発生器４４に指令を出
すと共に比較器４２，４３の出力を入力として読
みとり、室温および設定温度をデコードする。

すなわち、第４図に示すように、前記温度設定
信号と室温信号と電圧信号として比較器に入力し
V〓〜V_oのｎ個の基準電圧V_refを基準信号発生器
４４によつて発生させ、前記両温度をT〓〜T_oの
温度にデコードするものである。デコードの結
果、第５図ａ〜ｃに示すように、設定温度T_sよ
り室温T_rppnが低い場合、図におけるT_A又はT_Bの
点で燃焼量ｑをｏからq₁、またはq₁からq₂（q₂＞
q₁）に変化させる。

また、燃焼の結果室温T_rppnが上昇して、T_Sま
たはT_Aに達すると燃焼量を、q₁からｏ、または
q₂からq₁に変化させ、いわゆる、Hi−Lo−OFF
制御、すなわち段階制御を実行するものである。

ここで、同図ａに示した温度のデイフアレンシ
ヤル（T_S−T_A）あるいは（T_A−T_B）は、同図ｂ
およびｃのように部屋の大きさに応じて（T_S−
T_A′）、（T_A′−T_B′）あるいは（T_S−T_A″）、
（T_A″−T_B″）のように変化するよう構成されてい
る。

すなわち、負荷（暖房負荷）の大きさが中負荷
の場合、同図ａのように（T_S−T_A）および（T_A
−T_B）のデイフアレンシヤルで温度制御される
が、負荷が大きく、高負荷状態になると同図ｂの
ようにデイフアレンシヤルが（T_S−T_A′）、
（T_A′−T_B′）のように小さくなり、室温の脈動間
隔を短かくしてきめ細かな制御を行い、快適性の
低下を防止している。

一方、暖房負荷が小さく、低負荷時において
は、同図ｃのように、あまり体感上支障の生じな
い程度にデイフアレンシヤルを大きくして（T_S
−T_A″）、（T_A″−T_B″）とし、燃焼の断続や燃焼量
切替の回数が極度にひんぱんになり、暖房の快適
性がかえつて低下したり、機器の寿命の低下や過
渡現象がひんぱんに生じることによる燃焼特性の
低下が生じたりするのを防止しているのである。

部屋の暖房負荷の大きさは、以下のようにして
判別するよう構成されている。

すなわち、第６図に示す様に機器を動作させた
時点から、室温が一定温度差（Tx−Tr）だけ上
昇するまでの時間（立上り時間）を測定し、この
時間t₁を部屋の大きさ、すなわち、暖房負荷の大
きさを表わすパラメータとして用いるのである。

この立上り時間t₁と、デイフアレンシヤル（T_S
−T_A）の大きさとの相関関係を第７図に示すよ
うに設定し、この相関データに基づいて主制御部
４５により、デイフアレンシヤルの幅を変化させ
るものである。

なお、立上り時間t₁の計測は主制御部４５をマ
イクロコンピユータを用いた構成とすることによ
つて容易に実行することが可能であり、後述す
る。

また、第３図において、燃焼筒４に取付けられ
ている燃焼検知器１９により得られる火炎状態
（空燃比）に応じた信号は、比較器４７に送られ、
燃焼状態基準信号発生器４８の信号と比較される
ように、前記燃焼状態基準信号発生器４８は、第
８図に示したe₁、e₂なる燃焼状態基準信号と、前
記e₁、e₂に対して、一定レベル離れたしきい値
e_1H、e_2Hおよび前記e₁、e₂に対し前記しきい値
e_1H、e_2Hと異なる方向に一定レベル離れた第２し
きい値e_1L、e_2Lを、主制御部４５の指令により発
生する。したがつて主制御部４５は燃焼状態基準
信号ｅが前記e₁、またはe₂に対して、どれ程離れ
ているかを判定することができる。

今、室温が設定値よりも低く、強燃焼が必要で
あるとき、主制御部４５は吸排気ユニツト２の吸
気側に取付けられたダンパ装置４９により、燃焼
空気量を強燃焼用の空気量Q_Hにする。このとき
排気ガス中のCO₂濃度（空燃比）とｅの関係は第
８図中、Ｈの曲線となり、主制御部４５はｅを前
記e₁、e_1H、e_1Lにより、第９図ａのようにデコー
ドする。そしてｅが前記e₁、e_1H、e_1Lで区切られ
た領域のいずれにあるかによつて、燃焼供給量を
第９図ａに示したように、Δqだけ変化させる。

すなわち、ｅ＞e_1HのときΔq＝−Δq₂（減少） e_1H＞ｅ＞e₁のときΔq＝＋Δq₁（〃） e₁＞ｅ＞e_1LのときΔq＝＋Δq₁（増加） e_1H＞ｅのときΔq＝＋Δq₂（〃）のような燃料供給量の変化をさせ（増減させ）、
基準信号e₁に常に近付けるようにする。しきい値
e_1H、e_1Lは燃料供給量変化Δqの大きさを決定する
ためのしきい値であり、これは負帰還空燃比制御
系が安定に、しかもすばやく目標基準値e₁に収束
するために、設けたものである。すなわち、前記
との領域においては燃焼状態はそれ程大きな
乱れがなく、COの発生や気化室温度が低くなり
すぎることがない領域であるように、e_1H、e_1Lを
設定する。したがつて、この領域においては、
Δqは小さい値でよく、その時の燃料供給量の１
〜２％程度とし、基準信号e₁に近づけるように主
制御部４５は燃料供給装置であるパルスポンプ１
１を制御する。

また、室温がある程度高くなり、低燃焼量でよ
い場合は、主制御部４５はダンパ装置４９により
燃焼空気量Ｑを弱燃焼用空気量Q_Lとする。この
場合、（CO₂−ｅ）の関係は第８図Ｌの曲線のよ
うになり、燃焼状態基準信号発生器４８は、e₂な
る基準信号とe_2H、e_2Lなるしきい値信号を発生す
る。そして、前述の強燃焼時と同様に、第９図ｂ
に示すように燃料供給量を変化させ、燃焼状態検
知信号ｅがその基準値e₂に近づくように制御す
る。

この実施例では、しきい値が基準信号e₁又はe₂
に対し上下１つづつのしきい値e_1H、e_1Lおよび
e_2H、e_2Lしか設けていないが、これに限定される
ものではなく、より多くのしきい値を設けてもよ
い。

また強弱２段の燃焼量制御に関する実施例であ
るがこれより多くの段数にして同様の制御も実施
できる。さらに主制御部４５は燃焼状態検知信号
ｅにより、燃料供給装置であるパルスポンプ１１
を制御するように構成しているが、燃料を強弱に
固定し、燃焼空気供給装置である給排気ユニツト
２のバーナモータ８またはダンパ装置４９を制御
しても同様の効果を得る。

第３図において５０はスイツチ手段であり、５
１は記憶手段であつて、主制御部４５は燃料供給
量ｑを変化させる前に、前記スイツチ手段５０を
閉じてｑを変化させる前の燃焼状態検知信号ｅを
記憶する。前記ｑをΔqだけ変化させてから、一
定の時間後に主制御部４５は前記記憶されたｅと
Δq変化後の燃焼状態検知信号e′の差信号が差動
増幅器５２により比較増幅され、基準信号５３と
比較器５４により比較された結果として読みと
る。これは第８図の点Ｐで示すように制御しよう
とする点Ｓに対し、傾きが反対側にある場合、す
ばやく正常な点Ｓ側に燃焼状態をもどし、ススや
COの発生を少なくするために、空燃比に対する
燃焼状態検知信号ｅの傾きを検知する手段を構成
する。傾きが反対側であることを検知した場合、
主制御部４５は、燃料供給量を前記−Δq₂′、−
Δq₂に比べて大きく減少させるべく、パルスポン
プ１１を制御するよう構成されており、CO、ス
スの発生が激しい領域からすばやく脱出すること
ができる。

第１０図は本発明を実施した温風機を示す概略
構成断面図である。図において、第１図の相当物
の符号は一致する。燃焼状態検知器１９は火炎中
におかれたフレームロツドであり、火炎中のイオ
ン濃度を測定することにより、燃焼状態を検知す
る。７は前述の如き制御内容を実行する制御装置
である。また、４９はダンパ装置であつて、巻線
５５の通電々流により、プランジヤ５６が作動
し、空気通路５７の開口面積が変化し、その結
果、燃焼空気が変化する構成になつている。ま
た、２０は気化筒１４の温度検知用サーミスタで
ある。第１１図は、前記制御装置７の回路図であ
り、第２図、第３図、第１０図の相当物の符号は
一致する。図において、制御部５８は、主制御部
４５を含むものであり、室温検知器２９、温度設
定器４１の信号により燃焼量を強弱に制御し、室
温を設定された温度に制御すると共に、表示部４
６により、室温および設定温度、運転状態を表示
する。気化筒温度検知器２１の信号により制御部
５８はリレー接点５９ａを制御し、気化筒１４を
加熱するシーズヒータ１５に通電する。気化筒１
４が所定温度に達するとリレー接点６０ａが閉じ
られ、バーナモータ８に通電され、プリパージが
開始する。プリパージ終了後、リレー接点６１ａ
が閉じ、点火装置３５が動作し、プリイングニシ
ヨン後、制御部５８は、フオトカプラー６２に一
定のパルス幅の繰り返しパルス信号を送る。パル
ス信号は、トランジスタ６３により反転されてオ
ペアンプ６４に送られ、前記オペアンプ６４は、
前記一定のパルス幅の定電流をパルスポンプ１１
に供給すべく、パワートランジスタ６５、抵抗器
６６〜７０と共に定電流回路を形成している。７
１はダイオードブリツヂ、７２はコンデンサ、７
３はゼナーダイオード、７４はダイオード、７５
〜７９は抵抗器である。制御部５８は燃焼状態検
知器１９の信号により着火検知すると、２秒程度
のポストイングニシヨン後、リレー接点６１ａを
開き、点火装置３５の動作を停止する。その後、
燃焼状態検知信号を前述のようにデコードすると
共に、前記スイツチ手段５０、記憶手段５１など
より成る傾き検知部８０よりの傾き検知信号とに
より、前記フオトカプラ６２に供給するパルス信
号のパルス幅と繰返し周期を変化し、燃焼状態検
知信号が基準信号に近ずくように制御する。前記
パルス幅T₁と、繰返し周波数T₀の制御方法につ
いて説明する。第１２図はパルスポンプ１１に供
給される定電流パルスを示す波形図である。この
定電流パルスのパルスオン時間T₁とパルスオフ
時間T₂は、周期T₀＝T₁＋T₂でパルスポンプに供
給されるが、このT₁およびT₂は第１３図に示す
ようにデイジタル負帰還制御系により燃焼状態を
好ましい状態に保つべく制御される。

第１３図において燃焼状態検知器１９からの信
号ｅは、第８図、第９図にて説明したような形式
のデコーダ８１によりデコードされ、演算処理機
能を有する中央制御部８２に送られる。中央制御
部８２は前記オン時間タイマ８３、オフ時間タイ
マ８４の起動、停止、初期値設定、タイムアツプ
検出の機能を有し、前記デコーダ８１のデコード
結果により、第９図に示したような燃料供給量変
化Δqを得るべく、前記タイマ８３，８４の初期
値設定を行うものである。これは第１４図ａ，ｂ
に示すように、前記T₁、T₂の変化に対し、パル
スポンプ１１の燃料供給量ｑがほぼ直線的に変化
し、かつ電源電圧変動に対しても、あまり影響さ
れないようにすることができるためである。（例
えば電源電圧変動±15％に対し燃料供給量の変化
±３％〜４％以内）、なお、８５はタイムベース
発生器である。

このように前記タイマ８３，８４の初基値設
定、起動、タイムアツプ検出を行ないつつ中央制
御部８２は定電流発生器８６に対し、前記T₁に
従つてパルス信号を送りパルスポンプ１１を駆動
するものである。したがつてパルスポンプ１１は
そのオン時間T₁、オフ時間T₂をｅにより第９図
の如き結果を得られるように中央制御部８２によ
り制御され燃焼部４での燃焼状態は、極めて安定
なものとなる。

パルスポンプのオン時間T₁とくり返し周波数
T₀＝T₁＋T₂は中央制御部８２により、第１５図
に示すような領域内で制御される。すなわち、 T₀max≧T₀≧T₀min T₁max≧T₁ を満たすように制御されている。即ちT₁および
T₀は中央制御部内の固定メモリに記憶された
T₀max、T₀min、T₁maxと常に比較されている
ものである。T₀がT₀max、T₀minによつて範囲
を規制されているのは、パルスポンプの動作安定
性、火炎の脈動を防止するためであり、T₁max
は異常時においても燃料供給料ｑが過大になり重
大な事結をひき起さないためであり、これにより
パルスポンプの異常時においても機器を停止さ
せ、安全性を確保することが出来る。また、
T₀max、T₀minをこえる場合はT₁をそれまでよ
り大きくし、かつT₀をT₀typにすることにより燃
料供給量を大きくしていくことができる。

次に第１３図により暖房負荷に応じてデイフア
レンシヤルを制御し、快適暖房を実現するシステ
ムを説明する。室温検出器２９は温風機に内設さ
れその吸気温度を検知し、温度検出回路４０にそ
の信号を送る。前記温度検出回路４０の信号と温
度設定器４１の信号はデコーダ８７によりデコー
ドされて演算処理およびメモリ機能を有する中央
制御部８２に送られる。前記メモリ部には前述の
負荷の大きさを表わす立上り時間と最適デイフア
レンシヤルとのデータが記憶されている。また、
中央制御部８２は立上り時間カウンタ８８の起
動、停止、タイムアツプ検出を、デコード８７か
らの温度信号に応じて行ない、前述した立上り時
間t₁の検出を行つてその暖房負荷における最適デ
イフアレンシヤルを決定するのである。

発明の効果以上に述べたように本発明は、オンオフ制御、
あるいはHi−Lo制御などの段階制御における温
度デイフアレンシヤルの幅を、負荷の大きさに応
じて変化させる構成であるので、暖房などの負荷の大きさに応じたデイフアレ
ンシヤルで燃焼のオン、オフ又はHi−Loなど
の制御を行うことができ、負荷の大きさの変化
による実質的な負荷温度の脈動の増大を防止す
ることができる。

負荷の大きさが小さくなりすぎた場合に於る
燃焼のオンオフ回数が極端に増大し、機器の寿
命が短くなつたり、燃焼過渡状態がひんぱんに
発生することによる燃焼特性の低下が生じたり
するのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の燃焼制御装置の一例を示す構成
図、第２図は同燃焼制御装置の制御回路図、第３
図は本発明の燃焼制御装置の一実施例を示す温風
暖房機のブロツク図、第４図は同温風暖房機にお
けるＡ／Ｄ変換図、第５図ａ，ｂ，ｃは温度デイ
フアレンシヤル制御説明図、第６図は負荷の大き
さを決める方法の説明図、第７図は負荷とデイフ
アレンシヤルの相関を示す説明図、第８図は同実
施例の燃焼状態検知方法の説明図、第９図ａ，ｂ
は同実施例の燃焼状態検知信号と燃料供給量制御
の説明図、第１０図は同温風暖房機の構造図、第
１１図は同温風暖房機の制御回路図、第１２図は
パルスポンプ動作説明図、第１３図は同温風暖房
機における制御部のブロツク図、第１４図ａ，ｂ
はパルスポンプの動作と燃料供給量の説明図、第
１５図はパルスポンプの動作範囲の説明図であ
る。３……バーナユニツト（バーナ）、５……熱交
換器、１１……パルスポンプ（燃料供給手段）、
１９……燃焼検知用電極（燃焼状態検知手段）、
２９……室温検出器、４０……温度検出回路（２
９，４０は負荷温度検知手段）、４５……主制御
部（論理制御部）、４９……ダンパ装置（燃焼空
気調節装置）、５８……制御部（燃焼空気量調節
装置を制御する手段を含む）。

Claims

【特許請求の範囲】

１バーナと、負荷の温度を検知する負荷温度検
知手段と、この負荷温度検出手段からの信号によ
り前記バーナの燃焼量を制御する燃焼量制御手段
と、この燃焼量制御手段を介し前記バーナの燃焼
量を複数段に可変制御して負荷の温度を所定値に
制御する主制御部とを備え、この主制御部は前記
バーナを有する機器の電源を投入した時点から、
室温が設定温度に到達するまでの間における任意
の検出温度を設定し、前記電源の投入した時点か
ら前記検出温度に到達するまでに要する時間によ
つて前記負荷の大きさを判定し、前記複数段に可
変制御される前記バーナの燃焼量の各段ごとの負
荷温度ヒステリシス幅を負荷が大きいほど小さく
制御する燃焼制御装置。