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技術 燃焼制御装置

出願人 パナソニック株式会社
発明者 植田順一竹下志郎富田英夫
出願日 1995年10月24日 (25年1ヶ月経過) 出願番号 1995-275326
公開日 1997年5月2日 (23年6ヶ月経過) 公開番号 1997-112889
状態 特許登録済
技術分野 燃焼システム
主要キーワード 設定値更新 ハニカム格子 給排気経路 燃料調整器 排気ガス路 燃焼センサ ゴミ詰まり 制御設定値
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1997年5月2日)のものです。
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図面 (11)

課題

A/F制御の設定値の最適化を図り、高安全性を満足した燃焼制御装置を提供する。

解決手段

炎口体9と、燃料調節器4と、燃焼空気を送る燃焼ファン6と、排気ガスCO濃度を検出するCOセンサ14と、制御器15とからなり、ガス種の成分に変動があった場合等に、不完全燃焼を発生することなく、最適なA/F設定を行うことができる。

概要

背景

従来この種の燃料制御装置は、特開平5−215329号公報に示すようなものが一般的であった。以下、その構成について図9、図10を参照にしながら説明する。バーナ1に供給される燃料を、ファン2の回転により取入れた空気を利用して燃焼させる燃焼装置燃焼制御方法において、排気ガス排気側燃焼状態を検出する燃焼センサ3を設けておくとともに、燃料の供給量に対応させて燃焼状態の基準レベルを設定しておき、燃焼センサ3によって検出される検出レベルがその燃焼供給量に対応する基準レベルを異常側に超えたときに検出レベルを正常側に戻す方向にファン回転数増減制御するようになっていた。

概要

A/F制御の設定値の最適化を図り、高安全性を満足した燃焼制御装置を提供する。

炎口体9と、燃料調節器4と、燃焼空気を送る燃焼ファン6と、排気ガスのCO濃度を検出するCOセンサ14と、制御器15とからなり、ガス種の成分に変動があった場合等に、不完全燃焼を発生することなく、最適なA/F設定を行うことができる。

目的

本発明は上記従来の課題を解決し、器具仕様、例えば供給されるガス種が変更された場合やガス種の成分に変動があった場合等に、不完全燃焼を発生することなく、供給されるガスに最適なA/F設定を行う燃焼制御装置を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

炎口体の上流側に位置し燃料と空気を混合する混合室と、燃料を調節する燃料調節器と、前記燃料調節器に連結し前記混合室に臨む燃料ノズルと、前記混合室に臨み燃焼空気を送る燃焼ファンと、前記炎口体の下流側に前記炎口体からの排気ガスCO濃度を検出するCOセンサと、前記COセンサからの出力に基づき前記燃料調節器と前記燃焼ファンを制御する制御器とからなり、前記制御器は標準となるガス種に対応した燃焼ファンの送風量と燃料供給量初期設定としてあたえられA/F制御すると共に、CO濃度の検出を行い、CO濃度が所定値より低い場合には、送風量を低減してCO濃度の増減を検出し、増加した場合はCO濃度の所定値に達するまで送風量を低減し、下限送風量を記録し、前記下限送風量にあらかじめ設定した調整送風量を加算した送風量を通常のA/F制御の設定値とすると共に、前記CO濃度の増減の検出値が減少した場合はCO濃度の所定値に達するまで送風量を増加し、上限送風量を記録し、前記上限送風量にあらかじめ設定した調整送風量を減算した送風量を通常のA/F制御の設定値とする燃焼制御装置

請求項2

調整送風量、下限送風量、上限送風量を所定期間で平均化する平均化回路を設け、この平均化回路で送風量を算出し、A/F制御の設定値にした請求項1記載の燃焼制御装置。

請求項3

風量センサを燃焼ファン吹出口、または燃焼ファン吸入口に設けてその出力を制御器へ入力するようにした請求項1または2記載の燃焼制御装置。

請求項4

炎口体の下流側に酸素センサを設けてその出力を制御器へ入力するようにした請求項1、2または3記載の燃焼制御装置。

請求項5

炎口体の下流側に複数の排気ガス取入口を、燃焼ファンの吸入口に排出口をもつ排気ガス再循環路を設け、前記排気ガス再循環中にCOセンサを配した請求項1、2、3または4記載の燃焼制御装置。

請求項6

制御器の制御動作器具試運転時にのみ作動させる試運転回路を設けた請求項1、2、3、4または5記載の燃焼制御装置。

技術分野

0001

本発明はガス石油等の燃料燃焼させて水や空気等を加熱するバーナ装置に関し、詳しくは前記バーナ装置からの排気ガスに対する成分検出に基づきA/F制御を行う燃焼制御装置に関するものである。

背景技術

0002

従来この種の燃料制御装置は、特開平5−215329号公報に示すようなものが一般的であった。以下、その構成について図9図10を参照にしながら説明する。バーナ1に供給される燃料を、ファン2の回転により取入れた空気を利用して燃焼させる燃焼装置燃焼制御方法において、排気ガスの排気側燃焼状態を検出する燃焼センサ3を設けておくとともに、燃料の供給量に対応させて燃焼状態の基準レベルを設定しておき、燃焼センサ3によって検出される検出レベルがその燃焼供給量に対応する基準レベルを異常側に超えたときに検出レベルを正常側に戻す方向にファン回転数増減制御するようになっていた。

発明が解決しようとする課題

0003

しかしながら、従来の燃焼制御装置では、器具仕様、例えば供給するガス種があらかじめ工場出荷段階で設定された使用状況下の範囲では、有風等の外乱に対してA/F設定が良好な燃焼設定域から離脱したことをCOセンサ等で検出しファン回転数を補正することで最適な燃焼状態にできるが、供給されるガス種が器具にあらかじめ工場出荷段階で設定されたものと違う場合やガス種の成分に変動があった場合には、初期のA/F設定より良好な燃焼設定域にファン回転数を補正していたのでは、補正に時間がかかり、その間不完全燃焼をおこしたり、あるいはファン回転数の補正が正常に作動しない等の課題を有していた。

0004

本発明は上記従来の課題を解決し、器具の仕様、例えば供給されるガス種が変更された場合やガス種の成分に変動があった場合等に、不完全燃焼を発生することなく、供給されるガスに最適なA/F設定を行う燃焼制御装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0005

本発明は上記課題を解決するため、炎口体の上流側に位置し燃料と空気を混合する混合室と、燃料を調節する燃料調節器と、前記燃料調節器に連結し前記混合室に臨む燃料ノズルと、前記混合室に臨み燃焼空気を送る燃焼ファンと、炎口体の下流側に炎口体からの排気ガスのCO濃度を検出するCOセンサと、前記COセンサからの出力に基づき燃料調節器と燃焼ファンを制御する制御器とからなる。そしてこの制御器は標準仕様、例えば標準となるガス種に対応した燃焼ファンの送風量と燃料供給量初期設定としてあたえられA/F制御すると共に、CO濃度の検出を行い、CO濃度が所定値より低い場合には、送風量を低減しCO濃度の増減を検出し、増加した場合はCO濃度の所定値に達するまで送風量を低減し、下限送風量を記録し、前記下限送風量にあらかじめ設定した調整送風量を加算した送風量を通常のA/F制御の設定とするとともに、CO濃度の増減の検出値が減少した場合はCO濃度の所定値に達するまで送風量を増加し、上限送風量を記録し、上限送風量にあらかじめ設定した調整送風量を減算した送風量を通常のA/F制御の設定値とするものである。

0006

また、送風量の検知精度を向上させるため、調整送風量、下限送風量、上限送風量を所定期間で平均化する平均化回路を設け、この平均化回路で送風量を算出し、A/F制御の設定値にしている。

0007

また、送風量の検知精度を向上させるため、風量センサを燃焼ファン吹出口、または燃焼ファン吸入口に設けてその出力を制御器に入力するようにしてある。

0008

また、排気ガス中の酸素濃度により排気ガスの空気過剰率を求め、送風量の検知精度を向上させるため、炎口体の下流側に酸素センサを設けてその出力を制御器に入力するようにしてある。

0009

また、排気ガス中のCO濃度検出精度を向上させるため、炎口体の下流側に複数の排気ガス取入口を、燃焼ファンの吸入口に排出口をもつ排気ガス再循環路を設け、この排気ガス再循環路中にCOセンサを設けてある。

0010

さらに、ガス種の検定を器具設置時や定期的にのみ行うため、試運転回路を設けてある。

発明を実施するための最良の形態

0011

本発明の燃焼制御装置は上記した構成によって、燃料調節器で調整され燃料ノズルから噴出した燃料と燃焼空気を送る燃焼ファンから吐出した空気を混合室において混合した後、炎口体に供給し、炎口体下流において点火し燃焼させ、炎口体下流側に設置したCOセンサにより排気ガス中のCO濃度が検出される。制御器は標準となるガス種に対応した燃焼ファンの送風量と燃料供給量を初期設定としてあたえられ、燃焼ファンと燃料調節器をA/F制御するとともに、COセンサによって検出される検出レベルが所定値より低い場合には、送風量を低減しCO濃度の増減を検出する。CO濃度が増加した場合はCO濃度が所定値に達するまで送風量を低減し、下限送風量を記録し、下限送風量にあらかじめ設定した調整送風量を加算した送風量を初期設定のA/F制御の設定値から変更し新しい通常のA/F制御の設定値とするので、燃焼状態を空気不足側の不完全燃焼から調整送風量分、余裕を持った状態で燃焼させることができる。CO濃度が減少した場合にもCO濃度の所定値に達するまで送風量を増加し、上限送風量を記録し、上限送風量にあらかじめ設定した調整送風量を減算した送風量を初期設定のA/F制御の設定値から変更し新しい通常のA/F制御の設定値とするので、燃焼状態を空気過剰側の不完全燃焼から調整送風量分、余裕を持った状態で燃焼させることができる。

0012

また、平均化回路により、調整送風量、下限送風量、上限送風量を所定期間で平均化した後、送風量を算出するので、有風等の外乱による送風量のばらつきを少なくすることができる。

0013

また、風量センサで燃焼空気の供給量を検知することができるため、燃焼ファン回転数で送風量を推定算出するのに比べ、送風量を正確に検出でき、A/F制御の設定値精度を向上させることが出来る。

0014

また、炎口体の下流側に設けた酸素センサによって排気ガス中の酸素濃度を検出し、排気ガスの空気過剰率を算出するので、燃焼状態、送風量を正確に検出でき、A/F制御の設定値精度を向上させることが出来る。

0015

また、複数の排気ガス取入口は燃焼室内のCO濃度分布を平均化して排気ガスを吸引し、その排気ガスは排気ガス再循環路中のCOセンサを経由して燃焼ファンに吸引されるので、COセンサの検出値は精度の高いものとなる。

0016

さらに、試運転回路を備えることで、器具の試運転時やガス種変更時にのみ上記A/F制御の設定値を更新することができ、上記A/F制御の設定値算出を行う時に生ずる燃焼量を固定することによる湯温制御への不具合等を解決できる。

0017

以下、本発明の第1の実施例を図1図2および図3を参照しながら説明する。図1は本発明の第1の実施の形態の燃焼制御装置の構成図であり、燃料調整器4で調整され燃料ノズル5から噴出した燃料と、燃焼空気を送る燃焼ファン6から吐出した空気を、混合室7で混合した後、ハニカム格子8で整流し、炎口体9に供給する。混合気は燃焼室10内で燃焼した後、熱交換器11、排気ガス路12を通過して排気口13より排出される。COセンサ14は排気ガス路12内に付設してある。さらに、制御器15により、燃料調節器4と燃焼ファン6を制御し炎口体9下流において点火し、火炎を形成し、安定な燃焼を維持する。

0018

ここで、燃焼制御装置における制御器15の運転動作について図2図3により説明する。運転を開始した燃焼制御装置は、A/F制御設定値をあらかじめ設定された標準仕様、例えば標準ガスに対応した初期設定値としてA/F制御を開始する。ここでいうA/F制御設定値とは送風量と燃焼量であり、送風量は燃焼ファン6のファン回転数、燃焼量は燃料調整器4の開度となる。

0019

A/F制御開始後、COセンサ14による排気ガス中のCO濃度検出を行い、検出値とCO発生許容値である所定値との比較を行う。検出値が所定値より大きい場合はなんらかの要因で不完全燃焼を発生しているものとして運転を停止し、機器の異常を表示、警報する。検出値が所定値より小さい場合は送風量を低減しCO濃度の増減を検出する。CO濃度が増加する場合は図3(a)のようにCO濃度検出値がCO発生許容値である所定値になるまで送風量を低減し、CO濃度検出値と所定値が等しくなる時の送風量を下限送風量として記録し、下限送風量に調整送風量を加算した送風値を新しいA/F制御設定値としてA/F制御を行う。調整送風量は使用する燃焼装置の燃焼性能よりあらかじめ決めておく値で、燃焼状態を空気不足側の不完全燃焼から、適切な余裕を持った状態で燃焼させることができるような値を選ぶ。CO濃度が減少する場合は図3(b)のようにCO濃度検出値がCO発生許容値である所定値になるまで送風量を増加し、CO濃度検出値と所定値が等しくなる時の送風量を上限送風量として記録し、上限送風量に調整送風量を減算した送風値を新しいA/F制御設定値としてA/F制御を行う。

0020

調整送風量は使用する燃焼装置の燃焼性能よりあらかじめ決めておく値で、燃焼状態を空気過剰の不完全燃焼から、適切な余裕を持った状態で燃焼させることができるような値を選ぶ。

0021

本発明の第1の実施例によれば、A/F制御設定値が器具の燃焼状態が最適な点に連続して設定されるため、器具に供給されるガス種が変更された場合やガス種の成分に変動があった場合、また器具の経年変化に伴う熱交換器11のフィン閉塞や燃焼ファン6の送風量減少等に対しても不完全燃焼を発生することなく、供給されるガスに最適なA/F設定を行うことができる。

0022

次に本発明の第2の実施の形態を図4を用いて説明する。第2の実施の形態において第1の実施の形態と相違する点は、平均化回路16を設けたことにある。平均化回路16は、調整送風量、下限送風量、上限送風量をあらかじめ最適と定めた所定期間で平均化した後、送風量を算出するもので、有風等の外乱による送風量のばらつきを少なくでき、A/F制御設定値の信頼性を向上させることができる。

0023

次に本発明の第3の実施の形態を図5を用いて説明する。第3の実施の形態において第1の実施の形態と相違する点は、風量センサ17を燃焼ファン6の吹出口、または燃焼ファン6の吸入口に設け、その出力を制御器15に入力するようにしたことである。風量センサ17は燃焼空気の供給量を直接検知することができるため、第1の実施の形態のように燃焼ファン回転数で送風量を推定算出するのに比べ、送風量を正確に検出でき、有風等の外乱による誤差をなくすことができ、A/F制御の設定値精度を向上させることができる。また、ファン回転数と送風量の関係を検定できるので送風量に対してファン回転数が漸次増加した場合には器具の給排気経路ゴミ詰まり等の異常が発生したことを検知することもでき、器具の故障予測、表示、警報等を行うことができる。

0024

次に本発明の第4の実施の形態を図6を用いて説明する。第4の実施の形態において第1の実施の形態と相違する点は、炎口体9の下流側に酸素センサ18を設け、その出力を制御器15に入力するようにした点にある。排気ガス中の酸素濃度を検出することによって、ガス種に関係なく排気ガスの空気過剰率を算出することで、第1の実施の形態のように燃焼ファン回転数で送風量を推定算出するのに比べ、送風量を正確に検出でき、有風等の外乱による誤差を少なくすることができ、A/F制御の設定値精度を向上させることができる。また、第3の実施の形態のように燃焼前の送風量を検定する場合に比べても、実際に燃焼した後の排気ガス成分より送風量を算出するので混合室7等で送風が洩れた場合にも燃焼に使用された送風量が正確に検出でき、かつ燃焼状態を直接監視することができ、器具を安全に制御することができる。

0025

次に本発明の第5の実施の形態を図7を用いて説明する。第5の実施の形態において第1の実施の形態と相違する点は、排気ガス路12内に複数の排気ガス取入口20を適切な間隔で設け排気ガス路12内のCO濃度分布を平均化して排気ガスを吸引し、その排気ガスが排気ガス再循環路21中に設けたCOセンサ22を経由して排出口23より燃焼ファン6に吸引される点にある。よって、全排気ガス中のCO濃度レベルにCOセンサの検知レベルをほぼ一致させることができるので、COセンサ22の検出値は精度の高いものとなり、その値を基に演算するA/F制御の設定値の信頼性を向上させる効果がある。また排気ガス再循環により炎口体9に形成される火炎のNOxを低減することもできる。

0026

最後に本発明の第6の実施の形態を図8を用いて説明する。第6の実施の形態において第1の実施の形態と相違する点は、試運転回路24を設けたことにある。本来A/F制御の設定値更新は器具の新設時や供給されるガス種の成分が変更になった場合や経年変化により各アクチュエータ初期状態から劣化し送風量・燃焼量が変化した場合等にのみ実施すれば良いものなので、通常運転時にはA/F制御の設定値変更は行わなくてもよい。よって試運転回路24により、器具の試運転時やガス種変更時や定期点検時にのみ上記A/F制御の設定値を更新することで平常時はA/F制御の設定値動作を行わないようにし、A/F制御や湯温制御等の他の制御を優先させることで制御器15の処理能力を有効利用できる。また、A/F制御の設定値算出を行う時にはA/F設定点である2点つまり最大燃焼量最小燃焼量の2点で燃焼量を固定して設定値を求めなければならないが、燃焼量固定時は湯温制御ができなくなる等の不具合を生ずる。しかしながら試運転の時にこれを行えば実際に使用している時ではないので湯温制御等を問題視しなくて良く、使い勝手が向上する。

発明の効果

0027

以上の説明から明らかのように本発明の燃焼制御装置によれば次の効果が得られる。

0028

(1)A/F制御の設定値が燃焼状態の最適な点に連続して設定されるため、器具に供給されるガス種が変更された場合やガス種の成分に変動があった場合、また器具の経年変化に伴う送風量減少等に対しても不完全燃焼を発生することなく、最適なA/F設定を行うことができる。

0029

(2)平均化回路は、調整送風量、下限送風量、上限送風量をあらかじめ最適と定めた所定期間で平均化した後、送風量を算出するので、有風等の外乱による送風量のばらつきを少なくでき、A/F制御設定値の信頼性を向上させることができる。

0030

(3)風量センサは燃焼空気の供給量を直接検知することができるため、燃焼ファン回転数で送風量を推定算出するのに比べ、送風量を正確に検出でき、有風等の外乱による誤差を無くすことができ、A/F制御の設定値精度を向上させることができる。また、ファン回転数と送風量の関係を検定できるので送風量に対してファン回転数が漸次増加した場合には器具の給排気経路にゴミ詰まり等の異常が発生したことを検知することもでき、器具の故障を予測、表示、警報等を行うことができる。

0031

(4)排気ガス中の酸素濃度を検出することによって、実際に燃焼した後の排気ガス成分より送風量を算出するので、送風が途中の経路で洩れた場合にも燃焼に使用された送風量を排気ガスの空気過剰率より算出することができ、よって送風量を正確に検出でき、A/F制御の設定値精度を向上させることができる。また、燃焼状態を直接監視することができ、器具を安全に制御することができる。

0032

(5)COセンサの位置を排気ガス再循環路に変えることで全排気ガス中のCO濃度レベルにCOセンサの検知レベルをほぼ一致させることができ、その値を基に演算するA/F制御の設定値の信頼性を向上させることができる。

0033

(6)試運転回路により、器具の試運転時やガス種変更時や定期点検時にのみA/F制御の設定値を更新することで、A/F制御や湯温制御等の他の制御を優先させ制御器の処理能力を有効利用することができる。また、A/F制御の設定を行う時に生ずる燃焼量を固定することによる湯温制御への不具合等を解決できる。

図面の簡単な説明

0034

図1本発明の第1の実施の形態における燃焼制御装置の構成図
図2同実施の形態における制御装置フロー
図3(a)同実施の形態における下限送風量、調整送風量、A/F設定を示す説明図
(b)同実施の形態における上限送風量、調整送風量、A/F設定を示す説明図
図4本発明の第2の実施の形態における燃焼制御装置の構成図
図5本発明の第3の実施の形態における燃焼制御装置の構成図
図6本発明の第4の実施の形態における燃焼制御装置の構成図
図7本発明の第5の実施の形態における燃焼制御装置の構成図
図8本発明の第6の実施の形態における燃焼制御装置の構成図
図9従来の燃焼制御装置を示す構成図
図10同燃焼制御装置のフロー図

--

0035

4燃料調節器
5燃料ノズル
6燃焼ファン
7混合室
9炎口体
14COセンサ
15制御器
16平均化回路
17風量センサ
18酸素センサ
20排気ガス取入口
21排気ガス再循環路
22 COセンサ
23 排出口
24試運転回路

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