JPS60122818A - ガス燃焼制御装置 - 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だめの、惜に家庭用機器に用いられ
る高負荷ガスバーナの燃焼制御装置に関する。

従来例の構成とその問題点 従来のこの種の高負荷ガスバーナの燃焼制御装置として
第１図に示す均圧弁方式がよく知られている。

第１図において、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へ導かれ混合ガスはバーナ６で
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はその出口ガ
ス圧ＰＧをＦＡとほぼ等しく調節する。

以上の構成において送風機１の回転数を調節して空気量
を増減するとＰＡの圧力が変化し、均圧弁４はＰＧをＰ
Ａとほぼ等しく保つ、従って、空気絞り２とガス絞り５
のそれぞれに加わる圧力差が常に等しくなり空気絞シ２
とガス絞りのそれぞれの流量係数で決まる一定の空燃比
に保たれる。

しかし均圧弁４はＰＡとＰＧの圧力差を受けて機械式弁
を動かす構造のため、操作力を得るだめには必ず差圧が
必要であり、ＰＡとＰＧを完全に一致させることはでき
ない。さらにガス供給圧力の変化、均圧弁構成部品の経
時変化等の影響もあり高精度化は難しい。高精度化のた
めには、均圧弁４を大型化して受圧面積を大きくすれば
良いが、機器の大型化、コスト上昇を招き、家庭用機器
には適用できない。

また燃焼量変更時、空気量の変化が生じて圧力差が生じ
てからガス量を変化させる動作が始まるため急激な変化
に応答できず、過渡的な空燃比の変化が大きい。また前
述の均圧弁大型化による高精度化は、均圧弁可動部の質
量を増すことになりさらに応答を遅くするごとになり、
高精度化と高速応答性は相反するものであった。

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空燃比調節精度を高めると
ともに、燃焼量調節、空燃比調節の応答を高め過渡安定
性のすぐれたガス燃焼制御筆筒を提供するものである。

発明の構成 この目的を達成するために本発明は空気通路に送風機と
空気量調節手段と空気絞りとを、ガス通路にガス量調節
手段とガス絞りを設け、空気絞りの下流とガス絞りの下
流を合流する混合部と、空気絞りの上流とガス絞りの上
流との圧力がそれぞれ導かれた差圧検出器と、バーナの
負荷に応じて燃焼量調節信号を算出する燃焼量演算回路
と、燃焼量調節信号を遅延してガス量調節手段を駆動す
るガス遅延駆動回路と、燃焼量調節信号より必要空気量
信号を算出する空気量演算回路と、差圧検出器の差圧信
号を積分要素を含んで演算し空気量補正信号を算出する
空気量補正演算回路と、必要空気量信号々空気量補正信
号とを加算して空気量調節手段を駆動する空気量調節回
路とで構成したものである。

この構成によって、バーナの負荷に応じてガス量調節信
号が急変すると、燃焼量調節信号により算出された必要
空気量信号によってまず空気量調節手段が駆動され空気
量調節手段の応答速度で変化を始める。ガス量調節手段
はガス量遅延駆動回路により燃焼量調節信号の変化から
遅れて駆動され、ガス量は空気量が目的値に達するか、
あるいはその途中で変化する。その後、差圧信号が積分
演算された空気量補正信号が空気量調節回路に加算され
空気絞りの上流とガス絞りの上流との圧力差がなくなる
まで空気量が補正され空燃比を一定に保つよう作用する
。

実施例の説明 以下本発明の一実施例を第２図、第３図、第４図を用い
て説明する。

第２図において、空気通路には送風機１とその下流に空
気絞り２が、ガス通路にはガス比例制御弁８とその下流
にはガス絞り５が、空気絞り２とガス絞り５の下流に空
気とガスを混合する混合部３が設けられ混合部３にはバ
ーナ６が接続される。

空気絞り２の上流の圧力ＰＡとガス絞り５の＝上流の圧
力ＰＧはそれぞれ差圧検出器９に導かれる。

被加熱体である水を加熱する熱交換器１ｏの出口く温度
検出器が設けられその温度信号は温度設定回路１２の温
度設定信号１３と比較へれ、その差が燃焼量演算回路１
４に入力されその出力すなわち燃焼量調節信号１５はガ
ス量遅延駆動回路１６および空気量演算回路１７に入力
される。ガス量遅延駆動回路１６は燃焼量調節信号を一
定時間遅延させる信号遅延回路１８と信号遅延回路１８
の出力信号すなわちガス比例弁駆動信号１９を増幅して
ガス比例制御弁８を駆動する駆動回路２ｏとからなる。

信号遅延回路１８はＢＢＤ素子（バケットプリブードデ
ィバイス）を用いたものや、マイクロコンピューターの
ソフトウェアで構成したものでも実現でき信号波形を変
えずに一定時間だけ遅延させるものである。

一方、差圧検出器９の差圧信号２１は積分演算を含む空
気量補正演算回路２２に入りその出力すなわち空気量補
正信号２３は空気量演算回路１７の出力すなわち必要空
気量信号２４とが空気量調節回路２５に導かれその出力
信号すなわち回転数設定信号２６が回転数調節回路２７
に入力され、回転数調節回路２７はその入力信号に比例
して送風機１の回転数を調節するもので回転数調節回路
２６と送風機１とで空気量調節手段を構成している。

」二記の構成において、温度検出器１１の温度信号は温
度設定信号１３と比較されその差が燃焼量演算回路１４
でＰＩＤ演算され、必要燃焼量を与える燃焼量調節信号
１５が得られる。燃焼量調節信号１５はガス量遅延駆動
回蕗１６に導かれ、信号遅延回路１８で一定時間だけ燃
焼量調節信号１５を遅らせて駆動回路１９に伝える。駆
動回路２０はガス比例弁駆動信号１９を増幅してガス比
例制御弁８の電磁コイルに電流を供給してガス量すなわ
ち燃焼量を制御する。

一方、燃焼量調節信号１５は空気量演算回路１７にも導
かれここで一定比率で増幅又は分圧されて、燃焼量調節
信号１５に比例した必要空気量信号２４を得る。必要空
気量信号２４は差圧信号２１を積分演算した空気量補正
信号２３と、空気量調節回路２５で加算され回転数調節
回路２７への回転数設定信号２６が得られる。回転数調
節回路２７は回転数設定信号２６に応じて送風機１の回
転数を調節することにより空気量を制御する。

第３図において、２８は燃焼量調節信号１５の、２９は
ガス比例弁駆動信号１９の、３０は回転数設定信号２６
の、３１は差圧信号２１のそれぞれ横軸時間に対する変
化を表わしだものである。いま時刻Ｔ１で燃焼量調節信
号１５が点３２から点３３に急変すると、必要空気量信
号２４は同時に変化するため回転数設定信号２６は同じ
くＴ１で点３４から点３５まで変化する。回転数調節回
路２７は直ちに送風機１のモーフへの供給電圧を増やし
て回転数を増加させようとするが送風機１には慣性があ
り急激にはその回転数は増加しない。

同図３６は送風機の回転数の時間に対する変化を示すも
ので時刻Ｔ１から緩やかに増加する。空気量は空気通路
の抵抗変化がなければ、はぼ送風機１の回転数に比例す
る。一方、信号遅延回路１８を経たガス比例弁駆動信号
１９は時刻Ｔ２で点３７から点３８まで変化する。ガス
比例制御弁８は大きな慣性を持たないため、送風機１に
比べてきわめて速い応答性を持っておりガス比例弁駆動
信号１９とほぼ同じ速度でガス量が変化する。この間の
差圧信号２１の変化をみると、時刻Ｔ１からＴ２までは
ガス量の変化がなく空気量だけ増加しているので正方向
の差圧信号が発生する。この間空燃比は目標の値よりも
空気過料となる。時刻Ｔ２で空気量が目標値に達しない
時にガス量が目標値まで変化するため空燃比は空気不足
となり差圧信号２１は負の値となる。Ｔ２以後、送風機
１の回転数が目標値に近づくとともに、差圧信号２１を
積分した空気量補正信号２３が回転＆設定信号２６に加
算されて送風機１の回転数を補正し差圧信号２１が零に
なって安定し、空燃比は目標値に保たれる。第４図３９
は比較のために信号遅延回路１８を使用せずに燃焼量調
節信号１５でガス比例制御弁８を駆動したときの差圧信
号の変化を示したもので、時刻Ｔ１でガス量が急変し、
空気量は急激に変化できないので大きな負方向の差圧が
発生する。このことは空燃比が空気不足方向に大きくず
れることを意味しバーナ６の燃焼性を悪くする。特に空
ダ不足になるとススやＣＯ２が発生しやすくなる。本実
施例では前述のようにガス量の変化を遅らせたため空燃
比の変化は小さく抑えられる。遅延時間（Ｔ２−ＴＩ）
を送風機の立上り時定数付近に選べば空燃比の変化は最
小に抑えられることになる。以上ガス量急増時の動作を
説明したが、急減時にも方向が逆で同様の動作となる。

以上の作用で燃焼量の急変時に信号遅延回路１８により
ガス比例制御弁８への操作を遅らせるとともに空気量演
算回路１７を経て回転数調節回路２７へ燃焼量の変化を
直ちに伝えて送風機１の操作を行えるため、送風機の応
答遅れを補正して空燃比の変動を小さく抑えることがで
きる。さらに差圧検出器９と積分要素を含んだ空気量補
正回路２２によりＰＧとＰＡが等しくなるまで送風機１
の回転数を補正するため、ガス比例制御弁８の電流対ガ
ス量特性や送風機１の回転数対空気量特性の非直線性や
バラツキ、空気通路の抵抗変化等を吸収して空燃比を一
定に保つ効果がある。

発明の効果 以上のように本発明のガス燃焼制御装置によれば次の効
果が得られる。

空気通路に設けた送風機と空気量調節手段と空気絞りと
、ガス通路に設けたガス量調節手段とガス絞りと、前記
空気絞りとガス絞りのそれぞれの上流の圧力の差を検出
する差圧検出器さ、負荷に応じた燃焼量調節信号を算出
する燃焼量演算回路と、前記燃焼量調節信号より必要空
気量を算出する空気量演算回路と、前記差圧検出器の差
圧信号を空気量補正演算回路で演算して得られた空気量
補正信号とを加算して空気量調節手段を駆動する空気量
調節回路と、前記燃焼量調節信号を一定時間遅延させて
ガス量調節手段を駆動するガス量遅延駆動回路とで構成
したので、 （１）燃焼量調節信号の急変時に、ガス量調節手段への
操作を一定時間遅らせるとともに、空気量演算回路によ
り差圧検出器からのフィードバックを待たずに空気量調
節手段の補正操作が行われ応答ρ遅い空気量調節手段を
、応答の速いガス量調節手段に先行して操作するよう作
用し、過渡的な空燃比の変動を小さく抑える効果がある
。特に空気不足でススやＣ０２の発生を抑えることがで
きも（２）差圧検出器と積分要素を含んだ空気量補正演
算回路により、空気絞りの上流とガス絞りの上流との圧
力差が零になるまで空気量調節手段を補正するよう作用
しガス量調節手段や空気量調節手段の制御特性の非直線
性やドリフト、さらには空気通路の抵抗変化等を吸収し
て定常時の空燃比を高精度に保ち、燃焼の安定性、高効
率を確保実る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のガス燃焼制御装置の構成図、第２図は本
発明のガス燃焼制御装置の一実施例を示す構成図、第３
図は第２図の実施例の動作を説明する各信号の時間に対
する変化を示す特性図である。 １・・・・・・送風機、２・・・・・・空気絞り、３・
・・・・・混合部、５・・・・・・ガス絞り、６・・・
・・・バーナ、８・・・・・・ガス比例制御弁、９・・
・・・・差圧検出器、１４・・・・・・燃焼量演算回路
、１６・・・・・・ガス量遅延駆動回路、１７・・・・
・・空気量演算回路、２２・・・・・・空気量補正演算
回路、２５・・・・・・空気量調節回路、２７・・・・
・・回転数調節回路。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）空気通路に設けた送風機と空気量調節手段と空気
   絞りと、ガス通路に設けたガス量調節手段とガス絞りと
   、前記空気絞りと前記ガス絞りとの下流でガスと空気を
   混合する混合部と、前記空気絞りの上流の圧力と前記ガ
   ス絞りの上流の圧力との差圧に応じた電気信号を発生す
   る差圧検出器と、バーナの負荷に応じた燃焼量調節信号
   を算出する燃焼量演算回路と、前記燃焼量調節信号より
   必要空気量信号を算出する空気量演算回路と、前記差圧
   検出器の差圧信号を積分要素を含んで演算し、空気量補
   正信号を算出する空気量補正演算回路と、前記必要空気
   量信号と、前記空気量補正信号とを加算して空気量調節
   手段を駆動する空気量調節回路と、前記燃焼量調節信号
   を一定時間遅延させて前記ガス量調節手段を駆動するガ
   ス量遅延駆動回路とで構成したガス燃焼制御装置。
2. （２）空気量調節手段は送風機とその回転数調節回路と
   で構成される特許請求の範囲第１項記載のガス燃焼制御
   装置。