JPH04138543U - 燃焼制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 広範囲な負荷に対応し、空燃比を一定に保っ
て安全かつ高効率な燃焼を可能とする。 【構成】 燃焼熱を受熱した被加熱流体の検出温度を入
力し設定温度と比較する調節手段１５を備え、調節手段
１５の出力に応じて燃料流量を制御する燃焼制御装置
に、煙道１２内のＯ₂量を検出するＯ₂検出手段１３を設
け、調節手段１５に検出Ｏ₂量を入力して設定Ｏ₂量と比
較し、空気流量を補正して制御する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、燃焼制御に係り、特に、温度及びＯ₂量を設定値と比較し燃料流量 及び空気流量を制御するのに好適な燃焼制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来の燃焼制御装置においては、図７に示すように、燃料は燃料パイプ２２に 設けられた断続制御弁制御機構２３よりノズル２４に供給され、例えばベンチュ リー管に付設したブンゼン式燃焼器２５の炎孔２６より噴出して燃焼し、煙道１ ２に挿設した熱交換器１０を流れる被加熱流体を加熱しており、熱交換器１０に 設けた温度センサー１１の温度の検出信号が断続調節器（調節手段）２７に入力 され、この断続調節器２７の出力信号により断続制御弁２３の開度を調節し、燃 料流量を制御するようになっていた。また図８に示すように、燃料系１に燃料比 例弁（燃料流量制御機構）３０と、空気系２に空気比例弁（空気流量制御機構） ３１とが設けられ、混合器３２で混合された燃料と空気との混合気が強制混合式 燃焼器２８に供給され、燃焼によって温度上昇した熱交換器１０の温度が温度セ ンサー１１により検出され比例調節器（調節手段）３３に入力される。燃料比例 弁３０及び空気比例弁３１は比例調節器３３の出力信号によって開度が調節され 、燃料流量と、空気流量とが制御されるようになっていた。しかし断続制御は負 荷の熱容量によって実用に耐えないことがあり、また比例制御は、燃料流量の範 囲によっては、不安定燃焼領域が存在し危険な状況もあり得る。これは空気比例 弁と燃料比例弁との特性上の相違から、広い燃焼量の範囲にわたって空燃比を一 定に保つことが極めて困難であるということに起因する。すなわち図９に示すよ うに、主として工業用の比較的容量の大きい熱負荷を有する燃焼器にあっては、 その燃焼制御は熱負荷を一定に保つ比例制御ループが構成されている。検出温度 が調節器４０に入力され設定温度との温度偏差が演算され、その温度偏差により 燃料流量が決定されて燃料弁ドライバー４１を介し燃料比例弁４２の開度が設定 され、所定の燃料流量がバーナー４３に供給される。一方、燃料弁ドライバー４ １を経由して燃料流量が比率設定器４４に入力され、空燃比を一定に保つ空気流 量が決定されて空気弁ドライバー４５を介し空気比例弁４６の開度が設定され、 所定の空気流量がバーナー４３に供給される。また図１０に示すように、燃料比 例弁４２と空気比例弁４６とが機械的にリンクされており、燃料流量に応じて空 気比例弁４６の開度が設定されて所定の空気流量がバーナー４３に供給される構 成もある。燃料流量と空気流量との比率は、電気的または機械的に固定されるた め、両者の比例弁特性の相違や空気の温度により体積変化などの外乱により排気 ガス成分が変動しているのが実態である。この変動に対し安全のため空気流量を 多めに投入して燃焼効率を悪化させている。さらに外気の温度変化に基づく空気 及び燃料の流量変化等の外乱も制御の範囲を狭くしてきた。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

従来の燃焼制御装置にあっては、燃料流量比例制御及び空気流量比例制御いづ れの場合も、負荷の広い範囲にわたって空燃比を一定に制御することが困難な問 題点があった。

【０００４】 本考案の目的は、広範囲な負荷の変化に対応して空燃比を一定に保ち、かつ安 全で高効率の燃焼を得ることのできる燃焼制御装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

前記の目的を達成するため、本考案に係る燃焼制御装置は、煙道内で燃焼熱を 受熱した被加熱流体の検出温度を入力し設定温度と比較する調節手段と、調節手 段の出力に応じて燃料流量を制御する燃料流量制御機構と、燃料流量に対応させ て空気流量を制御する空気流量制御機構とを備えた燃焼制御装置において、煙道 内のＯ₂量を検出するＯ₂検出手段を設け、調節手段に検出Ｏ₂量を入力して設定 Ｏ₂量と比較し、空気流量を補正して制御する構成とする。

【０００６】 そして調節手段を、燃料系に備えて検出温度と設定温度との温度偏差及び検出 温度の時間微分値を演算させ、検出温度の時間微分値と温度偏差とをファジィ推 論手段に入力し、ファジィ推論手段の出力により燃料流量を制御する燃料流量制 御機構と、調節手段を、空気系に備えて検出Ｏ₂量と設定Ｏ₂量との偏差及び検出 Ｏ₂量の時間微分値を演算させ、時間微分値と偏差とを前記ファジィ推論手段に 入力し、ファジィ推論手段の出力により空気流量を制御する空気流量流量制御機 構とを備えている構成でもよい。

【０００７】 また調節手段に、検出温度と設定温度との温度偏差及び検出温度の時間微分値 を演算させ、検出温度の時間微分値と温度偏差とによりファジィ推論し燃料流量 制御機構駆動信号を決定するとともに、燃料流量制御機構駆動信号の時間微分値 及び検出Ｏ₂量と設定Ｏ₂量との偏差とによりファジィ推論し空気流量制御機構駆 動信号を決定する構成でもよい。

【０００８】 さらに煙道内のＣＯ量を検出するＣＯ検出手段を設け、調節手段に、ＣＯ検出 手段から検出ＣＯ量を入力して設定ＣＯ量と比較させ、設定ＣＯ量を超えた際に 空気流量を増加させる構成でもよい。

【０００９】

【作用】

本考案の燃焼制御装置によれば、一方の調節手段は、煙道内で燃焼熱を受熱し た被加熱流体の熱量を温度として検出し、その検出信号を入力してＡ／Ｄ変換し 、予め設定されている目標値としての設定温度値と検出温度との温度偏差値をデ ジタル的に演算し、この値を記憶する。またこの値を時間に対する変化率（時間 微分値）に演算しこれも記憶する。一方、煙道内の燃焼器の排ガス中のＯ₂量を 検出し温度と同様な演算処理を行う。ファジィ推論手段は、、ファジィルールに 基づいて各演算処理後の記憶データーを取り出し、メンバシップ関数を構成する 。ファジィ推論手段の出力はＤ／Ａ変換され、空気流量制御のための操作量、例 えばブロアーモーターの回転数制御機構や位置比例制御弁などの制御機構に入力 される。以上のように燃料流量は検出温度により制御されるが、その時に必要な 空気流量は排ガス中のＯ₂量（Ｏ₂濃度）によって制御される。

【００１０】

【実施例】

本考案の一実施例を図１〜図４を参照しながら説明する。

【００１１】 図１に示すように、一方の燃料系１にゼロガバナ３Ａと燃料流量制御ブロアー （燃料流量制御機構）４とが配設されるとともに、他方の空気系２に空気流量制 御ブロアー（空気流量制御機構）５Ａが配設され、燃料及び空気は混合器６で混 合された後、燃焼器９で燃焼される。煙道１２に挿設されかつ燃焼熱によって加 熱される熱交換器１０内の被加熱流体の温度、又は冷温水配管や室内等の温度は 、温度センサー１１によって検出され、同時に煙道１２に設けられたＯ₂センサ ー（Ｏ₂検出手段）１３によって煙道１２内のＯ₂量が検出され、それぞれのセン サー１１，１３の検出信号が調節器（調節手段）１５に入力される構成である。 そして、調節器１５は図２に示すような構成となっている。検出温度、検出Ｏ₂ 量と、設定温度、設定Ｏ₂量との偏差を求め、その偏差が０となるように燃料流 量、空気流量を各々決定し、負荷温度を設定温度にするとともに、Ｏ₂濃度を一 定にすることが可能となる。また図１に示すように、ＣＯセンサー（ＣＯ検出手 段）１４を設け、調節器１５に検出ＣＯ量を入力して設定ＣＯ量と比較させ、設 定ＣＯ量を超えた際に空気流量を増加させるようにすれば、万一供給Ｏ₂量が低 下した場合にも危険を生じることがなくなる。

【００１２】 次に本実施例の動作を図２〜図４を参照しながら説明する。

【００１３】 温度センサ１１で検出した負荷温度が設定温度に達するまでの燃料流量が図３ に示すように変化したとすると、空気流量は、煙道内に設けたＯ₂センサー１３ の検出したＯ₂濃度が設定濃度となるように、検出Ｏ₂量と設定Ｏ₂量との偏差を 演算し、図４に示すＢ線〜Ｃ線の範囲で空気流量を増減補正して自動制御される 。

【００１４】 本実施例は、アクチュエーターで速度制御を行なう流量制御ブロアーにより、 燃料流量及び空気流量を制御するように構成したが、位置比例制御弁で制御する ことも当然可能である。

【００１５】 本考案の他の実施例を図５を参照しながら説明する。本実施例では、図１に示 す調節器１５にファジィ推論を取り入れた構成が第１実施例と大きく異なってい る。図５に示すように、煙道内で燃焼熱を受熱した被加熱流体の温度や冷温水配 管及び室内の温度を検出し、その検出信号を入力してＡ／Ｄ変換し、予め設定さ れている目標値としての設定温度値と検出温度との温度偏差値をデジタル的に演 算する。また検出温度の時間に対する変化率（時間微分値）も演算する。一方、 煙道内の排ガス中のＯ₂量を検出し温度と同様な演算処理を行う。演算されたそ れぞれの演算値はそれぞれのファジィ推論手段２３に入力され、偏差値と時間微 分値よりファジィ推論させることで検出値の時間的変化も考慮した最適燃料流量 及び最適空気流量を決定して出力する。ファジィ推論手段の出力はＤ／Ａ変換さ れ、ブロアーモーターの回転数制御機構や位置比例制御弁等の制御機構に入力さ れる。以上のように燃料流量は検出温度により制御されるが、その時に必要な空 気流量は排ガス中のＯ₂量（Ｏ₂濃度）によって制御される。

【００１６】 本考案の他の実施例を図６を参照しながら説明する。本実施例は図５に示す第 ２実施例の変形例である。

【００１７】 図６に示すように、調節手段に、検出温度と設定温度との温度偏差及び検出温 度の時間微分値を演算させ、検出温度の時間微分値と温度偏差とをファジィ推論 手段、例えば市販されているデジタルファジィプロセッサに入力してファジィ推 論し、その出力により燃料流量制御機構の駆動信号を決定するとともに、燃料流 量制御機構駆動信号の時間微分値及び検出Ｏ₂量と設定Ｏ₂量との偏差をファジィ 推論手段に入力してファジィ推論し、空気流量制御機構の駆動信号を決定する構 成である。デジタルファジィプロセッサは、パソコンソフトウェアを用いてパソ コンなどでファジィ推論を実行するルールと、メンバシップ関数とを作成し、そ のオブジェクトを記憶したＲＡＭと接続して入力データに基づきファジィ推論を 行なうものである。一例として検出値と設定値とを比較し、設定値より＋側値、 −側値又は０値であるかによってファジィルールに基づいてメンバシップ関数を 決定し、その出力をＤ／Ａ変換しその駆動信号によりそれぞれの制御機構を制御 するようになっている。

【００１８】

【考案の効果】

本考案によれば、燃料系と空気系とをほぼ独立して設けたため、広範囲な負荷 に対して燃焼制御が可能となり、過剰空気を設定する必要がなく安全でかつ高効 率な燃焼制御装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す構成図である。

【図２】図１の一部を示すブロック図である。

【図３】本考案の動作を説明するグラフである。

【図４】本考案の動作を説明するグラフである。

【図５】本考案の他の実施例を示すブロック図である。

【図６】本考案の他の実施例を示すブロック図である。

【図７】従来の技術を示す図である。

【図８】従来の技術を示す図である。

【図９】従来の技術を示す図である。

【図１０】従来の技術を示す図である。

【符号の説明】

１ 燃料系 ２ 空気系 ４ 燃料流量制御ブロアー ５Ａ 空気流量制御ブロアー ６ 混合器 １０ 熱交換器 １１ 温度センサー １２ 煙道 １３ Ｏ₂センサー １４ ＣＯセンサー １５ 調節器（調節手段） ２３ ファジィ推論手段 ４０ 調節器（調節手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 村松 光秀 静岡県裾野市御宿1500 矢崎総業株式会社 内 (72)考案者 鈴木 隆之 静岡県天竜市二俣町南鹿島23 矢崎計器株 式会社内

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 煙道内で燃焼熱を受熱した被加熱流体の
   検出温度を入力し設定温度と比較する調節手段と、該調
   節手段の出力に応じて燃料流量を制御する燃料流量制御
   機構と、前記燃料流量に対応させて空気流量を制御する
   空気流量制御機構とを備えた燃焼制御装置において、前
   記煙道内のＯ₂量を検出するＯ₂検出手段を設け、前記調
   節手段に検出Ｏ₂量を入力して設定Ｏ₂量と比較し、前記
   空気流量を補正して制御することを特徴とする燃焼制御
   装置。
2. 【請求項２】 調節手段を、燃料系に備えて検出温度と
   設定温度との温度偏差及び前記検出温度の時間微分値を
   演算させ、該検出温度の時間微分値と前記温度偏差とを
   ファジィ推論手段に入力し、該ファジィ推論手段の出力
   により燃料流量を制御する燃料流量制御機構と、調節手
   段を、空気系に備えて検出Ｏ₂量と設定Ｏ₂量との偏差及
   び前記検出Ｏ₂量の時間微分値を演算させ、該時間微分
   値と前記偏差とを前記ファジィ推論手段に入力し、該フ
   ァジィ推論手段の出力により空気流量を制御する空気流
   量流量制御機構とを備えていることを特徴とする請求項
   １記載の燃焼制御装置。
3. 【請求項３】 調節手段に、検出温度と設定温度との温
   度偏差及び前記検出温度の時間微分値を演算させ、該検
   出温度の時間微分値と前記温度偏差とによりファジィ推
   論し燃料流量制御機構駆動信号を決定するとともに、該
   燃料流量制御機構駆動信号の時間微分値及び検出Ｏ₂量
   と設定Ｏ₂量との偏差とによりファジィ推論し空気流量
   制御機構駆動信号を決定することを特徴とする請求項１
   記載の燃焼制御装置。
4. 【請求項４】 煙道内のＣＯ量を検出するＣＯ検出手段
   を設け、調節手段に、前記ＣＯ検出手段から検出ＣＯ量
   を入力して設定ＣＯ量と比較させ、該設定ＣＯ量を超え
   た際に空気流量を増加させることを特徴とする請求項
   １、２又は３記載の燃焼制御装置。