JPH0712331A

JPH0712331A - 燃焼器の燃焼制御装置及び方法

Info

Publication number: JPH0712331A
Application number: JP5114967A
Authority: JP
Inventors: Young Hoon Roh; 永薫盧; Byeong-Hoon Lee; 炳勲李
Original assignee: Gold Star Co Ltd
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 1992-05-16
Filing date: 1993-05-17
Publication date: 1995-01-17
Also published as: DE4316139A1

Abstract

(57)【要約】【構成】燃焼器の燃焼制御装置は、排気ガスから直接
現在の空気比を検出する酸化物半導体ガスセンサー12
と、バーナ4 への空気流入量を制御する燃焼用ファン2
と、バーナ4 への燃料流入量を制御する燃料調節弁3
と、検出された現在の空気比を燃焼器に対して予め設定
された目標空気比と比較して、その比較結果に応じて燃
焼用ファン2 及び燃料調節弁3 の作動を制御して現在の
空気比を目標空気比に調節するマイクロコンピューター
1 とを備えている。【効果】酸化物半導体ガスセンサーを用いて燃焼中の
空気比を正確に検出し、これに応じて空気比の制御が可
能であるので、不完全燃焼による有害ガスの発生を防止
し、完全燃焼に導くことができる。なお、酸化物半導体
ガスセンサーによってバーナの火炎感知機能も兼ねるこ
とができるので燃焼器の安定性を保つこともできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃焼器の空気比制御と
火炎感知を行なう燃焼器の燃焼制御装置及び方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の燃焼器は、種々の空気比制御方法
を採択しているが、その原理は一般的に流入燃料量と流
入空気量の関係に対して予め実験的に求められた燃焼情
報を利用して制御するものであった。

【０００３】即ち、燃焼器製作の際、出力別に燃料量を
設定して、その燃料量に対して該当システムの空気比を
満たす空気の量を予め実験的に求めて、これをテーブル
化し、メモリーにストックしておく。その後、ユーザー
が選んだ出力に該当する燃料量がバーナに流入する場
合、その燃料量に該当する空気量がメモリーにストック
されている燃焼情報から選ばれて、この選ばれた量だけ
の空気がバーナに供給される。

【０００４】なお、従来の燃焼器はバーナの火炎を感知
するために空気比制御とは関係のない、別途の火炎感知
センサー（flame sensor）を備えている。この火炎感知
センサーは、燃焼火炎の電気的導伝性及び整流性を利用
するものである。すなわち、燃料の燃焼の際、火炎の中
には種々のイオンが存在し、このイオンの反応によって
電子の移動が生じることにより、炎電流（flame-curren
t ）が流れ出すことを利用している。

【０００５】図１を参照すると、従来の燃焼器は、目標
空気比を満たすように予め実験的に求められた燃焼情報
をストックし、そのストックされた燃焼情報によって燃
焼器の各システムを制御するマイクロコンピュータ(1)
と、前記マイクロコンピュータ(1) の制御により流入空
気量を調節する燃焼用ファン(2) と、前記マイクロコン
ピューター(1) の制御により流入燃料量を調節する燃料
調節弁(3) と、流入される燃料と空気とを混合して燃焼
させるバーナ(4) とを含む。従来の燃焼器は、また、冷
水を熱湯に変える熱交換器(5) 、前記燃焼用ファン(2)
の回転数を検知する回転数感知センサー(6) 、空気を供
給する空気供給管(7) 、燃料を供給する燃料管(8) 、そ
れから冷水を供給する冷水供給管(9) を備えている。

【０００６】従来の燃焼器は、また、バーナ(4) の火炎
を感知するためのセンサーとしてフレームロッド（flam
e rod ）(10)と、このフレームロッド(10)の感知信号を
インターフェース（interface ）してマイクロコンピュ
ーター(1) に入力させるためのインターフェース部(11)
を備えている。

【０００７】前記のように成る従来の燃焼器の作用を具
体的に説明すると次の通りである。

【０００８】ユーザーが入力部（図示せず）を通じて所
用の出力レベルを設定すると、その設定された出力レベ
ルに該当する燃料量および空気量がマイクロコンピュー
ター(1) にストックされた燃焼情報によって決定され、
このマイクロコンピューター(1) の制御信号により燃焼
用ファン(2) および燃料調節弁(3) は該当分量の燃料お
よび空気をバーナ(4) に供給することになる。

【０００９】この後、バーナ(4) は供給された燃料と空
気とを混合して燃焼させ、熱を発生させる。その熱は熱
交換器(5) を通じて水を加熱し、燃焼ガスは排気パイプ
を介して排気される。

【００１０】前記ファン(2) の回転数を調節するための
アルゴリズム（algorithm ）を示す図２を参照すると、
バーナ(4) が点火されて、燃焼器システムが作動した
後、回転数検知センサー(6) で検知された燃焼用ファン
(2) の回転数はマイクロコンピューター(1) で目標回転
数と比較される。この時、燃焼用ファン(2) の回転数が
目標回転数より大きければファン(2) の回転数を減少さ
せて、目標回転数より小さければファン(2) の回転数を
増加させることによって常に一定目標回転数と同一にフ
ァン(2) の回転数を調節する。

【００１１】しかし、燃焼用空気量は、外的な変化が無
い際には燃焼用ファン(2) の回転数に応じて一定して比
例的に変化するが、燃焼炉の内圧やシステムの圧力等の
外的要因が変化すると、目標回転数が同じであっても燃
焼用空気量は変化する。従って、予め目標とされた空気
量と実際の空気量との差異が生じて燃焼状態が不安定に
なり、不完全燃焼が生じて燃焼器自体の作動が困難にな
る。

【００１２】即ち、図３に示すように、燃焼器の外部か
ら燃焼器の内部に入って来る逆風によりボイラー内部の
圧力が増加する場合、ボイラーに流入する実際空気量が
減少して実際空気比が目標空気比より小さくなることが
ある。なお、過度の急速なる排気によってボイラー内部
の圧力が減少してボイラーに流入する実際の空気量が増
加し、実際空気比が目標空気比より大きくなることもあ
る。

【００１３】これにより最適の空気比を保持することが
出来なくなるので、不完全燃焼となり、その結果有害ガ
スが発生する。

【００１４】以上のように、従来の燃焼制御装置は製作
者が燃焼情報を求める際の条件とユーザーが燃焼器を使
用する時の条件が異なる時、最適の空気比を保持するこ
とができなくなる。

【００１５】なお、前記のような従来の空気比制御方法
は、燃料の種類によって燃料と空気との関係である燃焼
情報が異なることがあるので、一種類の燃料に限定する
のが一般的であった。

【００１６】それから、従来の空気比制御は燃焼器のモ
デル毎に目標空気比が異なることがあるので、製作者が
各モデル毎に燃焼情報を実験的に求めなければならない
という煩わしさがあった。

【００１７】一方、バーナ(4) が燃焼中にある場合には
燃焼火炎が発生し、これによってフレームロッド(10)を
介して炎電流が流れることになるが、この炎電流はイン
タフェース部(11)を介してマイクロコンピューター(1)
に入力するので、現在バーナ(4) が燃焼中であることが
わかる。

【００１８】若し、バーナ(4) による燃焼が中断すれ
ば、燃焼火炎がなくなるので、フレームロッド(10)を介
しての炎電流の流れは遮断され、これによりマイクロコ
ンピューター(1) は、これを感知して燃料供給を遮断す
るなどの必要な処置を取ることになる。

【００１９】しかし、このような従来の火炎感知センサ
ー、即ちフレームロッドは火炎に直接接触するので、長
期間使用の場合にはフレームロッドが劣化するという欠
点がある。

【００２０】また、燃焼器本体が接地連結されているの
で、漏電の場合マイクロコンピューター(1) に火炎感知
信号が誤入力されるなどの誤った作動が発生することが
あった。

【００２１】一方、米国特許第４，９９４，９５９号は
酸素センサーを使用して排気ガス中の未燃焼酸素の温度
または量を求めて、予め実験的に求められたテーブルの
値を参照して現在の空気比を求めて空気比を制御する燃
焼器を提示している。

【００２２】しかしながら、このような燃焼器も予め実
験的に求めなければならない燃焼情報を利用して空気比
を制御するので、上述の従来の問題点を解決することが
できない。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
の燃焼器の前記問題点を解決するために、システム圧力
が変わっても目標空気比を保持することのできる燃焼器
の燃焼制御装置及び方法を提供するものである。

【００２４】発明の他の目的は、燃料の種類が異なって
も目標空気比を保持できる燃焼器の燃焼制御装置及び方
法を提供するものである。

【００２５】本発明の更に他の目的は、燃焼器の種類に
関係なく、すべての燃焼器に適用可能の燃焼制御装置及
び方法を提供するものである。

【００２６】本発明の他の目的は、空気比を制御するセ
ンサーが火炎感知機能も果すことができ、したがって別
途の火炎感知センサーを使用しないで済む燃焼制御装置
及び方法を提供するものである。

【００２７】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明による燃焼器の燃焼制御装置は、バー
ナを備えた燃焼機の燃焼制御装置において、前記燃焼器
の排気パイプを介して排気される排気ガス中に露出され
て、前記排気ガスの構成成分及び前記排気ガスの温度に
応じて抵抗値が変化するガスセンサーを含み、前記抵抗
値を基に現在の空気比を検出する手段と、前記バーナの
空気流入量を制御する手段と、前記バーナの燃料流入量
を制御する手段と、前記燃焼器に対して予め設定された
目標空気比をストックするための手段と、前記現在の空
気比と前記目標空気比を比較する手段と、それから、前
記現在の空気比を前記目標空気比に調節するため、前記
空気流入量制御手段を制御する手段とで構成されたこと
を特徴とするものである。

【００２８】また、前記の目的を達成するために、本発
明による燃焼器の燃焼制御方法は、バーナを備えた燃焼
器の燃焼制御方法において、前記燃焼器の排気パイプを
介して排気するガス中に露出されて、前記排気ガスの構
成成分及び前記排気ガスの温度に応じて抵抗値が変化す
るガスセンサーを用いて、排気ガスから現在の空気比を
直接検出する段階と、前記現在の空気比を前記燃焼器に
対して、予め設定された目標空気比と比較する段階と、
それから前記現在の空気比を前記目標空気比に調節する
ために、前記バーナの空気供給量を制御する段階とでな
ることを特徴とするものである。

【００２９】ガスセンサーとしては、酸化物半導体セン
サーが好ましい。

【００３０】

【作用】このように構成された本発明は、ガスセンサー
を利用して、燃焼中の空気比を直接検出し、検出された
情報によって燃焼器に供給される空気量と燃料量とを調
節し、燃焼中の空気比を該当燃焼器にマッチするように
設定された最適の空気比に保つ。

【００３１】

【実施例】この発明の実施例を、以下図面を参照して説
明する。

【００３２】図４（イ）には、本発明に関する燃焼器の
燃焼制御装置が示されている。その構成は図１に示す従
来の燃焼器と類似するが、従来の燃焼器で用いられてい
た回転数検知センサーの代わりに燃焼ガスから現在の空
燃比を検知するガスセンサー(12)が燃焼ガスの排気路に
設けられている。現在の空燃比は理論空燃比と比較さ
れ、理論空燃比に対する実際空燃比の割合である空気比
が求められる。本発明で用いられるガスセンサー(12)は
韓国特許出願第９２−５７２９号で、その製造方法が記
載されていて、これは酸化物半導体でなるガスセンサー
である。

【００３３】一般的に、ガスセンサー(12)はあるガスと
接触すると、そのガスの構成成分の濃度に応じて抵抗値
が変わる。図５（イ）に示すように、本発明の酸化物半
導体センサー(12)は、特に空気比が１．１〜１．５範囲
である燃焼ガスと接触するとき、抵抗値がほとんど線型
（Linear）に変わり、そのほかの空気比領域ではほとん
ど変わらない。

【００３４】それ故、本発明においては、１．１〜１．
５の空気比領域を制御領域とする。若し、求められた空
気比がこの領域外であれば、空気の流入量を調節して、
先に空気比領域を制御領域に入れておいてから、制御領
域にある現在の空気比を目標空気比に一致するように空
気比を調節する。

【００３５】なお、本発明の酸化物半導体ガスセンサー
(12)は図５（ロ）に示すように５００〜６００℃の温度
範囲内でその作動特性が最も良好であるので、酸化物半
導体ガスセンサー(12)は燃焼ガスの排気路中で５００〜
６００℃の温度が保持される所に設けることが好まし
い。

【００３６】図５（ロ）に示すように、低い温度（例え
ば、２００℃付近）では酸化物半導体ガスセンサー(12)
の抵抗値が高くなるが、以下に説明するようにこれを利
用して火炎を感知することができる。

【００３７】バーナ(4) が燃焼中に不測の理由によって
燃焼が中断する場合があっても、ファン(2) は続けて作
動するので、空気がバーナ(4) に供給され、これが排気
パイプを介して外部に排出される。したがって、ガスセ
ンサー(12)の周辺温度が急激に下降することになり、そ
の結果ガスセンサー(12)の抵抗値が大きくなる。この時
の抵抗値は上述の空気比に関する抵抗値とは大きい差が
あるので、これを遮断抵抗値として火炎感知機能を行な
うことができる。

【００３８】一方、上記の大きい抵抗値はバーナの燃料
供給を遮断して、ボイラーの運転を停止または一時的に
停止させるための遮断抵抗値とできる。すなわち、遮断
抵抗値を越えた時には、バーナ(4) が燃焼中に不測の理
由によって燃焼が中断したというようにマイクロコンピ
ューター(1) が判断して、燃料供給を遮断し、これによ
り、事故などを未然に防ぐことが可能となる。

【００３９】図４（ロ）は、図４（イ）のインターフェ
ース部(13)の実施回路図であり、このインターフェース
(13)は酸化物半導体ガスセンサー(12)と直列連結されて
Ｂ^＋電源電圧を分圧させる分圧抵抗（Ｒ１）、前記酸化
物半導体ガスセンサー(12)と前記分圧抵抗（Ｒ１）の接
続点に連結する平滑コンデンサー（Ｃ１）及び電流制限
抵抗（Ｒ２）で構成される。

【００４０】酸化物半導体ガスセンサー(12)は、燃焼ガ
スの空気比に応じて、その抵抗値が変化し、これに応じ
てインターフェース部(13)にて分圧される電圧値も変化
する。この電圧値は、空気比検出信号としてマイクロコ
ンピューター(1) に入力されるが、マイクロコンピュー
ター(1) は空気比を判断するために、この電圧値をデジ
タル信号に変化させることもできる。即ち、本発明の酸
化物半導体ガスセンサー(12)は、従来のセンサーのよう
に排気ガス中の酸素または二酸化炭素などの濃度を感知
して、感知の濃度値を利用した一連の計算過程によって
空気比を算出するものでなく、燃焼ガスと接触するとき
変化する酸化物半導体ガスセンサー(12)の抵抗値から直
接空気比を検出する。

【００４１】図４（イ）（ロ）及び図６を参照して、本
発明に関する空気比制御作動を詳細に説明する。先ず、
ユーザーの所望の出力に該当する量の燃料とファン(2)
の回転による空気とがバーナ(4) に流入して燃焼が始ま
る。このとき、燃料供給量の調節はマイクロコンピュー
ター(1) 、またはユーザーの燃料調節弁(3) の直接操作
によって可能である。

【００４２】燃焼の結果、燃焼ガスが排気路を通って排
気され、酸化物半導体ガスセンサー(12)により排気ガス
から空気比値を求める。この求めた空気比値は、マイク
ロコンピューター(1) で燃焼器の製作当時該当燃焼器に
最適に求められた目標空気比と比較される。

【００４３】比較の結果、求められた空気比が空気比制
御領域に無いときは、マイクロコンピューター(1) は燃
焼用ファン(2) を制御して、空気供給管(7) を介して供
給される空気の量を調節することにより空気比が空気比
制御領域に入るようにする。

【００４４】即ち、現在の空気比が１．１より小さけれ
ば、空気比を増加させ、空気比が１．５より大きければ
空気比を減少させることになる。

【００４５】前記混合ガスの燃焼に従って燃焼中の空気
比を酸化物半導体センサー(12)により検出すると、マイ
クロコンピューター(1) は、検出された空気比が本発明
の空気比制御領域である１．１〜１．５空気比値である
かを判断することになるが、その結果が空気比制御領域
内であれば、更に現在空気比と目標空気比とを比較す
る。現在空気比が目標空気比より大きければ、燃焼用フ
ァン(2) を制御して供給空気量を減少させることによ
り、現在空気比を減少させる。また、現在空気比が目標
空気比より小さければ、燃焼用ファン(2) を制御して供
給空気量を増加させることにより、現在空気比を増加さ
せる。このようにして、現在の空気比が最適空気比であ
る目標空気比になるように調節する。

【００４６】なお、燃焼器の運転中にユーザーがその出
力を変化させて、流入燃料量が変化すると現在の空気比
の目標空気比が変更する。しかしながら、前述のように
本発明の制御過程を経るに従って現在の空気比は再び目
標空気比と一致するようになる。

【００４７】

【発明の効果】前述のように本発明は、酸化物半導体セ
ンサーを利用して、燃焼中の空気比をシステムに適合す
るように設定された最適の空気比に保つことができる。

【００４８】なお、燃料がＬＮＧ、ＬＰＧ及び石油な
ど、どのような燃料にかわってもセンサーが自動的に空
気比を検出して制御するので、常に最適の火炎を保持す
ることが可能で、従って不完全燃焼による有害ガスの発
生を抑制し、燃焼器の安全を維持することができる。な
お、本発明の燃焼制御装置及び方法はセンサーと連結す
る分圧抵抗値を調節して目標空気比を調節することがで
き、これに応じて他の燃焼器モデルにも適用が可能であ
る。しかも、本発明によると、別途の火炎感知センサー
が不必要でコストダウンの利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来燃焼器の燃焼制御装置の構成図である。

【図２】図１の装置による燃焼制御を示すアルゴリズム
図である。

【図３】空気量と回転数によるシステム圧力状態を示す
グラフである。

【図４】イ図は、本発明に関する燃焼制御装置の概略的
構成図である。ロ図は、図４イ図中のインターフェース
部の実施回路図である。

【図５】イ図は、本発明に使用された酸化物半導体ガス
センサーの空気比に対する抵抗特性を示すグラフであ
る。ロ図は、本発明に使用された酸化物半導体ガスセン
サーの温度に対する抵抗特性を示すグラフである。

【図６】本発明に関する燃焼制御方法を具現するための
アルゴリズム図である。

【符号の説明】

１：マイクロコンピューター２：燃焼用ファン３：燃料調節弁４：バーナ１２：酸化物半導体センサー１３：インターフェース部Ｒ１、Ｒ２：抵抗Ｃ１：コンデンサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バーナを備えた燃焼器の燃焼制御装置に
おいて、前記燃焼器の排気パイプを介して排気される排気ガス中
に露出されて、前記排気ガスの構成成分及び前記排気ガ
スの温度に応じて抵抗値が変化するガスセンサーを含
み、前記抵抗値を基に現在の空気比を検出する手段と、前記バーナの空気流入量を制御する手段と、前記バーナの燃料流入量を制御する手段と、前記燃焼器に対して予め設定された目標空気比をストッ
クするための手段と、前記現在の空気比と前記目標空気比を比較する手段と、前記現在の空気比を前記目標空気比に調節するため、前
記空気流入量制御手段を制御する手段とで構成されたこ
とを特徴とする燃焼器の燃焼制御装置。
【請求項２】前記ガスセンサーが酸化物半導体ガスセ
ンサーで構成されることを特徴とする請求項１記載の燃
焼器の燃焼制御装置。
【請求項３】前記ガスセンサーの前記抵抗値が、１．
１〜１．５の空気比範囲内において、ほとんど線型的に
変化することを特徴とする請求項２記載の燃焼器の燃焼
制御装置。
【請求項４】前記酸化物半導体ガスセンサーが排気パ
イプ内の５００〜６００℃の温度となる位置に設けられ
ていることを特徴とする請求項２記載の燃焼器の燃焼制
御装置。
【請求項５】前記空気流入量制御手段が、空気の流れ
を発生させるためのファンと、前記ファンの速度を制御
する手段と、前記空気の流れを前記バーナで案内する手
段とで構成されたことを特徴とする請求項１記載の燃焼
器の燃焼制御装置。
【請求項６】前記ガスセンサーが前記バーナの燃焼中
断により温度が下降して、遮断抵抗値を有する時、前記
バーナの前記燃料供給を停止させる手段を更に備えたこ
とを特徴とする請求項１記載の燃焼器の燃焼制御装置。
【請求項７】バーナを備えた燃焼器の燃焼制御方法に
おいて、前記燃焼器の排気パイプを介して排気するガス中に露出
されて、前記排気ガスの構成成分及び前記排気ガスの温
度に応じて抵抗値が変化するガスセンサーを用いて、排
気ガスから現在の空気比を直接検出する段階と、前記現在の空気比を前記燃焼器に対して、予め設定され
た目標空気比と比較する段階と、それから前記現在の空
気比を前記目標空気比に調節するために、前記バーナの
空気供給量を制御する段階とでなることを特徴とする燃
焼器の燃焼制御方法。
【請求項８】前記ガスセンサーが酸化物半導体ガスセ
ンサーでなることを特徴とする請求項７記載の燃焼器の
燃焼制御方法。
【請求項９】ガスセンサーの抵抗値が空気比に対して
ほとんど線型に変わる領域内にあるように現在の空気比
を調節するため、前記バーナの前記空気の流入量を制御
する段階を更に備えたことを特徴とする請求項８記載の
燃焼器の燃焼制御方法。
【請求項１０】前記領域が１．１〜１．５の空気比範
囲であることを特徴とする請求項９記載の燃焼器の燃焼
制御方法。
【請求項１１】前記排気パイプ内の急激な温度減少が
前記酸化物半導体ガスセンサーによって感知されると、
前記バーナの燃焼中断と判断して、前記バーナの燃料供
給を中断する段階を更に備えたことを特徴とする請求項
８記載の燃焼器の燃焼制御方法。