JPS59142329A - 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 本発明は負荷の大小に応じて燃焼量を可変できる能力可
変式燃焼機器において、燃焼用空気量（以下単に空気量
という）とガス量の比をほぼ一定に保ち、燃焼の安定性
と高効率を実現するとともに、燃焼量が最小の場合にお
いて、ガス種７５；変っても安定燃焼をさせるだめの特
に家庭用燃焼機器に用いられる燃焼制御装置に関する１
、従来例の構成とその問題点 従来のこの種のガス燃焼制御装置として、第１図に示す
均圧弁方式（あるいは、ゼロガノく六方式）がよく知ら
れている。すなわち送風機１により送られた空気は空気
絞り２を経て混合部３へ、ガスは均圧弁４、ガス絞り６
を経て混合部３へ入り空気とガスとが混合され、バー六
〇へ導びかれて燃焼する。

均圧弁４の背圧室７には空気絞り２の上流の圧力が導び
かれており、均圧弁４は均圧弁出口の圧力を背圧室７の
圧力と等しくなる様に自動調節する。

ここで空気絞りの上流の圧力をＰＡ　、空気量をＱＡ、
ガス絞りの上流の圧力をＰＧ　、ガス量をＱｃ、混合部
の圧力をＰＭとすると、空燃比ＱＡ／ＱＧは Ｑ　ｃ　　　　Ｋ　２　ｘｒｎ「Ｔｉ Ｋ＋　、　Ｋ２は、それぞれ空気絞り、ガス絞り及びガ
ス種によって決まる定数 の関係がある。

均圧弁４が理想的にＰＧ＝ＰＡＫ調節できればとなり、
ＱＡを変化させても空燃比は常に・一定となるはずであ
る。しかし、均圧弁４１ｄ′ダイアフラム８でＦＡとＰ
Ｇとの差圧を受けて弁９を機械的に動かすものであるか
ら、ダイアフラムの剛性。

変位に伴なうダイアフラムの有効面積の変化、弁９が受
ける均圧弁入口圧力の影響等により、必ず圧力調節誤差
△Ｐｃを生じる。すなわちＰＧ＝ＰＡ＋△ＰＧあるので
、 となり、圧力調節誤差による空燃比の変動はＰＡ−ＰＭ
　　の値が小さくなるはど大きくなる。

したがって、空燃比誤差を一定の範囲内に保ちながら燃
焼量の調節比を大きくとろうとすれば、ＰＡ−ＰＭの値
を大きくするか、７♂Ｇを小さくしなければならない。

一方、家庭用のガス燃焼機器として給湯用あるいは暖房
用の用途では燃焼量の調節比か４ないし１／１ｏ程度必
要である。そのだめにＰＡ−ＰＭを大きくすると送風機
がきわめて大Ｎぐなるだけでなく、供給圧の低い都市ガ
ス等ではＰＡがガス供給圧より高くなり実現不可能であ
る。また、都市ガス以外のガスで実現したとしても、ガ
ス圧が低下した場合には空燃比制御精度が著しく悪化し
て良好な燃焼状態が得られなくなるという問題があった
。更にまた△Ｐｃを小さくするにも均圧弁の大きさから
限度があり、経時変化の影響、調整の困難さがあるなど
、家庭用燃焼機器への適用は難しかった。

発明の目的 本発明は上記従来の問題を解消するもので送風機セ均圧
制御部を大型化することなく燃焼量調節比が大きく、か
つ空燃比安定性と高効率を実現させ、更に、燃焼量が最
小の場合においてガス種がかわっても安定燃焼をさせる
だめの燃焼制御装置を提供することを目的とするもので
ある。

発明の構成 この目的を達成するために本発明は、燃料ガス系路に上
流側からガス量調節手段、ガス第１絞り部、ガス第２絞
り部をこの順に配設し、また、燃焼用空気系路には上流
側から空気量調節手段、空気絞り部を設け、前記ガス第
２絞り部と前記空気絞り部の下流側を合流して混合部を
構成し、前記ガス第２絞り部と前記空気絞り部の上流側
の圧力差を検出して電気信号を出力する差圧センサを備
え、この差圧センサの出力信号で前記ガス量調節千手段
、空気量調節手段の少なくとも・一方を制御するととも
に、燃料ガス種に対応して、前記ガス第２絞り部、及び
前記ガス第１絞り部を可変できるように構成したもので
ある。

この構成によって、燃料ガス系路のガス第２絞り部と、
燃焼用空気系路の空気絞り部の上流側に配設した差圧セ
ンサの出力信号で前記ガス量調節手段、空気量調節手段
の少なくとも一方を制御して燃焼の安定性と高効率を保
つように空燃比をはソ一定にすることができる。

そして、ガス種に対応してガス第２絞り部、及び前記ガ
ス第１絞り部も可変させることで燃焼量が最小の時でも
ガス量調節手段が安定して制御するので燃焼状態を安定
化ならしめることが可能になる。

実施例の説明 以下本発明の一実施例を第２図および第３図の図面に基
づき説明する。

第２図において燃料ガスは燃料ガス糸路１上流からＰｌ
という圧力でガス量調節手段２（本発明一実施例ではガ
ス圧力比例制御弁で説明する。以下ガス量調節手段２の
ことをガス圧力比例制御弁と呼ぶ。）に流入し、Ｐ２’
と論う圧力に制御され、更に、ガス第１絞り部３に流入
し、ＰＧという圧力で流出し、そして、ガス第２絞り部
４を通って、混合部６に導びかれている〇 一方燃焼用空気は、空気量調節手段６（例えば、ファン
、以下空気量調節手段のことをファンと呼ぶ）から燃焼
用空気系路７を通って、空気絞り部８で所定の圧力まで
低下した後混合部６に流入する０ 寸だ、ガス第２絞り部４の上流側の圧力をＰＧ。

空気絞り部８の上流側の圧力をＰＡとすると−ＰＧとＰ
Ａの差圧を検出する差圧センサ９を備えている。そして
混合部６で燃料ガスと燃焼用空気が混合され、バーナ１
ｏで燃焼する。１１は熱交換器、１２は出湯管１３に挿
着されている温度検知器であり、１４は、ファン６を制
御するファン制御器、１６はガス量調節手段制御器であ
る。

第３図は第２図におけるガス圧力比例制御弁２のガス種
違いによるストロークＳｔと、制御圧力Ｐ２の関係を示
す図である。

まづガス第１絞り部３がないとした場合（Ｐ２−ＰＧ　
の場合）を説明する。

０−ｔｅｌ−Ｇ２の線分は、都市ガス等のプロノ（ンガ
スに比較して低発熱量のガスの場合の特性線図である。

以下都市ガス（Ｐｊ＝ＩＱ○ｇＨ２０）を基準ガスとし
て説明する。都市ガスの０１におけるストロークＳｔは
Ｓｌであり、Ｇ２のそれはＳｓである３、そして、都市
ガスのガス圧力比例制御弁２の入口圧力Ｐ　＋　＝１０
０ｔｍｎ　Ｈ２０のときの制御圧力Ｐ２が８＋、Ｓｓに
対応してｑｌからｑ３まで安定して変化することを示し
ている。

まだＳｌは、ガス圧力比例制御弁２の弁座（図示せず）
、可動弁部（図示せず）の加工精度、組立精度等によっ
て決まる制御限界のストローク長さである。・つまり、
０〜Ｓ１の間は制御不安定ないしは制御不可能域である
。

都市ガスの特性線図０−Ｇｌ−０２の低勾配の線分に対
し、都市ガスと同一の定格燃焼量の場合でかつ、制御２
次圧Ｐ２がｑｌからｑ３″！で都市ガスの場合と同じよ
うに制御される場合のプロパンガスの場合には０−Ｌｌ
−Ｌ２−Ｌｓというきわめて急勾配の線分に沿って制御
されるがＬｌとＬ２の間は制御限界のストロークＳ１よ
り小さなストロークになるので実質の制御範囲はＬ２か
らＬｓであって、都市ガスと最大制御圧ｑ５は同一であ
るが、最低の圧力は、都市ガスのｑｌにはならず、これ
よりも高いｑ２になる。

ところで第２図から明らかのように、定格燃焼ｃａ１ 時に必要な空気量は、発熱量１ｏｏＯ／Ｈ当り約１Ｎｒ
ｒｔ’／Ｈであるから空気絞り部８の上流の圧力ＰＡは
ガス種が変ってもはソ一定である。

まだ本発明一実施例の制御装置は後述するが、空気絞り
部８及び、ガス第２絞り部４のそれぞれの上流側の圧力
ＰＡ及びＰＧがＰＡ＝ＰＧになるように制御するので、
ガス種が変っても、燃焼量の調節比（以下ＴＤＲと呼ぶ
）を同一にしようと思えば、都市ガスとプロパンガスの
ガス圧力比例制御弁２による制御圧力ＰＧははソ等しく
制御する必要がある。ところが、既に述べたようにガス
圧力比例制御弁２だけの制御で、第２図のガス第１絞り
部３がない場合には、プロパンガスの場合には制御最小
圧力はｑ２の圧力までしか制御出来ない。つまり、プロ
パンガスの場合には、ＴＤＲが小さくなってしまう。

Ｌ２−Ｌ３’の線分は、プロパンガスの場合において、
第２図のガス圧力比例制御弁２とガス第２絞り部・４の
中間に、ガス第１絞り部３を入れた場合を示している。

すなわち、Ｌ１２の最大定格点ではガス圧力比例制御弁
２による制御圧力Ｐ２がｑ４に、ＰＧの圧力がｑ３にな
ることを示している１、まだ燃焼量が最小になると、Ｐ
２はｑ２にＰＧはｑｌになることを示している。

すなわち、ガス圧力比例制御弁２でｑ４から制御限界の
ｑ２までＰ２の圧力を制御すれば、ガス第１絞り部３が
挿設することでＰＧの圧力は、都市ガスの場合と同じ＜
　（１３がらｑｌまで安定して制御出来るようになる。

上記構成において、例えば出湯管１３を通過する湯量を
変えるなどして負荷を変えると、出湯温度が変化する。

この変化する温度を温度検出器１２で検出し、ファン制
御器１４で設定温度になるように、ファン６の回転数を
制御する。その結果、空気絞り部８の上流側の圧力ＰＡ
が対応して変化するとはソ同一のタイミングで差圧セン
サ９にＰＡとＰＧにもとづく差圧が発生する。この差圧
をガス量調節手段制御器１６で処理して、ＰＡにＰＧに
なるように、ガス圧力比例制御弁２を制御するものであ
る。

まだ、ガス種が変った場合には、既に述べたように定格
燃焼量が同一であれば空気量ははソ同一であるから空気
絞り部８は一定で、ガス第２絞り部４の大きさを定格流
量でＰＡ−ｐＭ＝＝ｐＧ−ｐＭになるように定めればよ
い。そしてプロパンガスのように発熱量が大きくガス供
給圧力が高いガスの場合には、既に説明したようにガス
圧力比例制御弁２だけでは所定の最小燃焼量（第２図に
於いて、ＰＧの圧力がｑｌになるとと。）に安定して制
御できないので、ガス圧力比例制御弁２と、ガス第２絞
り部４との間に、ガス第１絞り部３を挿設することによ
って、Ｐ２はＬ３’−Ｌ２の線分、ＰＧはＬ３−Ｇ＋の
線分に沿って制御され、都市ガスのＴＤＲと同じ制御を
可能にするものである。

発明の効果 以上のように、本発明の燃焼制御装置によれば燃料ガス
系路に、ガス量調節手段、ガス第１絞り部、ガス第２絞
り部を配設し、また、燃焼用空気系路には、空気量調節
手段、空気絞り部を設け、ガス第２絞り部と、空気絞り
部の下流側を合流して混合部を構成し、かつ、ガス第２
絞り部の上流側の圧力ＰＧと、空気絞り部の上流側の圧
力ＰＡの圧力差ＰＡ−Ｐｃを検出して電気信号を出力す
る差圧センサから構成し、負荷の大きさが変化しても、
常にＰｐ、　＝Ｐａになるように差圧センサの出力信号
でガス量調節手段、空気量調節手段の少なくとも一方を
制御することにより、従来のような機械式の均圧弁に比
較してきわめて制御精度が良くなるので、送風機を小型
化できか°り、燃焼量の調節比が大きく、同時に高効率
の燃焼機器を実現させるものである。

そして、ガス種に対応してガス第２絞り部、及びガス第
１絞り部を可変できるように構成したことにより、都市
ガスから供給圧力の高く、発熱量の大きいプロパンガス
まで燃焼量の調節比（ＴＤＲ）をガス種によって制限す
ることなく一定で、安定した燃焼機器の実現を可能にす
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の燃焼制御装置の構成図、第２図は本発明
の燃焼制御装置の一実施例を示す構成図、第３図は同装
置のガス量調節手段すなわちガス圧力比例制御弁のスト
ロークと２次側制御圧力との関係及ばガス第１絞り部を
調節した場合のガス第１絞り部前後に於ける圧力変化を
示す特性図である０ １・・・・・・燃料ガス系路、２・・・・・・ガス量調
節手段（ガス圧力比例制御弁）、３・・・・・・ガス第
１絞り部、４・・・・・・ガス第２絞り部、６・・・・
・・混合部、６・・・・・・空気量調節手段（ファン）
、了・・・・・・燃焼用空気系路、８・・・・・・空気
絞り部、９・・・・・・差圧センサ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃料ガス系路にガス量調節手段とガス第１絞り部
   とガス第２絞り部とを設け、燃焼用空気系路に臭気量調
   節手段と空気絞り部とを設け、前記ガス第２絞り部と前
   記空気絞り部の下流側を合流して混合部を構成するとと
   もに、前記ガス第２絞り部と前記空気絞り部の上流側の
   圧力差に応じて電気信号を出力する差圧センサを備え、
   この差圧センサの出力信号で前記ガス量調節手段、空気
   量調節手段の少なくとも一方を制御するとともに、燃料
   ガス種に応じて前記ガス第２絞り部、及び前記ガス第１
   絞り部を可変できるように構成した燃焼制御装置。
2. （２）ガス第１絞り部をガス量調節手段に内蔵し、着脱
   可能にした特許請求の範囲第１項記載の燃焼制御装置。
3. （３）　　ガス第１絞り部をガス量調節手段と、ガス第
   ２絞り部を連結する管内に挿設し、着脱可會ヒにした特
   許請求の範囲第１項記載の燃焼制御装置。
4. （４）　　ガス第１絞り部とガス第２絞り部を、ガス種
   毎にセットしておき、ガス種転換時には前君己セットを
   着脱可能にした特許請求の範囲第１項記載の燃焼制御装
   置。