JPS5997422A - 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、負荷に応じて燃焼出力を連続可変するととも
に、燃焼用空気量（以下単に空気量という）とガス量の
比（以下空燃比という）をほぼ一定に保ち、燃焼の安定
性と高効率を実現するための特に家庭用燃焼機器に用い
られるガス燃焼制御装置に関するものである。

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、あ１図に示す
均圧弁方式（あるいはゼロガバナ方式）がよく知られて
いる。すなわち送風機１によシ送られた空気は空気絞９
２を経て混合部３へ、ガスは゛均圧弁４、ガス絞シロを
経て混合部３へ入り空気とガスとが混合され、バーナ６
へ導ひかれて燃焼する。　　　　・ 均圧弁４の背圧室７には空気絞り２の上流の圧力が導ひ
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、空気量全ＱＡ、ガ
ス絞りの上流の圧カ全Ｐ。、ガス量をＱＧ、混合部の圧
力ヲＰＭとすると、空燃比ＱＡ／ＱＧはの関係がある。

均圧弁４が理想的にＰＧ＝ＰＡに調節できればとなシ、
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４はダイアフラム８でＰＡとＰＧ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ょシ
、必ず圧力調節誤差ΔＰＧを生じる。すなわちＰＧ＝Ｐ
Ａ＋ΔＰＧであるので、 となり、圧力調節誤差にょる空燃比の変動はＰＡ−ＰＭ
の値が小さくなるほど大きくなる。

したがって、空燃比誤差を一定の範囲内に保ちながら燃
焼出力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、ΔＰＧを小さくしは暖房用の用途で
は燃焼出方の調節比が′／１５ないし　／１０程度必要
である。そのためにＰＡ−ＰＭを大きくすると送風機が
きわめて大きくなるだけでなく、供給圧の低い都市ガス
等ではＰＡがガス供給圧よシ高くな９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ΔＰＧ　　を小さくするにも均圧弁の大きさか
ら限度があシ、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、送風機や弁
装置を大型化することなく、燃焼出力の調節比が大きく
、かつ空燃比安定性に優れたガス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、空気側通路とガス
側通路にそれぞれの流量に応じた圧力損失を生じさせる
空気絞りとガス絞りｋ設け、その下流側を合流して共通
圧力にするとともに、前記二つの絞シ上流側の圧力を、
圧力差に応じて電気信号を発生する差圧センサに導ひく
とともに被加熱体の温度を検出する温度検出器と、温度
設定器と、前記温度検出器の信号と前記温度設定器の信
号との差を増幅演算する温度調節回路と、前記差圧セン
サの出力の絶対値が一定値以上のとき出力を発生する差
圧比較器を有し、前記温度調節回路の出力で前記空気絞
り上流に設けられた空気量調節手段を制御し、かつ前記
差圧センサの出力に応じてガス絞り上流に設けられたガ
ス量調節手段を制御するとともに、前記差圧比較器の出
力が発生した時は、前記温度調節回路に優先して差圧セ
ンサの信号に応じた前記空気量調節手段を制御するよう
に構成したものである。

この構成によって、空気側、ガス側二つの絞シ上流側の
差圧を検出する差圧センサを備え、この差圧センサ出力
に応じて空燃比が一定になるようにガス量をガス量調節
手段によって制御し、差圧センサの出力が空気量に対応
した比較基準値よシも大きくなった場合には、温度調節
回路に優先して、空気量を空気量調節手段で制御するこ
とでガス圧が低下した場合でも、空燃比を補正制御する
ので、常に安定した燃焼状態を可能にする。

実施例の説明 以下、本発明の一実施例を第２図〜第４図の図面を用い
て説明する。なお、第２図中、第１図と同一部品につい
ては同一番号を付している。

第２図において、４は差圧センサ、７Ｇはガス圧力比例
制御弁等のガス量調節手段（以下７Ｇヲガス圧力比例制
御弁と呼ぶ）、７Ａはダンパ等の空気量調節手段、８は
熱交換器、９は出湯管、１０は出湯管上に設置されてい
るサーミスタ等の温度検出器であシ、１１及び１２はそ
れぞれガス側通路及び空気側通路である。そして、電気
制御系として、温度検出器１ｏの信号に応じて１の送風
機を制御する為に、１３の温度検出回路、１４の温度設
定器、１５の温度調節回路、１６の空気量調節手段回路
から構成すると共に、４の差圧センサの出力に応じて７
Ｇのガス圧力比例制御弁を制御する為に１７の差圧セン
サ検出回路、１８の空燃比調節回路で構成し、更に１．
ガス圧が低下した場合に空燃比が許容範囲を越えないよ
うに制御する為の手段として、差圧比較器１９で構成し
ている。

第３図のイに於いて、五Ｂ’ＢＣの直線は異常なガス圧
低下のない場合の空気過剰率（ｍとする）一定（本−実
施例の場合にはｍ＝１．２）の空燃比制御特性を示して
いる。

ＢＤＩＣの直線、及びＢ’　Ｄ′に’の直線は異常なガ
ス圧低下が発生した場合に空気量がＡ１からム２へある
いはＡ′１からＡ′２へ増加しても、ガス量が、ＧＬあ
るいはＧ′ＬＪニジ増加しない状態を示している。

そして、ＯＤ’　Ｄを結ぶ直線は、空気過剰率ｍが１−
１：１．２よシ大きく（本−実施例ではｍ＝１．（３）
かつ、バーナの燃焼特性等から決定される安定燃焼域限
界付近にある空燃比制御特性を示す。逆に。

Ｄ点及びＶ点は、燃焼出力が変化した場合でも、空燃比
が等しい点を示している。

また、第３図の口及びハはこのような場合に、空気量に
対応して発生する差圧比較器の出力及び差圧センサの出
力の状況を示している。

第４図は、本発明の一実施例としてガス給湯機器に応用
した場合に於ける給湯能力特性図を示している。

上記構成に於いてすでに、ノ（−す６には点火され、そ
して出湯管９から流れでる出湯量が第４図におけるＷＭ
ＩＮである時に丁度第３図に於けるイのＡ点で制御され
ているものとする。（すなわち、この状態は、燃焼可変
範囲の最小の状態であって空気量はＡＭＩＮ　’ガス量
はＧＭＩＮに制御されている）このような状態から温度
設定器１４　’ｋ　ＴＭＡ！そのままにしておいて、出
湯量を増加させていくと出湯温度が一時降下するように
作用するので、１３の温度検出回路と１４の温度設定器
との間に温度偏差信号ΔＴが発生する。そして、この温
度偏差信号ΔＴは１５の温度調節回路、１６の空気量調
節手段回路で処理されて、１の送風機からの空気量を増
大させるように制御する。空気量力玉亥１ｊ々変化する
このような状態では、４の差圧センサに、差圧が発生す
るので、この差圧を差圧センサ検出回路１７及び、空燃
比調節回路１８で電気的に処理して、差圧センサ４に作
用している差圧カニ零になるように７０のガス圧力比例
制御弁力）らの流量を増加させるように制御する。

この時、第３図イに於いて空燃比一定のＩ１１御すなわ
ちＡからＣ方向にむかうはソ直線に沿ったｆｆｔｌ制御
になる。

また、第４図に於いては、ｅからｅ′にむ力λう線上で
、出湯温度がは’：　ＴＭＡｘ一定に制御されている。

さらにまた、湯量を机ム、になるように絞りさらに温度
設定器１４をＴＭＩＮ　Ｋなるように設定すると、第４
図のｆの状態を維持する。そして、この状態から出湯量
を徐々に”ＭＡＸ迄増力口させると前記ｅからｅ′に制
御された場合と同じように、出湯温度がＴＭＩＮをはｙ
維持しつ＼、ｆｄ・らｆ′の状態まで制御される。

この状態を第３図イにもとづいて説明するとＡＣｉの線
上に沿って、最大定格値Ｃの状態、すなわち空気量がＡ
ＭＡＸガス量がＧＭＡＸの状態まで空燃比一定で制御さ
れることになる。

逆にｅ′やｆ’−またはその中間の状態から出湯　景　
　　　−を減少させたシ、最低制御温度”ＭＩＮ以上の
状態から１４の温度設定器で設定温度を低くした場合に
は逆に、送風機１は空気量を減少するように制御され、
第２図におけるＰＡの圧力が低下する方向に作用するの
で差圧センサ４に差圧が発生する。

したがって、この差圧が零になるように７のガス圧力比
例制御弁はガス量を減少するように自動制御される。

以上がガス圧低下のない正常な制御状態に於ける作用の
説明である。周知の如く家庭用のガス燃焼機器に使われ
ているガス種は、都市ガス、天然ガス、プロパンガス等
で代表さ九る。これらのいづれのガスも供給ガス圧が規
定されており、例えばｔ都市ガスの場合には、標準ガス
圧１００．ＨＯ２ 最低ガス圧５０ｆｉＨ２０最高ガス圧２００　ｒｒｒｍ
　Ｒ２０と規定されている。

燃焼機器の設計は最低ガス圧の時でも燃焼機器として規
定されている燃焼特性、給湯能力等が十分満足されるよ
うに配慮されていることは勿論である。

ところが、今第３図に於けるＡＢ綾線上中間の出力を増
加させようとすると、空気量ＱＡＦｉ、Ａ、。

Ａ２．Ａ３と増加するがガス量はＢ点に於けるＧＬよシ
増加しないので空燃比制御特性は、ＡＢＣ線上に沿わな
いでＢ点から折り曲がシ、ＡＢＤＥのように制御される
ことになる。つまり、ガス量が不足して空燃比が増加す
るようになる。

−万、このような状態にあるとき、燃焼出力を可変させ
ると、ＡＢ、ＩＪ上では所定の空燃比で制御されている
ので差圧センサ４の出力は零になるように制御されるの
で、ａ１〜ａ２の線に沿い、又差圧比較器１９からの出
方はｂ１〜ｂ２の線に沿って（すなわち見かけ上出力零
の状態〕制御される。

そして、ガス圧が低下している制御域Ｂ−Ｄに入いると
、差圧センサ４からａ２〜ａ３線上に沿う出力が光生じ
、黄にＤ点から空気量が増加すると、ａ３〜８４線上に
沿う出力が発生する。このときＤＥＯ線に沿って更に空
燃比が増加する方向に変ろうとするが、一方、Ｄ点を越
えて、すなわち空気量が、Ａ２から増加しようとすると
、差圧センサ４の出力が空気量Ａ２によって足首る比較
基準値ａ６の点を越えるので、差圧比較器１９からｂ６
〜ｂ４線上に沿った出力が発生する。このような場合に
は圧力センサ４の出力または差圧比較器１９の出力によ
り温度調節回路１５に優先して送風機１０回転数を減少
させるように、すなわちＥ点からＤ点へひき戻すように
制御するものである。

また、上記の場合よりも低燃焼域で、ガス圧が低下して
し甘い、第３図イのＧ′１．よシガス量が増大しない場
合には、同様にして、その空燃比制御特性は、Ｂ′点か
ら哲り曲がり、Ａ　Ｂ′Ｄ’　Ｅ’のように制御されよ
うとするが、この場合にもＥ′点が許容空燃比の限界値
ｍ＝１６よりも増大する方向にあるので空気量Ａ；に対
応した比較基準値ａ′６点を越えると同様にして圧力セ
ンサ４の出力または差圧比較器１９の出力により、温度
調節回路１６に優先して、Ｅ′点からＤ′点へすなわち
ｍ＝１．６になるように制御されるものである。

ガス圧が異常に低下する場合として、供給圧そのものが
低下する以外に次のものがある。すなわち燃焼機器の排
気系路の圧力が強風等の為に上昇すると、ガス量が減少
するので、供給ガス圧が低下した場合と同じになる。

このように、ガス燃焼機器の力で供給圧が低下した場合
に、差圧センサ４の出力が空気量によって定まる比較基
準値を越えると、差圧比較器１９の出力により空気量を
減少させるような出力を送風機１に与えることで燃焼可
変範囲全域にわたって許容空燃比の上限値すなわちｍ＝
＝１．６ｉ越えることがないような制御が可能になる。

したがって−酸化炭素が許容限界値以上発生したり、異
常燃焼音が発生したりあるいは燃焼炎が吹消えしたシす
ることがなくなる。

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
の効果が得られるものである。

空気側及びガス側の両通路に空気絞り及びガス絞りを設
け、その下流側を合流して共通圧力にするとともに、前
記二つの絞シ上流側の圧力を差圧センサで検出し、燃焼
出力に対応して発生する差圧センサの出力で、空燃比が
一定になるように制御するので、従来のような機械式の
均圧弁制御に比較して圧力調節誤差が小さくなシ燃焼制
御精度が向上するはかりでなく、差圧センサの差圧を小
さくして制御することが出来るので、送風機等が小型化
され、かつ都市ガス等の供給ガス圧が低い場合の家庭用
燃焼機器への適用を可能にするものである。

そしてまた、差圧センサの出力が空気量に対応した比較
基準値以上のとき出力を発生する差圧比較器を備えたこ
とによシ、供給ガス圧が低下したシ、燃焼機器に強風が
作用した場合でも、ガス量調節手段に優先して空気量調
節手段を制御するようにしたことによシ燃焼可変範囲全
域にわたって″　許容空燃比の上限値を越えることがな
いように制御できる。したがって、常に燃焼状態を安定
させることが出来るので安全性の高い燃焼機器の実現を
可能にするものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のガス燃焼制御装置の構成説明図。 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
成及びブロック説明図、第３図は本発明の上記一実施例
に於ける制御動作説明図、第４図は本発明上記一実施例
に於けるガス給湯機器の給湯能力特性図であ暮。 １・・・・・・送風機、２・・・・・・空気数シ、３・
・・・・・混合部。 ４・・・・・・差圧センサ、６・・・・・・ガス絞９．
６・・・・・・バーナ、７Ｇ・・・・・・ガス量調節手
段、７Ａ−１，、、空気量調節手段、１０・・・・・・
温度検出器、１１・・・・・・ガス側通路、１２・・・
・・・空気側通路、１４・・・・・・温度設定器、１５
・・・・・・温度調節回路、１９・・・・・・差圧比較
器。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 ２　図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 空気側通路には燃焼用空気を供給する送風機と空気量調
   節手段と空気絞りとを、ガス側通路にはガス量調節手段
   とガス絞９を＾己設し、この空気絞りとガス絞シとの下
   流を合流して空気とガスを混合する混合部と、前記空気
   絞シの上流とガス絞りの上流との圧力差に対応した電気
   信号を発生する差圧センサを具備す仝と共綽、バーナに
   より加熱される被加熱体の温度を検出する温度検出器と
   、被加熱体の出口温度を設定する温度設定器と、前記温
   度検出器の信号と前記温度設定器の信号との差を増巾演
   算する温度調節回路と、前記差圧センサの出力の絶対値
   が空気量に対応した比較基準値以上のとき出力を発生す
   る差圧比較器を有し、前記温度調節回路からの出力で前
   記空気量調節手段を制御し、かつ、前記差圧センサの出
   力に応じて前記ガス量調節手段を制御するとともに、前
   記差圧比較器の出力が発生した時は、前記温度調節回路
   に優先して前記差圧センサの信号に応じて前記空気量調
   節手段を制御するガス燃焼制御装置。