JPS6260612B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ガス，石油等の燃料を燃焼させ室内
空気等と熱交換させることにより暖房を行う温風
機等の家庭用燃焼機の制御装置に関し、さらに詳
しくは、燃焼量に応じて、燃焼用空気量を制御
し、空気過剰率を好ましい値に保つための燃焼制
御装置に関する。

従来から、燃焼量の燃焼空気量を一定に保つべ
く種々の方法が考案され、実用に供されている。
例えば、フレームロツド，サーモカツプルのよう
な炎の燃焼状態を検知できる検知手段により、燃
焼状態を制御するようなものがある。

フレームロツドの場合、その抵抗値（電流値）
を検出し、その値が一定になるように、燃焼用空
気の供給フアンの負帰還制御を行うものである。
また炎の温度，光等を用いる場合でも、同様に負
帰還制御を行い、燃焼用空気の供給フアンを、検
出温度又は炎の光の波長が設定値になるように制
御するものであつた。

しかしながら、炎の抵抗値，温度，光の波長等
の検出信号は、その絶対値が、燃焼量，検出位置
等によつて大きく変化する。したがつて、前述の
如き負帰還制御を行う場合、その設定値（目標
値）を、燃焼量，検出位置等に従つて、調整して
おくことが必要であり、燃焼量の連続的制御を行
う場合には、制御回路が複数となり、さらに、検
出器、例えばフレームロツド等の取りつけ位置の
変化による検出信号の違いは、量産時の組立・製
造等を著しく面倒にしていた。また、ガス，石油
等の燃料の種類の違いによつて、大きく検出信号
が違うことも、大きな欠点であつた。

本発明は、このような欠点にかんがみて、なさ
れたものであつて、ガス，石油等の燃料の燃焼量
の大小や、炎状態の検知器の検出位置の変化によ
る検知信号絶対値の差があつても、常に空燃比
（燃焼量と燃焼用空気量の比）を一定に保つよう
制御することができる温風機等の家庭用燃焼機の
制御装置を提供するものである。

以下、その実施例を説明する。第１図は温風機
の構成図である。１は温風機本体であり、室内空
気対流用フアン１０，熱交換器２，バーナ３，燃
料供給量制御器８，燃焼用空気の供給フアン７，
給気および排気を行うダクト５および６を有して
いる。さらに制御装置１１を有していて、温風吐
出温度検知器９の信号により、吐出空気温度が設
定値になるよう、前記燃料供給量制御器８を連続
又は段階制御する。

制御装置１１は、さらにフレームロツド４によ
り炎の状態に対応する抵抗値を検出し、燃焼用空
気の供給フアンを制御する。

ここで、本発明の特徴である制御装置１１の燃
焼用空気量制御方式について、第２図，第３図を
参照して説明する。

第２図において、１２は比較増巾器であつて、
温風吐出温度検出器９の信号を温度制御器１４に
基準信号２２との差信号として入力し、温度制御
器１４は、その差が零となるように燃料供給量制
御器８を制御する。

この場合、温風吐出温度検出器９の代わりに、
室内温度検出器を用いるものであつてもよい。

燃焼制御部は、フレームロツド４からの信号を
アナログ・デジタル変換器１５によりデジタル量
に変換し、論理演算部１８は、固定記憶部２０の
制御信号に基づき、可変記憶部１９との間でデー
タの受けわたしを行い各種の演算を行い、その結
果をデジタル・アナログ変換器を含むフアン制御
部２１に送り、フアン制御部２１はその結果に基
づき燃焼用空気の供給フアン７を制御する。

前述した論理演算部１８、可変記憶部
（RAM）１９、固定記憶部（ROM）２０は、周
知の１チツプマイクロコンピユータを用いること
により極めて容易に構成することができる。すな
わち、１チツプマイクロコンピユータにより、こ
れらを構成すれば、固定記憶部２０は、いわゆる
ROMに相当し、可変記憶部１９はいわゆるRAM
に相当する。そして、論理演算部１８は、１チツ
プマイクロコンピユータのROM、およびRAM以
外の演算部や各程のバツフアおよび制御部などに
相当するものである。したがつて、フレームロツ
ド４の信号はアナログデジタル変換器１５により
デジタル量に変換されて１チツプマイクロコンピ
ユータに送られ、後述するような各種の演算処理
を行うための入力データとなるのである。この演
算処理結果に従つて、１チツプマイクロコンピユ
ータは、供給フアン７を後述するような制御アル
ゴリズムで制御するためのデジタル量の制御信号
をフアン制御部２１に送るものである。次にこの
ような構成による制御アルゴリズムについて説明
する。

第３図は、空燃比（空気過剰率）ｍに対するフ
レームロツドの電流変化を示すものであつて、空
気過剰率ｍが１のとき、理論的には最大電流とな
る。このような性質は、例えば前述した第５回お
よび第８回国際燃焼シンポジウム論文集
（P.515）を参照すれば明らかであり、ｍ＝１の近
傍でフレームロツド電流、火炎温度、あるいは燃
焼速度などが最大となる。通常、燃焼状態検知に
よる空燃比制御を行わない場合は、空燃比のバラ
ツキや変動を考慮し、ｍ＝1.2〜1.3程度にバーナ
装置を設定し、あえて燃焼効率を低下させて使用
しているが、空燃比制御を行うことにより、ｍ＝
１に近い状態で燃焼させることができ、最も良好
な特性のバーナ装置を実現することができる。本
実施例に於てはフレームロツド電流のみについて
説明するが、フレームロツド電流は火炎の温度そ
のものとの相関があることは周知である。例え
ば、第５回国際シンポジウム論文集（P.433）火
炎の温度とイオン電流との空気過剰率に対する相
関関係が示されており、火炎温度が高い程燃料の
イオン化が著しく、火炎中のイオン濃度が高くな
るのである。すなわちフレームロツド電流は、こ
の火炎のイオン濃度そのものであり、火炎の温度
が高い程フレームロツド電流は大きくなるのであ
る。第４図は第３図のごとき特性を得るための構
成図であり、バーナ３，フレームロツド４，直流
電源１６，電流検出用抵抗器１７を図示したよう
に接続している。

燃焼用空気は給気ダクト５から供給される。

実際の燃焼において、バーナ，熱交換器等の構
成により、ｍ＝１以外の値が、熱効率，燃焼状態
とも、最も良くなるのが一般的であるが、第４図
のように、バイパス路１３を設けて、その流量を
適当に適当に設計し、１次空気の割合を小さくし
てフレームロツド４の置かれている位置での燃焼
状態を通常よりも空気不足とし、バーナ全体では
ｍ＝１でなくとも、フレームロツド４の置かれて
いる位置では、第３図のｍ＝１で、フレームロツ
ドの電流Ｉが最大となるのと同じように、バーナ
全体ではｍ＝１より大きいところで電流Ｉを最大
にすることができる。

第２図の論理演算部１８は、フレームロツド４
の電流Ｉを常に測定しながら一定の時間間隔ごと
に供給フアン７の回転数，すなわち送風量Ｑを一
定の巾△Ｑで変化させ、その結果としてのフレー
ムロツド４の電流変化△Ｉを測定して、送風量変
化△Ｑに対する電流変化△Ｉ、すなわち ｄＩ／ｄＱ≒△Ｉ／△Ｑ を計算する。

この微分信号△Ｉ／△Ｑの大きさおよび、正・負号に より供給フアンの作動モータの回転数を定めるの
である。

この制御過程を第３図，第５図を用いて説明す
る。

時刻ｔ_oにおいてあらかじめ定められたプログ
ラムに従つて、供給フアン７の回転数Ｎが微小変
分Δｎだけ変化される。その結果、次のｔ_o+1に
おいてフレームロツドの電流ＩがΔＩだけ変化を
生じる。このΔｎは空気量の変化ΔＱに相当する
わけであるから、このような処理の結果として空
燃比の変化に対するフレームロツド電流Ｉの傾き
を検出することができる。すなわち、ΔＩ／ΔＱ
＝Ｋ・ΔＩ／Δｎ（Ｋは定数又はＮの関数）を算
出することができるわけである。このΔＩ／ΔＱ
が検出されると、第３図の曲線上のどの位置が現
在地であるかを知ることができ、この結果、曲線
の頂点、すなわちΔＩ／ΔＱ≒Ｏとなる点に向う
ように供給フアン７の回転数Ｎの変化させるべき
値ΔN₁を定めることができる。したがつて、ｔ_o+
１において、ＮはΔN₁だけ変化させるのである。

この制御過程を第３図の曲線Ａで説明すると次
のようになる。すなわち、ｔ_oにおいてΔｎだけ
Ｎが変化されると、ｔ_oにおいてｍ_oであつたｍ
は、ｔ_o+1でｍ_o+1となる。

従つて、ΔＩおよびΔｎにより曲線の傾きが求
められ、この結果に基づいて、ＮがΔN₁だけ修
正される。このため、ｔ_o+2においては、ｍはｍ_o
＋２に移るのである。次に、ｔ_o+2で再びΔｎだけ
Ｎが微小変化されると、ｔ_o+3では、ｍはｍ_o+3と
なり、今度はＩは減少する。もちろん、この傾き
も、当然ΔＩ／Δｎとして検出することができる
から、今度は、ｔ_o+3において、ＮをΔN₂だけ前
回とは反対方向に（ｍを大きくする方向に）変化
させるわけである。従つて、ｔ_o+4では、ｍはｍ_o
＋４に移り、曲線Ａの頂点に近づくよう制御される
のである。

このようにして、フレームロツドの電流Ｉが最
も大きいところになるように、供給フアン７の回
転数Ｎが制御され、燃焼は最も好ましい状態とな
る。第３図の曲線Ｂのように、燃焼量が変化して
も前述の制御方式により、ｍは常に好ましい値と
なるように制御される。

これは、ガスや石油の種類が変化したり、燃焼
用空気の供給フアン７の流路抵抗が変化しても、
常にｍを最も好ましい値に制御できることを意味
している。

以上のように、本発明の家庭用燃焼機の制御装
置によれば、燃焼量や燃料の種類、燃焼用空気供
給フアンの流路抵抗等が変化しても、常に一定の
空気過剰率を得ることができ、さらに、フレーム
ロツド等の燃焼状態の検出器と、バーナとの位置
関係等も、相当自由度が大きくなるため、製作上
極めて有利である等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における温風機の概略
構成図、第２図はそのブロツク図、第３図はフレ
ームロツドの電流と空気過剰率との関係を示す
図、第４図は同フレームロツド近傍の構成を示す
図、第５図は燃焼用空気供給フアンの回転数，フ
レームロツド電流等について説明する図である。 ４……フレームロツド、７……燃焼用空気供給
フアン、８……燃料供給量制御器、１１……制御
装置、１４……温度制御器、１８……論理演算
部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 燃料供給量可変手段，燃焼空気供給量可変手
   段，燃焼状態検知手段とを備えると共に、所定の
   時間間隔で空燃比を微小量変化せしめる空燃比微
   小変化手段と、前記空燃比微小変化手段の動作に
   より生じる前記燃焼状態検知手段の検知信号の変
   化を検知し空燃比に対する燃焼状態検知信号の微
   分値を演算する微分値演算手段と、前記微分値が
   実質上零になるよう燃焼空気供給量可変手段を制
   御する制御部とを備えた家庭用燃焼機の制御装
   置。 ２ 燃焼空気供給量可変手段をフアンを含んで構
   成し、前記フアンの回転数を一定時間毎に微小変
   化せしめるよう空燃比微小変化手段を構成した特
   許請求の範囲第１項記載の家庭用燃焼機の制御装
   置。 ３ 微分値検出のための空燃比微小変化と、微分
   値が実質上零となるようにするための空燃比の変
   化とを、一定時間間隔で交互に実行するよう構成
   した特許請求の範囲第１項記載の家庭用燃焼機の
   制御装置。