(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスや石油等の燃料に空気を混合した混合気を燃焼室に供給して同燃焼室内において燃焼させ、燃焼室内での燃焼状態を、炎中を流れる炎電流値に基づいて制御する制御手段を備えた燃焼装置であって、
前記燃焼室での炎中を流れる炎電流値が予め設定された値から低下したときに、前記混合気の空気比を所定量変化させてその空気比の変化に対する炎電流値の増減を読取り、そのときの炎電流値の増減によって異常燃焼状態か、正常燃焼状態かの判定を行い、さらに燃焼室の温度を検知してこの温度によって炎電流の予め設定された値を補正するようにした燃焼装置。
【請求項２】
ガスや石油等の燃料に空気を混合した混合気を燃焼室に供給して同燃焼室内において燃焼させ、燃焼室内での燃焼状態を、炎中を流れる炎電流値に基づいて制御する制御手段を備えた燃焼装置であって、
前記燃焼室での炎中を流れる炎電流値が予め設定された値から低下したときに、前記混合気の空気比を所定量変化させてその空気比の変化に対する炎電流値の増減を読取り、そのときの炎電流値の増減によって異常燃焼状態か、正常燃焼状態かの判定を行い、さらに燃焼用空気の温度を検知してこの温度によって炎電流の予め設定された値を補正するようにした燃焼装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２のいずれかに記載の燃焼装置であって、炎電流の予め設定された値の補正を燃焼の開始から所定の時間に限定して行うようにした燃焼装置。
【請求項４】
請求項１又は請求項２のいずれかに記載の燃焼装置であって、空気比を燃料の供給量によって変化させるようにした燃焼装置。
【請求項５】
請求項１又は請求項２のいずれかに記載の燃焼装置であって、空気比を空気の供給量によって変化させるようにした燃焼装置。
【請求項６】
請求項４又は請求項５のいずれかに記載の燃焼装置であって、異常燃焼状態の判定により燃焼を停止させる処理を行うようにした燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスや石油等の燃料と空気との混合気を燃焼室において燃焼させ、燃焼状態を炎電流に基づいて制御する、ボイラーや暖房機等の燃焼機器の中核をなす燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
石油やガスを燃料とするボイラーや暖房機等の燃焼機器における燃焼装置の燃焼制御は、多くが炎を介した電極間に電圧を印加することにより炎中を流れるイオン電流である炎電流を検知することにより行われている。例えば、特開平２―６８４２３号公報には、暖房装置について燃焼装置の燃焼状態を炎電流により検知し、炎電流が所定の設定値より小さければ異常燃焼であるとして燃焼を停止する制御技術が示されている。最初の燃焼開始のとき炎電流は過渡状態にあり、安定しないため、炎電流の検知開始時間を燃焼再開のときの燃焼開始時より大幅に遅らせ、過渡状態にある炎電流によって燃焼を停止させない工夫が払われている。
【０００３】
この他にも炎電流に基づく燃焼制御に関しては、特開平４―３５３３１３号公報に示されているように、燃焼開始後に供給空気量を一定にして燃料の供給量を微増させ、そのときの炎電流から最適な空気比に対して空気比が多いか少ないかを判定し、空気比の多少により制御の基準となる炎電流の基準値を二様に変えて設定する仕方も行われている。この場合でも炎電流の安定しない燃焼開始時には設定した基準値と炎電流との比較を時限的に禁止して、過渡状態にある炎電流によって燃焼を停止させない工夫が払われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の炎電流に基づく燃焼制御技術においては、炎電流が不安定でその値の信頼性が低い最初の燃焼開始時には、炎電流が安定するまでの時間、炎電流を制御情報として使わないようにしているが、外的要因を含まない時間だけの情報で制御するため、時間の設定によっては燃焼開始時の正常燃焼と異常燃焼の判定が実際とは異なることがあり、炎電流が安定するまでの過渡期に誤動作が起き易いといった問題点がある。
【０００５】
本発明は、係る従来の問題点を解決するためになされたものであって、その課題とするところは、燃焼開始直後など炎電流が安定状態になっていない場合にも精度よく正常燃焼と異常燃焼を判定し、実際の燃焼状態に符合した制御動作を行うことができる燃焼装置を得ることであり、その燃焼装置の安全性の向上や使い易さの向上を推進することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するためにこの発明では、ガスや石油等の燃料に空気を混合した混合気を燃焼室に供給して同燃焼室内において燃焼させ、燃焼室内での燃焼状態を、炎中を流れる炎電流値に基づいて制御する制御手段を備えた燃焼装置であって、前記燃焼室での炎中を流れる炎電流値が予め設定された値から低下したときに、前記混合気の空気比を所定量変化させてその空気比の変化に対する炎電流値の増減を読取り、そのときの炎電流値の増減によって異常燃焼状態か、正常燃焼状態かの判定を行い、さらに燃焼室の温度を検知してこの温度によって炎電流の予め設定された値を補正するようにした。
【０００７】
また、この発明では、ガスや石油等の燃料に空気を混合した混合気を燃焼室に供給して同燃焼室内において燃焼させ、燃焼室内での燃焼状態を、炎中を流れる炎電流値に基づいて制御する制御手段を備えた燃焼装置であって、前記燃焼室での炎中を流れる炎電流値が予め設定された値から低下したときに、前記混合気の空気比を所定量変化させてその空気比の変化に対する炎電流値の増減を読取り、そのときの炎電流値の増減によって異常燃焼状態か、正常燃焼状態かの判定を行い、さらに燃焼用空気の温度を検知してこの温度によって炎電流の予め設定された値を補正するようにした。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１〜図４によって示す本実施の形態は、石油（灯油）を燃料とし、空気と混合して燃焼室１において燃焼させる、ボイラーや暖房機等の燃焼機器の中核をなす燃焼装置に関するものである。燃焼室１には気化器２を備えた燃焼器３が組込まれ、燃焼用空気が送風機４によって送込まれる。燃焼器３の気化器２はヒーター５によって予熱され、燃料ポンプ６によって供給される燃料と燃焼用空気との混合気が形成され、気化器２に続く燃焼器３の炎口７において火炎を形成し燃焼する（図１参照）。
【００１４】
燃焼状態は、炎口７付近に配設されたフレームロッド８に接続されたマイクロコンピューターを含む燃焼制御回路９の炎電流検知回路１０によって炎電流が検知される。燃焼制御回路９には、炎電流検知回路１０の出力から燃焼状態を判断する状態判断部１１と、ポンプ制御部１２及び送風機制御部１３が搭載されている。燃焼中においては炎電流検知回路１０によって炎電流が監視されている。
燃焼中に炎電流検知回路１０により検知される炎電流値は、図２の制御動作を示すフローチャートにおけるステップ♯１で状態判断部１１に読込まれ、ステップ♯２において予め設定された炎電流値Ｉｆ０より小さいかどうかの判定が行われる。炎電流値Ｉｆ０より小さい炎電流値Ｉｆ１であれば、状態判断部１１はステップ♯３に進み、燃焼用空気の供給量はそのままで、ポンプ制御部１２に燃料供給量を所定量だけ増やす指令を行い、ステップ♯４へ進む。ステップ♯２において予め設定された炎電流値Ｉｆ０以上であれば、ステップ♯６へ進み燃焼を継続する処理を行う。ステップ♯３の処理によりポンプ制御部１２によって燃料ポンプ６の燃料供給量が所定量だけ増やされる。
【００１５】
ステップ♯３の制御動作によって燃焼用空気に対して燃料が過多になり、空気比が下がり炎電流値Ｉｆ１も変化することになる。燃焼開始直後などで燃焼器３やフレームロッド８が未だ高温になっていない炎電流が不安定な過渡期であれば、燃料供給量の増加に比例して炎電流値Ｉｆ１は増加する。一方、既に炎電流が安定な状態になっている場合には、空気比の低下により炎電流値Ｉｆ１は減少する。状態判断部１１は、ステップ♯４において空気比の低下によって炎電流値Ｉｆ１が増加したか減少したかを判定し、増加した場合には定常状態への移行状態であり、正常燃焼状態であるとしてステップ♯６で燃焼を継続する正常動作の処理を行う。
【００１６】
また、減少した場合には、ステップ♯５で異常燃焼状態として異常動作の処理を行い、燃料ポンプ６を停止させ燃焼を停止させる。この制御方式によれば、燃焼開始直後などで炎電流が不安定な状態でも、高精度で燃焼状態の正常／異常の判定ができ、安全性も使い易さも共に向上する。
【００１７】
空気比を、燃料供給量はそのままの状態にして燃焼用空気の供給量を減少させることによって変化させても同様な制御を行うことができる。即ち、図３と図４によって示すように燃焼中に炎電流検知回路１０により検知される炎電流値は、図４の制御動作を示すフローチャートにおけるステップ♯１で状態判断部１１に読込まれ、ステップ♯２において予め設定された炎電流値Ｉｆ０より小さいかどうかの判定が行われる。
【００１８】
炎電流値Ｉｆ０より小さい炎電流値Ｉｆ１であれば、状態判断部１１はステップ♯３に進み、燃料供給量はそのままで、送風機制御部１３に燃焼用空気の供給量を所定量だけ減らす指令を行い、ステップ♯４へ進む。ステップ♯２において予め設定された炎電流値Ｉｆ０以上であれば、ステップ♯６へ進み燃焼を継続する処理を行う。ステップ♯３の処理により送風機制御部１３によって送風機４による燃焼用空気の供給量が所定量だけ減じられる。
【００１９】
ステップ♯３の制御動作によって燃焼用空気に対して燃料が過多になり、空気比が下がり炎電流値Ｉｆ１も変化することになる。燃焼開始直後などで燃焼器３やフレームロッド８が未だ高温になっていない炎電流が不安定な過渡期であれば、燃料供給量の増加に比例して炎電流値Ｉｆ１は増加する。一方、既に炎電流が安定な状態になっている場合には、空気比の低下により炎電流値Ｉｆ１は減少する。状態判断部１１は、ステップ♯４において空気比の低下によって炎電流値Ｉｆ１が増加したか減少したかを判定し、増加した場合には定常状態への移行状態であり、正常燃焼状態であるとしてステップ♯６で燃焼を継続する正常動作の処理を行う。また、減少した場合には、ステップ♯５で異常燃焼状態として異常動作の処理を行い、燃料ポンプ６を停止させ燃焼を停止させる。
【００２０】
なお、予め設定された炎電流値Ｉｆ０より炎電流値Ｉｆ１が小いとき空気比を変化させるのは、いわば燃焼状態に揺さぶりをかけることであるが、この揺さぶり方としては空気比が上がる方向でも良い。
【００２１】
実施の形態２．
図５〜図７によって示す本実施の形態は、実施の形態１で示した燃焼装置に燃焼状態の判断精度をさらに高める工夫を講じたものであり、それに係る構成以外は実施の形態１のものと同じである。従って、実施の形態１のものと同じ部分については実施の形態１のものと同じ符号を用いそれらについての説明は省略する。
【００２２】
本実施の形態の燃焼装置は、燃焼室１の温度（実際上では燃焼器３の表面温度）を検知する温度検知手段としてのサーミスタ１４が燃焼器３に配設され、燃焼制御回路９に搭載された燃焼器温度検知部１５によって燃焼器３の温度が制御情報として検知される。炎電流は外的環境要因である燃焼器３の温度に図７に示すように強く影響を受ける。そこで、燃焼器３の温度を検知し、燃焼器３の温度が所定値より高いときには、判定基準となる炎電流値Ｉｆ０を高くする補正を行ない、燃焼器３の温度が所定値より以下のときには、判定基準となる炎電流値Ｉｆ０を低くする補正を行う。
【００２３】
即ち、実施の形態１で示した制御動作のステップ♯１とステップ♯２の間に、図６に示すように燃焼器温度を検知するステップ♯７の処理と、炎電流値Ｉｆ０を補正するステップ♯８の処理を挿入する。これ以外は実施の形態１の制御動作と同じである。これにより、外的環境要因である燃焼器３の温度を加味した精度の高い燃焼状態の正常／異常の判定が可能になる。
【００２４】
実施の形態３．
図８〜図１０によって示す本実施の形態は、実施の形態２で示した燃焼装置に燃焼状態の判断精度をさらに高める工夫を講じたものであり、それに係る構成以外は実施の形態１及び実施の形態２のものと同じである。従って、各実施の形態ののものと同じ部分についてはそれらのものと同じ符号を用いその説明は省略する。
【００２５】
本実施の形態の燃焼装置は、燃焼器３の温度とともに燃焼用空気の温度を検知する温度検知手段としてのサーミスタ１６が併設され、燃焼制御回路９に搭載された燃焼器温度検知部１５によって燃焼器３の温度が制御情報として検知され、燃焼制御回路９に搭載された燃焼用空気温度検知部１７によって燃焼用空気の温度が制御情報として検知される。
【００２６】
炎電流は外的環境要因である燃焼器３の温度及び燃焼用空気の温度に図７に示したように強く影響を受ける。そこで、燃焼器３の温度と燃焼用空気の温度を検知し、いずれの温度も所定値より高いときには、判定基準となる炎電流値Ｉｆ０を高くする補正を行い、いずれの温度も所定値以下のときには、判定基準となる炎電流値Ｉｆ０を低くする補正を行う。即ち、実施の形態２で示した制御動作のステップ♯７とステップ♯８の間に、図９に示すように燃焼用空気の温度を検知するステップ♯９の処理を挿入する。これ以外は実施の形態２の制御動作と同じである。これにより、外的環境要因である燃焼器３の温度と燃焼用空気の温度を加味したより精度の高い燃焼状態の正常／異常の判定が可能になる。
【００２７】
判定基準となる炎電流値Ｉｆ０の補正は、炎電流が安定している燃焼継続中などではあまり必要でなく、かえって判断頻度が多くなり誤った判断がなされる可能性が高くなる。この問題点は、図１０に示すように燃焼制御回路９に、炎電流補正実施タイマー１８を搭載し、タイマーのカウント中にのみ時限的に炎電流値Ｉｆ０の補正を行うようにすることで解消することができる。炎電流補正実施タイマー１８は、燃焼開始直後からカウントを始め、予め設定された時間が経過するとカウントアップするもので、ソフトウエアーで構成することもできる。
【００２８】
【発明の効果】
この発明によれば、炎電流に影響を及ぼす外的環境要因を加味した高精度の正常燃焼状態／異常燃焼状態の判定ができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施の形態1の燃焼装置のブロック構成図である。
【図２】  実施の形態1の燃焼制御回路の制御動作を示すフローチャートである。
【図３】  実施の形態1の他の燃焼装置のブロック構成図である。
【図４】  実施の形態1の他の燃焼制御回路の制御動作を示すフローチャートである。
【図５】  実施の形態２の燃焼装置のブロック構成図である。
【図６】  実施の形態２の燃焼制御回路の制御動作を示すフローチャートである。
【図７】  炎電流と燃焼器の温度及び燃焼用空気の温度の関係を示す説明図である。
【図８】  実施の形態３の燃焼装置のブロック構成図である。
【図９】  実施の形態３の燃焼制御回路の制御動作を示すフローチャートである。
【図１０】  実施の形態３の他の燃焼装置のブロック構成図である。
【符号の説明】
１  燃焼室、  ３  燃焼器、  ４  送風機、  ６  燃料ポンプ、  ８  フレームロッド、  ９  燃焼制御回路、  １０  炎電流検知回路、  １１  状態判断部、  １２  ポンプ制御部、  １３  送風機制御部、  １４  サーミスタ、  １５燃焼器温度検知部、  １６  サーミスタ、  １７  燃焼用空気温度検知部、  １８  炎電流補正実施タイマー。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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