(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炎口体の上流側に位置し燃料と空気を混合する混合室と、燃料を調節する燃料調節器と、前記燃料調節器に連結し前記混合室に臨む燃料ノズルと、前記混合室に臨み燃焼空気を送る燃焼ファンと、前記炎口体の下流側に前記炎口体からの排気ガスのＣＯ濃度を検出するＣＯセンサと、前記ＣＯセンサからの出力に基づき前記燃料調節器と前記燃焼ファンを制御する制御器とからなり、前記制御器は標準となるガス種に対応した燃焼ファンの送風量と燃料供給量を初期設定としてあたえられＡ／Ｆ制御すると共に、ＣＯ濃度の検出を行い、ＣＯ濃度が所定値より低い場合には、送風量を低減してＣＯ濃度の増減を検出し、増加した場合はＣＯ濃度の所定値に達するまで送風量を低減し、下限送風量を記録し、前記下限送風量にあらかじめ設定した調整送風量を加算した送風量を通常のＡ／Ｆ制御の設定値とすると共に、前記ＣＯ濃度の増減の検出値が減少した場合はＣＯ濃度の所定値に達するまで送風量を増加し、上限送風量を記録し、前記上限送風量にあらかじめ設定した調整送風量を減算した送風量を通常のＡ／Ｆ制御の設定値とする燃焼制御装置。
【請求項２】
風量センサを燃焼ファン吹出口、または燃焼ファン吸入口に設けてその出力を制御器へ入力するようにした請求項１記載の燃焼制御装置。
【請求項３】
炎口体の下流側に酸素センサを設けてその出力を制御器へ入力するようにした請求項１または２記載の燃焼制御装置。
【請求項４】
炎口体の下流側に複数の排気ガス取入口を、燃焼ファンの吸入口に排出口をもつ排気ガス再循環路を設け、前記排気ガス再循環中にＣＯセンサを配した請求項１、２または３記載の燃焼制御装置。
【請求項５】
制御器の制御動作を器具の試運転時にのみ作動させる試運転回路を設けた請求項１、２、３、または４記載の燃焼制御装置。
【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、石油等の燃料を燃焼させて水や空気等を加熱するバーナ装置に関し、詳しくは前記バーナ装置からの排気ガスに対する成分検出に基づきＡ／Ｆ制御を行う燃焼制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の燃料制御装置は、特開平５−２１５３２９号公報に示すようなものが一般的であった。以下、その構成について図９、図１０を参照にしながら説明する。バーナ１に供給される燃料を、ファン２の回転により取入れた空気を利用して燃焼させる燃焼装置の燃焼制御方法において、排気ガスの排気側に燃焼状態を検出する燃焼センサ３を設けておくとともに、燃料の供給量に対応させて燃焼状態の基準レベルを設定しておき、燃焼センサ３によって検出される検出レベルがその燃焼供給量に対応する基準レベルを異常側に超えたときに検出レベルを正常側に戻す方向にファン回転数を増減制御するようになっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の燃焼制御装置では、器具の仕様、例えば供給するガス種があらかじめ工場出荷段階で設定された使用状況下の範囲では、有風等の外乱に対してＡ／Ｆ設定が良好な燃焼設定域から離脱したことをＣＯセンサ等で検出しファン回転数を補正することで最適な燃焼状態にできるが、供給されるガス種が器具にあらかじめ工場出荷段階で設定されたものと違う場合やガス種の成分に変動があった場合には、初期のＡ／Ｆ設定より良好な燃焼設定域にファン回転数を補正していたのでは、補正に時間がかかり、その間不完全燃焼をおこしたり、あるいはファン回転数の補正が正常に作動しない等の課題を有していた。
【０００４】
本発明は上記従来の課題を解決し、器具の仕様、例えば供給されるガス種が変更された場合やガス種の成分に変動があった場合等に、不完全燃焼を発生することなく、供給されるガスに最適なＡ／Ｆ設定を行う燃焼制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、炎口体の上流側に位置し燃料と空気を混合する混合室と、燃料を調節する燃料調節器と、前記燃料調節器に連結し前記混合室に臨む燃料ノズルと、前記混合室に臨み燃焼空気を送る燃焼ファンと、炎口体の下流側に炎口体からの排気ガスのＣＯ濃度を検出するＣＯセンサと、前記ＣＯセンサからの出力に基づき燃料調節器と燃焼ファンを制御する制御器とからなる。そしてこの制御器は標準仕様、例えば標準となるガス種に対応した燃焼ファンの送風量と燃料供給量を初期設定としてあたえられＡ／Ｆ制御すると共に、ＣＯ濃度の検出を行い、ＣＯ濃度が所定値より低い場合には、送風量を低減しＣＯ濃度の増減を検出し、増加した場合はＣＯ濃度の所定値に達するまで送風量を低減し、下限送風量を記録し、前記下限送風量にあらかじめ設定した調整送風量を加算した送風量を通常のＡ／Ｆ制御の設定とするとともに、ＣＯ濃度の増減の検出値が減少した場合はＣＯ濃度の所定値に達するまで送風量を増加し、上限送風量を記録し、上限送風量にあらかじめ設定した調整送風量を減算した送風量を通常のＡ／Ｆ制御の設定値とするものである。
【０００６】
また、送風量の検知精度を向上させるため、風量センサを燃焼ファン吹出口、または燃焼ファン吸入口に設けてその出力を制御器に入力するようにしてある。
【０００７】
また、排気ガス中の酸素濃度により排気ガスの空気過剰率を求め、送風量の検知精度を向上させるため、炎口体の下流側に酸素センサを設けてその出力を制御器に入力するようにしてある。
【０００８】
また、排気ガス中のＣＯ濃度検出精度を向上させるため、炎口体の下流側に複数の排気ガス取入口を、燃焼ファンの吸入口に排出口をもつ排気ガス再循環路を設け、この排気ガス再循環路中にＣＯセンサを設けてある。
【０００９】
さらに、ガス種の検定を器具設置時や定期的にのみ行うため、試運転回路を設けてある。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の燃焼制御装置は上記した構成によって、燃料調節器で調整され燃料ノズルから噴出した燃料と燃焼空気を送る燃焼ファンから吐出した空気を混合室において混合した後、炎口体に供給し、炎口体下流において点火し燃焼させ、炎口体下流側に設置したＣＯセンサにより排気ガス中のＣＯ濃度が検出される。制御器は標準となるガス種に対応した燃焼ファンの送風量と燃料供給量を初期設定としてあたえられ、燃焼ファンと燃料調節器をＡ／Ｆ制御するとともに、ＣＯセンサによって検出される検出レベルが所定値より低い場合には、送風量を低減しＣＯ濃度の増減を検出する。ＣＯ濃度が増加した場合はＣＯ濃度が所定値に達するまで送風量を低減し、下限送風量を記録し、下限送風量にあらかじめ設定した調整送風量を加算した送風量を初期設定のＡ／Ｆ制御の設定値から変更し新しい通常のＡ／Ｆ制御の設定値とするので、燃焼状態を空気不足側の不完全燃焼から調整送風量分、余裕を持った状態で燃焼させることができる。ＣＯ濃度が減少した場合にもＣＯ濃度の所定値に達するまで送風量を増加し、上限送風量を記録し、上限送風量にあらかじめ設定した調整送風量を減算した送風量を初期設定のＡ／Ｆ制御の設定値から変更し新しい通常のＡ／Ｆ制御の設定値とするので、燃焼状態を空気過剰側の不完全燃焼から調整送風量分、余裕を持った状態で燃焼させることができる。
【００１１】
また、風量センサで燃焼空気の供給量を検知することができるため、燃焼ファン回転数で送風量を推定算出するのに比べ、送風量を正確に検出でき、Ａ／Ｆ制御の設定値精度を向上させることが出来る。
【００１２】
また、炎口体の下流側に設けた酸素センサによって排気ガス中の酸素濃度を検出し、排気ガスの空気過剰率を算出するので、燃焼状態、送風量を正確に検出でき、Ａ／Ｆ制御の設定値精度を向上させることが出来る。
【００１３】
また、複数の排気ガス取入口は燃焼室内のＣＯ濃度分布を平均化して排気ガスを吸引し、その排気ガスは排気ガス再循環路中のＣＯセンサを経由して燃焼ファンに吸引されるので、ＣＯセンサの検出値は精度の高いものとなる。
【００１４】
さらに、試運転回路を備えることで、器具の試運転時やガス種変更時にのみ上記Ａ／Ｆ制御の設定値を更新することができ、上記Ａ／Ｆ制御の設定値算出を行う時に生ずる燃焼量を固定することによる湯温制御への不具合等を解決できる。
【００１５】
以下、本発明の第１の実施例を図１、図２および図３を参照しながら説明する。図１は本発明の第１の実施の形態の燃焼制御装置の構成図であり、燃料調整器４で調整され燃料ノズル５から噴出した燃料と、燃焼空気を送る燃焼ファン６から吐出した空気を、混合室７で混合した後、ハニカム格子８で整流し、炎口体９に供給する。混合気は燃焼室１０内で燃焼した後、熱交換器１１、排気ガス路１２を通過して排気口１３より排出される。ＣＯセンサ１４は排気ガス路１２内に付設してある。さらに、制御器１５により、燃料調節器４と燃焼ファン６を制御し炎口体９下流において点火し、火炎を形成し、安定な燃焼を維持する。
【００１６】
ここで、燃焼制御装置における制御器１５の運転動作について図２、図３により説明する。運転を開始した燃焼制御装置は、Ａ／Ｆ制御設定値をあらかじめ設定された標準仕様、例えば標準ガスに対応した初期設定値としてＡ／Ｆ制御を開始する。ここでいうＡ／Ｆ制御設定値とは送風量と燃焼量であり、送風量は燃焼ファン６のファン回転数、燃焼量は
燃料調整器４の開度となる。
【００１７】
Ａ／Ｆ制御開始後、ＣＯセンサ１４による排気ガス中のＣＯ濃度検出を行い、検出値とＣＯ発生許容値である所定値との比較を行う。検出値が所定値より大きい場合はなんらかの要因で不完全燃焼を発生しているものとして運転を停止し、機器の異常を表示、警報する。検出値が所定値より小さい場合は送風量を低減しＣＯ濃度の増減を検出する。ＣＯ濃度が増加する場合は図３（ａ）のようにＣＯ濃度検出値がＣＯ発生許容値である所定値になるまで送風量を低減し、ＣＯ濃度検出値と所定値が等しくなる時の送風量を下限送風量として記録し、下限送風量に調整送風量を加算した送風値を新しいＡ／Ｆ制御設定値としてＡ／Ｆ制御を行う。調整送風量は使用する燃焼装置の燃焼性能よりあらかじめ決めておく値で、燃焼状態を空気不足側の不完全燃焼から、適切な余裕を持った状態で燃焼させることができるような値を選ぶ。ＣＯ濃度が減少する場合は図３（ｂ）のようにＣＯ濃度検出値がＣＯ発生許容値である所定値になるまで送風量を増加し、ＣＯ濃度検出値と所定値が等しくなる時の送風量を上限送風量として記録し、上限送風量に調整送風量を減算した送風値を新しいＡ／Ｆ制御設定値としてＡ／Ｆ制御を行う。
【００１８】
調整送風量は使用する燃焼装置の燃焼性能よりあらかじめ決めておく値で、燃焼状態を空気過剰の不完全燃焼から、適切な余裕を持った状態で燃焼させることができるような値を選ぶ。
【００１９】
本発明の第１の実施例によれば、Ａ／Ｆ制御設定値が器具の燃焼状態が最適な点に連続して設定されるため、器具に供給されるガス種が変更された場合やガス種の成分に変動があった場合、また器具の経年変化に伴う熱交換器１１のフィン閉塞や燃焼ファン６の送風量減少等に対しても不完全燃焼を発生することなく、供給されるガスに最適なＡ／Ｆ設定を行うことができる。
【００２０】
次に本発明の第２の実施の形態を図４を用いて説明する。第２の実施の形態において第１の実施の形態と相違する点は、平均化回路１６を設けたことにある。平均化回路１６は、調整送風量、下限送風量、上限送風量をあらかじめ最適と定めた所定期間で平均化した後、送風量を算出するもので、有風等の外乱による送風量のばらつきを少なくでき、Ａ／Ｆ制御設定値の信頼性を向上させることができる。
【００２１】
次に本発明の第３の実施の形態を図５を用いて説明する。第３の実施の形態において第１の実施の形態と相違する点は、風量センサ１７を燃焼ファン６の吹出口、または燃焼ファン６の吸入口に設け、その出力を制御器１５に入力するようにしたことである。風量センサ１７は燃焼空気の供給量を直接検知することができるため、第１の実施の形態のように燃焼ファン回転数で送風量を推定算出するのに比べ、送風量を正確に検出でき、有風等の外乱による誤差をなくすことができ、Ａ／Ｆ制御の設定値精度を向上させることができる。また、ファン回転数と送風量の関係を検定できるので送風量に対してファン回転数が漸次増加した場合には器具の給排気経路にゴミ詰まり等の異常が発生したことを検知することもでき、器具の故障を予測、表示、警報等を行うことができる。
【００２２】
次に本発明の第４の実施の形態を図６を用いて説明する。第４の実施の形態において第１の実施の形態と相違する点は、炎口体９の下流側に酸素センサ１８を設け、その出力を制御器１５に入力するようにした点にある。排気ガス中の酸素濃度を検出することによって、ガス種に関係なく排気ガスの空気過剰率を算出することで、第１の実施の形態のように燃焼ファン回転数で送風量を推定算出するのに比べ、送風量を正確に検出でき、有風等の外乱による誤差を少なくすることができ、Ａ／Ｆ制御の設定値精度を向上させることができる。また、第３の実施の形態のように燃焼前の送風量を検定する場合に比べても、実際に燃焼した後の排気ガス成分より送風量を算出するので混合室７等で送風が洩れた場合
にも燃焼に使用された送風量が正確に検出でき、かつ燃焼状態を直接監視することができ、器具を安全に制御することができる。
【００２３】
次に本発明の第５の実施の形態を図７を用いて説明する。第５の実施の形態において第１の実施の形態と相違する点は、排気ガス路１２内に複数の排気ガス取入口２０を適切な間隔で設け排気ガス路１２内のＣＯ濃度分布を平均化して排気ガスを吸引し、その排気ガスが排気ガス再循環路２１中に設けたＣＯセンサ２２を経由して排出口２３より燃焼ファン６に吸引される点にある。よって、全排気ガス中のＣＯ濃度レベルにＣＯセンサの検知レベルをほぼ一致させることができるので、ＣＯセンサ２２の検出値は精度の高いものとなり、その値を基に演算するＡ／Ｆ制御の設定値の信頼性を向上させる効果がある。また排気ガス再循環により炎口体９に形成される火炎のＮＯｘを低減することもできる。
【００２４】
最後に本発明の第６の実施の形態を図８を用いて説明する。第６の実施の形態において第１の実施の形態と相違する点は、試運転回路２４を設けたことにある。本来Ａ／Ｆ制御の設定値更新は器具の新設時や供給されるガス種の成分が変更になった場合や経年変化により各アクチュエータが初期状態から劣化し送風量・燃焼量が変化した場合等にのみ実施すれば良いものなので、通常運転時にはＡ／Ｆ制御の設定値変更は行わなくてもよい。よって試運転回路２４により、器具の試運転時やガス種変更時や定期点検時にのみ上記Ａ／Ｆ制御の設定値を更新することで平常時はＡ／Ｆ制御の設定値動作を行わないようにし、Ａ／Ｆ制御や湯温制御等の他の制御を優先させることで制御器１５の処理能力を有効利用できる。また、Ａ／Ｆ制御の設定値算出を行う時にはＡ／Ｆ設定点である２点つまり最大燃焼量と最小燃焼量の２点で燃焼量を固定して設定値を求めなければならないが、燃焼量固定時は湯温制御ができなくなる等の不具合を生ずる。しかしながら試運転の時にこれを行えば実際に使用している時ではないので湯温制御等を問題視しなくて良く、使い勝手が向上する。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明の燃焼制御装置によれば次の効果が得られる。
【００２６】
（１）Ａ／Ｆ制御の設定値が燃焼状態の最適な点に連続して設定されるため、器具に供給されるガス種が変更された場合やガス種の成分に変動があった場合、また器具の経年変化に伴う送風量減少等に対しても不完全燃焼を発生することなく、最適なＡ／Ｆ設定を行うことができる。
【００２７】
（２）風量センサは燃焼空気の供給量を直接検知することができるため、燃焼ファン回転数で送風量を推定算出するのに比べ、送風量を正確に検出でき、有風等の外乱による誤差を無くすことができ、Ａ／Ｆ制御の設定値精度を向上させることができる。また、ファン回転数と送風量の関係を検定できるので送風量に対してファン回転数が漸次増加した場合には器具の給排気経路にゴミ詰まり等の異常が発生したことを検知することもでき、器具の故障を予測、表示、警報等を行うことができる。
【００２８】
（３）排気ガス中の酸素濃度を検出することによって、実際に燃焼した後の排気ガス成分より送風量を算出するので、送風が途中の経路で洩れた場合にも燃焼に使用された送風量を排気ガスの空気過剰率より算出することができ、よって送風量を正確に検出でき、Ａ／Ｆ制御の設定値精度を向上させることができる。また、燃焼状態を直接監視することができ、器具を安全に制御することができる。
【００２９】
（４）ＣＯセンサの位置を排気ガス再循環路に変えることで全排気ガス中のＣＯ濃度レベルにＣＯセンサの検知レベルをほぼ一致させることができ、その値を基に演算するＡ／Ｆ制御の設定値の信頼性を向上させることができる。
【００３０】
（５）試運転回路により、器具の試運転時やガス種変更時や定期点検時にのみＡ／Ｆ制御の設定値を更新することで、Ａ／Ｆ制御や湯温制御等の他の制御を優先させ制御器の処理能力を有効利用することができる。また、Ａ／Ｆ制御の設定を行う時に生ずる燃焼量を固定することによる湯温制御への不具合等を解決できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態における燃焼制御装置の構成図
【図２】  同実施の形態における制御装置のフロー図
【図３】  （ａ）同実施の形態における下限送風量、調整送風量、Ａ／Ｆ設定を示す説明図
（ｂ）同実施の形態における上限送風量、調整送風量、Ａ／Ｆ設定を示す説明図
【図４】  本発明の第２の実施の形態における燃焼制御装置の構成図
【図５】  本発明の第３の実施の形態における燃焼制御装置の構成図
【図６】  本発明の第４の実施の形態における燃焼制御装置の構成図
【図７】  本発明の第５の実施の形態における燃焼制御装置の構成図
【図８】  本発明の第６の実施の形態における燃焼制御装置の構成図
【図９】  従来の燃焼制御装置を示す構成図
【図１０】  同燃焼制御装置のフロー図
【符号の説明】
４  燃料調節器
５  燃料ノズル
６  燃焼ファン
７  混合室
９  炎口体
１４  ＣＯセンサ
１５  制御器
１７  風量センサ
１８  酸素センサ
２０  排気ガス取入口
２１  排気ガス再循環路
２２  ＣＯセンサ
２３  排出口
２４  試運転回路
【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】
0003740724.tif 000008
【図８】
0003740724.tif 000009
【図９】
0003740724.tif 000010
【図１０】
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