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JP3060728B2 - 燃焼装置 - Google Patents
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JP3060728B2 - 燃焼装置 - Google Patents

燃焼装置

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JP3060728B2
JP3060728B2 JP4183079A JP18307992A JP3060728B2 JP 3060728 B2 JP3060728 B2 JP 3060728B2 JP 4183079 A JP4183079 A JP 4183079A JP 18307992 A JP18307992 A JP 18307992A JP 3060728 B2 JP3060728 B2 JP 3060728B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は燃焼装置に関する。具体
的にいうと、本発明は、燃焼に必要な空気を強制給気す
る燃焼装置に関する。
【0002】
【背景技術】燃焼に必要な空気を予め一次空気として燃
料ガスと予混合し、その混合ガスを燃焼させる全一次空
気式の燃焼装置において、混合ガスを適正に燃焼させる
には、空燃比(=空気量/燃料ガス量)を適正な範囲に
制御する必要がある。
【0003】このため、一般に、空気供給用のファンを
フィードフォワード制御(以下、FF制御と記す。)し
て燃料ガス量に応じた量の給気量を設定すると共に、燃
焼ガス温度が適正範囲内に入るように空気供給用のファ
ンをフィードバック制御(以下、FB制御と記す。)に
より補正する方法が用いられている。
【0004】この方法にあっては、燃焼装置のバーナの
近傍に燃焼ガス温度を検出するための温度センサ(サー
モカップル)を設置し、予め空気過剰率M(=空燃比/
理論空燃比)と温度センサの出力電圧VTとの相関関係
を求めておき、温度センサの出力電圧VTに基づいて適
正な空気過剰率Mが得られるよう、ファンの回転数をF
B制御している。
【0005】図4は温度センサの出力電圧VTと空気過
剰率Mとの関係を表した図である。すなわち、温度セン
サの出力電圧VTは空気過剰率M=1.0のときに最大値
Pを示し、空気過剰率Mが1.0より大きくなっても小
さくなっても温度センサの出力電圧VTは小さくなる。
全一次空気式バーナでは、一般に、燃焼に必要な空気を
全て一次空気として予混合するため、M>1となるよう
にし、Mmin〜Mmax(但し、1.0<Mmin<Mmax)の
範囲を空気過剰率Mの適正範囲とし、これに対応するV
min〜Vmax(但し、Vmin<Vmax<VP)の範囲を温度
センサの出力電圧VTの適正範囲としている。
【0006】しかして、燃焼装置の使用を開始すると、
必要なガス燃焼量に応じて空気供給用のファンがFF制
御される。そして、温度センサの出力電圧VTを監視
し、出力電圧VTがVminより小さくなった場合は、空気
供給用のファンの回転数が小さくなるようにFB制御
し、逆に、温度センサの出力電圧VTがVmaxより大きく
なった場合は、ファンの回転数が大きくなるようにFB
制御する。これにより、空気過剰率Mは適正範囲内に保
たれ、適正な燃焼が行われる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな燃焼装置にあっては、炎孔プレートのホコリ詰まり
等の経年的な原因により、FF制御によって設定された
ファン回転数で給気用のファンを回転させても必要量の
空気を供給できなくなると、着火時の空気過剰率が適正
範囲よりも小さくなる。この場合、サーモカップルのよ
うな温度センサは応答性が悪いため、燃焼装置の着火か
ら温度センサが立ち上がって回転数がフィードバック補
正されるまでの間は常に空気量が不足して不完全燃焼が
生じ、一酸化炭素ガスやススが発生したり、装置内の器
具にダメージが生じたりするという問題があった。
【0008】本発明は、叙上の従来例の欠点に鑑みてな
されたものであり、その目的とするところは、ホコリ詰
まり等の経年的、あるいは定常的な原因による給気不足
による着火初期の不完全燃焼を防止することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の燃焼装置は、バ
ーナと、当該バーナに燃焼用空気を供給するファンと、
燃焼ガス温度を検出する温度センサと、必要なガス燃焼
量に応じて前記ファンの回転数を設定するフィードフォ
ワード制御手段と、前記温度センサで検出した燃焼ガス
温度に応じて前記ファンの回転数を補正するフィードバ
ック制御手段とを備えた燃焼装置において、前記フィー
ドバック制御手段によるファン回転数の補正量が一定量
を越えた場合には、前記フィードフォワード制御手段に
より設定されるファン回転数を修正及び学習記憶させる
ようにしたことを特徴としている。
【0010】特に、前記フィードフォワード制御手段に
より設定されたファン回転数に対する前記フィードバッ
ク制御手段によるファン回転数の補正量の比が一定値を
越えた場合に、前記フィードフォワード制御手段により
設定されるファン回転数を修正及び学習記憶させるよう
にしてもよい。
【0011】
【作用】本発明の燃焼装置にあっては、前記フィードバ
ック制御手段によるファン回転数の補正量が一定量を越
えた場合には、ファン回転数のFF制御値と適正なファ
ン回転数との差が一定以上になったと判断し、フィード
フォワード制御手段によるファン回転数の設定値を適正
な値となるように修正し、学習記憶させることができ
る。したがって、ホコリ詰まり等の経年的もしくは定常
的な原因による給気不足が発生する場合にも、それに応
じて常にファン回転数のFF制御値が適正範囲にはいる
ように学習され、着火からFB制御が働くまでの間の着
火初期における不完全燃焼を解消することができる。
【0012】
【実施例】図1は本発明の一実施例によるガス湯沸器A
(燃焼装置)の概略構成図である。1は多数の炎孔を備
えるセラミック製のプレートを用いたバーナ、2は混合
室、3は給気用のファンである。ファン3から混合室2
への給気路の途中にガスノズル4が設けられ、ガスノズ
ル4への燃料供給路には比例弁5が設けられている。
【0013】6は温度センサ(例えば、サーモカップ
ル)であり、バーナ1の燃焼ガス炎の温度を検出し、燃
焼量を変えても最適空燃比のときの出力が略一定となる
ように火炎を貫通する位置に設けられている。7は熱交
換器であり、入水路8には流量センサ9と入水温度セン
サ10とが設けられ、出湯路11には出湯温度センサ1
2が設けられている。13は制御装置、14は湯温設定
器である。
【0014】図2はこのガス湯沸器Aの制御装置13の
構成を示すブロック図である。燃焼量設定手段15は、
前記湯温設定器14で設定された設定温度Tsと、入水
温度センサ10が検出する入水温度Tcと、流量センサ
9が検出する流量Qとに基づいて演算するFFガス制御
量と、上記設定温度Tsと出湯温度センサ12が検出す
る出湯温度Tmとの偏差に基づいて演算するFBガス制
御量とを合成して必要なガス燃焼量を演算し、そのガス
燃焼量に応じた燃焼量設定信号を比例弁制御手段16及
び回転数設定手段17に出力する。比例弁制御手段16
は、燃焼量設定信号に応じた比例弁電流を出力し、比例
弁5を制御して必要な量のガスを混合室2に供給する。
【0015】回転数設定手段17は、燃焼量設定信号に
応じてファン回転数RFFを決定し、ファンモータ制御手
段21へFF制御信号を出力してファン回転数がFF制
御値RFFとなるようにファンを制御する。
【0016】また、温度センサ6の出力電圧VTは回転
数補正手段18に入力されており、回転数補正手段18
は当該出力電圧VTが適正範囲外にある場合にはFB制
御信号をファンモータ制御手段21へ出力してファン回
転数をFB制御し、ファン回転数をFF制御値RFFから
FB制御値ΔRFB=αRFF(αは数%であって、例え
ば、α=0.04)ずつ調整するフロー(つまり、RFB
←RFB±αRFF)を空気過剰率Mが適正範囲内に納まる
まで繰り返し、ファン回転数をRs=RFF+RFBと補正
してファン回転数Rsが適正回転数となるようにFB制
御する。
【0017】さらに、ファンモータ制御手段21は、回
転数検出手段22が検出した回転数を監視してファン3
の回転数が制御値と等しくなるようにFB制御してい
る。
【0018】カウンター19は、正のフィードバック制
御(RFB←RFB+αRFF)の行なわれた回数をカウント
しており、この連続カウント数nが一定値βに達する
と、回転数設定手段17に補正信号を出力し、FF制御
値RFFをβ×ΔRFB=αβRFFだけ増加させると共にF
B制御値を0にリセットする。こうして修正されたFF
制御値は学習記憶部23に保存され、次回の立上がり時
からは修正された新たなFF制御値RFFによってファン
をFF制御する。一方、増加のFB制御が連続しなかっ
た場合には、カウンター19は0にリセットされる。
【0019】また、規制手段20は、ファン回転数Rs
とFF制御値の立上がり時の初期値(以下、FF制御初
期値という)RFF0を比較し、ファン回転数RsがFF制
御初期値RFF0よりも小さくならないように規制する。
【0020】図3はガス湯沸器Aの制御方法を示すフロ
ーチャートである。ガス湯沸器Aの使用を開始すると、
バーナ1に緩点火される(S1)と共に、燃焼量設定手
段15にて設定温度Ts等から必要なガス燃焼量が演算
され(S2)、比例弁制御手段16及び回転数設定手段
17へ燃焼量設定信号が出力される。
【0021】ついで、比例弁制御手段16は、燃焼量設
定信号に応じて比例弁電流を出力して比例弁5の開度を
制御し、必要量のガスを混合室2に供給する。同時に、
回転数設定手段17は、燃焼量設定信号に応じたFF制
御信号を出力してファン回転数RsがRFFとなるように
制御し、混合室2に空気を供給する(S3)。
【0022】ついで、温度センサ6の出力電圧VTが回
転数補正手段18へ読み込まれ(S4)、出力電圧VT
が適正範囲内(Vmin〜Vmax)にあるか否かがチェック
される。すなわち、まず温度センサ6の出力電圧VT
Vmaxよりも大きいか否か判断され(S5)、Vmaxより
大きい場合にはファン回転数のFB制御値RFB(初期値
FB=0)をFF制御値の数%だけ増加させるようにF
B制御信号を出力する。すなわち、ΔRFB=αRFFだけ
FB制御値を増加させてRFB+αRFF→RFBとする(S
6)。
【0023】このようにFB制御値をΔRFB=αRFF
け正に補正する度に、カウンター19のカウント数nが
1だけ増加させられ(n→n+1;S7)、カウンター
19のカウント数nが所定値βと比較される(S8)。
カウント数nがβに達していない場合には、ファン回転
数をRs=RFB+RFFとなるように補正し(S12)、
ファンを制御する(S13)。
【0024】これに対し、ステップ8でカウンター19
のカウント数nが所定値βに等しく、n=βの場合に
は、回転数設定手段17により設定されるFF制御値R
FFを RFF←RFF+β(αRFF)=(1+αβ)RFF となるように修正すると共にFB制御値RFBを0にリセ
ットする(S9)。ついで、学習記憶部23は、FF制
御値の嵩上げ分αβRFFを記憶し、FF制御値RFFをα
βRFFだけ大きくするように修正する(S10)。これ
は、FF制御値RFFと適正なファン回転数Rsとの差が
β×ΔRFB=αβRFF以上に広がった場合には、FF制
御値をβ×ΔRFB=αβRFFだけ修正するように学習す
ることを意味する。この後、カウンター19を0にリセ
ットし(S11)、ファン回転数がRs=RFFとなるよ
うにファンを制御する(S12,S13)。
【0025】また、ステップ5において、温度センサ6
の出力電圧VTがVmax以下の場合には、さらに、出力電
圧VTがVminよりも小さいか否か判断され(S14)、
Vminより小さい場合にはファン回転数のFB制御値R
FBをΔRFB=αRFFだけ減少させるようにFB制御信号
を出力する。したがって、FB制御値はRFB−αRFF
FBとなり(S15)、カウンター19が0にリセット
(S16)された後、ファン回転数がRs=RFB+RFF
となるように補正される(S17)。このときには、フ
ァン回転数RsがFF制御初期値RFF0と比較され(S1
8)、ファン回転数RsがFF制御初期値RFF0以上であ
れば当該ファン回転数Rsでファン3を制御する(S1
3)。
【0026】一方、ファン回転数RsがFF制御値RFF0
よりも小さければ(S18)、ファン回転数Rs=RFF0
となるように再補正され(S19)、当該ファン回転数
sでファン3を制御し(S13)、ファン回転数Rs
FF制御初期値RFF0以下に低下しないようにする。こ
れは空気過剰率がM<1の領域へ移行してFB制御によ
るファン回転数の暴走を防止するためである。
【0027】また、ステップ14において、出力電圧V
TがVmin以上の場合には、カウンター19のカウント数
nを0にリセットし(S20)、ファン回転数のFB制
御値RFB及びファン回転数Rsを補正することなくファ
ン3を制御する(S13)。
【0028】この後、再びステップ2へ戻り、入水温度
Tcの変化等によるガス燃焼量の変化等に対応しなが
ら、上記フローを繰り返す。
【0029】
【発明の効果】本発明の燃焼装置にあっては、ファン回
転数のFF制御値と適正なファン回転数との差が一定以
上になった場合には、これを検出し、フィードフォワー
ド制御手段によるファン回転数の設定値を適正な値とな
るように修正し、学習記憶させることができる。したが
って、ホコリ詰まり等の経年的もしくは定常的な原因に
よる給気不足が発生する場合にも、それに応じて常にフ
ァン回転数のFF制御値が適正範囲にはいるように学習
され、着火からFB制御が働くまでの間の着火初期にお
ける不完全燃焼を解消し、一酸化炭素やススの発生を防
止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による燃焼装置の概略構成図
である。
【図2】同上の制御装置を示すブロック図である。
【図3】同上の制御方法を示すフローチャートである。
【図4】空気過剰率と温度センサ出力電圧の相関関係を
示す図である。
【符号の説明】
1 バーナ 3 ファン 6 温度センサ 17 回転数設定手段 18 回転数補正手段 19 カウンター 23 学習記憶部
フロントページの続き (72)発明者 橋本 英久 兵庫県神戸市中央区明石町32番地 株式 会社 ノーリツ内 (56)参考文献 特開 平4−225718(JP,A) 特開 平2−203115(JP,A) 特開 平2−52917(JP,A) 特開 昭58−95117(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F23N 3/08 F23N 5/18

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 バーナと、 当該バーナに燃焼用空気を供給するファンと、 燃焼ガス温度を検出する温度センサと、 必要なガス燃焼量に応じて前記ファンの回転数を設定す
    るフィードフォワード制御手段と、 前記温度センサで検出した燃焼ガス温度に応じて前記フ
    ァンの回転数を補正するフィードバック制御手段とを備
    えた燃焼装置において、 前記フィードバック制御手段によるファン回転数の補正
    量が一定量を越えた場合には、前記フィードフォワード
    制御手段により設定されるファン回転数を修正及び学習
    記憶させるようにしたことを特徴とする燃焼装置。
  2. 【請求項2】 前記フィードフォワード制御手段により
    設定されたファン回転数に対する前記フィードバック制
    御手段によるファン回転数の補正量の比が一定値を越え
    た場合に、前記フィードフォワード制御手段により設定
    されるファン回転数を修正及び学習記憶させるようにし
    たことを特徴とする請求項1に記載の燃焼装置。
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