CN1458448A

CN1458448A - 燃烧装置

Info

Publication number: CN1458448A
Application number: CN 03123727
Authority: CN
Inventors: 高山正义; 榊原大十; 森雅直; 神野秀幸
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2002-05-17
Filing date: 2003-05-19
Publication date: 2003-11-26
Anticipated expiration: 2023-05-19
Also published as: CN1321291C; JP2004045020A

Abstract

一种燃烧装置，具有由连通于燃烧室(20)且构成排气路(34)的内管(32)，及连通于外罩(10)且在与内管(32)之间构成进气路(33)的外管(31)所组成的双层管(30)，可以对从进气路流入到外罩内的高温空气所导致控制单元(80)升温等的缺陷进行抑制。在外罩(10)与进气路(33)之间的连通部分处设置制冷用热交换器(75)，而对从进气路(33)来的空气进行冷却。当是热水供给设备的场合时，将供热水用热交换器(72)上游的进水管(71)流出的水作为冷却媒体供给制冷用热交换器(75)。

Description

燃烧装置

技术领域

本发明涉及一种燃烧装置，其包括：外罩；燃烧室，该燃烧室设置在外罩内侧；双层管，该双层管由具有由连通于燃烧室且构成排气路的内管、及连通于外罩且在与内管之间构成进气路的外管所组成；燃烧器，该燃烧器设置在燃烧室内；燃烧鼓风机，该燃烧鼓风机从外部经进气路及外罩向燃烧器供给燃烧用空气并且使燃烧器的燃烧排气从燃烧室经排气路排向外部；控制单元，该控制单元处于外罩内部，用于对燃烧器的燃烧运转进行控制。

背景技术

根据这种燃烧装置，流动在排气路上的高温燃烧排气有时会将流动在进气路上的空气加热到70～100℃左右。这种场合，高温空气流入外罩内部后，燃烧鼓风机或控制单元就会升温，也就有可能导致其动作不良或产生误动作。

因此，有以下3种方案被提出：方案①，通过缩短双层管，来抑制排气路上流动的燃烧排气与进气路上流动的空气之间的热交换，从而抑制该空气升温的方案；方案②，在外罩的内部设置空气导流板等，以使进气路延长至燃烧鼓风机，利用空气导流板将高温空气引至燃烧鼓风机，从而抑制高温空气接触到控制单元(例如，参照实公平6-39233号公报)。方案③，通过温度传感器测定从进气路流入的空气温度，当该测定的温度达到预定温度以上时，减少燃烧器的燃烧量，通过减少燃烧排气的热量而使得该空气温度降低(例如，参照特开2001-235144号公报)。

然而，根据上述方案①，燃烧装置的设置可能范围被缩小，特别是将燃烧装置设置在屋内的场合下，因为双层管长度的制约，出现以至无法在所希望的位置进行燃烧装置的设置等问题，使得在设置上缺乏适应性。而且，根据上述方案②，由于没能抑制空气导流板等的升温，当在空气导流板的附近设置控制单元等的场合下，因控制单元等的温度上升，还有可能导致误动作产生。另外，以延长进气路的形式来设置空气导流板等，就必须充分确保空气导流板等的设置空间，这样有时会不利于燃烧装置的小型化。此外，根据上述方案③，例如，在燃烧装置作为构成热水供给设备的一部分的场合时，伴随着燃烧量的减少，有可能不得以地为维持供热水温度而减少供热水量等，以至使供热水运转(燃烧运转)向使用者所不希望的方向变化。

发明内容

因此，本发明的课题在于以提供一种燃烧装置，其能在不产生以上问题的基础上，对从进气路供给至外罩内的高温空气所导致的控制单元升温度上升等的缺陷进行抑制。

本发明的燃烧装置具有：外罩；燃烧室，该燃烧室设置在外罩内侧；双层管，该双层管由连通于燃烧室且构成排气路的内管、及连通于外罩且在与内管之间构成进气路的外管所组成；燃烧器，该燃烧器设置在燃烧室内；燃烧鼓风机，该燃烧鼓风机从外部经进气路及外罩向燃烧器供给燃烧用空气并且使燃烧器的燃烧排气从燃烧室经排气路排到外部；控制单元，该控制单元处在外罩内部，用于对燃烧器的燃烧运转进行控制；为解决所述课题，在外罩与供气通路之间的连通部分处设置有依靠冷却媒体流动而工作的制冷用热交换器。

根据上述构成，通过制冷用热交换器中的冷却媒体的流动，可将从进气路流向外罩的高温空气在外罩与进气路之间的连通部分处进行冷却。由此，可以对由该高温空气引发控制单元或燃烧鼓风机的升温，而导致它们产生误动作等的缺陷进行抑制。

另外，因不必缩短用于抑制从进气路供给到外罩内部的空气温度上升的双层管，故而可以避免燃烧装置的设置可能范围被缩小。而且，又因为不必在外罩内设置延长进气路至燃烧鼓风机的空气导流板，因此，可以实现因省略设置空间所带来的燃烧装置小型化。此外，还可以尽可能地避免因担心从进气路流入外罩内的高温空气的影响而使燃烧器的燃烧运转变换到使用者所不希望的方向的问题。

另外，制冷用热交换器有可能因为某种异常原因而不能正常地发挥其作用。因此，如果设置对于穿过制冷用热交换器后的燃烧用空气的温度进行检测的温度检测机构，在制冷用热交换器对空气的制冷作用不能充分发挥的场合时，由温度检测装置所检测的温度上升。而且，当温度检测装置所检测的温度达到预定温度以上时，判断制冷用热交换器此时出现异常，而通过减少燃烧器的燃烧量，即可以对进气路上的空气的加热进行抑制。由此，制冷用热交换器即使有异常现象产生，也可以防止因控制单元或燃烧鼓风机升温导致它们产生误动作等的缺陷，实现异常回避。

另外，按本发明这样设置制冷用热交换器，有可能由于制冷用热交换器的散热片部处的堵塞而增加燃烧用空气的通气阻抗。在对燃烧鼓风机的转速进行控制而使燃烧鼓风机的转速与燃烧器的燃烧量所对应的所需的目标转速相一致的场合下，通气阻抗一旦增加，由燃烧鼓风机所排送的燃烧用空气的送风量就会减少，从而燃烧状态发生恶化。在此，送风量如果减少，燃烧鼓风机的功率就会随之降低，驱使燃烧鼓风机转动的鼓风机电机的电流值也将降低。所以，当鼓风机电机的电流值低于燃烧鼓风机的转速所对应的正常电流值时，通过对转速进行修正控制，使燃烧鼓风机的转速高于目标转速，以此可以防止散热片部处的堵塞所引发空气不足进而导致燃烧状态恶化的问题。

然而，在设置制冷用热交换器的场合下，虽然必须有向制冷用热交换器提供冷却媒体的提供源，但是另外设置冷却媒体用的提供源的场合时，燃烧装置的构造会变得复杂化，成本也将随之提高。因此，当燃烧装置具有以下机构时，即包括有：进水管；热交换器，该热交换器处于燃烧室内，用于且通过与燃烧器的燃烧排气进行热交换而将从进水管供给来的水进行加热；热水供给管，该热水供给管将热交换器处被加热后所产生的温水进行供给热水供给管；若将制冷用热交换器设置在进水管上，或者从进水管分支出后再与进水管或热水供给管合流的分支管上，就可以将从进水管供给来的水作为冷却媒体进行活用。根据这样，也就没有必要另外设置冷却媒体用的提供源，使得燃烧装置的结构简单化，并可以降低成本。

另外，流动在进气路中的空气被燃烧器的燃烧排气所加热，该被加热了的空气在制冷用热交换器处又将流动在进水管或分支管中的水加热。因此，在将制冷用热交换器设置在进水管上、或者从进水管分支出然后又与进水管合流的分支管上的场合下，在燃烧室内的热交换器上游一侧的制冷用热交换器处被一时加热了的水又在热交换器处被燃烧器的燃烧排气加热。由此，可以提高从进水管供给来的水被燃烧排气所加热的效率。

另外，由于将水作为冷却媒体的制冷用热交换器具有良好的冷却效率，即使是小型的情况下也可以对从进气路来的高温空气进行充分地冷却。然而，在将制冷用热交换器设置在进水管上的场合下，为了确保供热水时所要求的流水能力，也就不得以地将制冷用热交换器改换成使用管路阻抗小的大直径水管的较大型的制冷用热交换器。另一方面，在将制冷用热交换器设置在分支管上的场合下时，就没有必要要求制冷用热交换器处具有那么大的流水能力，这样也就可以使用小型的制冷用热交换器。其结果，可以节省制冷用热交换器设置空间，从而使得燃烧装置小型化。

附图说明

图1是本发明的实施方式的燃烧装置作为热水供给设备时的结构示意图。

图2是本实施方式的燃烧装置实行异常回避控制的流程图。

图3是鼓风机转速与电机的电流之间关系的示意图。

具体实施方式

下面对本发明的燃烧装置的实施方式结合附图进行说明。

图1所示的热水供给设备包括有：外罩10、设置在外罩10内侧的燃烧室20、双层管30、设置在燃烧室20内的燃烧器40、与燃烧器40连接的燃气供给管50、燃烧鼓风机60、流水管70及控制单元80。

双层管30由与外罩10连接的外管31及与燃烧室20连接的内管32构成。由外管31与内管32之间的间隙构成用于作为燃烧用空气的外界空气进入外罩10内的进气路33，由内管32构成用于使燃烧器40的燃烧排气排到外部的排气路34。在外罩10与进气路33之间的连通部分处设置将从进气路33流入的燃烧用空气引向制冷用热交换器75(后边阐述)的导向构件35。

在燃烧器40的上方设置有检测火焰的火焰感检知器42，及在对燃烧器40点火时、通过点火器46被通电而产生火花放电的点火电极44。

在燃气供给管50上从上游依次设置有主电磁阀51、电磁比例阀52、及副电磁阀53。

燃烧鼓风机60被配置在与燃烧室20连通的鼓风机外壳61的内部，它是将由进气路33流入外罩10内的燃烧用空气(空心箭头)经从鼓风机外壳61上所形成的进入口(图示省略)进行吸入，然后供给燃烧器40。此外，燃烧鼓风机60又通过燃烧用空气的送风压将燃烧器40的燃烧排气(图1中黑色箭头)从燃烧室20经由排气路34排到外部。另外，在驱动燃烧鼓风机60的鼓风机电机62上，附设有对燃烧鼓风机60的转速所对应的信号进行输出的转速传感器63。而且，在鼓风机外壳61上设置有作为温度检测装置的供气热敏电阻64，用于对穿过制冷用热交换器75后的燃烧用空气的温度进行检测。

输水管70包括：进水管71、连接于进水管71的下游一侧且在燃烧室20内配置在燃烧器40上方的附带有散热片的热交换器72及与热交换器72下游一侧相连接的热水供给管73。另外，输水管70还包括分支管74，该分支管74是从进水管71分支出，并穿过设置在外罩10与进气路33之间的制冷用热交换器75，然后与进水管71合流。并且，在进水管71上设置有与分支管74并联配置的节流构件等的管路阻抗加载构件74a，以使在流水时，确保能使得水流被分流至分支管74。此外，在进水管71上，从上游一侧依次设置有进水热敏电阻76、流量传感器77及水量伺服机构78。另外，在热水供给管73上设置有供热水热敏电阻79。而且，分支管74及制冷用热交换器75与内管32之间保持一定的间隔地进行设置，以使其具有能够防止流动在排气路34中的燃烧排气的冷却导致结露现象的发生。

控制单元80由包含有存储器的CPU构成，并且与设置在外罩10外侧的摇控器82可以进行通信。控制单元80根据使用者对遥控器82进行供热水温度等的各种设定，通过控制燃烧器40的燃烧量或输水管70的流水量等，来控制热水供给设备的供热水运转。

详细而言，使用者打开设置在热水供给管73下游的水阀(图示省略)，水流开始在进水管71内流动，接收从水量传感器77输出的对应于流水量的信号，控制单元80开始对燃烧器40点火。

在进行点火处理时，通过控制单元80对鼓风机电机62供电，以预定的转速驱使燃烧鼓风机60转动。由此，对应于燃烧鼓风机60的转速的量的燃烧用空气从进气路33经由外罩10被供给至燃烧器40。

另外，通过控制单元80驱使点火器46工作，而对点火电极44通电，使之产生火花放电。而且，还通过控制单元80对主电磁阀51及副电磁阀53进行通电，以打开两电磁阀51、53，同样地，对电磁比例阀52通电，使该调节阀52开到预定的开闭度。由此，燃气经燃气供给管50被供给至燃烧器40，燃烧器40被点火。

另外，控制单元80通过火焰感检知器42，来判断燃烧器40内有无燃烧火焰。当通过控制单元80判定燃烧器40内有燃烧火焰的场合时，控制单元80进行对燃烧器40的燃烧量进行控制的供热水温度控制处理，以使通过供热水热敏电阻79检测出的热水温度与设定在摇控器82上的供热水温度相一致。

供热水温度控制处理过程中，依据通过进水热敏电阻76所检测出的供水温度、通过流量传感器77所检测出的流水量、通过热水热敏电阻79所检测出的供热水温度及通过摇控器82所设定的供热水温度，按照储存在存储器(图示省略)内的数据表或运算式计算出将燃烧器40的必要燃烧量。另外，在依据通过供热水热敏电阻79检测出的供热水温度、或通过流量传感器77所检测出的流水量等，通过控制单元80计算出供水温度的场合时，也可以省去进水热敏电阻76。

另外，控制单元80依据计算出的必要燃烧量，按照数据表等来决定鼓风机电机60的转速。而且，控制单元80对燃烧鼓风机60的转速进行控制，以使转速传感器63所检测出的燃烧鼓风机60的实际转速与目标转速相一致。

此外，控制单元80依据转速传感器63所检测出的燃烧鼓风机60的实际转速，决定供给燃烧器40的燃气供给量。而且，控制单元80对应所决定的燃气供给量，来控制电磁比例阀52的开闭度。由此，与通过控制单元80被决定的目标燃烧量相对应的量的燃烧用空气及燃气被供给至燃烧器40。

从进水管71供给的水流中的一部分分流到分支管74内之后又合流到一起，所有水流流向热交换器72，并在热交换器72处通过燃烧器40的燃烧排气被加热。在热交换器72处产生的温水经由热水供给管73而流出。而且，因为通过控制使燃烧器40的燃烧量与目标燃烧量达到一致，使热水供给管73流出的供热水温度与设定温度相同。

另外，以上的控制被称为所谓的鼓风机前置型，对应于燃烧鼓风机60的实际转速，决定电磁比例阀52的通电量，但是，也可以对应于必要燃烧量，直接地决定电磁比例阀52的通电量。

因此，燃烧器40的燃烧排气将流过热交换器72的水加热之后，经由排气路34而被排到外部。此时，通过排气路34和进气路33之间的热交换，流动于进气路33内的燃烧用空气被加热升温到70～100℃左右。

根据本实施方式，从进气路33朝向外罩10流动的高温空气，通过在外罩10和进气路33之间的连通部分处设置的制冷用热交换器中流动的水(冷却媒体)被冷却。由此，可以防止高温的燃烧用空气流入外罩10的内部，从而使因高温空气导致控制单元80或燃烧鼓风机60的升温所导致其产生误动作等的缺陷被得到抑制。

另外，由于制冷用热交换器75的异常，即所谓因分支管74的堵塞导致制冷用热交换器75流水量的降低，导致燃烧用空气有可能未被充分冷却就流入了外罩10内。而且，因为制冷用热交换器75的散热片75a之间堵塞等原因，而使得燃烧用空气的通气阻抗增加，以至有可能减少通过燃烧鼓风机60排送燃烧用空气的送风量。

因此，根据本实施方式，可以通过控制单元80，进行如图2所示的异常回避处理。根据异常回避处理，首先，判断通过供气热敏电阻64检测出的空气温度TA是否达到作为判断制冷用热交换器75异常基准的预定温度YT(例如，60℃)以上(S1)，当TA≥YT时，进行供热水能力的减少处理(S2)。根据这个处理，在减少燃烧器40的燃烧量的同时，为了弥补因燃烧量的减少导致供热水温度的降低，而通过水量伺服机构78减少流水量(供热水量)。通过如此地减少燃烧器40的燃烧量，使得在进气路33处的燃烧用空气的加热通过燃烧排气的热量减少而被得以抑制，即实现当制冷用热交换器75发生异常时的异常回避。而且，在进行供热水能力的减少处理的同时，也在遥控器82的显示部上显示所发生的异常。

另外，监视鼓风机电机62的电流值(以下称电机电流)Im，判断电机电流Im是否低于基准电流值IS(S3)，而该基准电流值IS低于燃烧鼓风机60的转速所对应的正常电流值IN并作为开始修正的判断基准被设定。在此，如上所述那样，进行转速控制，以使燃烧鼓风机60的实际转速与目标转速达到一致的场合，因制冷用热交换器75的散热片75a之间堵塞等原因，使得燃烧用空气的通气阻抗增加，以至减少通过燃烧鼓风机60排送燃烧用空气的送风量，由于燃烧鼓风机60功率的下降，电机电流Im也将减小。基准电流IS在考虑到由燃烧鼓风机60所决定的燃烧用空气的送风量减少到不至于因空气不足而产生燃烧不良的下限送风量时候的电机电流的基础上而进行设定。

参照图3，a线表示对应于燃烧鼓风机60的转速的正常电流值IN的变化特性，b线表示基准电流值IS的变化特性，c线是表示为求得下述的修正系数K而通过实验所决定的辅助值IB的变化特性。

当电机电流Im降到基准电流值IS以下时，对增加地修正燃烧鼓风机60转速用的修正系数K进行计算(S4)。修正系数K通过由燃烧鼓风机60在此时的实际转速所对应的基准电流值IS与辅助值IB之间的偏差值ΔIS(＝IS-IB)，及实际电机电流Im与辅助值IB之间的偏差值ΔIm(＝Im-IB)构成的下式来计算出：

K＝{(ΔIS/ΔIm)-1}×α+1

(其中，α是小于1的常数)

电机电流Im如果等于基准电流值IS，可得K＝1，电机电流Im越小修正系数K就越大。

算出修正系数K之后，接着判断修正系数K是否在作为判断燃烧可否基准的预定值YK(例如，1.2)以上(S5)，如果是K≥YK时，停止燃烧器40的燃烧，同时使摇控器82的显示部上显示发生异常(S6)。另一方面，如果是K＜YK时，控制燃烧鼓风机60的转速，并使之达到目标转速与修正系数K作乘积运算后的值(S7)。这样，由于燃烧鼓风机60的转速被增加地修正，也就防止了因通气阻抗所导致的燃烧用空气的送风量的减少，燃烧器40的燃烧状态被得以良好地维持。另外，在对燃烧鼓风机60的转速进行增加地修正时，当然要中止伴随鼓风机前置型控制的燃烧器40的燃烧量的增加控制。

另外，根据本实施方式，由于在外罩10与进气路33之间的连通部分设置的制冷用热交换器75处，对燃烧用空气进行冷却，因此，没有必要缩短对从进气路33流入到外罩10内的燃烧用空气的温度上升进行抑制用的双层管30，也就避免了热水供给设备的设置可能范围被缩小的问题。此外，因为没有必要为延长进气路33到燃烧鼓风机60而在外罩10内设置空气导流板等，因此，也就不需要设置该空气导流板等所需的充裕空间，从而实现热水供给设备的小型化。另外，只要制冷用热交换器75不发生异常，仅考虑从进气路33流入外罩10内的高温空气的影响，即没有必要改变燃烧器40的燃烧运转，因此，也就可以避免了为维持供热水温度而减少供热水量等所导致将供热水的运转变换到使用者所不希望的方向上的问题。

此外，由于将进水管71所供给的水作为流过制冷用热交换器75的冷却媒体而得以活用，因此，没有必要另外设置冷却媒体用的提供源，从而可以使热水供给设备的构造简单化。

另外，流动在进气路33中的空气被燃烧器40的燃烧排气加热，该被加热了的空气在制冷用热交换器75处又将流动在分支管74中的水加热。并且，在制冷用热交换器75处被加热了的水又在其下游一侧的热交换器72处被燃烧器40的燃烧排气所加热。由此，可以提高该燃烧排气对水加热的效率。

此外，在将制冷用热交换器75设置在分支管74上的场合时，对于制冷用热交换器75处不要求那么大的流水能力，这样可以实现制冷用热交换器75的小型化以及其设置空间的节省化，从而可以实现热水供给设备的小型化。

另外，在本实施方式中，虽然将制冷用热交换器75设置在分支管74上，但是，在进水管71穿过外罩10与进气路33之间的连通部分的场合下，也可以将制冷用热交换器75设置在进水管71上。此外，在本实施方式中，虽然将分支管74在从进水管71分支出之后的下游一侧的位置处与进水管71合流，但是，也可以在热水供给管73上使从进水管71分支出的分支管74与之合流。另外，制冷用热交换器75也可以由与进水管71不同的其他的提供源提供水或冷空气等的冷却媒体。然而，为使其构造简朴化、成本低廉化，最好是象本实施方式这样，将从进水管71供给的水作为冷却媒体提供给制冷用热交换器75。

另外，在本实施方式中，虽然将制冷用热交换器75设置在外罩10与进气路33之间的连通部分处(参照图1)，但是，也可以将制冷用热交换器75设置在进气路33一侧，即进气路33下游部分的双层管30的外管31与内管32之间的部分。

以上，是关于本发明适用在热水供给设备上的实施方式进行的说明，但是，本发明也同样地可以适用在热水供给设备以外的所谓暖风供暖设备等的其他的燃烧装置上。

Claims

1.一种燃烧装置，包括：外罩；燃烧室，该燃烧室设置在外罩内侧；双层管，该双层管由连通于燃烧室且构成排气路的内管、及连通于外罩且在与内管之间构成进气路的外管所组成；燃烧器，该燃烧器设置在燃烧室内；燃烧鼓风机，该燃烧鼓风机从外部经进气路及外罩向燃烧器供给燃烧用空气并且使燃烧器的燃烧排气从燃烧室经排气路排到外部；控制单元，该控制单元处在外罩内部，用于对燃烧器的燃烧运转进行控制；其特征在于：在外罩与供气通路之间的连通部分处设置有冷却媒体流动的制冷用热交换器。

2.如权利要求1所述的燃烧装置，其特征在于：具有对穿过制冷用热交换器后的燃烧用空气的温度进行检测的温度检测装置，当温度检测装置所检测的温度超过预定温度时，减少燃烧器的燃烧量。

3.如权利要求1所述的燃烧装置，其特征在于：具有控制装置，该控制装置用于对燃烧鼓风机的转速进行控制，以使燃烧鼓风机的转速与所需的目标转速达到一致，同时，当驱动燃烧鼓风机转动的鼓风机电机的电流值低于燃烧鼓风机的转速所对应的正常电流值时，对转速进行修正控制，以使燃烧鼓风机的转速高于目标转速。

4.如权利要求2所述的燃烧装置，其特征在于：具有控制装置，该控制装置用于对燃烧鼓风机的转速进行控制，以使燃烧鼓风机的转速与所需的目标转速达到一致，同时，当驱动燃烧鼓风机转动的鼓风机电机的电流值低于燃烧鼓风机的转速所对应的正常电流值时，对转速进行修正控制，以使燃烧鼓风机的转速高于目标转速。

5.如权利要求1至4中任何一项所述的燃烧装置，其具有：进水管；热交换器，该热交换器处于燃烧室内，用于通过与燃烧器的燃烧排气进行热交换而将从进水管供给来的水进行加热；热水供给管，该热水供给管用于供给热交换器处被加热后所产生的温水热水供给管；其特征在于：将制冷用热交换器设置在进水管上，或者设置在从进水管分支出后与进水管或热水供给管合流的分支管上。