JP2000171035A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大きな最大燃焼量を設定できるようにしなが
ら、燃焼不良の発生を抑制できるようにする。 【解決手段】 全一次予混合型のバーナ３と、燃焼用空
気を通風路７を通してバーナに通風し、かつ、その通風
に伴って、供給される燃料を燃焼用空気と混合して供給
する通風手段４と、通風手段の通風作用により吸引力が
作用するように通風路に接続されて、燃料を供給する燃
料供給路１１と、燃料供給路に設置されて、その設置個
所よりも下流側の燃料供給圧力を設定圧力に維持する圧
力調整手段１２と、バーナの燃焼を制御する制御手段Ｈ
と、圧力調整手段の設置個所よりも上流側の燃料供給圧
力を検出する圧力検出手段１４とを設け、制御手段が、
圧力検出手段の検出情報に基づいて、上流側の燃料供給
圧力が適正範囲を外れると異常と判断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、全一次予混合型の
バーナと、燃焼用空気を通風路を通して前記バーナに通
風し、かつ、その通風に伴って、供給される燃料を前記
燃焼用空気と混合して供給する通風手段と、前記通風手
段の通風作用により吸引力が作用するように前記通風路
に接続されて、燃料を供給する燃料供給路と、前記燃料
供給路に設置されて、その設置個所よりも下流側の燃料
供給圧力を設定圧力に維持する圧力調整手段と、前記バ
ーナの燃焼を制御する制御手段とが設けられている燃焼
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記燃焼装置は、全一次予混合型のバー
ナに供給する燃焼用空気の空気比を所定の燃焼量範囲で
略一定に保って適正な空燃比が得られるように、燃料供
給路に圧力調整手段を設けて、燃焼を継続できなくなっ
たり、不完全燃焼，失火，燃焼振動等の燃焼不良の発生
を抑制できるようにしたものであるが、圧力調整手段に
おいて空気比を略一定に保つことができる燃焼量範囲
は、その圧力調整手段の設置個所よりも上流側の燃料供
給圧力( 以下、一次燃料供給圧力という) によって異な
り、特に、最大燃焼量は、一次燃料供給圧力が低くなる
に従って小さくなる。そこで、従来の燃焼装置では、一
次燃料供給圧力の変動にかかわらず燃焼不良の発生を抑
制できるように、一次燃料供給圧力の変動幅を考慮し
て、その変動幅の範囲内で空気比を略一定に保つことが
できる燃焼量範囲を設定している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この為、一次燃料供給
圧力の変動幅を広く見積もると設定できる燃焼量範囲が
狭くなり、実際には、一次燃料供給圧力が安定していて
その変動幅が狭く、従って、設定してある燃焼量範囲か
ら外れる燃焼量で使用しても、空気比を略一定に保って
燃焼不良の発生を抑制できる場合でも、狭い燃焼量範囲
で使用しなければならない欠点がある。

【０００４】本発明は上記実情に鑑みてなされたもので
あって、広い燃焼量範囲で使用できるようにしながら、
燃焼不良の発生を抑制できるようにすることを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明の特
徴構成は、前記圧力調整手段の設置個所よりも上流側の
燃料供給圧力を検出する圧力検出手段が設けられ、前記
制御手段が、前記圧力検出手段の検出情報に基づいて、
前記上流側の燃料供給圧力が適正範囲を外れると異常と
判断するように構成されている点にある。

【０００６】つまり、一次燃料供給圧力が設定した燃焼
量範囲に対応する適正範囲を外れると、制御手段が異常
と判断する。

【０００７】従って、一次燃料供給圧力の変動幅が狭い
ものとして、燃焼量範囲を広く設定しておいて、一次燃
料供給圧力がその燃焼量範囲に対応する適正範囲を外れ
ると、燃焼不良の発生を抑制するようにバーナの燃焼を
制御したり、警報を出したりすることができるので、広
い燃焼量範囲で使用できるようにしながら、燃焼不良の
発生を抑制できる。

【０００８】請求項２記載の発明の特徴構成は、前記制
御手段が、前記異常と判断したときは、前記バーナの燃
焼を牽制する牽制処理を実行するように構成されている
点にある。

【０００９】つまり、制御手段が異常と判断すると、例
えば、最大燃焼量を変更したり、燃料と燃焼用空気との
混合比を調節したり、或いは、バーナの燃焼を停止した
りして、燃焼不良の発生を抑制できるようにバーナの燃
焼を牽制できる。

【００１０】従って、一次燃料供給圧力が設定した燃焼
量範囲に対応する適正範囲を外れると、燃焼不良の発生
を抑制するようにバーナの燃焼を制御することができ
る。

【００１１】請求項３記載の発明の特徴構成は、前記圧
力検出手段の検出部が、前記圧力調整手段の設置個所よ
りも上流側の燃料供給路に設けられている点にある。

【００１２】つまり、圧力調整手段の設置個所よりも上
流側の燃料供給路に設けた検出部によって、その燃料供
給路内における一次燃料供給圧力を検出する。

【００１３】従って、一次燃料供給圧力を確実に検出で
きる。

【００１４】請求項４記載の発明の特徴構成は、前記圧
力検出手段が、前記圧力調整手段の上流側の燃料供給路
と下流側の燃料供給路とを接続するバイパス路における
流量を検出する流量検出手段を備えて、前記設定圧力と
前記流量検出手段による検出流量とに基づいて前記上流
側の燃料供給圧力を求めるように構成されている点にあ
る。

【００１５】つまり、圧力調整手段の上流側の燃料供給
路と下流側の燃料供給路との差圧を検出流量から逆算し
て求めたり、予め求めた流量と差圧との相関関係から求
めて、その差圧と下流側の燃料供給路の圧力である設定
圧力とから、一次燃料供給圧力を求めることができる。

【００１６】従って、電気信号として検出し易い熱線流
量計や超音波流量計を使用して、一次燃料供給圧力を精
度良く検出することができる。

【００１７】請求項５記載の発明の特徴構成は、前記圧
力調整手段が、その設置個所よりも下流側の燃料供給圧
力を大気圧に維持するゼロガバナで構成されている点に
ある。

【００１８】つまり、圧力調整手段の設置個所よりも下
流側の燃料供給圧力( 以下、二次燃料供給圧力という)
を、電気的な制御手段を使用せず、かつ、通風量の多少
にかかわらず、ゼロに調整することができる。

【００１９】従って、ガバナ付き比例弁等の一般的なガ
スガバナと比較して、通風路における燃料と燃焼用空気
との混合比を適正範囲になるように精度良く調整して、
燃焼不良の発生を抑制できる。

【００２０】請求項６記載の発明の特徴構成は、前記制
御手段が、前記牽制処理として、前記通風手段による最
大通風量を前記圧力検出手段による検出圧力に応じて設
定して、前記バーナへの燃料供給量の上限を変更設定す
る設定処理を実行するように構成されている点にある。

【００２１】つまり、制御手段が異常と判断すると、通
風手段による最大通風量を検出圧力に応じて設定して、
空気比を略一定に保つことができるようにバーナへの燃
料供給量の上限を変更設定して、燃焼不良の発生を抑制
する。

【００２２】従って、一次燃料供給圧力が適正範囲を外
れても、燃焼を継続しながら、燃焼不良の発生を抑制で
きる。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明にかかる燃焼装置を給湯装
置に適応した例を図面に基づいて説明する。 〔第１実施形態〕この給湯装置は、図１に示すように、
供給される水を加熱して出湯栓６ａに給湯する給湯部
Ｋ、この給湯部Ｋの動作を制御する制御手段としての制
御部Ｈ、この制御部Ｈに動作情報を指令するリモコン操
作部Ｒを備えて構成されている。

【００２４】前記給湯部Ｋは、排気通路１ａを備えた燃
焼室１内に設けられた水加熱用の熱交換器２、この熱交
換器２を加熱するガス燃焼式の全一次予混合型のバーナ
３などから構成され、このバーナ３の上流側から燃焼用
空気を通風路７を通して通風し、かつ、その通風に伴っ
て、供給される燃料ガスを燃焼用空気と混合して供給す
る通風手段としての回転数センサ４ａを備えたファン４
も設けられている。そして、バーナ３の燃焼面は金属製
のプレート３ａで構成され、熱交換器２には、例えば家
庭用の水道などから水が供給される入水路５、加熱後の
湯水を出湯栓６ａ等から出湯する出湯路６がそれぞれ接
続され、前記入水路５には、熱交換器２への通水量を検
出する通水量センサ８、入水路５を通して供給される水
の温度を検出する入水温サーミスタ９が設けられてい
る。また、出湯路６には、出湯栓６ａから出湯される湯
水の温度を検出する出湯温サーミスタ１０が設けられて
いる。

【００２５】通風路７に対して燃料ガスを供給する燃料
ガス供給路１１は、ファン４の通風作用により吸引力が
作用するように、通風路７に接続されている。つまり、
ファン４の通風量が大きくなるほど、通風路７に供給さ
れる燃料ガス供給量が大きくなるようになっている。そ
して、この燃料ガス供給路１１には、その設置箇所より
も下流側の燃料供給圧力を設定圧力としての大気圧に維
持する圧力調整手段としてのゼロガバナ１２と、ゼロガ
バナ１２の上流側において燃料供給を断続する電磁遮断
弁１３と、ゼロガバナ１２の設置個所よりも上流側の燃
料供給圧力を検出する圧力検出手段１４としての圧力セ
ンサとが設けられている。前記圧力センサ１４は、遮断
弁１３の上流側における燃料ガス供給路１１内の燃料供
給圧力を測定圧として導入する検出部を備えている。

【００２６】また、バーナ３の近くには、バーナ３に対
する点火動作を実行するイグナイタ１５と、バーナ３が
着火されているか否かを検出する燃焼状態検出手段とし
てのフレームロッド１６とがそれぞれ備えられている。
前記フレームロッド１６は、フレームロッド１６と金属
製プレート３ａとに亘って流れる電流値を検出するもの
で、バーナ３の燃焼状態に応じてその電流値が変化する
ように構成されている。

【００２７】前記ゼロガバナ１２について説明を加える
と、図２に示すように、ガバナ入り口１２ａとガバナ出
口１２ｂとを備えたケースに、ガス通路の開度を調整す
る弁体１２ｃと、大気圧Ｐｔとガバナ出口圧力Ｐ２の圧
力差を受けるメインダイヤフラム１２ｄと、バランスダ
イヤフラム１２ｅと、大気圧Ｐｔをローディング圧とし
て導入するローディング圧導入口１２ｆと、カウンター
スプリング１２ｇと、二次圧設定スプリング１２ｈ等を
設けて構成されている。

【００２８】そして、例えば、ガバナ入口圧力Ｐ１が上
昇側に圧力変動したときには、その圧力変動に伴ってガ
バナ出口圧力Ｐ２も上昇側に圧力変動するが、ガバナ出
口圧力Ｐ２の圧力変動に伴って、弁体１２ｃが上方移動
し、ガバナ出口圧力Ｐ２を下降側に圧力変動させて、ガ
バナ出口圧力Ｐ２が大気圧Ｐｔになるように調整する。
また、大気圧Ｐｔが上昇側に圧力変動したときには、そ
の圧力変動に伴って弁体１２ｃが下方移動し、ガバナ出
口圧力Ｐ２が上昇側に変動した大気圧Ｐｔになるように
調整する。このようにして、ゼロガバナ１２よりも上流
側の燃料供給圧力( 一次燃料供給圧力) であるガバナ入
口圧力Ｐ１や大気圧Ｐｔが変動した場合においても、ゼ
ロガバナ１２よりも下流側の燃料供給圧力( 二次燃料供
給圧力) であるガバナ出口圧力Ｐ２が大気圧Ｐｔになる
ように調整される。

【００２９】前記リモコン操作部Ｒは、給湯部Ｋの運転
の開始・停止を指令する運転スイッチ１７、出湯用目標
温度を変更設定自在な温度設定スイッチ１８、出湯温度
や出湯用目標温度などを表示する表示部１９、運転状態
であることを表示する運転ランプ２０、バーナ３が燃焼
状態であることを表示する燃焼ランプ２１などを備えて
いる。

【００３０】前記制御部Ｈは、マイクロコンピュータを
備えて構成され、リモコン操作部Ｒの操作指令に基づい
て出湯温度が目標給湯温度になるように制御する燃焼制
御処理を実行するように構成されている。

【００３１】前記燃焼制御処理は、一次燃料供給圧力Ｐ
１が適正範囲を外れている時は、バーナ３の燃焼を牽制
する牽制処理を実行し、バーナ３の燃焼に支障がないと
きは、熱交換器２への通水が開始されるに伴ってバーナ
３の燃焼を開始し、熱交換器２への通水が停止されるに
伴ってバーナ３の燃焼を停止させるように制御するとと
もに、熱交換器２への通水が検出されているときには、
出湯温度が出湯用目標温度になるようにファン４の通風
量を調整する処理を実行する。

【００３２】以下、図３〜図５を参照しながら具体的に
説明する。運転スイッチ１７のＯＮ操作に伴って運転状
態に設定されると( ステップ１)、圧力センサ１４によ
る一次燃料供給圧力Ｐ１の検出情報に基づいて、その一
次燃料供給圧力Ｐ１が下限供給圧力ＰＬ以上、かつ、上
限供給圧力ＰＨ以下として設定した適正範囲内であるか
否かを判別し( ステップ２) 、適正範囲内であるとき
は、バーナ３の最大燃焼量を、その適正範囲内において
燃焼用空気の空気比を略一定に保つことができるとして
予め設定してある最大燃焼量に初期化し( ステップ３)
、出湯栓６ａの開操作に伴って通水量センサ８にて検
出される通水量が設定水量を超えると( ステップ４) 、
バーナ３の燃焼制御処理を開始する。

【００３３】前記ステップ２において適正範囲から外れ
ていると判別すると、ガス圧異常と判断して、牽制処理
を実行する( ステップ５) 。この牽制処理は、図４に示
すように、一次燃料供給圧力Ｐ１が上限供給圧力ＰＨを
越えている場合は、ガス圧や圧力センサ１４が異常であ
ると判断して( ステップ５０) 、バーナ３が燃焼中であ
れば、遮断弁１３を閉弁し、ファン４の通風作動を停止
させて、バーナ３の燃焼を停止させる燃焼停止処理を実
行し( ステップ５１，５２) 、図外のガス圧警報ランプ
等を点灯させてガス圧異常の警報を発して( ステップ５
３) 、以後のリモコン操作部Ｒに対する操作を牽制する
操作牽制処理を実行した後( ステップ５４) 、所定のエ
ラー処理を実行する( ステップ５５) 。

【００３４】また、一次燃料供給圧力Ｐ１が上限供給圧
力ＰＨを越えおらず、かつ、一次燃料供給圧力Ｐ１が下
限供給圧力ＰＬを下回っていない場合は、ガス圧や圧力
センサ１４が異常であると判断して( ステップ５６) 、
ステップ５１〜５５を実行し、一次燃料供給圧力Ｐ１が
下限供給圧力ＰＬを下回っている場合は、ファン４によ
る最大通風量を一次燃料供給圧力Ｐ１に応じて設定し
て、最大燃焼量、つまり、バーナ３への燃料供給量の上
限を変更設定する最大燃焼量の変更設定処理を実行する
( ステップ５７) 。

【００３５】つまり、図６に示すように、燃焼量( Ｉ
ｐ) と空気比との関係は、一次燃料供給圧力Ｐ１によっ
て変化し、ゼロガバナ１２において空気比を略一定に保
つことができる燃焼量( Ｉｐ）範囲も一次燃料供給圧力
Ｐ１によって変化するので、例えば、最大燃焼量が図中
に示すＩｐmax １として設定されている状態で、検出さ
れた一次燃料供給圧力Ｐ１が下限供給圧力ＰＬを下回る
５０ｍｍＨ₂ Ｏの場合は、一次燃料供給圧力Ｐ１が５０
ｍｍＨ₂ Ｏのときに空気比を略一定に保つことができる
最大燃焼量として図中に示すＩｐmax ２に変更設定する
のである。

【００３６】前記バーナ３の燃焼制御は、図５に示すよ
うに、ファン４による通風作動を開始しプレパージを行
い( ステップ６) 、イグナイタ１５を作動させるととも
に(ステップ７) 、遮断弁１３を開弁させ( ステップ８)
、点火用ガス量になるようにファン４の回転数を調整
して、フレームロッド１６による火炎検出でバーナ３の
着火を確認する( ステップ９) 。

【００３７】バーナ３の着火を確認できないときは、イ
グナイタ１５の作動を停止させて(ステップ２０) 、遮
断弁１３を閉弁し( ステップ２１) 、図外の警報ランプ
等を点灯させて警報を発し( ステップ２２) 、ポストパ
ージを行って( ステップ２３) 、所定のエラー処理を実
行する( ステップ２４) 。

【００３８】ステップ９でバーナ３の着火を確認したと
きは、イグナイタ１５の作動を停止させて( ステップ１
０) 、入水温サーミスタ９、出湯温サーミスタ１０、通
水量センサ８、回転数センサ４ａのそれぞれの検出情
報、および、温度設定スイッチ１８にて設定されている
出湯用目標温度の情報に基づいて、出湯温度を出湯用目
標温度にするために必要なガス量になるようにファン４
の通風量を調整する比例制御を実行する( ステップ１
１) 。このようにして、入水路５からの水は、熱交換器
２によって加熱されて、出湯栓６ａから出湯用目標温度
の湯水が出湯されることになる。

【００３９】そして、バーナ３の燃焼中においても、圧
力センサ１４による一次燃料供給圧力Ｐ１の検出情報に
基づいて、その一次燃料供給圧力Ｐ１が下限供給圧力Ｐ
Ｌ以上、かつ、上限供給圧力ＰＨ以下として設定した適
正範囲内であるか否かを判別し( ステップ１２) 、適正
範囲内であるときは、バーナ３の最大燃焼量を、その適
正範囲内において燃焼用空気の空気比を略一定に保つこ
とができるとして予め設定してある最大燃焼量に初期化
し( ステップ１３) 、適正範囲から外れていると判別す
ると、ガス圧異常と判断して、前述と同様の牽制処理を
実行する( ステップ１４) 。

【００４０】前記比例制御は、通水量センサ８にて検出
される通水量が設定量未満になるか( ステップ１５) 、
運転スイッチ１８がＯＦＦ操作されるまで実行され( ス
テップ１６) 、熱交換器２への通水量が設定量未満にな
るか、運転スイッチ１８がＯＦＦ操作されると、遮断弁
１３を閉弁してバーナ３の燃焼を停止させて、ポストパ
ージを行うバーナ燃焼停止処理を実行する( ステップ１
７，１８) 。

【００４１】〔第２実施形態〕図７は、圧力検出手段１
４が、第１実施形態で示した圧力センサに代えて、ゼロ
ガバナ１２の上流側の燃料ガス供給路１１ａと下流側の
燃料ガス供給路１１ｂとを接続するバイパス路２２とし
ての絞り流路と、その絞り流路２２における流量を検出
する熱線流量計や超音波流量計等の流量検出手段２３と
を備えて、設定圧力( 大気圧Ｐｔ) と流量検出手段２３
による検出流量とに基づいて一次燃料供給圧力Ｐ１を求
めるように構成されている実施形態を示す。

【００４２】本実施形態では、予め求めた流量と差圧と
の相関関係が制御部Ｈのメモリに記憶されており、流量
検出手段２３による検出情報を制御部Ｈに入力して、こ
の相関関係を参照して検出流量から求めた差圧と設定圧
力とを加算して、一次燃料供給圧力Ｐ１を求めるように
してあり、ゼロガバナ１２は大気圧Ｐｔを設定圧力とし
て設定してあるので、検出流量から求めた差圧を一次燃
料供給圧力Ｐ１として求めることができる。その他の構
成は第１実施形態と同様である。

【００４３】〔その他の実施形態〕 (１) 上記実施形態では、バーナの燃焼を牽制する牽
制処理として、最大燃焼量を変更設定したり、バーナの
燃焼を停止して、燃焼不良の発生を抑制するようにした
が、燃料と燃焼用空気との混合比を調節して、燃焼不良
の発生を抑制するようにしても良い。 (２) 上記実施形態では、圧力調整手段としてゼロガ
バナを示したが、ガバナ付き比例弁等の一般的なガスガ
バナであっても良い。 (３) 上記実施形態では、本発明にかかる燃焼装置を
給湯装置に適応した例で示したが、暖房装置などのその
他各種の装置に適応可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】給湯装置の全体概略図

【図２】ゼロガバナの概略構成図

【図３】制御部の制御動作を示すフローチャート

【図４】制御部の制御動作を示すフローチャート

【図５】制御部の制御動作を示すフローチャート

【図６】燃焼量(Ｉｐ) と空気比と一次燃料供給圧力Ｐ
１との関係を示すグラフ

【図７】第２実施形態を示す要部の断面図

【符号の説明】

３ バーナ ４ 通風手段 ７ 通風路 １１ 燃料供給路 １１ａ 上流側の燃料供給路 １１ｂ 下流側の燃料供給路 １２ 圧力調整手段（ゼロガバナ） １４ 圧力検出手段 ２２ バイパス路 ２３ 流量検出手段 Ｐ１ 上流側の燃料供給圧力 Ｐ２ 下流側の燃料供給圧力 Ｈ 制御手段

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 全一次予混合型のバーナと、燃焼用空気
   を通風路を通して前記バーナに通風し、かつ、その通風
   に伴って、供給される燃料を前記燃焼用空気と混合して
   供給する通風手段と、前記通風手段の通風作用により吸
   引力が作用するように前記通風路に接続されて、燃料を
   供給する燃料供給路と、前記燃料供給路に設置されて、
   その設置個所よりも下流側の燃料供給圧力を設定圧力に
   維持する圧力調整手段と、前記バーナの燃焼を制御する
   制御手段とが設けられている燃焼装置であって、 前記圧力調整手段の設置個所よりも上流側の燃料供給圧
   力を検出する圧力検出手段が設けられ、 前記制御手段が、前記圧力検出手段の検出情報に基づい
   て、前記上流側の燃料供給圧力が適正範囲を外れると異
   常と判断するように構成されている燃焼装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段が、前記異常と判断したと
   きは、前記バーナの燃焼を牽制する牽制処理を実行する
   ように構成されている請求項１記載の燃焼装置。
3. 【請求項３】 前記圧力検出手段の検出部が、前記圧力
   調整手段の設置個所よりも上流側の燃料供給路に設けら
   れている請求項１又は２記載の燃焼装置。
4. 【請求項４】 前記圧力検出手段が、前記圧力調整手段
   の上流側の燃料供給路と下流側の燃料供給路とを接続す
   るバイパス路における流量を検出する流量検出手段を備
   えて、前記設定圧力と前記流量検出手段による検出流量
   とに基づいて前記上流側の燃料供給圧力を求めるように
   構成されている請求項１又は２記載の燃焼装置。
5. 【請求項５】 前記圧力調整手段が、その設置個所より
   も下流側の燃料供給圧力を大気圧に維持するゼロガバナ
   で構成されている請求項１〜４のいずれか１項記載の燃
   焼装置。
6. 【請求項６】 前記制御手段が、前記牽制処理として、
   前記通風手段による最大通風量を前記圧力検出手段によ
   る検出圧力に応じて設定して、前記バーナへの燃料供給
   量の上限を変更設定する設定処理を実行するように構成
   されている請求項２〜５の何れか１項記載の燃焼装置。