JP2005257109A - 燃焼機器 - Google Patents

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  • Regulation And Control Of Combustion (AREA)
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Abstract

【課題】排ガス濃度を一定量に抑え得る安全性に優れた燃焼機器を提供する。
【解決手段】ガスまたは石油を燃料とする燃焼部を備え、該燃焼部から燃焼ガスを室内空間に放出する燃焼機器において、燃焼部を制御する制御部が設けられ、該制御部は、排ガス濃度を推定するために、単位時間当たりの積算燃料消費量を演算し、その積算燃料消費量が基準値を超えたときに燃焼部を停止させ、排ガス濃度を所定量に抑える。さらに、制御部は、積算燃料消費量が基準値を超えたときに、電気ヒータなどの他の熱源に切替え、不足熱量を補うようにする。
【選択図】 図4

Description

本発明は、石油やガスなどの燃焼ガスを室内空間に放出する燃焼機器に関するものである。
この種の燃焼機器では、石油などの液体燃料の消費に伴い、燃焼ガスが室内空間に放出され、室内環境を悪化させるので、このような燃焼排ガスによる室内環境の悪化を防止でき、安全性に優れた燃焼機器を提供することが重要になってくる。
特許文献1には、室内の排ガス濃度が所定濃度になる前に、上昇する室内の温度データに基づいて消火手段を作動させ暖房機を消火する。このとき、暖房機の制御手段には、運転開始時の室内温度データに基づいて複数個用意した停止温度データの一つを選択する選択手段を設け、選択した温度データを記憶手段に記憶し、暖房機の運転を停止する消火手段は、記憶手段と室温検出器との温度データが一致したときに作動させる。これにより、室内の空気の汚れが危険な状態になる少し前に確実に暖房機の運転を停止できるようにしている。
また、特許文献2には、運転開始時は燃焼器による燃焼暖房が行われ、温度センサの検出温度が設定温度以上になると燃焼器が停止して電気ヒータによる電気暖房に切替わり、燃焼器の排出ガスによる空気の汚染を低減することができる暖房機が開示されている。
特開平11−344221(要約参照) 特開2000−9347(要約参照)
しかしながら、特許文献1では、二酸化炭素(CO)・一酸化炭素(CO)・酸素ガスの濃度を、間接的に室内温度データから推定しているが、温度データは室内空間の大きさに左右され、必ずしも正確に計測できるものではない。また、二酸化炭素(CO)・一酸化炭素(CO)・酸素ガスの濃度を検出するガスセンサーを設置して直接的に排ガス濃度を検出することも考えられるが、正確に検出できるガスセンサーは高価である。
また、特許文献2では、燃焼器と電気ヒータとの2種類の熱源を備えているが、燃焼器から電気ヒータへの切替わりを室内温度が設定温度に達してから行う制御であるため、室内温度が設定温度に達する前に、室内空間の排ガス濃度が危険な状態に達した場合の安全性に問題がある。
本発明は、上記課題に鑑み、燃焼排ガス濃度を安全な設定量に抑え得る安全性に優れた燃焼機器の提供を目的としている。
上記目的を達成するため、本発明においては、燃焼部から燃焼ガスを室内空間に放出する燃焼機器において、前記燃焼部を制御する制御部が設けられ、該制御部は、前記燃焼ガスによる排ガス濃度が基準値を超えたときに、前記燃焼部を停止させることを特徴としている。
また、本発明は、燃焼部から燃焼ガスを室内空間に放出する燃焼機器において、前記燃焼部を制御する制御部が設けられ、該制御部は、前記燃焼ガスの放出総量が基準値を超えたときに、前記燃焼部を停止させることを特徴とする。
さらに、本発明は、ガスまたは石油を燃料とする燃焼部を備え、該燃焼部から燃焼ガスを室内空間に放出する燃焼機器において、前記燃焼部を制御する制御部が設けられ、該制御部は、排ガス濃度を推定するために、単位時間当たりの積算燃料消費量を演算し、その積算燃料消費量が基準値を超えたときに、前記燃焼部を停止させることを特徴とする。
上記構成によると、単位時間当たりの積算燃料消費量から室内の排ガス濃度を推定することができ、排ガス濃度を所定量に抑えることができる。
このときの燃焼制御は、室内温度検出手段により検出した室内温度と設定温度との温度差に基づいて燃焼部の燃焼レベルを制御することにより行うことができる。したがって、室温と設定温度との温度に基づいた従来からの制御をそのまま利用して排ガス濃度を抑制することができる。
また、制御部は、複数の燃焼レベルにおける各燃焼可能時間を設定し、その燃焼可能時間内で燃焼するように制御することもできる。これにより、室温によるフィードバック制御に加えて、各燃焼レベルの燃焼可能時間を定め、その以上の燃焼を制限することにより、排ガス濃度を抑えることができる。
また、本発明は、燃焼部から燃焼ガスを室内空間に放出する燃焼機器において、室内空間の排ガス濃度が基準値を超えたときに燃焼を停止するよう燃焼部を制御する制御部と、前記基準値を外部から変更するための基準値変更手段とが設けられたことを特徴とする。これにより、燃焼を停止させる排ガス濃度の基準値を外部から変更することができる。
さらに、本発明では、燃焼部から燃焼ガスを室内空間に放出する燃焼機器において、室内空間の排ガス濃度が基準値を超えたときに燃焼を停止するよう燃焼部を制御する制御部と、前記基準値を室内条件に応じて変更するための基準値変更手段とが設けられたことを特徴とする。これにより、排ガス濃度の基準値を室内空間の大きさなど、室内条件に応じて変更することができる。
また、上記構成に加えて、室内空間を燃焼ガス以外により暖房する他の熱源を備えることができる。これにより、他の熱源により不足熱量を補うことができる。他の熱源としては、電気ヒータ、ヒートポンプ式の冷凍サイクル、あるいは蓄熱体が例示できるが、電気ヒータが最も一般的である。
また、制御部では、燃焼部と他の熱源とを併用することができ、これにより、燃焼立ち上がりを素早く行うことができる。また、前記積算燃料消費量が基準値を超えたときに他の熱源に切替ることもできる。これにより、燃焼による不足熱量を補うことができる。
以上の通り、本発明によると、排ガス濃度を所定量に抑えるようにしているので、制御部のプログラムの変更のみで、安全性の高い燃焼機器を提供することができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
<第1の実施形態>
図1は本発明の実施形態である燃焼機器の一例を示す温風暖房機器の斜視図、図2はその内部構造を示す側面断面図である。
図に示すように、1は燃焼部や給油タンクを収納している機器本体、2は室内に温風を吹出す温風吹出口、3は運転状態を変えるスイッチ類が収まっている操作表示部、5はタンク蓋を兼ねる給油タンク、6は本体の外観部の前面をカバーする前板、7は本体の外観部の側面と背面をカバーする側裏板、8は本体の外観部の上面をカバーする上板、9は室内の空気を吸い込む送風ファン、10は送風ファンを駆動するファンモータ、11は室内温度を検知する温度センサー、12は気化器の気化ガスをノズルから噴出して燃焼空気と混合して燃焼するバーナ、13はバーナの上方に設けられた燃焼室である。
燃焼室13の上側には、送風ファン9によって機器本体内に吸込まれた空気を本体前面の温風吹出口2に導く空気送風路14が形成されている。この空気送風路14には、燃焼バーナ12との別の熱源としての電気ヒータ15が配設され、電気ヒータ15で加温された空気を温風吹出口2から室内に放出できるようになっている。
図3は運転モードを制御する制御部のブロック図である。この制御ブロック図では、本発明と直接関係しない運転スイッチなどの各種スイッチ類の記載を省略している。また、燃焼バーナ12の燃焼に必要な送油ポンプ、気化器ヒータ、ノズル開閉ソレノイド、さらには送風ファンは燃焼部22として記載している。
制御部20は、内部にCPU、ROM、RAM等を備える一般的なマイクロコンピュータであって、入力側には積算燃料消費量の基準値を室内空間(部屋)の大きさなどによって変更するための基準値変更手段21と、室温サーミスタなどの室内温度検出手段11および室内温度設定手段23が接続されている。これら基準値変更手段21および室内温度設定手段23は、操作表示部3に設けられたスイッチ(図示略)によって構成される。
制御部20の出力側には、燃焼部22や他の熱源である電気ヒータ15が駆動回路を介して接続される。また、制御部20にはタイマー24が接続される。
制御部20では、室内温度検出手段11により検出した室内温度と室内温度設定手段23により設定した設定温度との温度差に基づいて、燃焼部22や他の熱源15を制御する熱源制御手段と、燃焼部22の燃焼レベルとその燃焼時間とから単位時間当たりの積算燃料消費量を演算する積算燃料消費量演算手段と、該積算燃料演算手段により算出された積算燃料消費量と基準値とを比較して排ガス濃度を判定する排ガス濃度判定手段とを備え、熱源制御手段は、排ガス濃度判定手段の判定結果に基づいて燃焼部22および他の熱源15を制御するようにしている。
具体的な制御は以下のようになる。操作表示部3の運転スイッチ(図示略)をONすると、図2に示すように、燃焼室13内で燃焼した高温の排ガスが燃焼室13の上流側に設けられた送風ファン9により常温の空気と混合され、温風として吹出口2から室内に送風される。
図5は室内で温風暖房機器を最大、中、最小の燃料消費量で運転したときの室内温度RTと排ガス濃度(CO濃度)の時間経過を示すグラフであり、(a)は最大燃料消費量での燃焼状態(以下、第1燃焼レベルという)、(b)は中の燃料消費量での燃焼状態(以下、第2燃焼レベルという)、(c)は最小の燃料消費量での燃焼状態(以下、第3燃焼レベルという)を夫々示す。
図5に示すように、どの燃焼レベルで燃焼した場合においても、時間とともに排ガス濃度が増加し、室内の換気量と釣合った濃度で飽和するが、第1燃焼レベル(最大燃料消費量)のときは、飽和した排ガス濃度が最も高くなり、第3燃焼レベル(最小の燃料消費量)のときは飽和した排ガス濃度は最も低くなる。なお、二酸化炭素(CO)の発生量と燃料消費量は正の相関関係にあり、燃料消費量によりCO発生量の総量を知ることができる。
したがって、単位時間当たりの排ガス濃度の平均値を一定値以下に抑えようとした場合、単位時間あたりの積算燃料消費量を一定量以下に抑える必要がある。
図6は従来の室温をフィードバックした燃焼量制御例である。設定温度まで強燃焼を継続し、設定温度付近で燃焼量を徐々に下げ、設定温度で室温が平衡する燃焼量で燃焼を継続している。この場合、強燃焼時間が長いため、排ガス濃度の単位時間あたりの平均値が高い値となる。図6において、斜線部に囲まれた面積が単位時間当たりのCO濃度を示す。
図7は、本実施形態による単位時間あたりの燃焼量を一定値以下に抑えた上で、室内温度をフィードバックした燃焼量制御例である。図に示すように、設定温度に達する前に燃焼量を下げているが、徐々に室温が上がり、設定温度で室温が平衡する燃焼量で燃焼を継続し、排ガス濃度の単位あたり平均値が低い値になるようにしている。
その具体的な制御例を図4の制御フローチャートにより説明する。運転開始されると、まず、S1で設定温度Th0と室内温度Thとを比較し、室内温度Thが設定温度Th0に達していれば、この制御を終了し、スタートに戻ることになる。室内温度Thが設定温度Th0に達していない場合、次に、単位時間当たりの積算燃料消費量を演算し、その積算燃料消費量Vsが基準値V0に達しているか否かを判定する(S2)。積算燃料消費量は、制御部20の熱源制御手段から燃料レベルとその燃焼時間を入力して演算する。
積算燃料消費量が基準値に達していない場合、室内温度Thと設定温度Th0との温度差が所定温度差a1よりも大きいか否かを判断する(S3)。その温度差a1が所定温度差a1よりも大きいときは、室内温度が低いので、強燃焼である第1燃焼レベルで燃焼部22を制御する(S4)。
室内温度Thと設定温度Th0との温度差が所定温度差a1よりも小さいときは、次にその温度差がa1よりも小さい温度差a2との大小を判断する(S5)。そして、温度差aが所定温度差a2よりも大きいときは、第2燃焼レベルで燃焼部22を制御する(S6)。温度差aが所定温度差a2よりも小さいときは、第3燃焼レベルで燃焼部22を制御する(S7)。
上記のいずれの燃焼レベルでも、S1に戻り室内温度Thと設定温度Th0とを比較する制御を繰り返す。そして、燃焼中に、積算燃料消費量Vsが基準値V0に達した場合には、燃焼部22を停止し(S8)、電気ヒータ等の別熱源により暖房を制御する(S9)。
このように、石油やガスにより燃焼排ガスが発生する燃焼においては、常に単位時間あたりの積算燃料消費量を演算し、この積算燃料消費量から排ガス濃度を推定し、排ガス濃度を抑えるように制御している。また、室内が設定温度に達するまで時間がかかる可能性もあるが、これを電気ヒータなどの別熱源により不足熱量を補うことにより、解消することができる。
<第2の実施形態>
図8は第2の実施形態を示す制御フローチャートである。第1の実施形態では室内温度と設定温度との温度差により燃焼レベルを決定し、単位時間当たりの積算燃料消費量が基準値を超えない範囲で所定の燃焼レベルで制御しているが、本実施形態では、さらに、各燃焼レベルを継続して燃焼できる燃焼可能時間を定め、設定温度に達するまで効率良く燃焼制御を行えるようにしている。
以下、具体的な制御を図8の制御フローチャートに基づいて説明する。運転開始されると、まず、S1で設定温度Th0と室内温度Thとを比較し、室内温度Thが設定温度Th0に達していれば、この制御を終了し、スタートに戻ることになる。
室内温度Thが設定温度Th0に達していない場合、次に、単位時間当たりの積算燃料消費量を演算し、その積算燃料消費量Vsが基準値V0に達しているか否かを判定する(S2)。
積算燃料消費量が基準値に達していない場合、室内温度Thと設定温度Th0との温度差が所定温度差a1よりも大きいか否かを判断する(S3)。その温度差が所定温度差a1よりも大きいときは、次に、第1燃焼レベルで所定時間継続して運転したか否かを第1燃焼フラグにより判断する(S4)。第1燃焼フラグがONされていない場合は、第1燃焼レベルで所定時間t1を運転していないので、第1燃焼レベルで燃焼部22を制御する(S5)。
第1燃焼フラグがONされている場合は、既に第1燃焼レベルで所定時間t1を運転しているので、室内温度と設定温度との温度差が所定温度差a1よりも大きい場合でも、それ以下の燃焼量で燃焼制御するようにする(S4:YES)。
S5で第1燃焼レベルで燃焼制御した場合、その燃焼レベルで所定時間t1を燃焼運転したか否かを判断し(S6)、所定時間t1を運転した場合は第1燃焼フラグをONし(S7)、S1に戻る。
S1に戻り、再び、室内温度と設定温度との温度差が所定温度差a1よりも小さいときは、次にその温度差がa1よりも小さい温度差a2との大小を判断する(S8)。そして、温度差aが所定温度差a2よりも大きいときは、次に、第2燃焼レベルで所定時間t2を継続して運転したか否かを第2燃焼フラグにより判断する(S9)。
第2燃焼フラグがONになっていないときは、第2燃焼レベルで所定時間t2を運転していないので、第2燃焼レベルで燃焼部22を制御する(S10)。次に、この第2燃焼レベルで継続して所定時間t2を運転したか否かを判断し(S11)、所定時間t2を運転した場合は、第2燃焼フラグをONし(S12)、S1に戻る。
S9で第2燃焼フラグがONになっているときは、既に第2燃焼レベルで所定時間t2を運転しているので、温度差の大小にかかわらず、第3燃焼レベルで燃焼部22を制御する(S13)。そして、第3燃焼レベルで所定時間t3を運転しているか否かを判断し(S14)、所定時間t3を継続して運転した場合は、上記第1燃焼フラグと第2燃焼フラグを共にリセット(S15)してS1に戻る。
なお、この場合の所定時間t1とt2とt3の合計燃焼時間は、各燃焼レベルで継続運転した場合でも、積算燃料消費量の基準値に達しない時間に設定される。
そして、上記のいずれの燃焼レベルでも、S1に戻り室内温度Thと設定温度Th0とを比較する制御を繰り返す。そして、燃焼中に、積算燃料消費量Vsが基準値V0に達した場合には、燃焼部22を停止し(S16)、電気ヒータ等の別熱源により暖房を制御する(S17)。
このように、各燃焼レベルにより燃焼可能時間を定め、その合計時間が積算燃料消費量の基準値に達しない燃焼消費量に設定しているので、排ガス濃度を抑制しつつ暖房能力を向上させることができ、かつ電気ヒータ等の別電源への切替えも少なくすることができる。
<第3の実施形態>
図9は第3の実施形態を示す制御フローチャート、図10はその燃焼量制御を示すグラフである。第1および第2の実施形態では、積算燃料消費量が基準値を超えた場合に電気ヒータに切替えていたが、本実施形態では、立ち上がり時にも石油などの液体燃料と電気ヒータなどの熱源とを併用することにより、すばやく室温を上昇させるようにしている。
以下に、その具体的な制御例を図9の制御フローチャートにより説明する。運転開始されると、まず、S1で設定温度Th0と室内温度Thとを比較し、室内温度Thが設定温度Th0に達していれば、この制御を終了し、スタートに戻ることになる。
室内温度Thが設定温度Th0に達していない場合、次に、単位時間当たりの積算燃料消費量を演算し、その積算燃料消費量Vsが基準値V0に達しているか否かを判定する(S2)。
積算燃料消費量が基準値に達していない場合、室内温度Thと設定温度Th0との温度差が所定温度差a1よりも大きいか否かを判断する(S3)。その温度差a1が所定温度差a1よりも大きいときは、室内温度が低いので、強燃焼である第1燃焼レベルで燃焼部22を制御する(S4)。
これと同時に、室内温度Thと設定温度Th0との温度差が所定温度差a0(a0>a1)よりも大きいか否かを判断する(S5)。その温度差が大きいときは、室内が低温であるため、その立ち上りを素早くするために電気ヒータをONする(S6)。
S3で室内温度Thと設定温度Th0との温度差が所定温度差a1よりも小さいときは、次にその温度差がa1よりも小さい温度差a2との大小を判断する(S7)。そして、温度差が所定温度差a2よりも大きいときは、第2燃焼レベルで燃焼部22を制御する(S8)。また、温度差aが所定温度差a2よりも小さいときは、第3燃焼レベルで燃焼部22を制御する(S9)。
上記のいずれの燃焼レベルでも、S1に戻り室内温度Thと設定温度Th0とを比較する制御を繰り返す。そして、燃焼中に、積算燃料消費量Vsが基準値V0に達した場合には、燃焼部22を停止し(S10)、電気ヒータ等の別熱源により暖房を制御する(S11)。
このように、暖房の立ち上がり時に、電気ヒータも併用して運転するので、図10に示すように、室内温度の立ち上がりが早くなり、室内排ガス濃度の抑制と暖房能力の向上および燃費の維持を図ることができる。
なお、本実施形態は、第1の実施形態に付加して、立ち上がり時にも石油などの液体燃料と電気ヒータなどの熱源とを併用するようにした例を示したが、これに限らず、各燃焼レベルの燃焼可能時間を定めた第2の実施形態に立ち上り時に熱源を併用するようにしてもよいことは勿論である。
また、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で修正・変更を加えることができるのは勿論である。例えば、上記実施形態では燃焼機器として温風暖房機器を例示したが、これに限らず、室内空間に燃焼ガスを放出するボイラー、給湯器、コンロなどの調理機器にも本発明を適用することができる。
本発明の実施形態である燃焼機器の一例を示す温風暖房機器の斜視図 図1の暖房機器の内部構造を示す側面断面図 運転モードを制御する制御部のブロック図 排ガス規制用の制御フローチャート (a)(b)(c)は夫々最大、中、最小の燃料消費量で運転したときの室内温度と排ガス濃度の時間経過を示すグラフ 従来の室温をフィードバックした燃焼量制御による室内温度・CO量と燃焼量との関係を示すグラフ 第1の実施形態における室内温度・CO量と燃焼量との関係を示すグラフ 第2の実施形態を示す制御フローチャート 第3の実施形態を示す制御フローチャート 第3の実施形態における室内温度・CO量と燃焼量との関係を示すグラフ
符号の説明
1 機器本体
2 温風吹出口
3 操作表示部
5 給油タンク
6 前板
7 側裏板
8 上板
9 送風ファン
10 ファンモータ
11 温度センサー(室内温度検出手段)
12 燃焼バーナ
13 燃焼室
14 空気送風路
15 電気ヒータ
20 制御部
21 基準値変更手段
22 燃焼部
23 室内温度設定手段
24 タイマー

Claims (11)

  1. 燃焼部から燃焼ガスを室内空間に放出する燃焼機器において、前記燃焼部を制御する制御部が設けられ、該制御部は、前記燃焼ガスによる排ガス濃度が基準値を超えたときに、前記燃焼部を停止させることを特徴とする燃焼機器。
  2. 燃焼部から燃焼ガスを室内空間に放出する燃焼機器において、前記燃焼部を制御する制御部が設けられ、該制御部は、前記燃焼ガスの放出総量が基準値を超えたときに、前記燃焼部を停止させることを特徴とする燃焼機器。
  3. ガスまたは石油を燃料とする燃焼部を備え、該燃焼部から燃焼ガスを室内空間に放出する燃焼機器において、前記燃焼部を制御する制御部が設けられ、該制御部は、排ガス濃度を推定するために、単位時間当たりの積算燃料消費量を演算し、その積算燃料消費量が基準値を超えたときに、前記燃焼部を停止させることを特徴とする燃焼機器。
  4. 室内温度を検出する室内温度検出手段を有し、前記制御部は、室内温度検出手段により検出した室内温度と室内温度設定手段により設定した設定温度との温度差に基づいて前記燃焼部の燃焼レベルを制御することを特徴とする請求項3に記載の燃焼機器。
  5. 前記制御部は、複数の燃焼レベルにおける各燃焼可能時間を設定し、その燃焼可能時間内で燃焼するように制御することを特徴とする請求項4に記載の燃焼機器。
  6. 燃焼部から燃焼ガスを室内空間に放出する燃焼機器において、室内空間の排ガス濃度が基準値を超えたときに燃焼を停止するよう燃焼部を制御する制御部と、前記基準値を外部から変更するための基準値変更手段とが設けられたことを特徴とする燃焼機器。
  7. 燃焼部から燃焼ガスを室内空間に放出する燃焼機器において、室内空間の排ガス濃度が基準値を超えたときに燃焼を停止するよう燃焼部を制御する制御部と、前記基準値を室内条件に応じて変更するための基準値変更手段とが設けられたことを特徴とする燃焼機器。
  8. 室内空間を燃焼ガス以外により暖房する他の熱源を備えたことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の燃焼機器。
  9. 他の熱源が電気ヒータであることを特徴とする請求項8に記載の燃焼機器
  10. 前記制御部は、燃焼部と他の熱源とを併用することを特徴とする請求項8又は9に記載の燃焼機器。
  11. 前記制御部は、前記積算燃料消費量が基準値を超えたときに、他の熱源に切替ることを特徴とする請求項8、9又は10に記載の燃焼機器。
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