JP2013015298A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

【課題】設置条件によるファンの負荷の相違に応じて、目標燃焼量に対するファンの回転速度の補正条件を精度良く設定する燃焼装置を提供する。
【解決手段】ガス給湯装置１に電源が投入されたときに、バーナ２への燃料供給を停止した状態でファン４を負荷検出用回転速度で作動させ、負荷検出用回転速度でファン４が作動しているときの電流検出部５１による検出電流と、負荷検出用回転速度に対応する基準電流ラインでの通電電流である基準電流との相違度合に応じて、基準電流ラインを補正する基準電流ライン補正部５５を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、バーナに燃焼用空気を供給すると共にバーナの排ガスを排出するファンを備えた燃焼装置に関する。

従来より、バーナに燃焼用空気を供給すると共にバーナの排ガスを排出するファンを備えた燃焼装置において、給排気管の閉塞等による燃焼用空気の供給不足を改善するために、ファンを所定回転速度で作動させたときのファン電流（ファンモータの通電電流）の変化に基づいて、バーナの目標燃焼量に対するファンの回転速度を補正するようにした燃焼装置が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２００６−９４５７５号公報 特開平６−３００２４６号公報

ファンの負荷は、給排気路の閉塞による場合の他に、燃焼装置が設置された場所の標高や、燃焼装置に接続される給排気管の長さや曲がり数等の設置条件によっても変動する。そのため、燃焼装置の設置条件に応じてファンの補正条件を設定する必要がある。そして、燃焼装置の設置条件の相違によるファンの負荷の変動を、ファンを所定回転速度で作動させたときのファン電流の変化により精度良く検知するためには、ファンの回転速度を高くしてファン電流を増加させることが有効である。

しかし、特許文献１，２に記載された燃焼装置においては、燃焼運転中のファンの回転速度と通電電流の関係に基づいて、ファン回転速度を補正している。そのため、ファンの回転速度は、目標燃焼量に応じた回転速度付近でしか作動させることができず、燃焼装置の設置条件の相違に応じたファンの負荷変動を精度良く検知することが難しい。

本発明は上記背景に鑑みてなされたものであり、設置条件の相違によるファンの負荷変動に応じて、バーナの目標燃焼量に対するファンの回転速度の補正条件を精度良く設定する燃焼装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、バーナと、前記バーナに燃焼用空気を供給すると共に、前記バーナの排ガスを排出するファンと、前記バーナに燃料を供給する燃料供給部と、前記ファンの回転速度を検出する回転速度検出部と、前記ファンの通電電流を検出する電流検出部と、所定の基準設置条件における、前記ファンの回転速度と通電電流との相関関係を示す基準電流ラインのデータを保持した記憶部と、前記バーナの燃焼運転時に、前記ファンを所定回転速度で作動させたときの前記電流検出部による検出電流と、該所定回転速度に対応する前記基準電流ラインでの通電電流との相違に基づいて、前記ファンの回転速度を補正するファン制御部とを備えた燃焼装置の改良に関する。

そして、前記燃焼装置に電源が投入されたときに、前記バーナへの燃料供給を停止した状態で前記ファンを所定の負荷検出用回転速度で作動させ、該負荷検出用回転速度で前記ファンが作動しているときの前記電流検出部による検出電流と、該負荷検出用回転速度に対応する前記基準電流ラインでの通電電流である基準電流との相違度合に応じて、前記基準電流ラインを補正する基準電流ライン補正部を備えることを特徴とする（第１発明）。

第１発明によれば、前記燃焼装置が家屋の敷地等に設置されて電源が投入されたときに、前記基準電流ライン補正部は、前記バーナへの燃料供給を停止した状態で前記ファンを前記負荷検出用回転速度で作動させる。この場合、前記バーナは消火状態に維持されるため、前記負荷検出用回転速度を、前記バーナの燃焼域での前記ファンの回転速度の上限よりも高く設定することができる。また、前記バーナの燃焼量の変化による前記ファンの回転速度の変動が生じないため、前記ファンの回転速度を前記負荷検出用回転速度に安定して維持することができる。

そのため、前記基準電流ライン補正部により、前記燃焼装置の実際の設置条件（標高、給排気管の仕様等）と、前記基準設置条件との相違に基づく前記ファンの負荷の変動を反映させて、前記基準電流ラインを補正することによって、設置条件の相違によるファンの負荷変動、及び前記燃焼装置自体の個体ばらつきによるファンの負荷変動に応じて、バーナの目標燃焼量に対するファンの回転速度の補正条件を精度良く設定することができる。

また、第１発明において、前記基準電流ライン補正部は、前記ファンを前記負荷検出用回転速度で作動させた状態で、前記電流検出部による検出電流の変動幅が所定の許容範囲内に第２所定時間以上維持されたときに、該維持された時点での前記電流検出部による検出電流と前記基準電流との相違度合に応じて、前記基準電流ラインを補正することを特徴とする（第２発明）。

第２発明によれば、例えば、前記燃焼装置が給排気管を介して屋外の大気に連通し、給排気管への風の吹き込み等により前記ファンの負荷が変動するような場合に、風の影響がなくなったタイミングを見計らって、安定した前記ファンの通電電流を検出することができる。そして、この検出電流を用いることにより、前記基準電流ラインをより精度良く補正することができる。

また、第１発明又は第２発明において、前記バーナの総燃焼時間を累積する総燃焼時間累積部を備え、前記基準電流ライン補正部は、前記バーナの総燃焼時間が所定の設置判定時間以下である状態で、前記燃焼装置に電源が投入されたときに限定して、前記基準電流ラインを補正することを特徴とする（第３発明）。

第３発明によれば、前記燃焼装置の設置作業者等が、前記燃焼装置を使用場所に設置して電源を投入したときには、前記燃焼装置は工場等おける試運転等を除けば、前記バーナは燃焼していないため、前記バーナの総燃焼時間は僅かなものとなる。そこで、前記基準電流ライン補正部による前記基準電流ラインの補正を、前記バーナの総燃焼時間が所定の設置判定時間以下である状態で、前記燃焼装置に電源が投入されたときに限定して行うことにより、前記燃焼装置の設置時以外に、不必要な前記基準電流ラインの補正が行われることを回避することができる。

また、第１発明から第３発明のうちのいずれかにおいて、前記基準電流ライン補正部は、前記ファンを前記負荷検出用回転速度で作動させたときの前記電流検出部による検出電流と、前記基準電流との乖離度合が所定レベル以上となったときに、異常報知を行なうことを特徴とする（第４発明）。

第４発明において、前記基準設置条件の設定間違いや、前記燃焼装置の設置不良（給排気管の外れ等）により、前記基準設置条件が実際の前記燃焼装置の設置状況に対応していないものになると、前記ファンを前記負荷検出用回転速度で作動させたときの前記電流検出部による検出電流と、前記基準電流との乖離度が前記所定レベル以上となる。そこで、この場合に異常報知を行なうことによって、前記燃焼装置の設置作業者等に前記基準設置条件の設定不良や前記燃焼装置の設置不良を認識させて、これらの訂正を促すことができる。

本発明の燃焼装置であるガス給湯装置の構成図。 基準電流ラインの補正処理のフローチャート。 設置条件及び外気温度に応じた基準電流の設定表。 「平地−排気管短」の設置条件での基準電流ラインの説明図。 「平地−排気管短」の設置条件での基準電流ラインの補正処理の説明図。

本発明の実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。図１を参照して、本発明の燃焼装置であるガス給湯装置１は、屋内に設置される本体ハウジング３と、本体ハウジング３内に収容された燃焼ハウジング１４と、燃焼ハウジング１４内の下部に配置されたバーナ２と、バーナ２に燃料ガスを供給するガス供給管８（本発明の燃料供給部に相当する）と、台所や浴室等に湯を供給する通水管５と、バーナ２に燃焼用空気を供給すると共にバーナ２の燃焼により生じる排ガスを排出するファン４と、ガス給湯装置１の全体的な作動を制御する制御ユニット７と、制御ユニット７に接続されたリモコン６とを備えている。

ガス給湯装置１は給排気管４０と接続され、給排気管４０を介してバーナ２への燃焼用空気の供給とバーナ２の排ガスの排出を行う。給排気管４０は、排気路４１を内部に形成する内管４２と、内管４２に略同心に外挿されて内管４２との間の空間に燃焼用空気の給気路４３を形成する外管４４とにより、二重管構造に形成されて、屋内の本体ハウジング３の上部箇所から屋外にかけて延設されている。

給排気管４０の外管４４の屋内側の端部は、本体ハウジング３の上部に形成された開口１８に接続されている。ここで、本体ハウジング３は略密閉構造に形成されており、本体ハウジング３の内部は、燃焼ハウジング１４の下部に形成された給気口１９の箇所に設けられたファン４を介して、燃焼ハウジング１４に連通している。これにより、給気路４３は、本体ハウジング３の内部とファン４を介して燃焼ハウジング１４の内部に連通している。

ファン４は、ファンモータ１７により回転して、バーナ２の燃焼用空気を、給気路４３から本体ハウジング３内の吸気口１５を介して燃焼ハウジング１４内に供給する。ファンモータ１７には、図示しない回転速度センサ（エンコーダ、レゾルバ等）が備えられている。

また、給排気管４０の内管４２の屋内側の端部は、外管４４内から本体ハウジング３内に導入され、燃焼ハウジング１４の上部に形成された排気口１６に接続されている。これにより、内管４２の内部の排気通路４１は、排気口１６を介して燃焼ハウジング１４の内部に連通している。

なお、給排気管４０の内管４２及び外管４４の屋外側の端部は、大気中に開口している。また、本体ハウジング３内の上部には、外気温度を検出する外気温度センサ３１が設けられている。

ガス供給管８には、上流側から順に開閉電磁弁１２と比例電磁弁１３が設けられている。開閉電磁弁１２は、図示しない駆動コイルへの通電の有無に応じてガス供給管８を開閉し、バーナ２への燃焼ガスの供給と遮断を切り替える。比例電磁弁１３は、図示しない駆動コイルへの通電量に比例した開度で開弁して、バーナ２への燃料ガスの供給流量を変更する。バーナ２の付近には、イグナイタ１０により高電圧が印加されて火花放電を生じる点火電極９と、バーナ２の燃焼炎の状態を検出するフレームロッド１１とが設けられている。

通水路５は、上流側が上水道（図示しない）に接続された給水路２０と、上流側が給水路２０に接続された熱交換通水路５ａと、上流側が熱交換通水路５ａに接続されると共に下流側が給湯栓２１に接続された給湯路２２と、給水路２０から分岐して給湯路２２に合流するバイパス路２３とにより構成されている。

給水路２０には、上流側から順に、給水路２０の通水流量を検出する流量センサ２５と、上水道から給水路２０に供給される水の温度を検出する給水温度センサ２６と、給水路２０の通水流量を調節する水量サーボ弁２４とが設けられている。熱交換通水路５ａには、燃焼ハウジング１４内においてバーナ２の上方に配置された熱交換器２７と、熱交換器２７から出湯される湯の温度を検出する出湯温度センサ２９とが設けられている。給湯路２２には、バイパス路２３との合流箇所の下流側に、給湯路２２から給湯栓２１に供給される湯の温度を検出する給湯温度センサ３０が設けられている。

制御ユニット７は、ＣＰＵ（図示しない）やメモリ５９（本発明の記憶部に相当する）等により構成された電子ユニットであり、フレームロッド１１の燃焼状態検出信号、流量センサ２５の流量検出信号、給水温度センサ２６の温度検出信号、出湯温度センサ２９の温度検出信号、給湯温度センサ３０の温度検出信号、及び外気温度センサ３１の温度検出信号が入力される。

また、制御ユニット７から出力される制御信号によって、ファン４、イグナイタ１０、開閉電磁弁１２、比例電磁弁１３、及び水量サーボ弁２４の作動が制御される。さらに、制御ユニット７には、リモコン６により設定される目標給湯温度のデータ等が入力される。

制御ユニット７は、ファン４の通電電流を検出する電流検出部５１と、ファンモータ１７に設けられた回転速度センサから入力される速度検出信号に基づいてファン４の回転速度を検出する回転速度検出部５２とを備えている。また、メモリ５９に保持されたガス給湯装置１の制御用プログラムを、ＣＰＵで実行することによって、バーナ２の総燃焼時間を累積してそのデータをメモリ５９に記録する総燃焼時間累積部５３、ガス給湯装置１の基準設置条件を設定する基準設置条件設定部５４、ファン４の回転速度の補正の要否を判断するための基準電流ラインを補正する基準電流ライン補正部５５、バーナ２の目標燃焼量に応じてファン４の回転速度を制御するファン制御部５６として機能する。

また、制御ユニット７には、ガス給湯装置１が設置されている場所の標高と、ガス給湯装置１に接続されている給排気管４０の仕様を入力するための設置条件入力スイッチ５８が備えられている。

基準電流ライン補正部５５は、ガス給湯装置１が屋内に設置されたときに、ファン４の負荷に応じて基準電流ラインを補正する処理を行う。以下、図２に示したフローチャートに従って、この処理の実行手順について説明する。

作業者等により、ガス給湯装置１が屋内に設置されて電源が投入されると、制御ユニット７が起動して、基準電流ライン補正部５５は、図２のフローチャートによる処理を開始する。

図２のＳＴＥＰ１で、基準電流ライン補正部５５は、メモリ５９に保持されたバーナ２の総燃焼時間のデータを読出し、バーナ２の総燃焼時間が２０時間（本発明の設置判定時間に相当する）以下であるか否かを判断する。ここで、この２０時間は、ガス給湯装置１が設置されたときの電源投入であることを判断するためのものであり、工場での試験運転等に伴う燃焼時間を考慮して設定されたものである。

ＳＴＥＰ１で、バーナ２の総燃焼時間が２０時間を超えているときは、ガス給湯装置１が設置された後に、給湯運転によるバーナ２の燃焼がある程度以上行われた状況であり、後述するＳＴＥＰ２以降の基準電流ラインの補正が既に行われていると想定される。そのため、ＳＴＥＰ９に分岐し、この場合は基準電流ラインの補正は行われない。

一方、バーナ２の総燃焼時間が２０時間以下であるときは、ガス給湯装置１が設置されてから最初の電源投入であるか、或いは設置時の調整や動作確認のための電源投入であると想定される。そのため、この場合はＳＴＥＰ２に進み、基準電流ライン補正部５５は、基準設置条件設定部５４により設定された基準設置条件と、外気温度センサ３１の検出温度とに基づいて、基準電流を決定する。

ここで、基準設置条件設定部５４は、設置条件入力スイッチ５８の入力に応じて、ガス給湯装置１の設置場所の標高と給排気管４０の仕様を、基準設置条件として設定する。図３の設定表に示したように、設置場所の標高ｈは、平地（０ｍ≦ｈ≦７５０ｍ）、高地１（７５０ｍ＜ｈ≦１５００ｍ）、高地２（１５００ｍ＜ｈ≦２２５０ｍ）という３段階で設定される。また、給排気管の仕様は、短（１ｍ１曲り〜３ｍ２曲り）、長（３ｍ２曲り超〜７ｍ３曲り）の２段階で設定される。

基準電流ライン補正部５５は、図３に示した設定表に、基準設置条件（標高及び給排気管の仕様）と、外気温度センサ３１により検出される外気温Ｔeを適用して、基準電流を決定する。ここで、外気温Ｔeは、−１０℃≦Ｔe≦０℃、０℃＜Ｔe≦１０℃、１０℃＜Ｔe≦２０℃、２０℃＜Ｔe≦３０℃という４段階に区分される。例えば、基準設定条件の標高が平地で給排気管の仕様が短、外気温が１５℃の場合には、基準電流が１３３０ｍＡに決定される。

ここで、図４は基準設置条件の標高が平地で給排気管の仕様が短（「平地−排気管短」）であるときの、基準電流ラインＡbを示しており、ファン４の回転速度が３５０Ｈｚ（本発明の負荷検出用回転速度に相当する）であるときのファン電流が、外気温Ｔe毎（−１０℃≦Ｔe≦０℃、０℃＜Ｔe≦１０℃、１０℃＜Ｔe≦２０℃、２０℃＜Ｔe≦３０℃）の基準電流Ｐ１〜Ｐ４として設定されている。

なお、メモリ５９には、各基準設置条件（「平地−排気管短」、「平地−排気管長」、「高地１−排気管短」、「高地１−排気管長」、「高地２−排気管短」、「高地２−排気管長」）の基準電流ラインのデータが保持されている。基準電流ラインは、実験やコンピュータシミュレーション等によって設定される。

ＳＴＥＰ３で、基準電流ライン補正部５５は、ファン４を３５０Ｈｚで作動させ、続くＳＴＥＰ４で第１所定時間の経過を待つ。そして、次のＳＴＥＰ５で、ファン電流の検出値が所定範囲内（例えば、第１所定時間の経過時からの変動幅が数％以内等）に第２所定時間以上維持されたときにＳＴＥＰ６に進む。

ＳＴＥＰ６で、基準電流ライン補正部５５は、ファン電流の検出値が図４に示した「エラー電流値 下側」から「エラー電流値 上側」までの範囲内に入っているか否かを判断する。「エラー電流値 下側」と「エラー電流値 上側」は、基準設置条件毎に設定されている。

なお、ファン電流の検出値が「エラー電流値 下側」よりも小さくなったとき、及びファン電流の検出電流が「エラー電流値 上側」よりも大きくなったときが、本発明の電流検出部による検出電流と基準電流との乖離度が所定レベル以上になったときに相当する。

そして、ファン電流の検出値が「エラー電流値 下側」から「エラー電流値 上側」までの範囲から外れたときは、基準設置条件の設定が誤っている可能性が高い。そのため、この場合はＳＴＥＰ２０に分岐し、基準電流ライン補正部５５は、リモコン６の表示部６５にエラー表示をし、設置作業者に設置条件の確認を促す。

一方、ＳＴＥＰ６で、ファン電流の検出値が「エラー電流値 下側」から「エラー電流値 上側」までの範囲内であったときにはＳＴＥＰ７に進む。以下の説明では、ファン電流の検出値Ｉfsが１３２０ｍＡであったときを想定している。ＳＴＥＰ７で、基準電流ライン補正部５５は、図５に示したように、ファン電流の検出値Ｉfsと基準電流Ｉfbとの比率（Ｉfs／Ｉfb＝１３２０／１３３０＝０．９９２４８）に応じて、基準電流ラインを補正する。

図５では、回転速度３５０Ｈｚに対応するファン電流を、基準電流ラインＡbの１２５０ｍＡから、１２４１ｍＡ（＝１２５０ｍＡ×０．９９２４８）に変更し、回転速度２３０Ｈｚに対応するファン電流を、基準電流ラインＡbの４４０ｍＡから４３７ｍＡ（４４０ｍＡ×０．９９２４８）に変更して、基準電流ラインＡbをＡ1に補正する。

そして、ＳＴＥＰ８に進み、基準電流ライン補正部５５は、基準電流ラインの補正が完了したことをリモコン６の表示部６５に表示して、ＳＴＥＰ９に進み、処理を完了する。

制御ユニット７は、給湯栓２１等が開栓されて、流量センサ２５の流量検出信号によって給水路２０への通水を検知したときにバーナ２の点火処理を行って、給湯運転を開始する。制御ユニット７は、給湯運転中に、給湯温度センサ３０により検出される給湯路２２に供給される湯の温度が、リモコン６により設定された目標給湯温度となるように、バーナ２の目標燃焼量を決定する。そして、ファン制御部５６は、バーナ２の目標燃焼量に応じたファン４の目標回転速度を決定し、ファン４の回転速度が目標回転速度となるようにファン電流を制御する。

なお、バーナ２の目標燃焼量に応じてファン４の目標回転速度を設定するための、各基準設置条件毎の「目標燃焼量−目標回転速度」の対応テーブルのデータが、メモリ５９に保持されている。

また、ファン制御部５６は、給湯運転中に補正基準電流ラインＡ1を用いてファン４の回転速度を補正する処理を行う。すなわち、ファン制御部５６は、ファン４の回転速度を目標回転速度に制御したときのファン電流の検出値が、図５に示した補正基準電流ラインＡ1におけるこの目標回転速度に対応するファン電流よりも小さくなったときに、この小さくなった分に応じてファン４の回転速度を目標回転速度よりも高く制御する。そして、これにより、給排気管４０の閉塞等によるバーナ２の燃焼用空気の不足を補填する。

なお、本実施形態では、本発明の燃焼装置としてガス給湯装置を例示したが、ファンによりバーナに燃焼用空気を供給すると共にバーナの排ガスを排出する仕様の燃焼装置であれば、本発明の適用が可能である。

また、本実施形態では、図２のＳＴＥＰ１の処理により、ガス給湯装置１に電源が投入されたときに、バーナの累積燃焼時間が２０時間以内であるか否かを判断し、バーナの累積燃焼時間が２０時間以内であるときに限定して、基準電流ラインの補正を行った。しかし、バーナの累積燃焼時間が２０時間以内であるか否かの判断をせずに、電源が投入されたときには、無条件に基準電流ラインの補正を行うようにしてもよい。

１…ガス給湯装置（燃焼装置）、２…バーナ、４…ファン、５…通水路、６…リモコン、７…制御ユニット、８…ガス供給管（燃料供給部）、４０…給排気管、５１…電流検出部、５２…回転速度検出部、５３…総燃焼時間累積部、５４…基準設置条件設定部、５５…基準電流ライン補正部、５６…ファン制御部、５９…メモリ（記憶部）。

Claims (4)

1. バーナと、
   前記バーナに燃焼用空気を供給すると共に、前記バーナの排ガスを排出するファンと、
   前記バーナに燃料を供給する燃料供給部と、
   前記ファンの回転速度を検出する回転速度検出部と、
   前記ファンの通電電流を検出する電流検出部と、
   所定の基準設置条件における、前記ファンの回転速度と通電電流との相関関係を示す基準電流ラインのデータを保持した記憶部と、
   前記バーナの燃焼運転時に、前記ファンを所定回転速度で作動させたときの前記電流検出部による検出電流と、該所定回転速度に対応する前記基準電流ラインでの通電電流との相違に基づいて、前記ファンの回転速度を補正するファン制御部と
   を備えた燃焼装置において、
   前記燃焼装置に電源が投入されたときに、前記バーナへの燃料供給を停止した状態で前記ファンを所定の負荷検出用回転速度で作動させ、該負荷検出用回転速度で前記ファンが作動しているときの前記電流検出部による検出電流と、該負荷検出用回転速度に対応する前記基準電流ラインでの通電電流である基準電流との相違度合に応じて、前記基準電流ラインを補正する基準電流ライン補正部を備えることを特徴とする燃焼装置。
2. 請求項１に記載の燃焼装置において、
   前記基準電流ライン補正部は、前記ファンを前記負荷検出用回転速度で作動させた状態で、前記電流検出部による検出電流の変動幅が所定の許容範囲内に第２所定時間以上維持されたときに、該維持された時点での前記電流検出部による検出電流と前記基準電流との相違度合に応じて、前記基準電流ラインを補正することを特徴とする燃焼装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の燃焼装置において、
   前記バーナの総燃焼時間を累積する総燃焼時間累積部を備え、
   前記基準電流ライン補正部は、前記バーナの総燃焼時間が所定の設置判定時間以下である状態で、前記燃焼装置に電源が投入されたときに限定して、前記基準電流ラインを補正することを特徴とする燃焼装置。
4. 請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の燃焼装置において、
   前記基準電流ライン補正部は、前記ファンを前記負荷検出用回転速度で作動させたときの前記電流検出部による検出電流と、前記基準電流との乖離度合が所定レベル以上となったときに、異常報知を行なうことを特徴とする燃焼装置。

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