JP2016057037A - 燃焼装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】複数のバーナに対する燃焼用空気の供給を一つの給気ファンで行うと共に、各バーナの燃焼排ガスを一つの排気通路を介して排出する燃焼装置において、バーナの不完全燃焼の検出精度を高める。【解決手段】不完全燃焼対処部62は、給湯バーナ31が消火状態であって暖房バーナ41が燃焼状態である暖房単独運転時に、COセンサ12により検出されるCO濃度に基づく不完全燃焼の第2判定条件が成立したときには、暖房バーナ41を一旦消火した後に再点火して、再点火時からCOセンサ12により検出されるCO濃度に基づく不完全燃焼の第3判定条件の成立の有無を監視し、第3判定条件が成立したときには暖房バーナ41を消火する。【選択図】 図1

Description

本発明は、不完全燃焼を検知して燃焼を停止する機能を備えた燃焼装置に関する。
例えば、屋内に設置された強制排気タイプの燃焼装置において、排気通路からの燃焼排ガスの漏れが生じると、燃焼排ガスの流出によって屋内の酸素濃度が次第に低下する。その結果、バーナに供給される燃焼用空気中の酸素の不足により、バーナが不完全燃焼状態となって燃焼排ガス中のCO(一酸化炭素)の濃度が増加する。
そこで、バーナの排気通路にCOセンサを設けて、バーナ燃焼中に燃焼排ガス中のCO濃度を監視するようにした燃焼装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載された燃焼装置においては、COセンサにより検出されたCO濃度を判定値と比較し、CO濃度が判定値以上となった状態が一定時間以上継続したときに、バーナを消火するようにしている。
特開平7−103473号公報
特許文献1に記載された燃焼装置によれば、燃焼排ガス中のCO濃度の上昇によりバーナの不完全燃焼を検知してバーナを消火することによって、バーナの不完全燃焼が継続することの防止を図っている。
しかしながら、本願発明者は、複数のバーナに対して一つのファンにより燃焼用空気を供給すると共に、各バーナの燃焼排ガスを一つの排気通路を介して排出する構成とした燃焼装置においては、排気通路に設けたCOセンサによりバーナの不完全燃焼を検知することが難しい場合があることを知見した。
そこで、本発明は、複数のバーナに対する燃焼用空気の供給を一つのファンで行うと共に、各バーナの燃焼排ガスを一つの排気通路を介して排出する構成とした燃焼装置において、バーナの不完全燃焼の検出精度を高め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、
第1バーナ及び該第1バーナよりも最大燃焼量が小さい第2バーナを少なくとも含む複数のバーナと、
前記複数のバーナに対して燃焼用空気を供給する単一のファンと、
前記複数のバーナの燃焼排ガスが流入する単一の排気通路と、
前記排気通路に設けられたCOセンサと、
前記複数のバーナの少なくともいずれか一つが燃焼中であるときに、燃焼中のバーナに対して燃焼量に応じた燃焼用空気が供給されるように、前記ファンの回転速度を制御する燃焼制御部と、
前記複数のバーナのうちの少なくともいずれか一つが燃焼中であるときに、燃焼中のバーナの点火時から第1所定時間が経過するまでの検出禁止期間を除いて、前記COセンサにより検出されるCO濃度に基づく不完全燃焼の第1判定条件の成立の有無を監視し、該第1判定条件が成立したときには、燃焼中のバーナを消火する不完全燃焼対処部と
を備えた燃焼装置の改良に関する。
そして、前記不完全燃焼対処部は、前記第2バーナのみが燃焼中であるときは、前記COセンサにより検出されるCO濃度に基づく不完全燃焼の第2判定条件の成立の有無を監視し、該第2判定条件が成立したときには、前記第2バーナを一旦消火した後に再点火し、該再点火時から、前記COセンサにより検出されるCO濃度に基づく第3判定条件の成立の有無を監視し、該第3判定条件が成立したときには、前記第2バーナを消火することを特徴とする。
かかる本発明の燃焼装置は、前記複数のバーナに対して、単一の前記ファンにより燃焼用空気が供給されると共に、各バーナの燃焼排ガスが、単一の前記排気通路に流入して排出される構成となっている。
この構成によれば、前記燃焼装置が屋内に設置された場合に、前記複数のバーナから排出される燃焼排ガスが前記排気通路から屋外に排出されるため、基本的には屋内に燃焼排ガスが流れ込むことはない。しかしながら、前記排気通路の不具合により燃焼排ガスの一部が屋内に流出することが考えられ、この場合には屋内に流出した燃焼排ガスによって、屋内の酸素濃度が低下する。その結果、前記ファンにより屋内から取り込まれて前記ファンに供給される燃焼用空気中の酸素濃度が低下して、前記バーナの不完全燃焼が生じる状況となる。
そして、前記燃焼制御部により、燃焼中のバーナに対して燃焼量に応じた燃焼用空気が供給されるように、前記ファンの回転速度が制御されるため、前記第1バーナが消火状態であって前記第2バーナが燃焼中であるときには、前記第1バーナ側に流れる空気の流量も考慮してファンの回転速度が決定される。
この場合、前記第2バーナの不完全燃焼が生じても、前記第2バーナの燃焼排ガスが前記第1バーナ側を流通した空気によって希釈されるため、前記第2バーナの燃焼排ガス中のCO濃度が低くなり、CO濃度に基づく前記第2バーナの不完全燃焼の検知が難しくなる。
そこで、前記不完全燃焼対処部は、前記第2バーナのみが燃焼中であるときは、CO濃度に基づく不完全燃焼の第2判定条件の成立の有無を監視する。この場合、前記第2判定条件は、前記第2バーナのみが燃焼中であるという状況に合わせて、前記第2バーナの不完全燃焼を検知し易い条件に設定することができる。
そして、前記不完全燃焼対処部は、前記第2判定条件が成立したときには、前記第2バーナを一旦消火した後に再点火して、再点火時からCO濃度に基づく第3判定条件の成立の有無を監視する。このように、前記第2バーナを一旦消火した後に再点火するときには、前記第2バーナの燃焼排ガス中に未燃ガスが混入される等の理由により、燃焼排ガス中のCO濃度が嵩上げされる。その結果、前記第3判定条件が成立し易くなるため、前記第2バーナが不完全燃焼になったことを精度良く検知して前記バーナを消火することができる。
また、前記不完全燃焼対処部は、前記第2バーナのみが燃焼中であるときの前記第2判定条件の成立の有無の監視を、前記第2バーナのみが燃焼中である状態になってから第2所定時間が経過した時に開始することを特徴とする。
この構成によれば、前記2バーナのみが燃焼中である状態になってから前記第2所定時間以上が経過することを待つことにより、前記第2バーナ以外のバーナの燃焼排ガスの影響を排除して、前記第2バーナの不完全燃焼をより精度良く検知することができる。
熱源装置の構成図。 CO濃度監視処理のフローチャート。 バーナ点火時のCO濃度の変化の説明図。
本発明の実施形態の一例について、図1〜図3を参照して説明する。
図1を参照して、本実施形態の熱源装置1(本発明の燃焼装置に相当する)は、給水管35から供給される水を加熱して給湯管36から出湯する給湯機能と、暖房往き管45及び暖房戻り管46を経由して図示しない暖房端末(床暖房機、温風暖房機等)に温水を循環供給する暖房機能とを有する複合タイプの熱源装置である。
熱源装置1は、筐体10内に燃焼室を形成する缶体20を備えて構成されている。缶体20内には、給水管35及び給湯管36に接続されて内部を流通する水を加熱する給湯熱交換器30と、暖房往き管45及び暖房戻り管46に接続されて内部を流通する水を加熱する暖房熱交換器40とが備えられている。
給湯熱交換器30の下方に給湯バーナ31(本発明の第1バーナに相当する)が設けられ、暖房熱交換器40の下方に暖房バーナ41(本発明の第2バーナに相当する)が設けられている。暖房バーナ41の最大燃焼量(例えば、14kW)は、給湯バーナ31の最大燃焼量(例えば、30kW)よりも小さく設定されている。
給湯熱交換器30は、給湯バーナ31の燃焼排ガスから主に顕熱を吸熱する給湯主熱交換器30aと、給湯バーナ31の燃焼排ガスから主に潜熱を吸熱する給湯副熱交換器30bとにより構成されている。また、暖房熱交換器40は、暖房バーナ41の燃焼排ガスから主に顕熱を吸熱する暖房主熱交換器40aと、暖房バーナ41の燃焼排ガスから主に潜熱を吸熱する暖房副熱交換器40bとにより構成されている。
給湯バーナ31は、大バーナ31aと中バーナ31bと小バーナ31cとにより構成されている。また、暖房バーナ41は、大バーナ41aと小バーナ41bとにより構成されている。
熱源装置1は、大バーナ31aへの燃料ガスの供給と遮断とを切替える給湯ガス電磁弁32、中バーナ31bへの燃料ガスの供給と遮断とを切替える給湯ガス電磁弁33、小バーナ31cへの燃料ガスの供給と遮断とを切替える給湯ガス電磁弁34、大バーナ41aへの燃料ガスの供給と遮断とを切替える暖房ガス電磁弁42、小バーナ41bへの燃料ガスの供給と遮断とを切替える暖房ガス電磁弁43、給湯バーナ31と暖房バーナ41への燃料ガスの供給と遮断とを切替える元ガス電磁弁52、給湯バーナ31と暖房バーナ41への燃料ガスの供給流量を調節するガス比例弁51、給湯バーナ31と暖房バーナ41に燃焼用空気を供給するファン50、及び暖房循環路(暖房往き管45、暖房戻り管46)内の温水を循環させる循環ポンプ48を備えている。
缶体20の上部には集合排気管11(本発明の排気通路に相当する)が接続されており、給湯バーナ31と暖房バーナ41の燃焼排ガスは、集合排気管11を経由して屋外に排出される。また、筐体10の上部には給気管13が接続されている。ファン50の作動により、給気管13を介して屋外から流入する空気と、筐体10の開口部を介して屋内から流入する空気とが、燃焼用空気として給湯バーナ31及び暖房バーナ41に供給される。この構成により、熱源装置1は強制排気型(FE:Forced Exhaust 型)となっている。
集合排気管11の入口部には、CO濃度を検出するCOセンサ12が設けられている。また、給湯管36には給湯管36から出湯される湯の温度を検出する給湯温度センサ37が設けられ、暖房往き管45には、暖房往き管45から図示しない暖房端末に供給される温水の温度を検出する暖房温度センサ47が設けられている。
さらに、熱源装置1には、熱源装置1の全体的な作動を制御するコントローラ60と、熱源装置1を遠隔操作するためのリモコン70とが備えられている。コントローラ60は、図示しないCPU、メモリ、入出力インターフェース等により構成された電子回路ユニットである。コントローラ60は、メモリに保持された熱源装置1の制御用プログラムをCPUで実行することにより、燃焼制御部61及び不完全燃焼対処部62として機能する。
コントローラ60には、給湯温度センサ37及び暖房温度センサ47の温度検出信号と、COセンサ12のCO濃度検出信号が入力される。また、コントローラ60から出力される制御信号によって、給湯ガス電磁弁32,33,34、暖房ガス電磁弁42,43、元ガス電磁弁52、ガス比例弁51、ファン50、及び循環ポンプ48の作動が制御される。
燃焼制御部61は、給湯管36から供給される湯の温度が設定温度(リモコン70により設定される)となるように、元ガス電磁弁52、給湯ガス電磁弁32,33,34、ガス比例弁51の作動を制御して、給湯バーナ31への燃料ガスの供給流量を調節すると共に、ファン50の回転速度を制御して給湯バーナ31への燃焼用空気の供給流量を調節して、給湯バーナ31の燃焼量を制御する給湯運転を実行する。
また、燃焼制御部61は、暖房往き管45から所定温度及び流量の温水が供給されるように、元ガス電磁弁52、暖房ガス電磁弁42,43、ガス比例弁51の作動を制御して、暖房バーナ41への燃料ガスの供給流量を調節すると共に、ファン50の回転速度を制御して暖房バーナ41への燃焼用空気の供給流量を調節して、暖房バーナ41の燃焼量を制御し、また、循環ポンプ48の作動を制御する暖房運転を実行する。
不完全燃焼対処部62は、給湯バーナ31と暖房バーナ41の少なくともいずれか一方が燃焼中であるときに、COセンサ12により検出される燃焼排ガス中のCO濃度を監視して、バーナ(給湯バーナ31、暖房バーナ41)の不完全燃焼を検知する処理を行う。以下、図2に示したフローチャートに従って、不完全燃焼対処部62による処理について説明する。
熱源装置1への電源供給が開始されたときにコントローラ60が起動し、リモコン70に備えられた運転スイッチ(図示しない)の操作により、熱源装置1が待機モードから運転モード(給湯運転及び暖房運転の実行が可能なモード)に切り替えられる。運転モードにおいては、リモコン70の操作に応じて給湯運転及び暖房運転が実行される。
給湯運転又は暖房運転の運転条件(給湯栓の開栓による熱源装置1への給水開始、リモコン70の操作による暖房開始指示等)が成立したときにSTEP1に進み、燃焼制御部61は、運転条件に応じて給湯バーナ31又は暖房バーナ41の点火処理を行う。
STEP2で、不完全燃焼対処部62は、STEP1における点火時(点火処理の開始時)から10秒(本発明の第1所定時間に相当する)が経過するのを待ってSTEP3に進む。なお、点火処理が行われた時から10秒が経過するまでの期間は、本発明の検出禁止期間に相当する。この10秒の検出禁止期間は、点火処理を開始した時からしばらくの間は、未燃ガスの排出等によってCOセンサ12により検出されるCO濃度が高くなるため、この間のCO濃度に基づく不完全燃焼の検知を禁止して、不完全燃焼の誤検知を防止するために設定されている。
STEP3で、不完全燃焼対処部62は、以下の(1a)〜(4a)のいずれかの判定条件(本発明の不完全燃焼の第1判定条件に相当する)の成立の有無を判断する。
(1a) 2000ppm<CO濃度の状態が5秒以上継続。
(2a) 1300ppm<CO濃度の状態が20秒以上継続。
(3a) 800ppm<CO濃度の状態が40秒以上継続
(4a) 600ppm<CO濃度の状態が200秒以上継続。
そして、(1a)〜(4a)のうちの少なくともいずれか一つの判定条件が成立して、給湯バーナ31又は暖房バーナ41の不完全燃焼が生じていると判断できるときはSTEP20に分岐し、不完全燃焼対処部62は、給湯バーナ31と暖房バーナ41のうちの燃焼中のバーナを消火して、熱源装置1の運転を停止する。
このとき、不完全燃焼対処部62は、リモコン70の表示部に不完全燃焼が生じたことを示すエラー表示をする。このように不完全燃焼が生じている給湯バーナ31又は暖房バーナ41の燃焼を停止することにより、暖房バーナ41の不完全燃焼が継続されて、屋内の酸素濃度の低下が進行することを防止することができる。
一方、上記(1a)〜(4a)の判定条件のいずれも成立していないときには、STEP4に進む。STEP4〜STEP9及びSTEP30は、暖房単独運転時(暖房運転のみが実行され、給湯運転は実行されていない時)における暖房バーナ41の不完全燃焼に対処するための処理である。
ここで、暖房単独運転時には、図1を参照して、ファン50から供給される空気は、給湯バーナ31と暖房バーナ41の両方に流通する。そして、暖房バーナ41に供給される空気は燃焼に使用されるが、給湯バーナ31に供給される空気は燃焼に使用されずにそのまま集合排気管11へと流出する。
そしてこの場合は、暖房バーナ41の燃焼排ガスが給湯バーナ31側を流通した空気との混合により希釈されるため、暖房バーナ41の不完全燃焼が生じても、COセンサ12により検出されるCO濃度が上昇し難い状態となる。
そこで、不完全燃焼対処部62は、暖房単独運転時には、上述したSTEP3における(1a)〜(4a)の第1判定条件による処理とは別に、STEP4〜STEP9及びSTEP30による処理を行って、暖房バーナ41の不完全燃焼に対処している。
STEP4で、不完全燃焼対処部62は、暖房単独運転が10秒(本発明の第2所定時間に相当する)以上継続中であるか否かを判断する。そして、暖房単独運転が10秒以上継続しているときはSTEP6に進み、暖房単独運転が10秒以上継続していないときにはSTEP3に戻る。
ここで、給湯運転及び暖房運転が共に実行された状態から暖房単独運転に切り替わった直後は、給湯バーナ31の燃焼排ガスが集合排気管11の付近に残留しているため、暖房バーナ41の燃焼排ガス中のCO濃度を精度良く検出することが難しい。
そこで、STEP4で暖房単独運転が10秒以上継続しているときに限定して、STEP5以下の処理を行うことにより、給湯バーナ31の燃焼排ガスの影響を排除して、暖房バーナ41の不完全燃焼を検知している。
STEP5で、不完全燃焼対処部62は、300ppm<CO濃度の状態が10秒以上継続している(本発明の不完全燃焼の第2判定条件に相当する)か否かを判断する。そして、第2判定条件が成立して、暖房バーナ41の不完全燃焼が生じている可能性があるときはSTEP6に進み、第2判定条件が成立していないときにはSTEP3に戻る。
ここで、STEP5の第2判定条件は、上記(1a)〜(4a)の第1判定条件よりも低いCO濃度環境で成立するレベルに設定されている。そして、これにより、給湯バーナ31側を流れる空気により、暖房バーナ41の燃焼排ガスが希釈される暖房単独運転時において、暖房バーナ41の不完全燃焼の検知を容易にしている。
STEP6で、不完全燃焼対処部62は暖房バーナ41を消火し、続くSTEP7で、不完全燃焼対処部62は暖房バーナ41を再点火する。そして、次のSTEP8で、不完全燃焼対処部62は、以下の(1b)〜(4b)のいずれかの判定条件(本発明の不完全燃焼の第3判定条件に相当する)の成立の有無を判断する。
(1b) 2000ppm<CO濃度の状態が5秒以上継続。
(2b) 1300ppm<CO濃度の状態が8秒以上継続。
(3b) 800ppm<CO濃度の状態が10秒以上継続。
(4b) 600ppm<CO濃度の状態が200秒以上継続。
このように、暖房バーナ41を一旦消火した後に再点火した場合は、暖房バーナ41の燃焼排ガスに未燃ガスが混入する等の理由により、再点火時からしばらくの間はCOセンサ12により検出されるCO濃度が高くなる。
ここで、図3は、暖房バーナ41を一旦消火した後に再点火を行った場合に、COセンサ12により検出されるCO濃度の変化を、縦軸をCO濃度(ppm)に設定し、横軸を時間(秒)に設定して示したものである。図3において、αは暖房バーナ41の不完全燃焼が生じている場合を示し、βは暖房バーナ41の不完全燃焼が生じていない場合を示している。
α、β共に、点火処理の開始時(0秒)からCO濃度が上昇し、暖房バーナ41が燃焼を開始した時(10秒付近)からCO濃度が次第に低下している。そして、不完全燃焼が生じたαでは、5秒付近でCO濃度が800ppmを超えて継続時間の計時が開始され、CO濃度が800ppmを超えた状態が10秒以上継続した15秒付近で、上記(3b)の判定条件の成立により、暖房バーナ41の不完全燃焼が検知される。
それに対して、不完全燃焼が生じていないβでは、CO濃度が600ppmを超えないため、上記(1b)〜(4b)の判定条件はいずれも成立せず、暖房バーナ41の不完全燃焼は検知されない。
このように、STEP7で暖房バーナ41の再点火処理を開始した時点からSTEP8の(1b)〜(4b)の判定条件の成立の有無の監視を開始することによって、STEP3の(1a)〜(1d)の判定条件による監視では検知できない暖房バーナ41の不完全燃焼を検知することができる。
そして、(1b)〜(4b)のうちの少なくともいずれか一つの判定条件が成立して、暖房バーナ41の不完全燃焼が生じていると判断できるときはSTEP30に分岐し、不完全燃焼対処部62は、暖房バーナ41を消火して熱源装置1の運転を停止する。このとき、不完全燃焼対処部62は、リモコン70の表示部に不完全燃焼が生じたことを示すエラー表示をする。このように暖房バーナ41の燃焼を停止することにより、暖房バーナ41の不完全燃焼が継続されて、屋内の酸素濃度の低下が進行することを防止することができる。
一方、上記(1b)〜(4b)のいずれの判定条件も成立していないときにはSTEP9に進み、不完全燃焼対処部62は、暖房単独運転中であるか否かを判断する。そして、暖房単独運転中であるときはSTEP8に戻り、暖房単独運転中でないとき(給湯運転と暖房運転が共に実行中であるとき、又は給湯運転のみが実行されているとき)には、STEP3に戻る。
なお、給湯運転及び暖房運転の運転条件が成立しない状態となったときには、燃焼制御部61は、給湯バーナ31及び暖房バーナ41を消火して、運転条件の成立を待つ状態となる。
なお、本実施形態では、給湯バーナ31と給湯バーナ31よりも最大燃焼量が小さい暖房バーナ41とを備えた熱源装置1を示したが、本発明の対象はこの構成に限られず、第1バーナと第1バーナよりも最大燃焼量が小さい第2バーナとを少なくとも含む複数のバーナを備え、各バーナへの燃焼用空気の供給を単一のファンにより行うと共に、各バーナの燃焼排ガスを単一の集合排気管を経由して排出する燃焼装置であれば、本発明の適用が可能である。
また、本実施形態では、図2のSTEP4で、暖房単独運転が10秒以上継続した時に、STEP5以降の暖房単独運転時の暖房バーナ41の不完全燃焼の監視を開始したが、暖房単独運転が開始された時に、直ちに暖房バーナ41の不完全燃焼の監視を開始するようにしてもよい。
1…熱源装置、11…集合排気管、12…COセンサ、30…給湯熱交換器、31…給湯バーナ、40…暖房熱交換器、41…暖房バーナ、50…ファン、60…コントローラ、61…燃焼制御部、62…不完全燃焼対処部。

Claims (2)

  1. 第1バーナ及び該第1バーナよりも最大燃焼量が小さい第2バーナを少なくとも含む複数のバーナと、
    前記複数のバーナに対して燃焼用空気を供給する単一のファンと、
    前記複数のバーナの燃焼排ガスが流入する単一の排気通路と、
    前記排気通路に設けられたCOセンサと、
    前記複数のバーナの少なくともいずれか一つが燃焼中であるときに、燃焼中のバーナに対して燃焼量に応じた燃焼用空気が供給されるように、前記ファンの回転速度を制御する燃焼制御部と、
    前記複数のバーナのうちの少なくともいずれか一つが燃焼中であるときに、燃焼中のバーナの点火時から第1所定時間が経過するまでの検出禁止期間を除いて、前記COセンサにより検出されるCO濃度に基づく不完全燃焼の第1判定条件の成立の有無を監視し、該第1判定条件が成立したときには、燃焼中のバーナを消火する不完全燃焼対処部と
    を備えた燃焼装置において、
    前記不完全燃焼対処部は、前記第2バーナのみが燃焼中であるときは、前記COセンサにより検出されるCO濃度に基づく不完全燃焼の第2判定条件の成立の有無を監視し、該第2判定条件が成立したときには、前記第2バーナを一旦消火した後に再点火し、該再点火時から、前記COセンサにより検出されるCO濃度に基づく第3判定条件の成立の有無を監視し、該第3判定条件が成立したときには、前記第2バーナを消火す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、
    前記不完全燃焼対処部は、前記第2バーナのみが燃焼中であるときの前記第2判定条件の成立の有無の監視を、前記第2バーナのみが燃焼中である状態になってから第2所定時間が経過した時に開始することを特徴とする燃焼装置。
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