JP2017036891A - 燃焼装置およびファンヒータ - Google Patents

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西川 知明
Tomoaki Nishikawa
知明 西川
三浦 信二
Shinji Miura
信二 三浦
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【課題】再点火により速やかに燃焼を開始させることができる燃焼装置を提供する。【解決手段】燃焼装置は、燃焼部と、燃焼部への燃料の供給または当該供給の停止を切替るための切替部と、燃焼部に点火するための点火部(77)と、燃焼部の燃焼を検知するための検知部(70)と、燃焼装置を制御するための制御部と、を備える。制御部は、点火部による点火の開始から第1時間内に燃焼が検知されないときは、切替部により当該燃焼部に燃料を供給しながら、当該点火を停止した後に再点火するよう点火部を制御する。【選択図】図1

Description

本発明は燃焼装置およびファンヒータに関し、特に、バーナの再点火を実施する燃焼装置およびファンヒータに関する。
バーナの再点火を実施する燃焼装置として、例えば、特許文献1(特開平05−231638号公報)に開示される装置が提案されている。
特開平05−231638号公報
従来、ガスファンヒータには、バーナヘの点火に静音イグナイタが用いられることがある。静音イグナイタは、点火電極に印加する電圧を、人の可聴領域の上限(一般に20kHz程度)を超える帯域の高周波電圧とすることで、点火時のスパーク音が人には聞こえないようにしたものである。
このようなガスファンヒータでは、点火電極または電極取付け部の寸法誤差等に依るリークが原因となって、スパークが設計箇所以外の箇所で発生するような異常放電現象が生じることがある。この場合は、バーナに点火することができない。
従来のガスファンヒータの多くは、上述の点火不良時には、ガスを放出したまま所定時間が経過したときに安全動作を実施し、再点火を実施する構成とはなっていない。そのため、速やかに暖房したいとのユーザの要望に応えることができない。
特許文献1では、着火を検知しない場合に再度点火動作を実施するが、燃料の供給を一旦停止して再点火する構成であるために、燃料の供給切替えと再点火のタイミング調整を行う必要がある。したがって、タイミング調整に時間がかかり、上記に述べたユーザ要望に応えることはできない。
それゆえに、本開示のある局面の目的は、再点火により速やかに燃焼を開始させることができる燃焼装置およびファンヒータを提供することである。
この発明の上記および他の目的、特徴、局面および利点は、添付の図面と関連して理解されるこの発明に関する次の詳細な説明から明らかとなるであろう。
本開示のある局面に従う燃焼装置は、燃焼部と、燃焼部への燃料の供給または当該供給の停止を切替るための切替部と、燃焼部に点火するための点火部と、燃焼部の燃焼を検知するための検知部と、燃焼装置を制御するための制御部と、を備える。制御部は、点火部による点火の開始から第1時間内に燃焼が検知されないときは、切替部により当該燃焼部に燃料を供給しながら、当該点火を停止した後に再点火するよう点火部を制御する。
好ましくは、点火部は、点火プラグと、点火プラグに、可聴域周波数よりも高い予め定められた周波数の放電電圧を印加する電圧印加部と、を含み、点火部は、点火を停止するとき、点火プラグへの放電電圧の印加を禁止する。
好ましくは、制御部は、燃焼が検知されない場合は、点火を停止した後に再点火する再点火処理を繰返すように点火部を制御する。
好ましくは、制御部は、燃焼が検知されない場合は、再点火処理を、予め定められた回数繰返すように点火部を制御する。
好ましくは、制御部は、燃焼が検知されない場合は、点火の開始から予め定められた第2時間まで再点火処理を繰返すように点火部を制御する。
好ましくは、制御部は、さらに、再点火した場合に、燃焼が検知されないときは、燃焼部への燃料の供給を停止するように切替部を制御する。
好ましくは、燃焼装置は、燃焼部を収容する燃焼室と、燃焼室内へ送風するファンと、をさらに備え、制御部は、点火を停止するとき、ファンを駆動する。
本開示の他の局面では、上記に述べた燃焼装置を備えるファンヒータが提供される。
本実施の形態に係る燃焼装置の構成を概略的に示す図である。 図1のマイコン10の構成を概略的に示す図である。 本実施の形態に係る通常着火時の燃焼動作を説明するためのタイミングチャートである。 本実施の形態に係る点火の処理を概略的に示すフローチャートである。 本実施の形態に係る再点火時のタイミングチャートである。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
[技術思想]
本実施の形態に係る技術思想は、燃焼部に点火される場合に、点火の開始から第1時間内に燃焼が検知されないときは、当該燃焼部に燃料を供給しながら、当該点火を停止し、その後、再点火するように点火部を制御する。これにより、点火が不良の場合でも、燃料を供給しながら点火の停止と再点火が行われて、速やかに燃焼を開始させることが可能となる。
まず、本発明の実施の形態に係る燃焼装置を説明する。燃焼装置は、ガスを燃料とするが、燃料はガスに限定されない。
(ハードウェア構成)
図1は、本発明の実施の形態に係る燃焼装置の構成を概略的に示す図である。本実施の形態では燃焼装置の一例として、暖房装置であるガスファンヒータを説明する。公知のように、ガスファンヒータは、燃料であるガスの燃焼熱によって得られた温風を出力することにより温風暖房を行なうものである。
図1を参照して、ガスファンヒータ50は、外装ケース66、天板74および底板75で機器の外装を構成する。外装ケース66は、温風吹出口65および空気吸入口67を有する。空気吸入口67にはエアーフィルタ68が設けられている。空気吸入口67の近傍には、室温検出器69が設けられる。電源プラグ86が図示しないコンセントに挿入されると、ガスファンヒータ50の各部に電力が供給される。
外装ケース66の内部には、燃焼室62、燃焼室62の内部に送風するための送風ファン63およびファンモータ64が設けられる。送風ファン63に関連して、駆動用のファンモータ64およびファンモータ64の回転数検出器80が設けられている。燃焼室62の内部には、燃焼部を構成するガスバーナ61、ガスバーナ61に点火するための点火部77、およびガスバーナ61の燃焼を検知するための検知部70が設けられる。検知部70は、燃焼炎を検知するための熱電対等からなる。
ガスバーナ61では、ガスバーナ61に供給される燃料ガスと送風ファン63により吸い込まれた空気とが混合された混合ガスに、点火部77からのスパーク(電気火花)が着火する。これにより、点火部77によるガスバーナ61への点火が実現する。混合ガスの燃焼により生じた燃焼熱は、送風ファン63の送風により燃焼室22内を対流する。燃焼室62の上面および前面に設けられた蓋板78、およびファンケース79により、対流する温風を、燃焼室62から温風吹出口65に導く送風路が構成される。
点火部77は、点火プラグ(図示せず)とイグナイタ(図示せず)を含む。イグナイタは、誘導放電による高周波電圧発生装置(図示せず)を有する。高周波電圧発生装置から点火プラグへ印加される放電電圧は、人の可聴域周波数(一般に20kHz程度)を超える予め定められた周波数の電圧である。高周波電圧発生装置は、昇圧トランス(図示せず)およびスイッチング回路(図示せず)を有する。点火部77は、CPU11から点火の開始(または再開)が指示されたとき、点火プラグに高周波の放電電圧が印加されるように、スイッチング回路を制御する。
点火プラグに高周波電圧が印加されると、点火プラグの電極間のギャップを中心とした領域において生じる放電現象によってスパーク(電気火花)が発生する。この火花が、ガスバーナ61の混合ガスに着火し、ガスバーナ61は点火する。
また、点火を停止するとき、点火部77は、CPU11からの指示に基づき、スイッチング回路のスイッチング動作を停止することにより、点火プラグへの放電電圧の印加を禁止する。したがって、点火の停止時には、上記の放電現象は発生しなくなる。
また、外装ケース66の背面下部には、燃料ガスを内部に供給するためのガス接続口81が設けられる。燃料ガスは、ガス接続口81からガス配管84を経由してガスバーナ61へ供給される。ガス配管84には、燃料の供給/遮断をするために開閉制御される電磁弁45、およびガス圧(すなわち、単位時間あたりのガス量)を調整するための比例弁25が設けられる。電磁弁45はいわゆるガスの元栓に相当し、比例弁25は、供給される電流により開度が可変に制御されて、電磁弁45からガスバーナ61へのガス供給量を調整する。
天板74の前方部には、操作表示部16が設けられる。操作表示部16は、運転の開始/停止の指示等を入力するために操作される各種スイッチからなる操作部14(後述する)および各種情報を出力するための液晶等の表示部15(後述する)を含む。
ガスファンヒータ50は、さらに、上述の各部を制御するためにマイクロコンピュータ(以下、マイコンと略す)10を備える。マイコン10は、ガスファンヒータ50を集中的に制御および監視するための制御部の一実施例である。図2は、図1のマイコン10の構成を概略的に示す図である。図2を参照して、マイコン10は、CPU(Central Processing Unit)11、プログラムおよびデータを記憶するための揮発性および不揮発性の記憶デバイスからなるメモリ部12、ガスファンヒータ50内の他の各部と信号を入出力するためのインターフェイス部13、およびタイマ17を備える。CPU11からの表示用データは操作表示部16に出力されて、当該表示用データに基づき表示部15が駆動されて、情報が表示される。またCPU11は、操作部14におけるガスファンヒータ50に対するユーザの操作内容を受付ける。
(着火時のタイミングチャート)
図3は、本実施の形態に係る通常着火時の燃焼動作を説明するためのタイミングチャートである。図3のタイミングチャートの横軸は、経過時間を示し、縦軸は信号A1〜A5の各信号レベルを示す。図中、信号A1は、ファンモータ64の回転数を示し、信号A2は、比例弁25への供給電流を示す。また、信号A3は、イグナイタの電圧を示す。信号A4は、電磁弁45への供給電流を示す。信号A5は、検知部70からの出力電圧を示す。
図3を参照して、CPU11は、操作部14の運転スイッチ(図示せず)がON操作されると(時刻T1)、運転開始するために(i)ファンモータ64を起動する。これにより送風ファン63による送風が開始される。(ii)CPU11は、回転数検出器80の出力に基づき、ファンモータ64の回転が正常であると判断すると、比例弁25を強制的に開けるために、比例弁25に比較的大きな電流を流す(時刻T2)。これにより、比例弁25が固着した場合であっても、弁を開けることができる。
CPU11は、(iii)比例弁25への電流を遮断する。これにより、比例弁25は閉じる。これと同時に、点火開始するために(すなわち、点火プラグに放電電圧を印加するように)点火部77を制御開始する(時刻T3)。これにより、点火プラグにおいてスパークが発生する。(iv)CPU11は、予め定められた時間の遅延後(時刻T4)、弁を開けるように電磁弁45を制御する。(v)さらに、予め定められた時間の遅延後(時刻T5)、CPU11は、予め定められた着火開度に弁を開けるために比例弁25への供給電流を調整する。(vi)また、CPU11は、ガスバーナ61に点火するように点火部77を制御する。これにより、時刻T3から点火部77を点火動作させている時間において、バーナ炎孔(図示せず)より吸い出された混合ガスに火花が着火し、検知部70の出力電圧が上昇する。CPU11は、検知部70の出力電圧が燃焼判定のための閥値(以下、着火閾値という)THを上回ったとき(時刻T6)、ガスバーナ61が燃焼していると判断し、当該判断の結果に基づき、燃焼量が最大出力となるように比例弁25とファンモータ64を制御する。これにより、通常着火時の運転制御は終了する。
上記に述べた着火後は、燃焼運転が実施される。具体的には、CPU11は、室温検出器69による検出温度が予め設定された温度となるように各部を制御する。具体的には、CPU11は、設定温度と、室温検出器69によって検出された室温との差に応じて、ガスバーナ61による目標発生熱量、すなわち、ガス燃焼量を設定する。CPU11は、設定されたガス燃焼量に応じて、比例弁25の開度を制御する。これによりガスバーナ61による燃焼量が可変に制御されて、目標とする熱量を有した温風が送出される。このように、電磁弁45および比例弁25は、燃焼部(ガスバーナ61)への燃料の供給および当該供給の停止を切替るための「切替部」の一実施例に相当する。
ここで、点火部77による点火時(図3の時刻T3〜T6に相当)において、ガスバーナ61に点火できなかった場合、本実施の形態では、再点火処理が実施される。例えば、点火プラグの電極取付部の寸法誤差等に起因して、電極のギャップ間とは異なる異常個所で放電現象が生じた場合には、混合ガスに点火することができない。
そこで、本実施の形態では、点火部77による点火の開始から予め定められた第1時間以内に燃焼(混合ガスへの着火)が検知されない、すなわち検知部70の出力電圧が着火閾値THを超えない場合には、CPU11は、ガスバーナ61から混合ガスを放出しながら、一旦、点火プラグへの電圧印加を停止するように、点火部77を制御する。以下、これを「点火を停止する」という。その後、再度、点火するように点火部77を制御する。これにより、最初の点火時に異常放電箇所で絶縁破壊が生じたとしても、一旦点火を停止する期間において当該絶縁破壊を解消し、その後、再点火することが可能となる。したがって、再点火時には、正常箇所において放電現象を発生させることが可能となり、ガスバーナ61に点火することができる。なお、本実施の形態では、第1時間は10秒とし、また一旦点火を停止する時間は1秒しているが、これら時間は例示でありこの値に限定されない。
(再点火の処理)
図4は、本実施の形態に係る点火の処理を概略的に示すフローチャートである。このフローチャートは、予めプログラムとしてメモリ部12に格納される。CPU11は、メモリ部12から当該プログラムを読出し、読出されたプログラムを実行する。図5は、本実施の形態に係る再点火時のタイミングチャートである。図4と図5を参照し、本実施の形態に係るガスバーナ61への点火を、再点火の処理を主体に説明する。
図4を参照して、操作部14の運転スイッチ(図示せず)がON操作されると、CPU11は、ガスバーナ61に点火するように点火部77を制御する(ステップS1)。ステップS1では、図3に示した時刻T1〜T3と同様の処理が実施されるので、ここでは説明を繰返さない。
CPU11は、ガスバーナ61に燃料を供給する(ステップS3)。ステップS3では、図3に示した時刻T4〜T5と同様の処理が実施されるので、ここでは説明を繰返さない。
CPU11は、点火開始(時刻T3)から第1時間内(ステップS7でNO)、すなわち点火が実施されている時間内において、ガスバーナ61が燃焼しているか否かの判断(ステップS5)を繰返す。具体的には、時刻T3から第1時間内は点火プラグに放電電圧を印加したまま、CPU11は、検知部70の出力電圧と着火閾値THとを比較し、比較の結果に基づき燃焼しているか否かを判断する(ステップS5)。
第1時間内に(出力電圧>着火閾値TH)の条件が成立したと判断すると(ステップS5でYES)、すなわちガスバーナ61が燃焼したと判断すると、着火の処理は終了し、上述の燃焼運転に移行する。
一方、第1時間以内に当該条件が成立せずガスバーナ61が燃焼しなかったと判断したとき(ステップS5でNO、ステップS7でYES)、一旦、点火を停止する(ステップS9)。具体的には、CPU11は、比例弁25および電磁弁45を、ガスバーナ61に燃料ガスを供給するための開度に制御したまま、一旦(1秒間)、点火を停止する。これにより、ガスバーナ61から混合ガスが放出された状態で一旦、点火が停止する。
その後、CPU11は、ガスバーナ61に再点火するように点火部77を制御する(ステップS11)。具体的には、CPU11は、点火プラグに放電電圧を印加するように点火部77を制御する。
その後、CPU11は検知部70の出力電圧に基づき、ガスバーナ61が燃焼しているか否かを判断する(ステップS13)。ステップS13の処理は、ステップS5で述べたものと同様であるので、説明は繰返さない。
CPU11は、ガスバーナ61が燃焼していると判断すると(ステップS13でYES)、点火の処理は終了し、上述の燃焼運転に移行するが、燃焼していると判断しないときは(ステップS13でNO)、処理はステップS15に移行する。
CPU11は、タイマ17の出力に基づき、最初の点火(時刻T3)から第2時間が経過したか否かを判断(ステップS13)しながら、以降の、再点火の処理を実施する。なお、本実施の形態では、第2時間は30秒以上としているが、第2時間の30秒以上は例示であって、上述の第1時間よりも長い時間であればよく、特に限定されない。
再点火の処理において、CPU11は、検知部70の出力電圧に基づき、第2時間内に(出力電圧>着火閾値TH)の条件が成立すると判断すると(ステップS13でYES)、すなわちステップS11の再点火により、ガスバーナ61が燃焼したと判断すると、点火の処理は終了し、上述の燃焼運転に移行する。
一方、第2時間以内において、上記の(出力電圧>着火閾値TH)の条件が成立しない、すなわちガスバーナ61が燃焼しなかったと判断されるときは(ステップS13でNO、ステップS15でNO)、CPU11は、直前の再点火(ステップS11)から一定時間(10秒)が経過したか否かを判断する(ステップS17)。一定時間が経過していないと判断されると(ステップS17でNO)、処理はステップS13に戻り、以降の処理が上述と同様に繰返される。
一方、CPU11は、直前の再点火(ステップS11)から一定時間(10秒)が経過したと判断すると(ステップS17でYES)、処理はステップS9に戻り、ガスバーナ61から混合ガスが放出された状態で、CPU11は一旦(1秒)、点火を停止する(ステップS9)。その後、CPU11は、ガスバーナ61に再点火するように点火部77を制御する(ステップS11)。その後は、ステップS13以降の処理が上述と同様に繰返される。
このように、最初(時刻T3)の点火で燃焼が検知されないときは、図5で模式的に示されるように、最初の点火から第2時間内において、1回または複数回の再点火処理(点火の停止および再点火)が実施される。なお、複数回の再点火処理の実施は、図4のステップS9〜S17のループ処理に相当する。
また、上記の第2時間内における再点火によっても、ガスバーナ61の燃焼が検知されなかったときは(ステップS15でYES)、CPU11は、比例弁25および電磁弁45を、ガスバーナ61への燃料ガスの供給を停止するように全閉状態に制御する(ステップS19)。
その後、CPU11は、予め定められた安全動作を実施する(ステップS21)。安全動作では、例えば、表示部15にエラー情報が表示される。
なお、図5に示されるように、再点火する時間の長さは、第1時間(10秒)と同じとしたが、同じ長さに限定されない。また、図5に示されるように、再点火処理を第2時間内で繰返すとしたが、時間ではなく予め定められたN回(N≧2)繰返すとしてもよい。
また、本実施の形態では、再点火処理が実施されるときに、ファンモータ64を介して送風ファン63を連続的に駆動したが、連続駆動に代えて、点火が一旦停止されるときにのみ送風ファン63を駆動するとしてもよい。この場合であっても、異常放電で絶縁破壊された経路の空気を点火の停止時に入れ替えることができて、その後の再点火に成功する確率を高めることができる。
なお、上記に述べた実施の形態では、点火部77の点火プラグには、可聴周波数域よりも高い高周波電圧が印加されるとしたが、印加電圧の周波数はこれに限定されない。例えば、印加電圧の周波数は10〜20Hzであってもよく、電源同期型の周波数(50Hzまたは60Hz)であってもよい。
(実施の形態の効果)
発明者らは、実施の形態の再点火処理によれば、点火プラグの電極ギャップ(正規の箇所)で放電現象が発生する可能性を高めることができるとの知見を得た。
具体的には、発明者らは、着火不良の理由で、市場返却品となった複数の燃焼装置で点火実験をしたところ、点火プラグの碍子表面と、点火プラグを取り付けているバーナ箱側板の間での異常放電現象を確認することができた。また、この実験から、異常放電現象は、点火動作を10回から100回繰り返して、1回発生するかどうかの低い頻度で再現することも確認した。しかし、点火開始時に異常放電現象が発生すると、放電周波数は20kHz以上と高いため、連続的に点火を実施すれば、前回の放電時に絶縁破壊された経路で再度、放電現象が生じ、点火不良のままとなる可能性が高いとの知見を得た。
これらの知見に基づき、発明者らは、実施の形態で説明したように、点火不良時には点火を停止した後に再点火する実験を行った。この実験によれば、点火不良時に点火を停止せず連続的に点火した場合に比べて、正規の箇所で放電現象を発生させる確率を高くすることができた。このような高い成功確率は、停止時間において異常放電で絶縁破壊された経路の空気が入れ替わったこと、また、異常放電現象の再現率は低いこと等に起因するものである。
このような実験から、本実施の形態によれば、再点火処理により、点火プラグの電極ギャップ(正規の箇所)で放電現象が発生する可能性を高めることができ、その結果、速やかに燃焼を開始させることができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
10 マイコン、12 メモリ部、17 タイマ、25 比例弁、45 電磁弁、50 ガスファンヒータ、61 ガスバーナ、62 燃焼室、63 送風ファン、64 ファンモータ、65 風吹出口、66 外装ケース、67 空気吸入口、68 エアーフィルタ、69 室温検出器、70 検知部、74 天板、75 底板、77 点火部、78 蓋板、79 ファンケース、80 回転数検出器、81 ガス接続口、84 ガス配管、86 電源プラグ、TH 着火閾値。

Claims (8)

  1. 燃焼装置であって、
    燃焼部と、
    前記燃焼部への燃料の供給または当該供給の停止を切替るための切替部と、
    前記燃焼部に点火するための点火部と、
    前記燃焼部の燃焼を検知するための検知部と、
    前記燃焼装置を制御するための制御部と、を備え、
    前記制御部は、
    前記点火部による点火の開始から第1時間内に前記燃焼が検知されないときは、前記切替部により当該燃焼部に燃料を供給しながら、当該点火を停止した後に再点火するよう前記点火部を制御する、燃焼装置。
  2. 前記点火部は、
    点火プラグと、
    前記点火プラグに、可聴域周波数よりも高い予め定められた周波数の放電電圧を印加する電圧印加部と、を含み、
    前記点火部は、
    前記点火を停止するとき、前記点火プラグへの前記放電電圧の印加を禁止する、請求項1に記載の燃焼装置。
  3. 前記制御部は、
    前記燃焼が検知されない場合は、前記点火を停止した後に再点火する再点火処理を繰返すように前記点火部を制御する、請求項1または2に記載の燃焼装置。
  4. 前記制御部は、
    前記燃焼が検知されない場合は、前記再点火処理を、予め定められた回数繰返すように前記点火部を制御する、請求項3に記載の燃焼装置。
  5. 前記制御部は、
    前記燃焼が検知されない場合は、前記点火の開始から予め定められた第2時間まで前記再点火処理を繰返すように前記点火部を制御する、請求項3に記載の燃焼装置。
  6. 前記制御部は、さらに、
    前記再点火した場合に、前記燃焼が検知されないときは、前記燃焼部への燃料の供給を停止するように前記切替部を制御する、請求項1から5のいずれか1項に記載の燃焼装置。
  7. 前記燃焼部を収容する燃焼室と、
    燃焼室内へ送風するファンと、をさらに備え、
    前記制御部は、
    前記点火を停止するとき、前記ファンを駆動する、請求項1から6のいずれか1項に記載の燃焼装置。
  8. 請求項1から7のいずれか1項に記載の燃焼装置を備える、ファンヒータ。
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JP2019143921A (ja) * 2018-02-22 2019-08-29 株式会社ノーリツ 燃焼装置

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