JP2020029971A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼装置の断続燃焼制御で加熱される対象流体の温度変動を抑制する。【解決手段】ガス通路を通じてノズルから噴射される燃料ガスをバーナで燃焼させ、熱交換器でバーナからの燃焼排気との熱交換によって対象流体を加熱する。また、バーナの火力は、燃料ガスの供給量を変更可能なガス量変更部の動作を制御すると共に、バーナに向けて燃焼用空気を送る燃焼ファンの回転数を所定の空燃比に従って制御することによって調節可能とする。そして、対象流体の加熱に要する必要火力が最小火力を下回ると、バーナで燃焼と消火とを繰り返す断続燃焼制御を実行可能とし、断続燃焼制御における再点火では、最小火力以上の必要火力でバーナの燃焼を継続する連続燃焼制御における初期点火に比べて火力を小さくする。【選択図】図４

Description

本発明は、燃料ガスをバーナで燃焼させる燃焼装置に関し、詳しくは、必要火力が最小火力を下回ると、燃焼と消火とを繰り返す断続燃焼制御を行う燃焼装置に関する。

給湯システムや暖房システムなどに搭載され、燃料ガスをバーナで燃焼させる燃焼装置が知られている。燃焼装置では、ガス通路を通じて供給される燃料ガスをノズルからバーナに噴射すると共に、燃焼ファンからバーナに向けて燃焼用空気を送り、バーナからの燃焼排気との熱交換によって水などの対象流体を加熱する熱交換器を備えている。そして、対象流体の加熱に要する必要火力（生成熱量）に応じて、バーナへの燃料ガスの供給量を制御すると共に、適切な空燃比となるように燃焼ファンの回転数を制御している。また、バーナに点火する際の火力は、最小火力よりも大きい火力（むしろ最大火力に近い火力）に設定されているのが一般的である。これは、燃焼装置内で結露してノズルが水滴で塞がれる水封や、燃焼装置の排気口に風が吹き付けることによる排気口の閉塞などに起因して点火不良を起こす場合があることから、点火の火力を大きくする（燃料ガスの供給量および燃焼ファンの回転数を増やす）ことによって点火不良の発生を抑制するためである。

こうした燃焼装置では、必要火力が最小火力を下回ると、バーナでの燃焼と消火とを繰り返す断続燃焼制御を行うことが提案されている（特許文献１）。例えば、バーナの火力を最小火力に抑えていても対象流体の温度が目標温度を超えてしまう場合には、断続燃焼制御を行うことによって対象流体の温度を目標温度の付近で維持する。

特開２００６−３８３９０号公報

しかし、上述のように断続燃焼制御を行う燃焼装置では、断続燃焼制御中に繰り返されるバーナの再点火が、点火不良の発生を抑制するために大きい火力で行われることによって、対象流体の温度のオーバーシュートが発生し、再点火した後に短時間でバーナを消火することになることから、対象流体の温度変動が大きく温度むらが生じ易いという問題があった。

この発明は従来の技術における上述した課題に対応してなされたものであり、燃焼装置の断続燃焼制御で加熱される対象流体の温度変動を抑制することが可能な技術の提供を目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明の燃焼装置は次の構成を採用した。すなわち、
燃料ガスをバーナで燃焼させる燃焼装置において、
ガス通路を通じてノズルから前記バーナに噴射される前記燃料ガスの供給量を変更可能なガス量変更部と、
前記バーナに向けて燃焼用空気を送る燃焼ファンと、
前記バーナからの燃焼排気との熱交換によって対象流体を加熱する熱交換器と、
前記ガス量変更部の動作を制御すると共に、所定の空燃比に従って前記燃焼ファンの回転数を制御することにより、前記バーナの火力を調節可能な制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記対象流体の加熱に要する必要火力が最小火力を下回ると、前記バーナで燃焼と消火とを繰り返す断続燃焼制御を実行可能であり、
前記断続燃焼制御における再点火では、前記最小火力以上の前記必要火力で前記バーナの燃焼を継続する連続燃焼制御における初期点火に比べて火力を小さくする制御を行う
ことを特徴とする。

このような本発明の燃焼装置では、連続燃焼制御における初期点火の火力を大きく設定して点火不良の発生を抑制しつつ、断続燃焼制御における再点火では、初期点火に比べてバーナが温まっており着火し易いことから、再点火の火力を初期点火よりも小さくすることにより、再点火後の対象流体の温度上昇が緩和されてオーバーシュートの発生を抑制することができる。その結果、断続燃焼制御における対象流体の温度変動を抑制することが可能となる。

上述した本発明の燃焼装置では、バーナを複数有することとして、断続燃焼制御における再点火では、連続燃焼制御における初期点火と比較して、点火の対象となるバーナの数を変えることなく、バーナあたりの燃料ガスの供給量を少なくしてもよい。

断続燃焼制御における再点火では、初期点火に比べてバーナが温まっているため着火し易い傾向にあり、点火対象のバーナを減らさなくても、バーナあたりの燃料ガスの供給量を減らして火力を絞ることができ、これにより、再点火後の対象流体の加熱を抑えることが可能となる。また、初期点火と再点火とで点火対象のバーナを共通にすることによって、バーナに火花を飛ばす点火プラグや、バーナの火炎を検知する火炎検知部を複数設置する負担を省くことができる。

こうした本発明の燃焼装置では、対象流体を循環させる循環回路に熱交換器が組み込まれていてもよい。

このような本発明の燃焼装置では、循環回路を循環する対象流体の温度を設定温度に維持するために断続燃焼制御が行われることが多く、上述のように再点火の火力を初期点火よりも小さく設定することによって、対象流体の温度変動を小さくして循環回路における対象流体の温度むらを抑制することができる。

また、こうした本発明の燃焼装置では、バーナの火炎を検知する火炎検知部を備えることとして、断続燃焼制御における再点火の後に火炎検知部で着火が検知されない場合に、再点火の火力を前回よりも大きくしてもよい。

このような本発明の燃焼装置では、断続燃焼制御における再点火の際に、ノズルの水封や、排気口への風の吹き付けに起因する点火不良が生じたとしても、点火の火力を上げて燃料ガスの供給量および燃焼ファンの回転数を増やすことにより、次回のバーナの再点火で着火する可能性を高めることができる。

本実施例の燃焼装置２を備える暖房システム１の全体構成を示した説明図である。 本実施例の燃焼装置２に搭載されたマニホールド２４およびバーナ１０の構造を示した説明図である。 暖房用の燃焼を制御するために制御部５０が実行する燃焼制御処理のフローチャートである。 本実施例の断続燃焼制御処理のフローチャートである。 断続燃焼制御における熱媒の温度変動を例示した説明図である。 変形例の断続燃焼制御処理のフローチャートである。

図１は、本実施例の燃焼装置２を備える暖房システム１の全体構成を示した説明図である。図示した暖房システム１は、燃焼装置２で発生させた熱を、温水などを熱媒として循環させて床暖房などの暖房端末３に供給する循環式である。燃焼装置２は、燃料ガスを燃焼させる複数（本実施例では６本）のバーナ１０や、バーナ１０に向けて燃料ガスを噴射する複数のノズル２５が突設され、各ノズル２５に燃料ガスを分配するマニホールド２４を備えており、ガス通路２０を通じてマニホールド２４に燃料ガスが供給される。

ガス通路２０には、ガス通路２０を開閉する元弁２１や、元弁２１の下流側でガス通路２０を通過する燃料ガスの流量を調節する比例弁２２が設けられている。また、本実施例の燃焼装置２では、複数（６本）のバーナ１０が２つのバーナ群に分けられていることと対応して、比例弁２２の下流側でガス通路２０が２つに分岐しており、４本のバーナ１０で構成される第１バーナ群に対応する分岐路を開閉する第１切換弁２３ａと、２本のバーナ１０で構成される第２バーナ群に対応する分岐路を開閉する第２切換弁２３ｂとを備えている。これら２つの切換弁２３ａ，２３ｂの開閉を制御することによって、燃料ガスを供給するバーナ群の選択が可能であると共に、比例弁２２の開度を制御することによって、バーナ１０の火力（生成熱量）を調節することが可能である。尚、本実施例の比例弁２２は、本発明の「ガス量変更部」に相当している。

また、燃焼装置２には、バーナ１０に向けて下方から燃焼用空気を送る燃焼ファン３０や、第１バーナ群の上方で高電圧の放電によってバーナ１０に火花を飛ばす点火プラグ３１や、第１バーナ群でバーナ１０の火炎（着火）を検知するフレームロッド３２が設けられている。燃焼ファン３０の回転数を制御することで、比例弁２２の開度（燃料ガスの供給量）に応じて所定の空燃比に調節することが可能である。さらに、燃焼装置２は、燃焼を制御する制御部５０を搭載しており、上述した元弁２１、比例弁２２、切換弁２３ａ，２３ｂ、燃焼ファン３０、点火プラグ３１、およびフレームロッド３２が制御部５０と電気的に接続されている。尚、本実施例のフレームロッド３２は、本発明の「火炎検知部」に相当している。

バーナ１０の上方には、第１熱交換器３３が設けられており、第１熱交換器３３の上方には、第２熱交換器３４が設けられている。また、第２熱交換器３４の上方には、排気口３５が設けられており、バーナ１０の燃焼排気は、燃焼ファン３０の送風によって上方に送られ、第１熱交換器３３および第２熱交換器３４を通過した後、排気口３５から外部に排出される。このとき、第１熱交換器３３は、バーナ１０の燃焼排気から顕熱を回収し、第２熱交換器３４は、燃焼排気から潜熱を回収する。

第２熱交換器３４で燃焼排気から潜熱を回収するのに伴い、燃焼排気に含まれる蒸気が凝縮してドレンが発生するため、第２熱交換器３４の下方には、ドレンを受けるドレン受け３６が設けられている。そして、ドレン受け３６に溜まった酸性のドレンは、排水管３７を通じて中和器３８に送られ、中和器３８で中和された後、外部に排出される。

第１熱交換器３３は、上流側が連絡通路４０を介して第２熱交換器３４の下流側と接続されている。また、第１熱交換器３３の下流側は、往き通路４１を介して床暖房などの暖房端末３の上流側と接続されており、第２熱交換器３４の上流側は、戻り通路４２を介して暖房端末３の下流側と接続されている。連絡通路４０には、温水などの熱媒を溜めておくシスターン４３や、熱媒を第１熱交換器３３に向けて送る循環ポンプ４４や、第１熱交換器３３に流入する熱媒の温度を計測する流入温度センサー４５が設けられており、循環ポンプ４４および流入温度センサー４５は制御部５０と電気的に接続されている。尚、本実施例の連絡通路４０、往き通路４１、および戻り通路４２は、本発明の「循環回路」に相当している。

循環ポンプ４４の作動により、シスターン４３から熱媒が第１熱交換器３３に送られ、第１熱交換器３３でバーナ１０の燃焼排気との顕熱の熱交換によって加熱されて高温になった熱媒が往き通路４１を通って暖房端末３に供給される。往き通路４１には、第１熱交換器３３から流出する熱媒の温度を計測する流出温度センサー４６が設けられており、流出温度センサー４６は制御部５０と電気的に接続されている。

暖房端末３では、蛇行する配管などを熱媒が通過しながら放熱することで周囲を暖める。そして、暖房端末３を通過して冷めた熱媒は、戻り通路４２を通って第２熱交換器３４に送られる。前述したように第２熱交換器３４では、バーナ１０の燃焼排気から潜熱を回収し、回収した熱で予備加熱された熱媒が連絡通路４０を通ってシスターン４３に戻る。尚、循環させる熱媒は温水に限られず、シリコーン油などを用いてもよい。また、本実施例の熱媒は、本発明の「対象流体」に相当している。

図２は、本実施例の燃焼装置２に搭載されたマニホールド２４およびバーナ１０の構造を示した説明図である。まず、図２（ａ）には、マニホールド２４をバーナ１０側から見た斜視図が示されている。本実施例のマニホールド２４は、２枚の板状部材を合わせて形成されており、バーナ１０側の面には、バーナ１０に向けて突出したノズル２５が上下一対でバーナ１０と同数組（本実施例では６組）設けられている。これらノズル２５の先端には、ノズル孔２５ｈが開口している。また、ノズル２５の下方には、ガス通路２０の分岐を開閉する前述した２つの切換弁２３ａ，２３ｂが設けられている。

また、本実施例のバーナ１０は、図２（ａ）に示されるように、一対の板状部材を合わせて形成され、扁平な形状になっている。このバーナ１０には、上端部に炎口１１が設けられていると共に、マニホールド２４側の端部に上下一対のガス流入口１２が設けられており、一対の板状部材の間に形成された混合通路１３によってガス流入口１２と炎口１１とが接続されている。そして、マニホールド２４およびバーナ１０を燃焼装置２に設置した状態では、マニホールド２４の上下一対のノズル２５と、バーナ１０の上下一対のガス流入口１２とが向き合うように配置されている。尚、図２（ａ）では、１つのバーナ１０についてのみ例示したが、上下一対のノズル２５の各組に対応するバーナ１０が設置される。

図２（ｂ）には、バーナ１０と平行な面でマニホールド２４を切断した断面図が示されている。図示されるようにマニホールド２４の２枚の板状部材の間には、分配通路２６が形成されており、本実施例の燃焼装置２では、前述した２つのバーナ群に対応して２つの分配通路２６が形成されている。各分配通路２６はガス流通孔２７を介してガス通路２０と連通しており、前述した２つの切換弁２３ａ，２３ｂが対応するガス流通孔２７を開閉する。従って、２つの切換弁２３ａ，２３ｂの開閉を制御することによって、燃料ガスを供給する分配通路２６を選択することが可能である。

複数のノズル２５は分配通路２６と連通しており、切換弁２３を開弁すると、ガス流通孔２７から流入した燃料ガスが分配通路２６を通ってノズル２５に供給される。そして、ノズル２５から燃料ガスが噴射されると、燃焼用空気を吸い込みながらバーナ１０のガス流入口１２に流入し、混合通路１３を通過する燃料ガスと燃焼用空気とが混合されて、バーナ１０の上端部の炎口１１で混合ガスの燃焼が行われる。

図３は、暖房用の燃焼を制御するために制御部５０が実行する燃焼制御処理のフローチャートである。この燃焼制御処理は、暖房システム１の使用者が図示しない運転スイッチをＯＮにすると開始される。燃焼制御処理では、まず、循環ポンプ４４を作動させて熱媒の循環を開始した後（ＳＴＥＰ１００）、バーナ１０に点火する際の火力を「大」に設定して（ＳＴＥＰ１０２）、初期点火処理を行う（ＳＴＥＰ１０３）。

熱媒の循環を開始した直後のバーナ１０の初期点火では、バーナ１０が冷えている場合が多く、着火し難い傾向にある。例えば、前回のバーナ１０の消火後にマニホールド２４で結露してノズル孔２５ｈが水滴で塞がれる水封が生じることがあり、点火時に水封によってノズル２５から燃料ガスが噴射されず点火不良になってしまう。特に、前述したように第２熱交換器３４で燃焼排気から潜熱を回収するタイプの燃焼装置２では、排気口３５に風が吹き付けると、ドレンが溜まるドレン受け３６を通って湿気を含んだ気流がマニホールド２４に向けて逆流することによって結露が生じ易い。また、バーナ１０の点火時に排気口３５に強い風が吹き付けると、排気口３５が閉塞された状態となり、燃焼ファン３０が回転していてもバーナ１０に十分な燃焼用空気が供給されず点火不良が起こり易い。そこで、初期点火では、火力を大きくする（燃料ガスの供給量を多くすると共に、燃焼ファン３０の回転数を多くする）ことによって着火し易い条件を設定している。

初期点火処理（ＳＴＥＰ１０３）では、まず、燃焼ファン３０を作動させ、元弁２１および第１切換弁２３ａを開弁する。本実施例の燃焼装置２では、４本のバーナ１０で構成される第１バーナ群で初期点火を行うようになっており、第１バーナ群に対応する第１切換弁２３ａだけを開弁し、第２切換弁２３ｂは閉弁したままである。続いて、点火プラグ３１で第１バーナ群のバーナ１０に火花を飛ばしながら、比例弁２２を開弁する。このとき、比例弁２２の開度は、ＳＴＥＰ１０２で設定された火力「大」に応じて制御され、燃焼ファン３０の回転数は、比例弁２２の開度（燃料ガスの供給量）に対して所定の空燃比となるように制御される。本実施例の燃焼装置２では、暖房に必要な熱を供給するために燃焼中のバーナ１０の火力（生成熱量）の調節範囲が５０００〜１００００ｋｃａｌ／ｈであり、初期点火で火力が「大」に設定されると、最大火力の１００００ｋｃａｌ／ｈに相当する比例弁２２の開度および燃焼ファン３０の回転数に制御される。尚、火力「大」で行われる初期点火は、点火不良を抑制する効果が得られる火力であれば、最大火力よりも小さい火力であってもよい。

こうして初期点火処理を行うと、フレームロッド３２でバーナ１０の着火（火炎）が検知されたか否かを判断する（ＳＴＥＰ１０６）。そして、バーナ１０の着火が検知されない場合は（ＳＴＥＰ１０６：ｎｏ）、点火不良によって点火を繰り返した回数（リトライ回数）が上限に達したか否かを判断する（ＳＴＥＰ１０８）。本実施例では、上限が３回に設定されており、リトライ回数が上限に達していない場合は（ＳＴＥＰ１０８：ｎｏ）、ＳＴＥＰ１０４に戻って再び初期点火処理を実行する。

また、初期点火処理（ＳＴＥＰ１０４）を繰り返してもフレームロッド３２でバーナ１０の着火が検知されず、リトライ回数が上限に達した場合は（ＳＴＥＰ１０８：ｙｅｓ）、燃焼装置２に何らかの異常があるものと判断し、異常を報知して暖房システム１の動作を停止した後（ＳＴＥＰ１１０）、図３の燃焼制御処理を終了する。本実施例の燃焼装置２では、図示しないエラーランプを点灯することで異常を報知し、元弁２１、第１切換弁２３ａ、および比例弁２２を全て閉弁した後、燃焼ファン３０および循環ポンプ４４を停止するようになっている。

一方、ＳＴＥＰ１０６の処理でバーナ１０の着火が検知された場合は（ＳＴＥＰ１０６：ｙｅｓ）、暖房端末３の設定温度や、流入温度センサー４５の計測温度や、流出温度センサー４６の計測温度を取得して（ＳＴＥＰ１１２）、必要火力決定処理を行う（ＳＴＥＰ１１４）。本実施例の暖房システム１では、使用者が図示しない温度設定スイッチを操作することで、床暖房などの暖房端末３の設定温度を変更することが可能である。また、前述したように流入温度センサー４５は、第１熱交換器３３に流入する熱媒の温度を計測し、流出温度センサー４６は、第１熱交換器３３から流出する熱媒の温度を計測する。

必要火力決定処理（ＳＴＥＰ１１４）では、取得した設定温度や計測温度に基づいて、暖房用の熱の供給（熱媒の加熱）に要するバーナ１０の必要火力を決定する。必要火力の決定は、暖房端末３の設定温度に応じた熱媒の目標温度と、流入温度センサー４５の計測温度（流入温度）や流出温度センサー４６の計測温度（流出温度）との比較に基づいて行われる。例えば、目標温度よりも流出温度が低く、その温度差が縮まらなければ必要火力を大きくする。一方、流出温度が目標温度よりも高く、さらに流出温度が上昇するならば必要火力を小さくする。また、通常は目標温度よりも流入温度が低く、目標温度と流入温度との温度差が大きいほど必要火力を大きくし、温度差が小さくなるに連れて必要火力を小さくする。

こうして必要火力を決定したら、その決定した必要火力が最小火力よりも小さいか否かを判断する（ＳＴＥＰ１１６）。最小火力は、バーナ１０で安定した燃焼を継続可能な下限の火力であり、燃料ガスの供給量が最小になっている。必要火力が最小火力以上である場合は（ＳＴＥＰ１１６：ｎｏ）、必要火力に応じて比例弁２２および燃焼ファン３０を制御する（ＳＴＥＰ１１８）。すなわち、必要火力に応じて比例弁２２の開度を制御して燃料ガスの流量を調節すると共に、所定の空燃比となるように燃焼ファン３０の回転数を制御して風量（燃焼用空気の供給量）を調節する。また、ＳＴＥＰ１１８では、必要火力が最大火力であれば、第１切換弁２３ａに加えて第２切換弁２３ｂを開弁して全てのバーナ１０で燃焼を行い、必要火力が低下すると、第２切換弁２３ｂを閉弁して燃焼を行うバーナ１０の数を減少させる。

必要火力に応じた制御を終了すると、暖房システム１の使用者によって運転スイッチがＯＦＦにされたか否かを判断する（ＳＴＥＰ１２０）。そして、運転スイッチがＯＦＦにされていない場合は（ＳＴＥＰ１２０：ｎｏ）、ＳＴＥＰ１１２の処理に戻って設定温度や計測温度を再び取得し、以降の上述した処理を繰り返す。これに対して、運転スイッチがＯＦＦにされた場合は（ＳＴＥＰ１２０：ｙｅｓ）、暖房システム１を停止させるための停止処理を行った後（ＳＴＥＰ１２２）、図３の燃焼制御処理を終了する。停止処理では、元弁２１、切換弁２３ａ，２３ｂ、および比例弁２２を全て閉弁した後、燃焼ファン３０および循環ポンプ４４を停止する。

一方、ＳＴＥＰ１１６の判断において、必要火力が最小火力よりも小さい場合は（ＳＴＥＰ１１６：ｙｅｓ）、バーナ１０の火力を最小火力に抑えても熱媒を加熱し過ぎてしまうことから、以下のような断続燃焼制御処理（ＳＴＥＰ１２４）を実行することによって、バーナ１０での燃焼と消火とを繰り返すようになっている。

図４は、本実施例の断続燃焼制御処理のフローチャートである。断続燃焼制御処理では、まず、バーナ１０で燃焼中か否かを判断する（ＳＴＥＰ１２６）。バーナ１０で燃焼中である場合は（ＳＴＥＰ１２６：ｙｅｓ）、続いて、バーナ１０の消火条件が成立したか否かを判断する（ＳＴＥＰ１２８）。ＳＴＥＰ１２８では、暖房端末３の設定温度に応じた熱媒の目標温度（例えば６０度）よりも高く設定された消火温度（例えば６５度）に流出温度が達したことを消火条件の成立としており、消火条件が成立した場合は（ＳＴＥＰ１２８：ｙｅｓ）、バーナ１０を一旦消火するための消火処理を行う（ＳＴＥＰ１３０）。この消火処理では、元弁２１、第１切換弁２３ａ、比例弁２２の少なくとも１つを閉弁することでバーナ１０への燃料ガスの供給を停止し、本実施例では比例弁２２の閉弁によってバーナ１０を消火した後、燃焼ファン３０を停止する。

これに対して、バーナ１０の消火条件が成立していない場合は（ＳＴＥＰ１２８：ｎｏ）、消火処理（ＳＴＥＰ１３０）を省略して、図４の断続燃焼制御処理を終了し、図３の燃焼制御処理に復帰する。燃焼制御処理では、断続燃焼制御処理（ＳＴＥＰ１２４）から復帰すると、運転スイッチがＯＦＦにされたか否かを判断し（ＳＴＥＰ１２０）、運転スイッチがＯＦＦにされていなければ（ＳＴＥＰ１２０：ｎｏ）、ＳＴＥＰ１１２の処理に戻って設定温度や計測温度を再び取得し、以降の処理を繰り返す。

一方、図４のＳＴＥＰ１２６の判断において、バーナ１０で燃焼中ではない場合は（ＳＴＥＰ１２６：ｎｏ）、続いて、バーナ１０の点火条件が成立したか否かを判断する（ＳＴＥＰ１３２）。ＳＴＥＰ１３２では、暖房端末３の設定温度に応じた熱媒の目標温度（例えば６０度）よりも低く設定された点火温度（例えば５５度）まで流出温度が下がったことを点火条件の成立としており、点火条件が成立していない場合は（ＳＴＥＰ１３２：ｎｏ）、そのまま図４の断続燃焼制御処理を終了して、図３の燃焼制御処理に復帰する。

これに対して、点火条件が成立した場合は（ＳＴＥＰ１３２：ｙｅｓ）、バーナ１０に点火する際の火力を「小」に設定して（ＳＴＥＰ１３４）、再点火処理を行う（ＳＴＥＰ１３６）。バーナ１０での燃焼と消火とを繰り返す断続燃焼制御におけるバーナ１０の再点火では、前述した初期点火に比べて、バーナ１０が温まっていることから、ノズル２５の水封が生じる確率が低く、着火し易い傾向にある。そこで、再点火では、初期点火よりも火力を小さく設定する。

前述したように断続燃焼制御でバーナ１０を一旦消火するための消火処理（ＳＴＥＰ１３０）において、本実施例では比例弁２２の閉弁によってバーナ１０を消火することから元弁２１および第１切換弁２３ａが開弁した状態にあり、再点火処理（ＳＴＥＰ１３６）では、燃焼ファン３０を作動させた後、点火プラグ３１で火花を飛ばしながら比例弁２２を開弁する。このとき、ＳＴＥＰ１３４で設定された火力「小」に応じて比例弁２２の開度が制御されると共に、所定の空燃比となるように燃焼ファン３０の回転数が制御される。本実施例の燃焼装置２では、前述のようにバーナ１０の火力（生成熱量）の調節範囲が５０００〜１００００ｋｃａｌ／ｈであり、再点火で火力が「小」に設定されると、最小火力の５０００ｋｃａｌ／ｈに相当する比例弁２２の開度および燃焼ファン３０の回転数に制御される。また、再点火は、初期点火と同様に第１バーナ群で行い、初期点火と比較して点火の対象となるバーナ１０の数を変えずに、バーナ１０あたりの燃料ガスの供給量を減少させるようになっている。尚、火力「小」で行われる再点火は、初期点火に比べて火力を小さくすればよく、最小火力よりも大きい火力で再点火を行うようにしてもよい。

こうして再点火処理を行うと、フレームロッド３２でバーナ１０の着火（火炎）が検知されたか否かを判断する（ＳＴＥＰ１３８）。そして、バーナ１０の着火が検知された場合は（ＳＴＥＰ１３８：ｙｅｓ）、図４の断続燃焼制御処理を終了して、図３の燃焼制御処理に復帰する。

これに対して、バーナ１０の着火が検知されない場合は（ＳＴＥＰ１３８：ｎｏ）、リトライ回数（点火不良によって点火を繰り返した回数）が上限（例えば３回）に達したか否かを判断し（ＳＴＥＰ１４０）、リトライ回数が上限に達していない場合は（ＳＴＥＰ１４０：ｎｏ）、ＳＴＥＰ１３６に戻って再点火処理をもう一度実行する。

そして、再点火処理（ＳＴＥＰ１３６）を繰り返してもバーナ１０の着火が検知されず、リトライ回数が上限に達した場合は（ＳＴＥＰ１４０：ｙｅｓ）、燃焼装置２に異常があるものと判断し、前述したＳＴＥＰ１１０と同様に異常を報知して暖房システム１の動作を停止した後（ＳＴＥＰ１４２）、図４の断続燃焼制御処理および図３の燃焼制御処理を終了する。

以上のように本実施例の燃焼装置２では、暖房システム１で熱媒の循環を開始した直後のバーナ１０の初期点火で、ノズル２５の水封や、排気口３５への風の吹き付けなどに起因する点火不良の発生を抑制するために火力を「大」に設定するのに対して、バーナ１０での燃焼と消火とを繰り返す断続燃焼制御におけるバーナ１０の再点火では、火力を初期点火より小さくするために「小」に設定している。こうすることで、断続燃焼制御における熱媒の温度変動を抑制することができる。

図５は、断続燃焼制御における熱媒の温度変動を例示した説明図である。まず、図５（ａ）には、本実施例との比較のために、断続燃焼制御における再点火を初期点火と同様の火力に設定して行う従来の燃焼装置２の例が示されている。上段のグラフは、横軸に時間、縦軸に温度を取って、断続燃焼制御における流出温度センサー４６の計測温度の変化（熱媒の流出温度の変化）を表しており、下段には、バーナ１０の燃焼と消火とを切り換える様子が模式的に示されている。

まず、バーナ１０を消火した状態では、熱媒の流出温度が低下していき、暖房端末３の設定温度に応じた熱媒の目標温度よりも低い点火温度まで流出温度が下がると、バーナ１０の再点火を行う。このとき、火力が画一的に初期点火と同様の「大」に設定されるため、再点火によって熱媒の流出温度が急激に上昇し、直ぐに目標温度よりも高い消火温度に達することになり、消火温度に達した時点でバーナ１０を消火するものの、流出温度は上昇を続けてオーバーシュートが発生する。その結果、断続燃焼制御における流出温度の変動が大きくなり、暖房端末３に供給される熱媒に温度むらが生じてしまう。また、再点火した後に短時間でバーナ１０を消火することになるため、バーナ１０の点火動作や消火動作の頻度が多くなってしまう。

これに対して、本実施例の燃焼装置２では、図５（ｂ）に示されるように、断続燃焼制御におけるバーナ１０の再点火の火力が「小」に設定され、初期点火よりも火力を小さくすることによって、再点火後の熱媒の加熱が抑えられて流出温度の上昇が緩やかになる。そのため、流出温度が消火温度に達した時点でバーナ１０を消火すれば、流出温度のオーバーシュートを抑制して、断続燃焼制御における熱媒の流出温度の変動を小さくすることができる。結果として、暖房端末３に供給される熱媒の温度むらを抑制することができる。また、再点火した後に流出温度が消火温度に達してバーナ１０を消火するまでの時間が図５（ａ）の従来例に比べて長くなることから、バーナ１０の点火動作や消火動作の頻度を少なくすることができる。

また、本実施例の燃焼装置２では、断続燃焼制御にて再点火する際に、初期点火と比較して点火の対象となるバーナ１０の数は変えずに、バーナ１０あたりの燃料ガスの供給量を少なくするようになっている。断続燃焼制御における再点火では、初期点火に比べてバーナ１０が温まっており、着火し易い傾向にあるため、点火対象のバーナ１０を減らさなくても、バーナ１０あたりの燃料ガスの供給量を減らして火力を絞ることができ、熱媒の加熱を抑えることが可能となる。加えて、初期点火と断続燃焼制御における再点火とで点火対象のバーナ１０を共通にすることにより、点火プラグ３１やフレームロッド３２を複数設置する負担を省くことができる。

上述した本実施例の燃焼装置２には、次のような変形例も存在する。以下では、上述の実施例とは異なる点を中心に変形例について説明する。尚、変形例の説明では、上述の実施例と同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。

図６は、変形例の断続燃焼制御処理のフローチャートである。前述した実施例と同様に、変形例の断続燃焼制御処理においても、まず、バーナ１０で燃焼中か否かを判断し（ＳＴＥＰ１２６）、バーナ１０で燃焼中である場合は（ＳＴＥＰ１２６：ｙｅｓ）、バーナ１０の消火条件が成立したか否かを判断する（ＳＴＥＰ１２８）。そして、消火条件が成立した場合は（ＳＴＥＰ１２８：ｙｅｓ）、バーナ１０を一旦消火するために消火処理を行う（ＳＴＥＰ１３０）。これに対して、消火条件が成立していない場合は（ＳＴＥＰ１２８：ｎｏ）、消火処理（ＳＴＥＰ１３０）を行うことなく、図６の断続燃焼制御処理を終了し、図３の燃焼制御処理に復帰する。

一方、ＳＴＥＰ１２６の判断において、バーナ１０で燃焼中ではない場合は（ＳＴＥＰ１２６：ｎｏ）、バーナ１０の点火条件が成立したか否かを判断し（ＳＴＥＰ１３２）、点火条件が成立していない場合は（ＳＴＥＰ１３２：ｎｏ）、そのまま図６の断続燃焼制御処理を終了して、図３の燃焼制御処理に復帰する。これに対して、点火条件が成立した場合は（ＳＴＥＰ１３２：ｙｅｓ）、バーナ１０に点火する際の火力を「小」に設定して（ＳＴＥＰ１３４）、再点火処理を行う（ＳＴＥＰ１３６）。前述した実施例と同様に、変形例の燃焼装置２においても、バーナ１０の火力（生成熱量）の調節範囲が５０００〜１００００ｋｃａｌ／ｈであり、ＳＴＥＰ１３６では、火力が「小」に設定されたことに基づき、最小火力の５０００ｋｃａｌ／ｈに相当する比例弁２２の開度および燃焼ファン３０の回転数に制御される。

再点火処理を行うと、フレームロッド３２でバーナ１０の着火（火炎）が検知されたか否かを判断し（ＳＴＥＰ１３８）、バーナ１０の着火が検知された場合は（ＳＴＥＰ１３８：ｙｅｓ）、図６の断続燃焼制御処理を終了して、図３の燃焼制御処理に復帰する。一方、バーナ１０の着火が検知されない場合は（ＳＴＥＰ１３８：ｎｏ）、バーナ１０に点火する際の火力を「中」に上げて再点火を実行する（ＳＴＥＰ１５０）。ＳＴＥＰ１５０では、基本的にはＳＴＥＰ１３６と同様の動作を行うが、火力が「中」に設定されたことに基づき、中間火力の７５００ｋｃａｌ／ｈに相当する比例弁２２の開度および燃焼ファン３０の回転数に制御される。

続いて、フレームロッド３２でバーナ１０の着火（火炎）が検知されたか否かを再び判断し（ＳＴＥＰ１５２）、バーナ１０の着火が検知された場合は（ＳＴＥＰ１５２：ｙｅｓ）、図６の断続燃焼制御処理を終了して、図３の燃焼制御処理に復帰する。一方、バーナ１０の着火が検知されない場合は（ＳＴＥＰ１５２：ｎｏ）、バーナ１０に点火する際の火力を「大」に上げて再点火を実行する（ＳＴＥＰ１５４）。ＳＴＥＰ１５４では、基本的にはＳＴＥＰ１３６と同様の動作を行うが、火力が「大」に設定されたことに基づき、最大火力の１００００ｋｃａｌ／ｈに相当する比例弁２２の開度および燃焼ファン３０の回転数に制御される。

その後、フレームロッド３２でバーナ１０の着火（火炎）が検知されたか否かをもう一度判断し（ＳＴＥＰ１５６）、バーナ１０の着火が検知された場合は（ＳＴＥＰ１５６：ｙｅｓ）、図６の断続燃焼制御処理を終了して、図３の燃焼制御処理に復帰する。これに対して、バーナ１０の着火が検知されない場合は（ＳＴＥＰ１５６：ｎｏ）、燃焼装置２に異常があるものと判断し、異常を報知して暖房システム１の動作を停止した後（ＳＴＥＰ１５８）、図６の断続燃焼制御処理および図３の燃焼制御処理を終了する。

以上のように変形例の燃焼装置２では、断続燃焼制御でバーナ１０に再点火してもフレームロッド３２で着火が検知されない場合に、再点火の火力を前回よりも大きく設定するようになっている。こうすれば、断続燃焼制御における再点火の際に、ノズル２５の水封や、排気口３５への風の吹き付けに起因する点火不良が生じたとしても、点火の火力を上げて燃料ガスの供給量および燃焼ファンの回転数を増やすことにより、次回のバーナ１０の再点火で着火する可能性を高めることができる。

以上、本実施例および変形例の燃焼装置２について説明したが、本発明は上記の実施例および変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。

例えば、前述した実施例では、燃焼装置２を暖房システム１に適用した例を説明したが、その適用は暖房システム１に限られず、即湯機能を有する給湯システムなどにも好適に適用することができる。即湯機能を有する給湯システムでは、燃焼装置２に上水を供給する給水通路や、燃焼装置２で加熱された湯を給湯栓に供給する出湯通路を備えると共に、出湯通路と給水通路とが循環通路によって接続されており、給湯栓を閉じて湯を消費しない場合は、循環通路で出湯通路側から湯を給水通路側に戻して循環させながら燃焼装置２で保温しておくことで、給湯栓を開栓した際に直ちに設定温度の湯を供給することが可能である。こうした即湯機能を有する給湯システムにおいても、循環する湯を設定温度に維持するために燃焼装置２で断続燃焼制御が行われることから、本発明を適用して給湯栓から出る湯の温度むらを抑制することができる。

また、前述した変形例の燃焼装置２では、断続燃焼制御における再点火を、まず、最小火力で行い、バーナ１０の着火が検知されない場合に、中間火力に上げ、それでも着火が検知されない場合は、さらに最大火力に上げるようになっていた。しかし、再点火で点火不良となった場合に火力を大きくする態様（火力の上げ幅など）は、これに限られず、段階的に火力を大きくしていけばよい。

１…暖房システム、 ２…燃焼装置、 ３…暖房端末、
１０…バーナ、 １１…炎口、 １２…ガス流入口、
１３…混合通路、 ２０…ガス通路、 ２１…元弁、
２２…比例弁、 ２３ａ…第１切換弁、 ２３ｂ…第２切換弁、
２４…マニホールド、 ２５…ノズル、 ２５ｈ…ノズル孔、
２６…分配通路、 ２７…ガス流通孔、 ３０…燃焼ファン、
３１…点火プラグ、 ３２…フレームロッド、 ３３…第１熱交換器、
３４…第２熱交換器、 ３５…排気口、 ３６…ドレン受け、
３７…排水管、 ３８…中和器、 ４０…連絡通路、
４１…往き通路、 ４２…戻り通路、 ４３…シスターン、
４４…循環ポンプ、 ４５…流入温度センサー、 ４６…流出温度センサー、
５０…制御部。

Claims (4)

1. 燃料ガスをバーナで燃焼させる燃焼装置において、
   ガス通路を通じてノズルから前記バーナに噴射される前記燃料ガスの供給量を変更可能なガス量変更部と、
   前記バーナに向けて燃焼用空気を送る燃焼ファンと、
   前記バーナからの燃焼排気との熱交換によって対象流体を加熱する熱交換器と、
   前記ガス量変更部の動作を制御すると共に、所定の空燃比に従って前記燃焼ファンの回転数を制御することにより、前記バーナの火力を調節可能な制御部と
   を備え、
   前記制御部は、
   前記対象流体の加熱に要する必要火力が最小火力を下回ると、前記バーナで燃焼と消火とを繰り返す断続燃焼制御を実行可能であり、
   前記断続燃焼制御における再点火では、前記最小火力以上の前記必要火力で前記バーナの燃焼を継続する連続燃焼制御における初期点火に比べて火力を小さくする制御を行う
   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、
   前記バーナを複数有しており、
   前記制御部は、前記断続燃焼制御における再点火では、前記連続燃焼制御における初期点火と比較して、点火の対象となる前記バーナの数を変えることなく、該バーナあたりの前記燃料ガスの供給量を少なくする制御を行う
   ことを特徴とする燃焼装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の燃焼装置において、
   前記対象流体を循環させる循環回路に前記熱交換器が組み込まれている
   ことを特徴とする燃焼装置。
4. 請求項１ないし請求項３の何れか一項に記載の燃焼装置において、
   前記バーナの火炎を検知する火炎検知部を備え、
   前記制御部は、前記断続燃焼制御における再点火の後に前記火炎検知部で着火が検知されない場合に、前記再点火の火力を前回よりも大きくする制御を行う
   ことを特徴とする燃焼装置。

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