JP2020030016A - 燃焼装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】燃焼装置の給排気路に配置された逆止弁の開故障の検出精度を高める。【解決手段】送風ファン11は、運転時には、バーナ10に対してファン回転数Nfに応じた空気量を供給する。逆止弁30は、排気口25を閉止する付勢力を有し、排気経路20の通気圧力と、当該付勢力との関係に従って開閉される。制御部50は、ファン回転数Nfが予め定められた診断回転数領域内であるときに、通気圧力が予め定められた正常圧力範囲よりも低い現象が検知されると逆止弁の開故障を検出する故障診断を実行する。診断回転数領域は、逆止弁30が正常に開閉する際に、ファン回転数Nfの増加に対して逆止弁30の開度が変化する回転数範囲内に設定される。【選択図】図1
Description
本発明は燃焼装置に関し、より特定的には、給排気路に通気の逆流防止弁(以下、「逆止弁」とも称する)を備えた燃焼装置に関する。
ガス等の燃料と空気との混合気を燃焼する燃焼装置において、給排気路における通気の逆流を防止するために逆止弁が配置される構成が公知である。特開2018−31533号公報(特許文献1)では、熱交換器周辺での酸性水蒸気の逆流を防止するための逆止弁を配置した構成において、排気検知温度に基づいて、逆止弁の開故障を検出する技術が記載されている。
又、特開2017−20693号公報(特許文献2)には、バーナが設置された器体と、燃焼用空気と燃料の混合気をバーナに送り込むファンを内蔵するファンケースとの間への配置に好適な逆止弁の構造が記載されている。
特許文献1に記載された燃焼装置によれば、ファンを停止したときの排気温度の挙動に基づいて、逆止弁の開故障の検出が可能である。具体的には、ファンの停止に応じて逆止弁が正常に閉止したか否かを、排気検知温度と、室内検知温度との温度差が基準値より高い値に維持されるか否かによって判定することができる。
しかしながら、排気温度はバーナでの燃焼条件によって変化し、室内温度も季節によって変化する。従って、逆止弁が正常に閉止された場合にも、排気検知温度及び室内検知温度の間に温度差が生じないケースが発生し得るため、開故障を誤検出することが懸念される。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、燃焼装置の給排気路に配置された逆止弁の開故障の検出精度を高めることである。
本発明のある局面では、燃焼装置は、燃料を燃焼する燃焼機構と、燃焼機構に対して燃焼用空気を供給するための送風ファンと、排気口と、逆止弁と、制御部とを備える。排気口は、燃焼機構での燃焼ガスを排出するために設けられる。逆止弁は、送風ファンから前記排気口までの給排気通路に配置される。逆止弁は、給排気通路の通気圧力と、閉方向への付勢力との関係に従って開閉されるように構成される。制御部は、送風ファンの回転数が予め定められた診断回転数領域内であるときに、通気圧力が予め定められた正常圧力範囲よりも低い現象が検知されると逆止弁の開故障を検出する故障診断を実行する。診断回転数領域は、逆止弁が正常に開閉する際に、送風ファンの回転数増加に対して前記逆止弁の開度が変化する前記送風ファンの回転数範囲内に設定される。
本発明によれば、送風ファンの回転数増加に対して逆止弁の開度が変化する送風ファンの回転数範囲内における通気流量及び通気圧力の間の特性関係(P−Q特性)に照らして、燃焼装置の給排気路に配置された逆止弁の開故障の検出精度を高精度で検出することができる。
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は原則的に繰返さないものとする。
図1は、本発明の実施の形態1に係る燃焼装置を含む給湯装置の概略構成図である。
図1を参照して、給湯装置100aは、ガスに代表される燃料を燃焼するバーナ10と、送風ファン11と、熱交換器12と、排気路20と、排気口25と、逆止弁30と、送風ファン11の回転数センサ41及び電流センサ42と、制御部50とを備える。図1に例示した給湯装置100aにおいては、上述の要素によって、本発明が適用される燃焼装置が構成される。バーナ10は「燃焼機構」の一実施例として示される。バーナ10によって燃焼される燃料は、特に限定されない。
図1を参照して、給湯装置100aは、ガスに代表される燃料を燃焼するバーナ10と、送風ファン11と、熱交換器12と、排気路20と、排気口25と、逆止弁30と、送風ファン11の回転数センサ41及び電流センサ42と、制御部50とを備える。図1に例示した給湯装置100aにおいては、上述の要素によって、本発明が適用される燃焼装置が構成される。バーナ10は「燃焼機構」の一実施例として示される。バーナ10によって燃焼される燃料は、特に限定されない。
送風ファン11は、図示しないファンモータによって回転駆動されることで、バーナ10に対して燃焼用空気を供給する。送風ファン11からの送風量は、ファン回転数に応じて決まる。熱交換器12は、バーナ10によって発生された燃焼ガスから熱回収を行なって、熱交換器12内部を通流する湯水を加熱する。これにより、給湯装置100aは、入水路から導入された水を加熱して出湯することができる。
熱回収後の燃焼ガスは、排気路20によって排気口25へ導かれて、給湯装置100aの外部へ排出される。このように、燃焼装置では、バーナ10による燃焼動作時に、送風ファン11の運転によって、送風ファン11から排気口25へ至る給排気路が形成される。本実施の形態に係る燃焼装置では、給排気路に空気の逆流を防止する逆止弁30が配設される。
図1の構成例では、排気口25に逆止弁30が設けられる。逆止弁30は、樹脂等によって作製されて、排気口25を閉止する付勢力を有するように構成される。例えば、逆止弁30の自重によって付勢力を確保することができる。
図2には、逆止弁30の動作を説明するための概念図が示される。
図2(a)を参照して、バーナ10による燃焼停止時、即ち、送風ファン11の停止時には、逆止弁30は自重によって下降することにより、排気口25を閉塞する「閉状態」となる。これにより、排気口25を経由した燃焼ガスの入出力経路が閉ざされる。
図2(a)を参照して、バーナ10による燃焼停止時、即ち、送風ファン11の停止時には、逆止弁30は自重によって下降することにより、排気口25を閉塞する「閉状態」となる。これにより、排気口25を経由した燃焼ガスの入出力経路が閉ざされる。
図2(b)及び(c)を参照して、バーナ10による燃焼動作時、即ち、送風ファン11の運転時には、排気圧力が逆止弁30による付勢力を超えることによって、逆止弁30が上昇する。これにより、排気口25及び逆止弁30の間に隙間(開度)が生じることで、燃焼ガスが排気口25から排出される。
逆止弁30の上面側には、柱状の支持材によって保持されたストッパ(図示せず)が配置されており、逆止弁30は、当該ストッパに当接するまで上昇すると、図2(c)に示した「開状態」となる。逆止弁30が開状態となると、排気流量がそれ以上増加しても、逆止弁30の開度は変化しない。
一方で、逆止弁30は、ストッパに当接するまでは、図2(b)に示した中間状態となる。中間状態では、排気流量の増加に応じて、逆止弁の開度が増加する。このように、自重による付勢力を利用することで、アクチュエータによって駆動することなく、送風ファン11の運転オンオフと連動させて逆止弁30を開閉することができる。
図3には、排気口25の接続先の一例が示される。
図3を参照して、複数の給湯装置100aは、排気側の共用通気管27及び給気側の共用通気管28と接続される。共用通気管27は、各給湯装置100aの排気口25と接続される。一方で、共用通気管28は、各給湯装置100aの送風ファン11(図1)と接続される。
図3を参照して、複数の給湯装置100aは、排気側の共用通気管27及び給気側の共用通気管28と接続される。共用通気管27は、各給湯装置100aの排気口25と接続される。一方で、共用通気管28は、各給湯装置100aの送風ファン11(図1)と接続される。
図3の様な、いわゆるコモンベント構成では、燃焼運転中の一部の給湯装置100aから共用通気管27へ出力された排気が、燃焼停止中の他の給湯装置100aに対して、排気口25から逆流することが懸念される。従って、各給湯装置100aの排気口25に逆止弁30を配置して、停止中の給湯装置100aの逆止弁30が閉状態となることにより、上記のような逆流を防止できる。
一方で、逆止弁30が送風ファン11の停止時にも開状態に維持される、いわゆる「開故障」が発生すると、排気の逆流が発生する虞がある。従って、逆止弁30が配置された構成では、開故障の検出が重要となる。又、逆止弁30が送風ファン11の運転時にも閉状態に維持される、いわゆる「閉故障」が発生すると、燃焼ガスが正常に排出できなくなることが懸念される。このため、開故障と同様に、閉故障についても自動的に検出することが好ましい。
再び図1を参照して、制御部50は、給湯装置100aの構成機器の動作を制御する。制御部50は、代表的には、所定のプログラムが予め記憶されたマイクロコンピュータによって構成される。さらに、制御部50は、バーナ10の燃焼運転の実行/停止、及び、バーナ10への燃料ガス供給量を制御するとともに、送風ファン11の運転/停止、並びに、作動時のファン回転数を制御する。
送風ファン11には回転数センサ41が配置され、送風ファン11を回転駆動するファンモータ(図示せず)には、電流センサ42が配置される。回転数センサ41及び電流センサ42の出力は、制御部50へ入力される。
バーナ10での燃焼に必要な空気量は、バーナ10へ供給される燃料量に比例する。従って、送風ファン11の回転数(以下、「ファン回転数Nf」とも称する)は、当該必要な空気量に従って設定される目標回転数に制御される。例えば、制御部50は、上記目標回転数に対して、回転数センサ41によるファン回転数Nfの検出値を近付けるように上記ファンモータの駆動電圧を調整することによって、送風ファン11の回転数制御を実行する。この際に、電流センサ42によって、送風ファン11のファンモータの駆動電流(以下、「ファン電流If」とも称する)が検出される。
上述のように、ファン回転数Nfは、送風ファン11からの送風量、即ち、燃焼ガスの流量(以下、排気流量とも称する)にほぼ比例する。又、ファン電流Ifは、ファンモータの負荷に相当し、給排気路における流路抵抗と、送風ファン11からの送風量とに応じて増減する。
図4には、逆止弁30が配置された排気路20における圧力−流量特性(P−Q特性)を説明するための概念図が示される。図4の横軸には、逆止弁30における通気流量に相当する排気路20における排気流量Qが示され、縦軸には、逆止弁30における通気圧力に相当する排気路20での排気圧力Pが示される。P−Q特性は、逆止弁30の状態によって変化する。
図4を参照して、特性線102には、逆止弁30が開状態(図2(c))に維持された場合のP−Q特性が示される。この場合には、排気流量の増加に応じて、排気圧力は、二次関数状に増加する。特性線102は、逆止弁30の開故障時におけるP−Q特性に相当する。
一方で、特性線103には、逆止弁30が閉状態(図2(a))に維持された場合のP−Q特性が示される。この場合には、排気経路が閉塞されているため、排気流量の増加に応じて、排気抵抗が急激に増加する。
特性線101には、逆止弁30の正常時におけるP−Q特性が示される。正常時には、逆止弁30は、排気流量の増加に応じて、図2(a)の閉状態から図2(b)の中間状態に変化する。中間状態では、排気流量Qの増加に伴って逆止弁30の開度が増加することで流路抵抗も変化するので、排気圧力Pがほぼ変化しない。例えば、低流量域(Q≦Ql)では、逆止弁30が中間状態に維持されることにより、排気流量Qの変化に対して排気圧力Pは一定圧力値Ptで変化しない。
さらに、排気流量Qが増加して、逆止弁30が図2(c)の開状態となると(Q>Qlの領域)、排気圧力Pは特性線102と同等となる。図4中では、排気流量Q≧Qtの領域では、特性線101及び102は共通である。
図4において、逆止弁30の開故障時には、特性線102のP−Q特性が観測され、逆止弁の閉故障時には、特性線103のP−Q特性図が観測される。従って、正常時における特性線101と、特性線102とを峻別することによって、逆止弁30の開故障を検出することができる。同様に、正常時における特性線101と、特性線103とを峻別することによって、逆止弁30の閉故障を検出することも可能である。例えば、逆止弁30の中間状態において、特性線101を含む正常圧力範囲を予め設定し、排気圧力Pの検出値が当該正常圧力範囲よりも低いときに、逆止弁30の開故障を検出することが可能である。同様に、排気圧力Pの検出値が当該正常圧力範囲よりも高いときに、逆止弁30の閉故障を検出することが可能である。
上述のように、排気流量Qは、ファン回転数Nfによって間接的に検出することが可能である。又、排気圧力Qの状態は、ファン電流Ifによって間接的に検知することが可能である。従って、実施の形態1に係る燃焼装置では、送風ファン11のファン回転数Nf及びファン電流Ifの検出値に基づいて、逆止弁30の開故障及び閉故障を検出する。
図5は、逆止弁30の状態に伴うファン電流If及びファン回転数Nfの特性を説明する概念的なグラフである。
図5を参照して、逆止弁30の中間状態に対応する排気流量の領域(Q≦Ql)において、ファン回転数Nf≦Nlである。当該回転領域(Nf≦Nl)では、正常時のP−Q特性(図4の特性線101)に対応する、ファン回転数Nfに対するファン電流Ifの特性(以下、「Nf−If特性」とも称する)は、特性線151に従ったものとなる。
これに対して、開故障時のP−Q特性(図4の特性線102)に対応するNf−If特性は、特性線152に従ったものとなる。特性線151及び152を比較すると、正常時(特性線151)には、ファン回転数Nfに依存せず、逆止弁30の開度が一定である開故障の際(特性線152)と比較して、ファン回転数Nfが低い領域では排気通路が狭くなる。このため、特性線152では、特性線151と比較して、同一のファン回転数Nfに対するファン電流Ifが大きくなる。両者の電流差ΔIは、ファン回転数Nfが高くなるにつれて縮小し、逆止弁30が開状態となるファン回転数Nl(図4での排気流量Qlに対応)では、ΔIはほぼ零となる。
又、正常時には、送風ファン11(ファンモータ)に対して、逆止弁30の開度を増加させる負荷が掛る。このため、正常時の特性線151では、ファン回転数Nfの上昇に対するファン電流Ifの上昇レート(傾き)が、特性線152における当該上昇レートよりも大きくなる。
一方で、閉故障時のP−Q特性(図4の特性線103)に対応するNf−If特性は、特性線153に従ったものとなる。特性線151及び153を比較すると、閉故障時には、逆止弁30が閉状態に維持されるため、送風ファン11(ファンモータ)には排気のための負荷が掛らない。このため、特性線153では、ファン電流If、及び、ファン回転数Nfの上昇に対する上昇レートが、特性線151及び152と比較して大幅に低くなる、という特徴的な挙動が生じる。
従って、特性線151に従って、各ファン回転数Nfにおけるファン電流Ifの基準値Ifr(以下、基準電流値Ifrとも称する)を定めることにより、当該基準電流値Ifrと、ファン電流Ifの実際の検出値との比較によって、図4における、特性線101と特性線102及び103とを等価的に峻別することが可能となる。
図6は、実施の形態1に係る燃焼装置における逆止弁の故障診断処理を説明するフローチャートである。代表的には、図6に示される各ステップの処理は、制御部50のソフトウェア処理によって実現することが可能である。
図6を参照して、制御部50は、ステップ(以下、単に「S」と表記する)100により、逆止弁30の診断条件が成立しているか否かを判断する。S100は、例えば、給湯装置100aの運転スイッチのオン時にYES判定とすることができる。これにより、給湯装置100aの運転スイッチがオンされる毎に、逆止弁30の故障診断を自動的に実行できる。
更に、前回の故障診断からの経過時間、又は、運転スイッチのオン回数が予め定められた基準値を超えていることを条件に加えて、S100をYES判定とすることも可能である。このようにすると、逆止弁30の故障診断について、過度の実行を避けて、定期的に実行することが可能となる。或いは、運転スイッチのオンとは切り離して、一定期間の経過毎に、S100をYES判定とすることも可能である。
又、運転スイッチのオン時であっても、バーナ10の燃焼運転中には、制御部50は、S100を強制的にNO判定とすることが好ましい。但し、燃焼運転に支障を生じさせないのであれば、バーナ10の燃焼運転中に、故障診断を実行することも可能である。但し、非燃焼運転中は、送風ファン11の運転条件(ファン回転数)を故障診断のために調整することが可能となるため、故障診断での故障誤検出の防止効果を高めることができる。
或いは、給湯装置100aの図示しないリモートコントローラ(以下、「リモコン」とも称する)への所定の入力操作に応じて、故障診断を実行することも可能である。制御部50は、リモコンへの当該入力操作が検出されると、S100をYES判定とすることができる。これにより、例えば、給湯装置100aの取付施工時において、作業者が取付施工時の診断であることを示す所定の入力操作を行うことにより、逆止弁30の故障診断を実行することが可能となる。
制御部50は、故障診断条件が成立すると(S100のYES判定時)、S105により、送風ファン11を運転する。これにより、バーナ10による燃焼運転時以外であっても、送風ファン11が起動される。故障診断条件の非成立時(S100のNO判定時)には、S105以降の処理は実行されず、逆止弁30の故障診断は起動されない。
故障診断時には、制御部50は、S110により、回転数センサ41によって検出されたファン回転数Nfが、予め定められた診断回転数領域内であるか否かを判定する。診断回転数領域は、図5に示された、Nf≦Nlの範囲内で予め定めることができる。例えば、図5中のN1≦Nf≦N2の領域を、診断回転数領域に定めることができる。
制御部50は、ファン回転数Nfが診断回転数領域内である場合(S110のYES判定時)には、S120により、現在のファン回転数Nfを記憶するとともに、S130により、電流センサ42によって検出された現在のファン電流Ifを記憶する。一方で、ファン回転数Nfが診断回転数領域内でない場合(S110のNO判定時)には、S120及びS130の実行が待機される。
制御部50は、S140により、S120で記憶されたファン回転数Nfに対応する基準電流値Ifrを設定する。具体的には、制御部50の図示しないメモリは、図5の特性線151に相当する、各ファン回転数に対する基準電流値の特性関係(Nf−Ifr特性)が予め記憶されており、S140では、当該Nf−Ifrを参照することによって、基準電流値Ifrを設定することができる。基準電流特性は、工場出荷時に予め定めることが可能である。
或いは、施工先での排気通路の特性(図3の排気側の共用通気管27)を反映するために、施工時の故障診断時において、ファン回転数Nfを複数点で変化させるとともに、各点でのファン電流Ifを収集して、基準電流特性を修正することも可能である。但し、通常、図3に示したコモンベント構成では、接続された給湯装置100aの全部が燃焼運転を実行しても問題ないように、排気口25の径と比較して、共用通気管27,28は、十分に大きい内径を有している。従って、1台の給湯装置100aで故障診断を実行した場合では、排気路が給湯装置100aの外部で延長されても、図4及び図5に示された特性には殆ど影響がない。このため、基本的には、基準電流特性の修正は不要である。
制御部50は、S150により、S130で記憶したファン電流Ifが、S140で設定した基準電流値Ifrを含む正常電流範囲内であるか否かを判定する。例えば、ファン電流If及び基準電流値Ifrの電流差|Ifr−If|が、予め定められた判定値rより小さいか否かによって、S150での判定を実行することができる。この場合には、正常電流範囲は、Ifr−r<If<Ifr+rに設定されている。電流差|Ifr−If|が判定値rより小さく、ファン電流Ifが正常電流範囲内であるとき(S150のYES判定時)には、S170により、逆止弁30は「異常無し」と判定されて、今回の故障診断は終了される。
これに対して、制御部50は、電流差|Ifr−If|が判定値r以上であるとき(S150のNO判定時)には、S160により、ファン電流If及び基準電流値Ifrの大小を判定する。制御部50は、If>Ifrのとき(S160のYES判定時)、即ち、ファン電流Ifが正常電流範囲よりも高いときには、Nf−If特性が、特性線152(図5)に近いと判断して、S180により、逆止弁30の「開故障」を検出して、今回の故障診断を終了する。この場合には、図4におけるP−Q特性において、特性線101を含む正常圧力範囲よりも排気圧力Q(通気圧力)が低い現象、即ち、特性線102に沿ったP−Q特性が現れていることが間接的に検知される。
一方で、制御部50は、If<Ifrのとき(S160のNO判定時)には、Nf−If特性が、特性線153(図5)に近いと判断して、S190により、逆止弁30の「閉故障」を検出して、今回の故障診断を終了する。この場合には、図4におけるP−Q特性において、特性線101を含む正常圧力範囲よりも排気圧力Q(通気圧力)が高い現象、即ち、特性線103に沿ったP−Q特性が現れていることが間接的に検知される。
尚、S150、S160の判定については、判定値rを、If>Ifr側(即ち、開故障検出側)と、If<Ifr側(即ち、閉故障検出側)とで異なる値として、基準電流値Ifrを中心として非対称な範囲に正常電流範囲を設定することも可能である。この場合には、先に、S160の判定を行なった後に、S160の判定結果に従って設定された判定値rを用いてS150の判定を実行することによって、異常無し(S170)、開故障検出(S180)、及び、閉故障検出(S190)の層別が可能である。
逆止弁30の故障診断結果、特に、S180又はS190による開故障又は閉故障の検出については、ユーザ又は作業者等に対して報知することが好ましい。
図7には、給湯装置100aに対するユーザインターフェイスの構成例を説明するブロック図である。
図7を参照して、給湯装置100aに対するユーザ指令は、リモコン200及び300によって入力することができる。リモコン200,300は、2心通信線等の通信線210,310によって、給湯装置100aと接続される。
リモコン200は、浴室の壁面に配設される。リモコン200は、運転スイッチ202と、操作スイッチ203,204と、表示部205とを有する。運転スイッチ202および操作スイッチ203,204は、代表的には、プッシュボタンやタッチボタンによって構成することができる。表示部205は、たとえば、蛍光表示管によって構成することができる。
リモコン300は、たとえば、台所の壁面に配設される。リモコン300は、給湯装置100aの運転をオンオフするための運転スイッチ302と、操作スイッチ303と、表示部305とを含む。運転スイッチ302および操作スイッチ303は、代表的には、プッシュボタンやタッチボタンによって構成することができる。表示部305は、代表的には、液晶パネルによって構成することができる。
更に、リモコン200,300は、図示しない通信アダプタを内蔵することにより、無線LANルータ330を介して、通信網(代表的には、インターネット)及び通信端末との通信接続が可能となる。例えば、インターネット350と通信接続が確立された無線LANルータ330を「中継器」として、リモコン200,300は、インターネット350と接続されたサーバ380との間での通信接続が可能となる。これにより、サーバ380経由で給湯装置100aの遠隔操作及び遠隔監視が可能となる。
例えば、サーバ380と通信接続される、スマートフォンに代表される通信端末400に所定のアプリケーションソフトをダウンロードすることによって、通信端末400からの給湯装置100aの遠隔操作及び遠隔監視が可能となる。尚、通信端末400については、インターネット350に対して4G通信等で接続された通信端末400bと、無線LANルータ330と無線LAN接続された通信端末400aとの両方から、給湯装置100aの遠隔操作及び遠隔監視を実行することができる。
図7の構成例では、リモコン200,300の表示部205及び305を用いて、逆止弁30の故障診断結果を出力することが可能である。更に、給湯装置100aと通信接続されたスマートフォン等の通信端末400を用いて、逆止弁30の故障診断結果を出力することも可能である。特に、通信端末400を用いることにより、逆止弁30に異常(開故障、又は、閉故障)が発生した際に、作業者又はユーザがリモコン200,300の近傍にいないときにも報知することが可能となる。或いは、作業者が、通信端末400を用いて、給湯装置100aの取付施工時における逆止弁30の故障診断を起動するための入力操作を実行することも可能である。
尚、「開故障」については、給湯装置100aの施工時における逆止弁30の設置忘れによっても発生する。従って、S180による開故障の検出時には、今回の故障診断が、上述した、取付施工時の診断であることを示す所定の入力操作によって起動されたものであるか否かに応じて、報知内容を変えることも可能である。具体的には、取付施工時の故障診断である場合には、逆止弁30の配置忘れの確認を促すような報知内容とする一方で、それ以外のときには、逆止弁30に異常(開故障)が発生したことを報知するように、報知内容を切換えることが可能である。又、取付施工時の故障診断では、「異常無し(S170)」の場合にも、リモコン200,300及び/又は通信端末400を用いて、その旨を報知することが好ましい。さらに、上述した取付施工時の故障診断での基準電流特性の修正については、作業者が、取付施工が正常であることを確認した旨の入力操作を行った場合に限って有効とすることも可能である。
このように、本実施の形態1に係る燃焼装置では、燃焼運転の状況に左右される排気温度を用いることなく、排気通路におけるP−Q特性に基づいて、逆止弁30の開故障の検出精度を高めることができる。同様に、P−Q特性に基づく同じ手法によって、逆止弁30の閉故障についても同様に高精度で検出することができる。
更に、実施の形態1に係る燃焼装置では、通常、送風ファン11の制御のために配置される、送風ファン11の回転数センサ41及び電流センサ42の検出値を用いて故障診断が可能であるので、逆止弁30の故障診断の為に新たなセンサの配置が不要であるため、コスト面でも有利である。
又、実施の形態1に係る燃焼装置では、燃焼運転の終了時における温度状況の変化に基づいて故障有無を判断する特許文献1とは異なり、燃焼運転開始前にも故障診断を実行できるので、燃焼運転による送風ファン11の運転条件の違いを排除して、逆止弁30の異常の誤検出をさらに防止することが可能である。
[実施の形態2]
実施の形態1では、ファン回転数Nf及びファン電流Ifを用いて、P−Q特性に基づく故障診断を実行したが、排気通路に圧力センサを配置しても、同様の故障診断を実行することが可能である。
実施の形態1では、ファン回転数Nf及びファン電流Ifを用いて、P−Q特性に基づく故障診断を実行したが、排気通路に圧力センサを配置しても、同様の故障診断を実行することが可能である。
図8は、本実施の形態2に係る燃焼装置を含む給湯装置の概略構成図である。
図8を図1と比較して、実施の形態2に係る燃焼装置を備える給湯装置100bは、図1に示された給湯装置100aと比較して、排気路20に設けられた圧力センサ21を更に備える点で異なる。圧力センサ21は、逆止弁30での通気圧力に相当する、排気路20での排気圧力Pxを検出する。圧力センサ21による排気圧力Pxの検出値は、回転数センサ41及び電流センサ42の検出値と同様に、制御部50へ入力される。
図8を図1と比較して、実施の形態2に係る燃焼装置を備える給湯装置100bは、図1に示された給湯装置100aと比較して、排気路20に設けられた圧力センサ21を更に備える点で異なる。圧力センサ21は、逆止弁30での通気圧力に相当する、排気路20での排気圧力Pxを検出する。圧力センサ21による排気圧力Pxの検出値は、回転数センサ41及び電流センサ42の検出値と同様に、制御部50へ入力される。
実施の形態2に係る給湯装置100bのその他の構成は、実施の形態1に係る給湯装置100aと同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。実施の形態2に係る給湯装置100bでは、図4のP−Q特性をより直接的に用いて、逆止弁30の故障診断を実行することができる。
図9は、実施の形態2に係る燃焼装置における逆止弁の故障診断処理を説明するフローチャートである。
図9を参照して、制御部50は、図6と同様のS100〜S110によって逆止弁30の故障診断を起動すると、S120により現在のファン回転数Nfを記憶するとともに、S135により、圧力センサ21によって検出された現在の排気圧力Pxを記憶する。実施の形態2における診断回転数領域についても、図5中の排気圧力が一定値となる、逆止弁30が(b)中間状態の領域に対応して設定される。従って、実施の形態2においても、実施の形態1と同様に、N1≦Nf≦N2であるか否かによって、S110の判定を実行することができる。
制御部50は、S145により、基準圧力値Prを読み出す。基準圧力値Prは、図4中の、特性線101の(b)中間状態における一定圧力値Ptに対応して定められる。基準圧力値Prについても、工場出荷時に予め定められた値、又は、取付施工時の故障診断時における圧力検出値を用いて修正された値を用いることが可能であるが、上述の様に、基準圧力値の修正は、基本的には不要である。尚、取付施工時における基準圧力値の修正についても可能ではあるが、上述の様に、作業者が、施工が正常であることを確認した旨の入力操作を行ったことを条件に有効とすることができる。
制御部50は、S155では、S135で記憶した排気圧力Pxが基準圧力値Prを含む正常圧力範囲内であるか否かを判定する。例えば、S135で記憶した排気圧力Pxと、S145で設定した基準圧力値Prとの圧力差|Pr−Px|を、予め定められた判定値r*と比較することで、正常圧力範囲内であるか否かの判定を実行することができる。
圧力差|Pr−Px|が判定値r*より小さいとき(S155のYES判定時)には、図6と同様のS170により、逆止弁30は「異常無し」と判定されて、今回の故障診断は終了される。
これに対して、制御部50は、圧力差|Pr−Px|が判定値r*以上であると(S155のNO判定時)、S165により、排気圧力Px及び基準圧力値Prの大小を判定する。制御部50は、Pr>Pxのとき(S165のYES判定時)には、排気圧力Pが正常圧力範囲よりも低く、P−Q特性が、特性線102(図4)に近いと判断する。従って、制御部50は、図6と同様のS180により、逆止弁30の「開故障」を検出して、今回の故障診断を終了する。
一方で、制御部50は、Px>Prのとき(S165のNO判定時)には、排気圧力Pが正常圧力範囲よりも高く、P−Q特性が、特性線103(図4)に近いと判断する。従って、制御部50は、図6と同様のS190により、逆止弁30の「閉故障」を検出して、今回の故障診断を終了する。S170〜S190の処理は、実施の形態1(図6)と同様であるので詳細な説明は繰り返さない。
尚、S155、S165の判定についても、実施の形態1と同様に、判定値r*を、Px<Pr側(即ち、開故障検出側)と、Pr<Px側(即ち、閉故障検出側)とで異なる値として、基準圧力値Prを中心として非対称な範囲に正常圧力範囲を設定することも可能である。この場合には、先に、S165の判定を行なった後に、S165の判定結果に従って設定された判定値r*を用いてS155の判定を実行することによって、異常無し(S170)、開故障検出(S180)、及び、閉故障検出(S190)の層別が可能である。
このように、実施の形態2に係る燃焼装置では、実施の形態1と比較して、圧力センサ21の配置が必要となるものの、排気通路におけるP−Q特性により直接的に基づいて、逆止弁30の開故障を高精度に検出することができる。更に、逆止弁30の閉故障についても同様に、P−Q特性により直接的に基づいて、高精度で検出することができる。
又、実施の形態2に係る燃焼装置においても、実施の形態1と同様に、燃焼運転開始前にも故障診断を実行できるので、燃焼運転による送風ファン11の運転条件の違いを排除して、逆止弁30の異常の誤検出をさらに防止することが可能である。
[実施の形態3]
実施の形態1及び2では、逆止弁30が排気口25に配置される構成例を説明したが、逆止弁30は、送風ファン11から排気口25迄の給排気経路の任意の位置に配置することが可能である。実施の形態3では、逆止弁内蔵型の燃焼装置の構成を例示する。
実施の形態1及び2では、逆止弁30が排気口25に配置される構成例を説明したが、逆止弁30は、送風ファン11から排気口25迄の給排気経路の任意の位置に配置することが可能である。実施の形態3では、逆止弁内蔵型の燃焼装置の構成を例示する。
図10は、実施の形態3に係る燃焼装置を含む給湯装置の概略構成図である。
図10を参照して、実施の形態3に係る燃焼装置を含む給湯装置100cは、送風ファン11からバーナ10への混合気通路15に、逆止弁130が配置される。制御部50は、バーナ10及び送風ファン11を制御する。具体的には、制御部50は、ガスバルブ13の制御によって燃料ガスの供給量を制御するとともに、バーナ10でのバーナの燃焼を制御することができる。制御部50には、送風ファン11の回転数センサ41及び電流センサ42の検出値が入力されて、実施の形態1で説明した送風ファン11の回転数制御が実行される。
図10を参照して、実施の形態3に係る燃焼装置を含む給湯装置100cは、送風ファン11からバーナ10への混合気通路15に、逆止弁130が配置される。制御部50は、バーナ10及び送風ファン11を制御する。具体的には、制御部50は、ガスバルブ13の制御によって燃料ガスの供給量を制御するとともに、バーナ10でのバーナの燃焼を制御することができる。制御部50には、送風ファン11の回転数センサ41及び電流センサ42の検出値が入力されて、実施の形態1で説明した送風ファン11の回転数制御が実行される。
図11には、逆止弁130の構成を説明するための概念図が示される。
図11を参照して、逆止弁130は、フラッパー弁で構成されて、ばね等による付勢力131によって、混合気通路15に通気圧力が生じていない場合には、通気経路を閉塞する。この状態は、図2(a)での逆止弁30の「閉状態」に対応する。
図11を参照して、逆止弁130は、フラッパー弁で構成されて、ばね等による付勢力131によって、混合気通路15に通気圧力が生じていない場合には、通気経路を閉塞する。この状態は、図2(a)での逆止弁30の「閉状態」に対応する。
送風ファン11の運転によって発生した通気圧力が付勢力131を超えると、逆止弁130は開放されて、図2(b)での「中間状態」及び図2(c)での「開状態」へ変化する。即ち、逆止弁130についても、逆止弁30と同様に、アクチュエータ駆動によらず、通気圧力と付勢力との関係によって開閉が制御される構成を有する。このため、逆止弁130が配置された混合気通路15においても、閉状態、中間状態、及び、開状態のそれぞれにおいて、図4と同様に異なるP−Q特性が示される。
従って、実施の形態3に係る燃焼装置についても、当該P−Q特性を示す特性線101〜103(図4)及び、当該P−Q特性に従う特性線151〜153(図5)を、事前の実機試験等によって取得することができる。
これにより、実施の形態3に係る燃焼装置において、回転数センサ41及び電流センサ42によって検出されるファン回転数Nf及びファン電流Ifを用いて、逆止弁130の故障診断を実施の形態1と同様に実行することが可能である。
或いは、混合気通路15に、図8と同様の圧力センサ21を配置することにより、実施の形態3に係る燃焼装置において、回転数センサ41及び圧力センサ21によって検出されるファン回転数Nf及び通気圧力Pxを用いて、逆止弁130の故障診断を実施の形態2と同様に実行することも可能である。
このように、本実施の形態1及び2で説明した非アクチュエータ駆動式の逆止弁の故障診断は、特許文献1及び2に記載された構成を含めて、燃焼装置内での給排気経路の任意の個所に配置された逆止弁を対象に適用することが可能である。
又、実施の形態2及び3で説明した給湯装置100b、100cに対しても、図7と同様にユーザインターフェイスの構成を適用して、通信端末400(400a,400b)を用いて、逆止弁30の故障診断の起動操作、及び、診断結果の報知の少なくとも一方を実行することが可能である。同様に、実施の形態2及び3で説明した給湯装置100b、100cについて、図3に示したコモンベント構成に適用することが可能である。
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及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 バーナ、11 送風ファン、12 熱交換器、13 ガスバルブ、15 混合気通路、20 排気路、21 圧力センサ、25 排気口、27 共用通気管(排気側)、28 共用通気管(給気側)、30,130 逆止弁、31,131 付勢力、41 回転数センサ、42 電流センサ、50 制御部、100a,100b,100c 給湯装置、101〜103 特性線(P−Q)、151〜153 特性線(Nf−If)、200,300 リモコン、202,302 運転スイッチ、203,204,303 操作スイッチ、205,305 表示部、210,310 通信線、330 LANルータ、350 インターネット、380 サーバ、400,400a,400b 通信端末、If ファン電流、Ifr 基準電流値(ファン電流)、Nf ファン回転数、P 排気圧力(通気圧力)、Q 排気流量(通気流量)。
Claims (9)
- 燃料を燃焼する燃焼機構と、
前記燃焼機構に対して燃焼用空気を供給するための送風ファンと、
前記燃焼機構での燃焼ガスを排出するための排気口と、
前記送風ファンから前記排気口までの給排気通路に配置された逆止弁とを備え、
前記逆止弁は、前記給排気通路の通気圧力と、閉方向への付勢力との関係に従って開閉されるように構成され、
前記逆止弁が正常に開閉する際に、前記送風ファンの回転数増加に対して前記逆止弁の開度が変化する前記送風ファンの回転数範囲内に設定された診断回転数領域において、前記通気圧力が予め定められた正常圧力範囲よりも低い現象が検知されると前記逆止弁の開故障を検出する故障診断を実行する制御部をさらに備える、燃焼装置。 - 前記送風ファンの回転数を検出する回転数センサと、
前記送風ファンの駆動電流を検出する電流センサとをさらに備え、
前記制御部は、前記診断回転数領域において各前記回転数に対応して基準電流値の特性関係を予め記憶し、かつ、前記故障診断時の前記回転数の検出値から前記特性関係を参照して得られた前記基準電流値を含む正常電流範囲よりも、前記故障診断時の前記駆動電流の検出値が高いときに、前記通気圧力が前記正常圧力範囲よりも低い現象を検知して、前記開故障を検出する、請求項1記載の燃焼装置。 - 前記制御部は、前記故障診断時において、前記故障診断時の前記駆動電流の検出値が前記正常電流範囲よりも低いときに、前記通気圧力が前記正常圧力範囲よりも高い現象を検知して、前記逆止弁の閉故障を検出する、請求項2記載の燃焼装置。
- 前記送風ファンの回転数を検出する回転数センサと、
前記給排気通路において前記逆止弁の近傍に配置された圧力センサとをさらに備え、
前記制御部は、前記故障診断時には、前記診断回転数領域において、当該故障診断時の前記圧力センサによる前記通気圧力の検出値が、前記正常圧力範囲よりも低いときに、前記開故障を検出する、請求項1記載の燃焼装置。 - 前記制御部は、前記故障診断時には、前記診断回転数領域において、当該故障診断時の前記圧力センサによる前記通気圧力の検出値が、前記正常圧力範囲よりも高いときに、前記逆止弁の閉故障を検出する、請求項4記載の燃焼装置。
- 前記故障診断は、前記燃焼機構による燃焼運転の非実行時を選んで自動的に起動される、請求項1〜5のいずれか1項に記載の燃焼装置。
- 前記故障診断は、前記燃焼装置の操作端末に対する所定の操作入力に応じて起動可能であり、
前記燃焼装置は、
前記操作入力によって起動された前記故障診断において前記開故障が検出された場合には、前記逆止弁の設置忘れの確認を促す情報を報知する報知部をさらに備える、請求項6記載の燃焼装置。 - 前記操作端末及び前記報知部の少なくとも一方は、前記燃焼装置を通信接続された通信端末を含む、請求項7記載の燃焼装置。
- 前記排気口は、他の燃焼装置の排気口とさらに接続された共用接続管に対して接続される、請求項1〜8のいずれか1項に記載の燃焼装置。
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