JP2023000718A - ガス燃焼装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス燃焼装置において、供給されるべき空気量の応答性を向上させる。【解決手段】ガス燃料を空気と混合して燃焼させるガスバーナ２０と、ガスバーナに対するガス燃料の供給量を調整するガス量調整弁４０と、ガス燃料に混合させる空気の供給量を調整する空気量調整ユニットを備えたガス燃焼装置において、空気量調整ユニットは、ガスバーナに向かう空気の流れを発生させるべく一定回転数で回転駆動されるファン７０と、ガスバーナに供給する空気量を調整する空気量調整弁６０を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、ガス燃料に空気を混合して燃焼させるガス燃焼装置に関し、特に、所定の空燃比を維持しつつ要求される出力火力を提供するガス燃焼装置に関する。

従来のガス燃焼装置としては、バーナにガス燃料を供給する通路に設けられた比例制御弁、バーナに空気を供給するファン、バーナの負荷温度と設定温度との温度差に応じた信号を出力する温度調節回路、温度調節回路の出力信号に基づいてファンによる空気の供給量を変化させるファン駆動回路、ファン及びファンの駆動状態を検出する検出回路、検出回路の出力信号に基づいて比例制御弁を駆動する比例制御弁駆動回路を備えた、燃焼制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この燃焼制御装置においては、空気とガス燃料との空燃比制御を行うために、応答の遅いファン又はファンモータの駆動状態を検出し、この検出結果に基づいて応答の速い比例制御弁の通電電流を制御する、すなわち、応答の遅いファンの回転数に合わせてガス量を決定するものである。

また、他のガス制御装置としては、ガス燃料及び空気の混合気を燃焼させるバーナ、バーナに対するガス燃料の供給圧を制御するガス比例弁、回転数に応じた空気量で空気を供給するためのファン、バーナで目標発生熱量を発生する目標ガス圧及び所定の空燃比となる空気量を供給する目標回転数を設定する制御手段、目標回転数に応じてファンの回転数を制御するファン制御部、ファンの回転数を検出する回転数検出器を備えた、ガス燃焼式の給湯装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
この給湯装置においては、ファンの目標回転数が変更された過渡時において空燃比を維持するべく、回転数検出器によるセンシング遅れを考慮してガス燃料の供給圧（ガス量）を決定するものである。

このように、従来のガス燃焼装置においては、空気とガス燃料との空燃比制御を行う過渡状態において、供給されるガス量の応答に対して供給される空気量の応答が遅いため、両者の応答性を考慮した制御が必要であり、それ故に、制御が複雑である。また、ファン及びファンモータの動特性が、システムの応答性に影響を及ぼす構造となっている。

特開昭６２－１９０３２２号公報 特開２０１４－１２２７６３号公報

本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、供給されるべき空気量の応答性が向上するガス燃焼装置を提供することにある。

本発明のガス燃焼装置は、ガス燃料を空気と混合して燃焼させるガスバーナと、ガスバーナに対するガス燃料の供給量を調整するガス量調整弁と、ガス燃料に混合させる空気の供給量を調整する空気量調整ユニットとを備え、空気量調整ユニットは、ガスバーナに向かう空気の流れを発生させるべく一定回転数で回転駆動されるファンと、ガスバーナに供給する空気量を調整する空気量調整弁を含む、構成となっている。

上記ガス燃焼装置において、空気量調整弁及びファンの駆動を制御する制御ユニットを含み、制御ユニットは、所定の空燃比を維持するべく、要求される出力火力に対して、ファンを一定回転数にて回転駆動すると共にガス量調整弁及び空気量調整弁の開度を調整する、構成を採用してもよい。

上記ガス燃焼装置において、ガスバーナを囲繞すると共に，ガスバーナよりも上流側において空気の吸入口及びガスバーナよりも下流側において燃焼ガスの排出口を画定する筐体を含み、空気量調整弁は吸入口に配置され、ファンはガスバーナよりも下流側に配置されている、構成を採用してもよい。

上記ガス燃焼装置において、ガスバーナを囲繞すると共に，ガスバーナよりも上流側において空気の吸入口及びガスバーナよりも下流側において燃焼ガスの排出口を画定する筐体を含み、空気量調整弁は吸入口に配置され、ファンは空気量調整弁よりも下流側でかつガスバーナよりも上流側に配置されている、構成を採用してもよい。

上記ガス燃焼装置において、空気量調整弁は、駆動源と、駆動源により開閉駆動されるバタフライ弁を含む、構成を採用してもよい。

上記ガス燃焼装置において、空気量調整弁に含まれる駆動源は、ステッピングモータである、構成を採用してもよい。

上記ガス燃焼装置において、ファンは回転駆動力を生じるモータを含み、モータはＡＣモータである、構成を採用してもよい。

上記ガス燃焼装置において、出力火力の大きさに対応して供給されるガス量が異なる複数の能力を有する、構成を採用してもよい。

上記ガス燃焼装置において、制御ユニットは、複数の能力ごとに設定された一定の回転数でファンを回転駆動する、構成を採用してもよい。

上記ガス燃焼装置において、制御ユニットは、出力火力を算出する出力火力算出部と、出力火力算出部により出力された出力火力の情報に基づいて必要な能力に切り替える判定を行う能力切替部と、出力火力算出部により出力された出力火力の情報と能力切替部により出力された能力番号の情報に基づいて空気量調整弁の目標開度を算出する目標開度算出部と、目標開度算出部により出力された目標開度の情報に基づいて空気量調整弁の開度を制御する開度制御部を含む、構成を採用してもよい。

上記ガス燃焼装置において、制御ユニットは、出力火力を算出する出力火力算出部と、出力火力算出部により出力された出力火力の情報に基づいて必要な能力に切り替える判定を行う能力切替部と、出力火力算出部により出力された出力火力の情報と能力切替部により出力された能力番号の情報に基づいて空気量調整弁の開度を算出する目標開度算出部と、目標開度算出部により出力された目標開度の情報に基づいて空気量調整弁の開度を制御する開度制御部と、出力火力算出部により出力された出力火力の情報と能力切替部により出力された能力番号の情報に基づいてファンの目標回転数を算出する目標回転数算出部と、目標回転数算出部により出力された目標回転数の情報に基づいてファンを一定の回転数にて回転駆動する回転制御部を含む、構成を採用してもよい。

上記ガス燃焼装置において、ガスバーナに隣接して配置された熱交換器を含む、構成を採用してもよい。

上記構成をなすガス燃焼装置によれば、供給されるべき空気量の応答性が向上し、所定の空燃比を維持しつつ所望される出力火力を得ることができる。

本発明の第１実施形態に係るガス燃焼装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態に係るガス燃焼装置の部分図である。 本発明のガス燃焼装置において、第１実施形態に係る制御ユニットのブロック図である。 本発明のガス燃焼装置において、制御ユニットにおける動作全体の制御を示すフローチャートである。 本発明のガス燃焼装置において、制御ユニットにおける燃焼制御を示すフローチャートである。 本発明のガス燃焼装置に含まれる空気量調整弁において、弁開度と空気量の関係を示すグラフである。 本発明のガス燃焼装置に含まれる空気量調整弁において、出力火力と弁開度の関係を示すグラフである。 本発明のガス燃焼装置において、供給されるガス量の応答性と供給される空気量の応答性を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係るガス燃焼装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態に係るガス燃焼装置の部分図である。 本発明のガス燃焼装置において、他の実施形態に係る制御ユニットのブロック図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
第１実施形態に係るガス燃焼装置は、図１及び図２に示すように、筐体１０、ガスバーナ２０、ガス燃料供給配管３０、ガス量調整弁４０、ガス切替弁５０、空気量調整ユニットとしての空気量調整弁６０及びファン７０、熱交換器８０、給水配管９０、給湯配管１００、制御ユニット１１０を備えている。
ここで、ガス燃焼装置は、ガス給湯器として構成されている。

筐体１０は、耐熱性の金属板等により形成され、図２に示すように、ガスバーナ２０及び熱交換器８０を囲繞する内部空間１１、内部空間１１に空気を吸入する吸入口１２、内部空間１１から燃焼ガスを排出する排出口１３を備えている。

ガスバーナ２０は、図２に示すように、複数のガス噴出口を備え、第１分岐供給管３２により供給されたガス燃料を噴出する複数の第１噴出口２１、第２分岐供給管３３により供給されたガス燃料を噴出する複数の第２噴出口２２、イグナイタ２３、フレームロッド２４を備えている。
第１噴出口２１は、ガス量調整弁４０の開弁により供給されるガス燃料を噴出する。
第２噴出口２２は、ガス量調整弁４０及びガス切替弁５０の開弁により供給されるガス燃料を噴出する。
イグナイタ２３は、ガス燃料に点火するものであり、制御ユニット１１０の指令に基づいて作動する。
フレームロッド２４は、炎が存在するか否かを監視するものである。そして、フレームロッド２４の検出情報は制御ユニット１１０に入力される。

ガス燃料供給配管３０は、図１に示すように、上流側配管３１、上流側配管３１から分岐する第１分岐供給管３２及び第２分岐供給管３３を備えている。
上流側配管３１は、第１分岐供給管３２及び第２分岐供給管３３の上流側に位置し、その途中にガス量調整弁４０が配置されている。
第１分岐供給管３２は、ガスバーナ２０の第１噴出口２１に連通している。
第２分岐供給管３３は、ガス切替弁５０を介してガスバーナ２０の第２噴出口２２に連通している。

ガス量調整弁４０は、図１に示すように、ガス燃料供給配管３０において、上流側配管３１の途中に配置され、通電する電流がＰＷＭ制御により適宜制御される比例電磁弁であり、ガス燃料を通す通路を全閉する位置から全開する位置までの間で開度が調整されて、ガスバーナ２０に対するガス燃料の供給量を調整する。
すなわち、ガス量調整弁４０は、要求される出力火力に対して、所定の空燃比を維持するべく、制御ユニット１１０からの指令に基づく通電電流により開度が制御され、ガスバーナ２０へのガス燃料の供給量を調整する。

ガス切替弁５０は、図１に示すように、ガス燃料を供給するガス燃料供給配管３０において、第２分岐供給管３３の途中に配置され、ガス燃料を通す通路を全閉又は全開するように開閉駆動され、ガスバーナ２０の第２噴出口２２に対するガス燃料の供給量を調整する電磁弁である。
すなわち、ガス切替弁５０は、要求される出力火力に応じて制御ユニット１１０からの指令に基づき開閉制御され、ガスバーナ２０に対するガス燃料の供給量を調整する。

空気量調整弁６０は、図２に示すように、筐体１０の吸入口１２に配置されて、筐体１０内に流入する空気量を調整するものであり、バタフライ弁６１と、バタフライ弁６１を開閉駆動する駆動源６２を備えている。
バタフライ弁６１は、停止状態において、空気を通す通路を所定の開度に開放した休止位置に設定され、作動時に休止位置から消火開度及び着火開度を経て全開位置までの範囲を開閉駆動される。尚、休止位置は消火位置と同じであってもよい。
駆動源６２は、パルス電圧を印加して駆動するステッピングモータであり、制御ユニット１１０からの指令に基づき駆動制御される。
すなわち、空気量調整弁６０は、要求される出力火力に対して、所定の空燃比を維持するべく、制御ユニット１１０からの指令に基づき開閉制御され、ガスバーナ２０に供給する空気量を調整する。
ここで、空気量調整弁６０は、図６に示すように、バタフライ弁６１の開度に対して、通過する空気量が一定の割合で増加する比例関係を示す特性を備えている。また、空気量調整弁６０は、図７に示すように、出力火力の増加に伴って開度が大きくなる特性を備えている。

ファン７０は、図２に示すように、筐体１０の排出口１３の近傍に配置されて、筐体１０内の空気又は燃焼ガスを送出するものであり、複数の羽根を含む回転翼７１と、回転翼７１を回転駆動するモータ７２を備えている。
モータ７２は、周波数に応じた一定の回転速度を維持するＡＣモータである。また、モータ７２は、回転数を検出するセンサを備えており、センサの検出情報は制御ユニット１１０に入力される。
すなわち、ファン７０は、吸入口１２からガスバーナ２０に向かう空気の流れを発生させるように配置されて、要求される出力火力に対して所定の空燃比を維持するべく、制御ユニット１１０からの指令に基づき一定の回転数にて回転駆動される。

熱交換器８０は、図２に示すように、筐体１０内においてガスバーナ２０の直上に隣接して配置され、ガスバーナ２０が発生する熱量を、給水配管９０を通して供給された給水（常温水）に伝達する役割をなす。
すなわち、熱交換器８０は、給水配管９０から供給される水道水等の常温水を加熱し、給湯配管１００に向けて温水として供給する。

給水配管９０は、図１に示すように、熱交換器８０の上流側に接続されて、水道水等の常温水を通すものであり、途中において、水流量センサ９１、入口温度センサ９２を備えている。
水流量センサ９１は、給水配管９０を流れる給水の流量（Ｑ）を検出する。そして、水流量センサ９１の検出情報は、制御ユニット１１０に入力される。
入口温度センサ９２は、給水配管９０を流れる給水の温度（Ｔ１）を検出する。そして、入口温度センサ９２の検出情報は、制御ユニット１１０に入力される。

給湯配管１００は、図１に示すように、熱交換器８０の下流側に接続されて、熱交換器８０により加熱された温水を通すものであり、途中において、出口温度センサ１０１、給湯栓１０２を備えている。
出口温度センサ１０１は、給湯配管１００を流れる温水の温度（Ｔ２）を検出する。そして、出口温度センサ１０１の検出情報は、制御ユニット１１０に入力される。
給湯栓１０２は、操作者が操作する開閉弁である。

制御ユニット１１０は、プロセッサ、メモリ部、表示部、タイマー、外部リモコン１００ａと通信する通信部、入出力のインターフェース等を形成する電子部品及び電子回路を備えたコントローラとして構成されている。
メモリ部は、動作全体の制御、燃焼制御、及び燃焼状態の監視処理を行うプログラム、検出したセンサ情報及び燃焼状態に係る情報、所定の空燃比λ（例えば、λ＝２．８）を維持するための空気量及びガス燃料に関するマップ情報、その他の情報を格納するものであり、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶素子により構成される。
タイマーは、制御シーケンスにおいて経過時間を計時するものである。
外部リモコン１１０ａは、制御ユニット１１０に対して有線又は無線により接続されており、操作者が選定温度（Ｔ）等を設定する操作部、燃焼状態や警告等を表示する表示部等を備えている。

また、制御ユニット１１０は、図３に示すように、目標火力算出部１１１、出口温度Ｆ／Ｂ制御部１１２、出力火力算出部１１３、能力切替部１１４、空気量調整弁６０の目標開度算出部１１５及び開度制御部１１６、ガス量調整弁４０の目標電流算出部１１７及び電流制御部１１８、ファン７０の回転制御部１１９を備えている。

目標火力算出部１１１は、水流量センサ９１の検出信号（水流量Ｑ）、入口温度センサ９２の検出信号（Ｔ１）、及び外部リモコン１１０ａにより設定された設定温度（Ｔ）の情報に基づいて、目標火力をフィードフォワード量として算出する。
ここで、目標火力は、以下の式（１）により算出される。
目標火力＝水流量（Ｑ）×（設定温度（Ｔ）－入口温度（Ｔ１））／２５ （１）

出口温度Ｆ／Ｂ制御部１１２は、出口温度センサ１０１の検出信号（Ｔ２）、及び外部リモコン１１０ａにより設定された設定温度（Ｔ）の情報に基づいて、補正火力をフィードバック量として算出する。
出力火力算出部１１３は、目標火力算出部１１１により出力されたフィードフォワード量である目標火力と、出口温度Ｆ／Ｂ制御部１１２により出力されたフィードバック量である補正火力の情報に基づいて、出力火力を算出する。

能力切替部１１４は、出力火力算出部１１３により出力された出力火力の情報に基づいて、必要な能力に切り替える判定を行うと共にその指令信号を発する。
ここでは、出力火力の大きさに対応して供給されるガス量が異なる複数の能力として、ガス切替弁５０が閉弁したＯＦＦ状態の能力１と、ガス切替弁５０が開弁したＯＮ状態の能力２とが設定されている。また、能力切替部１１４は、能力１及び能力２にそれぞれ対応した能力番号を出力する。

目標開度算出部１１５は、出力火力算出部１１３により出力された出力火力と、能力切替部１１４により出力された能力番号の情報に基づいて、予め格納されたマップ（テーブル）情報から、空気量調整弁６０の目標開度を算出する。ここで、マップ情報としては、所定の空燃比を維持しつつ能力番号に応じた熱量を発生するのに必要な空気量を供給するために設定される開度に関する情報である。
開度制御部１１６は、目標開度算出部１１５により出力された目標開度の情報に基づいて、空気量調整弁６０の駆動源６２（ステッピングモータ）にパルス電圧を印加して、目標開度となるように駆動する。

目標電流算出部１１７は、能力切替部１１４により出力された能力番号と、目標開度算出部１１５により出力された目標開度の情報に基づいて、予め格納されたマップ情報から、ガス量調整弁４０の開度に対応する目標電流を算出する。ここで、マップ情報としては、所定の空燃比を維持しつつ能力番号に応じた熱量を発生するのに必要なガス量を供給するために設定される電流に関する情報である。
電流制御部１１８は、目標電流算出部１１７により出力された目標電流及び実際の電流のフィードバック情報に基づいて、ガス量調整弁４０（比例電磁弁）に通電する電流をＰＷＭ制御する。これにより、ガス量調整弁４０を通して供給されるガス燃料の供給量が調整される。

回転制御部１１９は、水流量センサ９１の出力信号に基づいてプロセッサから発せられる指令信号により、予め記憶された目標回転数に係る情報及び実際の回転数のフィードバック情報に基づいて、一定の回転数となるべくファン７０のモータ７２を回転駆動する。

次に、上記ガス燃焼装置の制御動作について、図４及び図５に示すフローチャートに基づいて説明する。制御動作は、上述の各種センサの検出情報及び予め記憶されたマップ情報等に基づいて、制御ユニット１１０が司る。
先ず、操作者が給湯栓１０２を開くと、ステップＳ１において、水流量センサ９１により検出される給水の流量（Ｑ）が規定水流量以上か否か判断される。ここで、流量（Ｑ）が規定水流量未満であると判断された場合、ステップＳ１の最初に戻る。一方、流量（Ｑ）が規定水流量以上と判断された場合、ステップＳ２に進む。

ステップＳ２においては、空気量調整弁６０が着火のために規定された着火開度にセットされる。尚、着火開度は、休止状態において予め設定された開度であってもよい。
続いて、ステップＳ３において、ファン７０がＯＮとされて起動し、予め設定された一定の回転数（回転速度）で回転する。
続いて、ステップＳ４において、イグナイタ２３がＯＮとされて作動し、ステップＳ５において、ガス量調整弁４０がＯＮとされて着火に必要な流量を供給する着火開度に開弁する。

そして、ステップＳ６において、フレームロッド２４の検出信号に基づき、ガスバーナ２０に炎が存在するか否か判断される。ここで、炎が存在しないと判断された場合、ステップＳ７において、タイマーの計時により規定時間経過したか否かが判断される。ここで、規定時間経過していないと判断された場合、ステップＳ６に戻って再び炎が存在するか否か判断される。一方、規定時間経過したと判断された場合、ステップＳ８においてガス量調整弁４０がＯＦＦとされて閉弁する。続いて、ステップＳ９において、空気量調整弁６０が消火開度にセットされる。続いて、ステップＳ１０において、タイマーの計時により規定時間経過したか否かが判断される。ここで、規定時間経過していないと判断された場合、ステップＳ１０の最初に戻る。一方、規定時間経過したと判断された場合、ステップＳ１１においてファン７０がＯＦＦとされて回転を停止する。

ステップＳ６において、炎が存在すると判断された場合、ステップＳ１２においてイグナイタ２３がＯＦＦとされて作動が停止する。
続いて、ステップＳ１３において、燃焼制御が開始される。燃焼制御は、所定の空燃比を維持しつつ要求される出力火力となるように、ファン７０を一定回転数にて回転駆動すると共にガス量調整弁４０及び空気量調整弁６０の開度を適宜調整するものである。

ここで、ステップＳ１３における燃焼制御について説明すると、図５に示すように、ステップＳ１３１において、要求される出力火力が算出される。出力火力は、制御ユニット１１０において、目標火力算出部１１１により出力されたフィードフォワード量である目標火力と、出口温度Ｆ／Ｂ制御部１１２により出力されたフィードバック量である補正火力の情報に基づいて算出される。

続いて、ステップＳ１３２において、ガス切替弁５０のＯＮ／ＯＦＦが制御される。ガス切替弁５０をＯＮ（開弁）にするか又はＯＦＦ（閉弁）にするかは、能力切替部１１４において、出力火力算出部１１３により出力された出力火力の情報に基づいて能力１又は能力２のいずれを選択するか判定されて、能力１が選択されたときガス切替弁５０はＯＦＦとされ、能力２が選択されたときガス切替弁５０はＯＮとされる。

続いて、ステップＳ１３３において、空気量調整弁６０のバタフライ弁６１の開度が制御される。バタフライ弁６１の開度制御は、開度制御部１１６において、図５に示す開度と空気量の関係を示すマップ情報及び図６に示す出力火力に関する能力１及び能力２と開度との関係を示すマップ情報に基づき、目標開度算出部１１５により出力された目標開度に関する指令により、空気量調整弁６０の駆動源６２（ステッピングモータ）にパルス電圧が印加されて目標開度となるように駆動制御される。

続いて、ステップＳ１３４において、ガス量調整弁４０に通電する電流が制御される。この電流制御は、電流制御部１１８において、目標電流算出部１１７により出力された目標電流及び電流のフィードバック情報に基づいて、ガス量調整弁４０（比例電磁弁）に通電する電流がＰＷＭ制御されて、ガス量調整弁４０を通して供給されるガス燃料の供給量が調整される。

続いて、ステップＳ１３５において、ファン７０の回転が制御される。この回転制御は、回転制御部１１９において、水流量センサ９１の出力信号に基づいてプロセッサから発せられる指令信号により、予め記憶された目標回転数に係る情報及び実際の回転数のフィードバック情報に基づいて、ファン７０のモータ７２を一定の回転数にて回転駆動する。
上述のように、ステップ１３１～１３５により、ステップＳ１３において燃焼制御が行われる。

続いて、ステップＳ１４において、水流量センサ９１により検出される給水の流量（Ｑ）が規定水流量以下か否か判断される。ここで、流量（Ｑ）が規定水流量以下であると判断された場合、ステップＳ８，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１１に移行する。一方、流量（Ｑ）が規定水流量以下ではないと判断された場合、ステップＳ１５に進む。
ステップＳ１５においては、フレームロッド２４の検出信号に基づき、ガスバーナ２０に炎が存在するか否か判断される。ここで、炎が存在しないと判断された場合、ステップＳ８，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１１に移行する。一方、炎が存在すると判断された場合、ステップＳ１６に進む。

ステップＳ１６においては、燃焼状態に異常があるか否か判断される。ここで、異常ありと判断された場合、ステップＳ８，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１１に移行する。一方、異常なしと判断された場合、ステップＳ１３に戻り、燃焼制御が続行される。
ここで、異常があるか否かの判断は、各種のセンサにより検出された検出情報、予め記憶されたマップ情報、制御ユニット１１０により算出された情報を照らし合わせて、予想される範囲を逸脱した場合は、異常ありと判断され、予想される範囲の場合は異常なしと判断される。

上記構成をなすガス燃焼装置によれば、空気量調整ユニットとして、ガスバーナ２０に向かう空気の流れを発生させるべく一定回転数で回転駆動されるファン７０と、ガスバーナ２０に供給する空気量を調整する空気量調整弁６０を含むため、従来のようにファンの回転数を制御して空気量を調整する場合に比べて、図８に示すように、過渡状態における空気量の応答性が向上する。したがって、システム全体としての応答性も向上し、従来のようなガス量と空気量との応答性の違いを加味した制御等が不要になり、制御を簡略化できる。また、ファン７０が一定の回転数で回転するため、回転の変動に伴う騒音や振動等を抑制ないし防止することができる。

また、上記構成をなすガス燃焼装置によれば、ガスバーナ２０を囲繞すると共にガスバーナ２０よりも上流側において空気の吸入口１２及びガスバーナ２０よりも下流側において燃焼ガスの排出口１３を画定する筐体１０を含み、空気量調整弁６０が吸入口１２に配置され、ファン７０がガスバーナ２０よりも下流側に配置されることにより、空気量調整弁６０の開閉動作だけで筐体１０内の内部空間１１に吸入される空気量を調整することができる。これにより、所定の空燃比を維持しつつ要求される出力火力を発生させることができる。

また、上記構成をなすガス燃焼装置によれば、空気量調整弁６０が、駆動源６２と、駆動源６２により開閉駆動されるバタフライ弁６１を含むものであるため、空気の通路面積を大きく設定することができ、又、バタフライ弁６１の回動動作だけで空気の通路面積を素早く調整でき、それ故に、空気量を要求される供給量に素早く調整することができる。
さらに、駆動源６２として、ステッピングモータを採用することにより、フィードバック制御が不要であり、バタフライ弁６１の開度を高精度に制御することができる。

また、上記構成をなすガス燃焼装置によれば、ファン７０の回転駆動力を生じるモータ７２を含み、モータ７２としてＡＣモータを採用することにより、周波数に応じて一定の回転数（回転速度）を維持することが容易であり、回転速度（回転トルク）のムラも少なく、さらに、長寿命化に適している。

図９及び図１０は、本発明の第２実施形態に係るガス燃焼装置を示すものであり、ファン１７０の配置位置を変更した以外は前述の第１実施形態と同一であり、同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
第２実施形態に係るガス燃焼装置は、図９に示すように、筐体１０、ガスバーナ２０、ガス燃料供給配管３０、ガス量調整弁４０、ガス切替弁５０、空気量調整ユニットとしての空気量調整弁６０及びファン１７０、熱交換器８０、給水配管９０、給湯配管１００、制御ユニット１１０を備えている。

ファン１７０は、図１０に示すように、筐体１０内において、空気量調整弁６０よりも下流側でかつガスバーナ２０よりも上流側に配置されて、筐体１０内の空気又は燃焼ガスを送出するものであり、複数の羽根を含む回転翼１７１と、回転翼１７１を回転駆動するモータ１７２を備えている。
モータ１７２は、周波数に応じた一定の回転速度を維持するＡＣモータである。
すなわち、ファン１７０は、吸入口１２からガスバーナ２０に向かう空気の流れを発生させるように配置されて、要求される出力火力に対して所定の空燃比を維持するべく、制御ユニット１１０からの指令に基づき一定の回転数にて回転駆動される。

第２実施形態においては、ファン１７０が、空気の流れ方向においてガスバーナ２０よりも上流側に配置されているため、燃焼ガスによる熱の影響を抑制ないし防止することができる。また、ファン１７０の向きを適宜調整することにより、ファン１７０を通過した空気をガスバーナ２０に向けて容易に方向付けすることができる。
尚、制御ユニット１１０による動作全体の制御及び燃焼制御は、前述の第１実施形態と同一であるため、ここでの説明は省略する。

上記第２実施形態に係るガス燃焼装置においても、空気量調整ユニットとして、ガスバーナ２０に向かう空気の流れを発生させるべく一定回転数で回転駆動されるファン１７０と、ガスバーナ２０に供給する空気量を調整する空気量調整弁６０を含むため、従来のようにファンの回転数を制御して空気量を調整する場合に比べて、図８に示すように、過渡状態における空気量の応答性が向上する。したがって、システム全体としての応答性も向上し、従来のようなガス量と空気量との応答性の違いを加味した制御等が不要になり、制御を簡略化できる。また、ファン１７０が一定の回転数で回転するため、回転の変動に伴う騒音や振動等を抑制ないし防止することができる。

図１１は、ガス燃焼装置の動作全体の制御及び燃焼制御を司る制御ユニットの他の実施形態を示すものであり、前述の実施形態に係る制御ユニット１１０と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
この実施形態に係る制御ユニット２１０は、目標火力算出部１１１、出口温度Ｆ／Ｂ制御部１１２、出力火力算出部１１３、能力切替部１１４、空気量調整弁６０の目標開度算出部１１５及び開度制御部１１６、ガス量調整弁４０の目標電流算出部１１７及び電流制御部１１８、ファン７０（１７０）の回転数を算出する目標回転数算出部２１１、ファン７０（１７０）の回転を制御する回転制御部２１２を備えている。

目標回転数算出部２１１は、出力火力算出部１１３により出力された出力火力と、能力切替部１１４により出力された能力番号の情報に基づいて、予め格納されたマップ情報から、ファン７０（１７０）の目標回転数を算出する。
具体的には、マップ情報として、出力火力が能力１の場合は一定の回転数Ｎ１が設定され、出力火力が能力２の場合は一定の回転数Ｎ２（Ｎ２＞Ｎ１）が設定されている。したがって、目標回転数算出部２１１は、回転数Ｎ１と回転数Ｎ２のいずれを選択するかを決定する。

回転制御部２１２は、水流量センサ９１の出力信号に基づいてプロセッサから発せられる指令信号、目標回転数算出部２１１により出力された回転数に係る情報及び実際の回転数のフィードバック情報に基づいて、一定の回転数（Ｎ１又はＮ２）となるべくファン７０（１７０）のモータ７２（１７２）を回転駆動する。
すなわち、制御ユニット２１０は、複数の能力（能力１、能力２）ごとに設定された一定の回転数（Ｎ１、Ｎ２）でファン７０（１７０）を回転駆動する。

上記実施形態に係る制御ユニット２１０の制御手法によれば、要求される出力火力が小さいモードでは必要とされる空気量も少なくなるため、ファン７０（１７０）の回転数を小さくすることで、空気量調整弁６０の開閉に伴う絞り抵抗及び絞り抵抗による騒音等を抑制ないし防止することができる。一方、要求される出力火力が大きいモードでは必要とされる空気量も多くなるため、ファン７０（１７０）の回転数を大きくすることで、所定の空燃比を維持しつつ所望される出力火力を得ることができる。

上記実施形態においては、出力火力の大きさに対応して供給されるガス量が異なる複数の能力として、二つの能力（能力１及び能力２）を有する構成を示したが、これに限定されるものではなく、三つの能力、四つの能力、又はそれ以上の能力が設定されていてもよい。

上記実施形態においては、ガス燃焼装置が、ガスバーナ２０及び熱交換器８０を囲繞する内部空間１１、ガスバーナ２０よりも上流側において空気の吸入口１２、及びガスバーナ２０よりも下流側において燃焼ガスの排出口１３を画定する筐体１０を含む構成を示したが、これに限定されるものではなく、ガスバーナ２０に向けて供給されるべき空気量を調整できる形態であれば、その他の形態をなす構成を採用してもよい。

上記実施形態においては、ガス燃焼装置として、熱交換器８０を含むガス給湯器を示したが、これに限定されるものではなく、ガス燃料の燃焼により生じる熱量を利用するものであれば、暖房用のガス燃焼装置、その他の形態をなすガス燃焼装置であってもよい。

上記実施形態においては、空気量調整弁として、バタフライ弁６１及び駆動源６２（ステッピングモータ）を含む空気量調整弁６０を示したが、これに限定されるものではなく、空気の流れる通路を開閉して空気量を調整できるものであれば、その他の形態をなす空気量調整弁を採用してもよい。
また、空気量調整弁６０の駆動源６２として、ステッピングモータを示したが、開度センサを備えたＤＣモータ等を駆動源として採用してもよい。

上記実施形態においては、ファン７０，１７０のモータ７２，１７２として、ＡＣモータを採用する構成を示したが、これに限定されるものではなく、ＤＣモータを駆動源とするファンを採用してもよい。

以上述べたように、本発明のガス燃焼装置は、供給されるべき空気量の応答性が向上し、所定の空燃比を維持しつつ所望される出力火力を得ることができるため、上述のような常温水を加熱して温水を提供するガス給湯器として適用できるのは勿論のこと、風呂給湯器、その他の流体を加熱する加熱機器においても有用である。

１０ 筐体
１１ 内部空間
１２ 吸入口
１３ 排出口
２０ ガスバーナ
３０ ガス燃料供給配管
４０ ガス量調整弁
５０ ガス切替弁
６０ 空気量調整弁（空気量調整ユニット）
６１ バタフライ弁
６２ 駆動源（ステッピングモータ）
７０ ファン（空気量調整ユニット）
７２ モータ（ＡＣモータ）
８０ 熱交換器
１００ 給湯配管
１１０ 制御ユニット
１１３ 出力火力算出部
１１４ 能力切替部
１１５ 目標開度算出部
１１６ 開度制御部
１７０ ファン（空気量調整ユニット）
１７２ モータ（ＡＣモータ）
２１０ 制御ユニット
２１１ 目標回転数算出部
２１２ 回転制御部

Claims (12)

1. ガス燃料を空気と混合して燃焼させるガスバーナと、
   前記ガスバーナに対するガス燃料の供給量を調整するガス量調整弁と、
   前記ガス燃料に混合させる空気の供給量を調整する空気量調整ユニットと、を備え、
   前記空気量調整ユニットは、前記ガスバーナに向かう空気の流れを発生させるべく一定回転数で回転駆動されるファンと、前記ガスバーナに供給する空気量を調整する空気量調整弁と、を含む、
   ことを特徴とするガス燃焼装置。
2. 前記空気量調整弁及び前記ファンの駆動を制御する制御ユニットを含み、
   前記制御ユニットは、所定の空燃比を維持するべく、要求される出力火力に対して、前記ファンを一定回転数にて回転駆動すると共に前記ガス量調整弁及び前記空気量調整弁の開度を調整する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のガス燃焼装置。
3. 前記ガスバーナを囲繞すると共に，前記ガスバーナよりも上流側において空気の吸入口及び前記ガスバーナよりも下流側において燃焼ガスの排出口を画定する筐体を含み、
   前記空気量調整弁は、前記吸入口に配置され、
   前記ファンは、前記ガスバーナよりも下流側に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のガス燃焼装置。
4. 前記ガスバーナを囲繞すると共に，前記ガスバーナよりも上流側において空気の吸入口及び前記ガスバーナよりも下流側において燃焼ガスの排出口を画定する筐体を含み、
   前記空気量調整弁は、前記吸入口に配置され、
   前記ファンは、前記空気量調整弁よりも下流側でかつ前記ガスバーナよりも上流側に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のガス燃焼装置。
5. 前記空気量調整弁は、駆動源と、前記駆動源により開閉駆動されるバタフライ弁を含む、
   ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか一つに記載のガス燃焼装置。
6. 前記駆動源は、ステッピングモータである、
   ことを特徴とする請求項５に記載のガス燃焼装置。
7. 前記ファンは、回転駆動力を生じるモータを含み、
   前記モータは、ＡＣモータである、
   ことを特徴とする請求項１ないし６いずれか一つに記載のガス燃焼装置。
8. 前記出力火力の大きさに対応して供給されるガス量が異なる複数の能力を有する、
   ことを特徴とする請求項２ないし７いずれか一つに記載のガス燃焼装置。
9. 前記制御ユニットは、前記複数の能力ごとに設定された一定の回転数で前記ファンを回転駆動する、
   ことを特徴とする請求項８に記載のガス燃焼装置。
10. 前記制御ユニットは、前記出力火力を算出する出力火力算出部と、前記出力火力算出部により出力された出力火力の情報に基づいて必要な能力に切り替える判定を行う能力切替部と、前記出力火力算出部により出力された出力火力の情報と前記能力切替部により出力された能力番号の情報に基づいて前記空気量調整弁の開度を算出する目標開度算出部と、前記目標開度算出部により出力された目標開度の情報に基づいて前記空気量調整弁の開度を制御する開度制御部と、を含む、
    ことを特徴とする請求項８に記載のガス燃焼装置。
11. 前記制御ユニットは、前記出力火力を算出する出力火力算出部と、前記出力火力算出部により出力された出力火力の情報に基づいて必要な能力に切り替える判定を行う能力切替部と、前記出力火力算出部により出力された出力火力の情報と前記能力切替部により出力された能力番号の情報に基づいて前記空気量調整弁の開度を算出する目標開度算出部と、前記目標開度算出部により出力された目標開度の情報に基づいて前記空気量調整弁の開度を制御する開度制御部と、前記出力火力算出部により出力された出力火力の情報と前記能力切替部により出力された能力番号の情報に基づいて前記ファンの目標回転数を算出する目標回転数算出部と、前記目標回転数算出部により出力された目標回転数の情報に基づいて前記ファンを一定の回転数にて回転駆動する回転制御部と、を含む、
    ことを特徴とする請求項９に記載のガス燃焼装置。
12. 前記ガスバーナに隣接して配置された熱交換器を含む、
    ことを特徴とする請求項１ないし１１いずれか一つに記載のガス燃焼装置。
    
    

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