JP2584346Y2 - 燃焼装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、燃料のガス種に応じて
ガス供給量の制御範囲を可変制御する給湯器や風呂釜等
の燃焼装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図11には燃焼装置として一般的に知られ
ている給湯器の模式構成が示されている。同図におい
て、バーナ１の下部側には給排気用のファン２が配置さ
れており、バーナ１の上方には熱交換器３が配設されて
いる。バーナ１にはガス通路４が接続されており、この
ガス通路４内にガス量を開弁量によって制御する比例弁
５が設けられている。

【０００３】前記熱交換器３の入側には給水管６が接続
されており、この給水管６には入水温度を検出する入水
温度センサ７と熱交換器３の通水流量を検出する流水量
センサ８とが設けられている。また、熱交換器３の出側
には給湯管10が接続されており、この給湯管10には出湯
温度を検出する出湯温度センサ11が設けられている。

【０００４】この種の給湯器では、最大と最小の燃焼能
力が設計段階で与えられており、したがって、給湯器の
出荷調整段階で、最大燃焼能力に対応する比例弁５の開
弁駆動電流と最小燃焼能力に対応する比例弁５の開弁駆
動電流とが設定され、制御装置12は、この最大燃焼能力
に対応する開弁駆動電流を上限とし、最小燃焼能力に対
応する開弁駆動電流を下限とした制御範囲内で比例弁５
の開弁量を可変制御し、バーナ１の燃焼制御を行ってい
る。

【０００５】周知のように、ガスの燃焼時の発熱量は、
ガス種によって異なっており、このため、従来において
は、使用するガス種に応じて前記給湯器の燃焼能力の設
定が行われ、この燃焼能力の制御範囲に合った比例弁が
給湯器の燃焼能力やガス種に応じて装備されていた。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】しかしながら、給湯器
の燃焼能力やガス種に応じて専用の比例弁５を装備する
方式は、指定のガス種でしか使用することができず、他
のガス種を使用するときにはそのガス種に合った比例弁
に取り替え、能力設定、つまり、比例弁５の制御範囲を
新たに設定し直さなければならないという面倒があっ
た。

【０００７】このような面倒を解消するためには、複数
のガス種の使用を予め予測し、各ガス種の制御範囲を全
て包含する広幅の制御範囲を予め設定しておくことが考
えられる。例えば、使用するガス種が13Ａガスと６Ｂガ
スの場合には、図12に示すように、13Ａガスの開弁駆動
電流の制御範囲と、６Ｂガスの制御範囲とを合わせた制
御範囲よりも広めの広幅制御範囲を設定しておくことが
考えられる。

【０００８】しかし、このように非常に広い制御範囲を
設定すると、例えば、13Ａガスを使用するとき、出湯温
度が設定温度よりもかなり低いようなときには、制御装
置12はできるだけ出湯温度を設定温度に近づけるため
に、本来の13Ａガスでの制御範囲の上限Ａの電流よりも
かなり大きいＢの開弁駆動電流で比例弁５を過剰に開け
てしまうので、今度は、熱交換器３を通る水が過剰に加
熱されて、設定温度よりもかなり温度の高い湯が出てし
まい、オーバーシュート（設定温度よりも湯温が高くな
る現象）が大きくなってしまうという問題が生じる。ま
た、例えば、６Ｂガスを使用しているとき、設定温度に
対して出湯温度が高めのときには、制御装置12は出湯温
度を設定温度に短時間のうちに近づけるように制御する
ため、６Ｂガスの本来の最小駆動電流Ｃに対して、これ
よりもかなり小さいＤの電流を比例弁５に加えて弁を絞
るため、今度は、ガスの燃焼量が少なくなりすぎて、設
定温度よりもかなり温度の低いアンダーシュートの湯が
出てしまうという問題が生じる。

【０００９】本考案は上記課題を解決するためになされ
たものであり、その目的は、複数のガス種を共通の比例
弁で燃焼制御でき、しかも、大きなオーバーシュートや
アンダーシュートを生じることなく、湯温をすばやく、
かつ、安定に制御することができる燃焼装置を提供する
ことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本考案は上記目的を達成
するために、次のように構成されている。すなわち、第
１の考案は、燃料ガスをバーナに導くガス通路にガス流
量調整弁が設けられ、このガス流量調整弁の開弁量を制
御することにより供給ガス量を可変制御する燃焼装置に
おいて、上記ガス通路を流れる燃料ガスの流量を検出す
るガス流量検出手段が設けられ、このガス流量検出手段
から出力される出力値とガス流量との関係データがガス
種毎に予め与えられ零を含む所定のガス流量に対応した
上記ガス流量検出手段の出力値を上記関係データと照合
して使用ガス種を自動的に判別するガス種判別部が設け
られており、このガス種判別部により使用ガス種が判別
・設定されたときに、そのガス種設定信号に基づき、そ
のガス種に合った開弁量制御範囲を自動設定する開弁量
設定部が設けられていることを特徴として構成されてお
り、また、第２の考案は、燃料ガスをバーナに導くガス
通路にガス流量調整弁が設けられ、このガス流量調整弁
の開弁量を制御することにより供給ガス量を可変制御す
る燃焼装置において、使用ガス種が設定されたときに、
そのガス種設定信号に基づき、そのガス種に合った開弁
量制御範囲を自動設定する開弁量設定部が設けられてお
り、この前記開弁量設定部は、開弁量制御範囲の上限を
器具の能力として設定された最大燃焼能力に相当する開
弁量よりも上側に所定量幅を広げ、開弁量制御範囲の下
限を器具の能力として設定された最小燃焼能力に相当す
る開弁量よりも下側に所定量幅を広げて、設定ガス種の
固有の開弁量制御範囲よりも広めに設定するように構成
されている。さらに、第３の考案は、上記第１又は第２
の考案の構成を備え、燃料ガスをバーナに導くガス通路
にガス流量調整弁が設けられ、このガス流量調整弁の開
弁量を制御することにより供給ガス量を可変制御する燃
焼装置において、上記ガス通路を流れる燃焼ガスの流量
を検出するガス流量検出手段と、バーナに要求される熱
量を発生させるのに必要なバーナへの供給ガス量を求め
る要求ガス量設定部と、上記ガス流量検出手段により検
出されるガス流量が上記要求ガス量設定部により求めら
れた要求ガス量となるように上記ガス流量調整弁の開弁
量を制御して燃焼制御を行う開弁量制御部とが設けられ
ており、上記ガス流量検出手段はガス流量調整弁の配設
位置よりも上流側のガス通路に設けられていることを特
徴的な構成としている。さらにまた、第４の考案は、上
記第１又は第２又は第３の考案の構成を備え、前記バー
ナの点火時にはガス流量調整弁の開弁をゆっくり動作さ
せてバーナに供給するガス量をゆるやかに立ち上げて行
く緩点火制御部が設けられていることを特徴的な構成と
している。

【００１１】

【作用】上記構成の本考案において、燃焼装置の燃焼運
転に際し、ガス種が手動あるいは自動で設定されると、
その設定されたガス種に応じて開弁量設定部は、その設
定されたガス種に合った開弁量制御範囲を自動的に設定
する。そしてこの設定された開弁量制御範囲内で、バー
ナの燃焼量が制御される。

【００１２】

【実施例】以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明
する。なお、本実施例の説明において、従来例と同一の
部分には同一符号を付し、その重複説明は省略する。図
１には本考案に係る燃焼装置の一実施例のシステム構成
が示されている。この実施例の燃焼装置も、前記従来例
と同様に給湯器を対象に示してある。この実施例では、
ガス通路４内にガス流量検出手段としての熱線風速計13
を設け、さらに、制御装置12に、ガス種に合った制御範
囲を設定して燃焼制御を行うとともに、点火時には緩点
火制御を行う特有な燃焼制御部18を設けてある。それ以
外の構成は前記従来例とほぼ同様である。なお、図１
中、９はファン２の回転を検出するファン回転センサで
ある。

【００１３】前記熱線風速計13は、図２に示すように、
合成樹脂製の中空状のケース14内にガス流量を検出する
風速センサ素子15と、温度補償用センサ素子16とを配設
し、風速センサ素子15を加熱した状態にしておくことに
より、ケース14内を通るガスの流速に応じて風速センサ
素子15からの放熱量が変化し、この放熱量の変化を電気
信号に変換し、温度補償用センサ素子16によって温度補
償されたガス流量の検出信号が制御装置12に加えられ
る。

【００１４】前記本実施例の特徴的な燃焼制御部18は、
図３に示すように、熱量算出部20と、要求ガス量設定部
21と、メモリ22と、ガス種判別部23と、開弁量設定部24
と、開弁量制御部25と、緩点火制御部26とを有して構成
されている。熱量算出部20は、入水温度センサ７から加
えられる入水温度と、出湯温度センサ11から加えられる
出湯温度と、流水量センサ８から加えられる熱交換器３
の通水流量と、図示されていないリモコン等から加えら
れる給湯の設定温度との情報に基づき、給水温度が設定
温度に高められるのに要する要求熱量をＰＩＤ、ＰＩＤ
とフィードフォワードとの併用、フィードフォワード等
の所望の制御演算により算出し、その算出結果を要求ガ
ス量設定部21に加える。

【００１５】メモリ22には使用する各種のガス種ごと
に、ガス流量と熱線風速計13のセンサ出力の関係を示す
データが予め与えられている。説明を簡単にするため
に、使用するガスが都市ガスの13Ａガスと６Ｂガスの場
合で説明すると、この場合には一例として図４に示すよ
うなグラフデータが予めメモリ22に与えられている。例
えば、2.5 号の給湯器を例にした場合、13Ａガスでは、
最小燃焼能力が4500Kcal／ｈの熱量に対応するガス流量
Ｆ_ALのセンサ出力Ｖ_ALと、最大燃焼能力の熱量4500０Ｋ
ｃａｌ ／ｈに対応するガス流量Ｆ_AHのセンサ出力Ｖ_AH
の値と、ガス流量が零のときのセンサ出力Ｖ_A0との値が
与えられており、同様に、６Ｂガスに対しても、最小燃
焼能力のガス流量Ｆ_BLに対応するセンサ出力Ｖ_BLと、最
大燃焼能力のガス流量Ｆ_BHに対応するセンサ出力Ｖ
_BHと、ガス流量が零のときのセンサ出力Ｖ_B0とがそれぞ
れ与えられている。

【００１６】一方、ガス種判別部23は熱線風速計13から
加えられる信号のレベルと、メモリ22に記憶されている
ガス流量とセンサ出力との関係グラフから、使用のガス
種を自動判別する。周知のように、ガス種が異なること
によって熱の伝導率が異なっており、そのため、ガス種
によって風速センサ素子15からの放熱量が異なるため
に、ガスが流れているときはもちろんのこと、ガス流量
が零の状態でも熱線風速計13の出力レベルがガス種ごと
に異なることになる。この現象を利用し、この実施例で
はガス種判別部23はガス流量が零の状態で熱線風速計13
から加えられるセンサ出力と、前記ガス流量とセンサ出
力との関係グラフデータとを比較してガス種を判別し
（センサ出力がＶ_A0であれば13Ａガス、Ｖ_B0であれば６
Ｂガスと判別する）、その判別結果を要求ガス量設定部
21と開弁量設定部24に加える。

【００１７】開弁量設定部24は使用するガス種に応じ、
ガス流量の制御範囲を設定する。この制御範囲の設定
は、前記メモリ22に記憶されているガス種とセンサ出力
とのデータに基づいて設定する。この設定の仕方として
様々な態様が考えられ、例えば、13Ａガスの場合には、
給湯器の最小燃焼量のガス流量をセンサ出力Ｖ_ALの値と
して設定し、最大燃焼能力に対応するガス流量をＶ_AHと
して設定し、同様に、６Ｂガスのときには最小燃焼能力
のガス流量をＶ_BL、最大燃焼能力に対応するガス流量を
Ｖ_BHとしてそれぞれ設定してもよいが、この実施例では
制御範囲の下限と上限をこれよりも所定量、例えば制御
範囲に対して10〜20％広めにして、13Ａガスの場合は制
御範囲の上限をＶ_AH′、下限をＶ_AL′で与え、６Ｂガス
の場合は制御範囲の上限をＶ_BH′、下限をＶ_BL′で与え
ている。そしてこの設定された制御範囲は要求ガス量設
定部21と開弁量制御部25に加えられる。

【００１８】前記要求ガス量設定部21は前記熱量算出部
20の要求熱量を発生させるのに必要なガス量Ｆ_G を算出
し、このＦ_G が給湯器の制御範囲の下限のガス流量Ｆ_GL
（13ＡガスではＦ_AL′、６ＢガスではＦ_BL′）と上限の
ガス流量Ｆ_GH（13ＡガスではＦ_AH′、６Ｂガスでは
Ｆ_BH′）の範囲内に入っているか否かを判断し、Ｆ_GLと
Ｆ_GHの範囲に入っているときにはその算出値Ｆ_G をその
まま要求ガス量Ｆ_GSP と設定し、Ｆ_G がＦ_GLよりも小さ
いときには下限のＦ_GLの値を要求ガス量Ｆ_GSP の値とし
て（Ｆ_GSP ＝Ｆ_GL）、また、Ｆ_G がＦ_GHを越えていると
きには上限のＦ_GHを要求ガス量Ｆ_GSP の値として（Ｆ
_GSP ＝Ｆ_GH）設定する。そして、その要求ガス量設定値
Ｆ_GSP を開弁量制御部25に加える。

【００１９】開弁量制御部25は演算部を有し、使用する
ガス種に合った開弁量の制御範囲の設定とこの設定され
た制御範囲内で、ガス流量調整弁としての比例弁５に加
える開弁駆動電流の算出を行う。給湯器の設置施工段階
では、開弁量制御部25に複数のガス種の制御範囲を包含
した幅の広い開弁量の制御範囲が与えられている。例え
ば、使用ガス種として13Ａガスと６Ｂガスが想定される
ときには、図４で、この両ガスの制御範囲を包含した上
限をＶ_GH、下限をＶ_GLとした制御範囲が与えられてお
り、実際の給湯器の使用時には、開弁量設定部24から加
えられる制御範囲に基づいて前記幅広の制御範囲を使用
するガス種に合った制御範囲に更新設定する。例えば、
ガス種が13Ａガスの場合には、元の制御範囲Ｖ_GL〜Ｖ_GH
をＶ_AL′〜Ｖ_AH′に更新設定する。同様に、６Ｂガスの
ときには、制御範囲をＶ_BL′〜Ｖ_BH′の範囲に更新設定
する。

【００２０】次に、開弁量制御部25は、前記要求ガス量
設定部21から加えられる要求ガス量Ｆ_GSP と、熱線風速
計13から加えられるガスの検出流量とを比較し、バーナ
１に加えられるガス流量が要求ガス量Ｆ_GSP になるよう
に比例弁５の開弁量、つまり、比例弁５に加える開弁駆
動電流の大きさを例えばＰＩ演算により算出し、その算
出した弁開駆動電流を比例弁５に加え、比例弁５の開弁
量を前記制御範囲設定部24で設定された制御範囲内で制
御してバーナ１の燃焼運転を行う。

【００２１】前記緩点火制御部26は、給湯器の点火動作
状態を検知したときに、開弁量制御部25の開弁駆動電流
を求めるときのＰＩ演算式の比例帯を広く、および（又
は）積分時間を大きくする。この結果、点火時に比例弁
５に加えられる開弁駆動電流はゆっくりと立ち上がるの
で、開弁動作がゆっくりとなり、目的とする緩点火が達
成される。

【００２２】この実施例は上記のように構成されてお
り、次に、その動作を図５に示すフローチャートに基づ
き簡単に説明する。まず、スタート直後に、緩点火の動
作状態か否かの判断がステップ100 で行われる。点火動
作以外のときには、給湯の設定温度の検出と、熱交換器
３に入る入水温度の検出と、熱交換器３から出る出湯温
度の検出と、熱交換器３の通水流量の検出がそれぞれ行
われ、ステップ105 で、これらの検出値に基づき、熱交
換器３に入る水を設定温度に高めるのに必要な要求熱量
が熱量算出部20によってＰＩＤ、ＰＩＤとフィードフォ
ワードの併用、フィードフォワード等の所望の制御演
算、この実施例ではＰＩＤとフィードフォワードとを併
用した制御演算式により算出される。

【００２３】次に、ステップ106 で、算出した要求熱量
を得るのに必要なガス量Ｆ_G を算出する。ステップ107
ではこの算出ガス量Ｆ_G が開弁量更新設定部24で設定さ
れた制御範囲の上限のガス量Ｆ_GHよりも大きいか否かの
判断を行う。Ｆ_G がＦ_GHよりも大きいときは要求ガス量
Ｆ_GSP をＦ_GHの値として設定する。

【００２４】これに対し、Ｆ_GHよりもＦ_G が小さいとき
にはＦ_G が制御範囲の下限のガス量Ｆ_GLよりも小さいか
否かの判断を行い、Ｆ_G がＦ_GLよりも小さいときにはＦ
_GLを要求ガス量Ｆ_GSP の値として設定する。Ｆ_G がＦ_GL
よりも大きくＦ_GHよりも小さいときにはステップ106 で
算出したガス量Ｆ_G を要求ガス量Ｆ_GSP として設定す
る。次に、ステップ112 で熱線風速計13からの検出信号
により現在のガス量Ｆ_GIを検出し、ステップ113 で、こ
の検出ガス量Ｆ_GIと前記設定された要求ガス量Ｆ_GSP と
の値からＰＩ演算によってバーナ１に供給するガス流量
が要求ガス量になるように比例弁５の開弁駆動電流を求
め、これを比例弁５に加えて比例弁５の開弁量を制御す
る。

【００２５】一方、ステップ100 で、緩点火動作を行う
ものと判断されたときには、ステップ114 で緩点火に要
するガス量Ｆ_GSP ′が設定される。このガス量Ｆ_GSP ′
は予め時間の関数として与えておくことも可能であり、
また、演算によって算出するようにしてもよい。ステッ
プ115 では熱線風速計13によって現在ガス通路４に流れ
ているガス量Ｆ_GIを検出し、ステップ116 で、前記Ｆ
_GSP ′とＦ_GIの値により、Ｆ_GIがＦ_GSP ′に近づくよう
に比例弁５の開弁駆動電流を開弁量制御部25によるＰＩ
演算により算出する。このＰＩ演算に際し、緩点火制御
部26によって、ＰＩ演算の比例帯が広い方向に、および
（又は）積分時間が大きくなる方向にＰＩ演算の定数が
変更される結果、時間に対して緩やかに立ち上がる開弁
駆動電流が算出され、この開弁駆動電流が比例弁５に加
えられて、供給ガス量がゆっくりと立ち上げられ、目的
とする緩点火が行われるのである。

【００２６】なお、この実施例では使用のガス種が変わ
るごとに要求ガス量設定部21の演算式と、制御範囲の上
限Ｆ_GHおよび下限Ｆ_GLの値が変更後のガス種のものに自
動的に変わり、前記演算過程を経てバーナ１の燃焼制御
が行われることになる。

【００２７】本実施例は、使用するガス種に応じて、比
例弁５の開弁の制御範囲をその使用するガス種に合うよ
うに更新設定するものであるから、使用するガス種が変
わっても、比例弁を取り替えたり制御範囲を手動でいち
いち変更することなく、その変更後のガス種に合った燃
焼制御を好適に行うことが可能となる。

【００２８】また、本実施例では制御範囲を更新設定す
る際に、給湯器の仕様で定まる燃焼能力の最小と最大の
範囲よりも広めに制御範囲を設定するので、バーナ１に
供給するガス量を要求ガス量に迅速に追従させ、給湯器
の出湯湯温を設定温度に迅速に集束できるという優れた
制御効果が得られる。

【００２９】図６〜図７はこれらの効果を従来例との比
較状態で示したグラフである。図６は同図の（ｃ）のよ
うに出湯量を可変させたときの出湯温度特性（同図の
（ａ））とガス量制御態様（同図の（ｂ））を示したグ
ラフであり、破線は従来例を、実線は本実施例の場合を
それぞれ示している。従来例では、例えば、給湯器の出
湯能力に近い大容量の給湯が行われるようなとき、バー
ナ１へのガス供給量を器具の燃焼能力の上限を越えて上
げることができないために、設定温度よりも出湯温度が
かなり低くなると、ガス供給量を器具の能力の上限にま
で高めても、なかなか出湯湯温を上昇できず、設定温度
までに高めるのに長い時間がかかるという問題があった
が、この実施例では同図の（ｂ）に示すように、ガス供
給量の制御範囲を給湯器の器具の能力の上限よりも大き
なオーバーシュートが出ない範囲で上側に広くしている
ため、その能力を越えたガス量を供給することができる
ので、大容量の給湯時にあっても、湯温を迅速に設定温
度までに高めることができ、出湯温度特性が効果的に改
善されている。また、出湯量を急激に絞ったときにも器
具の能力の下限を越えてガス量を絞ることができるの
で、ガス量を要求ガス量に迅速に追従させることがで
き、これにより、出湯量変化に対するオーバーシュート
やアンダーシュートの発生を抑制し、湯温の安定化を図
ることができる。

【００３０】図７は同図の（ｃ）に示すような態様で出
湯量を変化させたときの、出湯温度特性（同図（ａ））
と、ガス量制御態様（同図（ｂ））とを従来例との比較
で示したもので、破線は従来例を、実線は実施例をそれ
ぞれ示している。例えば、給湯が定常的に行われていた
状態で、給湯量の急激な増加方向の変更がなされたと
き、これに応じて、バーナ１に供給するガス量も増加す
る必要があるが、従来例では、ガス量の制御範囲は給湯
器の能力の下限リミットと上限リミットとに限定されて
いるため、ガス量を増やす方向に制御しても、そのガス
量を上限リミットを越えて供給することができないの
で、どうしても、出湯温の応答を速くできないという問
題がある。同様に、定常燃焼状態から、ガス供給量を急
激に減少する要求が生じた場合にも、その出湯温の応答
性を速くできないという問題が生じる。これに対し、本
実施例では、同図の（ｂ）に示すように、ガス供給量の
制御範囲を前記従来例の制御範囲よりも上限ではΔＨだ
け、下限ではΔＬだけそれぞれ広幅に設定されているの
で、例えば、定常燃焼時に、ガス供給量を急激に増加す
る方向に変更があったときには、従来の上限リミットを
越えたガス供給量を供給することができるので、ガス供
給量の増加方向の応答性も良くなり、同様に、定常燃焼
中に、ガス供給量を急激に減少する方向に変更されたと
きにもそのガス供給量の応答性は素早いものとなり、制
御性能を十分に高めることができる。

【００３１】さらに、本実施例では、点火動作を緩やか
に点火するように構成したものであるから、点火動作を
円滑に行うことができるという効果が得られる。図８は
この効果を従来例との比較の上で示したものである。破
線は従来例を、実線は実施例をそれぞれ示したもので、
点火時には、通常のＰＩ動作によってガスの供給量を立
ち上げるために、点火時における初期のガス流量が不安
定になるため、点火が不安定となり、この不安定状態が
ひどくなると、点火ミスを生じるという問題がある。こ
れに対し、本実施例では緩点火が行われることから、点
火初期のガス流量の変化が緩やかとなり、これにより、
点火を安定、かつ、円滑に行うことができることにな
る。また、点着火期間を経過した後、ＰＩＤとフィード
フォワードの併用による比例燃焼に移行する際にも、前
記の如く、ガス供給量の制御幅が広めに設定されている
ので、ガスの立ち上げの応答性が速やかとなり、極めて
短時間のうちにガス供給量を要求ガス量にまで立ち上げ
ることができる。

【００３２】なお、本考案は上記実施例に限定されるこ
とはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記
実施例では、ガス流量検出手段として熱線風速計13を用
いたが、図９の（ａ）に示すような比重フロート式の検
出手段を用いることも可能であり、同図の（ｂ）に示す
ような圧力センサ式の手段を用いてもよい。比重フロー
ト式の検出手段の場合には、フロート30の収容空間部31
を設け、この収容空間部31の壁面側にはガスの流れによ
って浮上するフロート30の位置を磁気変換式やフォトカ
プラ式やコンデンサ式等によって検出する位置検出手段
32を設け、フロート30の浮上位置を位置検出手段30で検
出することによりガス流量が検出できる。また、図９の
（ｂ）に示す圧力センサ式の場合は、比例弁５とバーナ
１との間のガス通路４に圧力センサ35を設け、ガス流量
を圧力に変換して検出することができる。

【００３３】また、これらの流量検出手段を用いた場合
にも、その流量検出手段の出力レベルにより使用するガ
ス種の自動判別が可能となる。例えば、流量検出手段を
比重フロート式のもので構成したときには、ガス種によ
ってガス比重が異なるために、ガス流量を零にしたと
き、あるいは所定の一定流量にしたときにフロート30の
浮上位置が異なることとなり、これにより、ガス種に応
じて出力レベルに変化が生じ、この変化を検出すること
によりガス種の自動判別が可能となる。また、流量検出
手段として圧力センサ式を用いたときにも、ガス種によ
って圧力が異なることから、同様に、圧力センサの出力
レベルを解析することにより、ガス種の自動判別が可能
となる。

【００３４】本実施例ではこのガス種の自動判別をガス
流量が零のときのセンサ出力に基づいて判別したが、ガ
スが流れている所定の速度のときのセンサ出力レベルに
基づいて判別してもよく、この場合は、例えば次のよう
にしてガス種判別を行うことができる。まず、比例弁
（ガス流量調整弁）５の弁開度を任意の一定開度に保っ
てバーナ燃焼状態で給湯を行う。そしてこの給湯燃焼時
の出力燃焼熱量（アウトプット）、つまり、給水流量
（流水量センサ８の検出流量）を入水温度（入水温度セ
ンサ７の検出温度）から出湯温度（出湯温度センサ１１
の検出温度）まで高めるのに要した熱量を演算により求
める。各ガス種の比熱（単位体積当りの発熱量）は既知
であり、また、熱線風速計（ガス流量検出手段）１３が
設置されるガス通路４の管径は設計段階で定まるので既
知であることからガス通路の通路断面積は容易に求めら
れるので、これら出力燃焼熱量と各ガス種の比熱とガス
通路の通路断面積の値から、出力燃焼熱量を得るガス流
量が各ガス種毎に求まる。このガス流量に対応する熱線
風速計のデータ上のセンサ出力値を各ガス種毎に図４に
示されるようなガス流量とセンサ出力の関係データから
求めて熱線風速計１３の実際のセンサ出力値と比較し、
この実際のセンサ出力値に一致あるいは最も近い前記デ
ータ上のセンサ出力値の属するガス種を使用ガス種とし
て判別できる。また、ガス流量の複数の位置でセンサ出
力の多点検出を行ってガス流量とセンサ出力との関係グ
ラフを作り出し、この作成したグラフの曲線パターンと
各ガス種のグラフデータパターンとの比較参照を行って
使用ガス種を自動判別するようにしてもよい。

【００３５】さらに、上記実施例ではガス種を自動判別
しているが、例えば、制御装置12やリモコン等にガス種
の手動切り換えスイッチを設けておき、給湯器を設置す
るときに、使用するガス種に応じて手動スイッチを切り
換えてガス種の設定を行うようにしてもよくこの場合に
は、開弁量設定部24は、上記実施例と同様に、開弁量制
御範囲の上限を器具の能力として設定された最大燃焼能
力に相当する開弁量よりも上側に所定量幅を広げ、開弁
量制御範囲の下限を器具の能力として設定された最小燃
焼能力に相当する開弁量よりも下側に所定量幅を広げ
て、設定ガス種の固有の開弁量制御範囲よりも広めに設
定するように構成されることとなる。

【００３６】さらに、上記実施例では基幹のガス通路４
に流量検出手段（実施例では熱線風速計13）を設けた
が、低カロリーのガス種と高カロリーのガス種を使用す
る場合には、図10に示すように、ガス通路４に対してバ
イパス通路33を設けることが望ましい。周知のように、
ガス種によって比重が異なるために、低カロリーのガス
と高カロリーのガスとではガス流量に大きな差が生じ
る。このガス種による流量の比較データが表１に示され
ている。

【００３７】

【表１】

【００３８】この表で、例えば、24号の給湯器における
最大燃焼時の流量を見てみると、例えばプロパンガス
（ＬＰガス）を１としたとき、６Ｂガスでは流量が4.3
倍になり、いちばん低カロリーの４Ｃガスでは7.5 倍の
流量となる。また、給湯器が2.5 号の場合の最小燃焼時
のガス流量の場合でも同様の比率となる。一方、給湯器
が24号の最大燃焼時に、13Ａガスの流量を基準として１
とすると、４Ｃガスではその3.2 倍の流量となる。ま
た、2.5 号の給湯器で最小燃焼時も同様の比率となる。

【００３９】このように、ガス種に応じて流量が大きく
異なるため、例えば、プロパンガスや13Ａガスの流量に
合わせてガス通路４の通路面積を設定し、そのガス通路
４に熱線風速計13等の流量検出手段を設けると、プロパ
ンガスや13Ａガスの場合には支障なくガス流量を検出で
きるのであるが、比重の軽い低カロリーのガス４Ｃガス
を使用したときにはガス流量が大きすぎて、熱線風速計
13等の測定範囲から検出値が大きく外れてしまい、ガス
流量の検出ができなくなるという問題が生じる。これを
避けるために、図10に示すように、バイパス通路33を設
け、例えば、このバイパス通路33にはダンパや弁等の流
路絞り手段34を設け、４Ｃガス等の低カロリーのガス種
を使用するときには流路絞り手段34を開いて両方の通路
４，33を通してガスを流し、通路４を通る流れによって
ガス流量を検出するようにし、高カロリーのガスを用い
るときには流路絞り手段34を閉じ、全てのガスを通路４
を流すようにしてガス流量を検出するようにすることが
できる。このようにすることにより、低カロリーのガス
から高カロリーのガスに亙ってガス流量を支障なく検出
することができることとなる。

【００４０】さらに、上記実施例では開弁量制御部25に
複数のガス種の制御範囲を包含した幅の広い開弁量の制
御範囲を前もって与えておき、ガス種が設定されたとき
に、そのガス種に合った制御範囲に更新設定するように
したが、開弁量制御部25に前もって広幅の制御範囲を与
えておかず、給湯器の設置施工後、最初に運転する際
に、ガス種が設定されたときに、そのガス種に合った制
御範囲を自動設定するようにしてもよい。この場合も、
以後、使用するガス種が変更されたときは、その変更さ
れたガス種に合った制御範囲に更新することになる。

【００４１】さらに、上記実施例ではガス流量を検出
し、その検出信号によって燃焼制御を行っているが、一
般の給湯器のように、ガス流量を検出することなく、通
常のフィードフォワード、ＰＩＤ、フィードフォワード
とＰＩＤの併用等の制御方式により燃焼制御を行っても
よい。この場合は従来広く行われているように、比例弁
５の開弁量の制御範囲を開弁駆動電流によって設定する
が、この場合も本考案ではガス種が設定されたときに、
そのガス種に合った開弁駆動電流の制御範囲が自動設定
されることとなる。そして、この制御範囲の設定に際
し、特に要求がある場合は設定されたガス種の固有の制
御範囲よりも広めの制御範囲が設定されるように構成す
ることになる。

【００４２】さらに、上記実施例ではガス流量調整弁と
して比例弁を用いたが、ガス流量調整弁は開弁量の制御
によってガス流量を制御できるものであればよく、例え
ば、ニードルバルブ，ガバナ等の他のバルブを使用する
ことができる。

【００４３】さらに上記実施例で、ガス流量調整弁（比
例弁５）の開弁制御範囲を器具固有の制御範囲よりも広
めのＦ_GH〜Ｆ_GLの範囲に設定する場合、例えば設定温度
をＡ℃に設定したとき、出湯温度がα℃低い（Ａ−α）
℃のときにはガス流量を最大のＦ_GHにして運転を行うこ
ととなるが、このとき、タイマ等により時間を測定し、
このガス量Ｆ_GHでの連続運転が所定時間行われても能力
不足のために出湯温度がＡ℃に上がらないときは、器具
の負担を軽減するために、制御範囲を器具本来の制御範
囲に戻すようにし、同様に、Ａ℃の設定温度に対して出
湯温度がα℃高い（Ａ＋α）℃のときにはガス流量を最
低のＦ_GLにして運転を行うが、所定時間連続運転しても
器具の能力過剰のためにＡ℃に出湯温度が下がらないと
きには、器具の負担を軽減するために、制御範囲を器具
本来の制御範囲に戻して燃焼制御を行うようにしてもよ
い。この場合は出湯流量の制御を併用する等して、出湯
温度を設定温度に近づけるように燃焼制御が行われるこ
とになる。

【００４４】さらに、上記実施例では燃焼装置として給
湯器を例にして説明したが、本考案は風呂釜やガス暖房
器等の各種の燃焼装置にも適用されるものである。

【００４５】

【考案の効果】本考案は、使用するガス種が設定された
ときには、そのガス種に合った開弁量制御範囲を自動設
定するように構成したものであるから、ガス種が異なっ
ても、そのガス種に合った好適な燃焼制御を行うことが
できる。

【００４６】また、ガス種が異なっても、従来例のよう
に比例弁をその都度交換調整する必要がなく、また、ガ
ス種が変わるごとに器具の能力設定を手動でいちいち行
う手間隙も不用となり、取り扱い上非常に便利である。
さらに、ガス流量検出手段が設けられ、このガス流量検
出手段の出力値に基づき使用ガス種を自動的に判別する
ガス種判別部が設けられている構成のものにあっては、
ガス種判別部により使用ガス種が自動的に判別されるの
で、燃焼装置の設置施工時に使用ガス種を手動切り換え
スイッチ等により手動で切り換え設定する等の面倒を省
くことができ、作業の簡略化を図ることができる。ま
た、手動によりガス種を切り換え設定する場合には、使
用ガス種とは異なるガス種が設定されてしまうという作
業ミスが生じる虞があるが、上記の如くガス種を自動判
別する構成を備えることによって、使用ガス種に合った
ガス種が確実に判別・設定されることとなり、使用ガス
種に合った開弁量制御範囲を正確に自動設定することが
でき、ガス種に合った好適な燃焼熱量制御が行われるこ
ととなる。

【００４７】さらに、大きなオーバーシュートやアンダ
ーシュートが出ない範囲で器具の能力範囲よりも広めに
開弁量の制御範囲を設定するように構成したものにあっ
ては、ガス供給量を要求ガス量に迅速に追従させること
ができ、これにより、ガス供給制御の応答性が改善さ
れ、性能の良い、かつ、高精度の燃焼制御が可能とな
る。さらに、要求熱量を発生させるための要求ガス量を
求める要求ガス量設定部が設けられ、ガス流量検出手段
の検出ガス流量が上記要求ガス量設定部により求められ
た要求ガス量となるようにガス流量調整弁の開弁量を制
御する構成を備えたものにあっては、ガス流量検出手段
の検出ガス流量が要求ガス量となるようにガス流量調整
弁の開弁量が制御されるので、バーナに供給されるガス
量を要求ガス量にほぼ正確に制御することができ、この
ことによって要求熱量をバーナ燃焼によって確実に発生
させることができる。これに対して、例えば比例弁の開
弁駆動電流と燃焼熱量の関係に基づき比例弁の開弁量を
制御する場合には、比例弁の固有のばらつきや元ガス圧
の変動の影響を受けて、要求ガス量に対応する要求ガス
量を正確にバーナに供給することができない虞があり、
バーナ燃焼により要求熱量を発生させることができない
場合がある。上記の如くガス流量制御によりガス流量調
整弁の開弁量制御、つまり、燃焼制御を行う場合には要
求熱量に対応した要求ガス量をほぼ確実にバーナに供給
することができるので、バーナ燃焼によって要求熱量を
確実に発生させることができ、燃焼制御の信頼性を向上
させることができる。さらに、ガス流量検出手段がガス
流量調整弁の配設位置よりも上流側のガス通路に設けら
れる構成にしたものにあっては、ガス通路によってぼぼ
整流された燃料ガスの流量をガス流量検出手段が検出す
るので、正確なガス流量を得ることができる。これに対
して、ガス流量調整弁の配設位置よりも下流側のガス通
路にガス流量検出手段を設ける場合には正確なガス流量
を得ることができない虞がある。それというのは、上記
の如くガス通路により整流された燃料ガスの流れはガス
流量調整弁を通り抜けることによって非常に乱れ、その
燃料ガスの乱流はガス流量検出手段の配設位置に至るま
でに整流されずに、その乱流状態の燃料ガスの流量がガ
ス流量検出手段により検出されることとなるので、ガス
流量検出手段の出力値は非常に乱れ、このために正確な
ガス流量を得ることが困難であるという問題が発生して
しまう場合がある。もちろん、ガス流量調整弁からガス
流量検出手段までのガス通路の長さを長くすれば、ガス
流量調整弁からガス流量検出手段までの間に燃料ガスの
流れを整流させることは可能であるが、そうすると、ガ
ス流量調整弁からガス流量検出手段までの間のガス通路
を長くしなければならないので、装置が大型化してしま
うという新たな問題が発生してしまう。本願の請求項３
の考案では、ガス流量調整弁の配設位置よりも上流側の
ガス通路にガス流量検出手段を設けるので、ガス流量検
出手段によって正確なガス流量を得ることができ、この
精度良く検出されるガス流量が要求ガス量となるように
ガス流量調整弁の開弁量が制御されるので、要求熱量を
バーナ燃焼により確実に発生させることができ、燃焼熱
量制御における信頼性を格段に向上させることが可能で
ある。しかも、ガス流量調整弁から出た燃料ガスの流れ
を整流させるための長いガス通路は不要となるので、装
置の小型化も達成できる。

【００４８】さらに、バーナの点火を緩点火によって行
うように構成したものにあっては、点火時のガスの立ち
上げをゆっくりとさせることができるので、点火動作が
円滑となり、点火ミスのない安定した点火を行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る燃焼装置の一実施例を示すシステ
ム構成図である。

【図２】同実施例の装置において使用されている熱線風
速計の構成説明図である。

【図３】同実施例の装置を構成する制御部のブロック構
成図である。

【図４】ガス流量とセンサ出力との関係を示すグラフデ
ータの一例である。

【図５】同実施例の動作を示すフローチャートである。

【図６】本実施例の効果を従来例との比較状態で示すグ
ラフである。

【図７】本実施例の効果を従来例との比較状態で示すさ
らに別のグラフである。

【図８】本実施例の緩点火動作を従来例との比較状態で
示す説明図である。

【図９】流量検出手段の他の例を示す説明図である。

【図10】ガス通路にバイパス通路を設けた例の説明図で
ある。

【図11】従来の一般的な燃焼装置のシステム図である。

【図12】複数のガス種に対応するために考えられる開弁
量制御範囲の設定量の説明図である。

【符号の説明】

１ バーナ ５ 比例弁 12 制御装置 18 燃焼制御部 23 ガス種判別部 24 開弁量設定部 25 開弁量制御部 26 緩点火制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 金子 隆 神奈川県大和市深見台３丁目４番地 株 式会社ガスター内 (72)考案者 森 清一 神奈川県大和市深見台３丁目４番地 株 式会社ガスター内 (56)参考文献 特開 昭59−12228（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−77822（ＪＰ，Ａ) 特公 平１−28291（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平２−3088（ＪＰ，Ｂ２) 実公 平３−15970（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F23N 1/00 102 F23N 5/00

Claims (4)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料ガスをバーナに導くガス通路にガス
   流量調整弁が設けられ、このガス流量調整弁の開弁量を
   制御することにより供給ガス量を可変制御する燃焼装置
   において、上記ガス通路を流れる燃料ガスの流量を検出
   するガス流量検出手段が設けられ、このガス流量検出手
   段から出力される出力値とガス流量との関係データがガ
   ス種毎に予め与えられ零を含む所定のガス流量に対応し
   た上記ガス流量検出手段の出力値を上記関係データと照
   合して使用ガス種を自動的に判別するガス種判別部が設
   けられており、このガス種判別部により使用ガス種が判
   別・設定されたときに、そのガス種設定信号に基づき、
   そのガス種に合った開弁量制御範囲を自動設定する開弁
   量設定部が設けられている燃焼装置。
2. 【請求項２】 燃料ガスをバーナに導くガス通路にガス
   流量調整弁が設けられ、このガス流量調整弁の開弁量を
   制御することにより供給ガス量を可変制御する燃焼装置
   において、使用ガス種が設定されたときに、そのガス種
   設定信号に基づき、そのガス種に合った開弁量制御範囲
   を自動設定する開弁量設定部が設けられており、この開
   弁量設定部は、開弁量制御範囲の上限を器具の能力とし
   て設定された最大燃焼能力に相当する開弁量よりも上側
   に所定量幅を広げ、開弁量制御範囲の下限を器具の能力
   として設定された最小燃焼能力に相当する開弁量よりも
   下側に所定量幅を広げて、設定ガス種の固有の開弁量制
   御範囲よりも広めに設定するように構成されていること
   を特徴とする燃焼装置。
3. 【請求項３】 燃料ガスをバーナに導くガス通路にガス
   流量調整弁が設けられ、このガス流量調整弁の開弁量を
   制御することにより供給ガス量を可変制御する燃焼装置
   において、上記ガス通路を流れる燃料ガスの流量を検出
   するガス流量検出手段と、バーナに要求される熱量を発
   生させるのに必要なバーナへの供給ガス量を求める要求
   ガス量設定部と、上記ガス流量検出手段により検出され
   るガス流量が上記要求ガス量設定部により求められた要
   求ガス量となるように上記ガス流量調整弁の開弁量を制
   御して燃焼制御を行う開弁量制御部とが設けられてお
   り、上記ガス流量検出手段はガス流量調整弁の配設位置
   よりも上流側のガス通路に設けられていることを特徴と
   する請求項１又は請求項２記載の燃焼装置。
4. 【請求項４】 バーナの点火時にはガス流量調整弁の開
   弁をゆっくり動作さ せてバーナに供給するガス量をゆる
   やかに立ち上げて行く緩点火制御部が設けられている請
   求項１又は請求項２又は請求項３記載の燃焼装置。