JP2931525B2 - 燃焼装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃料ガスを使用する燃
焼装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばガス給湯器においては、出湯温度
を使用者により設定された設定温度に一致させるための
必要燃焼量を求め、その必要燃焼量に見合った量の燃料
ガスがバーナに供給されるように、該バーナヘのガス供
給路に設けたガバナ付比例弁を制御し、また、前記必要
燃焼量に見合った量の燃焼用空気がバーナに供給される
ように、該バーナに燃焼用空気を送風する燃焼ファンの
回転数を制御するものが知られている。

【０００３】この種の燃焼装置においては、従来、例え
ば次のようにガバナ付比例弁を介してバーナへのガス量
を制御する。すなわち、例えば前記必要燃焼量に応じて
あらかじめ設定されたデータテーブル等に従って比例弁
への通電量が決定され、その決定された通電量でもって
比例弁に通電する。この時、圧力制御型の弁である前記
ガバナ付比例弁は、その通電量に比例したガス圧（二次
圧）を該ガス比例弁の下流側（バーナのノズルの上流
側）に生ぜしめるような開度でもって開口し、これによ
り、バーナのノズルには、前記必要燃焼量に応じたガス
圧でもって燃料ガスが供給される。この場合、ノズルの
開口面積を適切に設定しておけばノズルから噴出するガ
ス量は、基本的にはノズルの上流側のガス圧（ノズル
圧）に応じたものとなる。従って、上記のように前記必
要燃焼量に応じてガス比例弁を通電・制御してやること
で、基本的には、該必要燃焼量に見合った量の燃料ガス
がバーナに供給されることとなる。

【０００４】尚、上記の説明においては、前記必要燃焼
量に対応させてガス比例弁を制御する場合について説明
したが、必要燃焼量に見合った量の燃焼用空気がバーナ
に供給されるように回転数を制御される燃焼ファンの回
転数に応じてガス比例弁によりガス圧を制御する場合も
あるが、この場合であっても、燃焼ファンの回転数は必
要燃焼量に対応して制御されるので、結果的には、前記
の場合と同様に、必要燃焼量に見合った量の燃料ガスが
バーナに供給されることとなる。

【０００５】しかしながら、この種の燃焼装置において
は、単に前記必要燃焼量に応じてガス比例弁への通電量
を決定し、その通電量でもってガス比例弁に通電するこ
とにより、ノズルの上流側のガス圧を前記必要燃焼量に
応じて制御しているだけであるため、次のような不都合
があった。

【０００６】すなわち、前述したような従来の燃焼装置
において、バーナへのガス量を確実に前記必要燃焼量に
対応したものとするためには、バーナのノズルから噴出
するガス量（バーナに供給されるガス量）が、ノズルの
上流側のガス圧によって一義的に定まり、バーナのノズ
ルから噴出するガス量が常に、該ガス圧に対応した値に
なることが前提条件となる。

【０００７】ところが、前記ガス給湯器のように、バー
ナが燃焼室に収容され、そのバーナに燃焼用空気を送風
する燃焼ファンを備えた燃焼装置にあっては、バーナを
収容した燃焼室内の気圧（背圧）は、常に一定に維持さ
れるとは限らず、一般には、外風や、給排気口の詰まり
等の影響で変動を生じる。そして、このような場合に
は、バーナのノズルの上流側のガス圧が前記必要燃焼量
に対応した値に制御されていても、前記比例弁の二次圧
は、一次圧に較べて小さいため、ノズルから噴出する実
際のガス量は、燃焼室内の気圧の変動に追従して変動
し、前記必要燃焼量に対応したものになるとは限らな
い。従って、従来の燃焼装置にあっては、バーナへのガ
ス量を確実に前記必要燃焼量に対応したものとすること
が困難であると共に、燃焼室内の気圧の変動が正常な場
合に対して大きい場合には、燃焼不良を生じる虞れもあ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は燃焼室の気圧
によらずに確実に必要燃焼量に対応した量の燃料ガスを
バーナに供給することができる燃焼装置を提供すること
を目的とする。

【０００９】さらに、そのような燃焼装置の構成を有効
に活用して、構成の簡略化を図ることができる燃焼装置
を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明はかかる目的を達
成するために、バーナを収容した燃焼室と、該燃焼室に
連通する排気口と、前記バーナに燃焼用空気を送風する
燃焼ファンと、該燃焼ファンの回転数を検出する回転数
センサと、前記バーナを所定の必要燃焼量で燃焼させる
際に、該必要燃焼量を得るのに要する燃焼用空気の供給
量に対応した前記燃焼ファンの目標回転数を設定する回
転数設定手段と、前記回転数センサにより検出される前
記燃焼ファンの回転数が前記目標回転数と一致するよう
に、前記燃焼ファンの作動を制御する燃焼ファン制御手
段と、前記回転数センサにより検出された前記燃焼ファ
ンの回転数に応じて、前記バーナに供給する目標ガス量
を設定するガス量設定手段とを有する燃焼装置におい
て、前記バーナへのガス供給路に設けられたガス流量セ
ンサ及びガス流量制御弁と、該ガス流量センサにより検
出されたガス量が前記ガス量設定手段により設定された
目標ガス量と一致するように前記ガス流量制御弁の開度
を制御する弁制御手段とを備えたことを特徴とする。

【００１１】そして、前記ガス流量制御弁はガバナ付比
例弁であり、前記ガス流量センサは前記ガバナ付比例弁
の下流側に設けられていることを特徴とする。

【００１２】さらに、前記ガス流量制御弁は、閉弁可能
な制御弁であり、前記弁制御手段は、前記バーナの燃焼
停止時に該ガス流量制御弁を閉弁せしめることを特徴と
する。

【００１３】

【作用】本発明によれば、前記ガス流量センサにより検
出されたガス量が前記ガス量設定手段により前記必要燃
焼量に応じて設定された目標ガス量に一致するように前
記弁制御手段により前記ガス流量制御弁の開度が制御さ
れるので、前記バーナに供給するガス量を、燃焼室の気
圧によらずに前記必要燃焼量に対応した所望のガス量に
制御することが可能となる。

【００１４】この場合、前記ガス流量制御弁をガバナ付
比例弁としたときには、前記ガス流量センサは、前記ガ
バナ付比例弁の下流側に設けることが好ましい。すなわ
ち、ガバナ付比例弁は、通電量に比例した二次圧を該比
例弁の下流側に生ぜしめるような開度でもって開口し、
該比例弁の上流側の一次圧が変動しても二次圧は通電量
に比例した値となる。従って、前記ガス流量センサを前
記ガバナ付比例弁の下流側に設けることにより、ガス流
量センサの位置で流れる燃料ガスは該比例弁への通電量
に対応した安定したガス圧となって、該燃料ガスの密度
も安定し、これによりガス流量センサは、供給されるガ
ス圧の変動の影響を受けることなく、前記の制御を行う
ためのガス量を適正に検出することが可能となる。

【００１５】前記ガス流量制御弁は、基本的にはそれを
流れるガス流量を所望に応じて変化させ得るものであれ
ばよいが、特に閉弁可能な制御弁とすることで、バーナ
へのガス供給を遮断するための開閉弁として前記ガス流
量制御弁を活用することが可能となると共に、ガス供給
路に設けるべき弁の個数を削減することが可能となる。

【００１６】

【実施例】本発明の第１の実施例を図１乃至図３を参照
して説明する。図１は本実施例の給湯器（燃焼装置）の
システム構成図、図２は図１の給湯器の要部のブロック
構成図、図３は図１の給湯器の作動を説明するための線
図である。

【００１７】図１を参照して、１は熱交換器２及びこれ
を加熱するバーナ３を内蔵した給湯器本体、４は熱交換
器２を通って配管された通水管、５は通水管４を流れる
水の流量を熱交換器２の上流側で検出する通水量セン
サ、６は熱交換器２の下流側で通水管４を流れる水の出
湯温度を検出する温度センサ、７はバーナ３に燃料ガス
を供給するガス供給管（ガス供給路）、８はバーナ３に
供給されるガス量を検出すべくバーナ３の近傍でガス供
給管７に設けられたガス流量センサ、９，１０はガス流
量センサ８の上流側でガス供給管７に設けられたガス流
量制御弁及び開閉電磁弁、１１はバーナ３に燃焼用空気
を送風する燃焼ファン、１２は燃焼ファン１１を駆動す
るファンモータ、１３は燃焼ファン１１の回転数を検出
する回転数センサ、１４は使用者が出湯温度の設定等を
行うための操作部、１５は操作部１４により設定された
湯の設定温度や前記各センサ５，６，８，１２の検出信
号等に応じてファンモータ１２やガス流量制御弁９、電
磁弁１０等を制御するコントローラ、１６はバーナ３の
点火を行うためのイグナイタ、１７はバーナ３の失火の
有無等の燃焼状態を検知するフレームロッドである。

【００１８】尚、前記バーナ３及び熱交換器２は給湯器
本体１内の燃焼室１ａに収容されており、該燃焼室１ａ
の上部には排気口１ｂが連通して設けられている。

【００１９】また、通水管４の上流側は水道管（図示し
ない）に接続され、下流側は台所や浴室等の給湯栓（図
示しない）に接続されている。

【００２０】また、ガス流量センサ８は、例えば熱式流
量センサや熱線式流量センサを使用する。

【００２１】また、ガス流量制御弁９は、通電量に比例
した開度でもって開口し、且つ閉弁可能な制御弁であ
り、本実施例においては、例えばガバナ付比例弁を使用
する。

【００２２】図２を参照して、前記コントローラ１５は
マイクロコンピュータ等を含む電子回路により構成され
たものであり、その主要な機能的構成として、操作部１
４から与えられた設定温度や図示しない入水温センサに
より検出された入水温度、温度センサ６により検出され
た出湯温度、通水量センサ５により検出された通水量等
を基に出湯温度を設定温度に一致させるのに必要なバー
ナ３の必要燃焼量を時々刻々求める必要燃焼量演算部１
８と、該必要燃焼量演算部１８により求められた必要燃
焼量に対応した燃焼用空気の供給量を得るための燃焼フ
ァン１１の目標回転数を設定する目標回転数設定部（回
転数設定手段）１９と、回転数センサ１３により検出さ
れる燃焼ファン１１の回転数が目標回転数設定部１９に
より設定された目標回転数に一致するように燃焼ファン
１１の回転数をファンモータ１２を介して制御するファ
ン制御部（燃焼ファン制御手段）２０と、回転数センサ
１３により検出された燃焼ファン１１の回転数に応じて
バーナ３への目標ガス量を設定する目標ガス量設定部
（ガス量設定手段）２１と、ガス流量センサ８により検
出されるガス量が目標ガス量設定部２１により設定され
た目標ガス量に一致するようにガス流量制御弁９への通
電量（ガス流量制御弁９の開度）を制御する弁制御部
（弁制御手段）２２とを備えている。

【００２３】尚、コントローラ１５は、給湯器の運転停
止時においては、弁制御部２２によりガス流量制御弁９
を電磁弁１０と共に閉弁せしめ、これにより、バーナ３
へのガス供給を遮断している。

【００２４】次に、本実施例の給湯器の作動を説明す
る。

【００２５】コントローラ１５は、通水管４の通水が開
始されると、これを通水量センサ５を介して検知し、そ
の検知に応じてファン制御部２０によりファンモータ１
２を介して燃焼ファン１１を回転駆動すると共に、弁制
御部２２によりガス供給管７のガス流量制御弁９を電磁
弁１０と共に開弁してバーナ３へのガス供給を開始す
る。そして、この状態で前記イグナイタ１６を介してバ
ーナ３を点火せしめ、これによりバーナ３の燃焼運転
（給湯運転）を開始する。

【００２６】このようにバーナ３の燃焼運転が開始する
と、コントローラ１５は、必要燃焼量演算部１８によ
り、温度センサ６により検出される出湯温度を操作部１
４により設定された設定温度に一致させるのに必要なバ
ーナ３の必要燃焼量を入水温度や出湯温度、通水量等の
検出データ等を基に時々刻々求める。そして、コントロ
ーラ１５の目標回転数設定部１９は、必要燃焼量演算部
１８により求められた必要燃焼量に対応した量の燃焼用
空気をバーナ３に供給するための燃焼ファン１１の目標
回転数をあらかじめ定められたデータテーブル等に従っ
て設定する。この時、ファン制御部２０は、回転数セン
サ１３により検出される燃焼ファン１１の回転数が目標
回転数設定部１９により設定された目標回転数に一致す
るように燃焼ファン１１の回転数をファンモータ１１を
介して制御する。これにより、バーナ３への燃焼用空気
の供給量は、バーナ３の必要燃焼量に対応したものに制
御される。

【００２７】一方、かかる作動と並行して、コントロー
ラ１５の目標ガス量設定部２１は、回転数センサ１３に
より検出された燃焼ファン１１の回転数に応じて、図３
に示すようにあらかじめ定められたデータテーブルに従
ってバーナ３に供給すべき燃料ガスの目標ガス量を設定
する。この場合、燃焼ファン１１の回転数は、前記必要
燃焼量に対応した目標回転数に制御されるので、結果的
には、前記必要燃焼量に対応した目標ガス量が設定され
ることとなる。尚、図３に示すデータテーブルは、使用
する燃料ガスの種類に応じて定められたものであり、こ
のようなデータテーブルは、例えば給湯器の出荷時や設
置時等に業者がコントローラ１５に備えられた図示しな
いメモリに書き込んだものである。

【００２８】上記のように設定された目標ガス量は、弁
制御部２２に与えられ、この時、該弁制御部２２は、ガ
ス流量センサ８により検出されるガス量（検出ガス量）
が、与えられた目標ガス量に一致するようにガス流量制
御弁９の開度を制御する。

【００２９】具体的には、検出ガス量が目標ガス量より
も小さい場合には、ガス流量制御弁９への通電量を増加
させてその開度を増加させ、バーナ３に実際に供給され
るガス量を増加させる。逆に、検出ガス量が目標ガス量
よりも大きい場合には、ガス流量制御弁９への通電量を
減少させてその開度を減少させ、バーナ３に実際に供給
されるガス量を減少させる。これにより、ガス流量セン
サ８による検出ガス量は、目標ガス量に一致するように
制御され、前記必要燃焼量に対応したものとなる。

【００３０】この場合、ガス流量センサ８による検出ガ
ス量に基づいてガス流量制御弁９が通電制御されるの
で、燃焼室１ａの気圧の変動の影響を受けることなく、
バーナ３へのガス量が常に必要燃焼量に対応した適正量
に制御される。例えば、今現在、検出ガス量が目標ガス
量に一致している状態において、外風等の影響で燃焼室
１ａ内の気圧が上昇すると、バーナ３のノズルから噴出
するガス量（検出ガス量）が一時的に減少するのである
が、この場合には、弁制御部２２は、ガス量を増加させ
るようにガス流量制御弁９を通電制御するので、検出ガ
ス量は再び目標ガス量に一致するように制御されること
となる。

【００３１】また、本実施例においては、ガス流量制御
弁９としてガバナ付比例弁を使用しているので、該ガス
流量制御弁９の二次側のガス圧は一次側のガス圧の変動
によらずに該ガス流量制御弁９への通電量に比例した安
定したガス圧となって、燃料ガスの密度も安定する。そ
して、ガス流量センサ８は、ガス流量制御弁９の二次側
（下流側）に設けられているので、常に安定したガス圧
の基でガス流量を検出し、従って、ガス流量制御弁９の
一次側のガス圧を考慮した圧力補正等の処置を施すこと
なく、バーナ３の燃焼量に対応したガス量を適正に検出
することができる。これにより、前記目標ガス量を適切
に設定しておけば、前述のように検出ガス量を目標ガス
量に一致させるようにガス流量制御弁９を制御すること
でバーナ３ヘのガス量を、ガス流量制御弁９の一次側の
ガス圧の変動の影響を受けることなく確実に前記必要燃
焼量に対応した量に制御することができる。

【００３２】尚、コントローラ１５は、通水管４の通水
が終了すると、これを通水量センサ５を介して検知し、
その検知に応じて弁制御部２２によりガス供給管７のガ
ス流量制御弁９を電磁弁１０と共に閉弁してバーナ３へ
のガス供給を遮断し、さらにファン制御部２０により燃
焼ファン１１を停止せしめ、これによりバーナ３の燃焼
運転を停止せしめる。このような燃焼運転の停止作動
は、給湯運転中に前記フレームロッド１７によりバーナ
３の失火等が検知された場合にも同様に行われる。

【００３３】この場合、ガス流量制御弁９を、バーナ３
へのガス供給を遮断するための弁として活用すること
で、ガス供給を遮断するための開閉電磁弁等を二つ以上
備える必要はなく、ガス供給管７に設ける弁の個数を削
減することができる。

【００３４】以上説明したように、本実施例の給湯器に
おいては、前記図３に示したようなデータテーブルを、
使用する燃料ガスの種類に応じて適切に設定しておくだ
けで、各種類の燃料ガスについて、燃焼室１ａの気圧の
変動の影響を受けることなく、バーナ３へのガス量を必
要燃焼量に対応した適正量に制御することができる。

【００３５】次に本発明の第２の実施例を図４及び図５
を参照して説明する。図４は本実施例の給湯器（燃焼装
置）のシステム構成図、図５は図４の給湯器の要部のブ
ロック構成図である。

【００３６】尚、本実施例の給湯器の基本構成は、前記
第１の実施例のものと同一であり、以下、説明に際して
前記第１の実施例のものと同一構成のものについては、
同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。

【００３７】まず、図４を参照して、本実施例の給湯器
においては、バーナ３へのガス量を検出するためのガス
流量センサ８は、前記ガス流量制御弁９及び電磁弁１０
の上流側でガス供給管７に設けられ、この構成を除き、
他のシステム構成は前記第１の実施例のものと同一であ
る。

【００３８】また、図５を参照して、本実施例の給湯器
のコントローラ１５は、前記図２に示した機能的構成に
加えて、さらに給湯器の運転停止時にガス流量センサ８
により検出される検出ガス量を基にガス漏れを検知する
ガス漏れ検知部（ガス漏れ検知手段）２３が備えられて
いる。該ガス漏れ検知部２３は、給湯器の運転停止時、
すなわち前記ガス流量制御弁９及び電磁弁１０が閉弁さ
れた状態でガス供給管７に燃料ガスが流れているとき、
これをガス流量センサ８を介して検知し、その検知に応
じて前記給湯器本体１や操作部１４に設けられた警報器
２４により警報を発せしめるようにしている。この場
合、警報器２４は、警報ランプやブザー等により構成さ
れたものである。

【００３９】かかる給湯器においては、例えば電磁弁１
０においてガス漏れが生じた場合には、該ガス流量セン
サ８の位置で燃料ガスが流れるため、それがガス漏れ検
知部２３によりガス流量センサ８を介して検知される。
そして、この時、その旨を示す警報が警報器２４により
発せられ、これによりガス漏れが生じていることを使用
者等が認識することができる。

【００４０】この場合、ガス流量センサ８は、ガス流量
制御弁９及び電磁弁１０の上流側に設けられているの
で、給湯器の停止時におけるガス漏れを検知するために
有効に機能する。

【００４１】このように、本実施例の給湯器において
は、バーナ３の燃焼運転時にガス量の制御を行うための
ガス流量センサ８が、ガス漏れを検知するためのセンサ
として有効に活用され、利便性に優れたものとすること
ができる。尚、バーナ３の燃焼運転時における作動は、
前記第１の実施例と同一である。

【００４２】以上説明した各実施例においては、給湯器
を例にとって説明したが、ガスファンヒータ等の他の燃
焼装置においても本発明を適用することが可能であるこ
とはもちろんである。

【００４３】また、前記各実施例においては、ガス流量
制御弁９を、ガバナ付比例弁としたが、例えば弁体とし
てスプール弁を使用することも可能である。

【００４４】また、前記各実施例においては、必要燃焼
量に対応して制御される燃焼ファン１１の回転数に応じ
て目標ガス量設定するようにしたが、必要燃焼量に応じ
て直接的に目標ガス量を設定するようにしてもよい。

【００４５】また、前記各実施例において、燃焼ファン
１１の回転数を制御するに際しては、例えば燃焼ファン
１１からバーナ３への燃焼用空気の送風量を風量センサ
を用いて検出すると共に、必要燃焼量に対応してバーナ
３への目標風量を設定し、該風量センサによる検出風量
が目標風量に一致するように燃焼ファン１１の回転数を
制御するようにしてもよい。

【００４６】

【発明の効果】上記の説明から明らかなように、本発明
によれば、燃焼室に収容したバーナに燃焼ファンにより
燃焼用空気を送風しつつ燃料ガスを供給する燃焼装置に
おいて、バーナへのガス供給路にガス流量センサ及びガ
ス流量制御弁を設け、該ガス流量センサによる検出ガス
量が必要燃焼量に対応して設定される目標ガス量に一致
するように、該検出ガス量及び目標ガス量を基にガス流
量制御弁を制御するようにしたことによって、燃焼室の
気圧によらずに確実に必要燃焼量に対応した量の燃料ガ
スをバーナに供給することができる。

【００４７】そして、ガス流量制御弁としてガバナ付比
例弁を採用し、該比例弁の下流側にガス流量センサを設
けたことによって、該ガス流量センサにより、必要燃焼
量に応じたバーナへのガス量を正しく検出することがで
き、その検出ガス量を目標ガス量に一致させるための制
御を確実且つ的確に行うことができる。

【００４８】さらに、ガス流量制御弁として閉弁可能な
弁を用い、バーナの燃焼停止時に該ガス流量制御弁を閉
弁せしめるようにしたことによって、該ガス流量制御弁
を、バーナへのガス供給を遮断するための弁として有効
に活用することができると共に、ガス供給路に設ける弁
の個数を削減することができ、燃焼装置の構成の簡略化
を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の燃焼装置（給湯器）の
システム構成図。

【図２】図１の給湯器の要部のブロック構成図。

【図３】図１の給湯器の作動を説明するための線図。

【図４】本発明の第２の実施例の燃焼装置（給湯器）の
システム構成図。

【図５】図４の給湯器の要部のブロック構成図。

【符号の説明】

１ａ…燃焼室、１ｂ…排気口、３…バーナ、７…ガス供
給管（ガス供給路）、８…ガス流量センサ、９…ガス流
量制御弁（ガバナ付比例弁）、１１…燃焼ファン、２１
…目標ガス量設定部（ガス量設定手段）、２２…弁制御
部（弁制御手段）、２３…ガス漏れ検知部（ガス漏れ検
知手段）。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F23N 5/18 F23N 1/00 103

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】バーナを収容した燃焼室と、該燃焼室に連
   通する排気口と、前記バーナに燃焼用空気を送風する燃
   焼ファンと、該燃焼ファンの回転数を検出する回転数セ
   ンサと、前記バーナを所定の必要燃焼量で燃焼させる際
   に、該必要燃焼量を得るのに要する燃焼用空気の供給量
   に対応した前記燃焼ファンの目標回転数を設定する回転
   数設定手段と、前記回転数センサにより検出される前記
   燃焼ファンの回転数が前記目標回転数と一致するよう
   に、前記燃焼ファンの作動を制御する燃焼ファン制御手
   段と、前記回転数センサにより検出された前記燃焼ファ
   ンの回転数に応じて、前記バーナに供給する目標ガス量
   を設定するガス量設定手段とを有する燃焼装置におい
   て、 前記バーナへのガス供給路に設けられたガス流量センサ
   及びガス流量制御弁と、該ガス流量センサにより検出さ
   れたガス量が前記ガス量設定手段により設定された目標
   ガス量と一致するように前記ガス流量制御弁の開度を制
   御する弁制御手段とを備えたことを特徴とする燃焼装
   置。
2. 【請求項２】前記ガス流量制御弁はガバナ付比例弁であ
   り、前記ガス流量センサは前記ガバナ付比例弁の下流側
   に設けられていることを特徴とする請求項１記載の燃焼
   装置。
3. 【請求項３】前記ガス流量制御弁は、閉弁可能な制御弁
   であり、前記弁制御手段は、前記バーナの燃焼停止時に
   該ガス流量制御弁を閉弁せしめることを特徴とする請求
   項１又は２記載の燃焼装置。